(57)【要約】【課題】実際の潤滑油配管に異物入りの潤滑油を流すことなく、潤滑油に異物が混入しているか否かを精度よく判定する。【解決手段】風力発電装置は、ナセル内部のギヤボックスに供給される潤滑油の透過光量を検出するセンサと、センサの出力に基づいて潤滑油の状態を監視する監視装置とを備える。監視装置は、潤滑油に異物が混入していない正常時におけるセンサ出力値の標準偏差を正常標準偏差σｎｏｒｍａｌとして算出し（Ｓ１０）、算出された正常標準偏差σｎｏｒｍａｌを実数倍した値を異常判定用のしきい値σｓｈとして生成し（Ｓ１１）、生成したしきい値σｓｈを記憶する（Ｓ１２）。そして、監視装置は、センサ出力値の標準偏差σとしきい値σｓｈとを比較した結果に基づいて潤滑油に異物が混入しているか否かを判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の状態検出装置であって、
前記風力発電装置に用いられる潤滑油の透過光量を検出するセンサと、
前記センサの出力に基づいて前記潤滑油の状態を監視する監視装置とを備え、
前記監視装置は、
前記潤滑油に異物が混入していない正常時の前記センサの出力値の標準偏差を正常標準偏差として算出し、算出された前記正常標準偏差を実数倍した値を異常判定用のしきい値として生成する生成部と、
前記センサの出力値の標準偏差を算出し、算出された前記標準偏差と前記生成部によって生成された前記しきい値とを比較した結果に基づいて前記潤滑油に異物が混入しているか否かを判定する判定部とを含む、風力発電装置の状態検出装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記センサの出力値の標準偏差を複数回算出し、算出された複数の前記標準偏差のうち前記しきい値を超える標準偏差が占める割合が所定割合を超えた場合に、前記潤滑油に異物が混入していると判定して警告を発する、請求項１に記載の風力発電装置の状態検出装置。
【請求項３】
前記風力発電装置は、前記潤滑油が循環する配管を含み、
前記配管は、外部からの光を透過可能に形成された透明部分を有し、
前記センサは、前記配管における前記透明部分の外側に設けられ、前記透明部分の内部を流れる前記潤滑油の透過光量を検出する、請求項１または２に記載の風力発電装置の状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置の状態を検出する技術に関し、特に、風力発電装置に用いられる潤滑油の状態を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−２８５１８１号公報（特許文献１）には、ギヤボックスに供給される潤滑油中に鉄粉などの異物が混入されていることを検出する異物検出装置が開示されている。この異物検出装置は、透過型の光ファイバセンサを用いて潤滑油配管を流れる潤滑油の透過光量を検出し、当該センサの出力値に基づいて潤滑油中に異物が混入されているか否かを判定する。そして、潤滑油中に異物が混入されていると判定されると、異物検出装置は、ランプを点灯して警告を発する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８５１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように潤滑油の透過光量を検出するセンサの出力に基づいて潤滑油中の異物を検出する場合、センサの出力値としきい値とを比較した結果に基づいて異物の有無を判定することが多い。従来において、このしきい値は、潤滑油中に異物が混入された状態におけるセンサの出力値に基づいて決められることが多い。しかしながら、この手法では、しきい値を設定するために実際の配管に異物入りの潤滑油を流す必要があった。
【０００５】
また、実際の配管に異物入りの潤滑油を流すことができない場合には、実際の配管とは異なる別の配管に異物入りの潤滑油を流し、当該別の配管を流れる潤滑油の透過光量をセンサで計測した結果に基づいてしきい値を設定する必要がある。しかしながら、この手法で設定されたしきい値は実際の配管を流れる潤滑油の透過光量から設定されたものではないため、この手法で設定されたしきい値を用いて異物の有無を判定すると、誤判定が生じるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、実際の配管に異物入りの潤滑油を流すことなく、潤滑油に異物が混入しているか否かを精度よく判定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る状態検出装置は、風力発電装置の状態検出装置であって、風力発電装置に用いられる潤滑油の透過光量を検出するセンサと、センサの出力に基づいて潤滑油の状態を監視する監視装置とを備える。監視装置は、潤滑油に異物が混入していない正常時のセンサの出力値の標準偏差を正常標準偏差として算出し、算出された正常標準偏差を実数倍した値を異常判定用のしきい値として生成する生成部と、センサの出力値の標準偏差を算出し、算出された標準偏差と生成部によって生成されたしきい値とを比較した結果に基づいて潤滑油に異物が混入しているか否かを判定する判定部とを含む。
【０００８】
好ましくは、判定部は、センサの出力値の標準偏差を複数回算出し、算出された複数の標準偏差のうちしきい値を超える標準偏差が占める割合が所定割合を超えた場合に、潤滑油に異物が混入していると判定して警告を発する。
【０００９】
好ましくは、風力発電装置は、潤滑剤が循環する配管を含む。配管は、外部からの光を透過可能に形成された透明部分を有する。センサは、配管における透明部分の外側に設けられ、透明部分の内部を流れる潤滑油の透過光量を検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、実際の配管に異物入りの潤滑油を流すことなく、潤滑油に異物が混入しているか否かを精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】風力発電装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】循環装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】センサの構造を模式的に示した図である。
【図４】監視装置がしきい値生成処理を行なう場合の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】監視装置が異常判定処理を行なう場合の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】正常時の標準偏差σｎｏｒｍａｌと異常時の標準偏差σとの算出結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本実施の形態による状態検出装置を備えた風力発電装置１の構成を模式的に示す図である。
【００１４】
風力発電装置１は、複数のブレード２０と、ナセル１００と、タワー２００とを含んで構成される。
【００１５】
ナセル１００は、タワー２００の上端部に設けられる。ナセル１００の内部には、主軸１１０と、主軸受１２０と、ギヤボックス１３０と、発電機１４０と、センサ１５０と、監視装置１６０とが格納されている。
【００１６】
ブレード２０は、主軸１１０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸１１０に伝達する。主軸１１０は、ナセル１００内部で主軸受１２０に回転可能に支持され、ブレード２０から受ける回転トルクをギヤボックス１３０へ伝達する。
【００１７】
ギヤボックス１３０は、主軸１１０と発電機１４０との間に設けられ、主軸１１０の回転速度を増速して発電機１４０へ出力する。
【００１８】
発電機１４０は、ギヤボックス１３０の出力軸１３１に接続され、ギヤボックス１３０から受ける回転トルクによって発電する。発電機１４０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。
【００１９】
ナセル１００の内部には、ギヤボックス１３０に潤滑油を循環させるための循環装置１７０（後述の図２参照）が設けられる。
【００２０】
図２は、ギヤボックス１３０に潤滑油を循環させるための循環装置１７０の構成を模式的に示す図である。
【００２１】
循環装置１７０は、オイルパン１７１と、配管１７２と、ポンプ１７３と、フィルタ１７４とを含む。
【００２２】
オイルパン１７１は、ギヤボックス１３０の下部に設けられる。配管１７２の一方の端部はオイルパン１７１の下部に接続され、配管１７２の他方の端部はギヤボックス１３０の上部に接続される。ポンプ１７３およびフィルタ１７４は、配管１７２の経路上に設けられる。
【００２３】
ポンプ１７３が駆動されると、オイルパン１７１に溜められた潤滑油が配管１７２の一方の端部からフィルタ１７４に供給されてろ過される。フィルタ１７４を通過した潤滑油は、ギヤボックス１３０の上部に設けられた配管１７２の他方の端部から自然落下してギヤボックス１３０内のギヤ１３２に供給される。ギヤ１３２に供給された潤滑油は、自然落下によってオイルパン１７１に戻される。
【００２４】
センサ１５０は、配管１７２におけるオイルパン１７１とポンプ１７３との間の部分に設けられる。なお、センサ１５０が設けられる位置は、配管１７２の経路上であれば、必ずしもオイルパン１７１とポンプ１７３との間に限定されるものではない。
【００２５】
監視装置１６０は、図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit）およびメモリを内蔵したユニットにより構成され、当該メモリに記憶された情報およびセンサ１５０の出力値等に基づいて、配管１７２を流れる潤滑油中に鉄粉等の異物か混入されているか否かを判定する。監視装置１６０は、潤滑油に異物か混入されていると判定した場合、図示しないランプを点灯させる等によって警告を発する。
【００２６】
図３は、センサ１５０の構造を模式的に示した図である。
センサ１５０は、ギヤボックス１３０に供給される潤滑油の透過光量を検出する、透過型の光ファイバセンサである。センサ１５０は、発光素子１５１と、光ファイバ１５２，１５３と、受光素子１５４とを含む。
【００２７】
配管１７２の一部には、アクリル樹脂等の透明な素材で形成された透明部分１７２ａが設けられる。
【００２８】
光ファイバ１５２，１５３は、配管１７２における透明部分１７２ａの外側に、所定間隔を隔てて互いに対向するように配置される。
【００２９】
発光素子１５１は、監視装置１６０からの制御信号に応じて光を発生する。発光素子１５１が発生した光は、光ファイバ１５２内を通って配管１７２における透明部分１７２ａ内を流れる潤滑油に送られる。潤滑油を透過した光は、光ファイバ１５３によって受光素子１５４に導かれる。受光素子１５４が受ける透過光量は、センサ１５０の出力値（以下「センサ出力値」ともいう）として監視装置１６０に送られる。
【００３０】
受光素子１５４が受ける透過光量（すなわちセンサ出力値）は、透明部分１７２ａを流れる潤滑油中に混入される異物（たとえば鉄粉）の量が多いほど、低下する。この影響で、潤滑油中に混入している異物量が所定量以上である時（以下「異常時」ともいう）のセンサ出力値のばらつきは、潤滑油中に混入している異物量が所定量未満である時（以下「正常時」ともいう）のセンサ出力値のばらつきよりも大きくなる。
【００３１】
この点に着目し、本実施の形態による監視装置１６０は、正常時のセンサ出力値の標準偏差（以下「正常標準偏差」ともいう）σｎｏｒｍａｌを算出し、算出された正常標準偏差σｎｏｒｍａｌを用いて異常判定用のしきい値σｓｈを統計的に生成する。
【００３２】
具体的には、監視装置１６０は、図３に示すように、しきい値生成部１６１と、異常判定部１６２とを含む。しきい値生成部１６１は、正常標準偏差σｎｏｒｍａｌを算出し、算出された正常標準偏差σｎｏｒｍａｌを実数倍した値をしきい値σｓｈとして算出する処理（以下「しきい値生成処理」という）を行なう。異常判定部１６２は、センサ出力値の標準偏差σを算出し、算出された標準偏差σとしきい値σｓｈとを比較した結果に基づいて異常の有無を判定する処理（以下「異常判定処理」ともいう）を行なう。
【００３３】
図４は、監視装置１６０（詳しくは、図３に示すしきい値生成部１６１）がしきい値生成処理を行なう場合の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、正常時（たとえば潤滑油を交換した直後など）に開始される。
【００３４】
Ｓ１０にて、監視装置１６０は、正常時のセンサ出力値の標準偏差を正常標準偏差σｎｏｒｍａｌとして算出する。具体的には、監視装置１６０は、正常時のセンサ出力値を所定時間毎に複数サンプリンし、サンプリングされた複数のデータの標準偏差を正常標準偏差σｎｏｒｍａｌとして算出する。なお、標準偏差の算出手法そのものについては、公知のものを用いればよい。
【００３５】
Ｓ１１にて、監視装置１６０は、算出された正常標準偏差σｎｏｒｍａｌに係数Ｋを乗じた値を、異常判定用のしきい値σｓｈとして算出する。ここで、係数Ｋは、実験等に基づいて予め定められた実数であって、本実施の形態においては「３」に設定される。
【００３６】
Ｓ１２にて、監視装置１６０は、算出されたしきい値σｓｈをメモリに記憶する。なお、監視装置１６０は、以前算出されたしきい値σｓｈがメモリに記憶されている場合には、以前算出されたしきい値σｓｈを削除し、今回算出された新たなしきい値σｓｈで更新する。なお、しきい値σｓｈの初期値（しきい値生成処理が未だ行なわれていない時の値）については、たとえば予め実験等によって求めた値を記憶しておくことができる。
【００３７】
図５は、監視装置１６０（詳しくは、図３に示す異常判定部１６２）が異常判定処理を行なう場合の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
【００３８】
Ｓ２０にて、監視装置１６０は、センサ出力値の標準偏差σを算出する。なお、標準偏差σの算出手法そのものは、上述した正常標準偏差σｎｏｒｍａｌの算出手法と同様、公知のものを用いればよい。
【００３９】
Ｓ２１にて、監視装置１６０は、標準偏差σの算出回数がｎ回目であるか否かを判定する。ここで、「ｎ」は、予め定められた２以上の自然数（たとえば「５」）である。
【００４０】
標準偏差σの算出回数がｎ回目未満である場合（Ｓ２１にてＮＯ）、すなわち算出された標準偏差σの数がｎ個未満である場合、監視装置１６０は、処理をＳ２０に戻し、次の標準偏差σを算出する。たとえば標準偏差σを１回算出するのに１０秒分のデータを用いる場合、標準偏差σの算出は１０秒毎にｎ回行なわれることになる。
【００４１】
標準偏差σの算出回数がｎ回目である場合（Ｓ２１にてＹＥＳ）、すなわちｎ個の標準偏差σが算出された場合、監視装置１６０は、Ｓ２２にて、上述のしきい値生成処理によって生成されたしきい値σｓｈ（＝Ｋ・σｎｏｒｍａｌ）をメモリから読み出す。
【００４２】
そして、監視装置１６０は、Ｓ２３にて、ｎ個の標準偏差σのうち、しきい値σｓｈを超える標準偏差σが占める割合が所定割合以上であるか否かを判定する。ここで、所定割合は、実験等によって予め設定された値（たとえば８０％程度）である（後述の図６参照）。
【００４３】
しきい値σｓｈを超える割合が所定割合未満である場合（Ｓ２３にてＮＯ）、監視装置１６０は、Ｓ２４にて、正常（潤滑油中に混入している異物量が所定量未満である）と判定する。
【００４４】
一方、しきい値σｓｈを超える割合が所定割合以上である場合（Ｓ２３にてＹＥＳ）、監視装置１６０は、Ｓ２５にて、異常（潤滑油中に混入している異物量が所定量以上である）と判定し、警告を発する。
【００４５】
図６は、正常時の標準偏差σｎｏｒｍａｌと、異常時の標準偏差σとの算出結果の一例を示す図である。
【００４６】
図６に示す例では、正常時の標準偏差σｎｏｒｍａｌが「２．８３６」となっている。なお、この値は、正常時の標準偏差σｎｏｒｍａｌを３回算出した値の平均である。上述の係数Ｋを「３」とすると、異常判定用のしきい値σｓｈは「８．５１」（＝３×２．８３６）となる。
【００４７】
一方、異常時（図６に示す例では、潤滑油中に鉄粉０．５重量％を混入した時）の標準偏差σの１回〜５回の算出結果は、「１０．３１」、「１５．９３」、「１６．８９」、「９．８６」、「７．２１」である。
【００４８】
したがって、この算出結果例においては、異常時の標準偏差σの５回分のうち、しきい値σｓｈ（＝３×σｎｏｒｍａｌ）を超える標準偏差σが占める割合が８０％となる。したがって、図５のＳ２３の処理で用いられる「所定割合」を８０％程度に設定することで、潤滑油中に鉄粉０．５重量％が混入していると判定することができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態による状態検出装置は、風力発電装置１に用いられる潤滑油の透過光量を検出するセンサ１５０と、センサ１５０の出力に基づいて潤滑油の状態を監視する監視装置１６０とを備える。監視装置１６０は、潤滑油に異物が混入していない正常時におけるセンサ出力値の標準偏差を正常標準偏差σｎｏｒｍａｌとして算出し、算出された正常標準偏差σｎｏｒｍａｌを実数倍（Ｋ倍）した値を異常判定用のしきい値σｓｈとして生成する。これにより、実際の配管１７２に異物入りの潤滑油を流すことなく異常判定用のしきい値σｓｈを自動的に生成することができる。そのため、実際の配管１７２に異物入りの潤滑油を流す場合に比べて、しきい値σｓｈの生成に要する工数を削減することができる。
【００５０】
そして、監視装置１６０は、センサ出力値の標準偏差σとしきい値σｓｈとを比較した結果に基づいて潤滑油に異物が混入しているか否かを判定する。そのため、実際の配管１７２に異物入りの潤滑油を流すことなく、潤滑油に異物が混入しているか否かを判定することができる。また、しきい値σｓｈは実際の配管１７２を用いて生成された値であるため、たとえば実際の配管１７２とは異なる別の配管を用いてしきい値を生成する場合に比べて、潤滑油に異物が混入しているか否かを精度よく判定することができる。
【００５１】
特に、本実施の形態による監視装置１６０は、センサ出力値の標準偏差σをｎ回算出し、算出されたｎ個の標準偏差σのうち、しきい値σｓｈを超える標準偏差σが占める割合が所定割合（たとえば８０％）を超えた場合に、潤滑油に異物が混入していると判定する。そのため、潤滑油に異物が混入していないにも関わらず、ノイズ等によりたとえば１回だけ標準偏差σがしきい値σｓｈを超えたとしても、潤滑油に異物が混入していると誤って判定されることを適切に防止することができる。そのため、異常判定の信頼性が向上する。
【００５２】
また、本実施の形態においては、潤滑油が流れる配管１７２の一部に、外部からの光を透過可能に形成された透明部分１７２ａが設けられる。センサ１５０は、配管１７２における透明部分１７２ａの外側に設けられ、透明部分１７２ａの内部を流れる潤滑油の透過光量を検出する。そのため、センサの一部を配管１７２の内部に設ける場合に比べて、潤滑油の流動抵抗を抑えることができるとともに、センサの設置を比較的簡易に行なうことができる。
【００５３】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１  風力発電装置、２０  ブレード、１００  ナセル、１１０  主軸、１２０  主軸受、１３０  ギヤボックス、１３１  出力軸、１３２  ギヤ、１４０  発電機、１５０  センサ、１５１  発光素子、１５２，１５３  光ファイバ、１５４  受光素子、１６０  監視装置、１６１  しきい値生成部、１６２  異常判定部、１７０  循環装置、１７１  オイルパン、１７２  配管、１７２ａ  透明部分、１７３  ポンプ、１７４  フィルタ、２００  タワー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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