CN102792016B - 磨损检测装置及具有该磨损检测装置的风力发电装置以及磨损检测方法 - Google Patents

磨损检测装置及具有该磨损检测装置的风力发电装置以及磨损检测方法 Download PDF

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Abstract

当判定为叶片处于旋转中时(S10为“是”)，控制装置使制动装置工作(S20)，并从转角传感器取得转角(第一转角)(S30)。然后，控制装置使机舱反转(S40)，并从转角传感器再次取得转角(第二转角)(S50)。然后，控制装置对第一转角与第二转角的差是否比阈值大进行判定(S60)，当判定为转角差比阈值大时(S60为“是”)，控制装置判定增速机的齿轮或轴承磨损了(S75)。

Description

磨损检测装置及具有该磨损检测装置的风力发电装置以及磨损检测方法
技术领域
本发明涉及磨损检测装置及具有该磨损检测装置的风力发电装置以及磨损检测方法，特别地，涉及对设于风力发电装置的增速机的齿轮或轴承的磨损进行检测的磨损检测装置及具有该磨损检测装置的风力发电装置以及磨损检测方法。
背景技术
关注了一种作为考虑了环境的发电设备的风力发电装置。在风力发电装置中，通过使与受到风力的叶片连接的主轴旋转，并在利用增速机使主轴的旋转增速之后，使发电机的转子旋转，来进行发电。
增速机利用齿轮增速机构将主轴的转速(例如10～30rpm)转速至发电机所需的转速(例如1200～1800rpm)。该增速机在风力发电装置中是重要的部位，对于增速机要求较高的可靠性。
在增速机的破损模式的一个模式中存在齿轮或轴承的磨损。当齿轮磨损时，发电效率降低，当磨损的程度变大时，能使增速机的功能停止。另外，当轴承磨损时，齿轮的齿隙变化，不仅传递效率降低，还会导致齿轮的损伤。由于收纳增速机的机舱配置于高处，因此，对于操作员在现场检测磨损也存在限制。
因此，希望能自动检测风力发电装置的增速机的齿轮或轴承的磨损。日本专利特开2008－82579号公报(专利文献1)公开了一种对齿轮的磨损进行检测的磨损检测机构。在该磨损检测机构中，设有对齿轮的齿面的侧面进行检测的第一传感器及第二传感器，根据使齿轮旋转时的第一传感器的信号变化的时间点与第二传感器的信号变化的时间点之间的时间差来检测齿轮磨损(参照专利文献1)。
另外，在日本专利特开2005－164314号公报(专利文献2)中，公开了使用超声波扩音器等超声波传感器来检测轴承的磨损(参照专利文献2)的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008－82579号公报
专利文献2：日本专利特开2005－164314号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在上述专利文献1所公开的方法中，需要设置多个传感器(例如光学传感器)。特别地，由于在风力发电装置的增速机中使用许多个齿轮，因此，在为检测风力发电装置的增速机的齿轮磨损而使用上述方法的情况下，需要极多个传感器，会使成本升高。另外，由于上述公报所公开的方法是利用传感器检测齿轮的齿面的侧面，因此，对于调节传感器也很花时间。
另外，在上述专利文献2所记载的使用超声波传感器的方法中，由于超声波的指向性较强且空气中的衰减率也较大，因此，其设定部位存在限制。尽管能通过设置多个超声波传感器来测定各个部位的磨损，但其研究、验证较难，另外，设置费用也较高。
因此，本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于能低成本且容易地对风力发电装置的增速机的齿轮或轴承的磨损进行检测。
解决技术问题所采用的技术方案
根据本发明，磨损检测装置是对设于风力发电装置的增速机的齿轮或轴承的磨损进行检测的磨损检测装置。风力发电装置包括：叶片，该叶片将风力转换为旋转力；主轴，该主轴从叶片获得旋转力；增速机，该增速机使主轴的旋转增速；发电机，该发电机与增速机的输出轴连接；以及机舱。机舱收纳主轴、增速机及发电机，并以能自由旋转的方式支承于支柱上部。此外，磨损检测装置包括制动装置、转角传感器、控制部及判定部。制动装置用于将增速机的输出轴固定在非旋转状态。转角传感器对主轴的转角进行检测。控制部通过改变叶片的受风状态来使由风力施加于主轴的旋转力的方向反转。判定部在使制动装置工作的状态下，对利用控制部使旋转力的方向反转之前的转角传感器的第一检测值与利用控制部使旋转力的方向反转之后的转角传感器的第二检测值进行比较，来判定是否存在增速机的齿轮或轴承的磨损。
较为理想的是，控制部包括用于使机舱反转的驱动控制部。此外，判定部在使制动装置工作的状态下，对使机舱反转之前的第一检测值与利用驱动控制部使机舱反转之后的第二检测值进行比较，来判定是否存在齿轮或轴承的磨损。
另外，较为理想的是，控制部包括驱动控制部，该驱动控制部通过改变叶片的角度来使由风力施加于主轴的旋转力的方向反转。此外，判定部在使制动装置工作的状态下，对改变叶片的角度之前的第一检测值与利用驱动控制部改变叶片的角度之后的第二检测值进行比较，来判定是否存在齿轮或轴承的磨损。
较为理想的是，当第一检测值与第二检测值的差超过预先设定的阈值时，判定部判定齿轮或轴承磨损了。
较为理想的是，阈值是根据齿轮的齿隙、轴承内部间隙及增速机的构成零件的弹性变形来进行确定的。
较为理想的是，阈值是根据在朝现地搬运风力发电装置前测定出的第一检测值与第二检测值的差来进行确定的。
较为理想的是，阈值是根据在刚设置完风力发电装置之后或刚开始运用之后测定出的第一检测值与第二检测值的差来进行确定的。
较为理想的是，当叶片受到风力而旋转时，判定部开始判定是否存在齿轮或轴承的磨损的处理。更为理想的是，在受到对于发电来说风速过低但主轴能空转程度的风力的状态、且风速较稳定的情况是理想的。
较为理想的是，磨损检测装置还包括用于对风力发电装置受到风力而产生的转矩进行检测的传感器。判定部根据以传感器的检测值将第一检测值和第二检测值的差修正后获得的值来判定是否存在齿轮或轴承的磨损。
较为理想的是，磨损检测装置还包括用于对风力发电装置受到风力而产生的转矩进行检测的传感器和控制部。控制部通过对叶片的角度及机舱的朝向中的至少一方进行控制来将传感器的检测值控制在一定的范围内。
较为理想的是，磨损检测装置还包括用于对增速机的润滑油中的铁粉量进行检测的铁粉传感器。此外，判定部还使用铁粉传感器的检测值来对是否存在齿轮或轴承的磨损进行判定。
较为理想的是，根据上述铁粉传感器的检测值来设定判定部的判定处理的实施频度。
较为理想的是，磨损检测装置还包括用于对增速机或其周边的振动量进行检测的振动传感器。此外，判定部还使用振动传感器的检测值来对是否存在齿轮或轴承的磨损进行判定。
较为理想的是，根据振动传感器的检测值来设定判定部的判定处理的实施频度。
较为理想的是，磨损检测装置还包括用于以无线方式将判定部的判定结果朝远距离的接收装置发送的通信装置。
另外，根据本发明，风力发电装置包括上述任意一个磨损检测装置。
另外，根据本发明，磨损检测方法装置是对设于风力发电装置的增速机的齿轮或轴承的磨损进行检测的磨损检测方法。风力发电装置包括：叶片，该叶片将风力转换为旋转力；主轴，该主轴从叶片受到旋转力；增速机，该增速机使主轴的旋转增速；发电机，发电机与增速机的输出轴连接；机舱；制动装置，该制动装置用于将增速机的输出轴固定在非旋转状态；以及转角传感器，该转角传感器用于对主轴的转角进行检测。机舱收纳主轴、增速机及发电机，并以能自由旋转的方式支承于支柱上部。此外，磨损检测方法包括：使制动装置工作的步骤；对表示主轴的转角的第一转角进行检测的步骤；通过改变叶片的受风状态来使由风力施加于主轴的旋转力的方向反转的步骤；对表示使旋转力的方向反转之后的主轴的转角的第二转角进行检测的步骤；以及通过将第一转角与第二转角进行比较来对是否存在齿轮或轴承的磨损进行判定的步骤。
较为理想的是，使旋转力的方向反转的步骤包括使机舱反转的步骤。对第二转角进行检测的步骤包括对使机舱反转之后的第二转角进行检测的步骤。
另外，较为理想的是，使旋转力的方向反转的步骤包括通过改变叶片的角度来使由风力施加于主轴的旋转力的方向反转的步骤。对第二转角进行检测的步骤包括对改变了叶片的角度之后的第二转角进行检测的步骤。
较为理想的是，在上述判定的步骤中，当第一转角与第二转角的差超过预先设定的阈值时，判定部判定齿轮或轴承磨损了。
较为理想的是，当叶片受到风力而旋转时，执行由各步骤构成的一系列处理。更为理想的是，在对于发电而言风速过低但主轴能空转程度的风力的状态、且风速较稳定的情况下，执行一系列的处理。
较为理想的是，风力发电装置还包括用于对增速机的润滑油中的铁粉量进行检测的铁粉传感器。磨损检测方法还包括利用铁粉传感器对润滑油中的铁粉量进行检测的步骤。此外，在上述判定的步骤中，还使用上述铁粉传感器的检测值来对是否存在齿轮或轴承的磨损进行判定。
较为理想的是，根据上述铁粉传感器的检测值来设定对是否存在齿轮或轴承的磨损进行判定的处理的实施频度。
较为理想的是，风力发电装置还包括用于对增速机或其周边的振动量进行检测的振动传感器。磨损检测方法还包括利用振动传感器对振动量进行检测的步骤。此外，在上述判定的步骤中，还使用振动传感器的检测值来对是否存在齿轮或轴承的磨损进行判定。
较为理想的是，根据振动传感器的检测值来设定对是否存在齿轮或轴承的磨损进行判定的处理的实施频度。
较为理想的是，磨损检测方法包括以无线方式将上述判定的步骤的判定结果朝远距离的接收装置发送的步骤。
发明效果
在本发明中，设有将增速机的输出轴固定在非旋转状态的制动装置、对主轴的转角进行检测的转角传感器、通过改变叶片的受风状态来使由风力施加于主轴的旋转力的方向反转的控制部。此外，在使制动装置工作的状态下，对使旋转力的方向反转之前的主轴的转角和使旋转力的方向反转之后的主轴的转角进行比较，来判定是否存在齿轮或轴承的磨损。因此，根据本发明，能低成本且容易地检测出风力发电装置的增速机的齿轮或轴承的磨损。
附图说明
图1是适用本发明实施方式1的磨损检测装置的风力发电装置的外观图。
图2是进一步详细地表示风力发电装置的结构的图。
图3是用于说明图2所示的增速机的结构的增速机的剖视图。
图4是用于说明执行增速机的磨损检测处理时的机舱的动作的第一图。
图5是用于说明执行增速机的磨损检测处理时的机舱的动作的第二图。
图6是图2所示的控制装置的功能框图。
图7是示意地表示远距离监视增速机的磨损的监视系统的整体结构的图。
图8是用于说明在风力发电装置中执行的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。
图9是实施方式2的控制装置及铁粉传感器的功能框图。
图10是用于说明实施方式2的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。
图11是用于说明实施方式3的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。
图12是实施方式4的控制装置的功能框图。
图13是用于说明实施方式4的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。对图中相同或相当的部分标注相同的符号且不重复其说明。
［实施方式1］
图1是适用本发明实施方式1的磨损检测装置的风力发电装置的外观图。参照图1，风力发电装置10包括主轴20、叶片30、机舱90及塔部100。在主轴20上沿周向安装有叶片30。主轴20进入机舱90的内部并与增速机的输入轴连接(未图示)，该增速机的输出轴与发电机连接。
机舱90以能自由旋转的方式支承于塔部100的上部，根据风向控制机舱90的偏转角。另外，也根据风力等恰当地控制叶片的倾角(叶片30的风承受面的角度)。
图2是进一步详细地表示风力发电装置10的结构的图。参照图2，风力发电装置10包括主轴20、叶片30、增速机40、发电机50、制动装置60、转角传感器70、控制装置80、机舱90、塔部100及偏转驱动装置110。主轴20的一部分、增速机40、发电机50、制动装置60、转角传感器70及控制装置80收纳于机舱90。机舱90在塔部100上被偏转驱动装置110支承成能自由旋转。
主轴20进入机舱90内并与增速机40的输入轴连接。主轴20将因叶片30受到风力而产生的旋转力传递至增速机40的输入轴。叶片30设于主轴20的前端，将风力转换为旋转力并传递至主轴20。
增速机40设于主轴20与发电机50之间，将主轴20的转速增速并输出至发电机50。增速机40由行星齿轮和包括中间轴、高速轴等在内的齿轮增速机构构成。至于增速机40的结构，将在后面进行详细说明。发电机50与增速机40的输出轴连接，并利用从增速机40收到的旋转力发电。发电机50例如由感应发电机构成。
制动装置60设于增速机40的输出轴。此外，制动装置60能根据来自控制装置80的驱动指令将增速机40的输出轴固定在非旋转状态。
转角传感器70对增速机40的输入轴的转角(相当于主轴20的转角。)进行检测，并将该检测值输出至控制装置80。转角传感器70例如由旋转编码器构成。
当预先设定的条件成立时，控制装置80根据预先准备的程序等执行增速机40的磨损检测处理。具体而言，控制装置80朝制动装置60输出驱动指令，并取得增速机40的输出轴停止旋转之后的转角传感器70的检测值(作为第一检测值)。利用制动装置60将增速机40的输出轴固定在非旋转状态，直至磨损检测处理的一系列处理结束为止。
在取得第一检测值后，控制装置80将用于使机舱90反转的驱动指令朝偏转驱动装置110输出，并取得机舱90反转之后的转角传感器70的检测值(作为第二检测值)。然后，控制装置80通过将该取得的第二检测值与使机舱90反转之前的第一检测值进行比较来判定是否有增速机40的齿轮磨损。
即，当增速机40的齿轮磨损时，因齿轮的位置偏移、齿面的磨损会使齿轮的齿隙增大。因此，在该实施方式1中，在使制动装置60工作的状态下，将使机舱90反转之前的转角传感器70的检测值(第一检测值)与使机舱90反转之后的转角传感器70的检测值(第二检测值)进行比较，若第一检测值与第二检测值的差超过预先设定的阈值(齿隙大)，则判定为增速机40的齿轮磨损了。
为了执行上述磨损检测，需要增速机40的齿轮正在传递转矩。因此，作为开始磨损检测处理的条件，例如，将叶片30旋转且从上次磨损检测处理的执行起经过了预先设定的时间作为开始条件。或者，也能以无线方式等远距离地指示磨损检测处理的执行，将叶片30旋转且指示了磨损检测处理的执行作为开始条件。
图3是用于说明图2所示的增速机40的结构的增速机40的剖视图。参照图3，增速机40包括输入轴121、行星轮架122、行星齿轮123、低速轴124、外圈齿轮120、低速齿轮125、中速轴126、中速齿轮127、高速轴128及外壳129。
输入轴121与主轴20(图2)连接。行星轮架122经由从输入轴121在径向上延伸的臂部而与输入轴121连接。行星齿轮123在外周面上形成有齿轮部123A，并被配置成将行星轮架122的外周面围住。在低速轴124的外周面形成有始终与行星齿轮123的齿轮部123A啮合的齿轮部124A。在外圈齿轮120的内周面形成有始终与行星齿轮123的齿轮部123A啮合的齿轮部120A。
低速齿轮125呈圆环状的形状，并固定于低速轴124的外周面。在低速齿轮125的外周面形成有齿轮部125A。在中速轴126的外周面形成有始终与低速齿轮125的齿轮部125A啮合的齿轮部126A。中速齿轮127呈圆环状的形状，并固定于中速轴126的外周面。在中速齿轮127的外周面形成有齿轮部127A。在高速轴128的外周面形成有始终与中速齿轮127的齿轮部127A啮合的齿轮部128A。
输入轴121及行星轮架122通过滚动轴承以能自由旋转的方式支承于被配置成与输入轴121及行星轮架122的外周面相对的外壳129。此外，在行星轮架122与行星齿轮123之间沿轴向排列配置有两个滚动轴承，从而能使行星轮架122与行星齿轮123彼此相对地旋转。此外，低速轴124、中速轴126和高速轴128通过滚动轴承以能自由旋转的方式支承于被配置成与这些轴的外周面相对的外壳129。
在增速机40中，主轴20与输入轴121连接，输入轴121受到叶片30(图2)的旋转而旋转。当输入轴121旋转时，则行星轮架122在低速轴124与配置成围住低速轴124的外圈齿轮120之间的空间中公转。接着，随着该行星轮架122的运动，行星齿轮123的齿轮部123A与外圈齿轮120的齿轮部120A及低速轴124的齿轮部124A这两个构件不断啮合，行星齿轮123绕低速轴124自转并公转。其结果是，根据外圈齿轮120的齿轮部120A的齿数与低速轴124的齿轮部124A的齿数的关系，低速轴124绕轴旋转。
当低速轴124旋转时，低速齿轮125与低速轴124一体旋转，并随之使具有与低速齿轮125的齿轮部125A啮合的齿轮部126A的中速轴126旋转。此时，以根据低速齿轮125的齿轮部125A的齿数与中速轴126的齿轮部126A的齿数之比的增速比，使低速轴124的旋转增速，并将其传递到中速轴126。此外，当中速轴126旋转时，中速齿轮127与中速轴126一体旋转，并随之使具有与中速齿轮127的齿轮部127A啮合的齿轮部128A的高速轴128旋转。此时，以根据中速齿轮127的齿轮部127A的齿数与高速轴128的齿轮部128A的齿数之比的增速比，使中速轴126的旋转增速，并将其传递到高速轴128。
这样，主轴20的旋转在增速机40中被增速，并被输出为与高速轴128连接的输出轴的旋转。
图4、图5是用于说明执行增速机40的磨损检测处理时的机舱90的动作的图。参照图4，当叶片30受到风力而旋转时，开始增速机40的磨损检测处理。如上所述，增速机40的输出轴被制动装置60固定在非旋转状态，表示此时的主轴20的转角的第一转角被转角传感器70检测出(第一检测值)。
参照图5，在检测出第一转角后，在使制动装置60工作的状态下，使机舱90反转。当机舱90的反转完成时，表示此时的主轴20的转角的第二转角被转角传感器70检测出(第二检测值)。此外，当第一检测值与第二检测值的差(以下也称为“转角差”)超过预先设定的阈值时，判定为增速机40的齿轮磨损了。
该阈值也可根据齿轮的齿隙和各零件的弹性变形来加以确定。然而，在考虑各零件的加工公差来确定上述阈值的情况下，为了能在正常范围内的所有零件的组合都将公差视为正常，需要将阈值设为具有余裕的值。在该情况下，上述转角差的初始值与上述阈值的差较大，若不在齿轮上产生过大磨损，可能无法检测出。
因此，较为理想的是，在磨损未进展的状态下对上述转角差进行测定，并将该初始值作为基准来确定上述阈值。例如，参考刚制造出风力发电装置之后、刚设置完或刚开始运转风力发电装置之后测定出的值来确定上述阈值即可。作为一例，能将上述转角差的初始值的1.3倍作为阈值。只要通过实验和实际数据依据经验来确定该值即可。
当将刚制造出构成零件之后(朝现地搬运之前)测定出的值作为上述阈值时，也能考虑到在朝现地搬运的过程中产生的异常磨损。然而，在该情况下，需要在制造阶段追加工序。在搬运阶段中的问题较小的情况下，若将设置完风力发电装置之后使用本装置自动测定出的值作为上述阈值，则能省略在上述制造阶段中的工序追加，这点是较为理想的。
图6是图2所示的制造装置80的功能框图。参照图6，控制装置80包括磨损检测控制执行部200、制动控制部210、偏转控制部220、判定部230及通信装置240。
磨损检测控制执行部200对磨损检测处理的开始进行判断。例如，当根据转角传感器70的检测值判断出叶片30在旋转，且从上次磨损检测处理的执行起经过了预先设定的时间时，磨损检测控制执行部200开始磨损检测处理。
首先，磨损检测控制执行部200朝制动控制部210输出指令，以使制动装置60工作。然后，当制动装置60工作而将增速机40的输出轴固定在非旋转状态时，磨损检测控制执行部200朝判定部230输出第一指令以取得转角传感器70的检测值。
接着，磨损检测控制执行部200朝偏转控制部220输出指令，以使机舱90反转。然后，当偏转驱动装置110(图2)工作而使机舱90反转时，磨损检测控制执行部200朝判定部230输出第二指令，以再次取得转角传感器70的检测值。
当从磨损检测控制执行部200接收到指令时，制动控制部210朝制动装置60输出驱动指令，以使制动装置60工作。当从磨损检测控制执行部200接收到指令时，偏转控制部220将用于使机舱90从当前位置反转的驱动指令朝偏转驱动装置110输出，以使机舱90反转。
当从磨损检测控制执行部200接收到第一指令时，判定部230从转角传感器70取得主轴20的转角的检测值。判定部230将该取得的检测值作为机舱反转前的第一检测值。另外，当从磨损检测控制执行部200接收到第二指令时，判定部230再次从转角传感器70取得主轴20的转角的检测值。然后，判定部230将该取得的检测值作为机舱反转后的第二检测值。
当取得第二检测值后，判定部230算出第一检测值与第二检测值的差(转角差)。此外，当该算出的值超过预先设定的阈值时，判定部230判定为产生了增速机40的齿轮磨损。接着，判定部230将齿轮磨损的判定结果朝通信装置240输出。当从判定部230接收到齿轮磨损的判定结果时，通信装置240以无线方式将该接收到的判定结果朝未图示的远距离的通信服务器发送。
图7是示意地表示远距离监视增速机40的磨损的监视系统的整体结构的图。参照图7，监视系统包括风力发电装置10、通信服务器310、网络320、监视服务器330。风力发电装置10以无线方式将增速机40的齿轮磨损的判定结果朝通信服务器310输出。
通信服务器310与网络320连接。此外，通信服务器310接收到以无线方式从风力发电装置10发送来的数据，并将该接收到的数据经由网络320朝监视服务器330输出。监视服务器330与网络320连接。此外，监视服务器330经由网络320从通信服务器310接收数据。藉此，与风力发电装置10远距离的监视服务器330能识别出在风力发电装置10的增速机40中是否产生了齿轮磨损。
图8是用于说明在风力发电装置10中执行的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。当例如从上次磨损检测处理的执行起经过了预先设定的时间时，该流程图的处理被从主程序中调出并执行。
参照图8，控制装置80根据转角传感器70的检测值判定叶片30是否在旋转(步骤S10)。当判定为叶片30处于旋转中时(步骤S10为“是”)，控制装置80使制动装置60工作(步骤S20)。然后，当制动装置60工作而将增速机40的输出轴固定在非旋转状态时，控制装置80从转角传感器70取得主轴20的转角的检测值(第一转角)(步骤S30)。
接着，控制装置80在使制动装置60工作的状态下使机舱90反转(步骤S40)。当机舱90反转时，控制装置80从转角传感器70取得主轴20的转角的检测值(第二转角)(步骤S50)。然后，控制部80算出第一转角与第二转角的转角差，并对该算出的转角差是否比预先设定的阈值大进行判定(步骤S60)。
在步骤S60中，当判定为机舱反转前后的主轴20的转角差比阈值大时(步骤S60为“是”)，控制装置80判定产生了增速机40的齿轮磨损(步骤S70)。另一方面，在步骤S60中，当判定为机舱反转前后的主轴20的转角差处于阈值以下时(步骤S60为“否”)，则控制装置80判定未产生增速机40的齿轮磨损(步骤S80)。
当增速机40的齿轮是否磨损的判定结束时，控制装置80使机舱90再次反转并回复至原来的位置(步骤S90)，然后，解除基于制动装置60的制动(步骤S100)。然后，控制装置80以无线方式将步骤S70或S80中的齿轮是否磨损的判定结果朝监视服务器330(图7)发送(步骤S110)。
如上所述，在该实施方式1中，设有将增速机40的输出轴固定在非旋转状态的制动装置60、对主轴20的转角进行检测的转角传感器70、使制动装置60工作以使机舱90反转的控制装置80。此外，在使制动装置60工作的状态下，通过将使机舱90反转之前的主轴20的转角和使机舱90反转之后的主轴20的转角进行比较，来判定是否存在增速机40的齿轮磨损。因此，根据该实施方式1，能低成本且容易地检测出风力发电装置10的增速机40的齿轮磨损。
另外，在该实施方式1中，由于使用无线通信将齿轮磨损是否存在的判定结果朝远距离的监视服务器330发送，因此，能远距离地监视是否存在增速机40的齿轮磨损。因此，根据该实施方式1，可容易地维护增速机40。
如上所述，由于对增速机40的输出轴施加制动来使机舱90反转，以检测主轴20的扭转角，因此，在机舱90反转前后需要使主轴20充分扭转的旋转转矩、即胜过齿轮的微小移动、支承轴承的摩擦的主轴20的旋转转矩，需要一定程度的风速。然而，为了抑制因作用于叶片30的风力而产生的负载和制动装置60的负载容量，使风速不要过大是较为理想的。然而，在风速的变化剧烈、不稳定的状态下，难以进行齿轮的磨损检测。因此，在对于发电不足够、但主轴20能空转程度的风速中，进行上述异常检测处理是较为理想的。
［实施方式2］
在该实施方式2中，还设有用于对增速机40(图2)的润滑油中含有的铁粉量进行检测的铁粉传感器，还使用铁粉传感器的检测值来判定是否存在增速机40的齿轮磨损。
图9是实施方式2的控制装置及铁粉传感器的功能框图。参照图9，铁粉传感器250对增速机40的润滑油中含有的铁粉量进行检测，并将该检测值朝控制装置80A输出。铁粉传感器250例如由内置磁体的电极和棒状电极构成，设于增速机40的润滑油的循环通路。此外，铁粉传感器250利用磁体捕获润滑油中含有的铁粉，当因铁粉的附着而使电极间的电阻处于设定值以下时，输出信号。即，当增速机40的齿轮磨损时，因磨损而产生的铁粉与润滑油混合，因此，通过利用铁粉传感器250对增速机40的润滑油中含有的铁粉量进行检测，能检测出增速机40的齿轮磨损。
虽未特别图示，但也可使用利用光的透过率来检测润滑油的污染的光学式传感器，以代替磁式的上述铁粉传感器250。例如，光学式传感器将发光元件的光照射到润滑油，并根据到达受光元件的光的强度变化来对润滑油中的齿轮磨损粉的量进行检测。根据在润滑油中无异物混入的状态下的受光元件的输出值与混入氧化铁时的受光元件的输出值之比定义光的透过率，当该透过率超过设定值时，能判定出产生了齿轮磨损。
控制装置80A在图6所示的实施方式1的控制装置80的结构中包括判定部230A，以代替判定部230。判定部230A对机舱90反转前由转角传感器70检测出的主轴20的转角(第一检测值)与机舱90反转后检测出的主轴20的转角(第二检测值)的差是否超过了预先设定的阈值进行判定，并且对铁粉传感器250的检测值是否超过了预先设定的阈值进行判定，此外，根据上述判定结果对是否产生了增速机40的齿轮磨损进行判定。
例如，即便在第一检测值与第二检测值的差未超过阈值的情况下，当铁粉传感器250的检测值超过阈值时，也可判定为产生了齿轮磨损。这在当前啮合的齿轮的磨损较小而其它齿轮的磨损剧烈的情况下是有效的。只要将该情况下的铁粉传感器250的检测值的阈值设为检测出较多磨损粉时的值即可。另外，也可在第一检测值与第二检测值的差超过阈值、且铁粉传感器250的检测值超过阈值时，判定为产生了齿轮磨损。只要将该情况下的铁粉传感器250的检测值的阈值设为检测出较少磨损粉时的值即可。
控制装置80A的其它结构与图6所示的实施方式1的控制装置80相同。
图10是用于说明实施方式2的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。当例如从上次齿轮磨损检测处理的执行起经过了预先设定的时间时，该流程图的处理也被从主程序中调出并执行。
参照图10，该流程图在图8所示的流程图中还包括步骤S62、S64。即，当在步骤S60中判定为机舱90反转前后的主轴20的转角差处于预先设定的阈值以下时(步骤S60为“否”)，控制装置80A从铁粉传感器250取得增速机40的润滑油中含有的铁粉量的检测值(步骤S62)。
接着，控制装置80A对该检测出的铁粉量是否比预先设定的阈值大进行判定(步骤S64)。然后，当判定为检测出的铁粉量比阈值大时(步骤S64为“是”)，处理朝步骤S70转移，判定产生了增速机40的齿轮磨损。另一方面，当判定为检测出的铁粉量处于阈值以下时(步骤S64为“否”)，处理朝步骤S80转移，判定没有产生增速机40的齿轮磨损。
图10所示的流程图中的其它处理与图8所示的流程图中的处理相同。
如上所述，根据该实施方式2，由于还设有用于对增速机40的润滑油中含有的铁粉量进行检测的铁粉传感器250，还使用铁粉传感器250的检测值来对是否存在增速机40的齿轮磨损进行判定，因此，能实现精度更高的磨损判定。
在上述实施方式2中，对一次磨损检测方法中的铁粉传感器250的利用方法进行了说明，但根据基于铁粉传感器250的铁粉量的检测值来确定上述磨损检测的频度是较为理想的。例如，在铁粉量(铁粉浓度)非常低的情况下，每半年进行一次上述磨损检测。此外，也可随着铁粉量(铁粉浓度)的增加来缩短异常检测的周期。本磨损检测方法只是推定出仅啮合的齿轮的齿面的磨损量，在不是对象的齿面产生较大磨损、剥离等损伤的情况下，是不能检测到的。
使用振动传感器来对增速机40或其周边的振动量进行检测以代替铁粉量的检测，并根据振动传感器的检测值来确定磨损检测的频度，这也是有效的。
［实施方式3］
由于滚动轴承的滑动率比起齿轮的滑动率一般是足够小的，因此，在实施方式1中，能无视增速机40的轴承磨损。然而，实际上，即便在轴承中也产生磨损，当轴承磨损时，也可能会因齿轮的齿隙变化而使传递效率降低并使齿轮损伤。因此，在该实施方式3中，示出了齿轮或轴承的磨损检测装置。
该实施方式3的风力发电装置的整体结构与图1～图3所示的实施方式1相同。
再次参照图2，实施方式3的控制装置80B通过将使机舱90反转之后的转角传感器70的检测值(第二检测值)与使机舱90反转之前的转角传感器70的检测值(第一检测值)进行比较，来对是否存在增速机40的齿轮或轴承的磨损进行判定。
即，当增速机40的齿轮或轴承磨损时，因齿轮的位置偏移、齿面的磨损而使齿隙增大。因此，在该实施方式3中，当第一检测值与第二检测值的差(转角差)超过预先设定的阈值时，判定为增速机40的齿轮或轴承磨损了。
控制装置80B的其它结构与实施方式1的控制装置80相同。
再次参照图6，当第一检测值与第二检测值的差(转角差)超过预先设定的阈值时，控制装置80B的判定部230B判定产生了增速机40的齿轮或轴承的磨损。
该阈值也可根据齿轮的齿隙、轴承内部间隙及各零件的弹性变形来加以确定。如上所述，为了能在正常范围内的所有零件的组合中都将加工公差视为正常，需将阈值设为具有余裕的值。在该情况下，上述转角差的初始值与上述阈值之差较大，若不在齿轮或轴承上产生过大的磨损，可能都无法检测出。例如，在齿轮的齿隙较小的情况下，当轴承内部间隙不过大时，不会被检测出。然而，当轴承内部间隙过大时，在轴承内承受负载的滚动体的数量减少，会使最大接触压力增加。其结果是，过大的轴承内部间隙会导致轴承寿命的降低，这不是理想的。
因此，与实施方式1相同，较为理想的是，在磨损未进展的状态下对上述转角差进行测定，并以该初始值作为基准来确定上述阈值。例如，只要将刚制造出风力发电装置之后(朝现地搬运之前)、刚设置完或刚开始运转风力发电装置之后测定出的值作为参考来确定上述阈值即可。
再次参照图7，在该实施方式3中，风力发电装置10以无线方式将增速机40的齿轮或轴承磨损的判定结果朝通信服务器发送。藉此，与风力发电装置10远距离的监视服务器330能识别出在风力发电装置10的增速机40中是否产生了齿轮或轴承的磨损。
图11是用于说明实施方式3的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。当例如从上次磨损检测处理的执行起经过了预先设定的时间时，该流程图的处理也被从主程序中调出并执行。
参照图11，该流程图在图8所示的流程图中包括步骤S75、S85，以分别代替步骤S70、S80。即，当在步骤S60中判定为机舱反转前后的主轴20的转角差比阈值大时(步骤S60为“是”)，控制装置80B判定在增速机40的齿轮或轴承上产生了磨损(步骤S75)。另一方面，当在步骤S60中判定为机舱反转前后的主轴20的转角差处于阈值以下时(步骤S60为“否”)，则控制装置80B判定未产生增速机40的齿轮及轴承的磨损(步骤S85)。
如上所述，在实施方式1中进行了齿轮或轴承的磨损检测，但在实施方式2中也可进行齿轮或轴承的磨损检测。
如上所述，根据该实施方式3，能低成本且容易地检测出风力发电装置10的增速机40的齿轮或轴承的磨损。另外，根据该实施方式3，由于能远距离地对是否产生增速机40的齿轮或轴承的磨损进行监视，因此，可容易地维护增速机40。
［实施方式4］
在上述各实施方式中，通过使机舱反转来使由风力施加于主轴20的旋转转矩反转。在该实施方式4中，通过改变叶片30的倾角(叶片的风承受面的角度)来使旋转转矩反转，以代替使机舱90反转。
该实施方式4的风力发电装置的整体结构与实施方式3相同。
图12是实施方式4的控制装置的功能框图。参照图12，控制装置80C在图6所示的控制装置80B的结构中包括倾角控制部260，以代替偏转控制部220。
当从磨损检测控制执行部200接收到指令时，为了使由风力施加于主轴20的旋转转矩反转，倾角控制部260将用于使叶片30的倾角从当前位置改变(例如旋转大致90度)的驱动指令朝叶片倾角驱动装置(未图示)输出。
控制装置80C的其它结构与图6所示的控制装置80B相同。
图13是用于说明实施方式4的磨损检测处理的一系列步骤的流程图。当例如从上次磨损检测处理的执行起经过了预先设定的时间时，该流程图的处理也被从主程序中调出并执行。
参照图13，该流程图在图11所示的流程图中包括步骤S45、S95，以分别代替步骤S40、S90。即，当在步骤S30中取得第一转角后，控制装置80C在使制动装置60工作的状态下，为了使由风力施加于主轴20的旋转转矩反转而改变叶片30的倾角(例如旋转大致90度)(步骤S45)。然后，处理朝步骤S50转移，以取得第二转角。
另外，当步骤S75或步骤S85中是否存在摩擦的判定结束时，控制装置80C使步骤S45中改变了的叶片30的倾角回复至原来的角度(步骤S95)。然后，处理朝步骤S100转移，以解除制动装置60的制动。
如上所述，在实施方式3中，改变叶片30的倾角以代替使机舱90反转，但也可在实施方式1、2中，改变叶片30的倾角以代替使机舱90反转。
如上所述，根据该实施方式4，由于通过改变叶片30的倾角来使由风力施加于主轴20的旋转转矩反转，因此，与使机舱90反转的情况相比，能在短时间内或以较小的能量实施磨损检测。
在上述各实施方式中，因风力及制动装置60的工作状况而使输入到增速机40的转矩不同。当增速机40的输入转矩变化时，构成零件的弹性变形量变化，因此，为了进行精度更好的磨损检测，利用输入转矩进行修正是较为理想的。例如，也可以用输入转矩除以第一检测值与第二检测值的差(转角差)。然而，轴承的内外圈间相对于负载的变位量具有非线性，更为理想的是，最好根据不取决于输入转矩的测定值(转角差)进行磨损检测。
即，当也考虑构成零件的形状误差等时，比起利用输入转矩进行的修正，将输入转矩控制在一定范围内是较为理想的。例如，通过设置能测定增速机40的输入转矩的装置(转矩传感器等)，并根据输入转矩的测定值调节叶片30的角度和机舱90的朝向，能将输入转矩控制在一定范围内。
每当进行磨损检测时都朝机舱搬运本装置，需要大量的劳动，因此，将磨损检测装置装载于风力发电装置，尽管会增加成本和重量，但这是较为理想的。
如上所述，控制装置80、80A、80B的磨损检测控制执行部200、偏转控制部220及偏转驱动装置110形成本发明的“驱动控制部”的一实施例，铁粉传感器250对应于本发明的“传感器”的一实施例。另外，控制装置80C的磨损检测控制执行部200及倾角控制部260也形成本发明的“驱动控制部”的一实施例。
本次所公开的实施方式在所有点上均为例示，不应当认为是对本发明作出了限制。本发明的范围是由权利要求书表示的而不是由上述实施方式的说明表示的，包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。
符号说明
10  风力发电装置
20  主轴
30  叶片
40  增速机
50  发电机
60  制动装置
70  转角传感器
80、80A～80C  控制装置
90  机舱
100  塔部
110  偏转驱动装置
120  外圈齿轮
120A、123A～128A  齿轮部
121  输入轴
122  行星轮架
123  行星齿轮
124  低速轴
125  低速齿轮
126  中速轴
127  中速齿轮
128  高速轴
129  外壳
200  磨损检测控制执行部
210  制动控制部
220  偏转控制部
230、230A、230B  判定部
240  通信装置
250  铁粉传感器
260  倾角控制部
310  通信服务器
320  网络
330  监视服务器

Claims (15)

1.一种磨损检测装置，对设于风力发电装置(10)的增速机(40)的齿轮或轴承的磨损进行检测，其特征在于，
所述风力发电装置包括：
叶片(30)，该叶片(30)将风力转换为旋转力；
主轴(20)，该主轴(20)从所述叶片受到所述旋转力；
所述增速机(40)，该增速机(40)使所述主轴的旋转增速；
发电机(50)，该发电机(50)与所述增速机的输出轴连接；以及
机舱(90)，该机舱(90)收纳所述主轴、所述增速机及所述发电机，并以能自由旋转的方式支承于支柱上部，
所述磨损检测装置包括：
制动装置(60)，该制动装置(60)用于将所述增速机的输出轴固定在非旋转状态；
转角传感器(70)，该转角传感器(70)用于对所述主轴的转角进行检测；
控制部(220、260)，该控制部(220、260)通过改变所述叶片的受风状态来使由风力施加于所述主轴的旋转力的方向反转；以及
判定部(230、230A、230B)，该判定部(230、230A、230B)在使所述制动装置工作的状态下，对利用所述控制部使所述旋转力的方向反转之前的所述转角传感器的第一检测值与利用所述控制部使所述旋转力的方向反转之后的所述转角传感器的第二检测值进行比较，来判定是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损。
2.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
所述控制部包括用于使所述机舱反转的驱动控制部(220)，
所述判定部在使所述制动装置工作的状态下，对使所述机舱反转之前的所述第一检测值与利用所述驱动控制部使所述机舱反转之后的所述第二检测值进行比较，来判定是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损。
3.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
所述控制部包括驱动控制部(260)，该驱动控制部(260)通过改变所述叶片的角度来使由风力施加于所述主轴的旋转力的方向反转，
所述判定部在使所述制动装置工作的状态下，对改变所述叶片的角度之前的所述第一检测值与利用所述驱动控制部改变所述叶片的角度之后的所述第二检测值进行比较，来判定是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损。
4.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
当所述第一检测值与所述第二检测值的差超过预先设定的阈值时，所述判定部判定所述齿轮或所述轴承磨损了。
5.如权利要求4所述的磨损检测装置，其特征在于，
所述阈值是根据所述齿轮的齿隙、轴承内部间隙及所述增速机的构成零件的弹性变形来进行确定的。
6.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
当所述叶片受到风力而旋转时，所述判定部开始对是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损进行判定的处理。
7.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
所述磨损检测装置还包括用于对所述风力发电装置受到风力而产生的转矩进行检测的转矩传感器，
所述判定部根据以所述转矩传感器的检测值将所述第一检测值和所述第二检测值的差修正后获得的值来判定是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损。
8.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，还包括：
用于对所述风力发电装置受到风力而产生的转矩进行检测的转矩传感器；以及
通过对所述叶片的角度及所述机舱的朝向中的至少一方进行控制来将所述转矩传感器的检测值控制在一定的范围内的控制部。
9.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
所述磨损检测装置还包括用于对所述增速机的润滑油中的铁粉量进行检测的铁粉传感器(250)，
所述判定部(230A)还使用所述铁粉传感器的检测值来对是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损进行判定。
10.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
所述磨损检测装置还包括用于对所述增速机或其周边的振动量进行检测的振动传感器，
所述判定部还使用所述振动传感器的检测值来对是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损进行判定。
11.如权利要求1所述的磨损检测装置，其特征在于，
所述磨损检测装置还包括用于以无线方式将所述判定部的判定结果朝远距离的接收装置发送的通信装置(240)。
12.一种风力发电装置，其特征在于，包括权利要求1至权利要求11中任一项所述的磨损检测装置。
13.一种磨损检测方法，对设于风力发电装置(10)的增速机(40)的齿轮或轴承的磨损进行检测，其特征在于，
所述风力发电装置包括：
叶片(30)，该叶片(30)将风力转换为旋转力；
主轴(20)，该主轴(20)从所述叶片受到所述旋转力；
所述增速机(40)，该增速机(40)使所述主轴的旋转增速；
发电机(50)，该发电机(50)与所述增速机的输出轴连接；
机舱(90)，该机舱(90)收纳所述主轴、所述增速机及所述发电机，并以能自由旋转的方式支承于支柱上部；
制动装置(60)，该制动装置(60)用于将所述增速机的输出轴固定在非旋转状态；以及
转角传感器(70)，该转角传感器(70)用于对所述主轴的转角进行检测，
所述磨损检测方法包括：
使所述制动装置工作的步骤；
对表示所述主轴的转角的第一转角进行检测的步骤；
通过改变所述叶片的受风状态来使由风力施加于所述主轴的旋转力的方向反转的步骤；
对表示使所述旋转力的方向反转之后的所述主轴的转角的第二转角进行检测的步骤；以及
通过对所述第一转角与所述第二转角进行比较来判定是否存在所述齿轮或所述轴承的磨损的步骤。
14.如权利要求13所述的磨损检测方法，其特征在于，
使所述旋转力的方向反转的步骤包括使所述机舱反转的步骤，
对所述第二转角进行检测的步骤包括对使所述机舱反转之后的所述第二转角进行检测的步骤。
15.如权利要求13所述的磨损检测方法，其特征在于，
使所述旋转力的方向反转的步骤包括通过改变所述叶片的角度来使由风力施加于所述主轴的旋转力的方向反转的步骤，
对所述第二转角进行检测的步骤包括对改变了所述叶片的角度之后的所述第二转角进行检测的步骤。
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