JP4220370B2 - 電動弁診断方法及び電動弁診断装置 - Google Patents
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Description
(1)電源ケーブルのうち、単相線にクランプメータを取り付けて電流値を測定する方法。(例えば、非特許文献1及び特許文献1参照。)
(2)電源ケーブルにクランプメータを取り付けて検知する方法(例えば、特許文献2参照。)。
(3)モータ上に磁気センサを取り付けて検知する方法(例えば、特許文献2参照。)。
精密工学会知能化メカトロニクス調査研究分科会、1995年9月21日(第14頁図3,第15頁表2)
そこで、磁気センサの数を複数としたところ、各磁気センサと各電線(位相差がある)との相対位置関係の違いのため、複数の磁気センサから得られる信号波形には差があるため、いずれかの磁気センサにより得られた信号により駆動エネルギオン・オフのタイミングを正確に把握することができることを認めた。
前記駆動モータの駆動エネルギオン・オフタイミングを、該駆動モータを駆動させる電力線又は前記駆動モータの電源を制御するためのスイッチ作動を検知する制御線が収納された電線管であって該電線管内における上記電力線又は制御線の配置位置が不明な電線管の外部に外付けされた複数個の磁気センサから出力される該各磁気センサと上記電力線又は制御線を構成する各電線との相対位置関係の違いに基づく信号情報を用いて診断することを特徴とする。
駆動モータの回転駆動力が機械的に伝達されて弁体を開閉駆動させる電動弁の異常の程度を診断する電動弁診断装置において、前記駆動モータを駆動させる電力線又は前記駆動モータの電源を制御するためのスイッチ作動を検知する制御線が収納された電線管であって該電線管内における上記電力線又は制御線の配置位置が不明な電線管の外部に外付けされた複数個の磁気センサと、該各磁気センサから出力される該各磁気センサと上記電力線又は制御線を構成する各電線との相対位置関係の違いに基づく信号情報を用いて前記電動弁の異常の程度を診断する診断手段と、該診断手段により得られた診断結果を出力する出力手段を備えたことを特徴とする。
電磁気学の法則に従い、磁気センサの個数および電力ケーブルとの位置関係を変動させてシミュレーション(計算)を行い、本発明の有効性を示す。
ここで、電力ケーブル14は無限に長手方向に続く直線と仮定する。また、アンペールの法則により、直線電流Iが距離r離れた所に作る磁場H(t)はI/2πr、すなわち、H(t)=I/2πrとする。
α = 2π/3(座標原点を中心とした電線UVWの互いの角度=120°)とする。
点Pの座標 (x,y) = (Rcosθ+xo,Rsinθ+yo)
点Uの座標 (xu,yu) = (rcosξ, rsinξ)
点Vの座標 (xv,yv) = (rcos(ξ+α), rsin(ξ+α))
点Wの座標 (xw,yw) = (rcos(ξ+2α), rsin(ξ+2α))
点P,U間の距離 ru = √((x−xu)^2+(y−yu)^2)
点P,V間の距離 rv = √((x−xv)^2+(y−yv)^2)
点P,W間の距離 rw = √((x−xw)^2+(y−yw)^2)
点P,Uを通る直線がX軸となす角 φu = tan-1((y−yu)/(x−xu))
点P,Vを通る直線がX軸となす角 φv = tan-1((y−yv)/(x−xv))
点P,Wを通る直線がX軸となす角 φw = tan-1((y−yw)/(x−xw))
電線Uを流れる電流 Iu(t) = Isin(ωt−α)、(ただしωは交流の周波数f×2π)
電線Vを流れる電流 Iv(t) = Isin(ωt)
電線Wを流れる電流 Iw(t) = Isin(ωt+α)、
とすると、図8に示すように、電線Uが点Pに作る磁場Hu(t)’=Iu(t)/2πruなので、電線管の接線方向の磁場 Hu(t) = Hu(t) ’・cos(θ−φu) =(Iu(t)/2πru)・cos(θ−φu)、
同様に、電線Vが点Pに作る接線方向の磁場 Hv(t) = Hv(t)’・cos(θ−φv) =(Iv(t)/2πrv)・cos(θ−φv)、電線Wが点Pに作る接線方向の磁場 Hw(t) = Hw(t)’・cos(θ−φw) =(Iw(t)/2πrw)・cos(θ−φw)となる。
H(t) = I/2π×[sin(ωt−α)・cos(θ−φu)/ru + sin(ωt)・cos(θ−φv)/rv + sin(ωt+α)・cos(θ−φw)/rw] ・・・(式I)
これにより、各電線UVWがホール素子に与える影響は、に示すように、各電線UVWの中心からホール素子中心O16(P)までの距離(ru、rv、rw)に反比例し、また、電線管15の軸心O15とホール素子中心O16(P)とを結ぶ線と、各電線UVWの中心とホール素子中心O16とを結ぶ線との成す角度(θ−φu、θ−φv、θ−φw)とにベクトル量的に影響を受けた総和として測定される。
(シミュレーション計算1)
図9(c)の位置関係の場合、各磁気センサ16A、16B、16Cの信号を取り出すと、図10に示すように、ノイズに隠れて判別の困難な信号情報16Bと、ノイズよりも波高が高い位置で駆動エネルギのオフが観測される信号情報16Aおよび信号情報16Cとがあり、ノイズに隠れずに判別可能な磁気センサに基づくセンサ信号16Aまたは16Cからオフ時刻(オフのタイミング)を測定することができる。
(シミュレーション計算2)
次に、図9(a)〜(d)に示すように、電線管15の中心に電力ケーブル14を配置し、磁気センサ16(16A〜16D)をそれぞれ電線管15の外周面15aに装着した場合に得られる各センサ信号の状況をシミュレーションした。
(シミュレーション計算3)
次に、図12(a)〜(d)に示すように、電線管15の内壁にそって電力ケーブル14を配置し、磁気センサ16(16A〜16D)をそれぞれ電線管15の外周面に装着した場合に得られる各センサ信号の状況をシミュレーションした。
(実施例1)
実際に駆動モータ1の駆動エネルギをオン・オフした場合の信号の採取状況を磁気センサの位置を電力ケーブル14から近い位置(磁気センサ1)と遠い位置(磁気センサ2)との複数個(2個)設置して得られた各信号の実測データを図17〜図19に示す。
(実施例2)
次に、実際に駆動モータ1の駆動エネルギを遮断した場合の信号の採取状況を従来技術の場合と対比して本願発明に従う磁気センサの場合を説明する。
また、図20(c)は、図20(b)において駆動エネルギがオフとなった近傍について時間軸を拡大したものである。
(1)ホール素子を利用した複数個の磁気センサを電線管に設置するという簡単な手法により、クランプ式の電流計を用いる場合に比べて、S/N比が格段に大きくなり、これにより、電動弁の電気箱のカバーを取り外すことなく、駆動エネルギのオン・オフのタイミングを一層正確に把握することができる。
(2)磁気センサを複数個設置する場合には、各センサから得られた信号の絶対値を加算する手法を採用することにより、センサ個数が増えるほど大きい信号値が得られ、かつ、センサ1個の場合に比べ、その信号形状は起伏の無い形に近づいている。これにより、駆動エネルギオン・オフ時のセンサ波形の変化(駆動エネルギオフ状態のセンサ信号値からのオン状態への変化点、または駆動エネルギオン状態のセンサ信号値からのオフ状態への変化点)がより確実に検出できる。
(実施例3)
次に、異常情報として、ステム(弁棒)7が曲がった状態を駆動エネルギの時系列変化として異常を検知する実施例について説明する。
200:配管
1:駆動モータ
2:ギヤ
3:ウォーム
3a:ウォーム軸
4:ウォームギヤ
5:ドライブスリーム
6:ステムナット
7:ステム(弁棒)
7’:ヨーク
8:弁体
10:トルクスプリングカートリッジ(TSC)
11:皿バネ
12:トルクスイッチ
13:電力ケーブル(電力線)
15:電線管
16:磁気センサ
17:面ファスナテープ(固定手段)
18:端子
19:増幅器
Claims (13)
- 駆動モータの回転駆動力が機械的に伝達されて弁体を開閉駆動させる電動弁の異常の程度を診断する電動弁の診断方法において、
前記駆動モータの駆動エネルギオン・オフタイミングを、該駆動モータを駆動させる電力線又は前記駆動モータの電源を制御するためのスイッチ作動を検知する制御線が収納された電線管であって該電線管内における上記電力線又は制御線の配置位置が不明な電線管の外部に外付けされた複数個の磁気センサから出力される該各磁気センサと上記電力線又は制御線を構成する各電線との相対位置関係の違いに基づく信号情報を用いて診断することを特徴とする電動弁診断方法。 - 前記磁気センサは、前記電線管の外周に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項1に記載の電動弁診断方法。
- 前記複数個の磁気センサから出力された信号情報は加算、減算または信号情報の絶対値を加算する演算処理がなされ、該演算処理された信号情報は、該複数個の磁気センサから出力された各信号情報とともに出力されることを特徴とする請求項1記載の電動弁診断方法。
- 前記複数個の磁気センサから出力された信号情報は絶対値を加算する演算処理がなされ出力されることを特徴とする請求項1記載の電動弁診断方法。
- 駆動モータの回転駆動力が機械的に伝達されて弁体を開閉駆動させる電動弁の異常の程度を診断する電動弁の診断装置において、
前記駆動モータを駆動させる電力線又は前記駆動モータの電源を制御するためのスイッチ作動を検知する制御線が収納された電線管であって該電線管内における上記電力線又は制御線の配置位置が不明な電線管の外部に外付けされた複数個の磁気センサと、該各磁気センサから出力される該各磁気センサと上記電力線又は制御線を構成する各電線との相対位置関係の違いに基づく信号情報を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする電動弁の診断装置。 - 前記複数個の磁気センサから出力された信号情報を加算、減算または信号情報の絶対値を加算する演算手段と、
該演算手段により演算処理された信号情報は前記複数個の磁気センサから出力された各信号情報とともに出力する出力手段とを備えていることを特徴とする請求項5記載の電動弁の診断装置。 - 前記複数個の磁気センサから出力された信号情報の絶対値を加算する演算手段を備えていることを特徴とする請求項5記載の電動弁の診断装置。
- 駆動モータの回転駆動力が機械的に伝達されて弁体を開閉駆動させる電動弁の異常の程度を診断する電動弁の診断装置において、
前記駆動モータを駆動させる電力線又は前記駆動モータの電源を制御するためのスイッチ作動を検知する制御線が収納された電線管であって該電線管内における上記電力線又は制御線の配置位置が不明な電線管の外部に外付けされた複数個の磁気センサと、該各磁気センサから出力される該各磁気センサと上記電力線又は制御線を構成する各電線との相対位置関係の違いに基づく信号情報を用いて前記電動弁の異常の程度を診断する診断手段と、該診断手段により得られた診断結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする電動弁の診断装置。 - 該複数個の磁気センサから出力された信号情報を加算、減算または信号情報の絶対値を加算する演算手段を備え、前記演算処理された信号情報は、該複数個の磁気センサから出力された信号情報とともに出力され、出力された信号情報に基づいて前記電動弁の異常の程度を診断する診断手段と、該診断手段により得られた診断結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする請求項8記載の電動弁の診断装置。
- 該複数個の磁気センサから出力された信号情報の絶対値を加算する演算手段を備え、
前記演算手段により演算された信号情報に基づいて前記電動弁の異常の程度を診断する診断手段と、該診断手段により得られた診断結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする請求項8記載の電動弁の診断装置。 - 前記複数の磁気センサは、電線管の管軸に直交する面内位置に固定されていることを特徴とする請求項5〜10のいずれかに記載の電動弁の診断装置。
- 前記磁気センサは、前記電線管の中を通る電力ケーブルから発する磁力線が測定可能に配置されているホール素子センサであることを特徴とする請求項5〜11のいずれかに記載の電動弁の診断装置。
- 前記磁気センサは、前記電線管の外周に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項5〜12のいずれかに記載の電動弁の診断装置。
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