JP2007037323A - 単相誘導機のエアギャップ偏心検出装置及びエアギャップ偏心検査方法 - Google Patents
単相誘導機のエアギャップ偏心検出装置及びエアギャップ偏心検査方法 Download PDFInfo
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Abstract
ロータ回転中のエアギャップ偏心量及び偏心方向を測定することにより、正確にエアギャップの良否判定をすることができるようにする。
【解決手段】
主巻線または補助巻線に流れる交流電流を調整し、主巻線によりエアギャップに誘起される磁束が補助巻線によりエアギャップに誘起される磁束より大きい回転磁界か、補助巻線によりエアギャップに誘起される磁束が主巻線によりエアギャップに誘起される磁束より大きい回転磁界で、その交流電流の周期より小さい回転周期にてロータの回転が可能な駆動回路を構成し、エアギャップに誘起される磁束が一方に比べて大なる巻線の巻線方向と垂直方向に振動検出センサを装着し、回転駆動中に得られた振動の振動波形の振幅あるいは形状を計測することにより、ロータの位相により変化する上記エアギャップ偏心量とエアギャップ偏心方向を計算できるようにした。
【選択図】 図5
Description
実際の製品では、部品の加工精度や組立精度により、回転中心である主軸104に対してロータ103が偏心していたり、湾曲していたりするため、主軸104が回転した際、ロータ103とステータ105の間の最小エアギャップ位相が変化する。図27はロータ103が主軸104の回転中心に対して偏心して組み付けられている場合のエアギャップ偏心の模式図であり、(a)は主軸104の位相(ロータ位相)が0度の時のE-E断面図であり、(b)は主軸104が回転し、主軸104の位相が180度の時のF-F断面図をそれぞれ示している。
なお、図29は、主軸104に対してロータが湾曲している場合のエアギャップ偏心の模式図を示している。
その結果、従来技術のように低電圧を印加し、ロータが回転することのない停止状態で、振動を計測することで、エアギャップ偏心状態を計測する方法では、ロータの位相を考慮していないため、エアギャップの良否判定に誤りが発生する。
例えば、図28(a)の0 deg位相にて偏心量を測定すれば、偏心量が小さいため良品と判断されたとしても、図28(b)の180deg位相にて偏心量を測定すれば、比較的に偏心量が大きいため、良品と判定されないというようにロータ103の位相により異なった判定結果となる問題が発生していた。
(1)補助巻線によりエアギャップに誘起される磁束が主巻線によりエアギャップに誘起される磁束に比べて小さい条件にて、磁束の周期より小さい回転周期にてロータが回転される際に生じる主巻線の巻線方向と垂直な方向の振動の大きさは、主巻線の巻線方向と垂直な方向のエアギャップの偏心量に応じて変化する。よって、ロータの位相により変化する振動の大きさを介して、主巻線の巻線方向と垂直な方向のエアギャップ偏心量及び偏心方向を計算することができる。
(3)上記にて得られたエアギャップ偏心計算結果より、ロータの位相により変化するエアギャップ偏心状態を精度よく計算できるので、エアギャップ偏心状態の良否を確実に判定することができる。
本発明に基づく単相誘導機のエアギャップ偏心検査方法及びエアギャップ偏心検出装置について図を参照して詳細に説明する。
図1に本発明を適用する製品例として、単相誘導機を内在する冷凍・空調機用の圧縮機の縦方向断面図を示している。図2は図1の矢視Bから見た横方向断面図である。
以下、本フローチャートに従って本実施の形態による単相誘導機のエアギャップ偏心検査方法の詳細について図1から図4を参照しながら説明する。
ステップ1(以下ST1と記す)で先ず被計測体をワーク除振材124の上に載置し、ST2でクランプシリンダ123を用いて左右のクランプ爪122を前進させ、シェル102を横方向からクランプし、ワークを把持する。
続いてST7では、この状態で一定時間通電し、加速度ピックアップ118aにて主巻線114の巻線方向と垂直な方向より、振動を計測する。振動データは、加速度ピックアップアンプ130により増幅され、A/Dボード129を介してコンピュータ128に取込まれ、コンピュータ128に保存される。ST8ではST7で計測された振動波形の形状からコンピュータ128により、主巻線114の巻線方向と垂直方向のエアギャップ偏心方向及びエアギャップ偏心量を求める。
ST12では、この状態で一定時間通電し、加速度ピックアップ118bにて補助巻線113の巻線方向と垂直な方向より、振動を計測する。振動データは、加速度ピックアップアンプ130により増幅され、A/Dボード129を介してコンピュータ128に取込まれ、コンピュータ128に保存される。ST13ではST12で計測された振動波形の形状からコンピュータ128により、補助巻線113の巻線方向と垂直方向のエアギャップ偏心方向及びエアギャップ偏心量を求める。
続いてST15で、加速度ピックアップシリンダ120を用いて加速度ピックアップ118を後退させ、ST16でクランプシリンダ123を用いてクランプ爪122を後退させる。最後にST17でワークを装置より取り除く。
図11は主巻線114によりエアギャップに誘起される磁束が補助巻線113によりエアギャップに誘起される磁束に比べて大きい場合の磁界の様子を表した模式図であり、図では主巻線114の巻線方向と直行するギャップA〜ギャップB方向にて不平衡が生じているため、ギャップの狭いギャップA方向に不平衡磁気吸引力(矢印)が作用し、ギャップA方向にロータ103が移動する。逆にギャップBがギャップAに比べて狭い場合は、ギャップB方向に不平衡磁気吸引力が作用し、ギャップB方向にロータ103が移動する(図示せず)。
図13のように加速度ピックアップ118の押し付け方向とエアギャップ偏心方向が逆である場合には、振動波形は正方向に大きく振れる波形となる。ゆえに振動の1周期において、正方向の絶対値と負方向の絶対値の大きさを比較すると、正方向の絶対値の方が大きい。
ここで、振動の強さの絶対値は、正方向の振動、負方向の振動のうち、振動の絶対値の大きい方向の振動の絶対値の平均値(図15ではFavg+)でも、正方向の振動の強さの絶対値の平均値(図15ではFavg+)と負方向の振動の強さの絶対値の平均値(図13ではFavg-)の平均値、あるいは振動の実効値でもよい。
ST4からST6においてあるいはST9からST11において、電圧調整器127において特定の電源電圧を調整し、磁束の周期(この場合電源の周波数に等しい)の2/3以下の回転周期にてロータ103が回転するように調整するのは、図10のようにロータ103の振動は、電源周波数の2倍の周期で振動するから、ロータ103が1回転する間に少なくとも3周期の振動が生じることにより、ロータ103の1回の回転あたり3位相のエアギャップ偏心量及び偏心方向を計算することができる。したがって、磁束の周期より低速であればあるほど、正確なエアギャップ偏心状態を求めることができる。
図17は、本発明の実施の形態2にて説明する検査方法を示すフローチャート図である。以下、本フローチャートに従って本装置を用いたエアギャップ偏心検査方法の詳細について説明する。図5において説明した実施の形態1と異なる部分は、交流電源139に周波数変換器145を追加し、電源周波数を調整できるようにした点である。図18は主巻線磁束大設定時の駆動回路を示す模式図であり、図19は補助巻線磁束大設定時の駆動回路を示す模式図である。以下、図17のフローチャートに従い説明する。
ST2:クランプシリンダ123を用いて図左右のクランプ爪122を前進させ、シェル102を横方向からクランプし、ワークを把持する。
ST3:加速度ピックアップシリンダ120を用いて加速度ピックアップ118を前進させ、主巻線114の巻線方向と垂直方向(図4では118a)及び113補助巻線の巻線方向と垂直方向(図4では118b)から、加速度ピックアップ118をシェル102に対して押し付ける。
ST5:図186に示す駆動回路において、補助巻線スイッチ140の接続先を接点C :141側とし、補助巻線113に直列に補助巻線抵抗器142及び補助巻線コンデンサ143を接続し、個々の巻線に流れる電流を調整し、図8にように通電時に生じる主巻線114によりエアギャップに誘起される磁束の大きさを補助巻線113によりエアギャップに誘起される磁束の大きさより大きくする。
ST6−2:電圧調整器127により特定の電源電圧に調整する。
ST7:通電し、加速度ピックアップ118aにて主巻線114の巻線方向と垂直方向より、振動を計測する。振動データは、加速度ピックアップアンプ130により増幅され、A/Dボード129を介してコンピュータ128に取込まれ、コンピュータ128に保存される。
ST9:図19に示す駆動回路において、主巻線スイッチ138の接続先を接点A: 136側とし、主巻線に直列に主巻線抵抗器135及び主巻線コンデンサ134を接続し、個々の巻線に流れる電流を調整し、図9のように通電時に生じる補助巻線113によりエアギャップに誘起される磁束の大きさを主巻線114によりエアギャップに誘起される磁束の大きさより大きくする。
ST11−1:周波数変換器145により特定の電源電圧周波数に調整する。
ST11−2:電圧調整器127により特定の電源電圧に調整する。
ST12:通電し、加速度ピックアップ118にて補助巻線113の巻線方向と垂直方向より、振動を計測する。振動データは、加速度ピックアップアンプ130により増幅され、A/Dボード129を介してコンピュータ128に取込まれ、コンピュータ128に保存される。
ST14:ST8、ST13で計測されたエアギャップ偏心量より、エアギャップの良否を判定し、表示機116に結果を表示する。
ST15:加速度ピックアップシリンダ120を用いて加速度ピックアップ118を後退させる。
ST16:クランプシリンダ123を用いてクランプ爪122を後退させる。
ST17:ワークを装置より取り除く。
また、電源周波数の整数倍が単相誘導機の固有振動数に等しい場合、共振するため、計測される振動が大きくなり、振動の方向の測定が困難になる可能性がある。ST6−1あるいはST11−1において、電源周波数を調整することにより、共振周波数を避けるように構成することができる作用がある。
以下、本発明の実施の形態3にて説明する検査方法を図20、図15を用いて説明する。図20(a)(b)は、ロータ位相を90°変化させた場合のエアギャップ偏心の概略図及び計測される振動波形の模式図を示すものである。
実施の形態1あるいは実施の形態2のST8、13においては、振動の1周期よりエアギャップ偏心方向を決定する方法を示したが、図20(b)のD断面ようにエアギャップ偏心量(ギャップHとギャップGのギャップ差)が小さく、振動波形の検出が不可能であったり、外乱により振動波形の検出精度が低下し振動波形の正負の判別が不可能であったり、図27のようにエアギャップ最小位相が変化する場合は、振動の1周期では偏心方向を計算することが困難な場合がある。
また、図15の主軸104の1回転中の振動の大きさのばらつきσfは、ロータ103の偏心、ロータの部品の加工精度や組立精度によるものであるから、ばらつきσfの大小を製品の良否の判定基準として用いることができる。
図21は、実施の形態1において交流電源139にノイズフィルタ146が接続される場合の駆動回路である。 なお、図21はST4〜6の主巻線114によりエアギャップに誘起される磁束が補助巻線113によりエアギャップに誘起される磁束より大の駆動条件の回路図を示しているが、ST9〜11の補助巻線113によりエアギャップに誘起される磁束が主巻線114によりエアギャップに誘起される磁束より大の駆動条件の場合も同様の位置にノイズフィルタを配置する。
そこで、図21のようにノイズフィルタ146を配置することにより、上記ノイズが含まれた場合の精度悪化を低減することができる。
図22は、実施の形態2において周波数変換器145にノイズフィルタ146が接続される場合の駆動回路である。なお、図22はST4〜6−2の主巻線114によりエアギャップに誘起される磁束が補助巻線113によりエアギャップに誘起される磁束より大の駆動条件の回路図を示しているが、ST9〜11−2の補助巻線113によりエアギャップに誘起される磁束が主巻線114によりエアギャップに誘起される磁束より大の駆動条件の場合も同様の位置にノイズフィルタを配置する。
また、交流印加時に発生する主巻線114磁束と補助巻線113磁束の大きさの比を調整する手段にコンデンサと抵抗器を用いたが、リアクタンスを接続して各巻線のインピーダンスを調整してもよい。
103 ロータ、 104 主軸、
105 ステータ、 106 フレーム、
107 シリンダ、 109 シリンダヘッド、
110 端子、 111 吐出パイプ、
112 マフラ、 113 補助巻線、
114 主巻線、 116 表示器、
117 接続端子、 118 加速度ピックアップ、
118a 主巻線垂直方向加速度ピックアップ、
118b 補助巻線垂直方向加速度ピックアップ、
119 ピックアップ除振材、 120 加速度ピックアップ前進シリンダ、
121 クランプ除振材、 122 クランプ爪、
123 クランプシリンダ、 124 ワーク除振材、
125 計測ユニットベース板、 126 防振材、
127 電圧調整器、 128 コンピュータ、
129 A/Dボード、 130 加速度ピックアップアンプ、
131 抵抗器、 132 コンデンサ、
133 架台、 134 主巻線コンデンサ、
135 主巻線抵抗器、 138 主巻線スイッチ、
139 交流電源、 140 補助巻線スイッチ、
142 補助巻線抵抗器、 143 補助巻線コンデンサ、
145 周波数変換器、 146 ノイズフィルタ。
Claims (9)
- 主軸と共に回転するロータと、主巻線と補助巻線とを備え前記ロータとの間でエアギャップを有するように配置されたステータとからなる単相誘導機において、交流電源を印加した際に、上記主巻線及び補助巻線のうち一方の巻線によりエアギャップに誘起される磁束が他方の巻線によりエアギャップに誘起される磁束より大きい状態で、その磁束の周期より小さい回転周期にてロータを回転させる駆動回路と、上記磁束の大きい巻線の磁束と垂直方向における振動を計測する振動計測手段と、上記振動計測手段により計測された振動波形の振幅あるいは形状を分析して上記ロータの位相により変化する上記エアギャップ偏心量とエアギャップ偏心方向を計算する計算手段とを備えたことを特徴とする単相誘導機のエアギャップ偏心検出装置。
- 前記駆動回路は、前記主巻線または補助巻線に流れる交流電流をそのいずれか一方が大となるように変化させる電流変化手段と、前記主巻線と補助巻線に流れる交流電流に位相差を発生させ、磁束の周期の2/3以下の回転周期にてロータを回転させる電圧調整手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の単相誘導機のエアギャップ偏心検出装置。
- 前記駆動回路は、前記主巻線または補助巻線に流れる交流電流の周波数を変更できる周波数変換器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の単相誘導機のエアギャップ偏心検出装置。
- 前記駆動回路は、前記主巻線または補助巻線に流れる交流電流のノイズを抑制するノイズフィルタを備えたことを特徴とする請求項1に記載の単相誘導機のエアギャップ偏心検出装置。
- 主軸と共に回転するロータと、主巻線と補助巻線とを備え前記ロータとの間でエアギャップを有するように配置されたステータとからなる単相誘導機のエアギャップ偏心検査方法において、
上記主巻線または補助巻線に流れる交流電流を調整し、主巻線によりエアギャップに誘起される磁束が補助巻線によりエアギャップに誘起される磁束より大きい回転磁界か、補助巻線によりエアギャップに誘起される磁束が主巻線によりエアギャップに誘起される磁束より大きい回転磁界で、ロータを回転させ、回転駆動中にエアギャップに誘起される磁束が一方に比べて大なる巻線の巻線方向と垂直方向における振動波形の振幅あるいは形状を計測することにより、ロータの位相により変化する上記エアギャップ偏心量とエアギャップ偏心方向を計算できるようにしたことを特徴とするエアギャップ偏心検査方法。 - 前記主巻線によりエアギャップに誘起される磁束の大きさを前記補助巻線によりエアギャップに誘起される磁束の大きさより大きく設定する工程、
前記主巻線と補助巻線に流れる交流電流に位相差を発生させるように設定し、交流電流を流し、交流電流の周期の2/3以下の回転周期にて前記ロータを回転する工程、
前記主巻線の巻線方向と垂直な半径方向より振動を計測する工程、
得られた振動の大きさ及び方向から、前記主巻線の巻線方向と垂直な方向のエアギャップ偏心量と偏心方向を計算する工程、
前記補助巻線によりエアギャップに誘起される磁束の大きさを前記主巻線によりエアギャップに誘起される磁束の大きさより大きく設定する工程、
前記補助巻線の巻線方向と垂直な半径方向より振動を計測する工程、
得られた振動の大きさ及び方向から、前記補助巻線の巻線方向と垂直な方向のエアギャップ偏心量と偏心方向を計算する工程、
上記で得られたエアギャップ偏心量及び偏心方向の結果から、エアギャップの良否を判定する工程、
を備えたことを特徴とする請求項5に記載のエアギャップ偏心検査方法。 - 前記主巻線と補助巻線に流れる交流電流に位相差を発生させ、交流電流を流し、交流電流の周期の2/3以下の回転周期にて前記ロータを回転する工程において、前記主巻線または補助巻線に流れる交流電流の周波数を変化させる工程を備えたことを特徴とする請求項6に記載のエアギャップ偏心検査方法。
- エアギャップ偏心方向の計算工程において、振動の正成分と負成分のそれぞれの振幅の平均値を比較して求めることを特徴とする請求項6に記載のエアギャップ偏心検査方法。
- エアギャップ偏心量及び偏心方向の結果から、エアギャップの良否を判定する工程において、前記主軸一回転中のエアギャップ偏心量のばらつきを計算することにより、エアギャップの良否を判定することを特徴とする請求項6に記載のエアギャップ偏心検査方法。
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