JP5510926B2 - ブレード用軸受の異常検出装置および異常検出方法 - Google Patents

Description

この発明は、風力発電装置のブレード用軸受の異常検出装置および異常検出方法に関する。

軸受の運転中の異常診断については、種々の診断方法が検討されている。たとえば、特開２００５−１６４３１４号公報（特許文献１）は、転動装置における転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、異常を判定する転動装置の異常予知方法および異常予知装置を開示している。

この異常予知装置は、異常予知対象の転がり軸受から離隔して設置した超音波マイクロホンで転がり軸受の転動接触面で発生する超音波領域の摩擦音を検出する。検出した摩擦音信号をアンプにより増幅した後、フィルタによって超音波帯域の信号を抽出する。次いで、異常判定部で所定の異常判定基準値と比較し、抽出した摩擦音信号が大きい場合に転がり軸受の潤滑状態が異常と判定し、アラーム信号を出力する。

特開２００５−１６４３１４号公報

上記の特開２００５−１６４３１４号公報は、比較的高速に回転する回転軸に用いられる軸受の異常を判定するものであった。しかし、軸受は、軸の回転速度が遅いものや、被支持体の向きを変える程度の往復回動運動しか行なわない用途にも用いられる。このような用途であっても、頻繁に人が異常診断のために行くことができないような場所に長年にわたり設置されるような設備では、異常予知や診断を行なうことが好ましい。このような用途の一例として、風力発電装置のブレードの軸受が挙げられる。

風力発電装置は大型化傾向にあり、風力発電のブレード用軸受は高所にあるので、メンテナンスの面で問題がある。また風況の良い条件を得るために、比較的へんぴな場所に設置されることが多い。そのため、より好ましくは、風力発電装置から離れた場所でも異常検知が可能となるほうが良い。

大型風車では主軸が１回転する間に、ブレードが回転角で数度の揺動（回動）を行なう。また、強風時には、過回転による発電機などの破壊を防止するため、ブレードの向きを風向きと平行な向きにして、風車の回転を止めておくことも行なわれる。

このブレードの向きを変更する機構は、油圧駆動式の場合もある。また、振動加速度による軸受の異常検出を行なおうとしても、ブレード用軸受の回転速度は非常に遅く、振動加速度の大きさが小さく、異常検出を行なうことは困難である。

また、高速回転軸についての異常検出のように信号処理にて軸受に起因する振動の発生間隔を使おうとしても、軸受部分の運動が連続的な回転運動ではなく揺動運動であり、また動作にも周期性が無いので、適用することができない。また、風によるブレードの振動が外乱要因として入るため、振動加速度を検出しようとしてもノイズが多く、困難である。また、特開２００５−１６４３１４号に示されるような摩擦音の測定は、風切り音の影響で困難である。

本発明の目的は、風力発電装置のブレード用軸受の異常を精度良く検出するブレード用軸受の異常検出装置および異常検出方法を提供することである。

この発明は、要約すると、風力発電装置のブレードをロータヘッドに回動可能に支持するブレード用軸受の異常検出装置であって、ブレード用軸受の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するセンサと、センサの出力の変化に基づいてブレード用軸受の異常を検出する異常検出部とを備える。

好ましくは、潤滑剤は、グリースであり、センサは、グリースの光透過度を検出するセンサを含む。異常検出部は、グリースの光透過度の変化に基づいて金属粉の増加の程度を判断する。

好ましくは、センサは、ブレード用軸受のブレードと共に回る内輪または外輪の一方に固定される。センサが固定される位置は、ブレード用軸受の回転中心軸を通りブレードの風受け面に垂直な面がブレード用軸受と交差する付近である。

より好ましくは、風力発電装置は、ブレード用軸受の回転軸のまわりにブレードを回動させる回動機構を含む。センサは、ブレード用軸受のブレードと共に回る内輪または外輪の一方に固定される。異常検出部は、金属粉の含有状態の変化を検出するために複数回金属粉の含有状態を検出して比較を行なう。回動機構は、異常検出部が１度含有状態を検出してから次回に含有状態を検出するまでの間に、所定角度以上の回動が実行されるように制御される。

好ましくは、潤滑剤は液体であり、風力発電装置は、ブレード用軸受に潤滑剤を循環させる循環装置を含む。センサは、潤滑剤が循環する経路上のいずれかの部分に設けられる。

好ましくは、軸受の異常検出装置は、センサの出力を記憶する記憶部をさらに備える。異常検出部は、記憶部に記憶された初期含有状態に対するセンサによって検出された含有状態の変化率を算出する変化率算出部と、変化率算出部の出力に基づくデータを無線を用いて送信する送信部とを含む。

この発明は、他の局面では、風力発電装置のブレードをロータヘッドに回動可能に支持するブレード用軸受の異常検出方法であって、現在の時点が診断時期であるか否かを判断するステップと、現在の時点が診断時期であると判断された場合に、ブレード用軸受の内輪に対して外輪が所定角度以上回動するようにブレードを動かすステップと、診断時期においてブレードを動かした後に、ブレード用軸受の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するステップと、潤滑剤中の金属粉の含有状態の変化を算出するステップとを備える。

好ましくは、ブレード用軸受の異常検出方法は、潤滑剤中の金属粉の含有状態の変化がしきい値を超えた場合に異常を報知するステップをさらに備える。

本発明によれば、風力発電装置のブレード用軸受の異常を精度良く検出することができる。

本実施の形態の軸受の異常検出装置が使用される一例である風力発電装置を説明するための図である。 風力発電装置のナセル部分を拡大して示した図である。 図２のブレード用軸受１２０を拡大して示した図である。 ブレード用軸受に鉄粉センサを取り付けた様子を示した図である。 鉄粉センサの原理を説明するための図である。 図５の鉄粉センサの鉄粉量と透過光の関係を示した図である。 鉄粉センサの具体的な構造例を示した図である。 図２に示した軸受監視装置８０の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 ブレードの方向とセンサ取り付け位置を説明するための図である。 ブレードの揺動制御について説明するための図である。 診断時の前にブレードを動かす制御について説明するための図である。 図１１で説明した動作を行なう場合の軸受監視装置の構成を示すブロック図である。 図１２の診断制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態の変形例について構成を示した図である。 実施の形態２による異常診断システムの全体構成を概略的に示した図である。

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。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態の軸受の異常検出装置が使用される一例である風力発電装置を説明するための図である。

図１を参照して、風力発電装置１０のタワー１００の上端部には、ナセル９０とロータヘッド２０が設けられている。そして、ロータヘッド２０には風力発電装置１０の図示しない主軸の先端部分が接続されている。主軸はナセル９０内部で支持され、タワー１００を介して図示しない発電機へと接続されている。また、ロータヘッド２０には複数のブレード３０が取り付けられている。

風力発電装置１０は、風力の強さに応じてブレード３０の風の方向に対する角度（以下、ピッチとする）を変化させることによって、適度な回転を得ている。また、風車の起動・停止を行なう場合にも同様に、ブレードピッチが制御される。また、主軸を１回転させる間においても、各ブレード３０が数度揺動するように制御されている。このようにすることによって、風から得ることのできるエネルギーの量を調整することができる。強風時などでは、風車の回転を抑制するためにブレードの風受け面（翼面、羽面ともいう）を風の方向と平行にする。

図２は、風力発電装置のナセル部分を拡大して示した図である。
図２を参照して、風力発電装置１０は、主軸２２と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸用軸受６０と、軸受監視装置８０とを備える。増速機４０、発電機５０、主軸用軸受６０および軸受監視装置８０は、ナセル９０に格納され、ナセル９０は、タワー１００によって支持される。

主軸２２は、ナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、主軸用軸受６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２２は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、主軸２２の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２２に伝達する。

主軸用軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２２を回転自在に支持する。主軸用軸受６０は、転がり軸受によって構成され、たとえば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。

増速機４０は、主軸２２と発電機５０との間に設けられ、主軸２２の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。なお、特に図示しないが、この増速機４０内にも、複数の軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。

ブレードピッチ可変機構は、ロータヘッド側に取り付けられたブレードピッチ変更用駆動装置２４と、駆動装置２４の回転軸に嵌合されたピニオンギヤによって回転されるリングギヤ２６とを含む。リングギヤ２６はブレード３０に固定された状態に取り付けられている。

ブレードピッチ可変機構は、複数のブレード３０を揺動（回動）させ、ブレード３０のピッチを変更（調整）する。ここで、この複数のブレード３０の基端部には、ブレード用軸受１２０が設けられており、ブレード３０はブレード用軸受１２０によってそれぞれ支持され、ブレード用軸受１２０の回転軸を中心として回転する。

発電機５０に負荷がかかっている場合には、風の方向とブレード３０の風受け面とがなす角度が角度θ（≠０）となるようにブレード３０のピッチが設定される。すると、ブレード３０の風受け面は、風からのエネルギーを受ける。そして複数のブレード３０は、ロータヘッド２０に接続された主軸２２を軸とし、ロータヘッド２０と共にタワー１００に対して回転する。この回転軸の回転は発電機へと伝達され、発電が行われる。

また強風時などには、風の方向とブレード３０の風受け面とが平行となるようにブレード３０のピッチが変更される。このように、風の方向とブレード３０のピッチとが平行となる状態（フェザリング）では、ブレード３０の風受け面は風からエネルギーをほとんど受けなくなる。このようにすることによって、ブレード３０およびロータヘッド２０の回転速度の異常上昇による風力発電装置１０の破損を防止することができる。

図３は、図２のブレード用軸受１２０を拡大して示した図である。
図３を参照してブレード用軸受１２０は、外輪１２２と、内輪１２４と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に予圧をもって挟持された転動体１２６と、保持器１２８と、グリース等の潤滑剤をシールするシール部材１３０，１３２とを含む。

外輪１２２にはブレードを取り付けるためのボルト貫通孔１４２が設けられ、内輪１２４にはロータヘッドを取り付けるためのボルト貫通孔１４０が設けられている。

大型の風力発電装置の場合には、たとえば、ブレード用軸受１２０の外径は約２．６ｍ、質量は約２２００ｋｇにもなる。

このようなブレード用軸受は、先に説明したように振動や超音波などでは異常を検出するのは難しい。そこで、本実施の形態では、ブレード用軸受の潤滑油中の鉄粉に着目して異常を検出する。揺動してモーメント荷重を受けるブレード用軸受に対して、グリース中の光の透過率で鉄粉量を検出するセンサや磁気式鉄粉センサなどを取り付け、グリース中の鉄粉量を検知する。

図４は、ブレード用軸受に鉄粉センサを取り付けた様子を示した図である。
図４を参照して、ブレード用軸受１２０の内輪１２４と外輪１２２との間には、転動体１２６が挟まれている。転動体１２６はグリースで潤滑されている。内輪と外輪との間には、グリースの漏出を防止するシール部材が挟まれている。シール部材の一部を貫通して鉄粉センサ１６０の先端部分が内輪１２４と外輪１２２との間の隙間に差し込まれている。

図４では、鉄粉センサ１６０は内輪１２４側に取り付けられているが、外輪１２２側に取り付けられるようにしても良い。また、シール部材の部分に差し込む代わりに、内輪に設けられたグリース供給用の孔のような孔を設け鉄粉センサ１６０の先端を差し込むようにしても良い。

図５は、鉄粉センサの原理を説明するための図である。
図５を参照して、鉄粉センサ１６０は、発光素子１６２から光ファイバ１６４で光をグリース１６５部分に導き、所定のギャップＧの間だけグリース中に光を透過させ光ファイバ１６６によって透過光を受光素子１６８に導くものである。

図６は、図５の鉄粉センサの鉄粉量と透過光の関係を示した図である。
図６を参照して、鉄粉として酸化鉄を０ｗｔ％〜２．５ｗｔ％程度まで混入していくと、光透過率が１から０．０００１まで低下する。ここで、光透過率は、グリース中に異物混入が無い状態の受光素子出力値と酸化鉄を混入したグリースの場合の受光素子出力値の比として定義した。酸化鉄混入量と光透過率の対数値には、図６のような直線の関係がある。

図７は、鉄粉センサの具体的な構造例を示した図である。
図７を参照して、鉄粉センサ１６０は、発光素子１６２と、光ファイバ１６４，１６６と、受光素子１６８と、支持部材１６９とを含む。発光素子１６２から光ファイバ１６４で光をグリース部分に導き、所定のギャップＧの間だけグリース中に光を透過させ光ファイバ１６６によって透過光を受光素子１６８へと導く。

鉄粉センサ１６０は、ギャップが設けられた検出部のみを突出した形状とし、それ以外は支持部材１６９で覆われている。そして突出した検出部がブレード用軸受のグリース中に差し込まれる。

発光素子１６２と受光素子１６８との間に可とう性のある光ファイバ１６４，１６６を設けることで、発光素子１６２および受光素子１６８の配置の自由度を高めることができる。

図８は、図２に示した軸受監視装置８０の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図１の軸受監視装置８０は、ナセル９０内に設けられ、ブレード用軸受１２０のグリース中の鉄粉量に対応する検出値をセンサ１６０から受ける。そして、軸受監視装置８０は、この検出値を用いてブレード用軸受１２０の異常検出するための処理を行なう。

図８を参照して、軸受監視装置８０は、記憶部１７１と、異常検出部１７０の一部である変化率算出部１７２および送信部１７４とを含む。異常検出部１７０は、さらに送信部１７４から無線でデータを受信するデータ処理部３００を含む。

たとえば、竣工時の軸受がまだ摩耗していない状態でセンサ１６０の検出値を記憶部１７１に記録する。そして、この値を検出値の初期値として用いる。変化率算出部１７２は、検出値の初期値を記憶部から読出し、新たにセンサ１６０で検出された検出値と比較し、変化率（たとえば光透過率など）を求める。この変化率は送信部１７４からデータ処理部３００に無線などの方法により送信される。

データ処理部３００では、別途求めておいた軸受摩耗限界時の変化率を閾値とし、初期値に対する変化率が先の閾値を超えた場合に、異常であると検出する。

なお、図８で示した各機能ブロックは、デジタル信号処理を用いソフトウエアによって実現することも可能である。

続いて、好ましいセンサ取り付け位置について検討する。
図９は、ブレードの方向とセンサ取り付け位置を説明するための図である。

図９を参照してブレードの根元部分はブレード用軸受で回転が可能なように円形になっている。そしてブレードは、風を受けると回転力が発生するように、途中から先端に向かっては平たい形になっている。ここで、図９のように風による力Ｆがブレードに働く場合を考えると、ブレード用軸受１２０の位置Ｐ１には引っ張り応力が働き、位置Ｐ３には圧縮応力が働く。そして位置Ｐ２，Ｐ４にはあまり応力が働かない。この状態でブレード用軸受１２０を回転させると、位置Ｐ１，Ｐ３の方が、位置Ｐ２，Ｐ４よりも応力が大きいので摩耗も発生しやすいと考えられる。そこで、位置Ｐ１または位置Ｐ４付近に鉄粉センサを取り付けることが好ましい。

図１０は、ブレードの揺動制御について説明するための図である。
図１０を参照して、Ｆは風の方向を示し、円はブレード用軸受を示し、ブレード３０の風受け面が直線で簡略的に図示される。

先に説明したように、風力発電のブレードは、図１０に示すようにロータが１回転する間に数度の揺動角θで揺動するように制御されている。したがって、風受け面に垂直な部分から揺動角θの範囲Ｐ１，Ｐ３付近に鉄粉センサを取り付けるとなお好ましい。

図１１は、診断時の前にブレードを動かす制御について説明するための図である。
図１１を参照して、風が強いときには風向きＦに対してブレード３０Ａの位置からブレード３０Ｂの位置にブレードを回転させる。この動作と同様な動作をブレード用軸受の診断前に行なうとなお好ましい。この動作により、グリース中に偏在する鉄粉を分散させることができ、摩耗により生じた鉄粉を鉄粉センサで検出できるようになる可能性が高まる。また、診断のバラツキも小さくすることもできる。

また、図９、図１０に説明した位置に鉄粉センサを取り付けていない場合でも、この動作を行なうことでグリース中に偏在する鉄粉を分散させることができ、摩耗により生じた鉄粉を鉄粉センサで検出できるようになる可能性が高まる。

図１２は、図１１で説明した動作を行なう場合の軸受監視装置の構成を示すブロック図である。

図１２を参照して、この軸受監視装置は、センサ１６０と、記憶部１７１と、異常検出部１７０Ａとを含む。異常検出部１７０Ａは、センサ１６０の出力と記憶部１７１の保持する初期値との間の変化を算出する変化率算出部１７２と、変化率算出部１７２の算出した算出結果を受ける送信部１７４とを含む。異常検出部１７０Ａは、さらに、送信部１７４から無線でデータを受信するデータ処理部３００と、診断制御部３０２とを含む。

風力発電装置には、風車のブレードピッチを変更する駆動装置２４と、その駆動装置２４を制御するブレードピッチ制御部３０４が設けられている。ブレードピッチ制御部３０４は、風車のロータヘッドの回転に応じて、ブレードピッチが揺動するように駆動装置２４を制御する。またブレードピッチ制御部３０４は風速が大きい場合には、ブレードが風向と平行になるようにブレードピッチを変更するように駆動装置２４を制御する。

診断制御部３０２は、診断時期が到来すると、ブレードピッチ制御部３０４に対して図１１で説明したようなブレードを回転させる動作を行なうように指示する。この動作は１回のみならずグリース中の鉄粉の分散が十分に行なわれるように数回行なわせても良い。そして、このようにブレード用軸受を動かした後に、診断制御部３０２は変化率算出部１７２にセンサ１６０の検出値と記憶部１７１に保持されている初期値との変化率を算出させる。

図１３は、図１２の診断制御部の動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、所定のメインルーチンから呼び出されて実行されるサブルーチンである。

図１２、図１３を参照して、まずステップＳ１で診断制御部３０２は診断時期が到来したか否かを判断する。診断時期は、内蔵クロックで所定時間が経過したことに基づいて判断しても良いし、遠隔地から無線などで診断指令が入力されたことに基づいて判断しても良い。まだ診断時期で無かった場合には、ステップＳ５に処理が進み診断は実行されずに制御はメインルーチンに移される。

一方、ステップＳ１で診断時期が到来したと判断された場合には、ステップＳ２に処理が進み、診断制御部３０２は、ブレードピッチ制御部３０４に対してブレードピッチを９０°往復回動させるように指示を行なう。

そして往復回動運動が実行された後に、診断制御部３０２は、ステップＳ３において変化率算出部１７２にセンサ１６０の検出値を取得させ、ステップＳ４において変化率を算出させる。算出された変化率は、図１２の送信部１７４からデータ処理部３００に送信され、変化率がしきい値を超えているようであれば（たとえばグリースの光透過率にしきい値を超える低下が見られるならば）、データ処理部３００はブレード用軸受の交換時期が近いことを報知する。その後、ステップＳ５において制御はメインルーチンに移される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、グリース中の鉄粉量を監視することができ、ブレード用軸受の異常検知が可能となる。ブレード用軸受がブレードピッチ変更動作に支障をきたすようになる前に異常検知の兆候を検知できれば、交換部品の発注をすることができ、適時にメンテナンス作業が行なえる。さらに、摩耗した鉄粉量のデータについて、無線通信を行なえば、風力発電装置から離れた場所でも監視が可能となり、メンテナンスが容易となる。

[変形例]
図１４は、実施の形態の変形例について構成を示した図である。

図１４に示すように、ブレード用軸受の潤滑剤として流動性の高い潤滑油などの液体を使用する場合について説明する。オイルパン２００からオイルポンプ２０２によってブレード用軸受１２０に潤滑油が供給される。そしてブレード用軸受１２０の内輪、外輪および転動体を潤滑した潤滑油はブレード用軸受１２０から排出されオイルパン２００に戻される。ブレード用軸受１２０からオイルパン２００に至る排出経路には鉄粉センサ１６０Ｂが設けられている。

鉄粉センサ１６０Ｂは、図５で説明したように光透過率を検出するものであっても良いが、図１４に示す場合は流動性が高いので他にも磁気式鉄粉センサを用いることもできる。たとえば、磁気式鉄粉センサは、磁石を内蔵した内側電極と、その周囲に配置した６本の棒状の外側電極で構成することができる。内側電極と複数の外側電極との間に潤滑油中の鉄粉が付着し、電極間の電気抵抗が一定値以下になると磁気式鉄粉センサから検出信号が出力される。検出信号は、付着する鉄粉の量により６段階に切り替わる。

すなわち、磁気式鉄粉センサは潤滑油中の鉄粉を吸着し、その吸着量に応じた信号を出力する。なお、鉄粉センサ１６０Ｂを設置する位置は、オイルパン２００の中であっても良い。

鉄粉センサ１６０Ｂで検出された信号は記憶部１７１に記憶されるとともに、異常検出部１７０Ｂで初期値との変化率などが算出され、これとしきい値とを比較することによってブレード用軸受１２０の異常が検出される。

［実施の形態２］
ナセル９０（図１）は、高所に設置されるので、上述した異常診断装置は、その装置自体のメンテナンス性を考慮すると、本来的にはナセル９０から離れた場所に設置するのが望ましい。センサ１６０を用いて測定されるブレード用軸受１２０の潤滑剤中の鉄粉量に対応するデータを遠隔地へ転送すれば、異常の判断に柔軟性を持たすことができる。なお、上述のようにナセル９０が高所に設置されていることを考慮すると、ナセル９０から外部への通信手段には、無線通信を用いることが望ましい。

そこで、この実施の形態２では、鉄粉量を示す信号またはその変化率について無線によってナセル９０から外部へ送信される。そして、ナセル９０から無線送信されたデータは、インターネットに接続された通信サーバによって受信され、インターネットを介して診断サーバに送信されてブレード用軸受１２０の異常診断が実施される。

図１５は、実施の形態２による異常診断システムの全体構成を概略的に示した図である。

図１５を参照して、異常診断システムは、風力発電装置１０と、通信サーバ３１０と、インターネット３２０と、軸受状態診断サーバ３３０とを備える。

風力発電装置１０の構成は、図１、図２で説明したとおりである。なお、図１５の通信サーバ３１０、インターネット３２０および軸受状態診断サーバ３３０が図８や図１２のデータ処理部３００に対応する。

図８や図１２の送信部１７４は、算出された変化率や鉄粉量に相当するデータを無線により通信サーバ３１０へ出力する。

通信サーバ３１０は、インターネット３２０に接続される。そして、通信サーバ３１０は、風力発電装置１０から無線により送信されたデータを受信し、インターネット３２０を介してその受信したデータを軸受状態診断サーバ３３０へ出力する。軸受状態診断サーバ３３０は、インターネット３２０に接続される。そして、軸受状態診断サーバ３３０は、通信サーバ３１０からインターネット３２０を介してデータを受信し、風力発電装置１０において算出された鉄粉量に相当するデータまたはその変化率に基づいて、風力発電装置１０に設けられるブレード用軸受１２０（図２）の異常診断を行なう。

なお、上記においては、ナセル９０と通信サーバ３１０との間は無線通信が行なわれるものとしたが、ナセル９０と通信サーバ３１０との間を有線で接続することも可能である。この場合は、配線が必要となるものの、無線通信装置を別途設ける必要がなくなり、かつ、一般的には有線の方が多くの情報を伝達可能であるので、ナセル９０内においてメイン基板上に処理を集約することができる。

また、上述した異常診断システムは、既存の発電監視システムとは独立して構成することが望ましい。このように構成することによって、既存のシステムに変更を加えることなく、異常診断システムの導入コストを抑制することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、風力発電装置１０に設けられる軸受の異常
診断を、遠隔地に設けられる軸受状態診断サーバ３３０において実施するので、メンテナンス負荷およびコストを低減することができる。

また、ナセル９０は高所に設置されるので作業環境が劣悪であるが、無線通信部２８０および通信サーバ３１０を設けることによりナセル９０からの信号出力を無線化したので、ナセル９０における配線工事を最小限に抑えることができ、ナセル９０を支持するタワー１００内の配線工事も不要となる。

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。図２、図８を参照して、本実施の形態に開示される異常検出装置は、風力発電装置１０のブレード３０をロータヘッド２０に回動可能に支持するブレード用軸受１２０の異常検出装置であって、ブレード用軸受１２０の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するセンサ１６０と、センサ１６０の出力の変化に基づいてブレード用軸受の異常を検出する異常検出部１７０とを備える。

これにより規則的な振動が得られにくいブレード用軸受の異常を精度よく検出することができる。

好ましくは、潤滑剤は、図５のグリース１６５であり、センサ１６０は、グリース１６５の光透過度を検出するセンサを含む。異常検出部１７０は、グリース１６５の光透過度の変化に基づいて金属粉の増加の程度を判断する。

好ましくは、図４に示すようにセンサ１６０は、ブレード用軸受１２０のブレードと共に回る内輪１２４または外輪１２２の一方に固定される。図９、図１０で説明したように、センサ１６０が固定される位置は、ブレード用軸受の回転中心軸を通りブレードの風受け面に垂直な面がブレード用軸受と交差する付近Ｐ１，Ｐ３であることが好ましい。

このような位置に取り付けることで、鉄粉をセンサが検出しやすくなる。
より好ましくは、図２、図１２に示すように、風力発電装置１０は、ブレード用軸受１２０の回転軸のまわりにブレード３０を回動させる回動機構（駆動装置２４）を含む。図４に示すように、センサ１６０は、ブレード用軸受１２０のブレードと共に回る内輪１２４または外輪１２２の一方に固定される。異常検出部１７０Ａは、金属粉の含有状態の変化を検出するために複数回金属粉の含有状態を検出して比較を行なう。図１３に示すように、回動機構（駆動装置２４）は、異常検出部１７０Ａが１度鉄粉の含有状態を検出してから次回に含有状態を検出するまでの間に、所定角度以上（例えば９０°以上）の回動が実行されるように制御される。

このような動作をさせることによって、鉄粉が均一に分散され、検出位置と摩耗位置がずれていても検出できる可能性が高まる。また検出バラツキを低減することができる。

好ましくは、図１４に示すように、潤滑剤は液体（たとえば潤滑油）であり、風力発電装置は、ブレード用軸受１２０に潤滑剤を循環させる循環装置（オイルポンプ２０２とオイル通路）を含む。センサ１６０Ｂは、潤滑剤が循環する経路上のいずれかの部分に設けられる。

好ましくは、図８、図１２に示すように、軸受の異常検出装置は、センサ１６０の出力を記憶する記憶部１７１をさらに備える。異常検出部は、記憶部１７１に記憶された初期含有状態に対するセンサ１６０によって検出された含有状態の変化率を算出する変化率算出部１７２と、変化率算出部１７２の出力に基づくデータを無線を用いて送信する送信部１７４とを含む。

また、図１３に示したように、風力発電装置のブレードをロータヘッドに回動可能に支持するブレード用軸受の異常検出方法は、現在の時点が診断時期であるか否かを判断するステップＳ１と、現在の時点が診断時期であると判断された場合に、ブレード用軸受の内輪に対して外輪が所定角度以上回動するようにブレードを動かすステップＳ２と、診断時期においてブレードを動かした後に、ブレード用軸受の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するステップＳ３と、潤滑剤中の金属粉の含有状態の変化を算出するステップＳ４とを備える。

好ましくは、ブレード用軸受の異常検出方法は、潤滑剤中の金属粉の含有状態の変化がしきい値を超えた場合に異常を報知するステップをさらに備えてもよい。

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。

１０ 風力発電装置、２０ ロータヘッド、２２ 主軸、２４ ブレードピッチ変更用駆動装置、２６ リングギヤ、３０，３０Ａ，３０Ｂ ブレード、４０ 増速機、５０ 発電機、６０ 主軸用軸受、８０ 軸受監視装置、９０ ナセル、１００ タワー、１２０ ブレード用軸受、１２２ 外輪、１２４ 内輪、１２６ 転動体、１２８ 保持器、１３０，１３２ シール部材、１４０，１４２ ボルト貫通孔、１６０，１６０Ｂ 鉄粉センサ、１６２ 発光素子、１６４，１６６，１６４，１６６ 光ファイバ、１６５ グリース、１６８ 受光素子、１６９ 支持部材、１７０，１７０Ａ，１７０Ｂ 異常検出部、１７１ 記憶部、１７２ 変化率算出部、１７４ 送信部、２００ オイルパン、２０２ オイルポンプ、２８０ 無線通信部、３００ データ処理部、３０２ 診断制御部、３０４ ブレードピッチ制御部、３１０ 通信サーバ、３２０ インターネット、３３０ 軸受状態診断サーバ。

Claims (8)

1. 風力発電装置のブレードをロータヘッドに回動可能に支持するブレード用軸受の異常検出装置であって、
   前記ブレード用軸受の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するセンサと、
   前記センサの出力の変化に基づいて前記ブレード用軸受の異常を検出する異常検出部とを備え、
   前記センサは、前記ブレード用軸受の前記ブレードと共に回る内輪または外輪の一方に固定され、
   前記センサが固定される位置は、前記ブレード用軸受の回転中心軸を通り前記ブレードの風受け面に垂直な面が前記ブレード用軸受と交差する付近である、ブレード用軸受の異常検出装置。
2. 前記潤滑剤は、グリースであり、
   前記センサは、前記グリースの光透過度を検出するセンサを含み、
   前記異常検出部は、前記グリースの光透過度の変化に基づいて前記金属粉の増加の程度を判断する、請求項１に記載のブレード用軸受の異常検出装置。
3. 風力発電装置のブレードをロータヘッドに回動可能に支持するブレード用軸受の異常検出装置であって、
   前記ブレード用軸受の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するセンサと、
   前記センサの出力の変化に基づいて前記ブレード用軸受の異常を検出する異常検出部とを備え、
   前記潤滑剤は、グリースであり、
   前記センサは、前記グリースの光透過度を検出するセンサを含み、
   前記異常検出部は、前記グリースの光透過度の変化に基づいて前記金属粉の増加の程度を判断し、
   前記風力発電装置は、
   前記ブレード用軸受の回転軸のまわりに前記ブレードを回動させる回動機構を含み、
   前記センサは、前記ブレード用軸受の前記ブレードと共に回る内輪または外輪の一方に固定され、
   前記異常検出部は、前記金属粉の含有状態の変化を検出するために複数回前記金属粉の含有状態を検出して比較を行ない、
   前記回動機構は、前記異常検出部が１度前記含有状態を検出してから次回に前記含有状態を検出するまでの間に、所定角度以上の回動が実行されるように制御される、ブレード用軸受の異常検出装置。
4. 風力発電装置のブレードをロータヘッドに回動可能に支持するブレード用軸受の異常検出装置であって、
   前記ブレード用軸受の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するセンサと、
   前記センサの出力の変化に基づいて前記ブレード用軸受の異常を検出する異常検出部とを備え、
   前記潤滑剤は液体であり、
   前記風力発電装置は、
   前記ブレード用軸受に前記潤滑剤を循環させる循環装置を含み、
   前記センサは、前記潤滑剤が循環する経路上のいずれかの部分に設けられる、ブレード用軸受の異常検出装置。
5. 前記センサの出力を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記異常検出部は、
   前記記憶部に記憶された初期含有状態に対する前記センサによって検出された含有状態の変化率を算出する変化率算出部と、
   前記変化率算出部の出力に基づくデータを無線を用いて送信する送信部とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受の異常検出装置。
6. 風力発電装置のブレードをロータヘッドに回動可能に支持するブレード用軸受の異常検出方法であって、
   現在の時点が診断時期であるか否かを判断するステップと、
   現在の時点が診断時期であると判断された場合に、前記ブレード用軸受の内輪に対して外輪が所定角度以上回動するように前記ブレードを動かすステップと、
   前記診断時期において前記ブレードを動かした後に、前記ブレード用軸受の転動体を潤滑する潤滑剤中の金属粉の含有状態を検出するステップと、
   前記潤滑剤中の金属粉の含有状態の変化を算出するステップとを備える、ブレード用軸受の異常検出方法。
7. 前記潤滑剤中の金属粉の含有状態の変化がしきい値を超えた場合に異常を報知するステップをさらに備える、請求項６に記載のブレード用軸受の異常検出方法。
8. 請求項６または７の異常検出方法を実行するブレード用軸受の異常検出装置。

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