特開 2024-10305 インバータノイズ除去装置、移動機構、モータ装置、インバータノイズ除去方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024010305

(43)【公開日】2024-01-24

(54)【発明の名称】インバータノイズ除去装置、移動機構、モータ装置、インバータノイズ除去方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/08 20060101AFI20240117BHJP

【ＦＩ】

H02P27/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022111568

(22)【出願日】2022-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(72)【発明者】

【氏名】阿部 圭悟

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 俊一

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA18

5H505BB04

5H505BB07

5H505EE49

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505LL50

(57)【要約】

【課題】簡単かつ適切にインバータノイズを減衰させる。
【解決手段】インバータノイズ除去装置は、インバータ駆動されるモータのシャフト、モータにより移動させられる移動部材またはシャフトもしくは移動部材を支持する支持部材の加速度を計測する加速度センサから加速度の測定値を順次、受信する。インバータノイズ除去装置は、受信された加速度の測定値から、第１の時間領域の加速度データを生成する生成部と、第１の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第１の周波数領域の加速度データを生成するフーリエ変換部と、第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算することを含む均等化処理を行って、データ内のすべての周波数にわたって均等な加速度値を持つ第２の周波数領域の加速度データを生成する均等化部と、第２の周波数領域の加速度データを逆フーリエ変換して、第２の時間領域の加速度データを生成する逆フーリエ変換部を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータによって駆動される回転モータの回転シャフト、前記回転モータにより移動させられる移動部材または前記回転シャフトもしくは前記移動部材を移動可能に支持する支持部材の加速度を計測する加速度センサから加速度の測定値を順次、受信する受信部と、
前記受信部で受信された加速度の測定値から、第１の時間領域の加速度データを生成する生成部と、
前記生成部で生成された前記第１の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第１の周波数領域の加速度データを生成するフーリエ変換部と、
前記フーリエ変換部で生成された前記第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算することを含む均等化処理を行って、データ内のすべての周波数にわたって均等な加速度値を持つ第２の周波数領域の加速度データを生成する均等化部と、
前記均等化部で生成された前記第２の周波数領域の加速度データを逆フーリエ変換して、第２の時間領域の加速度データを生成する逆フーリエ変換部と
を備えるインバータノイズ除去装置。

【請求項2】

前記逆フーリエ変換部で生成された前記第２の時間領域の加速度データをエンベロープ処理して、第３の時間領域の加速度データを生成するエンベロープ処理部をさらに備え、
前記フーリエ変換部は、前記エンベロープ処理部で生成された前記第３の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第３の周波数領域の加速度データを生成する
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータノイズ除去装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のインバータノイズ除去装置と、
前記回転モータと、
前記回転モータにより移動させられる前記移動部材と、
前記移動部材を移動可能に支持する前記支持部材と、
前記移動部材または前記移動部材を支持する前記支持部材の加速度を計測するように配置された前記加速度センサと、
を備える移動機構。

【請求項4】

請求項１または２に記載のインバータノイズ除去装置と、
前記回転モータと、
前記回転モータの回転シャフトまたは前記回転シャフトを支持する支持部材の加速度を計測するように配置された前記加速度センサと、
を備えるモータ装置。

【請求項5】

インバータによって駆動される回転モータの回転シャフト、前記回転モータにより移動させられる移動部材または前記回転シャフトもしくは前記移動部材を移動可能に支持する支持部材の加速度を計測する加速度センサから加速度の測定値を順次、受信することと、
受信された加速度の測定値から、第１の時間領域の加速度データを生成することと
前記第１の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第１の周波数領域の加速度データを生成することと、
前記第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算することを含む均等化処理を行って、データ内のすべての周波数にわたって均等な加速度値を持つ第２の周波数領域の加速度データを生成することと、
前記第２の周波数領域の加速度データを逆フーリエ変換して、第２の時間領域の加速度データを生成することと
を備えるインバータノイズ除去方法。

【請求項6】

前記第２の時間領域の加速度データをエンベロープ処理して、第３の時間領域の加速度データを生成することと、
前記第３の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第３の周波数領域の加速度データを生成することと
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のインバータノイズ除去方法。

【請求項7】

コンピュータを請求項１に記載の前記受信部、前記生成部、前記フーリエ変換部、前記均等化部、および前記逆フーリエ変換部として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータノイズ除去装置、移動機構、インバータノイズ除去方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から回転モータの駆動には、インバータが使用されている。一般に、インバータを用いてモータの回転を制御するには、ＰＷＭ（pulse width modulation）が使用される。ＰＷＭインバータで生成された電流は、ＰＷＭのスイッチングの周波数（キャリア周波数）で周期的に脈動するため、この電流が供給された回転モータは、キャリア周波数で脈動した電磁力を生成する。したがって、回転モータは、キャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数で振動する。回転モータの振動は、回転モータによって移動させられる（回転モータの駆動力によって回転または直進運動させられる）移動部材に伝達される。

【0003】

一方、回転モータの回転シャフト、回転モータで移動させられる移動部材または回転シャフトもしくはこの移動部材を支持する部材の損傷を診断する技術が開発されている。例えば、回転シャフトまたは回転シャフトに連動する回転軸を支持する軸受の損傷を診断する技術は、回転に伴う周期的な衝撃、すなわち振動に基づいている。損傷がある軸受の加速度データを分析すると、回転モータの回転速度に依存する周期的な衝撃が発見される。歯車以外の移動部材またはこの移動部材を支持する支持部材についても同様である。

【0004】

しかし、ＰＷＭインバータのために発生した回転モータの振動が回転シャフトおよび移動部材の振動に加わった場合には、適切な損傷診断ができないことがある。例えば、ＰＷＭのキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、またはこれらの側帯波周波数が、移動部材の移動周波数（例えば回転軸の回転周波数すなわち軸受の損傷周波数）と一致する場合、回転シャフトおよび移動部材の移動周波数で大きな振動が発生するため、正常な軸受を異常と判断するおそれがある。本出願において、ＰＷＭインバータのために発生した回転モータの振動成分を「インバータノイズ」と称する。

【0005】

適切な損傷診断のためには、加速度データのインバータノイズを減衰させることが望ましい。加速度からインバータノイズを除去するために、特許文献１，２に開示されているように、様々な技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６－１１６２５１号公報

【特許文献2】特開２０１１－２５９６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

既存のインバータノイズ除去技術では、除去を実行する前にノイズ除去装置にキャリア周波数および／または側帯波周波数を入力する必要がある。しかし、キャリア周波数および／または側帯波周波数が未知である場合がある。また、キャリア周波数および／または側帯波周波数が変動する場合がある。

【0008】

また、既存のインバータノイズ除去技術では、計算処理の量が膨大であり、時間がかかる。また、ある技術では、インバータノイズ除去の処理のための閾値設定に多くのノウハウを必要とする。さらに、キャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数での加速度値を低減させる場合には、回転シャフトまたは移動部材の移動周波数がこれらの周波数のいずれかとほぼ一致すると、回転シャフトまたは移動部材の移動周波数での加速度値も低減し、適切な損傷診断ができない。

【0009】

そこで、本発明は、簡単かつ適切にインバータノイズを減衰させることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のある態様によれば、インバータノイズ除去装置が提供される。このインバータノイズ除去装置は、インバータによって駆動される回転モータの回転シャフト、前記回転モータにより移動させられる移動部材または前記回転シャフトもしくは前記移動部材を移動可能に支持する支持部材の加速度を計測する加速度センサから前記回転シャフト、前記移動部材または前記支持部材の振動に起因する加速度の測定値を順次、受信する受信部と、前記受信部で受信された加速度の測定値から、第１の時間領域の加速度データを生成する生成部と、前記生成部で生成された前記第１の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第１の周波数領域の加速度データを生成するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換部で生成された前記第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算することを含む均等化処理を行って、データ内のすべての周波数にわたって均等な加速度値を持つ第２の周波数領域の加速度データを生成する均等化部と、前記均等化部で生成された前記第２の周波数領域の加速度データを逆フーリエ変換して、第２の時間領域の加速度データを生成する逆フーリエ変換部とを備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様においては、第１の時間領域の加速度データをフーリエ変換することによって生成された第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算することを含む均等化処理を行うことによって、第２の周波数領域の加速度データが生成される。均等化処理によって、極めて周期的に発生するインバータノイズの振動成分が減衰させられる一方、回転シャフト、移動部材または支持部材自体の振動成分はほとんど減衰させられない。回転モータの回転により、回転シャフトまたは移動部材は、周期的に振動させられるが、回転シャフト、移動部材または支持部材の振動の周期はインバータノイズの周期に比べて不安定だからである。均等化処理によって、インバータノイズの振動成分に関するフーリエ級数の各項の振幅が１になる。均等化で生成された第２の周波数領域の加速度データを逆フーリエ変換することによって生成された第２の時間領域の加速度データでは、第１の時間領域の加速度データに比べて、インバータノイズの振動成分が減衰させられており、回転シャフト、移動部材または支持部材の振動成分がほぼそのまま残存する。結果的に回転シャフト、移動部材または支持部材の振動成分が強調されることになる。
このように、フーリエ変換、均等化および逆フーリエ変換を行って、簡単かつ適切にインバータノイズを減衰させることができる。インバータノイズ除去のために、キャリア周波数および／または側帯波周波数を入力する必要はなく、インバータノイズ除去の処理のための閾値設定も必要ない。また、計算処理の量が少なくて済む。さらに、キャリア周波数および／または側帯波周波数が変動しても、インバータノイズを適切に減衰させることができる。さらにまた、回転シャフトまたは移動部材の移動周波数がキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数のいずれかとほぼ一致していても、回転シャフト、移動部材または支持部材の振動の周期はインバータノイズの周期に比べて不安定なため、インバータノイズのみを適切に減衰させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係るインバータノイズ除去装置が設けられた移動機構を示す図である。

【図2】図１のインバータノイズ除去装置のプロセッサの動作の一例を示すフローチャートである。

【図3】図１のインバータノイズ除去装置が受信する加速度の測定値から生成された第１の時間領域の加速度データセットに対応する時間領域の加速度のグラフである。

【図4】第１の時間領域の加速度データセットからフーリエ変換で生成された第１の周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフである。

【図5】フーリエ変換で得られた第１の周波数領域の加速度データセットから均等化処理で生成された第２の周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフである。

【図6】均等化処理で得られた第２の周波数領域の加速度データセットから逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットに対応する時間領域の加速度のグラフである。

【図7】図１のインバータノイズ除去装置のプロセッサの動作の変形例を示すフローチャートである。

【図8】図１のインバータノイズ除去装置のプロセッサの動作の他の変形例を示すフローチャートである。

【図9】逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットからさらにエンベロープ処理およびフーリエ変換で生成された第３の周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフである。

【図10】第１の周波数領域の加速度データセットから均等化処理をせずに逆フーリエ変換で生成された時間領域の加速度データセットからさらにエンベロープ処理およびフーリエ変換で生成された周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフである。

【図11】本発明の実施形態の変形例に係る移動機構の一部を示す図である。

【図12】本発明の実施形態の他の変形例に係る移動機構の一部を示す図である。

【図13】本発明の実施形態の変形例に係るモータ装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

【0014】

図１に示すように、本発明の実施形態に係るインバータノイズ除去装置が設けられた移動機構は、歯車減速機である。歯車減速機は、回転モータ１、歯車２，３、軸受４、ハウジング５、リング６、加速度センサ７、ＰＷＭインバータ８およびインバータノイズ除去装置１０を備える。

【0015】

回転モータ１には、ＰＷＭインバータ８で生成された電流が供給される。歯車２は回転モータ１の回転シャフト１Ａに連結された回転シャフト２Ａに固定されており、回転シャフト１Ａ，２Ａとともに回転する。

【0016】

回転シャフト２Ａは、軸受（支持部材）４と図示しない他の軸受によって、回転可能に支持されている。軸受４は内輪４Ａと外輪４Ｂを有し、内輪４Ａは回転シャフト２Ａの端部に固定され、外輪４Ｂは歯車減速機のハウジング５に固定されている。図示の軸受４は玉軸受であるが、他のタイプの軸受であってよい。

【0017】

歯車３は歯車２と噛み合っており、歯車３が固定された回転シャフト３Ａは、図示しない軸受で支持されている。

【0018】

リング６は、軸受４の外輪４Ｂに固定されて、回転シャフト２Ａ，３Ａには接触しない。リング６には、軸受４の加速度を計測する加速度センサ７が取り付けられている。加速度センサ７は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）加速度センサである。加速度センサ７は、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）のそれぞれで加速度を計測する３軸加速度センサであってよい。

【0019】

回転シャフト２Ａの回転に伴い、軸受４の内輪４Ａには回転シャフト２Ａの回転周波数を持つ振動が与えられる。軸受４の外輪４Ｂに固定されたリング６に設けられた加速度センサ７も回転シャフト２Ａの回転周波数で振動する。加速度センサ７は、軸受４の振動に起因する加速度を計測する。軸受４に損傷がある場合には、回転モータ１の回転周波数に依存し、軸受４の部分的なはく離に起因する周期的な衝撃が加速度センサ７に与えられる。

【0020】

回転モータ１は、ＰＷＭインバータ８で駆動されるので、ＰＷＭのキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数で振動する。回転モータ１の振動は、回転モータ１によって回転させられる回転シャフト２Ａひいては軸受４の内輪４Ａに伝達される。軸受４の外輪４Ｂに固定されたリング６に設けられた加速度センサ７も回転モータ１の影響を受けて振動する。

【0021】

インバータノイズ除去装置１０は、軸受４の損傷を診断する装置として使用され、加速度センサ７が計測した加速度データからインバータノイズを除去することが可能である。インバータノイズ除去装置１０は、コンピュータ１１、入力装置１２およびディスプレイ１３を備える。

【0022】

コンピュータ１１は、例えば、パーソナルコンピュータであってよい。コンピュータ１１は、プロセッサ１４、加速度インタフェース１５、画像インタフェース１６、ＲＯＭ（read only memory）１７およびＲＡＭ（random access memory）１８を備える。

【0023】

プロセッサ１４は、例えば１つまたは複数のＣＰＵ（central processing unit）またはＭＰＵ（microprocessor unit）により構成されている。ＲＯＭ１７は、不揮発性のメモリであり、プロセッサ１４が動作するための各種コンピュータプログラムを格納する。ＲＡＭ１８は、揮発性のメモリであり、プロセッサ１４の主メモリ、ワークエリア等の一時記憶領域として用いられる。プロセッサ１４は、ＲＯＭ１７に格納されるコンピュータプログラムに従い、ＲＡＭ１８をワークメモリとして用いて、インバータノイズ除去装置１０の各部を制御する。

【0024】

入力装置１２は、例えば、キーボードとマウスにより構成されている。インバータノイズ除去装置１０の使用者は、入力装置１２を用いてコンピュータ１１に指示を与えることができる。

【0025】

ディスプレイ１３は、画像インタフェース１６を介して、プロセッサ１４に接続されている。ディスプレイ１３は、プロセッサ１４の処理で生成された各種の画像（例えば軸受の損傷の診断に必要な画像）を表示する。ディスプレイ１３は、タッチパネルであってもよく、この場合、入力装置１２のキーボードを省略することができる。

【0026】

加速度インタフェース１５は、加速度センサ７に有線または無線で接続され、プロセッサ１４に有線で接続されている。加速度センサ７から供給される加速度データをプロセッサ１４に供給する。

【0027】

図２はプロセッサ１４の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、回転モータ１の駆動開始後に実行される。以下では、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）のうち１軸に関する加速度について説明するが、加速度センサ７が３軸加速度センサである場合、図２の動作は各軸に関する加速度について並行して実行される。後述する図７および図８の動作も、加速度センサ７が３軸加速度センサである場合、各軸に関する加速度について並行して実行される。

【0028】

回転モータ１が回転すると、加速度センサ７から加速度データが周期的に加速度インタフェース１５を介してプロセッサ１４に供給される。加速度データは計測時刻と加速度値（加速度の計測値）を有する。

【0029】

ステップＳ１では、プロセッサ１４は、受信部として機能し、加速度センサ７から加速度データを順次、受信する。また、ステップＳ１では、プロセッサ１４は、生成部として機能し、加速度データを蓄積して一定時間にわたる加速度値の変化を示す第１の加速度データセットを生成する。したがって、第１の加速度データセットは、軸受４の振動に起因する加速度に関する第１の時間領域の加速度データであり、軸受４の振動成分とインバータノイズの振動成分を含む。

【0030】

図３はステップＳ１で生成された第１の時間領域の加速度データセットに対応する時間領域の加速度のグラフであり、実際の計測データの一例である。

【0031】

ステップＳ２では、プロセッサ１４は、フーリエ変換部として機能し、第１の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第１の周波数領域の加速度データを生成する。ステップＳ２で使用されるフーリエ変換は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）であるが、例えば離散フーリエ変換などの他のフーリエ変換でもよい。

【0032】

図４はステップＳ２のフーリエ変換で生成された第１の周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフであり、実際の計測データの一例である。

【0033】

ステップＳ３では、プロセッサ１４は、均等化部として機能し、フーリエ変換で生成された第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算することを含む均等化処理を行って、第２の周波数領域の加速度データを生成する。

【0034】

ステップＳ３の均等化処理の一例では、第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算するだけでよい。この場合には、第２の周波数領域の加速度データは、当該データ内のすべての周波数にわたって均等な加速度値、「１」を持つ。

【0035】

図５はステップＳ３の均等化処理で生成された第２の周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフであり、実際の計測データの一例である。図５から明らかなように、第２の周波数領域の加速度データは、当該データ内のすべての周波数にわたって均等な加速度値、「１」を持つ。結果的に、第１の周波数領域の加速度データでの高い値は低減され、第１の周波数領域の加速度データでの低い値は増大させられる。すなわち、周波数スペクトルにおいて高い加速度値を持つインバータノイズの振動成分が、低い加速度値を持つ軸受４の振動成分に対して相対的に減衰され、逆に、周波数スペクトルにおいて低い加速度値を持つ軸受４の振動成分が、高い加速度値を持つインバータノイズの振動成分に対して相対的に増大（強調）されたということである。このように、均等化処理はインバータノイズと軸受４の振動成分を無くす訳でなく加速度の大きさを相対的に変えるだけなので、後述する逆フーリエ変換によって加速度データを時間波形に戻す際に何の特徴もないフラットな加速度値の波形になる訳ではない（フーリエ級数におけるインバータノイズと軸受４の振動成分に対応する各項を無くすのでなく、各項の振幅を「１」にして等しくしたにすぎない）ことに注意されたい。

【0036】

ステップＳ３の均等化処理の他の例では、第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算し、除算で得られた各結果に正の数値ａを乗算してもよい。この場合には、第２の周波数領域の加速度データは、当該データ内のすべての周波数にわたって均等な加速度値、「ａ」を持つ。結果的に、第１の周波数領域の加速度データでの高い値は低減され、第１の周波数領域の加速度データでの低い値は増大させられる。

【0037】

ステップＳ４では、プロセッサ１４は、逆フーリエ変換部として機能し、均等化処理で生成された第２の周波数領域の加速度データを逆フーリエ変換して、第２の時間領域の加速度データを生成する。ステップＳ４の逆フーリエ変換では、ステップＳ２のフーリエ変換で得られた位相情報を使用する。ステップＳ４で使用される逆フーリエ変換は、逆ＦＦＴであるが、ステップＳ２で使用されるフーリエ変換の種類に依存した他の種類の逆フーリエ変換でもよい。

【0038】

図６はステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットに対応する時間領域の加速度のグラフであり、実際の計測データの一例である。

【0039】

図３と図６の比較から明らかなように、図３で大きい振幅を有する振動成分が図６では小さい振幅を有する。低減された振動成分はインバータノイズの振動成分であり、図６のグラフは、主に軸受４の振動成分に関する加速度を表す。これは、後述する図９と図１０の比較の説明から、より明らかになるであろう。

【0040】

ステップＳ５では、プロセッサ１４は、ステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットに対応する時間領域の加速度のグラフ（図６に例示）をディスプレイ１３に表示させる。インバータノイズ除去装置１０の使用者は、グラフを目視して、軸受４に損傷があるか否かを判断することが可能となる。

【0041】

このように実施形態においては、第１の時間領域の加速度データをフーリエ変換することによって生成された第１の周波数領域の加速度データの各加速度値を当該加速度値で除算することを含む均等化処理を行うことによって、第２の周波数領域の加速度データが生成される。均等化処理によって、極めて周期的に発生するインバータノイズの振動成分が減衰させられる一方、軸受４自体の振動成分はほとんど減衰させられない。回転モータ１により移動させられる回転シャフト２Ａとこれを支持する軸受４は、周期的に振動させられるが、軸受４の振動の周期はインバータノイズの周期に比べて不安定だからである。均等化処理によって、インバータノイズの振動成分に関するフーリエ級数の各項の振幅が１になる。均等化で生成された第２の周波数領域の加速度データを逆フーリエ変換することによって生成された第２の時間領域の加速度データでは、第１の時間領域の加速度データに比べて、インバータノイズの振動成分が減衰させられており、軸受４の振動成分がほぼそのまま残存する。結果的に軸受４の振動成分が強調されることになる。

【0042】

このように、フーリエ変換、均等化および逆フーリエ変換を行うだけで、簡単かつ適切にインバータノイズを減衰させることができる。インバータノイズ除去のために、キャリア周波数および／または側帯波周波数を入力する必要はなく、インバータノイズ除去の処理のための閾値設定も必要ない。また、計算処理の量が少なくて済む。さらに、キャリア周波数および／または側帯波周波数が変動しても、インバータノイズを適切に減衰させることができる。さらにまた、回転シャフト２Ａの回転周波数がキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数のいずれかとほぼ一致していても、回転シャフト２Ａを支持する軸受４の振動の周期はインバータノイズの周期に比べて不安定なため、インバータノイズのみを適切に減衰させることができる。

【0043】

図７はプロセッサ１４の動作の変形例を示すフローチャートである。図２と共通するステップを示すために同じ符号が使用され、それらのステップの説明を省略する。

【0044】

図７の動作は、ステップＳ４の後、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、プロセッサ１４は、ＲＭＳ計算部として機能し、ステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットのすべての加速度値からＲＭＳ（root mean square）を計算する。

【0045】

ステップＳ７では、プロセッサ１４は、計算されたＲＭＳをディスプレイ１３に表示させる。インバータノイズ除去装置１０の使用者は、ＲＭＳを目視して、軸受４に損傷があるか否かを判断することが可能となる。これに代えてあるいはこれに加えて、プロセッサ１４は、ＲＭＳを閾値と比較し、比較結果をディスプレイ１３に表示させてもよい。インバータノイズ除去装置１０の使用者は、比較結果を目視して、軸受４に損傷があるか否かを判断することが可能となる。

【0046】

ＲＭＳの計算の代わりに、プロセッサ１４は、ステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットの他の指標（例えば、最大振幅、波高率（クレストファクタ）、尖度）を選択してもよい。他の指標（例えば、最大振幅、波高率（クレストファクタ）、尖度）をディスプレイ１３に表示させることにより、インバータノイズ除去装置１０の使用者は、他の指標（例えば、最大振幅、波高率（クレストファクタ）、尖度）を目視して、軸受４に損傷があるか否かを判断することが可能となる。これに代えてあるいはこれに加えて、プロセッサ１４は、他の指標（例えば、最大振幅、波高率（クレストファクタ）、尖度）を閾値と比較し、比較結果をディスプレイ１３に表示させてもよい。インバータノイズ除去装置１０の使用者は、比較結果を目視して、軸受４に損傷があるか否かを判断することが可能となる。

【0047】

さらに、ステップＳ７で、プロセッサ１４は、ステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットに対応する時間領域の加速度のグラフ（図６に例示）をディスプレイ１３に表示させてもよい。

【0048】

図８はプロセッサ１４の動作の他の変形例を示すフローチャートである。図２と共通するステップを示すために同じ符号が使用され、それらのステップの説明を省略する。

【0049】

図８の動作は、ステップＳ４の後、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、プロセッサ１４は、エンベロープ処理部として機能し、ステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データをエンベロープ処理して、第３の時間領域の加速度データを生成する。エンベロープ処理では、プロセッサ１４は、絶対値変換部として機能し、ステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データの各加速度値を絶対値に変換する。つまり、各加速度値のうち負の値については絶対値をそのままにして正の値に変換し、各加速度値のうち正の値をそのままにする。このようにエンベロープ処理は絶対値変換処理を含む。

【0050】

ステップＳ９では、プロセッサ１４は、再びフーリエ変換部として機能し、ステップＳ８のエンベロープ処理で生成された第３の時間領域の加速度データをフーリエ変換して、第３の周波数領域の加速度データを生成する。

【0051】

図９はステップＳ９のフーリエ変換で生成された第３の周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフであり、実際の計測データの一例である。

【0052】

ステップＳ１０では、プロセッサ１４は、ステップＳ９のフーリエ変換で生成された第３の周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフ（図９に例示）をディスプレイ１３に表示させる。インバータノイズ除去装置１０の使用者は、グラフを目視して、軸受４に損傷があるか否かを判断することが可能となる。さらに、ステップＳ１０で、プロセッサ１４は、ステップＳ４の逆フーリエ変換で生成された第２の時間領域の加速度データセットに対応する時間領域の加速度のグラフ（図６に例示）をディスプレイ１３に表示させてもよい。

【0053】

図７のＲＭＳの計算（ステップＳ６）を図８の動作に追加してもよい。

【0054】

図１０は、ステップＳ２のフーリエ変換で生成された第１の周波数領域の加速度データセット（図４に対応）から均等化処理（ステップＳ３）をせずに逆フーリエ変換（Ｓ４）で生成された時間領域の加速度データセットからさらにエンベロープ処理（Ｓ８）およびフーリエ変換（Ｓ９）で生成された周波数領域の加速度データセットに対応する周波数領域の加速度のグラフであり、実際の計測データの一例である。つまり、図９と図１０の相違は、図８の動作によって生成された図９のデータセットが均等化処理（ステップＳ３）を経て生成されたのに対して、比較例に係る図１０のデータセットが均等化処理を経ていないことである。同じ図３のデータセットに由来しながら、図９のデータセットは図１０のデータセットと顕著に相違する。

【0055】

図１０のグラフでは、約２０Ｈｚの倍数でピークが見られる。これらのピークは約２０ｋＨｚのキャリア周波数を持つインバータノイズの振動成分に相当する。

【0056】

一方、図９のグラフでは、約２５Ｈｚの倍数でピークが見られる。これらのピークは軸受４にはく離が発生した場合の特徴周波数（約２５Ｈｚ）に由来する軸受４の振動成分に相当する。このように、均等化処理を行うことによって、インバータノイズの振動成分が減衰させられ、軸受４の振動成分が強調されている。図６の時間領域のグラフでも、インバータノイズの振動成分が減衰させられ、軸受４の振動成分が強調されている。したがって、図６または図９のグラフを目視または演算処理（例えばＲＭＳの計算またはエンベロープ処理）することによって、軸受４に損傷があるか否かを判断することが可能となる。

【0057】

図１０のグラフでは、キャリア周波数に相当する約２０Ｈｚの倍数でピークが見られ、図９のグラフでは、軸受４にはく離が発生した場合の特徴周波数に相当する約２５Ｈｚの倍数でピークが見られる。しかし、キャリア周波数と上記特徴周波数が一致する場合には、図１０のグラフによれば、加速度の振幅が大きい場合に、軸受に損傷があると誤って診断するおそれがある。しかし、均等化処理を行うことによって、インバータノイズの振動成分が減衰させられる。軸受の振動成分が強調された図９のグラフによれば、加速度の振幅が大きい場合、軸受に損傷が確実に存在することが分かる。

【0058】

このように、フーリエ変換、均等化、逆フーリエ変換、エンベロープ処理および２回目のフーリエ変換を行うだけで、簡単かつ適切にインバータノイズを減衰させることができる。インバータノイズ除去のために、キャリア周波数および／または側帯波周波数を入力する必要はなく、インバータノイズ除去の処理のための閾値設定も必要ない。また、計算処理の量が少なくて済む。さらに、キャリア周波数および／または側帯波周波数が変動しても、インバータノイズを適切に減衰させることができる。さらにまた、回転シャフト２Ａの回転周波数がキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数のいずれかとほぼ一致していても、回転シャフト２Ａを支持する軸受４の振動の周期はインバータノイズの周期に比べて不安定なため、インバータノイズのみを適切に減衰させることができる。

【0059】

図示しないが、回転シャフト１Ａの角度位置を計測するための角度センサを、例えば軸受４の付近に設けてもよい。この場合、プロセッサ１４は、角度センサの計測結果に基づいて、各時刻での回転シャフト１Ａの角度位置を判断し、各時刻での加速度と角度位置に基づいて、軸受４の損傷した位置を特定してもよい。

【0060】

実施形態に係るインバータノイズ除去装置１０は、軸受４の損傷を診断する装置として使用されるが、歯車（移動部材）２の損傷を診断する装置として使用してもよい。この場合、プロセッサ１４は、回転シャフト１Ａの角度位置を計測するための角度センサの計測結果に基づいて、各時刻での歯車の角度位置を判断し、各時刻での加速度と角度位置に基づいて、歯車の損傷した歯を特定してもよい。このような歯車診断アルゴリズムは、各時刻での加速度に基づいて、各歯の加速度指標を計算するPer-tooth法であってよい。

【0061】

図１１は、本発明の実施形態の変形例に係る移動機構の一部を示す。図１１では、インバータノイズ除去装置１０の図示を省略する。

【0062】

図１１に示された移動機構は、ボールねじ機構である。ボールねじ機構は、回転モータ２１、ねじ軸２２、直動ナット２３、軸受２４、ハウジング２５、リング２６、加速度センサ７、ＰＷＭインバータ２８およびインバータノイズ除去装置（図示せず）を備える。

【0063】

回転モータ２１には、ＰＷＭインバータ２８で生成された電流が供給される。ねじ軸（移動部材）２２は回転モータ２１の回転シャフト２１Ａに連結されており、回転シャフト２１Ａとともに回転する。

【0064】

ねじ軸２２は、軸受（支持部材）２４と図示しない他の軸受によって、回転可能に支持されている。軸受２４は内輪２４Ａと外輪２４Ｂを有し、内輪２４Ａはねじ軸２２の端部に固定され、外輪２４Ｂは軸受２４のハウジング２５に固定されている。図示の軸受２４は玉軸受であるが、他のタイプの軸受であってよい。

【0065】

直動ナット（移動部材）２３の内部には、複数のボール２３Ａが配置されており、ボール２３Ａが直動ナット２３のねじ溝とねじ軸２２のねじ溝に配置される形式で、直動ナット２３はねじ軸２２と噛み合っている。したがって、ねじ軸２２が回転すると、直動ナット２３はねじ軸２２の長手方向に沿って直進運動する。

【0066】

リング２６は、軸受２４の外輪２４Ｂに固定されている。リング２６には、ねじ軸２２の加速度を計測する加速度センサ７が取り付けられている。加速度センサ７は、上記の加速度センサ７と同じであってよい。

【0067】

ねじ軸２２の回転に伴い、軸受２４の内輪２４Ａにはねじ軸２２の回転周波数を持つ振動が与えられる。軸受２４の外輪２４Ｂに固定されたリング２６に設けられた加速度センサ７もねじ軸２２の回転周波数で振動する。加速度センサ７は、ねじ軸２２の振動に起因する加速度を計測する。ねじ軸２２、軸受２４または直動ナット２３に損傷がある場合には、回転モータ２１の回転周波数に依存する周期的な衝撃が加速度センサ７に与えられる。

【0068】

回転モータ２１は、ＰＷＭインバータ２８で駆動されるので、ＰＷＭのキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数で振動する。回転モータ２１の振動は、回転モータ２１によって回転させられるねじ軸２２ひいては軸受２４の内輪２４Ａに伝達される。軸受２４の外輪２４Ｂに固定されたリング６に設けられた加速度センサ７も回転モータ２１の影響を受けて振動する。

【0069】

加速度センサ７は、加速度データをインバータノイズ除去装置（図示せず）に供給する。インバータノイズ除去装置は、インバータノイズ除去装置１０と同じでよい。インバータノイズ除去装置は、ねじ軸２２、軸受２４または直動ナット２３の損傷を診断する装置として使用され、加速度センサ７が計測した加速度データからインバータノイズを除去することが可能である。インバータノイズは、例えば、図２、図７または図８に示す動作を実行することによって、除去されうる。

【0070】

図１１の例では、加速度センサ７はリング２６に配置されているが、加速度センサ７は直動ナット２３に配置されていてもよい。

【0071】

図１２は、本発明の実施形態の変形例に係る移動機構の一部を示す。図１２では、インバータノイズ除去装置１０の図示を省略する。

【0072】

図１２に示された移動機構は、リニアガイド３０を備える。リニアガイド３０は、レール３１、キャリッジ３２、キャップ３３，３４、シール３５，３６およびテーブル３７を備える。

【0073】

レール３１は直線状であって、その両側部には溝３１Ａが形成されている。キャリッジ３２は、レール３１の長手方向に沿って移動可能である。キャリッジ３２の内部には、図示しない複数のボールが２列をなして配置されており、各列でボールが循環可能になっている。ボールはレール３１の溝３１Ａ内を転がるようになっている。

【0074】

キャリッジ３２の両端にはキャップ３３，３４が配置され、さらにシール３５，３６で封止されている。キャリッジ３２の上面にはテーブル３７が固定されている。テーブル３７は、例えば、図１１に示すボールねじ機構の直動ナット２３に連結される。したがって、キャリッジ３２は、直動ナット２３の直進運動に伴ってレール３１の長手方向に沿って直進運動する。

【0075】

したがって、リニアガイド３０自体には、キャリッジ３２を移動させる駆動源は設けられていないが、キャリッジ３２は回転モータ（例えば図１１に示す回転モータ２１）により移動させられる移動部材である場合がある。この場合、レール３１はキャリッジ３２を移動可能に支持する支持部材である。

【0076】

キャリッジ３２またはこれに固定された部材には、キャリッジ３２の加速度を計測する加速度センサ７が取り付けられている。加速度センサ７は、上記の加速度センサ７と同じであってよい。

【0077】

回転モータの回転に伴い、キャリッジ３２には回転モータの回転周波数を持つ振動が与えられる。例えば、テーブル３７が図１１に示すボールねじ機構の直動ナット２３に連結されている場合、図１１に示す回転モータ２１が回転すると、ねじ軸２２から直動ナット２３を介してキャリッジ３２に振動が伝達され、キャリッジ３２もねじ軸２２の回転周波数で振動する。加速度センサ７は、キャリッジ３２の振動に起因する加速度を計測する。キャリッジ３２またはレール３１に損傷がある場合には、回転モータ２１の回転周波数に依存する周期的な衝撃が加速度センサ７に与えられる。

【0078】

回転モータ２１は、ＰＷＭインバータ２８で駆動されるので、ＰＷＭのキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数で振動する。回転モータ２１の振動は、回転モータ２１によって回転させられるねじ軸２２ひいてはキャリッジ３２に伝達される。キャリッジ３２に設けられた加速度センサ７も回転モータ２１の影響を受けて振動する。

【0079】

加速度センサ７は、加速度データをインバータノイズ除去装置（図示せず）に供給する。インバータノイズ除去装置は、インバータノイズ除去装置１０と同じでよい。インバータノイズ除去装置は、キャリッジ３２またはレール３１の損傷を診断する装置として使用され、加速度センサ７が計測した加速度データからインバータノイズを除去することが可能である。インバータノイズは、例えば、図２、図７または図８に示す動作を実行することによって、除去されうる。

【0080】

図１２の例では、加速度センサ７はキャリッジ３２またはこれに固定された部材に配置されているが、加速度センサ７はレール３１に配置されていてもよい。

【0081】

以上、回転モータにより移動させられる移動部材（歯車２、ねじ軸２２、直動ナット２３、キャリッジ３２）またはこの移動部材を移動可能に支持する支持部材（軸受４，２４、レール３１）の加速度のデータからインバータノイズを減衰させる技術を説明した。しかし、本発明は、図１３を参照して後述する、回転モータの回転シャフトまたはこの回転シャフトを支持する支持部材である軸受の加速度のデータからインバータノイズを減衰させることも包含する。

【0082】

図１３は、本発明の実施形態の変形例に係るモータ装置を示す。このモータ装置は、回転モータ４０、上述のインバータノイズ除去装置１０および加速度センサ７を有する。

【0083】

回転モータ４０は、筐体４１、回転シャフト（移動部材）４２および軸受（支持部材）４３，４４を有する。回転モータ４０は公知のコアおよびステータを有するが、それらの説明は省略する。筐体４１の内部には、ステータが設けられた回転シャフト４２が配置されており、回転シャフト４２の両端は筐体４１から突出する。筐体４１の両端の孔部には、軸受４３，４４が固定されており、軸受４３，４４は回転シャフト４２を回転可能に支持する。

【0084】

加速度センサ７は、図示のように、筐体４１に取り付けられており、回転シャフト４２および／または軸受４３，４４の加速度を計測する。加速度センサ７は、軸受４３または４４の外輪に固定されて、回転シャフト４２に接触しないリング（図示せず）に取り付けてもよく、この場合、軸受４３または４４の加速度を計測する。加速度センサ７は、軸受４３，４４から離れた位置にあって回転シャフト４２に摺動可能に接触するリング（図示せず）に取り付けてもよく、この場合、回転シャフト４２の加速度を計測する。

【0085】

回転モータ４０は、ＰＷＭインバータ８で駆動されるので、回転シャフト４２および軸受４３，４４は、ＰＷＭのキャリア周波数、キャリア周波数の高調波周波数、およびこれらの側帯波周波数で振動する。

【0086】

インバータノイズ除去装置１０は、回転シャフト４２および／または軸受４３，４４の損傷を診断する装置として使用され、加速度センサ７が計測した加速度データからインバータノイズを除去することが可能である。インバータノイズは、例えば、図２、図７または図８に示す動作を実行することによって、除去されうる。

【0087】

以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

【0088】

例えば、上記の実施形態および変形例においては、回転モータにより移動させられる移動部材は、歯車、ボールねじのねじ軸、リニアガイドのキャリッジである。しかし、本発明が適用される移動部材は、他の移動部材であってもよい。

【0089】

インバータノイズ除去装置１０において、プロセッサ１４が実行する各機能は、プロセッサの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばFPGA（Field Programmable Gate Array），DSP（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。

【符号の説明】

【0090】

１，２１ 回転モータ
２ 歯車（移動部材）
４，２４ 軸受（支持部材）
７ 加速度センサ
８，２８ ＰＷＭインバータ
１０ インバータノイズ除去装置
１４ プロセッサ（受信部、生成部、フーリエ変換部、均等化部、逆フーリエ変換部、エンベロープ処理部）
２２ ねじ軸（移動部材）
２３ 直動ナット（移動部材）
３０ リニアガイド
３１ レール（支持部材）
３２ キャリッジ（移動部材）
４０ 回転モータ
４２ 回転シャフト（移動部材）
４３，４４ 軸受（支持部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】