エアギャップ測定装置および方法
【課題】電動機のエアギャップ測定装置において、電動機の種類に関係なくエアギャップの偏心量および方向を精度よく計測することができるとともに、エアギャップの偏心状態のデータを基にエアギャップを調整することができる電動機のエアギャップ測定装置を提供する。
【解決手段】あらかじめモータ主軸とロータ外径の位置関係を測定しておき、ステータ内径測定装置１０によりステータの内径を測定する。また、ロータ組み込み後の主軸軸心測定装置により主軸の軸心を測定することで、測定したステータ内径と軸心の位置関係よりエアギャップを算出する。さらに、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定できる。
【解決手段】あらかじめモータ主軸とロータ外径の位置関係を測定しておき、ステータ内径測定装置１０によりステータの内径を測定する。また、ロータ組み込み後の主軸軸心測定装置により主軸の軸心を測定することで、測定したステータ内径と軸心の位置関係よりエアギャップを算出する。さらに、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機のエアギャップ偏心量を測定し、エアギャップ良否判定やエアギャップ偏心調整の可能な電動機のエアギャップ測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機では、ロータとステータ間にエアギャップが存在する。このエアギャップに偏りが生じると、電動機の運転中にその偏心量によってロータに作用する磁気吸引力が変化してロータが振動するので、効率やトルクの特性劣化、振動や雑音発生、軸受け劣化などの要因となってしまう。
【０００３】
従って、電動機のエアギャップにどの程度の偏心が生じているか否かについては、常にチェックする必要がある。
特に、ロータやステータをフレーム等に組み込んだ後は、ブラケットやモータフレーム、軸受けなどの嵌合部の寸法交差や焼嵌めによるステータ変形などにより、ステータ周上や軸方向においてばらつきが生じるため、出力特性の不均一や電磁騒音の増大が発生する原因となってしまう。
【０００４】
このため、特に、ロータやステータをフレーム等に組み込んだ後において、エアギャップを測定し、できるだけ均一なエアギャップを実現することが必要になる。
従来、電動機のエアギャップ偏心量を測定するものとして、一つの軸受けでロータ支持された縦型単相誘導電動機のロータリ圧縮機に対して、ロータが回転している状態の振動からエアギャップの偏心量を推定する方法が開示されている（特許文献１、２）。
【０００５】
例えば、回転軸の両端部付近を軸受けで支持する電動機において、磁界を発生させる永久磁石を挟んで２つの強磁性体をヨーク表面と回転軸端部に当接させ、強磁性体とヨーク・ステータ・ロータおよび回転軸で磁気回路を形成する。その状態でヨーク表面に当接した強磁性体をヨーク周辺に回転させ、回転軸につけたホール素子で磁束密度を測定し、予め計測したエアギャップと磁束密度の相関データからエアギャップを求める発明が開示されている（特許文献１）
そのほか、事前にエアギャップの偏心量と偏心方向の分かっている電動機において、低速回転時の振動を計測し、エアギャップ偏心量と振動との相関関係を求めておく。そしてその相関関係に基づいて、計測振動値からエアギャップ偏心量を求める。偏心方向は、エアギャップの狭い方向に不平衡磁気吸引力が大きく働くことから、電動機軸方向の水平断面の直角２方向の振動波形を計測し、振動波形のＤＣ変化成分よりエアギャップの偏心方向を推定する発明が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２９５９０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−４６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来のエアギャップ測定装置には、以下のような課題があった。
特許文献１では、電動機の種類として、フレーム表面が凹凸状の冷却フィン形状の三相誘導電動機や同期電動機である場合には、フレームを介して磁気回路を形成することができない。特に、固定子はフレームに圧入固定されるため、フレームと固定子の当接部が不均一（空隙の場合もある）になってしまう。そのため、組み立てた状態の磁気回路による磁束密度がばらついてしまい、磁束密度の相関データから正確なエアギャップを求めることができない。
【０００８】
特許文献２では、電動機の種類が回転軸の両端部付近を軸受けで支持する三相誘導電動機である場合には、軸受けにより回転軸が拘束される。そのため、不平衡磁気吸引力による振動が検出できず、エアギャップ偏心量と振動との相関関係を求めることができず、正確なエアギャップ量を測定することが困難である。
【０００９】
つまり、特許文献１および２では、いずれもステータにロータを組み込んだ後の状態のエアギャップを求めるという点では共通する。しかし、いずれも被測定対象となる電動機の種類によっては、正確なエアギャップを測定できず、また、ロータが回転する間のエアギャップの変化も分からないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、様々な種類の電動機のエアギャップの偏心量および方向について、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定したうえで、精度よく測定することができるエアギャップ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定装置であって、前記ステータの内径を計測するステータ内径計測手段と、前記ロータの外径を計測するロータ外径計測手段と、前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するロータ位置計測手段とを備えており、前記ステータ内径計測手段で計測された前記ステータの内径と、前記ロータ外径計測手段で計測された前記ロータの外径と、前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから、前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するエアギャップ算出手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記エアギャップ算出手段では、前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めることにより、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１３】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１４】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記エアギャップ算出手段で算出されたエアギャップの変化を表示するエアギャップ表示手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１５】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ステータ内径計測手段が、 頂部に前記ステータに当接して前記ステータの内径を計測する内径計測センサを有し、基部に該内径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１６】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータ外径計測手段が、頂部に前記ロータの外径に当接して前記ロータの外径を計測する外径計測センサを有し、基部に該外径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１７】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータ位置計測手段が、頂部に前記主軸と軸方向に対向して設けられ、該対向面が円錐形状であって、その頂点が前記主軸の軸心位置に当接する棒状の軸心軸を有し、基部に該軸心軸を移動させる支持部を有する軸心位置決め手段と、頂部に水平および垂直方向から前記主軸に当接して前記主軸の水平および垂直位置を計測する水平および垂直位置計測センサを有し、基部に該水平および垂直位置計測センサを移動させる駆動部を有する軸位置計測手段とから構成されていることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１８】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータの位置を調整する調整手段を備えていることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
また、本発明によれば、上記の構成において、前記調整手段として、前記軸位置計測手段を前記主軸へ当接させて前記主軸を移動させることにより、前記ロータの位置の調整を行うことを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１９】
また、前記の目的を達成するために、本発明によれば、ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定方法であって、前記ステータの内径を計測するステップと、前記ロータの外径を計測するステップと、前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップとを行い、前記ステータの内径を計測するステップで計測された前記ステータの内径と、前記ロータの外径を計測するステップで計測された前記ロータの外径と、 前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するステップを行うエアギャップ測定方法とする。
【００２０】
また、本発明によれば、上記の方法において、前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めて、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定方法とする。
【００２１】
また、本発明によれば、上記の方法において、前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定方法とする。
【００２２】
また、本発明によれば、上記の方法において、算出されたエアギャップの変化を表示することを特徴とするエアギャップ測定方法。
また、本発明によれば、上記の方法において、前記主軸の位置を移動させることにより、前記ステータおよび前記ロータの位置を調整することを特徴とするエアギャップ測定方法とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、様々な種類の電動機のエアギャップ偏心量および方向について、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定したうえで、精度よく測定できるエアギャップ測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施例の被計測体となる三相誘導電動機の構成を示す断面図である。
【図２】本実施例の被計測体となる三相誘導電動機の構成を示す側面図である。
【図３】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示す平面図である。
【図４】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段の構成を示す正面図である。
【図７】本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段の構成を示す側面図である。
【図８】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成を示す図である。
【図９】本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示す平面図１である。
【図１０】本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示す平面図２である。
【図１１】本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートである。
【図１４】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法を示す図である。
【図１５】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示を示す図である。
【図１６】本実施例に係るエアギャップ測定装置の変形例を示す図である。
【図１７】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を示す図である。
【図１８】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を示すフローチャートである。
【図１９】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるロータ回転時のエアギャップ量の変化の表示を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。ただし、以下の記載は、あくまでも本発明の例示であり、これに限定されるものではない。つまり、当分野で通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形実施を行うことが可能である。
【実施例】
【００２６】
＜電動機の構成：図１および図２＞
最初に、図１および図２により、本実施例の被計測体となる電動機の構成を説明する。
図１は、本実施例の被計測体となる三相誘導電動機の構成を示す断面図である。図２は、その側面図である。１はエアギャップ、２はロータ、３はステータ、４は電動機フレーム、５は主軸、５ａ・ｂは主軸端部、６ａ・ｂは軸受、７ａ・ｂはブラケット、８は円錐孔である。
【００２７】
図１のとおり、電動機は主にロータ２とステータ３から構成されている。ロータ２とステータ３との間には、円筒状の空隙としてエアギャップ１が形成されている。ロータ２は、主軸５と焼嵌めにより一体固定されている。ステータ３は電動機フレーム４に焼嵌め固定されている。主軸５は、その両端部５ａ、ｂを軸受６ａ、ｂで支持されている。軸受６ａ、ｂはブラケット７ａ、ｂに固定されている。ブラケット７ａ、ｂは、電動機フレーム４のインロー加工部にボルト（図示しない）で固定されている。
【００２８】
なお、主軸端部５ｂの端面には、後述する軸心の位置決めで使用する円錐孔８が形成されている。また、主軸端部５ａの端面には、後述するロータ外径計測時に使用されるキー溝３４が形成されているが、図１および図２では図示していない。
【００２９】
図２のとおり、側面から見ると、円形状のブラケット７ｂの内周側には主軸端部５ｂが配置されている。主軸端部５ｂの中心付近には、上述の円錐孔８が形成されている。
以上が、本実施例の被計測体となる電動機の構成の説明である。この電動機におけるエアギャップが、以下のエアギャップ測定装置によって測定される。
【００３０】
＜エアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成：図３＞
本実施例のエアギャップ測定装置は、主に、図３〜５のステータ内径計測手段等、図６〜７のロータ外径計測手段、図８のエアギャップ算出手段などから構成されている。
【００３１】
先ず、図３〜５により、本実施例のエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を説明する。
図３は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示す平面図である。図４は、そのＡ−Ａ線断面図である。図５は、そのＢ−Ｂ線断面図である。９は基準支持台、１０はステータ内径計測手段、１１は 内径計測センサ、１２は回転駆動軸、１３は回転ハンドル、１４は出力ケーブル、１５はロータ軸受、１６はすべり軸受、１７はフレーム支持手段、１８はフレーム取付台、１９はフレーム移動装置、２０は軸垂直位置計測手段、２１ａ、ｂは軸垂直計測センサ、２２ａ、ｂは軸垂直支持部、２３ａ、ｂは軸垂直駆動装置、２４は軸水平位置計測手段、２５ａ、ｂは軸水平計測センサ、２６ａ、ｂは軸水平支持部、２７ａ、ｂは軸水平駆動装置、２８は軸心位置決め手段、２９は軸心軸、３０は軸心位置駆動装置、３１は軸心軸支持装置、３９は軸受支持部である。
【００３２】
図３のとおり、基準支持台９は、長方形状であり、測定基準となる平面度１／１００以下として形成されている。
基準支持台９上には、ステータ３の内径を計測するステータ内径計測手段１０、電動機フレーム４を固定するフレーム支持手段１７、電動機の主軸５の垂直方向の位置を計測する軸垂直位置計測手段２０、電動機の主軸５の水平方向の位置を計測する軸水平位置計測手段２４、電動機の主軸５の軸心位置を計測する軸心位置決め手段２８が配置されている。
【００３３】
図３では、基準支持台９の長手方向の中央から一方側にステータ内径計測手段１０、反対側にフレーム支持手段１７、軸垂直位置計測手段２０、軸水平位置計測手段２４、軸心位置決め手段２８が配置されている。
【００３４】
また、軸垂直位置計測手段２０、軸水平位置計測手段２４および軸心位置決め手段２８が、ステータ３に組み込まれた後のロータ２および主軸５の位置を計測するロータ位置計測手段である。
【００３５】
＜ステータ内径計測手段１０の構成：図３〜４＞
ステータ内径計測手段１０は、軸受支持部３９、ローラ軸受１５、すべり軸受１６、回転駆動軸１２、回転ハンドル１３、出力ケーブル１４、内径計測センサ１１とから構成されている。
【００３６】
基準支持台９上には、軸受支持部３９が２つ配置されている。このうち中央側に配置された軸受支持部３９の先端部には、ローラ軸受１５が支持されている。一方、外側に配置された軸受支持部３９の先端部には、すべり軸受１６が支持されている。
【００３７】
そして、ローラ軸受１５およびすべり軸受１６により、回転駆動軸１２が支持されている。回転駆動軸１２は、一方の端部に内径計測センサ１１、もう一方の端部に回転ハンドル１３が設けられている。内径計測センサ１１には出力ケーブル１４が接続されている。出力ケーブル１４は、回転駆動軸１２の内部を貫通して、回転ハンドル１３側から外部に引き出されており、最終的にはエアギャップ算出手段４０（後述）に接続されている。
【００３８】
＜フレーム支持手段１７の構成：図３〜４＞
フレーム支持手段１７は、フレーム取付台１８およびフレーム移動装置１９から構成されている。
【００３９】
基準支持台９上には、フレーム移動装置１９が配置されている。フレーム移動装置１９の上にはフレーム支持手段１７が支持されている。フレーム移動装置１９は、フレーム支持手段１７を垂直・水平方向および水平回転方向へ移動させることができる。そして、フレーム支持手段１７の上には、電動機が固定される。その際、電動機はボルトやチャック等（図示しない）によりフレーム支持手段１７に固定される。
【００４０】
＜軸垂直位置計測手段２０の構成：図３〜４＞
軸垂直位置計測手段２０は、軸垂直計測センサ２１ａ・ｂ、軸垂直支持部２２ａ・ｂ、軸垂直駆動装置２３ａ・ｂから構成されている。
【００４１】
基準支持台９上には、軸垂直駆動装置２３ａ・ｂが互いに平行に配置されている。軸垂直駆動装置２３ａ・ｂは、短手方向に自在に移動可能である。軸垂直駆動装置２３ａ・ｂの先端部には、それぞれ軸垂直計測センサ２１ａ・ｂおよび軸垂直支持部２２ａ・ｂが設けられている。軸垂直計測センサ２１ａ・ｂおよび軸垂直支持部２２ａ・ｂは、伸長自在である。
【００４２】
＜軸水平位置計測手段２４の構成：図３および図５＞
軸水平位置計測手段２４は、軸水平計測センサ２５ａ、ｂ、軸水平支持部２６ａ、ｂ、軸水平駆動装置２７ａ、ｂから構成されている。
【００４３】
基準支持台９上には、軸水平駆動装置２７ａ、ｂが互いに平行に配置されている。軸水平駆動装置２７ａ、ｂは、長手方向に自在に移動可能である。軸水平駆動装置２７ａ、ｂの先端部には、それぞれ軸水平計測センサ２５ａ、ｂおよび軸水平支持部２６ａ、ｂが設けられている。軸水平計測センサ２５ａ、ｂおよび軸水平支持部２６ａ、ｂは、伸長自在である。
【００４４】
＜軸心位置決め手段２８の構成：図３〜４＞
軸心位置決め手段２８は、軸心軸２９、軸心位置駆動装置３０、軸心軸支持装置３１から構成されている。
【００４５】
基準支持台９上には、軸心軸支持装置３１が配置されている。軸心軸支持装置３１は、短手方向に自在に移動可能である。軸心軸支持装置３１の上には、軸心位置駆動装置３０が設けられている。軸心位置駆動装置３０の上には、軸心軸２９が支持されている。軸心位置駆動装置３０は、軸心軸２９を図３の長手方向に自在に移動させることができる。軸心軸２９の先端は、円錐形状となっており、電動機の主軸５の円錐孔８と当接することができる。
【００４６】
＜ステータ内径計測手段等の構成について（その他）＞
上述した内径計測センサ１１、軸垂直計測センサ２１ａ、ｂ、軸水平計測センサ２５ａ、ｂは、カンチレバー式やバネ加圧式の電気マイクロメータや、板バネにひずみゲージを貼り付けてひずみの変化量から計測を行う変位センサである。各センサの出力ケーブルや指示計は図示していないが、各センサの出力ケーブルは、エアギャップ算出手段４０（後述）に接続されている。
【００４７】
また、以上の構成において、ステータ内径計測手段１０の回転駆動軸１２は、真円度および撓み量が１／１００ｍｍ以下の精度で構成されている。そのため、回転駆動軸１２は、基準支持台９に対して、ロータ軸受１５およびすべり軸受１６により水平に保たれているだけでなく、回転による軸偏心量は、１／１００以下になっている。
【００４８】
軸水平計測手段２４の軸水平駆動装置２７ａ・ｂは、回転駆動軸１２に対して平行移動を行い、さらに直角に移動するようになっている。なお、後述するエアギャップ算出手段４０には、軸水平計測センサ２５ａ・ｂが移動した後の回転駆動軸１２の軸心までの距離が算出できるように、軸水平駆動装置２７ａ・ｂと回転駆動軸１２との位置寸法が予め保存されている。
【００４９】
＜エアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の構成：図６〜７＞
次に、図６〜７により、本実施例のエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の構成を説明する。図６は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の構成を示す正面図である。図７は、その側面図である。３３は基準台、３４はキー溝、３５は軸径計測センサ、３６は外径計測センサ、３７は電動ローラ、３８は電動ローラ支持部である。
【００５０】
ロータ外径計測手段３２は、基準台３３、軸径計測センサ３５、外径計測センサ３６、電動ローラ３７、電動ローラ支持部３８から構成されている。なお、ここでは、ロータ外径計測手段３２に既に電動機が組み込まれた状態が示されている。
【００５１】
基準台３３は、基準支持台９と同様、長方形状であり、測定基準となる平面度１／１００以下として形成されている。なお、基準台３３と基準支持台９とは、一体でもよいし、分離していてもよい。
【００５２】
基準台３３上に、電動ローラ支持部３８が長手方向に一対配置されている。そして、それらの一対の電動ローラ支持部３８の間に、外径計測センサ３６が配置されている。一対の電動ローラ支持部３８のそれぞれの外側には、一対の軸径計測センサ３５がそれぞれ配置されている。
【００５３】
軸径計測センサ３５は、ロータ２の主軸５の外径を計測するものである。外径計測センサ３６は、ロータ２の外径を計測するものであり、非接触式または接触式変位計によるものである。なお、ここでは、各センサは駆動手段も備えた一体型であるが、それに限定される必要はない。
【００５４】
ここで、電動ローラ支持部３８は基準台３３に固定されている。それに対し、外形計測センサ３６は、図６の長手方向に自在に移動可能である。また、軸径計測センサ３５は、図６の長手方向および基準台３３の平面に対する垂直方向に自在に移動可能である。
【００５５】
一対の電動ローラ支持部３８の先端には、それぞれ電動ローラ３７が設けられている。電動ローラ３７には、ロータ２の主軸５の主軸端部５ａ・ｂが支持および回転される。なお、主軸端部５ａのキー溝３４は、外径計測時において測定基準（目印）として使用されるが、この点は後述する。
【００５６】
＜エアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成：図８＞
続けて、図８により、本実施例のエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成を説明する。図８は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成を示す図である。４０はエアギャップ算出手段、４１はエアギャップ表示手段、４２は駆動制御手段、４３はロータ外径演算手段である。
【００５７】
エアギャップ算出手段４０には、内径計測センサ１１、軸垂直計測センサ２１ａ・ｂ、軸水平計測センサ２５ａ・ｂの各センサ（図３〜５のステータ内径計測手段等に係るセンサ）が接続されている。
【００５８】
このため、エアギャップ算出手段４０において、図３〜５の各センサの計測結果を保存することができる。なお、エアギャップ算出手段４０には、図３〜５の各センサと基準支持台９との位置関係が予め保存されている。
【００５９】
また、エアギャップ算出手段４０には、ロータ外径演算手段４３が接続されている。そして、ロータ外径演算手段４３には、軸径計測センサ３５および外径計測センサ３６（図６〜７）が接続されている。ロータ外径演算手段４３において、図６〜７の各センサの計測結果を保存することができる。なお、ロータ外径演算手段４３には、図６〜７の各センサと基準台３３との位置関係が予め保存されている。
【００６０】
このため、エアギャップ算出手段４０では、ロータ外径演算手段４３を通じて、各センサ（図６〜７のロータ外径計測手段に係るセンサ）の計測結果をを保存することができる。
【００６１】
さらに、エアギャップ算出手段４０には、駆動制御手段４２が接続されている。駆動制御手段４２には、ステータ内径計測手段１０等の各駆動装置（フレーム移動装置１９、軸垂直駆動装置２３ａ・ｂ、軸水平駆動装置２７ａ、ｂなど）およびロータ外径計測手段３２の各駆動装置（電動ローラ３７など）が接続されている。また、駆動制御手段４２は、ロータ外径演算手段４３とも接続されている。
【００６２】
そのため、駆動制御手段４２では、エアギャップ算出手段４０およびロータ外径演算手段４３からのデータに基づいて、各駆動装置へ駆動制御信号を送ることにより、各駆動装置の駆動を制御することができる。
【００６３】
そして、エアギャップ算出手段４１は、エアギャップ表示手段４１と接続されている。エアギャップ表示手段４１では、エアギャップ算出手段４０で演算されたエアギャップ量などを表示する。このエアギャップ量などの演算〜表示の手順の詳細は、後述する動作やフローチャートで説明する。
【００６４】
＜エアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の動作：図６〜８＞
本実施例のエアギャップ測定装置の動作を説明する。最初に、図６〜８によりロータ外径計測手段の動作を説明する。次に、図８〜１１によりステータ内径計測手段等の動作を説明する。そして、図１２〜１３により、エアギャップ量等の演算〜表示の手順をフローチャートにより説明する。
【００６５】
図６〜８は、既に説明したとおり、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２および電動機を組み込んだ状態を示す正面図および側面図、そして、エアギャップ算出手段４０等の構成を示す図である。
【００６６】
ロータ外径計測手段３２において、ロータ２の主軸５が、電動ローラ支持部３８に支持された電動ローラ３７に組み込まれている。このとき、一方側の軸径計測センサ３５で基準台３３からロータ２の主軸５の下部と上部の高さを計測する。そして、軸径計測センサ３５に接続されたロータ外径演算手段４３において、この計測結果からロータ２の主軸５の軸心高さおよび外形寸法を演算して、保存する。
【００６７】
同様の方法により、ロータ２の主軸５の反対側の軸心高さを計測し、ロータ外径演算手段４３で演算、保存する。そして、ロータ外径演算手段４３でそれらの両軸心高さの差を演算して、その演算結果を駆動制御手段４２へ入力する。その後、駆動制御手段４２からの信号により、両軸心の高さの寸法差に応じた距離だけ電動ローラ支持部３８を上下移動させて、ロータ２の主軸５の両端の軸心高さを一致させる（＝イ）。
【００６８】
軸心高さを一致させた後、駆動制御手段４２は、外径計測センサ３６をロータ２の下部に移動させる。そして、電動ローラ３７をロータ２の主軸５のキー溝３４を基準に３６０度回転させて、連続または適宜の角度ごとに基準台３３からロータ２の外周までの高さを計測する。計測した高さ寸法は、ロータ外径演算手段４３に保存される。
【００６９】
さらに、適宜のロータ外面の軸方向の複数個所で、基準台３３から外周までの高さを計測して、ロータ外径演算手段４３に保存する。
計測終了後、ロータ外径演算手段４３では、ロータ２の外周高さの３６０度周上データの平均距離、つまり、基準台３３からロータ２の外周までの高さの外面の複数個所を含んだ平均距離（＝ロ）を演算して、保存する。
【００７０】
そして、（イ）軸心高さ寸法、および（ロ）外周の高さ寸法（平均距離）の数値から、軸心から外周までの距離（＝ハ）を演算する。
演算後、ロータ外径演算手段４３では、ロータ２に関する寸法データ（＝（イ）軸心高さ寸法、（ロ）外周の高さ寸法、（ハ）軸心から外周までの距離）を、エアギャップ算出手段４０へ送信する。この寸法データは、エアギャップ算出手段４０で保存される。
【００７１】
なお、ロータ外径計測手段３２の動作の詳細は、後述するフローチャートでも説明する。
＜エアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の動作：図９〜１１＞
次に、本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を、図９〜１１により説明する。
【００７２】
図９は、本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示す平面図である。図１０はその平面図２である。図１１はそのＣ−Ｃ線断面図である。なお、図９では、電動機フレーム４およびステータ３は断面図で示している。
【００７３】
最初に、図９により、被計測対象の電動機フレーム４およびステータ３を組み込み、ステータ３の内径を計測する動作を説明する。
先ず、電動機フレーム４およびステータ３が、フレーム取付台１８に組み込まれて固定される。次に、内径計測手段１０の内径計測センサ１１を、組み込まれたステータ３の軸心位置決め手段２８側の端部（内径計測センサ１１からみた奥側）まで移動させる。そして、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて、内径計測センサ１１により、ステータ３の上下・左右の寸法を計測する。
【００７４】
計測結果は、出力ケーブル１４を通じて、エアギャップ算出手段４０に保存される。エアギャップ算出手段４０では、この計測結果に基づいて、ステータ３の軸心位置を演算する。そして、その演算結果により、エアギャップ算出手段４０から駆動制御手段４２へ信号を送る。駆動制御手段４２では、受信した信号に基づいて、フレーム移動装置１９を移動させて、ステータ３の軸心位置と、回転駆動軸１２の軸心位置とを一致させる。
【００７５】
なお、この動作は、回転駆動軸１２の軸心位置が、ステータ３の軸心位置からずれていると、内径計測センサ１１の計測範囲外となってステータ３の内径が計測できなくなるため、その防止として行う動作である。従って、内径計測センサ１１の計測範囲が十分に広く、広範囲まで計測可能な場合には、ステータ３の軸心位置と回転駆動軸１２の軸心位置を一致させるこの動作は必要ではない。
【００７６】
その後、内径計測センサ１１をステータ３の適宜の軸方向位置に移動させる。そして、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて、内径計測センサ１１によりステータ３の内径寸法（３６０度）を計測する。計測されたステータ３の内径寸法データは、出力ケーブル１４を通じてエアギャップ算出手段４０へ送られて、保存される。
【００７７】
次に、図１０により、被計測対象のロータ２および主軸５を組み込み、ロータ２の計測を行う動作を説明する。
最初に、ロータ２および主軸５をフレーム取付台１８に組み込んで固定する。次に、軸心位置決め手段２８の軸心位置駆動装置３０および軸心軸支持装置３１により、軸心軸２９の先端部をロータ２の主軸５の円錐孔８に当接させる。これにより、軸心位置決め手段２８の軸心軸２９と、ロータ２の主軸５の軸心位置を一致させる。
【００７８】
続いて、ロータ２の主軸５の垂直位置を計測する。
先ず、軸垂直位置計測手段２０の一方側の軸垂直駆動装置２３ｂにより、軸垂直計測センサ２１ｂを、軸心軸２９の下方に移動させる。そして、軸垂直計測センサ２１ｂを軸心軸２９に当接させて、基準支持台９から軸心軸２９の下部までの高さ寸法を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００７９】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心高さを算出する。
さらに、反対側の軸垂直駆動装置２３ａにより、軸垂直計測センサ２１ａをロータ２の主軸端部５ａの下方に移動させる。さらに、軸垂直計測センサ２１ａを主軸端部５ａに当接させて、基準支持台９から主軸５の下部までの高さ寸法を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００８０】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心高さを算出する。
同様の方法で、ロータ２の主軸５の水平位置を計測する。
【００８１】
先ず、軸水平位置計測手段２４の一方側の軸水平駆動装置２７ｂにより、軸水平計測センサ２５ｂを、軸心軸２９の横方向に移動させる。さらに、軸水平計測センサ２５ｂを軸心軸２９に当接させて、軸心軸２９の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００８２】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心の水平位置を算出する。
さらに、反対側の軸水平駆動装置２７ａにより、軸水平計測センサ２５ａを、ロータ２の主軸端部５ａの横方向に移動させる。さらに、軸水平計測センサ２５ａを主軸端部５ａに当接させて、主軸５の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００８３】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心の水平位置を算出する。
その後、エアギャップ算出手段４０により、エアギャップ量の算出等が行われるが、詳細は、後述するフローチャートで説明する。なお、ステータ内径計測手段等の動作の詳細は、後述するフローチャートでも説明する。
【００８４】
次に、軸垂直計測センサ２１ａおよび軸水平計測センサ２５ａで計測されている状態のロータ２の主軸５について、図１１を用いて説明する。
図１１のとおり、軸垂直計測センサ２１ａおよび軸水平計測センサ２５ａが、それぞれ主軸端部５ａに当接している。これにより、各センサの計測が行われる。
【００８５】
以上により、ロータ２の主軸５の垂直位置および水平位置の計測が完了する。
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートの説明：図１２＞
続いて、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順と、ステータ内径等の計測の手順について、それぞれフローチャートを用いて説明する。
【００８６】
最初に、図１２を用いて、本実施例のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートを説明する。
図１２は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートである。
【００８７】
Ｓ１として、ロータ２の主軸５を、ロータ外径計測手段３２の電動ローラ３７（電動ローラ支持部３８で支持）に組み込む。
Ｓ２として、一方側のロータ２の主軸５の下部と上部の高さを、一方側の軸径計測センサ３５で計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。
【００８８】
Ｓ３として、反対側のロータ２の主軸５の下部と上部の高さを、反対側の軸径計測センサ３５で計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。
Ｓ４として、ロータ外径演算手段４３で、両側の主軸５の軸心高さを演算する。演算方法は、[＝下部高さ＋(上部高さ−下部高さ）/２]である。
【００８９】
Ｓ５として、ロータ外径演算手段４３で、Ｓ２およびＳ３で保存されたロータ２の両側の主軸５の高さデータより、両側の主軸５の軸心高さの差を演算する。
Ｓ６として、その演算結果（主軸５の両側の軸心高さの差）が、例えば０．０１ｍｍを超える場合には、Ｓ７へ進む。０．０１ｍｍ以内であれば、軸心高さが一致しているものとして扱い、Ｓ８へ進む。
【００９０】
Ｓ７として、主軸５の両側の軸心高さの差が例えば０．０１ｍｍを超える場合には、その軸心高さの寸法差を、ロータ外径演算手段４３から駆動制御手段４２に送る。そして、駆動制御手段４２で、片方の電動ローラ３７の高さを寸法差だけ上（下）移動させて、ロータ２の主軸５の両端の軸心高さを一致させて（＝イ）、Ｓ２へ戻る。
【００９１】
Ｓ８として、駆動制御手段４２は、外径計測センサ３６を、計測対象となるロータ２の下部に移動させる。
Ｓ９として、例えば主軸５のキー溝３４を基準として、電動ローラ３７を３６０度回転させて、外径計測センサ３６により基準台３３から外周までの高さを計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。
【００９２】
Ｓ１０として、同様に、適宜のロータ軸方向数断面（軸方向の複数個所）で、基準台３３から外周までの高さを計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。そして、ロータ外径演算手段４３において、ロータ２の外周高さの３６０度周上データの平均距離、つまり、基準台３３からロータ２の外周までの高さの数断面を含んだ平均距離（＝ロ）を求める。
【００９３】
Ｓ１１として、ロータ外径演算手段４３に保存された軸心高さ（イ）と外周の高さ（ロ）から、軸心から外周までの距離（＝ハ）を演算する。演算後、これらのロータ２に関する寸法データ（＝イ、ロ、ハ）は、エアギャップ算出手段４０へ送られて、そこで保存される。
【００９４】
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートの説明：図１３＞
次に、図１３を用いて、本実施例のエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートを説明する。
【００９５】
図１３は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートの説明である。
ＳＳ１として、電動機フレーム４およびステータ３をフレーム取付台１８に固定する。このとき、内径計測センサ１１を、組み込まれたステータ３の軸心位置決め手段２８側の端部つまり、内径計測センサ１１からみた奥側に移動させる。
【００９６】
ＳＳ２として、ステータ３の上下・左右の内寸法を計測する。これは、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて内径計測センサ１１を移動させることにより、ステータ３の上下・左右の寸法を計測する。なお、この計測結果は、出力ケーブル１４を通じて、エアギャップ算出手段４０に保存される。
【００９７】
ＳＳ３として、ステータ３の軸心を回転駆動軸１２の軸心に一致させる。このステップは具体的には次のとおりである。ＳＳ２での計測結果を保存したエアギャップ算出手段４０では、計測結果から、ステータ３の軸心位置の演算を行う。その演算結果に基づき、エアギャップ算出手段４０では、駆動制御手段４２へ信号を送る。そして、駆動制御手段４２は、受信した信号に基づいて、フレーム移動装置１９を移動させて、ステータ３の軸心位置と回転駆動軸１２の軸心位置とを一致させる。
【００９８】
なお、このＳＳ３のステップは、回転駆動軸１２の軸心位置が、ステータ３の軸心位置からずれていると、内径計測センサ１１の計測範囲外となってステータ３の内径が計測できなくなってしまうため、その防止として行う動作である。従って、内径計測センサ１１の計測範囲が十分に広く、広範囲まで計測可能な場合には、ステータ３の軸心位置と回転駆動軸１２の軸心位置を一致させるこのステップは必要ではない。
【００９９】
ＳＳ４として、内径計測センサ１１により、ステータ３の内径を計測する。このステップは具体的には次のとおりである。内径計測センサ１１をステータ３の適宜の軸方向位置に移動させる。そして、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて、内径計測センサ１１によりステータ３の内径寸法（３６０度）を計測する。
【０１００】
ＳＳ５として、ステータ３の寸法、内径データをエアギャップ算出手段４０で保存する。計測されたステータ３の内径寸法データは、出力ケーブル１４を通じてエアギャップ算出手段４０へ送られて、保存される。
【０１０１】
ＳＳ６として、被計測対象のロータ２および主軸５を電動機フレーム４に組み込み、ロータ２の計測を行う。ロータ２および主軸５をフレーム取付台１８に組み込んで固定する。
【０１０２】
ＳＳ７として、軸心軸２９とロータ２の主軸５の軸心を一致させる。このステップは具体的には次のとおりである。軸心位置決め手段２８の軸心位置駆動装置３０と軸心軸支持装置３１とにより、軸心軸２９の先端部をロータ２の主軸５の円錐孔８に当接させる。これにより、軸心位置決め手段２８の軸心軸２９と、ロータ２の主軸５の軸心位置を一致させることができる。
【０１０３】
ＳＳ８として、基準支持台９から軸心軸２９までの高さを計測する（＝Ａ）。このステップは具体的には次のとおりである。軸垂直位置計測手段２０の一方側の軸垂直駆動装置２３ｂにより、軸垂直計測センサ２１ｂを軸心軸２９の下方に移動させる。そして、軸垂直計測センサ２１ｂを軸心軸２９に当接させて、基準支持台９から軸心軸２９の下部までの高さ寸法を計測する。なお、この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１０４】
ＳＳ９として、Ａ＋軸心軸２９の外径寸法から、この一方側の軸心高さを算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０では、ＳＳ８の計測結果（Ａ）と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心高さの算出を行う。
【０１０５】
ＳＳ１０として、基準支持台９から主軸端部５ａまでの高さを計測する（＝Ｂ）。このステップは具体的には次のとおりである。反対側の軸垂直駆動装置２３ａで軸垂直計測センサ２１ａを、ロータ２の主軸端部５ａの下方に移動させる。そして、軸垂直計測センサ２１ａを主軸端部５ａに当接させて、基準支持台９から主軸５の下部までの高さ寸法を計測する（＝Ｂ）。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１０６】
ＳＳ１１として、Ｂ＋主軸端部５ａの外径寸法から反対側の主軸５の軸心高さを算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０では、ＳＳ１０の計測結果（Ｂ）と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心高さの算出を行う。
【０１０７】
ＳＳ１２として、軸水平駆動装置２７ｂから軸心軸２９までの水平位置を計測する（＝Ｃ）。このステップは具体的には次のとおりである。軸水平位置計測手段２４の片方の軸水平駆動装置２７ｂで軸水平計測センサ２５ｂを、軸心軸２９の横方向に移動させる。そして、軸水平計測センサ２５ｂを軸心軸２９に当接させて、軸心軸２９の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１０８】
ＳＳ１３として、Ｃ＋軸心軸２９の外径寸法から一方側の軸心の水平位置を算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０において、ＳＳ１２の計測結果と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心の水平位置を算出する。
【０１０９】
ＳＳ１４として、軸水平駆動装置２７aから主軸端部５aまでの水平位置を計測する（＝Ｄ）。このステップは具体的には次のとおりである。反対側の軸水平駆動装置２７ａで軸水平計測センサ２５ａを、ロータ２の主軸端部５ａの横方向に移動させる。そして、軸水平計測センサ２５ａを主軸端部５ａに当接させて、主軸５の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１１０】
ＳＳ１５として、Ｄ＋主軸端部５aの外径寸法から反対側の主軸５の軸心水平位置を算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０において、ＳＳ１４の計測結果と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心の水平位置を算出する。
【０１１１】
ＳＳ１６として、エアギャップ算出手段４０において、これまでに演算・保存されたデータからエアギャップ量を演算する。具体的には、（１）ステータ３の寸法、内径（＝ＳＳ５）、（２）ロータ２軸心位置と外径（＝Ｓ１１）、（３）組み込み後のロータ２の軸心高さ・水平位置（回転駆動軸との相対的な位置）（＝ＳＳ８〜１５）である。この演算については、図１４を用いて後述する。
【０１１２】
ＳＳ１７として、エアギャップ算出手段４０から、演算結果をエアギャップ表示手段４１へ送る。そして、エアギャップ表示手段４１では、（ア）ステータ３の内径寸法、（イ）ロータ２指定角度での外径位置、（ウ）ロータ２回転角度でのエアギャップ量を表示する。この表示については、図１５を用いて後述する。
【０１１３】
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法：図１４＞
さらに、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法について、図１４を用いて説明する。
【０１１４】
図１４は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法を示す図である。
上述のとおり、ロータ外径計測手段３２およびステータ内径計測手段１０等の計測結果はエアギャップ算出手段４０へ送られて、演算・保存される。そして、それらの数値から、例えば、図１４の関係が得られる。
【０１１５】
図１４では、ステータ３の軸心位置（＝i）および内径位置、ならびにロータ２の軸心位置（＝ii）および外形位置が表示されており、それらの数値からエアギャップ量が演算される。
【０１１６】
ここで、（i）ステータセンタ（回転駆動軸の軸心）からα方向のエアギャップ量を求めるときには、（i）ステータセンタ（回転駆動軸の軸心）からのα方向に対して、ステータ内径との交点を（iii）とする。そして、エアギャップ量は、（i）（ii）（iii）の三角形の寸法から求められることになる。
【０１１７】
その後、エアギャップ算出手段４０は、これらのデータをエアギャップ表示手段４１へ送る。そして、エアギャップ表示手段４１において、エアギャップ量が表示される。
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示の説明：図１５＞
続けて、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示について、図１５を用いて説明する。
【０１１８】
図１５は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示を示す図である。
上述のとおり、ロータ外径計測手段３２およびステータ内径計測手段１０等の計測結果に基づいてエアギャップ算出手段４０で演算されたエアギャップ量は、例えば、図１５として表示されることになる。
【０１１９】
図１５では、ステータ３の内径位置、ロータ２の外径位置およびエアギャップ量を表示している。▲がロータ２の外形、●がステータ３の内径であり、それぞれの位置関係が表示されている。これにより、エアギャップ量が分かるようになる。図１５では、ロータ２の偏心方向が３０度方向であり、３０度方向のエアギャップが狭くなっていることが分かる。
【０１２０】
＜ロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法の説明：図１７、図１８＞
続いて、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われる、ロータが一回転する間のエアギャップの変化の測定について、図１７〜１９により説明する。
【０１２１】
先ず、図１７および図１８により、エアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を説明する。
図１７は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を示す図である。図１８は、そのフローチャートである。
【０１２２】
図１７では、ステータ３の軸心位置および内径位置、ならびにロータ２の軸心位置および外形位置が表示されている。
ここでは、ステータ３の軸心位置に対して、組み込み後のロータ２の軸心位置がＸ、Ｙ軸でＲｘ、Ｒｙずれている場合を例として示している。なお、ロータ２の外径計測時の角度は、キー溝の基準方向を０°とする。
【０１２３】
このとき、基準軸として水平を０°とし、角度１０度間隔のエアギャップを求める場合にエアギャップ算出手段４０が行う演算について、さらに図１８のフローチャートを用いて説明する。
【０１２４】
図１８では、ロータ２が一回転する間のエアギャップの変化の演算方法を示すフローチャートが示されている。本実施例では、この演算がエアギャップ算出手段４０で行われるが、別途演算手段を設けてもよい。
【０１２５】
ＳＴ１として、最初は、ロータ角度をＲｅ＝０°とする。
ＳＴ２として、ロータ角度：Ｒｅを基準軸として設定する。
ＳＴ３として、ステータ角度：β＝０°と設定する。
【０１２６】
ＳＴ４として、ロータの水平方向＝０°に対して、ロータ軸心：Ｒｏ点とステータ角度β°での内径ａ点を結ぶ角度αを求める。算出方法は数式１として図１８中に示す。
ＳＴ５として、ロータ角度αにおけるロータ外周計測距離：Ｒｒを抽出する。なお、計測時の角度がαと一致しない場合は、α前後の計測距離の平均値を用いる。
【０１２７】
ＳＴ６として、ステータβ°における軸心から内周までの計測距離Ｓｒと、ロータ角度αでの計測距離Ｒｒの差から角度β°のエアギャップ量Ｅｇ０を求める。
ＳＴ７として、β＝３５０°のエアギャップ（Ｅｇ０〜Ｅｇ３５）の算出を完了するまで、ＳＴ４〜６までを繰り返す。繰り返しに際しては、本実施例では角度１０°間隔のエアギャップを求めるため、β＝β＋１０とした上で（＝ＳＴ８）、ＳＴ４〜６の繰り返しを行う。
【０１２８】
ＳＴ９として、ロータ角度：Ｒｅが３５０°となっていなければ、ＳＴ２へ戻る。戻る際には、ロータの初期角度：Ｒｅ＝Ｒｅ＋１０°とした上で（＝ＳＴ１０）、ＳＴ２へ戻る。
【０１２９】
ＳＴ１０として、各ロータ角度におけるエアギャップの最大・最小およびその差を求める。
ＳＴ１１として、エアギャップ表示手段４１に対して、後述する図１９の出力を行う。
【０１３０】
＜ロータ回転時のエアギャップの変化の表示の説明：図１９＞
図１９により、エアギャップ表示手段で表示されるロータ回転時のエアギャップ量の変化の表示を説明する。
【０１３１】
図１９は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるロータ回転時のエアギャップ量の変化の表示を示す図である。
上述したとおり、エアギャップ算出手段４０では、ロータ２が一回転する間のエアギャップの変化の演算では、角度１０°間隔でエアギャップが求められて、エアギャップ表示手段４１へ送られている。
【０１３２】
そして、図１９では、エアギャップ表示手段４１による表示が示されている。ここでは、ロータ２の外径を計測したときの基準角度を０°としている。ロータ２の一回転におけるエアギャップについて、最大（□）、最小（○）およびその差（△）をロータ２の回転角度ごとに表示している。
【０１３３】
０°のときのエアギャップが、最大・最小の差（△）が最も大きい。また、１８０°のときのエアギャップが、最大・最小の差（△）が最も小さくなっている。そのため、ロータ２の回転時のエアギャップを正確に判定することができる。
【０１３４】
＜本実施例の効果＞
かくして本発明の実施例によれば、ステータの内径とロータの外径、ステータの内径軸心位置とステータへの組み込み後のロータの軸心位置の関係から、エアギャップ量を求めるようにしたことに加えて、ロータ回転時のエアギャップの変化についても演算および表示するようにしたことにより、様々な種類の電動機のエアギャップ偏心量および方向について、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定したうえで、精度よく測定することができる。
【０１３５】
また、本実施例のエアギャップ測定装置によれば、機種の異なる電動機のエアギャップの偏心量および方向を精度よく計測することができるため、電動機ごとに異なるエアギャップ測定装置を使用する手間やコストを不要とすることができる。
【０１３６】
＜実施例の変形例＞
なお、内径計測手段１０では、回転ハンドル１３に代えて、回転駆動軸１２を回転させる回転駆動装置を用いることもできる。また、回転駆動軸１２を移動させる軸移動装置を設けて、回転駆動軸１２および内径計測センサ１１の移動を行うこともできる。
【０１３７】
図１６により、回転駆動装置および軸移動装置を使用した場合を説明する。
図１６は、本実施例に係るエアギャップ測定装置の変形例を示す図である。４４は回転駆動装置、４５は軸移動装置である。
【０１３８】
ここでは、回転ハンドル１３に代えて回転駆動軸１２を使用するとともに、軸駆動装置を設けている。なお、これらの装置は駆動制御手段４２で駆動することができる。
そのほかの変形例としては、本実施例に係る動作をサーボモータなどを用いることにより、電動駆動による自動計測方式とすることもできる。
【０１３９】
また、本実施例において、エアギャップ表示手段４１に表示されたエアギャップ量に基づいて、軸垂直支持部２２ａ、ｂと軸水平支持部２６ａ、ｂを駆動可能な構造とすることもできる。この場合には、表示されたエアギャップ量に基づいて、軸垂直支持部２２ａ、ｂおよび軸水平支持部２６ａ、ｂによってロータ２や主軸５を移動させることにより、エアギャップ量を調整することが可能になる。
【０１４０】
なお、本実施例では、横軸型の電動機を説明したが、横軸型だけでなく、縦軸型の電動機に対しても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１ エアギャップ
２ ロータ
３ ステータ
４ 電動機フレーム
５ 主軸
５ａ、ｂ 主軸端部
６ａ、ｂ 軸受
７ａ、ｂ ブラケット
８ 円錐孔
９ 基準支持台
１０ ステータ内径計測手段
１１ 内径計測センサ
１２ 回転駆動軸
１３ 回転ハンドル
１４ 出力ケーブル
１５ ロータ軸受
１６ すべり軸受
１７ フレーム支持手段
１８ フレーム取付台
１９ フレーム移動装置
２０ 軸垂直位置計測手段
２１ａ、ｂ 軸垂直計測センサ
２２ａ、ｂ 軸垂直支持部
２３ａ、ｂ 軸垂直駆動装置
２４ 軸水平位置計測手段
２５ａ、ｂ 軸水平計測センサ
２６ａ、ｂ 軸水平支持部
２７ａ、ｂ 軸水平駆動装置
２８ 軸心位置決め手段
２９ 軸心軸
３０ 軸心位置駆動装置
３１ 軸心軸支持装置
３２ ロータ外径計測手段
３３ 基準台
３４ キー溝
３５ 軸径計測センサ
３６ 外径計測センサ
３７ 電動ローラ
３８ 電動ローラ支持部
３９ 軸受支持部
４０ エアギャップ算出手段
４１ エアギャップ表示手段
４２ 駆動制御手段
４３ 軸心高さ演算手段
４４ 回転駆動装置
４５ 軸移動装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機のエアギャップ偏心量を測定し、エアギャップ良否判定やエアギャップ偏心調整の可能な電動機のエアギャップ測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機では、ロータとステータ間にエアギャップが存在する。このエアギャップに偏りが生じると、電動機の運転中にその偏心量によってロータに作用する磁気吸引力が変化してロータが振動するので、効率やトルクの特性劣化、振動や雑音発生、軸受け劣化などの要因となってしまう。
【０００３】
従って、電動機のエアギャップにどの程度の偏心が生じているか否かについては、常にチェックする必要がある。
特に、ロータやステータをフレーム等に組み込んだ後は、ブラケットやモータフレーム、軸受けなどの嵌合部の寸法交差や焼嵌めによるステータ変形などにより、ステータ周上や軸方向においてばらつきが生じるため、出力特性の不均一や電磁騒音の増大が発生する原因となってしまう。
【０００４】
このため、特に、ロータやステータをフレーム等に組み込んだ後において、エアギャップを測定し、できるだけ均一なエアギャップを実現することが必要になる。
従来、電動機のエアギャップ偏心量を測定するものとして、一つの軸受けでロータ支持された縦型単相誘導電動機のロータリ圧縮機に対して、ロータが回転している状態の振動からエアギャップの偏心量を推定する方法が開示されている（特許文献１、２）。
【０００５】
例えば、回転軸の両端部付近を軸受けで支持する電動機において、磁界を発生させる永久磁石を挟んで２つの強磁性体をヨーク表面と回転軸端部に当接させ、強磁性体とヨーク・ステータ・ロータおよび回転軸で磁気回路を形成する。その状態でヨーク表面に当接した強磁性体をヨーク周辺に回転させ、回転軸につけたホール素子で磁束密度を測定し、予め計測したエアギャップと磁束密度の相関データからエアギャップを求める発明が開示されている（特許文献１）
そのほか、事前にエアギャップの偏心量と偏心方向の分かっている電動機において、低速回転時の振動を計測し、エアギャップ偏心量と振動との相関関係を求めておく。そしてその相関関係に基づいて、計測振動値からエアギャップ偏心量を求める。偏心方向は、エアギャップの狭い方向に不平衡磁気吸引力が大きく働くことから、電動機軸方向の水平断面の直角２方向の振動波形を計測し、振動波形のＤＣ変化成分よりエアギャップの偏心方向を推定する発明が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２９５９０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−４６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来のエアギャップ測定装置には、以下のような課題があった。
特許文献１では、電動機の種類として、フレーム表面が凹凸状の冷却フィン形状の三相誘導電動機や同期電動機である場合には、フレームを介して磁気回路を形成することができない。特に、固定子はフレームに圧入固定されるため、フレームと固定子の当接部が不均一（空隙の場合もある）になってしまう。そのため、組み立てた状態の磁気回路による磁束密度がばらついてしまい、磁束密度の相関データから正確なエアギャップを求めることができない。
【０００８】
特許文献２では、電動機の種類が回転軸の両端部付近を軸受けで支持する三相誘導電動機である場合には、軸受けにより回転軸が拘束される。そのため、不平衡磁気吸引力による振動が検出できず、エアギャップ偏心量と振動との相関関係を求めることができず、正確なエアギャップ量を測定することが困難である。
【０００９】
つまり、特許文献１および２では、いずれもステータにロータを組み込んだ後の状態のエアギャップを求めるという点では共通する。しかし、いずれも被測定対象となる電動機の種類によっては、正確なエアギャップを測定できず、また、ロータが回転する間のエアギャップの変化も分からないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、様々な種類の電動機のエアギャップの偏心量および方向について、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定したうえで、精度よく測定することができるエアギャップ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定装置であって、前記ステータの内径を計測するステータ内径計測手段と、前記ロータの外径を計測するロータ外径計測手段と、前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するロータ位置計測手段とを備えており、前記ステータ内径計測手段で計測された前記ステータの内径と、前記ロータ外径計測手段で計測された前記ロータの外径と、前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから、前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するエアギャップ算出手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記エアギャップ算出手段では、前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めることにより、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１３】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１４】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記エアギャップ算出手段で算出されたエアギャップの変化を表示するエアギャップ表示手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１５】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ステータ内径計測手段が、 頂部に前記ステータに当接して前記ステータの内径を計測する内径計測センサを有し、基部に該内径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１６】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータ外径計測手段が、頂部に前記ロータの外径に当接して前記ロータの外径を計測する外径計測センサを有し、基部に該外径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１７】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータ位置計測手段が、頂部に前記主軸と軸方向に対向して設けられ、該対向面が円錐形状であって、その頂点が前記主軸の軸心位置に当接する棒状の軸心軸を有し、基部に該軸心軸を移動させる支持部を有する軸心位置決め手段と、頂部に水平および垂直方向から前記主軸に当接して前記主軸の水平および垂直位置を計測する水平および垂直位置計測センサを有し、基部に該水平および垂直位置計測センサを移動させる駆動部を有する軸位置計測手段とから構成されていることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１８】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ロータの位置を調整する調整手段を備えていることを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
また、本発明によれば、上記の構成において、前記調整手段として、前記軸位置計測手段を前記主軸へ当接させて前記主軸を移動させることにより、前記ロータの位置の調整を行うことを特徴とするエアギャップ測定装置とする。
【００１９】
また、前記の目的を達成するために、本発明によれば、ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定方法であって、前記ステータの内径を計測するステップと、前記ロータの外径を計測するステップと、前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップとを行い、前記ステータの内径を計測するステップで計測された前記ステータの内径と、前記ロータの外径を計測するステップで計測された前記ロータの外径と、 前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するステップを行うエアギャップ測定方法とする。
【００２０】
また、本発明によれば、上記の方法において、前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めて、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定方法とする。
【００２１】
また、本発明によれば、上記の方法において、前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定方法とする。
【００２２】
また、本発明によれば、上記の方法において、算出されたエアギャップの変化を表示することを特徴とするエアギャップ測定方法。
また、本発明によれば、上記の方法において、前記主軸の位置を移動させることにより、前記ステータおよび前記ロータの位置を調整することを特徴とするエアギャップ測定方法とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、様々な種類の電動機のエアギャップ偏心量および方向について、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定したうえで、精度よく測定できるエアギャップ測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施例の被計測体となる三相誘導電動機の構成を示す断面図である。
【図２】本実施例の被計測体となる三相誘導電動機の構成を示す側面図である。
【図３】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示す平面図である。
【図４】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段の構成を示す正面図である。
【図７】本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段の構成を示す側面図である。
【図８】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成を示す図である。
【図９】本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示す平面図１である。
【図１０】本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示す平面図２である。
【図１１】本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートである。
【図１４】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法を示す図である。
【図１５】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示を示す図である。
【図１６】本実施例に係るエアギャップ測定装置の変形例を示す図である。
【図１７】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を示す図である。
【図１８】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を示すフローチャートである。
【図１９】本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるロータ回転時のエアギャップ量の変化の表示を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。ただし、以下の記載は、あくまでも本発明の例示であり、これに限定されるものではない。つまり、当分野で通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形実施を行うことが可能である。
【実施例】
【００２６】
＜電動機の構成：図１および図２＞
最初に、図１および図２により、本実施例の被計測体となる電動機の構成を説明する。
図１は、本実施例の被計測体となる三相誘導電動機の構成を示す断面図である。図２は、その側面図である。１はエアギャップ、２はロータ、３はステータ、４は電動機フレーム、５は主軸、５ａ・ｂは主軸端部、６ａ・ｂは軸受、７ａ・ｂはブラケット、８は円錐孔である。
【００２７】
図１のとおり、電動機は主にロータ２とステータ３から構成されている。ロータ２とステータ３との間には、円筒状の空隙としてエアギャップ１が形成されている。ロータ２は、主軸５と焼嵌めにより一体固定されている。ステータ３は電動機フレーム４に焼嵌め固定されている。主軸５は、その両端部５ａ、ｂを軸受６ａ、ｂで支持されている。軸受６ａ、ｂはブラケット７ａ、ｂに固定されている。ブラケット７ａ、ｂは、電動機フレーム４のインロー加工部にボルト（図示しない）で固定されている。
【００２８】
なお、主軸端部５ｂの端面には、後述する軸心の位置決めで使用する円錐孔８が形成されている。また、主軸端部５ａの端面には、後述するロータ外径計測時に使用されるキー溝３４が形成されているが、図１および図２では図示していない。
【００２９】
図２のとおり、側面から見ると、円形状のブラケット７ｂの内周側には主軸端部５ｂが配置されている。主軸端部５ｂの中心付近には、上述の円錐孔８が形成されている。
以上が、本実施例の被計測体となる電動機の構成の説明である。この電動機におけるエアギャップが、以下のエアギャップ測定装置によって測定される。
【００３０】
＜エアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成：図３＞
本実施例のエアギャップ測定装置は、主に、図３〜５のステータ内径計測手段等、図６〜７のロータ外径計測手段、図８のエアギャップ算出手段などから構成されている。
【００３１】
先ず、図３〜５により、本実施例のエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を説明する。
図３は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の構成を示す平面図である。図４は、そのＡ−Ａ線断面図である。図５は、そのＢ−Ｂ線断面図である。９は基準支持台、１０はステータ内径計測手段、１１は 内径計測センサ、１２は回転駆動軸、１３は回転ハンドル、１４は出力ケーブル、１５はロータ軸受、１６はすべり軸受、１７はフレーム支持手段、１８はフレーム取付台、１９はフレーム移動装置、２０は軸垂直位置計測手段、２１ａ、ｂは軸垂直計測センサ、２２ａ、ｂは軸垂直支持部、２３ａ、ｂは軸垂直駆動装置、２４は軸水平位置計測手段、２５ａ、ｂは軸水平計測センサ、２６ａ、ｂは軸水平支持部、２７ａ、ｂは軸水平駆動装置、２８は軸心位置決め手段、２９は軸心軸、３０は軸心位置駆動装置、３１は軸心軸支持装置、３９は軸受支持部である。
【００３２】
図３のとおり、基準支持台９は、長方形状であり、測定基準となる平面度１／１００以下として形成されている。
基準支持台９上には、ステータ３の内径を計測するステータ内径計測手段１０、電動機フレーム４を固定するフレーム支持手段１７、電動機の主軸５の垂直方向の位置を計測する軸垂直位置計測手段２０、電動機の主軸５の水平方向の位置を計測する軸水平位置計測手段２４、電動機の主軸５の軸心位置を計測する軸心位置決め手段２８が配置されている。
【００３３】
図３では、基準支持台９の長手方向の中央から一方側にステータ内径計測手段１０、反対側にフレーム支持手段１７、軸垂直位置計測手段２０、軸水平位置計測手段２４、軸心位置決め手段２８が配置されている。
【００３４】
また、軸垂直位置計測手段２０、軸水平位置計測手段２４および軸心位置決め手段２８が、ステータ３に組み込まれた後のロータ２および主軸５の位置を計測するロータ位置計測手段である。
【００３５】
＜ステータ内径計測手段１０の構成：図３〜４＞
ステータ内径計測手段１０は、軸受支持部３９、ローラ軸受１５、すべり軸受１６、回転駆動軸１２、回転ハンドル１３、出力ケーブル１４、内径計測センサ１１とから構成されている。
【００３６】
基準支持台９上には、軸受支持部３９が２つ配置されている。このうち中央側に配置された軸受支持部３９の先端部には、ローラ軸受１５が支持されている。一方、外側に配置された軸受支持部３９の先端部には、すべり軸受１６が支持されている。
【００３７】
そして、ローラ軸受１５およびすべり軸受１６により、回転駆動軸１２が支持されている。回転駆動軸１２は、一方の端部に内径計測センサ１１、もう一方の端部に回転ハンドル１３が設けられている。内径計測センサ１１には出力ケーブル１４が接続されている。出力ケーブル１４は、回転駆動軸１２の内部を貫通して、回転ハンドル１３側から外部に引き出されており、最終的にはエアギャップ算出手段４０（後述）に接続されている。
【００３８】
＜フレーム支持手段１７の構成：図３〜４＞
フレーム支持手段１７は、フレーム取付台１８およびフレーム移動装置１９から構成されている。
【００３９】
基準支持台９上には、フレーム移動装置１９が配置されている。フレーム移動装置１９の上にはフレーム支持手段１７が支持されている。フレーム移動装置１９は、フレーム支持手段１７を垂直・水平方向および水平回転方向へ移動させることができる。そして、フレーム支持手段１７の上には、電動機が固定される。その際、電動機はボルトやチャック等（図示しない）によりフレーム支持手段１７に固定される。
【００４０】
＜軸垂直位置計測手段２０の構成：図３〜４＞
軸垂直位置計測手段２０は、軸垂直計測センサ２１ａ・ｂ、軸垂直支持部２２ａ・ｂ、軸垂直駆動装置２３ａ・ｂから構成されている。
【００４１】
基準支持台９上には、軸垂直駆動装置２３ａ・ｂが互いに平行に配置されている。軸垂直駆動装置２３ａ・ｂは、短手方向に自在に移動可能である。軸垂直駆動装置２３ａ・ｂの先端部には、それぞれ軸垂直計測センサ２１ａ・ｂおよび軸垂直支持部２２ａ・ｂが設けられている。軸垂直計測センサ２１ａ・ｂおよび軸垂直支持部２２ａ・ｂは、伸長自在である。
【００４２】
＜軸水平位置計測手段２４の構成：図３および図５＞
軸水平位置計測手段２４は、軸水平計測センサ２５ａ、ｂ、軸水平支持部２６ａ、ｂ、軸水平駆動装置２７ａ、ｂから構成されている。
【００４３】
基準支持台９上には、軸水平駆動装置２７ａ、ｂが互いに平行に配置されている。軸水平駆動装置２７ａ、ｂは、長手方向に自在に移動可能である。軸水平駆動装置２７ａ、ｂの先端部には、それぞれ軸水平計測センサ２５ａ、ｂおよび軸水平支持部２６ａ、ｂが設けられている。軸水平計測センサ２５ａ、ｂおよび軸水平支持部２６ａ、ｂは、伸長自在である。
【００４４】
＜軸心位置決め手段２８の構成：図３〜４＞
軸心位置決め手段２８は、軸心軸２９、軸心位置駆動装置３０、軸心軸支持装置３１から構成されている。
【００４５】
基準支持台９上には、軸心軸支持装置３１が配置されている。軸心軸支持装置３１は、短手方向に自在に移動可能である。軸心軸支持装置３１の上には、軸心位置駆動装置３０が設けられている。軸心位置駆動装置３０の上には、軸心軸２９が支持されている。軸心位置駆動装置３０は、軸心軸２９を図３の長手方向に自在に移動させることができる。軸心軸２９の先端は、円錐形状となっており、電動機の主軸５の円錐孔８と当接することができる。
【００４６】
＜ステータ内径計測手段等の構成について（その他）＞
上述した内径計測センサ１１、軸垂直計測センサ２１ａ、ｂ、軸水平計測センサ２５ａ、ｂは、カンチレバー式やバネ加圧式の電気マイクロメータや、板バネにひずみゲージを貼り付けてひずみの変化量から計測を行う変位センサである。各センサの出力ケーブルや指示計は図示していないが、各センサの出力ケーブルは、エアギャップ算出手段４０（後述）に接続されている。
【００４７】
また、以上の構成において、ステータ内径計測手段１０の回転駆動軸１２は、真円度および撓み量が１／１００ｍｍ以下の精度で構成されている。そのため、回転駆動軸１２は、基準支持台９に対して、ロータ軸受１５およびすべり軸受１６により水平に保たれているだけでなく、回転による軸偏心量は、１／１００以下になっている。
【００４８】
軸水平計測手段２４の軸水平駆動装置２７ａ・ｂは、回転駆動軸１２に対して平行移動を行い、さらに直角に移動するようになっている。なお、後述するエアギャップ算出手段４０には、軸水平計測センサ２５ａ・ｂが移動した後の回転駆動軸１２の軸心までの距離が算出できるように、軸水平駆動装置２７ａ・ｂと回転駆動軸１２との位置寸法が予め保存されている。
【００４９】
＜エアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の構成：図６〜７＞
次に、図６〜７により、本実施例のエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の構成を説明する。図６は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の構成を示す正面図である。図７は、その側面図である。３３は基準台、３４はキー溝、３５は軸径計測センサ、３６は外径計測センサ、３７は電動ローラ、３８は電動ローラ支持部である。
【００５０】
ロータ外径計測手段３２は、基準台３３、軸径計測センサ３５、外径計測センサ３６、電動ローラ３７、電動ローラ支持部３８から構成されている。なお、ここでは、ロータ外径計測手段３２に既に電動機が組み込まれた状態が示されている。
【００５１】
基準台３３は、基準支持台９と同様、長方形状であり、測定基準となる平面度１／１００以下として形成されている。なお、基準台３３と基準支持台９とは、一体でもよいし、分離していてもよい。
【００５２】
基準台３３上に、電動ローラ支持部３８が長手方向に一対配置されている。そして、それらの一対の電動ローラ支持部３８の間に、外径計測センサ３６が配置されている。一対の電動ローラ支持部３８のそれぞれの外側には、一対の軸径計測センサ３５がそれぞれ配置されている。
【００５３】
軸径計測センサ３５は、ロータ２の主軸５の外径を計測するものである。外径計測センサ３６は、ロータ２の外径を計測するものであり、非接触式または接触式変位計によるものである。なお、ここでは、各センサは駆動手段も備えた一体型であるが、それに限定される必要はない。
【００５４】
ここで、電動ローラ支持部３８は基準台３３に固定されている。それに対し、外形計測センサ３６は、図６の長手方向に自在に移動可能である。また、軸径計測センサ３５は、図６の長手方向および基準台３３の平面に対する垂直方向に自在に移動可能である。
【００５５】
一対の電動ローラ支持部３８の先端には、それぞれ電動ローラ３７が設けられている。電動ローラ３７には、ロータ２の主軸５の主軸端部５ａ・ｂが支持および回転される。なお、主軸端部５ａのキー溝３４は、外径計測時において測定基準（目印）として使用されるが、この点は後述する。
【００５６】
＜エアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成：図８＞
続けて、図８により、本実施例のエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成を説明する。図８は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段等の構成を示す図である。４０はエアギャップ算出手段、４１はエアギャップ表示手段、４２は駆動制御手段、４３はロータ外径演算手段である。
【００５７】
エアギャップ算出手段４０には、内径計測センサ１１、軸垂直計測センサ２１ａ・ｂ、軸水平計測センサ２５ａ・ｂの各センサ（図３〜５のステータ内径計測手段等に係るセンサ）が接続されている。
【００５８】
このため、エアギャップ算出手段４０において、図３〜５の各センサの計測結果を保存することができる。なお、エアギャップ算出手段４０には、図３〜５の各センサと基準支持台９との位置関係が予め保存されている。
【００５９】
また、エアギャップ算出手段４０には、ロータ外径演算手段４３が接続されている。そして、ロータ外径演算手段４３には、軸径計測センサ３５および外径計測センサ３６（図６〜７）が接続されている。ロータ外径演算手段４３において、図６〜７の各センサの計測結果を保存することができる。なお、ロータ外径演算手段４３には、図６〜７の各センサと基準台３３との位置関係が予め保存されている。
【００６０】
このため、エアギャップ算出手段４０では、ロータ外径演算手段４３を通じて、各センサ（図６〜７のロータ外径計測手段に係るセンサ）の計測結果をを保存することができる。
【００６１】
さらに、エアギャップ算出手段４０には、駆動制御手段４２が接続されている。駆動制御手段４２には、ステータ内径計測手段１０等の各駆動装置（フレーム移動装置１９、軸垂直駆動装置２３ａ・ｂ、軸水平駆動装置２７ａ、ｂなど）およびロータ外径計測手段３２の各駆動装置（電動ローラ３７など）が接続されている。また、駆動制御手段４２は、ロータ外径演算手段４３とも接続されている。
【００６２】
そのため、駆動制御手段４２では、エアギャップ算出手段４０およびロータ外径演算手段４３からのデータに基づいて、各駆動装置へ駆動制御信号を送ることにより、各駆動装置の駆動を制御することができる。
【００６３】
そして、エアギャップ算出手段４１は、エアギャップ表示手段４１と接続されている。エアギャップ表示手段４１では、エアギャップ算出手段４０で演算されたエアギャップ量などを表示する。このエアギャップ量などの演算〜表示の手順の詳細は、後述する動作やフローチャートで説明する。
【００６４】
＜エアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２の動作：図６〜８＞
本実施例のエアギャップ測定装置の動作を説明する。最初に、図６〜８によりロータ外径計測手段の動作を説明する。次に、図８〜１１によりステータ内径計測手段等の動作を説明する。そして、図１２〜１３により、エアギャップ量等の演算〜表示の手順をフローチャートにより説明する。
【００６５】
図６〜８は、既に説明したとおり、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径計測手段３２および電動機を組み込んだ状態を示す正面図および側面図、そして、エアギャップ算出手段４０等の構成を示す図である。
【００６６】
ロータ外径計測手段３２において、ロータ２の主軸５が、電動ローラ支持部３８に支持された電動ローラ３７に組み込まれている。このとき、一方側の軸径計測センサ３５で基準台３３からロータ２の主軸５の下部と上部の高さを計測する。そして、軸径計測センサ３５に接続されたロータ外径演算手段４３において、この計測結果からロータ２の主軸５の軸心高さおよび外形寸法を演算して、保存する。
【００６７】
同様の方法により、ロータ２の主軸５の反対側の軸心高さを計測し、ロータ外径演算手段４３で演算、保存する。そして、ロータ外径演算手段４３でそれらの両軸心高さの差を演算して、その演算結果を駆動制御手段４２へ入力する。その後、駆動制御手段４２からの信号により、両軸心の高さの寸法差に応じた距離だけ電動ローラ支持部３８を上下移動させて、ロータ２の主軸５の両端の軸心高さを一致させる（＝イ）。
【００６８】
軸心高さを一致させた後、駆動制御手段４２は、外径計測センサ３６をロータ２の下部に移動させる。そして、電動ローラ３７をロータ２の主軸５のキー溝３４を基準に３６０度回転させて、連続または適宜の角度ごとに基準台３３からロータ２の外周までの高さを計測する。計測した高さ寸法は、ロータ外径演算手段４３に保存される。
【００６９】
さらに、適宜のロータ外面の軸方向の複数個所で、基準台３３から外周までの高さを計測して、ロータ外径演算手段４３に保存する。
計測終了後、ロータ外径演算手段４３では、ロータ２の外周高さの３６０度周上データの平均距離、つまり、基準台３３からロータ２の外周までの高さの外面の複数個所を含んだ平均距離（＝ロ）を演算して、保存する。
【００７０】
そして、（イ）軸心高さ寸法、および（ロ）外周の高さ寸法（平均距離）の数値から、軸心から外周までの距離（＝ハ）を演算する。
演算後、ロータ外径演算手段４３では、ロータ２に関する寸法データ（＝（イ）軸心高さ寸法、（ロ）外周の高さ寸法、（ハ）軸心から外周までの距離）を、エアギャップ算出手段４０へ送信する。この寸法データは、エアギャップ算出手段４０で保存される。
【００７１】
なお、ロータ外径計測手段３２の動作の詳細は、後述するフローチャートでも説明する。
＜エアギャップ測定装置のステータ内径計測手段等の動作：図９〜１１＞
次に、本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を、図９〜１１により説明する。
【００７２】
図９は、本実施例に係るエアギャップ測定装置の電動機が組み込まれた状態におけるステータ内径計測手段等の動作を示す平面図である。図１０はその平面図２である。図１１はそのＣ−Ｃ線断面図である。なお、図９では、電動機フレーム４およびステータ３は断面図で示している。
【００７３】
最初に、図９により、被計測対象の電動機フレーム４およびステータ３を組み込み、ステータ３の内径を計測する動作を説明する。
先ず、電動機フレーム４およびステータ３が、フレーム取付台１８に組み込まれて固定される。次に、内径計測手段１０の内径計測センサ１１を、組み込まれたステータ３の軸心位置決め手段２８側の端部（内径計測センサ１１からみた奥側）まで移動させる。そして、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて、内径計測センサ１１により、ステータ３の上下・左右の寸法を計測する。
【００７４】
計測結果は、出力ケーブル１４を通じて、エアギャップ算出手段４０に保存される。エアギャップ算出手段４０では、この計測結果に基づいて、ステータ３の軸心位置を演算する。そして、その演算結果により、エアギャップ算出手段４０から駆動制御手段４２へ信号を送る。駆動制御手段４２では、受信した信号に基づいて、フレーム移動装置１９を移動させて、ステータ３の軸心位置と、回転駆動軸１２の軸心位置とを一致させる。
【００７５】
なお、この動作は、回転駆動軸１２の軸心位置が、ステータ３の軸心位置からずれていると、内径計測センサ１１の計測範囲外となってステータ３の内径が計測できなくなるため、その防止として行う動作である。従って、内径計測センサ１１の計測範囲が十分に広く、広範囲まで計測可能な場合には、ステータ３の軸心位置と回転駆動軸１２の軸心位置を一致させるこの動作は必要ではない。
【００７６】
その後、内径計測センサ１１をステータ３の適宜の軸方向位置に移動させる。そして、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて、内径計測センサ１１によりステータ３の内径寸法（３６０度）を計測する。計測されたステータ３の内径寸法データは、出力ケーブル１４を通じてエアギャップ算出手段４０へ送られて、保存される。
【００７７】
次に、図１０により、被計測対象のロータ２および主軸５を組み込み、ロータ２の計測を行う動作を説明する。
最初に、ロータ２および主軸５をフレーム取付台１８に組み込んで固定する。次に、軸心位置決め手段２８の軸心位置駆動装置３０および軸心軸支持装置３１により、軸心軸２９の先端部をロータ２の主軸５の円錐孔８に当接させる。これにより、軸心位置決め手段２８の軸心軸２９と、ロータ２の主軸５の軸心位置を一致させる。
【００７８】
続いて、ロータ２の主軸５の垂直位置を計測する。
先ず、軸垂直位置計測手段２０の一方側の軸垂直駆動装置２３ｂにより、軸垂直計測センサ２１ｂを、軸心軸２９の下方に移動させる。そして、軸垂直計測センサ２１ｂを軸心軸２９に当接させて、基準支持台９から軸心軸２９の下部までの高さ寸法を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００７９】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心高さを算出する。
さらに、反対側の軸垂直駆動装置２３ａにより、軸垂直計測センサ２１ａをロータ２の主軸端部５ａの下方に移動させる。さらに、軸垂直計測センサ２１ａを主軸端部５ａに当接させて、基準支持台９から主軸５の下部までの高さ寸法を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００８０】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心高さを算出する。
同様の方法で、ロータ２の主軸５の水平位置を計測する。
【００８１】
先ず、軸水平位置計測手段２４の一方側の軸水平駆動装置２７ｂにより、軸水平計測センサ２５ｂを、軸心軸２９の横方向に移動させる。さらに、軸水平計測センサ２５ｂを軸心軸２９に当接させて、軸心軸２９の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００８２】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心の水平位置を算出する。
さらに、反対側の軸水平駆動装置２７ａにより、軸水平計測センサ２５ａを、ロータ２の主軸端部５ａの横方向に移動させる。さらに、軸水平計測センサ２５ａを主軸端部５ａに当接させて、主軸５の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【００８３】
エアギャップ算出手段４０では、この計測結果と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心の水平位置を算出する。
その後、エアギャップ算出手段４０により、エアギャップ量の算出等が行われるが、詳細は、後述するフローチャートで説明する。なお、ステータ内径計測手段等の動作の詳細は、後述するフローチャートでも説明する。
【００８４】
次に、軸垂直計測センサ２１ａおよび軸水平計測センサ２５ａで計測されている状態のロータ２の主軸５について、図１１を用いて説明する。
図１１のとおり、軸垂直計測センサ２１ａおよび軸水平計測センサ２５ａが、それぞれ主軸端部５ａに当接している。これにより、各センサの計測が行われる。
【００８５】
以上により、ロータ２の主軸５の垂直位置および水平位置の計測が完了する。
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートの説明：図１２＞
続いて、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順と、ステータ内径等の計測の手順について、それぞれフローチャートを用いて説明する。
【００８６】
最初に、図１２を用いて、本実施例のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートを説明する。
図１２は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のロータ外径の計測の手順を示すフローチャートである。
【００８７】
Ｓ１として、ロータ２の主軸５を、ロータ外径計測手段３２の電動ローラ３７（電動ローラ支持部３８で支持）に組み込む。
Ｓ２として、一方側のロータ２の主軸５の下部と上部の高さを、一方側の軸径計測センサ３５で計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。
【００８８】
Ｓ３として、反対側のロータ２の主軸５の下部と上部の高さを、反対側の軸径計測センサ３５で計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。
Ｓ４として、ロータ外径演算手段４３で、両側の主軸５の軸心高さを演算する。演算方法は、[＝下部高さ＋(上部高さ−下部高さ）/２]である。
【００８９】
Ｓ５として、ロータ外径演算手段４３で、Ｓ２およびＳ３で保存されたロータ２の両側の主軸５の高さデータより、両側の主軸５の軸心高さの差を演算する。
Ｓ６として、その演算結果（主軸５の両側の軸心高さの差）が、例えば０．０１ｍｍを超える場合には、Ｓ７へ進む。０．０１ｍｍ以内であれば、軸心高さが一致しているものとして扱い、Ｓ８へ進む。
【００９０】
Ｓ７として、主軸５の両側の軸心高さの差が例えば０．０１ｍｍを超える場合には、その軸心高さの寸法差を、ロータ外径演算手段４３から駆動制御手段４２に送る。そして、駆動制御手段４２で、片方の電動ローラ３７の高さを寸法差だけ上（下）移動させて、ロータ２の主軸５の両端の軸心高さを一致させて（＝イ）、Ｓ２へ戻る。
【００９１】
Ｓ８として、駆動制御手段４２は、外径計測センサ３６を、計測対象となるロータ２の下部に移動させる。
Ｓ９として、例えば主軸５のキー溝３４を基準として、電動ローラ３７を３６０度回転させて、外径計測センサ３６により基準台３３から外周までの高さを計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。
【００９２】
Ｓ１０として、同様に、適宜のロータ軸方向数断面（軸方向の複数個所）で、基準台３３から外周までの高さを計測し、ロータ外径演算手段４３に保存する。そして、ロータ外径演算手段４３において、ロータ２の外周高さの３６０度周上データの平均距離、つまり、基準台３３からロータ２の外周までの高さの数断面を含んだ平均距離（＝ロ）を求める。
【００９３】
Ｓ１１として、ロータ外径演算手段４３に保存された軸心高さ（イ）と外周の高さ（ロ）から、軸心から外周までの距離（＝ハ）を演算する。演算後、これらのロータ２に関する寸法データ（＝イ、ロ、ハ）は、エアギャップ算出手段４０へ送られて、そこで保存される。
【００９４】
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートの説明：図１３＞
次に、図１３を用いて、本実施例のエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートを説明する。
【００９５】
図１３は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のステータ内径等の計測の手順を示すフローチャートの説明である。
ＳＳ１として、電動機フレーム４およびステータ３をフレーム取付台１８に固定する。このとき、内径計測センサ１１を、組み込まれたステータ３の軸心位置決め手段２８側の端部つまり、内径計測センサ１１からみた奥側に移動させる。
【００９６】
ＳＳ２として、ステータ３の上下・左右の内寸法を計測する。これは、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて内径計測センサ１１を移動させることにより、ステータ３の上下・左右の寸法を計測する。なお、この計測結果は、出力ケーブル１４を通じて、エアギャップ算出手段４０に保存される。
【００９７】
ＳＳ３として、ステータ３の軸心を回転駆動軸１２の軸心に一致させる。このステップは具体的には次のとおりである。ＳＳ２での計測結果を保存したエアギャップ算出手段４０では、計測結果から、ステータ３の軸心位置の演算を行う。その演算結果に基づき、エアギャップ算出手段４０では、駆動制御手段４２へ信号を送る。そして、駆動制御手段４２は、受信した信号に基づいて、フレーム移動装置１９を移動させて、ステータ３の軸心位置と回転駆動軸１２の軸心位置とを一致させる。
【００９８】
なお、このＳＳ３のステップは、回転駆動軸１２の軸心位置が、ステータ３の軸心位置からずれていると、内径計測センサ１１の計測範囲外となってステータ３の内径が計測できなくなってしまうため、その防止として行う動作である。従って、内径計測センサ１１の計測範囲が十分に広く、広範囲まで計測可能な場合には、ステータ３の軸心位置と回転駆動軸１２の軸心位置を一致させるこのステップは必要ではない。
【００９９】
ＳＳ４として、内径計測センサ１１により、ステータ３の内径を計測する。このステップは具体的には次のとおりである。内径計測センサ１１をステータ３の適宜の軸方向位置に移動させる。そして、回転ハンドル１３で回転駆動軸１２を回転させて、内径計測センサ１１によりステータ３の内径寸法（３６０度）を計測する。
【０１００】
ＳＳ５として、ステータ３の寸法、内径データをエアギャップ算出手段４０で保存する。計測されたステータ３の内径寸法データは、出力ケーブル１４を通じてエアギャップ算出手段４０へ送られて、保存される。
【０１０１】
ＳＳ６として、被計測対象のロータ２および主軸５を電動機フレーム４に組み込み、ロータ２の計測を行う。ロータ２および主軸５をフレーム取付台１８に組み込んで固定する。
【０１０２】
ＳＳ７として、軸心軸２９とロータ２の主軸５の軸心を一致させる。このステップは具体的には次のとおりである。軸心位置決め手段２８の軸心位置駆動装置３０と軸心軸支持装置３１とにより、軸心軸２９の先端部をロータ２の主軸５の円錐孔８に当接させる。これにより、軸心位置決め手段２８の軸心軸２９と、ロータ２の主軸５の軸心位置を一致させることができる。
【０１０３】
ＳＳ８として、基準支持台９から軸心軸２９までの高さを計測する（＝Ａ）。このステップは具体的には次のとおりである。軸垂直位置計測手段２０の一方側の軸垂直駆動装置２３ｂにより、軸垂直計測センサ２１ｂを軸心軸２９の下方に移動させる。そして、軸垂直計測センサ２１ｂを軸心軸２９に当接させて、基準支持台９から軸心軸２９の下部までの高さ寸法を計測する。なお、この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１０４】
ＳＳ９として、Ａ＋軸心軸２９の外径寸法から、この一方側の軸心高さを算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０では、ＳＳ８の計測結果（Ａ）と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心高さの算出を行う。
【０１０５】
ＳＳ１０として、基準支持台９から主軸端部５ａまでの高さを計測する（＝Ｂ）。このステップは具体的には次のとおりである。反対側の軸垂直駆動装置２３ａで軸垂直計測センサ２１ａを、ロータ２の主軸端部５ａの下方に移動させる。そして、軸垂直計測センサ２１ａを主軸端部５ａに当接させて、基準支持台９から主軸５の下部までの高さ寸法を計測する（＝Ｂ）。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１０６】
ＳＳ１１として、Ｂ＋主軸端部５ａの外径寸法から反対側の主軸５の軸心高さを算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０では、ＳＳ１０の計測結果（Ｂ）と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心高さの算出を行う。
【０１０７】
ＳＳ１２として、軸水平駆動装置２７ｂから軸心軸２９までの水平位置を計測する（＝Ｃ）。このステップは具体的には次のとおりである。軸水平位置計測手段２４の片方の軸水平駆動装置２７ｂで軸水平計測センサ２５ｂを、軸心軸２９の横方向に移動させる。そして、軸水平計測センサ２５ｂを軸心軸２９に当接させて、軸心軸２９の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１０８】
ＳＳ１３として、Ｃ＋軸心軸２９の外径寸法から一方側の軸心の水平位置を算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０において、ＳＳ１２の計測結果と、予め保存された軸心軸２９の外径寸法とから、軸垂直位置計測手段２０側の軸心の水平位置を算出する。
【０１０９】
ＳＳ１４として、軸水平駆動装置２７aから主軸端部５aまでの水平位置を計測する（＝Ｄ）。このステップは具体的には次のとおりである。反対側の軸水平駆動装置２７ａで軸水平計測センサ２５ａを、ロータ２の主軸端部５ａの横方向に移動させる。そして、軸水平計測センサ２５ａを主軸端部５ａに当接させて、主軸５の水平位置を計測する。この計測結果は、エアギャップ算出手段４０へ送られて保存される。
【０１１０】
ＳＳ１５として、Ｄ＋主軸端部５aの外径寸法から反対側の主軸５の軸心水平位置を算出する。このステップは具体的には次のとおりである。エアギャップ算出手段４０において、ＳＳ１４の計測結果と、ロータ外径計測手段２０で計測したロータ２の主軸５の外径寸法とから、反対側の軸心の水平位置を算出する。
【０１１１】
ＳＳ１６として、エアギャップ算出手段４０において、これまでに演算・保存されたデータからエアギャップ量を演算する。具体的には、（１）ステータ３の寸法、内径（＝ＳＳ５）、（２）ロータ２軸心位置と外径（＝Ｓ１１）、（３）組み込み後のロータ２の軸心高さ・水平位置（回転駆動軸との相対的な位置）（＝ＳＳ８〜１５）である。この演算については、図１４を用いて後述する。
【０１１２】
ＳＳ１７として、エアギャップ算出手段４０から、演算結果をエアギャップ表示手段４１へ送る。そして、エアギャップ表示手段４１では、（ア）ステータ３の内径寸法、（イ）ロータ２指定角度での外径位置、（ウ）ロータ２回転角度でのエアギャップ量を表示する。この表示については、図１５を用いて後述する。
【０１１３】
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法：図１４＞
さらに、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法について、図１４を用いて説明する。
【０１１４】
図１４は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるエアギャップの演算方法を示す図である。
上述のとおり、ロータ外径計測手段３２およびステータ内径計測手段１０等の計測結果はエアギャップ算出手段４０へ送られて、演算・保存される。そして、それらの数値から、例えば、図１４の関係が得られる。
【０１１５】
図１４では、ステータ３の軸心位置（＝i）および内径位置、ならびにロータ２の軸心位置（＝ii）および外形位置が表示されており、それらの数値からエアギャップ量が演算される。
【０１１６】
ここで、（i）ステータセンタ（回転駆動軸の軸心）からα方向のエアギャップ量を求めるときには、（i）ステータセンタ（回転駆動軸の軸心）からのα方向に対して、ステータ内径との交点を（iii）とする。そして、エアギャップ量は、（i）（ii）（iii）の三角形の寸法から求められることになる。
【０１１７】
その後、エアギャップ算出手段４０は、これらのデータをエアギャップ表示手段４１へ送る。そして、エアギャップ表示手段４１において、エアギャップ量が表示される。
＜本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示の説明：図１５＞
続けて、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示について、図１５を用いて説明する。
【０１１８】
図１５は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるエアギャップ量の表示を示す図である。
上述のとおり、ロータ外径計測手段３２およびステータ内径計測手段１０等の計測結果に基づいてエアギャップ算出手段４０で演算されたエアギャップ量は、例えば、図１５として表示されることになる。
【０１１９】
図１５では、ステータ３の内径位置、ロータ２の外径位置およびエアギャップ量を表示している。▲がロータ２の外形、●がステータ３の内径であり、それぞれの位置関係が表示されている。これにより、エアギャップ量が分かるようになる。図１５では、ロータ２の偏心方向が３０度方向であり、３０度方向のエアギャップが狭くなっていることが分かる。
【０１２０】
＜ロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法の説明：図１７、図１８＞
続いて、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われる、ロータが一回転する間のエアギャップの変化の測定について、図１７〜１９により説明する。
【０１２１】
先ず、図１７および図１８により、エアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を説明する。
図１７は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ算出手段で行われるロータ回転時のエアギャップの変化の演算方法を示す図である。図１８は、そのフローチャートである。
【０１２２】
図１７では、ステータ３の軸心位置および内径位置、ならびにロータ２の軸心位置および外形位置が表示されている。
ここでは、ステータ３の軸心位置に対して、組み込み後のロータ２の軸心位置がＸ、Ｙ軸でＲｘ、Ｒｙずれている場合を例として示している。なお、ロータ２の外径計測時の角度は、キー溝の基準方向を０°とする。
【０１２３】
このとき、基準軸として水平を０°とし、角度１０度間隔のエアギャップを求める場合にエアギャップ算出手段４０が行う演算について、さらに図１８のフローチャートを用いて説明する。
【０１２４】
図１８では、ロータ２が一回転する間のエアギャップの変化の演算方法を示すフローチャートが示されている。本実施例では、この演算がエアギャップ算出手段４０で行われるが、別途演算手段を設けてもよい。
【０１２５】
ＳＴ１として、最初は、ロータ角度をＲｅ＝０°とする。
ＳＴ２として、ロータ角度：Ｒｅを基準軸として設定する。
ＳＴ３として、ステータ角度：β＝０°と設定する。
【０１２６】
ＳＴ４として、ロータの水平方向＝０°に対して、ロータ軸心：Ｒｏ点とステータ角度β°での内径ａ点を結ぶ角度αを求める。算出方法は数式１として図１８中に示す。
ＳＴ５として、ロータ角度αにおけるロータ外周計測距離：Ｒｒを抽出する。なお、計測時の角度がαと一致しない場合は、α前後の計測距離の平均値を用いる。
【０１２７】
ＳＴ６として、ステータβ°における軸心から内周までの計測距離Ｓｒと、ロータ角度αでの計測距離Ｒｒの差から角度β°のエアギャップ量Ｅｇ０を求める。
ＳＴ７として、β＝３５０°のエアギャップ（Ｅｇ０〜Ｅｇ３５）の算出を完了するまで、ＳＴ４〜６までを繰り返す。繰り返しに際しては、本実施例では角度１０°間隔のエアギャップを求めるため、β＝β＋１０とした上で（＝ＳＴ８）、ＳＴ４〜６の繰り返しを行う。
【０１２８】
ＳＴ９として、ロータ角度：Ｒｅが３５０°となっていなければ、ＳＴ２へ戻る。戻る際には、ロータの初期角度：Ｒｅ＝Ｒｅ＋１０°とした上で（＝ＳＴ１０）、ＳＴ２へ戻る。
【０１２９】
ＳＴ１０として、各ロータ角度におけるエアギャップの最大・最小およびその差を求める。
ＳＴ１１として、エアギャップ表示手段４１に対して、後述する図１９の出力を行う。
【０１３０】
＜ロータ回転時のエアギャップの変化の表示の説明：図１９＞
図１９により、エアギャップ表示手段で表示されるロータ回転時のエアギャップ量の変化の表示を説明する。
【０１３１】
図１９は、本実施例に係るエアギャップ測定装置のエアギャップ表示手段で表示されるロータ回転時のエアギャップ量の変化の表示を示す図である。
上述したとおり、エアギャップ算出手段４０では、ロータ２が一回転する間のエアギャップの変化の演算では、角度１０°間隔でエアギャップが求められて、エアギャップ表示手段４１へ送られている。
【０１３２】
そして、図１９では、エアギャップ表示手段４１による表示が示されている。ここでは、ロータ２の外径を計測したときの基準角度を０°としている。ロータ２の一回転におけるエアギャップについて、最大（□）、最小（○）およびその差（△）をロータ２の回転角度ごとに表示している。
【０１３３】
０°のときのエアギャップが、最大・最小の差（△）が最も大きい。また、１８０°のときのエアギャップが、最大・最小の差（△）が最も小さくなっている。そのため、ロータ２の回転時のエアギャップを正確に判定することができる。
【０１３４】
＜本実施例の効果＞
かくして本発明の実施例によれば、ステータの内径とロータの外径、ステータの内径軸心位置とステータへの組み込み後のロータの軸心位置の関係から、エアギャップ量を求めるようにしたことに加えて、ロータ回転時のエアギャップの変化についても演算および表示するようにしたことにより、様々な種類の電動機のエアギャップ偏心量および方向について、ロータ回転時のエアギャップの変化も判定したうえで、精度よく測定することができる。
【０１３５】
また、本実施例のエアギャップ測定装置によれば、機種の異なる電動機のエアギャップの偏心量および方向を精度よく計測することができるため、電動機ごとに異なるエアギャップ測定装置を使用する手間やコストを不要とすることができる。
【０１３６】
＜実施例の変形例＞
なお、内径計測手段１０では、回転ハンドル１３に代えて、回転駆動軸１２を回転させる回転駆動装置を用いることもできる。また、回転駆動軸１２を移動させる軸移動装置を設けて、回転駆動軸１２および内径計測センサ１１の移動を行うこともできる。
【０１３７】
図１６により、回転駆動装置および軸移動装置を使用した場合を説明する。
図１６は、本実施例に係るエアギャップ測定装置の変形例を示す図である。４４は回転駆動装置、４５は軸移動装置である。
【０１３８】
ここでは、回転ハンドル１３に代えて回転駆動軸１２を使用するとともに、軸駆動装置を設けている。なお、これらの装置は駆動制御手段４２で駆動することができる。
そのほかの変形例としては、本実施例に係る動作をサーボモータなどを用いることにより、電動駆動による自動計測方式とすることもできる。
【０１３９】
また、本実施例において、エアギャップ表示手段４１に表示されたエアギャップ量に基づいて、軸垂直支持部２２ａ、ｂと軸水平支持部２６ａ、ｂを駆動可能な構造とすることもできる。この場合には、表示されたエアギャップ量に基づいて、軸垂直支持部２２ａ、ｂおよび軸水平支持部２６ａ、ｂによってロータ２や主軸５を移動させることにより、エアギャップ量を調整することが可能になる。
【０１４０】
なお、本実施例では、横軸型の電動機を説明したが、横軸型だけでなく、縦軸型の電動機に対しても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１ エアギャップ
２ ロータ
３ ステータ
４ 電動機フレーム
５ 主軸
５ａ、ｂ 主軸端部
６ａ、ｂ 軸受
７ａ、ｂ ブラケット
８ 円錐孔
９ 基準支持台
１０ ステータ内径計測手段
１１ 内径計測センサ
１２ 回転駆動軸
１３ 回転ハンドル
１４ 出力ケーブル
１５ ロータ軸受
１６ すべり軸受
１７ フレーム支持手段
１８ フレーム取付台
１９ フレーム移動装置
２０ 軸垂直位置計測手段
２１ａ、ｂ 軸垂直計測センサ
２２ａ、ｂ 軸垂直支持部
２３ａ、ｂ 軸垂直駆動装置
２４ 軸水平位置計測手段
２５ａ、ｂ 軸水平計測センサ
２６ａ、ｂ 軸水平支持部
２７ａ、ｂ 軸水平駆動装置
２８ 軸心位置決め手段
２９ 軸心軸
３０ 軸心位置駆動装置
３１ 軸心軸支持装置
３２ ロータ外径計測手段
３３ 基準台
３４ キー溝
３５ 軸径計測センサ
３６ 外径計測センサ
３７ 電動ローラ
３８ 電動ローラ支持部
３９ 軸受支持部
４０ エアギャップ算出手段
４１ エアギャップ表示手段
４２ 駆動制御手段
４３ 軸心高さ演算手段
４４ 回転駆動装置
４５ 軸移動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定装置であって、
前記ステータの内径を計測するステータ内径計測手段と、
前記ロータの外径を計測するロータ外径計測手段と、
前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するロータ位置計測手段とを備えており、
前記ステータ内径計測手段で計測された前記ステータの内径と、
前記ロータ外径計測手段で計測された前記ロータの外径と、
前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから、前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するエアギャップ算出手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエアギャップ測定装置において、
前記エアギャップ算出手段では、
前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めることにより、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記エアギャップ算出手段で算出されたエアギャップの変化を表示するエアギャップ表示手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ステータ内径計測手段が、
頂部に前記ステータに当接して前記ステータの内径を計測する内径計測センサを有し、
基部に該内径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータ外径計測手段が、
頂部に前記ロータの外径に当接して前記ロータの外径を計測する外径計測センサを有し、
基部に該外径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータ位置計測手段が、
頂部に前記主軸と軸方向に対向して設けられ、該対向面が円錐形状であって、その頂点が前記主軸の軸心位置に当接する棒状の軸心軸を有し、基部に該軸心軸を移動させる支持部を有する軸心位置決め手段と、
頂部に水平および垂直方向から前記主軸に当接して前記主軸の水平および垂直位置を計測する水平および垂直位置計測センサを有し、基部に該水平および垂直位置計測センサを移動させる駆動部を有する軸位置計測手段とから構成されていることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータの位置を調整する調整手段を備えていることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載のエアギャップ測定装置において、
前記調整手段として、
前記軸位置計測手段を前記主軸へ当接させて前記主軸を移動させることにより、前記ロータの位置の調整を行うことを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項１０】
ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定方法であって、
前記ステータの内径を計測するステップと、
前記ロータの外径を計測するステップと、
前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップとを行い、
前記ステータの内径を計測するステップで計測された前記ステータの内径と、
前記ロータの外径を計測するステップで計測された前記ロータの外径と、
前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するステップを行うエアギャップ測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエアギャップ測定方法において、
前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めて、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載のエアギャップ測定方法において、
前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定方法。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載のエアギャップ測定方法において、
算出されたエアギャップの変化を表示することを特徴とするエアギャップ測定方法。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載のエアギャップ測定方法において、
前記主軸の位置を移動させることにより、前記ステータおよび前記ロータの位置を調整することを特徴とするエアギャップ測定方法。
【請求項１】
ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定装置であって、
前記ステータの内径を計測するステータ内径計測手段と、
前記ロータの外径を計測するロータ外径計測手段と、
前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するロータ位置計測手段とを備えており、
前記ステータ内径計測手段で計測された前記ステータの内径と、
前記ロータ外径計測手段で計測された前記ロータの外径と、
前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから、前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するエアギャップ算出手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエアギャップ測定装置において、
前記エアギャップ算出手段では、
前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めることにより、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータ位置計測手段で計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記エアギャップ算出手段で算出されたエアギャップの変化を表示するエアギャップ表示手段を備えることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ステータ内径計測手段が、
頂部に前記ステータに当接して前記ステータの内径を計測する内径計測センサを有し、
基部に該内径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータ外径計測手段が、
頂部に前記ロータの外径に当接して前記ロータの外径を計測する外径計測センサを有し、
基部に該外径計測センサを移動させる駆動部を有するアームであることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータ位置計測手段が、
頂部に前記主軸と軸方向に対向して設けられ、該対向面が円錐形状であって、その頂点が前記主軸の軸心位置に当接する棒状の軸心軸を有し、基部に該軸心軸を移動させる支持部を有する軸心位置決め手段と、
頂部に水平および垂直方向から前記主軸に当接して前記主軸の水平および垂直位置を計測する水平および垂直位置計測センサを有し、基部に該水平および垂直位置計測センサを移動させる駆動部を有する軸位置計測手段とから構成されていることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエアギャップ測定装置において、
前記ロータの位置を調整する調整手段を備えていることを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載のエアギャップ測定装置において、
前記調整手段として、
前記軸位置計測手段を前記主軸へ当接させて前記主軸を移動させることにより、前記ロータの位置の調整を行うことを特徴とするエアギャップ測定装置。
【請求項１０】
ステータと、該ステータとの間でエアギャップを有するように組み込まれたロータおよび主軸とから構成される電動機の該エアギャップを測定するエアギャップ測定方法であって、
前記ステータの内径を計測するステップと、
前記ロータの外径を計測するステップと、
前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップとを行い、
前記ステータの内径を計測するステップで計測された前記ステータの内径と、
前記ロータの外径を計測するステップで計測された前記ロータの外径と、
前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置とから前記ロータの回転時のエアギャップの変化を算出するステップを行うエアギャップ測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエアギャップ測定方法において、
前記ロータの任意の回転角度ごとにエアギャップの最大値および最小値ならびにそれらの差異を求めて、エアギャップの変化を算出することを特徴とするエアギャップ測定方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載のエアギャップ測定方法において、
前記ステータに組み込まれた後の前記ロータおよび前記主軸の位置を計測するステップで計測された前記ロータおよび前記主軸の位置が、前記ロータの外径位置ならびに前記主軸の水平および垂直位置であることを特徴とするエアギャップ測定方法。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載のエアギャップ測定方法において、
算出されたエアギャップの変化を表示することを特徴とするエアギャップ測定方法。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載のエアギャップ測定方法において、
前記主軸の位置を移動させることにより、前記ステータおよび前記ロータの位置を調整することを特徴とするエアギャップ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図１４】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図１４】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−４４６９９（Ｐ２０１３−４４６９９Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４５１９（Ｐ２０１１−１８４５１９）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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