JP2001065487A

JP2001065487A - キャンドモータポンプ

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Publication number: JP2001065487A
Application number: JP24186899A
Authority: JP
Inventors: Yukio Toyama; 幸雄外山; Shinobu Ishizuka; 忍石塚; Tomotoshi Hirata; 智敏平田; Hironori Ninomiya; 宏則二ノ宮; Takayuki Kuronuma; 隆行黒沼; Takahiko Ogawa; 孝彦小川
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-16
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP4081566B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ラジアル方向およびアキシャル方向の軸受の
摩耗の進行状況を、電気的な検出手法を用いて容易に検
出できるようにしたキャンドモータポンプを提供する。【解決手段】キャンドモータの固定子鉄心の端面の一
部に切り欠き部を設け、該切り欠き部に遮蔽構造を備え
た複数個の誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を該セ
ンサの検出面が回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿っ
た少なくとも一部で重なるように配置し、数十Ｈｚ以上
の周波数成分を減衰させるローパスフィルタ回路４５乃
至４８と、数Ｈｚ以下の周波数成分を減衰させるハイパ
スフィルタ回路４９乃至５２を通過させた誘導型センサ
の出力からロータの位置を検出して軸受の摩耗状況を監
視するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はキャンドモータポン
プに係り、特に、ラジアル方向およびアキシャル方向の
軸受の摩耗の進行状況を電気的な検出手法を用いて容易
に監視できる軸受摩耗検出器を備えたキャンドモータポ
ンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、この種のキャンドモータポン
プの一般的な構成を示す断面図である。図１１に示すよ
うに、キャンドモータポンプはポンプ部Ｐとモータ部Ｍ
とからなる。ポンプ部Ｐのポンプケーシング１の内部に
は、羽根車２が配置されているとともに、ポンプケーシ
ング１の高圧側の開口部には、ケーシングカバー３が固
着されている。また、ケーシングカバー３には、羽根車
２を通過した後の昇圧されたポンプ取扱液の一部を導く
流通孔４が形成されている。

【０００３】前記ケーシングカバー３の内部には、ロー
タ５の一端が挿通され、このロータ５の一端に、ここに
嵌合されたディスタンスピース（スリーブ）６、スラス
ト板７ａ、軸スリーブ８ａおよび羽根車２がボルト２２
により固定されている。また、ロータ５の他端には、ス
ラスト板７ｂおよび軸スリーブ８ｂがボルト２３により
固定されている。

【０００４】ロータ５は、その両端で一対の軸受９ａ，
９ｂを介して回転自在に支承されているとともに、その
ほぼ中央部にモータ部Ｍの回転子１０が固着され、ケー
シングカバー３に軸受９ａが、エンドカバー１１に軸受
９ｂがそれぞれ装着されている。また、このロータ５の
内部には、軸方向に貫通する貫通孔１４が形成されてお
り、この貫通孔１４は、両端のボルト２２，２３を貫通
して両側に開口している。

【０００５】モータ部Ｍの固定子１３はモータフレーム
２４に嵌合し、このモータフレーム２４の両端にはフレ
ーム側板２５ａ，２５ｂが嵌合している。更に、モータ
部Ｍの回転子１０のキャン１２ａおよびモータ部Ｍの固
定子１３のキャン１２ｂとで、それぞれ回転子１０およ
び固定子１３をポンプ取扱液に触れないように保護して
いる。また、固定子１３の鉄心の両端面に、２組の誘導
型センサＳ１とＳ３、Ｓ２とＳ４が配設されている。

【０００６】上記従来構造のキャンドモータポンプにお
いては、運転中に回転側である軸スリーブ８ａ，８ｂお
よびスラスト板７ａ，７ｂが、固定側である軸受９ａ，
９ｂに接触しながら回転するために、一般的にカーボン
製の軸受９ａ，９ｂが主に摩耗し、運転時間と共にその
摩耗量が増加していく。そして、運転時間と共に軸受９
ａ，９ｂの摩耗量が増加するにつれて、ロータ５の振れ
回りが大きくなり、摩耗が更に進むと回転子１０のキャ
ン１２ａと固定子１３のキャン１２ｂとが接触してそれ
ぞれ損傷し、更に運転を続けると破損に至る。固定子１
３のキャン１２ｂが破損すると、固定子１３の内部にポ
ンプ取扱液が浸入して、固定子１３の巻線を劣化させる
原因となり、キャンドモータ本体の致命的な故障を引き
起こす。

【０００７】また、キャンドモータポンプは、ポンプ部
Ｐとモータ部Ｍとの間に軸シール部を持たない一体の圧
力容器構造のため、ロータ５の振れ回りを本体外部より
目視することが不可能である。そのため長期の使用や異
物の混入など、何らかの原因により軸受９ａ，９ｂ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
することができない。そこで軸受９ａ，９ｂの摩耗状況
を検出する種々の検出手段が提案されている。

【０００８】これまで実施されてきた軸受の摩耗状況を
検出する検出手段のうち、電気的検出手段としては、図
１１及び図１２（ａ）に示すように、固定子１３の鉄心
の両端面に２組の誘導型センサＳ１とＳ３、Ｓ２とＳ４
を設け、図１２（ｂ）に示すように、誘導型センサＳ１
とＳ３を１８０°対称に配置し、同様に、誘導型センサ
Ｓ２とＳ４も１８０°対称に配置した構成の検出手段が
ある。

【０００９】この検出手段は、軸受９ａ，９ｂの半径方
向（ラジアル方向Ａ）の摩耗を誘導型センサＳ１とＳ
３、およびＳ２とＳ４で検出し、軸方向（アキシャル方
向Ｂ）の摩耗は誘導型センサＳ１とＳ２、もしくはＳ３
とＳ４で検出する。つまり、ラジアル方向Ａの軸受の摩
耗は、誘導型センサＳ１とＳ３のそれぞれの誘起電圧の
差（差動出力）、および誘導型センサＳ２とＳ４のそれ
ぞれの誘起電圧の差（差動出力）を検出し、どちらか大
きい方を検出器（図示せず）に表示することによって行
われる。また、アキシャル方向Ｂの軸受の摩耗は、誘導
型センサＳ１とＳ２のそれぞれの誘起電圧の差（差動出
力）、もしくは誘導型センサＳ３とＳ４のそれぞれの誘
起電圧の差（差動出力）を検出することによって行われ
る。

【００１０】図１３は、前記誘導型センサＳ１，Ｓ２，
Ｓ３，Ｓ４から出力された信号の処理回路例を示す。こ
の信号処理回路の構成は、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｓ４のそれぞれの信号を受ける入力回路３１乃至３
４、比較のための差動アンプ３５乃至３８、比較後のオ
フセット調整回路３９乃至４２、それぞれの信号処理結
果からロータ５の位置の演算を行う判定回路４３、判定
した結果を表示する表示回路４４から構成されている。
従って、各誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の出力
は、それぞれの出力信号を判別するための比較回路部に
入力され、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４からの
それぞれの出力によってロータ５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定する。

【００１１】図１４に、ラジアル方向Ａの軸受の摩耗の
検出原理を示す。図１４に示すように、軸受が主に上方
向に摩耗した場合には、ロータ５が上方に移動するた
め、ラジアル方向における上方の隙間δ１は、下方の隙
間δ２よりも小さくなる。回転子１０が誘導型センサＳ
１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の磁極に近づくほど、各センサの
誘起電圧は大きくなる。従って、誘導型センサＳ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれに誘起される誘起電圧の大小
関係は、Ｓ１＞Ｓ３、かつ、Ｓ２＞Ｓ４となる。また、
誘導型センサＳ１とＳ３、Ｓ２とＳ４のそれぞれに誘起
される誘起電圧の差（差動電圧）の大小関係は（Ｓ１−
Ｓ３）＜（Ｓ２−Ｓ４）となり、（Ｓ２−Ｓ４）の差動
出力を回路を介して検出器に表示することによって、軸
受のラジアル方向Ａのどちらか大きい方の摩耗を検出す
ることができる。

【００１２】図１５に、アキシャル方向Ｂの軸受の摩耗
の検出原理を示す。羽根車２側の軸受９ａの端面が摩耗
した場合には、図１５に示すように、ロータ５が羽根車
２の方向へ移動するため、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｓ４の磁極の回転子１０の端部外周面との軸方向に
沿った重なり長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の大小関係
は、Ｌ１＞Ｌ２、かつ、Ｌ３＞Ｌ４となり、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞ
れに誘起される誘起電圧の大小関係は、Ｓ１＞Ｓ２、かつ、Ｓ３＞Ｓ４となる。従って、（Ｓ１−Ｓ２）、もしくは、（Ｓ３−Ｓ４）の差動出力を回路で大小を比較し、大きい方を回路を介
して検出器に表示することによって、軸受のアキシャル
方向Ｂの摩耗を検出することができる。

【００１３】図１６（ａ）に、ラジアル方向Ａの軸受の
摩耗量に対する差動出力を示す。図中の従来例１は、モ
ータの負荷電流が大きい場合もしくはポンプの運転点が
最高効率点よりもかなり小さい場合を示し、従来例２
は、モータの負荷電流が小さい場合もしくはポンプの運
転点が最高効率点付近の場合を示す。図１６（ｂ）に、
アキシャル方向Ｂの軸受の摩耗量に対する差動出力を示
す。ラジアル方向Ａと同様に、図中の従来例１は、モー
タの負荷電流が大きい場合を示し、従来例２は、モータ
の負荷電流が小さい場合を示す。

【００１４】いずれの場合においても、モータの負荷電
流やポンプの運転点の変化によって差動出力が変動す
る。加えて、後述するように、キャンドモータの電源周
波数と実際の運転される周波数の差によって生じるうね
りや、誘導型センサの取付け誤差によるモータ回転子１
０の溝数Ｚとキャンドモータポンプの回転周波数Ｎ２と
の積（Ｚ×Ｎ２）である溝高調波成分によっても、セン
サの差動出力が影響を受けるという問題がある。

【００１５】その他の電気的検出手段としては、固定子
１３の巻線スロット内にサーチコイルを巻き込むもの、
または特殊な巻線構造のキャンドモータを用いて軸受の
摩耗状況をその巻線を利用して検出するようにした検出
手段等がある。

【００１６】しかしながら、この電気的検出手段におい
ては、モータの負荷電流やポンプの運転点の変化や、前
述したうねりや誘導型センサの取付け誤差による溝高調
波成分によっても、センサの差動出力が影響を受けると
いう前述と同様の問題があり、軸受の摩耗状況が正確に
表示されないという欠点がある。

【００１７】一方、機械的検出手段の一例としては、ロ
ータ５の反羽根車側の軸端にロータ５と一定の間隔を保
ち、エンドカバー１１に固着された機械的接触部と、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手段がある。
このような検出手段の場合には、反羽根車側の軸受９ｂ
のラジアル方向Ａの摩耗は検知できるが、羽根車２側の
軸受９ａのラジアル方向Ａの摩耗はほとんど検知できな
いばかりでなく、一度検出手段が作動した後は、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
とともに検出手段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を有する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みてなされたもので、ロータの一端に羽根車を固定
し、該ロータを羽根車側および反羽根車側の両側に配置
した軸受で支承するキャンドモータポンプにおいて、ラ
ジアル方向およびアキシャル方向の軸受の摩耗の進行状
況を、電気的な検出手法を用いて容易に検出できるよう
にしたキャンドモータポンプを提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ロータの一端に羽根車を固定し、該ロータを羽根車
側および反羽根車側の両側に配置した軸受で支承するキ
ャンドモータポンプにおいて、キャンドモータの固定子
鉄心の端面の一部に切り欠き部を設け、該切り欠き部に
遮蔽構造を備えた複数個の誘導型センサを該センサの検
出面が回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿った少なく
とも一部で重なるように配置し、数十Ｈｚ以上の周波数
成分を減衰させるローパスフィルタ回路と、数Ｈｚ以下
の周波数成分を減衰させるハイパスフィルタ回路を通過
させた前記誘導型センサの出力から前記ロータの位置を
検出して前記軸受の摩耗状況を監視するようにしたこと
を特徴とするキャンドモータポンプである。

【００２０】これにより、各誘導型センサの出力に含ま
れるキャンドモータの溝高調波成分やうねりの周波数成
分を減衰させることで、これらの影響を殆ど受けること
なく、誘導型センサからのそれぞれの出力によってロー
タの位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況
を判定することができる。

【００２１】請求項２に記載の発明は、前記誘導型セン
サは、該誘導型センサの検出面が前記回転子鉄心の端部
外周面と軸方向に沿って半分程度重なるように配置され
ていることを特徴とする請求項１記載のキャンドモータ
ポンプである。これにより、軸受の端面の摩耗でロータ
がアキシャル方向に距離Ｌａだけ移動した時に、この距
離の２倍の２×Ｌａに対応する差動出力を得ることがで
きる。

【００２２】請求項３に記載の発明は、前記誘導型セン
サは、該誘導型センサの検出面が前記回転子鉄心の端部
外周面と軸方向に沿ってほぼ全面で重なるように配置さ
れていることを特徴とする請求項１記載のキャンドモー
タポンプである。これは、固定子の巻線によって形成さ
れる固定子と回転子の空隙を通る磁束の端部の磁束が相
対的に大きいキャンドモータポンプに有効である。

【００２３】請求項４に記載の発明は、前記誘導型セン
サの出力の最大値のみを出力する回路が備えられている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のキ
ャンドモータポンプである。これにより、安定した差動
出力を得て、検出器の針の振れをなくして、軸受の摩耗
状態を正確に検出できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１乃至図４は、本発明の第１の
実施の形態のキャンドモータポンプを示すもので、図１
１乃至図１３に示す従来例と同一または相当部分には、
同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。

【００２５】即ち、このキャンドモータポンプには、図
１及び図２（ａ）に示すように、固定子１３の鉄心の両
端面に遮蔽構造を備えた２組の誘導型センサＳ１とＳ
３、Ｓ２とＳ４が設けられている。そして図２（ｂ）に
示すように、誘導型センサＳ１とＳ３は１８０°対称に
配置され、同様に、誘導型センサＳ２とＳ４も１８０°
対称に配置されている。これにより、軸受９ａ，９ｂの
半径方向（ラジアル方向Ａ）の摩耗は、誘導型センサＳ
１とＳ３のそれぞれの誘起電圧の差（差動出力）、およ
び誘導型センサＳ２とＳ４のそれぞれの誘起電圧の差
（差動出力）を検出し、どちらか大きい方を検出器（図
示せず）に表示することによって行われ、また、軸受９
ａ，９ｂの軸方向（アキシャル方向Ｂ）の摩耗は、誘導
型センサＳ１とＳ２のそれぞれの誘起電圧の差（差動出
力）、もしくは誘導型センサＳ３とＳ４のそれぞれの誘
起電圧の差（差動出力）を検出することによって行われ
るようになっている。

【００２６】図３は、遮蔽構造を備えた誘導型センサＳ
１の取付け部の詳細図であり、他の誘導型センサＳ２，
Ｓ３，Ｓ４についても同様な構成である。図３におい
て、誘導型センサＳ１は、鉄心Ｓ１ａと該鉄心Ｓ１ａに
巻回された検出コイルＳ１ｂとからなり、更に、検出コ
イルＳ１ｂが巻回された鉄心Ｓ１ａは、半径方向に固定
子１３の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う遮蔽部Ｓ１ｄを有している。
これにより、鉄心Ｓ１ａの検出コイルＳ１ｂが巻回され
た部分は遮蔽部Ｓ１ｄで遮蔽されている。検出コイルＳ
１ｂが巻回された鉄心Ｓ１ａの検出面Ｓ１ｃは、固定子
１３の内周面１３ａと略同一面に配置されている。ま
た、誘導型センサＳ１は、その検出面Ｓ１ｃが回転子１
０の鉄心の端部外周面と軸方向に沿って長さＬ１ｏだけ
重なるように配置されている。この長さＬ１ｏは、誘導
型センサＳ１の検出面Ｓ１ｃの全長の約半分になってい
る。そして、誘導型センサＳ１は、固定子１３の端面の
切り欠き部１３ｂに配置されている。

【００２７】なお、図２（ａ）に示すように、誘導型セ
ンサＳ２，Ｓ３，Ｓ４にあっては、その検出面の全長の
約半分の長さＬ２ｏ，Ｌ３ｏ，Ｌ４ｏだけ回転子１０の
鉄心の端部外周面と軸方向に沿って重なるように配置さ
れている。

【００２８】このように構成することによって、回転子
１０の主としてエンドリング１０ａの負荷電流によって
形成される磁束ΦＲは、鉄心Ｓ１ａの遮蔽部Ｓ１ｄに吸
収されることになり、これにより検出コイルＳ１ｂが巻
回された近傍の検出面Ｓ１ｃには、磁束ΦＲは殆ど入ら
なくなる。一方で、固定子１３の巻線によって形成され
る固定子１３と回転子１０の空隙を通る磁束ΦＳの端部
の磁束ΦＬは、誘導型センサＳ１の検出面Ｓ１ｃを通る
ように形成され、この磁束量を検出コイルＳ１ｂで検出
することが可能となる。従って、誘導型センサＳ１は、
回転子１０の主としてエンドリング１０ａの負荷電流に
よって形成される磁束ΦＲの影響をほとんど受けること
なく、固定子１３と回転子１０の空隙を通る磁束ΦＳの
端部の磁束ΦＬを検出することが可能となる。

【００２９】ここで、固定子１３の巻線によって形成さ
れる固定子１３と回転子１０の空隙を通る磁束ΦＳの端
部の磁束ΦＬは、キャンドモータポンプの動力源の周波
数（以下、電源周波数Ｎ０という）成分をもち、一方、
誘導型センサＳ１の検出コイルＳ１ｂの検出する誘起電
圧は、キャンドモータのすべりの周波数（以下、すべり
周波数Ｎ１という）成分をもつ。実験によると、このす
べり周波数Ｎ１は数Ｈｚ以下であり、キャンドモータへ
の負荷が大きくなるほど大きくなる。従って、一般的に
知られているモータのスリップ率と合致している。この
ため、実際のキャンドモータポンプを回転している周波
数（以下、回転周波数Ｎ２という）は、以下のようにな
る。（回転周波数Ｎ２）＝（電源周波数Ｎ０）−（すべり周
波数Ｎ１）

【００３０】すべり周波数Ｎ１は、キャンドモータの負
荷率で決まる周波数であり、負荷が全くない場合には、（すべり周波数Ｎ１）＝０となる。また、キャンドモータの通常の使用範囲におい
ては、０＜（すべり周波数Ｎ１）＜（数Ｈｚ）と考えて良い。

【００３１】このすべり周波数Ｎ１によって、摩耗した
軸受の場合のみならず、正規の摩耗していない軸受の場
合においても、その正規の隙間（ラジアル方向Ａにおい
ては、直径隙間、アキシャル方向Ｂにおいてはエンドプ
レー）があるために、検出器（図示せず）の針に影響を
及ぼす。つまり、センサの差動出力に、すべり周波数Ｎ
１（数Ｈｚ以下）の成分をもつ周期的な変動（以下、う
ねりという）があり、正規の摩耗していない軸受におい
ても、検出器の針は正常な位置とある程度摩耗した位置
との間を周期的に往復する。従って、正規の摩耗してい
ない軸受においても、あたかもある程度摩耗したかのよ
うに、検出器の針が振れてしまう。

【００３２】また、一方では、回転子１０の溝数Ｚとキ
ャンドモータポンプの回転周波数Ｎ２の積（Ｚ×Ｎ２）
である溝高調波成分によっても、センサの差動出力に影
響を受ける。誘導型センサＳ１とＳ３は１８０゜対称
に、また、誘導型センサＳ２とＳ４も１８０゜対称に配
置されているため、理論上は、それぞれの対になったセ
ンサ同士で、例えば軸受が全く摩耗していない場合には
差動出力は打ち消し合うし、また、摩耗してくるとその
差動出力が増加してくる。ここで、回転子１０の溝数Ｚ
は、一般には２０乃至３０個程度あるため、溝高調波成
分は極めて高い周波数となる。つまり、誘導型センサの
取付けを正確に行わないと位相がずれてしまい、若干の
位相ずれでも、差動出力として、本来軸受の摩耗による
成分でない成分を検出してしまうことになる。

【００３３】このため、この実施の形態にあっては、数
十Ｈｚ以上の溝高調波成分を減衰させるローパスフィル
タ、および数Ｈｚ以下のうねりの成分を減衰させるハイ
パスフィルタを回路に設けている。

【００３４】図４は、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，
Ｓ４から出力された信号の処理回路を示す。この信号処
理回路は、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれ
ぞれの信号を受ける入力回路３１乃至３４、溝高調波の
成分を減衰させるローパスフィルタ回路４５乃至４８、
比較のための差動アンプ３５乃至３８、うねりの成分を
減衰させるハイパスフィルタ回路４９乃至５２、比較後
のオフセット調整回路３９乃至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４３、判定
した結果を表示する表示回路４４から構成されている。

【００３５】ここで、ローパスフィルタ回路４５乃至４
８は、図５に示すように、例えば７０Ｈｚ以上の周波数
成分を減衰するものであり、ハイパスフィルタ回路４９
乃至５２は、例えば１０Ｈｚ以下の周波数成分を減衰す
るものである。

【００３６】これにより、各誘導型センサＳ１，Ｓ２，
Ｓ３，Ｓ４の出力は、ローパスフィルタ回路４５乃至４
８を通って溝高調波の成分が減衰され、それぞれの出力
信号を判別するための比較回路部に入力され、更にハイ
パスフィルタ回路４９乃至５２を通ってうねりの成分が
減衰される。従って、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，
Ｓ４のそれぞれの出力によってロータ５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定すること
ができる。

【００３７】図６に、ラジアル方向Ａの軸受の摩耗の検
出原理を示す。図６に示すように、軸受が主に上方向に
摩耗した場合には、ロータ５が上方に移動するため、ラ
ジアル方向における上方の隙間δ１は、下方の隙間δ２
よりも小さくなる。回転子１０が誘導型センサＳ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４の磁極に近づくほど、各センサの誘起電
圧は大きくなる。従って、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｓ４のそれぞれに誘起される誘起電圧の大小関係
は、Ｓ１＞Ｓ３、かつ、Ｓ２＞Ｓ４となる。また、誘導型センサＳ１とＳ３、Ｓ２とＳ４の
それぞれに誘起される誘起電圧の差（差動電圧）の大小
関係は（Ｓ１−Ｓ３）＜（Ｓ２−Ｓ４）となり、（Ｓ２−Ｓ４）の差動出力を回路を介して検出
器に表示することによって、軸受のラジアル方向Ａのど
ちらか大きい方の摩耗を検出することができる。

【００３８】図７に、アキシャル方向Ｂの軸受の摩耗の
検出原理を示す。アキシャル方向Ｂについては、誘導型
センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の磁極の回転子１０との
軸方向の重なり長さＬ１ｏ，Ｌ２ｏ，Ｌ３ｏ，Ｌ４ｏ
は、それぞれ磁極のほぼ半分に位置しているため、差動
出力（Ｓ１−Ｓ２）、もしくは（Ｓ３−Ｓ４）は、アキ
シャル方向Ｂの移動量に対して、軸方向の重なり長さの
変化がより大きくなっている。つまり、羽根車２側の軸
受９ａの端面が距離Ｌａだけ摩耗して、図７に示すよう
に、ロータ５が羽根車２の方向へ距離Ｌａだけ移動する
と、誘導型センサＳ１の磁極の軸方向における回転子１
０との重なり長さＬ１および誘導型センサＳ２の磁極の
軸方向における回転子１０との重なり長さＬ２は、以下
のように変化する。Ｌ１＝Ｌ１ｏ＋Ｌａ、Ｌ２＝Ｌ２ｏ−Ｌａまた、軸受の摩耗がない状態では、Ｌ１ｏ＝Ｌ２ｏとなるように配置しているから、誘導型センサＳ１とＳ
２の重なり長さの差は、Ｌ１−Ｌ２＝２×Ｌａとなる。

【００３９】従って、誘導型センサＳ１，Ｓ２の磁極の
回転子１０との軸方向の重なり長さＬ１，Ｌ２がセンサ
の誘起電圧に比例すると考えて良いので、差動出力（Ｓ
１−Ｓ２）が本来の移動量の２倍となる。誘導型センサ
Ｓ３，Ｓ４についても、誘導型センサＳ１，Ｓ２の場合
と同様に、差動出力が本来の移動量の２倍となる。

【００４０】図８は、本発明の第２の実施の形態のキャ
ンドモータポンプの誘導型センサの取付け部を示すもの
で、これは、誘導型センサＳ１，Ｓ２を、その検出面の
全長Ｌ１ａ，Ｌ２ａに亘って回転子１０の鉄心の端部外
周面と軸方向に沿って重なるように配置したものであ
る。なお、図示しないが、誘導型センサＳ３，Ｓ４も同
様に配置されている。

【００４１】この実施の形態にあっては、前述のよう
に、ロータ５が羽根車２の方向へ距離Ｌａだけ移動する
と、誘導型センサＳ１の磁極の軸方向における回転子１
０との重なり長さＬ１ｂおよび誘導型センサＳ２の磁極
の軸方向における回転子１０との重なり長さＬ２ｂは、
以下のように変化する。Ｌ１ｂ＝Ｌ１ａ、Ｌ２ｂ＝Ｌ２ａ−Ｌａまた、軸受の摩耗がない状態では、Ｌ１ａ＝Ｌ２ａとなるように配置しているから、誘導型センサＳ１とＳ
２の重なり長さの差は、Ｌ１ｂ−Ｌ２ｂ＝Ｌａとなる。

【００４２】従って、アキシャル方向Ｂの差動出力（Ｓ
１−Ｓ２）そのものは、本来の移動量と同じとなるが、
磁束密度ΦＬが相対的に大きいキャンドモータポンプに
有効である。

【００４３】前記のように構成することによって、キャ
ンドモータの溝高調波成分やうねりの周波数成分の影響
をほとんど受けることなく、軸受の摩耗状況を判断する
ことができるが、ロータ５が軸受隙間内を回転周波数Ｎ
２とは異なる周波数で回転している（以下、公転とい
う）ために、センサの差動出力が周期的に変動する。こ
の差動出力は、不規則に変化するのではなく、図９
（ａ），（ｂ）に示すように、一定の最大値と一定の最
小値の間で安定して周期的に繰り返す。つまり、公転に
よっても、少なくとも差動出力の最大値は変わらず、こ
れによって、軸受の摩耗を正確に検出できる。

【００４４】図１０は、キャンドモータの差動出力の振
れをなくすための手段を備えた本発明の第３の実施の形
態のキャンドモータポンプの信号処理回路を示すもので
ある。この信号処理回路は、誘導型センサＳ１，Ｓ２，
Ｓ３，Ｓ４のそれぞれの信号を受ける入力回路３１乃至
３４、溝高調波の成分を減衰させるローパスフィルタ回
路４５乃至４８、比較のための差動アンプ３５乃至３
８、うねりの成分を減衰させるハイパスフィルタ回路４
９乃至５２、比較後のオフセット調整回路３９乃至４
２、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４３、判定した結果の最大値のみを取り出す
ピークホルド回路５３、その最大値のみを表示する表示
回路４４から構成されている。

【００４５】これにより、各誘導型センサＳ１，Ｓ２，
Ｓ３，Ｓ４の出力は、ローパスフィルタ回路４５乃至４
８を通って溝高調波の成分が減衰され、それぞれの出力
信号を判別するための比較回路部に入力され、ハイパス
フィルタ回路４９乃至５２を通ってうねりの成分が減衰
される。更に、ピークホルド回路５３によって差動出力
の最大値のみが検出される。従って、誘導型センサＳ
１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれの出力によってロータ
５の位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況
を判定することができる。このように構成することによ
って、差動出力のそれぞれ最大値のみを検出器に出力で
きるので、検出器の針が振れることなく、極めて安定す
る。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
キャンドモータの溝高調波成分やうねりの周波数成分の
影響を殆ど受けることなく、軸受の摩耗進行状況を電気
的な検出方法を用いて容易にかつ確実に監視することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のキャンドモータポ
ンプを示す断面図である。

【図２】（ａ）は図１の誘導型センサ取付け部を拡大し
て示す拡大図で、（ｂ）はその側面図である。

【図３】遮蔽構造を備えた誘導型センサを拡大して示す
拡大図である。

【図４】軸受摩耗検出器の処理回路を示す処理回路図で
ある。

【図５】フィルタにより減衰される周波数の説明に付す
る示すグラフである。

【図６】ラジアル方向の軸受摩耗の検出例を示す図であ
る。

【図７】アキシャル方向の軸受摩耗の検出例を示す図で
ある。

【図８】本発明の第２の実施の形態のキャンドモータポ
ンプの誘導型センサ取付け部を示す断面図である。

【図９】（ａ）はラジアル摩耗量と差動出力の関係を示
すグラフで、（ｂ）はアキシャル摩耗量と差動出力との
関係を示すグラフである。

【図１０】本発明の第３の実施の形態のキャンドモータ
ポンプの軸受摩耗検出器の処理回路を示す処理回路図で
ある。

【図１１】従来のキャンドモータポンプを示す断面図で
ある。

【図１２】（ａ）は図１１の誘導型センサ取付け部を拡
大して示す拡大図で、（ｂ）はその側面図である。

【図１３】従来の軸受摩耗検出器の処理回路を示す処理
回路図である。

【図１４】従来のラジアル方向の軸受摩耗の検出例を示
す図である。

【図１５】従来のラジアル方向の軸受摩耗の検出例を示
す図である。

【図１６】従来の軸受摩耗出力例を示す図であり、
（ａ）はラジアル摩耗量を、（ｂ）はアキシャル摩耗量
をそれぞれ示す。

【符号の説明】

１ポンプケーシング２羽根車３ケーシングカバー４流通孔５ロータ６ディスタンスピース（スリーブ）７ａ，７ｂスラスト板８ａ，８ｂ軸スリーブ９ａ，９ｂ軸受１０回転子１１エンドカバー１２ａ，１２ｂキャン１３固定子１４貫通孔２２，２３ボルト２４モータフレーム２５ａ，２５ｂフレーム側板Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４誘導型センサ δ１、δ２隙間

フロントページの続き (72)発明者石塚忍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)発明者二ノ宮宏則東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原電産内 (72)発明者黒沼隆行東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原電産内 (72)発明者小川孝彦東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原電産内Ｆターム(参考） 3H020 AA01 AA07 BA00 BA11 BA21 CA00 CA08 DA00 EA01 EA07 EA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータの一端に羽根車を固定し、該ロー
タを羽根車側および反羽根車側の両側に配置した軸受で
支承するキャンドモータポンプにおいて、キャンドモー
タの固定子鉄心の端面の一部に切り欠き部を設け、該切
り欠き部に遮蔽構造を備えた複数個の誘導型センサを該
センサの検出面が回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿
った少なくとも一部で重なるように配置し、数十Ｈｚ以
上の周波数成分を減衰させるローパスフィルタ回路と、
数Ｈｚ以下の周波数成分を減衰させるハイパスフィルタ
回路を通過させた前記誘導型センサの出力から前記ロー
タの位置を検出して前記軸受の摩耗状況を監視するよう
にしたことを特徴とするキャンドモータポンプ。
【請求項２】前記誘導型センサは、該誘導型センサの
検出面が前記回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿って
半分程度重なるように配置されていることを特徴とする
請求項１記載のキャンドモータポンプ。
【請求項３】前記誘導型センサは、該誘導型センサの
検出面が前記回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿って
ほぼ全面で重なるように配置されていることを特徴とす
る請求項１記載のキャンドモータポンプ。
【請求項４】前記誘導型センサの出力の最大値のみを
出力する回路が備えられていることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれかに記載のキャンドモータポンプ。