－旧来システムの電池レス化を目指して－

－旧来システムの電池レス化を目指して－

– Towards Battery-Free Conversion of Conventional Systems –

旭化成エンジニアリングは回転機器に振動センサを取り付けることで、設備の状態監視ができる無線ネットワーク型の振動診断システムを提供しています。現在、このシステムは専用電池　（標準使用時：寿命４年）で稼働しており、電池寿命管理や交換作業が必要になっています。このシステムの電池レス化を目指し、「振動発電」と「振動計測」を統合した試作機の開発と性能検証に取り組みました。
金沢大学は旭化成エンジニアリングと共同で、振動発電による振動計測システムを開発しました。回転機には常時、一定の周波数の振動が発生しており、この振動をV-GENERATOR(タイプM)で電力に変換しシステムの電源としました。写真1左がそのシステムの構成で、子機には状態監視用の加速度センサが接続されおり、発電ユニット(写真1右)からの電力で子機に内蔵された二次電池を充電します。実際、これを旭化成エンジニアリングの工場設備の駆動モータ（容量3.7kW、回転数3600rpm、写真2）に設置し、デバイスの固有振動数をモータの振動周波数に合わせることで、電池並みの電力を発生させました。これにより設備の振動診断に必要な周波数帯域の加速度波形データを一定時間計測し、定期的に無線送信する技術を完成させました。具体的には、約１日に１回、図1の波形データを無線送信し、20m離れた親機で受信することに成功しました。このシステムについては2021年12月から実験室及びフィールドでの動作検証を実施中です。このシステムの開発においては横山商会にご協力頂きました。

Asahi Kasei Engineering offers a wireless network-based vibration diagnostic system that enables condition monitoring of rotating machinery by attaching vibration sensors. Currently, this system operates using dedicated batteries (with a standard lifespan of 4 years), requiring battery life management and replacement. To achieve battery-free operation of this system, we have undertaken the development and performance verification of a prototype that integrates vibration power generation and vibration measurement.

In collaboration with Kanazawa University, we have developed a vibration measurement system using vibration power generation. Rotating machinery generates constant-frequency vibrations, which are converted into electrical power by the V-GENERATOR (Type M) and used as the system’s power source. Photo 1 on the left illustrates the system configuration, where the subsidiary unit is equipped with an acceleration sensor for condition monitoring, and its secondary battery is charged using the generated power from the power generation unit (Photo 1 on the right). In practice, we installed this system on Asahi Kasei Engineering’s factory equipment, specifically the driving motor (3.7 kW capacity, 3600 rpm rotation speed, Photo 2). By adjusting the device’s natural vibration frequency to match the motor’s vibration frequency, we successfully generated battery-like power. This enabled the measurement of acceleration waveform data within the required frequency range for equipment vibration diagnosis, which was transmitted wirelessly at regular intervals.

Specifically, we achieved successful wireless transmission of the waveform data shown in Figure 1 once per day, which was received by the parent unit located 20 meters away. Since December 2021, we have been conducting operational verification of this system in laboratory and field environments. We would like to express our gratitude to Yokoyama Shokai for their cooperation in the development of this system.

写真　1 左：システムの構成。発電ユニットからの給電のみで動作するシステムで、加速度センサ(ADXL1005)で波形を計測後、子機から親機へデータを送信する。右：発電ユニットの拡大図。V-GENERATOR (タイプM)がケーシングされ、これを回転機に固定する。

Photo 1:
Left: System configuration. The system operates solely on power supplied by the power generation unit. It measures waveforms using an accelerometer sensor (ADXL1005) and transmits data from the subsidiary unit to the parent unit.
Right: Enlarged view of the power generation unit. The V-GENERATOR (Type M) is enclosed in a casing and fixed to the rotating machinery.

写真2　システムを設置した様子

Photo 2: Installation of the system

図1 親機で受信した加速度の波形データ(サンプリング周波数20kHz)

Figure 1: Waveform data of received acceleration at the base station (Sampling frequency: 20kHz)