JP6538782B2 - モータ故障診断システム - Google Patents

Description

本発明は、モータの軸受に故障が発生した日時を特定可能なモータ故障診断システムに関する。

従来、工作装置等における駆動源であるモータは、例えば、モータ製造工場から出荷され、搬送され、工作装置組立工場において主軸に連結される。この際、モータにおいて、軸受の軌道面又は玉に傷が付く等が原因で回転状態において異音が発生する場合がある。このようなモータは故障品としてモータ製造工場に返却される。
しかし、この返却されたモータについて、何時、どの段階で軸受の軌道面や玉に傷が付いたのかが不明である場合が多い。このような故障の発見及び故障発生時の特定は、品質管理及び品質保証の面で非常に重要である。

これに対し、例えば、軸受箱に配置される振動検知器を有し、この振動検知器からの振動周波数のうち、軸受異常に直接影響しない振動周波数を除いた振動周波数を観察することで、キシリ音が発生した状態でも軸受に生じた傷等による異常を正しく診断する診断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、回転機の軸受の振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段により検出された振動信号を音声信号に変換して記録する信号変換記録手段と、音声信号を記録再生する複数の振動信号記録手段と、音声信号を分析することで軸受の移動を診断する診断手段と、音声信号に基づいて音声を出力する音声出力部と、を備えることで、人間の耳で故障の発生を認識できるように工夫された軸受診断装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−３３３５３号公報 特開２００１−２５５２４１号公報

しかし、特許文献１に開示された技術は、キシリ音等の影響を可能な限り排除して安定的な故障の検出が目的であり、振動周波数を保存して事後的に故障の発生を検証するという視点がなかった。

また、特許文献２に開示された技術は、振動信号を音声信号に変換して異常時の振動を音声として出力することを特徴とし、作業者等が故障の有無等を耳で認識できるようすることを目的としている。そして、特許文献２の技術において、振動信号を記録再生する信号変換記録手段を複数備えることが提案されているが、これは振動信号を記録可能とすることでリアルタイムでの診断に限定されないようにすることを目的としている。そして、これにより検出装置が多数配置されなくてもよいようにすること等を目的としている。

これに対し、モータの品質管理や品質保証の面からは、モータの軸受の故障が、何時、どの段階で発生したかが重要であり、故障日時を特定可能な装置やシステムが望まれている。

本発明は、モータの軸受に故障が生じた日時を特定可能なモータ故障診断システムを提供することを目的とする。

（１）本発明は、回転軸及び前記回転軸を受ける軸受を有するモータ（例えば、後述のモータ１０，１０Ｂ，１０Ｃ）と、前記回転軸が回転状態の場合における前記モータの振動を検出可能な振動センサ（例えば、後述の振動センサ１１，１１Ｃ）と、日時情報（例えば、後述の日時情報４２，４６）を出力可能な日時情報出力部（例えば、後述の日時情報出力部１２）と、前記振動センサにより検出された振動情報（例えば、後述の振動情報４１）と、前記日時情報出力部により出力された日時情報とを関連付けて記憶する振動情報記憶部（例えば、後述の振動情報記憶部１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）と、前記振動情報記憶部に記憶された前記振動情報及び前記日時情報に基づいて、前記モータの前記軸受に故障が生じた日時を特定する故障日時特定部（例えば、後述の故障日時特定部２１，２１Ｂ，２１Ｃ）と、を備えるモータ故障診断システム（例えば、後述のモータ故障診断システム１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）に関する。

（２） （１）のモータ故障診断システムにおいて、前記振動センサ及び前記振動情報記憶部は、前記モータと一体的に配置されていてもよい。

（３） （１）又は（２）のモータ故障診断システムは、前記モータの機種情報（例えば、後述の機種情報２５）、前記軸受の緒元情報（例えば、後述の軸受の緒元情報２６）及び前記モータの回転数情報（例えば、後述の回転数情報２７）を含むモータ情報を記憶するモータ情報記憶部（例えば、後述のモータ情報記憶部２３）と、前記モータ情報記憶部に記憶されるモータ情報と、前記振動センサからの振動情報とに基づいて、異常振動を検出すると共に、前記異常振動に関する異常振動情報（例えば、後述の異常振動情報４５）を前記振動情報記憶部に出力可能な異常振動検出部（例えば、後述の異常振動検出部２２，２２Ｃ）と、を更に備え、前記振動情報記憶部は、前記異常振動検出部により出力された異常振動情報を振動情報として、前記日時情報と関連付けて記憶してもよい。

（４） （１）から（３）のいずれかのモータ故障診断システムにおいて、前記振動情報記憶部は、個別の前記モータを特定するモータ特定情報（例えば、後述のシリアル番号情報３１）を更に記憶すると共に、前記モータ特定情報を前記振動情報及び前記日時情報と関連付けて記憶してもよい。

本発明によれば、モータの軸受に故障が生じた日時を特定可能なモータ故障診断システムを提供することができる。

第１実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。 第１実施形態における振動情報記憶部の構成を説明するブロック図である。 第１実施形態におけるモータ故障診断システムの動作を説明するフロー図である。 第２実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。 第２実施形態における振動情報記憶部の構成を説明するブロック図である。 第３実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。 第４実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第２実施形態以下の説明においては、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

［第１実施形態］
図１及び図２により、第１実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明する。図１は、第１実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。図２は、第１実施形態における振動情報記憶部の構成を説明するブロック図である。

図１に示すように、本実施形態におけるモータ故障診断システム１は、モータ１０と、故障診断装置２０とにより構成される。本実施形態において、故障診断装置２０は、モータ制御装置１００の一部を構成する。本実施形態におけるモータ故障診断システム１は、モータ１０がモータ制御装置１００に取り付けられた状態で、モータ制御装置１００の一部を構成する。

図１に示すように、本実施形態におけるモータ１０は、回転軸（不図示）と、軸受（不図示）と、振動センサ１１と、日時情報出力部１２と、振動情報記憶部１３と、を有する。また、本実施形態における故障診断装置２０は、故障日時特定部２１を有する。

モータ１０は、モータ制御装置１００に取り付け可能に構成される。モータ１０は、モータ制御装置１００に取り付けられた状態で、回転軸が回転可能に構成される。モータ１０は、例えば、回転軸や軸受に傷が生じた状態において、定常状態（通常回転状態）の振動（通常振動）とは異なる振動（異常振動）が生じる。

振動センサ１１は、本実施形態においては、モータ１０と一体的に配置（内蔵）されている。振動センサ１１は、回転軸が回転状態の場合におけるモータ１０の振動を検出可能に構成される。振動センサ１１は、検出した振動の振幅や周波数等の振動情報を振動情報記憶部１３に出力可能に構成される。

日時情報出力部１２は、本実施形態においては、モータ１０と一体的に配置（内蔵）されている。日時情報出力部１２は、振動情報記憶部１３に日時情報を出力するように構成される。日時情報は、情報への要求精度などに応じて、日単位、時間（ｈｏｕｒ）単位、分単位、秒単位などの情報が採用される。

図１に示すように、振動情報記憶部１３は、本実施形態においては、モータ１０と一体的に配置（内蔵）されている。また、図２に示すように、振動情報記憶部１３は、モータ特定情報記憶部３０と、振動・日時情報記憶部４０とを有する。

モータ特定情報記憶部３０は、個別のモータを特定するための情報を記憶する。本実施形態においては、モータ特定情報記憶部３０は、シリアル番号情報３１を記憶する。
振動・日時情報記憶部４０（振動情報記憶部１３）は、振動センサ１１により検出された振動情報４１と、日時情報出力部１２により出力された日時情報４２とを関連付けて記憶する。ここで、振動・日時情報記憶部４０（振動情報記憶部１３）は、振動情報を連続的又は間欠的に記憶するように構成される。また、振動・日時情報記憶部４０（振動情報記憶部１３）は、フィルター等によりモータ１０における通常振動に対応する振動の情報をカットした振動情報（異常振動情報、故障時の振動情報）のみが記憶されるように設定されていてもよい。

図１に示すように、故障日時特定部２１は、振動情報４１と、振動情報４１に関連付けられている日時情報４２とを振動情報記憶部１３から取得可能に構成される。そして、故障日時特定部２１は、振動情報４１に基づいてモータの軸受における故障発生の有無を検出すると共に、日時情報４２に基づいてモータの軸受に故障が発生した日時を特定可能に構成される。故障日時特定部２１は、例えば、振動情報記憶部１３に記憶される振動情報４１と、モータ１０が通常回転状態における通常振動情報とを比較し、異常な振動情報を検出することで、モータの軸受における故障の発生を検出可能に構成される。

図３により、第１実施形態におけるモータ故障診断システムの動作を説明する。図３は、第１実施形態におけるモータ故障診断システムの動作を説明するフロー図である。
まず、ステップＳＴ１０１において、振動情報記憶部１３は、振動センサ１１からの振動情報と、日時情報出力部１２からの日時情報とを関連付けて記憶する。振動情報記憶部１３は、振動センサ１１からの振動情報を連続的又は間欠的に記憶すると共に、振動情報と日時情報とを関連付けて記憶する。

続けて、ステップＳＴ１０２において、例えば、故障診断装置２０への診断開始指示等により、故障日時特定部２１は、振動情報記憶部１３に記憶された振動情報及び日時情報に基づいて、異常振動の有無（故障の有無）及び異常振動発生の日時の特定を開始する。

続けて、ステップＳＴ１０３において、故障日時特定部２１は、振動情報を分析して異常振動が存在するか確認する。故障日時特定部２１は、例えば、モータ１０の種類ごとに設定された通常振動情報（通常回転状態における振動情報）に基づいて、異常振動（異常振幅、異常周波数等）の有無を検出する。
故障日時特定部２１が異常振動を検出しなかった場合（ＮＯ）、処理はステップＳＴ１０１に戻る。そして、故障日時特定部２１が異常振動を検出した場合（ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１０４に進む。

続けて、ステップＳＴ１０４において、故障日時特定部２１は、異常振動が生じた日時の情報を振動情報記憶部１３から取得する。故障日時特定部２１は、振動情報記憶部１３において互いに関連付けて記憶されている振動情報及び日時情報に基づいて、異常振動が生じた日時を特定する。

故障日時特定部２１は、例えば、不図示の故障日時出力部（例えば、モニター）に異常振動の情報（例えば、異常振幅や異常周波数）及び異常振動が生じた日時情報を出力する。これにより、作業者や管理者は、軸受に生じた故障が何時発生したかを確認できる。

また、故障日時特定部２１は、振動情報記憶部１３に記憶される個別のモータを特定するモータ特定情報であるシリアル番号情報と、上述の異常振動情報及び日時情報とを関連付けて出力するように構成されていてもよい。この場合、故障診断装置２０において、例えば、製造工場・ライン、製造日時や運搬ルート等の情報を参照できるように構成することで、故障発生原因等の解析に役立つ情報を出力可能なモータ故障診断システム１を構成することができる。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、回転状態におけるモータの振動に関する情報と日時情報とを関連付けて記憶することで、モータに故障が生じた日時を特定可能なモータ故障診断システムを提供することができる。

また、本実施形態のモータ故障診断システム１は、回転軸及び前記回転軸を受ける軸受を有するモータ１０と、前記回転軸が回転状態の場合におけるモータ１０の振動を検出可能な振動センサ１１と、日時情報を出力可能な日時情報出力部１２と、振動センサ１１により検出された振動情報と、日時情報出力部１２により出力された日時情報とを関連付けて記憶する振動情報記憶部１３と、振動情報記憶部１３に記憶された前記振動情報及び前記日時情報に基づいて、モータ１０の軸受に故障が生じた日時を特定する故障日時特定部２１と、を備える。これにより、モータ故障診断システム１は、モータ１０の軸受に故障が生じた日時を事後的に、正確に、短時間で特定することができる。

また、本実施形態によれば、振動センサ１１及び振動情報記憶部１３は、モータ１０と一体的に配置されている。これにより、モータ１０において振動の検出及び振動情報の記憶がなされているので、個別のモータごとに異常振動（故障）を診断するのに適したモータ故障診断システム１を構成可能である。また、この実施形態は、事後的な個別の故障診断に適した態様であるといえる。

また、本実施形態によれば、振動情報記憶部１３は、個別のモータ１０を特定するモータ特定情報（例えば、シリアル番号情報）を更に記憶すると共に、前記モータ特定情報を前記振動情報及び前記日時情報と関連付けて記憶する。これにより、モータ故障診断システム１は、モータ特定情報（例えば、シリアル番号情報）に基づいて、例えば、製造工場・ライン、製造日時や運搬ルート等の情報を参照することができ、故障発生原因等の解析に役立つ情報を出力することができる。これにより、モータ軸受に故障が生じた原因や工程をより特定可能なモータ故障診断システム１を提供できる。また、これにより、モータの品質管理や品質保証により役立つモータ故障診断システム１を提供することができる。

［第２実施形態］
図４及び図５により、第２実施形態におけるモータ故障診断システムについて説明する。図４は、第２実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。図５は、第２実施形態における振動情報記憶部の構成を説明するブロック図である。第２実施形態におけるモータ故障診断システム１Ａは、振動センサ１１により検出された振動情報に基づいて異常振動を検出し、検出した異常振動の情報を振動情報記憶部１３Ａに記憶する態様である。以下、第１実施形態におけるモータ故障診断システム１と相違する構成について説明し、第１実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。

図４に示すように、故障診断装置２０Ａは、故障日時特定部２１に加え、異常振動検出部２２と、モータ情報記憶部２３とを更に備える。
図４に示すように、モータ情報記憶部２３は、モータ情報を記憶する。モータ情報記憶部２３は、モータ情報としてのモータの機種情報２５と、軸受の緒元情報２６と、モータの回転数情報２７と、を記憶する。モータ情報記憶部２３は、異常振動検出部２２に対して、機種情報２５、軸受の緒元情報２６及び回転数情報２７を出力可能に構成される。

異常振動検出部２２は、モータ情報記憶部２３に記憶されるモータ情報と、振動センサ１１からの振動情報とに基づいて、異常振動を検出すると共に、前記異常振動に関する異常振動情報を振動情報記憶部１３Ａに出力可能に構成される。

具体的には、まず、異常振動検出部２２は、モータ情報記憶部２３からの機種情報２５、軸受の緒元情報２６及び回転数情報２７に基づいて、モータ１０の通常回転状態における通常振動情報を算出する。本実施形態においては、例えば、振動情報記憶部１３Ａに記憶されるモータ特定情報（シリアル番号情報３１）に基づいてモータの機種を特定し、対応する機種情報２５、軸受の緒元情報２６及び回転数情報２７を取得するように構成されていてもよい。
続けて、異常振動検出部２２は、振動センサ１１からの振動情報と、前記通常振動情報とを比較し、異常振動の発生の有無を検出する。そして、異常振動検出部２２は、異常振動の発生を検出した場合、前記異常振動の情報を振動情報記憶部１３Ａに出力する。

また、振動情報記憶部１３Ａは、異常振動検出部２２により出力された異常振動情報を振動情報として、前記日時情報と関連付けて記憶する。具体的には、図５に示すように、振動情報記憶部１３Ａにおける振動・日時情報記憶部４０Ａは、振動情報４１と日時情報４２とを関連付けて記憶すると共に、異常振動情報４５と日時情報４６とを関連付けて記憶する。

図４及び図５に示すように、故障日時特定部２１は、振動情報記憶部１３Ａに互いに関連付けて記憶される振動情報及び日時情報としての異常振動情報４５及び日時情報４６に基づいて、異常振動（故障）の発生及び発生日時を特定可能に構成される。ここで、故障日時特定部２１は、連続的又は間欠的に記憶される振動情報４１及び日時情報４２に基づいて詳細な分析を行い、異常振動の発生及び発生日時を特定するように構成されていてもよい。

第２実施形態によれば、第１実施形態における効果の他、以下の効果を奏する。
第２実施形態におけるモータ故障診断システム１Ａは、モータの機種情報２５、軸受の緒元情報２６及びモータの回転数情報２７を含むモータ情報を記憶するモータ情報記憶部２３と、モータ情報記憶部２３に記憶されるモータ情報と、振動センサ１１からの振動情報とに基づいて、異常振動を検出すると共に、前記異常振動に関する異常振動情報４５を振動情報記憶部１３Ａに出力可能な異常振動検出部２２と、を更に備え、振動情報記憶部１３Ａは、異常振動検出部２２により出力された異常振動情報４５を振動情報として、日時情報４６と関連付けて記憶する。これにより、モータ故障診断システム１Ａは、モータの種類に応じて通常回転状態における通常振動情報を算出できるので、使用状況に応じた通常振動情報を算出可能であり、異常振動を正確に検出することができる。

［第３実施形態］
図６により、第３実施形態におけるモータ故障診断システム１Ｂの構成を説明する。図６は、第３実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。第３実施形態におけるモータ故障診断システム１Ｂは、第２実施形態におけるモータ故障診断システム１Ａの変形例であって、故障診断装置（故障日時特定部）がモータ制御装置の外部に配置されている例である。以下、第１実施形態又は第２実施形態と相違する構成について説明し、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。

図６に示すように、第３実施形態におけるモータ故障診断システム１Ｂにおいて、故障診断装置２０Ｂは、モータ制御装置１００Ｂの外部に配置されている。本実施形態においては、例えば、モータ１０Ｂから異音や異常診断が生じた場合、故障診断装置２０Ｂをモータ制御装置１００Ｂ（振動情報記憶部１３Ｂ）に接続して、モータに故障が生じたか否か及び故障発生日時を特定するように運用してもよい。

第３実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態における効果の他、以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、上述の通り、モータ１０Ｂから異音や異常診断が生じた場合、故障診断装置２０Ｂをモータ制御装置１００Ｂ（振動情報記憶部１３Ｂ）に接続して、モータに故障が生じたか否か及び故障発生日時を特定するように運用してもよい。また、本実施形態によれば、故障診断装置２０Ｂ（故障日時特定部２１Ｂ）は、複数のモータ制御装置１００Ｂに対して一つでも足りる。そのため、コスト面の負担が軽減される。

［第４実施形態］
図７により、第４実施形態におけるモータ故障診断システム１Ｃの構成を説明する。図７は、第４実施形態におけるモータ故障診断システムの構成を説明するブロック図である。本実施形態におけるモータ故障診断システム１Ｃは、第２実施形態におけるモータ故障診断システム１Ａの変形例であって、振動情報記憶部１３Ｃがモータ１０Ｃの外部に配置されている例である。以下、第１実施形態から第３実施形態と相違する構成について説明し、第１実施形態から第３実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。

図７に示すように、第３実施形態におけるモータ故障診断システム１Ｂにおいて、振動情報記憶部１３Ｃは、モータ１０Ｃの外部に配置されている。本実施形態においては、モータ１０Ｃには、振動センサ１１Ｃ及び日時情報出力部１２が内蔵されており、振動情報記憶部１３Ｃは、モータ制御装置１００Ｃに配置されている。本実施形態において、例えば、モータ１０Ｃは、不図示の振動情報出力部（通信部や出力端子等）を有し、検出した振動情報を振動情報記憶部１３Ｃに出力可能に構成されている。

本実施形態によれば、例えば、使用された複数のモータにおける振動情報を振動情報記憶部１３Ｃに記憶させることができる。これにより、故障発生の日時に加え、モータ種類ごとの比較、駆動条件との関係、モータ制御装置ごとの比較等により、故障原因についてより詳細な分析も可能である。

第４実施形態によれば、第１実施形態から第３実施形態における効果の他、以下の効果を奏する。本実施形態によれば、振動情報記憶部１３Ｃがモータ１０Ｃの外部に配置されているので、モータ自体を簡易に構成することができ、より安価に製造することができる。

また、本実施形態によれば、例えば、使用された複数のモータにおける振動情報を振動情報記憶部１３Ｃに記憶させることができる。これにより、故障発生の日時に加え、モータ種類ごとの比較、駆動条件との関係、モータ制御装置ごとの比較等により、故障原因のより詳細な分析も可能である。

上述において、第１実施形態から第４実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良も当然に本発明に含まれる。例えば、日時情報出力部は、モータに配置されていなくてもよく、モータ制御装置や故障診断装置に配置されていてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ モータ故障診断システム
１０，１０Ｂ，１０Ｃ モータ
１１，１１Ｃ 振動センサ
１２ 日時情報出力部
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 振動情報記憶部
２１，２１Ｂ，２１Ｃ 故障日時特定部
２２，２２Ｃ 異常振動検出部
２３ モータ情報記憶部
２５ 機種情報
２６ 軸受の緒元情報
２７ 回転数情報
３１ シリアル番号情報
４１ 振動情報
４２ 日時情報
４５ 異常振動情報
４６ 日時情報

Claims (4)

1. 回転軸及び前記回転軸を受ける軸受を有するモータと、
   前記回転軸が回転状態の場合における前記モータの振動を検出可能な振動センサと、
   日時情報を出力可能な日時情報出力部と、
   前記振動センサにより検出された振動情報と、前記日時情報出力部により出力された日時情報とを関連付けて記憶する振動情報記憶部と、
   前記振動情報記憶部に記憶された前記振動情報及び前記日時情報に基づいて、前記モータの前記軸受に故障が生じた日時を特定する故障日時特定部と、を備えるモータ故障診断システムであって、
   前記モータの機種情報、前記軸受の緒元情報及び前記モータの回転数情報を含むモータ情報を記憶するモータ情報記憶部と、
   前記モータ情報記憶部に記憶されるモータ情報と、前記振動センサからの振動情報とに基づいて、異常振動を検出すると共に、前記異常振動に関する異常振動情報を前記振動情報記憶部に出力可能な異常振動検出部と、を備え、
   前記振動情報記憶部は、前記異常振動検出部により出力された異常振動情報を振動情報として、前記日時情報と関連付けて記憶するモータ故障診断システム。
2. 前記振動情報記憶部は、個別の前記モータを特定するモータ特定情報を更に記憶すると共に、前記モータ特定情報を前記振動情報及び前記日時情報と関連付けて記憶する、請求項１に記載のモータ故障診断システム。
3. 回転軸及び前記回転軸を受ける軸受を有するモータと、
   前記回転軸が回転状態の場合における前記モータの振動を検出可能な振動センサと、
   日時情報を出力可能な日時情報出力部と、
   前記振動センサにより検出された振動情報と、前記日時情報出力部により出力された日時情報とを関連付けて記憶する振動情報記憶部と、
   前記振動情報記憶部に記憶された前記振動情報及び前記日時情報に基づいて、前記モータの前記軸受に故障が生じた日時を特定する故障日時特定部と、を備え、
   前記振動情報記憶部は、個別の前記モータを特定するモータ特定情報を更に記憶すると共に、前記モータ特定情報を前記振動情報及び前記日時情報と関連付けて記憶するモータ故障診断システム。
4. 前記振動センサ及び前記振動情報記憶部は、前記モータと一体的に配置されている、請求項１から３のいずれかに記載のモータ故障診断システム。

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