JP2017150441A - 油圧機械の診断方法及び診断システム、油圧機械並びに再生可能エネルギー型発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低圧弁の損傷を適切に検知可能な油圧機械の診断方法を提供する。
【解決手段】
油圧機械の診断方法は、回転シャフトと、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、前記回転シャフト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計測ステップと、前記圧力計測ステップでの圧力検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知ステップと、を備え、前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
【選択図】 図６
【解決手段】
油圧機械の診断方法は、回転シャフトと、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、前記回転シャフト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計測ステップと、前記圧力計測ステップでの圧力検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知ステップと、を備え、前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
【選択図】 図６
Description
本開示は、油圧機械の診断方法及び診断システム、油圧機械並びに再生可能エネルギー型発電装置に関する。
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。
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、作動室と作動室外部の低圧ラインとの連通状態を切り替えるための低圧弁として、ポペット弁を採用した油圧機械が記載されている。
ところで、油圧機械においてバルブに損傷が生じると、油圧機械の性能低下の原因となり得る。油圧機械の性能低下を未然に防ぐためには、バルブの損傷を適切に検知することが重要である。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、低圧弁の損傷を適切に検知可能な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方法は、
回転シャフトと、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、前記回転シャフト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計測ステップと、
前記圧力計測ステップでの圧力検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知ステップと、を備え、
前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、
前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
回転シャフトと、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、前記回転シャフト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計測ステップと、
前記圧力計測ステップでの圧力検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知ステップと、を備え、
前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、
前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
典型的な油圧機械では、ピストンの往復運動に合わせて作動室内の圧力が周期的に変化する。本発明者の鋭意検討の結果、低圧弁の状態によって、作動室内の圧力の変化率が異なることが明らかになった。これは、低圧弁の弁体に摩耗やエロージョン等の損傷が生じていると、低圧弁の損傷部に局所的に作動油の通路ができ、この通路を通じて作動油の作動室から低圧ライン側への漏れが生じるためであると考えられる。
この点、上記（１）の方法では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
この点、上記（１）の方法では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
本発明者の知見によれば、ポペット弁である低圧弁に損傷が生じていると、低圧弁に損傷がない場合に比べて、作動室圧力上昇時の圧力変化率（圧力上昇速度）が小さくなる。よって、上記（２）の方法によれば、ピストンの往復運動のサイクル毎の作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
本発明者の知見によれば、ポペット弁である低圧弁に損傷が生じていると、低圧弁に損傷がない場合に比べて、作動室圧力上昇時の圧力変化率（圧力上昇速度）が小さくなる。よって、上記（２）の方法によれば、ピストンの往復運動のサイクル毎の作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の方法において、
前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値を、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値となったときの前記ピストンの速度で除して得られる指標に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
作動室圧力の変化率は、低圧弁の損傷に起因する作動油の漏れに応じて低下するとともに、ピストン速度と相関関係を有する。この点、上記（３）の方法によれば、作動室の圧力の変化率の最大値を、作動室の圧力の変化率が最大値となったときのピストンの速度で除することにより、ピストン速度の影響が排除された指標を取得する。よって、該指標を用いることにより、ピストン速度の影響を排除して低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値を、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値となったときの前記ピストンの速度で除して得られる指標に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
作動室圧力の変化率は、低圧弁の損傷に起因する作動油の漏れに応じて低下するとともに、ピストン速度と相関関係を有する。この点、上記（３）の方法によれば、作動室の圧力の変化率の最大値を、作動室の圧力の変化率が最大値となったときのピストンの速度で除することにより、ピストン速度の影響が排除された指標を取得する。よって、該指標を用いることにより、ピストン速度の影響を排除して低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の方法において、
前記指標は、前記作動室の圧力の変化率の最大値を（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとし、前記ピストンの規定位置における速度をＶｒｅｆとし、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとなったときの前記ピストンの速度をＶ＊としたとき、（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ×Ｖｒｅｆ／Ｖ＊で表される正規化値である。
上記（４）の方法によれば、ピストンの既定位置におけるピストン速度Ｖｒｅｆを用いて、作動室圧力の変化率と同一次元の指標である正規化値を取得するので、該正規化値を用いて、作動室圧力の変化率と同じ次元のパラメータにより低圧弁の損傷を評価することができる。
前記指標は、前記作動室の圧力の変化率の最大値を（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとし、前記ピストンの規定位置における速度をＶｒｅｆとし、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとなったときの前記ピストンの速度をＶ＊としたとき、（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ×Ｖｒｅｆ／Ｖ＊で表される正規化値である。
上記（４）の方法によれば、ピストンの既定位置におけるピストン速度Ｖｒｅｆを用いて、作動室圧力の変化率と同一次元の指標である正規化値を取得するので、該正規化値を用いて、作動室圧力の変化率と同じ次元のパラメータにより低圧弁の損傷を評価することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（４）の何れかの方法において、
前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標が閾値以下であるときに、前記低圧弁が損傷していると判定する。
上記（２）の方法によれば、作動室圧力変化率の最大値又は作動室圧力変化率の最大値に基づく指標が比較的小さくなったときに低圧弁が損傷していると判定するので、低圧弁の損傷を適切に検出することができる。
前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標が閾値以下であるときに、前記低圧弁が損傷していると判定する。
上記（２）の方法によれば、作動室圧力変化率の最大値又は作動室圧力変化率の最大値に基づく指標が比較的小さくなったときに低圧弁が損傷していると判定するので、低圧弁の損傷を適切に検出することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（５）の何れかの方法において、
前記低圧弁の初期状態における前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて閾値を決定する閾値設定ステップをさらに備え、
前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標と、前記閾値設定ステップで決定された閾値との比較結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
作動室の圧力計測により得られる圧力波形は、油圧機械にて用いられている低圧弁の個体毎に異なる。
上記（６）の方法によれば、低圧弁の初期状態における作動室圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定するので、個々の低圧弁に対して、それぞれ適切な閾値を設定することができる。
前記低圧弁の初期状態における前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて閾値を決定する閾値設定ステップをさらに備え、
前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標と、前記閾値設定ステップで決定された閾値との比較結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する。
作動室の圧力計測により得られる圧力波形は、油圧機械にて用いられている低圧弁の個体毎に異なる。
上記（６）の方法によれば、低圧弁の初期状態における作動室圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定するので、個々の低圧弁に対して、それぞれ適切な閾値を設定することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れかの方法において、
前記損傷検知ステップにおいて前記低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応する前記シリンダを、押しのけ容積を生成しない休止状態とする、又は、前記低圧弁を交換する。
上記（７）の方法によれば、低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応するシリンダを休止状態とし、又は、低圧弁を交換する。これにより、油圧機械の性能低下を抑制しながら、油圧機械の運転を行うことができる。
前記損傷検知ステップにおいて前記低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応する前記シリンダを、押しのけ容積を生成しない休止状態とする、又は、前記低圧弁を交換する。
上記（７）の方法によれば、低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応するシリンダを休止状態とし、又は、低圧弁を交換する。これにより、油圧機械の性能低下を抑制しながら、油圧機械の運転を行うことができる。
（８）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、
回転シャフトと、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、前記回転シャフト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、
前記圧力センサでの検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知部と、を備え、
前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、
前記損傷検知部は、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
回転シャフトと、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、前記回転シャフト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、
前記圧力センサでの検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知部と、を備え、
前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、
前記損傷検知部は、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
本発明者の鋭意検討の結果、低圧弁の状態によって、作動室内の圧力の変化率が異なることが明らかになった。これは、低圧弁の弁体に摩耗やエロージョン等の損傷が生じていると、低圧弁の損傷部に局所的に作動油の通路ができ、この通路を通じて作動油が作動室から低圧ライン側に漏れが生じるためであると考えられる。
この点、上記（８）の構成では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
この点、上記（８）の構成では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記損傷検知部は、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
本発明者の知見によれば、ポペット弁である低圧弁に損傷が生じていると、低圧弁に損傷がない場合に比べて、作動室圧力上昇時の圧力変化率（圧力上昇速度）が小さくなる。よって、上記（９）の構成によれば、ピストンの往復運動のサイクル毎の作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
前記損傷検知部は、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
本発明者の知見によれば、ポペット弁である低圧弁に損傷が生じていると、低圧弁に損傷がない場合に比べて、作動室圧力上昇時の圧力変化率（圧力上昇速度）が小さくなる。よって、上記（９）の構成によれば、ピストンの往復運動のサイクル毎の作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値を、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値となったときの前記ピストンの速度で除して得られる指標に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
作動室圧力の変化率は、低圧弁の損傷に起因する作動油の漏れに応じて低下するとともに、ピストン速度と相関関係を有する。この点、上記（１０）の構成によれば、作動室の圧力の変化率の最大値を、作動室の圧力の変化率が最大値となったときのピストンの速度で除することにより、ピストン速度の影響が排除された指標を取得する。よって、該指標を用いることにより、ピストン速度の影響を排除して低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値を、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値となったときの前記ピストンの速度で除して得られる指標に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
作動室圧力の変化率は、低圧弁の損傷に起因する作動油の漏れに応じて低下するとともに、ピストン速度と相関関係を有する。この点、上記（１０）の構成によれば、作動室の圧力の変化率の最大値を、作動室の圧力の変化率が最大値となったときのピストンの速度で除することにより、ピストン速度の影響が排除された指標を取得する。よって、該指標を用いることにより、ピストン速度の影響を排除して低圧弁の損傷を適切に検知することができる。
（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）又は（１０）の構成において、
前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標が閾値以下であるときに、前記低圧弁が損傷していると判定するように構成される。
上記（１１）の方法によれば、作動室圧力変化率の最大値又は作動室圧力変化率の最大値に基づく指標が比較的小さくなったときに低圧弁が損傷していると判定するので、低圧弁の損傷を適切に検出することができる。
前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標が閾値以下であるときに、前記低圧弁が損傷していると判定するように構成される。
上記（１１）の方法によれば、作動室圧力変化率の最大値又は作動室圧力変化率の最大値に基づく指標が比較的小さくなったときに低圧弁が損傷していると判定するので、低圧弁の損傷を適切に検出することができる。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（９）〜（１１）の何れかの構成において、
前記低圧弁の初期状態における前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて閾値を決定する閾値設定部をさらに備え、
前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標と、前記閾値設定ステップで決定された閾値との比較結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
作動室の圧力計測により得られる圧力波形は、油圧機械にて用いられている低圧弁の個体毎に異なる。
上記（１２）の構成によれば、低圧弁の初期状態における作動室圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定するので、個々の低圧弁に対して、それぞれ適切な閾値を設定することができる。
前記低圧弁の初期状態における前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて閾値を決定する閾値設定部をさらに備え、
前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標と、前記閾値設定ステップで決定された閾値との比較結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成される。
作動室の圧力計測により得られる圧力波形は、油圧機械にて用いられている低圧弁の個体毎に異なる。
上記（１２）の構成によれば、低圧弁の初期状態における作動室圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定するので、個々の低圧弁に対して、それぞれ適切な閾値を設定することができる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１２）の何れかの構成において、
前記損傷検知部により前記低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応する前記シリンダを、押しのけ容積を生成しない休止状態とするように構成される。
上記（１３）の構成によれば、低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応するシリンダを休止状態とし、又は、低圧弁を交換する。これにより、油圧機械の性能低下を抑制しながら、油圧機械の運転を行うことができる。
前記損傷検知部により前記低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応する前記シリンダを、押しのけ容積を生成しない休止状態とするように構成される。
上記（１３）の構成によれば、低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応するシリンダを休止状態とし、又は、低圧弁を交換する。これにより、油圧機械の性能低下を抑制しながら、油圧機械の運転を行うことができる。
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧機械は、
回転シャフトと、
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、
上記（８）〜（１３）に記載の診断システムと、を備える。
回転シャフトと、
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、
上記（８）〜（１３）に記載の診断システムと、を備える。
本発明者の鋭意検討の結果、低圧弁の状態によって、作動室内の圧力の変化率が異なることが明らかになった。これは、低圧弁の弁体に摩耗やエロージョン等の損傷が生じていると、低圧弁の損傷部に局所的に作動油の通路ができ、この通路を通じて作動油が作動室から低圧ライン側に漏れが生じるためであると考えられる。
この点、上記（１４）の構成では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
この点、上記（１４）の構成では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る再生可能エネルギー型発電装置は、
再生可能エネルギーを受け取っ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作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより昇圧された作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの吐出口と前記油圧モータの吸込口とを接続する高圧ラインと、
前記油圧モータの吐出口と前記油圧ポンプの吸込口とを接続する低圧ラインと、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備え、
前記油圧ポンプ又は油圧モータの少なくとも一方は、上記（１４）に記載の油圧機械である。
再生可能エネルギーを受け取っ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作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより昇圧された作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの吐出口と前記油圧モータの吸込口とを接続する高圧ラインと、
前記油圧モータの吐出口と前記油圧ポンプの吸込口とを接続する低圧ラインと、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備え、
前記油圧ポンプ又は油圧モータの少なくとも一方は、上記（１４）に記載の油圧機械である。
本発明者の鋭意検討の結果、低圧弁の状態によって、作動室内の圧力の変化率が異なることが明らかになった。これは、低圧弁の弁体に摩耗やエロージョン等の損傷が生じていると、低圧弁の損傷部に局所的に作動油の通路ができ、この通路を通じて作動油が作動室から低圧ライン側に漏れが生じるためであると考えられる。
この点、上記（１５）の構成では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
この点、上記（１５）の構成では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストンの往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁を介した作動油の漏れを検知でき、すなわち、低圧弁の損傷を検知することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、低圧弁の損傷を適切に検知可能な油圧機械の診断方法が提供される。
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。
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、再生可能エネルギーとしての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、再生可能エネルギーとしての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。
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。
次に、一実施形態に係る油圧機械及びその診断システムの構成について説明する。なお、以下においては、油圧機械の一例として油圧モータについて説明するが、油圧ポンプについても同様の説明が適用できる。
図２は、一実施形態に係る油圧モータ（油圧機械）の構成を示す概略図であり、図３は、一実施形態に係る診断システムの構成を示す概略図である。
図２は、一実施形態に係る油圧モータ（油圧機械）の構成を示す概略図であり、図３は、一実施形態に係る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、回転シャフト３２と、シリンダ２０と、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、回転シャフト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。
なお、油圧モータ１０において、複数のシリンダ２０及びピストン２２が、油圧モータ１０の周方向に沿って配列されている。
なお、油圧モータ１０において、複数のシリンダ２０及びピストン２２が、油圧モータ１０の周方向に沿って配列されている。
ピストン２２は、ピストン２２の往復運動を回転シャフト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の回転シャフト（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シャフト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シャフト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。
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シャフト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１０１は、各作動室２４の圧力を検出するための圧力センサ７２と、回転シャフト３２の回転数を検出するための回転数センサ７４と、圧力センサ７２及び／又は回転数センサ７４による検出結果に基づいて油圧モータ１０の診断及び制御を行うための診断・制御部１００と、を含む。
診断システム１０１の診断・制御部１００は、損傷検知部１０２と、閾値設定部１０４と、バルブ制御部１０６と、を含み、診断システム１０１は、以下に説明するように、油圧モータ１０の低圧弁３０の損傷を検知するように構成されている。
診断システム１０１の診断・制御部１００は、損傷検知部１０２と、閾値設定部１０４と、バルブ制御部１０６と、を含み、診断システム１０１は、以下に説明するように、油圧モータ１０の低圧弁３０の損傷を検知するように構成されている。
図２に示す油圧モータ１０では、ピストンの往復運動に合わせてバルブが制御されて、ピストン２２の往復運動に合わせて作動室２４の圧力（作動室圧力）が周期的に変化するようになっている。ここで、油圧モータ１０の高圧弁２８及び低圧弁３０の構成、及び、バルブの開閉制御による周期的な作動室圧力の変化について説明する。
図４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。なお、図４は、高圧弁２８が閉弁していて低圧弁３０が開弁している状態を表す図である。幾つかの実施形態では、図４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。
図４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。
図４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（ポペット弁）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。
高圧弁２８及び低圧弁３０の開閉は、バルブコントローラからの制御信号（開閉指令）により制御されるようになっている。幾つかの実施形態では、診断・制御部１００のバルブ制御部１０６（図３参照）から高圧弁２８及び低圧弁３０に開閉指令の制御信号が付与されるようになっている。
バルブ制御部１０６からの制御信号によって高圧弁２８が励磁されていないときには、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に図示される可動ユニット４０の位置）に保持される。バルブ制御部１０６からの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）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。
一方、バルブ制御部１０６からの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に図示される可動ユニット５２の位置）に保持される。バルブ制御部１０６からの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）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。
上述した構成の高圧弁２８及び低圧弁３０を有する油圧モータ１０では、高圧弁２８及び低圧弁３０の開閉制御により、ピストン２２の往復運動に伴って、作動室圧力が周期的に変化するようになっている。ここで、図５は、油圧モータ１０の運転中における高圧弁２８および低圧弁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。
図５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５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。
図５に示すように、ピストン２２が下死点から上死点に向かって移動する排出工程では、高圧弁２８が閉状態であるともに低圧弁３０が開状態となっており、作動室２４内の作動油が低圧弁３０を介して低圧ライン１４に排出されるようになっている。
ピストン２２が上死点に達する直前に、低圧弁３０が励磁されて閉じられると、その後ピストン２２が上死点に到達するまでの期間は、作動室２４が加圧されて、作動室圧力は
上昇する。このとき、ピストン２２が上死点に達する前に低圧弁３０に対する励磁電流の供給は停止されるが、作動室２４内の圧力が上昇しているため、低圧弁３０は、作動室２４と低圧ライン１４との圧力差によって閉弁された状態が維持される。
上昇する。このとき、ピストン２２が上死点に達する前に低圧弁３０に対する励磁電流の供給は停止されるが、作動室２４内の圧力が上昇しているため、低圧弁３０は、作動室２４と低圧ライン１４との圧力差によって閉弁された状態が維持される。
一方、ピストン２２が上死点に達する直前に、低圧弁３０が閉弁されて作動室圧力が上昇するときに、高圧弁２８にＨＰＶ制御信号が付与されて（すなわち高圧弁２８に励磁電流が供給されて）高圧弁２８が開かれる。
高圧弁２８が一旦開かれると、高圧弁２８を介して高圧ライン１２から高圧油が作動室２４に流れ込み、該高圧油がピストン２２を介してカム２６を回転させる。すなわち、ピストン２２は上死点に達して油圧モータ１０はモータ工程に移行する。
モータ工程において高圧弁２８を介して高圧油が作動室２４に流入する間、作動室２４内の圧力が高い状態が維持される。このとき、低圧弁３０は、弁体４８の両側の圧力差（すなわち、作動室２４と低圧ライン１４との圧力差）によって閉弁された状態が維持される。
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。
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（閉指令）とみなすことができる。
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（閉指令）とみなすことができる。
このように、高圧弁２８及び低圧弁３０の開閉制御により、ピストン２２の往復運動に伴って、作動室圧力が周期的に変化するように構成された油圧機械において、低圧弁３０の弁体４８（ポペット）にエロージョン等の損傷が生じることがある。
ここで、図６は、図４に示す低圧弁３０の拡大図である。
例えば、上述した油圧機械（油圧モータ１０）において、低圧弁３０の閉弁時に弁体４８の傾斜により高流速の渦が生じたり、低圧弁３０の閉鎖後に油柱分離により圧力が低下したりすることにより、弁体４８にエロージョン（摩耗）９２（図６参照）が発生する場合がある。このように、弁体４８にエロージョン９２等の損傷が生じた場合、弁体４８の損傷部に局所的に作動油の通路ができ、図６に示すように、この通路を通じて作動油Ｆが作動室２４から低圧ライン１４側（低圧連通ライン３６側）に漏れることがある。
例えば、上述した油圧機械（油圧モータ１０）において、低圧弁３０の閉弁時に弁体４８の傾斜により高流速の渦が生じたり、低圧弁３０の閉鎖後に油柱分離により圧力が低下したりすることにより、弁体４８にエロージョン（摩耗）９２（図６参照）が発生する場合がある。このように、弁体４８にエロージョン９２等の損傷が生じた場合、弁体４８の損傷部に局所的に作動油の通路ができ、図６に示すように、この通路を通じて作動油Ｆが作動室２４から低圧ライン１４側（低圧連通ライン３６側）に漏れることがある。
本発明者の鋭意検討の結果、このように、低圧弁３０の弁体４８の損傷部を介した漏れが生じると、弁体４８に損傷部が生じておらず漏れが発生していない場合に比べて、ピストン２２の往復運動に伴う作動室圧力の周期的な変化における作動室圧力の変化率（すなわち作動室圧力の時間微分）が変化することが明らかとなった。
上述の知見に基づき、幾つかの実施形態では、作動室圧力の計測結果から取得される、ピストン２２の往復運動のサイクル毎の該作動室圧力の変化率に基づいて、低圧弁３０を介した作動油の漏れを検知し、これにより低圧弁３０の損傷を検知する。
以下、油圧機械の一例として上述した油圧モータ１０において、低圧弁３０の損傷を検知するための診断方法について説明する。なお、以下に説明する実施形態に係る診断方法は、上述した診断システム１０１（図２及び図３参照）を用いて実行される。
図７は、一実施形態に係る油圧機械の診断方法の概要を示すフローチャートである。
図７に示すように、一実施形態では、まず、圧力センサ７２（図２及び図３参照）を用いて作動室２４の圧力（筒内圧力）を計測する（ステップＳ１）。
次に、損傷検知部１０２（図３参照）は、ステップＳ１での計測結果に基づいて作動室２４の圧力の変化率（筒内圧力変化率）を算出する（ステップＳ２）。一実施形態において、ステップＳ２では、ステップＳ１で計測された筒内圧力の経時的なデータから、該筒内圧力の時間微分を筒内圧力変化率として算出する。
そして、損傷検知部１０２（図３参照）は、ステップＳ２で算出した筒内圧力変化率に基づいて、低圧弁３０の損傷を検知する（ステップＳ３）。
図７に示すように、一実施形態では、まず、圧力センサ７２（図２及び図３参照）を用いて作動室２４の圧力（筒内圧力）を計測する（ステップＳ１）。
次に、損傷検知部１０２（図３参照）は、ステップＳ１での計測結果に基づいて作動室２４の圧力の変化率（筒内圧力変化率）を算出する（ステップＳ２）。一実施形態において、ステップＳ２では、ステップＳ１で計測された筒内圧力の経時的なデータから、該筒内圧力の時間微分を筒内圧力変化率として算出する。
そして、損傷検知部１０２（図３参照）は、ステップＳ２で算出した筒内圧力変化率に基づいて、低圧弁３０の損傷を検知する（ステップＳ３）。
ステップＳ３にて、低圧弁３０に損傷が生じていると判定されたら（ステップＳ４のＹｅｓ）、油圧機械のシリンダ２０のうち、該低圧弁３０に対応するシリンダ２０を、押しのけ容積を生成しない休止状態とする、あるいは、該低圧弁３０を交換する（ステップＳ５）。
油圧機械のシリンダ２０を休止状態とするには、該シリンダ２０に対応する高圧弁２８及び低圧弁３０に対して、バルブ制御部１０６（図３参照）から、適切な開閉指令の制御信号を送る。
油圧機械（油圧モータ１０又は油圧ポンプ）においてシリンダ２０を休止状態とするには、該シリンダ２０に対応する高圧弁２８を閉状態に維持するとともに、低圧弁３０を開状態に維持する。これにより、シリンダ２０と高圧ライン１２とは非連通状態となるとともに、シリンダ２０と低圧ライン１４とは連通状態となるので、作動油は、作動室２４と低圧ライン１４との間で流出入するのみである。よって、該シリンダ２０に対応するピストン２２は、実質的に仕事をせず、又は仕事をされない。
油圧機械（油圧モータ１０又は油圧ポンプ）においてシリンダ２０を休止状態とするには、該シリンダ２０に対応する高圧弁２８を閉状態に維持するとともに、低圧弁３０を開状態に維持する。これにより、シリンダ２０と高圧ライン１２とは非連通状態となるとともに、シリンダ２０と低圧ライン１４とは連通状態となるので、作動油は、作動室２４と低圧ライン１４との間で流出入するのみである。よって、該シリンダ２０に対応するピストン２２は、実質的に仕事をせず、又は仕事をされない。
次に、幾つかの実施形態に係る診断方法における低圧弁３０の損傷を検知する損傷検知ステップ（ステップＳ３）について、図８〜図１３を参照してより詳細に説明する。
図８は、一実施形態に係る損傷検知ステップ（ステップＳ３）の手順を示すフローチャートである。
図８に示すように、一実施形態では、ステップＳ２で算出した筒内圧力変化率から、ピストン２２の往復運動のサイクル毎の筒内圧力変化率の最大値を算出する（ステップＳ３０１）。
そして、ステップＳ３０１で算出した筒内圧力変化率の最大値が閾値以下である時に（ステップＳ３０５のＹｅｓ）、低圧弁３０に損傷が生じていると判定する（ステップＳ３０６）。
図８に示すように、一実施形態では、ステップＳ２で算出した筒内圧力変化率から、ピストン２２の往復運動のサイクル毎の筒内圧力変化率の最大値を算出する（ステップＳ３０１）。
そして、ステップＳ３０１で算出した筒内圧力変化率の最大値が閾値以下である時に（ステップＳ３０５のＹｅｓ）、低圧弁３０に損傷が生じていると判定する（ステップＳ３０６）。
ここで、図８に示す実施形態における損傷検知の原理を、図９を参照して説明する。
図９は、油圧機械（油圧モータ１０）におけるピストン位相角度と筒内圧力及び筒内圧力変化率との相関関係を示すグラフである。図９には、同一のシリンダ２０について、異なる２つの状態ａ，ｂにおける筒内圧力及び筒内圧力から算出される筒内圧力変化率と、ピストン２２の位相角度との関係が示されている。
なお、状態ｂは、状態ａの時点から、油圧機械（油圧モータ１０）を所定期間運転させた後の状態である。
図９は、油圧機械（油圧モータ１０）におけるピストン位相角度と筒内圧力及び筒内圧力変化率との相関関係を示すグラフである。図９には、同一のシリンダ２０について、異なる２つの状態ａ，ｂにおける筒内圧力及び筒内圧力から算出される筒内圧力変化率と、ピストン２２の位相角度との関係が示されている。
なお、状態ｂは、状態ａの時点から、油圧機械（油圧モータ１０）を所定期間運転させた後の状態である。
前述したように、油圧モータ１０の運転中、筒内圧力は、ピストン２２の往復運動とともに、周期的に変化する（図５参照）。そして、ピストン２２が上死点に到達する直前に、低圧弁３０が閉弁することにより筒内圧力（作動室圧力）が上昇する（図５に示すｔ１〜ｔ２の期間））。
図９のグラフは、このように、低圧弁３０が閉弁することにより筒内圧力が上昇する期間のデータを含むグラフである。すなわち、図９のグラフのピストン位相角度１８０°はピストン２２が上死点に位置することを示しており、図９のグラフは、ピストン２２が上死点に到達する直前において、筒内圧力が上昇していることを示している。
図９のグラフは、このように、低圧弁３０が閉弁することにより筒内圧力が上昇する期間のデータを含むグラフである。すなわち、図９のグラフのピストン位相角度１８０°はピストン２２が上死点に位置することを示しており、図９のグラフは、ピストン２２が上死点に到達する直前において、筒内圧力が上昇していることを示している。
図９のグラフに表れているように、状態ａに比べて状態ｂでは、筒内圧力の上昇速度が緩やかになっている。すなわち、状態ｂでの筒内圧力変化率の最大値ＤＰＭｂは、状態ａでの筒内圧力変化率の最大値ＤＰＭａよりも小さい。
このことから、同一のシリンダ２０においては、油圧機械の運転期間が長くなるにしたがって、筒内圧力変化率の最大値ＰＭが減少していく傾向があると言える。この理由は、油圧機械の運転期間が長くなるにしたがって、低圧弁３０の損傷が進行する（摩耗が拡大する）ことから、低圧弁３０の損傷部を介した作動室２４からの作動油のリーク量が増加するためであると考えられる。
このことから、同一のシリンダ２０においては、油圧機械の運転期間が長くなるにしたがって、筒内圧力変化率の最大値ＰＭが減少していく傾向があると言える。この理由は、油圧機械の運転期間が長くなるにしたがって、低圧弁３０の損傷が進行する（摩耗が拡大する）ことから、低圧弁３０の損傷部を介した作動室２４からの作動油のリーク量が増加するためであると考えられる。
従って、筒内圧力変化率の最大値ＤＰＭについて閾値を適切に設定し、ステップＳ３０１で筒内圧の計測結果に基づいてピストン２２の往復運動のサイクル毎に算出された筒内圧力変化率の最大値ＤＰＭと、該閾値とを比較することにより、低圧弁３０における損傷の発生の有無を適切に判定することができる。
図１０は、他の一実施形態に係る損傷検知ステップ（ステップＳ３）の手順を示すフローチャートである。
図１０に示すように、一実施形態では、ステップＳ２で算出した筒内圧力変化率から、ピストン２２の往復運動のサイクル毎の筒内圧力変化率の最大値を算出する（ステップＳ３１１）。
また、回転数センサ７４の検出結果に基づいて、ピストン２２の往復運動のサイクル毎に、筒内圧力変化率が最大となったピストン位相角度を算出する（ステップＳ３１２）。
次に、ステップＳ３１２で算出したいピストン位相角度におけるピストン速度を、該ピストン位相角度と、回転数センサ７４の検出結果から得られる油圧機械（油圧モータ１０）の回転数とに基づいて算出する（ステップＳ３１３）。
次に、ステップＳ３１２で算出した筒内圧力変化率の最大値を、ステップＳ３１３で算出したピストン速度で除して指標を得る（ステップＳ３１４）。
そして、ステップＳ３１４で算出した指標を閾値と比較して（ステップＳ３１５）、該指標が閾値以下である場合に（ステップＳ３１５のＹｅｓ）、低圧弁３０に損傷が生じていると判定する（ステップＳ３１６）。
図１０に示すように、一実施形態では、ステップＳ２で算出した筒内圧力変化率から、ピストン２２の往復運動のサイクル毎の筒内圧力変化率の最大値を算出する（ステップＳ３１１）。
また、回転数センサ７４の検出結果に基づいて、ピストン２２の往復運動のサイクル毎に、筒内圧力変化率が最大となったピストン位相角度を算出する（ステップＳ３１２）。
次に、ステップＳ３１２で算出したいピストン位相角度におけるピストン速度を、該ピストン位相角度と、回転数センサ７４の検出結果から得られる油圧機械（油圧モータ１０）の回転数とに基づいて算出する（ステップＳ３１３）。
次に、ステップＳ３１２で算出した筒内圧力変化率の最大値を、ステップＳ３１３で算出したピストン速度で除して指標を得る（ステップＳ３１４）。
そして、ステップＳ３１４で算出した指標を閾値と比較して（ステップＳ３１５）、該指標が閾値以下である場合に（ステップＳ３１５のＹｅｓ）、低圧弁３０に損傷が生じていると判定する（ステップＳ３１６）。
ここで、図１１は、低圧弁３０の各閉鎖角度における筒内圧力変化率の最大値を示したグラフである。
ピストン２２が上死点の直前に位置するとき（すなわちピストン２２が上死点の手前において下死点から上死点に向かって移動しているとき）、ピストン２２が上死点に近づくにつれてピストン速度は徐々に小さくなる。
したがって、図１１に示すように、低圧弁閉鎖角度が上死点手前（１８０°未満）から上死点（１８０°）に近づくにしたがって（すなわち、筒内圧力変化率が最大となるときのピストン位置が上死点手前（１８０°未満）から上死点（１８０°）に近づくにしたがって）、筒内圧力変化率の最大値は、減少する。
ピストン２２が上死点の直前に位置するとき（すなわちピストン２２が上死点の手前において下死点から上死点に向かって移動しているとき）、ピストン２２が上死点に近づくにつれてピストン速度は徐々に小さくなる。
したがって、図１１に示すように、低圧弁閉鎖角度が上死点手前（１８０°未満）から上死点（１８０°）に近づくにしたがって（すなわち、筒内圧力変化率が最大となるときのピストン位置が上死点手前（１８０°未満）から上死点（１８０°）に近づくにしたがって）、筒内圧力変化率の最大値は、減少する。
この点、上述の実施形態では、ステップＳ３１４において、ステップＳ３１２で算出した筒内圧力変化率の最大値を、ステップＳ３１３で算出したピストン速度で除して指標を得て、該指標に基づいて低圧弁３０の損傷検知を行う。これにより、ピストン速度の影響を排除して低圧弁３０の損傷を適切に検知することができる。
また、一実施形態において、ステップＳ３１４で算出する指標として、ピストンの既定位置におけるピストン速度Ｖｒｅｆを用いて得られる正規化値を採用してもよい。
正規化値は、筒内圧力変化率の最大値を（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとし、前記ピストンの規定位置における速度をＶｒｅｆとし、筒内圧力変化率が前記最大値（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとなったときのピストンの速度をＶ＊としたとき、（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ×Ｖｒｅｆ／Ｖ＊で表される。
このように、ピストン２２の既定位置におけるピストン速度Ｖｒｅｆを用いて、筒内圧力変化率と同一次元の指標である正規化値を取得することにより、該正規化値を用いて、筒内圧力変化率と同じ次元のパラメータにより低圧弁の損傷を評価することができる。
正規化値は、筒内圧力変化率の最大値を（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとし、前記ピストンの規定位置における速度をＶｒｅｆとし、筒内圧力変化率が前記最大値（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとなったときのピストンの速度をＶ＊としたとき、（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ×Ｖｒｅｆ／Ｖ＊で表される。
このように、ピストン２２の既定位置におけるピストン速度Ｖｒｅｆを用いて、筒内圧力変化率と同一次元の指標である正規化値を取得することにより、該正規化値を用いて、筒内圧力変化率と同じ次元のパラメータにより低圧弁の損傷を評価することができる。
上述のピストン２２の既定位置としては、代表的なピストン位置（例えば、筒内圧力変化率が最大となるピストン２２の平均位置）を選択することができる。
図１２は、油圧機械（油圧モータ１０）における１つのシリンダ２０について、圧力検出結果に基づいてステップＳ３０１（又はステップＳ３１１）で算出した筒内圧力変化率の最大値と、同一の圧力検出結果に基づいてステップＳ３１４で算出した筒内圧力変化率の最大値の正規化値（指標）とを比較したグラフである。
図１２に示すように、グラフに示した横軸の期間において、ピストン２２の速度を排除して得られた正規化値（指標）は、時間に対する変化率が比較的小さいのに比べて、筒内圧力変化率の最大値は、正規化値（指標）に比べてばらつきが大きい。したがって、正規化値（指標）を用いることにより、より適切に低圧弁３０の損傷を評価することができる。
図１２に示すように、グラフに示した横軸の期間において、ピストン２２の速度を排除して得られた正規化値（指標）は、時間に対する変化率が比較的小さいのに比べて、筒内圧力変化率の最大値は、正規化値（指標）に比べてばらつきが大きい。したがって、正規化値（指標）を用いることにより、より適切に低圧弁３０の損傷を評価することができる。
図１３は、油圧機械（油圧モータ１０）における２つのシリンダＡ，Ｂについて、筒内圧力変化率の最大値の正規化値（指標）を比較したグラフである。
図１３に示すように、グラフに示した横軸の期間において、シリンダＡは、シリンダＢに比べて、概して筒内圧力変化率の最大値の正規化値（指標）が小さい。
油圧機械（油圧モータ１０）を停止して、これらのシリンダＡ，Ｂについて、低圧弁３０の弁体４８の摩耗量を計測したところ、シリンダＡの最大摩耗深さは、シリンダＢに比べて数倍程度大きいことが分かった。
このことから、筒内圧力変化率の最大値の指標（正規化値）が小さいほど、低圧弁３０の弁体４８において損傷（摩耗）が進行していると言える。
よって、筒内圧力変化率の最大値の指標（正規化値）に対して適切な閾値を設けてステップＳ１での圧力計測結果に基づいて算出された筒内圧力変化率の最大値の指標（正規化値）と該閾値とを比較することにより、低圧弁３０の損傷検知が適切にできる。
図１３に示すように、グラフに示した横軸の期間において、シリンダＡは、シリンダＢに比べて、概して筒内圧力変化率の最大値の正規化値（指標）が小さい。
油圧機械（油圧モータ１０）を停止して、これらのシリンダＡ，Ｂについて、低圧弁３０の弁体４８の摩耗量を計測したところ、シリンダＡの最大摩耗深さは、シリンダＢに比べて数倍程度大きいことが分かった。
このことから、筒内圧力変化率の最大値の指標（正規化値）が小さいほど、低圧弁３０の弁体４８において損傷（摩耗）が進行していると言える。
よって、筒内圧力変化率の最大値の指標（正規化値）に対して適切な閾値を設けてステップＳ１での圧力計測結果に基づいて算出された筒内圧力変化率の最大値の指標（正規化値）と該閾値とを比較することにより、低圧弁３０の損傷検知が適切にできる。
なお、筒内圧力変化率の最大値又は該最大値の指標（正規化値）に関する閾値の設定は、低圧弁３０個体毎に行ってもよい。
例えば、幾つかの実施形態では、低圧弁３０の初期状態（使用し始め）における筒内圧力変化率の最大値を取得し、取得した筒内圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定するようにしてもよい。例えば、低圧弁３０の初期状態に比べて、所定の割合だけ大きい筒内圧力変化率の最大値又はその指標（正規化値）を閾値（例えば図１３におけるＤＰｔｈ）としてもよい。
このように、低圧弁３０の初期状態における筒内圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定すれば、個々の低圧弁３０に対して、それぞれ適切な閾値を設定することができる。
例えば、幾つかの実施形態では、低圧弁３０の初期状態（使用し始め）における筒内圧力変化率の最大値を取得し、取得した筒内圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定するようにしてもよい。例えば、低圧弁３０の初期状態に比べて、所定の割合だけ大きい筒内圧力変化率の最大値又はその指標（正規化値）を閾値（例えば図１３におけるＤＰｔｈ）としてもよい。
このように、低圧弁３０の初期状態における筒内圧力変化率の最大値に基づいて閾値を決定すれば、個々の低圧弁３０に対して、それぞれ適切な閾値を設定することができる。
また、一実施形態において、ステップＳ３１４で算出する指標としての正規化値を、以下の式により求めてもよい。
正規化値＝（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ×Ｖｒｅｆ×（Ｎ／Ｎｒｅｆ）／Ｖ＊
ただし、上記式において、（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘは筒内圧力変化率の最大値であり、Ｖｒｅｆはピストン２２の規定位置及び規定回転数Ｎｒｅｆにおける速度であり、Ｎは回転シャフト３２の回転数であり、Ｖ＊は筒内圧力変化率が前記最大値（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとなったときのピストンの速度である。
例えば、回転シャフトの回転数が可変であるときには、上述の式を用いることで、回転数の影響を排除した正規化値を得ることができる。よって、上述の式により算出した正規化値に基づいて、低圧弁の損傷を適切に評価することができる。
正規化値＝（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ×Ｖｒｅｆ×（Ｎ／Ｎｒｅｆ）／Ｖ＊
ただし、上記式において、（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘは筒内圧力変化率の最大値であり、Ｖｒｅｆはピストン２２の規定位置及び規定回転数Ｎｒｅｆにおける速度であり、Ｎは回転シャフト３２の回転数であり、Ｖ＊は筒内圧力変化率が前記最大値（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとなったときのピストンの速度である。
例えば、回転シャフトの回転数が可変であるときには、上述の式を用いることで、回転数の影響を排除した正規化値を得ることができる。よって、上述の式により算出した正規化値に基づいて、低圧弁の損傷を適切に評価することができる。
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。
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 回転シャフト
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
７２ 圧力センサ
７４ 回転数センサ
９２ エロージョン
１００ 制御部
１０１ 診断システム
１０２ 損傷検知部
１０４ 閾値設定部
１０６ バルブ制御部
１３０ ピストンサイクル曲線
１３２ ＨＰＶ制御信号
１３２Ａ 最終パルス
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
Ｆ 作動油
Ｏ 軸中心
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 回転シャフト
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
７２ 圧力センサ
７４ 回転数センサ
９２ エロージョン
１００ 制御部
１０１ 診断システム
１０２ 損傷検知部
１０４ 閾値設定部
１０６ バルブ制御部
１３０ ピストンサイクル曲線
１３２ ＨＰＶ制御信号
１３２Ａ 最終パルス
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
Ｆ 作動油
Ｏ 軸中心
Claims (15)
- 回転シャフトと、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、前記回転シャフト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計測ステップと、
前記圧力計測ステップでの圧力検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知ステップと、を備え、
前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、
前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する
ことを特徴とする油圧機械の診断方法。 - 前記損傷検知ステップでは、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知することを特徴とする請求項１に記載の油圧機械の診断方法。
- 前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値を、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値となったときの前記ピストンの速度で除して得られる指標に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知することを特徴とする請求項２に記載の油圧機械の診断方法。
- 前記指標は、前記作動室の圧力の変化率の最大値を（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとし、前記ピストンの規定位置における速度をＶｒｅｆとし、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘとなったときの前記ピストンの速度をＶ＊としたとき、（ｄＰ／ｄｔ）ｍａｘ×Ｖｒｅｆ／Ｖ＊で表される正規化値であることを特徴とする請求項３に記載の油圧機械の診断方法。
- 前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標が閾値以下であるときに、前記低圧弁が損傷していると判定することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法。
- 前記低圧弁の初期状態における前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて閾値を決定する閾値設定ステップをさらに備え、
前記損傷検知ステップでは、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標と、前記閾値設定ステップで決定された閾値との比較結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知することを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法。 - 前記損傷検知ステップにおいて前記低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応する前記シリンダを、押しのけ容積を生成しない休止状態とする、又は、前記低圧弁を交換することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法。
- 回転シャフトと、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、前記回転シャフト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、
前記圧力センサでの検出結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知する損傷検知部と、を備え、
前記低圧弁は、前記油圧機械の低圧ラインと前記作動室との間に設けられ、前記低圧ラインと前記作動室との連通状態を制御するためのポペット弁であり、
前記損傷検知部は、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知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。 - 前記損傷検知部は、前記ピストンの往復運動のサイクル毎の前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知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。
- 前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値を、前記作動室の圧力の変化率が前記最大値となったときの前記ピストンの速度で除して得られる指標に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の油圧機械の診断システム。
- 前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標が閾値以下であるときに、前記低圧弁が損傷していると判定するように構成されたことを特徴とする請求項９又は１０に記載の油圧機械の診断システム。
- 前記低圧弁の初期状態における前記作動室の圧力の変化率の最大値に基づいて閾値を決定する閾値設定部をさらに備え、
前記損傷検知部は、前記作動室の圧力の変化率の最大値または前記指標と、前記閾値設定部により決定された閾値との比較結果に基づいて、前記低圧弁の損傷を検知するように構成されたことを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載の油圧機械の診断システム。 - 前記損傷検知部により前記低圧弁の損傷が検知されたときに、該低圧弁に対応する前記シリンダを、押しのけ容積を生成しない休止状態とするように構成されたことを特徴とする請求項８乃至１２の何れか一項に記載の油圧機械の診断システム。
- 回転シャフトと、
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、
請求項８乃至１３の何れか一項に記載の診断システムと、を備えることを特徴とする油圧機械。 - 再生可能エネルギーを受け取っ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作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプにより昇圧された作動油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧ポンプの吐出口と前記油圧モータの吸込口とを接続する高圧ラインと、
前記油圧モータの吐出口と前記油圧ポンプの吸込口とを接続する低圧ラインと、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備え、
前記油圧ポンプ又は油圧モータの少なくとも一方は、請求項１４に記載の油圧機械である
ことを特徴とする再生可能エネルギー型発電装置。
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2016
- 2016-02-26 JP JP2016035549A patent/JP6434927B2/ja active Active
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