JPH0686883B2 - 軸受監視装置 - Google Patents

軸受監視装置

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JPH0686883B2
JPH0686883B2 JP2037191A JP3719190A JPH0686883B2 JP H0686883 B2 JPH0686883 B2 JP H0686883B2 JP 2037191 A JP2037191 A JP 2037191A JP 3719190 A JP3719190 A JP 3719190A JP H0686883 B2 JPH0686883 B2 JP H0686883B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、キャンドモータポンプ等に使用される滑り軸
受の運転中における摩耗を監視する装置に関する。
〔従来の技術〕 一般に、キャンドモータポンプは、回転部分が完全に取
扱液中に配置され、従って軸封部分を有しないので完全
無漏洩が実現され、各種のプロセス用ポンプとして賞用
されている。しかるに、このようなキャンドモータポン
プにおいては、運転中における回転部分のラジアルなら
びにスラスト荷重は、全て前記回転部分の回転軸を支承
する滑り軸受に負荷されるが、この軸受は前述したよう
に取扱液中に配置されているため、特殊な監視装置が設
けられ、前記軸受の摩耗を監視するように構成されてい
る。
次に、このような監視装置を簡単に説明する。監視装置
は、一般に、機械的もしくは電気的に構成されるが、先
ず機械的構成のものの一例を第18図について説明する。
この監視装置は、滑り軸受10で支承されるキャンドモー
タ軸12の末端部にエンドナット14を設け、このエンドナ
ット14の中空部16内に、検出器18の感知部20を配置する
ことにより構成されている。ここで、前記感知部20はそ
の内部を与圧密閉されている。このような構成におい
て、軸受10がラジアル方向に摩耗されると軸12が振れ回
り運動を発生し、一方軸受10がスラスト方向に摩耗する
と軸12がその軸方向に変位し、何れにしても感知部20が
中空部16の内周壁もしくは端面に接触して破壊され、こ
のため感知部20の内圧が変化し、これにより軸受10のラ
ジアルもしくはスラスト方向の限界摩耗が検出される。
一方、電気的構成のものは、特に図示しないが、例えば
ステータ内に磁束検出用のコイルを複数個直列に接続、
埋設することにより構成されている。このような構成に
おいて、軸受が摩耗すると、軸およびロータが偏心回転
し、このため前記検出コイル内に発生される起電力が増
大し、これにより軸受の摩耗度が検出される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述した従来の軸受監視装置は、何れも
次に述べるような難点もしくは問題点を有していた。
先ず、機械的構成のものは、軸受のラジアルおよびスラ
スト方向の摩耗を共に検出することができるが、この検
出は、何れも限界摩耗に関するものであり、限界摩耗に
達するまでの摩耗度すなわち残存寿命に関しては何等検
出することができない。一方、電気的構成のものでは、
軸受の摩耗度が検出されるが、この検出は、軸受のラジ
アル方向のみに限定されるものであり、スラスト方向に
関しては何等検出することができない。
また、この種の軸受監視装置においては、好ましくは、
軸の回転方向ならびにスラスト方向が更に検出されるこ
とが望まれるが、前述の従来の装置においては、これら
の検出は何れも不可能であった。
そこで、本発明の目的は、軸受のラジアルならびにスラ
スト方向の摩耗度を同時に検出できると共に、軸の回転
方向ならびにスラスト方向を併せて検出することができ
る、特にキャンドモータの軸受監視に好適な軸受監視装
置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
先の目的を達成するため、本発明に係る軸受監視装置
は、滑り軸受で支承された液中で回転する回転軸に対
し、その一部に長さ方向に均一な磁場を有する直線およ
び/または螺旋状の複数の永久磁石を設け、かつこの永
久磁石の表面を周囲雰囲気から保護するために非磁性体
の薄い保護筒で覆うことにより磁気信号発生手段を構成
し、この磁気信号発生手段と対応する位置に、前記信号
発生手段の各永久磁石から発生する複数の磁気信号の強
さと時間間隔とを受信する単一の磁気センサを設けて、
回転軸のラジアル方向およびスラスト方向の変位を同時
に検出すると共に、回転軸の回転方向も検出し得るよう
構成したことを特徴とする。
前記の軸受監視装置において、磁気センサは、磁気信号
発生手段より発生する2つの信号の回転位相の比較によ
り、回転方向を判別するよう構成することができる。
また、前記の軸受監視装置においては、回転軸の長さ方
向に均一な磁場を有する複数の永久磁石は、回転軸の外
周面において、あるいは回転軸の中空部内表面におい
て、それぞれ軸方向に平行に延在する1つの永久磁石
と、螺旋状に延在する1つの永久磁石とを設けて構成す
ることができる。
〔作用〕
本発明の軸受監視装置の作用を、分り易くするために、
信号発生手段が軸方向に平行な1つの凸条と螺旋状の1
つの凸条とからなり、且つ両凸条が軸の同一半円筒表面
内に配置されると共に両凸条の高さが異なる場合につい
て、具体的に説明する。
先ず、軸が回転すると、その1回転毎に、両凸条は距離
センサとの間の距離が至近距離となる位置を通過する。
従って、距離センサからは軸の回転周期に同期した2つ
の単位パルス信号が発生する。しかもこの場合、前記両
単位パルス信号の振幅はその大きさが異なるよう設定さ
れているので、両パルス信号の通過順位を検べることに
より、軸の回転方向が同時に検出される。
次に、軸受がラジアル方向に摩耗すると、この摩耗度に
比例して、軸は振れ回り運動を発生し、両凸条と距離セ
ンサとの間の至近距離が短縮される。従って、距離セン
サからのパルス信号の振幅の大きさは、軸受の摩耗度に
対応して増大される。すなわち、軸受のラジアル方向摩
耗度が検出される。
また、軸受がスラスト方向に摩耗すると、その摩耗度に
比例して、軸はその軸方向の何れか一方の向きに変位
し、距離センサを通る軸方向に垂直な平面内における両
凸条間の表面間隔が増大もしくは縮小される。従って、
両凸条からの両単位パルス間の時間間隔は、軸受の摩耗
度ならびに摩耗方向に対応して増大もしくは縮小され
る。すなわち、軸受のスラスト方向ならびに摩耗度が同
時に検出される。
〔実施例〕 次に、本発明に係る軸受監視装置の実施例につき添付図
面を参照しながら以下詳細に説明する。
第1図は、本発明に係る軸受監視装置の基本構成を示す
ものであり、滑り軸受(図示せず)で支承されるキャン
ドモータ等の回転軸30の末端部に設けたエンドナット32
上に構成される。すなわち、エンドナット32の表面に
は、回転軸30の軸方向に平行する1つの直線状凸条34と
軸方向に湾曲する1つの螺旋状凸条36とからなる信号発
生手段が設けられていると共に、前記信号発生手段に対
向する位置には、例えば非接触変位計等からなる距離セ
ンサ38が設けられて、その検出信号が信号処理装置(図
示せず)に導出されるように構成されている。なお、前
記両凸条34,36はエンドナット32の同一半円筒表面内に
配置されている。
次に、このような構成になる軸受監視装置の作用につい
て説明する。先ず、回転軸30、従ってエンドナット32が
回転すると、第2図(a)から明らかなように、前記回
転の1回毎に、両凸条34,36は距離センサ38との間の距
離が至近距離L1となる位置を通過する。従って、距離セ
ンサ38からは、図示される振幅E1の2つのパルス信号が
回転周期に同期して発生する。しかるに、軸受がラジア
ル方向に摩耗すると、第2図(b)に示されるように、
回転軸30従ってエンドナット32は、前記摩耗度に比例し
た振幅Mの振れ回り運動を発生し、両凸条34,36と距離
センサ38との間の至近距離は前記距離L1から距離L2=L1
−Mに短縮される。従って、距離センサ38からは、図示
されるように、前記摩耗度に対応して増大される振幅E2
のパルス信号が発生し、これにより、軸受のラジアル方
向摩耗度が検出される。
また、回転軸30従ってエンドナット32の回転時には、前
述したように距離センサ38からは両凸条34,36に対応し
た2つのパルス信号が発生するが、これらの間の時間間
隔t1〔第3図(a)参照〕は、両凸条34,36が同一の半
円筒表面内に配置されていることから、正回転時には回
転周期Tの1/2以内の範囲の一定位置に設定されてい
る。しかるに、軸受がスラスト方向に摩耗すると、この
摩耗度に比例して、回転軸30従ってエンドナット32は摩
耗した方向、例えば第3図(b)においては矢印で示す
左方向へ距離Nだけ変位する。従って、距離センサ38か
らは、図示されるように、前記摩耗度ならびに摩耗方向
に対応して縮小された時間間隔t2のパルス信号が発生
し、これにより軸受のスラスト方向およびスラスト摩耗
度が同時に検出される。なお、前記検出は、回転周期T
が一定である場合は時間間隔t1,t2,…を計測するのみ
で検出されるが、回転周期Tが変化する場合には両者の
時間比t/Tを計測することにより検出される。
第4図(a),(b)は、本発明に係る軸受監視装置の
基本構成を示すものである。本構成は、第1図に示す構
成において、信号発生手段を凹凸部に代えて永久磁石に
構成すると共に、検出手段を非接触距離センサに代えて
磁気センサに構成したものである。すなわち、エンドナ
ット32の表面上には、1つの平行直線状永久磁石40と1
つの螺旋状永久磁石42とが一体的にもしくは埋設状に設
けられて信号発生手段を構成し、一方、この信号発生手
段に対向する位置には、ホール素子、磁気抵抗素子等か
らなる磁気センサ44が設けられて、その検出信号が信号
処理装置(図示せず)に導出されるように構成されてい
る。本構成においても、先の構成におけると同様の作
用、効果が達成されることは、充分理解されるところで
ある。
第5図(a),(b)に示す構成は、第1図に示す構成
において、直線状凸条34を、その高さを螺旋状凸条36の
高さより高くした背高直線状凸条46に形成したものであ
る。このように構成すると、第1図に示す構成で達成さ
れる作用、効果の他に、回転軸の回転方向が簡単に検出
される利点が発揮される。すなわち、背高直線状凸条46
に対応して発生されるパルス信号の振幅E3は螺旋状凸条
36に対応して発生されるパルス信号の振幅E4より大きく
設定されるが、そこで大きい信号E3を基準信号とすると
共に小さい信号E4を比較信号とし、そして基準信号E3
続いて発生する比較信号E4までの時間間隔tが回転周期
Tの1/2以内に設定されるか、1/2以上に設定されるかを
計測すると、回転軸が正回転すなわち時計廻り〔第5図
(a)〕であるか、逆回転すなわち半時計廻り〔第5図
(b)〕であるかが簡単に検出される。
第6図に示す構成は、第1図に示す構成において、直線
状凸条34をを2連凸条48,50に形成したものである。こ
のように構成しても、第5図(a),(b)に示される
構成の場合と同様に、回転軸の回転方向を簡単に検出す
ることができる。すなわち、第7図(a),(b)にお
いて、2連凸条48,50に対応して発生されるパルス信号
は2連信号として設定されるが、そこでこの2連信号
(基準信号)に続いて発生する信号(比較信号)までの
時間間隔tが回転周期Tの1/2以内に設定されるか、1/2
以上に設定されるかを計測すると、回転軸が時計廻り
〔第7図(a)〕であるか、反時計廻り〔第7図
(b)〕であるかが簡単に検出される。
第8図(a),(b)に示す構成は、第1図に示す構成
において、直線状および螺旋状の凸条34,36をそれぞれ
凹溝52,54に形成したものである。
第9図(a),(b)は、本発明に係る軸受監視装置の
基本構成を示すものであって、第1図に示す構成におい
て、直線状および螺旋状の凸条34,36を、それぞれ、エ
ンドナット32の中空部56の内表面に形成した凹溝58,60
で構成すると共に、適宜のセンサ38を、回転軸30従って
エンドナット中空部56と同心的に配置したセンサ取付軸
62内に設けたものである。これら2つの構成のように構
成しても、第1図の構成におけると略同様の作用、効果
を達成することができる。
第10図に示す構成は、第1図に示す構成において、信号
発生手段を直線状および螺旋状の凸条34,36に代えて、
軸方向に幅寸法を変化する扇形凸部64に形成したもので
ある。このような構成において、軸受のラジアル方向の
摩耗度の検出は、第1図の構成の場合から類推される所
であるが、スラスト方向の摩耗度およびスラスト方向は
次のようにして検出される。すなわち、軸受の標準状態
における軸受監視装置の出力が第11図(a)に示される
状態である時、軸受がスラスト方向に摩耗され、回転軸
30が、第11図(b)に示されるように、図において左方
向へ距離Nだけ変位されると、この間において、扇形凸
部64に対応して距離センサ38から出力されるパルス信号
のパルス時間tは時間t1からt2に縮小される。しかる
に、このパルス時間t1,t2,…の前記変動は、軸受の摩
耗度ならびに摩耗方向に対応して発生されるものである
ので、第1図の構成の場合と同様に、前記パルス時間
t1,t2,…を計測するのみで、軸受のスラスト摩耗度お
よびスラスト方向が同時に検出される。なお、回転周期
Tが変化する場合には、前記検出のために、時間比t/T
の計測が行われる。また、扇形凸部に代えて扇形凹部に
形成しても、略同様な作用、効果を達成することができ
る。
なお、上述した第5図ないし第11図に示した構成におい
て、信号発生手段ならびに検出手段を、凹凸部および距
離センサに代えて、永久磁石および磁気センサから構成
することは、基本的に可能である。更に、センサとして
は、超音波、光等のセンサを用いることも可能である。
第12図(a),(b)は、本発明に係る軸受監視装置の
最も好適な実施例を示すものであって、第1図に示す構
成において、直線状および螺旋状の永久磁石40,42を保
護するために、エンドナット32の表面を非磁性体の薄い
保護筒66で被覆、密封したものである。このように構成
すると、永久磁石40,42が周囲の雰囲気から保護される
ので、例えばキャンドモータポンプにおけるロータ軸の
軸受監視用として好適に応用することができると共に、
寿命を延長することができる。なお、この場合、検出手
段としての磁気センサも、液体に接触しなように構成配
置することは勿論である。
第13図および第14図(a),(b)に示す構成は、信号
発生手段を線光源から構成し、検出手段を光センサから
構成したものである。すなわち、エンドナット32は、そ
の本体部を透明ブロック68で形成されると共にその表面
を遮光膜70で被覆されており、そして、このエンドナッ
ト32の前記透明ブロック68の内部には線光源72が配置さ
れると共に、前記遮光膜70はその一部を切欠かれて回転
軸30の軸方向に傾斜し且つ互いに収斂する2つの直線状
透光スリット74,76を形成されていて、これにより信号
発生手段が構成され、そしてこの信号発生手段に対向す
る位置に光センサ78が配置されている。
このような構成において、軸受のラジアル方向の摩耗度
は、前述の各構成の場合と同様にして検出されることは
明らかであるが、軸受のスラスト方向の摩耗度およびス
ラスト方向も、次に述べるように、略同様にして検出さ
れる。すなわち、軸受の標準状態における軸受監視装置
の出力が第14図(a)に示される状態である時、軸受が
スラスト方向に摩耗され、回転軸30が、第14図(b)に
示されるように、図において左方向へ距離Nだけ変位さ
れると、この間において、両透光スリット74,76に対応
して光センサ78から出力される両パルス信号間の時間間
隔tは時間t1からt2に縮小される。従って、前記時間
t1,t2,…、或いは時間比t/Tを計測することにより、
軸受のスラスト摩耗度およびスラスト方向が同時に検出
される。
第15図および第16図(a),(b)に示す構成は、先の
第13図および第14図(a),(b)に示す構成におい
て、信号発生手段を、線光源に代えて、反射板と光源と
から構成したものである。すなわち、信号発生手段は、
エンドナット32の表面に設けられたその軸方向に幅寸法
を変化する扇形凸状の反射板80と、この反射板80に対向
する位置に設けられた光源82とから構成されており、そ
して前記光源82に隣接して光センサ78が配置されてい
る。このような構成においても、先の第13図および第14
図(a),(b)に示す構成と同様の作用、効果が発揮
されることは、図示される所から、或いは第10図および
第11図(a),(b)に示す構成を参照することによ
り、容易に類推、理解される所であるから、説明を省略
する。
最後に、信号処理装置の一実施例を第17図に示す。本実
施例は、第5図に示す軸受監視装置、すなわち信号発生
手段が背高直線状凸条46とこれより低い高さの螺旋状凸
条36とから構成されているものに対する信号処理装置に
関し、その出力信号は時計廻り回転時〔第5図(a)〕
のものが示されている。
第17図において、出力信号84は、信号分岐器86を介して
回転軸の回転周期Tおよび基準信号と比較信号との間の
時間間隔tを検出する検出器88、時間T/2とtとの大き
さを比較する比較器90、および信号振幅Eの最大値を検
出する検出器92とに入力され、次いで、これらのデータ
が表示器94に出力される。すなわち、表示器94には、検
出器88を介して回転軸のスラスト方向の位置すなわち軸
受のスラスト方向ならびにスラスト摩耗度が表示され、
比較器90を介して回転軸の回転方向が表示され、検出器
92を介して軸受のラジアル方向の摩耗度が表示される。
なお、検出器92に代えて或いはこれと並置して、信号振
幅Eの平均値を検出する検出器96を配置することができ
る。
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明は前述した実施例に限定されることなく、本発明の精
神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得
ることは勿論である。例えば、第1図に示す構成におい
て、直線状ならびに螺旋状の両凸条34,36は、第14図に
示す両透光スリット74,76の配置形状のように配置する
ことができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る軸受監視装置によれ
ば、軸受で支承した回転軸に対し、この回転軸の軸方向
の位置に対応した異なる信号を発生する信号発生手段を
設けると共に、この信号発生手段と対応する位置に前記
信号を受信して、信号発生手段からの信号の強さと時間
間隔とを受信する検出手段としての磁気センサを設ける
ことにより、軸受のスラストおよびラジアルの両方向の
摩耗度を連続してかつ独立的に、検出および監視するこ
とができる。従って、特に従来より要望されているキャ
ンドモータの軸受摩耗度の検出および監視装置の低コス
ト化に対して、簡単かつ単純な構成を実現し、容易に適
用することができる利点を有している。
更に、本発明の軸受監視装置は、信号発生手段を適宜に
形成することにより、回転軸の回転方向およびスラスト
方向を同時に且つ簡単に検出することができる利点を併
せ有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は本発明に係る軸受監視装置の基
本構成を示すものでそれぞれその側方および斜方向から
見た端面図および斜視図、第2図(a),(b)は第1
図に示す軸受監視装置のそれぞれ軸受の標準状態および
ラジアル方向摩耗状態時における第1図(b)のII−II
線断面図、第3図(a),(b)は第1図(a),
(b)に示す軸受監視装置のそれぞれ軸受の標準状態お
よびスラスト方向摩耗状態下における側面図、第4図
(a),(b)は本発明に係る軸受監視装置の基本構成
を示すものでそれぞれその側方および斜方向から見た端
面図および斜視図、第5図(a),(b)は第1図
(a),(b)に示す軸受監視装置の変形例を示すもの
でそれぞれ回転軸の正、逆回転時における端面図、第6
図は第1図(a),(b)に示す軸受監視装置の別の変
形例を示すものでその斜方向から見た斜視図、第7図
(a),(b)は第6図に示す軸受監視装置のそれぞれ
回転軸の正、逆回転時における端面図、第8図(a),
(b)は第1図(a),(b)に示す軸受監視装置の更
に別の変形例を示すものでそれぞれその側方および斜方
向から見た端面図および斜視図、第9図(a),(b)
は本発明に係る軸受監視装置の基本構成を示すものでそ
れぞれその側方および斜方向から見た端面図および斜視
図、第10図は本発明に係る軸受監視装置の更に別の変形
例を示すものでその斜方向から見た斜視図、第11図
(a),(b)は第10図に示す軸受監視装置のそれぞれ
軸受の標準状態およびスラスト方向摩耗状態時における
側面図、第12図(a),(b)は本発明に係る軸受監視
装置の好適な実施例を示すものでそれぞれ回転軸の軸線
に直交する平面および軸線を通る平面における断面図、
第13図は本発明に係る軸受監視装置の更に別の変形例を
示すもので回転軸の軸線を通る断面図、第14図(a),
(b)は第13図に示す軸受監視装置のそれぞれ軸受の標
準状態およびスラスト方向摩耗状態時における側面図、
第15図は本発明に係る軸受監視装置の更に別の変形例を
示すもので回転軸の軸線を通る断面図、第16図(a),
(b)は第15図に示す軸受監視装置のそれぞれ軸受の標
準状態およびスラスト方向摩耗状態時における側面図、
第17図は本発明に係る軸受監視装置における信号処理装
置の一実施例を示すフロートシート、第18図は従来の軸
受監視装置を示す一部切欠断面図である。 30……回転軸、32……エンドナット 34……直線状凸条、36……螺旋状凸条 38……センサ、40……直線状永久磁石 42……螺旋状永久磁石、44……磁気センサ 46……背高直線状凸条 48,50……直線状2連凸条 52……直線状凹溝、54……螺旋状凹溝 56……中空部、58……直線状凹溝 60……螺旋状凹溝、62……センサ取付軸 64……扇形凸部、66……保護筒 68……透明ブロック、70……遮光膜 72……線光源、74,76……透光スリット 78……光センサ、80……反射板 82……点光源、84……出力信号 86……信号分岐器、88,92,96……検出器 90……比較器、94……表示器 L1,L2……距離、M……回転軸の振幅 N……回転軸の変位 E,E1〜E4……パルス信号の振幅 t,t1,t2……基準信号と比較信号との間の時間間隔 T……回転軸の回転周期

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】滑り軸受で支承された液中で回転する回転
    軸に対し、その一部に長さ方向に均一な磁場を有する直
    線および/または螺旋状の複数の永久磁石を設け、かつ
    この永久磁石の表面を周囲雰囲気から保護するために非
    磁性体の薄い保護筒で覆うことにより磁気信号発生手段
    を構成し、この磁気信号発生手段と対応する位置に、前
    記信号発生手段の各永久磁石から発生する複数の磁気信
    号の強さと時間間隔とを受信する単一の磁気センサを設
    けて、回転軸のラジアル方向およびスラスト方向の変位
    を同時に検出すると共に、回転軸の回転方向も検出し得
    るよう構成したことを特徴とする軸受監視装置。
  2. 【請求項2】磁気センサは、磁気信号発生手段より発生
    する2つの信号の回転位相の比較により、回転方向を判
    別するよう構成してなる請求項1記載の軸受監視装置。
  3. 【請求項3】回転軸の長さ方向に均一な磁場を有する複
    数の永久磁石は、回転軸の外周面において、軸方向に平
    行に延在する1つの永久磁石と、螺旋状に延在する1つ
    の永久磁石とを設けてなる請求項1記載の軸受監視装
    置。
  4. 【請求項4】回転軸の長さ方向に均一な磁場を有する複
    数の永久磁石は、回転軸の中空部内表面において、軸方
    向に平行に延在する1つの永久磁石と、螺旋状に延在す
    る1つの永久磁石とを設けてなる請求項1記載の軸受監
    視装置。
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