気体圧縮装置
【課題】 簡易な構成を用いて駆動手段や圧縮機本体の異常を監視することが可能な気体圧縮装置を提供する。
【解決手段】 圧縮機本体３を駆動する電動モータ２と電源ＰＳとの間に電磁開閉器５を設ける。電流センサ１１は、電動モータ２に供給する電流に応じた電流検出信号Ｓiを監視装置２１に向けて出力する。監視装置２１の基本波検出回路２３は、電流検出信号Ｓiの基本波に応じた基本波信号Ｓfを出力する。監視装置２１の高調波検出回路２４は、電流検出信号Ｓiの高調波に応じた高調波信号Ｓhを出力する。監視装置２１の制御装置１２は、基本波信号Ｓfの大きさと基本波信号Ｓfと高調波信号Ｓhとの信号比Ｒに基づいて空気圧縮装置１の異常を検出する。
【解決手段】 圧縮機本体３を駆動する電動モータ２と電源ＰＳとの間に電磁開閉器５を設ける。電流センサ１１は、電動モータ２に供給する電流に応じた電流検出信号Ｓiを監視装置２１に向けて出力する。監視装置２１の基本波検出回路２３は、電流検出信号Ｓiの基本波に応じた基本波信号Ｓfを出力する。監視装置２１の高調波検出回路２４は、電流検出信号Ｓiの高調波に応じた高調波信号Ｓhを出力する。監視装置２１の制御装置１２は、基本波信号Ｓfの大きさと基本波信号Ｓfと高調波信号Ｓhとの信号比Ｒに基づいて空気圧縮装置１の異常を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気、窒素等の気体を圧縮するのに用いて好適な気体圧縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、気体圧縮装置として、例えば気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する駆動手段としての電動モータとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、圧縮機本体の状態を表す複数の波形データを計測し、波形データ毎に平均値、標準偏差等の複数のパラメータを算出し、それら複数のパラメータを相互に関連させて圧縮機本体等の異常判断や故障の予測を行う機器診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４１０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された構成では、波形データ毎に複数のパラメータを算出すると共に、それら複数のパラメータを相互に関連させるため、演算速度が速く、多量のデータを扱うことができる演算装置が必要となる。このため、機器診断装置の費用が高くなり、安価な気体圧縮装置に装備するのは難しい傾向がある。
【０００５】
また、音や振動によって簡易的に異常を診断する場合には、センサの取付け位置や気体圧縮装置の設置環境に応じて外乱ノイズが発生するため、それぞれの装置毎に外乱ノイズを除去するための調整が必要になるという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、簡易な構成を用いて駆動手段や圧縮機本体の異常を監視することが可能な気体圧縮装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する駆動手段と、該駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された電流の信号により前記圧縮機本体を制御する制御装置とを備えた気体圧縮装置において、前記電流検出手段により検出された電流の信号に基づいて、基本波の電流信号を検出する基本波検出手段と、高調波の電流信号を検出する高調波検出手段とを設け、前記制御装置は、前記基本波検出手段の処理結果と前記高調波検出手段の処理結果とに基づいて、当該気体圧縮装置の異常を監視することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基本波検出手段や高調波検出手段のような簡易な構成を用いて駆動手段や圧縮機本体の異常を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態による空気圧縮装置を示す構成図である。
【図２】図１中の監視装置による異常検出処理を示す流れ図である。
【図３】異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図４】起動時における正常領域と異常領域を示す説明図である。
【図５】定常時における正常領域と異常領域を示す説明図である。
【図６】起動時から定常時に移行するときの電流検出信号を示す説明図である。
【図７】起動時における電流検出信号のパワースペクトラムを示す特性線図である。
【図８】定常時における電流検出信号のパワースペクトラムを示す特性線図である。
【図９】第２の実施の形態による空気圧縮装置を示す構成図である。
【図１０】図９中の監視装置による閾値変更処理を示す流れ図である。
【図１１】電源変更前の異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図１２】電源変更後の異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図１３】第３の実施の形態による空気圧縮装置を示す構成図である。
【図１４】第１の変形例による異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図１５】第２の変形例による異常判定用の閾値を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態による気体圧縮装置として、空気圧縮装置を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
まず、図１ないし図３は第１の実施の形態を示している。図１において、空気圧縮装置１は、駆動手段としての電動モータ２と、該電動モータ２によって駆動される圧縮機本体３とを備えている。ここで、電動モータ２は、例えば三相誘導電動機等の交流モータによって構成され、そのＵ相、Ｖ相、Ｗ相が３本の電源供給線４を用いて三相交流電源からなる電源ＰＳのＲ相、Ｓ相、Ｔ相にそれぞれ接続されている。また、圧縮機本体３は、例えばレシプロ型、スクリュウ型、スクロール型等の各種の圧縮機構によって構成されている。この圧縮機本体３は、外部から吸込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成すると共に、この圧縮空気をタンク６に向けて吐出する。
【００１２】
電磁開閉器５は、電動モータ２と電源ＰＳとの間に位置して電源供給線４の途中に設けられている。この電磁開閉器５は、そのＯＮ／ＯＦＦに応じて、電動モータ２に対する電力の供給／停止を切換える。これにより、電動モータ２は、電磁開閉器５によって、運転と停止とが切り換わる。
【００１３】
タンク６は、圧縮機本体３の吐出側に接続され、圧縮機本体３から吐出された圧縮空気を貯留する。このタンク６には、逆止弁７および絞り弁８を備えた出力配管９が取付けられている。これにより、タンク６は、出力配管９を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、絞り弁８を開弁することによって空圧機器に向けて圧縮空気を供給するものである。
【００１４】
また、タンク６には、圧力センサ１０が取付けられている。この圧力センサ１０は、タンク６内の圧縮空気の圧力を検出し、圧力に応じた圧力検出信号Ｓpを出力する。
【００１５】
電流センサ１１は、電動モータ２に供給される電流を検出する電流検出手段を構成している。この電流センサ１１は、電磁開閉器５と電動モータ２との間に位置して、３本の電源供給線４のうち例えば１本（Ｗ相）の電源供給線４の途中に取付けられている。そして、電流センサ１１は、電源供給線４を流れる電流に応じた電流検出信号Ｓiを後述の制御装置１２に向けて出力する。なお、電流センサ１１は、３本全ての電源供給線４にそれぞれ接続する構成としてもよい。
【００１６】
制御装置１２は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されると共に、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３を備えている。また、制御装置１２は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置１４と、電磁開閉器５のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのリレー１５と、例えばランプ、表示パネル等の表示装置１６とにそれぞれ接続されている。
【００１７】
この制御装置１２は、圧力センサ１０および電磁開閉器５に接続され、圧力センサ１０からの圧力検出信号ＳpをＡ／Ｄ変換器１３によってデジタル信号に変換して読込むと共に、圧力検出信号Ｓpに応じてリレー１５を用いて電磁開閉器５のＯＮ／ＯＦＦを制御し、空気圧縮装置１の運転と停止とを切り換える。
【００１８】
具体的には、制御装置１２は、圧力センサ１０からの圧力検出信号Ｓpに基づいて、空気圧縮装置１の運転と停止とを切換える圧力開閉制御を行い、タンク６内の圧力を圧力上限値と圧力下限値との間の範囲に保持する。このとき、制御装置１２は、タンク６内の圧力が圧力上限値よりも上昇したときに電磁開閉器５をＯＦＦに切り換えて空気圧縮装置１の運転を停止し、タンク６内の圧力が圧力下限値よりも低下したときに電磁開閉器５をＯＮに切り換えて空気圧縮装置１の運転を再開する。
【００１９】
また、制御装置１２は、電流センサ１１からの電流検出信号Ｓiに基づいて電動モータ２や圧縮機本体３の異常を監視する監視装置２１を構成する。この監視装置２１は、異常を検出したときに、電磁開閉器５をＯＦＦに切り換えて空気圧縮装置１の運転を停止したり、表示装置１６を用いて異常の発生を報知する。
【００２０】
次に、監視装置２１について説明する。
【００２１】
監視装置２１は、制御装置１２、記憶装置１４、リレー１５に加えて、整流回路２２、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４を備える。整流回路２２は、例えば全波整流回路によって構成され、電流センサ１１からの電流検出信号Ｓiを全波整流し、整流信号Ｓrを出力する。この整流回路２２の出力側は、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４にそれぞれ接続されている。
【００２２】
基本波検出回路２３は、基本波検出手段を構成し、整流回路２２から出力された整流信号Ｓrに基づいて、基本波の電流信号を検出し、処理結果としての基本波信号Ｓfを出力する。ここで、基本波信号Ｓfは、電源ＰＳから供給される基本周波数（例えば電源周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の正弦波信号を基本波としたときに、この基本波の振幅に対応する。このため、基本波検出回路２３は、基本波を通過させ、高調波を遮断する低域通過フィルタ２３Ａ（以下、ＬＰＦ２３Ａという）と、ＬＰＦ２３Ａから出力された信号の包絡線検波を行う包絡線検波回路２３Ｂとによって構成されている。このとき、ＬＰＦ２３Ａは、例えば基本周波数以下の低周波の信号を通過させ、第２高調波よりも高周波の信号を遮断するために、基本周波数とその２倍の周波数との間に遮断周波数が設定されている。
【００２３】
高調波検出回路２４は、高調波検出手段を構成し、整流回路２２から出力された整流信号Ｓrに基づいて、高調波の電流信号を検出し、処理結果としての高調波信号Ｓhを出力する。ここで、高調波信号Ｓhは、電源ＰＳから供給される基本波に対して、その高調波の振幅に対応する。このため、基本波検出回路２３は、高調波を通過させ、基本波を遮断する高域通過フィルタ２４Ａ（以下、ＨＰＦ２４Ａという）と、ＨＰＦ２４Ａから出力された信号を増幅する増幅器２４Ｂと、増幅器２４Ｂから出力された信号の包絡線検波を行う包絡線検波回路２４Ｃとによって構成されている。このとき、ＨＰＦ２４Ａは、例えば第２高調波以上の高周波の信号を通過させ、基本波以下の低周波の信号を遮断するために、基本周波数とその２倍の周波数との間に遮断周波数が設定されている。
【００２４】
基本波検出回路２３および高調波検出回路２４の出力側は、Ａ／Ｄ変換器１３を介して制御装置１２に接続されている。これにより、制御装置１２は、記憶装置１４に格納された後述の異常検出処理のプログラムを実行し、基本波検出回路２３による基本波信号Ｓfと高調波検出回路２４による高調波信号ＳhとをＡ／Ｄ変換器１３によってデジタル信号に変換して読込むと共に、これらの基本波信号Ｓfと高調波信号Ｓhとに応じてリレー１５を用いて電磁開閉器５のＯＮ／ＯＦＦを制御し、空気圧縮装置１の運転と停止とを切り換える。
【００２５】
次に、制御装置１２による異常検出処理について図２を参照しつつ説明する。なお、図２に示す異常検出処理は、予め決められたサンプリング周期Δｔ（例えばΔｔ＝数十〜数百ｍｓ）毎に行うものである。また、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、予め記憶装置１４に格納されているものとする。
【００２６】
まず、ステップ１では、制御装置１２は、基本波信号Ｓfと高調波信号ＳhをＡ／Ｄ変換器１３によってデジタル信号に変換して読込む。続くステップ２では、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの比率である信号比Ｒを以下の数１の式に基づいて演算する。
【００２７】
【数１】
【００２８】
次に、ステップ３では、電動モータ２が停止状態から駆動状態に切り換わった起動時か否かを判定する。ここで、電動モータ２の起動時には、通常状態で運転している定常時（定常運転時）に比べて、数倍の電流が数百ｍｓ程度の起動時間Ｔ0に亘って流れる。その後、定常時に切り換わると、電動モータ２に流れる電流は定常運転の電流範囲に収束する。このため、基本波信号Ｓfが所定の電流値Ｉ0以下（例えばＩ0＝０Ａ）から所定の電流値になったときに、電動モータ２の運転開始時であると判断すると共に、この運転開始時以降に基本波信号Ｓfが例えば定格電流の±２０％程度となる定常運転の電流範囲に収束するまでの間を起動時であると判定する。一方、起動時と判定されないときには、定常時であると判定する。
【００２９】
そして、ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ２は起動時であるので、ステップ４に移って起動時異常判定処理を行う。具体的には、図３に示すように、基本波信号Ｓfが起動時電流閾値Ｉa以上である場合に、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、起動時電流閾値Ｉaは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で起動時に発生する最大電流を超える値として、例えば定格電流の数倍程度の値に設定されている。
【００３０】
また、基本波信号Ｓfが閾値Ｉaよりも小さいときでも、信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒa以上である場合には、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、起動時比率閾値Ｒaは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で起動時に発生する信号比Ｒの最高値を超える値に設定されている。これらの閾値Ｉa，Ｒaは、例えば実験的に得られる値である。そして、以上の判定基準によって異常と判定されない場合には、正常状態であると判定する。
【００３１】
この結果、図４に示すように、電動モータ２の起動時には、基本波信号Ｓfが閾値Ｉaよりも小さく、かつ信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒaよりも小さい範囲が、空気圧縮装置１を正常状態と判定する正常領域となる。一方、この正常領域以外が空気圧縮装置１を異常状態と判定する異常領域となる。
【００３２】
なお、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒに加えて、高調波信号Ｓhの値が所定の起動時電流閾値を超えたときにも、異常状態と判定する構成にしてもよい。また、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの両方で異常状態を判定しなかった場合でも、定常時に至るまでの経過時間と、基本波信号Ｓfの減少率と、高調波信号Ｓhの減少率とを演算し、これら３つの演算値が所定の範囲に入らない場合にも、異常状態と判定してもよい。
【００３３】
一方、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、電動モータ２は定常時であるので、ステップ５に移って定常時異常判定処理を行う。具体的には、図３に示すように、基本波信号Ｓfが定常時最大電流閾値Ｉb以上である場合に、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、定常時最大電流閾値Ｉbは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で定常時に発生する最大電流を超える値として、例えば定格電流よりも２０〜８０％程度大きな値に設定されている。
【００３４】
また、基本波信号Ｓfが定常時最小電流閾値Ｉc以下である場合に、負荷の異常喪失が生じた異常状態と判定する。このとき、定常時最小電流閾値Ｉcは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で定常時に発生する最小電流よりも小さい値として、例えば定格電流よりも３０〜６０％程度小さい値に設定されている。なお、定常時最大電流閾値Ｉbは、定常時最小電流閾値Ｉcよりも大きく、起動時電流閾値Ｉaよりも小さい。このため、これらの閾値Ｉa，Ｉb，Ｉcには、以下の数２の式に示す関係がある。
【００３５】
【数２】
【００３６】
さらに、基本波信号Ｓfが閾値Ｉbよりも小さく、閾値Ｉcよりも大きいときでも、信号比Ｒが定常時比率閾値Ｒb以上である場合には、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、定常時比率閾値Ｒbは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で定常時に発生する信号比Ｒの最高値を超える値に設定されている。なお、定常時比率閾値Ｒbは、起動時比率閾値Ｒaよりも小さく、以下の数３の式に示す関係がある。そして、閾値Ｉb，Ｉc，Ｒbは、例えば実験的に得られる値である。そして、以上の判定基準によって異常と判定されない場合には、正常と判定する。
【００３７】
【数３】
【００３８】
この結果、図５に示すように、電動モータ２の定常時には、基本波信号Ｓfが閾値Ｉbと閾値Ｉcの間の範囲内で、かつ信号比Ｒが定常時比率閾値Ｒbよりも小さい範囲が、空気圧縮装置１を正常状態と判定する正常領域となる。一方、この正常領域以外が空気圧縮装置１を異常状態と判定する異常領域となる。
【００３９】
ステップ４，５の処理が終了すると、ステップ６に移行して異常があるか否かを判定する。そして、ステップ４，５のいずれかで異常と判定されたときには、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ７に移行する。ステップ７では、制御装置１２は、リレー１５を用いて電磁開閉器５をＯＦＦに切り換える。これにより、電動モータ２および圧縮機本体３は停止する。
【００４０】
一方、ステップ４，５のいずれでも正常と判定されたときには、ステップ６で「ＮＯ」と判定し、ステップ８に移行する。ステップ８では、制御装置１２は、リレー１５を用いて電磁開閉器５をＯＮにし、電動モータ２および圧縮機本体３の駆動を継続する。そして、ステップ７，８が終了すると、ステップ９に移行してリターンする。
【００４１】
本実施の形態による空気圧縮装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、図１ないし図８を参照しつつ、その異常検出動作について説明する。
【００４２】
まず、空気圧縮装置１の電源供給線４を電源ＰＳに接続した状態で、電源スイッチ（図示せず）をＯＮにすると、電磁開閉器５がＯＮに切り換わる。これにより、電動モータ２に駆動して、圧縮機本体３が圧縮運転を開始する。
【００４３】
ここで、電動モータ２の電流は通常正弦波となる。しかし、空気圧縮装置１の場合には、タンク６の圧力や温度、運転モード（ロード運転／アンロード運転）等の負荷が変動したときには、電流値の変化だけでなく、電流波形に歪みが生じ、通常の正弦波を基本波としたｎ次の高調波電流が重畳される。圧縮機本体３の摺動抵抗の増加や、圧縮機本体３の機能消失や連結機構部の異常により電動モータ２のロック等の機構的な異常が発生したときにも、このような高調波電流の重畳が発生する。このため、高調波に基づいて空気圧縮装置１の異常を検出することが可能である。
【００４４】
但し、空気圧縮装置１が正常な場合でも、電動モータ２の起動時には、高調波電流の重畳が発生する。このとき、電動モータ２の起動時には、図６および図７に示すように、基本波信号Ｓfも定常時の数倍の値になると共に、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの信号比Ｒも増加する。そして、電動モータ２が定常時に移行するに従って、基本波信号Ｓfは定格電流付近の値で安定すると共に、高調波信号Ｓhが減少して信号比Ｒも低下する。また、空気圧縮装置１が正常な場合でも、タンク６の圧力等に応じて圧縮機本体３に作用する負荷が変動するから、基本波信号Ｓfや信号比Ｒは所定の範囲内で変動する。
【００４５】
図３に示すように、基本波信号Ｓfの大きさを横軸にし、信号比Ｒの大きさを縦軸にした場合、空気圧縮装置１が正常なときに基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒが変動する範囲（変動領域）は、起動時には基本波信号Ｓfと信号比Ｒがいずれも大きな右上の範囲になり、定常時には基本波信号Ｓfと信号比Ｒが減少して中央下側の範囲に移動する。
【００４６】
以上の点を考慮して、本実施の形態による制御装置１２は、基本波信号Ｓfを用いて起動時か定常時かを判定すると共に、起動時と定常時で、基本波信号Ｓfと信号比Ｒを用いて正常か否かを判定するときの基準を変更している。このとき、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、空気圧縮装置１が正常なときの変動領域を許容できる値に設定される。
【００４７】
そして、図４に示すように、起動時には基本波信号Ｓfが起動時電流閾値Ｉa以上となるときに異常と判定する。これに対し、図５に示すように、定常時には基本波信号Ｓfが起動時電流閾値Ｉaよりも小さい定常時最大電流閾値Ｉb以上となるときに異常と判定すると共に、基本波信号Ｓfが定常時最大電流閾値Ｉbよりも小さい定常時最小電流閾値Ｉc以下となるときにも異常と判定する。
【００４８】
また、起動時には、図４に示すように、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒa以上となるときに異常と判定する。これに対し、図５に示すように、定常時には信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒaよりも小さい定常時比率閾値Ｒb以上となるときに異常と判定する。
【００４９】
これにより、起動時と定常時で異なる基準に基づいて異常を判定するから、例えば定常時の判定基準だけを用いた場合に比べて、起動時に誤って異常を検出することがなくなる。また、起動時であっても異常を検出することができるから、定常時に移行する前に空気圧縮装置１を停止させることができ、損傷の増大等を防ぐことができる。
【００５０】
かくして、本実施の形態によれば、制御装置１２は電流センサ１１によって検出された電流検出信号Ｓiの電源周波数に応じた基本波信号Ｓfと、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの信号比Ｒに基づいて、空気圧縮装置１が異常か否かを判定することができるから、電動モータ２や圧縮機本体３に異常があると判定した場合には、空気圧縮装置１の運転を速やかに停止することができる。このとき、電流センサ１１、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４のような簡易な回路構成で空気圧縮装置１の異常判定を行うことができるから、例えば多量のデータを扱う演算装置が不要となり、低廉な監視装置２１を提供することができる。このため、例えばインバータ等を用いることなく、電源ＰＳからの電力をそのまま電動モータ２に供給するような安価な空気圧縮装置１に対しても、監視装置２１を適用することができる。
【００５１】
また、電動モータ２や圧縮機本体３等の構造変更や改修が殆ど要らないため、既存の圧縮装置に対しても本実施の形態による監視装置２１を容易に追加することができる。
【００５２】
さらに、監視装置２１は電動モータ２の電流検出信号Ｓiを用いて空気圧縮装置１の異常を検出するから、音や振動等を用いて異常判定した場合に比べて、外乱ノイズの影響を受け難い。これに加え、電動モータ２の電流値という比較的周波数の低い、ノイズの影響を受け難い電気信号を用いて異常を検出するから、高速フーリエ変換のような高速な演算処理を必要とせず、監視装置２１の構成も簡単にできるため、監視装置２１を小型化することができ、多様な圧縮装置に搭載することができる。
【００５３】
次に、図９および図１０は第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、電源品質が変わったときに異常判定用の閾値を変更する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５４】
３１は第２の実施の形態による空気圧縮装置を示し、該空気圧縮装置３１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１と同様に、電動モータ２、圧縮機本体３、電磁開閉器５、制御装置１２等によって構成されている。
【００５５】
監視装置３２は、第１の実施の形態による監視装置２１とほぼ同様に構成されている。このため、監視装置３２の制御装置１２は、第１の実施の形態と同様に、図２に示す異常検出処理を実行する。
【００５６】
但し、制御装置１２は、起動時における基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの経年劣化による変化分ΔＳf1，ΔＲ1と、定常時における基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの経年劣化による変化分ΔＳf2，ΔＲ2とを計測し、これらを記憶装置１４に記憶する。これらの変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2は、例えば基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を用いて計測する。
【００５７】
具体的には、空気圧縮装置３１を最初に起動したときに、起動時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf10，Ｒ10としてそれぞれ計測すると共に、定常時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf20，Ｒ20としてそれぞれ計測し、これらの初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20を記憶する。その後、空気圧縮装置３１を起動する毎に、起動時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値Ｓf11，Ｒ11および定常時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値Ｓf21，Ｒ21を計測する。そして、以下の数４の式に示すように、これらの平均値Ｓf11，Ｒ11，Ｓf21，Ｒ21と初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20との差によって変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を計測する。
【００５８】
【数４】
【００５９】
また、制御装置１２には外部操作スイッチ３３が接続されている。この外部操作スイッチ３３は、空気圧縮装置３１の使用を最初に開始するとき、または異なる電源ＰＳに接続したときに、利用者が操作するものである。そして、利用者が外部操作スイッチ３３を操作すると、制御装置１２は、後述の閾値変更処理を実行し、新たに計測した初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20および記憶装置１４に記憶した変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2に基づいて、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを変更する。
【００６０】
なお、初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20は、外部操作スイッチ３３が操作されたときに更新される。一方、変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2は、外部操作スイッチ３３が操作されてもそのまま保持され、新たな初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20に対する変化分が加算される。変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2は、初期値はいずれも零であり、例えば空気圧縮装置３１のメンテナンス等を行ったときにリセットされて零に戻る。
【００６１】
次に、監視装置３２による閾値変更処理について図１０を参照しつつ説明する。
【００６２】
まず、空気圧縮装置３１を移動して異なる電源ＰＳに接続し、利用者が外部操作スイッチ３３を操作すると、閾値変更処理が動作する。そして、ステップ１１では、電磁開閉器５をＯＮに切り換えて、起動時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf10，Ｒ10としてそれぞれ計測すると共に、定常時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf20，Ｒ20としてそれぞれ計測し、これらの初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20を記憶する。
【００６３】
続くステップ１２では、起動時の初期平均値Ｓf10，Ｒ10に基づいて、起動時における初期値の閾値Ｉa0，Ｒa0を演算する。具体的には、起動時における初期値の閾値Ｉa0，Ｒa0は、初期平均値Ｓf10，Ｒ10よりも所定の比率や余裕分となる所定値だけ大きな値に設定される。なお、所定の比率や余裕分は、空気圧縮装置３１が正常な状態での起動時の変動領域を考慮して決定される。
【００６４】
また、定常時の初期平均値Ｓf20，Ｒ20に基づいて、定常時における初期値の閾値Ｉb0，Ｉc0，Ｒb0を演算する。具体的には、定常時における初期値の閾値Ｉb0，Ｒb0は、初期平均値Ｓf20，Ｒ20よりも所定の比率や余裕分となる所定値だけ大きな値に設定され、定常時における初期値の閾値Ｉc0は、初期平均値Ｓf20よりも所定の比率や余裕分となる所定値だけ小さな値に設定される。なお、所定の比率や余裕分は、空気圧縮装置３１が正常な状態での定常時の変動領域を考慮して決定される。
【００６５】
これにより、初期値の閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0は、新たな電源ＰＳの品質に応じた値になる。即ち、新たな電源ＰＳの電圧が以前のものに比べて高くなると、閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を全体的に高い値にシフトし、新たな電源ＰＳの電圧が以前のものに比べて低くなると、閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を全体的に低い値にシフトする。
【００６６】
次に、ステップ１３では、記憶装置１４に記憶された変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を読み込む。続くステップ１４では、変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2に基づいて、初期値の閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0から新たな異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを演算する。具体的には、以下の数５の式に示すように、起動時電流閾値Ｉaは初期値の閾値Ｉa0よりも変化分ΔＳf1だけ小さくし、起動時比率閾値Ｒaは初期値の閾値Ｒa0よりも変化分ΔＲ1だけ小さくする。
【００６７】
【数５】
【００６８】
また、以下の数６の式に示すように、定常時最大電流閾値Ｉbおよび定常時最小電流閾値Ｉcはいずれも初期値の閾値Ｉb0，Ｉc0よりも変化分ΔＳf2だけ小さくし、定常時比率閾値Ｒbは初期値の閾値Ｒb0よりも変化分ΔＲ2だけ小さくする。
【００６９】
【数６】
【００７０】
これにより、閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、経年劣化に基づく変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を考慮した値になる。ステップ１４が終了すると、ステップ１５に移ってリターンする。
【００７１】
かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第２の実施の形態では、例えば空気圧縮装置３１の使用途中で異なる電源ＰＳに接続した場合でも、電源品質の変化や以前の電源ＰＳで使用したときの経年劣化を考慮して異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbに演算する。このため、電源品質の変化や経年劣化を考慮して異常か否かを判定することができ、これらに基づく誤検出等を防止することができる。
【００７２】
具体的に説明すると、電源ＰＳを変更したときには、空気圧縮装置３１に供給される電圧や電流等の電源品質が変わる場合がある。例えば空気圧縮装置３１に供給される電圧や電流が上昇したときには、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒも全体的に上昇し、空気圧縮装置３１が正常であっても、異常であると誤検出される可能性がある。一方、空気圧縮装置３１に供給される電圧や電流が低下したときには、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒも全体的に低下するから、空気圧縮装置３１に異常があっても、正常であると誤検出される可能性がある。
【００７３】
本実施の形態では、このような電源品質の変化を考慮して、電源ＰＳが変わる度に異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを設定し直す。しかし、単に電源品質だけに基づいて閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを設定した場合には、以前の電源ＰＳで発生した経年劣化分は電源ＰＳの変更に伴ってリセットされてしまう。そこで、図１２に示すように、閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを設定し直すときには、最初に電源品質だけに基づいた初期値の閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を演算し、その後これらの閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を基本として経年劣化による変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を考慮して閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを演算する。
【００７４】
例えば空気圧縮装置３１を長期間に亘って使用したときには、空気圧縮装置３１の部品に磨耗等が生じる。このとき、図１１に示すように、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値Ｓf11，Ｒ11，Ｓf21，Ｒ21は初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20に比べて閾値Ｉa，Ｒa，Ｉb，Ｒbに近付くことがある。このため、本実施の形態では、このような経年劣化を考慮して、電源品質に基づく閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0から経年劣化による変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を減算して、新たな閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを演算する。これにより、電源品質の変化と経年劣化の両方を考慮して異常か否かを判定することができ、これらに基づく誤検出等を防止することができる。
【００７５】
なお、第２の実施の形態では、外部操作スイッチ３３を操作したときに、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを再設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば制御装置１２に対する外部通信による入力に基づいて閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを再設定してもよく、前回の電源供給時に比べて定常時における基本波信号Ｓfの平均値Ｓf21の変化量と信号比Ｒの平均値Ｒ21の変化量とのうち少なくともいずれか一方が所定値以上となったときに、制御装置１２によって電源品質が変更されたものと判定し、自動的に閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを再設定する構成としてもよい。
【００７６】
次に、図１３は第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、電流検出信号に基づく異常検出と振動検出信号に基づく異常検出とを組み合わせる構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７７】
４１は第３の実施の形態による空気圧縮装置を示し、該空気圧縮装置４１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１と同様に、電動モータ２、圧縮機本体３、電磁開閉器５、制御装置１２等によって構成されている。また、制御装置１２には、圧縮機本体３の振動を検出する振動検出手段としての振動検出器４２が接続されている。この振動検出器４２は、例えば圧電素子等によって構成され、圧縮機本体３に取付けられている。そして、振動検出器４２は、圧縮機本体３の振動に応じた振動検出信号Ｓvを出力する。
【００７８】
監視装置４３は、第１の実施の形態による監視装置２１とほぼ同様に、制御装置１２、記憶装置１４、リレー１５、整流回路２２、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４を備える。これに加えて、監視装置４３は、振動検出回路４４を備える。
【００７９】
この振動検出回路４４は、振動検出器４２からの振動検出信号Ｓvを増幅する増幅器４４Ａと、増幅器４４Ａから出力された信号から不要な信号成分を除去するフィルタ４４Ｂと、フィルタ４４Ｂから出力された信号の包絡線検波を行う包絡線検波回路４４Ｃとによって構成されている。この包絡線検波回路４４Ｃの出力側は、Ａ／Ｄ変換器１３を介して制御装置１２に接続されている。これにより、制御装置１２は、記憶装置１４に格納されたプログラムを実行し、例えば特開２００６−９７６５４号公報に記載されたものと同様に、振動検出信号Ｓvに基づいて空気圧縮装置４１の異常を検出する。そして、制御装置１２は、電流検出信号Ｓiに基づいて異常を検出したとき、または振動検出信号Ｓvに基づいて異常を検出したときに、リレー１５を用いて電磁開閉器５をＯＦＦに切り換えて、空気圧縮装置４１を停止する。
【００８０】
かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。第３の実施の形態では、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出と振動検出信号Ｓvに基づく異常検出とを組み合わせたから、例えば電流センサ１１、基本波検出回路２３、高調波検出回路２４のいずれかに故障が生じ、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出ができない場合であっても、振動検出信号Ｓvに基づいて異常検出を行うことができ、軽度の故障が生じた段階で空気圧縮装置４１を停止することができる。
【００８１】
また、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出と振動検出信号Ｓvに基づく異常検出とは相関関係がある。即ち、相互の検出結果が異なるときには、いずれか一方の異常検出に故障が生じている可能性がある。このため、２つの検出結果を比較することによって、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出と振動検出信号Ｓvに基づく異常検出とを相互に確認することができ、例えば２つの検出結果が相違したときには、表示装置１６を用いて監視装置４３等の故障を利用者に報知することができる。
【００８２】
なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様な監視装置４３に適用した場合について説明したが、第２の実施の形態と同様な監視装置に適用する構成としてもよい。
【００８３】
また、第１の実施の形態では、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、予め記憶装置１４に格納されているものとしたが、第２の実施の形態と同様に、空気圧縮装置１を最初に駆動したときに、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値（初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20）をそれぞれ計測し、これらの平均値に基づいて設定してもよい。
【００８４】
また、前記第１の実施の形態では、異常が検出された場合に、監視装置２１は、電磁開閉器５をＯＦＦにし、電動モータ２および圧縮機本体３を停止させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば監視装置２１は、異常を検出した場合でも、電磁開閉器５を操作せずに、表示装置１６を用いて空気圧縮装置１に異常が生じたことを利用者に報知する構成としてもよい。また、図１４に示す第１の変形例のように、停止用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbに加えて警告表示用の閾値ＩaA，ＩbA，ＩcA，ＲaA，ＲbAを用意し、正常領域と停止領域の間に警告領域を設ける構成としてもよい。この場合、停止用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｒa，Ｒbは、警告表示用の閾値ＩaA，ＩbA，ＲaA，ＲbAよりも大きい値に設定し、停止用の閾値Ｉcは、警告表示用の閾値ＩcAよりも小さい値に設定するものである。この構成は、第２，第３の実施の形態にも適用することができる。
【００８５】
また、前記第１の実施の形態では、信号比Ｒの閾値Ｒa，Ｒbは基本波信号Ｓfに拘らず一定値であるものとしたが、例えば図１５に示す第２の変形例にように、信号比Ｒの閾値Ｒa′，Ｒb′は、基本波信号Ｓfが増加するに従って大きくなる構成としてもよい。この構成は、第２，第３の実施の形態にも適用することができる。
【００８６】
また、前記各実施の形態では、整流回路２２は全波整流回路を用いて構成したが、正の電流信号のみで異常の判定ができる場合には、半波整流回路等を用いる構成としてもよい。
【００８７】
また、前記各実施の形態では、高調波検出回路２４は、ＨＰＦ２４Ａを用いることによって、基本波よりも高周波側の全ての高調波の振幅を検出する構成とした。しかし、高調波は一般的に低次の高調波の振幅が大きく、高次の高調波の振幅は非常に小さい。高調波の検出帯域を広くすると、ノイズ等の外乱による誤検出が生じる場合や、検出精度が低下する場合がある。このため、高調波検出回路は、高域通過フィルタに代えて、振幅が大きくなる高調波（例えば３次、５次、７次の高調波）のみを抽出する帯域通過フィルタを用いる構成としてもよい。
【００８８】
また、前記各実施の形態では、駆動手段として電動モータ２を例に挙げて説明したが、例えば電動モータ２と圧縮機本体３とを連結するプーリや連結ベルトを設けた場合には、電動モータ２と共にプーリ、連結ベルト等を含めて駆動手段と構成してもよい。
【００８９】
また、前記各実施の形態では、圧縮機本体３（電動モータ２）を駆動して圧縮運転を起動し、圧縮機本体３を停止して圧縮運転を停止する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばレシプロ型等でアンロード運転が可能な圧縮機においては、ロード運転を行って圧縮運転を起動し、アンロード運転を行って圧縮運転を停止する構成としてもよい。
【００９０】
さらに、前記各実施の形態では、気体圧縮装置として空気圧縮装置１，３１，４１を例に挙げて説明したが、例えば窒素等の他の気体を圧縮する圧縮装置にも広く適用できるものである。
【００９１】
以上の各実施の形態で述べたように、請求項１の発明によれば、制御装置は、基本波検出手段の処理結果と高調波検出手段の処理結果とに基づいて、気体圧縮装置の異常を監視する。このため、基本波の電流信号に基づいて気体圧縮装置の異常を検出することができるのに加え、基本波の電流信号と高調波の電流信号との信号比に基づいて気体圧縮装置の異常を検出することができる。この結果、例えば多量のデータを扱う演算装置が不要となり、低廉な装置を用いて気体圧縮装置の異常を検出することができる。
【００９２】
また、圧縮機本体や駆動手段の構造変更や改修が殆ど要らないため、既存の気体圧縮装置に対しても容易に適用することができる。さらに、電流検出手段によって検出した電流の信号を用いて気体圧縮装置の異常を検出するから、音や振動等を用いて異常判定した場合に比べて、外乱ノイズの影響を受け難い。これに加え、駆動手段の電流値という比較的周波数の低い、ノイズの影響を受け難い電気信号を用いて異常を検出するから、高速フーリエ変換のような高速な演算処理を必要としない。このため、異常検出用の構成を簡略化および小型化することができ、多様な気体圧縮装置に搭載することができる。
【００９３】
請求項２の発明によれば、基本波検出手段による基本波の振幅と高調波検出手段による高調波の振幅との比率を信号比として演算し、この信号比に基づいて気体圧縮装置の異常を検出する。例えば基本波や高調波の振幅だけに基づいて気体圧縮装置の異常を検出した場合には、電源品質の変更に伴って基本波の振幅や高調波の振幅が変化したときに、誤検出が生じる可能性がある。これに対し、本発明では、信号比に基づいて気体圧縮装置の異常を検出するから、電源品質が変化したときでも、信号比の変化を抑えることができ、誤検出を抑制することができる。
【００９４】
請求項３の発明によれば、異常を判断するための閾値は基本波検出手段の演算結果によって切り換えるから、例えば駆動手段の起動時と定常時のように、基本波の電流信号が大きく異なる場合でも、それぞれの場合に応じた閾値を用いて気体圧縮装置の異常を検出することができる。
【００９５】
請求項４の発明によれば、異常を判断するための閾値は駆動手段の起動時と定常値で切り換える。このため、駆動手段の起動時のように、基本波および高調波の電流信号が大きくなるときには、閾値を大きな値に設定することができる。一方、駆動手段の定常時のように、基本波および高調波の電流信号が小さい値で安定するときには、閾値を小さな値に設定することができる。これにより、駆動手段の起動時と定常時のいずれでも気体圧縮装置の異常を検出することができるから、例えば駆動手段の起動時に異常を検出したときには、定常時への移行を待たずに気体圧縮装置を速やかに停止することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，３１，４１ 空気圧縮装置（気体圧縮装置）
２ 電動モータ（駆動手段）
３ 圧縮機本体
１１ 電流センサ（電流検出手段）
１２ 制御装置
２１，３２，４３ 監視装置
２３ 基本波検出回路（基本波検出手段）
２４ 高調波検出回路（高調波検出手段）
４２ 振動検出器
４４ 振動検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気、窒素等の気体を圧縮するのに用いて好適な気体圧縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、気体圧縮装置として、例えば気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する駆動手段としての電動モータとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、圧縮機本体の状態を表す複数の波形データを計測し、波形データ毎に平均値、標準偏差等の複数のパラメータを算出し、それら複数のパラメータを相互に関連させて圧縮機本体等の異常判断や故障の予測を行う機器診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４１０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された構成では、波形データ毎に複数のパラメータを算出すると共に、それら複数のパラメータを相互に関連させるため、演算速度が速く、多量のデータを扱うことができる演算装置が必要となる。このため、機器診断装置の費用が高くなり、安価な気体圧縮装置に装備するのは難しい傾向がある。
【０００５】
また、音や振動によって簡易的に異常を診断する場合には、センサの取付け位置や気体圧縮装置の設置環境に応じて外乱ノイズが発生するため、それぞれの装置毎に外乱ノイズを除去するための調整が必要になるという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、簡易な構成を用いて駆動手段や圧縮機本体の異常を監視することが可能な気体圧縮装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する駆動手段と、該駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された電流の信号により前記圧縮機本体を制御する制御装置とを備えた気体圧縮装置において、前記電流検出手段により検出された電流の信号に基づいて、基本波の電流信号を検出する基本波検出手段と、高調波の電流信号を検出する高調波検出手段とを設け、前記制御装置は、前記基本波検出手段の処理結果と前記高調波検出手段の処理結果とに基づいて、当該気体圧縮装置の異常を監視することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基本波検出手段や高調波検出手段のような簡易な構成を用いて駆動手段や圧縮機本体の異常を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態による空気圧縮装置を示す構成図である。
【図２】図１中の監視装置による異常検出処理を示す流れ図である。
【図３】異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図４】起動時における正常領域と異常領域を示す説明図である。
【図５】定常時における正常領域と異常領域を示す説明図である。
【図６】起動時から定常時に移行するときの電流検出信号を示す説明図である。
【図７】起動時における電流検出信号のパワースペクトラムを示す特性線図である。
【図８】定常時における電流検出信号のパワースペクトラムを示す特性線図である。
【図９】第２の実施の形態による空気圧縮装置を示す構成図である。
【図１０】図９中の監視装置による閾値変更処理を示す流れ図である。
【図１１】電源変更前の異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図１２】電源変更後の異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図１３】第３の実施の形態による空気圧縮装置を示す構成図である。
【図１４】第１の変形例による異常判定用の閾値を示す説明図である。
【図１５】第２の変形例による異常判定用の閾値を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態による気体圧縮装置として、空気圧縮装置を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
まず、図１ないし図３は第１の実施の形態を示している。図１において、空気圧縮装置１は、駆動手段としての電動モータ２と、該電動モータ２によって駆動される圧縮機本体３とを備えている。ここで、電動モータ２は、例えば三相誘導電動機等の交流モータによって構成され、そのＵ相、Ｖ相、Ｗ相が３本の電源供給線４を用いて三相交流電源からなる電源ＰＳのＲ相、Ｓ相、Ｔ相にそれぞれ接続されている。また、圧縮機本体３は、例えばレシプロ型、スクリュウ型、スクロール型等の各種の圧縮機構によって構成されている。この圧縮機本体３は、外部から吸込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成すると共に、この圧縮空気をタンク６に向けて吐出する。
【００１２】
電磁開閉器５は、電動モータ２と電源ＰＳとの間に位置して電源供給線４の途中に設けられている。この電磁開閉器５は、そのＯＮ／ＯＦＦに応じて、電動モータ２に対する電力の供給／停止を切換える。これにより、電動モータ２は、電磁開閉器５によって、運転と停止とが切り換わる。
【００１３】
タンク６は、圧縮機本体３の吐出側に接続され、圧縮機本体３から吐出された圧縮空気を貯留する。このタンク６には、逆止弁７および絞り弁８を備えた出力配管９が取付けられている。これにより、タンク６は、出力配管９を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、絞り弁８を開弁することによって空圧機器に向けて圧縮空気を供給するものである。
【００１４】
また、タンク６には、圧力センサ１０が取付けられている。この圧力センサ１０は、タンク６内の圧縮空気の圧力を検出し、圧力に応じた圧力検出信号Ｓpを出力する。
【００１５】
電流センサ１１は、電動モータ２に供給される電流を検出する電流検出手段を構成している。この電流センサ１１は、電磁開閉器５と電動モータ２との間に位置して、３本の電源供給線４のうち例えば１本（Ｗ相）の電源供給線４の途中に取付けられている。そして、電流センサ１１は、電源供給線４を流れる電流に応じた電流検出信号Ｓiを後述の制御装置１２に向けて出力する。なお、電流センサ１１は、３本全ての電源供給線４にそれぞれ接続する構成としてもよい。
【００１６】
制御装置１２は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されると共に、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３を備えている。また、制御装置１２は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置１４と、電磁開閉器５のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのリレー１５と、例えばランプ、表示パネル等の表示装置１６とにそれぞれ接続されている。
【００１７】
この制御装置１２は、圧力センサ１０および電磁開閉器５に接続され、圧力センサ１０からの圧力検出信号ＳpをＡ／Ｄ変換器１３によってデジタル信号に変換して読込むと共に、圧力検出信号Ｓpに応じてリレー１５を用いて電磁開閉器５のＯＮ／ＯＦＦを制御し、空気圧縮装置１の運転と停止とを切り換える。
【００１８】
具体的には、制御装置１２は、圧力センサ１０からの圧力検出信号Ｓpに基づいて、空気圧縮装置１の運転と停止とを切換える圧力開閉制御を行い、タンク６内の圧力を圧力上限値と圧力下限値との間の範囲に保持する。このとき、制御装置１２は、タンク６内の圧力が圧力上限値よりも上昇したときに電磁開閉器５をＯＦＦに切り換えて空気圧縮装置１の運転を停止し、タンク６内の圧力が圧力下限値よりも低下したときに電磁開閉器５をＯＮに切り換えて空気圧縮装置１の運転を再開する。
【００１９】
また、制御装置１２は、電流センサ１１からの電流検出信号Ｓiに基づいて電動モータ２や圧縮機本体３の異常を監視する監視装置２１を構成する。この監視装置２１は、異常を検出したときに、電磁開閉器５をＯＦＦに切り換えて空気圧縮装置１の運転を停止したり、表示装置１６を用いて異常の発生を報知する。
【００２０】
次に、監視装置２１について説明する。
【００２１】
監視装置２１は、制御装置１２、記憶装置１４、リレー１５に加えて、整流回路２２、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４を備える。整流回路２２は、例えば全波整流回路によって構成され、電流センサ１１からの電流検出信号Ｓiを全波整流し、整流信号Ｓrを出力する。この整流回路２２の出力側は、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４にそれぞれ接続されている。
【００２２】
基本波検出回路２３は、基本波検出手段を構成し、整流回路２２から出力された整流信号Ｓrに基づいて、基本波の電流信号を検出し、処理結果としての基本波信号Ｓfを出力する。ここで、基本波信号Ｓfは、電源ＰＳから供給される基本周波数（例えば電源周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の正弦波信号を基本波としたときに、この基本波の振幅に対応する。このため、基本波検出回路２３は、基本波を通過させ、高調波を遮断する低域通過フィルタ２３Ａ（以下、ＬＰＦ２３Ａという）と、ＬＰＦ２３Ａから出力された信号の包絡線検波を行う包絡線検波回路２３Ｂとによって構成されている。このとき、ＬＰＦ２３Ａは、例えば基本周波数以下の低周波の信号を通過させ、第２高調波よりも高周波の信号を遮断するために、基本周波数とその２倍の周波数との間に遮断周波数が設定されている。
【００２３】
高調波検出回路２４は、高調波検出手段を構成し、整流回路２２から出力された整流信号Ｓrに基づいて、高調波の電流信号を検出し、処理結果としての高調波信号Ｓhを出力する。ここで、高調波信号Ｓhは、電源ＰＳから供給される基本波に対して、その高調波の振幅に対応する。このため、基本波検出回路２３は、高調波を通過させ、基本波を遮断する高域通過フィルタ２４Ａ（以下、ＨＰＦ２４Ａという）と、ＨＰＦ２４Ａから出力された信号を増幅する増幅器２４Ｂと、増幅器２４Ｂから出力された信号の包絡線検波を行う包絡線検波回路２４Ｃとによって構成されている。このとき、ＨＰＦ２４Ａは、例えば第２高調波以上の高周波の信号を通過させ、基本波以下の低周波の信号を遮断するために、基本周波数とその２倍の周波数との間に遮断周波数が設定されている。
【００２４】
基本波検出回路２３および高調波検出回路２４の出力側は、Ａ／Ｄ変換器１３を介して制御装置１２に接続されている。これにより、制御装置１２は、記憶装置１４に格納された後述の異常検出処理のプログラムを実行し、基本波検出回路２３による基本波信号Ｓfと高調波検出回路２４による高調波信号ＳhとをＡ／Ｄ変換器１３によってデジタル信号に変換して読込むと共に、これらの基本波信号Ｓfと高調波信号Ｓhとに応じてリレー１５を用いて電磁開閉器５のＯＮ／ＯＦＦを制御し、空気圧縮装置１の運転と停止とを切り換える。
【００２５】
次に、制御装置１２による異常検出処理について図２を参照しつつ説明する。なお、図２に示す異常検出処理は、予め決められたサンプリング周期Δｔ（例えばΔｔ＝数十〜数百ｍｓ）毎に行うものである。また、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、予め記憶装置１４に格納されているものとする。
【００２６】
まず、ステップ１では、制御装置１２は、基本波信号Ｓfと高調波信号ＳhをＡ／Ｄ変換器１３によってデジタル信号に変換して読込む。続くステップ２では、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの比率である信号比Ｒを以下の数１の式に基づいて演算する。
【００２７】
【数１】
【００２８】
次に、ステップ３では、電動モータ２が停止状態から駆動状態に切り換わった起動時か否かを判定する。ここで、電動モータ２の起動時には、通常状態で運転している定常時（定常運転時）に比べて、数倍の電流が数百ｍｓ程度の起動時間Ｔ0に亘って流れる。その後、定常時に切り換わると、電動モータ２に流れる電流は定常運転の電流範囲に収束する。このため、基本波信号Ｓfが所定の電流値Ｉ0以下（例えばＩ0＝０Ａ）から所定の電流値になったときに、電動モータ２の運転開始時であると判断すると共に、この運転開始時以降に基本波信号Ｓfが例えば定格電流の±２０％程度となる定常運転の電流範囲に収束するまでの間を起動時であると判定する。一方、起動時と判定されないときには、定常時であると判定する。
【００２９】
そして、ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ２は起動時であるので、ステップ４に移って起動時異常判定処理を行う。具体的には、図３に示すように、基本波信号Ｓfが起動時電流閾値Ｉa以上である場合に、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、起動時電流閾値Ｉaは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で起動時に発生する最大電流を超える値として、例えば定格電流の数倍程度の値に設定されている。
【００３０】
また、基本波信号Ｓfが閾値Ｉaよりも小さいときでも、信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒa以上である場合には、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、起動時比率閾値Ｒaは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で起動時に発生する信号比Ｒの最高値を超える値に設定されている。これらの閾値Ｉa，Ｒaは、例えば実験的に得られる値である。そして、以上の判定基準によって異常と判定されない場合には、正常状態であると判定する。
【００３１】
この結果、図４に示すように、電動モータ２の起動時には、基本波信号Ｓfが閾値Ｉaよりも小さく、かつ信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒaよりも小さい範囲が、空気圧縮装置１を正常状態と判定する正常領域となる。一方、この正常領域以外が空気圧縮装置１を異常状態と判定する異常領域となる。
【００３２】
なお、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒに加えて、高調波信号Ｓhの値が所定の起動時電流閾値を超えたときにも、異常状態と判定する構成にしてもよい。また、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの両方で異常状態を判定しなかった場合でも、定常時に至るまでの経過時間と、基本波信号Ｓfの減少率と、高調波信号Ｓhの減少率とを演算し、これら３つの演算値が所定の範囲に入らない場合にも、異常状態と判定してもよい。
【００３３】
一方、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、電動モータ２は定常時であるので、ステップ５に移って定常時異常判定処理を行う。具体的には、図３に示すように、基本波信号Ｓfが定常時最大電流閾値Ｉb以上である場合に、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、定常時最大電流閾値Ｉbは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で定常時に発生する最大電流を超える値として、例えば定格電流よりも２０〜８０％程度大きな値に設定されている。
【００３４】
また、基本波信号Ｓfが定常時最小電流閾値Ｉc以下である場合に、負荷の異常喪失が生じた異常状態と判定する。このとき、定常時最小電流閾値Ｉcは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で定常時に発生する最小電流よりも小さい値として、例えば定格電流よりも３０〜６０％程度小さい値に設定されている。なお、定常時最大電流閾値Ｉbは、定常時最小電流閾値Ｉcよりも大きく、起動時電流閾値Ｉaよりも小さい。このため、これらの閾値Ｉa，Ｉb，Ｉcには、以下の数２の式に示す関係がある。
【００３５】
【数２】
【００３６】
さらに、基本波信号Ｓfが閾値Ｉbよりも小さく、閾値Ｉcよりも大きいときでも、信号比Ｒが定常時比率閾値Ｒb以上である場合には、過負荷が生じた異常状態と判定する。このとき、定常時比率閾値Ｒbは、電動モータ２および圧縮機本体３が正常な状態で定常時に発生する信号比Ｒの最高値を超える値に設定されている。なお、定常時比率閾値Ｒbは、起動時比率閾値Ｒaよりも小さく、以下の数３の式に示す関係がある。そして、閾値Ｉb，Ｉc，Ｒbは、例えば実験的に得られる値である。そして、以上の判定基準によって異常と判定されない場合には、正常と判定する。
【００３７】
【数３】
【００３８】
この結果、図５に示すように、電動モータ２の定常時には、基本波信号Ｓfが閾値Ｉbと閾値Ｉcの間の範囲内で、かつ信号比Ｒが定常時比率閾値Ｒbよりも小さい範囲が、空気圧縮装置１を正常状態と判定する正常領域となる。一方、この正常領域以外が空気圧縮装置１を異常状態と判定する異常領域となる。
【００３９】
ステップ４，５の処理が終了すると、ステップ６に移行して異常があるか否かを判定する。そして、ステップ４，５のいずれかで異常と判定されたときには、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ７に移行する。ステップ７では、制御装置１２は、リレー１５を用いて電磁開閉器５をＯＦＦに切り換える。これにより、電動モータ２および圧縮機本体３は停止する。
【００４０】
一方、ステップ４，５のいずれでも正常と判定されたときには、ステップ６で「ＮＯ」と判定し、ステップ８に移行する。ステップ８では、制御装置１２は、リレー１５を用いて電磁開閉器５をＯＮにし、電動モータ２および圧縮機本体３の駆動を継続する。そして、ステップ７，８が終了すると、ステップ９に移行してリターンする。
【００４１】
本実施の形態による空気圧縮装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、図１ないし図８を参照しつつ、その異常検出動作について説明する。
【００４２】
まず、空気圧縮装置１の電源供給線４を電源ＰＳに接続した状態で、電源スイッチ（図示せず）をＯＮにすると、電磁開閉器５がＯＮに切り換わる。これにより、電動モータ２に駆動して、圧縮機本体３が圧縮運転を開始する。
【００４３】
ここで、電動モータ２の電流は通常正弦波となる。しかし、空気圧縮装置１の場合には、タンク６の圧力や温度、運転モード（ロード運転／アンロード運転）等の負荷が変動したときには、電流値の変化だけでなく、電流波形に歪みが生じ、通常の正弦波を基本波としたｎ次の高調波電流が重畳される。圧縮機本体３の摺動抵抗の増加や、圧縮機本体３の機能消失や連結機構部の異常により電動モータ２のロック等の機構的な異常が発生したときにも、このような高調波電流の重畳が発生する。このため、高調波に基づいて空気圧縮装置１の異常を検出することが可能である。
【００４４】
但し、空気圧縮装置１が正常な場合でも、電動モータ２の起動時には、高調波電流の重畳が発生する。このとき、電動モータ２の起動時には、図６および図７に示すように、基本波信号Ｓfも定常時の数倍の値になると共に、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの信号比Ｒも増加する。そして、電動モータ２が定常時に移行するに従って、基本波信号Ｓfは定格電流付近の値で安定すると共に、高調波信号Ｓhが減少して信号比Ｒも低下する。また、空気圧縮装置１が正常な場合でも、タンク６の圧力等に応じて圧縮機本体３に作用する負荷が変動するから、基本波信号Ｓfや信号比Ｒは所定の範囲内で変動する。
【００４５】
図３に示すように、基本波信号Ｓfの大きさを横軸にし、信号比Ｒの大きさを縦軸にした場合、空気圧縮装置１が正常なときに基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒが変動する範囲（変動領域）は、起動時には基本波信号Ｓfと信号比Ｒがいずれも大きな右上の範囲になり、定常時には基本波信号Ｓfと信号比Ｒが減少して中央下側の範囲に移動する。
【００４６】
以上の点を考慮して、本実施の形態による制御装置１２は、基本波信号Ｓfを用いて起動時か定常時かを判定すると共に、起動時と定常時で、基本波信号Ｓfと信号比Ｒを用いて正常か否かを判定するときの基準を変更している。このとき、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、空気圧縮装置１が正常なときの変動領域を許容できる値に設定される。
【００４７】
そして、図４に示すように、起動時には基本波信号Ｓfが起動時電流閾値Ｉa以上となるときに異常と判定する。これに対し、図５に示すように、定常時には基本波信号Ｓfが起動時電流閾値Ｉaよりも小さい定常時最大電流閾値Ｉb以上となるときに異常と判定すると共に、基本波信号Ｓfが定常時最大電流閾値Ｉbよりも小さい定常時最小電流閾値Ｉc以下となるときにも異常と判定する。
【００４８】
また、起動時には、図４に示すように、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒa以上となるときに異常と判定する。これに対し、図５に示すように、定常時には信号比Ｒが起動時比率閾値Ｒaよりも小さい定常時比率閾値Ｒb以上となるときに異常と判定する。
【００４９】
これにより、起動時と定常時で異なる基準に基づいて異常を判定するから、例えば定常時の判定基準だけを用いた場合に比べて、起動時に誤って異常を検出することがなくなる。また、起動時であっても異常を検出することができるから、定常時に移行する前に空気圧縮装置１を停止させることができ、損傷の増大等を防ぐことができる。
【００５０】
かくして、本実施の形態によれば、制御装置１２は電流センサ１１によって検出された電流検出信号Ｓiの電源周波数に応じた基本波信号Ｓfと、基本波信号Ｓfに対する高調波信号Ｓhの信号比Ｒに基づいて、空気圧縮装置１が異常か否かを判定することができるから、電動モータ２や圧縮機本体３に異常があると判定した場合には、空気圧縮装置１の運転を速やかに停止することができる。このとき、電流センサ１１、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４のような簡易な回路構成で空気圧縮装置１の異常判定を行うことができるから、例えば多量のデータを扱う演算装置が不要となり、低廉な監視装置２１を提供することができる。このため、例えばインバータ等を用いることなく、電源ＰＳからの電力をそのまま電動モータ２に供給するような安価な空気圧縮装置１に対しても、監視装置２１を適用することができる。
【００５１】
また、電動モータ２や圧縮機本体３等の構造変更や改修が殆ど要らないため、既存の圧縮装置に対しても本実施の形態による監視装置２１を容易に追加することができる。
【００５２】
さらに、監視装置２１は電動モータ２の電流検出信号Ｓiを用いて空気圧縮装置１の異常を検出するから、音や振動等を用いて異常判定した場合に比べて、外乱ノイズの影響を受け難い。これに加え、電動モータ２の電流値という比較的周波数の低い、ノイズの影響を受け難い電気信号を用いて異常を検出するから、高速フーリエ変換のような高速な演算処理を必要とせず、監視装置２１の構成も簡単にできるため、監視装置２１を小型化することができ、多様な圧縮装置に搭載することができる。
【００５３】
次に、図９および図１０は第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、電源品質が変わったときに異常判定用の閾値を変更する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５４】
３１は第２の実施の形態による空気圧縮装置を示し、該空気圧縮装置３１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１と同様に、電動モータ２、圧縮機本体３、電磁開閉器５、制御装置１２等によって構成されている。
【００５５】
監視装置３２は、第１の実施の形態による監視装置２１とほぼ同様に構成されている。このため、監視装置３２の制御装置１２は、第１の実施の形態と同様に、図２に示す異常検出処理を実行する。
【００５６】
但し、制御装置１２は、起動時における基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの経年劣化による変化分ΔＳf1，ΔＲ1と、定常時における基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの経年劣化による変化分ΔＳf2，ΔＲ2とを計測し、これらを記憶装置１４に記憶する。これらの変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2は、例えば基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を用いて計測する。
【００５７】
具体的には、空気圧縮装置３１を最初に起動したときに、起動時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf10，Ｒ10としてそれぞれ計測すると共に、定常時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf20，Ｒ20としてそれぞれ計測し、これらの初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20を記憶する。その後、空気圧縮装置３１を起動する毎に、起動時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値Ｓf11，Ｒ11および定常時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値Ｓf21，Ｒ21を計測する。そして、以下の数４の式に示すように、これらの平均値Ｓf11，Ｒ11，Ｓf21，Ｒ21と初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20との差によって変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を計測する。
【００５８】
【数４】
【００５９】
また、制御装置１２には外部操作スイッチ３３が接続されている。この外部操作スイッチ３３は、空気圧縮装置３１の使用を最初に開始するとき、または異なる電源ＰＳに接続したときに、利用者が操作するものである。そして、利用者が外部操作スイッチ３３を操作すると、制御装置１２は、後述の閾値変更処理を実行し、新たに計測した初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20および記憶装置１４に記憶した変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2に基づいて、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを変更する。
【００６０】
なお、初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20は、外部操作スイッチ３３が操作されたときに更新される。一方、変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2は、外部操作スイッチ３３が操作されてもそのまま保持され、新たな初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20に対する変化分が加算される。変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2は、初期値はいずれも零であり、例えば空気圧縮装置３１のメンテナンス等を行ったときにリセットされて零に戻る。
【００６１】
次に、監視装置３２による閾値変更処理について図１０を参照しつつ説明する。
【００６２】
まず、空気圧縮装置３１を移動して異なる電源ＰＳに接続し、利用者が外部操作スイッチ３３を操作すると、閾値変更処理が動作する。そして、ステップ１１では、電磁開閉器５をＯＮに切り換えて、起動時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf10，Ｒ10としてそれぞれ計測すると共に、定常時の基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値を初期平均値Ｓf20，Ｒ20としてそれぞれ計測し、これらの初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20を記憶する。
【００６３】
続くステップ１２では、起動時の初期平均値Ｓf10，Ｒ10に基づいて、起動時における初期値の閾値Ｉa0，Ｒa0を演算する。具体的には、起動時における初期値の閾値Ｉa0，Ｒa0は、初期平均値Ｓf10，Ｒ10よりも所定の比率や余裕分となる所定値だけ大きな値に設定される。なお、所定の比率や余裕分は、空気圧縮装置３１が正常な状態での起動時の変動領域を考慮して決定される。
【００６４】
また、定常時の初期平均値Ｓf20，Ｒ20に基づいて、定常時における初期値の閾値Ｉb0，Ｉc0，Ｒb0を演算する。具体的には、定常時における初期値の閾値Ｉb0，Ｒb0は、初期平均値Ｓf20，Ｒ20よりも所定の比率や余裕分となる所定値だけ大きな値に設定され、定常時における初期値の閾値Ｉc0は、初期平均値Ｓf20よりも所定の比率や余裕分となる所定値だけ小さな値に設定される。なお、所定の比率や余裕分は、空気圧縮装置３１が正常な状態での定常時の変動領域を考慮して決定される。
【００６５】
これにより、初期値の閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0は、新たな電源ＰＳの品質に応じた値になる。即ち、新たな電源ＰＳの電圧が以前のものに比べて高くなると、閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を全体的に高い値にシフトし、新たな電源ＰＳの電圧が以前のものに比べて低くなると、閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を全体的に低い値にシフトする。
【００６６】
次に、ステップ１３では、記憶装置１４に記憶された変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を読み込む。続くステップ１４では、変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2に基づいて、初期値の閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0から新たな異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを演算する。具体的には、以下の数５の式に示すように、起動時電流閾値Ｉaは初期値の閾値Ｉa0よりも変化分ΔＳf1だけ小さくし、起動時比率閾値Ｒaは初期値の閾値Ｒa0よりも変化分ΔＲ1だけ小さくする。
【００６７】
【数５】
【００６８】
また、以下の数６の式に示すように、定常時最大電流閾値Ｉbおよび定常時最小電流閾値Ｉcはいずれも初期値の閾値Ｉb0，Ｉc0よりも変化分ΔＳf2だけ小さくし、定常時比率閾値Ｒbは初期値の閾値Ｒb0よりも変化分ΔＲ2だけ小さくする。
【００６９】
【数６】
【００７０】
これにより、閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、経年劣化に基づく変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を考慮した値になる。ステップ１４が終了すると、ステップ１５に移ってリターンする。
【００７１】
かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第２の実施の形態では、例えば空気圧縮装置３１の使用途中で異なる電源ＰＳに接続した場合でも、電源品質の変化や以前の電源ＰＳで使用したときの経年劣化を考慮して異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbに演算する。このため、電源品質の変化や経年劣化を考慮して異常か否かを判定することができ、これらに基づく誤検出等を防止することができる。
【００７２】
具体的に説明すると、電源ＰＳを変更したときには、空気圧縮装置３１に供給される電圧や電流等の電源品質が変わる場合がある。例えば空気圧縮装置３１に供給される電圧や電流が上昇したときには、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒも全体的に上昇し、空気圧縮装置３１が正常であっても、異常であると誤検出される可能性がある。一方、空気圧縮装置３１に供給される電圧や電流が低下したときには、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒも全体的に低下するから、空気圧縮装置３１に異常があっても、正常であると誤検出される可能性がある。
【００７３】
本実施の形態では、このような電源品質の変化を考慮して、電源ＰＳが変わる度に異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを設定し直す。しかし、単に電源品質だけに基づいて閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを設定した場合には、以前の電源ＰＳで発生した経年劣化分は電源ＰＳの変更に伴ってリセットされてしまう。そこで、図１２に示すように、閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを設定し直すときには、最初に電源品質だけに基づいた初期値の閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を演算し、その後これらの閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0を基本として経年劣化による変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を考慮して閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを演算する。
【００７４】
例えば空気圧縮装置３１を長期間に亘って使用したときには、空気圧縮装置３１の部品に磨耗等が生じる。このとき、図１１に示すように、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値Ｓf11，Ｒ11，Ｓf21，Ｒ21は初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20に比べて閾値Ｉa，Ｒa，Ｉb，Ｒbに近付くことがある。このため、本実施の形態では、このような経年劣化を考慮して、電源品質に基づく閾値Ｉa0，Ｉb0，Ｉc0，Ｒa0，Ｒb0から経年劣化による変化分ΔＳf1，ΔＲ1，ΔＳf2，ΔＲ2を減算して、新たな閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを演算する。これにより、電源品質の変化と経年劣化の両方を考慮して異常か否かを判定することができ、これらに基づく誤検出等を防止することができる。
【００７５】
なお、第２の実施の形態では、外部操作スイッチ３３を操作したときに、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを再設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば制御装置１２に対する外部通信による入力に基づいて閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを再設定してもよく、前回の電源供給時に比べて定常時における基本波信号Ｓfの平均値Ｓf21の変化量と信号比Ｒの平均値Ｒ21の変化量とのうち少なくともいずれか一方が所定値以上となったときに、制御装置１２によって電源品質が変更されたものと判定し、自動的に閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbを再設定する構成としてもよい。
【００７６】
次に、図１３は第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、電流検出信号に基づく異常検出と振動検出信号に基づく異常検出とを組み合わせる構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７７】
４１は第３の実施の形態による空気圧縮装置を示し、該空気圧縮装置４１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１と同様に、電動モータ２、圧縮機本体３、電磁開閉器５、制御装置１２等によって構成されている。また、制御装置１２には、圧縮機本体３の振動を検出する振動検出手段としての振動検出器４２が接続されている。この振動検出器４２は、例えば圧電素子等によって構成され、圧縮機本体３に取付けられている。そして、振動検出器４２は、圧縮機本体３の振動に応じた振動検出信号Ｓvを出力する。
【００７８】
監視装置４３は、第１の実施の形態による監視装置２１とほぼ同様に、制御装置１２、記憶装置１４、リレー１５、整流回路２２、基本波検出回路２３および高調波検出回路２４を備える。これに加えて、監視装置４３は、振動検出回路４４を備える。
【００７９】
この振動検出回路４４は、振動検出器４２からの振動検出信号Ｓvを増幅する増幅器４４Ａと、増幅器４４Ａから出力された信号から不要な信号成分を除去するフィルタ４４Ｂと、フィルタ４４Ｂから出力された信号の包絡線検波を行う包絡線検波回路４４Ｃとによって構成されている。この包絡線検波回路４４Ｃの出力側は、Ａ／Ｄ変換器１３を介して制御装置１２に接続されている。これにより、制御装置１２は、記憶装置１４に格納されたプログラムを実行し、例えば特開２００６−９７６５４号公報に記載されたものと同様に、振動検出信号Ｓvに基づいて空気圧縮装置４１の異常を検出する。そして、制御装置１２は、電流検出信号Ｓiに基づいて異常を検出したとき、または振動検出信号Ｓvに基づいて異常を検出したときに、リレー１５を用いて電磁開閉器５をＯＦＦに切り換えて、空気圧縮装置４１を停止する。
【００８０】
かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。第３の実施の形態では、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出と振動検出信号Ｓvに基づく異常検出とを組み合わせたから、例えば電流センサ１１、基本波検出回路２３、高調波検出回路２４のいずれかに故障が生じ、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出ができない場合であっても、振動検出信号Ｓvに基づいて異常検出を行うことができ、軽度の故障が生じた段階で空気圧縮装置４１を停止することができる。
【００８１】
また、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出と振動検出信号Ｓvに基づく異常検出とは相関関係がある。即ち、相互の検出結果が異なるときには、いずれか一方の異常検出に故障が生じている可能性がある。このため、２つの検出結果を比較することによって、電流検出信号Ｓiに基づく異常検出と振動検出信号Ｓvに基づく異常検出とを相互に確認することができ、例えば２つの検出結果が相違したときには、表示装置１６を用いて監視装置４３等の故障を利用者に報知することができる。
【００８２】
なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様な監視装置４３に適用した場合について説明したが、第２の実施の形態と同様な監視装置に適用する構成としてもよい。
【００８３】
また、第１の実施の形態では、異常判定用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbは、予め記憶装置１４に格納されているものとしたが、第２の実施の形態と同様に、空気圧縮装置１を最初に駆動したときに、基本波信号Ｓfおよび信号比Ｒの平均値（初期平均値Ｓf10，Ｒ10，Ｓf20，Ｒ20）をそれぞれ計測し、これらの平均値に基づいて設定してもよい。
【００８４】
また、前記第１の実施の形態では、異常が検出された場合に、監視装置２１は、電磁開閉器５をＯＦＦにし、電動モータ２および圧縮機本体３を停止させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば監視装置２１は、異常を検出した場合でも、電磁開閉器５を操作せずに、表示装置１６を用いて空気圧縮装置１に異常が生じたことを利用者に報知する構成としてもよい。また、図１４に示す第１の変形例のように、停止用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｒa，Ｒbに加えて警告表示用の閾値ＩaA，ＩbA，ＩcA，ＲaA，ＲbAを用意し、正常領域と停止領域の間に警告領域を設ける構成としてもよい。この場合、停止用の閾値Ｉa，Ｉb，Ｒa，Ｒbは、警告表示用の閾値ＩaA，ＩbA，ＲaA，ＲbAよりも大きい値に設定し、停止用の閾値Ｉcは、警告表示用の閾値ＩcAよりも小さい値に設定するものである。この構成は、第２，第３の実施の形態にも適用することができる。
【００８５】
また、前記第１の実施の形態では、信号比Ｒの閾値Ｒa，Ｒbは基本波信号Ｓfに拘らず一定値であるものとしたが、例えば図１５に示す第２の変形例にように、信号比Ｒの閾値Ｒa′，Ｒb′は、基本波信号Ｓfが増加するに従って大きくなる構成としてもよい。この構成は、第２，第３の実施の形態にも適用することができる。
【００８６】
また、前記各実施の形態では、整流回路２２は全波整流回路を用いて構成したが、正の電流信号のみで異常の判定ができる場合には、半波整流回路等を用いる構成としてもよい。
【００８７】
また、前記各実施の形態では、高調波検出回路２４は、ＨＰＦ２４Ａを用いることによって、基本波よりも高周波側の全ての高調波の振幅を検出する構成とした。しかし、高調波は一般的に低次の高調波の振幅が大きく、高次の高調波の振幅は非常に小さい。高調波の検出帯域を広くすると、ノイズ等の外乱による誤検出が生じる場合や、検出精度が低下する場合がある。このため、高調波検出回路は、高域通過フィルタに代えて、振幅が大きくなる高調波（例えば３次、５次、７次の高調波）のみを抽出する帯域通過フィルタを用いる構成としてもよい。
【００８８】
また、前記各実施の形態では、駆動手段として電動モータ２を例に挙げて説明したが、例えば電動モータ２と圧縮機本体３とを連結するプーリや連結ベルトを設けた場合には、電動モータ２と共にプーリ、連結ベルト等を含めて駆動手段と構成してもよい。
【００８９】
また、前記各実施の形態では、圧縮機本体３（電動モータ２）を駆動して圧縮運転を起動し、圧縮機本体３を停止して圧縮運転を停止する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばレシプロ型等でアンロード運転が可能な圧縮機においては、ロード運転を行って圧縮運転を起動し、アンロード運転を行って圧縮運転を停止する構成としてもよい。
【００９０】
さらに、前記各実施の形態では、気体圧縮装置として空気圧縮装置１，３１，４１を例に挙げて説明したが、例えば窒素等の他の気体を圧縮する圧縮装置にも広く適用できるものである。
【００９１】
以上の各実施の形態で述べたように、請求項１の発明によれば、制御装置は、基本波検出手段の処理結果と高調波検出手段の処理結果とに基づいて、気体圧縮装置の異常を監視する。このため、基本波の電流信号に基づいて気体圧縮装置の異常を検出することができるのに加え、基本波の電流信号と高調波の電流信号との信号比に基づいて気体圧縮装置の異常を検出することができる。この結果、例えば多量のデータを扱う演算装置が不要となり、低廉な装置を用いて気体圧縮装置の異常を検出することができる。
【００９２】
また、圧縮機本体や駆動手段の構造変更や改修が殆ど要らないため、既存の気体圧縮装置に対しても容易に適用することができる。さらに、電流検出手段によって検出した電流の信号を用いて気体圧縮装置の異常を検出するから、音や振動等を用いて異常判定した場合に比べて、外乱ノイズの影響を受け難い。これに加え、駆動手段の電流値という比較的周波数の低い、ノイズの影響を受け難い電気信号を用いて異常を検出するから、高速フーリエ変換のような高速な演算処理を必要としない。このため、異常検出用の構成を簡略化および小型化することができ、多様な気体圧縮装置に搭載することができる。
【００９３】
請求項２の発明によれば、基本波検出手段による基本波の振幅と高調波検出手段による高調波の振幅との比率を信号比として演算し、この信号比に基づいて気体圧縮装置の異常を検出する。例えば基本波や高調波の振幅だけに基づいて気体圧縮装置の異常を検出した場合には、電源品質の変更に伴って基本波の振幅や高調波の振幅が変化したときに、誤検出が生じる可能性がある。これに対し、本発明では、信号比に基づいて気体圧縮装置の異常を検出するから、電源品質が変化したときでも、信号比の変化を抑えることができ、誤検出を抑制することができる。
【００９４】
請求項３の発明によれば、異常を判断するための閾値は基本波検出手段の演算結果によって切り換えるから、例えば駆動手段の起動時と定常時のように、基本波の電流信号が大きく異なる場合でも、それぞれの場合に応じた閾値を用いて気体圧縮装置の異常を検出することができる。
【００９５】
請求項４の発明によれば、異常を判断するための閾値は駆動手段の起動時と定常値で切り換える。このため、駆動手段の起動時のように、基本波および高調波の電流信号が大きくなるときには、閾値を大きな値に設定することができる。一方、駆動手段の定常時のように、基本波および高調波の電流信号が小さい値で安定するときには、閾値を小さな値に設定することができる。これにより、駆動手段の起動時と定常時のいずれでも気体圧縮装置の異常を検出することができるから、例えば駆動手段の起動時に異常を検出したときには、定常時への移行を待たずに気体圧縮装置を速やかに停止することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，３１，４１ 空気圧縮装置（気体圧縮装置）
２ 電動モータ（駆動手段）
３ 圧縮機本体
１１ 電流センサ（電流検出手段）
１２ 制御装置
２１，３２，４３ 監視装置
２３ 基本波検出回路（基本波検出手段）
２４ 高調波検出回路（高調波検出手段）
４２ 振動検出器
４４ 振動検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する駆動手段と、該駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された電流の信号により前記圧縮機本体を制御する制御装置とを備えた気体圧縮装置において、
前記電流検出手段により検出された電流の信号に基づいて、基本波の電流信号を検出する基本波検出手段と、高調波の電流信号を検出する高調波検出手段とを設け、
前記制御装置は、前記基本波検出手段の処理結果と前記高調波検出手段の処理結果とに基づいて、当該気体圧縮装置の異常を監視することを特徴とする気体圧縮装置。
【請求項２】
前記基本波検出手段は、前記基本波の振幅を演算し、
前記高調波検出手段は、前記高調波の振幅を演算し、
前記制御装置は、前記基本波検出手段の演算結果と前記高調波検出手段の演算結果との信号比を演算し、
該信号比が、前記基本波検出手段の演算結果における予め定められた閾値を超えたときに当該気体圧縮装置の異常を判断する構成としてなる請求項１に記載の気体圧縮装置。
【請求項３】
前記閾値は前記基本波検出手段の演算結果によって切り換える構成としてなる請求項２に記載の気体圧縮装置。
【請求項４】
前記閾値は、前記駆動手段を起動する起動時と前記駆動手段が通常状態で運転している定常時とで切り換える構成としてなる請求項３に記載の気体圧縮装置。
【請求項１】
気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する駆動手段と、該駆動手段の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された電流の信号により前記圧縮機本体を制御する制御装置とを備えた気体圧縮装置において、
前記電流検出手段により検出された電流の信号に基づいて、基本波の電流信号を検出する基本波検出手段と、高調波の電流信号を検出する高調波検出手段とを設け、
前記制御装置は、前記基本波検出手段の処理結果と前記高調波検出手段の処理結果とに基づいて、当該気体圧縮装置の異常を監視することを特徴とする気体圧縮装置。
【請求項２】
前記基本波検出手段は、前記基本波の振幅を演算し、
前記高調波検出手段は、前記高調波の振幅を演算し、
前記制御装置は、前記基本波検出手段の演算結果と前記高調波検出手段の演算結果との信号比を演算し、
該信号比が、前記基本波検出手段の演算結果における予め定められた閾値を超えたときに当該気体圧縮装置の異常を判断する構成としてなる請求項１に記載の気体圧縮装置。
【請求項３】
前記閾値は前記基本波検出手段の演算結果によって切り換える構成としてなる請求項２に記載の気体圧縮装置。
【請求項４】
前記閾値は、前記駆動手段を起動する起動時と前記駆動手段が通常状態で運転している定常時とで切り換える構成としてなる請求項３に記載の気体圧縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１１２５７（Ｐ２０１３−１１２５７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５９９５（Ｐ２０１１−１４５９９５）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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