JP3786799B2 - 回転体状態検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は回転体状態検出装置に関し、特に、回転体に取付けられ、回転体の振動、温度、回転数などを検出するための回転体状態検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車産業や鉄鋼産業の分野では、回転部の状態(振動、温度、回転数、トルクなど)を検出するため、種々の検出装置が用いられている。
【0003】
図14は、回転軸50の振動を検出するための振動検出装置の構成を示すブロック図である。図14において、この振動検出装置は、回転軸50の端部に外挿されて固定された4つのスリップリング51〜54と、回転軸50の端部に取付けられた検出器55と、配線L1,L2,L11,L12およびスリップリング51,52を介して検出器55に接続された電源56と、配線L3,L4,L13,L14およびスリップリング53,54を介して検出器55に接続された表示装置57とを備える。
【0004】
電源56から配線L1,L2,L11,L12およびスリップリング51,52を介して検出器55に電源電圧が供給される。検出器55は、振動センサと、その出力信号を増幅するためのアンプとを含む。アンプの出力信号は、配線L13,L14,L3,L4およびスリップリング53,54を介して表示装置57に与えられる。表示装置57には、回転軸50の振動状態がアナログ表示またはデジタル表示される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の振動検出装置では、スリップリング51〜54や配線L1〜L4,L11〜L14を用いていたので、ノイズが大きく信頼性が低いという問題があった。また、スリップリング51〜54および配線L1〜L4,L11〜L14によって占められるスペースが大きいという問題もあった。
【0006】
それゆえに、この発明の主たる目的は、信頼性が高くコンパクトな回転体状態検出装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、回転体の振動、温度、回転数などを検出するための回転体状態検出装置であって、円板状の内蓋と、その内周面の一部が内蓋の外周面に対向させて配置される外蓋と、内蓋と外蓋の間に挿嵌された軸受と、内蓋および外蓋のうちのいずれか一方に設けられた磁石と他方に設けられたコイルとを含み、内蓋と外蓋の回転速度の差に応じた電力を生成する発電機と、発電機によって生成された電力によって駆動され、回転体の振動、温度、回転数などを検出する検出手段と、内蓋の中心軸が回転体の中心軸と一致するようにして内蓋を回転体に着脱自在に取付ける取付部材を備えたものである。
【0008】
請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明に、外蓋に設けられ、外蓋の回転を防止するための所定の重量を有する錘部材がさらに設けられる。
【0009】
請求項3に係る発明では、請求項1または2に係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を送信するための送信手段がさらに設けられる。
【0010】
請求項4に係る発明では、請求項1から3のいずれかに係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を表示するための表示手段がさらに設けられる。
【0011】
請求項5に係る発明では、請求項1から4のいずれかに係る発明の取付部材は、内蓋の一方端面に固定され、内蓋を回転体に取付けるための永久磁石を含む。
【0012】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による振動検出装置の構成を示すブロック図である。図1において、この振動検出装置は、回転軸50の端面に取付けられた検出器1と、検出器1から出射された光信号を受信する受信機2と、受信機2の出力信号に従って回転軸50の振動状態を表示する表示装置3とを備える。
【0013】
図2(a)(b)は検出器1の構成を示す断面図であり、特に、同図(a)は同図(b)のB−B′線断面図であり、同図(b)は同図(a)のA−A′線断面図である。図2(a)(b)において、検出器1は、その中心軸が回転軸50の中心軸と一致するようにしてその一方端面が回転軸50の端面に固定された円板状の内蓋5と、その内周面が内蓋5の外周面に対向して配置されたコップ状の外蓋6と、外蓋6の内周面の一部に設けられた錘7と、内蓋5の外周面と外蓋6の内周面との間に挿嵌された軸受8とを含む。
【0014】
内蓋5は、回転軸50とともに回転する。軸受8は、内蓋5の回転運動が外蓋6に伝達されるのを防止する。軸受8は、玉軸受、コロ軸受、滑り軸受の他、どのような軸受でもよい。錘7は、軸受8を介し僅かに伝達される回転トルクを打ち消して、外蓋6が回転するのを防止する。
【0015】
また検出器1は、アニュラセンサ型発電機9、圧電型振動センサ12、回路ユニット13、および発光素子17を含む。発電機9は、内蓋5の外周面に設けられたアニュラセンサ用コイル10と、コイル10に対向して外蓋6の内周面に設けられた複数の永久磁石11とを含む。コイル10は、コの字型の歯状の端面を有する。複数の永久磁石11は、コイル10に対向する方の磁極が交互にN極およびS極になるようにして所定のピッチで配置される。
【0016】
永久磁石11によって固定磁界が形成され、その固定磁界中をコイル10が移動することによりコイル10内に磁束変化が生じ、これにより回転軸50の回転速度に応じた交流電圧V9がコイル10に発生する。
【0017】
圧電型振動センサ12は、内蓋5の他方端面に設けられ、内蓋5を介して回転軸50の振動を検出し、検出結果に応じたレベルの電気信号を出力する。
【0018】
回路ユニット13は、電源回路14、処理回路15および送信回路16を含む。電源回路14は、図3に示すように、整流器20、平滑器21、蓄電器22、および安定器23を含む。整流器20は、図4(a)(b)(c)に示すように、発電機9の出力電圧V9を全波整流する。平滑器21は、コンデンサおよびコイルを含み、整流器20の出力電圧V20を平滑化して直流電圧V21を生成する。蓄電器22は、平滑器21の出力端子に接続される。蓄電器22は、発電機9の出力電圧V9は回転軸50の回転速度によって変動するので、回転軸50の回転速度によらず一定電圧を供給するための充放電回路を含む。安定器23は、平滑器21および蓄電器22の出力電圧を受け、電圧変動のない一定の直流電圧V13を出力する。直流電圧V13は、回路ユニット13全体に与えられる。
【0019】
処理回路15は、図5に示すように、センサアンプ25、基本信号除去回路26、絶対値回路27、および比較回路28を含む。センサアンプ25は、センサ12の出力を増幅して、後処理を容易にする。基本信号除去回路26は、センサアンプ25の出力信号から基本正弦波成分を除去し、異常振動成分のみを絶対値回路27に与える。絶対値回路27は、基本信号除去回路26から与えられた振動信号の振幅(絶対値)を検出する。比較回路28は、予め定められたしきい値と振動信号の振幅値とを比較し、振動信号の振幅値がしきい値よりも小さい期間は振動が正常であることを示す「L」レベルの信号を出力し、振動信号の振幅値がしきい値よりも大きい期間は振動が異常であることを示す「H」レベルの信号を出力する。
【0020】
送信回路16は、比較回路28の出力信号に従って搬送波を変調し、被変調波によって発光素子17を駆動する。発光素子17は、たとえば半導体レーザまたはLEDであり、図2に示すように、検出器1の中心軸に設けられる。外蓋6の中央部に貫通孔6aが開口されており、発光素子17はその貫通孔6aに挿入される。回転軸50の中心軸と検出器1の中心軸は一致しているので、回転軸50が回転しても発光素子17の位置は変化しない。発光素子17から出射された光信号は、受信機2に与えられる。
【0021】
受信機2は、図5に示すように、受光素子29と受信回路30を含む。受光素子29は、発光素子17からの光信号を電気信号に変換して受信回路30に与える。受信回路30は、受光素子29から与えられた電気信号を復調して表示装置3に与える。表示装置3は、受信回路30から与えられた信号に従って、回転軸50の振動が正常か否かをアナログ表示またはデジタル表示する。
【0022】
次に、この振動検出装置の動作について説明する。回転軸50が回転駆動されると、検出器1の内蓋5も回転駆動される。内蓋5と外蓋6の間には軸受8が設けられており、また外蓋6の一部には錘7が設けられているので、外蓋6は回転しない。これにより、発電機9の磁石11で生成された固定磁界中をコイル10が移動することとなり、発電機9によって交流電圧V9が生成される。コイル電圧V9は、電源回路14によって整流および平滑化されて直流電圧V13に変換される。この直流電圧V13は、電源電圧として回路ユニット13全体に与えられる。
【0023】
振動センサ12の出力は処理回路15に与えられ、処理回路15によって回転軸50の振動が正常か否かが判定される。送信回路16は、処理回路15の判定結果に従って発光素子17を駆動する。発光素子17から出射された光信号は、受信機2に与えられる。光信号は、受信機2によって復調されて表示装置3に与えられ、回転軸50の振動が正常か否かが表示装置3に表示される。
【0024】
この実施の形態では、内蓋5を回転軸50の端面に固定して内蓋5を回転軸50とともに回転させる一方、内蓋5と外蓋6の間に軸受8を設けるとともに外蓋6に錘を設けて外蓋6の回転を防止し、内蓋5と外蓋6の回転速度の差を利用して電源電圧を生成する。したがって、従来のように外部電源56から検出器55に電源電圧を供給するための配線L1,L2,L11,L12およびスリップリング51,52は不要となる。また、センサ12の検出結果を検出器1から受信機2へ光信号で送信するので、従来のように検出器55から表示装置57へ検出結果を伝達するための配線L13,L14,L3,L4およびスリップリング53,54も不要となる。したがって、配線L1〜L4,L11〜L14およびスリップリング51〜54に起因するノイズがなくなり、また、検出装置によって占められるスペースも小さくて済む。
【0025】
なお、この発明は、回転部を備えたすべてのものに適用可能である。たとえば、回転軸を備えた製造装置、自動車の足まわり回転部(ホィール、ハブ、ジョイント、プロペラシャフト、デフなど)、圧延ローラに適用可能である。
【0026】
また、この実施の形態では、回転軸50の振動を検出したが、これに限るものではなく、この発明は回転軸50の温度、回転数、トルクなどの検出にも適用可能であることはいうまでもない。ただし、センサ12は、検出対象に応じたものと交換する必要がある。
【0027】
以下、この実施の形態1の変更例について説明する。図6の変更例では、発光素子17が送信用のアンテナ31で置換される。ただし、この場合は、受信機2には受光素子29の代わりに受信用のアンテナを設ける必要がある。
【0028】
図7の変更例では、図2の発光素子17は、固定部材32を介して外蓋6の貫通孔6aに固定される。回路ユニット13にスリップリング33が固定され、送信回路16の出力信号がスリップリング33を介して発光素子17に与えられる。
【0029】
図8の変更例では、図6のアンテナ31は、固定部材34を介して外蓋6の貫通孔6aに固定される。回路ユニット13にスリップリング33が固定され、送信回路16の出力信号はスリップリング33を介してアンテナ31に与えられる。
【0030】
図9の変更例では、図2の内蓋5の一方端面(センサ12と反対側の端面)に、内蓋5を回転軸50の端面に取付けられるための円板状の永久磁石35が固定される。この場合は、本装置の回転軸50への取付および取外しが容易になる。
【0031】
図10(a)(b)の変更例では、外蓋6が円板部材6bと円筒部材6cに分割され、円板部材6bは支持部材36を介して回路ユニット13に固定される。円板部材6bの外側表面に円板部材6bの中心から外周面に向かって複数のLED37が1列に配置される。送信回路16は、回転軸50の回転に同期して複数のLED37の各々を個別に駆動し、回転軸50の振動状態を残像現象を利用して文字表示する。この場合は、検出器自体が回転軸50の振動状態を文字表示するので、受信機2および表示装置3は不要となる。
【0032】
[実施の形態2]
図11(a)(b)は、この発明の実施の形態2による振動検出装置の検出器41の構成を示す断面図であり、特に、同図(a)は同図(b)のE−E′線断面図、同図(b)は同図(a)のD−D′線断面図である。
【0033】
図11(a)(b)を参照して、この検出器41が図2の検出器1と異なる点は、回路ユニット13が外蓋6に固定され、発光素子17が固定部材32を介して外蓋6の貫通孔6aに固定され、発電機9が発電機43で置換され、スリップリング42が新たに設けられている点である。
【0034】
スリップリング42は、内蓋5の他方端面に形成された凹部の内周面に固定される。振動センサ12は、スリップリング42を介して処理回路15に接続される。発電機43は、内蓋5の外周面に設けられた複数の磁石44と、磁石44に対向して外蓋6の内周面に設けられたコイル45とを含む。複数の磁石44は、コイル45に対向する方の磁極が交互にN極およびS極になるようにして所定のピッチで配置される。コイル45は、コの字型の歯状の端面を有する。コイル45は、電源回路14に接続される。
【0035】
次に、この振動検出装置の動作について説明する。回転軸50が回転駆動されると、検出器41の内蓋5も回転駆動される。錘7および軸受8により、外蓋6の回転が防止される。これにより、発電機43の磁石44で生成された磁界中をコイル45が相対的に移動することとなり、発電機43によって交流電圧が生成される。コイル電圧は電源回路14によって直流電圧に変換されて回路ユニット13全体に供給される。
【0036】
振動センサ12の出力はスリップリング42を介して処理回路15に与えられ、処理回路15によって回転軸50の振動が正常か否かが判定される。送信回路16は、処理回路15の判定結果に従って発光素子17を駆動する。他の構成および動作は、実施の形態1と同じであるので、その説明は繰返さない。
【0037】
この実施の形態2でも、実施の形態1と同じ効果が得られる。
なお、図12に示すように、発光素子17をアンテナ31で置換してもよいし、図13に示すように検出器を回転軸50の端面に取付けるための円板状の永久磁石35を内蓋5に固定してもよい。
【0038】
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係る発明では、円板状の内蓋と、円筒部材を含む外蓋と、内蓋と円筒部材の間に挿嵌された軸受と、内蓋および外蓋のうちの一方に設けられた磁石と他方に設けられたコイルとを含む発電機と、発電機で生成された電力で駆動され、回転体の振動などを検出する検出手段と、内蓋を回転体に着脱自在に取付ける取付部材とが設けられる。したがって、外部から電源電圧を供給する必要がないので、配線およびスリップリングが少なくて済む。よって、配線およびスリップリングに起因するノイズを低減化でき、信頼性の向上を図ることができる。また、配線およびスリップリングによって占められていたスペースの縮小化を図ることができる。
【0040】
請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明の外蓋に、外蓋の回転を防止するための所定の重量を有する錘部材がさらに設けられる。この場合は、外蓋の回転が確実に防止される。
【0041】
請求項3に係る発明では、請求項1または2に係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を送信するための送信手段がさらに設けられる。この場合は、検出手段の検出結果を取出すための配線およびスリップリングも不要となり、信頼性の一層の向上およびスペースの一層の縮小化を図ることができる。
【0042】
請求項4に係る発明では、請求項1から3のいずれかに係る発明に、発電機によって生成された電力によって駆動され、検出手段の検出結果を表示するための表示手段がさらに設けられる。この場合も、検出手段の検出結果を取出すための配線およびスリップリングも不要となり、信頼性の一層の向上およびスペースの一層の縮小化を図ることができる。
【0043】
請求項5に係る発明では、請求項1から4のいずれかに係る発明の取付部材は、内蓋の一方端面に固定され、内蓋を回転体に取付けるための永久磁石を含む。この場合は、検出装置の回転体への着脱が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の実施の形態1による振動検出装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示した検出器の構成を示す断面図であって、図2(a)は図2(b)のB−B′線断面図、図2(b)は図2(a)のA−A′線断面図である。
【図3】図2に示した電源回路の構成を示すブロック図である。
【図4】図3に示した電源回路の動作を示すタイムチャートである。
【図5】図1に示した振動検出回路の構成を詳細に示すブロック図である。
【図6】実施の形態1の変更例を示す断面図である。
【図7】実施の形態1の他の変更例を示す断面図である。
【図8】実施の形態1のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図9】実施の形態1のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図10】実施の形態1のさらに他の変更例を示す図であって、図10(a)は検出器の正面図、図10(b)は図10(a)のC−C′線断面図である。
【図11】この発明の実施の形態2による振動検出装置の検出器の構成を示す断面図であって、図11(a)は図11(b)のE−E′線断面図、図11(b)は図11(a)のD−D′線断面図である。
【図12】実施の形態2の変更例を示す断面図である。
【図13】実施の形態2の他の変更例を示す断面図である。
【図14】従来の振動検出装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 検出器
2 受信機
3 表示装置
5 内蓋
6 外蓋
7 錘
8 軸受
9,43 発電機
10,45 コイル
11,35,44 永久磁石
12 振動センサ
13 回路ユニット
14 電源回路
15 処理回路
16 送信回路
17 発光素子
31 アンテナ
33,42 スリップリング
37 LED
50 回転軸
Claims (5)
- 回転体の振動、温度、回転数などを検出するための回転体状態検出装置であって、
円板状の内蓋、
その内周面の一部が前記内蓋の外周面に対向させて配置される外蓋、
前記内蓋と前記外蓋の間に挿嵌された軸受、
前記内蓋および前記外蓋のうちのいずれか一方に設けられた磁石と他方に設けられたコイルとを含み、前記内蓋と前記外蓋の回転速度の差に応じた電力を生成する発電機、
前記発電機によって生成された電力によって駆動され、前記回転体の振動、温度、回転数などを検出する検出手段、および
前記内蓋の中心軸が前記回転体の中心軸と一致するようにして前記内蓋を前記回転体に着脱自在に取付ける取付部材を備える、回転体状態検出装置。 - さらに、前記外蓋に設けられ、前記外蓋の回転を防止するための所定の重量を有する錘部材を備える、請求項1に記載の回転体状態検出装置。
- さらに、前記発電機によって生成された電力によって駆動され、前記検出手段の検出結果を送信するための送信手段を備える、請求項1または請求項2に記載の回転体状態検出装置。
- さらに、前記発電機によって生成された電力によって駆動され、前記検出手段の検出結果を表示するための表示手段を備える、請求項1から請求項3のいずれかに記載の回転体状態検出装置。
- 前記取付部材は、前記内蓋の一方端面に固定され、前記内蓋を前記回転体に取付けるための永久磁石を含む、請求項1から請求項4のいずれかに記載の回転体状態検出装置。
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