JP2017189022A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用モータにあっては、新規で設置するような場合であれば、予め運転モニターシステムを組み込み、遠隔にて運転状況をモニターできるよう工夫されているモータを使用すればよいが、既に設置されているモータの場合は、そのような装置を後から取り付けすることは困難である。【解決手段】本願の課題を解決する手段は一例として、回転電機であって、ハウジングと、ハウジング内に固定され、複数の巻線を備える固定子と、固定子からの磁束により回転する回転子と、回転子と共回りする回転軸と、ハウジングの端に設けられ、回転軸を軸支するエンドブラケットと、エンドブラケットに設けられたセンサと、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関し、特に遠隔から異常診断が可能な回転電機に関する。

モータは駆動源として種々の用途に用いられており、様々な製品の内部に組み込まれて使用される。例えば、送風機、ポンプ、冷凍空調用の圧縮機、エスカレータなど、産業用から一般家庭用まで幅広く使用されている。特に近年では、地球温暖化が問題となっており、いかに環境負荷を減らし、地球温暖化の原因となるＣＯ_２削減するかという課題に対し、電動機の高効率化が急務となっている。電動機の機械損失は、電動機の効率に大きな影響を与えることから、摩擦損失の少ない軸受など種々の検討がなされている。

汎用モータとしては、例えば全閉外扇形電動機が広く用いられている。今般、モータの高効率化に伴い、モータ自体が長寿命化される方向であり、特に装置等に組み込まれたモータに対し、その異常診断が必要とされる動きがある。

特開平０７−３２４９７４

たとえばモータの異常診断に関する技術としては、特許文献１の明細書段落番号0025付近には「４Ａは電動機外枠の中央部に設けられた振動計であり、電動機本体の振動及び固定子（図示せず）と回転子２の磁界の干渉により生ずる磁気加振力による振動を検出する。８は振動計４、４Ａの振動信号を回転子２の回転数を検出する回転計５の信号に同期させてサンプリングする信号サンプリング手段」、といった構成が開示されている。

しかし、特許文献１の振動計の位置では、モータの寿命を決める部品、たとえば、機械部品である軸受など、から遠いため適切に診断することが困難である。

また、このような汎用モータにあっては、新規で設置するような場合であれば、予め運転モニターシステムを組み込み、遠隔にて運転状況をモニターできるよう工夫されているモータを使用すればよいが、既に設置されているモータの場合は、そのような装置を後から取り付けすることは困難である。

上記目的を達成するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転電機であって、ハウジングと、ハウジング内に固定され、複数の巻線を備える固定子と、固定子からの磁束により回転する回転子と、回転子と共回りする回転軸と、ハウジングの端に設けられ、回転軸を軸支するエンドブラケットと、エンドブラケットに設けられたセンサと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、モータの寿命を予測するために、モータの運転状況をモニターすることができる。

本発明の一実施例におけるモータの概要を示す図。 本発明の一実施例における監視システムの概要を示す図。 本発明の一実施例におけるモータの概要を示す図。 本発明の一実施例におけるモータの概要を示す図。 本発明の一実施例における端子箱を示す図。 本発明の一実施例における端子箱を示す図。 本発明の一実施例におけるセンサ取り付け位置を示す図。 本発明の一実施例におけるセンサ取り付け位置を示す図。 本発明の一実施例におけるセンサ取り付け位置を示す図。

以下、本発明を適用した例である実施例１の構成を、図面を用いて説明する。

図１は実施例１のモータを側面からみた図（一部透過）および前面から見た図である。本実施例のモータは、固定子１２、回転子（図示せず）、回転子の中心部を通り負荷側と反負荷側と貫通する回転軸６、軸受（図示せず）、負荷側エンドブラケット７ａ、反負荷側エンドブラケット７ｂ、振動センサ５、ハウジング８、ハウジング８上に設けられた端子箱１０・１１、及びハウジング８に設けられた複数の冷却用のフィン等で構成される。

固定子１２は、複数の巻線から構成され、略円筒状のハウジング内部に固定される。さらに固定子の内部空間内に回転子（ロータ）が挿入され、所定の隙間を介して回転自在に取り付けられる。固定子の巻線のそれぞれに対しては、商用電源、またはインバータ（図示せず）の駆動回路から駆動電流が供給される。

回転軸６は、回転子と一体に形成される回転軸であり、回転電機の回転駆動力を、負荷側に接続された被駆動機器（例えば、ポンプ、射出成型機等）へと伝達する。軸受は回転軸６の負荷側と反負荷側の両方に設けられる。

エンドブラケットは、負荷側エンドブラケット７ａと反負荷側エンドブラケット７ｂの両方により、回転子、回転軸６および軸受をハウジングの端部それぞれに固定する。回転子からエンドブラケットに至るまでの間に、シール部材やワッシャー等を回転軸６に通して固定してもかまわない。

両側のエンドブラケットには、図７のようにセンサ５を設けている。センサ５からの信号は信号線保護管４内の信号線を伝わり端子箱内の信号線接続部（インターフェース）１７を介してモータ外へ出力される。信号線保護管４はエンドブラケットおよびハウジング外周に沿って設けられる。保護管内に信号線を通すのは、耐環境性の向上やモータ表面を流れる冷却風からの保護のためである。

センサ５は、例えば、エンドブラケット表面に軸受と対応する位置で段差（モータ外部方向に飛び出して軸受を覆う軸受カバー部分）を設け、振動センサの軸方向を回転軸中心部に向けてねじ等で固定してもかまわない。あるいは図８のようにエンドブラケット固定ボルトを利用し、振動センサ取付け台をエンドブラケットと同時に固定する方法でもよい。このとき振動センサは、センサ軸方向を回転軸中心に向けて固定する。

このように、エンドブラケット上にセンサ５を設けることで、エンドブラケットよりもモータ内側にある軸受の振動状況をモータ外部から遠隔で監視することができる。外部から軸受付近の状況を監視することで、モータの寿命にかかわる部分である軸受の異常を早期発見することが可能となる。なお、軸受の異常を早期発見する目的のためには、より軸受に近い位置にセンサを設けることが好ましい。

本実施例ではセンサ５は振動センサを想定しているが、異常音を検知するための音をとらえるセンサや、異常な温度になった場合を検知する温度センサ等でもよい。

さらに、図１のようにファン１を設けても良い。ファン１は、反負荷側エンドブラケット７ｂの外側に配置され、回転軸６に取り付けられる。回転子の回転に伴ってファン１が回転することで、外部からの空気がハウジング周囲に導かれ、放熱フィンの間を通って熱交換を行う構成となり、回転電機本体を冷却することができる。ハウジングと、冷却フィンは鋳物や金属ダイキャストによって一体成形されるようになっている。なお、冷却フィン１７は溶接やカシメ加工等の別方式で形成することも可能である。さらに、本例では熱伝導性に優れるアルミを適用するものとするが、本発明はこれに限定されるものではない。

ハウジングは、内部空間に固定子（ステータ）１２を構成する電機子が挿入され、固定される。外観は図１，２にも示すように、その外周表面に回転軸に沿って並列に延びた複数の冷却フィンを有する。

さらに、ハウジング８上、あるいはフィン上に端子箱ケース１０および端子箱蓋１１からなる端子箱が設けられる。この端子箱内には、固定子１２の巻線に電力を供給する口出し線と、外部の電源から延びる線とを接続する電源接続部１８が格納されている。さらに本実施例においては、センサ５からの信号を外部へ出力するインターフェースも端子箱内に格納される。

インターフェース１７は図２に示すように、信号線３ａ，３ｂからの入力を受け付ける入力部と、入力信号を増幅する増幅部と、増幅した信号を外部へ出力する出力部と、から構成される。増幅部は必須ではないが、より高精度な情報を得たい場合には、センサからの信号を増幅する機能を有している方が好ましい。なお、出力部から外部は無線通信でも有線による接続でもかまわない。

端子箱内部は図５のように、固定子巻線からの口出し線と外部電源からの線が端子台等の電源接続部１８によって接続されている。端子箱蓋１１の裏には、センサからの信号線とモータ外部とを接続するためのインターフェース１７が設けられている。あるいは、図６のように端子箱蓋１１の外側にインターフェース１７を設けても良い。このように端子箱蓋１１側にインターフェース１７ａを設けることで、既設のモータの端子箱蓋と取り換えるだけで遠隔監視が可能となる。

図５のように内側に設けられている方が水滴や塵などの影響を防ぐことができ、遠隔監視の信頼性を向上させることができる。また図６のように端子箱蓋１１外側に設けた場合には、端子箱内部の電源接続部との電気的な干渉を抑えることができる。

以上を踏まえると、本実施例に記載の回転電機は、ハウジングと、ハウジング内に固定され、複数の巻線を備える固定子と、固定子からの磁束により回転する回転子と、回転子と共回りする回転軸と、ハウジングの端に設けられ、回転軸を軸支するエンドブラケットと、エンドブラケットに設けられたセンサと、を有することを特徴とする。

本実施例では、信号線保護管および振動センサがハウジング８上に設けられているため、既設のモータに後付けで設置することができる。

本実施例は、実施例１から信号線保護管の位置を変更したものである。その他変更していない部分については実施例１と同様のため説明を省略する。

図３ではモータの一部断面図を示す。モータハウジング内に固定された固定子１２とハウジングとの間に、信号線保護管を設けておく。エンドブラケット上に設けられた振動センサと端子箱内のインターフェースとをつなぐ信号線は、端子箱の外側の保護管を通って、ハウジング８内の保護管へ通される。エンドブラケットには信号線保護管が通る大きさの穴を設け、エンドブラケット外側に設けられる振動センサと信号線とが接続される。

本実施例の構成によれば、信号線保護管がハウジング８内にあることで、実施例１と比較してさらに信号線を外部の環境から保護することができ、振動センサを用いた遠隔監視システムの信頼性が向上する。

本実施例は、実施例１から信号線保護管の位置を変更したものである。その他変更していない部分については実施例１と同様のため説明を省略する。

図４に、本実施例のモータの一部断面図を示す。本実施例では、ハウジング８内であるものの実施例２とは異なり、ハウジング８の壁内部にセンサ用の穴を設け、そこにセンサからの信号線を通す構成としている。また、コイル自体に温度センサを設ける場合には、ハウジング８内部から信号線貫通穴１５に向けてさらに穴を設け、そこから信号線貫通穴に信号線を通す構成としても良い。

このとき、ハウジング壁の肉厚は、全体を均一な肉厚にしても良いし、図４のように端子箱の下の信号線が通る付近のみ厚くしても良い。

以上を踏まえると、本実施例に記載の回転電機は、所定の厚みのある壁を有する略円筒状のハウジングと、ハウジング内に固定され、複数の巻線を備える固定子と、固定子からの磁束により回転する回転子と、回転子と共回りする回転軸と、を有する回転電機であって、回転電機の運転状況を監視センサと、ハウングの壁内に、センサからの信号線を通す穴と、をさらに有することを特徴とする。

本実施例の構成によれば、実施例２と比較して、ハウジング８内の直径に影響しないため固定子とハウジング８を隙間なく設計することが可能となる。また、固定子と信号線保護管との間にハウジング８の壁を介しているため、固定子からの電気的・磁気的なノイズが信号線に乗りにくいと言う効果も奏する。

本実施例は、実施例１のインターフェース１７から無線通信によって、遠隔地にいるユーザーが振動センサでとらえた音を端末２２から聞くことにより異常を検知する監視システムである。

図２のように、振動センサ５から得られた信号は、信号線３、インターフェース１７、無線通信を介してユーザーが所持する端末２２へ送信される。

本実施例によれば、ユーザーは端末２２で受信した信号を音として聞くことで、当該振動センサ５が設けられているモータに異常が生じていないかを、遠隔地にいながら判断することが可能となる。

なお、いずれの実施例もモータ（電動機）を例に挙げて説明したが、ジェネレータ（発電機）においても本発明を適用可能であることは言うまでもない。

１ ファン
２ 信号線保護管（モータ外部）
３ａ 反負荷側信号線
３ｂ 負荷側信号線
４ 信号線保護管（エンドブラケット上）
５ 振動センサ
６ 回転軸
７ａ 負荷側エンドブラケット
７ｂ 反負荷側エンドブラケット
８ ハウジング
９ エンドカバー
１０ 端子箱ケース
１１ 端子箱カバー（蓋）
１２ 固定子コア
１３ 信号線保護管（モータ内部）
１４ コイルエンド
１５ 信号線用貫通穴
１６ ハウジングの肉厚部
１７ 信号線接続部（インターフェース）
１８ 電源接続部
１９ 信号線保護管
２０ 振動センサ取付け台
２１ エンドブラケット固定ボルト
２２ ユーザー端末。

Claims (8)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に固定され、複数の巻線を備える固定子と、
   前記固定子からの磁束により回転する回転子と、
   前記回転子と共回りする回転軸と、
   前記ハウジングの端に設けられ、前記回転軸を軸支するエンドブラケットと、
   前記エンドブラケットに設けられたセンサと、を有するものである回転電機。
2. 請求項１において、
   前記ハウジング上に設けられた端子箱を、さらに有し、
   前記センサからの信号線は前記端子箱の信号接続部に接続されるものである回転電機。
3. 請求項２において、
   前記信号線は、前記ハウジング表面に設けられた保護管の内部を通るものである回転電機。
4. 請求項２において、
   前記信号線は、前記ハウジングの内側に設けられた保護管の内部を通るものである回転電機。
5. 請求項２において、
   前記信号線は、前記ハウジングの壁内部に設けられた穴の内部を通るものである回転電機。
6. 請求項２において、
   前記信号接続部は、前記端子箱の蓋の上に設けられているものである回転電機。
7. 請求項２において、
   前記信号接続部は、前記端子箱の蓋の裏に設けられているものである回転電機。
8. 所定の厚みのある壁を有する略円筒状のハウジングと、
   前記ハウジング内に固定され、複数の巻線を備える固定子と、
   前記固定子からの磁束により回転する回転子と、
   前記回転子と共回りする回転軸と、を有する回転電機であって、
   前記回転電機の運転状況を監視するセンサと、
   前記ハウングの壁内に、前記センサからの信号線を通す穴と、をさらに有するものである回転電機。

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