JP6628905B2 - 動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法 - Google Patents
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Description
電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断装置であって、
前記動力伝達機構の異常を判定する監視診断部と、
前記電動機の電源線に接続された電流検出器を備え、
前記監視診断部は、
前記電流検出器から送信される電流を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果から、前記動力伝達機構の異常を判定する異常判定部とを備えるものである。
電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
前記電動機に流れる電流を測定する第1ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第2ステップと、
前記電流の周波数解析をする第3ステップと、
前記第2ステップで得た駆動電流スペクトル波形の中から突出するスペクトルピークを検出する第4ステップと、
前記第4ステップにおいて検出された前記スペクトルピークの中から、等間隔で閾値以上の信号強度を有する複数のスペクトルピークを検知し、複数の前記スペクトルピークを前記動力伝達機構の回転速度に伴い発生する動力伝達機構周波数帯と判定する第5ステップと、
電源周波数及び動力伝達機構の周波数及び前記電動機の回転周波数以外の側帯波の個数を検出する第6ステップと、
前記側帯波の数から前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第7ステップとを有するものである。
複数の電動機から、負荷としてのそれぞれの機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
それぞれの前記電動機に流れる電流を測定する第1ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第2ステップと、
それぞれの前記電流の周波数解析をする第3ステップと、
前記第3ステップで得たそれぞれの駆動電流スペクトル波形を比較して前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第207ステップとを有するものである。
以下、この発明の実施の形態1に係る、動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて説明する。
図1は、モータコントロールセンタが管理する電動機15と、電動機15から負荷としての機械設備30に動力を伝達するベルト機構6(動力伝達機構)の異常を検知する異常診断装置100の構成を示す図である。
図2は、異常診断装置100の監視診断部20の構成を示す図である。
図3は、異常診断装置100の処理フローを示す図である。
図14は、ベルト機構6を示す図である。
ベルト機構6は、電動機15の回転軸に接続されたプーリPu1と、機械設備30の駆動軸に接続されたプーリPu2とに、ベルトBE(動力伝達部材)を巻き掛けたものである。
図15は、動力伝達機構としてのチェーン機構6Bを示す図である。
チェーン機構6Bは、電動機15の回転軸に接続されたプーリPuB1と、機械設備30の駆動軸に接続されたプーリPuB2とに、チェーンCH(動力伝達部材)を巻き掛けたものである。
異常診断装置100は、監視診断部20と、表示部40と、警報部50と、電動機15に接続されている三相電線のいずれかに接続された電流検出器70とからなる。
図4は、電動機15の電動機駆動電流スペクトル波形(以下、単にスペクトル波形という)を示す図である。縦軸は信号強度を、横軸は、周波数を表す。解析部25は、電流検出器70から送信され、メモリ部26に格納された電流データ解析をする。解析部25は、スペクトル解析部25aと、側帯波解析部25bと、周波数解析部25cと、異常周波数カウント部25dとからなる。スペクトル解析部25aは、電流検出器70から得た電流を、電流FFT(Fast Fourier Transform)解析(周波数解析)する(ステップS003)ために使用する。
fb=(2πDr・fr)/L・・・式1
このように、周波数帯fbは、プーリPu1の半径Dr、電動機15の回転軸の回転速度fr、ベルトBEの長さLで決まる。そして、電流波形を周波数分析すると電源周波数fsの両側にfs±fbの側帯波が現れる。同時に、側帯波の高調波成分fs±2fbやfs±3fbも観測される。
次に、ベルト回転周波数帯(図5、黒四角印で示す部分)以外の箇所で複数のスペクトルピークP2が発生する理由を説明する。ベルトBEが劣化し、ベルトBEに亀裂が生じた場合、ベルト亀裂箇所が電動機15の回転軸と接触した際に、電動機15の回転軸の回転速度の変動、すなわち、電動機15の回転子の回転速度の変動が引き起こされる。この変動は、電動機15の駆動電流に影響を与える。これによって、ベルト亀裂箇所が回転軸に衝突する衝突周波数に相当する周波数帯でスペクトルピークP2が発生する。
以下、この発明の実施の形態2に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図6は、モータコントロールセンタが管理する電動機15a、15b、15cと、電動機15a〜15cから負荷としての機械設備30a、30b、30cに動力を伝達するベルト機構6a、6b、6c(動力伝達機構)の異常を検知する異常診断装置200(2つの破線枠で囲まれる部分)の構成を示す図である。
図7は、異常診断装置200の監視診断部220の構成を示す図である。
図8は、異常診断装置200の処理フロー(複数の同型電動機の場合)を示す図である。
異常診断装置200は、監視診断部220と、表示部40と、警報部50と、電動機15a〜15cに接続されている三相電線のいずれかに接続された電流検出器70a、70b、70cとからなる。
これらの波形を比較すると、ベルト回転周波数帯は、全て同形状であるが、電動機15cのベルト回転周波数帯以外の周波数で、他の電動機15a、15bと異なったスペクトルピークが発生していることを異常と判定できる。この場合、単に波形だけを比較すればよく、側帯波やベルト回転周波数帯の検知は不要となり、図8に示すように、実施の形態1のステップS007に代えて、比較判定のステップS207を使用することにより、他の波形と異なる波形の抽出だけでベルト機構6a〜6cの異常を判定できる。このとき、ベルト回転周波数帯近傍で複数のスぺクトルピークが検出されれば、ベルト劣化の可能性が高い。
以下、この発明の実施の形態3に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図10は、モータコントロールセンタが管理する電動機15と、電動機15から負荷としての機械設備30に動力を伝達するベルト機構6(動力伝達機構)の異常を検知する異常診断装置300の構成を示す図である。
図11は、異常診断装置300の監視診断部320の構成を示す図である。
図12は、異常診断装置300の処理フローを示す図である。
実施の形態1と実施の形態3と異なる点は、三相電源に、電動機駆動制御装置80が設置されている点である。
以下、この発明の実施の形態4に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態1〜3と異なる部分を中心に説明する。
図13は、モータコントロールセンタが管理する電動機15a〜15cと、電動機15a〜15cから負荷としての機械設備30a〜30cに動力を伝達するベルト機構6a〜6b(動力伝達機構)の異常を検知する異常診断装置400の構成を示す図である。
以下、この発明の実施の形態5に係る動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法を図を用いて、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態1〜4では、ベルトBEが劣化し亀裂が生じた際の異常の検出について説明した。本実施の形態では、ベルトBEに亀裂が生じて即座にベルトBEが切断するような突発事象にも対応できる動力伝達機構の異常診断装置および動力伝達機構の異常診断方法について説明する。
図17は、異常診断装置の処理フローを示す図である。
図18(a)は、ベルト切れ前の電動機15の電流スペクトル波形を示す図である。
図18(b)は、ベルト切れ後の電動機15の電流スペクトル波形を示す図である。
Claims (10)
- 電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断装置であって、
前記動力伝達機構の異常を判定する監視診断部と、
前記電動機の電源線に接続された電流検出器を備え、
前記監視診断部は、
前記電流検出器から送信される電流を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果から、前記動力伝達機構の異常を判定する異常判定部とを備える動力伝達機構の異常診断装置。 - 前記解析部は、
前記電動機の駆動電流スペクトル波形を解析するスペクトル解析部と、
前記駆動電流スペクトル波形から、スペクトルピークを検出する側帯波解析部と、
検出された前記スペクトルピークの中から前記動力伝達機構の回転速度に伴い発生する動力伝達機構周波数帯を解析する周波数解析部と、
電源の周波数及び動力伝達機構周波数以外の側帯波の個数を検出する異常周波数カウント部とからなる請求項1に記載の動力伝達機構の異常診断装置。 - 前記異常判定部は、検出された前記動力伝達機構周波数以外の前記側帯波の個数から、前記異常のレベルを判定するレベル判定部を備えた請求項2に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
- 前記電源と前記電動機の間に電動機駆動制御装置を備え、
前記異常周波数カウント部は、前記電動機駆動制御装置の運転周波数以外の側帯波の個数を検出する請求項2又は請求項3に記載の動力伝達機構の異常診断装置。 - 前記監視診断部は、複数の前記電動機の電源線にそれぞれ接続された複数の前記電流検出器からの前記電流を解析し、それぞれの前記電動機に接続された前記動力伝達機構の異常を判定する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
- 前記異常判定部は、前記複数の電流検出器からの前記電流を解析したそれぞれの駆動電流スペクトル波形を比較する比較部を備えた請求項5に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
- 前記監視診断部は、前記動力伝達機構の異常を前記電動機駆動制御装置にフィードバックし、前記電動機駆動制御装置は、前記異常のレベルに応じて、前記電動機の回転を制御する請求項4に記載の動力伝達機構の異常診断装置。
- 電動機から、負荷としての機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
前記電動機に流れる電流を測定する第1ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第2ステップと、
前記電流の周波数解析をする第3ステップと、
前記第2ステップで得た駆動電流スペクトル波形の中から突出するスペクトルピークを検出する第4ステップと、
前記第4ステップにおいて検出された前記スペクトルピークの中から、等間隔で閾値以上の信号強度を有する複数のスペクトルピークを検知し、複数の前記スペクトルピークを前記動力伝達機構の回転速度に伴い発生する動力伝達機構周波数帯と判定する第5ステップと、
電源周波数及び動力伝達機構の周波数及び前記電動機の回転周波数以外の側帯波の個数を検出する第6ステップと、
前記側帯波の数から前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第7ステップとを有する動力伝達機構の異常診断方法。 - 複数の電動機から、負荷としてのそれぞれの機械設備に動力を伝達する動力伝達機構の異常を検知する、動力伝達機構の異常診断方法であって、
それぞれの前記電動機に流れる電流を測定する第1ステップと、
前記電流の値を監視診断部に送信する第2ステップと、
それぞれの前記電流の周波数解析をする第3ステップと、
前記第3ステップで得たそれぞれの駆動電流スペクトル波形を比較して前記動力伝達機構の異常の有無を判定する第207ステップとを有する動力伝達機構の異常診断方法。 - 前記第5ステップにおいて、前記動力伝達機構周波数帯と判定された前記スペクトルピークの数が0の場合は、前記動力伝達機構の動力伝達部材が破断していると判定する第51ステップを有する請求項8に記載の動力伝達機構の異常診断方法。
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