JPH06307919A - 回転部振れ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、回転軸の振動や軸振れを直
接、計測できるようにした計測装置を提供することにあ
る。 【構成】 励磁コイル９ｂと、検出コイル９ａとを用
い、検出コイルは離間して配置されるコイル１対を互い
に逆向きに電流が流れるように結線して構成し、この検
出コイルは上記１対のコイルを互いに測定対象の回転軸
９ｅ，４の軸線を介して対向する位置となるよう配置す
ると共に、この検出コイルを上記回転軸を囲んで対向離
間するように静止部分の定位置に複数固定し、上記励磁
コイルは上記回転軸の周囲に上記検出コイルと対向させ
て複数設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、発電機等の回
転機器における回転軸の振動や軸振れ等の異常を監視す
るために用いる測定装置であって、回転軸の振動や軸振
れを直接、測定できるようにした回転部振れ測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発電機や電動機等の回転機においては、
その回転部は静止部の軸受部分で支持され、回転駆動さ
れるが、その使用条件並びに環境条件により振動・軸振
れを増大させ、回転部と静止部の接触による破損、軸受
部の焼損など、回転機として重大な事故に至らしめるケ
ースがある。

【０００３】そこで、回転部と静止部で組立て上、精度
を要求される回転機に関しては、従来、その接触防止の
ため、警報装置を設けて、振動・軸振れ等の接触の危険
を事前に検出し、停止させる手法をとっている。

【０００４】しかしながら、この警報装置としては、通
例は軸受温度の上昇等のような二次的な方法で振動・軸
振れ等の接触の危険を検知する方式が主であり、この場
合、危険を早期に検知して回転機を運転停止させると云
ったことはできない。そこで、近年では、振動自体を検
知する方式も徐々にではあるが採用されつつあるが、こ
れであっても、回転軸の振動を直接、測定しているもの
ではなく、軸受台の振動を測定する間接的な方式であ
る。

【０００５】軸受台の振動を測定することにより、回転
軸の振動を監視する方式は、伝わる振動の大きさが回転
軸の振動と密接に係わりを持つことから、信頼性は高い
方ではあるが、回転軸の振動が小さいうちは検知できな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】発電機や電動機等の回
転機においては、その回転部は静止部の軸受部分で支持
され、回転駆動されるが、その使用条件並びに環境条件
により振動・軸振れを増大させ、回転部と静止部の接触
による破損、軸受部の焼損など、回転機として重大な事
故に至らしめるケースがあることから、このような回転
機に関しては、従来、その接触防止のため、警報装置を
設けて、振動・軸振れ等の接触の危険を事前に検出し、
停止させるようにしている。

【０００７】しかしながら、この警報装置は軸受温度や
軸受台の振動を測定する間接的な検出方式により回転軸
の振動を検知して警報を出すものであり、直接的に回転
軸の振動を検知して警報を出すものではない。そのた
め、警報を出す基準も曖昧なものとなり易く、精度良く
警報を出すのが難しい。

【０００８】すなわち、警報装置による危険の検知は、
軸振動が大きくなる等、軸損傷の危険と云った状況に陥
った場合に、それを防止すべく運転停止をする等の処置
をとるために行っており、回転軸が僅かに振動している
ような状態で警報を出すと、安定した運転が実施できな
くなり、また、逆にある程度大きな振動となってから警
報を出すようにすると、時すでに遅く、危険を回避でき
ないと云った問題が生じる。

【０００９】従って、適切な段階で警報を出すようにす
るには、回転軸の振れの大きさを直接的に測定できるよ
うな装置の開発が必要である。そこで、本発明の目的と
するところは、回転軸の振動や軸振れを直接的に計測で
きるようにした回転部振れ測定装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、励磁コイ
ル（超導電コイル）と、検出コイル（案内コイル）とを
用い、検出コイルは離間して配置されるコイル１対を互
いに逆向きに電流が流れるように結線して構成し、この
検出コイルは上記１対のコイルを互いに測定対象となる
回転軸の軸線を介して対向する位置となるよう配置する
と共に、この検出コイルを上記回転軸を囲んで対向離間
するように静止部分の定位置に複数固定し、上記励磁コ
イルは回転軸の周囲に上記検出コイルと対向させて複数
設けて構成する。

【００１１】

【作用】本発明はヌルフラックスの原理を応用するもの
で、その原理は、超導電コイルと、案内コイルとを用
い、案内コイルは離間して配置されるコイル１対を互い
に逆向きに電流が流れるように結線して構成し、超導電
コイルが案内コイルを形成するコイル１対の間を通過す
るとき、定位置であれば対を成すコイルには互いに同一
の大きさで逆向きの電流が誘導されるので、互いに打ち
消し合い、電磁的な作用はないが、超導電コイルが案内
コイルを形成するコイル１対の間をいずれかに偏って通
過するときは、距離的に近い方のコイルに大きな誘導電
流が生じ、電磁的な反発力を発生し、遠い方ではこの誘
導電流が逆向きに流れるので吸引力を発生して案内コイ
ルと超導電コイルの位置関係を正常な位置に戻そうとす
る作用が働くと云ったものである。

【００１２】本発明は上記の構成としてヌルフラックス
の原理を活用するものであり、検出コイル（案内コイ
ル）は離間して配置されるコイル１対を互いに逆向きに
電流が流れるように結線して構成し、この検出コイルは
上記１対のコイルを互いに回転軸の軸線を介して対向す
る位置となるよう配置すると共に、この検出コイルを回
転軸を囲んで対向離間するように静止部分の定位置に複
数固定し、励磁コイル（超電導コイル）は回転軸の周囲
に上記検出コイルと対向させて複数設けて構成したこと
から、励磁コイルに検出コイルが近付くと、検出コイル
に誘導電流が生じ、この誘導電流は励磁コイルとの距離
に対応するものとなる。

【００１３】従って、回転軸が定位置より偏心している
場合、当該検出コイルを構成する対を成すコイルのう
ち、励磁コイルに近接した方の側の誘導電流が大とな
り、他方の側は励磁コイルから離れて誘導電流が小とな
り、その差の電流が検出コイルに流れることになるの
で、回転軸の振動や振れに対応した検出信号が得られる
ようになり、回転軸の振動や振れを直接的に測定できる
ようになる。

【００１４】そして、上述の作用はヌルフラックの原理
を利用しており、回転軸の振れ量に対応した検出信号を
得る構成であるから、回転軸の振動や振れを直接的に高
精度で検出できることから、回転部の異常監視を高精度
に行うことができるようになる。

【００１５】また、本発明は、ヌルフラックスの原理に
より回転軸の振れ量に対応した復元力が作用されること
から、回転軸が定位置より外れないように、規制される
ようにもなり、回転機等において、振動や振れにより回
転軸が定位置から外れるのを抑制できるようになって、
安定した運転が可能になる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。図１は本発明を発電機に適用した場合
の実施例を示す全体的な構成図である。図１において、
１は発電機であり、２は固定子、３は回転子、４は発電
機１の回転軸である。回転軸４は発電機１内に設けられ
た軸受５ａ，５ｂにより軸の両側近傍を回転自在に支持
されている。６は水車であり、７は水車６の回転軸であ
る。

【００１７】水車６の回転軸７は発電機１の回転軸４に
連結されており、水車６の回転軸７の回転により、発電
機１の回転軸４が回転駆動されて発電機１の運転がなさ
れる。８は水車６の回転軸７を支持する軸受である。

【００１８】本発明による回転機では、発電機１にその
回転軸の振動や軸振れを測定するための、回転軸振れ測
定装置９が設けてある。この回転軸振れ測定装置９は図
２および図３に示す如きであり、発電機１の回転軸（主
軸）４の上部側に配されている。

【００１９】回転軸振れ測定装置９は、検出コイル９ａ
と励磁コイル９ｂ、および回転軸９ｅ、コレクタリング
９ｃとからなり、回転軸９ｅ側には上端に励磁コイル９
ｂを固定して配置し、回転軸９ｅの下端は発電機１の回
転軸（主軸）４上部に軸線を一致してしっかりと取り付
けられていて、回転軸（主軸）４と一体に回転される構
成となっている。筐体９ｄは発電機１のハウジング上に
取り付けられており、回転軸９ｅの上部を覆っている。

【００２０】筐体９ｄ内には、励磁コイル９ｂを囲むよ
うに、励磁コイル９ｂの対向位置に検出コイル９ａを配
置して保持させてある。すなわち、回転部振れ測定装置
９は図３に示す如き構成であって、図３の（ａ）は正面
図であり、図３の（ｂ）のＢ‐Ｂ断面図である。また、
図３の（ｂ）は（ａ）のＡ‐Ａ断面図である。図に示す
ように、回転部振れ測定装置９は回転軸９ｅの上端外周
に複数の励磁コイル９ｂを所定ピッチで固定して配置
し、これらの励磁コイル９ｂとは離間して、かつ、これ
らの励磁コイル９ｂを囲むように、複数の検出コイル９
ａを所定ピッチで配置して筐体９ｄ側に固定して取り付
けてある。そして、励磁コイル９ｂと検出コイル９ａと
は互いに対向する位置にある。

【００２１】本発明の回転軸振れ測定装置９はヌルフラ
ックスの原理を応用するが、その原理内容はつぎの通り
である。ヌルフラックスは、磁気浮上して非接触で走行
するリニアモータカーにおいて利用される車両の走行経
路偏心矯正のための技術であり、図４に示すように、車
上の誘導コイルＣ１と、所定ピッチで配置される地上の
軌道側案内コイルＣ２とからなる。

【００２２】車上の誘導コイルＣ１は、ループ状の閉じ
られたコイル（超電導コイル）を、その軸心方向を車両
の進行方向に対して横断する方向にして、車上に立てて
配置する構成である。そして、地上の軌道側案内コイル
Ｃ２は軌道に沿って所定間隔で多数配置されるが、車両
の進行方向に対して左右に対を成すようにループ状のコ
イルＣ２ａ，Ｃ２ｂを配置し、これらの対を成す左右の
両ループコイルＣ２ａ，Ｃ２ｂは互いに端部を接続して
互いのループに逆向きの電流が流れる構成としておく。

【００２３】地上の軌道側案内コイルＣ２はそのループ
が車上の誘導コイルＣ１と対向するように立てて配置し
てあり、左右一対の軌道側案内コイルＣ２の中央を車上
の誘導コイルＣ１が通過する構成としてある。左右一対
のループコイルＣ２ａ，Ｃ２ｂによる軌道側案内コイル
Ｃ２のうち、今、向かって右側のループコイルＣ２ａを
山側、左側のループコイルＣ２ｂを海側とすると、進行
する車両が軌道側案内コイルＣ２の中央を走っている場
合は軌道側案内コイルＣ２に電流が誘導されず、力も損
失も発生しない。

【００２４】しかし、車両が中央らずれると、そのずれ
量に比例して電流が誘導され、ずれ量に比例した復元力
が発生する。すなわち、進行する車両が中心より海側に
偏ると海側のループコイルＣ２ｂに反発力を生ずるよう
な電流が流れ、この電流は山側では逆向きに流れるた
め、山側では吸引力を生ずる。従って、進行中の車両
が、本来の走行経路をその中心より山側、海側のいずれ
かの方向に偏って走行すると、そのずれ量に比例して復
元力が発生するので、車両は本来の走行位置に来るよう
に、電磁力により矯正されると云うものである。

【００２５】本発明による回転軸振れ測定装置９の原理
的構成を図５に示す。回転軸振れ測定装置９は、ヌルフ
ラックス方式を用いており、回転軸９ｅ側に取り付ける
のが、励磁コイル９ｂであり、筐体９ｄ側に設けられる
のが検出コイル（静止側コイル）９ａである。励磁コイ
ル９ｂはループ状であり直流電源より直流が印加されて
励磁される。励磁コイル９ｂのコイルの軸線は回転軸９
ｅに直交するように配される。

【００２６】また、検出コイル（静止側コイル）９ａは
ループ状のコイルａ-1，９ａ-2よりなり、これらを回転
軸９ｅの周面に沿って対向するようにして所定間隔で多
数配置されて構成されるが、回転軸９ｅの軸線を介して
対向するようにループ状のコイル９ａ-1，９ａ-2を配置
し、この対を成す両ループコイル９ａ-1，９ａ-2は互い
に端部を接続して互いのループに逆向きの電流が流れる
構成としておく。

【００２７】このような対を成すものが複数組、所定ピ
ッチで設けられる。各検出コイル（静止側コイル）９ａ
は、それぞれループ状のコイル９ａ-1，９ａ-2によって
誘起された電流を軸振れ測定信号として取り出す。そし
て、その各検出コイル９ａの出力は図２および図６にも
示すように、増幅器ＡＭＰを介してそれぞれ別々に増幅
された後、各検出コイル位置毎の偏移信号として利用さ
れる。また、励磁コイル９ｂは直流電源ＤＣＰＷＳより
直流が印加されて励磁されるが、当該励磁コイル９ｂが
回転軸９ｅ側に設けられていることから、回転軸９ｅに
はコレクタリング９ｃを設けて、このコレクタリング９
ｃにより、外部の直流電源ＤＣＰＷＳから各励磁コイル
９ｂに励磁電流を供給し、超電導コイルとして機能させ
るようにしている。

【００２８】このような構成の本装置の作用を説明す
る。本装置は回転機の回転に際して、軸振れ等が発生し
て回転軸４が振れを生じると、回転軸振れ測定装置９に
よりその振れ量に対応した信号が得られることから、軸
振れをその大小に係わりなく、直接的に測定できること
になる。

【００２９】すなわち、発電機１の回転軸（主軸）４は
軸線を一致させて回転軸９ｅが固定して取り付けられて
おり、この回転軸９ｅには励磁コイル９ｂが、また、こ
の励磁コイル９ｂを囲むようにして検出コイル（静止側
コイル）９ａが配置されており、励磁コイル９ｂと検出
コイル（静止側コイル）９ａとは同一の角度ピッチで配
置してあるので、各検出コイル（静止側コイル）９ａの
ループコイル９ａ-1，９ａ-2は、回転軸の回転に伴っ
て、必ず、いずれかの検出コイル（静止側コイル）９ａ
に対して同一の対向角度を持ちながら移動してゆくこと
になり、電磁誘導を生じることになる。

【００３０】そして、励磁コイル９ｂには同一方向に電
流を流しているものとすれば、回転軸（主軸）４が軸受
５ａ，５ｂに対してある一定の位置で回転している時
は、軸振れがないから各検出コイル（静止側コイル）９
ａのループコイル９ａ-1，９ａ-2にはそれぞれ等しい逆
向きの電流が誘導されることになり、ループコイル９ａ
-1，９ａ-2はこの状態で互いに相手の電流を打ち消すよ
うになり、電流は流れない。

【００３１】一方、回転軸（主軸）４が軸受５ａ，５ｂ
に対して所定の位置より振れると、回転軸９ｅも一体的
に振れることから、各検出コイル（静止側コイル）９ａ
のループコイル９ａ-1，９ａ-2は対向する励磁コイル９
ｂとの距離がそれぞれ異なり、従って、各検出コイル９
ａのループコイル９ａ-1，９ａ-2に誘起される電流は励
磁コイル９ｂとの距離に応じたものとなって、軸の振れ
量に比例した差電流が各検出コイル（静止側コイル）９
ａにそれぞれ誘起されることになる。従って、これらの
各検出コイル９ａの出力により、軸振れの方向や大きさ
等を測定することができるようになる。

【００３２】また、軸振れにより各検出コイル９ａのル
ープコイル９ａ-1，９ａ-2に生じる誘導電流の差分はル
ープコイル９ａ-1および９ａ-2にそれぞれ流れることに
なるが、ループコイル９ａ-1と９ａ-2とで向きは逆にな
ることから、励磁コイル９ｂに近付いた側では反発力と
して作用するものの、励磁コイル９ｂから離れる側では
吸引力として作用するために、回転軸９ｅにはヌルフラ
ックスの原理により定位置に復元させようとする力と作
用し、回転軸（主軸）４の振れを抑制しようとする作用
となる。そのため、振動や振れを低減する機能をも持ち
合わせることになる。

【００３３】上記内容からつぎのような効果が得られ
る。 （１）回転軸の振れ量を方向および大きさを以て、直接
的に測定できるようになる。

【００３４】（２）ヌルフラックスの原理により、回転
軸の振れ量に応じた復元力が働き、これによって、回転
軸は軸受に対して一定の位置関係で回転動作を行うよう
に規制されるため、回転軸の異常振動や軸振れを抑え、
安定した運転が可能となる。

【００３５】（３）振れ量が大きくなればそれを抑制し
ようとする力はそれに比例して大きくなることから、回
転軸と静止部の接触事故が皆無となる。また、軸受に対
して、正常な位置に軸が来るように矯正されるので、軸
受負荷の軽減を図ことができ、機械的損失が少なくなる
ので機械効率の向上が図れるようになる。

【００３６】（４）軸受の負荷が軽減されることから、
軸受部のメンテナンス周期を長くすることができ、保守
管理の費用を軽減できるようになる。なお、上述の実施
例では回転部振れ測定装置９は、発電機１の軸受位置近
傍に設けるようにすることもできる。

【００３７】以上のように、本装置は励磁コイルと、検
出コイルとを用い、検出コイルは離間して配置されるコ
イル１対を互いに逆向きに電流が流れるように結線して
構成し、この検出コイルは上記１対のコイルを互いに測
定対象の回転軸の軸線を介して対向する位置となるよう
配置すると共に、この検出コイルを上記回転軸を囲んで
対向離間するように静止部分の定位置に複数固定し、上
記励磁コイルは上記回転軸の周囲に上記検出コイルと対
向させて複数設けて構成したものであり、励磁コイルに
検出コイルが近付くと、検出コイルに誘導電流が生じ
て、励磁コイルに対する検出コイルの接近距離が異なる
場合、検出コイルを構成する上記対を成すコイルに発生
する誘導電流の大きさが異なることから、距離の差に応
じた差電流となることを利用して振動や振れに対応した
検出信号を得るようにしたものである。

【００３８】従って、回転機等において、軸の振動や振
れを直接的に測定することが可能である。また、これは
ヌルフラックスの原理を利用するものであるから、回転
軸の振れ量に対応した復元力が作用されることになり、
これによって、回転軸が定位置より外れないように、規
制される働きもあることから、軸の振動や振れにより回
転軸が定位置から外れるのを防止できるようにもなっ
て、安定した運転が可能になる他、軸振れ等により回転
部と静止部の接触事故が抑制されて軸受の損傷を防止で
きる等の利点が得られる。なお、本発明は上記し、か
つ、図面に示す実施例に限定することなく、その要旨を
変更しない範囲内で適宜変形して実施し得るものであ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、ヌルフラックスの原理により回転軸の振動や軸振れ
を直接的に測定することができるようになると共に、ヌ
ルフラックスの原理により、回転軸の振動や軸振れを抑
制することができるようになり、機械の損傷防止並びに
長時間の安定した運転を実施可能とする回転部振れ測定
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の
回転部振れ測定装置を水車発電機に適用した実施例を示
す全体構成図。

【図２】本発明による回転部振れ測定装置の構成を示す
正面図であって、図１のＡ部拡大図。

【図３】本発明による回転部振れ測定装置の構成例を示
す図であって、（ａ）は一部破断正面図、（ｂ）はその
Ａ‐Ａ断面図。

【図４】本発明において使用するヌルフラックス方式の
原理を説明するための図。

【図５】本発明の回転部振れ測定装置９の原理的な構成
を説明するための図。

【図６】本発明の回転部振れ測定装置９の構成を示す回
路図。

【符号の説明】

１…発電機 ４…回転軸（主軸） ６…水車 ７…水車の回転軸 ５ａ，５ｂ，８…軸受 ９…回転部振れ測定装置 ９ａ…検出コイル（静止側） ９ａ-1，９ａ-2…検出コイル９ａを構成するループコイ
ル ９ｂ…励磁コイル（回転側） ９ｃ…コレクタリング ９ｄ…筐体 ９ｅ…回転軸 ＡＭＰ…増幅器 ＤＣＰＷＳ…直流電源 Ｃ１…車上の誘導コイル Ｃ２…地上の軌道側案内コイル Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ…地上の軌道側案内コイルＣ２を構成す
るループコイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁コイルと、検出コイルとを用い、検
   出コイルは離間して配置されるコイル１対を互いに逆向
   きに電流が流れるように結線して構成し、この検出コイ
   ルは上記１対のコイルを互いに測定対象の回転軸の軸線
   を介して対向する位置となるよう配置すると共に、この
   検出コイルを上記回転軸を囲んで対向離間するように静
   止部分の定位置に複数固定し、上記励磁コイルは上記回
   転軸の周囲に上記検出コイルと対向させて複数設けて構
   成することを特徴とする回転部振れ測定装置。