(57)【要約】    【課題】  簡便な装置により、主電動機回転子のねじり振動を測定することができる回転体の回転振動測定方法および装置を提供する。    【解決手段】  回転体を有する測定対象の速度発電機２と、この速度発電機２に接続される交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路１１と、前記速度発電機２の出力波形のゼロクロス間隔を計測する手段と、前記ＰＬＬ回路１１の電圧制御発振器の出力側に接続され、この電圧制御発振器の出力としての平均ゼロクロス間隔と、前記ゼロクロス間隔とを比較する比較器１３と、この比較器１３に接続されるデジタルローパスフィルタ１４と、前記ＰＬＬ回路１１の電圧制御発振器の出力側に接続されるとともに、前記デジタルローパスフィルタに接続される高速フーリエ変換器１５とを備える。【選択図】    図１
2005106638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）速度発電機の交流電圧出力を交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路に入力して該ＰＬＬ回路の電圧制御発振器の出力から前記速度発電機の出力の平均ゼロクロス間隔を求め、
（ｂ）前記ＰＬＬ回路で求めた平均ゼロクロス間隔を基準として前記速度発電機の出力の時間変動成分であるゼロクロス間隔の変動を求め、
（ｃ）前記（ａ）で求めた前記速度発電機の出力信号の平均ゼロクロス間隔をサンプリング間隔となし、
（ｄ）前記（ｂ）で求めたゼロクロス間隔の変動の時系列データにデジタルローパスフィルタをかけてエリアジングを低減し、
（ｅ）前記時間変動成分の時系列データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、該時間変動成分に含まれる周波数成分の大きさを求め、前記ＰＬＬ回路の平均ゼロクロス間隔をもとに周波数、大きさを正規化して表示することを特徴とする回転体の回転振動測定方法。
【請求項２】
（ａ）回転体を有する測定対象の速度発電機と、
（ｂ）該速度発電機に接続される交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路と、
（ｃ）前記速度発電機の出力波形のゼロクロス間隔を計測する手段と、
（ｄ）前記ＰＬＬ回路の電圧制御発振器の出力側に接続され、該電圧制御発振器の出力としての平均ゼロクロス間隔と、前記ゼロクロス間隔とを比較する比較器と、
（ｅ）該比較器に接続されるデジタルローパスフィルタと、
（ｆ）前記ＰＬＬ回路の電圧制御発振器の出力側に接続されるとともに、前記デジタルローパスフィルタに接続される高速フーリエ変換器とを備え、
（ｇ）前記速度発電機の交流電圧出力をＰＬＬ回路に入力して前記速度発電機の出力信号の平均ゼロクロス間隔を求め、前記ＰＬＬ回路で求めた平均ゼロクロス間隔を基準として前記速度発電機の出力の時間変動成分であるゼロクロス間隔の変動を求め、前記平均ゼロクロス間隔をサンプリング間隔となし、前記時間変動成分の時系列データにデジタルローパスフィルタをかけてエリアジングを低減し、前記時間変動成分の時系列データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、該時間変動成分に含まれる周波数成分の大きさを求め、前記ＰＬＬ回路の平均ゼロクロス間隔をもとに周波数、大きさを正規化して表示することを特徴とする回転体の回転振動測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の回転体の回転振動測定装置において、前記回転体を有する測定対象は、車両の主電動機であることを特徴とする回転体の回転振動測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の回転体の回転振動測定装置において、前記車両は、鉄道車両であることを特徴とする回転体の回転振動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転振動測定方法および装置に係り、特に、車両の主電動機の回転子の回転振動測定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の鉄道車両の駆動装置の模式図である。
【０００３】
これらの図において、１０１は主電動機、１０２は主電動機１０１の出力回転軸、１０３はその出力回転軸１０２に連結される継手、１０４はその継手１０３に固定される小歯車、１０５はその小歯車１０４に噛み合う大歯車、１０６は歯車箱、１０７は大歯車１０５によって駆動される車軸、１０８はその車軸１０７に固定される車輪、１０９は車軸１０７の両端部に設けられる軸箱、１１０は主電動機１０１に設けられる速度発電機である。
【０００４】
かかる鉄道車両の駆動装置を備えた、例えば、新幹線車両が高速走行している際に惰行すると車両内で低周波数（２５０Ｈｚ程度）の騒音が聞こえ騒音レベルが３ｄＢ程度高くなる場合がある。この騒音の原因はまだ明確ではないが、主電動機１０１と歯車装置１０４，１０５間の歯車型たわみ軸継手１０３の振れまわり、小歯車１０４からの主電動機回転子（図示なし）の系のねじり振動（回転振動）、台車枠と駆動系を含めた振動などが原因として推定されている。これらの推定される原因の中でも主電動機回転子のねじり振動（回転振動）は測定対象が回転体であるため非接触で測定する必要があり、測定方法の選択が難しく走行試験における測定も難しい。
【特許文献１】なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、車両の主電動機回転子のねじり振動は測定対象が回転体であるため非接触で測定する必要があるが、測定方法の選択が難しく、走行試験における測定も難しい。そこで、主電動機に取り付けられている速度発電機の出力に着目して、その出力に基づいて主電動機回転子のねじり振動を測定することを試みた。
【０００６】
ところが、速度発電機が出力する交流電圧の周波数変動は微小であり、また通常のＦ−Ｖ変換後は直流電圧の平滑化が行われているため、この微小な周波数変動の測定は困難である。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、簡便な装置により、主電動機回転子のねじり振動を測定することができる回転体の回転振動測定方法および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】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕回転体の回転振動測定方法において、（ａ）速度発電機の交流電圧出力を交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路に入力してこのＰＬＬ回路の電圧制御発振器の出力から前記速度発電機の出力の平均ゼロクロス間隔を求め、（ｂ）前記ＰＬＬ回路の出力のゼロクロス間隔を基準として速度発電機の出力の時間変動成分であるゼロクロス間隔の変動を求め、（ｃ）前記（ａ）で求めた速度発電機の出力の平均ゼロクロス間隔をサンプリング間隔となし、（ｄ）前記（ｂ）で求めた時間変動成分の時系列データにデジタルローパスフィルタをかけてエリアジングを低減し、（ｅ）時間変動成分の時系列データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、時間変動成分に含まれる周波数成分の大きさを求め、前記ＰＬＬ回路の平均ゼロクロス間隔をもとに周波数、大きさを正規化して表示することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕回転体の回転振動測定装置において、回転体を有する測定対象の速度発電機と、この速度発電機に接続される交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路と、前記速度発電機の出力波形のゼロクロス間隔を計測する手段と、前記ＰＬＬ回路の電圧制御発振器の出力側に接続され、この電圧制御発振器の出力としての平均ゼロクロス間隔と、前記ゼロクロス間隔とを比較する比較器と、この比較器に接続されるデジタルローパスフィルタと、前記ＰＬＬ回路の電圧制御発振器の出力側に接続されるとともに、前記デジタルローパスフィルタに接続される高速フーリエ変換器とを備え、前記速度発電機の交流電圧出力をＰＬＬ回路に入力して前記速度発電機の出力の平均ゼロクロス間隔を求め、前記ＰＬＬ回路の出力のゼロクロス間隔を基準として速度発電機の出力の時間変動成分であるゼロクロス間隔の変動を求め、前記平均ゼロクロス間隔をサンプリング間隔となし、前記時間変動成分の時系列データにデジタルローパスフィルタをかけてエリアジングを低減し、前記時間変動成分の時系列データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、時間変動成分に含まれる周波数成分の大きさを求め、前記ＰＬＬ回路の平均ゼロクロス間隔をもとに周波数、大きさを正規化して表示することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔２〕記載の回転体の回転振動測定装置において、前記回転体を有する測定対象は、車両の主電動機であることを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔３〕記載の回転体の回転振動測定装置において、前記車両は、鉄道車両であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、主電動機回転子のねじり振動の分析を行うにあたって車両の主電動機に既設の速度発電機出力の分析を行うだけで良く、従来のような測定のための仮設作業の軽減化を図ることができる。また、高精度な回転計測器を用いる必要はなくなり、簡便な装置により、主電動機回転子のねじり振動を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
速度発電機の交流電圧出力を交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路に入力してその速度発電機の出力信号の平均ゼロクロス間隔を求め、前記ＰＬＬ回路で求めた平均ゼロクロス間隔を基準とした前記速度発電機の出力信号のゼロクロス間隔の変動（時間変動成分）を求める。次いで、前記速度発電機の出力の平均ゼロクロス間隔をサンプリング間隔となし、前記時間変動成分の時系列データにデジタルローパスフィルタをかけてエリアジングを低減し、時間変動成分の時系列データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、その時間変動成分に含まれる周波数成分の大きさを求め、前記ＰＬＬ回路の平均ゼロクロス間隔をもとに周波数、大きさを正規化して表示する。したがって、簡便な装置により、主電動機の回転子のねじり振動を測定することができる。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例を示す回転体の回転振動測定装置の構成図、図２はその回転体の回転振動測定装置のＰＬＬ回路の構成図、図３は速度発電機出力の波形図である。図３において、太線は主電動機が一定回転をしている場合の速度発電機の出力波形であり、ゼロクロス点が一定間隔を有しているのに対して、細線は主電動機が惰行時の変動回転をしている場合の速度発電機の出力波形であり、ゼロクロス点が変動した間隔を有している。
【００１６】
図１において、１は主電動機、２はその主電動機１に設けられる速度発電機、１０はその速度発電機２からの交流電圧出力データに基づいて主電動機１回転子のねじり振動を測定する測定装置であり、この測定装置１０は、速度発電機２の出力波形の平均ゼロクロス間隔信号を出力するＰＬＬ回路１１、速度発電機２の出力波形のゼロクロス間隔測定回路（センサ）１２、ＰＬＬ回路１１から出力される平均ゼロクロス間隔と実際に出力されたゼロクロス間隔とを比較する比較器１３と、この比較器１３から出力される時間変動成分を入力するデジタルローパスフィルタ１４、このデジタルローパスフィルタ１４からの出力信号を入力するＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析器１５、このＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析器１５に接続される正規化回路１６、この正規化回路１６に接続される表示装置１７を有している。
【００１７】
また、ＰＬＬ回路１１自体は、図２に示したような通常の構成を有しており、位相比較器１１Ａ、低域フィルタ１１Ｂ、増幅器１１Ｃ、電圧制御発振器１１Ｄからなる閉帰還回路を構成し、入力信号の周波数及び位相と、電圧制御発振器１１Ｄの発振周波数及び位相とが位相比較器１１Ａによって比較されて、その誤差に比例した直流電圧が生ずる。この誤差電圧は低域フィルタ１１Ｂを通り増幅器１１Ｃで増幅されて、電圧制御発振器１１Ｄに加えられ、入力信号と電圧制御発振器１１Ｄの発振周波数及び位相差を低減させる方向に電圧制御発振器１１Ｄの周波数を変化させるようになっている。また、ＰＬＬ回路１１は、交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有する。
【００１８】
そこで、主電動機１に設けられる速度発電機２の交流電圧出力を交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路１１に入力して速度発電機２の出力の平均ゼロクロス間隔信号を電圧制御発振器１１Ｄの出力から得る。一方、速度発電機２の出力波形をゼロクロス間隔測定回路（センサ）１２に入力してゼロクロス間隔信号を得る。次いで、このゼロクロス間隔信号と前記平均ゼロクロス間隔信号とを比較器１３で比較する。すなわち、前記ＰＬＬ回路１１の電圧制御発振器１１Ｄの出力の平均ゼロクロス間隔を基準として速度発電機２の出力信号のゼロクロス間隔信号の変動（時間変動成分）を求める。次に、前記速度発電機２の出力信号の平均ゼロクロス間隔をサンプリング間隔となし、前記時間変動成分の時系列データにデジタルローパスフィルタ１４をかけてエリアジングを低減し、時間変動成分の時系列データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を高速フーリエ変換解析器１５で行い、時間変動成分に含まれる周波数成分の大きさを求め、前記ＰＬＬ回路１１の電圧制御発振器１１Ｄの平均ゼロクロス間隔をもとに周波数、大きさを正規化回路１６で正規化して表示装置１７で表示する。
【００１９】
したがって、簡便な装置により、主電動機回転子のねじり振動を測定することができる。
【００２０】
上記したように、一般に、車両の主電動機１に取付けた速度発電機２からは交流電圧が出力され、Ｆ−Ｖ変換を行って速度に比例した直流電圧に変換している。主電動機１回転子がねじり振動（回転振動）をすると仮定すれば、速度発電機２が出力する交流電圧の回転速度に比例した出力周波数にもわずかな変動が発生すると考えられる。しかし、この交流電圧の周波数変動は微小であり通常のＦ−Ｖ変換後は直流電圧の平滑化が行われているため微小な周波数変動の測定は困難である。
【００２１】
そこで、本発明によれば、主電動機１に取付けた速度発電機２の交流出力からねじり振動（回転振動）を測定するために、速度発電機２の出力信号を交流電圧の周期の１００倍以上の時定数を有するＰＬＬ回路１１に入力して速度発電機２の出力信号の平均ゼロクロス間隔を求め、ＰＬＬ回路１１の出力信号の平均ゼロクロス間隔を基準として速度発電機２の出力信号のゼロクロス間隔の変動の周波数分析を行うようにしている。
【００２２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の回転体の回転振動測定方法および装置は、特に、鉄道車両の速度発電機を利用した、簡便な回転振動測定装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例を示す回転体の回転振動測定装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す回転体の回転振動測定装置のＰＬＬ回路の構成図である。
【図３】本発明の実施例を示す速度発電機出力の波形図である。
【図４】従来の鉄道車両の駆動装置の模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    主電動機
２    速度発電機
１０    回転子のねじり振動を測定する測定装置
１１    ＰＬＬ回路
１１Ａ    位相比較器
１１Ｂ    低域フィルタ
１１Ｃ    増幅器
１１Ｄ    電圧制御発振器
１２    ゼロクロス間隔測定回路（センサ）
１３    比較器
１４    デジタルローパスフィルタ
１５    ＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析器
１６    正規化回路
１７    表示装置
【図１】
2005106638.tif 000003
【図２】
2005106638.tif 000004
【図３】
2005106638.tif 000005
【図４】
2005106638.tif 000006