JP7491471B2 - 転がり軸受の荷重推定装置、転がり軸受を備える機械装置の制御装置、荷重推定方法、およびプログラム - Google Patents

転がり軸受の荷重推定装置、転がり軸受を備える機械装置の制御装置、荷重推定方法、およびプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP7491471B2
JP7491471B2 JP2023529825A JP2023529825A JP7491471B2 JP 7491471 B2 JP7491471 B2 JP 7491471B2 JP 2023529825 A JP2023529825 A JP 2023529825A JP 2023529825 A JP2023529825 A JP 2023529825A JP 7491471 B2 JP7491471 B2 JP 7491471B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rolling bearing
vibration
load
rotational speed
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023529825A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2022264905A1 (ja
Inventor
謹次 湯川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Publication of JPWO2022264905A1 publication Critical patent/JPWO2022264905A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7491471B2 publication Critical patent/JP7491471B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/522—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to load on the bearing, e.g. bearings with load sensors or means to protect the bearing against overload
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F03D17/005—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics using computation methods, e.g. neural networks
    • F03D17/006—Estimation methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F03D17/009—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the purpose
    • F03D17/011—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the purpose for monitoring mechanical loads or assessing fatigue; for monitoring structural integrity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F03D17/027—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics characterised by the component being monitored or tested
    • F03D17/032—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0292—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power to reduce fatigue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F03D80/703—Shaft bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/527—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to vibration and noise
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/50—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/90—Braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/31—Wind motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

本願発明は、転がり軸受の荷重推定装置、転がり軸受を備える機械装置の制御装置、荷重推定方法、およびプログラムに関する。
従来、風車などの機械装置では、その内部に設けられる転がり軸受などの回転部品に対する荷重に合わせた制御を行うことが求められる。例えば、転がり軸受において、荷重が小さくなりすぎると自転滑りや公転滑りが発生してスミアリングが発生したり、その一方で、荷重が大きくなりすぎると早期はくりや異常発熱が発生したりするなどの不具合が生じる恐れがある。このような不具合は、装置の誤作動や短寿命化の原因となりうる。そのため、不具合を防止するために、転がり軸受に対して負荷されている荷重を測定するための方法が求められている。例えば、風力発電装置では、瞬間的な風向きや風量の変化が生じ、それらの変化に応じて転がり軸受の回転速度や荷重も変化する。このような急激な回転速度の変化に伴う荷重の変化は風力発電装置が備える転がり軸受の寿命に悪影響を与える。そのため、転がり軸受の状態を監視して状況に応じたフィードバック制御を行う方法が提案されている。また、例えば、風力発電装置では、瞬間的な風向きや風量の変化に応じて回転速度等の制御を行う必要がある。しかし、風力発電装置が安定した状態で回転している場合には荷重の計算は可能である。一方、瞬間的に回転数が変動回転している場合には荷重の計算は難しいため、荷重を実測することが求められるが、風の影響により瞬間的に回転速度が変動しうる環境下においては、回転動作中の荷重を測定することは困難であった。
例えば、特許文献１では、風力発電装置の主軸軸受において外輪と内輪の相対変位に基づいて、荷重を測定する方法が開示されている。また、特許文献２では、転がり軸受の回転動作時において発生する振動を測定し、測定した振動から得られる周波数に基づいて荷重を演算する方法が開示されている。
日本国特開２０１０－１５９７１０号公報 日本国特開平１１－００２２３９号公報
しかしながら、特許文献１の技術のようなひずみゲージ、または変位センサを用いる方法はそれらの取り付けは困難であり高コストとなり、また、振動センサ、超音波センサを用いる方法は精度の高い測定が難しい場合がある。特許文献２の技術では回転速度が変化する用途には十分ではない可能性がある。また、特許文献２のような接触角による荷重推定は接触荷重により接触角が変化する軸受にしか適用できず、また純アキシアル荷重に近い場合以外は誤差が大きい。つまり、従来の手法では、転がり軸受が安定した状態で回転している場合には、荷重の計算は可能である。しかし、風などの外的な要因により瞬間的に回転速度が変動し得る環境下においては、回転動作中の荷重を測定することは困難であった。
上記課題を鑑み、本願発明は、回転動作中の瞬間的な風の変化に伴う回転速度の変化にも対応して、転がり軸受を備える装置の長寿命化や不具合防止を可能とすることを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、転がり軸受の荷重推定装置であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する振動センサと、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する回転速度センサと、
前記振動センサにて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段と、
前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記回転速度センサにて測定した回転速度と前記導出手段にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段とを有する。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、転がり軸受の荷重推定装置であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する振動センサと、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する回転速度センサと、
前記振動センサにて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段と、
前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出手段にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記回転速度センサにて測定された回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段とを有する。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、転がり軸受を備える機械装置の制御装置であって、
荷重推定装置と、
制御手段と、
を有し、
前記荷重推定装置は、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する振動センサと、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する回転速度センサと、
前記振動センサにて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段と、
前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出手段にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記回転速度センサにて測定された回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記推定手段にて推定された荷重に応じて、前記転がり軸受に支持されている軸周りのトルク、および、前記転がり軸受の回転の少なくとも一方を制御する。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、転がり軸受の荷重推定方法であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する第１の測定工程と、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する第２の測定工程と、
前記第１の測定工程にて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出工程と、
前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記第２の測定工程にて測定した回転速度と前記導出工程にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定工程とを有する。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、転がり軸受の荷重推定方法であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する第１の測定工程と、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する第２の測定工程と、
前記第１の測定工程にて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出工程と、
前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出工程にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記第２の測定工程にて測定された回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定工程とを有することを特徴とする荷重推定方法。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、プログラムであって、
コンピュータを、
回転中の転がり軸受の振動情報を取得する第１の取得手段、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を取得する第２の取得手段、
前記振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段、
前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記第２の取得手段にて取得した回転速度と前記導出手段にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段として機能させる。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、プログラムであって、
コンピュータを、
回転中の転がり軸受の振動情報を取得する第１の取得手段、
回転中の前記転がり軸受の回転速度の情報を取得する第２の取得手段、
前記振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段、
前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出手段にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記第２の取得手段にて取得した回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段として機能させる。
本願発明により、回転動作中の瞬間的な風の変化に伴う回転速度の変化にも対応して、転がり軸受を備える装置の長寿命化や不具合防止が可能となる。
第１の実施形態に係る装置構成の例を示す概略図。 第１の実施形態に係る機能構成および測定を説明するための概念図 各種センサにて検出されるデータの一例を示す図。 各種センサにて検出されるデータの一例を示す図。 第１の実施形態に係る荷重推定の方法を説明するための概念図。 第１の実施形態に係る荷重推定の方法を説明するための概念図。 第１の実施形態に係る荷重導出処理のフローチャート。 第２の実施形態に係る機能構成および測定を説明するための概念図。 第２の実施形態に係る学習処理を説明するための概略図。 第２の実施形態に係る荷重導出処理のフローチャート。 各回転速度における所定の振動周波数の振動値と荷重の対応関係を表すテーブルの例を示す図。 第３の実施形態に係る風力発電装置の全体処理のフローチャート。 第３の実施形態に係る風力発電装置の荷重に基づく制御処理のフローチャート。
以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。
＜第１の実施形態＞
以下、本願発明の第１の実施形態について説明を行う。
［装置構成］
以下、本願発明に係る荷重推定方法を適用可能な装置の一実施形態を説明する。なお、以下の説明では、被測定物として、例えば、転がり軸受を含む風力発電装置を例にとって説明するが、風力発電装置に限定されず、それ以外の機械装置であっても同様に転がり軸受に対する荷重を推定することが可能である。
図１は、本実施形態に係る荷重推定方法を適用された風力発電装置の概略構成図である。図１に示すように、風力発電装置１０は、地上、あるいは洋上に立設されたタワー１１と、タワー１１の上端に支持されたナセル１２と、ナセル１２の端部に設けられたローター１３とを備えている。また、タワー１１とナセル１２の間には、ナセル１２の向きを調整（ヨー制御）するための回動機構１４が備えられる。
ナセル１２には、ドライブトレイン部２１が格納されている。ドライブトレイン部２１は、主軸２２、増速機２３、発電機２４、および軸受ユニット２５を備える。主軸２２は、増速機２３を介して発電機２４に接続されている。主軸２２は、軸受ユニット２５によってナセル１２内に回転可能に支持されている。この主軸２２を支持する軸受ユニット２５には、振動センサ２７が設けられて軸受ユニット２５にて生じる振動を測定する。また、主軸２２の回転速度を検出する回転速度センサ２６が配設される。発電機２４には、発電量を測定する発電量測定装置３１が配設されている。
ローター１３は、ハブ１６と、複数のブレード１５とを有している。ブレード１５は、ハブ１６から放射状に延在されている。ローター１３は、ドライブトレイン部２１の主軸２２の端部に設けられている。ハブ１６は、複数のブレード１５それぞれに対応する回転軸（不図示）周りの回転を制御することで、複数のブレード１５それぞれの向きを調整（ピッチ制御）する。
また、風力発電装置１０は、増速機２３や発電機２４の回転軸も転がり軸受によって支持されている。増速機２３のローター１３側と発電機２４側にそれぞれ、回転速度センサ２８、３０が備えられる。回転速度センサ２８は、ローター１３側（すなわち、増速機２３の入力側）の回転軸の回転速度を検出する。また、回転速度センサ３０は、発電機２４側（すなわち、増速機２３の出力側）の回転軸の回転速度を検出する。増速機２３は、主軸２２の回転を歯車（不図示）等を介して増速させるため、入力側と出力側の回転軸の回転速度が変動する。更に、増速機２３には、振動センサ２９が設けられて増速機２３にて生じる振動を測定する。また、ドライブトレイン部２１には、主軸２２の回転を必要に応じて停止または減速させるためのブレーキ装置（不図示）が設けられている。なお、軸受ユニット２５に対して備えられる回転速度センサ２６と、増速機２３に対して備えられる回転速度センサ２８、３０はそれぞれ同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。主軸２２と増速機２３の出力側の回転軸間は複数の回転軸や歯車でトルクを伝達しているため遅延が発生する。そのため、図２に示すように、回転速度センサ２８は、増速機２３の入力側と出力側に取り付ける方が正確であるが構成によっては片方でもよい。また、軸受ユニット２５に対して備えられる振動センサ２７と、増速機２３に対して備えられる振動センサ２９は、同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。
上記構造の風力発電装置１０は、ローター１３のブレード１５が風を受けることで主軸２２が回転される。すると、その主軸２２の回転が増速機２３によって増速されて発電機２４に伝達され、発電機２４によって発電される。また、ローター１３のブレード１５が風を受けることで、主軸２２を介して軸受ユニット２５や増速機２３に対して、荷重（ラジアル荷重およびアキシアル荷重）が負荷される。なお、図１では、説明を簡略化するために１の風力発電装置１０に対して、１の軸受ユニット２５が設けられた構成を示しているが、この構成に限定するものではなく、１の風力発電装置１０において複数の軸受ユニット２５が設けられてもよい。
［機能構成］
図２は、本実施形態に係る機能構成および測定を説明するための概念図である。図２には、本実施形態に係る荷重推定方法による荷重推定が適用される増速機２３と、荷重推定を行う荷重推定装置２００の構成が示される。増速機２３内には、主軸２２の回転を伝達する回転軸１０５を支持する転がり軸受１０１が設けられる。なお、本実施形態において、転がり軸受１０１として、例えば、円すいころ軸受、円筒ころ軸受などに適用可能であるが、これらに限定するものではない。図２においては、説明を簡略化するために増速機２３に１の転がり軸受１０１が備えられた例を示している。しかし、この構成に限定するものではなく、１の増速機２３に複数の転がり軸受１０１が備えられてよい。また、増速機２３内部には、回転を伝達、増速するための各部品が更に含まれるがここでは省略する。また、図２では、本実施形態に係る荷重推定方法を適用する対象として、増速機２３を例に挙げて説明するが、軸受ユニット２５や発電機２４を対象として適用してもよい。
荷重推定装置２００は、図１に示した風力発電装置１０内に設けられてもよいし、風力発電装置１０の外部に設けられてもよい。また、図２では、説明を簡略化するために１の増速機２３に対して、１の荷重推定装置２００が設けられた構成を示している。しかし、この構成に限定するものではなく、１の荷重推定装置２００が、複数の風力発電装置１０（すなわち、複数の増速機２３、複数の軸受ユニット２５、複数の発電機２４）に対する荷重推定を行うような構成であってもよい。
転がり軸受１０１は、回転軸１０５を回転自在に支持する。回転軸１０５は、回転部品である転がり軸受１０１を介して、増速機２３の外側を覆うハウジング１００、あるいはプラネットキャリア（不図示）に支持される。転がり軸受１０１は、回転軸１０５に外嵌される回転輪、或いはプラネタリシャフト（不図示）に外嵌される固定輪である内輪１０４、ハウジング１００に内嵌される固定輪、或いはプラネタリホイール（不図示）に内装される回転輪である外輪１０２、内輪１０４及び外輪１０２との間に配置された複数の転動体１０３である複数のころ（玉）、および転動体１０３を転動自在に保持する保持器（不図示）を備える。また、転がり軸受１０１において、所定の潤滑方式により、内輪１０４と転動体１０３の間、および、外輪１０２と転動体１０３の間の摩擦が軽減される。潤滑方式は特に限定するものではないが、例えば、グリース潤滑や油潤滑などが用いられる。また、潤滑剤の種類についても特に限定するものではない。
増速機２３において、回転軸１０５の回転中に転がり軸受１０１から発生する振動を検出する振動センサ２９が備えられる。振動センサ２９は、ボルト固定、接着、ボルト固定と接着、或いはモールド材による埋め込み等によってハウジング１００の外輪近傍に固定されている。なお、ボルト固定の場合には、回り止め機能を備えるようにしてもよい。なお、振動センサ２９は、検出位置に固定して設置される構成に限定するものではなく、荷重推定時に転がり軸受１０１による振動を検出するための位置に設置されればよい。そのため、振動センサ２９は、着脱可能もしくは移動可能な構成であってもよい。
また、振動センサ２９は、振動を検出可能なものであればよく、加速度センサ、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ、超音波センサ、及びショックパルスセンサ等、検出される加速度、速度、歪み、応力、変位型等、振動を電気信号化できるものであればよい。また、ノイズが多いような環境に位置する風力発電装置１０に取り付ける際には、絶縁型を使用する方がノイズの影響を受けることが少ないためより好ましい。さらに、振動センサ２９が、圧電素子等の振動検出素子を使用する場合には、この素子をプラスチック等にモールドして構成してもよい。
また、増速機２３には、回転軸１０５に外嵌される内輪１０４の回転速度を検出する回転速度センサ２８が設けられる。ここでは、ローター１３側に配置された回転速度センサ２８を例に挙げて説明する。本実施形態において、回転輪である内輪１０４と回転軸１０５の回転速度および回転数は一致している。主軸２２から回転が伝達される回転軸１０５のトルクや回転速度は、風力発電装置１０が受ける風の向きや風量、風圧、ブレード１５のピッチ角、ヨー角、発電機２４の出力により変動し得る。更には、ブレーキ装置（不図示）により、回転速度は調整され得る。回転速度センサ２８は、例えば、転がり軸受１０１の内輪１０４に設けられたエンコーダ（不図示）を検出することで、その回転速度を検出してよい。なお、振動センサ２９や回転速度センサ２８は、荷重推定装置２００の利用者（例えば、風力発電装置１０の管理者）の指示等に基づき、指定されたタイミング（例えば、荷重推定時）のみ検出動作を行うような構成であってもよいし、常時検出動作を行うような構成であってもよい。
荷重推定装置２００は、例えば、不図示の制御装置、記憶装置、および入出力装置を含んで構成される情報処理装置にて実現されてよい。制御装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、または専用回路などから構成されてよい。記憶装置は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性および不揮発性の記憶媒体により構成され、制御装置からの指示により各種情報の入出力が可能である。出力装置は、液晶ディスプレイ等の表示デバイス、或いはスピーカやライトから構成され、制御装置からの指示により、作業者への報知を行う。出力装置による報知方法は特に限定するものではないが、例えば、画面出力による視覚的な報知であっても良いし音声による聴覚的な報知であってもよく、ネットワーク（不図示）を介した外部装置（不図示）とのデータの送受信により各種入出力動作を行ってもよい。
荷重推定装置２００は、振動信号取得部２０１、回転速度取得部２０２、振動解析部２０３、荷重推定部２０４、情報記憶部２０５、報知処理部２０６、通信処理部２０７、および機構制御部２０８を含んで構成される。各部位は、上述した制御装置が対応するプログラムを記憶装置から読み出して実行することで実現してもよい。更には、制御装置が入出力装置を制御することで報知動作や通信動作などの各種動作が行われてもよい。
振動信号取得部２０１は、振動センサ２９にて検出された電気信号を振動情報として取得する。振動信号取得部２０１は、電気信号の内容に応じて、ＡＤ変換器（不図示）によるＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換や、増幅器（不図示）による信号の増幅処理を行ってもよい。取得した振動情報は、情報記憶部２０５へ出力される。
回転速度取得部２０２は、回転速度センサ２８にて検出された回転軸１０５（または、内輪１０４）の回転速度を取得する。取得した回転速度の情報は、情報記憶部２０５へ出力される。
振動解析部２０３は、情報記憶部２０５に記憶されている振動情報に対して包絡処理、あるいは所定のフィルタ処理等を適用できる。振動センサ２９にて取得される電気信号が示す振動情報において、転がり軸受１０１の理論周波数に対応した周波数帯域が抽出される。ここでのデータ処理あるいはフィルタ処理の内容は特に限定するものではなく、振動情報から所定の高周波成分を除去するＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）や、所定の低周波成分を除去するＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いた処理が行われてよい。もしくは、所定の周波数成分を抽出するＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いた処理が行われてよい。また、振動解析部２０３は、フィルタ処理が適用された振動情報を用いて、その振動情報が示す振動の周波数分析を行う。より具体的には、振動解析部２０３は、転がり軸受１０１の理論周波数に対応する振動値（加速度、速度、変位）を導出する。なお、振動値は、加速度、速度、変位の全てを導出する必要はなく、いずれか１つであってもよい。
荷重推定部２０４は、振動解析部２０３にて導出された振動値に基づいて、転がり軸受１０１に対して負荷されている荷重を推定する。本実施形態に係る推定方法の詳細は、後述する。
情報記憶部２０５は、振動信号取得部２０１や回転速度取得部２０２から出力される振動情報や回転速度の情報を適時受信し、記憶する。このとき、振動センサ２９と回転速度センサ２８の検出タイミングは対応し、その検出情報は、対応付けて記憶される。また、情報記憶部２０５は、振動解析部２０３などの他の部位に対して記憶している各種情報を適時提供する。また、情報記憶部２０５は、振動解析部２０３の解析結果や荷重推定部２０４の推定結果を履歴情報として記憶してもよい。報知処理部２０６は、荷重推定部２０４による推定結果に基づいて報知処理を行う。通信処理部２０７は、ネットワーク（不図示）を介して外部との通信を制御する。例えば、通信処理部２０７は、荷重推定部２０４による推定結果を外部装置（不図示）へ送信する。
機構制御部２０８は、荷重推定部２０４による推定結果に基づいて、風力発電装置１０の動作を制御する。具体的には、回動機構１４を制御してナセル１２の向きを調整（ヨー制御）してもよいし、ハブ１６を制御して複数のブレード１５それぞれの向きを調整（ピッチ制御）してもよいし、発電機２４の出力を制御してもよい。また、ブレーキ機構（不図示）により、主軸２２の回転速度あるいは回転加速度が所定の数値となるように制御してよい。
［検出データ］
図３Ａおよび図３Ｂは、各種センサにて検出されるデータの一例を示す図である。図３Ａは、振動センサ２９にて検出された振動情報の例を示す。横軸は時間を示し、縦軸は信号強度（振幅）を示す。図３Ａでは、様々な周波数の信号が合成された状態である。図３Ａに示すような振動情報に対して、必要に応じて包絡処理やフィルタ処理を行い周波数解析を行うことで、所望の周波数帯域の振動を抽出し、振動値を導出する。
図３Ｂは、回転速度センサ２８にて検出された転がり軸受１０１の回転速度を示す検出情報の例を示す。横軸は時間を示し、縦軸は信号強度を示す。パルス信号の検出結果に応じて、回転軸１０５（または、内輪１０４）の回転速度が特定される。なお、回転速度は、回転軸１０５が１回転する間にも変動し得る。
図４Ａおよび図４Ｂは、機械装置の転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する際の概念図である。図４Ａは、機械装置の振動情報を解析し振動周波数と振動値の関係を導出したデータである。ここでの機械装置には、３つの転がり軸受（軸受Ａ、軸受Ｂ、軸受Ｃ）が組み込まれているものとして説明するが、転がり軸受の数が増減しても、基本的な考え方は同じである。各転がり軸受は軸受諸元より求まる理論周波数があり、図４Ａにおいて、各転がり軸受の理論周波数及びその高次の周波数を示す。線４０１は、軸受Ａの理論周波数およびその高次の周波数を示す。線４０２は、軸受Ｂの理論周波数およびその高次の周波数を示す。線４０３は、軸受Ｃの理論周波数およびその高次の周波数を示す。例えば、軸受Ａの軸受荷重を調べる場合は、軸受Ａの理論周波数及びその高次の振動周波数のうち、軸受以外の振動（ノイズ）とのＳ／Ｎ比が高く、また他の軸受の固有振動数と干渉しない周波数を１点、もしくは複数点用いる。以下に、本実施形態にて用いる転がり軸受の理論周波数の算出式を示す。
Ｚｆｃ：Ｚ×ｆｃ
Ｚｆｉ：Ｚ×ｆｉ
２ｆｂ：２×ｆｂ
ｆｉ：ｆｒ－ｆｃ
なお、Ｚ（転動体の数［個］）、ｆｃ（転動体の公転周波数［Ｈｚ］）、ｆｒ（内輪の回転周波数［Ｈｚ］）、ｆｂ（転動体の自転周波数［Ｈｚ］）である。
図４Ｂは、図４Ａのうち、転がり軸受１０１の理論周波数の一つに着目して示したものである。ここでは、図４Ａの〇にて示した箇所（軸受Ａの理論周波数に相当）を例に挙げる。本実施形態に係る荷重推定方法では、転がり軸受１０１の理論周波数およびその高次（Ｎ次）の振動周波数に対する振動値の強弱に着目する。本実施形態では、理論振動周波数の振動値が高いほど転がり軸受１０１への荷重が高いものとして導出する。本実施形態においては、予め規定されたテーブルを用いて荷重を導出する。
本実施形態において、例えば、転がり軸受１０１が実際に使用される機械装置の必要な部分を模した装置を用いて、転がり軸受１０１を軸受荷重が推定できる状態（一定速かつ一定のトルク）、あるいはひずみゲージなどにより軸受荷重が測定できる状態にて回転させる。そして、転がり軸受１０１の荷重、回転数を変化させて測定を行うことで、荷重、回転速度、および発生する振動周波数の振動（振動値）との対応関係を特定する。そして、この対応関係をテーブル形式にて予め規定する。図９に、各回転速度における所定の振動周波数の振動値と荷重の対応関係を示すテーブルの例を示す。なお、テーブルにおいて、振動値や回転速度は一定の数値範囲を単位として対応付けて規定されてもよい。テーブルは更に、風の向きや風量、風圧、ブレード１５のピッチ角、発電機２４の出力、ブレーキ装置（不図示）の動作状態などと対応付けられて規定されていてもよい。更には、テーブルは、転がり軸受１０１にて用いられている潤滑剤の劣化状況や、転がり軸受１０１の動作履歴（総回転数や稼働時間など）に対応付けて規定されていてもよい。予め規定されたテーブルは、情報記憶部２０５にて記憶される。
また、理論周波数に加え、その高次（Ｎ次）の振動周波数を用いて荷重を推定する場合には、理論周波数とその高次の振動周波数に対しては異なるテーブルを用いてもよい。また、理論周波数およびその高次の振動周波数のうち、いずれに対応する振動値を用いて荷重を推定するかは、回転速度に応じて決定してもよい。回転速度によっては、理論周波数およびその高次の振動周波数において、ノイズが増加する場合が想定されるため、そのノイズが少ない振動周波数を対象として荷重推定を行ってよい。この場合、回転速度に応じて着目する振動周波数は予め規定される。または、理論周波数とその高次の振動周波数それぞれの振動値の平均を用いるような構成であってもよい。これにより、一部の振動周波数にてノイズが含まれている場合でも、その影響を抑制することが可能となる。
［処理フロー］
図５は、本実施形態に係る荷重推定処理のフローチャートである。本処理は、荷重推定装置２００により実行され、例えば、荷重推定装置２００が備える制御装置（不図示）が図１に示した各部位を実現するためのプログラムを記憶装置から読み出して実行することにより実現されてよい。
Ｓ５０１にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５にて記憶されている、振動センサ２７にて検出した転がり軸受１０１の振動情報を取得する。なお、荷重推定をリアルタイムで行う場合には、振動センサ２９にて検出される信号を直接取得するような構成であってもよい。
Ｓ５０２にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５にて記憶されている、回転速度センサ２８にて検出した転がり軸受１０１の回転速度を取得する。なお、荷重推定をリアルタイムで行う場合には、回転速度センサ２８にて検出される信号を直接取得するような構成であってもよい。上述したように、Ｓ５０１にて取得される振動情報とＳ５０２にて取得される回転速度とは、その検出タイミングが対応している。
Ｓ５０３にて、荷重推定装置２００は、Ｓ５０１にて取得した振動情報に基づいて振動解析処理を行う。ここでは、振動情報を用いて、各振動周波数に対応する振動値を導出する処理が行われる。このとき、包絡処理、あるいはＬＰＦやＢＰＦフィルタ処理を行った上で、振動解析処理が行われてもよい。
Ｓ５０４にて、荷重推定装置２００は、Ｓ５０２にて取得した回転速度に応じて、転がり軸受１０１の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する振動周波数を決定する。着目する振動周波数と回転速度との対応関係は予め規定されており、その対応関係に基づいて決定する。このとき、１または複数の振動周波数に着目してよい。
Ｓ５０５にて、荷重推定装置２００は、Ｓ５０３による振動解析結果から、Ｓ５０４にて決定した振動周波数の振動値を抽出する。
Ｓ５０６にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５からテーブルを取得する。上述したように、荷重、回転速度、および所定の振動周波数の振動値が対応付けられたテーブルが規定されて情報記憶部２０５に記憶されている。
Ｓ５０７にて、荷重推定装置２００は、Ｓ５０２にて取得した回転速度、Ｓ５０５にて抽出した振動値と、Ｓ５０６にて取得したテーブルとに基づいて、転がり軸受１０１に対する荷重を推定する。なお、Ｓ５０４にて複数の振動周波数に着目すると決定されていた場合、例えば、各振動周波数の振動値に基づいて荷重を導出し、それらの中から最も大きな荷重を推定結果として扱ってもよい。または、各振動周波数の振動値に基づいて導出された荷重の平均値を推定結果として扱ってもよい。そして、本処理フローを終了する。
以上、本実施形態により、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。また、機械装置において、荷重を推定するための大掛かりな加工が必要ではなく、低コストにて荷重推定を行うことができる。
＜第２の実施形態＞
本願発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略し、差分に着目して説明を行う。第２の実施形態では、振動情報、回転速度、及び荷重を含む学習用データを用いて学習処理を行うことで生成された学習済みモデルを用いた荷重推定方法について説明する。
第１の実施形態と同様、転がり軸受において、振動値、回転速度、および荷重には相関関係があるものとして、これらの情報を用いて学習処理を行う。
［機能構成］
図６は、本実施形態に係る機能構成および測定を説明するための概念図である。第１の実施形態にて、図２を用いて説明した機能構成との差分として、荷重推定装置２００は、学習済みモデル管理部６０１を備える。学習済みモデル管理部６０１は、上述した制御装置が対応するプログラムを記憶装置から読み出して実行することで実現してよい。
学習済みモデル管理部６０１は、予め行われた学習処理により生成された学習済みモデルを管理する。本実施形態においては、学習済みモデルは、事前に行われた学習処理により生成されているものとして説明するが、所定のタイミング（例えば、一定量のデータが収集されたタイミング）で学習処理を再度実行し、その結果生成された学習済みモデルにて、学習済みモデル管理部６０１にて管理されている学習済みモデルを更新するような構成であってもよい。また、学習処理は、荷重推定装置２００が実行するような構成であってもよいし、ネットワーク（不図示）を介して接続された外部の学習サーバ（不図示）が実行するような構成であってもよい。
本実施形態においては、荷重推定部２０４は、学習済みモデル管理部６０１にて管理されている学習済みモデルを取得し、振動解析部２０３にて解析された解析結果を学習済みモデルへの入力データとして扱う。その結果、荷重推定部２０４は、学習済みモデルから出力される出力データを転がり軸受１０１への荷重として推定する。
［学習処理］
本実施形態では、転がり軸受１０１の理論周波数、振動値、回転速度を入力データとし、荷重を出力するための学習済みモデルを生成する。本実施形態に係る学習方法は、ニューラルネットワークによる教師あり学習を用いるものとして説明するが、これ以外の手法（アルゴリズム等）が用いられてよい。
図７は、本実施形態に係る学習処理の概念を説明するための図である。本実施形態にて用いる学習用データは、入力データと教師データとの対から構成される。入力データは、例えば、転がり軸受１０１の振動周波数（理論周波数およびその高次の振動周波数）、振動値、および回転速度を含む。
学習モデルに入力データを入力すると、荷重を示す値が出力データとして出力される。そして、損失関数を用いて、出力データと、教師データ（ここでは、荷重の値）との比較が行われ、その差分に応じて学習モデルにおける重みが調整されることで、学習モデルのパラメータが更新される。この処理を繰り返すことで学習済みモデルが生成される。つまり、本実施形態において、回帰による荷重の推定を行うための学習済みモデルが生成される。上述したように、学習処理は、一定量の学習用データが追加されるごとに繰り返されてよく、その学習結果により学習済みモデルが更新されてよい。
なお、上述した学習用データのうちの入力データの項目は一例であり、他の種類の情報が加えられてもよい。例えば、風力発電装置１０が備える風センサ（不図示）にて取得される風情報（例えば、風の向き、風量、風圧など）を含めてもよい。また、風力発電装置１０の制御情報を含めてもよい。ここでの制御装置としては、例えば、ブレード１５や回動機構１４によるピッチやヨーの制御値、ブレーキ機構（不図示）の制御値が含まれてよい。
［処理フロー］
図８は、本実施形態に係る荷重推定処理のフローチャートである。本処理は、荷重推定装置２００により実行され、例えば、荷重推定装置２００が備える制御装置（不図示）が図１に示した各部位を実現するためのプログラムを記憶装置から読み出して実行することにより実現されてよい。
Ｓ８０１にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５にて記憶されている、振動センサ２９にて検出した転がり軸受１０１の振動情報を取得する。なお、荷重推定をリアルタイムで行う場合には、振動センサ２９にて検出される信号を直接取得するような構成であってもよい。
Ｓ８０２にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５にて記憶されている、回転速度センサ２８にて検出した転がり軸受１０１の回転速度を取得する。なお、荷重推定をリアルタイムで行う場合には、回転速度センサ２８にて検出される信号を直接取得するような構成であってもよい。上述したように、Ｓ８０１にて取得される振動情報とＳ８０２にて取得される回転速度とは、その検出タイミングが対応している。
Ｓ８０３にて、荷重推定装置２００は、Ｓ８０１にて取得した振動情報に基づいて振動解析処理を行う。ここでは、振動情報を用いて、各振動周波数に対応する振動値を導出する処理が行われる。このとき、包絡処理、あるいはＬＰＦやＢＰＦなどを用いたフィルタ処理を行った上で、振動解析処理が行われてよい。
Ｓ８０４にて、荷重推定装置２００は、Ｓ８０２にて取得した回転速度に応じて、転がり軸受１０１の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する振動周波数を決定する。着目する振動周波数と回転速度との対応関係は予め規定されており、その対応関係に基づいて決定する。
Ｓ８０５にて、荷重推定装置２００は、Ｓ８０３による振動解析結果から、Ｓ８０４にて決定した振動周波数の振動値を抽出する。
Ｓ８０６にて、荷重推定装置２００は、学習済みモデルを取得する。上述したように、学習済みモデルは学習済みモデル管理部６０１にて管理されており、最新の学習済みモデルが取得される。
Ｓ８０７にて、荷重推定装置２００は、Ｓ８０２にて取得した回転速度、Ｓ８０４にて決定した振動周波数、Ｓ８０５にて抽出した振動値を入力データとして、Ｓ８０６にて取得した学習済みモデルに適用することで、その出力データとして得られる荷重を、転がり軸受１０１に対する荷重として推定する。そして、本処理フローを終了する。
以上、本実施形態により、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。また、機械装置において、荷重を推定するための大掛かりな加工が必要ではなく、低コストにて荷重推定を行うことができる。
＜第３の実施形態＞
本願発明の第３の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略し、差分に着目して説明を行う。第３の実施形態では、風力発電装置１０における荷重を推定した上で、その推定結果に基づいて風力発電装置１０を制御する形態について説明する。装置や機能構成、信号の構成などは、第１の実施形態にて図１～図４を用いて説明したものと同様である。
［処理フロー］
図１０は、本実施形態に係る荷重推定に基づく風力発電装置１０の制御処理のフローチャートである。本処理は、荷重推定装置２００により実行され、例えば、荷重推定装置２００が備える制御装置（不図示）が図１に示した各部位を実現するためのプログラムを記憶装置から読み出して実行することにより実現されてよい。
Ｓ１００１にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５にて記憶されている、振動センサ２７にて検出した転がり軸受１０１の振動情報を取得する。なお、荷重推定をリアルタイムで行う場合には、振動センサ２９にて検出される信号を直接取得するような構成であってもよい。
Ｓ１００２にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５にて記憶されている、回転速度センサ２８にて検出した転がり軸受１０１の回転速度を取得する。なお、荷重推定をリアルタイムで行う場合には、回転速度センサ２８にて検出される信号を直接取得するような構成であってもよい。上述したように、Ｓ１００１にて取得される振動情報とＳ１００２にて取得される回転速度とは、その検出タイミングが対応している。
Ｓ１００３にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１００１にて取得した振動情報に基づいて振動解析処理を行う。ここでは、振動情報を用いて、各振動周波数に対応する振動値を導出する処理が行われる。このとき、包絡処理、あるいはＬＰＦやＢＰＦなどを用いたフィルタ処理を行った上で、振動解析処理が行われてもよい。
Ｓ１００４にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１００２にて取得した回転速度に応じて、転がり軸受１０１の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する振動周波数を決定する。着目する振動周波数と回転速度との対応関係は予め規定されており、その対応関係に基づいて決定する。このとき、１または複数の振動周波数に着目してよい。
Ｓ１００５にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１００３による振動解析結果から、Ｓ１００４にて決定した振動周波数の振動値を抽出する。
Ｓ１００６にて、荷重推定装置２００は、情報記憶部２０５からテーブルを取得する。上述したように、荷重、回転速度、および所定の振動周波数の振動値が対応付けられたテーブルが規定されて情報記憶部２０５に記憶されている。
Ｓ１００７にて、荷重推定装置２００荷重推定装置２００は、Ｓ１００２にて取得した回転速度、Ｓ１００５にて抽出した振動値と、Ｓ１００６にて取得したテーブルとに基づいて、転がり軸受１０１に対する荷重を推定する。なお、Ｓ１００４にて複数の振動周波数に着目すると決定されていた場合、例えば、各振動周波数の振動値に基づいて荷重を導出し、それらの中から最も大きな荷重を推定結果として扱ってもよい。または、各振動周波数の振動値に基づいて導出された荷重の平均値を推定結果として扱ってもよい。
Ｓ１００８にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１００７にて推定した荷重が閾値以上か否かを判定する。ここでの閾値は、予め規定されて、情報記憶部２０５に記憶されている。閾値は、一定の値であってもよいし、風力発電装置１０の動作履歴に基づいて変動してもよい。例えば、転がり軸受１０１の総回転数に応じて閾値を変動させてもよい。または、過去に推定した荷重を記憶しておき、その荷重の負荷の蓄積に応じて閾値を変動させてもよい。より具体的には、総回転数や過去の蓄積した荷重が一定値を超えている場合には、閾値を低く設定するような構成であってよい。これにより、荷重（風力発電装置１０に対する負荷）を軽減するための制御（後段のＳ１００９の処理）をより早期に実行することが可能となる。荷重が閾値以上である場合（Ｓ１００８にてＹＥＳ）、荷重推定装置２００の処理はＳ１００９へ進み、閾値未満である場合（Ｓ１００８にてＮＯ）、荷重推定装置２００の処理は、Ｓ１００１へ戻り、処理を継続する。
Ｓ１００９にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１００７にて推定した荷重に基づいて、風力発電装置１０の制御を行う。本工程の詳細は、図１１を用いて後述する。そして本処理フローを終了する。
（推定した荷重に基づく風力発電装置の制御）
図１１は、図１０のＳ１００９の工程に対応する制御処理のフローチャートである。
Ｓ１１０１にて、荷重推定装置２００は、推定した軸受荷重に基づいてローター１３に発生する目標トルク、および目標回転数を設定する。目標トルク、および目標回転数は、例えば、Ｓ１００８にて用いた閾値と推定した軸受荷重との差分に基づいて規定されてよい。このとき、差分と、目標トルクおよび目標回転数とが対応付けられたテーブルを保持しておき、これに基づいて目標トルク、および目標回転数を決定してよい。このとき、目標トルク、および目標回転数は、転がり軸受１０１に対する負荷を適正な範囲に収める値が設定される。この範囲内に設定することで、過大もしくは過小な荷重の発生を抑制させる。Ｓ１１０１の処理の後、ピッチ制御（Ｓ１１０２～Ｓ１１０３）、ブレーキ機構による回転速度制御（Ｓ１１０４～Ｓ１１０５）、および発電量制御（Ｓ１１０６～Ｓ１１０７）がそれぞれ実施される。
Ｓ１１０２にて、荷重推定装置２００は、設定した目標トルク、および目標回転数に基づいてブレード１５の目標ピッチ（ピッチ角）を設定する。目標ピッチは、例えば、Ｓ１００８にて用いた閾値と推定した荷重との差分に基づいて規定されてもよい。このとき、差分と目標ピッチとが対応付けられたテーブルを保持しておき、これに基づいて目標ピッチを決定してよい。このとき、目標ピッチは、転がり軸受１０１に対する負荷が適正な範囲に収める値が設定される。
Ｓ１１０３にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１１０２にて設定した目標ピッチに基づいてブレード１５のピッチ制御を実施する。このとき、目標ピッチに達するまでに要する時間を考慮して複数のブレード１５それぞれに対応するローター軸（不図示）周りの回転の制御量を決定してよい。
Ｓ１１０４にて、荷重推定装置２００は、検出した回転速度（Ｓ１００２にて取得した回転速度）と、Ｓ１１０１にて設定した目標回転数に基づいてブレーキ機構（不図示）による回転速度の調整のための制御量を決定する。このとき、目標とする回転速度に達するまでに要する時間を考慮して制御量を決定してよい。
Ｓ１１０５にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１１０５にて決定した制御量を用いてブレーキ機構（不図示）による回転速度の調整制御を行う。
Ｓ１１０６にて、荷重推定装置２００は、設定した目標トルク、および目標回転数に基づいて発電機２４による発電量を設定する。ここで設定される発電量は、例えば、Ｓ１００８にて用いた閾値と推定した荷重との差分に基づいて規定されてもよい。このとき、差分と発電量とが対応付けられたテーブルを保持しておき、これに基づいて発電量を設定してよい。
Ｓ１１０７にて、荷重推定装置２００は、Ｓ１１０７にて設定した発電量に基づいて発電機２４による発電量制御を実施する。ピッチ制御（Ｓ１１０２～Ｓ１１０３）、ブレーキ機構による回転速度制御（Ｓ１１０４～Ｓ１１０５）、および発電量制御（Ｓ１１０６～Ｓ１１０７）が実施された後、本処理フローは終了する。
図１０、図１１の処理を繰り返すことで、転がり軸受１０１に対する荷重を増減させつつ、環境に適した制御を行わせることができる。
なお、図１１の例では、ピッチ制御（Ｓ１１０２～Ｓ１１０３）、ブレーキ機構による回転速度制御（Ｓ１１０４～Ｓ１１０５）、発電量制御（Ｓ１１０６～Ｓ１１０７）が並列に制御される流れを説明したが、この同時並行的な流れに限定するものではない。例えば、各制御の一部が直列的に行われてもよい。また、荷重と閾値との差分に応じて、上記３つの制御のうちのいずれかが行われないような構成であってもよい。
また、図１１の制御処理における目標ピッチ、目標トルクおよび目標回転数の設定値は、過去の制御履歴を考慮して設定されてもよい。例えば、直前に行った図１１に示す制御処理にて用いた設定値や、直前の制御処理からの経過時間を記憶装置にて記憶しておき、それらの履歴情報を用いて設定値を導出してもよい。
また、図１１の制御処理では、ブレード１５のピッチ変更、発電量の制御によるトルクの制御や、回転速度を制御するためのブレーキ機構による制御を示したが、これに限定するものではなく、その他の制御を組み合わせてもよい。
以上、本実施形態により、機械装置が備える転がり軸受の瞬間的な回転速度の変化に対応して、荷重推定を行い、その推定結果を用いて制御を行うことで、機械装置の長寿命化や不具合防止が可能となる。また、機械装置において、荷重を推定するための大掛かりな加工が必要ではなく、低コストにて荷重推定を行うことができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態にて述べた各種データは一例であり、他のデータを用いてもよい。例えば、測定データ、学習データとして振動と回転数の他に軸受予圧、内部隙間、負荷圏、温度(軸受温度、油音、軸・ハウジング温度)、トルク、発電量、油種など加えてもよい。周波数分析には通常(サンプリング時間固定)のやり方でも良いし次数比分析を行ってもよい。
また、本願発明において、上述した１以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。
また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ））によって実現してもよい。
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 転がり軸受の荷重推定装置であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する振動センサと、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する回転速度センサと、
前記振動センサにて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段と、
前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記回転速度センサにて測定した回転速度と前記導出手段にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段とを有することを特徴とする荷重推定装置。
この構成によれば、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。
（２） 前記所定の振動周波数の振動値が大きくなるに従って、前記転がり軸受に負荷されている荷重が大きくなるように前記テーブルは規定されていることを特徴とする（１）に記載の荷重推定装置。
この構成によれば、振動値の増加に伴って荷重が増加する傾向に基づいて、荷重の推定が可能となる。
（３） 転がり軸受の荷重推定装置であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する振動センサと、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する回転速度センサと、
前記振動センサにて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段と、
前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出手段にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記回転速度センサにて測定された回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段とを有することを特徴とする荷重推定装置。
この構成によれば、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。
（４） 前記所定の振動周波数は、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数のうちの１または複数が用いられることを特徴とする（１）～（３）のいずれかに記載の荷重推定装置。
この構成によれば、転がり軸受の構成に対応して荷重の推定が可能となる。
（５） 前記回転速度センサにて測定された回転速度に基づいて、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する振動周波数を決定する決定手段を更に有し、
前記導出手段は、前記決定手段にて決定した振動周波数を前記所定の振動周波数の振動値を導出することを特徴とする（１）～（４）のいずれかに記載の荷重推定装置。
この構成によれば、転がり軸受の回転速度に応じて着目する振動周波数を変更することができ、その着目した振動周波数の振動値に基づいて精度良く荷重の推定が可能となる。
（６） 前記理論周波数は、Ｚｆｃ、Ｚｆｉ、および２ｆｂのいずれかに基づくことを特徴とする（４）または（５）に記載の荷重推定装置。
この構成によれば、転がり軸受の構成に対応した理論周波数に基づいて荷重の推定が可能となる。
（７） 前記所定の振動周波数の振動値は、加速度、速度、変位のいずれかであることを特徴とする（１）～（６）のいずれかに記載の荷重推定装置。
この構成によれば、振動値として、加速度、速度、変位のいずれかに基づいて荷重の推定を行うことができる。
（８） 前記転がり軸受は、風力発電装置の回転軸を支持する転がり軸受であることを特徴とする（１）～（７）のいずれかに記載の荷重推定装置。
この構成によれば、風の影響などにより瞬間的に主軸の回転速度が変動し得る風力発電装置であっても転がり軸受に対する荷重を推定することができる。
（９） 転がり軸受を備える機械装置の制御装置であって、
（１）～（８）に記載の荷重推定装置と、
前記推定手段にて推定された荷重に応じて、前記転がり軸受に支持されている軸周りのトルク、および、前記転がり軸受の回転の少なくとも一方を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
この構成によれば、機械装置が備える転がり軸受の瞬間的な回転速度の変化に対応して、荷重推定を行い、その推定結果を用いて制御を行うことで、機械装置の長寿命化や不具合防止が可能となる。
（１０） 前記制御装置は、前記転がり軸受の回転数または回転速度を制御することを特徴とする（９）に記載の制御装置。
この構成によれば、転がり軸受の回転数または回転速度を制御することにより、転がり軸受に対する負荷を低減させ、機械装置の長寿命化や不具合防止を実現することが可能となる。
（１１） 前記機械装置は、風力発電装置であって、
前記制御手段は更に、前記推定手段にて推定された荷重に応じて、前記風力発電装置が備えるブレードのピッチ制御、発電量の制御、あるいは、ブレーキの制御の少なくとも一つを行い、
前記制御手段は、
前記ピッチ制御では、閾値と前記推定された荷重との差分に基づき、プラスのときはピッチ角を寝かせ、マイナスのときはピッチ角を立て、
前記ブレーキの制御では、閾値と前記推定された荷重との差分に基づき、プラスのときは回転軸の回転速度を減速させるようにブレーキ機構を作動させ、マイナスのときはブレーキ機構を不作動とすることを特徴とする（９）または（１０）に記載の制御装置。
この構成によれば、風力発電装置において、荷重に応じてピッチ制御や、ブレーキの制御行うことにより、転がり軸受に対する負荷を低減させ、機械装置の長寿命化や不具合防止を実現することが可能となる。
（１２） 前記制御手段による制御履歴の情報を記憶する記憶手段を更に有し、
前記制御手段は、前記制御履歴に基づいて、前記転がり軸受に支持されている軸周りのトルク、前記転がり軸受の回転の制御量を設定することを特徴とする（９）～（１１）のいずれかに記載の制御装置。
この構成によれば、制御履歴に応じて、次の制御量を設定することで、より適切な制御が可能となる。
（１３） 転がり軸受の荷重推定方法であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する第１の測定工程と、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する第２の測定工程と、
前記第１の測定工程にて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出工程と、
前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記第２の測定工程にて測定した回転速度と前記導出工程にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定工程とを有することを特徴とする荷重推定方法。
この構成によれば、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。
（１４） 転がり軸受の荷重推定方法であって、
回転中の前記転がり軸受の振動を測定する第１の測定工程と、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する第２の測定工程と、
前記第１の測定工程にて測定された振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出工程と、
前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出工程にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記第２の測定工程にて測定された回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定工程とを有することを特徴とする荷重推定方法。
この構成によれば、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。
（１５） コンピュータを、
回転中の転がり軸受の振動情報を取得する第１の取得手段、
回転中の前記転がり軸受の回転速度を取得する第２の取得手段、
前記振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段、
前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記第２の取得手段にて取得した回転速度と前記導出手段にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。
（１６） コンピュータを、
回転中の転がり軸受の振動情報を取得する第１の取得手段、
回転中の前記転がり軸受の回転速度の情報を取得する第２の取得手段、
前記振動情報を用いて所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段、
前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出手段にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記第２の取得手段にて取得した回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、回転動作中の瞬間的な荷重の変化にも対応可能な、転がり軸受に対する荷重の推定が可能となる。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
なお、本出願は、２０２１年６月１６日出願の日本特許出願（特願２０２１－１００４１６）、および２０２１年９月３日出願の日本特許出願（特願２０２１－１４３９９２）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１０…風力発電装置
１１…タワー
１２…ナセル
１３…ローター
１４…回動機構
１５…ブレード
１６…ハブ
２１…ドライブトレイン部
２２…主軸
２３…増速機
２４…発電機
２５…軸受ユニット
２６…回転速度センサ
２７…振動センサ
２８…回転速度センサ
２９…振動センサ
３０…回転速度センサ
３１…発電量測定装置
１００…ハウジング
１０１…転がり軸受
１０２…外輪
１０３…転動体
１０４…内輪
１０５…回転軸
２００…荷重推定装置
２０１…振動信号取得部
２０２…回転速度取得部
２０３…振動解析部
２０４…荷重推定部
２０５…情報記憶部
２０６…報知処理部
２０７…通信処理部
２０８…機構制御部
６０１…学習済みモデル管理部

Claims (14)

  1. 転がり軸受の荷重推定装置であって、
    回転中の前記転がり軸受の振動を測定する振動センサと、
    回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する回転速度センサと、
    前記回転速度センサにて測定された回転速度に基づいて、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する所定の振動周波数を決定する決定手段と、
    前記振動センサにて測定された振動情報を用いて、前記決定手段にて決定した所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段と、
    前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記回転速度センサにて測定した回転速度と前記導出手段にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段と、
    を有し、
    前記所定の振動周波数は、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数のうちの１または複数が用いられ、
    前記決定手段により、複数の所定の振動周波数に着目すると決定されていた場合、前記推定手段は、前記複数の所定の振動周波数それぞれの振動値に対応して推定された荷重のうち最も大きな荷重、または、平均値を推定結果として出力することを特徴とする荷重推定装置。
  2. 前記所定の振動周波数の振動値が大きくなるに従って、前記転がり軸受に負荷されている荷重が大きくなるように前記テーブルは規定されていることを特徴とする請求項１に記載の荷重推定装置。
  3. 転がり軸受の荷重推定装置であって、
    回転中の前記転がり軸受の振動を測定する振動センサと、
    回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する回転速度センサと、
    前記回転速度センサにて測定された回転速度に基づいて、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する所定の振動周波数を決定する決定手段と、
    前記振動センサにて測定された振動情報を用いて、前記決定手段にて決定した所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段と、
    前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出手段にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記回転速度センサにて測定された回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段と、
    を有し、
    前記所定の振動周波数は、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数のうちの１または複数が用いられ、
    前記決定手段により、複数の所定の振動周波数に着目すると決定されていた場合、前記推定手段は、前記複数の所定の振動周波数それぞれの振動値に対応して推定された荷重のうち最も大きな荷重、または、平均値を推定結果として出力することを特徴とする荷重推定装置。
  4. 前記理論周波数は、Ｚｆｃ、Ｚｆｉ、および２ｆｂのいずれかに基づくことを特徴とする請求項１に記載の荷重推定装置。
  5. 前記所定の振動周波数の振動値は、加速度、速度、変位のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の荷重推定装置。
  6. 前記転がり軸受は、風力発電装置の主軸を支持する転がり軸受であることを特徴とする請求項１に記載の荷重推定装置。
  7. 転がり軸受を備える機械装置の制御装置であって、
    請求項１に記載の荷重推定装置と、
    前記推定手段にて推定された荷重に応じて、前記転がり軸受に支持されている軸周りのトルク、および、前記転がり軸受の回転の少なくとも一方を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする制御装置。
  8. 前記制御装置は、前記転がり軸受の回転数または回転速度を制御することを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
  9. 前記機械装置は、風力発電装置であって、
    前記制御手段は更に、前記推定手段にて推定された荷重に応じて、前記風力発電装置が備えるブレードのピッチ制御、発電量の制御、あるいは、ブレーキの制御の少なくとも一つを行い、
    前記制御手段は、
    前記ピッチ制御では、閾値と前記推定された荷重との差分に基づき、プラスのときはピッチ角を寝かせ、マイナスのときはピッチ角を立て、
    前記ブレーキの制御では、閾値と前記推定された荷重との差分に基づき、プラスのときは回転軸の回転速度を減速させるようにブレーキ機構を作動させ、マイナスのときはブレーキ機構を不作動とすることを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
  10. 前記制御手段による制御履歴の情報を記憶する記憶手段を更に有し、
    前記制御手段は、前記制御履歴に基づいて、前記転がり軸受に支持されている軸周りのトルク、前記転がり軸受の回転の制御量を設定することを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
  11. 転がり軸受の荷重推定方法であって、
    回転中の前記転がり軸受の振動を測定する第１の測定工程と、
    回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する第２の測定工程と、
    前記第２の測定工程にて測定された回転速度に基づいて、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する所定の振動周波数を決定する決定工程と、
    前記第１の測定工程にて測定された振動情報を用いて、前記決定工程にて決定した所定の振動周波数の振動値を導出する導出工程と、
    前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記第２の測定工程にて測定した回転速度と前記導出工程にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定工程と、
    を有し、
    前記所定の振動周波数は、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数のうちの１または複数が用いられ、
    前記決定工程において、複数の所定の振動周波数に着目すると決定されていた場合、前記推定工程では、前記複数の所定の振動周波数それぞれの振動値に対応して推定された荷重のうち最も大きな荷重、または、平均値を推定結果として出力することを特徴とする荷重推定方法。
  12. 転がり軸受の荷重推定方法であって、
    回転中の前記転がり軸受の振動を測定する第１の測定工程と、
    回転中の前記転がり軸受の回転速度を測定する第２の測定工程と、
    前記第２の測定工程にて測定された回転速度に基づいて、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する所定の振動周波数を決定する決定工程と、
    前記第１の測定工程にて測定された振動情報を用いて、前記決定工程にて決定した所定の振動周波数の振動値を導出する導出工程と、
    前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出工程にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記第２の測定工程にて測定された回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定工程と、
    を有し、
    前記所定の振動周波数は、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数のうちの１または複数が用いられ、
    前記決定工程において、複数の所定の振動周波数に着目すると決定されていた場合、前記推定工程では、前記複数の所定の振動周波数それぞれの振動値に対応して推定された荷重のうち最も大きな荷重、または、平均値を推定結果として出力することを特徴とする荷重推定方法。
  13. コンピュータを、
    回転中の転がり軸受の振動情報を取得する第１の取得手段、
    回転中の前記転がり軸受の回転速度を取得する第２の取得手段、
    前記第２の取得手段にて測定された回転速度に基づいて、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する所定の振動周波数を決定する決定手段、
    前記振動情報を用いて、前記決定手段にて決定した所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段、
    前記転がり軸受に対する荷重、前記所定の振動周波数の振動値、および回転速度の対応関係が規定されたテーブルを用いて、前記第２の取得手段にて取得した回転速度と前記導出手段にて導出した振動値に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段、
    として機能させ、
    前記所定の振動周波数は、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数のうちの１または複数が用いられ、
    前記決定手段により、複数の所定の振動周波数に着目すると決定されていた場合、前記推定手段は、前記複数の所定の振動周波数それぞれの振動値に対応して推定された荷重のうち最も大きな荷重、または、平均値を推定結果として出力するためのプログラム。
  14. コンピュータを、
    回転中の転がり軸受の振動情報を取得する第１の取得手段、
    回転中の前記転がり軸受の回転速度の情報を取得する第２の取得手段、
    前記第２の取得手段にて測定された回転速度に基づいて、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数の中から着目する所定の振動周波数を決定する決定手段、
    前記振動情報を用いて、前記決定手段にて決定した所定の振動周波数の振動値を導出する導出手段、
    前記転がり軸受に対する荷重と、前記転がり軸受の所定の振動周波数の振動値および回転速度との対から構成されるデータを学習用データとし、前記転がり軸受に対する荷重を出力データとして学習処理を行って得られた学習済みモデルを用いて、前記導出手段にて導出した前記所定の振動周波数の振動値と前記第２の取得手段にて取得した回転速度に対応する、前記転がり軸受に対して負荷されている荷重を推定する推定手段、
    として機能させ、
    前記所定の振動周波数は、前記転がり軸受の理論周波数およびその高次の振動周波数のうちの１または複数が用いられ、
    前記決定手段により、複数の所定の振動周波数に着目すると決定されていた場合、前記推定手段は、前記複数の所定の振動周波数それぞれの振動値に対応して推定された荷重のうち最も大きな荷重、または、平均値を推定結果として出力するためのプログラム。
JP2023529825A 2021-06-16 2022-06-08 転がり軸受の荷重推定装置、転がり軸受を備える機械装置の制御装置、荷重推定方法、およびプログラム Active JP7491471B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021100416 2021-06-16
JP2021100416 2021-06-16
JP2021143992 2021-09-03
JP2021143992 2021-09-03
PCT/JP2022/023202 WO2022264905A1 (ja) 2021-06-16 2022-06-08 転がり軸受の荷重推定装置、転がり軸受を備える機械装置の制御装置、荷重推定方法、およびプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2022264905A1 JPWO2022264905A1 (ja) 2022-12-22
JP7491471B2 true JP7491471B2 (ja) 2024-05-28

Family

ID=84527476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023529825A Active JP7491471B2 (ja) 2021-06-16 2022-06-08 転がり軸受の荷重推定装置、転がり軸受を備える機械装置の制御装置、荷重推定方法、およびプログラム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240035906A1 (ja)
EP (1) EP4357611A1 (ja)
JP (1) JP7491471B2 (ja)
WO (1) WO2022264905A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005283323A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Nsk Ltd 転がり軸受ユニットの荷重測定装置
JP2006300086A (ja) 2005-04-15 2006-11-02 Nsk Ltd 荷重測定装置付転がり軸受ユニット
JP2010159710A (ja) 2009-01-09 2010-07-22 Ntn Corp 風力発電装置の主軸軸受の監視装置
CN205876607U (zh) 2016-07-20 2017-01-11 锐电科技有限公司 一种风电机组载荷优化控制***
JP2018179735A (ja) 2017-04-12 2018-11-15 日本精工株式会社 回転部品の異常診断方法及び異常診断装置
WO2019012788A1 (ja) 2017-07-12 2019-01-17 株式会社日立製作所 風力発電システム
JP2019132773A (ja) 2018-02-01 2019-08-08 オークマ株式会社 回転軸装置の診断装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201609216D0 (en) 2016-05-25 2016-07-06 Evox Therapeutics And Isis Innovation Ltd Exosomes comprising therapeutic polypeptides
JP7282707B2 (ja) 2020-03-13 2023-05-29 株式会社日立製作所 塗装剥離検査装置および検査方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005283323A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Nsk Ltd 転がり軸受ユニットの荷重測定装置
JP2006300086A (ja) 2005-04-15 2006-11-02 Nsk Ltd 荷重測定装置付転がり軸受ユニット
JP2010159710A (ja) 2009-01-09 2010-07-22 Ntn Corp 風力発電装置の主軸軸受の監視装置
CN205876607U (zh) 2016-07-20 2017-01-11 锐电科技有限公司 一种风电机组载荷优化控制***
JP2018179735A (ja) 2017-04-12 2018-11-15 日本精工株式会社 回転部品の異常診断方法及び異常診断装置
WO2019012788A1 (ja) 2017-07-12 2019-01-17 株式会社日立製作所 風力発電システム
JP2019132773A (ja) 2018-02-01 2019-08-08 オークマ株式会社 回転軸装置の診断装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022264905A1 (ja) 2022-12-22
EP4357611A1 (en) 2024-04-24
US20240035906A1 (en) 2024-02-01
WO2022264905A1 (ja) 2022-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7322794B2 (en) Method and apparatus for condition-based monitoring of wind turbine components
WO2011081085A1 (ja) 転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置および異常診断システム
JP6250345B2 (ja) 監視システムおよび監視方法
EP3421786B1 (en) Systems and methods for detecting damage in wind turbine bearings
US20080262787A1 (en) Method and apparatus of monitoring a machine
WO2017018112A1 (ja) 異常診断装置およびセンサ外れ検知方法
WO2017170270A1 (ja) 歯車装置の状態監視システムおよび状態監視方法
JP4935165B2 (ja) 異常診断装置及び異常診断方法
JP6958068B2 (ja) 回転機械設備の異常診断システム及び異常診断方法
WO2017145687A1 (ja) 異常診断装置および異常診断方法
JP2011185632A (ja) 軸受の異常検出装置および異常検出方法
JP7491471B2 (ja) 転がり軸受の荷重推定装置、転がり軸受を備える機械装置の制御装置、荷重推定方法、およびプログラム
JP5534875B2 (ja) 軸受のスミアリング損傷防止装置および軸受のスミアリング損傷防止方法
JP6824076B2 (ja) 状態監視システムおよび風力発電装置
JP6192414B2 (ja) 転がり軸受の状態監視装置
CN117043571A (zh) 滚动轴承的载荷推算装置、具备滚动轴承的机械装置的控制装置、载荷推算方法以及程序
JP6639265B2 (ja) 異常診断装置および異常診断方法
JP2019128179A (ja) 振動センサの脱落検知方法及び異常診断装置
JP2015175828A (ja) 転動装置の状態監視装置およびそれを備える風力発電設備
WO2023282028A1 (ja) 機械装置の状態監視装置、風力発電装置、状態監視方法、およびプログラム
JP2023075685A (ja) 機械装置の状態監視方法、状態監視システム、状態監視装置、風力発電装置およびプログラム
JP2017181283A (ja) シングルピニオン式の遊星歯車装置の歯数特定装置および歯数特定方法
JP2017180278A (ja) 風車用増速機の歯数特定装置および歯数特定方法
JP2023009580A (ja) 転がり軸受の状態監視装置、風力発電装置、状態監視方法、およびプログラム
JP6639266B2 (ja) 異常診断装置および異常診断方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230331

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240416

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240429

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7491471

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150