JP2023077262A - 回転電機の振動計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の振動の計測精度を向上させる。【解決手段】振動計測部２０は、発電機１における回転軸１４の外周側に設けられた回転子１２に形成された嵌込穴２２と、嵌込穴２２の内部に固定され、振動を計測する振動センサ２４とを設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機の振動計測装置に関し、例えば回転子と固定子とを有する発電機における回転子の振動を計測する装置に適用して好適なものである。

従来、固定子及び回転子を有する回転電機としてモータが広く知られている。また、モータにおける回転子の振動を計測する装置として、回転子が固定された回転軸を支持する軸受の近傍において、渦電流方式の非接触型変位センサを用いて回転軸の変位を測定することにより、回転子の振動を計測するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－２５６６１号公報

しかしながらこのような振動計測装置は、回転子が固定された回転軸を支持する軸受の近傍において回転軸の振動を測定することにより、回転子の振動を計測するため、回転子を構成する部品である回転子鉄心や回転子コイル等の振動を精度良く測定できない可能性があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、回転子の振動の計測精度を向上し得る回転電機の振動計測装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の回転電機の振動計測装置においては、回転電機における回転軸の外周側に設けられた回転子に形成された穴部と、穴部の内部に固定され、振動を計測する振動センサとを設けるようにした。

本発明は、回転軸を介さずに回転子の振動を計測できる。

本発明によれば、回転子の振動の計測精度を向上し得る回転電機の振動計測装置を実現できる。

発電機の構成を示し、上半分が軸方向における断面図、下半分が径方向から見た外観図である。 第１の実施の形態による発電機の構成を示し、図１におけるＡ－Ａ矢視断面図である。 振動センサの構成を示す斜視図である。 第２、第３、第４及び第５の実施の形態による発電機の構成を示し、図１におけるＡ－Ａ矢視断面図である。 第２の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。 第３の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。 第５の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。

［１．第１の実施の形態］
［１－１．発電機の構成］
図１及び図２に示すように、発電機１は、主に、フレーム４と、固定子１０と、回転子１２と、回転軸１４と、軸受１６と、軸受ブラケット１８とにより構成されている。図示しない原動機は、エンジン、タービンや水車等であり、発電機１に回転力を与えて発電機１内の各機構を回転させることにより、発電を行う。

以下では、回転軸１４が沿う方向を軸方向Ｄａとし、回転子１２が回転する方向を周方向Ｄｃとする。また、軸方向Ｄａに関し、原動機に近接する側（図１中左側）を駆動源近接側とも呼び、原動機から離隔する側（図１中右側）を駆動源離隔側とも呼ぶ。さらに、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４の回転軸中心Ｒａへ近接する方向を内周方向とし、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４の回転軸中心Ｒａから離隔する方向を外周方向と呼ぶ。さらに軸方向Ｄａに直交し内周方向と外周方向とに沿う方向を径方向Ｄｄとも呼ぶ。さらに径方向Ｄｄに関し、回転軸１４の回転軸中心Ｒａに近接する側を内側又は内周側とも呼び、回転軸１４の回転軸中心Ｒａから離隔する側を外側又は外周側とも呼ぶ。

固定子１０は、フレーム４の内周側に固定されており、固定子鉄心１０ａと固定子コイル１０ｂとにより構成されている。固定子鉄心１０ａは、円筒形状であり、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層されている。固定子コイル１０ｂは、固定子鉄心１０ａの内周側に周方向Ｄｃに等間隔を空けて打ち抜かれた四角形状のスロット内に横断面四角形状のコイル素線が整列されて束ねられ絶縁処理がされることにより形成されている。

回転子１２は、回転軸１４に嵌合等により固定されており、環状の固定子１０の内周側において固定子１０とエアギャップ１１を介して設けられた突極型磁極であり、回転子鉄心１２ａと回転子コイル１２ｂとにより構成されている。回転子鉄心１２ａは、円筒形状であり、固定子鉄心１０ａと同様に電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層されている。回転子コイル１２ｂは、回転子鉄心１２ａに巻回している。

回転軸１４は、円柱形状であり軸方向Ｄａに沿って延設されており、中心である回転軸中心Ｒａを軸として周方向Ｄｃへ回転する。この回転軸１４は、駆動源近接側の端部が原動機（図示せず）と直結している。

軸受１６は、フレーム４における軸方向Ｄａの両端部の２箇所に設けられており、回転軸１４を回転自在に支持する。この軸受１６は、フレーム４に支持された軸受ブラケット１８により支持される。

［１－２．振動計測部の構成］
これらに加えて、発電機１には、回転子１２の振動を計測する振動計測部２０が設けられている。振動計測部２０は、回転子鉄心１２ａに設けられた嵌込穴２２と、振動センサ２４と、受信器２６とにより構成されている。

嵌込穴２２は、径方向Ｄｄに関し回転子コイル１２ｂを避けるように回転子コイル１２ｂよりも内周側において回転軸１４の外周面に近接する位置に設けられ、回転子鉄心１２ａにおける駆動源離隔側の端面から回転軸１４と平行に軸方向Ｄａに沿って駆動源近接側へ向かって凹む四角柱形状である。この嵌込穴２２は、駆動源近接側の端部が閉口すると共に駆動源離隔側の端部が開放され、振動センサ２４の外形と同一形状及び同一サイズの内部空間が形成されている。また嵌込穴２２は、振動センサ２４が嵌込穴２２に埋め込まれるように嵌まり込んだ際に、振動センサ２４が振動検知方向Ｄｖ（後述する）を径方向Ｄｄに沿わせた状態で固定される形状で形成されている。

振動センサ２４は、例えば圧電方式の無線振動センサであり、図３に示すように例えば振動検知方向Ｄｖの厚さが薄い直方体形状である。この振動センサ２４と受信器２６とは、汎用品として商品化されているものが使用される。振動センサ２４の内部には、振動を電気信号として検知するセンサ部と、検知した電気信号を振動値に変換する変換器と、変換した振動値を示す振動データを例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線により受信器２６へ発信する発信器とが内蔵されている。

また振動センサ２４は、振動を検知する方向である振動検知方向Ｄｖが極性を有している。このため振動センサ２４は、自身の振動検知方向Ｄｖを、発電機１において計測する振動の方向である計測振動方向Ｄｍと向きを合わせた状態で設置される必要がある。発電機１においては、回転軸１４及び回転子１２における径方向Ｄｄの振動を計測するため、振動センサ２４は、その振動検知方向Ｄｖが径方向Ｄｄ（計測振動方向Ｄｍ）に沿った姿勢で、回転子鉄心１２ａに固定される。

この振動センサ２４は、発電機１の製造時に、嵌込穴２２における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴２２の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴２２に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心１２ａに埋め込まれるように固定される。振動センサ２４は、回転子鉄心１２ａに固定されると、振動を計測し振動データを受信器２６へ送信する。これにより振動センサ２４は、回転子１２本体の振動と、該回転子１２の構成部品（回転子鉄心１２ａや回転子コイル１２ｂ等）の振動とを計測できる。また振動センサ２４は、嵌込穴２２に対し着脱可能に固定されている。このため振動センサ２４は、自身に内蔵されている電池が空になった場合、嵌込穴２２から抜き取られることにより回転子鉄心１２ａから外され、電池が交換されてから、嵌込穴２２に再度嵌め込まれる。

受信器２６は、発電機１の外部に設けられており、振動センサ２４から振動データを受信すると、該振動データにより示される振動値を表示する。

［１－３．効果等］
以上の構成において振動計測部２０は、回転軸１４の外周側に固定された回転子１２に形成された嵌込穴２２の内部に振動センサ２４を固定するようにした。このため振動計測部２０は、回転軸１４を介さずに、回転子１２本体の振動と、該回転子１２の構成部品（回転子鉄心１２ａや回転子コイル１２ｂ等）の振動とを精度良く計測できる。

これにより振動計測部２０は、回転子１２本体及びその構成部品の異常な振動を精度良く検出し、異常を早期発見できる。また振動計測部２０は、発電機１の安全な運転に支障をきたすような過大な振動が発生した際に、事後の調査を行うための回転子１２本体及びその構成部品の振動を精度良く計測し、振動の原因究明及び特定に役立てることができる。

以上の構成によれば振動計測部２０は、回転電機としての発電機１における回転軸１４の外周側に設けられた回転子１２に形成された嵌込穴２２と、嵌込穴２２の内部に固定され、振動を計測する振動センサ２４とを設けるようにした。

このため振動計測部２０は、回転軸１４を介さずに、回転子１２本体の振動と、該回転子１２の構成部品の振動とを計測できる。

［２．第２の実施の形態］
［２－１．発電機の構成］
図１と、図２と対応する部材に同一符号を付した図４と、図５とに示すように、第２の実施の形態による発電機１０１は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、振動計測部２０に代わる振動計測部１２０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［２－２．振動計測部の構成］
第２の実施の形態による振動計測部１２０は、回転子鉄心１１２ａに設けられた嵌込穴１２２と、振動センサ２４（図５）と、ケーシング３０（上側ケーシング３０ａ（図５）及び下側ケーシング３０ｂ（図５））と、受信器２６とにより構成されている。以下では、上側ケーシング３０ａ及び下側ケーシング３０ｂをまとめてケーシング３０とも呼ぶ。

嵌込穴１２２は、径方向Ｄｄに関し回転子コイル１２ｂよりも内周側において回転軸１４の外周面に近接する位置に設けられ、回転子鉄心１１２ａにおける駆動源離隔側の端面から回転軸１４と平行に軸方向Ｄａに沿って駆動源近接側へ向かって凹む円柱形状である。この嵌込穴１２２は、駆動源近接側の端部が閉口すると共に駆動源離隔側の端部が開放され、ケーシング３０の外形と同一形状及び同一サイズの内部空間が形成されている。また嵌込穴１２２は、振動センサ２４が内蔵されたケーシング３０が嵌込穴１２２に埋め込まれるように嵌まり込んだ際に、振動センサ２４が振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせた状態で固定される。

ケーシング３０は、全体として軸方向Ｄａの長さ及び直径が振動センサ２４の外形の長さよりも長い中実の円柱形状であり、軸方向Ｄａに沿って上側ケーシング３０ａと下側ケーシング３０ｂとに２分割されている。このため上側ケーシング３０ａ及び下側ケーシング３０ｂそれぞれの横断面は半円形状となっている。またこのケーシング３０は、上側ケーシング３０ａと下側ケーシング３０ｂとに２分割されているため、内部に振動センサ２４が埋め込まれた後も、振動センサ２４を外部に露出させるように開閉可能となっている。

上側ケーシング３０ａにおいて下側ケーシング３０ｂと対向する面である下側ケーシング対向面３０ａＳと、下側ケーシング３０ｂにおいて上側ケーシング３０ａと対向する面である上側ケーシング対向面３０ｂＳとには、凹んだ窪みが形成されている。ケーシング３０には、これら窪みにより、振動センサ２４の外形と同一形状及び同一サイズの空間である振動センサ収容空間３２が形成されている。ケーシング３０は、振動センサ収容空間３２に振動センサ２４を入れ込んで覆った状態で、下側ケーシング対向面３０ａＳと上側ケーシング対向面３０ｂＳとが当接するように組み立てられる。振動センサ２４は、その重心がケーシング３０における中心軸であるケーシング中心軸３０ａｘを通過するように、ケーシング３０における中心部に配置されている。またケーシング３０は、樹脂のように伝熱性が低い材質で形成されることにより、固定子コイル１０ｂから発生したジュール損等の熱が振動センサ２４に影響しないように断熱している。

このケーシング３０は、発電機１０１の製造時に、嵌込穴１２２における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴１２２の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴１２２に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心１１２ａに埋め込まれるように固定される。このときケーシング３０は、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖが径方向Ｄｄに沿った姿勢となった状態で回転子鉄心１１２ａに固定される。またケーシング３０は、嵌込穴１２２に対し着脱可能に固定されている。このため振動センサ２４は、自身に内蔵されている電池が空になった場合、ケーシング３０が嵌込穴１２２から抜き取られることにより回転子鉄心１１２ａから外され、ケーシング３０が開放されて振動センサ２４の電池が交換されてから、ケーシング３０が嵌込穴１２２に再度嵌め込まれる。

［２－３．効果等］
第２の実施の形態による振動計測部１２０は、第１の実施の形態による振動計測部２０と比較して、ケーシング３０で振動センサ２４を覆うことにより、外部からの熱を振動センサ２４に伝わりにくくすることができる。このため振動計測部１２０は、振動センサ２４の測定精度を保つことができると共に、長寿命化できる。

その他、第２の実施の形態による振動計測部１２０は、第１の実施の形態による振動計測部２０と同様の作用効果を奏し得る。

［３．第３の実施の形態］
［３－１．発電機の構成］
図１と、図４と、図５と対応する部材に同一符号を付した図６とに示すように、第３の実施の形態による発電機２０１は、第２の実施の形態による発電機１０１と比較して、振動計測部１２０に代わる振動計測部２２０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［３－２．振動計測部の構成］
第３の実施の形態による振動計測部２２０は、回転子鉄心１１２ａに設けられた嵌込穴１２２と、振動センサ２４（図６）と、ケーシング２３０と、受信器２６とにより構成されている。

ケーシング２３０は、全体として、外側ケーシング２３０ｏと内側ケーシング２３０ｉとの二重構造となっている。

外側ケーシング２３０ｏは、ケーシング中心軸３０ａｘを軸として内側ケーシング２３０ｉに対し外周側に配置された円筒形状であり、その外周面がケーシング２３０の外周面となっている。また外側ケーシング２３０ｏは、軸方向Ｄａに沿い内側ケーシング２３０ｉの直径よりも僅かに広い直径である円柱形状の内部空間が形成されている。この外側ケーシング２３０ｏは、軸方向Ｄａに沿って外側上側ケーシング２３０ａｏと外側下側ケーシング２３０ｂｏとに２分割されている。このため外側上側ケーシング２３０ａｏ及び外側下側ケーシング２３０ｂｏそれぞれの横断面は半円弧形状となっている。以下では、外側上側ケーシング２３０ａｏと外側下側ケーシング２３０ｂｏとをまとめて外側ケーシング２３０ｏとも呼ぶ。

内側ケーシング２３０ｉは、外側ケーシング２３０ｏに対しケーシング中心軸３０ａｘを軸として内周側に配置され、外側ケーシング２３０ｏの内周側に形成された内部空間内に配置されている。また内側ケーシング２３０ｉは、全体として軸方向Ｄａの長さ及び直径が振動センサ２４の外形の長さよりも長い中実の円柱形状である。この内側ケーシング２３０ｉは、軸方向Ｄａに沿って内側上側ケーシング２３０ａｉと内側下側ケーシング２３０ｂｉとに２分割されている。このため内側上側ケーシング２３０ａｉ及び内側下側ケーシング２３０ｂｉそれぞれの横断面は半円形状となっている。以下では、内側上側ケーシング２３０ａｉと内側下側ケーシング２３０ｂｉとをまとめて内側ケーシング２３０ｉとも呼ぶ。

内側ケーシング２３０ｉの外周面と外側ケーシング２３０ｏの内周面との間、すなわち、内側ケーシング２３０ｉと外側ケーシング２３０ｏとの隙間には、潤滑剤としての潤滑油４０が充填されている。このため内側ケーシング２３０ｉは、潤滑油４０の潤滑作用により、外側ケーシング２３０ｏに対し回転自在となっている。

内側上側ケーシング２３０ａｉにおいて内側下側ケーシング２３０ｂｉと対向する面である内側下側ケーシング対向面２３０ａＳと、内側下側ケーシング２３０ｂｉにおいて内側上側ケーシング２３０ａｉと対向する面である内側上側ケーシング対向面２３０ｂＳとには、凹んだ窪みが形成されている。内側ケーシング２３０ｉには、これら窪みにより、振動センサ２４の外形と同一形状及び同一サイズの空間である振動センサ収容空間２３２が形成されている。ケーシング２３０は、振動センサ収容空間２３２に振動センサ２４を入れ込んで覆った状態で、内側下側ケーシング対向面２３０ａＳと内側上側ケーシング対向面２３０ｂＳとが当接し、外側上側ケーシング２３０ａｏにおいて外側下側ケーシング２３０ｂｏと対向する面と、外側下側ケーシング２３０ｂｏにおいて外側上側ケーシング２３０ａｏと対向する面とが当接するように組み立てられる。振動センサ２４は、その重心がケーシング中心軸３０ａｘを通過するように、ケーシング２３０における中心部に配置されている。

また内側上側ケーシング２３０ａｉの内部には、例えば軸方向Ｄａに沿う円柱形状の偏心用重り４２が設けられている。この偏心用重り４２は、例えば振動センサ２４よりも重たい重りであり、ケーシング中心軸３０ａｘを通り振動検知方向Ｄｖに沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように配置されている。このため、偏心用重り４２を含む内側上側ケーシング２３０ａｉの重量は、内側下側ケーシング２３０ｂｉの重量よりも重たくなる。

このケーシング２３０は、発電機２０１の製造時に、嵌込穴１２２における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴１２２の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴１２２に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心１１２ａに埋め込まれるように固定される。

この状態で回転軸１４が回転することにより回転子１２が回転すると、径方向Ｄｄに沿う遠心力作用方向Ｄｃｔに沿う力である遠心力が回転子１２に対し作用する。ここで、内側ケーシング２３０ｉは、偏心用重り４２により重心がケーシング中心軸３０ａｘよりも偏心用重り４２側に偏っている。このため内側ケーシング２３０ｉは、遠心力により、ケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔに向かう直線上に偏心用重り４２の重心が位置する姿勢まで回転し、その後、回転子１２が回転し続けている限り、遠心力によりその姿勢が保たれ、回転しなくなる。換言すれば、回転軸１４の回転に伴う回転子１２の回転時に該回転子１２に遠心力が作用すると、ケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔに向かって、振動センサ２４の重心（ケーシング中心軸３０ａｘ）、偏心用重り４２の重心が順次配置された状態となる。これにより振動計測部２２０は、振動センサ２４における振動検知方向Ｄｖを、計測振動方向Ｄｍである径方向Ｄｄに合わせることができる。

［３－３．効果等］
このように振動計測部２２０は、振動センサ２４をケーシング２３０に対し偏心しないよう配置すると共に、内側ケーシング２３０ｉの内部における、ケーシング中心軸３０ａｘを通り振動検知方向Ｄｖ（径方向Ｄｄ）に沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように、偏心用重り４２を設けるようにした。このため振動計測部２２０は、回転子１２の回転に伴い、遠心力により、内側ケーシング２３０ｉをケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔに向かう直線上に偏心用重り４２の重心が位置する姿勢まで回転させることができる。これにより振動計測部２２０は、振動計測部１２０と比較して、振動センサ２４における振動検知方向Ｄｖを、計測振動方向Ｄｍである径方向Ｄｄにより一層正確に合わせることができ、振動センサ２４の測定精度を一層保つことができる。

また振動計測部２２０は、発電機２０１の製造時において振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖが径方向Ｄｄに沿っていない姿勢でケーシング２３０が回転子鉄心１１２ａに固定された場合であっても、回転子１２の回転に伴い振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせることができる。このため振動計測部２２０は、発電機２０１の製造時においてケーシング２３０が嵌込穴１２２に嵌め込まれる際に、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせる必要をなくすことができ、製造時の手間を削減できる。

その他、第３の実施の形態による振動計測部２２０は、第２の実施の形態による振動計測部１２０と同様の作用効果を奏し得る。

［４．第４の実施の形態］
［４－１．発電機の構成］
図１と、図４と、図６と対応する部材に同一符号を付した図７とに示すように、第４の実施の形態による発電機３０１は、第３の実施の形態による発電機２０１と比較して、振動計測部２２０に代わる振動計測部３２０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［４－２．振動計測部の構成］
第２の実施の形態による振動計測部３２０は、回転子鉄心１１２ａに設けられた嵌込穴１２２と、振動センサ２４（図７）と、ケーシング３３０と、受信器２６とにより構成されている。

ケーシング３３０は、ケーシング２３０とほぼ同様に構成されており、全体として、外側ケーシング３３０ｏと内側ケーシング３３０ｉとの二重構造となっている。振動センサ２４は、その重心がケーシング中心軸３０ａｘを通過するように、ケーシング３３０における中心部に配置されている。

外側ケーシング３３０ｏは、外側ケーシング２３０ｏと同様に構成されている。この外側ケーシング３３０ｏは、軸方向Ｄａに沿って外側上側ケーシング３３０ａｏと外側下側ケーシング３３０ｂｏとに２分割されている。以下では、外側上側ケーシング３３０ａｏと外側下側ケーシング３３０ｂｏとをまとめて外側ケーシング３３０ｏとも呼ぶ。

内側ケーシング３３０ｉは、内側ケーシング２３０ｉと比較して、偏心用重り４２が省略されていると共に、偏心用穴４４が設けられている点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。この内側ケーシング３３０ｉは、軸方向Ｄａに沿って内側上側ケーシング３３０ａｉと内側下側ケーシング３３０ｂｉとに２分割されている。以下では、内側上側ケーシング３３０ａｉと内側下側ケーシング３３０ｂｉとをまとめて内側ケーシング３３０ｉとも呼ぶ。

内側ケーシング３３０ｉの外周面と外側ケーシング３３０ｏの内周面との間、すなわち、内側ケーシング３３０ｉと外側ケーシング３３０ｏとの隙間には、潤滑油４０が充填されている。このため内側ケーシング３３０ｉは、潤滑油４０の潤滑作用により、外側ケーシング３３０ｏに対し回転自在となっている。

また内側上側ケーシング３３０ａｉの内部には、例えば軸方向Ｄａに沿う円柱形状の中空の空間である偏心用穴４４が設けられている。この偏心用穴４４は、ケーシング中心軸３０ａｘを通り振動検知方向Ｄｖに沿う仮想的な直線上にその中心が位置するように配置されている。このため、偏心用穴４４を含む内側下側ケーシング３３０ｂｉの重量は、内側上側ケーシング３３０ａｉの重量よりも軽くなる。

このケーシング３３０は、発電機３０１の製造時に、嵌込穴１２２における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴１２２の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴１２２に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心１１２ａに埋め込まれるように固定される。

この状態で回転軸１４が回転することにより回転子１２が回転すると、径方向Ｄｄに沿う遠心力作用方向Ｄｃｔに沿う力である遠心力が回転子１２に対し作用する。ここで、内側ケーシング３３０ｉは、偏心用穴４４により重心がケーシング中心軸３０ａｘよりも偏心用穴４４とは逆側に偏っている。このため内側ケーシング３３０ｉは、遠心力により、ケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔとは逆方向に向かう直線上に偏心用穴４４の中心が位置する（換言すれば、偏心用穴４４の中心から遠心力作用方向Ｄｃｔに向かう直線上にケーシング中心軸３０ａｘが位置する）姿勢まで回転し、その後、回転子１２が回転し続けている限り、遠心力によりその姿勢が保たれ、回転しなくなる。換言すれば、回転軸１４の回転に伴う回転子１２の回転時に該回転子１２に遠心力が作用すると、ケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔとは逆方向に向かって、振動センサ２４の重心（ケーシング中心軸３０ａｘ）、偏心用穴４４の中心が順次配置された状態となる。これにより振動計測部３２０は、振動センサ２４における振動検知方向Ｄｖを、計測振動方向Ｄｍである径方向Ｄｄに合わせることができる。

［４－３．効果等］
このように振動計測部３２０は、振動センサ２４をケーシング３３０に対し偏心しないよう配置すると共に、内側ケーシング３３０ｉの内部における、ケーシング中心軸３０ａｘを通り振動検知方向Ｄｖに沿う仮想的な直線上にその中心が位置するように、偏心用穴４４を設けるようにした。このため振動計測部３２０は、回転子１２の回転に伴い、遠心力により、内側ケーシング３３０ｉをケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔとは逆方向に向かう直線上に偏心用穴４４の中心が位置する姿勢まで回転させることができる。これにより振動計測部３２０は、振動計測部１２０と比較して、振動センサ２４における振動検知方向Ｄｖを、計測振動方向Ｄｍである径方向Ｄｄにより一層正確に合わせることができ、振動センサ２４の測定精度を一層保つことができる。

また振動計測部３２０は、発電機３０１の製造時において振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖが径方向Ｄｄに沿っていない姿勢でケーシング３３０が回転子鉄心１１２ａに固定された場合であっても、回転子１２の回転に伴い振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせることができる。このため振動計測部３２０は、発電機３０１の製造時においてケーシング３３０が嵌込穴１２２に嵌め込まれる際に、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせる必要をなくすことができ、製造時の手間を削減できる。

その他、第４の実施の形態による振動計測部３２０は、第３の実施の形態による振動計測部２２０と同様の作用効果を奏し得る。

［５．第５の実施の形態］
［５－１．発電機の構成］
図１と、図４と、図６と対応する部材に同一符号を付した図８とに示すように、第５の実施の形態による発電機４０１は、第３の実施の形態による発電機２０１と比較して、振動計測部２２０に代わる振動計測部４２０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［５－２．振動計測部の構成］
第５の実施の形態による振動計測部４２０は、回転子鉄心１１２ａに設けられた嵌込穴１２２と、振動センサ２４（図８）と、ケーシング４３０と、受信器２６とにより構成されている。

ケーシング４３０は、ケーシング２３０とほぼ同様に構成されており、全体として、外側ケーシング４３０ｏと内側ケーシング４３０ｉとの二重構造となっている。

外側ケーシング４３０ｏは、外側ケーシング２３０ｏと同様に構成されている。この外側ケーシング４３０ｏは、軸方向Ｄａに沿って外側上側ケーシング４３０ａｏと外側下側ケーシング４３０ｂｏとに２分割されている。以下では、外側上側ケーシング４３０ａｏと外側下側ケーシング４３０ｂｏとをまとめて外側ケーシング４３０ｏとも呼ぶ。

内側ケーシング４３０ｉは、内側ケーシング２３０ｉと比較して、偏心用重り４２が省略されていると共に、振動センサ収容空間２３２に代わる振動センサ収容空間４３２を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。この内側ケーシング４３０ｉは、軸方向Ｄａに沿って内側上側ケーシング４３０ａｉと内側下側ケーシング４３０ｂｉとに２分割されている。以下では、内側上側ケーシング４３０ａｉと内側下側ケーシング４３０ｂｉとをまとめて内側ケーシング４３０ｉとも呼ぶ。

内側ケーシング４３０ｉの外周面と外側ケーシング４３０ｏの内周面との間、すなわち、内側ケーシング４３０ｉと外側ケーシング４３０ｏとの隙間には、潤滑油４０が充填されている。このため内側ケーシング４３０ｉは、潤滑油４０の潤滑作用により、外側ケーシング４３０ｏに対し回転自在となっている。

内側上側ケーシング４３０ａｉにおいて内側下側ケーシング４３０ｂｉと対向する面である内側下側ケーシング対向面４３０ａＳには、振動センサ２４の外形と同一形状及び同一サイズの空間となるように凹んだ窪みである振動センサ収容空間４３２が形成されている。一方、内側下側ケーシング４３０ｂｉにおいて内側上側ケーシング４３０ａｉと対向する面である内側上側ケーシング対向面４３０ｂＳには、凹んだ窪みは形成されていない。ケーシング４３０は、振動センサ収容空間４３２に振動センサ２４を入れ込んで覆った状態で、内側下側ケーシング対向面４３０ａＳと内側上側ケーシング対向面４３０ｂＳとが当接し、外側上側ケーシング４３０ａｏにおいて外側下側ケーシング４３０ｂｏと対向する面と、外側下側ケーシング４３０ｂｏにおいて外側上側ケーシング４３０ａｏと対向する面とが当接するように組み立てられる。

このように内側ケーシング４３０ｉには、ケーシング中心軸３０ａｘからずれた位置に振動センサ収容空間４３２が形成されている。このため振動センサ２４は、その重心がケーシング中心軸３０ａｘを通過しないように（すなわちケーシング中心軸３０ａｘからずれた位置を通過するように）ケーシング４３０における中心部よりも内側上側ケーシング４３０ａｉ側に配置されている。また振動センサ２４は、ケーシング中心軸３０ａｘを通り振動検知方向Ｄｖに沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように配置されている。このため、振動センサ２４を含む内側上側ケーシング４３０ａｉの重量は、内側下側ケーシング４３０ｂｉの重量よりも重たくなる。

このケーシング４３０は、発電機４０１の製造時に、嵌込穴１２２における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴１２２の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴１２２に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心１１２ａに埋め込まれるように固定される。

この状態で回転軸１４が回転することにより回転子１２が回転すると、径方向Ｄｄに沿う遠心力作用方向Ｄｃｔに沿う力である遠心力が回転子１２に対し作用する。ここで、内側ケーシング４３０ｉは、振動センサ２４の重心がケーシング中心軸３０ａｘからずれて位置しているため、その重心がケーシング中心軸３０ａｘよりも振動センサ２４側に偏っている。このため内側ケーシング４３０ｉは、遠心力により、ケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔに向かう直線上に振動センサ２４の重心が位置する姿勢まで回転し、その後、回転子１２が回転し続けている限り、遠心力によりその姿勢が保たれ、回転しなくなる。換言すれば、回転軸１４の回転に伴う回転子１２の回転時に該回転子１２に遠心力が作用すると、ケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔに向かって、ケーシング中心軸３０ａｘ、振動センサ２４の重心が順次配置された状態となる。これにより振動計測部３２０は、振動センサ２４における振動検知方向Ｄｖを、計測振動方向Ｄｍである径方向Ｄｄに合わせることができる。

［５－３．効果等］
このように振動計測部４２０は、振動センサ２４をケーシング４３０に対し偏心させて配置すると共に、内側ケーシング４３０ｉの内部における、ケーシング中心軸３０ａｘを通り振動検知方向Ｄｖ（径方向Ｄｄ）に沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように、振動センサ２４を設けるようにした。このため振動計測部４２０は、回転子１２の回転に伴い、遠心力により、内側ケーシング４３０ｉをケーシング中心軸３０ａｘから遠心力作用方向Ｄｃｔに向かう直線上に振動センサ２４の重心が位置する姿勢まで回転させることができる。これにより振動計測部４２０は、振動計測部１２０と比較して、振動センサ２４における振動検知方向Ｄｖを、計測振動方向Ｄｍである径方向Ｄｄにより一層正確に合わせることができ、振動センサ２４の測定精度を一層保つことができる。

また振動計測部４２０は、発電機４０１の製造時において振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖが径方向Ｄｄに沿っていない姿勢でケーシング４３０が回転子鉄心１１２ａに固定された場合であっても、回転子１２の回転に伴い振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせることができる。このため振動計測部４２０は、発電機４０１の製造時においてケーシング４３０が嵌込穴１２２に嵌め込まれる際に、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせる必要をなくすことができ、製造時の手間を削減できる。

その他、第４の実施の形態による振動計測部４２０は、第３の実施の形態による振動計測部２２０と同様の作用効果を奏し得る。

［６．他の実施の形態］
なお上述した第１の実施の形態においては、径方向Ｄｄに関し回転子鉄心１２ａにおける固定子コイル１０ｂよりも内周側において回転軸１４の外周面に近接する位置に振動センサ２４を配置する場合について述べた。本発明はこれに限らず、径方向Ｄｄに関し回転子鉄心１２ａにおける固定子コイル１０ｂよりも外周側に振動センサ２４を配置しても良い。また、回転子鉄心１２ａにおける固定子コイル１０ｂよりも内周側と外周側との両方に振動センサ２４を配置しても良い。さらに、回転子鉄心１２ａにおける外周面側に振動センサ２４を配置しても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。但し、径方向Ｄｄに関し回転子鉄心１２ａにおける固定子コイル１０ｂよりも外周側には振動センサ２４を配置する十分なスペースが存在しない可能性が高く、また、完成状態の発電機１に振動センサ２４が取り付けられる場合は回転子鉄心１２ａにおける外周面は固定子鉄心１０ａと近接して対向しており振動センサ２４を回転子鉄心１２ａに嵌め込む十分なスペースがない可能性が高いため、径方向Ｄｄに関し回転子鉄心１２ａにおける固定子コイル１０ｂよりも内周側に振動センサ２４を配置することが好ましい。

また上述した第１の実施の形態においては、軸方向Ｄａに関し回転子鉄心１２ａにおける駆動源離隔側の端部に振動センサ２４を配置する場合について述べた。本発明はこれに限らず、軸方向Ｄａに関し回転子鉄心１２ａにおける駆動源近接側の端部に振動センサ２４を配置しても良い。また、回転子鉄心１２ａにおける駆動源離隔側の端部と駆動源近接側の端部との両方に振動センサ２４を配置しても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。但し、完成状態の発電機１に振動センサ２４が取り付けられる場合は、発電機１における回転子鉄心１２ａよりも駆動源離隔側に設けられた通風口から回転子鉄心１２ａにアクセスされるが、発電機１における回転子鉄心１２ａよりも駆動源近接側には通風ファンが設けられており回転子鉄心１２ａにアクセスしにくいため、軸方向Ｄａに関し回転子鉄心１２ａにおける駆動源離隔側の端部に振動センサ２４を配置することが好ましい。

さらに上述した第１の実施の形態においては、回転子鉄心１２ａに振動センサ２４を配置する場合について述べた。本発明はこれに限らず、回転軸１４に、振動センサ２４を支持する部材を固定し、その部材に振動センサ２４を配置しても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、嵌込穴２２を軸方向Ｄａに沿わせて形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせることができれば、嵌込穴２２を軸方向Ｄａに沿わせずに形成しても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。但し、嵌込穴２２を軸方向Ｄａに対し傾斜させて形成するよりも、嵌込穴２２を軸方向Ｄａに沿わせて形成する方が、嵌込穴２２を形成する際に加工しやすいため、軸方向Ｄａに沿わせて形成する方が好ましい。

さらに上述した第２の実施の形態においては、ケーシング３０を樹脂により形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング３０を伝熱性の低い他の種々の素材により形成しても良い。第３乃至第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第２の実施の形態においては、ケーシング３０を円柱形状とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング３０を三角柱形状や四角柱形状等、他の種々の形状としても良い。第３乃至第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第２の実施の形態においては、ケーシング３０を軸方向Ｄａに沿って上側ケーシング３０ａと下側ケーシング３０ｂとに２分割する場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング３０を軸方向Ｄａに沿って３分割以上の任意の個数に分割しても良い。第３乃至第５の実施の形態においても同様である。またケーシング３０を分割しなくとも振動センサ２４を内部に固定できる場合は、ケーシング３０を分割しなくても良い。

さらに上述した第３の実施の形態においては、ケーシング２３０をケーシング中心軸３０ａｘを軸として内側ケーシング２３０ｉと外側ケーシング２３０ｏとに径方向Ｄｄに２重にする場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング２３０をケーシング中心軸３０ａｘを軸として３重以上の任意の個数だけ重ねても良い。第４及び第５の実施の形態においても同様である。その場合も、最も内側のケーシングの内側に振動センサ２４を配置すれば良い。

さらに上述した第３の実施の形態においては、内側ケーシング２３０ｉと外側ケーシング２３０ｏとの隙間に潤滑油４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、潤滑油４０を設けなくとも内側ケーシング２３０ｉが外側ケーシング２３０ｏに対し長期間摺動可能である場合、潤滑油４０を設けず省略しても良い。第４及び第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第３の実施の形態における潤滑油４０を、断熱性の高い材料により形成しても良い。第４及び第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、圧電方式の無線振動センサを振動センサ２４として用いる場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば動電型等、他の種々の方式の無線振動センサを振動センサ２４として用いても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、振動センサ２４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈにより振動データを受信器２６へ発信する場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の方式の無線通信方法により振動データを受信器２６へ発信しても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、１つの振動センサ２４を回転子鉄心１２ａに設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、２つ以上の任意の個数の振動センサ２４を回転子鉄心１２ａに設けても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを径方向Ｄｄに沿わせることにより径方向Ｄｄの振動を計測する場合について述べた。本発明はこれに限らず、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを軸方向Ｄａに沿わせることにより軸方向Ｄａの振動を計測したり、振動センサ２４の振動検知方向Ｄｖを周方向Ｄｃに沿わせることにより周方向Ｄｃの振動を計測したりしても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、振動検知方向Ｄｖの厚さが薄い直方体形状の振動センサ２４を用いる場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の形状の振動センサ２４を用いても良い。その場合も嵌込穴２２を振動センサ２４の外形と同一形状及び同一サイズとすることが好ましい。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。第２乃至第５の実施の形態の場合、振動センサ収容空間３２、２３２又は４３２を振動センサ２４の外形と同一形状及び同一サイズとすることが好ましい。

さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態にも本発明の適用範囲が及ぶものである。また、本発明は、上述した各実施の形態及び上述した他の実施の形態のうち任意の実施の形態に記載された構成の一部を抽出し、上述した実施の形態及び他の実施の形態のうちの任意の実施の形態の構成の一部と置換・転用する場合や、該抽出された構成の一部を任意の実施の形態に追加する場合にも本発明の適用範囲が及ぶものである。例えば、第５の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせることにより、第５の実施の形態による内側上側ケーシング４３０ａｉに第３の実施の形態による偏心用重り４２を設けても良い。また例えば、第５の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせることにより、第５の実施の形態による内側下側ケーシング４３０ｂｉに第４の実施の形態による偏心用穴４４を設けても良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、穴部としての嵌込穴２２と、振動センサとしての振動センサ２４とによって、回転電機の振動計測装置としての振動計測部２０を構成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる穴部と、振動センサとによって、回転電機の振動計測装置を構成しても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。

本発明は、回転子鉄心の外周側に永久磁石が設けられた発電機において利用できる。

１、１０１、２０１、３０１、４０１……発電機、４……フレーム、１０……固定子、１０ａ……固定子鉄心、１０ｂ……固定子コイル、１１……エアギャップ、１２……回転子、１２ａ、１１２ａ……回転子鉄心、１２ｂ……回転子コイル、１４……回転軸、１６……軸受、１８……軸受ブラケット、２０、１２０、２２０、３２０、４２０……振動計測部、２２、１２２……嵌込穴、２４……振動センサ、２６……受信器、３０、２３０、３３０、４３０……ケーシング、３０ａ……上側ケーシング、３０ｂ……下側ケーシング、３０ａＳ……下側ケーシング対向面、３０ｂＳ……上側ケーシング対向面、３０ａｘ……ケーシング中心軸、２３０ｉ、３３０ｉ、４３０ｉ……内側ケーシング、２３０ｏ、３３０ｏ、４３０ｏ……外側ケーシング、２３０ａｉ、３３０ａｉ、４３０ａｉ……内側上側ケーシング、２３０ｂｉ、３３０ｂｉ、４３０ｂｉ……内側下側ケーシング、２３０ａｏ、３３０ａｏ、４３０ａｏ……外側上側ケーシング、２３０ｂｏ、３３０ｂｏ、４３０ｂｏ……外側下側ケーシング、２３０ａＳ、４３０ａＳ……内側下側ケーシング対向面、２３０ｂＳ、４３０ｂＳ……内側上側ケーシング対向面、３２、２３２、４３２……振動センサ収容空間、４０……潤滑油、４２……偏心用重り、４４……偏心用穴、Ｒａ……回転軸中心、Ｄａ……軸方向、Ｄｄ……径方向、Ｄｃ……周方向、Ｄｖ……振動検知方向、Ｄｃｔ……遠心力作用方向。

かかる課題を解決するため本発明の回転電機の振動計測装置においては、回転電機における回転軸の外周側に設けられた回転子に形成された穴部と、穴部の内部に固定され、振動を計測する振動センサと、振動センサを覆うように開閉可能であり穴部の内部に固定されたケーシングとを設け、ケーシングは、該ケーシングの軸を中心として外側に配置された外側ケーシングと、外側ケーシングに対し回転可能に外側ケーシングの内側に配置され振動センサが内部に設けられた内側ケーシングとにより構成されているようにした。

Claims (17)

1. 回転電機における回転軸の外周側に設けられた回転子に形成された穴部と、
   前記穴部の内部に固定され、振動を計測する振動センサと
   を有することを特徴とする回転電機の振動計測装置。
2. 前記振動センサを覆うように開閉可能であり前記穴部の内部に固定されたケーシング
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の振動計測装置。
3. 前記ケーシングは、該ケーシングの軸を中心として外側に配置された外側ケーシングと、前記外側ケーシングに対し回転可能に前記外側ケーシングの内側に配置され前記振動センサが内部に設けられた内側ケーシングとにより構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の振動計測装置。
4. 前記振動センサを含む前記ケーシングの重心は、前記ケーシングの中心軸に対し偏心している
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の振動計測装置。
5. 前記回転軸の回転に伴い前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記内側ケーシングは、前記振動センサにおける振動検知方向が前記遠心力の方向に沿った状態となるよう回転する
   ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の振動計測装置。
6. 前記内側ケーシングの内部において、重りがさらに設けられ、
   前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記遠心力の方向に向かって、前記振動センサ、前記重りが順次配置された状態となる
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の振動計測装置。
7. 前記内側ケーシングの内部において、偏心用穴部がさらに設けられ、
   前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記遠心力の方向に向かって、前記偏心用穴部、前記振動センサが順次配置された状態となる
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の振動計測装置。
8. 前記振動センサは、前記ケーシングに対し偏心しないよう配置される
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の回転電機の振動計測装置。
9. 前記振動センサは、前記ケーシングに対し偏心するよう配置され、
   前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記遠心力の方向に向かって、前記ケーシングの中心軸、前記振動センサの重心が順次配置された状態となる
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の振動計測装置。
10. 前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間には、潤滑剤が設けられる
    ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の振動計測装置。
11. 前記ケーシングは、軸方向に沿って分割されている
    ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の振動計測装置。
12. 前記ケーシングは、樹脂により形成されている
    ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の振動計測装置。
13. 前記振動センサは、前記穴部の内部に外側面が接触し前記穴部の内部に固定される
    ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の振動計測装置。
14. 前記振動センサは、計測した振動を示す振動データを無線により受信器へ転送する
    ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の振動計測装置。
15. 前記穴部は、前記回転軸の軸方向と平行に形成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の振動計測装置。
16. 前記回転子は、回転子鉄心と、該回転子鉄心に巻回する回転子コイルとにより構成されており、
    前記穴部は、径方向に関し前記回転子鉄心における前記回転子コイルよりも内周側に設けられる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の回転電機の振動計測装置。
17. 前記回転軸は、一端側に原動機が接続されており、
    前記穴部は、軸方向に関し前記回転子における前記原動機から離隔する側の端部に設けられる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の回転電機の振動計測装置。
    
    

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