JP7016298B2

JP7016298B2 - Detector

Info

Publication number: JP7016298B2
Application number: JP2018131235A
Authority: JP
Inventors: 稔近藤
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2022-02-21
Anticipated expiration: 2038-07-11
Also published as: JP2020008477A

Description

本発明は、回転電気機械の振動を検出する検出器に関する。 The present invention relates to a detector that detects vibration of a rotating electric machine.

状態監視システムの一例として、例えば特許文献１には、ギヤモータに振動センサを配置し、振動センサが検出した振動情報に基づいて故障を診断する装置の技術が開示されている。 As an example of a condition monitoring system, for example, Patent Document 1 discloses a technique of a device in which a vibration sensor is arranged in a gear motor and a failure is diagnosed based on the vibration information detected by the vibration sensor.

特開２０１７－１８１３０７号公報JP-A-2017-181307

特許文献１に記載されているように、ある機械の状態を監視するシステムを実用化する場合には、その機械の振動等を検出するためのセンサを追加する必要がある。しかし、こうしたセンサは、監視対象の機械にとっては、本来の動作や制御自体には必要とされていないものであり、追加することによって監視対象の機械本来の動作や制御に影響を与えてはならない。そのため、完成し、設置された機械の外側に後付けでセンサを取り付ける形態が多く用いられてきた。また、当然ながら、センサを動作させるための電源線や、センサからの検出信号が流れる信号線を配線する必要もあった。 As described in Patent Document 1, when a system for monitoring the state of a certain machine is put into practical use, it is necessary to add a sensor for detecting vibration or the like of the machine. However, these sensors are not required for the machine to be monitored for their original operation or control, and their addition should not affect the machine's original operation or control for monitoring. .. Therefore, a form in which a sensor is retrofitted to the outside of a completed and installed machine has been often used. Further, of course, it was also necessary to wire a power supply line for operating the sensor and a signal line through which the detection signal from the sensor flows.

より具体的に説明すると、例えば、鉄道車両において主電動機を監視対象とする場合には、主電動機の筐体外面にセンサを固定し、センサの電源線やセンサからの信号線を配線する形態を採用することができる。しかし、監視対象の主電動機は台車に設置され、粉塵や風雨等を受ける厳しい環境下にあるため、センサにとっても厳しい環境下となる。また、主電動機を制御する制御装置が鉄道車両の車体に設置されており、車体に対して台車が旋回するため、主電動機と制御装置との間を結ぶ電力ケーブル等には曲げ／伸ばしの力が加わる。従って、電力ケーブル等はある程度の余裕長を含めた長さとされ、配線の取り回しにも知見が求められている。なお、ケーブル自体が耐環境性・長寿命・高信頼性の仕様であるのは勿論である。状態監視システムの装置本体も鉄道車両の車体に設置されることから、主電動機に取り付けたセンサとの間を結ぶ電源線や信号線にも、耐環境性や長寿命、高信頼性が求められる。また、センサに係る電源線や信号線の配線の取り回しや、配線を固定する金具の取り付け、取り付けスペースの確保にも設計上の配慮や作業の手間が発生する。加えて、これらの配線に関する追加的な保守点検も必要になる。 More specifically, for example, when the traction motor is to be monitored in a railway vehicle, a sensor is fixed to the outer surface of the housing of the traction motor, and the power line of the sensor and the signal line from the sensor are wired. Can be adopted. However, since the traction motor to be monitored is installed on the trolley and is in a harsh environment subject to dust, wind and rain, etc., the environment is also harsh for the sensor. In addition, a control device that controls the traction motor is installed on the vehicle body of the railroad vehicle, and the trolley turns with respect to the vehicle body. Is added. Therefore, the length of the power cable or the like is set to include a certain margin length, and knowledge is required for the wiring arrangement. Of course, the cable itself has specifications of environmental resistance, long life, and high reliability. Since the main body of the condition monitoring system is also installed on the body of the railway vehicle, the power line and signal line connecting to the sensor attached to the traction motor are also required to have environmental resistance, long life, and high reliability. .. In addition, design consideration and work effort are required to route the wiring of the power line and signal line related to the sensor, to attach the metal fittings for fixing the wiring, and to secure the installation space. In addition, additional maintenance and inspection of these wirings is required.

こうした課題は、鉄道に限らず、非鉄道の分野においても、例えば輸送機械、工作機械、プラント設備などにおいても同様である。
本発明は、特に、電動機や発電機といった回転電気機械に係る振動を検出する場合を課題の対象として考案されたものである。 These issues are not limited to railways, but are the same in non-railway fields, such as transportation machinery, machine tools, and plant equipment.
The present invention has been devised with a particular object of the case of detecting vibration related to a rotating electric machine such as an electric motor or a generator.

上述した課題を解決するための第１の発明は、回転電気機械に固定される台座部と、前記回転電気機械の歯車に対向配置され、前記歯車の回転時に歯先と歯底とが交互に対向することによる磁束変化によって回転数に応じた電力を発生させるコイル部とを有する非接触式の速度発電機本体装置と、前記速度発電機本体装置に固定された振動センサと、を備えた検出器である。 In the first invention for solving the above-mentioned problems, a pedestal portion fixed to a rotary electric machine and a pedestal portion fixed to the rotary electric machine are arranged to face each other, and the tip and the bottom of the tooth alternate with each other when the gear rotates. Detection including a non-contact type speed generator main body device having a coil portion that generates electric power according to the rotation speed by a magnetic flux change due to facing each other, and a vibration sensor fixed to the speed generator main body device. It is a vessel.

また、第２の発明は、前記振動センサが、前記台座部の前記歯車側に固定された、
第１の発明の検出器である。 Further, in the second invention, the vibration sensor is fixed to the gear side of the pedestal portion.
It is a detector of the first invention.

第１又は第２の発明によれば、回転電気機械の回転数と振動の２つを１つの検出器で検出することができる。具体的には、速度発電機としての機能と、振動検出器としての機能と、を１つの検出器で実現できる。例えば、回転電気機械を制御する上で回転数を検出する速度発電機が必要な場合には、速度発電機を設置する代わりに第１の発明の検出器を設置することで、回転電気機械の制御に必要となる回転数に加えて、状態監視のための振動も検出できることとなり、上述した課題を解決することができる。すなわち、配線を含め、速度発電機と振動センサとを別々に設置する場合に比べて、格段に効率的に設置することができる。また、振動センサは速度発電機本体装置に比べて小さいため、振動センサを速度発電機本体装置内に一体に設けることで、回転電気機械の振動を直に検出することが可能となる。また、外部環境から受ける粉塵や風雨等をできるだけ避ける位置に振動センサを設けることが可能となり、第２の発明によれば、その効果が顕著となる。 According to the first or second invention, the rotation speed and the vibration of the rotating electric machine can be detected by one detector. Specifically, the function as a speed generator and the function as a vibration detector can be realized by one detector. For example, when a speed generator that detects the rotation speed is required to control a rotating electric machine, the detector of the first invention can be installed instead of installing the speed generator to control the rotating electric machine. In addition to the rotation speed required for control, vibration for status monitoring can be detected, and the above-mentioned problems can be solved. That is, the speed generator and the vibration sensor, including the wiring, can be installed much more efficiently than when they are installed separately. Further, since the vibration sensor is smaller than the speed generator main body device, it is possible to directly detect the vibration of the rotating electric machine by integrally providing the vibration sensor in the speed generator main body device. Further, it is possible to provide the vibration sensor at a position where dust, wind and rain, etc. received from the external environment are avoided as much as possible, and the effect is remarkable according to the second invention.

第３の発明は、前記振動センサが、前記コイル部の発生電力を動力源として動作するための整流平滑回路を有する、第１又は第２の発明の検出器である。 A third invention is the detector of the first or second invention, wherein the vibration sensor has a rectifying smoothing circuit for operating by using the generated power of the coil portion as a power source.

第３の発明によれば、振動センサの動作電源を自給できる検出器とすることができる。よって、検出器に電力を供給するための電源線を省略できる。 According to the third invention, the detector can be self-sufficient in the operating power supply of the vibration sensor. Therefore, the power line for supplying power to the detector can be omitted.

第４の発明は、前記振動センサはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサである、第３の発明の検出器である。 The fourth invention is the detector of the third invention, wherein the vibration sensor is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor.

第４の発明によれば、振動センサの小型化・軽量化・低消費電力化を図ることができる。 According to the fourth invention, it is possible to reduce the size, weight and power consumption of the vibration sensor.

第５の発明は、前記コイル部の発生電力を外部出力するための第１の信号線と、前記振動センサの検出信号を外部出力するための第２の信号線とが、束として一体に纏められたケーブル、を更に備えた第１～第４の何れかの発明の検出器である。 In the fifth invention, the first signal line for externally outputting the generated power of the coil portion and the second signal line for externally outputting the detection signal of the vibration sensor are integrally bundled. The detector according to any one of the first to fourth inventions, further comprising the cable.

第５の発明によれば、速度発電機に係る第１の信号線と、振動センサに係る第２の信号線とを一体に纏めたケーブルとすることができる。第１の信号線を配線することで、第２の信号線の配線も完了するため、第２の信号線の配線の手間を低減することができる。また、従来の速度発電機の出力ケーブルと同じ被覆を用いて本発明のケーブルの被覆を構成することで、耐環境性や信頼性の点で従来の速度発電機の出力ケーブルに近づけることができる。 According to the fifth invention, it is possible to form a cable in which the first signal line related to the speed generator and the second signal line related to the vibration sensor are integrally integrated. By wiring the first signal line, the wiring of the second signal line is also completed, so that the labor of wiring the second signal line can be reduced. Further, by constructing the coating of the cable of the present invention using the same coating as the output cable of the conventional speed generator, it is possible to approach the output cable of the conventional speed generator in terms of environmental resistance and reliability. ..

第６の発明は、前記コイル部の発生電力を動力源として動作するための整流平滑回路を有し、前記振動センサの検出結果を無線で送信する無線通信機、を更に備えた第１～第４の何れかの発明の検出器である。 A sixth aspect of the present invention further comprises a wireless communication device having a rectifying smoothing circuit for operating by using the generated power of the coil portion as a power source and wirelessly transmitting the detection result of the vibration sensor. It is a detector of any of 4 inventions.

第６の発明によれば、振動センサの動作電源を自給できる検出器とすることができ、更には振動センサに係る信号線が不要となる。 According to the sixth invention, the detector can be self-sufficient in the operating power supply of the vibration sensor, and further, the signal line related to the vibration sensor becomes unnecessary.

第７の発明は、前記無線通信機が、前記コイル部の発生周波数に応じた信号を無線で送信する、第６の発明の検出器である。 A seventh aspect of the invention is the detector of the sixth invention, wherein the wireless communication device wirelessly transmits a signal corresponding to the generation frequency of the coil portion.

第７の発明によれば、コイル部の発生周波数に応じた信号、すなわち速度発電機本体装置が発生した回転電気機械の回転数に応じた信号を外部出力するための信号線が不要となる。 According to the seventh invention, there is no need for a signal line for externally outputting a signal corresponding to the generation frequency of the coil portion, that is, a signal corresponding to the rotation speed of the rotating electric machine generated by the speed generator main body device.

第１実施形態の状態監視システムの構成例を示す図。The figure which shows the configuration example of the state monitoring system of 1st Embodiment. 第１実施形態の検出器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the detector of 1st Embodiment. 第２実施形態の検出器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the detector of 2nd Embodiment. 第３実施形態の状態監視システムの構成例を示す図。The figure which shows the configuration example of the state monitoring system of 3rd Embodiment. 第３実施形態の検出器の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the detector of 3rd Embodiment. 検出器の変形例における構成例を示す図。The figure which shows the configuration example in the modification of the detector. 検出器の変形例における構成例を示す図。The figure which shows the configuration example in the modification of the detector.

以下、本発明を適用した実施形態の例を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。 Hereinafter, examples of embodiments to which the present invention is applied will be described, but it goes without saying that the embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiments.

〔第１実施形態〕
図１は、本発明が適用された第１実施形態の回転電気機械の状態監視システムの構成例を示す図である。状態監視システム１００は、継続的に鉄道車両の主電動機２の振動を計測して主電動機２の状態を監視するシステムであって、検出器１１０と、状態監視装置１５０と、検出器１１０と状態監視装置１５０との間を有線接続するケーブル１６０と、を有する。なお、ケーブル１６０は、途中、台車車体間コネクタ１６１で切断／接続可能に構成されており、状態監視装置１５０を備える主電動機制御装置１６に接続される。また、検出器１１０は、主電動機２の回転数を常時検出しており、検出した回転数に応じた信号を、ケーブル１６０を介して主電動機制御装置１６に出力している。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a condition monitoring system for a rotary electric machine according to the first embodiment to which the present invention is applied. The condition monitoring system 100 is a system that continuously measures the vibration of the traction motor 2 of the railway vehicle to monitor the condition of the traction motor 2, and includes the detector 110, the condition monitoring device 150, and the detector 110. It has a cable 160 for wired connection to and from the monitoring device 150. The cable 160 is configured to be disconnectable / connectable by the bogie body-to-body connector 161 on the way, and is connected to the traction motor control device 16 provided with the condition monitoring device 150. Further, the detector 110 constantly detects the rotation speed of the traction motor 2, and outputs a signal corresponding to the detected rotation speed to the traction motor control device 16 via the cable 160.

主電動機２は、主変換装置４から電力ケーブル６を介して電力が供給されることで車軸８を回転駆動させる電動機（回転電気機械）であり、例えば三相誘導電動機で実現される。主電動機２の出力軸は、継手装置１０を介して歯車装置１２に接続される。歯車装置１２は、複数の歯車の組み合わせによって主電動機２の出力軸の回転を減速して車軸８に伝達する。 The traction motor 2 is an electric motor (rotary electric machine) that rotationally drives the axle 8 by supplying electric power from the main converter 4 via the electric power cable 6, and is realized by, for example, a three-phase induction motor. The output shaft of the traction motor 2 is connected to the gear device 12 via the joint device 10. The gear device 12 decelerates the rotation of the output shaft of the traction motor 2 by combining a plurality of gears and transmits the rotation to the axle 8.

電力ケーブル６は、鉄道車両の車体に対する台車の旋回を考慮して余裕長を設けて配線される。電力ケーブル６の主電動機２側は、主電動機２の外面に配線金具１４により固定されている。 The power cable 6 is wired with a margin length in consideration of the turning of the bogie with respect to the vehicle body of the railway vehicle. The main motor 2 side of the power cable 6 is fixed to the outer surface of the main motor 2 by a wiring metal fitting 14.

主変換装置４は、主電動機２を駆動・制御するための電力変換装置であり、架線やバッテリーから供給される電力を変換して主電動機２へ供給する。主変換装置４は、例えば、交流電気車であれば変圧器、コンバータ、インバータ等から構成することができ、直流電気車であればインバータ等から構成することができる。主変換装置４は、鉄道車両の車体に配置される。 The traction motor 4 is a power conversion device for driving and controlling the traction motor 2, and converts the electric power supplied from the overhead wire or the battery and supplies the electric power to the traction motor 2. For example, the main converter 4 can be composed of a transformer, a converter, an inverter or the like in the case of an AC electric vehicle, and can be configured by an inverter or the like in the case of a DC electric vehicle. The main conversion device 4 is arranged on the vehicle body of the railway vehicle.

そして、主変換装置４は、主電動機２を制御する主電動機制御装置１６を内蔵している。
主電動機制御装置１６は、例えば運転台等からの指令信号や、検出器１１０で検出された主電動機２の回転数（回転速度に相当）等に基づいて、主電動機２への供給電圧を制御することで主電動機２をベクトル制御する。なお、主電動機制御装置１６は、制御ボードとして主変換装置４に内蔵することとしてもよいし、別体として設けることとしてもよい。 The main converter 4 has a built-in traction motor control device 16 that controls the traction motor 2.
The traction motor control device 16 controls the supply voltage to the traction motor 2 based on, for example, a command signal from a driver's cab or the like, a rotation speed (corresponding to a rotation speed) of the traction motor 2 detected by the detector 110, or the like. By doing so, the traction motor 2 is vector-controlled. The traction motor control device 16 may be built in the traction motor control device 4 as a control board, or may be provided as a separate body.

状態監視装置１５０は、監視対象である主電動機２に関して検出された振動や、回転数に基づいて主電動機２の状態を判定処理し、判定された状態に関する情報や警報発生制御信号を外部出力する装置である。 The condition monitoring device 150 determines the state of the traction motor 2 based on the vibration detected with respect to the traction motor 2 to be monitored and the rotation speed, and outputs information about the determined state and an alarm generation control signal to the outside. It is a device.

状態監視装置１５０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される一種のコンピュータとも言える演算処理装置で実現され、所定のプログラムを実行することにより状態監視に係る制御を行う。状態監視装置１５０は、例えばＣＰＵボードとして主電動機制御装置１６の一部として実装したり、主電動機制御装置１６とは別体の装置としてもよい。更には、主変換装置４とは別体として設けることとしてもよい。 The state monitoring device 150 is realized by an arithmetic processing device that can be said to be a kind of computer composed of a CPU, ROM, RAM, and the like, and controls the state monitoring by executing a predetermined program. The condition monitoring device 150 may be mounted as a part of the traction motor control device 16 as, for example, a CPU board, or may be a device separate from the traction motor control device 16. Further, it may be provided as a separate body from the main conversion device 4.

検出器１１０は、主電動機２の回転数の検出と振動の検出との２つの検出を行うマルチ検出器である。 The detector 110 is a multi-detector that performs two detections, that is, the detection of the rotation speed of the traction motor 2 and the detection of vibration.

図２は、本実施形態の検出器１１０の構成例を示す図である。検出器１１０は、大きく、速度発電機本体装置と、台座部１２１に固定された振動センサ１３０との２つを有している。しかし、振動センサ１３０はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサであり、振動センサ１３０と、第２信号線１６２と、電源線１６３との他は、速度発電機本体装置であることから、全体としてみれば、検出器１１０は、速度発電機本体装置に、振動センサ１３０が固定されて設けられた構成、ということができる。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the detector 110 of the present embodiment. The detector 110 is large and has two, a speed generator main body device and a vibration sensor 130 fixed to the pedestal portion 121. However, since the vibration sensor 130 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor, and the vibration sensor 130, the second signal line 162, and the power supply line 163 are other than the speed generator main body device, it can be seen as a whole. For example, it can be said that the detector 110 is provided with the vibration sensor 130 fixed to the speed generator main body device.

速度発電機本体装置は、主電動機２（回転電気機械）に固定される台座部１２１と、主電動機２の出力軸に取り付けられた歯車２０に対向配置され、歯車２０の回転時に歯先と歯底とが交互に対向することによる磁束変化によって回転数に応じた電力を発生させるコイル部１２２と、を有する非接触式の速度発電機である。台座部１２１の歯車２０側には収納部１１９が設けられ、この収納部１１９内にコイル部１２２と、振動センサ１３０とが設置されている。特に、振動センサ１３０は、台座部１２１の歯車２０側に固定されている。 The speed generator main body device is arranged to face the pedestal portion 121 fixed to the main motor 2 (rotary electric machine) and the gear 20 attached to the output shaft of the main motor 2, and the tooth tips and teeth are arranged when the gear 20 rotates. It is a non-contact type speed generator having a coil portion 122 that generates electric power according to the number of rotations by a change in magnetic flux due to the alternately facing the bottom. A storage portion 119 is provided on the gear 20 side of the pedestal portion 121, and a coil portion 122 and a vibration sensor 130 are installed in the storage portion 119. In particular, the vibration sensor 130 is fixed to the gear 20 side of the pedestal portion 121.

台座部１２１には、ケーブル１６０を固定するためのケーブルグランド１６７が設けられている。台座部１２１は、主電動機２の筐体に固定されるため、主電動機２の振動は台座部１２１に直接伝達される。 The pedestal portion 121 is provided with a cable gland 167 for fixing the cable 160. Since the pedestal portion 121 is fixed to the housing of the traction motor 2, the vibration of the pedestal portion 2 is directly transmitted to the pedestal portion 121.

ケーブル１６０は、コイル部１２２の発生電力を外部出力するための第１信号線１６１と、振動センサ１３０の検出信号を外部出力するための第２信号線１６２と、振動センサ１３０の動作電力を供給するための電源線１６３と、が、束として一体に纏められたケーブルである。ケーブル１６０は、従来の速度発電機の出力ケーブルと同様の被覆で覆われている。 The cable 160 supplies the first signal line 161 for externally outputting the generated power of the coil portion 122, the second signal line 162 for externally outputting the detection signal of the vibration sensor 130, and the operating power of the vibration sensor 130. The power line 163 for the purpose is a cable integrated as a bundle. The cable 160 is covered with a coating similar to the output cable of a conventional speed generator.

振動センサ１３０は、振動を検出するＭＥＭＳセンサであり、台座部１２１の歯車２０側に（より具体的には収納部１１９内に）固定されているため、主電動機２外部の粉塵や風雨から防護されている。台座部１２１が主電動機２に固定されているため、振動センサ１３０は主電動機２の振動をほぼダイレクトに検出することが可能となっている。 The vibration sensor 130 is a MEMS sensor that detects vibration, and is fixed to the gear 20 side of the pedestal portion 121 (more specifically, inside the storage portion 119), so that it is protected from dust and wind and rain outside the main motor 2. Has been done. Since the pedestal portion 121 is fixed to the traction motor 2, the vibration sensor 130 can detect the vibration of the traction motor 2 almost directly.

収納部１１９は、内蔵する各要素を覆う部材又は樹脂モールドにより実現される。 The storage portion 119 is realized by a member or a resin mold that covers each of the built-in elements.

主電動機２の回転軸が回転すると歯車２０も回転し、コイル部１２２に生じる磁束変化により誘導起電力が発生する。そして、主電動機２の回転数（回転速度とも言える）に応じた信号が第１信号線１６１を通じて主電動機制御装置１６及び状態監視装置１５０へ出力される。主電動機制御装置１６は、第１信号線１６１を通じて入力される信号に基づく主電動機２の回転数を主電動機２の制御に用いる。状態監視装置１５０は、当該信号に基づく主電動機２の回転数を状態監視に用いる。 When the rotating shaft of the traction motor 2 rotates, the gear 20 also rotates, and an induced electromotive force is generated by the change in the magnetic flux generated in the coil portion 122. Then, a signal corresponding to the rotation speed (which can be said to be the rotation speed) of the traction motor 2 is output to the traction motor control device 16 and the condition monitoring device 150 through the first signal line 161. The traction motor control device 16 uses the rotation speed of the traction motor 2 based on the signal input through the first signal line 161 to control the traction motor 2. The condition monitoring device 150 uses the rotation speed of the traction motor 2 based on the signal for condition monitoring.

また、主電動機２で発生する振動は、主電動機２に固定された台座部１２１を通じて振動センサ１３０に伝わる。振動センサ１３０による検出信号は、第２信号線１６２を通じて主電動機制御装置１６及び状態監視装置１５０へ出力される。そして、状態監視装置１５０は第２信号線１６２を通じて入力される振動検出結果を状態監視に用いる。 Further, the vibration generated by the traction motor 2 is transmitted to the vibration sensor 130 through the pedestal portion 121 fixed to the traction motor 2. The detection signal by the vibration sensor 130 is output to the traction motor control device 16 and the condition monitoring device 150 through the second signal line 162. Then, the condition monitoring device 150 uses the vibration detection result input through the second signal line 162 for the condition monitoring.

以上、本実施形態によれば、速度発電機としての機能と振動検出器としての機能とを１つの検出器１１０で実現することができる。例えば、回転電気機械を制御する上で回転数を検出する速度発電機が必要な場合には、速度発電機を設置する代わりに検出器１１０を設置することで、回転電気機械の制御に必要となる回転数に加えて、状態監視のための振動も検出できる。また、配線を含め、速度発電機と振動センサとを別々に設置する場合に比べて、格段に効率的に設置することができる。また、振動センサ１３０は速度発電機本体装置に比べて小さいＭＥＭＳセンサであるため、振動センサ１３０を速度発電機本体装置内に一体に設けることができ、回転電気機械の振動を直に検出することが可能となる。また、外部環境から受ける粉塵や風雨等を避ける位置に振動センサ１３０を設けることができる。 As described above, according to the present embodiment, the function as a speed generator and the function as a vibration detector can be realized by one detector 110. For example, when a speed generator that detects the rotation speed is required to control a rotating electric machine, it is necessary to control the rotating electric machine by installing a detector 110 instead of installing a speed generator. In addition to the number of revolutions, vibration for status monitoring can be detected. In addition, the speed generator and the vibration sensor, including the wiring, can be installed much more efficiently than when they are installed separately. Further, since the vibration sensor 130 is a MEMS sensor smaller than the speed generator main body device, the vibration sensor 130 can be integrally provided in the speed generator main body device, and the vibration of the rotating electric machine can be directly detected. Is possible. Further, the vibration sensor 130 can be provided at a position where dust, wind and rain, etc. received from the external environment are avoided.

また、本実施形態では、速度発電機本体装置のコイル部１２２に係る第１信号線１６１と、振動センサ１３０に係る第２信号線１６２とを、一本のケーブル１６０に纏めている。第１信号線１６１は、従来の速度発電機の出力ケーブルに相当し、これに第２信号線１６２を加えるようにして一体に纏めたのがケーブル１６０である。したがって、第２信号線１６２を別に配線する際の取り回しの手間などを削減することができる。また、追加的な保守点検を低減することもできる。 Further, in the present embodiment, the first signal line 161 related to the coil portion 122 of the speed generator main body device and the second signal line 162 related to the vibration sensor 130 are combined into one cable 160. The first signal line 161 corresponds to the output cable of the conventional speed generator, and the cable 160 is integrated by adding the second signal line 162 to the output cable. Therefore, it is possible to reduce the labor and the like when wiring the second signal line 162 separately. It is also possible to reduce additional maintenance and inspection.

〔第２実施形態〕
次に、本発明を適用した第２実施形態について説明する。本実施形態は、基本的には第１実施形態と同様に実現されるが、振動センサ１３０への電力供給の形態が異なる。なお、本実施形態の説明においては、主に第１実施形態との差異について述べることとし、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付して重複する説明は省略する。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described. This embodiment is basically realized in the same manner as the first embodiment, but the form of power supply to the vibration sensor 130 is different. In the description of the present embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and duplicated description will be omitted.

本実施形態の状態監視システム１００の構成は第１実施形態と同様であるが検出器の構成が異なる。 The configuration of the condition monitoring system 100 of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the detector is different.

図３は、本実施形態における検出器１１０Ｂの構成例を示す図である。検出器１１０Ｂは電源線を有さず、第１信号線１６１からの分岐線１６３Ｂが一種の電源線として機能する。すなわち、本実施形態では、振動センサ１３０Ｂは、コイル部１２２の発生電力を電源として動作し、振動センサ１３０Ｂの動作電力を検出器１１０Ｂ自身で自給する。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the detector 110B in the present embodiment. The detector 110B does not have a power supply line, and the branch line 163B from the first signal line 161 functions as a kind of power supply line. That is, in the present embodiment, the vibration sensor 130B operates using the generated power of the coil unit 122 as a power source, and the detector 110B itself self-sufficiently supplies the operating power of the vibration sensor 130B.

これに伴い、本実施形態のケーブル１６０には電源線が内包されていない。また、振動センサ１３０Ｂは、第１信号線１６１（より詳細には分岐線１６３Ｂ）から供給される交流を整流及び平滑化し、振動センサ１３０の動作電源となる直流に変換する整流平滑回路１３２を有する。なお、整流平滑回路１３２は、振動センサ１３０Ｂと別体として、収納部１１９に別途設置するとしてもよい。 Along with this, the cable 160 of the present embodiment does not include a power line. Further, the vibration sensor 130B has a rectifying smoothing circuit 132 that rectifies and smoothes the alternating current supplied from the first signal line 161 (more specifically, the branch line 163B) and converts it into a direct current that serves as an operating power source for the vibration sensor 130. .. The rectifying smoothing circuit 132 may be separately installed in the storage unit 119 as a separate body from the vibration sensor 130B.

速度発電機本体装置の発電電力と、検出器１１０Ｂの消費電力との関係は、例えば次の様になる。すなわち、本実施形態の速度発電機本体装置は、従来の速度発電機と同様の発電出力が可能な構成であるため、２ｋΩの抵抗をつないだ状態で電圧が２０Ｖ程度、電流が０．１Ａ程度の０．２Ｗ程度の電力をコイル部１２２で発電することができる。一方、振動センサ１３０Ｂは、第１実施形態と同様にＭＥＭＳセンサのために消費電力は１ｍＷ以下である。よって、速度発電機本体装置（より具体的にはコイル部１２２）が発電する１％以下の電力で振動センサ１３０Ｂが動作可能であるため、速度発電機本体装置が発生する回転数に応じた信号への影響はほぼない。当該信号にとっては誤差の範囲内である。なお、速度発電機本体装置の発電電力と、検出器の消費電力との関係は、他の実施形態も同様である。 The relationship between the generated power of the speed generator main unit and the power consumption of the detector 110B is as follows, for example. That is, since the speed generator main unit of the present embodiment has a configuration capable of generating power output similar to that of a conventional speed generator, the voltage is about 20 V and the current is about 0.1 A with a 2 kΩ resistor connected. The electric power of about 0.2 W can be generated by the coil unit 122. On the other hand, the vibration sensor 130B consumes 1 mW or less because of the MEMS sensor as in the first embodiment. Therefore, since the vibration sensor 130B can operate with 1% or less of the electric power generated by the speed generator main unit (more specifically, the coil unit 122), a signal corresponding to the rotation speed generated by the speed generator main unit is generated. There is almost no effect on. It is within the margin of error for the signal. The relationship between the power generated by the speed generator main unit and the power consumption of the detector is the same as in the other embodiments.

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
また、第１実施形態の作用効果に加えて、本実施形態では、振動センサ１３０Ｂの動作電源をコイル部１２２の発生電力で自給できるので、検出器１１０Ｂのケーブル１６０に電源線を含める必要がない。 According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be exhibited.
Further, in addition to the operation and effect of the first embodiment, in the present embodiment, since the operating power supply of the vibration sensor 130B can be self-sufficient by the generated power of the coil unit 122, it is not necessary to include the power supply line in the cable 160 of the detector 110B. ..

〔第３実施形態〕
次に、本発明を適用した第３実施形態について説明する。本実施形態は、基本的には第２実施形態と同様に実現されるが、振動センサ１３０から状態監視装置１５０への信号伝達の形態が異なる。なお、本実施形態の説明においては、主に第２実施形態との差異について述べることとし、第１実施形態や第２実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付して重複する説明は省略する。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment to which the present invention is applied will be described. This embodiment is basically realized in the same manner as the second embodiment, but the form of signal transmission from the vibration sensor 130 to the condition monitoring device 150 is different. In the description of the present embodiment, the differences from the second embodiment will be mainly described, and the same components as those of the first embodiment and the second embodiment are designated by the same reference numerals and duplicated explanations will be described. Omit.

図４は、本実施形態における状態監視システム１００Ｃの構成例を示す図である。
状態監視システム１００Ｃは、振動センサＢで検出された振動検出結果を無線で送信するための無線通信機１７０及びアンテナ１７１を有する検出器１１０Ｃと、検出器１１０Ｃから無線送信された振動検出結果を受信する状態監視装置１５０側に設けられた受信機１５２と、を有する。図４では、受信機１５２を状態監視装置１５０とは別体として示したが、状態監視装置１５０の一部に組み込んで構成することとしてもよい。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the condition monitoring system 100C in the present embodiment.
The state monitoring system 100C receives a detector 110C having a wireless communication device 170 and an antenna 171 for wirelessly transmitting the vibration detection result detected by the vibration sensor B, and a vibration detection result wirelessly transmitted from the detector 110C. It has a receiver 152 provided on the side of the state monitoring device 150. In FIG. 4, the receiver 152 is shown as a separate body from the condition monitoring device 150, but it may be configured by incorporating it into a part of the condition monitoring device 150.

図５は、本実施形態における検出器１１０Ｃの構成例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the detector 110C in the present embodiment.

アンテナ１７１は、台座部１２１の上面に設けられており、無線通信機１７０は、収納部１１９内に設けられている。両者は、アンテナ線１７３で接続されている。 The antenna 171 is provided on the upper surface of the pedestal portion 121, and the wireless communication device 170 is provided in the storage portion 119. Both are connected by an antenna wire 173.

無線通信機１７０で使用される電力は、コイル部１２２から供給される。すなわち、コイル部１２２の第１信号線１６１から分岐された分岐線１６３Ｃが無線通信機１７０に接続されており、内蔵される整流平滑回路１７４で直流化される。そして、無線通信機１７０はコイル部１２２の発生電力を電力源として動作する。 The electric power used in the wireless communication device 170 is supplied from the coil unit 122. That is, the branch line 163C branched from the first signal line 161 of the coil unit 122 is connected to the wireless communication device 170, and is electrified by the built-in rectifying smoothing circuit 174. Then, the wireless communication device 170 operates using the generated power of the coil unit 122 as a power source.

また、本実施形態では、振動センサ１３０Ｂから無線通信機１７０へ、信号線１６２Ｃが接続されている。無線通信機１７０は、信号線１６２Ｃを通じて振動センサ１３０Ｂから入力される振動検出結果を、アンテナ１７１を介して受信機１５２へ送信する。従って、第１実施形態及び第２実施形態で説明した第２信号線１６２は不要となり、ケーブル１６０に含める必要がない。 Further, in the present embodiment, the signal line 162C is connected from the vibration sensor 130B to the wireless communication device 170. The wireless communication device 170 transmits the vibration detection result input from the vibration sensor 130B through the signal line 162C to the receiver 152 via the antenna 171. Therefore, the second signal line 162 described in the first embodiment and the second embodiment becomes unnecessary and does not need to be included in the cable 160.

速度発電機本体装置の発電電力と、検出器１１０Ｃ及び無線通信機１７０による消費電力との関係は、例えば次の様になる。すなわち、本実施形態の速度発電機本体装置は、従来の速度発電機と同様の発電出力が可能な構成であるため、２ｋΩの抵抗をつないだ状態で電圧が２０Ｖ程度、電流が０．１Ａ程度の０．２Ｗ程度の電力をコイル部１２２で発電することができる。一方、振動センサ１３０Ｂは、第２実施形態と同様なので消費電力は１ｍＷ以下である。無線通信機１７０は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４準拠の無線通信モジュールとすると、動作時の消費電力は６０ｍＷ程度である。よって、速度発電機本体装置（より具体的にはコイル部１２２）が発電する３０％の電力で振動センサ１３０Ｂが動作可能であるため、振動センサ１３０Ｂ及び無線通信機１７０は動作可能と言える。 The relationship between the power generated by the speed generator main unit and the power consumed by the detector 110C and the wireless communication device 170 is as follows, for example. That is, since the speed generator main unit of the present embodiment has a configuration capable of generating power output similar to that of a conventional speed generator, the voltage is about 20 V and the current is about 0.1 A with a 2 kΩ resistor connected. The electric power of about 0.2 W can be generated by the coil unit 122. On the other hand, since the vibration sensor 130B is the same as the second embodiment, the power consumption is 1 mW or less. Assuming that the wireless communication device 170 is an IEEE802.1.4 compliant wireless communication module, the power consumption during operation is about 60 mW. Therefore, since the vibration sensor 130B can operate with 30% of the electric power generated by the speed generator main body device (more specifically, the coil unit 122), it can be said that the vibration sensor 130B and the wireless communication device 170 can operate.

本実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。また、第２実施形態の作用効果に加えて、本実施形態では、振動センサ１３０Ｂの振動検出結果を無線で状態監視装置１５０へ送信することができるため、ケーブル１６０に振動センサ１３０Ｂに係る信号線を含める必要がない。 According to the present embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be exhibited. Further, in addition to the operation and effect of the second embodiment, in the present embodiment, since the vibration detection result of the vibration sensor 130B can be wirelessly transmitted to the condition monitoring device 150, the signal line related to the vibration sensor 130B is connected to the cable 160. Does not need to be included.

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は上記形態に限定されるものではなく適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。 [Modification example]
Although the embodiment to which the present invention is applied has been described above, the embodiment to which the present invention is applied is not limited to the above-mentioned embodiment, and components can be added, omitted, or changed as appropriate.

［変形例その１］
上記実施形態の速度発電機本体装置では、コイル部１２２のコイル軸を歯車２０の径方向に沿う向きに配置する構成としたが、コイル部１２２と歯車２０の歯との対向関係は、歯車２０の歯の接近と離隔によりコイル部１２２に起電力が生じるのであれば、コイル部１２２のコイル軸が歯車２０の径方向対して交差する配置構成であってもよい。 [Modification example 1]
In the speed generator main body apparatus of the above embodiment, the coil shaft of the coil portion 122 is arranged so as to be oriented along the radial direction of the gear 20, but the facing relationship between the coil portion 122 and the teeth of the gear 20 is the gear 20. If an electromotive force is generated in the coil portion 122 due to the approach and separation of the teeth, the coil shaft of the coil portion 122 may be arranged so as to intersect with respect to the radial direction of the gear 20.

［変形例その２］
また、上記実施形態では、コイル部１２２の発生周波数に応じた信号は、ケーブル１６０により主電動機制御装置１６や状態監視装置１５０へ出力されているが、これを無線で送信する構成とすることもできる。 [Modification 2]
Further, in the above embodiment, the signal corresponding to the generated frequency of the coil unit 122 is output to the traction motor control device 16 and the condition monitoring device 150 by the cable 160, but it may be configured to be transmitted wirelessly. can.

例えば、図６に示す検出器１１０Ｄのように、ケーブル１６０と、検出器側コネクタ１６７とを省略し、第１信号線１６１の代わりとなる信号線１６１Ｄを無線通信機１７０に接続する。そして、無線通信機１７０にて、コイル部１２２の発生周波数に応じた信号を示す情報と、振動センサ１３０により検出した振動検出信号を示す情報と、の両方を無線送信する構成とすればよい。 For example, like the detector 110D shown in FIG. 6, the cable 160 and the detector side connector 167 are omitted, and the signal line 161D instead of the first signal line 161 is connected to the wireless communication device 170. Then, the wireless communication device 170 may be configured to wirelessly transmit both the information indicating the signal corresponding to the generated frequency of the coil unit 122 and the information indicating the vibration detection signal detected by the vibration sensor 130.

［変形例その３］
また、上記実施形態では、検出器１１０（１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを含む）を、主電動機２の回転数の検出と振動の検出との両方に用いる例を示したが、回転数の検出結果の外部出力を省略する構成としてもよい。例えば、図７に示すように、第３実施形態の検出器１１０Ｃを改変した構成を採用することができる。すなわち、ケーブルグランド１６７にケーブル１６０を接続する代わりに、封止キャップ１６９を取り付けて使用することもできる。 [Modification 3]
Further, in the above embodiment, an example in which the detector 110 (including 110B, 110C, 110D) is used for both the detection of the rotation speed of the traction motor 2 and the detection of vibration is shown, but the detection result of the rotation speed is shown. The configuration may omit the external output. For example, as shown in FIG. 7, a modified configuration of the detector 110C of the third embodiment can be adopted. That is, instead of connecting the cable 160 to the cable gland 167, a sealing cap 169 can be attached and used.

［変形例その４］
また、上記実施形態は、本発明を鉄道車両の主電動機２の状態監視に適用した例を示したが適用先は鉄道に限らない。例えば、非鉄道の輸送機械、工作機械、プラント設備、などの電動機に適用することもできる。また、電動機ではなく発電機にも同様に適用可能である。 [Modification example 4]
Further, the above embodiment shows an example in which the present invention is applied to condition monitoring of a traction motor 2 of a railway vehicle, but the application destination is not limited to railways. For example, it can be applied to electric motors such as non-railway transport machines, machine tools, plant equipment, and the like. It can also be applied to a generator instead of a motor.

２…主電動機
２０…歯車
１００、１００Ｃ…状態監視システム
１１０、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ…検出器
１１９…収納部
１２１…台座部
１２２…コイル部
１３０、１３０Ｂ…振動センサ
１３２…整流平滑回路
１５０…状態監視装置
１５２…受信機
１６０…ケーブル
１６１…第１信号線
１６２…第２信号線
１６３…電源線
１７０…無線通信機
１７１…アンテナ
１７４…整流平滑回路 2 ... Main motor 20 ... Gears 100, 100C ... Condition monitoring system 110, 110B, 110C, 110D ... Detector 119 ... Storage section 121 ... Pedestal section 122 ... Coil section 130, 130B ... Vibration sensor 132 ... Rectifying smoothing circuit 150 ... Status Monitoring device 152 ... Receiver 160 ... Cable 161 ... First signal line 162 ... Second signal line 163 ... Power supply line 170 ... Wireless communication device 171 ... Antenna 174 ... Rectifier smoothing circuit

Claims

The pedestal portion fixed to the rotary electric machine and the gear of the rotary electric machine are arranged to face each other, and when the gear rotates, the tooth tip and the tooth bottom alternately face each other, so that the electric power according to the rotation speed is applied by the magnetic flux change. A non-contact speed generator main unit having a coil part to generate, and
In the speed generator main body device , the vibration sensor fixed to the gear side of the pedestal portion and
A detector equipped with.

The vibration sensor has a rectifying smoothing circuit for operating with the generated power of the coil portion as a power source.
The detector according to claim 1 .

The vibration sensor is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor.
The detector according to claim 2 .

A cable in which a first signal line for externally outputting the generated power of the coil portion and a second signal line for externally outputting the detection signal of the vibration sensor are integrated as a bundle.
The detector according to any one of claims 1 to 3 , further comprising.

A wireless communication device that has a rectifying and smoothing circuit for operating using the generated power of the coil unit as a power source, and wirelessly transmits a signal corresponding to the generated frequency of the coil unit .
The detector according to any one of claims 1 to 3 , further comprising.

The pedestal portion fixed to the rotary electric machine and the gear of the rotary electric machine are arranged to face each other, and when the gear rotates, the tooth tip and the tooth bottom alternately face each other, so that the electric power according to the rotation speed is applied by the magnetic flux change. A non-contact speed generator main unit having a coil part to generate, and
The vibration sensor fixed to the speed generator main unit and
A wireless communication device that has a rectifying smoothing circuit for operating using the generated power of the coil unit as a power source and wirelessly transmits a signal corresponding to the generated frequency of the coil unit.
A detector equipped with.

The wireless communication device wirelessly transmits the detection result of the vibration sensor .
The detector according to claim 5 or 6 .