JP3742677B2

JP3742677B2 - エレベータ用回転軸受の損傷検出装置

Info

Publication number: JP3742677B2
Application number: JP29426595A
Authority: JP
Inventors: 進川岸; 政輝中野; 隆雄米山; 健二土田; 文生鬼沢
Original assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH09136776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレベータ用回転軸受の損傷検出装置に係り、特に、低速で回転する回転機械に備えられる回転軸受の異常を検出するのに好適なエレベータ用回転軸受の損傷検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は回転機械の一例であるトラクションマシンを備えたエレベータの説明図、図９は図８に示すトラクションマシンの断面図、図１０は一般的なエレベータの速度特性図である。
図８に示すエレベータは、主ロープ１０が巻掛けられる綱車１１と、主ロープ１０の両端にそれぞれ連結されるかご１２、およびつり合いおもり１３と、綱車１１を駆動するトラクションマシン１４とを備えている。このトラクションマシン１４は、電動機１５の出力軸に取付けられるウオームギヤ１６と、このウオームギヤ１６と噛合するホイールギヤ１７と、このホイールギヤ１７から綱車１１へ回転力を伝達するホイールギヤ軸１８を備えており、図９に示すように、このホイールギヤ軸１８は、ころがりタイプの回転軸受１９、２０によって回転可能に支持されている。
【０００３】
前記の電動機１５が回転するとき、ウオームギヤ１６、ホイールギヤ１７およびホイールギヤ軸１８を介して綱車１１へ回転力が伝達され、この綱車１１は例えば１５ｒｐｍ〜９０ｒｐｍ程度の低速で回転する。なお、かご１２を昇降させる牽引力は、かご１２の自重や積載荷重、つり合いおもり１３の自重および主ロープ１０の自重などによって綱車１１および主ロープ１０間に生じる摩擦によって生じるようになっている。
【０００４】
一般にエレベータでは、図１０に示すようにかご１２の走行速度が変化しており、例えば時間Ｔ１で前記の電動機１５を起動すると、トラクションマシン１４、綱車１１、および主ロープ１０を介してかご１２が駆動されるので、このかご１２が加速走行した後、時間Ｔ２で定速走行状態に到達する。次いで、時間Ｔ３で前記の電動機１５の駆動状態を停止すると、かご１２が減速走行して時間Ｔ４で停止する。
【０００５】
このようなエレベータでは通常、設置から所定の年数、例えば１０数年を経過した後、トラクションマシン１４を分解して回転軸受１９、２０などをすべて新品と交換するようになっていた。また、上述した所定の年数が経過する以前に、回転軸受１９、２０が損傷してもトラクションマシン１４が故障するまで前記の損傷を発見できないという懸念があった。
【０００６】
また、一般に低速で継続的に回転する回転機械がプラントなどに備えられている場合、前記の回転機械が突然に停止したとき、プラント全体の停止が余儀なくされ、大きな被害をこうむる懸念があるため、前記の回転機械の損傷状態、特に軸受部分の損傷状態を稼働したままの状態で分解せずに、すなわち非分解で検査することが要望されており、そのために従来よりアコースティック・エミッション方式の損傷検出装置が数多く提案されている。
【０００７】
この種の損傷検出装置は、ころがり軸受で発生するアコースティック・エミッション信号（以下、ＡＥ信号と称する）を検知する検知センサ（いわゆるＡＥセンサ）を備えており、回転機械が定速で回転するときに検知センサでＡＥ信号を検知し、この検知したＡＥ信号に基づいて前記の軸受の異常を検出するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の回転軸受の損傷検出装置では、回転機械が比較的速く定速で回転する場合に回転軸受の異常を正確に検出できるとともに、回転機械が稼働したままの状態で分解せずに容易に前記の検出を行なえるが、回転機械が比較的低速で回転する場合や間歇的に回転する場合、回転軸受の異常を確実に検出することが困難であった。
【０００９】
例えば、エレベータの回転軸受１９、２０の損傷検出のために上述した従来の損傷検出装置を用いようとした場合、ホイールギヤ軸１８は例えば１５ｒｐｍ〜９０ｒｐｍ程度の低速で回転するとともに、図１０に示すようにかご１２が加速走行、定速走行、減速走行および停止し、すなわちかご１２の速度変化の度合いが大きいため、検知したＡＥ信号に基づいて回転軸受１９、２０の異常を確実に検出することが困難であった。さらに、電動機１５をインバータ運転する場合には、電動機１５の加速、減速時にＡＥ信号とほぼ同帯域の高周波ノイズが多量に発生し、この高周波ノイズも検知センサで検出されるため、これらのＡＥ信号と高周波ノイズとの弁別は困難であり、上述した損傷状態の正確な検出が困難であるという問題が顕著であった。したがって、エレベータの回転軸受１９、２０の損傷検出に従来の損傷検出装置を用いることは難しいため、上述したようにエレベータ設置から所定の年数を経過した後、トラクションマシン１４を分解して回転軸受１９、２０をすべて新品と交換するようになっていた。
【００１０】
本発明はこのような従来技術における実情に鑑みてなされたもので、その目的は、エレベータ用回転機械に備えられる回転軸受の異常を容易にかつ確実に検出することのできるエレベータ用回転軸受の損傷検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エレベータ用回転機械に備えられる回転軸受の近傍に設置され、この回転軸受で発生するアコースティック・エミッション信号を含むノイズを検知する検知センサを有し、前記アコースティック・エミッション信号に基づいて前記回転軸受の異常を検出するエレベータ用回転軸受の損傷検出装置において、前記検知センサから出力される検知信号のうちの所定周波数を越える周波数成分のみを選択的に検波出力信号として通過させる信号処理手段と、前記回転機械の回転数を検出する回転数検出器と、この回転数検出器で検出される回転数に基づいてかごの動作状態を判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に応じて前記かごが定速走行するときのみ作動し、あらかじめ定められるしきい値を越える前記検波出力信号の出力回数を計測する計測手段と、この計測手段で計測した結果を出力する出力手段と、この出力手段による出力回数があらかじめ定められる回数を越えたときに作動する警告手段を備えた構成にしてある。
【００１２】
上記のように構成した本発明によれば、エレベータ用回転機械に備えられる回転軸受の近傍に設置した検知センサにより、回転軸受の損傷に伴って生じるＡＥ信号が検知されるとともに、回転軸受の外部で生じる機械的なノイズ（例えば主ロープのきしみ音や、ギヤの噛み合い音など）、およびエレベータ用電動機がインバータ運転される場合に生じるインバータノイズなども検知されるが、前記の機械的なノイズには、ＡＥ信号に比べて低い周波数成分が主に含まれることが実験で確認されているので、信号処理手段で所定周波数を越える周波数成分のみを選択的に通過させることにより、前記の機械的なノイズの低い周波数成分を除外することができる。また、エレベータ用電動機がインバータ運転される場合、かごの加速時および減速時にＡＥ信号とほぼ同帯域の高周波ノイズが多量に発生し、一方、かごの定速走行時には前記の高周波ノイズがわずかであることが実験で確認されているので、前記の回転数検出器で検出される回転数に基づいて、判定手段によりかごの動作状態を判定し、かごの定速走行時のみ計測手段を作動させることにより、前記のインバータ運転に伴って生じる高周波ノイズの周波数成分を除外することができる。これにより、エレベータ用回転機械に備えられる回転軸受の異常を検出する際に前記の機械的なノイズおよびインバータノイズの影響を受けることがなくて済むので、回転軸受の異常検出を確実に行なうことができる。また、回転機械の分解を要せずに済むので前記の回転軸受の異常検出が容易である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエレベータ用回転軸受の損傷検出装置の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るエレベータ用回転軸受の損傷検出装置のブロック図、図２は図１の損傷検出装置に備えられる回転数検出器の取付位置を示す図、図３は図１の損傷検出装置に備えられる検知センサの取付位置を示す図、図４は回転軸受で発生するＡＥ信号の周波数特性図、図５は回転軸受の周辺で発生する機械的なノイズの周波数特性図、図６はかごの加速時および減速時に発生するインバータノイズの周波数特性図、図７はかごの定速走行時に発生するインバータノイズの周波数特性図である。なお、図１〜図３において前述した図８、図９に示すものと同等のものには同一符号を付してある。
【００１４】
図１に示す本形態の損傷検出装置は、図２に示すように綱車１１の外周の近傍に設置され、回転軸受１９、２０の回転数を検出する回転数検出器（すなわちロータリエンコーダ）１と、回転軸受１９で発生するＡＥ信号を含むノイズを検知する検知センサ２と、この検知センサ２から出力される検知信号を増幅する増幅回路３と、増幅した検知信号のうちの所定周波数、例えば４０ｋＨｚを越える周波数成分のみを選択的に通過させるハイパスフィルタ（特に、高周波通過フィルタ：ＦＰＦ）４と、このハイパスフィルタ４を通過したＡＥ信号の周波数成分を検波する検波回路５と、この検波回路５から出力される検波出力信号ａと前記の回転数検出器１から出力される回転パルス信号ｂに基づいて演算処理を行ない、かご１２が定速走行するときのみ作動する演算制御回路６と、あらかじめ定められるしきい値を越える検波出力信号ａの出力回数をカウントするカウンタ７と、このカウンタ７でカウントした検波出力信号ａの出力回数があらかじめ定められる回数を越えたことを表示する表示器８とからなっている。
【００１５】
上述した検知センサ２は、図３に示すように、回転軸受１９の近傍に設置されており、この検知センサ２によって、回転軸受１９の転動体、内輪や外輪のいずれかに損傷などの欠陥が生じた場合に発生するＡＥ信号とともに、回転軸受１９の外部で生じる機械的なノイズ（例えば主ロープ１０のきしみ音、ウオームギヤ１６およびホイールギヤ１７の噛み合い音など）や、電動機１５のインバータ運転に伴って生じるインバータノイズなども同時に検知される。これらのＡＥ信号、機械的なノイズ、かご１２の加速、減速時のインバータノイズ、およびかご１２の定速走行時のインバータノイズは、それぞれ図４、図５、図６、図７に示す周波数特性を有することが実験で確認されている。すなわち、主ロープ１０のきしみ音、ウオームギヤ１６およびホイールギヤ１７の噛み合い音などの機械的なノイズの主成分はいずれの場合も、図５に示すように２０〜３０ｋＨｚ程度の低い周波数であることが確認されている。また、かご１２の加速時および減速時のインバータノイズには、図６に示すように２０〜３０ｋＨｚの低周波成分が含まれるとともに、図４に示すＡＥ信号の６０〜７０ｋＨｚ程度の周波数成分とほぼ同帯域の５０〜６０ｋＨｚの高周波成分も多量に含まれている。さらに、かご１２の定速走行時のインバータノイズには、図７に示すように前記の高周波成分がわずかであることが確認されている。
【００１６】
また、上述した演算制御回路６は、単位時間当たりの回転パルス信号ｂをカウントして微分演算によりかご１２の走行速度およびその変化の度合いを演算し、かご１２が定速走行であるかどうか判定するとともに、かご１２の定速走行時のみ前記の検波出力信号ａに基づいて演算し、演算結果があらかじめ定められるしきい値を越えた場合にカウント信号をカウンタ７へ出力するようになっている。
【００１７】
この実施形態にあっては、回転数検出器１により回転軸受１９の回転数を検出して回転パルス信号ｂを出力するとともに、回転軸受１９で発生するＡＥ信号を含むノイズを検知センサ２により検知し、前記のノイズに対応して出力される検知信号を増幅回路３で増幅した後、所定周波数、例えば４０ｋＨｚを越える周波数成分のみをハイパスフィルタ４により選択的に通過させて検波回路５で検波して検波出力信号ａを出力する。次いで、かご１２の定速走行時のみ検波出力信号ａを演算処理してカウント信号をカウンタ７へ出力し、カウンタ７によりあらかじめ定められるしきい値を越える検波出力信号ａの出力回数をカウントし、この出力回数があらかじめ定められる回数を越えたとき、その旨を表示器８で表示する。
【００１８】
このように構成した本実施形態では、ハイパスフィルタ４により検知信号のうちの所定周波数を越える周波数成分のみを選択的に通過させることにより、機械的なノイズの低い周波数成分を除外できるとともに、かご１２の定速走行時のみ演算制御回路６で計測することにより、かご１２の加速時および減速時に生じるインバータノイズの高周波成分を除外できる。したがって、これらの機械的なノイズおよびインバータノイズの影響を受けることがなくて済むので、回転軸受１９の異常を確実に検出することができる。また、表示器８の表示を見ることにより回転軸受１９が異常かどうか確認でき、その際にトラクションマシン１４や回転軸受１９を分解する必要がないので、回転軸受１９の異常検出が容易である。
【００１９】
なお、本実施形態では、前記の増幅回路３、ハイパスフィルタ４および検波回路５によって、検知センサ２から出力される検知信号のうちの所定周波数を越える周波数成分のみを選択的に検波出力信号ａとして通過させる信号処理手段が構成され、演算制御回路６によって、回転数検出器１で検出される回転数に基づいてかご１２の動作状態を判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に応じてかご１２が定速走行するときのみ、前記の信号処理手段を通過した検波出力信号ａの出力回数を計測する計測手段とが構成され、さらに、カウンタ７および表示器８によって、前記の計測手段で計測した結果を出力する出力手段が構成されている。
【００２０】
また、本実施形態では、検波出力信号ａの出力回数があらかじめ定められる回数を越えた旨を表示器８で表示するようにしたが、この表示器８と連動する警告手段、例えば警告灯を設け、検波出力信号ａの出力回数があらかじめ定められる回数を越えたときに前記の警告灯を点灯させることもできる。
【００２１】
また、本実施形態では回転軸受１９の異常を検出する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、回転軸受２０などの他の回転軸受の異常を同様の手順で検出することもできる。
【００２２】
また、本実施形態では電動機１５をインバータ運転する場合を例示したが、インバータ運転以外の場合にも本実施形態の損傷検出装置を適用できる。
【００２３】
さらに、かご１２が昇降する階床階が比較的少ないエレベータでは、かご１２が定速で走行する時間が短いため、回転軸受１９で発生するＡＥ信号を検知する時間が規定時間に満たないこともあり得る。そこで、かご１２が断続的に定速走行する時間を前記の規定時間まで加算することにより、かご１２が昇降する階床階が比較的多く、かご１２が定速で走行する時間が長いエレベータとの間で検出精度の平衡を取ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、エレベータ用回転軸受の異常を容易にかつ確実に検出することができ、したがって、例えばトラクションマシンなどのオイル診断時のような比較的短い時間間隔で行なわれる保守作業時にも前記の回転軸受が損傷したかどうか確認できるため、エレベータ保守作業を効率的に行なえるという効果がある。また、前記の回転軸受の損傷を早期発見することによりエレベータの停止を未然に防げるため、信頼性の高いエレベータが得られるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエレベータ用回転軸受の損傷検出装置のブロック図である。
【図２】図１の損傷検出装置に備えられる回転数検出器の取付位置を示す図である。
【図３】図１の損傷検出装置に備えられる検知センサの取付位置を示す図である。
【図４】回転軸受で発生するＡＥ信号の周波数特性図である。
【図５】回転軸受の周辺で発生する機械的なノイズの周波数特性図である。
【図６】かごの加速時および減速時に発生するインバータノイズの周波数特性図である。
【図７】かごの定速走行時に発生するインバータノイズの周波数特性図である。
【図８】回転機械の一例であるトラクションマシンを備えたエレベータの説明図である。
【図９】図８に示すトラクションマシンの断面図である。
【図１０】一般的なエレベータの速度特性図である。
【符号の説明】
１回転数検出器
２検知センサ
３増幅回路
４ハイパスフィルタ
５検波回路
６演算制御回路
７カウンタ
８表示器
１４トラクションマシン（回転機械）
１５電動機
１７ホイールギヤ
１９、２０回転軸受

Claims

エレベータ用回転機械に備えられる回転軸受の近傍に設置され、この回転軸受で発生するアコースティック・エミッション信号を含むノイズを検知する検知センサを有し、前記アコースティック・エミッション信号に基づいて前記回転軸受の異常を検出するエレベータ用回転軸受の損傷検出装置において、
前記検知センサから出力される検知信号のうちの所定周波数を越える周波数成分のみを選択的に検波出力信号として通過させる信号処理手段と、前記回転機械の回転数を検出する回転数検出器と、この回転数検出器で検出される回転数に基づいてかごの動作状態を判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に応じて前記かごが定速走行するときのみ作動し、あらかじめ定められるしきい値を越える前記検波出力信号の出力回数を計測する計測手段と、この計測手段で計測した結果を出力する出力手段と、この出力手段による出力回数があらかじめ定められる回数を越えたときに作動する警告手段を備えたことを特徴とするエレベータ用回転軸受の損傷検出装置。
エレベータは、インバータ運転される電動機と、低速で回転し、前記電動機で出力される回転トルクを伝達するホイールギヤを含むトラクションマシンとを備え、前記ホイールギヤを回転可能に支承する回転軸受の近傍に検知センサを設けたことを特徴とする請求項１記載のエレベータ用回転軸受の損傷検出装置。
ホイールギヤは、１５ｒｐｍ〜９０ｒｐｍの範囲内の回転速度で間歇的に回転することを特徴とする請求項２記載のエレベータ用回転軸受の損傷検出装置。