(57)【要約】【課題】保持スリーブの寿命を容易に判定することができる回転電機を提供する。【解決手段】ロータ１１４のロータコア１１４ａの外周面に貼り付けられた永久磁石１１４ｂをロータコア１１４ａの外周面に保持させるようにロータコア１１４ａに嵌合するＦＲＰ製の環状の保持スリーブ１１４ｃを備えているモータ１００において、ステータ１１２の外側に位置する回転軸１１３の外周面に設けられて保持スリーブ１１４ｃのＦＲＰ材料を構成する樹脂と同一の樹脂材料製のセンシング材１１５と、センシング材１１５との間の距離Ｌを計測する距離センサ１２１と、距離センサ１２１からの情報に基づいて、保持スリーブ１１４ｃの寿命を判定する演算装置１２０と、演算装置１２０からの情報を表示する表示装置１２３とを備えている。【選択図】図１
2020036507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアにコイルを設けた円筒形のステータと、
前記ステータを貫通するように前記ステータコアの内部に回転可能に配設された回転軸と、
前記ステータの前記ステータコアの内周面と対向する前記回転軸の外周面に設けられたロータコアと、
前記ロータコアの外周面に貼り付けられた永久磁石と、
前記永久磁石を前記ロータコアの外周面に保持させるように当該ロータコアに嵌合する繊維強化樹脂材料製の環状の保持スリーブと
を備えている回転電機において、
前記ステータの外側に位置する前記回転軸の外周面に設けられて前記保持スリーブの前記繊維強化樹脂材料を構成する樹脂と同一の樹脂材料製のセンシング材と、
前記センシング材との間の距離Ｌを計測する距離計測手段と、
前記距離計測手段からの情報に基づいて、前記保持スリーブの寿命を判定する演算手段と、
前記演算手段からの情報を表示する表示手段と
を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記センシング材が、前記回転軸の外周面に形成された充填窪の内部に充填されたものである
ことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記演算手段が、前記距離計測手段からの情報に基づいて、当該距離計測手段と前記センシング材との間の距離Ｌの変化量ΔＬを求め、予め設定されている、変化量ΔＬに対応する前記保持スリーブの状態域のマップから、当該保持スリーブの寿命を判定するものである
ことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
前記センシング材が、前記回転軸の外周面に環状をなして嵌合するものである
ことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、
前記センシング材の回転位相を検知する回転位相検知手段を備え、
前記演算手段が、前記距離計測手段及び前記回転位相検知手段からの情報に基づいて、前記センシング材の外周のプロファイルＰを求め、予め設定されている、プロファイルＰに対応する前記保持スリーブの状態域のマップから、当該保持スリーブの寿命を判定するものである
ことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータコアにコイルを設けた円筒形のステータを貫通するようにステータコアの内部に回転可能に回転軸を配設して、ステータコアの内周面と対向する回転軸の外周面に設けたロータコアの外周面にタイル形の永久磁石を周方向及び軸方向へ複数並べて貼り付けたロータを備えたモータや発電機等の回転電機においては、回転軸の回転に伴って、ロータの永久磁石が遠心力によって剥離して飛散してしまうおそれがあるため、炭素やガラス等の繊維を含有する繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の環状の保持スリーブを永久磁石の表面に位置させるようにロータコアの外周に嵌合することにより、永久磁石をロータコアの外周面に押さえ付けて保持するようにしている（例えば、下記特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０５０９２５号公報
【特許文献２】特開平０４−１９３０４７号公報
【特許文献３】特開２０１５−０７５４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したような保持スリーブで永久磁石をロータコアの外周面に保持する回転電機では、稼動させていくと、保持スリーブが熱や空気中の酸素等によって次第に劣化して、永久磁石を保持する力が徐々に低下してしまう。このため、前記回転電機においては、メンテナンス等の際にステータの内部からロータを抜き出して保持スリーブの状態を確認して、保持スリーブの寿命を判定しなければならず、非常に手間が掛ってしまっていた。
【０００５】
このようなことから、本発明は、保持スリーブの寿命を容易に判定することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するための、本発明に係る回転電機は、ステータコアにコイルを設けた円筒形のステータと、前記ステータを貫通するように前記ステータコアの内部に回転可能に配設された回転軸と、前記ステータの前記ステータコアの内周面と対向する前記回転軸の外周面に設けられたロータコアと、前記ロータコアの外周面に貼り付けられた永久磁石と、前記永久磁石を前記ロータコアの外周面に保持させるように当該ロータコアに嵌合する繊維強化樹脂材料製の環状の保持スリーブとを備えている回転電機において、前記ステータの外側に位置する前記回転軸の外周面に設けられて前記保持スリーブの前記繊維強化樹脂材料を構成する樹脂と同一の樹脂材料製のセンシング材と、前記センシング材との間の距離Ｌを計測する距離計測手段と、前記距離計測手段からの情報に基づいて、前記保持スリーブの寿命を判定する演算手段と、前記演算手段からの情報を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記センシング材が、前記回転軸の外周面に形成された充填窪の内部に充填されたものであることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記演算手段が、前記距離計測手段からの情報に基づいて、当該距離計測手段と前記センシング材との間の距離Ｌの変化量ΔＬを求め、予め設定されている、変化量ΔＬに対応する前記保持スリーブの状態域のマップから、当該保持スリーブの寿命を判定するものであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記センシング材が、前記回転軸の外周面に環状をなして嵌合するものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記センシング材の回転位相を検知する回転位相検知手段を備え、前記演算手段が、前記距離計測手段及び前記回転位相検知手段からの情報に基づいて、前記センシング材の外周のプロファイルＰを求め、予め設定されている、プロファイルＰに対応する前記保持スリーブの状態域のマップから、当該保持スリーブの寿命を判定するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る回転電機によれば、ステータの外側に位置する回転軸の外周面に設けられて保持スリーブの繊維強化樹脂材料を構成する樹脂と同一の樹脂材料製のセンシング材との間の距離Ｌを距離計測手段で計測し、演算手段が距離計測手段からの情報に基づいて保持スリーブの寿命を判定して、表示手段が演算手段からの情報を表示することから、メンテナンス等の際にステータからロータをわざわざ抜き取らなくても、稼動中に保持スリーブの状態を常に把握することができるので、保持スリーブの寿命を容易に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る回転電機の第一番目の実施形態の要部概略構成図である。
【図２】図１の演算装置に予め入力されている、変化量ΔＬに対応する保持スリーブの状態域のマップである。
【図３】本発明に係る回転電機の第二番目の実施形態の要部概略構成図である。
【図４】図３の演算装置に予め入力されている、プロファイルＰに対応する保持スリーブの状態域のマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る回転電機の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１４】
〈第一番目の実施形態〉
本発明に係る回転電機をモータに適用した場合の第一番目の実施形態を図１，２に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、円筒形をなすハウジング１１１の内部には、ステータコア１１２ａにコイル１１２ｂを取り付けた円筒形をなすステータ１１２が同軸をなして取り付けられている。ステータ１１２の内部には、回転軸１１３が同軸をなして貫通しており、当該回転軸１１３は、両端側が軸受１１１ａを介してハウジング１１１に回転可能に支持されている。
【００１６】
回転軸１１３の外周面には、ロータ１１４のロータコア１１４ａがステータ１１２の内周面と対向するように当該回転軸１１３と同軸をなして設けられている。ロータコア１１４ａの外周面上には、タイル形の永久磁石１１４ｂが当該ロータコア１１４ａの周方向及び軸方向に沿って複数並べられるようにして貼り付けられている。前記永久磁石１１４ｂの表面には、ガラスや炭素等の繊維を含有する繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の環状の保持スリーブ１１４ｃがロータコア１１４ａと同軸をなすように位置しており、当該保持スリーブ１１４ｃは、前記永久磁石１１４ｂをロータコア１１４ａの外周面に押さえ付けて保持するようにロータコア１１４ａの外周に嵌合している。
【００１７】
なお、回転軸１１３とロータ１１４のロータコア１１４ａとは、別体又は一体のいずれであっても適用可能である。
【００１８】
ハウジング１１１内でステータ１１２の外側に位置する回転軸１１３の一方端寄り（図１中、左端寄り）には、当該回転軸１１３の外周面との間の距離Ｌを計測する距離計測手段である光学式の距離センサ１２１が配設されている。この距離センサ１２１と対向する回転軸１１３の外周面の一部には、凹形をなす充填窪１１３ａが形成されている。この充填窪１１３ａの内部には、保持スリーブ１１４ｃのＦＲＰを構成する樹脂（例えば、エポキシ樹脂）と同一の樹脂材料製（例えば、エポキシ樹脂材料製又は保持スリーブ１１４ｃと同一のＦＲＰ製）のセンシング材１１５が回転軸１１３の外周面と面一となるように充填されている。
【００１９】
つまり、センシング材１１５は、ステータ１１２の外側に位置する回転軸１１３の一方端寄り（図１中、左端寄り）の外周面に設けられ、距離センサ１２１は、センシング材１１５との間の距離Ｌを計測することができるようになっているのである。
【００２０】
前記距離センサ１２１は、ハウジング１１１の外部に設けられた演算手段である演算装置１２０の入力部へ接続されている。演算装置１２０の出力部には、当該演算装置１２０からの情報を視覚的や聴覚的に把握できるように表示する表示手段である表示装置１２３が接続しており、当該演算装置１２０は、距離センサ１２１からの情報に基づいて、保持スリーブ１１４ｃの寿命を判定して、当該表示装置１２３に表示することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００２１】
このような本実施形態に係るモータ１００においては、ステータ１１２のコイル１１２ｂに電気が流れると、ロータ１１４を介して回転軸１１３が回転し、駆動力が出力される。また、これと併せて、距離センサ１２１が、回転する回転軸１１３の対向する外周面との間の距離Ｌを計測する。
【００２２】
このようにモータ１００を稼動させていくと、ロータ１１４の保持スリーブ１１４ｃが熱や空気中の酸素等によって次第に劣化し、これと併せて、センシング材１１５も次第に劣化して、表面が欠落するようになる。
【００２３】
前記演算装置１２０は、前記距離センサ１２１からの情報に基づいて、前記距離Ｌの変化量ΔＬ（すなわち、センシング材１１５の欠落量）を算出し、予め設定されている、当該変化量ΔＬに対応する保持スリーブ１１４ｃの状態域のマップ（図２参照）から、保持スリーブ１１４ｃの寿命を判定する。
【００２４】
すなわち、前記演算装置１２０は、前記変化量ΔＬが第一の基準値ΔＬ１よりも小さいと（ΔＬ＜ΔＬ１）、前記マップに基づいて、安全域Ｓであると判定し、安全である旨の情報を前記表示装置１２３に表示させ、前記変化量ΔＬが第一の基準値ΔＬ１以上であるものの第二の基準値ΔＬ２よりも小さいと（ΔＬ１≦ΔＬ＜ΔＬ２）、前記マップに基づいて、注意域Ａであると判定し、注意する旨の情報を前記表示装置１２３に表示させ、前記変化量ΔＬが第二の基準値ΔＬ２以上であると（ΔＬ２≦ΔＬ）、前記マップに基づいて、交換域Ｃであると判定し、交換する旨の情報を前記表示装置１２３に表示させる。
【００２５】
つまり、本実施形態に係るモータ１００においては、保持スリーブ１１４ｃの状態との相関関係を予め求めたセンシング材１１５をステータ１１２や永久磁石１１４ｂから離反した位置に配置して、距離センサ１２１によってセンシング材１１５の劣化状態を把握する（保持スリーブ１１４ｃとセンシング材１１５との取り付け環境（主に温度）等の相違により、保持スリーブ１１４ｃとセンシング材１１５との劣化速度に違いを生じる可能性があることから、保持スリーブ１１４ｃとセンシング材１１５との劣化状態の相関関係を予め求めておく）ことにより、保持スリーブ１１４ｃの状態を直接的に確認しなくても、保持スリーブ１１４ｃの寿命を判定できるようにしたのである。
【００２６】
このため、本実施形態に係るモータ１００では、メンテナンス等の際にステータ１１２のステータコア１１２ａの内部からロータ１１４をわざわざ抜き取らなくても、稼動中にロータ１１４の保持スリーブ１１４ｃの状態を常に把握することができる。
【００２７】
したがって、本実施形態に係るモータ１００によれば、ロータ１１４の保持スリーブ１１４ｃの寿命を容易に判定することができる。
【００２８】
また、稼動中であっても、ロータ１１４の保持スリーブ１１４ｃの状態を常に把握できることから、運転環境等の条件変化に伴って、保持スリーブ１１４ｃが急速に劣化し始めたとしても、その状態をリアルタイムに確認することができるので、メンテナンス等を最適な時期に設定することが容易にできる。
【００２９】
また、ステータ１１２の外側に位置する回転軸１１３の外周面に設けた、すなわち、ステータ１１２や永久磁石１１４ｂから離反した位置に配設したセンシング材１１５を距離センサ１２１で計測するようにしたので、保持スリーブ１１４ｃをセンサ等で計測できるようにステータ１１２に加工を施す必要がなく、非常に簡単に計測できると共に、強力な磁界中での計測を避けることができ、計測精度の低下を抑制することができる。
【００３０】
〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る回転電機をモータに適用した場合の第二番目の実施形態を図３，４に基づいて説明する。なお、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように、ハウジング１１１内でステータ１１２の外側に位置する回転軸１１３の一方端寄り（図３中、左端寄り）の外周面には、保持スリーブ１１４ｃのＦＲＰを構成する樹脂（例えば、エポキシ樹脂）と同一の樹脂材料製（例えば、エポキシ樹脂材料製又は保持スリーブ１１４ｃと同一のＦＲＰ製）の環状をなすセンシング材２１５が嵌合している。このセンシング材２１５の外周面との対向位置には、当該センシング材２１５との間の距離Ｌを計測する距離センサ１２１が配設されている。
【００３２】
回転軸１１３の他方端（図３中、右端）には、回転軸１１３の回転位相、すなわち、センシング材２１５の回転位相を検知する回転位相検知手段であるレゾルバやロータリエンコーダ等の回転位相センサ２２２が設けられている。
【００３３】
前記距離センサ１２１及び前記回転位相センサ２２２は、ハウジング１１１の外部に設けられた演算手段である演算装置２２０の入力部へ接続されている。演算装置２２０の出力部には、前記表示装置１２３が接続しており、当該演算装置２２０は、距離センサ１２１及び回転位相センサ２２２からの情報に基づいて、保持スリーブ１１４ｃの寿命を判定して、当該表示装置１２３に表示することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００３４】
つまり、本実施形態に係るモータ２００においては、前述した実施形態に係るモータ１００の回転軸１１３の外周面に形成した充填窪１１３ａ内のセンシング材１１５に代えて、前記充填窪１１３ａを省略した回転軸１１３の外周面に嵌合する環状のセンシング材２１５を適用すると共に、回転軸１１３の回転位相、すなわち、センシング材２１５の回転位相を検知する回転センサ２２２をさらに適用するようにしたのである。
【００３５】
このような本実施形態に係るモータ２００においては、前述した実施形態の場合と同様に、ステータ１１２のコイル１１２ｂに電気が流れると、ロータ１１４を介して回転軸１１３が回転し、駆動力が出力される。また、これと併せて、距離センサ１２１が、センシング材２１５の外周面との間の距離Ｌを計測すると共に、回転位相センサ２２２が、回転軸１１３の回転位相、すなわち、センシング材２１５の回転位相を検知する。
【００３６】
このようにモータ２００を稼動させていくと、前述した実施形態で述べたように、ロータ１１４の保持スリーブ１１４ｃが熱や空気中の酸素等によって次第に劣化し、これと併せて、センシング材２１５も次第に劣化して、表面が欠落するようになる。
【００３７】
前記演算装置２２０は、前記距離センサ１２１及び前記回転位相センサ２２２からの情報に基づいて、センシング材２１５の外周のプロファイルＰを求め、予め入力されている、当該プロファイルＰに対応する保持スリーブ１１４ｃの状態域のマップ（図４参照）から、保持スリーブ１１４ｃの寿命を判定する。
【００３８】
すなわち、前記演算装置２２０は、前記プロファイルＰが、すべてにおいて第一の基準プロファイルＰ１よりも大きいと（Ｐ１＜Ｐ）、前記マップに基づいて、安全域Ｓであると判定し、安全である旨の情報を前記表示装置１２３に表示させ、少なくとも一部において第一の基準プロファイルＰ１以下となるものの、すべてにおいて第二の基準プロファイルＰ２よりも大きいと（Ｐ２＜Ｐ≦Ｐ１）、前記マップに基づいて、注意域Ａであると判定し、注意する旨の情報を前記表示装置１２３に表示させ、少なくとも一部において第二の基準プロファイルＰ２以下となると（Ｐ≦Ｐ２）、前記マップに基づいて、交換域Ｃであると判定し、交換する旨の情報を前記表示装置１２３に表示させる。
【００３９】
つまり、前述した実施形態に係るモータ１００においては、回転軸１１３の周方向一点のみに設けたセンシング材１１５の欠落状態から保持スリーブ１１４ｃの状態を把握するようにしたが、本実施形態に係るモータ２００においては、回転軸１１３の周方向全長にわたって設けたセンシング材２１５の欠落状態から保持スリーブ１１４ｃの状態を把握するようにしたのである。
【００４０】
したがって、本実施形態に係るモータ２００によれば、前述した実施形態に係るモータ１００と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、保持スリーブ１１４ｃの状態をより正確に把握することができるので、保持スリーブ１１４ｃの寿命判定をより正確に行うことができる。
【００４１】
なお、前述した実施形態に係るモータ１００においては、センシング材２１５の回転位相を検知する回転センサ２２２からの情報が不要であるので、前記モータ２００よりも簡単な構成にすることができる。
【００４２】
〈他の実施形態〉
ところで、前述した実施形態においては、距離計測手段として、光学式の距離センサ１２１を適用した場合について説明したが、他の実施形態として、他の方式の距離センサを適用することも可能であり、特に、磁界の影響がない場合には、磁気式の距離計測手段を適用することも可能である。
【００４３】
また、前述した実施形態においては、モータ１００，２００に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ロータコアの外周面にタイル形の永久磁石を周方向及び軸方向へ複数並べて貼り付けたロータを備えた発電機等の回転電機であれば、前述した実施形態の場合と同様に適用して前述した実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る回転電機は、保持スリーブの寿命を容易に判定することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００  モータ
１１１  ハウジング
１１１ａ  軸受
１１２  ステータ
１１２ａ  ステータコア
１１２ｂ  コイル
１１３  回転軸
１１３ａ  充填窪
１１４  ロータ
１１４ａ  ロータコア
１１４ｂ  永久磁石
１１４ｃ  保持スリーブ
１１５  センシング材
１２０  演算装置
１２１  距離センサ
１２３  表示装置
２００  モータ
２１５  センシング材
２２０  演算装置
２２２  回転位相センサ
【図１】
2020036507.tif 000003
【図２】
2020036507.tif 000004
【図３】
2020036507.tif 000005
【図４】
2020036507.tif 000006