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公開番号2024077697
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-10
出願番号2022189792
出願日2022-11-29
発明の名称機器状態監視装置、監視システム及び機器状態監視方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人信友国際特許事務所
主分類G05B 23/02 20060101AFI20240603BHJP(制御;調整)
要約【課題】モータなどの回転電気機械や機器の異常を高感度かつ高精度に検知する。
【解決手段】本発明の一形態に係る機器状態監視装置10は、回転電気機械から得られる時系列データの特徴量に基づいて、回転電気機械を駆動源として使用する機器の異常度を算出する異常度算出部13と、任意の期間における複数個の異常度から、複数個の異常度の大きさを表す第1指標と、複数個の異常度のばらつきを表す第2指標を算出する指標算出部15及び第2指標算出部16と、第1指標と第2指標に基づいて機器の異常を判定する異常判定部17と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
回転電気機械から得られる時系列データの特徴量に基づいて、前記回転電気機械を駆動源として使用する機器の異常度を算出する異常度算出部と、
任意の期間における複数個の前記異常度から、複数個の前記異常度の大きさを表す第１指標と、複数個の前記異常度のばらつきを表す第２指標を算出する指標算出部と、
前記第１指標と前記第２指標に基づいて前記機器の異常を判定する異常判定部と、を備える
機器状態監視装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１指標が、複数個の前記異常度の平均値、中央値、及び最頻値のいずれかの統計量である
請求項１に記載の機器状態監視装置。
【請求項３】
前記第２指標が、複数個の前記異常度の公差、分散、標準偏差、及び四分位偏差のいずれかの統計量である
請求項１に記載の機器状態監視装置。
【請求項４】
前記第１指標が、複数個の前記異常度の平均値、中央値、及び最頻値のいずれかの統計量であり、
前記第２指標が、複数個の前記異常度の公差、分散、標準偏差、及び四分位偏差のいずれかの統計量である
請求項１に記載の機器状態監視装置。
【請求項５】
前記異常判定部は、前記第１指標と前記第２指標の少なくともいずれか１つが、前記第１指標と前記第２指標のそれぞれの閾値を超えた場合に、前記機器が異常であると判定する
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の機器状態監視装置。
【請求項６】
前記指標算出部は、前記第１指標の値と前記第２指標の値を足し算又は掛け算して第３指標を算出し、前記第３指標に基づいて前記機器の異常を判定する
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の機器状態監視装置。
【請求項７】
前記時系列データが、前記回転電気機械である電動機の少なくとも一相の電流データに基づくデータ、又は前記電動機の制御に使用する指令値のデータである
請求項１に記載の機器状態監視装置。
【請求項８】
複数台の回転電気機械のそれぞれに対応して設置された、前記回転電気機械を駆動源として使用する機器の状態を監視する複数台の機器状態監視装置と、
複数台の前記機器状態監視装置から得られる情報に基づいて複数個の前記機器の状態を監視する統合監視装置と、を含み、
前記機器状態監視装置は、
前記回転電気機械から得られる時系列データの特徴量に基づいて、前記機器の異常度を算出する異常度算出部と、
任意の期間における複数個の前記異常度から、複数個の前記異常度の大きさを表す第１指標と、複数個の前記異常度のばらつきを表す第２指標を算出する指標算出部と、を備え、
前記統合監視装置は、
前記第１指標と前記第２指標に基づいて前記機器の異常を判定する異常判定部と、
複数台の前記機器状態監視装置の前記指標算出部で算出された前記第１指標同士又は前記第２指標同士を比較し、指標の値の大きい順に前記機器のメンテナンスの優先順位を決定する優先順位決定部、を備える
監視システム。
【請求項９】
回転電気機械から得られる時系列データの特徴量に基づいて、前記回転電気機械を駆動源として使用する機器の異常度を算出する処理と、
任意の期間における複数個の前記異常度から、複数個の前記異常度の大きさを表す第１指標と、複数個の前記異常度のばらつきを表す第２指標を算出する処理と、
前記第１指標と前記第２指標に基づいて前記機器の異常を判定する処理と、を含む
機器状態監視方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機などの回転電気機械を用いた機器の状態を監視する機器状態監視装置、監視システム、及び機器状態監視方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
モータを駆動源として使用する機器は、様々な分野で使用されている。駆動源であるモータは、長期間の使用による軸受の劣化や、巻線の絶縁被膜といった部品の劣化が進展すると突発停止を招いてしまう。また、機器を構成する部品も長期間の使用に伴い劣化が進展し、同様に突発停止を招いてしまう。そのため、これらの部品の劣化を未然に検知して、突発停止に至る前に部品の交換やメンテナンスを行うことが機器の安定稼働にとって重要である。
【０００３】
一方で、上述したモータの部品や機器の部品（以下まとめて「部品」とも称する）は、機器の内部に配置されていることが多く、モータが稼働中に外観からこれらの部品を検査することは困難である。このため、機器を停止させてモータや機器の部品を分解して点検する必要がある。しかし、機器の状態を常時監視することはできず、定期的に機器を停止して定期点検を行った際の部品の劣化状態から、継続使用するか部品交換を行うかを判断していた。そのため、まだ部品が使用できるにも関わらず部品を交換する過剰メンテナンスを招いていた。反対に、次回の定期点検まで機器を停止することができずに、該当機器を用いた生産装置で製品を生産中に部品が破損して突発停止を招いたりする可能性がある。
【０００４】
このため、モータに取り付けたセンサで取得した物理量を活用して、モータや機器の部品の劣化具合を常時監視する技術が開発されている。センサで取得した物理量（振動、電流、音、温度など）からモータや機器の劣化の進展に伴って変化する特徴量を抽出して統計処理等を行い、異常度（劣化の度合いを表す指標）を算出する。このようにすることで、モータや機器を停止することなく、部品の劣化状態を間接的に監視することが可能となる。算出した異常度から機器の劣化状態を判定する方法として、以下のような文献が知られている。
【０００５】
特許文献１では、振動センサで計測した振動データのマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定の閾値を超えた場合に異常が発生したと判定する判定処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－１４４１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、計測するデータに、センサで補償されている確度の範囲で一定のばらつきが重畳することが考えられる。また、周囲環境の影響で計測データにノイズが重畳する可能性も考えられる。そのため、実際は異常が発生していないにも関わらず、計測データのばらつきやノイズの影響でマハラノビス距離が閾値を超えてしまい、誤った判定をする可能性がある。
【０００８】
ここで、機器の異常を判定するための指標が予め設定した閾値を超えた回数をカウントし、カウント値が設定回数を超える場合に、機器の異常と判定する構成が考えられる。これにより、データのばらつきやノイズの影響を軽減し、誤った判定を未然に防ぐことができるようになるという一定の効果が期待できる。しかし、機器によって、ある任意の期間に異常判定を行う（異常判定指標を算出する）回数には、ばらつきがある。例えば、１日に算出する異常判定指標が１００回の場合（回数Ａと定義）と１０回の場合（回数Ｂと定義）とが混在するケースで考える。異常判定のための指標が異常判定閾値を複数回超えてくるような状況で、異常と判定する回数の閾値を２０回とすると、回数Ｂは異常とは判定されないため、異常の発生を見逃して失報を招く可能性がある。一方で、異常と判定する回数の閾値を低くしてしまうと、回数Ａでは誤発報の可能性が高くなってしまう。そのため、回数の閾値を最適に設定することが難しいという課題がある。
【０００９】
上記の状況から、計測データのばらつきやノイズの影響で誤発報する可能性を低減できる手法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る機器状態監視装置は、回転電気機械から得られる時系列データの特徴量に基づいて、回転電気機械を駆動源として使用する機器の異常度を算出する異常度算出部と、任意の期間における複数個の異常度から、複数個の異常度の大きさを表す第１指標と、複数個の異常度のばらつきを表す第２指標を算出する指標算出部と、第１指標と第２指標に基づいて機器の異常を判定する異常判定部と、を備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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