JPH09257562A - 電動機械の異常診断方法 - Google Patents

電動機械の異常診断方法

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JPH09257562A
JPH09257562A JP8894696A JP8894696A JPH09257562A JP H09257562 A JPH09257562 A JP H09257562A JP 8894696 A JP8894696 A JP 8894696A JP 8894696 A JP8894696 A JP 8894696A JP H09257562 A JPH09257562 A JP H09257562A
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JP
Japan
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electric machine
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vibration
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power value
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JP8894696A
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Tsunemi Murayama
恒実 村山
Toyoki Yamamoto
豊樹 山本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、一定診断条件をとるのが困難な電
動機械の異常を、振動の加速度または速度,変位に基づ
き解析してその異常診断する方法を提供する。 【解決手段】 電動機械の正常運転時の電力値およびこ
の運転時の振動値との相対関係を、1次または2次以上
の高次関数による近似式にて表現し、この近似式を用い
て電動機械の任意の電力値における振動値を予め定めた
基準電力値の振動値に補正し、この補正値が基準電力値
におけるしきい値を越えることによって異常を判定する
電動機械の異常診断方法である。 【効果】 負荷変動が頻繁に行われ一定診断条件をとる
のが困難な電動機械の異常診断にあたって、振動解析法
による診断が適用でき、高精度な異常診断が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ等の電動機
械の異常をその振動の加速度または速度,変位に基づい
て診断する電動機械の異常診断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、発電機,電動機等の回転機械にお
いては、使用に伴い取付け部の弛み,損傷,または軸受
や部品の劣化,損耗等が生じ、時によっては直ちに運転
を停止してその対応を講じなければならない場合があ
る。この回転機械の異常を監視する手段として、例えば
図5に、横軸に振動周波数,縦軸に振動値である加速度
をとった機械振動系の周波数分布の概念図を示すよう
に、従来より振動解析による方法が用いられている。
【0003】この方法は、回転中の機器の振動を加速度
センサで検出し、正常な状態で機器を設置した時に測定
した振動値とを比較し、両者の差がある値以上に達した
場合に異常を判定するものである。異常監視を行う場
合、異常判定結果に基づいて警報を発生させ、さらには
機器の停止等を自動的に行うようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の技術
にあっては、振動の検出をある1点の回転数に固定して
行っている。また従来一般の電動機械の設備診断は、一
定速度,一定負荷の条件でしか行われなかった。ところ
が回転数が変化すると、同一劣化状態でありながら回転
変化に伴って機器の振動が変化する。このため機器の回
転数が変化するような稼働状況のもとでは、異常でない
時でも警報が発せられる事態がしばしば生じるため、傾
向管理ができなかった。
【0005】また例えば、先に出願した特願平6−24
899号に記載の「回転機器の異常診断方法」は、異常
の状態を回転数により補正するものであるが、この方法
では一定負荷条件,ただし基本的には無負荷であるが、
この条件のみでしか診断できなかった。
【0006】このように従来の技術では、運転状態が変
化する場合、同一劣化状態においても測定値が変化する
ため、相対比較が困難であった。従って速度,負荷一定
の条件を作り出すことが不可欠であり、運転条件によっ
てはほとんど診断できない場合があった。そのために従
来の振動解析技術では適用機器が限定されており、実用
性に乏しかった。
【0007】本発明は上記課題によりなされたもので、
負荷変動が頻繁に行われ、一定診断条件をとるのが困難
な電動機械の、振動解析による診断を可能とする電動機
械の異常診断方法を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
(1) 本発明は、電動機械の正常運転時の電力値および
該運転時の振動値との相対関係を1次または2次以上の
高次関数による近似式にて表現し、該近似式を用いて電
動機械の任意の電力値における振動値を予め定めた基準
電力値の振動値に補正し、この補正値が基準電力値にお
けるしきい値を越えることによって異常を判定すること
を特徴とする電動機械の異常診断方法である。
【0009】(2) 上記(1)項の異常診断方法におい
て、1次または2次以上の高次関数に代え、指数関数を
用いる電動機械の異常診断方法である。
【0010】(3) また上記(1)項の異常診断方法に
おいて、1次または2次以上の高次関数に代え、対数関
数を用いる電動機械の異常診断方法である。
【0011】(4) さらには上記(1),(2)または
(3)項の異常診断方法において、電力値に代え、電流
値を用いる電動機械の異常診断方法である。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による電動機械の
異常診断方法を説明するフローチャートであり、また図
2は本発明を実施する異常診断装置の1例を示すブロッ
ク図である。
【0013】図2に示すように異常診断装置は、CPU
(中央処理ユニット)101を中心に、バス102に接
続された入力インターフェース103、プログラム及び
設定値が格納されたROM(リード・オンリー・メモ
リ)104、測定値等が一時的に格納されるRAM(ラ
ンダム・アクセス・メモリ)105、及び出力インター
フェース106から構成されるコンピュータ部分を主体
に構成されている。
【0014】さらに入力インターフェース103には、
振動値である加速度または速度,変位を測定する振動セ
ンサ107が接続され、出力インターフェース106に
は、ブザー等の電気−音響変換デバイスおよびこれを駆
動する駆動回路からなる警報器108が接続されてい
る。
【0015】振動センサ107は、異常診断の測定対象
である電動機械に間接または直接的に設置され、駆動に
伴う振動を加速度または速度,変位の形で測定する。そ
してCPU101にて図1に示す処理を実行する。
【0016】先ず設置した直後の正常な状態における電
動機械の電力値と振動の関係を測定し、これを初期値と
して記憶保存する(ステップ−1)。次に現時点すなわ
ち稼働中の振動値を振動センサ107によって測定し、
この測定値をCPU101は入力インターフェース10
3を介して読み込み、バス102を介してRAM105
に格納する(ステップ−2)。
【0017】稼働中の電動機械の電力値が一定時間変化
しない場合、ステップ−3から処理をステップ−5へ移
行し、また一定時間の間に電力値の変化があった場合、
ステップ−2による測定値およびROM104に保存し
てあるデータ,すなわち振動データと電力データをデー
タ抽出処理により求めた平均値に基づいて補正演算を行
う(ステップ−4)。この補正演算は、電力値wと振動
値Vとの相関関係を最小二乗法で近似計算して、近似式
を求めるもので、この補正処理について以下説明する。
【0018】図3,図4は電動機械の同一劣化状態にお
ける電力値wと振動値Vの測定結果の関係を示す。電力
値は回転数および負荷状態によって変化し、機器への影
響を正確に表していると判断できる。
【0019】図3,図4にプロットした測定値からも判
るように、電動機械の振動値Vは同一劣化状態において
も相当ばらつきがあり、これを負荷状態(電力値)を考
慮しないで傾向管理していくことは、診断精度の低下と
なり、実用的ではない。そこで電力値wと振動値Vとの
相対関係を最小二乗法で近似し、近似式Sw を作成する
ことで、任意の電力値wn における振動値Vn を基準電
力ws の振動値Vs に補正し、傾向管理する。
【0020】この近似式は1次以上の関数であり、また
この近似式は指数関数または対数関数であってもよい。
【0021】補正式の考え方(その1)について、先ず
図3において、近似式は本来ならば図における縦横軸の
原点を通るべきであるが、実測データのばらつき,ベー
スとなる振動の影響もあり、若干ずれるのが一般的であ
り、そこで近似式SW1が切片をB1 とする下記数1の1
次式で表せる場合、補正式VW1も電力が振動に1次比例
するという関係は変わらないので、傾きa1 で切片B1
とする下記数2のようになる。
【0022】
【数1】SW1=A1 1 +B1
【0023】
【数2】VW1=a1 1 +B1
【0024】ここで、B1 点ではいずれも電力値はゼロ
であり、振動値は変わらない。従って基準電力ws1での
補正振動Vs1は下記数3で表すことができる。なお図3
において、T1 は予め定めたしきい値,またwn1は任意
の運転時における電力値である。
【0025】
【数3】VS1=a1 S1 +B1 ただし: a1 =(V n1 −B1 )/w n1
【0026】次に補正式の考え方(その2)について、
図3において、近似式が2次以上の多項式で表せる場合
にも、上記同様原点を通らない曲線となる。そこで近似
式SW2が(B2 ,C2 )を最下点とする下記数4の2次
式で表せる場合、補正式VW2も電力の2乗が振動に比例
するという関係は変わらないので、(B2 ,C2 )を最
下点とする下記数5のようになる。
【0027】
【数4】Sw2=A2 (w2 −B2 2 +C2
【0028】
【数5】Vw2=a2 (w2 −B2 2 +C2
【0029】従って基準電力wS2での補正振動VS2は下
記数6で表すことができる。なお図4において、T2
予め定めたしきい値,またwn2は任意の運転時における
電力値である。
【0030】
【数6】VS2=a2 (wS2−B2 2 +C2 ただし: a2 =(Vn2−C2 )/(wn2−B2 2
【0031】上記形態例では、電動機械の電力値wと振
動値Vとを対応させて補正を行ったが、電力値に代えて
電流値Iを用いてもよい。
【0032】このような演算を行うプログラムはROM
104に組み込まれており、その実行はCPU101に
よって行われる。また補正後の振動値VS に対し、予め
設定されているしきい値を超えたか否かを判定する(ス
テップ−5)。
【0033】ここでしきい値を超えていれば異常である
と見做し、CPU101は出力インターフェース106
を介して警報器108を作動させて警告を発する(ステ
ップ−6)。またステップ−3で電力値変化無しが判定
された場合も、その振動値がしきい値を超えたか否かを
判定し、超えていれば異常と見做して警告を発する。
【0034】なお上記実施の形態例では、1次および2
次の関数による近似式を用いて補正を行う場合について
説明したが、上記関数に代わり次に示すような指数関数
または対数関数を用いてもよい。すなわち指数関数およ
び対数関数を用いる場合の近似式(SWe,SWg),補正
式(VWe,VWg),補正振動値(VSe,VSg)は、それ
ぞれ次の数7〜数12で表される。
【0035】
【数7】先ず指数関数の場合は、次のように表される。 SWe=Ae ・ exp(Be ・we ) +Ce
【0036】
【数8】VWe=ae ・ exp(Be ・we ) +Ce
【0037】
【数9】VSe=ae ・ exp(Be ・wSe) +Ce
【0038】ただし: ae =(Vne−Ce )/ exp(Be・wne
【数10】また対数関数の場合は、次のように表され
る。 SWg=Ag ・log e (wg +Bg ) +Cg
【0039】
【数11】VWg=ag ・log e (wg +Bg ) +Cg
【0040】
【数12】VSg=ag ・log e (wSg+Bg ) +Cg ただし: ag =(Vng−Cg )/log e (wng+Bg
【0041】図6(a)〜(c)は、振動加速度(G)
と負荷トルクすなわち負荷電流(%)の関係を調査した
結果を示し、駆動側としては400ワットACサーボモ
ータ,負荷としてDCブレーキモータを使用してこれを
ギアにて結合し、回転数を750,900,1050r
pmと変化させて結合部のギアの3点で振動加速度を調
査した結果を示す。
【0042】この調査結果より振動加速度(G)と負荷
電流(%)の関係は、回転数750rpm付近では直線
に近いほぼ1次関数の関係,また750rpm以上では
2次以上の高次関数の関係にあることを示しており、こ
のことより、本発明において運転時の電力値と振動値と
の相対関係は、1次または2次以上の高次関数による近
似式で表現することが妥当であることが示された。
【0043】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、以下に記載する効果を奏する。
【0044】電動機械の正常運転時の電力値または電流
値と、この運転時の振動値との相対関係を1次または2
次以上の高次関数による近似式にて表現し、この近似式
を用いて任意の電力値または電流値における振動値を基
準電力値または電流値の振動値に補正し、この補正値に
よって異常を判定するようにしているので、負荷変動が
頻繁に行われ一定診断条件をとるのが困難な電動機械の
異常診断にあたって、振動解析法による診断が適用で
き、高精度な異常診断が可能となる。
【0045】また上記の電動機械の異常診断方法におい
て、1次または2次以上の高次関数に代え、指数関数ま
たは対数関数を用いることで、前記1次または高次関数
を用いたと同様に、電動機械に回転変動があっても振動
解析法による診断の適用とともに、高精度な異常診断が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電動機械の異常診断方法を説明す
るフローチャートである。
【図2】本発明を実施する異常診断装置の1例を示すブ
ロック図である。
【図3】電動機械の異常状態における電力値と振動値の
測定結果の関係を1次関数で表した場合を示す図面であ
る。
【図4】電動機械の異常状態における電力値と振動値の
測定結果の関係を2次関数で表した場合を示す図面であ
る。
【図5】回転機器における振動周波数に対する振動値の
関係を示した図面である。
【図6】(a)〜(c)は電動機械の振動加速度(G)
と負荷電流(%)の関係を調査した結果を示す図面であ
る。
【符号の説明】
101 CPU 102 バス 103 入力インターフェース 104 ROM 105 RAM 106 出力インターフェース 107 振動センサー 108 警報器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機械の正常運転時の電力値および該
    運転時の振動値との相対関係を1次または2次以上の高
    次関数による近似式にて表現し、該近似式を用いて電動
    機械の任意の電力値における振動値を予め定めた基準電
    力値の振動値に補正し、この補正値が基準電力値におけ
    るしきい値を越えることによって異常を判定することを
    特徴とする電動機械の異常診断方法。
  2. 【請求項2】 1次または2次以上の高次関数に代え、
    指数関数を用いることを特徴とする請求項1記載の電動
    機械の異常診断方法。
  3. 【請求項3】 1次または2次以上の高次関数に代え、
    対数関数を用いることを特徴とする請求項1記載の電動
    機械の異常診断方法。
  4. 【請求項4】 電力値に代え、電流値を用いることを特
    徴とする請求項1,2または3記載の電動機械の異常診
    断方法。
JP8894696A 1996-03-19 1996-03-19 電動機械の異常診断方法 Withdrawn JPH09257562A (ja)

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