JP7502655B2 - 劣化検出装置 - Google Patents

Description

本開示は、劣化検出装置に関する。

従来、油圧ユニットとしては、ポンプと、このポンプを駆動するモータとを備えたものがある（例えば特許第４２５０７９７号公報（特許文献１）参照）。

上記ポンプとしては、モータからの回転力をスプライン軸で受けるものがある。このスプライン軸を有するポンプを使用する場合、モータには、スプライン軸が挿入されるスプライン穴が形成される。

上記スプライン軸を有するモータを長年使用し続けると、スプライン軸またはスプライン穴で摩耗等の劣化が進行して、最悪、スプライン軸の歯などが摩滅してしまう。こうなると、上記モータを備える油圧ユニットが停止してしまうため、スプライン軸およびスプライン穴の定期的な点検は必須となる。

特許第４２５０７９７号公報

上記スプライン軸およびスプライン穴の点検時、スプライン軸およびスプライン穴の状態を目視で確認する。このため、上記点検では、油圧ユニットを停止させた後、スプライン穴からスプライン軸を引き抜かないといけないが、ポンプの重量は数十ｋｇであるため、点検作業の負荷は大きいという問題があった。

本開示の課題は、モータおよびポンプの点検作業に係る負荷を低減できる劣化検出装置を提供することにある。

本開示の一態様に係る劣化検出装置は、
ロータと、上記ロータの回転力を出力する出力部とを有するモータと、
上記ロータの回転力を受ける入力部を有するポンプと、
上記ロータの回転角を検出すると共に、上記ロータの回転角を示す回転角信号を送出する回転角センサと、
上記回転角信号が入力され、上記モータを制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、上記ポンプを駆動しないように上記ロータを正逆方向に回転させたとき、上記回転角信号を用いて、上記ロータの正方向の実回転量と、上記ロータの逆方向の実回転量とを算出する。

上記構成によれば、上記ロータがポンプを駆動しないように正逆方向に回転したとき、ロータの正逆方向の実回転量が算出される。したがって、上記ロータの正逆方向の実回転量に基づいて、モータの出力部とポンプの入力部とにおける劣化の進行状況を把握することができる。したがって、上記モータおよびポンプの点検作業に係る負荷を低減することができる。

一実施形態の劣化検出装置では、
上記ロータの正逆方向の回転は複数回行われて、上記ロータの正方向の実回転量が複数算出されると共に、上記ロータの逆方向の実回転量が複数算出される。

上記実施形態によれば、上記ロータの複数の正方向の実回転量と、ロータの複数の逆方向の実回転量とが算出されるので、この複数の正逆方向の実回転量に基づいて、モータの出力部とポンプの入力部とにおける劣化の進行状況を正確に把握することができる。

一実施形態の劣化検出装置では、
上記ロータの正逆方向の回転が行われた後、上記ロータの正逆方向の回転が行われたとき、前の上記ロータの正逆向の回転のときよりも、後の上記ロータの正逆方向の回転のときの方が、上記モータに供給される電流が高くなる。

上記実施形態によれば、上記前のロータの正逆方向の回転のときよりも、後のロータの正逆方向の回転のときの方が、モータに供給される電流が高くなるので、ロータが回転しないリスクを下げることができる。

一実施形態の劣化検出装置では、
上記モータの出力部は、上記ロータの入力部にスプライン結合している。

上記実施形態によれば、上記モータの出力部はロータの入力部にスプライン結合するので、モータの出力部とロータの入力部との間における動力の伝達効率を高めることができる。

本開示の一実施形態の劣化検出装置を説明するための模式図である。 上記劣化検出装置のモータおよびポンプの断面図である。 図２の一部の拡大図である。 上記劣化検出装置の制御に関するフローチャートである。 図４Ａに続くフローチャートである。 上記モータへの供給電流とのロータの実回転量との関係を示すグラフである。 正常状態を説明するための模式断面図である。 異常状態を説明するための模式断面図である。

以下、本開示の油圧ユニットを図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本開示の一実施形態の劣化検出装置を説明するための模式図である。

上記劣化検出装置は、モータ１と、このモータ１に取り付けられたポンプ２と、モータ１に搭載された回転角センサ３と、モータ１を制御するコントローラ４と、ノートパソコン５とを備えている。なお、コントローラ４は制御部の一例です。

回転角センサ３は、例えば磁気式エンコーダであって、モータ１のロータ１２（図２に示す）の回転角を検出すると共に、その回転角を示す回転角信号をコントローラ４に送出する。

コントローラ４は、マイクロコンピュータ、入出力回路などからなって、モータ1を制御する。このコントローラ４は、回転角センサ３からの回転角信号を受信する。また、コントローラ４には劣化検出ソフト４１がインストールされている。

ノートパソコン５は、例えば液晶ディスプレイなどで構成された表示部５１と、複数のキーで構成された入力部５２とを備えている。表示部５１は、コントローラ４からの信号が示す情報を表示する。

また、ユーザは、ノートパソコン５の入力部５２を操作して、劣化検出ソフト４１を立ち上げる。

図２は、モータ１およびポンプ２の概略断面図である。

モータ１は、ケーシング１１と、このケーシング１１内に回転可能に配置されたロータ１２と、ケーシング１１内に回転不可能に配置されたステータ１３と、ロータ１２に固定された出力軸１４とを備えている。なお、出力軸１４は出力部の一例である。

ケーシング１１は、第１端板１１１と、この第１端板１１１よりもポンプ２から遠くに配置された第２端板１１２と、筒部１１３とを有している。

第１端板１１１は、複数のボルト（図示せず）を使用して、筒部１１３の軸方向の一端部（ポンプ２側の端部）に固定される。この第１端板１１１の中央部には貫通穴１１１ａが設けられ、出力軸１４の一端部が貫通穴１１１ａに挿入されている。また、貫通穴１１１ａの内周面には、出力軸１４の一端部を回転可能に支持する第１軸受１５が取り付けられている。

第２端板１１２は、第１端板１１１と同様に、筒部１１３の軸方向の他端部（ポンプ２側とは反対側の端部）に複数のボルトで固定されている。この第２端板１１２には第２軸受１６が取り付けられており、出力軸１４の他端部が第２軸受１６で回転可能に支持されている。

筒部１１３は、ロータ１２およびステータ１３を収容する。この筒部１１３の軸方向の長さは、ロータ１２の軸方向の長さよりも長いが、出力軸１４より短くなっている。

ロータ１２は、例えば、積層された複数の電磁鋼板と複数の永久磁石となどを使用して製造される。このロータ１２とステータ１３との間には所定の隙間が全周にわたって設けられている。

ステータ１３は、ロータ１２を取り囲むステータコア１３１と、このステータコア１３１に分布巻きされたコイル１３２とを有する。このステータコア１３１は、ケーシング１１の筒部１１３の内周面に固定されている。また、コイル１３２には、コントローラ４によって制御された電流が供給される。

出力軸１４は、ロータ１２と一体に回転して、ロータ１２の回転力を出力する。この出力軸１４は、ロータ１２を軸方向に貫通する貫通穴１２ａに挿し通され、一端部がロータ１２の軸方向の一端面から突出すると共に、他端部がロータ１２の軸方向の他端面から突出している。

図３は、図２の一部（モータ１とポンプ２との結合部およびその周辺部）の拡大図である。

ポンプ２は、モータ１の出力軸１４にスプライン結合する入力軸２１を備えている。この入力軸２１が回転することにより、ポンプ２からアクチュエータ（図示せず）へ作動油が供給される。なお、入力軸２１は入力部の一例である。

より詳しく説明すると、出力軸１４のポンプ２側の端面には、入力軸２１のモータ１側の端部が挿入されるモータ穴１４ａが形成されている。このモータ穴１４ａの内周面には、出力軸１４の軸方向に沿って延びる内歯スプライン１４１が設けられている。一方、入力軸２１の外周面には、入力軸２１の軸方向に沿って延びる外歯スプライン２１１が設けられている。この外歯スプライン２１１が内歯スプライン１４１に噛み合う。

以下、図４Ａ，図４Ｂのフローチャートを用いて、内歯スプライン１４１および外歯スプライン２１１の摩耗状況を診断するための制御（以下「摩耗診断制御」という。）について説明する。なお、上記摩耗診断制御は、ノートパソコン５へのユーザの操作に応じて開始する。

上記摩耗診断制御が開始すると、劣化検出ソフトが起動し、図４Ａに示すように、ステップＳ１で、コントローラ４が診断モードに設定される。

次に、ステップＳ２で、ロータ１２の位置調整を行う。より詳しくは、ロータ１２が基準位置に位置するように、ロータ１２を回転させる。

次に、ステップＳ３で、コントローラ４のメモリ（図示せず）にロータ１２の位置を記憶する。

次に、ステップＳ４，Ｓ５で、摩耗診断の回数Ｎを０に初期化した後、摩耗診断の回数Ｎを１増加させる。

次に、ステップＳ６で、モータ１への供給電流を調整するための電流指令値を設定する。この電流指令値は、所定の検査条件値Ｃに摩耗診断の回数Ｎを乗じた後、１０で除して求められる。ここで、検査条件値Ｃは、例えば、テスト運転などにおいて予め設定された値である。より詳しくは、上記テスト運転などにおいて、ロータ１２のみが回転するようにモータ１への供給電流の値を調整し、その値を検査条件値Ｃとする。なお、ロータ１２のみが回転するときは、ポンプ２の入力軸２１は回転しないが、モータ１の出力軸１４が回転するときとも言える。

次に、図４Ｂに示すように、ステップＳ７で、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍを０に初期化する。ここで、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍは、ロータ１２の正回転とロータ１２の逆回転とがそれぞれ一回行われときに１カウントされる数である。例えば、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍが２であれば、ロータ１２の正回転とロータ１２の逆回転とがそれぞれ二回行われている。

次に、ステップＳ８で、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍが２以下であるか否かを判定する。

ステップＳ８で、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍが２以下であると判定した場合、まず、ステップＳ９で、ステップＳ６の電流指令値の供給電流でモータ１を正回転させる。引き続き、ステップＳ１０で、ステップＳ６の電流指令値でモータ１を逆回転させる。そして、ステップＳ１１で、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍを１増加させた後、ステップＳ８に戻る。

ステップＳ９では、回転角センサ３からの回転角信号に基づいて、ロータ１２の正方向の実回転量が検出される。但し、上記実回転量は、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍが２であるときのみ、コントローラ４のメモリに記憶される。なお、ロータ１２の正方向の実回転量とは、ロータ１２が実際に正方向に回転した角度を意味する。

ステップＳ１０でも、ステップＳ９と同様に、ロータ１２の逆方向の実回転量が検出され、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍが２であるときのロータ１２の逆方向の実回転量をコントローラ４のメモリに記憶させる。なお、ロータ１２の逆方向の実回転量とは、ロータ１２が実際に逆方向に回転した角度を意味する。

一方、ステップＳ８で、ロータ１２の正逆回転の回数Ｍが２以下でないと判定した場合、ステップＳ１２で、摩耗診断の回数Ｎが１０であるか否かを判定する。このステップＳ１２で、摩耗診断の回数Ｎが１０であると判定すると、上記摩耗診断制御は終了するが、摩耗診断の回数Ｎが１０でないと判定すると、図４ＡのステップＳ５に戻る。

このような摩耗診断制御の終了後、ノートパソコン５の表示部５１が、摩耗診断の各回で検出されたロータ１２の実回転量を表示する。このとき、ステップＳ９でコントローラ４のメモリに記憶された実回転量と、ステップＳ１０でコントローラ４のメモリに記憶された実回転量とのうち、比較的大きい実回転量が、摩耗診断の各回で検出されたロータ１２の実回転量として使用される。

図５は、ロータ１２の実回転量とモータ１への供給電流との関係を示すグラフである。

図４Ａ，図５に示すように、ステップＳ６の設定によって、摩耗診断の回数の増加に応じて、電流指令値も増加するため、摩耗診断の１回目は、モータ１への供給電流がＸ１［Ａ］よりも小さくなり、ロータ１２が回転しない。その後、上記摩耗診断の回数がある回数になると、モータ１への供給電流が、Ｘ１［Ａ］よりも大きく、かつ、Ｘ３よりも小さいＸ２［Ａ］となり、ロータ１２のみが回転する。なお、Ｘ１［Ａ］は、ロータ１２の回転が開始すると想定した電流値であり、モータ１の個体差によってばらつく値である。また、Ｘ３［Ａ］は、ポンプ２の駆動が開示すると想定した電流値であり、ポンプ２の個体差によってばらつく値である。

このように、モータ１への供給電流をＸ２［Ａ］にして、ポンプ２を駆動しないでロータ１２を回転させたとき、内歯スプライン１４１および外歯スプライン２１１の摩耗が進んでいなくて正常であると、図６に示すように、内歯スプライン１４１と外歯スプライン２１１との周方向の隙間が狭い。その結果、図５に示すように、ロータ１２の実回転量がＹ１［度］～Ｙ２［度］の範囲内に入る。なお、上記摩耗が正常とは、内歯スプライン１４１または外歯スプライン２１１のメンテナンスを行わなくても、ポンプ２を正常に駆動できる状態を意味する。

一方、例えば、内歯スプライン１４１の側壁の摩耗が進んで異常になると、図７に示すように、内歯スプライン１４１の側壁の形状が二点鎖線から実線のようになって、内歯スプライン１４１と外歯スプライン２１１との周方向の隙間が広くなってしまう。その結果、モータ１への供給電流をＸ２［Ａ］にして、ポンプ２を駆動しないでロータ１２を回転させたとき、ロータ１２の実回転量がＹ２［度］を超えてしまう。なお、上記摩耗が異常とは、内歯スプライン１４１または外歯スプライン２１１のメンテナンスを行わなければ、短期間でポンプ２を正常に駆動できなくなる状態を意味する。

また、図示しないが、外歯スプライン２１１の側壁で異常な摩耗が生じても、モータ１への供給電流をＸ２［Ａ］にして、ポンプ２を駆動しないでロータ１２を回転させたとき、ロータ１２の実回転量がＹ２［度］を超えてしまう。

また、ステップＳ６の設定で使用する式は、摩耗診断の回数が１０回目になったときに、モータ１への供給電流が、Ｘ１［Ａ］よりも大きく、かつ、Ｘ３［Ａ］よりも小さいＸ２［Ａ］となるように作成されている。なお、モータ１への供給電流がＸ３［Ａ］になったとき、ポンプ２が駆動する。

上記構成の劣化診断装置では、上記摩耗診断制御により、ステップＳ１～Ｓ１２が行われる。このステップＳ９では、ロータ１２の正方向の実回転量が算出される。一方、ステップＳ１０では、ロータ１２の逆方向の実回転量が算出される。したがって、ロータ１２の正逆方向の実回転量に基づいて、内歯スプライン１４１または外歯スプライン２１１において、異常な摩耗が生じているか否かを判定することができる。その結果、内歯スプライン１４１または外歯スプライン２１１の摩耗状況を確認するために、モータ１およびポンプ２を分解しなくて済むので、モータ１およびポンプ２の点検作業に係る負荷を低減することができる。

また、ロータ１２の正方向の実回転量が複数算出されると共に、ロータ１２の逆方向の実回転量が複数算出されるので、この複数の正逆方向の実回転量に基づいて、内歯スプライン１４１または外歯スプライン２１１の摩耗状況を正確に判定することができる。すなわち、内歯スプライン１４１または外歯スプライン２１１の摩耗判定の信頼性を高めることができる。

また、ステップＳ５，Ｓ６によって、摩耗診断の前の回に比べて、摩耗診断の後の回の方が、モータ１への供給電流が大きくなるので、摩耗診断の前の回でロータ１２を回転さることができなかったとしても、摩耗診断の後の回でロータ１２を回転させることができる。別の言い方をすると、摩耗診断のエラーを回避することができる。

また、モータ１の出力軸１４とポンプ２の入力軸２１との結合は、スプライン結合なので、モータ１の出力軸１４からポンプ２の入力軸２１への動力の伝達ロスを減らすことができる。

また、上記摩耗診断を行うとき、ロータ１２の実回転量が最初に検出されるときの電流値が、予め想定していた電流値と異なるとき、例えば第１，第２軸受１５，１６の劣化などが生じていると推測できる。したがって、ロータ１２の実回転量が最初に検出されるときの電流値に基づいて、異常摩耗以外の不具合の発生を推測できる。

上記実施形態では、コントローラ４とノートパソコン５との間の通信は、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。

上記実施形態では、劣化検出装置が、ノートパソコン５を備えていたが、ノートパソコン５の換わりに、他の携帯端末（例えば、タブレット端末、スマートフォンなど）を備えるようにしてもよい。

上記実施形態では、劣化検出装置が、ノートパソコン５を備えていたが、ノートパソコン５を備えないようにしてもよい。このようにするする場合、劣化検出装置は、例えば、ノートパソコン５の表示部５１で表示される診断結果を音声で報知するスピーカを備えてもよい。

上記実施形態では、ポンプ２の入力軸２１とモータ１の出力軸１４との結合は、スプライン結合であったが、他の結合にしてもよい。例えば、ポンプ２の入力軸２１をＤカット軸に変更する一方、モータ１の出力軸１４のモータ穴１４ａを、そのＤカット軸が嵌まる形状に変更してもよい。あるいは、ポンプ２の入力軸２１をセレーション軸に変更する一方、モータ１の出力軸１４のモータ穴１４ａを、そのセレーション軸が嵌まる形状に変更してもよい。あるいは、ポンプ２の入力軸２１とモータ１の出力軸１４とを、キーで結合するように変更してもよい。

上記実施形態では、モータ１の出力軸１４に内歯スプライン１４１が設けられる一方、ポンプ２の入力軸２１に、内歯スプライン１４１に噛み合う外歯スプライン２１１が設けられていたが、ポンプ２の入力軸２１に内歯スプラインが設けられる一方、モータ１の出力軸１４に、その内歯スプラインに噛み合う外歯スプラインが設けられるようにしもよい。

上記実施形態では、モータ１の出力軸１４は、ポンプ２の入力軸２１に直接連結されていたが、例えば、カップリングを介してポンプ２の入力軸２１に連結されるようにしてもよい。このようにした場合、上記カップリングの連結部分の隙間の量も、上記実施形態のような方法で検出することができる。

上記実施形態では、ポンプ２は、作動油を吐出していたが、作動油以外の作動流体を吐出するようにしてもよい。

上記実施形態では、図４Ａ，図４Ｂのフローチャートで説明した摩耗診断制御は、ノートパソコン５へのユーザの操作に応じて開始していたが、例えば、ユーザが予め設定したタイミングで自動的に開始するようにしてもよい。

上記実施形態では、上記摩耗診断制御の終了後、ロータ１２の実回転量は、ユーザに視覚的に報知されていたが、ユーザに聴覚的に報知されるようにしてもよい。

上記実施形態では、摩耗診断の各回において、ロータ１２の実回転量がコントローラ４のメモリに２つ記憶される。この２つの実回転量のうち、大きい方の実回転量がユーザに報知されていたが、その２つの実回転量の平均値がユーザに報知されるようにしてもよい。

上記実施形態では、劣化診断装置は、ポンプ２の入力軸２１とモータ１の出力軸１４とにおける摩耗の進行状況を検出していたが、ポンプ２の入力軸２１の固着も検出できる。

上記実施形態では、ロータ１２のｎ（１～９の範囲内の自然数）回目の正逆回転時に比べて、ロータ１２のｎ＋１回目の正逆回転時の方が、モータ１に供給される電流が高くなるようにしていたが、ロータ１２のｎ回目の正逆回転時に比べて、ロータ１２のｎ＋１回目の正逆回転時の方が、モータ１に供給される電流が低くなるようにしてもよい。

上記実施形態では、コイル１３２は、ステータ１３１に分布巻きされていたが、ステータ１３１に集中巻きされるようにしてもよい。

上記実施形態では、ステップＳ６の設定で使用する式は、摩耗診断の回数が１０回目になったときに、モータ１への供給電流が、Ｘ１［Ａ］よりも大きく、かつ、Ｘ３よりも小さくなるように作成されているが、摩耗診断の回数が例えば５回目になったときに、モータ１への供給電流が、Ｘ１［Ａ］よりも大きく、かつ、Ｘ３よりも小さくなるように作成されてもよい。

本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施形態で記載した内容の一部を削除または置換したものを、本開示の一実施形態としてもよい。

１ モータ
２ ポンプ
３ 回転角センサ
４ コントローラ
５ ノートパソコン
１１ ケーシング
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ 出力軸
２１ 入力軸
２１ａ モータ穴
１４１ 内歯スプライン
２１１ 外歯スプライン

Claims (4)

1. ロータ（１２）と、上記ロータ（１２）の回転力を出力する出力部とを有するモータ（１）と、
   上記ロータ（１２）の回転力を受ける入力部を有するポンプ（２）と、
   上記ロータ（１２）の回転角を検出すると共に、上記ロータ（１２）の回転角を示す回転角信号を送出する回転角センサ（３）と、
   上記回転角信号が入力され、上記モータ（１）を制御する制御部（４）と
   を備え、
   上記モータ（１）の出力部（１４）と上記ポンプ（２）の入力部とは、嵌め合いの構成で互いに結合し、
   上記制御部（４）は、
   上記モータ（１）への供給電流を調整することで、上記ポンプ（２）を駆動しないようにしつつ、上記ロータ（１２）を正逆方向に回転させたとき、上記回転角信号を用いて、上記ロータ（１２）の正方向の実回転量と、上記ロータ（１２）の逆方向の実回転量とを算出し、
   上記ロータの正逆方向の実回転量に基づいて、上記モータ（１）と上記ポンプ（２）の結合部分の劣化を検出する、劣化検出装置。
2. 請求項１に記載の劣化検出装置において、
   上記ロータ（１２）の正逆方向の回転は複数回行われて、上記ロータ（１２）の正方向の実回転量が複数算出されると共に、上記ロータ（１２）の逆方向の実回転量が複数算出される、劣化検出装置。
3. ロータ（１２）と、上記ロータ（１２）の回転力を出力する出力部とを有するモータ（１）と、
   上記ロータ（１２）の回転力を受ける入力部を有するポンプ（２）と、
   上記ロータ（１２）の回転角を検出すると共に、上記ロータ（１２）の回転角を示す回転角信号を送出する回転角センサ（３）と、
   上記回転角信号が入力され、上記モータ（１）を制御する制御部（４）と
   を備え、
   上記モータ（１）の出力部（１４）と上記ポンプ（２）の入力部とは、嵌め合いの構成で互いに結合し、
   上記制御部（４）は、
   上記ポンプ（２）を駆動しないように上記ロータ（１２）を正逆方向に回転させたとき、上記回転角信号を用いて、上記ロータ（１２）の正方向の実回転量と、上記ロータ（１２）の逆方向の実回転量とを算出し、
   上記ロータの正逆方向の実回転量に基づいて、上記モータ（１）と上記ポンプ（２）の結合部分の劣化を検出し、
   上記ロータ（１２）の正逆方向の回転は複数回行われて、上記ロータ（１２）の正方向の実回転量が複数算出されると共に、上記ロータ（１２）の逆方向の実回転量が複数算出され、
   上記ロータ（１２）の正逆方向の回転が行われた後、上記ロータ（１２）の正逆方向の回転が行われたとき、前の上記ロータ（１２）の正逆方向の回転のときよりも、後の上記ロータ（１２）の正逆方向の回転のときの方が、上記モータ（１）に供給される電流が高くなる、劣化検出装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の劣化検出装置において、
   上記モータ（１）の出力部（１４）は、上記ポンプ（２）の入力部（２１）にスプライン結合している、劣化検出装置。

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