JPS6321396A - ベアリングモニタシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ベアリングの摩耗度を検出するモニタシス
テムに係り、特にキャンドモータボンプ等に使用される
液中ベアリングのスラスト方向の摩耗量を適正に検出し
得るベアリングモニタシステムに関する。

〔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
扱液中に置かれ、接液部と外部とを貫通する部分がなく
、従って軸封部をもっていないので完全無漏洩が実現で
き、取扱液の漏洩や外気の吸込みという問題点が完全に
解決され、プロセス用ポンプとして優れた利点を有して
いる。

しかしながら、キャンドモータポンプは、回転運動によ
り生ずるラジアル荷重およびスラスト荷重の全てをベア
リングで受けるのに対し、このベアリングは取扱液によ
って潤滑され、しかも取扱液その他の使用条件が様々で
あることから、ベアリングの摩耗態様は多様である。従
って、予めベアリングの耐用期限を決定しておくことは
できないので、−度プラントに組込まれると、定期点検
の時か故障の時でない限りベアリング摩耗度を知ること
はできない。

このような観点から、従来この種のベアリングの摩耗検
出方式として、機械的手段によるものと電気的手段によ
るものとが提案され実施されている。例えば、機械的手
段によるものとしては、キャンドモータ軸の末端部にこ
の軸と同心の円柱状孔部を有するエンドナンドを設け、
このエンドナンドの孔部の各側面と所定間隔離間した位
置に先端を感知部として形成した密封管からなる検出器
を配置することにより、スラスト方向またはラジアル方
向、もしくは両者の複合方向にベアリングが摩耗し、こ
れが摩耗許容限界を越えたとき前記軸が偏心回転し、同
時にエンドナンドの孔部の各側面と前記検出器の感知部
とが接触して感知部が破裂してベアリングのどのような
摩耗状態でも確実に検出することができるよう構成した
ものである（実開昭５８−４６８５２号）。また、電気
的手段によるものとしては、ステータ巻線にサーチコイ
ル等を設けて、ベアリングの摩耗によるロータの偏心を
誘導電流の変化や見掛は角度の変化等により電気的に検
出することができるよう構成したものである（特開昭５
２−１３２３０９号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前述した従来のベアリングモニタとして
、機械的手段によるものでは、−本の検出器でスラスト
方向およびラジアル方向のいずれの方向でのベアリング
の摩耗に対しても確実に検出することができるが、感知
部が破裂する以前の摩耗程度すなわちベアリングの寿命
予測ができない難点がある。また、電気的手段によるも
のでは、摩耗量の検出すなわちベアリングの寿命予測は
可能であるが、ラジアル方向の摩耗量の検出のみに限定
され、従ってスラスト方向の摩耗量の検出を行うことが
できない難点がある。

そこで、本発明の目的は、従来困難とされたベアリング
のスラスト方向の摩耗量を適正に検出することができ、
また同様にしてラジアル方向の摩耗量も検出することが
できると共に、従来の機械的手段によるベアリングモニ
タとの併用も可能なベアリングモニタシステムを提供す
るにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るベアリングモニタシステムは、ベアリング
で支承した回転軸の一端部に磁気発生素子を設け、前記
回転軸に対しベアリングの摩耗による変位方向に磁気セ
ンサを設けたセンサ保持体を所定間隔離間して固定配置
し、前記回転軸の回転に伴い磁気センサによって回転軸
との離間距離に比例した電圧レベルのパルス信号を出力
させてこの電圧レベルを基準電圧レベルと比較してベア
リングの摩耗量を検出することを特徴とする。

前記のベアリングモニタシステムにおいて、磁気発生素
子と磁気センサとを回転軸の軸方向に対向させてベアリ
ングのスラスト方向の摩耗量を検出することができる。

また、磁気発生素子と磁気センサとを回転軸に対し半径
方向に対向させてベアリングのラジアル方向の摩耗量を
検出することができる。

さらに、前記のベアリングモニタシステムにおいて、磁
気センサで検出する電圧パルス信号をベアリングの摩耗
量の限界を規定する所定周期の鋸歯状波からなる基準電
圧レベルに重畳させて比較し、前記パルス信号を前記基
準電圧レベルに応じて分割し、分割されたパルス信号の
単位時間当りのパルス数をカウントすることによりベア
リングの摩耗位置を検出するよう構成することができる
。

〔作用〕

本発明に係るベアリングモニタシステムによれば、ベア
リングで支承した回転軸の端部において偏心した位置に
磁気発生素子を設け、一方この磁気発生素子と対向して
磁気センサをセンサ保持体に保持させて配置することに
より、回転軸の回転により磁気センサは前記磁気発生素
子との離間距離に比例した所要電圧レベルのパルス信号
を発生する。そこで、このパルス（８号の電圧レベルに
対し摩耗量の限界距離を定める基準電圧レベルを設定し
、しかもこの基準電圧レベルを所定周期の鋸歯状波とし
て前記パルス信号に重畳させて比較し、パルス信号を基
準電圧レベルに応じて分割し、分割されたパルス信号の
単位時間当りのパルス数をカウントすることにより、ベ
アリングのスラスト方向の摩耗位置等を適正かつ容易に
検出することができる。

この場合、磁気センサはその出力信号をパルスとして取
出すために、センサ取付位置を回転軸の中心に合せる必
要がない。

〔実施例〕

次に、本発明に係るベアリングモニタシステムの実施例
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、本発明に係るベアリングモニタシステムの一
実施例として、キャンドモータポンプを構成するキャン
ドモータに適用した場合につき説明する。第１図におい
て、参照符号１０はキャンドモータのロータ軸を示し、
このロータ軸１０のモータロータ部に対しその前部（図
示せず）および後端部には、それぞれスラストワッシャ
１２が設けられ、これらスラストワッシャ１２に対向さ
せて配置したベアリング１４により前記ロータ軸１０を
支承するよう構成されている。なお、前記ベアリング１
４は、前記キャンドモータの後部に対して取付けたベア
リングハウジング１６により保持され、しかもこのベア
リングハウジング１６は前記ロータ軸１０の後端部を囲
繞密閉するよう構成されている。

しかるに、前記ロータ軸１０の末端部には、エンドナツ
ト１８が同軸に設けられ、一方このエンドナツト１８と
同軸的に対向させてセンサ保持体２０を前記ベアリング
ハウジング１６に対しその外部より液密に挿通配置する
。そこで、本実施例においては、前記ロータ軸１０に設
けたエンドナツト１８の内部に、磁性発生素子として永
久磁石２２を前記センサ保持体２０との対向面に指向さ
せて埋設する。これに対し、前記センサ保持体２０の内
部においても、前記エンドナツト１８との対向面に指向
させて磁気抵抗素子、ホール素子等の磁気センサ２４を
埋設する。この場合、回転するロータ軸１０に設けられ
た永久磁石２２に対し、これと近接して磁気センサ２４
を配置してその磁力の大きさによってロータ軸１０のス
ラスト方向の変位を検出することができる。しかしなが
ら、この場合、常に永久磁石２２と磁気センサ２４とを
対向させてその磁力の変化を直接検出する場合、これら
永久磁石２２や磁気センサ２４の取付精度が検出精度と
して問題となる。

そこで、本発明においては、図示のように、永久磁石２
２および磁気センサ２４をそれぞれロータ軸１０および
センサ保持体２０に対し偏心させて設置し、ロータ軸１
０の回転に伴い磁気センサ２４がその検出信号をパルス
信号として取出すよう構成する。

次に、前記構成からなる本実施例におけるベアリングモ
ニタシステムの動作につき、第２図ｆａＬ　ｆｂｌ、　
（ｅｌに示す特性波形図を参照しながら説明する。

まず、第１図において、ベアリング１４が摩耗していな
い場合、永久磁石２２と磁気センサ２４との離間距離は
設定値に保持され、この時キャンドモータが運転されロ
ータ軸１０が回転すると、前記磁気センサ２４によって
永久磁石２２との離間距離に比例した所定電圧レベルの
パルス信号が出力される〔第２図（ａｌ参照〕。そこで
、この場合、ロータ軸１０を支承する前後のベアリング
の摩耗によって軸の前後方向に生じる変位に対し、摩耗
限界を予測する磁気センサ２４の検出電圧に相当するス
レッシュホールド電圧Ｖｓを設定し、このスレッシュホ
ールド電圧Ｖｓを所定周期の鋸歯状波形として前記磁気
センサ２４の出力パルス信号と重畳してスレ・７シユホ
ールド電圧Ｖｓレベルと比較する。この時、前記スレッ
シュホールド電圧Ｖｓレベルに対し、電圧値の大きい出
力パルス信号Ａ〔第２図ｆｂ）参照〕と電圧値の小さい
出力パルス信号Ｘ〔第２図（Ｃ１参照〕とに分割してそ
れぞれサンプリングを行う。この結果、永久磁石２２に
対する磁気センサ２４の離間距離が設定値に保持されて
いれば、分割された出力パルス信号ＡとＸの単位時間当
りのパルス数は等しくなる。なお、これらのパルス数は
それぞれパルスカウンタにより容易にカウントすること
ができる。

そこで、例えば、前部ベアリングがスラスト方向に摩耗
してロータ軸１０が変位した場合、永久磁石２２と磁気
センサ２４との離間距離は大きくなり、磁気センサ２４
で得られる出力パルス信号の電圧レベルは、スレッシュ
ホールド電圧Ｖｓレベルより相対的に低くなる〔第２図
（ａ）〕。この結果、電圧レベルの比較を行って分割し
た出力パルス信号ＡとＸは、出力パルス信号Ｘのパルス
数が増大するので〔第２図（ｂｌ、　（Ｃ１）この単位
時間当りのパルス数によって前部ベアリングのスラスト
方向の摩耗量を検出することができる。

また、後部ベアリングがスラスト方向に摩耗してロータ
軸１０が変位した場合、永久磁石２２と磁気センサ２４
との離間距離は小さくなり、磁気センサ２４で得られる
出力パルス信号の電圧レベルは、スレッシュホールド電
圧Ｖｓレベルより相対的に高くなる〔第２図（ａ）〕。

この結果、電圧レベルの比較を行って分割した出力パル
ス信号Ａと７は、前記とは逆に出力パルス信号Ａのパル
ス数が増大するので〔第２図（ｂｌ、　（（！ｌ）、こ
の単位時間当りのパルス数によって後部ベアリングのス
ラスト方向の摩耗量を検出することができる。

第３図は、本発明に係るベアリングモニタシステムの別
の実施例であって、ベアリングのラジアル方向の摩耗量
を検出する場合を示すものである。すなわち、第３図に
おいて、ロータ軸１０の末端部に取付けるエンドナツト
１８は、前記軸と同心の円柱状孔部２６を有するよう設
定し、この円柱状孔部２６内にセンサ保持体２０の先端
部を所定間隔離間して挿入配置する。従って、この場合
、エンドナツト１８とセンサ保持体２０とに対し、それ
ぞれ永久磁石２２と磁気センサ２４とをそれぞれ半径方
向に対向させて配置する。このように構成することによ
って、ベアリングのラジアル方向の摩耗量を前記磁気セ
ンサ２４の検出する出力パルス信号の電圧レベルの変化
によって検出することができる。この場合、前述した実
施例と同様に、スレッシュホールド電圧Ｖｓを設定する
ことにより、ベアリングのラジアル方向の摩耗位置を判
定することも可能である。

第４図は、本発明に係るベアリングモニタシステムのさ
らに別の実施例であって、前述したベアリングのスラス
ト方向とラジアル方向の両摩耗量を同時に検出する場合
を示すものである。

すなわち、本実施例は、前記第１図および第３図に示す
実施例を組合せたものであり、エンドナツト１８の端部
に埋設した永久磁石２２に対し、それぞれセンサ保持体
２０の半径方向および軸方向位置に磁気センサ２４ａ、
２４ｂを設けたものである。

第５図は、本発明に係るベアリングモニタシステムの応
用例を示すものである。すなわち、本実施例においては
、第３図に示す実施例と同様に円柱状孔部２６を有する
エンドナツト１８を使用し、この円柱状孔部２６内にセ
ンサ保持体２０の先端部を所定間隔離間して挿入配置す
る。この場合、エンドナンド１８の開口端部に若干内方
へ突出させて永久磁石２２を設けると共に、センサ保持
体２０の先端部も若干外方に膨出させてその内部に前記
永久磁石２２と軸方向に対向させて磁気センサ２４を設
ける。また、この場合、前記センサ保持体２０は、密封
管構造とすると共にその先端部を摩耗によって破裂する
感知部として、従来の機械的手段によるベアリングモニ
タの検出器として構成する。このように構成することに
より、ベアリングのスラスト方向の摩耗に対しては、前
述した本発明のベアリングモニタシステムによりその摩
耗量を検出することができ、またベアリングのラジアル
方向の摩耗に対しては、従来の機械的手段によってベア
リングの摩耗限界を検出することができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
ベアリングで支持されるロータ軸の端部に永久磁石等の
磁気発生素子を設け、この磁気発生素子に対向して磁気
センサを設けたセンサ保持体を前記ロータ軸端部に対し
所定間隔離間して固定配置することにより、ロータ軸の
回転に伴い磁気センサは磁気発生素子との離間距離に比
例した電圧レベルのパルス信号を発生することから、こ
のパルス信号を所定のスレッシュホールド電圧と比較し
てパルス信号を分割してサンプリングすることによって
、従来困難とされたベアリングのスラスト方向の摩耗量
を簡便に検出することができる。

また、本発明のベアリングモニタシステムによれば、ベ
アリングのスラスト方向の摩耗量のみならず、磁気発生
素子と磁気センサの配置変更によってベアリングのラジ
アル方向の摩耗量も検出することができる。さらに、本
発明のベアリングモニタシステムによれば、従来の機械
約手段によるベアリング摩耗検出器と併用し、特にスラ
スト方向の摩耗量の検出を可能としてベアリングモニタ
システムとしての機能並びに性能の向上を図ることがで
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るベアリングモニタシステムの一実
施例を示すキャンドモータのロータ軸端部の要部断面側
面図、第２図（ａｌ、　（ｂｌ、　（ｃｌは第１図に示
すベアリングモニ・タシステムにおけるセンサ出力パル
ス信号とベアリングの摩耗量との相関関係を示す特性波
形図、第３図は本発明に係るベアリングモニタシステム
の別の実施例を示すキャンドモータのロータ軸端部の要
部断面側面図、第４図は本発明に係るベアリングモニタ
システムのさらに別の実施例を示すキャンドモータのロ
ータ軸端部の要部断面側面図、第５図は本発明に係るベ
アリングモニタシステムの応用例を示すキャンドモータ
のロータ軸端部の要部断面側面図である。 １０、、、ロータ軸　　　１２．　、　、スラストワッ
シャ１４、、、ベアリング　１６．　、　、ベアリング
ハウジング１８、　、　、エンドナツト　　２０．、、
センサ保持体２２）、、永久磁石　　　　２４．、、磁
気センサ２６、、、円柱状孔部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベアリングで支承した回転軸の一端部に磁気発生
   素子を設け、前記回転軸に対しベアリングの摩耗による
   変位方向に磁気センサを設けたセンサ保持体を所定間隔
   離間して固定配置し、前記回転軸の回転に伴い磁気セン
   サによって回転軸との離間距離に比例した電圧レベルの
   パルス信号を出力させてこの電圧レベルを基準電圧レベ
   ルと比較してベアリングの摩耗量を検出することを特徴
   とするベアリングモニタシステム。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のベアリングモニタシ
   ステムにおいて、磁気発生素子と磁気センサとを回転軸
   の軸方向に対向させてベアリングのスラスト方向の摩耗
   量を検出するよう構成してなるベアリングモニタシステ
   ム。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載のベアリングモニタシ
   ステムにおいて、磁気発生素子と磁気センサとを回転軸
   に対し半径方向に対向させてベアリングのラジアル方向
   の摩耗量を検出するよう構成してなるベアリングモニタ
   システム。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載のベアリングモニタシステムにおいて、磁気センサで
   検出する電圧パルス信号をベアリングの摩耗量の限界を
   規定する所定周期の鋸歯状波からなる基準電圧レベルに
   重畳させて比較し、前記パルス信号を前記基準電圧レベ
   ルに応じて分割し、分割されたパルス信号の単位時間当
   りのパルス数をカウントすることによりベアリングの摩
   耗位置を検出するよう構成してなるベアリングモニタシ
   ステム。