(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングを含む診断対象機器を診断する診断装置であって、
前記モータの負荷電流を測定する電流測定手段と、
前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲を決定するフィルタリング手段と、
該フィルタリング手段でフィルタリングされた電流波形を周波数解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第１の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する第１の異常判定手段と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する倍率算出手段と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第２の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する第２の異常判定手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求めるスペクトルレベル算出手段と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第３の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する第３の異常判定手段と、
前記第１〜第３の異常判定手段による判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する診断結果出力手段と、
を含む、電流診断装置。
【請求項２】
電流のスペクトルにおいて電源周波数ＦＬの周りに軸の回転数ｆｒの側波帯ＦＬ±ｆｒが発生することに基づき、前記診断対象機器における前記回転系異常である、モータまたは前記負荷装置のアンバランス、あるいはカップリングのミスアライメントが発生したことを検出する、請求項１に記載の電流診断装置。
【請求項３】
前記フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを算出することで、前記モータの軸受の摩耗状態を判定する、請求項２に記載の電流診断装置。
【請求項４】
前記フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルとして、Ｏ／Ａ値、ＲＭＳ値および平均値のいずれかを算出する、請求項３に記載の電流診断装置。
【請求項５】
電源周波数ＦＬ±２０Ｈｚの周波数範囲における前記平均的なスペクトルレベルを算出する、請求項４に記載の電流診断装置。
【請求項６】
モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングを含む診断対象機器を診断する診断方法であって、
前記モータの負荷電流を測定する工程と、
測定された負荷電流を、前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲に応じてフィルタリングする工程と、
フィルタリングされた電流波形を周波数解析する工程と、
該周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第１の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する工程と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する工程と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第２の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する工程と、
前記周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求める工程と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第３の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する工程と、
前記判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する工程と、
を含む、電流診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流診断装置および電流診断方法に関する、さらに詳述すると、本発明は、電流診断法を利用した異常診断技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングにて構成される機器を診断するための診断技術が、タービンや送風機をはじめとする大型の重要回転設備や、圧縮機をはじめとする高速の回転設備といった各設備において利用されている。
【０００３】
このような診断技術として、従来、渦電流型センサによる軸振動や圧電型加速度センサによる軸受箱振動を利用した方法が提案されている。例えば、軸受から発生する振動や音のような波形データに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施すことにより得られたスペクトルパターンと、あらかじめ設定された異常時のスペクトルパターンとを比較すれば、当該比較結果に基づいて当該軸受を診断することが可能である。
【０００４】
このように、振動診断技術は、診断対象機器における振動を計測することを要するものであるため、振動対象機器の近傍に振動測定用のセンサを設置しなければならないし、センサが設置されていなければ振動測定機器の近傍にセンサを設置する作業を行わなければならない。ところが、実際にはこのような設置作業が困難なため、振動診断技術を適用して現場で状態監視をして健全性を評価することが極めて難しい状況が存在し得る。
【０００５】
例えば、原子力発電所内の高放射線区域あるいは高所・狭所（ピット内等）や水中ポンプ、高温設備等の人が容易に近づくことができない場所で直接センシング困難な回転機器の状態監視に際しては、作業安全・人身安全確保の観点からデータ採取が困難な状況となっている。したがって、当該設備における回転機器等の健全性を評価することが難しい。
【０００６】
一方で、振動診断技術のこのような課題に着目すると、設備異常を診断する別の技術として、設備を駆動するモータの負荷電流を計測し、負荷電流に含まれる高調波含有率の検出、負荷電流の絶対値や相対値の比較、負荷電流の急変の検出等によって、設備の異常を診断する電流診断手法を挙げることができる（例えば特許文献１，２参照）。
【０００７】
電流診断手法の一つである電動機電流兆候解析（Motor Current Signature Analysis：ＭＣＳＡ）は、電源ケーブルから信号を検出するので、設備から離れた場所からのデータ収集が可能であるという利点がある。すなわち、モータの電源ケーブルから得られた電流波形を用いて解析することができるため、現場の対象設備にセンサを設置する必要はなく、現場から離れた電気室の電源盤などといった電源設置場所でのデータ収集が可能である。したがって、人間がセンサを設置することができないために測定が不可能なエリアの設備の状態監視などに有効な手法となる。
【０００８】
また、このような電流診断技術は、可動設備（レール上を走行する設備やロボットといった、測定点が移動する設備）などの状態監視に適用可能である。さらに、電流診断技術は、モータの異常だけでなく、負荷設備（モータに接続されたポンプやファンなどといった、被駆動設備）の異常検出にも適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２５７３６２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８８３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、電動機電流兆候解析においては、異常が発生した場合に、モータの異常なのか、負荷設備（ポンプなど）の異常なのかの判断ができない。このため、モータおよびその負荷設備のどちらかまでは分からないが当該設備において異常が生じているとの判断のみが可能である。また、電流スペクトルにおいて電源周波数の周りおよびスロット通過周波数（＝回転数×ローターバーの数）周りに生じる側帯波のレベルは微小であるため、設備にセンサを設置して計測する振動診断技術などに比較して差異が見づらく、異常検出能力に劣る場合がある。このため、現時点において、異常状況を確実に把握できる診断手法としては確立していないのが実情である。
【００１１】
本発明は、診断対象機器から離れた場所で診断用のデータを収集して当該機器の異常診断を行うことができ、尚かつ、異常検出能力を向上させ、どの機器で異常が生じているか明確に診断できるようにした電流診断装置および電流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】
【００１２】
かかる課題を解決するべく、本発明は、モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングを含む診断対象機器を診断する診断装置であって、
前記モータの負荷電流を測定する電流測定手段と、
前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲を決定するフィルタリング手段と、
該フィルタリング手段でフィルタリングされた電流波形を周波数解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第１の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する第１の異常判定手段と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する倍率算出手段と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第２の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する第２の異常判定手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求めるスペクトルレベル算出手段と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第３の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する第３の異常判定手段と、
前記第１〜第３の異常判定手段による判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する診断結果出力手段と、
を含む、というものである。
【００１３】
本発明者は、電動機電流兆候解析技術の更なる実用化を目指し、回転機器の状態監視への適用の一助とすることに着目して検討した結果、電流のスペクトルにおいて電源周波数の周りに生じる側帯波のレベルと異常の劣化度との間における相関を見出した。すなわち、カップリングのアライメントが狂ったり、負荷装置の羽根にアンバランスが生じたりといった異常が生じた場合、異常により発生する振動によりモータ内部の回転子が揺らされることによって固定子との間のエアギャップ間隔が変動し、電流波形に振幅変調が生じる。これにより側波帯レベルが上昇するという知見が得られた。本発明では、この見出した相関に基づいて策定した判定基準を利用する。すなわち、第１の判定基準に照合して回転系異常の有無を判定する第１の異常判別手段と、第２の判定基準に照合して流体的異常の有無を判定する第２の異常判定手段とで、策定された判定基準に基づく診断を行う。さらに、本発明では、第３の判定基準に照合して軸受由来異常の有無を判定する。このように、この電流診断装置によれば、診断対象機器における回転系異常、流体的異常、そして軸受由来異常という、従来手法では着目されていなかった異常の有無の診断を行うことができる。また、このような電流診断によれば、従来の振動診断技術におけるように現場の実機において振動を測定するまでもなく、実機から離れた場所で負荷電流を測定しこれを解析することによって、現場の設備の状態を監視することが可能となる。
【００１４】
また、本発明では、電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として用いる。上述したように、電源周波数周りに発生する側帯波は識別しづらいものであるが、本発明では正常値との倍率算出という機能を用いて異常を識別しやすくしている。
【００１５】
この電流診断装置においては、電流のスペクトルにおいて電源周波数ＦＬの周りに軸の回転数ｆｒの側波帯ＦＬ±ｆｒが発生することに基づき、前記診断対象機器における前記回転系異常である、モータまたは前記負荷装置のアンバランス、あるいはカップリングのミスアライメントが発生したことを検出することができる。
【００１６】
また、電流診断装置は、前記フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを算出することで、前記誘導電動機の軸受の摩耗状態を判定するものであってもよい。転がり軸受の摩耗量と電流の所定周波数範囲におけるスペクトルのレベルとの間には相関がみられることから、このような電流診断装置によって異常を判定することができる。
【００１７】
また、電流診断装置においては、前記フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルのレベルとして、Ｏ／Ａ値、ＲＭＳ値および平均値のいずれかを算出することができる。
【００１８】
さらに、電流診断装置は、電源周波数ＦＬ±２０Ｈｚの周波数範囲における前記平均的なスペクトルレベルを算出するものであってもよい。電源周波数ＦＬ±２０Ｈｚのレベルにより、負荷設備（被駆動設備）の流体的異常を検出することができる。ちなみに、アンバランスやミスアライメントなどにおいては、回転周波数に応じて電動機の回転子が励振されるので（１回転につき１度振動する）、回転周波数の側帯波が発生する。また、振幅変調を受けるとその周波数が電源周波数ＦＬのプラス側およびマイナス側で発生する。ところが、空気がバルブやフランジから負荷装置（ポンプ等）の流体内に入ることで流れが乱れたり、突然流量が変わったりすると周期性がなく、負荷変動の大きさがランダムで時間経過とともに変化するので、このような振幅変調を受けると電源周りに無数のスペクトルが上昇することになる（流体的異常）。
【００１９】
また、本発明は、モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングを含む診断対象機器を診断する診断方法であって、
前記モータの負荷電流を測定する工程と、
測定された負荷電流を、前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲に応じてフィルタリングする工程と、
フィルタリングされた電流波形を周波数解析する工程と、
該周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第１の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する工程と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する工程と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第２の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する工程と、
前記周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求める工程と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第３の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する工程と、
前記判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する工程と、
を含む、というものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、診断対象機器から離れた場所で診断用のデータを収集して当該機器の異常診断を行うことができ、尚かつ、異常検出能力を向上させ、どの機器で異常が生じているか明確に診断できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電流診断装置の構成例を示す図である。
【図２】診断対象機器の一例を示す図である。
【図３Ａ】コンピュータの機能を表すブロック図である。
【図３Ｂ】カップリングミスアライメントの種類を示す図である。
【図４Ａ】ミスアライメント時のスペクトルの一例を示す図である。
【図４Ｂ】アンバランス試験時のアンバランス量とFL±fr側帯波レベルとの関係を示したグラフである。
【図４Ｃ】アンバランス試験時のデータに基づき、アンバランス量と振動速度値レベルとの関係を示したグラフである。
【図５】図４Ａの電流スペクトルを縦軸に測定した電流スペクトルを正常時の電流スペクトルで除した倍率、横軸に周波数で表したデータを表すグラフである。
【図６】回転機械を、振動診断技術によって状態監視する場合の診断基準の一例を示す図である。
【図７】アンバランス時の電流波形の側波帯のスペクトルレベル[dB]と振動速度値[mm/sec]の関係の一例を示すグラフである。
【図８】カップリングのオフセットミスアライメント時の電流側帯波レベルを示すグラフである。
【図９】アングルミスアライメント時の電流側帯波レベルを示すグラフである。
【図１０】転がり軸受摩耗時と正常時の電流スペクトル比較を示すグラフである。
【図１１】転がり軸受摩耗量と900〜1500Hzの電流スペクトルレベルの関係を示すグラフである。
【図１２】ポンプ流量変化時における電流スペクトルの比較を示すグラフである。
【図１３】ポンプ流量変化時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフである。
【図１４】エア巻き込み時における電流スペクトルの比較を示すグラフである。
【図１５】エア巻き込み時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフである。
【図１６】軸受の油ぎれ時における電流スペクトルの比較を示すグラフである。
【図１７】軸受の油ぎれ時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフである。
【図１８】モータ直結ファンのアンバランス時における電流スペクトルの比較を示すグラフである。
【図１９】モータ直結ファンのアンバランス時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。
【図２０】モータ直結ファンのアンバランス時における電流スペクトルをエンベロープ処理した後の正常時との倍率を示すグラフである。
【図２１】ファン（ベルト駆動）のアンバランス時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。
【図２２】電流診断装置における第１の判定基準の一例を示す表である。
【図２３】電流診断装置における第２の判定基準の一例を示す表である。
【図２４】電流診断装置における第３の判定基準の一例を示す表である。
【図２５】ミスアライメント時における電流スペクトルの比較を示すグラフである。
【図２６】ミスアライメント時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。
【図２７】アングルミスアライメント量とｆｃ周りの周波数の変化率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１に、電流診断装置１の構成例を示す。この電流診断装置１は、クランプ電流計（電流測定手段）２、電流データ収録デバイス３、コンピュータ１０によって構成されている。クランプ電流計２は、電源盤などに設置されて電流波形等の電流データを収集する。電流データ収録デバイス３は、クランプ電流計２が収集した電流データを収録する。コンピュータ１０は、電流波形解析ソフトを有しており、電流データ収録デバイス３に収録された電流データの解析とその結果の出力を行う。
【００２４】
図２に、電流診断装置１による診断対象機器１００の一例を示す。この診断対象機器１００は、コンクリート基礎１４０の上に設置されたモータ（誘導電動機）１１０と、該モータ１１０により駆動されるポンプ（負荷装置の一例）１２０と、これらモータ１１０およびポンプ１２０を接続するカップリングと、を含む。モータ１１０は、固定子１１２と回転子１１４を含む。回転子１１４は、軸受１６０によって支持された回転軸１３０を回転させる。この回転軸１３０の一端には、ポンプ１２０を構成する揚水用の羽根１７０が取り付けられている。回転軸１３０は、モータ１１０とポンプ１２０を接続するカップリングとして機能する。また、回転子１１４には、異常試験等の際、必要に応じてフライホイール１５０が取り付けられるようになっている。
【００２５】
図３Ａに、コンピュータ１０等の機能を表すブロック図を示す。コンピュータ１０には予め、電流波形解析ソフト等を含む診断プログラムが格納されている。該診断プログラムにより、コンピュータ１０（のＣＰＵ）は、フィルタリング手段１２、周波数解析手段１４、包絡線処理手段１６、正常時スペクトル格納手段１８、倍率算出手段２０、回転系異常判定手段２２、スペクトルレベル算出手段２４、流体的異常判定手段２６、軸受由来異常判定手段２８の各手段として機能する。また、コンピュータ１０は、表示手段３０に診断結果を表示させる。
【００２６】
フィルタリング手段１２は、診断対象機器１００の診断項目に用いるための周波数範囲をフィルタリングにより決定する。周波数範囲は、例えば、０〜２００Ｈｚの範囲、１ｋ〜２ｋＨｚの範囲、等である。
【００２７】
包絡線処理手段１６は、フィルタリング手段１２でフィルタリングされた電流波形に包絡線処理（エンベロープ処理）を施し、包絡線検波後データを生成する。
【００２８】
周波数解析手段１４は、フィルタリング手段１２でフィルタリングされた電流波形、および包絡線処理手段１６によって包絡線処理が施された包絡線検波後データを周波数解析する。周波数解析手段１４によって周波数解析された信号は、倍率算出手段２０、回転系異常判定手段２２およびスペクトルレベル算出手段２４へと送信される。また、診断対象機器１００の正常時における周波数解析信号は、正常時スペクトル格納手段１８において格納される。
【００２９】
倍率算出手段２０は、周波数解析手段１４によって周波数解析された電流波形信号のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除し、正常値に対する倍率を算出する。スロット通過周波数周りに発生する側波帯を識別するという従来手法は識別が難しいのに対し、正常値に対する倍率を用いる電流診断装置１によれば、異常の識別が行いやすく、とくに異常状態が軽微なときにこれは顕著である。
【００３０】
回転系異常判定手段２２は、周波数解析手段１４による周波数解析結果から、モータ１１０の電源周波数レベルと診断対象機器１００の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第１の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、診断対象機器１００における回転系異常の有無を判定する。
【００３１】
ここで、回転系異常とは、回転系における異常をいう。具体的には、後述するような、心ずれ（オフセットミスアライメント）、面ずれ（アングルミスアライメント）、それら心ずれ及び面ずれの合成という形で生じるカップリングのミスアライメントが該当する（図３Ｂ参照）。回転系異常のような機械的な異常がモータ１１０やポンプ１２０（またはファンなど）に発生すると回転軸１３０が変動し、モータ１１０の回転子１１４が変動する。これによって、カップリングを介してモータ１１０の回転子１１４が振動するので、電磁力が変化して電流波形が変化する。
【００３２】
第１の判定基準は、モータ１１０の電源周波数レベルと回転周波数側波帯レベルの差異による診断のために設定された判定基準である。第１の判定基準の一例を図２２に示す。第１の判定基準は、対象とする周波数範囲、診断方法、基準値（判定内容の基準）、さらには、判定結果に対応しており必要に応じて告知される告知内容である異常診断コメントを定めたものである。
【００３３】
異常診断コメントには、異常時や注意時に伝えるべきコメントばかりでなく、良好時にその旨を伝えるコメントが含まれていてもよい（図２２参照）。あるいは、良好時にはコメントを示さないことによって異常等がないことを示すこともできる。以上については、後述する第２の判定基準（図２３）、第３の判定基準（図２４）についても同様である。
【００３４】
スペクトルレベル算出手段２４は、周波数解析手段１４による周波数解析結果の、フィルタリング手段１２のフィルタリングによって限定された周波数範囲におけるスペクトルレベルを求める。スペクトルのレベルとしては、Ｏ／Ａ値（オーバーオール値：ＦＦＴ分析された各周波数のパワースペクトル（Ｙ軸値）の積和）を算出することができる。Ｏ／Ａ値の代わりとして、ＲＭＳ値（実効値）、平均値を算出することもできる。
【００３５】
流体的異常判定手段２６は、倍率算出手段２０によって算出された倍率を、第２の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて診断対象機器１００における流体的異常の有無を判定する。
【００３６】
流体的異常とは、例えばポンプの流体内に空気が入り込むことによって流れが乱れるといったような、負荷装置の流体を通じて生じうる異常をいう。流体的異常がモータ１１０やポンプ１２０（またはファンなど）等において発生すると回転軸１３０が変動し、モータ１１０の回転子が変動する。これによって、回転軸（カップリング）１３０を介してモータ１１０の回転子１１４が振動するので、これにより電磁力が変化して電流波形が変化する。
【００３７】
第２の判定基準は、診断対象機器１００における流体的異常と上述の倍率との間における相関に基づき設定された判定基準である。また、第２の判定基準は、判定基準に照合した判定結果に対応しており必要に応じて告知される異常診断コメント（告知内容）を定めていてもよい。第２の判定基準の一例を図２３に示す。
【００３８】
軸受由来異常判定手段２８は、スペクトルレベル算出手段２４から送信されたスペクトルレベルを第３の判定基準（図２４参照）に照合し、該照合した結果に基づいて、診断対象機器１００を構成する軸受１６０の異常に由来する軸受由来異常の有無を判定する。
【００３９】
第３の判定基準は、軸受１６０の異常と、該異常の有無によるスペクトルレベルの変化の大きさ（換言すれば、軸受１６０の異常時のスペクトルレベルと軸受１６０の正常時のスペクトルレベルとの差）との間における相関に基づき設定された判定基準である。第３の判定基準の一例を図２４に示す。また、第３の判定基準は、判定基準に照合した判定結果に対応しており必要に応じて告知される異常診断コメント（告知内容）を定めていてもよい。
【００４０】
ここで、第３の判定基準による判定について説明する。ここでは、転がり軸受１６０に摩耗が発生しているか否かを判定する。軸受摩耗が発生すると所定の周波数領域（例えば、９００〜１５００Ｈｚなど）のスペクトルレベルが上昇する。これは、軸受１６０が摩耗することで軸受内部のクリアランスが拡大され、軸が振れ回ることによってモータ１１０の回転子１１４が振れ回るからである。回転子１１４が振れ回ると固定子１１２との間の空間（エアギャップ）が変動するので、モータ１１０に働く電磁力が変動することで電流波形が変化する。この変動は、アンバランスやミスアライメントでは回転周波数による振幅変調を受けている変動であるため、電流スペクトルにおいて電源周波数周りに回転周波数の側帯波が発生する。ポンプ１２０の流体的な異常や軸受１６０の油ぎれなどは、変調のレベルと周波数がランダムなので、電源周波数周りに様々なスペクトルが発生する。軸受摩耗の場合、変動する周波数が高周波数なので電流波形に高周波数の信号が重畳され、電流波形の高周波数成分の上昇が見られるものと推察される。
【００４１】
表示手段３０は、回転系異常判定手段２２による判定結果、流体的異常判定手段２６による判定結果、および軸受由来異常判定手段２８による判定結果、並びに該判定結果に対応した対策の告知内容である異常診断コメントを出力して表示する。表示手段３０は、当該コンピュータ１０を含むデバイス（パソコン等）用のディスプレイでもよいし、プロジェクターでもよい。あるいは、遠隔地へ出力を送信して表示するデバイス等であってもよい。なお、上述したように、良好時にその旨を伝えるコメントを表示する場合には、第１〜第３の判定基準のそれぞれに対応した３つの異常診断コメントが出力される。一方、良好時にはコメントを示さない仕様であれば、異常時には少なくとも一つの異常診断コメントが出力される。
【００４２】
［電流診断装置１による診断の概要］
図４Ａ等に示すグラフ等を用いながら、本実施形態の電流診断装置１による診断について説明する。
【００４３】
ここで、用語について説明しておく。アンバランスとは、回転部（例えばポンプやファンの羽根）にスケール付着や破損、摩耗などが発生することで、バランス状態が狂い遠心力による振動が発生することを言う。生産現場で発生する最もポピュラーな異常振動現象である。ちなみに、回転物にはどれでもある程度のアンバランスはあるが、ここでは許容できないものをアンバランスということにする。
【００４４】
また、カップリングのミスアライメントには、心ずれ（オフセットミスアライメント）、面ずれ（アングルミスアライメント）、それら心ずれ及び面ずれの合成、の３種類がある（図３Ｂ参照）。施工不良の場合や運転中の温度上昇による軸の伸びや変形などによりミスアライメントになる場合があり、異常振動を発生する。
【００４５】
＜カップリングミスアライメント＞
カップリングミスアライメントなどの異常に対し、電源周波数（FL）周りの回転周波数（fr）側帯波（当該側波帯の周波数は、FL±fr）が発生する（図４Ａ参照）。これは、電流波形が回転周波数による軽微な振幅変調を受けることによる。
【００４６】
図５に、図４Ａの電流スペクトルを縦軸に測定した電流スペクトルを正常時の電流スペクトルで除した倍率、横軸に周波数で表したデータを表す。図４Ａに比べて側帯波の発生が明瞭に表示できている。これにより、側帯波の発生有無を確認する。
【００４７】
＜アンバランス＞
アンバランス発生時も同様に、電源周波数（FL）周りの回転周波数（fr）側帯波（当該側波帯の周波数は、FL±fr）が発生し異常の程度と相関があることから、本実施形態では判定基準を策定した。
【００４８】
ここで、アンバランス発生時も同様に、電源周波数（FL）周りの回転周波数（fr）側帯波（当該側波帯の周波数は、FL±fr）が発生し異常の程度と相関があるとすることの根拠は以下のとおりである。図４Ｂは、アンバランス試験時のアンバランス量とFL±fr側帯波レベルとの関係を示したものである。回転部（回転子１１４）に錘（フライホイール１５０等）をつけてアンバランス量を増やしていくと、電源周波数FL周りの回転周波数frの側帯波（FL±fr）レベルが上昇することがわかり、アンバランス異常の程度と前記側帯波レベルとは相関があることが分かる。
【００４９】
図４Ｃは、同じアンバランス試験時のデータに基づき、アンバランス量と振動速度値レベルとの関係を示したものである。回転機械の状態監視において、同ポンプに適用される振動速度判定基準では、4.0mm/s未満では良好、4.0mm/s以上8.0mm/s未満では注意、8.0mm/s以上16.0mm/s未満では悪化、16.0mm/s以上では危険と判定される。
【００５０】
＜アンバランス判定基準＞
モータ１１０や軸受１６０などといった回転機械を、振動診断技術によって状態監視する場合の診断基準の一例（以下「ＡＭＤ速度判定基準」という。）を図６に示す。また、図７に、アンバランス時の電流波形の側波帯のスペクトルレベル[dB]と振動速度値[mm/sec]の関係の一例を示す。ここでは、容量１５ｋＷのモータにおいてアンバランスを発生させた場合の振動速度のＯ／Ａ値[mm/s]を横軸とし、電流スペクトルにおける電源周波数FL±回転周波数frのレベルと電源周波数レベルの差[dB]を縦軸として示している。
【００５１】
これらの図の内容（とくに図７の内容）に着目すると、電流波形の側波帯スペクトルレベルが、当該モータの異常の程度と相関があることが見出される。すなわち、電流波形の側波帯のスペクトルレベルが上がるにつれ、異常の程度を表す一要素である振動速度値も上がることが見てとれる。そこで、この電流波形スペクトルを利用した判定基準の策定を試みる。このモータにおける振動管理基準は、２mm/s以下は良好、４〜８mm/sは注意、８mm/s〜１６mm/sで悪化、１６mm/s以上で危険である（図６参照）。これを、図７中に●で示すFL＋frの関係に適用すると、振動速度値が４mm/sに対応するのは約−７０dBであり、８mm/sに対応するのは約−６５dBである。そこで、振動速度値を用いた振動診断の代わりに、電流波形の側波帯スペクトルレベルを用い、電源周波数レベルと側帯波レベルの差が70dB以上であれば良好、70〜65dBで注意、65dB以下で異常と判定することができる。このように、本実施形態の電流診断装置１においては、電源周波数周りの回転周波数の側帯波レベルと電源周波数レベルとの差異を求め、診断対象機器１００の診断をすることができる。
【００５２】
ここまで説明した本実施形態の電流診断装置１の特徴についてまとめれば以下のとおりである。
【００５３】
(1)電流のスペクトルにおいて電源周波数の周りに生じる側帯波のレベルと異常の劣化度との相関を見出し、判定基準を策定し、この判定基準に基づき診断対象機器１００の診断をする。これによれば、振動診断の代わりに電流診断を行うことが可能となるため、こうした判定基準の策定により、現場での状態監視が可能となる。
【００５４】
(2)従来のスロット通過周波数周りに発生する側帯波は非常に識別しづらいので、倍率算出手段２０を用いて正常値に対する倍率を表示という機能を用いている。これにより、正常時と比較して異常時の変化量を倍率表示（スペクトル）することで、S/N比および視認性が向上するため、異常が識別しやすい。また、電源周波数周りにおいても、異常状態が軽微な時に識別しやすい様に倍率表示を用いている。
【００５５】
(3)転がり軸受１６０など、診断対象機器における回転機器の摩耗現象を特定の周波数範囲（例えば、900〜1500Hz）のレベルによって診断可能としている。従来はなかった診断方法であり、判定基準を策定した。
【００５６】
(4)電源周波数±20Hzのレベルにより、負荷装置（ポンプ）の流体的異常を検出することができる。これも従来になかった診断法であり、判定基準を策定した。
【００５７】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００５８】
ここで、本発明者は、本実施形態の電流診断装置１を各種診断に適用することについて試験した。以下、実施例として説明する。
【実施例１】
【００５９】
＜アライメント判定基準＞
Pruftechnik（プルーフテクニック）社のカップリングの回転数1800rpmにおけるアライメント許容値は、
・オフセット：許容可0.08mm、優秀0.05mm
・アングル：許容可0.05mm、優秀0.03mm＜カップリング直径160mmにおける面開き＞
であり、本試験機に用いたカップリングは160mmなので、アングルの「許容可」は0.08mm、「優秀」は0.048mmである。このカップリングに対し、様々にミスアライメントの異常程度を変化させた場合に、本実施形態の電流診断装置１を用いた試験を行った。その結果を図８、図９に示す。
【００６０】
図８は、カップリングの心ずれによるオフセットミスアライメント時の電流側帯波レベルを示すグラフであり、図９は、面ずれによるアングルミスアライメント時の電流側帯波レベルを示すグラフである。これら図８、図９に示すように、オフセットミスアライメント、アングルミスアライメントとも、電源周波数レベルと側帯波レベルの差が70dB以上では良好であるが、アライメント許容値に対応する電流側波帯レベル差（例えば70dB）以下では許容値を超える事になる。
【実施例２】
【００６１】
＜軸受摩耗判定基準＞
一般に、転がり軸受の潤滑状態が劣化すると転動体（玉やころ）と内輪や外輪の転送面に摩耗が発生する。転がり軸受の摩耗が進行するとガタを生じてしまい保持器の損傷による軸受破損に至ることがあり、さらに、エアギャップに近い振幅にまで振動すると回転子１１４と固定子１１２が接触して短絡し、突発停止に至ることがある。
【００６２】
ここで、本発明者は、転がり軸受の摩耗判定基準の策定を試みた。同じ軸受の内輪の厚みを50μm、100μm、150μm、200μm摩耗させた場合の電流スペクトルを計測する試験を実施し、各摩耗時の様々な周波数範囲の電流スペクトルのレベルを正常時スペクトルと比較した。図１０は、転がり軸受摩耗時と正常時の電流スペクトル比較を示すグラフであり、図１１は、転がり軸受摩耗量と900〜1500Hzの電流スペクトルレベルの関係を示すグラフである。
【００６３】
この結果、900〜1,500Hzの電流スペクトルレベルに着目することで、転がり軸受の摩耗を診断する事ができることが確認された。
【実施例３】
【００６４】
＜エア巻き込みの検出＞
エア巻き込みの検出を試みた。図１２はポンプ流量変化時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図１３はポンプ流量変化時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフであり、図１４はエア巻き込み時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図１５はエア巻き込み時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフである。
【００６５】
なお、（流体への）エア巻き込みとは、フランジ部（配管通しのつなぎ目）のパッキン劣化や弁のグランドの劣化等により空気が混入する、あるいはレデューサ部において空気が流体に混入するといった事象のことである。流体にエアが巻き込まれると乱流となりポンプの性能などが落ちるなどの悪影響を及ぼす。
【００６６】
ポンプの流量変化（例えば、弁絞り40m3/Hr→16m3/Hr）や流体へのエア巻き込みを行うと電源周波数−20Hz 〜 電源周波数＋20Hz領域のレベル上昇が見られた（倍率表示だとより顕著である）。
【実施例４】
【００６７】
＜油切れの検出＞
転がり軸受の潤滑油量を低下させて油ぎれ状態とした試験を行い、この時の電流スペクトルの計測を行った。図１６は、軸受の油ぎれ時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図１７は、軸受の油ぎれ時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフである。転がり軸受の潤滑不良時（例えば、油ぎれ）においても上述した実施例と同様に電源周波数−20Hz 〜 電源周波数＋20Hz領域のレベル上昇が見られた。流体的異常の際は電源周波数周り±２０Ｈｚ領域のレベルが上昇するのに対し、本実施例においては、転がり軸受の油ぎれにおいても同様に電源周波数周り±２０Ｈｚ領域のレベルが上昇することが確認された。
【実施例５】
【００６８】
＜モータ直結ファンのアンバランス＞
図１８は、モータ直結ファンのアンバランス時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図１９は、モータ直結ファンのアンバランス時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。また、図２０は、モータ直結ファンのアンバランス時における電流波形をエンベロープ処理し、周波数分析したスペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。
【００６９】
本実施例５における具体的な仕様等は以下のとおりであった。
（設備仕様）
モータ容量：22kw
電源周波数（FL）：50Hz
実回転周波数（fr）：49.6Hz
FL＋fr＝99.6Hz
（振動診断結果）
振動測定を実施したところ、振動速度値9.0mm/secであり、ＡＭＤ速度判定基準における悪化（Dゾーン）領域にあった。また、振動波形を周波数分析したところ、卓越周波数は回転周波数（fr）であり、ファンのアンバランスと判定された。
（電流診断結果）
本実施形態の電流診断装置１を用いて電流診断を実施したところ、電流スペクトルにて異常時FL＋fr成分とFL成分とのレベル差が67.0dBであり、アンバランスであれば注意（Cゾーン）、ミスアライメントであれば許容値以上と判定された。
【００７０】
ファンを停止して羽根の開放検査を実施したところ、羽根の表面にダストの付着が確認された。これによりアンバランスが発生していたと判断し、清掃を実施して再度運転を開始した。振動測定を実施したところ、振動速度値が2.6mm/sと良好域に低下した。また、本実施形態の電流診断装置１を用いた電流診断を実施したところ、清掃後は電流スペクトルにおけるFL＋fr成分レベルが低下し、FL＋frとFL成分とのレベル差が75.5dBとなり良好域となった。
【００７１】
モータ直結ファンのアンバランス時においても上述した実施例と同様に電源周波数±回転周波数の側波帯レベルの上昇が見られた。
【実施例６】
【００７２】
＜ファン（ベルト駆動）のアンバランス＞
図２１は、ファン（ベルト駆動）のアンバランス時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。本実施例６における具体的な仕様等は以下のとおりであった。
（設備仕様）
モータ容量：15kw
電源周波数（FL）：50Hz
モータ実回転周波数（fr）：24.0Hz
ファン実回転周波数（fr1）：26.8Hz
FL±fr＝26.0Hz、74.0Hz
（振動診断結果）
振動測定を実施したところ、振動速度値10.1mm/secでＡＭＤ速度判定基準における悪化（Dゾーン）領域と判定された。また、振動波形を周波数分析したところ、卓越周波数はfr1（ファン回転周波数）でファンのアンバランスと診断された。
（電流診断結果）
本実施形態の電流診断装置１を用いて電流診断を実施したところ、電流スペクトルにてFL−fr成分とFL成分とのレベル差が62.5dBであり、アンバランスであれば悪化（Dゾーン）領域、ミスアライメントであれば許容値以上と判定された。
【００７３】
ファン（ベルト駆動）のアンバランス時においても上述した実施例と同様に電源周波数±回転周波数側波帯レベルの上昇が見られた。
【実施例７】
【００７４】
＜判定基準＞
上述した実施形態および各実施例の結果から策定するに至った判定基準の一例を、実施例７として図２２〜図２４に示す。上述した診断技術により、診断対象機器における異常レベルと連動する周波数帯域を見出したことにより、当該機器の状態を「良好」「注意」「異常」等に分別する事が可能な実用レベルの設備診断技術を確立した。
【比較例１】
【００７５】
本発明者は、スロット周波数fc周りの側帯波レベルで判定する従来の診断法を検証した。以下、参考までにその結果を比較例１として記載する。ここでは、スロット周波数周りの範囲において検証した。
【００７６】
図２５は、カップリングのミスアライメント時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図２６は、ミスアライメント時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。また、図２７は、アングルミスアライメント量とスロット周波数ｆｃ周りの周波数の変化率を示すグラフである。図２７では、横軸にアングルミスアライメント量[°]、縦軸に変化率（倍率値）をとった。
【００７７】
図２７の内容からわかるとおり、異常の程度（異常レベル）と従来法で使用されているスロット周波数ｆｃ周りの周波数の変化率との間に相関は認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングにて構成される機器を診断する装置に適用して好適である。
【符号の説明】
【００７９】
１…電流診断装置
２…クランプ電流計（電流測定手段）
３…電流データ収録デバイス
１０…コンピュータ
１２…フィルタリング手段
１４…周波数解析手段
１８…正常時スペクトル格納手段
２０…倍率算出手段
２２…回転系異常判定手段（第１の異常判定手段）
２４…スペクトルレベル算出手段
２６…流体的異常判定手段（第２の異常判定手段）
２８…軸受由来異常判定手段（第３の異常判定手段）
３０…表示手段（診断結果出力手段）
１００…診断対象機器
１１０…モータ
１２０…ポンプ（負荷装置）
１３０…回転軸（カップリング）
１６０…軸受
【図１】
0006410572.tif 000002
【図２】
0006410572.tif 000003
【図３Ａ】
0006410572.tif 000004
【図３Ｂ】
0006410572.tif 000005
【図４Ａ】
0006410572.tif 000006
【図４Ｂ】
0006410572.tif 000007
【図４Ｃ】
0006410572.tif 000008
【図５】
0006410572.tif 000009
【図６】
0006410572.tif 000010
【図７】
0006410572.tif 000011
【図８】
0006410572.tif 000012
【図９】
0006410572.tif 000013
【図１０】
0006410572.tif 000014
【図１１】
0006410572.tif 000015
【図１２】
0006410572.tif 000016
【図１３】
0006410572.tif 000017
【図１４】
0006410572.tif 000018
【図１５】
0006410572.tif 000019
【図１６】
0006410572.tif 000020
【図１７】
0006410572.tif 000021
【図１８】
0006410572.tif 000022
【図１９】
0006410572.tif 000023
【図２０】
0006410572.tif 000024
【図２１】
0006410572.tif 000025
【図２２】
0006410572.tif 000026
【図２３】
0006410572.tif 000027
【図２４】
0006410572.tif 000028
【図２５】
0006410572.tif 000029
【図２６】
0006410572.tif 000030
【図２７】
0006410572.tif 000031