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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-17
(45)【発行日】2023-04-25
(54)【発明の名称】回転電機の振動計測装置
(51)【国際特許分類】
   G01H 1/00 20060101AFI20230418BHJP
   G01M 99/00 20110101ALI20230418BHJP
   H02K 11/20 20160101ALI20230418BHJP
   G01H 17/00 20060101ALI20230418BHJP
【FI】
G01H1/00 G
G01M99/00 A
H02K11/20
G01H17/00 A
【請求項の数】 14
(21)【出願番号】P 2021190507
(22)【出願日】2021-11-24
【審査請求日】2021-11-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000195959
【氏名又は名称】西芝電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100174104
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 康一
(72)【発明者】
【氏名】宮田 哲志
(72)【発明者】
【氏名】末長 良輔
【審査官】森口 正治
(56)【参考文献】
【文献】実公昭47-016806(JP,Y2)
【文献】特開2018-012356(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01H 1/00-17/00
G01M 99/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転電機における回転軸の外周側に設けられた回転子に形成された穴部と、
前記穴部の内部に固定され、振動を計測する振動センサと
前記振動センサを覆うように開閉可能であり前記穴部の内部に固定されたケーシングと
を有し、
前記ケーシングは、該ケーシングの軸を中心として外側に配置された外側ケーシングと、前記外側ケーシングに対し回転可能に前記外側ケーシングの内側に配置され前記振動センサが内部に設けられた内側ケーシングとにより構成されている
ことを特徴とする回転電機の振動計測装置。
【請求項2】
前記振動センサを含む前記ケーシングの重心は、前記ケーシングの中心軸に対し偏心している
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項3】
前記回転軸の回転に伴い前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記内側ケーシングは、前記振動センサにおける振動検知方向が前記遠心力の方向に沿った状態となるよう回転する
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項4】
前記内側ケーシングの内部において、重りがさらに設けられ、
前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記遠心力の方向に向かって、前記振動センサ、前記重りが順次配置された状態となる
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項5】
前記内側ケーシングの内部において、偏心用穴部がさらに設けられ、
前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記遠心力の方向に向かって、前記偏心用穴部、前記振動センサが順次配置された状態となる
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項6】
前記振動センサは、前記ケーシングに対し偏心しないよう配置される
ことを特徴とする請求項又は請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項7】
前記振動センサは、前記ケーシングに対し偏心するよう配置され、
前記ケーシングに遠心力が作用すると、前記遠心力の方向に向かって、前記ケーシングの中心軸、前記振動センサの重心が順次配置された状態となる
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項8】
前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間には、潤滑剤が設けられる
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項9】
前記ケーシングは、軸方向に沿って分割されている
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項10】
前記ケーシングは、樹脂により形成されている
ことを特徴とする請求項に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項11】
前記振動センサは、計測した振動を示す振動データを無線により受信器へ転送する
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項12】
前記穴部は、前記回転軸の軸方向と平行に形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項13】
前記回転子は、回転子鉄心と、該回転子鉄心に巻回する回転子コイルとにより構成されており、
前記穴部は、径方向に関し前記回転子鉄心における前記回転子コイルよりも内周側に設けられる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項1の何れかに記載の回転電機の振動計測装置。
【請求項14】
前記回転軸は、一端側に原動機が接続されており、
前記穴部は、軸方向に関し前記回転子における前記原動機から離隔する側の端部に設けられる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項1の何れかに記載の回転電機の振動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機の振動計測装置に関し、例えば回転子と固定子とを有する発電機における回転子の振動を計測する装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【0002】
従来、固定子及び回転子を有する回転電機としてモータが広く知られている。また、モータにおける回転子の振動を計測する装置として、回転子が固定された回転軸を支持する軸受の近傍において、渦電流方式の非接触型変位センサを用いて回転軸の変位を測定することにより、回転子の振動を計測するものがある(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2015-25661号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながらこのような振動計測装置は、回転子が固定された回転軸を支持する軸受の近傍において回転軸の振動を測定することにより、回転子の振動を計測するため、回転子を構成する部品である回転子鉄心や回転子コイル等の振動を精度良く測定できない可能性があった。
【0005】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、回転子の振動の計測精度を向上し得る回転電機の振動計測装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
かかる課題を解決するため本発明の回転電機の振動計測装置においては、回転電機における回転軸の外周側に設けられた回転子に形成された穴部と、穴部の内部に固定され、振動を計測する振動センサと、振動センサを覆うように開閉可能であり穴部の内部に固定されたケーシングとを設け、ケーシングは、該ケーシングの軸を中心として外側に配置された外側ケーシングと、外側ケーシングに対し回転可能に外側ケーシングの内側に配置され振動センサが内部に設けられた内側ケーシングとにより構成されているようにした。
【0007】
本発明は、回転軸を介さずに回転子の振動を計測できる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、回転子の振動の計測精度を向上し得る回転電機の振動計測装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】発電機の構成を示し、上半分が軸方向における断面図、下半分が径方向から見た外観図である。
図2】第1の実施の形態による発電機の構成を示し、図1におけるA-A矢視断面図である。
図3】振動センサの構成を示す斜視図である。
図4】第2、第3、第4及び第5の実施の形態による発電機の構成を示し、図1におけるA-A矢視断面図である。
図5】第2の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。
図6】第3の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。
図7】第4の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。
図8】第5の実施の形態によるケーシング及び振動センサの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための形態(以下実施の形態とする)について、図面を用いて説明する。
【0011】
[1.第1の実施の形態]
[1-1.発電機の構成]
図1及び図2に示すように、発電機1は、主に、フレーム4と、固定子10と、回転子12と、回転軸14と、軸受16と、軸受ブラケット18とにより構成されている。図示しない原動機は、エンジン、タービンや水車等であり、発電機1に回転力を与えて発電機1内の各機構を回転させることにより、発電を行う。
【0012】
以下では、回転軸14が沿う方向を軸方向Daとし、回転子12が回転する方向を周方向Dcとする。また、軸方向Daに関し、原動機に近接する側(図1中左側)を駆動源近接側とも呼び、原動機から離隔する側(図1中右側)を駆動源離隔側とも呼ぶ。さらに、軸方向Daから見た際に回転軸14の回転軸中心Raへ近接する方向を内周方向とし、軸方向Daから見た際に回転軸14の回転軸中心Raから離隔する方向を外周方向と呼ぶ。さらに軸方向Daに直交し内周方向と外周方向とに沿う方向を径方向Ddとも呼ぶ。さらに径方向Ddに関し、回転軸14の回転軸中心Raに近接する側を内側又は内周側とも呼び、回転軸14の回転軸中心Raから離隔する側を外側又は外周側とも呼ぶ。
【0013】
固定子10は、フレーム4の内周側に固定されており、固定子鉄心10aと固定子コイル10bとにより構成されている。固定子鉄心10aは、円筒形状であり、環状の電磁鋼板が軸方向Daに積層されている。固定子コイル10bは、固定子鉄心10aの内周側に周方向Dcに等間隔を空けて打ち抜かれた四角形状のスロット内に横断面四角形状のコイル素線が整列されて束ねられ絶縁処理がされることにより形成されている。
【0014】
回転子12は、回転軸14に嵌合等により固定されており、環状の固定子10の内周側において固定子10とエアギャップ11を介して設けられた突極型磁極であり、回転子鉄心12aと回転子コイル12bとにより構成されている。回転子鉄心12aは、円筒形状であり、固定子鉄心10aと同様に電磁鋼板が軸方向Daに積層されている。回転子コイル12bは、回転子鉄心12aに巻回している。
【0015】
回転軸14は、円柱形状であり軸方向Daに沿って延設されており、中心である回転軸中心Raを軸として周方向Dcへ回転する。この回転軸14は、駆動源近接側の端部が原動機(図示せず)と直結している。
【0016】
軸受16は、フレーム4における軸方向Daの両端部の2箇所に設けられており、回転軸14を回転自在に支持する。この軸受16は、フレーム4に支持された軸受ブラケット18により支持される。
【0017】
[1-2.振動計測部の構成]
これらに加えて、発電機1には、回転子12の振動を計測する振動計測部20が設けられている。振動計測部20は、回転子鉄心12aに設けられた嵌込穴22と、振動センサ24と、受信器26とにより構成されている。
【0018】
嵌込穴22は、径方向Ddに関し回転子コイル12bを避けるように回転子コイル12bよりも内周側において回転軸14の外周面に近接する位置に設けられ、回転子鉄心12aにおける駆動源離隔側の端面から回転軸14と平行に軸方向Daに沿って駆動源近接側へ向かって凹む四角柱形状である。この嵌込穴22は、駆動源近接側の端部が閉口すると共に駆動源離隔側の端部が開放され、振動センサ24の外形と同一形状及び同一サイズの内部空間が形成されている。また嵌込穴22は、振動センサ24が嵌込穴22に埋め込まれるように嵌まり込んだ際に、振動センサ24が振動検知方向Dv(後述する)を径方向Ddに沿わせた状態で固定される形状で形成されている。
【0019】
振動センサ24は、例えば圧電方式の無線振動センサであり、図3に示すように例えば振動検知方向Dvの厚さが薄い直方体形状である。この振動センサ24と受信器26とは、汎用品として商品化されているものが使用される。振動センサ24の内部には、振動を電気信号として検知するセンサ部と、検知した電気信号を振動値に変換する変換器と、変換した振動値を示す振動データを例えばBluetooth(登録商標)等の無線により受信器26へ発信する発信器とが内蔵されている。
【0020】
また振動センサ24は、振動を検知する方向である振動検知方向Dvが極性を有している。このため振動センサ24は、自身の振動検知方向Dvを、発電機1において計測する振動の方向である計測振動方向Dmと向きを合わせた状態で設置される必要がある。発電機1においては、回転軸14及び回転子12における径方向Ddの振動を計測するため、振動センサ24は、その振動検知方向Dvが径方向Dd(計測振動方向Dm)に沿った姿勢で、回転子鉄心12aに固定される。
【0021】
この振動センサ24は、発電機1の製造時に、嵌込穴22における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴22の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴22に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心12aに埋め込まれるように固定される。振動センサ24は、回転子鉄心12aに固定されると、振動を計測し振動データを受信器26へ送信する。これにより振動センサ24は、回転子12本体の振動と、該回転子12の構成部品(回転子鉄心12aや回転子コイル12b等)の振動とを計測できる。また振動センサ24は、嵌込穴22に対し着脱可能に固定されている。このため振動センサ24は、自身に内蔵されている電池が空になった場合、嵌込穴22から抜き取られることにより回転子鉄心12aから外され、電池が交換されてから、嵌込穴22に再度嵌め込まれる。
【0022】
受信器26は、発電機1の外部に設けられており、振動センサ24から振動データを受信すると、該振動データにより示される振動値を表示する。
【0023】
[1-3.効果等]
以上の構成において振動計測部20は、回転軸14の外周側に固定された回転子12に形成された嵌込穴22の内部に振動センサ24を固定するようにした。このため振動計測部20は、回転軸14を介さずに、回転子12本体の振動と、該回転子12の構成部品(回転子鉄心12aや回転子コイル12b等)の振動とを精度良く計測できる。
【0024】
これにより振動計測部20は、回転子12本体及びその構成部品の異常な振動を精度良く検出し、異常を早期発見できる。また振動計測部20は、発電機1の安全な運転に支障をきたすような過大な振動が発生した際に、事後の調査を行うための回転子12本体及びその構成部品の振動を精度良く計測し、振動の原因究明及び特定に役立てることができる。
【0025】
以上の構成によれば振動計測部20は、回転電機としての発電機1における回転軸14の外周側に設けられた回転子12に形成された嵌込穴22と、嵌込穴22の内部に固定され、振動を計測する振動センサ24とを設けるようにした。
【0026】
このため振動計測部20は、回転軸14を介さずに、回転子12本体の振動と、該回転子12の構成部品の振動とを計測できる。
【0027】
[2.第2の実施の形態]
[2-1.発電機の構成]
図1と、図2と対応する部材に同一符号を付した図4と、図5とに示すように、第2の実施の形態による発電機101は、第1の実施の形態による発電機1と比較して、振動計測部20に代わる振動計測部120を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
【0028】
[2-2.振動計測部の構成]
第2の実施の形態による振動計測部120は、回転子鉄心112aに設けられた嵌込穴122と、振動センサ24(図5)と、ケーシング30(上側ケーシング30a(図5)及び下側ケーシング30b(図5))と、受信器26とにより構成されている。以下では、上側ケーシング30a及び下側ケーシング30bをまとめてケーシング30とも呼ぶ。
【0029】
嵌込穴122は、径方向Ddに関し回転子コイル12bよりも内周側において回転軸14の外周面に近接する位置に設けられ、回転子鉄心112aにおける駆動源離隔側の端面から回転軸14と平行に軸方向Daに沿って駆動源近接側へ向かって凹む円柱形状である。この嵌込穴122は、駆動源近接側の端部が閉口すると共に駆動源離隔側の端部が開放され、ケーシング30の外形と同一形状及び同一サイズの内部空間が形成されている。また嵌込穴122は、振動センサ24が内蔵されたケーシング30が嵌込穴122に埋め込まれるように嵌まり込んだ際に、振動センサ24が振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせた状態で固定される。
【0030】
ケーシング30は、全体として軸方向Daの長さ及び直径が振動センサ24の外形の長さよりも長い中実の円柱形状であり、軸方向Daに沿って上側ケーシング30aと下側ケーシング30bとに2分割されている。このため上側ケーシング30a及び下側ケーシング30bそれぞれの横断面は半円形状となっている。またこのケーシング30は、上側ケーシング30aと下側ケーシング30bとに2分割されているため、内部に振動センサ24が埋め込まれた後も、振動センサ24を外部に露出させるように開閉可能となっている。
【0031】
上側ケーシング30aにおいて下側ケーシング30bと対向する面である下側ケーシング対向面30aSと、下側ケーシング30bにおいて上側ケーシング30aと対向する面である上側ケーシング対向面30bSとには、凹んだ窪みが形成されている。ケーシング30には、これら窪みにより、振動センサ24の外形と同一形状及び同一サイズの空間である振動センサ収容空間32が形成されている。ケーシング30は、振動センサ収容空間32に振動センサ24を入れ込んで覆った状態で、下側ケーシング対向面30aSと上側ケーシング対向面30bSとが当接するように組み立てられる。振動センサ24は、その重心がケーシング30における中心軸であるケーシング中心軸30axを通過するように、ケーシング30における中心部に配置されている。またケーシング30は、樹脂のように伝熱性が低い材質で形成されることにより、固定子コイル10bから発生したジュール損等の熱が振動センサ24に影響しないように断熱している。
【0032】
このケーシング30は、発電機101の製造時に、嵌込穴122における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴122の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴122に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心112aに埋め込まれるように固定される。このときケーシング30は、振動センサ24の振動検知方向Dvが径方向Ddに沿った姿勢となった状態で回転子鉄心112aに固定される。またケーシング30は、嵌込穴122に対し着脱可能に固定されている。このため振動センサ24は、自身に内蔵されている電池が空になった場合、ケーシング30が嵌込穴122から抜き取られることにより回転子鉄心112aから外され、ケーシング30が開放されて振動センサ24の電池が交換されてから、ケーシング30が嵌込穴122に再度嵌め込まれる。
【0033】
[2-3.効果等]
第2の実施の形態による振動計測部120は、第1の実施の形態による振動計測部20と比較して、ケーシング30で振動センサ24を覆うことにより、外部からの熱を振動センサ24に伝わりにくくすることができる。このため振動計測部120は、振動センサ24の測定精度を保つことができると共に、長寿命化できる。
【0034】
その他、第2の実施の形態による振動計測部120は、第1の実施の形態による振動計測部20と同様の作用効果を奏し得る。
【0035】
[3.第3の実施の形態]
[3-1.発電機の構成]
図1と、図4と、図5と対応する部材に同一符号を付した図6とに示すように、第3の実施の形態による発電機201は、第2の実施の形態による発電機101と比較して、振動計測部120に代わる振動計測部220を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
【0036】
[3-2.振動計測部の構成]
第3の実施の形態による振動計測部220は、回転子鉄心112aに設けられた嵌込穴122と、振動センサ24(図6)と、ケーシング230と、受信器26とにより構成されている。
【0037】
ケーシング230は、全体として、外側ケーシング230oと内側ケーシング230iとの二重構造となっている。
【0038】
外側ケーシング230oは、ケーシング中心軸30axを軸として内側ケーシング230iに対し外周側に配置された円筒形状であり、その外周面がケーシング230の外周面となっている。また外側ケーシング230oは、軸方向Daに沿い内側ケーシング230iの直径よりも僅かに広い直径である円柱形状の内部空間が形成されている。この外側ケーシング230oは、軸方向Daに沿って外側上側ケーシング230aoと外側下側ケーシング230boとに2分割されている。このため外側上側ケーシング230ao及び外側下側ケーシング230boそれぞれの横断面は半円弧形状となっている。以下では、外側上側ケーシング230aoと外側下側ケーシング230boとをまとめて外側ケーシング230oとも呼ぶ。
【0039】
内側ケーシング230iは、外側ケーシング230oに対しケーシング中心軸30axを軸として内周側に配置され、外側ケーシング230oの内周側に形成された内部空間内に配置されている。また内側ケーシング230iは、全体として軸方向Daの長さ及び直径が振動センサ24の外形の長さよりも長い中実の円柱形状である。この内側ケーシング230iは、軸方向Daに沿って内側上側ケーシング230aiと内側下側ケーシング230biとに2分割されている。このため内側上側ケーシング230ai及び内側下側ケーシング230biそれぞれの横断面は半円形状となっている。以下では、内側上側ケーシング230aiと内側下側ケーシング230biとをまとめて内側ケーシング230iとも呼ぶ。
【0040】
内側ケーシング230iの外周面と外側ケーシング230oの内周面との間、すなわち、内側ケーシング230iと外側ケーシング230oとの隙間には、潤滑剤としての潤滑油40が充填されている。このため内側ケーシング230iは、潤滑油40の潤滑作用により、外側ケーシング230oに対し回転自在となっている。
【0041】
内側上側ケーシング230aiにおいて内側下側ケーシング230biと対向する面である内側下側ケーシング対向面230aSと、内側下側ケーシング230biにおいて内側上側ケーシング230aiと対向する面である内側上側ケーシング対向面230bSとには、凹んだ窪みが形成されている。内側ケーシング230iには、これら窪みにより、振動センサ24の外形と同一形状及び同一サイズの空間である振動センサ収容空間232が形成されている。ケーシング230は、振動センサ収容空間232に振動センサ24を入れ込んで覆った状態で、内側下側ケーシング対向面230aSと内側上側ケーシング対向面230bSとが当接し、外側上側ケーシング230aoにおいて外側下側ケーシング230boと対向する面と、外側下側ケーシング230boにおいて外側上側ケーシング230aoと対向する面とが当接するように組み立てられる。振動センサ24は、その重心がケーシング中心軸30axを通過するように、ケーシング230における中心部に配置されている。
【0042】
また内側上側ケーシング230aiの内部には、例えば軸方向Daに沿う円柱形状の偏心用重り42が設けられている。この偏心用重り42は、例えば振動センサ24よりも重たい重りであり、ケーシング中心軸30axを通り振動検知方向Dvに沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように配置されている。このため、偏心用重り42を含む内側上側ケーシング230aiの重量は、内側下側ケーシング230biの重量よりも重たくなる。
【0043】
このケーシング230は、発電機201の製造時に、嵌込穴122における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴122の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴122に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心112aに埋め込まれるように固定される。
【0044】
この状態で回転軸14が回転することにより回転子12が回転すると、径方向Ddに沿う遠心力作用方向Dctに沿う力である遠心力が回転子12に対し作用する。ここで、内側ケーシング230iは、偏心用重り42により重心がケーシング中心軸30axよりも偏心用重り42側に偏っている。このため内側ケーシング230iは、遠心力により、ケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctに向かう直線上に偏心用重り42の重心が位置する姿勢まで回転し、その後、回転子12が回転し続けている限り、遠心力によりその姿勢が保たれ、回転しなくなる。換言すれば、回転軸14の回転に伴う回転子12の回転時に該回転子12に遠心力が作用すると、ケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctに向かって、振動センサ24の重心(ケーシング中心軸30ax)、偏心用重り42の重心が順次配置された状態となる。これにより振動計測部220は、振動センサ24における振動検知方向Dvを、計測振動方向Dmである径方向Ddに合わせることができる。
【0045】
[3-3.効果等]
このように振動計測部220は、振動センサ24をケーシング230に対し偏心しないよう配置すると共に、内側ケーシング230iの内部における、ケーシング中心軸30axを通り振動検知方向Dv(径方向Dd)に沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように、偏心用重り42を設けるようにした。このため振動計測部220は、回転子12の回転に伴い、遠心力により、内側ケーシング230iをケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctに向かう直線上に偏心用重り42の重心が位置する姿勢まで回転させることができる。これにより振動計測部220は、振動計測部120と比較して、振動センサ24における振動検知方向Dvを、計測振動方向Dmである径方向Ddにより一層正確に合わせることができ、振動センサ24の測定精度を一層保つことができる。
【0046】
また振動計測部220は、発電機201の製造時において振動センサ24の振動検知方向Dvが径方向Ddに沿っていない姿勢でケーシング230が回転子鉄心112aに固定された場合であっても、回転子12の回転に伴い振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせることができる。このため振動計測部220は、発電機201の製造時においてケーシング230が嵌込穴122に嵌め込まれる際に、振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせる必要をなくすことができ、製造時の手間を削減できる。
【0047】
その他、第3の実施の形態による振動計測部220は、第2の実施の形態による振動計測部120と同様の作用効果を奏し得る。
【0048】
[4.第4の実施の形態]
[4-1.発電機の構成]
図1と、図4と、図6と対応する部材に同一符号を付した図7とに示すように、第4の実施の形態による発電機301は、第3の実施の形態による発電機201と比較して、振動計測部220に代わる振動計測部320を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
【0049】
[4-2.振動計測部の構成]
第2の実施の形態による振動計測部320は、回転子鉄心112aに設けられた嵌込穴122と、振動センサ24(図7)と、ケーシング330と、受信器26とにより構成されている。
【0050】
ケーシング330は、ケーシング230とほぼ同様に構成されており、全体として、外側ケーシング330oと内側ケーシング330iとの二重構造となっている。振動センサ24は、その重心がケーシング中心軸30axを通過するように、ケーシング330における中心部に配置されている。
【0051】
外側ケーシング330oは、外側ケーシング230oと同様に構成されている。この外側ケーシング330oは、軸方向Daに沿って外側上側ケーシング330aoと外側下側ケーシング330boとに2分割されている。以下では、外側上側ケーシング330aoと外側下側ケーシング330boとをまとめて外側ケーシング330oとも呼ぶ。
【0052】
内側ケーシング330iは、内側ケーシング230iと比較して、偏心用重り42が省略されていると共に、偏心用穴44が設けられている点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。この内側ケーシング330iは、軸方向Daに沿って内側上側ケーシング330aiと内側下側ケーシング330biとに2分割されている。以下では、内側上側ケーシング330aiと内側下側ケーシング330biとをまとめて内側ケーシング330iとも呼ぶ。
【0053】
内側ケーシング330iの外周面と外側ケーシング330oの内周面との間、すなわち、内側ケーシング330iと外側ケーシング330oとの隙間には、潤滑油40が充填されている。このため内側ケーシング330iは、潤滑油40の潤滑作用により、外側ケーシング330oに対し回転自在となっている。
【0054】
また内側上側ケーシング330aiの内部には、例えば軸方向Daに沿う円柱形状の中空の空間である偏心用穴44が設けられている。この偏心用穴44は、ケーシング中心軸30axを通り振動検知方向Dvに沿う仮想的な直線上にその中心が位置するように配置されている。このため、偏心用穴44を含む内側下側ケーシング330biの重量は、内側上側ケーシング330aiの重量よりも軽くなる。
【0055】
このケーシング330は、発電機301の製造時に、嵌込穴122における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴122の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴122に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心112aに埋め込まれるように固定される。
【0056】
この状態で回転軸14が回転することにより回転子12が回転すると、径方向Ddに沿う遠心力作用方向Dctに沿う力である遠心力が回転子12に対し作用する。ここで、内側ケーシング330iは、偏心用穴44により重心がケーシング中心軸30axよりも偏心用穴44とは逆側に偏っている。このため内側ケーシング330iは、遠心力により、ケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctとは逆方向に向かう直線上に偏心用穴44の中心が位置する(換言すれば、偏心用穴44の中心から遠心力作用方向Dctに向かう直線上にケーシング中心軸30axが位置する)姿勢まで回転し、その後、回転子12が回転し続けている限り、遠心力によりその姿勢が保たれ、回転しなくなる。換言すれば、回転軸14の回転に伴う回転子12の回転時に該回転子12に遠心力が作用すると、ケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctとは逆方向に向かって、振動センサ24の重心(ケーシング中心軸30ax)、偏心用穴44の中心が順次配置された状態となる。これにより振動計測部320は、振動センサ24における振動検知方向Dvを、計測振動方向Dmである径方向Ddに合わせることができる。
【0057】
[4-3.効果等]
このように振動計測部320は、振動センサ24をケーシング330に対し偏心しないよう配置すると共に、内側ケーシング330iの内部における、ケーシング中心軸30axを通り振動検知方向Dvに沿う仮想的な直線上にその中心が位置するように、偏心用穴44を設けるようにした。このため振動計測部320は、回転子12の回転に伴い、遠心力により、内側ケーシング330iをケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctとは逆方向に向かう直線上に偏心用穴44の中心が位置する姿勢まで回転させることができる。これにより振動計測部320は、振動計測部120と比較して、振動センサ24における振動検知方向Dvを、計測振動方向Dmである径方向Ddにより一層正確に合わせることができ、振動センサ24の測定精度を一層保つことができる。
【0058】
また振動計測部320は、発電機301の製造時において振動センサ24の振動検知方向Dvが径方向Ddに沿っていない姿勢でケーシング330が回転子鉄心112aに固定された場合であっても、回転子12の回転に伴い振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせることができる。このため振動計測部320は、発電機301の製造時においてケーシング330が嵌込穴122に嵌め込まれる際に、振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせる必要をなくすことができ、製造時の手間を削減できる。
【0059】
その他、第4の実施の形態による振動計測部320は、第3の実施の形態による振動計測部220と同様の作用効果を奏し得る。
【0060】
[5.第5の実施の形態]
[5-1.発電機の構成]
図1と、図4と、図6と対応する部材に同一符号を付した図8とに示すように、第5の実施の形態による発電機401は、第3の実施の形態による発電機201と比較して、振動計測部220に代わる振動計測部420を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
【0061】
[5-2.振動計測部の構成]
第5の実施の形態による振動計測部420は、回転子鉄心112aに設けられた嵌込穴122と、振動センサ24(図8)と、ケーシング430と、受信器26とにより構成されている。
【0062】
ケーシング430は、ケーシング230とほぼ同様に構成されており、全体として、外側ケーシング430oと内側ケーシング430iとの二重構造となっている。
【0063】
外側ケーシング430oは、外側ケーシング230oと同様に構成されている。この外側ケーシング430oは、軸方向Daに沿って外側上側ケーシング430aoと外側下側ケーシング430boとに2分割されている。以下では、外側上側ケーシング430aoと外側下側ケーシング430boとをまとめて外側ケーシング430oとも呼ぶ。
【0064】
内側ケーシング430iは、内側ケーシング230iと比較して、偏心用重り42が省略されていると共に、振動センサ収容空間232に代わる振動センサ収容空間432を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。この内側ケーシング430iは、軸方向Daに沿って内側上側ケーシング430aiと内側下側ケーシング430biとに2分割されている。以下では、内側上側ケーシング430aiと内側下側ケーシング430biとをまとめて内側ケーシング430iとも呼ぶ。
【0065】
内側ケーシング430iの外周面と外側ケーシング430oの内周面との間、すなわち、内側ケーシング430iと外側ケーシング430oとの隙間には、潤滑油40が充填されている。このため内側ケーシング430iは、潤滑油40の潤滑作用により、外側ケーシング430oに対し回転自在となっている。
【0066】
内側上側ケーシング430aiにおいて内側下側ケーシング430biと対向する面である内側下側ケーシング対向面430aSには、振動センサ24の外形と同一形状及び同一サイズの空間となるように凹んだ窪みである振動センサ収容空間432が形成されている。一方、内側下側ケーシング430biにおいて内側上側ケーシング430aiと対向する面である内側上側ケーシング対向面430bSには、凹んだ窪みは形成されていない。ケーシング430は、振動センサ収容空間432に振動センサ24を入れ込んで覆った状態で、内側下側ケーシング対向面430aSと内側上側ケーシング対向面430bSとが当接し、外側上側ケーシング430aoにおいて外側下側ケーシング430boと対向する面と、外側下側ケーシング430boにおいて外側上側ケーシング430aoと対向する面とが当接するように組み立てられる。
【0067】
このように内側ケーシング430iには、ケーシング中心軸30axからずれた位置に振動センサ収容空間432が形成されている。このため振動センサ24は、その重心がケーシング中心軸30axを通過しないように(すなわちケーシング中心軸30axからずれた位置を通過するように)ケーシング430における中心部よりも内側上側ケーシング430ai側に配置されている。また振動センサ24は、ケーシング中心軸30axを通り振動検知方向Dvに沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように配置されている。このため、振動センサ24を含む内側上側ケーシング430aiの重量は、内側下側ケーシング430biの重量よりも重たくなる。
【0068】
このケーシング430は、発電機401の製造時に、嵌込穴122における駆動源離隔側の開口部から駆動源近接側に向かって嵌込穴122の内部空間へ入れ込まれ、嵌込穴122に隙間なく嵌まり込むことにより、回転子鉄心112aに埋め込まれるように固定される。
【0069】
この状態で回転軸14が回転することにより回転子12が回転すると、径方向Ddに沿う遠心力作用方向Dctに沿う力である遠心力が回転子12に対し作用する。ここで、内側ケーシング430iは、振動センサ24の重心がケーシング中心軸30axからずれて位置しているため、その重心がケーシング中心軸30axよりも振動センサ24側に偏っている。このため内側ケーシング430iは、遠心力により、ケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctに向かう直線上に振動センサ24の重心が位置する姿勢まで回転し、その後、回転子12が回転し続けている限り、遠心力によりその姿勢が保たれ、回転しなくなる。換言すれば、回転軸14の回転に伴う回転子12の回転時に該回転子12に遠心力が作用すると、ケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctに向かって、ケーシング中心軸30ax、振動センサ24の重心が順次配置された状態となる。これにより振動計測部320は、振動センサ24における振動検知方向Dvを、計測振動方向Dmである径方向Ddに合わせることができる。
【0070】
[5-3.効果等]
このように振動計測部420は、振動センサ24をケーシング430に対し偏心させて配置すると共に、内側ケーシング430iの内部における、ケーシング中心軸30axを通り振動検知方向Dv(径方向Dd)に沿う仮想的な直線上にその重心が位置するように、振動センサ24を設けるようにした。このため振動計測部420は、回転子12の回転に伴い、遠心力により、内側ケーシング430iをケーシング中心軸30axから遠心力作用方向Dctに向かう直線上に振動センサ24の重心が位置する姿勢まで回転させることができる。これにより振動計測部420は、振動計測部120と比較して、振動センサ24における振動検知方向Dvを、計測振動方向Dmである径方向Ddにより一層正確に合わせることができ、振動センサ24の測定精度を一層保つことができる。
【0071】
また振動計測部420は、発電機401の製造時において振動センサ24の振動検知方向Dvが径方向Ddに沿っていない姿勢でケーシング430が回転子鉄心112aに固定された場合であっても、回転子12の回転に伴い振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせることができる。このため振動計測部420は、発電機401の製造時においてケーシング430が嵌込穴122に嵌め込まれる際に、振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせる必要をなくすことができ、製造時の手間を削減できる。
【0072】
その他、第4の実施の形態による振動計測部420は、第3の実施の形態による振動計測部220と同様の作用効果を奏し得る。
【0073】
[6.他の実施の形態]
なお上述した第1の実施の形態においては、径方向Ddに関し回転子鉄心12aにおける固定子コイル10bよりも内周側において回転軸14の外周面に近接する位置に振動センサ24を配置する場合について述べた。本発明はこれに限らず、径方向Ddに関し回転子鉄心12aにおける固定子コイル10bよりも外周側に振動センサ24を配置しても良い。また、回転子鉄心12aにおける固定子コイル10bよりも内周側と外周側との両方に振動センサ24を配置しても良い。さらに、回転子鉄心12aにおける外周面側に振動センサ24を配置しても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。但し、径方向Ddに関し回転子鉄心12aにおける固定子コイル10bよりも外周側には振動センサ24を配置する十分なスペースが存在しない可能性が高く、また、完成状態の発電機1に振動センサ24が取り付けられる場合は回転子鉄心12aにおける外周面は固定子鉄心10aと近接して対向しており振動センサ24を回転子鉄心12aに嵌め込む十分なスペースがない可能性が高いため、径方向Ddに関し回転子鉄心12aにおける固定子コイル10bよりも内周側に振動センサ24を配置することが好ましい。
【0074】
また上述した第1の実施の形態においては、軸方向Daに関し回転子鉄心12aにおける駆動源離隔側の端部に振動センサ24を配置する場合について述べた。本発明はこれに限らず、軸方向Daに関し回転子鉄心12aにおける駆動源近接側の端部に振動センサ24を配置しても良い。また、回転子鉄心12aにおける駆動源離隔側の端部と駆動源近接側の端部との両方に振動センサ24を配置しても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。但し、完成状態の発電機1に振動センサ24が取り付けられる場合は、発電機1における回転子鉄心12aよりも駆動源離隔側に設けられた通風口から回転子鉄心12aにアクセスされるが、発電機1における回転子鉄心12aよりも駆動源近接側には通風ファンが設けられており回転子鉄心12aにアクセスしにくいため、軸方向Daに関し回転子鉄心12aにおける駆動源離隔側の端部に振動センサ24を配置することが好ましい。
【0075】
さらに上述した第1の実施の形態においては、回転子鉄心12aに振動センサ24を配置する場合について述べた。本発明はこれに限らず、回転軸14に、振動センサ24を支持する部材を固定し、その部材に振動センサ24を配置しても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。
【0076】
さらに上述した第1の実施の形態においては、嵌込穴22を軸方向Daに沿わせて形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせることができれば、嵌込穴22を軸方向Daに沿わせずに形成しても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。但し、嵌込穴22を軸方向Daに対し傾斜させて形成するよりも、嵌込穴22を軸方向Daに沿わせて形成する方が、嵌込穴22を形成する際に加工しやすいため、軸方向Daに沿わせて形成する方が好ましい。
【0077】
さらに上述した第2の実施の形態においては、ケーシング30を樹脂により形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング30を伝熱性の低い他の種々の素材により形成しても良い。第3乃至第5の実施の形態においても同様である。
【0078】
さらに上述した第2の実施の形態においては、ケーシング30を円柱形状とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング30を三角柱形状や四角柱形状等、他の種々の形状としても良い。第3乃至第5の実施の形態においても同様である。
【0079】
さらに上述した第2の実施の形態においては、ケーシング30を軸方向Daに沿って上側ケーシング30aと下側ケーシング30bとに2分割する場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング30を軸方向Daに沿って3分割以上の任意の個数に分割しても良い。第3乃至第5の実施の形態においても同様である。またケーシング30を分割しなくとも振動センサ24を内部に固定できる場合は、ケーシング30を分割しなくても良い。
【0080】
さらに上述した第3の実施の形態においては、ケーシング230をケーシング中心軸30axを軸として内側ケーシング230iと外側ケーシング230oとに径方向Ddに2重にする場合について述べた。本発明はこれに限らず、ケーシング230をケーシング中心軸30axを軸として3重以上の任意の個数だけ重ねても良い。第4及び第5の実施の形態においても同様である。その場合も、最も内側のケーシングの内側に振動センサ24を配置すれば良い。
【0081】
さらに上述した第3の実施の形態においては、内側ケーシング230iと外側ケーシング230oとの隙間に潤滑油40を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、潤滑油40を設けなくとも内側ケーシング230iが外側ケーシング230oに対し長期間摺動可能である場合、潤滑油40を設けず省略しても良い。第4及び第5の実施の形態においても同様である。
【0082】
さらに上述した第3の実施の形態における潤滑油40を、断熱性の高い材料により形成しても良い。第4及び第5の実施の形態においても同様である。
【0083】
さらに上述した第1の実施の形態においては、圧電方式の無線振動センサを振動センサ24として用いる場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば動電型等、他の種々の方式の無線振動センサを振動センサ24として用いても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。
【0084】
さらに上述した第1の実施の形態においては、振動センサ24は、Bluetoothにより振動データを受信器26へ発信する場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の方式の無線通信方法により振動データを受信器26へ発信しても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。
【0085】
さらに上述した第1の実施の形態においては、1つの振動センサ24を回転子鉄心12aに設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、2つ以上の任意の個数の振動センサ24を回転子鉄心12aに設けても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。
【0086】
さらに上述した第1の実施の形態においては、振動センサ24の振動検知方向Dvを径方向Ddに沿わせることにより径方向Ddの振動を計測する場合について述べた。本発明はこれに限らず、振動センサ24の振動検知方向Dvを軸方向Daに沿わせることにより軸方向Daの振動を計測したり、振動センサ24の振動検知方向Dvを周方向Dcに沿わせることにより周方向Dcの振動を計測したりしても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。
【0087】
さらに上述した第1の実施の形態においては、振動検知方向Dvの厚さが薄い直方体形状の振動センサ24を用いる場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の形状の振動センサ24を用いても良い。その場合も嵌込穴22を振動センサ24の外形と同一形状及び同一サイズとすることが好ましい。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。第2乃至第5の実施の形態の場合、振動センサ収容空間32、232又は432を振動センサ24の外形と同一形状及び同一サイズとすることが好ましい。
【0088】
さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態にも本発明の適用範囲が及ぶものである。また、本発明は、上述した各実施の形態及び上述した他の実施の形態のうち任意の実施の形態に記載された構成の一部を抽出し、上述した実施の形態及び他の実施の形態のうちの任意の実施の形態の構成の一部と置換・転用する場合や、該抽出された構成の一部を任意の実施の形態に追加する場合にも本発明の適用範囲が及ぶものである。例えば、第5の実施の形態と第3の実施の形態とを組み合わせることにより、第5の実施の形態による内側上側ケーシング430aiに第3の実施の形態による偏心用重り42を設けても良い。また例えば、第5の実施の形態と第3の実施の形態とを組み合わせることにより、第5の実施の形態による内側下側ケーシング430biに第4の実施の形態による偏心用穴44を設けても良い。
【0089】
さらに上述した第1の実施の形態においては、穴部としての嵌込穴22と、振動センサとしての振動センサ24とによって、回転電機の振動計測装置としての振動計測部20を構成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる穴部と、振動センサとによって、回転電機の振動計測装置を構成しても良い。第2乃至第5の実施の形態においても同様である。
【産業上の利用可能性】
【0090】
本発明は、回転子鉄心の外周側に永久磁石が設けられた発電機において利用できる。
【符号の説明】
【0091】
1、101、201、301、401……発電機、4……フレーム、10……固定子、10a……固定子鉄心、10b……固定子コイル、11……エアギャップ、12……回転子、12a、112a……回転子鉄心、12b……回転子コイル、14……回転軸、16……軸受、18……軸受ブラケット、20、120、220、320、420……振動計測部、22、122……嵌込穴、24……振動センサ、26……受信器、30、230、330、430……ケーシング、30a……上側ケーシング、30b……下側ケーシング、30aS……下側ケーシング対向面、30bS……上側ケーシング対向面、30ax……ケーシング中心軸、230i、330i、430i……内側ケーシング、230o、330o、430o……外側ケーシング、230ai、330ai、430ai……内側上側ケーシング、230bi、330bi、430bi……内側下側ケーシング、230ao、330ao、430ao……外側上側ケーシング、230bo、330bo、430bo……外側下側ケーシング、230aS、430aS……内側下側ケーシング対向面、230bS、430bS……内側上側ケーシング対向面、32、232、432……振動センサ収容空間、40……潤滑油、42……偏心用重り、44……偏心用穴、Ra……回転軸中心、Da……軸方向、Dd……径方向、Dc……周方向、Dv……振動検知方向、Dct……遠心力作用方向。

【要約】
【課題】回転子の振動の計測精度を向上させる。
【解決手段】振動計測部20は、発電機1における回転軸14の外周側に設けられた回転子12に形成された嵌込穴22と、嵌込穴22の内部に固定され、振動を計測する振動センサ24とを設ける。
【選択図】図2

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8