JP2017003465A - 油圧機械の診断システム、油圧機械及び風力発電装置並びに油圧機械の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧機械の異常を的確に診断しうる油圧機械の診断システムを提供する。
【解決手段】回転軸と、シリンダと、前記シリンダと共に作動室を形成するピストンと、前記作動室に対して設けられる高圧弁及び低圧弁と、を有し、前記回転軸の回転運動と前記ピストンの往復運動との間で変換を行うように構成された油圧機械の診断システムは、
前記作動室の圧力を検出するための圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するための第１異常判定部と、を備え、
前記高圧弁または前記低圧弁は、励磁電流の供給制御によって、前記励磁電流の非供給時におけるノーマル位置と、前記励磁電流の供給時における励磁位置との間で弁体が移動可能に構成され、
前記第１異常判定部は、前記高圧弁または前記低圧弁への前記励磁電流の非供給時における前記圧力センサの検出結果に基づき、前記油圧機械の異常を判定するように構成される。
【選択図】 図８

Description

本開示は、油圧機械の診断システム、油圧機械及び風力発電装置並びに油圧機械の診断方法に関する。

従来から、油圧ポンプや油圧モータ等の油圧機械が知られている。
例えば、特許文献１には、シリンダとピストンにより形成される作動室の周期的な容積変化を利用し、作動流体の流体エネルギーと回転シャフトの回転エネルギーとの間で変換するようにした油圧機械が記載されている。

また、特許文献２には、油圧機械の作動室と作動室外部との連通状態を切り替えるためのバルブの開閉異常が発生することを抑制する手法として、作動流体（作動油）の状態や流体作動機械の構成部品の特性に応じてバルブの開閉タイミングを制御することが記載されている。

米国特許公開第２０１０／００４０４７０号明細書 国際公開第２０１１／１０４５４７号

ところで、油圧ポンプや油圧モータ等の油圧機械においては、油圧機械の異常（例えばバルブ開閉タイミングの異常）が発生すると、この異常が、油圧機械の性能低下や油圧機械各部（例えばバルブ）の損傷の原因になり得る。
このような問題を未然に防ぐためには、油圧機械の性能低下や油圧機械各部の損傷が発生する前に、油圧機械における異常を検知することが重要である。
この点、特許文献１及び２には、油圧機械の異常（例えば、バルブ開閉タイミングに関連した異常）を的確に診断するための具体的な手法について、殆ど記載されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、油圧機械の異常を的確に診断しうる油圧機械の診断システム、油圧機械及び風力発電装置並びに油圧機械の診断方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧機械の診断システムは、
回転軸と、シリンダと、前記シリンダと共に作動室を形成するピストンと、前記作動室に対して設けられる高圧弁及び低圧弁と、を有し、前記回転軸の回転運動と前記ピストンの往復運動との間で変換を行うように構成された油圧機械の診断システムであって、
前記作動室の圧力を検出するための圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するための第１異常判定部と、を備え、
前記高圧弁または前記低圧弁の少なくとも一方は、励磁電流の供給制御によって、前記励磁電流の非供給時におけるノーマル位置と、前記励磁電流の供給時における励磁位置との間で弁体が移動可能に構成され、
前記第１異常判定部は、前記高圧弁または前記低圧弁の前記少なくとも一方への前記励磁電流の非供給時における前記圧力センサの検出結果に基づき、前記油圧機械の異常を判定するように構成される。

作動室内の圧力（以下、本明細書において「筒内圧」ともいう。）は、高圧弁及び低圧弁の開閉及びピストンの往復運動に応じて変化する。このため、筒内圧は、油圧機械の正常作動時には周期的に変動する。筒内圧の周期的変化は、高圧弁または低圧弁の制御によって実現される。すなわち、励磁電流の供給制御によってノーマル位置（開位置又は閉位置）と、励磁位置との間で弁体の位置の切り替え制御を行う弁を高圧弁または低圧弁として用いる場合、油圧機械が所望の動作をするように、励磁電流の供給を制御して該弁の開閉制御を行うことにより、筒内圧が周期的に変動する。
ここで、高圧弁または低圧弁に対して励磁電流を供給しない非供給時には、通常、弁体に働く付勢力により弁体はノーマル位置に位置する。しかし、何らかの要因により付勢力と反対向きの力が弁体に加わると、励磁電流の非供給時においても弁体が励磁位置に固定されてしまう現象が起こり得る。このように、弁の動作が所期の動作とは異なる場合、作動室内圧力は、上述した周期的な圧力変動とは異なる挙動となる。よって、高圧弁または低圧弁への励磁電流の非供給時において、作動室内圧力が正常作動時と異なる挙動となる場合に、油圧機械に異常が発生していると考えられる。
上記（１）の診断システムによれば、高圧弁または低圧弁の少なくとも一方への励磁電流の非供給時における圧力センサでの検出結果にもとづいて油圧機械の異常を第１異常判定部により判定可能であるので、油圧機械の異常を的確に診断できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記低圧弁は、前記励磁電流の非供給時において前記ノーマル位置に前記弁体があるときに開くように構成されたノーマルオープン電磁弁であり、
前記第１異常判定部は、前記低圧弁への前記励磁電流が第１閾値以下であり、且つ、前記回転軸が１回転する間において前記作動室の圧力が第２閾値以上になる期間が規定時間Ｔ_１以上継続するか否かに基づいて、前記油圧機械の異常を検出するように構成される。
ノーマルオープン電磁弁である低圧弁へ励磁電流が供給されていないとき（非供給時）に、通常開状態であるはずの低圧弁が何らかの要因により閉状態となると、本来であれば低圧弁が開いて低圧ラインと作動室とが連通すべき期間において、低圧ラインと作動室が連通しないため作動室が高圧となる事象が生じる。
上記（２）の構成によれば、低圧弁への励磁電流が第１閾値以下（励磁電流の“非供給時”）であり、且つ、作動室の圧力が第２閾値以上になる期間（作動室が比較的高圧となる期間）が規定時間Ｔ_１以上継続するか否かに基づいて、油圧機械の異常を的確に検出することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記油圧機械の定格回転数をω_{ｒａｔｅｄ}（ｒｐｍ）としたとき、
前記規定時間Ｔ_１は、Ｔ^＊＝６０／ω_{ｒａｔｅｄ}を用いて０．１５Ｔ^＊≦Ｔ_１≦０．２５Ｔ^＊の関係式を満たす。
本発明者らの知見によれば、低圧弁への励磁電流が第１閾値以下のとき（非供給時）に、作動室の圧力が第２閾値以上である期間（作動室が比較的高圧となる期間）が、油圧機械の定格回転数ωにおける回転周期をＴ^＊として、０．１５Ｔ^＊≦Ｔ_１≦０．２５Ｔ^＊の関係式を満たすＴ_１以上継続するときには、油圧機械に異常が発生していることが見出された。上記（３）の構成によれば、油圧機械の定格回転数ωにおける回転周期Ｔ^＊として、０．１５Ｔ^＊≦Ｔ_１≦０．２５Ｔ^＊を満たす規定時間Ｔ_１を基準として、油圧機械の異常を的確に検出することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記第１異常判定部は、前記作動室の前記圧力の上昇時点および下降時点を基準として、前記作動室の圧力が前記第２閾値以上になる前記期間の長さを求めるように構成される。
上記（４）の構成では、圧力の上昇時点及び下降時点を基準として、作動室の圧力が比較的高圧となっている期間の長さを求める。このため、回転軸の絶対位相（回転角度）を基準として作動室の圧力が比較的高圧となっている期間の長さを求める場合と異なり、回転計を必要としない。また、回転計が必要でないため、回転計の誤差等の不具合を考慮する必要がない。よって、上記（４）の構成によれば、油圧機械の異常を簡易に精度良く検出することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記第１異常判定部は、前記回転軸が１回転する間において前記作動室の圧力が第３閾値以下になる期間が規定時間Ｔ_２以上継続するか否かに基づき、前記油圧機械の複数の異常モードの中から異常モードを特定するように構成される。
油圧機械の異なる複数の異常モードにおいて、高圧弁または低圧弁への励磁電流の非供給時における作動室の圧力が同様な挙動を示す場合もあり得る。例えば、ノーマルオープン電磁弁である低圧弁へ励磁電流の非供給時に作動室が高圧となる事象については、低圧弁の動作不良に起因する場合と、高圧弁の動作不良に起因する場合とがあると考えられる。これら２つの場合を比べると、回転軸が１回転する間において作動室が比較的低圧となる期間の長さに差がある。
上記（５）の構成によれば、回転軸が１回転する間において作動室の圧力が第３閾値以下になる期間（作動室が比較的低圧となる期間）が、例えば前記低圧弁への前記励磁電流が第１閾値以下であり、且つ、前記回転軸が１回転する間において前記作動室の圧力が第２閾値以上になる期間が規定時間Ｔ_１以上継続する期間の前において、規定時間Ｔ_２以上継続するか否かに基づいて、油圧機械の異常モードを的確に判別可能である。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記高圧弁はノーマルクローズ電磁弁であり、
前記低圧弁はノーマルオープン電磁弁であり、
前記第１異常判定部は、
前記高圧弁の閉タイミングの遅れにより前記低圧弁が開けない第２異常モードと、
前記高圧弁が適切なタイミングで閉じることにより前記低圧弁は開くが、前記低圧弁への前記励磁電流の非供給時において前記低圧弁の弁体が閉じてしまう第１異常モードと、の間で前記油圧機械の異常モードを判別するように構成される。
上記（６）の構成によれば、高圧弁または低圧弁の少なくとも一方への励磁電流の非供給時における圧力センサでの検出結果にもとづいて、異なる異常モードを的確に判別することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、
前記油圧機械の定格回転数をω_{ｒａｔｅｄ}（ｒｐｍ）としたとき、
前記規定時間Ｔ_２は、Ｔ^＊＝６０／ω_{ｒａｔｅｄ}を用いて０．２５Ｔ^＊≦Ｔ_２≦０．４５Ｔ^＊の関係式を満たす。
本発明者らの知見によれば、回転軸が１回転する間において作動室の圧力が第３閾値以下になる期間（作動室が比較的低圧となる期間）が、油圧機械の定格回転数ωにおける回転周期をＴ^＊として、０．２５Ｔ^＊≦Ｔ_２≦０．４５Ｔ^＊の関係式を満たすＴ_２以上継続するときには、上述の第１異常モードが発生することが見出された。上記（７）の構成によれば、油圧機械の定格回転数ωにおける回転周期Ｔ^＊として、０．２５Ｔ^＊≦Ｔ_２≦０．４５Ｔ^＊を満たす規定時間Ｔ_２を基準として、異なる異常モードを的確に判別することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れかの構成において、前記油圧機械の診断システムは、
前記高圧弁または前記低圧弁の前記少なくとも一方への前記励磁電流の供給開始タイミング又は供給停止タイミングを規定範囲内で動かし、該供給開始タイミング又は供給停止タイミングが前記作動室の圧力に与える影響に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するように構成された第２異常判定部をさらに備える。
高圧弁または低圧弁への励磁電流の供給開始タイミング又は供給停止タイミングを動かすと、高圧弁または低圧弁の開閉挙動が変化し、筒内圧の挙動も変化するはずである。上記（８）の構成における異常判定原理はこの前提に基づいている。
すなわち、上記（８）の構成において、励磁電流の供給開始タイミング又は供給停止タイミングの前記規定範囲を、筒内圧の挙動に所定の変化が現れるような範囲に設定しおけば、前記規定範囲内で励磁電流の供給開始タイミング又は供給停止タイミングを動かしたときに筒内圧の挙動が予期される変化を示すか否かに基づいて、油圧機械の異常を判定することができる。この場合、高圧弁または低圧弁への励磁電流の供給開始タイミング又は供給停止タイミングを規定範囲内で動かしても、筒内圧挙動が予期される変化を示さない場合、油圧機械の異常が発生したと判断可能である。
また、上記（８）の構成では、第１異常判定部及び第２異常判定部の双方において油圧機械の異常を検出できるので、油圧機械の異常判定の信頼性が向上する。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記高圧弁はノーマルクローズ電磁弁であり、
前記低圧弁はノーマルオープン電磁弁であり、
前記第２異常判定部は、前記低圧弁への前記励磁電流の前記供給開始タイミングを前記ピストンが上死点に到達する時点に向かって前記規定範囲の限界値まで遅らせたときの前記作動室の圧力変化の仕方に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するように構成される。
低圧弁への励磁電流の供給開始タイミングを動かすと、低圧弁の開閉挙動が変化し、筒内圧の挙動も変化するはずである。上記（９）の構成における異常判定原理はこの前提に基づいている。
すなわち、上記（９）の構成において、励磁電流の供給開始タイミングの前記規定範囲を、筒内圧の挙動に所定の変化が現れるような範囲に設定しおけば、前記規定範囲内で励磁電流の供給開始タイミングを動かしたときに筒内圧の挙動が予期される変化を示すか否かに基づいて、油圧機械の異常を判定することができる。この場合、低圧弁への励磁電流の供給開始タイミングを規定範囲内で動かしても、筒内圧挙動が予期される変化を示さない場合、油圧機械の異常が発生したと判断可能である。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）の何れかの構成において、
前記低圧弁は、前記励磁電流の非供給時において前記ノーマル位置に前記弁体があるときに開くように構成されたノーマルオープン電磁弁であり、
前記第１異常判定部は、前記低圧弁への前記励磁電流が第１閾値以下であり、且つ、前記回転軸が１回転する間において前記作動室の圧力が第２閾値以上になる期間が規定時間Ｔ_１以上継続する事象の連続発生回数Ｎ_１、または、前記事象の累積発生回数Ｎ_２（＞Ｎ_１）が閾値を超えたとき、前記油圧機械に異常が発生したと判定するように構成される。
上記（１０）の構成によれば、油圧機械の負荷状態に応じて、連続発生回数Ｎ_１と累積発生回数Ｎ_２のうち、より有利な判定基準を用いることで、油圧機械の低負荷時及び高負荷時の双方において効果的に油圧機械の異常を検出することができる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧機械は、上記（１）〜（１０）の何れかの構成を有する診断システムを備える。

作動室内の圧力（筒内圧）は、高圧弁及び低圧弁の開閉及びピストンの往復運動に応じて変化する。このため、筒内圧は、油圧機械の正常作動時には周期的に変動する。筒内圧の周期的変化は、高圧弁または低圧弁の制御によって実現される。すなわち、励磁電流の供給制御によってノーマル位置（開位置又は閉位置）と、励磁位置との間で弁体の位置の切り替え制御を行う弁を高圧弁または低圧弁として用いる場合、油圧機械が所望の動作をするように、励磁電流の供給を制御して該弁の開閉制御を行うことにより、筒内圧が周期的に変動する。
ここで、高圧弁または低圧弁に対して励磁電流を供給しない非供給時には、通常、弁体に働く付勢力により弁体はノーマル位置に位置する。しかし、何らかの要因により付勢力と反対向きの力が弁体に加わると、励磁電流の非供給時においても弁体が励磁位置に固定されてしまう現象が起こり得る。このように、弁の動作が所期の動作とは異なる場合、作動室内圧力は、上述した周期的な圧力変動とは異なる挙動となる。よって、高圧弁または低圧弁への励磁電流の非供給時において、作動室内圧力が正常作動時と異なる挙動となる場合に、油圧機械に異常が発生していると考えられる。
上記（１１）の構成によれば、高圧弁または低圧弁の少なくとも一方への励磁電流の非供給時における圧力センサでの検出結果にもとづいて油圧機械の異常を第１異常判定部により判定可能であるので、油圧機械の異常を的確に診断できる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
風を受けて回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて圧油を生成するように構成された油圧ポンプと、
前記圧油によって駆動される油圧モータと、を備える風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方は、上記（１１）の構成を有する油圧機械によって構成される。

作動室内の圧力（筒内圧）は、高圧弁及び低圧弁の開閉及びピストンの往復運動に応じて変化する。このため、筒内圧は、油圧機械の正常作動時には周期的に変動する。筒内圧の周期的変化は、高圧弁または低圧弁の制御によって実現される。すなわち、励磁電流の供給制御によってノーマル位置（開位置又は閉位置）と、励磁位置との間で弁体の位置の切り替え制御を行う弁を高圧弁または低圧弁として用いる場合、油圧機械が所望の動作をするように、励磁電流の供給を制御して該弁の開閉制御を行うことにより、筒内圧が周期的に変動する。
ここで、高圧弁または低圧弁に対して励磁電流を供給しない非供給時には、通常、弁体に働く付勢力により弁体はノーマル位置に位置する。しかし、何らかの要因により付勢力と反対向きの力が弁体に加わると、励磁電流の非供給時においても弁体が励磁位置に固定されてしまう現象が起こり得る。このように、弁の動作が所期の動作とは異なる場合、作動室内圧力は、上述した周期的な圧力変動とは異なる挙動となる。よって、高圧弁または低圧弁への励磁電流の非供給時において、作動室内圧力が正常作動時と異なる挙動となる場合に、油圧機械に異常が発生していると考えられる。
上記（１２）の構成によれば、高圧弁または低圧弁の少なくとも一方への励磁電流の非供給時における圧力センサでの検出結果にもとづいて油圧機械の異常を第１異常判定部により判定可能であるので、油圧機械の異常を的確に診断できる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、前記風力発電装置は、
前記ロータは、ハブと、該ハブに取り付けられる少なくとも一本のブレードと、を含み、
前記風力発電装置は、
前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチドライブと、
前記診断システムの前記第１異常判定部により前記油圧機械の異常が検出されたとき、前記油圧機械の押しのけ容積が減少するように前記油圧機械を制御するとともに、前記ブレードによって抽出する風力エネルギーが減少するように前記ピッチドライブを制御するように構成されたコントローラと、をさらに備える。
上記（１３）の構成によれば、油圧機械の押しのけ容積を即時ゼロにする場合に比べて緩やかに減少させることによって、油圧機器の構成部品（バルブ等）を保全しながら風力発電装置を停止させることができる。

（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧機械の診断方法は、
回転軸と、シリンダと、前記シリンダと共に作動室を形成するピストンと、前記作動室に対して設けられる高圧弁及び低圧弁と、を有し、前記回転軸の回転運動と前記ピストンの往復運動との間で変換を行うように構成された油圧機械の診断方法であって、
前記作動室の圧力を検出する圧力検出ステップと、
前記圧力検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するための第１異常判定ステップと、を備え、
前記高圧弁または前記低圧弁の少なくとも一方は、励磁電流の供給制御によって、前記励磁電流の非供給時におけるノーマル位置と、前記励磁電流の供給時における励磁位置との間で弁体が移動可能に構成され、
前記第１異常判定ステップでは、前記高圧弁または前記低圧弁の前記少なくとも一方への前記励磁電流の非供給時における前記圧力センサの検出結果に基づき、前記油圧機械の異常を判定する。

作動室内の圧力（筒内圧）は、高圧弁及び低圧弁の開閉及びピストンの往復運動に応じて変化する。このため、筒内圧は、油圧機械の正常作動時には周期的に変動する。筒内圧の周期的変化は、高圧弁または低圧弁の制御によって実現される。すなわち、励磁電流の供給制御によってノーマル位置（開位置又は閉位置）と、励磁位置との間で弁体の位置の切り替え制御を行う弁を高圧弁または低圧弁として用いる場合、油圧機械が所望の動作をするように、励磁電流の供給を制御して該弁の開閉制御を行うことにより、筒内圧が周期的に変動する。
ここで、高圧弁または低圧弁に対して励磁電流を供給しない非供給時には、通常、弁体に働く付勢力により弁体はノーマル位置に位置する。しかし、何らかの要因により付勢力と反対向きの力が弁体に加わると、励磁電流の非供給時においても弁体が励磁位置に固定されてしまう現象が起こり得る。このように、弁の動作が所期の動作とは異なる場合、作動室内圧力は、上述した周期的な圧力変動とは異なる挙動となる。よって、高圧弁または低圧弁への励磁電流の非供給時において、作動室内圧力が正常作動時と異なる挙動となる場合に、油圧機械に異常が発生していると考えられる。
上記（１４）の方法によれば、高圧弁または低圧弁の少なくとも一方への励磁電流の非供給時における圧力センサでの検出結果にもとづいて油圧機械の異常を第１異常判定部により判定可能であるので、油圧機械の異常を的確に診断できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、油圧機械の異常を的確に診断しうる油圧機械の診断システム、油圧機械及び風力発電装置並びに油圧機械の診断方法が提供される。

一実施形態に係る風力発電装置の概略図である。 一実施形態に係る油圧モータ（油圧機械）の診断システムの構成を示す概略図である。 一実施形態に係る油圧モータ（油圧機械）の診断システムの構成を示す概略図である。 高圧弁及び低圧弁の構成を示す概略断面図である。 高圧弁及び低圧弁の構成を示す概略断面図である。 高圧弁及び低圧弁の開閉制御を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、油圧モータの正常作動時における低圧弁電流及び筒内圧変化を示すグラフであり、（ｃ）及び（ｄ）は、油圧モータの異常発生時の低圧弁電流及び筒内圧変化を示すグラフである。 第１異常判定部における異常判定の手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は、油圧モータの正常時における筒内圧変化を示すグラフであり、図９（ｂ）は、油圧モータにおいてラッチフェイルが発生したときの筒内圧変化を示すグラフである。 一実施形態に係るピッチドライブの構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

以下の実施形態では、本発明の一実施形態に係る油圧機械について、風力発電装置のドライブトレインを構成する油圧トランスミッションの油圧モータを例に挙げて説明する。しかし、油圧機械としては、この例に限定されず、任意の用途に適用される油圧ポンプ又は油圧モータであってもよい。

まず、一実施形態に係る診断システム及び診断方法の適用対象である油圧機械（油圧モータ）を備えた風力発電装置の全体構成について説明する。
図１は、一実施形態に係る風力発電装置の概略図である。同図に示すように、風力発電装置１は、風を受けて回転するように構成されたロータ３と、ロータ３の回転を伝達するための油圧トランスミッション７と、電力を生成するための発電機１６とを備える。
ロータ３は、少なくとも一本のブレード２と、ブレード２が取り付けられるハブ４とを含む。
油圧トランスミッション７は、回転シャフト６を介してロータ３に連結される油圧ポンプ８と、油圧モータ１０と、油圧ポンプ８と油圧モータ１０とを接続する高圧ライン１２及び低圧ライン１４と、を含む。
発電機１６は、油圧モータ１０の出力軸を介して油圧モータ１０に連結される。一実施形態では、発電機１６は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ１０によって駆動される同期発電機である。
なお、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０や発電機１６は、タワー１９上に設置されたナセル１８の内部に設置されてもよい。

図１に示す風力発電装置１では、ロータ３の回転エネルギーは、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０を含む油圧トランスミッション７を介して発電機１６に入力され、発電機１６において電力が生成されるようになっている。
ブレード２が風を受けると、風の力によってロータ３全体が回転し、油圧ポンプ８がロータ３によって駆動されて作動油を加圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ８で生成された圧油は高圧ライン１２を介して油圧モータ１０に供給され、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。そして、出力軸を介して油圧モータ１０に接続される発電機１６において電力が生成される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、低圧ライン１４を経由して油圧ポンプ８に再び流入するようになっている。
油圧ポンプ８及び油圧モータ１０は、押しのけ容積が調節可能な可変容量型であってもよい。

続いて、一実施形態に係る油圧機械の診断システム及び診断方法について説明する。
図２及び図３は、一実施形態に係る油圧モータ（油圧機械）の診断システムの構成を示す概略図である。

一実施形態に係る診断システム及び診断方法における診断対象である油圧モータ１０は、図２に示すように、回転軸３２と、シリンダ２０と、前記シリンダ２０と共に作動室２４を形成するピストン２２と、作動室２４に対して設けられる高圧弁２８及び低圧弁３０と、回転軸３２の回転運動とピストン２２の往復運動との間の変換を行うためのカム２６（変換機構）とを有する。カム２６は、ピストン２２に当接するカム曲面を有する。

ピストン２２は、ピストン２２の往復運動を回転軸３２の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ２０内を摺動するピストン本体部２２Ａと、該ピストン本体部２２Ａに取り付けられ、カム２６のカム曲面に当接するピストンローラー又はピストンシューとで構成することが好ましい。なお図２には、ピストン２２がピストン本体部２２Ａとピストンシュー２２Ｂとからなる例を示した。

カム２６は、油圧モータ１０の回転軸（クランクシャフト）３２の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン２２が上下動を一回行う間に、カム２６及びカム２６が取り付けられた回転軸３２は一回転するようになっている。
他の実施形態では、カム２６は、複数のローブ（凸部）を有する環状のマルチローブドカム（リングカム）であり、この場合には、カム２６及びカム２６が取り付けられた回転軸３２が一回転する間に、ピストン２２は上下動をローブの数だけ行うようになっている。

高圧弁２８は、作動室２４と作動室２４の外部に設けられた高圧ライン１２との間の高圧連通ライン３４に設けられており、作動室２４と高圧ライン１２との連通状態を切り替え可能に構成されている。低圧弁３０は、作動室２４と作動室２４の外部に設けられた低圧ライン１４との間の低圧連通ライン３６に設けられており、作動室２４と低圧ライン１４との連通状態を切り替え可能に構成されている。

図２及び図３に示す油圧モータ１０の診断システム７０は、油圧モータ１０を構成する機器（例えば高圧弁２８及び低圧弁３０）や計器（例えば後述する圧力センサ７２）の作動状態を制御及び監視するための監視／制御部１１０を含む。
監視／制御部１１０は、油圧モータ１０（油圧機械）の異常を判定するための異常判定部１１８と、油圧モータ１０を構成する機器を制御するためのコントローラ１１１と、を含む。

ここで、図４及び図５を用いて高圧弁２８及び低圧弁３０の構成を説明する。
図４及び図５は、高圧弁２８及び低圧弁３０の構成を示す概略断面図である。図４は、高圧弁２８が閉弁していて低圧弁３０が開弁している時の状態を表す図であり、図５は、高圧弁２８が開弁していて低圧弁３０が閉弁している時の状態を表す図である。幾つかの実施形態では、図４及び図５に示すように高圧弁２８、低圧弁３０及びそれらのケーシング３７をユニット化してバルブユニット３８として構成してもよい。

高圧弁２８及び低圧弁３０の開閉は、コントローラ１１１に含まれるバルブ制御部１１２（図３参照）により制御されるようになっている。バルブ制御部１１２は、高圧弁２８にＨＰＶ制御信号（高圧弁２８に対する開閉指令）を付与して高圧弁２８の開閉動作を制御し、また、低圧弁３０にＬＰＶ制御信号（低圧弁３０に対する開閉指令）を付与して低圧弁３０の開閉動作を制御するよう構成されている。

図４及び図５に例示する高圧弁２８は、弁体３５を含む可動ユニット４０と、可動ユニット４０を開弁位置と閉弁位置とに移動させるためのアクチュエータとして機能するソレノイドコイル４２と、スプリング４４と、弁座４６とを備えている。高圧弁２８は、ノーマルクローズ式のポペット形電磁弁であり、弁座４６が弁体３５に対して作動室２４側に設けられている。高圧弁２８は、作動室２４と高圧ライン１２（図２参照）との連通状態を、ソレノイドコイル４２の電磁力又はスプリング４４の付勢力に起因した可動ユニット４０の移動により切り替え可能に構成されている。

バルブ制御部１１２からのＨＰＶ制御信号によって高圧弁２８が励磁されていない時には、可動ユニット４０は、スプリング４４によって弁座４６に向かって付勢されて、作動室２４と高圧ライン１２とが連通しない位置（ノーマル位置；図４における可動ユニット４０の位置）に保持される。バルブ制御部１１２からのＨＰＶ制御信号によって高圧弁２８が励磁されると、可動ユニット４０は、電磁力によってスプリング４４の付勢力に抗して、作動室２４と高圧ライン１２とが連通する位置（励磁位置；図５における可動ユニット４０の位置）に移動する。すなわち、高圧弁２８は、励磁電流の供給制御によって、励磁電流の非供給時におけるノーマル位置と、励磁電流の供給時における励磁位置との間で弁体が移動可能に構成される。

図４及び図５に例示する低圧弁３０は、弁体４８およびアーマチュア５０を有する可動ユニット５２と、ソレノイドコイル５４と、スプリング５６と、弁座５８とを備えている。低圧弁３０は、ノーマルオープン式のポペット形電磁弁であり、弁体４８が弁座５８に対して作動室２４側に設けられている。低圧弁３０は、作動室２４と低圧ライン１４（図２参照）との連通状態を、ソレノイドコイル５４の電磁力又はスプリング５６の付勢力に起因した可動ユニット５２の移動により切り替え可能に構成されている。

バルブ制御部１１２からのＬＰＶ制御信号によって低圧弁３０が励磁されていない時には、可動ユニット５２は、スプリング５６によって弁座５８から離間する方向へ付勢されて、作動室２４と低圧ライン１４とが連通する開弁位置（ノーマル位置；図４における可動ユニット５２の位置）に保持される。バルブ制御部１１２からのＬＰＶ制御信号によって低圧弁３０が励磁されると、ソレノイドコイル５４の電磁力によってアーマチュア５０が吸引されて、可動ユニット５２は、電磁力によってスプリング５６の付勢力に抗して弁座５８に向かって移動し、作動室２４と高圧ライン１２とが連通しない閉弁位置（励磁位置；図５における可動ユニット５２の位置）に移動する。すなわち、低圧弁３０は、励磁電流の供給制御によって、励磁電流の非供給時におけるノーマル位置と、励磁電流の供給時における励磁位置との間で弁体が移動可能に構成される。

油圧モータ１０の診断システム７０は、図２及び図３に示すように、作動室２４の圧力を検出するための圧力センサ７２を備える。圧力センサ７２によって検出された作動室２４の圧力を示す信号は、監視／制御部１１０に入力されるようになっている。この圧力センサ７２の検出結果は、異常判定部１１８において、油圧モータ１０の異常判定に用いられる。異常判定部１１８は、後述する第１異常判定部１１４及び／又は第２異常判定部を含む。また、低圧弁３０に供給される励磁電流の値を検出するための電流検出部７４によって検出された電流値を示す信号が監視／制御部１１０に入力されるようになっている。
油圧モータ１０が、複数のシリンダ２０と複数のピストン２２がそれぞれ形成する作動室２４を複数有する場合、圧力センサ７２は、図２に示すように、各作動室２４に設けてもよい。この場合、シリンダ２０毎に圧力測定値に基づいた異常判定を行うことが可能であり、いずれのシリンダ２０で異常が生じているかを特定することが可能となる。

油圧モータ１０の診断システム７０は、圧力センサ７２の検出結果に基づいて油圧機械の異常を判定するための第１異常判定部１１４を備える。
第１異常判定部１１４は、低圧弁３０への励磁電流の非供給時における圧力センサ７２の検出結果に基づき、油圧モータ１０の異常を判定するように構成される。

図６は、油圧モータ１０の正常作動時において、シリンダ２０がアクティブサイクルを行う際の高圧弁２８及び低圧弁３０の開閉挙動及び作動室２４内の圧力の変動を示す図である。なお、油圧モータ１０におけるアクティブサイクルとは、シリンダ２０において油圧ポンプ８からの圧油が油圧モータ１０の回転軸を回転させる仕事をするサイクル、すなわち作動油の押しのけ容積が生成されるサイクルを意味する。

図６において、ピストンサイクル曲線１３０は、横軸を時刻ｔとして、ピストン２２の位置の経時変化を示した曲線である。また、同図では、ＨＰＶ制御信号１３２は高圧弁２８に供給する制御信号を、高圧弁ポジション１３４は高圧弁２８の開閉状態を、ＬＰＶ制御信号１３６は低圧弁３０に供給する制御信号を、低圧弁ポジション１３８は低圧弁３０の開閉状態を、圧力曲線１４０は作動室２４内の圧力をそれぞれ示している。

油圧モータ１０では、図６のピストンサイクル曲線１３０に示すように、油圧ポンプ８がつくった高圧ライン１２と低圧ライン１４との差圧によって、ピストン２２が周期的に上下動し、ピストン２２が下死点から上死点に向かう排出工程と、ピストン２２が上死点から下死点に向かうモータ工程とが繰り返される。

ノーマルクローズ式の高圧弁２８にはＨＰＶ制御信号１３２が付与される。図６のＨＰＶ制御信号１３２に示されるように、ピストン２２が上死点に達する直前に高圧弁２８が励磁された結果、高圧弁ポジション１３４に示されるように、高圧弁が開かれる。

高圧弁２８が一旦開かれると高圧油が作動室２４に流れ込み、カム２６を回転させる。高圧弁２８を開いた状態にラッチするには、高圧弁２８のスプリング４４の付勢力（高圧弁２８を閉じる方向に作用する力）に打ち勝つ程度の小さな力があればよい。このため、ピストン２２が上死点に達した後、高圧弁２８の励磁・非励磁を高周波で繰り返すことで、少ない電流で高圧弁２８を開いた状態にラッチできる。例えば、デューティー比が２０％で１０ｋＨｚのサイクルの信号を用いることができる。この場合、高圧弁２８に与えるパルス状の制御信号は、高圧弁２８が開いた状態を確実に維持する観点から、高圧弁２８のコイルの時定数の逆数よりも高周波であることが好ましい。
なお、高圧弁２８の励磁・非励磁を繰り返す高周波信号の最終パルス１３２Ａが、高圧弁２８を開状態から閉状態に切り替えるための制御信号とみなすことができる。

そして、高圧弁２８を励磁・非励磁とするパルス状の電圧信号（ＰＷＭ信号）の供給を停止すると、スプリング４４の付勢力によって、高圧弁２８は閉じられる。

一方、ノーマルオープン式の低圧弁３０については、ピストン２２が上死点に達する直前に低圧弁３０を励磁し（閉弁し）、その後高圧弁２８を励磁すると（開弁すると）、低圧弁３０は弁体４８の両側の圧力差によって閉弁状態が維持される。低圧弁ポジション１３８から分かるように、低圧弁３０は、ピストン２２が上死点に達する直前に励磁されることで閉じられる。

また、低圧弁３０は、励磁により閉じられた後、ピストン２２が上死点に達する前に非励磁とされても、ピストン２２が上死点に向かう期間（排出工程のうち低圧弁３０が閉じられた後の期間）中の作動室２４内の圧力（圧力曲線１４０参照）が高いので、作動室２４と低圧ライン１４との圧力差によって閉じられたままである。そして、ピストン２２が上死点に達して、モータ工程に移行すると、高圧弁２８を介して作動室２４に高圧油が流入し、作動室２４内の圧力が高い状態が維持されるので、作動室２４と低圧ライン１４との圧力差によって閉じられたままである。

この後、ピストン２２が下死点に達する直前に高圧弁２８に対するパルス状の電圧信号（ＰＷＭ信号）の供給が停止されると、高圧弁２８が閉じて作動室２４内の圧力が低下し、作動室２４が引き続き膨張する結果、作動室２４と低圧ライン１４との圧力差が小さくなり、低圧弁３０が自動的に開く。

以下に、図７及び図８を参照して、一実施形態に係る第１異常判定部１１４による油圧モータ１０の異常判定について説明する。
図７（ａ）〜（ｄ）は、時刻ｔに対する低圧弁３０への励磁電流の変化と、これに対応する圧力センサ７２の検出結果（すなわち作動室２４内の圧力（筒内圧）の変化）を示す模式的なグラフである。図７（ａ）は油圧モータ１０の正常作動時において、シリンダのアクティブサイクルを行う場合、（ｂ）は油圧モータ１０の正常作動時において、シリンダの非アクティブサイクルを行う場合のグラフをそれぞれ示す。図７（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、油圧モータ１０に異常が発生している場合のものであり、図７（ｃ）は後述するセルフポンピングが発生している場合のグラフであり、図７（ｄ）は、それぞれ、後述するジャダリングが発生している場合のグラフである。
なお、縦軸の「低圧弁電流」は、低圧弁３０への励磁電流の大きさを示し、励磁電流を低圧弁３０へ供給している時の励磁電流を「ＯＮ」、非供給時の励磁電流を「ＯＦＦ」で表す。また、縦軸の「筒内圧」は、作動室２４内の圧力の大きさを示し、作動室内圧力が高圧ライン１２の圧力付近であり比較的高い場合を「ＯＮ」、低圧ライン１４の圧力付近であり比較的低い場合を「ＯＦＦ」で表す。
また、横軸のｔ_ＢＤＣ１、ｔ_ＢＤＣ２、等は、その時刻においてピストン２２が下死点を通過する時刻であることを示す。すなわち、ｔ_ＢＤＣ１からｔ_ＢＤＣ２までの期間や、ｔ_ＢＤＣ２からｔ_ＢＤＣ３までの期間は、回転軸３２の回転周期Ｔ^＊（ピストン２２の往復運動の周期）に相当する。
図８は、一実施形態に係る第１異常判定部１１４における油圧モータ１０（油圧機械）の異常判定の手順の一例を示すフロー図である。
なお、図８においては、筒内圧が閾値以上である場合を「筒内圧ＯＮ」、閾値未満である場合を「筒内圧ＯＦＦ」と示し、低圧弁３０への励磁電流が閾値以下である場合を「低圧弁電流ＯＦＦ」と示す。

上述したように、油圧モータ１０の正常作動時におけるシリンダのアクティブサイクルでは、ピストン２２の往復周期と関連しながら、高圧弁２８及び低圧弁３０の励磁・非励磁を繰り返すことで、作動室２４内の圧力が周期的に変化する。この場合の低圧弁３０への励磁電流と筒内圧の周期的な変化は、例えば、図７（ａ）に示すものとなる。

一方、油圧モータ１０の正常作動時において、シリンダ２０において押しのけ容積を生成しない非アクティブサイクルでは、高圧弁２８及び低圧弁３０はともに非励磁状態であり、高圧弁２８は常時閉じられるとともに、低圧弁３０は常時開かれているので、作動室２４は低圧ライン１４と連通している。このため、作動室２４内の圧力は、シリンダ２０のサイクル（回転軸３２の回転周期）を通して、比較的低い圧力（低圧ライン１４と略同一の圧力であってもよい）となっている。この場合の低圧弁３０への励磁電流と筒内圧の変化は、例えば、図７（ｂ）に示すものとなる。すなわち、シリンダ２０のサイクルを通して、低圧弁３０への励磁電流は常にＯＦＦであり、筒内圧も常にＯＦＦである。

ところが、油圧モータ１０に何らかの異常が生じている場合、図７（ｃ）のグラフに示すように、低圧弁３０を非励磁としていても、何らかの理由により意図に反して低圧弁３０が閉じてしまい、筒内圧が上昇してしまう現象（セルフポンピング）が生じる場合がある。
油圧モータ１０においてセルフポンピングが発生すると、油圧モータ１０の性能が低下したり、低圧弁３０に損傷が発生したりする可能性がある。

そこで、低圧弁３０への励磁電流の非供給時（低圧弁３０の非励磁時）には、油圧モータ１０が正常な場合（図７（ｂ）参照）と、異常が生じている場合（図７（ｃ）参照）とで、筒内圧の変化の仕方が異なることに着目し、筒内圧の変化における差異に基づいて、油圧モータ１０の異常の有無を判定する。すなわち、低圧弁３０への励磁電流の非供給時における圧力センサ７２の検出結果に基づいて、セルフポンピングを含む油圧モータ１０の異常の判定を行うことができる。

まず、第１異常判定部１１４は、低圧弁３０への励磁電流が第１閾値Ｉ_ｔｈ１以下であり（図８のＳ１０６参照）、且つ、回転軸３２が１回転する間（図７における期間Ｔ^＊）において作動室２４の圧力が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上（図８のＳ１０４参照）になる期間ｔ_１を計測する。そして、この期間ｔ_１が規定時間Ｔ_１以上継続している場合（図８のＳ１０８のＹｅｓ）に、さらに、回転軸が１回転する間において、期間ｔ_１の直前に、作動室の圧力が第３閾値以下になる期間（作動室が比較的低圧となる期間）が規定時間Ｔ_２以上継続する場合に、油圧モータ１０に異常（第１異常モード）が発生していると判定する（図８のＳ１２０のＹｅｓ）。
なお、励磁電流の第１閾値Ｉ_ｔｈ１は、例えば、励磁電流ＯＮの場合の電流値と、励磁電流ＯＦＦの場合の電流値との平均値であってもよい。また、作動室２４の圧力の第２閾値Ｐ_ｔｈ２は、例えば、筒内圧ＯＮの場合の圧力の値と、筒内圧ＯＦＦの場合の圧力の値の平均値であってもよい。
なお、図８における連続カウンタ及び累積カウンタ（Ｓ１０２等参照）については後述する。

一実施形態では、油圧モータ１０の定格回転数をω_{ｒａｔｅｄ}（ｒｐｍ）としたとき、Ｔ^＊＝６０／ω_{ｒａｔｅｄ}を用いて０．１５Ｔ^＊≦Ｔ_１≦０．２５Ｔ^＊の関係式を満たす規定時間Ｔ_１を用いて、上述の判定を行う。

一実施形態では、筒内圧が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上になる（筒内圧がＯＮである）前記期間の長さｔ_１は、筒内圧の上昇時点および下降時点を基準として求めるようになっていてもよい。
例えば、筒内圧の上昇開始時点ｔ_ｕｐから下降開始時点ｔ_ｄｏｗｎまで（図７（ｃ）参照）を前記期間ｔ１としてもよい。また、筒内圧の上昇終了時点から下降終了時点まで（図示しない）を前記期間ｔ１としてもよい。
筒内圧の上昇及び下降は、実際には瞬時の事象であるので、筒内圧の上昇時点から下降時点までの期間は、筒内圧が閾値以上である（筒内圧がＯＮである）期間の長さｔ１であるとみなすことができる。
このように、回転軸３２が１回転する間に筒内圧がＯＮとなる期間の基準として、回転軸の絶対位相（回転角度）でなく、相対位相（時間軸）を用いることで、例えば、回転角度を計測するための回転パルスセンサにて生じうる位相ずれなどの誤差等の不都合な点を考慮する必要がない。

一実施形態において、上述のように、筒内圧が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上になる（筒内圧がＯＮである）前記期間の長さｔ_１に基づいて油圧モータ１０の異常の有無を判定した後、第１異常判定部１１４は、油圧モータ１０の回転軸３２が１回転する間において作動室２４の圧力が第３閾値Ｐ_ｔｈ３以下になる（筒内圧がＯＦＦである）期間ｔ_２を計測する。そして、この期間ｔ_２が規定時間Ｔ_２以上継続するか否かに基づき、前記油圧機械の異常モードを判別する（図８のＳ１２０参照）。

一実施形態では、第１異常判定部１１４は、前記期間ｔ_２が規定時間Ｔ_２以上継続しない場合に、高圧弁の閉タイミングの遅れにより前記低圧弁が開けない第２異常モード（ジャダリング；図７（ｄ）参照）が発生したと判定し、前記期間ｔ_２が規定時間Ｔ_２以上継続する場合に、前記高圧弁が適切なタイミングで閉じることにより前記低圧弁は開くが、前記低圧弁への前記励磁電流の非供給時において前記低圧弁の弁体が閉じてしまう第１異常モード（上述のセルフポンピング；図７（ｃ）参照）が発生したと判定する（図８のＳ１２０参照）。

ジャダリングとは、シリンダ２０のアクティブサイクルにおいて生じる現象であって、ピストン２２の下死点付近で高圧弁２８が正常に閉まらないために、低圧弁３０が非励磁であるにもかかわらず開くことができずに作動室２４内が回転軸３２の回転周期中ほとんどの期間で高圧となる異常事象のことである。
図７（ｄ）に示すジャダリングは、高圧弁２８の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れた結果、低圧弁３０の弁体４８の両側に作用する流体差圧によって、低圧弁３０が非励磁状態であるにもかかわらず開くことができず、ピストン２２が下死点に到達してしまと現象（間欠ジャダリング）である。この場合、ピストン２２がその後に下死点から上死点に向かって上昇を開始すると、高圧弁２８が開いて低圧弁３０が閉じたまま、作動室２４内の作動流体が圧縮されて、さらに低圧弁３０が開きにくい状況になってしまう。間欠ジャダリングが発生したときの筒内圧変化は、図７（ａ）に示す正常な筒内圧変化に比べて、筒内圧が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上になる（筒内圧がＯＮである）期間は長い。
さらに、高圧弁２８の可動ユニット４０の固着や異物混入によって弁体３５が不動となってしまい、ピストン２２の往復運動の全周期にわたって高圧弁２８が閉止できずに開いた状態が継続するジャダリング（連続ジャダリング）が生じる場合もある。連続ジャダリングが発生したときの筒内圧変化は、図７（ａ）に示す正常な筒内圧変化に比べて、筒内圧が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上になる（筒内圧がＯＮである）期間は著しく長い。

上述したジャダリングの事象が生じている際には、図７（ｄ）の“Ａ”で示した部分のように、筒内圧が急激に降下した後すぐに上昇する場合がある。このとき、低圧弁３０への励磁電流が第１閾値Ｉ_ｔｈ１以下であり、且つ、回転軸３２が１回転する間（図７における期間Ｔ^＊）において作動室２４の圧力が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上になる期間ｔ_１が規定時間Ｔ_１以上継続する事象が発生し得る。この場合、前記期間ｔ_１が規定時間Ｔ_１以上継続するため、上述した“セルフポンピング”の事象が起きた場合と誤解する可能性があるが、回転軸が１回転する間において作動室の圧力が第３閾値以下になる期間（作動室が比較的低圧となる期間）が規定時間Ｔ_２以上継続していないため、油圧モータ１０に別の異常（第２異常モード）が発生したと判定される（図８のＳ１２０のＮｏ）。

セルフポンピングとジャダリングは、どちらも、意に反して低圧弁が閉になる状態となり筒内圧が高い点において類似しているが、セルフポンピングは低圧弁の動作の不良が原因である一方、ジャダリングは高圧弁の動作の不良が原因である。このように、両事象の発生メカニズムは異なるため、油圧モータ１０の異常判定を適切に行うためには、セルフポンピング（第１異常モード）とジャダリング（第２異常モード）の何れの事象が生じているかを判別できることが望ましい。
そこで、上述のように、油圧モータ１０の回転軸３２が１回転する間において作動室２４の圧力が第３閾値Ｐ_ｔｈ３以下になる（筒内圧がＯＦＦである）期間ｔ_２）が規定時間Ｔ_２以上継続するか否かに基づいて、油圧モータ１０の異常モードを的確に判別可能である。

一実施形態では、油圧モータ１０の定格回転数をω_{ｒａｔｅｄ}（ｒｐｍ）としたとき、Ｔ^＊＝６０／ω_{ｒａｔｅｄ}を用いて０．２５Ｔ^＊≦Ｔ_２≦０．４５Ｔ^＊の関係式を満たす規定時間Ｔ_２を用いて、上記の判定を行う。
セルフポンピングは、ピストン２２が上死点から下死点に至る直前に高圧弁２８が閉まり、作動室容積が膨張して筒内圧が下がって低圧弁３０が開いた状態が発生している場合に、その後生じる現象である。従って、筒内圧が低圧（ＯＦＦ）となっている時間が、ピストン２２の往復運動周期内において所定期間存在する。よって、上記関係式を満たすＴ_２に基づいて、生じている異常事象がセルフポンピングであるか否かを判別することができる。

以上に説明したように、図８のＳ１０４〜Ｓ１２２のステップによって、第１異常モードであるセルフポンピングの発生を検出することができる。
ところで、シリンダサイクルが複数回繰り返されるうち、１サイクルのみ、あるいは少数回のサイクルのみにおいてセルフポンピングの発生が検出された場合、それをもって油圧モータ１０の異常判定を行うのでは、異常判定の精度が良好とならない可能性がある。
そこで、繰り返し行われるシリンダサイクルにおいて、所定回数のサイクルにおいてセルフポンピングが検出されたときに初めて油圧モータ１０に異常（セルフポンピング）が生じたと判定するようにしてもよい。

一実施形態では、第１異常判定部１１４は、低圧弁３０への励磁電流が第１閾値Ｉ_ｔｈ１以下であり、且つ、回転軸３２が１回転する間（長さＴ^＊の期間）において作動室２４の圧力が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上になる期間ｔ_１が規定時間Ｔ_１以上継続する事象の連続発生回数Ｎ_１が閾値を超えたときに、油圧モータ１０に異常が発生したと判定する（図８のＳ１２６のＹｅｓ及びＳ１２７参照）。
ここで、連続発生回数とは、複数回繰り返し行われるシリンダのサイクルにおいて、前述の事象が連続して生じたサイクルの回数である。

一実施形態では、第１異常判定部１１４は、低圧弁３０への励磁電流が第１閾値Ｉ_ｔｈ１以下であり、且つ、回転軸３２が１回転する間（長さＴ^＊の期間）において作動室２４の圧力が第２閾値Ｐ_ｔｈ２以上になる期間ｔ_１が規定時間Ｔ_１以上継続する事象の累積発生回数Ｎ_２が閾値を超えたとき、油圧モータ１０に異常が発生したと判定する（図８のＳ１２８のＹｅｓ及びＳ１３０参照）。
ここで、累積発生回数とは、複数回繰り返し行われるシリンダのサイクルにおいて、前述の事象が生じたサイクルの回数である。ただし、前述の事象が生じるサイクルが連続していない場合も含めてカウントしたサイクルの回数である。

セルフポンピングがあるシリンダにて一旦生じると、その後、そのシリンダにおいてアクティブサイクルを行うサイクルにおいても、非アクティブサイクルを行うサイクルにおいてもセルフポンピングの現象は毎サイクル生じることとなる。しかしながら、アクティブサイクルにおいては低圧弁３０に対して励磁電流を供給するため、上述の実施形態に係る診断システムでは、アクティブサイクルにおいて油圧モータ１０の異常が検出されず、非アクティブサイクルにて異常が検出される。

油圧モータ１０（油圧機械）の回転軸３２の１回転の間に低圧弁３０への励磁電流を供給するサイクル（アクティブサイクル）の割合が大きくなる高負荷運転時には、１つのシリンダ２０が連続して低圧弁３０への励磁電流を非供給とするサイクル（非アクティブサイクル）となる割合が小さくなる。よって、前述の事象は連続しない（飛び飛びの）複数のサイクルで検出されることとなり、複数サイクル連続で検出される可能性が少ないため、油圧機械の油圧機械の高負荷運転時には、連続発生回数Ｎ_１に基づく異常の判定は困難であり、累積発生回数Ｎ_２に基づく判定が適している。
一方、油圧モータ１０（油圧機械）の回転軸３２の１回転の間に低圧弁３０への励磁電流を非供給とするサイクル（非アクティブサイクル）の割合が大きくなる低負荷運転の場合には、１つの作動室について非アクティブサイクルが複数回連続することがある。このため、低負荷運転時に上記事象が発生した場合には、連続する非アクティブサイクルにて該事象を連続して検出するので、上記事象の連続発生回数Ｎ_１に基づいて、油圧モータ１０の異常発生を判定できる場合がある。

一実施形態では、第１異常判定部１１４は、前述の事象の連続発生回数Ｎ_１と閾値とを比較して（図８のＳ１２６参照）、連続発生回数Ｎ_１が閾値よりも大きい時に（図８のＳ１２６のＹｅｓ）、連続セルフポンピング（油圧モータ１０の異常）が発生したと判定する（図８のＳ１２７参照）。また、前述の事象の累積発生回数Ｎ_２と閾値とを比較して（図８のＳ１２８参照）、累積発生回数Ｎ_２が閾値よりも大きい時に（図８のＳ１２８のＹｅｓ）、累積セルフポンピング（油圧モータ１０の異常）が発生したと判定する（図８のＳ１３０参照）。

この場合、累積発生回数Ｎ_２と連続発生回数Ｎ_１との関係は、Ｎ_２＞Ｎ_１であってもよい。
油圧モータ１０（油圧機械）の低負荷運転時でも累積発生回数Ｎ_２に基づく判定は可能であるが、このように、連続発生回数Ｎ_１＜累積発生回数Ｎ_２とすることで、油圧モータ１０の低負荷運転時には、判定基準として連続発生回数Ｎ_１を用いることでより迅速に油圧モータ１０の異常発生を判定することが可能である。

一実施形態では、第１異常判定部１１４は、上述の連続発生回数Ｎ_１及び累積発生回数Ｎ_２をカウンタするための連続カウンタ及び累積カウンタを有する。

一実施形態に係る油圧モータ１０（油圧機械）の異常判定では、まず、第１異常判定部１１４において、連続カウンタ及び累積カウンタの各カウントをクリアして、連続発生回数Ｎ_１及び累積発生回数Ｎ_２をゼロとする（図８のＳ１０２）。
そして、図８のＳ１０４〜Ｓ１２０の一連のステップにおける判定をシリンダのサイクル毎に行う。なお、Ｓ１０４において、筒内圧が閾値以上とならなかった場合には（Ｓ１０４のＮｏ）、前回のシリンダサイクルがアクティブサイクルであって、このアクティブサイクルが正常に行われた場合には（すなわち、筒内圧の挙動が正常であった場合；Ｓ１１０のＹｅｓ）、当該シリンダにおいて、意図しないタイミングで高圧となる異常が発生していないと判断し、連続カウンタのカウント（連続発生回数Ｎ_１）をクリアして（図８のＳ１０５参照）、ステップＳ１０４に戻り、次のシリンダサイクルにおけるセルフポンピングの検出（Ｓ１０４〜Ｓ１２０）に移行する。一方、前回のサイクルがアクティブサイクル出なかった場合、又は、前回のサイクルがアクティブサイクルであったがこのアクティブサイクルが正常に行われなかった場合には、連続カウンタのカウンタをクリアせずにステップＳ１０４に戻り、当該シリンダにおける異常（セルフポンピング）の検出を続行する。
各シリンダサイクルで、図８のＳ１０４〜Ｓ１２０の一連のステップにおける判定をシリンダのサイクル毎に行った結果セルフポンピングが検出された場合には（図８のＳ１２２参照）、連続カウンタ及び累積カウンタで各カウント（連続発生回数Ｎ_１及び累積発生回数Ｎ_２）をインクリメントする（図８のＳ１２４）。
そして、連続発生回数Ｎ_１及び累積発生回数Ｎ_２に基づいてセルフポンピングの発生の判定を行い（図８のＳ２１６及びＳ２１８）、その結果、セルフポンピングが発生したと判定されなかった場合（Ｓ１２８のＮｏ）、ステップＳ１０４に戻り、次のシリンダサイクルにおけるセルフポンピングの検出（Ｓ１０４〜Ｓ１２０）に移行する。

一実施形態では、図８に示す異常判定フローの実行中に、油圧モータ１０の回転数が低下して閾値未満となった場合には、一旦この異常判定フローを停止して、連続カウンタ及び累積カウンタをクリアする（初期化）ようにしてもよい。そして、油圧モータ１０の回転数が閾値以上に回復してから、図８に示す異常判定フローの実行を改めて開始するようにしてもよい。

一実施形態において、油圧モータ１０の診断システム７０は、第１異常判定部１１４に加えて、圧力センサ７２の検出結果に基づいて油圧機械の異常を判定するための第２異常判定部１１６をさらに備える。第２異常判定部１１６は、高圧弁２８または低圧弁３０の少なくとも一方のへの励磁電流の供給開始タイミング又は供給停止タイミングを規定範囲内で動かし、該供給開始タイミング又は供給停止タイミングが作動室２４の圧力に与える影響に基づいて、油圧モータ１０（油圧機械）の異常を判定するように構成される。

一実施形態では、第２異常判定部１１６は、低圧弁３０への励磁電流の供給開始タイミングをピストン２２が上死点に到達する時点に向かって規定範囲の限界値まで遅らせたときの作動室２４の圧力変化の仕方に基づいて、油圧モータ１０の異常を判定するように構成される。

図９（ａ）は、油圧モータの正常時における筒内圧変化を示すグラフであり、図９（ｂ）は、油圧モータにおいて後述するラッチフェイルが発生したときの筒内圧変化を示すグラフである。
図９（ａ）に示すように、油圧モータ１０（油圧機器）の正常作動時のアクティブサイクルでは、ピストン２２が上死点に到達する手前において低圧弁３０に励磁電流を供給して低圧弁３０を閉じ、その後（図９（ａ）の時刻ｔ_ａから）ピストン２２が上死点に向かうに従い作動室２４の圧力が上昇することによって高圧弁２８が開弁可能となる。なお、図９（ａ）及び（ｂ）の中のＰ_Ｈは、高圧ライン１２の圧力を示し、Ｐ_Ｌは低圧ライン１４の圧力を示す。

ここで、図９（ｂ）に示すように、低圧弁３０への励磁電流の供給開始タイミングを遅らせることで、低圧弁３０の閉タイミングを規定タイミングよりも遅らせると、筒内圧の上昇開始も遅れ（図９（ｂ）の時刻ｔ_ｂ）、ピストン２２が上死点に至るまでに筒内圧が十分に上がらず、高圧弁２８が規定タイミングにて開かない現象（以下、「ラッチフェイル」と称する。）が生じる。この時の作動室２４の圧力は、時刻ｔ_ｂから上昇しようとするが、高圧弁２８が開かないため、上死点を通過すると下降する。このため、シリンダのサイクルのほとんどの期間において、筒内圧は低圧ライン１４の圧力付近の圧力となる。

高圧弁２８及び低圧弁３０が正常であれば、低圧弁３０への励磁電流の供給開始タイミングを遅らせることで、上述したラッチフェイルを意図的に生じさせることができる。
しかし、仮に、シリンダ２０のアクティブサイクルにおいて、低圧弁３０への励磁電流を供給しないにもかかわらず低圧弁３０が閉じてしまう現象（すなわちセルフポンピング）が発生している場合、低圧弁３０への励磁電流の供給開始タイミングを遅らせても、ピストン２２が上死点を通過する手前で低圧弁３０が閉じていることにより、筒内圧が上昇して高圧弁２８が開くことができるので、ラッチフェイルは生じない。
そして、例えば、低圧弁３０への励磁電流の供給開始タイミングを、ピストン２２が上死点を通過する時刻まで遅らせてもラッチフェイルが生じない場合には、そのシリンダにおいてセルフポンピングが発生していると判定することができ、すなわち油圧モータ１０に異常が発生していると判定することができる。

このように、第２異常判定部１１６にて、ラッチフェイルの発生有無に基づいてセルフポンピングが検出できる。また、第１異常判定部１１４と第２異常判定部１１６とを併用して各々の異常判定部においてセルフポンピングを検出することで、油圧モータ１０（油圧機械）の異常判定の信頼性を向上させることができる。

一実施形態では、風力発電装置１は、ブレード２のピッチ角を調節するためのピッチドライブ（ピッチ駆動装置）６０を備える。そして、コントローラ１１１は、ピッチ制御部１１３を備え、該ピッチ制御部１１３は、診断システム７０の第１異常判定部１１４により油圧モータ１０の異常が検出されたとき、油圧モータ１０の押しのけ容積が減少するように油圧モータ１０を制御するとともに、ブレード２によって抽出する風力エネルギーが減少するようにピッチドライブ６０を制御するように構成される。

上記の構成を有する油圧モータ１０の押しのけ容積は、油圧モータ１０を構成する複数のシリンダ２０が、アクティブサイクル又は非アクティブサイクルを行う割合に依存する。油圧モータ１０の押しのけ容積を減少させるためには、油圧モータ１０の全シリンダ２０のうち、非アクティブサイクルを行うシリンダ２０の割合を大きくする。このため、バルブ制御部１１２は、いくつかのシリンダ２０を非アクティブサイクルとするように、ピストン２２が下死点から上死点を経て再び下死点に戻るサイクルの間、高圧弁２８を閉じて低圧弁３０を開いたままの状態を維持するように制御を行い、作動油を昇圧させないようにしてもよい。

図１０はピッチドライブの構成例を示す図である。図１０に示すピッチドライブ６０は、油圧シリンダ６２、サーボバルブ６４、油圧源６６及びアキュムレータ６８により構成され、図１に示す風力発電装置１の油圧トランスミッション７等を収納するハブ内に収納される。サーボバルブ６４は、ピッチ制御部１１３による制御下で、ブレード２のピッチ角が所望の値となるように、油圧源６６により生成された高圧油およびアキュムレータ６８に蓄えられた高圧油の油圧シリンダ６２への供給量を調節する。ピッチドライブ６０をピッチ制御部１１３により制御し、ブレード２のピッチ角を調節してロータ３を減速することで、油圧ポンプ８の回転数を減少させる。

油圧ポンプ８及び／又は油圧モータ１０の押しのけ容積を減少させることで、油圧ポンプ８及び／又は油圧モータ１０の回転数を減少させるとともに、ピッチドライブ６０を用いてロータ３への空力制動力を付与して油圧ポンプ８の回転数を減少させることで、ブレード２によって抽出する風力エネルギーを減少させることができる。

このように、油圧モータ１０の押しのけ容積を即時ゼロにするのではなく、徐々に減少させることで、油圧モータ１０の構成部品（高圧弁２８及び低圧弁３０等）を保全しながら風力発電装置１を停止させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 風力発電装置
２ ブレード
３ ロータ
４ ハブ
６ 回転シャフト
７ 油圧トランスミッション
８ 油圧ポンプ
１０ 油圧モータ
１２ 高圧ライン
１４ 低圧ライン
１６ 発電機
１８ ナセル
１９ タワー
２０ シリンダ
２２ ピストン
２２Ａ ピストン本体部
２２Ｂ ピストンシュー
２４ 作動室
２６ カム
２８ 高圧弁
３０ 低圧弁
３２ 回転軸
３４ 高圧連通ライン
３５ 弁体
３６ 低圧連通ライン
３７ ケーシング
３８ バルブユニット
４０ 可動ユニット
４２ ソレノイドコイル
４４ スプリング
４６ 弁座
４８ 弁体
５０ アーマチュア
５２ 可動ユニット
５４ ソレノイドコイル
５６ スプリング
５８ 弁座
６０ ピッチドライブ
６２ 油圧シリンダ
６４ サーボバルブ
６６ 油圧源
６８ アキュムレータ
７０ 診断システム
７２ 圧力センサ
７４ 電流検出部
１１０ 監視／制御部
１１１ コントローラ
１１２ バルブ制御部
１１３ ピッチ制御部
１１４ 第１異常判定部
１１６ 第２異常判定部
１１８ 異常判定部
１３０ ピストンサイクル曲線
１３２ ＨＰＶ制御信号
１３４ 高圧弁ポジション
１３６ ＬＰＶ制御信号
１３８ 低圧弁ポジション
１４０ 圧力曲線

Claims (14)

1. 回転軸と、シリンダと、前記シリンダと共に作動室を形成するピストンと、前記作動室に対して設けられる高圧弁及び低圧弁と、を有し、前記回転軸の回転運動と前記ピストンの往復運動との間で変換を行うように構成された油圧機械の診断システムであって、
   前記作動室の圧力を検出するための圧力センサと、
   前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するための第１異常判定部と、を備え、
   前記高圧弁または前記低圧弁の少なくとも一方の弁は、励磁電流の供給制御によって、前記励磁電流の非供給時におけるノーマル位置と、前記励磁電流の供給時における励磁位置との間で弁体が移動可能に構成され、
   前記第１異常判定部は、前記少なくとも一方の弁への前記励磁電流の非供給時における前記圧力センサの検出結果に基づき、前記油圧機械の異常を判定するように構成されたことを特徴とする油圧機械の診断システム。
2. 前記低圧弁は、前記励磁電流の非供給時において前記ノーマル位置に前記弁体があるときに開くように構成されたノーマルオープン電磁弁であり、
   前記第１異常判定部は、前記低圧弁への前記励磁電流が第１閾値以下であり、且つ、前記回転軸が１回転する間において前記作動室の圧力が第２閾値以上になる期間が規定時間Ｔ_１以上継続するか否かに基づいて、前記油圧機械の異常を検出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の油圧機械の診断システム。
3. 前記油圧機械の定格回転数をω_{ｒａｔｅｄ}（ｒｐｍ）としたとき、
   前記規定時間Ｔ_１は、Ｔ^＊＝６０／ω_{ｒａｔｅｄ}を用いて０．１５Ｔ^＊≦Ｔ_１≦０．２５Ｔ^＊の関係式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の油圧機械の診断システム。
4. 前記第１異常判定部は、前記作動室の圧力の上昇時点および下降時点を基準として、前記作動室の圧力が前記第２閾値以上になる期間の長さを求めるように構成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の油圧機械の診断システム。
5. 前記第１異常判定部は、前記回転軸が１回転する間において前記作動室の圧力が第３閾値以下になる期間が規定時間Ｔ_２以上継続するか否かに基づき、前記油圧機械の複数の異常モードの中から異常モードを特定するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の油圧機械の診断システム。
6. 前記高圧弁はノーマルクローズ電磁弁であり、
   前記低圧弁はノーマルオープン電磁弁であり、
   前記第１異常判定部は、
   前記高圧弁の閉タイミングの遅れにより前記低圧弁が開けない第２異常モードと、
   前記高圧弁が適切なタイミングで閉じることにより前記低圧弁は開くが、前記低圧弁への前記励磁電流の非供給時において前記低圧弁の弁体が閉じてしまう第１異常モードと、
   の間で前記油圧機械の異常モードを判別するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の油圧機械の診断システム。
7. 前記油圧機械の定格回転数をω_{ｒａｔｅｄ}（ｒｐｍ）としたとき、
   前記規定時間Ｔ_２は、Ｔ^＊＝６０／ω_{ｒａｔｅｄ}を用いて０．２５Ｔ^＊≦Ｔ_２≦０．４５Ｔ^＊の関係式を満たすことを特徴とする請求項５又は６に記載の油圧機械の診断システム。
8. 前記少なくとも一方の弁への前記励磁電流の供給開始タイミング又は供給停止タイミングを規定範囲内で動かし、該供給開始タイミング又は該供給停止タイミングが前記作動室の圧力に与える影響に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するように構成された第２異常判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の油圧機械の診断システム。
9. 前記高圧弁はノーマルクローズ電磁弁であり、
   前記低圧弁はノーマルオープン電磁弁であり、
   前記第２異常判定部は、前記低圧弁への前記励磁電流の供給開始タイミングを前記ピストンが上死点に到達する時点に向かって前記規定範囲の限界値まで遅らせたときの前記作動室の圧力の変化の仕方に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するように構成されたことを特徴とする請求項８に記載の油圧機械の診断システム。
10. 前記低圧弁は、前記励磁電流の非供給時において前記ノーマル位置に前記弁体があるときに開くように構成されたノーマルオープン電磁弁であり、
    前記第１異常判定部は、前記低圧弁への前記励磁電流が第１閾値以下であり、且つ、前記回転軸が１回転する間において前記作動室の圧力が第２閾値以上になる期間が規定時間Ｔ_１以上継続する事象の連続発生回数Ｎ_１、または、前記事象の累積発生回数Ｎ_２（＞Ｎ_１）が閾値を超えたとき、前記油圧機械に異常が発生したと判定するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の油圧機械の診断システム。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の診断システムを備えることを特徴とする油圧機械。
12. 風を受けて回転するように構成されたロータと、
    前記ロータによって駆動されて圧油を生成するように構成された油圧ポンプと、
    前記圧油によって駆動される油圧モータと、を備える風力発電装置であって、
    前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方は、請求項１１に記載の油圧機械によって構成されることを特徴とする風力発電装置。
13. 前記ロータは、ハブと、該ハブに取り付けられる少なくとも一本のブレードと、を含み、
    前記風力発電装置は、
    前記ブレードのピッチ角を調節するためのピッチドライブと、
    前記第１異常判定部により前記油圧機械の異常が検出されたとき、前記油圧機械の押しのけ容積が減少するように前記油圧機械を制御するとともに、前記ブレードによって抽出する風力エネルギーが減少するように前記ピッチドライブを制御するように構成されたコントローラと、をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の風力発電装置。
14. 回転軸と、シリンダと、前記シリンダと共に作動室を形成するピストンと、前記作動室に対して設けられる高圧弁及び低圧弁と、を有し、前記回転軸の回転運動と前記ピストンの往復運動との間で変換を行うように構成された油圧機械の診断方法であって、
    前記作動室の圧力を検出する圧力検出ステップと、
    前記圧力検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を判定するための第１異常判定ステップと、を備え、
    前記高圧弁または前記低圧弁の少なくとも一方の弁は、励磁電流の供給制御によって、前記励磁電流の非供給時におけるノーマル位置と、前記励磁電流の供給時における励磁位置との間で弁体が移動可能に構成され、
    前記第１異常判定ステップでは、前記少なくとも一方の弁への前記励磁電流の非供給時における前記圧力検出ステップの検出結果に基づき、前記油圧機械の異常を判定することを特徴とする油圧機械の診断方法。

Images