JP2011259624A - 転がり軸受部振動データの高周波電磁振動成分除去方法および高周波電磁振動成分除去装置、回転機械の転がりの軸受診断方法および軸受診断装置 - Google Patents
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Abstract
振動センサから出力される電気信号に基づいて高調波電磁振動の周波数成分を特定し、特定された高調波電磁振動の周波数成分を低減させる。さらにそのデータを用いて、回転機械の転がり軸受診断を行う。
【解決手段】
検出した振動加速度の高周波帯域のピーク値の中で、各ピーク間の周波数間隔が整数倍であるピーク値のレベルを低減し、回転機械の回転数に関係なくインバータ駆動モータで発生する高調波振動成分を除去する。
【選択図】 図1
Description
但し、Vrms:包絡線波形の自乗平均平方根
Vpeak:包絡線波形のピーク値
A、b:定数
また特許文献2では、ころがり軸受における機械的振動を電気信号に変換して検出し、この検出された信号をもとにころがり軸受の異常を検出する装置において、この電気信号をサンプリングし、高速フーリエ変換し、そのフーリエスペクトルのうち電動機の電磁振動スペクトルに相当する部分をゼロと置き換え後逆フーリエ変換して補正された検出信号を得、この信号波形より実効値及び、ピーク値を求め実効値あるいはピーク値、あるいはピーク値に対する実効値の比等が一定以上の場合にころがり軸受が異常と判断している。さらに、フーリエスペクトルでゼロと置き換える電動機の電磁振動スペクトルとしては、電動機の溝高調波磁束のよる高調波振動スペクトル、あるいは電動機駆動用インバータの運転条件で定める周波数スペクトルである。
さらに、特許文献2に記載の第2の実施例では、インバータ電源より電動機駆動電源周波数の信号を電磁振動周波数演算装置に入力し、溝高調波周波数やインバータの運転条件により発生する高調波リップル周波数を演算しているが、電磁振動スペクトルを求めるためには電動機駆動電源周波数を測定する必要がある。
そこで、本発明は、電動機駆動電源周波数の測定器等を用いることなく、振動センサから出力される電気信号に基づいて高調波電磁振動の周波数成分を特定し、特定された高調波電磁振動の周波数成分を低減させたデータを生成すること、および生成したデータを用いて回転機械の転がり軸受診断を行う事を目的とする。
インバータ電源で駆動される回転機械の転がり軸受部に設けた振動センサから取得した第1振動加速度データをフーリエ変換して生成された周波数スペクトルから複数のピーク値を検出し、
隣り合う前記ピーク値の周波数間隔を全て求め、前記周波数間隔から基準周波数間隔を決定し、前記周波数間隔が前記基準周波数間隔の整数倍であるピーク値を対象ピーク値として抽出し、
前記周波数スペクトルの前記対象ピーク値のレベルを所定のレベルまで低減させ、インバータ電源により高周波電磁振動成分を除去する。
上記のように高周波電磁振動成分を除去した周波数スペクトルから、逆フーリエ変換により時間領域の第2振動加速度データを生成し、
前記第2振動加速度データに基づいて前記軸受部の良否判定を行う。
図1は本発明の実施形態に係る回転機械の転がり軸受診断装置における概略構成図であり、振動センサ100および転がり軸受診断装置200の内部構成を示している。振動センサ100は、図示しない回転機械の転がり軸受部に取り付けられ、振動加速度を電気信号に変換して外部に出力する。
そこで、予め設定されたキャリア周波数fcとピーク検出周波数範囲fwとにより、ピーク値検出回路720で検出するピーク値の対象周波数範囲はm・fc±fw(mは整数)とする。例えばfc=2000Hz,fw=500Hzでは10kHzを超えない範囲で、2000±500Hz,4000±500Hz,6000±500Hz・・・となる。ここで、fwは経験的に回転数を決定する基本周波数frの10次以内とすることができるため、最高回転数により定まる基本周波数frmaxとすれば、fw=10×frmaxと定めることができる。また、fwを正常時のデータを取得して周波数スペクトルから決定しても良い。
なお、ピーク値の検出周波数範囲を設定しないで、全帯域の中からピーク値を検出してもよい。
(1)周波数間隔Δf1〜ΔfnからΔfa=Δfbとなる周波数間隔Δfsを全て抽出する。さらに、抽出したΔfsから最も周波数間隔が小さいΔfsをΔfsmとして記憶する。なお、周波数間隔が同じ値であるΔfsが存在しなかった場合には、Δfsm=0として記憶する。
(2)周波数間隔Δf1〜Δfnから2Δfa=Δfbとなる周波数間隔ΔfaをΔfdとして全て抽出する。さらに、抽出したΔfdから最も周波数間隔が小さいΔfdをΔfdmとして記憶する。なお、周波数間隔が同じ値であるΔfnが存在しなかった場合には、Δfdm=0として記憶する。
(3)次に、Δfsm=Δfdm=0であれば、周波数バンドΔf=0として記憶する。Δfsm=0であれば、周波数バンドΔf=Δfdmとして記憶する。Δfdm=0であれば、周波数バンドΔf=Δfsmとして記憶する。Δfsm≠0、Δfdm≠0であれば、ΔfsmとΔfdmとを比較し、より周波数間隔の値が小さい方を周波数バンドΔfとして記憶する。
図4に示す周波数スペクトルの例では、P1〜P11のピーク値に対してΔf1〜Δf6の異なる6つの周波数間隔が求まり、その中で基準ピーク値前後はΔf1と異なるΔf2となるが、Δf2が2倍のΔf1であることから、周波数バンドはΔf1となる。そこで、まずΔf1とΔf2であるP4,P5,P7が対象ピーク値として抽出される。さらに、他のΔf3,Δf4,Δf5,Δf6が整数倍であるか確認し、Δf1の整数倍であればピーク値として抽出される。
本例においては、全ての点が抽出された。
次に、本発明の実施形態の効果を図6〜図8を用いて説明する。図6(a)は、正常な軸受における高調波電磁振動の周波数を含む時間領域の振動データの一例である。図6(b)は、正常な軸受における高調波電磁振動の周波数を含む振動データの周波数スペクトルである。図7(a)は、図6(a)および図6(b)に示す振動データに本発明の実施形態を適用し、高調波電磁振動の周波数成分を除去した時間領域の振動データの一例である。図7(b)は、図6(a)および図6(b)に示す振動データに本発明の実施形態を適用し、高調波電磁振動の周波数成分を除去した振動データの周波数スペクトルである。図8(a)は、異常な軸受における振動データに本発明の実施形態を適用し、高調波電磁振動の周波数成分を除去した時間領域の振動データの一例である。図8(b)は、異常な軸受における振動データに本発明の実施形態を適用し、高調波電磁振動の周波数成分を除去した振動データの周波数スペクトルである。なお、図6(a),図7(a),図8(a)に記載された判定レベルは、図7(a)のデータを基準に設定した判定レベルである。
第2の実施形態は、第1の実施形態におけるピーク除去回路700をピーク除去回路701に置き換え、他の部分は変更していない。よって、他の部分の説明は省略し、ピーク除去回路701についてのみ説明する。
300 チャージアンプ
400 バンドパスフィルタ
500 アンプ
600 A/D変換器
700 ピーク除去回路
800 良否判定回路
900 表示回路
Claims (14)
- インバータ電源で駆動される回転機械の転がり軸受部に設けた振動センサから取得した第1振動加速度データをフーリエ変換して生成された周波数スペクトルから、インバータ電源による高調波電磁振動成分を除去する高周波電磁振動成分の除去方法において、
前記周波数スペクトルから複数のピーク値を検出し、
基準ピーク値と前記ピーク値の周波数間隔を全て求め、前記周波数間隔から基準周波数間隔を決定し、前記周波数間隔が前記基準周波数間隔の整数倍であるピーク値を対象ピーク値として抽出し、
前記周波数スペクトルの前記対象ピーク値のレベルを所定のレベルまで低減させ、インバータ電源により高周波電磁振動成分を除去する、高周波電磁振動成分の除去方法。 - 前記ピーク値を検出する際に、前記インバータ電源により決定されるキャリア周波数の整数倍となる周波数を基準とした所定の周波数範囲からピーク値を検出すること、を特徴とする請求項1に記載の高周波電磁振動成分の除去方法。
- 前記ピーク値を検出する際に、ピーク値のレベルが予め設定されたレベル以上のピーク値のみ検出すること、を特徴とする請求項1または2に記載の高周波電磁振動成分の除去方法。
- 前記対象ピーク値を抽出する際に、予め設定されたレベル以上のピーク値のみ対象ピーク値として抽出すること、を特徴とする請求項1または2に記載の高周波電磁振動成分の除去方法。
- 前記ピーク値を検出する際に、ピーク値のレベルが高い順から予め設定された個数だけピーク値として検出すること、を特徴とする請求項1または2に記載の高周波電磁振動成分の除去方法。
- 前記対象ピーク値を抽出する際に、前記周波数間隔が前記基準周波数間隔の整数倍であるピーク値からレベルが高い順に予め設定された個数だけ対象ピーク値として抽出すること、を特徴とする請求項1または2に記載の高周波電磁振動成分の除去方法。
- 請求項1乃至6のいずれか1項の高周波電磁振動成分の除去方法によりインバータ電源による高周波電磁振動成分を除去した周波数スペクトルから、逆フーリエ変換により時間領域の第2振動加速度データを生成し、
前記第2振動加速度データに基づいて前記軸受部の良否判定を行う、回転機械の転がり軸受診断方法。 - インバータ電源で駆動される回転機械の転がり軸受部に設けた振動センサから取得した第1振動加速度データをフーリエ変換して生成された周波数スペクトルから、インバータ電源による高調波電磁振動成分を除去する高周波電磁振動成分除去装置において、
入力された前記第1振動加速度データをフーリエ変換により周波数スペクトルを生成するFFT変換処理回路と、
前記周波数スペクトルから複数のピーク値を検出するピーク値検出回路と、
基準ピーク値と前記ピーク値の周波数間隔を全て求め、前記周波数間隔から基準周波数間隔を決定し、前記周波数間隔が前記基準周波数間隔の整数倍であるピーク値を対象ピーク値として抽出する対象ピーク値抽出回路と、
前記周波数スペクトルの前記対象ピーク値のレベルを所定のレベルまで低減させ、インバータ電源により高周波電磁振動成分を除去したレベル低減周波数スペクトルを生成するピーク値レベル低減回路と、
を備えた高周波電磁振動成分除去装置。 - 前記ピーク値検出回路は、前記インバータ電源により決定されるキャリア周波数の整数倍となる周波数を基準とした所定の周波数範囲からピーク値を検出すること、を特徴とする請求項8に記載の高周波電磁振動成分除去装置。
- 前記ピーク値検出回路は、ピーク値のレベルが予め設定されたレベル以上のピーク値のみ検出すること、を特徴とする請求項8または9に記載の高周波電磁振動成分除去装置。
- 前記対象ピーク値抽出回路は、予め設定されたレベル以上のピーク値のみ対象ピーク値として抽出すること、を特徴とする請求項8または9に記載の高周波電磁振動成分除去装置。
- 前記ピーク値検出回路は、ピーク値のレベルが高い順から予め設定された個数だけピーク値として検出すること、を特徴とする請求項8または9に記載の高周波電磁振動成分除去装置。
- 前記対象ピーク値抽出回路は、前記周波数間隔が前記基準周波数間隔の整数倍であるピーク値からレベルが高い順に予め設定された個数だけ対象ピーク値として抽出すること、を特徴とする請求項8または9に記載の高周波電磁振動成分除去装置。
- 前記請求項8乃至13のいずれか1項に記載の高周波電磁振動成分除去装置と、
前記高周波電磁振動成分除去装置で生成された前記レベル低減周波数スペクトルから、逆フーリエ変換により時間領域の第2振動加速度データを生成するIFFT変換処理回路と、
前記第2振動加速度データに基づいて前記軸受部の良否判定を行う良否判定回路と、
を備えた回転機械の転がり軸受診断装置。
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