JP2020085603A - 特定振動数測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 機器に組みこまれた状態の構成について固有振動数を正確に検出可能な特定振動数測定方法を提供する。【解決手段】 実施形態による特定周波数測定方法は、回転電機Ｍを駆動する回転電機駆動手段ＩＮＶにおけるキャリア周波数が段階的に変更するように回転電機Ｍを駆動したときに、軸受２０が組み込まれた回転機器又は回転電機Ｍにおいて生じる振動に基づく値を検出器ＳＳ１、ＳＳ２にて検出し、検出器ＳＳ１、ＳＳ２にて検出された値を用いて軸受２０の少なくとも一部の通過周波数成分を算出し、通過周波数成分が最大となるときのキャリア周波数を軸受２０の少なくとも一部の固有振動数の推定値とする。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、特定振動数測定方法に関する。

回転機械は、例えばベアリングブラケットに固定されたころがり軸受を備えている。ころがり軸受は、例えば、内輪、外輪、転動体、および、保持器で構成され、内輪が回転機械の回転軸に固定されて回転軸が回転する構造となっている。

軸受各部の回転接触面に傷があった場合、傷の部位を転動体が通過した際に回転数に応じて、例えば数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚの減衰波形状の振動が発生する。この振動の周波数は、軸受構成部品の固有振動数に由来するとされており、部品の材質や部品が組み込まれた状況により数値が定まる。

また、この振動の発生する周期は、軸受各部の機械的寸法と回転周波数とにより決まり、周期の逆数となる周波数により表され、通過周波数と呼ばれる。通過周波数の頻度で発生する振動の有無およびその程度については、エンベロープ処理（包絡線処理）とＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析を組み合わせて検出することができる。

また、回転機器の回転時における振動は、先に示した数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ以外に、回転周波数およびその高調波成分となる、約１ｋＨｚ以下の周波数の振動成分も含む。そのため、上記エンベロープ処理では、まず閾値が１ｋＨｚ程度であるハイパスフィルタ処理を行った後、振動波形の絶対値を取り、得られた波形のピークを包絡する波形となるようにローパスフィルタ処理を行う。

エンベロープ処理で得られた波形についてＦＦＴ解析を行い、得られた周波数スペクトラムを用いて、通過周波数に該当するスペクトラムの有無およびその大きさを確認することができる。

特開２００７−２３２０６８号公報

回転機器を駆動する回転電機として電動機が用いられ、例えば商用周波数で使用できる誘導電動機においても、インバータ装置により可変速で駆動可能である。

インバータ装置では、商用三相電源から入力された三相電圧を整流回路にて整流して一旦直電圧に変換した後、インバータ回路にて直流電圧をスイッチングすることにより、任意の周波数および電圧に変換して誘導電動機に入力することにより、所定の回転数で駆動することができる。

インバータ回路では、直流電圧をスイッチングして交流電圧を得るために、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、スイッチングのパルス幅を周期的に変化させて、正弦波波形を得ることができる。

ＰＷＭ制御において、スイッチングのパルス幅を変化させるときには、例えば、パルスの周期を一定とし、パルス幅（デューティー）を変化させる。このときの一定パルス周期の逆数をキャリア周波数と呼び、キャリア周波数は、電動機を駆動するインバータ装置では例えば数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚに設定される。

インバータ装置では先に説明したＰＷＭ制御により、電源周波数に関係なく設定した周波数の電圧を電動機に与えることができ、この周波数と電動機の極数とにより回転周波数が決まる。このとき、電動機に供給される電圧にはキャリア周波数の成分も含まれており、発生するトルクも回転周波数のトルクとともにキャリア周波数成分のトルクも発生する。

電動機をインバータ装置で駆動したとき、電動機に組み込まれた状態での軸受の固有振動数の存在範囲（数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ）とインバータのキャリア周波数の設定範囲（数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ）とが近似しており、軸受の固有振動数とインバータ装置のキャリア周波数とが一致すると当該周波数成分の振動が大きくなり、軸受に傷がない状態であっても、振動をエンベロープ処理およびＦＦＴ解析した結果、軸受に異常があると誤判定される恐れがある。

軸受に異常があると誤判定されることを回避するには、インバータのキャリア周波数が軸受の固有振動数と一致しないように設定する必要がある。軸受の固有振動数を知るにはあらかじめ単体の軸受を打診試験することにより求めることもできるが、ベアリングブラケットに組み込まれた状態や、荷重のかかった状態に応じて固有振動数は変動するため、正確な固有振動数を見出すのは困難であった。

また、ベアリングブラケットに組み込んだ状態で打診試験を行うことも考えられるが、軸受以外の機構も存在するため、組み込まれた軸受の固有振動数を見出すのは困難であった。

本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、機器に組みこまれた状態の構成について固有振動数を正確に検出可能な特定振動数測定方法を提供することを目的とする。

実施形態による特定振動数測定装方法は、回転電機を駆動する回転電機駆動手段におけるキャリア周波数が段階的に変更するように前記回転電機を駆動したときに、軸受が組み込まれた回転機器又は前記回転機器を駆動する前記回転電機において生じる振動に基づく値を検出器にて検出し、前記検出器にて検出された値を用いて前記軸受の少なくとも一部の通過周波数成分を算出し、通過周波数成分が最大となるときの前記キャリア周波数を前記軸受の少なくとも一部の固有振動数の推定値とする。

図１は、一実施形態の特定振動数測定装置、電動機およびインバータ装置の一構成例を概略的に示す図である。 図２は、一実施形態の特定振動数測定装置および特定振動数測定方法により固有振動数を測定する軸受の一構成例を説明するための図である。 図３は、図２に示す軸受が搭載された回転機器の一構成例を概略的に示す図である。 図４は、図２に示す軸受に傷が生じたときに発生する振動の一例について説明するための図である。 図５は、図２に示す軸受に傷が生じたときに発生する振動の一例について説明するための図である。 図６は、図２に示す軸受の一構成例を概略的に示す図である。 図７は、一実施形態の特定振動数測定装置にて軸受各部の固有振動数の推定値を算出する動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図８は、一実施形態の特定振動数測定装置にて軸受の診断を行う動作の一例について説明するためのフローチャートである。 図９は、一実施形態の特定振動数測定装置、電動機およびインバータ装置の他の構成例を概略的に示す図である。 図１０は、一実施形態の特定振動数測定装置、電動機およびインバータ装置の他の構成例を概略的に示す図である。

以下、実施形態の特定振動数測定方法について図面を参照して詳細に説明する。
以下に説明する実施形態では、回転機器を駆動する回転電機に組み込まれた軸受の少なくとも一部の固有振動数を測定する特定振動数測定装置および特定振動数測定方法の例について説明する。

図１は、一実施形態の特定振動数測定装置、電動機およびインバータ装置の一構成例を概略的に示す図である。
インバータ装置ＩＮＶは、例えば可変速で電動機Ｍを駆動する回転電機駆動手段である。本実施形態では、インバータ装置ＩＮＶは、設定された運転電源周波数、運転電源電圧、およびキャリア周波数にて、ＰＷＭ制御により電動機Ｍに三相電圧を印加し、電動機Ｍを駆動する。

インバータ装置ＩＮＶは、整流回路３２と、コンデンサ３４と、インバータ回路３６とを備えている。インバータ装置ＩＮＶは、例えば、商用三相電源から入力された三相電圧を整流回路３２にて整流して一旦直電圧に変換した後、インバータ回路３６にて直流電圧をスイッチングすることにより、任意の周波数および電圧に変換して電動機Ｍへ出力する。

本実施形態では、インバータ装置ＩＮＶは、直流電圧をスイッチングすることにより交流電圧を得るために、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御をおこなっている。ＰＷＭ制御は、インバータ回路におけるスイッチングのパルス幅を周期的に変化させることにより、正弦波波形を得ている。スイッチングのパルス幅の変化のさせ方は、パルスの周期を一定にしておき、パルス幅（デューティー）を変化させている。この時の一定パルス周期の逆数をキャリア周波数と呼び、電動機Ｍを駆動するインバータ装置ＩＮＶでは、キャリア周波数は、例えば数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚに設定される。

インバータ装置ＩＮＶは、ＰＷＭ制御を行うことにより電源周波数に関係なく設定した周波数の電圧を電動機に与えることができ、インバータ装置ＩＮＶの出力電圧の周波数と電動機Ｍの極数とにより、電動機Ｍの回転周波数が決まる。

電動機Ｍは、インバータ装置ＩＮＶを介して三相電源と接続されている。電動機Ｍは、転がり軸受２０が組み込まれた回転機器と回転機器駆動手段とを備えた三相電動機である。転がり軸受２０は、回転機器の回転軸の両側の端部それぞれに組み込まれている。
なお、三相電動機は、インバータ装置ＩＮＶによって駆動可能な電動機であれば、ころがり軸受２０を具備する誘導電動機、永久磁石電動機、リラクタンス電動機等を適用することができる。

図２は、一実施形態の特定振動数測定装置および特定振動数測定方法により固有振動数を測定する軸受の一構成例を説明するための図である。
軸受２０は、内輪２４、外輪２２、複数の転動体２６、および、保持器２８を備えている。

内輪２４および外輪２２はリング状であり、内輪２４は外輪２２よりもリングの径が小さく、内輪２４と外輪２２とは所定の間隔を置いて配置される。複数の転動体２６のそれぞれは球体であって、内輪２４の外周と外輪２２の内周との間に配置される。保持器２８は、内輪２４の外周と外輪２２の内周との間の間隙において、複数の転動体２６を回転可能な状態で保持する。

図３は、図２に示す軸受が搭載された回転機器の一構成例を概略的に示す図である。
軸受２０は、例えば電動機Ｍの回転軸に取り付けることが可能である。軸受２０の内輪２４に回転軸が固定されると、複数の転動体２６が内輪２４と外輪２２との間で回転することにより、回転軸が回転可能となる。

図４および図５は、図２に示す軸受に傷が生じたときに発生する振動の一例について説明するための図である。
例えば軸受２０の転動体の転送面に傷が生じると、図４に示すように、傷の部位を転動体２６が通過した際に例えば数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚの減衰波形状の振動が発生する。したがって、軸受が回転すると複数の転動体２６が傷の部分を通過する毎に振動が発生するため、図５に示すように、周期的に所定の周波数の振動が発生することとなる。この振動の周波数は、軸受構成部品の固有振動数に由来するとされており、部品の材質や部品が組み込まれた状況により数値が定まる。

図６は、図２に示す軸受の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態では、軸受２０の転動体２６の直径をｄ［ｍｍ］、転動体２６のピッチサークル径をＤ［ｍｍ］、複数の転動体２６の数をＺ、接触角をα［ｒａｄ］、回転周波数をｆ０［Ｈｚ］とする。

このとき、内輪２４の通過周波数ｆｉ［Ｈｚ］、外輪２２の通過周波数ｆｏ［Ｈｚ］、転動体２６の通過周波数ｆｂ［Ｈｚ］、保持器２８の通過周波数ｆｍ［Ｈｚ］は下記式（１）−式（４）により表すことが可能である。

これら通過周波数の頻度で発生する振動の有無およびその程度については、エンベロープ処理（包絡線処理）とＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析を組み合わせて検出することができる。

電動機Ｍの回転時における振動は、先に示した数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ以外に回転周波数および、その高調波成分となる、約１ｋＨｚ以下の周波数の振動成分も発生するため、エンベロープ処理では、まず１ｋＨｚ程度のハイ通過フィルタ処理を行った後、振動波形の絶対値を取り、得られた波形のピークを包絡する波形となるようにローパスフィルタ処理を行う。

エンベロープ処理で得られた波形についてＦＦＴ解析を行い、得られた周波数スペクトラムに上記式で得られた通過周波数に該当するスペクトラムの有無およびその大きさを確認することができる。

また、インバータ装置ＩＮＶから電動機Ｍに供給される電圧にはキャリア周波数の成分も含まれている。これにより、電動機Ｍにて発生するトルクも回転周波数のトルクとともにキャリア周波数成分のトルクも発生する。

電動機Ｍをインバータ装置ＩＮＶで駆動した場合、電動機Ｍに組み込まれた状態での軸受２０の固有振動数の存在範囲（数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ）とインバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数の設定範囲（数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ）とが近似しており、軸受２０の固有振動数とインバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数とが一致すると、当該周波数成分の振動が大きくなり、軸受２０に傷がない状態であっても、エンベロープ処理およびＦＦＴ解析した結果、軸受２０に異常があると誤判定される恐れがある。

そこで本実施形態の特定振動数測定装置１０による特定振動数測定方法では、上記誤判定を回避するために、インバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数が軸受２０の固有振動数と一致しないように設定し、軸受の診断を行う。

特定振動数測定装置１０は、信号処理装置と、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２と、を備えている。
加速度センサＳＳ１、ＳＳ２は、軸受２０が組み込まれた回転機器又は当該回転機器を駆動する回転電機において生じる振動に基づく値を検出する加速度検出器である。本実施形態では、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２は、例えば、電動機Ｍの軸受２０が組み込まれているベアリングブラケットの外周部に設置されており、ベアリングブラケットを通して伝搬する軸受２０の振動を検出する。なお、ここでは、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２が２chとして説明したが、１ｃｈであってもよい。

信号処理装置１０は、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２で検出された振動加速度信号を量子化し、時系列データとして記憶し、記憶したデータを解析して軸受２０の異常を診断する。
信号処理装置１０は、Ａ／Ｄ変換部１２と、メモリ１４と、ハードディスク１８と、プロセッサ１６と、を備えている。信号処理装置の複数の構成は、バス通信線を介して互いに通信可能に接続されている。
Ａ／Ｄ変換部１２は、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２で検出された振動加速度信号を受信し、アナログ信号をデジタル信号に変換する。

メモリ１４は、Ａ／Ｄ変換部１２にてデジタル信号に変換された振動加速度信号を記憶することができる。このとき、メモリ１４には、振動加速度信号が時系列データとして記憶される。また、メモリ１４の少なくとも一部は、例えば、プロセッサ１６が種々の処理を行う際の一時記憶領域として利用することが可能である。

ハードディスク１８は、例えばプロセッサ１６にて実行されるプログラムを記録することが可能である。
プロセッサ１６は、例えばＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサを少なくとも１つ含み、ハードディスク１８に記録されたプログラムを読み出して、種々の処理を行うことが可能である。

次に、上記特定振動数測定装置１０における特定振動数測定方法にて、軸受２０の診断を行う動作の一例について説明する。
特定振動数測定装置１０の信号処理装置は、電動機Ｍを駆動するインバータ装置ＩＮＶにおけるキャリア周波数が段階的に変更するように電動機Ｍを駆動したときに、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２から電動機Ｍの振動に基づく値を取得し、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２にて検出された値を用いて軸受２０の少なくとも一部の通過周波数成分を算出し、通過周波数成分が最大となるときのキャリア周波数を軸受２０の少なくとも一部の固有振動数の推定値とする。

図７は、一実施形態の特定振動数測定装置にて軸受各部の固有振動数の推定値を算出する動作の一例を説明するためのフローチャートである。
（初期設定）
最初に、信号処理装置における初期設定について説明する。
信号処理装置は、あらかじめ三相電動機に組み込まれている軸受２０の諸元（転動体２６の直径ｄ［ｍｍ］、転動体のピッチサークル径Ｄ［ｍｍ］、転動体の数Ｚ、接触角α［ｒａｄ］）と、電動機Ｍの極数Ｐを設定する。（ステップＳＡ１）
プロセッサ１６は、例えば図示しないユーザインタフェースから利用者が入力した値を、メモリ１４に記憶させることが可能である。

次に、プロセッサ１６は、インバータ装置ＩＮＶの運転周波数ｆｖ［Ｈｚ］とキャリア周波数ｆｃ［ｋＨｚ］を設定する。このとき、プロセッサ１６は、例えば、インバータ装置ＩＮＶで設定できる下限値を、キャリア周波数の初期値として設定する。（ステップＳＡ２）

プロセッサ１６は、上記設定情報に基づいて、電動機Ｍの運転時の回転周波数ｆ０［Ｈｚ］を算出し、上述の式（１）−式（４）を用いて内輪の通過周波数ｆｉ［Ｈｚ］、外輪の通過周波数ｆｏ［Ｈｚ］、転動体の通過周波数ｆｂ［Ｈｚ］、保持器の通過周波数ｆｍ［Ｈｚ］を算出することができる。（ステップＳＡ３）プロセッサ１６は、例えば、算出した通過周波数および回転周波数の設定値をメモリ１４に記憶させてもよい。
なお、回転周波数は下式（５）により算出することができる。
ｆ０＝２×ｆｖ／Ｐ…式（５）

（軸受部振動加速度信号の計測）
続いてインバータ装置ＩＮＶを起動し、インバータ装置ＩＮＶを設定された回転周波数にて動作させる。（ステップＳＡ４）
インバータ装置ＩＮＶが起動し、インバータ装置ＩＮＶから出力される電力により電動機Ｍが駆動されると、電動機Ｍの回転に伴い振動が発生する。
プロセッサ１６は、電動機Ｍの回転が開始された後、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２から出力された信号をＡ／Ｄ変換部１２にて所定のサンプリング周波数でサンプリングさせ、量子化し、デジタル信号の時系列加速度信号データとしてメモリ１４に記憶する。（ステップＳＡ５）

続いて、プロセッサ１６は、先に得られた時系列加速度信号データについて、エンベロープ処理を行う。エンベロープ処理では、プロセッサ１６は、計測した時系列データの絶対値を算出し、低域通過フィルタにて絶対値波形の包絡線波形を得る。（ステップＳＡ６）
続いて、プロセッサ１６は、ステップＳＡ６にて得られたエンベロープ波形についてＦＦＴ解析を行ない、エンベロープ波形の各周波数成分を得ることができる。（ステップＳＡ７）

プロセッサ１６は、得られた周波数スペクトラムのうち、内輪２４の通過周波数ｆｉ［Ｈｚ］、外輪２２の通過周波数ｆｏ［Ｈｚ］、転動体２６の通過周波数ｆｂ［Ｈｚ］、保持器２８の通過周波数ｆｍ［Ｈｚ］の周波数成分を、当該キャリア周波数における通過周波数成分としてメモリ１４に記憶させる。（ステップＳＡ８）

続いて、プロセッサ１６は、現在設定されているキャリア周波数の値が、インバータ装置ＩＮＶにて設定可能な上限値以上であるか否か判断し（ステップＳＡ９）、設定値が上限値以上でないときには、キャリア周波数の設定値に所定の値を加算して設定値を更新する。（ステップＳＡ１０）
その後、プロセッサ１６は、ステップＳＡ５からステップＳＡ８の処理を行い、キャリア周波数の設定値が上限に達するまで、キャリア周波数に対応する通過周波数成分をメモリに記憶させる。

ステップＳＡ９にて、キャリア周波数の設定値が上限値以上であると判断したときに、プロセッサ１６は、インバータ装置ＩＮＶの運転を停止する。（ステップＳＡ１１）
（軸受各部の通過周波数成分の分析による固有振動数の推定値を設定）
上記ステップＳＡ１乃至ステップＳＡ１１により、キャリア周波数の設定可能な下限値から上限値における軸受２０各部の通過周波数成分がメモリ１４に保存される。

プロセッサ１６は、メモリ１４に保存されたキャリア周波数と軸受２０各部の通過周波数成分との関係を解析し、軸受２０の構成（内輪２４、外輪２２、転動体２６および保持器２８）のそれぞれについて通過周波数成分が最も大きくなるキャリア周波数を求め、その周波数を測定状態における軸受２０各部の固有振動数の推定値（ｆｃｉ［Ｈｚ］：内輪固有振動数、ｆｃｏ［Ｈｚ］：外輪固有振動数、ｆｃｂ［Ｈｚ］：転動体固有振動数、ｆｃｍ［Ｈｚ］：保持器固有振動数）とする。（ステップＳＡ１２）

図８は、一実施形態の特定振動数測定装置にて軸受の診断を行う動作の一例について説明するためのフローチャートである。
信号処理装置は、先に算出した軸受２０各部の固有振動数に基づき、インバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数を設定し、軸受２０の診断を行う。

（初期設定）
プロセッサ１６は、電動機Ｍに組み込まれている軸受２０の諸元（転動体の直径ｄ［ｍｍ］、転動体のピッチサークル径Ｄ［ｍｍ］、転動体の数Ｚ、接触角α［ｒａｄ］）と、電動機の極数Ｐをあらかじめ設定する。（ステップＳＢ１）なお、プロセッサ１６は、上述のステップＳＡ１にて既に緒元が設定された軸受２０の診断を行う場合には、この工程を省略しても構わない。

次に、プロセッサ１６は、インバータ装置ＩＮＶの運転周波数ｆｖ［Ｈｚ］を設定する。（ステップＳＢ２）
プロセッサ１６は、上記設定情報に基づいて、上述の式（５）を用いて電動機Ｍの運転時の回転周波数ｆ０［Ｈｚ］を算出し、上述の式（１）−式（４）を用いて内輪２４の通過周波数ｆｉ［Ｈｚ］、外輪２２の通過周波数ｆｏ［Ｈｚ］、転動体２６の通過周波数ｆｂ［Ｈｚ］、保持器２８の通過周波数ｆｍ［Ｈｚ］を算出する。（ステップＳＢ３）

次に、プロセッサ１６は、エンベロープ波形をＦＦＴ解析した際に得られる軸受２０各部通過周波数成分による軸受異常判定閾値を設定する。（ステップＳＢ４）なお、軸受異常判定閾値は、軸受２０の各部（内輪２４、外輪２２、転動体２６および保持器２８）に対して、共通の値であってもよく、異なる値であってもよい。

プロセッサ１６は、軸受２０の少なくとも一部の固有振動数およびその整数倍の周波数とキャリア周波数とが異なる値となるようにキャリア周波数を設定する。すなわち、プロセッサ１６は、インバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数およびその整数倍の周波数が、軸受２０各部の固有振動数の推定値およびその近傍とならないように設定する。すなわち、インバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数およびその整数倍の周波数それぞれと、固有振動数の推定値それぞれとの差が所定値以上となるように、キャリア周波数を設定する（ステップＳＢ５）

プロセッサ１６は、インバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数を設定した後、インバータ装置ＩＮＶを起動し、電動機Ｍを駆動させる。（ステップＳＢ６）
インバータ装置ＩＮＶが起動し、電動機Ｍが駆動されると、電動機Ｍの回転に伴い振動が発生する。

プロセッサ１６は、電動機Ｍの回転が開始された後、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２から出力された信号をＡ／Ｄ変換部１２にて所定のサンプリング周波数でサンプリングさせ、量子化し、デジタル信号の時系列加速度信号データとしてメモリ１４に記憶する。（ステップＳＢ７）

続いて、プロセッサ１６は、メモリ１４に記憶された時系列加速度信号データを読み出して、エンベロープ処理を行う。エンベロープ処理では、プロセッサ１６は、計測した時系列加速度信号データに対し、軸受２０各部の固有振動数の推定値を含む周波数帯域を通過帯域に設定したバンドパスフィルタを通した後、絶対値を算出し、低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）により絶対値波形の包絡線波形（エンベロープ波形）を得ることができる。（ステップＳＢ８）

続いて、プロセッサ１６は、ステップＳＢ８で得たエンベロープ波形についてＦＦＴ解析を行ない、エンベロープ波形の各周波数成分を得る。（ステップＳＢ９）

プロセッサ１６は、ステップＳＢ９におけるＦＦＴ解析により得られた周波数スペクトラムのうち、軸受２０の内輪２４の通過周波数ｆｉ［Ｈｚ］、外輪２２の通過周波数ｆｏ［Ｈｚ］、転動体２６の通過周波数ｆｂ［Ｈｚ］、および、保持器２８の通過周波数ｆｍ［Ｈｚ］の周波数成分をメモリ１４に記憶する。（ステップＳＢ１０）

プロセッサ１６は、ステップＳＢ１からステップＳＢ１０の処理が終了したら、インバータ装置ＩＮＶの運転を停止させる。（ステップＳＢ１１）
プロセッサ１６は、軸受２０各部の通過周波数成分と、ステップＳＢ４にて設定した、軸受２０各部の異常判定閾値とを比較する。（ステップＳＢ１２）
すなわち、プロセッサ１６は、軸受２０各部の通過周波数成分が、軸受２０各部の異常判定閾値よりも大きいか否かを判断する。（ステップＳＢ１３）

軸受２０各部の通過周波数成分が異常判定閾値以下である場合、プロセッサ１６は、軸受２０は正常であると判定し、インバータ装置ＩＮＶの運転を停止し、診断を終了する。（ステップＳＢ１４）
軸受２０各部の通過周波数成分が異常判定閾値よりも大きい場合は、プロセッサ１６は、軸受２０は異常であると判定し、インバータ装置ＩＮＶの運転を停止し、診断を終了する。（ステップＳＢ１５）
利用者は、信号処理装置にて診断された上記結果を参照して、軸受２０のメンテナンスを行うことが可能である。

本実施形態の特定振動数測定方法によれば、軸受２０が組み込まれた状態での軸受２０各部の固有振動数の推定値を取得することができる。更に、軸受２０が組み込まれた回転機器が運転している状態での軸受２０各部の固有振動数の推定値を取得できるため、時系列振動加速度データのエンベロープ処理を行う際に固有振動数近傍のみを通過させる適切なフィルタ設定が可能となる。適切なフィルタ設定を行って、エンベロープ処理およびＦＦＴ解析を行うことにより、通過振動の波形をより適切に検出することができる。これにより、軸受２０の異常診断の精度を向上することができる。

また、本実施形態の特定振動数測定方法によれば、軸受２０各部の固有振動数を避けてインバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数を設定することができる。このことにより、インバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数による軸受２０各部の異常の誤判定を防ぐことができる。
すなわち、本実施形態によれば、機器に組みこまれた状態の構成について固有振動数を正確に検出可能な特定振動数測定方法を提供することができる。

図９は、一実施形態の特定振動数測定装置、電動機およびインバータ装置の他の構成例を概略的に示す図である。
図９に示す特定振動数測定装置は、信号処理装置のプロセッサ１６とインバータ装置ＩＮＶとの間で通信可能に構成されている。すなわち、図９に示す例では、信号処理装置とインバータ装置の間に通信手段が設けられ、信号処理装置よりインバータ装置ＩＮＶに対して、運転周波数、キャリア周波数などの設定や、起動および停止などの制御が可能である。

例えば図１に示す特定振動数測定装置では、信号処理装置にて解析の条件設定と加速度信号の解析処理を行う。信号処理装置にて解析された結果を用いて、インバータ装置ＩＮＶのキャリア周波数を設定する作業やインバータ装置ＩＮＶの起動や停止は、信号処理装置にて自動で行わなくても構わない。

これに対し、図９に示す特定振動数測定装置１０では、図７および図８にて説明した処理を、１つのシーケンスとして自動化して行うことが可能である。さらに、図９に示す特定振動数測定装置１０による特定振動数測定方法では、信号処理装置がインバータ装置ＩＮＶを制御することにより、軸受２０各部の固有振動数の推定値の算出と、エンベロープ処理部のフィルタ設定、インバータ装置のキャリア周波数設定、などを１つのシーケンスで自動的行うことが可能となり、これらの設定が容易にできる。
すなわち、図９に示す例によれば、機器に組みこまれた状態の構成について固有振動数を正確に検出可能な特定振動数測定方法を提供することができる。

図１０は、一実施形態の特定振動数測定装置、電動機およびインバータ装置の他の構成例を概略的に示す図である。
図１０に示す例では、特定振動数測定装置は、加速度センサＳＳ１、ＳＳ２に替えてマイクロフォンＳＳ３、ＳＳ４を備えている。

マイクロフォンＳＳ３、ＳＳ４は、回転機器又は回転電機において生じる振動に基づく振動音を検出する音響検出器である。マイクロフォンＳＳ３、ＳＳ４は、例えば、オーディオ帯域（上限１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）の周波数特性を備え、軸受２０直近に設置されている。加速度センサＳＳ１、ＳＳ２にて検出される振動加速度に替えてマイクロフォンＳＳ３、ＳＳ４にて検出される振動音を用いることにより、図１および図９に示す特定振動数測定装置による特定振動数測定方法と同様の効果を得ることができる。
すなわち、図１０に示す例によれば、機器に組みこまれた状態の構成について固有振動数を正確に検出可能な特定振動数測定方法を提供することができる。なお、ここでは、マイクロフォンＳＳ３、ＳＳ４を２ｃｈとしているが、図１の加速度センサＳＳ１、ＳＳ２と同様に１ｃｈであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、信号処理装置としてはパーソナルコンピュータの他に、Ａ／Ｄ変換機能を具備するか、前置にＡ／Ｄ変換機能を有するフロントエンドモジュールを具備するか、または、デジタル出力（Ａ／Ｄ変換機能内蔵）の加速度センサ若しくはマイクロフォンを用いることにより、シーケンサ、組込み制御ボード、携帯端末、スマートフォンを採用することが可能である。いずれの場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

１０…特定振動数測定装置、１２…Ａ／Ｄ変換部、１４…メモリ、１６…プロセッサ、１８…ハードディスク、２０…軸受、２２…外輪、２４…内輪、２６…転動体、２８…保持器、ＳＳ１、ＳＳ２…加速度センサ（加速度検出器）、ＳＳ３、ＳＳ４…マイクロフォン（音響検出器）、ＩＮＶ…インバータ装置（回転電機駆動手段）、Ｍ…電動機（回転機器、回転電機）。

Claims (4)

1. 回転電機を駆動する回転電機駆動手段におけるキャリア周波数が段階的に変更するように前記回転電機を駆動したときに、軸受が組み込まれた回転機器又は前記回転機器を駆動する前記回転電機において生じる振動に基づく値を検出器にて検出し、
   前記検出器にて検出された値を用いて前記軸受の少なくとも一部の通過周波数成分を算出し、
   通過周波数成分が最大となるときの前記キャリア周波数を前記軸受の少なくとも一部の固有振動数の推定値とする、特定振動数測定方法。
2. 前記軸受の少なくとも一部の固有振動数およびその整数倍の周波数と異なる前記キャリア周波数を設定し、
   設定した前記キャリア周波数にて前記回転電機を駆動したときに、前記検出器にて検出された値を用いて前記軸受の診断を行う、請求項１記載の特定振動数測定方法。
3. 前記軸受の少なくとも一部の固有振動数が通過帯域に含まれるようにバンドパスフィルタを設定し、
   前記バンドパスフィルタを用いて前記検出器にて検出された値をエンベロープ処理した包絡線波形をＦＦＴ解析して通過周波数成分を抽出し、通過周波数成分と所定の閾値とを比較して前記軸受の診断を行う、請求項２記載の特定振動数測定方法。
4. 前記検出器は、前記回転機器又は前記回転電機において生じる振動に基づく振動加速度を検出する加速度検出器、又は、前記回転機器又は前記回転電機において生じる振動に基づく振動音を検出する音響検出器である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の特定振動数測定方法。