JP5931844B2 - 油圧機械の診断システム及び診断方法並びに油圧トランスミッション及び風力発電装置 - Google Patents
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Description
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。
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焼きつきによるピストン等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、上述した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。
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、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の変換を行うための変換機構とを有する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異常判定部と、を備える。
上記油圧機械の診断システムによれば、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。
前記圧力センサによって検出された前記作動室の圧力の測定値を前記ピストンの往復運動のサイクルに対応して積分して積分値を演算するための積分部と、
前記高圧弁を介して前記作動室に連通するように前記油圧機械に接続される高圧ラインの圧力と前記ピストンの往復運動の周期との積に対する、前記積分部で演算された前記積分値の割合を示す無次元積分圧力値を算出するための無次元積分圧力取得部と、をさらに備え、
前記異常判定部は、前記無次元積分圧力値が規定範囲に収まっているか否かを少なくとも考慮して、前記油圧機械の異常を判定するように構成される。
ここで、油圧機械の運転状態に応じて高圧ラインの圧力自体が変動し得るため、高圧弁を介して高圧ラインと連通する作動室内の圧力(筒内圧)の積分値も運転状態の影響をうけることとなる。そこで、このように高圧ラインの圧力によって無次元化することで、油圧機械の運転状態の影響を排除した異常判定が可能となる。
上記構成では、高圧弁及び低圧弁に対する開閉指令の有無と、無次元積分圧力値と第1閾値との大小関係とに基づく簡便な手法にて、連続ジャダリングの発生を検知することができる。なお、連続ジャダリングが発生すると、油圧機械の性能が低下するのみならず、焼き付きによるピストンの損傷等が発生する可能性があるから、上記構成により連続ジャダリングの発生が検知可能となることは、油圧機械の健全性の維持の観点で有益である。
前記異常判定部は、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方に対する開閉指令が存在する場合において、
前記無次元積分圧力値が前記規定範囲内に収まるときに前記高圧弁及び前記低圧弁が正常であると判定し、
前記無次元積分圧力値が前記規定範囲の上限を超過するときに前記高圧弁の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れた(以下、「間欠ジャダリング」と称する。)と判定し、
前記無次元積分圧力値が前記規定範囲の下限を下回るときに、前記高圧弁の閉タイミングが前記規定タイミングよりも早まったか(以下、「アーリークローズ」と称する)、前記低圧弁の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れて前記高圧弁が規定タイミングにて開かなかった(以下、「ラッチフェイル」と称する。)と判定する
ように構成される。
上記構成では、高圧弁及び低圧弁に対する開閉指令の有無と、無次元積分圧力値と第1閾値との大小関係とに基づく簡便な手法にて、間欠ジャダリング、アーリークローズ、又はラッチフェイルの発生を検知できる。なお、間欠ジャダリング、アーリークローズ、又はラッチフェイルが発生すると、油圧機械の性能が低下する可能性があるから、上記構成によりこれらの異常事象の発生が検知可能となることは、油圧機械の性能維持の観点で有益である。
油圧機械において、例えばシリンダ数が多い場合や回転軸の回転数が大きい等の場合に、油圧機械の異常診断を、遅延が低減された状態で行うには、積分部や無次元積分圧力取得部での演算や、異常判定部での異常判定において高速処理を行う必要がある。
この点、FPGA(Field Programable Gate Array)では、高速並列処理が可能である。従って、上記構成では、積分部、無次元積分圧力取得部及び異常判定部がFPGAによって構成されるので、油圧機械の異常判定を高速に行うことができる。
前記ピストンの往復運動の周期に対する、前記圧力センサによって検出された前記作動室の圧力の測定値が規定値以上となる期間の割合を示すデューティ比を算出するためのデューティ比算出部をさらに備え、
前記異常判定部は、前記デューティ比算出部により算出された前記デューティ比が規定範囲内に収まっているか否かを少なくとも考慮して、前記油圧機械の異常を判定するように構成される。
この構成では、異常判定部は、圧力センサでの検出結果にもとづいて算出されたデューティ比が規定範囲内に収まっているか否かにより油圧機械の異常を判定するので、油圧機械の異常を的確に診断できる。
この構成では、異常判定部は、圧力センサでの検出結果である実際の圧力波形の、高圧弁又は低圧弁の少なくとも一方に対する開閉指令から予測される理想圧力波形に対する乖離に基づいて油圧機械の異常を判定するので、油圧機械の異常を的確に診断できる。
作動室の圧力変化の時間遅れは、油圧機械の制御装置から高圧弁又は低圧弁の少なくとも一方への開閉制御信号の送信時刻と、圧力センサの測定値とから取得できる。この構成では、異常判定部は、圧力センサの測定値に基づく前記時間遅れと理想時間遅れとの比較結果に基づいて油圧機械の異常を判定するので、油圧機械の異常を的確に診断できる。
この構成では、作動室の圧力に関連した情報(例えば無次元積分圧力取得部が算出する無次元積分圧力値)が、高圧弁又は低圧弁の少なくとも一方のフィードバック制御用変数として油圧機械の制御装置に出力されるので、制御装置により、油圧機械のより良好な運転が可能となる。
圧油を生成するための油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記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、
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、
上述したいずれかの前記診断システムを含み、前記油圧ポンプまたは前記油圧モータの少なくとも一方の異常を診断するように構成された油圧機械診断部と、を備える。
前記油圧モータの回転数を検出するための回転数センサと、
前記低圧ラインの前記油圧モータ側の第1位置に設けられ、該第1位置における前記低圧ラインの圧力を検出するように構成された第1圧力センサと、
前記低圧ラインの前記油圧ポンプ側の第2位置に設けられ、該第2位置における前記低圧ラインの圧力を検出するように構成された第2圧力センサと、
前記回転数センサ、前記第1圧力センサ及び前記第2圧力センサの検出結果に基づいて、前記油圧トランスミッションの異常を診断するためのトランスミッション診断部と、をさらに備え、
前記トランスミッション診断部は、
前記回転数センサによって検出された前記油圧モータの回転数と前記油圧モータの押しのけ容積とに基づいて、前記低圧ラインにおける第1推定流量を求め、
前記第1圧力センサによって検出された前記第1位置における前記低圧ラインの圧力、および、前記第2圧力センサによって検出された前記第2位置における前記低圧ラインの圧力の圧力差と、前記第1位置と前記第2位置の間における前記低圧ラインの管路抵抗とに基づいて、前記低圧ラインにおける第2推定流量を求め、
前記第1推定流量と前記第2推定流量との差分に基づいて、前記油圧トランスミッションの異常を判定する
ように構成される。
上述したいずれかの油圧トランスミッションと、
前記油圧トランスミッションの前記油圧ポンプに機械的エネルギーを入力するための風車ロータと、
前記油圧トランスミッションの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、を備える。
上記風力発電装置に含まれる油圧トランスミッションは、前記診断システムを含み、油圧ポンプ又は油圧モータの少なくとも一方の異常を診断するように構成された油圧機械診断部を備える。このため診断システムの備える圧力センサでの検出結果にもとづいて油圧ポンプまたは油圧モータの少なくとも一方の異常を異常判定部により判定可能であるので、油圧ポンプまたは油圧モータの少なくとも一方の異常を的確に診断できる。
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、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の変換を行うための変換機構とを有する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異常判定ステップと、を備える。
上記油圧機械の診断方法によれば、圧力検出ステップでの検出結果にもとづいて、異常判定ステップにおいて油圧機械の異常を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。
前記圧力検出ステップにおいて検出された前記作動室の圧力の測定値を前記ピストンの往復運動のサイクルに対応して積分して積分値を演算するための積分ステップと、
前記高圧弁を介して前記作動室に連通するように前記油圧機械に接続される高圧ラインの圧力と前記ピストンの往復運動の周期との積に対する、前記積分部で演算された前記積分値の割合を示す無次元積分圧力値を算出するための無次元積分圧力取得ステップと、をさらに備え、
前記異常判定ステップでは、前記無次元積分圧力値が規定範囲に収まっているか否かを少なくとも考慮して、前記油圧機械の異常を判定する。
上記油圧機械の診断方法では、異常判定ステップにおいて、無次元積分圧力ステップにおいて圧力測定値にもとづいて算出された無次元積分圧力値が規定範囲に収まっているか否かを少なくとも考慮するので、油圧機械の異常を的確に診断できる。
ここで、油圧機械の運転状態に応じて高圧ラインの圧力自体が変動し得るため、高圧弁を介して高圧ラインと連通する作動室内の圧力(筒内圧)の積分値も運転状態の影響をうけることとなる。そこで、このように高圧ラインの圧力によって無次元化することで、油圧機械の運転状態の影響を排除した異常判定が可能となる。
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、少なくとも一本のブレード2及びハブ4で構成されるロータ3を備える。
図2は、一実施形態に係る油圧機械(油圧モータ)の診断システムの構成を説明するための概略図である。図2(a)は油圧機械を含む油圧機械の診断システムの全体を示す図であり、図2(b)は制御/監視装置の構成を示す図である。
図2(a)に示す油圧機械の診断システム70は、油圧モータ10の診断システムである。油圧モータ10は、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、前記作動室に対して設けられる高圧弁28及び低圧弁30と、変換機構25とを有する。
変換機構25は、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機構であり、ピストン22に当接するカム曲面を有するカム26を含んでいてもよい。
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。
また、制御/監視装置110には、圧力センサ72によって検出された作動室24の圧力が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、後述するFPGA90における油圧機械の異常判定に用いられる。
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20を複数有する場合、圧力センサ72は、図2(a)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。
図5に示すように、油圧機械の診断システム70は、積分部76と、無次元積分圧力取得部78をさらに備える。
圧力センサ72によって検出された作動室24の圧力測定値は、積分部76に送られる。この際、積分部76に送られる前記圧力測定値は、図5に示すように、圧力センサ72で得られた検出結果そのものではなく、圧力センサ72で得られた検出結果に変換部91及びオフセット加算部92を経由することにより、適切な圧力値に変換されたものであってもよい。例えば、圧力センサ72によって検出された歪み値を変換部91において適切な圧力値に変換してもよいし、オフセット計算が必要な場合には、オフセット加算部92にてオフセット値を加算してもよい。
このようにして得られた無次元積分圧力値P’に基づいて、異常判定部74において異常判定がなされる。油圧機械の運転状態に応じて高圧ライン12の圧力自体が変動し得るため、高圧弁28を介して高圧ライン12と連通する作動室24内の圧力(筒内圧)の積分値も運転状態の影響をうけることとなる。そこで、このように高圧ライン12の圧力によって無次元化することで、油圧機械(油圧モータ10)の運転状態の影響を排除した異常判定が可能となる。
なお、高圧ライン12の圧力Phは、高圧ライン圧力計測部84において計測された計測値を、必要に応じて一次遅れ処理部85及びオフセット加算部86で処理したものである。また、ピストン周期Tは、油圧モータの回転数計測部87で計測された計測値を、必要に応じて変換部88において変換処理したものに基づいて、周期算出部89にて算出される。
なお、図5に示すように、異常判定部74により決定された判定結果は、判定結果出力部96(例えばモニター)に出力してもよい。
バルブ開閉指令値I’は、電流計測部80によって計測された高圧弁28又は低圧弁30の少なくとも一方のソレノイド(42,54)に流れる電流計測値を、適宜変換等の処理を行うことにより得られる。ソレノイド(42,54)に流れる電流は、制御装置100からのHPV制御信号又はLPV制御信号に起因して発生したものであるから、制御装置100からの開閉指令の有無を示すものである。ここで、電流計測部80によって取得されたソレノイド(42,54)に流れる電流の測定値(生値)は、変換部81において変換されて電流値Ivとしてもよく、この電流値Iについて、パルス状の指令値波形を再現した電流値Iとしてもよい。さらに、一次処理遅れ処理部83において電流値Iに対し一次遅れ処理を行ったものを制御装置100からの開閉指令の有無を示す指標としてのバルブ開閉指令値I’としてもよい。
なお、他の実施形態では、制御装置100から出力されるHPV制御信号またはLPV制御信号自体から、制御装置100から高圧弁28又は低圧弁30への開閉指令の有無を判断してもよい。
図7(b)に示す異常は、高圧弁28の閉タイミングが規定タイミングよりも早まる異常(アーリークローズ)であり、図7(a)に示す正常な筒内圧変化に比べて、筒内圧が高圧ライン12の圧力Phにほぼ一致する期間は少し短い。
図7(c)に示す異常は、低圧弁30の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れて高圧弁28が規定タイミングにて開かなかない異常(ラッチフェイル)であり、図7(a)に示す正常な筒内圧変化に比べて、筒内圧が高圧ライン12の圧力Phにほぼ一致する期間は著しく短い。
図7(d)に示す異常は、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いう異常(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、筒内圧が高圧ライン12の圧力Phにほぼ一致する期間は長い。
さらに、図7(e)に示す異常は、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異常(連続ジャダリング)である。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、筒内圧が高圧ライン12の圧力Phにほぼ一致する期間は著しく長い。
1次判定部94では、バルブ開閉指令値I’と閾値の大小関係により、高圧弁28及び低圧弁30に対する開閉指令(モータリング指令)があったか否かを判定する(図8のステップS11参照)。バルブ開閉指令値I’が閾値(図8に示す例では40%)よりも大きい場合、1次判定部94は、高圧弁28及び低圧弁30に対する開閉指令があったと判定する(図8のステップS11のYES判定)。一方、バルブ開閉指令値I’が閾値(図8に示す例では40%)以下である場合、1次判定部94は、高圧弁28及び低圧弁30に対する開閉指令が無かったと判定する(図8のステップS11のNO判定)。
バルブ開閉指令値I’が閾値(図8に示す例では40%)以下であり、且つ、無次元積分圧力値P’が第1閾値(図8に示す例では60%)以下であるとき(図8のステップS12のNO判定)、1次判定部94は出力P”として定数(例えば50%)を2次判定部95に入力し、2次判定部95において油圧モータ10が正常であったと判定する(図8のステップS13参照)。
一方、バルブ開閉指令値I’が閾値(図8に示す例では40%)以下であり、且つ、無次元積分圧力値P’が第1閾値(図8に示す例では60%)より大きいとき(図8のステップS12のYES判定)、1次判定部94は出力P”として無次元積分圧力値P’を2次判定部95に入力し、2次判定部95において異常が起きたと判定する(図8のステップS14)。すなわち、異常判定部74は、高圧弁28および低圧弁30に対する開閉指令が存在しない場合において、無次元積分圧力値P’が第1閾値を超えているとき、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異常(連続ジャダリング)が発生したと判定するようになっている。
バルブ開閉指令値I’が閾値(図8に示す例では40%)より大きい場合、1次判定部94は出力P”として無次元積分圧力値P’を2次判定部95に入力する(図8のステップS15)。そして、2次判定部95は、1次判定部95の出力P”が閾値(図8に示す例では80%)を超えている場合(ステップS16のYES判定)、連続ジャダリングが発生したと判定するようになっている(ステップS17)。また、2次判定部95は、1次判定部95の出力P”が規定範囲(図8に示す例では40%<P”<60%)の上限値を超過するとき(ステップS18のYES判定)、高圧弁28の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れる異常(間欠ジャダリング)と判定するようになっている。また、2次判定部95は、1次判定部95の出力P”が規定範囲(図8に示す例では40%<P”<60%)に収まるとき(ステップS20のYES判定)、高圧弁28及び低圧弁30が正常であると判定するようになっている。また、2次判定部95は、1次判定部95の出力P”が規定範囲(図8に示す例では40%<P”<60%)の下限を下回るとき(ステップS20のNO判定)、高圧弁28の閉タイミングが前記規定タイミングよりも早まる異常(アーリークローズ)、または、低圧弁30の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れて高圧弁28が規定タイミングにて開かなかない異常(ラッチフェイル)が発生したと判定する。幾つかの実施形態では、2次判定部95は、前記規定範囲の下限値未満の閾値(図8に示す例では10%)よりも1次判定部95の出力P”が大きい場合(ステップS22のYES判定)にアーリークローズが発生したと判定し(ステップS23)、1次判定部95の出力P”が前記規定範囲の下限値未満の閾値(図8に示す例では10%)以下である場合(ステップS22のNO判定)にラッチフェイルが発生したと判定する(ステップS24)。
図9(a)〜(e)は、圧力センサ72により検出された圧力波形におけるデューティ比を視覚的に示す図である。図9(a)〜(e)において、デューティ比は、ピストン22の往復運動の周期Tに対する圧力センサ72によって検出された作動室24の圧力の測定値が規定値Ps以上となる期間τの割合(τ/T)である。
シリンダ状態が正常である図9(a)の場合におけるτa/Tを基準として、規定範囲を定めてもよい。例えば、圧力の測定結果に基づいて算出されたデューティ比τ/Tと前記τa/Tとの差が、τa/Tを基準として15%以内であれば正常であると判定し、前記差が15%を超える場合に、シリンダの状態が異常である判定してもよい。なお、図9(b)〜(e)は、それぞれ、(b)アーリークローズ、(c)ラッチフェイル、(d)間欠ジャダリング及び(e)連続ジャダリングである場合のデューティ比τ/Tを示す図である。
図10(a)は、バルブ開閉指令を模式的に示したグラフであり、図10(b)〜(d)は、図10(a)のバルブ開閉指令があった際に圧力センサ72によって検出された作動室24の圧力(筒内圧)の波形である。なお、図10(b)は、図10(a)のバルブ開閉指令から予測される理想圧力波形であり、図10(c)及び(d)は異常発生時における圧力波形を示している。
圧力センサ72によって検出された作動室24の圧力(筒内圧)の波形は、例えば、ピストン22の1サイクルあたりの圧力波形のピークの個数や、最大圧力、平均圧力等の観点で、理想圧力波形と比較される。そして、図10(c)及び(d)のように、理想圧力波形との乖離が大きい圧力波形が得られた場合、油圧機械の異常が発生したと判定する。
図11は、油圧機械の正常時における高圧弁28へのHPV制御信号と筒内圧との関係を示すチャートである。図12は、油圧機械の異常時における高圧弁28へのHPV制御信号と筒内圧との関係を示すチャートである。
図11に示すように、HPV制御信号132Aにより時刻t1において高圧弁28のソレノイド42が非励磁とされた後、ピストン22が下死点に到達する前に高圧弁28が閉じられ、その直後にソレノイド54が非励磁とされた低圧弁30が開くことで、筒内圧は低下する。これに対し、図12に示す例では、HPV制御信号132Aにより時刻t1において高圧弁28のソレノイド42が非励磁とされたにもかかわらず、ピストン22が下死点に到達する前に高圧弁28が閉じることができず、その結果、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なかったため、ピストン22の下死点においても筒内圧は依然として高いままである。
したがって、図11に示すチャートにおける高圧弁28の閉指令(HPV制御信号132A)の送信時刻から筒内圧が実際に低下するまでの時間遅れ(理想時間遅れTD0)に対し、図12に示すチャートにおける高圧弁28の閉指令(HPV制御信号132A)の送信時刻から筒内圧が実際に低下するまでの時間遅れ(理想時間遅れTD)は著しく長い。よって、制御装置100からの開閉制御信号(HPV制御信号又はLPV制御信号)の送信時刻に対する作動室24の圧力変化の時間遅れTDを理想時間遅れTD0と比較し、時間遅れTDと理想時間遅れTD0との乖離に基づいて、高圧弁28および低圧弁30の異常を判定することができる。
例えば、油圧モータ10がシリンダ20を12個備え、回転軸32が1000rpmで回転しており、各シリンダ20において、回転軸32が1回転する毎に油圧機械の診断システム70で異常判定する場合、1秒間あたり200回の異常判定を行う必要がある。積分部76、無次元積分圧力取得部78及び異常判定部74が、高速並列処理が可能なFPGA90によって構成されることで、上述のような油圧機械の異常判定を高速に行うことができる。
幾つかの実施形態では、油圧トランスミッション64は、油圧モータ10の回転数を検出するための回転数センサ200と、低圧ライン14に設けられた圧力センサ(210,220)と、を備える。圧力センサ(210,220)は、低圧ライン14の油圧モータ10側の第1位置に設けられ、該第1位置における低圧ライン14の圧力を検出するように構成された第1圧力センサ210と、低圧ライン14の油圧ポンプ8側の第2位置に設けられ、該第2位置における低圧ライン14の圧力を検出するように構成された第2圧力センサ220と、を含む。
また、油圧トランスミッション64は、回転数センサ200、第1圧力センサ210及び第2圧力センサ220の検出結果に基づいて、油圧トランスミッション64の異常を診断するためのトランスミッション診断部300をさらに備える。
トランスミッション診断部300は、回転数センサ200によって検出された油圧モータ10の回転数と油圧モータ10の押しのけ容積とに基づいて、低圧ライン14における第1推定流量Q1を求める。具体的には、Q1=nM×FDM×VgM×NMの数式を用いて、第1推定流量Q1を算出する(ただし、nMは油圧モータ10の全ピストン数、FDMは油圧モータ10の最大押しのけ容積に対する現在の押しのけ容積の比(全シリンダ数に対するアクティブ状態のシリンダ数の割合)、VgMはシリンダ1個あたりのピストン押しのけ容積、NMは油圧モータ10の回転数である)。
また、トランスミッション診断部300は、第1圧力センサ210によって検出された第1位置における低圧ライン14の圧力、および、第2圧力センサ220によって検出された第2位置における低圧ライン14の圧力の圧力差と、第1位置と第2位置の間における低圧ライン14の流路抵抗とに基づいて、低圧ライン14における第2推定流量Q2を求める。例えば、第1位置と第2位置の間における低圧ライン14の流路抵抗を計測し、第1位置と第2位置との間の圧力差と、低圧ライン14を流れる流量との関係式を予め導出しておく。トランスミッション診断部300は、予め導出されたこの関係式に、第1圧力センサ210で検出した第1位置における圧力と、第2圧力センサ220で検出した第2位置における圧力との差を当てはめることで、低圧ライン14を流れる流量を推定してもよい。
こうして得られた第1推定流量Q1及び第2推定流量Q2の差分基づき、トランスミッション診断部300は、油圧トランスミッション64の異常を判定する。
各種計器(回転数センサ200、第1圧力センサ210、第2圧力センサ220等)を含めた油圧トランスミッション64全体が正常に機能していれば、第1推定流量Q1と第2推定流量Q2は等しくなるはずである。逆に、算出した第1推定流量Q1と第2推定流量Q2に差がある場合には、流量を推定するために用いた計器(例えば回転数センサ200や圧力センサ210,220)での計測結果または推定流量の算出に必要なパラメータ(例えば、油圧モータ10の押しのけ容積を定める押しのけ容積比FDM等)の何れかが、実際とは異なる値であることが推定できる。すなわち、計器及び油圧モータ10を構成する機器の何れかに故障があることが推定できる。このため、第1推定流量Q1及び第2推定流量Q2の差に基づいて、油圧トランスミッションの異常を判定できる。
2 ブレード
3 ロータ
4 ハブ
6 回転シャフト
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
24 作動室
25 変換機構
26 カム
28 高圧弁
30 低圧弁
32 回転軸(油圧モータ)
34 高圧連通ライン
35 弁体
36 低圧連通ライン
40 稼働ユニット
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 稼働ユニット
54 ソレノイド
56 スプリング
58 弁座
64 油圧トランスミッション
70 診断システム
72 圧力センサ
74 異常判定部
90 FPGA
100 制御装置
110 制御/監視装置
200 回転数センサ
210 第1圧力センサ
220 第2圧力センサ
300 トランスミッション診断部
Claims (9)
- 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、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の変換を行うための変換機構とを有する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異常判定部と、を備えることを特徴とする油圧機械の診断システムであって、
前記異常判定部は、
前記高圧弁を介して前記作動室に連通するように前記油圧機械に接続される高圧ラインの圧力と前記ピストンの往復運動の周期との積に対する、前記圧力センサによって検出された前記作動室の圧力の測定値を前記ピストンの往復運動のサイクルに対応して積分して得られる積分値の割合を示す無次元積分圧力値が規定範囲に収まっているか否か、または、
前記ピストンの往復運動の周期に対する、前記圧力センサによって検出された前記作動室の圧力の測定値が規定値以上となる期間の割合を示すデューティ比が規定範囲内に収まっているか否か
を少なくとも考慮して、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油圧機械の診断システム。 - 前記異常判定部は、前記高圧弁および前記低圧弁に対する開閉指令が存在しない場合において、前記無次元積分圧力値が第1閾値を超えているとき、前記ピストンの往復運動の全周期にわたって前記高圧弁が閉止できずに開いた状態が継続する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に記載の油圧機械の診断システム。
- 前記異常判定部は、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方に対する開閉指令が存在する場合において、
前記無次元積分圧力値が前記規定範囲内に収まるときに前記高圧弁及び前記低圧弁が正常であると判定し、
前記無次元積分圧力値が前記規定範囲の上限を超過するときに前記高圧弁の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れたと判定し、
前記無次元積分圧力値が前記規定範囲の下限を下回るときに、前記高圧弁の閉タイミングが前記規定タイミングよりも早まったか、前記低圧弁の閉タイミングが規定タイミングよりも遅れて前記高圧弁が規定タイミングにて開かなかったと判定する
ように構成されたことを特徴とする請求項2に記載の油圧機械の診断システム。 - 前記異常判定部は、FPGAによって構成され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システム。
- 前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方のフィードバック制御用変数として、前記圧力センサで検出された前記作動室の圧力に関連した情報を前記油圧機械の制御装置に出力するための制御用変数出力部をさらに備える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。
- 圧油を生成するための油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの前記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、
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、
請求項1乃至5の何れか一項に記載の前記診断システムを含み、前記油圧ポンプまたは前記油圧モータの少なくとも一方の異常を診断するように構成された油圧機械診断部と、を備えることを特徴とする油圧トランスミッション。 - 前記油圧モータの回転数を検出するための回転数センサと、
前記低圧ラインの前記油圧モータ側の第1位置に設けられ、該第1位置における前記低圧ラインの圧力を検出するように構成された第1圧力センサと、
前記低圧ラインの前記油圧ポンプ側の第2位置に設けられ、該第2位置における前記低圧ラインの圧力を検出するように構成された第2圧力センサと、
前記回転数センサ、前記第1圧力センサ及び前記第2圧力センサの検出結果に基づいて、前記油圧トランスミッションの異常を診断するためのトランスミッション診断部と、をさらに備え、
前記トランスミッション診断部は、
前記回転数センサによって検出された前記油圧モータの回転数と前記油圧モータの押しのけ容積とに基づいて、前記低圧ラインにおける第1推定流量を求め、
前記第1圧力センサによって検出された前記第1位置における前記低圧ラインの圧力、および、前記第2圧力センサによって検出された前記第2位置における前記低圧ラインの圧力の圧力差と、前記第1位置と前記第2位置の間における前記低圧ラインの管路抵抗とに基づいて、前記低圧ラインにおける第2推定流量を求め、
前記第1推定流量と前記第2推定流量との差分に基づいて、前記油圧トランスミッションの異常を判定する
ように構成されたことを特徴とする請求項6に記載の油圧トランスミッション。 - 請求項6又は7に記載の油圧トランスミッションと、
前記油圧トランスミッションの前記油圧ポンプに機械的エネルギーを入力するための風車ロータと、
前記油圧トランスミッションの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、を備える風力発電装置。 - 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、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の変換を行うための変換機構とを有する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異常判定ステップと、を備えることを特徴とする油圧機械の診断方法であって、
前記異常判定ステップでは、
前記高圧弁を介して前記作動室に連通するように前記油圧機械に接続される高圧ラインの圧力と前記ピストンの往復運動の周期との積に対する、前記圧力検出ステップで検出された前記作動室の圧力の測定値を前記ピストンの往復運動のサイクルに対応して積分して得られる積分値の割合を示す無次元積分圧力値が規定範囲に収まっているか否か、または、
前記ピストンの往復運動の周期に対する、前記圧力検出ステップで検出された前記作動室の圧力の測定値が規定値以上となる期間の割合を示すデューティ比が規定範囲内に収まっているか否か
を少なくとも考慮して、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。
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