JPH0778449B2 - 複合化センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転機の異常診断を実施する際用いるセンサに
係り、特に回転機から発生するアコーステイツク・エミ
ツシヨン信号及び回転信号を同時に検出できるセンサ類
及び各センサを回転体に装着するための保持部が一体と
なつた複合化センサに関する。

〔従来の技術〕

被検体のクラツク発生や回転機における回転部と静止部
の接触により、アコーステイツク・エミツシヨン（以下
AEと略記）信号が発生することが知られている。そこで
検査の対象とする被検体にAEセンサを装着し、該AE信号
を該AEセンサにて受信し、信号処理を行うことにより、
被検体の健全性診断が実施されている。たとえば、実開
昭61−76354号に示すAEセンサが提案されている。一
方、回転機の回転信号を取り出す手法としては、従来か
ら光方式，磁気方式，加速度センサを用いた手法があ
る。その一例として、実開昭61−21964号などが提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術を用い、たとえばルームエアコンに用いら
れているロータリ圧縮機の摺動部診断をルームエアコン
の出荷ラインにて実施する場合を想定する。上記ロータ
リ圧縮機の摺動部診断を行う手法として、特願昭62−24
7865号に提示されている。AE信号は包絡線検波された
後、ロータリ圧縮機の回転信号をトリガー信号とし、加
算平均処理された後、信号解析が実行され摺動部の正，
異常が判定される。

その為、ロータリ圧縮機からAE信号及びその回転信号を
同時に検出することは上記診断を実行するうえで必須事
項である。

ところで、該ロータリ圧縮機はモータやシヤフト等回転
部が全てチヤンバー内に収納されているため、容易に回
転数を取り出すことは困難である。

また、ロータリ圧縮機の廻りは騒音を低下させるため、
防音材で２重に覆われている。

さらに、該防音材の廻りには冷媒（フロンガス）を通す
為の銅パイプが四方，八方に貼りめぐらされている。し
かも、ルームエアコンの機種により、銅パイプ配管の位
置は一様でないため、ロボツト等によつて自動的に前記
センサ類を装着することは困難である。

ましてやルームエアコンの出荷ラインは10秒／台のタク
トで流れる。その為、数秒以内に防音材を取り外し、銅
パイプの間隙からAEセンサ及び回転信号検出センサを該
圧縮機に取り付け，取り外し、又次の圧縮機に取り付け
る。以上の繰り返し作業を実行することは困難である。

本発明の目的は、該圧縮機のような、センサを即座に取
り付けることの不可能な回転機より発生する、AE信号及
び回転信号を即座に取り出すことが可能であるととも
に、被検体への取り付け，取り外しも簡単で使い勝手の
良い複合化センサを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

ルームエアコン全機種に亘る銅パイプの配置を調べたと
ころ、全機種に亘つて間隙が、30×30mm程度なら空いて
いる場所の存在することが分つた。

しかし、前述したように保温材の問題がある。

この問題に対しては、前記30×30mmの間隙にある保温材
部に切り込みを入れ、ここからセンサ類を圧縮機に挿入
し装着することにより解決できる見通しを得た。

前述したように制約された空間にて圧縮機からのAE信号
及び回転信号を、数秒間で検出するためには以下に記す
複合化センサの発明によつて達成された。

人間の手にセンサ類を持つて、しかも圧縮機に十分装着
できる長さを有するセンサホルダ。しかもセンサホルダ
の圧縮機装着部は圧縮機に装着できる大きさに加工され
たマグネツトで構成することにより、ワンタツチで装着
可能とし、回転信号を取り出すセンサとして振動センサ
を回転振動を最も受信しやすいセンサホルダ部に配置す
るとともに、AEセンサは該マグネツト部に収納し、全て
センサ類，マグネツトをセンサホルダにて一体化したも
のである。

〔作用〕

上記したように、センサ装着部が限られた被検体であつ
ても、上述したように全て複合化したことにより、被検
体の回転信号及び被検体から発生するAE信号を簡便、ま
た即座に検出できるばかりでなく、その取り付け，取り
外しも数秒で可能となる。

〔実施例〕

最初にセンサ装着部の間隙が狭いなどの制約が特に無
く、回転体からのAE信号及び回転信号を同時に取り出し
たい場合用いる複合化センサについて図面を用いて詳細
に説明する。

第１図は本発明の複合化センサの構造図である。凾体１
の内壁底部にAE信号を検出するための圧電素子２が接合
され一方の電極が該凾体１に接地される。一方、該圧縮
機等の回転体３の回転情報を検出するための圧電素子４
が該凾体内部壁面に接合され一方の電極が該凾体１に接
地される。さらにコネクタ５の一方の電極は該凾体１に
接地され、他方のコネクタ電極6a,6bはそれぞれ該圧電
素子2,4の電極と電気的に結合される。該圧電素子４の
受圧方向は該回転体３の回転振動を最も受信し易い方向
に接合することが望ましい。たとえば、第２図に示すロ
ータリ圧縮機10の軸受11a,11b、ローラ12、ベーン13、
シリンダ14、シヤフト15等の摺動部診断を実施する場
合、該摺動部が異常を起こした場合のAE信号は該シリン
ダ14を介し、該シリンダ14近傍の圧縮機チヤンバ16で効
率良く受信できる。その際、該ロータリ圧縮機10の回転
振動方法は同図に示すようにシヤフト周方向にある。そ
の為、該ロータリ圧縮機の回転振動を及びAE信号を効率
的に取り出すためには同図に示す位置に該複合化センサ
19を装着するのが良い。該圧電素子４の受圧方向は同図
拡大図に示す方向に接合することが最良である。

第３図は該複合化センサ19において、回転情報を検出す
る圧電素子を同図に示す方向（圧電素子20,21）に取り
付け、該ロータリ圧縮機10の回転振動信号を検出したと
きの振動受信波形である。該圧電素子20の受圧方向であ
れば、明瞭に該ロータリ圧縮機10の回転振動信号を検出
できるが、該圧電素子21の受圧方向ではその出力波形が
ランダムとなり明瞭に該ロータリ圧縮機10の回転振動信
号を検出することが困難であることが分かる。

以上ロータリ圧縮機の場合を例に用い説明したが、他の
回転機の場合、第１図にて示した圧電素子４の受圧方向
を、各回転機の回転振動方向に合わせ、該凾体１に接合
すれば良い。

−第２の実施例− 本実施例は第１の実施例の機能を拡張したものである。
第１の実施例を被検体に装着し被検体が電気スパーク等
の電磁ノイズを受信した場合、第１の実施例における該
凾体１は該被検体からのノイズを受信する可能性があ
る。本発明は該被検体からのノイズを遮断するため、第
４図に示すように被検体へのセンサ装着部に絶縁体30を
設けたことを特徴とする。

−第３の実施例− 本実施例は第２の実施例の複合化センサの耐ノイズ性の
機能をさらに拡張したものである。すなわち耐ノイズ特
性を向上させるには該圧電素子２及び４を全て該凾体１
から絶縁するフローテイング方式として、該圧電素子２
及び４にて変換された電気信号を差動アンプにて増幅す
れば良い。そこで本発明では、該圧電素子２及び４を該
凾体１に絶縁体31,32を介し接合する。圧電素子の各電
極はコネクタ40の電極41a,41b,41c,41dと接続され、該
コネクタ40と該凾体１がさらに接続され、これが各圧電
素子2,4のグランドとして使用される。

なお、第１図，第２図，第４図，第５図にて示した各圧
電素子の極性（，）は便宜上図示したものであり、
その方向がどちらであつても一向にさしつかえない。

−第４の実施例− 次に第４の実施例について述べる。第1,第2,第３の実施
例は複合化センサの基本例であるが、本発明は現場で使
用する際の使い勝手等を考慮した複合センサの発明例で
ある。

特にルームエアコン検査ラインにおける圧縮機の診断に
用いる場合のセンサを例にとつて説明する。

第６図に本発明による複合化センサの構造図を示す。AE
センサ50はセンサホルダ51内に収納される。一方、圧縮
機の回転振動信号を検出するため、該センサホルダ51内
に振動センサ52が収納される。さら該AEセンサ50は該セ
ンサホルダ51内部に設けられたばね53によつて圧縮機装
着面54方向に押し付けられる。第６図において、該振動
センサ52の受圧方向は該AEセンサ50のAE信号受信面55に
対し直交する位置に設けられているが、圧縮機の振動方
向が該AE信号受信面55と同じであれば、同一方向に取り
付けることも可能である。上記AEセンサ50及び振動セン
サ52の出力信号はコネクタ56を介し外部に出力される。
また、該センサホルダ51内にはマグネツト57が収納され
ており、該マグネツト57の収着力により第６図に示す複
合化センサが圧縮機に装着される。この際、該AEセンサ
50は該ばね53の押し付け力により圧縮機に一定な押し付
け力をもつて装着される。

次に上記複合化センサをルームエアコン出荷ラインにお
ける圧縮機の診断に用いる具体例について説明する。第
７図に示す地点にて圧縮機の診断が実施される。

前述したように、ルームエアコン出荷ライン200では10
秒／台のタクトでエアコンが流れるため、センサ類の取
り付けにはスピードが要求される。

第８図は本複合化センサを圧縮機に取り付けた際の断面
図を示したものである。間隙の狭い銅パイプ210の空間
を利用し、その間から本複合化センサを挿入し、同時に
防音シート211の切り込みの中を通し、圧縮機212に複合
化センサが装着される。

装着後、複合化センサは、約10秒間放置（マグネツトに
て吸着）され、その間に圧縮機212から発生するAE信号
及び回転信号が第７図で示すAE診断システム201に入力
され、診断が実行される。10秒後センサは人間の手によ
つて取り外され、次に流れてきたルームエアコンに搭載
されている圧縮機に装着される。

該センサホルダ51の長さは、第８図で示した銅パイプ21
0から圧縮機までの距離ΔＬより長く、しかも第８図に
示したΔＨ部が人間の手でにぎりやすい形状にすること
が、使い勝手を向上させるうえで重要である。

以上述べた複合化センサを用いれば、前述した圧縮機の
ようにセンサ装着部が限られた場合であつても、センサ
着脱が簡単であるため、AE信号及び回転信号を迅速に取
り出すことが可能となる。

上記複合化センサにおいて、該振動センサ52は該マグネ
ツト57に対し、一番離れた位置、すなわち、該マグネツ
ト57と該振動センサ52は該センサホルダ51の両端に設け
ることが好ましい。これは回転体の回転振動を検出する
ためには、該センサホルダ51を剛体と仮定した場合、摺
動源から離れる程振動を増幅して受信できる理由からに
よる。

また、上記複合化センサの重心は第６図に示す中心点
点より該マグネツト57側にあることが好ましい。すなわ
ち、重心が該マグネツト57近傍に有れば安定した状態に
て被検体に複合化センサを装着できることに他ならな
い。

第９図に該AEセンサ50の具体的構造例を示す。該AEセン
サ50は導電性ケースにて二重シールド構造となつており
内側ケース60内に絶縁体61を介し圧電素子62が接合され
る。該圧電素子62の各電極はケーブル63の信号線63a,63
bに接続され、シールド線63cは該内側ケース60に接続さ
れる。以上の構成によりAEセンサとしての機能が満足さ
れる。さらに、該内側ケース60は絶縁材64を介し外側ケ
ース65にてさらにシールドされる。

一方、第６図に示した該振動センサ52と該センサホルダ
51間に絶縁体58を介し、該センサホルダ51と該振動セン
サ52とを電気的に絶縁する。さらに該コネクタ56の固定
板59をも絶縁材とすれば、該AEセンサ50、該振動センサ
52は該センサホルダ51とは完全に電気的に絶縁されるた
め、第３の実施例にて述べた耐ノイズ特性の優れた複合
化センサが達成できる。

次に該センサホルダ51内への該マグネツト57の組み込み
方法及びその構造について説明する。第10図に該センサ
ホルダ51におけるマグネツト機能部の具体的構造を示
す。マグネツト機能部70には該AEセンサ50を収納する中
空部71が設けられ、該AEセンサ50は該中空部71との間で
摺動し、回転体に装着される。一方、該マグネツト機能
部70にはマグネツト収納部72a,72bが設けられる。次に
マグネツト機能部70へのマグネツト組み込み方法につい
て説明する。同図にマグネツト73a,73bを収納した構造
を示す。該マグネツト73a,73bのS,N極はそれぞれ同図に
示すように相手のマグネツトに対し、極性は逆に配置さ
れる。さらに該マグネツト73a,73bの上部には同図に示
す磁性材74が設けられる。なお、該マグネツト機能部70
の材料は非磁性材とする。

以上述べた構成による該マグネツト機能部50の効果につ
いて説明する。上記マグネツト機能部50を磁性体である
被検体80に装着した場合、第11図に示すようにその磁路
81は閉ループとなる。すなわち、強力な磁力を持つて該
マグネツト機能部70は被検体に装着できることになる。

−第５の実施例− 第1,第2,第3,第４の実施例における回転体の回転振動信
号は第12図の示すように、回転体の回転信号といえども
高周波信号成分が重畳され、歪んだ信号である。たとえ
ば第13図に示す浜うに信号解析装置90にて上記回転信号
をトリガー信号としてAE信号を加算平均処理する場合、
前述した高周波信号成分の影響により、一定のトリガー
ホイントにて加算平均処理を実行することは困難であ
る。

そこで本発明では、第13図に示すように、複合化センサ
91より出力される回転振動信号を周波数フイルタ92にて
処理する。第12図に該周波数フイルタ92処理後の回転信
号を示す。高周波信号成分が除去され明瞭な正弦波信号
が得られることが分かる。

さらに上記周波数フイルタ92と同等の機能を持つた小型
周波数フイルタを該複合化センサ91に内蔵し、同じ処理
を行つても同等の効果が得られる。

前述した複合化センサの実施例は全てワイヤード方式に
て該複合化センサ出力を外部に伝送することが基本とな
つている。たとえば、ルールエアコン用ロータリ圧縮機
の摺動部診断を出荷ライン10秒／台のタクトで数千台／
日実施するとした場合、ワイヤード方式であると信号線
があるため、該複合化センサを圧縮機に装着しにくく、
全ての圧縮機の診断が出来にくい問題がある。また、数
千台／日も該複合化センサを取り付け，取り外しするた
め信号線が断線しやすい問題点もある。

この問題点を解決するための実施例を第14図に示す。該
AEセンサ50から出力されたAE信号はワイヤレス送信器10
0aに入力される。該ワイヤレス送信器100aにはバツテリ
101より電力が供給される。一方、該振動センサ52から
出力される回転振動信号はワイヤレス送信器100bに入力
される。同様に該ワイヤレス送信器100bには該バツテリ
101より電力が供給される。次に該ワイヤレス送信器100
a,100bの出力は送信アンテナ102a,102bに接続され、該
送信アンテナ102a,102bよりそれぞれの信号が発信され
る。

上記、無線伝送にて送信されたAE信号及び回転振動信号
は受信アンテナ，復調器を介して各信号として取り出さ
れる。

以上述べたように該センサホルダ51内にワイヤレス送信
機能を内蔵すればワイヤレスにて被検体のAE信号及び回
転振動信号を同時に検出することが可能となる。

なお、上述した方式ではAE信号を直接ワイヤレスにて送
信するため、数百KHzオーダのAE信号のダイレクト送信
が要求される。特に上述した高周波ダイレクト送信が必
要で無い場合は、第15図に示すように、該AEセンサ50の
出力を一旦、増幅検波器110にて検波信号に変換し、AE
信号周波数を数段低下させてから送信することも可能で
ある。

以上述べた例では該各複合化センサの用途として回転体
を例に採つて記述したが、各複合化センサは回転体に限
らず、他の機器からのAE信号及び振動信号を検出する場
合にも有効である。

〔発明の効果〕

本発明による複合化センサを用いれば、AE信号及び回転
振動信号を同時に検出することが可能であり、しかもそ
の着脱も迅速に行うことができるなど、信号検出及びセ
ンサの着脱に迅速性が要求される被検体の診断を実施す
るうえで大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合化センサの構造図、第２図および
第３図は第１図を説明するための補足図、第４図乃至第
６図は本発明の他の実施例を示す図、第７図乃至第11図
は第６図に示した実施例を詳細に説明するための各部分
の構成及び補足図、第12図および第13図は本発明の他の
実施例を示す図、第14図および第15図は本発明の機能を
さらに拡張した他の実施例を示す図である。 １……凾体、2,4……圧電素子、３……回転体、５……
コネクタ、6a,6b……電極、10……ロータリ圧縮機、50
……AEセンサ、51……センサホルダ、52……振動セン
サ、53……ばね、57……マグネツト、92……周波数フイ
ルタ、100a,100b……ワイヤレス送信器、101……バツテ
リ、102a,102b……送信アンテナ、110……増幅検波器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 章 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 蓼沼 博志 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 佐藤 耕一 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凾体ケースの被検体側の内部に前記被検体
   から発生するAE信号を検出するためのAEセンサを設ける
   と共に前記凾体ケースの内部に前記被検体の回転振動信
   号を検出する振動センサを設け、前記凾体ケースの前記
   被検体側に前記凾体ケースを前記被検体に吸着させるマ
   グネットを配置し、前記AEセンサを前記被検体に一定の
   力で押しつけるためのばね材を前記凾体ケース内に配置
   したことを特徴とする複合化センサ。