JPH0865975A - 回転子の軸方向変位検出装置を具備する誘導電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導電動機の斜行溝の構造を工夫することに
より、負荷電流の影響により誤差を生じない回転子の軸
方向変位検出装置を備えた誘導電動機を提供する。 【構成】 固定子鉄心２２の両側でかつ固定子に作られ
る主磁界の外に一対の磁気電気変換素子１１，１２を配
置し、該一対の磁気電気変換素子の出力を固定子鉄心両
側の漏洩磁束の不平衡を差動出力として出力するように
接続し、該漏洩磁束の不平衡度より回転子２１の軸方向
の変位を検出する、検出装置を備えた誘導電動機であっ
て、該誘導電動機の負荷変動等による該漏洩磁束変化に
対して該一対の磁気電気変換素子１１，１２の差動出力
の変動を少なくするように、該誘導電動機回転子２１お
よび固定子鉄心２２の斜行溝２５を調整した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転子の軸方向の変位
を検出する軸方向変位検出装置を備えた誘導電動機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機等の回転電気機器において
は、回転子軸受の軸方向面の摩耗の程度を検出すること
が保安の観点から重要である。従来、回転子軸受の軸方
向面の摩耗等による回転子の軸方向の変位を検出する方
法としては、機械的に摩耗の状態を検出する方法と、回
転子の軸方向への移動を電気的に検出する方法とが考え
られる。このうち機械的検出方法によるものは、構造が
複雑であり、高度な加工や組立が要求され、かつ破壊的
検出方法であるため、検出部は再度の使用ができない等
の問題点がある。また、電気的検出方法としては、特公
昭５７−２１９４２号公報、特開平５−１３０７６１号
公報に開示された技術が知られている。

【０００３】図４乃至図６は、特開平５−１３０７６１
号公報に開示された回転子の軸方向変位検出装置を備え
た誘導電動機を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、誘導電動機の固定子鉄心２２の両側でかつ固定子鉄
心２２に作られる主磁界の外に配置された一対の磁気電
気変換素子１１，１２を設けている。該一対の磁気電気
変換素子の出力は、図６に示すように固定子鉄心両側の
漏洩磁束の不平衡を差動出力として出力するようにブリ
ッジ接続されている。そして、漏洩磁束の不平衡度より
回転子２１の軸方向の変位を検出するようにしたもので
ある。このように誘導電動機の固定子鉄心２２の両側に
磁気電気変換素子１１，１２を設けることにより、比較
的簡単な構造および組立方法で軸受２３，２４の摩耗等
による回転子鉄心２１の軸方向変位の検出を行うことが
できる。この誘導電動機は、一般的なものであり、回転
子鉄心２１には回転子鉄心スロット溝２５を備えてお
り、図５に示すように１スロット分程度の斜行溝２５と
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
軸方向変位検出装置では、誘導電動機の運転中に発生す
る負荷変動等の影響により、誘導電動機固定子鉄心両側
に設置された一対の磁気電気変換素子の差動出力が変動
し、回転子鉄心の軸方向変位を示す信号がかなり変動す
ることが実験により確認されている。図７は、従来の軸
方向変位検出装置の負荷変動に伴う差動出力の変動に関
する実験結果の一例である。図示するように回転子の軸
方向変位は、無負荷運転時と定格負荷運転時とにおい
て、かなりの差動出力の差があることが判る。図８は、
磁気電気変換素子の単体としての出力を示す。図示する
ように、負荷側においては、無負荷運転時と定格負荷運
転時とではほとんど変動しない。しかしながら、反負荷
側においては、無負荷運転時と定格負荷運転時とでは磁
気電気変換素子の出力が大きく変動することが判る。

【０００５】例えば、誘導電動機の回転子位置の軸方向
変位が機器本体に損傷を与えるため、この変位を検出し
てメータ等に表示する等の目的で上述の変位検出装置を
用いた場合には、軸方向の変位量が負荷変動により見か
け上変動することになる。このため、正しい軸方向変
位、即ち回転子軸受の摩耗の程度等を検出することが不
可能となる。

【０００６】このため、係る問題点を取り除き、上述の
軸方向変位検出装置を実用化する方法として、図９に示
す回路装置により、図１０に示すように負荷電流の大き
さに応じて差動出力を補正することが考えられる。図９
中符号Ａの部分は、特開平５−１３０７６１号公報に開
示された軸方向変位検出装置の回路構成を示し、図中符
号Ｂは、補正回路の構成を示す。即ち、誘導電動機１０
の負荷電流を電動機負荷検出部１８で検出し、補正出力
部１６に入力する。補正出力部１６では、電動機の負荷
に応じて、図１０に示す負荷電流の大小による差動出力
の補正量を算定し、固定子鉄心両端に配置された一対の
磁気電気変換素子のブリッジ回路に補正量を加える。し
たがって、図９における差動出力部１５には、負荷電流
の大きさに従って補正された軸方向変位量が出力され、
信号表示部１７で表示される。

【０００７】しかしながら、このような負荷電流を検出
して補正出力を算定する軸方向変位検出装置において
は、検出装置自体の構成が複雑になり、安価な製造コス
トで製作することが困難になる。また、負荷電流による
補正量は、電動機の大きさ、特性等によりそれぞれ異な
ったものとなるため、電動機１台ごとにそれぞれの必要
な補正量を算定する必要がある。このため、補正量の調
整が面倒であり、また調整が充分に行われないと、かえ
って測定誤差を拡大するという問題が生じてしまう。

【０００８】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、負荷変動により誤差を生じることのない、且つ
安価な製造コストで製作できる回転子の軸方向変位検出
装置を備えた誘導電動機を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、誘導電動機の鉄心の両側でかつ固定子に作ら
れる主磁界の外に配置された一対の磁気電気変換素子を
設け、該一対の磁気電気変換素子の出力は固定子鉄心両
端の漏洩磁束の不平衡を差動出力として出力するよう接
続し、該漏洩磁束の不平衡度より回転子の軸方向の変位
を検出する、検出装置を備えた誘導電動機であって、該
誘導電動機の負荷変動等による該漏洩磁束変化に対して
該一対の磁気電気変換素子の差動出力の変動を少なくす
るように、該誘導電動機回転子および固定子鉄心の斜行
溝を調整したことを特徴とする。

【００１０】特に、前記誘導電動機回転子および固定子
鉄心の斜行溝を平行又は略平行に配置したことを特徴と
する。

【００１１】

【作用】誘導電動機の固定子鉄心と回転子鉄心の斜行溝
を平行又は略平行に調整することにより、固定子鉄心の
両端に配設された磁気電気変換素子の差動出力が誘導電
動機の負荷変動等に対して影響を受けることなく安定に
出力する。従って、上述の誘導電動機の負荷電流を計測
して差動出力を補正するというような面倒な回路を付加
することなく、正確に回転子の軸方向変位量を検出して
表示することができる。それ故、回転子の軸方向の変位
が機器自体の損壊につながるような誘導電動機に対し
て、軸受の摩耗量等を容易にかつ正確に表示して、損壊
を未然に防止することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１乃至３
を参照しながら説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例の回転子の軸方向
変位検出装置を備えた誘導電動機を示す（Ａ）縦断面
図、（Ｂ）磁気電気変換素子の設置部分の拡大図であ
る。主軸２０は、回転子軸受２３，２４により支持され
ている。また、主軸２０は回転子鉄心２１が嵌着され、
固定子鉄心２２の生成する空間回転磁界により主軸２０
が駆動され回転する。固定子巻線２６は、固定子鉄心２
２に磁界を生成する励磁電流を供給する。（Ｂ）は固定
子鉄心２２端部を示すもので、固定子鉄心２２には切欠
部２８があり、検出用コイル２９を備えた磁気電気変換
素子１２が装着されている。

【００１４】このため、磁気電気変換素子１１，１２
は、固定子鉄心２２の両側の漏洩磁束を検出するように
配置されている。なお、回転子鉄心２１の側端面と固定
子鉄心２２の側端面は軸方向に対し同一位置にある。そ
して、固定子鉄心２２の側端面に設置された磁気電気変
換素子１１，１２の一端は固定子鉄心２２と磁気的に接
続され、その脚部に検出コイル２９が巻かれており、他
端は固定子鉄心２２の切欠部２８内に位置して開放して
おり、回転子鉄心２１の漏洩磁束と鎖交するようになっ
ている。

【００１５】係る磁気電気変換素子１１，１２は、従来
の軸方向変位検出装置と同様に図６に示すように接続さ
れブリッジ回路を構成し、その差動出力を信号表示部１
７に検出する。従って、誘導電動機が一定の負荷状態に
おいて、回転子軸受２３，２４の軸方向摩耗等の何らか
の原因で回転子が軸方向に変位したとすると、回転子鉄
心の端面側が近づく側の磁気電気変換素子１１または１
２はより多くの漏洩磁束を検出し、回転子が遠ざかる側
の磁気電気変換素子１２または１１はより少ない漏洩磁
束を検出することになる。その結果、両側に設置した磁
気電気変換素子１１，１２の差動出力は、回転子鉄心の
軸方向変位に略対応する大きさとなり、この差動出力を
誘導電動機外部にある表示部へ出力することにより、軸
受摩耗量等を表示することができる。

【００１６】図２は、回転子鉄心および固定子鉄心の
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。固定子鉄心２
２および回転子鉄心２１にはそれぞれスロット溝２７が
設けられている。そして、固定子鉄心２２のスロット溝
には固定子巻線２６が埋置されている。しかしながら、
本実施例の場合には、図示するように固定子鉄心２２お
よび回転子鉄心２１のスロット溝は、主軸２０とそれぞ
れ平行又は略平行であり、両者の斜行溝は平行又は略平
行に配置されている。

【００１７】図３（Ａ）は、図２に示す構造の斜行溝を
有する誘導電動機の差動出力を示す。図３（Ａ）に示す
ように、一対の磁気電気変換素子の差動出力は、平行な
斜行溝を有する誘導電動機の場合、無負荷運転時と定格
負荷運転時とは、その差動出力が略一致する。従って、
従来の誘導電動機の斜行溝がある場合と比較して、負荷
変動に伴う差動出力を補正する必要なしに、正確な差動
出力が得られるということがわかる。

【００１８】図３（Ｂ）は、磁気電気変換素子の単体と
しての出力を示す。図示するように定格負荷運転時と無
負荷運転時とは一定の差があることが判る。しかしなが
ら、この差は負荷側と反負荷側とで略等しい差である。
このため、図６に示す回路により差動出力を取ると、こ
の略等しい差が相殺されるものと考えられる。このよう
に回転子鉄心及び固定子鉄心の斜行溝を平行又は略平行
とすることにより、負荷側と反負荷側とで、誘導電動機
の負荷変動に伴う漏洩磁束の変動を略等しくすることが
できる。従って、結果として、負荷変動の影響を受ける
ことなく、軸方向変位に対応した差動出力を取り出すこ
とができる。

【００１９】図１１及び図１２は、誘導電動機回転子及
び固定子鉄心の斜行溝の調整に伴う差動出力の負荷変動
の実験結果を示す。固定子鉄心２２のスロット溝は主軸
２０と平行であり、回転子鉄心２１の斜行溝２５を回転
子鉄心２１の両側間で０．５スロット分、０．３スロッ
ト分、０．１スロット分、０．０スロット分としたもの
をそれぞれ製作した。図１２は、これらの斜行溝を有す
る回転子を用いた場合の差動出力のデータであり、
（Ａ）は斜行溝０．５スロット、（Ｂ）は斜行溝０．３
スロット、（Ｃ）は斜行溝０．１スロット、（Ｄ）は斜
行溝０．０スロットを示す。各グラフは、横軸が回転子
軸方向変位であり、縦軸が差動出力である。無負荷運転
時と定格負荷運転時との負荷変動の影響は、（Ａ）の
０．５スロットの場合が最も大きく、（Ｂ）の０．３ス
ロットの場合が次に大きく、（Ｃ）の０．１スロットの
場合が更に小さく、（Ｄ）の０．０スロットの場合が最
も小さいことが判る。この実験結果から、回転子及び固
定子の斜行溝を調整することにより、回転子の軸方向変
位に伴う差動出力が負荷変動の影響を軽減することがで
き、特に斜行溝を平行とすることにより、負荷変動の影
響がほとんどなくなることが判る。

【００２０】尚、以上の実施例は固定子側のスロット溝
を主軸と平行にして、回転子側を斜行溝としたが、逆に
回転子側のスロット溝を主軸と平行にして、固定子側を
斜行溝としても、同様な結果が得られるのは勿論のこと
である。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
固定子鉄心の両端に設けられた磁気電気変換素子の差動
出力に対して、何らの補正回路を設けることなく安定に
回転子鉄心の軸方向変位を検出することが可能となる。
これにより、軸方向の軸受の摩耗等を容易にかつ正確に
表示することのできる誘導電動機を安価な製造コストで
提供することができる。また、補正回路を必要としない
ため、差動出力を電動機毎に調整するという手間も必要
ではなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回転子の軸方向変位検出装
置を備えた誘導電動機の（Ａ）軸方向に沿った断面図、
（Ｂ）磁気電気変換素子の取付部分を示す拡大図。

【図２】本発明の一実施例の回転子及び固定子鉄心の
（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図。

【図３】回転子の軸方向変位と磁気電気変換素子の出力
との関係を示すグラフであり、（Ａ）差動出力、（Ｂ）
単体出力を示す。

【図４】従来の回転子の軸方向変位検出装置を備えた誘
導電動機の（Ａ）軸方向に沿った断面図、（Ｂ）磁気電
気変換素子の取付部分を示す拡大図。

【図５】従来の回転子及び固定子鉄心の（Ａ）正面図、
（Ｂ）側面図。

【図６】磁気電気変換素子の接続を示す回路図。

【図７】回転子の軸方向変位と磁気電気変換素子の出力
との関係を示すグラフであり差動出力を示す。

【図８】回転子の軸方向変位と磁気電気変換素子の出力
との関係を示すグラフであり単体出力を示す。

【図９】補正回路を付加した磁気電気変換素子の接続を
示す回路図。

【図１０】回転子の軸方向変位と補正出力との関係を示
すグラフ。

【図１１】回転子及び固定子鉄心の正面図。

【図１２】回転子の軸方向変位と差動出力の関係を示す
グラフであり、（Ａ）は斜行溝０．５スロット、（Ｂ）
は斜行溝０．３スロット、（Ｃ）は斜行溝０．１スロッ
ト、（Ｄ）は斜行溝０．０スロットをそれぞれ示す。

【符号の説明】

１１，１２ 磁気電気変換素子 ２１ 回転子鉄心 ２２ 固定子鉄心 ２３，２４ 回転子軸受 ２５ 回転子斜行溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外山 幸雄 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 赤坂 俊也 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 大山 敦 東京都中央区銀座１丁目３番１号 株式会 社荏原電産内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心の両側でかつ固定子に作られ
   る主磁界の外に一対の磁気電気変換素子を配置し、該一
   対の磁気電気変換素子の出力を固定子鉄心両側の漏洩磁
   束の不平衡を差動出力として出力するように接続し、該
   漏洩磁束の不平衡度より回転子の軸方向の変位を検出す
   る、検出装置を備えた誘導電動機であって、該誘導電動
   機の負荷変動等による該漏洩磁束変化に対して該一対の
   磁気電気変換素子の差動出力の変動を少なくするよう
   に、該誘導電動機回転子および固定子鉄心の斜行溝を調
   整したことを特徴とする誘導電動機。
2. 【請求項２】 前記誘導電動機回転子および固定子鉄心
   の斜行溝を平行又は略平行に配置したことを特徴とする
   請求項１記載の回転子の軸方向変位検出装置を具備する
   誘導電動機。