(57)【要約】【課題】風力発電機の駆動システムの早期エラー検出システムを提供する。【解決手段】システムは、駆動歯車または伝達装置の入力軸に結合された第１の回転センサを備える。この第１のセンサは入力回転角を取得する。さらに、システムは、駆動歯車または伝達装置の出力軸に結合された第２の回転センサを備える。第２のセンサにより取得される出力角は、入力角に応じた駆動歯車または伝達装置の出力を示す。さらに、システムは、入力角を示す第１の時間依存信号と出力角を示す第２の時間依存信号を同時に取得するように構成された制御部を備える。制御部は、駆動歯車または伝達装置の速度伝達比を考慮して第１の信号と第２の信号から時間依存角の差を算出するように構成される。さらに、制御部は、駆動システムの早期エラー検出を行うために時間依存角の差を分析する。【選択図】図２
2017525891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機の駆動システムの早期エラー検出システムであって、
ａ）駆動歯車または伝動装置の入力軸に結合され入力回転角を感知する第１の回転センサと、
ｂ）前記駆動歯車または伝動装置の出力軸に結合され出力回転角を感知する第２の回転センサであって、前記出力角が前記入力角に応じた前記駆動歯車または伝動装置の出力である第２の回転センサと、
ｃ）前記第１の回転センサからの前記入力角に対する第１の時間依存信号と、前記第２の回転センサからの前記出力角に対する第２の時間依存信号とを同時に取得するように構成され、前記駆動歯車または伝動装置の速度伝達比を考慮して前記第１の時間依存信号と前記第２の時間依存信号から時間依存角の差を算出するようにさらに構成され、前記駆動システムの早期エラー検出を行うために前記時間依存角の差を分析するようにさらに構成された制御部と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記駆動システムは、ピッチ駆動システム、ナセル駆動システム、アジマスまたはヨー駆動装置、および主要駆動システムのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のセンサは前記駆動歯車の前記入力軸を駆動する駆動モータの駆動軸に結合され、前記第２のセンサは前記駆動システムにより駆動される構成要素の角度を算出するための角度センサである、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御部は、前記時間依存角の差の大きさについてのスペクトル解析、特に次数トラッキング解析を行うようにさらに構成され、前記次数トラッキング解析は前記入力角を基準とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御部は、包絡線スペクトルを生成する次数トラッキング解析を行うように構成され、軸受けの故障または軸の破損に関するエラーに対応付けられた少なくとも１つの所定の特徴が、前記包絡線スペクトル内の特徴と一致するか確かめるようにさらに構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御部は、振幅スペクトルを生成する次数トラッキング解析を行うようにさらに構成され、歯車装置の損傷、歯車の不均衡、歯車の位置合わせ不良、ローラ軸受けの損傷、および軸の損傷のうちの少なくとも１つに関するエラーに対応付けられた少なくとも１つの所定の特徴が、前記振幅スペクトル内の特徴と一致するか確かめるように構成される、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項７】
前記所定の特徴のうちの少なくとも１つがスペクトル内の特徴と一致するとすぐに、前記一致した特徴に対応付けられたエラーに関するエラーメッセージが出される、請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の早期エラー検出システムを備えた駆動システムを有する風力発電機、特に洋上風力発電機。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の、風力発電機、特に洋上風力発電機の駆動システムの早期エラー検出システムの使用。
【請求項１０】
風力発電機の駆動システムの早期エラー検出方法であって、
ａ）駆動歯車または伝動装置の入力軸の入力回転角を示す第１の時間依存信号を取得するステップと、
ｂ）前記駆動歯車または伝動装置の出力軸の出力回転角を示す第２の時間依存信号を同時に取得するステップと、
ｃ）前記駆動歯車または伝動装置の速度伝達比を考慮して前記第１の信号と前記第２の信号から時間依存角の差を算出するステップと、
ｄ）前記駆動システムの早期エラー検出を行うために前記時間依存角の差を分析するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記入力回転角が駆動歯車の入力軸を駆動する駆動モータのロータの回転角であり、前記出力回転角が前記駆動システムにより駆動される構成要素の角度である、請求項１０に記載の早期エラー検出方法。
【請求項１２】
前記時間依存角の差を分析するステップが、前記時間依存角の差の大きさについてのスペクトル解析、特に前記時間依存角の差の大きさについての次数トラッキング解析を行うことを含み、前記次数トラッキング解析は前記入力角を基準とする、請求項１０または１１に記載の早期エラー検出方法。
【請求項１３】
前記次数トラッキング解析により包絡線スペクトルが生成され、軸受けの故障または軸の破損に関するエラーに対応付けられた少なくとも１つの所定の特徴が、前記包絡線スペクトル内の特徴と一致するか確認される、請求項１２に記載の早期エラー検出方法。
【請求項１４】
前記次数トラッキング解析により振幅スペクトルが生成され、歯車装置の損傷、歯車の不均衡および／または位置合わせ不良に関するエラーに対応付けられた少なくとも１つの所定の特徴が、前記振幅スペクトル内の特徴と一致するか確認される、請求項１２または１３に記載の早期エラー検出方法。
【請求項１５】
前記所定の特徴のうちの少なくとも１つがスペクトル内の特徴と一致するとすぐに、前記一致した特徴に対応付けられたエラーに関するエラーメッセージが出される、請求項１３または１４に記載の早期エラー検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機の駆動システムの早期エラー検出システムに関する。また、本発明は、早期エラー検出システムを備える風力発電機、および早期エラー検出システムの使用に関する。さらに、本発明は、風力発電機の駆動システムの早期エラー検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機の基本的な動作構成要素の１つに、運転中にロータブレードのピッチを調整するピッチ駆動システムがある。ピッチ駆動装置では、ピッチ軸受けが重要な構成要素の１つである。使用中にピッチシステムに生じるエラーは、軸受けの破損、歯車の歯の損傷、不均衡、位置合わせ不良、または軸の破損等の様々な機械的障害に関係している可能性がある。機械的損傷は、腐食、摩擦、潤滑油の不足、疲労等により起こる可能性がある。ピッチ駆動システムの不具合により、ブレードのピッチ動作が妨げられる危険性が高まり、風力発電機が危機的状態に陥る可能性がある。さらに、ピッチ駆動システムの整備のために風力タービンを望ましくはないが長時間休止させなければならないことが多い。
【０００３】
よって、ピッチ駆動システムの動作を検査することが望ましい。特許文献１には、ピッチ駆動装置用の状態監視システムを備えるピッチ制御システムが開示されている。このシステムは、ブレードピッチシステムに望ましいピッチ動作を表す試験信号を送る。続いて、試験信号に対する実際のピッチの反応を検出する。実際のピッチ角がある一定の閾値以上に命令値から外れている場合、ピッチ駆動装置に不具合の可能性があることが分かる。しかし、これにはピッチ駆動システムに初期損傷が既に生じている必要がある。さらに、状態監視システムに従い人為的にピッチ動作の試験を行うことは望ましくない可能性がある。
【０００４】
よって、ごく早期の段階で、特にピッチ駆動装置に重大な損傷や不具合が生じる前にピッチ駆動システムのエラーを検出することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ  ２  ３２９  １４１  Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、風力発電機の駆動システムの早期エラー検出システム、および早期エラー検出システムを備える風力発電機を提供することであり、これらは先行技術の技術的不全に対して改良されたものである。さらに、本発明の目的は、風力発電機の駆動システムの早期エラー検出のための改良された方法、および早期エラー検出システムの有利な使用を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様では、風力発電機の駆動システムの早期エラー検出システムが提供される。システムは、駆動歯車（または伝動装置）の入力軸に結合された第１の回転センサを備える。この第１の回転センサは、入力軸の入力回転角を感知するように構成される。さらに、システムは、駆動歯車（または伝動装置）の出力軸に結合された第２の回転センサを備える。この第２のセンサは、出力軸の出力角を感知する。出力軸で取得される出力角は、入力角に対する駆動歯車の応答である。
【０００８】
本発明の態様によるシステムは、第１の時間依存信号と第２の時間依存信号を同時に取得する制御部をさらに含む。第１の時間依存信号は、入力角を示し、第１の回転センサで取得される。第２の時間依存信号は、出力軸の出力角を示し、第２の回転センサで取得される。さらに、制御部は、駆動歯車または伝達装置の速度伝達比を考慮して第１の時間依存信号と第２の時間依存信号から時間依存角の差を算出するように構成される。この時間依存角の差Δφ（ｔ）は、下記の式で表される。
Δφ（ｔ）＝φＩＮ（ｔ）−ｉＤＲ×φＯＵＴ（ｔ）
【０００９】
式中、ｉＤＲは駆動歯車または伝動装置の速度伝達比の逆数である。理想的には（エラーがない場合）、Δφ（ｔ）は０になると考えられる。０からの偏差は小さいこともあれば、それよりも大きいこともあり、偏差は既に伝動装置の動き具合を示す。時間依存角の差Δφ（ｔ）は、駆動システムの早期エラー検出を行うために制御部により分析される。
【００１０】
早期エラー検出システムは、早い段階で、特に重大な損傷が起こる前に駆動歯車または伝動装置のエラーを検出できるため有利である。特に、第１の回転センサと第２の回転センサは高精度な角度センサである。これらのセンサは、駆動歯車または伝動装置の入力角と出力角を非常に正確に検出することができる。センサは、時間分解能と角度分解能の点で高精度なセンサである。その結果、入力角と出力角との間のわずかな変化を検出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
従来の状態監視システムとは異なり、本発明の態様による早期エラー検出システムは、システムの特定用途に応じて、実際の角度やピッチ駆動角度等に一致すると思われる理論出力信号を設定するための数値モデルが不要である。数値モデルを採用した状態監視システムは、結果の判定についてかなりの不確実性を伴うのが常である。本発明の態様によるシステムは、非常に高い信頼性レベルで動作するため有利である。
【００１２】
先行技術から知られているピッチ駆動監視システムは、命令値と実際のピッチ角の値との間の比較に基づいていることが多い。しかし、このようなシステムでエラーを検出するためには、ピッチ駆動システムで初期損傷が起こらなければならない。本発明の態様によるシステムは、非常に早期の段階でエラーを検出するため有利である。駆動システムにおいて小さな初期故障から生じる二次損傷を回避することができる。また、適切なタイミングで風力発電所の作業員に警告が出されるため、保守作業を最適化することができる。
【００１３】
加えて、本発明の態様による早期エラー検出システムは、風力発電機の通常運転中に駆動装置の状態を監視することができる。システムは、従来システムによっては必要である人為的な試験作業が不要であるため有利である。このような強制作業は、多かれ少なかれ風力発電機の発電や主要制御システムの動作を妨害する。このような妨害が回避できるため有利である。本発明の態様による早期エラー検出システムは、ある程度自律的に稼働する。システムの動作は、駆動装置の主要制御から独立している。これにより、既存の風力発電機を容易に改良することができる。
【００１４】
本発明によるシステムは、基本的には風力発電機の任意の駆動システムに適用できるが、特に、ピッチ駆動システム（ロータブレードのピッチ角を調整する）、ナセル駆動システム（ヨーやアジマスを調整する）、および／または主要駆動システム（風力発電機の主軸を駆動する）に適用できる。実際の駆動システムに応じて、回転センサが上記の任意の駆動システムの入力軸と出力軸に結合される。
【００１５】
本発明の有利な実施形態によると、第１のセンサはピッチ駆動モータ等の駆動モータの駆動軸に結合される。この駆動軸は、ピッチ駆動歯車等の駆動歯車の入力軸を駆動する。第２のセンサは、駆動システムにより駆動されるロータブレード等の構成要素の角度を算出するための角度センサである。風力発電機の多くは、駆動モータの回転角を検出するための回転センサを備えている。さらに、典型的には、角度センサは、ナセルやロータブレード（ピッチ）等の構成要素の実際の角度を検出するために利用できる。つまり、風力発電機の多くに既に備わっているセンサを、第１の回転センサおよび第２の回転センサとして使用することができる。これにより、既存の風力発電機をさらに容易に改良できるため有利である。
【００１６】
さらに、本発明の態様では、制御部は、時間依存角の差の大きさについて、スペクトル解析、特に次数トラッキング解析（次数解析）を行うように構成される。入力角が次数トラッキング解析の基準となってもよい。このような次数トラッキング解析により、振幅スペクトルと包絡線スペクトルが生成される。
【００１７】
様々な実験から、スペクトル内の特有の特徴が駆動システムのある種のエラーに関連付けられている。所定の特徴が収集されている。収集された特徴は、制御部のデータベースに記憶してもよい。複数の特徴は、ある一定のピークパターン、ある一定のピーク形状またはスペクトル形状、ある一定の閾値を超えるピークまたはある一定の間隔で現れるピーク群等を含んでもよい。１つ以上の特徴または所定の特徴の組み合わせは、ある種のエラー、例えば、軸受けの故障または軸の破損、歯車装置の損傷、駆動歯車内の歯車の不均衡および／または位置合わせ不良等と関連付けることができる。
【００１８】
さらに実験から、特に包絡線スペクトルが軸受けの故障または軸の破損を示すことが明らかになっている。振幅スペクトル内のある種の特徴は、歯車装置の損傷、歯車の不均衡および／または位置合わせ不良と関連付けることができる。
【００１９】
本発明のある実施形態では、制御部は、少なくとも１つの所定の特徴が、次数トラッキング解析スペクトル内の特徴と一致するか確かめるように構成される。特に、軸受けの故障または軸の破損に関するエラーを、包絡線スペクトル内の特徴と関連付けることができる。歯車装置の損傷、歯車の不均衡および／または位置合わせ不良を確認するために、制御部は、これらのエラーのうちの１つに対応付けられた少なくとも１つの所定の特徴が、振幅スペクトル内の特徴と一致するか確かめる。
【００２０】
所定の特徴のうちの少なくとも１つが、スペクトル内の特徴と一致した場合、一致した特徴に対応付けられたエラーに関するエラーメッセージが制御部から出される。
【００２１】
早期エラー検出システムは、非常に早い段階でエラーを検出できるだけではなく、エラーの種類を識別することもできるため有利である。特に洋上風力発電機にとっては、これは価値のある情報である。エラーメッセージが出るとすぐに、整備士は洋上基地に運ぶ必要があると思われる予備部品を集めることができる。洋上基地への輸送にはコストがかさむため、必要な予備部品の全てを過不足なく輸送することができれば有利である。よって、整備費の削減ができるものと思われる。
【００２２】
本発明の別の態様では、本発明の態様による早期エラー検出システムを備えた駆動システムを有する風力発電機、特に洋上風力発電機が提供される。
【００２３】
早期エラー検出システムに関する上記の利点と同様の利点が風力発電機にももたらされる。本発明のさらに別の態様では、風力発電機の駆動システムの早期エラー検出方法が提供される。駆動歯車または伝動装置の入力軸の入力回転角を示す第１の時間依存信号が取得される。同時に、駆動歯車または伝動装置の出力軸の出力回転角を示す第２の時間依存信号が取得される。時間依存角の差は、第１の信号と第２の信号から算出される。この時間依存角の差は、駆動システムの早期エラー検出を行うために分析される。
【００２４】
本発明の有利な実施形態によると、入力回転角は駆動モータのロータの回転角である。駆動モータは、駆動歯車の入力軸を駆動する。出力回転角は、ナセルやロータブレード等の駆動システムにより駆動される任意の構成要素である被駆動構成要素の角度である。
【００２５】
本発明のさらに別の実施形態では、時間依存角の差を分析するステップは、スペクトル解析、特に次数トラッキング解析を行うことを含む。この分析は、時間依存角の差の大きさについて行われる。次数トラッキング解析は入力角を基準とする。
【００２６】
ある種のエラーを示す所定の特徴が、次数トラッキング解析のスペクトル内に存在する特徴と一致するか確かめられる。特に、次数トラッキング解析により包絡線スペクトルが明らかになる。軸受けの故障または軸の破損に関するエラーに対応付けられた少なくとも１つの所定の特徴が、包絡線スペクトル内の特徴と一致するか確かめられる。さらに、次数トラッキング解析により振幅スペクトルが明らかになってもよい。歯車装置の損傷、歯車の不均衡および／または位置合わせ不良に関するエラーに対応付けられた少なくとも１つの所定の特徴が、振幅スペクトル内の特徴と一致するか確かめられる。
【００２７】
本発明のある実施形態によると、所定の特徴のうちの少なくとも１つが、スペクトル内の特徴と一致した場合、一致した特徴に対応付けられたエラーに関するエラーメッセージが出される。
【００２８】
早期エラー検出システムに関する上記の利点と同一または同様の利点が、早期エラー検出方法にも同一または同様の方法でもたらされる。これについての重複記載は省略する。
【００２９】
本発明のさらなる態様および特徴は、添付の図面と以下の本発明の好ましい実施形態についての記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明のある実施形態による簡略化した洋上風力発電機を示す。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態による駆動システムの早期エラー検出システムを概略的に示す。
【図３】図３は、本発明のさらに別の実施形態による駆動システムの早期エラー検出方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、次数トラッキング解析の結果を示すスペクトルの例である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、風力発電機２の簡略化した斜視図である。例として、風力発電機２は、洋上風力発電機である。風力発電機２は、ロータブレード６を有するロータハブ４を備えている。タワー等の支持構造８は、ナセル（図示せず）を有し、海１０の中の適切な基礎に設置されている。各ロータブレード６は、ピッチ角φ分回転させることができる。ピッチ動作は、ピッチ駆動システムにより行われる。典型的には、ピッチ駆動システムは、ロータハブ４内に取り付けられる。ナセルは、アジマス駆動装置により動かすことができる。図示はしていないが、これら以外の駆動システムもある。本発明は、駆動モータと、駆動歯車または伝動装置とを有する任意の駆動システムに適用される。
【００３２】
図２は、駆動システムの早期エラー検出システム１２の概略図である。本実施形態では、駆動システムは、ピッチ駆動システムであってもよいが、風力タービンの任意の他の駆動システム、特にナセル駆動（アジマス駆動、ヨー駆動）システムまたは主要駆動システムであってもよい。風力発電機２の駆動システムが複数の駆動装置を備えている場合、少なくともいくつかの駆動装置が、図２の実施形態により構成されてもよい。駆動装置は、電気モータ等の駆動軸１６を有する駆動モータ１４を備えている。駆動軸１６は、駆動歯車２０（伝動装置と呼ぶこともある）の入力軸１８に結合されている。駆動歯車２０は、ピッチ駆動装置等の減速遊星歯車装置であってもよい。通常、装置２０の歯車の速度伝達比の逆数はｉＤＲと呼ばれる。
【００３３】
ピッチ駆動システムの場合、ピッチ駆動歯車２０は、駆動ベベル２４を有する出力軸２２を備えている。駆動ベベル２４は、風力発電機２のロータブレード６の付根の内歯歯車に噛み合わせるように構成されている。これにより、ロータブレード６をピッチ角φ分回転させることができる（図１）。
【００３４】
駆動システムの早期エラー検出システム１２は、入力回転角φＩＮ（ｔ）を感知するための第１の回転センサ２６を備えている。入力角φＩＮ（ｔ）は、駆動歯車２０（または伝動装置２０）への入力を表す。例として、第１の回転センサ２６は、駆動歯車２０の入力軸１８に結合されている。代替実施形態では、破線で示されている第１の回転センサ２６＊が、駆動モータ１４の駆動軸１６に結合される。第１の回転センサ２６、２６＊は、入力角φＩＮ（ｔ）を示す信号を、第１のデータリンク２８を介して制御部３０に送る。さらに、早期エラー検出システム１２は、駆動歯車２０の出力軸２２に結合された第２の回転センサ３２を備えている。第２の回転センサ３２は、出力角φＯＵＴ（ｔ）を取得する。出力角φＩＮ（ｔ）は、第２のデータリンク３４を介して制御部３０に送られる。データリンク２８、３４は、よく知られているデータ通信技術により構成されてもよい。有線リンクであっても無線リンクであってもよい。
【００３５】
早期エラー検出システム１２は、φＩＮ（ｔ）に対する信号とφＯＵＴ（ｔ）に対する信号を同時に取得するように構成されている。つまり、値は共通の時間尺度を基準としている。さらに、出力角φＯＵＴ（ｔ）は、入力角φＩＮ（ｔ）に応じた駆動歯車２０の出力を表している。
【００３６】
特に、第１の回転センサ２６と第２の回転センサ３２は、高精度センサである。時間尺度分解能と角度分解能について高精度である。
【００３７】
制御部３０により取得される両信号φＩＮ（ｔ）、φＯＵＴ（ｔ）は、時間依存値である。制御部３０は、２つの時間依存信号から時間依存角の差Δφ（ｔ）を計算するように構成されている。例として、角度の差Δφ（ｔ）は、入力角φＩＮ（ｔ）から出力角φＯＵＴ（ｔ）を引くことにより計算することができるが、出力角φＯＵＴ（ｔ）を、伝動装置２０の速度伝達比の逆数ｉＤＲにより修正しなくてはならない。一般的に、そのようにして得られた差Δφ（ｔ）は、下記の式で表される。
【００３８】
【数１】
2017525891.tif 000003
【００３９】
理想的には、Δφ（ｔ）は０になると考えられる。０からの偏差は小さいこともあれば、それよりも大きいこともあり、偏差は既に伝動装置の動作を示す。しかし、入力角と出力角との間の差を反映する任意の他の数学的操作が適用されてもよい。
【００４０】
制御部３０は、時間依存角の差Δφ（ｔ）の大きさについてのスペクトル解析を行うように構成されている。特に、時間依存角の差Δφ（ｔ）の大きさについて、次数トラッキング解析が行われてもよい。この次数トラッキング解析は、入力角φＩＮを基準とする。図４の簡略図に、次数トラッキング解析のスペクトルの例が示されている。
【００４１】
次数トラッキング解析は、破線で描かれている包絡線スペクトル４２を含んでいる。さらに、グラフは、複数の点により描かれている振幅スペクトル４４を含んでいる。
【００４２】
様々な実験から、振幅スペクトル４４は、独特の特徴、例えば、ある一定の閾値を超えるピーク、決まった距離で現れるピーク、ある一定のパターン等に分析できることが分かっている。これらの特徴は、ある種の歯車のエラーを示す。特徴とエラーとの間の割り当ては、制御部３１のデータベース３１に記憶してもよい。
【００４３】
これに加えて、実験から、振幅スペクトル４４内で確認できる特徴は、主に歯車装置の損傷、駆動歯車２０内の歯車の不均衡および／または位置合わせ不良を示すことが分かっている。
【００４４】
さらに、包絡線スペクトル４２は、特有の特徴について分析された。様々な実際の実験から、ある種の特徴が振幅スペクトル４２内で確認できるとき、これらの特徴は、主に駆動歯車２０の軸受けの故障または軸の破損を示すことが分かっている。
【００４５】
このような分析のために、センサ２６、３２の精度の高さはかなり重要である。これは角度分解能と時間分解能について当てはまる。その結果、入力角φＩＮ（ｔ）と出力角φＯＵＴ（ｔ）との間のわずかな変化を検出することができる。これにより、典型的には小さな初期損傷から生じる重大な二次損傷が起こる前に、システム１２が早期エラー検出を行うことができるため有利である。
【００４６】
図３は、本発明のある実施形態による、風力発電機２の駆動システムの早期エラー検出方法についてのフローチャートである。
【００４７】
駆動歯車２０の入力軸１８の入力回転角φＩＮ（ｔ）を示す第１の時間依存信号が取得されると、状態の監視が開始される（ステップＳ１）。同時に、第２の時間依存信号が取得される（ステップＳ２）。第２の時間依存信号は、駆動歯車２０の出力軸２２の出力回転角φＯＵＴ（ｔ）を示す。続いて、例えば上記の式に従い、出力角φＯＵＴ（ｔ）に速度伝達比ｉＤＲを掛け、入力角φＩＮ（ｔ）から出力角φＯＵＴ（ｔ）を引くことにより、時間依存角の差Δφ（ｔ）が算出される（ステップＳ３）。スペクトル解析が行われる。例えば、次数スペクトルが作成される。次数スペクトルは、モータの回転数についても決定されてもよい。すなわち、次数スペクトルは、回転数の倍数の関数としても示される。さらに、次数スペクトルは、決められた回転角の倍数の関数としても決定されてもよい。本実施例では、時間依存角の差の振幅の大きさＡｍｐ（Δφ（ｔ））は、入力角φＩＮ（ｔ）の関数として表される（ステップＳ４）。
【００４８】
図４に、入力角φＩＮ’の関数として角度の差の大きさＡｍｐ（Δφ（ｔ））を示す次数スペクトルの例が示されている。両変数は任意の単位で表されている。次数スペクトルは、振幅スペクトル４４と包絡線スペクトル４２とを含んでいる。
【００４９】
例として、駆動歯車２０の入力軸１８において軸受けの故障があるとする。このことは包絡線スペクトル４２が決まった間隔で最大値を示していることから分かる。横座標におけるこれらの最大値の間の距離は、入力軸１８の入力角φＩＮに対応する。例えば、任意の数字「１」を有する入力角φＩＮは、入力軸１８の一回転を示している。包絡線スペクトル４４は、入力軸１８の回転毎、すなわちφＩＮ＝１．５、２．５、３．５等の付近でピークを迎えている。
【００５０】
振幅スペクトル４４と包絡線スペクトル４２は、独特の特徴について分析される。これらの特徴は、例えば、ある一定の閾値を超えるピーク、決まった間隔で現れるピーク、独特の曲線スペクトル、独特の曲線形状等を含んでもよい。制御部３０は、データベース３１内の所定の特徴がスペクトルと一致するか確かめる。様々な実験から、包絡線スペクトル４２がある種の独特の特徴を含んでいる場合には、軸受けの故障または軸の破損の疑いが強いことが分かっている。つまり、ある種の独特の特徴が包絡線スペクトル４２内で確認できる場合、駆動歯車２０の軸受けの故障または軸の破損があることが分かる。同様に、振幅スペクトル４４も、ある種の特徴について分析される。これらの特徴は、例えば、歯車装置の損傷、駆動歯車２０内の歯車の不均衡および／または位置合わせ不良が起こった時にそれらと関連付けることができる。
【００５１】
図３のフローチャートでは、振幅スペクトルの分析（ステップＳ５１）と包絡線スペクトルの分析（ステップＳ５２）が同時に行われる。しかし、図３を参照しながら説明する原理から実質的な逸脱をすることなく、これらの分析を順番に行うことができる。振幅次数スペクトル内に独特の特徴が確認されると（ステップＳ６１）、軸受けの故障または軸の破損を示すエラー信号が出される（ステップＳ７１）。包絡線スペクトル内に独特の特徴が確認されると（ステップＳ６２）、歯車の歯の損傷、駆動歯車２０内の歯車の不均衡または位置合わせ不良を示すエラー信号が出される（ステップＳ７２）。
【００５２】
振幅スペクトル内にも包絡線スペクトル内にも独特の特徴が確認できない場合は（ステップＳ６１およびＳ６２）、状態の監視を継続すべきかが問われる（ステップＳ８）。状態の監視を継続する場合、方法は「ＹＥＳ」の線に従いステップＳ２に戻る。状態の監視を終了すべきである場合、早期エラー検出方法はステップＳ９において終了する。
【００５３】
本発明の態様による駆動装置の状態の監視は、風力発電機２の通常運転中に行うことができるため有利である。人為的な試験作業は不要である。その結果、システム１２は、標準作業を妨害しないため有利である。さらに、駆動システムのエラーを、非常に早期の段階で、すなわちシステムに重大な二次損傷が起こる前に検出することができる。これにより、風力発電機２の整備のための休止時間を短縮することができると思われる。早期エラー検出システム１２は、特に洋上風力発電機にとって有利である。
【００５４】
有利な実施形態では、駆動システムはピッチ駆動システムである。モータはピッチ駆動モータであり、駆動歯車はピッチ駆動歯車である。よって、被駆動構成要素はロータブレードである。
【００５５】
特定の実施形態を参照しながら本発明について上記のように記載したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、当業者であれば当然本発明の特許請求の範囲内でさらなる代替実施形態を思いつくだろう。
【符号の説明】
【００５６】
２          風力発電機
１２        早期エラー検出システム
１４        駆動モータ
１６        駆動軸
１８        入力軸
２０        駆動歯車
２０        伝動装置
２２        出力軸
２６        第１の回転センサ
３０        制御部
３２        第２の回転センサ
４２        包絡線スペクトル
４４        振幅スペクトル
【図１】
2017525891.tif 000004
【図２】
2017525891.tif 000005
【図３】
2017525891.tif 000006
【図４】
2017525891.tif 000007
【国際調査報告】
2017525891.tif 000008
2017525891.tif 000009
2017525891.tif 000010