JP7250195B1 - モータ軸受摩耗監視装置、モータ軸受摩耗監視装置の補正方法、および補正プログラム - Google Patents

モータ軸受摩耗監視装置、モータ軸受摩耗監視装置の補正方法、および補正プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく検出精度を維持可能なモータ軸受摩耗監視装置、補正方法、および補正プログラムを提供する。【解決手段】本発明に係るモータ軸受摩耗監視装置5,5Aは、複数の検出コイルC1~C8を用いて軸受32,33の摩耗状態を監視する。同装置は、軸受の摩耗量と摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部55b,56,56Aと、一組となる検出コイルC1,C3,C5,C7それぞれの検出信号同士の差分、一組となる検出コイルC2,C4の合成信号と他の一組の検出コイルC6,C8の合成信号との差分、に基づいて軸受摩耗量を検出する摩耗量検出部550と、差分の生成に用いられる検出信号または合成信号に基づいて振幅信号を生成する信号生成部53,553と、振幅信号に基づいて差分または対応関係情報を駆動周波数に応じて補正する補正部551,554と、を有する。【選択図】図4

Description

本発明は、モータ軸受摩耗監視装置、モータ軸受摩耗監視装置の補正方法、および補正プログラムに関する。
キャンドモータポンプは、ポンプとモータとが一体で、取扱液の漏洩が無い構造を有している。一般的に、キャンドモータポンプの回転構造部分(ロータ、回転軸、軸受、およびインペラ)は、取扱液で満たされるキャンに密封されている。そのため、キャンドモータポンプの内部構造は、外部から目視により監視できない。したがって、このような構造を有するキャンドモータポンプを効率よく運用するために、軸受の摩耗状態を監視する装置(以下「監視装置」という。)が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示されている監視装置(モータ軸受摩耗監視装置)は、ステータの長手方向の両端に取り付けられた検出コイルを用いて、ロータの回転時の磁束変化を測定することにより、軸受の摩耗により生じるロータ(回転軸)のラジアル方向およびスラスト方向の変位を監視している。この手法では、軸受が摩耗していないとき、検出コイルの出力が変位ゼロを示すように検出コイルの出力を調整するゼロ点調整が必要となる。監視装置は、モータの回転により検出コイルに誘起される電圧を検出している。そのため、ゼロ点調整は、使用される所定の駆動条件によりモータを回転させた状態で行われている。
キャンドモータポンプでは、流量を絞るとき、キャンドモータポンプの吐出側に接続されている配管のバルブを絞る手法が用いられている。同手法では、配管内を流れる液体の抵抗が増加するため、エネルギーロスが生じる。そこで、近年、インバータによりモータの駆動条件(例えば、駆動周波数、駆動電圧など)を可変させる手法が用いられている(例えば、特許文献2参照)。同手法では、バルブを絞る手法のようなエネルギーロスが無いため、同手法による流量の調整は、近年の主流になってきている。
特開平10-080103号公報 特開2007-162700号公報
しかしながら、前述のとおり、監視装置は、ロータの回転時の磁束変化を測定する。そのため、インバータにより駆動条件が変更されると、検出コイルに誘起される電圧が変わり、計測値と摩耗量との対応関係のずれによる誤検出などの技術的課題が生じる。その結果、駆動条件の変更のたびに、手動による対応関係の調整(ゼロ点調整)が必要となる。このように、従来の監視装置は、インバータによる駆動条件の変更に対して検出精度を維持するためには、人的な機械操作を必要としている。
本発明は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく検出精度を維持可能なモータ軸受摩耗監視装置、モータ軸受摩耗監視装置の補正方法、および補正プログラムを提供することを目的とする。
本発明の一実施態様におけるモータ軸受摩耗監視装置は、キャンドモータポンプのモータのステータに対するロータの機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイルを用いて検出することにより、前記ロータの回転軸を支持する軸受の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置であって、複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、前記回転軸のラジアル方向における前記磁束変化を検出する複数のラジアル検出コイルと、前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイルと、を含み、前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部と、複数の前記ラジアル検出コイルのうち、一組となる前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号同士の第1差分に基づいて前記軸受の前記ラジアル方向の前記摩耗量を検出し、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号と他の一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号との第2差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出部と、前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号または前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成部と、前記振幅信号に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正部と、を有してなる。
本発明の一実施形態におけるモータ軸受摩耗監視装置の補正方法は、キャンドモータポンプのモータのステータに対するロータの機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイルを用いて検出することにより、前記ロータの回転軸を支持する軸受の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置の補正方法であって、複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、前記回転軸のラジアル方向における前記磁束変化を検出する複数のラジアル検出コイルと、前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイルと、を含み、前記モータ軸受摩耗監視装置は、前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部、を備え、複数の前記ラジアル検出コイルのうち、一組となる前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号同士の第1差分に基づいて前記軸受の前記ラジアル方向の前記摩耗量を検出し、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号と他の一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号との第2差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出ステップと、前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号または前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成ステップと、前記振幅信号に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正ステップと、を含む。
本発明の一実施形態におけるモータ軸受摩耗監視装置の補正プログラムは、キャンドモータポンプのモータのステータに対するロータの機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイルを用いて検出することにより、前記ロータの回転軸を支持する軸受の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置が備えるプロセッサにより実行される補正プログラムであって、複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイルを含み、前記モータ軸受摩耗監視装置は、前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部、を備え、前記プロセッサを、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号と他の一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号との差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出部、前記差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成部、および、前記振幅信号に基づいて、前記差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正部、として機能させる。
本発明によれば、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく検出精度を維持可能なモータ軸受摩耗監視装置、モータ軸受摩耗監視装置の補正方法、および補正プログラムを提供できる。
キャンドモータポンプの側面図である。 図1のキャンドモータポンプが備えるモータ部の縦断面を示す模式断面図である。 図2のモータ部のA部を拡大した模式拡大断面図である。 本発明に係るモータ軸受摩耗監視装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。 図4のモータ軸受摩耗監視装置が備える検出コイルの配置を示す模式斜視図である。 図5のB部を拡大した拡大斜視図である。 図5の検出コイルの検出信号の一例を示す模式図である。 図2のモータ部が備えるステータに対するロータのスラスト方向の位置と、2つの検出信号が合成された合成信号と、の関係を説明する模式図である。 図4のモータ軸受摩耗監視装置が備える記憶部に記憶されている情報の一例を示す模式図である。 図4のモータ軸受摩耗監視装置が備える表示部の外観を示す模式図である。 図10の表示部のスラスト方向における表示態様を説明する模式図である。 図4のモータ軸受摩耗監視装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図12の動作に含まれる補正処理の一例を示すフローチャートである。 図13の補正処理にて実行される補正の一例を説明する模式図である。 図12の動作に含まれる摩耗量検出処理の一例を示すフローチャートである。 本発明に係るモータ軸受摩耗監視装置の別の実施の形態を示す機能ブロック図である。 図16のモータ軸受摩耗監視装置により実行される補正情報取得処理の一例を示すフローチャートである。 図16のモータ軸受摩耗監視装置が備える信号生成部による重み付けを説明する模式図であり、(a)は重み付け前の状態を示し、(b)は重み付け後の状態を示す。 図16のモータ軸受摩耗監視装置により実行される摩耗量検出処理の一例を示すフローチャートである。 図19の摩耗量検出処理にて実行される補正の一例を説明する模式図である。
本発明は、キャンドモータポンプのモータ軸受摩耗監視装置に、検出信号の振幅(信号レベル、電位)を自動的に取得する機能、振幅に対応する補正情報を自動的に生成する機能、および、検出した摩耗量などを補正情報に基づいて駆動条件に応じて自動的に補正する機能、を具備させることにより、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく検出精度を維持し、モータ軸受摩耗監視装置におけるインバータによる流量制御を可能とさせるものである。各用語の詳細は、後述される。
以下、図面を参照しながら、本発明に係るモータ軸受摩耗監視装置(以下「本装置」という。)、モータ軸受摩耗監視装置の補正方法(以下「本方法」という。)、および補正プログラム(以下「本プログラム」という。)の実施の形態について説明する。各図において、同一の部材および要素については同一の符号が付され、重複する説明は省略する。
●キャンドモータポンプ●
●キャンドモータポンプの構成
先ず、キャンドモータポンプの構成について説明する。
図1は、キャンドモータポンプの側面図である。
同図は、説明の便宜上、キャンドモータポンプ1の上半部を断面図として示す。
キャンドモータポンプ1は、取扱液の漏洩が無い構造を有し、特に、高温の液体、または危険性の高い液体(例えば、爆発性、引火性、または毒性を有する液体)の送液に用いられているポンプである。キャンドモータポンプ1は、ポンプ部2、モータ部3、アダプタ4、および本装置5を有してなる。
キャンドモータポンプ1の構成のうち、ポンプ部2、モータ部3、およびアダプタ4の構成は、公知のキャンドモータポンプの構成と共通する。そのため、以下の説明において、ポンプ部2、モータ部3、およびアダプタ4の構成は、概略のみ説明され、詳細な説明は省略される。
以下の説明において、「フロント方向」はモータ部3に対してポンプ部2が位置する方向(前方)であり、「リア方向」はポンプ部2に対してモータ部3が位置する方向(後方)である。
ポンプ部2は、取扱液を吸引・吐出する。ポンプ部2は、筐体20、インペラ21、ポンプ室22、吸引管部23、および吐出管部24を備える。筐体20は、インペラ21を収容するポンプ室22、ポンプ室22に吸引される取扱液の経路である吸引管部23、および、ポンプ室22から吐出される取扱液の経路である吐出管部24を構成している。ポンプ室22は、吸引管部23および吐出管部24に連通している。
モータ部3は、所定の駆動条件(例えば、駆動電圧:200V、駆動周波数:60Hz)で駆動し、ポンプ部2のインペラ21を回転させる。モータ部3は、筐体30、回転軸31、2つの軸受32,33、2つのスラストワッシャ34,35、ロータ36、ステータ37、キャン38、およびターミナル端子39を備える。モータ部3は、本発明におけるモータの一例である。
図2は、モータ部3の縦断面を示す模式断面図である。
図3は、図2のモータ部3のA部を拡大した模式拡大断面図である。
筐体30は、ステータ37およびキャン38を液密に収容している。
回転軸31は、ロータ36の回転により回転し、回転動力をインペラ21に伝達する。回転軸31の形状は、円柱状である。回転軸31は、ロータ36に挿通されて、固定されている。回転軸31の前端部はポンプ室22(図1参照)内に突出し、同前端部にはインペラ21が取り付けられている。回転軸31は、回転軸31のフロント部およびリア部を保護する円筒状のスリーブ31a,31bを備える。
以下の説明において、「スラスト方向」は回転軸31の軸方向であり、「ラジアル方向」は回転軸31の半径方向であり、「周方向」は回転軸31の円周方向である。
軸受32は、ロータ36のフロント方向に配置され、回転軸31を回転自在に支持している。軸受33は、ロータ36のリア方向に配置され、回転軸31を回転自在に支持している。軸受32,33は、例えば、転がり軸受である。スラストワッシャ34は、回転軸31のうち、軸受32とロータ36との間に取り付けられ、回転軸31のフロント方向への移動を制限している。スラストワッシャ35は、回転軸31のうち、軸受33とロータ36との間に取り付けられ、回転軸31のリア方向への移動を制限している。
軸受32,33とスラストワッシャ34,35との間には、長さL1の間隔が形成されている。軸受32,33とスリーブ31a,31bとの間には、長さL2の間隔が形成されている。
ロータ36は、ステータ37に生じる回転磁界により回転する。ロータ36の形状は、円筒状である。ロータ36は、周方向においてロータ36の外周縁部に等間隔で埋設されている複数(本実施の形態では28個)の棒状のロータバー36aを備える。軸受32,33が摩耗していないとき、ロータ36は、ステータ37に対して初期位置に配置されている。本実施の形態において、「初期位置」は、スラスト方向およびラジアル方向において、ステータ37の中心とロータ36の中心とが一致している位置である。
ステータ37は、ロータ36を回転させる回転磁界を生成する。ステータ37の形状は、略円筒状である。ステータ37は、ステータコア37a、および複数のモータ巻線37bを備える。
ステータコア37aは、モータ巻線37bを保持する。ステータコア37aの形状は、円筒状である。ステータコア37aは、複数の歯部37c(図6参照。以下同じ。)を備える。
歯部37cは、モータ巻線37bが挿通されるスロット37d(図6参照。以下同じ。)を形成する。周方向において、歯部37cは、ステータコア37aの内周面に等間隔で配置されている。モータ巻線37bは、スロット37dに挿通され、ターミナル端子39を介して、例えば、インバータなどの電源装置(不図示)に接続されている。
キャン38は、回転軸31、軸受32,33、スラストワッシャ34,35、およびロータ36を液密に収容している。キャン38の形状は、円筒状である。吸引管部23から導入された取扱液の一部は、キャン38内に導入され、軸受32,33およびモータ部3の冷却に用いられ、吐出管部24に排出される。
図1に戻る。
アダプタ4は、ポンプ部2のリア側の端部とモータ部3のフロント側の端部とに接続され、ポンプ部2とモータ部3とを連結している。
本装置5は、ステータ37に対するロータ36の機械的な位置変化に対応する磁束変化を検出することにより、回転軸31を支持する軸受32,33の摩耗状態を監視する。本装置5の具体的な構成は、後述される。
●モータ軸受摩耗監視装置(1)●
●モータ軸受摩耗監視装置(1)の構成
次に、本装置5の構成について説明する。以下の説明において、図1~図3は適宜参照される。
図4は、本装置5の実施の形態を示す機能ブロック図である。
本装置5は、8つの検出コイルC1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8、接続部50、フィルタ回路51a,51b,51c,51d、信号処理回路52a,52b,52c,52d、信号生成部53、A/D変換器54、制御部55、記憶部56、表示部57、D/A変換器58、およびオフセット処理部59を備える。A/D変換器54、制御部55およびD/A変換器58は、例えば、マイクロコンピュータにより構成されている。
図5は、検出コイルC1~C8の配置を示す模式斜視図である。
図6は、図5のB部を拡大した拡大斜視図である。
検出コイルC1~C8は、ステータ37に対するロータ36の位置変化(変位)に対応する磁束変化を検出し、磁束変化を示す検出信号を生成・出力する。ロータ36は、軸受32,33のラジアル方向の摩耗量に応じて回転軸31と共にラジアル方向に変位し、軸受32,33のスラスト方向の摩耗量に応じて回転軸31と共にスラスト方向に変位する。すなわち、ロータ36の変位量は、軸受32,33の摩耗量とみなすことができる。そのため、本装置5は、検出コイルC1~C8を用いてロータ36の変位量を検出することにより、軸受32,33の摩耗量を検出できる。検出コイルC1~C8の形状は、扁平なボビン状である。検出コイルC1~C8は、ステータ37のフロント側およびリア側の端部の歯部37cに形成されている切欠き37eに嵌め込まれている。
周方向において、検出コイルC1~C4は、ステータ37の歯部37cのフロント側の端部に等間隔(90°間隔)で取り付けられている。検出コイルC1は検出コイルC3に対して180°の位置に向かい合うように配置され、検出コイルC2は検出コイルC4に対して180°の位置に向かい合うように配置されている。一方、周方向において、検出コイルC5~C8は、ステータ37の歯部37cのリア側の端部に等間隔(90°間隔)で取り付けられている。検出コイルC5は検出コイルC7に対して180°の位置に向かい合うように配置され、検出コイルC6は検出コイルC8に対して180°の位置に向かい合うように配置されている。
図7は、検出信号の一例を示す模式図である。
同図の横軸はロータ36の回転角を示し、縦軸は検出コイルC1~C8の誘導起電力の出力電圧(信号レベル)を示している。検出コイルC1~C8の検出信号は、モータ部3の主磁束の変化に対応する波形(以下「基本波成分」という。)、および、ロータ36のロータバー36aに流れる誘導電流により発生する磁束の変化に対応する波形(以下「高調波成分」という。)を含んでいる。基本波成分はモータ部3の駆動電圧により発生し、その周波数は駆動電圧の駆動周波数と同じである。高調波成分はロータバー36aに流れる誘導電流により発生し、その周波数はロータ36の回転およびロータバー36aの数により定まる。すなわち、例えば、次の条件(駆動周波数:60Hz、ロータバー36aの数:28個)では、ロータ36が1回転する間に検出コイルC1~C8それぞれはロータバー36aによる磁束の変化を28回検出する。そのため、高調波成分の周波数は、60Hz×28=1.68kHzとなる。このように、基本波成分は駆動周波数に基づいて定まり、高調波成分はロータ36の回転、駆動周波数、およびロータバー36aの数に基づいて定まる。
ここで、モータ部3の回転速度は、インバータ制御により駆動周波数を可変させることにより容易に変更できる。このとき、駆動電圧を下げることなく駆動周波数のみを下げるとモータ部3が焼損するため、一般的に、駆動周波数および駆動電圧は、同時に変更される。この駆動周波数の増減と駆動電圧との増減とは比例関係となる。すなわち、駆動電圧は、駆動周波数の低下に比例して低下し、駆動周波数の増加に比例して増加する。前述のとおり、検出信号の基本波成分は駆動電圧により発生するため、基本波成分の信号レベル(振幅)は駆動周波数および駆動電圧に比例する。したがって、基本波成分の信号レベル(振幅)は、駆動条件(駆動周波数、駆動電圧)の増減に比例して増減する。
図4および図5に戻る。
検出コイルC1,C3,C5,C7は、軸受32,33とスリーブ31a、31bとの間の間隔(L2)が広がることによるロータ36のラジアル方向の変位に対応する磁束変化を検出することにより、ロータ36のラジアル方向の変位量(すなわち、軸受32,33のラジアル方向の摩耗量)を検出する。検出コイルC1,C3は一組のラジアル検出コイルを構成し、検出コイルC5,C7は他の一組のラジアル検出コイルを構成している。
ロータ36のフロント側が初期位置からラジアル方向に変位すると、高調波成分の信号レベルは、一組となる検出コイルC1,C3のうち、ロータ36が近づく側(例えば、検出コイルC1)では増加し、ロータ36が遠ざかる側(例えば、検出コイルC3)では減少する。このとき、検出コイルC1,C3に対するロータ36の相対的な移動距離は同じであるため、信号レベルの増加量は減少量と同じである。一方、基本波成分の信号レベルは、増減しない。そのため、検出コイルC1,C3それぞれの検出信号がその差分を取る(生成する)ように合成されると、その合成信号(以下「合成信号(C1C3)」という。)では、変位量に応じて高調波成分の信号レベルの差分が増加する。この差分により、ロータ36のフロント側のラジアル方向の変位量が検出される。すなわち、同差分は軸受32のラジアル方向の摩耗量を示しており、同差分の値は電圧値で表される。同様に、検出コイルC5,C7それぞれの検出信号の合成信号(以下「合成信号(C5C7)」という。)では、変位量に応じて高調波成分の信号レベルの差分が増加する。この差分により、ロータ36のリア側のラジアル方向の変位量が検出される。すなわち、同差分は軸受33のラジアル方向の摩耗量を示しており、同差分の値は電圧値で表される。したがって、例えば、ロータ36のラジアル方向の変位が無いとき、各合成信号(C1C3,C5C7)において、基本波成分および高調波成分は打ち消し合い、その電圧値はほぼ「0」となる。一方、ロータ36のラジアル方向の変位が有るとき、各合成信号(C1C3,C5C7)において、変位量に応じて高調波成分の差分が増加し、その電圧値は同差分に応じて増加する。また、検出コイルC1,C3は検出コイルC5,C7とは独立しているため、合成信号(C1C3)と合成信号(C5C7)それぞれの値を比較することにより、軸受32,33の偏摩耗(一方が他方よりも摩耗している状態)が検出可能である。検出コイルC1,C3それぞれの検出信号の差分、および、検出コイルC5,C7それぞれの検出信号の差分は、本発明における第1差分の一例である。
検出コイルC2,C4,C6,C8は、軸受32,33とスラストワッシャ34,35との間の間隔(L1)が広がることによるロータ36のスラスト方向の変位に対応する磁束変化を検出することにより、ロータ36のスラスト方向の変位量(すなわち、軸受32,33のスラスト方向の摩耗量)を検出する。検出コイルC2,C4は一組のスラスト検出コイルを構成し、互いの検出信号が重畳されるように接続されている。そのため、検出コイルC2,C4それぞれからの検出信号は重畳するように合成され、合成信号(C2C4)が生成される。検出コイルC6,C8は他の一組のスラスト検出コイルを構成し、互いの検出信号が重畳されるように接続されている。そのため、検出コイルC6,C8それぞれからの検出信号は重畳するように合成され、合成信号(C6C8)が生成される。
図8は、ステータ37に対するロータ36のスラスト方向の位置と、各合成信号(C2C4,C6C8)と、の関係を説明する模式図である。
同図の縦軸は出力電圧(信号レベル)を示し、横軸はスラスト方向におけるロータ36の位置を示している。
ロータ36が初期位置からリア側に変位すると、ラジアル方向において、検出コイルC2,C4とロータ36との重なりが小さくなるが、検出コイルC6,C8とロータ36との重なりは変わらない。その結果、合成信号(C2C4)の基本波成分の信号レベルは低下するが、合成信号(C6C8)の基本波成分の信号レベルは殆ど変化しない。同様に、ロータ36が初期位置からフロント側に変位すると、合成信号(C6C8)の基本波成分の信号レベルは低下するが、合成信号(C2C4)の基本波成分の信号レベルは殆ど変化しない。そのため、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)との合成となる差分により、ロータ36のスラスト方向の変位量が検出できる。すなわち、同差分は、ロータ36のスラスト方向の変位量、すなわち、軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を示しており、同差分の値は電圧値で表される。したがって、例えば、ロータ36のスラスト方向の変位が無いとき、差分において基本波成分および高調波成分が打ち消し合い、その電圧値はほぼ「0」となる。一方、ロータ36のスラスト方向の変位が有るとき、変位量に応じて基本波成分の差分が増加し、その電圧値は同差分に応じて増加する。ここで、信号レベルの低下は、検出コイルC2,C4,C6,C8がロータ36の端部からの磁束密度分布の影響を受けるため、ロータ36の変位に対して線形に変化せず、ロータ36の位置に対してやや上に凸の曲線状に変化する。合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)の差分は、本発明における第2差分の一例である。
図4に戻る。
接続部50は、検出コイルC1~C8が接続されているインターフェイスである。
フィルタ回路51a~51dは、検出コイルC1,C3,C5,C7からの検出信号に所定のフィルタ処理を実行する。フィルタ回路51a~51dは、例えば、基本波成分および高調波成分を通過させる通過帯域(例えば、30Hz~2kHz)を有するバンドパスフィルタである。フィルタ回路51aは、検出コイルC1、信号処理回路52a、および後述する整流回路531に接続されている。フィルタ回路51bは、検出コイルC3、信号処理回路52a、および後述する整流回路532に接続されている。フィルタ回路51cは、検出コイルC5、信号処理回路52b、および後述する整流回路533に接続されている。フィルタ回路51dは、検出コイルC7、信号処理回路52b、および後述する整流回路534に接続されている。
信号処理回路52a,52bは、例えば、差分増幅回路、整流回路、および積分回路により構成されている。信号処理回路52aは、一組となる検出コイルC1,C3からの検出信号の差分となる合成信号(C1C3)を生成し、合成信号(C1C3)に所定の信号処理(整流、AC-DC変換)を実行して、合成信号(C1C3)を交流から直流に変換する。信号処理回路52bは、他の一組となる検出コイルC5,C7からの検出信号の差分となる合成信号(C5C7)を生成し、合成信号(C5C7)に所定の信号処理(整流、AC-DC変換)を実行して、合成信号(C5C7)を交流から直流に変換する。
信号処理回路52c,52dは、例えば、フィルタ回路、整流回路、および積分回路により構成されている。フィルタ回路は、基本波成分を通過させるカットオフ周波数(例えば、120Hz)を有するローパスフィルタである。信号処理回路52cは検出コイルC2,C4に接続され、信号処理回路52dは検出コイルC6,C8に接続されている。信号処理回路52c,52dは、対応する合成信号(C2C4,C6C8)に所定の信号処理(フィルタ処理、整流、AC-DC変換)を実行して、合成信号(C2C4,C6C8)を交流から直流に変換する。
信号生成部53は、検出コイルC1,C3,C5,C7それぞれからの検出信号に基づいて、基本波成分の振幅を示す信号(以下「振幅信号」という。)を生成する。信号生成部53は、整流回路531,532,533,534、積分回路535,536,537,538、および加算回路539により構成されている。ここで、積分回路535~538は、対応する整流回路531~534により整流された検出信号に平均化処理を実行して、同検出信号を直流に平均化する平滑化回路である。
整流回路531および積分回路535は、検出コイルC1からの検出信号を交流から直流に変換する。整流回路532および積分回路536は、検出コイルC3からの検出信号を交流から直流に変換する。整流回路533および積分回路537は、検出コイルC5からの検出信号を交流から直流に変換する。整流回路534および積分回路538は、検出コイルC7からの検出信号を交流から直流に変換する。このとき、各検出信号は、平均化され、基本波成分の信号レベル(振幅)を示す信号となっている。加算回路539は、積分回路535~538それぞれからの直流信号を加算して、振幅信号を生成する。
前述のとおり、検出コイルC1の検出信号の高調波成分の信号レベルの増加量(減少量)は、検出コイルC3の検出信号の高調波成分の電位の減少量(増加量)と同じである。同様に、検出コイルC5の検出信号の高調波成分の信号レベルの増加量(減少量)は、検出コイルC7の検出信号の高調波成分の信号レベルの減少量(増加量)と同じである。そのため、これらの検出信号の直流信号同士が加算されて振幅信号が生成されると、振幅信号では、ロータ36のラジアル方向の変位を示す高調波成分の信号レベルの増減が相殺される。つまり、振幅信号は、ロータ36のラジアル方向の変位情報を含まない、基本波成分の振幅を示す情報として機能する。本実施の形態では、振幅信号は4つの検出信号の和であり、その信号レベルは検出信号の信号レベルの約4倍となる。すなわち、振幅信号の信号レベル(振幅)は、基本波成分の信号レベル(振幅)に比例することになる。そして、前述のとおり、基本波成分の信号レベルは、駆動条件に比例して変動する。そのため、本装置5は、振幅信号を取得することにより、振幅信号の信号レベルの変動に基づいて駆動条件の変動を検知できる。
A/D変換器54は、信号処理回路52a~52d、信号生成部53、およびオフセット処理部59に接続され、それぞれから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、制御部55に出力する。
制御部55は、本装置5全体の動作を制御する。制御部55は、例えば、CPU(Central Processing Unit)55aなどのプロセッサ、CPU55aの作業領域として機能するRAM(Random Access Memory)55bなどの揮発性メモリ、および、本プログラムや他の制御プログラムなどの各種情報を記憶するROM(Read Only Memory)55cなどの不揮発性メモリ、により構成されている。制御部55は、摩耗量検出部550、補正部551、および表示制御部552を備える。RAM55bは、本発明における記憶部としても機能している。
制御部55では、本プログラムが動作して、本プログラムが本装置5のハードウェア資源と協働して、後述する各方法を実現している。また、制御部55を構成しているプロセッサ(CPU55a)に本プログラムを実行させることにより、本プログラムは同プロセッサを摩耗量検出部550、補正部551、および表示制御部552として機能させて、同プロセッサに本方法を実行させることができる。
摩耗量検出部550は、一組となる検出コイルC1,C3および他の一組となるC5,C7それぞれから出力された検出信号同士の差分(各合成信号(C1C3,C5C7))に基づいて、ロータ36のフロント側およびリア側のラジアル方向の変位量を検出することにより、軸受32,33のラジアル方向の摩耗量を検出する。また、摩耗量検出部550は、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)との差分に基づいて、ロータ36のスラスト方向の変位量を検出することにより、軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を検出する。摩耗量検出部550の具体的な動作は、後述される。
補正部551は、信号生成部53からの振幅信号に基づいて、後述される対応関係情報を駆動条件に応じて補正する。補正部551の具体的な動作は、後述される。
表示制御部552は、後述される表示情報、および摩耗量検出部550により検出された摩耗量に基づいて、表示部57の摩耗量の表示を制御する。
記憶部56は、本装置5の動作に必要な情報(例えば、基準調整データなど)を記憶する。記憶部56は、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。
「基準調整データ」は、検出コイルC1~C8の検出信号に基づいて、本装置5がロータ36の変位量(軸受32,33の摩耗量)を正確に検出するための基準となるパラメータ群により構成される情報である。基準調整データは、例えば、基準振幅情報、スラスト方向の基準対応関係情報、オフセット情報、ラジアル方向の基準対応関係情報、および表示情報などを含む。基準調整データは、例えば、所定の基準駆動条件(例えば、駆動周波数:60Hz、駆動電圧:200V)において、キャンドモータポンプ1の出荷前に予め測定または設定され、記憶部56に記憶されている。
「基準振幅情報」は、基準駆動条件にてキャンドモータポンプ1を動作させたとき、信号生成部53により生成される基準振幅信号に基づいて得られる基本波成分の基準信号レベル(基準振幅)を示す情報であり、その値は電圧値で表される。
「スラスト方向の基準対応関係情報」は、基準駆動条件において、ステータ37に対するロータ36のスラスト方向の位置(変位量)と、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)との差分値と、の対応関係を示す情報である。「スラスト方向の基準対応関係情報におけるロータ36のスラスト方向の位置」は、初期位位置(後述される機械中心)、ロータ36を初期位置からフロント側に最大距離変位させた位置(以下「フロント位置」という。)、および、ロータ36を初期位置からリア側に最大距離変位させた位置(以下「リア位置」という。)である。「最大距離」は、例えば、初期位置と、軸受32,33が最大変位量摩耗したときのロータ36の位置と、の間の距離である。前述のとおり、ステータ37に対するロータ36のスラスト方向の変位量は、軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を意味する。すなわち、スラスト方向の基準対応関係情報は、基準駆動条件における軸受32,33のスラスト方向の摩耗量と差分値(電圧値)との対応関係を示している。以下の説明において、初期位置の差分値はスラストセンター値、フロント位置の差分値はフロント値、リア位置の差分値はリア値、と記載される。
「オフセット情報」は、オフセット処理において、合成信号(C2C4)に加算または減算されるオフセット電圧を示す情報(例えば、電圧値)である。
「オフセット処理」は、基準駆動条件において、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)との差分値がロータ36のスラスト方向の変位量(軸受32,33のスラスト方向の摩耗量)を正しく示すように、合成信号(C2C4)にオフセット電圧を加算または減算する処理を意味する。
「ラジアル方向の基準対応関係情報」は、基準駆動条件において、ステータ37に対するロータ36のラジアル方向の位置(変位量)と、各合成信号(C1C3,C5C7)の電圧値(差分値)と、の対応関係を示す情報である。「ラジアル方向の基準対応関係情報におけるロータ36のラジアル方向の位置」は、初期位置、および、軸受32,33がラジアル方向に最大変位量摩耗したときのロータ36の位置(以下「ラジアル位置」という。)である。前述のとおり、ステータ37に対するロータ36のラジアル方向の変位量は、軸受32,33のラジアル方向の摩耗量を意味する。すなわち、ラジアル方向の基準対応関係情報は、基準駆動条件における軸受32,33のラジアル方向の摩耗量と差分値(電圧値)との対応関係を示している。以下の説明において、初期位置の差分値はラジアルセンター値、ラジアル位置の差分値はラジアル値、と記載される。
「表示情報」は、ステータ37に対するロータ36の変位量(軸受32,33の摩耗量)と、表示部57の各LED(Light Emitting Diode)の表示態様と、の関係を示す情報である。表示情報において、変位量(摩耗量)は、最大変位量(最大摩耗量)に対する割合で表される。同割合は、各駆動条件において共通する。
図9は、記憶部56に記憶されている情報(基準調整データ)の一例を示す模式図である。
同図は、基準調整データの一部を例示している。同図は、基準調整データとして、例えば、基準信号レベル(基準振幅)、スラスト方向の基準対応関情報、オフセット情報、ラジアル方向の基準対応関係情報、および表示情報が関連付けられて記憶部56に記憶されていることを示している。
同図は、例えば、基準信号レベル(基準振幅)が「A1」であり、オフセット情報の電圧値が「X1」であり、フロント値が「F1」であり、スラストセンター値が「SC1」であり、リア値が「R1」であり、ラジアルセンター値が「RC1」であり、ラジアル値が「RR1」である、ことを示している。
図10は、表示部57の外観を示す模式図である。
表示部57は、軸受32,33の摩耗量および回転方向を表示する。表示部57は、例えば、ラジアル方向およびスラスト方向の摩耗量、および回転方向を表示する複数のLED(Light Emitting Diode)で構成されている。表示部57は、ラジアル方向およびスラスト方向の摩耗量を、「緑1」「緑2」「緑3」「黄」「赤」の5段階で表示し、回転方向を点灯(正転)および消灯(逆転)で表示している。
図11は、表示部57のスラスト方向における表示態様を説明する模式図である。
同図の縦軸は差分値(電圧値)を示し、横軸はロータ36のスラスト方向の変位量(軸受32,33のスラスト方向の摩耗量)を示している。同図の直線は、スラストセンター値とフロント値、および、スラストセンター値とリア値を結んだ線であり、後述するスラスト方向の対応関係情報を示している。合成信号(C2C4,C6C8)の差分値と摩耗量とは比例するため、図11に示されるとおり、差分値に基づいて、摩耗量は一意に特定でき、表示部57の表示態様も特定できる。軸受32,33の最大変位量(最大摩耗量)を「100%」としたとき、表示部57は、例えば、摩耗量が「Y1%未満」で1番目の「緑1」を点灯させ、摩耗量が「Y1%以上Y2%未満」で2番目の「緑2」を点灯させ、摩耗量が「Y2%以上Y3%未満」で3番目の「緑3」を点灯させ、摩耗量が「Y3%以上Y4%未満」で「黄」を点灯させ、摩耗量が「Y4%以上」で「赤」を点灯させる。
図4に戻る。
D/A変換器58は、制御部55から入力されるオフセット情報をデジタル信号からアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号をオフセット処理部59に送信する。
オフセット処理部59は、基準調整データに含まれるオフセット情報に基づいて、オフセット処理を実行する。オフセット処理部59は、例えば、オフセット電圧生成回路、演算回路、および差分絶対値変換回路により構成されている。オフセット処理部59は、オフセット電圧生成回路においてオフセット情報に基づいてオフセット電圧を生成し、演算回路において合成信号(C2C4)にオフセット電圧を加算または減算することにより同合成信号(C2C4)にオフセット処理を実行する。また、オフセット処理部59は、演算回路においてオフセット処理後の合成信号(C2C4)と、合成信号(C6C8)と、の差分値を算出(生成)し、差分絶対値変換回路において差分値を絶対値に変換する。絶対値は、制御部55に入力される。
●キャンドモータポンプ(モータ軸受摩耗監視装置(1))の動作
次に、キャンドモータポンプ1の動作について、本装置5の動作を中心に以下に説明する。以下の説明において、図1~図11は、適宜参照される。
図12は、本装置5の動作の一例を示すフローチャートである。
キャンドモータポンプ1の動作中、モータ部3には所定の駆動条件の電源が供給され、ロータ36、回転軸31およびインペラ21は所定の回転数で回転している。このとき、本装置5は、補正処理(S1)、および摩耗量検出処理(S2)を定期的(例えば、1secごと)に繰り返し実行している。
●補正処理
図13は、補正処理(S1)の一例を示すフローチャートである。
「補正処理(S1)」は、キャンドモータポンプ1の動作中、本装置5が現振幅情報を取得し、現振幅情報に基づいて補正情報を取得し、現調整データを補正(更新)する処理である。本実施の形態において、補正処理(S1)は、本方法の一例である。
「現調整データ」は、基準調整データを基準として、現在の駆動条件に応じて適宜更新される情報である。現調整データは、例えば、スラスト方向の対応関情報、オフセット情報、ラジアル方向の対応関係情報、および表示情報などを含む。本装置5は、電源投入後に、記憶部56から基準調整データを読み出し、基準調整データの各パラメータを現調整データの初期パラメータとしてRAM55bに記憶している。
「現振幅情報」は、現在(最新)の駆動条件にてキャンドモータポンプ1を動作させたときに得られる現在(最新)の振幅情報である。すなわち、現振幅情報は、基本波成分の現在(最新)の信号レベル(振幅)を示す情報であり、その値は電圧値で表される。
「補正情報」は、基準振幅情報および現振幅情報に基づいて、補正部551により算出される補正値を示す情報である。補正情報の詳細は、後述される。本実施の形態において、補正情報は、基準振幅情報と現振幅情報との比、すなわち、基準振幅信号の電圧値に対する現在(最新)の振幅信号の電圧値の比で表されている。
「スラスト方向の対応関係情報」は、現在(最新)の駆動条件において、ステータ37に対するロータ36のスラスト方向の位置(変位量)と、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)との差分値と、の対応関係を示す情報である。スラスト方向の対応関係情報における初期位置、フロント位置、およびリア位置に対応する電圧値は、スラスト方向の基準対応関係情報におけるそれぞれの電圧値に補正値を乗じた値である。スラスト方向の対応関係情報は、最新の駆動条件における軸受32,33のスラスト方向の摩耗量と差分値との対応関係を示している。
「ラジアル方向の対応関係情報」は、現在(最新)の駆動条件において、ステータ37に対するロータ36のラジアル方向の位置(変位量)と、合成信号(C1C3,C5C7)の電圧値(差分値)と、の対応関係を示す情報である。ラジアル方向の対応関係情報における初期位置およびラジアル位置に対応する電圧値は、ラジアル方向の基準対応関係情報におけるそれぞれの電圧値に補正値を乗じた値である。ラジアル方向の対応関係情報は、最新の駆動条件における軸受32,33のラジアル方向の摩耗量と差分値との対応関係を示している。
先ず、信号生成部53は、検出コイルC1,C3,C5,C7それぞれからの検出信号に基づいて、現在(最新)の振幅信号を生成する(S11)。具体的には、信号生成部53は、各検出信号の直流信号を生成し、全ての直流信号を加算することにより、振幅信号を生成する。前述のとおり、振幅信号は、ラジアル方向の変位を示す情報を含まない、基本波成分の振幅のみを示す情報として機能する。生成された振幅信号は、A/D変換器54においてデジタル信号に変換され、制御部55(補正部551)に入力される。
次いで、補正部551は、信号生成部53からの振幅信号に基づいて、現振幅情報(すなわち、電圧値)を取得する(S12)。
次いで、補正部551は、前回取得されてRAM55bに記憶されている振幅情報(以下「記憶済振幅情報」という。)を読み出し、取得された現振幅情報と記憶済振幅情報とを比較する(S13)。
取得された現振幅情報が記憶済振幅情報と一致するとき(S13の「Y」)、本装置5は、補正処理(S1)を終了する。
一方、取得された現振幅情報が記憶済振幅情報と一致しないとき(S13の「N」)、補正部551は、取得された現振幅情報によりRAM55bに記憶されている記憶済振幅情報を書き換える(S14)。すなわち、新たな振幅情報が記憶済振幅情報としてRAM55bに記憶される。
次いで、補正部551は、記憶部56から基準振幅情報を読み出すと共に、RAM55bから記憶済振幅情報を読み出す(S15)。
次いで、補正部551は、基準振幅情報と記憶済振幅情報とに基づいて、補正値を算出する(S16)。具体的には、補正部551は、基準振幅情報である基準振幅信号の電圧値に対する現振幅情報である(現在(最新)の)振幅信号の電圧値の比を補正値として算出する。すなわち、例えば、基準振幅信号の電圧値が「1.0mV」、振幅信号の電圧値が「1.5mV」のとき、補正値は、1.5/1.0=1.5である。
前述のとおり、検出信号の基本波成分の信号レベル(振幅)は、駆動条件(駆動周波数、駆動電圧)の増減に比例して増減する。そのため、検出信号および合成信号それぞれの差分値は、駆動条件の増減に比例して増減する。また、後述のとおり、軸受32,33の摩耗量は、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報において、最大変位量の電圧値(フロント値、リア値、ラジアル値)に対する差分値の割合により算出(検出)される。そして、同対応関係情報は、基準駆動条件において設定されている。そのため、駆動条件が変更されたとき、同対応関係情報または検出された差分値のいずれかが駆動条件に応じて補正されなければ、本装置5は、駆動条件に応じた正しい摩耗量を検出できない。ここで、前述のとおり、補正値は、基準振幅信号の電圧値に対する振幅信号の電圧値の比である。つまり、補正値は、駆動条件の増減に比例して増減する。したがって、最大変位量の電圧値に補正値を乗じた補正をすることにより、または、差分値に補正値の逆数を乗じた補正をすることにより、本装置5は、駆動条件に応じた正しい摩耗量を検出できる。本実施形態では、本装置5は、最大変位量の電圧値に補正値を乗じた補正、すなわち、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報の補正をする。
次いで、補正部551は、算出された補正値により、RAM55bに記憶されている補正情報を書き換える(S17)。すなわち、新たな補正情報が記憶済振幅情報としてRAM55bに記憶される。
次いで、補正部551は、補正情報をRAM55bから読み出すと共に、スラスト方向およびラジアル方向の基準対応関係情報を記憶部56から読み出す(S18)。
次いで、補正部551は、スラスト方向およびラジアル方向の基準対応関係情報の各パラメータ(例えば、フロント値、リア値、ラジアル値)に補正値を乗算し、乗算後の各パラメータにより、RAM55bに記憶されているスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を書き換える(S19)。換言すれば、補正部551は、各対応関係情報を、各基準対応関係情報および補正値を用いて補正する。その結果、駆動条件に対応する新たなスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報が、RAM55bに記憶(更新)される。
図14は、補正処理(S1)において実行される補正の一例(スラスト方向の対応関係情報の補正)を説明する模式図である。
同図の縦軸は差分値(電圧値)を示し、横軸はロータ36のスラスト方向の変位量(軸受32,33のスラスト方向の摩耗量)を示している。同図の実線は補正前のスラスト方向の基準対応関係情報の一例を示し、同図の破線は補正後のスラスト方向の対応関係情報の一例を示し、同図の一点鎖線は補正後のスラスト方向の対応関係情報の別の一例を示す。同図は、補正値「a」がフロント値およびリア値に乗算されることにより、スラスト方向の対応関係情報が破線で示される内容に補正されていることを示す。また、同図は、その補正により電圧値「V1」に対応する摩耗量が「a1%」から「a2%」に修正されていることを示す。さらに、同図は、補正値「b」がフロント値およびリア値に乗算されることにより、スラスト方向の対応関係情報が一点鎖線で示される内容に補正されていることを示す。
●摩耗量検出処理
図15は、摩耗量検出処理(S2)の一例を示すフローチャートである。
「摩耗量検出処理(S2)」は、各合成信号(C1C3,C5C7,C2C4,C6C8)に基づいて、軸受32,33の摩耗量を検出する処理である。
検出コイルC1~C8は、ロータ36の回転中、常に検出信号を出力している。ラジアル方向の変位を検出する検出コイルC1,C3,C5,C7からの検出信号は信号処理回路52a,52bにおいて合成され、交流から直流に変換される。次いで、合成信号(C1C3,C5C7)は、A/D変換器54においてアナログ信号からデジタル信号に変換され、制御部55(摩耗量検出部550)に入力される。
一方、スラスト方向の変位を検出する検出コイルC2,C4,C6,C8からの検出信号(各合成信号(C2C4,C6C8))は信号処理回路52c,52dにおいて交流から直流に変換される。次いで、各合成信号(C2C4,C6C8)は、オフセット処理部59に入力される。オフセット処理部59において、合成信号(C2C4)にはオフセット処理が実行される。また、オフセット処理後の合成信号(C2C4)と、合成信号(C6C8)と、の差分値の絶対値が算出される。オフセット後の合成信号(C2C4)、合成信号(C6C8)、および絶対値は、A/D変換器54においてアナログ信号からデジタル信号に変換され、制御部55(摩耗量検出部550)に入力される。
摩耗量検出処理(S2)において、摩耗量検出部550は、ラジアル方向の摩耗量の検出処理(S21)、および、スラスト方向の摩耗量の検出処理(S22)を個別に実行している。
ラジアル方向の摩耗量の検出処理(S21)では、摩耗量検出部550は、RAM55bに記憶されているラジアル方向の対応関係情報を読み出し(S211)、同対応関係情報および合成信号(C1C3)の電圧値に基づいて軸受32の摩耗量を検出する(S212)。同様に、摩耗量検出部550は、ラジアル方向の対応関係情報を読み出し(S213)、同対応関係情報および合成信号(C5C7)の電圧値に基づいて軸受33の摩耗量を検出する(S214)。次いで、摩耗量検出部550は、両摩耗量を比較して、摩耗量の大きい方をラジアル方向の摩耗量として選択する(S215)。検出された摩耗量は、ログ情報として、例えば、記憶部56に記憶される。
スラスト方向の摩耗量の検出処理(S22)では、摩耗量検出部550は、RMA55bに記憶されているスラスト方向の対応関係情報を読み出し(S221)、同対応関係情報および差分値(絶対値)に基づいて軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を検出する(S222)。このとき、摩耗量検出部550は、オフセット後の合成信号(C2C4)、および合成信号(C6C8)の電圧値の大小関係に基づいて、摩耗の方向がフロント側かリア側かを特定する。検出された摩耗量は、ログ情報として、例えば、記憶部56に記憶される。
次いで、表示制御部552は、検出された摩耗量に基づいて、表示部57の表示態様を決定し、決定された表示態様で表示部57に表示させる(S23)。
このように、本装置5は、補正処理(S1)において、駆動条件に応じてスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を補正し、摩耗量検出処理(S2)において、補正後のスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を用いて摩耗量を検出している。そのため、前述のとおり、摩耗量検出部550は、駆動条件に応じた正しい摩耗量を検出できる。すなわち、本装置5は、駆動条件が変更されても、摩耗量の検出精度を維持できる。
●まとめ(1)
以上説明した実施の形態によれば、複数の検出コイルC1~C8それぞれは、ステータ37に対するロータ36の機械的な位置変化に対応する磁束変化を示す検出信号を出力し、ラジアル方向における磁束変化を検出する複数の検出コイルC1,C3,C5,C7と、スラスト方向における磁束変化を検出する複数の検出コイルC2,C4,C6,C8と、を含む。検出信号は、モータ部3の駆動周波数に基づく基本波成分を含む。本装置5は、RAM55b、摩耗量検出部550、信号生成部53、補正部551、および記憶部56を備える。RAM55b(記憶部56)は、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報(基準対応関係情報)を記憶している。摩耗量検出部550は、一組となる検出コイルC1,C3,C5,C7それぞれの検出信号同士の差分(第1差分)に基づいて軸受32,33のラジアル方向の摩耗量を検出し、一組となる検出コイルC2,C4それぞれの合成信号(C2C4)と他の一組となる検出コイルC6,C8それぞれの合成信号(C6C8)との差分(第2差分)に基づいて軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を検出する。信号生成部53は、差分(第1差分)の生成に用いられる検出信号(直流信号)に基づいて、基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する。補正部551は、振幅信号に基づいて、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件(駆動周波数、駆動電圧)に応じて補正する。この構成によれば、本装置5は、差分の生成に用いられる検出コイルC1,C3,C5,C7の検出信号に基づいて振幅信号を生成する。そのため、本装置5は、振幅信号において、変位情報を打ち消すことができ、駆動条件の増減に比例して増減する基本波成分の振幅(信号レベル)のみを含ませることができる。その結果、補正部551は、変位情報の影響を受けることなく、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置5は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
また、以上説明した実施の形態によれば、信号生成部53は、差分(第1差分)の生成に用いられる検出信号(直流信号)それぞれを加算することにより、振幅信号を生成している。この構成によれば、一組となる検出コイルC1,C3の検出信号に含まれる高調波成分の増減は打ち消され、他の一組となる検出コイルC5,C7の検出信号に含まれる高調波成分の増減は打ち消される。そのため、振幅信号には、ロータ36の変位情報が含まれず、基本波成分の振幅のみを示す情報として機能する。また、振幅信号の信号レベルは、基本波成分の信号レベルに比例する。その結果、補正部551は、変位情報の影響を受けることなく、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置5は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
さらに、以上説明した実施の形態によれば、信号生成部53は、全てのラジアル検出コイルそれぞれから出力された検出信号(直流信号)を加算する。この構成によれば、振幅信号において、フロント側およびリア側のラジアル方向の変位情報は全て打ち消されている。そのため、補正部551は、変位情報の影響を全く受けることなく、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置5は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
さらにまた、以上説明した実施の形態によれば、記憶部56は、モータ部3が所定の基準周波数で動作したときにおける基本波成分の振幅を示す基準振幅情報を記憶している。補正部551は、振幅信号に基づいて取得される振幅の電圧値(記憶済振幅情報)と、基準振幅情報に基づいて取得される基準振幅の電圧値(基準振幅情報)と、の比(補正値)に基づいて、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を補正する。この構成によれば、本装置5は、駆動条件の増減に比例する補正値を取得できる。その結果、補正部551は、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件の変更に応じて補正できる。
なお、以上説明した実施の形態において、信号生成部53は、4つの検出信号(直流信号)の和ではなく、平均を振幅信号として生成していてもよい。
また、以上説明した実施の形態において、信号生成部53は、一組となる検出コイルC1,C3の検出信号のみを加算して振幅信号を生成していてもよく、あるいは、一組となる検出コイルC5,C7の検出信号のみを加算して振幅信号を生成していてもよい。
さらに、以上説明した実施の形態において、制御部55が信号生成部として機能していてもよい。この構成では、信号生成部53を構成する回路群が不要となり、回路構成が簡略化できる。
さらにまた、以上説明した実施の形態において、調整データ(スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報、振幅情報など)は、RAM55bではなく記憶部56に記憶されていてもよい。
●モータ軸受摩耗監視装置(2)●
次に、本発明に係るモータ軸受摩耗監視装置の別の実施の形態(以下「第2実施形態」という。)について、先に説明した実施の形態(以下「第1実施形態」という。)とは異なる部分を中心に説明する。第2実施形態では、振幅信号を取得するための構成および方法が、第1実施形態と異なる。以下の説明において、第1実施形態と共通する要素については、同一の符号が付され、その説明は省略される。
●モータ軸受摩耗監視装置(2)の構成
図16は、本装置の別の実施の形態(第2実施形態)を示す機能ブロック図である。
本装置5Aは、8つの検出コイルC1~C8、接続部50、信号処理回路52c,52d,52e,52f、A/D変換器54A、制御部55A、記憶部56A、表示部57、D/A変換器58、およびオフセット処理部59を備える。A/D変換器54A、制御部55AおよびD/A変換器58は、例えば、マイクロコンピュータで構成されている。
検出コイルC1,C3は一組のラジアル検出コイルを構成し、それぞれの検出信号が打ち消し合うように接続されている。検出コイルC5,C7は他の一組のラジアル検出コイルを構成し、それぞれの検出信号が打ち消し合うように接続されている。そのため、検出コイルC1,C3の合成信号(C1C3)は、検出コイルC1,C3それぞれの検出信号の差分(第1差分)を示す。同差分により、ロータ36のフロント側のラジアル方向の変位量が検出される。すなわち、同差分は、軸受32のラジアル方向の摩耗量を示し、同差分の値は電圧値で表される。また、検出コイルC5,C7の合成信号(C5C7)は、検出コイルC5,C7それぞれの検出信号の差分(第1差分)を示す。同差分により、ロータ36のリア側のラジアル方向の変位量が検出される。すなわち、同差分は、軸受33のラジアル方向の摩耗量を示し、同差分の値は電圧値で表される。
信号処理回路52e,52fは、例えば、フィルタ回路、整流回路、および積分回路により構成されている。フィルタ回路は、高調波成分を通過させる通過帯域(例えば、数100Hz~2kHz)を有するバンドパスフィルタである。信号処理回路52eは検出コイルC1,C3に接続され、信号処理回路52fは検出コイルC5,C7に接続されている。信号処理回路52c,52dは、対応する合成信号(C1C3,C5C7)に所定の信号処理(フィルタ処理、整流、AC-DC変換)を実行して、合成信号(C1C3,C5C7)を交流から直流に変換する。
A/D変換器54Aは、信号処理回路52c~52f、およびオフセット処理部59に接続され、それぞれから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、制御部55Aに出力する。
制御部55Aは、本装置5A全体の動作を制御する。制御部55Aは、例えば、CPU55aなどのプロセッサ、CPU55aの作業領域として機能するRAM55bなどの揮発性メモリ、および、本プログラムや他の制御プログラムなどの各種情報を記憶するROM55cなどの不揮発性メモリ、により構成されている。制御部55Aは、摩耗量検出部550、表示制御部552、信号生成部553、補正部554を備える。
制御部55Aでは、本プログラムが動作して、本プログラムが本装置5Aのハードウェア資源と協働して、後述する各方法を実現している。また、制御部55Aを構成しているプロセッサ(CPU55a)に本プログラムを実行させることにより、本プログラムは同プロセッサを摩耗量検出部550、表示制御部552、信号生成部553、および補正部554として機能させて、同プロセッサに本方法を実行させることができる。
信号生成部553は、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)とに基づいて、振幅信号を生成する。信号生成部553の具体的な動作は、後述される。
補正部554は、信号生成部553からの振幅信号に基づいて、合成信号(C1C3,C5C7)の電圧値(差分値)、および、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)との差分値、を駆動条件に応じて補正する。補正部554の具体的な動作は、後述される。
記憶部56Aは、本装置5Aの動作に必要な情報(例えば、基準調整データ、後述する重み係数など)を記憶する。記憶部56Aは、例えば、EEPROMやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。
●キャンドモータポンプ(モータ軸受摩耗監視装置(2))の動作
次に、キャンドモータポンプ1の動作について、本装置5Aの動作を中心に以下に説明する。以下の説明において、図1~図3、および図16は、適宜参照される。
キャンドモータポンプ1の動作中、本装置5Aは、第1実施形態の補正処理(S1)および摩耗量検出処理(S2)に代えて、補正情報取得処理(S3)および摩耗量検出処理(S4)を定期的(例えば、1secごと)に繰り返し実行している。本実施の形態において、補正情報取得処理(S3)および摩耗量検出処理(S4)は、本方法の一例である。
●補正情報取得処理
図17は、補正情報取得処理(S3)の一例を示すフローチャートである。
「補正情報取得処理(S3)」は、キャンドモータポンプ1の動作中、本装置5Aが振幅情報を取得し、振幅情報に基づいて補正情報を取得・更新する処理である。本装置5Aは、電源投入後に、記憶部56Aから基準調整データおよび重み係数を読み出し、RAM55bに記憶している。このとき、基準調整データの各パラメータは、調整データの初期パラメータとして記憶されている。重み係数は、キャンドモータポンプ1の機種ごとに予め設定されている機種固有のプリセット値である。重み係数の詳細は、後述される。
先ず、信号生成部553は、合成信号(C2C4)および合成信号(C6C8)を取得する(S31)。前述のとおり、取得された各合成信号(C2C4,C6C8)は、直流のデジタル信号である。
次いで、信号生成部553は、各合成信号(C2C4,C6C8)それぞれに重み付けを行い、重み付けされた合成信号(C2C4,C6C8)同士を加算することにより振幅信号を生成する(S32)。重み付けは、各合成信号(C2C4,C6C8)の電圧値に重み係数を乗算することにより行われる。
図18は、信号生成部553による重み付けを説明する模式図であり、(a)は重み付け前の状態を示し、(b)は重み付け後の状態を示している。
同図の縦軸は信号レベル(電圧)を示し、横軸はロータ36のスラスト方向の変位量(軸受32,33の摩耗量)を示している。同図(b)は、説明の便宜上、重み付け前の状態を細線で示している。同図は、説明の便宜上、電圧値の変化を強調して示している。
前述のとおり、合成信号(C2C4,C6C8)の電圧値は、ロータ36のスラスト方向の一方向側の変位に対して曲線状に低下し、他方向側の変位に対してはほぼ一定となる。そして、この曲線状の変化は、ロータ36のスラスト方向の変位情報を示している。そのため、単に、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)とが加算されると、その加算信号には、ロータ36のスラスト方向の変位情報が含まれることとなる。その結果、図18(a)に示されるとおり、ロータ36の位置に対する加算信号の電圧値の変化(一点鎖線)は、やや上に凸の山状(曲線状)になり、一定にならない。また、ロータ36の変位に対するフロント側の検出コイルC2,C4およびリア側の検出コイルC6,C8の検出感度(電圧値の変化)は、キャンドモータポンプ1の機種ごとに定まる初期位置および磁気回路の影響を受ける。そのため、検出コイルC2,C4の検出感度は、検出コイルC6,C8の検出感度と異なり得る。したがって、図18(a)に示されるとおり、合成信号(C2C4)の変化が合成信号(C6C8)の変化よりも大きくなる状態もあり得る。この場合、同図(a)に示されるとおり、加算信号の電圧値は、曲線状、かつ、フロント-リア方向において右上がりに傾斜するように変化する。前述の「重み付け係数」は、この磁束変化に基づく電圧値の変化(変位情報)を打ち消すように各合成信号(C2C4,C6C8)の電圧値に掛け合わされる係数である。すなわち、重み付けは、各合成信号(C2C4,C6C8)の電圧値の曲線状の変化(および傾斜するような変化)を打ち消す(小さくする)ように行われる。重み付け係数は、例えば、「1.0」または「1.0」未満の小数(0を除く:例えば、図18の例では、合成信号(C2C4)に対して0.5、合成信号(C6C8)に対して1.0)に設定されている。この場合、重み係数が小さい(0に近づく)ほど、重み付け後の電圧値の変化は小さくなる。したがって、例えば、合成信号(C2C4)の電圧値の変化が合成信号(C6C8)の変化よりも小さいとき、合成信号(C2C4)に対する重み係数の値は、合成信号(C6C8)に対する重み係数の値より大きく(1.0に近い値に)設定される。また、例えば、両変化がほぼ同じとき、両重み係数の値は、同じ値に設定される。さらに、例えば、加算信号の電圧値の変化が傾斜しているとき、同傾斜への寄与が大きい側に対する重み係数の値は、同傾斜への寄与が小さい側に対する重み係数の値より小さく(0に近い値に)設定される。重み付けの結果、図18(b)に示されるとおり、「1.0」未満の重み付けをされた合成信号(C2C4)において電圧値の変化(すなわち、変位情報)は小さくなり、その電圧値の変化はロータ36の位置に依らずほぼ一定になるように(線形に近づくように)補正されている。そのため、加算信号の電圧値の曲線状および傾斜するような変化も小さくなり、その変化はほぼ一定となる。このように重み付け係数が設定されることにより、各合成信号(C2C4,C6C8)の電圧値の変化は小さくなり、曲線状の変化(傾斜するような変化)も小さくなる。重み付け係数は、例えば、所定の基準駆動条件において、キャンドモータポンプ1の出荷前に予め測定され、記憶部56に記憶されている。
なお、本発明において、重み付けは、変位情報を打ち消すような関数を用いて実行されていてもよい。この場合、記憶部56は、重み付け係数に代えて関数を記憶している。
また、本発明において、フロント側の合成信号(C2C4)の重み係数は、リア側の合成信号(C6C8)の重み係数と異なっていてもよく、あるいは、同じであってもよい。
図17に戻る。
次いで、補正部554は、振幅信号に基づいて、現振幅情報(すなわち、電圧値)を取得する(S33)。
次いで、補正部554は、記憶済振幅情報を読み出し、取得された現振幅情報と記憶済振幅情報とを比較する(S34)。
取得された現振幅情報が記憶済振幅情報と一致するとき(S34の「Y」)、本装置5Aは、補正情報取得処理(S3)を終了する。
一方、取得された現振幅情報が記憶済振幅情報と一致しないとき(S34の「N」)、補正部554は、取得された現振幅情報によりRAM55bに記憶されている記憶済振幅情報を書き換える(S35)。すなわち、新たな振幅情報が記憶済振幅情報としてRAM55bに記憶される。
次いで、補正部554は、記憶部56Aから基準振幅情報を読み出すと共に、RAM55bから記憶済振幅情報を読み出す(S36)。
次いで、補正部554は、基準振幅情報と記憶済振幅情報とに基づいて、補正値を算出する(S37)。補正値の算出方法は、第1実施形態の補正処理(S1)と共通する。
次いで、補正部554は、算出された補正値により、RAM55bに記憶されている補正情報を書き換える(S38)。すなわち、新たな補正情報がRAM55bに記憶される。
●摩耗量検出処理
図19は、摩耗量検出処理(S4)の一例を示すフローチャートである。
「摩耗量検出処理(S4)」は、各合成信号(C1C3,C5C7,C2C4,C6C8)に基づいて、軸受32,33の摩耗量を検出する処理である。第1実施形態における摩耗量検出処理(S2)とは、補正値により差分値(電圧値)を補正する点が異なる。
合成信号(C1C3,C5C7)、オフセット後の合成信号(C2C4)、合成信号(C6C8)、および絶対値は、A/D変換器54Aにおいてアナログ信号からデジタル信号に変換され、制御部55(補正部554)に入力される。
摩耗量検出処理(S4)において、摩耗量検出部550は、ラジアル方向の補正処理(S41)およびラジアル方向の摩耗量検出処理(S42)と、スラスト方向の補正処理(S43)およびスラスト方向の摩耗量検出処理(S44)と、を個別に実行している。
ラジアル方向の補正処理(S41)では、補正部554は、補正情報(補正値)をRAM55bから読み出し(S411)、取得された合成信号(C1C3,C5C7)の電圧値(差分値)に補正値の逆数を乗算することにより、各合成信号(C1C3,C5C7)の電圧値を補正する(S412)。補正後の電圧値は、摩耗量検出部550に入力される。次いで、ラジアル方向の摩耗量の検出処理(S42)では、摩耗量検出部550は、RAM55bに記憶されているラジアル方向の対応関係情報を読み出し(S421)、同対応関係情報および補正後の合成信号(C1C3)の電圧値に基づいて軸受32の摩耗量を検出する(S422)。同様に、摩耗量検出部550は、RAM55bに記憶されているラジアル方向の対応関係情報を読み出し(S423)、同対応関係情報および補正後の合成信号(C5C7)の電圧値に基づいて軸受33の摩耗量を検出する(S424)。次いで、摩耗量検出部550は、両摩耗量を比較して、摩耗量の大きい方をラジアル方向の摩耗量として選択する(S425)。検出された摩耗量は、ログ情報として、例えば、記憶部56Aに記憶される。ここで、本実施の形態では、ラジアル方向の対応関係情報は補正されないため、そのパラメータは、初期パラメータ(ラジアル方向の基準対応関係情報のパラメータ)である。
スラスト方向の補正処理(S43)では、補正部554は、補正情報をRAM55bから読み出し(S431)、取得された差分値(絶対値)に補正値の逆数を乗算することにより、差分値を補正する(S432)。補正後の差分値は摩耗量検出部550に入力される。次いで、スラスト方向の摩耗量の検出処理(S44)では、摩耗量検出部550は、RMA55bに記憶されているスラスト方向の対応関係情報を読み出し(S441)、同対応関係情報および補正後の差分値に基づいて軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を検出する(S442)。このとき、摩耗量検出部550は、オフセット後の合成信号(C2C4)、および合成信号(C6C8)の電圧値の大小関係に基づいて、摩耗の方向がフロント側かリア側かを特定する。検出された摩耗量は、ログ情報として、例えば、記憶部56Aに記憶される。ここで、本実施の形態では、スラスト方向の対応関係情報は補正されないため、そのパラメータは、初期パラメータ(スラスト方向の基準対応関係情報のパラメータ)である。
図20は、補正部554による補正の一例を説明する模式図である。
同図は、スラスト方向の補正処理(S43)を示す。同図の縦軸は差分値(電圧値)を示し、横軸は軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を示す。同図の実線は、スラスト方向の対応関係情報(基準対応関係情報)を示す。同図は、補正値が「a」のとき、差分値「V01」に補正値の逆数「1/a」が乗算されることにより、摩耗量「a2%」に対応する差分値が「V01」から「V1」に補正されていることを示す。また、同図は、補正値が「b」のとき、差分値「V02」に補正値の逆数「1/b」が乗算されることにより、摩耗量「a2%」に対応する差分値が「V02」から「V1」に補正されていることを示す。このように、補正部554は、差分値をスラスト方向の対応関係情報(基準対応関係情報)を示す実線上に移動させる。その結果、摩耗量検出部550は、スラスト方向の対応関係情報に基づいて、動作条件に応じた正しい摩耗量を検出できる。
次いで、表示制御部552は、検出された摩耗量に基づいて、表示部57の表示態様を決定し、決定された表示態様で表示部57に表示させる(S45)。
このように、摩耗量検出処理(S4)では、補正情報取得処理(S3)において取得された補正情報(補正値)が用いられ、差分値がスラスト方向およびラジアル方向の基準対応関係情報に合うように補正されている。そのため、摩耗量検出部550は、スラスト方向およびラジアル方向の基準対応関係情報に基づいて、駆動条件に応じた正しい摩耗量を検出できる。すなわち、本装置5Aは、駆動条件が変更されても、摩耗量の検出精度を維持できる。
●まとめ(2)
以上説明した実施の形態によれば、複数の検出コイルC1~C8それぞれは、ステータ37に対するロータ36の機械的な位置変化に対応する磁束変化を示す検出信号を出力し、ラジアル方向における磁束変化を検出する複数の検出コイルC1,C3,C5,C7と、スラスト方向における磁束変化を検出する複数の検出コイルC2,C4,C6,C8と、を含む。検出信号は、モータ部3の駆動周波数に基づく基本波成分を含む。本装置5Aは、RAM55b、摩耗量検出部550、信号生成部553、補正部554、および記憶部56Aを備える。RAM55bは、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を記憶している。摩耗量検出部550は、一組となる検出コイルC1,C3,C5,C7それぞれの検出信号同士の差分(第1差分)に基づいて軸受32,33のラジアル方向の摩耗量を検出し、一組となる検出コイルC2,C4それぞれの合成信号(C2C4)と他の一組となる検出コイルC6,C8それぞれの合成信号(C6C8)との差分(第2差分)に基づいて軸受32,33のスラスト方向の摩耗量を検出する。信号生成部553は、差分(第2差分)の算出(生成)に用いられる合成信号(C2C4,C6C8)それぞれに対して、ロータ36のスラスト方向の位置変化を示す情報を打ち消すような重み付けを行い、重み付けされた合成信号(C2C4,C6C8)同士を加算することにより、振幅信号を生成する。補正部554は、振幅信号に基づいて、各差分(第1差分、第2差分:電圧値)を駆動条件(駆動周波数、駆動電圧)に応じて補正する。この構成によれば、本装置5Aは、振幅信号において、変位情報をほぼ打ち消すことができ、駆動条件の増減に比例して増減する基本波成分の振幅(信号レベル)を主として含ませることができる。その結果、補正部554は、変位情報の影響を殆ど受けることなく、各差分値(電圧値)を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置5Aは、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
なお、以上説明した第2実施形態において、信号生成部553は、2つの合成信号(C2C4,C6C8)の和ではなく、平均を振幅信号として生成していてもよい。
また、以上説明した第2実施形態において、補正部554は、ロータ36の位置に対する合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)との加算信号の電圧値の変化は、約7~10%程度である。そのため、補正部554が各合成信号(C2C4,C6C8)に重み付けを行うことなく振幅信号を生成しても、変位情報の補正値への影響は限定的となり得る。したがって、補正部554は、各合成信号(C2C4,C6C8)に重み付けを行うことなく、振幅信号を生成していてもよい。この構成では、振幅信号において変位情報の影響は第2実施形態よりも残るため、スラスト方向の摩耗が進行すると摩耗量の検出精度が若干低下する。しかしながら、前述のとおり、加算信号の変化は山状であるため、検出精度は、摩耗量をやや敏感に検出する方向に低下する。そのため、本装置5Aは、軸受32,33の摩耗量の監視装置としての機能を十分に果たすことができる。したがって、この構成であっても、本装置5Aは、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を本装置5Aに必要なレベルで維持できる。
●その他の実施形態●
なお、以上説明した第1実施形態では、補正部551は、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を補正していた。これに代えて、補正部551は、第2実施形態の補正部554と同様に、合成信号(C1C3,C5C7)、および、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)の差分値を補正していてもよい。
また、以上説明した第2実施形態では、補正部554は、合成信号(C1C3,C5C7)、および、合成信号(C2C4)と合成信号(C6C8)の差分値を補正していた。これに代えて、補正部554は、第1実施形態の補正部551と同様に、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を補正していてもよい。
さらにまた、以上説明した第1実施形態の補正処理(S1)および第2実施形態の補正情報生成処理(S3)において、補正部551は、取得された現振幅情報と記憶済振幅情報とを比較することなく、常に記憶済振幅情報を書き換えていてもよい。
さらにまた、以上説明した各実施形態において、ロータ36の初期位置は、製造誤差、位置公差などにより、スラスト方向におけるロータ36の中心がステータ37の中心と一致していなくてもよい。すなわち、例えば、初期位置において、ロータ36は、ステータ37に対してスラスト方向にずれて配置されていてもよい。
さらにまた、以上説明した各実施形態において、本発明が実施可能であれば、検出コイルC1~C8の数は「8」に限定されない。
さらにまた、以上説明した各実施形態において、基準調整データは、記憶部56,56Aではなく、制御部55,55Aを構成するROM55cに本プログラムと共に予め記憶されていてもよい。この場合、ROM55cは、本発明における記憶部としても機能する。
さらにまた、以上説明した各実施形態において、制御部55,55Aは、CPU55aに代えて、DSP(Digital Signal Processor)やMPU(Micro Processing Unit)などのプロセッサにより構成されていてもよい。
さらにまた、以上説明した各実施形態において、本方法は、制御部55,55Aにより実行されていた。これに代えて、本方法の一部(例えば、摩耗量検出処理(S2))は、本装置5,5Aに接続されている外部装置(例えば、コンピュータなど)により実行されていてもよい。
さらにまた、以上説明した各実施形態において、RAM55bに記憶されている情報の一部または全部は、記憶部56,56Aに記憶されていてもよい。
さらにまた、以上説明した各実施形態において、補正部551,554は、振幅情報である振幅信号の電圧値に対する基準振幅情報である基準振幅信号の電圧値の比を補正値として算出していてもよい。この場合、例えば、各対応関係情報の各パラメータ(例えば、フロント値、リア値、ラジアル値)には補正値の逆数が乗算され、差分値には補正値が乗算される。
●本発明の実施態様●
次に、以上説明した各実施形態から把握される本発明の実施態様について、各実施形態において記載された用語と符号とを援用しつつ、以下に記載する。
本発明の第1の実施態様は、キャンドモータポンプ(例えば、キャンドモータポンプ1)のモータ(例えば、モータ部3)のステータ(例えば、ステータ37)に対するロータ(例えば、ロータ36)の機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイル(例えば、検出コイルC1~C8)を用いて検出することにより、前記ロータの回転軸(例えば、回転軸31)を支持する軸受(例えば、軸受32,33)の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置(例えば、本装置5,5A)であって、複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、前記回転軸のラジアル方向における前記磁束変化を検出する複数のラジアル検出コイル(例えば、検出コイルC1,C3,C5,C7)と、前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイル(例えば、C2,C4,C6,C8)と、を含み、前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部(例えば、RAM55b、記憶部56,56A)と、複数の前記ラジアル検出コイルのうち、一組となる前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号同士の第1差分に基づいて前記軸受の前記ラジアル方向の前記摩耗量を検出し、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイル(例えば、検出コイルC2,C4)それぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号(例えば、合成信号(C2C4))と他の一組となる前記スラスト検出コイル(例えば、検出コイルC6,C8)それぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号(例えば、合成信号(C6C8))との第2差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出部(例えば、摩耗量検出部550)と、前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号または前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成部(例えば、信号生成部53,553)と、前記振幅信号に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値(例えば、差分値)または前記対応関係情報(例えば、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報)を前記駆動周波数に応じて補正する補正部(例えば、補正部551,554)と、を有してなる、モータ軸受摩耗監視装置である。
この構成によれば、本装置は、変位情報の影響を受けることなく、差分値(電圧値)またはスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
本発明の第2の実施態様は、第1の実施態様において、前記信号生成部(例えば、信号生成部53)は、前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号それぞれを加算することにより、前記振幅信号を生成する、モータ軸受摩耗監視装置(例えば、本装置5)である。
この構成によれば、本装置は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
本発明の第3の実施態様は、第2の実施態様において、前記信号生成部は、全ての前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号を加算する、モータ軸受摩耗監視装置である。
この構成によれば、本装置は、変位情報の影響を全く受けることなく、スラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。
本発明の第4の実施態様は、第1の実施態様において、前記信号生成部(例えば、信号生成部553)は、前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号それぞれに対して、前記スラスト方向における前記ロータの前記位置変化を示す情報を打ち消すような重み付けを行い、重み付けされた前記合成信号同士を加算することにより、前記振幅信号を生成する、モータ軸受摩耗監視装置(例えば、本装置5A)である。
この構成によれば、本装置は、変位情報の影響を殆ど受けることなく、差分値(電圧値)またはスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
本発明の第5の実施態様は、第1乃至第4の実施態様のいずれかにおいて、前記記憶部は、前記モータが所定の基準周波数で動作したときにおける前記基本波成分の振幅を示す基準振幅情報を記憶し、前記補正部は、前記振幅信号に基づいて取得される振幅(例えば、振幅信号の信号レベル:電圧値)と、前記基準振幅情報に基づいて取得される振幅(例えば、基準振幅信号の信号レベル:電圧値)と、の比に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値または前記対応関係情報を補正する、モータ軸受摩耗監視装置である。
この構成によれば、本装置は、駆動条件の増減に比例する補正値を取得できる。その結果、本装置は、差分値(電圧値)またはスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件の変更に応じて補正できる。
本発明の第6の実施態様は、キャンドモータポンプ(例えば、キャンドモータポンプ1)のモータ(例えば、モータ部3)のステータ(例えば、ステータ37)に対するロータ(例えば、ロータ36)の機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイル(例えば、検出コイルC1~C8)を用いて検出することにより、前記ロータの回転軸(例えば、回転軸31)を支持する軸受(例えば、軸受32,33)の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置(例えば、本装置5,5A)の補正方法であって、複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、前記回転軸のラジアル方向における前記磁束変化を検出する複数のラジアル検出コイル(例えば、検出コイルC1,C3,C5,C7)と、前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイル(例えば、C2,C4,C6,C8)と、を含み、前記モータ軸受摩耗監視装置は、前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部(例えば、RAM55b)、を備え、複数の前記ラジアル検出コイルのうち、一組となる前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号同士の第1差分に基づいて前記軸受の前記ラジアル方向の前記摩耗量を検出し、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイル(例えば、検出コイルC2,C4)それぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号(例えば、合成信号(C2C4))と他の一組となる前記スラスト検出コイル(例えば、検出コイルC6,C8)それぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号(例えば、合成信号(C6C8))との第2差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出ステップ(例えば、摩耗量検出処理(S2,S4))と、前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号または前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成ステップ(例えば、補正処理(S1),補正情報取得処理(S3))と、前記振幅信号に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正ステップ(例えば、補正処理(S1)、摩耗量検出処理(S4))と、を含む、モータ軸受摩耗監視装置の補正方法である。
この構成によれば、本装置は、変位情報の影響を受けることなく、差分値(電圧値)またはスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
本発明の第7の実施態様は、キャンドモータポンプ(例えば、キャンドモータポンプ1)のモータ(例えば、モータ部3)のステータ(例えば、ステータ37)に対するロータ(例えば、ロータ36)の機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイル(例えば、検出コイルC1~C8)を用いて検出することにより、前記ロータの回転軸(例えば、回転軸31)を支持する軸受(例えば、軸受32,33)の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置(例えば、本装置5A)が備えるプロセッサ(例えば、CPU55a)により実行される補正プログラムであって、複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイル(例えば、C2,C4,C6,C8)を含み、前記検出信号は、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含み、前記モータ軸受摩耗監視装置は、前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部(例えば、RAM55b、記憶部56A)、を備え、前記プロセッサを、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイル(例えば、検出コイルC2,C4)それぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号(例えば、合成信号(C2C4))と他の一組となる前記スラスト検出コイル(例えば、検出コイルC6,C8)それぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号(例えば、合成信号(C6C8))との第2差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出部(例えば、摩耗量検出部550)、前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成部(例えば、信号生成部553)、および、前記振幅信号に基づいて、前記第2差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正部(例えば、補正部554)、として機能させる、補正プログラムである。
この構成によれば、本装置は、変位情報の影響を殆ど受けることなく、差分値(電圧値)またはスラスト方向およびラジアル方向の対応関係情報を駆動条件に応じて補正できる。したがって、本装置は、駆動条件が変更されても、人的な機械操作を介在させることなく、摩耗量の検出精度を維持できる。
1 キャンドモータポンプ
3 モータ部
31 回転軸
32 軸受
33 軸受
36 ロータ
37 ステータ
5 モータ軸受摩耗監視装置
53 信号生成部
55b RAM(記憶部)
550 摩耗量検出部
551 補正部
56 記憶部
5A モータ軸受摩耗監視装置
553 信号生成部
554 補正部
56A 記憶部
C1~C8 検出コイル

Claims (7)

  1. キャンドモータポンプのモータのステータに対するロータの機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイルを用いて検出することにより、前記ロータの回転軸を支持する軸受の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置であって、
    複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、
    前記回転軸のラジアル方向における前記磁束変化を検出する複数のラジアル検出コイルと、
    前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイルと、
    を含み、
    前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部と、
    複数の前記ラジアル検出コイルのうち、一組となる前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号同士の第1差分に基づいて前記軸受の前記ラジアル方向の前記摩耗量を検出し、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号と他の一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号との第2差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出部と、
    前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号または前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成部と、
    前記振幅信号に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正部と、
    を有してなる、
    モータ軸受摩耗監視装置。
  2. 前記信号生成部は、前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号それぞれを加算することにより、前記振幅信号を生成する、
    請求項1に記載のモータ軸受摩耗監視装置。
  3. 前記信号生成部は、全ての前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号を加算する、
    請求項2に記載のモータ軸受摩耗監視装置。
  4. 前記信号生成部は、前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号それぞれに対して、前記スラスト方向における前記軸受の摩耗に基づく前記磁束変化を打ち消すような重み付けを行い、重み付けされた前記合成信号同士を加算することにより、前記振幅信号を生成する、
    請求項1に記載のモータ軸受摩耗監視装置。
  5. 前記記憶部は、前記モータが所定の基準周波数で動作したときにおける前記基本波成分の振幅を示す基準振幅情報を記憶し、
    前記補正部は、前記振幅信号に基づいて取得される振幅と、前記基準振幅情報に基づいて取得される振幅と、の比に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値または前記対応関係情報を補正する、
    請求項1乃至4のいずれかに記載のモータ軸受摩耗監視装置。
  6. キャンドモータポンプのモータのステータに対するロータの機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイルを用いて検出することにより、前記ロータの回転軸を支持する軸受の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置により実行される補正方法であって、
    複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、
    前記回転軸のラジアル方向における前記磁束変化を検出する複数のラジアル検出コイルと、
    前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイルと、
    を含み、
    前記モータ軸受摩耗監視装置は、
    前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部と、
    複数の前記ラジアル検出コイルのうち、一組となる前記ラジアル検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号同士の第1差分に基づいて前記軸受の前記ラジアル方向の前記摩耗量を検出し、複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号と他の一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号との第2差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出部と、
    を備え、
    前記モータ軸受摩耗監視装置が、
    前記第1差分の生成に用いられる前記検出信号または前記第2差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成ステップと、
    前記振幅信号に基づいて、前記第1差分および前記第2差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正ステップと、
    を含む、
    モータ軸受摩耗監視装置の補正方法。
  7. キャンドモータポンプのモータのステータに対するロータの機械的な位置変化に対応する磁束変化を、前記ステータに取り付けられた複数の検出コイルを用いて検出することにより、前記ロータの回転軸を支持する軸受の摩耗状態を監視するモータ軸受摩耗監視装置が備えるプロセッサにより実行される補正プログラムであって、
    複数の前記検出コイルそれぞれは、前記磁束変化を示し、前記モータの駆動周波数に基づく基本波成分を含む検出信号を出力し、前記回転軸のスラスト方向における前記磁束変化を検出する複数のスラスト検出コイルを含み、
    前記モータ軸受摩耗監視装置は、
    前記軸受の摩耗量と前記摩耗量に対応する電圧値との対応関係情報を記憶する記憶部と、
    複数の前記スラスト検出コイルのうち、一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号と他の一組となる前記スラスト検出コイルそれぞれから出力された前記検出信号が合成された合成信号との差分に基づいて前記軸受の前記スラスト方向の前記摩耗量を検出する摩耗量検出部と、
    を備え、
    前記プロセッサを、
    前記差分の生成に用いられる前記合成信号に基づいて、前記基本波成分の振幅を示す振幅信号を生成する信号生成部、および、
    前記振幅信号に基づいて、前記差分の値または前記対応関係情報を前記駆動周波数に応じて補正する補正部、
    として機能させる、
    補正プログラム。
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