前書き
エネルギーの拡大が推進され、風力発電所の建設と拡張が進められている。風力タービンの長寿命や低騒音といった品質特性を保証するためには、風力タービンを構成する個々の部品（ギアボックスなど）が高品質な規格で製造されていなければなりません。品質特性を左右する決定的な要因は、伝達誤差（入力⇔出力間の回転比率差）です。
伝達誤差の起源
伝達誤差は、歯車対の歯面が噛み合うときに発生し、風力タービンギアボックスの全段にわたって発生します。これは、歯車のすべての伝達段にわたって、回転運動またはトルクの誤差のない伝達関数の偏差として現れます。この現象は、一方では歯車のマクロおよびミクロの幾何学的誤差に、他方では負荷に起因します。また、実際の条件下で準静的に現れるだけでなく、動的な変形、すなわちロータ側のシャフトが始動・停止する際の負荷の衝撃による歯の振動によっても現れます。
計測の要求とチャレンジ
伝達誤差の測定は、その検出が角度位置の高分解能記録を必要とするため、特に難しい課題となっています。ギアの寸法により、シャフトの角度位置を検出するためのセンサー技術にも特別な必要条件があります。入力軸と出力軸の直径に対して十分なサイズと、1回転当りの角度マークが必要です。再現性のある測定結果を得る為には、テストベンチで伝達誤差を調査する必要があります。風力タービン用ギアボックスの伝達誤差を調査するためのテストベンチは、通常、いわゆるBack to Backテストベンチとして設計されます。ギア自体は通常多段式で、2つの遊星ギアが1つの後ろに配置され、平歯車段があります。これにより、ギアボックスはよりコンパクトになり、なおかつ発電機による機械エネルギーから電気エネルギーへのエネルギー変換に必要な高い変速比が得られます。ROTEC 回転速度計測カードの高周波数計測により、真の角度位置を正確に決定することができます。伝達誤差を正確に検出するためには、この高分解能の角度検出が必要であり、その結果、スペクトル領域と時間領域での最適な評価が可能になります。
計測機器の設定と準備
風力発電用トランスミッションの変速機誤差測定用テストリグの測定セットアップには、磁気測定原理の4つのテンションバンドエンコーダが装備されています。エンコーダのクランプバンドはギアユニットの入力側と出力側に取り付けられ、シャフト円周上で180度オフセットされています。大径用ロータリーエンコーダは、ロック付きベアリングレスシステムであるため、シャフトの偏心の影響や、測定方法によるターンバックルの外乱変数の可能性を排除するために、二重配置が選択されています。測定データは、系統的な測定誤差なしにデータの後処理に使用できるようなものでなければなりません。
計測手順
角度マークエンコーダからの信号は、ROTEC DGADPV2（ロータリーエンコーダアダプター）を介してROTEC RASdeltaの回転速度計測カードに送られ、その後評価されます。信号を記録する際、DGADP V2 を使用してロータリーエンコーダのリファレンスパルスを抑制することができます。測定中、角度マーカによって角度位置が検出されます。ギアユニットの変速比は、角度マークセンサのクランプバンド上の1回転あたりのパルスの比に対応することが重要です。最大解析次数は、ゆっくり回転する側の1回転当りのパルス数によって決まります。スペクトル領域で十分に正確な分解能を得るためには、測定プロジェクトの計画時に、基準として選択したシャフトのテスト運転中に十分な回転数を確保しておく必要があります。
加速度センサーを取り付けることで、ギアボックスのハウジングから放出される構造伝播音を調べることができます。これらのセンサーからの信号は、ROTECアナログ測定カードを使用して読み込まれます。テストベンチのトルクパルスに遡ることができるインパルス伝達誤差を割り出すためには、テストランのトルクカーブを記録する必要があります。全てのアナログ測定チャンネルは、速度測定カードの測定チャンネルと共通の時間基準を持っています。これにより、測定後の評価において、特殊な事象とその相関関係を考慮することができます。
解析
伝送誤差は、通常、測定が行われた後に、時間と次数の領域で後処理として解析されます。伝送誤差の解析結果は、スペクトル領域だけでなく、時間領域でも二次元的または三次元的に表示することができます。この場合、結果は時間や次数だけでなく、荷重や速度に対しても3次元的に表現することができます。スペクトル領域では、各歯のメッシュに次数を割り当てることができます。ROTEC評価ソフトウェアを使用すると、歯メッシュの次数とその高調波を視覚化することができます。スペクトル領域での回転誤差解析結果の分解能は、試験運転中にシステム内で基準として選択されたシャフトの回転数に依存します。
伝送誤差とその高調波の評価に加え、スペクトル領域の加速度信号を考慮することも可能です。ここでは、伝送誤差とその高調波の解析と相関させるために、周波数と次数をチェックすることができます。
視覚的な処理と結果の表示は、評価設定の作成後に行われます。結果はウォーターフォール図またはキャンベル図で表示できます。カーソルを使用することで、特定の領域を抽出して個別に表示することができます。
