WO2015045908A1 - ギヤ用潤滑油劣化検知装置および風力発電装置の状態監視システム - Google Patents

Abstract

　配管（２１０）は、潤滑油の循環ライン（１３０）に介挿され、光透過性を有する。配管（２１０）は、潤滑油が流れる流れ部（２２０）と潤滑油が滞留する滞留部（２３０）とを有する。センサ（８４）は、流れ部（２２０）の側面に入射された光のうち、流れ部（２２０）の内部を透過した光の量を検知する。センサ（８６）は、滞留部（２３０）の側面に入射された光のうち、滞留部（２３０）の内部を透過した光の量を検知する。監視装置（７０）は、センサ（８４，８６）による検知光量に基づいて潤滑油の劣化を判定する。監視装置（７０）は、循環ライン（１３０）が停止しているときのセンサ（８４）の検知光量とセンサ（８６）の検知光量との差分を演算し、当該差分を補正値として、循環ライン（１３０）が作動しているときのセンサ（８４）の検知光量を補正する。補正されたセンサ（８４）の検知光量に基づいて、潤滑油の劣化を判定する。

Description

ギヤ用潤滑油劣化検知装置および風力発電装置の状態監視システム

　この発明は、ギヤ用潤滑油劣化検知装置および風力発電装置の状態監視システムに関し、特に、風力発電装置に設けられるギヤの潤滑油の劣化を検知する技術に関する。

　特開２００１－２８７１００号公報（特許文献１）は、プレス機械および周辺装置の潤滑油汚れ検出装置を開示する。この潤滑油汚れ検出装置においては、プレス機械の被潤滑部に潤滑油を供給するための潤滑油タンクに、潤滑油を透視可能な透明部を設ける。そして、この透明部を挟んで光透過型の油汚れ検出センサを設ける。

特開２００１－２８７１００号公報

　上述した潤滑油汚れ検出装置において、油汚れ検出センサとしての透過型光ファイバセンサは、透明部としての透明なガラス管を挟んで対向して配置された一対の光ファイバから構成されている。この一対の光ファイバの一方が投光器とされ、他方が受光器とされており、投光器からガラス管を透過して受光器へと光が流れる構成となっている。そして、ガラス管を透過する光量の大小により潤滑油の汚れを検出する。

　しかしながら、潤滑油には機械の摺動部分の摩擦により生じた金属摩耗粉が混入しているため、潤滑油がガラス管の内部を流れることによってガラス管の内壁が損傷する。これにより、ガラス管の透明度を低下させてしまう。そして、ガラス管の透明度の低下に起因してガラス管を透過する光量が減少するため、潤滑油が清浄である場合であっても、透過光量の減少に基づいて潤滑油の劣化と誤って検出されるという問題がある。

　特に、風力発電装置においては、増速機や発電機を収納するナセルが地上数十メートルという高さに設置されることから、ギヤの潤滑油を交換するために多大な作業工数が必要となる。したがって、潤滑油の劣化を正確に検知できることが求められる。また、潤滑油劣化の検知精度の低下を抑制するためには、上述したようなセンサの劣化を検知することによって、センサの交換等のメンテナンスを適切に行なう必要がある。

　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、ギヤの潤滑油の劣化を正確に検知可能なギヤ用潤滑油劣化検知装置および風力発電装置の状態監視システムを提供することである。

　この発明によれば、ギヤの潤滑油の劣化を検知するためのギヤ用潤滑油劣化検知装置は、潤滑油の循環流路に介挿され、光透過性を有し、かつ、潤滑油が流れる流れ部と潤滑油が滞留する滞留部とを有する配管と、流れ部の側面に入射された光のうち、流れ部の内部を透過した光の量を検知するための第１のセンサと、滞留部の側面に入射された光のうち、滞留部の内部を透過した光の量を検知するための第２のセンサと、第１および第２のセンサによる検知光量に基づいて潤滑油の劣化を判定するための監視装置とを備える。監視装置は、循環流路が停止しているときの第１のセンサの検知光量と第２のセンサの検知光量との差分を演算する演算部と、演算部により演算された差分を補正値として、循環流路が作動しているときの第２のセンサの検知光量を補正する補正部と、補正部により補正された第２のセンサの検知光量に基づいて、潤滑油の劣化を判定する第１の判定部とを含む。

　好ましくは、監視装置は、演算部により演算された差分に基づいて、配管の劣化を判定する第２の判定部をさらに含む。

　より好ましくは、ギヤ用潤滑油劣化検知装置は、潤滑油の劣化および配管の劣化を報知するための報知部をさらに備える。

　また、この発明によれば、風力発電装置の状態監視システムは、上述したいずれかのギヤ用潤滑油劣化検知装置を備える。

　この発明においては、ギヤの潤滑油の劣化を正確に検知することができる。また、潤滑油の劣化を検知するセンサの劣化についても検知できるため、潤滑油劣化の検知精度を向上させることができる。この結果、潤滑油およびセンサのメンテナンス作業の効率化を実現できる。

この発明の実施の形態１に係るギヤ用潤滑油劣化検知装置が適用される風力発電装置の外観図である。 風力発電装置の構成をより詳細に示した図である。 図２に示した増速機および潤滑油劣化検知センサの構成を説明するための図である。 潤滑油劣化検知センサの詳細な構成を示す図である。 図４のＡ方向から見た配管およびファイバセンサの外観を示す図である。 この発明の実施の形態１による潤滑油劣化検知処理の一連の手順を説明するフローチャートである。 風力発電装置を遠隔監視する状態監視システムの全体構成を概略的に示す図である。 この発明の実施の形態２に係るギヤ用潤滑油劣化検知装置（金属粉検出装置）の構成を説明するための図である。 図８に示した金属粉検出装置の外観図である。 図８に示した金属粉検出装置の断面図である。 図１０に示す線分ＸＩ－ＸＩから見た図である。 この発明の実施の形態２に係る状態監視システムの全体構成を概略的に示す図である。 この発明の実施の形態２の変形例に係る金属粉検出装置の断面図である。 この発明の実施の形態３に係る金属粉検出装置の断面図である。

　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に係るギヤ用潤滑油劣化検知装置が適用される風力発電装置の外観図である。

　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、筐体としてのナセル９０と、タワー１００とを備える。

　ナセル９０は、地上に設置されたタワー１００の上部に回転自在に支持され、風向きに応じてナセル９０のヨー角が制御される。また、ブレード３０のピッチ角（ブレード３０の風受け面の角度）も、風力等に応じて適宜制御される。ブレード３０は、ナセル９０の外部に突出した主軸２０の一端に接続されている。主軸２０は、ナセル９０の内部に侵入し、出力軸に発電機は接続される増速機の入力軸に接続される（図２参照）。

　図２は、風力発電装置１０の構成をより詳細に示した図である。
　図２を参照して、風力発電装置１０は、主軸２０と、ブレード３０と、主軸受２５と、増速機４０と、出力軸５０と、発電機６０と、監視装置７０と、潤滑油劣化検知センサ８０と、タワー１００とを備える。

　主軸２０の一部、主軸受２５、増速機４０、出力軸５０、発電機６０、監視装置７０および潤滑油劣化検知センサ８０は、ナセル９０に格納される。

　主軸２０は、ナセル９０内において主軸受２５により軸周りに回転可能に支持されている。主軸２０のブレード３０が接続される一端とは反対側の他端には、増速機４０が接続されている。主軸受２５は、転がり軸受であって、たとえば自動調芯ころ軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、あるいは玉軸受などである。これらの軸受は、単列のものでも複列のものでよい。

　増速機４０は、ナセル９０内において主軸２０と発電機６０との間に設けられている。増速機４０は、主軸２０の回転を増速し、出力軸５０を介して増速された主軸２０の回転を発電機６０へ出力する。増速機４０は、たとえば遊星ギヤや中間軸、高速軸などを含む歯車増速機構により構成される。発電機６０は、増速機４０の出力軸５０に接続され、増速機４０から出力された回転により発電する。発電機６０はたとえば誘導発電機である。

　次に、本発明の実施の形態１による風力発電装置１０の動作について説明する。図２を参照して、まず風力を受けてブレード３０が回転することにより、ブレード３０に接続された主軸２０が主軸受２５により支持されつつ回転する。主軸２０の回転は、増速機４０に伝達されて増速され、電磁誘導作用により発電機６０において起電力が発生する。このようにして風力発電装置１０は動作する。

　本実施の形態１による風力発電装置１０には、主軸受２５、増速機４０、発電機６０を格納するナセル９０の内部の状態を監視するための監視装置７０が設けられている。監視装置７０は、ナセル９０の外部に設けられた監視サーバ（図示せず）との間でデータを送受信する。これにより、ナセル９０内部の状態を遠隔監視することができる。

　監視装置７０は、予め定められた条件が成立すると、予め準備されたプログラム等に従って、増速機４０のギヤの潤滑油の劣化検知処理を実行する。具体的には、監視装置７０は、潤滑油の劣化を検知するための潤滑油劣化検知センサ８０の検出値を取得し、取得した検出値に基づいて潤滑油が劣化しているか否かを判定する。潤滑油が劣化していると判定されたとき、監視装置７０は潤滑油の交換を促すアラームを報知する。

　図３は、図２に示した増速機４０および潤滑油劣化検知センサ８０の構成を説明するための図である。

　図３を参照して、増速機４０は、ギヤ４２と、ギヤ４２を収納するギヤボックス４４と、オイルパン４６と、オイルポンプ１１０と、オイルフィルタ１２０と、循環流路（循環ライン）１３０とを含む。

　ギヤ４２は、主軸２０と出力軸５０との間に接続される。ギヤ４２は、遊星ギヤ、中間軸、高速軸などを含む歯車増速機構を構成する。主軸２０の回転は遊星ギヤおよび中間軸によって増速され、高速軸に接続された出力軸５０の回転として出力される。

　オイルパン４６は、深皿状に形成されており、ギヤボックス４４の底部に取り付けられる。オイルパン４６は潤滑油を貯留する。

　オイルパン４６、オイルポンプ１１０およびオイルフィルタ１２０は、循環ライン１３０によって接続されている。オイルポンプ１１０は、オイルパン４６に貯留された潤滑油を吸い込み、オイルフィルタ１２０へ向けて吐出する。オイルフィルタ１２０は、潤滑油をろ過する。オイルフィルタ１２０を通過した潤滑油は、循環ライン１３０を流通した後、ギヤボックス４４の内部に向けて吐出される。吐出された潤滑油はギヤ４２に供給される。潤滑油は、ギヤ４２の各構成要素の回転支持部分、摺動部分およびギヤの噛合部の潤滑油として、さらにギヤ４２の冷却油として機能する。

　潤滑油の劣化は、主軸２０の高速回転時の発熱による回転支持部分の昇温や、摺動部分の摩擦により生じる金属摩耗粉が潤滑油に混入することに主に起因している。潤滑油が劣化すると、油中にスラッジや酸化劣化物などを生成するため、潤滑性能が低下する。また、摺動面に損傷トラブルを発生させ、その摺動部分から金属摩耗粉が多量に発生し、それぞれの摺動する機構部分に浸入して損傷を広範囲に発生させる可能性がある。

　潤滑油劣化検知センサ８０は、循環ライン１３０に介挿される。潤滑油劣化検知センサ８０は、図３に示すように循環ライン１３０に直列に介挿してもよいし、循環ライン１３０に並列に介挿してもよい。潤滑油劣化検知センサ８０は、潤滑油の劣化状態を示すパラメータとして潤滑油の汚染度を検出し、検出結果を監視装置７０へ出力する。

　監視装置７０は、潤滑油劣化検知センサ８０による潤滑油の汚染度の検出結果に基づいて潤滑油の劣化を判定する。監視装置７０は、潤滑油の劣化と判定したとき、潤滑油の交換を促すアラームを報知する。なお、アラームは、潤滑油を交換する必要があることをユーザに対して視覚的または聴覚的に報知し得るものであれば、どのような態様であってもよい。

　（潤滑油劣化検知センサの構成）
　図４は、潤滑油劣化検知センサ８０の詳細な構成を示す図である。

　図４を参照して、潤滑油劣化検知センサ８０は、循環ライン１３０に直列に介挿されている。潤滑油劣化検知センサ８０は、連結部材２００と、配管２１０と、ハウジング８２と、ファイバセンサ８４，８６と、信号出力回路８８とを含む。

　配管２１０は光透過性を有する。配管２１０は、たとえば透明配管を用いることができる。透明配管は、アクリル系樹脂およびポリカーボネード系樹脂などを用いて形成することができる。

　配管２１０は、潤滑油が流れる流れ部２２０と、潤滑油が滞留する滞留部２３０とを含む。流れ部２２０は円筒形状を有しており、循環ライン１３０の直径と同じか又はより大きい直径を有する。流れ部２２０の両端は、連結部材２００によって循環ライン１３０に連結される。これにより、循環ライン１３０を流れる潤滑油は、流れ部２２０の内部を通過し、再び循環ライン１３０に戻される。

　滞留部２３０は、流れ部２２０の側面に設けられる。滞留部２３０は、流れ部２２０と一体的に形成されている。配管２１０内に導入された潤滑油は、主に流れ部２２０を流れるが、その一部が滞留部２３０に滞留する。滞留部２３０は、配管２１０の内部を潤滑油が流れている状態でも潤滑油が流れない部分に相当する。なお、実際には、滞留部２３０においてもわずかに潤滑油が流れているものと考えられるが、滞留部２３０を潤滑油の流れにくい構造とすることによって潤滑油の流速を低下させて、潤滑油に含まれる異物によって滞留部２３０の内壁が傷付かないようにしている。また、潤滑油が循環ライン１３０を流れずに留まっている状態において、流れ部２２０と同じ潤滑油が滞留部２３０にも入るように、流れ部２２０の一部分に滞留部２３０を形成している。

　たとえば滞留部２３０は、流れ部２２０とほぼ同じ直径の円筒形状を有する。また、滞留部２３０の軸方向の長さは、流れ部２２０の直径とほぼ等しいものとする。なお、滞留部２３０は、その内部に潤滑油に含まれる金属摩耗粉などの異物が溜まらないように流れ部２２０の上部に設けられている。

　ファイバセンサ８４は、流れ部２２０の外側に設けられる。ファイバセンサ８４は、流れ部２２０の側面に入射された光のうち、流れ部２２０の内部を通過した光の量（以下、「流れ部透過光量」ともいう）を検知する。

　ファイバセンサ８６は、滞留部２３０の外側に設けられる。ファイバセンサ８６は、滞留部２３０の側面に入射された光のうち、滞留部２３０の内部を透過した光の量（以下、「滞留部透過光量」ともいう）を検知する。

　図５は、図４のＡ方向から見た配管２１０およびファイバセンサ８４，８６の外観を示す図である。

　図５を参照して、ファイバセンサ８４は、透過型のファイバセンサであって、流れ部２２０を挟んで対向するように配置された、投光部８４ａおよび受光部８４ｂからなる。投光部８４ａおよび受光部８４ｂは、信号出力回路８８に接続される。投光部８４ａは、信号出力回路８８から電源の供給を受けて発光する光源と、光源から出射された光を導光する投光用ファイバとを含む。投光用ファイバは、導光した光を流れ部２２０の側面に向けて出射する。受光部８４ｂは、流れ部２２０の側面に入射された光のうち、流れ部２２０の内部を透過した光を受光する。受光部８４ｂは、受光した光を導光する受光用ファイバと、受光用ファイバにより導光された光を光電変換して光量を示す電気信号を生成する受光素子とを含む。このようにして、受光部８４ｂは、流れ部透過光量を示す電気信号ＰＩ２を生成し、その生成した電気信号ＰＩ２を信号出力回路８８へ出力する。

　ファイバセンサ８６は、透過型のファイバセンサであって、滞留部２３０を挟んで対向するように配置された、投光部８６ａおよび受光部８６ｂからなる。投光部８６ａおよび受光部８６ｂは、信号出力回路８８に接続される。投光部８６ａは、信号出力回路８８から電源の供給を受けて発光する光源と、光源から出射された光を導光する投光用ファイバとを含む。投光用ファイバは、導光した光を滞留部２３０の側面に向けて出射する。受光部８６ｂは、滞留部２３０の側面に入射された光のうち、滞留部２３０の内部を透過した光を受光する。受光部８６ｂは、受光した光を導光する受光用ファイバと、受光用ファイバにより導光された光を光電変換して光量を示す電気信号を生成する受光素子とを含む。このようにして、受光部８６ｂは、滞留部透過光量を示す電気信号ＰＩ１を生成し、その生成した電気信号ＰＩ１を信号出力回路８８へ出力する。

　信号出力回路８８は、受光部８４ｂから入力される電気信号ＰＩ２および受光部８６ｂから入力される電気信号ＰＩ１を、内蔵するセンサアンプで増幅して監視装置７０へ出力する。

　図３に示したように、オイルポンプ１１０が作動しているとき、循環ライン１３０および配管２１０を潤滑油が流れる。配管２１０の流れ部２２０に対応して配置されたファイバセンサ８４は、流れ部透過光量ＰＩ２を出力する。潤滑油の劣化によって潤滑油の汚染が進むと、流れ部透過光量ＰＩ２が減少する。したがって、流れ部透過光量ＰＩ２を監視すれば潤滑油の劣化を検知することができる。

　しかしながら、潤滑油は絶えずギヤ４２の摺動部などの金属と接触するため、潤滑油には金属摩耗粉が混入している。このため、配管２１０の流れ部２２０の内壁には金属摩耗粉による擦り傷が生じてしまい、流れ部２２０の光透過度を低下させる。すなわち、配管２１０の損傷による劣化が進むに従って、流れ部透過光量ＰＩ２が減少する。

　このように、流れ部透過光量ＰＩ２は、潤滑油の劣化だけでなく、配管２１０の劣化によっても減少する。そのため、流れ部透過光量ＰＩ２を監視するだけでは、潤滑油の劣化を正確に検知できないという問題が生じる。したがって、潤滑油の劣化と配管２１０の劣化とを切り分ける必要がある。

　この発明の実施の形態１に係るギヤ用潤滑油劣化検知装置においては、配管２１０の滞留部２３０は、潤滑油がほとんど流れない構造となっているため、流れ部２２０と比較して潤滑油に含まれる金属摩耗粉による損傷が少ない。すなわち、滞留部透過光量ＰＩ１は、配管２１０の劣化による減少が小さい。そこで、この滞留部透過光量ＰＩ１を用いることにより、流れ部透過光量ＰＩ２に現れる潤滑油の劣化と配管２１０の劣化とを切り分ける。これにより、潤滑油の劣化を正確に検知することを可能とする。また、配管の劣化についても検知可能とすることにより、メンテナンス作業の効率化を実現する。

　（潤滑油劣化検知処理）
　次に、この発明の実施の形態１に係るギヤ用潤滑油劣化検知装置における潤滑油劣化検知処理を説明する。図６は、この発明の実施の形態１による潤滑油劣化検知処理の一連の手順を説明するフローチャートである。図６に示すフローチャートは、監視装置７０において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。図６に示すフローチャートの処理は、たとえば前回の潤滑油劣化検知処理の実行から予め定められた時間が経過すると、メインルーチンから呼び出されて実行される。

　図６を参照して、まずステップＳ０１により、監視装置７０は、循環ライン１３０が作動しているか否かを判定する。オイルポンプ１１０が作動することによって循環ライン１３０を潤滑油が流れているとき、監視装置７０は、循環ライン１３０が作動していると判定する（ステップＳ０１においてＹＥＳ）。

　一方、オイルポンプ１１０が停止しているために潤滑油が循環ライン１３０を流れずに留まっているとき、監視装置７０は循環ライン１３０が作動していないと判定する（ステップＳ０１においてＮＯ）。

　循環ライン１３０が作動していないとき（ステップＳ０１においてＮＯ）、監視装置７０は、ステップＳ０２により、循環ライン１３０が作動しているときに検出される流れ部透過光量ＰＩ２を補正するための補正値Ｈを作成する。この補正値Ｈは、後述する潤滑油の劣化判定（ステップＳ０６，Ｓ０７）において、循環ライン１３０の作動時に検出される流れ部透過光量ＰＩ２から、配管２１０の劣化の影響を除外するために用いられる。

　補正値Ｈの作成において、ファイバセンサ８６は、循環ライン１３０が作動していないときの滞留部透過光量ＰＩ１（＝ＰＩ１（ｉ）とする）を検出する。ファイバセンサ８４は、循環ライン１３０が作動していないときの流れ部透過光量ＰＩ２（＝ＰＩ２（ｉ）とする）を検出する。監視装置７０は、滞留部透過光量ＰＩ１（ｉ）から流れ部透過光量ＰＩ２（ｉ）を差し引くことにより、補正値Ｈを算出する。

　ここで、循環ライン１３０が作動していないとき、配管２１０では、流れ部２２０および滞留部２３０に同じ潤滑油が留まっている。したがって、理想的には、滞留部透過光量ＰＩ１（ｉ）と流れ部透過光量ＰＩ２（ｉ）とは等しくなる。しかしながら、実際には流れ部２２０は滞留部２３０と比べて金属摩耗粉による損傷が大きいため、流れ部透過光量ＰＩ２（ｉ）が滞留部透過光量ＰＩ１（ｉ）よりも小さくなる（ＰＩ１（ｉ）＞ＰＩ２（ｉ））。そして、滞留部透過光量ＰＩ１（ｉ）と流れ部透過光量ＰＩ２（ｉ）との差分（＝ＰＩ１（ｉ）－ＰＩ２（ｉ））は、配管２１０の劣化による透過光量の減少量に相当する。監視装置７０は、滞留部透過光量ＰＩ１（ｉ）と流れ部透過光量ＰＩ２（ｉ）との差分を補正値Ｈとして取得する。

　さらに監視装置７０は、ステップＳ０３に進み、ステップＳ０２で作成した補正値Ｈに基づいて、配管２１０の劣化を検知する。具体的には、監視装置７０は、補正値Ｈと予め定められた閾値Ｙとを比較することにより、配管２１０が劣化しているか否かを判定する。上記のように、補正値Ｈは配管２１０の劣化による透過光量の減少量に相当しており、配管２１０の劣化が進むに従って補正値Ｈが大きくなる。監視装置７０は、補正値Ｈが閾値Ｙを超えるとき（ステップＳ０３においてＹＥＳ）、配管２１０の劣化と判定する。そして、監視装置７０は、ステップＳ０９により、潤滑油劣化検知センサ８０の交換を促すアラームを報知する。なお、アラームは、潤滑油劣化検知センサ８０の配管２１０を交換する必要があることをユーザに対して視覚的または聴覚的に報知し得るものであれば、どのような態様であってもよい。

　一方、補正値Ｈが閾値Ｙ以下であるとき（ステップＳ０３においてＮＯ）、監視装置７０は配管２１０が劣化していないと判定し、処理をステップＳ０１に戻す。

　ステップＳ０１に戻って、循環ライン１３０が作動していると判定されたとき（ステップＳ０１においてＹＥＳ）、監視装置７０は、ステップＳ０４により、後述する潤滑油の劣化判定（ステップＳ０６，Ｓ０７）に用いる基準値Ｋが格納されているか否かを判定する。そして、基準値Ｋが格納されていないとき（ステップＳ０４においてＮＯ）、監視装置７０はステップＳ０５に進み、基準値Ｋを作成する。

　基準値Ｋは、潤滑油を交換した直後のように潤滑油が汚染されていない初期状態のもとで、循環ライン１３０を作動させたときの流れ部透過光量ＰＩ２（＝ＰＩ２（ｓ）と称する）に相当する。すなわち、基準値Ｋは、潤滑油が清浄な状態であるときの流れ部透過光量ＰＩ２（ｓ）を示している。監視装置７０は、基準値Ｋを作成すると、作成した基準値Ｋを所定の記憶部に格納する。基準値Ｋは、潤滑油が交換されたときに初期化（リセット）され、新たに作成された基準値Ｋに更新される。

　一方、監視装置７０は、上記のステップＳ０５の処理を経て基準値Ｋが作成されて記憶部に格納されているときには（ステップＳ０４においてＹＥＳ）、ステップＳ０６により潤滑油の劣化を判定する。監視装置７０は、循環ライン１３０が作動しているときの流れ部透過光量ＰＩ２と、上記のステップＳ０２，Ｓ０５で作成した補正値Ｈおよび基準値Ｋとを用いて、潤滑油の劣化を判定する。

　具体的には、ファイバセンサ８４は、循環ライン１３０が作動しているときの流れ部透過光量ＰＩ２を検出する。監視装置７０は、ファイバセンサ８４の検出値を流れ部透過光量ＰＩ２の計測値Ｍとして取得する。そして、この流れ部透過光量計測値Ｍと、補正値Ｈおよび基準値Ｋとを用いて、潤滑油の劣化判定を行なうための光量値（以下、「劣化判定透過光量値」ともいう）Ｃを算出する。

　詳細には、監視装置７０は、流れ部透過光量計測値Ｍを、補正値Ｈを用いて補正する。補正値Ｈは、配管２１０の劣化による透過光量の減少量に相当する。流れ部透過光量計測値Ｍに補正値Ｈを加算することにより、配管２１０の劣化の影響が除去された流れ部透過光量ＰＩ２を算出する（ＰＩ２＝Ｍ＋Ｈ）。

　次に、監視装置７０は、基準値Ｋから補正後の流れ部透過光量計測値ＰＩ２（＝Ｍ＋Ｈ）を差し引くことにより、潤滑油の劣化に起因する流れ部透過光量ＰＩ２の減少量を算出する。監視装置７０は、算出された流れ部透過光量ＰＩ２の減少量を、潤滑油の劣化判定に用いる劣化判定透過光量値Ｃに設定する（Ｃ＝Ｋ－（Ｍ＋Ｈ））。

　次に、監視装置７０は、ステップＳ０７に進み、ステップＳ０６で作成した劣化判定透過光量値Ｃに基づいて潤滑油の劣化を検知する。具体的には、監視装置７０は、劣化判定透過光量値Ｃと予め定められた閾値Ｘとを比較することにより、潤滑油が劣化しているか否かを判定する。劣化判定透過光量値Ｃは、潤滑油の劣化による透過光量の減少量に相当しており、潤滑油の劣化が進むに従って劣化判定透過光量値Ｃが大きくなる。監視装置７０は、劣化判定透過光量値Ｃが閾値Ｘを超えるとき（ステップＳ０７においてＹＥＳ）、潤滑油の劣化と判定する。そして、監視装置７０は、ステップＳ０８に進み、潤滑油の交換を促すアラームを報知する。

　一方、劣化判定透過光量値Ｃが閾値Ｘ以下であるとき（ステップＳ０７においてＮＯ）、監視装置７０は潤滑油が劣化していないと判定し、処理をステップＳ０１に戻す。

　以上のように、この発明の実施の形態１によれば、潤滑油劣化検知センサの検出値からセンサ自体の劣化の影響を除去できるため、潤滑油の劣化を正確に検知することができる。また、潤滑油劣化検知センサの検出値に基づいて潤滑油劣化検知センサの劣化も検知することができる。これにより、潤滑油の交換および潤滑油劣化検知センサ内部の配管の交換などのメンテナンス作業を効率的に行なうことが可能となる。

　なお、この発明の実施の形態１に係る潤滑油劣化検知装置は、潤滑油の交換を促すアラームと、潤滑油劣化検知センサの交換を促すアラームとを区別して出力することが可能であるため、図７に示されるような風力発電装置１０を遠隔監視する状態監視システムにおいても、潤滑油の劣化および潤滑油劣化検知センサの劣化を認知することができる。

　図７は、風力発電装置１０を遠隔監視する状態監視システムの全体構成を概略的に示す図である。図７を参照して、状態監視システム３００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、監視サーバ３３０とを含む。風力発電装置１０は、潤滑油の劣化の判定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へ出力する。監視サーバ３３０は、インターネット３２０に接続される。監視サーバ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する。これにより、風力発電装置１０とは遠隔の監視サーバ３３０において、風力発電装置１０の増速機４０において、ギヤ用潤滑油が劣化しているか否かを認知することができる。また、潤滑油劣化検知センサ８０が劣化しているか否かを認知することができる。

　なお、上記の実施の形態において、ファイバセンサ８４は「第１のセンサ」の一実施例に対応し、ファイバセンサ８６は「第２のセンサ」の一実施例に対応する。また、潤滑油劣化検知センサ８０および監視装置７０は「ギヤ用潤滑油劣化検知装置」の一実施例を実現する。

　また、上記の実施の形態１においては、ギヤ用潤滑油劣化検知装置の一例として、風力発電装置に設けられるギヤの潤滑油の劣化を検知する構成について説明した。しかしながら、本発明の適用はこのような風力発電装置に限定されるものではなく、ギヤを含む各種機械装置について本発明を適用することが可能である点について確認的に記載する。

　さらに、上記の実施の形態１では、ギヤ用潤滑油劣化検知装置の一例として、増速機のギヤの潤滑油の劣化を検知する構成について説明したが、主軸受用の潤滑油や発電機用の潤滑油の劣化を検知する構成についても本発明は適用可能である。

　（実施の形態２）
　実施の形態２では、ギヤ用潤滑油劣化検知装置の一態様として、潤滑油中に混入された金属摩耗粉（たとえば鉄粉）を十分に検出することができる金属粉検出装置について説明する。実施の形態２に係るギヤ用潤滑油劣化検知装置（金属粉検出装置）によれば、潤滑油により循環されている機械部品の異常摩耗等を検出することが可能となる。

　はじめに、図８～図１１を参照して、実施の形態２に係る金属粉検出装置としての鉄粉検出装置８１について説明する。鉄粉検出装置８１は、増速機４０に接続されている循環流路（循環ライン）１３０上に設けられている。

　増速機４０は、主軸２０と出力軸５０との間に接続されているギヤ４２と、ギヤ４２を収納するギヤボックス４４と、ギヤボックス４４の鉛直方向（図８中Ｚ方向）の下部に位置してギヤ４２に供給された潤滑油を貯留するオイルパン４６とを含む。主軸２０および出力軸５０は、たとえばギヤボックス４４内に設けられたベアリングを介して回転可能に支持されている。

　循環ライン１３０は、増速機４０に潤滑油を供給するとともに、供給した潤滑油を回収する。循環ライン１３０は、オイルポンプ１１０およびオイルフィルタ１２０に接続されている。オイルポンプ１１０は、オイルパン４６に貯留された潤滑油を吸い込み、オイルフィルタ１２０へ向けて吐出する。オイルフィルタ１２０は、潤滑油をろ過する。オイルフィルタ１２０を通過した潤滑油は、循環ライン１３０を流通した後、ギヤボックス４４の内部に向けて吐出される。吐出された潤滑油はギヤ４２に供給される。潤滑油は、ギヤ４２の各構成要素の回転支持部分、摺動部分およびギヤの噛合部の潤滑油として、さらにギヤ４２の冷却油として機能する。

　鉄粉検出装置８１は、循環ライン１３０上において、増速機４０からオイルフィルタ１２０までの間に設けられている。このとき、図８に示す鉄粉検出装置８１は循環ライン１３０上に直列に介挿されているが、これと並列に介挿されていてもよい。

　図９を参照して、鉄粉検出装置８１は、配管２１０と、光センサ８５と、磁石５と、ハウジング８２と、信号出力回路８８とを含む。

　配管２１０は光透過性を有する。配管２１０は、たとえば透明配管を用いることができる。配管２１０を構成する材料には、たとえばアクリル系樹脂およびポリカーボネード系樹脂などを用いることができる。配管２１０は、潤滑油が流れる流れ部２２０を含む。配管２１０は、連結部材２００を介して循環ライン１３０に連結される。これにより、循環ライン１３０を流れる潤滑油は、配管２１０（流れ部２２０）の内部を通過し、再び循環ライン１３０に戻される。

　光センサ８５は、投光部８５ａと、投光部８５ａから配管２１０（流れ部２２０）の内部に照射された光のうち、配管２１０の内部を透過した光を受光する受光部８５ｂとを有する。投光部８５ａは、所定の波長の光を発光することができる発光素子により構成されている。受光部８５ｂは、投光部８５ａにより発光された光を受光することができる受光素子により構成されている。

　投光部８５ａと受光部８５ｂとは、配管２１０の外側において配管２１０を挟んで対向するように配置されているが、好ましくは鉛直方向（図９中Ｚ方向）から配管２１０を挟んで対向するように配置されている。図９に示す光センサ８５では、投光部８５ａが配管２１０に対し鉛直方向の下部に、受光部８５ｂが配管２１０に対し鉛直方向の上部に配置されているが、両者の上下関係はその逆であってもよい。

　投光部８５ａから照射された光は、光の経路（以下、光路という）ＬＰを通って受光部８５ｂに到達する。光路ＬＰは、少なくとも一部が配管２１０の内部に形成されている。配管２１０の内部にはオイルポンプ１１０のＯＮ／ＯＦＦに応じて潤滑油が流通または滞留しているため、光路ＬＰ上には潤滑油が存在することになる。投光部８５ａにより照射された光は、光路ＬＰを通る中で潤滑油に含まれる物質と相互作用する。その結果、配管２１０の内部を透過して受光部８５ｂに達する光量（以下、透過光量という）は投光部８５ａから照射された光量よりも低下する。受光部８５ｂは、検知した透過光量を信号出力回路８８に出力する。投光部８５ａから照射される光は、鉄粉を検出できる限りにおいて任意の波長を有していればよい。

　磁石５は、光センサ８５において検知される光路ＬＰに隣接するように配置されている。言い換えると、磁石５は、光センサ８５の投光部８５ａから受光部８５ｂに至る光路ＬＰのいずれかの領域と隣接するように配置されている。具体的には、磁石５は、配管２１０の鉛直方向（図１０中Ｚ方向）の下側において光路ＬＰと隣接するように設けられている。ここで、磁石５が光路ＬＰに「隣接する」とは、磁石５が光路ＬＰに磁場を形成することができる位置に配置されることをいい、配管２１０の内または外のいずれかを問わない。

　磁石５は電磁石として構成されている。図１１を参照して、磁石５は、ドーナツ形状を有しており、中央に設けられた貫通部分に光センサ８５の投光部８５ａ（または受光部８５ｂ）を配置可能に設けられている。言い換えると、光センサ８５の投光部８５ａ（または受光部８５ｂ）は磁石５により囲まれている。磁石５は制御部６に接続されており、制御部６により磁石５への通電が制御される。制御部６は、ハウジング８２の外部に設けられている。

　信号出力回路８８は、受光部８５ｂから入力される透過光量を内蔵するセンサアンプで増幅し、それを監視装置７０へ出力する。信号出力回路８８は、ハウジング８２の外部に設けられている。

　監視装置７０は、信号出力回路８８から受け取った透過光量に基づいて、ギヤ４２の摩耗等を判定する。たとえば、透過光量についてあらかじめ所定の閾値を設定しておき、当該閾値と検出値との大小により摩耗を判定してもよい。

　次に、図１２を参照して、実施の形態２に係る潤滑油の状態監視システム３００について説明する。潤滑油の状態監視システム３００は、監視装置７０と、通信サーバ３１０と、通信サーバ３１０とインターネット３２０を介して接続される監視サーバ３３０とを備える。

　鉄粉検出装置８１の監視装置７０は、測定した透過光量に基づく判定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、監視装置７０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へ出力する。監視サーバ３３０は、インターネット３２０に接続される。監視サーバ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する。これにより、監視装置７０から遠隔に設けられている監視サーバ３３０上において、監視装置７０の増速機４０の摩耗が進行しているか否かを認知することができる。

　次に、実施の形態２に係る鉄粉検出装置８１および潤滑油の状態監視システム３００の動作について説明する。まず、増速機４０の動作に際して、オイルポンプ１１０が駆動して潤滑油が増速機４０に供給される。増速機４０のギヤボックス４４内に供給された潤滑油はたとえば鉛直方向（図中Ｚ方向）上方からギヤ４２に向けて吐出され、供給される。

　ギヤ４２に供給された潤滑油は、重力を受けて、または新たな潤滑油の供給を受ける等して、オイルパン４６に降下して貯留される。このとき、ギヤ４２の摩耗により生じた鉄粉は潤滑油に混入される。つまり、ギヤ４２の摩耗量が多い場合には、オイルパン４６に貯留されている潤滑油中の鉄粉の量も多くなる。

　鉄粉を含んだ潤滑油は、オイルポンプ１１０によりオイルパン４６から循環ライン１３０に吸い出され、鉄粉検出装置８１が付設された配管２１０に到達する。

　鉄粉検出装置８１では、潤滑油中の鉄粉の検出を行なうに際して制御部６によって磁石５が通電され、配管２１０の内部に磁石５により生じた磁力が印加される。この結果、潤滑油中に分散するように含まれた鉄粉Ｍ（図９および図１０参照）は、磁石５の磁力を受けて磁石５に引き寄せられる。このとき、磁石５は、光センサ８５の光路ＬＰに隣接して設けられているため、磁石５に引き寄せられた鉄粉Ｍが光路ＬＰ上に到達する確率を増すことができる。

　さらに、光センサ８５が鉛直方向（図中Ｚ方向）において配管２１０を上下に挟むように設けられていることにより、光路ＬＰは鉛直方向に沿うように設けられている。そのため、たとえば鉄粉Ｍが重力を受けて配管２１０内の鉛直方向下方に偏って流通する場合などにおいては、光路ＬＰが水平方向に沿うように設けられている場合と比べてより高い確率で光路ＬＰ内に鉄粉を流通させることができる。異なる観点から言えば、潤滑油中に混入された鉄粉が少量の場合であっても、より高い確率で光路ＬＰ内に鉄粉を流通させることができる。

　上述のように、光路ＬＰ内に達した鉄粉は、受光部８５ｂに到達する透過光量を低下させる。測定された透過光量は信号出力回路８８により監視装置７０に出力され、たとえば監視装置７０により潤滑油中の鉄粉の量が許容される範囲内にあるか否かが判定される。判定結果は、監視装置７０から通信サーバ３１０に無線により送信され、さらに通信サーバ３１０からインターネット３２０を介して監視サーバ３３０に送信される。これにより、増速機４０や監視装置７０とは遠隔にある監視サーバ３３０上においても、ギヤ４２の摩耗の進行程度や異常な摩耗を早期に認知することができる。異なる観点から言えば、増速機４０のギヤボックス４４を開くことなくギヤ４２の摩耗の進行程度や異常な摩耗を早期に認知することができる。

　なお、透過光量の測定が終了した後には、制御部６による磁石５への通電を停止することにより、配管２１０の内部に集められた鉄粉Ｍはオイルフィルタ１２０に達して回収される。これにより、配管２１０内に集められた鉄粉の沈着を防止することができ、鉄粉により潤滑油の流通が妨げられることがない。

　次に、実施の形態２に係る鉄粉検出装置８１の変形例について説明する。図８～図１１を参照して、鉄粉検出装置８１は、配管２１０において、流れ部２２０の鉛直方向上方において流れ部２２０と連通されている滞留部２３０をさらに備えてもよい。

　滞留部２３０は、流れ部２２０と同様に光透過性を有している。滞留部２３０の外側には光センサ８７が設けられている。光センサ８７は、光センサ８５と同様の投光部と受光部とを有しているのが好ましく、たとえば水平方向において滞留部２３０を挟んで対向するように配置されている。光センサ８７は信号出力回路８８に接続されており、光センサ８７により測定された透過光量は信号出力回路８８に送られて増幅された後、監視装置７０に出力される。

　このようにすれば、流れ部２２０内の潤滑油と滞留部２３０内の潤滑油は少しずつ出入りをするため潤滑油自体の成分が大きく変わることはないが、潤滑油に含まれる鉄粉は重力を受けるため滞留部２３０内にはほとんど流通せず、また流通しても重力を受けて流れ部２２０内に降下する。そのため、光センサ８７により測定された透過光量は鉄粉による光の散乱・吸収の効果を受けたものではなく、潤滑油に含まれる鉄粉以外の成分（潤滑油を構成する成分や、当該成分が主軸２０の高速回転時の発熱を受けて熱変性したもの）による光の散乱・吸収の効果を受けたものとなる。

　そのため、光センサ８７により検出された透過光量により潤滑油自体の劣化（たとえば潤滑油自体の酸化）の程度などを判定することができる。さらに、光センサ８５により検出された透過光量と光センサ８７により検出された透過光量とを比較することにより、光センサ８５による透過光量から潤滑油自体の成分による光の散乱・吸収の効果を差し引くことができるため、より正確に潤滑油中の鉄粉の量の多寡を判定することができる。その結果、より正確にギヤ４２の摩耗の進行程度や異常な摩耗を認知することができる。

　また、図１３を参照して、磁石５は、配管２１０の流れ部２２０の内部に設けられていてもよい。この場合にも、光路ＬＰを遮らないように磁石５および光センサ８５を配置することにより、実施の形態２に係る鉄粉検出装置８１と同様の効果を奏することができる。

　（実施の形態３）
　次に、図１４を参照して、実施の形態３に係る鉄粉検出装置について説明する。実施の形態３に係る鉄粉検出装置は、基本的には実施の形態２に係る鉄粉検出装置と同様の構成を備えるが、磁石５が永久磁石として構成されている点で異なる。このようにしても、実施の形態２に係る鉄粉検出装置８１と同様の効果を奏することができる。

　磁石５は、好ましくは駆動部７と接続されており、駆動部７により、配管２１０の流れ部２２０に対して相対的な位置関係を変動させることができるように設けられている。たとえば磁石５の駆動方向Ｒは、図１４中のＺ方向と沿っている。これにより、光センサ８５による透過光量の測定を行なう際には磁石５を流れ部２２０に近接させることにより、鉄粉を光センサ８５の近傍、すなわち光路ＬＰ近傍に集めることができる。さらに、測定終了後には磁石５を流れ部２２０から離間させることにより流れ部２２０内に集められた鉄粉の沈着を防止することができ、鉄粉により潤滑油の流通が妨げられることがない。駆動部７は、任意の構成を有していればよいが、たとえば流体シリンダなどであってもよい。

　なお、実施の形態２および実施の形態３において、磁石５はドーナツ形状を有し、かつ中央に設けられた貫通部分に光センサ８５の投光部８５ａ（または受光部８５ｂ）を配置可能に設けられているが、これに限られるものではない。磁石５は、少なくとも光路ＬＰに隣接するように配置することができ、かつ光路ＬＰを遮らない限りにおいて任意の構成を採ることができる。

　また、実施の形態２および実施の形態３において、光センサ８５は配管２１０（流れ部２２０）と接するように設けられているが、配管２１０から所定の距離だけ離間して設けられていてもよい。

　また、実施の形態２および実施の形態３において、光センサ８５および磁石５は配管２１０上に一組設けられているが、複数組設けられていてもよい。この場合、各光センサ８５および磁石５は、それぞれ配管２１０（流れ部２２０）上において異なる場所に設けることができ、たとえば複数組のうちの一部は水平方向から流れ部２２０を挟んで対向するように配置されていてもよい。このとき、水平方向において対向するように設けられた光センサ８５は、磁石５を伴わず単体で設けられていてもよい。

　また、実施の形態２および実施の形態３に係る鉄粉検出装置８１は、光センサ８５は潤滑油中の鉄粉を検出可能に設けられているが、これに限られるものではない。たとえば金属粉検出装置として、増速機４０のギヤ４２等の摺動部材を構成する材料であって、強磁性を有する任意の材料を含む金属粉を検出可能に設けられていてもよい。このような金属粉検出装置は、実施の形態２および３に係る鉄粉検出装置８１が鉄粉に対して有する効果と同等の効果を当該任意の金属粉に対して有することができる。なお、金属粉検出装置は、室温において使用される場合に限られず、所定の温度において使用可能に設けられていればよい。この場合には金属粉検出装置は、当該所定の温度において強磁性を有する任意の材料を含む粉末を検出可能に設けられている。

　また、実施の形態２および実施の形態３に係る鉄粉検出装置８１は、増速機４０に併設され、増速機４０に用いられる潤滑油中の鉄粉を検出可能に設けられているが、これに限られるものではない。金属粉検出装置は、たとえば強磁性を有する金属粉が潤滑油に混入され得る任意の装置に併設されていてもよい。このような金属粉検出装置は、実施の形態２および実施の形態３に係る鉄粉検出装置８１が増速機４０に対して有する効果と同等の効果を当該任意の装置に対して有することができる。

　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請求の範囲によって示され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。

　５　磁石、６　制御部、７　駆動部、１０　風力発電装置、２０　主軸、２５　主軸受、３０　ブレード、４０　増速機、４２　ギヤ、４４　ギヤボックス、４６　オイルパン、５０　出力軸、６０　発電機、７０　監視装置、８０　潤滑油劣化検知センサ、８１　鉄粉検出装置、８２　ハウジング、８４，８６　ファイバセンサ、８５，８７　光センサ、８４ａ，８５ａ　投光部、８４ｂ，８５ｂ　受光部、８８　信号出力回路、９０　ナセル、１００　タワー、１１０　オイルポンプ、１２０　オイルフィルタ、１３０　循環ライン、２００　連結部材、２１０　配管、２２０　流れ部、２３０　滞留部、３００　状態監視システム、３１０　通信サーバ、３２０　インターネット、３３０　監視サーバ。

Claims (4)

1. 　ギヤの潤滑油の劣化を検知するためのギヤ用潤滑油劣化検知装置であって、
   　潤滑油の循環流路に介挿され、光透過性を有し、かつ、前記潤滑油が流れる流れ部と前記潤滑油が滞留する滞留部とを有する配管と、
   　前記流れ部の側面に入射された光のうち、前記流れ部の内部を透過した光の量を検知するための第１のセンサと、
   　前記滞留部の側面に入射された光のうち、前記滞留部の内部を透過した光の量を検知するための第２のセンサと、
   　前記第１および第２のセンサによる検知光量に基づいて前記潤滑油の劣化を判定するための監視装置とを備え、
   　前記監視装置は、
   　前記循環流路が停止しているときの前記第１のセンサの検知光量と前記第２のセンサの検知光量との差分を演算する演算部と、
   　前記演算部により演算された前記差分を補正値として、前記循環流路が作動しているときの前記第２のセンサの検知光量を補正する補正部と、
   　前記補正部により補正された前記第２のセンサの検知光量に基づいて、前記潤滑油の劣化を判定する第１の判定部とを含む、ギヤ用潤滑油劣化検知装置。
2. 　前記監視装置は、前記演算部により演算された前記差分に基づいて、前記配管の劣化を判定する第２の判定部をさらに含む、請求項１に記載のギヤ用潤滑油劣化検知装置。
3. 　前記潤滑油の劣化および前記配管の劣化を報知するための報知部をさらに備える、請求項２に記載のギヤ用潤滑油劣化検知装置。
4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のギヤ用潤滑油劣化検知装置を備える、風力発電装置の状態監視システム。

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