JP7240911B2 - モータ、及び、モータの状態判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ、及び、モータの状態判定装置に関する。

モータは、その故障の一因として、ロータに取り付けられる回転軸を支持する軸受の故障などの異常が挙げられる。

なお、モータにおける軸受の故障予兆の有無を適切に診断するために、電動機（モータ）の軸部材の一端側に設置される第１軸受の温度を検出する第１温度センサと、軸部材の他端側に設置される第２軸受の温度を検出する第２温度センサと、第１軸受の温度と第２軸受の温度との差に基づいて第１軸受及び第２軸受の故障予兆の有無を診断する軸受故障予兆診断手段と、を備えるものが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１５－２３１２９５号公報

モータにおいて、軸受に異常が発生した場合には、ロータの回転に支障が生じるため、軸受を交換する必要がある。特に、サーバの内部を冷却するための冷却ファン用のモータ（以下「ファンモータ」という）は、ファンモータが故障することでサーバの使用にも支障が出るため、高い信頼性が要求されている。ファンモータにおける軸受の高い信頼性とは、具体的には、軸受に異常が発生するまでの期間、つまり軸受の寿命が長いこと、あるいは、軸受の寿命を予測し得ることが挙げられる。

しかしながら、特許文献１の技術では、軸受の寿命を予測して信頼性を向上し得るものの、２つの軸受それぞれに温度センサを備える必要があるため、温度センサの取り付け場所を確保する必要があるなど、モータの構成が複雑になっていた。

本発明は、上述の課題を一例とするものであり、簡易な構成でモータにおける軸受の信頼性を向上することができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータは、回転軸を有するロータと、前記ロータの周方向に対向して配置されているステータと、前記回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸とともに回転可能な第１軸受、及び、前記第１軸受とともに回転可能な第２軸受を有する一対の軸受部と、前記軸受部の動作を検出する軸受動作検出部と、を備え、前記第１軸受は、前記回転軸とともに回転可能な第１内輪と、前記第１内輪の外周側に設けられている第１外輪と、前記第１内輪と前記第１外輪との間に配置されている第１転動体とを有し、前記第２軸受は、前記第１外輪とともに回転可能な第２内輪と、前記第２内輪の外周側に設けられている第２外輪と、前記第２内輪と前記第２外輪との間に配置されている第２転動体とを有し、前記軸受動作検出部は、前記第１外輪の回転動作に応じた軸受動作情報を出力する。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記軸受動作検出部は、前記第１外輪とともに回転可能な軸受動作検出マグネットと、前記軸受動作検出マグネットの回転動作に応じて前記軸受動作情報を出力する軸受動作検出センサと、を有する。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記軸受部の外周側に設けられている第１基板を備え、前記軸受動作検出センサは、前記第１基板に搭載されている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記第２軸受は、前記回転軸の軸線方向において前記第１軸受とは離れた位置に設けられていて、前記一対の軸受部は、前記第１外輪と前記第２内輪とを回転可能に結合するカップリング部をそれぞれ備える。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記軸受動作検出部は、前記カップリング部の外周側に設けられている。

本発明の一態様に係るモータにおいて、前記回転軸の軸線方向において、前記第１基板とともに前記ステータを挟んだ状態で配置されている第２基板と、前記第２基板に搭載されている、前記ロータの回転動作に応じたロータ動作情報を出力するロータ動作検出部を備える。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータの状態判定装置は、モータの軸受部の状態を判定する状態判定装置であり、前記モータは、ロータの回転軸とともに回転可能な第１内輪、前記第１内輪の外周側に設けられている第１外輪、及び、前記第１内輪と前記第１外輪との間に配置されている第１転動体を有し、回転軸を回転可能に支持している第１軸受と、前記第１外輪とともに回転可能な第２内輪、前記第２内輪の外周側に設けられている第２外輪、及び、前記第２内輪と前記第２外輪との間に配置されている第２転動体を有する第２軸受と、前記第１外輪の回転動作に応じた軸受動作情報を出力する軸受動作検出部と、を備え、前記状態判定装置は、前記軸受動作検出部が出力した前記軸受動作情報に基づいて前記第１軸受の回転運動の状態を判定する状態判定部を備える。

本発明の一態様に係るモータの状態判定装置において、前記状態判定部は、前記軸受動作情報に基づいて、前記第１軸受が劣化しているか否かを判定する。

本発明の一態様に係るモータの状態判定装置において、前記モータは、前記ロータの回転動作に応じたロータ動作情報を出力するロータ動作検出部を備え、前記状態判定部は、前記軸受動作情報及び前記ロータ動作情報に基づいて前記第１軸受の回転運動の状態を判定する。

本発明の一態様に係るモータの状態判定装置において、前記軸受動作情報は、前記第１外輪の回転数に応じた情報であり、前記ロータ動作情報は、前記ロータの回転数に応じた情報である。

本発明の一態様に係るモータの状態判定装置において、前記状態判定部は、前記第１外輪の回転数に応じた情報と、前記ロータの回転数に応じた情報とに基づいて、前記第１軸受が故障しているか否かを判定する。

本発明によれば、モータにおける軸受の信頼性を向上することができる。

本発明に係る実施の形態のモータを備えるファン装置の構成を概略的に示す正面図である。 図１に示すファン装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１に示すモータの構成を概略的に示す正面図である。 図３に示すモータの構成を概略的に示す断面図である。 図１に示すファン装置が備える回転軸及び軸受部の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るモータの駆動制御装置の機能ブロック図である。 図１に示すファン装置が備えるモータにおける、軸受部の動作、及び、軸受動作検出部の動作の推移を示すためのフローチャートである。 図６に示すモータの駆動制御装置による軸受部の状態検出処理の例を示すためのフローチャートである。 図１に示すファン装置が備えるモータにおける、（ａ）第１ホール信号に基づくロータ動作情報としてのＦＧ信号、（ｂ）第１軸受が正常に動作している状態における第２ホール信号に基づく軸受動作情報としての軸受回転数信号、（ｃ）第１軸受が劣化した状態における第２ホール信号に基づく軸受動作情報としての軸受回転数信号、及び、（ｄ）第１軸受が固着（故障）した状態における第２ホール信号に基づく軸受動作情報としての軸受回転数信号の模式図である。

以下、本発明の実施の形態に係るモータ及びモータの状態判定装置について図面を参照しながら説明する。

＜モータの実施の形態＞
図１は、本発明に係る実施の形態のモータ１０を備えるファン装置１の構成を概略的に示す正面図である。図２は、ファン装置１の構成を概略的に示す断面図である。図３は、モータ１０の構成を概略的に示す正面図である。図４は、モータ１０の構成を概略的に示す断面図である。図５は、ファン装置１が備える回転軸２３及び軸受部２２Ａ，２２Ｂの構成を概略的に示す断面図である。

以下の説明では、便宜上、軸線ｘ方向において矢印ａ方向を上側ａとし、矢印ｂ方向を下側ｂとする。また、軸線ｘに垂直な径方向において、軸線ｘから遠ざかる方向（図１の矢印ｃ方向）を外周側ｃとし、軸線ｘに向かう方向（図１の矢印ｄ方向）を内周側ｄとする。以下の説明では、便宜上、図１に示す方向をモータの側面とする。また、以下の説明では、便宜上、モータを上側ａから下側ｂに向かって見る方向を正面、下側ｂから上側ａに向かって見る方向を底面とする。

図１乃至図５に示すように、本実施の形態に係るモータ１０は、ファン装置１に備えられていて、回転軸２３を有するロータと、ロータの周方向に対向して配置されているステータ２４と、回転軸２３を回転可能に支持し、回転軸２３とともに回転可能な第１軸受２２１、及び、第１軸受２２１とともに回転可能な第２軸受２２２を有する一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂと、軸受部２２Ａ，２２Ｂの動作を検出する軸受動作検出部３７と、を備え、第１軸受２２１は、回転軸２３とともに回転可能な第１内輪２２１１と、第１内輪２２１１の外周側ｃに設けられている第１外輪２２１２と、第１内輪２２１１と第１外輪２２１２との間に配置されている第１転動体２２１３とを有し、第２軸受２２２は、第１外輪２２１２とともに回転可能な第２内輪２２２１と、第２内輪２２２１の外周側に設けられている第２外輪２２２２と、第２内輪２２２１と第２外輪２２２２との間に配置されている第２転動体２２２３とを有し、軸受動作検出部３７は、第１外輪２２１２の回転動作に応じた軸受動作情報を出力する。以下、モータ１０を備えるファン装置１の構成及び動作を具体的に説明する。

［ファン装置の構成］
図１に示すように、ファン装置１は、ハブ２５に複数の羽根２８を備えるインペラ３０と、インペラ３０の外周を覆いファン装置１の外形形状を定めるケーシング４０とを備える。インペラ３０は、ハブ２５がケーシング４０の内部において軸線ｘを中心とする中央部に配置されている。図２に示すように、ファン装置１は、インペラ３０のハブ２５の内部にモータ１０が配置されている。

図２に示すように、モータ１０は、例えば、回転軸２３、回転軸２３に接続されているロータヨーク２６、及びインペラ３０がロータを構成するアウターロータ型のブラシレスＤＣ（Direct Current）モータである。モータ１０は、回転軸２３、軸受ハウジング２１、一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂ、ステータ２４、ロータヨーク２６、マグネット２７、第１基板２９１、第２基板２９２、ロータ動作検出センサ（ロータ動作検出部の一例）３６、及び、軸受動作検出部３７を備える。

図２、図４、及び図５に示すように、回転軸２３は、軸線ｘ方向を長手方向として配置されている棒状部材である。軸受ハウジング２１は、ケーシング４０の中央部に支持される中空の筒状体である。軸受ハウジング２１は、一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂを介して回転軸２３を回転可能に支持している。軸受ハウジング２１は、円筒状のハウジング本体２１１の軸線ｘ方向の一端に軸受部２２Ａを支持する軸受支持部２１２と、ハウジング本体２１１の軸線ｘ方向の他端に軸受部２２Ｂを支持する軸受支持部２１３とを備える。軸受支持部２１２，２１３は、それぞれ、ハウジング本体２１１の内周面に形成されている。

一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂは、具体的には、上述のように軸受ハウジング２１の軸線ｘ方向の一端に設けられている軸受支持部２１２に支持される軸受部２２Ａと、軸受ハウジング２１の軸線ｘ方向の他端に設けられている軸受支持部２１３に支持される軸受部２２Ｂとである。一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ、第１軸受２２１、第２軸受２２２、及びカップリング部２２３を備える。図５に示すように、一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂそれぞれにおいて、第２軸受２２２は、回転軸２３の軸線ｘ方向において第１軸受２２１とは離れた位置に設けられている。

図５に示すように、第１軸受２２１は、第１内輪２２１１、第１外輪２２１２、及び第１転動体２２１３を備える。第１内輪２２１１は、回転軸２３の外周面２３ａに装着可能な内周面を有する環状の部材である。第１内輪２２１１は、回転軸２３の外周面２３ａに装着されることにより、回転軸２３とともに回転可能である。第１外輪２２１２は、第１内輪２２１１の外周側ｃに設けられている。第１外輪２２１２は、第１内輪２２１１と同軸で第１内輪２２１１よりも大径の環状の部材である。第１転動体２２１３は、第１内輪２２１１と第１外輪２２１２との間に複数配置されている球状の部材である。第１軸受２２１は、第１内輪２２１１、第１外輪２２１２、及び第１転動体２２１３の間に潤滑剤が封入されている。

第２軸受２２２は、第２内輪２２２１、第２外輪２２２２、及び第２転動体２２２３を備える。第２内輪２２２１は、カップリング部２２３に装着可能な内周面を有する環状の部材である。第２内輪２２２１は、カップリング部２２３に装着されることにより、カップリング部２２３を介して第１外輪２２１２とともに回転可能である。第２外輪２２２２は、第２内輪２２２１の外周側ｃに設けられている。第２外輪２２２２は、第２内輪２２２１と同軸で第２内輪２２２１よりも大径の環状の部材である。第２転動体２２２３は、第２内輪２２２１と第２外輪２２２２との間に複数配置されている球状の部材である。第２軸受２２２は、第２内輪２２２１、第２外輪２２２２、及び第２転動体２２２３の間に潤滑剤が封入されている。

第１軸受２２１と第２軸受２２２は、それぞれに用いられる構成要素の機械的摩擦係数や潤滑剤の粘度の相違などにより、互いの動粘度が相違してもよい。本実施の形態において、第１軸受２２１は、例えば、第２軸受２２２の動粘度よりも低い動粘度である。なお、第１軸受２２１の動粘度は、第２軸受２２２の動粘度と同じ、あるいは第２軸受２２２の動粘度よりも高い動粘度であってもよい。

カップリング部２２３は、第１軸受収容部２２３１、第２軸受収容部２２３２、及び段差部２２３３を備える。カップリング部２２３は、それぞれ径方向の寸法が異なる筒状の部分である第１軸受収容部２２３１及び第２軸受収容部２２３２と、第１軸受収容部２２３１及び第２軸受収容部２２３２を繋ぐ段差部２２３３とにより、第１外輪２２１２と第２内輪２２２１とを回転可能に結合している。

第１軸受収容部２２３１は、第１軸受２２１の第１外輪２２１２を収容可能な内周面を有する。具体的には、第１軸受収容部２２３１は、第１外輪２２１２と協働して回転可能な形状及び寸法に形成されている。

第２軸受収容部２２３２は、回転軸２３の外周面２３ａに対して所定の空隙を有する形状及び寸法の内周面を有する。また、第２軸受収容部２２３２は、第２軸受２２２の第２内輪２２２１を収容可能な外周面を有する。第２軸受収容部２２３２は、第２内輪２２２１と協働して回転可能な形状及び寸法に形成されている。

ステータ２４は、ケーシング４０の例えば、下側ｂに固定されている。ステータ２４は、例えば、複数の電磁鋼板を積層して形成されたステータコア２４１と、ステータコア２４１上に巻回されたコイル２４２と、ステータコア２４１に設けられたインシュレータ２４３と、を備えている。

ロータヨーク２６は、例えば、インペラ３０のハブ２５の内周部に設けられている。ロータヨーク２６は、マグネット２７を収容するために、例えば、概略筒状に形成されている。ロータヨーク２６は、ハブ２５と別体で形成しても一体で形成してもよい。マグネット２７は、ロータヨーク２６の内周面に取り付けられている。マグネット２７は、内周側ｄに設けられているステータ２４との間に所定の間隙を有するように設けられている。

第１基板２９１は、図２及び図４に示すように、軸受部２２Ａ，２２Ｂの少なくとも一方、例えば、ステータ２４の軸線ｘ方向の一端にあたる上側ａの軸受部２２Ａの外周側ｃに設けられている。第１基板２９１は、図３に示すように、軸受部２２Ａの外周側ｃの一部分に略円弧形状に形成されている板状の基板である。第１基板２９１の上側ａには、軸受動作検出部３７の軸受動作検出センサ３７２が搭載されている。

第２基板２９２は、図２及び図４に示すように、軸受部２２Ａ，２２Ｂの少なくとも他方、例えば、ステータ２４の軸線ｘ方向の他端にあたる下側ｂの軸受部２２Ｂの外周側ｃに設けられている。すなわち、第２基板２９２は、ロータの回転軸２３の軸線ｘと平行な方向において、第１基板２９１とともにステータ２４を挟んだ状態で配置されている。第２基板２９２は、図３に示すように、軸受部２２Ｂの外周側ｃに外形が略円板形状に形成されている基板である。第２基板２９２の上側ａには、ロータ動作検出部としてのロータ動作検出センサ３６が搭載されている。

ロータ動作検出センサ３６は、上述のように第２基板２９２の上側ａに搭載されている。ロータ動作検出センサ３６は、ロータを構成しているインペラ３０のハブ２５の内周面に設けられているマグネット２７の磁界範囲、例えば、マグネット２７の内周側ｄに配置されている。ロータ動作検出センサ３６は、ロータに取り付けられているマグネット２７が回転するのに伴い、このマグネット２７の回転動作に応じた位置信号であるロータ動作情報としての第１ホール信号（ロータ動作情報の一例）を出力する。ロータ動作情報とは、具体的には、例えば、ロータの回転数あるいは回転速度の情報などのロータの回転数に応じた情報であり、具体的には、上述の第１ホール信号または第１ホール信号から算出したロータの回転数の情報（ロータ回転数信号）である。なお、ロータ動作検出センサ３６の数は、本実施の形態に限定されない。

軸受動作検出部３７は、軸受動作検出マグネット３７１と軸受動作検出センサ３７２とにより構成されている。軸受動作検出マグネット３７１は、第１外輪２２１２の外周側ｃ、例えば、第１外輪２２１２の外周側ｃを覆い第１外輪２２１２とともに回転可能なカップリング部２２３の第１軸受収容部２２３１の外周側ｃに設けられている。軸受動作検出マグネット３７１は、このように配置されていることで、第１外輪２２１２とともに回転可能である。軸受動作検出センサ３７２は、軸受動作検出マグネット３７１の磁界範囲、具体的には、軸受動作検出マグネット３７１の外周側ｃに位置する第１基板２９１の上側ａに搭載されている。軸受動作検出センサ３７２は、第１外輪２２１２とともに回転するカップリング部２２３に取り付けられている軸受動作検出マグネット３７１が回転するのに伴い、この軸受動作検出マグネット３７１の回転動作に応じたホール信号である軸受動作情報としての第２ホール信号を出力する。軸受動作情報とは、具体的には、例えば、軸受の回転数あるいは回転速度の情報であり、具体的には、第２ホール信号または第２ホール信号から算出した第１軸受２２１の回転数に応じた情報（軸受回転数信号）である。なお、軸受動作検出部３７の数は、本実施の形態に限定されない。

＜モータの状態判定装置の構成＞
次に、モータの状態判定装置の構成について説明する。

本実施の形態において、モータ１０の駆動制御装置３は、モータ１０の軸受部２２Ａ，２２Ｂの状態を判定する状態判定装置として機能する。駆動制御装置３は、モータ１０の軸受動作検出部３７の軸受動作検出センサ３７２が出力した軸受動作情報と、ロータ動作検出センサ３６が出力したロータ動作情報とを用いて第１軸受２２１の回転運動の状態を判定する状態判定部としての軸受異常判定部３５を備える。後述するように、軸受異常判定部３５は、軸受動作情報に基づいて、第１軸受２２１が劣化しているか否かを判定する。また、軸受異常判定部３５は、軸受動作情報とロータ動作情報とに基づいて、第１軸受が故障しているか否かを判定する。以下、モータの状態判定装置として機能するモータ１０の駆動制御装置３について説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係るモータ１０の駆動制御装置３の機能ブロック図である。図６に示すように、モータ１０の駆動制御装置（状態判定装置の一例）３は、速度指令解析部３１、第１回転数算出部３２１、第２回転数算出部３２２、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）指令部３３、ＰＷＭ信号生成部３４、軸受異常判定部（状態判定部の一例）３５を備える。駆動制御装置３は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）のように、本発明に係る駆動制御装置３による下記の機能ブロックを実現するためのプログラムを含む各種コンピュータプログラムを実行可能な情報処理装置と、コンピュータプログラムやプログラム実行時のデータなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置とにより実現される。また、ＲＯＭには、後述の軸受異常判定部３５による処理で用いられる第１軸受２２１が劣化していると判定する際に用いられる閾値、及び、第１軸受２２１が故障していると判定される際の軸受回転数信号（軸受動作情報の一例）Ｓ５に対するロータ回転数信号（ロータ動作情報の一例）Ｓ２の比率に関する情報も格納されている。

速度指令解析部３１は、サーバの制御部など不図示の外部機器からのモータ１０の速度指令信号Ｓｃを受信し、ＰＷＭ指令部３３に指示を与えるための目標回転数信号Ｓ１を生成する。

第１回転数算出部３２１は、モータ１０に取り付けられてロータのマグネット２７の回転数を検出するために設けられているロータ動作検出センサ３６が取得した第１ホール信号Ｓｈ１（ロータの回転数に関する情報；ロータ動作情報の一例）を取得して、第１ホール信号Ｓｈ１に基づいてロータの回転数を算出してロータ回転数信号Ｓ２を出力する。第１回転数算出部３２１は、ロータ回転数信号Ｓ２をＰＷＭ指令部３３及び軸受異常判定部３５に出力する。また、第１回転数算出部３２１は、算出したロータの回転数をＦＧ（Frequency Generator）信号ＦＧとして外部機器に出力する。

第２回転数算出部３２２は、モータ１０において軸受部２２Ａ，２２Ｂの第１軸受２２１の第１外輪２２１２の回転数を検出するために設けられている軸受動作検出部３７から取得した第２ホール信号Ｓｈ２（第１軸受２２１の第１外輪２２１２の回転数に関する情報）を取得して、第２ホール信号Ｓｈ２に基づいて第１外輪２２１２の回転数を算出して軸受回転数信号Ｓ５を出力する。第２回転数算出部３２２は、軸受回転数信号Ｓ５をＰＷＭ指令部３３及び軸受異常判定部３５に出力する。

ＰＷＭ指令部３３は、速度指令解析部３１から出力された目標回転数信号Ｓ１、及び、第１回転数算出部３２１から出力されたロータ回転数信号Ｓ２に基づいて生成するＰＷＭ設定指示信号Ｓ３をＰＷＭ信号生成部３４に出力する。ＰＷＭ設定指示信号Ｓ３は、ＰＷＭ信号生成部３４が生成するＰＷＭ信号の設定、つまりモータ１０を所望の回転数で駆動するのに必要なＰＷＭ信号のデューティ比を指示する信号である。

ＰＷＭ信号生成部３４は、ＰＷＭ指令部３３が出力したＰＷＭ設定指示信号Ｓ３に基づいて、モータ駆動部２を制御する駆動制御信号Ｓｄ、つまり所望のデューティ比のＰＷＭ信号Ｓ４を生成し、出力する。

モータ駆動部２は、駆動制御信号Ｓｄに基づいてモータ１０を駆動する。

軸受異常判定部３５は、第１回転数算出部３２１が算出したロータ動作情報、及び、第２回転数算出部３２２が算出した軸受動作情報に基づいて軸受部２２Ａ，２２Ｂの回転運動の状態を判定する状態判定部として機能する。

軸受異常判定部３５は、軸受動作情報、つまり第１外輪２２１２が回転していることを示すパルス信号の第２ホール信号Ｓｈ２、あるいは軸受回転数信号Ｓ５が検出された場合には、軸受部２２Ａ，２２Ｂにおいて第２軸受２２２が回転軸２３とともに回転していると判定する。

軸受異常判定部３５は、軸受動作情報（例えば、軸受回転数信号Ｓ５）とロータ動作情報（例えば、ロータ回転数信号Ｓ２）とを比較することによって、軸受部２２Ａ，２２Ｂの第１軸受２２１に劣化や故障などの異常が生じているか否かを検出する。具体的には、軸受異常判定部３５は、軸受動作情報とロータ動作情報とを比較することによって、第１外輪２２１２が回転している場合であり、第１外輪２２１２の回転数に対するロータの回転数の比率が所定の数値未満である場合に、第１軸受２２１の劣化（機能低下）が生じていると判定する。また、軸受異常判定部３５は、軸受動作情報とロータ動作情報とを比較することによって、第１外輪２２１２の回転数に対するロータの回転数の比率が所定の数値以上である場合に、第１軸受２２１の異常状態、すなわち劣化が進行し、回転軸２３と第１軸受２２１とが固着、つまり故障していると判定する。軸受異常判定部３５は、検出した軸受部２２Ａ，２２Ｂの状態の情報を異常報知信号Ｓａとして外部機器に出力する。なお、軸受異常判定部３５は、ロータ動作情報と軸受動作情報とを用いて第１軸受２２１の劣化または故障を判定するものであればよい。このため、軸受異常判定部３５は、ロータ回転数信号Ｓ２に代えて、例えば、第１ホール信号Ｓｈ１またはＦＧ信号ＦＧを処理に用いてもよい。また、軸受異常判定部３５は、軸受回転数信号Ｓ５に代えて、例えば、第２ホール信号Ｓｈ２を処理に用いてもよい。

［ファン装置及び駆動制御装置の動作］
次に、以上説明した構成を備えるファン装置１及びファン装置１のモータ１０の駆動制御装置３の動作について説明する。

図７は、ファン装置１が備えるモータ１０における、軸受部の動作、及び、軸受動作検出部の動作の推移を示すためのフローチャートである。図８は、モータ１０の駆動制御装置３による軸受部２２Ａ，２２Ｂの状態検出処理の例を示すためのフローチャートである。図９は、ファン装置１が備えるモータ１０における、（ａ）第１ホール信号Ｓｈ１に基づくロータ動作情報としてのＦＧ信号ＦＧ、（ｂ）第１軸受２２１が正常に動作している状態における第２ホール信号Ｓｈ２に基づく軸受動作情報としての軸受回転数信号Ｓ５、（ｃ）第１軸受が劣化した状態における第２ホール信号Ｓｈ２に基づく軸受動作情報としての軸受回転数信号Ｓ５、及び、（ｄ）第１軸受が固着（故障）した状態における第２ホール信号Ｓｈ２に基づく軸受動作情報としての軸受回転数信号Ｓ５の模式図である。

図７に示すように、モータ１０は、駆動電流が流れることで、回転軸２３の回転が開始する（ステップＳ１０）。モータ１０の回転軸２３は、図２、図４、及び図５に示すように、軸受ハウジング２１に装着された一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂによって回転可能に支持されている。また、回転軸２３は、上側ａの一端がインペラ３０のハブ２５と結合している。このため、モータ１０が駆動されることによって回転軸２３が軸線ｘを中心に回転し、それに伴ってインペラ３０も軸線ｘを中心に回転する。

モータ１０は、一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂが、回転軸２３とともに回転可能な第１軸受２２１と、第１軸受２２１とともに回転可能な第２軸受２２２と、をそれぞれ備える。ここで、一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂは、第１軸受２２１の第１内輪２２１１と回転軸２３の外周面２３ａとが接しているため、第１内輪２２１１と回転軸２３とがともに回転する。第１軸受２２１は、第１外輪２２１２がカップリング部２２３の第１軸受収容部２２３１と接している。第２軸受２２２は、第２内輪２２２１がカップリング部２２３の第２軸受収容部２２３２と接している。このため、軸受部２２Ａ，２２Ｂは、第１軸受２２１が劣化または故障して第１内輪２２１１と第１外輪２２１２とが一体となって回転すると、第２軸受２２２が回転軸２３とともに回転する。

以上のように構成されているモータ１０の軸受部２２Ａ，２２Ｂにおいて、通常（稼働後の所定時間）の状態では、動粘度の低い第１軸受２２１が正常な動作機能を有しているため、第１内輪２２１１が第１転動体２２１３及び第１外輪２２１２に支持されて回転軸２３とともに回転する。この場合において、ロータ動作検出センサ３６は、ロータが、例えば、所定の回転数で回転しているときに図９（ａ）のように回転動作に応じたパルスを出力する。

つまり、モータ１０では、通常の状態において、第１内輪２２１１が回転軸２３とともに回転するため、第１外輪２２１２及び第１外輪２２１２とともに回転可能なカップリング部２２３は回転しない。このため、カップリング部２２３の外周側ｃに取り付けられている軸受動作検出マグネット３７１も回転しない（ステップＳ１１）。軸受動作検出マグネット３７１が回転しないため、軸受動作検出センサ３７２から出力される第２ホール信号Ｓｈ２は、図９（ｂ）に示すように、パルス信号ではなくＨｉｇｈまたはＬｏｗの一定の信号として出力される（ステップＳ１２）。

その後、モータ１０において、軸受部２２Ａ，２２Ｂでは、第１軸受２２１の動作機能が劣化、あるいは故障を開始すると、第１軸受２２１の摩擦係数が上昇する（ステップＳ２０）。軸受部２２Ａ，２２Ｂにおいて、第１軸受２２１の回転トルクが第２軸受２２２の起動トルクを上回ると、カップリング部２２３及び第２軸受２２２の回転が開始する（ステップＳ３０）。具体的には、軸受部２２Ａ，２２Ｂでは、第１軸受２２１の第１内輪２２１１と、第１外輪２２１２及び第１転動体２２１３が一体となって回転軸２３とともに回転する。モータ１０では、このように第１軸受２２１の動作機能が劣化、あるいは故障したなどの異常が発生した状態において、第１軸受２２１では、その劣化や故障状況に応じて、第１軸受２２１の回転トルクが上昇し、第１内輪２２１１とともに第１外輪２２１２が回転する。このため、第１外輪２２１２及び第１外輪２２１２とともに回転可能なカップリング部２２３も、第１外輪２２１２とともに回転する。また、カップリング部２２３の外周側ｃに取り付けられている軸受動作検出マグネット３７１も回転を開始する（ステップＳ３１）。この場合、第１軸受２２１は、第１内輪２２１１と第１転動体２２１３とが完全に固着していないため、ロータとは異なる比率で回転動作を継続している。つまり、第１軸受２２１において、第１外輪２２１２の回転が回転軸２３（ロータ）に対して低回転数で回転していてロータの回転数とは同期していないため、軸受動作検出センサ３７２から出力される第２ホール信号Ｓｈ２は、図９（ｃ）に示すように、図９（ａ）に示したＦＧ信号ＦＧとは異なる周期で出力されている（ステップＳ３２）。

カップリング部２２３は、上述のように第１軸受収容部２２３１の内周面が第１軸受２２１の第１外輪２２１２とともに回転可能に接続している。このように、第１軸受２２１において第１内輪２２１１とともに第１外輪２２１２が回転する（共回りする）ような状態になる（ステップＳ４０）と、第１軸受２２１の回転トルクが第２軸受２２２の起動トルクを上回る。このとき、軸受部２２Ａ，２２Ｂでは、カップリング部２２３を介して第２軸受２２２が回転軸２３とともに回転を開始する。すなわち、第２軸受２２２の第２内輪２２２１は、上述のようにカップリング部２２３の第２軸受収容部２２３２の外周面に取り付けられていて、カップリング部２２３の回転に応じて回転可能である。このため、モータ１０において、カップリング部２２３及び第２軸受２２２が回転軸２３とともに回転する（ステップＳ５０）。

モータ１０では、このように第１軸受２２１の動作機能が劣化、あるいは故障した状態が進行すると、第１軸受２２１において、第１内輪２２１１、第１転動体２２１３、及び第１外輪２２１２の回転数は、徐々に上昇し最終的に回転軸２３と一体となって回転軸２３と同一の回転数で回転する。このため、第１外輪２２１２及び第１外輪２２１２とともに回転可能なカップリング部２２３も、第１外輪２２１２とともに回転軸２３と同一の回転数で回転する。また、カップリング部２２３の外周側ｃに取り付けられている軸受動作検出マグネット３７１の回転数も第１外輪２２１２の回転数と同様に上昇し、回転軸２３と同一の回転数で回転する（ステップＳ５１）。つまり、第１軸受２２１において、第１外輪２２１２の回転が回転軸２３（ロータ）とは同期しているため、軸受動作検出センサ３７２から出力される第２ホール信号Ｓｈ２は、周波数が上昇し、図９（ｄ）に示すように、図９（ａ）に示したＦＧ信号ＦＧとはほぼ同様の周波数で出力される（ステップＳ５２）。

図８は、モータ１０の駆動制御装置３による軸受部２２Ａ，２２Ｂの状態検出処理の例を示すためのフローチャートである。図８に示す駆動制御装置３による軸受部２２Ａ，２２Ｂの状態検出処理の例では、軸受異常判定部３５は、上述のように、第１外輪２２１２が回転している場合であり、第１外輪２２１２の回転数に対するロータの回転数の比率が所定の数値未満である場合に、第１軸受２２１の劣化（機能低下）が生じていると判定する。また、軸受異常判定部３５は、第１外輪２２１２の回転数に対するロータの回転数の比率が所定の数値以上である場合に、第１軸受２２１の劣化が進行し、回転軸２３と第１軸受２２１とが固着、つまり故障していると判定する。図８に示す軸受部２２Ａ，２２Ｂの状態検出処理の例では、軸受動作情報として軸受動作検出部３７から出力される第２ホール信号Ｓｈ２を用いる。また図８に示す軸受部２２Ａ，２２Ｂの状態検出処理の例では、ロータ動作情報としてＦＧ信号ＦＧを用いる。

軸受異常判定部３５は、第２回転数算出部３２２を介して第２ホール信号Ｓｈ２について、図９（ｃ）または図９（ｄ）で示したパルス出力波形であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

第２ホール信号Ｓｈ２がパルス出力波形ではない場合、つまり図９（ｂ）で示した正常な状態の信号である場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、軸受異常判定部３５は、第２ホール信号Ｓｈ２に基づいて、モータ１０の軸受部２２Ａ，２２Ｂにおいて第１軸受２２１は正常（第１内輪２２１１が回転軸２３と回転し、第１外輪２２１２が回転していない状態）であると判定する（ステップＳ１０２）。

第２ホール信号Ｓｈ２がパルス出力波形である場合、つまり図９（ｃ）または図９（ｄ）で示した第１軸受２２１が劣化や故障したときに出力される信号である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、軸受異常判定部３５は、第２ホール信号Ｓｈ２とＦＧ信号ＦＧとを比較し、ロータの回転数に対する第１外輪の回転数の比率が所定の値であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。第１軸受２２１が劣化した場合は、第１軸受２２１の回転トルクが徐々に高まることにより、第２ホール信号Ｓｈ２のパルス信号の周期がＦＧ信号ＦＧのようにパルス信号の周期に近づく。すなわち、言い換えると、第１軸受２２１が劣化した場合は、第１軸受２２１の回転数が、モータ１０の実回転数である所定の回転数に近づく。本ステップでは、第２ホール信号Ｓｈ２とＦＧ信号ＦＧの周期の比率に基づき、第１軸受２２１が劣化しているか、あるいは、第１軸受２２１が故障しているかのいずれかを判定する。

第２ホール信号Ｓｈ２の周期が、図９（ｃ）で示したようにＦＧ信号ＦＧの周期と比較して所定の比率のパルス出力波形ではない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、軸受異常判定部３５は、第１外輪２２１２が回転しているが、その回転が回転軸２３（ロータ）の回転とは同期していないため、第１軸受２２１が所定回転数未満で回転している劣化状態であると判定する（ステップＳ１０４）。

一方、第２ホール信号Ｓｈ２の周期が、図９（ｄ）で示したようにＦＧ信号ＦＧの周期と比較して所定の比率、例えば、５０％の比率のパルス出力波形である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、軸受異常判定部３５は、第１軸受２２１において、第１外輪２２１２の回転が回転軸２３（ロータ）の回転と同期している（第１軸受２２１が回転軸２３と同じ所定の回転数で回転している）と判定し、第１軸受２２１の第１内輪２２１１、第１外輪２２１２、及び第１転動体２２１３が固着している故障状態であると判定する（ステップＳ１０４）。

以上のように構成されているモータ１０によれば、第１軸受２２１及び第２軸受２２２を有する一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂにより回転軸２３を支持しているモータ１０において、第１軸受２２１の第１外輪２２１２の動作状況を検出する軸受動作検出部３７から第２ホール信号Ｓｈ２を出力することができる。また、モータ１０の駆動制御装置３によれば、モータ１０から出力された第２ホール信号Ｓｈ２に基づく軸受回転数信号Ｓ５から軸受部２２Ａ，２２Ｂの動作状態を判定している。このため、軸受部２２Ａ，２２Ｂにおいて第１軸受２２１または第２軸受２２２のいずれが動作しているか、すなわち軸受部２２Ａ，２２Ｂの動作状態を容易に判定することができる。つまり、以上のように構成されているモータ１０の駆動制御装置３によれば、モータ１０の軸受部２２Ａ，２２Ｂの動作状態を容易に判定することができるため、軸受部２２Ａ，２２Ｂの交換時期、寿命を予測することができる。

従って、以上のように構成されているモータ１０の駆動制御装置３によれば、軸受の信頼性を向上することができる。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータ及びモータの状態判定装置を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。例えば、以上説明した実施の形態において、モータ１０は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータであったが、本発明においてモータの種類や構造はこれに限定されない。また、以上説明した実施の形態では、軸受部２２Ａ，２２Ｂの第１軸受２２１と第２軸受２２２とが軸線ｘ方向に離れた位置に配置されている場合には、カップリング部２２３を用いて第１外輪２２１２と第２内輪２２２１とを接続していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１外輪２２１２と第２内輪２２２１とを溶接などで連結して同様の作用を得てもよい。また、モータ１０の駆動制御装置３において、異常報知信号ＳａとＦＧ信号ＦＧとが共通の出力ラインで出力されてもよい。また、モータ１０の駆動制御装置３において、異常判定に用いるモータ１０のロータ回転数信号Ｓ２と軸受回転数信号Ｓ５の所定値は、上述の例には限定されず、任意の値を採用することができる。また、軸受回転数信号Ｓ５の周期とロータ回転数信号Ｓ２の周期とが同等であるか否かの判定は、軸受回転数信号Ｓ５の周期とロータ回転数信号Ｓ２の周期との相関関係に基づいて判定すればよいため、両周期が同一でなくてもよい。さらに、本実施の形態において、軸受部２２Ａ，２２Ｂの回転動作を検出する軸受動作検出部３７は、軸受部２２Ａにのみ取り付けられていたが、軸受部２２Ｂに軸受動作検出部３７が取り付けられていても、一対の軸受部２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ軸受動作検出部３７が取り付けられていてもよい。

１…ファン装置、２…モータ駆動部、３…駆動制御装置（状態判定装置の一例）、１０…モータ、２１…軸受ハウジング、２２Ａ，２２Ｂ…軸受部、２３…回転軸、２３ａ…外周面、２４…ステータ、２５…ハブ、２６…ロータヨーク、２７…マグネット、２８…羽根、３０…インペラ、３１…速度指令解析部、３２…回転数算出部、３３…ＰＷＭ指令部、３４…ＰＷＭ信号生成部、３５…軸受異常判定部（状態判定部の一例）、３６…ロータ動作検出センサ（ロータ動作検出部の一例）、３７…軸受動作検出部、４０…ケーシング、２１１…ハウジング本体、２１２…軸受支持部、２１３…軸受支持部、２２１…第１軸受、２２２…第２軸受、２２３…カップリング部、２４１…ステータコア、２４２…コイル、２４３…インシュレータ、２９１…第１基板、２９２…第２基板、３７１…軸受動作検出マグネット、３７２…軸受動作検出センサ、２２１１…第１内輪、２２１２…第１外輪、２２１３…第１転動体、２２２１…第２内輪、２２２２…第２外輪、２２２３…第２転動体、２２３１…第１軸受収容部、２２３２…第２軸受収容部、２２３３…段差部、Ｓｃ…速度指令信号、Ｓ１…目標回転数信号、Ｓ２…ロータ回転数信号（ロータ動作情報の一例）、Ｓ３…ＰＷＭ設定指示信号、Ｓ４…ＰＷＭ信号、Ｓ５…軸受回転数信号（軸受動作情報の一例）、Ｓｄ…駆動制御信号、Ｓｈ１…第１ホール信号（ロータ動作情報の一例）、Ｓｈ２…第２ホール信号（軸受動作情報の一例）、Ｓａ…異常報知信号、ＦＧ…ＦＧ信号

Claims (11)

1. 回転軸を有するロータと、
   前記ロータの周方向に対向して配置されているステータと、
   前記回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸とともに回転可能な第１軸受、及び、前記第１軸受とともに回転可能な第２軸受を有する一対の軸受部と、
   前記軸受部の動作を検出する軸受動作検出部と、
   を備え、
   前記第１軸受は、
   前記回転軸とともに回転可能な第１内輪と、前記第１内輪の外周側に設けられている第１外輪と、前記第１内輪と前記第１外輪との間に配置されている第１転動体とを有し、
   前記第２軸受は、
   前記第１外輪とともに回転可能な第２内輪と、前記第２内輪の外周側に設けられている第２外輪と、前記第２内輪と前記第２外輪との間に配置されている第２転動体とを有し、
   前記軸受動作検出部は、
   前記第１外輪の回転動作に応じた軸受動作情報を出力する、
   モータ。
2. 前記軸受動作検出部は、
   前記第１外輪とともに回転可能な軸受動作検出マグネットと、前記軸受動作検出マグネットの回転動作に応じて前記軸受動作情報を出力する軸受動作検出センサと、を有する、
   請求項１に記載のモータ。
3. 前記軸受部の外周側に設けられている第１基板を備え、
   前記軸受動作検出センサは、前記第１基板に搭載されている、
   請求項２に記載のモータ。
4. 前記第２軸受は、前記回転軸の軸線方向において前記第１軸受とは離れた位置に設けられていて、
   前記一対の軸受部は、
   前記第１外輪と前記第２内輪とを回転可能に結合するカップリング部をそれぞれ備える、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ。
5. 前記軸受動作検出部は、前記カップリング部の外周側に設けられている、
   請求項４に記載のモータ。
6. 前記回転軸の軸線方向において、前記第１基板とともに前記ステータを挟んだ状態で配置されている第２基板と、
   前記第２基板に搭載されている、前記ロータの回転動作に応じたロータ動作情報を出力するロータ動作検出部と、
   を備える、
   請求項３に記載のモータ。
7. モータの軸受部の状態を判定する状態判定装置であり、
   前記モータは、
   ロータの回転軸とともに回転可能な第１内輪、前記第１内輪の外周側に設けられている第１外輪、及び、前記第１内輪と前記第１外輪との間に配置されている第１転動体を有し、回転軸を回転可能に支持している第１軸受と、
   前記第１外輪とともに回転可能な第２内輪、前記第２内輪の外周側に設けられている第２外輪、及び、前記第２内輪と前記第２外輪との間に配置されている第２転動体を有する第２軸受と、
   前記第１外輪の回転動作に応じた軸受動作情報を出力する軸受動作検出部と、
   を備え、
   前記状態判定装置は、
   前記軸受動作検出部が出力した前記軸受動作情報に基づいて前記第１軸受の回転運動の状態を判定する状態判定部を備える、
   モータの状態判定装置。
8. 前記状態判定部は、
   前記軸受動作情報に基づいて、前記第１軸受が劣化しているか否か判定する、
   請求項７に記載のモータの状態判定装置。
9. 前記モータは、
   前記ロータの回転動作に応じたロータ動作情報を出力するロータ動作検出部を備え、
   前記状態判定部は、
   前記軸受動作情報及び前記ロータ動作情報に基づいて前記第１軸受の回転運動の状態を判定する、
   請求項７または８に記載のモータの状態判定装置。
10. 前記軸受動作情報は、前記第１外輪の回転数に応じた情報であり、
    前記ロータ動作情報は、前記ロータの回転数に応じた情報である、
    請求項９に記載のモータの状態判定装置。
11. 前記状態判定部は、
    前記軸受動作情報と前記ロータ動作情報とに基づいて、前記第１軸受が故障しているか否かを判定する、
    請求項１０に記載のモータの状態判定装置。

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