(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機を診断するための回転機診断システムであって、
前記回転機の負荷電流を測定するための負荷電流測定手段と、
前記回転機の漏れ電流を測定するための電流測定手段と、
前記漏れ電流に対応する前記回転機の相電圧を測定するための電圧測定手段と、
所定時間幅における前記電流測定手段で測定した複数の時系列電流データ、及び該時系列電流データに対応する時刻の複数の時系列相電圧データから、前記漏れ電流に対応する判定パラメータを計算するデータ処理手段と、
を備え、
前記データ処理手段は、前記所定時間幅における前記回転機の負荷電流の変動が所定の閾値以上の場合に前記判定パラメータを過渡応答解析で計算する第１モードの実行手段と、前記所定時間幅における前記回転機の負荷電流の変動が前記所定の閾値未満の場合に前記判定パラメータを周波数応答解析で計算する第２モードの実行手段と、を有する
ことを特徴とする回転機診断システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記所定の閾値は、前記所定時間幅における前記回転機の負荷電流の変動として１０％から２５％の間の何れかに設定される
ことを特徴とする回転機診断システム。
【請求項３】
請求項１において、
さらに、前記漏れ電流及び前記相電圧のいずれか一つ又はその両方と、前記判定パラメータの時刻履歴を表示する情報表示手段を備える
ことを特徴とする回転機診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生産設備に組み込まれたモータ（電動機）や発電機といった回転機が突発故障すると、回転機の計画外の修理作業や置換作業が必要となり、生産設備の稼働率低下や生産計画の見直しが必要となる。
この突発故障を未然に防ぐために、モータを適宜停止させ、オフラインで診断することで、劣化具合を把握し突発故障をある程度防ぐことができる。しかしながら、オフライン診断のために回転機を停止させる必要があり生産設備の稼働率低下を招くことになる。
以上のことを背景に、回転機運転中の診断が可能なオンライン診断へのニーズが高まっている。オンライン診断により、回転時にのみ顕在化する回転機の予兆も検知することができる。
前記突発故障の要因の一つとしては、回転機の絶縁損傷が挙げられる。この回転機の絶縁損傷に関する従来技術としては非特許文献１がある。
非特許文献1では、回転機の診断手法として、漏れ電流に相当する電流と、モータに印加された電圧の位相差と振幅比とから漏れ電流経路の等価回路パラメータを周波数応答解析（FFT：Fast Fourier Transform）で算出する方法に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】P. Zhang, K. Younsi and P. Neti: "A Novel Online Stator Ground-Wall Insulation Monitoring Scheme for Inverter-Fed AC Motors", IEEE Transactions on Industry Applications Vol.51 No.3 (2015) pp.2201-2207
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記の非特許文献１には、次のような課題がある。
前記非特許文献１に開示された周波数応答解析（FFT）技術では、精度良く等価回路パラメータを抽出するためには、電流と電圧波形が定常状態である必要がある。これに対して実使用状態のモータは、回転速度が変化したりモータに接続される負荷が変動することで、モータの電流や電圧も変動している。また、静電容量の抽出に用いる周波数成分の信号がノイズに対して小さい場合には静電容量の抽出誤差が大きくなるという課題がある。また、前記の静電容量の抽出誤差が大きいため、モータが駆動する負荷等が変動して回転機に印加される電圧が過渡的に変動する場合において、漏れ電流経路の等価回路パラメータを精度よく算出することが困難であるという課題がある。
【０００５】
本発明は、前記した課題に鑑みて創案されたものであり、回転機に印加される電圧が過渡的に変動する場合においても、漏れ電流経路の等価回路パラメータを精度よく算出して回転機の劣化状況を診断する回転機診断システム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】
【０００６】
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の回転機診断システムは、回転機を診断するための回転機診断システムであって、前記回転機の負荷電流を測定するための負荷電流測定手段と、前記回転機の漏れ電流を測定するための電流測定手段と、前記漏れ電流に対応する前記回転機の相電圧を測定するための電圧測定手段と、所定時間幅における前記電流測定手段で測定した複数の時系列電流データ、及び該時系列電流データに対応する時刻の複数の時系列相電圧データから、前記漏れ電流に対応する判定パラメータを計算するデータ処理手段と、を備え、前記データ処理手段は、前記所定時間幅における前記回転機の負荷電流の変動が所定の閾値以上の場合に前記判定パラメータを過渡応答解析で計算する第１モードの実行手段と、前記所定時間幅における前記回転機の負荷電流の変動が前記所定の閾値未満の場合に前記判定パラメータを周波数応答解で析計算する第２モードの実行手段と、を有することを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電圧が過渡的に変動する場合においても、漏れ電流経路の等価回路パラメータを精度よく算出して回転機の劣化状況を診断する回転機診断システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転機診断システムの構成例を示す図であり、（ａ）は回転機に係る接続構成例を示し、（ｂ）は回転機の漏れ電流の経路例を示している。
【図２】本発明の第１実施形態に係る回転機診断システムの診断フローの例を示す図である。
【図３】漏れ電流経路を抵抗Ｒと静電容量Ｃの並列接続としてモデル化した図である。
【図４】図３で示した電流経路のモデルにおける過渡応答解析の方法の例を示す図である。
【図５】遺伝的アルゴリズムの概念を説明する図である。
【図６】図１に示す回路構成における過渡変動するモータから得られた漏れ電流経路の静電容量の時間的変化の概略を示す図である。
【図７】モータに掛る電圧と漏れ電流経路の静電容量の時間的変化を表示した情報表示手段の例を示す図である。
【図８】本発明の過渡応答解析と従来技術の周波数応答解析とによる手法の漏れ電流経路の静電容量および抵抗の抽出精度を比較した例を示す図であり、（ａ）は静電容量、（ｂ）は抵抗のそれぞれの時間的変化である。
【図９】本発明の回転機診断システムの設定画面の一部に表示するプルダウンメニューの例を示す図である。
【図１０】本発明の回転機診断システムの設定画面の一部に表示するラジオボタンの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と表記する）を、適宜、図面を参照して説明する。
【００１０】
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態の回転機診断システムを図１〜図５を参照して説明する。
【００１１】
＜システムの構成＞
図1は、本発明の第１実施形態に係る回転機診断システムの構成例を示す図であり、（ａ）は回転機に係る接続構成例を示し、（ｂ）は回転機の漏れ電流の経路例を示している。
図１の（ａ）において、電源１１から３相交流電力（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介して３相のモータ（電動機）１３に供給されている。
また、給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃには、電流センサ（電流測定手段）１４と、電圧センサ（電圧測定手段）１６ａ，１６ｂ，１６ｃとが備えられて、それぞれ零相電流と三相の相電圧を計測している。そして、計測データはデータ処理装置（データ処理手段）１５に入力される。
【００１２】
以上の構成において、電流センサ１４は、給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを囲むように配置されている。すなわち、前記したように、三相の給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの零相電流を測定しているので、モータ１３の内部のある相で絶縁層の劣化などにより漏れ電流が増加した場合に、電流センサ１４に流れる電流が大きくなる。
なお、電流センサ１４の種類について限定しない。例えば、貫通型電流センサ、クランプ型電流センサ、分割型電流センサ、磁気光学効果を用いた光ファイバセンサ等を使用することができる。
また、電圧センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、例えば電圧プローブであって、それぞれ三相の給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの電圧（電位）を検出し、低電圧に変換してデータ処理装置１５に伝達する。データ処理装置１５においては、電圧センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの信号を基に三相の給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの線間電圧（又は相電圧）を検出する。
また、データ処理装置１５において、回転機の漏れ電流経路の等価回路のパラメータ抽出等の演算処理が実行される。実行される演算処理の詳細については後記する。
【００１３】
図１の（ｂ）において、モータ１３は、Ｙ結線に接続された固定子コイル１３１、１３２、１３３を備えている。固定子コイル１３１、１３２、１３３のそれぞれの一端は、中性点３３３に接続されている。また、固定子コイル１３１、１３２、１３３のそれぞれの他端は、それぞれ三相の給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃに接続され、三相の電力を供給されている。
なお、電圧センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの信号を基に、三相の給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの線間電圧（又は相電圧）と中性点３３３の電圧が、データ処理装置１５によって検出される場合もある。
また、モータの回転子については、図示を省略している。
なお、本件明細書の実施例ではモータ（電動機）を例に取っているが、発電機でも同様に適用できる。このため本件明細書でモータ（電動機）とある部分については、電動機と発電機を総称した物として回転機と読み替えることができる。
【００１４】
＜電流が漏洩する経路の等価回路例＞
図１の（ｂ）においては、抵抗２０１と静電容量２０２の並列回路は、モータ１３の絶縁層が劣化した場合において、電流が漏洩する経路の等価回路例を示すものである。
また、図１の（ｂ）においては、固定子コイル１３１とモータ１３における劣化が発生した際に電流の経路となった漏洩箇所２０３との間に、前記の抵抗２０１と静電容量２０２の並列回路からなる漏洩経路が発生していると見なすものである。
なお、前記の抵抗２０１と静電容量２０２の並列回路についての詳細は後記する。
また、電流が漏洩する経路の等価回路は、前記の抵抗２０１と静電容量２０２の並列回路に限定されない。
また、電流の経路となった漏洩箇所２０３は、特定の箇所に限定されない。モータ１３の内部、または外部の他の箇所となることがある。
また、漏洩箇所２０３は、所定の点とは限らず、所定の面積を有する領域、範囲となることもある。
【００１５】
＜回転機診断システムの診断フロー＞
次に、回転機診断システムの診断フローについて説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る回転機診断システムの診断フローの例を示す図である。なお、以下の回転機診断システムの診断フローは、電流測定手段（電流センサ１４：図１）、電圧測定手段（電圧センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）、およびデータ処理手段（データ処理装置１５：図１）で実行される。
【００１６】
《ステップＳ２１》
図２において、ステップＳ２１は、漏れ電流と相電圧を計測するステップ（段階）である。
前記したように、電流センサ１４（図１）により零相電流を、電圧センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ（図１）により相電圧を計測する。計測データは、データ処理装置１５（図１）に入力され、格納される。
【００１７】
《ステップＳ２２》
ステップＳ２２においては、前記の零相電流と相電圧の計測データから、後記するモデルに応じた所定の時間間隔で、所定の時間幅の波形データを切り出して取得する。
なお、前記したように電流センサ１４（図１）によって取得した零相電流と、電圧センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃによって取得した各相（三相）の電圧から得られる三相電圧の和とを、後記する漏れ電流経路の等価回路のパラメータを導出する際に用いる。
【００１８】
《ステップＳ２３》
ステップＳ２３においては、過渡応答解析の手法（機能）によって、漏れ電流経路の等価回路のパラメータを導出する。
なお、過渡応答解析の手法（機能）については、後記する。
【００１９】
《ステップＳ２４》
前記のステップＳ２３における漏れ電流経路の等価回路のパラメータの導出によって、静電容量を抽出する（データ処理装置５：図１）。
なお、この静電容量の変化は、後記するように絶縁層の劣化に関連があるからである。
【００２０】
また、データ処理手段（データ処理装置１５）が、前記の静電容量が予め定めた閾値の範囲を超えた場合に、この閾値の範囲を超えたことの情報を関連する装置に伝達することもある。このときには、データ処理手段（データ処理装置１５）は、閾値の範囲を超えたことの情報を関連する装置に伝達する情報伝達手段を兼ねる。
【００２１】
＜過渡応答解析＞
次に、過渡応答解析について例をあげて説明する。
なお、「過渡応答解析」は時刻歴応答解析とも呼ばれ、時間的に変化する挙動を解析する手法である。時間的に変化する入力に対し、どのような応答があるかをみる解析である。入力に周期性がなく、単発的な場合に過渡応答解析の手法が使われる。
漏れ電流経路の等価回路のパラメータの導出における過渡応答解析の例について、ここでは、図３〜図５を参照して説明する。
【００２２】
図３は、漏れ電流経路を抵抗Ｒと静電容量Ｃの並列接続（並列回路）としてモデル化した図である。
等価回路の回路構成としては、任意の数の抵抗やインダクタンス（誘導性リアクタンス）や静電容量（容量性リアクタンス）を用いても良いが、単純なモデルとして、図３で示す漏れ電流経路をモデル化した例を基に説明する。
図３の抵抗Ｒと静電容量Ｃの並列接続の回路においては、電圧ｖ、電流ｉ、時間ｔとして、抵抗Ｒに流れる電流成分は（ｖ／Ｒ）であり、静電容量Ｃに流れる電流成分は（Ｃ・ｄｖ／ｄｔ）であるので、合計することにより、次の式１が成立している。
【００２３】
【数１】
0006585979.tif 000002
【００２４】
図４は、図３で示した電流経路のモデルにおける過渡応答解析の方法の例を示す図である。
図４において、後記のようにステップＳ４１において、微分方程式の数値計算を行うが、前記のように図３の等価回路をモデルとした場合には、前記の式１が成立する。
したがって、暫定的に計算過程の電流をｉ’として微分方程式を式２のように表記する。
この式２におけるＲとＣは、図３のＲとＣの並列回路に相当するが、後記するように、計算過程では、確定していない数値である。
【００２５】
【数２】
0006585979.tif 000003
【００２６】
図４におけるＲとＣの計算方法について、ステップＳ４１〜ステップＳ４４について次に説明する。
【００２７】
《ステップＳ４１》
まず、実測で求めた電圧ｖと、図３で仮定した等価回路のモデルにおいて、式２で電流ｉ’を計算する。
なお、最初は暫定的に定めた等価回路パラメータのＲとＣを用いて、式２で電流ｉ’を計算する。また、後記するステップＳ４３を経ている場合は、ステップＳ４３で得られた等価回路パラメータのＲとＣを用いて式２で電流ｉ’を計算する。
【００２８】
《ステップＳ４２》
ステップＳ４２で、式２で求めた電流ｉ’と実測値の電流ｉとを比較する。
そして、式２で計算した電流ｉ’を実測値の電流ｉと比較して、所定の許容される誤差範囲において、ｉ’＝ｉと認められれば（Ｙｅｓ）、ステップ４４に行き、誤差が大きければ（Ｎｏ）、ステップ４３に行く。
なお、ｉ’＝ｉを満たしているかの判断方法は、前記の方法に限定されない。例えば、各測定点におけるｉと、それに相当する点におけるｉ’の値の差分の絶対値を、測定点ごとに積算した値が予め定めた閾値を下回っているかという観点で判断することもできる。
【００２９】
《ステップＳ４３》
ステップＳ４３においては、パラメータ探索手法で等価回路パラメータのＲとＣの値を調整して、ステップＳ４１に戻り、この調整したＲとＣを用いて、再度、式２に基づき計算を繰り返す。
このステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３を繰り返すことにより、式２で計算した電流ｉ’と実測値の電流ｉが、許容誤差範囲内で一致する等価回路パラメータのＲとＣの値を見つける（探索する）。
なお、以上の計算を繰り返して許容誤差範囲内で一致する等価回路パラメータのＲとＣの値を見つける操作を適宜、フィッティングと呼称する。
また、パラメータ探索手法としては、例えば遺伝的アルゴリズムや直線探索法、また直線探索法の一種であるニュートン法等がある。遺伝的アルゴリズムについては後記する。
【００３０】
《ステップＳ４４》
ステップＳ４４では、式２で計算した最後の等価回路パラメータのＣの値を静電容量Ｃとして抽出する。
これは、実測値の電流ｉと式２で計算した電流ｉ’が許容誤差範囲内で一致した場合には、式２で計算した最後の等価回路パラメータのＣの値が、絶縁層の劣化等による漏れ電流経路の静電容量Ｃにほぼ等しいものと推定することに基づいている。
【００３１】
静電容量Ｃの抽出が終わった後は、抽出した静電容量を等価回路パラメータとした回転機の劣化の兆候に関わる情報が、関連する装置やこの情報を取り扱うユーザ（担当者、作業者）に伝達される。
なお、図１の電流測定手段１４と電圧測定手段１６ａ，１６ｂ，１６ｃとデータ処理手段１５によって、図２のステップＳ２１〜ステップＳ２４を実行することが等価回路パラメータの抽出手段（抽出機能）の一例である。
【００３２】
＜遺伝的アルゴリズム＞
前記したように、図４のステップＳ４３において、Ｒ，Ｃ調整をパラメータ探索手法によって行っている。パラメータ探索手法としては、例えば遺伝的アルゴリズムや直線探索法、また直線探索法の一種であるニュートン法等がある。
次に、パラメータ探索手法の一例として、遺伝的アルゴリズムを前記のＲ，Ｃ調整に適用する方法についての概略を説明する。
【００３３】
図５は、遺伝的アルゴリズムの概念を説明する図である。なお、以下の説明においては、前記のＲ，Ｃの組み合わせである「組」を遺伝的アルゴリズムの中で慣用的な用語である「個体」として適宜、呼称する。
【００３４】
《アルゴリズムＡ５１》
まず、等価回路パラメータのＲ，Ｃの組み合わせである組（個体）をＮ個（図５では５個：５２１〜５２５）、ランダムに生成する。このＮ個の等価回路パラメータのＲ，Ｃの組（個体）である個体群（組５２１〜５２５）を現世代と呼ぶことにする。
【００３５】
《アルゴリズムＡ５２》
所定の評価関数（例えば式２によるｉ’とｉとの比較）により、前記の現世代の個体群（組５２１〜５２５）の適応度（ｉ’とｉとの差）をそれぞれ計算する。
そして、適応度の高い（ｉ’とｉとの差が比較的小さい）組、例えば組（個体）５２１Ｓ，５２２Ｓを残す。
そして、適応度の低い（ｉ’とｉとの差が比較的大きい）組である組５２３Ｄ，５２４Ｄ，５２５Ｄを淘汰（削除）する。
【００３６】
《アルゴリズムＡ５３》
残された組５２１Ｓ，５２２Ｓから、以下に示す方法（動作）で新しい個体（組）である次世代の個体（組）を生成する（子孫生成）。
所定の確率で次の３つの動作（〈1〉，〈2〉，〈3〉）のどれかを行い、その結果を次世代の個体（組５２１Ｓ，５２２Ｓ，５３３Ｎ，５３４Ｎ，５３５Ｎ）として保存する。
【００３７】
〈1〉個体（組５２１Ｓ，５２２Ｓ）を二つ選択して交叉を行う。つまり、等価回路パラメータのＲ，Ｃの一部、すなわちどちらかを入れ替える。そして、この新しい等価回路パラメータＲ，Ｃの組（個体）を次世代の個体（組５３３Ｎ，５３４Ｎ，５３５Ｎのいずれか）とする。
〈2〉個体（組５２１Ｓ，５２２Ｓ）を一つ選択して突然変異を行う。つまり、等価回路パラメータのＲ，Ｃの一部を変化させる。そして、この新しい等価回路パラメータＲ，Ｃの組を次世代の個体（組５３３Ｎ，５３４Ｎ，５３５Ｎのいずれか）とする。
〈3〉個体（組５２１Ｓ，５２２Ｓ）を一つ選択してそのままコピーする。つまり、等価回路パラメータのＲ，Ｃの等しい組（個体）を増やす。そして、この新しい等価回路パラメータＲ，Ｃの組を次世代の個体（組５３３Ｎ，５３４Ｎ，５３５Ｎのいずれか）とする。
以上、〈1〉、〈2〉、〈3〉の動作を確率的に行い、個体（組）が元のＮ個（図５では５個）になるまで繰り返す。
【００３８】
《アルゴリズムＡ５４》
次世代の個体（組）がＮ個（５２１Ｓ，５２２Ｓ，５３３Ｎ，５３４Ｎ，５３５Ｎ）となったら、次世代の個体（組）を現世代に移す。
【００３９】
そして、この次世代の個体（組）のＮ個を現世代の個体群として前記のアルゴリズムＡ５１〜Ａ５３を繰り返す。
そして、所定の誤差範囲内、もしくは所定の回数まで繰り返したら、最も適応度の高い（実測値との誤差が少ない）個体であるＲ，Ｃの組を解とする。
なお、この遺伝的アルゴリズムは、図４のステップＳ４３のＲ，Ｃ調整に相当するとともに、図４のステップＳ４１、Ｓ４２も実質に併用している。
【００４０】
＜静電容量の時間変化＞
次に、漏れ電流経路の静電容量の時間的変化について説明する。
図６は、図１に示す回路構成における過渡変動するモータから得られた漏れ電流経路の静電容量の時間的変化の概略を示す図である。
図６において、横軸は時間の推移であり、縦軸は、前記の回転機診断システムによって算出された漏れ電流経路の等価回路パラメータの静電容量の値を示している。
図６における横軸の時間は、モータが自然に劣化する程度の月や年単位の十分、長い時間である。
この間において、前記の静電容量は、時間の推移と共に増加する傾向が見られた。そして、最終的にはモータの絶縁故障に至った。
【００４１】
このように、静電容量の変化により、漏れ電流経路の特性変化を知ることができる。すなわち、モータが完全に故障して停止する前に、モータを計画的に停止させることが可能になる。
なお、この漏れ電流経路の特性変化に関する情報を、情報伝達手段により、関連する機器、装置やこれらを管理するユーザ（担当者、作業者）に伝達する。情報伝達手段としては、ディスプレイやランプ等による表示や、警報や、メール等を用いることができる。
また、前記の漏れ電流経路の特性変化に関する情報は、静電容量そのものの値でも、静電容量により求めた異常の度合いでもよい。
また、図６では、絶縁層の劣化によって、静電容量Ｃ（２０２：図１の（ｂ））が増加する例を示したが、増加する場合のみではない。例えば、絶縁層の樹脂が熱などによって、蒸発や剥離して、痩せ細ることによって、静電容量が低減していく場合もある。
したがって、前記したように、静電容量の変化に着目した方がよい場合もある。
なお、前記の静電容量の変化によって、あるいは基準値と比較することによって、異常を判定する過程と手段が異常判定手段の一例である。
【００４２】
＜情報表示手段＞
図７は、モータに掛る電圧と漏れ電流経路の静電容量の時間的変化を表示した情報表示手段（ディスプレイ）７１の例を示す図である。なお、情報表示手段７１は、前記の情報伝達手段の一つでもある。
図７において、ディスプレイである情報表示手段７１は、画面上に電圧の時間変化と、この時間の推移における静電容量の値を示している。
このように、電圧波形と静電容量の時間的な関係が分かるように表示することで、運転パターンと静電容量の関係を管理するユーザ（担当者、作業者）に伝達することができる。
なお、図７では図示していないが、漏れ電流の波形を電圧波形の代わりに表示してもよいし、漏れ電流の波形と電圧波形を併せて表示してもよい。
また、図７では、静電容量を基に説明したが、前記した静電容量より求めた異常の度合いを表示しても良い。また、静電容量の値があらかじめ設定された閾値の範囲を超えた場合に、この閾値の範囲を超えたことを情報として表示してもよい。
【００４３】
＜過渡応答解析と周波数応答解との静電容量および抵抗の抽出精度の比較＞
次に、本発明の第１実施形態に係る過渡応答解析による手法と、従来の周波数応答解析による手法の静電容量および抵抗の抽出精度を比較する。このため過渡変動を模擬した電圧と、その電圧を抵抗Ｒ１と静電容量Ｃ１の並列回路に印加した際に流れる電流とから、抵抗Ｒ１と静電容量Ｃ１の値が復元できるかという観点で比較した。
なお、抵抗Ｒ１、静電容量Ｃ１は、図３で示したＲ，Ｃの並列回路のモデルにおいて、それぞれ抵抗Ｒ、静電容量Ｃに所定の値を当て嵌めたものである。
【００４４】
図８は、本発明の第１実施形態に係る過渡応答解析と従来技術の周波数応答解析とによる手法の漏れ電流経路の静電容量および抵抗の抽出精度を比較した例を示す図であり、（ａ）は静電容量、（ｂ）は抵抗のそれぞれの時間的変化である。
図８の（ａ）において、横軸は、時間の推移であり、縦軸は静電容量である。また、黒丸で示した複数の点●（８１）は、本発明の過渡応答解析による静電容量の値であり、黒い四角で示した複数の点■（８２）は、従来の周波数応答解析による静電容量の値である。また、符号８０で示した破線は、前記の設定した静電容量Ｃ１の値を示している。
図８の（ｂ）において、横軸は、時間の推移であり、縦軸は抵抗である。また、黒丸で示した複数の点●（８６）は、本発明の過渡応答解析による抵抗の値であり、黒い四角で示した複数の点■（８７）は、従来の周波数応答解析による抵抗の値である。また、符号８５で示した破線は、前記の設定した抵抗Ｒ１の値を示している。
【００４５】
本発明の第１実施形態に係る過渡応答解析では、任意に定めた電圧波形と、シミュレーションで得られた電流波形を所定の時間幅で、所定の時間間隔で切り出した。そして、過渡応答解析を実施し、その計算結果から静電容量と抵抗を抽出した。
また、従来手法の周波数応答解析を施し、静電容量と抵抗を抽出した。
そして、図８の（ａ）において、本発明の第１実施形態に係る過渡応答解析による静電容量と従来手法の周波数応答解析による静電容量とを併せて表示し、比較した。
また、図８の（ｂ）において、本発明の第１実施形態に係る過渡応答解析による抵抗と従来手法の周波数応答解析による抵抗とを併せて表示し、比較した。
なお、周波数応答解析により求めた静電容量は、電流と電圧の周波数５０Ｈｚの成分の位相差と振幅を基に得られた値である。
【００４６】
また、図８の（ａ）、（ｂ）における符号（破線）８０，８５は、前記したように、それぞれ設定した静電容量Ｃ１と抵抗Ｒ１の値であり、計算で抽出されたＣやＲの値が、これらの値に近いほど静電容量および抵抗の抽出精度が高いことを示す。
符号（破線）８０と、周波数応答解析により求めた静電容量８２と、過渡応答解析により求めた静電容量８１とを比較すると、本発明の第１実施形態に係る過渡応答解析の方が、従来手法の周波数応答解析よりも静電容量抽出精度が高いことが分かる。
また、符号（破線）８５と、周波数応答解析により求めた抵抗８７と、過渡応答解析により求めた抵抗８６とを比較すると、本発明の第１実施形態に係る過渡応答解析の方が、従来手法の周波数応答解析よりも抵抗抽出精度が高いことが分かる。
【００４７】
以上、本発明の第１実施形態の回転機診断システムでは、モータ（回転機）１３（図１）にかかる電圧が過渡的に変動する場合にも、漏れ電流経路の等価回路パラメータを精度よく算出できる。そのため、モータ１３の劣化具合を、モータ１３を止めることなく把握できて、突発故障を未然に防止できる効果がある。
【００４８】
≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態の回転機診断システムを説明する。
第２実施形態と第１実施形態との相違点は、静電容量の抽出方法である。
第１実施形態においては、ｉ’＝ｉを満たすか否かという観点で、前記の式２を用いた静電容量抽出方法を説明したが、解析で求めた電圧が、実測の電圧と一致するかという観点で比較しても良い。この観点で行うのが第２実施形態である。
前記した図３のＲＣ並列回路において、ｉが分かっている場合の電圧ｖ’は、式３で表され、式３で求まったｖ’と、実測の電圧vから、ｖ’＝ｖ の条件を満たすＣの値を見つければ良い。ここで、ｖ（ｔ０） は、ある時間ｔ０におけるvの値である。
【００４９】
【数３】
0006585979.tif 000004
【００５０】
なお、式３は、積分形式で表現しているので、初期条件（ｔ＝ｔ０）を考慮した形式の数式となっている。
また、この電圧ｖ’によって計算する手法（第２実施形態）は、計測時におけるノイズに強い（誤差が小さい）という効果がある。
【００５１】
≪第３実施形態≫
本発明の第３実施形態の回転機診断システムを説明する。
＜電流センサの接続方法＞
第３実施形態が第１、第２実施形態との相違点は、漏れ電流の計測方法である。
第１、第２実施形態では、図１の電流センサ１４は給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃを囲むように配置されているが、漏れ電流の増加を測定する方法であれば、特に電流センサの接続方法は限定されない。
電流センサの接続方法としては、給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれのコイル巻始めと巻終わりの電流差を測定する方法がある。
また、電流センサで、給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃに流れる電流をそれぞれ測定し、それらの和から、ある相で増加した漏れ電流を求める方法であっても本発明による効果を得ることができる。
【００５２】
≪第４実施形態≫
本発明の第４実施形態の回転機診断システムを説明する。
＜静電容量Ｃの導出方法＞
第４実施形態が第１〜第３実施形態と異なる点は、静電容量Ｃの導出方法である。
第１〜第３実施形態では、所定の判定指標が所定の閾値を下回るときの静電容量Ｃの値を抽出している。しかし、その方法に限定されない。
予め定めた（所定の）複数個のＲとＣの組み合わせに対して、式２の計算を実施し、一番誤差が小さくなった組み合わせからＣを選択する方法もある。この方法でも本発明による効果を得ることができる。
また、この方法では計算時間を短縮できるという効果がある。
【００５３】
≪第５実施形態≫
本発明の第５実施形態の回転機診断システムを説明する。
＜抵抗Ｒと静電容量Ｃを併せて用いる診断方法＞
第１〜第４実施形態では、静電容量Ｃを抽出しているが、それに至る過程で得られた抵抗Ｒの値を併せて診断に用いる方法もある。
また、ＲをＣで割った値や、ＣをＲで割った値を用いてもよい。
また、ＲとＣの両方を診断に用いても、絶縁劣化による漏れ電流経路の物性変化を検知することができ、本発明による効果を得ることができる。
なお、絶縁層などの劣化は必ずしも静電容量Ｃの変化で捉えられるとは限らない場合がある。この場合において、前記したように抵抗Ｒの変化に着目すると、絶縁層の劣化が検知される場合がある。このように抵抗Ｒの変化が伴う場合には、前記のＲをＣで割った値や、ＣをＲで割った値を用いる方法やＲとＣの両方を診断に用いる方法に効果がある。
【００５４】
≪第６施形態≫
本発明の第６実施形態の回転機診断システムを説明する。
＜過渡応答解析と周波数応答解析を併用する実施形態＞
第６実施形態は、過渡応答解析と周波数応答解析を併用する実施形態である。
【００５５】
周波数応答解析は、入力に周期性がある場合において、周波数応答解析は単純な正弦波の入力に対する定常的な応答を求める解析手法である。通常は一つの周波数だけでなく、所定の周波数範囲に対し、所定の周波数刻みで解析し、全体的な応答の特性を把握する。
この周波数応答解析は、前記のように、入力に周期性がある場合を前提とする方法である。そのため、モータ（１３：図１）の負荷変動が大きい場合には、電流変化が大きくなって、周波数応答解析の過程において必要なフーリエ変換ができなくなる。そのため、例えば負荷電流の変動が１０％乃至２５％程度に達すると計算誤差が大きくなって実用的に使用できなくなる。
【００５６】
これに対して、過渡応答解析は、前記のように、時間的に変化する挙動を解析する場合に適した手法であり、時間的に変化する入力に対し、どのような応答があるかをみる解析である。そのため、入力に周期性がなく、単発的な場合においても過渡応答解析の手法が使用できる。
したがって、負荷電流の変動が大きくなって１０％乃至２５％程度の値を超えるようになった場合でも計算可能である。また、原理的には、過渡応答解析の際の時間の刻みを細かくすれば、理論的には負荷電流の変動の上限がなく計算可能である。
【００５７】
一方、過渡応答解析による等価回路パラメータ抽出は、周波数応答解析による等価回路パラメータ抽出と比較して一般的に計算負荷が高く、計算に時間がかかる。
そのため、回転機診断システムにおいて、過渡応答解析を用いる回転機診断システムと、周波数応答解析による回転機診断システムの両方を備え、モータの運転パターンに応じて静電容量抽出手法を変えることで、等価回路パラメータ抽出の計算負荷を減らすことができる。
したがって、負荷電流の変動が小さい場合には、周波数応答解析を選択し、負荷電流の変動が大きい場合には、過渡応答解析を選択する方法が望ましい。
過渡応答解析、および周波数応答解析による静電容量抽出手法は、モータの運転パターンに応じて自動的に変化させても良いし、ユーザ（担当者、作業者）が静電容量抽出手法を変更可能な設定手段を設けても良い。
【００５８】
第６実施形態において、データ処理装置１５に以下に説明する第１モード〜第３モードの実行手段を備えることが有効であり、実用的である。
【００５９】
《第１モード》
例えば、データ処理装置１５は、所定時間幅における回転機１３の負荷電流の変動が所定の閾値以上の場合には、過渡応答解析で漏れ電流に対応する判定パラメータ（例えば静電容量のパラメータ、等価回路パラメータ）を計算する第１モード（第１モードの実行手段）で、データ処理（計算）を実施する。上記の負荷電流の変動の所定の閾値としては、１０％から２５％の間のいずれか、さらに好ましくは１５％から２０％の間のいずれかを採用する。
【００６０】
《第２モード》
また、データ処理装置１５（図１）は、所定時間幅における回転機１３（図１）の負荷電流の変動が前述した所定の閾値未満の場合には、周波数応答解析で漏れ電流に対応する判定パラメータを計算する第２モード（第２モードの実行手段）で、データ処理（計算）を実施する。
【００６１】
《第３モード》
さらに、データ処理装置１５は、所定時間幅における回転機１３の負荷電流の変動が第２の閾値（例えば５０から６０％の間の何れか）を超す場合には、前記の所定時間幅をさらに短くした過渡応答解析で漏れ電流に対応する判定パラメータを計算する第３モード（第３モードの実行手段）で、データ処理（計算）を実施するオプションを設けても良い。なお、第３モードは、回転機１３の負荷変動量が非常に大きい場合に、その大きさに応じて複数の閾値を設けて、その閾値に応じて段階的に所定時間幅を変えて過渡応答解析するようにしても良い。
【００６２】
《モードの選択》
これら第１モード、第２モード、第３モードの選択は、回転機１３の負荷電流の変動を検出して、自動的に切り替える手法や、ユーザ（担当者、作業者）が前記のモードを選択する手法がある。
なお、第１モード、第２モード、第３モードについて説明したが、第１モード、第２モードのみでもよい。
また、第１モード、第２モード、第３モードの切り替え、あるいは第１モード、第２モードの切り替えの基準となる負荷電流の変動の範囲は、前記の数値に限定されない。回転機の種類や、回転機が接続された環境の実態に応じて変更することもできる。
また、データ処理装置１５は、前記の第１モード、第２モード、もしくは第３モードを選択するモード選択手段を有している。
【００６３】
＜回転機診断システムの取り扱い＞
第６実施形態において、ユーザ（担当者、作業者）が人為的に前記のモードを切り替える場合として、前記の判定パラメータの抽出手法、もしくは静電容量抽出手法の切り替えには、例えば、トグルスイッチのような物理的な切り替え手段（抽出方法選択手段）を用いても良い。また、診断システムの設定画面の一部に示すプルダウンメニューや、診断システムの設定画面の一部に示すラジオボタンなど、診断システム上で切り替え可能な手段（抽出方法選択手段）を設けても良い。
表示項目については特に限定しないが、周波数応答解析と過渡応答解析を切り替えるものであれば良い。あるいは、前記の第１モード、第２モード、さらには第３モードを切り替えるものであれば良い。
【００６４】
なお、図９は、回転機診断システムの設定画面の一部に表示するプルダウンメニューの例を示す図である。図９において回転機診断システムの設定画面の一部９１は、過渡モード（過渡応答解析のモード）を選択するプルダウンメニューを示している。
また、図１０は、回転機診断システムの設定画面の一部に表示するラジオボタンの例を示す図である。図１０において、回転機診断システムの設定画面の一部９２は、過渡モード（過渡応答解析のモード）と定常モード（周波数応答解析のモード）を選択するラジオボタンを示している。
図９で示した、回転機診断システムの設定画面の一部（プルダウンメニュー）９１、および回転機診断システムの設定画面の一部（ラジオボタン）９２を、図７で示した情報表示手段（ディスプレイ）７１の画面上に表示して用いてもよい。
【００６５】
≪その他の実施形態≫
以上、本発明は、前記した各実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々、変更可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。
【００６６】
《回転機の他の例》
第１実施形態においては、回転機を３相のモータ（電動機）として説明したが、これに限定されない。
例えば、回転機が発電機の場合は、電力の流れる向きが逆になるだけで、同様の形態と手法で実施可能である。
また、モータ（電動機）や発電機は、同期型でも誘導型でも同様の形態と手法で実施可能である。
また、第１実施形態においては、３相モータをＹ結線として図示し、説明したが、Ｙ結線に限定されない。３相のモータ（電動機）や発電機は、Δ結線で構成されてもよい。
また、第１実施形態においては、給電線を３本利用する３相モータの場合を示したが、異なる相数であってもよい。
【００６７】
《静電容量の変化》
第１実施形態では、静電容量が増加するものとして説明したが、実際には、減少する場合もある。すなわち、静電容量の増加、減少のどちらを劣化指標として抽出するかは、特に限定しない。いずれの場合でも、静電容量の変化により、漏れ電流経路の特性変化を知ることができる。
また、静電容量を用いた診断手法については、第１実施形態で説明した方法に限定されない。
例えば、初期値に対する静電容量の変化が所定の閾値の範囲を超えた際に情報を伝達する方法、または静電容量の他、湿度や温度などの情報と共に多変量解析することで所定閾値の範囲を超えた際に情報を伝達する方法、等をとることができる。
【００６８】
《等価回路モデル》
第１実施形態および第２実施形態では、単純なモデルとして、漏れ電流経路を抵抗Ｒと静電容量Ｃの並列回路でモデル化した例を基に説明しているが、他の等価回路のモデルを用いてもよい。例えば、インダクタンス（インダクター）Ｌを含む場合もある。また並列回路のみではなく、前記のＲ，Ｃ，Ｌが並列、直列に様々に組み合わせた回路でもよい。
なお、この等価回路のモデルが変われば、解く方程式の形が変わり、その方程式により解くことになる。
【００６９】
《微分方程式の形式》
第１実施形態および第２実施形態では、ｉ’＝ｉ、またはｖ’＝ｖを満たすかという観点で、前記の式２、式３を用いてきた。しかし、式２、式３に限定されない。前記の式の両辺を積分した値や微分した数式の計算方法や計算値を用いても、本発明で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
《等価回路パラメータの抽出に用いる電流データと電圧データ》
第１実施形態においては、電流センサ１４（図１）によって取得した零相電流と、電圧センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃによって取得した各相（三相）の電圧から得られる三相電圧の和と、を用いて漏れ電流経路の等価回路のパラメータを導出することを説明した。
しかし、漏れ電流経路の等価回路のパラメータを導出する際に用いる電流データと電圧データは、前記の例に限定されない。
例えば、回転機１３（図１）の所定の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか）の巻き始めと巻き終わりに流れる電流の差（電流データ）と、所定の相電圧（電圧データ）の組み合わせでもよい。
また、回転機１３の所定の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか）の巻き始めと巻き終わりに流れる電流の差（電流データ）と、所定の相電圧（電圧データ）と中性点（３３３：図１（ｂ））の電圧の組み合わせでもよい。
なお、前記の所定の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか）の巻き始めと巻き終わりに流れる電流の差（電流データ）を用いる場合には、図１の（ａ）において、三相の給電線１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ電流センサ（不図示）を設ける。
【符号の説明】
【００７１】
１１    電源
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ    給電線
１３    モータ（電動機）
１４    電流センサ（電流測定手段）
１５    データ処理装置（データ処理手段）
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ    電圧センサ（電圧測定手段）
１３１，１３２，１３３    固定子コイル
３３３    中性点
７１    情報表示装置（情報表示手段、情報伝達手段）
【図１】
0006585979.tif 000005
【図２】
0006585979.tif 000006
【図３】
0006585979.tif 000007
【図４】
0006585979.tif 000008
【図５】
0006585979.tif 000009
【図６】
0006585979.tif 000010
【図７】
0006585979.tif 000011
【図８】
0006585979.tif 000012
【図９】
0006585979.tif 000013
【図１０】
0006585979.tif 000014