CN114514678A - 旋转电机和诊断装置 - Google Patents

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CN114514678A CN202080067205.5A CN202080067205A CN114514678A CN 114514678 A CN114514678 A CN 114514678A CN 202080067205 A CN202080067205 A CN 202080067205A CN 114514678 A CN114514678 A CN 114514678A
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Abstract

旋转电机的一个方式具有：轴承，其保持旋转轴并使该旋转轴能够旋转；壳体，其组装有上述轴承；转子，其固定于上述旋转轴而进行旋转；以及定子，其固定于上述壳体，上述定子具有：定子铁芯，其具有朝向上述转子突出并沿着上述旋转轴延伸的齿部；绕组，其卷绕于上述定子铁芯；以及多个磁检测元件，该多个磁检测元件在上述定子铁芯的、上述旋转轴所延伸的方向的端部沿该旋转轴的旋转方向相互分离地安装。

Description

旋转电机和诊断装置
技术领域
本发明涉及旋转电机和诊断装置。
背景技术
以往，已知有将电能转换为旋转能的马达和将旋转能转换为电能的发电机(以下，将它们一并称为旋转电机)。在旋转电机中，利用轴承支承旋转轴而保持旋转自如的状态，但若轴承产生损伤，则即使损伤较小，也有可能在之后扩大而导致旋转电机的故障。因此，还已知有检测轴承的损伤的技术。
例如，在专利文献1中提出了如下技术：当被提供由加速度拾取器测定出的轴承的振动数据时，计算该振动数据的代表值，根据从轴承的型号数据和PLC获取的旋转速度信息，从数据库读出对应的诊断阈值，并对所述代表值和诊断阈值进行比较，由此进行轴承的异常诊断。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-10415号公报
发明内容
发明要解决的课题
在检测轴承的损伤的现有技术中，检测由轴承的损伤引起的振动等，但作为轴承的损伤，磨损也是与旋转电机的故障相关的重要的损伤。而且，轴承的磨损通常对处于停止状态或试验用的驱动状态的旋转电机进行测量。
然而，例如在产业用的旋转电机中，为了生产率等而要求连续运转，因此要求在通常的运转时能够对轴承的磨损进行诊断的技术。
因此，本发明的目的在于提供能够在通常运转时诊断轴承磨损的旋转电机和诊断装置。
用于解决课题的手段
本发明的旋转电机的一个方式具有：轴承，其保持旋转轴并使该旋转轴能够旋转；壳体，其组装有上述轴承；转子，其固定于上述旋转轴而进行旋转；以及定子，其固定于上述壳体，上述定子具有：定子铁芯，其具有朝向上述转子突出并沿着上述旋转轴延伸的齿部；绕组，其卷绕于上述定子铁芯；以及多个磁检测元件，该多个磁检测元件在上述定子铁芯的、上述旋转轴所延伸的轴向的端部沿该旋转轴的旋转方向相互分离地安装。
另外，本发明的诊断装置的一个方式具有：信号获取部，其获取通过在旋转电机所具有的定子铁芯的、该旋转电机的旋转轴所延伸的方向的端部相互分离地安装的多个磁检测元件而分别得到的磁信号；以及第1诊断部，其通过比较由上述信号获取部获取到的各磁信号所表示的各磁场强度来诊断上述旋转轴的偏心。
发明效果
根据本发明的旋转电机和诊断装置，能够在通常运转时诊断轴承磨损。
附图说明
图1是示意性地示出本实施方式的马达的结构的横剖视图。
图2是示意性地示出本实施方式的马达的结构的纵剖视图。
图3是示意性地示出定子的构造的图。
图4是示意性地示出轴承的构造的图。
图5是示意性地示出轴承产生了磨损的状态的图。
图6是示出霍尔传感器相对于定子的配置部位的图。
图7是示意性地示出霍尔传感器在转子的旋转方向上的配置部位的图。
图8是示出霍尔传感器的配置的变形例的图。
图9是示出霍尔传感器的配置的另一变形例的图。
图10是示出霍尔传感器的配置的又一变形例的图。
图11是示出对轴承磨损进行诊断的诊断系统的功能框图。
图12是示出磁信号的例子的图。
图13是将磁信号的一部分放大显示的图。
图14是示出从磁信号得到的磁力的波形的图。
图15是示出轴承磨损与磁力之差的关系的图。
图16是示出产生了成为蠕变现象的前提的磨损的轴承的图。
图17是示出蠕变现象的发生原理的图。
图18是对fc信号的分析进行说明的图。
图19是示出频率分析的结果的一例的图。
图20是示出fc信号的频率与轴承磨损的关系的图。
图21是示出fc信号彼此的相位差的例子的图。
图22是示意性地示出变形例中的检测部的图。
图23是示出探测线圈的具体构造的图。
图24是示意性地示出探测线圈组在转子的旋转方向上的配置部位的图。
图25是示出具有组装有探测线圈的梳状部件的变形例的图。
图26是示出梳状部件的构造的图。
图27是示出楔形部的插入部位的图。
图28是示出梳状部件的背面的图。
图29是示出梳状部件的另一例的图。
图30是示出梳状部件的又一例的图。
图31是示出图26所示的例子中的探测线圈的尺寸与磁力之差的关系的曲线图。
图32是示出长度Lc不同的探测线圈的图。
图33是示出图29所示的例子中的探测线圈的尺寸与磁力之差的关系的曲线图。
图34是示出展宽Wc不同的探测线圈的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本公开的旋转电机和诊断装置的实施方式。但是，为了避免以下的说明不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解，有时省略必要以上的详细说明。例如，有时省略已经众所周知的事项的详细说明、对实质上相同的结构的重复说明。
在本说明书中，以具有三相(U相、V相、W相)绕组的三相马达为例对本公开的实施方式进行说明。但是，具有四相或五相等n相(n为4以上的整数)绕组的n相马达也在本公开的范畴内，发电机也在本公开的范畴内。
图1和图2是示意性地示出本实施方式的马达的结构的图。图1是示出与马达的旋转轴垂直的剖面的横剖视图，图2是示出以包含马达的旋转轴的面观察的剖面的纵剖视图。
马达100具有转子(Rotor)110、定子(Stator)120以及被称为外壳的呈筒状延伸的外框130。定子120固定在外框130内。转子110插入于定子120的内侧，以旋转轴112为中心在定子120的内部旋转。即，这里所示的例子是定子围绕转子的内转子型的马达100。但是，本发明的旋转电机也可以为外转子型。
定子120生成旋转磁场，转子110具有也被称为轴的旋转轴112和固定于旋转轴112的转子铁芯111。转子110有时具有组装在转子铁芯111上的省略了图示的磁铁、绕组。转子铁芯(Rotor core)111通常由含有铁的磁性材料构成。转子110从旋转磁场接受应力而以旋转轴112为中心进行旋转。
在定子120上实施后面说明的绕组。另外，在定子120的、旋转轴112所延伸的方向的两端面安装有作为磁传感器的一种的霍尔传感器150。关于霍尔传感器150的配置在后面详细说明。
外框130覆盖转子110和定子120，组装有保持旋转轴112的轴承140。轴承140保持旋转轴112，旋转轴112能够在保持于轴承140的状态下旋转。外框130相当于组装有轴承的壳体的一例。轴承140组装于对旋转轴112施加负载的负载侧(例如图2的右侧)和不施加负载的反负载侧(例如图2的左侧)双方。换言之，轴承140隔着转子110分别配置于旋转轴112的两侧。
这里，进一步说明定子120的构造。
图3是示意性地示出定子120的构造的图。
定子120具有也被称为铁芯的定子铁芯121和也被称为线圈的绕组122。定子铁芯121通常由含有铁的磁性材料构成。定子铁芯121具有：圆环状的环部123，其作为引导磁通的轭而发挥功能；也被称为齿的齿部124，其从环部123朝向转子110向内侧方向突出，并沿着旋转轴112延伸；以及也被称为槽的槽部125，其在齿部124彼此之间延伸。在图3中示出了例如具有36槽的例子。齿部124和槽部125与马达100的旋转轴平行地延伸、即在与图3的纸面垂直的方向上延伸。
绕组122卷绕于定子铁芯121。绕组122的一部分通过槽部125内而沿与图3的纸面垂直的方向在槽部125的全长范围内延伸。绕组122通过的方向在图3中用记号表示。但是，在图3中，示出了U相、V相、W相各自的绕组122中的例如U相的绕组122的方向。即，在图3所示的例子中，位于图的右上方向和左下方向的各绕组122朝向图的近前侧通过槽部125内，位于图的左上方向和右下方向的各绕组122朝向图的里侧通过槽部125内。这样通过了槽部125内的绕组122在槽部125外彼此相连。在图3所示的例子中，位于图的右上方向的绕组122与位于图的左上方向的绕组122相连，位于图的左下方向的绕组122与位于图的右下方向的绕组122相连。其结果为，在图3的例子中，图的上侧和下侧成为被绕组122包围的内侧部分。由于在被绕组122包围的范围内存在多个齿部124，因此图3所示的绕组122是分布卷绕的。
当电流流过如图3所示那样相连的绕组122时，如图3中虚线所示那样产生磁场。在图3所示的例子中，定子120的极数为4极。
定子120的极数不限于4极，按照绕组122的通过方式、相连方式可以为2极，也可以为6极、8极。
图3所示的磁场例如是由U相的绕组122形成的磁场，但在定子120中存在U相、V相、W相这三相的绕组122，依次使用这三相绕组122而依次形成各磁场，由此形成旋转磁场。
被旋转磁场旋转驱动的转子110的旋转轴112由上述的轴承140保持。
图4是示意性地示出轴承的构造的图。
作为轴承140，可以采用固定部分的内壁面与旋转轴的外周面直接相互滑动的滑动轴承、在固定部分的内壁面与旋转轴的外周面之间存在滚动部件的滚动轴承。在本实施方式中，作为一例，轴承140采用滚动轴承。特别是在产业用的大型马达中，为了承受大的旋转载荷，优选在滚动部件中使用滚子或滚珠的滚动轴承。
轴承140具有：外圈141，其组装在外框130上；以及多个滚子部件142，该多个滚子部件142沿着外圈141的内壁面配置，并沿着内壁面延伸。在图4所示的例子中，旋转轴112的外周面与滚子部件142接触，滚子部件142在外圈141的内壁面与旋转轴112的外周面之间滚动。另外，也可以在旋转轴112的外周面与滚子部件142之间具有固定于旋转轴112的内圈，但在图4所示的例子中，旋转轴112的外周面兼作内圈。
对于马达100而言，轴承140是为了实现旋转轴112的稳定的旋转而重要的部分，在轴承140产生了磨损等的情况下，期望在马达100的动作产生不良状况之前对轴承140的磨损等的产生进行诊断而进行维护。
在本实施方式中，特别是在轴承140的外圈141与外框130的相互之间产生的磨损作为诊断对象。
图5是示意性地示出轴承产生了磨损的状态的图。
当在轴承140的外圈141与外框130的相互之间产生磨损时，在轴承140的外圈141与外框130之间产生间隙。作为这样的磨损，可以考虑轴承140的外圈141的外周面磨损的情况、外框130的孔扩大的情况、以及产生这两者的情况。以下，不特别区分这些情况而称为“轴承140的磨损”，在详细说明等中，以这些情况为代表，以外框130的孔扩大的情况为例。
即使在轴承140产生了这样的磨损的情况下，旋转轴112也被轴承140的滚子部件142保持而进行旋转，但旋转轴112的位置成为相对于本来的位置偏心的位置。在本实施方式中，通过图2所示的霍尔传感器150对漏磁场的检测来诊断该偏心的产生。
这里，对霍尔传感器150的配置的详细情况进行说明。
图6是示出霍尔传感器相对于定子的配置部位的图。
霍尔传感器150安装于定子120的定子铁芯121。在图6中，为了容易理解霍尔传感器150的位置，以涂黑的四边形相当大地表示，但实际的霍尔传感器150比定子铁芯121的齿部124的宽度小。霍尔传感器150安装在齿部124的前端附近，按照指向齿部124突出的方向的磁场的朝向安装。
霍尔传感器150在定子120的两端分别各安装有多个。定子120的一端的多个霍尔传感器150安装于沿转子110的旋转方向相互分离的位置。霍尔传感器150相当于在定子铁芯121的、旋转轴112所延伸的方向的端部沿该旋转轴112的旋转方向相互分离地安装的多个磁检测元件的一例。另外，在本实施方式中，霍尔传感器150分别安装于定子铁芯121的、旋转轴112所延伸的方向上的两端部。
另外，在定子120的一端和另一端，多个霍尔传感器150的配置部位在沿着旋转轴112的方向上观察时彼此相同。
图7是示意性地示出霍尔传感器在转子的旋转方向上的配置部位的图。
在本实施方式中，作为一例，多个霍尔传感器150中的1对霍尔传感器150配置在隔着旋转轴112的两侧。即，多个霍尔传感器150中的2个霍尔传感器150安装于隔着定子铁芯121的中心而相互对置的位置。以下，有时将这样的1对霍尔传感器150称为传感器A、传感器B。另外，作为一例，传感器A、传感器B配置在定子120的整周中的磁场比其他位置强的位置。这里所说的磁场的强度是着眼于U相、V相、W相中的任意一相的情况下的强度。
相对于这样的1对霍尔传感器150，在本实施方式中，作为一例，配置有另一个霍尔传感器150。这是因为优选具有包含安装在相互对置的位置的2个磁检测元件在内的至少3个磁检测元件。以下有时将该另一个霍尔传感器150称为传感器C。作为一例，传感器C配置在定子120的整周中的磁场比其他位置弱的位置。这里所说的磁场的强度是在传感器A、传感器B的配置中所关注的相的强度。
在图7所示的4极的定子120的情况下，传感器A、传感器B以及传感器C的配置以旋转轴112为中心在0度、180度、45度的各方向上配置。
图8是示出霍尔传感器的配置的变形例的图。
图8所示的变形例是定子120为6极的情况的变形例。在该变形例中，多个霍尔传感器150中的传感器A、传感器B也配置在隔着旋转轴112的两侧，并且配置在磁场强的部位。另外，传感器C配置在磁场弱的部位。其结果为，在图8所示的变形例中，传感器A、传感器B以及传感器C以旋转轴112为中心在0度、180度、30度的各方向上配置。
图9是示出霍尔传感器的配置的另一变形例的图。
图9所示的变形例是定子120为4极且具有24槽的情况的变形例。在该变形例中，也与图6所示的配置同样地，传感器A、传感器B以及传感器C在0度、180度、45度的各方向上配置。
图9还示出了绕组122与搭接线126的位置关系。搭接线126将位于图的右上的绕组122与位于图的左上的绕组122连接，将位于图的右下的绕组122与位于图的左下的绕组122连接。传感器A、传感器B配置于搭接线126的中央部，传感器C配置于搭接线126的根部。
图10是示出霍尔传感器的配置的又一变形例的图。
图10所示的变形例是定子120为8极的情况的变形例。在该变形例中，多个霍尔传感器150中的传感器A、传感器B也配置在隔着旋转轴112(省略图示)的两侧，并且配置在磁场强的部位。另外，传感器C配置在磁场弱的部位。其结果为，在图10所示的变形例中，传感器A、传感器B以及传感器C以旋转轴112为中心在0度、180度、82.5度的各方向上配置。
在本实施方式中，通过对由这样配置的多个霍尔传感器150检测漏磁场而输出的磁信号进行比较，来诊断旋转轴112的偏心，进而诊断轴承140的磨损。
图11是示出对轴承磨损进行诊断的诊断系统的功能框图。
诊断系统200具有检测部210和诊断装置220。诊断装置220是本发明的诊断装置的一个实施方式。
检测部210具有传感器组211、放大电路212以及A/D转换器213。传感器组211包含上述的霍尔传感器150，并且还包含电流传感器、旋转传感器、温度传感器等各种传感器214。
放大电路212对从霍尔传感器150输出的磁信号和从各种传感器214输出的检测信号进行放大。A/D转换器213将由放大电路212放大后的磁信号和检测信号转换为数字信号并向诊断装置220输出。
诊断装置220具有数据获取部221、数据记录部222、分析部223、评价部224、一次判定部225、磨损量换算部226以及综合判定部227。
数据获取部221获取从检测部210输出的信号，数据记录部222记录该信号。分析部223对记录的信号实施分析处理，评价部224根据分析处理后的信号和预先存储的样本数据Ds而计算评价信息。一次判定部225根据计算出的评价信息，对轴承140有无异常进行判定，磨损量换算部226将后述的fc信号的频率换算为轴承140的磨损量。综合判定部227根据一次判定部225的判定结果和其他信息，进行与轴承140的磨损状态相关的好坏判定，并输出诊断结果230。
从诊断装置220输出的诊断结果230被发送到例如马达100的控制装置等这样的外部设备而进行显示。
以下，使用图12～图21对诊断装置220中的磁信号的具体的处理内容进行详细地说明。另外，在进行以下的说明时，适当参照图7、图11。
图12是示出磁信号的例子的图。
图12的横轴表示时间，纵轴表示信号强度。磁信号的信号强度相当于磁通密度的检测值。
图12示出了由数据获取部获取并记录于数据记录部的磁信号的示意性的例子。在图12的上段示出了从传感器A得到的磁信号的例子，在图12的下段示出了从传感器B得到的磁信号的例子，在图12的中段示出了从传感器C得到的磁信号的例子。来自各传感器A、B、C的磁信号产生相当于马达100的转速的细小周期的振动。马达100的转速在工业用马达的情况下例如为与电源频率相同的50Hz。
另外，在图12中示出了轴承140产生了磨损的情况下的信号例，信号的波高如拍频波形那样变动。在轴承140没有磨损的情况下，来自各传感器A、B、C的磁信号表示一定的波高。
图12所例示的磁信号是在马达100的通常运转时从各传感器A、B、C得到的磁信号。在诊断装置220中，如以下详细说明的那样，通过这样的磁信号的比较，能够诊断与轴承140的磨损相伴的旋转轴112的偏心。
图13是将磁信号的一部分放大显示的图。
图13的横轴表示时间，纵轴表示信号强度。
在图13中，在上段示出轴承140没有磨损的情况下的信号波形，在下段示出轴承140产生了磨损的情况下的信号波形。
在轴承140没有磨损的情况下，来自传感器A的磁信号中的波形与来自传感器B的磁信号中的波形相同。与此相对，在产生了磨损的情况下，旋转轴112产生偏心。例如如图7所示，当转子110偏向传感器A侧时，在传感器A侧，漏磁场的磁通密度增加，磁信号中的波形的振幅也增加。与此相对，在传感器B侧，磁通密度因转子110的偏置而降低，磁信号中的波形的振幅也降低。但是，伴随轴承140的磨损的旋转轴112的偏心方向不是固定的，偏心方向也随着旋转轴112的旋转而移动。
在图13的下段，用细的虚线例示传感器A侧的信号波形，用粗的虚线例示传感器B侧的信号波形。这样，在传感器A的磁信号和传感器B的磁信号中，伴随旋转轴112的偏心，振幅产生差，因此通过传感器A的磁信号与传感器B的磁信号的比较，能够进行旋转轴112的偏心的诊断。特别是，由于传感器A和传感器B安装在隔着定子铁芯121的中心而相互对置的位置，因此旋转轴112的偏心的影响显著地出现了振幅差，因此容易进行偏心的诊断。
另外，传感器A和传感器B安装于定子铁芯121的整周中磁场比其他位置强的位置，因此，与安装于其他位置的情况相比，磁信号显著地出现了旋转轴的偏心的影响。
图14是示出从磁信号得到的磁力的波形的图。
在图11所示的诊断装置220的分析部223中，为了对传感器A的磁信号和传感器B的磁信号进行比较，将磁信号转换为磁力的信号。具体而言，对磁信号的值进行平方而得到磁力的信号值。在图14的上段示出了从图13的下段所例示的信号波形得到的磁力的信号波形。这里，传感器A侧的信号波形用细的虚线表示，传感器B侧的信号波形用粗的虚线表示。
而且，在分析部223的处理中，如图14的下段所示的那样，得到传感器A侧的信号波形与传感器B侧的信号波形的差分波形。对于在分析部223的处理中得到的这样的差分波形，在评价部224中，例如进行5秒钟这样的设定时间的平均化。以下将这样平均化后的差分称为“磁力之差”。该磁力之差为评价信息之一，磁力之差越大，旋转轴112的偏心越大，因此，产生了磨损的可能性越高。
图15是示出轴承磨损与磁力之差的关系的图。
图15的横轴表示将轴承140的磨损量换算为组装有轴承140的外框130的孔的尺寸而得的值，磨损零的初始值为与轴承140的外圈141的直径相同的32mm。图的纵轴表示磁力之差。
在图15中示出了在实际产生了轴承140的磨损的情况下得到的磁力之差。相对于外框130的孔的尺寸的磁力之差在图15所示的程度的范围内通常处于大致线性关系。即，当轴承140的磨损加剧而外框130的孔扩大时，磁力之差也增大，因此由评价部224得到的磁力之差成为表示轴承140的磨损量的指标。
虽然磁力之差并不全是因磨损而引起的，但推测若磁力之差达到一定程度的值，则存在轴承磨损的可能性。在由磨损引起的外框130的孔的扩大是在图中用虚线表示的至例如0.2mm的扩大，则作为轴承140的功能没有问题的情况下，相对于磁力之差，在图中以横线表示的例如9.0设置阈值。然后，通过由一次判定部225对由评价部224得到的磁力之差和阈值进行比较，判定发生磨损的可能性。
即，将分析部223、评价部224、一次判定部225合并而得到的部件作为通过对由信号获取部221获取的各磁信号所示的各磁场强度进行比较来诊断旋转轴112的偏心的第1诊断部的一例而发挥功能。
另外，关于在一次判定部225中与阈值进行比较的磁力之差，也可以直接使用根据由分析部223得到的差分波形而计算出的磁力之差，但在本实施方式中，由评价部224计算减去了样本数据Ds中的磁力之差的残差值，将该计算出的残差值用于与阈值的比较。作为样本数据Ds，例如存储有在刚设置马达100之后等由霍尔传感器150检测出的磁信号等。这样的样本数据Ds是表示所谓的初始状态的数据，因此通过将在该初始状态下产生的磁力之差作为与磨损没有关系的数据减去，能够进行更准确的磨损的诊断。
如上所述，由于旋转轴112的偏心有时也因轴承140的磨损以外的原因而产生，因此在本实施方式中，通过与轴承140的磨损相伴的蠕变现象的检测，进行更准确的磨损的诊断。首先，对蠕变现象的发生原理进行说明。
图16和图17是示出蠕变现象的发生原理的图。
在图16中示出了产生了成为蠕变现象的前提的磨损的轴承140。当轴承140磨损时，如图16所示，外圈141的直径d与外框130的孔的直径D产生差，在外圈141与外框130之间产生间隙。若产生这样的间隙，则如以下所说明的那样，发生外圈141随着旋转轴112的旋转而相对于外框130旋转的蠕变现象。这里，为了便于说明，示出了表示外圈141的特定部位的标记143。
当如图17所示那样旋转轴112例如向左旋转时，旋转载荷的朝向向右方向、上方向、左方向依次变化，轴承140向右方向、上方向、左方向依次向外框130的孔按压。若在外圈141与外框130产生间隙，则伴随着这样的按压，轴承140的外圈141沿着外框130的孔的内壁滚动。然后，随着外圈141的滚动，外圈141的朝向如标记143所示那样向与旋转轴112的旋转方向相反的方向逐渐旋转。
这样，在蠕变现象中，外圈141向与旋转轴112的旋转方向相反的方向旋转。另外，由蠕变现象引起的外圈141的旋转频率fc成为比旋转轴112的旋转频率、即马达100的旋转频率fr低的频率。由蠕变现象引起的外圈141的旋转频率fc的理论值通过fc＝(π(D-d)/πD)×fr这样的式子来计算。作为一例，若对外圈141的直径d为32.00mm、外框130的孔的直径D为32.30mm、马达100的旋转频率fr为1500rpm的情况进行计算，则蠕变现象的旋转频率fc为14rpm(＝0.233Hz)。
通过利用磁信号的分析处理来确认具有这样的频率的信号成分的存在与否，能够确认旋转轴112的偏心是否伴随着磨损。在以下的说明中，将具有蠕变现象的旋转频率fc的信号成分称为fc信号。
图18是对fc信号的分析进行说明的图。
图18的横轴表示时间，纵轴表示磁通密度。在图18的上段示出了从传感器A得到的磁信号的例子，在图18的下段示出了从传感器B得到的磁信号的例子，在图18的中段示出了从传感器C得到的磁信号的例子。
在诊断装置220的分析部223中，对图12所示的磁信号进行波高值处理并且进行周期分析，计算图18中用虚线表示的包络。在评价部224中，将这样计算出的包络所具有的频率成分中的、在各传感器A、B、C中共用的频率成分设为fc信号。在磁信号中包含这样的fc信号的情况下，有可能发生蠕变现象。该fc信号的频率fc也是评价信息之一。
在本实施方式中，关于fc信号，也能够实现基于与样本数据Ds的比较的准确度提高。在评价部224中，对针对磁信号的频率分析的结果和针对样本数据Ds的频率分析的结果进行比较。
图19是示出频率分析的结果的一例的图。
图19的横轴表示频率，纵轴表示磁通密度。
在图19的上段示出了样本数据Ds中的分析结果，在图19的下段示出了磁信号中的分析结果。在频率50Hz下产生的峰值是与马达100的转速对应的峰值，在两者的分析结果中共同产生。与此相对，低频下的峰值仅在下段的分析结果中产生，在评价部224中，该峰值的频率成为fc信号的频率fc。
这样得到的频率fc经由上述的理论值计算式与轴承的磨损量相关联。
图20是示出fc信号的频率与轴承磨损的关系的图。
图20的横轴表示将轴承140的磨损量换算为组装有轴承140的外框130的孔的尺寸而得的值，磨损零的初始值为与轴承140的外圈141的直径相同的32mm。图的纵轴表示频率fc。
外框130的孔的尺寸和频率fc在图20所示的程度的范围内大致表示线性关系。即，当轴承140的磨损加剧而外框130的孔扩大时，频率fc也上升，因此由评价部224得到的频率fc的值成为表示轴承140的磨损量的指标。
当由磨损引起致的外框130的孔的扩大超过图中虚线所示的例如0.6mm的扩大时，例如在轴承140的维护较理想的情况下，相对于频率fc，在图中以横线表示的例如0.5Hz处设置阈值。然后，通过由一次判定部225对由评价部224得到的频率fc和阈值进行比较，判定发生磨损的可能性。
将分析部223、评价部224、一次判定部225合并而得到的部件也相当于通过分析磁信号所表示的磁场强度下的频率成分来诊断保持旋转轴112的轴承的蠕变现象的第2诊断部的一例。
在一次判定部225中，在上述的磁力之差和频率fc双方达到阈值的情况下，判定为轴承140产生了异常，并将判定结果向综合判定部227输出。另一方面，在磁力之差和频率fc中的至少一方未达到阈值的情况下，一次判定部225不判定为轴承140异常，并将频率fc的值向磨损量换算部226发送。在磨损量换算部226中，通过基于上述的频率fc的理论值计算的式子的逆运算、或者基于图20所示的线性关系的变换，将频率fc换算为轴承140的磨损量。由磨损量换算部226换算出的磨损量被向综合判定部227发送。
在综合判定部227中，在从一次判定部225发送了轴承140产生了异常这样的判定结果的情况下，针对从传感器A、B得到的磁信号和从传感器C得到的磁信号确认fc信号的相位差。
图21是示出fc信号彼此的相位差的例子的图。
图21的横轴表示时间，纵轴表示磁通密度。在图21的上段示出了从传感器A得到的磁信号的例子，在图21的下段示出了从传感器B得到的磁信号的例子，在图21的中段示出了从传感器C得到的磁信号的例子。
在从各传感器A、B、C得到的磁信号中的fc信号彼此的相位差为与定子120的端面中的各传感器A、B、C的配置相应的相位差的情况下，由综合判定部227判定为fc信号是与蠕变现象相伴的真正的fc信号。例如，在图7所示的4极的定子120的情况下，如上所述，传感器A、B、C以0度、180度、45度进行配置，因此在fc信号彼此的相位差在传感器A、B间为180度，在传感器A、C间为45度的情况下，判定为是真正的fc信号。
与此相对，在fc信号彼此的相位差例如是在传感器A、B间为180度但在传感器A、C间为45度以外的相位差的情况下，例如判定为不是因为磨损而是因为由旋转轴112的上下振动等产生的偏心而引起的假的fc信号。另外，在fc信号彼此的相位差表示向与旋转轴112的旋转方向相同的方向的旋转移动的情况下，判定为起因于与蠕变现象相反方向的自旋现象等的假的fc信号。
综合判定部226相当于根据由作为3个磁检测元件的传感器A、B、C得到的各磁信号中包含的低频成分彼此的相位差来诊断蠕变现象的真伪的第3诊断部的一例。
除了对置配置的传感器A、B之外还配置有传感器C，由此，通过磁信号的比较，能够区分与轴承磨损相伴的偏心和由其他原因引起的偏心。另外，传感器A、B安装于定子铁芯121的整周中磁场比其他位置强的位置，传感器C安装于定子铁芯121的整周中磁场比其他位置弱的位置，因此能够通过磁信号比较而容易地诊断旋转轴的偏心的影响。
在综合判定部227中，在基于fc信号彼此的相位差的这样的真伪判定中判定为是真正的fc信号的情况下，进一步对负载侧和反负载侧各自的磨损量进行比较，判定在负载侧和反负载侧的哪一方产生了磨损。霍尔传感器150分别设置于定子120的两端，由此能够区分负载侧与反负载侧的磨损量。
另外，在综合判定部227中，即使一次判定部225中的判定结果没有异常，在从磨损量换算部226发送来的磨损量从上次的诊断时急剧增加的情况下等，也判定为轴承140存在异常。
这样，在综合判定部227中，进行基于各种信息的综合判断，并输出最终的诊断结果230。
以下，对代替上述霍尔传感器150而使用探测线圈作为磁检测元件的变形例进行说明。
图22是示意性地示出变形例中的检测部的图。
在图22所示的变形例中，在定子铁芯121的内周面(即齿部124的前端面上)粘贴有探测线圈151。探测线圈151具有马达100的旋转轴112所延伸的轴向的长度例如为30mm且宽度例如为1mm这样的尺寸。由于探测线圈151的检测磁的检测面积比霍尔传感器宽，因此检测精度高。另外，探测线圈151比霍尔传感器容易制作或安装。
图23是示出探测线圈151的具体构造的图。
探测线圈151具有树脂制的薄膜152和在薄膜152上卷绕并固定于薄膜152的导线153。导线153沿同一方向卷绕而包围的面积是磁的检测面积。
返回到图22继续进行说明。
探测线圈151从定子铁芯121的端部朝向定子铁芯121的上述轴向的中心延伸，探测线圈151的轴向的长度为定子铁芯121的轴向的长度的1/10以上且1/2以下。通过探测线圈151这样延伸，能够得到足够的检测面积。另外，通过在上述轴向上的定子铁芯121的两端设置探测线圈151，能够进行区分了在隔着转子110的两侧保持旋转轴112的各轴承140的磨损的检测。
沿着定子铁芯121的内周面的周向设置有多个探测线圈151。通过对多个探测线圈151的检测值进行积分(相加)来提高检测精度。检测值被相互积分(相加)的多个探测线圈151整体作为1个探测线圈而发挥功能。由多个探测线圈151发挥功能的1个探测线圈相当于本发明中所说的探测线圈的一例。在以下的说明中，有时将该多个探测线圈151称为探测线圈组155。另外，探测线圈151也可以单独用作本发明中所说的探测线圈的一例。
在图22中，作为相当于图11所示的检测部210的放大电路212和A/D转换器213的部件，示出了频谱分析仪(Spectrum Analyzer)215。另外，为了图示的简便，仅针对多个探测线圈151中的一部分示出布线，但实际上对全部的探测线圈151实施了布线。通过频谱分析仪215对多个探测线圈151的电压进行积分而求出磁通波形。
图24是示意性地示出探测线圈组在转子的旋转方向上的配置部位的图。
在探测线圈组155的情况下，例如也使用与霍尔传感器的情况相同的配置。即，关于1对探测线圈组155，例如配置在隔着旋转轴112的两侧，这1对探测线圈组155配置在定子120的整周中的、例如磁场比其他位置强的位置。另外，相对于这样的1对探测线圈组155，另一个探测线圈组155例如配置在磁场比其他位置弱的位置。各探测线圈组155通过相对于旋转轴110旋转的周向扩展到定子120的内侧圆周的1/16P周(其中，P＝极数)以上且1/4P周以下，能够得到足够的检测面积。即，在图24所示的例子中，由于P＝4，因此优选探测线圈组155具有22.5度以下的展宽。
探测线圈组155相当于沿着上述轴向延伸并且沿着上述周向扩展的探测线圈的一例。
接着，对使用探测线圈的其他变形例进行说明。
图25是示出具有组装有探测线圈的梳状部件的变形例的图。
在图25所示的变形例的情况下，例如在树脂制的梳状部件160内埋入有后述的探测线圈，该梳状部件160从定子120的端部插入于齿部124彼此的间隙(即槽部125)。
图26是示出梳状部件160的构造的图。
梳状部件160具有：楔形部161，其插入于齿部124彼此的间隙；连结部162，其将楔形部161相互连结；以及探测线圈151，其埋入到内部。楔形部161相当于本发明所说的楔形部件的一例，连结部162相当于本发明所说的连结部位的一例。在图26所示的例子中，在多个楔形部161分别埋入有探测线圈151。另外，楔形部161也可以不通过连结部162来连结而作为单独的部件来使用。另外，探测线圈151也可以粘贴在楔形部161的表面。
作为梳状部件160的原材料，例如使用热固性树脂、酚醛树脂，或者例如使用磁性材料(压粉)。在使用树脂的情况下，在插入楔形部161时不会损伤周围，因此是优选的。
图27是示出楔形部161的插入部位的图。
在定子120的槽部125中插入有绕组122，梳状部件160的楔形部161插入于槽部125内的与绕组122相邻的间隙部分。通过梳状部件160相对于槽部125的插入，将探测线圈151容易地安装于定子120。
图28是示出梳状部件160的背面的图。
梳状部件160的连结部162的背面侧(即与绕组122对置的一侧)具有凹凸构造。即，在与绕组122彼此之间对应的部位设置有圆形的凸部163，在与各绕组122对应的部位设置有圆形的凹部164。通过这样的曲线的凹凸构造，实现了插入梳状部件160时的连结部162与绕组122的安全接触。
图29是示出梳状部件160的另一例的图。
图29所示的梳状部件160也具有楔形部161、连结部162以及探测线圈151，但在图29的例子中，探测线圈151埋入至连结部162，探测线圈151沿定子120的周向扩展。根据沿周向扩展的探测线圈151，检测周向上的磁通密度的平均值。
图30是示出梳状部件160的又一例的图。
图30所示的梳状部件160也具有楔形部161、连结部162以及探测线圈151，在图30的例子中，探测线圈151埋入至各楔形部161和连结部162双方。图30所示的探测线圈151也相当于沿着上述轴向延伸并且沿着上述周向扩展的探测线圈的一例。
以下，对探测线圈151的尺寸与通过探测线圈151中的测定而得到的磁力之差的关系进行说明。
图31是示出图26所示的例子中的探测线圈的尺寸与磁力之差的关系的曲线图。
图31的曲线图的纵轴表示通过在探测线圈151中的测定而得到的磁力之差，横轴表示探测线圈151的尺寸。作为图26所示的探测线圈151的尺寸，具体而言，使用以图25所示的齿部124的轴向的长度Ls(即定子铁芯121的长度)为基准的、图26所示的探测线圈151的轴向的长度Lc的比率Lc/Ls。探测线圈151的长度Lc的基准点是定子铁芯121的轴向的端面，换言之，从连结部162延伸的楔形部161的根部是长度Lc的基准点。
图32是示出长度Lc不同的探测线圈151的图。
在图32中示出了探测线圈151的长度Lc为1/2Ls的例子、为1/6Ls的例子、为1/10Ls的例子以及为-1/10Ls的例子。在探测线圈151的长度Lc为-1/10Ls的例子中，探测线圈151从楔形部161的根部向连结部162侧延伸。
在图31的曲线图中，针对包含图32所示的例子的各长度Lc的探测线圈151，示出了通过测定而得到的磁力之差。
在探测线圈151的长度Lc为定子铁芯121的长度Ls的1/2的情况下，得到的磁力之差为0.18，能够进行充分的精度的检测。但是，若探测线圈151的长度Lc比1/2Ls还长，则磁力之差变小，检测精度变得不充分。
在探测线圈151的长度Lc为定子铁芯121的长度Ls的1/10的情况下，得到的磁力之差为最大的0.3。但是，若探测线圈151的长度Lc进一步短，则探测线圈151中的检测面积急剧减少，检测精度变得不充分。另外，若对探测线圈151的长度Lc为1/10Ls的情况和-1/10Ls的情况进行比较，则可知在探测线圈151从定子铁芯121的端部向外侧延伸的情况下，与向内侧延伸的情况相比，磁力之差的检测效率低。
因此，可知作为探测线圈151的长度Lc，相对于定子铁芯121的轴向的长度Ls优选为1/10以上且1/2以下。
图33是示出图29所示的例子中的探测线圈的尺寸与磁力之差的关系的曲线图。
图33的曲线图的纵轴表示通过在探测线圈151中的测定而得到的磁力之差，横轴表示探测线圈151的尺寸。作为图29所示的例子中的探测线圈的尺寸，具体而言，使用环绕方向上的展宽Wc，以环绕方向的1周为单位来进行表示。
图34是示出展宽Wc不同的探测线圈151的图。
在图34中，示出了探测线圈151的展宽Wc为1/4P周(其中P＝极数)的例子(A)、为1/6P周的例(B)、为1/8P周的例(C)以及为1/16P周的例子(D)。
在图33的曲线图中，针对具有图34所示的各例的展宽Wc的探测线圈151，示出通过测定得到的磁力之差。
在探测线圈151的展宽Wc为1/16P周的情况下，得到超过0.2的磁力之差，能够进行充分的精度的检测。但是，若探测线圈151的展宽Wc比1/16P周还小，则探测线圈151中的检测面积急剧减少，检测精度变得不充分。
在探测线圈151的展宽Wc为1/8P周的情况下，得到的磁力之差为最大的0.3。另外，在探测线圈151的展宽Wc为1/4P周的情况下，得到的磁力之差为0.18，能够进行充分的精度的检测。但是，若探测线圈151的展宽Wc比1/4P周还大，则磁力之差变小，检测精度变得不充分。
因此，可知作为探测线圈151的展宽Wc，优选为1/16P周以上且1/4P周以下。
另外，在本实施方式中，将所谓的内转子型的马达用作诊断对象，但通常内转子型与外转子型相比以高速旋转来使用，因此分析fc信号的频率的处理是容易的。另外，在内转子型中，一般而言，由于从转子与定子的气隙到轴承的距离短，因此由轴承磨损引起的偏心容易影响气隙，基于漏磁场的检测的轴承磨损的诊断比外转子型更容易。
另外，在本实施方式中，使用滚动轴承作为轴承140，但在基于旋转轴112的偏心检测的磨损诊断中，滚动轴承比滑动轴承更适合。
本发明能够广泛地应用于例如家电、汽车、船舶、飞机、列车等所利用的马达。另外，本发明能够广泛地应用于例如汽车、电动助力自行车、风力发电等所利用的发电机。
上述的实施方式在所有方面都是例示的而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述的实施方式而是由权利要求书表示，意在包括与权利要求书均等的意思及范围内的所有变更。
标号说明
100：马达；110：转子；111：转子铁芯；112：旋转轴；120：定子；130：外框；121：定子铁芯；122：绕组；123：环部；124：齿部；125：槽部；126：搭接线；140：轴承；141：外圈；142：滚子部件；150：霍尔传感器；151：探测线圈；152：薄膜；153：导线；155：探测线圈组；160：梳状部件；161：楔形部；162：连结部；200：诊断系统；210：检测部；211：传感器组；212：放大电路；213：A/D转换器；215：频谱分析仪；220：诊断装置；221：数据获取部；222：数据记录部；223：分析部；224：评价部；225：一次判定部；226：磨损量换算部；227：综合判定部。

Claims (20)

1.一种旋转电机，其具有：
轴承，其保持旋转轴并使该旋转轴能够旋转；
壳体，其组装有所述轴承；
转子，其固定于所述旋转轴而进行旋转；以及
定子，其固定于所述壳体，
所述定子具有：
定子铁芯，其具有朝向所述转子突出并沿着所述旋转轴延伸的齿部；
绕组，其卷绕于所述定子铁芯；以及
多个磁检测元件，该多个磁检测元件在所述定子铁芯的、所述旋转轴所延伸的轴向的端部沿该旋转轴的旋转方向相互分离地安装。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
所述多个磁检测元件中的2个磁检测元件安装在隔着所述定子铁芯的中心而相互对置的位置。
3.根据权利要求2所述的旋转电机，其中，
该旋转电机具有包含安装在所述对置的位置的2个磁检测元件在内的至少3个磁检测元件。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机，其中，
所述磁检测元件中的至少一个磁检测元件安装于所述定子铁芯的整周中磁场比其他位置强的位置。
5.根据权利要求4所述的旋转电机，其中，
所述磁检测元件中的至少一个磁检测元件安装于所述定子铁芯的整周中磁场比其他位置强的位置，另外的至少一个磁检测元件安装于所述定子铁芯的整周中磁场比其他位置弱的位置。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的旋转电机，其中，
所述多个磁检测元件是具有卷绕的导线的探测线圈。
7.根据权利要求6所述的旋转电机，其中，
所述探测线圈从所述定子铁芯的端部朝向该定子铁芯的所述轴向的中心延伸，该探测线圈的所述轴向的长度为所述定子铁芯的所述轴向的长度的1/10以上且1/2以下。
8.根据权利要求6所述的旋转电机，其中，
所述探测线圈沿着所述定子铁芯的内周面的周向扩展，该探测线圈的所述周向的长度为1/16P周以上且1/4P周以下，其中，P＝极数。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的旋转电机，其中，
所述探测线圈沿着所述轴向延伸并且沿着所述周向扩展。
10.根据权利要求6或7所述的旋转电机，其中，
该旋转电机具有插入于所述齿部彼此的间隙的楔形部件，
所述探测线圈组装在所述楔形部件上。
11.根据权利要求6或8所述的旋转电机，其中，
该旋转电机具有相互连结的多个楔形部件，该多个楔形部件分别插入于所述齿部彼此的间隙，
所述探测线圈组装在连结所述多个楔形部件的连结部位上。
12.根据权利要求9所述的旋转电机，其中，
该旋转电机具有相互连结的多个楔形部件，该多个楔形部件分别插入于所述齿部彼此的间隙，
所述探测线圈组装于所述多个楔形部件的每一个楔形部件和连结所述多个楔形部件的连结部位双方。
13.根据权利要求10至12中的任意一项所述的旋转电机，其中，
所述楔形部件使用树脂作为原材料。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的旋转电机，其中，
所述定子围绕所述转子。
15.根据权利要求1至14中的任意一项所述的旋转电机，其中，
所述轴承是滚动轴承。
16.根据权利要求1至15中的任意一项所述的旋转电机，其中，
隔着所述转子在所述旋转轴的两侧分别具有所述轴承，
所述多个磁检测元件分别安装在所述定子铁芯的、所述旋转轴所延伸的方向的两端部。
17.一种诊断装置，其具有：
信号获取部，其获取通过在旋转电机所具有的定子铁芯的、该旋转电机的旋转轴所延伸的方向的端部沿该旋转轴的旋转方向相互分离地安装的多个磁检测元件而分别得到的磁信号；以及
第1诊断部，其通过比较由所述信号获取部获取到的各磁信号所表示的各磁场强度来诊断所述旋转轴的偏心。
18.根据权利要求17所述的诊断装置，其中，
所述多个磁检测元件中的2个磁检测元件安装在隔着所述定子铁芯的中心而相互对置的位置，
所述第1诊断部根据由安装在所述对置的位置的2个磁检测元件得到的磁信号所表示的各磁场强度的差分来诊断所述旋转轴的偏心。
19.根据权利要求17或18所述的诊断装置，其中，
该诊断装置还具有第2诊断部，该第2诊断部通过分析所述磁信号所表示的磁场强度下的频率成分来诊断保持所述旋转轴的轴承的蠕变现象。
20.根据权利要求19所述的诊断装置，其中，
该诊断装置具有包含安装在隔着所述定子铁芯的中心而相互对置的位置的2个磁检测元件在内的至少3个磁检测元件作为所述多个磁检测元件，
该诊断装置还具有第3诊断部，该第3诊断部根据由所述3个磁检测元件得到的各磁信号中包含的低频成分彼此的相位差来诊断所述蠕变现象的真伪。
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