(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の固定子鉄心の端面の内周部に切り欠き部を設け、該固定子鉄心と回転子鉄心間の磁束の検出を行う磁気電気変換素子を、前記切り欠き部に配置した誘導電動機において、前記磁気電気変換素子は、鉄心と該鉄心に検出コイルが巻回された検出面とから構成され、該検出面が前記固定子鉄心の内周面および端面と略同一面に配置され、前記検出面の鉄心の一部は前記固定子鉄心の端面に接続され、前記鉄心の他の一部が前記固定子鉄心の端面から離れる方向に前記磁気電気変換素子の検出面を磁気的に遮蔽するように前記検出面よりも外側の位置まで延在した遮蔽構造を備えたことを特徴とする誘導電動機。
【請求項２】
前記鉄心は、検出面側から固定子外周側に延びて前記固定子端面の鉄心部分に接続し、さらにコの字形に屈曲した遮蔽構造を備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項３】
前記鉄心は、検出面側から固定子外周側に延び、前記固定子端面より離れる方向に屈曲して固定子外周側に延び、更に逆方向に屈曲して前記固定子端面の鉄心部分に接続した遮蔽構造を備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項４】
誘導電動機の固定子鉄心の端面の内周部に切り欠き部を設け、該固定子鉄心と回転子鉄心間の磁束の検出を行う磁気電気変換素子を該誘導電動機固定子鉄心端面の前記切り欠き部に配置し、前記磁気電気変換素子は前記回転子軸を中心として対向に複数個が円周方向及び軸方向に配置され、
前記磁気電気変換素子は、鉄心と該鉄心に検出コイルが巻回された検出面とから構成され、該検出面が前記固定子鉄心の内周面および端面と略同一面に配置され、前記検出面の鉄心の一部は前記固定子鉄心の端面に接続され、前記鉄心の他の一部が前記固定子鉄心の端面から離れる方向に前記磁気電気変換素子の検出面を磁気的に遮蔽するように前記検出面よりも外側の位置まで延在した遮蔽構造を備え、
前記回転子から誘導電動機負荷電流による磁束の影響を受けないように前記磁気電気変換素子は前記磁束から遮蔽されつつ、前記固定子と回転子間の磁束の変化を検出することにより前記誘導電動機の軸受の摩耗を検知することを特徴とする誘導電動機の軸受摩耗の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、すべり軸受により回転子を支持するキャンドモータ等の誘導電動機に係り、特にすべり軸受の摩耗進行等が原因で発生する回転子鉄心の移動を検出出力し、この出力をもって軸受の摩耗検出を可能とする軸受摩耗の検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、キャンドモータポンプ等、回転子を支持する軸受部に、すべり軸受を用いている誘導電動機においては、該誘導電動機を長期間使用した場合や異物の混入、噛み込み等が原因で発生するすべり軸受の摩耗という問題があった。摩耗の進行により、回転子部分が固定子内部で異常な振れ回りや、アキシャル方向或はラジアル方向への移動が発生し、このような事態が進行した場合には、回転子と固定子の接触など、誘導電動機自体に致命的な損傷が発生することがある。
【０００３】
特に、キャンドモータポンプは、回転子と固定子にそれぞれ金属隔壁を設け、その隙間にポンプ取扱液を流すことにより、誘導電動機本体の発熱を押さえ、全体が一体の圧力容器となる構造をとっている。係るポンプにおいては、すべり軸受の摩耗により回転子に異常振れ回りが発生し、回転子と固定子が接触を起こした場合には、回転子、固定子それぞれの金属隔壁が損傷することがある。このような場合、固定子内部にポンプ取扱液が浸入することになり、この液の浸入は固定子巻線の絶縁を劣化させる原因となり、誘導電動機本体の致命的な故障を起こす原因になることも考えられる。
【０００４】
また、キャンドモータポンプは、ポンプと誘導電動機間にシール部を持たない一体の圧力容器構造のため、軸受摺動面を本体外部より目視することが不可能である。長期の使用や異物の混入など、何等かの原因により軸受に摩耗が発生した場合においても、その変化を外部より確認することが出来ず、従来は軸受の交換も定期的な点検や保守を行う作業員の経験則によって行われてきた。
【０００５】
これまで提案又は実施されてきた軸受の摩耗状況を検出する手段のうち、機械的検出法を用いた軸受摩耗検出機構の一例としては、電動機回転子端に回転子と一定の隙間を保った機械的接触部と、この接触部が回転体との接触摩耗によって内部に封入したガスが外部に排出される機能を備えた検出機構がある。このような検出機構の場合には、一度検出機構が動作した後は、検出機構内部に封入されたガスが放出されてしまうため、摩耗した軸受とともに検出機構自体の交換も必要となり、保守部品の増加を余儀なくされる等の問題点を有する。
【０００６】
又、電気的検出機構の例としては、固定子巻線スロット内にサーチコイルを巻き込むもの、又は特殊な巻線構造の誘導電動機を用いてすべり軸受の摩耗状況を検出する方法等がある。しかしながらこれらの検出機構の場合、誘導電動機自体の構造が複雑で特殊なものとなってしまい、安価な製品の提供を妨げる原因となる。又、誘導電動機固定子鉄心の端面に磁気検出素子を設けた検出機構の場合、誘導電動機の負荷変動や電源変動による影響が大きく、摩耗状況が正確に表示されず信頼性の低下という問題を有していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、キャンドモータ等のすべり軸受により回転子を支持する機構を有する誘導電動機において、そのすべり軸受の摩耗進行状況を電気的な検出手法を用いて、容易に且つ確実に監視することのできる検出機構を備えた誘導電動機及びその軸受摩耗の検知方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の誘導電動機は、誘導電動機の固定子鉄心の端面の内周部に切り欠き部を設け、該固定子鉄心と回転子鉄心間の磁束の検出を行う磁気電気変換素子を、前記切り欠き部に配置した誘導電動機において、前記磁気電気変換素子は、鉄心と該鉄心に検出コイルが巻回された検出面とから構成され、該検出面が前記固定子鉄心の内周面および端面と略同一面に配置され、前記検出面の鉄心の一部は前記固定子鉄心の端面に接続され、前記鉄心の他の一部が前記固定子鉄心の端面から離れる方向に前記磁気電気変換素子の検出面を磁気的に遮蔽するように前記検出面よりも外側の位置まで延在した遮蔽構造を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明によれば、誘導電動機の固定子の一部を切り欠き、磁気電気変換素子を複数組両端面の該切り欠き部に備えることにより、軸受の摩耗に伴い、誘導電動機回転子がラジアル方向／又はアキシャル方向に移動した場合、回転子が近づく側の磁気電気変換素子の出力は大きくなり、又回転子が遠ざかる側の磁気電気変換素子の出力は小さくなる。従って、これらの磁気電気変換素子の出力に適当な演算を行うことで軸受のラジアル方向／アキシャル方向の摩耗量を求めることができる。
【００１０】
又、本発明では磁気電気変換素子は特に誘導電動機回転子からの負荷電流の磁束変動成分の影響を防ぐように磁気遮蔽構造を備えている。これにより、磁気電気変換素子には、磁束の負荷変動信号成分が遮蔽されるため、誘導電動機の運転状態に関わらず軸受の摩耗量を直接的に検出することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の磁気電気変換素子では、前記鉄心は、検出面側から固定子外周側に延びて前記固定子端面の鉄心部分に接続し、さらにコの字形に屈曲した遮蔽構造を備えたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、鉄心が固定子外周面側に延在してコの字形に屈曲して磁気電気変換素子の検出部分を遮蔽することから、誘導電動機回転子からの負荷変動成分による磁束が検出部分に入らなくなる。即ち、回転子の負荷電流による磁束成分は、回転子のエンドリング近傍に主として発生する。上述の遮蔽構造により、この磁束成分を磁気電気変換素子の検出部分に対して遮蔽することにより、回転子の負荷電流による影響を受けることなく、固定子・回転子間の本来の磁束の検出を行うことができ、これにより軸受の摩耗を安定に検知できる。
【００１３】
また、本発明の磁気電気変換素子では、前記鉄心は、検出面側から固定子外周側に延び、前記固定子端面より離れる方向に屈曲して固定子外周側に延び、更に逆方向に屈曲して前記固定子端面の鉄心部分に接続した遮蔽構造を備えたことを特徴とする。
【００１４】
これにより、磁気電気変換素子の鉄心が固定子端面より離れる方向に突出していることから、その屈曲部分で誘導電動機の回転子の主としてエンドリング近傍に流れる負荷電流による磁束を吸収することができる。このため、誘導電動機の負荷電流による磁束は、固定子端面の切り欠き部に配置された磁気電気変換素子の検出部分に影響を及ぼさなくなり、これにより固定子・回転子間の本来の磁束の検出を安定に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の誘導電動機の軸受摩耗の検知方法は、誘導電動機の固定子鉄心の端面の内周部に切り欠き部を設け、該固定子鉄心と回転子鉄心間の磁束の検出を行う磁気電気変換素子を該誘導電動機固定子鉄心端面の前記切り欠き部に配置し、前記磁気電気変換素子は前記回転子軸を中心として対向に複数個が円周方向及び軸方向に配置され、前記磁気電気変換素子は、鉄心と該鉄心に検出コイルが巻回された検出面とから構成され、該検出面が前記固定子鉄心の内周面および端面と略同一面に配置され、前記検出面の鉄心の一部は前記固定子鉄心の端面に接続され、前記鉄心の他の一部が前記固定子鉄心の端面から離れる方向に前記磁気電気変換素子の検出面を磁気的に遮蔽するように前記検出面よりも外側の位置まで延在した遮蔽構造を備え、前記回転子から誘導電動機負荷電流による磁束の影響を受けないように前記磁気電気変換素子は前記磁束から遮蔽されつつ、前記固定子と回転子間の磁束の変化を検出することにより前記誘導電動機の軸受の摩耗を検知することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の誘導電動機を備えたキャンドモータポンプの断面図である。図１において、回転子軸１０を支持するためのすべり軸受３，４は回転子軸のアキシャル方向荷重をスラスト板７，９と、その接触面で支持し、ラジアル方向荷重を軸スリーブ６，８と、その接触面で支持している。
【００１７】
図１中の符号Ｓ１〜Ｓ４は誘導電動機の固定子鉄心両端面の切り欠き部に対向に設置された磁気電気変換素子であり、図２に示すように回転子軸を中心として対向に２個１組として、この場合は２組が約６０゜の間隔を置いて配置されている。この間隔は９０゜に直交に配置するようにしても勿論よい。
【００１８】
通常、軸受等に何等異常がなく正規の状態で誘導電動機が運転されている場合は、該誘導電動機の固定子鉄心１の両端面に対向に設置された磁気電気変換素子Ｓ１〜Ｓ４と回転子鉄心２両端でのアキシャル・ラジアル双方向の空間距離はそれぞれ等しく、回転子鉄心２からの磁束による磁気電気変換素子の出力信号もそれぞれの素子Ｓ１〜Ｓ４で等しい値を有することになる。
【００１９】
ここで、このキャンドモータポンプにおいて、何等かの原因で軸受スラスト板７，９と軸受部材との間で摩耗が発生進行し、回転子軸１０がアキシャル方向（図１矢印Ａで示される方向）に移動したとする。この場合、各磁気電気変換素子に対し回転子鉄心２が近づく側の素子の磁気電気変換出力信号は、回転子鉄心２が近づく距離に比例して増加し、回転子鉄心２が遠ざかる側の素子の変換出力は回転子鉄心２が遠ざかる距離に比例して減少する。
このとき、磁気電気変換素子それぞれの出力を比較した場合、次式が成立する。
（Ｓ１，Ｓ３）≦（Ｓ２，Ｓ４）・・・・・  （１）
但し  Ｓ１＝Ｓ３，Ｓ２＝Ｓ４
【００２０】
次に前記と同様何等かの原因で軸スリーブ６，８と軸受部材との間で摩耗が発生進行し、回転子軸１０がラジアル方向（図１矢印Ｂで示される方向）に移動した場合、各磁気電気変換素子に対し回転子鉄心２が近づく側の素子の変換出力信号は、回転子鉄心が近づく距離に比例して増加し、回転子鉄心２が遠ざかる側の素子の変換出力は回転子鉄心２が遠ざかる距離に比例して減少する。
このときには、先に記した場合と同様、磁気電気変換素子それぞれの出力を比較した場合、次式が成立する。
（Ｓ１，Ｓ２）≦  （Ｓ３，Ｓ４）・・・・・  （２）
但し  Ｓ１＝Ｓ２，Ｓ３＝Ｓ４
【００２１】
しかしながら、単に固定子鉄心の両端面に設置した各磁気電気変換素子出力には回転子移動成分の他に誘導電動機の負荷によって変動する負荷変動成分が含まれる。この負荷変動成分が存在するため、誘導電動機の運転点によって磁気電気変換素子出力が変化することとなり、摩耗検出に誤差を含むこととなる。この負荷変動成分は主として回転子のエンドリングより発生しているものと考えられるため、図３及び図４に示すように磁気電気変換素子に磁気遮蔽を一体とした構造を採用する。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施の形態の磁気遮蔽一体型の磁気電気変換素子の構造を示す。図３に示す磁気電気変換素子１３は、鉄心１１とその鉄心に巻回された検出コイル１２とからなる。そのコイル１２が巻回された鉄心の検出面１１ａは、固定子内周面１ａと略同一の面に配置されている。そして、磁気電気変換素子１３は、固定子端面の切り欠き部分１ｂに配置されている。検出コイル１２が巻回された鉄心１１は、半径方向に固定子外周側に向かって延び、コの字形に屈曲して、再び固定子内周側に向かい（１１ｓ）、鉄心１１の検出コイル１２が巻回された部分を遮蔽するように配置されている。
【００２３】
従って、回転子の主としてエンドリング２ａの負荷電流によって形成される磁束ΦＲは、鉄心の遮蔽部分１１ｓに吸収されることになり、これにより検出コイル１２が巻回された近傍の検出面にはほとんど入らなくなる。一方で、固定子巻線によって形成される固定子・回転子間の空隙の磁束ΦＳの端部の成分ΦＳＬは、磁気電気変換素子１３の検出面１１ａを通るように形成され、この磁束量を検出コイル１２で検出することが可能である。従って、この磁気電気変換素子１３は、回転子電流が形成する磁束ΦＲの影響をほとんど受けないことになる。
【００２４】
図４は、本発明の第２の実施の形態の磁気遮蔽一体型の磁気電気変換素子の構造を示す。この実施の形態においても、固定子１の端面の切り欠き部分１ｂに鉄心１１とこれに巻回された検出コイル１２とからなる磁気電気変換素子１３ｂの検出部分が配置されている。この鉄心１１は、検出コイル１２が巻回された部分から半径方向に固定子外周側に延び、そこで固定子端面より離れる方向に屈曲して固定子外周側に延び（１１ｃ）、更に逆方向に屈曲して固定子外周の鉄心部分１ｅに接続されている。
【００２５】
このような構造により、屈曲部分１１ｃで誘導電動機の主としてエンドリング２ａの近傍の負荷電流により形成される磁束ΦＲを吸収することとなる。このため、誘導電動機の負荷電流により形成される磁束ΦＲは、検出コイル１２が巻回された鉄心１１の検出面１１ａにはほとんど入らなくなり、この鉄心１１の屈曲部分１１ｃがいわば磁束ΦＲの遮蔽作用をもたらすことになる。
【００２６】
図５は、上述した磁気遮蔽一体型の磁気電気変換素子による検出出力の例を示す。（ａ）は磁気遮蔽構造を有さない場合であり、（ｂ）は磁気遮蔽構造を有する場合である。（ａ）に示す磁気遮蔽構造を有さない場合には、ラジアル摩耗量及びスラスト摩耗量ともに、作動出力に軽負荷運転時と重負荷運転時において大きな差異がみられる。これに対して、（ｂ）に示す磁気遮蔽構造を有する場合には、ラジアル摩耗量及びスラスト摩耗量ともに、その作動出力に軽負荷運転時と重負荷運転時とではほとんど差異が生じなくなる。これにより、磁気遮蔽構造を設けた磁気電気変換素子１３ａ，１３ｂにより、回転子の主としてエンドリング付近により発生する負荷変動に伴う磁束の成分ΦＲは、磁気遮蔽構造１１ｓ，１１ｃに遮蔽され、磁気電気変換素子１３ａ，１３ｂの検出部分にほとんど影響を与えない。このため、磁気電気変換素子１３ａ，１３ｂの検出コイル１２には、回転子２の端部の磁束成分ΦＳＬのみが出力されることになる。このため、負荷電流の大小に関わらず、常に式（１）及び式（２）に従って、軸受の摩耗を検出することができる。
【００２７】
磁気電気変換素子から出力された信号の処理回路例を図６に示す。この信号処理回路の構成は、磁気電気変換素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４等のそれぞれの信号を受ける入力部３１〜３４、比較のための差動アンプ部３５〜３８、比較後のオフセット調整を行うオフセット調整部３９〜４２、それぞれの信号処理結果から回転子位置の演算を行う判定回路部４３、判定した結果を表示する表示回路部４４から構成されている。従って、各素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の出力は、それぞれの出力信号を判別する為の比較回路に入力され、該磁気電気変換素子それぞれの出力によって回転子軸１０の位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況を判別する。
【００２８】
よって、アキシャル方向の摩耗が発生したときと同様に差動出力を監視すれば、軸受の摩耗等により発生する回転子鉄心２のラジアル方向の移動を検出可能であり、回転子鉄心２のアキシャル方向、又はラジアル方向のそれぞれの方向に摩耗が進行したことを、それぞれ個別に検出することが可能である。
【００２９】
尚、上述した実施の形態はすべり軸受を使用したキャンドモータポンプの例についてのものであるが、本発明の趣旨は本実施の形態に限らず、広く各種のすべり軸受等の摩耗の検出に利用できるのは、勿論のことである。又、磁気電気変換素子は、本実施の形態においては、回転子軸に対象な一対を一組として二組配置し、ｘｙ方向のラジアル摩耗量を検出し、回転子軸に沿って離隔した位置に更に同様に二組の磁気電気変換素子を配置している。これによりラジアル及びスラスト軸受の摩耗量が検出可能であるが、更に多数の磁気電気変換素子を配置するようにしてもよく、又磁気電気変換素子の数を減らすようにしてもよい。磁気電気変換素子の数を増加することにより、よりきめの細かな軸受摩耗の検出が可能となるが、磁気電気変換素子の数を減らすことにより、より経済的な装置とすることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、すべり軸受を用いた誘導電動機、特に、磁気遮蔽一体構造の磁気電気変換素子とすることにより、回転子の負荷電流により形成される磁束の影響を受けなくなり、これにより重負荷時でも軽負荷時でも常に安定した軸受摩耗の状況の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のキャンドモータポンプの断面図である。
【図２】図１における誘導電動機の磁気電気変換素子の取付部分を軸方向に見た図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の磁気電気変換素子の構造を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の磁気電気変換素子の構造を示す説明図である。
【図５】軸受がラジアル方向及びアキシャル方向に摩耗した場合の磁気電気変換素子の出力特性を示す図であり、（ａ）はシールド構造を有さない場合を示し、（ｂ）はシールド構造を有する場合を示す。
【図６】磁気電気変換素子の出力信号処理回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１    固定子鉄心
２    回転子鉄心
３，４    すべり軸受
６，８    軸スリーブ
７，９    軸受スラスト板
１０    回転子軸
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４    磁気電気変換素子
Ａ    アキシャル移動方向
Ｂ    ラジアル移動方向
１１    鉄心
１２    検出コイル
１１ｃ，１１ｓ    遮蔽構造部分
ΦＲ  回転子負荷電流による磁束
ΦＳ  固定子・回転子空隙の磁束
ΦＳＬ 検出面に入る固定子・回転子空隙の磁束
【図１】
0003604276.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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