JP4988796B2 - モータの状況検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、外力で可動子が動いたときに逆起電力（逆起電圧）を発生するモータの状況検査方法及びモータ特性検査装置に関するものである。

特開２００２−１３１１５３号公報（特許文献１）には、トルクメータを用いずに、トルクを測定するトルク測定装置が開示されている。また、特開昭６１−１２４２５６号公報（特許文献２）には、ボイスコイル型リニアモータのコイルに外部から往復運動を与えて、推力定数を求めることで、推力を測定する方法が開示されている。

特開２００２−１３１１５３号公報 特開昭６１−１２４２５６号公報

従来のモータの状況検査方法及びモータ特性検査装置では、トルク等の検査を行うために、モータに電力を供給して、モータを一定の回転数で動作させ、そのときの動作出力を検査している。そのため検査用の電圧計、回転計や速度センサなどを用いて必要な計測をする必要があった。このようなことから、従来は、設備に組み込まれた状態のモータを直接検査することはせず、検査対象のモータの特性を検査するために、設備からモータを取り外して専用の検査装置と組み合わせて検査を行う必要があった。そのため定期点検や検査のたびに、設備からモータを取り外す必要があり、検査に要する手間と時間をかなり必要としていた。また設備からモータを取り外すと、設置状況の不具合を見ることはできなかった。

特に、リニアモータの場合、可動子と固定子の設置状況（いわゆるエアギャップの良否）がモータの出力に影響する。従来は、設置状況を検査するために、可動子と固定子との間に形成される隙間に隙間ゲージを挿入して、機械的寸法検査をおこなっていた。しかしながら、この場合には、モータを設備から外して検査を行っても、検査後のモータを設備に設置する際に機械的な誤差を生じやすく、また可動子と固定子との間に形成される隙間が、全体的に均一になっているかどうかの検査が困難であった。

本発明の目的は、設備に組み込まれたモータを、設備から取り外すことなく検査をすることが可能なモータの状況検査方法及びモータ特性検査装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、モータの設置状況の良否を簡便な方法で検査することが可能なモータの状況検査方法及びモータ特性検査装置を提供することにある。

本発明は、設備に組み込まれたモータの状況を設備からモータを取り外すことなく検査するモータの状況検査方法及びモータ特性検査装置を対象とする。

本発明のモータの状況検査方法は、モータの可動子が外力で動いたときに発生する逆起電力波形の周波数と振幅値とを測定する測定部と、周波数と振幅値とに基づいて逆起電力定数を演算する演算部と、逆起電力定数の演算結果または予想される演算結果に対して予め用意した判定結果を表示する結果表示部とを備えたモータ特性検査装置を用意する。そして設備に組み込まれたモータから給電線を外した状態で、モータの電機子巻線とモータ特性検査装置とを電気的に接続する。その後、モータの可動子に外力を加えて電機子巻線に逆起電力を発生させる。そしてモータ特性検査装置の結果表示部に表示された演算結果に基づいて、モータの状況を判定する。

モータに発電作用があることは周知のことであり、外力を加えてモータの可動部を動かすと、モータの端子には、逆起電力（逆起電圧）が発生する。本発明では、モータの特性を示す定数の１つである逆起電力定数Ｋｅφを求め、モータの特性の良否を判定する。

逆起電力定数Ｋｅφは、
Ｋｅφ＝Ｃ×（Ｋｅ／ｆ）
（但し、Ｋｅ：逆起電圧のピーク値［Ｖ］、ｆ：逆起電圧周波数［Ｈｚ］、Ｃ：定数）
で求まる。したがって、逆起電圧のピーク値及び周波数が測定できれば、逆起電力定数Ｋｅφが測定できる。そこで本発明によるモータ特性検査装置は、設備に取り付けた状態のモータを検査対象としており、モータが静止した状態で可動子に対して手動などで外力を加えて、強制的にモータを動かし、逆起電力を発生させる。このようにして発生する逆起電力は、外力が一定ではないため、得られる逆起電力波形も一定ではない可変速時の周波数である。このような波形から周波数を取得する方法は様々なものが考えられるが、本発明の測定部では、例えば、ゼロクロス検出回路を利用し、逆起電力波形がゼロ点をクロスしたある点から次のゼロ点をクロスした点までを１周期として、周波数を測定する。そして、該周波数を測定した波形の振幅値（逆起電圧のピーク値）を用いて、逆起電力定数Ｋｅφを求める。

結果表示部は、逆起電力定数の演算結果（数値）を表示し、測定者は、該モータの本来の逆起電力定数が得られているか否かを判定する。本来の逆起電力定数が得られない場合には、モータに異常があることがわかる。結果表示部に、予想される演算結果に対して予め用意した判定結果を表示するようにしてもよい。このようにすると、モータの逆起電力定数から良否が直ちにわからない場合にも、容易にモータの良否を判定することができる。

なお、本発明は、逆起電力が発生するモータであれば、どのようなモータであっても検査対象とすることができる。したがって直流機・リニアモータ・サーボモータ・ステッピングモータなど、検査対象のモータの形態は問わない。検査対象のモータが、設備の固定部分に固定された固定子と設備の可動部分に設けられた可動子とを備えたリニアモータの場合には、演算結果に基づいて固定子の固定子側磁極と可動子の可動子側磁極との間のギャップの大きさを判定し、判定結果から設置状況の良否を判定する設置状況判定部を更に備えるようにしてもよい。ギャップと逆起電力定数が逆比例関係にあるため、この関係を利用すれば、設置されているリニアモータのギャップの状況を知ることができ、モータの設置状況が判定できる。

リニアモータは、別々になっている固定子と可動子を使用場所において組み合わせて使用するのが一般的である。すなわちモータの設置及びギャップ調整は使用者の方で行うことが多い。そのため、隙間ゲージを用いたギャップ調整が不十分であることが原因で、リニアモータの十分な出力を得ることができないことがある。本発明によるモータ特性検査装置を使用すれば、簡易にギャップ調整が可能となる。

リニアモータのための設置状況判定部は、逆起電力定数が予め定めた閾値範囲よりも小さいときには、ギャップが適正範囲よりも広いと判定し、逆起電力定数が予め定めた閾値範囲よりも大きいときには、ギャップが適正範囲よりも狭いと判定し、いずれの判定の場合も設置状況が悪いと判定するように構成することが望ましい。このようにしておけば、ギャップの調整が更に容易になる。

本発明のモータ特性検査装置の実施の形態の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態で、逆起電力定数及び判定結果を表示するために用いるソフトウェアのアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明で、モータに外力を与えてモータを駆動した場合に、出力される逆起電力の波形を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明のモータ特性検査装置の実施の形態の一例を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。

図１に示した使用例では、モータ特性検査装置１は、検査対象であるリニアモータ３に接続されている。リニアモータ３は、設備の固定部分に固定された固定子３ａと設備の可動部分に設けられた可動子３ｂとを備えたリニアモータである。モータ特性検査装置１は、給電線を外したリニアモータ３の可動子３ｂのモータ巻線に接続された給電線５にケーブル７を介して接続されている。

図２を参照して、本発明の実施の形態の構成及び概要を説明する。モータ特性検査装置１の信号受信部９は、リニアモータ３が外力によって動かされた場合に発生する逆起電力波形を受信する。測定部１１は、周波数を検出するために、ゼロクロス検出回路１３及び周波数検出部１５を備え、更に、逆起電力の電圧のピーク値を検出するピーク値検出部１７を備えている。測定部１１が検出した周波数及びピーク値に基づいて、演算部１９が逆起電力定数を算出し、結果表示部２１に結果を表示する。さらに、本発明では、設置状況を判定するために、記憶部２３にテーブルが記憶されており、設置状況判定部２５が演算結果に基づいて設置状況を結果表示部２１に表示する。

測定から結果表示までの流れを図３及び図４を用いて詳述する。リニアモータ３の可動子３ｂが外力により動かされると、信号受信部９は、モータが発生する図４のような逆起電力波形を受信し、測定部１１に対して信号を送り、測定部１１は、周波数及び電圧のピーク値を測定する（ステップＳＴ１）。

周波数は具体的には次のように決定される。外力で可動子が動かされたモータからは、図４のように、周波数及び電圧が一定しない逆起電力が発生する。ゼロクロス検出回路１３は、起電力波形がゼロ点をクロスした点（ゼロクロス点）において、出力電圧が０Ｖ→５Ｖ、５Ｖ→０Ｖに切り替わるように構成されている。図４の逆起電力波形が入力されたゼロクロス検出回路１３は、図４のゼロクロス検出回路出力Ｖｏの波形を出力する。例えば図４の最初の波形（周期Ｆ１の波形）では、ａ点及びｃ点がゼロクロス点であり、周波数検出部１５は、このゼロクロス点ａｃ間の周期からこの区間の周波数ｆ（＝Ｆ１またはＦ２）を検出する。

また、同じ最初の第１の波形において、ピーク値検出部１７は、波形のピーク値をｂ点から検出する。

次に、周波数及びピーク値を受けた演算部１９は、逆起電力定数Ｋｅφを次の式により算出する（ステップＳＴ２）。

Ｋｅφ＝Ｃ×（Ｋｅ／ｆ） ・・・（１）
（但し、Ｋｅ：逆起電圧のピーク値［Ｖ］、ｆ：逆起電圧周波数［Ｈｚ］、Ｃ：定数）
なお、（１）式は、次のとおり導出されたものである。

モータがリニアモータの場合、逆起電力定数Ｋｅφは、
Ｋｅφ＝Ｋｅ／ｖ ・・・（２）
（但し、Ｋｅ：逆起電圧のピーク値［Ｖ］、ｖ：速度［ｍ／ｓ］）
で求められる。ここで、
ｖ＝２τ×ｆ ・・・（３）
（但し、τ：マグネット−マグネット間の距離である極ピッチ［ｍ］、ｆ：逆起電圧周波数［Ｈｚ］）
であるから、（２）式に（３）式を代入して、
Ｋｅφ＝Ｋｅ／（２τ×ｆ）＝（１／２τ）×（Ｋｅ／ｆ）
となる。ここで、１／２τ＝Ｃ１と置くと、
Ｋｅφ＝Ｃ１×（Ｋｅ／ｆ） ・・・（４）
となる。すなわち、モータがリニアモータの場合には、（１）式の定数Ｃは、Ｃ＝Ｃ１＝１／２τである。

また、モータが回転型モータの場合、逆起電力定数Ｋｅφは、
Ｋｅφ＝Ｋｅ／Ｎ ・・・（５）
（但し、Ｋｅ：逆起電圧のピーク値［Ｖ］、Ｎ：回転数［ｒｐｍ］）
で求められる。ここで、
Ｎ＝（１２０×ｆ）／Ｐ ・・・（６）
（但し、ｆ：逆起電圧周波数［Ｈｚ］、Ｐ：極数）
であるから、（５）式に（６）式を代入して、
Ｋｅφ＝Ｋｅ／（１２０×ｆ）／Ｐ＝（Ｐ／１２０）×（Ｋｅ／ｆ）
となる。ここで、Ｐ／１２０＝Ｃ２と置くと、
Ｋｅφ＝Ｃ２×（Ｋｅ／ｆ） ・・・（７）
となる。すなわち、モータが回転型モータの場合には、（１）式の定数Ｃは、Ｃ＝Ｃ２＝Ｐ／１２０である。

結局、逆起電力定数Ｋｅφは、逆起電圧のピーク値Ｋｅ［Ｖ］と逆起電圧周波数ｆ［Ｈｚ］が測定できれば、定数Ｃを乗算して導き出せるものであり、逆起電力定数Ｋｅφは、いずれのモータの種類であっても、（１）式から算出することができ、前述の図４の最初の波形から、逆起電圧定数Ｋｅφを求めることが可能である。なお、本実施の態様では、定数Ｃは、予め演算部１９に入力されている構成としたが、汎用性をもたせるために、外部機器によって、または、入力部を備えることで、定数Ｃを書換可能にしておいてもよいのはもちろんである。

さらに、本発明では、設置状況判定部２５がリニアモータの設置状況を判定することができる。記憶部２３には固定子の固定子側磁極と可動子の可動子側磁極との間のギャップの大きさに関するテーブルが記憶されており、算出した逆起電力定数Ｋｅφをテーブルと比較する（ステップＳＴ３）。逆起電力定数Ｋｅφが一定の閾値範囲内におさまっているか判定を行い（ステップＳＴ４）、閾値範囲内の場合には、ギャップは適正と判定する（ステップＳＴ５）。逆起電力定数Ｋｅφが閾値内範囲におさまっていない場合には、閾値よりも大きいか否かを判定し（ステップＳＴ６）、閾値よりも大きい場合には、ギャップが狭いと判定し、（ステップＳＴ７）、閾値よりも小さい場合には、ギャップが広いと判定する（ステップＳＴ８）。最終的に、逆起電力定数を含む判定結果を結果表示部２１に表示する（ステップＳＴ９）。

なお、本実施の形態では、ギャップの良否を判定できるように設置状況判定部２５を設けたが、逆起電力定数Ｋｅφのみを知ればよい場合には、設置状況判定部２５を設ける必要はない。また、リニアモータ以外のモータを検査対象とする場合には、ギャップを判定する必要がないため、設置状況判定部２５の代わりに普通の判定部を設けて、逆起電力定数Ｋｅφが閾値範囲内におさまっているときは、モータに異常がなく、閾値範囲内におさまっていない場合には、モータに異常があることを結果表示部２１に表示するように構成すればよい。

本発明によれば、逆起電力波形に基づいて、モータの特性を検査することで、設備からモータを取り外すことなく、また、回転計や速度センサを必要とせずに、モータの特性を検査することができる。

１ モータ特性検査装置
３ リニアモータ
３ａ 固定子
３ｂ 可動子
５ 給電線
７ ケーブル
９ 信号受信部
１１ 測定部
１３ ゼロクロス検出回路
１５ 周波数検出部
１７ ピーク値検出部
１９ 演算部
２１ 結果表示部
２３ 記憶部
２５ 設置状況判定部

Claims (1)

1. 設備に組み込まれたモータの状況を前記設備から前記モータを取り外すことなく検査するモータの状況検査方法であって、
   前記モータの可動子が外力で動いたときに発生する逆起電力波形の周波数と振幅値とを測定する測定部と、前記周波数と前記振幅値とに基づいて逆起電力定数を演算する演算部と、前記逆起電力定数の演算結果または予想される演算結果に対して予め用意した判定結果を表示する結果表示部とを備えたモータ特性検査装置を用意し、
   前記設備に組み込まれた前記モータから給電線を外した状態で、前記モータの電機子巻線と前記モータ特性検査装置とを電気的に接続し、
   前記モータの前記可動子に外力を加えて前記電機子巻線に逆起電力を発生させ、
   前記モータ特性検査装置の結果表示部に表示された前記演算結果に基づいて、前記モータの前記設備への設置状況の良否を判定し、
   前記モータは前記設備の固定部分に固定された固定子と前記設備の可動部分に設けられた前記可動子とを備えたリニアモータであり、
   前記モータ特性検査装置は、前記演算結果に基づいて前記固定子の固定子側磁極と前記可動子の可動子側磁極との間のギャップの大きさを判定し、判定結果から前記設置状況の良否を判定する設置状況判定部を更に備え、
   前記設置状況判定部は、前記逆起電力定数が予め定めた閾値範囲よりも小さいときには、前記ギャップが適正範囲よりも広いと判定し、前記逆起電力定数が前記予め定めた閾値範囲よりも大きいときには、前記ギャップが適正範囲よりも狭いと判定し、いずれの判定の場合も前記設置状況が悪いと判定するように構成されていることを特徴とするモータの状況検査方法。

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