「振動診断があればESAは不要では？」という問いへの答え
設備診断の現場でESAを紹介すると、よく聞かれる質問があります。「すでに振動診断を導入しているのに、なぜ別の技術が必要なのか」というものです。
ESAと振動診断は、測定する信号と得意分野が異なるため、互いに補い合う診断手法です。導入を検討する際は、この違いを踏まえ、確認したい異常や現場の条件に応じて使い分けます。
機械工学と電気工学のアナロジー
振動診断とESAは、どちらも測定した信号を解析し、設備の状態を評価します。機械工学と電気工学のアナロジーは、両者が扱うエネルギーの関係を理解する手がかりになります。
機械系では、速度と力の積が仕事率（動力）を表します。一方、電気系では、電圧と電流の積が電力（仕事率）を表します。どちらも「単位時間あたりのエネルギー」という共通の物理概念です。この対応はエネルギーの収支を考えるうえで有用ですが、実機の振動応答と電気信号の挙動が、そのまま同じであることを意味しません。
モーターでは、エアギャップの電磁作用を介して電気と機械が結合しています。そのため、負荷側の状態変化が電流などに現れる場合や、電源・駆動制御の変化が機械の挙動に影響する場合があります。一方、FFTは離散時間信号を周波数成分へ変換する数学的手法であり、振動と電気の物理方程式が同型であることを前提にするものではありません。
何が同じで、何が違うか
共通点
両者に共通する最も重要な要素は、周波数解析（FFT解析）です。振動診断は加速度センサーで取得した振動波形をFFT処理します。一方、ESAは電流・電圧波形をFFT処理します。どちらも時間軸の信号を周波数軸のスペクトルに変換します。そして、特定の周波数成分の出現・成長を異常の指標として用います。
軸受の損傷周波数（BPFO・BPFI・BSF）、歯車の噛み合い周波数、アンバランスの回転周波数——これらの特徴周波数の理論式は両者で共通です。これらの理論式は、両手法で注目する周波数の候補を考える際に役立ちます。ただし、振動では直接成分や包絡線に、電気信号では変調成分や側帯波に現れるなど、観測される形と解釈は異なります。
相違点
しかし、測定対象と得意領域は明確に異なります。
振動診断は、機械の「構造的状態」の評価に強みを持ちます。取り付け不良・アンバランス・アライメント不良・共振・緩みなど、構造に起因する異常の検出に適しています。センサーを機械本体に取り付けるため、対象部位の近傍で直接的な情報を取得できます。
一方、ESAは機械の「電気的・電磁的な内部状態」の評価に強みを持ちます。回転子バー破損・固定子巻線劣化・電源品質異常・インバーター駆動に伴う電源波形のひずみなど、電気的に現れる異常の検出に適しています。また、制御盤に適切な測定点があれば、機械本体にセンサーを取り付けずにデータを取得できます。評価する範囲は、測定信号に状態変化が反映される部位と現象です。
インバーター駆動時の電食には、コモンモード電圧、接地・配線、寄生容量等が関与します。電流高調波だけで電食を確定せず、必要に応じて軸電圧・軸受電流の測定や点検を行います。参考：ABBの軸受電流解説
ESAで負荷側の評価が可能な理由——電磁気的結合の原理
「ESAは電気的異常しか見えない」という誤解が現場で散見されます。しかし、これは正確ではありません。
モーターのエアギャップは、機械系統の状態変化を電気信号に変換するセンサーとして機能します。例えば、軸受の損傷が発生すると、その影響は回転軸を通じてエアギャップの磁束変動として現れます。この変動が電源周波数への振幅変調として電流・電圧信号に重畳されます。
単純な振幅変調モデルでは、変調周波数をfₘとすると、電流スペクトルにf₀±fₘの側帯波が現れます。例えばBPFOまたはBPFIで変調するモデルでは、f₀±BPFO、f₀±BPFIになります。実機では変調機構、機械結合、速度・負荷、駆動制御により現れる成分が異なり、この式だけで損傷部位を確定することはできません。歯車やベルトについても、回転速度と形状から計算した特徴周波数を手がかりにします。ただし、信号への現れ方と観測しやすさを確認したうえで、関連する成分を評価します。
つまり、ESAは電気信号を入口としながら、接続された設備から電気信号に反映された特徴を評価します。評価可能な範囲を確認し、必要に応じて振動や油分析を組み合わせます。
統合診断が最大の診断効果を生む理由
以下の事例がこの補完関係を端的に示しています。
ある炉内ファンでトルク脈動と異常振動が発生し、振動診断でもその現象を確認しましたが、負荷側では原因を特定できませんでした。そこでESAで電圧信号を解析したところ、供給側のインバータに問題を示す波形が見つかり、パラメータ設定を再調整して改善しました。
振動診断のみでは「異常は確認できるが真因が特定できない」状態でした。一方、ESAが電気的な供給側の問題を可視化することで、初めて真因に到達できました。逆に、取り付け不良や構造的な共振が疑われる場合には、振動診断の方が直接的な情報を提供します。
単独手法では見えないものが、組み合わせによって見えるようになる——これが統合診断の本質的な価値です。
どちらを選ぶべきか——現場での判断基準
ESAと振動診断は排他的ではありません。予算と優先度に応じて段階的に組み合わせることで、単独手法では達成できない診断網羅性が実現します。
ESAが特に有効な場面
- センサーの取り付けが困難な設備（水中ポンプ・高温環境・高所設置など）
- 電気的異常（巻線劣化・回転子破損・インバータ問題）が疑われる場合
- 制御盤に集中している多台数の設備を効率よく診断したい場合
- 稼働を止められない重要設備の定期診断
振動診断が特に有効な場面
- 取り付け・アライメント・アンバランスなど構造系の問題が疑われる場合
- 構造的な共振の特定
- 精密な部位特定が必要な場合（センサー位置の選択により）
関連情報・ご相談
振動と電気の結果を照合する際は、それぞれの信号が生じる仕組みと、観測条件の違いを確認します。
