JPH05187971A - 空冷ファン用音響診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機器に付属装備された空冷ファンの運転中の動
作音を採取し、簡単な手段で処理するだけで、もしベア
リングや風量や回転数に異常が生じている場合には、比
較的初期の段階でも発見できる空冷ファン用音響診断装
置を提供することにある。 【構成】ファンの動作音を回転軸延長上で採取した電気
信号からパワースペクトルを求め、正常に動作している
同種ファンから同様にして得たパワースペクトルと比較
して、ファンの固有共振周波数でのレベル差でベアリン
グの異常を、任意の周波数でのレベル差で風量の異常
を、更に、ファンの羽根の先端近くで採取した電気信号
の周波数を羽根の枚数で割ってファンの回転数を求め回
転数の異常を診断するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数の同種の空冷用の
ファンがそれぞれ異なる装置、異なる場所に取付けられ
て用いられている場合に、保守作業者が巡回点検して個
々の空冷ファンの異常をなるべく早めに検出して対策す
るのに好適な空冷ファン用音響診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の機器に付属して装備された空冷用
のファンは非常に広く用いられているが、通常、それに
より冷却されている機器の故障が発生しない限り、空冷
ファンの運転状態に対しては殆ど関心が持たれていな
い。しかし実際には、もし故障して停止するとか其の前
段階として回転数が低下するとか、又は、駆動系には異
常はないが冷却風取り入れ口のフィルタの目詰まりが甚
だしいために風量が異常に低下しているとかすると、一
般には、その冷却対象である機器の側の機能に、何等か
の不具合を生ずる原因となる。ファンが突然停止したよ
うな場合は、その影響が大きく比較的早く判ることが多
いが、空冷ファンの運転状態が不調ではあるが回転を継
続している場合には、その冷却対象である機器の側で
は、過酷な環境下での動作を強いられることになり、一
般に本来の寿命が大幅に短縮されたり、本来の性能を十
分に発揮できず、例えばときどき誤動作するなどの問題
の原因となる。実際に、例えば、モータのコイルの一部
断線によるファンの回転数の低下や、上記フィルタの目
詰まりによる風量の低下などに、本体である機器の使用
者が気付かずに使用を継続しているような場合が多い。

【０００３】これに対して、各種機器類の保守を専門と
する保守業者などには、空冷用のファンの運転状態を点
検して、空冷対象機器に事故が発生する以前に空冷ファ
ンの運転を正常状態に戻すことの重要性は十分に認識さ
れていた。例えば、一般の事務所に多数設置されている
ワードプロセサやパーソナルコンピュータなどには、そ
れぞれ空冷用のファンが装備されているが、保守業者
は、これらの空冷ファンの運転状態を良く点検して、そ
れに起因する事故を未然に防止するように従来から努力
してきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は空冷用
のファンの運転状態を、一つの測定器で測定して運転状
態の可否を定量的に容易に診断できるようなものは存在
していなかった。

【０００５】本発明は、上記従来の技術では点検困難で
あった空冷用のファンの、ベアリングの異常、回転数の
異常、風量の異常とくにエアフィルタの目詰まりなど
を、容易に定量的に検出でき、空冷ファンの運転状態の
可否を総合的に診断できる空冷ファン用音響診断装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに本発明においては、空冷用のファンが発生する連続
動作音をファンの回転軸の延長上に設置したマイクロフ
ォンで継続的に採取して得た電気信号から、周波数とそ
の周波数に対応する音響の強さの関係を現わすパワース
ペクトルを求め、このパワースペクトルと、予め正常に
動作していることを確認した同種の空冷用のファンから
同様にして得たパワースペクトルとを比較して、予め測
定してある同種のファンの固有共振周波数におけるスペ
クトルのレベルの差が、予め設定してある基準値以内な
らば、診断対象空冷ファンのベアリングには異常がない
ものと診断し、また、診断対象の空冷用のファンから上
記のようにして得たパワースペクトルと、予め正常に動
作していることを確認した同種の空冷用のファンから同
様にして得たパワースペクトルとを比較して、予め測定
してある同種のファンの固有共振周波数から離れた任意
の周波数におけるスペクトルのレベルの差が、予め設定
してある基準値以内ならば、診断対象空冷ファンの風量
には異常がないものと診断し、更に、空冷用のファンの
回転している羽根の先端の近くにマイクロフォンを設置
して継続的にファンの動作音を採取して得た電気信号の
周波数を、ファンの羽根の枚数で割って診断対象ファン
の回転数を求め、同種のファンの公称回転数と比較して
診断対象ファンの回転数の異常を診断するようにした。

【０００７】

【作用】空冷用のファンの動作音のパワースペクトル
は、その運転状態を全般的に反映している。空冷ファン
には、その構造や材質により定まる固有の共振周波数が
あって、空冷ファンのベアリングに直ちに回転が停止す
る程ではない異常が発生した場合には、例えば１回転毎
に１回ずつショックパルスが発生して、その結果、ファ
ンの固有共振周波数の音が発生する。この固有共振周波
数は、それぞれの型式の空冷用のファンについて予め測
定しておくことが出来る。現在では、パルスショックを
与えて、それによって生ずる固有共振周波数の振動数を
計測する測定器が市販されている。また、同一設計によ
り製造されたファンの個々に、形状、寸法、材質の許容
範囲内の相違があっても、一般にはそれによる固有共振
周波数の相違は僅かであって問題にはならない程度であ
る。したがって、パワースペクトル上のファンの固有共
振周波数に着目し、その周波数での音圧レベルを監視す
ることによりベアリングの状態を定量的に把握すること
が出来る。

【０００８】また、マイクロフォンには、マイクロフォ
ン設置位置に関係なく、空冷ファンにより発生した風が
途中の障害物やマイクロフォン自体に当って生じた風切
り音が採取される。この風切り音は、全周波数帯域に現
われる。本発明者の実験的研究によれば、風切り音のス
ペクトルは、風量が多くなるとスペクトルのレベルが増
加し、風量が少なくなるとスペクトルのレベルが減少す
る。従って、同一種類のファンであれば、レベル差を前
述したベアリング異常が現われるファンの固有共振周波
数から離れた任意の周波数のところで調べることによっ
て風量を相対的に測定できる。風切り音の影響は、全周
波数帯域に現われるため、風量が多くなると、空冷ファ
ンの固有共振周波数に相当する周波数におけるパワース
ペクトルのレベルも当然高くなる。従って、前述したベ
アリング異常の場合と区別がつかなくなる恐れがある
が、ベアリング異常の場合には、異常が発生するとパワ
ースペクトル上にファンの固有共振周波数における山と
なって現われ、風切り音の方は、そこに山がない通常の
なだらかなパワースペクトルとなるため、空冷ファンの
固有共振周波数のところに山が突出しているか否かによ
ってベアリング異常と風量の増加を識別できる。

【０００９】一方、空冷ファンの動作音には、ファンの
羽根の枚数に回転数をかけたブレード周波数の影響が現
われる。通常の場合、ブレード周波数は１ｋＨｚ以下で
あるから、後に実施例について述べるように、フィルタ
を通して１ｋＨｚ以上の周波数の信号だけを通すように
すると、ブレード周波数の音自体を直接採取することは
できない。しかし、マイクロフォンをファンの羽根の先
端近くに設置して、ファンの羽根がマイクロフォンをブ
レード周波数でかすめるようにすると、ブレード周波数
はマイクロフォンから得た電気信号の周期的な変化とし
て顕著に現われる。したがって、マイクロフォンから得
た電気信号から容易にブレード周波数が得られ、このブ
レード周波数を羽根の枚数で割ればファンの回転数が得
られることになる。たとえば空冷ファンを駆動するモー
タの巻線の一部が断線したような場合には、モータのト
ルクが低下して回転数の低下が生じ、そのまま放置する
と、通常、比較的短期間内に巻線が完全に断線してファ
ンが停止するに到る。空冷ファンの駆動モータの異常を
比較的初期に発見して、空冷ファンの完全停止やそれに
伴う冷却対象機器の事故の発生を未然に防止することが
できれば、予防保守として顕著な効果を挙げたことにな
る。なお、ベアリングに異常があっても、回転する羽根
の先端の近くで動作音を採取するため、ベアリング異常
に起因する音のレベルは低く、上記回転数異常を発見す
るための処理には影響を及ぼさない。

【００１０】なお、パワースペクトルという言葉は、雑
音を統計的に処理する場合などに用いられる場合も多い
が、本明細書では周波数と其の周波数での音の強さの関
係を現わしたものとする。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例図で、図中、１は診
断対象である空冷ファンを装備した情報処理用端末装
置、２は診断対象空冷ファン、３はマイクロフォン、４
は本発明空冷ファン用音響診断装置、４ａは１／６オク
ターブのバンドパスフィルタ、４ｂはＡ／Ｄ変換器、４
ｃはマイクロフォンから得た電気信号の直流成分を除去
する直流分除去部、４ｄは直流成分を除去した信号の周
波数をカウントするカウンタ、４ｅは診断する際に必要
な基準値など診断条件を記憶させる診断基準値用メモ
リ、４ｆは入力と診断基準値を比較して診断処理を行う
診断部、５は診断結果を表示する診断結果表示器であ
る。マイクロフォン３には、性能が良好で標準マイクロ
フォンにも採用され、可聴周波数全帯域にわたり平坦な
感度特性をもつ無指向性の１／２インチ形コンデンサマ
イクロフォンを、特性が所望の範囲内にあって揃ってい
るものを選んで使用した。複数個の装置に使用したとき
常に等しい診断結果が得られるようにするためである。

【００１２】空冷ファン２の近く、ファンの回転軸延長
上、ファンから２ｃｍのところにマイクロフォン３を設
置して、ベアリングと風量の異常診断を行った。マイク
ロフォン３からの電気信号を１／６オクターブのバンド
パスフィルタ４ａを通してからＡ／Ｄ変換器４ｂにより
処理や記憶に都合の好いディジタル信号に変換して、１
〜１６ｋＨｚの範囲で２４チャネルのパワースペクトル
を求めた。

【００１３】図２にエアフィルタが目詰まりしている空
冷ファンについて、このようにして得たパワースペクト
ルの一例を示すが、図中、は目詰まりした状態のエア
フィルタを付けた状態で測定したパワースペクトル、
はそのエアフィルタを外した状態で測定したパワースペ
クトルである。図２から風量が多くなるとパワースペク
トルのレベルが増すことが判る。

【００１４】図３はベアリング不良の空冷ファンについ
て上記同様にして得たパワースペクトルの一例を示す
が、図中、はベアリング不良品に対するパワースペク
トルで、はベアリングが正常なファンに対するパワー
スペクトルである。ここで測定対象ファンの固有共振周
波数は１．４ｋＨｚであるが、図３で、パワースペクト
ルはパワースペクトルよりも周波数１．４ｋＨｚの
所で、スペクトルのレベルが山となって高く突出してい
るのが判る。

【００１５】本発明測定装置４では、診断基準値のメモ
リ４ｅに、ベアリング異常の有無の診断はファンの固有
共振周波数１．４ｋＨｚでのレベル差により行うこと
と、この周波数で音の強さの差が何ｄＢ以内ならばベア
リングは正常などの診断用データが記憶させてあって、
診断部４ｆはそれらにより診断を行い結果を表示器５に
表示する。診断対象空冷ファン２から上記のようにして
求めたパワースペクトルに、１．４ｋＨｚの所に何等山
が認められない場合は、勿論ベアリングには何等異常が
無く、ベアリングは正常であると表示される。

【００１６】また、この実施例の場合の診断対象ファン
２の固有共振周波数は上記のように、１．４ｋＨｚであ
るが、正常に動作しているファンの前記固有共振周波数
から離れた任意の周波数２．５ｋＨｚの音圧レベル、ま
たは、それより許容範囲だけ小さい音圧レベルがメモリ
４ｅに記憶させてあって、診断部４ｆは、正常動作品の
レベル値との差が基準値以内、または、正常動作品のレ
ベル値より許容範囲だけ下げた基準値以上であれば、診
断対象ファン２の風量は正常であると表示器５に表示さ
せる。

【００１７】一方、空冷用ファン２の回転数が正常であ
るか否かを診断する際には、マイクロフォン３をファン
の回転している羽根の先端に近い個所に設置して、ファ
ンの羽根がマイクロフォンをかすめる度に生ずる音の強
さの変動を比較的大きく含む動作音を採取することにな
る。すなわち動作音の振幅はファンの羽根の数にファン
の回転数をかけた周波数すなわちブレード周波数でかな
り顕著に変動する。しかし、通常、ファンの回転数は最
高３６００ｒｐｍ（６０ｒｐｓ）であり、ファンの羽根
の枚数もせいぜい１０枚程度であるから、一般にブレー
ド周波数は１ｋＨｚを下回る。したがってこの電気信号
をバンドパスフィルタ４ａに通すと通過帯域の下限を下
回るから遮断されてしまう。従って、本発明装置では、
マイクロフォンから得られた信号を、そのまま直流分除
去部４ｃに通して其の出力の周波数をカウンタ４ｄでカ
ウントしてブレード周波数を求めることにしたのであ
る。診断部４ｆでは此の場合の入力をファンの羽根の枚
数で割ってファンの回転数を求め、それをメモリ４ｅに
記憶させてある此のファンの公称あるいは定格回転数お
よびそれからの低下許容回転数の値と比較して診断し、
その結果を表示器５に表示させる。なお、図４は、ファ
ンの羽根の先端近くで採取した動作音の電気信号の振幅
がブレード周波数で変化していることを説明する図であ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
種の機器に付属して装備された空冷用ファンの運転中の
動作音をマイクロフォンで採取し、簡単な手段で処理す
るだけで、もし其のベアリングや風量や回転数に異常が
生じている場合には、比較的初期の段階で発見すること
が可能になり、空冷用ファンを装備した機器類に対して
も効率の良い予防保守を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例図である。

【図２】風量が多くなるとパワースペクトルのレベルが
増すことを説明するための図である。

【図３】診断対象ファンのベアリングに異常があると動
作音のパワースペクトルには此のファンの固有共振周波
数１．４ｋＨｚで山が生ずることを示す図である。

【図４】ファンの羽根の先端近くで採取すると動作音の
電気信号振幅がブレード周波数で変化している出力が得
られることを説明する図である。

【符号の説明】

１…端末装置、 ２…診断対象空冷ファン、 ３…マイ
クロフォン、 ４…本発明音響診断装置、 ４ａ…１／
６オクターブのバンドパスフィルタ、 ４ｂ…Ａ／Ｄ変
換器、 ４ｃ…直流分除去部、 ４ｄ…カウンタ、 ４
ｅ…診断基準値用メモリ、 ４ｆ…診断部、 ５…診断
結果表示器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空冷用のファンが発生する連続動作音をフ
   ァンの回転軸の延長上に設置したマイクロフォンで継続
   的に採取して得た電気信号から、周波数とその周波数に
   対応する音響の強さの関係を現わすパワースペクトルを
   求め、このパワースペクトルと、予め正常に動作してい
   ることを確認した同種の空冷用のファンから同様にして
   得たパワースペクトルとを比較して、予め測定してある
   同種のファンの固有共振周波数におけるスペクトルのレ
   ベルの差が、予め設定してある基準値以内ならば、診断
   対象空冷ファンのベアリングには異常がないものと診断
   するようにしたことを特徴とする空冷ファン用音響診断
   装置。
2. 【請求項２】空冷用のファンが発生する連続動作音をフ
   ァンの回転軸の延長上に設置したマイクロフォンで継続
   的に採取して得た電気信号から、周波数とその周波数に
   対応する音響の強さの関係を現わすパワースペクトルを
   求め、このパワースペクトルと、予め正常に動作してい
   ることを確認した同種の空冷用のファンから同様にして
   得たパワースペクトルとを比較して、予め測定してある
   同種のファンの固有共振周波数から離れた任意の周波数
   におけるスペクトルのレベルの差が、予め設定してある
   基準値以内ならば、診断対象空冷ファンの風量には異常
   がないものと診断するようにしたことを特徴とする空冷
   ファン用音響診断装置。
3. 【請求項３】空冷用のファンの回転している羽根の先端
   の近くにマイクロフォンを設置して継続的にファンの動
   作音を採取して得た電気信号の周波数を求め、それをフ
   ァンの羽根の枚数で割って診断対象ファンの回転数を求
   め、同種のファンの公称回転数と比較して診断対象ファ
   ンの回転数の異常を診断するようにしたことを特徴とす
   る空冷ファン用音響診断装置。