JP5725833B2 - 転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置および異常診断システム - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置および異常診断システムに関し、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。主軸ならびに増速機およ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。

特開２００６−１０５９５６号公報（特許文献１）は、軸受装置等の回転部品の異常を診断する異常診断装置を開示する。この異常診断装置は、軸受箱に対して相対的に回転する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振動センサとを備える。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、振動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。

この異常診断装置によれば、回転部品が組み込まれた装置を分解することなく回転部品の異常を診断することができるとともに、回転駆動手段から発生する電気的な外乱ノイズの影響による誤診断を防止して信頼性の高い異常診断を行なうことができるとされる（特許文献１参照）。

特開２００６−１０５９５６号公報

上記の特開２００６−１０５９５６号公報に開示される異常診断装置では、軸受箱に取り付けられた振動センサを用いて測定される振動波形を周波数分析した結果に基づいて、回転部品の異常判定が行なわれる。より詳しくは、転がり軸受では、軸受の損傷により発生する異常振動の発生周期が損傷の発生箇所に応じて変化するので、振動センサを用いて測定される振動波形を周波数分析してそのピーク周波数を解析することによって、軸受の異常の有無および異常部位の特定が行なわれる。

しかしながら、このような周波数分析による手法では、たとえば、上記の風力発電装置のように増速機が設けられる場合には増速機のギヤの噛合い振動周波数が混入したり、様々な周辺部品の固有振動周波数が混入したりすることによって、正確な異常診断ができない場合がある。

そこで、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、より正確な異常診断を実現する、転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置および異常診断システム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、転がり軸受の振動波形を測定するための振動センサと、転がり軸受の異常を診断するための処理部とを備える。処理部は、第１および第２の演算部と、エンベロープ処理部と、診断部とを含む。第１の演算部は、振動センサを用いて測定された振動波形の実効値を算出する。エンベロープ処理部は、振動センサを用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって振動波形のエンベロープ波形を生成する。第２の演算部は、エンベロープ処理部によって生成されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する。診断部は、第１の演算部によって算出された振動波形の実効値および第２の演算部によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて転がり軸受の異常を診断する。

好ましくは、転がり軸受の異常診断装置は、転がり軸受によって支持される軸または転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備える。処理部は、修正振動度算出部と、修正変調度算出部とをさらに含む。修正振動度算出部は、第１の演算部によって算出された振動波形の実効値を回転速度で正規化した修正振動度を算出する。修正変調度算出部は、第２の演算部によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を回転速度で正規化した修正変調度を算出する。そして、診断部は、修正振動度および修正変調度に基づいて転がり軸受の異常を診断する。

さらに好ましくは、診断部は、修正振動度および修正変調度の時間的変化の推移に基づいて転がり軸受の異常を診断する。

好ましくは、処理部は、周波数分析部をさらに含む。周波数分析部は、振動波形およびエンベロープ波形の少なくとも一方を周波数分析する。診断部は、周波数分析部の分析結果に基づいて転がり軸受の異常部位をさらに推定する。

好ましくは、振動センサは、加速度センサを含む。
好ましくは、転がり軸受の異常診断装置は、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をさらに備える。そして、診断部は、変位センサの検出値をさらに用いて転がり軸受の異常を診断する。

また、好ましくは、転がり軸受の異常診断装置は、転がり軸受から発生するアコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサをさらに備える。そして、診断部は、ＡＥセンサの検出値をさらに用いて転がり軸受の異常を診断する。

また、好ましくは、転がり軸受の異常診断装置は、転がり軸受の温度を測定するための温度センサをさらに備える。そして、診断部は、温度センサの測定値をさらに用いて転がり軸受の異常を診断する。

また、好ましくは、転がり軸受の異常診断装置は、転がり軸受の潤滑剤に含まれる不純物の量を測定するためのセンサをさらに備える。そして、診断部は、センサの測定値をさらに用いて転がり軸受の異常を診断する。

好ましくは、転がり軸受の異常診断装置は、転がり軸受によって支持される軸または転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備える。エンベロープ処理部は、絶対値検波部と、包絡線検波部とを含む。絶対値検波部は、振動波形の絶対値を出力する。包絡線検波部は、絶対値検波部の出力信号に所定の時定数の減衰処理を施すことによってエンベロープ波形を生成する。ここで、時定数は、回転速度に基づいて設定される。

さらに好ましくは、時定数は、転がり軸受における転動体の自転の半周期以下に設定される。

さらに好ましくは、時定数は、転動体の自転の半周期の０．５倍以上に設定される。
また、好ましくは、時定数は、転がり軸受の静止輪に対する転動体の通過周期以下に設定される。

さらに好ましくは、時定数は、転動体の通過周期の０．５倍以上に設定される。
また、この発明によれば、風力発電装置は、ブレードと、主軸と、増速機と、発電機と、複数の転がり軸受と、異常診断装置とを備える。ブレードは、風力を受ける。主軸は、ブレードに接続される。増速機は、主軸の回転を増速する。発電機は、増速機の出力軸に接続される。複数の転がり軸受は、主軸、増速機およ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。異常診断装置は、診断対象の転がり軸受の振動波形を測定するための振動センサと、診断対象の転がり軸受の異常を診断するための処理部とを含む。処理部は、第１および第２の演算部と、エンベロープ処理部と、診断部とを含む。第１の演算部は、振動センサを用いて測定された振動波形の実効値を算出する。エンベロープ処理部は、振動センサを用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって振動波形のエンベロープ波形を生成する。第２の演算部は、エンベロープ処理部によって生成されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する。診断部は、第１の演算部によって算出された振動波形の実効値および第２の演算部によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて転がり軸受の異常を診断する。

また、この発明によれば、異常診断システムは、風力発電装置と、異常診断装置と、通信装置とを備える。異常診断装置は、風力発電装置とは異なる位置に配設される。通信装置は、風力発電装置と異常診断装置との間で通信を行なう。風力発電装置は、ブレードと、主軸と、増速機と、発電機と、複数の転がり軸受と、振動センサと、データ処理部とを含む。ブレードは、風力を受ける。主軸は、ブレードに接続される。増速機は、主軸の回転を増速する。発電機は、増速機の出力軸に接続される。複数の転がり軸受は、主軸、増速機および発電機に設けられる。振動センサは、複数の転がり軸受の少なくとも一つの振動波形を測定する。データ処理部は、振動センサを用いて測定された振動波形に対して一次処理を行なう。データ処理部は、第１および第２の演算部と、エンベロープ処理部とを含む。第１の演算部は、振動センサを用いて測定された振動波形の実効値を算出する。エンベロープ処理部は、振動センサを用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって振動波形のエンベロープ波形を生成する。第２の演算部は、エンベロープ処理部によって生成されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する。異常診断装置は、通信装置によって風力発電装置のデータ処理部から受ける振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて、診断対象の転がり軸受の異常を診断する。

好ましくは、異常診断装置および通信装置は、風力発電装置の発電量を遠隔監視するシステムとは切離して設けられる。

好ましくは、通信装置は、通信経路の一部に無線通信を含む。
さらに好ましくは、異常診断装置は、インターネットに接続される。通信装置は、無線通信部と、通信サーバとを含む。無線通信部は、風力発電装置内に設けられる。通信サーバは、インターネットに接続され、無線通信部と無線通信可能に構成される。

この発明によれば、振動センサを用いて測定された振動波形の実効値、および振動センサを用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって生成されるエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて、転がり軸受の異常を診断するので、従来の周波数分析による手法に比べてより正確な異常診断を実現することができる。また、不必要なメンテナンスをなくすことができ、メンテナンスに要するコストを低減することができる。

この発明の実施の形態１による転がり軸受の異常診断装置が適用された風力発電装置の構成を概略的に示した図である。 図１に示すデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 軸受に異常が発生していないときの軸受の振動波形を示した図である。 軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる軸受の振動波形を示した図である。 軸受の軌道輪に剥離が発生したときの初期段階における軸受の振動波形を示した図である。 剥離異常の末期段階に見られる軸受の振動波形を示した図である。 軸受の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。 軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときの軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。 実施の形態２におけるデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 実施の形態３におけるデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 実施の形態４におけるデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 実施の形態５による異常診断システムの全体構成を概略的に示した図である。 図１２に示す風力発電装置に含まれるデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 実施の形態６におけるエンベロープ処理部の機能ブロック図である。 エンベロープ処理の時定数を変化させたときのエンベロープ波形の変化を示した図である。 変調度を振動度で除算した値とエンベロープ処理の時定数との関係を示した図である。 正常品の変調比に対する異常品（剥離）の変調比の比率とエンベロープ処理の時定数との関係を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による転がり軸受の異常診断装置が適用された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、振動センサ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、振動センサ７０およびデータ処理装置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。

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、転がり軸受によって構成され、たとえば、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。振動センサ７０は、軸受６０に固設される。そして、振動センサ７０は、軸受６０の振動を検出し、その検出値をデータ処理装置８０へ出力する。振動センサ７０は、たとえば、圧電素子を用いた加速度センサによって構成される。

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。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。

データ処理装置８０は、ナセル９０内に設けられ、軸受６０の振動の検出値を振動センサ７０から受ける。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の振動波形を用いて軸受６０の異常を診断する。

図２は、図１に示したデータ処理装置８０の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図２を参照して、データ処理装置８０は、ハイパスフィルタ（以下、「ＨＰＦ（High Pass Filter）」と称する。）１１０，１５０と、実効値演算部１２０，１６０と、エンベロープ処理部１４０と、記憶部１８０と、診断部１９０とを含む。

ＨＰＦ１１０は、軸受６０の振動の検出値を振動センサ７０から受ける。そして、ＨＰＦ１１０は、その受けた検出信号につき、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ１１０は、軸受６０の振動波形に含まれる直流成分を除去するために設けられたものである。なお、振動センサ７０からの出力が直流成分を含まないものであれば、ＨＰＦ１１０を省略してもよい。

実効値演算部１２０は、直流成分が除去された軸受６０の振動波形をＨＰＦ１１０から受ける。そして、実効値演算部１２０は、軸受６０の振動波形の実効値（「ＲＭＳ（Root Mean Square）値」とも称される。）を算出し、その算出された振動波形の実効値を記憶部１８０へ出力する。

エンベロープ処理部１４０は、軸受６０の振動の検出値を振動センサ７０から受ける。そして、エンベロープ処理部１４０は、その受けた検出信号にエンベロープ処理を行なうことによって、軸受６０の振動波形のエンベロープ波形を生成する。なお、エンベロープ処理部１４０において演算されるエンベロープ処理には、種々の公知の手法を適用可能であり、一例として、振動センサ７０を用いて測定される軸受６０の振動波形を絶対値に整流し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））に通すことによって、軸受６０の振動波形のエンベロープ波形が生成される。

ＨＰＦ１５０は、軸受６０の振動波形のエンベロープ波形をエンベロープ処理部１４０から受ける。そして、ＨＰＦ１５０は、その受けたエンベロープ波形につき、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ１５０は、エンベロープ波形に含まれる直流成分を除去し、エンベロープ波形の交流成分を抽出するために設けられたものである。

実効値演算部１６０は、直流成分が除去されたエンベロープ波形、すなわちエンベロープ波形の交流成分をＨＰＦ１５０から受ける。そして、実効値演算部１６０は、その受けたエンベロープ波形の交流成分の実効値（ＲＭＳ値）を算出し、その算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を記憶部１８０へ出力する。

記憶部１８０は、実効値演算部１２０により算出された軸受６０の振動波形の実効値と、実効値演算部１６０により算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値とを同期させて時々刻々記憶する。この記憶部１８０は、たとえば、読み書き可能な不揮発性のメモリ等によって構成される。

診断部１９０は、記憶部１８０に時々刻々記憶された、軸受６０の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値を記憶部１８０から読出し、その読出された２つの実効値に基づいて軸受６０の異常を診断する。詳しくは、診断部１９０は、軸受６０の振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値との時間的変化の推移に基づいて、軸受６０の異常を診断する。

すなわち、実効値演算部１２０により算出される軸受６０の振動波形の実効値は、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値であるので、たとえば、軌道輪の一部に剥離が発生し、その剥離箇所を転動体が通過するときのみ振幅が増加するインパルス的な振動に対しては値の増加が小さいけれども、軌道輪と転動体との接触部の面荒れや潤滑不良時に発生する持続的な振動に対しては値の増加が大きくなる。

一方、実効値演算部１６０により算出されるエンベロープ波形の交流成分の実効値は、軌道輪の面荒れや潤滑不良時に発生する持続的な振動に対しては値の増加が小さく、場合によっては増加しないけれども、インパルス的な振動に対しては値の増加が大きくなる。そこで、この実施の形態１では、軸受６０の振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値とを用いることによって、一方の実効値だけでは検出できない異常を検出可能とし、より正確な異常診断を実現可能としたものである。

図３〜図６は、振動センサ７０を用いて測定される軸受６０の振動波形を示した図である。なお、この図３〜図６では、主軸２０（図１）の回転速度が一定のときの振動波形が示されている。

図３は、軸受６０に異常が発生していないときの軸受６０の振動波形を示した図である。図３を参照して、横軸は時間を示し、縦軸は、振動の大きさを表わす振動度を示す。

図４は、軸受６０の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる軸受６０の振動波形を示した図である。図４を参照して、軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、振動度が増加し、かつ、振動度の増加した状態が持続的に生じる。振動波形に目立ったピークは発生していない。したがって、このような振動波形について、軸受６０に異常が発生していないときの振動波形の実効値（実効値演算部１２０（図２）の出力）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（実効値演算部１６０（図２）の出力）と比較すると、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値はそれ程増加しない。

図５は、軸受６０の軌道輪に剥離が発生したときの初期段階における軸受６０の振動波形を示した図である。図５を参照して、剥離異常の初期段階は、軌道輪の一部に剥離が発生している状態であり、その剥離箇所を転動体が通過するときに大きな振動が発生するので、パルス的な振動が軸の回転に応じて周期的に発生する。剥離箇所以外を転動体が通過しているときは、振動度の増加は小さい。したがって、このような振動波形について、軸受６０に異常が発生していないときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、エンベロープ波形の交流成分の実効値が増加し、生の振動波形の実効値はそれ程増加しない。

図６は、剥離異常の末期段階に見られる軸受６０の振動波形を示した図である。図６を参照して、剥離異常の末期段階は、軌道輪の全域に剥離が転移している状態であり、異常の初期段階に比べて、振動度が全体的に増加し、パルス的な振動の傾向は弱まる。したがって、このような振動波形について、剥離異常の初期段階における振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値は低下する。

図７は、軸受６０の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの軸受６０の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。なお、この図７および以下に説明する図８では、主軸２０の回転速度が一定のときの各実効値の時間的変化が示されている。

図７を参照して、曲線ｋ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線ｋ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。剥離が発生する前の時刻ｔ１では、振動波形の実効値（ｋ１）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１における振動波形は、上述の図３に示した波形のようになる。

軸受６０の軌道輪の一部に剥離が発生すると、図５で説明したように、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）が大きく増加し、一方、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）はそれ程増加しない（時刻ｔ２近傍）。

さらにその後、軌道輪の全域に剥離が転移すると、図６で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）が大きく増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）は低下する（時刻ｔ３近傍）。

また、図８は、軸受６０の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときの軸受６０の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。図８を参照して、図７と同様に、曲線ｋ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線ｋ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。

軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生する前の時刻ｔ１１では、振動波形の実効値（ｋ１）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１１における振動波形は、上述の図３に示した波形のようになる。

軸受６０の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、図４で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（ｋ１）が増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）の増加は見られない（時刻ｔ１２近傍）。

このように、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値（ｋ１）とエンベロープ波形の交流成分の実効値（ｋ２）との時間的変化の推移に基づいて、軸受６０の異常診断をより正確に行なうことが可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、振動センサ７０を用いて測定された軸受６０の振動波形の実効値、および振動センサ７０を用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって生成されるエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて、軸受６０の異常を診断するので、従来の周波数分析による手法に比べてより正確な異常診断を実現することができる。また、不必要なメンテナンスをなくすことができ、メンテナンスに要するコストを低減することができる。

［実施の形態２］
主軸２０（図１）の回転速度が変化すると、軸受６０の振動の大きさが変化する。一般的には、主軸２０の回転速度の増加に伴ない軸受６０の振動度は増加する。そこで、この実施の形態２では、軸受６０の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の各々を主軸２０の回転速度で正規化し、その正規化された各実効値を用いて軸受６０の異常診断が実行される。

この実施の形態２における風力発電装置の全体構成は、図１に示した実施の形態１の構成と同じである。

図９は、実施の形態２におけるデータ処理装置８０Ａの構成を機能的に示す機能ブロック図である。図９を参照して、データ処理装置８０Ａは、図２に示した実施の形態１におけるデータ処理装置８０の構成において、修正振動度算出部１３０と、修正変調度算出部１７０と、速度関数生成部２００とをさらに含む。

速度関数生成部２００は、回転センサ２１０（図１において図示せず）による主軸２０の回転速度の検出値を受ける。なお、回転センサ２１０は主軸２０の回転位置の検出値を出力し、速度関数生成部２００において主軸２０の回転速度を算出するものとしてもよい。そして、速度関数生成部２００は、実効値演算部１２０により算出される軸受６０の振動波形の実効値を主軸２０の回転速度Ｎで正規化するための速度関数Ａ（Ｎ）、および実効値演算部１６０により算出されるエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸２０の回転速度Ｎで正規化するための速度関数Ｂ（Ｎ）を生成する。一例として、速度関数Ａ（Ｎ），Ｂ（Ｎ）は、次式によって表わされる。

Ａ（Ｎ）＝ａ×Ｎ^-0.5 …（１）
Ｂ（Ｎ）＝ｂ×Ｎ^-0.5 …（２）
ここで、ａ，ｂは、実験等によって予め定められる定数であり、異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。

修正振動度算出部１３０は、軸受６０の振動波形の実効値を実効値演算部１２０から受け、速度関数Ａ（Ｎ）を速度関数生成部２００から受ける。そして、修正振動度算出部１３０は、速度関数Ａ（Ｎ）を用いて、実効値演算部１２０によって算出された振動波形の実効値を主軸２０の回転速度で正規化した値（以下「修正振動度」と称する。）を算出する。具体的には、実効値演算部１２０によって算出された振動波形の実効値Ｖｒと速度関数Ａ（Ｎ）とを用いて、修正振動度Ｖｒ＊は、次式によって算出される。

ここで、Ｖｒａは、時間０〜ＴにおけるＶｒの平均値を示す。
そして、修正振動度算出部１３０は、式（３）により算出された修正振動度Ｖｒ＊を記憶部１８０へ出力する。

修正変調度算出部１７０は、エンベロープ波形の交流成分の実効値を実効値演算部１６０から受け、速度関数Ｂ（Ｎ）を速度関数生成部２００から受ける。そして、修正変調度算出部１７０は、速度関数Ｂ（Ｎ）を用いて、実効値演算部１６０によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を主軸２０の回転速度で正規化した値（以下「修正変調度」と称する。）を算出する。具体的には、実効値演算部１６０によって算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値Ｖｅおよび速度関数Ｂ（Ｎ）を用いて、修正変調度Ｖｅ＊は、次式によって算出される。

ここで、Ｖｅａは、時間０〜ＴにおけるＶｅの平均値を示す。修正変調度算出部１７０は、式（４）により算出された修正変調度Ｖｅ＊を記憶部１８０へ出力する。

そして、時々刻々と記憶部１８０に記憶された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊が診断部１９０によって読出され、その読出された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の時間的変化の推移に基づいて、診断部１９０により軸受６０の異常診断が行なわれる。

なお、上記において、回転センサ２１０は、主軸２０に取り付けられてもよいし、軸受６０に回転センサ２１０が組み込まれた回転センサ付軸受を軸受６０に用いてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、軸受６０の振動波形の実効値を回転速度で正規化した修正振動度Ｖｒ＊と、エンベロープ波形の交流成分の実効値を回転速度で正規化した修正変調度Ｖｅ＊とに基づいて異常を診断するので、回転速度の変動による外乱を除去してより正確な異常診断を実現することができる。

［実施の形態３］
この実施の形態３では、さらに正確な異常診断を行なうために、上記の実施の形態１または２に加えて周波数分析による異常診断が併用される。

この実施の形態３における風力発電装置の全体構成は、図１に示した風力発電装置１０と同じである。

図１０は、実施の形態３におけるデータ処理装置８０Ｂの構成を機能的に示す機能ブロック図である。図１０を参照して、データ処理装置８０Ｂは、図９に示したデータ処理装置８０Ａの構成において、周波数分析部２２０，２３０をさらに含む。

周波数分析部２２０は、直流成分が除去された軸受６０の振動波形をＨＰＦ１１０から受ける。そして、周波数分析部２２０は、その受けた軸受６０の振動波形に対して周波数分析を行ない、その周波数分析結果を記憶部１８０へ出力する。一例として、周波数分析部２２０は、ＨＰＦ１１０から受ける軸受６０の振動波形に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行ない、予め設定されたしきい値を超えるピーク周波数を記憶部１８０へ出力する。

また、周波数分析部２３０は、直流成分が除去されたエンベロープ波形の交流成分をＨＰＦ１５０から受ける。そして、周波数分析部２３０は、その受けたエンベロープ波形の交流成分に対して周波数分析を行ない、その周波数分析結果を記憶部１８０へ出力する。一例として、周波数分析部２３０は、ＨＰＦ１１０から受けるエンベロープ波形の交流成分に対してＦＦＴ処理を行ない、予め設定されたしきい値を超えるピーク周波数を記憶部１８０へ出力する。

そして、診断部１９０は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊とともに周波数分析部２２０，２３０による周波数分析結果を記憶部１８０から読出し、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の時間的変化の推移とともに周波数分析結果を併用することによって、より信頼性の高い異常診断を行なう。

たとえば、周波数分析部２２０，２３０による周波数分析結果は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊に基づく異常診断によって異常が検知されたときに異常の発生部位を推定するのに用いることができる。すなわち、軸受内部において損傷が発生すると、損傷部位（内輪、外輪、転動体）に応じて、軸受内部の幾何学的構造および回転速度から理論的に決定される特定の周波数に振動のピークが発生する。そこで、上述した修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊による異常診断に、周波数分析部２２０，２３０による周波数分析結果を併用することによって、異常発生部位をより正確に診断することが可能になる。

なお、上記においては、実施の形態２において周波数分析部２２０，２３０を追加するものとしたが、図２に示した実施の形態１におけるデータ処理装置８０に周波数分析部２２０，２３０を追加したものであってもよい。

以上のように、この実施の形態３によれば、周波数分析による異常診断が併用されるので、異常診断の信頼性をさらに高めることができるとともに異常発生部位をより正確に診断することができる。

［実施の形態４］
実施の形態４では、軸受６０の異常診断の信頼性をさらに高めるために、種々のセンサの検出値が併用される。

図１１は、実施の形態４におけるデータ処理装置８０Ｃの構成を機能的に示す機能ブロック図である。図１１を参照して、データ処理装置８０Ｃは、図１０に示したデータ処理装置８０Ｂの構成において、診断部１９０に代えて診断部１９０Ａを含む。

この実施の形態４における風力発電装置には、振動センサ７０および回転センサ２１０に加えて、変位センサ２４０、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０の少なくとも一つがさらに備えられる。そして、診断部１９０Ａは、その備えられた変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０の少なくとも一つから検出値を受ける。また、診断部１９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊、修正変調度Ｖｅ＊および周波数分析部２２０，２３０による周波数分析結果を記憶部１８０から読出す。

そして、診断部１９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊、修正変調度Ｖｅ＊および周波数分析部２２０，２３０による周波数分析結果とともに、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０の少なくとも一つから受ける検出値を併用することによって、軸受６０の異常診断を行なう。

変位センサ２４０は、軸受６０に取り付けられ、軸受６０の外輪に対する内輪の相対変位を検出して診断部１９０Ａへ出力する。振動センサ７０の検出値を用いた上記の修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析手法では、転動面の全体的な磨耗に対する異常の検出が難しいところ、外輪に対する内輪の相対変位を変位センサ２４０により検出することによって、軸受内部の磨耗を検出することができる。そして、診断部１９０Ａは、変位センサ２４０からの検出値が予め設定された値を超えると、軸受６０に異常が発生したものと判定する。なお、変位センサ２４０は外輪および内輪間の相対変位を検出することから、非測定面の精度を高品質に保つ必要がある。

ＡＥセンサ２５０は、軸受６０に取り付けられ、軸受６０から発生するアコースティックエミッション波（ＡＥ信号）を検出して診断部１９０Ａへ出力する。このＡＥセンサ２５０は、軸受６０を構成する部材の内部クラックの検出に優れており、ＡＥセンサ２５０を併用することによって、振動センサ７０では検出しにくい内部クラックが要因となって発生する剥離異常を早期に検出することが可能となる。そして、診断部１９０Ａは、ＡＥセンサ２５０により検出されるＡＥ信号の振幅が設定値を超えた回数がしきい値を超えたり、検出されたＡＥ信号またはＡＥ信号をエンベロープ処理した信号がしきい値を超えたりすると、軸受６０に異常が発生したものと判定する。

温度センサ２６０は、軸受６０に取り付けられ、軸受６０の温度を検出して診断部１９０Ａへ出力する。一般的に、軸受は、潤滑不良や軸受内部の隙間の過少などによって発熱し、転動面の変色や軟化溶着を経て焼き付き状態になると回転不能になる。そこで、軸受６０の温度を温度センサ２６０により検出することによって、潤滑不良等の異常を早期に検出し得る。

そして、診断部１９０Ａは、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊が図８に示したような挙動を示した場合、温度センサ２６０の検出値をさらに参照することによって潤滑不良等の異常診断を行なう。なお、診断部１９０Ａは、温度センサ２６０からの検出値が予め設定された値を超えた場合に、それのみをもって軸受６０に異常が発生したものと判定してもよい。

なお、温度センサ２６０は、たとえば、サーミスタや白金抵抗体、熱電対等によって構成される。

磁気式鉄粉センサ２７０は、軸受６０の潤滑剤に含まれる鉄粉量を検出し、その検出値を診断部１９０Ａへ出力する。磁気式鉄粉センサ２７０は、たとえば、磁石を内蔵した電極と棒状電極とによって構成され、軸受６０の潤滑剤の循環経路に設けられる。そして、磁気式鉄粉センサ２７０は、潤滑剤中に含まれる鉄粉を磁石によって捕獲し、鉄粉の付着により電極間の電気抵抗が設定値以下になると信号を出力する。すなわち、軸受が磨耗すると、磨耗により生じた鉄粉が潤滑剤に混ざるので、軸受６０の潤滑剤に含まれる鉄粉量を磁気式鉄粉センサ２７０により検出することによって軸受６０の磨耗を検出することができる。そして、診断部１９０Ａは、磁気式鉄粉センサ２７０から信号を受けると、軸受６０に異常が発生したものと判定する。

なお、特に図示しないが、磁気式鉄粉センサ２７０に代えて、光の透過率により潤滑剤の汚れを検出する光学式センサを用いてもよい。たとえば、光学式センサは、発光素子の光をグリースに照射し、受光素子に到達する光の強度の変化によってグリース中の軸受磨耗粉の量を検出する。なお、グリース中に異物混入がない状態の受光素子の出力値と酸化鉄を混入させたときの受光素子の出力値との比によって光の透過率が定義され、診断部１９０Ａは、その透過率が設定値を超えると、軸受６０に異常が発生したものと判定する。

なお、図１１では、変位センサ２４０、ＡＥセンサ２５０、温度センサ２６０および磁気式鉄粉センサ２７０が示されているが、必ずしも全てを備える必要はなく、少なくとも一つのセンサを備えることによって異常診断の信頼性を高めることができる。

以上のように、この実施の形態４によれば、種々のセンサの検出値を異常診断に併用するので、異常診断の信頼性をさらに高めることができる。特に、変位センサ２４０を併用することによって軸受内部の磨耗についても診断可能となり、ＡＥセンサ２５０を併用することによって、内部クラックが要因となって発生する剥離異常を早期に診断可能となる。また、温度センサ２６０を併用することによって潤滑不良等の異常について早期に診断可能となり、磁気式鉄粉センサ２７０や光の透過率により潤滑剤の汚れを検出する光学式センサ等を併用することによって軸受６０の磨耗異常を診断可能となる。

［実施の形態５］
ナセル９０（図１）は、高所に設置されるので、上述した異常診断装置は、その装置自体のメンテナンス性を考慮すると、本来的にはナセル９０から離れた場所に設置するのが望ましい。しかしながら、振動センサ７０を用いて測定される軸受６０の振動波形そのものを遠隔地へ転送することは、転送速度の高い送信手段が必要であり、コスト増を招く。また、上述のようにナセル９０が高所に設置されていることを考慮すると、ナセル９０から外部への通信手段には、無線通信を用いることが望ましい。

そこで、この実施の形態５では、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊の算出ならびに周波数分析処理（周波数分析を併用する場合）については、ナセル９０内に設けられるデータ処理装置において実行され、算出された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析結果（ピーク周波数）の各データが無線によってナセル９０から外部へ送信される。そして、ナセル９０から無線送信されたデータは、インターネットに接続された通信サーバによって受信され、インターネットを介して診断サーバに送信されて軸受６０の異常診断が実施される。

図１２は、実施の形態５による異常診断システムの全体構成を概略的に示した図である。図１２を参照して、異常診断システムは、風力発電装置１０と、通信サーバ３１０と、インターネット３２０と、軸受状態診断サーバ３３０とを備える。

風力発電装置１０の構成は、図１で説明したとおりである。なお、後述のように、この実施の形態５における風力発電装置１０のデータ処理装置においては、診断部に代えて無線通信部が設けられる。そして、風力発電装置１０は、振動センサ７０（図１）の検出値を用いて上述した修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析結果（周波数分析を併用する場合）を算出し、その算出結果を無線により通信サーバ３１０へ出力する。

通信サーバ３１０は、インターネット３２０に接続される。そして、通信サーバ３１０は、風力発電装置１０から無線により送信されたデータを受信し、その受信したデータをインターネット３２０を介して軸受状態診断サーバ３３０へ出力する。軸受状態診断サーバ３３０は、インターネット３２０に接続される。そして、軸受状態診断サーバ３３０は、通信サーバ３１０からインターネット３２０を介してデータを受信し、風力発電装置１０において算出された修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析結果（周波数分析を併用する場合）に基づいて、風力発電装置１０に設けられる軸受６０（図１）の異常診断を行なう。

図１３は、図１２に示した風力発電装置１０に含まれるデータ処理装置８０Ｄの構成を機能的に示す機能ブロック図である。図１３を参照して、データ処理装置８０Ｄは、図１０に示したデータ処理装置８０Ｂの構成において、診断部１９０に代えて無線通信部２８０を含む。無線通信部２８０は、修正振動度Ｖｒ＊および修正変調度Ｖｅ＊ならびに周波数分析部２２０，２３０による周波数分析結果を記憶部１８０から読出し、その読出されたデータを無線により通信サーバ３１０（図１２）へ送信する。

なお、データ処理装置８０Ｄのその他の構成は、図１０に示したデータ処理装置８０Ｂと同じである。

なお、上記においては、ナセル９０と通信サーバ３１０との間は無線通信が行なわれるものとしたが、ナセル９０と通信サーバ３１０との間を有線で接続することも可能である。この場合は、配線が必要となるものの、無線通信装置を別途設ける必要がなくなり、かつ、一般的には有線の方が多くの情報を伝達可能であるので、ナセル９０内においてメイン基板上に処理を集約することができる。

また、上述した異常診断システムは、既存の発電監視システムとは独立して構成することが望ましい。このように構成することによって、既存のシステムに変更を加えることなく、異常診断システムの導入コストを抑制することができる。

以上のように、この実施の形態５によれば、風力発電装置１０に設けられる軸受の異常診断を、遠隔地に設けられる軸受状態診断サーバ３３０において実施するので、メンテナンス負荷およびコストを低減することができる。

また、ナセル９０は高所に設置されるので作業環境が劣悪であるところ、無線通信部２８０および通信サーバ３１０を設けることによりナセル９０からの信号出力を無線化したので、ナセル９０における配線工事を最小限に抑えることができ、ナセル９０を支持するタワー１００内の配線工事も不要となる。

［実施の形態６］
この実施の形態６では、より検出感度の高い異常診断を行なうために、上記の各実施の形態において、エンベロープ処理部１４０におけるエンベロープ処理の最適化が図られる。

図１４は、この実施の形態６におけるエンベロープ処理部の機能ブロック図である。図１４を参照して、エンベロープ処理部１４０Ａは、絶対値検波部４１０と、包絡線検波部４２０とを含む。

絶対値検波部４１０は、軸受６０の振動の検出値を振動センサ７０から受け、その受けた検出信号の絶対値を出力する。包絡線検波部４２０は、絶対値検波部４１０の出力信号に所定の時定数の減衰処理を施すことによって、軸受６０の振動波形のエンベロープ波形を生成する。具体的には、包絡線検波部４２０は、次式を用いてエンベロープ波形を生成する。

ここで、ｎは時間に対する連続信号を離散化した数値の番号、Ｅ［ｎ］はエンベロープ処理後のｎ番目の信号、Ｍａｘ（ａ，ｂ）はａとｂとのうち大きい方を返す関数、｜Ｓ［ｎ］｜は絶対値検波部４１０の出力のｎ番目の離散化信号、｜Ｓ［ｎ−１］｜はｎ−１番目の離散化信号、Δｔは離散化周期、τは時定数を示す。この式（５）は、信号が入力されると、ピーク値から時定数τで出力を減衰させ、出力を超える信号が入力された場合には、新たなピーク値から出力を減衰させるというものである。この式（５）によれば、簡便な処理でエンベロープ波形を生成できるとともに、剥離異常等により瞬間的に生じる大きなピークの信号を確実に残すことができる。

さらにここで、包絡線検波部４２０は、主軸２０または軸受６０の回転速度Ｎに基づいて時定数τを設定する。エンベロープ波形を決める時定数τは、その値が大きすぎると入力信号（振動波形）の特徴が捨象されてしまうので好ましくない。一方、時定数τが小さすぎると入力信号（振動波形）と同等の信号が出力されエンベロープ波形とならない。したがって、時定数τは、適切な値に設定する必要がある。

図１５は、エンベロープ処理の時定数τを変化させたときのエンベロープ波形の変化を示した図である。但し、この波形は、直流成分を除いた交流成分のみの信号である。図１５を参照して、ここでは、同じ入力信号（振動波形）に対して時定数τをτ１，τ２，τ３（τ１＜τ２＜τ３）としたときのエンベロープ波形が示される。横軸は、時間を示す。時定数τを大きくするとエンベロープ波形の減衰速度が低下することが図１５から分かる。

図１６は、エンベロープ波形の交流成分の実効値（以下、「変調度」とも称する。）を振動波形の実効値（以下、「振動度」とも称する。）で除算した値とエンベロープ処理の時定数との関係を示した図である。図１６を参照して、縦軸は、変調度／振動度（以下、「変調比」とも称する。）を示す。横軸は、軸受６０の静止輪（たとえば外輪）に対する転動体の通過周期τ０で時定数τを除算することによって得られる無次元時定数（τ／τ０）を示す。なお、このτ０は、たとえば、図５に示した振動波形におけるパルス的な振動の周期に相当する。

曲線ｋ１１は、軸受６０において異常が発生していない正常品の変調比を示したものであり、曲線ｋ１２は、軸受６０の静止輪に剥離が発生している異常品の変調比を示したものである。このように、剥離が発生すると、図５で説明したように、変調度が増加し振動度はそれ程増加しないので、変調比は大きくなる。そして、剥離の検出感度を高めるためには、正常品の変調比に対する異常品の変調比の比率が大きければよい。

図１７は、正常品の変調比に対する異常品（剥離）の変調比の比率とエンベロープ処理の時定数との関係を示した図である。図１７を参照して、横軸は、無次元時定数を示す。正常品の変調比に対する異常品の変調比の比率は、無次元時定数が０から増加するに従って増加し、無次元時定数が０．５を超えると単調に減少する。

この結果は、以下のように考えられる。すなわち、正常品の振動波形は、図３に示したように、短い周期で同等の振動が続く波形であるので、エンベロープ処理の時定数を変化させても変調度はそれ程変化しない。したがって、正常品については、時定数を変化させても変調比はそれ程変化しない（図１６の曲線ｋ１１参照）。

一方、異常品（剥離）については、図１６に示したように、無次元時定数が０から増加するに従って変調比が増加し、無次元時定数が０．５を超えると単調に減少する。これは、図１５に示した、時定数τの変化に伴なうエンベロープ波形の変化からも推察されるように、エンベロープ波形の交流成分の実効値（変調度）は、時定数が０から増加していくに従って大きくなるけれども、無次元時定数が０．５を超えると、エンベロープ波形の減衰が鈍くなることによりエンベロープ波形の交流成分の実効値（変調度）は小さくなっていくからである。

なお、無次元時定数が１以上になると、入力信号（振動波形）の情報は大きく損なわれる。すなわち、エンベロープ波形は周波数が低いので、離散化周期を長くしても波形品質を維持することができる。そして、エンベロープ波形は、保存容量を低減できるので、データの保存に適している。しかしながら、時定数を大きくしすぎると、エンベロープ波形から元の振動波形の特徴を推定することができなくなる。そこで、無次元時定数は、０．５以上１以下の値に設定するのが好ましい。すなわち、時定数τは、軸受６０の静止輪に対する転動体の通過周期τ０の０．５倍以上通過周期τ０以下に設定するのが好ましい。

再び図１４を参照して、包絡線検波部４２０は、主軸２０または軸受６０の回転速度Ｎに基づいて時定数τを設定する。すなわち、通過周期τ０は、主軸２０または軸受６０の回転速度Ｎおよび軸受６０の仕様により算出することができる。そこで、包絡線検波部４２０は、回転速度Ｎおよび軸受６０の仕様に基づいて通過周期τ０を算出し、その算出された通過周期τ０の０．５倍以上１以下の範囲で（たとえばτ０の０．５倍の値）時定数τを設定する。なお、回転速度Ｎは、図９に示した回転センサ２１０等によって検出可能である。

なお、上記においては、軸受６０において剥離が最初に発生するのは静止輪であることが多いことから、静止輪に対する転動体の通過周期τ０を基準として時定数τを設定することとしている。静止輪よりも転動体の方が剥離が生じ易い場合には、転動体の自転の半周期を基準にして時定数τを設定するようにしてもよい。すなわち、包絡線検波部４２０は、回転速度Ｎおよび軸受６０の仕様に基づいて転動体の自転の半周期を算出し、その半周期の０．５倍以上１以下の範囲で（たとえば自転半周期の０．５倍）時定数τを設定するようにしてもよい。なお、転動体の自転の半周期を基準とするのは、転動体が１回自転するごとに転動体が軌道輪に２回接触するからである。

以上のように、この実施の形態６によれば、主軸２０または軸受６０の回転速度Ｎに基づいてエンベロープ処理における時定数τを設定するようにしたので、回転速度Ｎが変化しても検出感度の高い異常診断を実現することができる。

なお、再び図１を参照して、上記の各実施の形態においては、振動センサ７０は、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、または軸受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振動センサを設置し、上記の各実施の形態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。

なお、上記において、データ処理装置８０，８０Ａ〜８０Ｃは、この発明における「処理部」の一実施例に対応し、実効値演算部１２０，１６０は、それぞれこの発明における「第１の演算部」および「第２の演算部」の一実施例に対応する。また、データ処理装置８０Ｄは、この発明における「データ処理部」の一実施例に対応し、軸受状態診断サーバ３３０は、この発明における「軸受異常診断装置」の一実施例に対応する。

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およ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、７０ 振動センサ、８０，８０Ａ〜８０Ｄ データ処理装置、９０ ナセル、１００ タワー、１１０，１５０ ＨＰＦ、１２０，１６０ 実効値演算部、１３０ 修正振動度算出部、１４０，１４０Ａ エンベロープ処理部、１７０ 修正変調度算出部、１８０ 記憶部、１９０，１９０Ａ 診断部、２００ 速度関数生成部、２１０ 回転センサ、２２０，２３０ 周波数分析部、２４０ 変位センサ、２５０ ＡＥセンサ、２６０ 温度センサ、２７０ 磁気式鉄粉センサ、２８０ 無線通信部、３１０ 通信サーバ、３２０ インターネット、３３０ 軸受状態診断サーバ、４１０ 絶対値検波部、４２０ 包絡線検波部。

Claims (22)

1. 転がり軸受の振動波形を測定するための振動センサと、
   前記転がり軸受の異常を診断するための処理部とを備え、
   前記処理部は、
   前記振動センサを用いて測定された前記振動波形の実効値を算出する第１の演算部と、
   前記振動センサを用いて測定された前記振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって前記振動波形のエンベロープ波形を生成するエンベロープ処理部と、
   前記エンベロープ処理部によって生成された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する第２の演算部と、
   前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値および前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する診断部とを含む、転がり軸受の異常診断装置。
2. 前記転がり軸受によって支持される軸または前記転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備え、
   前記処理部は、
   前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値を前記回転速度で正規化した修正振動度を算出する修正振動度算出部と、
   前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を前記回転速度で正規化した修正変調度を算出する修正変調度算出部とをさらに含み、
   前記診断部は、前記修正振動度および前記修正変調度に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
3. 前記診断部は、前記修正振動度および前記修正変調度の時間的変化の推移に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する、請求項２に記載の転がり軸受の異常診断装置。
4. 前記処理部は、前記振動波形および前記エンベロープ波形の少なくとも一方を周波数分析する周波数分析部をさらに含み、
   前記診断部は、前記周波数分析部の分析結果に基づいて前記転がり軸受の異常部位をさらに推定する、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
5. 前記振動センサは、加速度センサを含む、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
6. 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をさらに備え、
   前記診断部は、前記変位センサの検出値をさらに用いて前記転がり軸受の異常を診断する、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
7. 前記転がり軸受から発生するアコースティックエミッション波を検出するためのＡＥセンサをさらに備え、
   前記診断部は、前記ＡＥセンサの検出値をさらに用いて前記転がり軸受の異常を診断する、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
8. 前記転がり軸受の温度を測定するための温度センサをさらに備え、
   前記診断部は、前記温度センサの測定値をさらに用いて前記転がり軸受の異常を診断する、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
9. 前記転がり軸受の潤滑剤に含まれる不純物の量を測定するためのセンサをさらに備え、
   前記診断部は、前記センサの測定値をさらに用いて前記転がり軸受の異常を診断する、
   請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
10. 前記転がり軸受によって支持される軸または前記転がり軸受の回転速度を検出するための回転センサをさらに備え、
    前記エンベロープ処理部は、
    前記振動波形の絶対値を出力する絶対値検波部と、
    前記絶対値検波部の出力信号に所定の時定数の減衰処理を施すことによって前記エンベロープ波形を生成する包絡線検波部とを含み、
    前記時定数は、前記回転速度に基づいて設定される、請求項１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
11. 前記時定数は、前記転がり軸受における転動体の自転の半周期以下に設定される、請求項１０に記載の転がり軸受の異常診断装置。
12. 前記時定数は、前記半周期の０．５倍以上に設定される、請求項１１に記載の転がり軸受の異常診断装置。
13. 前記時定数は、前記転がり軸受の静止輪に対する転動体の通過周期以下に設定される、請求項１０に記載の転がり軸受の異常診断装置。
14. 前記時定数は、前記通過周期の０．５倍以上に設定される、請求項１３に記載の転がり軸受の異常診断装置。
15. 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、
    前記主軸また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、前記増速機およ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、
    前記異常診断装置は、
    診断対象の転がり軸受の振動波形を測定するための振動センサと、
    前記診断対象の転がり軸受の異常を診断するための処理部とを含み、
    前記処理部は、
    前記振動センサを用いて測定された前記振動波形の実効値を算出する第１の演算部と、
    前記振動センサを用いて測定された前記振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって前記振動波形のエンベロープ波形を生成するエンベロープ処理部と、
    前記エンベロープ処理部によって生成された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する第２の演算部と、
    前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値および前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する診断部とを含む、風力発電装置。
16. 風力発電装置と、
    前記風力発電装置とは異なる位置に配設される異常診断装置と、
    前記風力発電装置と前記異常診断装置との間で通信を行なうための通信装置とを備え、
    前記風力発電装置は、
    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、
    前記主軸また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、前記増速機およ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振動波形を測定するための振動センサと、
    前記振動センサを用いて測定された振動波形に対して一次処理を行なうデータ処理部とを含み、
    前記データ処理部は、
    前記振動センサを用いて測定された前記振動波形の実効値を算出する第１の演算部と、
    前記振動センサを用いて測定された前記振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって前記振動波形のエンベロープ波形を生成するエンベロープ処理部と、
    前記エンベロープ処理部によって生成された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する第２の演算部とを含み、
    前記異常診断装置は、前記通信装置によって前記風力発電装置の前記データ処理部から受ける前記振動波形の実効値および前記エンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて、診断対象の転がり軸受の異常を診断する、異常診断システム。
17. 前記異常診断装置および前記通信装置は、前記風力発電装置の発電量を遠隔監視するシステムとは切離して設けられる、請求項１６に記載の異常診断システム。
18. 前記通信装置は、通信経路の一部に無線通信を含む、請求項１６に記載の異常診断システム。
19. 前記異常診断装置は、インターネットに接続され、
    前記通信装置は、
    前記風力発電装置内に設けられる無線通信部と、
    前記インターネットに接続され、前記無線通信部と無線通信可能に構成された通信サーバとを含む、請求項１８に記載の異常診断システム。
20. 前記診断部は、前記エンベロープ処理が行なわれていない生の前記振動波形の実効値の時間的変化の推移と、前記エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化の推移とに基づいて、前記転がり軸受の異常を診断する、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の転がり軸受の異常診断装置。
21. 前記診断部は、前記エンベロープ処理が行なわれていない生の前記振動波形の実効値の時間的変化の推移と、前記エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化の推移とに基づいて、前記転がり軸受の異常を診断する、請求項１５に記載の風力発電装置。
22. 前記異常診断装置は、前記エンベロープ処理が行なわれていない生の前記振動波形の実効値の時間的変化の推移と、前記エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化の推移とに基づいて、診断対象の転がり軸受の異常を診断する、請求項１６から請求項１９のいずれか１項に記載の異常診断システム。

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