JPH11299195A

JPH11299195A - 誘導電動機およびその軸受摩耗の検知方法

Info

Publication number: JPH11299195A
Application number: JP10117813A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Ishizuka; 忍石塚; Yukio Toyama; 幸雄外山; Tomotoshi Hirata; 智敏平田; Satoyuki Yamazaki; 智行山崎; Masa Tai; 政戴; Koichi Otake; 功一大竹; Takayuki Kuronuma; 隆行黒沼
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-13
Also published as: JP3604276B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】誘導電動機の固定子鉄心１の端面の一部
に切り欠き部を設け、該固定子鉄心１と回転子鉄心２間
の磁束の検出を行う磁気電気変換素子Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，
Ｓ₄を、切り欠き部に配置した誘導電動機において、磁
気電気変換素子Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，Ｓ₄は、回転子から生じ
る誘導電動機負荷電流による磁束Φ_Rの影響を受けない
ように、該磁束を遮蔽する遮蔽構造１１ｃ，１１ｓを備
えた。

Description

【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
は、誘導電動機の固定子鉄心の端面の一部に切り欠き部
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、前記回転子
から生じる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、該磁束を遮蔽する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】請求項２に記載の本発明は、前記磁気電気
変換素子は、鉄心と該鉄心に巻回された検出コイルとか
ら構成され、該鉄心の検出面が前記固定子内周面と略同
一面に配置され、前記遮蔽構造は、前記鉄心の検出面の
他端側から固定子外周面側に延在してコの字形に屈曲し
て、前記磁気電気変換素子の検出面を磁気的に遮蔽する
構造であることを特徴とする。

【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】請求項３に記載の本発明は、前記磁気電気
変換素子は、鉄心と該鉄心に巻回された検出コイルとか
ら構成され、該鉄心の検出面が前記固定子内周面と略同
一面に配置され、前記遮蔽構造は、前記鉄心の検出面の
他端側から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固定子外周の
鉄心部分に接続され、前記屈曲部分で前記誘導電動機の
負荷電流による磁束を吸収することにより前記鉄心の検
出面を磁気的に遮蔽する構造であることを特徴とする。

【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】請求項４に記載の本発明は、誘導電動機の
固定子鉄心の端面の一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
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２
ａの負荷電流によって形成される磁束Φ_R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Φ_Sの端部の成分Φ_SL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Φ_R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（１１
ｃ）、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Φ_R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Φ
_Rは、検出コイル１２が巻回された鉄心１１の検出面１
１ａ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Φ_R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，１
３ｂ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Φ_Rは、磁気遮蔽構
造１１ｓ，１１ｃに遮蔽され、磁気電気変換素子１３
ａ，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１
２には、回転子２の端部の磁束成分Φ_SL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 Φ_R回転子負荷電流による磁束 Φ_S固定子・回転子空隙の磁束 Φ_SL検出面に入る固定子・回転子空隙の磁束

フロントページの続き (72)発明者平田智敏東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者山崎智行神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内 (72)発明者戴政神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内 (72)発明者大竹功一神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内 (72)発明者黒沼隆行神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内

Claims

【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一部に
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、
前記回転子から生じる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、該磁束を遮蔽する遮蔽構造を備
えたことを特徴とする誘導電動機。
【請求項２】前記磁気電気変換素子は、鉄心と該鉄心
に巻回された検出コイルとから構成され、該鉄心の検出
面が前記固定子内周面と略同一面に配置され、前記遮蔽
構造は、前記鉄心の検出面の他端側から固定子外周面側
に延在してコの字形に屈曲して、前記磁気電気変換素子
の検出面を磁気的に遮蔽する構造であることを特徴とす
る請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項３】前記磁気電気変換素子は、鉄心と該鉄心
に巻回された検出コイルとから構成され、該鉄心の検出
面が前記固定子内周面と略同一面に配置され、前記遮蔽
構造は、前記鉄心の検出面の他端側から前記固定子端面
より離れる方向に屈曲して固定子外周側に延び、更に逆
方向に屈曲して固定子外周の鉄心部分に接続され、前記
屈曲部分で前記誘導電動機の負荷電流による磁束を吸収
することにより前記鉄心の検出面を磁気的に遮蔽する構
造である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一部に
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。