JP2016052137A - 振動検出装置及び振動検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動を検出するセンサと、可動部を振動させることにより発電を行う発電機構と、が一体的に構成される振動検出装置において、より高精度に振動を検出することを可能にする。
【解決手段】設備に取り付けられて当該設備の振動を検出する振動検出装置であって、前記設備の振動を検出する振動センサと、前記設備の振動に応じて可動部を振動させることにより発電を行う発電部と、前記設備への設置面に対する前記発電部の設置角度を調整することにより、前記設置面に対する前記可動部の振動方向を制御する設置角度調整機構と、を備えることを特徴とする、振動検出装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、振動検出装置及び振動検出方法に関する。

製鉄プラント等の工場における設備の保守作業の一環として、設備の状態を各種のセンサによって検出し、その検出値に基づいて設備の異常を判断する作業（以下、設備の診断作業とも呼称する。）が行われている。例えば、設備の診断作業では、加速度センサ等の振動を検出可能な振動センサを備える振動検出装置を操業中の設備に取り付け、当該振動センサの出力値である設備の振動を表す振動信号に基づいて、設備の異常が判断される。

ここで、振動検出装置を設備に取り付ける際には、振動検出装置に電源を供給するためのケーブルや、振動検出装置によって検出された振動信号を外部機器に送信するためのケーブル等が用いられないことが好ましい。何故ならば、これらのケーブル類が設備の周囲に存在すると、設備の円滑な稼働の妨げになる可能性があるからである。また、振動信号が有線で送信される場合には、ケーブルが加振状況下で使用されることによりケーブルが断線する恐れがあるし、特に診断対象の設備と外部機器とが離れた場所に設置される場合には、ケーブルを敷設する距離が長くなり、コストの増加が懸念される。そこで、振動検出装置には、振動センサとともに、バッテリ等の電源装置や振動信号を外部機器に送信するための送信装置等が一体的に搭載され、ケーブル等による有線での外部機器との接続が極力行われないことが求められている。

しかしながら、振動検出装置の構成が複雑になるほどその消費電力も大きくなるため、バッテリの消耗が激しく、長期間の連続的な駆動が困難となる可能性がある。設備の診断作業では、診断項目によっては、長期間に渡り振動信号を取得することが求められる場合もあるため、頻繁にバッテリの交換が必要となる状況は好ましくない。

一方、コイルや磁石等の可動部を振動させ、当該振動に応じた周期的な磁界の変化に基づいて発電を行う振動発電装置についての技術が多数開発されている。例えば、特許文献１には、筒状の筐体内で永久磁石からなる可動部を、他の永久磁石からの反発力によって振動させ、当該可動部の周囲に設置したコイルに誘導起電力を発生させることにより発電を行う技術が開示されている。また、例えば、特許文献２には、Ｓｉ基板上に形成された梁状の構造体からなる可動部の上部に永久磁石を配置するとともに、当該可動部の周囲を取り巻くように配線を配置し、可動部である梁の振動に伴う磁界の変化により配線に起電力を発生させ、発電を行う技術が開示されている。

これらの振動発電装置によれば、外部から与えられる振動に基づいて発電を行うことができる。従って、設備診断用の振動検出装置に、特許文献１、２に記載されているような可動部の振動に基づいて発電を行う発電機構を搭載し、当該発電機構によって発電された電力を振動センサや送信装置等の他の構成に供給することにより、外部機器との有線での接続が不要で、かつ、長期間の連続的な駆動が可能な振動検出装置を実現できる可能性がある。

特開２０１２−１５７１８４号公報 特開２０００−３２７３２号公報

しかしながら、振動センサと可動部の振動に基づいて発電を行う発電機構とを一体的な装置として構成する場合には、発電機構における可動部の振動が、加速度センサの検出値に対して影響を与える可能性がある。発電機構における可動部の振動の影響が大きいと、例えば設備の異常の判断材料となり得る微小な振動を表す信号が、可動部の振動を表す信号に紛れてしまい、設備の診断を高精度に行えない恐れがある。特許文献１、２に記載の技術では、振動発電装置を振動センサとともに使用する場合については考慮されておらず、振動発電装置の可動部が、振動センサの検出値に与える影響についても十分に検討が行われていなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、振動を検出するセンサと、可動部を振動させることにより発電を行う発電機構と、が一体的に構成される振動検出装置において、より高精度に振動を検出することが可能な、新規かつ改良された振動検出装置及び振動検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、設備に取り付けられて当該設備の振動を検出する振動検出装置であって、前記設備の振動を検出する振動センサと、前記設備の振動に応じて可動部を振動させることにより発電を行う発電部と、前記設備への設置面に対する前記発電部の設置角度を調整することにより、前記設置面に対する前記可動部の振動方向を制御する設置角度調整機構と、を備えることを特徴とする、振動検出装置が提供される。

また、当該振動検出装置においては、前記設備の主振動方向に基づいて前記設置角度調整機構によって前記発電部の設置角度が調整されることにより、前記可動部の振動加速度が所定の値以下になるように、前記設備の主振動方向に対する前記可動部の振動方向の角度が調整されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、設備の振動を検出する振動センサと、前記設備の振動に応じて可動部を振動させることにより発電を行う発電部と、前記設備への設置面に対する前記発電部の設置角度を調整する設置角度調整機構と、を備える振動検出装置を前記設備に取り付けて、前記設備の振動を検出する振動検出方法であって、前記設置角度調整機構によって、前記設備への設置面に対する前記可動部の振動方向が制御される、ことを特徴とする、振動検出方法が提供される。

また、当該振動検出方法においては、前記設備の主振動方向に基づいて前記設置角度調整機構によって前記発電部の設置角度が調整されることにより、前記可動部の振動加速度が所定の値以下になるように、前記設備の主振動方向に対する前記可動部の振動方向の角度が調整されてもよい。

以上説明したように本発明によれば、振動を検出するセンサと、可動部を振動させることにより発電を行う発電機構と、が一体的に構成される振動検出装置において、より高精度に振動を検出することが可能となる。

従来の振動検出装置の一構成例を示す概略図である。 従来の振動検出装置の加速度センサの検出値の一例を示すグラフ図である。 本実施形態に係る振動検出装置の一構成例を示す概略図である。 図３に示す振動検出装置において、発電部の設置角度が調整された場合の一例を示す概略図である。 本実施形態に係る設置角度調整機構の具体的な構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る振動検出方法の処理手順の一例を示すフロー図である。 本実施形態に係る振動検出装置における発電効率の向上効果を示すグラフ図である。 本実施形態に係る振動検出装置における可動部の振動抑制効果を示すグラフ図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．従来技術についての検討）
まず、本発明の好適な一実施形態について説明するに先立ち、本発明をより明確なものとするため、本発明者らが従来技術について検討した内容について説明するとともに、本発明に想到した背景について説明する。

図１は、従来の振動検出装置の一構成例を示す概略図である。図１を参照すると、従来の振動検出装置６０は、筐体６１０の中に加速度センサ６２０及び発電部６３０が搭載されて構成される。図１では、説明のため、筐体６１０を透過して内部の構成部材を図示している。図１に示すように、振動検出装置６０は、診断対象である設備７００の表面（設置面）に載置され固定されており、加速度センサ６２０によって設備７００の振動を検出することができる。図中で、設備７００の設置面に示す矢印は、設備７００の主振動方向を模式的に示すものである。

なお、以下の説明では、簡単のため、設備７００の設置面が略均一な平面であるとみなし、当該平面内で直交する２方向をｘ軸方向及びｙ軸方向と定義する。また、設備７００の設置面と垂直な方向をｚ軸方向と定義する。

発電部６３０は、コイル６４０と、錘６５０と、ばね６５５と、永久磁石６７０と、が、筐体６８０の中に搭載されて構成される。筐体６８０と筐体６１０とは、例えばボルト等の接続部材（図示せず。）によって互いに接続されており、筐体６１０に対して発電部６３０が固定的に接続されている。

ばね６５５は、一端が筐体６８０の一面（上面）に接続され、他端に錘６５０が接続される。錘６５０の周囲にはコイル６４０が所定の巻き数で巻かれている。このように、ばね６５５は、先端に錘６５０とコイル６４０とから構成される可動部６６０が設けられた状態で、その延伸方向に伸縮可能に構成されている。また、永久磁石６７０は、ばね６５５の伸縮方向において可動部６６０と対向するように配置される。

図１に示すように、振動検出装置６０は、設備７００の設置面に対してばね６５５の伸縮方向が略垂直となるように（すなわち、ばね６５５の伸縮方向がｚ軸方向と略平行となるように）、設備７００に取り付けられる。コイル６４０及び錘６５０（すなわち、可動部６６０）が、設備７００の振動に応じてｚ軸方向に振動することにより、永久磁石６７０によってコイル６４０に印加される磁界が変化するため、コイル６４０に誘導起電力が発生する。このように、発電部６３０は、可動部６６０の振動に基づいて電力を発生させることができる。コイル６４０と加速度センサ６２０とは、例えば導線（図中に模式的に示す。）等によって電気的に接続されており、加速度センサ６２０は、発電部６３０において発電された電力によって駆動することができる。

ここで、図１に示すように、設備７００の主振動方向がｚ軸方向と略平行であったとする。この場合、発電部６３０の可動部６６０の振動方向と設備７００の主振動方向とが略平行となるため、設備７００の振動に伴う可動部６６０の振動加速度はより大きなものとなる。可動部６６０の振動加速度が大きくなると、発電量が増加する反面、可動部６６０の振動が加速度センサ６２０の検出値に及ぼす影響が大きくなり、設備７００における微小な振動が高精度に検出されないことが懸念される。設備７００の診断項目の中には、このような微小な振動に基づいて設備７００の異常が判断されるものもあるため、可動部６６０の振動成分は、加速度センサ６２０の検出値においてノイズとなる可能性がある。

一例として、振動検出装置６０を製鉄プラントにおける焼結篩の軸受に取り付けた際の加速度センサ６２０の検出値（すなわち、振動信号）を、図２に示す。図２は、従来の振動検出装置６０の加速度センサ６２０の検出値の一例を示すグラフ図である。図２では、横軸に時間を取り、縦軸に加速度センサ６２０の出力値である振動加速度（ｍ／ｓｅｃ^２）を取り、両者の関係性をプロットしている。

図２を参照すると、長波長（低周波）の正弦波が検出されているとともに、当該正弦波に対して短波長（高周波）の波形が重畳されて検出されていることが分かる。低周波の波形は、主に発電部６３０の可動部６６０による振動成分を表しており、例えば可動部６６０の固有振動を表している。一方、高周波の波形は、焼結篩において生じ得る高周波の振動を表している。焼結篩の診断では、このような高周波の振動に基づいて異常が判断されるものが存在する。従って、焼結篩の診断を行う際には、可動部６６０の固有振動成分はノイズとなり得る。ここでは、設備７００の一例として焼結篩における振動信号を示したが、他の設備についても同様のことが言える。従って、可動部６６０の振動加速度が大きくなると、加速度センサ６２０の検出値において、診断時にノイズとなり得る低周波の波形がより支配的となり、本来観察したい高周波の振動信号の検出精度が低下する可能性がある。

しかしながら、可動部６６０の振動加速度があまりにも小さいと、発電部６３０での発電量が低下してしまい、振動検出装置６０が正常に動作しなくなる可能性がある。このように、振動検出装置６０においては、振動信号の検出精度と発電量とがトレードオフの関係にあるため、両者のバランスを考慮して発電部６３０の可動部６６０の振動加速度が制御されることが好ましい。

ここで、従来の振動検出装置６０では、振動検出装置６０を設備７００に一旦載置したら、可動部６６０の振動方向が一意に決定されてしまい、その振動方向を調整することができない。例えば、図１に示す例では、可動部６６０の振動方向はｚ軸方向に固定されてしまう。しかしながら、設備７００の種類や操業条件等に応じて、設備７００の主振動方向は変化し得る。従って、従来の振動検出装置６０では、振動信号の検出精度と発電量との双方を最適にするように可動部６６０の振動加速度を調整することは困難であると考えられる。

以上、図１及び図２を参照して、本発明者らが従来技術について検討した結果について説明した。以上説明したように、本発明者らは、従来技術について検討した結果、従来の振動検出装置６０では、振動信号の検出精度及び発電量の双方を最適化することは困難であるとの知見を得た。本発明者らは、上記知見に鑑みて、振動信号の検出精度をより高精度に検出することが可能な構成について鋭意検討した結果、以下に示す本発明に係る振動検出装置及び振動検出方法に想到した。以下では、本発明者らが想到した、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。

（２．振動検出装置の構成）
図３を参照して、本発明の一実施形態に係る振動検出装置の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る振動検出装置の一構成例を示す概略図である。

図３を参照すると、本実施形態に係る振動検出装置１０は、筐体１１０の内部に、加速度センサ１２０と、発電部１３０を構成する各種の部材が搭載されて構成される。図３では、説明のため、筐体１１０を透過して内部の構成部材を図示している。図３に示すように、振動検出装置１０は、診断対象である設備７００の表面（設置面）に載置され固定されており、加速度センサ１２０によって設備７００の振動を検出することができる。図中で、設備７００の設置面に示す矢印は、設備７００の主振動方向を模式的に示すものである。

筐体１１０は上段部１１１と下段部１１２とに分割されており、上段部１１１に発電部１３０の各構成部材が搭載され、下段部１１２に加速度センサ１２０が搭載される。下段部１１２は、その一面が設備７００への設置面に載置され固定されており、加速度センサ１２０は、筐体１１０の隔壁を介して設備７００の設置面上に配設される。加速度センサ１２０を設備７００の設置面上に配設することにより、設備７００における指向性の低い振動や、高周波の振動を好適に検出することが可能となる。なお、筐体１１０の設備７００との接触面には、隔壁が設けられなくてもよく、加速度センサ１２０が設備７００の設置面に直接接触するように配設されてもよい。加速度センサ１２０を設備７００に直接接触させることにより、上述した設備７００における指向性の低い振動や高周波の振動を、より高い精度で検出することができる。

加速度センサ１２０は、振動を検出する振動センサの一例である。加速度センサ１２０は、例えば１軸の加速度センサであり、その検出軸が設備７００の設置面に対して垂直となるように配置される。加速度センサ１２０により、設備７００の振動が検出軸方向における加速度（ｍ／ｓｅｃ^２）として検出され得る。ただし、加速度センサ１２０はかかる例に限定されず、例えば２軸又は３軸の加速度センサであってもよい。また、加速度センサ１２０の種類は一意に限定されず、加速度センサ１２０としては、例えば静電容量型、ピエゾ抵抗型等、各種の方式の物が適用されてよい。更に、加速度センサ１２０の代わりに、他の物理量（例えば変位や速度）に基づいて振動を検出する振動センサが用いられてもよい。

発電部１３０は、コイル１４０と、錘１５０と、ばね１５５と、永久磁石１７０と、によって構成される。ばね１５５は、一端が筐体１１０の一面（上面）に接続され、他端に錘１５０が接続される。錘１５０の周囲にはコイル１４０が所定の巻き数で巻かれている。このように、ばね１５５は、先端に錘１５０とコイル１４０とから構成される可動部１６０が設けられた状態で、その延伸方向に伸縮可能に構成されている。また、永久磁石１７０は、ばね１５５の伸縮方向において可動部１６０と対向するように配置される。

図３に示す例では、設備７００の設置面に対してばね１５５の伸縮方向が略垂直となるように（すなわち、ばね１５５の伸縮方向がｚ軸方向と略平行となるように）、振動検出装置１０が設置されている。設備７００が振動すると、錘１５０とコイル１４０とから構成される可動部１６０がｚ軸方向に振動し、ばね１５５がｚ軸方向に伸縮する。ばね１５５の伸縮により、永久磁石１７０によってコイル１４０に印加される磁界が変化するため、コイル１４０に誘導起電力が発生する。このように、発電部１３０では、コイル１４０及び錘１５０（すなわち、可動部１６０）が、設備７００の振動に応じて振動することにより、電力を発生させることができる。

なお、本実施形態では、発電部１３０は、可動部１６０の振動に基づいて発電を行う機能を有すればよく、その具体的な構成は図１に示す例に限定されない。例えば、発電部１３０は、上記特許文献１に記載されているような、可動部が磁石によって構成されており、当該磁石がコイル内で振動することによって発電が行われるものであってもよいし、上記特許文献２に記載されているような、梁状の可動部を有し、当該梁の振動に基づいて発電が行われるものであってもよい。

コイル１４０と加速度センサ１２０とは、例えば導線（図中に模式的に示す。）等によって電気的に接続されており、加速度センサ１２０は、発電部１３０において発電された電力によって駆動することができる。なお、簡単のため、図３では図示を省略しているが、振動検出装置１０は、発電部１３０において生じた交流電流を直流電流に変換する整流器や、発電部１３０によって発電された電力を蓄える蓄電部（バッテリ等）を更に備えてもよい。発電部１３０によって発電された電力は、当該整流器等の処理回路を介して蓄電部に一旦蓄電された後に、加速度センサ１２０に対して供給されてもよい。

ここで、本実施形態に係る振動検出装置１０は、筐体１１０の上段部１１１と下段部１１２との間に、設備７００への設置面に対する発電部１３０の設置角度を調整する、設置角度調整機構１８０が設けられる。設置角度調整機構１８０によって、発電部１３０の設置角度を適宜調整することにより、可動部１６０の振動方向を制御することが可能となる。なお、図３及び下記図４では、図面が煩雑になることを避けるため、設置角度調整機構１８０の詳細な図示を省略しているが、実際には、設置角度調整機構１８０として、上段部１１１と下段部１１２との間に、後述するラチェット機構のような、下段部１１２に対する上段部１１１の角度を変更可能な機構が設けられている。

図４に、設置角度調整機構１８０によって、発電部１３０の設置角度が変更された様子を示す。図４は、図３に示す振動検出装置１０において、発電部１３０の設置角度が調整された場合の一例を示す概略図である。図４に示すように、設置角度調整機構１８０によって、発電部１３０をｚ軸方向に対して任意の角度（図４に示す例ではθ’）だけ傾けることができ、可動部１６０の振動方向を調整することができる。なお、図４に示す振動検出装置１０の構成は、発電部１３０の設置角度が変更されていること以外は、図３に示す振動検出装置１０と同様であるため、各構成部材についての詳細な説明は省略する。

具体的には、設置角度調整機構１８０は、下段部１１２に対して上段部１１１（すなわち発電部１３０）を回転させる回転機構によって構成され得る。例えば、当該回転機構は、図５に示すようなラチェット機構によって実現されてよい。図５は、本実施形態に係る設置角度調整機構１８０の具体的な構成の一例を示す図である。回転機構がラチェット機構によって実現されることにより、発電部１３０を所定の方向（図５に示す例では反時計回り）にのみ回転させる（傾ける）ことが可能となるとともに、逆方向に回転しないように発電部１３０の設置角度が所定の角度で固定され得る。また、本実施形態では、設置角度調整機構１８０は、アクチュエータ等の電気的な駆動機構を有さずに、例えば図５に示すラチェット機構のように作業者の手作業によって簡便に動作可能な機構によって構成され得る。これにより、発電部１３０の設置角度の調整作業を簡略化することができる。また、電力を消費させずに設置角度調整機構１８０を動作させることができるため、振動検出装置１０における消費電力を低減することができる。

ここで、図３及び図４に示すように、設備７００の主振動方向が、ｚ軸方向に対して角度θｃだけ傾いている場合について考える。この場合、設備７００の主振動方向への振動加速度がＧ（ｍ／ｓｅｃ^２）（Ｇは重力加速度：１Ｇ≒９．８（ｍ／ｓｅｃ^２））であるとすると、図３に示すように可動部１６０の振動方向がｚ軸と平行である状態では、可動部１６０の振動加速度は、設備７００の振動加速度であるＧ（ｍ／ｓｅｃ^２）よりも小さな値であるＧｃｏｓθｃ（ｍ／ｓｅｃ^２）となる。一方、図４に示すように可動部１６０の振動方向が設備７００の主振動方向と略平行となるように（すなわち、θ’＝θｃとなるように）発電部１３０の設置角度を調整した状態では、可動部１６０の振動加速度は、設備７００の振動加速度であるＧ（ｍ／ｓｅｃ^２）と略一致することとなる。

図４に示す状態では、発電部１３０の可動部１６０が最大の加速度で振動し得るため、発電部１３０における発電量は最大になることが期待される。その反面、図２を参照して説明したように、加速度センサ１２０の検出値において、可動部１６０の固有振動が支配的となり、設備７００の振動の高周波成分を高精度に検出できない可能性がある。また、例えば装置７００の振動が非常に大きい場合には、可動部１６０の振動振幅が大きくなり、最悪の場合には発電部１３０が破損する恐れがある。

一方、図３に示す状態では、発電部１３０の可動部１６０の振動加速度が、図４に示す状態よりも小さくなるため、発電部１３０における発電量は低下する。しかしながら、加速度センサ１２０の検出値に対して可動部１６０の振動が及ぼす影響は小さくなるため、設備７００の振動の高周波成分を高精度に検出することが可能となる。また、設備７００の振動によって振動検出装置１０の発電部１３０が破損する危険性を低減することができる。

このように、本実施形態では、発電部１３０の設置角度を調整可能な設置角度調整機構１８０を設けることにより、発電部１３０の可動部１６０の振動方向を任意に調整することが可能となる。従って、設備７００への設置面にかかわらず、発電部１３０の設置角度を、加速度センサ１２０による振動信号の検出精度と、発電部１３０による発電量とのトレードオフが最適となるような角度に調整することができる。よって、効率的に発電を行うとともに、振動信号をより高精度に検出することが可能となる。なお、本実施形態に係る振動検出装置１０は、比較的高い振動の指向性を有する装置７００の診断に好適に適用され得る。振動の指向性が高い装置７００であれば、その主振動方向（図３及び図４に示す矢印の方向）を事前に予測することが可能となるため、上記のような、加速度センサ１２０による振動信号の検出精度と、発電部１３０による発電量とのトレードオフが最適となるような発電部１３０の設置角度の調整を、より高い精度で行うことが可能となる。

具体的には、発電部１３０の具体的な設置角度は、例えば、過去に行われた診断時に取得された振動信号の履歴等に基づいて、設備７００の種類や、操業条件、診断項目等に応じた、適切な振動信号の検出精度及び発電量を実現するように、適宜決定されてよい。例えば、可動部１６０の振動の影響の少ない、より高精度な振動信号に基づいて診断を行う必要がある場合であれば、例えば、可動部１６０の振動加速度が所定の値以下になるように、発電部１３０の設置角度が調整され、設備７００の主振動方向に対する可動部１６０の振動方向の角度が調整される。このように発電部１３０の設置角度が調整されることにより、可動部１６０の振動が抑制され、加速度センサ１２０による検出値の精度を向上させることができる。

一方、診断項目によっては、診断に用いられる周波数帯域の関係から、可動部１６０の振動加速度が比較的大きくても、診断を精度よく行うことができる場合がある。このような場合には、例えば、より発電の効率を重視した設置角度（すなわち、設備７００の主振動方向に対する可動部１６０の振動方向の傾きがより小さくなるような設置角度）が選択されてもよい。また、必要に応じて、発電部１３０における発電効率を更に向上させるために、可動部１６０の振動方向が設備７００の主振動方向と略一致するように、発電部１３０の設置角度が調整されてもよい。

以上、図３−図５を参照して、本発明の一実施形態に係る振動検出装置１０の構成について説明した。ここで、本実施形態では、発電部１３０のみが設置角度調整機構１８０によって可動であるように構成され、下段部１１２に搭載される加速度センサ１２０は設備７００の設置面上に配設された状態で固定され得る。上述したように、加速度センサ１２０を設備７００の設置面上に配設することにより、設備７００の振動の高周波成分をより精度良く検出することが可能となるため、加速度センサ１２０の配設位置を変更せずに発電部１３０のみを回転させることにより、振動信号の検出精度を維持したまま、可動部１６０の振動の影響のみを低減することが可能となる。

また、振動検出装置１０は、以上説明した構成以外にも、送信装置やマイコン等の他の構成を備えることができる。送信装置は、加速度センサ１２０によって検出された振動信号を外部機器（例えば振動信号に対して設備診断のための各種の信号処理を行う設備診断ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ））に無線で送信することができる。当該送信装置における通信方式は所定の方式に限定されず、当該送信装置は、例えば電波、超音波、赤外線等、公知な各種の通信方式を用いて振動信号を外部機器に送信することができる。また、送信装置は、診断対象の設備７００の種類や、診断項目等に応じて、所定のタイミングで振動信号を外部機器に送信することができる。振動検出装置１０に送信装置が備えられることにより、有線での通信により外部機器に振動信号を送信する必要がなくなる。従って、データ送信用のケーブルにより設備７００の円滑な操業が妨げられる事態が防止される。また、データ送信用のケーブルが設けられることにより生じ得る他の問題、すなわち、設備７００の振動に起因するケーブルの断線や、ケーブル敷設に伴うコストの増加等の諸問題を解決することが可能となる。

また、マイコンは、ＣＰＵ等のプロセッサを有し、当該プロセッサによって、加速度センサ１２０及び上記送信装置の駆動が制御されてよい。マイコンに搭載されるプロセッサによって、例えば加速度センサ１２０における振動信号を取得する間隔（すなわちサンプリングレート）や、当該送信装置における振動信号を外部機器に送信するタイミング等が制御される。

送信装置やマイコン等の構成が振動検出装置１０に一体的に組み込まれることにより、振動検出装置１０の駆動がマイコンによって制御され、検出された振動信号が送信装置によって自動的に外部機器に送信され得る。従って、作業者は、振動検出装置１０を設備７００に取り付けた後は、外部機器に随時送信される振動信号に基づいて設備７００の診断を行うことができるため、設備７００の診断作業をより効率的に行うことが可能となる。また、送信装置やマイコン等は、発電部１３０によって発電された電力によって駆動され得るため、蓄電部であるバッテリ等の頻繁な交換作業も不要となる。

（３．振動検出方法）
図６を参照して、本実施形態に係る振動検出方法の処理手順について説明する。図６は、本実施形態に係る振動検出方法の処理手順の一例を示すフロー図である。

図６を参照すると、本実施形態に係る振動検出方法では、まず、診断対象の設備７００及び診断項目に応じて、振動検出装置１０における発電部１３０の最適設置角度が決定される（ステップＳ１０１）。発電部１３０の最適設置角度としては、例えば、上述したように、過去に行われた診断時に取得された振動信号の履歴に基づいて、診断対象の設備７００及び診断項目に応じた、適切な振動信号の検出精度及び発電部１３０の発電量を実現するような設置角度が決定されてよい。

次に、ステップＳ１０１で決定された最適設置角度に基づいて発電部１３０の設置角度が調整され、振動検出装置１０が診断対象である設備７００に取り付けられる（ステップＳ１０３）。本実施形態では、設置角度調整機構１８０は、例えばラチェット機構のような機械的な簡易な機構によって実現され、アクチュエータ等の電気的な駆動機構は好適に用いられない。これにより、振動検出装置１０の消費電力を低減できるとともに、作業者が手作業により容易に発電部１３０の設置角度を調整することが可能となり、振動検出装置１０の取り付け作業の短時間化による作業の効率化を図ることができる。

次に、操業中における振動信号が加速度センサ１２０によって検出される（ステップＳ１０５）。そして、検出された振動信号は、例えば振動検出装置１０に備えられる送信装置によって外部機器である設備診断ＰＣに無線で送信される（ステップＳ１０７）。振動信号が設備診断ＰＣに無線で送信されることにより、ケーブル等の信号線を設備７００の周囲に敷設する必要がなくなるため、設備７００の円滑な操業が維持される。また、設備７００の振動に起因してケーブルが断線してしまうことにより診断が中断される事態を回避することができ、より安定的な設備７００の診断が実現される。更に、ケーブルの敷設費用を削減することが可能となる。

次に、振動信号を受信した設備診断ＰＣにおいて、振動信号に基づく各種の診断が行われる（ステップＳ１０９）。設備診断ＰＣでは、公知な各種の振動信号に基づく設備７００の診断が行われてよい。例えば、設備診断ＰＣにおける診断では、例えば、診断項目に応じて振動信号から所定の周波数帯域の信号が抽出され、抽出された信号に対してエンベロープ処理や周波数解析処理等の各種の振動解析処理が行われる。

以上、図５を参照して、本実施形態に係る振動検出方法の処理手順について説明した。なお、本実施形態に係る振動検出方法では、ステップＳ１０３において振動検出装置１０を設備７００に取り付けた後は、ステップＳ１０５、Ｓ１０７に示す処理は、例えば振動検出装置１０に備えられるマイコンのプロセッサや、設備診断ＰＣのプロセッサ等により、所定のプログラムに従って自動的に実行され得る。また、振動検出装置１０が発電部１３０を備え、発電部１３０によって発電された電力によって自身を駆動することができるため、蓄電部であるバッテリ等の頻繁な交換作業も不要となる。従って、作業者は、振動検出装置１０を設備７００に取り付けた後は、振動検出装置１０に対して何らかの作業を行う必要がなく、設備診断ＰＣによる診断結果を参照することにより、設備７００の診断を行うことができる。よって、設備７００の保守作業をより効率的に行うことが可能となる。

本発明の効果を確認するために、本発明を適用した振動信号の検出の実施例について説明する。実施例として、本実施形態に係る振動検出装置１０を所定の設備７００（例えば製鉄プラントにおける焼結篩の軸受）に取り付けた状態で、当該設備７００の振動状態（例えば主振動方向や振動加速度の最大値）を様々に変化させながら、振動検出装置１０の発電部１３０の可動部１６０の振動加速度を算出するシミュレーションを行った。同様に、比較例として、上述した図１に示す従来の振動検出装置６０における、発電部６３０の可動部６６０の振動加速度を算出した。

まず、図７を参照して、本実施形態に係る振動検出装置１０における発電効率の向上効果について説明する。図７は、本実施形態に係る振動検出装置１０における発電効率の向上効果を示すグラフ図である。図７では、横軸に発電部１３０の設置角度θ’を取り、縦軸に実施例における発電部１３０の可動部１６０の振動加速度と比較例における発電部６３０の可動部６６０の振動加速度との比を取り、両者の関係性をプロットしている。また、図７では、設備７００の主振動方向がｚ軸方向に対して４５（ｄｅｇ）だけ傾いている場合（すなわち、θｃ＝４５（ｄｅｇ）である場合）と、設備７００の主振動方向がｚ軸方向に対して６０（ｄｅｇ）だけ傾いている場合（すなわち、θｃ＝６０（ｄｅｇ）である場合）と、における、実施例と比較例との振動加速度比を示している。

上述したように、従来の振動検出装置６０では、発電部６３０の設置角度を調整することができず、図１に示すように、発電部６３０の可動部６６０の振動方向はｚ軸方向と平行である。従って、従来の振動検出装置６０の可動部６６０の振動加速度は、図７においては発電部６３０の設置角度θ’＝０（ｄｅｇ）上の点Ｂとして図示され得る。

一方、本実施形態に係る振動検出装置１０では、発電部６３０の設置角度θ’を調整することができ、設置角度θ’を変化させることにより、可動部１６０の振動加速度も変化する。図７に示すように、振動加速度比は、設備７００の主振動方向と可動部１６０の振動方向とが平行となるときに極大値を示す。具体的には、θｃ＝４５（ｄｅｇ）である場合には、振動加速度比は、発電部１３０の設置角度θ’＝４５（ｄｅｇ）のときに極大値を有し、その値は約１．４であった（図中点Ｃ）。また、θｃ＝６０（ｄｅｇ）である場合には、振動加速度比は、発電部１３０の設置角度θ’＝６０（ｄｅｇ）のときに極大値を有し、その値は約２．０であった（図中点Ｄ）。

このように、図７に示す結果から、本実施形態に係る振動検出装置１０を用いることにより、θｃ＝４５（ｄｅｇ）である場合には、可動部１６０の振動加速度を従来に比べて約１．４倍にすることができることが分かった。また、同様に、θｃ＝６０（ｄｅｇ）である場合には、可動部１６０の振動加速度を従来に比べて約２．０倍にすることができることが分かった。振動検出装置１０では、可動部１６０の振動加速度が大きいほど、発電部１３０における発電量は大きくなると言える。このように、本実施形態に係る振動検出装置１０を適用し、発電部１３０の設置角度θ’を適宜調整することにより、発電部１３０での発電効率が従来に比して向上されることが確認された。

次に、図８を参照して、本実施形態に係る振動検出装置１０における可動部１６０の振動抑制効果について説明する。図８は、本実施形態に係る振動検出装置１０における可動部１６０の振動抑制効果を示すグラフ図である。図８では、横軸に発電部１３０の設置角度θ’を取り、縦軸に実施例における発電部１３０の可動部１６０の振動加速度を取り、両者の関係性をプロットしている。また、図８では、設備７００のｚ軸方向における振動加速度が２０（ｍ／ｓｅｃ^２）である場合と、設備７００のｚ軸方向における振動加速度が３０（ｍ／ｓｅｃ^２）である場合と、における、可動部１６０の振動加速度を示している。

例えば、本実施形態及び従来技術ともに、振動検出装置１０、６０の発電部１３０、６３０の可動部１６０、６６０の許容振動加速度が１０（ｍ／ｓｅｃ^２）であったとする。従来の振動検出装置６０では、発電部６３０の可動部６６０の振動方向はｚ軸方向と平行な状態から変更することができない。従って、設備７００のｚ軸方向における振動加速度とほぼ同等の振動加速度によって可動部６６０が加振されることとなる。よって、図８に示すように２０（ｍ／ｓｅｃ^２）や３０（ｍ／ｓｅｃ^２）の振動加速度で設備７００が振動している場合には、従来の振動検出装置６０を適用することは難しい。

一方、本実施形態に係る振動検出装置１０では、発電部６３０の設置角度θ’を調整することができる。図８に示すように、発電部１３０の設置角度θ’が大きくなるほど、可動部１６０の振動加速度比は小さくなり、所定の設置角度以上で可動部１６０の振動加速度が１０（ｍ／ｓｅｃ^２）以下になり得る。具体的には、図８に示す結果から、設備７００のｚ軸方向における振動加速度が２０（ｍ／ｓｅｃ^２）である場合には、発電部１３０の設置角度θ’を６０（ｄｅｇ）以上にすることにより、可動部１６０の振動加速度を１０（ｍ／ｓｅｃ^２）以下に抑制できることが分かる。また、同様に図８に示す結果から、設備７００のｚ軸方向における振動加速度が３０（ｍ／ｓｅｃ^２）である場合には、発電部１３０の設置角度θ’を７０（ｄｅｇ）以上にすることにより、可動部１６０の振動加速度を１０（ｍ／ｓｅｃ^２）以下に抑制できることが分かる。

このように、本実施形態に係る振動検出装置１０を適用し、発電部１３０の設置角度θ’を適宜調整することにより、設備７００の振動加速度が大きい場合であっても、可動部１６０の振動を抑制できることが確認された。可動部１６０の振動が例えば許容振動加速度以下に抑制されることにより、設備７００の振動に伴う加振により振動検出装置１０が破壊されることがなく、設備７００の診断を継続することができる。また、可動部１６０の振動が抑制されることにより、可動部１６０の振動が加速度センサ１２０の検出値に及ぼす影響を低減することができ、より高精度な振動信号の検出が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０、６０ 振動検出装置
１１０、６１０、６８０ 筐体
１２０、６２０ 加速度センサ
１３０、６３０ 発電部
１４０、６４０ コイル
１５０、６５０ 錘
１５５、６５５ ばね
１６０、６６０ 可動部
１７０、６７０ 永久磁石
１８０ 設置角度調整機構
７００ 設備

Claims (4)

1. 設備に取り付けられて当該設備の振動を検出する振動検出装置であって、
   前記設備の振動を検出する振動センサと、
   前記設備の振動に応じて可動部を振動させることにより発電を行う発電部と、
   前記設備への設置面に対する前記発電部の設置角度を調整することにより、前記設置面に対する前記可動部の振動方向を制御する設置角度調整機構と、
   を備えることを特徴とする、振動検出装置。
2. 前記設備の主振動方向に基づいて前記設置角度調整機構によって前記発電部の設置角度が調整されることにより、前記可動部の振動加速度が所定の値以下になるように、前記設備の主振動方向に対する前記可動部の振動方向の角度が調整される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の振動検出装置。
3. 設備の振動を検出する振動センサと、前記設備の振動に応じて可動部を振動させることにより発電を行う発電部と、前記設備への設置面に対する前記発電部の設置角度を調整する設置角度調整機構と、を備える振動検出装置を前記設備に取り付けて、前記設備の振動を検出する振動検出方法であって、
   前記設置角度調整機構によって、前記設備への設置面に対する前記可動部の振動方向が制御される、
   ことを特徴とする、振動検出方法。
4. 前記設備の主振動方向に基づいて前記設置角度調整機構によって前記発電部の設置角度が調整されることにより、前記可動部の振動加速度が所定の値以下になるように、前記設備の主振動方向に対する前記可動部の振動方向の角度が調整される、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の振動検出方法。
   

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