JP5051528B2 - 機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機によって駆動される機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法に関する。

電動機によって駆動される機械設備として、ブロワ、ポンプ及びベルトコンベヤ駆動装置などの回転機械を挙げることができる。これらの機械設備の異常として、部品アライメントの異常や、ベアリング等に生じる疵、部品の欠損等を挙げることができる。このような機械設備の異常判定は、当該機械設備にセンサを多数設置して、機械設備の異常を直接検出することで行うことができる。

上述の異常判定方法は、多数のセンサや信号ケーブルを要するため、センサの調達コスト、当該機械設備から電気室までの信号ケーブルの配線工事費及びセンサや信号ケーブルの維持費が高い等の実用上の欠点を有する。そこで、次のような異常判定方法が特許文献１及び２に提案されている。

特許文献１に提案されている異常判定方法は、電動機に供給される負荷電流を検出し、当該負荷電流が、予め設定されている固定設定上限値以上、又は、予め設定されている固定設定下限値以下の場合、機械設備の異常と判定する方法である。

一方、特許文献２に提案されている異常判定方法は、電動機に供給される負荷電流を周波数解析し、当該周波数解析によって得られた負荷電流を形成する各周波数の電流成分に基づいて機械設備が異常か否かを判定する方法である。
特公平６−９５０５９号公報 特開平１１−８３６８６号公報

しかしながら、特許文献１の異常判定方法では、高精度に異常判定をすることができない。これは、特許文献１の異常判定方法では、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常を検知することが困難なためである。特許文献１の異常判定方法で、このような異常を検知するためには、固定設定上限値、及び、固定設定下限値を機械設備が正常な状態のときの負荷電流値に近づける必要がある。しかし、固定設定上限値、及び、固定設定下限値を機械設備が正常な状態のときの負荷電流値に近づけると、ノイズの発生等による電流の誤検知によって、機械設備が正常であっても誤って異常と判定される可能性が高くなる。よって、特許文献１の異常判定方法では、高精度に異常判定をすることができない。

また、特許文献２の異常判定方法では、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況が変化すると、異常判定を正確に行うことができない恐れがある。これは、周波数解析によって得られた負荷電流の高調波成分は、他の電動機等の運転状況の変化によって、変動し易いためである。

本発明は、高精度に異常判定を行え、且つ、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況の変化に異常判定の結果が影響され難い機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法を提供することを課題とする。

本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出手段と、前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定手段と、前記電流検出手段によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去手段と、前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第１判断手段と、前記第１判断手段によって第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする機械設備の異常判定装置を提供する。

本発明に係る機械設備の異常判定装置は、除去手段によって除去周波数の電流成分が除去された負荷電流（以下、「除去後負荷電流」という。）に第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断し、含まれると判断すると、電動機によって駆動される機械設備の異常と判定する。この除去周波数は、電動機に負荷電流を供給するために、電動機に印加される負荷電圧を形成する電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値以上の周波数の少なくとも一方である。即ち、除去周波数は、負荷電圧を形成する電圧成分の中で、大きさが比較的大きな電圧成分の周波数である。機械設備が正常な場合において、同じ周波数の負荷電圧と負荷電流とは正の相関関係を有する。従って、除去周波数の電流成分の大きさは、機械設備が正常な場合において比較的大きく、除去後負荷電流を形成する電流成分の大きさは、機械設備が正常な場合において比較的小さい。よって、除去後負荷電流に、大きさが比較的大きな（第２しきい値以上の）電流成分が含まれる場合は、機械設備の異常と判断できる。従って、本発明に係る機械設備の異常判定装置は、電動機によって駆動される機械設備の異常を判定することができる。

上述のように、除去後負荷電流を形成する電流成分の大きさは、機械設備が正常な場合において比較的小さい。機械設備が正常な場合において大きさが比較的小さい電流成分は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常が発生した場合であっても、電流成分の大きさ自体が小さいため、変化割合が比較的大きい。よって、本発明に係る機械設備の異常判定装置は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常を容易に検知することができる。従って、本発明に係る機械設備の異常判定装置は、高精度に異常判定を行うことができる。

また、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況が変化しても、負荷電流を形成する電流成分のうち、電圧成分の大きさが比較的小さい周波数の電流成分は変動し難い。従って、電圧成分の大きさが比較的大きい除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流は、他の電動機等の運転状況が変化しても変化し難い。よって、除去後負荷電流に基づいて機械設備の異常判定をする本発明に係る機械設備の異常判定装置は、他の電動機等の運転状況の変化に異常判定の結果が影響され難い。

好ましくは、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記負荷電圧の基本周波数をｆ、正の整数をα（ｆ＞α）とすると、前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流が下記条件（１）及び（２）を同時に満足するか否かを判断する第２判断手段を備え、前記第２判断手段によって満足しないと判断された場合、前記電流検出手段は、前記負荷電流を検出し直し、前記除去手段は、検出し直された前記負荷電流から、前記除去周波数の電流成分を除去し、前記第２判断手段によって満足すると判断された場合、前記第１判断手段は、前記第２判断手段によって満足すると判断された前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第２しきい値以上の電流成分が含まれるか否かの判断を行う構成とされる。
（１）…前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流を形成し、且つ、大きさが第３しきい値以上の電流成分を有する診断用周波数に、ｆ±αが共に含まれていること。
（２）…前記診断用周波数のうち３ｆ以上の診断用周波数が、ｆの整数倍の間隔をおいて存在していること。

かかる好ましい構成によれば、除去手段によって除去周波数の電流成分が除去された負荷電流（除去後負荷電流）が条件（１）及び（２）を同時に満足しない場合、電流検出手段は負荷電流を検出し直す。このように、条件（１）及び（２）を同時に満足しない場合、負荷電流を検出し直すのは、条件（１）及び（２）を同時に満足しない場合、負荷電流に他の信号ケーブルからノイズが入ること、また電流検出手段自身の故障等によって、電流検出手段が正確に負荷電流を検出していないためである。これは、負荷電流を形成し、且つ、大きさが比較的大きい（第３しきい値以上である）電流成分を有する診断用周波数には、周波数ｆ±αが共に含まれ、更に、診断用周波数のうち３ｆ以上の診断用周波数が、ｆの整数倍の間隔をおいて存在するためである。尚、条件（１）及び（２）を同時に満足するか否かの判断対象を除去後負荷電流とするのは、上述のように、除去後負荷電流は、他の電動機等の運転状況が変化しても変化し難いからである。

また、本発明は、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出工程と、前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定工程と、前記電流検出工程によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去工程と、前記除去工程によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第１判断工程と、前記第１判断工程によって第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定工程とを含むことを特徴とする機械設備の異常判定方法を提供する。

本発明によれば、高精度に異常判定を行え、且つ、異常判定の対象となる機械設備を駆動する電動機と電源を共用する他の電動機等の運転状況の変化に異常判定の結果が影響され難い機械設備の異常判定装置及び機械設備の異常判定方法を提供することができる。

図１は本実施形態に係る機械設備の異常判定装置１の機能ブロック図である。図１に示すように、機械設備の異常判定装置１は、電流検出手段２、除去周波数決定手段６、除去手段７、第１判断手段９及び異常判定手段１０を備える。更に、機械設備の異常判定装置１は、電流Ａ／Ｄ変換手段３、電圧検出手段４、電圧Ａ／Ｄ変換手段５、第２判断手段８、警報手段１１及び表示手段１２を備える。

電流検出手段２は、機械設備１０１を駆動する電動機１０２に電源１０３から供給される負荷電流Ｉ_０を検出する。この負荷電流Ｉ_０とは、電動機１０２と電源１０３とを接続した信号ケーブル１０４を電源１０３から電動機１０２に流れる電流である。電流検出手段２としては、例えば、電動機１０２の負荷電流回路に挿入して負荷電流を検出する電流クランププローブ（架線電流計）を用いることができる。また、機械設備１０１は、特に限定されるものでなく、例えば、ブロワ、ポンプ及びベルトコンベヤ駆動装置などの回転機械とすることができる。

電流Ａ／Ｄ変換手段３は、電流検出手段２によって検出された負荷電流Ｉ_０をＡ／Ｄ変換する。

電圧検出手段４は、電動機１０２に負荷電流Ｉ_０を供給するために、電源１０３によって電動機１０２に印加される負荷電圧を検出する。

電圧Ａ／Ｄ変換手段５は、電圧検出手段４によって検出された負荷電圧をＡ／Ｄ変換する。

除去周波数決定手段６は、電圧Ａ／Ｄ変換手段５によってＡ／Ｄ変換された負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさ（スペクトル強さ）が最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する。除去周波数の決定は、下記のようにして行われる。除去周波数決定手段６は、まず、電圧Ａ／Ｄ変換手段５によってＡ／Ｄ変換された負荷電圧を周波数解析し、図２に示すような負荷電圧の周波数スペクトル（以下、「電圧スペクトル」という。）を得る。尚、周波数解析は、公知のフーリエ変換（ＦＦＴ）手法によって行うことができる。また、図２に示す電圧スペクトルは、後述する実施例１の電圧スペクトルである。次に、除去周波数決定手段６は、電圧スペクトルにおいて、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値ＴＨ１以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する。図２においては、○が付いた周波数が電圧成分の大きさが最も大きい周波数であり、×が付いた周波数が電圧成分の大きさが第１しきい値ＴＨ１以上の周波数である。尚、図２においては、○が付いた周波数は、電圧成分の大きさが最も大きい共に、電圧成分の大きさが第１しきい値ＴＨ１以上の周波数である。また、図２においては、見易さを考慮して、○が付いた周波数の近傍における周波数については、電圧成分の大きさが第１しきい値ＴＨ１より大きい周波数であっても×を付けていない。第１しきい値ＴＨ１は、除去周波数決定手段６が読み取ることが可能な記録媒体に記録されている。このような第１しきい値ＴＨ１は、例えば、１６０ｄＢとすることができる。

また、除去周波数は、下記式（１）によって算出される上限値Ｘ及び下限値Ｘによって規定される範囲内に含まれる周波数とすることもできる。
Ｘ＝ｆｐ±（ｆ^２／（２×ｆｐ）×β）…（１）
式（１）のｆｐは、電圧Ａ／Ｄ変換手段５によってＡ／Ｄ変換された負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分が第１しきい値ＴＨ１以上の周波数の少なくとも一方である。すなわち、図２において、○が付いた周波数、及び、×が付いた周波数の少なくとも一方である。式（１）のｆは、電源周波数、即ち、電源１０３によって電動機１０２に印加される負荷電圧の基本周波数である。式（１）のβは、０＜β＜１を満足する係数である。

除去手段７は、電流検出手段２によって検出された負荷電流Ｉ_０を形成する各周波数の電流成分から除去周波数の電流成分を除去する。除去周波数の電流成分の除去は、下記のようにして行われる。除去手段７は、まず、電流Ａ／Ｄ変換手段３によってＡ／Ｄ変換された負荷電流Ｉ_０を周波数解析し、図３に示すような負荷電流の周波数スペクトル（以下、「電流スペクトル」という。）を得る。尚、周波数解析は、公知のフーリエ変換（ＦＦＴ）手法によって行うことができる。また、図３に示す電流スペクトルは、後述する実施例１の電流スペクトルである。次に、除去手段７は、電流スペクトルを用いて、電流Ａ／Ｄ変換手段３によってＡ／Ｄ変換された負荷電流Ｉ_０から、除去周波数の電流成分を除去する。図４は、除去手段７によって除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流の周波数スペクトル（以下、「除去後負荷電流スペクトル」という。）を示す。尚、図４に示す除去後負荷電流電流スペクトルは、後述する実施例１の除去後負荷電流スペクトルである。図４の除去後負荷電流スペクトルは、図２において、○が付いた周波数、及び、×が付いた周波数を除去後周波数とした場合に得られた除去後負荷電流スペクトルである。

第２判断手段８は、負荷電圧の基本周波数をｆ、正の整数をα（ｆ＞α）とすると、除去後負荷電流が下記条件（１）及び（２）を同時に満足するか否かを判断する。
（１）…除去後負荷電流を形成し、且つ、大きさが第３しきい値ＴＨ３以上の電流成分を有する診断用周波数に、ｆ±αが共に含まれていること。
（２）…診断用周波数のうち３ｆ以上の診断用周波数が、ｆの整数倍の間隔をおいて存在していること。
条件（１）におけるｆ±αは、負荷電圧の基本周波数ｆを６０Ｈｚとすれば、６０Ｈｚに対する差分が同一の０Ｈｚを超えて６０Ｈｚ未満の周波数と、６０Ｈｚを超えて１２０Ｈｚ未満の周波数との両方の周波数を指している。尚、図４に除去後負荷電流スペクトルを示す実施例１の除去後負荷電流においては、大きさが第３しきい値ＴＨ３以上の電流成分を有する診断用周波数が１〜７ある。実施例１においては、負荷電圧の基本周波数ｆが６０Ｈｚであり、従って、診断用周波数１は３０（ｆ−３０）Ｈｚ、診断用周波数２は９０（ｆ＋３０）Ｈｚであり、よって、実施例１の除去後負荷電流には、ｆ±α（ここでは３０）の診断用周波数が含まれている。よって、実施例１の除去後負荷電流は、条件（１）を満足する。

条件（２）は、例えば、負荷電圧の基本周波数ｆを６０Ｈｚとすれば、１８０Ｈｚ以上の診断用周波数が、（６０Ｈｚ×Ｋ（Ｋ：正の整数））の間隔をおいて存在していることを意味する。尚、上述のように、実施例１においては、負荷電圧の基本周波数ｆが６０Ｈｚであり、従って、図４に示す診断用周波数１〜７のうち、診断用周波数４（１０１３Ｈｚ）、診断用周波数５（１１３３Ｈｚ）、診断用周波数６（１３７３Ｈｚ）、診断用周波数７（１４９３Ｈｚ）が、３ｆ以上の診断用周波数である。診断用周波数４と診断用周波数５との間隔は１２０（６０×２）Ｈｚ、診断用周波数５と診断用周波数６との間隔は２４０（６０×４）Ｈｚ、診断用周波数６と診断用周波数７との間隔は１２０（６０×２）Ｈｚであり、よって、実施例１の除去後負荷電流は、条件（２）を満足する。

上記条件（１）及び（２）を同時に満足しないと判断された場合は、電流検出手段２は、負荷電流Ｉ_０を検出し直し、除去手段７は、検出し直された負荷電流Ｉ_０から、除去周波数の電流成分を除去する。このように、除去手段７によって除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流は、再び、第２判断手段８によって、上記条件（１）及び（２）を同時に満たすか否かが判断される。

このように、条件（１）及び（２）を同時に満足しない場合、負荷電流Ｉ_０を検出し直すのは、条件（１）及び（２）を同時に満足しない場合、負荷電流に他の信号ケーブルからノイズが入ること、また電流検出手段自身の故障等によって、電流検出手段２が正確に負荷電流Ｉ_０を検出できていないためである。これは、負荷電流Ｉ_０を形成し、且つ、大きさが比較的大きい（第３しきい値ＴＨ３以上である）電流成分を有する診断用周波数には、周波数ｆ±αが共に含まれ、更に、診断用周波数のうち３ｆ以上の診断用周波数が、ｆの整数倍の間隔をおいて存在するためである。尚、図４に示すように、第３しきい値ＴＨ３は、例えば、１１０ｄＢとすることができる。

また、負荷電流Ｉ_０は、ｆ±ｆ／（電動機１０２のポール数（極数）／２）の近傍の周波数の電流成分が比較的に大きい。よって、条件（１）のαは、ｆ／（電動機１０２のポール数／２）とすることができる。尚、条件（１）のαをｆ／（電動機１０２のポール数／２）とする場合において、電動機のポール数が４であり、負荷電圧の基本周波数ｆが６０Ｈｚであるときは、条件１のｆ±αは６０／（４／２）、すなわち６０±３０Hｚである。

尚、負荷電圧の基本周波数ｆ、第３しきい値ＴＨ３、及び、電動機１０２のポール数は、第２判断手段８が読み取ることが可能な記録（図示しない）に記録されている。

第１判断手段９は、第２判断手段８によって満足すると判断された除去後負荷電流に第２しきい値ＴＨ２以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する。また、本実施形態においては、第２しきい値ＴＨ２以上の大きさの電流成分が含まれるか否かの判断対象は、除去後負荷電流を形成する電流成分のうち、診断用周波数の電流成分とされる。第２しきい値ＴＨ２は、第１判断手段９が読み取ることが可能な記録（図示しない）に記録されている。

異常判定手段１０は、第１判断手段９によって除去後負荷電流に第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分が含まれると判断されると、機械設備１０１の異常と判定する。このように判定できるのは、次の通りである。除去後負荷電流は、負荷電流Ｉ_０から除去周波数の電流成分が除去されたものである。除去周波数は、負荷電圧を形成する電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値以上の周波数の少なくとも一方である。即ち、除去周波数は、負荷電圧を形成する電圧成分の中で、大きさが比較的大きな電圧成分の周波数である。機械設備１０１が正常な場合において、同じ周波数の負荷電圧と負荷電流とは正の相関関係を有する。従って、除去周波数の電流成分の大きさは、機械設備１０１が正常な場合において比較的大きく、除去後負荷電流を形成する電流成分の大きさは、機械設備１０１が正常な場合において比較的小さい。よって、除去後負荷電流に、大きさが比較的大きな（第２しきい値ＴＨ２以上の）電流成分が含まれる場合は、機械設備１０１の異常と判断できる。尚、機械設備１０１の異常が発生したとき、第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分が除去後負荷電流に含まれるようにするため、第２しきい値ＴＨ２は、例えば、機械設備１０１の異常が発生したときのみ、除去後負荷電流に含まれる電流成分が、超えることができる大きさとされる。

警報手段１１は、異常判定手段１０が機械設備１０１の異常と判定すると、機械設備１０１の異常を知らせる警報音等を発する。表示手段１２は、異常判定手段１０が機械設備１０１の異常と判定すると、モニタ（図示しない）の画面に機械設備１０１の異常が発生した旨を表示する。

次に、以上に説明した本実施形態に係る機械設備の異常判定装置１が行う機械設備１０１の異常判定の手順を説明する。図５は、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置１が行う機械設備１０１の異常判定の手順を示すフロー図である。

まず、機械設備の異常判定装置１は、初期設定を行う（図５、Ｓ５０１）。この初期設定においては、第２判断手段８は、負荷電圧の基本周波数ｆ、第３しきい値ＴＨ３、及び、電動機１０２のポール数が記憶された記憶媒体から、負荷電圧の基本周波数ｆ、第３しきい値ＴＨ３、及び、電動機１０２のポール数を読み出し、第１判断手段９は、第２しきい値ＴＨ２が記憶された記憶媒体から、第２しきい値ＴＨ２を読み出す。尚、電圧成分の大きさが第１しきい値ＴＨ１以上の周波数を除去周波数と決定する場合と、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値ＴＨ１以上の周波数を除去周波数と決定する場合とは、当該初期設定において、除去周波数決定手段６は、第１しきい値ＴＨ１が記憶された記録媒体から第１しきい値ＴＨ１を読み出す。

初期設定が行われると、電流検出手段２は、負荷電流Ｉ_０を検出する（図５、Ｓ５０２）。電流検出手段２によって負荷電流Ｉ_０が検出されると、電流Ａ／Ｄ変換手段３は、検出された負荷電流Ｉ_０をＡ／Ｄ変換する（図５、Ｓ５０３）。次に、除去手段７は、電流Ａ／Ｄ変換手段３からＡ／Ｄ変換された負荷電流Ｉ_０を周波数解析し、図３に示すような電流スペクトルを得る（図５、Ｓ５０４）。

次に、電圧検出手段４は、負荷電圧を検出する（図５、Ｓ５０５）。電圧検出手段４によって負荷電圧が検出されると、電圧Ａ／Ｄ変換手段５は、検出された負荷電圧をＡ／Ｄ変換する（図５、Ｓ５０６）。次に、除去周波数決定手段６は、電圧Ａ／Ｄ変換手段５がＡ／Ｄ変換した負荷電圧を周波数解析し（図５、Ｓ５０７）、除去周波数を決定する（図５、Ｓ５０８）尚、図５のステップＳ５０２〜Ｓ５０４と、図５のステップＳ５０５〜Ｓ５０８とは、何れを先に行っても、両方同時に行ってもよい。

除去周波数が決定されると、除去手段７は、電流Ａ／Ｄ変換手段３がＡ／Ｄ変換した負荷電流Ｉ_０を形成する各周波数の電流成分から除去周波数の電流成分を除去し、図４に示すような除去後電流スペクトルを得る（図５、Ｓ５０９）。

次に、第２判断手段８は、除去後負荷電流が上記条件（１）及び（２）を同時に満足するか否かを判断する。この判断をするため、まず、第２判断手段８は、除去後電流スペクトルを用いて、診断用周波数（大きさが第３しきい値ＴＨ３以上の電流成分の周波数）を特定する（図５、Ｓ５１０）。次に、診断用周波数にｆ±αが共に含まれていること、及び、診断用周波数のうち３ｆ以上である診断用周波数がｆの整数倍の間隔をおいて存在していることが同時に満たされているか否かを判断する（図５、Ｓ５１１）。この判断によって、電流検出手段２が負荷電流Ｉ_０を正確に検出したか否かが判断される。

判断ステップＳ５１１において、満足しないと判断された場合、負荷電流Ｉ_０の検出からやり直される（図５、Ｓ５０２〜Ｓ５１０）。尚、負荷電流Ｉ_０の検出をし直す場合は、負荷電圧の検出は、し直しても、し直さなくてもよい。

判断ステップＳ５１１において、満足すると判断された場合、第１判断手段９は、除去後負荷電流に第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分が含まれるか否かを判断する（図５、Ｓ５１２）。

判断ステップ５１２において、除去後負荷電流に第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分が含まれていると判断されると、異常判定手段１０は、機械設備１０１の異常と判定する（図５、Ｓ５１３）。機械設備１０１の異常と判定されると、警報手段１１は機械設備１０１の異常を知らせる警報音等を発し、表示手段１２は、モニタの画面に機械設備１０１の異常が発生した旨を表示する（図５、Ｓ５１４）。

一方、判断ステップ５１２において、除去後負荷電流に第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分が含まれていないと判断されると、異常判定手段１０は、機械設備１０１は正常と判定する（図５、Ｓ５１５）。

以上のように、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置１は、除去後負荷電流に第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分が含まれるか否かを判断し、含まれると判断すると、電動機１０２が駆動する機械設備１０１の異常と判定する。上述のように、除去周波数の電流成分は機械設備１０１が正常な場合において比較的大きい電流成分である。よって、負荷電流Ｉ_０から除去周波数の電流成分が除去された除去後負荷電流を形成する電流成分は、機械設備１０１が正常な場合は比較的小さい。機械設備１０１が正常な場合において比較的小さい電流成分は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常が発生した場合であっても、電流成分自体が小さいため、変化割合が比較的大きい。よって、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置１は、負荷電流の大きさに与える影響の小さい異常を容易に検知することができる。従って、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置１は、高精度に異常判定を行うことができる。

また、電動機１０２と電源１０３を共用する他の電動機等の運転状況が変化しても、負荷電流Ｉ_０を形成する電流成分のうち、電圧成分が比較的小さい周波数の電流成分は変動し難い。即ち、他の電動機等の運転状況が変化しても、周波数が除去周波数でない電流成分は変動し難い。従って、除去後負荷電流は、他の電動機等の運転状況が変化しても変化し難い。よって、本実施形態に係る機械設備の異常判定装置１は、電動機１０２と電源１０３を共用する他の電動機等の運転状況の変化によって異常判定の結果が影響され難い。

尚、本実施形態では、電圧検出手段４は、電動機１０２に印加される負荷電圧を検出しているが、電圧検出手段４が検出する負荷電圧は、当該負荷電圧に限定されるものでない。電圧検出手段４が検出する負荷電圧として、例えば、電圧成分の構成が、電動機１０２に印加される負荷電圧と同じ負荷電圧を挙げることができる。電圧成分の構成が電動機１０２に印加される負荷電圧と同じ負荷電圧としては、例えば、電動機１０２と電源１０３を共用する他の電動機に、電源１０３によって印加される負荷電圧を挙げることができる。

また、本実施形態では、除去周波数決定手段６は、負荷電圧を周波数解析して、除去周波数を決定しているが、負荷電圧を周波数解析した解析結果が記録媒体に記録されている場合は、負荷電圧を周波数解析することに代えて、記録媒体から解析結果を読み出してもよい。記録媒体から解析結果を読み出す場合は、機械設備の異常判定装置１には、電圧検出手段４及び電圧Ａ／Ｄ変換手段５を備える必要はない。

本実施例においては、機械設備に異常を発生させて、機械設備の異常判定装置に機械設備の異常について判定させた。図６（ａ）は、本実施例及び後述の実施例２における電動機、及び、該電動機に駆動される機械設備（ブロワ）の概略構成図である。図６（ａ）に示すように、ブロワ２０は、第１回転軸部材３１及び第２回転軸部材３２を介して電動機４０と接続されている。第１回転軸部材３１は、ブロワ２０が備える回転羽の回転軸であり、第２回転軸部材３２は電動機４０の回転軸である。第１回転軸部材３１と第２回転軸部材３２とは、フランジ形軸継手等のカップリング部材６０によって接続されている。更に、第１回転軸部材３１は、ブロワ２０と電動機４０との間に配置された２つのベアリング５１、５２によって支持されている。

本実施例における機械設備の異常は、ブロワ２０の回転羽が回転することで起こるブロワ２０の振動である。図６（ｂ）は、ブロワ２０が備える回転羽２１の正面図である。本実施例では、このような異常を発生させるために、図６（ｂ）に示すように、ブロワ２０の回転羽２１の中心２２から外れた１箇所に錘２３を載置した。本実施例における電動機４０は、出力が５．５ｋｗ、ポール数が４である。本実施例における負荷電圧の基本周波数は、６０Ｈｚである。本実施例における第１しきい値ＴＨ１は、１６０ｄＢ、第２しきい値ＴＨ２は、１４０ｄＢ、第３しきい値ＴＨ３は、１１０ｄＢである。本実施例における負荷電圧の電圧スペクトル、除去周波数の電流成分が除去される前の電流スペクトル、除去後負荷電流の電流スペクトルは、図２〜４に示す通りである。

実施形態において説明したように、実施例１の除去後負荷電流は、第２判断手段が同時に満足するか否かを判断する条件（１）及び（２）を同時に満たす。従って、本実施例に
おいては、電流検出手段２が正確に負荷電流を検出している。

また、図４に示すように、除去後負荷電流を形成する周波数３０Ｈｚ、９０Ｈｚ、１１３３Ｈｚ、１３７３Ｈｚの電流成分が第２しきい値ＴＨ２以上であった。このように、除去後負荷電流に第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分が含まれているため、ブロワ２０の回転羽２１が回転してブロワ２０の振動が発生すると、機械設備の異常判定装置は、機械設備の異常と判定した。

また、本実施例では、ブロワ２０の回転羽２１が回転したときのブロワ２０の振動の振幅が、２０μｍ、５０μｍ、７０μｍのそれぞれの場合において、除去後負荷電流を形成する周波数１１３３Ｈｚ、１３７３Ｈｚの電流成分の大きさを測定した。ブロワの振動の振幅の変更は、ブロワ２０の回転羽２１の中心２２から外れた１箇所に載置した錘２３の重さを変えることで行った。また、ブロワ２０の振動の振幅の測定は、ブロワ２０と電動機４０との間に配置されたベアリング５１又はベアリング５２に取り付けた振動計で行った。図６（ｃ）に示すように、周波数１１３３Ｈｚ、１３７３Ｈｚの何れの電流成分においても、振動の振幅が大きくなればなるほど、大きくなった。よって、振動の振幅が大きくなればなるほど、電流成分の値が大きくなるため、第２しきい値ＴＨ２以上の電流成分があると、機械設備の異常と判定する本発明に係る機械設備の異常判定装置によれば、機械設備の異常判定を行うことができる。

本実施例では、ブロワ２０の回転羽２１の中心２２から外れた１箇所に錘を載置２３するのではなく、図７（ａ）に示すように、ブロア２０と電動機４０との間のカップリング部材６０における、第１回転軸部材３１の芯３１ａと、第２回転軸部材３２の芯３２ａとをずらして（ミスアライメント）機械設備の異常を発生させた。本実施例では、除去後負荷電流を形成する周波数が３０Ｈｚ、９０Ｈｚの電流成分が第２しきい値ＴＨ２以上であった。また、本実施例では、カップリング部材６０における芯のずれを、０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍとしたとき、各芯のずれにおける除去後負荷電流を形成する周波数が３０Ｈｚ、９０Ｈｚの電流成分の大きさを測定した。図７（ｂ）に示すように、周波数が３０Ｈｚ、９０Ｈｚの何れの電流成分においても、カップリング部材６０におけるの芯のずれの量が大きくなればなるほど、大きくなった。よって、実施例１と同様に、振動の振幅が大きくなればなるほど、電流成分の値が大きくなるため、本発明に係る機械設備の異常判定装置によれば、機械設備の異常判定を行うことができる。

図１は、実施形態に係る機械設備の異常判定装置の機能ブロック図である。 図２は、実施例１における電圧スペクトルである。 図３は、実施例１おける、除去周波数の電流成分が除去される前の負荷電流の電流スペクトルである。 図４は、実施例１における、除去後負荷電流の電流スペクトルである。 図５は、機械設備の異常判定装置が行う、機械設備が異常か否かを判定する手順を示すフロー図である。 図６（ａ）は、実施例１及び２における電動機及び該電動機に駆動されるブロワの概略構成図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すブロワが備える回転羽の正面図である。図６（ｃ）は、除去後負荷電流に含まれる各周波数の電流成分の大きさを示す試験結果である。 図７（ａ）は、図６（ａ）のカップリング部材、電動機、及び、ブロワ近傍を拡大した図である。図７（ｂ）は、除去後負荷電流に含まれる各周波数の電流成分の大きさを示す試験結果である。

符号の説明

１…機械設備の異常判定装置、２…電流検出手段、６…除去周波数決定手段、７…除去手段、９…第１判断手段、１０…異常判定手段

Claims (3)

1. 機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出手段と、
   前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定手段と、
   前記電流検出手段によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去手段と、
   前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第１判断手段と、
   前記第１判断手段によって第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定手段とを備えることを特徴とする機械設備の異常判定装置。
2. 前記負荷電圧の基本周波数をｆ、正の整数をα（ｆ＞α）とすると、前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流が下記条件（１）及び（２）を同時に満足するか否かを判断する第２判断手段を備え、
   前記第２判断手段によって満足しないと判断された場合、
   前記電流検出手段は、前記負荷電流を検出し直し、前記除去手段は、検出し直された前記負荷電流から、前記除去周波数の電流成分を除去し、
   前記第２判断手段によって満足すると判断された場合、
   前記第１判断手段は、前記第２判断手段によって満足すると判断された前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第２しきい値以上の電流成分が含まれるか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載の機械設備の異常判定装置。
   （１）…前記除去手段によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流を形成し、且つ、大きさが第３しきい値以上の電流成分を有する診断用周波数に、ｆ±αが共に含まれていること。
   （２）…前記診断用周波数のうち３ｆ以上の診断用周波数が、ｆの整数倍の間隔をおいて存在していること。
3. 機械設備を駆動する電動機に供給される負荷電流を検出する電流検出工程と、
   前記電動機に前記負荷電流を供給するために前記電動機に印加される負荷電圧を形成する各周波数の電圧成分のうち、電圧成分の大きさが最も大きい周波数、及び、電圧成分の大きさが第１しきい値以上の周波数の少なくとも一方を除去周波数と決定する除去周波数決定工程と、
   前記電流検出工程によって検出された前記負荷電流を形成する各周波数の電流成分から、前記除去周波数の電流成分を除去する除去工程と、
   前記除去工程によって前記除去周波数の電流成分が除去された前記負荷電流に第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれるか否かを判断する第１判断工程と、
   前記第１判断工程によって第２しきい値以上の大きさの電流成分が含まれると判断されると、前記機械設備の異常と判定する異常判定工程とを含むことを特徴とする機械設備の異常判定方法。