CN115753090A - 变速装置监视系统 - Google Patents

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CN115753090A CN202210626385.7A CN202210626385A CN115753090A CN 115753090 A CN115753090 A CN 115753090A CN 202210626385 A CN202210626385 A CN 202210626385A CN 115753090 A CN115753090 A CN 115753090A
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Abstract

本发明提供一种变速装置监视系统，能够根据机械和电噪声复合性地叠加的与马达相关的电流信息来确定用于诊断变速装置的振动频率。具有：诊断频率推定部(8)，其至少使用与马达(4)相关的电流信息、变速装置(5)的变速比、变速装置(5)的级数，从相距特定频率(Δf)以上的频率区域提取多个诊断频率候补组，从在多个诊断频率候补组中得到的频率中推定满足特定关系的频率作为诊断频率；以及异常诊断部(15)，其使用至少1个由诊断频率推定部(8)推定出的诊断频率来诊断变速装置(5)的异常。

Description

变速装置监视系统
技术领域
本发明涉及对由马达驱动的变速装置进行监视的变速装置监视系统。
背景技术
近年来，IoT(Internet of Things)的扩大、AI(Artificial Intelligence)的高度化、劳动人口减少这样的状况叠加，根据由传感器等取得的信息自动地进行机械装置的异常诊断的技术受到关注。其中，关于通过马达驱动而动作的装置，公开了许多利用在异常产生时产生振动的情况而使用了振动传感器的诊断技术。作为代表性的方法，有通过监视部件固有的振动频率分量(振幅)的增加来进行轴承、齿轮等旋转部件的异常诊断的方法。在该方法中，能够通过频率分量的增减来推定异常的状态，同时还能够进行与每个频率对应的异常部位的确定。
此时，振动频率的确定非常重要，特别是在具有变速器的系统中，需要将变速前后的各轴/各旋转部件的振动频率全部确定。但是，大多情况下没有公开用于确定这些频率的机械规格(设计规格)。另外，即使得到了机械规格的信息，在来自诊断对象机械以外的机械等的振动随处产生的环境中，有时也难以检测特定的频率。因此，产生频率的确定需要时间、或者选择错误的频率等问题。
因此，在专利文献1中，公开了即使是包含变速器等的复杂的机器，即使没有规格信息也确定变速前后的各旋转轴/各部件的振动频率的方法。具体而言，使用变速器所包含的齿轮的啮合频率的预测值和处于该频率的预测值的范围内的最大峰值(振幅)，确定例如用于诊断齿轮的异常的啮合频率、齿轮的齿数(若知道齿数，则也能够计算减速比、各轴的转速)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2017-181282号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，专利文献1所记载的技术能够应用于利用振动传感器的情况，但不适合于使用了能够以与振动传感器相同的方式进行旋转部件的诊断的电流传感器的诊断方式。
其理由是因为在马达电流中与机械振动分量同时还叠加有电噪声(振动)。在马达电流中也叠加有在异常时产生的机械振动分量是公知的事实。电噪声例如是在驱动马达(交流电动机)时产生的高次谐波等。并且，存在电噪声比机械振动的峰值(振幅)大的情况，因此，在专利文献1那样的使用了最大峰值搜索的方法中，难以确定用于进行异常诊断的机械振动频率(诊断频率)。
本发明是鉴于上述状况而完成的，本发明的目的在于，根据机械振动和电振动复合性地叠加的与马达相关的电流信息，确定用于诊断变速装置的旋转部件的异常的振动频率。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一方式的变速装置监视系统对由马达驱动的变速装置进行监视，具有：诊断频率推定部，其至少使用与马达相关的电流信息、变速装置的变速比、变速装置的级数，从相距特定频率以上的频率区域提取多个诊断频率候补组，从在该多个诊断频率候补组中得到的频率中推定满足特定关系的频率作为诊断频率；以及异常诊断部，其使用至少1个由该诊断频率推定部推定出的诊断频率，诊断变速装置的异常。
发明效果
根据本发明的至少一方式，能够根据机械和电振动复合性地叠加的与马达相关的电流信息，准确且自动地推定用于诊断变速装置的旋转部件的异常的振动频率分量。并且，通过使用该诊断频率分量，能够期待诊断精度的提高、构建该变速装置监视系统所需的时间的缩短。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
图2是表示本发明的第一实施方式的信号转换部的结构例的框图。
图3是表示本发明的第一实施方式的信号转换部的另一结构例的框图。
图4是示出了对机械装置(马达)的相电流进行了频率解析而得的波形的例子的图。
图5是表示本发明的第一实施方式的计算管理部的处理的过程例的流程图。
图6是表示变速装置的结构例的图。
图7是表示本发明的第一实施方式的诊断频率候补提取部的结构例的框图。
图8是表示本发明的第二实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
图9是表示本发明的第二实施方式的信号转换部的结构例的框图。
图10是表示本发明的第三实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
图11是表示本发明的第三实施方式的信号转换部的结构例的框图。
图12是表示本发明的第三实施方式的诊断频率候补提取部的结构例的框图。
图13是表示本发明的第四实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
图14是示出了包含第一诊断频率候补组和第二诊断频率候补组的转矩电流推定值的频谱的例子的图。
符号说明
1…驱动电源、2…U相电流传感器、3…V相电流传感器、4…马达、5…变速装置、6…负载装置、7、807、1307…机械装置、8、808、1008、1308…诊断频率推定部、9、9A、809、1009…信号转换部、10…计算管理部、11、1011…诊断频率候补提取部、12…诊断频率选择部、13…延迟部、14…除法部、15…异常诊断部、100、100A、100B、100C…变速装置监视系统。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式的例子进行说明。在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能或结构的构成要素标注相同的符号并省略重复的说明。
<第一实施方式>
首先，对本发明的第一实施方式的变速装置监视系统进行说明。
在本发明的第一实施方式中，对变速装置监视系统进行说明，所述变速装置监视系统基于二相的马达电流和机械装置的总变速比、以及变速级数、马达极数的信息，推定旋转部件的诊断所需的振动频率(诊断频率)，诊断机械装置(特别是变速装置)的异常。
[变速装置监视系统的结构]
图1是表示本发明的第一实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
在图1中，监视机械装置7的状态的变速装置监视系统100具有诊断频率推定部8和异常诊断部15。诊断频率推定部8将机械装置7内部的总变速比、与马达4(三相交流电动机)相关的电流信息(在图1中为马达电流(相电流))、变速级数以及马达极数作为输入，推定诊断频率。异常诊断部15将由诊断频率推定部8计算出的诊断频率作为输入来计算机械装置7的异常度，监视机械装置7的状态。变速级数是表示为了实现总变速比而分几次进行变速的值。在后述的图6所示的变速装置5的例子中，变速级数为3级。
在此，在本说明书中，诊断频率是指变速装置5中的变速前后的各旋转轴的速度(频率)。在图6所示的变速装置5中，相当于4个旋转轴51～54的速度(频率)。以下，对上述的各装置、处理部进行详细说明。
[机械装置]
首先，对机械装置7进行说明。
机械装置7示意性地表示变速装置监视系统100诊断的对象。作为机械装置7的例子，列举出机床、风扇/泵、卷扬机等工业机器、汽车、建筑机械、铁路车辆或家庭用电装置等。机械装置7由马达4、与马达4的末端连接的变速装置5、以及被从变速装置5传递动力的负载装置6构成，所述马达4由来自表示商用电源或逆变器等的驱动电源1的交流电压驱动。在此，变速装置5是通过齿轮来变更减速器、增速器等旋转轴(旋转部件)的旋转速度的装置，使机械装置7内所包含的所有变速机构(变速比)匹配。
[诊断频率推定部]
接着，对诊断频率推定部8进行说明。
诊断频率推定部8是基于马达电流值等输入信息，提取多个变速前后的旋转轴的频率(诊断频率)的处理块。此外，在该诊断频率推定部8中，针对图6所示的变速装置5的输入轴(旋转轴51)和输出轴(旋转轴54)的频率以外，推定从输入轴1级1级(1步1步)地变速后的旋转轴的频率(诊断频率)。
首先，信号转换部9将由作为电流检测单元的电流传感器2、3检测出的二相的马达电流(相电流)和马达极数作为与马达4的电流相关的信息作为输入，输出转矩电流推定值和马达速度推定值。例如，诊断频率推定部8能够通过微型计算机、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)来实现，实际上经由AD转换器读入马达电流(在图1中省略了AD转换器)。
转矩电流是根据在马达4中产生的转矩而流动的电流，频率变化少，能够作为直流量来处理。此时取得的电流设为二相的电流，但也可以是三相的电流。另外，在二相的电流的情况下，取得的二相可以为U相、V相及W相的任意组合。关于本实施方式，从U相和V相取得电流。
马达极数表示马达4的旋转转子所使用的磁铁的极数。关于马达极数，例如也可以采取用户手动将记载于马达4的标牌的信息输入到变速装置监视系统100的形式。由信号转换部9计算出的转矩电流推定值输入到诊断频率候补提取部11。另外，马达速度推定值输入到计算管理部10，同时输入到使用总变速比的除法部14和异常诊断部15。
在本实施方式中，假设对具有机械装置7的旋转轴的所有部件进行诊断而记载了框图，因此，马达速度推定值用于在变速装置5的输入轴(与马达轴相同的旋转轴即旋转轴51)配置的部件的诊断。另外，除法部14的输出用于在全部变速结束的变速装置5的输出轴(旋转轴54)配置的部件的诊断。此外，总变速比的信息也可以与马达极数同样地从设置于变速装置5的标牌获得。
接着，被输入了马达速度推定值的计算管理部10除此之外还从延迟部13输入变速装置5的变速级数和从诊断频率选择部12在1步骤前输出的诊断频率(1级前的变速后的频率。计算步骤的管理由计算管理部10实施)。并且，将计算由诊断频率候补提取部11推定的减速后的频率所需的信息即变速前的输入频率W和表示正在进行从输出轴数第几级的变速级的计算的级数N输入到诊断频率候补提取部11。
并且，被输入了总变速比、转矩电流推定值、马达速度推定值、输入频率W以及级数N的诊断频率候补提取部11输出第一诊断频率候补组和第二诊断频率候补组。该第一及第二诊断频率候补组均具有1个或多个频率。另外，在本实施方式中限定为2个频率候补组，但诊断频率候补提取部11也可以提取3个以上的频率候补组。
诊断频率候补提取部11根据马达4的速度(例如，马达速度推定值)、变速装置5的变速比(总变速比)、变速装置5的当前的变速级(级数N)、以及当前的变速级(级数N)的输入频率W，计算当前的变速级的变速后旋转轴的频率，根据该变速后旋转轴的频率，从根据与马达4相关的电流信息(例如，转矩电流推定值)得到的频谱中提取1个以上的频率(参照后述的图14)作为第二诊断频率候补组。另外，诊断频率候补提取部11构成为，根据构成当前的变速级的齿轮的啮合频率，从根据与马达4相关的电流信息(例如，转矩电流推定值)得到的频谱中提取1个以上的频率(参照后述的图14)作为第一诊断频率候补组。
由此，能够根据机械和电振动复合性地叠加的与马达4相关的电流信息，准确且自动地提取用于诊断变速装置5的旋转轴、齿轮等旋转部件的异常的振动频率分量。
此外，信号转换部9构成为，通过将对与马达4相关的电流信息(例如，马达速度推定值)进行解析而得的频率除以马达4的极数来推定上述马达4的速度。这样，能够根据与马达4相关的电流信息得到马达速度推定值。
最后，诊断频率选择部12将上述的第一诊断频率候补组和第二诊断频率候补组进行比较，选择2个诊断频率候补组中共同存在的频率分量，作为诊断频率输出。2个诊断频率候补组中共同存在的频率分量是从2个诊断频率候补组中得到的频率中满足特定的关系的频率。
这样，诊断频率选择部12通过从第一诊断频率候补组和第二诊断频率候补组中得到的频率中选择满足特定的关系的频率作为诊断频率，能够准确地选择诊断频率。
在此，诊断频率选择部12能够按设为变速装置5的诊断对象的旋转轴51～54(目的轴)推定诊断频率，将该诊断频率保存或输出到未图示的存储器。以下，特别对信号转换部9、计算管理部10、诊断频率候补提取部11以及诊断频率选择部12的各处理块进行详细说明。
[信号转换部]
首先，使用图2对信号转换部9的详细情况进行说明。
图2是表示第一实施方式的信号转换部9的结构例的框图。
信号转换部9具有：W相电流生成部201、三相二相转换部202、相位计算部203、坐标转换部207以及除法部208。
信号转换部9是将作为二相的交流信号的马达电流转换为作为直流量的转矩电流推定值和马达速度推定值的处理块。在此，直流量是指如果没有负载的变化则为恒定值的信号。以后说明的转矩电流推定值、马达速度推定值由于除去了作为交流量的马达电流(相电流)的基波频率(电源频率)，因此能够作为直流量来处理。电源频率例如是驱动电源1的频率，能够设为商用电源的频率(50Hz、60Hz)。
这样，在将马达电流转换为直流量时，容易提取振动等机械负载变动。另外，还有能够以与由振动传感器处理的情况相同的频率提取振动频率分量的优点。在对某信号的频谱进行解析的情况下，优选转速(频率)恒定，即直流量。
(信号转换部的第一处理例)
首先，作为信号转换部9的第一个处理方法，表示使用了电流相位的转换处理方法。首先，由电流传感器2、3取得的U相电流Iu和V相电流Iv输入到W相电流生成部201。这是在测定电流为二相的情况下得到三相的电流的处理，是在三相都取得电流的情况下不需要的处理。在W相电流生成部201中，实施以下的公式(1)所示的处理来求出W相电流Iw。
[数学式1]
Iw＝-(Iu+Iv)…(1)
接着，从W相电流生成部201向三相二相转换部202输入三相的电流，在三相二相转换部202中实施以下的公式(2)以及公式(3)所示的处理。由此，作为基于α轴和β轴的正交2轴电流分量，得到Iα和Iβ。
[数学式2]
Iα＝(2/3){Iu-Iv/2-Iw/2}…(2)
[数学式3]
Iβ＝(1/√3){Iv-Iw}…(3)
之后，由相位计算部203计算对基于α轴和β轴的正交2轴电流分量进行坐标转换(向直流量的转换)所需的相位。相位计算部203由瞬时相位计算部204、PLL(Phase LockedLoop：锁相环)部205和积分部206构成。在其中的瞬时相位计算部204中，实施以下的公式(4)所示的处理来计算瞬时相位θi*。
[数学式4]
θi*＝tan-1(Iβ/Iα)…(4)
瞬时相位θi*通过由PLL部205和积分部206构成的反馈环路，最终在积分部206中生成坐标转换相位θi。即，在加法部209中，计算了瞬时相位θi*与从积分部206输出的坐标转换相位θi的差分后，输入到进行相位同步处理的PLL部205。然后，PLL部205的输出被输入到积分部206，在积分部206中依次相加。该坐标转换相位θi的值为马达4的转子位置的推定值。进行相位同步处理的PLL部205也可以说是存储相位信息的相位存储部。
此外，在该处理过程中，通过PLL部205得到电速度推定值(即电源频率)Wi。该反馈环路具有噪声去除的作用，因此，如果在不担心瞬时相位θi*的噪声(电、机械噪声)的情况下，也可以不使瞬时相位θi*通过上述的反馈环路。例如，在瞬时相位θi*的噪声的大小比规定值小的情况下，不进行反馈处理。即，不需要加法部209、PLL部205以及积分部206。该相位计算部203的结构也记载在国际公开2019/049188说明书中。
并且，向坐标转换部207输入由三相二相转换部202求出的基于α轴和β轴的正交2轴电流分量Iα、Iβ、和由相位计算部203求出的坐标转换相位θi，在坐标转换部207中执行坐标转换。如以下的公式(5)所示，坐标转换是求出与马达4相关的电流的直流量Ia的处理。直流量Ia是有效电流分量。关于无效电流分量Iz，在此不使用。
[数学式5]
Ia＝Iα·cos(θi)+Iβ·sin(θi)…(5)
这样计算出的直流量Ia以及从相位计算部203输出的电速度推定值Wi是直流量。在此，在除法部208中，在将电速度推定值Wi除以马达极数时，得到马达速度(马达轴的旋转频率)推定值。另外，直流量Ia与在马达控制中使用的转矩电流的时间变化类似，因此，在本说明书中，将直流量Ia记载为“转矩电流推定值”。该计算方法设想了安装模型，无论马达4为恒定速度还是可变速度，在任何状况下都能够应用。
(信号转换部的第二处理例)
接着，使用图3对信号转换部9的第二个处理方法进行说明。
图3是表示第一实施方式的信号转换部9的另一结构例的框图。
图3所示的信号转换部9A在通过W相电流生成部201和三相二相转换部202计算Iα和Iβ之前，与图2所示的信号转换部9的计算方式相同。信号转换部9A在转矩电流推定值的计算中，在三相二相转换部202之后，在处理块312中，使用Iα和Iβ执行以下的公式(6)的处理。即，计算Iα和Iβ的均方根。
[数学式6]
Figure BDA0003677772570000091
另一方面，在马达速度推定值的计算中，在频率解析部313中将U相电流Iu和V相电流Iv中的某一相的信号(时间轴的信号)转换为图4所示那样的频率轴的信号。由此，由峰值频率提取部314从U相电流Iu或V相电流Iv提取振幅为峰值的频率。
图4是表示对机械装置7(马达4)的相电流进行了频率解析而得的波形的例子的图。在图4中，横轴表示频率，纵轴表示振幅。
相电流的峰值频率是驱动马达4的电源的频率，因此，通过除法部315将该峰值频率除以马达极数，能够计算马达速度推定值。此外，该方法优选在马达4以恒定速度运转的状况时使用。这是因为，如上所述，在频率解析部313中使用的FFT(高速傅里叶转换)在转速恒定时解析的精度提高。
作为与马达4相关的电流信息而从交流量转换为直流量的信号转换部9的结构以及动作例如能够使用国际公开2019/049188说明书所记载那样的公知技术。
[计算管理部]
接着，使用图5对计算管理部10进行说明。
计算管理部10是控制诊断频率推定部8的处理的块，进行计算步骤的管理、计算所需的信息的管理。
图5是表示计算管理部10的处理的过程例的流程图。在计算管理部10中初次开始计算(S1)时，向变量N输入变速装置5的变速级数的信息(S2)。此时，计算管理部10将是初次的推定计算这样的标志S设为1。
在此，参照图6对变速装置5进行说明。
图6是表示变速装置5的结构例的图。
在此，作为一例，在考虑推定图6所示的变速装置5的旋转轴51～54的频率时，变速级的级数N为3(3级的变速)。变速级从输出轴侧开始数。在各变速级中，齿数不同的变速前齿轮与变速后齿轮啮合而旋转，由此，旋转轴52～54的旋转频率变化。
接着，计算管理部10确认级数N是否为1(S3)。在此，由于N＝3，因此在步骤S3中判定为否，进入到步骤S4。
接着，计算管理部10通过标志S确认是否是初次的计算(S4)。当前，标志S为1，因此，在步骤S4中判定为是。接着，在步骤S8中，计算管理部10将标志S设为0，将向诊断频率候补提取部11输入的变速前的输入频率W设定为由信号转换部9推定出的马达速度推定值(S8)。
在此，在使用图6进行说明时，输入频率W是计算当前的第一级变速后的旋转轴52(从左起第二轴)的频率的步骤，此时使用的输入频率W为变速前的旋转轴51的频率，即马达速度推定值。因此，在步骤S8中将马达速度推定值设定为输入频率W。
然后，在步骤S8的处理后，计算管理部10输出输入频率W和级数N(S6)。接着，在步骤S7中，计算管理部10更新级数N(N＝N-1)，通过诊断频率候补提取部11进行诊断频率(就图6而言，推定值1)的推定。步骤S7的处理后，返回到步骤S3。
在第二次的循环(图6的左起第三个旋转轴53的频率的推定)中，N＝2且S＝0，因此，经过步骤S3以及S4的否判定而进入到步骤S5的处理。在此，计算管理部10将在1步骤前计算出的诊断频率(当前为推定左起第三轴的旋转频率的步骤，因此，图6的推定值1为1步骤前的诊断频率)设定为输入频率W。
然后，计算管理部10进入到步骤S6以及S7，更新级数N(N＝N-1)，通过诊断频率候补提取部11进行诊断频率(图6的推定值2)的推定。步骤S7的处理后，返回到步骤S3。
然后，在第三次的循环中，N＝1，因此，计算管理部10在步骤S3中判定为是，结束诊断频率候补提取部11的诊断频率的推定(S9)。步骤S9结束后，本流程图结束(S10)。此外，变速装置5的输入轴(旋转轴51)以及输出轴(旋转轴54)的旋转频率能够通过马达速度推定值和总变速比(总减速比)来计算，因此，诊断频率候补提取部11不进行推定计算。
[诊断频率候补提取部]
接着，使用图7对诊断频率候补提取部11进行说明。
图7是表示第一实施方式的诊断频率候补提取部11的结构例的框图。
诊断频率候补提取部11使用不同的2个方法来提取诊断频率候补组。不同的方法的详细内容在后面进行叙述，但成为要点的点在于使用如下原理：旋转轴51～54始终伴随微小的未对准、偏心而旋转，因此，在具有齿轮的机构中，其影响表现在旋转频率和啮合频率的边带波这两方。
如图7所示，诊断频率候补提取部11由频率解析部701、总变速比再计算部702、变速比分割部703、乘法部704、频率峰值提取部705、乘法部706、以及边带波峰值提取部707构成。
首先，输入到诊断频率候补提取部11的转矩电流推定值输入到频率解析部701，使用FFT(高速傅里叶转换)等方法从时间轴的信息转换为频率轴的信息。转矩电流推定值的频率轴的信息，即频谱信息从频率解析部701输入到频率峰值提取部705。
接着，变速前的输入频率W、马达速度推定值以及总变速比的信息输入到总变速比再计算部702。在该总变速比再计算部702中，对从想要推定当前的诊断频率的变速级到最终变速级的总变速比进行再计算。
以图6为例进行说明时，例如在当前推定左起第三个旋转轴53的旋转频率的情况下，变速级第二级的变速比与第三级的变速比的乘积值为新的总变速比。另一方面，在推定左起第二个旋转轴52的旋转频率的情况下，使用输入到诊断频率候补提取部11的总变速比本身即可。因此，总变速比的再计算如以下的公式(7)那样进行。
[数学式7]
再计算总变速比＝总变速比/(W/马达速度推定值)…(7)
如上述那样再计算出的总变速比与表示针对从输出轴数起第几级的变速级进行计算的级数N一起，从总变速比再计算部702输入到变速比分割部703。并且，根据再计算出的总变速比，推定当前的变速级的变速比R。即，变速比分割是指变速装置5的总变速比的一部分，表示分割了总变速比的分量(变速比R)。作为计算方法，例如，也可以根据再计算出的总变速比与级数N的关系，将每1级的变速比R的候补保持为表，使用该表。例如，在变速比分割部703或诊断频率候补提取部11具有的未图示的非易失性存储器等中保存该表。
并且，由变速比分割部703计算出的变速比R在乘法部704中与输入频率W相乘，与频率解析部701的解析结果一起输入到频率峰值提取部705。乘法部704的输出相当于设为当前对象的变速级的变速后旋转轴的旋转频率。此外，从变速比分割部703输出的变速比R的值也可以不是1个，变速比R也可以是具有某范围的值。
在频率峰值提取部705中，从由频率解析部701计算出的频谱中搜索由乘法部704计算出的数值。作为方法，例如，可以提取1个或多个存在于乘法部704的输出值的±10％的宽度中的频率峰值。另外，在变速比分割部703中具有某一范围地计算出变速比R的情况下，只要提取1个或多个处于该范围内的频率峰值即可，将其提取结果作为第二诊断频率候补组输出。
另一方面，输入频率W也输入到乘法部706，与进行当前计算的变速级的输入侧的齿轮的齿数推定值相乘。这相当于计算从齿轮产生的啮合振动(机械振动的一例)的频率。此时，关于齿数推定值，事先根据多个变速装置的设计值等来计算值，保存在诊断频率候补提取部11等具有的未图示的非易失性存储器中即可。另外，齿数推定值也可以不是1个，而具有某一范围。
来自乘法部706的输出结果和来自频率解析部701的输出结果(转矩电流推定值的频谱)输入到边带波峰值提取部707。边带波峰值提取部707首先从转矩电流推定值的频谱中搜索啮合频率。作为搜索方法，搜索处于乘法部706的输出值的例如±10％的范围内的最大峰值。此时，边带波峰值提取部707并非电噪声的高次谐波等，而是可以将多个条件作为与(AND)条件进行搜索，如果乘法部706的输出值具有某一范围，则也可以在该范围内使用上述多个条件进行搜索。并且，边带波峰值提取部707提取存在于确定的啮合频率的边带波(例如，啮合频率的±10％的范围内)的峰值频率，作为第一诊断频率候补组输出。此外，提取的频率的数量也可以是1个或多个。另外，从啮合频率的边带波提取的频率的条件事先通过试验等设定在边带波峰值提取部707或诊断频率候补提取部11具有的未图示的非易失性存储器等中。
[诊断频率选择部]
接着，使用图7对诊断频率选择部12进行说明。
诊断频率选择部12(图1)将从诊断频率候补提取部11输出的第二诊断频率候补组所包含的频率(第二诊断频率候补)与从第一诊断频率候补组减去所述啮合频率并取绝对值而得的频率进行比较，将在2个诊断频率候补组之间特定的关系成立的频率作为诊断频率输出。在该特定的关系成立的2个频率中，“频率差Δf＝啮合频率-(第二诊断频率候补)×2”或者“频率差Δf＝啮合频率”这样的关系成立。
这样，关于频率差Δf(特定频率)，以下关系中的任一个成立。
·频率差Δf＝变速装置5的啮合的齿轮的啮合频率-(从第二诊断频率候补组提取出的频率×2)
·频率差Δf＝啮合的齿轮的啮合频率
由此，诊断频率选择部12能够从相距频率差Δf(特定频率)以上的频率区域提取多个诊断频率候补组，从在该多个诊断频率候补组中得到的频率中推定满足特定关系的频率作为诊断频率。
[包含第一诊断频率候补组和第二诊断频率候补组的频谱]
图14是表示包含第一诊断频率候补组和第二诊断频率候补组的转矩电流推定值的频谱的例子的图。在图14中，示出了将具体的数值应用于机械装置7的情况下的转矩电流推定值的频谱的例子。
在图14中，仅表示在2级变速中总变速比为1/4，各变速级的变速比为1/2的情况下的变速级第一级的频谱。即，该变速装置具有：输入轴、输出轴以及配置在它们之间的旋转轴。并且，假设输入轴的齿轮的齿数为30，与该输入轴的齿轮啮合的齿轮的齿数为60，输入轴的转速为10Hz，与该输入轴啮合的旋转轴的变速后的转速为5Hz，变速级第一级的啮合频率为300Hz。
在将本实施方式应用于这样的条件的机械装置7时，在诊断频率选择部12中，从第二诊断频率候补组中选择5Hz，从第一诊断频率候补组中选择295Hz或305Hz。即，可知从第一以及第二诊断频率候补组的每一个提取出的频率之差(特定频率)为所述的关系。并且，诊断频率选择部12选择从第二诊断频率候补组中提取出的5Hz作为与输入轴啮合的旋转轴的诊断频率，输出到异常诊断部15。
这样，诊断频率选择部12从第二诊断频率候补组所包含的频率中选择满足上述特定关系的频率作为诊断频率。由此，诊断频率选择部12能够利用在具有齿轮的机构中其机械影响表现在旋转频率和啮合频率的边带波双方这样的完全不同的2个现象，从诊断频率候补提取部11提取出的第二诊断频率候补组中准确且自动地选择诊断频率。
另外，如具体例所示，在本实施方式中，在多个诊断频率候补组为2个的情况下，第一诊断频率候补组由从“变速装置5的啮合的齿轮的啮合频率(例如300Hz)的边带波”提取出的1个以上的频率构成。另外，第二诊断频率候补组由从“变速装置5的啮合的齿轮的啮合频率(例如300Hz)的边带波以外”提取出的1个以上的频率(例如5Hz)构成。
[异常诊断部]
最后，对异常诊断部15进行说明。
在异常诊断部15中，使用由诊断频率推定部8推定出的诊断频率，进行变速装置5的异常诊断(例如，异常度的计算)。异常诊断例如考虑将诊断频率的振幅分量输入到预先准备的模型来计算表示异常状态的评价值(连续值或离散值)，或者输出将振幅分量直接与阈值进行比较而得的结果(例如异常度)。在使用模型的情况下，考虑学习了正常状态的模型、学习了异常和正常的状态的模型，使用回归模型、分类模型、集群模型、神经网络等来构建。
另外，上述的诊断频率的振幅分量也可以使用对该诊断频率乘以系数而得的频率的振幅分量。系数例如可以是起因于旋转轴的轴承的形状的数值、齿轮的齿数等，也可以对该诊断频率乘以整数值或分数值。并且，异常诊断部15可以使用多个诊断频率的输入值，也可以单独使用。另外，计算异常度的模型例如也可以按诊断对象(在此为变速装置5)的诊断部位而存在多个。
根据如上述那样构成的第一实施方式的变速装置监视系统100，仅通过马达电流、总变速比、变速级数以及马达极数的信息，就能够根据机械以及电噪声叠加的马达电流准确且自动地推定用于诊断旋转部件(变速装置5)的异常的振动频率分量。并且，本实施方式的变速装置监视系统通过使用其诊断频率分量，能够期待诊断精度的提高、构建该变速装置监视系统所需的时间的缩短。
<第二实施方式>
在本发明的第二实施方式中，对变速装置监视系统进行说明，所述变速装置监视系统根据一相的马达电流、机械装置7的总变速比及变速级数、马达4的极数的信息，推定旋转部件的诊断所需的振动频率(诊断频率)，计算异常度。
[变速装置监视系统的结构]
图8是表示本发明的第二实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
在第二实施方式中，关于进行与第一实施方式一样的结构以及处理的部分，省略重复的说明。第二实施方式的变速装置监视系统100A与第一实施方式的变速装置监视系统100(图1)的不同点在于，作为与马达4相关的电流信息，仅使用一相的马达电流。因此，变速装置监视系统100A具有信号转换部809来代替信号转换部9。在本实施方式中，通过电流传感器2取得U相电流Iu。此外，取得的电流的相可以是U相、V相和W相中的任一相。取得的马达电流输入到信号转换部809。
[信号转换部]
接下来，使用图9对信号转换部809的详细情况进行说明。
图9是表示第二实施方式的信号转换部809的结构例的框图。
信号转换部809与第一实施方式的情况一样，进行计算转矩电流推定值和马达速度推定值的处理。输入的U相电流Iu输入到包络线检波部901，计算转矩电流推定值。
作为包络线的处理方法，列举出希尔伯特转换等。对相电流进行包络线处理后的值，除去交替取正值和负值的交流分量而成为直流量，进行接近转矩电流的变化。由此，能够将对相电流进行包络线处理后的值作为转矩电流推定值来处理。另一方面，马达速度推定值的计算与图3所示的信号转换部9的方法一样，因此，省略说明。
根据上述的第二实施方式的变速装置监视系统100B，与第一实施方式相比，能够减少电流传感器的个数，因此，能够抑制变速装置监视系统的构建所花费的成本。
<第三实施方式>
在本发明的第三实施方式中，对另一个变速装置监视系统进行说明，所述变速装置监视系统基于一相的马达电流、机械装置7的总变速比及变速级数、马达4的极数的信息，推定旋转部件的诊断所需的振动频率(诊断频率)来计算异常度。即，第三实施方式也可以说是第二实施方式的变形例。
[变速装置监视系统的结构]
图10是表示本发明的第三实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
在第三实施方式中，关于进行与第一实施方式以及第二实施方式相同的结构以及处理的部分，省略重复的说明。第三实施方式的变速装置监视系统100B与第一实施方式和第二实施方式的变速装置监视系统100、100A的不同点在于2点。第一点是从信号转换部1009输出相电流本身而不是转矩电流推定值，第二点是诊断频率候补提取部1011的处理方法不同。
[信号转换部]
接下来，使用图11对信号转换部1009的详细情况进行说明。
图11是表示第三实施方式的信号转换部1009的结构例的框图。
信号转换部1009不实施第一以及第二实施方式那样的将马达电流转换为直流量的处理，而直接输出相电流。在图11中，记载了将由电流传感器2取得的U相电流Iu直接向诊断频率候补提取部1011输出的结构。
[诊断频率候补提取部]
接着，使用图12对诊断频率候补提取部1011的详细情况进行说明。
图12是表示第三实施方式的诊断频率候补提取部1011的结构例的框图。
在被输入相电流的诊断频率候补提取部1011中，如图12所示，除了频率峰值提取部(相电流用)1205和边带波峰值提取部(相电流用)1207以外，执行与第一实施方式一样的处理。
在频率峰值提取部1205中，搜索的对象为相电流的频谱，因此，使用对从乘法部704输出的值加上电源频率而得的值来实施搜索。如上所述，乘法部704的输出相当于设为当前对象的变速级的变速后旋转轴的旋转频率。另外，在边带波峰值提取部1207中，也使用对从乘法部706输出的值加上电源频率而得的值来实施搜索。即，在第一实施方式中说明的图14的频率轴的信息也以偏移了电源频率量的形式表现。
例如，在第一实施方式中，频率峰值提取部705(图7)选择从图14所示的第二诊断频率候补组中提取出的“5Hz”作为振动频率。假设在将电源频率设为50Hz的情况下，对该5Hz加上电源频率50Hz而成为“55Hz”。另外，在图14中，作为第一振动频率候补组的频率的例子，显示啮合频率“300Hz”。在啮合频率为300Hz的情况下，加上电源频率50Hz而显示为“350Hz”。
根据这样构成的第三实施方式的变速装置监视系统100B，与第一实施方式相比，能够减少电流传感器的个数，因此，能够抑制变速装置监视系统的构建所花费的成本。并且，与第二实施方式相比，本实施方式能够简化信号转换处理。因此，能够降低变速装置监视系统的处理负载。
根据上述的第一～第三实施方式的变速装置监视系统100、100A、100B，信号转换部9、809、1009能够从设置于马达4的至少一相的电流传感器取得与马达4相关的电流信息(马达电流)，执行诊断。
另外，如具体例所示，在本实施方式中，在多个诊断频率候补组为2个的情况下，第一诊断频率候补组由从“对变速装置5的啮合的齿轮的啮合频率(例如300Hz)加上马达4的驱动电源1的电源频率(例如50Hz)而得的频率的边带波”提取出的1个以上的频率构成。另外，第二诊断频率候补组由从“对变速装置5的啮合的齿轮的啮合频率(例如300Hz)加上马达4的驱动电源1的电源频率(例如50Hz)而得的频率的边带波以外”提取出的1个以上的频率(例如55Hz)构成。
<第四实施方式>
在本发明的第四实施方式中，对变速装置监视系统进行说明，所述变速装置监视系统基于转矩电流、机械装置的总变速比及变速级数、马达速度的信息，推定旋转部件的诊断所需的振动频率(诊断频率)并计算异常度。
[变速装置监视系统的结构]
图13是表示本发明的第四实施方式的变速装置监视系统的结构例的框图。
在第四实施方式中，关于进行与第一～第三实施方式相同的结构以及处理的部分，省略重复的说明。第四实施方式的变速装置监视系统100C与第一～第三实施方式的变速装置监视系统100～100B的不同点在于，作为与马达4相关的电流信息，从驱动电源1301(逆变器)取得已经成为直流值的转矩电流和马达速度的信息。机械装置1307的驱动电源1301除了将上述的转矩电流和马达速度的信息输出到诊断频率候补提取部11这一点以外，具有与驱动电源1(图1)一样的结构。
因此，在本实施方式中，不需要在第一～第三实施方式的变速装置监视系统100～100B中存在的信号转换部9、809、1009。从驱动电源1301向诊断频率候补提取部11直接输入转矩电流的信息。另外，从驱动电源1301向诊断频率候补提取部11、计算管理部10、除法部14以及异常诊断部15直接输入马达速度的信息。此外，其他的各处理块的内容与在第一实施方式、第二实施方式中记载的内容相同，因此，省略说明。
根据上述的第四实施方式的变速装置监视系统100C，与第一～第三实施方式相比，能够减少电流传感器的个数，且能够减少变速装置监视系统的处理负载。
<第一～第四实施方式的总结>
如上所述，本发明的第一～第四实施方式的变速装置监视系统是监视由马达驱动的变速装置的变速装置监视系统，具有诊断频率推定部和异常诊断部。
上述诊断频率推定部构成为，至少使用与马达相关的电流信息、变速装置的变速比、变速装置的级数，从相距特定频率(频率差Δf)以上的频率区域提取多个诊断频率候补组，从在多个诊断频率候补组中得到的频率中推定满足特定关系的频率作为诊断频率。
上述异常诊断部构成为至少使用1个由上述诊断频率推定部推定出的诊断频率来诊断变速装置的异常。
根据上述的第一～第四实施方式的变速装置监视系统，能够根据机械和电振动复合性地叠加的与马达相关的电流信息(马达电流、转矩电流等)，准确且自动地推定用于诊断变速装置的旋转部件的异常的振动频率分量。并且，各实施方式的变速装置监视系统通过使用其诊断频率分量，能够期待诊断精度的提高、构建该变速装置监视系统所需的时间的缩短。
<变形例>
此外，本发明不限于上述的各实施方式，只要不脱离请求专利保护的技术方案所记载的本发明的主旨，当然能够采取其他各种应用例、变形例。
例如，上述的各实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细且具体地说明了监视系统的结构的实施方式，并不限定于必须具有所说明的全部结构要素。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构要素。另外，也可以在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构要素。另外，对于各实施方式的结构的一部分，也能够进行其他结构要素的追加或置换、删除。
另外，在上述的各实施方式中，控制线、信息线表示了认为说明上需要的部分，并不一定示出了产品上所有的控制线、信息线。实际上也可以认为几乎全部的构成要素相互连接。
另外，关于在各实施方式例中说明的各结构、功能、处理部等，也可以将它们的一部分或者全部例如通过在集成电路中设计等而由硬件实现。作为硬件，也可以使用FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等广义的处理器设备。另外，在上述的各实施方式的变速装置监视系统中，由某处理部实施的处理可以通过1个硬件来实现，也可以通过基于多个硬件的分散处理来实现。
另外，上述的各构成要素、功能、处理部等也可以通过计算机具有的处理器解释并执行实现各个功能的程序而用软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息能够放置在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive)等记录装置、或者IC卡、SD卡、光盘等记录介质中。

Claims (11)

1.一种变速装置监视系统，对由马达驱动的变速装置进行监视，其特征在于，具有：
诊断频率推定部，其至少使用与所述马达相关的电流信息、所述变速装置的变速比、所述变速装置的级数，从相距特定频率以上的频率区域提取多个诊断频率候补组，从在所述多个诊断频率候补组中得到的频率中推定满足特定关系的频率作为诊断频率；以及
异常诊断部，其使用至少1个由所述诊断频率推定部推定出的所述诊断频率来诊断所述变速装置的异常。
2.根据权利要求1所述的变速装置监视系统，其特征在于，
从设置于所述马达的至少一相的电流传感器取得与所述马达相关的电流信息。
3.根据权利要求1所述的变速装置监视系统，其特征在于，
与所述马达相关的电流信息是能够从驱动所述马达的驱动电源取得的转矩电流。
4.根据权利要求2或3所述的变速装置监视系统，其特征在于，
在所述多个诊断频率候补组为2个的情况下，
第一诊断频率候补组由从所述变速装置的啮合的齿轮的啮合频率的边带波提取出的1个以上的频率构成，
第二诊断频率候补组由从所述变速装置的啮合的齿轮的啮合频率的边带波以外提取出的1个以上的频率构成。
5.根据权利要求2所述的变速装置监视系统，其特征在于，
在所述多个诊断频率候补组为2个的情况下，
第一诊断频率候补组由从对所述变速装置的啮合的齿轮的啮合频率加上所述马达的驱动电源的电源频率而得的频率的边带波提取出的1个以上的频率构成，
第二诊断频率候补组由从对所述变速装置的啮合的齿轮的啮合频率加上所述马达的驱动电源的电源频率而得的频率的边带波以外提取出的1个以上的频率构成。
6.根据权利要求4所述的变速装置监视系统，其特征在于，
所述特定频率是所述变速装置的啮合的齿轮的啮合频率-(从所述第二诊断频率候补组提取出的频率×2)，或，所述啮合的齿轮的啮合频率这样的关系成立。
7.根据权利要求5所述的变速装置监视系统，其特征在于，
如下关系成立：所述特定频率是所述变速装置的啮合的齿轮的啮合频率-(从所述第二诊断频率候补组提取出的频率×2)，或者是所述啮合的齿轮的啮合频率。
8.根据权利要求6或7所述的变速装置监视系统，其特征在于，
所述诊断频率推定部从所述第二诊断频率候补组所包含的所述频率中选择满足所述关系的频率作为所述诊断频率。
9.根据权利要求6或7所述的变速装置监视系统，其特征在于，
所述异常诊断部将所述诊断频率的振幅分量输入到由回归模型、分类模型、集群模型、神经网络模型中的任一个构建的模型来计算异常度，或者根据所述诊断频率的振幅分量与阈值的比较的结果计算所述变速装置的异常度。
10.根据权利要求2或3所述的变速装置监视系统，其特征在于，
所述诊断频率推定部具有：
诊断频率候补提取部，其根据所述马达的速度、所述变速装置的变速比、所述变速装置的当前的变速级以及所述当前的变速级的输入频率，计算所述当前的变速级中的变速后旋转轴的频率，根据所述变速后旋转轴的频率，从根据与所述马达相关的电流信息得到的频谱中提取1个以上的频率作为第二诊断频率候补组，另外，根据构成所述当前的变速级的齿轮的啮合频率，从根据与所述马达相关的电流信息得到的频谱中提取1个以上的频率作为第一诊断频率候补组；以及
诊断频率选择部，其从根据所述第一诊断频率候补组和所述第二诊断频率候补组得到的频率中选择满足特定关系的频率作为所述诊断频率。
11.根据权利要求10所述的变速装置监视系统，其特征在于，
所述诊断频率推定部通过将对与所述马达相关的电流信息进行解析而得的频率除以所述马达的极数来推定所述马达的速度。
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