JP5318967B2

JP5318967B2 - エアギャップ測定装置

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Publication number: JP5318967B2
Application number: JP2011547072A
Authority: JP
Inventors: 健一伊藤; 泰明橋本
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: JPWO2011077475A1; US20120259558A1; US9026380B2; WO2011077475A1

Description

本発明は、回転電機における回転子と固定子との間の空隙（エアギャップ）の幅を測定するエアギャップ測定装置に関する。

一般的な回転電機（例えば、同期電動機）の構造について、図６を用いて説明する。回転電機は、筐体９２の内部に、回転可能に軸支された回転子８０、および、この回転子８０の外周に空隙（エアギャップ）２を空けて配設された固定子８０を有している（例えば、特許文献１を参照）。

回転子（例えば、突極形回転子）８０は、回転軸と同軸的に延びてすべり軸受９４によって回転可能に軸支された主軸８２、および、この主軸８２の略中間部の外周に取り付けられた複数の磁極８４からなる。磁極８４は、主軸８２の外周に取り付けられたポールボディ８４ａ、ポールボディ８４ａの外周に固定されたポールヘッド８４ｂ、および、ポールボディ８４ａに巻回された回転子コイル８４ｃを有している（例えば、特許文献２を参照）。

一方、固定子８６は、磁極８４の外周（詳しくは、ポールヘッド８４ｂの外周）に空隙２を空けて配設された固定子鉄心８８、および、固定子鉄心８８に巻回された固定子コイル９０を有している。

ここで、回転子８０と固定子８６との間に形成された空隙２の幅は、回転電機の動作特性に影響を及ぼす。そのため、回転電機の組立て時あるいはメンテナンス時には、テーパゲージを用いて、空隙２の幅を測定（エアギャップ測定）して、空隙２を所定の幅に設定する必要があった。

特開平６−３４３２５０号公報特開平１０−３２２９４７号公報

エアギャップ測定は、テーパゲージを筐体９２の回転軸方向の端部に形成された開閉部９６から主軸８２に沿って、図６に示した矢印１００の方向に筐体９２の内部に挿入して、さらに、テーパゲージを空隙２の回転軸方向の端部に挿入して行う。

しかしながら、開閉部９６から空隙２までの距離が大きいために、測定が困難であり、精度の良い測定には熟練した技術を必要とし、また、多大な時間が掛かっていた。さらに、測定者が開閉扉９６から筐体９２の内部に手を入れて測定するため、安全性にも問題があった。

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、回転電機における回転子と固定子との間に形成された空隙の幅を容易に測定できるエアギャップ測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るエアギャップ測定装置は、回転電機における回転可能に軸支された回転子と前記回転子の外周に配設された固定子との間に形成された空隙の幅を測定するものであって、第１平板部、および、前記第１平板部に対して平行に間隔を空けて配置されて前記第１平板部に対して離れる方向または近づく方向に移動可能に設けられた第２平板部を有して、前記空隙に挿入される挿入部と、前記挿入部の内部に設けられて、前記第１平板部の外面および前記第２平板部の外面が前記回転子の外周面および前記固定子の内周面に当接するまで前記第２平板部を前記第１平板部から離れる方向に移動させる間隔調整手段と、前記間隔調整手段に取り付けられて、前記挿入部の外部に延びて、前記間隔調整手段を操作する操作部と、一端が前記第１平板部に追従し、他端が前記第２平板部に追従して、前記第２平板部が前記第１平板部から離れる方向に移動することによって歪みが生じる弾性体と、前記弾性体の表面に貼り付けられて、前記第２平板部が前記第１平板部から離れる方向に移動することによって生じた前記弾性体の歪みに応じた電気信号を出力する歪みゲージと、前記歪みゲージに接続されて、前記歪みゲージが出力した電気信号から前記第１平板部と前記第２平板部との距離を演算する演算手段と、を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、回転電機における回転子と固定子との間に形成された空隙の幅を容易に測定できる。

本発明の第１の実施形態に係るエアギャップ測定装置の分解斜視図であって、演算手段等を省略した図である。本発明の第１の実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定前の部分縦断面図である。本発明の第１の実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定時の部分縦断面図である。本発明の第２の実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定前の部分縦断面図である。本発明の第２の実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定時の部分縦断面図である。回転機の部分縦断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るエアギャップ測定装置について説明する。

まず、本実施形態に係るエアギャップ測定装置１の構造について、図１ないし図３を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るエアギャップ測定装置の分解斜視図である。図２は、本実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定前の部分縦断面図である。図３は、本実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定時の部分縦断面図である。

エアギャップ測定装置１は、回転可能に軸支された回転子８０と回転子８０の外周に配設された固定子８６との間に形成された空隙（エアギャップ）２の幅を測定する装置である。エアギャップ測定装置１は、挿入部１０、間隔調整手段（楔形部材）４０、操作部５０、弾性体（板ばね）６０、歪みゲージ７０、演算手段７２、および、出力手段７６を有している。

挿入部１０は、空隙２（図６を参照。）に挿入される部分であって、第１ケース１２および第２ケース２４からなり、全体として直方体形状に形成されている。

第１ケース１２は、底面を形成する第１平板部１４、側面を形成して互いに対向する２枚の第１側板部１６ａ，１６ｂ、および、一端面（挿入方向１００の後方の端面）を形成する第１端板部１８を有している。一方、第２ケース２４は、上面を形成する第２平板部２６、および、側面を形成して互いに対向する２枚の第２側板部２８ａ，２８ｂを有している。

第２ケース２４は、第１ケース１２に被さるように配置されている。このとき、第２平板部２６の内面は、第１平板部１４の内面に対向していて、第２平板部２６は、第１平板部１４に対して平行に間隔を空けて配置されている。また、第２側板部２８ａ，２８ｂの内面は、それぞれ第１側板部１６ａ，１６ｂの外面と僅かな隙間を介して対向している。

第２側板部２８ａ，２８ｂには、互いに対向する位置に２組のピン穴３０ａ，３０ｂが形成されている。また、第１側板部１６ａ，１６ｂには、ピン穴３０ａ，３０ｂに対応する位置に２組の長穴２０ａ，２０ｂが形成されている。長穴２０ａ，２０ｂは、第１平板部１４に対して垂直に延びてピン穴３０ａ，３０ｂの直径と略同一の幅に形成されている。そして、２組のピン穴３０ａ，３０ｂおよび２つの長穴２０ａ，２０ｂには、それぞれガイドピン３４ａ，３４ｂが挿通されていて、ガイドピン３４ａ，３４ｂは、ピン止め３６ａ，３６ｂによって第２ケース２４に固定されている。

ガイドピン３４ａ，３４ｂは、長穴２０ａ，２０ｂにガイドされているため、第２ケース２４は、第１ケース１２に対して離れる方向または近づく方向に移動可能となっている。すなわち、第２平板部２６は、第１平板部１４と平行の状態を保って、第１平板部１４に対して離れる方向または近づく方向に移動可能となっている。

また、第２ケース２４は、当接棒３２を有している。当接棒３２は、第２側板部２８ａ，２８ｂの内面に対して垂直に起立して配置されていて、一端が第２側板部２８ａの内面に固定されて、他端が第２側板部２８ｂの内面に固定されている。第１側板部１６ａ，１６ｂには、１組の切り欠き２２が形成されていて、切り欠き２２は、当接棒３２に対応する位置に第１平板部１４に対して垂直に延びていて、当接棒３２の直径に比べて僅かに大きい幅に形成されている。当接棒３２は、切り欠き２２を挿通していて、切り欠き２２によってガイドされている。

間隔調整手段は、挿入部１０の内部に設けられていて、第１平板部１４の外面および第２平板部２６の外面が回転子７０の外周面および固定子８０の内周面に当接するまで第２ケース２４を第１ケース１２から離れる方向に移動させる役割を果たす。

本実施形態において、間隔調整手段は、楔形部材４０であって、第１平板部１４の内面上を挿入方向１００の前後に摺動可能に設けられている。楔形部材４０は、図２および図３に示すように、挿入方向１００の断面形状が直角三角形になるように形成されていて、その直角三角形の底辺に該当する面（摺動面）４２ａは、第１平板部１４の内面と接していて、摺動面４２ａに垂直な面（起立面）４２ｂには、後述する押込み棒５４の一端が固着されている。また、その直角三角形の斜辺に該当する面（斜面）４２ｃは、挿入方向１００の後方に向かうにつれて第２平板部２６に近づくような勾配を有している。

楔形部材４０が挿入方向１００の前方に摺動すると、楔形部材４０の斜面４２ｃが当接棒３２に当接する（図２を参照）。さらに、楔形部材４０が挿入方向１００の前方に摺動すると、楔形部材４０の斜面４２ｃが当接棒３２を第１平板部１４から離れる方向に移動させる（図３を参照）。すなわち、第２ケース２４を第１ケース１２から離れる方向に移動させる。

操作部５０は、間隔調整手段（楔形部材４０）を操作する部分であって、保持棒５２および押込み棒５４を有している。保持棒５２は、管状に形成されて、第１ケース１２に固定されている。保持棒５２の一端は、第１端板部１８の外面に固着されていて、保持棒５２は、挿入部１０から離れる方向に（挿入方向１００の後方に）延びている。第１端板部１８の保持棒５２が固着された部分には、貫通孔が形成されていて、保持棒５２の管内と挿入部１０の内部とは連通している。

押込み棒５４は、保持棒５２の管内に挿入方向１００の前後に摺動可能に配置されている。押込み棒５４の一端は、保持棒５２の挿入方向１００の前方の端部から挿入部１０の内部に突出していて、楔形部材４０の起立面４２ｂに固着されている。また、押込み棒５４の他端は、保持棒５２の挿入方向１００の後方の端部から突出している。押込み棒５４が保持棒５２に対して挿入方向１００の前後に摺動すると、楔形部材４０が挿入方向１００の前後に摺動する。

弾性体６０は、長方形状の板ばね６０であって、挿入部１０の内部に設けられている。ここで、第１平板部１４の内面の挿入方向の前方の端部には、ねじ穴６６が形成された取付台６４が固着されている。そして、板ばね６０の長手方向の一端（挿入方向１００の前方の端部）６０ａには、ねじ孔６２が形成されていて、この板ばね６０の一端６０ａは、取付台６４に対してねじ６８を用いて固定されていて、第１平板部１４の移動に追従する。また、板ばね６０の長手方向の他端（挿入方向１００の後方の端部）６０ｂ近傍の第１平板部１４に対向する面は、当接棒３２の外周面に当接していて、第２平板部２６の移動に追従する。

第２ケース２４が第１ケース１２に最も近づいている状態（例えば、図２に示した状態）では、板ばね６０は、第１平板部１４に対して、挿入方向１００に沿って僅かに湾曲している。これに対して、押込み棒５４が挿入方向１００に押し込まれて、第２ケース２４が第１ケース１２から離れる方向に移動すると（図２に示した状態から図３に示した状態に移動すると）、板ばね６０の他端６０ｂは、第２平板部２６の移動に追従して第１平板部１４から離れる方向に移動する。そうすると、板ばね６０は、第２ケース２４が第１ケース１２に最も近づいている状態に比べて、挿入方向１００に沿って大きく湾曲して歪む。

歪みゲージ７０は、板ばね６０の表面に挿入方向１００に沿って貼り付けられていて、板ばね６０の歪みに応じた電気信号を出力する。

演算手段７２は、ケーブル７４を介して歪みゲージ７０に接続されていて、歪みゲージ７０が出力した電気信号から第１平板部１４の外面と第２平板部２６の外面との距離（すなわち、空隙２の幅）を演算する。

具体的には、演算手段７２は、演算部および記憶部を有している。記憶部には、板ばね６０の歪み（すなわち、歪みゲージ７０の歪み）に応じた第１平板部１４の外面と第２平板部２６の外面との距離が予め記録されている。演算部は、歪みゲージ７０が出力した電気信号を入力して、これに対応する第１平板部１４の外面と第２平板部２６の外面との距離を記録部から読み出す。

出力手段７６は、例えば７セグ表示が可能な表示部であって、ケーブル７８を介して演算手段７２に接続されていて、第１平板部１４の外面と第２平板部２６の外面との距離をデジタル表示する。なお、出力部７６は、例えばプリンタでも良く、第１平板部１４の外面と第２平板部２６の外面との距離を印字して出力しても良い。

本実施形態に係るエアギャップ測定装置１０を用いたエアギャップ測定方法について、図２、図３および図６を用いて説明する。

まず、押込み棒５４を保持棒５２に対して挿入方向１００の後方に引いて、楔形部材４０を挿入方向１００の後方に移動させる。このとき、エアギャップ測定装置１は、第２ケース２４が第１ケース１２に最も近づいている状態（図２に示した状態）になっている。すなわち、第１平板部１４の外面と第２平板部２６の外面との距離が最も小さくなっている。

次に、回転電機の筐体９２の回転軸方向の端部に形成された開閉部９６を開いて、挿入部１０を回転子８０の主軸８２に沿って筐体９２の内部に挿入する。さらに、挿入部１０を空隙２の回転軸方向の端部に挿入する。このとき、例えば、第１平板部１４の外面が回転子８０の外周面に対向し、第２平板部２６の外面が固定子８６の内周面に対向している。

その後、押込み棒５４を保持棒５２に対して挿入方向１００の前方に押し込み、楔形部材４０を挿入方向１００の前方に移動させる。そうすると、第２ケース２４は、楔形部材４０の斜面４２ｃから当接棒３２を介して力を受けて、第１ケース１２から離れる方向に移動する。

第１平板部１４の外面が回転子８０の外周面に当接し、第２平板部２６の外面が固定子８６の内周面に当接するまで（図３に示した状態）、押込み棒５４を保持棒５２に対して挿入方向１００の前方に押し込む。このとき、当接棒３２から板ばね６０を介して力を受けて歪んだ歪みゲージ７０は、この歪みに対応した電気信号を出力する。そして、演算手段７２は、歪みゲージ７０が出力した電気信号を入力して第１平板部１４の外面と第２平板部２６の外面との距離（すなわち、空隙２の幅）に変換する。さらに、表示部７６は、演算手段が変換した距離（空隙２の幅）をデジタル表示する。

本実施形態に係るエアギャップ測定装置１０の効果について、図１および図２を用いて説明する。

押込み棒５４を保持棒５２に対して挿入方向１００の前方に押し込むことによって、空隙２の幅を測定できるため、測定が容易であり、測定に熟練した技術も必要とせず、精度良く、かつ、短時間で測定できる。

また、押込み棒５４および保持棒５２が挿入部１０から延びているため、測定者が回転電機の筐体９２の内部に手を入れる必要がなく、安全性が高い。

さらに、従来のテーパゲージを用いて測定すると、回転子８０の最端部と固定子８６の最端部との間の空隙２の幅しか測定できない。これに対して、本実施形態に係るエアギャップ測定装置１０を用いると、挿入部１０を空隙２の回転軸方向の端部から奥に挿入でき、回転子８０の中間部と固定子８６の中間部との間の空隙２の幅も測定できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るエアギャップ測定装置について、図４および図５を用いて説明する。図４は、本実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定前の部分縦断面図である。図５は、本実施形態に係るエアギャップ測定装置の測定時の部分縦断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態において、間隔調整手段は、リンク部材４４であって、２本の回動棒４６からなる。回動棒４６の一端は、押込み棒５４の挿入方向１００の前方の端部に対して、回動ピン４８ａによって、回動可能に取り付けられている。一方、回動棒４６の他端は、第２平板部２６の内面に対して、回動ピン４８ｂによって、回動可能に取り付けられている。

測定前においては、回動棒４６は、押込み棒５４および第２平板部２６に対して傾いて配置されている（図４を参照）。一方、測定時において、押込み棒５４が挿入方向１００の前方に摺動すると、回動棒４６は、押込み棒５４および第２平板部２６に対して起立する（図５を参照）。そうすると、第２ケース２４および当接棒３２が第１ケース１２から離れる方向に移動して、板ばね６０および歪みゲージ７０が湾曲して歪む。

また、本実施形態において、保持棒５２および押込み棒５４の挿入方向１００の前方の端部には、それぞれフランジ部５２ｆ，５４ｆが設けられていて、保持棒５２のフランジ部５２ｆと押込み棒５４のフランジ部５４ｆとの間には、圧縮されたコイルばね（付勢手段）５６が設けられている。このコイルばね５６によって、押込み棒５４は、保持棒５２に対して挿入方向１００の後方に付勢されている。

そのため、不使用時（押込み棒５４に挿入方向１００の前方に向かう力を加えていないとき）には、エアギャップ測定装置１が自動的に初期状態に戻されているため、使いやすい。

（その他の実施形態）
上記の各実施形態は、単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、第２の実施形態に係るエアギャップ測定装置１０が有するコイルばね（付勢手段）５６を第１の実施形態に適用しても良い。

１…エアギャップ測定装置、２…回転子と固定子との間に形成された空隙（エアギャップ）、１０…挿入部、１２…第１ケース、１４…第１平板部、１６ａ，１６ｂ…第１側板部、１８…第１端板部、２０ａ，２０ｂ…長穴、２２…切り欠き、２４…第２ケース、２６…第２平板部、２８ａ，２８ｂ…第２側板部、３０ａ，３０ｂ…ピン穴、３２…当接棒、３４ａ，３４ｂ…ガイドピン、３６ａ，３６ｂ…ピン止め、４０…楔形部材（間隔調整手段）、４２ａ…楔形部材の摺動面、４２ｂ…楔形部材の起立面、４２ｃ…楔形部材の斜面、４４…リンク部材（間隔調整手段）、４６…回動棒、４８ａ，４８ｂ…回動ピン、５０…操作部、５２…保持棒、５４…押込み棒、５６…コイルばね（付勢手段）、６０…板ばね（弾性体）、６０ａ…挿入方向１００の前方の端部、６０ｂ…挿入方向１００の後方の端部、６２…板ばねのねじ孔、６４…取付台、６６…取付台のねじ穴、６８…ねじ、７０…歪みゲージ、７２…演算手段、７４…ケーブル、７６…出力手段、８０…回転子、８２…主軸、８４…磁極、８４ａ…ポールボディ、８４ｂ…ポールヘッド、８４ｃ…回転子コイル、８６…固定子、８８…固定子鉄心、９０…固定子コイル、９２…筐体、９４…すべり軸受、９６…開閉扉、１００…挿入方向

Claims

回転電機における回転可能に軸支された回転子と前記回転子の外周に配設された固定子との間に形成された空隙の幅を測定するエアギャップ測定装置であって、
第１平板部、および、前記第１平板部に対して平行に間隔を空けて配置されて前記第１平板部に対して離れる方向または近づく方向に移動可能に設けられた第２平板部を有して、前記空隙に挿入される挿入部と、
前記挿入部の内部に設けられて、前記第１平板部の外面および前記第２平板部の外面が前記回転子の外周面および前記固定子の内周面に当接するまで前記第２平板部を前記第１平板部から離れる方向に移動させる間隔調整手段と、
前記間隔調整手段に取り付けられて、前記挿入部の外部に延びて、前記間隔調整手段を操作する操作部と、
一端が前記第１平板部に追従し、他端が前記第２平板部に追従して、前記第２平板部が前記第１平板部から離れる方向に移動することによって歪みが生じる弾性体と、
前記弾性体の表面に貼り付けられて、前記第２平板部が前記第１平板部から離れる方向に移動することによって生じた前記弾性体の歪みに応じた電気信号を出力する歪みゲージと、
前記歪みゲージに接続されて、前記歪みゲージが出力した電気信号から前記第１平板部と前記第２平板部との距離を演算する演算手段と、
を具備したことを特徴とするエアギャップ測定装置。
前記弾性体の一端は、前記第１平板部に対して固定されることによって前記第１平板部に追従し、前記弾性体の他端は、前記第２平板部に対して固定された当接ピンに当接することによって前記第２平板部に追従することを特徴とする請求項１に記載のエアギャップ測定装置。
前記操作部は、
前記第１平板部に対して固定されて、前記挿入部の外部に延びた管状の保持棒と、
前記保持棒の管内を挿通するように配置されて、前記保持棒に対して挿入方向の前後に摺動可能に設けられていて、一端が前記間隔調整手段に取り付けられた押込み棒と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のエアギャップ測定装置。
前記間隔調整手段は、前記第１平板部の内面上を摺動可能に設けられた楔形部材であって、前記楔形部材が挿入方向の前方に摺動すると、前記楔形部材の斜面が前記当接棒に当接して、前記第２平板部が前記第１平板部から離れる方向に移動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエアギャップ測定装置。
前記間隔調整手段は、一端が前記押込み棒の挿入方向の前方の端部に対して回動可能に取り付けられて、他端が前記第２平板部に対して回動可能に取り付けられた回動棒を有するリンク部材であって、前記リンク部材は、前記押込み棒が挿入方向の前方に摺動すると、前記回動棒が起立して、前記第２平板部が前記第１平板部から離れる方向に移動することを特徴とする請求項３に記載のエアギャップ測定装置。
前記操作部は、前記押込み棒を前記保持棒に対して挿入方向の後方に付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項３に記載のエアギャップ測定装置。
前記挿入部は、
前記第１平板部を底面とする第１ケースと、
前記第２平板部を上面とする第２ケースと、
前記第２ケースを前記第１ケースに対して離れる方向または近づく方向に移動可能な状態で取り付けるガイドピンと、
を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のエアギャップ測定装置。
前記演算手段が演算した前記第１平板部と前記第２平板部との距離を表示する表示部を具備したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のエアギャップ測定装置。