(57)【要約】【課題】保全員の手作業による監視に替えて、連続かつ高精度に三相電流の不平衡率を監視することにより異常の発生を予測し通報して、十分な予防保全の活動成果を上げると共に、安定した品質の製品タイヤを大きな製造ロスを発生させることなく製造することができる予防保全システムを提供する。【解決手段】インバータと三相誘導モータとを備えた駆動機構における三相電流の不平衡率を監視することにより異常の発生を予測し通報する予防保全システムであって、インバータの出力側に配置されて三相電流の磁界を検出する磁気センサと、検出信号のノイズをカットするノイズカット回路を有する計装アンプと、ノイズカット回路によってノイズカットされた検出信号に基づいて三相電流の不平衡率を演算する演算装置と、演算結果に基づいてインバータおよび三相誘導モータの異常の発生を予測し通報する通報部とを備えている予防保全システム。【選択図】図１
2017055628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転速度をＶＶＶＦによる手法で制御するインバータと、前記インバータの出力によって制御される三相誘導モータとを備えた駆動機構における三相電流の不平衡率を監視することにより、異常の発生を予測し通報する予防保全システムであって、
前記インバータの出力側に配置されて三相電流の磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの検出信号のノイズをカットするノイズカット回路を有する計装アンプと、
前記ノイズカット回路によってノイズカットされた前記検出信号に基づいて三相電流の不平衡率を演算する演算装置と、
前記演算装置の演算結果に基づいて前記インバータおよび前記三相誘導モータの異常の発生を予測し通報する通報部とを備えていることを特徴とする予防保全システム。
【請求項２】
前記磁気センサが、磁性体とホール素子とを組み合わせて構成されている磁気センサであることを特徴とする請求項１に記載の予防保全システム。
【請求項３】
前記ノイズカット回路が、前記磁気センサの検出信号のコモンモードノイズ成分をアナログ的にカットするノイズカット回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の予防保全システム。
【請求項４】
前記計装アンプが、前記ノイズカット回路の前段に前記磁気センサと前記ノイズカット回路とのインピーダンスを整合させるボルテージフォロアを有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の予防保全システム。
【請求項５】
前記演算装置が、演算に先立ってノーマルモードノイズ成分をソフト的に除去するデジタルシグナルプロセッサを有していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の予防保全システム。
【請求項６】
前記磁気センサが、商用電力の周波数から高調波までの前記三相誘導モータの三相電流について計測することができる磁気センサであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の予防保全システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの製造設備において、インバータによって出力制御される三相電流の不平衡率を監視することにより、インバータやモータの異常の発生を予測し通報する予防保全システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ材料の製造においては、混合設備やトッピング設備など主要な製造設備で大型のモータが多数使用され、これらのモータは三相電流により駆動されている。そして、これらのモータの回転速度は、インバータ（ＩＮＶ）により制御されている（特許文献１）。
【０００３】
しかし、このような製造設備において、インバータやモータのトラブルにより回転数や速度が当初設定されていた値から外れてしまうと、製造される製品タイヤの品質に悪影響を与えて大きな廃棄ロスを発生させる恐れがある。また、製造設備が突然停止した場合には復旧に手間取り大きな製造ロスを発生させる恐れがある。
【０００４】
そこで、このようなインバータやモータのトラブルの発生を事前に予測する方法として、モータの三相電流の不平衡率を求めて、基準値と比較することにより将来起こり得る故障リスクを監視する方法が従来より知られていたが、これまでは、連続的にデータを取得して適切な方法でノイズを除去し、精度高く安定して三相電流の不平衡率を求めて記録する手段がなかったため、現場では保全員が定期的に製造設備の巡回を行い、巡回のたびにクランプメータを用いて目視で手作業による監視を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４―１２５６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような保全員の手作業による監視では、巡回のタイミングが三相電流の不平衡率が基準値を超えたタイミングとうまく重なれば、異常を検知して予防保全ができるが、実際には、そうでない場合が多いため十分な予防保全の成果を上げられていない。
【０００７】
そこで、三相電流の不平衡率を監視するセンサを設置することが考えられるが、過酷な環境であるため、単純に三相電流の不平衡率を監視するセンサを設置するだけでは、高精度に監視することができない。具体的には、前記したように、主要な製造設備では大型のモータが多数使用されているため、電源や信号ラインに電磁波となって飛来し重畳されるノイズが非常に多い。また、これらのタイヤ製造設備は、一般に比較的高温な環境下に設置されている。
【０００８】
そこで、本発明は、保全員の手作業による監視に替えて、連続かつ高精度に三相電流の不平衡率を監視することにより異常の発生を予測し通報して、十分な予防保全の成果を上げると共に、安定した品質の製品タイヤを大きな製造ロスを発生させることなく製造することができる予防保全システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、
回転速度をＶＶＶＦによる手法で制御するインバータと、前記インバータの出力によって制御される三相誘導モータとを備えた駆動機構における三相電流の不平衡率を監視することにより、異常の発生を予測し通報する予防保全システムであって、
前記インバータの出力側に配置されて三相電流の磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの検出信号のノイズをカットするノイズカット回路を有する計装アンプと、
前記ノイズカット回路によってノイズカットされた前記検出信号に基づいて三相電流の不平衡率を演算する演算装置と、
前記演算装置の演算結果に基づいて前記インバータおよび前記三相誘導モータの異常の発生を予測し通報する通報部とを備えていることを特徴とする予防保全システムである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
前記磁気センサが、磁性体とホール素子とを組み合わせて構成されている磁気センサであることを特徴とする請求項１に記載の予防保全システムである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
前記ノイズカット回路が、前記磁気センサの検出信号のコモンモードノイズ成分をアナログ的にカットするノイズカット回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の予防保全システムである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、
前記計装アンプが、前記ノイズカット回路の前段に前記磁気センサと前記ノイズカット回路とのインピーダンスを整合させるボルテージフォロアを有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の予防保全システムである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、
前記演算装置が、演算に先立ってノーマルモードノイズ成分をソフト的に除去するデジタルシグナルプロセッサを有していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の予防保全システムである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、
前記磁気センサが、商用電力の周波数から高調波までの前記三相誘導モータの三相電流について計測することができる磁気センサであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の予防保全システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、保全員の手作業による監視に替えて、連続かつ高精度に三相電流の不平衡率を監視することにより異常の発生を予測し通報して、十分な予防保全の成果を上げると共に、安定した品質の製品タイヤを大きな製造ロスを発生させることなく製造することができる予防保全システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る予防保全システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る予防保全システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を用いて説明する。
【００１８】
１．予防保全システムの全体構成
図１は本実施の形態に係る予防保全システムの構成を説明するためのブロック図であり、図２は同システムの構成を示す図である。
【００１９】
本実施の形態に係る予防保全システムは、タイヤの製造設備で使用される駆動機構における三相電流の不平衡率を監視することにより駆動機構の予防保全を行うシステムである。
【００２０】
駆動機構は、モータの回転速度をＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：可変電圧可変周波数）による手法で制御するインバータ１と、インバータ１の出力によって制御される三相誘導モータ２とを備えている。
【００２１】
また、本実施の形態に係る予防保全システムは、インバータ１の出力側に配置されて三相電流の磁界を検出する磁気センサ３と、ノイズカット回路を有する計装アンプ４と、ノイズカット回路によってノイズカットされた検出信号に基づいて三相電流の不平衡率を演算するマイコン（演算装置）５とを備えている。なお、インバータ１は、電源（図示省略）と三相誘導モータ２との間に配置されている。
【００２２】
（１）磁気センサ
駆動機構における三相電流の不平衡率を計測する上で重要なセンサとして、多種多様な電流センサが開発されている。これらの電流センサは、交流の大電流をＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：カレントトランス、変流器）を応用した技術により計測するものである。しかし、本実施の形態においては、磁気センサ３を利用して従来の電流センサより高精度かつ高速に三相電流の磁界を検出する。
【００２３】
なお、このとき、磁気センサ３の出力段はハイ・インピーダンス状態になるため、計装アンプ４は、磁気センサ３とノイズカット回路との間にバッファとしてのボルテージフォロワを有していることが好ましい。これにより、磁気センサ３とノイズカット回路とのインピーダンスを整合させることができる。なお、図２においては、オペアンプ２０ａがボルテージフォロワの機能を果たしている。
【００２４】
そして、磁気センサ３は、ホール素子と磁気収束機能を有する磁性体とを組み合わせて構成されていることが好ましく、このような磁気センサ３を用いることにより三相誘導モータに流れる三相電流の磁界を高精度かつ高速に検出することができる。そして、磁気センサ３は商用の周波数（５０Ｈｚ）から高調波までの三相誘導モータの三相電流について計測することができる磁気センサであることが好ましい。これにより、高調波成分監視による長時間設備停止ロスの削減（予防保全）をすることができ、さらに、電気部品の寿命予測や電動機内部エネルギーロスの分析と省エネ改善につなげることができる。
【００２５】
磁性センサ３で検出された磁界による信号は計装アンプ４による増幅を経てマイコン５に入力される。
【００２６】
なお、三相それぞれに流れるモータ電流の和はゼロであるため、三相誘導モータの三相電流の磁界を検出する上では、三相の電流のうち任意の二相の電流に磁気センサを配設すれば良く、残りの一相のモータ電流は演算により求められる。
【００２７】
（２）計装アンプおよびマイコン
（ａ）計装アンプ
計装アンプ４は、図２に示すように、オペアンプ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：オぺレーショナル・アンプリファイア、演算増幅器）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、抵抗素子Ｒ０、Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ４ａ、Ｒ４ｂとを備えている。計装アンプ４を使用することにより、ノイズの多い環境下においても安定した動作を得ることができる。
【００２８】
そして、本実施の形態において、この計装アンプ４は、磁気センサ３の検出信号のノイズ成分をカットするノイズカット回路を有している。これにより、高精度に三相電流の不平衡率を演算、算出することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態において、ノイズカット回路としては、磁気センサ３の検出信号のコモンモードノイズ成分をアナログ的に除去するノイズカット回路であることが好ましい。
【００３０】
このような計装アンプとしては、例えば、リニアテクノロジー社製オペアンプを挙げることができる。
【００３１】
そして、計装アンプ４はインバータ１の出力側に配置され、計装アンプ４の出力側には演算装置としてのマイコン５が接続されている。
【００３２】
（ｂ）マイコン
マイコン５は、２個の磁気センサ３から計装アンプ４を経由して送られてきた信号を基に連続かつ高速で自動的に三相電流の不平衡率を演算して算出する。
【００３３】
この三相電流の不平衡率は、複素平面上で定義される測定された電流フェザーを対象座標法によって分析したときに現れる逆相分の成分の比率を意味しており、この逆相分の成分は三相誘導モータを回転させようとする成分（正相）に対してそれに抵抗する抗力とみなせることから、三相電流の不平衡率が高いほど逆相成分が多くなり、それに伴って仕事をする動力よりも熱損失として電動機内部で無駄に消費される電力として考えることができる。このため、この三相電流の不平衡率を監視することにより、異常の発生を予測し通報することができる。
【００３４】
そして、２個の磁気センサ３から計装アンプ４を経由して送られてきた信号は、計装アンプ４のノイズカット回路によってノイズの除去が行われているため、三相電流の不平衡率の演算に際して精度高い演算を行うことができる。
【００３５】
この時、マイコン５は、ノーマルモードノイズ成分をソフト的に除去するＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）（図示省略）を有していることが好ましい。これにより、計装アンプ４において除去しきれないノーマルモードノイズ成分があっても除去することができる。
【００３６】
具体的なマイコンとしては、ＰＩＣ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が好ましく使用でき、例えば、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社の２４シリーズのＰＩＣ２４Ｆを挙げることができる。なお、このマイコンにおいては、ＤＳＰによって高速にノイズ除去等のフィルタリング処理した後、三相電流の不平衡率を演算して算出し、三相電流の不平衡率を下記の通報部に出力することができる。
【００３７】
（ｃ）通報部
そして、演算結果である三相電流の不平衡率が基準値を超えると、インバータや三相誘導モータに異常が発生しているとして、通報部が直ちにイーサネット（登録商標）や、Ｉ／Ｏインターフェース（例えば、スピーカーによる音声、ランプの点灯）などの手段を用いて外部に通報する。
【００３８】
２．本実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態においては、三相電流の磁界を磁気センサ３によって検出すると共に、演算に先立って磁気センサ３の検出信号に含まれるノイズ成分を除去しているため、連続かつ高精度に三相電流の不平衡率を監視することができ、異常があれば直ちに通報することができる。
【００３９】
このため、タイヤの主要製造設備など大型のモータを多数使用しているため電源や信号ラインに電磁波となって飛来し重畳されるノイズが非常に多く、さらに比較的高温である環境であっても、十分駆動機構における三相電流の不平衡率を監視することができ、異常が発生した場合には外部に通報することができる。
【００４０】
そして、本実施の形態によれば、インバータの出力電流を連続かつ正確に自動的に測定し、規定値以上の三相電流の不平衡率のチェックと故障前の対処が可能となり、高機能かつ低価格な予防保全システムを簡便な回路構成により実現することができるため、予防保全による成果を十分に上げて、長時間にわたる設備停止ロス等の発生を防止することができる。
【００４１】
特に、前記のとおり、計装アンプ４においてノイズカット回路として磁気センサ３の検出信号のコモンモードノイズ成分をアナログ的に除去するノイズカット回路を用い、かつマイコン５においてノーマルモードノイズ成分をソフト的に除去するＤＳＰを用いた場合には、より過酷な環境においても駆動機構における三相電流の不平衡率を高精度に監視することができ、本実施の形態の効果をより顕著に発揮することができる。
【実施例】
【００４２】
１．実施例および比較例
実施例：本実施の形態の予防保全システムを用いて、三相電流の不平衡率の監視による規定値以上の三相電流の不平衡率のチェックによってインバータの出力電流を連続かつ自動的に測定した。
【００４３】
従来例：生産中（電動機回転時）に保全員が肉眼でクランプメータで定期的に測定した。
【００４４】
２．試験結果
従来例は目視で保全員が手動で測定したため連続的な電流データを取得できなかった。また、保全員による精度差も発生した。
【００４５】
一方、実施例は連続かつ正確な電流値測定が得られることで予防保全ができた。このため円滑な設備稼働計画の遂行と設備停止ロス削減が期待できる。
【００４６】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１                                      インバータ
２                                      三相誘導モータ
３                                      磁気センサ
４                                      計装アンプ
５                                      マイコン
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ          オペアンプ
Ｒ０、Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ    抵抗素子
Ｒ４ａ、Ｒ４ｂ                          抵抗素子
【図１】
2017055628.tif 000003
【図２】
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