(57)【要約】【課題】診断対象の機器の劣化状態を高い精度で診断できる診断装置を提供する。【解決手段】診断対象の機器に設置されたセンサ９、１０からの信号である計測波形から、複数の位相θのそれぞれについて、周期的に値を持つ波形である部分波形を抽出する波形抽出部１１と、周波数領域のスペクトルに変換された、複数の位相θのそれぞれについての部分波形から、位相θに対する部分波形の振幅の変化のピークを検出するピーク検出部１３と、ピークでの振幅の値を基に診断対象の機器の状態を診断する診断部７とを備える。【選択図】図２
2020169916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象の機器に設置されたセンサからの信号である計測波形から、複数の位相のそれぞれについて、周期的に値を持つ波形である部分波形を抽出する波形抽出部と、
周波数領域のスペクトルに変換された、複数の前記位相のそれぞれについての前記部分波形から、前記位相に対する前記部分波形の振幅の変化のピークを検出するピーク検出部と、
前記ピークでの前記振幅の値を基に前記診断対象の機器の状態を診断する診断部と、
を備えることを特徴とする診断装置。
【請求項２】
前記波形抽出部は、前記位相が互いに異なる複数の周期的な窓関数を用いて、複数の前記位相のそれぞれについて、前記計測波形から前記部分波形を抽出する、
請求項１に記載の診断装置。
【請求項３】
前記波形抽出部は、振動センサと電流センサの少なくとも一方からの前記信号である前記計測波形から、前記部分波形を抽出する、
請求項１に記載の診断装置。
【請求項４】
前記波形抽出部は、回転機を制御する電力変換装置の内部信号である前記計測波形から、前記部分波形を抽出する、
請求項１に記載の診断装置。
【請求項５】
前記周期的な窓関数は、始まりの時間範囲と終わりの時間範囲の少なくとも一方での振幅が、これらの時間範囲の間の時間範囲での振幅よりも小さい、
請求項２に記載の診断装置。
【請求項６】
前記周期的な窓関数を定めるパラメータを入力する情報入力部を備える、
請求項２に記載の診断装置。
【請求項７】
診断対象の機器に設置されたセンサからの信号である計測波形を、予め定めた周期毎に分割する波形分割部と、
前記波形分割部が分割して得た波形に含まれるピークについての情報を求める振幅抽出部と、
前記ピークについての情報を基に前記診断対象の機器の状態を診断する診断部と、
を備えることを特徴とする診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断装置、特に診断対象の機器の劣化状態を診断する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産設備の特定の機器が突発的に故障すると、計画外の修理作業や置換作業が必要となり、生産設備の稼働率が低下したり生産計画の見直しが必要となったりする。このため、故障の兆候を調べることで故障する可能性が高い装置に対して予め交換部品を用意する、または修理の予定を計画しておくことができれば、生産設備の稼働率低下や生産計画の見直しを最低限に抑えることが可能となる。このことは、生産設備の機器や装置がモータ（電動機）や発電機といった回転機である場合にもあてはまる。
【０００３】
回転機システム（回転機、及びその付帯機器（例えば、電力変換装置、ギア、カップリング、及び負荷装置）を備えるシステム）の突発故障は、回転機システムの各部位に振動センサを取り付けて振動の実効値の増加や振動の特徴周波数の成分（劣化に応じて定まる周波数成分）の増加を調べて、各部位の劣化状態を診断することにより、ある程度は未然に防ぐことができる。突発故障を効果的に防止するためには、劣化状態の診断精度を向上させる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、回転機システムの劣化状態の診断精度を向上させる装置の一例として、回転機システムの回転位相の情報を活用することで異常診断の精度を向上させる装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１９４３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の診断装置には、異常の度合いを過大にまたは過小に評価してしまうことがあるという課題がある。例えば、劣化部位が複数ある場合に、劣化部位の相対位置によっては複数の劣化部位を１つの劣化部位と判断して、異常の度合いを過大にまたは過小に評価してしまうことがある。特許文献１に記載の装置でも、回転機システムの回転位相に応じた傷や摩耗等の劣化部位の位置と数によっては、異常の度合いを過大に評価してしまう場合や過小に評価してしまう場合があり得る。異常の度合いを過大にまたは過小に評価すると、それぞれ誤報や失報に繋がることがある。このため、従来の診断装置には、診断対象の機器の劣化状態の診断精度を向上させる必要があるという課題がある。
【０００７】
本発明は、診断対象の機器の劣化状態を高い精度で診断できる診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による診断装置は、診断対象の機器に設置されたセンサからの信号である計測波形から、複数の位相のそれぞれについて、周期的に値を持つ波形である部分波形を抽出する波形抽出部と、周波数領域のスペクトルに変換された、複数の前記位相のそれぞれについての前記部分波形から、前記位相に対する前記部分波形の振幅の変化のピークを検出するピーク検出部と、前記ピークでの前記振幅の値を基に前記診断対象の機器の状態を診断する診断部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、診断対象の機器の劣化状態を高い精度で診断できる診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の診断装置の構成例を示す図。
【図２】本発明の実施例１による診断装置の構成を示す図。
【図３】計測波形と周期窓関数の一例を示す図。
【図４】周期窓関数の位相θに対する部分波形の振幅の関係の一例を示す図。
【図５】周期窓関数の位相θと部分波形の振幅をそれぞれ角度座標と動径座標で表した極座標平面において、２つのピークを示す図。
【図６】本発明の実施例２による診断装置の構成を示す図。
【図７】本発明の実施例３による診断装置の構成を示す図。
【図８】本発明の実施例４による診断装置での周期窓関数を示す図。
【図９】本発明の実施例５による診断装置の構成を示す図。
【図１０】本発明の実施例６による診断装置の構成を示す図。
【図１１】本発明の実施例７による診断装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による診断装置は、診断対象の機器の劣化部位（例えば、傷や摩耗が生じた部位）に起因した信号の位相を考慮することで、診断対象の機器の劣化状態を高い精度で診断できる。診断対象の機器の劣化部位に起因した信号は、診断対象の機器に設置された振動センサや電流センサが計測した物理量の信号から求めることができる。診断対象の機器としては、回転機システムを例示することができる。
【００１２】
本明細書では、劣化部位は、例えばモータの負荷側の軸受といった空間的な部位を示すだけでなく、ある特定の回転周波数で回転する部位といった機構的な部位も含む。このため、振動センサを用いた診断の場合には、機械的に接続された隣接部位等、振動が伝搬する範囲のうち、同一の回転周波数で回転する部位を含めて劣化部位と表現する。また、電流センサを用いた診断の場合には、機械的に接続され回転エネルギーが伝搬する範囲のうち、同一の回転周波数で回転する部位を含めて劣化部位と表現する。
【００１３】
一般的に、電流センサを用いる診断では、振動センサを用いる診断と比較して、より広範囲の機器の振動の影響を計測しやすいことが、発明者らのこれまでの検討から明らかになっている。また、例えば、モータの反負荷側の軸受と負荷側の軸受に同一型式の軸受を使用する場合で、電流センサを用いる診断の場合には、両方の軸受の振動の影響が電流波形に重畳することが分かっている。
【００１４】
まず、従来の診断装置について説明する。
【００１５】
図１は、振動センサ及び電流センサからの信号を基に回転機システムの劣化状態を診断する、従来の診断装置の構成例を示す図である。
【００１６】
回転機システムは、電力変換装置１と、回転機２と、負荷装置３を備える。電力変換装置１と回転機２は、電気的に互いに接続されている。回転機２と負荷装置３は、機械的に互いに接続されている。機械的な接続方法には、回転機２と負荷装置３の回転軸を互いに直結する方法や、ギアやベルト等を介して回転機２と負荷装置３を接続する方法がある。また、ギアやベルト等を診断対象に含める場合は、ギアやベルト等を負荷装置に含めることもできる。
【００１７】
従来の診断装置では、例えば、計測部４が振動センサ１０または電流センサ９からの信号を計測した後、周波数解析部５がこの信号の時系列波形を周波数領域のスペクトルに変換する。振幅抽出部６は、このスペクトルから１つまたは２つ以上の特徴周波数（劣化に応じて定まる周波数）の振幅を抽出する。診断部７は、振幅抽出部６が抽出した振幅についての情報を基に、診断対象の機器の状態を診断する。表示部８は、診断部７の診断結果を表示する。
【００１８】
従来の診断装置には、上述したように、回転機システムの回転位相に応じた傷や摩耗等の劣化部位の位置と数によっては、異常の度合いを過大にまたは過小に評価してしまう場合があり、それぞれ誤報や失報に繋がることがあるという課題がある。
【００１９】
以下、本発明の実施例による診断装置を、図面を参照して説明する。以下に説明する実施例は、あくまでも本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲が下記の実施例に限定されることを意図するものではない。
【００２０】
以下の実施例では、機械的な劣化の診断方法として、一般的な振動センサや電流センサを用いた診断を例に挙げて説明する。本発明による診断装置は、磁場センサや音センサの計測値や、電力変換装置の内部信号の値（例えば、トルク電流や速度フィードバックの値）等の、振動センサや電流センサ以外のセンシング情報を基に、回転機システムの劣化状態を診断することもできる。
【００２１】
なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。
【実施例１】
【００２２】
図２は、本発明の実施例１による診断装置の構成を示す図である。本実施例による診断装置は、振動センサ１０と電流センサ９の少なくとも一方からの信号を基に、回転機システムの劣化状態を診断する。なお、本実施例による診断装置は、電力変換装置の内部信号を基に、回転機システムの劣化状態を診断することもできる。
【００２３】
回転機システムは、電力変換装置１と、回転機２と、負荷装置３を備え、回転などの周期的な運動を起こす。電力変換装置１と回転機２は、電気的に互いに接続されている。回転機２と負荷装置３は、機械的に互いに接続されており、電力変換装置１で駆動される。
【００２４】
本実施例による診断装置が診断対象とする機器は、負荷装置３が機械的に接続された回転機２と、負荷装置３と、回転機２を制御する電力変換装置１である。
【００２５】
振動センサ１０は、回転機２に設置されており、回転機２の振動を計測する。電流センサ９は、電力変換装置１と回転機２とを互いに接続する配線に設置されており、この配線に流れる電流を計測する。
【００２６】
本実施例による診断装置は、計測部４と、波形抽出部１１と、周波数解析部５と、位相差設定部１２と、ピーク検出部１３と、振幅抽出部６と、診断部７と、表示部８を備え、例えばコンピュータで構成することができる。本実施例による診断装置は、従来の診断装置（図１）に、波形抽出部１１と位相差設定部１２とピーク検出部１３が加わった構成を備える。
【００２７】
計測部４は、振動センサ１０と電流センサ９の少なくとも一方からの信号（センサ１０、９の少なくとも一方が計測した物理量の信号）を計測する。計測部４は、電力変換装置の内部信号（例えば、トルク電流や速度フィードバック）を計測することもできる。
【００２８】
波形抽出部１１は、予め定めた幅Ｌと周期Ｔを持つ周期的な窓関数（以下、「周期窓関数」と呼ぶ。）を備え、計測部４が計測したセンサからの信号（計測波形）に周期窓関数を掛けて、周期的に値を持つ新たな波形（部分波形）を生成する。すなわち、波形抽出部１１は、周期窓関数を用いて、計測波形から、計測波形の一部であり、一定の時間幅Ｌで値を持つ区間を周期Ｔで周期的に持つ部分波形を抽出する。
【００２９】
図３は、計測波形と周期窓関数の一例を示す図である。図３の上段には計測波形を示し、下段には計測波形に対応する周期窓関数を示している。計測波形は、回転機システムが起こしている周期的な運動を反映して、周期的な波形である。周期窓関数は、幅Ｌの区間を周期Ｔで持つ周期的な窓関数であり、幅Ｌの区間では値が１であり（すなわち、振幅が１であり）、これ以外の区間では値がゼロであり、幅Ｌの区間が周期Ｔで繰り返す。また、周期窓関数は、位相がθで角周波数がωであり、計測波形から位相θ（すなわち、時間θ／ω）だけずれている。周期窓関数の幅Ｌは、センサ９、１０で計測される信号（計測波形）に応じて、任意に定めることができる。周期窓関数の位相θは、計測波形から周期的な部分波形を抽出するときの、計測波形の位相に対応し、初期値がゼロである。周期窓関数の周期Ｔは、着目する特徴周波数（劣化に応じて定まる周波数）の逆数から定めることができる。特徴周波数については後述する。
【００３０】
本発明の実施例１による診断装置の構成（図２）の説明に戻る。
【００３１】
周波数解析部５は、波形抽出部１１が抽出した部分波形（時系列波形）を、周波数領域のスペクトルに変換する。
【００３２】
位相差設定部１２は、波形抽出部１１の周期窓関数の位相θが２π以上であるか否かを判定する。位相差設定部１２は、位相θが２π未満（θ＜２π）である場合は、位相θをΔθだけ増やし（θ＝θ＋Δθ）、Δθだけ増やした位相θを波形抽出部１１に出力する。すなわち、位相差設定部１２は、位相θをゼロから２πまで増分Δθで徐々に変化させる。位相θの増分Δθは、センサ９、１０で計測される信号（計測波形）に応じて、任意に定めることができる。なお、Δθが大きいと、解析に必要なメモリ量を少なくすることができ、Δθが小さいと、劣化部位を検知する分解能を大きくすることができ、位置が近接した複数の劣化部位をより正確に互いに判別して検知できる。
【００３３】
波形抽出部１１は、位相差設定部１２からΔθだけ増やした位相θ（θ＝θ＋Δθ）を受け取ったら、この位相θを持つ周期窓関数を用いて、計測波形から、時間幅Ｌで周期Ｔで周期的に値を持つ部分波形を抽出する。すなわち、波形抽出部１１は、位相θが互いに異なる複数の周期窓関数を用いて、複数の位相θのそれぞれについて、計測波形から周期的な部分波形を抽出する。
【００３４】
周波数解析部５は、周期窓関数の各位相θ（０≦θ≦２π）について、波形抽出部１１が抽出した部分波形（時系列波形）を、周波数領域のスペクトルに変換する。
【００３５】
ピーク検出部１３は、位相差設定部１２が位相θが２π以上（θ≧２π）であると判定した場合に、周波数解析部５が部分波形を変換して得た、各位相θについてのスペクトルから、周期窓関数の位相θに対する部分波形の振幅（最大振幅）の関係を得て、位相θに対する部分波形の振幅の変化（振幅の分布）のピークを検出する。例えば、ピーク検出部１３は、振幅が予め定めた閾値より大きい部分をピークとして検出することができる。
【００３６】
図４は、ピーク検出部１３が得た、周期窓関数の位相θに対する部分波形の振幅の関係の一例を示す図である。計測波形が図３の上段に示した波形であると、ピーク検出部１３は、周期窓関数の位相θに対する部分波形の振幅の関係として、図４に示す波形を得る。図４に示す波形は、位相θに対してピーク１とピーク２という２つのピークを持つ。ピーク検出部１３は、これら２つのピークを検出する。ピーク１とピーク２は、位相差αだけ離れている。位相差αは、劣化部位の相対位置を反映している。
【００３７】
ここで、特徴周波数について説明する。特徴周波数は、劣化により生じた振動の周波数であり、劣化に応じて定まる。
【００３８】
例えば振動センサ１０が計測する振動の周波数特性には、診断対象の機器（例えば、回転機２）の機械的な構造に起因する振動パターンが出現することが知られている。特徴周波数は、この振動パターンの周波数である。モータの軸受の劣化を例に説明すると、劣化が軸受の内輪傷の場合には、軸受の寸法や軸受球の数等に応じて周期的な振動が発生し、この振動の周波数が特徴周波数である。
【００３９】
また、電流センサ９に対しては、計測した信号に以下の式（１）で表される特徴周波数が現れ、特徴周波数を用いることにより軸受の劣化、ギアやカップリングの損傷、及び負荷装置の異常等を診断することができる。
【００４０】
【数１】
2020169916.tif 000003
【００４１】
式（１）において、ｆｃは電流の特徴周波数であり、ｆ０は電流の基本波周波数であり、ｆｍは機械的な振動の周波数である。例えば、劣化が軸受の内輪傷の場合には、軸受の寸法や軸受球の数等で周期的な振動が発生し、これに起因する振動が電流の基本波周波数の側帯波として現れることが知られている。なお、本手法は、Motor Current Signature Analysis（ＭＣＳＡ）と呼ばれている。
【００４２】
特徴周波数には、予め実測して求めた周波数を用いてもよいし、機械部品の幾何学的な形状から求まる機械振動周波数を用いてもよいし、機械部品の製品型番で定まる機械振動周波数を用いてもよい。
【００４３】
表１は、振動センサ１０が計測する振動の特徴周波数の一例を示す表であり、モータの軸受が劣化した場合に、軸受の劣化部位に対応した特徴周波数を示している。表１において、ｆｒはモータの軸受の回転周波数、ｎｂは球数、ｂｄは球経、ｐｄはピッチ径、βは接触角である。
【００４４】
【表１】
2020169916.tif 000004
【００４５】
なお、本実施例による診断装置は、１つの特徴周波数を用いても、複数の特徴周波数を用いてもよく、特徴周波数に高次成分を加えてもよい。複数の特徴周波数を用いると、複数の劣化部位や複数の劣化の種類（傷や摩耗）を考慮することができる。
【００４６】
このような周波数解析手法は、劣化に起因する情報が周期的に重畳するような現象に対して適用することができ、劣化に起因する情報は、振動、電流、及び電力変換装置の内部信号の値（例えば、トルク電流や速度フィードバックの値）等に限定されない。例えば、温度や圧力を一定に制御するような装置に対して、異常が発生して外部から周期的な外乱が加わり、温度や圧力の変化が見られるとする。この場合には、正常状態では直流値のみが出力されるのに対して、異常に起因する周期的な外乱は、ある特定の周波数成分の温度または圧力の変動として観察される。この周波数成分（特徴周波数）の増加を検知することで、本来であれば温度や圧力が一定値に制御される系に対する異常の進展を、初期の段階で検知することが可能である。
【００４７】
本発明の実施例１による診断装置の構成（図２）の説明に戻る。
【００４８】
振幅抽出部６は、ピーク検出部１３が得た、周期窓関数の位相θに対する部分波形の振幅の関係（図４）から、部分波形の振幅の変化のピークの数と、ピークを与える位相θと、ピークでの振幅の値についての情報を得る。振幅抽出部６は、例えば従来技術を用いて、ピークの数とピークを与える位相θとピークでの振幅の値を求めることができる。図４に示した例では、振幅抽出部６は、ピークの数が２つであることと、それぞれのピークを与える位相θと、それぞれのピークでの振幅の値を得る。
【００４９】
振幅抽出部６は、ピークの数と、ピークを与える位相θと、ピークでの振幅の値を記憶する。振幅抽出部６は、複数のピークを取得した場合には、ピークの位相差αも合わせて記憶することで、振動の個々の成分の経時的な変化を追うことができ、診断対象の機器の状態変化を監視することができる。
【００５０】
ここで、本実施例による診断装置での診断の特徴と、従来の診断装置での診断の課題を、図４に示した振幅の２つのピークを極座標平面に射影した図を用いて説明する。
【００５１】
図５は、図４に示した周期窓関数の位相θと部分波形の振幅をそれぞれ角度座標と動径座標で表した極座標平面において、図４に示したピーク１とピーク２を示す図である。図５において、ピーク１での振幅とピーク２での振幅とのなす角度は、これらのピークの位相差αである。
【００５２】
本実施例による診断装置では、ピーク１とピーク２のように位相θが互いに異なる複数のピークを互いに分離して検知し、それぞれのピークでの振幅を求めることができる。
【００５３】
従来の診断装置では、ピーク１での振幅とピーク２での振幅の合成成分が、振幅抽出部６の出力として得られる。すなわち、従来の診断装置では、位相差αの大きさに依存して、複数のピークの成分の影響を大きくまたは小さく評価してしまう。具体的には、位相差αの絶対値が小さい場合には、ピーク１での振幅とピーク２での振幅の合成成分は、ピーク１での振幅やピーク２での振幅よりも大きくなり、異常の度合いを過大に評価してしまう。また、位相差αの絶対値がπに近い場合には、ピーク１での振幅とピーク２での振幅の合成成分は、ピーク１での振幅やピーク２での振幅よりも小さくなり、異常の度合いを過小に評価してしまう。従来の診断装置では、このように異常の度合いを過大にまたは過小に評価してしまい、誤報または失報を発生させてしまうことがあり得る。
【００５４】
本実施例による診断装置では、位相θが互いに異なる複数のピークを互いに分離して検知し、それぞれのピークでの振幅を求めるので、それぞれのピークの成分の影響を正しく評価でき、異常の度合いを正しく評価できて、誤報または失報を発生させることがない。本実施例による診断装置は、このようにして、診断対象の機器の劣化状態を高い精度で診断できる。
【００５５】
本発明の実施例１による診断装置の構成（図２）の説明に戻る。
【００５６】
診断部７は、振幅抽出部６が得た、周期窓関数の位相θに対する部分波形の振幅の変化のピークでの振幅の値を基に、従来の方法を用いて、診断対象の機器の状態を診断する。例えば、診断部７は、振幅抽出部６が得たピークでの振幅の値が予め定めた閾値より大きい場合には、診断対象の機器が異常であり劣化していると判断することができる。また、例えば、診断部７は、振幅抽出部６が得たピークでの振幅の値が、経時的に変化して、予め定めた閾値より大きくなった場合や、機械学習等を使用して予め学習した正常状態から逸脱した場合に、診断対象の機器が異常であると判断することもできる。
【００５７】
表示部８は、診断部７の診断結果を表示してユーザに通知する。表示部８は、例えば、ディスプレーへの表示、ランプの点灯、及びメールの送信等により、診断結果をユーザに通知する。
【実施例２】
【００５８】
本発明の実施例２による診断装置を説明する。以下では、本実施例による診断装置について、実施例１による診断装置と異なる点を説明する。
【００５９】
図６は、本実施例による診断装置の構成を示す図である。本実施例による診断装置は、特定状態抽出部１４を備える点が実施例１による診断装置と異なる。なお、本実施例による診断装置は、電流センサ９からの信号を基に回転機システムの劣化状態を診断する。
【００６０】
実施例１による診断装置では、波形抽出部１１は、診断する回転機システムの運転状態によらず、計測部４が計測したセンサからの信号（計測波形）から周期的な部分波形を生成する。診断装置は、診断精度を向上させるためには、予め定めた特定の運転状態の計測データのみを診断に用いることが望ましい。
【００６１】
本実施例による診断装置は、診断する回転機システムの運転状態が予め定めた特定の運転状態であるか否かを判定する特定状態抽出部１４を備える。特定の運転状態は、任意に定めることができ、例えば、一定速度で無負荷の運転状態とすることができる。
【００６２】
特定状態抽出部１４は、回転機システムの運転状態を求め、求めた運転状態が予め定めた特定の運転状態である場合には、計測部４が計測したセンサからの信号（計測波形）を波形抽出部１１に出力する。回転機システムの運転状態が特定の運転状態であるか否かの判定には、任意の方法を用いることができ、例えば、電流の実効値の推移を求め、特定の実効値の範囲で特定の長さだけ推移した波形を抽出し、抽出した波形を用いて判定する方法を用いることできる。
【００６３】
なお、図６では、特定状態抽出部１４が電流センサ９からの信号を実効値に変換する例を示している。特定状態抽出部１４は、周波数解析により求めた特定の回転周波数での運転状態を特定の運転状態として用いてもよい。また、特定状態抽出部１４は、診断に用いないセンサからの信号（例えば、振動センサからの信号、回転速度センサからの信号、及び製造条件を示す信号）を入力し、この信号を用いて回転機システムの運転状態を求めてもよい。
【実施例３】
【００６４】
本発明の実施例３による診断装置を説明する。以下では、本実施例による診断装置について、実施例１による診断装置と異なる点を説明する。
【００６５】
図７は、本実施例による診断装置の構成を示す図である。本実施例による診断装置は、位相差設定部１２を備えない点と、波形抽出部１１が位相θが互いに異なる複数の周期窓関数を備える点が、実施例１による診断装置と異なる。波形抽出部１１は、位相θがゼロから２πまでのいずれかの値である複数の周期窓関数を備える。なお、本実施例による診断装置は、電流センサ９からの信号を基に回転機システムの劣化状態を診断する。
【００６６】
実施例１による診断装置（図２）では、位相差設定部１２が反復ループにより周期窓関数の位相θをゼロから２πまで変化させ、波形抽出部１１が位相差設定部１２が変化させた位相θを持つ周期窓関数を用いて計測波形から周期的な部分波形を抽出し、周波数解析部５が各位相θについて部分波形を周波数領域のスペクトルに変換する。
【００６７】
本実施例による診断装置では、波形抽出部１１が位相θが互いに異なる複数の周期窓関数を予め備えており、それぞれの周期窓関数を用いて計測波形から周期的な部分波形を抽出し、周波数解析部５が各位相θについて部分波形を周波数領域のスペクトルに変換する。
【００６８】
本実施例による診断装置は、位相差設定部１２を備えず、周期窓関数の位相θをゼロから２πまで変化させる反復ループ処理を実行しないので、解析の速度を向上させることができる。なお、本実施例による診断装置では、実施例１による診断装置よりも、消費するメモリ量が増加する。このため、必要な解析速度を考慮して、本実施例による診断装置の構成か実施例１による診断装置の構成かを選択することができる。
【実施例４】
【００６９】
本発明の実施例４による診断装置を説明する。以下では、本実施例による診断装置について、実施例１による診断装置と異なる点を説明する。
【００７０】
図８は、本実施例による診断装置において、波形抽出部１１が備える周期窓関数を示す図である。周期窓関数では、値を持つ幅Ｌの区間が周期Ｔで繰り返されており、幅Ｌの区間の繰り返しには、初期Ｉ、中央期Ｍ、及び終期Ｆがある。初期Ｉは、周期窓関数の始まりの時間範囲であり、終期Ｆは、周期窓関数の終わりの時間範囲であり、中央期Ｍは、初期Ｉと終期Ｆの間の時間範囲である。
【００７１】
実施例１では、幅Ｌの区間での周期窓関数の値（すなわち、振幅）は、時間に対して一定である（図３の下段）。
【００７２】
本実施例では、幅Ｌの区間での周期窓関数の値（振幅）は、時間に対して一定でなく、初期Ｉと終期Ｆの少なくとも一方では、中央期Ｍでの値（振幅）よりも小さい。図８に示した周期窓関数では、初期Ｉと終期Ｆの両方での振幅が、中央期Ｍでの振幅よりも小さい。したがって、図８に示した周期窓関数は、計測波形から周期的な部分波形を抽出するが、初期Ｉと終期Ｆでは、波形の振幅を縮小して抽出する。
【００７３】
このような窓関数の種類として、例えば、ガウス窓、ハン窓、及びハミング窓等を挙げることができる。波形抽出部１１は、診断精度に応じてこれらの窓関数を利用した周期窓関数を備えることができる。
【００７４】
本実施例で示す周期窓関数を用いると、特定の時間範囲（初期Ｉと終期Ｆの少なくとも一方）での計測波形の影響を減らすことができ、より高い精度で診断対象の機器の劣化状態を診断できる。
【実施例５】
【００７５】
本発明の実施例５による診断装置を説明する。以下では、本実施例による診断装置について、実施例１による診断装置と異なる点を説明する。
【００７６】
図９は、本実施例による診断装置の構成を示す図である。実施例１による診断装置は、回転機システムの回転機２と負荷装置３と電力変換装置１が診断対象の機器である。本実施例による診断装置は、回転機システムの制御装置１５と機械装置１６が診断対象の機器である。なお、本実施例による診断装置は、機械装置１６に設置された振動センサ１０からの信号を基に回転機システムの劣化状態を診断する。
【００７７】
機械装置１６は、制御装置１５に制御される任意の機械装置である。制御装置１５は、機械装置１６を制御する装置であり、定常的または周期的にエネルギーを供給することで機械装置１６を制御する装置も含む。機械装置１６と制御装置１５の組み合わせの例としては、発電機と発電機のエネルギー供給源、ガスタービンとガスタービンの制御装置、及び同じ動作を繰り返す機械装置とそのエネルギー源等が挙げられる。
【００７８】
なお、図９には、振動センサ１０からの信号を基に回転機システムの劣化状態を診断する診断装置を示しているが、本実施例による診断装置は、電流センサやその他のセンサからの信号を基に劣化状態を診断することもでき、実施例１による診断装置で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【実施例６】
【００７９】
本発明の実施例６による診断装置を説明する。以下では、本実施例による診断装置について、実施例１による診断装置と異なる点を説明する。
【００８０】
図１０は、本実施例による診断装置の構成を示す図である。本実施例による診断装置は、システム情報入力部１７を備える点が実施例１による診断装置と異なる。
【００８１】
システム情報入力部１７は、診断装置のユーザが周期窓関数を設定するための入力装置である。システム情報入力部１７は、ユーザによって周期窓関数が入力され、入力された周期窓関数を波形抽出部１１に出力する。波形抽出部１１は、システム情報入力部１７から受け取った周期窓関数を用いて、計測波形から周期的な部分波形を抽出する。システム情報入力部１７は、例えば、幅Ｌ、周期Ｔ、及び位相θの増分Δθ等の周期窓関数を定めるパラメータや、診断に用いる特徴周波数を入力し、入力した情報によって定まる周期窓関数を波形抽出部１１に出力することもできる。
【００８２】
本実施例による診断装置は、ユーザによって周期窓関数が設定されるので、任意の周期窓関数を用いてより高精度に診断することができる。
【実施例７】
【００８３】
本発明の実施例７による診断装置を説明する。以下では、本実施例による診断装置について、実施例１による診断装置と異なる点を説明する。
【００８４】
図１１は、本実施例による診断装置の構成を示す図である。本実施例による診断装置は、波形抽出部１１、周波数解析部５、位相差設定部１２、ピーク検出部１３、及び振幅抽出部６を備えず、周期成分への波形分割部１８と周期性の振幅抽出部１９を備える点が実施例１による診断装置と異なる。
【００８５】
周期成分への波形分割部１８は、計測波形（図３の上段）を予め定めた周期Ｔａ毎に分割する。周期Ｔａは、実施例１で説明した周期窓関数の周期Ｔと同様に定めることができる。周期成分への波形分割部１８は、分割した計測波形のそれぞれを周期性の振幅抽出部１９に出力する。
【００８６】
周期性の振幅抽出部１９は、分割された計測波形を周期成分への波形分割部１８から受け取り、分割された計測波形の間に周期性があるか否かを任意の従来の方法で調べる。分割された計測波形の間に周期性がある場合には、周期性の振幅抽出部１９は、周波数解析を実施することなく、分割された計測波形に含まれるピークについての情報（例えば、ピークの数と、ピークでの振幅の値）を求め、求めたピークについての情報を診断部７に出力する。
【００８７】
診断部７は、周期性の振幅抽出部１９から受け取ったピークについての情報を基に、従来の方法を用いて診断対象の機器の状態を診断する。
【００８８】
本実施例による診断装置は、計測波形に含まれる周期的なピークについての情報を基に診断し、周波数解析が不要であるため、実施例１による診断装置よりも少ないメモリ量で診断することができる。
【００８９】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１…電力変換装置、２…回転機、３…負荷装置、４…計測部、５…周波数解析部、６…振幅抽出部、７…診断部、８…表示部、９…電流センサ、１０…振動センサ、１１…波形抽出部、１２…位相差設定部、１３…ピーク検出部、１４…特定状態抽出部、１５…制御装置、１６…機械装置、１７…システム情報入力部、１８…周期成分への波形分割部、１９…周期性の振幅抽出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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