(57)【要約】【課題】従来よりも、簡単な構成で精度良く、異常判断が可能な電動機診断装置を提供する。【解決手段】電動機の各相電流を検出して各相間電流比率を算出し（ＳＴ１，ＳＴ２）、算出した各相間電流比率と基準値Ｋ１と比較し、算出電流比率の方が大きい場合にレアーショート判定する（ＳＴ４，ＳＴ５）。次に振動センサで電動機の軸受部の振動を検出して振動スペクトラムを作成し（ＳＴ５，ＳＴ６）、所定周波数のレベル成分が基準値Ｋ２より大きい場合に、軸受け損傷判定する（ＳＴ７、ＳＴ１１）。さらに、温度センサで電動機の温度を検出し、検出温度が基準温度Ｋ３より大きい場合に、過熱判定する（ＳＴ８，ＳＴ８，ＳＴ１２）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相電動機の各相電流を検出する複数の相電流検出器と、
これらの相電流検出器で検出される相電流間の電流比率が所定値以上であるか否かの判定に基づいて、レイアーショートの有無を判定する第１の診断手段と、
この多相電動機の軸受け部に設ける振動センサと、
この振動センサで検出される信号の振動スペクトラムの次数分布を求める手段と、
前記振動スペクトラムの所定の周波数におけるレベル成分が所定値以上であるか否かに基づいて軸受け損傷の有無を判定する第２の診断手段とを、備えることを特徴とする電動機診断装置。
【請求項２】
前記振動センサは、軸受部に、一方端を当接させるピックアップ棒と、このピックアップ棒の他方端に設ける振動板と、この振動板の振動音を伝える音響室と、音響質の音声を電気信号に変換するマイクロホンと、からなるものであることを特徴とする請求項１記載の電動機診断装置。
【請求項３】
前記電動機内若しくは近傍に温度センサを設け、この温度センサで検出される温度値、あるいは温度上昇度合いと、所定値とを比較することにより、電動機の加熱判定を行う第３の診断手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動機診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機の異常を診断する電動機診断（システム）装置に、関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機の異常を診断する方法として、三相交流電源より電力の供給を受け運転中の誘導電動機において、この誘導電動機の各相の入力電流及びこの入力電流に含まれる特定の高調波成分の少なくとも一方を検出する信号抽出手段と、この信号抽出手段からの出力信号を変換処理する信号処理手段と、を備え、この信号処理手段により処理された出力が前記誘導電動機の入力電流の不平衡率、及び前記高調波成分の少なくとも一方の特性値であり、この特性値と予め定めた判定基準値との比較により、誘導電動機の異常原因並びに場所を特定可能とした、異常診断方法が、提案されている（例えば特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−１８９０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来の電動機の異常診断方法では、実際の電動機の設置場所では、環境が種々雑多であり、例えば入力電流あるいは出力に含まれる高調波成分は、次数が高いと十分な抽出ができず、また抽出されても、それが電動機からのものか、周囲ノイズなのか、十分に判別できず、結果として、精度の良い異常診断ができない、という問題があった。
【０００４】
この、発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、従来よりも、簡単な構成で、精度良く異常診断が可能な、電動機診断装置を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の電動機診断装置は、  多相電動機の各相電流を検出する複数の相電流検出器と、これらの相電流検出器で検出される相電流間の電流比率が所定値以上であるか否かの判定に基づいて、レイアーショートの有無を判定する第１の診断手段と、この多相電動機の軸受部に設ける振動センサと、この振動センサで検出される信号の振動スペクトラムの次数分布を求める手段と、前記振動スペクトラムの所定の周波数におけるレベル成分が所定値以上であるか否かに基づいて軸受け損傷の有無を判定する第２の診断手段とを、備えている。
【０００６】
この発明で使用する振動センサは、例えば、軸受部に、一方端を当接若しくは近接させるピックアップ棒と、このピックアップ棒の他方端に設ける振動板と、この振動板の振動音伝える音響室と、音響室の音声を電気信号に変換するマイクロホンと、からなるものを使用する。
【０００７】
この発明の、電動機診断装置において、さらに、前記電動機内若しくは近傍に温度センサを設け、この温度センサで検出される温度値、あるいは温度上昇度合いと、所定値とを比較することにより、電動機の加熱判定を行う第３の診断手段を備えることが出来る。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、第１の診断手段により、電動機で最もポピュラーな異常であるレイアーショートを判定できるばかりか、振動センサにより電動機の軸受けに発生する振動信号を検出し、その信号の振動スペクトラムを検出し、その高調波部分の含む度合いを求めて、軸受けの磨耗を確実に判定できる。さらに、温度センサによって、総合的な原因で生じる過熱状況をも、判定できる。
【０００９】
又、振動センサに、軸受部に、一方端を当接させるピックアップ棒と、このピックアップ棒の他方端に設ける振動板と、この振動板の振動音を伝える音響室と、音響室の音声を電気信号に変換するマイクロホンと、からなるものを使用すれば、電動機外部の振動ノイズは、振動センサの振動板に伝わらず、電動機の軸受けからの振動のみを検出する。そのため、外部ノイズと分離して電動機内及び軸受けからの振動の検出で、電動機のみの異常を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る電動機診断（システム）装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１１】
この実施形態電動機診断装置は、診断データの取り込み、および診断処理を実行するＣＰＵ１と、被診断電動機の３相の各電流を検出するＲ相電流検出器２Ｒ、Ｓ相電流検出器２Ｓ、Ｔ相電流検出器２Ｔと、これら相電流検出器２Ｒ，２Ｓ，２Ｔの信号をディジタル信号に、それぞれ変換してＣＰＵ１に入力するＡ／Ｄ変換器５Ｒ，５Ｓ，５Ｔと、被診断電動機３０の軸受部３０ＡのＸ軸の振動成分を検出する振動センサ３Ｘ、同軸受部のＹ軸の振動成分を検出する振動センサ３Ｙと、これら振動センサ３Ｘ，３Ｙの検出信号をディジタル信号に変換してＣＰＵ１に入力するＡ／Ｄ変換器５Ｘ，５Ｙと、被診断電動機３０の内部、あるいは近傍に設けられる温度センサ４と、この温度センサ４の出力をディジタル信号に、変換してＣＰＵ１に入力するＡ／Ｄ変換器５と、電流スペクトラム記憶部６と、振動スペクトラム記憶部７と、表示部８と、を備えている。
【００１２】
相電流検出器２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ、振動センサ３Ｘ，３Ｙ及び温度センサ４は、被診断電動機３０内に設けている。また、ＣＰＵ１，Ａ／Ｄ変換器５，５Ｒ、・・・、５Ｙ、電流スペクトラム記憶部６、振動スペクトラム記憶部７、及び表示部８は、診断装置本体２０を構成している。
【００１３】
振動センサ３Ｘ（３Ｙ）は、例えば図３に示すものを使用する。この、振動センサ３Ｘは、下部ケース１０Ａと上部ケース１０Ｂからなるケース１０と、下部ケース１０Ａから外部方向に突出状に設けられ、先端が、診断時に電動機３０の軸受部３０Ａに当接されるピックアップ棒１１と、このピックアップ棒１１の根元端がケース１０内で接続される振動板１２と、この振動板１２の振動をケース１０内で伝えるための音響室１３と、この音響室１３を伝えられた振動板１２からの振動を電気信号に変換するマイクロホン１４と、このマイクロホン１４を診断装置本体２０に接続するためのコード線１５とを、備えている。
【００１４】
この振動センサ３Ｘは、軸受部３０Ａに当接されると、軸受部３０Ａの振動がピックアップ棒１１から、振動板１２に伝えられ、音響室１３を経てマイクロホン１４に伝えられ、軸受部３０Ａの振動を診断装置本体２０に取り込むことが出来る。一方、振動センサ３Ｘの周囲で振動が生じていても、振動板１２は、振動しないので、診断装置本体２０に取り込まれない。
【００１５】
この実施形態電動機診断装置では、Ｒ相電流検出器２Ｒ、Ｓ相電流検出器２Ｓ、Ｔ相電流検出器２Ｔで検出された各相電流を取り込み、電流スペクトラム記憶部６に記憶する。この各相電流のＲ―Ｓ、Ｓ−Ｔ，Ｔ−Ｒ間の各相間の電流比率を、ＣＰＵ１で算出し、その相間電流比率が、予め設定される値より大きいと、レイアーショート有りと判定する機能を有している。
【００１６】
また、この実施形態電動機診断装置では、振動センサ３Ｘ，３Ｙで、検出された軸受部のＸ軸方向の振動信号,Ｘ軸に直交するＹ軸方向の振動信号を取り込み、基本波から高次の周波数成分を、振動スペクトラム記憶部７に記憶する、この振動スペクトラム６の所定次数以上の高次波成分が予め設定された値より、大きいと軸受け損傷有りと判定する機能を有している。
【００１７】
また、この実施形態電動機診断装置では、温度センサ４の検出信号を、ＣＰＵ１に取り込み、この検出温度を予め設定する基準値と、あるいは、検出温度の動作時間の経過に応じた温度上昇度合いを、予め設定した基準温度上昇度合いと比較することにより、電動機３０の異常過熱を判定する機能を備えている。
【００１８】
次に、図２に示すフロー図を参照して、この実施形態電動機診断装置の診断処理動作を説明する。この、診断処理ルーチンに入ると、まず、ステップＳＴ１において、相電流検出器２Ｒ，２Ｓ，２Ｔにより、被診断電動機３０のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各電流を検出し、ＣＰＵ１に取り込む。各相電流は、電流スペクトラム記憶部６に記憶する。次にステップＳＴ２へ移行する。
【００１９】
ステップＳＴ２においては、相間電流比率を算出する。ここでは、検出した各相電流を基に，Ｒ相―Ｓ相、Ｓ相−Ｔ相、Ｔ相―Ｒ相間の各電流比率を算出する。続いて、ステップＳＴ３へ移行する。ステップＳＴ３においては、表示部８に、算出した各相間電流比率を表示する。次にステップＳＴ４へ移行する。
【００２０】
ステップＳＴ４においては、上記算出したＲ相―Ｓ相、Ｓ相−Ｔ相、Ｔ相―Ｒ相間の各相関電流比率と、予めＣＰＵ１の内部メモリに記憶してある基準値Ｋ１（例えばＫ１＝３％）と比較する。比較の結果、各相関電流比率が何れも基準値Ｋ１よりも大きくない場合は、レイヤーショート等の異常が無いとの判断で、ステップＳＴ５へ移行する。一方、各相関電流比率の１つでも基準値Ｋ１より大きいものがあると、ステップＳＴ１０へ移行する。ステップＳＴ１０においては、表示部８に、レイアーショートが判定された旨の表示を行い、オペ-レータに異常発生の警告を行う。次にステップＳＴ５へ移行する。
【００２１】
ステップＳＴ５においては、振動センサ３Ｘと、振動センサ３Ｙで、被診断電動機３０の軸受部３０Ａで発生している振動のＸ成分，Ｙ成分を検出し、ＣＰＵ１に取り込む。次に、ステップＳＴ６へ移行する。ステップＳＴ６においては、振動センサＳＸ，３Ｙからの信号より振動スペクトラムを作成し、振動スペクトラム記憶部７に記憶する。この、振動スペクトラムの一例を図４の（ａ）に示す。図４の（ａ）は、検出した振動の基本波成分のレベルを１００％で示し、横軸に、基本波から、２次，３次、・・・と高次に向けての次数（周波数）を示し、各周波数におけるレベルを基本波を１００とする％割合で示している。続いて、ステップＳＴ７へ移行する。
【００２２】
ステップＳＴ７においては、所定周波数（例えば１０次の周波数）以上の周波数の成分（レベル）値が基準値Ｋ２より大きいか否かを判定する。被診断電動機３０の軸受部３０Ａに磨耗が無く、正常状態であれば、振動スペクトラムは、図４の（ａ）に例示するように、１０次以上の周波数におけるレベル成分は、ほとんどなく、基準値Ｋ２よりはるかに、小さい。したがって、この場合は、判定ＮＯでステップＳＴ８へ移行する。しかし、軸受部３０Ａの磨耗が大きい場合は、正常時と比較して振動音異常であり、この場合の振動スペクトラムは、図４の（ｂ）に例示するように、１０次以上の周波数のレベル成分がかなり大きく含まれる。これら高次波の周波数のレベル成分が基準値Ｋ２より大きい場合は、軸受部３０Ａに異常が発生しているものと判断し、ステップＳＴ１１へ移行する。
【００２３】
ステップＳＴ１１においては、表示部８に、軸受け損傷が判定された旨の表示を行う。次に、ステップＳＴ８へ移行する。ステップＳＴ８においては、温度センサ４により被診断電動機３０の内部（あるいは近傍）の温度を検出し、ＣＰＵ１の内部メモリに検出温度を記憶する。そして、ステップＳＴ９においては、検出温度と予め記憶してある基準温度Ｋ３とを比較する。検出温度が基準温度Ｋ３以下であれば異常無しとして、処理を終了する。一方、検出温度が基準温度Ｋ３より高い場合は、ステップＳＴ１２へ、移行する。
【００２４】
ステップＳＴ１２においては、表示部８に、過熱異常が判定された旨の表示を行う。
これにより、オペレータに過熱異常の警告がなされることになる。この、過熱以上の判定は、レイアーショートの判定、軸受け損傷の判定、あるいは、その他の異常と合わせてなされることがあり、上記他の判定の状況と合わせて、異常発生対し早期の対応をとることが出来る。
【００２５】
なお、上記実施形態では、過熱判定を、検出温度と基準温度との比較で行っているが、これに代えて電動機の動作開始の温度が動作の経過と共に、どのように変化するか温度上昇度合いを検出し、予め正常時の温度変化を基準温度上昇度合いとして記憶しておき、検出温度の温度上昇度合いを、基準温度上昇度合いと比較して、過熱判定を、行うようにしても良い。
【００２６】
また、上記実施形態において、レイアーショート判定、軸受け損傷判定、過熱判定は、順次シリアルに判定処理を実行しているが、これらの処理を同時並行処理で実行してもよいし、あるいは所定の間隔をおいて、または、必要に応じ独立に進行処理してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動機診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態電動機診断装置の処理動作を説明するためのフロー図である。
【図３】同実施形態電動機診断装置で使用する振動センサの具体例を示す図である。
【図４】同実施形態電動機診断装置の振動スペクトラムを説明する振動スペクトラム特性図である。
【符号の説明】
【００２８】
１                      ＣＰＵ
２Ｒ                    Ｒ相電流検出器
２Ｓ                    Ｓ相電流検出器
２Ｔ                    Ｔ相電流検出器
３Ｘ，３Ｙ              振動センサ
４                      温度センサ
５                      Ａ／Ｄ変換器
５Ｒ、５Ｓ、５Ｔ        Ａ／Ｄ変換器
５Ｘ，５Ｙ              Ａ／Ｄ変換器
６                      電流スペクトラム記憶部
７                      振動スペクトラム記憶部
８                      表示部
２０                    診断装置本体
３０                    被診断電動機
３０Ａ                  軸受部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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