電流解析：代表的なモーター状態監視方法を解説

2023年8月22日

モーターの状態を監視する方法として電流解析ってあるね！

振動、電流、電圧解析があるけどその1つ電流解析の特長を解説するね！

この記事でわかること

モータ状態監視の必要性
モーター状態監視方法：電流解析の特長

モーター状態監視の必要性

金属ワークを切削するマシニングセンタや、駆動軸に円筒刃物を取り付けて金属ワークを切断する切断機の場合、エンドミルや刃物を回転させるためにモーターやインバータなどが使われています。
例えば、エンドミルが摩耗したり、円筒刃物が歯飛びすると加工面が荒くなったりNG品を生産してしまいます。そのため、エンドミルや円筒刃物を回転させているモーターの電流や電圧を解析したり、加工付近に振動センサを取り付けて振動を解析し、異常を検知することでNG品が生産されるのを防ぎます。通常、NG品は加工工程後の後工程で発見されることが多く、その場合、どのロットからNG品となっていたか確認する作業がかなり膨大になります。モーターの電流／電圧や振動データからモーターの状態を監視することで、NG品が生産されたことを工程内ですぐに発見することが必要なのです。

電流解析

電流解析の基本原理と仕組み

設備保全における電流解析は、機械や設備の健全性を監視し、潜在的な故障や異常を検出することができます。モーターの軸受けが劣化したり異物が混入したりすると、モーターに掛かる負荷が変わり、モーター電流の挙動が変化します。この挙動の変化は大変微小なもので、電流の波形を見ただけでは差異は発見できません。この微小な電流変化を捉え解析することで、アンバランスやミスアライメントなどの回転軸異常や過負荷などの負荷異常を検知することができます。

電流解析に使用するセンサ

電流解析に使用するセンサとしてCTセンサがあります。CTはカレントトランスの略です。CTセンサは非接触式で交流電流を測定することのできる電流センサです。リング状のコアに電力ケーブルを通して、コアに巻かれた2次巻き線への誘起電圧を測定し、交流電流値を検出します。交流電流値に比例した微小電流信号を出力します。
CTセンサの特徴は以下のようなものがあります。

非接触で測定可能
電力損失が小さい
磁場検出型のCTセンサは、導体を非接触で測定するため、導体自体に物理的な接点や接続が必要ありません。従って、電流が導体内を通る際に生じる伝導損失や接触抵抗が発生しにくいです。

CTセンサの取り付け方法

磁場検出型のCTセンサの場合、配線やケーブルに「挟む」だけで取り付けが可能です。

正常電流値と異常電流値の判定方法

振動の周波数解析(FFT)

まずCTセンサで得られた電流データを周波数解析します。電流データの周波数解析は、電流波形の主要な周波数成分を決定することを目的としています。これは、FFT (Fast Fourier Transform) やピーク検出などのアルゴリズムを使用して行われます。周波数解析の結果から、異常電流値の起因となる原因を特定することができます。