JP6009393B2 - 振動測定用センサ装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータ等の発する不釣合を含む振動の測定に用いられる振動測定用センサ装置に関するもので、特に振動を測定すべき対象物への取り付け性を向上させた振動測定用センサ装置に係るものである。

従来の加速度センサの対象物への取り付けには、加速度センサ取り付け具の底部に装着されたマグネットの吸引力を利用したものや、接着剤による方法が用いられてきた。また、加速度センサを取り付けたアダプタと対象物間の隙間を真空吸引することでアダプタに加圧力を与えて対象物に取り付けを行う技術が示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−３５３６１号公報

しかしながら、上記マグネットを用いた加速度センサを取り付ける方法では、対象物が小型電気製品等、比較的軽量の場合、加速度センサを取り外すとき対象物が設置位置から移動したり転倒したりする恐れがあり、対象物をベースに固定するための余分な構成が必要であり、また、上記特許文献１のようにアダプタと対象物間の隙間を真空吸引する方法においては、対象物の取り付け面が滑らかである必要があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、対象物が比較的軽量であってもベースに固定する為の余分な構成物を必要とせず、また取り付け面が滑らかでない場合であっても対象物に確実に取り付けを可能とする振動測定用センサ装置を提供する。

この発明は振動測定用センサ装置であって、コイルが設けられた磁性体よりなるボビンと、このボビンの頂部にはセンサが設置されているとともに、該ボビンの上部両側の突出部に磁性体よりなるヨークが装着されて前記ヨークとの連結部が形成され、前記ヨークが前記連結部を支点として前記ボビンに対して揺動可能に装着され、前記コイルが励磁されることで前記ボビンの下面および前記ヨーク下面とが、磁性体を備えた対象物の表面に固着し、前記対象物の発生する振動を測定するものである。

この発明に係る振動測定用センサ装置は、上記のような構成を備えているので、振動が測定される対象物への取り付け、取り外しが容易となり、対象物を固定する為の余分な構成物を必要とせず、また取り付け面が滑らかでない場合でも対象物へ確実に、かつ強固に取り付けることができるという効果がある。

実施の形態１によるセンサ装置を示す断面図である。 実施の形態１によるセンサ装置を示す上面図である。 実施の形態１による加速度センサを示す正面図である。 実施の形態１による加速度センサを示す下面図である。 実施の形態１によるボビンとヨークとの連結構造を説明する斜視図である。 実施の形態１によるコイル巻き時のボビンの正面図である。 実施の形態１による大きな曲率の対象物にセンサ装置を取り付けた時の図である。 実施の形態３によるセンサ装置を示す断面図である。 実施の形態３によるピン部を説明する模式図である。

実施の形態１．
以下、この発明による振動測定用センサ装置を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１による振動測定用センサ装置１００（以下、センサ装置１００と称呼する。）を示す後述する図２のＡ−Ａ線断面の断面図である。この実施の形態１によるセンサ１は加速度センサの例を示しており、このセンサ１は軟鋼等の磁性体のボビン３の頂部に取り付けネジ８とナット７によって固着され、ボビン下面３Ａは磁性体を備えた対象物２０に接する。コイル２はボビン３に塗装などの対地絶縁が施されて所要ターン数が巻き付けられている。ボビン３の両側に設けられた磁性体のヨーク４は、ピン５を中心として揺動回転しヨーク下面４Ａが磁性体の対象物２０の表面に接する。従ってこのセンサ装置１００を取り付ける対象物２０の表面形状がモータ等の円筒ヨーク状であっても、ヨーク４が揺動回転して表面形状に倣うよう密に取り付けることができる。前記コイル２はＤＣ電源６によって励磁される。上記センサ装置１００は、センサ１、コイル２、ボビン３、ヨーク４、ピン５、ナット７、取り付けネジ８が一体化されることによって構成されており、ＤＣ電源６はコイル２を励磁時に準備される。
センサ装置１００をモータやコンプレッサ等、円筒状外面をもつ対象物２０へ取り付けるには、まず、対象物２０の振動測定する所定の位置にセンサ装置１００を仮搭載する。この際ボビン３の両側に設けたヨーク４を揺動させて対象物２０の表面形状にヨーク下面４Ａが倣うように位置調整する。その後、ＤＣ電源６を用いてコイル２を励磁することにより、ボビン３、対象物２０、ヨーク４を通る磁気回路が形成され、センサ装置１００は対象物２０に固着される。この固着力は対象物２０の表面形状や材質等によりＤＣ電源６の出力電源値を制御することによって調整される。この状態でセンサ装置１００によって対象物２０の不釣合振動を含む振動が測定される。対象物２０からの取り外しはコイル２への励磁を停止することで行うことができる。このようにコイル２が設けられたボビン３と、このボビン３の両側に設けられたヨーク４とを備えたセンサ装置１００であるので、ボビン３、対象物２０、ヨーク４を通る磁気回路が形成され、この磁気回路における漏洩磁束量が少なく、かつ対象物２０の表面に倣うよう密にヨーク４が接触しているので、接触部位の面積が増加するとともに、センサ装置１００が対象物２０との間の吸着電磁力を、小型化された装置であっても有効にかつ大きく発生させることができる。従って対象物２０の振動測定が高精度に行うことができ、さらに振動数が高い場合であっても、対象物２０の振動に追従可能となり、センサ１はより広い周波数帯域の振動が測定可能となる。センサ装置１００を対象物２０に取り付け、取り外しのときには、コイル２に励磁を行っていなければ、吸着力が発生していないため、従来例のマグネットを用いた場合のように、軽量の対象物が治具に引き付けられて転倒するようなことが生じない。さらに励磁電流を調整することで吸着力を大きくし、より高周波領域の振動を可能としたり、対象物２０の剛性に合わせ吸着力の調整を行うことができる。また、コイル２の励磁にＤＣ電源６を用いているため、ＡＣ電源による励磁に比較して吸着力が一定であり、センサ装置１００を安定に取り付けることができ、ＡＣ電源では交番磁界によるセンサ装置１００に発生する微振動がセンサ１にノイズとして計測されることを防止している。しかしながら励磁電源は、必ずしもＤＣ電源６に限定されることなく、必要とする測定精度に合わせて選択してもよい。

図２は前述した図１のセンサ装置１００を上面から見た上面図であり、Ａ−Ａ線断面を前述した図１に示す。センサケーブル９は図示省略した外部の電源アンプに接続されており、センサ１で得られた対象物２０の振動の大きさを伝達する。コイル２のコイルリード線２ＡはＤＣ電源６に接続される。図３は図２に示すセンサ１の正面図であり、図４はセンサ１の底面図である。センサ１にはネジ穴１１が設けられ、このネジ穴１１に取り付けネジ８が挿入される。またセンサケーブル９を接続するための出力端子１０が側面に設けられている。図５はボビン３とヨーク４との連結構造を説明する斜視図でありボビン３の両側に設けられたヨーク４の内、片側のヨーク４のみを図示している。ボビン３は直方体をなし、上部には左右両側に突出した所定の厚さを有した突起部３Ｂが設けられており、ボビン下面３Ａの対象物２０と接する部位は八の字面が形成されており、また、このボビン３の下部にはひさし３Ｃが設けられ、コイル２の巻き付け時の崩れ止めの機能を有する。ボビン３の上面には取り付けネジ８を連結するためのネジ穴３Ｄが設けられ取り付けネジ８を介してセンサ１を取り付けることで図１に示した状態となる。突起部３Ｂの先端部分は円弧状になっているとともにピン挿入孔３Ｅが設けられている。ヨーク４の上部は鉤部４Ｆを有する鉤状をなし、ボビン３側に突出した前記鉤部４Ｆに構成される連結部４Ｂが設けられており、この連結部４Ｂには前述したボビン３の突起部３Ｂが揺動可能となるように密に挿入される連結溝４Ｃが、さらにピン挿入孔４Ｅが設けられている。前記連結部４Ｂのボビン３に対向して接触する先端部分は円弧状となっており、さらに連結溝４Ｃの底は突起部３Ｂと干渉しないよう相似の円弧状となっている。また連結部４Ｂの先端には回り止め部４Ｄが設けてある。このような形状のボビン３とヨーク４とは、ボビン３の突起部３Ｂをヨーク４の連結溝４Ｃに挿入、ヨーク４のピン挿入孔４Ｅ、ピン挿入孔３Ｅにピン５を挿入することによって組み立てられ、ボビン３に連結されたヨーク４はピン５を中心に揺動、回転可能となるが、回り止め部４Ｄによってヨーク４の下部がボビン３の下部に接触することを防止している。

このようなセンサ装置１００は、ボビン３とヨーク４とが互いに蜜に接触する構成があるので、コイル２を励磁した際、形成される磁気回路の漏洩磁束を小さくすることができる。また、回り止め部４Ｄが設けられているので、ボビン３の下部とヨーク４の下部が接触することはなく、従ってボビン３→ヨーク４→対象物２０→ボビン３とする磁気回路が保たれ、センサ装置１００の対象物２０への吸着力を損なわれることはない。図６にボビン３にコイル２を巻線するときの正面図を示す。コイル２を巻線するときには、ヨーク４をボビン３の上部方向にほぼ９０度程度となるよう回転させる。このことによりヨーク４にコイル２の導線が干渉されることなく巻線可能となる。

図７は図１と比較して大きな曲率つまり外径の大きな対象物２０にセンサ装置１００を取り付けたときの状態を示す図である。ヨーク４を揺動、回転させて対象物２０の取り付け面に倣うように接触させることで、ヨーク４と対象物２０間の隙間が小さくなり、ヨーク４と対象物２０との間の吸着力を大きくすることができ、大きな外径を有する対象物２０に対しても、流用可能な機能を備えており、さらには対象物２０の取り付け面が平面であっても流用可能である。またピン５を用いた構成であるが、ちょうつがいを用いてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１のボビン３、ヨーク４はソリッドの軟鋼等を用いる例を示したが、ソリッドに代替して薄板の電磁鋼板の積層構造であってもよい。この場合、磁気特性がさらに向上する。

実施の形態３．
この実施の形態３は前述した実施の形態２の薄板鋼板の積層体構造をボビン３１とヨーク４１に採用した場合において、前述した実施の形態１で示したピン挿入孔３Ｅ、４Ｅとピン５に代替して、積層する薄板鋼板のそれぞれに凸部、凹部を設け、この凸部と凹部とを嵌め合わせることによって、ヨーク４１がボビン３１に対して揺動回転可能とするものである。図８に示すセンサ装置１００のボビン３１とヨーク４１のＰ−Ｐ線断面を図９に示す。この図９はピン部５１を説明するため模式的に示すものであり、図９に示すようにボビン３１はピン部凹５１Ａ、ピン部凸５１Ｂが設けられたボビン３１Ｂと、上記ピン部凹５１Ａ、ピン部凸５１Ｂが設けられてないボビン３１Ａで構成され、またヨーク４１はピン部凹５１Ａ、ピン部凸５１Ｂが設けられたヨーク４１Ａと、上記ピン部凹５１Ａ、ピン部凸５１Ｂが設けられてないヨーク４１Ｂとで構成されている。そしてボビン３１は前記ボビン３１Ａ、３１Ｂが交互に積層され、ヨーク４１も前記ヨーク４１Ａ、４１Ｂが交互に積層されるとともに、ヨーク４１Ａのピン部凸５１Ｂがボビン３１Ｂのピン部凹５１Ａに、ヨーク４１Ｂのピン部凸５１Ｂがヨーク４１Ａのピン部凹５１Ａに挿入されるよう積層されている。
このピン部５１が設けられることによって、ヨーク４１はボビン３１に対して揺動回転可能となる。

尚、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ センサ、２ コイル、３ ボビン、３Ａ ボビン下面、３Ｂ 突起部、
４ ヨーク、４Ａ ヨーク下面、４Ｂ 連結部、４Ｃ 連結溝、４Ｄ 周り止め部、
３１ ボビン、４１ ヨーク、１００ 振動測定用センサ装置。

Claims (8)

1. 振動測定用センサ装置であって、コイルが設けられた磁性体よりなるボビンと、このボビンの頂部にはセンサが設置されているとともに、該ボビンの上部両側の突出部に磁性体よりなるヨークが装着されて前記ヨークとの連結部が形成され、前記ヨークが前記連結部を支点として前記ボビンに対して揺動可能に装着され、前記コイルが励磁されることで前記ボビンの下面および前記ヨーク下面とが、磁性体を備えた対象物の表面に固着し、前記対象物の発生する振動を測定することを特徴とする振動測定用センサ装置。
2. 前記ヨークは、鉤部を有する鉤状をなし、前記鉤部に設けられた溝に前記ボビンの前期突出部が挿入されることで前記連結部が形成され、該連結部には前記ヨークおよび前記ボビンを貫通するピンが設けられて、前記ヨークが前記ボビンに揺動可能に装着されることを特徴とする請求項１に記載の振動測定用センサ装置。
3. 前記ボビンの突出部の先端および前記ボビンの突出部と対向する前記ヨークの前記鉤部の溝底は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の振動測定用センサ装置。
4. 前記ボビンの下面は、八の字状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の振動測定用センサ装置。
5. 前記コイルへの励磁は、直流電源によってなされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振動測定用センサ装置。
6. 前記センサは、加速度センサであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振動測定用センサ装置。
7. 前記ボビンおよび前記ヨークは薄板鋼板の積層体であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の振動測定用センサ装置。
8. 前記ボビンおよび前記ヨークは薄板鋼板の積層体であるとともに、前記ボビンとヨークを貫通するピンに代替して、前記薄板鋼板に設けられたピン部凹にピン部凸が挿入されていることを特徴とする請求項２に記載の振動測定用センサ装置。

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