JP2018180992A - センシング装置、及びセンシングシステム - Google Patents

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孝征 狹間
Takamasa Hazama
孝征 狹間
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Abstract

【課題】モータの異常を簡易に検出することができるセンシング装置、及びセンシングシステムを提供する。【解決手段】センシング装置10は、一以上のセンサを備えたセンサ部14と、通信部12と、制御部18と、を持つ。一以上のセンサは、モータ100に関する情報振動、温度及び騒音などを計測する。通信部12は、外部装置と通信する。制御部18は、一以上のセンサが計測した計測結果に基づく情報を、通信部12を制御して外部装置に送信する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、センシング装置、及びセンシングシステムに関する。
従来、工作機械や農業用の機械、食品加工用、医療機器、事務用品など様々な機械製品にモータが使用されている。このような機械製品において、モータに騒音や振動などの異常が発生して機械製品に不具合が生じたり、機械製品の機構部分の不具合によりモータが故障したりする場合があった。
特開2016−73095号公報
本発明が解決しようとする課題は、モータの異常を簡易に検出することができるセンシング装置、及びセンシングシステムを提供することである。
実施形態のセンシング装置は、一以上のセンサと、通信部と、制御部と、を持つ。一以上のセンサは、モータに関する情報を計測する。通信部は、外部装置と通信する。制御部は、前記一以上のセンサが計測した計測結果に基づく情報を、前記通信部を制御して前記外部装置に送信する。
第1の実施形態のセンシング装置10の構成例を示す構成図。 第1の実施形態のセンシング装置10の外観の一例を示す図。 第1の実施形態のセンシング装置10の適用例を示す図。 第2の実施形態のセンシング装置10の構成例を示す構成図。 第2の実施形態のセンシング装置10の外観の一例を示す図。 第2の実施形態のセンシング装置10の適用例を示す図。 第3の実施形態のセンシング装置10の外観の一例を示す図。 第4の実施形態のセンシングシステム10の構成例を示す構成図。 第4の実施形態のセンシングシステム10が行う処理の一例を示す図。
以下、実施形態のセンシング装置、及びセンシングシステムを、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態のセンシング装置10の構成例を示す構成図である。
図1に示すように、センシング装置10は、モータ100に取り付けられる。モータ100は、例えば工作機械などに使用される汎用モータである。センシング装置10は、モータ100における振動等の状態を計測し、計測結果に基づく情報を外部装置200(図8参照)に送信する。外部装置200は、例えば、モータ100が設置された工作機械等から物理的に離れた場所にある、モータ100を監視する遠隔監視装置である。このように、センシング装置10は、モータ100の異常を検出するセンシングシステムに適用される。
また、図1に示すように、センシング装置10は、出力部11と、通信部12と、電源部13と、センサ部14と、制御部18と、を備える。
出力部11は、制御部18の指示に従って、モータ100が正常か異常かを示す情報を出力する。出力部11は、図示しないLED(Light Emitting Diode)ランプを点灯、または消灯する信号を出力することにより、モータ100が正常か異常かを示す情報を出力する。あるいは、出力部11は、モータ100が異常である場合には、図示しない7セグメントLEDや図示しない液晶ディスプレイに、異常の内容を表示させる出力してもよい。
通信部12は、外部装置200と通信する。外部装置200は、例えば、モータ100が設置された工作機械等から物理的に離れた遠隔の場所にある監視装置である。通信部12が行う通信の通信方式は、例えば、Wi−Fi網を介した無線通信方式で行われる。これに代えて、(あるいは加えて)通信セルラー網などの無線通信網、赤外線やBluetooth(登録商標)等の近距離無線通信網を介して通信が行われてもよい。
電源部13は、センシング装置10の各構成要素に電力を供給する。電源部13は、使い捨て式電池(例えば乾電池、ボタン電池等)又は充電式電池により構成され、所定の出力電圧を有する電力をセンシング装置10の各構成要素に供給する。なお、電源部13は、必ずしも、センシング装置10に備えられていなくともよい。センシング装置10が電源部13を有していない場合、センシング装置10には、例えば、モータ100の電源(不図示)からの電力が供給される。
センサ部14は、振動センサ140と、温度センサ141と、騒音センサ142とを備える。センサ部14は、モータ100に関する情報を計測する。モータ100に関する情報には、モータ100の振動、温度、および騒音のそれぞれの計測値が含まれる。より詳細には、振動センサ140は、モータ100の振動量を計測する。温度センサ141は、モータ100の温度を計測する。騒音センサ142は、モータ100の騒音量を計測する。
制御部18は、出力部11と、通信部12と、電源部13と、センサ部14とを制御する。制御部18は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを搭載したマイクロコントローラーであり、プログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらのプログラムで実行される機能の一部または全部は、アナログ制御回路、またはFPGA(Field Scale Integration)等のハードウェアにより実現されてもよい。
制御部18は、センサ部14が計測した計測結果に基づく情報を、通信部12を制御して外部装置200に送信する。より詳細には、制御部18は、振動センサ140が計測したモータ100の振動量、温度センサ141が計測したモータ100の温度、騒音センサ142が計測したモータ100の騒音を、それぞれ通信部12を介して外部装置200に送信する。
また、制御部18は、センサ部14が計測した計測結果に基づいて、モータ100の異常に関する情報を出力部11により出力させる。制御部18は、例えば振動センサ140が計測したモータ100の振動量が所定の振動閾値の値以上となった場合、モータ100が異常であると判定し、出力部11にモータ100の異常を示す信号を出力させる。あるいは、制御部18は、外部装置200からモータ100の異常を示す信号を受信した場合、出力部11にモータ100の異常を示す信号を出力させる。
図2は、第1の実施形態のセンシング装置10の外観の一例を示す図である。図2に示すように、センシング装置10は、例えば筐体21の中にセンシング装置10の各構成要素を搭載する略直方体形状の装置である。筐体21は、例えば筐体21の平面下部の四隅に、ねじ穴20(ねじ穴20−1〜20−4)を備える。ねじ穴20は、モータ100にセンシング装置10をねじ止め固定する際にねじを螺合させる、内周面にねじ溝が設けられた筒形状のねじ穴である。センシング装置10は、例えば、ねじ穴20と、モータ100側のねじ穴とを、ねじ止め固定することにより固定される。なお、センシング装置10は、モータ100にカシメ止めされてもよい。この場合、ねじ穴20は穴部の形状を突起させた凸部を有する。そして凸部を有するねじ穴20は、当該凸部をモータ100のねじ穴に挿通させ、当該凸部の先端部を熱や圧力によって塑性変形させることによりモータ100に固定される。
また、筐体21は、例えば、筐体21の平面下部に電池カバー30を備える。電池カバー30は、例えば電源部13の電池を覆うカバー本体と、当該カバー本体を筐体21に固定するロック部31とを有している。電池カバー30は、例えばユーザによりロック部31の凹みを押圧しながらスライド操作されることで、当該カバー本体を筐体21から取り外し、電池交換することができる。なお、電池カバー30は、筐体21の平面上部など、平面下部ではない箇所に設置されていてもよい。また、電池カバー30は、筐体21に必ずしも設置されていなくてもよい。
図3は、第1の実施形態のセンシング装置10の適用例を示す図である。図3に示すように、センシング装置10は、モータ100の側面に、ねじ穴20でねじ止め固定することにより固定される。モータ100の側面には、モータ100の内部温度の上昇を抑制するための放熱板が設けられるとともに、工作機械などにモータ100をねじ止め固定するためのねじ穴が複数箇所に設けられている。このため、筐体21がねじ穴20を備えることにより、センシング装置10は、容易にモータ100にねじ止め固定することができる。
以上説明したように、第1の実施形態のセンシング装置10は、モータ100に関する情報を計測するセンサ部14(「一以上のセンサ」の一例)と、外部装置200と通信する通信部12と、センサ部14が計測した計測結果に基づく情報を、通信部12を制御して外部装置200に送信する制御部18と、を備える。
これにより、第1の実施形態のセンシング装置10は、モータ100の異常を検出することができる。センサ部14により、モータ100の振動や温度などの状況を計測することができ、センサ部14が計測した計測結果が異常な値を示す場合に、モータ100が異常であると判定できるためである。また、センシング装置10は、センサ部14が計測したモータ100に関する情報を、通信部12を介して外部装置200に送信することができ、外部装置200がセンシング装置10により送信されたこれら情報に基づいてモータ100が異常であると判定した場合に、モータ100が異常であると判定できるためである。
また、第1の実施形態のセンシング装置10では、センサ部14は、モータ100の振動を計測する振動センサ140と、モータ100の温度を計測する温度センサ141と、モータ100から生じる騒音を計測する騒音センサ142のうち、少なくとも一つを含む。このため、第1の実施形態のセンシング装置10は、少なくともモータ100の振動量、温度、騒音のうちの一つにおいてモータ100の異常を検出することができる。振動センサ140は振動量を、温度センサ141はモータ100の温度を、騒音センサ142はモータ100の騒音を、それぞれ計測することができ、それぞれのセンサが計測したモータ100の振動量、温度、騒音の計測結果が異常な値を示す場合に、モータ100が異常であると判定できるためである。
また、第1の実施形態のセンシング装置10では、モータ100の異常に関する情報を出力する出力部11を更に備え、制御部18は、センサ部14が計測した計測結果に基づいて、モータ100の異常に関する情報を出力部11により出力させる。これにより、第1の実施形態のセンシング装置10では、上記の効果を奏する他、ユーザに容易にモータ100が異常を知らせることができる。
また、第1の実施形態のセンシング装置10では、少なくともセンサ部14、通信部12、および制御部18に電力を供給する電源部13(「電力供給部」の一例)を更に備える。これにより、第1の実施形態のセンシング装置10では、上記の効果を奏する他、センシング装置10に外部からの電力を供給する機構を設ける必要がなく容易にモータ100に固定させることができる。また、電源部13を備えることで、モータ100を駆動させる電源とは、別の電源で動作可能となり、モータ100が停止している場合であっても、センシング装置を動作させることができる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図4から図6を用いて説明する。以下の説明において、第1の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図4は、第2の実施形態のセンシング装置10Aの構成例を示す構成図である。図4に示すように、第2の実施形態では、センシング装置10Aは、風力発電部15と、蓄電部16とを備える。
風力発電部15は、空気などの気流を回転運動に変換した動力を電力に変換することにより、風力発電を行う。風力発電部15は、発電した電力を蓄電部16に蓄電させる。蓄電部16は、風力発電部15が発電した電力を蓄電するとともに、センシング装置10の各構成要素に電力を供給する。
制御部18は、例えばセンサ部14からの計測結果に基づいて、風力発電部15に発電を行わせる。より詳細には、制御部18は、例えば温度センサ141からのモータ100の温度が所定の温度閾値を超えた場合に、風力発電部15に発電させる。モータ100の温度が所定の温度閾値を超えた場合、モータ100内部の温度が上昇することを抑制するために、後述する送風部110からモータ100の内部に風が送風されるからである。あるいは、センサ部14に送風部110の動作状態を検出する検出部(不図示)を設け、制御部18は、送風部110の動作状態に基づいて、風力発電部15に発電させるか否かを判定してもよい。
図6は、第2の実施形態のセンシング装置10Aの適用例を示す図である。第1の実施形態では、説明を省略したが、図6に示すように、モータ100には、送風部110(「ファン」の一例)が設けられる。送風部110からモータ100の内部に送風されることにより、モータ100内部の温度が上昇することを抑制する。送風部110からモータ100の内部に送風された気流Wは、放熱板の間の領域120を通過して、モータ100から外部に出ていく。風力発電部15は、この送風部110により発生する気流Wを用いて風力発電を行う。
また、図6に示すように、第2の実施形態のセンシング装置10Aは、風車翼40、および回転軸42とを有する。送風部110が回転することにより発生する気流により風車翼40が回転し、風車翼40の回転運動が回転軸42を介してセンシング装置10Aに伝達される。
図5は、第2の実施形態のセンシング装置10Aの発電部の一例を示す図である。図5に示すように、風車翼40は、翼軸41の周囲にそれぞれ取り付けられている。翼軸41は、風力発電部15の回転電気(不図示)を駆動させる回転軸42に直結するように取り付けられている。風力発電部15には電力を送電するケーブル150が設けられている。ケーブル150は、例えば、風力発電部15と蓄電部16との間を接続し、風力発電部15が発電した電力を蓄電部16に供給することにより蓄電部16を蓄電させる。
以上説明したように、第2の実施形態のセンシング装置10Aは、モータ100の送風部110により発生する気流Wを用いて発電する風力発電部15と、風力発電部15により発電された電力を蓄電するとともに、少なくともセンサ部14、通信部12、および制御部18に電力を供給する蓄電部16とを更に備える。これにより、第2の実施形態のセンシング装置10Aでは、上記した第1の実施形態の効果を奏する他、モータ100が冷却のために送風するという特性を生かした発電を行うことができる。また、センシング装置10Aの動作に必要な電源の全部または一部を自前で賄うことができる。例えばセンサ部14の計測結果を送信するための電力が不足する場合に、不足する電力を供給することができる。また、電源部13の電池の消耗による電池の交換、または充電の頻度を、風力発電部15に発電させない場合と比較して低く抑制することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態について図7を用いて説明する。以下の説明において、第1の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図7は、第3の実施形態のセンシング装置10Bの外観の一例を示す図である。図7に示すように、第3の実施形態では、センシング装置10Bは、太陽光発電部15Bを備える。
太陽光発電部15Bは、太陽光を用いて発電を行う。太陽光発電部15Bは、例えば、板状に形成され、一方の面が太陽光の受光面である。太陽光発電部15Bは、受光面が上面となるように配置され、太陽光を受光面に受け、その受光量に応じた発電を行う。太陽光発電部15Bは、発電した電力を蓄電部16に蓄電させる。
以上説明したように、第3の実施形態のセンシング装置10Bは、太陽光を用いて発電する太陽光発電部15Bと、太陽光発電部15Bにより発電された電力を蓄電するとともに、少なくともセンサ部14、通信部12、および制御部18に電力を供給する蓄電部16とを更に備える。これにより、第3の実施形態のセンシング装置10Bでは、上記した実施形態の効果を奏する他、モータ100が太陽光により照射される屋外に設置された場合などに、太陽光を用いた発電を行うことができる。また、センシング装置10Aの動作に必要な電源の全部または一部を自前で賄うことができる。
(実施形態の変形例)
なお、上述した実施形態の変形例として、センシング装置10(10A、10B)は、風力発電部15、太陽光発電部15Bに代えて、または風力発電部15、太陽光発電部15Bのうちの一方や双方に加えて、風力や太陽光以外のエネルギーを用いた発電を行ってもよい。センシング装置10(10A、10B)は、例えば、発熱し内部の温度が上昇したモータ100と、外気温との温度差を利用して熱電変換素子により発電を行うようにしてもよい。また、センシング装置10(10A、10B)は、例えば、モータ100に生じる音や振動のエネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電を行うようにしてもよい。
(第4の実施形態)
第4の実施形態について図8、9を用いて説明する。以下の説明において、第1の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図8は、第4の実施形態のセンシングシステム1の構成例を示す構成図である。図8に示すように、第4の実施形態のセンシングシステム1は、センシング装置10(10A、10B)と、外部装置200とを備える。
外部装置200は、通信部201と、出力部202と、記憶部203と、制御部204とを備える。
通信部201は、センシング装置10(10A、10B)の通信部12と通信を行う。通信部201は、通信部12から、センサ部14からの計測結果に基づく情報を受信する。通信部201は、例えばモータ100が異常である旨を示す情報を通信部12に送信する。通信部201は、例えば、センサ部14からの計測結果を記憶部203に記憶させる。
出力部202は、記憶部203に記憶されたセンサ部14からの計測結果に関する情報を、出力する。
記憶部203は、例えば、HDD(Hard Disc Drive)、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、またはRAM(Random Access Memory)などにより実現される。記憶部203は、通信部12が受信したセンサ部14からの計測結果を記憶する。また、記憶部203は、モータ100が異常か否かを判定する閾値を記憶する。記憶部203が記憶する閾値には、モータ100が正常である場合に許容される騒音の上限を示す騒音閾値、モータ100が正常である場合に許容される温度の上限を示す温度閾値、モータ100が正常である場合に許容される振動の上限を示す振動閾値を含む。
制御部204は、記憶部203に記憶されたセンサ部14からの計測結果に基づいて、モータ100が異常であるか否かを判定する。制御部204は、例えば騒音センサ142の計測結果が騒音閾値の値以上である場合、モータ100が異常であると判定する。また、制御部204は、例えば温度センサ141の計測結果が温度閾値の値以上である場合、モータ100が異常であると判定する。また、制御部204は、例えば振動センサ140の計測結果が振動閾値の値以上である場合、モータ100が異常であると判定する。制御部204は、モータ100が異常であると判定した場合、出力部202にモータ100が異常である旨を出力させる。また、制御部204は、モータ100が異常であると判定した場合、その旨を示す情報を、通信部201を介して、センシング装置10(10A、10B)の通信部12に送信する。
図9は、第4の実施形態のセンシングシステム1の処理の一例を示す図である。図9では、第4の実施形態のセンシングシステム1の外部装置200が、携帯型の端末装置である場合の表示例である。図9の例では、出力部202は、騒音に関連する情報を表示させた例を示している。
図9に示すように、例えば出力部202が表示する画面には、画面領域202a〜202eが含まれる。画面領域202aには、騒音センサ142からの計測結果が表示される。画面領域202aには、所定時間における騒音の計測結果と、騒音閾値とが、例えば折れ線グラフにより表示される。図9の例では、騒音閾値は65[dB]であり、騒音の計測結果を示す値一部において、騒音閾値の値以上の値を示している。
画面領域202bには、騒音閾値の値以上となった箇所の値が「異常値」として表示される。図9の例では、異常値として68.3[dB]が検出された場合を示す。画面領域202cには、騒音閾値の値以上となった箇所が検出された時刻が「検出時間」として表示される。図9の例では、検出時間が、P.M10:32であった場合を示す。
画面領域202dには、振動に関連する情報を表示させる表示への切替えを指示するためのGUI(Graphical User Interface)スイッチが設定される。画面領域202eには、熱に関連する情報を表示させる表示への切替えを指示するためのGUIスイッチが設定される。
このように、第4の実施形態のセンシングシステム1では、ユーザの操作により、センシング装置10が計測可能な振動、温度、騒音のうち、所望の情報を選択的に表示することができる。これにより、ユーザにとっての利便性を高めることができる。
以上説明したように、第4の実施形態のセンシングシステム1では、センシング装置10(10A、10B)と、センサ部14が計測した計測結果をセンシング装置10(10A、10B)から受信する通信部201と、通信部201が受信した内容に基づいてモータ100の異常を検出する検出部と、を有する外部装置200と、を備える。これにより、第4の実施形態のセンシングシステム1では、モータ100の異常を容易に検出することができる。
また、第4の実施形態のセンシングシステム1では、センシング装置10(10A、10B)と、センサ部14が計測した計測結果をセンシング装置10(10A、10B)から受信する通信部201と、通信部201が受信した内容に基づいて、計測結果に関する情報を出力する出力部202と、を有する外部装置200と、を備える。これにより、第4の実施形態のセンシングシステム1では、モータ100の異常を容易に表示することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、モータ100に関する情報を計測するセンサ部14(「一以上のセンサ」の一例)と、外部装置200と通信する通信部12と、センサ部14が計測した計測結果に基づく情報を、通信部12を制御して外部装置200に送信する制御部18と、を備える。これにより、実施形態のセンシング装置10は、モータ100の異常を検出することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…センシングシステム、10…センシング装置、11…出力部、12…通信部、13…電源部、14…センサ部、140…振動センサ、141…温度センサ、142…騒音センサ、15…風力発電部、15B…太陽光発電部、16…蓄電部、18…制御部、100…モータ、200…外部装置、201…通信部、202…出力部、203…記憶部、204…制御部。

Claims (8)

  1. モータに関する情報を計測する一以上のセンサと、
    外部装置と通信する通信部と、
    前記一以上のセンサが計測した計測結果に基づく情報を、前記通信部を制御して外部装置に送信する制御部と、
    を備えるセンシング装置。
  2. 前記一以上のセンサは、前記モータの振動を計測する振動センサと、前記モータの温度を計測する温度センサと、前記モータから生じる騒音を計測する騒音センサのうち、少なくとも一つを含む、
    請求項1に記載のセンシング装置。
  3. 前記モータの異常に関する情報を出力する出力部を、更に備え、
    前記制御部は、前記一以上のセンサが計測した計測結果に基づいて、前記モータの異常に関する情報を前記出力部に出力させる、
    請求項1又は請求項2に記載のセンシング装置。
  4. 少なくとも前記一以上のセンサ、前記通信部、および前記制御部に電力を供給する電力供給部を更に備える、
    請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のセンシング装置。
  5. 前記電力供給部は、
    モータのファンにより発生する気流を用いて発電する風力発電部と、
    前記風力発電部により発電された電力を蓄電するとともに、少なくとも前記一以上のセンサ、前記通信部、および前記制御部に電力を供給する蓄電部と、
    を更に備える、請求項4に記載のセンシング装置。
  6. 前記電力供給部は、
    太陽光を用いて発電する太陽光発電部と、
    前記太陽光発電部により発電された電力を蓄電するとともに、少なくとも前記一以上のセンサ、前記通信部、および前記制御部に電力を供給する蓄電部と、
    を更に備える、請求項4に記載のセンシング装置。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセンシング装置と、
    前記センシング装置と通信し、前記一以上のセンサが計測した計測結果を受信する通信部と、
    前記通信部が受信した内容に基づいて前記モータの異常を検出する検出部と、を有する外部装置と、
    を備えるセンシングシステム。
  8. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のセンシング装置と、
    前記センシング装置と通信し、前記一以上のセンサが計測した計測結果を受信する通信部と、
    前記通信部が受信した内容に基づいて、前記計測結果に関する情報を出力する出力部と、を有する外部装置と、
    を備えるセンシングシステム。
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