JP5863763B2 - 油圧機械の診断方法及び診断装置 - Google Patents

Description

本開示は、油圧機械の診断方法及び診断装置に関する。

油圧ポンプや油圧モータ等の油圧機械として、複数のピストンと、複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、複数の作動室について設けられ、押しのけ容積が存在するアクティブ状態と押しのけ容積が存在しないノンアクティブ状態との間で作動室の状態を切り替えるための高圧弁及び低圧弁と、を備えるものが従来使用されている。
特許文献１には、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサの出力信号に基づいて、油圧ポンプの異常診断を行う異常診断装置が開示されている。

特開２０１２−９４０４４号公報

ところで、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサの出力信号に基づいて油圧ポンプの異常診断を行う場合、油圧ポンプ全体としての異常診断は可能であっても、各ピストンの往復運動に関連した異常を検出することは難しい。
各ピストンの往復運動に関連した油圧機械の異常を検出する方法としては、各シリンダ内に圧力センサを設けて、各シリンダの筒内圧を検出することで油圧機械の異常を診断する方法が考えられる。しかしながら、この場合、シリンダの数（作動室の数）に対応する複数の圧力センサが必要となり、油圧機械の構成が複雑化し多大なコストが必要になってしまう。
本発明の少なくとも一つの実施形態に係る目的は、簡易な構成による油圧機械の異常診断を実現可能な油圧機械の診断方法及び診断装置を提供することである。

（１）本発明の幾つかの実施形態に係る油圧機械の診断方法は、
複数のピストンと、前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、前記複数の作動室について設けられ、押しのけ容積が存在するアクティブ状態と押しのけ容積が存在しないノンアクティブ状態との間で前記作動室の状態を切り替えるための高圧弁及び低圧弁と、を備える油圧機械の診断方法であって、
前記アクティブ状態の作動室の数の全作動室に対する割合ＦｄがＮ／ｍ（但し、ｍは前記ピストンの往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数であり、Ｎは１以上の整数である）に一致しないように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御しながら、前記油圧機械の振動を検出する振動検出ステップと、
前記振動検出ステップにおける前記振動の検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を診断する異常診断ステップと、を備えることを特徴とする。

上記（１）に記載の油圧機械の診断方法では、振動検出ステップにおいて、アクティブ状態の作動室の数の全作動室に対する割合ＦｄがＮ／ｍ（但し、ｍはピストンの往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数であり、Ｎは１以上の整数である）に一致しないように高圧弁又は低圧弁の少なくとも一方を制御しながら、油圧機械の振動を検出する。
したがって、油圧機械において、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、該異常に起因する油圧機械の振動の周波数（ピストンの往復運動の周期に対応した周波数）のＮ倍の周波数と、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動の周波数とを異ならせることができる。よって、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動を区別して検出することができる。
この検出結果に基づいて、異常診断ステップにおいて油圧機械の異常を診断することにより、油圧機械のピストンの往復運動に関連した異常を診断することができる。
また、上記（１）に記載の油圧機械の診断方法によれば、各シリンダの筒内圧を検出するための圧力センサを設ける上述の方法とは異なり、油圧機械の振動を検出するためのセンサが少なくとも１つあれば上述のように油圧機械の異常を診断することができるため、簡易な構成による油圧機械の異常診断を実現することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の油圧機械の診断方法において、
前記振動検出ステップでは、前記割合Ｆｄが１／ｍ未満となるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御しながら、前記油圧機械の振動を検出することを特徴とする。

上記（２）に記載の油圧機械の診断方法によれば、油圧機械において何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、該異常に起因する油圧機械の振動の周波数よりも、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動の周波数が小さくなるため、油圧機械の異常診断が容易となる。すなわち、ピストンの往復運動の異常に起因する油圧機械の振動を、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して区別して検出する方法として、検出した油圧機械の振動に対するＦＦＴ（高速フーリエ変換）等による周波数解析のほかに、人間の目による識別作業が可能となる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の油圧機械の診断方法において、
前記振動検出ステップでは、前記割合Ｆｄが１／ｍより大きくなるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御しながら、前記油圧機械の振動を示す信号を検出し、
前記異常診断ステップでは、前記信号に対する周波数解析の結果に基づいて前記油圧機械の異常を診断することを特徴とする。

上記（３）に記載の油圧機械の診断方法においては、油圧機械において何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、該異常に起因する油圧機械の振動を示す信号の周波数よりも、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動を示す信号の周波数が大きくなる。この場合であっても、油圧機械の振動を示す信号に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）等による周波数解析を行えば、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動を、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して区別して検出することができる。これにより、油圧機械の異常を診断することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法において、
前記振動検出ステップにおいて前記油圧機械の時系列の振動レベルを示す振動波形を取得し、
前記異常診断ステップでは、各ピストンの往復運動の周波数に対応する対象振動レベルを前記振動波形から抽出し、前記対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定することを特徴とする。

上記（４）に記載の油圧機械の診断方法においては、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、振動検出ステップで検出した振動波形において、異常が発生したピストンの往復運動の周波数に対応する対象振動レベルの大きさが通常とは異なる。したがって、該大きさに基づいて油圧機械の異常の有無を判定することで、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生したと診断することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の油圧機械の診断方法において、
前記油圧機械は、前記複数のピストンの往復運動と関連付いて回転する回転シャフトと、前記回転シャフトと前記ピストンの各々との間に設けられて前記複数のピストンの往復運動と前記回転シャフトの回転とを関連付けるためのカムと、をさらに備え、
前記異常診断ステップでは、前記回転シャフトの回転数と、前記カムの山数との積に応じて定まる前記周波数に対応した前記対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定することを特徴とする。

上記油圧機械において何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、カムは、異常が発生したピストンから、回転シャフトの回転数とカムの山数との積に応じて定まる周波数で力を受けて振動する。したがって、上記（５）に記載のように該周波数に対応した対象振動レベルの大きさに基づいて油圧機械の異常の有無を判定することで、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生したと診断することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法において、
前記異常診断ステップでは、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方の異常を診断することを特徴とする。

油圧機械の動作が正常であれば、作動室内の圧力が周期的に変化するように、高圧弁及び低圧弁はピストンの往復運動の周期に応じて開閉するはずである。ところが、高圧弁及び低圧弁に異常が発生すると、作動室内の圧力をピストンの往復運動に対応して制御できなくなり、ピストンの往復運動の周期に対応した周波数の振動（ピストンの往復運動に関連した異常に起因する振動）が油圧機械に発生する。即ち、高圧弁及び低圧弁の少なくとも一方の異常は、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動として現れる。
したがって、上述の方法により、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動を区別して検出することで、高圧弁及び低圧弁の少なくとも一方の異常を簡易な構成で診断することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法において、
前記油圧機械は、
回転シャフトに入力される機械的エネルギーによって駆動されるように構成された油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、を備える油圧トランスミッションの前記油圧ポンプであることを特徴とする。

上記（７）に記載の油圧機械の診断方法によれば、油圧ポンプの振動の検出結果に基づいて、油圧ポンプのピストンの往復運動に関連した異常を診断することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の油圧機械の診断方法において、
前記油圧トランスミッションは、
少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードで受けた再生可能エネルギーによって回転する回転シャフトと、前記回転シャフトの回転エネルギーが入力される動力伝達部と、前記動力伝達部を介して入力される前記回転エネルギーによって駆動される発電機と、を備える再生エネルギー型発電装置の前記動力伝達部である
ことを特徴とする。

上記（８）に記載の油圧機械の診断方法によれば、再生エネルギー型発電装置の動力伝達部に用いられる油圧ポンプの振動の検出結果に基づいて、該油圧ポンプのピストンの往復運動に関連した異常を診断することができる。

（９）本発明の幾つかの実施形態に係る油圧機械の診断装置は、
複数のピストンと、前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、前記複数の作動室について設けられ、押しのけ容積が存在するアクティブ状態と押しのけ容積が存在しないノンアクティブ状態との間で前記作動室の状態を切り替えるための高圧弁及び低圧弁と、を備える油圧機械のための診断装置であって、
前記アクティブ状態の作動室の数の全作動室に対する割合ＦｄがＮ／ｍ（但し、ｍは前記ピストンの往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数であり、Ｎは１以上の整数である）に一致しないように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方が制御された状態で、前記油圧機械の振動を検出するための振動センサと、
前記振動センサの検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を診断する異常診断部と、を備えることを特徴とする。

上記（９）に記載の油圧機械の診断装置において、振動センサは、アクティブ状態の作動室の数の全作動室に対する割合ＦｄがＮ／ｍ（但し、ｍはピストンの往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数であり、Ｎは１以上の整数である）に一致しないように高圧弁又は低圧弁の少なくとも一方が制御された状態で、油圧機械の振動を検出する。
したがって、油圧機械において、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、該異常に起因する油圧機械の振動の周波数（ピストンの往復運動の周期に対応した周波数）のＮ倍の周波数と、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動の周波数とを異ならせることができる。よって、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動を区別して検出することができる。 この検出結果に基づいて、異常診断部が油圧機械の異常を診断することにより、油圧機械のピストンの往復運動に関連した異常を診断することができる。
また、上記（９）に記載の油圧機械の診断装置によれば、各シリンダの筒内圧を検出するための圧力センサを設ける上述の方法を用いた診断装置とは異なり、油圧機械の振動を検出するためのセンサが少なくとも１つあれば上述のように油圧機械の異常を診断することができるため、簡易な構成による油圧機械の異常診断を実現することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の油圧機械の診断装置において、
前記振動センサは、前記割合Ｆｄが１／ｍ未満となるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方が制御された状態で、前記油圧機械の振動を検出するように構成されたことを特徴とする。

上記（１０）に記載の油圧機械の診断装置によれば、油圧機械において何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、該異常に起因する油圧機械の振動の周波数よりも、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動の周波数が小さくなるため、油圧機械の異常診断が容易となる。すなわち、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動を、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して区別して検出する手法として、検出した油圧機械の振動に対するＦＦＴ等の周波数解析のほかに、人間の目による識別作業が可能となる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の油圧機械の診断装置において、
前記振動センサは、前記割合Ｆｄが１／ｍより大きくなるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方が制御された状態で、前記油圧機械の振動を示す信号を検出するように構成され、
前記異常診断部は、前記信号に対する周波数解析の結果に基づいて前記油圧機械の異常を診断するように構成されたことを特徴とする。

上記油圧機械において何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、該異常に起因する油圧機械の振動を示す信号の周波数よりも、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動を示す信号の周波数が大きくなる。この場合であっても、上記（１１）に油圧機械の振動を示す信号に対して周波数解析を行えば、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動を、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して区別して検出することができる。これにより、油圧機械の異常診断を診断することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（９）乃至（１１）の何れか一項に記載の油圧機械の診断装置において、
前記振動センサは、前記油圧機械の時系列の振動レベルを示す振動波形を取得するように構成され、
前記異常診断部は、各ピストンの往復運動の周波数に対応する対象振動レベルを前記振動波形から抽出し、前記対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定するように構成されたことを特徴とする。

上記（１２）に記載の油圧機械の診断装置においては、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、振動センサで検出した振動波形において、異常が発生したピストンの往復運動の周波数に対応する対象振動レベルの大きさが通常とは異なる。したがって、該大きさに基づいて油圧機械の異常の有無を異常診断部で判定することで、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生したと診断することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）又は（１２）に記載の油圧機械の診断装置において、
前記油圧機械は、前記複数のピストンの往復運動と関連付いて回転する回転シャフトと、前記回転シャフトと前記ピストンの各々との間に設けられて前記複数のピストンの往復運動と前記回転シャフトの回転とを関連付けるためのカムと、をさらに備え、
前記異常診断部は、前記回転シャフトの回転数と、前記カムの山数との積に応じて定まる前記周波数に対応した前記対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定するように構成されたことを特徴とする。

上記油圧機械において何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生した場合、カムは、異常が発生したピストンから、回転シャフトの回転数とカムの山数との積に応じて定まる周波数で力を受けて振動する。したがって、上記（１３）に記載のように該周波数に対応した対象振動レベルの大きさに基づいて油圧機械の異常の有無を異常診断部が判定することで、何れかのピストンの往復運動に関連した異常が発生したと診断することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（９）乃至（１３）の何れか一項に記載の油圧機械の診断装置において、
前記異常診断部は、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方の異常を診断するように構成されたことを特徴とする。

油圧機械の動作が正常であれば、作動室内の圧力が周期的に変化するように、高圧弁及び低圧弁はピストンの往復運動の周期に応じて開閉するはずである。ところが、高圧弁及び低圧弁に異常が発生すると、作動室内の圧力をピストンの往復運動に対応して制御できなくなり、ピストンの往復運動の周期に対応した周波数の振動（ピストンの往復運動に関連した異常に起因する振動）が油圧機械に発生する。即ち、高圧弁及び低圧弁の少なくとも一方の異常は、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動として現れる。
したがって、上述の方法により、アクティブ状態の作動室でのピストンの正常な往復運動に起因する油圧機械の振動に対して、ピストンの往復運動に関連した異常に起因する油圧機械の振動を区別して検出することで、高圧弁及び低圧弁の少なくとも一方の異常を簡易な構成で診断することができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（９）乃至（１４）の何れか一項に記載の油圧機械の診断装置において、
前記油圧機械は、
回転シャフトに入力される機械的エネルギーによって駆動されるように構成された油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、を備える油圧トランスミッションの前記油圧ポンプである
ことを特徴とする。

上記（１５）に記載の油圧機械の診断装置によれば、振動センサによる油圧ポンプの振動の検出結果に基づいて、異常診断部によって油圧ポンプのピストンの往復運動に関連した異常を診断することができる。

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１５）に記載の油圧機械の診断装置において、
前記油圧トランスミッションは、
少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードで受けた再生可能エネルギーによって回転する回転シャフトと、前記回転シャフトの回転エネルギーが入力される動力伝達部と、前記動力伝達部を介して入力される前記回転エネルギーによって駆動される発電機と、を備える再生エネルギー型発電装置の前記動力伝達部である
ことを特徴とする。

上記（１６）に記載の油圧機械の診断装置によれば、再生エネルギー型発電装置の動力伝達部に用いられる油圧ポンプの振動の検出結果に基づいて、該油圧ポンプのピストンの往復運動に関連した異常を異常診断部によって診断することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、簡易な構成による油圧機械の異常診断を実現可能な油圧機械の診断方法及び診断装置を提供することができる。

幾つかの実施形態に係る風力発電装置の構成を示す図である。 幾つかの実施形態に係る風力発電装置における油圧ポンプの具体的構成を示す図である。 「ピストンの往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数」について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係る油圧ポンプの診断装置について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係る油圧ポンプの診断装置による異常診断フローを示す図である。 振動センサによって取得された振動波形に対してＦＦＴによる周波数解析を実行した結果であり、油圧ポンプの時系列での振動レベルを周波数に対応して示した図である。（ａ）は、ピストンの往復運動に関連した異常が発生していない場合の解析結果で、（ｂ）は、ピストンの往復運動に関連した異常（この場合においては上述の高圧弁の異常）が発生している場合の解析結果である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載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、本実施形態に係る再生エネルギー型発電装置としての風力発電装置の全体構成について説明する。ただし、本発明は潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等、他の再生エネルギー型発電装置にも適用可能である。

図１は、風力発電装置１の構成例を示す図である。

図１に示すように、風力発電装置１は、主として、風を受けて回転するロータ２と、ロータ２の回転を増速する油圧トランスミッション１０（動力伝達部）と、電力を発生させる発電機２０と、ナセル２２と、ナセル２２を支持するタワー２４と、風力発電装置１の各部を制御する制御部３０とを備える。

ロータ２は、少なくとも一本のブレード４が取り付けられたハブ６に回転シャフト８が連結された構成を有する。図１に例示する実施形態では、三本のブレード４がハブ６を中心として放射状に延びており、それぞれのブレード４が、回転シャフト８と連結されたハブ６に取り付けられている。ブレード４で受けた風の力によってロータ２全体が回転し、回転シャフト８を介して油圧トランスミッション１０に回転エネルギーが入力される。

油圧トランスミッション１０は、回転シャフト８に入力される機械的エネルギーによって駆動されるように構成された容量可変型の油圧ポンプ１２と、発電機２０に接続された容量可変型の油圧モータ１４と、油圧ポンプ１２と油圧モータ１４との間に設けられた高圧ライン１６（高圧油流路）及び低圧ライン１８（低圧油流路）を有する。

油圧ポンプ１２の吐出側は、高圧ライン１６によって油圧モータ１４の吸込側に接続されており、油圧ポンプ１２の吸込側は、低圧ライン１８によって油圧モータ１４の吐出側に接続されている。油圧ポンプ１２から吐出された作動油（高圧油）は、高圧ライン１６を介して油圧モータ１４に流入し、油圧モータ１４を駆動する。油圧モータ１４で仕事を行った作動油（低圧油）は、低圧ライン１８を介して油圧ポンプ１２に流入して、油圧ポンプ１２で昇圧された後、再び高圧ライン１６を介して油圧モータ１４に流入する。

なお、図１には、油圧モータ１４を１個だけ含む油圧トランスミッション１０を示したが、複数の油圧モータ１４を設けて、それぞれの油圧モータ１４を油圧ポンプ１２に接続してもよい。この場合、油圧ポンプ１２の吐出側に一端が接続された高圧ライン１６は、途中で分岐して各油圧モータ１４の吸込側に接続され、各油圧モータ１４の吐出側に一端が接続された複数の低圧ライン１８が途中で一本にまとまって、油圧ポンプ１２の吸込側に接続される。

発電機２０は、油圧モータ１４によって駆動されるよう構成されており、不図示の電力系統に連系されて、発電した電力を電力系統に供給するようになっている。

図２は、風力発電装置１における油圧ポンプ１２の具体的な構成を示す図である。

油圧ポンプ１２は、図２に示すように、複数のピストン８２と、複数のピストン８２とともに複数の作動室８３（油圧室）を形成する複数のシリンダ８０と、ピストン８２に係合するカム曲面を有するカム８４と、各作動室８３に対して設けられる高圧弁８６および低圧弁８８とを備えている。

カム８４は、カム取付台８５を介して回転シャフト８の外周面に取り付けられている。カム８４は、回転シャフト８とピストン８２の各々との間に設けられてピストン８２の往復運動と回転シャフト８との回転を関連付けるよう構成されている。回転シャフト８が一回転する間に、油圧ポンプ１２の各ピストン８２を何度も上下動させて油圧ポンプ１２のトルクを大きくする観点から、カム８４は、複数の凹部８４Ａ及び凸部８４Ｂ（カム山）が回転シャフト８の周りに交互に並んだ波状のカム曲面を有するリングカムで構成されている。

高圧弁８６及び低圧弁８８は、作動室８３の各々について設けられ、後述のように、押しのけ容積が存在するアクティブ状態と押しのけ容積が存在しないノンアクティブ状態との間で作動室８３の状態を切り替えるために設けられている。高圧弁８６は、各作動室８３と高圧ライン１６（図１参照）との間の高圧連通路８７に設けられており、幾つかの実施形態では作動室８３から高圧ライン１６に向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁である。一方、低圧弁８８は、各作動室８３と低圧ライン１８（図１参照）との間の低圧連通路８９に設けられており、幾つかの実施形態ではノーマルオープン式のポペット形電磁弁である。

油圧ポンプ１２では、回転シャフト８とともにカム８４が回転すると、ピストン８２が周期的に上下動し、ピストン８２が下死点から上死点に向かうポンプ工程と、ピストン８２が上死点から下死点に向かう吸入工程とが繰り返される。

制御部３０（図１参照）は、油圧ポンプ１２の所望の押しのけ容積Ｄ_ｐが得られるように、ピストン８２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、アクティブ状態の作動室８３の数の全作動室に対する割合Ｆ_ｄを変化させる。すなわち、制御部３０は、所望の押しのけ容積Ｄ_ｐから、次の式（４）を用いてアクティブ状態の作動室８３の数を決定し、これに基づいて油圧ポンプ１２を制御する。
（数１）
押しのけ容積Ｄ_ｐ＝Ｎ×Ｖ_ｐ×Ｆ_ｄ
（ただし、Ｎはカム８４の山数（カム山８４Ｂの数）であり、Ｖ_ｐは全シリンダ８０の合計容積である。）
なお、上述の「押しのけ容積が存在しないノンアクティブ状態の作動室」とは、ピストン８２が下死点から上死点に向かうポンプ工程において、高圧ライン１６に作動油を吐出しない作動室８３をいう。これに対し、「押しのけ容積が存在するアクティブ状態の作動室」とは、ピストン８２が下死点から上死点に向かうポンプ工程において、高圧ライン１６（図１参照）に作動油を吐出する作動室８３をいう。

各作動室８３の状態（ノンアクティブ状態又はアクティブ状態）は、ピストン８２の上下動のサイクルごとに選択できるため、アクティブ状態の作動室８３の数の全作動室に対する割合Ｆ_ｄを変更することで、油圧ポンプ１２の押しのけ容積を迅速に変化させることができる。

ここで、ピストン８２の往復運動に関連した異常が油圧ポンプ１２に発生した場合、油圧ポンプ１２には、ピストン８２の往復運動の周期に対応した周波数の振動が発生することがある。

例えば、高圧弁８６に異常が発生して高圧弁８６が常に開いた状態になってしまった場合、異常が発生した高圧弁８６に対応する作動室８３は、ピストン８２の上下動のサイクルにおける位相によらず、常に高圧ライン１６からの高圧油にさらされてしまう。すると、カム山８４Ｂがピストン８２を上死点に向けて突き上げようとしている時にピストン８２からカム８４に大きな負荷がかかり、ピストン８２の往復運動の周期に対応した周波数Ｆ_ｐｕｍｐの振動がカム８４に発生する。

ここで、上述のようなピストン８２の往復運動に関連した異常によって発生する振動の周波数Ｆ_ｐｕｍｐは、以下の式で表すことができる。
（数２）
Ｆ_ｐｕｍｐ＝Ａ×Ｗ／６０
（ただし、Ａはカム８４の山数（カム８４Ａの数。図２では４つ）であり、Ｗは回転シャフト８の回転数（すなわち回転速度（ｒｐｍ））である）
この振動を検出できれば、検出結果に基づいて、ピストン８２の往復運動に関連した油圧ポンプ１２の異常を診断することができる。

一方、油圧ポンプ１２の稼働中には、ピストン８２の往復運動に関連した異常に起因する振動の他に、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動も発生している。

ここで、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動の周波数Ｆ_{ｅｎａｂｌｅ}は、以下の式で表すことができる。
（数３）
Ｆ_{ｅｎａｂｌｅ}＝Ｆ_ｄ×ｍ×Ａ×Ｗ／６０
（ただし、ｍはピストン８２の往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数である。図２に示す油圧ポンプ１２では、カム８４にかかるピストン８２からの力を均等化するように、カム８４を挟んで対向する２つのピストン８２が同位相で往復運動しているため、複数のピストン８２について３つのピストングループｇ_１、ｇ_２、ｇ_３（図３参照）が存在する。なお、ｍは、ピストン８２の総数をピストン８２の総数とカム８４の山数との最大公約数（同位相で往復運動しているピストン８２の数）で除算した数に等しい。）

したがって、ピストン８２の往復運動に関連した油圧ポンプ１２の異常を診断するためには、上述の周波数Ｆ_ｐｕｍｐを周波数Ｆ_{ｅｎａｂｌｅ}と区別して抽出できるような環境を作る必要がある。そこで、幾つかの実施形態に係る油圧ポンプ１２の診断装置４０（図４参照）は、以下のような振動センサ４２と制御部３０の一部を構成する異常診断部３２とを備えている。
振動センサ４２は、Ｎを１以上の整数とすると、Ｎ×Ｆ_ｐｕｍｐ≠Ｆ_{ｅｎａｂｌｅ}を満たすように高圧弁８６又は低圧弁８８（図２参照）の少なくとも一方が制御部３０によって制御された状態で、油圧ポンプ１２の振動を検出するよう構成されている。換言すれば、振動センサ４２は、上記割合Ｆ_ｄがＮ／ｍに一致しないように高圧弁８６又は低圧弁８８の少なくとも一方が制御部３０によって制御された状態で、油圧ポンプ１２の振動を検出するよう構成されている。

これにより、ピストン８２の往復運動に関連した異常が発生した場合、該異常に起因する油圧ポンプ１２の振動の周波数Ｆ_ｐｕｍｐ（ピストン８２の往復運動の周期に対応した周波数）のＮ倍の周波数と、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動の周波数Ｆ_{ｅｎａｂｌｅ}とを異ならせることができる。よって、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動に対して、ピストン８２の往復運動に関連した異常に起因する油圧ポンプ１２の振動を区別して検出することができる。この検出結果に基づいて異常診断部３２が油圧ポンプ１２の異常を診断することにより、油圧ポンプ１２におけるピストン８２の往復運動に関連した異常を診断することができる。

また、上記油圧ポンプ１２の診断装置４０によれば、油圧ポンプの診断のために各シリンダの筒内圧を検出するための圧力センサを設ける上述の方法とは異なり、油圧ポンプ１２の振動を検出するための振動センサ４２が少なくとも１つあれば上述のように油圧ポンプ１２の異常を診断することができるため、簡易な構成による油圧ポンプ１２の異常診断を実現することができる。

幾つかの実施形態では、図４に示す振動センサ４２は、上記割合Ｆｄが１／ｍ未満となるように高圧弁８６又は低圧弁８８（図２参照）の少なくとも一方が制御部３０によって制御された状態で、油圧ポンプ１２の振動を検出するように構成される。

上記割合Ｆｄが１／ｍ未満となるように高圧弁８６又は低圧弁８８の少なくとも一方が制御部３０によって制御された状態で、油圧ポンプ１２の何れかのピストン８２の往復運動に関連した異常が発生すると、該異常に起因する油圧ポンプ１２の振動の周波数よりも、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動の周波数が小さくなる（すなわちＦ_ｐｕｍｐ＞Ｆ_{ｅｎａｂｌｅ}の関係が満たされる）。これにより、油圧ポンプ１２の異常診断が容易となる。すなわち、ピストン８２の往復運動の異常に起因する油圧ポンプ１２の振動を、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動に対して区別して検出する方法として、検出した油圧ポンプ１２の振動に対するＦＦＴ（高速フーリエ変換）等による周波数解析のほかに、人間の目による識別作業が可能となる。

幾つかの実施形態では、図４に示す振動センサ４２は、上記割合Ｆｄが１／ｍより大きくなるように高圧弁８６又は低圧弁８８（図２参照）の少なくとも一方が制御部３０によって制御された状態で、油圧ポンプ１２の振動を示す信号を検出するように構成される。この場合、異常診断部３２は、該信号に対するＦＦＴ等による周波数解析の結果に基づいて油圧ポンプ１２の異常を診断するよう構成される。

上記割合Ｆｄが１／ｍより大きくなるように高圧弁８６又は低圧弁８８の少なくとも一方が制御部３０によって制御された状態で、油圧ポンプ１２の何れかのピストン８２の往復運動に関連した異常が発生すると、該異常に起因する油圧ポンプ１２の振動を示す信号の周波数よりも、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動を示す信号の周波数が大きくなる（すなわちＦ_ｐｕｍｐ＜Ｆ_{ｅｎａｂｌｅ}の関係が満たされる）。この場合であっても、油圧ポンプ１２の振動を示す信号に対してＦＦＴ等による周波数解析を行えば、ピストン８２の往復運動に関連した異常に起因する油圧ポンプ１２の振動を、アクティブ状態の作動室８３でのピストン８２の正常な往復運動に起因する油圧ポンプ１２の振動に対して区別して検出することができる。

図５は、幾つかの実施形態に係る油圧ポンプ１２の診断装置４０による異常診断フローを示す図である。Ｓ１１では、アクティブ状態の作動室８３の数の全作動室に対する割合Ｆ_ｄがＮ／ｍに一致しないように高圧弁８６又は低圧弁８８の少なくとも一方が制御部３０によって制御された状態で、振動センサ４２が、油圧ポンプ１２の時系列の振動レベルを示す振動波形を取得する。Ｓ１２では、異常診断部３２が、各ピストン８２の往復運動の周波数Ｆ_ｐｕｍｐに対応する対象振動レベルを該振動波形から抽出する。例えば、該振動波形に対してＦＦＴ等の周波数解析を行って、周波数Ｆ_ｐｕｍｐに対応する対象振動レベルを該振動波形から抽出する。Ｓ１３で、異常診断部３２が、該対象振動レベルの大きさが閾値を超えているか否かを判定する。Ｓ１３で該対象振動レベルの大きさが閾値を超えていると判定された場合、Ｓ１４で、異常診断部３２が、油圧ポンプ１２に異常が有ると診断する。Ｓ１３で該対象振動レベルの大きさが閾値を超えていないと判定された場合、Ｓ１５で、異常診断部３２が、油圧ポンプ１２に異常が無いと診断する。

図６は、上記Ｓ１２において振動波形に対してＦＦＴによる周波数解析を実行した結果であり、油圧ポンプ１２の時系列での振動レベルを周波数に対応して示した図である。図６（ａ）は、ピストン８２の往復運動に関連した異常が発生していない場合の解析結果で、図６（ｂ）は、ピストン８２の往復運動に関連した異常（この場合においては上述の高圧弁８６の異常）が発生している場合の解析結果である。図６（ａ）及び図６（ｂ）を比較すると、図６（ｂ）に示す解析結果の方が、周波数Ｆ_ｐｕｍｐに対応する対象振動レベルが大きくなっていることがわかる。上記Ｓ１３〜Ｓ１５では、この周波数Ｆ_ｐｕｍｐに対応する対象振動レベルの大きさに基づいて油圧ポンプ１２の異常の有無を判定している。

以上に示した油圧ポンプ１２の診断装置４０及び診断方法によれば、油圧ポンプ１２の振動を検出するための振動センサ４２が少なくとも１つあれば上述のように油圧ポンプ１２の異常を診断することができるため、簡易な構成による油圧ポンプ１２の異常診断を実現することができる。

なお、上述の実施形態においては、油圧ポンプ１２の異常を診断装置４０により診断する形態を説明したが、診断装置４０による診断の対象となる油圧機械は油圧ポンプ１２に限らず、油圧モータ１４もその対象とすることができる。この場合の診断装置の基本構成は油圧ポンプ１２に対する診断装置４０と同様であり、油圧モータ１４が有する複数のピストンの何れかの往復運動に関連した異常の有無を簡易な構成で診断することができる。

１ 風力発電装置
２ ロータ
４ ブレード
６ ハブ
８ 回転シャフト
１０ 油圧トランスミッション
１２ 油圧ポンプ
１４ 油圧モータ
１６ 高圧ライン
１８ 低圧ライン
２０ 発電機
２２ ナセル
２４ タワー
３０ 制御部
３２ 異常診断部
４０ 診断装置
４２ 振動センサ
８０ シリンダ
８２ ピストン
８３ 作動室
８４ カム
８４Ａ 凹部
８４Ｂ 凸部（カム山）
８５ カム取付台
８６ 高圧弁
８７ 高圧連通路
８８ 低圧弁
８９ 低圧連通路

Claims (16)

1. 複数のピストンと、前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、前記複数の作動室について設けられ、押しのけ容積が存在するアクティブ状態と押しのけ容積が存在しないノンアクティブ状態との間で前記作動室の状態を切り替えるための高圧弁及び低圧弁と、を備える油圧機械の診断方法であって、
   前記アクティブ状態の作動室の数の全作動室に対する割合ＦｄがＮ／ｍ（但し、ｍは前記ピストンの往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数であり、Ｎは１以上の整数である）に一致しないように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御しながら、前記油圧機械の振動を検出する振動検出ステップと、
   前記振動検出ステップにおける前記振動の検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を診断する異常診断ステップと、を備えることを特徴とする油圧機械の診断方法。
2. 前記振動検出ステップでは、前記割合Ｆｄが１／ｍ未満となるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御しながら、前記油圧機械の振動を検出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。
3. 前記振動検出ステップでは、前記割合Ｆｄが１／ｍより大きくなるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御しながら、前記油圧機械の振動を示す信号を検出し、
   前記異常診断ステップでは、前記信号に対する周波数解析の結果に基づいて前記油圧機械の異常を診断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。
4. 前記振動検出ステップにおいて前記油圧機械の時系列の振動レベルを示す振動波形を取得し、
   前記異常診断ステップでは、各ピストンの往復運動の周波数に対応する対象振動レベルを前記振動波形から抽出し、前記対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法。
5. 前記油圧機械は、前記複数のピストンの往復運動と関連付いて回転する回転シャフトと、前記回転シャフトと前記ピストンの各々との間に設けられて前記複数のピストンの往復運動と前記回転シャフトの回転とを関連付けるためのカムと、をさらに備え、
   前記異常診断ステップでは、前記回転シャフトの回転数と、前記カムの山数との積に応じて定まる前記周波数に対応した前記対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の油圧機械の診断方法。
6. 前記異常診断ステップでは、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方の異常を診断することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の油圧機械の診断方法。
7. 前記油圧機械は、
   回転シャフトに入力される機械的エネルギーによって駆動されるように構成された油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、を備える油圧トランスミッションの前記油圧ポンプである
   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。
8. 前記油圧トランスミッションは、
   少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードで受けた再生可能エネルギーによって回転する回転シャフトと、前記回転シャフトの回転エネルギーが入力される動力伝達部と、前記動力伝達部を介して入力される前記回転エネルギーによって駆動される発電機と、を備える再生エネルギー型発電装置の前記動力伝達部である
   ことを特徴とする請求項７に記載の油圧機械の診断方法。
9. 複数のピストンと、前記複数のピストンとともに複数の作動室を形成する複数のシリンダと、前記複数の作動室について設けられ、押しのけ容積が存在するアクティブ状態と押しのけ容積が存在しないノンアクティブ状態との間で前記作動室の状態を切り替えるための高圧弁及び低圧弁と、を備える油圧機械のための診断装置であって、
   前記アクティブ状態の作動室の数の全作動室に対する割合ＦｄがＮ／ｍ（但し、ｍは前記ピストンの往復運動の位相が互いに異なるピストングループ数であり、Ｎは１以上の整数である）に一致しないように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方が制御された状態で、前記油圧機械の振動を検出するための振動センサと、
   前記振動センサの検出結果に基づいて、前記油圧機械の異常を診断する異常診断部と、を備えることを特徴とする油圧機械用の診断装置。
10. 前記振動センサは、前記割合Ｆｄが１／ｍ未満となるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方が制御された状態で、前記油圧機械の振動を検出するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の油圧機械用の診断装置。
11. 前記振動センサは、前記割合Ｆｄが１／ｍより大きくなるように前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方が制御された状態で、前記油圧機械の振動を示す信号を検出するように構成され、
    前記異常診断部は、前記信号に対する周波数解析の結果に基づいて前記油圧機械の異常を診断するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の油圧機械用の診断装置。
12. 前記振動センサは、前記油圧機械の時系列の振動レベルを示す振動波形を取得するように構成され、
    前記異常診断部は、各ピストンの往復運動の周波数に対応する対象振動レベルを前記振動波形から抽出し、前記対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定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用の診断装置。
13. 前記油圧機械は、前記複数のピストンの往復運動と関連付いて回転する回転シャフトと、前記回転シャフトと前記ピストンの各々との間に設けられて前記複数のピストンの往復運動と前記回転シャフトの回転とを関連付けるためのカムと、をさらに備え、
    前記異常診断部は、前記回転シャフトの回転数と、前記カムの山数との積に応じて定まる周波数に対応した対象振動レベルの大きさに基づいて、前記油圧機械の異常の有無を判定するように構成されたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の油圧機械用の診断装置。
14. 前記異常診断部は、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方の異常を診断するように構成されたことを特徴とする請求項９乃至１３の何れか一項に記載の油圧機械用の診断装置。
15. 前記油圧機械は、
    回転シャフトに入力される機械的エネルギーによって駆動されるように構成された油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、を備える油圧トランスミッションの前記油圧ポンプである
    ことを特徴とする請求項９乃至１４の何れか一項に記載の油圧機械用の診断装置。
16. 前記油圧トランスミッションは、
    少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードで受けた再生可能エネルギーによって回転する回転シャフトと、前記回転シャフトの回転エネルギーが入力される動力伝達部と、前記動力伝達部を介して入力される前記回転エネルギーによって駆動される発電機と、を備える再生エネルギー型発電装置の前記動力伝達部である
    ことを特徴とする請求項１５に記載の油圧機械用の診断装置。

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