JP2004129325A

JP2004129325A - モータの回転方向検出装置

Info

Publication number: JP2004129325A
Application number: JP2002285979A
Authority: JP
Inventors: Akira Ogura; 小椋　彰
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】モータの回転方向検出装置の故障によってモータを停止させないようなモータの回転方向検出装置を提供する。
【解決手段】円筒状の固定子鉄心の内周に円周方向に沿って複数の歯部および固定子溝が交互に設けられた固定子と前記固定子の内側に配設された回転子とを有するモータの回転方向検出装置において、前記歯部にそれぞれ巻付けられ、かつ前記回転子の中心を起点として電気角で１８０度または０度以外の位置関係にある２つの検出コイルと、前記２つの検出コイルの出力である誘起電圧の極性をそれぞれ検出する２つの極性検出手段と、前記２つの極性検出手段の一方の検出結果の極性が変化した時の他方の検出結果の極性を判別する位相検出手段によって達成される。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ、特に密閉されたモータであるキャンドモータの回転方向検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学プラントなどに使用されるポンプの中には、扱う液体の毒性が強く、液体が漏れないよう完全に密封されたポンプでなければならない場合がある。しかし、ポンプのモータが逆転した場合などプラントにとって重大な問題となるが、ポンプに使用されるモータも完全に密封された状態のため、モータの回転方向が確認しにくい問題がある。このようなモータはキャンドモータで呼ばれ、従来よりモータの回転方向を検出する方法として、いろいろな方法が提案されている。例えば特許文献１や特許文献２には図９に示すように、モータ電源の相順を直接検出することによって、モータの回転方向を検出する方法が提案されている。図９において、相順検出回路（図９で破線Ｚで囲まれた部分）の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｃの値をある比率で設定すると、変圧器の１次側には正相順（Ｒ、Ｓ，Ｔの順）の場合は零電圧が、逆相順（Ｔ，Ｓ、Ｒの順）の場合はＲＳ電圧と同電圧、同周波数の電圧が印可される。よって正相順の場合は電圧計は動作せず、逆相順のときは電圧計が動作してモータが正回転か逆回転かを判断する。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５９−３１２９０号公報（第４頁、第３図）
【０００４】
【特許文献２】
特開２０００−２２４８１１号公報（第４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで問題となるのは、検出装置の一部である相順検出回路がモータ電源に直接接続されているので、この部分で相短絡や地絡事故が発生すると検出装置の事故にも拘わらず、メインのモータが停止してしまう不具合があった。
【０００６】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、モータの回転方向検出装置の故障によってモータを停止させないようなモータの回転方向検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒状の固定子鉄心の内周に円周方向に沿って複数の歯部および固定子溝が交互に設けられた固定子と前記固定子の内側に配設された回転子とを有するモータの回転方向検出装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記歯部にそれぞれ巻付けられ、かつ前記回転子の中心を起点として電気角で１８０度または０度以外の位置関係にある２つの検出コイルと、前記２つのコイルの出力である誘起電圧の極性をそれぞれ検出する２つの極性検出手段と、前記２つの極性検出手段の一方の検出結果の極性が変化した時の他方の検出結果の極性を判別する位相検出手段とによって達成される。
【０００８】
また、前記極性検出手段が絶縁機能を有する絶縁型極性検出手段によって、
或いは前記絶縁型極性検出手段がフォトカプラーによって、或いは前記位相検出手段がクロック付きフリップフロップ回路によって、或いは前記極性検出手段の入力側にローパスフィルタによって、或いは前記固定子鉄心の同一歯部の長手方向の両端に設置された２つの検出コイルを１組とし、前記回転子の中心を起点として電気角で１８０度または０度以外の位置に２組設置し、前記検出コイルの出力が、前記１組を構成する２つの検出コイルの出力の差であることによって、より効果的に達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００１０】
まず、キャンドモータの構造と動作の概略を図１を用いて簡単に説明する。
【００１１】
図１において、キャンドモータ１０１はポンプ部１０２とモータ部１０３を有し、ポンプ部１０２とモータ部１０３とはアダプタ１０４によりそれぞれ相互に互換性を持たせて接続されている。ポンプ部１０２はインペラ１０５が設けられたポンプ室１０６内に連通する吸込管部１０７と吐出管部１０８を有し、インペラ１０５はモータ部１０３の回転子軸１０９の延長端子に取り付けられている。一方、モータ部１０３は固定子１１０と回転子１１１を有し、回転子１１１の回転軸１０９は前部側の軸受１１２と後部側の軸受１１３とにより支承されている。また、回転子１１１の両端部には前部回転室１１４と後部回転室１１５が形成されている。そして、後部回転室１１５内には、図示しない外部導管によりポンプ部１０２の吐出管部１０８から取扱液の一部が導入され、この取扱液により軸受１１３の潤滑並びにモータ部１０３の冷却が行われる。また、アダプタ１０４には、前部回転室１１４とポンプ部１０２の低圧側とを連通する通液路が設けられ、この通液路が前部回転室１１４に連通することにより、取扱液が軸受１１２の潤滑並びにモータ部１０３の冷却が行われる。また、キャンドモータ１０１のモータ部１０３の端部外周面には、監視装置１１６が立設状態で設置されている。この監視装置１１６には、後述する検出コイルの出力を処理するモータの回転方向検出装置の一部が内蔵されている。
【００１２】
このような構造をもつキャンドモータ１０１は、前述したように取扱液が漏れないように密封されているため回転子１１１の回転方向が外部から視認できないようになっている。
【００１３】
ところで、回転子１１１が回転すると回転子１１１の周辺に磁束が発生し、さらに、その磁束は回転に応じて変化する。そこで、回転子１１１の周辺に検出コイルを設置しておくと、ファラデーの法則により検出コイルに鎖交する磁束が時間的に変化すると検出コイルに電圧が誘起し、その電圧は磁束の変化に応じて変化する。また、前記誘起電圧の位相は設置された検出コイルの設置位置によっても異なる。
【００１４】
本発明はこの現象を利用して回転子１１１の回転方向を検出しようとするものである。つまり、少なくとも２個の検出コイルを異なった位置に設置して、その誘起電圧の位相差を比較すれば、回転子１１１の回転方向を検出できる。
【００１５】
最初に、検出コイルの設置の手法について、図２および図３を用いて説明する。図２は本発明で使用する検出コイルＣの設置の状態を示す図で、モータの固定子１の歯部１ａの一部に切欠溝１ｂを形成し、この切欠溝１ｂに検出コイルＣを設置（巻回）する。検出コイルＣの出力としては、上述した現象により誘起電圧Ｖが出力される。なお、図２では検出コイルＣを歯部１ａが１ヵ所の場合について図示しているが、誘起電圧Ｖを大きくとるため、複数の歯部に跨るように検出コイルＣを設置しても良い。また、切欠溝を設けて検出コイルＣを設置する方式の他に切欠溝を設けずに固定子全長に亘って巻回されているように検出コイルを設置しても良い。
【００１６】
以下、実施例は説明を簡単に分かりやすくするため、モータが２極機である場合について説明する。図３は２個の検出コイルの設置の位置関係を示す図である。固定子１の位置Ａに設置する検出コイルを基準にして、回転子５０の中心を起点として位置Ａに対して、位置Ｂは４５度、位置Ｃは９０度、位置Ｄは１３５度、位置Ｅは１８０度の位置関係である。
【００１７】
図４は、例えば回転子が時計回り（この実施例ではこの回転方向を正回転とする。）した場合の位置Ａの検出コイルＣａの出力信号Ｖａとその極性信号Ｓａ（正の出力信号は「１」、負の出力信号は「０」で示す）、位置Ｂの検出コイルＣｂの出力信号Ｖｂとその極性信号Ｓｂ、位置Ｃの検出コイルＣｃの出力信号Ｖｃとその極性信号Ｓｃ、位置Ｄの検出コイルＣｄの出力信号Ｖｄとその極性信号Ｓｄ、位置Ｅの検出コイルＣｅの出力信号Ｖｅとその極性信号Ｓｅを示した図である。図４から判明することは、位置Ａの検出コイルＣａの極性信号Ｓａが「０」から「１」に変化した時（図４のＰ点）、位置Ｂ、Ｃ，Ｄの極性信号は全て「０」である。つまり、正回転の場合は、極性信号Ｓａに対して、極性信号Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは遅れ位相の関係にある。そして、逆回転の場合は、進み位相の関係になるので位置Ａの検出コイルＣａの極性信号Ｓａが「０」から「１」に変化したとき、位置Ｂ、Ｃ，Ｄの極性信号は全て「１」である。参考のため、図４に逆回転の場合の位置Ｃの出力信号Ｖｃと極性信号｜Ｓｃ｜を示しておく。この関係を利用して回転方向を判別できる。
【００１８】
しかし、位置Ｅの極性信号Ｓｅは位置Ａの極性信号Ｓａと１８０度位相の異なる波形となるが、逆回転となっても位相差が１８０度となり、正回転でも逆回転でも相順の違いを判別できないことから使用できない。また、当然のことであるが、２個の検出コイルが２つとも位置Ａにあれば、２つのコイルに位相差がないので、正回転でも逆回転でも相順の違いを判別できないことから使用できない。よって、２つのコイルの位置関係が０度または１８０度の場合は判別に使用できないことが理解できる。また、検出可能なコイルの設置位置は回転子の円筒形の同一底面同士である必要はなく、反対底面に存在するコイル同士でも良い。例えば、図３の位置Ａと位置Ｆのコイル同士でも回転方向は検出可能である。なお、０度または１８０度以外の位置関係なら回転方向を判別できるが、コイルの出力信号が微弱である場合やノイズなどによる誤検出の問題を考えると、９０度が判別に最も良い位置関係なので、以下の実施例の説明では９０度の位置関係にあるとして説明する。
【００１９】
図５は、モータの回転検出装置の第１実施例を示す図である。検出コイルＣａと検出コイルＣｃの出力信号Ｖａ，Ｖｃを極性検出手段であるフォトカプラー（以下、ＰＣと記す）３ａ，３ｃに入力する。ここで、絶縁機能のあるフォトカプラーを使用した理由は、絶縁機能の無いオペアンプなどを使用して極性判別も可能であるが、絶縁機能がない場合、２つの検出コイルの出力端子の一端同士が電気的に接続されることになる。しかし、これらの検出コイルは回転方向の検出だけでなく、軸受の摩耗の度合いを検出するために兼用される場合がある。その場合、検出コイルの出力端子の一端が前もって電気的に接続されていると軸受の摩耗を検出する回路の回路構成の自由度が奪われ好ましくないので、フォトカプラーのように絶縁型極性検出手段が望ましい。検出コイルＣａ、Ｃｃの出力信号Ｖａ，Ｖｃを入力されたＰＣ３ａ，３ｃの出力信号は、図４の極性信号Ｓａ，Ｓｃとして出力される。次に、ＰＣ３ａ，３ｃの信号は位相検出手段であるクロック付きフリップフロップ（以下、ＦＦと記す）４に入力される。このＦＦ４の動作は入力データＤの「１」、「０」の判別をクロックＣＬが「０」から「１」に変化する時に実行して、出力Ｑに判別結果を出力する。具体的には、ＦＦ４の出力Ｑは、クロックＣＬが「０」から「１」に変化した時、入力Ｄが「０」なら出力Ｑに「０」が出力され、入力Ｄが「１」なら出力Ｑに「１」が出力される。ＬＥＤ５は判別結果を表示する表示灯で、Ｑが「０」ならトランジスタＴｒがオフしてＬＥＤは消灯（正回転）し、Ｑが「１」ならトランジスタＴｒがオンして点灯（逆回転）する。この構成で重要なことは、モータの回転検出装置が従来のモータの回転検出装置と異なり、モータ電源に直接接続されていないことである。
【００２０】
このような構成のモータの回転検出装置の動作について説明する。
【００２１】
まず、モータが正回転の場合、検出コイルＣａとＣｃの出力信号がＰＣ３ａ，３ｃに入力されると、ＰＣ３ａ，３ｃの出力である極性信号は図４のＳａ，Ｓｃの様になる。そして、極性信号ＳａがＦＦ４のクロックＣＬに入力されるので、Ｓａが「０」から「１」に変化した時、入力Ｄ、即ちＳｃの極性を判別する。この正回転の場合はＳｃは「０」であるからＦＦ４の出力Ｑは「０」となり、トランジスタＴｒがオフし、ＬＥＤ５は消灯して正回転であることを表示する。
【００２２】
次に、モータが逆回転の場合、極性信号は図４のＳａと｜Ｓｃ｜の関係にあるので、ＰＣ３ａ，３ｃの出力信号であるＳａと｜Ｓｃ｜は、ＦＦ４のクロック入力ＣＬとデータ入力Ｄに入力される。よって、Ｓａが「０」から「１」に変化した時、データ入力は「１」であるからトランジスタＴｒはオンしてＬＥＤ５は点灯し、逆回転であることを表示する。
【００２３】
よって本実施例を用いれば、従来のモータの回転検出装置と異なり、検出装置の故障でモータを停止することもなく、モータの回転方向を検出できる効果がある。また、本実施例のモータの回転検出装置は、モータ電源に接続されないので電子回路レベルの低圧部品で構成でき、装置の小型化にも効果がある。
【００２４】
次に第２実施例について図６を用いて説明する。
【００２５】
第２実施例ではローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと記す）６ａ，６ｃがＰＣ３ａ，３ｃの入力側に設置されているのが特徴である。この実施例では、ＬＰＦは抵抗ＲとコンデンサＣで構成される。ここにＬＰＦを設置する理由を図７を用いて説明する。検出コイルＣａ，Ｃｃの出力信号Ｖａ，Ｖｃは図３のような基本波だけのきれいな波形でなく、図７（Ａ）のような高調波を含んでいるので極性判別で誤判断する可能性がある。また、モータ電源がＰＷＭ方式の電圧型インバータである場合、検出コイルＣａ，Ｃｃの出力信号Ｖａ，Ｖｃは図７（Ｃ）のような凸凹型波形になるので、この場合も極性判別手段が誤判断する可能性がある。そこで図７（Ａ）の高調波を含んだ波形や図７（Ｃ）のＰＷＭ波形がＬＰＦを通過すると図７（Ｂ）や（Ｄ）のような整形された波形になるので正しい極性判断ができる。第２実施例の構成および動作はＬＰＦを追加した以外は第１実施例と全く同じである。
【００２６】
よって第２実施例を用いれば、検出コイルに発生する高調波を含んだ波形に誤動作せず回転方向を正しく検出できる効果がある。
【００２７】
次に、第３実施例について、図３と図８を用いて説明する。
【００２８】
検出コイルは回転方向を検出するために独立して使用しても良いが、回転子の軸受の摩耗の度合いを検出するために兼用される場合がある。摩耗の度合いを検出するための検出コイルの設置方式は特開平１１−１４８８１９で開示されている。それによれば、摩耗の度合いは、主に回転子の半径方向の摩耗の度合いと固定子長手方向の摩耗の度合いの２方向が検出される。それによると、半径方向の摩耗の度合いを検出するための複数の検出コイルの一部が図３の位置ＡとＥに設置されている。位置Ａと位置Ｅは固定子の円筒の中心に対して１８０度の位置関係にある。また長手方向の摩耗の度合いを検出するための複数の検出コイルの一部が図３の位置ＦとＨに設置されている。位置Ｆと位置Ｈは固定子の円筒の中心に対して１８０度の位置関係にある。さらに、位置Ａと位置Ｅを結ぶ直線と位置Ｆと位置Ｈを結ぶ直線は９０度の位置関係で１８０度でも０度の位置関係にもない。これらの検出コイルの出力を利用して、例えば、検出コイルＣａとＣｅの和信号（Ｖａ＋Ｖｅ）と検出コイルＣｆとＣｈの和信号（Ｖｆ＋Ｖｈ）を図８に示すようにＰＣ３ａおよびＰＣ３ｃに入力すれば、モータの回転方向検出装置の残りの回路構成は第１実施例と全く同じで、作用も同じなので、モータの回転方向を正しく検出できる。
【００２９】
よって本実施例を用いれば、軸受の摩耗の度合いを検出するコイルと兼用する安価で経済的にモータの回転方向を検出できる効果がある。
【００３０】
以上の説明ではモータが２極機の場合について説明したが、同じ原理を用いて４極以上の多極機のモータについても同じ効果を得られるのは言うまでもない。
【００３１】
なお、モータは密閉されたキャンドモータでなく通常のモータにおいても本発明は適用可能で同じ効果が期待できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモータの回転方向検出装置によれば、モータの回転方向検出装置の故障によってモータ停止させる心配なくモータの回転方向を正しく検出でき、また、モータの回転方向検出装置の小型化が図れ、また、軸受摩耗の度合いを検出する装置と部品を兼用することによりモータの回転方向検出装置を安価に製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関するキャンドモータおよびポンプの概略構造を示す図である。
【図２】本発明の検出コイルを固定子の歯部に設置した状態を示す図である。
【図３】本発明の検出コイルの固定子の設置位置関係を示す図である。
【図４】本発明の固定子に設置された検出コイルの設置位置と検出電圧の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例の回路構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例の回路構成を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例のローパスフィルタの通過前と後の検出波形を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例の回路構成を示す図である。
【図９】従来のモータの回転方向検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１ａ　歯部
１ｂ　切欠溝
Ｃ　　検出コイル
３ａ，３ｃ　　フォトカプラー
４　　クロック付きフリップフロップ
５　　ＬＥＤ
６ａ，６ｃ　　ローパスフィルタ
Ｔｒ　トランジスタ
１０１　キャンドモータ
１０２　ポンプ部
１０３　モータ部
１０４　アダプタ
１０５　　インペラ
１０６　　ポンプ室
１０７　　吸込管
１０８　　吐出管
１０９　　回転子軸
１１０　　固定子
１１１　　回転子
１１２　　前部側の軸受
１１３　　後部側の軸受
１１４　　前部回転室
１１５　　後部回転室
１１６　　監視装置

Claims

円筒状の固定子鉄心の内周に円周方向に沿って複数の歯部および固定子溝が交互に設けられた固定子と、前記固定子の内側に配設された回転子とを有するモータの回転方向検出装置において、
前記歯部にそれぞれ巻付けられ、かつ前記回転子の中心を起点として電気角で１８０度または０度以外の位置関係にある２つの検出コイルと、
前記２つの検出コイルの出力である誘起電圧の極性をそれぞれ検出する２つの極性検出手段と、
前記２つの極性検出手段の一方の検出結果の極性が変化した時の他方の検出結果の極性を判別する位相検出手段と、
を有することを特徴とするモータの回転方向検出装置。
前記極性検出手段が絶縁機能を有する絶縁型極性検出手段である請求項１に記載のモータの回転方向検出装置。
前記絶縁型極性検出手段がフォトカプラーである請求項２に記載のモータの回転方向検出装置。
前記位相検出手段がクロック付きフリップフロップ回路である請求項１に記載のモータの回転方向検出装置。
前記極性検出手段の入力側又は出力側にローパスフィルタを設置した請求項１に記載のモータの回転方向検出装置。
前記円筒状の固定子鉄心の一端に円筒の中心に対して１８０度の位置関係となる２つの検出コイルを１組として設置し、他端にも円筒の中心に対して１８０度の位置関係となる２つの検出コイルを１組として設置し、かつ前記一端に設置された２つの検出コイルの設置位置を結ぶ直線と前記他端に設置された２つの検出コイルの設置位置を結ぶ直線とが電気角で１８０度または０度以外の位置関係に設置し、前記検出コイルの出力が、前記１組を構成する２つの検出コイルの出力の和である請求項１に記載のモータの回転方向検出装置。