特開 2024-2477 軸受の診断方法、およびその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024002477

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】軸受の診断方法、およびその装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/04 20190101AFI20231228BHJP

   F16N 29/00 20060101ALI20231228BHJP

   F16C 33/66 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

G01M13/04

F16N29/00 A

F16C33/66 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101672

(22)【出願日】2022-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】市毛 祥貴

(72)【発明者】

【氏名】阿部 敦

(72)【発明者】

【氏名】三石 健央

【テーマコード（参考）】

2G024

3J701

【Ｆターム（参考）】

2G024AC01

2G024BA19

2G024CA18

2G024DA21

2G024EA11

2G024FA03

3J701AA01

3J701AA62

3J701CA12

3J701EA63

3J701FA26

3J701XB03

3J701XB48

(57)【要約】

【課題】 軸受の種類によらず、グリース劣化、もしくは軸受け異常を判断できる。
【解決手段】 内輪と外輪を有する軸受の診断方法であって、内輪および外輪に接続されたプローブにより電位差を計測し、電位差から軸受に封入されたグリースの劣化もしくは、軸受けの異常を判断する軸受の診断方法。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪と外輪を有する軸受の診断方法であって、
前記内輪および前記外輪に接続されたプローブにより電位差を計測し、
前記電位差から前記軸受に封入されたグリースの劣化もしくは、前記軸受けの異常を判断する軸受の診断方法。

【請求項2】

請求項１に記載の軸受の診断方法において、
前記電位差を、定めておいた閾値と比較し、グリースが劣化したことを判断する軸受の診断方法。

【請求項3】

請求項１に記載の軸受の診断方法において、
前記電位差の変化率を算出し、
前記変化率を、定めておいた閾値と比較し、前記軸受の異常を判断する軸受の診断方法。

【請求項4】

請求項１に記載の軸受の診断方法において、
診断の結果を表示する軸受の診断方法。

【請求項5】

内輪と外輪を有する軸受の診断装置であって、
前記内輪および前記外輪に接続しているプローブからの信号により電位差を計測する電位差測定部と、
前記電位差から前記軸受に封入されたグリースの劣化もしくは、前記軸受けの異常を判断する異常判断部とを有する軸受の診断装置。

【請求項6】

請求項５に記載の診断装置において、
前記電位差測定部は、
前記電位差が、定めておいた閾値を下回った場合、グリースが劣化したと判断をする軸受の診断装置。

【請求項7】

請求項５に記載の診断装置において、
前記電位差測定部は、
回転電機の端子箱の中に配置された軸受の診断装置。

【請求項8】

請求項５に記載の診断装置において、
前記電位差測定部は、
回転電機を制御するインバータの中に配置された軸受の診断装置。

【請求項9】

請求項５に記載の診断装置において、
前記プローブは、回転電機の板部を介して前記内輪と接続している軸受の診断装置。

【請求項10】

請求項９に記載の診断装置において、
前記板部は、回転電機のエンドブラケットとは絶縁材を介して固定されている軸受の診断装置。

【請求項11】

請求項５に記載の診断装置において、
前記異常判断部は、
前記電位差の変化率が、定めておいた閾値を上回った場合には、前記軸受は異常であると判断する軸受の診断装置。

【請求項12】

請求項５に記載の軸受の診断装置を有する回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸受の診断方法、およびその装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機には、回転する軸の摩擦を軽減し、スムーズな回転ができるように軸受が使用される。軸受には滑り軸受と転がり軸受があるが、規格化されており互換性・入手性に優れ、安価であるため、転がり軸受が広く使用されている。転がり軸受は軌道輪（内輪、外輪）、転動体及び保持器で構成されており、転動体を潤滑するためにグリースが封入されている。

【0003】

グリースは、熱や摩耗粉や外部からの水の侵入によって劣化するため、定期的にグリース交換をする必要がある。グリース交換の目安は半年毎となっているが、使用環境や使用状況によっては一年以上グリースが劣化しないケースもある。そのため、利用者がグリースの交換を怠ってしまう場合があり、回転電機の故障に繋がる要因となっていた。よって、グリース劣化の有無を検出し、適正な時期にグリース交換を実施することが重要である。グリースの劣化検出技術の例として、特許文献１が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2019-20329号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献1には、転がり軸受の外輪に柱上のロッドを設け、ロッドに作用する荷重と変位量を計測してグリース劣化状態を評価するという発明が記載されている。

【0006】

しかし、特許文献1に記載されたグリース劣化状態の評価方法は、軸受内にロッドを挿入するスペースが必要であり、複列の軸受の2つのころの間にロッドを配設している。しかしながら、単列の軸受の場合はロッドを設置するスペースを設けるのが困難であるという課題があった。

【0007】

本発明の目的は、軸受の種類によらず、グリース劣化、もしくは軸受け異常を判断することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一例としては、内輪と外輪を有する軸受の診断方法であって、前記内輪および前記外輪に接続されたプローブにより電位差を計測し、前記電位差から前記軸受に封入されたグリースの劣化もしくは、前記軸受けの異常を判断する軸受の診断方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、軸受の種類によらず、グリース劣化、もしくは軸受け異常を判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電動機の部分断面図である。

【図2】電動機のグリース排出構造の断面図である。

【図3】実施例１である軸受の診断装置を示す図である。

【図4】板部の詳細図である。

【図5】軸受内外輪間の電位差値の経時変化を示す概念図である。

【図6】軸受内外輪間の電位差変化率の経時変化を示す概念図である。

【図7】実施例１における軸受の診断についてのフローチャートである。

【図8】軸受の診断装置をインバータに搭載する場合を示す図である。

【図9】実施例２における軸受の診断装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

【実施例0012】

図１は、回転電機の一例である電動機１００の部分断面図である。電動機１００は、図１に示すように、電源供給を受けて回転磁界を発生させる固定子１１、コイルエンド９、固定子１１からの回転磁界によって回転する回転子１２、回転子１２と同軸である冷却ファン１４、固定子を支持するハウジング１０、エンドブラケット３、軸７、軸受４、冷却ファンのファンカバー１３から構成されており、回転軸で回転するものである。また、以下の説明では、軸７側（図１の右側）のことを負荷側、ファンカバー１３側（図１の左側）のことを半負荷側という。

【0013】

図２は、電動機１００のグリース排出構造の断面図である。図２において、矢印は注油されたグリースの流れを示してる。実線の矢印で示すように、グリースニップル２から注油されたグリースはエンドブラケット３内部に設けたグリース注入路３ａを通り、軸受４、エンドブラケット３からなる軸受箱内に供給される。グリースは摩耗粉の混入や外部からの水の侵入によって潤滑不良となり、廃グリースとなる。点線の矢印で示すように、廃グリースはグリースポケット１５に溜まり、エンドブラケット３の下部に設けたグリース排出口３ｂから排出される構造となっている。

【0014】

図３は、本実施例の軸受の診断装置２３を搭載した電動機の部分断面図である。軸受の診断装置２３は、電位差測定部１６、異常判断部２２、表示灯２１を備える。転がり軸受は、図３に示すように外輪４ａ及び内輪４ｂと、外輪４ａと内輪４ｂとの間に配設された複数の玉またはころ４ｃと、玉またはころ４ｃを保持するための保持器を備えている。

【0015】

外輪４ａと内輪４ｂとの間に玉が配設されている軸受を玉軸受、ころが配設されている軸受を、ころ軸受という。また、玉ないしころが、１列だけ配設されている軸受を単列軸受という。玉ないしころが、２列以上配設されている軸受を複列軸受という。グリースは軸受内に充填され、外輪４ａ及び内輪４ｂと玉ないしころ４ｃの間に油膜を形成し、金属と金属が直接接触するのを防ぐ役割を果たしている。軸受外輪４ａはエンドブラケット３内に設置され、軸受内輪４ｂは軸７に固定されている。

【0016】

本実施例の軸受の診断装置は、軸受外輪４ａと内輪４ｂ間の電位差を計測し、計測結果に基づいてグリースの劣化や軸受異常を判断する。軸受外輪４ａと内輪４ｂ間の電位差の計測のために、端子箱１内に電位差測定部としての電位差計を配設し、電位差計に２本のプローブ１７を取付ける。プローブ２本のうち、１本のプローブ１７の一端を外輪４ａに取り付け、もう１本のプローブの一端を、内輪４ｂの電位を測定するために板部５に取り付ける。本実施例では、軸受外輪４ａと内輪４ｂを有していれば単列、複列にかかわらずに診断することが可能である。

【0017】

板部５は、図４に示すように、中央部に軸の外形よりもわずかに大きい丸形の穴があいている例えば鋳物製の丸形の板であり、中央の穴部分には放射上に導電部材１８が固定されている。導電部材１８は例えばブラシやばねでよい。導電部材１８としてブラシやばねを使用することで、回転している軸に対しても板部５を電気的に接触することができる。板部５はエンドブラケット３に固定されているが、エンドブラケット３との接地面には図４の右の図のように、絶縁材１９が施されているため、エンドブラケット３とは絶縁されている。

【0018】

エンドブラケット３は軸受外輪４ａと導通しているため、板部５とエンドブラケット３を絶縁しないと軸受外輪４ａと軸受内輪４ｂが導通してしまうためである。

【0019】

また、板部５はエンドブラケット３に固定せずに、電動機１００内の例えばグリースカバー６の半負荷側に取り付けてもよい。板部５をエンドブラケット３に固定する場合はモータ外部の固定になるため、雨等の水に晒されるため、屋外使用は不可となる。しかし、板部５を電動機１００内のグリースカバー６に取り付けることで、板部５が雨水に晒されることがなくなるため、屋外仕様の電動機でも使用することができる。

【0020】

端子箱１とは、電動機１００と電源の接続点の防水や保護の為、ハウジング１０に取り付けられる箱である。電位差計は、接続点に接触しないように端子箱の側面に、振動で動いてしまわないように、固定する。電位差計を端子箱の中に固定することで、電動機１００の外観を変更せずに済むため、例えば、顧客が電動機１００の更新をしたい場合などに置き換えがしやすいというメリットがある。

【0021】

プローブ１７とは、被測定対象の信号を検出し測定器まで伝送する機器であり、プローブによって軸受外輪４ａ及び軸受内輪４ｂの電位値を測定することができる。プローブと外輪及び板部５とは、例えばコンタクトプローブのようなもので外輪及び板部５の上部に接触することで、ある程度荷重をかけた状態でプローブのコンタクト部分と接触できる。

【0022】

電位差計で測定された電位差値は異常判断部２２に伝送される。たとえばPLC（programmable logic controller）が異常判断部２２の機能を実行するようにしてもよい。PLCに限らず、プロセッサーにより、記録部に格納されたプログラムを実行することで、異常判断部の処理を実行するようにしてもよい。電位差計から伝送された電位差の値が、定めておいた閾値を下回った場合、グリースが劣化したと、異常判断部は判断し、信号が表示灯２１に伝送され表示灯が点灯するようにする。

【0023】

また、異常判断部２２は、電位差計から伝送された電位差の変化率を算出し、電位差の変化率が、定めておいた閾値を上回った場合、軸受に異常が発生したと判断し、信号が表示灯２１に伝送され表示灯が点滅するようにする。異常判断部２２が、電位差の変化率を算出する例で説明した。それに限らず、電位差計が、電位差の変化率を算出し、変化率を異常判断部２２に伝送するようにしてもよい。

【0024】

図５は、軸受内外輪間の電位差値の経時変化を示す概念図を示す。縦軸は、電位差Ｖを示し、横軸は、時間を示し、グリース劣化判定を説明する図である。
グリースは劣化が進むと鉄粉等、金属の摩耗粉が混入するため、グリースの電気抵抗が低下し、グリースが封入されている軸受外輪４ａと内輪４ｂ間の電位差も低下する。

【0025】

そこで、軸受外輪４ａと内輪４ｂ間の電位差がある閾値Voを下回ると、測定器に接続した表示灯が点灯するようにすることで、一目でグリースの交換時期かどうかを判断することができる。

【0026】

劣化判定基準を表す閾値Voの設定方法の一例としては、電動機を一般的なグリースの寿命と言われている６か月間連続で運転し、６か月後の軸受外輪と内輪間の電位差を測定し、その値を閾値Voとする。軸受温度が75℃を超える場合は、10℃超える毎にグリースの寿命が半減するといわれているため、軸受温度が75℃を超えないような環境で行う。またグリース劣化が進まないよう粉塵の少ない場所でおこなうものとする。

【0027】

また、図６に軸受内外輪間の電位差変化率の経時変化を示す概念図を示す。縦軸は、電位差Ｖを示し、横軸は、時間を示し、軸受異常判定を説明する図である。

【0028】

図６に示すように、軸受外輪４ａと軸受内輪４ｂ間の電位差が閾値Voを下回った時だけでなく、電位差の変化率が、定めておいた閾値V_１を上回った場合も、軸受の異常が発生したとみなし、表示灯が点滅するようにする。そのようにすることで、グリース劣化だけでなく、軸受の異常も判断することができる。図６では、電位差の変化率の絶対値が急激に増加６１して閾値V_１を上回った場合、もしくは電位差の変化率の絶対値が急激な減少６２して閾値V_１を上回った場合を、軸受の異常と判断する例として示す。軸受４に発生する異常としては、フレーキング（剥離）、破損、きず、さび、クリープ、電食、焼き付き等がある。

【0029】

変化率の設定方法の一例としては、例えば上記いずれかの異常が発生した軸受と異常が発生していない軸受を用意し、軸受外輪４ａと軸受内輪４ｂ間の電位差を測定する。この２つの軸受は条件を合わせるために使用時間や使用環境が近いものを選択する。それぞれの軸受で測定された電位差の値と軸受の使用時間、軸受異常が発生してからの時間、更に未使用の軸受の軸受外輪４ａと軸受内輪４ｂ間の電位差より、時間に対する電位差の変化量を算出する。

【0030】

図７は、軸受の診断装置２３の異常判断部の処理に関するフローチャートを示す。異常判断部２２は、電位差測定部１６からの電位差の信号を受け取り、処理がスタートする。

【0031】

異常判断部２２は、電位差の変化率を算出し、電位差の変化率が定めておいた閾値を上回っているかどうかを判断する（Ｓ１ステップ）。

【0032】

電位差の変化率が閾値を上回っている場合（Ｓ１ステップのＹＥＳ）には、軸受異常の発生とみなし、診断結果の出力として表示灯を点滅させるように制御する（Ｓ２ステップ）。

【0033】

電位差の変化率が閾値を上回っていない場合（Ｓ１ステップのＮＯ）には、異常判断部２２は、電位差の値が定めておいた閾値を下回っているかどうかを判断する（Ｓ３ステップ）。電位差の変化率を算出していない場合には、Ｓ１ステップは実行しないで、Ｓ３ステップを実行する。

【0034】

電位差が閾値を下回っている場合（Ｓ３ステップのＹＥＳ）には、異常判断部２２は、グリース劣化とみなし、診断結果の出力として表示灯を点灯させるように制御する（Ｓ４ステップ）。

【0035】

電位差が閾値を下回っていない場合（Ｓ３ステップのＮＯ）には、Ｓ１ステップに戻る。図７に示すような流れでグリース劣化や軸受の異常を診断する。

【0036】

また一例として、インバータ駆動モータの場合は、図８に示すようにインバータ２０に、電位差測定部１６および異常判断部２２、表示灯２１を有した診断装置２３を備える構成にしてもよい。軸受の診断装置２３をインバータ２０に設けることで、外付けの測定部が不要となる。また、モータとインバータのセット売りをするのに有利となる。

【0037】

本実施例によれば、軸受の種類によらず、グリース劣化、もしくは軸受け異常を判断することができる。また、適正な時期にグリース交換、もしくは軸受けの修理または交換を実施することができるようになる。

【実施例0038】

図９は、実施例２における軸受の診断装置の例を示す図である。実施例１と共通する事項は、説明を省略する。

【0039】

図９に示すように、モータが停止している状態で軸受内輪と外輪間の電位差を測定するのでもよい。図３に示すように、実施例１では電動機運転中に常時、軸受外輪４ａと軸受内輪４ｂ間の電位差を測定するのに対し、本実施例では、図９に示すように、電動機を停止した状態で、電位差の測定を行うものである。

【0040】

軸受内輪４ｂに接触するプローブは、エンドブラケットのグリース注入経路穴よりも細いものが用いられる。経路に沿ってプローブ１７が挿入される。プローブ１７は、軸受内輪４ｂに接触させる。また、モータが停止している状態で測定する場合は、プローブの接触部を直接軸に接触させてもよい。

【0041】

本実施例によれば、実施例１の効果を有するとともに、モータ停止している状態で、電位差測定部１６が電圧を測定するので、サービスエンジニアが電動機１００の点検を行う際に、電動機１００を分解せずにグリースの劣化状態が判別できる。そのため、時間と費用を抑えることができる。また、モータ停止時に電圧測定することで、ブラシが不要となるため、メンテナンス工数を削減できる効果がある。