动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法与流程

本发明涉及与电动机连接的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

背景技术：

在工厂存在大量的经由动力传递机构而与电动机连接的机器设备，关于动力传递机构的异常诊断，维护部门通过五感(视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉)诊断来判定的情况较多。特别是关于重要度高的设备，需要定期的诊断。进而，当动力传递机构的劣化开始时，劣化加速地进展。

因而，对于始终监视与动力传递机构连接的电动机侧的技术的关注增加。然而，电动机的始终监视大多以针对每个电动机安装各种传感器为前提。例如，为转矩计量器、编码器、加速度传感器等。

作为轴承的诊断系统，示出了如下方法：从安装于轴承的损伤产生检测用的传感器的测量数据抽取多个能谱，与预先计算出的由异常原因所致的频谱进行比较，对异常原因进行诊断(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：再公表专利wo2009/096551号公报

技术实现要素：

然而，专利文献1所公开的传感器安装于轴承自身，存在无法应用于如无法直接安装传感器的传动带(belt)或传动链(chain)那样的动力传递机构这样的课题。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供能够提前简单地检测在与电动机连接的动力传递机构中产生的异常的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

本发明提供一种动力传递机构的异常诊断装置，探测将动力从电动机传递到作为负载的机器设备的动力传递机构的异常，其中，所述动力传递机构的异常诊断装置具备：

监视诊断部，判定所述动力传递机构的异常；以及

电流检测器，与所述电动机的电源线连接，

所述监视诊断部具备：

解析部，解析从所述电流检测器发送的电流；以及

异常判定部，根据所述解析部的解析结果来判定所述动力传递机构的异常。

另外，本发明提供一种动力传递机构的异常诊断方法，探测将动力从电动机传递到作为负载的机器设备的动力传递机构的异常，其中，所述动力传递机构的异常诊断方法具有：

第1步骤，测定在所述电动机中流过的电流；

第2步骤，将所述电流的值发送到监视诊断部；

第3步骤，进行所述电流的频率解析；

第4步骤，检测从在所述第2步骤中得到的驱动电流频谱波形之中突出的频谱波峰；

第5步骤，从在所述第4步骤中检测到的所述频谱波峰之中探测等间隔且具有阈值以上的信号强度的多个频谱波峰，将多个所述频谱波峰判定为与所述动力传递机构的转速相伴地产生的动力传递机构频带；

第6步骤，检测电源频率以及动力传递机构的频率以及所述电动机的旋转频率以外的侧带波的个数；以及

第7步骤，根据所述侧带波的数量来判定所述动力传递机构的异常的有无。

另外，本发明提供一种动力传递机构的异常诊断方法，探测将动力从多个电动机传递到作为负载的各个机器设备的动力传递机构的异常，其中，所述动力传递机构的异常诊断方法具有：

第1步骤，测定在各个所述电动机中流过的电流；

第2步骤，将所述电流的值发送到监视诊断部；

第3步骤，进行各个所述电流的频率解析；以及

第207步骤，比较在所述第3步骤中得到的各个驱动电流频谱波形，判定所述动力传递机构的异常的有无。

根据本发明的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法，通过不使用特别的传感器等而使用电流检测器，能够提前简单且低成本地检测在与电动机连接的动力传递机构中产生的异常。另外，关于无法直接安装传感器的动力传递机构，也能够使异常检测变容易。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的异常诊断装置的结构的图。

图2是示出本发明的实施方式1的异常诊断装置的监视诊断部的结构的图。

图3是示出本发明的实施方式1的异常诊断装置的处理流程的图。

图4是示出本发明的实施方式1的电动机的电动机驱动电流频谱波形的图。

图5是示出正常时和异常时的频谱波形的图。

图6是示出本发明的实施方式2的异常诊断装置的结构的图。

图7是示出本发明的实施方式2的异常诊断装置的监视诊断部的结构的图。

图8是示出本发明的实施方式2的异常诊断装置的处理流程的图。

图9是比较本发明的实施方式2的各电动机的频谱波形的图。

图10是示出本发明的实施方式3的异常诊断装置的结构的图。

图11是示出本发明的实施方式3的异常诊断装置的监视诊断部的结构的图。

图12是示出本发明的实施方式3的异常诊断装置的处理流程的图。

图13是示出本发明的实施方式4的异常诊断装置的结构的图。

图14是示出本发明的实施方式1的传动带机构的图。

图15是示出本发明的实施方式1的传动链机构的图。

图16是示出本发明的实施方式5的异常诊断装置的监视诊断部的结构的图。

图17是示出本发明的实施方式5的异常诊断装置的处理流程的图。

图18是示出传动带断裂前后的电动机的电流频谱波形的图。

具体实施方式

实施方式1.

以下，使用图说明本发明的实施方式1的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

图1是示出马达控制中心所管理的电动机15和探测将动力从电动机15传递到作为负载的机器设备30的传动带机构6(动力传递机构)的异常的异常诊断装置100的结构的图。

图2是示出异常诊断装置100的监视诊断部20的结构的图。

图3是示出异常诊断装置100的处理流程的图。

图14是示出传动带机构6的图。

传动带机构6是将传动带be(动力传递部件)缠绕于与电动机15的旋转轴连接的带轮pu1和与机器设备30的驱动轴连接的带轮pu2而成的机构。

图15是示出作为动力传递机构的传动链机构6b的图。

传动链机构6b是将传动链ch(动力传递部件)缠绕于与电动机15的旋转轴连接的带轮pub1和与机器设备30的驱动轴连接的带轮pub2而成的机构。

异常诊断装置100包括监视诊断部20、显示部40、警报部50以及与和电动机15连接的三相电线中的任一电线连接的电流检测器70。

异常诊断装置100的监视诊断部20包括电动机设定部21、判定基准储存部22、异常判定部23、诊断结果储存部24、解析部25、存储器部26。

电动机15连接于电动机驱动用的电源线11，多个布线用断路器12a、12b、12c以及多个电磁接触器13a、13b、13c连接于电源线11。

电流检测器70测量在布线中流过的电流(步骤s001)，获取到的电流数据被发送到监视诊断部20(步骤s002)。由监视诊断部20判定出的传动带机构6的异常被发送到显示部40和警报部50，分别作为显示器显示和警报而发出命令(步骤s008)，将异常告知给监视负责人。在此，传动带机构6形成为利用传动带be将电动机15的驱动力传递到负载的结构，在以下的说明中，说明根据从电流检测器70得到的电流数据来检测传动带be的异常的例子，但动力传递机构并不限定于传动带机构6，也可以为如图15所示的传动链机构6b或者未图示的绳索机构等缠绕电动装置。

另外，还存在电流检测器70设置于三相电源线的各相的情况。但是，也可以仅测量任一相。进而，关于电流检测器70，只要为能够测量电动机15的驱动电流的部位，设置部位就不被限定。这表示检测精度不因测量部位变化而发生变化。监视诊断部20构成为针对一个电动机15而各配备一个。

为了在线地实时地高精度地确定电动机15的转速，监视诊断部20的电动机设定部21用于根据安装于电动机15的标牌的信息输入电源频率、极数、额定转速等电动机15的规格(步骤s000)。电动机15的无负载时的转速能够通过120·fs/p(fs：电源频率，p：极数)来计算。因此，电动机15的转速必定为无负载时的转速与额定转速之间的值，所以转速的范围被限定。而且，电动机15的规格信息储存于存储器部26。

判定基准储存部22用于保存用于判定传动带机构6的异常的阈值等。异常判定部23用于最终判定传动带机构6的异常。诊断结果储存部24为保存异常判定部23判定出的结果的部位。

接下来，说明监视诊断部20的解析部25的详细内容。

图4是示出电动机15的电动机驱动电流频谱波形(以下，简称为频谱波形)的图。纵轴表示信号强度，横轴表示频率。解析部25进行从电流检测器70发送并储存于存储器部26的电流数据的解析。解析部25包括频谱解析部25a、侧带波解析部25b、频率解析部25c以及异常频率计数部25d。频谱解析部25a用于对从电流检测器70得到的电流进行电流fft(fastfouriertransform，快速傅里叶变换)解析(频率解析)(步骤s003)。

侧带波解析部25b首先从由频谱解析部25a得到的频谱波形之中检测全部频谱波峰(步骤s004)。检测的范围优选0～1000hz之间。接下来，从检测到的频谱波峰之中判定满足侧带波的条件的频谱波峰。

载波具有载波频率的附近的频率分量。该分量为侧带波。在图4所示的频谱波形中，以电源频率(在此60hz)为中心而在上位侧和下位侧这两方频谱波峰p以均等的间隔出现。即，频谱波峰p从电源频率起在上位侧以+δfb、+2δfb、+3δfb等的间隔出现，从电源频率起在下位侧以－δfb、－2δfb、－3δfb等的间隔出现，这些频谱波峰p为侧带波的一个频谱波峰。频谱波峰p的信号强度、出现图案因电动机15的转速变化而变化。

接下来，说明频谱波峰p出现的理由。图14所示的传动带be与和电动机15的旋转轴连接的带轮pu1连接，从而传动带be的速度变动引起电动机15的转子的转速的变动，这影响到电动机15的驱动电流。此时，在传动带be转一圈的频率也产生速度变动，所以出现传动带be转一圈的频率及其高次谐波的频谱波峰p。当将dr设为与电动机15的旋转轴连接的带轮pu1的半径、将fr设为电动机15的旋转轴的转速、将l设为传动带be的长度时，出现频谱波峰p的频带fb按照下式1表示。

fb＝(2πdr·fr)/l…式1

这样，根据带轮pu1的半径dr、电动机15的旋转轴的转速fr、传动带be的长度l确定频带fb。而且，当对电流波形进行频率分析时，在电源频率fs的两侧出现fs±fb的侧带波。同时，还观测到侧带波的高次谐波分量fs±2fb及fs±3fb。

图5是示出安装有正常时的传动带机构6和异常时的传动带机构6的电动机15的频谱波形的图。上侧为正常时的新货的传动带be安装时的频谱波形，下侧为异常时的劣化的传动带be安装时的频谱波形。纵轴表示信号强度，横轴表示频率。另外，图中的方形记号以及圆形记号表示侧带波的频谱波峰。频率解析部25c解析与传动带机构6的转速相伴地产生的传动带旋转频带(动力传递机构频带)(步骤s005)。即，从由侧带波解析部25b检测到的侧带波的频谱波峰之中探测等间隔且信号强度比阈值大的突出的多个频谱波峰p，将这些多个频谱波峰p判定为传动带旋转频带。

为了与异常频带进行区别，可以在电动机15和机器设备30为正常时判定传动带旋转频带的波形。频谱波峰p因电动机15的转速变化而变化，所以可以始终检测电动机15的转速而活用于传动带旋转频带的判定。

由传动带机构6产生的频谱波峰p的信号强度具有比除了电源频带之外的其它频带的信号强度等大的趋势。因此，根据信号强度的大小也能够进行传动带旋转频带的判定。如果能够事先输入传动带be的长度、电动机15侧的带轮pu1的半径dr等信息，则能够高精度地检测传动带旋转频带。

异常频率计数部25d为检测电源频率及其高次谐波、以及传动带旋转频率及其高次谐波、以及电动机的旋转频率、以上以外的侧带波的个数的解析部。例如，作为实例，当传动带be劣化时，如图5所示，在传动带旋转频带(图5，用黑色方形记号表示的部分)以外的部位检测到多个频谱波峰p2(图5，用黑色圆形记号表示的部分)。对该频谱波峰p2的信号强度的值及其个数进行计数(步骤s006)。

接下来，说明在传动带旋转频带(图5，用黑色方形记号表示的部分)以外的部位产生多个频谱波峰p2的理由。在传动带be劣化，在传动带be中产生龟裂的情况下，在传动带龟裂部位与电动机15的旋转轴接触时，引起电动机15的旋转轴的转速的变动、即电动机15的转子的转速的变动。该变动对电动机15的驱动电流造成影响。由此，在与传动带龟裂部位碰撞到旋转轴的碰撞频率相当的频带产生频谱波峰p2。

接下来，在监视诊断部20的异常判定部23中，判定传动带机构6的异常的有无(步骤s007)。例如为如果检测到10个以上的超过阈值的信号强度的频谱波峰p2则判定为异常等。阈值预先设定于判定基准储存部22。或者，还能够将正常状态时的数据储存于存储器，实施统计处理等，从而决定阈值。另外，也可以观测异常频带的信号强度的时间变化。即，还考虑着眼于当劣化加速时异常频带的信号强度大幅变化。诊断结果是在诊断结果储存部24中储存异常的有无，最后如有必要，则进行警报的发出命令、报警显示。

根据本发明的实施方式1的动力传递机构的异常诊断装置100以及异常诊断方法，不使用特别的传感器等而使用电流检测器70，从而能够提前简单且低成本地检测在与电动机15连接的动力传递机构中产生的异常。另外，关于无法直接安装传感器的动力传递机构，也能够使异常检测变容易。

另外，通过在传动带机构6的传动带be发生传动带断裂之前的阶段探测异常，能够降低设备的停机时间。

另外，在本实施方式中，以作为动力传递机构的传动带机构6的异常的检测为例进行了说明，但只要为与电动机15连接的动力传递机构，不论结构如何，都能够根据由电流检测器70检测的电流数据来检测其异常。

实施方式2.

以下，使用图，以与实施方式1不同的部分为中心说明本发明的实施方式2的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

图6是示出马达控制中心所管理的电动机15a、15b、15c和探测将动力从电动机15a～15c传递到作为负载的机器设备30a、30b、30c的传动带机构6a、6b、6c(动力传递机构)的异常的异常诊断装置200(用两个虚线框包围的部分)的结构的图。

图7是示出异常诊断装置200的监视诊断部220的结构的图。

图8是示出异常诊断装置200的处理流程(多个同型电动机的情况)的图。

异常诊断装置200包括监视诊断部220、显示部40、警报部50以及与和电动机15a～15c连接的三相电线中的任一电线连接的电流检测器70a、70b、70c。

异常诊断装置200的监视诊断部220包括电动机设定部21、判定基准储存部22、异常判定部223、诊断结果储存部24、解析部225。另外，异常判定部223具备后述比较部223b。

电动机15a～15c连接于电动机驱动用的电源线11a、11b、11c，多个布线用断路器12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12i、以及多个电磁接触器13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h、13i分别连接于各电源线11a～11c。

这样，在实施方式1和实施方式2中以下的点不同：控制中心管理的电动机的数量不同，能够用1个异常诊断装置200对3个传动带机构6a、6b、6c进行集中诊断。

监视诊断部220的基本的结构与实施方式1相同。如上所述，解析部225根据从3个电流检测器70a～70c送来的电流数据，进行传动带机构6a～6c的电流fft解析。

而且，通常在异常判定部223中，沿着实施方式1、图3所示的流程而进行传动带机构6a～6c的异常判定。另一方面，例如，在相同的种类的电动机及负载设备的型式的情况下，沿着图8所示的流程而进行由比较部223b进行的比较判定。在为相同的种类的电动机及负载设备的型式的情况下，通常观测到相同的波形。因而，通过比较来自3个电流检测器70a～70c的频谱波形，从而进行异常判定。

图9是比较电动机15a～15c的频谱波形的图。

当比较这些波形时，传动带旋转频带全部为相同的形状，但能够将在电动机15c的传动带旋转频带以外的频率下产生与其它电动机15a、15b不同的频谱波峰这一情况判定为异常。在该情况下，仅仅比较波形即可，不需要进行侧带波及传动带旋转频带的探测，如图8所示，通过代替实施方式1的步骤s007而使用比较判定的步骤s207，仅凭抽取与其它波形不同的波形，就能够判定传动带机构6a～6c的异常。此时，如果在传动带旋转频带附近检测到多个频谱波峰，则传动带劣化的可能性高。

根据本发明的实施方式2的动力传递机构的异常诊断装置200以及异常诊断方法，除了实施方式1的效果之外，关于相同的电动机、相同的动力传递机构，仅凭比较各自的频谱波形，就能够简单地判定传动带机构6a～6c的异常。

实施方式3.

以下，使用图，以与实施方式1不同的部分为中心，说明本发明的实施方式3的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

图10是示出马达控制中心所管理的电动机15和探测将动力从电动机15传递到作为负载的机器设备30的传动带机构6(动力传递机构)的异常的异常诊断装置300的结构的图。

图11是示出异常诊断装置300的监视诊断部320的结构的图。

图12是示出异常诊断装置300的处理流程的图。

与实施方式1和实施方式3不同的点在于对三相电源设置有电动机驱动控制装置80这点。

电流检测器70也可以为电动机驱动控制装置80的2次侧或1次侧或内置。不管怎样，都将获取到的电流数据发送到监视诊断部320。关于监视诊断部320，既可以内置于电动机驱动控制装置80，或者也可以外置，但构成为能够将电动机驱动控制装置80的运转频率发送到监视诊断部20。

在本实施方式中的电流fft解析的结果中，检测到电源频率及其高次谐波、电动机驱动控制装置的运转频率及其高次谐波、传动带旋转频率。传动带旋转频率的信号强度一般比来自电动机驱动控制装置80的噪声信号的强度大。

监视诊断部320的异常判定部323具备等级判定部323c。等级判定部323c检测各个频谱峰值和个数，根据被判定为异常的频谱波峰的数量来判定劣化等级(步骤s3065)。例如，在如图5的上侧所示为正常的情况下设为劣化等级1，在如图5的下侧所示为异常的情况下设为劣化等级2。进而，在检测到大量的被判定为异常的侧带波时，设为劣化等级3。当然，劣化等级越大，意味着劣化度越大。

然后，监视诊断部320将劣化等级发送到电动机驱动控制装置80。与其相伴地，电动机驱动控制装置80控制电动机15的转速。在为劣化等级1的情况下，以通常速度使电动机15运转。在为劣化等级2的情况下，使电动机15的转速减速10％。在为劣化等级3的情况下，使电动机15的转速例如减速20％。由此，传动带机构6的每单位时间的移动距离减少，所以能够防止传动带be急剧的劣化，能够使传动带be长寿命化。

这样，将传动带机构6的劣化诊断结果反馈给电动机驱动控制装置80，从而能够实现传动带机构6的长寿命化，使设备的停机时间减少。为了实现传动带机构6的长寿命化，不仅仅限于使电动机15的转速减少。在传动带机构6的劣化等级增大的情况下，也可以控制成临时使电动机15停止再使其运行。这是因为在连续运转的情况下，传动带机构6的劣化加速地进展，所以使其暂时停止，使传动带机构6自然冷却，能够抑制加速劣化的进展。

另外，也可以进行发现振动小的转速的控制。例如，针对电动机15的每个转速而探测异常频带的频谱峰值和个数。确定其中最少的频谱波峰个数的转速，以该转速使电动机15运转。由此，能够在劣化等级小的状态下使电动机15运转。

或者，也可以进行将频谱波峰个数维持某个数以下的转速控制。关于转速，针对每个电动机15和每个负载设备而确定能够旋转的范围，所以预先决定电动机15的转速的上限和下限。或者，在为即使使电动机15逆旋转特性也不改变的负载设备的情况下，也可以在劣化等级增加时使其逆旋转。通过使其逆旋转，在与磨耗劣化的部位不同的部位产生接触面，传动带机构6的寿命有可能会延长。

根据本发明的实施方式3的动力传递机构的异常诊断装置300以及异常诊断方法，除了实施方式1的效果之外，与传动带机构6的劣化等级相匹配地对电动机15进行反馈控制，从而能够延长传动带机构6的寿命。

实施方式4.

以下，使用图，以与实施方式1～3不同的部分为中心，说明本发明的实施方式4的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

图13是示出马达控制中心所管理的电动机15a～15c和探测将动力从电动机15a～15c传递到作为负载的机器设备30a～30c的传动带机构6a～6b(动力传递机构)的异常的异常诊断装置400的结构的图。

在本实施方式中，针对1个电动机驱动控制装置480连接多个电动机15a～15c。这限定于电动机15a～15c的合计输出容量为电动机驱动控制装置480的容量以下的情况。此时，将电流检测器70a～70c设置于各电动机15a～15c的布线，使测量出的电流数据存储于电动机驱动控制装置480。由此，能够集中监视多个电动机15a～15c。然后，与实施方式2、3同样地，由监视诊断部420的异常判定部确定传动带机构劣化的电动机和负载设备，进行用于传动带长寿命化的转速等的控制。控制既可以针对电动机15a～15c的每个电动机而进行，也可以针对多个电动机集中地进行。

实施方式5.

以下，使用图，以与实施方式1不同的部分为中心，说明本发明的实施方式5的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

在实施方式1～4中，说明了传动带be劣化而产生龟裂时的异常的检测。在本实施方式中，说明还能够应对如在传动带be中产生龟裂而传动带be立即切断那样的突发事态的动力传递机构的异常诊断装置以及动力传递机构的异常诊断方法。

图16是示出监视诊断部520的结构的图。

图17是示出异常诊断装置的处理流程的图。

图18(a)是示出传动带断裂前的电动机15的电流频谱波形的图。

图18(b)是示出传动带断裂后的电动机15的电流频谱波形的图。

当传动带be断裂时，如图18(b)所示，从电源频率起在上位侧以+δfb、+2δfb、+3δfb等的间隔出现、在下位侧以－δfb、－2δfb、－3δfb等的间隔出现的传动带旋转频带(动力传递机构频带)的频谱波峰p消失。这是因为电动机15因传动带断裂而无负荷地旋转。因而，由频率解析部25c对传动带旋转频带的频谱波峰p的个数进行计数，在该个数为0个的情况下，由异常判定部523判定为传动带断裂(步骤s051)。

根据本发明的实施方式5的动力传递机构的异常诊断装置以及异常诊断方法，除了实施方式1的效果之外，能够立即判定传动带断裂，所以使动力传递机构快速地停止并恢复，从而能够将传动带断裂所致的损耗抑制到最低限度。关于传动链断裂也是同样的。

此外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。