JP5985099B1 - 回転機械系の異常検知方法、その異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法、及びその異常監視方法を用いた回転機械系の異常監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三相誘導電動機の稼働時電流信号に基づく回転機械系の異常検知方法、異常検知方法を用いた異常監視方法、及び異常監視方法を用いた異常監視装置を提供する。【解決手段】回転機械系の異常検知方法では、三相誘導電動機１２の稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、得られた電流スペクトルの中から、電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、回転機械系１１の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、側帯波及び電源周波数の電流スペクトルピーク値から回転機械系１１の劣化パラメータを算出する第３工程と、劣化パラメータの値を記録すると共に劣化判定基準値とを比較して回転機械系１１の異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の状態から回転機械系の異常を検知する回転機械系の異常検知方法、その異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法、及びその異常監視方法を用いた回転機械系の異常監視装置に関する。

誘導電動機の電流信号特徴解析（ＭＣＳＡ：Ｍｏｔｏｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）による回転機械系の異常診断方法として、例えば、特許文献１には、回転機械系の誘導電動機の稼働時電流信号を検出し、その波形から求まる振幅確率密度関数の情報量ＫＩをパラメータに用いて、回転機械系の異常検出を行うことが開示されている。しかし、一種類のパラメータだけで回転機械系の状態を代表することは難しく、回転機械系に発生した異常種類の識別及び異常箇所の特定を行う精密診断には使えないという問題がある。そこで、誘導電動機の電流信号特徴解析による回転機械系の精密診断は、誘導電動機の稼働時電流信号をＦＦＴ変換（高速フーリエ変換）して得られるスペクトルパターンの特徴を求める（スペクトルパターンを識別する）ことにより行われている。

特許第５７３３９１３号公報

しかしながら、誘導電動機の稼働時電流信号のスペクトルパターンから誘導電動機の状態を診断するには、回転機械系に発生する異常に関するかなりの理論的知識と、回転機械系の現場経験が要求されるため、一つの回転機械系に対しても診断結果にばらつきが生じ易いという問題がある。
更に、誘導電動機の稼働時電流信号のスペクトルパターンから異常種類の識別が可能となっても、回転機械系に発生している異常の程度に応じた対応に関する情報（例えば、異常が発生した機器に対して、直ちに入替え（交換）又は補修が必要か、当面は経過観察だけで十分か等）は得られず、実用性に欠けるという問題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の状態から回転機械系の異常を検知する回転機械系の異常検知方法、その異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法、及びその異常監視方法を用いた回転機械系の異常監視装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波（図５参照）を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子バーの本数と、該三相誘導電動機のすべり周波数との積として定義される回転子バーすべり周波数とする。
前記目的に沿う第２の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機により駆動される流体回転機械に設けられたブレード数と、該三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義されるブレード通過周波数とする。
前記目的に沿う第３の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、該三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義される歯車噛合い周波数とする。
前記目的に沿う第４の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機のポール通過周波数と、該三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数との積として定義されるギアポール周波数とする。
前記目的に沿う第５の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられたプーリーの１回転に伴うベルト移動量のベルト全長に対する移動比率と、該三相誘導電動機の実回転周波数の積として定義されるベルト回転周波数とする。

前記目的に沿う第６の発明に係る回転機械系の異常監視方法は、第１〜第５の発明に係る回転機械系の異常検知方法のいずれか１又は２以上を組み合わせた回転機械系の異常監視方法であって、
複数の前記簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、
複数の前記簡易診断の少なくとも一つで異常を検知した際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有する。

前記目的に沿う第７の発明に係る回転機械系の異常診断装置は、第６の発明に係る回転機械系の異常監視方法に使用する回転機械系の異常監視装置であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号から前記劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と前記劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部と、
前記簡易異常診断部で前記回転機械系に異常が検知された際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断部とを有している。

第１〜第５の発明に係る回転機械系の異常検知方法、第６の発明に係る回転機械系の異常監視方法、及び第７の発明に係る回転機械系の異常診断装置においては、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の高速フーリエ変換から得られる電流スペクトルの中から、回転機械系の異常に関連する特徴周波数の側帯波を抽出して回転機械系の劣化パラメータの値を算出し、劣化判定基準値とを比較することにより異常を検知するので、回転機械系に発生する異常に関する理論的知識の有無、及び回転機械系の保全経験の有無に左右されずに、回転機械系の異常箇所（異常が発生した機器）を正確に特定することができる。
そして、回転機械系の異常の状態が劣化パラメータの値として示されるので、回転機械系（機器）に発生している異常の程度に応じた対応（例えば、異常が発生した機器に対して、直ちに入替え（交換）又は補修が必要か、当面は経過観察だけで十分か等）を執ることが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常監視装置のブロック図である。 ３相電流バランスＩ_ｕｂの劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命の説明図である。 軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}の劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常検知方法及び異常監視方法の流れ図である。 電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常監視装置１０は、回転機械系１１の駆動源である三相誘導電動機１２の稼働時電流信号の解析結果から、回転機械系１１の総合的な状態や、回転機械系１１の機械的構造に起因して発生する個別的な状態をそれぞれ定量的に評価する劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部１３と、劣化パラメータの値を記録すると共に、求めた劣化パラメータの値と劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部１４と、簡易異常診断部１４で回転機械系１１に異常が検知された際に、劣化判定基準値に達した劣化パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系１１における異常箇所を特定する精密異常診断部１５とを有している。以下、詳細に説明する。

劣化パラメータ算出部１３は、回転機械系１１の電気室（制御盤）から三相誘導電動機１２に電力を供給する三相毎の電源ケーブ１２ａに流れる稼働時電流信号を検出する電流検出器１６（例えば、クランプ式電流センサー）と、電流検出器１６で測定した稼働時電流信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１７と、Ａ／Ｄ変換器１７から出力された稼働時電流信号を処理する処理ユニット１８とを有している。

そして、処理ユニット１８には、回転機械系１１の状態を総合的に評価する劣化パラメータである電流情報量ＫＩを算出する電流情報量算出手段１９と、回転機械系１１の負荷変動状況を評価する劣化パラメータである電流実効値Ｉ_ｒｍｓを算出する電流実効値算出手段２０と、電源品質又は三相誘導電動機１２の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の３相電流バランスＩ_ｕｂを算出する３相電流バランス算出手段２１と、電源品質又は三相誘導電動機１２の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の電流単調波比率ｉ_ｄｉｓを算出する電流単調波比率算出手段２２と、電源品質又は三相誘導電動機１２の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の電流全調波比率Ｉ_ｄｉｓを算出する電流全調波比率算出手段２３が設けられている。ここで、処理ユニット１８には、更に、Ａ／Ｄ変換器１７から出力された稼働時電流信号を高速フーリエ変換（周波数解析の一例）する高速フーリエ変換器２４が設けられており、電流単調波比率算出手段２２と電流全調波比率算出手段２３には、高速フーリエ変換器２４から出力されるスペクトルデータ（周波数と対数変換した電流スペクトルの関係を示すデータ）が入力される。
なお、電流情報量ＫＩ、電流実効値Ｉ_ｒｍｓ、３相電流バランスＩ_ｕｂ、電流単調波比率ｉ_ｄｉｓ、及び電流全調波比率Ｉ_ｄｉｓの各劣化パラメータ（これらの劣化パラメータを総称して第１種劣化パラメータという）の値は、回転機械系１１の劣化の進行に伴って上昇する特徴を有する。

ここで、電流情報量算出手段１９では、電流情報量ＫＩを、正常状態の稼働時電流信号の波形から求めた振幅確率密度分布を参照分布、監視状態の稼働時電流信号の振幅確率密度分布をテスト分布と定義した場合、振幅ｘの電流信号の参照分布とテスト分布をそれぞれｆ_ｒ（ｘ）、ｆ_ｔ（ｘ）として、ｆ_ｒ（ｘ）ｌｏｇ［ｆ_ｒ（ｘ）／ｆ_ｔ（ｘ）］からなる評価式を、ｘに関して−∞から∞の範囲で積分することにより求めている。なお、正常状態の稼働時電流信号には、三相誘導電動機１２の定格電流の正弦波信号波形を用いることができる。
電流実効値算出手段２０では、電流実効値Ｉ_ｒｍｓを、ｉを稼働時電流信号のサンプリング値、Ｎをサンプリングポイント数として、｛（ｉ_１ ^２＋ｉ_２ ^２＋・・・＋ｉ_Ｎ ^２）／Ｎ｝^１／２から求めている。

また、稼働時電流を３相同時に計測した場合の３相電流バランス算出手段２１では、３相電流バランスＩ_ｕｂを、稼働時電流信号の３相の電流実効値Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗの中の最大値と最小値の差ｍａｘ（Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗ）−ｍｉｎ（Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗ）を、最大値と最小値の和ｍａｘ（Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗ）＋ｍｉｎ（Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗ）で除して求めている。
電流単調波比率算出手段２２では、電流単調波比率ｉ_ｄｉｓを、稼働時電流信号の高調波実効値の中で、予め設定した次数ｎ内にある最大値ｍａｘｉ_ｎを，稼働時電流信号の電源周波数実効値Ｉ_１で除して求めている。
電流全調波比率算出手段２３では、電流全調波比率Ｉ_ｄｉｓを、稼働時電流信号の予め設定した次数ｎまでの各高調波実効値の二乗和の平方根（Ｉ_２ ^２＋Ｉ_３ ^２＋・・・＋Ｉ_ｎ ^２）^１／２を、働時電流信号の電源周波数実効値Ｉ_１で除して求めている。

また、処理ユニット１８には、高速フーリエ変換器２４から得られた電流スペクトルを対数変換して形成したスペクトルデータ（周波数と対数変換した電流スペクトルの関係を示すデータ）を用いて回転機械系１１の回転機械軸系の負荷状況を評価する劣化パラメータである軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}を算出する軸系電流比率算出手段２５と、三相誘導電動機１２の回転子の劣化状況を評価するポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅを算出するポール通過電流比率算出手段２６と、三相誘導電動機１２の負荷トルクと回転子の実回転数の変化を推測する劣化パラメータである回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓを算出する回転子すべり電流比率算出手段２７と、三相誘導電動機１２により駆動される回転機械系１１が流体回転機械の場合、流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生状況を推測する劣化パラメータであるブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐを算出するブレード通過電流比率算出手段２８とを有している。

更に、処理ユニット１８には、三相誘導電動機１２により駆動される回転機械系１１が歯車装置の場合（三相誘導電動機１２の回転子の回転軸に取付けられた歯車の一例）、歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常を推測する劣化パラメータである噛合い電流比率Ｌ_ｇｚを算出する噛合い電流比率算出手段２９と、歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常を推測する劣化パラメータであるギアポール電流比率Ｌ_ｇｐを算出するギアポール電流比率算出手段２９ａと、三相誘導電動機１２により駆動される回転機械系１１がプーリーベルト駆動系の場合（三相誘導電動機１２の回転子の回転軸に取付けられたプーリーの一例）、プーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合の異常を推測する劣化パラメータであるベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒを算出するベルト回転電流比率算出手段３０が設けられている。
なお、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅ、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓ、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐ、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚ、ギアポール電流比率Ｌ_ｇｐ、及びベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒの各劣化パラメータ（これらの劣化パラメータを総称して第２種劣化パラメータという）の値は、回転機械系１１の劣化の進行に伴って低下する特徴を有する。

ここで、軸系電流比率算出手段２５では、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}を、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピーク（電源基本周波数の電流スペクトルピーク又は電源高調波周波数の電流スペクトルピーク）の側帯波であって、三相誘導電動機１２の実回転周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、実回転周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク高さ２０ｌｏｇＩ_{ｓｈａｆｔ}と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを求め、２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅ−２０ｌｏｇＩ_{ｓｈａｆｔ}、即ち、２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_{ｓｈａｆｔ}）として評価している。ここで、Ｉ_{ｓｈａｆｔ}及びＩ_ｌｉｎｅは、それぞれ高速フーリエ変換器２４から出力される実回転周波数に起因する側帯波及び電源周波数の電流スペクトルのピーク値である。

ポール通過電流比率算出手段２６では、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機１２のポール通過周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ポール通過周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｐｏｌｅ（Ｉ_ｐｏｌｅは、高速フーリエ変換器２４から出力されるポール通過周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値）と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを求め、２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅ−２０ｌｏｇＩ_ｐｏｌｅ、即ち、２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｐｏｌｅ）として評価している。

回転子すべり電流比率算出手段２７では、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機１２の回転子バーすべり周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、回転子バーすべり周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｒｓ（Ｉ_{ｒｓｏｌｅ}は、高速フーリエ変換器２４から出力される回転子バーすべり周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値）と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを求め、２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅ−２０ｌｏｇＩ_ｒｓ、即ち、２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｒｓ）として評価している。

ブレード通過電流比率算出手段２８では、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機１２のブレード通過周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ブレード通過周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｂｐ（Ｉ_ｂｐは、高速フーリエ変換器２４から出力されるブレード通過周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値）と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを求め、２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅ−２０ｌｏｇＩ_ｂｐ、即ち、２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｂｐ）として評価している。

噛合い電流比率算出手段２９では、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機１２の噛合い周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、噛合い周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｇｚ（Ｉ_ｇｚは、高速フーリエ変換器２４から出力される噛合い周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値）と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを求め、２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅ−２０ｌｏｇＩ_ｇｚ、即ち、２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｇｚ）として評価している。
また、ギアポール電流比率算出手段２９ａでは、ギアポール電流比率Ｌ_ｇｐを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機１２のギアポール周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、三相誘導電動機１２のポール通過周波数と、三相誘導電動機１２の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数との積として定義されるギアポール周波数ｆ_ｇｐ分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｇｐ（Ｉ_ｇｐは、高速フーリエ変換器２４から出力されるギアポール周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値）と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを求め、２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅ−２０ｌｏｇＩ_ｇｐ、即ち、２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｇｐ）として評価している。

ベルト回転電流比率算出手段３０では、ベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機１２のベルト回転周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ベルト回転周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｂｒ（Ｉ_ｂｒは、高速フーリエ変換器２４から出力されるベルト回転周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値）と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを求め、２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅ−２０ｌｏｇＩ_ｂｒ、即ち、２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｂｒ）として評価している。

なお、処理ユニット１８には、電流情報量算出手段１９、電流実効値算出手段２０、３相電流バランス算出手段２１、電流単調波比率算出手段２２、電流全調波比率算出手段２３、高速フーリエ変換器２４、軸系電流比率算出手段２５、ポール通過電流比率算出手段２６、回転子すべり電流比率算出手段２７、ブレード通過電流比率算出手段２８、噛合い電流比率算出手段２９、ギアポール電流比率算出手段２９ａ、ベルト回転電流比率算出手段３０の中から、回転機械系１１の機械的構造に応じて選択された劣化パラメータの算出に必要な算出手段を稼働状態に設定する劣化パラメータ選定手段３１が設けられている。

簡易異常診断部１４は、劣化パラメータの値から回転機械系１１の異常を検知（異常が発生したか否かを判定）する際に使用する劣化判定基準値を保存しているデータベース３２と、劣化パラメータ算出部１３から取得した劣化パラメータの値と劣化パラメータに対応する劣化判定基準値をデータベース３２から取得して比較して回転機械系１１の状態を診断する簡易診断手段３３とを有している。
ここで、劣化判定基準値は、例えば、回転機械系１１を想定したモデル回転機械系を用いた破壊試験や、従来の保守管理実績に基づいて設定する。なお、簡易診断手段３３では、第１種劣化パラメータに対しては、第１種劣化パラメータの値が設定した劣化判定基準値以上となる場合、異常が発生したと判定する。一方、第２種劣化パラメータに対しては、第２種劣化パラメータの値が設定した劣化判定基準値以下となる場合、異常が発生したと判定する。

更に、簡易異常診断部１４は、劣化パラメータ算出部１３から取得した劣化パラメータの値を時系列的に保存する劣化傾向管理手段３４と、劣化傾向管理手段３４に保存された劣化パラメータの値（劣化傾向管理データ）の経時変化挙動を示す近似関数を求め、劣化パラメータの値が劣化判定基準値に一致するまでの時間（期待使用寿命）を推定して表示する余寿命予測手段３５とを有している。なお、余寿命予測手段３５では、劣化パラメータ毎に、劣化判定基準値として危険判定基準値と注意判定基準値を設定している。劣化パラメータの値が、注意判定基準値に達すると当該パラメータに関する異常が発生していると判断し、危険判定基準値に達すると当該パラメータに関する異常により回転機械系１１が停止又は破損の危険があると判断する。劣化パラメータの値が注意判定基準値に対して予め設定した注意範囲に到達した際に、注意範囲内の劣化パラメータの値の経時変化から近似関数を求めている。図２に３相電流バランスＩ_ｕｂの劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命を、図３に軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}の劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命を示す。

ここで、注意判定基準値は、例えば、回転機械系１１を想定したモデル回転機械系を用いた破壊試験や、従来の保守管理実績に基づいて設定され、第１種劣化パラメータの注意判定基準値は危険判定基準値より小さく、第２種劣化パラメータ注意判定基準値は危険判定基準値より大きくそれぞれ設定される。これによって、劣化パラメータの値が注意判定基準値に達していない場合は回転機械系１１の状態が正常であると、劣化パラメータの値が注意判定基準値と危険判定基準値の間に入る場合は回転機械系１１の状態が要注意であると、劣化パラメータの値が危険判定基準値に達した（第１種劣化パラメータでは値が危険判定基準値以上となる、第２種劣化パラメータでは値が危険判定基準値以下となる）場合は回転機械系１１の状態が危険であるとそれぞれ判定できる。

精密異常診断部１５は、簡易異常診断部１４において、電流実効値Ｉ_ｒｍｓ、３相電流バランスＩ_ｕｂ、電流単調波比率ｉ_ｄｉｓ、及び電流全調波比率Ｉ_ｄｉｓ、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅ、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓ、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐ、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚ、ギアポール電流比率Ｌ_ｇｐ、及びベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒの値の中で少なくとも１つが劣化判定基準値に達した際に、劣化判定基準値に達した劣化パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系１１における異常箇所を特定する。例えば、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが電流実効値Ｉ_ｒｍｓの場合は回転機械系１１に負荷変動が生じたと判定し、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが３相電流バランスＩ_ｕｂ、電流単調波比率ｉ_ｄｉｓ、又は電流全調波比率Ｉ_ｄｉｓの場合は回転機械系１１に供給される電源品質又は三相誘導電動機１２の固定子に劣化が生じたと判定する。

また、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}の場合は、回転機械系１１の回転機械軸系の負荷に変化が生じたと推定され、軸系のミスアラインメント、アンバランス等の異常が考えられる。
劣化判定基準値に達した劣化パラメータがポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅの場合は、三相誘導電動機１２の回転子に劣化が生じたと推定され、回転子バーの損傷等の異常が考えられる。劣化判定基準値に達した劣化パラメータが回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓの場合は、三相誘導電動機１２の負荷トルクと回転子の実回転数が変化したと推測される。

劣化判定基準値に達した劣化パラメータがブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐの場合は、三相誘導電動機１２により駆動される流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生が推測される。
劣化判定基準値に達した劣化パラメータが噛合い電流比率Ｌ_ｇｚ又はギアポール電流比率Ｌ_ｇｐの場合は、三相誘導電動機１２により駆動される歯車装置の歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常が推測される。劣化判定基準値に達した劣化パラメータがベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒの場合は、三相誘導電動機１２により駆動されるプーリーベルト駆動系のプーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合の異常が推測される。

本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常監視装置１０を用いた回転機械系の異常監視方法は、例えば、回転機械系１１の総合的な状態を評価する劣化パラメータの値を求め、劣化パラメータの値が予め設定した第１の劣化判定基準値（注意判定基準値）に達した際に回転機械系１１の異常を検知する簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法と、回転機械系１１の機械的構造に起因して発生する個別的な状態をそれぞれ定量的に評価する劣化パラメータの値を求め、劣化パラメータの値が予め設定した第１の劣化判定基準値（注意判定基準値）に達した際に回転機械系１１の異常を検知する簡易診断を行う複数の回転機械系の異常検知方法を組み合わせた回転機械系１１の異常監視方法であって、図４に示すように、複数の簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、複数の簡易診断の少なくとも一つで回転機械系１１の異常が検知され、劣化パラメータの値が予め設定した第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達した際に、当該パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有する。以下、詳細に説明する。

（劣化傾向管理工程）
回転機械系１１の総合的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法では、先ず、三相誘導電動機１２の稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の電流検出器１６で検出し、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化した稼働時電流信号を得る（Ｓ−１）。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の処理ユニット１８の電流情報量算出手段１９に入力して電流情報量ＫＩを算出する（Ｓ−２）。電流情報量ＫＩを、簡易異常診断部１４に入力し、電流情報量ＫＩの第１、第２の劣化判定基準値（注意判定基準値、危険判定基準値）と比較する。また、電流情報量ＫＩを劣化傾向管理手段３４に保存し、余寿命予測手段３５では保存した電流情報量ＫＩを用いて電流情報量ＫＩの経時変化挙動を監視する（以上、Ｓ−３）。そして、電流情報量ＫＩが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達していない場合は簡易診断を繰り返す（Ｓ−４）。

回転機械系１１の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法では、先ず、回転機械系１１の機械的構造に基づいて劣化パラメータの選定を行う。例えば、回転機械系１１が三相誘導電動機１２により駆動される流体回転機械である場合、劣化パラメータとして、回転機械系１１の回転機械軸系の負荷状況を評価する軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}、三相誘導電動機１２の回転子の劣化状況を評価するポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅ、三相誘導電動機１２の負荷トルクと実回転数の変化を推測する回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓ、及び流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生状況を推測するブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐを選択する。

（軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}による簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法）
第１工程では、図４に示すように、劣化パラメータ算出部１３の電流検出器１６で三相誘導電動機１２の稼働時電流信号を計測し、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化した稼働時電流信号を得る（Ｓ−１）。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の処理ユニット１８の高速フーリエ変換器２４に入力して高速フーリエ変換を行って電流スペクトルを求める（Ｓ−５）。

第２工程では、得られた電流スペクトルを軸系電流比率算出手段２５に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機１２の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機１２の実回転周波数（特徴周波数の一例）分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値２０ｌｏｇＩ_{ｓｈａｆｔ}を求め、第３工程では、ピーク値２０ｌｏｇＩ_{ｓｈａｆｔ}及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを用いて、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}を２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_{ｓｈａｆｔ}）として算出する（Ｓ−６）。

第４工程では、得られた軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}を劣化パラメータとして劣化傾向管理手段３４に記録すると共に、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}の値と軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}の第１、第２の劣化判定基準値（注意判定基準値、危険判定基準値）とを比較する。また、余寿命予測手段３５では保存した軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}を用いて軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}の経時変化挙動を監視する（以上、Ｓ−３）。そして、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}が第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達していない場合は軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}による簡易診断を繰り返し、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}が第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達した場合は、軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}で異常が検知されたことを精密異常診断部１５に入力する（Ｓ−４）。

（ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法）
第１工程では、図４に示すように、劣化パラメータ算出部１３の電流検出器１６で三相誘導電動機１２の稼働時電流信号を計測し、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化した稼働時電流信号を得る（Ｓ−１）。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の処理ユニット１８の高速フーリエ変換器２４に入力して電流スペクトルを求める（Ｓ−５）。

第２工程では、得られた電流スペクトルをポール通過電流比率算出手段２６に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機１２の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機１２のポール通過周波数（特徴周波数の一例）分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値２０ｌｏｇＩ_ｐｏｌｅを求め、第３工程では、ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｐｏｌｅ及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを用いて、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅを２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｐｏｌｅ）として算出する（Ｓ−６）。

第４工程では、得られたポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅを劣化傾向管理手段３４に記録すると共に、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅの値とポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅの第１、第２の劣化判定基準値（注意判定基準値、危険判定基準値）とを比較する。また、余寿命予測手段３５では保存した軸系電流比率Ｌ_ｐｏｌｅを用いてポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅの経時変化挙動を監視する（以上、Ｓ−３）。そして、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達していない場合はポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅによる簡易診断を繰り返し、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達した場合は、ポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅで異常が検知されたことを精密異常診断部１５に入力する（Ｓ−４）。

（回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法）
第１工程では、図４に示すように、劣化パラメータ算出部１３の電流検出器１６で三相誘導電動機１２の稼働時電流信号を計測し、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化した稼働時電流信号を得る（Ｓ−１）。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の処理ユニット１８の高速フーリエ変換器２４に入力して電流スペクトルを求める（Ｓ−５）。

第２工程では、得られた電流スペクトルを回転子すべり電流比率算出手段２７に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機１２の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機１２の回転子バーすべり周波数（特徴周波数の一例）分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ｉ_ｒｓを求め、第３工程では、ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｒｓ及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを用いて、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓを２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｒｓ）として算出する（Ｓ−６）。
ここで、第２工程において、回転子バーすべり周波数は、三相誘導電動機１２の回転子バーの本数ｈと、三相誘導電動機１２のすべり周波数ｆ_ｓ（三相誘導電動機１２の同期回転周波数ｆ_ｘと実回転周波数ｆ_ｒの差ｆ_ｘ−ｆ_ｒとして求める）との積ｈｆ_ｓとして定義される。

第４工程では、得られた回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓを劣化傾向管理手段３４に記録すると共に、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓの値と回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓの第１、第２の劣化判定基準値（注意判定基準値、危険判定基準値）とを比較する。また、余寿命予測手段３５では保存した回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓを用いて回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓの経時変化挙動を監視する（以上、Ｓ−３）。そして、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達していない場合は回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓによる簡易診断を繰り返し、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達した場合は、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓで異常が検知されたことを精密異常診断部１５に入力する（Ｓ−４）。

（ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法）
第１工程では、図４に示すように、劣化パラメータ算出部１３の電流検出器１６で三相誘導電動機１２の稼働時電流信号を計測し、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化した稼働時電流信号を得る（Ｓ−１）。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の処理ユニット１８の高速フーリエ変換器２４に入力して電流スペクトルを求める（Ｓ−５）。

第２工程では、得られた電流スペクトルをブレード通過電流比率算出手段２８に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機１２の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機１２のブレード通過周波数（特徴周波数の一例）分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ｉ_ｂｐを求め、第３工程では、ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｂｐ及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを用いて、回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓを２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｂｐ）として算出する（Ｓ−６）。
ここで、第２工程において、ブレード通過周波数は、流体回転機械に設けられたブレード数ｍと、三相誘導電動機１２の実回転周波数ｆ_ｒの積ｍｆ_ｒとして定義される。

第４工程では、得られたブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐを劣化傾向管理手段３４に記録すると共に、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐの値とブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐの第１、第２の劣化判定基準値（注意判定基準値、危険判定基準値）とを比較する。また、余寿命予測手段３５では保存したブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐを用いてブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐの経時変化挙動を監視する（以上、Ｓ−３）。そして、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達していない場合はブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐによる簡易診断を繰り返し、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達した場合は、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐで異常が検知されたことを精密異常診断部１５に入力する（Ｓ−４）。

（精密異常診断工程）
精密異常診断部１５には、簡易異常診断部１４において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系１１で発生した異常の種類と回転機械系１１における異常箇所を特定し（Ｓ−７）、その結果を、例えば、表示器に表示する（Ｓ−８）。

ここで、精密異常診断部１５に入力された劣化パラメータが軸系電流比率Ｌ_{ｓｈａｆｔ}の場合は、回転機械系１１の回転機械軸系の負荷に変化が生じたと推定され、軸系のミスアラインメント、アンバランス等の異常が考えられる。劣化パラメータがポール通過電流比率Ｌ_ｐｏｌｅの場合は、三相誘導電動機１２の回転子に劣化が生じたと推定され、回転子バーの損傷等の異常が考えられる。劣化パラメータが回転子すべり電流比率Ｌ_ｒｓの場合は、三相誘導電動機１２の負荷トルクと回転子の実回転数が変化したと推測される。劣化パラメータがブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐの場合は、三相誘導電動機１２により駆動される流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生が推測される。

（劣化傾向管理工程）
なお、回転機械系１１が三相誘導電動機１２と接続する減速機の場合、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐの代わりに噛合い電流比率Ｌ_ｇｚを選定し、回転機械系の異常検知方法として噛合い電流比率Ｌ_ｇｚによる簡易診断を行う。即ち、第１工程では、図４に示すように、劣化パラメータ算出部１３の電流検出器１６で三相誘導電動機１２の稼働時電流信号を計測し、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化した稼働時電流信号を得る（Ｓ−１）。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の処理ユニット１８の高速フーリエ変換器２４に入力して電流スペクトルを求める（Ｓ−５）。

第２工程では、得られた電流スペクトルを噛合い電流比率算出手段２９に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機１２の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機１２の歯車噛合い周波数（特徴周波数の一例）分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ｉ_ｇｚを求め、第３工程では、ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｇｚ及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを用いて、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚを２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｇｚ）として算出する（Ｓ−６）。
ここで、第２工程において、歯車噛合い周波数は、三相誘導電動機１２の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数ｚと、三相誘導電動機１２の実回転周波数ｆ_ｒとの積ｚｆ_ｒとして定義される。

第４工程では、得られた噛合い電流比率Ｌ_ｇｚを劣化傾向管理手段３４に記録すると共に、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚの値と噛合い電流比率Ｌ_ｇｚの第１、第２の劣化判定基準値（注意判定基準値、危険判定基準値）とを比較する。また、余寿命予測手段３５では保存した噛合い電流比率Ｌ_ｇｚを用いて噛合い電流比率Ｌ_ｇｚの経時変化挙動を監視する（以上、Ｓ−３）。そして、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達していない場合は噛合い電流比率Ｌ_ｇｚによる簡易診断を繰り返し、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達した場合は、噛合い電流比率Ｌ_ｇｚで異常が検知されたことを精密異常診断部１５に入力する（Ｓ−４）。

（精密異常診断工程）
精密異常診断部１５には、簡易異常診断部１４において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系１１で発生した異常の種類と回転機械系１１における異常箇所を特定し（Ｓ−７）、その結果を、例えば、表示器に表示する（Ｓ−８）。
精密異常診断部１５に入力された劣化パラメータが噛合い電流比率Ｌ_ｇｚの場合は、三相誘導電動機１２により駆動される歯車装置の歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常が推測できる。

（劣化傾向管理工程）
また、回転機械系１１が三相誘導電動機１２により駆動されるベルト駆動回転機械の場合、ブレード通過電流比率Ｌ_ｂｐの代わりにベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒを選定し、回転機械系の異常検知方法としてベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒによる簡易診断を行う。
即ち、第１工程では、図４に示すように、劣化パラメータ算出部１３の電流検出器１６で三相誘導電動機１２の稼働時電流信号を計測し、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化した稼働時電流信号を得る（Ｓ−１）。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部１３の処理ユニット１８の高速フーリエ変換器２４に入力して電流スペクトルを求める（Ｓ−５）。

第２工程では、得られた電流スペクトルをベルト回転電流比率算出手段３０に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機１２の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機１２のベルト回転周波数（特徴周波数の一例）分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ｉ_ｂｒを求め、第３工程では、ピーク値２０ｌｏｇＩ_ｂｒ及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値２０ｌｏｇＩ_ｌｉｎｅを用いて、ベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒを２０ｌｏｇ（Ｉ_ｌｉｎｅ／Ｉ_ｂｒ）として算出する（Ｓ−６）。
ここで、第２工程において、ベルト回転周波数は、三相誘導電動機１２の回転子の回転軸に設けられたプーリーの１回転に伴うベルト移動量のベルト全長に対する移動比率と、三相誘導電動機１２の実回転周波数の積として定義される。

第４工程では、得られたベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒを劣化傾向管理手段３４に記録すると共に、ベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒの値とベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒの第１、第２の劣化判定基準値（注意判定基準値、危険判定基準値）とを比較する。また、余寿命予測手段３５では保存したベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒを用いてベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒの経時変化挙動を監視する（以上、Ｓ−３）。そして、ベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達していない場合はベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒによる簡易診断を繰り返し、ベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒが第２の劣化判定基準値（危険判定基準値）に達した場合は、ベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒで異常が検知されたことを精密異常診断部１５に入力する（Ｓ−４）。

（精密異常診断工程）
精密異常診断部１５には、簡易異常診断部１４において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系１１で発生した異常の種類と回転機械系１１における異常箇所を特定し（Ｓ−７）、その結果を、例えば、表示器に表示する（Ｓ−８）。
精密異常診断部１５に入力された劣化パラメータがベルト回転電流比率Ｌ_ｂｒの場合は、三相誘導電動機１２により駆動されるプーリーベルト駆動系のプーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合及び摩耗の異常が推測できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、三相誘導電動機の稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部の電流検出器で検出し、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル化した後に劣化パラメータ算出部に入力するオンラインによる回転機械系の異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法について説明したが、三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測して保存した後、劣化パラメータ算出部に入力するオフラインによる回転機械系の異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法も可能である。

回転機械系の異常検知方法では、回転機械系の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を複数同時に実行したが、一つの劣化パラメータを選択して実行することもできる。
また、特徴周波数である歯車噛合い周波数を、三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義する場合について説明したが、特徴周波数を三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、三相誘導電動機のポール通過周波数との積として定義されるギアポール周波数としてもよく、特徴周波数として歯車噛合い周波数とギアポール周波数の両方を採用することもできる。
また、回転機械系の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータとして、電流実効値Ｉ_ｒｍｓ、稼働時電流信号の３相電流バランスＩ_ｕｂ、稼働時電流信号の電流単調波比率ｉ_ｄｉｓ、及び電流全調波比率Ｉ_ｄｉｓのいずれか１又は任意の２以上の組み合わせを加えることもできる。
電流実効値Ｉ_ｒｍｓで異常が検知されると、回転機械系の負荷に異常が、３相電流バランスＩ_ｕｂ、電流単調波比率ｉ_ｄｉｓ、又は電流全調波比率Ｉ_ｄｉｓで異常が検知されると、電源品質又は三相誘導電動機の固定子で異常が生じていると推測できる。
更に、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波の両方の電流スペクトルピーク値を求める場合は、電流スペクトルピーク値の平均値を側帯波の電流スペクトルピーク値とする。
なお、三相誘導電動機の電源は、インバータ電源であっても本発明は適用できる。

１０：回転機械系の異常監視装置、１１：回転機械系、１２：三相誘導電動機、１２ａ：電源ケーブル、１３：劣化パラメータ算出部、１４：簡易異常診断部、１５：精密異常診断部、１６：電流検出器、１７：Ａ／Ｄ変換器、１８：処理ユニット、１９：電流情報量算出手段、２０：電流実効値算出手段、２１：３相電流バランス算出手段、２２：電流単調波比率算出手段、２３：電流全調波比率算出手段、２４：高速フーリエ変換器、２５：軸系電流比率算出手段、２６：ポール通過電流比率算出手段、２７：回転子すべり電流比率算出手段、２８：ブレード通過電流比率算出手段、２９：噛合い電流比率算出手段、２９ａ：ギアポール電流比率算出手段、３０：ベルト回転電流比率算出手段、３１：劣化パラメータ選定手段、３２：データベース、３３：簡易診断手段、３４：劣化傾向管理手段、３５：余寿命予測手段

Claims (7)

1. 三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
   前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
   前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
   前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
   前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
   しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子バーの本数と、該三相誘導電動機のすべり周波数との積として定義される回転子バーすべり周波数とすることを特徴とする回転機械系の異常検知方法。
2. 三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
   前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
   前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
   前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
   前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
   しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機により駆動される流体回転機械に設けられたブレード数と、該三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義されるブレード通過周波数とすることを特徴とする回転機械系の異常検知方法。
3. 三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
   前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
   前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
   前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
   前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
   しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、該三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義される歯車噛合い周波数とすることを特徴とする回転機械系の異常検知方法。
4. 三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
   前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
   前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
   前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
   前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
   しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機のポール通過周波数と、該三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数との積として定義されるギアポール周波数とすることを特徴とする回転機械系の異常検知方法。
5. 三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
   前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第１工程と、
   前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第２工程と、
   前記第２工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第３工程と、
   前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第４工程とを有する簡易診断を行い、
   しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられたプーリーの１回転に伴うベルト移動量のベルト全長に対する移動比率と、該三相誘導電動機の実回転周波数の積として定義されるベルト回転周波数とすることを特徴とする回転機械系の異常検知方法。
6. 請求項１〜５にそれぞれ記載した回転機械系の異常検知方法のいずれか１又は２以上を組み合わせた回転機械系の異常監視方法であって、
   複数の前記簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、
   複数の前記簡易診断の少なくとも一つで異常を検知した際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有することを特徴とする回転機械系の異常監視方法。
7. 請求項６記載の回転機械系の異常監視方法に使用する回転機械系の異常監視装置であって、
   前記三相誘導電動機の稼働時電流信号から前記劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部と、
   前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と前記劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部と、
   前記簡易異常診断部で前記回転機械系に異常が検知された際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断部とを有することを特徴とする回転機械系の異常監視装置。

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