JP2024002477A - Method of diagnosing bearing and device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受の診断方法、およびその装置に関する。 The present invention relates to a bearing diagnostic method and apparatus.
回転電機には、回転する軸の摩擦を軽減し、スムーズな回転ができるように軸受が使用される。軸受には滑り軸受と転がり軸受があるが、規格化されており互換性・入手性に優れ、安価であるため、転がり軸受が広く使用されている。転がり軸受は軌道輪(内輪、外輪)、転動体及び保持器で構成されており、転動体を潤滑するためにグリースが封入されている。 Bearings are used in rotating electric machines to reduce friction on rotating shafts and allow for smooth rotation. There are two types of bearings: sliding bearings and rolling bearings, but rolling bearings are widely used because they are standardized, highly compatible, readily available, and inexpensive. A rolling bearing is composed of raceway rings (inner ring, outer ring), rolling elements, and a cage, and is filled with grease to lubricate the rolling elements.
グリースは、熱や摩耗粉や外部からの水の侵入によって劣化するため、定期的にグリース交換をする必要がある。グリース交換の目安は半年毎となっているが、使用環境や使用状況によっては一年以上グリースが劣化しないケースもある。そのため、利用者がグリースの交換を怠ってしまう場合があり、回転電機の故障に繋がる要因となっていた。よって、グリース劣化の有無を検出し、適正な時期にグリース交換を実施することが重要である。グリースの劣化検出技術の例として、特許文献1が開示されている。
Grease deteriorates due to heat, abrasion particles, and water entering from the outside, so it is necessary to periodically replace the grease. The standard for replacing grease is every six months, but depending on the usage environment and usage conditions, there are cases where the grease does not deteriorate for more than a year. Therefore, users sometimes neglect to replace the grease, which can lead to failure of the rotating electric machine. Therefore, it is important to detect the presence or absence of grease deterioration and replace the grease at an appropriate time.
特許文献1には、転がり軸受の外輪に柱上のロッドを設け、ロッドに作用する荷重と変位量を計測してグリース劣化状態を評価するという発明が記載されている。
しかし、特許文献1に記載されたグリース劣化状態の評価方法は、軸受内にロッドを挿入するスペースが必要であり、複列の軸受の2つのころの間にロッドを配設している。しかしながら、単列の軸受の場合はロッドを設置するスペースを設けるのが困難であるという課題があった。
However, the method for evaluating the grease deterioration state described in
本発明の目的は、軸受の種類によらず、グリース劣化、もしくは軸受け異常を判断することにある。 An object of the present invention is to determine grease deterioration or bearing abnormality regardless of the type of bearing.
本発明の一例としては、内輪と外輪を有する軸受の診断方法であって、前記内輪および前記外輪に接続されたプローブにより電位差を計測し、前記電位差から前記軸受に封入されたグリースの劣化もしくは、前記軸受けの異常を判断する軸受の診断方法である。 An example of the present invention is a method for diagnosing a bearing having an inner ring and an outer ring, in which a potential difference is measured by probes connected to the inner ring and the outer ring, and based on the potential difference, deterioration of the grease sealed in the bearing is determined. This is a bearing diagnostic method for determining an abnormality in the bearing.
本発明によれば、軸受の種類によらず、グリース劣化、もしくは軸受け異常を判断することができる。 According to the present invention, grease deterioration or bearing abnormality can be determined regardless of the type of bearing.
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、回転電機の一例である電動機100の部分断面図である。電動機100は、図1に示すように、電源供給を受けて回転磁界を発生させる固定子11、コイルエンド9、固定子11からの回転磁界によって回転する回転子12、回転子12と同軸である冷却ファン14、固定子を支持するハウジング10、エンドブラケット3、軸7、軸受4、冷却ファンのファンカバー13から構成されており、回転軸で回転するものである。また、以下の説明では、軸7側(図1の右側)のことを負荷側、ファンカバー13側(図1の左側)のことを半負荷側という。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an
図2は、電動機100のグリース排出構造の断面図である。図2において、矢印は注油されたグリースの流れを示してる。実線の矢印で示すように、グリースニップル2から注油されたグリースはエンドブラケット3内部に設けたグリース注入路3aを通り、軸受4、エンドブラケット3からなる軸受箱内に供給される。グリースは摩耗粉の混入や外部からの水の侵入によって潤滑不良となり、廃グリースとなる。点線の矢印で示すように、廃グリースはグリースポケット15に溜まり、エンドブラケット3の下部に設けたグリース排出口3bから排出される構造となっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the grease discharge structure of the
図3は、本実施例の軸受の診断装置23を搭載した電動機の部分断面図である。軸受の診断装置23は、電位差測定部16、異常判断部22、表示灯21を備える。転がり軸受は、図3に示すように外輪4a及び内輪4bと、外輪4aと内輪4bとの間に配設された複数の玉またはころ4cと、玉またはころ4cを保持するための保持器を備えている。
FIG. 3 is a partial sectional view of an electric motor equipped with the bearing
外輪4aと内輪4bとの間に玉が配設されている軸受を玉軸受、ころが配設されている軸受を、ころ軸受という。また、玉ないしころが、1列だけ配設されている軸受を単列軸受という。玉ないしころが、2列以上配設されている軸受を複列軸受という。グリースは軸受内に充填され、外輪4a及び内輪4bと玉ないしころ4cの間に油膜を形成し、金属と金属が直接接触するのを防ぐ役割を果たしている。軸受外輪4aはエンドブラケット3内に設置され、軸受内輪4bは軸7に固定されている。
A bearing in which balls are arranged between the
本実施例の軸受の診断装置は、軸受外輪4aと内輪4b間の電位差を計測し、計測結果に基づいてグリースの劣化や軸受異常を判断する。軸受外輪4aと内輪4b間の電位差の計測のために、端子箱1内に電位差測定部としての電位差計を配設し、電位差計に2本のプローブ17を取付ける。プローブ2本のうち、1本のプローブ17の一端を外輪4aに取り付け、もう1本のプローブの一端を、内輪4bの電位を測定するために板部5に取り付ける。本実施例では、軸受外輪4aと内輪4bを有していれば単列、複列にかかわらずに診断することが可能である。
The bearing diagnostic device of this embodiment measures the potential difference between the bearing
板部5は、図4に示すように、中央部に軸の外形よりもわずかに大きい丸形の穴があいている例えば鋳物製の丸形の板であり、中央の穴部分には放射上に導電部材18が固定されている。導電部材18は例えばブラシやばねでよい。導電部材18としてブラシやばねを使用することで、回転している軸に対しても板部5を電気的に接触することができる。板部5はエンドブラケット3に固定されているが、エンドブラケット3との接地面には図4の右の図のように、絶縁材19が施されているため、エンドブラケット3とは絶縁されている。
As shown in FIG. 4, the
エンドブラケット3は軸受外輪4aと導通しているため、板部5とエンドブラケット3を絶縁しないと軸受外輪4aと軸受内輪4bが導通してしまうためである。
This is because the
また、板部5はエンドブラケット3に固定せずに、電動機100内の例えばグリースカバー6の半負荷側に取り付けてもよい。板部5をエンドブラケット3に固定する場合はモータ外部の固定になるため、雨等の水に晒されるため、屋外使用は不可となる。しかし、板部5を電動機100内のグリースカバー6に取り付けることで、板部5が雨水に晒されることがなくなるため、屋外仕様の電動機でも使用することができる。
Further, the
端子箱1とは、電動機100と電源の接続点の防水や保護の為、ハウジング10に取り付けられる箱である。電位差計は、接続点に接触しないように端子箱の側面に、振動で動いてしまわないように、固定する。電位差計を端子箱の中に固定することで、電動機100の外観を変更せずに済むため、例えば、顧客が電動機100の更新をしたい場合などに置き換えがしやすいというメリットがある。
The
プローブ17とは、被測定対象の信号を検出し測定器まで伝送する機器であり、プローブによって軸受外輪4a及び軸受内輪4bの電位値を測定することができる。プローブと外輪及び板部5とは、例えばコンタクトプローブのようなもので外輪及び板部5の上部に接触することで、ある程度荷重をかけた状態でプローブのコンタクト部分と接触できる。
The
電位差計で測定された電位差値は異常判断部22に伝送される。たとえばPLC(programmable logic controller)が異常判断部22の機能を実行するようにしてもよい。PLCに限らず、プロセッサーにより、記録部に格納されたプログラムを実行することで、異常判断部の処理を実行するようにしてもよい。電位差計から伝送された電位差の値が、定めておいた閾値を下回った場合、グリースが劣化したと、異常判断部は判断し、信号が表示灯21に伝送され表示灯が点灯するようにする。
The potential difference value measured by the potentiometer is transmitted to the
また、異常判断部22は、電位差計から伝送された電位差の変化率を算出し、電位差の変化率が、定めておいた閾値を上回った場合、軸受に異常が発生したと判断し、信号が表示灯21に伝送され表示灯が点滅するようにする。異常判断部22が、電位差の変化率を算出する例で説明した。それに限らず、電位差計が、電位差の変化率を算出し、変化率を異常判断部22に伝送するようにしてもよい。
In addition, the
図5は、軸受内外輪間の電位差値の経時変化を示す概念図を示す。縦軸は、電位差Vを示し、横軸は、時間を示し、グリース劣化判定を説明する図である。
グリースは劣化が進むと鉄粉等、金属の摩耗粉が混入するため、グリースの電気抵抗が低下し、グリースが封入されている軸受外輪4aと内輪4b間の電位差も低下する。
FIG. 5 shows a conceptual diagram showing a change in potential difference value between the inner and outer rings of the bearing over time. The vertical axis shows the potential difference V, the horizontal axis shows time, and is a diagram illustrating grease deterioration determination.
As the grease deteriorates, metal wear powder such as iron powder is mixed in, so the electrical resistance of the grease decreases, and the potential difference between the bearing
そこで、軸受外輪4aと内輪4b間の電位差がある閾値Voを下回ると、測定器に接続した表示灯が点灯するようにすることで、一目でグリースの交換時期かどうかを判断することができる。
Therefore, when the potential difference between the bearing
劣化判定基準を表す閾値Voの設定方法の一例としては、電動機を一般的なグリースの寿命と言われている6か月間連続で運転し、6か月後の軸受外輪と内輪間の電位差を測定し、その値を閾値Voとする。軸受温度が75℃を超える場合は、10℃超える毎にグリースの寿命が半減するといわれているため、軸受温度が75℃を超えないような環境で行う。またグリース劣化が進まないよう粉塵の少ない場所でおこなうものとする。 An example of how to set the threshold value Vo, which represents the deterioration criterion, is to operate the motor continuously for 6 months, which is said to be the lifespan of general grease, and measure the potential difference between the bearing outer ring and inner ring after 6 months. Then, this value is set as the threshold value Vo. If the bearing temperature exceeds 75°C, it is said that the life of the grease will be halved for every 10°C it exceeds, so carry out the test in an environment where the bearing temperature does not exceed 75°C. Also, be sure to do this in a place with little dust to prevent grease deterioration.
また、図6に軸受内外輪間の電位差変化率の経時変化を示す概念図を示す。縦軸は、電位差Vを示し、横軸は、時間を示し、軸受異常判定を説明する図である。 Further, FIG. 6 shows a conceptual diagram showing the change over time in the rate of change in potential difference between the inner and outer rings of the bearing. The vertical axis shows the potential difference V, the horizontal axis shows time, and is a diagram for explaining bearing abnormality determination.
図6に示すように、軸受外輪4aと軸受内輪4b間の電位差が閾値Voを下回った時だけでなく、電位差の変化率が、定めておいた閾値V1を上回った場合も、軸受の異常が発生したとみなし、表示灯が点滅するようにする。そのようにすることで、グリース劣化だけでなく、軸受の異常も判断することができる。図6では、電位差の変化率の絶対値が急激に増加61して閾値V1を上回った場合、もしくは電位差の変化率の絶対値が急激な減少62して閾値V1を上回った場合を、軸受の異常と判断する例として示す。軸受4に発生する異常としては、フレーキング(剥離)、破損、きず、さび、クリープ、電食、焼き付き等がある。
As shown in Fig. 6, a bearing abnormality occurs not only when the potential difference between the bearing
変化率の設定方法の一例としては、例えば上記いずれかの異常が発生した軸受と異常が発生していない軸受を用意し、軸受外輪4aと軸受内輪4b間の電位差を測定する。この2つの軸受は条件を合わせるために使用時間や使用環境が近いものを選択する。それぞれの軸受で測定された電位差の値と軸受の使用時間、軸受異常が発生してからの時間、更に未使用の軸受の軸受外輪4aと軸受内輪4b間の電位差より、時間に対する電位差の変化量を算出する。
As an example of a method of setting the rate of change, for example, a bearing in which any of the above abnormalities has occurred and a bearing in which no abnormality has occurred are prepared, and the potential difference between the bearing
図7は、軸受の診断装置23の異常判断部の処理に関するフローチャートを示す。異常判断部22は、電位差測定部16からの電位差の信号を受け取り、処理がスタートする。
FIG. 7 shows a flowchart regarding the processing of the abnormality determination section of the bearing
異常判断部22は、電位差の変化率を算出し、電位差の変化率が定めておいた閾値を上回っているかどうかを判断する(S1ステップ)。
The
電位差の変化率が閾値を上回っている場合(S1ステップのYES)には、軸受異常の発生とみなし、診断結果の出力として表示灯を点滅させるように制御する(S2ステップ)。 If the rate of change in the potential difference exceeds the threshold (YES in step S1), it is assumed that a bearing abnormality has occurred, and the indicator light is controlled to blink as an output of the diagnosis result (step S2).
電位差の変化率が閾値を上回っていない場合(S1ステップのNO)には、異常判断部22は、電位差の値が定めておいた閾値を下回っているかどうかを判断する(S3ステップ)。電位差の変化率を算出していない場合には、S1ステップは実行しないで、S3ステップを実行する。
If the rate of change of the potential difference does not exceed the threshold (NO in step S1), the
電位差が閾値を下回っている場合(S3ステップのYES)には、異常判断部22は、グリース劣化とみなし、診断結果の出力として表示灯を点灯させるように制御する(S4ステップ)。
If the potential difference is below the threshold (YES in step S3), the
電位差が閾値を下回っていない場合(S3ステップのNO)には、S1ステップに戻る。図7に示すような流れでグリース劣化や軸受の異常を診断する。 If the potential difference is not below the threshold (NO in step S3), the process returns to step S1. Grease deterioration and bearing abnormalities are diagnosed using the flow shown in Figure 7.
また一例として、インバータ駆動モータの場合は、図8に示すようにインバータ20に、電位差測定部16および異常判断部22、表示灯21を有した診断装置23を備える構成にしてもよい。軸受の診断装置23をインバータ20に設けることで、外付けの測定部が不要となる。また、モータとインバータのセット売りをするのに有利となる。
As an example, in the case of an inverter-driven motor, the
本実施例によれば、軸受の種類によらず、グリース劣化、もしくは軸受け異常を判断することができる。また、適正な時期にグリース交換、もしくは軸受けの修理または交換を実施することができるようになる。 According to this embodiment, grease deterioration or bearing abnormality can be determined regardless of the type of bearing. Furthermore, it becomes possible to replace the grease or repair or replace the bearing at an appropriate time.
図9は、実施例2における軸受の診断装置の例を示す図である。実施例1と共通する事項は、説明を省略する。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a bearing diagnostic device according to the second embodiment. Descriptions of items common to Example 1 will be omitted.
図9に示すように、モータが停止している状態で軸受内輪と外輪間の電位差を測定するのでもよい。図3に示すように、実施例1では電動機運転中に常時、軸受外輪4aと軸受内輪4b間の電位差を測定するのに対し、本実施例では、図9に示すように、電動機を停止した状態で、電位差の測定を行うものである。
As shown in FIG. 9, the potential difference between the inner ring and outer ring of the bearing may be measured while the motor is stopped. As shown in FIG. 3, in
軸受内輪4bに接触するプローブは、エンドブラケットのグリース注入経路穴よりも細いものが用いられる。経路に沿ってプローブ17が挿入される。プローブ17は、軸受内輪4bに接触させる。また、モータが停止している状態で測定する場合は、プローブの接触部を直接軸に接触させてもよい。
The probe that contacts the bearing
本実施例によれば、実施例1の効果を有するとともに、モータ停止している状態で、電位差測定部16が電圧を測定するので、サービスエンジニアが電動機100の点検を行う際に、電動機100を分解せずにグリースの劣化状態が判別できる。そのため、時間と費用を抑えることができる。また、モータ停止時に電圧測定することで、ブラシが不要となるため、メンテナンス工数を削減できる効果がある。
According to the present embodiment, it has the effect of the first embodiment, and since the potential
1…端子箱、2…グリースニップル、3…エンドブラケット、4…軸受、5…板部、6…グリースカバー、7…軸、8…グリースカキ、9…コイルエンド、10…ハウジング、11…固定子、12…回転子、13…ファンカバー、14…冷却ファン、15…グリースポケット、16…電位差測定部、17…プローブ、18…導電部材、19…絶縁材、20…インバータ、21…表示灯、22…異常判断部、23…軸受の診断装置、100…電動機 1...Terminal box, 2...Grease nipple, 3...End bracket, 4...Bearing, 5...Plate part, 6...Grease cover, 7...Shaft, 8...Grease holder, 9...Coil end, 10...Housing, 11...Fixing Child, 12... Rotor, 13... Fan cover, 14... Cooling fan, 15... Grease pocket, 16... Potential difference measuring section, 17... Probe, 18... Conductive member, 19... Insulating material, 20... Inverter, 21... Indicator light , 22... Abnormality judgment unit, 23... Bearing diagnostic device, 100... Electric motor
Claims (12)
前記内輪および前記外輪に接続されたプローブにより電位差を計測し、
前記電位差から前記軸受に封入されたグリースの劣化もしくは、前記軸受けの異常を判断する軸受の診断方法。 A method for diagnosing a bearing having an inner ring and an outer ring, the method comprising:
measuring a potential difference with probes connected to the inner ring and the outer ring;
A bearing diagnostic method for determining deterioration of grease sealed in the bearing or abnormality of the bearing based on the potential difference.
前記電位差を、定めておいた閾値と比較し、グリースが劣化したことを判断する軸受の診断方法。 The method for diagnosing a bearing according to claim 1,
A bearing diagnostic method that compares the potential difference with a predetermined threshold value and determines that the grease has deteriorated.
前記電位差の変化率を算出し、
前記変化率を、定めておいた閾値と比較し、前記軸受の異常を判断する軸受の診断方法。 The method for diagnosing a bearing according to claim 1,
Calculating the rate of change of the potential difference,
A bearing diagnostic method that compares the rate of change with a predetermined threshold value to determine an abnormality in the bearing.
診断の結果を表示する軸受の診断方法。 The method for diagnosing a bearing according to claim 1,
A bearing diagnosis method that displays the diagnosis results.
前記内輪および前記外輪に接続しているプローブからの信号により電位差を計測する電位差測定部と、
前記電位差から前記軸受に封入されたグリースの劣化もしくは、前記軸受けの異常を判断する異常判断部とを有する軸受の診断装置。 A diagnostic device for a bearing having an inner ring and an outer ring,
a potential difference measurement unit that measures a potential difference using signals from probes connected to the inner ring and the outer ring;
A bearing diagnostic device comprising: an abnormality determining section that determines deterioration of grease sealed in the bearing or abnormality of the bearing based on the potential difference.
前記電位差測定部は、
前記電位差が、定めておいた閾値を下回った場合、グリースが劣化したと判断をする軸受の診断装置。 The diagnostic device according to claim 5,
The potential difference measuring section includes:
A bearing diagnostic device that determines that the grease has deteriorated when the potential difference falls below a predetermined threshold.
前記電位差測定部は、
回転電機の端子箱の中に配置された軸受の診断装置。 The diagnostic device according to claim 5,
The potential difference measuring section includes:
A bearing diagnostic device placed inside the terminal box of a rotating electrical machine.
前記電位差測定部は、
回転電機を制御するインバータの中に配置された軸受の診断装置。 The diagnostic device according to claim 5,
The potential difference measuring section includes:
A diagnostic device for bearings placed inside the inverter that controls rotating electrical machines.
前記プローブは、回転電機の板部を介して前記内輪と接続している軸受の診断装置。 The diagnostic device according to claim 5,
The probe is a bearing diagnostic device that is connected to the inner ring via a plate of a rotating electric machine.
前記板部は、回転電機のエンドブラケットとは絶縁材を介して固定されている軸受の診断装置。 The diagnostic device according to claim 9,
The plate portion is fixed to an end bracket of a rotating electrical machine via an insulating material.
前記異常判断部は、
前記電位差の変化率が、定めておいた閾値を上回った場合には、前記軸受は異常であると判断する軸受の診断装置。 The diagnostic device according to claim 5,
The abnormality determination unit includes:
A bearing diagnostic device that determines that the bearing is abnormal when the rate of change of the potential difference exceeds a predetermined threshold value.
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