(57)【要約】【課題】異常の早期発見と共に診断閾値の設定を比較的容易に行うことが可能な異常診断装置、軸受、回転装置、産業機械及び車両を提供する。【解決手段】回転装置２の稼働中における初期測定タイミングで測定した車軸２１が設定回転速度で回転しているときの初期振動値から抽出した、回転装置２の異常診断対象の異常に係る特徴周波数成分である初期周波数成分と、回転装置２の稼働中の初期測定タイミング以降の実測タイミングで測定した車軸２１が設定回転速度で回転しているときの実測振動値から抽出した特徴周波数成分である実測周波数成分との差分値を演算し、この差分値と診断閾値との比較を行い、この比較結果に基づき異常診断対象の異常診断を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支持する軸受を含んで構成される回転装置に生じる振動を検出する振動検出部と、
前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記回転速度検出部の検出結果と前記振動検出部の検出結果とに基づき前記回転軸が予め設定した設定回転速度で回転しているときに前記回転装置に生じる振動を測定する振動測定部と、
前記回転装置の稼働中における予め設定した初期測定タイミングに前記振動測定部が測定した前記振動の値である初期振動値から、前記回転装置の異常診断対象毎の異常に係る特徴周波数成分を抽出する初期周波数成分抽出部と、
前記回転装置の稼働中における予め設定した前記初期測定タイミング以降の実測タイミングに前記振動測定部が測定した前記振動の値である実測振動値から、前記特徴周波数成分を抽出する実測周波数成分抽出部と、
前記初期振動値から抽出した前記特徴周波数成分である初期周波数成分と前記実測振動値から抽出した前記特徴周波数成分である実測周波数成分との差分値を演算する差分値演算部と、
前記差分値演算部で演算した前記差分値と予め設定した診断閾値とを比較し、該比較の結果に基づき前記異常診断対象毎の異常を診断する異常診断部と、を備える異常診断装置。
【請求項２】
前記回転装置は、前記軸受と、前記回転軸と、前記軸受に支持された回転体とを含んで構成され、
前記異常診断対象は、少なくとも前記軸受、前記回転軸及び前記回転体を含む前記回転装置の構成部品である請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
前記初期周波数成分抽出部及び前記実測周波数成分抽出部は、次数解析処理によって前記特徴周波数成分を抽出する請求項１又は２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
前記初期周波数成分抽出部が前記初期周波数成分を抽出後は、前記回転軸の回転速度が前記設定回転速度になる毎に、前記振動測定部は、前記実測振動値を測定し、前記実測周波数成分抽出部は、前記測定した前記実測振動値から前記実測周波数成分を抽出し、前記差分値演算部は、前記初期周波数成分と前記抽出した前記実測周波数成分との差分値を演算し、前記異常診断部は、前記演算した差分値と前記診断閾値とを比較し、該比較の結果に基づき前記異常診断対象毎の異常を診断する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項５】
前記初期周波数成分抽出部は、前記初期測定タイミングにおいて前記振動測定部が予め設定した診断可能時間以上の時間分の前記振動を測定したと判定すると、前記診断可能時間以上の時間分の前記初期振動値に対して前記初期周波数成分の抽出処理を実施し、
前記実測周波数成分抽出部は、前記実測タイミングにおいて前記振動測定部が前記診断可能時間以上の時間分の前記振動を測定したと判定すると、前記診断可能時間以上の時間分の前記実測振動値に対して前記実測周波数成分の抽出処理を実施する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の異常診断装置を備えた軸受。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の異常診断装置を備えた回転装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の異常診断装置を備えた産業機械。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の異常診断装置を備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を支持する軸受を含んで構成される回転装置の異常診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸受を含んで構成される回転装置の異常診断を行う技術として、例えば、特許文献１に開示された技術がある。この技術は、鉄道車両に取り付けられたセンサユニットからの検出信号に基づいて脱線、転覆、衝突等の重大事故の異常を判定する異常判定装置に、定期検査で行われるような車両や軌道の異常を検知し処理する機能を付加したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１００４３４号公報
【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、上記従来技術では、回避したい事象に応じて診断閾値を設定することについて、軸受や車輪等の対象となる部品それぞれの個体差までは考慮されていない。そのため、製品量産時に同型製品共通の絶対的な診断閾値を設定するにあたっては大量のバックデータと統計的な判断が必要になり適切な診断閾値設定までに多くの検証が必要となる問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、異常の早期発見と共に診断閾値の設定を比較的容易に行うことが可能な異常診断装置、軸受、回転装置、産業機械及び車両を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る異常診断装置は、回転軸を支持する軸受を含んで構成される回転装置に生じる振動を検出する振動検出部と、回転軸の回転速度を検出する回転速度検出部と、回転速度検出部の検出結果と振動検出部の検出結果とに基づき回転軸が予め設定した設定回転速度で回転しているときに回転装置に生じる振動を測定する振動測定部と、回転装置の稼働中における予め設定した初期測定タイミングに振動測定部が測定した振動の値である初期振動値から、回転装置の異常診断対象毎の異常に係る特徴周波数成分を抽出する初期周波数成分抽出部と、回転装置の稼働中において予め設定した初期測定タイミング以降の実測タイミングに振動測定部が測定した振動の値である実測振動値から、異常診断対象毎の特徴周波数成分を抽出する実測周波数成分抽出部と、初期振動値から抽出した特徴周波数成分である初期周波数成分と実測振動値から抽出した特徴周波数成分である実測周波数成分との差分値を演算する差分値演算部と、差分値演算部で演算した差分値と予め設定した診断閾値とを比較し、該比較の結果に基づき異常診断対象毎の異常を診断する異常診断部と、を備える。
【０００６】
また、本発明の第２の態様に係る軸受は、上記第１の態様に係る異常診断装置を備える。
また、本発明の第３の態様に係る回転装置は、上記第１の態様に係る異常診断装置を備える。
また、本発明の第４の態様に係る産業機械は、上記第１の態様に係る異常診断装置を備える。
【０００７】
また、本発明の第５の態様に係る車両は、上記第１の態様に係る異常診断装置を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、初期測定タイミングで測定した初期振動値から抽出した初期周波数成分と、実測タイミングで測定した実測振動値から抽出した実測周波数成分との差分値（即ち初期値からの変化量）に対して診断閾値との比較を行い、この比較結果に基づき異常診断を行うことが可能である。これによって、回転装置の稼働中に異常診断を行うことが可能となるので異常の早期発見が可能になるという効果が得られる。加えて、従来と比較して、個体差に起因した初期値のばらつきを無視することが可能となり、個体差によるばらつきを無視した（変化量のみに着目した）診断閾値設定を行うことが可能となる。その結果、従来と比較して診断閾値設定を容易に行うことができるという効果が得られる。また、実測振動値は、個体差に起因した初期値のばらつきと、変化量のばらつきとの合算となるが、差分をとることよって除去できる初期値のばらつきの分、測定信頼性を向上することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、鉄道車両１の概略構成を示す模式図である。
【図２】回転装置２の要部の詳細な構成を示す模式図である。
【図３】異常診断装置４の一構成例を示すブロック図である。
【図４】異常診断部３７ｄのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図５】異常診断部３７ｄの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図６】異常診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】振動測定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】特徴周波数成分抽出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】比較診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】振動波形のスペクトル曲線の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、部材ないし部分の縦横の寸法や縮尺は実際のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法や縮尺は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１１】
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１２】
（実施形態）
（構成）
本発明の一実施形態に係る鉄道車両１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の回転装置２を含んで構成される。
回転装置２は、回転軸としての車軸２１と、車軸２１の両端部において車軸２１を支持する一対の複列円すいころ軸受３と、車軸２１の一対の複列円すいころ軸受３よりも内側の両端部に取り付けられた回転体としての一対の車輪２２とを含んで構成される。
複列円すいころ軸受３は、図２に示すように、軸受ハウジング２３の内側にて車軸２１の端部を回転自在に支持する。
【００１３】
この複列円すいころ軸受３は、第１の円すいころ軸受部２４Ａと、第２の円すいころ軸受部２４Ｂと、外輪２５と、円筒状の間座２９とを備える。
第１の円すいころ軸受部２４Ａは、第１の内輪２６Ａと、複数個の第１の円すいころ２７Ａと、第１の保持器２８Ａとを備え、第２の円すいころ軸受部２４Ｂは、第２の内輪２６Ｂと、複数個の第２の円すいころ２７Ｂと、第２の保持器２８Ｂとを備える。
【００１４】
外輪２５は、第１の円すいころ軸受部２４Ａ及び第２の円すいころ軸受部２４Ｂに共通の外輪であり、内周面に複列の円すい凹面状の第１の外輪軌道３０Ａ及び第２の外輪軌道３０Ｂを有し、軸受ハウジング２３に内嵌した状態で、使用時にも回転しないように構成されている。
第１の内輪２６Ａは、外周面に円すい凸面状の第１の内輪軌道３１Ａを有し、第２の内輪２６Ｂは、外周面に円すい凸面状の第２の内輪軌道３１Ｂを有し、それぞれ車軸２１の端部に外嵌固定した状態で、使用時にこの車軸２１と共に回転するように構成されている。
【００１５】
第１の円すいころ２７Ａは、第１の外輪軌道３０Ａと、第１の内輪軌道３１Ａとの間にそれぞれ複数個ずつ、第１の保持器２８Ａにより保持された状態で転動自在に設けられている。
また、第２の円すいころ２７Ｂは、第２の外輪軌道３０Ｂと、第２の内輪軌道３１Ｂとの間にそれぞれ複数個ずつ、第２の保持器２８Ｂにより保持された状態で転動自在に設けられている。
【００１６】
間座２９は、第１の内輪２６Ａ及び第２の内輪２６Ｂの間に挟持した状態で、車軸２１の端部に外嵌している。なお、図２に示した部分よりも上方に存在する、この車軸２１の中間部両端寄り部分には、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれ車輪２２を外嵌固定している。
更に、複列円すいころ軸受３は、図２に示すように、軸受ハウジング２３の外周面に取り付けられた異常診断装置４を含んで構成される。この異常診断装置４は、複列円すいころ軸受３の傷や剥離、車軸２１の偏摩耗、車輪２２のフラット磨耗等、異常診断対象である回転装置２の構成部品に生じる異常を診断するものである。
【００１７】
本実施形態において、異常診断対象は、各構成部品を示す以外にも、各構成部品に発生する異常の種類が２種類以上の場合、各異常内容とのセットで１つの異常診断対象を指すものである。例えば、車輪２２の車輪フラットの場合、１周あたり１箇所磨耗と、１周あたり２箇所磨耗とでは特徴周波数成分が異なるため、この場合の異常診断対象は、車輪２２の車輪フラット（１箇所）と、車輪２２の車輪フラット（２箇所）との２つとなる。
【００１８】
異常診断装置４は、車軸２１の回転速度を検出する回転速度検出部としての軸速度センサ３２と、回転装置２に生じる振動を検出する振動検出部としての加速度センサ３３と、回転装置２の異常を診断する異常診断ユニット３５とを含んで構成される。
軸速度センサ３２は、永久磁石により円筒状に構成されたエンコーダ３２ａと、第１のセンサ３２ｂと、第２のセンサ３２ｃとを含んで構成される。
【００１９】
エンコーダ３２ａは、間座２９の軸方向中間部に外嵌固定されている。
第１のセンサ３２ｂ及び第２のセンサ３２ｃは、外輪２５の軸方向中間部で複列に配置された第１の円すいころ２７Ａ及び第２の円すいころ２７Ｂの間の部分にそれぞれの検出部を、被検出面であるエンコーダ３２ａの外周面に近接対向させた状態で設けられている。このエンコーダ３２ａの外周面には、Ｎ極に着磁した磁極とＳ極に着磁した磁極とを、円周方向に交互に且つ等間隔で配置している。
【００２０】
また、第１のセンサ３２ｂ及び第２のセンサ３２ｃは、検出部に、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ、ＧＭＲ等の磁気検知素子を組み込んでいる。これら第１のセンサ３２ｂ及び第２のセンサ３２ｃの検出部がエンコーダ３２ａの外周面に対向する位置は、このエンコーダ３２ａの円周方向に関して同じ位置としている。
本実施形態において、加速度センサ３３は、複列円すいころ軸受３の近傍で発生する振動を電気信号として出力する。
【００２１】
本実施形態では、軸受ハウジング２３の外周面の円周方向一部で、軸方向に関して第１の円すいころ軸受部２４Ａの中央部に対応する部分に、図２に示すように凹部３４を形成している。そして、凹部３４に加速度センサ３３を収容している。なお、加速度センサ３３の配設位置はこの位置に限らず、異常診断対象等に応じて他の位置に変更してもよい。
加速度センサ３３は、異常診断対象の異常発生時の振動特性に応じて、１軸方向の加速度を測定可能なもの、２軸方向の加速度を測定可能なもの、３軸方向の加速度を測定可能なもの等を適宜選択して使用する。また、測定したい振動の方向に合わせて、１軸又は２軸のセンサを複数配置する構成としてもよい。また、本実施形態では、異常診断対象の異常が複数軸方向への振動を発生する場合、異常発生時の振動方向のうち最も大きい振動レベルの振動方向を代表軸方向として決定し、この軸方向の振動を測定可能な加速度センサを使用する。
【００２２】
即ち、例えば軸受に軸受剥離が発生した場合、ラジアル方向の振動が大きくなるため、軸受剥離を異常診断するためには、ラジアル方向の振動を検出可能なセンサを配置する必要がある。このように、異常の内容毎に振動変化が顕著に出る方向が異なるため、診断対象の異常内容に応じて、所望の振動方向の振動を検出可能なセンサを配置する必要がある。
【００２３】
なお、この構成に限らず、複数軸方向の振動を２以上検出する構成としてもよい。この場合は、後段の異常診断処理において、１の異常診断対象に対して、例えば、２以上の特徴周波数成分の差分値に対する診断閾値との比較結果に基づく異常診断が行われる。
異常診断ユニット３５は、軸受ハウジング２３の外周面に固定された基板ハウジング３６と、基板ハウジング３６の内側に配置された回路基板３７と、回路基板３７と第１のセンサ３２ｂ及び第２のセンサ３２ｃの出力端子とを電気的に接続するコネクタ３８とを備える。
【００２４】
この異常診断ユニット３５は、回転装置２を構成する各部品に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断し、且つ、異常が生じている部品を特定する為に、軸速度センサ３２、加速度センサ３３の出力した電気信号等を演算処理するものである。
回路基板３７は、具体的に、図３に示すように、チップ部品やディスクリート部品等として実装された、第１のＩ／Ｆ部３７ａと、第２のＩ／Ｆ部３７ｂと、異常診断部３７ｄとを含んで構成される。
【００２５】
第１のＩ／Ｆ部３７ａは、軸速度センサ３２から出力されるアナログの電気信号である車軸２１の回転速度を示す回転速度信号ωを、後段の異常診断部３７ｄで演算処理可能な信号形式に変換するものである。
ここで、本実施形態では、異常診断部３７ｄは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等が搭載されたマイクロコンピュータ（マイコン）から構成されている。
【００２６】
従って、本実施形態の第１のＩ／Ｆ部３７ａは、図示省略するが、例えば、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器、特定周波数帯域を切り出すためのフィルタ回路、ＡＣカップリングのためのコンデンサ、信号増幅のための信号増幅器等を含んで構成されている。
第１のＩ／Ｆ部３７ａは、変換後のデジタルの回転速度信号ωｄを、異常診断部３７ｄに出力する。
【００２７】
第２のＩ／Ｆ部３７ｂは、第１のＩ／Ｆ部３７ａと同様の構成を有し、加速度センサ３３から出力されるアナログの電気信号である加速度信号Ｇａを、後段の異常診断部３７ｄで演算処理可能な信号形式に変換するものである。第２のＩ／Ｆ部３７ｂは、変換後のデジタルの加速度信号Ｇａｄを、異常診断部３７ｄに出力する。
異常診断部３７ｄは、第１のＩ／Ｆ部３７ａからの回転速度信号ωｄと、第２のＩ／Ｆ部３７ｂからの加速度信号Ｇａｄとに基づき、本実施形態では、複列円すいころ軸受３、車軸２１及び車輪２２に摩耗や破損等の異常が発生しているか否かを診断する。
【００２８】
次に、図４及び図５に基づき、異常診断部３７ｄのハードウェア構成及び機能構成を説明する。
異常診断部３７ｄは、図４に示すように、各種制御や演算処理を担う中央演算処理装置であるＣＰＵ６０と、主記憶装置を構成するＲＡＭ（Random Access Memory）６１と、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）６２と、時間計測用のタイマ６３とを備える。加えて、データ転送用の各種内外バス６５と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）６４とを備える。本実施形態では、ＲＡＭ６１は、例えばＮＯＲ型のフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリから構成される。
【００２９】
そして、ＣＰＵ６０、ＲＡＭ６１、ＲＯＭ６２及びタイマ６３との間を各種内外バス６５で接続していると共に、このバス６５に入出力Ｉ／Ｆ６４を介して、異常診断ユニット３５の第１のＩ／Ｆ部３７ａ及び第２のＩ／Ｆ部３７ｂとが接続されている。図示省略するが、その他にも必要に応じて、例えば、データ記憶容量確保のための外部記憶装置、異常診断結果を車載ネットワークを介して各異常診断装置を統括制御する制御装置（以下、「統括制御装置」と称す）に送信するための通信装置などが接続される。
【００３０】
そして、電源を投入すると、ＲＯＭ６２等に記憶されたＢＩＯＳ等のシステムプログラムが、ＲＯＭ６２に予め記憶された各種のコンピュータプログラムをＲＡＭ６１にロードし、ＲＡＭ６１にロードされたプログラムに記述された命令に従ってＣＰＵ６０が各種リソースを駆使して所定の制御及び演算処理を行うことで後述する各機能をソフトウェア上で実現できるようになっている。
【００３１】
また、異常診断部３７ｄは、ＣＰＵ６０によってプログラムを実行することで実現する機能部として、図５に示すように、振動測定部３７１と、特徴周波数成分抽出部３７２と、差分値演算部３７３と、比較診断部３７４とを備えている。
振動測定部３７１は、予め設定した測定タイミングにおいて、第１のＩ／Ｆ部３７ａからの回転速度信号ωｄに基づき、車軸２１が予め設定した設定回転速度ωｓで回転しているときに回転装置２に生じる振動に応じた加速度値を測定する。
【００３２】
即ち、車軸２１が設定回転速度ωｓで回転していると判定すると、第２のＩ／Ｆ部３７ｂから予め設定したサンプリング周期で入力される加速度信号Ｇａｄの示す加速度値（以下、「加速度値Ｇａｖ」と称す）をＲＡＭ６１に時系列に記憶する。これにより、回転装置２に生じる振動を測定する。
本実施形態において、振動測定部３７１は、予め設定した回転装置２の稼働中の初期測定タイミングにおいて、車軸２１が予め設定した設定回転速度ωｓで回転しているときに回転装置２に生じる振動に応じた加速度値Ｇａｖを測定する。加えて、振動測定部３７１は、回転装置２の稼働中の初期測定タイミング以降の実測タイミングにおいて、車軸２１が設定回転速度ωｓで回転しているときに回転装置２に生じる振動に応じた加速度値Ｇａｖを測定する。
【００３３】
更に、本実施形態の振動測定部３７１は、タイマ６３を用いて、車軸２１が設定回転速度ωｓで回転を開始したと判定してから、設定回転速度ωｓで回転をし続けている間の経過時間Ｔｐを計測する。そして、初期測定タイミングにおいて、経過時間Ｔｐが、予め設定した診断可能時間Ｔｄ以上となった場合に、測定処理を停止すると共に、初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮの抽出処理の開始を指示する初期抽出開始指令Ｓｔｅを特徴周波数成分抽出部３７２に出力する。
【００３４】
以下、初期測定タイミングにおいて、経過時間Ｔｐが診断可能時間Ｔｄ以上となって測定が停止されるまでにＲＡＭ６１に記憶された加速度値Ｇａｖを「初期振動値群Ｇａｖｅ」と称す。
一方、振動測定部３７１は、実測タイミングにおいて、経過時間Ｔｐが診断可能時間Ｔｄ以上となった場合に、測定処理を停止すると共に、実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮの抽出処理の開始を指示する実測抽出開始指令Ｓｔｓを特徴周波数成分抽出部３７２に出力する。
【００３５】
以下、実測タイミングにおいて、経過時間Ｔｐが診断可能時間Ｔｄ以上となって測定が停止されるまでにＲＡＭ６１に記憶された加速度値Ｇａｖを「実測振動値群Ｇａｖｓ」と称す。
また、振動測定部３７１は、測定タイミングに関係なく、経過時間Ｔｐが診断可能時間Ｔｄ未満であった場合に、タイマ６３をクリアすると共に、これまでに記憶した加速度値ＧａｖをＲＡＭ６１から削除する。また、特徴周波数成分抽出部３７２において、特徴周波数成分の抽出処理が完了した場合も、完了した特徴周波数成分に対応する加速度値Ｇａｖ（初期振動値群Ｇａｖｅ又は実測振動値群Ｇａｖｓ）をＲＡＭ６１から削除する。
【００３６】
なお、本実施形態の振動測定部３７１は、実測タイミングにおいて、車軸２１の回転速度が他の回転速度から設定回転速度ωｓになる毎に実測振動値群Ｇａｖｓの測定を行うように構成されている。
特徴周波数成分抽出部３７２は、振動測定部３７１からの初期抽出開始指令Ｓｔｅの入力に応じて、初期測定タイミングにおいてＲＡＭ６１に記憶された初期振動値群Ｇａｖｅに対して次数解析処理を行う。これにより、初期振動値群Ｇａｖｅで示される振動波形に含まれる、予め設定した測定対象の次数１〜Ｎ（Ｎは２以上の自然数）にそれぞれ対応する特徴周波数成分（以下、「初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮ」と称す）を抽出する。特徴周波数成分抽出部３７２は、抽出した初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮを、ＲＡＭ６１に記憶する。本実施形態では、ＲＡＭ６１が不揮発性のメモリから構成されているため、記憶した初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮは、意図的に削除しない限り、電源が落ちたあとも保存される。そして、本実施形態では、１度、初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮを抽出後は、例えば、回転装置２の部品交換を行う等の再度初期測定タイミングの発生条件を満たすまでは、ＲＡＭ６１に記憶保持したものを繰り返し使用する。
【００３７】
ここで、初期測定タイミングは、例えば、回転装置２の新規導入後の最初の運転タイミング、回転装置２又は軸受交換後の最初の運転タイミング、また、初期磨耗影響を除きたい場合は「ならし」運転後の最初の運転タイミングなど、予め設定した測定条件に応じて任意に設定することが可能である。
また、実測タイミングは、基本的に、初期測定タイミング以降であって、且つ、初期周波数成分を抽出後の運転タイミングとなる。
【００３８】
一方、特徴周波数成分抽出部３７２は、振動測定部３７１からの実測抽出開始指令Ｓｔｓの入力に応じて、実測タイミングにおいてＲＡＭ６１に記憶された実測振動値群Ｇａｖｓに対して、次数解析処理を行う。これにより、実測振動値群Ｇａｖｓで示される振動波形に含まれる次数１〜Ｎにそれぞれ対応する特徴周波数成分（以下、「実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮ」と称す）を抽出する。特徴周波数成分抽出部３７２は、抽出した実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮをＲＡＭ６２に記憶し、その後、診断開始指令Ｓｄを差分値演算部３７３に出力する。
【００３９】
ここで、次数解析処理は、具体的に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて、振動波形（初期振動値群Ｇａｖｅ又は実測振動値群Ｇａｖｓ）のパワースペクトル（振動レベル）を求め、このパワースペクトルを求めたときの回転速度（設定回転速度ωｓ）に当たる周波数ｆｓに対応する成分を１次成分として求める。加えて、この周波数ｆｓの２倍、３倍、・・・、Ｎ−１倍、Ｎ倍の周波数毎のパワースペクトルを、２次〜Ｎ次成分として求める処理となる。なお、設定回転速度ωｓに当たる周波数ｆｓは、予め求めたものをＲＡＭ６１又はＲＯＭ６２に記憶しておく。また、Ｎの値は、異常診断対象に対応する次数成分によって適宜設定する。
【００４０】
差分値演算部３７３は、特徴周波数成分抽出部３７２から診断開始指令Ｓｄが入力されると、下式（１）に従って、ＲＡＭ６１に記憶された実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮと、ＲＡＭ６１に記憶された初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮとの次数毎の差分値（以下、「差分値Ａｄ１〜ＡｄＮ」と称す）をそれぞれ演算する。即ち、初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮに対する次数成分毎の現在までの変化量を演算する。
【００４１】
Ａｄｉ＝Ａｓｉ−Ａｅｉ      ・・・（１）
差分値演算部３７３は、演算した差分値Ａｄ１〜ＡｄＮを、比較診断部３７４に出力する。
比較診断部３７４は、差分値演算部３７３から差分値Ａｄ１〜ＡｄＮが入力されると、入力された差分値Ａｄ１〜ＡｄＮを、次数毎に予め設定された診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮと比較する。そして、各比較結果に基づき、回転装置２の各構成部品に異常が発生しているか否かを診断する。比較診断部３７４は、この異常診断結果を、第１異常診断結果として、例えば、車載ネットワークを介して、統括制御装置へと出力する。
【００４２】
ここで、部品、装置によって、例えば、ｍ次変化（ｍは「１≦ｍ＜Ｎ」の自然数）のときは軸受剥離、（ｍ＋１）次変化のときは装置回転軸偏磨耗など、各次数成分ごとの故障モードが決まっている。例えば、車輪２２が何らかの原因で磨耗したときなど、車輪フラットなどで１周あたり１箇所磨耗に相当する場合は１次成分、楕円に磨耗してしまったときなど２箇所磨耗に相当する場合は２次成分といった様に特徴周波数成分が発生することになる。そのため、診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮは、回避したい故障モードごとに許容差を検討し、各次数成分それぞれに対して適切な値を設定する。
【００４３】
（異常診断処理）
次に、図６に基づき、異常診断装置４における異常診断処理の処理手順の一例を説明する。なお、異常診断処理は、鉄道車両１の運転中（駆動源の駆動中又は車両走行中）に所定周期で繰り返し実行される処理である。
ＣＰＵ６０において、プログラムが実行され異常診断処理が開始されると、図６に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。
【００４４】
ステップＳ１００では、振動測定部３７１において、振動測定処理を実施して、初期振動値群Ｇａｖｅ又は実測振動値群Ｇａｖｓを測定して、ステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、特徴周波数成分抽出部３７２において、特徴周波数成分抽出処理を実施して、初期振動値群Ｇａｖｅ又は実測振動値群Ｇａｖｓから、初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮ又は実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮを抽出し、ステップＳ１０４に移行する。
【００４５】
ステップＳ１０４では、差分値演算部３７３において、特徴周波数成分抽出部３７２から診断開始指令Ｓｄが入力されたか否かを判定する。そして、入力されたと判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０６に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、一連の処理を終了する。
ステップＳ１０６に移行した場合は、差分値演算部３７３及び比較診断部３７４において、比較診断処理を実施して、回転装置２の各構成部品に異常が発生しているか否かを診断して、一連の処理を終了する。
【００４６】
（振動測定処理）
次に、図７に基づき、ステップＳ１００の振動測定処理の処理手順の一例を説明する。
ステップＳ１００で振動測定処理が開始されると、図７に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、振動測定部３７１において、現在、初期測定タイミングであるか否かを判定し、初期測定タイミングであると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２０２に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２１０に移行する。
【００４７】
具体的に、ＲＡＭ６１に、初期周波数成分が記憶されているか否かを判定し、記憶されていない場合に、初期測定タイミングであると判定する。なお、新品の最初の運転時等で、ならし運転を行った後に初期周波数成分を得たい場合は、ならし運転中であるか否かを判定する。そして、ならし運転中であると判定した場合は、初期測定タイミングではないと判定する。
【００４８】
ステップＳ２０２に移行した場合は、振動測定部３７１において、第１のＩ／Ｆ部３７ａからの回転速度信号ωｄに基づき、車軸２１の現在の回転速度が設定回転速度ωｓとなっているか否かを判定する。そして、設定回転速度ωｓとなっていると判定した場合（Ｙｅｓ）は、タイマ６３による経過時間Ｔｐのカウントを開始又は継続して、ステップＳ２０４に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、設定回転速度ωｓとなるまで判定処理を繰り返す。
【００４９】
ここで、最初に設定回転速度ωｓとなっていると判定したときにタイマ６３による経過時間Ｔｐの測定（カウント）を開始する。
ステップＳ２０４に移行した場合は、振動測定部３７１において、第２のＩ／Ｆ部３７ｂからの加速度信号Ｇａｄに基づき加速度値Ｇａｖを取得し、取得した加速度値ＧａｖをＲＡＭ６１の予め設定した初期振動値群Ｇａｖｅの記憶領域に記憶する。その後、ステップＳ２０６に移行する。
【００５０】
即ち、振動測定部３７１は、初期測定タイミングにおいて取得した加速度値Ｇａｖを、初期振動値としてＲＡＭ６１に記憶する。
ステップＳ２０６では、振動測定部３７１において、タイマ６３のカウント値に基づき、経過時間Ｔｐが診断可能時間Ｔｄ以上になったか否かを判定することで、初期振動値の測定を開始してから診断可能時間Ｔｄが経過したか否かを判定する。そして、診断可能時間Ｔｄが経過したと判定した場合（Ｙｅｓ）は、測定を終了して、ステップＳ２０８に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２０２に移行する。
【００５１】
ステップＳ２０８に移行した場合は、振動測定部３７１において、特徴周波数成分抽出部３７２に対して、初期抽出開始指令Ｓｔｅを出力して、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
一方、ステップＳ２００において、初期測定タイミングではなくステップＳ２１０に移行した場合は、振動測定部３７１において、現在、実測タイミングであるか否かを判定する。そして、実測タイミングであると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２１２に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２００に移行する。
【００５２】
ステップＳ２１２に移行した場合は、振動測定部３７１において、車軸２１の現在の回転速度が設定回転速度ωｓとなっているか否かを判定する。そして、設定回転速度ωｓとなっていると判定した場合（Ｙｅｓ）は、タイマ６３による経過時間Ｔｐのカウントを開始又は継続して、ステップＳ２１４に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、設定回転速度ωｓとなるまで判定処理を繰り返す。
【００５３】
ステップＳ２１４に移行した場合は、振動測定部３７１において、第２のＩ／Ｆ部３７ｂからの加速度信号Ｇａｄに基づき加速度値Ｇａｖを取得し、取得した加速度値ＧａｖをＲＡＭ６１の実測振動値群Ｇａｖｓの記憶領域に記憶する。その後、ステップＳ２１６に移行する。
即ち、振動測定部３７１は、実測タイミングにおいて取得した加速度値Ｇａｖを、実測振動値としてＲＡＭ６１に記憶する。
【００５４】
ステップＳ２１６では、振動測定部３７１において、タイマ６３のカウント値に基づき、経過時間Ｔｐが診断可能時間Ｔｄ以上になったか否かを判定することで、実測振動値の測定を開始してから診断可能時間Ｔｄが経過したか否かを判定する。そして、診断可能時間Ｔｄが経過したと判定した場合（Ｙｅｓ）は、測定を終了して、ステップＳ２１８に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２１２に移行する。
ステップＳ２１８に移行した場合は、振動測定部３７１において、特徴周波数成分抽出部３７２に対して、実測抽出開始指令Ｓｔｓを出力して、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
【００５５】
（特徴周波数成分抽出処理）
次に、図８に基づき、ステップＳ１０２の特徴周波数成分抽出処理の処理手順の一例を説明する。
ステップＳ１０２で特徴周波数成分抽出処理が開始されると、図８に示すように、まず、ステップＳ３００に移行する。
ステップＳ３００では、特徴周波数成分抽出部３７２において、振動測定部３７１からの初期抽出開始指令が入力されたか否かを判定する。そして、入力されたと判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３０２に移行し、一方、実測抽出開始指令が入力されたと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ３０６に移行する。
【００５６】
ステップＳ３０２に移行した場合は、特徴周波数成分抽出部３７２において、ＲＡＭ６１に記憶された初期振動値群Ｇａｖｅに対して次数解析処理を実施して、初期振動値群Ｇａｖｅから、初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮを抽出する。その後、ステップＳ３０４に移行する。
ステップＳ３０４では、特徴周波数成分抽出部３７２において、ステップＳ３０２で抽出した初期周波数成分Ａｅ１〜Ａｅ４をＲＡＭ６１に記憶して、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
【００５７】
一方、ステップＳ３００において実測抽出開始指令Ｓｔｓが入力されステップＳ３０６に移行した場合は、特徴周波数成分抽出部３７２において、ＲＡＭ６１に記憶された実測振動値群Ｇａｖｓに対して次数解析処理を実施して、実測振動値群Ｇａｖｓから、実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮを抽出する。その後、ステップＳ３０８に移行する。
ステップＳ３０８では、特徴周波数成分抽出部３７２において、ステップＳ３０６で抽出した実測周波数成分Ａｓ１〜Ａｓ４をＲＡＭ６１に記憶して、ステップＳ３１０に移行する。
ステップＳ３１０では、特徴周波数成分抽出部３７２において、診断開始指令Ｓｄを差分値演算部３７３に出力して、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
【００５８】
（比較診断処理）
次に、図９に基づき、ステップＳ１０６の比較診断処理の処理手順の一例を説明する。
ステップＳ１０６で比較診断処理が開始されると、図９に示すように、まず、ステップＳ４００に移行する。
ステップＳ４００では、差分値演算部３７３において、変数ｉに「１」を代入して、ステップＳ４０２に移行する。
ステップＳ４０２では、差分値演算部３７３において、ＲＡＭ６１から初期周波数成分Ａｅｉ及び実測周波数成分Ａｓｉを読み出し、上式（１）に従って、ｉ次成分の差分値Ａｄｉを演算する。そして、演算した差分値Ａｄｉを、比較診断部３７４に出力して、ステップＳ４０４に移行する。
【００５９】
具体的に、差分値演算部３７３は、例えば、変数ｉが「１」の場合、ＲＡＭ６１から初期周波数成分Ａｅ１及び実測周波数成分Ａｓ１を読み出し、「Ａｄ１＝Ａｓ１−Ａｅ１」を演算する。
ステップＳ４０４では、比較診断部３７４において、差分値演算部３７３から差分値Ａｄｉが入力されると、ＲＡＭ６１からｉ次成分に対応する診断閾値Ｔｈｉを読み出す。そして、読み出した診断閾値Ｔｈｉと、入力された差分値Ａｄｉとを大小比較し、差分値Ａｄｉが診断閾値Ｔｈｉ以上であると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ４０６に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ４０８に移行する。
【００６０】
具体的に、比較診断部３７４は、例えば、変数ｉが「１」の場合、ＲＡＭ６１から１次成分に対応する診断閾値Ｔｈ１を読み出し、差分値Ａｄ１が診断閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。即ち、ｉ次成分の初期値からの変化量に相当する差分値Ａｄｉが診断閾値Ｔｈｉ以上であるか否かを判定することで異常の有無を診断する。
ステップＳ４０６に移行した場合は、比較診断部３７４において、ｉ次成分に対応する構成部品に異常が発生していると診断する。その後、ステップＳ４１０に移行する。
【００６１】
一方、ステップＳ４０８に移行した場合は、比較診断部３７４において、ｉ次成分に対応する構成部品に異常なしと診断する。その後、ステップＳ４１０に移行する。
ステップＳ４１０では、比較診断部３７４において、ステップＳ４０６又はＳ４０８の診断結果をＲＡＭ６１に記憶して、ステップＳ４１２に移行する。
ステップＳ４１２では、比較診断部３７４において、変数ｉの値がＮ（設定最大次数）と一致するか否かを判定し、一致すると判定した場合（Ｙｅｓ）は、一連の処理を終了し元の処理に復帰し、一致しないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ４１４に移行する。
【００６２】
ステップＳ４１４に移行した場合は、比較診断部３７４において、現在の変数ｉの値に１を加算した値を変数ｉに代入して、ステップＳ４０２に移行する。即ち、現在の変数ｉの値が「１」である場合は、「１＋１＝２」を変数ｉに代入する。
このようにして、実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮに対して、比較診断処理を順次行って、各実測周波数成分（各次数成分）に対応する構成部品に異常が発生しているか否かを診断する。
【００６３】
なお、本実施形態では、１つの複列円すいころ軸受３の近傍に加速度センサを１つ配置する構成としたが、複列や四列の軸受を含む場合、各円すいころ列の近傍に１つずつ加速度センサを配置する構成としてもよい。この場合、同じ部品に対して２〜４つの診断結果を出力する構成となる。従って、例えば、統括制御装置において、これら２〜４つの診断結果を運転席のモニタ等に表示する、または、同じ部品に対する２〜４つの診断結果に基づき、各部品の異常の有無を総合的に判断し、その結果を、診断結果として運転席のモニタ等に表示する等の構成とすることが可能である。
【００６４】
（動作）
次に、図１０に基づき、本実施形態に係る鉄道車両１の具体的な動作例を説明する。
鉄道車両１が運転を開始して回転装置２を含む各種装置に電源が供給されると、軸速度センサ３２が車軸２１の回転速度の検出を開始し、加速度センサ３３が回転装置２に生じる振動に応じた加速度の出力を開始する。そして、軸速度センサ３２から出力されたアナログの回転速度信号ωが第１のＩ／Ｆ部３７ａを介してデジタルの回転速度信号ωｄとして、異常診断部３７ｄに入力される。
【００６５】
一方、加速度センサ３３から出力されたアナログの加速度信号Ｇａが第２のＩ／Ｆ部３７ｂを介してデジタルの加速度信号Ｇａｄとして、異常診断部３７ｄに入力される。
このとき、加速度信号Ｇａｄは、例えば、第２のＩ／Ｆ部３７ｂのフィルタ回路（ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ）によって、不要周波数成分が除去された信号となる。
【００６６】
また、異常診断部３７ｄは、振動測定部３７１において、現在は初期測定タイミングであるか否かを判定する。ここでは、既にＲＡＭ６１に初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮが記憶されており、振動測定部３７１は、初期測定タイミングでは無いと判定したとする。また、ここでは、Ｎ＝５として、初期周波数成分Ａｅ１〜Ａｅ５がＲＡＭ６１に記憶されていることとする。
【００６７】
従って、振動測定部３７１は、現在は実測タイミングであると判定し、実測振動値の測定を開始する。
具体的に、振動測定部３７１は、所定サンプリング周期で順次入力される回転速度信号ωｄに基づき、車軸２１の回転速度が設定回転速度ωｓとなったか否かを判定する。このとき、完全一致とせずに予め設定した誤差範囲内であれば設定回転速度ωｓになったと判定してもよい。
【００６８】
振動測定部３７１は、車軸２１の回転速度が設定回転速度ωｓになったと判定すると、タイマ６３のカウントを開始すると共に、所定サンプリング周期で順次入力される加速度信号Ｇａｄに基づき加速度値Ｇｖｄを実測振動値として順次、時系列にＲＡＭ６１に記憶する。そして、車軸２１の設定回転速度ωｓでの回転状態が診断可能時間Ｔｄを経過したと判定すると、実測振動値の測定を終了する。これにより、ＲＡＭ６１には、診断可能時間Ｔｄが経過するまでの期間に測定された実測振動値からなる実測振動値群Ｇａｖｓが記憶される。その後、実測抽出開始指令Ｓｔｓを特徴周波数成分抽出部３７２に出力する。
【００６９】
特徴周波数成分抽出部３７２は、振動測定部３７１からの実測抽出開始指令Ｓｔｓに応じて、ＲＡＭ６１に記憶された実測振動値群Ｇａｖｓに対して次数解析処理を行って、回転装置２の各構成部品に発生する異常に係る特徴周波数成分である実測周波数成分Ａｓ１〜Ａｓ５を抽出する。
具体的に、特徴周波数成分抽出部３７２は、ＦＦＴ等の処理によって、実測振動値群Ｇａｖｓから、例えば、図１０に示すようなスペクトル曲線を得る。そして、図１０に示すように、基本周波数ｆｓの周波数成分を１次成分として抽出すると共に、ここでは、初期周波数成分Ａｅ１〜Ａｅ５に合わせて、基本周波数の２倍〜５倍の周波数成分を２〜５次成分として抽出する。そして、これら抽出した１〜５次成分を実測周波数成分Ａｓ１〜Ａｓ５としてＲＡＭ６１に記憶する。その後、診断開始指令Ｓｄを、差分値演算部３７３に出力する。
【００７０】
差分値演算部３７３は、特徴周波数成分抽出部３７２からの診断開始指令Ｓｄに応じて、ＲＡＭ６１に記憶された実測周波数成分Ａｓ１〜Ａｓ５と、同じくＲＡＭ６１に記憶された初期周波数成分Ａｅ１〜Ａｅ５との同じ次数同士の差分値である差分値Ａｄ１〜Ａｄ５を演算する。
そして、演算した差分値Ａｄ１〜Ａｄ５を、比較診断部３７４に順次出力する。
【００７１】
比較診断部３７４は、差分値演算部３７３から順次入力される差分値Ａｄ１〜Ａｄ５と、ＲＯＭ６２に記憶された診断閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５とを次数（末尾の数字）が同じもの同士で比較し、差分値が診断閾値以上となる次数について、各次数に対応する部品に異常が発生していると判定し、診断閾値未満となる次数について、各次数に対応する部品に異常が無いと判定する。比較診断部３７４は、この診断結果を、ＲＡＭ６１に記憶すると共に、例えば、車載ネットワークを介して統括制御装置へと送信する。
【００７２】
統括制御装置では、例えば、診断結果に基づき、対象の回転装置２の診断対象部品毎の異常発生の有無等の診断結果の情報を回転装置２及び構成部品の位置が解る情報と共に運転席のモニタに表示する。また、異常発生時は、異常の内容に応じて、部品交換を促すメッセージや警告メッセージを表示したり、警報を鳴らしたり、警告ランプを点灯したりしてもよい。
ここで、複列円すいころ軸受３が軸受に対応し、車軸２１が回転軸に対応し、車輪２２が回転体に対応し、加速度センサ３３が振動検出部に対応し、軸速度センサ３２が回転速度検出部に対応し、比較診断部３７４が異常診断部に対応する。
【００７３】
（実施形態の効果）
（１）異常診断装置４は、加速度センサ３３が、車軸２１を支持する複列円すいころ軸受３を含んで構成される回転装置２に生じる振動を検出する。軸速度センサ３２が、車軸２１の回転速度を検出する。振動測定部３７１が、軸速度センサ３２の検出結果と加速度センサ３３の検出結果とに基づき車軸２１が予め設定した設定回転速度ωｓで回転しているときに回転装置２に生じる振動を測定する。
【００７４】
加えて、特徴周波数成分抽出部３７２が、振動測定部３７１が予め設定した初期測定タイミングに測定した振動の値である初期振動値（初期振動値群Ｇａｖｅ）から、回転装置２の異常診断対象の異常に係る特徴周波数成分（初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮ）を抽出する。特徴周波数成分抽出部３７２が、振動測定部３７１が予め設定した初期測定タイミング以降の実測タイミングに測定した振動の値である実測振動値（実測振動値群Ｇａｖｓ）から、異常診断対象の特徴周波数成分（実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮ）を抽出する。
【００７５】
更に、差分値演算部３７３が、実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮと実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮとの差分値（差分値Ａｄ１〜ＡｄＮ）を演算する。比較診断部３７４が、差分値演算部３７３で演算した差分値Ａｄ１〜ＡｄＮと予め設定した診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮとを比較し、該比較の結果に基づき異常診断対象毎の異常を診断する。
この構成によって、回転装置２が稼働中の初期測定タイミングで測定した初期振動値から抽出した初期周波数成分と、回転装置２が稼働中の実測タイミングで測定した実測振動値から抽出した実測周波数成分との差分値（即ち初期値からの変化量）に対して診断閾値との比較を行い、この比較結果に基づき異常診断を行うことが可能となる。
【００７６】
ここで、軸受などの回転装置の構成部品においては機械的破損が発生した場合、部品内部の破損が拡大するに伴って振動、騒音が増加し、最悪、破損片が噛み込んで回転ロックすることも考えられる。そのため、こういった装置故障や事故を避けるためにも、破損が小さい段階で検出し対処する必要がある。
上記（１）の構成であれば、回転装置２の稼働中（即ち鉄道車両１の運転中）に異常診断を行うことが可能となるので異常の早期発見が可能になるという効果が得られる。加えて、差分値との診断閾値比較を行うことによって異常診断を行うようにしたので、従来と比較して、個体差に起因した初期値のばらつきを無視することが可能となり、個体差によるばらつきを無視した（変化量のみに着目した）診断閾値設定を行うことが可能となる。その結果、従来と比較して診断閾値設定を容易に行うことができるという効果が得られる。また、実測振動値は、個体差に起因した初期値のばらつきと、変化量のばらつきとの合算となるが、差分をとることよって除去できる初期値のばらつきの分、測定信頼性を向上することができるという効果が得られる。
【００７７】
（２）回転装置２が、複列円すいころ軸受３と、車軸２１と、車輪２２とを含んで構成される。異常診断装置４は、異常診断対象を、少なくとも複列円すいころ軸受３、車軸２１及び車輪２２を含む回転装置２の構成部品とした。
この構成であれば、回転装置２の構成部品毎の異常を診断することが可能となり、構成部品毎に修理や交換等を行うことが可能となる。これによって、回転装置のメンテナンスにかかるコストを低減することが可能となる。
【００７８】
（３）異常診断装置４は、特徴周波数成分抽出部３７２が、次数解析処理によって特徴周波数成分（初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮ、並びに実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮ及び第２実測周波数成分Ｂｓ１〜ＢｓＮ）を抽出する。
この構成であれば、回転装置２の各構成部品に生じる異常に係る特徴周波数成分を容易且つ適切に抽出することが可能となる。
ここで、次数解析処理によって次数成分として抽出される各特徴周波数成分は、例えば、ｍ次成分（ｍは「１≦ｍ＜Ｎ」の自然数）であれば軸受剥離、（ｍ＋１）次成分であれば装置回転軸偏磨耗など、各構成部品の故障内容にそれぞれ対応している。
【００７９】
（４）異常診断装置４は、特徴周波数成分抽出部３７２が初期周波数成分を抽出後は、車軸２１の回転速度が設定回転速度ωｓになる毎に、振動測定部３７１が、実測振動値を測定し、特徴周波数成分抽出部３７２が、測定した実測振動値から実測周波数成分を抽出し、差分値演算部３７３が、初期周波数成分と抽出した実測周波数成分との差分値を演算し、比較診断部３７４が、演算した差分値と診断閾値とを比較し、該比較の結果に基づき異常診断対象毎の異常を診断する。
【００８０】
この構成であれば、初期周波数成分の抽出後に、車軸２１の回転速度が設定回転速度ωｓになる毎に、実測振動値の測定から異常診断までの一連の処理を自動で繰り返し実行することが可能となる。上記実施形態では、車軸２１の回転速度が設定回転速度ωｓになって実測振動値の測定を開始してから、車軸２１が診断可能時間Ｔｄが経過するまで設定回転速度ωｓで回転する毎に、振動測定部３７１が測定した実測振動値に対して、特徴周波数成分の抽出処理、差分値の演算処理、異常診断処理が実行される。
これによって、回転装置２の稼働中に発生する異常診断対象の異常を、より早期に検出することが可能となる。
【００８１】
（５）異常診断装置４は、特徴周波数成分抽出部３７２が、初期測定タイミングにおいて振動測定部３７１が予め設定した診断可能時間Ｔｄ以上の時間分の振動を測定したと判定すると、診断可能時間Ｔｄ以上の時間分の初期振動値（初期振動値群Ｇａｖｅ）に対して初期周波数成分（初期周波数成分Ａｅ１〜ＡｅＮ）の抽出処理を実施する。特徴周波数成分抽出部３７２が、実測タイミングにおいて振動測定部３７１が診断可能時間Ｔｄ以上の時間分の振動を測定したと判定すると、診断可能時間Ｔｄ以上の時間分の実測振動値（初期振動値群Ｇａｖｅ）に対して実測周波数成分（実測周波数成分Ａｓ１〜ＡｓＮ及び第２実測周波数成分Ｂｓ１〜ＢｓＮ）の抽出処理を実施する。
【００８２】
この構成であれば、異常診断を行うのに十分な量の初期振動値から初期周波数成分を抽出することが可能となり、異常診断を行うのに十分な量の実測振動値から実測周波数成分を抽出することが可能となる。これによって、異常診断を行うのに適切な特徴周波数成分に基づき異常診断を行うことが可能となるので、異常診断結果の信頼性を向上することが可能となる。
【００８３】
（６）複列円すいころ軸受３は、異常診断装置４を備える。
この構成によって、上記（１）〜（５）のいずれか１に記載した異常診断装置４の作用及び効果と同等の作用及び効果を得ることが可能である。
（７）回転装置２は、異常診断装置４を備える。
この構成によって、上記（１）〜（５）のいずれか１に記載した異常診断装置４の作用及び効果と同等の作用及び効果を得ることが可能である。
（８）産業機械の１種である鉄道車両１は、異常診断装置４を備える。
この構成によって、上記（１）〜（５）のいずれか１に記載した異常診断装置４の作用及び効果と同等の作用及び効果を得ることが可能である。
【００８４】
（変形例）
（１）上記実施形態では、振動を検出するセンサとして、加速度センサを例に挙げて説明したが、この構成に限らない。例えば、ＡＥ（acoustic emission）センサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ、マイクロホン等や、あるいは、速度、加速度、歪み、応力、変位型等、回転装置２の振動に起因して発生する物理量を電気信号化できるものであれば他のセンサを用いる構成としてもよい。また、ノイズが多いような機械装置に取り付ける際には、絶縁型を使用する方がノイズの影響を受けることが少ないので好ましい。さらに、圧電素子等の振動検出素子を使用する場合には、この素子をプラスチック等にモールドして構成してもよい。
【００８５】
（２）上記実施形態では、１つの複列円すいころ軸受に対して加速度センサを１つ設ける構成としたが、この構成に限らず、１つの複列円すいころ軸受に対して２つ以上の加速度センサを設ける構成としてもよい。
（３）上記実施形態では、１つの加速度センサの出力する加速度信号に対して異常診断処理をする構成としたが、この構成に限らない。例えば、加速度センサを２つ設け、２つの加速度センサの出力する２つの加速度信号に対して、異常診断部によって異常診断処理を行う構成としてもよい。この場合、例えば、２つの加速度信号から得た２つの加速度値の平均値を求め、この平均値に対して異常診断処理を行う。
【００８６】
（４）上記実施形態では、振動を測定する車軸の回転速度を設定回転速度ωｓの１種類のみとしたが、この構成に限らず、複数種類の回転速度を設定する構成としてもよい。この構成とした場合は、各回転速度に対する診断結果から総合的な異常の判断を行うことが可能となり、異常診断結果の信頼性を向上することが可能となる。
（５）上記実施形態では、回転軸（車軸）を支持する軸受として、複列円すいころ軸受を例に挙げて説明したが、この構成に限らない。例えば、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受等の他のころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受など他の軸受とする構成としてもよい。なお、複列の軸受に限らず、単列の軸受、四列の軸受など他の構成としてもよい。
【００８７】
（６）上記実施形態では、車軸（回転軸）、軸受、車輪（回転体）を異常診断対象とする構成としたが、この構成に限らない。例えば、車軸に取り付けられる歯車などの他の構成部品を異常診断対象として含む構成としてもよい。例えば、本発明を風車の回転装置に適用した場合、この回転装置を構成する、ブレード（回転体）、回転軸及び軸受の他に、ハブやナセル等を異常診断対象に含んでもよい。即ち、本発明は、軸受が組み込まれている回転装置を構成する構成部品であって且つ振動に含まれる特徴周波数成分から異常診断が可能なものであればどのようなものも異常診断対象としてよい。また、逆に、異常診断対象を、軸受のみ、軸受と車輪のみ、軸受と車軸のみなど、軸受を含む範囲で異常診断対象を絞り込む構成としてもよい。
【００８８】
（７）上記実施形態では、車両の１種である鉄道車両に本発明を適用する構成としたが、この構成に限らず、自動４輪車、自動２輪車等の他の車両に対して適用する構成としてもよい。
（８）上記実施形態では、振動を検出するセンサを、複列円すいころ軸受の近傍に設ける構成としたが、この構成に限らず、回転装置の構成部品の異常に係る特徴周波数成分を含む振動を検出可能であれば他の位置に設ける構成としてもよい。
【００８９】
（９）上記実施形態では、産業機械の１種である鉄道車両に本発明を適用する構成としたが、この構成に限らない。例えば、軸受の組み込まれた回転装置を有するものであれば、鉱山機械、化学機械、環境装置、動力伝導装置、タンク、業務用洗濯機、ボイラ・原動機、プラスチック機械、風水力機械、運搬機械、製鉄機械等のどのような産業機械に本発明を適用してもよい。
【００９０】
（１０）上記実施形態では、異常診断装置が軸受端面に取り付けられた構成となっているが、この構成に限らない。異常診断装置の用途、耐環境性に応じて、例えば、軸受から離れた別環境に配置する構成としてもよい。この場合、軸受近傍に設けた各種センサとは、有線又は無線で通信可能に接続する。
また、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９１】
１  鉄道車両、２  回転装置、３  複列円すいころ軸受、４  異常診断装置、２１  車軸、２２  車輪、３２  軸速度センサ、３３  加速度センサ、３７  回路基板、３７ａ〜３７ｂ  第１〜第２のＩ／Ｆ部、３７ｄ  異常診断部、３７１  振動測定部、３７２  特徴周波数成分抽出部、３７３  差分値演算部、３７４  比較診断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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