JP5089537B2

JP5089537B2 - 電動送風機の故障診断装置及びそれを搭載した電気機器

Info

Publication number: JP5089537B2
Application number: JP2008232351A
Authority: JP
Inventors: 崇松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: JP2010065594A

Description

本発明は、電動送風機、特に遠心型の電動送風機で発生した故障を容易に検知し、発生した故障モードの種別を正確に診断することができる電動送風機の故障診断装置及びそれを搭載した電気機器に関するものである。

従来から、電動送風機で発生した故障を検知する電動送風機の故障検知方法が知られている。従来の電動送風機の故障検知には、電動送風機のロックに伴う温度上昇を温度検知装置で検知して故障を検知する方法（たとえば、特許文献１参照）や、電動送風機の生じる差圧の低下を検知して故障を検知する方法（たとえば、特許文献２参照）、入力電流波形や電力量を検知して故障を検知する方法（たとえば、特許文献３参照）、回転センサーを用いて回転子の状態を検知して故障を検知する方法（たとえば、特許文献４参照）等が存在している。

特開２００３−４７８号公報（第３頁、第１図）特開昭６０−１８２３９７号公報（第２−３頁、第５図）特開平１１−１８０３０２号公報（第５頁、第５図）特開平２−１０２６２８号公報（第２頁、第３図）

特許文献１に記載のような電動送風機の故障検知方法では、電動送風機で発生している故障モードの判定等ができないという問題があった。つまり、電動送風機を冷却することによって復帰させて使用可能としても、電動送風機が安全かどうかの判定ができないのである。特許文献２及び特許文献４に記載のような電動送風機の故障検知方法では、電動送風機の構造体の故障であるのか、電動送風機の流入風路が閉塞されているのかの判定ができないという問題があった。特許文献３に記載のような電動送風機の故障検知方法では、電動送風機の故障による回転異常を検知するだけで、電動送風機でどのような異常が発生しているかまで検知することができないといった問題があった。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、電動送風機が発生する振動あるいは騒音、又はそれらを組み合わせることで電動送風機で発生した故障を容易に検知でき、発生した故障モードを正確に診断することが可能な電動送風機の故障診断装置及びそれを搭載した安全性の高い電気機器を提供することを目的としている。

本発明に係る電動送風機の故障診断装置は、電動送風機から発生する振動及び騒音の少なくとも１つを検出する検出装置と、前記検出装置で検出された振動及び騒音の少なくとも１つの周波数成分のうち電源成分２ｆを、正常な電動送風機に特有の周波数成分である電源成分２ｆと比較し、電源成分２ｆの周波数に変化が生じていると判断した場合、前記電動送風機にブロア固定具の故障が発生していると判定する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係る電気機器は、上記の電動送風機の故障診断装置を搭載したことを特徴とする。

本発明に係る電動送風機の故障診断装置によれば、電動送風機から発生する振動あるいは騒音、またはそれらを組み合わせることによって、電動送風機の故障を容易に検知することができるとともに、発生した故障の故障モードを正確に判断することができる。

本発明に係る電気機器によれば、上記の電動送風機の故障診断装置を搭載しているので、電動送風機の故障を容易に検知することができるとともに、発生した故障の故障モードを正確に判断することができ、加えて安全性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る故障診断装置５０の基本的な構成を示す概略図である。図１に基づいて、電動送風機の故障診断を実行する故障診断装置５０の基本的な構成について説明する。なお、図１に図示する電動送風機１００は、遠心型の電動送風機であり、たとえば電気掃除機やジェットタオル等の電気機器に搭載されるものである。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

故障診断装置５０は、電動送風機１００の所定の位置に設置され、電動送風機１００の振動を検出する振動検出装置４０と、振動検出装置４０より送られる振動情報の波形データから所定の波形データを取り出す信号処理手段１０と、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ等の所定のプログラムに基づいてデータ処理が可能な制御手段２０と、を有している。また、図１には、電動送風機１００の状態を表示するための表示装置３０を併せて図示している。

信号処理手段１０は、バンドパスフィルター１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、ＦＦＴ演算機１３と、を有している。バンドパスフィルター１１は、入力された信号データのうち特定の周波数帯だけを通過させるものである。Ａ／Ｄ変換器１２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する信号処理を行なうものである。ＦＦＴ演算機１３は、信号を時間の関数から周波数の関数へ高速に変換する信号処理を行なうものである。このＦＦＴとは、ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ（高速フーリエ変換）の略称である。なお、入力された信号を増幅するためのアンプを信号処理手段１０に設けるようにしてもよい。

制御手段２０は、信号処理手段１０で処理された信号を所定の信号電圧値に演算し、電動送風機１００の運転に伴って発生する特有の振動及び騒音と比較、判断し、その結果を出力する機能を有するものである。この制御手段２０は、故障診断装置５０の動作を統括制御するＣＰＵ（中央演算装置）、プログラムやデータを記憶するメモリ、キーボード、外部入出力端子、ディスプレイ等を備えたパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ等で構成するとよい。このうちのＣＰＵと所定のプログラムにより演算手段２１、比較手段２２及び判断手段２３が、メモリにより記憶手段２４が、外部入出力端子等により入出力手段２５が、それぞれ構成されているものとする。さらに、この入出力手段２５を利用して故障診断装置５０のプログラムや設定等を変更可能にしておくとよい。

演算手段２１は、振動検出装置４０の検知した電動送風機１００の振動波形データを所定の演算式に基づいて所定のパラメータ値（信号電圧値）に変換する機能を有している。また、ＦＦＴ演算機１３が行なうＦＦＴ演算を演算手段２１が担当しても構わない。比較手段２２は、演算手段２１の行なった演算結果である所定の信号電圧値と正常な電動送風機１００から発生する卓越周波数とを比較する機能を有している。判断手段２３は、比較手段２２の結果に基づいて、電動送風機１００の故障の有無及び故障モードの特定を行なう機能を有している。

記憶手段２４は、故障が発生していると判断された電動送風機１００を再起動させないように故障情報を記憶するものである。また、記憶手段２４は、過去の故障データ等も随時記憶することが可能となっている。なお、記憶手段２４は、たとえばハードディスク装置（ＨＤＤ）や不揮発メモリ等で構成するとよい。入出力手段２５は、判断手段２３の判断結果を出力したり、判断結果に基づいて設定変更されたデータを入力したりするようになっている。表示装置３０は、判断手段２３で判断された結果を入出力手段２５を介して表示するものである。この表示装置３０の代わりに、音声発生装置を設けるようにしてもよい。なお、信号処理手段１０を制御手段２０に組み込むようにしてもよい。

図２は、電動送風機１００から発生する振動に特有な卓越周波数を説明するためのグラフである。図２に基づいて、電動送風機１００の運転に伴い発生する振動に特有な卓越周波数を説明する。図２では、横軸に周波数［Ｈｚ］を、縦軸に振動加速度［ｍ／ｓ²］を、それぞれ示している。また、一点鎖線（ア）が電動送風機１００の周方向に特有な周波数を、破線（イ）が電動送風機１００の軸方向に特有な周波数を、実線（ウ）が電動送風機１００を収容するファンケース面に特有な周波数を、二点鎖線（エ）が電動送風機１００の径方向に特有な周波数を、それぞれ表している。

図１に示した電動送風機１００のような遠心型の電動送風機は、その運転に伴い図２に示すような特有の周波数成分を有する振動を発生することが分かっている。この特有の周波数成分は、振動検出装置４０の振動の検出位置及び振動の方向によって支配的に決定づけられる。つまり、電動送風機１００の周方向で検出される振動では一点鎖線（ア）で示すような周波数を、電動送風機１００の軸方向で検出される振動では破線（イ）で示すような周波数を、電動送風機１００を収容するファンケース面で検出される振動では実線（ウ）で示すような周波数を、電動送風機１００の径方向で検出される振動では二点鎖線（エ）で示すような周波数を、それぞれ有しているのである。

したがって、実施の形態１に係る故障診断装置５０は、電動送風機１００の正常動作中に発生している振動の周波数成分と、故障発生中に発生する振動の周波数成分と、を比較することで、故障の検知と故障モードの判定を実行可能になっているのである。なお、図１及び図２では、故障診断装置５０が電動送風機１００から発生する振動で故障検知及び故障モード判定を行なう場合を例に説明しているが、後に説明するように電動送風機１００から発生する騒音でも同様に故障検知及び故障モード判定を実行することができる。

図３は、電動送風機１００の振動の特性を説明するための振動特性図である。図３に基づいて、電動送風機１００から発生する振動の特性について説明するとともに、故障診断装置５０の原理について説明する。図３では、横軸に周波数［Ｈｚ］を、縦軸に振動加速度［ｍ／ｓ²］を、それぞれ示している。また、実線（Ａ）が正常動作中の電動送風機１００から発生する振動の特性を、実線（Ｂ）が故障発生時の電動送風機１００から発生する振動の特性を、それぞれ表している。電動送風機１００のような遠心型の電動送風機は、図２で説明したように運転に伴い特有の振動を発生することがわかっている。

すなわち、電動送風機１００は、特有の卓越周波数として電源成分２ｆ（交流電源周波数の２倍）、回転成分ｎ（１秒間の回転数）、羽通過成分ｎＺ（１秒間の回転数×送風機羽枚数）、及び、転動体成分ｎＲ（１秒間の回転数×軸受けころ数）を発生する。これらの周波数成分は、振動ではセンサー検出位置と方向によって特有であり、電動送風機保護ケース面では羽通過成分ｎＺ、電動送風機軸振動では回転成分ｎ、電動送風機周振動では電源成分２ｆ及び回転成分ｎがそれぞれ支配的に検出される。また、振動では電動送風機の異物混入など流体の異常による変化は生じないが、騒音としては１ｋＨｚ以上の流体音の音量が増大することを検出できる。

電動送風機１００の振動加速度を検出する振動検出装置４０としては、たとえば圧電式振動センサーや、ひずみゲージ、光学式振動センサー等を使用することができる。振動検出装置４０は、電動送風機１００の固定子を保持するケース体のどの部位に設置してもよい。ただし、電動送風機１００の故障モード検知には、特有の振動方向を検出軸とするように振動検出装置４０を配置することが望ましい。振動検出装置４０で検知された振動情報は、図１で説明したように信号処理手段１０を介して制御手段２０に送られ、故障診断に利用されることになる。

故障の発生していない電動送風機１００では、図３の実線（Ａ）に示すような振動特性を有する。一方、故障の発生している、つまり故障発生中の電動送風機１００では、図３の実線（Ｂ）に示すような振動特性を有する。つまり、電動送風機１００に特有の卓越周波数が分かっているため、電動送風機１００に故障が発生した場合には、故障が発生した際の周波数（実線（Ｂ））と、電動送風機１００に特有の卓越周波数（実線（Ａ））と、を比較することで、故障の検知ができるとともに、故障モードの判定をすることができるのである。

電動送風機１００に何かしらの故障が発生している際には、以下に説明するような変化が現れる。たとえば、電動送風機１００の羽（ファンブレード）に故障が生じると、羽通過成分ｎＺの周波数が変化するとともに、その振動が増加することになる。電動送風機１００に、たとえばブロア固定具の故障が生じると、電源成分２ｆの周波数が変化するとともに、振動が増加することになる。電動送風機１００に、たとえば電動機の不良故障が生じると、回転成分ｎの周波数が変化するとともに、振動が増加することになる。電動送風機１００の軸受けに故障が生じると、転動体成分ｎＲの周波数が変化するとともに、振動が増加することになる。

図４は、電動送風機１００の騒音の特性を説明するための騒音特性図である。図４に基づいて、電動送風機１００から発生する騒音の特性について説明するとともに、故障診断装置５０の原理について説明する。図４では、横軸に周波数［Ｈｚ］を、縦軸に音圧レベルを、それぞれ示している。また、実線（Ｃ）が正常動作中の電動送風機１００から発生する騒音の特性を、実線（Ｄ）が故障発生時の電動送風機１００から発生する騒音の特性を、それぞれ表している。電動送風機１００のような遠心型の電動送風機は、図２で説明したように運転に伴い特有の騒音を発生することがわかっている。

この図４では、振動検出装置４０の代わりに、騒音検出装置を利用した場合を例に説明する。電動送風機１００の騒音を検出する騒音検出装置としては、たとえば圧電式騒音センサーやマイクロフォン（圧電式マイクロフォンあるいはムーピングマイクロフォン）等を使用することができる。騒音検出装置の設置位置を特に限定するものではないが、騒音が伝播する経路に設置することが望ましい。騒音検出装置で検出された情報は、図１で説明したように信号処理手段１０を介して制御手段２０に送られ、故障診断に利用されることになる。

故障の発生していない電動送風機１００では、図４の実線（Ｃ）に示すような騒音特性を有する。一方、故障の発生している、つまり故障発生中の電動送風機１００では、図４の実線（Ｄ）に示すような騒音特性を有する。つまり、電動送風機１００に特有の卓越周波数が分かっているため、電動送風機１００に故障が発生した場合には、故障が発生した際の周波数（実線（Ｄ））と、電動送風機１００に特有の卓越周波数（実線（Ｃ））と、を比較することで、故障の検知ができるとともに、故障モードの判定をすることができるのである。

電動送風機１００に何かしらの故障が発生している際には、以下に説明するような変化が現れる。たとえば、電動送風機１００の羽に故障が生じると、羽通過成分ｎＺの周波数が変化するとともに、その騒音量が増加することになる。電動送風機１００に異物流入が生じると、１ｋＨｚ以上の騒音量が増加することになる。電動送風機１００にたとえばブロア固定具の故障が生じると、電源成分２ｆの周波数が変化するとともに、騒音量が増加することになる。電動送風機１００にたとえば電動機の不良故障が生じると、回転成分ｎの周波数が変化するとともに、騒音量が増加することになる。電動送風機１００の軸受けに故障が生じると、転動体成分ｎＲの周波数が変化するとともに、騒音量が増加することになる。

図５は、電動送風機１００で発生した故障を振動によって検知する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５に基づいて、電動送風機１００から発生する振動によって故障診断装置５０が実行する故障検知の基本的な処理の流れについて説明する。まず、電動送風機１００が運転を開始すると、電動送風機１００で発生する振動を振動検出装置４０（ここでは、加速度ピックアップを用いた場合を例に示すものとする）で検知することになる。振動検出装置４０で検知された振動情報は、信号処理手段１０でたとえば信号電圧値に変換されてから制御手段２０に入力される（ステップＳ１０１）。

制御手段２０は、入力された信号電圧値が所定の電圧値Ｖｃ以上であるかどうかを判断する（ステップＳ１０２）。信号電圧値が所定の電圧値Ｖｃ以上であるとき（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、制御手段２０は、信号電圧値が製品によって予め決まっている最大値を超えており、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路（図示省略）に伝送する（ステップＳ１０３）。そして、制御手段２０は、故障により電動送風機１００の運転を停止したことを表示装置３０に表示する（ステップＳ１０４）。一方、信号電圧値が所定の電圧値Ｖｃ以上でないとき（ステップＳ１０２；ＮＯ）、制御手段２０は、信号電圧値の変動量が所定範囲にあるかどうか判断する（ステップＳ１０５）。

信号電圧値の変動量が所定の値Ｖｒ以上であるとき（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、制御手段２０は、信号電圧値の変動量が所定範囲を超えており、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ１０６）。そして、制御手段２０は、故障により電動送風機１００の運転を停止したことを表示装置３０に表示する（ステップＳ１０７）。一方、信号電圧値の変動量が所定の値Ｖｒ以上でないとき（ステップＳ１０５；ＮＯ）、制御手段２０は、信号電圧値の変動が所定の値Ｖｌ以下であるかどうか判断する（ステップＳ１０８）。

信号電圧値の変動が所定の値Ｖｌ以下であるとき（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、制御手段２０は、信号電圧値が製品によって予め決まっている最小値を下回っており、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ１０９）。そして、制御手段２０は、故障により電動送風機１００の運転を停止したことを表示装置３０に表示する（ステップＳ１１０）。一方、信号電圧値の変動が所定の値Ｖｌ以下でないとき（ステップＳ１０８；ＮＯ）、制御手段２０は、電動送風機１００を再起動させないように記憶手段２４にその情報を記憶する（ステップＳ１１１）。

図６は、振動によって故障モードを判定する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図６に基づいて、電動送風機１００から発生する振動によって故障診断装置５０が実行する故障モードの判定の処理の流れについて説明する。なお、この図６では、デジタル信号処理を用いて、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を施し、周波数と電圧強度振幅（＝振動加速度、速度、変位）を処理し、故障モードに特有な周波数特性を検出するようにして故障モードの診断を実行する処理の流れを図示している。

まず、電動送風機１００が運転を開始すると、電動送風機１００で発生する振動を振動検出装置４０で検知することになる。振動検出装置４０で検知された振動情報は、信号処理手段１０でたとえば信号電圧値に変換され制御手段２０に入力される（ステップＳ２０１）。制御手段２０では、信号電圧値をＡ／Ｄ変換、ＦＦＴ処理を実行する（ステップＳ２０２）。そして、制御手段２０は、記憶手段２４に周波数成分（ｎ、ｎＺ、ｎＲ及び２ｆ）の振幅を記録する（ステップＳ２０３）。制御手段２０は、ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ２０４）。

ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路（図示省略）に伝送する（ステップＳ２０５）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００で発生している故障が電動機不良であると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ２０６）。

一方、ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ２０４；ＮＯ）、制御手段２０は、ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ２０７）。ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ２０７；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ２０８）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００のファンブレードで故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ２０９）。

一方、ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ２０７；ＮＯ）、制御手段２０は、ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ２１０）。ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ２１０；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ２１１）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００の転動体で故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ２１２）。

一方、ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ２１０；ＮＯ）、制御手段２０は、２ｆの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ２１３）。２ｆの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ２１３；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ２１４）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００の固定具で故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ２１５）。

図７は、振動によって故障モードを判定する際の処理の流れの別の一例を示すフローチャートである。図７に基づいて、電動送風機１００から発生する振動によって故障診断装置５０が実行する故障モードの判定の処理の流れについて説明する。なお、この図７では、信号電圧値を故障モードに特有な周波数を中心としたバンドパスフィルターと組み合わせることによって処理することで、周波数と振幅の変動を同時に容易に検出できるようにして故障モードの診断を実行する処理の流れを図示している。

まず、電動送風機１００が運転を開始すると、電動送風機１００で発生する振動を振動検出装置４０で検知することになる。振動検出装置４０で検知された振動情報は、信号処理手段１０でたとえば信号電圧値に変換され制御手段２０に入力される（ステップＳ３０１）。制御手段２０では、信号電圧値をＮ、ＮＺ、ＮＲ、及び、２ｆの４つの中心周波数バンドパスフィルタで処理する（ステップＳ３０２）。制御手段２０は、ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ３０３）。

ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路（図示省略）に伝送する（ステップＳ３０４）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００で発生している故障が電動機不良であると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ３０５）。

一方、ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ３０３；ＮＯ）、制御手段２０は、ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ３０６）。ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ３０６；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ３０７）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００のファンブレードで故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ３０８）。

一方、ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ３０６；ＮＯ）、制御手段２０は、ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ３０９）。ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ３０９；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ３１０）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００の転動体で故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ３１１）。

一方、ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ３０９；ＮＯ）、制御手段２０は、２ｆの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ３１２）。２ｆの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ３１２；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ３１３）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００の固定具で故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ３１４）。

図８は、電動送風機１００で発生した故障を騒音によって検知する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図８に基づいて、電動送風機１００から発生する騒音によって故障診断装置５０が実行する故障検知の基本的な処理の流れについて説明する。まず、電動送風機１００が運転を開始すると、電動送風機１００で発生する騒音を騒音検出装置（ここでは、マイクロフォンを用いた場合を例に示すものとする）で検知することになる。騒音検出装置で検知された騒音情報は、信号処理手段１０でたとえば信号電圧値に変換され制御手段２０に入力される（ステップＳ４０１）。

制御手段２０は、入力された信号電圧値が所定の電圧値Ｖｃ以上であるかどうかを判断する（ステップＳ４０２）。信号電圧値が所定の電圧値Ｖｃ以上であるとき（ステップＳ４０２；ＹＥＳ）、制御手段２０は、信号電圧値が製品によって予め決まっている最大値を超えており、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路（図示省略）に伝送する（ステップＳ４０３）。そして、制御手段２０は、故障により電動送風機１００の運転を停止したことを表示装置３０に表示する（ステップＳ４０４）。一方、信号電圧値が所定の電圧値Ｖｃ以上でないとき（ステップＳ４０２；ＮＯ）、制御手段２０は、信号電圧値の変動量が所定範囲にあるかどうか判断する（ステップＳ４０５）。

信号電圧値の変動量が所定の値Ｖｒ以上であるとき（ステップＳ４０５；ＹＥＳ）、制御手段２０は、信号電圧値の変動量が所定範囲を超えており、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ４０６）。そして、制御手段２０は、故障により電動送風機１００の運転を停止したことを表示装置３０に表示する（ステップＳ４０７）。一方、信号電圧値の変動量が所定の値Ｖｒ以上でないとき（ステップＳ４０５；ＮＯ）、制御手段２０は、信号電圧値の変動が所定の値Ｖｌ以下であるかどうか判断する（ステップＳ４０８）。

信号電圧値の変動が所定の値Ｖｌ以下であるとき（ステップＳ４０８；ＹＥＳ）、制御手段２０は、信号電圧値が製品によって予め決まっている最小値を下回っており、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ４０９）。そして、制御手段２０は、故障により電動送風機１００の運転を停止したことを表示装置３０に表示する（ステップＳ４１０）。一方、信号電圧値の変動が所定の値Ｖｌ以下でないとき（ステップＳ４０８；ＮＯ）、制御手段２０は、電動送風機１００を再起動させないように記憶手段２４にその情報を記憶する（ステップＳ４１１）。

図９は、騒音によって故障モードを判定する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図９に基づいて、電動送風機１００から発生する騒音によって故障診断装置５０が実行する故障モードの判定の処理の流れについて説明する。なお、この図９では、デジタル信号処理を用いて、ＦＦＴを施し、周波数と電圧強度振幅を処理し、故障モードに特有な周波数特性を検出するようにして故障モードの診断を実行する処理の流れを図示している。

まず、電動送風機１００が運転を開始すると、電動送風機１００で発生する騒音を騒音検出装置で検知することになる。騒音検出装置で検知された騒音情報は、信号処理手段１０でたとえば信号電圧値に変換され制御手段２０に入力される（ステップＳ５０１）。制御手段２０では、信号電圧値をＡ／Ｄ変換、ＦＦＴ処理を実行する（ステップＳ５０２）。そして、制御手段２０は、記憶手段２４に周波数成分（ｎ、ｎＺ、ｎＲ、２ｆ及び１ｋＨｚ以上の平均）の振幅を記録する（ステップＳ５０３）。制御手段２０は、ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ５０４）。

ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ５０４；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路（図示省略）に伝送する（ステップＳ５０５）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００で発生している故障が電動機不良であると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ５０６）。

一方、ｎの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ５０４；ＮＯ）、制御手段２０は、ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ５０７）。ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ５０７；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ５０８）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００のファンブレードで故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ５０９）。

一方、ｎＺの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ５０７；ＮＯ）、制御手段２０は、ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ５１０）。ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ５１０；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ５１１）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００の転動体で故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ５１２）。

一方、ｎＲの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ５１０；ＮＯ）、制御手段２０は、２ｆの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ５１３）。２ｆの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ５１３；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ５１４）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００の固定具で故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ５１５）。

一方、２ｆの周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上でないとき（ステップＳ５１３；ＮＯ）、制御手段２０は、１ｋＨｚ以上平均の周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるかどうかを判断する（ステップＳ５１６）。１ｋＨｚ以上の平均の周波数振幅が一定以上、あるいは、振幅の変動量が一定以上であるとき（ステップＳ５１６；ＹＥＳ）、制御手段２０は、電動送風機１００に故障が発生していると判断して電動送風機１００の運転を停止するように主回路に伝送する（ステップＳ５１７）。この場合、制御手段２０は、電動送風機１００の空気流路で故障が発生していると判断し、その内容を表示装置３０に表示する（ステップＳ５１８）。

以上のように、故障診断装置５０では、電動送風機１００の振動あるいは騒音、またはそれらを組み合わせることによって、電動送風機１００の故障を容易に検知することができるとともに、発生した故障の故障モードを正確に判断することができる。なお、実施の形態１では、故障診断装置５０が１つの振動検出装置４０で故障検知及び故障モード判定を実行した場合を例に説明したが、振動検出装置４０の個数を特に限定するものではない。また、振動検出装置４０に代え、あるいは、振動検出装置４０とともに、騒音検出装置を用いて故障検知及び故障モード判定を行なうようにしてもよい。

実施の形態１では、故障検知及び故障モード判定を表示装置３０に表示して報知する場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、スピーカ等を設置し、ブザー音や警告メッセージ等の音声によって故障検知及び故障モード判定を報知するようにしてもよい。また、表示装置３０は、たとえばＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）や、液晶ディスプレイ、蛍光管、エレクトロルミネセンス、プラズマディスプレイ等で構成するとよい。さらに、１ｋＨｚ以上の平均の周波数成分で故障モードを判定する場合を例に説明したが、好ましくは安定性の高い２〜３ｋＨｚ平均の周波数成分で故障モードを判定するとよい。この範囲の周波数成分を利用すれば、故障モード判定に有利になるからである。

実施の形態２.
図１０は、本発明の実施の形態２に係る電気機器の一例である電気掃除機１５０の全体構成を示す概略図である。図１１は、振動検出装置４０を設置した電気掃除機１５０の内部構成を示す概略構成図である。図１２は、騒音検出装置４５を設置した電気掃除機１５０の内部構成を示す概略構成図である。図１０〜図１２に基づいて、電気機器の一例としての電気掃除機１５０について説明する。この電気掃除機１５０には、実施の形態１で説明した遠心型の電動送風機１００が設置されている。そして、電気掃除機１５０に実施の形態１に係る故障診断装置５０を搭載することで、故障検知及び故障モード判定を実行でき、安全性を向上させたものになっている。

この電気掃除機１５０は、ごみを集塵する集塵袋（ゴミパック）が収容される集塵室１５１と、集塵室１５１の後方（下流側）に設けられ、ごみを吸引するための空気流を生成する電動送風機１００と、が筐体１５３内に収容されて構成されている。そして、電動送風機１００は、筐体１５３内で更にファンケース（モータケース）１５２内に収容されるようになっている。また、筐体１５３には、図１で示した信号処理手段１０及び制御手段２０が搭載されている電源基板１５７が設けられている。さらに、筐体１５３の背面には、空気流を排出する排気口１５４が形成されている。なお、電動送風機１００は、振動減衰部材１５８等によって振動を減衰するようにしておくことが一般的である。

次に、電気掃除機１５０の作用について説明する。
電気掃除機１５０の図示省略の電源スイッチがＯＮされると、電動送風機１００が駆動され、床面等の塵埃が吸い込みブラシにより空気とともに吸引され、集塵室１５１に吸い込まれる。この電動送風機１００は、高速回転しており、回転に伴って振動が発生する。この電動送風機１００は、筐体１５３内でファンケース１５２によって支持されている。電動送風機１００には、実施の形態１で説明した振動検出装置４０が設置されており、発生した振動の情報が電源基板１５７に送られるようになっている。電源基板１５７に送られた振動情報は、実施の形態１で説明したような処理によって電動送風機１００の故障検知及び故障モード判定に利用される。

また、図１２に示すように、振動検出装置４０の代わりに騒音検出装置４５を電気掃除機１５０内に設けるようにしてもよい。図１２では、騒音検出装置４５が電動送風機１００の下流側であってファンケース１５２の外側に設置されている場合を例に示している。なお、騒音検出装置４５は、図４で説明したように騒音が伝播する経路に設置されていることが望ましい。電動送風機１００が回転すると振動とともに騒音が発生する。この騒音は、騒音検出装置４５で検出され、電源基板１５７に送られるようになっている。電源基板１５７に送られた騒音情報は、実施の形態１で説明したような処理によって電動送風機１００の故障検知及び故障モード判定に利用される。なお、振動検出装置４０と騒音検出装置４５とを組み合わせて故障検知及び故障モード判定を実行してもよい。

以上のように、電気掃除機１５０には、実施の形態１に係る故障診断装置５０が搭載されているので、電気掃除機１５０に設置されている電動送風機１００の故障を容易に検知することができるとともに、発生した故障の故障モードを正確に判断することができる。したがって、安全性の高い電気掃除機１５０を得ることができる。また、電気掃除機１５０の停止状態でも、電池等で振動検出装置４０を駆動可能にしておけば、電気掃除機１５０の落下や衝突によって発生した故障も検知することができ、電気掃除機１５０の起動前の段階で故障発生を報知することができる。なお、電気掃除機１５０を電気機器の一例として説明したが、遠心型の電動送風機を搭載する電気機器（たとえば、ジェットタオル等）であれば故障診断装置５０を搭載することができる。

実施の形態１に係る故障診断装置の基本的な構成を示す概略図である。電動送風機から発生する振動に特有な卓越周波数を説明するためのグラフである。電動送風機の振動の特性を説明するための振動特性図である。電動送風機の騒音の特性を説明するための騒音特性図である。電動送風機で発生した故障を振動によって検知する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。振動によって故障モードを判定する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。振動によって故障モードを判定する際の処理の流れの別の一例を示すフローチャートである。電動送風機で発生した故障を騒音によって検知する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。騒音によって故障モードを判定する際の処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態２に係る電気機器の一例である電気掃除機の全体構成を示す概略図である。振動検出装置を設置した電気掃除機の内部構成の概略を示す内部構成図である。騒音検出装置を設置した電気掃除機の内部構成の概略を示す内部構成図である。

符号の説明

１０信号処理手段、１１バンドパスフィルター、１２Ａ／Ｄ変換器、１３ＦＦＴ演算機、２０制御手段、２１演算手段、２２比較手段、２３判断手段、２４記憶手段、２５入出力手段、３０表示装置、４０振動検出装置、４５騒音検出装置、５０故障診断装置、１００電動送風機、１５０電気掃除機、１５１集塵室、１５２ファンケース、１５３筐体、１５４排気口、１５７電源基板、１５８振動減衰部材。

Claims

電動送風機から発生する振動及び騒音の少なくとも１つを検出する検出装置と、
前記検出装置で検出された振動及び騒音の少なくとも１つの周波数成分のうち電源成分２ｆを、正常な電動送風機に特有の周波数成分である電源成分２ｆと比較し、電源成分２ｆの周波数に変化が生じていると判断した場合、前記電動送風機にブロア固定具の故障が発生していると判定する制御手段と、を有する
ことを特徴とする電動送風機の故障診断装置。
電動送風機から発生する振動及び騒音の少なくとも１つを検出する検出装置と、
前記検出装置で検出された振動及び騒音の少なくとも１つの周波数成分のうち回転成分ｎを、正常な電動送風機に特有の周波数成分である回転成分ｎと比較し、回転成分ｎの周波数に変化が生じていると判断した場合、前記電動送風機に電動機の不良故障が発生していると判定する制御手段と、を有する
ことを特徴とする電動送風機の故障診断装置。
電動送風機から発生する振動及び騒音の少なくとも１つを検出する検出装置と、
前記検出装置で検出された振動及び騒音の少なくとも１つの周波数成分のうち羽通過成分ｎＺを、正常な電動送風機に特有の周波数成分である羽通過成分ｎＺと比較し、羽通過成分ｎＺの周波数に変化が生じていると判断した場合、前記電動送風機のファンブレードに故障が発生していると判定する制御手段と、を有する
ことを特徴とする電動送風機の故障診断装置。
電動送風機から発生する振動及び騒音の少なくとも１つを検出する検出装置と、
前記検出装置で検出された振動及び騒音の少なくとも１つの周波数成分のうち転動体成分ｎＲを、正常な電動送風機に特有の周波数成分である転動体成分ｎＲと比較し、転動体成分ｎＲの周波数に変化が生じていると判断した場合、前記電動送風機の軸受けに故障が発生していると判定する制御手段と、を有する
ことを特徴とする電動送風機の故障診断装置。
電動送風機から発生する振動及び騒音の少なくとも１つを検出する検出装置と、
前記検出装置で検出された振動及び騒音の少なくとも１つの周波数成分のうち１ｋＨｚ以上の平均成分を、正常な電動送風機に特有の周波数成分である１ｋＨｚ以上の平均成分と比較し、２〜３ｋＨｚ平均成分の周波数に変化が生じていると判断した場合、前記電動送風機により吸引される空気の風路に故障が発生していると判定する制御手段と、を有する
ことを特徴とする電動送風機の故障診断装置。
前記制御手段は、
前記検出装置で検出された振動及び騒音の少なくとも１つの周波数成分を、正常な電動送風機に特有の周波数成分の最大値、最小値あるいは最小値から最大値に至るまでの間の変動量と比較することで前記電動送風機の故障検知を実行する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動送風機の故障診断装置。
振動を検出する前記検出装置を、
前記特有な周波数成分の振動方向を検出軸とする位置に設ける
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動送風機の故障診断装置。
騒音を検出する前記検出装置を、
騒音が伝播する経路に設ける
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動送風機の故障診断装置。
前記請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動送風機の故障診断装置を搭載した
ことを特徴とする電気機器。