特開 2024-129149 トルク推定装置、トルク推定方法及びトルク推定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129149

(43)【公開日】2024-09-26

(54)【発明の名称】トルク推定装置、トルク推定方法及びトルク推定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20240918BHJP

   F03D 7/04 20060101ALI20240918BHJP

   F03D 17/00 20160101ALI20240918BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 A

F03D7/04 K

F03D17/00

G01L5/00 Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024109649

(22)【出願日】2024-07-08

(62)【分割の表示】P 2020052762の分割

【原出願日】2020-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100140718

【弁理士】

【氏名又は名称】仁内 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100145481

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 昌邦

(74)【代理人】

【識別番号】100211122

【弁理士】

【氏名又は名称】白石 卓也

(72)【発明者】

【氏名】小森 啓史

(57)【要約】

【課題】ヨーアクチュエータの軸のトルクを推定することが可能であるトルク推定装置及びトルク推定方法を提供する。
【解決手段】トルク推定装置は、風車に備えられたアクチュエータの駆動部に電流を印加したときに電流値を取得する電流値取得部と、アクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取得部と、駆動部に電流を印加したときに駆動部の駆動軸に生じるトルクと電流値と歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部と、駆動軸に生じたトルクを電流値取得部が取得した電流値又は歪量取得部が取得した歪量と対応情報とに基づいて推定する推定部とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風車に備えられたアクチュエータの駆動部に電流を印加したときに電流値を取得する電流値取得部と、
前記アクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取得部と、
前記駆動部に電流を印加したときに前記駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記電流値と前記歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部と、
前記駆動軸に生じた前記トルクを前記電流値取得部が取得した前記電流値又は前記歪量取得部が取得した前記歪量と前記対応情報とに基づいて推定する推定部と
を備えるトルク推定装置。

【請求項2】

前記推定部は前記駆動軸の停止中に測定された前記歪量と前記対応情報とに基づいて前記駆動軸の駆動中に前記トルクを推定する、
請求項１に記載のトルク推定装置。

【請求項3】

前記対応情報を前記電流値と前記歪量と前記トルクとに基づいて更新する作成部
を備える、請求項１又は請求項２に記載のトルク推定装置。

【請求項4】

トルク推定装置が実行するトルク推定方法であって、
風車に備えられたアクチュエータの駆動部に電流を印加したときに電流値を取得する電流値取得ステップと、
前記アクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取得ステップと、
前記駆動部に電流を印加したときに前記駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記電流値と前記歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部にアクセスし、前記駆動軸に生じた前記トルクを前記電流値取得ステップにおいて取得した前記電流値又は前記歪量取得ステップにおいて取得した前記歪量と前記対応情報とに基づいて推定するステップと
を含むトルク推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルク推定装置及びトルク推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

風車に備えられたナセルは、１台以上のヨーアクチュエータによって駆動される。これによって、ナセルは、風車のタワーに対してヨー方向（YAW）に回転する。ここで、ヨーアクチュエータの過負荷を回避することが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１４０７７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ヨーアクチュエータの過負荷が回避されるためには、トルク推定装置がヨーアクチュエータの軸のトルクを推定する必要がある。しかしながら、ヨーアクチュエータの軸のトルクを推定することができない場合があった。

【0005】

上記事情に鑑み、本発明は、ヨーアクチュエータの軸のトルクを推定することが可能であるトルク推定装置及びトルク推定方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、風車に備えられたアクチュエータの駆動部に電流を印加したときに電流値を取得する電流値取得部と、前記アクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取得部と、前記駆動部に電流を印加したときに前記駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記電流値と前記歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部と、前記駆動軸に生じた前記トルクを前記電流値取得部が取得した前記電流値又は前記歪量取得部が取得した前記歪量と前記対応情報とに基づいて推定する推定部とを備えるトルク推定装置である。

【0007】

上記のトルク推定装置は、トルクを推定するための対応情報に基づいて、駆動部が停止中でもトルクの推定精度を向上させることが可能である。

【0008】

本発明の一態様は、上記のトルク推定装置であって、前記推定部は前記駆動軸の停止中に測定された前記歪量と前記対応情報とに基づいて前記駆動軸の駆動中に前記トルクを推定する。

【0009】

本発明の一態様は、上記のトルク推定装置であって、前記対応情報を前記電流値と前記歪量と前記トルクとに基づいて更新する作成部を備える。

【0010】

本発明の一態様は、トルク推定装置が実行するトルク推定方法であって、風車に備えられたアクチュエータの駆動部に電流を印加したときに電流値を取得する電流値取得ステップと、前記アクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取得ステップと、前記駆動部に電流を印加したときに前記駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記電流値と前記歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部にアクセスし、前記駆動軸に生じた前記トルクを前記電流値取得ステップにおいて取得した前記電流値又は前記歪量取得ステップにおいて取得した前記歪量と前記対応情報とに基づいて推定するステップとを含むトルク推定方法である。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、ヨーアクチュエータの軸のトルクを推定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】風車の構成例を示す斜視図である。

【図2】風車の運用中におけるトルク推定システムの構成例を示す図である。

【図3】風車の運用中における電流値及び歪量の測定結果の第１例を示す図である。

【図4】特性情報の例を示す図である。

【図5】風車の運用中における更新前の変換テーブルの例を示す図である。

【図6】風車の運用中における電流値及び歪量の測定結果の第２例を示す図である。

【図7】風車の運用中における更新後の変換テーブルの例を示す図である。

【図8】風車の運用中におけるトルク推定システムの動作の例を示すフローチャートである。

【図9】風車の運用前におけるトルク推定システムの構成例を示す図である。

【図10】風車の運用前におけるトルク及び歪量の測定結果の例を示す図である。

【図11】風車の運用中における更新前の変換テーブルの例を示す図である。

【図12】風車の運用中における更新後の変換テーブルの例を示す図である。

【図13】風車の運用前におけるトルク推定システムの動作と、風車の運用中におけるトルク推定システムの動作との例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、風車１０１の構成例を示す斜視図である。風車１０１は、タワー１０２と、ナセル１０３と、ロータ１０４（主軸部）と、複数のブレード１０５（羽根）とを備える。タワー１０２は、陸上又は海上において、鉛直方向の上向きに備えられる。

【0014】

ナセル１０３は、タワー１０２の上部において回転可能に備えられる。ナセル１０３は、ナセル１０３の内部に備えられたヨーアクチュエータによって駆動される。ナセル１０３は、ヨーアクチュエータに駆動されることによって、タワー１０２の長手方向を回転軸として回転する。すなわち、ナセル１０３は、タワー１０２に対してヨー方向（YAW）に回転する。

【0015】

ロータ１０４は、ナセル１０３においてロール方向（ROLL）に回転する。複数枚（例えば、３枚）のブレード１０５は、ロール方向の回転軸から放射方向に延びるように、互いに等角度でロータ１０４に備えられる。

【0016】

図２は、風車１０１の運用中におけるトルク推定システム１ａの構成例を示す図である。トルク推定システム１ａは、制御装置２と、１台以上のヨーアクチュエータ３と、リングギア４と、Ｎ本（Ｎは、２以上の整数）のボルト５と、Ｎ個の歪センサ６と、電流センサ７と、トルク推定装置８とを備える。なお、トルク推定システム１ａは、ヨーアクチュエータ以外のアクチュエータを備えてもよい。トルク推定システム１ａは、ヨーアクチュエータ以外のアクチュエータのトルクを推定してもよい。ヨーアクチュエータ以外のアクチュエータとは、例えば、ピッチアクチュエータである。

【0017】

ヨーアクチュエータ３は、風車のナセル１０３に、Ｎ本のボルト５で固定される。ヨーアクチュエータ３は、駆動部３０と、制動部３１と、減速機３２と、軸３３（駆動軸）と、ピニオン３４とを備える。減速機３２は、減速機構としてのギアを備える。ピニオン３４は、リングギア４と噛み合うように、軸３３の端部に備えられる。リングギア４は、タワー１０２の上部に備えられる。Ｎ本のボルト５は、ヨーアクチュエータ３において円周状に配置される。歪センサ６－ｎ（ｎは、１以上Ｎ以下の整数）（歪量取得部）は、ボルト５－ｎに備えられる。

【0018】

トルク推定装置８は、通信部８０と、記憶部８１と、作成部８２と、推定部８３と、表示部８４とを備える。トルク推定装置８の各部のうちの一部又は全部は、例えば管理センタ（不図示）に備えられる。トルク推定装置８の各部のうちの一部又は全部は、風車１０１に備えられてもよい。トルク推定装置８の各部は、バスを経由して互いに通信可能である。通信部８０と作成部８２と推定部８３との一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部８１に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。記憶部８１は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）が好ましい。記憶部８１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性の記録媒体を備えてもよい。通信部８０と作成部８２と推定部８３とのうち一部又は全部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のマイクロコンピュータを用いて実現されてもよい。

【0019】

トルク推定システム１ａは、ヨーアクチュエータ３の軸３３のトルクを推定するシステムである。トルク推定システム１ａは、トルクの推定結果に基づいてヨーアクチュエータ３の過負荷を回避するための状態監視システムとして動作してもよい。

【0020】

制御装置２は、ヨーアクチュエータ３の動作を制御する装置である。制御装置２は、各ヨーアクチュエータ３の軸３３のトルク値を、通信部８０から取得する。制御装置２は、予め定められた一定値以上のトルク値を示す軸３３を備える制動部３１の電磁ブレーキを弱めてもよい。これによって、制御装置２は、予め定められた一定値以上のトルク値を示す軸３３を備えるヨーアクチュエータ３の負荷を低くすることができる。制御装置２は、各駆動部３０の駆動タイミングの調整と、制動部３１における電磁ブレーキの断続開放との各動作によって、各ヨーアクチュエータ３の負荷を均一にすることができる。

【0021】

ヨーアクチュエータ３は、タワー１０２に対してヨー方向にナセル１０３を回転又は停止させる装置である。リングギア４は、内周に複数の内歯を備える部材でもよいし、外周に複数の外歯を備える部材でもよい。ボルト５－１～５－Ｎは、ヨーアクチュエータ３をナセル１０３に固定する部材である。風等の外部負荷に起因するモーメントに応じて、ボルト５には歪が生じる。歪センサ６は、ボルト５の長手方向の歪量を測定するデバイスである。電流センサ７（電流値取得部）は、駆動部３０に供給された電流の電流値を測定するデバイスである。

【0022】

トルク推定装置８（キャリブレーション装置）は、ヨーアクチュエータ３の軸３３のトルクを推定する装置である。トルク推定装置８は、例えば、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン端末又はプログラマブルロジックコントローラ（programmable logic controller : PLC）である。なお、トルク推定装置８の機能部は、クラウドコンピューティングを実行することによって、分散配置されてもよい。

【0023】

次に、ヨーアクチュエータ３の詳細を説明する。
駆動部３０は、モータである。駆動部３０は、駆動部３０に供給された電流に応じて、軸３３の長手方向を回転軸として軸３３を回転させる。制動部３１は、電磁ブレーキを用いて、軸３３の回転速度を抑える。制動部３１は、電磁ブレーキを用いて、軸３３の回転の停止状態を維持してもよい。減速機３２は、減速機３２に備えられたギアを用いて、軸３３の回転速度を定める。

【0024】

軸３３は、駆動部３０に駆動されることによって、減速機３２によって減速された回転速度で回転する。軸３３は、駆動部３０に駆動されることによって、所定のトルク（軸トルク）で回転する。ピニオン３４は、軸３３の回転量に応じて、リングギア４の内歯と噛み合いながら回転する。これによって、ナセル１０３は、タワー１０２に対してヨー方向に回転することができる。

【0025】

次に、トルク推定装置８の詳細を説明する。
通信部８０は、有線通信又は無線通信を用いて、制御装置２と歪センサ６と電流センサ７との各機能部と通信する。通信部８０は、駆動部３０の電流値を、電流センサ７から取得する。通信部８０は、各ボルト５の歪量を、各歪センサ６から取得する。通信部８０は、トルク推定装置８に対する指示信号を、外部装置（不図示）から取得してもよい。通信部８０は、例えば、推定処理を終了するか否かを表す指示信号を、外部装置（不図示）から取得してもよい。

【0026】

記憶部８１は、変換テーブル及び特性情報等の各データテーブルを記憶する。変換テーブルは、駆動部３０の電流値とボルト５の歪量と軸３３のトルクとの対応付けを表す変換テーブル（対応情報）である。特性情報は、例えば、駆動部３０の仕様情報又は事前測定結果である。記憶部８１は、プログラム及びパラメータを記憶してもよい。

【0027】

作成部８２は、駆動部３０の電流値と、ボルト５の歪量と、特性情報とに基づいて、変換テーブルを作成する。推定部８３は、記憶部８１にアクセス可能である。推定部８３は、風車１０１の運用中に測定された電流値又は歪量と、変換テーブルとに基づいて、軸３３のトルクを推定する。軸３３が停止している（駆動中でない）場合、駆動部３０に駆動電流が供給されないので、電流センサ７は、駆動部３０の有効な電流値を測定することができない。そこで、推定部８３は、軸３３が停止している場合には、測定された歪量と変換テーブルとに基づいて、軸３３のトルクを推定する。

【0028】

なお、駆動部３０の電流値と、ボルト５の歪量と、特性情報との対応付けは、変換テーブル以外を用いて表されてもよい。例えば、作成部８２は、駆動部３０の電流値と、ボルト５の歪量と、特性情報とに基づいて、関数（対応情報）を作成してもよい。推定部８３は、風車１０１の運用中に測定された電流値又は歪量と、関数（対応情報）とに基づいて、軸３３のトルクを推定してもよい。記憶部８１は、このような関数のデータを記憶してもよい。

【0029】

軸３３が駆動されている（軸３３が駆動中である）場合、駆動部３０に駆動電流が供給されるので、電流センサ７は、駆動部３０の有効な電流値を測定することができる。そこで、推定部８３は、軸３３が駆動されている場合には、測定された電流値と変換テーブルとに基づいて、軸３３のトルクを推定する。

【0030】

なお、軸３３が駆動されている場合、歪センサ６は、ボルト５の歪量を測定することができる。そこで、推定部８３は、軸３３が駆動されている場合、軸３３の停止中又は駆動中に測定された歪量と変換テーブルとに基づいて軸３３のトルクを推定してもよい。

【0031】

表示部８４は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の表示デバイスである。表示部８４は、タッチパネル等の操作デバイスを備えてもよい。表示部８４は、推定部８３によって推定された結果の画像を表示する。

【0032】

以下、図３から図７までの各データテーブルと、図１０から図１２までの各データテーブルとに示された値は、それぞれ一例である。

【0033】

図３は、風車１０１の運用中における電流値及び歪量の測定結果の第１例を示す図である。図３では、電流センサ７によって測定された電流値と、歪センサ６によって測定された歪量とが対応付けられている。記憶部８１は、電流値及び歪量の測定結果を記憶する。

【0034】

図４は、特性情報の例を示す図である。特性情報は、駆動部３０の仕様情報又は事前測定結果である。特性情報では、電流値とトルクとが対応付けられている。特性情報は、例えば、駆動部３０の製造業者によって予め作成される。例えば、駆動部３０の製造業者は、駆動部３０の仕様を決定する際に、駆動部３０の特性情報を作成してもよい。例えば、駆動部３０の製造業者は、駆動部３０が製造された際の検査工程において、駆動部３０の電流値及びトルク（軸トルク）を測定することによって、駆動部３０の特性情報を作成してもよい。記憶部８１は特性情報を記憶する。

【0035】

図５は、風車１０１の運用中における更新前の変換テーブルの例を示す図である。作成部８２は、図３に示された電流値及び歪量と、図４に示された特性情報とに基づいて、図５に示された変換テーブルを作成する。ここで、作成部８２は、図３に示された電流値と図４に示された電流値とを共通する項目として、図５に示された変換テーブルを作成する。

【0036】

例えば、作成部８２は、図３に示された電流値「１００Ａ」と、図４に示された電流値「１００Ａ」とを共通する項目として、変換テーブルにおいて電流値「１００Ａ」と歪量「１０μＳＴ」とトルク「１２ｋＮ・ｍ」とを対応付ける。

【0037】

例えば、作成部８２は、図３に示された電流値「２００Ａ」と、図４に示された電流値「２００Ａ」とを共通する項目として、変換テーブルにおいて電流値「２００Ａ」と歪量「１５μＳＴ」とトルク「２２ｋＮ・ｍ」とを対応付ける。

【0038】

図６は、風車１０１の運用中における電流値及び歪量の測定結果の第２例を示す図である。図６に示された更新された各歪量は、図３に示された各歪量に対して大きくなるようにシフトしている。すなわち、各歪量の値がドリフトしている。更新された各歪量が大きくなる理由は、例えば、歪センサ６の出力が温度変化及び経時変化するからである。

【0039】

図７は、風車１０１の運用中における更新後の変換テーブルの例を示す図である。作成部８２は、図６に示された更新された電流値及び歪量と、図４に示された特性情報とに基づいて、図７に示された更新後の変換テーブルを作成する。例えば、図５では電流値「１００Ａ」に歪量「１０μＳＴ」が対応付けられていたが、図７では電流値「１００Ａ」に歪量「１５μＳＴ」が対応付けられている。例えば、図５では電流値「２００Ａ」に歪量「１５μＳＴ」が対応付けられていたが、図７では電流値「２００Ａ」に歪量「２０μＳＴ」が対応付けられている。

【0040】

次に、トルク推定システム１ａの動作の例を説明する。
図８は、風車１０１の運用中におけるトルク推定システム１ａの動作の例を示すフローチャートである。記憶部８１は、特性情報（例えば、図４）を、通信部８０から取得する。記憶部８１は特性情報を記憶する（ステップＳ１０１）。電流センサ７は、駆動部３０の電流値（例えば、図３における上段）を測定する（ステップＳ１０２）。歪センサ６は、各ボルト５の歪量（例えば、図３における下段）を測定する（ステップＳ１０３）。作成部８２は、電流値と歪量と特性情報とに基づいて、変換テーブル（例えば、図５）を作成する（ステップＳ１０４）。

【0041】

推定部８３は、運用中に測定された電流値又は歪量と、変換テーブルとに基づいて、軸３３のトルクを推定する。例えば、駆動部３０が停止中である場合、推定部８３は、各ボルト５の歪量と変換テーブルとに基づいて、軸３３のトルクを推定する（ステップＳ１０５）。

【0042】

推定部８３は、トルクの推定処理を終了するか否かを、例えば指示信号に基づいて判定する（ステップＳ１０６）。推定処理を続ける（トルクの補正を継続する）と推定部８３が判定した場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、推定部８３は、ステップＳ１０２に処理を戻す。推定処理を終了すると推定部８３が判定した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、トルク推定システム１ａの各部は、図８に示された処理を終了する。

【0043】

以上のように、電流センサ７（電流値取得部）は、風車１０１に備えられたアクチュエータ（例えば、ヨーアクチュエータ３、ピッチアクチュエータ）の駆動部３０に電流を印加したときに電流値を取得する。歪センサ６（歪量取得部）は、駆動部３０を有するアクチュエータを風車１０１の被固定部に固定する各ボルトの歪量を取得する。記憶部８１は、駆動部３０に電流を印加したときに駆動部３０の軸３３（駆動軸）に生じるトルクと駆動部３０の電流値とボルトの歪量との対応付けを表す対応情報を記憶する。推定部８３は、電流センサ７（電流値取得部）が取得した電流値又は歪センサ６（歪量取得部）が取得した歪量と対応情報とに基づいて、軸３３（出力軸、駆動軸）のトルクを推定する。作成部８２は、電流値と歪量とトルクとの対応付けを表す対応情報（例えば、図５に示されたような変換テーブル、関数）を、電流値及び歪量（例えば、図３）と、特性情報（例えば、図４）とに基づいて作成又は更新する。

【0044】

電流値及びトルクの間の対応付けは、駆動部３０の温度変化又は経時変化による影響を受けにくい。そこで、作成部８２は、電流値及びトルクの間の対応付けが示されている特性情報と、測定された電流値及び歪量とに基づいて、対応情報（変換テーブル、関数等）を作成する。これによって、特性情報が示す電流値の範囲内で、ヨーアクチュエータ３の軸３３のトルクを推定することが可能である。

【0045】

トルク推定装置８は、既設のヨーアクチュエータ３に備えることが可能である。トルク推定装置８は、推定された時系列のトルクに基づいて、ヨーアクチュエータ３の故障を予測することが可能である。トルク推定装置８は、発電の機会を風車１０１が失う可能性を低減することが可能である。

【0046】

（第２実施形態）
第２実施形態では、風車１０１の運用前（ヨーアクチュエータ３の設置時）において、模擬された負荷が与えられた軸３３のトルクとボルト５の歪量とが測定される点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では第１実施形態との相違点を主に説明する。

【0047】

図９は、風車１０１の運用前におけるトルク推定システム１ｂの構成例を示す図である。トルク推定システム１ｂは、制御装置２と、１台以上のヨーアクチュエータ３と、リングギア４と、Ｎ本のボルト５と、Ｎ個の歪センサ６と、トルク推定装置８と、１以上のトルクメータ９と、負荷部１０とを備える。

【0048】

負荷部１０（負荷発生装置）は、風車１０１の運用前に、通信部８０から指示された出力値のトルクを軸３３に与える。この状態で、ボルト５に設置されたトルクメータ９は、軸３３に与えられたトルクを測定する。軸３３に与えられたトルクに応じてヨーアクチュエータ３にモーメントが生じるので、ボルト５に歪が生じる。歪センサ６は、風車１０１の運用前に、各ボルト５の歪量を測定する。

【0049】

図１０は、風車１０１の運用前におけるトルク及び歪量の測定結果の例を示す図である。図１０では、歪センサ６によって測定されたボルト５の歪量と、例えばボルト５に備えられたトルクメータ９によって測定された軸３３のトルクとが対応付けられている。記憶部８１は、トルク及び歪量の測定結果を、運用前情報として記憶する。

【0050】

負荷部１０及びトルクメータ９は、風車１０１が運用中となる前に、作業員によって取り外される。風車１０１の運用中となる前には、トルク推定システム１ｂは、第１実施形態に示されたトルク推定システム１ａと同様の構成に変更される。したがって、風車１０１の運用中では、トルク推定システム１ａと同様の構成を備えるトルク推定システム１ｂが動作する。

【0051】

図１１は、風車１０１の運用中における更新前の変換テーブルの例を示す図である。作成部８２は、図３に示された電流値及び歪量と、図４に示された特性情報とに基づいて、図１１に示された変換テーブルの一部を作成する。ここで、作成部８２は、図３に示された電流値と図４に示された電流値とを共通する項目として、図１１に示された変換テーブルの一部を作成する。

【0052】

例えば、作成部８２は、図３に示された電流値「１００Ａ」と図４に示された電流値「１００Ａ」とを共通する項目として、変換テーブルにおいて電流値「１００Ａ」と歪量「１０μＳＴ」とトルク「１２ｋＮ・ｍ」とを対応付ける。例えば、作成部８２は、図３に示された電流値「２００Ａ」と図４に示された電流値「２００Ａ」とを共通する項目として、変換テーブルにおいて電流値「２００Ａ」と歪量「１５μＳＴ」とトルク「２２ｋＮ・ｍ」とを対応付ける。

【0053】

さらに、作成部８２は、図３に示された電流値及び歪量と、図１０に示された運用前情報とに基づいて、図１１に示された変換テーブルを完成させる。ここで、作成部８２は、図３に示された歪量と図１０に示された歪量とを共通する項目として、図１１に示された変換テーブルを完成させる。

【0054】

例えば、作成部８２は、図３に示された歪量「２５μＳＴ」と、図１０に示された歪量「２５μＳＴ」とを共通する項目として、変換テーブルにおいて電流値「３００Ａ」と歪量「２５μＳＴ」とトルク「３０ｋＮ・ｍ」とを対応付ける。例えば、作成部８２は、図３に示された歪量「３５μＳＴ」と、図１０に示された歪量「３５μＳＴ」とを共通する項目として、変換テーブルにおいて電流値「４００Ａ」と歪量「３５μＳＴ」とトルク「４０ｋＮ・ｍ」とを対応付ける。

【0055】

以下では、図３に示された各歪量に対して、図６に示されているように各歪量の値がドリフトしている場合を例として説明する。各歪量の値がドリフトしている理由は、例えば、歪センサ６の出力が温度変化及び経時変化するからである。

【0056】

図１２は、風車１０１の運用中における更新後の変換テーブルの例を示す図である。作成部８２は、図６に示された更新された電流値及び歪量と、図４に示された特性情報と、図１０に示された運用前情報とに基づいて、図１２に示された更新後の変換テーブルを作成する。

【0057】

例えば、図１１では電流値「１００Ａ」に歪量「１０μＳＴ」が対応付けられていたが、図１２では電流値「１００Ａ」に歪量「１５μＳＴ」が対応付けられている。図１１では電流値「２００Ａ」に歪量「１５μＳＴ」が対応付けられていたが、図１２では電流値「２００Ａ」に歪量「２０μＳＴ」が対応付けられている。

【0058】

同様に例えば、図１１では電流値「３００Ａ」に歪量「２５μＳＴ」が対応付けられていたが、図１２では電流値「３００Ａ」に歪量「３５μＳＴ」が対応付けられている。図１１では電流値「４００Ａ」に歪量「３５μＳＴ」が対応付けられていたが、図１２では電流値「４００Ａ」に歪量「４０μＳＴ」が対応付けられている。

【0059】

次に、トルク推定システム１ｂの動作の例を説明する。
図１３は、風車１０１の運用前（ヨーアクチュエータ３の設置時）におけるトルク推定システム１ｂの動作（キャリブレーション動作）と、風車１０１の運用中におけるトルク推定システム１aの動作との例を示すフローチャートである。

【0060】

負荷部１０は、風車１０１の運用前に、通信部８０から指示された出力値のトルクを軸３３に与える。すなわち、負荷部１０は、風力による負荷が模擬された負荷を、軸３３に与える。この状態で、ボルト５に設置されたトルクメータ９は、軸３３に与えられたトルクを測定する。歪センサ６は、風車１０１の運用前に、各ボルト５の歪量を測定する（ステップＳ２０１）。

【0061】

作成部８２は、軸３３に与えられたトルクと各ボルト５の歪量とを表す運用前情報（例えば、図１０）を作成する（ステップＳ２０２）。

【0062】

風車１０１の運用中では、トルク推定システム１ｂは、第１実施形態に示されたトルク推定システム１ａと同様の構成に変更される。

【0063】

記憶部８１は、特性情報（例えば、図４）を通信部８０から取得する。記憶部８１は特性情報を記憶する（ステップＳ２０３）。電流センサ７は、駆動部３０の電流値を測定する（ステップＳ２０４）。歪センサ６は、各ボルト５の歪量（例えば、図３における下段）を測定する（ステップＳ２０５）。作成部８２は、電流値と歪量と特性情報と運用前情報とに基づいて、変換テーブルを作成する（ステップＳ２０６）。

【0064】

推定部８３は、運用中に測定された電流値又は歪量と、変換テーブルとに基づいて、軸３３のトルクを推定する。例えば、駆動部３０が停止中である場合（駆動部３０に電流が印加されていない場合）、推定部８３は、各ボルト５の歪量と変換テーブルとに基づいて、軸３３のトルクを推定する（ステップＳ２０７）。

【0065】

推定部８３は、トルクの推定処理を終了するか否かを、例えば指示信号に基づいて判定する（ステップＳ２０８）。推定処理を続ける（トルクの補正を継続する）と推定部８３が判定した場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、推定部８３は、ステップＳ２０４に処理を戻す。推定処理を終了すると推定部８３が判定した場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、トルク推定システム１ａの各部は、図１３に示された処理を終了する。

【0066】

以上のように、ボルト５－ｎは、トルクメータ９－ｎを備える。キャリブレーションとして、トルクメータ９は風車１０１の運用前にトルクを測定する。作成部８２は、風車１０１の運用前に測定された軸３３のトルクと、風車１０１の運用前に測定されたボルト５の歪量との対応付けを表す運用前情報（例えば、図１０）を作成する。記憶部８１は、運用前情報を記憶する。作成部８２は、電流値と歪量とトルクとの対応付けを表す変換テーブル（例えば、図１１）を、電流値と歪量と特性情報と運用前情報とに基づいて作成する。

【0067】

電流値及びトルクの間の対応付けは、駆動部３０の温度変化又は経時変化による影響を受けにくい。そこで、作成部８２は、電流値及びトルクの間の対応付けが示されている特性情報と、測定された電流値及び歪量とに基づいて、変換テーブルの一部（図１１では、電流値「１００Ａ」の列と、「２００Ａ」の列）を作成する。これによって、特性情報が示す電流値の範囲内で、ヨーアクチュエータ３の軸３３のトルクを推定することが可能である。

【0068】

さらに、風車１０１の運用前（ヨーアクチュエータ３の設置時）におけるキャリブレーションでは、個体バラツキ（外部要因によるバラツキ）の影響と、組付け部の剛性の影響とが反映されたトルクが測定される。そこで、作成部８２は、測定された電流値及び歪量と、運用前情報とに基づいて、変換テーブルの残りの一部（図１１では、電流値「３００Ａ」の列と、「４００Ａ」の列）を作成する。これによって、特性情報が得られない電流値の範囲についても、ヨーアクチュエータ３の軸３３のトルクを推定することが可能である。

【0069】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0070】

１ａ，１ｂ…トルク推定システム、２…制御装置、３…ヨーアクチュエータ、４…リングギア、５…ボルト、６…歪センサ、７…電流センサ、８…トルク推定装置、９…トルクメータ、１０…負荷部、３０…駆動部、３１…制動部、３２…減速機、３３…軸、３４…ピニオン、８０…通信部、８１…記憶部、８２…作成部、８３…推定部、８４…表示部、１０１…風車、１０２…タワー、１０３…ナセル、１０４…ロータ、１０５…ブレード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風車に備えられたアクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取 得部と、
前記アクチュエータの駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記歪量との対応付けを示す対 応情報が記憶された記憶部と、
前記駆動軸に生じた前記トルクを前記歪量取得部が取得した前記歪量と前記対応情報と に基づいて推定する推定部と
を備えるトルク推定装置。

【請求項2】

前記推定部は前記駆動軸の停止中に測定された前記歪量と前記対応情報とに基づいて前記駆動軸の駆動中に前記トルクを推定する、
請求項１に記載のトルク推定装置。

【請求項3】

前記対応情報を前記歪量と前記トルクと前記駆動部の特性情報とに基づいて更新する作成部
を備える、請求項１又は請求項２に記載のトルク推定装置。

【請求項4】

風車に備えられたアクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取 得ステップと、
前記アクチュエータの駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記歪量との対応付けを示す対 応情報が記憶された記憶部にアクセスし、前記駆動軸に生じた前記トルクを前記歪量取得 ステップにおいて取得した前記歪量と前記対応情報とに基づいて推定するステップと
を含むトルク推定方法。

【請求項5】

コンピュータに、
風車に備えられたアクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪量を取得する歪量取 得手順と、
前記アクチュエータの駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記歪量との対応付けを示す対 応情報が記憶された記憶部にアクセスし、前記駆動軸に生じた前記トルクを前記歪量取得 手順において取得した前記歪量と前記対応情報とに基づいて推定する手順と
を実行させるためのトルク推定プログラム。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0001】

本発明は、トルク推定装置、トルク推定方法及びトルク推定プログラムに関する。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0005】

上記事情に鑑み、本発明は、ヨーアクチュエータの軸のトルクを推定することが可能であるトルク推定装置、トルク推定方法及びトルク推定プログラムを提供することを目的としている。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

本発明の一態様は、風車に備えられたアクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪 量を取得する歪量取得部と、前記アクチュエータの駆動部の駆動軸に生じるトルクと前記 歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部と、前記駆動軸に生じた前記トルク を前記歪量取得部が取得した前記歪量と前記対応情報とに基づいて推定する推定部とを備 えるトルク推定装置である。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

本発明の一態様は、上記のトルク推定装置であって、前記対応情報を前記歪量と前記トルクと前記駆動部の特性情報とに基づいて更新する作成部を備える。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

本発明の一態様は、風車に備えられたアクチュエータを被固定部に固定するボルトの歪 量を取得する歪量取得ステップと、前記アクチュエータの駆動部の駆動軸に生じるトルク と前記歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部にアクセスし、前記駆動軸に 生じた前記トルクを前記歪量取得ステップにおいて取得した前記歪量と前記対応情報とに 基づいて推定するステップとを含むトルク推定方法。である。
本発明の一態様は、コンピュータに、風車に備えられたアクチュエータを被固定部に固 定するボルトの歪量を取得する歪量取得手順と、前記アクチュエータの駆動部の駆動軸に 生じるトルクと前記歪量との対応付けを示す対応情報が記憶された記憶部にアクセスし、 前記駆動軸に生じた前記トルクを前記歪量取得手順において取得した前記歪量と前記対応 情報とに基づいて推定する手順とを実行させるためのトルク推定プログラムである。