(57)【要約】【課題】少ない検知手段で、瞬時トルクを正確に導出可能であり、安全性及び安定性が高い診断装置及び診断方法を提供すること。【解決手段】誘導モータ及び当該誘導モータに接続された機械要素の診断方法であって、所定の誘導モータにつき、所定の電圧における、電流値とトルク値の対応関係を記録し、当該誘導モータにおける電源の電流値を検知し、検知された電流値を、当該対応関係に参照することで、当該電流値におけるトルク値を取得し、取得された当該トルク値を診断指標とすることからなる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の誘導モータにつき、所定の電圧における、電流値とトルク値の対応関係を記録し、
当該誘導モータにおける電源の電流値を検知し、
検知された電流値を、当該対応関係に参照することで、当該電流値におけるトルク値を取得し、
取得された当該トルク値を診断指標とすることを特徴とする誘導モータ及び当該誘導モータに接続された機械要素の診断方法。
【請求項２】
３相電源に接続された誘導モータにおいて、１相の電流値のみを検出することを特徴とする請求項１に記載の診断方法。
【請求項３】
電圧検出を行わないことを特徴とする、請求項１又は２に記載の診断方法。
【請求項４】
電圧を検出する手段を備え、前記対応関係を参照し、検出された電圧により、補正されたトルク値を導出することを特徴とする請求項１又は２に記載の診断方法。
【請求項５】
電圧検出が１線間のみにて行われることを特徴とする請求項４に記載の診断方法。
【請求項６】
機械要素が電動バルブ、バルブアクチエータ、電動ジャッキ、電動ミキサー及びこれらに接続された関連要素であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の診断方法。
【請求項７】
異常又は劣化の診断装置であって、
所定の誘導モータの所定の電圧における電流値と、当該電流値に対応するトルク値の対応関係を記録した記録手段と、
当該誘導モータにおける電源の電流値を検出する検知手段と、
検知された電流値を、前記電流値とトルク値の対応関係に参照する参照手段と、
トルク値を指標とした異常又は劣化の判断手段を備えることを特徴とする誘導モータ及び当該誘導モータに接続された機械要素の診断装置。
【請求項８】
３相電源に接続された誘導モータにおいて、１相のみに電流の検出手段が備えられることを特徴とする請求項７に記載の診断装置。
【請求項９】
電圧検出手段を備えていないことを特徴とする請求項８又は９に記載の診断装置。
【請求項１０】
電圧の検出手段が設けられ、
記録手段が、複数の電圧下における対応関係を記録していることを特徴とする請求項７又は８に記載の診断装置。
【請求項１１】
前記対応関係から、検出された電圧により補正を行いトルク値を導出する補正手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の診断装置。
【請求項１２】
電圧検出手段が１線間のみにて設けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の診断装置。
【請求項１３】
機械要素が電動バルブ、バルブアクチエータ、電動ジャッキ、電動ミキサー及びこれらに接続された関連要素であることを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項に記載の診断装置。
【請求項１４】
請求項１から６に記載の診断方法における、前記対応関係を得る方法であって、
電流を取得するための電流センサと、トルクを取得するための力センサにより、
動作時の電流とトルク値を同時に取得して前記対応関係を得る方法。
【請求項１５】
前記力センサが、ウォームシャフトの外部方向への力を検知することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記力センサが、ひずみゲージ式力センサであることをことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常又は劣化診断装置及び診断方法に関する。より詳細には、誘導モータトルクを、誘導モータ及び当該モータに接続された各種装置の異常・劣化診断指標とする装置及び方法に関する
【背景技術】
【０００２】
誘導モータ（誘導電動機）は、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する機能を有する機械要素である。このうち、三相誘導電動機は、三相交流電源から動力を得て、電磁誘導によって一次側から二次側に電力を送ることで動力を発生する電動機である。三相誘導電動機は火力発電所や原子力発電所などの各種大型プラントや、多量の流体を使用する工場など、主に産業分野において広く使用され、電動バルブ（電動弁）やアクチエータ、ジャッキ、ミキサーなど、様々な機械要素に接続され使用されている。これらの誘導電動機が使用される大型プラントや工場などにおいては、その設備の定期的な点検・検査が要求されるところであるが、誘導モータやそれに接続された電動バルブなどの機械要素においても異常又は劣化を診断する必要がある。しかし、異常又は劣化の判断に過大な時間を要すると、プラント稼働の効率性に問題が生じるために、判断には効率性が要求される。さらに、診断に正確性が欠ければ、事故の原因となる。さらに、安全性に問題があれば作業者における危険性を生じる。
【０００３】
このため、従来より各種の診断方法等が採用されているが、その一例として特許文献１がある。当該文献に記載の技術は、３相電源の３相電流のうち少なくとも２相の電流値と、３相電圧のうち少なくとも２相の電圧値を測定し、測定された３相の電流値、もしくは測定された２相の電流値より算出された３相の電流値と、測定された３相の電圧値、もしくは測定された２相の電圧値より算出された３相の電圧値との内積および外積を計算し、内積および外積と、誘導電動機の電気パラメータとに基づいて誘導電動機の回転角速度および駆動トルクを導出し、回転角速度および駆動トルクを、電動弁装置の異常および劣化診断の指標とするものである（請求項１）。
【０００４】
しかし、上記方法及び装置においては、有効電力としての内積、無効電力としての外積を使用して、所定の計算モデルに基づきトルクを算出して判断を行う必要がある。そのためには、少なくとも２相以上の電流と、２相間以上の電圧を検知し、算出モデルを使用することが必要になる。また、プラントに使用されるバルブアクチュエータ等については、適切な診断にあたり、０トルクから非常に高いトルクまで、かなり広範囲に対応可能でなければならないが、実際のモータ特性は複雑であることから、精度について問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０７３９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、少ない検知手段で、瞬時トルクを正確に導出可能であり、安全性及び安定性が高い診断装置及び診断方法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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、誘導モータ及び当該誘導モータに接続された機械要素の診断方法であって、所定の誘導モータにつき、所定の電圧における、電流値とトルク値の対応関係を記録し、当該誘導モータにおける電源の電流値を検知し、検知された電流値を、当該対応関係に参照することで、当該電流値におけるトルク値を取得し、取得された当該トルク値を診断指標とすることからなる。
【０００８】
また、３相電源に接続された誘導モータにおいて、１相の電流値のみを検出することが好適である。
また、電圧検出を行わないことが好適である。
また、検出された電圧により、補正されたトルク値を導出することが好適である。
また、電圧検出が１線間のみにて行われることが好適である。
また、機械要素が電動バルブ、バルブアクチエータ、電動ジャッキ、電動ミキサー及びこれらに接続された関連要素であることが好適である。
【０００９】
さらに、本発明は、誘導モータ及び当該誘導モータに接続された機械要素の、異常又は劣化の診断装置であって、所定の誘導モータの所定の電圧における電流値と、当該電流値に対応するトルク値の対応関係を記録した記録手段と、当該誘導モータにおける電源の電流値を検出する検知手段と、検知された電流値を、前記電流値とトルク値の対応関係に参照する参照手段と、トルク値を指標とした異常又は劣化の判断手段を備えることからなる。
【００１０】
また、３相電源に接続された誘導モータにおいて、１相のみに電流の検出手段が備えられることが好適である。
また、電圧検出手段を備えていないことが好適である。
また、電圧の検出手段が設けられ、記録手段が、複数の電圧下における対応関係を記録していることが好適である。
また、前記対応関係から、検出された電圧により補正を行いトルク値を導出する補正手段を備えることが好適である。
また、電圧検出手段が１線間のみにて設けられていることが好適である。
また、機械要素が電動バルブ、バルブアクチエータ、電動ジャッキ、電動ミキサー及びこれらに接続された関連要素であることが好適である。
【００１１】
さらに、本発明は、所定の電圧における前記電流値とトルク値の対応関係を、
電流を取得するための電流センサと、トルクを取得するための力センサにより、
動作時の電流とトルク値を同時に取得して得る方法からなる。
また、力センサが、ウォームシャフトの外部方向への力を検知することが好適である
また、力センサが、ひずみゲージ式力センサにより取得することが好適である。
【００１２】
本発明では、電源に接続された誘導モータ、及び当該誘導モータに接続された機械要素、特に電動バルブやアクチエータなどの電動バルブ関連装置や電動ジャッキ、電動ミキサー関連装置の異常又は劣化の判断装置及び方法を提供するものであるが、各種又は個々の誘導モータにおいて、所定の電圧下における電流値とトルク値の関係は、その特性に応じたカーブを示し、１対１で定まることから、この１対１の電流−トルク対応関係を記録して、検出電流に対応するトルク値を直接獲得することを特徴とするものである。
【００１３】
具体的には、電流−トルク対応関係は、所定の電圧値において例えば図５に示すようなカーブを示す。このカーブが示すように、個々のモータ特性は、単純な曲線又は直線ではなく複雑な線形を示す。したがって、モデル化して算出された推定値ではなく、実測電流値と対応するトルク値を直接獲得する方がより精確に値を得ることが出来る。このため、図５に示すように、所望のモータの電流−トルク対応関係を実験等で予め取得しておく。対応関係は、検出を行うそのモータについて直接取得しておくことが好ましいが、一般的には、各社の型番が一致するモータであれば、同じモータ特性を示すため、対象となる型番に対応する、同一特性を有するデータを取得しておくことは効率の観点からは好ましい。
【００１４】
図５を例にとれば、電源の電圧が２００Ｖであり、検出電流が例えば２０Ａであれば、トルクが２Ｎｍであるとして出力する。このトルク値を、継続的に取得し、電動バルブやアクチエータの異常・劣化診断指標とする。この構成によれば、個別のモータ特性に応じた、実測の電流値に対応するトルク値を直接出力することが可能であることから、３相電源であれば１相の電流値を検知するだけで、高い精度のトルク値を得ることが可能になる。また、検知器数を減少させ装置構成の複雑化を避けることが可能になる。さらに、トルク値の導出も瞬時に行うことが可能であり効率的である。
【００１５】
本発明では電圧を測定せずともトルク値を取得可能である。電流については外被覆の上からクランプして検知器を設置することができるので、電圧を検知しない場合、完全に非接触でデータ採取を行うことが可能になり、検知器の設置時等における感電の危険等を避けることができる。さらに、異常・劣化判断においてはトルク値の変化量が重要であるところ、電圧値を検知しない態様にあっても、その変化量は正確に取得することが可能である。さらに、複数の電圧値における電流−トルク対応関係が取得してあれば、電源電圧に対応する対応関係を選択することで、正確なトルク値を導出することが可能である。
【００１６】
また、本発明の態様としては、電圧を測定することも可能である。複数の電圧下における対応関係を取得しておけば、検出電圧に相応する対応関係を選択制御して、トルク値を取得することができる。このため、電圧を測定する場合、複数の電圧値における電流−トルク対応関係を取得しておくことが好ましい。また。記録されている電圧値と実測の電圧値に相違がある場合は、対応関係から取得されるトルク値に補正を行うことも可能である。例えば、図６において、実測の電圧値が２１０Ｖであるとすれば、そのトルク値は、２００Ｖと２２０Ｖの中間値であることが推定される。取得すべき電圧の対応関係としては、１００Ｖや２００Ｖなど，通常の定格電圧の他、最大・最小の想定電圧を取得しておけば、補正が容易となる。ただし、補正方法に関しては、トルクが供給電圧の２乗に比例することを利用して算出することが可能であるため、本発明によれば所定の電圧による電流−トルク対応関係が取得できれば、複数の電圧を取得することなく対応値を算出することも可能である。そして、上述の方法に限らず公知の様々な算出手段や方法を採用することが可能である。
【００１７】
装置の具体的な構成の１例としては、３相電源と誘導モータ間の１相の電流値を測定する電流検知器と、制御装置から構成される。制御装置は、シグナルコンディショナー、Ａ／Ｄ変換器、記録装置、相電流−トルク導出部、異常・劣化判定部、警告信号発生部等から構成される。電流検知器から取得された電流は、シグナルコンディショナー及びＡ／Ｄ変換器を介して、増幅等調整された後にデジタル値化される。記録装置には、モータの電流−トルク対応関係が記録されている。相電流−トルク導出部は、取得された電流値から、電流−トルク対応関係を参照して、トルク値を導出する。導出されたトルク値が、異常・劣化判断の指標として使用される。指標が許容範囲を超え、異常・劣化ありと判断された場合、警告信号が発生される。したがって、本発明は誘導モータのトルク値を判断指標として要求される機械要素であれば適用可能であり、電動バルブ、アクチエータ、電動ジャッキ、電動ミキサーにのみ制限されるものではない。
【００１８】
さらに、電圧を検知する実施態様の場合、１線間において検知器を設置する。検知された電圧に対応する電流−トルク対応関係を参照し、トルク値を導出する。また、実測の電圧に相違がある場合、相電流−トルク導出部において補正を行い、トルク値を導出する。
【００１９】
そして、電流値とトルク値の対応関係の取得方法としては、電流を取得するための電流センサと、トルクを取得するための力センサにより、動作時の電流とトルク値を同時に取得して得ることが可能である。当該方法は、より具体的にはウォーム軸の外部方向への力を、ひずみゲージ式力センサにより取得する方法として実現される。力センサは、弁閉方向ではトルクスプリングに対する圧縮応力として検知する。このため、トルク値Ｔは、弁棒の推力にウォームギアの半径（ピッチ円半径）を乗じた値、すなわちウォームギアの半径（ウォームギアの中心からウォームシャフト迄の距離）Ｌ×検出された力Ｎとして算出することができる。
【００２０】
従来は、一部のアクチュエータは開閉ともに同一トルクスプリングを使用しているところ、バネ定数（実トルクと実撓み量の関係）を取得して算出又は推定することにより電動弁を診断する方法がある。しかし、当該方法は開閉のバネが異なるアクチュエータやウォーム軸がスライドしないアクチュエータには適用できない。また、バネ定数を測定する特殊な複合センサーが必要なため装置が複雑化し大型化してしまう。また、アクチュエータの負荷トルクが変動すると消費電力が変化することに着目して電動弁を診断する装置もあるが、摩擦、効率及びモータ個体差等の弁固有の誤差要因を把握し補正する手段が無く、診断の正確さに課題があった。また、トルクスイッチの回転角をトルクに換算して電動弁を診断する方法があるが、現場で高精度に回転角を測定することが困難で精度に課題があった。
【００２１】
しかし、開閉のバネが異なるアクチュエータやウォームシャフトがスライドしないアクチュエータであっても開閉に使用するモータは同一である。また、ハウジング外部に向けて作用する力（通常閉）は汎用ロードセル等の荷重センサ（ひずみゲージ式力センサ）で測定できる。そこで、トルクと同時に電流を計測して電動弁の電流−トルク特性を把握しておき、トルクを直接計測できない方向（通常開）は電流のみを測定してトルクに換算するものである。実トルクにて電流とトルクの関係を較正しているため、本発明の方法によれば、所定電圧による電流値とトルク値の対応関係を、個別のモータ特性に応じて正確な値が得られる。
【００２２】
対応関係を取得していれば、診断にあたっては、一相の電流のみを測定することにより開閉両方の正確なトルクが分かるため短時間に精度よく診断や傾向監視を実施できる。また、収録装置を簡略化できるため常設も容易になる。更に、電圧も測定すれば電圧変動によるトルクへの影響の補正が可能であり、測定する電流または電圧の相数を増やせば回転方向の判別も容易になる。さらに、外部方向への力（原則として弁閉方向）のみから対応関係を取得することができるため、各センサは外付けで対応することができる。したがって、対応関係の取得、検知から診断まで、高効率かつ正確に行うことを可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の１例を示す構成図である。
【図２】図１に記載の実施例のフロー図である。
【図３】本発明の別の実施の１例を示す概念図である
【図４】図３に記載の実施例の構成図である。
【図５】電流−トルク対応関係の１例を示す図である。
【図６】電流−トルク対応関係の１例（同一モータ）を示す図である。
【図７】電流センサと力センサの配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する
【００２５】
図１は、本発明の実施の一例であり、電圧検知をしない態様である。図２は、図１の実施態様における診断のフロー図である。
【００２６】
３相電源２と誘導モータ３（誘導電動機）が接続され、誘導モータ３は、電動バルブやアクチエータ等の電動バルブ機構４に接続される。電流検知器５が３相電源のうちＵ相に設置され、制御装置１と接続されている。
【００２７】
電流検知器５が検知した相電流は、シグナルコンディショナー６で増幅等され、Ａ／Ｄ変換器７を介して、デジタル信号に変換される。記録装置８は、少なくとも１つの電圧下における誘導モータ３の電流−トルク対応関係を記録している。記録態様は、データベースにおいて直接記録されている他、関数化されて記録されている場合、両者併用されている場合など、様々な態様があり得る。
【００２８】
相電流−トルク導出部９は、検出された電流値から、記録装置８に記録された電流−トルク対応関係と参照し、トルク値を取得する。検出は継続的に行われ、トルク値はその変動と共に記録される。なお、電圧が複数記録されている場合には、当該電源に対応する電圧を選択して導出する。
【００２９】
異常・劣化判断部１０において、導出されたトルク値を指標として異常・劣化の判断を行う。例えば、トルク値およびその変動量など、トルク値を指標とした値が、所定の許容基準又は判断基準を超えた場合は、異常又は劣化しているものとして判断を行う。
【００３０】
異常又は劣化があると判断された場合、警告信号発生部１１により警告信号が発せられる。警告信号は、異常等の通知としてディスプレイ等に表示される場合や、緊急停止など、様々な態様において使用される。
【００３１】
図３は、本発明の実施の一例であり、電圧検知を行う態様である。図４は、図３の実施態様における、相間電圧による補正を行う場合のフロー図である。
【００３２】
図３の態様においては、基本的な構成は図１と異なるところはないが、相違点としては、１線間（Ｕ相とＶ相間）の電圧を検知する検知器１２が設けられ、制御装置１の電圧センサ１３と連動して検知される。また、記録装置８には複数の電圧下における電流−トルク対応関係が記録されている。さらに、電圧補正部１４が設けられている。
【００３３】
相電流−トルク導出部９は、検知された電圧に相当する電流−トルク対応関係を選択し、検知された電流値からトルク値を導出する。また、検出された電圧に相当する電流−トルク対応関係が存在しない場合、記録された複数の電圧下における電流−トルク対応関係を参照して、補正を行いトルク値を導出する。導出されたトルク値は、図１の態様と同様に、異常又は劣化の診断指標として使用される。
【００３４】
図７は、電流−トルク対応関係を取得するための、電流センサ１５及び荷重センサ１６の配置例を示す図である。モータ１７の回転力は、ウォームシャフト１８へ伝わり、ウォーム１９を介してウォームホイール２０へ伝わり、弁棒２１が上下する。閉動作のとき、ウォームシャフト１８は、外方向への力を発生させ、トルクスプリング２２を縮ませる。この力を荷重センサ１６が検知する。荷重センサ１６の設置は、例えばトルクスプリング２２の固定のための先端カバーを外して外付けで取り付けることができる。トルク値Ｔは、ウォームギア２０の半径Ｌ×荷重センサが検知した力Ｎにより算出され、図６のような所定の電圧値における電流−トルク対応関係を取得することができる。
【００３５】
本発明の以上の構成によれば、安全性及び安定性が高く、瞬時トルクをより早く正確に導出可能であり、正確な異常・劣化判断を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１  制御装置
２  ３相電源
３  誘導電動機
４  電動バルブ機構
５  電流検知器
６  シグナルコンディショナー
７  Ａ／Ｄ変換器
８  記録装置
９  相電流−トルク導出部
１０  異常・劣化判断部
１１  警告信号発生部
１２  検知器
１３  電圧センサ
１４  電圧補正部
１５  電流センサ
１６  荷重センサ
１７  モータ
１８  ウォームシャフト
１９  ウォーム
２０  ウォームホイール
２１  弁棒
２２  トルクスプリング
【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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