(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断装置であって、
前記動力伝達機構の異常を判定する監視診断部と、
前記電動機の電源線に接続された電流検出器を備え、
前記監視診断部は、
前記電流検出器から送信される電流を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果から、前記動力伝達機構の異常を判定する異常判定部とを備える動力伝達機構の異常診断装置。
【請求項２】
前記解析部は、
前記電動機の駆動電流スペクトル波形を解析するスペクトル解析部と、
前記駆動電流スペクトル波形から、スペクトルピークを検出する側帯波解析部と、
検出された前記スペクトルピークの中から前記動力伝達機構の回転速度に伴い発生する動力伝達機構周波数帯を解析する周波数解析部と、
電源の周波数及び動力伝達機構周波数以外の側帯波の個数を検出する異常周波数カウント部とからなる請求項１に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
【請求項３】
前記異常判定部は、検出された前記動力伝達機構周波数以外の前記側帯波の個数から、前記異常のレベルを判定するレベル判定部を備えた請求項２に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
【請求項４】
前記電源と前記電動機の間に電動機駆動制御装置を備え、
前記異常周波数カウント部は、前記電動機駆動制御装置の運転周波数以外の側帯波の個数を検出する請求項２又は請求項３に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
【請求項５】
前記監視診断部は、複数の前記電動機の電源線にそれぞれ接続された複数の前記電流検出器からの前記電流を解析し、それぞれの前記電動機に接続された前記動力伝達機構の異常を判定する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
【請求項６】
前記異常判定部は、前記複数の電流検出器からの前記電流を解析したそれぞれの駆動電流スペクトル波形を比較する比較部を備えた請求項５に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
【請求項７】
前記監視診断部は、前記動力伝達機構の異常を前記電動機駆動制御装置にフィードバックし、前記電動機駆動制御装置は、前記異常のレベルに応じて、前記電動機の回転を制御する請求項４に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
【請求項８】
電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
前記電動機に流れる電流を測定する第１ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第２ステップと、
前記電流の周波数解析をする第３ステップと、
前記第２ステップで得た駆動電流スペクトル波形の中から突出するスペクトルピークを検出する第４ステップと、
前記第４ステップにおいて検出された前記スペクトルピークの中から、等間隔で閾値以上の信号強度を有する複数のスペクトルピークを検知し、複数の前記スペクトルピークを前記動力伝達機構の回転速度に伴い発生する動力伝達機構周波数帯と判定する第５ステップと、
電源周波数及び動力伝達機構の周波数及び前記電動機の回転周波数以外の側帯波の個数を検出する第６ステップと、
前記側帯波の数から前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第７ステップとを有する動力伝達機構の異常診断方法。
【請求項９】
複数の電動機から、負荷としてのそれぞれの機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
それぞれの前記電動機に流れる電流を測定する第１ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第２ステップと、
それぞれの前記電流の周波数解析をする第３ステップと、
前記第３ステップで得たそれぞれの駆動電流スペクトル波形を比較して前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第２０７ステップとを有する動力伝達機構の異常診断方法。
【請求項１０】
前記第５ステップにおいて、前記動力伝達機構周波数帯と判定された前記スペクトルピークの数が０の場合は、前記動力伝達機構の動力伝達部材が破断していると判定する第５１ステップを有する請求項８に記載の動力伝達機構の異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機に接続された動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラントには電動機に動力伝達機構を介して接続された機械設備が多数存在しており、動力伝達機構の異常診断は、メンテナンス部門が五感診断により判定している場合が多い。特に、重要度の高い設備に関しては、定期的な診断が必要になる。さらに、動力伝達機構は、その劣化が始まると、加速度的に劣化が進行する。【０００３】
そこで、動力伝達機構に接続された電動機側を常時監視する技術に関心が高まっている。しかしながら、電動機の常時監視の多くは、電動機毎に様々なセンサを取り付けることを前提としている。例えば、トルクメータやエンコーダ、加速度センサ等である。【０００４】
軸受けの診断システムとして、軸受けに取り付けた損傷発生検出用のセンサの計測データから複数個のパワースペクトルを抽出し、予め計算した異常原因によるスペクトルと比較して、異常原因を診断する方法が示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２００９／０９６５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたセンサは、軸受け自体に装着されており、直接センサを取り付けることができないベルトやチェーンのような動力伝達機構には、応用できないという課題があった。【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電動機に接続された動力伝達機構に発生した異常を、早期に簡単に検出できる動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法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】
この発明に係る動力伝達機構の異常診断装置は、
電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断装置であって、
前記動力伝達機構の異常を判定する監視診断部と、
前記電動機の電源線に接続された電流検出器を備え、
前記監視診断部は、
前記電流検出器から送信される電流を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果から、前記動力伝達機構の異常を判定する異常判定部とを備えるものである。【０００９】
また、この発明に係る動力伝達機構の異常診断方法は、
電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
前記電動機に流れる電流を測定する第１ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第２ステップと、
前記電流の周波数解析をする第３ステップと、
前記第２ステップで得た駆動電流スペクトル波形の中から突出するスペクトルピークを検出する第４ステップと、
前記第４ステップにおいて検出された前記スペクトルピークの中から、等間隔で閾値以上の信号強度を有する複数のスペクトルピークを検知し、複数の前記スペクトルピークを前記動力伝達機構の回転速度に伴い発生する動力伝達機構周波数帯と判定する第５ステップと、
電源周波数及び動力伝達機構の周波数及び前記電動機の回転周波数以外の側帯波の個数を検出する第６ステップと、
前記側帯波の数から前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第７ステップとを有するものである。【００１０】
また、この発明に係る動力伝達機構の異常診断方法は、
複数の電動機から、負荷としてのそれぞれの機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
それぞれの前記電動機に流れる電流を測定する第１ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第２ステップと、
それぞれの前記電流の周波数解析をする第３ステップと、
前記第３ステップで得たそれぞれの駆動電流スペクトル波形を比較して前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第２０７ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法によれば、電動機に接続された動力伝達機構に発生した異常を、特別なセンサ等を用いること無く、電流検出器を用いることにより早期に、簡単に、低コストに検出できる。また、直接センサを取り付けることができない動力伝達機構についても、異常検出を容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る異常診断装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る異常診断装置の監視診断部の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る異常診断装置の処理フローを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電動機の電動機駆動電流スペクトル波形を示す図である。
【図５】正常時と、異常時のスペクトル波形を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る異常診断装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る異常診断装置の監視診断部の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る異常診断装置の処理フローを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る各電動機のスペクトル波形を比較した図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る異常診断装置の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る異常診断装置の監視診断部の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る異常診断装置の処理フローを示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る異常診断装置の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係るベルト機構を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１に係るチェーン機構を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係る異常診断装置の監視診断部の構成を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る異常診断装置の処理フローを示す図である。
【図１８】ベルト切れ前後の電動機の電流スペクトル波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る、動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて説明する。
図１は、モータコントロールセンタが管理する電動機１５と、電動機１５から負荷としての機械設備３０に動力を伝達するベルト機構６（動力伝達機構）の異常を検知する異常診断装置１００の構成を示す図である。
図２は、異常診断装置１００の監視診断部２０の構成を示す図である。
図３は、異常診断装置１００の処理フローを示す図である。
図１４は、ベルト機構６を示す図である。
ベルト機構６は、電動機１５の回転軸に接続されたプーリＰｕ１と、機械設備３０の駆動軸に接続されたプーリＰｕ２とに、ベルトＢＥ（動力伝達部材）を巻き掛けたものである。
図１５は、動力伝達機構としてのチェーン機構６Ｂを示す図である。
チェーン機構６Ｂは、電動機１５の回転軸に接続されたプーリＰｕＢ１と、機械設備３０の駆動軸に接続されたプーリＰｕＢ２とに、チェーンＣＨ（動力伝達部材）を巻き掛けたものである。
異常診断装置１００は、監視診断部２０と、表示部４０と、警報部５０と、電動機１５に接続されている三相電線のいずれかに接続された電流検出器７０とからなる。
【００１４】
異常診断装置１００の監視診断部２０は、電動機設定部２１、判定基準格納部２２、異常判定部２３、診断結果格納部２４、解析部２５、メモリ部２６とからなる。
【００１５】
電動機１５は、電動機駆動用の電源線１１に接続されており、電源線１１には、複数個の配線用遮断器１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、複数個の電磁接触器１３ａ、１３ｂ、１３ｃとが接続されている。
【００１６】
電流検出器７０は、配線に流れる電流を計測（ステップＳ００１）しており、取得した電流データは監視診断部２０に送信される（ステップＳ００２）。監視診断部２０により判定したベルト機構６の異常は、表示部４０と警報部５０に送られ、それぞれディスプレイ表示と警報として発令し（ステップＳ００８）、異常を監視担当者に知らせる。ここでは、ベルト機構６は、電動機１５の駆動力をベルトＢＥにより負荷に伝達する構成とし、以下の説明では、電流検出器７０から得る電流データからベルトＢＥの異常を検出する例を説明するが、動力伝達機構は、ベルト機構６に限定するものではなく、図１５に示すようなチェーン機構６Ｂ、或いは、図示しないロープ機構等の巻掛電動装置であれば良い。
【００１７】
また、電流検出器７０は、三相電源線の各相に設置される場合もある。ただし、いずれかの相を計測するだけで良い。さらに、電流検出器７０は、電動機１５の駆動電流を計測可能な場所であれば設置場所は限定されない。これは、計測場所によって検出精度が変化しないことを示している。監視診断部２０は、一つの電動機１５に対して一つずつ備える構成である。
【００１８】
監視診断部２０の電動機設定部２１は、電動機１５の回転速度をオンラインでリアルタイムに、高精度に特定するために、電動機１５に取り付けられた銘板の情報から電源周波数、極数、定格回転速度等の電動機１５の諸元を入力するために使用する（ステップＳ０００）。電動機１５の無負荷時の回転速度は、１２０・ｆｓ／ｐ（ｆｓ：電源周波数、ｐ：極数）で算出できる。そのため、電動機１５の回転速度は必ず、無負荷時の回転速度と定格回転速度の間の値となるため、回転速度の範囲は限定される。そして、電動機１５の諸元情報は、メモリ部２６に格納される。
【００１９】
判定基準格納部２２は、ベルト機構６の異常を判定するための閾値などを保存するために使用する。異常判定部２３は、ベルト機構６の異常を最終判定するために使用する。診断結果格納部２４は、異常判定部２３が判定した結果を保存する場所である。
【００２０】
次に、監視診断部２０の解析部２５の詳細を説明する。
図４は、電動機１５の電動機駆動電流スペクトル波形（以下、単にスペクトル波形という）を示す図である。縦軸は信号強度を、横軸は、周波数を表す。解析部２５は、電流検出器７０から送信され、メモリ部２６に格納された電流データ解析をする。解析部２５は、スペクトル解析部２５ａと、側帯波解析部２５ｂと、周波数解析部２５ｃと、異常周波数カウント部２５ｄとからなる。スペクトル解析部２５ａは、電流検出器７０から得た電流を、電流ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析（周波数解析）する（ステップＳ００３）ために使用する。
【００２１】
側帯波解析部２５ｂは、まず、スペクトル解析部２５ａから得たスペクトル波形の中からスペクトルピークを全て検出する（ステップＳ００４）。検出する範囲は０〜１０００Ｈｚの間が好ましい。次に、検出されたスペクトルピークの中から側帯波の条件を満たすスペクトルピークを判定する。
【００２２】
搬送波は、搬送波周波数の近傍の周波数成分をもつ。この成分が側帯波である。図４に示すスペクトル波形では、電源周波数（ここでは６０Ｈｚ）を中心として上位側と下位側の両方に均等な間隔でスペクトルピークＰが出現する。すなわち、電源周波数から上位側に＋Δｆｂ、＋２Δｆｂ、＋３Δｆｂ等、下位側に−Δｆｂ、−２Δｆｂ、−３Δｆｂ等の間隔でスペクトルピークＰが出現しており、これらのスペクトルピークＰは、側帯波の一つのスペクトルピークである。スペクトルピークＰの信号強度、出現パターンは、電動機１５の回転速度によって変化する。
【００２３】
次に、スペクトルピークＰが出現する理由を説明する。図１４に示すベルトＢＥが、電動機１５の回転軸に接続されたプーリＰｕ１と接続されていることによって、ベルトＢＥの速度変動が、電動機１５の回転子の回転速度に変動を引き起こし、これが、電動機１５の駆動電流に影響する。このとき、ベルトＢＥが一回転する周波数で速度変動も発生するため、ベルトＢＥが一回転する周波数及びその高調波のスペクトルピークＰが出現する。スペクトルピークＰが出現する周波数帯ｆｂは、Ｄｒを電動機１５の回転軸に接続したプーリＰｕ１の半径、ｆｒを電動機１５の回転軸の回転速度、ＬをベルトＢＥの長さとすると、次の式１で示される。
ｆｂ＝（２πＤｒ・ｆｒ）／Ｌ・・・式１
このように、周波数帯ｆｂは、プーリＰｕ１の半径Ｄｒ、電動機１５の回転軸の回転速度ｆｒ、ベルトＢＥの長さＬで決まる。そして、電流波形を周波数分析すると電源周波数ｆｓの両側にｆｓ±ｆｂの側帯波が現れる。同時に、側帯波の高調波成分ｆｓ±２ｆｂやｆｓ±３ｆｂも観測される。
【００２４】
図５は、正常時のベルト機構６と、異常時のベルト機構６が装着されている電動機１５のスペクトル波形を示す図である。上側が正常時の新品のベルトＢＥ、下側が異常時の劣化したベルトＢＥ装着時のスペクトル波形である。縦軸は信号強度を、横軸は、周波数を表す。また、図中の四角印及び丸印は、側帯波のスペクトルピークを表す。周波数解析部２５ｃは、ベルト機構６の回転速度に伴い発生するベルト回転周波数帯（動力伝達機構周波数帯）を解析する（ステップＳ００５）。すなわち、側帯波解析部２５ｂで検出された側帯波のスペクトルピークの中から、等間隔で、閾値より信号強度の大きな、突出する複数のスペクトルピークＰを検知し、それら複数のスペクトルピークＰをベルト回転周波数帯と判定する。
【００２５】
異常周波数帯と区別するために、電動機１５と機械設備３０が正常な時にベルト回転周波数帯の波形を判定しておくと良い。スペクトルピークＰは、電動機１５の回転速度によって変化するため、電動機１５の回転速度を常時検出し、ベルト回転周波数帯の判定に活用すると良い。
【００２６】
ベルト機構６により発生するスペクトルピークＰの信号強度は、電源周波数帯を除く他の周波数帯の信号強度等と比較して大きい傾向にある。そのため、信号強度の大きさからもベルト回転周波数帯の判定は可能である。ベルトＢＥの長さ、電動機１５側のプーリＰｕ１の半径Ｄｒ等の情報が事前に入力できれば、ベルト回転周波数帯を高精度に検出可能である。
【００２７】
異常周波数カウント部２５ｄは、電源周波数とその高調波、および、ベルト回転周波数とその高調波、および、電動機の回転周波数、以上以外の側帯波の個数を検出する解析部である。例えば、実例としてベルトＢＥが劣化すると、図５に示すように、ベルト回転周波数帯（図５、黒四角印で示す部分）以外の箇所で複数のスペクトルピークＰ２（図５、黒丸印で示す部分）が検出される。このスペクトルピークＰ２の信号強度の値とその個数をカウントする（ステップＳ００６）。
次に、ベルト回転周波数帯（図５、黒四角印で示す部分）以外の箇所で複数のスペクトルピークＰ２が発生する理由を説明する。ベルトＢＥが劣化し、ベルトＢＥに亀裂が生じた場合、ベルト亀裂箇所が電動機１５の回転軸と接触した際に、電動機１５の回転軸の回転速度の変動、すなわち、電動機１５の回転子の回転速度の変動が引き起こされる。この変動は、電動機１５の駆動電流に影響を与える。これによって、ベルト亀裂箇所が回転軸に衝突する衝突周波数に相当する周波数帯でスペクトルピークＰ２が発生する。
【００２８】
次に、監視診断部２０の異常判定部２３において、ベルト機構６の異常の有無を判定する（ステップＳ００７）。例えば、閾値を越えた信号強度のスペクトルピークＰ２が１０個以上検出されたら異常と判定する等である。閾値は、判定基準格納部２２にあらかじめ設定される。もしくは、正常状態のときのデータをメモリに格納し、統計処理等を施すことで閾値を決定することもできる。また、異常周波数帯の信号強度の時間変化を観測しても良い。すなわち、劣化が加速すると異常周波数帯の信号強度が大きく変化することに着目することも考えられる。診断結果は、診断結果格納部２４に、異常の有無を格納し、最後に必要があれば、警報の発令やアラーム表示を行う。
【００２９】
この発明の実施の形態１に係る動力伝達機構の異常診断装置１００および異常診断方法によれば、電動機１５に接続された動力伝達機構に発生した異常を、特別なセンサ等を用いること無く、電流検出器７０を用いることにより早期に、簡単に、低コストに検出できる。また、直接センサを取り付けることができない動力伝達機構についても、異常検出を容易にできる。
【００３０】
また、ベルト機構６のベルトＢＥがベルト切れする前の段階で異常を検知することにより設備のダウンタイムを低減可能である。
【００３１】
また、本実施の形態では、動力伝達機構としてのベルト機構６の異常の検出を例として説明したが、電動機１５に接続された動力伝達機構であれば、構成を問わず、電流検出器７０により検出する電流データを元に、その異常を検出できる。
【００３２】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図６は、モータコントロールセンタが管理する電動機１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、電動機１５ａ〜１５ｃから負荷としての機械設備３０ａ、３０ｂ、３０ｃに動力を伝達するベルト機構６ａ、６ｂ、６ｃ（動力伝達機構）の異常を検知する異常診断装置２００（２つの破線枠で囲まれる部分）の構成を示す図である。
図７は、異常診断装置２００の監視診断部２２０の構成を示す図である。
図８は、異常診断装置２００の処理フロー（複数の同型電動機の場合）を示す図である。
異常診断装置２００は、監視診断部２２０と、表示部４０と、警報部５０と、電動機１５ａ〜１５ｃに接続されている三相電線のいずれかに接続された電流検出器７０ａ、７０ｂ、７０ｃとからなる。
【００３３】
異常診断装置２００の監視診断部２２０は、電動機設定部２１、判定基準格納部２２、異常判定部２２３、診断結果格納部２４、解析部２２５とからなる。また、異常判定部２２３は、後述する比較部２２３ｂを備える。
【００３４】
電動機１５ａ〜１５ｃは、電動機駆動用の電源線１１ａ、１１ｂ、１１ｃに接続されており、各電源線１１ａ〜１１ｃには、それぞれ複数個の配線用遮断器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉと、複数個の電磁接触器１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉとが接続されている。
【００３５】
このように、実施の形態１と実施の形態２では、コントロールセンタが管理する電動機の数が異なり、３つのベルト機構６ａ、６ｂ、６ｃを１つの異常診断装置２００で一括診断することができる点が異なる。
【００３６】
監視診断部２２０の基本的な構成は、実施の形態１と同じである。上述のように、解析部２２５は、３つの電流検出器７０ａ〜７０ｃから送られてくる電流データを元に、ベルト機構６ａ〜６ｃの電流ＦＦＴ解析を行う。
【００３７】
そして、通常は、異常判定部２２３では、実施の形態１、図３に示したフローに沿ってベルト機構６ａ〜６ｃの異常判定をする。一方、例えば、同じ種類の電動機・負荷設備の型式である場合は、図８に示すフローに沿って比較部２２３ｂによる比較判定を行う。同じ種類の電動機・負荷設備の型式である場合、通常同じような波形が観測される。そこで、３つの電流検出器７０ａ〜７０ｃからのスペクトル波形を比較することで異常判定する。
【００３８】
図９は、電動機１５ａ〜１５ｃのスペクトル波形を比較した図である。
これらの波形を比較すると、ベルト回転周波数帯は、全て同形状であるが、電動機１５ｃのベルト回転周波数帯以外の周波数で、他の電動機１５ａ、１５ｂと異なったスペクトルピークが発生していることを異常と判定できる。この場合、単に波形だけを比較すればよく、側帯波やベルト回転周波数帯の検知は不要となり、図８に示すように、実施の形態１のステップＳ００７に代えて、比較判定のステップＳ２０７を使用することにより、他の波形と異なる波形の抽出だけでベルト機構６ａ〜６ｃの異常を判定できる。このとき、ベルト回転周波数帯近傍で複数のスぺクトルピークが検出されれば、ベルト劣化の可能性が高い。
【００３９】
この発明の実施の形態２に係る動力伝達機構の異常診断装置２００および異常診断方法によれば、実施の形態１の効果に加えて、同じ電動機、同じ動力伝達機構については、それぞれのスペクトル波形を比較するだけで、簡単にベルト機構６ａ〜６ｃの異常を判定することができる。
【００４０】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１０は、モータコントロールセンタが管理する電動機１５と、電動機１５から負荷としての機械設備３０に動力を伝達するベルト機構６（動力伝達機構）の異常を検知する異常診断装置３００の構成を示す図である。
図１１は、異常診断装置３００の監視診断部３２０の構成を示す図である。
図１２は、異常診断装置３００の処理フローを示す図である。
実施の形態１と実施の形態３と異なる点は、三相電源に、電動機駆動制御装置８０が設置されている点である。
【００４１】
電流検出器７０は、電動機駆動制御装置８０の２次側もしくは１次側もしくは、内蔵でも良い。いずれにおいても、取得した電流データを監視診断部３２０に送信する。監視診断部３２０についても、電動機駆動制御装置８０に内蔵、もしくは外付けのどちらでも良いが、電動機駆動制御装置８０の運転周波数は、監視診断部２０に送信できる構成とする。
【００４２】
本実施の形態における電流ＦＦＴ解析の結果には、電源周波数とその高調波、電動機駆動制御装置の運転周波数とその高調波、ベルト回転周波数が検出される。電動機駆動制御装置８０からのノイズ信号の強度よりもベルト回転周波数の信号強度の方が一般に大きい。
【００４３】
監視診断部３２０の異常判定部３２３は、レベル判定部３２３ｃを備える。レベル判定部３２３ｃは、それぞれのスペクトルピーク値と個数を検出し、異常と判定されるスペクトルピークの数により劣化レベルを判定する（ステップＳ３０６５）。例えば、図５、上側に示すように正常の場合は劣化レベル１とし、図５、下側に示すように異常の場合には劣化レベル２とする。さらに、異常と判定される側帯波が多数検出された時は、劣化レベル３とする。当然のことながら、劣化レベルが大きいほど、劣化度が大きいことを意味している。
【００４４】
そして、監視診断部３２０は、劣化レベルを電動機駆動制御装置８０に送信する。これに伴い、電動機駆動制御装置８０は、電動機１５の回転速度を制御する。劣化レベル１の場合には、通常速度で電動機１５を運転する。劣化レベル２の場合には、電動機１５の回転速度を１０％減速させる。劣化レベル３の場合には、電動機１５の回転速度を例えば２０％減速させる。これにより、ベルト機構６の単位時間当たりの移動距離が減少するため、急激なベルトＢＥの劣化を防ぐことができ、ベルトＢＥを長寿命化できる。
【００４５】
このように、電動機駆動制御装置８０にベルト機構６の劣化診断結果をフィードバックすることで、ベルト機構６の長寿命化を実現し、設備のダウンタイムを減少させることができる。ベルト機構６の長寿命化を実現するためには、単に電動機１５の回転速度を減少させることだけに留まらない。ベルト機構６の劣化レベルが増大した場合には、一旦電動機１５を停止させ、再稼働させる制御も良い。なぜなら、連続運転している場合には、ベルト機構６の劣化が加速度的に進むため、一度停止させ、ベルト機構６を自然冷却し、加速度的な劣化の進展を抑えることができるからである。
【００４６】
また、振動の小さい回転速度を見つける制御も良い。例えば、電動機１５の回転速度毎に異常周波数帯のスペクトルピーク値と個数を検知する。その中で、最も少ないスペクトルピーク個数の回転速度を特定し、その回転速度で電動機１５を運転する。これにより、劣化レベルの小さい状態で電動機１５を運転できる。
【００４７】
もしくは、スペクトルピーク個数が、ある個数以下を維持する回転速度制御も良い。回転速度は、電動機１５と負荷設備毎に回転可能な範囲が決まっていることから、電動機１５の回転速度の上限と下限を予め決定しておく。または、電動機１５を逆回転させても特性が変わらない負荷設備の場合には、劣化レベルが増加した際に逆回転させるのも良い。逆回転させることで、摩耗劣化した箇所とは異なる箇所で当たり面が発生し、ベルト機構６の寿命が延びる可能性がある。
【００４８】
この発明の実施の形態３に係る動力伝達機構の異常診断装置３００および異常診断方法によれば、実施の形態１の効果に加えて、ベルト機構６の劣化レベルに合わせて電動機１５をフィードバック制御することにより、ベルト機構６の寿命を延長することができる。
【００４９】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態１〜３と異なる部分を中心に説明する。
図１３は、モータコントロールセンタが管理する電動機１５ａ〜１５ｃと、電動機１５ａ〜１５ｃから負荷としての機械設備３０ａ〜３０ｃに動力を伝達するベルト機構６ａ〜６ｂ（動力伝達機構）の異常を検知する異常診断装置４００の構成を示す図である。
【００５０】
本実施の形態では、電動機駆動制御装置４８０の１つに対して、複数の電動機１５ａ〜１５ｃが接続されている。これは、電動機１５ａ〜１５ｃの合計出力容量が電動機駆動制御装置４８０の容量以下の場合に限定される。このとき、各電動機１５ａ〜１５ｃの配線に電流検出器７０ａ〜７０ｃを設置し、計測した電流データを電動機駆動制御装置４８０に記憶させる。これにより、複数の電動機１５ａ〜１５ｃを一括で監視できる。そして、実施の形態２、３と同様に監視診断部４２０の異常判定部により、ベルト機構が劣化した電動機と負荷設備を特定し、ベルト長寿命化のための回転速度等の制御を行う。制御は、電動機１５ａ〜１５ｃ毎に行っても良いし、複数の電動機で一括して行っても良い。
【００５１】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態１〜４では、ベルトＢＥが劣化し亀裂が生じた際の異常の検出について説明した。本実施の形態では、ベルトＢＥに亀裂が生じて即座にベルトＢＥが切断するような突発事象にも対応できる動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法について説明する。
【００５２】
図１６は、監視診断部５２０の構成を示す図である。
図１７は、異常診断装置の処理フローを示す図である。
図１８（ａ）は、ベルト切れ前の電動機１５の電流スペクトル波形を示す図である。
図１８（ｂ）は、ベルト切れ後の電動機１５の電流スペクトル波形を示す図である。
【００５３】
ベルトＢＥが切れると、図１８（ｂ）に示すように、電源周波数から上位側に＋Δｆｂ、＋２Δｆｂ、＋３Δｆｂ等、下位側に−Δｆｂ、−２Δｆｂ、−３Δｆｂ等の間隔で出現していたベルト回転周波数帯（動力伝達機構周波数帯）のスペクトルピークＰが消滅する。これは、電動機１５がベルト切れによって無負荷で回転するためである。よって周波数解析部２５ｃによりベルト回転周波数帯のスペクトルピークＰの個数をカウントし、この個数が０個であった場合に、異常判定部５２３によりベルト切れと判定する（ステップＳ０５１）。
【００５４】
この発明の実施の形態５に係る動力伝達機構の異常診断装置および異常診断方法によれば、実施の形態１の効果に加えて、ベルト切れを即座に判定できるので、動力伝達機構を速やかに停止し復旧することにより、ベルト切れによる損失を最低限に抑制できる。チェーン切れについても同様である。
【００５５】
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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