JP2010025832A

JP2010025832A - 回転数計測装置

Info

Publication number: JP2010025832A
Application number: JP2008189320A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakajima; 聡中島
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】本発明は、機械的接点の寿命による部品交換や保守の必要がなく、振動等の外的ストレスの影響を受けずに、従来、発光素子と受光素子が影響を受けていた回転体の材質及び面の状態、塵埃や外乱光、及び煙等が充満している使用環境の影響を受けず、回転体の回転数を計測できる回転数計測装置を提供することである。
【解決手段】本発明による回転数計測装置は、回転体９の回転により、回転板４に固定した無線タグ２を回転板４の円周近傍に沿って移動し、無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３間の通信可能範囲及び通信不能範囲を交互に移動し、無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３間で無線通信を行い、測定時間内で受信回数を計数し、受信回数と測定時間から回転体９の回転数を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転数計測装置に関するものである。

舶用の過給機などの高速回転体であっても、必要な強度の検出信号を得ることができ、しかも作動流体による汚染の影響を受けることなく安定して計測することができる回転機械の回転計測装置が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の回転計測装置は、回転軸に取り付けた中空キャップに半径方向の貫通孔をあけるとともに、これら一直線上となるケーシングにそれぞれ貫通孔をあけてレーザー発光・受光部と反射板を取り付ける。これにより、回転軸の貫通孔とレーザー発光・受光部および反射板とが貫通孔で連通することによる受光信号から処理手段で回転数を求めることができるようになる。必要な強度の検出信号を簡単に得ることができ、しかも貫通孔を介することで作動流体による汚染の影響を抑えて安定して計測することができ、舶用の過給機などの高速回転体であっても、運転中に回転数を計測できるようになる。

特開２００５−２０７８０５号公報

一般的に、回転体の回転数計測装置は、接触型検出方式と非接触型検出方式に分類される。接触型検出方式は、例えば、回転体に突起部を設け、回転体が回転する毎にその突起部が、機械的接点を有するスイッチを押すことで回転を検出するものであり、構成する機器が単純な為に導入コストが比較的低いという利点があるが、スイッチの接点が電蝕や磨耗によって損傷しやすく、耐久性の面で問題がある為に用途が限定されている。

非接触型検出方式は、接触型検出方式の様な接触による磨耗等を生じない事から、接触型検出方式に比べて耐久性の面で優れており、様々な分野に用いられている。例えば、回転体に金属部品を取り付け、その金属物体を電磁誘導型の近接センサで検出して回転数を得る方法や、回転体に反射板を取り付け、発光素子から放った光を反射板で反射し、反射した光を受光素子で受光して回転を検出し、回転数を得る方法が一般的に用いられている。

しかしながら、回転体に金属部品を取り付けて電磁誘導型の近接センサで検出する方法では、金属製の回転体では検知が不安定になる場合があり、更に、電磁誘導型の近接センサによる金属部品の検出を安定させる為には、電磁誘導型の近接センサと金属部品との間隔を接する程の至近距離に設置する必要があり、設置が困難な場合がある。また、回転体に反射板を取り付けて発光素子と受光素子を用いる方法では、塵、油等に汚染された空気の流入がある環境で用いる場合、反射板に塵や油等が付着して発光素子が発する光を反射しにくくなり、時間の経過とともに反射板への塵や油等の付着が増し、検出不能になってしまうという問題がある。

上記の問題に対して、回転体の面の一部に貫通孔を設け、回転体の面を挟み発光素子と受光素子を一直線上の対向する位置に配置し、貫通孔を通る発光素子の光を受光素子で検知する技術、例えば特許文献１に記載の技術が知られており、この技術によれば、回転体に金属部品を取り付けて電磁誘導型の近接センサで検出する方法で問題となる、金属製の回転体の影響や設置場所の制限を受けることが無く、更に、反射板を用いないので、回転体に反射板を取り付けて発光素子と受光素子を用いる方法の様に反射板の汚れによる検出不能が起きない。

しかしながら、従来の、発回転体の面の一部に貫通孔を設け、回転体の面を挟み発光素子と受光素子を対向する位置に配置し、貫通孔を通る発光素子の光を受光素子で検知する技術でも、塵、油等に汚染された空気の流入がある環境において回転体の回転数を得る場合、時間の経過とともに、発光素子、受光素子及び回転体の面に設けた貫通孔が、塵、油等に汚染され、発光素子から発せられる光の減少や、受光素子の受光感度の低下、更に塵と油の複合汚れによる貫通孔の開口部減少が発生して、動作不安定となる場合があり、最終的には機能しなくなる可能性がある。

また、周辺から入射する外乱光や、光をさえぎる煙等が充満している使用環境では、誤作動もしくは機能しなくなるという問題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、塵、油等に汚染された空気の流入がある環境や、周辺から入射する外乱光や、光をさえぎる煙等が充満している使用環境でも回転体の回転数を計測できる回転数計測装置を提供することである。

本発明は、回転数の検出方法として無線通信を用いることによって、塵や油等の付着、周辺から入射する外乱光、光をさえぎる煙等の影響を受けない回転数計測装置を実現したものである。

本発明によれば、回転体の回転数を計測する回転数計測装置であって、無線通信を行う無線タグ及び無線タグ用リーダーライタと、無線通信の電波を遮断する電波シールド板からなり、前記回転体の一部に前記無線タグを設置し、前記無線タグと通信可能な位置に前記無線タグ用リーダーライタを設置し、前記無線タグと前記無線タグ用リーダーライタの間で無線通信ができる通信範囲の少なくとも一部分を除いて前記電波シールド板で覆い、且つ前記無線タグと前記無線タグ用リーダーライタの間に設置し、前記無線タグと前記無線タグ用リーダーライタの間で無線通信を行い、予め設定した計測時間内で前記無線タグ用リーダーライタの受信回数をカウントし、前記受信回数と前記計測時間から前記回転体の回転数を得ることを特徴とする回転数計測装置が得られる。

また、本発明によれば、前記無線タグは、前記回転体の累積回転回数を記憶することを特徴とする回転数計測装置が得られる。

本発明は、無線タグと無線タグ用リーダーライタ間の無線通信が可能な範囲において、電波を遮断する電波シールド板で特定範囲を覆い、無線タグと無線タグ用リーダーライタ間の無線電波を電波シールド板で遮断する無線タグ検知不能範囲と、無線タグと無線タグ用リーダーライタ間の無線電波を電波シールド板で遮断しない無線タグ検知範囲を設け、回転体の回転に伴って、回転体の一部に設けた無線タグを無線タグ検知不能範囲と無線タグ検知範囲の間で交互に移動し、予め定めた計測時間において、無線タグと無線タグ用リーダーライタ間で無線通信ができた受信回数を計数し、計数した受信回数と予め定めた計測時間から回転体の回転数を得ることができる。

さらに、本発明は、無線タグ用リーダーライタで計数した回転体の累積回転回数を無線タグに記憶するよう構成することで、回転体の累積回転回数を回転体に設けた無線タグから直接得ることができる。

本発明によれば、回転体の検知方法に、無線タグと無線タグ用リーダーライタによる無線通信を用い、更に電波シールド板で無線タグと無線タグ用リーダーライタが無線通信できる通信範囲に制限を設けることで、回転体の回転に伴って移動する無線タグと、無線タグ用リーダーライタ間の無線通信の可否を明確にでき、更に、従来の発光素子と受光素子を用いる回転体の検知方法のように光を用いないことから、塵、油等に汚染された空気の流入がある環境や、周辺から入射する外乱光や、光をさえぎる煙等が充満している使用環境における回転体の回転数計測ができる回転数計測装置が得られる。

本発明による回転数計測装置は、回転体の一部に設置して外部装置と無線通信を行う無線タグと、回転体から一定の距離をとって設置して無線タグと無線通信を行う無線タグ用リーダーライタと、無線タグと無線タグ用リーダーライタの間に設置し、無線タグと無線タグ用リーダーライタが無線通信できる通信範囲に制限を設ける無線電波を遮断する電波シールド板で構成される。

無線タグは、少なくとも、無線通信用アンテナと、情報を記憶する記憶部と、無線通信及び記憶部を制御する制御部で構成され、無線通信が出来る装置であれば良く、適宜選択するのが好ましい。

無線タグの回転体への固定は、粘着材、接着剤、及びネジを用いて固定することができるが、回転体を追加工せず、耐久性を得る為には接着剤を用いるのが好ましく、回転体の材質を考慮してエポキシ接着剤、ポリウレタン接着剤等の各種接着剤の中から、適宜選択して用いるのが好ましい。

無線タグ用リーダーライタは、少なくとも、無線通信用アンテナと、情報を記憶する記憶部と、計数を行うカウンタと、無線通信、計数処置及び記憶部を制御する制御部で構成され、無線通信が出来る装置であれば良く、適宜選択するのが好ましい。

無線タグ用リーダーライタの設置固定方法は、無線タグと通信できる位置に固定できれば良く、接着剤による固定やネジを用いた固定等、適宜選択するのが好ましい。

電波シールド板は、無線タグと無線タグ用リーダーライタの無線通信を遮断できる素材であれば良く、銅、鉄、アルミニウム等を用いることができ、加工性及び取り扱いを考慮すれば銅板が好ましい。

電波シールド板の面積は、使用する無線通信手段の通信範囲、通信速度、処置速度等の通信機能を考慮して適宜選択するのが好ましい。

電波シールド板の厚みは、加工性及び取り扱いを考慮して適宜選択するのが好ましい。

電波シールド板の設置は、予め設定した無線タグと無線タグ用リーダーライタ間の無線タグ検知範囲及び無線タグ検知不能範囲を得られる位置を確認し、接着剤による固定やネジを用いた固定等、適宜選択するのが好ましい。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例を示す図で、回転数計測装置の構成を示す図である。図３は、本発明の実施例で用いた無線タグを示す図である。図４は、本発明の実施例で用いた無線タグ用リーダライタを示す図である。

本発明による回転数計測装置は、無線タグ２、無線タグ用リーダライタ３、電波シールド板８からなる。

無線タグ２は、第１のアンテナ１２、第１の制御部１１、第１の記憶部１３からなり、各々を電気的に接続して信号の伝送を可能にし、無線タグ２の背面に、厚さ２ｍｍのアルミニウム製の板を配置した状態でインピーダンス整合をとった後、厚みが２ｍｍで、直径２５ｍｍのコイン型に樹脂モールド成型して作製した。

無線タグ用リーダライタ３は、第２のアンテナ２２、第２の制御部２１、第２の記憶部２３、カウンタ２４からなり、各々を電気的に接続し、信号の伝送を可能にした。

電波シールド板８は、厚さ１ｍｍ、長さ３００ｍｍ、幅１５０ｍｍの銅板を用いた。

本実施例は、厚さ２ｍｍで、直径２００ｍｍのアルミニウム製円板の中心に、直径３０ｍｍの貫通孔を設けて回転板４を作製し、ボイラー排気ファンの直径３０ｍｍの金属棒からなる回転軸１を、回転板４の貫通孔に挿入して溶接し、回転体９を得て、回転体９を用いてボイラー排気ファンの回転数の計測を行った。

本発明による回転数計測装置は、回転板４の円周部近傍に、無線タグ２をエポキシ系接着剤で固定し、電波シールド板８の面を回転板４の無線タグ２を固定した面の片側半分の面積を覆うように回転板４に対向し、回転板４から１０ｍｍの距離に電波シールド板８を設置し、更に、回転板４の無線タグ２を固定した面の、電波シールド板８が覆っていない片側半分の面に対向し、回転板４から４０ｍｍの距離に無線タグ用リーダライタ３を設置して作製した。

本発明による回転数計測装置は、回転体９の回転により、回転板４に固定した無線タグ２を回転板４の円周近傍に沿って移動し、電波シールド板８の無い、無線タグ用リーダライタ３と無線通信できる範囲、すなわち、無線タグ検知範囲に無線タグ２を移動し、無線タグ２において、無線タグ用リーダライタ３から送信した搬送波からなる電波をアンテナ１２で受信して、回路駆動電力を得て、記憶部１３から累積回転回数を取り出し、アンテナ１２から無線タグ用リーダライタ３に累積回転回数を送信した。

次に、無線タグ用リーダライタ３のアンテナ２２で、無線タグ２から送信された無線タグ２の累積回転回数を受信し、カウンタ２４で、無線タグ２の累積回転回数に１回転を加算してアンテナ２２から無線タグ２に送信し、更に、記憶部２３から受信回数を取り出し、カウンタ２４で受信回数に１回を加算して記憶部２３に記憶した。

次に、無線タグ２で、無線タグ用リーダライタ３から送信された１回転を加算した累積回転回数をアンテナ１２で受信し、記憶部１３に１回転を加算した累積回転回数を新たな累積回転回数として記憶した。

引き続き、回転体９の回転により、無線タグ２を回転板４の円周近傍に沿って移動し、電波シールド板８で覆われた、無線タグ用リーダライタ３と無線通信できない範囲、すなわち、無線タグ検知不能範囲に無線タグ２を移動し、無線タグ用リーダライタ３から送信された電波は電波シールド板８で遮断され、無線タグ２で無線タグ用リーダライタ３から送信された電波を受信できず、無線タグ２で回路駆動電力を得られず、無線タグ２の動作を停止した。

更に、回転体９を回転し、無線タグ２を回転板４の円周近傍に沿って移動し、回転体９の１回転で、無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３間の無線タグ検知範囲及び無線タグ検知不能範囲を交互に移動し、無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３間で通信可能状態と通信不能状態を繰り返し、無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３との間で無線通信を行い、回転体の回転回数を計数する時間である計測時間を１秒と設定し、１秒の計測時間において無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３との通信できた回数である受信回数を計数し、５回転の受信回数を得て、受信回数の５回転を計測時間の１秒で除し、６０倍して１分間当たりの回転数である３００ｒｐｍを回転体９の回転数として得た。

その後、記憶部２３に記憶してある受信回数をリセットして０回とし、回転体９の回転に伴って、再び、無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３間の通信を行い、計測時間内の無線タグ２と無線タグ用リーダライタ３の受信回数を計数し、計数した受信回数を計測時間で除し、６０倍して１分間当たりの回転数を得る、回転体９の回転数の計測手順を繰り返し、連続して、回転体９の回転数の３００ｒｐｍを得た。

次に、本発明による回転数計測装置の効果を検証する為、本実施例の回転数計測装置を用い、回転数計測装置の周りに粉塵等を含む煙が流動する環境で、回転体９の回転数の計測を１０００時間連続で行った。

上記本発明の検証の結果、本発明による回転数計測装置には、埃や油汚れが付着していたが、正確に、連続して回転体９の回転数の３００ｒｐｍを得ることができた。更に、無線タグ２から累積回転回数の１８００万回を得ることができた。

従って、本発明の回転数計測装置によれば、塵埃や煙等が充満している厳しい使用環境の中でも、回転体の回転数を正確に計測できる回転数計測装置を得ることができた。

（比較例）
図２は、比較例を示す図で、従来技術の発光素子と受光素子を用いる非接触型検出方式による回転数計測装置の構成を示す図である。

比較例の回転数計測装置は、発光素子５、受光素子６からなり、発光素子５に赤外線発光ダイオードを用い、受光素子６に赤外線用光電センサを用いた。

比較例では、厚さ２ｍｍで、直径２００ｍｍのアルミニウム製円板の中心に、直径３０ｍｍの貫通孔を設け、更に、アルミニウム製円板の中心から、半径７０ｍｍの円周上の一点を中心点とした位置に、直径２０ｍｍの貫通孔７を設けて回転板４を作成し、本発明の実施例で用いたボイラー排気ファンの直径３０ｍｍの金属棒からなる回転軸１を、回転板４の中心に設けた貫通孔に挿入して溶接し、回転体９を得て、回転体９を用いてボイラー排気ファンの回転数の計測を行った。

比較例の回転数計測装置は、発光素子５と受光素子６との間に回転板４を配置し、貫通孔７を通して、発光素子５の発する赤外線光を受光素子６で受光できるように、貫通孔７、発光素子５及び受光素子６を一直線上に配置し、発光素子５と回転板４の距離を１０ｍｍに設置し、受光素子６と回転板４の距離を１０ｍｍに設置して作製した。

比較例の回転数計測装置は、回転体９の回転に伴い、発光素子５と受光素子６の一直線上の位置に貫通孔７を移動し、貫通孔７を通して発光素子５の発する赤外線光を受光素子６に送り、受光素子６で発光素子５の発した赤外線光を受光し、受光素子６で受光した赤外線光から受光電圧を生成し、図示しないカウンタで、受光素子６の生成した受光電圧を受光素子６の受光回数１回として計数した。

引き続き、回転体９の回転に伴い、発光素子５と受光素子６の一直線上から外れた位置に貫通孔７を移動し、回転板４の板面で発光素子５の発する赤外線光を遮断し、受光素子６で受光せず、図示しないカウンタで受光素子６の現状の受光回数を維持した。

更に、回転体９を回転し、貫通孔７を回転板４の円周近傍に沿って移動し、回転体９の１回転で、発光素子５と受光素子６の一直線上の位置及び一直線上から外れた位置に貫通孔７を交互に移動し、受光素子６に対して発する発光素子５の赤外線光の貫通孔７での通過と回転板４の板面での遮断を繰り返し、受光素子６で受光の有無を繰り返し、回転体の回転回数を計数する時間である計測時間を１秒と設定し、１秒の計測時間において受光素子６での受光回数を計数し、５回転の受信回数を得て、受信回数の５回転を計測時間の１秒で除し、６０倍して１分間当たりの回転数である３００ｒｐｍを回転体９の回転数として得た。

その後、図示しないカウンタで受光回数をリセットして０回とし、回転体９の回転に伴って、再び、貫通孔７と回転板４の板面で発光素子５の発する赤外線光の通過と遮断を繰り返し、且つ受光素子６で受光動作を繰り返して、回転体９の回転数の計測を繰り返し、連続して、回転体９の回転数の３００ｒｐｍを得た。

比較例の回転数計測装置は、本発明による回転数計測装置の実施例との比較を行う為、本発明による回転数計測装置の実施例と同じ条件である、回転数計測装置の周りに粉塵等を含む煙が流動する環境で、回転体９の回転数の計測を行った結果、粉塵等を含む煙が光素子５の発する赤外線光を弱め、受光素子６で受光できず、回転数計測ができない状態になった。

更に、比較例の回転数計測装置の周りに粉塵等を含む煙が流動する環境で、回転体９の回転数の計測を１０００時間連続で行った後、回転数計測装置の周りに粉塵等を含む煙がない状態で回転数を計測した結果、受光素子６、回転板４の板面、及び貫通孔７に埃や油汚れが付着し、発光素子５の発する赤外線光を遮断し、受光素子６で発光素子５の発する赤外線光を受光できず、回転数計測ができない状態になった。

上記より、比較例の回転数計測装置は、塵埃や煙等が充満している厳しい使用環境の中で回転体の回転数を計測できず、また、回転数計測装置の発光素子５、受光素子６、回転板４の板面、及び貫通孔７に埃や油汚れが付着することで、発光素子５の発する赤外線光を遮断してしまい、受光素子６で発光素子５の発する赤外線光を受光できず、回転数計測ができない状態になる場合があることが示された。

以上の比較より、発光素子と受光素子を用いる非接触型検出方式の、従来技術の回転数計測装置では回転体の回転数を計測できない様な、塵埃や煙等が充満している条件下であっても、本発明の回転数計測装置によれば、回転体の回転数を計測することができた。

更に、従来技術では、回転体の累積回転回数を回転体から直接得ることはできないが、本発明の回転数計測装置を具備した回転体では、累積回転回数を回転体から直接得ることができた。

以上、図面を用いて本発明の実施例を説明したが、本発明は、この実施例に限られるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で部材や構成の変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当事者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。

本発明の回転数計測装置を用いることにより、ボイラー排気ファン、船舶のエンジン、延伸ローラー等の、塵埃や煙等が充満している厳しい使用環境における回転体の回転数計測システムを構築できる。更に、設備の回転軸等の消耗品であるところの回転体自体に、回転体の累積回転回数の情報を持たせることができる為、ローラー等の回転体を製品の仕様毎に交換する必要がある生産設備において、仕様替えの度に回転体の累積回転回数を履歴台帳等に記録することなく、回転体の管理を簡便にできる。

本発明の実施例を示す図。比較例を示す図。無線タグを示す図。無線タグ用リーダライタを示す図。

符号の説明

１回転軸
２無線タグ
３無線タグ用リーダライタ
４回転板
５発光素子
６受光素子
７貫通孔
８電波シールド板
９回転体
１１、２１制御部
１２、２２アンテナ
１３、２３記憶部
２４カウンタ

Claims

回転体の回転数を計測する回転数計測装置であって、無線通信を行う無線タグ及び無線タグ用リーダーライタと、無線通信の電波を遮断する電波シールド板からなり、前記回転体の一部に前記無線タグを設置し、前記無線タグと通信可能な位置に前記無線タグ用リーダーライタを設置し、前記無線タグと前記無線タグ用リーダーライタの間で無線通信ができる通信範囲の少なくとも一部分を除いて前記電波シールド板で覆い、且つ前記無線タグと前記無線タグ用リーダーライタの間に設置し、前記無線タグと前記無線タグ用リーダーライタの間で無線通信を行い、予め設定した計測時間内で前記無線タグ用リーダーライタの受信回数をカウントし、前記受信回数と前記計測時間から前記回転体の回転数を得ることを特徴とする回転数計測装置。
前記無線タグは、前記回転体の累積回転回数を記憶することを特徴とする請求項１記載の回転数計測装置。