JP3370230B2 - 誘導電動機の運転監視装置 - Google Patents
誘導電動機の運転監視装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機の運転
監視装置に係り、特にすべり軸受により回転子軸を支持
する構造を有するキャンドモータポンプ等の、すべり軸
受の摩耗の進行状況等を検出して表示する運転監視装置
に関する。更に詳細には、軸受等の摩耗の進行により回
転子部分が固定子内部でスラスト方向或いはラジアル方
向に異常な変位を発生し、最悪の場合、固定子と回転子
の接触など誘導電動機自体に致命的な損傷が発生するこ
とを防止するための運転監視装置に関する。また、誘導
電動機の回転方向を検出可能にする誘導電動機の運転監
視装置に関する。
監視装置に係り、特にすべり軸受により回転子軸を支持
する構造を有するキャンドモータポンプ等の、すべり軸
受の摩耗の進行状況等を検出して表示する運転監視装置
に関する。更に詳細には、軸受等の摩耗の進行により回
転子部分が固定子内部でスラスト方向或いはラジアル方
向に異常な変位を発生し、最悪の場合、固定子と回転子
の接触など誘導電動機自体に致命的な損傷が発生するこ
とを防止するための運転監視装置に関する。また、誘導
電動機の回転方向を検出可能にする誘導電動機の運転監
視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】キャンドモータポンプ等、回転子軸を支
持する軸受部にすべり軸受を用いている誘導電動機にお
いて、該誘導電動機を長期間使用した場合や異物の混入
等が原因で発生するすべり軸受の摩耗により、該誘導電
動機に致命的な損傷が発生することがある。致命的な損
傷を防止するため、すべり軸受の摩耗を検出し、該誘導
電動機外部へ表示することにより早期の保守を促すこと
を目的とした軸受摩耗検出方法の一例が、特願平０３−
２０４０２５号特許出願に開示されている。また誘導電
動機始動時に誘導電動機回転子鉄心が所定の方向に回転
していることを検出する方法としては、特願平０３−２
０４０２３号特許出願に開示されている。
持する軸受部にすべり軸受を用いている誘導電動機にお
いて、該誘導電動機を長期間使用した場合や異物の混入
等が原因で発生するすべり軸受の摩耗により、該誘導電
動機に致命的な損傷が発生することがある。致命的な損
傷を防止するため、すべり軸受の摩耗を検出し、該誘導
電動機外部へ表示することにより早期の保守を促すこと
を目的とした軸受摩耗検出方法の一例が、特願平０３−
２０４０２５号特許出願に開示されている。また誘導電
動機始動時に誘導電動機回転子鉄心が所定の方向に回転
していることを検出する方法としては、特願平０３−２
０４０２３号特許出願に開示されている。
【０００３】従来、回転子軸部分を支える軸受にすべり
軸受を使用するキャンドモータポンプ等の誘導電動機に
おいて、機器本体の長期使用や異物の混入など何等かの
原因により、該すべり軸受が摩耗損傷した場合に発生す
る回転子の異常振れ回り現象は、該誘導電動機の異常振
動や騒音の発生原因となり、また振れ回り量が増加する
と最悪の場合、回転子鉄心と固定子鉄心に接触等が発生
し機器自体の故障原因となっていた。
軸受を使用するキャンドモータポンプ等の誘導電動機に
おいて、機器本体の長期使用や異物の混入など何等かの
原因により、該すべり軸受が摩耗損傷した場合に発生す
る回転子の異常振れ回り現象は、該誘導電動機の異常振
動や騒音の発生原因となり、また振れ回り量が増加する
と最悪の場合、回転子鉄心と固定子鉄心に接触等が発生
し機器自体の故障原因となっていた。
【０００４】特に、キャンドモータポンプは回転子鉄心
と固定子鉄心それぞれに金属隔壁（キャン）を設け、そ
の隙間に取扱液を流すことによって機器本体の発熱を押
さえ、且つ電動機全体が一体の圧力容器となる構造のた
め、この取扱液が外部へ漏れることのない構造を特徴と
している。しかしながら、すべり軸受の摩耗進行により
回転子鉄心の異常振れ回りが発生し、回転子鉄心と固定
子鉄心が接触を起こした場合、回転子鉄心と固定子鉄心
のそれぞれの金属隔壁が損傷し、固定子鉄心或いは回転
子鉄心内部へ取扱液が進入し、この取扱液の進入によっ
て固定子鉄心側には固定子巻線の絶縁不良が、回転子鉄
心側には錆などが発生するなど、致命的故障の原因とな
る。
と固定子鉄心それぞれに金属隔壁（キャン）を設け、そ
の隙間に取扱液を流すことによって機器本体の発熱を押
さえ、且つ電動機全体が一体の圧力容器となる構造のた
め、この取扱液が外部へ漏れることのない構造を特徴と
している。しかしながら、すべり軸受の摩耗進行により
回転子鉄心の異常振れ回りが発生し、回転子鉄心と固定
子鉄心が接触を起こした場合、回転子鉄心と固定子鉄心
のそれぞれの金属隔壁が損傷し、固定子鉄心或いは回転
子鉄心内部へ取扱液が進入し、この取扱液の進入によっ
て固定子鉄心側には固定子巻線の絶縁不良が、回転子鉄
心側には錆などが発生するなど、致命的故障の原因とな
る。
【０００５】また、このキャンドモータポンプはポンプ
とモータ間にシール部を持たない一体の圧力容器構造の
ため、軸受摺動面を本体外部より目視することが不可能
であり、長期の使用や異物の混入など何等かの原因によ
り軸受に摩耗が発生した場合においても、その変化を外
部より確認することが出来ず、従来は軸受の交換は、定
期的な点検や保守を行う作業員の経験則によって行われ
てきた。
とモータ間にシール部を持たない一体の圧力容器構造の
ため、軸受摺動面を本体外部より目視することが不可能
であり、長期の使用や異物の混入など何等かの原因によ
り軸受に摩耗が発生した場合においても、その変化を外
部より確認することが出来ず、従来は軸受の交換は、定
期的な点検や保守を行う作業員の経験則によって行われ
てきた。
【０００６】このため、軸受の摩耗により発生する損傷
を未然に防ぐ手段として、軸受の摩耗状況を電気的また
は機械的な検出手段を用いて検出し、モータポンプ外部
に表示して、致命的な損傷が発生する前に軸受の保守点
検を促す技術が各種提案され、一部実施されてきた。
を未然に防ぐ手段として、軸受の摩耗状況を電気的また
は機械的な検出手段を用いて検出し、モータポンプ外部
に表示して、致命的な損傷が発生する前に軸受の保守点
検を促す技術が各種提案され、一部実施されてきた。
【０００７】これまで提案又は実施されてきた軸受の摩
耗状況を機械的に検出する手段には、電動機回転子端に
回転子と固定子間の隙間を一定に保った機械的接触部
と、この接触部が回転体との接触摩耗によって、その内
部に封入したガスが外部に排出される検出機構がある。
軸受摩耗が発生した場合、回転子に異常な振れ回りが発
生するため、この振れ回りにより回転子と検出機構の接
触部の一部が接触破壊し、検出器内部に封入されたガス
が接触面より漏れ、検出機構の内部圧力がさがることを
利用して外部に軸受摩耗が発生したことを表示する。こ
の軸受摩耗検出機構の場合、一度軸受摩耗表示動作を行
った後は、検出機構内部に封入されたガスが放出されて
しまうため、摩耗した軸受部の交換と共に検出機構自体
の交換も必要で、保守の手間と保守部品の増加を余儀な
くしている。
耗状況を機械的に検出する手段には、電動機回転子端に
回転子と固定子間の隙間を一定に保った機械的接触部
と、この接触部が回転体との接触摩耗によって、その内
部に封入したガスが外部に排出される検出機構がある。
軸受摩耗が発生した場合、回転子に異常な振れ回りが発
生するため、この振れ回りにより回転子と検出機構の接
触部の一部が接触破壊し、検出器内部に封入されたガス
が接触面より漏れ、検出機構の内部圧力がさがることを
利用して外部に軸受摩耗が発生したことを表示する。こ
の軸受摩耗検出機構の場合、一度軸受摩耗表示動作を行
った後は、検出機構内部に封入されたガスが放出されて
しまうため、摩耗した軸受部の交換と共に検出機構自体
の交換も必要で、保守の手間と保守部品の増加を余儀な
くしている。
【０００８】さらにこの機械的検出手段を用いて軸受摩
耗を検出することは、検出手段の表示が出た時点ではす
でに摩耗が著しく進行した後であるため、軸受摩耗の推
移を観察することができず、保守の予定時期の想定が立
てられないといった問題点がある。
耗を検出することは、検出手段の表示が出た時点ではす
でに摩耗が著しく進行した後であるため、軸受摩耗の推
移を観察することができず、保守の予定時期の想定が立
てられないといった問題点がある。
【０００９】また、電気的検出手法を用いた軸受摩耗検
出器については、軸受摩耗時に回転子部が異常な振れ回
りを発生することでモータ主磁界の一部に不平衡が発生
し、この不平衡成分を検知することで軸受の摩耗を検出
表示しようとするといった方法が挙げられる。しかしな
がら、この方法を用いた場合、誘導電動機の主磁界を検
出するためのサーチコイルを固定子鉄心に巻き込むか、
又は電動機巻線の巻線構造を特殊なものに限定する、と
いったように電動機自体の構造を複雑で特殊な物にして
しまい、該誘導電動機を安価に商品提供することを妨げ
る原因となっている。
出器については、軸受摩耗時に回転子部が異常な振れ回
りを発生することでモータ主磁界の一部に不平衡が発生
し、この不平衡成分を検知することで軸受の摩耗を検出
表示しようとするといった方法が挙げられる。しかしな
がら、この方法を用いた場合、誘導電動機の主磁界を検
出するためのサーチコイルを固定子鉄心に巻き込むか、
又は電動機巻線の巻線構造を特殊なものに限定する、と
いったように電動機自体の構造を複雑で特殊な物にして
しまい、該誘導電動機を安価に商品提供することを妨げ
る原因となっている。
【００１０】一方、該誘導電動機を動力源として運転さ
れるポンプなどの回転機械は、その回転方向が指定され
ているものが多い。仮に逆方向に回転させた場合に、所
定の機能を発揮できないばかりでなく、各ねじ部の緩み
や、異常振動などを誘発し、長期間の運転では機器その
ものが損傷しかねない。
れるポンプなどの回転機械は、その回転方向が指定され
ているものが多い。仮に逆方向に回転させた場合に、所
定の機能を発揮できないばかりでなく、各ねじ部の緩み
や、異常振動などを誘発し、長期間の運転では機器その
ものが損傷しかねない。
【００１１】このため、従来より用いられてきた相順の
検出方法としては、回転機械の動力源となる該誘導電動
機と回転機械を組み合わせた後に、誘導電動機を一瞬起
動させ僅かに慣性力で回っている回転子軸の回転方向を
目視により点検する方法や、特願平０３−２０４０２３
号特許出願などに提案されている、電気的な平衡回路を
用いた方法などが用いられている。
検出方法としては、回転機械の動力源となる該誘導電動
機と回転機械を組み合わせた後に、誘導電動機を一瞬起
動させ僅かに慣性力で回っている回転子軸の回転方向を
目視により点検する方法や、特願平０３−２０４０２３
号特許出願などに提案されている、電気的な平衡回路を
用いた方法などが用いられている。
【００１２】しかしながら、目視によって確認する方法
は、一瞬誘導電動機を起動してその後慣性力で回転して
いる回転子軸を電動機外部より目視により点検すること
が必要であるが、キャンドモータポンプのように外部よ
り回転子軸を目視することのできない構造をもった電動
機には適用できない。誘導電動機に入力される三相電源
の相順を三相平衡回路などで検出し、入力される相順を
見ることによって回転子が正規の回転方向であることを
確認する方法は、該誘導電動機自体に入力する電圧が高
圧電源である場合など、三相平衡回路を直接電源に接続
できない場合には対応不可能であるなどの問題点があ
る。
は、一瞬誘導電動機を起動してその後慣性力で回転して
いる回転子軸を電動機外部より目視により点検すること
が必要であるが、キャンドモータポンプのように外部よ
り回転子軸を目視することのできない構造をもった電動
機には適用できない。誘導電動機に入力される三相電源
の相順を三相平衡回路などで検出し、入力される相順を
見ることによって回転子が正規の回転方向であることを
確認する方法は、該誘導電動機自体に入力する電圧が高
圧電源である場合など、三相平衡回路を直接電源に接続
できない場合には対応不可能であるなどの問題点があ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みて為されたもので、キャンドモータポンプ等の
回転軸が目視不可能な誘導電動機の、軸受の摩耗状況等
を容易に監視できる運転監視装置を提供することを目的
とする。
情に鑑みて為されたもので、キャンドモータポンプ等の
回転軸が目視不可能な誘導電動機の、軸受の摩耗状況等
を容易に監視できる運転監視装置を提供することを目的
とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の誘導電動機の運
転監視装置は、誘導電動機固定子鉄芯の内周面側の一部
を切り欠き、固定子鉄心と回転子鉄心間の磁気空隙対向
面に発生する主磁界を一部規制し、主磁界領域外に該誘
導電動機固定子鉄心と回転子鉄心間の漏洩磁束の磁気電
気変換を行う磁気電気変換素子を設け、該磁気電気変換
素子は前記漏洩磁束を導く検出鉄心と検出コイルとから
構成され、前記検出コイルのインダクタンスの変化に基
づいて、軸受の摩耗を検出することを特徴とする。
転監視装置は、誘導電動機固定子鉄芯の内周面側の一部
を切り欠き、固定子鉄心と回転子鉄心間の磁気空隙対向
面に発生する主磁界を一部規制し、主磁界領域外に該誘
導電動機固定子鉄心と回転子鉄心間の漏洩磁束の磁気電
気変換を行う磁気電気変換素子を設け、該磁気電気変換
素子は前記漏洩磁束を導く検出鉄心と検出コイルとから
構成され、前記検出コイルのインダクタンスの変化に基
づいて、軸受の摩耗を検出することを特徴とする。
【００１５】また、前記磁気電気変換素子は、誘導電動
機固定子鉄心の少なくとも一端面に回転子軸を中心とし
て、対向に２個一組で設置されたことを特徴とする。
機固定子鉄心の少なくとも一端面に回転子軸を中心とし
て、対向に２個一組で設置されたことを特徴とする。
【００１６】また、前記２個一組で設置された磁気電気
変換素子の対は、すべり軸受の摩耗等によって発生する
回転子鉄心のラジアル方向振れ回り変位を、前記磁気電
気変換素子のそれぞれの発生する出力の差動出力変化と
して検出することを特徴とする。
変換素子の対は、すべり軸受の摩耗等によって発生する
回転子鉄心のラジアル方向振れ回り変位を、前記磁気電
気変換素子のそれぞれの発生する出力の差動出力変化と
して検出することを特徴とする。
【００１７】また、前記磁気電気変換素子は、固定子鉄
心の一端面および他方の端面に所定角度ずらせて設置さ
れ、両磁気電気変換素子の差動出力変化として軸受のス
ラスト方向摩耗を検出することを特徴とする。
心の一端面および他方の端面に所定角度ずらせて設置さ
れ、両磁気電気変換素子の差動出力変化として軸受のス
ラスト方向摩耗を検出することを特徴とする。
【００１８】また、一個の磁気電気変換素子の磁気電気
変換出力と、所定角度ずらせて設置した他の一個の磁気
電気変換素子の移相回路を通った出力との差動出力を検
出することで、前記誘導電動機の回転方向を検出する機
能を備えたことを特徴とする。
変換出力と、所定角度ずらせて設置した他の一個の磁気
電気変換素子の移相回路を通った出力との差動出力を検
出することで、前記誘導電動機の回転方向を検出する機
能を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００２１】図１及び図２は、キャンドモータポンプ等
の回転子軸を支える軸受部にすべり軸受を用いた誘導電
動機の要部を示す、回転子軸に沿った断面図と、回転子
軸に垂直な固定子端面の断面図である。回転子鉄心２
は、固定子鉄心１に備えた巻線３が形成する回転磁界に
より、回転子軸４のまわりに回転駆動される。回転子軸
４は、図示しないすべり軸受により、ラジアル方向及び
スラスト方向に支持されている。同様に図示しないが、
固定子鉄心１及び回転子鉄心２はそれぞれキャンにより
封止されており、その間にポンプの取扱液が循環するよ
うになっている。
の回転子軸を支える軸受部にすべり軸受を用いた誘導電
動機の要部を示す、回転子軸に沿った断面図と、回転子
軸に垂直な固定子端面の断面図である。回転子鉄心２
は、固定子鉄心１に備えた巻線３が形成する回転磁界に
より、回転子軸４のまわりに回転駆動される。回転子軸
４は、図示しないすべり軸受により、ラジアル方向及び
スラスト方向に支持されている。同様に図示しないが、
固定子鉄心１及び回転子鉄心２はそれぞれキャンにより
封止されており、その間にポンプの取扱液が循環するよ
うになっている。
【００２２】固定子鉄心１の右側の端面には、回転子軸
４を挟んで対向する位置に固定子鉄心と回転子鉄心間の
漏洩磁束を磁気電気変換を行う磁気電気変換素子１１，
１２を備える。固定子鉄心１の左側の端面には、同様に
回転子軸４を挟んで対向する位置に磁気電気変換素子１
３，１４を備えるが、これらは磁気電気変換素子１１，
１２に対して回転（θ）方向にそれぞれ１２０°ずれた
位置に配置されている。
４を挟んで対向する位置に固定子鉄心と回転子鉄心間の
漏洩磁束を磁気電気変換を行う磁気電気変換素子１１，
１２を備える。固定子鉄心１の左側の端面には、同様に
回転子軸４を挟んで対向する位置に磁気電気変換素子１
３，１４を備えるが、これらは磁気電気変換素子１１，
１２に対して回転（θ）方向にそれぞれ１２０°ずれた
位置に配置されている。
【００２３】図３は、誘導電動機の固定子鉄心の一部を
切欠き、磁気電気変換素子を配置した部分を示す。誘導
電動機の固定子鉄心両端面に一部切欠きを設けること
で、該固定子鉄心と回転子鉄心間の磁気空隙対向面にあ
る主磁界の一部が規制される。即ち、固定子鉄心と回転
子鉄心間の空隙面に磁束が集中して、切欠き部分には漏
洩磁束のみが存在することになる。この両端面のそれぞ
れに２個一組の磁気電気変換素子対を各一組設けること
により、これらの配置された位置における漏洩磁束を検
出する。
切欠き、磁気電気変換素子を配置した部分を示す。誘導
電動機の固定子鉄心両端面に一部切欠きを設けること
で、該固定子鉄心と回転子鉄心間の磁気空隙対向面にあ
る主磁界の一部が規制される。即ち、固定子鉄心と回転
子鉄心間の空隙面に磁束が集中して、切欠き部分には漏
洩磁束のみが存在することになる。この両端面のそれぞ
れに２個一組の磁気電気変換素子対を各一組設けること
により、これらの配置された位置における漏洩磁束を検
出する。
【００２４】図３に示したように、該誘導電動機固定子
鉄心１の両端面で且つ固定子鉄心１の一部を切欠くこと
で、電動機起動状態時には、固定子鉄心１と回転子鉄心
２間の磁気空隙対向面に発生する主磁界領域を規制す
る。該主磁界領域の外に該磁気電気変換素子１１〜１４
を設置することで、誘導電動機主磁界の影響をさけて、
固定子鉄心２と回転子鉄心１間の漏洩磁束が電気信号に
変換される。
鉄心１の両端面で且つ固定子鉄心１の一部を切欠くこと
で、電動機起動状態時には、固定子鉄心１と回転子鉄心
２間の磁気空隙対向面に発生する主磁界領域を規制す
る。該主磁界領域の外に該磁気電気変換素子１１〜１４
を設置することで、誘導電動機主磁界の影響をさけて、
固定子鉄心２と回転子鉄心１間の漏洩磁束が電気信号に
変換される。
【００２５】磁気電気変換素子は、固定子鉄心１から回
転子鉄心２に磁束を導く検出鉄心１７と検出コイル１６
とから構成される。即ち、固定子鉄心１から検出鉄心１
７を通り、空隙長さｘを通り、回転子鉄心２を通り、空
隙を経て固定子鉄心１に戻る磁気回路が形成される。
転子鉄心２に磁束を導く検出鉄心１７と検出コイル１６
とから構成される。即ち、固定子鉄心１から検出鉄心１
７を通り、空隙長さｘを通り、回転子鉄心２を通り、空
隙を経て固定子鉄心１に戻る磁気回路が形成される。
【００２６】今、固定子鉄心１、回転子鉄心２および検
出鉄心１７の透磁率は無限大とし、検出鉄心１７と回転
子鉄心１間の空隙の透磁率をμ0 、同じく空隙長さを
ｘ、空隙の有効断面積をＳ、検出コイル１６の巻線数を
Ｎとすると、検出コイル１６のインダクタンスＬは次の
式に表される値となる。 Ｌ＝Ｎ2μ0Ｓ／ｘ ・・・・・ （１）
出鉄心１７の透磁率は無限大とし、検出鉄心１７と回転
子鉄心１間の空隙の透磁率をμ0 、同じく空隙長さを
ｘ、空隙の有効断面積をＳ、検出コイル１６の巻線数を
Ｎとすると、検出コイル１６のインダクタンスＬは次の
式に表される値となる。 Ｌ＝Ｎ2μ0Ｓ／ｘ ・・・・・ （１）
【００２７】誘導電動機の回転子軸を支える軸受のラジ
アル方向摩耗が発生し、回転子鉄心２がラジアル方向に
偏心移動した場合、図３に示すように式（１）を構成す
る変数の内、空隙長さｘが増加又は減少すると、インダ
クタンスＬはｘに反比例して変化する。式（２）に示す
ように、空隙長さｘが減少する摩耗が発生した場合、イ
ンダクタンスＬ1は増加する。式（３）に示すように、
空隙長さｘが増加する摩耗が発生した場合、インダクタ
ンスＬ2は減少する。 Ｌ1＝Ｎ2μ0Ｓ／（ｘ＋Δｘ） ・・・・・ （２） Ｌ2＝Ｎ2μ0Ｓ／（ｘ−Δｘ） ・・・・・ （３）
アル方向摩耗が発生し、回転子鉄心２がラジアル方向に
偏心移動した場合、図３に示すように式（１）を構成す
る変数の内、空隙長さｘが増加又は減少すると、インダ
クタンスＬはｘに反比例して変化する。式（２）に示す
ように、空隙長さｘが減少する摩耗が発生した場合、イ
ンダクタンスＬ1は増加する。式（３）に示すように、
空隙長さｘが増加する摩耗が発生した場合、インダクタ
ンスＬ2は減少する。 Ｌ1＝Ｎ2μ0Ｓ／（ｘ＋Δｘ） ・・・・・ （２） Ｌ2＝Ｎ2μ0Ｓ／（ｘ−Δｘ） ・・・・・ （３）
【００２８】図４は、磁気電気変換素子周辺の拡大図で
あり、スラスト摩耗発生時を示す。回転子軸を支える軸
受のスラスト方向摩耗が発生し、回転子鉄心１がスラス
ト方向に移動した場合、式（１）を構成する変数の内、
空隙の有効断面積Ｓが変化する。このため、有効断面積
Ｓが減少又は増加する摩耗が発生した場合、インダクタ
ンスＬはこれに比例して減少又は増加する。（４）式に
示すように、有効断面積Ｓが増加する摩耗が発生した場
合、インダクタンスＬ3は増加する。（５）式に示すよ
うに、有効断面積Ｓが減少する摩耗が発生した場合、イ
ンダクタンスＬ4は減少する。 Ｌ3＝Ｎ2μ0 （Ｓ＋ΔＳ）／ｘ ・・・・・ （４） Ｌ4＝Ｎ2μ0 （Ｓ−ΔＳ）／ｘ ・・・・・ （５）
あり、スラスト摩耗発生時を示す。回転子軸を支える軸
受のスラスト方向摩耗が発生し、回転子鉄心１がスラス
ト方向に移動した場合、式（１）を構成する変数の内、
空隙の有効断面積Ｓが変化する。このため、有効断面積
Ｓが減少又は増加する摩耗が発生した場合、インダクタ
ンスＬはこれに比例して減少又は増加する。（４）式に
示すように、有効断面積Ｓが増加する摩耗が発生した場
合、インダクタンスＬ3は増加する。（５）式に示すよ
うに、有効断面積Ｓが減少する摩耗が発生した場合、イ
ンダクタンスＬ4は減少する。 Ｌ3＝Ｎ2μ0 （Ｓ＋ΔＳ）／ｘ ・・・・・ （４） Ｌ4＝Ｎ2μ0 （Ｓ−ΔＳ）／ｘ ・・・・・ （５）
【００２９】このように、図３及び図４に示した磁気電
気変換素子のインダクタンスＬは、磁気電気変換素子の
検出鉄心１７の検出部と回転子鉄心２との位置関係で変
化する。このインダクタンスＬの変化は電動機内部の漏
洩磁束φの時間当たりの変化率を一定と仮定すると、検
出鉄心１７と回転子鉄心２間の位置関係を表す電気信号
に変換される。 Ｖ＝Ｌ×（ｄφ／ｄｔ） ・・・・・ （６）
気変換素子のインダクタンスＬは、磁気電気変換素子の
検出鉄心１７の検出部と回転子鉄心２との位置関係で変
化する。このインダクタンスＬの変化は電動機内部の漏
洩磁束φの時間当たりの変化率を一定と仮定すると、検
出鉄心１７と回転子鉄心２間の位置関係を表す電気信号
に変換される。 Ｖ＝Ｌ×（ｄφ／ｄｔ） ・・・・・ （６）
【００３０】この回転子鉄心２のラジアル・スラスト方
向への変位による磁気電気変換出力の変化成分のみを出
力するため、図２に示すように磁気電気変換素子１１，
１２，１３，１４を回転子軸４を挟んだ対向位置及び固
定子鉄心１の両端面に設置し、図５（Ａ）に示す信号処
理回路のように接続する。今、回転子鉄心２が何等かの
原因で固定子鉄心１のなかで振れ回りを起こし、ある時
間において回転子軸を挟んで対向に設置した磁気電気変
換素子の一方へΔｘだけ近づき、もう一方の磁気電気変
換素子からはΔｘだけ遠ざかった場合、信号処理回路に
よって演算される対向に設置した一組の磁気電気変換素
子の差動出力を検出した出力は、図６（Ａ）に示すよう
にラジアル摩耗量である移動量Δｘに比例して変化す
る。
向への変位による磁気電気変換出力の変化成分のみを出
力するため、図２に示すように磁気電気変換素子１１，
１２，１３，１４を回転子軸４を挟んだ対向位置及び固
定子鉄心１の両端面に設置し、図５（Ａ）に示す信号処
理回路のように接続する。今、回転子鉄心２が何等かの
原因で固定子鉄心１のなかで振れ回りを起こし、ある時
間において回転子軸を挟んで対向に設置した磁気電気変
換素子の一方へΔｘだけ近づき、もう一方の磁気電気変
換素子からはΔｘだけ遠ざかった場合、信号処理回路に
よって演算される対向に設置した一組の磁気電気変換素
子の差動出力を検出した出力は、図６（Ａ）に示すよう
にラジアル摩耗量である移動量Δｘに比例して変化す
る。
【００３１】この図５（Ａ）に示す信号処理回路によっ
て演算される各磁気電気変換素子の差動出力を等価式に
置き換えると、式（７）のようになり、回転子鉄心２の
固定子鉄心１中でのラジアル方向の位置変化を検出する
ことが可能であることが判る。即ち、ラジアル方向の変
化の検出電圧Ｖ12は、 Ｖ12＝Ｖ1−Ｖ2 ＝｛(Ｎ2μ0Ｓ/(ｘ＋Δｘ))−(Ｎ2μ0Ｓ/(ｘ−Δｘ))｝×(ｄφ/ｄｔ) ＝２Δｘ×(Ｎ2μ0Ｓ)/ｘ2×( ｄφ/ｄｔ) ・・・・・（７） となる。
て演算される各磁気電気変換素子の差動出力を等価式に
置き換えると、式（７）のようになり、回転子鉄心２の
固定子鉄心１中でのラジアル方向の位置変化を検出する
ことが可能であることが判る。即ち、ラジアル方向の変
化の検出電圧Ｖ12は、 Ｖ12＝Ｖ1−Ｖ2 ＝｛(Ｎ2μ0Ｓ/(ｘ＋Δｘ))−(Ｎ2μ0Ｓ/(ｘ−Δｘ))｝×(ｄφ/ｄｔ) ＝２Δｘ×(Ｎ2μ0Ｓ)/ｘ2×( ｄφ/ｄｔ) ・・・・・（７） となる。
【００３２】また、固定子鉄心１の一方の端面に対向に
一組の磁気電気変換素子を設置し、この差動出力Ｖ12を
信号処理回路によって検出すると、差動出力の感度領域
は検出素子と回転子鉄心２の位置関係によって図７
（Ａ）のような特性となる。つまり、回転子軸４を挟ん
で対向に設置される磁気電気変換素子１１，１２を結ん
だ方向に対して、直交する方向に近い移動方向には検出
感度が低下することになり、検出感度に一種の指向性が
生まれることとなる。このため、同様の構成を持った磁
気電気変換素子１３，１４をさらに一組、もう一方の端
面に設置し、固定子鉄心の両端に設置した二組の磁気電
気変換素子同士は、図２に示すように互いに１２０度回
転したずれた位置関係を持つように設置する。
一組の磁気電気変換素子を設置し、この差動出力Ｖ12を
信号処理回路によって検出すると、差動出力の感度領域
は検出素子と回転子鉄心２の位置関係によって図７
（Ａ）のような特性となる。つまり、回転子軸４を挟ん
で対向に設置される磁気電気変換素子１１，１２を結ん
だ方向に対して、直交する方向に近い移動方向には検出
感度が低下することになり、検出感度に一種の指向性が
生まれることとなる。このため、同様の構成を持った磁
気電気変換素子１３，１４をさらに一組、もう一方の端
面に設置し、固定子鉄心の両端に設置した二組の磁気電
気変換素子同士は、図２に示すように互いに１２０度回
転したずれた位置関係を持つように設置する。
【００３３】このような位置関係で両端面にある二組の
磁気電気変換素子１１，１２と１３，１４を構成し、両
端面それぞれの差動出力を検出することで、各組の感度
領域中で感度が低下する領域を図７（Ｂ）に示すように
補うことが可能となり、検出感度の指向性を吸収するこ
とができる。即ち、ある角度のラジアル方向に摩耗が進
行している場合には、十分な指向性により摩耗が進行し
ている方向を検出することができる。
磁気電気変換素子１１，１２と１３，１４を構成し、両
端面それぞれの差動出力を検出することで、各組の感度
領域中で感度が低下する領域を図７（Ｂ）に示すように
補うことが可能となり、検出感度の指向性を吸収するこ
とができる。即ち、ある角度のラジアル方向に摩耗が進
行している場合には、十分な指向性により摩耗が進行し
ている方向を検出することができる。
【００３４】また同様にして、両端面に設置された二組
の磁気電気変換素子１１，１２及び１３，１４の内、そ
れぞれ１個の変換出力の差動出力を図５（Ｂ）に示す信
号処理回路を構成して取出す。何等かの原因で回転子鉄
心２が固定子鉄心１の中で軸方向に移動し、一方の端面
にある磁気電気変換素子に近づき漏洩磁束を受ける磁気
電気変換素子の面積がΔＳだけ増加し、もう一方の端面
にある磁気電気変換素子から遠ざかるため漏洩磁束を受
ける面積がΔＳだけ減少するとする。信号処理回路で演
算される検出出力Ｖ13（Ｖ24）は、回転子鉄心１のスラ
スト方向摩耗等による移動によって式（８）で表され
る。そして図６（Ｂ）に示すような差動出力特性が得ら
れる。スラスト方向の変化による検出電圧ＶTHは、 ＶTH＝Ｖ3−Ｖ4 ＝｛(Ｎ2μ0(Ｓ＋ΔＳ)/ｘ)−(Ｎ2μ0(Ｓ−ΔＳ)/ｘ)｝× ((ｄφ±ｄｔ)/ｄｔ) ＝２ΔＳ×( Ｎ2μ0Ｓ)/ｘ×( ｄφ/ｄｔ) ・・・・・（８） となる。これにより、スラスト方向の変位、即ち軸受の
摩耗量が検出される。
の磁気電気変換素子１１，１２及び１３，１４の内、そ
れぞれ１個の変換出力の差動出力を図５（Ｂ）に示す信
号処理回路を構成して取出す。何等かの原因で回転子鉄
心２が固定子鉄心１の中で軸方向に移動し、一方の端面
にある磁気電気変換素子に近づき漏洩磁束を受ける磁気
電気変換素子の面積がΔＳだけ増加し、もう一方の端面
にある磁気電気変換素子から遠ざかるため漏洩磁束を受
ける面積がΔＳだけ減少するとする。信号処理回路で演
算される検出出力Ｖ13（Ｖ24）は、回転子鉄心１のスラ
スト方向摩耗等による移動によって式（８）で表され
る。そして図６（Ｂ）に示すような差動出力特性が得ら
れる。スラスト方向の変化による検出電圧ＶTHは、 ＶTH＝Ｖ3−Ｖ4 ＝｛(Ｎ2μ0(Ｓ＋ΔＳ)/ｘ)−(Ｎ2μ0(Ｓ−ΔＳ)/ｘ)｝× ((ｄφ±ｄｔ)/ｄｔ) ＝２ΔＳ×( Ｎ2μ0Ｓ)/ｘ×( ｄφ/ｄｔ) ・・・・・（８） となる。これにより、スラスト方向の変位、即ち軸受の
摩耗量が検出される。
【００３５】また、このときのそれぞれの磁気電気変換
素子出力は、設置されている位置が回転子軸端からみて
一定の方向にねじれた位置（角度）に設置されているた
め、出力される電気信号は時間的な位相成分を含んだも
のとなっている。図２の磁気電気変換素子１２，１４を
例に挙げると 変換素子の出力電圧：Ｖ12＝Ｖ0 Sin θ ・・・・・ （９） 変換素子の出力電圧：Ｖ14＝Ｖ1 Sin(θ−１２０°）・・・・・（１０）
素子出力は、設置されている位置が回転子軸端からみて
一定の方向にねじれた位置（角度）に設置されているた
め、出力される電気信号は時間的な位相成分を含んだも
のとなっている。図２の磁気電気変換素子１２，１４を
例に挙げると 変換素子の出力電圧：Ｖ12＝Ｖ0 Sin θ ・・・・・ （９） 変換素子の出力電圧：Ｖ14＝Ｖ1 Sin(θ−１２０°）・・・・・（１０）
【００３６】このため、図５（Ｂ）に示す信号処理回路
は、一方の磁気電気変換素子出力信号を、所定の位相量
を移送回路５１で移送し、もう一方の変換素子出力信号
との差動出力を得ることでラジアル方向の摩耗検出と同
様に、誘導電動機の運転点変化による検出信号への影響
を僅かなものにすることが可能になる。 移相回路の出力電圧：Ｖ12a＝Ｖ0Sin｛θ(−１２０°)｝・・・・（１１ ） 変換素子の出力電圧：Ｖ14＝Ｖ1Sin(θ−１２０°) ・・・・・（１２ ） Ｖ0＝Ｖ1 の時 Ｖ12a−Ｖ14＝０ ・・・・・（１３ ）
は、一方の磁気電気変換素子出力信号を、所定の位相量
を移送回路５１で移送し、もう一方の変換素子出力信号
との差動出力を得ることでラジアル方向の摩耗検出と同
様に、誘導電動機の運転点変化による検出信号への影響
を僅かなものにすることが可能になる。 移相回路の出力電圧：Ｖ12a＝Ｖ0Sin｛θ(−１２０°)｝・・・・（１１ ） 変換素子の出力電圧：Ｖ14＝Ｖ1Sin(θ−１２０°) ・・・・・（１２ ） Ｖ0＝Ｖ1 の時 Ｖ12a−Ｖ14＝０ ・・・・・（１３ ）
【００３７】しかも、該誘導電動機に接続される三相交
流電源端子が所定の相順に接続されず、逆方向に回転す
るような相順に接続し、逆方向に回転した場合、図５
（Ｂ）に示す信号処理回路の位相調整回路により予め設
定された移相を行うため、式（１１），（１２），（１
３）の関係は次に示すように変化する。 移相回路の出力電圧：Ｖ12a＝Ｖ0Sin｛θ(−１２０°)｝ ・・・（１４） 変換素子の出力電圧：Ｖ14＝Ｖ1Sin(θ＋１２０°) ・・・（１５） Ｖ0＝Ｖ1 の時 Ｖ12a−Ｖ14＝２Ｖ0 ・・・・・（１６）
流電源端子が所定の相順に接続されず、逆方向に回転す
るような相順に接続し、逆方向に回転した場合、図５
（Ｂ）に示す信号処理回路の位相調整回路により予め設
定された移相を行うため、式（１１），（１２），（１
３）の関係は次に示すように変化する。 移相回路の出力電圧：Ｖ12a＝Ｖ0Sin｛θ(−１２０°)｝ ・・・（１４） 変換素子の出力電圧：Ｖ14＝Ｖ1Sin(θ＋１２０°) ・・・（１５） Ｖ0＝Ｖ1 の時 Ｖ12a−Ｖ14＝２Ｖ0 ・・・・・（１６）
【００３８】つまり、誘導電動機が逆相で運転された場
合、磁気電気変換素子１２，１４の出力波形順序が逆転
する。このため、スラスト方向の摩耗検出のために設置
した信号処理回路と同様の論理を持った、一方の磁気電
気変換素子出力は所定の位相量だけ移相する回路を通っ
た後、もう一方の磁気電気変換素子出力と演算すると、
正転の場合では両出力が相殺されて差動出力が“０”と
なり、逆転の場合には両出力が加算されて”二倍の
Ｖ0”となる。この出力をもって回転方向が逆転である
ことを判断するモータの回転方向（相順）検出回路を構
成することができる。
合、磁気電気変換素子１２，１４の出力波形順序が逆転
する。このため、スラスト方向の摩耗検出のために設置
した信号処理回路と同様の論理を持った、一方の磁気電
気変換素子出力は所定の位相量だけ移相する回路を通っ
た後、もう一方の磁気電気変換素子出力と演算すると、
正転の場合では両出力が相殺されて差動出力が“０”と
なり、逆転の場合には両出力が加算されて”二倍の
Ｖ0”となる。この出力をもって回転方向が逆転である
ことを判断するモータの回転方向（相順）検出回路を構
成することができる。
【００３９】図８は、本発明の他の実施例の磁気電気変
換素子周辺の拡大図である。誘導電動機の固定子鉄心１
の両端面に対向に設置した２組計４個の磁気電気変換素
子１１，１２，１３，１４を設け、それぞれの組は互い
に１２０度ねじれた位置関係に配置することは、前述の
実施例と同様である。本実施例においては、更に固定子
鉄心１の一部に切欠けを設けずに、主磁界の外に固定子
鉄心１と回転子鉄心２間の漏洩磁束を該磁気電気変換素
子で検出する構造である。本実施例においても、ラジア
ル方向摩耗検出、スラスト方向摩耗検出、回転方向検出
等の機能を持たせることが可能である。従って、本実施
例によれば磁気電気変換素子の取付が容易で、ラジアル
方向及びスラスト方向の軸受摩耗の検出、モータ回転方
向の検出等の機能を備えた運転監視装置を安価に提供で
きる。
換素子周辺の拡大図である。誘導電動機の固定子鉄心１
の両端面に対向に設置した２組計４個の磁気電気変換素
子１１，１２，１３，１４を設け、それぞれの組は互い
に１２０度ねじれた位置関係に配置することは、前述の
実施例と同様である。本実施例においては、更に固定子
鉄心１の一部に切欠けを設けずに、主磁界の外に固定子
鉄心１と回転子鉄心２間の漏洩磁束を該磁気電気変換素
子で検出する構造である。本実施例においても、ラジア
ル方向摩耗検出、スラスト方向摩耗検出、回転方向検出
等の機能を持たせることが可能である。従って、本実施
例によれば磁気電気変換素子の取付が容易で、ラジアル
方向及びスラスト方向の軸受摩耗の検出、モータ回転方
向の検出等の機能を備えた運転監視装置を安価に提供で
きる。
【００４０】尚、上述した実施例は、固定子鉄心の両端
面に２個１組の磁気電気変換素子を２組設けた例につい
て説明したが、各端面に例えば３組ずつ計６組を設けて
もよい。これにより、より指向性の少ない軸受摩耗の検
出を行うことができる。更に、より多数組の磁気電気変
換素子を設けることにより、検出精度が更に向上するこ
とは勿論である。
面に２個１組の磁気電気変換素子を２組設けた例につい
て説明したが、各端面に例えば３組ずつ計６組を設けて
もよい。これにより、より指向性の少ない軸受摩耗の検
出を行うことができる。更に、より多数組の磁気電気変
換素子を設けることにより、検出精度が更に向上するこ
とは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば回転子軸
を支持するための軸受にすべり軸受を用いたキャンドモ
ータポンプ等の誘導電動機が、長期間使用などにより軸
受の摩耗等が発生すると、これを速やかに検出できる。
また、軸受の摩耗量は、ラジアル方向及びスラスト方向
に定量的に検出できるので、キャンドモータポンプ等の
回転軸が外部から目視不能な状態でも、モータポンプ等
に致命的な損傷を起す前に保全の処置を取ることができ
る。更に、モータの回転方向を容易に検出することがで
きるので、設置時の誤結線を速やかに見つけることがで
きる。
を支持するための軸受にすべり軸受を用いたキャンドモ
ータポンプ等の誘導電動機が、長期間使用などにより軸
受の摩耗等が発生すると、これを速やかに検出できる。
また、軸受の摩耗量は、ラジアル方向及びスラスト方向
に定量的に検出できるので、キャンドモータポンプ等の
回転軸が外部から目視不能な状態でも、モータポンプ等
に致命的な損傷を起す前に保全の処置を取ることができ
る。更に、モータの回転方向を容易に検出することがで
きるので、設置時の誤結線を速やかに見つけることがで
きる。
【図１】本発明の一実施例の誘導電動機の固定子鉄心の
両端面に磁気電気変換素子を設置した状態を示す横断面
図である。
両端面に磁気電気変換素子を設置した状態を示す横断面
図である。
【図２】図１に示した実施例を回転子の軸正面から見た
断面図である。
断面図である。
【図３】図１及び図２に示した磁気電気変換素子のう
ち、検出鉄心と検出コイルで構成される電磁誘導型の磁
気電気変換素子を例にした素子部分の拡大図である。
ち、検出鉄心と検出コイルで構成される電磁誘導型の磁
気電気変換素子を例にした素子部分の拡大図である。
【図４】図３と同様な磁気電気変換素子周辺の拡大図で
あり、スラスト摩耗発生時を示す。
あり、スラスト摩耗発生時を示す。
【図５】（Ａ）磁気電気変換素子の差動検出出力を取出
すブロック図であり、（Ｂ）移相回路を介して差動検出
出力を取出すブロック図である。
すブロック図であり、（Ｂ）移相回路を介して差動検出
出力を取出すブロック図である。
【図６】（Ａ）ラジアル方向摩耗と検出出力の関係を示
す線図であり、（Ｂ）スラスト方向摩耗と検出出力の関
係を示す線図である。
す線図であり、（Ｂ）スラスト方向摩耗と検出出力の関
係を示す線図である。
【図７】（Ａ）片端面の磁気電気変換素子の感度領域を
示す線図であり、（Ｂ）両端面の磁気電気変換素子の感
度領域を示す線図である。
示す線図であり、（Ｂ）両端面の磁気電気変換素子の感
度領域を示す線図である。
【図８】他の実施例の磁気電気変換素子周辺の拡大図で
ある。
ある。
１ 固定子鉄心
２ 回転子鉄心
１１，１２，１３，１４， 磁気電気変換素子
１６ 検出コイル
１７ 検出鉄心
ｘ 空隙長さ
Ｓ 空隙の有効断面積
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 平田 智敏
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号
株式会社 荏原総合研究所内
(72)発明者 大山 敦
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号
株式会社 荏原電産内
(72)発明者 檜垣 展宏
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号
株式会社 荏原電産内
(72)発明者 大竹 功一
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号
株式会社 荏原電産内
(72)発明者 三島 茂
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号
株式会社 荏原電産内
(56)参考文献 特開 平３−230733（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 17/00
H02K 5/00
Claims (5)
- 【請求項１】 誘導電動機固定子鉄芯の内周面側の一部
を切り欠き、固定子鉄心と回転子鉄心間の磁気空隙対向
面に発生する主磁界を一部規制し、主磁界領域外に該誘
導電動機固定子鉄心と回転子鉄心間の漏洩磁束の磁気電
気変換を行う磁気電気変換素子を設け、該磁気電気変換
素子は前記漏洩磁束を導く検出鉄心と検出コイルとから
構成され、前記検出コイルのインダクタンスの変化に基
づいて、軸受の摩耗を検出することを特徴とする誘導電
動機の運転監視装置。 - 【請求項２】 前記磁気電気変換素子は、誘導電動機固
定子鉄心の少なくとも一端面に回転子軸を中心として、
対向に２個一組で設置されたことを特徴とする請求項１
記載の誘導電動機の運転監視装置。 - 【請求項３】 前記２個一組で設置された磁気電気変換
素子の対は、すべり軸受の摩耗等によって発生する回転
子鉄心のラジアル方向振れ回り変位を、前記磁気電気変
換素子のそれぞれの発生する出力の差動出力変化として
検出することを特徴とする請求項２記載の誘導電動機の
運転監視装置。 - 【請求項４】 前記磁気電気変換素子は、固定子鉄心の
一端面および他方の端面に所定角度ずらせて設置され、
両磁気電気変換素子の差動出力変化として軸受のスラス
ト方向摩耗を検出することを特徴とする請求項１記載の
誘導電動機の運転監視装置。 - 【請求項５】 一個の磁気電気変換素子の磁気電気変換
出力と、所定角度ずらせて設置した他の一個の磁気電気
変換素子の移相回路を通った出力との差動出力を検出す
ることで、前記誘導電動機の回転方向を検出する機能を
備えたことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の運
転監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10197496A JP3370230B2 (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 誘導電動機の運転監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10197496A JP3370230B2 (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 誘導電動機の運転監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09275668A JPH09275668A (ja) | 1997-10-21 |
| JP3370230B2 true JP3370230B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=14314847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10197496A Expired - Lifetime JP3370230B2 (ja) | 1996-04-01 | 1996-04-01 | 誘導電動機の運転監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3370230B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4175584B2 (ja) * | 1998-09-11 | 2008-11-05 | 油研工業株式会社 | モータ一体型油圧ポンプ装置 |
| JPWO2021059838A1 (ja) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 |
-
1996
- 1996-04-01 JP JP10197496A patent/JP3370230B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09275668A (ja) | 1997-10-21 |
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