JP4878920B2 - 電動機のエアギャップ偏心計測装置及びエアギャップ偏心計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機等に用いられる電動機のエアギャップ偏心計測装置及びエアギャップ偏心計測方法に関するものである。

従来のこの種のエアギャップ偏心計測装置及びエアギャップ偏心計測方法においては、電動機の回転開始前の振動波形を検出し，エアギャップ偏心方向を決定していたが，振動波形を正確に計測するには、高精度な振動計測システムが必要であった。
たとえば特許文献１に示されるエアギャップ偏心計測方法においては、電動機の主巻線による最大吸引方向と、この最大吸引方向に対して９０度の位相角方向にそれぞれ振動検出用センサを装着し、振動検出用センサによって得られる電動機起動時における回転開始前のロック状態時に発生する振動の強さと方向によって、電動機のロータ部エアギャップ偏りの量と方向を判定することが行なわれている。この方法によれば、電動機の起動時における回転開始前に発生する振動の方向にロータ部の最小エアギャップがあることから、第１のセンサによって検出された信号波形、または第２のセンサによって検出された信号波形それぞれの振動信号の立ち上がりを観察することによって、ロータの倒れ方向、つまり、エアギャップ偏心方向を測定することができる。

特開平６−２８４６５５号公報

しかしながら、上記のような従来技術においては、エアギャップ偏心方向を測定する場合、加速度センサにより検出された振動波形の立ち上がりを観察することで計算しているが、実際の波形は、外乱により波形が乱れた場合、振動方向の判定が難しい。そのため、外乱の影響を除去するための高精度な振動波形計測システムが必要となり、装置が高価となる。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、エアギャップ偏心状態（偏心量及び偏心方向）を高精度な振動波形計測システムを必要とせず、精度よく計測することができる電動機のエアギャップ偏心計測装置及びエアギャップ偏心計測方法を提供することを目的とする。

本発明による電動機のエアギャップ偏心計測装置においては、筒状の筐体内に保持されたステータ内にエアギャップを介してロータが配置された電動機に電圧を印加し、前記ロータを回転させる回転手段と、前記筐体外周部を前記筐体の半径方向に局所的に弾性変形させ、前記ロータと前記ステータの位置関係を変化させる変形手段と、前記筐体の外周側面に配置され、前記変形手段によって前記筐体外周部が弾性変形される前後の前記ロータの振動の大きさを計測する計測手段と、この計測手段で計測された前記ロータの振動の大きさにもとづき、前記エアギャップの偏心量及び偏心方向を計算する計算手段とを備えたものである。

本発明による電動機のエアギャップ偏心計測方法においては、筒状の筐体内に保持されたステータ内にエアギャップを介してロータが配置された電動機に電圧を印加し、前記ロータを回転させる第１の工程と、前記筐体の外周側面より振動を計測する計測手段により、振動の大きさを計測する第２の工程と、前記筐体外周部を前記筐体の半径方向に弾性変形させる変形手段により、前記ロータと前記ステータの位置関係を変化させる第３の工程と、
前記第３の工程の後に前記筐体の外周側面より前記計測手段により、再度振動の大きさを計測する第４の工程と、前記第２及び第４の工程によって計測された振動の大きさにもとづき、前記エアギャップの偏心量及び偏心方向を計算する第５の工程とを含むものである。

本発明によれば、ロータとステータの位置関係が直接目視することができない電動機の完成状態であっても、既知の方向に筐体を弾性変形させてエアギャップ偏心量を変化させ、その変形前後の振動の大きさを測定することにより、変形させた方向のエアギャップ偏心状態を容易に計算することができ、高精度な振動計測システムを必要とせず、電動機のエアギャップ偏心量及び偏心方向を正確に計測することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１による電動機のエアギャップ偏心計測方法及びエアギャップ偏心計測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電動機の製品例として単相誘導電動機を内在する冷凍・空調機用の圧縮機の縦方向断面図を示す。図２は図１の矢印Ａから見た断面図である。
１０３、１０５は単相誘導機の主要部品であり、それぞれロータ、ステータと呼ばれる。
ロータ１０３とステータ１０５の間の円筒状の空間は、エアギャップ１００と呼ばれる。ステータ１０５は円筒状の筐体（圧力容器）であるシェル１０２に焼嵌め固定されている。ロータ１０３は主軸１０４と焼嵌めにより一体に固定されている。主軸１０４はフレーム１０６、シリンダヘッド１０９内に内在するすべり軸受（図示されていない）において支持されている。フレーム１０６、シリンダヘッド１０９はシリンダ１０７にボルト（図示されていない）にて固定されており、シリンダ１０７はシェル１０２に３点ある溶接点１０８（図１にて１点のみ図示している）にて溶接固定されている。１１０はステータ１０５に設けられた主巻線１１４および補助巻線１１３への電流を供給する端子である。端子１１０はシェル１０２に対して溶接固定されている。シェル１０２には圧縮前の気体の吸入口であるマフラ１１２及び圧縮した気体を外部へ排出する吐出パイプ１１１がロウ付けにより固定されており、圧縮前の気体はマフラ１１２より吸入されたあとシリンダ１０７内にて圧縮されフレーム１０６からシェル１０２内に吐出された後、吐出パイプ１１１を通ってシェル１０２の外に吐出される。９９はシェル１０２に溶接固定された足部であり、基準穴が設けられている。

図３は単相誘導電動機を内在する冷凍空調機用圧縮機を被計測体とした、実施の形態１によるエアギャップ偏心計測装置の概略構成図である。図４、図５はそれぞれ図３の矢印Ｂ及び矢印Ｃから見た横方向断面図である。
１１７は、端子１１０を介して圧縮機内の単相誘導電動機に通電するための接続端子である。１１８は、通電した際に生じる振動を計測する加速度ピックアップであり、図４に示すようにシェル１０２の外周側面においてそれぞれ主巻線１１３、補助巻線１１４の巻線方向と直交するように９０度角度が異なる２方向に配置されている。加速度ピックアップ１１８は、加速度ピックアップ前進シリンダ１２０により、シェル１０２の半径方向に移動可能であり、振動計測時にはピックアップ除振材１１９を介してシェル１０２に押し付けられ、通電した際に生じる振動を測定する。
１２９は、シェル１０２を変形し、エアギャップを変化させるために用いる押圧部、１３０は、押圧力を発生する押圧シリンダであり、図５に示すようにシェル１０２の外周側面において加速度ピックアップ１１８と対向する位置の下方に配置されている。１３１は押圧力を面あるいは点にて支える押圧支、１３２は押圧支１３１をシェルの半径方向に移動するための押圧支シリンダであり、図５に示すようにシェル１０２の外周側面において押圧部１２９、押圧シリンダ１３０と対向する位置に配置されている。
押圧部１２９、押圧支１３１は、シェル１０２との接触位置及びシェル１０２を変形させエアギャップ偏心状態を変化させる位置の２段階に位置を変更することができる。
１２２は圧縮機が加速度ピックアップ前進シリンダ１２０の半径方向の力により計測ユニットベース板１２５に対して横転することを防止するためのクランプ爪であり、クランプ除振材１２１を介してクランプシリンダ１２３の推力により、シェル１０２を横方向から把持することができる。シェル１０２の下にはワーク除振材１２４が配置されている。計測ユニットベース板１２５の下には防振材１２６が配置されており、計測部に外部からの振動が伝播することを防止している。
１２８は、通電した際に生じた振動の大きさを記録するとともに、振動の大きさからエアギャップ偏心量及び偏心方向を計算するコンピュータ、１１６は振動計測結果を表示するコンピュータの表示器である。
１２７は主巻線１１４及び補助巻線１１３に電圧を印加し、ロータを駆動させるための駆動回路であり、１３３は電気機器類を固定するための架台である。

図６は実施の形態１によるエアギャップ偏心計測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実施の形態１による単相誘導電動機のエアギャップ偏心計測方法の詳細について説明する。
ＳＴ（ステップ）１：ワーク（単相誘導電動機を内在する冷凍・空調機用の圧縮機）をワーク除振材１２４の上に載置する。
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、９０度角度の異なる２方向より加速度ピックアップ１１８をシェル１０２に対して押付ける。そして２つの押圧部１２９、押圧支１３１を押圧部シリンダ１３０と押圧支シリンダ１３２により、それぞれ前進させ、シェル１０２に対して接触させる。
ＳＴ４：接続端子１１７と端子１１０を接続し、駆動回路１２７により、電圧を印加し、ロータ１０３を回転させる。
ＳＴ５：加速度ピックアップ１１８−１、１１８−２にて２方向より振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ６：押圧部１２９−１をさらに前進させ、シェル１０２を変形させる。
ＳＴ７：加速度ピックアップ１１８−１にて押圧部１２９−１の方向より振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ８：押圧部１２９−１をＳＴ３における位置まで後退し、次に押圧部１２９−２をさらに前進させ、シェル１０２を変形させる。
ＳＴ９：加速度ピックアップ１１８−２にて押圧部１２９−２の方向より振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ１０：ＳＴ５、ＳＴ７、ＳＴ９における振動の大きさにもとづき、エアギャップ偏心量及びエアギャップ偏心方向を計算する。
ＳＴ１１：通電を終了する。
ＳＴ１２：加速度ピックアップ前進シリンダ１２０を用いて２つの加速度ピックアップ１１８を後退させる。押圧部シリンダ１３０と押圧支シリンダ１３２を用いて、２つの押圧機構押圧部１２９、押圧支１３１をそれぞれ後退させる。
ＳＴ１３：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。
ＳＴ１４：ワークを装置より取り除く。
ここで、ＳＴ６、ＳＴ８における押圧力および押圧位置はシェル１０２に残留歪を持たせない程度、いわゆる弾性変形をさせる程度の力で押付けることが望ましい。

一般に磁束と直交する方向のギャップに不平衡がある場合、ギャップの狭い方向にロータ１０３が移動する。
図７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７では主巻線１１４の巻線方向と直交するギャップ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（図示されていない）。

図８は、押圧によるシェル１０２の変形前後のエアギャップ偏心状態を表した加速度ピックアップ１１８の配置位置における縦断面図である。シリンダ１０７はシェル１０２に３点ある溶接点１０８（図１にて１点のみ図示している）にて溶接固定されているため、図８のようにシェル１０２の外周からステータ１０５とシリンダ１０７の間を押圧し、シェル１０２の半径方向にシェルを変形させた場合、図８右図のようにステータ１０５とロータ１０３の位置が変化するため、エアギャップ１００の狭かった位置は押圧方向にて広くなる。
図８のように、ＳＴ５において計測された振動の大きさよりＳＴ７あるいはＳＴ９において計測された振動の大きさが小さくなる場合は、押圧前のエアギャップ偏心状態は押圧方向が狭いと判断できる。
逆に図９のように、ＳＴ５において計測された振動の大きさよりＳＴ７あるいはＳＴ９において計測された振動の大きさが大きくなる場合は、押圧前のエアギャップ偏心状態は押圧方向と逆方向が狭いと判断できる。
上記のようにして、押圧前後の振動の大きさより、エアギャップ偏心方向を判定できる。

エアギャップ偏心量は、前もってそれぞれの加速度ピックアップ１１８の方向のエアギャップ偏心量と振動の大きさの絶対値の関係を調査しておき、ＳＴ５にて計測された各方向の振動の大きさにもとづきエアギャップ偏心量を計算することができる。
図１０は振動の大きさと磁束と直行する方向のエアギャップ偏心量の関係を示した模式図である。
すなわち、ＳＴ５の加速度ピックアップ１１８−１の振動の大きさをF1、ＳＴ５の加速度ピックアップ１１８−２の振動の大きさをF2とし、加速度ピックアップ１１８−１の方向の振動の大きさにより求められるエアギャップ偏心量をY（F1）、加速度ピックアップ１１８−２の方向の振動の大きさにより求められるエアギャップ偏心量をX（F2）とすると、ＳＴ１０にて求めるエアギャップの偏心状態を表すベクトルが以下の(1)式のように計算される。
（Sign(F2)×X（F2）,Sign(F1)×Y(F1)）・・・・・(1)
ここで、Sign(F1)及びSign（F2）は、図８あるいは図９のようにＳＴ５、ＳＴ７及びＳＴ９の値を比較して求められるエアギャップ偏心方向を示す符号（＋または−）である。

以上のように、本実施の形態１の電動機のエアギャップ偏心計測装置によれば、筒状の筐体内に保持されたステータ内にエアギャップを介してロータが配置された電動機に電圧を印加し、前記ロータを回転させる回転手段と、前記筐体外周部を前記筐体の半径方向に局所的に弾性変形させ、前記ロータと前記ステータの位置関係を変化させる変形手段と、前記筐体の外周側面に配置され、前記変形手段によって前記筐体外周部が弾性変形される前後の前記ロータの振動の大きさを計測する計測手段と、この計測手段で計測された前記ロータの振動の大きさにもとづき、前記エアギャップの偏心量及び偏心方向を計算する計算手段とを備えたことにより、高精度な振動計測システムを必要とせず、電動機のエアギャップ偏心量及び偏心方向を容易かつ正確に計測することができる。

実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２のエアギャップ偏心計測装置を示す概略構成図である。図１２は図１１の矢印Ｄから見た横方向断面図である。図１１の矢印Ｂから見た横方向断面図は図４と同じである。
本実施の形態２ではシェル１０２を変形させる手段として、実施の形態１の押圧機構（押圧部１２９、押圧シリンダ１３０、押圧支１３１、押圧支シリンダ１３２）のかわりに、シェル１０２を加熱変形することができる加熱トーチ１３４が存在する。加熱トーチ１３４は、ガスバーナの一種であり、シェル１０２の外周部と離間して配置されシェル１０２と接触せず加熱することが可能である。

図１３は、本実施の形態２によるエアギャップ偏心計測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エアギャップ偏心計測方法の詳細について説明する。
ＳＴ１−１：ワーク（単相誘導電動機を内在する冷凍・空調機用の圧縮機）をワーク除振材１２４の上に載置する。
ＳＴ２−２：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。
ＳＴ３−２：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、９０度角度の異なる２方向より加速度ピックアップ１１８をシェル１０２に対して押付ける。
ＳＴ４−２：接続端子１１７と端子１１０を接続し、駆動回路１２７により通電し、ロータを回転させる。
ＳＴ５−２：加速度ピックアップ１１８−１、加速度ピックアップ１１８−２にて２方向のより振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ６−２：加熱トーチ１３４−１にて加速度ピックアップ１１８−１方向にシェル１０２を加熱・変形させ、加熱中の加速度ピックアップ１１８−１方向における振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ７−２：加熱トーチ１３４−１の加熱を中止し、冷却する。
ＳＴ８−２：加熱トーチ１３４−２にて加速度ピックアップ１１８−２方向にシェル１０２を加熱・変形させ、加熱中の加速度ピックアップ１１８−２方向における振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ９−２：加熱トーチ１３４−２の加熱を中止し、ＳＴ５−２、ＳＴ６−２、ＳＴ８−２における振動の大きさにもとづき、エアギャップ偏心量及びエアギャップ偏心方向を計算する。
ＳＴ１０−２：加速度ピックアップシリンダ１２０を用いて２つの加速度ピックアップ１１８を後退させる。
ＳＴ１１−２：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
ＳＴ１２−２：ワークを装置より取り除く。
ここで、ＳＴ５−２にて加熱トーチ１３４はシェル１０２に直接接触しないため、振動を減衰させることがなく、精度よく振動の大きさを測定することができる。
ＳＴ６−２あるいはＳＴ８−２においては、熱による塑性歪を生じない程度の熱量、いわゆる熱弾性変形をさせる程度の熱量であることが望ましい。

図１４は、加熱によるシェル１０２の変形前後のエアギャップ偏心状態を表した加速度ピックアップ１１８の配置位置における縦断面図である。シリンダ１０７はシェル１０２に３点ある溶接点１０８（図１にて１点のみ図示している）にて溶接固定されているため、図１４のようにステータ１０５とシリンダ１０７の間にシェル１０２の外周から半径方向にシェルを加熱・変形させた場合、局所的にシェル１０２は膨張し、図１４右図のようにステータ１０５とロータ１０３の位置が変化し、エアギャップ１００の広かった位置は加熱方向（加熱トーチ１３４の方向）にて狭くなる。
図１４のように、ＳＴ５−２により計測された振動の大きさよりＳＴ６−２あるいはＳＴ８−２において計測された振動の大きさが小さくなる場合は、加熱前のエアギャップ偏心状態は加熱方向が広いと判断できる。
逆に図１５のように、ＳＴ５−２により計測された振動の大きさよりＳＴ６−２あるいはＳＴ８−２において計測された振動の大きさが大きくなる場合は、加熱前のエアギャップ偏心状態は加熱方向と逆方向が広いと判断できる。

ここで、ＳＴ５−２の加速度ピックアップ１１８−１の振動の大きさをF1、ＳＴ５−２の加速度ピックアップ１１８−２の振動の大きさをF2とし、加速度ピックアップ１１８−１の方向の振動の大きさにより求められるエアギャップ偏心量をY（F1）,加速度ピックアップ１１８−２の方向の振動の大きさにより求められるエアギャップ偏心量をX（F2）とすると、ＳＴ９−２にて求めるエアギャップの偏心状態を表すベクトルが以下の(2)式のように計算される。
（Sign(F2)×X（F2）,Sign(F1)×Y(F1)）・・・・・(2)
ここで、Sign(F1)及びSign（F2）は、図１４あるいは図１５のようにＳＴ５−２、ＳＴ６−２及びＳＴ８−２の値を比較して求められるエアギャップ偏心方向を示す符号（＋または−）である。

以上のようにして、本実施の形態２によれば、シェル１０２を弾性変形させる手段として加熱トーチ１３４を用い、非接触でシェル１０２を変形できるため、精度よくエアギャップ偏心状態を計算できる。

実施の形態３．
図１６は、実施の形態３によるエアギャップ偏心計測装置の概略構成図である。図１７、図１８はそれぞれ図１６の矢印Ｅ及び矢印Ｆから見た横方向断面図である。
図１６において、１３５はワークを回転するワーク回転テーブルであり、特定の角度の方向にモータ（図示されていない）にてワークを回転することができる。１３６は回転軸であり、回転テーブル１３５の回転中心に位置している。

図１９は、本実施の形態３によるエアギャップ偏心計測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エアギャップ偏心計測方法の詳細について説明する。
ＳＴ１−３：ワーク（単相誘導電動機を内在する冷凍・空調機用の圧縮機）をワーク除振材１２４の上に載置する。ワークの位置は回転テーブル１３５の回転中心に位置決めする。
ＳＴ２−３：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。
ＳＴ３−３：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、９０度角度の異なる２方向より加速度ピックアップ１１８をシェル１０２に対して押付ける。そして押圧部１２９、押圧支１３１を押圧部シリンダ１３０と押圧支シリンダ１３２により前進させ、シェル１０２に対して接触させる。
ＳＴ４−３：接続端子１１７と端子１１０を接続し、駆動回路１２７により通電し、ロータを回転させる。
ＳＴ５−３：加速度ピックアップ１１８にて振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ６−３：押圧部１２９をさらに前進させ、シェル１０２を変形させる。
ＳＴ７−３：加速度ピックアップ１１８にて押圧部１２９の方向のより振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ８−３：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。押圧部シリンダ１３０と押圧支シリンダ１３２を用いて、押圧部１２９、押圧支１３１を後退させる。
ＳＴ９−３：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
ＳＴ１０−３：ワークを特定の方向に回転する。上記ＳＴ２−３〜ＳＴ９−３を複数回（全計測回数をＮ（２以上の整数）回とする）
ＳＴ１１−３：通電を終了し、ＳＴ５−３（複数回存在する）、ＳＴ７−３（複数回存在する）の振動の大きさより、エアギャップ偏心量及びエアギャップ偏心方向を計算する。
ＳＴ１２−３：ワークを装置より取り除く。
ここで、ＳＴ６−３の押圧の力、および押圧位置はシェル１０２に残留歪を持たせない程度、いわゆる弾性変形をさせる程度の力で押付けることが望ましい。
ＳＴ１０−３においてワークは回転テーブル１３５上にてモータ（図示されていない）にて回転するが、回転角度が既知であればモータでなく人がおこなってもよい。

ＳＴ１０−３において、ＳＴ２−３〜ＳＴ９−３を複数回行うことは、以下のような効果がある。
ＳＴ１０−３によって回転した回転角度（θnとする。nはn番目の計測回数であることを表し、θnはn番目の測定の回転角度である）にて得られたＳＴ５−３の測定結果をF(θ（n）)、加速度ピックアップ１１８の各方向の振動の大きさにより求められるエアギャップ偏心量をXn（F（θn））、Sign(F(θn))を、図のように各回転角度毎にＳＴ５−３、ＳＴ７−３の値を比較して求められる方向を示す符号（＋または−）とすると、各ＳＴ５−３、ＳＴ７−３により計算された回転角度毎のエアギャプ偏心量および偏心方向を表すベクトルは、以下の(3)式で表される。
(Sign(F(θn))×Xn (F(θn)) ×cos(θn)，Sign(F(θn))
×Xn (F (θn))×sin(θn))・・・・・(3)

ここで、ＳＴ１１−３にて求めるエアギャップの偏心状態を表すベクトルを以下の(4)式のように計算する。

ここで、Xn は、あらかじめ各回転角度毎にてエアギャップ偏心量と振動の大きさとの関係から求めることができる計算式である。
また、エアギャップの偏心状態を表すベクトル成分の分母は、Sign(F(θn))×Xn(F(θn))×cos(θn)またはSign(F(θn))×Xn(F(θn))×sin(θn)の値についてnを1からN（Nは全計測回数）に変えたときの総和を示す。

以上のように本実施の形態３によれば、複数の回転角度毎にエアギャップ偏心量及び偏心方向を計算し、その平均を求めることができ、精度よくエアギャップ偏心方向及びエアギャップ偏心量を計算できる。

実施の形態４．
図２０は実施の形態４によるエアギャップ偏心計測装置の概略構成図である。図２１は図２０の矢印Ｇから見た横方向断面図である。図２０の矢印Ｅから見た横方向断面図は図１７と同じである。
図２０において、１３５はワークを回転するワーク回転テーブルであり、特定の角度の方向にモータ（図示されていない）にてワークを回転することができる。１３６は回転軸であり、回転テーブル１３５の回転中心に位置している。

図２２は、本実施の形態４によるエアギャップ偏心計測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エアギャップ偏心計測方法の詳細について説明する。
ＳＴ１−４：ワーク（単相誘導電動機を内在する冷凍・空調機用の圧縮機）をワーク除振材１２４の上に載置する。ワークの位置は回転テーブル１３５の回転中心に位置決めする。
ＳＴ２−４：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。
ＳＴ３−４：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、９０度角度の異なる２方向より加速度ピックアップ１１８をシェル１０２に対して押付ける。
ＳＴ４−４：接続端子１１７と端子１１０を接続し、駆動回路１２７により通電し、ロータを回転させる。
ＳＴ５−４：加速度ピックアップ１１８にて振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ６−４：加熱トーチ１３４にて加速度ピックアップ１１８方向にシェル１０２を加熱・変形させ、加熱中の加速度ピックアップ１１８方向における振動の大きさを計測し、コンピュータ１２８に記録する。
ＳＴ７−４：加熱トーチ１３４の加熱を中止し、冷却する。
ＳＴ８−４：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。
ＳＴ９−４：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
ＳＴ１０−４：ワークを特定の方向に回転する。上記ＳＴ２−４〜ＳＴ９−４を複数回（全計測回数をＮ（２以上の整数）回とする）繰り返す。
ＳＴ１１−４：通電を終了し、ＳＴ５−４（複数回存在する）、ＳＴ６−４（複数回存在する）の振動の大きさより、エアギャップ偏心量及びエアギャップ偏心方向を計算する。
ＳＴ１２−４：ワークを装置より取り除く。
ここで、ＳＴ５-４にて加熱トーチ１３４はシェル１０２に直接接触しないため、振動を減衰させることがなく、精度よく振動の大きさを測定することができる。
ここで、ＳＴ６−４は熱による塑性歪を生じない程度の熱量、いわゆる熱弾性変形をさせる程度の熱量であることが望ましい。
ＳＴ１０−４においてワークは回転テーブル１３５上にてモータ（図示されていない）にて回転するが、回転角度が既知であればモータでなく人がおこなってもよい。

ＳＴ１０−４においてＳＴ２−４〜ＳＴ９−４を複数回行うことは、以下のような効果がある。
ＳＴ１０−４によって回転したある回転角度（θnとする。nはn番目の計測回数であることを表し、θnはn番目の測定の回転角度である）にて得られたＳＴ５−４の測定結果をF2(θn)、加速度ピックアップ１１８の各方向の振動の大きさにより求められるエアギャップ偏心量をXn（F2（θn））、Sign(F2(θn))を、図のように各回転角度毎にＳＴ５−４、ＳＴ６−４の値を比較して求められる方向を示す符号（＋または−）とすると、各ＳＴ５−４、ＳＴ６−４により計算された回転角度毎のエアギャプ偏心量および偏心方向を表すベクトルは、以下の(5)式で表される。
(Sign(F(θn))×Xn (F2(θn)) ×cos(θn)，Sign(F2(θn))
×Xn (F2(θn)) ×sin(θn))・・・・・(5)

ここで、ＳＴ１１−４にて求めるエアギャップの偏心状態を表すベクトルを以下の(6)式のように計算する。

ここで、Xn は、あらかじめ各回転角度毎にてエアギャップ偏心量と振動の大きさとの関係から求めることができる計算式である。
ここでエアギャップの偏心状態を表すベクトル成分の分母は、Sign(F2(θn))×Xn(F2(θn))×cos(θn)またはSign(F2(θn))×Xn(F2(θn)) ×sin(θn)の値についてnを1からN（Nは全計測回数）に変えたときの総和を示す。

以上のよう本実施の形態４によれば、各測定値より平均値を計算するので、加熱前加熱中の振動の大きさより、精度よくエアギャップ偏心方向及びエアギャップ偏心量を計算できる。

なお、上記実施の形態２、４では加熱手段の例としてガスバーナの加熱トーチ１３４を示したが、熱による塑性歪を生じない程度の熱量、いわゆる熱弾性変形をさせる程度の熱量が与えられればよく、例えば、高周波加熱器やアーク溶接機を用いてもよい。
また上記実施の形態１〜実施の形態４では、押圧部１２９あるいは加熱トーチ１３４の逆方向より、振動を測定していたが、図２３あるいは図２４のように押圧部１２９あるいは加熱トーチ１３４と同方向より測定してもよい。
また、上記実施の形態１〜４の各模式図では、押圧部１２９あるいは加熱トーチ１３４は、ステータ１０５とシリンダ１０７の間にあるシェル１０２の外周の一部を局所的に変形させているが、エアギャップ偏心状態を既知の方向に変化させることができれば、それ以外の場所でもよいことは明白である。
更に、上記実施の形態１〜４では、振動の大きさを計測する場合に加速度ピックアップを用いたが、速度あるいは変位を検出できるものでもよい。

被計測体である単相誘導電動機を内在する圧縮機の縦方向断面図である。 図１の矢印Ａ方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態１に係るエアギャップ計測装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る図３の矢印Ｂ方向から見た断面図である。 実施の形態１に係る図３の矢印Ｃ方向から見た断面図である。 実施の形態１に係るエアギャップ計測方法を示したフローチャート図である。 振動の強さと磁束と直交する方向のエアギャップ偏心量の関係を示した模式図である。 実施の形態１あるいは３において押圧後に振動が小さくなる場合のエアギャップ変化の様子を示した模式図である。 実施の形態１あるいは３において押圧後に振動が大きくなる場合のエアギャップ変化の様子を示した模式図である。 振動の大きさと磁束と直交する方向のエアギャップ偏心量の関係を示した説明図である。 本発明の実施の形態２に係るエアギャップ計測装置の概略構成図である。 図１１の矢印Ｄ方向から見た断面図である。 実施の形態２に係るエアギャップ計測方法を示したフローチャート図である。 実施の形態２あるいは４において加熱中に振動が小さくなる場合のエアギャップ変化の様子を示した模式図である。 実施の形態２あるいは４において加熱中に振動が大きくなる場合のエアギャップ変化の様子を示した模式図である。 本発明の実施の形態３に係るエアギャップ計測装置の概略構成図である。 図１６の矢印Ｅ方向から見た断面図である。 図１６の矢印Ｆ方向から見た断面図である。 実施の形態３に係るエアギャップ計測方法を示したフローチャート図である。 本発明の実施の形態４に係るエアギャップ計測装置の概略構成図である。 図２０の矢印Ｇ方向から見た断面図である。 実施の形態４に係るエアギャップ計測方法を示したフローチャート図である。 実施の形態１あるいは３において振動計測方向と押圧方向が同じの場合を示した模式図である。 実施の形態２あるいは４において振動計測方向と加熱方向が同じの場合を示した模式図である。

符号の説明

９９ 足部、１００ エアギャップ、１０２ シェル、１０３ ロータ、
１０４ 主軸、１０５ ステータ、１０６ フレーム、１０７ シリンダ、
１０８ 溶接点、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、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 駆動回路、
１２８ コンピュータ、１２９ 押圧部、１３０ 押圧部シリンダ、１３１ 押圧支、１３２ 押圧支シリンダ、１３３ 架台、１３４ 加熱トーチ、１３５ 回転テーブル、１３６ 回転軸

Claims (12)

1. 筒状の筐体内に保持されたステータ内にエアギャップを介してロータが配置された電動機に電圧を印加し、前記ロータを回転させる回転手段と、
   前記筐体外周部を前記筐体の半径方向に局所的に弾性変形させ、前記ロータと前記ステータの位置関係を変化させる変形手段と、
   前記筐体の外周側面に配置され、前記変形手段によって前記筐体外周部が弾性変形される前後の前記ロータの振動の大きさを計測する計測手段と、
   この計測手段で計測された前記ロータの振動の大きさにもとづき、前記エアギャップの偏心量及び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電動機のエアギャップ偏心計測装置。
2. 前記計測手段は、前記筐体の外周側面において９０度角度が異なる２方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電動機のエアギャップ偏心計測装置。
3. 前記電動機は主巻線、補助巻線を有する単相誘導電動機であって、前記計測手段はそれぞれ前記主巻線、補助巻線の巻線方向と直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項２記載の電動機のエアギャップ偏心計測装置。
4. 前記変形手段は、前記筐体外周部を機械的に押圧する押圧機構であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電動機のエアギャップ偏心計測装置。
5. 前記変形手段は、前記筐体外周部と離間して配置された加熱手段であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電動機のエアギャップ偏心計測装置。
6. 前記変形手段及び計測手段に対して前記ステータの回転角度を相対的に変化させる手段を備え、前記計測手段は異なる前記ステータの回転角度において前記筐体外周部が弾性変形される前後の前記ロータの振動の大きさを複数回計測することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の電動機のエアギャップ偏心計測装置。
7. 筒状の筐体内に保持されたステータ内にエアギャップを介してロータが配置された電動機に電圧を印加し、前記ロータを回転させる第１の工程と、
   前記筐体の外周側面より振動を計測する計測手段により、振動の大きさを計測する第２の工程と、
   前記筐体外周部を前記筐体の半径方向に弾性変形させる変形手段により、前記ロータと前記ステータの位置関係を変化させる第３の工程と、
   前記第３の工程の後に前記筐体の外周側面より前記計測手段により、再度振動の大きさを計測する第４の工程と、
   前記第２及び第４の工程によって計測された振動の大きさにもとづき、前記エアギャップの偏心量及び偏心方向を計算する第５の工程とを
   含むことを特徴とする電動機のエアギャップ偏心計測方法。
8. 筒状の筐体内に保持されたステータ内にエアギャップを介してロータを配置された電動機に電圧を印加し、前記ロータを回転させる第１の工程と、
   前記筐体の外周側面より振動を計測する計測手段により、振動の大きさを計測する第２の工程と、
   前記筐体外周部を前記筐体の半径方向に弾性変形させる変形手段により、前記ロータと前記ステータの位置関係を変化させる第３の工程と、
   前記第３の工程の後に前記筐体の外周側面より前記計測手段により、再度振動の大きさを計測する第４の工程と、
   前記変形手段及び計測手段に対して前記ステータの回転角度を相対的に変化させる第５の工程と、
   前記第２〜第５の工程までを複数回行い、これらの工程によって計測された振動の大きさにもとづき、それぞれの前記ステータの回転角度での前記エアギャップの偏心量および偏心方向を計算する第６の工程と、
   前記ステータの各角度位置での前記エアギャップの偏心量及び偏心方向の計算結果から、２次元的なエアギャップの偏心量及び偏心方向を計算する第７の工程とを
   含むことを特徴とする電動機のエアギャップ偏心計測方法。
9. 前記計測手段は、前記筐体の外周側面において９０度角度が異なる２方向に配置されていることを特徴とする請求項７または８記載の電動機のエアギャップ偏心計測方法。
10. 前記電動機は主巻線、補助巻線を有する単相誘導電動機であって、前記計測手段はそれぞれ前記主巻線、補助巻線巻線方向と直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項９記載の電動機のエアギャップ偏心計測方法。
11. 前記変形手段は、前記筐体外周部を機械的に押圧する押圧機構であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一つに記載の電動機のエアギャップ偏心計測方法。
12. 前記変形手段は、前記筐体外周部と離間して配置された加熱手段であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一つに記載の電動機のエアギャップ偏心計測方法。
    

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