(57)【要約】【課題】複雑な機構を用いることなく、回転する回転子の温度を精度よく計測する。【解決手段】本実施形態に係る回転機は、回転子に配置される温度検出手段と、回転子の回転軸上に、回転軸とともに回転するように配置され、温度検出手段の検出結果を示す出力信号を伝送する伝送手段と、回転子の回転軸上に伝送手段に対向するように支持され、出力信号を受信する受信手段と、を備える。これによれば、複雑な機構を用いることなく、回転する回転子の温度を精度よく計測することが可能となる。【選択図】図２
2017225259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子に配置される温度検出手段と、
前記回転子の回転軸上に、前記回転軸とともに回転するように配置され、前記温度検出手段の検出結果を示す出力信号を伝送する伝送手段と、
前記回転子の回転軸上に前記伝送手段に対向するように支持され、前記出力信号を受信する受信手段と、
を備える回転機。
【請求項２】
前記受信手段は、前記伝送手段へ電磁波を出力し、
前記伝送手段は、前記電磁波を受信することにより得られる動作電力を用いて、前記出力信号を伝送する請求項１に記載の回転機。
【請求項３】
直列に接続された複数の前記温度検出手段を備える請求項１又は２に記載の回転機。
【請求項４】
並列に接続された複数の前記温度検出手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転機。
【請求項５】
前記温度検出手段はサーミスタである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回転機。
【請求項６】
前記温度検出手段は、前記回転子に貼り付けられている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する回転機（モータ）は、産業機械の動力源として多用されている。これらの回転機は、使用環境や使用目的に応じて設計仕様が異なる。例えば、発火性のあるガス雰囲気下や、酸素濃度が高くなるような場所では、回転機として防爆型の回転機が選定される。この種の回転機は、回転子や固定子が密閉された空間に収容されるため、放熱効率が悪い。そのため、固定子や回転子の温度を監視して、それぞれの温度が一定以上に上昇しないように回転機の運転が行われる。
【０００３】
固定子の温度を監視するのは比較的容易であるが、回転する回転子の温度を監視するためには、例えば、回転子に取り付けた温度センサからの信号を、スリップリングを介してとり出したり、テレメータを用いて温度センサの検出結果を無線信号としてとり出す必要がある。
【０００４】
しかしながら、回転機にスリップリングを設けると、定期的なメンテナンスが必要になり、装置のランニングコストが増加する。また、スリップリングを介して温度センサからの出力信号をとり出す際には、スリップリングの影響によって、出力信号にノイズ成分が混入することが考えられる。
【０００５】
一方、検出結果を、テレメータを用いて無線信号としてとり出すためには、回転子に無線送信機やバッテリーを設けるためのスペースを確保する必要がある。そのため、装置の製造コストが増加してしまう。また、計測する箇所の数が限定され、回転子全体の温度を精度よく計測することが困難になることも考えられる。
【０００６】
回転子の温度は、固定子の温度とある程度相関がある。そのため、固定子の温度から回転子の温度を予測することが可能である。しかしながら、回転機の使用環境や、周囲温度によっては、予測温度と実際の温度に誤差が生じることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−２２３０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、複雑な機構を用いることなく、回転子の温度を精度よく計測することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本実施形態に係る回転機は、回転子に配置される温度検出手段と、回転子の回転軸上に、回転軸とともに回転するように配置され、温度検出手段の検出結果を示す出力信号を伝送する伝送手段と、回転子の回転軸上に伝送手段に対向するように支持され、出力信号を受信する受信手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る回転機の斜視図である。
【図２】回転機のＹＺ断面を示す図である。
【図３】温度センサの配置を示す図である。
【図４】温度センサ及びその近傍を拡大して示す図である。
【図５】止金具の斜視図である。
【図６】温度計測ユニットのブロック図である。
【図７】変形例に係る温度計測ユニットのブロック図である。
【図８】変形例に係る温度計測ユニットのブロック図である。
【図９】変形例に係る配線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る回転機１０の斜視図である。回転機１０は、例えば三相かご型誘導電動機である。回転機１０は、図１に示されるように、Ｙ軸方向を長手方向とする円柱状のシャフト２０と、シャフト２０をＹ軸に平行な軸周りに回転させるモータユニット３０と、外部電源及び制御線などが接続される端子ボックス８０とを備えている。
【００１２】
図２は、回転機１０のＹＺ断面を示す図である。この図２及び図１を参照するとわかるように、モータユニット３０は、シャフト２０をＹ軸に平行となるように支持する一組の軸受３３，３４、シャフト２０に固定された回転子５０、回転子５０を包囲するように配置された固定子４０、上記各部を収容するケース３１、送信機６１及び受信機６２などから構成される温度計測ユニット６０、温度計測ユニット６０を覆うカバー３２を有している。
【００１３】
ケース３１は、長手方向をＹ軸方向とする円筒状の中空部材である。このケース３１の−Ｙ側と＋Ｙ側には、軸受３３，３４が固定されている。シャフト２０は、Ｙ軸方向の両端部が、ケース３１から突出した状態で、軸受３３，３４によって回転可能に支持されている。
【００１４】
回転子５０は、回転子鉄心５３、１組の短絡環５２、複数のローターバー５１から構成されている。
【００１５】
短絡環５２は、銅やアルミなどかなる環状の部材である。短絡環５２は、シャフト２０が貫通した状態で、回転子鉄心５３のＹ軸方向両端に配置される。
【００１６】
ローターバー５１は、長手方向をＹ軸方向とする棒状の部材である。ローターバー５１も、短絡環５２と同様に、銅やアルミなどから構成される。ローターバー５１の両端は、それぞれ短絡環５２に例えばボルト等によって固定される。
【００１７】
回転子鉄心５３は、シャフト２０とローターバー５１とが貫通する開口部が形成された金属板をＹ軸方向へ積層することにより形成される。金属板は、例えば珪素鋼板からなる。
【００１８】
図２に示されるように、上述した回転子鉄心５３、短絡環５２、ローターバー５１は、シャフト２０及びローターバー５１が貫通した状態の回転子鉄心５３のＹ軸方向両端に短絡環５２をそれぞれ配置し、短絡環５２とローターバー５１とを固定することで一体化される。
【００１９】
固定子４０は、回転子５０を包囲するように配置されている。固定子４０は、固定子鉄心及びコイルなどから構成される。
【００２０】
温度計測ユニット６０は、回転子５０の温度を計測するためのユニットである。温度計測ユニット６０は、送信機６１、受信機６２、複数の温度センサ６３を有している。
【００２１】
送信機６１は、温度センサ６３の計測結果を受信機６２に送信する装置である。送信機６１は、受信した電磁波から送信機６１の動作電力を生成するためのコイル及び整流器や、温度センサ６３の計測結果を示す出力信号を送信するためのアンテナなどを有している。送信機６１は、シャフト２０の＋Ｙ側の端面のほぼ中心に固定されている。このため、シャフト２０が回転しても、送信機６１はほぼ同じところに位置した状態になる。
【００２２】
受信機６２は、送信機６１から＋Ｙ方向へ１ｍｍ乃至５ｍｍ程度離れた位置に、送信機６１に対向した状態で支持される。受信機６２は、送信機６１に対して電磁波を出力するためのコイルや、送信機６１からの出力信号を受信するためのアンテナを有している。この受信機６２は、外部の直流電源などから供給される電力によって動作し、受信機６２に電磁波を出力するとともに、受信機６２から受信した出力信号を外部機器などへ出力する。
【００２３】
温度センサ６３は、例えば、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタである。温度センサ６３は、回転子５０を構成する回転子鉄心５３に貼り付けられる。図３は、温度センサ６３の配置を示す図である。図３に示されるように、回転機１０では、例えば４つの温度センサ６３が、シャフト２０を中心とする円周に沿って等間隔に配置されている。各温度センサ６３は、ケーブル６５によって直列に接続されている。
【００２４】
図４は、温度センサ６３及びその近傍を拡大して示す図である。図４に示されるように、温度センサ６３同士を接続するケーブル６５は、例えば回転子鉄心５３に形成された溝５３ａの内部に配線される。ケーブル６５を溝５３ａの内部に配線することで、回転子５０が回転することによって生じる、ケーブル６５の位置ずれなどを防止することができる。
【００２５】
また、図３に示されるように、直列接続された４つの温度センサ６３のうち、両端の温度センサ６３は、ケーブル６６によって送信機６１と接続される。ケーブル６６は、温度センサ６３から、例えば、回転子鉄心５３の＋Ｙ側端面及びシャフト２０の内部を介して、送信機６１へ引き回される。回転子鉄心５３の端面での配線では、例えば図５に示される止金具５３０によって、ケーブル６６が回転子鉄心５３に固定される。
【００２６】
止金具５３０は、Ｕ字状に整形された保持部５３０ａと、保持部５３０ａの両端に設けられた一対の固定部５３０ｂの３部分からなる。止金具５３０は、固定部５３０ｂを、回転子鉄心５３へ溶接するか、ネジ等により固定することで、回転子鉄心５３へ取り付けることができる。止金具５３０は、ケーブル６６の配線経路に沿って、回転子鉄心５３に取り付けられる。そして、ケーブル６６は、止金具５３０を構成する保持部５３０ａの内側に配線される。
【００２７】
図６は、温度計測ユニット６０のブロック図である。図６に示されるように、受信機６２は、送信機６１の動作電力に変換される電磁波を出力する。同時に、受信機６２は、送信機６１から無線送信される出力信号を受信して、受信した出力信号を回転機１０の制御装置などの外部機器へ出力する。
【００２８】
送信機６１は、受信機６２からの電磁波を変換することにより得られる電力を動作電力として、４つに直列接続される温度センサ６３の抵抗値を計測する。そして、計測結果を示す無線信号を、出力信号として受信機６２へ出力する。
【００２９】
つまり、回転機１０では、受信機６２から送信機６１へワイヤレス給電が行われる。また、ワイヤレス給電された電力を用いて、送信機６１から受信機６２へ、出力信号の無線送信が行われる。
【００３０】
受信機６２から外部機器へ出力される出力信号の値は、温度センサ６３の抵抗値によって変化する。このため、外部機器は、出力信号の値に基づいて回転子５０を構成する回転子鉄心５３の温度の計測が可能になる。本実施形態では、４つの温度センサ６３が直列に接続されている。そのため、出力信号からは、温度センサ６３それぞれによって計測される温度の平均値を求めることが可能である。
【００３１】
例えば、４つの温度センサ６３の抵抗値がＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４である場合には、出力信号は４つ抵抗値の和ΣＲ（＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）を示す。したがって、ΣＲを温度センサ６３の個数で除した値に対応した温度が、回転子５０の温度として計測できる。
【００３２】
図１に戻り、端子ボックス８０には、商用の三相電源からの電力ケーブル、及び外部機器からの制御線などが接続される。電力ケーブルは、端子ボックス８０を介して、固定子４０を構成する巻線に接続される。また、制御線は、端子ボックス８０を介して、受信機６２に接続される。
【００３３】
上述のように構成される回転機１０では、固定子４０を構成する巻線に商用電源から電力が供給されることで、シャフト２０が回転する。このとき、回転機１０の受信機６２からは、回転子５０を構成する回転子鉄心５３の温度に応じた値の出力信号が出力される。したがって、外部装置は、出力信号に基づいて、回転子５０の温度を監視することが可能となる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態に係る回転機１０では、受信機６２から送信機６１へワイヤレス給電が行われ、送信機６１はワイヤレス給電された電力を用いて、出力信号を受信機６２へ無線送信する。このため、回転子５０の温度を、テレメータなどを用いて検出する場合とは異なり、回転子５０にテレメータを駆動するためのバッテリーなどを搭載する必要がなくなる。したがって、温度計測系を構成する装置がシンプルになり、回転機１０の製造コストを抑制することができる。また、定期的にバッテリーを交換するなどのメンテナンスが不要になり、回転機１０のランニングコストを抑制することができる。
【００３５】
本実施形態では、送信機６１と受信機６２との間の給電及び信号の伝送が無線により行われる。このため、スリップリングを介して、温度センサ６３からの信号を検出する場合に比較して、ノイズの影響を受けることが少なく、温度の計測を精度よく行うことができる。
【００３６】
本実施形態では、回転子５０に貼り付けられた温度センサ６３によって、回転子５０の温度が直接計測される。このため、固定子の温度や、投入電力に応じて回転子５０の温度を予測する方法に比較して、正確に回転子５０の温度を求めることができる。したがって、回転機１０の過負荷や、回転子５０の過熱などの不具合を精度よく検出することが可能となる。これにより、回転機１０の防爆環境下での安全性を向上することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、図６に示されるように、４つの温度センサ６３が直列に接続されている場合について説明した。これに限らず、例えば、図７に示されるように、５つ複数の温度センサを直列に接続することとしてもよい。これにより、計測する箇所を増やすことができる。
【００３８】
上記実施形態では、温度センサ６３が直列に接続されている場合について説明した。これに限らず、温度センサ６３は、並列に接続されていてもよい。例えば温度センサ６３が直列に接続されている場合には、温度センサ６３に接続されるケーブル６５が断線すると温度の計測ができなくなる。しかしながら、温度センサ６３が並列に接続されている場合には、ケーブル６５が断線した場合にも、温度計測を継続することが可能になる。
【００３９】
上記実施形態では、図６及び図７に示されるように、相互に直列或いは並列に接続された温度センサ６３からなる温度センサ群が、送信機６１に接続されている場合について説明した。これに限らず、送信機６１が、出力信号を出力するためチャンネルを複数持っている場合には、図８に示されるように、２系統の温度センサ群、或いは３系統以上の複数の系統の温度センサ群が送信機６１に接続されていてもよい。これによれば、１系統の温度センサ群のケーブルが断線したり、温度センサが断線或いは短絡したとしても、他の系統の温度センサ群からの計測結果に基づいて、回転子５０の温度計測を継続することができる。また、温度センサ群ごとに、異なる位置に温度センサ６３を配置することで、回転子５０の局所的な温度上昇を検出することが可能となる。
【００４０】
上記実施形態では、温度センサ６３がサーミスタである場合について説明した。これに限らず、温度センサとしては熱電対や測温抵抗体など種々のセンサを用いることができる。
【００４１】
上記実施形態では、回転機１０が、かご型誘導電動機である場合について説明した。これに限らず、回転機１０は、回転子に巻線を有する誘導電動機や同期電動機等の回転機であってもよい。また、回転機は、発電機などの回転機であってもよい。
【００４２】
上記実施形態では、図３に示されるように、温度センサ６３同士を接続するケーブル６５、及び温度センサ６３と送信機６１とを接続するケーブル６６とを、回転子５０を構成する回転子鉄心５３の表面に配線する場合について説明した。これに限らず、例えば図９を参照するとわかるように、ケーブル６５，６６を、回転子鉄心５３の内部や、回転子鉄心５３を空冷するためのダクトの内部に配線してもよい。
【００４３】
上記実施形態では、図３に示されるように、温度センサ６３が回転子鉄心５３の表面に貼り付けられている場合について説明した。これに限らず、温度センサ６３を回転子鉄心５３の内部に配置することとしてもよい。
【００４４】
上記実施形態では、回転機１０が、電力ケーブルと制御線双方の接続に用いられる端子ボックス８０を備えていることとした。これに限らず、回転機１０は、例えば、電力ケーブルを接続するための端子ボックスと、制御線を接続するための端子ボックスなど、複数の端子ボックスを備えていてもよい。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  回転機
２０  シャフト
３０  モータユニット
３１  ケース
３２  カバー
３３，３４  軸受
４０  固定子
５０  回転子
５１  ローターバー
５２  短絡環
５３  回転子鉄心
５３ａ  溝
６０  温度計測ユニット
６１  送信機
６２  受信機
６３  温度センサ
６５，６６  ケーブル
８０  端子ボックス
５３０  止金具
５３０ａ  保持部
５３０ｂ  固定部
【図１】
2017225259.tif 000003
【図２】
2017225259.tif 000004
【図３】
2017225259.tif 000005
【図４】
2017225259.tif 000006
【図５】
2017225259.tif 000007
【図６】
2017225259.tif 000008
【図７】
2017225259.tif 000009
【図８】
2017225259.tif 000010
【図９】
2017225259.tif 000011