JP2016061634A - 転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置、及び転がり軸受の異常診断方法 - Google Patents

転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置、及び転がり軸受の異常診断方法 Download PDF

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Abstract

【課題】メンテナンスや修理により変位センサ及び測定対象の設置状態が変化しても精度の高い異常診断を実現することができる転がり軸受の異常診断装置を提供する。
【解決手段】変位センサ７０は、主軸２０の変位を検出することによって軸受６０の内外輪間の相対変位を検出する。データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値に基づいて軸受６０の異常診断を実行する。そして、データ処理装置８０は、軸受６０に対する第１のアキシャル荷重条件下での変位センサ７０の検出値と、第１のアキシャル荷重条件とは異なる第２のアキシャル荷重条件下での変位センサ７０の検出値との差に基づいて異常診断を実行する。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置、及び転がり軸受の異常診断方法に関し、特に、風力発電装置の主軸や増速機、発電機等に設けられる転がり軸受の異常診断技術に関する。
風力発電装置においては、風力を受けるブレードに接続される主軸を回転させ、増速機により主軸の回転を増速した上で発電機のロータを回転させることによって発電が行なわれる。主軸並びに増速機及び発電機の回転軸の各々は、転がり軸受によって回転自在に支持されており、そのような軸受の異常を診断する異常診断装置が知られている。
異常診断装置としては、軸受に設けられた加速度センサにより軸受の振動を検出して異常診断を行なうものがよく知られている（たとえば特許文献１〜３参照）。たとえば、特開２００６−１０５９５６号公報（特許文献１）に開示される異常診断装置は、鉄道車両用転がり軸受装置に組み込まれた複列円すいころ軸受の異常を診断する異常診断装置であって、複列円すいころ軸受を回転駆動する駆動モータと、軸受箱に取り付けられる加速度センサとを備える。そして、駆動モータの非通電時における複列円すいころ軸受の所定の回転速度領域内での慣性回転時に、加速度センサによる検出信号に基づいて複列円すいころ軸受の異常が診断される（特許文献１参照）。
特開２００６−１０５９５６号公報 特開２００９−２００９０号公報 特開２０１１−１５４０２０号公報
軸受が支持する回転体にギヤボックスやモータ等の種々の運動部品が連結されている場合、加速度センサや振動音センサ等では、上記運動部品からの振動や上記運動部品との接触による振動によってＳ／Ｎ比が小さくなることがあり、軸受の異常検出が難しかったり、異常検出のロジックが複雑になったりし得る。
一方、軸受の内外輪間の変位に基づく異常診断が知られている。内外輪間の変位が増大すると、軸受が支持する回転体とその隣接部品との相対位置関係が変化し、隣接部品に影響を与える可能性がある。たとえば、軸受が支持する主軸がギヤボックスに連結されている場合、軸受の内外輪間の変位が増大すると、主軸と一体化した歯車と相手側の歯車との間に設けられる所定のバックラッシュが変化し、噛み合い不良が生じ得る。そこで、内外輪間の変位増大は、軸受の交換時期と関係が強いと考えられ、軸受の異常診断手法として内外輪間の変位に基づく異常診断は好適である。
内外輪間の変位に基づいて軸受の異常診断を行なう場合、設備設置直後など軸受が正常であるときの変位量と比較することで異常診断が可能である。軸受が損傷すると、内部すきまが大きくなるので、内外輪間の変位量が正常時と異常時とで大きく異なるからである。ここで、変位を検出する変位センサの測定値は、設備のメンテナンスや修理の前後で変化し得る。すなわち、メンテナンスや修理に伴ない、変位センサ及び測定対象の設置状態が調整されたり、変位センサの校正が行なわれることによって、メンテナンスや修理の前後で変位センサの測定値（絶対値）は変化し得る。このようなメンテナンス前後での変位センサの測定値の変化により、変位センサに基づく異常診断の精度が低下する可能性がある。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、メンテナンスや修理により変位センサ及び測定対象の設置状態が変化しても精度の高い異常診断を実現することができる転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置、及び転がり軸受の異常診断方法を提供することである。
この発明によれば、転がり軸受の異常診断装置は、変位センサと、診断部とを備える。転がり軸受は、玉軸受又は接触角を有するころ軸受によって構成される。変位センサは、転がり軸受の内外輪間の相対変位を検出する。診断部は、変位センサの検出値に基づいて転がり軸受の異常診断を実行する。そして、診断部は、転がり軸受に対する第１のアキシャル荷重条件下での変位センサの検出値と、第１のアキシャル荷重条件とは異なる第２のアキシャル荷重条件下での変位センサの検出値との差に基づいて異常診断を実行する。
この異常診断装置においては、２つの異なるアキシャル荷重条件下での変位センサの検出値の差に基づいて異常診断が実行される。異なる荷重条件下での変位の差を用いることにより、異常診断を行なうための比較データとなる正常時のデータの収集後に設備のメンテナンス等が行なわれていても、異なる荷重条件での測定の間に行なわれていなければ、メンテナンス等に伴なう変位センサの検出値の変化は、異常診断結果にほとんど影響しない。また、この異常診断装置においては、アキシャル荷重条件を用いることにより、２つの異なる荷重条件を容易に設定し得る。たとえば、風力発電装置の主軸受においては、ブレードの回転と主軸受のアキシャル荷重とは相関があり、ブレードの回転状況に基づいて２つの異なるアキシャル荷重条件を容易に設定し得る。したがって、この異常診断装置によれば、メンテナンスや修理により変位センサ及び測定対象の設置状態が変化しても、精度の高い異常診断を実現することができる。
好ましくは、転がり軸受は、風力発電装置の主軸受として用いられる。第１及び第２のアキシャル荷重条件は、風力発電装置の発電量に基づいて決定される。
また、好ましくは、第１及び第２のアキシャル荷重条件は、転がり軸受の回転速度に基づいて決定される。
また、好ましくは、転がり軸受は、風力発電装置の主軸受として用いられる。第１のアキシャル荷重条件は、風力発電装置のブレードの回転が停止しているときに成立する。第２のアキシャル荷重条件は、風力発電装置が定格運転を行なっているときに成立する。
好ましくは、変位センサは、転がり軸受の回転軸方向における内外輪間の相対変位を検出する。
また、この発明によれば、風力発電装置は、風力を受けるブレードと、ブレードに接続される主軸と、発電機と、複数の転がり軸受と、異常診断装置とを備える。発電機は、主軸又は主軸の回転を増速するための増速機に接続される。複数の転がり軸受は、主軸、増速機及び発電機に設けられる。異常診断装置は、複数の転がり軸受の少なくとも一つの異常を診断する。異常診断装置による異常診断の対象となる対象軸受は、玉軸受又は接触角を有するころ軸受によって構成される。異常診断装置は、変位センサと、診断部とを含む。変位センサは、対象軸受の内外輪間の相対変位を検出する。診断部は、変位センサの検出値に基づいて対象軸受の異常診断を実行する。そして、診断部は、対象軸受に対する第１のアキシャル荷重条件下での変位センサの検出値と、第１のアキシャル荷重条件とは異なる第２のアキシャル荷重条件下での変位センサの検出値との差に基づいて異常診断を実行する。
また、この発明によれば、異常診断方法は、玉軸受又は接触角を有するころ軸受によって構成される転がり軸受の異常診断方法であって、転がり軸受に対する第１のアキシャル荷重条件下における、転がり軸受の内外輪間の相対変位を示す第１の変位量を検出するステップと、第１のアキシャル荷重条件とは異なる第２のアキシャル荷重条件下における相対変位を示す第２の変位量を検出するステップと、第１の変位量と第２の変位量との差に基づいて転がり軸受の異常を診断するステップとを含む。
この発明によれば、メンテナンスや修理により変位センサ及び測定対象の設置状態が変化しても、精度の高い異常診断を実現することができる。
この発明の実施の形態による転がり軸受の異常診断装置が適用される風力発電装置の構成を概略的に示した図である。 変位センサの設置例を説明するための図である。 軸受におけるアキシャル荷重と回転軸方向の原点移動量との関係を示す図である。 データ処理装置により実行される正常時データ収集処理の手順を説明するフローチャートである。 データ処理装置により実行される異常診断処理の手順を説明するフローチャートである。 軸受におけるアキシャル荷重と軸受半径方向の原点移動量との関係を示す図である。 発電機の発電量に基づきアキシャル荷重条件の成立可否を判断する場合の異常診断処理の手順を説明するフローチャートである。 主軸の回転速度に基づきアキシャル荷重条件の成立可否を判断する場合の異常診断処理の手順を説明するフローチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
図１は、この発明の実施の形態による転がり軸受の異常診断装置が適用される風力発電装置の構成を概略的に示した図である。図１を参照して、風力発電装置１０は、主軸２０と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸用軸受（以下、単に「軸受」と称する。）６０と、変位センサ７０と、データ処理装置８０とを備える。増速機４０、発電機５０、軸受６０、変位センサ７０及びデータ処理装置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２０は、ナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、軸受６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２０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２０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２０に伝達する。
増速機４０は、主軸２０と発電機５０との間に設けられ、主軸２０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が、発電機５０の種類はこれに限定されるものではない。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。
軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２０を回転自在に支持する。軸受６０は、転がり軸受であり、この実施の形態では、玉軸受又は接触角を有するころ軸受（円錐ころ軸受や自動調心ころ軸受等）によって構成される。なお、軸受６０は、単列のものでも複列のものでもよい。
変位センサ７０は、軸受６０の内外輪間の相対変位を検出するためのセンサである。変位センサ７０は、軸受６０のハウジングに固設され、検出値をデータ処理装置８０へ出力する。
図２は、変位センサ７０の設置例を説明するための図である。図２を参照して、変位センサ７０は、軸受６０の外輪６２（静止輪）が固定されるハウジング６４の側部６５に固設されるとともに主軸２０に近接して配置され、ハウジング６４（側部６５）に対する主軸２０の回転軸Ｏ方向の変位を測定することによって、外輪６２に対する内輪６１（回転輪）の回転軸方向の相対変位を検出する。変位センサ７０は、主軸２０の回転が停止しているとき（すなわち軸受６０に対するアキシャル荷重は０）の変位量が０になるように調整されており、主軸２０の回転に伴なう主軸２０の回転軸Ｏ方向の変位を検出する。変位センサ７０は、たとえば、渦電流式等の非接触式のものや、接触式のもの、或いはビデオカメラ等によって構成される。
再び図１を参照して、データ処理装置８０は、ナセル９０内に設けられ、変位センサ７０から検出値を受ける。上述のように、変位センサ７０からの検出値は、軸受６０の内外輪間についての回転軸方向の相対変位を示す。そして、データ処理装置８０は、予め設定されたプログラムに従って、後述の方法により、軸受６０の内外輪間についての回転軸方向の相対変位に基づいて軸受６０の異常診断を実行する。なお、このデータ処理装置８０は、この発明における「診断部」の一実施例に対応するものである。
この風力発電装置１０においては、ブレード３０が風力によって回転すると、主軸２０を支持する軸受６０にアキシャル荷重（回転軸方向の荷重）が発生する。そして、この実施の形態に従う異常診断装置では、アキシャル荷重に応じて軸受６０に生じる内外輪間の軸方向変位（変位センサ７０の検出値）に基づいて、軸受６０の異常診断が実行される。以下、この軸受６０の異常診断について詳しく説明する。
図３は、軸受６０におけるアキシャル荷重と回転軸方向の原点移動量との関係を示す図である。図３を参照して、横軸は、軸受６０におけるアキシャル荷重を示す。アキシャル荷重は、ブレード３０の回転に依存し、具体的には、ブレード３０による回転力を受けて発電する発電機５０の発電量や、主軸２０の回転速度等に依存するものである。アキシャル荷重が０であることは、ブレード３０の回転が停止していることに相当する。また、アキシャル荷重がＦ２であることは、この風力発電装置１０が定格運転を行なっていることに相当し、アキシャル荷重がＦ１であることは、定格運転の５０％で動作していることに相当する。
縦軸は、回転軸方向の原点移動量を示す。回転軸方向の原点移動量とは、静止輪である外輪の中心点（外輪の中心軸と外輪の軸方向中心面との交点）を原点として、回転輪である内輪の中心点（内輪の中心軸と内輪の軸方向中心面との交点）の原点からの軸方向移動量を示す。すなわち、この回転軸方向の原点移動量は、変位センサ７０（図１，２）によって検出されるものである。
図中、丸印は、軸受６０が正常であるとき（たとえば風力発電装置１０の設置直後）のデータを示し、三角印は、軸受６０が異常であるとき（軸受６０に損傷発生）のデータを示す。軸受６０が正常の場合も異常の場合も、アキシャル荷重が大きくなるに従って回転軸方向の原点移動量は大きくなる。また、軸受が損傷している場合は、内部すきまが大きくなるので、同一のアキシャル荷重に対する軸方向原点移動量は、軸受６０の異常時の方が正常時より大きい。そこで、あるアキシャル荷重条件下（たとえば図中のＦ２）における軸方向原点移動量を正常時のものと比較することによって、軸受６０の異常診断を行ない得る。
ここで、軸方向の原点移動量は、変位センサ７０によって検出されるところ、変位センサ７０の測定値は、設備のメンテナンスや修理の前後で変化し得る。すなわち、設備のメンテナンスや修理に伴ない、変位センサ７０及び測定対象の設置状態が調整されたり、変位センサ７０の校正が行なわれることによって、メンテナンスや修理の前後で変位センサ７０の測定値（絶対値）は変化し得る。このようなメンテナンス前後での変位センサ７０の測定値の変化により、変位センサ７０に基づく異常診断の精度が低下する可能性がある。
そこで、この実施の形態に従う異常診断装置では、軸受６０に対する２つの異なるアキシャル荷重条件下での変位センサ７０の検出値の差に基づいて異常診断が行なわれる。すなわち、所定の第１のアキシャル荷重条件下における変位センサ７０の検出値と、第１のアキシャル荷重と異なる所定の第２のアキシャル荷重条件下における変位センサ７０の検出値との差（以下「変位差」とも称する。）について、診断時のデータが正常時のデータと比較される。そして、たとえば、診断時の変位差が正常時の変位差のｋ倍（ｋ＞１）であるときに軸受６０が異常であると診断される。
具体的には、たとえば、ブレード３０の回転が停止しているときのアキシャル荷重（＝０）を第１のアキシャル荷重条件とし、風力発電装置１０が定格運転をしているときのアキシャル荷重（たとえば図中のＦ２）を第２のアキシャル荷重条件として、風力発電装置１０の設置直後（メンテナンスや修理前）に第１及び第２のアキシャル荷重条件下での変位センサ７０の検出値に基づいて変位差Δδｎが算出され、正常時のデータとして記録される。そして、異常診断時（メンテナンス後であってもよい。）に再度第１及び第２のアキシャル荷重条件下での変位センサ７０の検出値に基づいて変位差Δδが算出され、変位差Δδが正常時の変位差Δδｎのたとえばｋ倍であるときに軸受６０が異常であると診断される。
このように、２つの異なるアキシャル荷重条件下での回転軸方向の原点移動量の差（変位差）を用いることにより、２つのアキシャル荷重条件での測定の間にメンテナンスや修理が行なわれない限り、正常時のデータが収集された後にメンテナンスや修理が行なわれても異常診断の精度にはほとんど影響しない。
また、この実施の形態に従う異常診断装置では、荷重条件としてアキシャル荷重が用いられる。アキシャル荷重は、ブレード３０の回転に依存するので、この異常診断装置によれば、２つの異なるアキシャル荷重条件を上記のように容易に設定し得る（ブレード３０の回転停止時／定格運転時）。
図４は、データ処理装置８０により実行される正常時データ収集処理の手順を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図４を参照して、データ処理装置８０は、異常診断時に収集されるデータの比較対象となる正常時のデータを収集済みであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。データ収集済みであるか否かは、正常時データ収集フラグ（設備設置時はオフに設定され、後述のステップＳ９０においてオンされる。）に基づいて判断される。データ収集済みであると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ１００へ処理を移行する。
ステップＳ１０においてデータ収集は済んでいないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、データ処理装置８０は、ブレード３０の回転が停止しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。この判定処理は、第１のアキシャル荷重条件が成立しているか否かを判定するための処理である。
ブレード３０の回転が停止していると判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、第１のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδｎ０として記録装置（図示せず。以下同じ。）に記録する（ステップＳ３０）。なお、ステップＳ２０においてブレード３０が回転していると判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、ステップＳ３０の処理は実行されずにステップＳ４０へ処理が移行される。
次いで、データ処理装置８０は、風力発電装置１０が定格運転中であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。この判定処理は、第２のアキシャル荷重条件が成立しているか否かを判定するための処理である。なお、定格運転中か否かは、たとえば発電機５０の発電量及びブレード３０（主軸２０）の回転速度に基づいて判断され得る。
風力発電装置１０が定格運転中であると判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、第２のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδｎ１として記録装置に記録する（ステップＳ５０）。なお、ステップＳ４０において定格運転中ではないと判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、ステップＳ５０の処理は実行されずにステップＳ６０へ処理が移行される。
続いて、データ処理装置８０は、変位センサ７０による検出値δｎ０，δｎ１が記録装置に記録されているか否かを判定する（ステップＳ６０）。検出値δｎ０，δｎ１の少なくとも一方が記録されていないときは（ステップＳ６０においてＮＯ）、以降の処理は実行されずにステップＳ１００へ処理が移行される。
ステップＳ６０において検出値δｎ０，δｎ１の双方が記録されていると判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、第２のアキシャル荷重条件下における検出値δｎ１と、第１のアキシャル荷重条件下における検出値δｎ０との差を示す変位差Δδｎを算出する（ステップＳ７０）。そして、データ処理装置８０は、正常時のデータを示す変位差Δδｎを記録装置に記録し（ステップＳ８０）、正常時データ収集フラグをオンにする（ステップＳ９０）。
図５は、データ処理装置８０により実行される異常診断処理の手順を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図５を参照して、データ処理装置８０は、正常時データ収集フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。正常時データ収集フラグがオフのときは（ステップＳ１０５においてＮＯ）、データ処理装置８０は、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ１９０へ処理を移行する。
ステップＳ１０５において正常時データ収集フラグがオンであると判定されると（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、ブレード３０の回転が停止しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ブレード３０の回転が停止していると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、第１のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδ０として記録装置に記録する（ステップＳ１２０）。なお、ステップＳ１１０においてブレード３０が回転していると判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、ステップＳ１２０の処理は実行されずにステップＳ１３０へ処理が移行される。
次いで、データ処理装置８０は、風力発電装置１０が定格運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。風力発電装置１０が定格運転中であると判定されると（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、第２のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδ１として記録装置に記録する（ステップＳ１４０）。なお、ステップＳ１３０において定格運転中ではないと判定されると（ステップＳ１３０においてＮＯ）、ステップＳ１４０の処理は実行されずにステップＳ１５０へ処理が移行される。
続いて、データ処理装置８０は、変位センサ７０による検出値δ０，δ１が記録装置に記録されているか否かを判定する（ステップＳ１５０）。検出値δ０，δ１の少なくとも一方が記録されていないときは（ステップＳ１５０においてＮＯ）、以降の処理は実行されずにステップＳ１９０へ処理が移行される。
ステップＳ１５０において検出値δ０，δ１の双方が記録されていると判定されると（ステップＳ１５０においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、第２のアキシャル荷重条件下における検出値δ１と、第１のアキシャル荷重条件下における検出値δ０との差を示す変位差Δδを算出する（ステップＳ１６０）。
次いで、データ処理装置８０は、ステップＳ１６０において算出された変位差Δδがしきい値δｃｒよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１７０）。このしきい値δｃｒは、軸受６０が異常か否かを判定するためのしきい値であり、たとえば、図４に示される正常時データ収集処理において収集された、正常時のデータを示す変位差Δδｎに基づいて決定される。一例として、しきい値δｃｒは、正常時の変位差Δδｎのｋ倍（ｋ＞１）に設定される。
そして、ステップＳ１７０において変位差Δδがしきい値δｃｒよりも大きいと判定されると（ステップＳ１７０においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、異常診断結果が「異常」である旨のアラームを出力する（ステップＳ１８０）。一方、ステップＳ１７０において変位差Δδがしきい値δｃｒ以下であると判定されると（ステップＳ１７０においてＮＯ）、データ処理装置８０は、ステップＳ１８０の処理を実行することなく、ステップＳ１９０へ処理を移行する。
以上のように、この実施の形態においては、２つの異なる第１及び第２のアキシャル荷重条件下での変位センサ７０の検出値の差に基づいて異常診断が実行される。異なるアキシャル荷重条件下での変位の差を用いることにより、異常診断を行なうための比較データとなる正常時のデータの収集後に設備のメンテナンス等が行なわれていても、異なる２つの荷重条件での測定の間に行なわれていなければ、メンテナンス等に伴なう変位センサ７０の検出値の変化は、異常診断結果にほとんど影響しない。また、この異常診断装置においては、アキシャル荷重条件を用いることにより、２つの異なる荷重条件を容易に設定し得る。たとえば、風力発電装置１０の軸受６０においては、ブレード３０の回転と軸受６０のアキシャル荷重とは相関があり、ブレード３０の回転状況に基づいて２つの異なるアキシャル荷重条件を容易に設定し得る。したがって、この実施の形態によれば、メンテナンスや修理により変位センサ７０及び測定対象の設置状態が変化しても、精度の高い異常診断を実現することができる。
［変形例１］
上記の実施の形態では、アキシャル荷重に対する軸受６０の内外輪間の回転軸方向変位を、軸受６０が正常時のデータと比較することによって異常診断を行なうものとしたが（図３）、アキシャル荷重に対する内外輪間の軸受半径方向（回転軸に垂直な方向）の変位を正常時のデータと比較することによって異常診断を行なってもよい。
再び図２を参照して、この変形例１では、変位センサ７０は、ハウジング６４（側部６５）に対する主軸２０の回転軸垂直方向の変位を測定することによって、外輪６２に対する内輪６１の軸受半径方向の相対変位を検出する。変位センサ７０は、たとえば、主軸２０の鉛直下方に配置されており、主軸２０の回転に伴なう主軸２０の鉛直方向の変位を検出する。
図６は、軸受６０におけるアキシャル荷重と軸受半径方向の原点移動量との関係を示す図である。図６を参照して、横軸は、軸受６０におけるアキシャル荷重を示す。縦軸は、軸受６０の半径方向の原点移動量を示す。ここでは、軸受半径方向の原点移動量は、静止輪である外輪の中心軸を原点として、回転輪である内輪の中心軸の鉛直下方向への移動量を示している。
図中、丸印は、軸受６０が正常であるときのデータを示し、三角印は、軸受６０が異常であるときのデータを示す。軸受６０が正常の場合も異常の場合も、アキシャル荷重が０であるとき（主軸２０の回転停止時）に半径方向の原点移動量は最大となり、アキシャル荷重が大きくなるに従って半径方向の原点移動量は小さくなる。ここで、軸受が損傷している場合は、内部すきまが大きくなるので、アキシャル荷重が小さいときの半径方向の原点移動量は正常時に比べて大きく、アキシャル荷重の増加に対する原点移動量の変化も正常時に比べて大きい（Δδａ（異常時）＞Δδｎ（正常時））。
そこで、所定の第１のアキシャル荷重条件（たとえば荷重０）下における半径方向の原点移動量と、第１のアキシャル荷重と異なる所定の第２のアキシャル荷重条件（たとえば図中のＦ２）下における半径方向の原点移動量との差（変位差）について、診断時の変位差Δδを正常時の変位差Δδｎと比較し、たとえば、診断時の変位差Δδが正常時の変位差Δδｎのｋ倍（ｋ＞１）であるときに軸受６０が異常であると診断してもよい。
なお、図３と図６とを比較すると、異なるアキシャル荷重条件における原点移動量の差は、回転軸方向の方が軸受半径方向よりも大きいので、変位センサ７０によって回転軸方向の変位を測定する方が、本変形例１による手法よりも精度の高い異常診断を行ない得るといえる。
［変形例２］
上記の実施の形態では、データ処理装置８０により実行される異常診断処理（図５）において、ブレード３０の回転が停止しているときに第１のアキシャル荷重条件が成立し、風力発電装置１０が定格運転をしているときに第２のアキシャル荷重条件が成立するものとしたが、第１及び第２のアキシャル荷重条件はこれに限られるものではない。アキシャル荷重は、ブレード３０の回転に依存し（風力が大きいほど、ブレード３０の回転が速くなるとともにアキシャル荷重も大きくなる。）、ブレード３０による回転力を受けて発電する発電機５０の発電量や主軸２０の回転速度と相関をもつ。そこで、発電機５０の発電量Ｐや主軸２０（ブレード３０）の回転速度Ｎそのものに基づいて、所定のアキシャル荷重条件の成立可否を判定するようにしてもよい。
図７は、発電機５０の発電量に基づきアキシャル荷重条件の成立可否を判断する場合の異常診断処理の手順を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図７を参照して、このフローチャートは、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１１０，Ｓ１３０に代えてステップＳ１１２，Ｓ１３２を含む。すなわち、ステップＳ１０５において正常時データ収集フラグがオンであると判定されると（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、発電機５０の発電量Ｐがしきい値Ｐ０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。このしきい値Ｐ０は、発電機５０の定格発電量に対して相対的に小さい値に設定され、たとえば定格発電量の１０〜２０％程度に設定される。
そして、発電量Ｐがしきい値Ｐ０よりも小さいと判定されると（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、第１のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδ０として記録装置に記録する（ステップＳ１２０）。
また、データ処理装置８０は、発電機５０の発電量Ｐがしきい値Ｐ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３２）。このしきい値Ｐ１は、発電機５０の定格発電量に近い値に設定され、たとえば定格発電量の８０〜９０％程度に設定される。
そして、発電量Ｐがしきい値Ｐ１よりも大きいと判定されると（ステップＳ１３２においてＹＥＳ）、第２のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδ１として記録装置に記録する（ステップＳ１４０）。
なお、その他の処理は、図３に示したフローチャートで説明した処理と同じである。
また、図８は、主軸２０の回転速度に基づきアキシャル荷重条件の成立可否を判断する場合の異常診断処理の手順を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。
図８を参照して、このフローチャートは、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１１０，Ｓ１３０に代えてステップＳ１１４，Ｓ１３４を含む。すなわち、ステップＳ１０５において正常時データ収集フラグがオンであると判定されると（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、データ処理装置８０は、主軸２０の回転速度Ｎがしきい値Ｎ０よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１１２）。このしきい値Ｎ０は、主軸２０の定格回転速度に対して相対的に小さい値に設定され、たとえば定格回転速度の１０〜２０％程度に設定される。
そして、回転速度Ｎがしきい値Ｎ０よりも低いと判定されると（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、第１のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδ０として記録装置に記録する（ステップＳ１２０）。
また、データ処理装置８０は、主軸２０の回転速度Ｎがしきい値Ｎ０よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１３４）。このしきい値Ｎ１は、主軸２０の定格回転速度に近い値に設定され、たとえば定格回転速度の８０〜９０％程度に設定される。
そして、回転速度Ｎがしきい値Ｎ０よりも高いと判定されると（ステップＳ１３４においてＹＥＳ）、第２のアキシャル荷重条件が成立しているものと判断され、データ処理装置８０は、変位センサ７０の検出値をδ１として記録装置に記録する（ステップＳ１４０）。
なお、その他の処理は、図３に示したフローチャートで説明した処理と同じである。
なお、上記の変形例２においては、変位センサ７０によって軸受６０の内外輪間の軸方向の変位を検出して異常診断を行なってもよいし、変位センサ７０によって軸受６０の内外輪間の軸受半径方向の変位を検出して異常診断を行なってもよい。
また、再び図１を参照して、上記の実施の形態及び変形例においては、変位センサ７０は、主軸２０を支持する軸受６０に取り付けられ、軸受６０の異常診断を行なうものとしたが、軸受６０とともに、又は軸受６０に代えて、増速機４０内や発電機５０内に設けられる軸受に変位センサを設置し、上記の実施の形態又は変形例と同様の手法によって、増速機４０内や発電機５０内に設けられる軸受の異常診断を行なうことができる。
また、上記の実施の形態及び変形例では、本発明に従う転がり軸受の異常診断装置が風力発電装置に適用される場合について説明したが、本発明の適用範囲は、必ずしも風力発電装置に限定されるものではない。
また、本発明は、加速度センサ等の振動センサを用いた異常診断を排除するものではない。本発明に従う異常診断を、振動センサを用いた異常診断と併用して、より高精度な異常診断を追求することも可能である。
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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及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 主軸、３０ ブレード、４０ 増速機、５０ 発電機、６０ 軸受、６１ 内輪、６２ 外輪、６３ ころ、６４ ハウジング、６５ 側部、７０ 変位センサ、８０ データ処理装置、９０ ナセル、１００ タワー。

Claims (7)

  1. 転がり軸受の異常診断装置であって、前記転がり軸受は、玉軸受又は接触角を有するころ軸受によって構成され、
    前記転がり軸受の内外輪間の相対変位を検出するための変位センサと、
    前記変位センサの検出値に基づいて前記転がり軸受の異常診断を実行する診断部とを備え、
    前記診断部は、前記転がり軸受に対する第１のアキシャル荷重条件下での前記変位センサの検出値と、前記第１のアキシャル荷重条件とは異なる第２のアキシャル荷重条件下での前記変位センサの検出値との差に基づいて前記異常診断を実行する、転がり軸受の異常診断装置。
  2. 前記転がり軸受は、風力発電装置の主軸受として用いられ、
    前記第１及び第２のアキシャル荷重条件は、前記風力発電装置の発電量に基づいて決定される、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
  3. 前記第１及び第２のアキシャル荷重条件は、前記転がり軸受の回転速度に基づいて決定される、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
  4. 前記転がり軸受は、風力発電装置の主軸受として用いられ、
    前記第１のアキシャル荷重条件は、前記風力発電装置のブレードの回転が停止しているときに成立し、
    前記第２のアキシャル荷重条件は、前記風力発電装置が定格運転を行なっているときに成立する、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
  5. 前記変位センサは、前記転がり軸受の回転軸方向における前記内外輪間の相対変位を検出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の転がり軸受の異常診断装置。
  6. 風力を受けるブレードと、
    前記ブレードに接続される主軸と、
    前記主軸又は前記主軸の回転を増速するための増速機に接続される発電機と、
    前記主軸、前記増速機及び前記発電機に設けられる複数の転がり軸受と、
    前記複数の転がり軸受の少なくとも一つの異常を診断する異常診断装置とを備え、
    前記異常診断装置による異常診断の対象となる対象軸受は、玉軸受又は接触角を有するころ軸受によって構成され、
    前記異常診断装置は、
    前記対象軸受の内外輪間の相対変位を検出するための変位センサと、
    前記変位センサの検出値に基づいて前記対象軸受の異常診断を実行する診断部とを含み、
    前記診断部は、前記対象軸受に対する第１のアキシャル荷重条件下での前記変位センサの検出値と、前記第１のアキシャル荷重条件とは異なる第２のアキシャル荷重条件下での前記変位センサの検出値との差に基づいて前記異常診断を実行する、風力発電装置。
  7. 転がり軸受の異常診断方法であって、前記転がり軸受は、玉軸受又は接触角を有するころ軸受によって構成され、
    前記転がり軸受に対する第１のアキシャル荷重条件下における、前記転がり軸受の内外輪間の相対変位を示す第１の変位量を検出するステップと、
    前記第１のアキシャル荷重条件とは異なる第２のアキシャル荷重条件下における前記相対変位を示す第２の変位量を検出するステップと、
    前記第１の変位量と前記第２の変位量との差に基づいて前記転がり軸受の異常を診断するステップとを含む、転がり軸受の異常診断方法。
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