(57)【要約】  【課題】  機器にセンサを取付けることなく、詳細に機器を診断することができる機器診断装置、該機器診断装置を備える機器診断システム及び機器診断方法を提供する。  【解決手段】  入力部１３を介して電源遮断信号を取得すると、計時部１４で残留電圧の残存時間を計時するための計時を開始する。電圧検出部１１は残留電圧を検出し、検出された残留電圧と閾値電圧ＶＨ１を電圧比較部１２で比較する。残留電圧が閾値電圧ＶＨ１よりも小さい場合、演算部１５は、計時部１４から残存時間を取得する。演算部１５は、計時した残存時間が閾値ＴＨ１と閾値ＴＨ２（ＴＨ１＜ＴＨ２）との範囲内にある場合、機器５が正常であることを示す診断信号を出力し、残存時間が閾値ＴＨ１と閾値ＴＨ２との範囲内にない場合、機器５が異常であることを示す診断信号を出力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機により駆動される回転体を有する機器を診断する機器診断装置において、
前記交流電動機に供給される電力を遮断した場合に、前記回転体の回転により前記交流電動機で発生する残留電圧を検出する電圧検出手段と、
検出された残留電圧と閾値電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記残留電圧の発生時点から前記残留電圧が前記閾値電圧より小さくなる時点までの残存時間を計時する残存時間計時手段と、
計時された残存時間の長短に応じて、前記機器の診断信号を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする機器診断装置。
【請求項２】
第１閾値及び該第１閾値より大きい第２閾値を記憶する記憶手段を備え、
前記残存時間が前記第１閾値より短い場合、又は前記第２閾値より長い場合に、前記機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の機器診断装置。
【請求項３】
前記残留電圧が前記閾値電圧より高い場合に、
前記出力手段は、
前記機器の起動を禁止する禁止信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の機器診断装置。
【請求項４】
前記交流電動機に供給される電力を遮断する遮断信号を取得する遮断信号取得手段を備え、
前記遮断信号を取得した場合に、
前記出力手段は、
前記機器の起動を禁止する禁止信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項３に記載の機器診断装置。
【請求項５】
前記機器の負荷又は無負荷を示す負荷情報を取得する負荷情報取得手段を備え、
前記機器の無負荷運転時及び負荷運転時に計時された残存時間、並びに第３閾値をさらに記憶してあり、
前記出力手段は、
無負荷運転時に計時された直近の残存時間から負荷運転時に計時された直近の残存時間を減じた時間が前記第３閾値より長い場合に、前記機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の機器診断装置。
【請求項６】
前記残留電圧の瞬時値が略零電圧と交差する間隔を計時する零交差計時手段を備え、
第４閾値及び第５閾値をさらに記憶してあり、
前記出力手段は、
前記残留電圧の発生時点から前記間隔が前記第４閾値を超える時点までの時間が前記第５閾値より長い場合に、前記機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の機器診断装置。  
【請求項７】
前記残留電圧に関する電圧情報をさらに記憶するようにしてあり、
前記出力手段は、
記憶された電圧情報を出力するようにしてあることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の機器診断装置。
【請求項８】
前記残留電圧の検出時刻及び検出回数をさらに記憶するようにしてあり、
前記出力手段は、
所定時間内の残留電圧の検出頻度に応じて、前記機器の診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の機器診断装置。
【請求項９】
交流電動機により駆動される回転体を有する機器と、請求項１乃至請求項８のいずれかの機器診断装置とを備えることを特徴とする機器診断システム。
【請求項１０】
交流電動機により駆動される回転体を有する機器を診断する機器診断方法において、
前記交流電動機に供給される電力を遮断した場合に、前記回転体の回転により前記交流電動機で発生する残留電圧を検出し、
検出された残留電圧と閾値電圧とを比較し、
前記残留電圧の発生時点から前記残留電圧が閾値電圧より小さくなる時点までの残存時間を計時し、
計時された残存時間の長短に応じて、前記機器の診断信号を出力することを特徴とする機器診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機により駆動される回転体を有する機器を診断する機器診断装置、該機器診断装置を備える機器診断システム、及び機器診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送風機、空調機、ポンプ、空気圧縮機などの交流電動機で駆動される回転体を備える産業用の機器の異常診断又は予防保全には、目的に応じたセンサを、これらの機器に取り付け、センサで検出した信号に基づいて、機器の診断が行われている。
【０００３】
例えば、潤滑油ポンプ、圧縮機などの運転状態を監視しているセンサ類の信号を用いて、圧縮機などの運転・停止中の過渡状態を論理的に判断し、本来ありえない状態になった場合に、それを異常として検出し、表示部に異常理由を表示することにより、事前保守を可能とし、圧縮機などの突発停止を予防する予防保全方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、流量計、圧力計などのセンサを取付けることなく、ポンプの故障を診断する方法として、ポンプを一定回転数で運転しているときの交流電動機の電流値を監視し、この電流値が予め設定されている下限値を超えた場合に、故障警報を出力する診断方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２０５１４０号公報
【特許文献２】特開平８−７５６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の例にあっては、ポンプからの潤滑油の圧力を検出する圧力センサ、圧縮機を駆動する交流電動機の駆動電流を検出する電流計、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力計、圧縮機の消費電力を検出する電力計など、多くのセンサを必要とする。このため、センサの取り付け作業が必要となるとともに、センサに要する設備費用、センサの保守に要する人件費などが増大するという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２の例にあっては、交流電動機の電流値が予め設定されている下限値を超えたか否かを判断することにより、ポンプ吐出量の低下をポンプの故障として診断するものであり、ポンプ吐出量の低下が、交流電動機の効率も含めたポンプの運転効率の低下に起因するのか、又はポンプ内部の回転体部分の損失に起因するのか診断することができず、機器の異常を詳細に診断することができなかった。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、交流電動機で駆動される回転体の慣性エネルギーにより生ずる残留電圧を検出し、検出した残留電圧の残存時間の長短に応じて、機器を診断する診断信号を出力することにより、機器にセンサを取付けることなく、従来に比較して、詳細に機器を診断することができる機器診断装置、該機器診断装置を備える機器診断システム及び機器診断方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、検出した残存時間が所定の範囲内にあるか否かにより、機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることにより、機器にセンサを取付けることなく、機器に応じた診断をすることができる機器診断装置、該機器診断装置を備えた機器診断システムを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、残留電圧が前記閾値電圧より高い場合に、機器の起動を禁止する禁止信号を出力するようにしてあることにより、交流電動機が静止状態でない場合に、機器を起動させることにより、機器の破損が生ずることを防止することができる機器診断装置、該機器診断装置を備えた機器診断システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、機器の無負荷運転時及び負荷運転時に計時された残存時間に基づいて、機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることにより、機器の運転効率を診断することができる機器診断装置、該機器診断装置を備えた機器診断システムを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、残留電圧の瞬時値が略零電圧と交差する間隔に基づいて、機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることにより、機器が負荷又は無負荷で運転しているかを示す負荷情報を取得することなく、機器の運転効率を診断することができる機器診断装置、該機器診断装置を備えた機器診断システムを提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、残留電圧に関する電圧情報を記憶し、記憶した電圧情報を出力するようにしてあることにより、機器の残留電圧（例えば、電圧波形など）に基づいて、機器の診断を容易にすることができる機器診断装置、該機器診断装置を備えた機器診断システムを提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、所定時間内に検出した残留電圧の検出頻度に応じて、診断信号を出力するようにしてあることにより、機器の保守を促すことができる機器診断装置、該機器診断装置を備えた機器診断システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１発明に係る機器診断装置は、交流電動機により駆動される回転体を有する機器を診断する機器診断装置において、前記交流電動機に供給される電力を遮断した場合に、前記回転体の回転により前記交流電動機で発生する残留電圧を検出する電圧検出手段と、検出された残留電圧と閾値電圧とを比較する電圧比較手段と、前記残留電圧の発生時点から前記残留電圧が前記閾値電圧より小さくなる時点までの残存時間を計時する残存時間計時手段と、計時された残存時間の長短に応じて、前記機器の診断信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第２発明に係る機器診断装置は、第１発明において、第１閾値及び該第１閾値より大きい第２閾値を記憶する記憶手段を備え、前記残存時間が前記第１閾値より短い場合、又は前記第２閾値より長い場合に、前記機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００１６】
第３発明に係る機器診断装置は、第１発明又は第２発明において、前記残留電圧が前記閾値電圧より高い場合に、前記出力手段は、前記機器の起動を禁止する禁止信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００１７】
第４発明に係る機器診断装置は、第３発明において、前記交流電動機に供給される電力を遮断する遮断信号を取得する遮断信号取得手段を備え、前記遮断信号を取得した場合に、前記出力手段は、前記機器の起動を禁止する禁止信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００１８】
第５発明に係る機器診断装置は、第２発明乃至第４発明のいずれかにおいて、前記機器の負荷又は無負荷を示す負荷情報を取得する負荷情報取得手段を備え、前記機器の無負荷運転時及び負荷運転時に計時された残存時間、並びに第３閾値をさらに記憶してあり、前記出力手段は、無負荷運転時に計時された直近の残存時間から負荷運転時に計時された直近の残存時間を減じた時間が前記第３閾値より長い場合に、前記機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００１９】
第６発明に係る機器診断装置は、第２発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記残留電圧の瞬時値が略零電圧と交差する間隔を計時する零交差計時手段を備え、第４閾値及び第５閾値をさらに記憶してあり、前記出力手段は、前記残留電圧の発生時点から前記間隔が前記第４閾値を超える時点までの時間が前記第５閾値より長い場合に、前記機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２０】
第７発明に係る機器診断装置は、第２発明乃至第６発明のいずれかにおいて、前記残留電圧に関する電圧情報をさらに記憶するようにしてあり、前記出力手段は、記憶された電圧情報を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２１】
第８発明に係る機器診断装置は、第２発明乃至第７発明のいずれかにおいて、前記残留電圧の検出時刻及び検出回数をさらに記憶するようにしてあり、前記出力手段は、所定時間内の残留電圧の検出頻度に応じて、前記機器の診断信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２２】
第９発明に係る機器診断システムは、交流電動機により駆動される回転体を有する機器と、第１発明乃至第８発明のいずれかの機器診断装置とを備えることを特徴とする。
【００２３】
第１０発明に係る機器診断方法は、交流電動機により駆動される回転体を有する機器を診断する機器診断方法において、前記交流電動機に供給される電力を遮断した場合に、前記回転体の回転により前記交流電動機で発生する残留電圧を検出し、検出された残留電圧と閾値電圧とを比較し、前記残留電圧の発生時点から前記残留電圧が閾値電圧より小さくなる時点までの残存時間を計時し、計時された残存時間の長短に応じて、前記機器の診断信号を出力することを特徴とする。
【００２４】
第１発明及び第１０発明にあっては、交流電動機に供給される電力を遮断して、前記交流電動機を停止させた場合、該交流電動機で駆動される回転体が有する慣性エネルギーにより、前記交流電動機の回転軸は回転体とともに回転を続け、前記交流電動機が発電機として作用して前記交流電動機の入力側には、交番的に変化する残留電圧が発生する。前記慣性エネルギーは、機器（例えば、送風機、空調機、ポンプ、空気圧縮機など）の負荷損である流体（空気、水など）に働く仕事エネルギー（機器の運転効率に相当）及び機器の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損、軸シール摩擦損など）で消費される。電圧検出手段で残留電圧を検出し、検出された残留電圧と閾値電圧とを電圧比較手段で比較する。残存時間計時手段は、前記電源を遮断した時点（残留電圧が発生した時点）から前記残留電圧が閾値電圧より小さくなる時点までの残存時間を計時する。機器の負荷損又は無負荷損に応じて、慣性エネルギーの消費量が変化し、残存時間も変化する。すなわち、機器の経年変化（機器の効率低下）、異常（軸受け、軸シール不良、軸扁心による羽根車の接触、異物噛み込みなどによる摩擦損の増加）の有無に応じて、残存時間が変化する。出力手段は、計時された残存時間の長短に応じて、機器の診断信号を出力する。
【００２５】
第２発明にあっては、前記残存時間が第１閾値より短い場合、又は前記第１閾値より大きい第２閾値より長い場合に、機器の異常を示す診断信号を出力する。残存時間が、第１閾値以上であり、かつ第２閾値以下である場合は、機器は正常であると診断する。残存時間が第１閾値より短い場合は、例えば、空調機、空気圧縮機などの軸受け摩耗により摩擦損が増加したと判定し、機器の異常を示す診断信号を出力する。また、残存時間が第２閾値より長い場合は、例えば、送風機、ポンプなどの羽根車に異物が付着して、慣性モーメントが増加したと判定し、機器の異常を示す診断信号を出力する。
【００２６】
第３発明にあっては、閾値電圧より高い残留電圧が存在する場合は、機器の起動を禁止する禁止信号を出力する。交流電動機の電源を遮断した後、交流電動機の回転が停止した場合には、残留電圧はゼロになる。しかし、例えば、機器の故障でポンプ又は送風機などの機器の吐出口から空気又は水が逆流した場合、空調機の吸気ファンを単独運転することにより排気ファンが供回りした場合、交流電動機の電源を商用電源からインバータ装置に切替えた場合などに残留電圧が存在し、機器を駆動することにより、機器に突入電流が流れ、機器を破損する場合がある。禁止信号を出力することにより、残留電圧が存在する間の機器の起動を防止する。
【００２７】
第４発明にあっては、交流電動機に供給される電力を遮断する遮断信号を取得した場合に、閾値電圧より高い残留電圧が存在するときは、機器の起動を禁止するための禁止信号を出力する。禁止信号を出力することにより、残留電圧が存在する間の機器の起動を防止する。
【００２８】
第５発明にあっては、負荷情報取得手段は、機器の無負荷状態又は負荷状態を示す負荷情報を取得する。残存時間計時手段は、取得した負荷情報に応じて、機器が無負荷運転中に遮断された場合、及び負荷運転中に遮断された場合に、残存時間を計時し、計時された残存時間を記憶する。例えば、送風機、ポンプなどには、吐出仕切弁又はダンパなどが取り付けてあり、これらを開いた場合（負荷運転時）は、慣性エネルギーは、送風機、ポンプなどの機器の負荷損である流体（空気、水など）に働く仕事エネルギー及び機器の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損、軸シール摩擦損など）の合計である全負荷損で消費される。一方、吐出仕切弁又はダンパなどを閉じた場合（無負荷運転時）は、空気、水などが流れないため、慣性エネルギーは、機器の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損、軸シール摩擦損など）のみで消費される。無負荷運転時に計時された直近の残存時間から負荷運転時に計時された直近の残存時間を減じた時間と第３閾値とを比較した結果、前記時間が第３閾値より長い場合は、機器の回転体が有する慣性エネルギーの消費度合いが小さく、流体で消費される仕事エネルギーが減少しているため、機器の運転効率が低下していると判定する。
【００２９】
第６発明にあっては、交番的に変化する残留電圧の瞬時値が略零電圧と交差する間隔を計時し、計時した間隔と第４閾値とを比較する。残留電圧の発生時点から前記間隔が第４閾値を超える時点までの時間が第５閾値より長い場合、機器の異常を示す診断信号を出力する。空気圧縮機は、圧縮空気から油分を分離するために圧縮空気をオイルセパレータタンクに送り、油分を分離した圧縮空気をオイルセパレータタンクの吐出口に備えた逆止弁を経由して圧縮空気室へ送る。空気圧縮機を停止させた場合（残留電圧が発生する時点に相当）、空気圧が減少するため逆止弁が閉じる。空気圧縮機の停止後、逆止弁が閉じるまでの間は、慣性エネルギーは、空気に働く仕事エネルギー及び空気圧縮機の機器内部に起因する無負荷損失により消費される。逆止弁が閉じることにより、オイルセパレータタンク内で逆圧力が過渡的に加わり、空気圧縮機の回転体に逆圧力が働き、慣性エネルギーが大きく消費される。このため、残留電圧の瞬時値が略零電圧と交差する間隔が大きくなる。逆圧力が慣性エネルギーで消費されると逆圧力は消滅し、慣性エネルギーは、空気圧縮機の無負荷損失のみにより消費される。すなわち、残留電圧の残存時間に変化がなく、残留電圧の発生時点から前記間隔が第４閾値を超える時点までの時間が長い場合、機器の回転体が有する慣性エネルギーの消費度合いが小さく、空気に働く仕事エネルギーで消費されにくい、すなわち、空気圧縮機の空気吸込口のフィルタの目詰まりなど、機器の運転効率の低下と判定する。
【００３０】
第７発明にあっては、残留電圧に関する電圧情報を記憶し、記憶した電圧情報を、例えば、電圧波形として出力する。
【００３１】
第８発明にあっては、残留電圧の検出回数を記憶し、所定時間内の残留電圧の検出頻度に応じて、機器の診断信号を出力する。
【００３２】
第９発明にあっては、交流電動機により駆動される回転体を有する機器と、第１発明乃至第８発明のいずれかの機器診断装置とを備える。
【発明の効果】
【００３３】
第１発明、第９発明及び第１０発明にあっては、交流電動機の入力側に供給される電源を遮断して交流電動機を停止させた場合に、交流電動機で駆動される回転体の慣性エネルギーにより生ずる残留電圧を検出し、検出した残留電圧が閾値電圧より低くなるまでの残存時間の長短に応じて、機器の診断信号を出力することにより、機器にセンサを取付けることなく、従来に比較して、詳細に機器を診断することができる。
【００３４】
第２発明及び第９発明にあっては、検出された残存時間と閾値とを比較して、比較結果に応じて、機器の異常を示す診断信号を出力することにより、機器にセンサを取付けることなく、機器に応じた診断をすることができる。
【００３５】
第３発明、第４発明及び第９発明にあっては、残留電圧が閾値電圧より高い場合に、機器の起動を禁止する禁止信号を出力することにより、交流電動機が静止状態でない場合に、機器を起動させることにより、突入電流が流れて機器が破損することを防止できる。
【００３６】
第５発明及び第９発明にあっては、機器の無負荷運転時に計時された残存時間と、負荷運転時に計時された残存時間との差に基づいて、機器の異常を示す診断信号を出力するようにしてあることにより、機器の運転効率を診断することができる。
【００３７】
第６発明及び第９発明にあっては、残留電圧の瞬時値が略零電圧と交差する間隔を計時し、残留電圧の発生時点から前記間隔が第４閾値を超える時点までの時間が、第５閾値より長い場合に、機器の異常を示す診断信号を出力することにより、機器が負荷又は無負荷で運転しているかを示す負荷情報を取得することなく、機器の運転効率を診断することができる。
【００３８】
第７発明及び第９発明にあっては、残留電圧に関する電圧情報を記憶し、記憶した電圧情報を出力することにより、機器の残留電圧（例えば、電圧波形など）に基づいて、機器の診断を容易にすることができる。
【００３９】
第８発明及び第９発明にあっては、所定時間内の残留電圧の検出頻度に応じて、診断信号を出力するようにしてあることにより、機器の保守を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る機器診断装置１の構成を示すブロック図である。図において、２は三相交流の商用電源である。商用電源２には、電源線３を介して機器５（例えば、送風機、空調機、ポンプ、空気圧縮機、クレーンなど）を接続してあり、電源線３の中途部には、電源線３を開閉するための電源遮断器４を設けてある。電源遮断器４を制御することにより、機器５に供給される電力のオン・オフを行う。機器５は、誘導電動機５１、ファン又は羽根車などの回転体５３を備え、誘導電動機５１の回転軸には駆動ベルト５２を取付けてあり、誘導電動機５１の回転軸の回転を、駆動ベルト５２を介して回転体５３に伝える。
【００４１】
電源遮断器４と機器５との間の電源線３には、二相間の電圧を検出するための電圧検出線６を接続してあり、電圧検出線６は、機器診断装置１に接続してある。また、電源遮断器４の開閉状態を示す電源遮断信号を送信するための制御線４１を機器診断装置１に接続してある。これにより、機器診断装置１は、電源遮断器４の開閉状態を取得する。
【００４２】
運転状態にある機器５に対して、電源遮断器４を開放して商用電源２を機器５から遮断した場合、機器５は運転状態から停止状態に移行するが、誘導電動機５１の回転軸の回転に連動して回転する回転体５３の慣性エネルギーにより、誘導電動機５１の回転子が回転を続け、誘導電動機５１は発電機として作用することになり、誘導電動機５１に接続された電源線３間に交番的に変化する残留電圧が発生する。回転体５３の慣性エネルギーが消費されるにつれて、残留電圧の波高値は次第に減少し、回転体５３の回転が止まるまで残留電圧は発生し続ける。
【００４３】
機器診断装置１において、１３は入力部である。入力部１３は、電源遮断器４が開放した場合、電源遮断信号を取得し、取得した電源遮断信号を演算部１５へ出力する。
【００４４】
電圧検出部１１は、電源線３に生じた残留電圧を検出し、検出した残留電圧を電圧比較部１２へ出力する。電圧比較部１２は、演算増幅器などにより実現され、電圧検出部１１から入力された残留電圧と、閾値電圧ＶＨ１（例えば、５０ｍＶ）とを比較し、残留電圧が５０ｍＶより低くなった場合に、残留電圧ゼロを示す残留電圧ゼロ信号を演算部１５へ出力する。
【００４５】
演算部１５は、マイクロプロセッサにより実現され、入力部１３から電源遮断信号を取得した場合、計時部１４に対して、時間の計時を開始する計時開始信号を出力する。演算部１５は、電圧比較部１２が残留電圧ゼロ信号を出力した場合、計時部１４で計時された時刻を取得することにより、残留電圧が発生した時点から残留電圧が５０ｍＶより小さくなる時点までの時間である残存時間を取得する。また、演算部１５は、取得した残存時間と、記憶部１６に予め記憶してある閾値（ＴＨ１、ＴＨ２）とを比較することにより、機器の異常を示す診断信号を出力部１７へ出力するとともに、診断内容を表示部１９へ出力する。
【００４６】
演算部１５は、電圧検出部１１で検出した残留電圧の電圧情報（例えば、時刻と該時刻における電圧値など）を、電圧比較部１２を介して取得し、取得した電圧情報を記憶部１６に記憶する。演算部１５は、検出した残留電圧の検出回数を検出時刻とともに記憶部１６に記憶する。また、演算部１５は、記憶した検出頻度と所定の閾値ＣＨ１とを比較し、所定時間内の検出頻度が所定の閾値ＣＨ１を超える場合に、診断信号を出力する。
【００４７】
記憶部１６は、機器の異常を診断するための機器診断データベース１６１を記憶している。図２は機器診断データベース１６１のレコードレイアウトを示す説明図である。機器診断データベース１６１は、機器の種類毎に、残存時間の長短に応じて、機器の診断内容を記憶している。例えば、送風機では、残留電圧の残存時間が２７〜３３秒の場合、送風機の状態は正常であると診断する。残存時間が閾値ＴＨ１１である２７秒より短い場合は、軸受け摩耗により送風機の状態は異常であると診断し、さらに残存時間が閾値ＴＨ１２である１５秒より短い場合は、駆動ベルト切れにより送風機の状態は異常であると診断する。また、残留電圧の残存時間が閾値ＴＨ２である３３秒より長い場合は、羽根車に異物付着であるとして送風機の状態は異常であると診断する。他の空調機、ポンプ、圧縮機などについても同様である。また、各機器の容量、定格などに応じて、残存時間は適宜変更した値を用いることは言うまでもない。
【００４８】
出力部１７は、演算部１５から入力された診断信号に基づいて、機器の診断結果（正常、異常など）、診断内容（機器の異常状態）を外部へ出力する。また、表示部１９は、ディスプレイを備え、演算部１５から入力された診断信号に基づいて、機器の診断結果、診断内容をディスプレイ上に表示する。
【００４９】
操作部１８は、キーボード、マウス、操作スイッチなどを備え、機器の診断を管理する管理者などの操作により、機器診断データベース１６１に記憶している残存時間の閾値（ＴＨ１、ＴＨ２）、診断内容などの登録、更新、削除などを行うことができる。また、診断者が操作部１８から操作することにより、記憶部１６に記憶された残留電圧に関する電圧情報を読み出し、電圧波形として表示部１９に表示させることができる。これにより、機器の診断をより詳細に行うことができる。例えば、ファンに異物が付着した場合、ファンの回転バランスが均衡でなくなり、残留電圧波形の対称性がくずれ、波高値の低下曲線が変化する。電圧波形を確認することにより、このような異常を診断することもできる。
【００５０】
次に本発明に係る機器診断装置１の動作について説明する。図３は本発明に係る機器診断装置１の処理手順を示すフローチャートである。電源遮断器４を開放して、運転状態にある機器５（例えば、送風機）に供給される商用電源２を遮断した場合、送風機の羽根車は、慣性エネルギーにより回転を続ける。このため、誘導電動機５１の回転子が回転を続け、誘導電動機５１は発電機として作用し、誘導電動機５１に接続された電源線３間に残留電圧が発生する。
【００５１】
機器診断装置１は、電源遮断信号を取得し（Ｓ１０）、残留電圧の残存時間を計時するための計時を開始する（Ｓ１１）。機器診断装置１は、残留電圧を検出し（Ｓ１２）、検出した残留電圧と閾値電圧ＶＨ１を比較する（Ｓ１３）。残留電圧が閾値電圧ＶＨ１よりも大きい場合（Ｓ１３でＮＯ）、機器診断装置１は、ステップＳ１２以降の処理を続ける。残留電圧が閾値電圧ＶＨ１よりも小さい場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、機器診断装置１は、残存時間を取得する（Ｓ１４）。機器診断装置１は、残存時間と所定の閾値（ＴＨ１、ＴＨ２）とを比較し（Ｓ１５）、残存時間が閾値ＴＨ１と閾値ＴＨ２（ＴＨ１＜ＴＨ２）との範囲内にある場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、機器診断装置１は機器５が正常であることを示す診断信号を出力し（Ｓ１６）、処理を終了する。一方、残存時間が閾値ＴＨ１と閾値ＴＨ２（ＴＨ１＜ＴＨ２）との範囲内にない場合（Ｓ１５でＮＯ）、機器診断装置１は機器５が異常であることを示す診断信号を出力し（Ｓ１７）、処理を終了する。
【００５２】
送風機の故障は、駆動ベルト切れ、軸受け摩耗による異常振動又は異音発生、羽根車への異物付着などである。送風機に異常がない場合、羽根車（回転体５３）の慣性エネルギーは、送風機の負荷損である空気に働く仕事エネルギー及び送風機の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損）で消費され、ほぼ所定の時間内で、発生した残留電圧はなくなる。
【００５３】
しかし、送風機に異常がある場合、例えば、軸受け摩耗の度合いが大きく、保守を必要とする状態になっているときは、軸受け摩擦損が大きくなるため、羽根車の慣性エネルギーは、送風機が正常である場合に比較して早く消費され、残留電圧が発生した時点から残留電圧がなくなる時点までの残存時間は短くなる。
【００５４】
また、送風機の羽根車の慣性モーメントは、誘導電動機５１の回転軸の慣性モーメントより大きいため、駆動ベルトが切れた場合は、羽根車の慣性エネルギーが誘導電動機５１に伝わらず、誘導電動機５１の回転軸の回転は、送風機が正常である場合に比較して、短時間に停止する。
【００５５】
また、送風機の羽根車に異物が付着した場合、異物の存在により羽根車の慣性エネルギーが増加し、送風機が正常である場合に比較して、残留電圧の残存時間は長くなる。
【００５６】
図４は残留電圧の例を示すタイムチャートである。例えば、定格電圧２００Ｖの送風機へ供給する商用電源を時刻ｔ＝０で遮断した場合、遮断とほぼ同時に残留電圧が発生し、図４（ａ）に示すように、送風機に異常がない場合には、時刻ｔ＝ｔ１で残留電圧がなくなる。この場合、残存時間はｔ１である。
【００５７】
図４（ｂ）に示すように、送風機の軸受け摩耗の度合いが大きく、送風機が異常である場合には、残存時間はｔ２（ｔ２＜ｔ１）となる。また、図４（ｃ）に示すように、送風機の羽根車に異物が付着した場合には、残存時間はｔ３（ｔ３＞ｔ１）となる。
【００５８】
したがって、残留電圧の残存時間を検出し、予め定められた閾値ＴＨ１、ＴＨ２と比較することにより、送風機の異常の有無、及び異常内容を詳しく診断することが可能となる。
【００５９】
診断可能な機器は、送風機に限らず、他の機器でも同様に異常の有無、異常内容を診断することができる。例えば、熱交換器とファンとを一体化したコンパクト型空調機の場合、誘導電動機の回転軸にファンが直結されており、駆動ベルトは不要である。また、このような空調機では、比較的クリーンな使用環境で使用されるため、ファンに塵などが堆積することはまれであり、ファンの慣性モーメントは変化しにくく、ファン効率の低下も少ない。空調機の異常は、主として軸受け摩耗による。従って、残留電圧の残存時間の変化を検出することにより、空調機の異常の有無を診断することができる。
【００６０】
水中ポンプの場合、清水用水中ポンプなどの軸受けは、特殊カーボンスラスト軸受けが採用されているが、軸受けの摩耗により羽根車とライナリングとが接触し、羽根車の回転トルクが増加することにより過負荷運転状態に陥る故障が多い。この場合、増加した回転トルクにより慣性エネルギーが消費され、ポンプが正常である場合に比較して、残留電圧の残存時間が短くなる。
【００６１】
また、汚水・汚物用ポンプでは、大きな異物を吸い込んだ場合、羽根車とケーシングとの間に異物が噛み込み、ポンプが拘束状態に陥り、誘導電動機に過電流が流れ、ポンプの運転が停止するときがある。しかし、この場合、ポンプの運転停止が、ポンプ拘束による異常であるのか、負荷増加による過電流であるのか、その判断は困難である。異物の噛み込みによるポンプ拘束の場合には、残留電圧は発生しないため、電源遮断信号を取得した場合に、残留電圧の残存時間が略０秒であるときは、ポンプの異常は、異物噛み込みによるものと診断することができる。
【００６２】
また、ポンプの羽根車に布切れなどの異物が付着した場合、付着した異物により慣性エネルギーが増加し、送風機の場合と同様に残存時間が正常時より長くなる。従って、残留電圧の残存時間の変化を検出することにより、ポンプの異常の有無を診断することができる。
【００６３】
空気圧縮機の場合、軸受け摩耗による異常振動又は異音発生、駆動ベルト切れなどの故障がある。空気圧縮機に異常がある場合、例えば、軸受け摩耗の度合いが大きい場合は、軸受け摩擦損が大きくなるため、ロータの慣性エネルギーは、空気圧縮機が正常である場合に比較して早く消費され、残留電圧が発生した時点から残留電圧がなくなる時点までの残存時間は短くなる。
【００６４】
また、誘導電動機に比べて空気圧縮機のロータの回転トルクが大きいため、駆動ベルト切れが生じた場合は、ロータの回転トルクによる慣性エネルギーの消費が行われず、残留電圧の残存時間は、空気圧縮機が正常であるときに比べて長くなる。従って、残留電圧の残存時間の変化を検出することにより、空気圧縮機の異常の有無を診断することができる。
【００６５】
荷役運搬に用いられるホイストの場合、始動回数が所定の頻度を超えると、ブレーキ、電磁開閉器、ワイヤーロープなどの消耗部品を交換する必要があるため、残留電圧の検出回数を記録し、所定時間内の検出回数の累積値を所定の閾値ＣＨ１と比較することにより、消耗品交換の時期を診断することができる。
【００６６】
また、走行中のホイストを停止させる場合、ブレーキの摩耗により停止時間が長くなる。ホイストが完全に停止するまでの間は、残留電圧が発生するため、残留時間の長短を判断することにより、ホイストのブレーキ異常を診断することができる。
【００６７】
上述の実施の形態においては、残存時間と閾値とを比較して、残存時間の長短に応じて機器の診断信号を出力する構成であったが、出力される診断信号は、特に限定されるものでなく、診断対象となる機器の種類に応じて、変更することができる。例えば、残存時間と比較する閾値を複数段階的に設定しておいて、段階的に設定された閾値との比較結果に応じて、異常の程度を段階的に知らせることもできる。すなわち、異常による突発的な運転停止を回避するために、予防保守を促す予報信号、機器の寿命に近づきつつあることを知らせる警告信号、緊急を要する異常信号などを出力する構成であってもよい。
【００６８】
上述の実施の形態においては、電源遮断信号を取得した時点を残留電圧の発生時点とする構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、電源遮断信号を取得する代わりに、誘導電動機に供給される電圧を機器診断装置１で検出し、電圧が所定の電圧に降下した時点、例えば、２００Ｖから５０Ｖに降下した時点を、残留電圧の発生時点とすることもできる。
【００６９】
上述の実施の形態においては、残留電圧と比較する閾値電圧は５０ｍＶであったが、閾値電圧は、これに限定されるものではなく、使用される機器の種類、定格などに応じて適宜変更することができる。例えば、１００ｍＶ、２００ｍＶなどの値を用いてもよい。
【００７０】
上述の実施の形態においては、電源遮断信号を取得した場合に、残留電圧の残存時間が略０秒である否かを判定して、異物噛み込みによるポンプの異常を診断する構成であったが、これに限定されるものではなく、ホイストロックを診断することもできる。すなわち、ホイストを使用中に、インチング使用によりブレーキロックが発生した場合に、これを診断してモータの焼損を防止できる。
【００７１】
実施の形態２
機器の負荷状態を取得することにより、さらに詳細に機器の診断をすることができる。図５は実施の形態２における機器診断装置１の構成を示すブロック図である。実施の形態１との違いは、機器５（例えば、送風機、ポンプなど）から機器の負荷状態を示す弁開閉信号を取得する点にある。
【００７２】
図において、５４はダンパ又は仕切弁である。機器５は、ダンパ又は仕切弁の開閉状態を示す弁開閉信号を、信号線５５を介して機器診断装置１の入力部１３へ出力する。入力部１３は、機器５から入力された弁開閉信号を演算部１５へ出力する。これにより、演算部１５は、機器５の負荷状態を取得することができる。なお、実施の形態１と同様の部分は、同一符号を付し説明は省略する。
【００７３】
機器５のダンパ又は仕切弁が開いている場合、空気又は水は機器５の流路を流れることができ、慣性エネルギーは、送風機、ポンプなどの機器５の負荷損である流体（空気、水など）に働く仕事エネルギー及び機器５の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損、軸シール摩擦損など）の合計である全負荷損で消費される（負荷運転時）。一方、機器５のダンパ又は仕切弁が閉じている場合は、空気、水が流れないため、慣性エネルギーは、機器５の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損、軸シール摩擦損など）のみで消費される（無負荷運転時）。
【００７４】
機器診断装置１は、弁開閉信号を取得することにより、機器５の負荷状態、すなわち、負荷運転時であるか無負荷運転時であるかを判定し、残留電圧の残存時間を計時した場合の機器５の負荷状態も併せて記憶部１６に記憶する。機器診断装置１は、機器５の無負荷運転時と負荷運転時との残存時間の差により、機器５の流体に働く仕事エネルギーの差、すなわち、機器５の負荷運転効率の低下を診断する。
【００７５】
図６は機器５の無負荷運転時及び負荷運転時における残存時間の経時変化を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、機器５が新品時（例えば、機器の設置時、整備完了時など）において、弁全閉時（無負荷運転時）に計時された残存時間と、弁全開時（負荷運転時）に計時された残存時間との時間差をｔａとする。機器５を使用するに応じて、機器５の負荷運転効率、機器内部の無負荷損が増加するため、図６（ｂ）に示すように、弁全閉時（無負荷運転時）に計時された残存時間は、新品時の場合に比較して短くなり、弁全開時（負荷運転時）に計時された残存時間も、新品時の場合に比較して短くなる。この場合に、弁全閉時（無負荷運転時）に計時された残存時間と、弁全開時（負荷運転時）に計時された残存時間との時間差をｔｂとする。
【００７６】
弁全閉時（無負荷運転時）に計時された残存時間と、弁全開時（負荷運転時）に計時された残存時間との時間差は、機器５の流体に働く仕事エネルギー、すなわち、機器５の負荷運転効率に依存するため、ｔｂとｔａとが略等しい場合は、機器５の負荷運転効率の低下はないと診断することができ、一方、直近に計時されたｔｂとｔａとの差が、記憶部１６に記憶してある閾値ＴＨ３を超える場合は、機器の回転体が有する慣性エネルギーの消費度合いが小さく、流体で消費される仕事エネルギーが減少しているため、機器５の負荷運転効率が低下したと診断することができる。
【００７７】
実施の形態３
機器の負荷状態を取得することなく、さらに詳細に機器の診断をすることができる。図７は実施の形態３における機器診断装置１の構成を示すブロック図である。実施の形態１、２との違いは、機器診断装置１が残留電圧のゼロクロス（すなわち、残留電圧の瞬時値が略ゼロ電圧と交差する時点）を検出するゼロクロス検出部１０を備える点にある。
【００７８】
機器５（例えば、空気圧縮機）において、５６は空気吸込口であり、空気吸込口５６には、フィルタ５７を取付けてある。空気圧縮機の回転体５３で圧縮された空気は、オイルセパレータタンク５８で油分と空気が分離され、オイルセパレータタンク５８の吐出口に取付けられた逆止弁５９を経由して圧縮空気タンクへ送り込まれる。
【００７９】
演算部１５は、入力部１３から電源遮断信号を取得した場合、ゼロクロス検出部１０に対して、残留電圧のゼロクロスの検出を開始するゼロクロス検出開始信号を出力する。ゼロクロス検出部１０は、演算部１５からゼロクロス検出開始信号を入力された場合、電圧検出部１１で検出した残留電圧の瞬時値が、略ゼロ電圧と交差する都度、ゼロクロス検出信号を演算部１５へ出力する。
【００８０】
演算部１５は、ゼロクロス検出部１０からゼロクロス検出信号を受け取る都度、計時部１４で計時する時刻を取得し、残留電圧のゼロクロスの間隔を算出する。演算部１５は、算出したゼロクロスの間隔と、記憶部１６に記憶してある閾値（ＴＨ４）とを比較し、残留電圧が発生した時点から、算出したゼロクロスの間隔が閾値（ＴＨ４）を超えた時点までの時間を算出する。演算部１５は、算出した時間が記憶部１６に記憶してある閾値（ＴＨ５）より長い場合、機器の異常を示す診断信号を出力する。
【００８１】
運転中の空気圧縮機の電源を遮断して停止させた場合、回転体５３の慣性エネルギーで回転体５３は回転を続けるが、圧縮空気タンクへ放出する圧力は消失するため逆止弁５９が閉塞する。逆止弁５９が閉塞した場合、オイルセパレータタンク５８内の圧力により、回転体５３に逆圧力が作用し、慣性エネルギーが大きく消費される。その後逆圧力が徐々に低下すると、逆圧力の作用による影響が無くなり、慣性エネルギーは、空気圧縮機の機器無負荷損失により消費され、回転体５３が停止する。
【００８２】
図８は空気圧縮機を停止した場合の残留電圧の例を示すタイムチャートである。図８（ａ）は、正常時の残留電圧を示す。ｔ＝０で電源が遮断され、残留電圧が発生する。逆止弁５９が閉塞するまでの間は、回転体５３の慣性エネルギーは、負荷損である空気に働く仕事エネルギー及び空気圧縮機の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損）の合計である全負荷損で消費される（負荷運転時）。
【００８３】
ｔ＝ｔＣ1 で逆止弁５９が閉塞した場合、オイルセパレータタンク５８内の圧力で回転体５３に逆圧力が加わり、慣性エネルギーは大きく消費されるため、残留電圧の波形が変化する。すなわち、残留電圧の瞬時値が０Ｖと交差する間隔が大きくなる。また、残留電圧の波高値は低下する。
【００８４】
ｔ＝ｔＣ2 で逆圧力が慣性エネルギーにより消費され、逆圧力が消滅した場合、慣性エネルギーは、空気圧縮機の無負荷損（例えば、軸受け摩擦損など）のみで消費され（無負荷運転時）、ｔ＝ｔＣ3 で慣性エネルギーが消費され、回転体５３の回転を停止する。
【００８５】
図８（ｂ）は、異常時の残留電圧を示す。図に示すように、時間ｔＣ3 ′は時間ｔＣ3 に略等しく、時間ｔＣ1 ′がｔＣ1 より長くなる場合は、慣性エネルギーが空気に働く仕事エネルギーで消費されにくい、すなわち、空気圧縮機の負荷運転効率が低下していることを示す。
【００８６】
従って、機器診断装置１は、残留電圧の残存時間に変化がなく、残留電圧の発生時点からゼロクロスの間隔が閾値（ＴＨ４）を超える時点までの時間が閾値（ＴＨ５）より長い場合、空気圧縮機の空気吸込口のフィルタの目詰まりなど、機器の運転効率の低下と判定する。
【００８７】
空気圧縮機の場合、空気吸込口にフィルタが取付けてあり、運転効率の低下はフィルタ目詰まりによる吐出空気圧の減少になる。一例として、７．５ｋＷの空気圧縮機で、正常時に対して、フィルタの清掃時期におけるフィルタ吸気抵抗は、２００ｍｍＨｇの増加、吐出空気量は２４％減少、軸動力は１０％減少の特性を有する。また、正常時に対して、フィルタの交換時期におけるフィルタ吸気抵抗は、５００ｍｍＨｇの増加、吐出空気量は３５％減少、軸動力は２３％減少の特性を有する。空気に働く仕事エネルギーは、軸動力に対応するため、軸動力が１０％減少した場合には、残留電圧の時間ｔＣ1 が１０％長くなると考えられる。
【００８８】
７．５ｋＷの空気圧縮機の吸込口のフィルタ４個のうち、１個を閉塞した場合（吐出空気量が略２５％低下）と閉塞しない場合とで、残留電圧を測定したところ、フィルタを閉塞しない場合の時間ｔＣ1 は、２２７５ｍｓであるのに対し、フィルタ１個を閉塞した場合の時間ｔＣ1 は、２５００ｍｓであり、時間ｔＣ1 は約１０％長くなり、軸動力の１０％減少に略一致する。従って、残留電圧の時間ｔＣ1 の大小に応じて、フィルタの清掃時期、フィルタの交換時期などを診断することができる。
【００８９】
上述の実施の形態においては、残留電圧の残存時間の長短に応じて、機器の診断をする構成であったが、残留電圧を所定の閾値ＶＨ１と比較し、残留電圧が所定の閾値ＶＨ１より大きい場合に機器の起動を禁止する禁止信号を出力し、機器の起動を防止して機器の保護を図ることもできる。
【００９０】
例えば、誘導電動機及びインバータ装置を備える機器において、省エネ運転を行うために、誘導電動機に供給する電力を商用電源とインバータ装置とで切替える場合がある。この場合、商用電源からインバータ装置に切替えた際に、残留電圧の逆位相により、インバータ装置に突入電流が流れ、インバータ装置を破損する問題があった。本発明に係る機器診断装置１で、残留電圧を検出し、残留電圧が存在している間は、インバータ装置への切替えが行われないように禁止信号を出力することにより、上述の問題を防止できる。
【００９１】
また、吸気ファン及び排気ファンを備えた空調機では、設置後又は整備後などの試運転時に吸気ファンのみを単独で運転する場合があり、吸気ファンで送られる空気により排気ファンが供回りするときがある。この状態で排気ファンを始動すると、電動機始動電流が通常よりも多く流れ、電磁開閉器の接点溶着、電源設備の破損、排気ファンの破損などが生じる場合ある。本発明に係る機器診断装置１で、残留電圧を検出し、残留電圧が存在している間は、排気ファンの始動が行われないように禁止信号を出力することにより、上述の問題を防止できる。
【００９２】
また、マンホールなどに使用される汚水・汚物ポンプは、２台のポンプを交互運転することにより、マンホール内の水位を調整する。一方のポンプ側の逆止弁が、例えば異物の詰まりなどで故障した場合、ホンプ本体は正常であっても、逆止弁が正常なポンプ側から逆止弁が故障したポンプ側へ汚水が逆流し、汚水槽溢水事故が発生する。このような場合、逆止弁が正常なポンプから送られる水により、逆止弁が故障しているポンプが回転し、これにより発生した残留電圧により、逆止弁故障を診断することもできる。
【００９３】
上述の実施の形態においては、機器診断装置１は、機器５と別体であったが、これに限定されるものではなく、本発明の機器診断装置１を各機器５に内蔵する構成であってもよい。機器診断装置を機器と別体で構成するか、機器の内部に設けるかにかかわらず、機器診断システムを構成することができる。また、機器診断装置１で複数の機器の診断を行う構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る機器診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】機器診断データベースのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図３】本発明に係る機器診断装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】残留電圧の例を示すタイムチャートである。
【図５】実施の形態２における機器診断装置の構成を示すブロック図である。
【図６】機器の無負荷運転時及び負荷運転時における残存時間の経時変化を示す説明図である。
【図７】実施の形態３における機器診断装置の構成を示すブロック図である。
【図８】空気圧縮機を停止した場合の残留電圧の例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００９５】
１  機器診断装置
５  機器
５１  誘導電動機
５３  回転体
１０  ゼロクロス検出部
１１  電圧検出部
１２  電圧比較部
１３  入力部
１４  計時部
１５  演算部
１６  記憶部
１７  出力部
１８  操作部
１９  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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