JP2017032467A - 異常診断装置、軸受、機械装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】経年劣化による回転装置の異常の誤診断を低減することが可能な異常診断装置、軸受、機械装置及び車両を提供する。【解決手段】異常診断装置４のコントローラ３７ｄは、回転装置２の運用時間の指標値である運用度Ｔｐを算出する運用度算出部３７１と、運用度Ｔｐに基づき、運用時間の長さに応じて大きさの変化する振動に対応する適正な診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを設定する閾値設定部３７２と、回転装置２に生じる振動を測定する振動測定部３７３と、車速Ｖｄに基づき車軸回転数ωを算出する車軸回転数検出部３７４と、車軸回転数ωが設定回転数範囲ωｓに含まれるときに測定された振動の振動値から回転装置２の異常に係る特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮを抽出する特徴周波数成分抽出部３７５と、特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮと、診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮとを比較し、この比較結果に基づき回転装置２の異常を診断する異常診断部３７６とを備える。【選択図】 図５

Description

本発明は、軸受を含んで構成される回転装置の異常診断に関する。

従来、回転機器に使用される軸受の異常を検出する技術として、例えば、特許文献１に開示された技術がある。この技術は、軸受の振動から周波数を求め、特定の周波数帯の情報（例えば、スペクトラム等の特徴量）を抽出し、この特徴量としきい値とを比較して軸受の異常を検出するものである。

特開２０１０−１９０９０１号公報

ところで、軸受は、その運用時間に応じて摩耗等し品質や性能が劣化（即ち経年劣化）する。そして、この劣化の度合によって軸受に生じる振動が変化する。
しかしながら、上記従来技術では、軸受の経年劣化による振動の変化を考慮していないため、経年劣化による振動の変化に対して、しきい値が不適切な値となって、軸受の異常を正確に検出することができなくなる可能性がある。

そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、経年劣化による回転装置の異常の誤診断を低減することが可能な異常診断装置、軸受、機械装置及び車両を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る異常診断装置は、回転軸を支持する軸受を含んで構成される回転装置に生じる振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した振動の値である振動値から前記回転装置の異常に係る特徴周波数成分を抽出する特徴周波数成分抽出部と、前記特徴周波数成分抽出部で抽出した前記特徴周波数成分と予め設定した診断閾値とを比較し、該比較の結果に基づき前記回転装置の異常を診断する異常診断部と、前記回転装置の運用時間の指標値である運用度を算出する運用度算出部と、前記運用度算出部で算出した前記運用度に基づき、前記運用時間の長さに応じて大きさの変化する振動の振動値から抽出される前記特徴周波数成分に対して適正な診断閾値を設定する閾値設定部と、を備える。

また、本発明の第２の態様に係る軸受は、上記第１の態様に係る異常診断装置を備える。
また、本発明の第３の態様に係る機械装置は、上記第１の態様に係る異常診断装置を備える。
また、本発明の第４の態様に係る車両は、上記第１の態様に係る異常診断装置を備える。

本発明によれば、回転装置の運用時間の指標値である運用度を算出し、この運用度に基づき、運用時間の長さに応じて大きさの変化する振動の振動値から抽出される特徴周波数成分に対して適正な診断閾値を設定し、この診断閾値を用いて回転装置の異常を診断することが可能である。これによって、経年劣化による回転装置の異常の誤診断を低減することが可能となる。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両１の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る回転装置２の要部の詳細な構成を示す軸方向断面図である。 本発明の第１実施形態に係る異常診断装置４の一構成例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るコントローラ３７ｄのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るコントローラ３７ｄの機能構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｂ）は、経年劣化による振動の変化を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る異常診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る閾値設定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る閾値比較処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る診断処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 振動波形のスペクトル曲線の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る閾値設定部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る閾値設定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第２実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、部材ないし部分の縦横の寸法や縮尺は実際のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法や縮尺は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１〜第２実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（第１実施形態）
（構成）
本発明の第１実施形態に係る鉄道車両１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の回転装置２を含んで構成される。
回転装置２は、車軸２１と、車軸２１の両端部において車軸２１を支持する一対の複列円すいころ軸受３と、車軸２１の一対の複列円すいころ軸受３よりも内側の両端部に固定支持された一対の車輪２２とを含んで構成される。
複列円すいころ軸受３は、図２に示すように、軸受ハウジング２３の内側にて車軸２１の端部を回転自在に支持する。

この複列円すいころ軸受３は、第１の円すいころ軸受部２４Ａと、第２の円すいころ軸受部２４Ｂと、外輪２５と、円筒状の間座２９とを備える。
第１の円すいころ軸受部２４Ａは、第１の内輪２６Ａと、複数個の第１の円すいころ２７Ａと、第１の保持器２８Ａとを備え、第２の円すいころ軸受部２４Ｂは、第２の内輪２６Ｂと、複数個の第２の円すいころ２７Ｂと、第２の保持器２８Ｂとを備える。

外輪２５は、第１の円すいころ軸受部２４Ａ及び第２の円すいころ軸受部２４Ｂに共通の外輪であり、内周面に複列の円すい凹面状の第１の外輪軌道３０Ａ及び第２の外輪軌道３０Ｂを有し、軸受ハウジング２３に内嵌した状態で、使用時にも回転しないように構成されている。
第１の内輪２６Ａは、外周面に円すい凸面状の第１の内輪軌道３１Ａを有し、第２の内輪２６Ｂは、外周面に円すい凸面状の第２の内輪軌道３１Ｂを有し、それぞれ車軸２１の端部に外嵌固定した状態で、使用時にこの車軸２１と共に回転するように構成されている。

第１の円すいころ２７Ａは、第１の外輪軌道３０Ａと、第１の内輪軌道３１Ａとの間にそれぞれ複数個ずつ、第１の保持器２８Ａにより保持された状態で転動自在に設けられている。
また、第２の円すいころ２７Ｂは、第２の外輪軌道３０Ｂと、第２の内輪軌道３１Ｂとの間にそれぞれ複数個ずつ、第２の保持器２８Ｂにより保持された状態で転動自在に設けられている。

間座２９は、第１の内輪２６Ａ及び第２の内輪２６Ｂの間に挟持した状態で、車軸２１の端部に外嵌している。なお、図２に示した部分よりも上方に存在する、この車軸２１の中間部両端寄り部分には、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれ車輪２２を外嵌固定している。
更に、複列円すいころ軸受３は、図２に示すように、軸受ハウジング２３の外周面に取り付けられた異常診断装置４を備える。この異常診断装置４は、複列円すいころ軸受３の傷や剥離、車軸２１の偏摩耗、車輪２２のフラット磨耗等、異常診断対象である回転装置２の構成部品（以下、「診断対象部品」と記載する場合がある）に生じる異常を診断するものである。

本実施形態において、異常診断対象は、診断対象部品を示す以外にも、各診断対象部品に発生する異常の種類が２種類以上の場合、各異常内容とのセットで１つの異常診断対象を指すものである。例えば、車輪２２の車輪フラットの場合、１周あたり１箇所磨耗と、１周あたり２箇所磨耗とでは特徴周波数成分が異なるため、この場合の異常診断対象は、車輪２２の車輪フラット（１箇所）と、車輪２２の車輪フラット（２箇所）との２つとなる。

異常診断装置４は、回転装置２に生じる振動を検出する振動検出部としての加速度センサ３３と、回転装置２の異常を診断する異常診断ユニット３５と、鉄道車両１の走行速度である車速Ｖを検出する車速センサ３９と、を備える。
加速度センサ３３は、複列円すいころ軸受３の近傍で発生する振動を電気信号として出力する。

本実施形態では、軸受ハウジング２３の外周面の円周方向一部で、軸方向に関して第１の円すいころ軸受部２４Ａの中央部に対応する部分に、図２に示すように凹部３４を形成している。そして、凹部３４に加速度センサ３３を収容している。なお、加速度センサ３３の配設位置はこの位置に限らず、異常診断対象等に応じて他の位置に変更してもよい。
加速度センサ３３は、異常診断対象の異常発生時の振動特性に応じて、１軸方向の加速度を測定可能なもの、２軸方向の加速度を測定可能なもの、３軸方向の加速度を測定可能なもの等を適宜選択して使用する。また、測定したい振動の方向に合わせて、１軸又は２軸のセンサを複数配置する構成としてもよい。また、本実施形態では、異常診断対象の異常が複数軸方向への振動を発生する場合、異常発生時の振動方向のうち最も大きい振動レベルの振動方向を代表軸方向として決定し、この軸方向の振動を測定可能な加速度センサを使用する。

例えば、軸受外輪等に軸受剥離が発生した場合、ラジアル方向の振動が大きくなるため、軸受剥離を異常診断するためには、ラジアル方向の振動を検出可能なセンサを配置する必要がある。このように、異常の内容毎に振動変化が顕著に出る方向が異なるため、診断対象の異常内容に応じて、所望の振動方向の振動を検出可能なセンサを配置する必要がある。

なお、この構成に限らず、複数軸方向の振動を２以上検出する構成としてもよい。この場合は、後段の異常診断処理において、１の異常診断対象に対して、例えば、２以上の特徴周波数成分に対する異常診断が行われる。
車速センサ３９は、第１実施形態において、鉄道車両１の床下に設けられており、レール面に対してマイクロ波又はミリ波を照射し、この照射波とレール面からの反射波とのドップラシフト量から車速Ｖを検出するセンサである。

異常診断ユニット３５は、軸受ハウジング２３の外周面に固定された基板ハウジング３６と、基板ハウジング３６の内側に配置された回路基板３７とを備える。
この異常診断ユニット３５は、回転装置２を構成する異常診断対象の各部品の運用時間の指標値である運用度を算出する処理、運用度に基づき異常診断用の閾値を設定する処理、異常診断対象の各部品に摩耗や破損等の異常が生じているか否かを診断する処理等を行う為に、加速度センサ３３及び車速センサ３９の出力した電気信号等を演算処理するものである。

具体的に、異常診断ユニット３５は、図３に示すように、チップ部品やディスクリート部品等として回路基板３７上に実装された、第１のＩ／Ｆ部３７ａと、第２のＩ／Ｆ部３７ｂと、コントローラ３７ｄとを含んで構成される。
第１のＩ／Ｆ部３７ａは、車速センサ３９から出力されるアナログの電気信号である車速信号Ｖを、後段のコントローラ３７ｄで演算処理可能な信号形式に変換するものである。 ここで、本実施形態では、コントローラ３７ｄは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等が搭載されたマイクロコントローラ（マイコン）から構成されている。

従って、本実施形態の第１のＩ／Ｆ部３７ａは、図示省略するが、例えば、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器、フィルタ回路、ＡＣカップリングのためのコンデンサ、信号増幅のための信号増幅器等を含んで構成されている。
第１のＩ／Ｆ部３７ａは、変換後のデジタルの車速信号Ｖｄを、コントローラ３７ｄに出力する。

第２のＩ／Ｆ部３７ｂは、第１のＩ／Ｆ部３７ａと同様の構成を有し、加速度センサ３３から出力されるアナログの電気信号である加速度信号Ｇを、後段のコントローラ３７ｄで演算処理可能な信号形式に変換するものである。第２のＩ／Ｆ部３７ｂは、変換後のデジタルの加速度信号Ｇｄを、コントローラ３７ｄに出力する。
コントローラ３７ｄは、第１のＩ／Ｆ部３７ａからの車速信号Ｖｄに基づく車軸回転数ωの算出処理を行う。加えて、算出した車軸回転数ωと、第２のＩ／Ｆ部３７ｂからの加速度信号Ｇｄとに基づき、本実施形態では、複列円すいころ軸受３、車軸２１及び車輪２２に摩耗や破損等の異常が発生しているか否かを診断する。更に、コントローラ３７ｄは、上述した運用度の算出処理、運用度に基づく診断閾値の設定処理を行う。

次に、図４及び図５に基づき、コントローラ３７ｄのハードウェア構成及び機能構成を説明する。
コントローラ３７ｄは、図４に示すように、各種制御や演算処理を担う中央演算処理装置であるＣＰＵ６０と、主記憶装置を構成するＲＡＭ（Random Access Memory）６１と、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）６２と、ＲＴＣ６３とを備える。加えて、データ転送用の各種内外バス６５と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）６４とを備える。本実施形態では、ＲＡＭ６１は、例えばＮＯＲ型のフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリから構成される。

そして、ＣＰＵ６０、ＲＡＭ６１、ＲＯＭ６２及びＲＴＣ６３との間を各種内外バス６５で接続していると共に、このバス６５に入出力Ｉ／Ｆ６４を介して、異常診断ユニット３５の第１のＩ／Ｆ部３７ａ及び第２のＩ／Ｆ部３７ｂが接続されている。図示省略するが、その他にも必要に応じて、例えば、データ記憶容量確保のための外部記憶装置、異常診断結果を、ＣＡＮ等の車載ネットワークを介して各異常診断装置を統括制御する制御装置（以下、「統括制御装置」と記載する）に送信するための通信装置などが接続される。

ＲＴＣ６３は、時刻を計測する計時機能とタイマ機能とを有したＩＣチップであり、システムの電源が落とされても電池によって時刻を刻み続ける。なお、第１実施形態では、年月日曜時分秒を示すデジタルの時刻信号Ｔｒｄを出力する。
そして、電源を投入すると、ＲＯＭ６２等に記憶されたＢＩＯＳ等のシステムプログラムが、ＲＯＭ６２に予め記憶された各種のコンピュータプログラムをＲＡＭ６１にロードし、ＲＡＭ６１にロードされたプログラムに記述された命令に従ってＣＰＵ６０が各種リソースを駆使して所定の制御及び演算処理を行うことで後述する各機能をソフトウェア上で実現できるようになっている。

また、コントローラ３７ｄは、ＣＰＵ６０によってプログラムを実行することで実現する機能部として、図５に示すように、運用度算出部３７１と、閾値設定部３７２と、振動測定部３７３と、車軸回転数検出部３７４と、特徴周波数成分抽出部３７５と、異常診断部３７６とを備えている。
運用度算出部３７１は、診断対象部品の運用時間の指標値である運用度Ｔｐを算出する。

ここで、運用度Ｔｐは、値が大きいほど回転装置２の診断対象部品の運用時間が長いことを示し、値が小さいほど回転装置２の診断対象部品の運用時間が短いことを示す。一方、運用時間が長いほど回転装置２の各診断対象部品に生じる経年劣化の劣化度は大きくなっていく。このことから、運用度Ｔｐは、各診断対象部品の摩耗等による経年劣化の劣化度の指標値ともいえる。

第１実施形態では、診断対象部品の最初の使用開始時（例えば、新品の鉄道車両１の最初の運転開始時、部品交換後の最初の使用開始時等）からの経過時間を運用度Ｔｐとして算出する。
具体的に、運用度算出部３７１は、まず、回転装置２の各診断対象部品の最初の使用開始時の現在時刻ＴｒｄをＲＴＣ６３から取得し、これを初回使用開始時刻ＴｅとしてＲＡＭ６１に記憶する。

その後、運用度Ｔｐの算出タイミングで、ＲＴＣ６３から現在時刻Ｔｒｄを取得し、取得した現在時刻ＴｒｄからＲＡＭ６１に記憶された各診断対象部品の初回使用開始時刻Ｔｅを減算して、診断対象部品毎の運用度Ｔｐを算出する。
なお、運用度算出部３７１は、診断対象部品が新品に交換される毎に、ＲＡＭ６１に記憶された交換された診断対象部品に対応する初回使用開始時刻Ｔｅを更新する。

閾値設定部３７２は、運用度算出部３７１からの運用度Ｔｐに基づき、現在の運用度Ｔｐに対応する振動の大きさに対して適正な診断閾値を設定する。
第１実施形態では、運用度Ｔｐと、運用度Ｔｐに対応する振動の大きさに対して適正な診断閾値とが対応付けられた閾値マップがＲＯＭ６２に予め記憶されている。
例えば、試験運転等によって予め運用度Ｔｐの大きさと振動の大きさとの関係を求めておき、この関係に基づき、各運用度Ｔｐに対して各異常診断対象の異常を検出するのに適正な診断閾値を閾値マップに登録する。具体的には、運用度Ｔｐの大きさに対応する大きさの振動の振動値から抽出される特徴周波数成分に対して適正な診断閾値を登録する。

そして、閾値設定部３７２は、運用度Ｔｐの値に基づき、閾値マップを参照して、閾値マップから現在の運用度Ｔｐに対応する診断閾値を取得する。そして、取得した診断閾値をＲＡＭ６１の予め設定された診断閾値用の記憶領域に記憶する。なお、閾値マップの詳細については、後述する。
振動測定部３７３は、第２のＩ／Ｆ部３７ｂから予め設定したサンプリング周期で入力される加速度信号Ｇｄの示す加速度値（以下、「振動値Ｇｄ」と記載する場合がある）を、常時ＲＡＭ６１に時系列に記憶する。これにより、回転装置２に生じる振動を測定する。

車軸回転数検出部３７４は、ＲＯＭ６１に予め記憶された鉄道車両１の車輪径Ｒ、及び円周率πを読み出し、読み出した車輪径Ｒ及び円周率πと、第１のＩ／Ｆ部３７ａからの車速Ｖｄとに基づき、車軸回転数ωを算出する。
具体的に、下式（１）に従って、車速Ｖｄと車輪径Ｒと円周率πとから車軸回転数ωを算出する。なお、下式（１）において、Ｖｄの単位は［ｋｍ／ｈ］、ωの単位は［ｒｐｍ］とする。

ω＝｛（Ｖｄ／６０）×１０００｝／（Ｒ×π） ・・・（１）
車軸回転数検出部３７４は、算出した車軸回転数ωを、特徴周波数成分抽出部３７５に出力する。
特徴周波数成分抽出部３７５は、車軸回転数検出部３７４からの車軸回転数ωに基づき、車軸２１が予め設定した設定回転数範囲ωｓで回転しているときに測定された振動値Ｇｄから特徴周波数成分を抽出する。なお、設定回転数範囲ωｓは、例えば、６０００［ｒｐｍ］〜９０００［ｒｐｍ］または６０００［ｒｐｍ］以上などの範囲に設定する。

具体的に、第１実施形態の特徴周波数成分抽出部３７５は、ＲＴＣ６３のタイマ機能を用いて、車軸２１が設定回転数範囲ωｓで回転を開始したと判定してから、設定回転数範囲ωｓで回転をし続けている間の経過時間Ｔｄを計測する。そして、経過時間Ｔｄが診断可能時間Ｔｆとなった場合に、診断可能時間Ｔｆの期間に測定した振動値Ｇｄｓに対して特徴周波数成分の抽出処理を開始する。

以下、経過時間Ｔｄが診断可能時間ＴｆとなるまでにＲＡＭ６１に記憶された振動値Ｇｄを「振動値群Ｇｄｓ」と記載する場合がある。
第１実施形態では、診断可能時間Ｔｆの期間の振動値を特徴周波数成分の抽出に必要な時間間隔で（周期的な振動区間毎に）Ｍ分割（Ｍは２以上の自然数）し、各分割区間の振動値に対して特徴周波数成分の抽出処理を行う。具体的に、診断可能時間Ｔｆの期間にＲＡＭ６１に記憶された設定回転数範囲ωｓに対応する振動値群Ｇｄｓに対して次数解析処理を行う。

これにより、振動値群Ｇｄｓで示される振動波形に含まれる、分割区間１〜Ｍの予め設定した異常診断対象の次数１〜Ｎ（Ｎは２以上の自然数）にそれぞれ対応する特徴周波数成分Ａｓ１１，Ａｓ１２，・・・，Ａｓ（Ｍ−１）（Ｎ−１），ＡｓＭＮを抽出する。
以下、特徴周波数成分Ａｓ１１，Ａｓ１２，・・・，Ａｓ（Ｍ−１）（Ｎ−１），ＡｓＭＮを、「特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮ」と略記する場合がある。

なお、第１実施形態において、特徴周波数成分の抽出処理は診断可能時間Ｔｆとなる毎に行われ、また、振動の測定処理と並行して行われる。
ここで、次数解析処理は、具体的に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて、振動波形のパワースペクトル（振動レベル）を求め、このパワースペクトルを求めたときの車軸回転数に当たる周波数ｆｓに対応する成分を１次成分として求める。加えて、この周波数ｆｓの２倍、３倍、・・・、Ｎ−１倍、Ｎ倍の周波数毎のパワースペクトルを、２次〜Ｎ次成分として求める処理となる。また、Ｎの値は、異常診断対象に対応する次数成分によって適宜設定する。

特徴周波数成分抽出部３７５は、抽出した特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮを、ＲＡＭ６１に記憶する。その後、診断開始指令Ｓｔｄを異常診断部３７６に出力する。
異常診断部３７６は、特徴周波数成分抽出部３７５から診断開始指令Ｓｔｄが入力されると、ＲＡＭ６１に記憶された特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮと、ＲＡＭ６１に記憶された、閾値設定部３７２で設定された現在の運用度Ｔｐに対応する診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮとを比較する。そして、各比較結果に基づき、回転装置２の診断対象部品に異常が発生しているか否かを診断する。異常診断部３７６は、この異常診断結果を、例えば、車載ネットワークを介して、統括制御装置へと出力する。

ここで、部品、装置によって、例えば、ｍ次変化（ｍは「１≦ｍ＜Ｎ」の自然数）のときは軸受剥離、（ｍ＋１）次変化のときは装置回転軸偏磨耗など、次数成分ごとの故障モードが決まっている。そのため、診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮは、回避したい故障モードごとに許容値を検討し、各次数成分それぞれに対して適切な診断閾値を設定する。例えば、車輪２２が何らかの原因で磨耗したときなど、車輪フラットなどで１周あたり１箇所磨耗に相当する場合は１次成分、楕円に磨耗してしまったときなど２箇所磨耗に相当する場合は２次成分といった様に特徴周波数成分が発生することになる。

そして、本実施形態では、閾値設定部３７２において、現在の運用度Ｔｐに対して適正な診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを設定している。
ここで、回転装置２の各診断対象部品は、長期間の運用によって経年劣化する。例えば、運用時間が長くなると複列円すいころ軸受３の内輪や外輪に摩耗等が生じる。また、潤滑剤の劣化によって摩耗が生じやすくなる。これら潤滑剤の劣化や摩耗等による摩擦や軸ブレ等の増大によって回転装置２に生じる振動が大きくなる。

具体的に、図６（ａ）に示す回転装置２の各診断対象部品が新品の状態のときの振動の振幅と、図６（ｂ）に示す回転装置２の診断対象部品に経年劣化が生じている状態のときの振動の振幅とを比較すると、経年劣化が生じている方が振幅が大きくなる。振幅が大きくなると特徴周波数のパワースペクトルも大きくなるため、運用時間（経年劣化）を考慮せずに閾値を設定した場合、正常時の各次数成分のなかに、設定した診断閾値を上回るものが出てくる可能性がある。即ち、本来なら回転装置２の診断対象部品に異常が無いにも係わらず異常ありと誤診断される可能性がある。

そのため、第１実施形態では、閾値設定部３７２が、運用度Ｔｐの大きさ（経年劣化の劣化度の大きさ）に応じて変化する振動の大きさ（レベル）に対応して、各振動の振動値から抽出される特徴周波数成分に対して適正な診断閾値を設定するように構成されている。
従って、閾値マップは、次数成分（特徴周波数成分）毎に、各運用度の大きさに対応する振動波形の大きさに対して適正な診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮが登録されたものとなっている。具体的に、回転装置２の新品時の振動を基準として、予め基準診断閾値Ｔｈｒ１〜ＴｈｒＮが設定されており、この基準診断閾値Ｔｈｒ１〜ＴｈｒＮを、運用度の大きさ（経年劣化の劣化度の大きさ）に対応する振動の大きさに応じて適正な値へと補正した診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮがマップに登録されている。

（異常診断処理）
次に、図７に基づき、異常診断装置４における異常診断処理の処理手順の一例を説明する。なお、異常診断処理は、鉄道車両１の運転中（駆動源の駆動中又は車両走行中）に所定周期で繰り返し実行される処理である。
ＣＰＵ６０において、プログラムが実行され異常診断処理が開始されると、図７に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１００では、閾値設定部３７２において、閾値設定処理を実行して、現在の運用度Ｔｐを算出すると共に、現在の運用度Ｔｐに応じた診断閾値を設定して、ステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、振動測定部３７３において、振動測定処理を実施して、ステップＳ１０４に移行する。

具体的に、振動測定部３７３は、第２のＩ／Ｆ部３７ｂを介して入力される加速度値Ｇｄを取得し、取得した加速度値Ｇｄを振動値Ｇｄとして、ＲＡＭ６１に記憶する。
ステップＳ１０４では、車軸回転数検出部３７４において、第１のＩ／Ｆ部３７ａを介して入力される車速Ｖｄを取得し、取得した車速Ｖｄに基づき車軸回転数ωを算出する。そして、算出した車軸回転数ωを特徴周波数成分抽出部３７５に出力して、ステップＳ１０６に移行する。

ステップＳ１０６では、特徴周波数成分抽出部３７５において、車軸回転数ωに基づき特徴周波数成分の抽出タイミングか否かを判定する。そして、抽出タイミングであると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０８に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、一連の処理を終了する。
具体的に、特徴周波数成分抽出部３７５は、車軸回転数ωが設定回転数範囲ωｓに含まれるか否かを判定し、含まれると判定した場合にＲＴＣ６３のタイマ機能を用いて経過時間Ｔｄの測定を開始する。そして、経過時間Ｔｄ（カウント値Ｔｃ）が診断可能時間Ｔｆ以上となったと判定した場合に特徴周波数成分の抽出タイミングであると判定し、診断可能時間Ｔｆ未満であると判定した場合に抽出タイミングでは無いと判定する。

ステップＳ１０８に移行した場合は、特徴周波数成分抽出部３７５において、特徴周波数成分抽出処理を実施して、診断可能時間Ｔｆの期間に測定された振動値群Ｇｄｓから、特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮを抽出する。そして、抽出した特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮをＲＡＭ６１に記憶して、ステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、異常診断部３７６において、閾値比較処理を実施して、ステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１１２では、異常診断部３７６において、ステップＳ１１０の比較結果に基づき、診断処理を実施して、回転装置２の各診断対象部品に異常が発生しているか否かを診断して、一連の処理を終了する。
具体的に、異常診断部３７６は、診断可能時間Ｔｆの期間、診断閾値以上となる次数成分に対応する診断対象部品に異常が発生していると診断し、診断可能時間Ｔｆの期間中に閾値未満となる次数成分に対応する診断対象部品は正常であると診断する。

（閾値設定処理）
次に、図８に基づき、ステップＳ１００の閾値設定処理の処理手順の一例を説明する。
ステップＳ１００で閾値設定処理が開始されると、図８に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、運用度算出部３７１において、回転装置２が最初の使用開始時か否かを判定する。そして、最初の使用開始時であると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２０２に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２１２に移行する。

ここで、第１実施形態では、各診断対象部品に対して最初の使用開始時であるか否かを示す使用状態フラグがＲＡＭ６１に予め設定してある。この使用状態フラグは、例えば、新品の鉄道車両１の最初の使用開始時や部品交換後の最初の使用開始時に「１」に設定され、最初の使用開始時ではないときに「０」に設定される。
即ち、運用度算出部３７１は、使用状態フラグが「１」のときは、最初の使用開始時であると判定し、使用状態フラグが「０」のときは、最初の使用開始時ではないと判定するように構成されている。

ステップＳ２０２に移行した場合は、運用度算出部３７１において、ＲＴＣ６３から現在時刻Ｔｒｄを取得して、ステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４では、運用度算出部３７１において、ステップＳ２０２で取得した現在時刻Ｔｒｄを、回転装置２の全ての診断対象部品又は交換された診断対象部品の初回開始時刻ＴｅとしてＲＡＭ６１に記憶する。その後、ステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２０６では、運用度算出部３７１において、ステップＳ２０２又はＳ２１２で取得した現在時刻ＴｒｄからＲＡＭ６１に記憶された各診断対象部品の初回開始時刻Ｔｅを減算してなる運用度Ｔｐを診断対象部品毎に算出する。そして、算出した運用度Ｔｐを閾値設定部３７２に出力して、ステップＳ２０８に移行する。
ステップＳ２０８では、閾値設定部３７２において、ＲＯＭ６２に記憶された閾値マップから、運用度算出部３７１から入力された現在の運用度Ｔｐに対応する診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを読み出す。その後、ステップＳ２１０に移行する。

ステップＳ２１０では、閾値設定部３７２において、ステップＳ２０８で読み出した診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを、ＲＡＭ６１の診断閾値用の記憶領域に上書きして記憶することで、異常診断に用いる診断閾値を設定する。その後、一連の処理を終了して元の処理に復帰する。
一方、ステップＳ２００において最初の使用開始時ではないと判定されステップＳ２１２に移行した場合は、運用度算出部３７１において、ＲＴＣ６３から現在時刻Ｔｒｄを取得して、ステップＳ２０６に移行する。

（閾値比較処理）
次に、図９に基づき、ステップＳ１１０の閾値比較処理の処理手順の一例を説明する。
ステップＳ１１０で閾値比較処理が開始されると、図９に示すように、まず、ステップＳ３００に移行する。
ステップＳ３００では、異常診断部３７６において、変数ｉ及びｊに「１」を代入して、ステップＳ３０２に移行する。

ステップＳ３０２では、異常診断部３７６において、ＲＡＭ６１から特徴周波数成分Ａｓｉｊと、特徴周波数成分Ａｓｉｊに対応する診断閾値Ｔｈｉとを読み出す。次に、特徴周波数成分Ａｓｉｊが診断閾値Ｔｈｉ以上であるか否かを判定し、診断閾値Ｔｈｉ以上であると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３０４に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ３１４に移行する。

具体的に、異常診断部３７６は、例えば、変数ｉ及びｊが「１」の場合、ＲＡＭ６１から車体重量に基づき設定された１次成分に対応する診断閾値Ｔｈ１を読み出し、特徴周波数成分Ａｓ１１が診断閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。
ステップＳ３０４に移行した場合は、異常診断部３７６において、特徴周波数成分Ａｓｉｊが診断閾値Ｔｈｉ以上であるという判定結果を、ＲＡＭ６１に記憶する。その後、ステップＳ３０６に移行する。

一方、ステップＳ３０６に移行した場合は、異常診断部３７６において、特徴周波数成分Ａｓｉｊが診断閾値Ｔｈｉ未満である判定結果をＲＡＭ６１に記憶する。その後、ステップＳ３０８に移行する。
ステップＳ３０８に移行した場合は、異常診断部３７６において、変数ｊの値がＮ（設定最大次数）と一致するか否かを判定し、一致すると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３１０に移行し、一致しないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ３１４に移行する。

ステップＳ３１０に移行した場合は、異常診断部３７６において、変数ｉの値がＭと一致するか否かを判定し、一致すると判定した場合（Ｙｅｓ）は、一連の処理を終了して元の処理に復帰し、一致しないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ３１２に移行する。
一方、ステップＳ３１２に移行した場合は、異常診断部３７６において、現在の変数ｉの値に１を加算した値を変数ｉに代入すると共に、変数ｊに１を代入して、ステップＳ３０２に移行する。

また、ステップＳ３０８において変数ｊの値がＮと一致せずにステップＳ３１４に移行した場合は、異常診断部３７６において、現在の変数ｊの値に１を加算した値を変数ｊに代入して、ステップＳ３０２に移行する。
上記一連の処理を変数ｉがＭ、変数ｊがＮとなるまで繰り返し行うことで、特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮが診断閾値以上であるか否かを判定する。

（診断処理）
次に、図１０に基づき、ステップＳ１１２の診断処理の処理手順の一例を説明する。
ステップＳ１１２で診断処理が開始されると、図１０に示すように、まず、ステップＳ４００に移行する。
ステップＳ４００では、異常診断部３７６において、変数ｋに「１」を代入して、ステップＳ４０２に移行する。

ステップＳ４０２では、異常診断部３７６において、ＲＡＭ６１から、特徴周波数成分Ａ１ｋ〜ＡＭｋの閾値比較処理の判定結果を読み出す。そして、特徴周波数成分Ａｓ１ｋ〜ＡｓＭｋの全てが診断閾値Ｔｈｋ以上と判定されているか否かを判定し、診断閾値Ｔｈｋ以上と判定されていると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ４０４に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ４１２に移行する。

ステップＳ４０４に移行した場合は、異常診断部３７６において、ｋ次成分に対応する診断対象部品を異常と診断して、ステップＳ４０６に移行する。
即ち、本実施形態では、診断可能時間Ｔｆ以上の期間、ｋ次成分が診断閾値Ｔｈｋ以上となる状態が継続した場合に、異常と診断する。
ステップＳ４０６では、異常診断部３７６において、ステップＳ４０４又はＳ４１２の診断結果をＲＡＭ６１に記憶すると共に、車載ネットワークを介して、統括制御装置へと出力する。その後、ステップＳ４０８に移行する。

ステップＳ４０８では、異常診断部３７６において、変数ｋの値がＮと一致するか否かを判定し、一致すると判定した場合（Ｙｅｓ）は、一連の処理を終了し元の処理に復帰し、一致しないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ４１０に移行する。
ステップＳ４１０では、異常診断部３７６において、現在の変数ｋの値に１を加算した値を変数ｋに代入して、ステップＳ４０２に移行する。

一方、ステップＳ４０２において、全てが閾値以上と判定されずステップＳ４１２に移行した場合は、異常診断部３７６において、ｋ次成分に対応する構成部品を正常と診断して、ステップＳ４０６に移行する。

（動作）
次に、図１１に基づき、第１実施形態に係る鉄道車両１の具体的な動作例を説明する。
鉄道車両１が運転を開始して回転装置２を含む各種装置に電源が供給されると、加速度センサ３３が回転装置２に生じる振動に応じた加速度Ｇの出力を開始し、車速センサ３９が車速Ｖの出力を開始する。これにより、第１〜第２のＩ／Ｆ部３７ａ〜３７ｂを介して、車速Ｖｄ及び加速度（振動値）Ｇｄがコントローラ３７ｄに入力される。
一方、コントローラ３７ｄは、電源供給に応じて起動し異常診断処理を開始する。ここでは、各診断対象部品の初回使用開始時刻Ｔｅが既にＲＡＭ６１に記憶されていることとする。

閾値設定処理が開始されると、運用度算出部３７１において、まず、ＲＴＣ６３から現在時刻Ｔｒｄを取得し、ＲＡＭ６１から初回使用開始時刻Ｔｅを取得する。そして、取得した現在時刻Ｔｒｄから初回使用開始時刻Ｔｅを減算して運用度Ｔｐを算出し、算出した運用度Ｔｐを閾値設定部３７２に出力する。
閾値設定部３７２は、現在の運用度Ｔｐに基づき、ＲＯＭ６２の閾値マップから運用度Ｔｐに対応する診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを読み出す。ここでは、Ｎ＝５として、診断閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５を読み出したとする。そして、読み出した診断閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５を、ＲＡＭ６１の診断閾値用の記憶領域に記憶する。これにより、異常診断（閾値比較処理）に用いる診断閾値を設定する。

なお、回転装置２の最初の使用開始直後は、運用度Ｔｐが極めて小さな値となるため、異常診断に用いる診断閾値として基準診断閾値Ｔｈｒ１〜Ｔｈｒ５が設定される。
その後、運用時間が増加することで運用度Ｔｐが大きくなり、また、運用時間が長くなることで回転装置２の診断対象部品のいずれかに摩耗等の経年劣化が生じる。そのため、回転装置２に発生する振動が初回使用開始時とは異なる振動に変化する。具体的に、運用度Ｔｐが大きく（劣化度が大きく）なるほど振動の振幅が大きくなる。

そのため、本実施形態の閾値設定部３７２は、運用度Ｔｐの大きさ（劣化度の大きさ）に応じて変化する振動の大きさに対して、都度適切な診断閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５を設定する。
診断閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５が設定されると、振動測定部３７３は、所定サンプリング周期で入力される振動値Ｇｄを、時系列にＲＡＭ６１に記憶する。

次に、車軸回転数検出部３７４は、現在の車速Ｖｄをもとに車軸回転数ωを算出し、算出した車軸回転数ωを、特徴周波数成分抽出部３７５に出力する。
特徴周波数成分抽出部３７５は、車軸回転数検出部３７４からの車軸回転数ωの入力に応じて、抽出タイミングであるか否かを判定する。即ち、特徴周波数成分抽出部３７５は、車軸回転数検出部３７４から入力された車軸回転数ωが設定回転数範囲ωｓに含まれるようになったか否かを判定する。

特徴周波数成分抽出部３７５は、車軸回転数ωが設定回転数範囲ωｓに含まれるようになったと判定すると、ＲＴＣ６３のタイマ機能による車軸２１の設定回転数範囲ωｓでの回転状態の経過時間Ｔｄのカウントを開始する。そして、経過時間Ｔｄが診断可能時間Ｔｆ以上になったと判定すると、抽出タイミングであると判定する。そして、診断可能時間Ｔｆの期間にＲＡＭ６１に記憶された振動値群Ｇｄｓに対して次数解析処理を行う。ここでは、振動値群Ｇｄｓの示す振動の区間を５分割（Ｍ＝５）し、分割区間１〜５について、回転装置２の各診断対象部品に発生する異常に係る特徴周波数成分Ａｓ１１〜Ａｓ５５を抽出する。

具体的に、特徴周波数成分抽出部３７５は、ＦＦＴ等の処理によって、各分割区間の振動値から、例えば、図１１に示すようなスペクトル曲線を得る。そして、図１１に示すように、基本周波数ｆｓの周波数成分を１次成分として抽出すると共に、基本周波数の２倍〜５倍の周波数成分を２〜５次成分として抽出する。そして、これら抽出した各分割区間の１〜５次成分を、特徴周波数成分Ａｓ１１〜Ａｓ５５としてＲＡＭ６１に記憶する。その後、診断開始指令Ｓｔｄを、異常診断部３７６に出力する。

異常診断部３７６は、特徴周波数成分抽出部３７５からの診断開始指令Ｓｔｄに応じて、ＲＡＭ６１に記憶された特徴周波数成分Ａｓ１１〜Ａｓ５５と、同じくＲＡＭ６１に記憶された診断閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ５との末尾の数字が同じもの同士を比較する。そして、特徴周波数成分が診断閾値以上となるか否かを判定する。異常診断部３７６は、この判定結果をＲＡＭ６１に記憶する。

引き続き、異常診断部３７６は、ＲＡＭ６１に記憶された判定結果に基づき、例えば、特徴周波数成分Ａｓ２１〜Ａｓ２５の全てが診断閾値以上である場合に、２次成分に対応する診断対象部品を異常と診断する。例えば、２次成分が軸受剥離に対応する場合、複列円すいころ軸受３に軸受剥離の異常があると診断する。一方、例えば、特徴周波数成分Ａｓ１１〜Ａｓ１５の少なくとも一部が診断閾値未満である場合、異常診断部３７６は、１次成分に対応する診断対象部品を正常と診断する。例えば、１次成分が車輪２２の偏摩耗に対応する場合、車輪２２は正常である（偏摩耗が無い）と診断する。なお、特徴周波数成分Ａｓ３１〜Ａｓ５５についても同様の診断を行う。

異常診断部３７６は、１次〜５次成分に対応する診断対象部品の診断結果を、ＲＡＭ６１に記憶すると共に、車載ネットワークを介して統括制御装置へと送信する。
統括制御装置では、例えば、異常診断結果に基づき、対象の回転装置２の診断対象部品毎の診断結果の情報（例えば、異常発生の有無等）を回転装置２の位置が解る情報と共に運転席のモニタに表示する。また、異常発生時は、異常の内容に応じて、部品交換を促すメッセージや警告メッセージを表示したり、警報を鳴らしたり、警告ランプを点灯したりしてもよい。
第１実施形態において、複列円すいころ軸受３が軸受に対応し、車軸２１が回転軸に対応し、車輪２２が回転体に対応し、加速度センサ３３が振動検出部に対応し、閾値設定部３７２が閾値設定部に対応し、車軸回転数検出部３７４が車軸回転数検出部に対応する。

（第１実施形態の効果）
（１）第１実施形態に係る異常診断装置４は、加速度センサ３３が、車軸２１を支持する複列円すいころ軸受３を含んで構成される回転装置２に生じる振動を検出する。特徴周波数成分抽出部３７５が、加速度センサ３３で検出した振動の値である振動値から回転装置２の異常に係る特徴周波数成分を抽出する。異常診断部３７６が、特徴周波数成分抽出部３７５で抽出した特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮと予め設定した診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮとを比較し、該比較の結果に基づき回転装置２の異常を診断する。運用度算出部３７１が、回転装置２の運用時間の指標値である運用度Ｔｐを算出する。閾値設定部３７２が、運用度算出部３７１で算出した運用度Ｔｐに基づき、運用時間の長さ（経年劣化の劣化度の大きさ）に応じて大きさの変化する振動の振動値から抽出される特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮに対して適正な診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを設定する。

この構成であれば、回転装置２の運用時間の長さ（経年劣化の劣化度の大きさ）に応じて大きさの変化する振動の振動値から抽出される特徴周波数成分に対して適正な閾値を設定することが可能となる。即ち、長期間運用していて経年劣化は生じているが動作に問題の無い正常な回転装置（診断対象部品）は異常と判定しないが、短期間の運用で異常が生じた回転装置又は長期間の運用で異常が生じた回転装置を異常と判定することが可能となる。
これにより、経年劣化による回転装置２の異常の誤診断を低減することが可能となり、異常診断装置４の信頼性を向上することが可能となる。

（２）運用度算出部３７１が、運用度Ｔｐとして、回転装置２の最初の使用開始時から現在時刻までの経過時間を算出する。
この構成であれば、回転装置２の最初の使用開始時からの経過時間の長さに対応する振動の大きさに対して適正な診断閾値を設定することが可能となる。即ち、経過時間が長いほど経年劣化の劣化度が大きくなり、回転装置２に生じる振動の変化も大きくなっていくので、劣化度に応じた適正な診断閾値を設定することが可能となる。

（３）閾値設定部３７２が、診断に用いる診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮとして、運用度Ｔｐが大きくなるほど大きくなる診断閾値を設定する。
ここで、回転装置２を構成する軸受や回転体は、経年劣化によって摩耗が発生する。この摩耗によって部材間の隙間の広がりや、変形による接触部分の変化等によって、回転装置２に生じる振動が大きくなる。そして、経年劣化により振動レベルが大きくなった場合、この変化を考慮しない診断閾値を用いると、特徴周波数成分が診断閾値を上回って、本来ならば正常であるのに、異常と誤診断する可能性がある。
即ち、上記（３）の構成であれば、運用度Ｔｐが大きいほど大きい診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを設定するようにしたので、正常時に特徴周波数成分が診断閾値を上回る誤診断を低減することが可能となる。

（４）回転装置２が、複列円すいころ軸受３と、車軸２１と、車軸２１に支持された車輪２２とを含んで構成されている。異常診断部３７６の異常診断対象が、複列円すいころ軸受３、車軸２１及び車輪２２を含む回転装置２の構成部品である。特徴周波数成分抽出部３７５が、構成部品毎に異なる特徴周波数成分を抽出する。運用度算出部３７１が、構成部品毎の運用度Ｔｐを算出する。閾値設定部３７２が、構成部品毎に異なる特徴周波数成分に対して適正な診断閾値を設定する。
この構成であれば、回転装置２の構成部品毎の異常を診断することが可能となり、構成部品毎に修理や交換等を行うことが可能となる。これによって、回転装置のメンテナンスにかかるコストを低減することが可能となる。

（５）車軸回転数検出部３７４が、車軸２１の回転数を検出する。振動測定部３７３が、加速度センサ３３で検出した振動値を時系列にＲＡＭ６１に記憶する。特徴周波数成分抽出部３７５が、振動測定部３７３が記憶した振動値のうち、予め設定した設定回転数範囲ωｓの範囲内となる車軸回転数ωで車軸２１が回転時の振動値から特徴周波数成分Ａｓ１１〜ＡｓＭＮを抽出する。

この構成であれば、回転装置２が稼働中において、回転装置２に生じる振動を測定し、車軸２１が設定回転数範囲ωｓで回転しているときの特徴周波数成分を抽出することが可能となる。加えて、この抽出した特徴周波数成分と、同じく回転装置２が稼働中において、運用度算出部３７１で算出した運用度Ｔｐに基づき設定された診断閾値との比較を行い、この比較結果に基づき異常診断を行うことが可能となる。

これによって、回転装置２の運用時間の長さ（経年劣化の劣化度の大きさ）に応じて変化する振動の大きさに対して適切な診断閾値を設定し、この診断閾値を用いて異常診断を行うことが可能となる。その結果、異常の早期発見が可能になると共に、稼働中の運用度の変化による異常の誤診断を低減することが可能となる。

（６）複列円すいころ軸受３は、異常診断装置４を備える。
この構成によって、上記（１）〜（５）のいずれか１に記載した異常診断装置４の作用及び効果と同等の作用及び効果を得ることが可能である。
（７）機械装置の１種である回転装置２は、異常診断装置４を備える。
この構成によって、上記（１）〜（５）のいずれか１に記載した異常診断装置４の作用及び効果と同等の作用及び効果を得ることが可能である。
（８）車両の１種である鉄道車両１は、異常診断装置４を備える。
この構成によって、上記（１）〜（５）のいずれか１に記載した異常診断装置４の作用及び効果と同等の作用及び効果を得ることが可能である。

（第２実施形態）
（構成）
次に、図面に基づき、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、上記第１実施形態において、初回使用開始時刻からの経過時間を算出することで運用度Ｔｐを算出していたのに対して、鉄道車両１の走行距離に基づき回転装置２の各診断対象部品の実動時間を運用度Ｔｐとして算出する点で異なる。かかる相違点以外は上記第１実施形態と同様となる。

以下、上記第１実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略する。
第２実施形態の鉄道車両１は、鉄道車両１の総走行距離（累計走行距離）を計測する走行距離計３８を備える。
第２実施形態のＲＯＭ６２には、鉄道車両１の平均速度Ｖａが記憶されている。

第２実施形態の運用度算出部３７１は、図１２に示すように、実動総走行距離算出部３７１０と、実動時間算出部３７１１とを備える。
実動総走行距離算出部３７１０は、回転装置２の各診断対象部品の最初の使用開始時からの総走行距離である実動総走行距離Ｄｒを算出する。
具体的に、実動総走行距離算出部３７１０は、まず、回転装置２の各診断対象部品の最初の使用開始時の現在の総走行距離ＤｄをＣＡＮ等の車載ネットワークを介して走行距離計３８から取得し、これを初回総走行距離ＤｅとしてＲＡＭ６１に記憶する。

以降は、運用度Ｔｐの算出タイミングで、走行距離計３８から現在の総走行距離Ｄｄを取得し、取得した現在の総走行距離ＤｄからＲＡＭ６１に記憶された各診断対象部品の初回総走行距離Ｄｅを減算して、鉄道車両１の各診断対象部品の使用開始時からの総走行距離である実動総走行距離Ｄｒを算出する。そして、算出した実動総走行距離Ｄｒを実動時間算出部３７１２に出力する。

なお、実動総走行距離算出部３７１０は、診断対象部品が新品に交換される毎に、ＲＡＭ６１に記憶された交換された診断対象部品に対応する初回総走行距離Ｄｅを更新する。
実動時間算出部３７１１は、実動総走行距離算出部３７１０からの各診断対象部品の実動総走行距離Ｄｒの入力に応じて、ＲＡＭ６１から鉄道車両１の平均速度Ｖａを取得する。そして、各診断対象部品の実動総走行距離Ｄｒを平均速度Ｖａで除算することで実動時間を算出し、この実動時間を、運用度Ｔｐとして、閾値設定部３７２に出力する。
即ち、第２実施形態の運用度算出部３７１は、回転装置２の実動時間を運用度Ｔｐとして算出する。従って、第２実施形態のＲＯＭ６２には、回転装置２の運用度Ｔｐの大きさ（実動時間の長さに対応する経年劣化の劣化度の大きさ）に対応する振動の大きさに対して適正な診断閾値が記憶されている。

（閾値設定処理）
次に、図１３に基づき、第２実施形態の閾値設定処理の処理手順の一例を説明する。
ステップＳ１００で閾値設定処理が開始されると、図１３に示すように、まず、ステップＳ５００に移行する。
ステップＳ５００では、運用度算出部３７１において、回転装置２が最初の使用開始時か否かを判定する。そして、最初の使用開始時であると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ５０２に移行し、そうでないと判定した場合（Ｎｏ）は、ステップＳ５１４に移行する。

ステップＳ５０２に移行した場合は、運用度算出部３７１において、車載ネットワークを介して走行距離計３８から現在の総走行距離Ｄｄを取得して、ステップＳ５０４に移行する。
ステップＳ５０４では、運用度算出部３７１において、ステップＳ５０２で取得した現在の総走行距離Ｄｄを、全ての診断対象部品又は交換された診断対象部品の初回総走行距離ＤｅとしてＲＡＭ６１に記憶する。その後、ステップＳ５０６に移行する。

ステップＳ５０６では、運用度算出部３７１において、ＲＯＭ６２から平均速度Ｖａを取得して、ステップＳ５０８に移行する。
ステップＳ５０８では、運用度算出部３７１において、ステップＳ５０２又はＳ５１４で取得した現在の総走行距離ＤｄからＲＡＭ６１に記憶された各診断対象部品の初回総走行距離Ｄｅを減算してなる実動総走行距離Ｄｒを算出する。その後、ステップＳ５１０に移行する。

ステップＳ５１０では、運用度算出部３７１において、ステップＳ５０８で算出した各診断対象部品の実動総走行距離Ｄｒを、ステップＳ５０６で取得した平均速度Ｖａで除算してなる実動時間を算出する。そして、算出した実動時間を現在の運用度Ｔｐとして、閾値設定部３７２に出力して、ステップＳ５１２に移行する。
ステップＳ５１２では、閾値設定部３７２において、ＲＯＭ６２に記憶された閾値マップから、運用度算出部３７１から入力された現在の運用度Ｔｐに対応する診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを読み出す。その後、ステップＳ５１４に移行する。

ステップＳ５１４では、閾値設定部３７２において、ステップＳ５１２で読み出した診断閾値Ｔｈ１〜ＴｈＮを、ＲＡＭ６１の診断閾値用の記憶領域に上書きして記憶することで、異常診断に用いる診断閾値を設定する。その後、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
一方、ステップＳ５００において最初の使用開始時ではないと判定されステップＳ５１４に移行した場合は、運用度算出部３７１において、車載ネットワークを介して走行距離計３８から現在の総走行距離Ｄｄを取得して、ステップＳ５０６に移行する。

（動作）
次に、第２実施形態に係る鉄道車両１の具体的な動作例を説明する。
ここでは、各診断対象部品の初回総走行距離Ｄｅが既にＲＡＭ６１に記憶されていることとする。また、上記第１実施形態と同様の動作部分については説明を省略する。
閾値設定処理が開始されると、運用度算出部３７１は、実動総走行距離算出部３７１０において、まず、車載ネットワークを介して走行距離計３８から現在の総走行距離Ｄｄを取得し、ＲＡＭ６１から初回総走行距離Ｄｅを取得する。そして、取得した現在の総走行距離Ｄｄから初回総走行距離Ｄｅを減算して実動総走行距離Ｄｒを算出し、算出した実動総走行距離Ｄｒを、実動時間算出部３７１１に出力する。

実動時間算出部３７１１は、実動総走行距離Ｄｒが入力されると、ＲＡＭ６１から平均速度Ｖａを読み出し、入力された実動総走行距離Ｄｒを読み出した平均速度Ｖａで除算することで実動時間を算出する。そして、算出した実動時間を運用度Ｔｐとして閾値設定部３７２に出力する。
第２実施形態において、複列円すいころ軸受３が軸受に対応し、車軸２１が回転軸に対応し、車輪２２が回転体に対応し、加速度センサ３３が振動検出部に対応し、閾値設定部３７２が閾値設定部に対応し、車軸回転数検出部３７４が車軸回転数検出部に対応する。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態は、上記第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１）第２実施形態に係る異常診断装置４は、運用度算出部３７１が、運用度Ｔｐとして、回転装置２の実動時間を算出する。
この構成であれば、回転装置２の実際の動作時間を運用度Ｔｐとして算出することが可能となるので、回転装置２の経年劣化の度合をより正確に示す運用度Ｔｐを求めることが可能となる。これによって、回転装置２の経年劣化によって変化する振動の大きさに対して、より適正な診断閾値を設定することが可能となる。

（２）回転装置２は車両の１種である鉄道車両１に搭載され、運用度算出部３７１が、鉄道車両１の走行距離に基づき回転装置２の実動時間を算出する。
この構成であれば、鉄道車両１の走行距離に基づき実動時間を算出することが可能となるので、簡易な計算で運用度Ｔｐを算出することが可能となる。
特に、鉄道車両は、毎日決まったコースを決まった時間で走行するため平均速度が決まっていると共に事故等が生じない限り変化しない。また、平均速度を予め記憶保持しておくことで、鉄道車両の備える走行距離計から得られる総走行距離を平均速度で除算するといった簡易な計算で回転装置２の実動時間を算出することが可能である。

（変形例）
（１）上記実施形態では、運用度に対応する診断閾値が登録された閾値マップを参照して異常診断に用いる診断閾値を設定する構成としたが、この構成に限らない。例えば、その都度、基準診断閾値を運用度の大きさに応じた補正量で補正して運用度に対応する診断閾値を算出し、これを異常診断に用いる診断閾値として設定する構成としてもよい。また、例えば、運用度を入力値とし該運用度に対応する振動の大きさに対して適正な診断閾値を出力値とする関数を用いて運用度に対応する診断閾値を算出し、これを異常診断に用いる診断閾値として設定する構成とするなど他の構成としてもよい。

（２）上記実施形態では、車軸回転数に係わらず常時振動を測定する構成としたが、この構成に限らない。例えば、車軸回転数ωが設定回転数範囲ωｓに含まれるときの振動のみを測定する構成とするなど他の構成としてもよい。
（３）上記実施形態では、振動を検出するセンサとして、加速度センサを例に挙げて説明したが、この構成に限らない。例えば、ＡＥ（acoustic emission）センサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ、マイクロホン等や、あるいは、速度、加速度、歪み、応力、変位型等、回転装置２の振動に起因して発生する物理量を電気信号化できるものであれば他のセンサを用いる構成としてもよい。また、ノイズが多いような機械装置に取り付ける際には、絶縁型を使用する方がノイズの影響を受けることが少ないので好ましい。さらに、圧電素子等の振動検出素子を使用する場合には、この素子をプラスチック等にモールドして構成してもよい。

（４）上記実施形態では、１つの複列円すいころ軸受に対して加速度センサを１つ設ける構成としたが、この構成に限らず、１つの複列円すいころ軸受に対して２つ以上の加速度センサを設ける構成としてもよい。
（５）上記実施形態では、１つの加速度センサの出力する加速度信号に対して異常診断処理をする構成としたが、この構成に限らない。例えば、加速度センサを２つ設け、２つの加速度センサの出力する２つの加速度信号に対して、異常診断部によって異常診断処理を行う構成としてもよい。この場合、例えば、２つの加速度信号から得た２つの振動値の平均値を求め、この平均値に対して異常診断処理を行う。

（６）上記実施形態では、振動を測定する車軸の回転数を設定回転数範囲ωｓの１種類のみとしたが、この構成に限らず、複数種類の回転数範囲を設定する構成としてもよい。この構成とした場合は、各回転数範囲に対する診断結果から総合的な異常の判断を行うことが可能となり、異常診断結果の信頼性を向上することが可能となる。
（７）上記実施形態では、回転軸（車軸）を支持する軸受として、複列円すいころ軸受を例に挙げて説明したが、この構成に限らない。例えば、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受等の他のころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受など他の軸受とする構成としてもよい。なお、複列の軸受に限らず、単列の軸受、四列の軸受など他の構成としてもよい。

（８）上記実施形態では、車軸（回転軸）、軸受、車輪（回転体）を異常診断対象とする構成としたが、この構成に限らない。例えば、車軸に取り付けられる歯車などの他の構成部品を異常診断対象として含む構成としてもよい。即ち、本発明は、車両の車軸を支持する軸受が組み込まれている回転装置を構成する構成部品であって且つ振動に含まれる特徴周波数成分から異常診断が可能なものであればどのようなものも異常診断対象としてよい。また、逆に、異常診断対象を、軸受のみ、軸受と車輪のみ、軸受と車軸のみなど、軸受を含む範囲で異常診断対象を絞り込む構成としてもよい。

（９）上記実施形態では、車両の１種である鉄道車両に本発明を適用する構成としたが、この構成に限らず、自動４輪車、自動２輪車等の他の車両に対して適用する構成としてもよい。
（１０）上記実施形態では、振動を検出するセンサを、複列円すいころ軸受の近傍に設ける構成としたが、この構成に限らず、回転装置の構成部品の異常に係る特徴周波数成分を含む振動を検出可能であれば他の位置に設ける構成としてもよい。

（１１）上記第２実施形態では、実動総走行距離Ｄｒを予めＲＯＭ６２に記憶された平均速度Ｖａで除算することで実動時間を算出する構成としたが、この構成に限らない。例えば、ＲＴＣ６３のタイマ機能を用いて、車速Ｖｄが０よりも大きいときの時間を計測し、この計測時間の累計値を算出することで実動時間を求める構成とするなど他の構成としてもよい。

（１２）上記実施形態では、機械装置の１種である鉄道車両に本発明を適用する構成としたが、この構成に限らない。例えば、軸受の組み込まれた回転装置を有するものであれば、鉱山機械、化学機械、環境装置、動力伝導装置、タンク、業務用洗濯機、ボイラ・原動機、プラスチック機械、風水力機械、運搬機械、製鉄機械等の機械装置に本発明を適用してもよい。

１ 鉄道車両、２ 回転装置、３ 複列円すいころ軸受、４ 異常診断装置、２１ 車軸、２２ 車輪、３３ 加速度センサ、３７ 回路基板、３７ａ〜３７ｂ 第１〜第２のＩ／Ｆ部、３７ｄ コントローラ、３８ 走行距離計、３９ 車速センサ、３７１ 運用度算出部、３７２ 閾値設定部、３７３ 振動測定部、３７４ 車軸回転数検出部、３７５ 特徴周波数成分抽出部、３７６ 異常診断部、３７１０ 実動総走行距離算出部、３７１１ 実動時間算出部

Claims (10)

1. 回転軸を支持する軸受を含んで構成される回転装置に生じる振動を検出する振動検出部と、
   前記振動検出部で検出した振動の値である振動値から前記回転装置の異常に係る特徴周波数成分を抽出する特徴周波数成分抽出部と、
   前記特徴周波数成分抽出部で抽出した前記特徴周波数成分と予め設定した診断閾値とを比較し、該比較の結果に基づき前記回転装置の異常を診断する異常診断部と、
   前記回転装置の運用時間の指標値である運用度を算出する運用度算出部と、
   前記運用度算出部で算出した前記運用度に基づき、前記運用時間の長さに応じて大きさの変化する振動の振動値から抽出される前記特徴周波数成分に対して適正な診断閾値を設定する閾値設定部と、を備える異常診断装置。
2. 前記運用度算出部は、前記運用度として、前記回転装置の最初の使用開始時から現在時刻までの経過時間を算出する請求項１に記載の異常診断装置。
3. 前記運用度算出部は、前記運用度として、前記回転装置の実動時間を算出する請求項１に記載の異常診断装置。
4. 前記回転装置は車両に搭載され、
   前記運用度算出部は、前記車両の走行距離に基づき前記回転装置の実動時間を算出する請求項３に記載の異常診断装置。
5. 前記閾値設定部は、前記診断に用いる診断閾値として、前記運用度が大きくなるほど大きくなる診断閾値を設定する請求項１から４のいずれか１項に記載の異常診断装置。
6. 前記回転装置は、前記軸受と、前記回転軸と、前記回転軸に支持された回転体とを含んで構成され、
   前記異常診断部の異常診断対象は、前記軸受、前記回転軸及び前記回転体を含む前記回転装置の構成部品であり、
   前記特徴周波数成分抽出部は、前記構成部品毎に異なる前記特徴周波数成分を抽出し、
   前記運用度算出部は、前記構成部品毎の運用度を算出し、
   前記閾値設定部は、前記構成部品毎に異なる前記特徴周波数成分に対して適正な診断閾値を設定する請求項１から５のいずれか１項に記載の異常診断装置。
7. 前記回転軸の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記振動検出部で検出した前記振動値を時系列に記憶媒体に記憶する振動測定部とを備え、
   前記特徴周波数成分抽出部は、前記振動測定部が記憶した振動値のうち、予め設定した設定回転数の範囲内となる回転数で前記回転軸が回転時の振動値から前記特徴周波数成分を抽出する請求項１から６のいずれか１項に記載の異常診断装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の異常診断装置を備えた軸受。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の異常診断装置を備えた機械装置。
10. 請求項１から７のいずれか１項に記載の異常診断装置を備えた車両。

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