(57)【要約】【課題】配線本数が低減された風力発電装置の異常監視装置を提供する。【解決手段】風力発電装置の異常監視装置は、風力発電装置の増速機などの可動部の潤滑を行なう潤滑油を循環させる循環経路に設けられるとともに、潤滑油の流れを受けて発電を行なう発電部１５２と、発電部１５２が発電した電力を用いて風力発電装置の異常発生の検知を行なう検知部１５９とを備える。好ましくは、発電部１５２は、潤滑油の流れを受けて回転する羽根車１５３と、羽根車１５３の回転力で発電を行なう発電機１５５とを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の異常監視装置であって、
前記風力発電装置の可動部の潤滑を行なう潤滑油を循環させる循環経路に設けられるとともに、前記潤滑油の流れを受けて発電を行なう発電部と、
前記発電部が発電した電力を用いて前記風力発電装置の異常発生の検知を行なう検知部とを備える、風力発電装置の異常監視装置。
【請求項２】
前記発電部は、
前記潤滑油の流れを受けて回転する羽根車と、
前記羽根車の回転力で発電を行なう発電機とを含む、請求項１に記載の風力発電装置の異常監視装置。
【請求項３】
前記検知部は、
前記潤滑油の異物を検出するセンサを含み、
前記異常監視装置は、前記検知部とは別の電源から電源電圧が供給され、前記前記センサの出力に基づいて、前記潤滑油の異物混入量を演算する演算部とを含む、請求項２に記載の風力発電装置の異常監視装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記羽根車の回転速度に基づいて前記潤滑油の流速を検出し、検出した流速と前記センサの出力とに基づいて、前記潤滑油の異物混入量を演算する、請求項３に記載の風力発電装置の異常監視装置。
【請求項５】
前記センサは、
前記発電部が発電した電力を用いて光を前記潤滑油に照射する照射部と、
前記潤滑油を透過した光量を検出する受光部とを含む、請求項３に記載の風力発電装置の異常監視装置。
【請求項６】
前記センサは、前記循環経路において、前記羽根車よりも上流に設けられる、請求項５に記載の風力発電装置の異常監視装置。
【請求項７】
前記検知部は、
前記潤滑油の異物を検出するセンサと、
前記センサの検出した情報を無線で送信する無線送信ユニットとを含み、
前記異常監視装置は、前記検知部とは別の電源から電源電圧が供給される監視装置本体をさらに備え、
前記監視装置本体は、
前記無線送信ユニットが送信した情報を受信する無線受信ユニットと、
前記無線受信ユニットが受信した情報に基づいて、前記潤滑油の異物混入量を演算する演算部と、
前記演算部の演算結果を記憶する記憶部とを含む、請求項１に記載の風力発電装置の異常監視装置。
【請求項８】
前記検知部は、
前記発電部が発電した電力を用いて前記風力発電装置の振動を検出する振動センサを含む、請求項１に記載の風力発電装置の異常監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置の異常監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−２３３７２２号公報には、潤滑油中の異物混入量が極めて微量である場合にそれを検出することが可能な異物検出システムが開示されている。この異物検出システムは、流体（例えば潤滑油）が流れる管内で異物（例えば、鉄粉等の磁性体粉、その他の異物）を捕捉し且つ捕捉した異物を解放する捕捉手段と、解放された異物が管内を流過するのを検出する検出手段と、制御手段とを有する。この制御手段は、検出手段で検出可能な程度まで異物が滞留する時間だけ捕捉手段で異物を捕捉し、当該時間が経過したならば異物を解放する制御を行なうように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３３７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような異物検出システムは、たとえば風力発電装置の増速機を潤滑する潤滑油を循環させるシステムにも適用することができる。風力発電装置の増速機を潤滑する潤滑油は、ギヤの損傷時や経年変化などによって、鉄粉が混入することがある。風力発電装置の増速機の異常監視項目の一つとして、潤滑油内の鉄粉検出を行なうことが検討されている。油循環システムの配管中に鉄粉を検出するためには、光透過センサなどを設置する必要がある。
【０００５】
光透過センサなどの異常監視のためのセンサは、センサ自体に供給する直流低圧（たとえば５〜１５Ｖ）の電源電圧が必要である。しかし、センサを設置するような場所は、風力発電装置の電源系統と離れている場合が多い。風力発電装置のナセル内に電源電圧を供給するための配線を引き回すのは、監視装置設置工事に手間と時間とを要するし、監視装置の故障の一因となる。したがって、監視装置を設置するための配線は一本でも少ないほうが好ましい。
【０００６】
この発明は、上記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、配線本数が低減された風力発電装置の異常監視装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、要約すると、風力発電装置の異常監視装置であって、風力発電装置の可動部の潤滑を行なう潤滑油を循環させる循環経路に設けられるとともに、潤滑油の流れを受けて発電を行なう発電部と、発電部が発電した電力を用いて風力発電装置の異常発生の検知を行なう検知部とを備える。
【０００８】
好ましくは、発電部は、潤滑油の流れを受けて回転する羽根車と、羽根車の回転力で発電を行なう発電機とを含む。
【０００９】
より好ましくは、検知部は、潤滑油の異物を検出するセンサを含む。異常監視装置は、検知部とは別の電源から電源電圧が供給され、センサの出力に基づいて、潤滑油の異物混入量を演算する演算部とを含む。
【００１０】
さらに好ましくは、演算部は、羽根車の回転速度に基づいて潤滑油の流速を検出し、検出した流速とセンサの出力とに基づいて、潤滑油の異物混入量を演算する。
【００１１】
さらに好ましくは、センサは、発電部が発電した電力を用いて光を潤滑油に照射する照射部と、潤滑油を透過した光量を検出する受光部とを含む。
【００１２】
さらに好ましくは、センサは、循環経路において、羽根車よりも上流に設けられる。
好ましくは、検知部は、潤滑油の異物を検出するセンサと、センサの検出した情報を無線で送信する無線送信ユニットとを含む。異常監視装置は、検知部とは別の電源から電源電圧が供給される監視装置本体をさらに備える。監視装置本体は、無線送信ユニットが送信した情報を受信する無線受信ユニットと、無線受信ユニットが受信した情報に基づいて、潤滑油の異物混入量を演算する演算部と、演算部の演算結果を記憶する記憶部とを含む。
【００１３】
好ましくは、検知部は、発電部が発電した電力を用いて風力発電装置の振動を検出する振動センサを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異常監視装置を設置するための配線本数が減り、工事が容易で故障しにくい異常監視装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】増速機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。
【図３】センサユニット１５０の構造を模式的に示した図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶにおける断面を示した断面図である。
【図５】異常監視装置１４５の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、増速機（ギヤボックス）１３０と、発電機１４０と、異常監視装置１４５とが格納されている。異常監視装置１４５は、センサユニット１５０と、監視装置本体１６０とを含む。
【００２０】
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増速機１３０へ伝達する。
【００２１】
増速機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。
【００２２】
発電機１４０は、増速機１３０の出力軸１３１に接続され、増速機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。
【００２３】
ナセル１００の内部には、増速機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。
【００２４】
図２は、増速機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。
【００２５】
循環装置１７０は、オイルパン１７１と、配管１７２と、ポンプ１７３と、オイルフィルタ１７４とを含む。
【００２６】
オイルパン１７１は、増速機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の他方の端部は増速機１３０の上部に接続される。ポンプ１７３およびオイルフィルタ１７４は、配管１７２の経路上に設けられる。
【００２７】
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の一方の端部からオイルフィルタ１７４に供給されてろ過される。オイルフィルタ１７４を通過した潤滑油は、ポンプ１７３から送出され、増速機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増速機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。
【００２８】
センサユニット１５０は、配管１７２において、オイルパン１７１とオイルフィルタ１７４との間の部分に設けられる。なお、センサユニット１５０が設けられる位置は、配管１７２の経路上であれば、必ずしもポンプ１７３より後の部分に限定されるものではない。また、オイルフィルタ１７４、ポンプ１７３、センサユニット１５０の配置順も図２に示した通りでなくても構わない。
【００２９】
潤滑油に混入した大きな異物はオイルフィルタ１７４で除去されるが、増速機１３０のギヤの摩耗や破損などで生じる鉄粉などの細かい異物はオイルフィルタ１７４では除去できない。そこで、監視装置本体１６０によって潤滑油に混入した異物の量の監視が行なわれる。
【００３０】
監視装置本体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ユニット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。監視装置本体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したり、電話回線や無線回線を経由して遠隔地の監視者に異常を判断するためのデータを送信したりする。
【００３１】
センサユニット１５０に光センサなどを使用する場合、出力信号のケーブルをすこし離れた位置にある監視装置本体１６０まで配線することが考えられるが、設置工事時に配線のために時間を要することが問題である。
【００３２】
また、センサに電源が必要な場合があるが、監視装置本体から電源配線を引き回すのも設置工事時に配線のために時間を要する。配線を不要とするために無線で監視装置本体１６０にセンサの検出データを送信することも考えられるが、同様に電源配線が問題となる。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、センサの付近で発電を行なって、センサや無線送信ユニットに電源電圧を供給することとした。
【００３４】
図３は、センサユニット１５０の構造を模式的に示した図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶにおける断面を示した断面図である。
【００３５】
図３、図４を参照して、センサユニット１５０は、増速機１３０に供給される潤滑油の透過光量を検出する、透過型の光センサ１５１を含む。光センサ１５１は、発光素子１５１Ａ，１５１Ｂと、受光素子１５１Ｃ，１５１Ｄとを含む。
【００３６】
センサユニット１５０は、さらに、オイルパン１７１からポンプ１７３に向けて送出された潤滑油の流れを受けて発電する発電部１５２を含む。発電部１５２は、潤滑油の流れを受けて回転する羽根車１５３と、羽根車１５３が回転するとロータが回転して発電を行なう発電機１５５と、羽根車１５３の回転を発電機１５５のロータに伝えるシャフト１５４とを含む。
【００３７】
センサユニット１５０は、さらに、増速機１３０のギヤの振動を検出するための振動センサ１９０と、光センサ１５１の出力と振動センサ１９０の出力とを受けてこれらの出力に含まれるデータを無線送信する無線送信ユニット１５８とを含む。
【００３８】
羽根車１５３と光センサ１５１の位置関係にも考慮する必要がある。羽根車１５３が回転すると潤滑油の流れに乱れが発生する。光センサ１５１付近に潤滑油の流れの乱れが生じると、光センサ１５１が鉄粉などの異物を検出する精度が悪化するおそれがある。羽根車１５３を光センサ１５１よりも潤滑油の流れの下流に配置すると、羽根車１５３が回転することによる潤滑油の流れの乱れが光センサ１５１に影響を与えない。したがって、図３、図４に示すように、羽根車１５３を光センサ１５１よりも潤滑油の流れの下流に配置すると好ましい。
【００３９】
センサユニット１５０は、透明なアクリルなどで透光部が形成された流路部１５７をさらに含む。流路部１５７の両端部にはフランジが形成されており、配管１７２に締結部材１８０によって締結されている。センサユニット１５０は、光センサと発電部と無線送信ユニットが流路部１５７に予め取り付けられた状態で風力発電装置の工事現場に運搬される。
【００４０】
したがって、センサユニット１５０の設置工事は、締結部材１８０を締結し、振動センサ１９０と無線送信ユニット１５８とを配線するだけで済む。
【００４１】
なお、センサユニット１５０は、光センサ１５１と発電部１５２と無線送信ユニットが流路部１５７に予め取り付けられた状態で製品として販売されてもよく、工事担当者が、工事現場に行く前に予め組み上げてもよい。
【００４２】
図５は、異常監視装置１４５の構成を示すブロック図である。図５を参照して、異常監視装置１４５は、センサユニット１５０と、監視装置本体１６０とを含む。センサユニット１５０には、発電機１５５によって発電された電源電圧Ｖ１が供給される。監視装置本体１６０には、風力発電装置のナセル内に設置された配電盤４００などから電源電圧Ｖ２が供給される。
【００４３】
センサユニット１５０は、光センサ１５１と、回転速度センサ１５６と、振動センサ１９０と、無線送信ユニット１５８とを含む。
【００４４】
光センサ１５１は、潤滑油の光透過量の変化を検出することによって、潤滑油の異物を検出する。回転速度センサ１５６は、発電機１５５を回転させる羽根車１５３の回転速度を検出する。振動センサ１９０は、増速機１３０の振動を検出する。
【００４５】
なお、羽根車１５３の回転速度が発電機１５５の出力電力などによってわかる場合には、回転速度センサ１５６を設けなくてもよい。また、振動センサ１９０は、増速機１３０以外の部分の振動を検出するものであってもよい。
【００４６】
無線送信ユニット１５８は、光センサ１５１、回転速度センサ１５６、振動センサ１９０の出力に含まれる情報を無線で監視装置本体１６０に送信する。
【００４７】
監視装置本体１６０は、無線受信ユニット１６２と、演算部１６４と、記憶部１６６とを含む。
【００４８】
無線受信ユニット１６２は、無線送信ユニット１５８が送信した情報を受信する。演算部１６４は、無線受信ユニット１６２が受信した情報に基づいて、潤滑油の異物混入量を演算する。記憶部１６６は、演算部１６４の演算結果を記憶する。記憶部１６６に記憶された演算結果は、メンテナンス時に点検に来た作業者が回収してもよいし、図示しない電話回線や無線回線などによって遠隔地の監視者に送信されてもよい。
【００４９】
演算部１６４は、光センサ１５１の検出した光透過量が所定値よりも低下したことによって潤滑油に汚れが発生したことを検出すると、図示しない警告灯を点灯させるなどして、監視者に報知する。
【００５０】
その際に、誤警報を防ぐため、演算部１６４は回転速度センサ１５６の出力によって、潤滑油の流速を演算して、光透過量の補正を行なう。たとえば、判定時間の光透過量の積算値に基づいて潤滑油の汚れを判断する場合には、流速に応じて判定時間の長さを変更することによって、光透過量の補正を行なうことができる。なお、回転速度が早ければ流速も早くなり、流速が早ければ判定時間は短くなるが、回転速度と流速の関係や、流速と判定時間の長さとの関係は、予め実験的に求めておいて、マップ化しておくと良い。
【００５１】
最後に、本実施の形態について、再び図面を参照して総括する。主に図３および図５を参照して、本実施の形態の風力発電装置の異常監視装置は、風力発電装置の増速機１３０などの可動部の潤滑を行なう潤滑油を循環させる循環経路に設けられるとともに、潤滑油の流れを受けて発電を行なう発電部１５２と、発電部１５２が発電した電力を用いて風力発電装置の異常発生の検知を行なう検知部１５９とを備える。
【００５２】
好ましくは、発電部１５２は、潤滑油の流れを受けて回転する羽根車１５３と、羽根車１５３の回転力で発電を行なう発電機１５５とを含む。
【００５３】
より好ましくは、検知部１５９は、潤滑油の異物を検出する光センサ１５１を含む。異常監視装置は、検知部１５９とは別の電源から電源電圧Ｖ２が供給され、光センサ１５１の出力に基づいて、潤滑油の異物混入量を演算する演算部１６４とを含む。
【００５４】
さらに好ましくは、演算部１６４は、羽根車１５３の回転速度に基づいて潤滑油の流速を検出し、検出した流速と光センサ１５１の出力とに基づいて、潤滑油の異物混入量を演算する。
【００５５】
さらに好ましくは、光センサ１５１は、発電部が発電した電力を用いて光を潤滑油に照射する照射部（発光素子１５１Ａ，１５１Ｂ）と、潤滑油を透過した光量を検出する受光部（受光素子１５１Ｃ，１５１Ｄ）とを含む。
【００５６】
さらに好ましくは、光センサ１５１は、循環経路において、羽根車１５３よりも上流に設けられる。
【００５７】
好ましくは、検知部１５９は、潤滑油の異物を検出する光センサ１５１と、光センサ１５１の検出した情報を無線で送信する無線送信ユニット１５８とを含む。異常監視装置１４５は、検知部１５９とは別の電源から電源電圧Ｖ２が供給される監視装置本体１６０をさらに備える。監視装置本体１６０は、無線送信ユニット１５８が送信した情報を受信する無線受信ユニット１６２と、無線受信ユニット１６２が受信した情報に基づいて、潤滑油の異物混入量を演算する演算部１６４と、演算部１６４の演算結果を記憶する記憶部１６６とを含む。
【００５８】
好ましくは、検知部１５９は、発電部１５２が発電した電力を用いて風力発電装置の振動を検出する振動センサ１９０を含む。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態では、油循環システムの配管１７２の一部にセンサユニット１５０を取り付け、センサユニット１５０の一部に羽根車１５３が付属し、潤滑油の流れによって発電し、発電電力によってセンサ類を駆動させる。
【００６０】
演算部１６４は、流速の変化によって、光センサ１５１の出力の補正を行ない、単位体積当たりの異物量の精度を高めて誤警報を防ぐ。
【００６１】
センサユニット１５０によって発電した電源電圧は、振動センサ１９０にも供給される。無線送信ユニット１５８の電源も、羽根車１５３によって発電した電力を用いる。
【００６２】
このように構成することによって、電源配線や信号配線の本数を減らすことができ、設置工事が容易な異常監視装置を実現することができる。
【００６３】
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】
【００６４】
１００  ナセル、１１０  主軸、１２０  主軸受、１３０  増速機、１３１  出力軸、１３２  ギヤ、１４０，１５５  発電機、１４５  異常監視装置、１５０  センサユニット、１５１  光センサ、１５１Ａ，１５１Ｂ  発光素子、１５１Ｃ，１５１Ｄ  受光素子、１５２  発電部、１５３  羽根車、１５４  シャフト、１５６  回転速度センサ、１５７  流路部、１５８  無線送信ユニット、１６０  監視装置本体、１６２  無線受信ユニット、１６４  演算部、１６６  記憶部、１７０  循環装置、１７１  オイルパン、１７２  配管、１７３  ポンプ、１７４  オイルフィルタ、１８０  締結部材、１９０  振動センサ、２００  タワー、４００  配電盤。
【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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