WO2020261639A1 - 電流測定システム、診断システム - Google Patents

電流測定システム、診断システム Download PDF

Info

Publication number
WO2020261639A1
WO2020261639A1 PCT/JP2020/007297 JP2020007297W WO2020261639A1 WO 2020261639 A1 WO2020261639 A1 WO 2020261639A1 JP 2020007297 W JP2020007297 W JP 2020007297W WO 2020261639 A1 WO2020261639 A1 WO 2020261639A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
frequency
current
alternating current
measurement system
unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/007297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕太 佐藤
弘英 市橋
池田　和隆
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to US17/442,560 priority Critical patent/US20220308093A1/en
Priority to JP2021527349A priority patent/JPWO2020261639A1/ja
Priority to CN202080038501.2A priority patent/CN113874735A/zh
Publication of WO2020261639A1 publication Critical patent/WO2020261639A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20—Instruments transformers
    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28—Current transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20—Instruments transformers
    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28—Current transformers
    • H01F38/30—Constructions

Definitions

  • the present disclosure relates to a current measuring system for measuring alternating current and a diagnostic system including a current measuring system.
  • Patent Document 1 discloses a current measuring device (current measuring system).
  • the current measurement system of Patent Document 1 includes a current sensor.
  • a detection coil is wound around a magnetic core arranged in an annular shape around the conductor to be measured, and a shunt is connected between each terminal of the hot side output terminal and the ground side output terminal of the detection coil.
  • the current measurement system is configured to measure alternating current with a frequency within the measurement range flowing through the conductor.
  • the current measuring system comprises a current sensor having a measuring coil configured to be magnetically coupled to a conductor and a shunt resistor having both ends electrically connected to both ends of the measuring coil in parallel with the measuring coil.
  • the output voltage between both ends of the shunt resistor with respect to the frequency of the alternating current saturates at the saturation point at the saturation frequency.
  • the upper limit of the frequency measurement range is higher than the fundamental frequency of the alternating current.
  • the saturation frequency is above the upper limit.
  • This current measurement system can improve the sensitivity to frequency components higher than the fundamental frequency of alternating current.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a diagnostic system including the current measurement system of the embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a measurement unit of the current measurement system of the above embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the measurement principle of the current measurement system of the above embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the frequency characteristics of the output of the current measurement system of the above embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the frequency characteristics of the sensitivity of the current measurement system of the above embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics of the sensitivity of the current measurement system of the comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing frequency components obtained by the current measurement system of the above embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing frequency components obtained by the current measurement system of the comparative example.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a diagnostic system including the current measurement system of the embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a measurement unit of the current measurement system of the above embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing frequency components obtained by the current measurement system of the above embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing frequency components obtained by the current measurement system of the comparative example.
  • FIG. 11 is a graph of the frequency components of the alternating current obtained by the current measuring system of the above embodiment.
  • FIG. 12 is a graph of the frequency component of the alternating current obtained by the current measuring system of the above embodiment.
  • FIG. 13 is a graph of the frequency components of the alternating current obtained by the current measuring system of the comparative example.
  • FIG. 14 is a graph of frequency components of alternating current obtained by the current measuring system of the comparative example.
  • FIG. 15 is a flowchart of the operation of the diagnostic system.
  • FIG. 1 shows a diagnostic system 10 including the current measurement system 20 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a current measurement system.
  • the current measuring system 20 is configured to measure the alternating current I1 flowing through the conductor 32.
  • the current measurement system 20 includes a current sensor 22 having a measurement coil 220 that is magnetically coupled to a conductor 32, and a shunt resistance 23 that is electrically connected between both ends 220a and 220b of the measurement coil 220. And.
  • the shunt resistor 23 is. It is connected to both ends 220a and 220b of the measuring coil 220 in parallel with the measuring coil 220.
  • the current measuring system 20 has a saturation point at which the output voltage V2 between both ends of the shunt resistor 23 saturates at the saturation frequency with respect to the frequency of the alternating current I1.
  • the upper limit of the measurement range of the frequency of the alternating current I1 is higher than the fundamental frequency of the alternating current I1.
  • the saturation frequency is above the upper limit of the measurement range.
  • an induced current corresponding to the alternating current I1 flows through the measuring coil 220, and the output voltage V2 between both ends 23a and 23b of the shunt resistor 23 becomes a value corresponding to the induced current. Then, in the frequency range lower than the saturation frequency at the saturation point, the output voltage V2 increases as the frequency increases.
  • the saturation frequency is higher than the fundamental frequency of the alternating current I1 and is equal to or higher than the upper limit of the measurement range.
  • the current measurement system 20 of the present embodiment can improve the sensitivity to components having a frequency higher than the fundamental frequency of the alternating current I1.
  • the diagnostic system 10 is configured to diagnose the device 30.
  • the device 30 diagnosed by the diagnostic system 10 is, for example, a working device.
  • a work device is a device that performs a predetermined work. Examples of predetermined operations include processing, transporting, arranging, and mounting materials and articles. Processing includes, for example, physical processing such as boring, drilling, screwing, cutting and polishing, and chemical processing such as heating and cooling. Further, the transportation is not limited to the transportation of solid articles such as parts and products, but also includes the transportation of fluid in the flow path.
  • Such work equipment includes machine tools such as lathes, machining centers, end mills, grinders, and drills, component mounting machines, conveyors, heat treatment equipment, pumps (for example, vacuum pumps), compressors, and polishing equipment (for example, chemical machine polishing). Equipment), and combinations thereof.
  • machine tools such as lathes, machining centers, end mills, grinders, and drills, component mounting machines, conveyors, heat treatment equipment, pumps (for example, vacuum pumps), compressors, and polishing equipment (for example, chemical machine polishing). Equipment), and combinations thereof.
  • the equipment 30 has a function as a lathe, for example.
  • the device 30 may have a function as a machining center.
  • the device 30 includes a drive device 31 and a power supply device 33.
  • the drive device 31 is a device for driving the mechanism unit.
  • the drive device 31 is a power source for the mechanism unit.
  • the drive device 31 includes a motor.
  • the output of the motor changes according to the given current.
  • the mechanical unit is a device for performing a predetermined work.
  • the predetermined work is the work of processing the work by rotating the cutting tool and the work with respect to the other.
  • the device 30 is a device for processing a work to obtain a member having a desired shape.
  • the mechanical unit processes the work by rotating the work with respect to the cutting tool. That is, the device 30 has a function as a lathe.
  • the cutting tool is a member for processing a work.
  • the cutting tool is replaceable.
  • the work is, for example, a metal body.
  • the motor is used to hold the cutting tool in a predetermined position with respect to the work in the direction along the central axis of rotation of the work. That is, the drive device 31 is configured such that one of the cutting tool and the work is pressed against the other in the direction along the central axis of rotation with respect to the other of the cutting tool and the work by the motor.
  • the direction of the axis on which the output shaft of the rotor of the motor rotates is, but is not limited to, the direction along the central axis of rotation with respect to one of the cutting tool and the work.
  • the motor is an AC motor that operates with AC.
  • the AC motor may be a three-phase AC motor or a single-phase AC motor.
  • the motor changes its output, that is, the rotation speed, which is the number of rotations per unit time, according to the change in the fundamental frequency of the given alternating current.
  • the fundamental frequency when the fundamental frequency is high, the output is large, that is, the rotation of the output shaft is fast, and when the fundamental frequency is low, the output is small, that is, the rotation of the output shaft is slow.
  • the power supply device 33 supplies the alternating current I1 to the motor of the drive device 31.
  • the power supply device 33 supplies an alternating current I1 to the motor of the drive device 31 in order to perform a predetermined operation in the mechanism unit. That is, the current I1 is supplied to the drive device 31 during the execution of the predetermined work of the device 30.
  • the power supply device 33 is connected to the motor via a conductor 32 which is an electric wire.
  • the alternating current I1 has a fundamental frequency.
  • the power supply device 33 has a function of adjusting the fundamental frequency of the alternating current I1. Since the power supply device 33 can be realized by a well-known AC power supply circuit, detailed description thereof will be omitted.
  • the diagnostic system 10 determines the state of the cutting tool as the state of the device 30.
  • the state of the cutting tool is roughly classified into two types depending on the presence or absence of damage.
  • the diagnostic system 10 determines that the condition of the device 30 is normal when the cutting tool is not damaged.
  • blade damage include flank wear (frank wear), rake face wear (crater wear), chipping, chipping, plastic deformation, constituent cutting edges (welding), thermal cracks (thermal cracks), boundary wear, and flaking.
  • the wear of the cutting tool occurs in the same manner if the same device 30 is used. However, it is difficult to identify the defect of the cutting tool and its sign as to what kind of defect occurs on a case-by-case basis even with the same device 30.
  • the diagnostic system 10 determines that the state of the device 30 is abnormal when there is damage to the cutting tool that is easy to identify. On the other hand, the diagnostic system 10 determines that the state of the device 30 is an unspecified state when there is damage to the cutting tool that is difficult to identify. That is, it can be said that the abnormality referred to in the present embodiment is an abnormality known to the diagnostic system 10, and the unspecified state is an unknown abnormality to the diagnostic system 10. This unknown anomaly also includes signs of deficiency.
  • the diagnostic system 10 includes a measurement unit 21, an acquisition unit 11, an extraction unit 12, a determination unit 13, an output unit 14, a collection unit 15, a generation unit 16, and a storage unit 17. And.
  • the acquisition unit 11 and the extraction unit 12 constitute an analysis unit 24.
  • the measuring unit 21 and the analysis unit 24 constitute the current measuring system 20.
  • the measuring unit 21 measures the alternating current I1 and outputs waveform data (current waveform data) showing a waveform related to the alternating current I1.
  • the measuring unit 21 measures the alternating current I1 supplied to the driving device 31 of the device 30.
  • the measuring unit 21 is attached to a conductor 32, which is an electric wire through which an alternating current I1 flows from the power supply device 33 to the driving device 31.
  • the measuring unit 21 includes a current sensor 22 and a shunt resistor 23.
  • the current sensor 22 includes a measuring coil 220 and a core 221.
  • the measurement coil 220 is arranged in the vicinity of the conductor 32, which is an electric wire through which the alternating current I1 to be measured flows. More specifically, the measuring coil 220 is magnetically coupled to the conductor 32, which is the wire through which the alternating current I1 flows. It has a portion 221b that passes through the inside of the measuring coil 220 of the core 221.
  • the core 221 has a ring shape surrounding the hollow portion 221a.
  • the core 221 is arranged so that the conductor 32 (electric wire) through which the alternating current I1 to be measured flows passes through the hollow portion 221a of the core 221.
  • the current sensor 22 is a current transformer.
  • it is desirable that the current transformer can be retrofitted to the conductor 32. That is, in the present embodiment, the measuring unit 21 can be retrofitted to the conductor 32.
  • the shunt resistor 23 is electrically connected between both ends 220a and 220b of the measuring coil 220.
  • the output voltage V2 between both ends 23a and 23b of the shunt resistor 23 becomes the output of the measuring unit 21.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the measuring unit 21.
  • the capacitance component of the measuring coil 220 is ignored.
  • the conductor 32 through which the alternating current I1 flows has a self-inductance L0.
  • the measuring coil 220 has a self-inductance L1 and a reactance R1.
  • the shunt resistor 23 has a resistance value R2.
  • a voltage V1 is applied to the conductor 32. More specifically, the voltage V1 is the sum of the self-induced electromotive force due to the current I1 and the electromotive force generated by mutual induction between the conductor 32 and the measuring coil 220.
  • the mutual inductance M is the mutual inductance between the conductor 32 and the measuring coil 220.
  • a current I2 flows through the shunt resistor 23.
  • the voltages V1 and V2 are represented by the equation 1 by the above and the angular frequency ⁇ of the alternating current I1.
  • the voltage V2 is represented by the equation 3 by the coupling coefficient k between the conductor 32 and the measuring coil 220, the frequency f of the alternating current I1, and the number of turns N of the measuring coil 220.
  • the voltage V2 can be represented by the equation 4, and the voltage V2 is proportional to the frequency f.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the frequency characteristics of the output voltage V2, which is the output of the current measurement system 20.
  • FIG. 4 shows the measured value G11 and the theoretical value G12 of the output voltage V2.
  • the theoretical value G12 is based on Equation 3.
  • the output voltage V2 between both ends of the shunt resistor 23 is saturated at the saturation point Q1 at the saturation frequency P1 with respect to the frequency f of the alternating current I1 to be measured.
  • the saturation frequency P1 is given by (R1 + R2) / (2 ⁇ ⁇ L1).
  • the resonance frequency P2 of the measuring coil 220 is given by 1 / ⁇ 2 ⁇ ⁇ (L1 ⁇ C) 1/2 ⁇ by the capacitance component C of the measuring coil.
  • FIG. 5 shows the sensitivity of the current measurement system 20 of the present embodiment when the magnitude of the alternating current I1 is constant.
  • the sensitivity is the ratio (V2 / I1) of the output voltage V2 to the alternating current I1.
  • the upper limit of the measurement range of the frequency f is higher than the fundamental frequency of the alternating current I1
  • the saturation frequency P1 is equal to or higher than the upper limit of the frequency measurement range of the current measurement system 20. I have to. Therefore, the sensitivity (V2 / I1) of the current measurement system 20 of the present embodiment depends on the frequency as shown in FIG. In particular, the sensitivity of the current measurement system 20 of the present embodiment increases as the frequency f increases.
  • the sensitivity of the current measuring system 20 of the present embodiment is represented by a straight line having a positive slope with respect to the frequency f of the alternating current I1.
  • the saturation frequency P1 is given by (R1 + R2) / (2 ⁇ ⁇ L1). That is, the saturation frequency P1 depends on the resistance value R2 of the shunt resistor 23, the self-inductance L1 of the measuring coil 220, and the reactance R1.
  • the self-inductance L1 and reactance R1 of the measuring coil 220 and the resistance value R2 of the shunt resistor 23 are set to such a magnitude that the saturation frequency P1 becomes equal to or more than the upper limit value of the measuring range.
  • the saturation frequency P1 is given by R2 / (2 ⁇ ⁇ L1), and the equation 3 can be expressed as the equation 5.
  • the upper limit of the measurement range of the frequency f is 10 times or more the fundamental frequency of the alternating current I1 to be measured.
  • the lower limit of the measurement range is larger than 0.
  • a force may be applied to the drive device 31 in the direction along the axis of rotation of the work.
  • the force in the direction of pressing such a work with a tool (cutting tool) is also called a back component force.
  • the force opposite to the machining direction, that is, the moving direction of the cutting tool to the work is also called a feed component force.
  • a force is applied to the rotor of the motor that holds the cutting tool at a predetermined position with respect to the work in the direction along the axis of rotation of the work in the direction along the axis of rotation of the work.
  • This force is applied to the drive device 31 (motor rotor) during the execution of a predetermined operation of the device 30.
  • Such forces can affect changes in the angular velocity of the rotor.
  • the change in the angular velocity of the rotor can be reflected in the current I1 supplied to the motor.
  • the device 30 executes control to return the cutting tool to the predetermined position. Therefore, a change in the current due to such control can occur in the current I1 supplied to the motor.
  • a change due to a component in a specific direction of the force applied to the drive device 31, in this case, a direction along the axis of rotation with respect to one of the cutting tool and the work, may occur in the current I1 supplied to the drive device 31. ..
  • the alternating current I1 is supplied to the drive device 31 during the execution of a predetermined operation of the device 30. Therefore, the measuring unit 21 measures the alternating current I1 supplied to the drive device 31 of the device 30 and outputs waveform data (current waveform data) showing a waveform related to the alternating current I1.
  • the measuring unit 21 is attached to the conductor 32.
  • the measuring unit 21 in the diagnostic system 10, it is not necessary to install the measuring unit 21 in the vicinity of the driving device 31. Since the measuring unit 21 only needs to be able to measure the current supplied to the motor, it can be installed inside a control panel or the like that houses the power supply device 33. Therefore, in the mechanical unit of the device 30, there is no need for a device for installing the measuring unit 21 or wiring, and there is no need for balance adjustment due to the installation of the measuring unit 21. Further, for this reason, when installing the measuring unit 21, it is not necessary to take measures (for example, oil resistance measures, heat resistance measures, waterproof measures, etc.) so that the measuring unit 21 can be used in the environment of processing the work. Therefore, the maintenance burden of the measuring unit 21 can be reduced.
  • measures for example, oil resistance measures, heat resistance measures, waterproof measures, etc.
  • waveform data can be acquired even while the device 30 is working. Therefore, it is not necessary to interrupt the work of the device 30 for the diagnosis by the diagnostic system 10. Therefore, the lengthening of the machining cycle by diagnosis can be reduced. Further, since the waveform data can be acquired even during the work of the device 30, the state of the cutting tool (for example, the degree of wear of the cutting tool) can be grasped at any time, and the cutting tool can be used up. Further, since it is possible to detect an unspecified state different from normal or abnormal, it is possible to reduce defects (for example, production of defective products) that may occur when the cutting tool is in the unspecified state. That is, the diagnostic system 10 makes it possible to apply the state-based maintenance (CBM) instead of the conventional time-based maintenance (TBM) as the maintenance of the device 30.
  • CBM state-based maintenance
  • TBM time-based maintenance
  • the analysis unit 24 includes an acquisition unit 11 and an extraction unit 12.
  • the acquisition unit 11 acquires waveform data (current waveform data) showing a waveform related to the alternating current I1 supplied to the drive device 31 of the device 30. More specifically, the acquisition unit 11 is connected to the measurement unit 21 and acquires waveform data from the measurement unit 21.
  • the waveform data from the measuring unit 21 is time series data of the output voltage V2 of the measuring unit 21.
  • the acquisition unit 11 acquires waveform data indicating a waveform related to the alternating current I1 supplied to the drive device 31 of the device 30, that is, time-series data of the output voltage V2.
  • the extraction unit 12 acquires the information used by the determination unit 13 from the waveform data acquired by the acquisition unit 11.
  • the information used by the determination unit 13 is information on a change caused by a component of the force applied to the driving device in a specific direction.
  • the extraction unit 12 converts the waveform indicated by the waveform data acquired by the acquisition unit 11 into a frequency axis waveform. More specifically, the extraction unit 12 executes frequency analysis on the time-series data of the output voltage V2 to acquire the data of the harmonic component of the AC current I1 to be measured.
  • the extraction unit 12 extracts from the frequency axis waveform obtained by the conversion a portion of interest that may include a change due to a component of the force applied to the driving device 31 in a specific direction.
  • the saturation frequency P1 is set to be equal to or higher than the upper limit of the measurement range including the fundamental frequency of the alternating current I1 to be measured.
  • the sensitivity (V2 / I1) of the current measurement system 20 of the present embodiment has frequency dependence, and increases as the frequency f increases. Therefore, the current measuring system 20 of the present embodiment can extract a portion of interest that may include a change due to a component of the force applied to the driving device 31 in a specific direction with higher sensitivity.
  • Patent Document 1 includes a shunt resistor of tens to hundreds of ohms for leak current measurement, and a shunt resistor with a low resistance value such as several ohms for load current measurement. It is stated that it will be installed. This takes into account the amplitude of the alternating current, and there is no description in this document about the sensitivity of the alternating current to the frequency.
  • FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics of the sensitivity of the current measurement system of the comparative example.
  • the saturation frequency P1 is lower than the fundamental frequency of the alternating current I1 to be measured, and is set to be equal to or less than the lower limit of the measurement range. That is, as shown in FIG. 6, the sensitivity of the current measuring system 20 of the comparative example does not have frequency dependence (in FIG. 6, the magnitude of the current I1 is constant). That is, the sensitivity of the current measurement system of the comparative example is constant regardless of the frequency.
  • FIGS. 7 and 9 are graphs showing the frequency components of the waveform of the output voltage V2 obtained by the current measuring system 20 of the present embodiment
  • FIGS. 8 and 10 are the output voltages obtained by the current measuring system of the comparative example. It is a graph which shows the frequency component of the waveform of V2.
  • the frequency scales in FIGS. 7 to 10 are merely examples. This point is the same in FIGS. 11 to 14.
  • FIGS. 7 and 8 show the output voltage V2 obtained by the current measurement system 20 of the present embodiment and the current measurement system of the comparative example, in which an alternating current I1 having frequencies f0, f1, ... It indicates the magnitude of the frequency component of the waveform, that is, the sensitivity.
  • the sensitivity (V2 / I1) of the current measurement system 20 of the present embodiment increases as the frequency f increases, and the sensitivity of the current measurement system of the comparative example is constant regardless of the frequency f.
  • the alternating current I1 to be measured contains the fundamental frequency f0 and the harmonic frequencies f1, f2, f3, f4, f5, ..., As shown in FIGS.
  • the present embodiment In the current measuring system 20, the output corresponding to the components of the harmonic frequencies f1, f2, f3, f4, f5, ... Is larger than that of the current measuring system of the comparative example. Therefore, according to the current measurement system 20 of the present embodiment, the components of the harmonic frequencies f1, f2, f3, f4, f5, ... Can be distinguished from the noise region R10. In the current measurement system of the comparative example, the components of the harmonic frequencies f4, f5, ... Are in the noise region R10 and cannot be distinguished from the noise region R10.
  • the alternating current I1 to be measured is the current supplied to the motor of the drive device 31. Therefore, the alternating current I1 to be measured may include a torque component caused by torque fluctuation and a component of the above-mentioned attention portion which is a component caused by a state change such as an abnormality of the device 30.
  • FIG. 9 shows the torque component G21 of the current measuring system 20 and the component G22 of the focused portion in the embodiment, and FIG.
  • the output of the component of the portion of interest can be made larger than that of the current measurement system of the comparative example.
  • FIGS. 11 and 12 show waveform data (current waveform data) output from the current measurement system 20 of the present embodiment on the frequency axis.
  • FIG. 11 shows waveform data when the cutting tool is normal (when the device 30 is normal)
  • FIG. 12 shows waveform data when the cutting tool is defective (when the device 30 is abnormal). Shown. From FIGS. 11 and 12, changes such as the singular portion P10 can be seen in the frequency axis waveform. It is considered that this change is caused by the force applied to the rotor of the motor of the drive device 31 in the direction along the axis of rotation with respect to one of the cutting tool and the work.
  • the extraction unit 12 extracts the portion of interest that may include a change due to the back component force applied to the driving device 31 from the frequency axis waveform.
  • the extraction unit 12 may extract a region having a frequency of 1000 Hz to 1200 kHz from the frequency axis waveform as a region of interest.
  • FIGS. 13 and 14 show frequency axis waveforms obtained from waveform data (current waveform data) output from the current measurement system of the comparative example.
  • FIG. 13 shows a waveform when the cutting tool is normal (when the device 30 is normal)
  • FIG. 14 shows a waveform when the cutting tool is defective (when the device 30 is abnormal). From FIGS. 13 and 14, no change can be seen in the frequency axis waveform in the two cases. Therefore, it can be seen that it is difficult to determine the abnormality of the device 30 in the current measurement system of the comparative example.
  • the determination unit 13 determines the state of the device 30 from the change caused by the component of the force applied to the drive device 31 in the specific direction. In the present embodiment, the determination unit 13 determines the state of the device 30 based on the portion of interest extracted by the extraction unit 12.
  • the state of the device 30 includes a normal state, an abnormality, and an unspecified state that is neither normal nor abnormal. That is, the determination unit 13 determines whether the state of the device 30 is a normal state, an abnormal state, or an unspecified state.
  • the determination unit 13 determines the state of the device 30 from the portion of interest using the trained models M11 and M12.
  • the trained model M11 is designed to output an unknown value (unknownness) with respect to a given input (part of interest).
  • the determination unit 13 gives the portion of interest obtained from the extraction unit 12 to the trained model M11, and based on the value (unknown value) obtained from the trained model M11, whether or not the state of the device 30 is an unspecified state. To judge. For example, if the unknown value is equal to or greater than the threshold value, the determination unit 13 may determine the state of the device 30 as an unspecified state. Further, if the unknown value is less than the threshold value, the determination unit 13 may determine that the state of the device 30 is not an unspecified state.
  • Such a trained model M11 can be generated by unsupervised learning using a portion of interest when the device 30 is normal or abnormal as training data (training sample).
  • the trained model M12 is designed to output an abnormal value (abnormality) with respect to a given input (part of interest).
  • the determination unit 13 gives the portion of interest obtained from the extraction unit 12 to the trained model M12, and determines whether the state of the device 30 is normal or abnormal based on the value (abnormal value) obtained from the trained model M12. judge. For example, if the abnormal value is equal to or higher than the threshold value, the determination unit 13 may determine the state of the device 30 as abnormal. If the abnormal value is less than the threshold value, the determination unit 13 may determine that the state of the device 30 is normal.
  • Such a trained model M12 can be generated by supervised learning using learning data (data set) that defines the relationship between the label corresponding to the abnormal value and the portion of interest.
  • the trained models M11 and M12 are stored in the storage unit 17.
  • the storage unit 17 may store a set of trained models M11 and M12 for each type of cutting tool. That is, the storage unit 17 may store a plurality of sets of trained models M11 and M12 corresponding to the plurality of types of cutting tools, respectively.
  • the output unit 14 outputs the result of the determination by the determination unit 13.
  • the output unit 14 includes, for example, an audio output device and a display.
  • the display is, for example, a thin display device such as a liquid crystal display or an organic EL display.
  • the output unit 14 may display the result of the determination by the determination unit 13 on the display or notify the result by the voice output device. Further, the output unit 14 may transmit or store the result of the determination by the determination unit 13 as data to the external device.
  • the output unit 14 does not need to have both an audio output device and a display. Further, the output unit 14 can also output the result of the determination by the determination unit 13 by e-mail or the like.
  • the collection unit 15 collects and accumulates the data acquired by the acquisition unit 11.
  • the data acquired by the acquisition unit 11 includes waveform data from the measurement unit 21.
  • the data collected by the collecting unit 15 is used for generating and updating the trained models M11 and M12.
  • the generation unit 16 generates the trained models M11 and M12 used by the determination unit 13.
  • the generation unit 16 generates trained models M11 and M12 by a machine learning algorithm using a predetermined amount or more of learning data.
  • the learning data may be prepared in advance, or may be generated from the data accumulated by the collecting unit 15.
  • the generation unit 16 evaluated the newly generated trained models M11 and M12, and when the evaluation result of the trained models M11 and M12 improved, the generation unit 16 newly generated the trained models M11 and M12 stored in the storage unit 17.
  • the trained models M11 and M12 are replaced with the trained models M11 and M12, and the trained models M11 and M12 are updated.
  • unsupervised learning and supervised learning can be appropriately used depending on the content of the state.
  • typical dimensional compression methods such as principal component analysis, self-organizing map, and autoencoder can be used.
  • supervised learning a typical multi-layer neural network having a supervised learning mechanism can be used.
  • the acquisition unit 11, the extraction unit 12, the determination unit 13, the output unit 14, the collection unit 15, and the generation unit 16 are, for example, one or more processors (for example, a microprocessor). It can be realized by a computer system including one or more memories. That is, when one or more processors execute one or more programs stored in one or more memories, the acquisition unit 11, the extraction unit 12, the determination unit 13, the output unit 14, the collection unit 15, and so on. It functions as a generator 16.
  • the one or more programs may be recorded in advance in a memory, may be recorded through a telecommunication line such as the Internet, or may be recorded and provided on a non-temporary recording medium such as a memory card.
  • FIG. 15 is a flowchart of the operation of the diagnostic system 10.
  • the acquisition unit 11 acquires waveform data (current waveform data) indicating a waveform related to the alternating current I1 supplied from the measurement unit 21 to the motor of the drive device 31 of the device 30 (step S11).
  • the extraction unit 12 converts the waveform indicated by the waveform data acquired by the acquisition unit 11 into a frequency axis waveform, and the portion including the change due to the component of the force applied to the drive device 31 in the specific direction is the frequency axis waveform.
  • Extract from step S12).
  • the determination unit 13 determines the state of the device 30 from the portion extracted by the extraction unit 12 by using the plurality of trained models M11 and M12 (step S13).
  • the output unit 14 outputs the result of the determination by the determination unit 13 (step S14). In this way, the diagnostic system 10 can diagnose the mechanical unit driven by the drive device 31 from the waveform data showing the waveform related to the alternating current I1 supplied to the drive device 31, and present the result.
  • the upper limit of the frequency measurement range of the current measurement system 20 is higher than the fundamental frequency f0 of the AC current I1 to be measured.
  • the measurement range is set to include a frequency component, particularly a harmonic component, which contributes to the determination of the state of the device 30 by the determination unit 13.
  • the upper limit of the measurement range is at least twice the fundamental frequency of the alternating current I1.
  • the upper limit value may be 5 times or more of the fundamental frequency of the alternating current I1 to be measured, and may be 10 times or more.
  • the lower limit of the measurement range is not particularly limited, but is higher than 0.
  • the lower limit value may be the fundamental frequency of the alternating current I1 to be measured, or the fundamental frequency. May be higher than.
  • the frequency measurement range of the current measurement system 20 does not necessarily have to include the fundamental frequency of the alternating current I1 to be measured.
  • the measuring coil 220 does not have to be composed of a single coil, and may be composed of one or more coils.
  • the shunt resistor 23 does not have to be composed of a single resistor, and may be composed of one or more resistors.
  • the output voltage V2 between both ends of the shunt resistor 23 is used as the output of the measuring unit 21, but the measuring unit 21 includes a circuit element such as an amplifier that amplifies the output voltage V2. May be good.
  • the current measurement system 20 does not need to include the analysis unit 24. Further, the measuring unit 21 does not need to include the core 221.
  • the current sensor 22 does not have to be a current transformer, and may have a function of measuring the current using a measuring coil magnetically coupled to the conductor through which the alternating current I1 to be measured flows. That is, a well-known type of current sensor other than the current transformer can be used for the current sensor 22.
  • the determination unit 13 sets the state of the device 30 to any of normal, abnormal, and unspecified states, but is not limited to this.
  • the determination unit 13 may determine the degree of each of the normal, abnormal, and unspecified states.
  • the diagnostic system 10 can give different notifications depending on the degree of normal, abnormal, and unspecified state.
  • the diagnostic system 10 may notify that if the degree of normality is low, there is a high possibility that an abnormal or unspecified state will occur.
  • the diagnostic system 10 may perform processing such as stopping the operation of the device 30 and notifying the device 30.
  • the state of the device 30 is not limited to the three types of normal, abnormal, and unspecified state, and may be four or more types or two types.
  • the diagnostic system 10 does not need to have a collecting unit 15, a generating unit 16, and a storage unit 17. That is, the diagnostic system 10 does not have to have a function of updating the trained models M11, M12, ... By itself. Further, the storage unit 17 does not need to store a plurality of trained models M11, M12, ....
  • the diagnostic system 10 does not have to include the extraction unit 12.
  • the diagnostic system 10 does not have to extract the portion including the change due to the component of the force applied to the drive device 31 in the specific direction.
  • the state of the device 30 may be obtained as an output from the trained models M11 and M12 by inputting the entire waveform indicated by the waveform data acquired by the acquisition unit 11. That is, the extraction of the portion including the change may be omitted.
  • the diagnostic system 10 does not need to have the output unit 14.
  • the diagnostic system 10 may be able to output the state of the device 30 determined by the determination unit 13 to the outside of the diagnostic system 10.
  • the diagnostic system 10 may be composed of a plurality of computers, and the functions of the diagnostic system 10 (particularly, the acquisition unit 11, the extraction unit 12, the determination unit 13, the output unit 14, the collection unit 15, and the generation unit 16). ) May be distributed to a plurality of devices.
  • the acquisition unit 11, the extraction unit 12, the determination unit 13, and the output unit 14 may be provided in a personal computer or the like installed in a facility having equipment, and the generation unit 16 and the output unit 14 may be provided in an external server or the like. It may be provided.
  • the diagnostic system 10 is realized by the cooperation of the personal computer and the server. Further, at least a part of the functions of the diagnostic system 10 may be realized by, for example, the cloud (cloud computing).
  • the execution body of the diagnostic system 10 described above includes a computer system.
  • a computer system has a processor and memory as hardware.
  • the processor executes the program recorded in the memory of the computer system, the function as the execution subject of the diagnostic system 10 in the present disclosure is realized.
  • the program may be pre-recorded in the memory of the computer system or may be provided through a telecommunication line.
  • the program may also be provided recorded on a non-temporary recording medium such as a memory card, optical disk, or hard disk drive that can be read by a computer system.
  • a processor in a computer system is composed of one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integrated circuit (LSI).
  • IC semiconductor integrated circuit
  • LSI large scale integrated circuit
  • ICs and LSIs may be called system LSIs, VLSIs (very large scale integrations), or ULSIs (very large scale integrations), depending on the degree of integration.
  • a field programmable gate array (FPPA) programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable logic device capable of reconfiguring the junction relationships inside the LSI or setting up circuit partitions inside the LSI can also be used for the same purpose.
  • FPPA field programmable gate array
  • a plurality of electronic circuits may be integrated on one chip, or may be distributed on a plurality of chips. The plurality of chips may be integrated in one device, or may be distributed in a plurality of devices.
  • the device 30 is a lathe, but the device 30 is not limited to this.
  • the device 30 may be a pump.
  • the device 30 may be a vacuum pump. Vacuum pumps are used in various fields such as the manufacture of semiconductor devices.
  • the diagnostic system 10 may determine the state of the impeller and the deterioration of the bearing of the impeller as the state of the device 30.
  • the device 30 may be a component mounting machine.
  • the device 30 may be a robot (robot arm) for mounting (assembling) parts.
  • the diagnostic system 10 may determine the mounting state of the component as the state of the device 30.
  • the device 30 may be a polishing device.
  • the device 30 may be a polishing device for performing chemical mechanical polishing.
  • the diagnostic system 10 may determine the state of the polishing pad and the dresser as the state of the device 30.
  • the first aspect is a current measuring system (20) with a current sensor (22) having a measuring coil (220) magnetically coupled to a conductor (32) through which an alternating current (I1) to be measured flows.
  • a shunt resistor (23) electrically connected between both ends (220a, 220b) of the measuring coil (220) is provided.
  • the current measuring system (20) has a saturation point at which the output voltage (V2) between both ends of the shunt resistor (23) is saturated with respect to the frequency of the alternating current (I1) to be measured.
  • the upper limit of the frequency measurement range is larger than the fundamental frequency of the alternating current (I1) to be measured.
  • the saturation frequency at the saturation point is equal to or higher than the upper limit value. According to the first aspect, the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.
  • the second aspect is the current measurement system (20) based on the first aspect.
  • the correlation between the frequency of the alternating current (I1) to be measured and the output voltage (V2) is represented by a straight line having a positive slope.
  • the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.
  • the third aspect is the current measurement system (20) based on the first or second aspect.
  • the output voltage V2 the alternating current I1 to be measured, the coupling coefficient k between the conductor (32) and the measuring coil (220), and the alternating current (I1) to be measured.
  • the output voltage V2 is represented by the equation 3.
  • the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.
  • the fourth aspect is the current measurement system (20) based on any one of the first to third aspects.
  • the self-inductance and reactance of the measuring coil (220) and the resistance value of the shunt resistor (23) are such that the saturation frequency becomes equal to or more than the upper limit value of the measuring range.
  • the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.
  • the fifth aspect is the current measurement system (20) based on any one of the first to fourth aspects.
  • the upper limit of the measurement range is 10 times or more the fundamental frequency of the alternating current (I1) to be measured.
  • the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.
  • the sixth aspect is a current measurement system (20) based on any one of the first to fifth aspects.
  • the current sensor (22) further has a core (221) that at least in part passes inside the measuring coil (220). According to the sixth aspect, the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.
  • the seventh aspect is the current measurement system (20) based on any one of the first to sixth aspects.
  • the current measuring system (20) performs frequency analysis on the time-series data of the output voltage (V2) and obtains the data of the harmonic component of the alternating current (I1) to be measured.
  • the analysis unit (24) to be acquired is further provided. According to the seventh aspect, the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.
  • the eighth aspect is a diagnostic system (100), which includes a current measurement system (20) and a determination unit (13).
  • the current measurement system (20) measures the current (I1) supplied to the drive device (31) of the device (30) as the alternating current to be measured, and is the current of any one of the first to seventh aspects. It is a measurement system.
  • the determination unit (13) determines the state of the device (30) based on the output of the current measurement system (20). According to the eighth aspect, the sensitivity to a frequency component higher than the fundamental frequency of the alternating current (I1) can be improved.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

電流測定システムは、導体に流れる測定範囲内の周波数を有する交流電流を測定するように構成されている。この電流測定システムは、導体に磁気的に結合するよう構成された測定コイルを有する電流センサと、測定コイルと並列に測定コイルの両端に電気的に接続された両端を有するシャント抵抗とを備える。交流電流の周波数に対してシャント抵抗の両端間の出力電圧は飽和周波数において飽和点で飽和する。周波数の測定範囲の上限値は交流電流の基本周波数より高い。飽和周波数は上限値以上である。この電流測定システムは、交流電流の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。

Description

電流測定システム、診断システム
　本開示は、交流電流を測定するための電流測定システム、及び電流測定システムを備える診断システムに関する。
　特許文献１は、電流測定装置（電流測定システム）を開示する。特許文献１の電流測定システムは、電流センサを備える。電流センサは、被測定導体の周りに環状に配置される磁気コアに検出コイルが巻回され、検出コイルのホット側出力端子と接地側出力端子の各端子間にシャントが接続されている。
特開２０１２－６８１９１号公報
　電流測定システムは、導体に流れる測定範囲内の周波数を有する交流電流を測定するように構成されている。この電流測定システムは、導体に磁気的に結合するよう構成された測定コイルを有する電流センサと、測定コイルと並列に測定コイルの両端に電気的に接続された両端を有するシャント抵抗とを備える。交流電流の周波数に対してシャント抵抗の両端間の出力電圧は飽和周波数において飽和点で飽和する。周波数の測定範囲の上限値は交流電流の基本周波数より高い。飽和周波数は上限値以上である。
　この電流測定システムは、交流電流の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
図１は、実施形態の電流測定システムを備えた診断システムの構成図である。 図２は、上記実施形態の電流測定システムの測定部の回路図である。 図３は、上記実施形態の電流測定システムの測定原理の説明図である。 図４は、上記実施形態の電流測定システムの出力の周波数特性の説明図である。 図５は、上記実施形態の電流測定システムの感度の周波数特性を示すグラフである。 図６は、比較例の電流測定システムの感度の周波数特性を示すグラフである。 図７は、上記実施形態の電流測定システムで得られる周波数成分を示すグラフである。 図８は、比較例の電流測定システムで得られる周波数成分を示すグラフである。 図９は、上記実施形態の電流測定システムで得られる周波数成分を示すグラフである。 図１０は、比較例の電流測定システムで得られる周波数成分を示すグラフである。 図１１は、上記実施形態の電流測定システムで得られた交流電流の周波数成分のグラフである。 図１２は、上記実施形態の電流測定システムで得られた交流電流の周波数成分のグラフである。 図１３は、比較例の電流測定システムで得られた交流電流の周波数成分のグラフである。 図１４は、比較例の電流測定システムで得られた交流電流の周波数成分のグラフである。 図１５は、上記診断システムの動作のフローチャートである。
　（１）実施形態
　（１．１）概要
　図１は、本実施形態の電流測定システム２０を備えた診断システム１０を示す。図２は電流測定システムの回路図である。電流測定システム２０は、導体３２に流れる交流電流Ｉ１を測定するように構成されている。電流測定システム２０は、図２に示すように、導体３２に磁気的に結合する測定コイル２２０を有する電流センサ２２と、測定コイル２２０の両端２２０ａ、２２０ｂ間に電気的に接続されたシャント抵抗２３とを備える。シャント抵抗２３は。測定コイル２２０と並列に測定コイル２２０の両端２２０ａ、２２０ｂに接続されている。電流測定システム２０は、交流電流Ｉ１の周波数に対してシャント抵抗２３の両端間の出力電圧Ｖ２が飽和周波数で飽和する飽和点を有する。交流電流Ｉ１の周波数の測定範囲の上限値が交流電流Ｉ１の基本周波数より高い。飽和周波数は測定範囲の上限値以上である。
　電流測定システム２０では、交流電流Ｉ１に応じた誘導電流が測定コイル２２０に流れ、シャント抵抗２３の両端２３ａ、２３ｂ間の出力電圧Ｖ２は誘導電流に応じた値になる。そして、飽和点での飽和周波数より低い周波数の範囲では、出力電圧Ｖ２は、周波数の増加とともに大きくなる。電流測定システム２０では、飽和周波数が交流電流Ｉ１の基本周波数より高く、測定範囲の上限値以上である。本実施形態の電流測定システム２０により、交流電流Ｉ１の基本周波数より高い周波数の成分に対する感度を向上できる。
　（１．２）詳細
　以下、本実施形態の電流測定システム２０を備える診断システム１０について更に詳細に説明する。診断システム１０は、機器３０を診断するように構成されている。診断システム１０で診断される機器３０は、一例としては、作業機器である。作業機器は、所定の作業を実行する機器である。所定の作業の例としては、材料や物品の加工、搬送、配置、及び実装が挙げられる。加工は、例えば、中ぐり、穴あけ、ねじ立て、切断、研磨等の物理的な処理、及び、加熱、冷却等の化学的な処理を含む。また、搬送は、部品や製品等の固体物品の搬送に限らず、流路内での流体の搬送等も含む。このような作業機器としては、旋盤、マシニングセンタ、エンドミル、グラインダ、ドリル等の工作機械、部品実装機、搬送機、熱処理装置、ポンプ（例えば、真空ポンプ）、コンプレッサ、研磨装置（例えば、化学機械研磨装置）、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。
　（１．２．１）機器
　機器３０は、一例としては、旋盤としての機能を有する。機器３０は、マシニングセンタとしての機能を有していてよい。機器３０は、駆動装置３１と、電源装置３３とを含む。
　駆動装置３１は機構部を駆動するための装置である。言い換えれば、駆動装置３１は機構部の動力源である。駆動装置３１はモータを含む。モータは、与えられた電流に応じて出力が変化する。機構部は、所定の作業を実行するための装置である。所定の作業は、刃具及びワークのうちの一方の他方に対する回転によって、ワークを加工する作業である。つまり、機器３０は、ワークを加工して所望の形状の部材を得るための装置である。実施の形態では、機構部は、刃具に対してワークを回転させることで、ワークを加工する。つまり、機器３０は、旋盤としての機能を有する。刃具は、ワークを加工するための部材である。刃具は交換可能である。ワークは、一例としては、金属体である。
　モータは、ワークの回転の中心軸に沿った方向で刃具をワークに対して所定位置に保持するために利用される。つまり、駆動装置３１は、モータによって、刃具及びワークのうちの一方の他方に対する回転の中心軸に沿った方向で刃具とワークとのうちの一方を他方に押し当てるように構成される。本実施形態では、モータのロータの出力軸が回転する軸の方向は、刃具及びワークのうちの一方の他方に対する回転の中心軸に沿った方向であるが、これに限定されない。
　モータは、交流で動作する交流モータである。交流モータは、三相交流モータや単相交流モータであってよい。具体的には、モータは、与えられた交流電流の基本周波数の変化に応じて出力すなわち単位時間当たりの回転数である回転速度が変化する。一例として、基本周波数が高くなれば出力が大きくなりすなわち出力軸の回転が速くなり、基本周波数が低くなれば出力が小さくなるすなわち出力軸の回転が遅くなる。
　電源装置３３は、駆動装置３１のモータに交流電流Ｉ１を供給する。特に、電源装置３３は、機構部で所定の作業を実行するために、駆動装置３１のモータに交流電流Ｉ１を供給する。つまり、電流Ｉ１は、機器３０の所定の作業の実行中に駆動装置３１に供給される。電源装置３３は、モータに電線である導体３２を介して接続されている。本実施形態では、交流電流Ｉ１は基本周波数を有する。電源装置３３は、交流電流Ｉ１の基本周波数を調整する機能を有する。電源装置３３は、周知の交流電源回路により実現可能であるから詳細な説明は省略する。
　（１．２．２）診断システム
　診断システム１０は、機器３０の状態として刃具の状態を判定する。刃具の状態は、損傷の有無で大きく２種類に大別される。診断システム１０は、刃具に損傷がない場合に機器３０の状態が正常であると判定する。刃具の損傷の例としては、逃げ面摩耗（フランク摩耗）、すくい面摩耗（クレータ摩耗）、チッピング、欠損、塑性変形、構成刃先（溶着）、熱亀裂（サーマルクラック）、境界摩耗、フレーキングが挙げられる。ここで、刃具の摩耗は、同じ機器３０であれば、同じように起きる。しかし、刃具の欠損及びその予兆については、どのような欠損が起きるのかは同じ機器３０であってもケースバイケースであり、特定が難しい。つまり、刃具の損傷は、特定しやすい損傷と、特定しにくい損傷とがあり得る。診断システム１０は、特定しやすい刃具の損傷がある場合に、機器３０の状態を異常と判定する。一方で、診断システム１０は、特定しにくい刃具の損傷がある場合に、機器３０の状態を不特定状態と判定する。つまり、本実施形態でいう、異常は、診断システム１０にとって既知の異常であって、不特定状態は、診断システム１０にとって未知の異常であるといえる。この未知の異常には、欠損の予兆も含まれる。
　診断システム１０は、図１に示すように、測定部２１と、取得部１１と、抽出部１２と、判定部１３と、出力部１４と、収集部１５と、生成部１６と、記憶部１７とを備える。診断システム１０では、取得部１１と、抽出部１２とは、解析部２４を構成している。そして、測定部２１と解析部２４とが電流測定システム２０を構成している。
　測定部２１は、交流電流Ｉ１を測定し、交流電流Ｉ１に関する波形を示す波形データ（電流波形データ）を出力する。本実施形態では、測定部２１は、機器３０の駆動装置３１に供給される交流電流Ｉ１を測定する。測定部２１は、電源装置３３から駆動装置３１への交流電流Ｉ１が流れる電線である導体３２に取り付けられる。測定部２１は、図１及び図２に示すように、電流センサ２２と、シャント抵抗２３とを含む。
　電流センサ２２は、図２に示すように、測定コイル２２０と、コア２２１とを含む。測定コイル２２０は、測定対象の交流電流Ｉ１が流れる電線である導体３２の近傍に配置される。より詳細には、測定コイル２２０は、交流電流Ｉ１が流れる電線である導体３２に磁気的に結合する。コア２２１の測定コイル２２０の内側を通る部分２２１ｂを有する。本実施形態では、コア２２１は中空部２２１ａを囲む環形状を有する。コア２２１は、コア２２１の中空部２２１ａを測定対象の交流電流Ｉ１が流れる導体３２（電線）が通るように配置される。本実施形態において、電流センサ２２は、カレントトランスである。特に、カレントトランスとしては、導体３２に後付けすることが可能であることが望ましい。つまり、本実施形態では、測定部２１は、導体３２に後付けすることが可能である。
　シャント抵抗２３は、測定コイル２２０の両端２２０ａ、２２０ｂ間に電気的に接続される。シャント抵抗２３の両端２３ａ、２３ｂ間の出力電圧Ｖ２が、測定部２１の出力となる。
　次に、測定対象の電流Ｉ１と測定部２１の出力である出力電圧Ｖ２との関係について説明する。図３は、測定部２１の等価回路図である。なお、図３では、測定コイル２２０の容量成分は無視している。図３において、交流電流Ｉ１が流れる導体３２は自己インダクタンスＬ０を有する。測定コイル２２０は自己インダクタンスＬ１と、リアクタンスＲ１とを有する。シャント抵抗２３は抵抗値Ｒ２を有する。導体３２には電圧Ｖ１がかかる。より詳細には、電圧Ｖ１は、電流Ｉ１による自己誘導起電力と、導体３２と測定コイル２２０との相互誘導によって生じる起電力との和である。相互インダクタンスＭは、導体３２と測定コイル２２０との相互インダクタンスである。シャント抵抗２３には電流Ｉ２が流れる。
　電圧Ｖ１、Ｖ２は上記と交流電流Ｉ１の角周波数ωにより数１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　電圧Ｖ２は、抵抗値Ｒ２と電流Ｉ２との積（Ｒ２・Ｉ２）に等しいので、数２で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　導体３２と測定コイル２２０との結合係数ｋと、交流電流Ｉ１の周波数ｆと、測定コイル２２０の巻数Ｎにより、電圧Ｖ２は数３で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　周波数ｆが低い場合には、電圧Ｖ２は数４で表すことができ、電圧Ｖ２が周波数ｆに比例する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図４は、電流測定システム２０の出力である出力電圧Ｖ２の周波数特性の説明図である。図４は出力電圧Ｖ２の実測値Ｇ１１と理論値Ｇ１２を示す。理論値Ｇ１２は数３に基づく。飽和点は、測定対象の交流電流Ｉ１の周波数ｆに対して飽和周波数Ｐ１においてシャント抵抗２３の両端間の出力電圧Ｖ２が飽和点Ｑ１で飽和する。飽和周波数Ｐ１は、（Ｒ１＋Ｒ２）／（２π・Ｌ１）で与えられる。測定コイル２２０の共振周波数Ｐ２は測定コイルの容量成分Ｃにより、１／｛２π・（Ｌ１・Ｃ）１／２｝で与えられる。交流信号を伝達する目的で用いられる通常のコイルやトランスでは、外部からの磁界ではなく周波数により出力が変動するとその目的を果たすことはできない。通常のトランスやコイルやセンサでは、そもそも数十Ｈｚ程度の低い周波数で飽和してしまうので、飽和しない周波数の帯域は非常にせまい。対して、実施の形態における電流センサ２０では飽和する上限の周波数を調節できるので、数十ｋＨｚや数百ｋＨｚまでの高域まで未飽和にできる。
　図４から明らかなように、交流電流Ｉ１の周波数ｆが飽和周波数Ｐ１より低い場合には、出力電圧Ｖ２は周波数ｆが高くなると増加する。詳細には、交流電流Ｉ１の周波数ｆが飽和周波数Ｐ１より低い場合には、交流電流Ｉ１の周波数と出力電圧Ｖ２との相関関係は正の傾きを有する直線で表される。そして、周波数ｆが飽和周波数Ｐ１より高い場合には、交流電流Ｉ１の周波数ｆに対してシャント抵抗２３の両端２３ａ、２３ｂ間の出力電圧Ｖ２が一定になる。なお、図４では、周波数が飽和周波数Ｐ１より高い場合に、実測値Ｇ１１と理論値Ｇ１２とは大きくずれているが、これは、数３の計算において、測定コイル２２０の容量成分Ｃを無視したためである。
　図５は、交流電流Ｉ１の大きさを一定にしたときの、本実施形態の電流測定システム２０の感度を示す。感度は、出力電圧Ｖ２の交流電流Ｉ１に対する比（Ｖ２／Ｉ１）である。本実施形態では、電流測定システム２０では、周波数ｆの測定範囲の上限値が交流電流Ｉ１の基本周波数より高く、飽和周波数Ｐ１が、電流測定システム２０の周波数の測定範囲の上限値以上になるようにしている。そのため、本実施形態の電流測定システム２０の感度（Ｖ２／Ｉ１）は、図５に示すように、周波数に依存する。特に、本実施形態の電流測定システム２０の感度は、周波数ｆが高くなるほど高くなる。より詳細には、本実施形態の電流測定システム２０の感度は、交流電流Ｉ１の周波数ｆに対して正の傾きを有する直線で表される。上述したように、飽和周波数Ｐ１は、（Ｒ１＋Ｒ２）／（２π・Ｌ１）で与えられる。つまり、飽和周波数Ｐ１は、シャント抵抗２３の抵抗値Ｒ２と、測定コイル２２０の自己インダクタンスＬ１及びリアクタンスＲ１に依存する。本実施形態では、測定コイル２２０の自己インダクタンスＬ１及びリアクタンスＲ１とシャント抵抗２３の抵抗値Ｒ２とは、飽和周波数Ｐ１が測定範囲の上限値以上になる大きさに設定されている。
　なお、測定コイル２２０のリアクタンスＲ１が比較的小さく無視できる場合、飽和周波数Ｐ１は、Ｒ２／（２π・Ｌ１）で与えられ、数３は数５のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　本実施形態では、周波数ｆの測定範囲の上限値は、測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数の１０倍以上としている。また、測定範囲の下限値は０より大きい。
　機器３０では、機器３０の刃具の状態が正常でない場合、刃具でワークを加工する際に、せん断や、むしれ、き裂が生じる場合がある。このような場合、ワークの回転の軸に沿った方向において、駆動装置３１に力がかかり得る。このようなワークを工具（刃具）で押し付ける方向の力は背分力ともいわれる。また、加工方向すなわち刃具のワークへの移動方向に反する力は送り分力ともいわれる。特に、駆動装置３１において、ワークの回転の軸に沿った方向で刃具をワークに対して決まった所定位置に保持するモータのロータには、ワークの回転の軸に沿った方向に力がかかる。この力は、機器３０の所定の作業の実行中に駆動装置３１（モータのロータ）にかかる。このような力は、ロータの角速度の変化に影響を及ぼし得る。ロータの角速度の変化は、モータに供給される電流Ｉ１に反映され得る。また、ワークの回転の軸に沿った方向に力がかかって、刃具が所定位置からずれた場合には、機器３０は、刃具を所定位置に戻す制御を実行する。よって、このような制御による電流の変化が、モータに供給される電流Ｉ１に生じ得る。
　つまり、駆動装置３１にかかる力の特定方向、ここでは、刃具及びワークの一方の他方に対する回転の軸に沿った方向の成分に起因する変化が、駆動装置３１に供給される電流Ｉ１に生じ得る。特に、交流電流Ｉ１は、機器３０の所定の作業の実行中に駆動装置３１に供給される。そこで、測定部２１は、機器３０の駆動装置３１に供給される交流電流Ｉ１を測定し、交流電流Ｉ１に関する波形を示す波形データ（電流波形データ）を出力する。一例として、測定部２１は、導体３２に取り付けられる。
　このように、診断システム１０では、測定部２１を駆動装置３１の近傍に設置する必要がない。測定部２１は、モータに供給される電流を測定できればよいから、電源装置３３を収納する制御盤等の内部に設置できる。よって、機器３０の機構部において、測定部２１の設置のための装置や、配線の引き回しが不要であり、また、測定部２１の設置に起因するバランス調整等の必要がなくなる。更に、そのため、測定部２１の設置にあたって、ワークの加工の環境下で測定部２１を使用できるようにするための対策（例えば、耐油対策、耐熱対策、防水対策等）が必要ない。よって、測定部２１のメンテナンスの負担を軽減可能である。また、機器３０の作業中でも、波形データの取得が可能である。そのため、診断システム１０での診断のために、機器３０の作業を中断する必要がない。よって、診断による加工サイクルの長期化が低減され得る。更に、機器３０の作業中でも、波形データの取得が可能であることから、刃具の状態（例えば、刃具の摩耗の度合）を随時把握でき、刃具を使い切ることができるようになる。また、正常とも異常とも異なる不特定状態を検出可能であるから、刃具が不特定状態であることで生じ得る不具合（例えば、不良品の生産）を低減できる。つまり、診断システム１０によって、機器３０の保全として従来の時間基準保全（ＴＢＭ）ではなく状態基準保全（ＣＢＭ）が適用可能となる。
　解析部２４は、取得部１１と、抽出部１２とを含む。
　取得部１１は、機器３０の駆動装置３１に供給される交流電流Ｉ１に関する波形を示す波形データ（電流波形データ）を取得する。より詳細には、取得部１１は、測定部２１に接続されており、測定部２１から波形データを取得する。測定部２１からの波形データは、測定部２１の出力電圧Ｖ２の時系列データである。
　取得部１１は、機器３０の駆動装置３１に供給される交流電流Ｉ１に関する波形を示す波形データすなわち出力電圧Ｖ２の時系列データを取得する。
　抽出部１２は、取得部１１で取得された波形データから、判定部１３で利用する情報を取得する。判定部１３で利用する情報は、駆動装置にかかる力の特定方向の成分に起因する変化に関する情報である。抽出部１２は、取得部１１で取得された波形データが示す波形を周波数軸波形に変換する。より詳細には、抽出部１２は、出力電圧Ｖ２の時系列データに対して周波数解析を実行して測定対象の交流電流Ｉ１の高調波成分のデータを取得する。抽出部１２は、変換によって得られた周波数軸波形から、駆動装置３１にかかる力の特定方向の成分に起因する変化を含み得る着目部分を抽出する。
　駆動装置３１にかかる力の特定方向の成分に起因する変化は、機器３０の駆動装置３１に供給される交流電流Ｉ１において、基本周波数の成分よりも高い周波数の領域の成分において現れやすい。上述したように、本実施形態の電流測定システム２０では、飽和周波数Ｐ１が、測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数を含む測定範囲の上限値以上になるようにしている。本実施形態の電流測定システム２０の感度（Ｖ２／Ｉ１）は、図５に示すように、周波数依存性を有しており、周波数ｆが高くなるほど高くなる。したがって、本実施形態の電流測定システム２０は、駆動装置３１にかかる力の特定方向の成分に起因する変化を含み得る着目部分をより高感度で抽出することができる。
　特許文献１には、リーク電流測定用の場合には数十～数百オームのシャント抵抗が搭載されることと、負荷電流測定用の場合には数オームのような低い抵抗値のシャント抵抗が搭載されることとが記載されている。これは、交流電流の振幅を考慮したものであって、交流電流の周波数に対する感度についてはこの文献には何ら記載されていない。
　本実施形態の電流測定システム２０による利点を、本実施形態の電流測定システム２０の比較例を用いて説明する。図６は、比較例の電流測定システムの感度の周波数特性を示すグラフである。比較例の電流測定システムでは、本実施形態の電流測定システム２０とは異なり、飽和周波数Ｐ１が測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数より低く、測定範囲の下限値以下になるようにしている。つまり、比較例の電流測定システム２０の感度は、図６に示すように、周波数依存性を有していない（図６では電流Ｉ１の大きさは一定である）。つまり、比較例の電流測定システムの感度は、周波数に関わらず一定である。
　図７及び図９は、本実施形態の電流測定システム２０で得られる出力電圧Ｖ２の波形の周波数成分を示すグラフであり、図８及び図１０は、比較例の電流測定システムで得られる出力電圧Ｖ２の波形の周波数成分を示すグラフである。なお、図７から図１０における周波数の尺度はあくまでも一例である。この点は、図１１～図１４においても同様である。
　図７及び図８はそれぞれ、周波数ｆ０、ｆ１、…を有する同じ大きさの交流電流Ｉ１が入力された本実施形態の電流測定システム２０と比較例の電流測定システムとで得られる出力電圧Ｖ２の波形の周波数成分の大きさすなわち感度を示す。上述したように、本実施形態の電流測定システム２０の感度（Ｖ２／Ｉ１）は、周波数ｆが高くなるほど高くなり、比較例の電流測定システムの感度は、周波数ｆに関わらず一定である。例えば、測定対象の交流電流Ｉ１に、基本周波数ｆ０及び高調波周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、…の成分が含まれている場合、図７及び図８に示すように、本実施形態の電流測定システム２０では、高調波周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、…の成分に対応する出力が、比較例の電流測定システムのそれよりも大きくなる。そのため、本実施形態の電流測定システム２０によれば、高調波周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、…の成分をノイズ領域Ｒ１０から区別することができるようになる。比較例の電流測定システムでは、高調波周波数ｆ４、ｆ５、…の成分がノイズ領域Ｒ１０にあり、ノイズ領域Ｒ１０から区別することができない。
　図９と図１０は、駆動装置３１のモータに供給される交流電流Ｉ１が入力された実施形態における電流測定システム２０と比較例の電流測定システムとの出力電圧の周波数成分をそれぞれ示す。特に、本実施形態では、測定対象の交流電流Ｉ１は、駆動装置３１のモータに供給される電流である。そのため、測定対象の交流電流Ｉ１には、トルク変動に起因するトルク成分と、機器３０の異常等の状態変化に起因する成分である上記着目部分の成分とが含まれ得る。図９は実施形態における電流測定システム２０のトルク成分Ｇ２１と着目部分の成分Ｇ２２とを示し、図１０は比較例の電流測定システムのトルク成分Ｇ３１と着目部分の成分Ｇ３２とを示す。トルク成分Ｇ２１、Ｇ３１では、測定対象の電流Ｉ１の基本周波数の成分が最も出力が強く、周波数が高くなるにつれて出力が弱くなる。一方で、着目部分の成分Ｇ２２、Ｇ３２では、測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数ｆ０よりも高い周波数ｆ１、ｆ２、…において出力が強くなる傾向にある。そのため、本実施形態の電流測定システム２０によれば、着目部分の成分の出力を、比較例の電流測定システムよりも大きくすることができる。
　一例として、図１１及び図１２は、本実施形態の電流測定システム２０から出力される波形データ（電流波形データ）を周波数軸で示す。図１１は、刃具が正常である場合（機器３０が正常である場合）の波形データを示し、図１２は、刃具に欠損が生じている場合（機器３０が異常である場合）の波形データを示す。図１１及び図１２から、周波数軸波形において特異部分Ｐ１０のような変化が見られる。この変化は、刃具及びワークの一方の他方に対する回転の軸に沿った方向で、駆動装置３１のモータのロータにかかる力に起因すると考えられる。よって、抽出部１２は、周波数軸波形から、駆動装置３１にかかる背分力に起因する変化を含み得る着目部分を抽出する。図３及び図４の例では、抽出部１２は、周波数軸波形から、周波数が１０００Ｈｚ～１２００ｋＨｚの領域を着目部分として抽出してよい。
　図１３及び図１４は、比較例の電流測定システムから出力される波形データ（電流波形データ）から得られた周波数軸波形を示す。図１３は、刃具が正常である場合（機器３０が正常である場合）の波形を示し、図１４は、刃具に欠損が生じている場合（機器３０が異常である場合）の波形を示す。図１３及び図１４から、周波数軸波形において２つの場合での変化が見られない。よって、比較例の電流測定システムでは、機器３０の異常の判定を行うことは難しいことがわかる。
　判定部１３は、駆動装置３１にかかる力の特定方向の成分に起因する変化から機器３０の状態を判定する。本実施形態では、判定部１３は、抽出部１２で抽出された着目部分に基づいて、機器３０の状態を判定する。機器３０の状態は、正常、異常、及び、正常と異常とのどちらでもない不特定状態を含む。つまり、判定部１３は、機器３０の状態が、正常、異常、及び不特定状態のいずれであるかを判定する。
　判定部１３は、学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を利用して、着目部分から機器３０の状態を判定する。学習済みモデルＭ１１は、与えられた入力（着目部分）に対して、未知値（未知度）を出力するように設計されている。判定部１３は、抽出部１２から得た着目部分を学習済みモデルＭ１１に与え、これによって学習済みモデルＭ１１から得られた値（未知値）に基づいて、機器３０の状態が不特定状態かどうかを判定する。例えば、未知値が閾値以上であれば、判定部１３は、機器３０の状態を不特定状態と判定してよい。また、未知値が閾値未満であれば、判定部１３は、機器３０の状態を不特定状態ではないと判定してよい。このような学習済みモデルＭ１１は、機器３０が正常又は異常である場合の着目部分を学習用データ（訓練標本）として用いた教師なし学習により生成することができる。学習済みモデルＭ１２は、与えられた入力（着目部分）に対して、異常値（異常度）を出力するように設計されている。判定部１３は、抽出部１２から得た着目部分を学習済みモデルＭ１２に与え、これによって学習済みモデルＭ１２から得られた値（異常値）に基づいて、機器３０の状態が正常か異常かを判定する。例えば、異常値が閾値以上であれば、判定部１３は、機器３０の状態を異常と判定してよい。また、異常値が閾値未満であれば、判定部１３は、機器３０の状態を正常と判定してよい。このような学習済みモデルＭ１２は、異常値に対応するラベルと着目部分との関係を規定する学習用データ（データセット）を用いた教師あり学習により生成することができる。学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２は、記憶部１７に記憶されている。なお、記憶部１７は、刃具の種類毎に、学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２のセットを記憶してよい。つまり、記憶部１７は、複数種類の刃具にそれぞれ対応する学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２の複数のセットを記憶してもよい。
　出力部１４は、判定部１３での判定の結果を出力する。出力部１４は、例えば、音声出力装置と、ディスプレイと、を有する。ディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの薄型のディスプレイ装置である。出力部１４は、判定部１３での判定の結果をディスプレイに表示したり、音声出力装置で報知したりしてもよい。また、出力部１４は、判定部１３での判定の結果をデータとして外部装置に送信したり、蓄積したりしてもよい。なお、出力部１４は、音声出力装置とディスプレイとの両方を有する必要はない。また、出力部１４は、判定部１３での判定の結果を電子メール等で出力することもできる。
　収集部１５は、取得部１１で取得されたデータを収集して蓄積する。本実施形態では、取得部１１で取得されたデータは、測定部２１からの波形データを含む。収集部１５が収集したデータは、学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２の生成と更新に利用される。
　生成部１６は、判定部１３が利用する学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を生成する。生成部１６は、所定の量以上の学習用データを用いて、機械学習アルゴリズムによって学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を生成する。学習用データは、予め用意されていてもよいし、収集部１５が蓄積したデータから生成されてもよい。収集部１５が蓄積したデータから生成された学習用データを採用することで、学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を用いた状態判定の精度の更なる向上が見込める。特に、不特定状態と判定された場合であっても、正常又は異常と判断してよい場合があれば、正常又は異常としてよい不特定状態について追加学習を行い、正常又は異常の判定の精度の向上が図れる。生成部１６は、新しく生成した学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を評価し、学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２の評価の結果が向上すると、記憶部１７に記憶されている学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を新しく生成した学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２に置き換えて、学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を更新する。学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２の生成の方法としては、上述したように、状態の内容に応じて、教師なし学習、教師あり学習を適宜利用できる。なお、教師なし学習としては、代表的な、主成分分析、自己組織化マップ、オートエンコーダ等の次元圧縮手法を利用できる。また、教師あり学習としては、代表的な、教師あり学習機構を有する多層ニューラルネットワークを利用できる。
　診断システム１０において、取得部１１と、抽出部１２と、判定部１３と、出力部１４と、収集部１５と、生成部１６とは、例えば、１以上のプロセッサ（一例としてはマイクロプロセッサ）と１以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現され得る。つまり、１以上のプロセッサが１以上のメモリに記憶された１以上のプログラムを実行することで、取得部１１と、抽出部１２と、判定部１３と、出力部１４と、収集部１５と、生成部１６として機能する。１以上のプログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　（１．３）動作
　次に、診断システム１０の基本的な動作について簡単に説明する。図１５は診断システム１０の動作のフローチャートである。
　取得部１１は測定部２１から機器３０の駆動装置３１のモータに供給される交流電流Ｉ１に関する波形を示す波形データ（電流波形データ）を取得する（ステップＳ１１）。次に、抽出部１２は、取得部１１で取得された波形データが示す波形を周波数軸波形に変換し、駆動装置３１にかかる力の特定方向の成分に起因する変化を含む部分を周波数軸波形から抽出する（ステップＳ１２）。この後に、判定部１３は、複数の学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２を利用して、抽出部１２で抽出された部分から機器３０の状態を判定する（ステップＳ１３）。最後に、出力部１４は判定部１３での判定の結果を出力する（ステップＳ１４）。このように、診断システム１０は、駆動装置３１に供給される交流電流Ｉ１に関する波形を示す波形データから、駆動装置３１で駆動される機構部を診断してその結果を提示できる。
　（２）変形例
　本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
　一変形例では、電流測定システム２０の周波数の測定範囲の上限値が、測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数ｆ０より高い。特に測定範囲は、判定部１３での機器３０の状態の判定に寄与する周波数成分の特に高調波成分を含むように設定されている。測定範囲の上限値は交流電流Ｉ１の基本周波数の２倍以上である。更に、上限値は、測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数の５倍以上であってよく、１０倍以上であってよい。測定範囲の下限値は、特に限定されないが、０より高い。上述したように、判定部１３での機器３０の状態の判定に寄与するのは高調波成分であるから、下限値は、測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数であってもよいし、基本周波数よりも高くてもよい。要するに、電流測定システム２０の周波数の測定範囲は、必ずしも測定対象の交流電流Ｉ１の基本周波数を含んでいなくてもよい。
　測定部２１において、測定コイル２２０は、単一のコイルにより構成されている必要はなく、１以上のコイルで構成されていてもよい。また、シャント抵抗２３は、単一の抵抗により構成されている必要はなく、１以上の抵抗で構成されていてもよい。また、上記実施形態では、シャント抵抗２３の両端間の出力電圧Ｖ２が測定部２１の出力として用いられているが、測定部２１は、出力電圧Ｖ２を増幅する増幅器等の回路要素を備えていてもよい。
　電流測定システム２０は、解析部２４を備えている必要はない。また、測定部２１は、コア２２１を備えている必要はない。電流センサ２２はカレントトランスである必要はなく、測定対象の交流電流Ｉ１が流れる導体に磁気的に結合される測定コイルを用いて電流を測定する機能を有してればよい。つまり、電流センサ２２には、カレントトランス以外の周知の種類の電流センサが利用可能である。
　判定部１３は、機器３０の状態を、正常、異常、及び、不特定状態のいずれかとしているが、これに限定されない。判定部１３は、正常、異常、及び、不特定状態のそれぞれについて、度合いを判断してよい。これによって、診断システム１０は、正常、異常、及び、不特定状態の度合いに応じて、異なる通知をすることができる。一例として、診断システム１０は、正常の度合いが低い場合には、異常又は不特定状態となる可能性が高いことを通知してよい。また、診断システム１０は、異常、及び、不特定状態の度合いが閾値を超える場合には、機器３０の動作の停止、通知等の処理をしてよい。あるいは、機器３０の状態は、正常、異常、及び、不特定状態の３種類に限定されず、４種類以上であってもよいし、２種類であってもよい。
　また、診断システム１０は、収集部１５、生成部１６、及び記憶部１７を有している必要はない。つまり、診断システム１０は、学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２、…を自身で更新する機能を有していなくてよい。また、記憶部１７は、複数の学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２、…を記憶している必要はない。
　また、診断システム１０は抽出部１２を備えていなくてもよい。例えば、抽出部１２での処理をユーザもしくは他の装置が代替して行う場合、診断システム１０は、駆動装置３１にかかる力の特定方向の成分に起因する変化を含む部分を抽出しなくてもよい。また、取得部１１で取得された波形データが示す波形の全体を入力として学習済みモデルＭ１１、Ｍ１２から機器３０の状態を出力として得てもよい。つまり、変化を含む部分の抽出を省略してよい。
　また、診断システム１０は、出力部１４を有している必要はない。一例として、診断システム１０は、判定部１３で判定された機器３０の状態を、診断システム１０外に出力可能であってよい。
　また、診断システム１０は、複数のコンピュータにより構成されていてもよく、診断システム１０の機能（特に、取得部１１、抽出部１２、判定部１３、出力部１４、収集部１５、及び生成部１６）は、複数の装置に分散されていてもよい。例えば、取得部１１、抽出部１２、判定部１３及び出力部１４は、機器のある施設に設置されるパーソナルコンピュータ等に設けられてよく、生成部１６及び出力部１４は、外部のサーバ等に設けられてよい。この場合、パーソナルコンピュータとサーバとが協働することで、診断システム１０が実現される。更に、診断システム１０の機能の少なくとも一部が、例えば、クラウド（クラウドコンピューティング）によって実現されていてもよい。
　以上述べた診断システム１０の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における診断システム１０の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１または複数の電子回路で構成される。ここでは、ＩＣやＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、若しくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＧＰＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
　上記実施形態において、機器３０は、旋盤であるが、これに限定されない。例えば、機器３０は、ポンプであってもよい。具体的には、機器３０は、真空ポンプであってよい。真空ポンプは、半導体装置の製造等、種々の分野で利用される。この場合、診断システム１０は、機器３０の状態としてインペラの状態やインペラの軸受けの劣化を判定してよい。また、機器３０は、部品実装機であってよい。具体的には、機器３０は、部品の実装（組み立て）を行うためのロボット（ロボットアーム）であってよい。この場合、診断システム１０は、機器３０の状態として、部品の取り付けの状態を判定してよい。また、機器３０は、研磨装置であってよい。具体的には、機器３０は、化学機械研磨を行うための研磨装置であってよい。この場合、診断システム１０は、機器３０の状態として研磨パッドとドレッサの状態を判定してよい。
　（３）態様
　上記実施形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。
　第１の態様は、電流測定システム（２０）であって、測定対象の交流電流（Ｉ１）が流れる導体（３２）に磁気的に結合される測定コイル（２２０）を有する電流センサ（２２）と、前記測定コイル（２２０）の両端（２２０ａ、２２０ｂ）間に電気的に接続されるシャント抵抗（２３）とを備える。前記電流測定システム（２０）は、前記測定対象の交流電流（Ｉ１）の周波数に対して前記シャント抵抗（２３）の両端間の出力電圧（Ｖ２）が飽和する飽和点を有する。周波数の測定範囲は、その上限値が測定対象の交流電流（Ｉ１）の基本周波数より大きい。前記飽和点での飽和周波数は、前記上限値以上である。第１の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
　第２の態様は、第１の態様に基づく電流測定システム（２０）である。第２の態様では、前記測定範囲において、前記測定対象の交流電流（Ｉ１）の周波数と前記出力電圧（Ｖ２）との相関関係は、傾きが正の直線で表される。第２の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
　第３の態様は、第１又は第２の態様に基づく電流測定システム（２０）である。第３の態様では、前記出力電圧Ｖ２と、前記測定対象の交流電流Ｉ１と、前記導体（３２）と前記測定コイル（２２０）との結合係数ｋと、前記測定対象の交流電流（Ｉ１）の周波数ｆと、前記測定コイル（２２０）の自己インダクタンスＬ１と、前記測定コイル（２２０）のリアクタンスＲ１と、前記シャント抵抗（２３）の抵抗値Ｒ２と、前記測定コイル（２２０）の巻数Ｎとにより、前記出力電圧Ｖ２は数３で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　第３の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
　第４の態様は、第１から第３の態様のいずれか一つに基づく電流測定システム（２０）である。第４の態様では、前記測定コイル（２２０）の自己インダクタンス及びリアクタンスと前記シャント抵抗（２３）の抵抗値とは、前記飽和周波数が前記測定範囲の上限値以上になる大きさである。第４の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
　第５の態様は、第１から第４の態様のいずれか一つに基づく電流測定システム（２０）である。第５の態様では、前記測定範囲の上限値は、前記測定対象の交流電流（Ｉ１）の基本周波数の１０倍以上である。第５の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
　第６の態様は、第１から第５の態様のいずれか一つに基づく電流測定システム（２０）である。第６の態様では、前記電流センサ（２２）は、少なくとも一部が前記測定コイル（２２０）の内側を通るコア（２２１）を更に有する。第６の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
　第７の態様は、第１～６の態様のいずれか一つに基づく電流測定システム（２０）である。第７の態様では、前記電流測定システム（２０）は、前記出力電圧（Ｖ２）の時系列データに対して周波数解析を実行して前記測定対象の交流電流（Ｉ１）の高調波成分のデータを取得する解析部（２４）を更に備える。第７の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
　第８の態様は、診断システム（１００）であって、電流測定システム（２０）と、判定部（１３）とを備える。前記電流測定システム（２０）は、機器（３０）の駆動装置（３１）に供給される電流（Ｉ１）を前記測定対象の交流電流として測定する第１～第７の態様のいずれか一つの電流測定システムである。前記判定部（１３）は、前記電流測定システム（２０）の出力に基づいて前記機器（３０）の状態を判定する。第８の態様によれば、交流電流（Ｉ１）の基本周波数より高い周波数成分に対する感度を向上できる。
１０　　診断システム
１３　　判定部
２０　　電流測定システム
２２　　電流センサ
２２０　　測定コイル
２２１　　コア
２３　　シャント抵抗
２４　　解析部
３０　　機器
３１　　駆動装置
３２　　導体
Ｉ１　　交流電流
Ｖ２　　出力電圧

Claims (9)

  1. 導体に流れる測定範囲内の周波数を有する交流電流を測定するように構成された電流測定システムであって、
    　　　前記導体に磁気的に結合するよう構成された測定コイルを有する電流センサと、
    　　　前記測定コイルの両端に電気的に接続された両端を有するシャント抵抗と、
    を備え、
    前記交流電流の周波数に対して前記シャント抵抗の前記両端間の出力電圧は飽和周波数において飽和点で飽和し、
    前記周波数の前記測定範囲の上限値は前記交流電流の基本周波数より高く、
    前記飽和周波数は前記上限値以上である、電流測定システム。
  2. 前記測定範囲において、前記出力電圧は前記周波数が高くなると増加する、請求項１に記載の電流測定システム。
  3. 前記測定範囲において、前記交流電流の前記周波数と前記出力電圧との相関関係は正の傾きを有する直線で表される、請求項１又は２に記載の電流測定システム。
  4. 前記出力電圧Ｖ２は、前記交流電流Ｉ１と、前記導体と前記測定コイルとの結合係数ｋと、前記交流電流の前記周波数ｆと、前記測定コイルの自己インダクタンスＬ１と、前記測定コイルのリアクタンスＲ１と、前記シャント抵抗の抵抗値Ｒ２と、前記測定コイルの巻数Ｎとにより次式：
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     で表される、請求項１～３のいずれか一つに記載の電流測定システム。
  5. 前記測定コイルの自己インダクタンスとリアクタンスと前記シャント抵抗の抵抗値とは、前記飽和周波数が前記測定範囲の前記上限値以上になる大きさである、請求項１～４のいずれか一つに記載の電流測定システム。
  6. 前記測定範囲の前記上限値は前記交流電流の前記基本周波数の１０倍以上である、請求項１～５のいずれか一つに記載の電流測定システム。
  7. 前記電流センサは、前記測定コイルの内側を通る部分を有するコアを更に有する、請求項１～６のいずれか一つに記載の電流測定システム。
  8. 前記出力電圧の時系列データに対して周波数解析を実行して前記交流電流の高調波成分のデータを取得する解析部を更に備えた、請求項１～７のいずれか一つに記載の電流測定システム。
  9. 機器を駆動する駆動装置を診断するように構成された診断システムであって、
    　　　請求項１～８のいずれか一つに記載の電流測定システムと、
    　　　前記電流測定システムの出力に基づいて前記機器の状態を判定する判定部と、
    を備え、
    前記駆動装置は前記交流電流が供給されて前記機器を駆動する、診断システム。
PCT/JP2020/007297 2019-06-27 2020-02-25 電流測定システム、診断システム WO2020261639A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/442,560 US20220308093A1 (en) 2019-06-27 2020-02-25 Electrical current measurement system, and diagnostic system
JP2021527349A JPWO2020261639A1 (ja) 2019-06-27 2020-02-25
CN202080038501.2A CN113874735A (zh) 2019-06-27 2020-02-25 电流测定***、诊断***

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-120590 2019-06-27
JP2019120590 2019-06-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020261639A1 true WO2020261639A1 (ja) 2020-12-30

Family

ID=74061641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/007297 WO2020261639A1 (ja) 2019-06-27 2020-02-25 電流測定システム、診断システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220308093A1 (ja)
JP (1) JPWO2020261639A1 (ja)
CN (1) CN113874735A (ja)
WO (1) WO2020261639A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220244298A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 Korea University Research And Business Foundation Device and method for extracting electric network frequency

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012013435A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Hioki Ee Corp 電流測定装置、及び電流センサの変換レートの検出方法
JP2012068191A (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 Hioki Ee Corp 電流測定装置
WO2014136589A1 (ja) * 2013-03-05 2014-09-12 オムロン株式会社 電流センサ、電流測定装置、および漏電検出装置
US20160033555A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Flux-gate current sensor with additional frequency measuring
JP2017207311A (ja) * 2016-05-16 2017-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力計測システム

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4209741A (en) * 1978-03-08 1980-06-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Apparatus for the continuous monitoring of ground bed resistance
JPH074585Y2 (ja) * 1987-05-21 1995-02-01 偕成エンジニア株式会社 信号検出装置
JPH10185962A (ja) * 1996-10-31 1998-07-14 Sony Corp 電流検出装置
US6614218B1 (en) * 1998-04-22 2003-09-02 Power Electronic Measurements Limited Current measuring device
US7719292B2 (en) * 2007-10-12 2010-05-18 Honeywell International Inc. Method and apparatus for electrochemical corrosion monitoring
CN201229849Y (zh) * 2008-06-20 2009-04-29 吉林省电力有限公司电力科学研究院 一种外积分式罗果夫斯基线圈电流互感器
US9030210B2 (en) * 2010-04-14 2015-05-12 Mitsubishi Electric Corporation Insulation deterioration diagnosis apparatus
CN201917603U (zh) * 2011-01-04 2011-08-03 南京信息工程大学 一种监测雷电流波形的线圈装置
JP6304647B2 (ja) * 2012-11-21 2018-04-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電流検出装置
US9701327B2 (en) * 2013-07-26 2017-07-11 Alstrom Transport Technologies Current sensor for monitoring a wayside signal lamp for a positive train system
US20150088438A1 (en) * 2013-09-26 2015-03-26 James J. Kinsella Ratio metric current measurement
CN104267241A (zh) * 2014-10-20 2015-01-07 国网吉林省电力有限公司长春供电公司 高频电流局部放电信号采集传感器
JP6423708B2 (ja) * 2014-12-18 2018-11-14 日置電機株式会社 電流センサおよび測定装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012013435A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Hioki Ee Corp 電流測定装置、及び電流センサの変換レートの検出方法
JP2012068191A (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 Hioki Ee Corp 電流測定装置
WO2014136589A1 (ja) * 2013-03-05 2014-09-12 オムロン株式会社 電流センサ、電流測定装置、および漏電検出装置
US20160033555A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Flux-gate current sensor with additional frequency measuring
JP2017207311A (ja) * 2016-05-16 2017-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力計測システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN113874735A (zh) 2021-12-31
US20220308093A1 (en) 2022-09-29
JPWO2020261639A1 (ja) 2020-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mehrjou et al. Rotor fault condition monitoring techniques for squirrel-cage induction machine—A review
Kokko Condition monitoring of squirrel-cage motors by axial magnetic flux measurements
KR100616272B1 (ko) 전기 설비의 고조파 진단 방법
JP7316498B2 (ja) 診断システム、診断方法、プログラム及び記録媒体
CN108363005A (zh) 电机可靠性测试方法
CN106956216A (zh) 一种研磨抛光加工状态在线监测装置
WO2020261639A1 (ja) 電流測定システム、診断システム
JP7357294B2 (ja) 診断システム、診断方法、プログラム
CN206192262U (zh) 一种非接触式电涡流传感器测试平台
Ibragimov et al. Analysis of the methods of diagnosing asynchronous motors according to vibration indicators
JP3671369B2 (ja) 電気機器の異常及び劣化診断装置
CN112846937B (zh) 一种主轴状态在线监测***及方法
CN100443907C (zh) 用于电气设备的谐波诊断方法
Shen et al. Real-time estimation of machine cutting tool wear
Kuhn et al. On proposing a non-intrusive device and methodology to monitor motor degradation
CN110465890A (zh) 一种感应式切削力测量智能刀具
da Silva Gazzana et al. An automated system for incipient fault detection and diagnosis in induction motors based on MCSA
Gazzana et al. A system for incipient fault detection and fault diagnosis based on MCSA
Marcin Vibration diagnostic method of permanent magnets generators-detecting of vibrations caused by unbalance
Rahmawan et al. Advancing Fault Diagnosis for Parallel Misalignment Detection in Induction Motors Based on Convolutional Neural Networks
Bradley et al. Model-based diagnosis of induction motor failure modes
Chornyi et al. Experimental Study of Information Technology of Integrated Induction Motors Condition Monitoring
Strankowski et al. Faults and fault detection methods in electric drives
Jeyalakshmi et al. Smart Industrial Motor Monitoring and Control using myRIO
Scheffer Development of a wear monitoring system for turning tools using artificial intelligence

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20831150

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021527349

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20831150

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1