特許 7574730 モータ診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】モータ診断装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/024 20160101AFI20241022BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241022BHJP

   H02K 11/25 20160101ALI20241022BHJP

   H02P 29/62 20160101ALI20241022BHJP

   B60L 3/00 20190101ALN20241022BHJP

【ＦＩ】

H02P29/024

H02M7/48 M

H02K11/25

H02P29/62

B60L3/00 J

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021077288

(22)【出願日】2021-04-30

(65)【公開番号】P2022170975

(43)【公開日】2022-11-11

【審査請求日】2024-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 克也

(72)【発明者】

【氏名】外海 憲彦

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２１３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３７０２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２９／０２４

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｋ １１／２５

Ｈ０２Ｐ ２９／６２

Ｂ６０Ｌ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの劣化に影響するパラメータを、時間間隔をおいて測定する測定部と、
前記パラメータの測定値を複数の数値範囲に区分することにより前記測定値の度数分布を生成する生成部と、
前記度数分布に基づき、前記数値範囲ごとの前記モータの耐久性に応じた閾値に対する前記測定値の度数の比の合計値を算出する第１算出部と、
前記合計値から前記モータの寿命を算出する第２算出部とを有する、
モータ診断装置。

【請求項2】

前記測定部は、複数の種類の前記パラメータを測定し、
前記生成部は、前記パラメータの測定値を前記種類ごとに前記複数の数値範囲に区分することにより前記測定値の度数分布を生成し、
前記第１算出部は、前記種類ごとに前記合計値を算出する、
請求項１に記載のモータ診断装置。

【請求項3】

前記第２算出部は、前記種類ごとの前記合計値の平均値から前記モータの寿命を算出する、
請求項２に記載のモータ診断装置。

【請求項4】

前記測定部は、前記パラメータとして、前記モータの温度、前記モータが起動から停止するまでの期間内の前記モータの最高温度と起動時の温度差、前記モータの回転による応力、前記モータのトルクによる応力の少なくとも１つを測定する、
請求項１乃至３の何れかに記載のモータ診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、診断装置が、電動車両に搭載された二次電池の劣化に関する情報から、二次電池の再利用の可否を判断する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－７８０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

二次電池だけでなく、電動車両に搭載されたモータも使用するうちに劣化する。モータについて、二次電池のような利用または交換を想定した場合、再利用の可否や交換時期を、例えばモータの目視などにより高精度に判断することは難しい。

【0005】

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、モータの寿命を高精度に診断することができるモータ診断装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書に記載のモータ診断装置は、モータの劣化に影響するパラメータを、時間間隔をおいて測定する測定部と、前記パラメータの測定値を複数の数値範囲に区分することにより前記測定値の度数分布を生成する生成部と、前記度数分布に基づき、前記数値範囲ごとの前記モータの耐久性に応じた閾値に対する前記測定値の度数の比の合計値を算出する第１算出部と、前記合計値から前記モータの寿命を算出する第２算出部とを有する。

【0008】

上記の構成において、前記測定部は、複数の種類の前記パラメータを測定し、前記生成部は、前記パラメータの測定値を前記種類ごとに前記複数の数値範囲に区分することにより前記測定値の度数分布を生成し 前記第１算出部は、前記種類ごとに前記合計値を算出してもよい。

【0009】

上記の構成において、前記第２算出部は、前記種類ごとの前記合計値の平均値から前記モータの寿命を算出してもよい。

【0010】

上記の構成において、前記測定部は、前記パラメータとして、前記モータの温度、前記モータが起動から停止するまでの期間内の前記モータの最高温度と起動時の温度差、前記モータの回転による応力、前記モータのトルクによる応力の少なくとも１つを測定してもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、モータの寿命を高精度に診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】モータシステムの一例を示す構成図である。

【図2】モータ診断装置の一例を示す構成図である。

【図3】検出値情報、モータ稼働情報、及び測定値情報の一例を示す図である。

【図4】度数分布情報及び保証値情報の一例を示す図である。

【図5】モータの診断処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】温度センサの検出値の時刻変化の一例を示す図である。

【図7】レインフロー法に従って回転数及びトルクに基づくモータの応力成分を導出する方法の一例を示す図である。

【図8】修正Goodman法に従った応力成分の換算の例を示す図である。

【図9】温度の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。

【図10】トリップ温度変化の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。

【図11】回転応力の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。

【図12】トルク応力の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。

【図13】補正済みの寿命減少率Ｒａ～Ｒｄの平均値と寿命値の関係の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（モータシステムの構成）
図１は、モータシステム９の一例を示す構成図である。モータシステム９は、例えばハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載される。モータシステム９は、モータ診断装置１、温度センサ２、回転数センサ３、トルクセンサ４、イグニッションスイッチ（ＩＧ－ＳＷ）５、駆動制御回路６、インバータ回路７、モータ８、駆動軸８１、ディファレンシャルギア８２、及び車輪８３，８４を有する。

【0014】

モータ８は、一例として車両の車輪（前輪または後輪）８３，８４の駆動に用いられる。モータ８は、駆動軸８１を介してディファレンシャルギア８２に接続されている。ディファレンシャルギア８２は、モータ８のトルクを減速比に応じた駆動力として車輪８３，８４に伝達する。また、モータ８は発電などに用いられる。なお、車両に搭載されるモータ数に限定はない。

【0015】

インバータ回路７は３相交流電流を生成してモータ８に出力する。インバータ回路７は、それぞれ、例えば３相分の上アーム及び下アームに対応する複数個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などを有する。各ＩＧＢＴは、駆動制御回路６から入力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号によりオンオフ制御される。なお、インバータ回路７は、ＩＧＢＴに代えて他の種類のトランジスタを有してもよい。

【0016】

駆動制御回路６は、例えばマイクロコントローラなどを含み、不図示のアクセル及びブレーキの操作量や車両の走行状態などに応じてインバータ回路７を駆動制御する。駆動制御回路６は、例えばモータ８から目標のトルクが出力されるようにＰＷＭ信号をインバータ回路７に出力する。

【0017】

ＩＧ－ＳＷ５はモータ８を始動または停止させる。ＩＧ－ＳＷ５がオンされると、オン信号が駆動制御回路６に出力され、ＩＧ－ＳＷ５がオフされると、オフ信号が駆動制御回路６に出力される。駆動制御回路６は、オン信号を受信すると駆動制御回路６を起動することによりモータ８を始動させ、オフ信号を受信すると駆動制御回路６を停止することによりモータ８を停止させる。ＩＧ－ＳＷ５のオン信号及びオフ信号はモータ診断装置１にも出力される。

【0018】

モータ診断装置１はモータ８の寿命を診断する。モータ診断装置１は、モータ８の劣化に影響するパラメータを測定して、測定値の度数分布からモータ８の寿命を算出する。本例では、パラメータとして、モータ８の温度、モータ８が起動から停止するまでの期間（以下、トリップ期間と表記）内のモータ８の最高温度と起動時の温度差（以下、トリップ温度変化と表記）、モータ８の回転による応力（以下、回転応力と表記）、モータ８のトルクによる応力（以下、トルク応力と表記）を挙げるが、これに限定されない。

【0019】

モータ診断装置１は、上記のパラメータの測定処理において、温度センサ２、回転数センサ３、及びトルクセンサ４から検出値を収集する。温度センサ２はモータ８の温度を検出する。回転数センサ３はモータ８の回転数を検出する。トルクセンサ４はモータ８のトルクを検出する。

【0020】

（モータ診断装置の構成）
図２は、モータ診断装置１の一例を示す構成図である。モータ診断装置１は、例えば、電動車両内のＥＣＵ（Electronic Control Unit）、あるいは電動車両の外部に設けられたサーバなどのコンピュータである。

【0021】

モータ診断装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２、ストレージメモリ１３、通信ポート１４、及び出力デバイス１５を有する。ＣＰＵ１０は、互いに信号の入出力ができるように、ＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２、ストレージメモリ１３、通信ポート１４、及び出力デバイス１５と、バス１９を介して電気的に接続されている。

【0022】

ＲＯＭ１１は、ＣＰＵ１０を駆動するプログラムが格納されている。ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１０のワーキングメモリとして機能する。

【0023】

通信ポート１４は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）あるいは無線ＬＡＮ（Local Area Network）の通信回路であり、ＣＰＵ１０と温度センサ２、回転数センサ３、トルクセンサ４、及びＩＧ－ＳＷ５の間の通信を中継する。ＣＰＵ１０は、温度センサ２、回転数センサ３、及びトルクセンサ４から通信ポート１４を介してモータ８の温度、回転数、及びトルクの各検出値をそれぞれ取得し、ＩＧ－ＳＷ５から通信ポート１４を介してオン信号またはオフ信号を受信する。

【0024】

出力デバイス１５は、ＣＰＵ１０からバス１９を介して入力された情報を外部の表示装置などに出力する。出力デバイス１５の出力先の装置としては、例えばディスプレイ及びタッチパネルなどが挙げられる。出力デバイス１５は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circuit）などのハードウェアにより実現される回路である。

【0025】

ストレージメモリ１３は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュロムなどの不揮発性メモリである。ストレージメモリ１３は、検出値情報１３０、モータ稼働情報１３１、測定値情報１３２、度数分布情報１３３、及び保証値情報１３４を保持する。

【0026】

ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１１からプログラムを読み込むと、機能として、動作制御部１００、測定処理部１０１、度数分布生成部１０２、寿命減少率算出部１０３、及び寿命値算出部１０４を生成する。動作制御部１００はモータ診断装置１の動作を全体的に制御する。動作制御部１００は、プログラムに規定されたシーケンスに従って測定処理部１０１、度数分布生成部１０２、寿命減少率算出部１０３、及び寿命値算出部１０４の各動作を制御する。測定処理部１０１、度数分布生成部１０２、寿命減少率算出部１０３、及び寿命値算出部１０４は、動作制御部１００を介して情報を互いに入出力する。

【0027】

測定処理部１０１は、測定部の一例であり、モータ８の劣化に影響するパラメータを、時間間隔をおいて測定する。測定処理部１０１は、温度センサ２、回転数センサ３、及びトルクセンサ４から通信ポート１４を介してモータ８の温度、回転数、及びトルクの各検出値をそれぞれ取得し、ＩＧ－ＳＷ５から通信ポート１４を介してオン信号またはオフ信号を受信する。

【0028】

測定処理部１０１は、温度センサ２、回転数センサ３、及びトルクセンサ４の各検出値を例えば周期的に取得して、その取得時刻とともに検出値情報１３０としてストレージメモリ１３に記録する。なお、測定処理部１０１は例えばＣＰＵ１０のタイマ回路により時刻を検出する。測定処理部１０１は、例えば所定回数分の検出値を取得するたびに測定処理を行う。

【0029】

また、測定処理部１０１は、ＩＧ－ＳＷ５から出力されるオン信号及びオフ信号に基づいてモータ稼働情報１３１をストレージメモリ１３に記録する。モータ稼働情報１３１はモータ８の起動時刻または停止時刻を示す。

【0030】

測定処理部１０１は、各検出値に基づきモータ８の温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力を測定する。例えば測定処理部１０１は、温度センサ２の検出値とモータ稼働情報１３１からトリップ温度変化を測定する。また、測定処理部１０１は、回転数センサ及びトルクセンサ４の各検出値からレインフロー法及び修正Goodman線図を用いて回転応力及びトルク応力をそれぞれ測定する。測定処理部１０１は、モータ８の温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各測定値を測定値情報１３２としてストレージメモリ１３に記録する。

【0031】

測定処理部１０１は測定処理の終了を動作制御部１００に通知する。動作制御部１００は測定処理の終了通知を受けると、度数分布生成部１０２に各測定値の度数分布の生成を指示する。

【0032】

度数分布生成部１０２は、生成部の一例であり、動作制御部１００の指示に従い、モータ８の温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各測定値をそれぞれ複数の数値範囲（階級）に区分することにより各測定値の度数分布を生成する。度数分布生成部１０２は、各測定値の度数分布を示す度数分布情報１３３をストレージメモリ１３に記録する。度数分布生成部１０２は度数分布の生成処理の終了を動作制御部１００に通知する。動作制御部１００は、度数分布の生成処理の終了通知を受けると、寿命減少率算出部１０３にモータ８の寿命減少率の算出を指示する。

【0033】

寿命減少率算出部１０３は、動作制御部１００の指示に従い、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各測定値について、度数分布情報１３３及び保証値情報１３４に基づきモータ８の寿命減少率を算出する。保証値情報１３４は、各測定値の度数分布における数値範囲（階級）ごとに予め定められた保証値を示す。保証値はモータ８の耐久性に応じた度数の閾値の一例であり、度数分布の何れかの階級の度数がその保証値を超えない限り、仕様上で目標とするモータ８の寿命が保証される。

【0034】

寿命減少率は、各測定値の度数分布における階級ごとの度数の保証値に対する比であり、モータ８の寿命の減少量を示す指標値である。寿命減少率は、モータ８の温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各々の測定値について算出される。寿命減少率算出部１０３は、各測定値について寿命減少率の算出処理の終了を動作制御部１００に通知する。動作制御部１００は、寿命減少率の算出処理の終了通知を受けると、寿命値算出部１０４にモータ８の寿命値の算出を指示する。

【0035】

寿命値算出部１０４は、各測定値についての寿命減少率からモータ８の寿命値を算出する。寿命値は、モータ８の寿命、つまりモータ８が劣化により使用不可能となるまでの期間の目安を示す指標値である。寿命値算出部１０４はモータ８の寿命値を出力デバイス１５に出力する。これにより、モータ８の寿命値が例えばディスプレイなどの外部装置に表示される。

【0036】

次にストレージメモリ１３に格納される検出値情報１３０、モータ稼働情報１３１、測定値情報１３２、度数分布情報１３３、及び保証値情報１３４の例を挙げる。

【0037】

図３は、検出値情報１３０、モータ稼働情報１３１、及び測定値情報１３２の一例を示す図である。検出値情報１３０は、時刻（一例として「１」，「２」，「３」，・・・とする。）、モータ８の温度の検出値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・、モータ８の回転数の検出値Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，・・・、及びモータ８のトルクの検出値Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，・・・を示す。取得時刻は、測定処理部１０１が各検出値を取得した時刻を示す。例えば測定処理部１０１が一定の時間間隔をおいて各検出値を取得する場合、取得時刻同士の間隔も一定であるが、一定でなくてもよい。

【0038】

モータ稼働情報１３１は時刻及びモータ８の稼働状態を示す。時刻は、測定処理部１０１がＩＧ－ＳＷ５からオン信号またはオフ信号を受信した時刻を示す。モータ８の稼働状態は、オン信号の受信時、起動となり、オフ信号の受信時、停止となる。測定処理部１０１は、モータ８の起動時刻（「１」）及び停止時刻（「１００００」）からトリップ期間を判定する。

【0039】

測定値情報１３２は、モータ８の温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各測定値を示す。温度の測定値は温度センサ２の検出値と同一である。トリップ温度変化は、トリップ期間内の最初の温度の検出値と最高温度の検出値の差分として算出される。回転応力は、回転数の検出値の二乗を簡易的に応力とみなし、レインフロー法及び修正Goodman線図を用いて算出される。トルク応力は、トルクの検出値を簡易的に応力とみなし、レインフロー法及び修正Goodman線図を用いて算出される。なお、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各測定値の算出方法は後述する。

【0040】

図４は、度数分布情報１３３及び保証値情報１３４の一例を示す図である。度数分布情報１３３は、モータ８の温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各測定値の度数を範囲（階級）ごとに示す。例えば温度の測定値の度数分布において、ａ１以上ａ２未満の範囲（ａ１～ａ２）の度数はＦａ［１］であり、ａ２以上ａ３未満の範囲（ａ２～ａ３）の度数はＦａ［２］である。トリップ温度変化の測定値の度数分布において、ｂ１以上ｂ２未満の範囲（ｂ１～ｂ２）の度数はＦｂ［１］であり、ｂ２以上ｂ３未満の範囲（ｂ２～ｂ３）の度数はＦｂ［２］である。

【0041】

回転応力の測定値の度数分布において、ｃ１以上ｃ２未満の範囲（ｃ１～ｃ２）の度数はＦｃ［１］であり、ｃ２以上ｃ３未満の範囲（ｃ２～ｃ３）の度数はＦｃ［２］である。トルク応力の測定値の度数分布において、ｄ１以上ｄ２未満の範囲（ｄ１～ｄ２）の度数はＦｄ［１］であり、ｄ２以上ｄ３未満の範囲（ｄ２～ｄ３）の度数はＦｄ［２］である

【0042】

保証値情報１３４は、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各測定値の範囲ごとの度数の保証値を示す。例えば温度の測定値について、ａ１以上ａ２未満の範囲（ａ１～ａ２）の保証値はＦａ＿ｇ［１］であり、ａ２以上ａ３未満の範囲（ａ２～ａ３）の保証値はＦａ＿ｇ［２］である。トリップ温度変化の測定値について、ｂ１以上ｂ２未満の範囲（ｂ１～ｂ２）の保証値はＦｂ＿ｇ［１］であり、ｂ２以上ｂ３未満の範囲（ｂ２～ｂ３）の保証値はＦｂ＿ｇ［２］である。

【0043】

回転応力の測定値について、ｃ１以上ｃ２未満の範囲（ｃ１～ｃ２）の保証値はＦｃ＿ｇ［１］であり、ｃ２以上ｃ３未満の範囲（ｃ２～ｃ３）の保証値はＦｃ＿ｇ［２］である。トルク応力の測定値について、ｄ１以上ｄ２未満の範囲（ｄ１～ｄ２）の保証値はＦｄ＿ｇ［１］であり、ｄ２以上ｄ３未満の範囲（ｄ２～ｄ３）の保証値はＦｄ＿ｇ［２］である。

【0044】

例えば温度の測定値について、ａ１以上ａ２未満の範囲の度数Ｆａ［１］が保証値Ｆａ＿ｇ［１］を越えた場合、あるいはａ２以上ａ３未満の範囲の度数Ｆａ［２］が保証値Ｆａ＿ｇ［２］を越えた場合、モータ８の寿命は尽きるとみなすことができる。また、トリップ温度変化の測定値について、ｂ１以上ｂ２未満の範囲の度数Ｆｂ［１］が保証値Ｆｂ＿ｇ［１］を越えた場合、あるいはｂ２以上ｂ３未満の範囲の度数Ｆｂ［２］が保証値Ｆｂ＿ｇ［２］を越えた場合、モータ８の寿命は尽きるとみなすことができる。なお、回転応力及びトルク応力の各測定値についても、上記と同様に度数が保証値を越えた場合、モータ８の寿命は尽きるとみなすことができる。

【0045】

（モータの診断処理）
図５は、モータ８の診断処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、例えばモータ８の使用中、繰り返し実行される。

【0046】

まず、測定処理部１０１は、モータ８の温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の測定処理を実行する（ステップＳｔ１）。このとき、測定処理部１０１は、温度センサ２、回転数センサ３、及びトルクセンサ４の各検出値を例えば周期的に取得して検出値情報１３０をストレージメモリ１３に記録する。また、測定処理部１０１は、ＩＧ－ＳＷ５からオン信号及びオフ信号を受信してモータ稼働情報１３１をストレージメモリ１３に記録する。

【0047】

また、測定処理部１０１は、温度センサ２、回転数センサ３、及びトルクセンサ４の各検出値に基づきトリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力をそれぞれ算出することで測定する。測定処理部１０１は、温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の測定値情報１３２をストレージメモリ１３に記録する。

【0048】

次に度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２から温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の度数分布情報１３３を生成する（ステップＳｔ２）。このとき、度数分布生成部１０２は、温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の測定値の範囲（階級）を判定し、その範囲の度数を測定値の個数分だけ加算する。

【0049】

次に寿命減少率算出部１０３は、度数分布情報１３３及び保証値情報１３４から、温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各度数について寿命減少率を算出する（ステップＳｔ３）。なお、寿命減少率の算出方法は後述する。

【0050】

次に寿命値算出部１０４は、温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力の各寿命減少率からモータ８の寿命値を算出する（ステップＳｔ４）。このとき、出力デバイス１５は寿命値を例えばディスプレイなどに出力する。なお、寿命値の算出方法は後述する。

【0051】

このようにモータ８の診断処理は実行される。以下に各処理の詳細について述べる。

【0052】

（トリップ温度変化の算出方法）
図６は、温度センサ２の検出値の時刻変化の一例を示す図である。測定処理部１０１は、ＩＧ－ＳＷ５のオンオフをオン信号及びオフ信号の受信により検出してモータ稼働情報１３１として記録する。ＩＧ－ＳＷ５は、例えば、時刻Ｔｓ１，Ｔｓ２でオンになり、時刻Ｔｅ１，Ｔｅ２でオフとなる。時刻Ｔｓ１～Ｔｅ１をトリップ＃１と表記し、時刻Ｔｓ２～Ｔｅ２をトリップ＃２と表記する。

【0053】

測定処理部１０１は、モータ稼働情報１３１からトリップ＃１，＃２を判定し、温度センサ２の検出値情報１３０から各トリップ＃１，＃２内の最初の温度Ｔｆ１，Ｔｆ２及び最高温度Ｔｐ１，Ｔｐ２を特定する。ここで、トリップ＃１，＃２内の最初の温度Ｔｆ１，Ｔｆ２はモータ８の起動時の温度に該当する。測定処理部１０１は、温度Ｔｆ１と最高温度Ｔｐ１の差ΔＴ１、温度Ｔｆ２と最高温度Ｔｐ１の差ΔＴ２、及び温度Ｔｆ２と最高温度Ｔｐ２の差ΔＴ３をトリップ温度変化として算出する。

【0054】

このように、測定処理部１０１はトリップ温度変化を測定する。このため、モータ診断装置１は、トリップ温度変化がモータ８に与える負荷に基づきモータ８の寿命値を算出することができる。

【0055】

（回転応力及びトルク応力の算出方法）
図７は、レインフロー法に従って回転数及びトルクに基づくモータの応力成分を導出する方法の一例を示す図である。測定処理部１０１は、検出値情報１３０から回転数及びトルクの検出値を取得する。測定処理部１０１は、回転応力として、モータ８に作用する遠心力（＝質量×回転半径×角速度^２）に基づき回転数の検出値の二乗を用い、トルク応力としてトルクの検出値を用いる。

【0056】

符号Ｇ１ａは、回転数の検出値の二乗（以下、単に回転数と表記）、またはトルクの検出値の時刻変化の例を示す。測定処理部１０１は、ポイントＰａ～Ｐｉで示されるように回転数及びトルクの波形の山及び谷を検出する。

【0057】

測定処理部１０１は、レインフロー法に従って回転数またはトルクの応力成分を計数する。符号Ｇ１ｂは、回転数またはトルクの応力成分を計数結果の一例である。測定処理部１０１は、波形からポイントＰａ～Ｐｂの区間、ポイントＰｂ～Ｐｃの区間、ポイントＰｃ～Ｐｄの区間、ポイントＰｄ～Ｐｅ及びＰｅ’～Ｐｇの区間、ポイントＰｅ～Ｐｆ及びＰｆ～Ｐｅ’の区間、ポイントＰｇ～Ｐｈの区間、及びポイントＰｈ～Ｐｉの区間を応力成分として抽出する。ここで、ポイントＰｅ’～Ｐｇの区間は、ポイントＰｅの値が直前のポイントＰｃの値より大きいため、レインフロー法に従ってポイントＰｄ～Ｐｅの区間とともに１つの区間に併合される（点線参照）。サイクル数は、ポイントＰｅ～Ｐｆ及びＰｆ～Ｐｅ’の区間が１で、それ以外の区間は０．５となる。

【0058】

測定処理部１０１は、区間ごとに応力振幅σa及び平均応力σmを算出する。応力振幅σaは波形の山と谷の間の大きさである。例えばポイントＰａ～Ｐｂの区間の場合、ポイントＰａ，Ｐｂの間の大きさの差分である。また、平均応力σmは波形の山と谷の中間の平均値である。例えばポイントＰａ～Ｐｂの区間の場合、ポイントＰａ，Ｐｂの中間の大きさである。

【0059】

図８は、修正Goodman法に従った応力成分の換算の例を示す図である。符号Ｇ２ａは、回転応力を算出する場合の平均応力σm及び応力振幅σaの修正Goodman線図である。ポイントｐ１～ｐ３は、図７の符号Ｇ１ｂで示される応力振幅σa及び平均応力σmをプロットした点である。

【0060】

また、修正Goodman線Ｌは、例えばモータ８を構成するロータやステータなどの疲労破壊対象の部品の金属材料の物性に応じた両振り引張り圧縮限度σwb（Pa）及び引張応力σB（Pa）により決定される。回転応力はモータ８に生ずる遠心力に基づくため、回転応力の作用する方向は、回転の中心から外側に向かう一方向のみである。したがって、回転応力は完全片振りの疲労限度のパラメータとして表される。

【0061】

このため、測定処理部１０１は、ポイントｐ１～ｐ３を修正Goodman線Ｌと平行にσa＝σmの直線上に移動したポイントｐ１’～ｐ３’（矢印参照）の縦軸の座標（σa）を回転応力として算出する。

【0062】

回転応力＝（σB×σa＋σwb＋σm）／（σB＋σwB） ・・・（１）

【0063】

具体的には、測定処理部１０１は、各ポイントｐ１～ｐ３の座標である応力振幅σa及び平均応力σmから上記の式（１）に従って回転応力を算出する。例えばσa＝７２．３×１０^６（rpm^２）及びσm＝３６．２×１０^６（rpm^２）の場合、σB＝３４９（rpm^２）及びσwb＝５１１（rpm^２）と仮定すると、回転応力は５６．５×１０^６（rpm^２）と算出される。このようにして、測定処理部１０１は回転応力を算出する。なお、測定処理部１０１は、回転数の検出値の二乗を応力とみなして回転応力を算出するため、回転応力の単位（rpm^２）は実際の応力の単位（Pa）とは異なる。

【0064】

また、符号Ｇ２ｂは、トルク応力を算出する場合の平均応力σm及び応力振幅σaの修正Goodman線図である。ここで、符号Ｇ２ａの修正Goodman線図と共通する内容には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0065】

トルク応力はモータ８に生ずる捻じる力に基づくため、トルク応力の作用する方向にはプラス方向及びマイナス方向が存在する。したがって、トルク応力は両振りの疲労限度のパラメータとして表される。

【0066】

このため、測定処理部１０１は、ポイントｐ１～ｐ３を修正Goodman線Ｌと平行にσm＝０の直線上、つまり縦軸上に移動したポイントｐ１’～ｐ３’（矢印参照）の縦軸の座標（σa）をトルク応力として算出する。

【0067】

トルク応力＝σa＋σwb／σB＋｜σm｜ ・・・（２）

【0068】

具体的には、測定処理部１０１は、各ポイントｐ１～ｐ３の座標である応力振幅σa及び平均応力σmから上記の式（２）に従って回転応力を算出する。例えばσa＝１５０（Nm）及びσm＝７０（Nm）の場合、σB＝７３０（Nm）及びσwb＝３２０（Nm）と仮定すると、トルク応力は１８１（Nm）と算出される。このようにして、測定処理部１０１はトルク応力を測定する。なお、測定処理部１０１は、トルクの検出値を応力とみなしてトルク応力を算出するため、トルク応力の単位（Nm）は実際の応力の単位（Pa）とは異なる。

【0069】

上述したように、測定処理部１０１は、回転応力を完全片振りの疲労限度のパラメータとして算出し、トルク応力を両振りの疲労限度のパラメータとして算出する。これにより、回転応力は、図７の符号Ｇ１ａに示される波形の谷を基準とする値となるのに対して、トルク応力は、その波形の山と谷の中間点を基準とする値となる。したがって、測定処理部１０１は、回転応力及びトルク応力の間の作用方向の差分があるにも関わらず、同一基準の測定値を得ることができる。

【0070】

（寿命減少率の算出方法）
図９は、温度の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。横軸は、温度を示し、ａ１～ａ２、ａ２～ａ３、・・・、ａ（ｎ）～ａ（ｎ＋１）（ｎ：２以上の整数）の数値範囲（階級）に区分されている。縦軸は温度の測定値の度数Ｆａ［１］～Ｆａ［ｎ］を示す。

【0071】

度数分布生成部１０２は、温度の測定値情報１３２から度数分布情報１３３を生成する。例えば度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２が示す温度が属する数値範囲ａ（ｉ）～ａ（ｉ＋１）（ｉ：正の整数）を特定し、その数値範囲に属する温度の累積数から度数Ｆａ［ｉ］を得る。度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２の全ての温度の測定値から度数Ｆａ［ｉ］を算出することにより、温度の測定値に関する度数分布情報１３３を生成する。

【0072】

Ｒａ＝（Ｆａ［１］／Ｆａ＿ｇ［１］）＋（Ｆａ［２］／Ｆａ＿ｇ［２］）＋
（Ｆａ［３］／Ｆａ＿ｇ［３］）＋・・・＋（Ｆａ［ｎ］／Ｆａ＿ｇ［ｎ］）
・・・（３）

【0073】

寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ａ（ｉ）～ａ（ｉ＋１）ごとに温度の測定値の度数Ｆａ［ｉ］を保証値Ｆａ＿ｇ［ｉ］と比較する。例えば寿命減少率算出部１０３は、温度の測定値情報１３２及び保証値情報１３４から上記の式（３）に従って温度の寿命減少率Ｒａを算出する。寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ａ（ｉ）～ａ（ｉ＋１）ごとの保証値Ｆａ＿ｇ［ｉ］に対する温度の測定値の度数Ｆａ［ｉ］の比の合計値として寿命減少率Ｒａを算出する。このため、モータ診断装置１は、温度の測定値の数値範囲ａ（ｉ）～ａ（ｉ＋１）ごとの温度によるモータ８の劣化を寿命値に反映することができる。

【0074】

図１０は、トリップ温度変化の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。横軸は、トリップ温度変化を示し、ｂ１～ｂ２、ｂ２～ｂ３、・・・、ｂ（ｎ）～ｂ（ｎ＋１）の数値範囲（階級）に区分されている。縦軸はトリップ温度変化の測定値の度数Ｆｂ［１］～Ｆｂ［ｎ］を示す。

【0075】

度数分布生成部１０２は、トリップ温度変化の測定値情報１３２から度数分布情報１３３を生成する。例えば度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２が示すトリップ温度変化が属する数値範囲ｂ（ｉ）～ｂ（ｉ＋１）を特定し、その数値範囲に属するトリップ温度変化の累積数から度数Ｆｂ［ｉ］を得る。度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２の全てのトリップ温度変化の測定値から度数Ｆｂ［ｉ］を算出することにより、トリップ温度変化の測定値に関する度数分布情報１３３を生成する。

【0076】

Ｒｂ＝（Ｆｂ［１］／Ｆｂ＿ｇ［１］）＋（Ｆｂ［２］／Ｆｂ＿ｇ［２］）＋
（Ｆｂ［３］／Ｆｂ＿ｇ［３］）＋・・・＋（Ｆｂ［ｎ］／Ｆｂ＿ｇ［ｎ］）
・・・（４）

【0077】

寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ｂ（ｉ）～ｂ（ｉ＋１）ごとにトリップ温度変化の測定値の度数Ｆｂ［ｉ］を保証値Ｆｂ＿ｇ［ｉ］と比較する。例えば寿命減少率算出部１０３は、トリップ温度変化の測定値情報１３２及び保証値情報１３４から上記の式（４）に従ってトリップ温度変化の寿命減少率Ｒｂを算出する。寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ｂ（ｉ）～ｂ（ｉ＋１）ごとの保証値Ｆｂ＿ｇ［ｉ］に対するトリップ温度変化の測定値の度数Ｆｂ［ｉ］の比の合計値として寿命減少率Ｒｂを算出する。このため、モータ診断装置１は、温度の測定値の数値範囲ｂ（ｉ）～ｂ（ｉ＋１）ごとのトリップ温度変化によるモータ８の劣化を寿命値に反映することができる。

【0078】

図１１は、回転応力の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。横軸は、回転応力を示し、ｃ１～ｃ２、ｃ２～ｃ３、・・・、ｃ（ｎ）～ｃ（ｎ＋１）の数値範囲（階級）に区分されている。縦軸は回転応力の測定値の度数Ｆｃ［１］～Ｆｃ［ｎ］を示す。

【0079】

度数分布生成部１０２は、回転応力の測定値情報１３２から度数分布情報１３３を生成する。例えば度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２が示す回転応力が属する数値範囲ｃ（ｉ）～ｃ（ｉ＋１）を特定し、その数値範囲に属する回転応力の累積数から度数Ｆｃ［ｉ］を得る。度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２の全ての回転応力の測定値から度数Ｆｃ［ｉ］を算出することにより、回転応力の測定値に関する度数分布情報１３３を生成する。

【0080】

Ｒｃ＝（Ｆｃ［１］／Ｆｃ＿ｇ［１］）＋（Ｆｃ［２］／Ｆｃ＿ｇ［２］）＋
（Ｆｃ［３］／Ｆｃ＿ｇ［３］）＋・・・＋（Ｆｃ［ｎ］／Ｆｃ＿ｇ［ｎ］）
・・・（５）

【0081】

寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ｃ（ｉ）～ｃ（ｉ＋１）ごとに回転応力の測定値の度数Ｆｃ［ｉ］を保証値Ｆｃ＿ｇ［ｉ］と比較する。例えば寿命減少率算出部１０３は、回転応力の測定値情報１３２及び保証値情報１３４から上記の式（５）に従って回転応力の寿命減少率Ｒｃを算出する。寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ｃ（ｉ）～ｃ（ｉ＋１）ごとの保証値Ｆｃ＿ｇ［ｉ］に対する回転応力の測定値の度数Ｆｃ［ｉ］の比の合計値として寿命減少率Ｒｃを算出する。このため、モータ診断装置１は、回転応力の測定値の数値範囲ｃ（ｉ）～ｃ（ｉ＋１）ごとの回転応力によるモータ８の劣化を寿命値に反映することができる。

【0082】

図１２は、トルク応力の測定値の度数分布及び保証値の例を示す図である。横軸は、トルク応力を示し、ｄ１～ｄ２、ｄ２～ｄ３、・・・、ｄ（ｎ）～ｄ（ｎ＋１）の数値範囲（階級）に区分されている。縦軸はトルク応力の測定値の度数Ｆｄ［１］～Ｆｄ［ｎ］を示す。

【0083】

度数分布生成部１０２は、トルク応力の測定値情報１３２から度数分布情報１３３を生成する。例えば度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２が示すトルク応力が属する数値範囲ｄ（ｉ）～ｄ（ｉ＋１）を特定し、その数値範囲に属するトルク応力の累積数から度数Ｆｄ［ｉ］を得る。度数分布生成部１０２は、測定値情報１３２の全てのトルク応力の測定値から度数Ｆｄ［ｉ］を算出することにより、トルク応力の測定値に関する度数分布情報１３３を生成する。

【0084】

Ｒｄ＝（Ｆｄ［１］／Ｆｄ＿ｇ［１］）＋（Ｆｄ［２］／Ｆｄ＿ｇ［２］）＋
（Ｆｄ［３］／Ｆｄ＿ｇ［３］）＋・・・＋（Ｆｄ［ｎ］／Ｆｄ＿ｇ［ｎ］）
・・・（６）

【0085】

寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ｄ（ｉ）～ｄ（ｉ＋１）ごとにトルク応力の測定値の度数Ｆｄ［ｉ］を保証値Ｆｄ＿ｇ［ｉ］と比較する。例えば寿命減少率算出部１０３は、トルク応力の測定値情報１３２及び保証値情報１３４から上記の式（６）に従ってトルク応力の寿命減少率Ｒｄを算出する。寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ｄ（ｉ）～ｄ（ｉ＋１）ごとの保証値Ｆｄ＿ｇ［ｉ］に対するトルク応力の測定値の度数Ｆｄ［ｉ］の比の合計値として寿命減少率Ｒｄを算出する。このため、モータ診断装置１は、トルク応力の測定値の数値範囲ｄ（ｉ）～ｄ（ｉ＋１）ごとのトルク応力によるモータ８の劣化を寿命値に反映することができる。

【0086】

このように、度数分布生成部１０２は、温度、トリップ温度変化、回転応力、及ぶトルク応力ごとに、つまり測定対象のパラメータの種類ごとに測定値を複数の数値範囲に区分することにより測定値の度数分布を生成する。寿命減少率算出部１０３は、パラメータの種類ごとに測定値の度数Ｆａ［ｉ］，Ｆｂ［ｉ］，Ｆｃ［ｉ］，Ｆｄ［ｉ］を保証値Ｆａ＿ｇ［ｉ］，Ｆｂ＿ｇ［ｉ］，Ｆｃ＿ｇ［ｉ］，Ｆｄ＿ｇ［ｉ］と比較する。

【0087】

したがって、モータ診断装置１は、複数のパラメータによる劣化の影響をモータ８の寿命値に反映することができる。なお、寿命減少率算出部１０３は比較部の一例である。また、寿命減少率Ｒａ～Ｒｄは、保証値Ｆａ＿ｇ［ｉ］，Ｆｂ＿ｇ［ｉ］，Ｆｃ＿ｇ［ｉ］，Ｆｄ＿ｇ［ｉ］に対する度数Ｆａ［１］，Ｆｂ＿ｇ［ｉ］，Ｆｃ＿ｇ［ｉ］，Ｆｄ＿ｇ［ｉ］の比の一例である。

【0088】

（寿命値の算出方法）
寿命値算出部１０４は、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力についての寿命減少率Ｒａ～Ｒｄからモータ８の寿命値Ｖを算出する。寿命値算出部１０４は、寿命減少率算出部１０３の比較結果からモータ８の寿命を算出する算出部の一例である。

【0089】

Ｖ＝１－（Ｒａ／Ｈａ＋Ｒｂ／Ｈｂ＋Ｒｃ／Ｈｃ＋Ｒｄ／Ｈｄ）／４・・・（７）

【0090】

例えば寿命値算出部１０４は、寿命減少率Ｒａ～Ｒｄから上記の式（７）に基づきモータ８の寿命値Ｖを算出する。式（７）において、補正値Ｈａ～Ｈｄは、寿命減少率Ｒａ～Ｒｄを補正する値である。

【0091】

モータ８の実際の寿命は、保証値Ｆａ＿ｇ［ｉ］，Ｆｂ＿ｇ［ｉ］，Ｆｃ＿ｇ［ｉ］，Ｆｄ＿ｇ［ｉ］が保証する仕様上のモータ８の寿命も目標値より長い。このため、寿命値算出部１０４は、予め試験や机上の検討により決定された補正値Ｈａ～Ｈｄにより寿命減少率Ｒａ～Ｒｄを補正することにより、実際の寿命に対する誤差を低減する。

【0092】

寿命値算出部１０４は、１から補正済みの寿命減少率Ｒａ～Ｒｄの平均値を減ずることにより寿命値Ｖを算出する。これにより、モータ診断装置１は、モータ８の寿命を診断する。

【0093】

図１３は、補正済みの寿命減少率Ｒａ～Ｒｄの平均値と寿命値Ｖの関係の一例を示す図である。寿命値Ｖは寿命減少率Ｒａ～Ｒｄの平均値が増加するほど、低下する。このように寿命値算出部１０４は、寿命減少率Ｒａ～Ｒｄの平均値からモータ８の寿命を算出するため、温度、トリップ温度変化、回転応力、及びトルク応力によるモータ８の劣化の影響を平均的に寿命値Ｖに反映することができる。

【0094】

また、寿命値Ｖは、モータ診断装置１から外部のディスプレイなどに出力されるため、ユーザは寿命値Ｖからモータ８の使用可能なおおよその期間を知ることができる。なお、モータ診断装置１は、寿命減少率Ｒａ～Ｒｄと寿命値Ｖの関係をマップ情報としてストレージメモリ１３に記憶しておき、寿命減少率Ｒａ～Ｒｄからマップ情報を参照して寿命値Ｖを算出してもよい。

【0095】

これまで述べたように、モータ診断装置１は、測定処理部１０１、度数分布生成部１０２、寿命減少率算出部１０３、及び寿命値算出部１０４を有する。測定処理部１０１は、モータ８の劣化に影響するパラメータを、時間間隔をおいて測定する。度数分布生成部１０２は、各パラメータの測定値をそれぞれ複数の数値範囲（階級）に区分することにより各測定値の度数分布を生成する。

【0096】

寿命減少率算出部１０３は、数値範囲ごとに測定値の度数Ｆａ［ｉ］，Ｆｂ［ｉ］，Ｆｃ［ｉ］，Ｆｄ［ｉ］を保証値Ｆａ＿ｇ［ｉ］，Ｆｂ＿ｇ［ｉ］，Ｆｃ＿ｇ［ｉ］，Ｆｄ＿ｇ［ｉ］と比較する。び寿命値算出部１０４は、寿命減少率算出部１０３の比較結果からモータ８の寿命を算出する。

【0097】

したがって、モータ診断装置１は、モータ８の劣化に影響するパラメータの測定値の度数分布と保証値の比較結果に基づき、モータ８の寿命を高精度に診断することができる。

【0098】

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

【符号の説明】

【0099】

１ モータ診断装置
２ 温度センサ
３ 回転数センサ
４ トルクセンサ
５ イグニッションスイッチ
８ モータ
１０ ＣＰＵ
１００ 動作制御部
１０１ 測定処理部（測定部）
１０２ 度数分布生成部（生成部）
１０３ 寿命減少率算出部（比較部）
１０４ 寿命値算出部（算出部）
１３３ 度数分布情報
１３４ 保証値情報

【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】