JP6212061B2

JP6212061B2 - 工作機械の冷却ファンの回転低下を検出する装置

Info

Publication number: JP6212061B2
Application number: JP2015018582A
Authority: JP
Inventors: 嘉則星野; 泰生藤本
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2035-02-02
Also published as: JP2016140946A; US20160223576A1; CN105834828B; CN205363425U; DE102016101277B4; DE102016101277A1; US9753456B2; CN105834828A

Description

本発明は、工作機械の冷却ファンの回転数低下を検出する装置に関する。

モータや制御盤のように、工作機械が稼働中に発熱する箇所の冷却手段としてファンが広く採用されている。過熱は工作機械の故障を引き起こすため、ダウンタイムの短縮や予防保全の観点から、ファンは停止しないことが望まれる。

ファンが停止するモードは、ファンモータの巻線断線や地絡のような部品故障と、異物が羽に絡まるような機械的な拘束に大別される。発生頻度が最も高いのは後者に含まれる汚泥によるファンの固着である。工作機械周辺の雰囲気はオイルミストや粉塵などを含んでいるため、ファンが回転して雰囲気を吸い込むと、オイルミストや粉塵などが汚泥になってファンにこびりつき、ファンの回転を妨げる。汚泥が徐々に増えるにつれファンの回転数も低下してゆき、やがてファンは固着してしまう。

さらに、部品故障による停止モードでも、故障の第一の原因はオイルミストや粉塵による汚損であり、故障前に汚泥により回転数が低下している可能性が高い。また、ファンモータが三相モータの場合、一相だけ地絡や断線しても回転数は低下するものの回転し続け、汚損が進行し複数個所の故障が発生して停止に至る。

以上のことから、ファンは停止する前に回転数が低下する状態が発生する。この回転数が低下した状態を検知すれば、ファンの停止を未然に防ぐことが可能である。

ファンの回転数が低下した状態を検知する方法としては、ファンに回転数を検出するエンコーダを備え付ける方法が考えられる。しかし、エンコーダはファンと比較して高価である。さらに、エンコーダはファン近傍に設置する必要があるが、ファン近傍はファンが吸い込んだオイルミストや粉塵が集まるため、エンコーダは故障し易い。

これに対し、特許文献１に開示されるファンモータ付き制御装置のように、消費電流を監視することでファンの回転数を検知する方法がある。これはファンの回転が汚泥に妨げられると回転に必要なトルクは大きくなるため消費電流が増大することを利用し、消費電流を監視することで回転数低下を検知するものである。電流測定装置は安価かつファン近傍に設置する必要が無いため、前述したエンコーダによる回転数低下の検知方法の問題を解決できる。また、電流を監視するので地絡や断線も検知可能である。

特開平０３−１６９２０９号公報

しかしながら、ファンの消費電流は電源電圧によっても変化してしまう。特許文献１の技術のように、ファンの電源を工作機械内部の電源回路から供給していれば変動の可能性は低いが、電圧変動しやすい商用電源を直接ファンに供給する構成では、消費電流の変化が回転数低下によるものか、電源電圧の変動によるものかが判断できない問題がある。

そこで本発明の目的は、冷却ファンに印加される電源電圧の変動に関わらず、該冷却ファンの回転数低下を検知可能な工作機械を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、冷却ファンを備えた工作機械において、前記工作機械の状態を通知するユーザインタフェース部と、前記冷却ファンへの入力電流を測定する電流測定部と、前記工作機械への入力電源電圧を測定する電圧測定部と、前記入力電流および前記入力電源電圧毎の前記冷却ファンの回転数の低下率を記憶した記憶部と、前記電流測定部が測定した電流測定値と、前記電圧測定部が測定した電圧測定値とに基づいて、前記記憶部から記冷却ファンの回転数の低下率を推定し、推定した前記冷却ファンの回転数の低下率を前記ユーザインタフェース部に出力する回転数推定部と、を有することを特徴とする工作機械である。

本願の請求項２に係る発明は、冷却ファンにより機械を冷却する冷却装置において、前記冷却ファンへの入力電流を測定する電流測定部と、前記冷却ファンへの入力電源電圧を測定する電圧測定部と、前記入力電流および前記入力電源電圧毎の前記冷却ファンの回転数の低下率を記憶した記憶部と、前記電流測定部が測定した電流測定値と、前記電圧測定部が測定した電圧測定値とに基づいて、前記記憶部から記冷却ファンの回転数の低下率を推定し、推定した前記冷却ファンの回転数の低下率を出力する回転数推定部と、を有することを特徴とする冷却装置である。

本発明により、ファンの電源電圧が変動しても、ファンの消費電流から回転数低下を検知できる。

本発明の第１の実施形態における工作機械の要部ブロック図である。本発明の第１の実施形態における工作機械の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態における工作機械の要部ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
本発明では、工作機械に入力する電源が直接供給される冷却ファンを有している工作機械において、冷却ファンの電源電圧の変動と冷却ファンの消費電流を監視し、冷却ファンの回転低下を検知する工作機械を提供する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態における工作機械の要部ブロック図である。本実施の形態の工作機械１は、ユーザインタフェース部１１と、工作機械駆動部１２と、工作機械制御部１３と、冷却ファン１４と、電流測定部１５と、電圧測定部１６と、回転低下判断部２０を備えている。

ユーザインタフェース部１１は、ユーザからの操作を受け付けるキーやスイッチ、マウス、タッチパネルなどで構成された入力部と、加工情報や各測定情報などを提供するための液晶ディスプレイなどの表示部、ブザーなどにより警報を出力する音声出力部、光で情報を通知するランプなどから構成されている。ユーザはユーザインタフェース部を介して、工作機械制御部１３に対して入力部を介して各種指令を出すことができると共に、工作機械の情報を表示部を介して確認することができる。

工作機械制御部１３は、ユーザインタフェース部を介したユーザから加工指令を受け、又は、図示しないメモリから読み出した加工プログラム等に基づいて加工指令を生成し、当該加工指令に基づいて工作機械駆動部１２を制御し、結果として得られた加工情報をユーザインタフェース部１１へ出力する。

冷却ファン１４は、熱源である工作機械駆動部１２や工作機械制御部１３を冷却する役割を有し、電源２から工作機械１に入力された電圧が印加されている。
電流測定部１５は、冷却ファン１４の消費電流を測定し、また、電圧測定部１６は、冷却ファン１４に印加される電源２の電圧を測定する。

回転低下判断部２０は、冷却ファン１４の回転数が低下していない場合の消費電流の範囲を記憶している記憶部２１と、判断部２２を備えている。記憶部２１には、複数の電圧値Ｖ₁、Ｖ₂，Ｖ₃…が、例えば該電圧値の昇順にソートされて記憶されており、それぞれの電圧値に対して、該電圧値の電圧を印加した際に冷却ファン１４の回転数が低下していない時の消費電流の範囲が電流値の範囲（閾値）として関連付けられて記憶されている。なお、冷却ファン１４の回転数が低下していない場合の電圧と消費電流との関係については、あらかじめ実験などにより求めておけばよい。

記憶部２１は、電圧測定部１６が測定した測定電圧値に基づいて、関連付けらえている消費電流の範囲を選択し判断部２２に送信する。その際に、測定電圧値と一致する値が記憶されていない場合には、例えば、測定電圧値と最も近い電圧値と関連付けられている消費電流の範囲を選択するようにしてもよいし、記憶されている電圧値の内、測定電圧値を超えない最大の電圧値、または測定電圧値を下回らない最低の電圧値に関連付けられている消費電流の範囲を選択するようにしてもよい。また、記憶部２１に記憶されている、測定電圧値を超えない最大の電圧値、測定電圧値を下回らない最低の電圧値、およびそれぞれに関連付けられた消費電流の範囲とに基づいて、線形補間などの周知の数学的手法を用いて測定電圧値に対応する消費電流の範囲を算出するようにしてもよい。

判断部２２は記憶部２１から受信した消費電流の範囲と電流測定部が測定した電流値を比較し、電流値が範囲外であれば冷却ファンの回転数が低下したと判断し、ユーザインタフェース部１１に判断結果を送信する。

このような機能ブロックを備えた本実施の形態の工作機械１の動作を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず電圧測定部１６が電源の電圧値を測定し（ステップＳＡ０１）、次に記憶部２１が電圧値に関連付けられた消費電流の範囲を選択する（ステップＳＡ０２）。次に電流測定部１５が消費電流を測定する（ステップＳＡ０３）。最後に判断部２２が該消費電流の範囲と消費電流を比較し（ステップＳＡ０４）、消費電流が範囲外の場合に回転数が低下していると判断する（ステップＳＡ０５，０６）。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態においては、冷却ファンの回転数低下を二値的に判断する形態を説明したが、本実施形態においては、冷却ファンの回転数を正常時からどの程度低下しているかをユーザに知らせる例を示す。

図３は、本実施形態における工作機械の要部ブロック図である。本実施の形態の工作機械１は、第１の実施形態で説明した回転低下判断部２０に代えて回転数推定部３０を備えている。

回転数推定部３０は、冷却ファン１４の消費電流と電源電圧に関する冷却ファン１４の回転数の低下率を記憶している記憶部３１を備えている。記憶部３１には、複数の電圧値Ｖ₁、Ｖ₂，Ｖ₃…と、複数の電流値Ｉ₁、Ｉ₂，Ｉ₃…が、例えば、それぞれ昇順にソートされて記憶されており、それぞれの電圧値、電流値の組み合わせに対して、冷却ファン１４に該電圧値の電圧が印加され、該電流値の電流が消費された時の、冷却ファン１４の回転数の低下率が関連付けられて記憶されている。なお、電圧と電流、冷却ファン１４の回転数の低下率の関係については、あらかじめ実験などにより求めておけばよい。

ここで、回転数の低下率とは、冷却ファン１４が汚損の影響を受けずに正常に回転している状態と比較して、どの程度回転数が低下しているかを示すもので、例えば１０％、２０％のように百分率で表す。記憶部３１は消費電流と電源電圧ごとに回転数の低下率を記憶しており、電流測定部１５から受信した測定電流値と電圧測定部１６から受信した測定電圧値に対応した低下率を選択し、ユーザインタフェース部１１に送信する。

なお、第１の実施の形態と同様に、電流測定部１５から受信した測定電流値と電圧測定部１６から受信した測定電圧値に対応した低下率を選択する際に、該測定電流値と該測定電圧値とに一致する値が記憶されていない場合には、例えば、測定電流値、測定電圧値それぞれに最も近い電流値、電圧値と関連付けられている低下率を選択するようにしてもよいし、記憶されている電流値、電圧値の内、それぞれの測定値を超えないそれぞれの最大値、またはそれぞれの測定値を下回らないそれぞれの最低値に関連付けられている低下率を選択するようにしてもよい。また、記憶部２１に記憶されている、それぞれの測定値を超えないそれぞれの最大値、それぞれの測定値を下回らないそれぞれの最低値、および該最大値、および該最低値のそれぞれに関連付けられた低下率とに基づいて、線形補間などの周知の数学的手法を用いて測定電流値、測定電圧値に対応する低下率を推定するようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態は工作機械が備えた冷却ファンの回転数低下を検知する構成として説明したが、一般的な機械に取付けられている冷却ファンに適用することも可能である。また、冷却ファン１４、電流測定部１５、電圧測定部１６、回転低下判断部２０などを、一つのユニットとして構成するようにしてもよい。

１工作機械
２電源
１１ユーザインタフェース部
１２工作機械駆動部
１３工作機械制御部
１４冷却ファン
１５電流測定部
１６電圧測定部
２０回転低下判断部
２１記憶部
２２判断部
３０回転数推定部
３１記憶部

Claims

冷却ファンを備えた工作機械において、
前記工作機械の状態を通知するユーザインタフェース部と、
前記冷却ファンへの入力電流を測定する電流測定部と、
前記工作機械への入力電源電圧を測定する電圧測定部と、
前記入力電流および前記入力電源電圧毎の前記冷却ファンの回転数の低下率を記憶した記憶部と、
前記電流測定部が測定した電流測定値と、前記電圧測定部が測定した電圧測定値とに基づいて、前記記憶部から記冷却ファンの回転数の低下率を推定し、推定した前記冷却ファンの回転数の低下率を前記ユーザインタフェース部に出力する回転数推定部と、
を有することを特徴とする工作機械。
冷却ファンにより機械を冷却する冷却装置において、
前記冷却ファンへの入力電流を測定する電流測定部と、
前記冷却ファンへの入力電源電圧を測定する電圧測定部と、
前記入力電流および前記入力電源電圧毎の前記冷却ファンの回転数の低下率を記憶した記憶部と、
前記電流測定部が測定した電流測定値と、前記電圧測定部が測定した電圧測定値とに基づいて、前記記憶部から記冷却ファンの回転数の低下率を推定し、推定した前記冷却ファンの回転数の低下率を出力する回転数推定部と、
を有することを特徴とする冷却装置。