転がり軸受回転異常検出器
【課題】転がり軸受の初期異常を、転がり軸受を駆動しながら、非接触で求めることを可能にする。
【解決手段】転がり軸受を形成するコロまたは玉１と保持器１０によって確保されるコロまたは玉１間の溝２に着目し、この磁気抵抗の差を求めることで、コロまたは玉１の位置または速度を検知し、この情報を解析することで転がり軸受の異常を予知する。磁気を用いた計測方式のため、水蒸気とか油の浮遊するような悪環境でも、高分解能の位置検出が可能となる。この結果、大きなトラブルが発生する前に、転がり軸受等の交換が可能となる。
【解決手段】転がり軸受を形成するコロまたは玉１と保持器１０によって確保されるコロまたは玉１間の溝２に着目し、この磁気抵抗の差を求めることで、コロまたは玉１の位置または速度を検知し、この情報を解析することで転がり軸受の異常を予知する。磁気を用いた計測方式のため、水蒸気とか油の浮遊するような悪環境でも、高分解能の位置検出が可能となる。この結果、大きなトラブルが発生する前に、転がり軸受等の交換が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコロまたは玉（１）と溝（２）との磁気抵抗変化に着目した、転がり軸受（１３）の回転異常検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受（１３）は、自動車・飛行機・原子力とかファクトリーオートメーション等の産業分野において欠かせない機械要素である。
【０００３】
過負荷とか、潤滑油の不足とか異常な温度上昇によって、転がり軸受（１３）の転動部に剥離等の異常が発生することが有った。
これらの異常は初期に発見されないと、機械全体の破損に繋がり、重大な事故となる可能性がある。
【０００４】
しかし、これ等のコロまたは玉（１）は自転しながら公転しており、また潤滑油等が付着しているため傷等の発見が困難であり、従来は動作時に発生する異常音を捉まえることで転がり軸受（１３）の異常予知を行ってきた。
【特許文献１】特許公開２００７−７８７０７ 特許公開平０５−１９６４７８ 特許公開昭６１−１３７００１
【非特許文献１】「旭化成エレトロニクス／ホームページ／磁気センサ／ホール素子」 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｓａｈｉ−ｋａｓｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／ａｋｅ／ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｈａｌｌ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ 「リベックス／ホームページ／ラインレゾルバ」 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｅｖｅｘ．ｃｏ．ｊｐ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から用いられてきた転がり軸受（１３）の異常音から損傷状況を把握する方法では、当該の転がり軸受（１３）以外の場所から発生した異常音との分離が難しく転がり軸受（１３）の異常を正確に捉まえることが出来なかった。
【０００６】
転がり軸受（１３）の回転状態を、光学式回転位置検出器を用いて計測を試みても振動、油等の存在する悪環境では計測が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
転がり軸受（１３）の回転状態を潤滑油等の多い悪環境で計測するには、これ等に影響されない磁気の変化を捉えることが効果的であり、ここでは、コロまたは玉（１）と溝（２）によって生ずる磁気抵抗の差に着目した。
磁性体（１）と溝（２）の組合せで得られる被検出部に対し、外輪（１２）または内輪（１１）の内側面に平行してセンサヘッド（９）を配置する。
【０００８】
センサヘッド（９）内には、円周方向に４個の磁気センサ（３）でブリッジ（４）を組み、このブリッジを４組用意し、このブリッジ（４）に平行して磁石（５）を配置し、コロまたは玉（１）と溝（２）で形成されるピッチ（Ｐ）に対し、この組合せはそれぞれ１／４ピッチ毎に配置し、１番目と３番目のブリッジ（４）にｓｉｎωｔに相当する入力信号を入れ、２番目と４番目のブリッジ（４）に９０°位相したｃｏｓωｔに相当する入力信号を入れる。
【０００９】
ブリッジの他の１対の頂角より出力信号（７）を取り出し、この出力信号（７）を三角関数の加法定理に従って加算して、加法出力信号（８）＝Ｋ×ｓｉｎ（ωｔ−２×π×Ｘ／Ｐ）を形成し、入力信号（６）＝ｓｉｎωｔとの位相差２×π×Ｘ／Ｐを計測することで、コロまたは玉（１）と溝（２）の位置および速度の異常な動きを検出することで、転がり軸受（１３）の回転異常を求めることが出来る。
【００１０】
図１に基本的な構成を示す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は重要な機械要素である転がり軸受（１３）の初期異常を、転がり軸受（１３）を駆動しながら、非接触で求めることを可能にするものである。
従来は、動作時の異音等を解析して転がり軸受（１３）の異常を求めていたが、他の機構物を通して音が伝わることがあり、コロまたは玉（１）と溝（２）の位置および速度を正確に求めることが困難であった。
【００１２】
磁気センサ（３）でブリッジ（４）を組むことで、センサヘッド（９）の温度変化に対して、温度ドリフトが少ない。
【００１３】
コロまたは玉（１）は保持器（１０）で位置が固定されているため、これらの位置を計測するには、保持器（１０）を外した位置となる。
溝（２）の後は空隙のため、コロまたは玉（１）と溝（２）との磁気抵抗の差が明確となり、被測定物とセンサヘッド（９）内の軟質磁性材（１４）との隙間を２ｍｍ以上離すことが出来る。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１４】
コロまたは玉（１）は保持器（１０）で保持されながら公転と、自転運動を行っているため、センサヘッド（９）の形状は外輪（１２）または内輪（１１）に円周上に合わせた形となる。
磁気センサブリッジ（４）は、転がり軸受（１３）の外部に配置させるため、軟質磁性材（ヨーク）を用いて磁気回路を形成させる。
【００１５】
ここで得られた位置または速度情報を加工し、位置または速度信号の瞬時の変化から、コロまたは玉（１）または外輪（１２）または内輪（１１）のフレッティング磨耗等を推測することが可能となる。
【００１６】
本発明により、転がり軸受（１３）の異常が、駆動状態に於いても計測できるため、大きなトラブルが発生する前に転がり軸受（１３）の交換等によって事故の予防を講じることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】コロまたは玉（１）と溝（２）および４個の磁石（５）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を４組円周方向に配置した回転異常検出器の概念図
【図２】コロまたは玉（１）と溝（２）および４個の磁石（５）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を４組円周方向に配置した回転異常検出器の正面図
【図３】コロまたは玉（１）と溝（２）および磁石（５）と、磁気センサのブリッジ（４）と軟質磁性材（ヨーク）を組み込んだ回転異常検出器の側面図
【図４】正面図４個の磁石（６）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を用いた位置検出器のブロック図
【図５】６個の磁石（６）と、６組の磁気センサのブリッジ（４）を用いた位置検出器のブロック図
【符号の説明】
【００１８】
１ コロまたは玉（強磁性体）
２ 溝（非磁性体）
３ 磁気センサ（ホール素子、ＭＲ素子、ＭＩ素子他）
４ ブリッジ
５ 磁石
６ 入力信号
７ 出力信号
８ 加法出力信号
９ センサヘッド
１０ 保持器
１１ 内輪
１２ 外輪
１３ 転がり軸受
１４ 軟質磁性材（ヨーク）
【技術計算】
参考図：図４
近似式：
ｅ１：Ａ相 ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ２：Ｂ相 ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ３：Ｃ相 ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ４：Ｄ相 ２次側磁気センサ出力電圧
Ｅ＝（ｅ１−ｅ３）−（ｅ２−ｅ４）
＝φ０×（１＋ａ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｓｉｎωｔ
−φ０（１−ａ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｓｉｎωｔ
−φ０×（１＋ａ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉｘｃｏｓωｔ
＋φ０×（１−ａ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｃｏｓωｔ
＝２×ａ×φ０×Ｉ×（ｓｉｎωｔ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ）−ｃｏｓωｔ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））
＝Ｋ×ｓｉｎ（ωｔ−２×π×Ｘ／Ｐ）
Ｅ：出力電圧
ｅ：各相出力電圧
φ０：基準となる磁束
ａ：各極での磁束変化係数
Ｘ：コロまたは玉の移動量
Ｉ：１次側磁気センサ入力信号の振幅
ω：１次側磁気センサ入力信号電気角速度
Ｐ：コロまたは玉と溝で形成されるピッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明はコロまたは玉（１）と溝（２）との磁気抵抗変化に着目した、転がり軸受（１３）の回転異常検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受（１３）は、自動車・飛行機・原子力とかファクトリーオートメーション等の産業分野において欠かせない機械要素である。
【０００３】
過負荷とか、潤滑油の不足とか異常な温度上昇によって、転がり軸受（１３）の転動部に剥離等の異常が発生することが有った。
これらの異常は初期に発見されないと、機械全体の破損に繋がり、重大な事故となる可能性がある。
【０００４】
しかし、これ等のコロまたは玉（１）は自転しながら公転しており、また潤滑油等が付着しているため傷等の発見が困難であり、従来は動作時に発生する異常音を捉まえることで転がり軸受（１３）の異常予知を行ってきた。
【特許文献１】特許公開２００７−７８７０７ 特許公開平０５−１９６４７８ 特許公開昭６１−１３７００１
【非特許文献１】「旭化成エレトロニクス／ホームページ／磁気センサ／ホール素子」 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｓａｈｉ−ｋａｓｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／ａｋｅ／ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｈａｌｌ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ 「リベックス／ホームページ／ラインレゾルバ」 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｅｖｅｘ．ｃｏ．ｊｐ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から用いられてきた転がり軸受（１３）の異常音から損傷状況を把握する方法では、当該の転がり軸受（１３）以外の場所から発生した異常音との分離が難しく転がり軸受（１３）の異常を正確に捉まえることが出来なかった。
【０００６】
転がり軸受（１３）の回転状態を、光学式回転位置検出器を用いて計測を試みても振動、油等の存在する悪環境では計測が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
転がり軸受（１３）の回転状態を潤滑油等の多い悪環境で計測するには、これ等に影響されない磁気の変化を捉えることが効果的であり、ここでは、コロまたは玉（１）と溝（２）によって生ずる磁気抵抗の差に着目した。
磁性体（１）と溝（２）の組合せで得られる被検出部に対し、外輪（１２）または内輪（１１）の内側面に平行してセンサヘッド（９）を配置する。
【０００８】
センサヘッド（９）内には、円周方向に４個の磁気センサ（３）でブリッジ（４）を組み、このブリッジを４組用意し、このブリッジ（４）に平行して磁石（５）を配置し、コロまたは玉（１）と溝（２）で形成されるピッチ（Ｐ）に対し、この組合せはそれぞれ１／４ピッチ毎に配置し、１番目と３番目のブリッジ（４）にｓｉｎωｔに相当する入力信号を入れ、２番目と４番目のブリッジ（４）に９０°位相したｃｏｓωｔに相当する入力信号を入れる。
【０００９】
ブリッジの他の１対の頂角より出力信号（７）を取り出し、この出力信号（７）を三角関数の加法定理に従って加算して、加法出力信号（８）＝Ｋ×ｓｉｎ（ωｔ−２×π×Ｘ／Ｐ）を形成し、入力信号（６）＝ｓｉｎωｔとの位相差２×π×Ｘ／Ｐを計測することで、コロまたは玉（１）と溝（２）の位置および速度の異常な動きを検出することで、転がり軸受（１３）の回転異常を求めることが出来る。
【００１０】
図１に基本的な構成を示す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は重要な機械要素である転がり軸受（１３）の初期異常を、転がり軸受（１３）を駆動しながら、非接触で求めることを可能にするものである。
従来は、動作時の異音等を解析して転がり軸受（１３）の異常を求めていたが、他の機構物を通して音が伝わることがあり、コロまたは玉（１）と溝（２）の位置および速度を正確に求めることが困難であった。
【００１２】
磁気センサ（３）でブリッジ（４）を組むことで、センサヘッド（９）の温度変化に対して、温度ドリフトが少ない。
【００１３】
コロまたは玉（１）は保持器（１０）で位置が固定されているため、これらの位置を計測するには、保持器（１０）を外した位置となる。
溝（２）の後は空隙のため、コロまたは玉（１）と溝（２）との磁気抵抗の差が明確となり、被測定物とセンサヘッド（９）内の軟質磁性材（１４）との隙間を２ｍｍ以上離すことが出来る。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１４】
コロまたは玉（１）は保持器（１０）で保持されながら公転と、自転運動を行っているため、センサヘッド（９）の形状は外輪（１２）または内輪（１１）に円周上に合わせた形となる。
磁気センサブリッジ（４）は、転がり軸受（１３）の外部に配置させるため、軟質磁性材（ヨーク）を用いて磁気回路を形成させる。
【００１５】
ここで得られた位置または速度情報を加工し、位置または速度信号の瞬時の変化から、コロまたは玉（１）または外輪（１２）または内輪（１１）のフレッティング磨耗等を推測することが可能となる。
【００１６】
本発明により、転がり軸受（１３）の異常が、駆動状態に於いても計測できるため、大きなトラブルが発生する前に転がり軸受（１３）の交換等によって事故の予防を講じることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】コロまたは玉（１）と溝（２）および４個の磁石（５）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を４組円周方向に配置した回転異常検出器の概念図
【図２】コロまたは玉（１）と溝（２）および４個の磁石（５）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を４組円周方向に配置した回転異常検出器の正面図
【図３】コロまたは玉（１）と溝（２）および磁石（５）と、磁気センサのブリッジ（４）と軟質磁性材（ヨーク）を組み込んだ回転異常検出器の側面図
【図４】正面図４個の磁石（６）と、４組の磁気センサのブリッジ（４）を用いた位置検出器のブロック図
【図５】６個の磁石（６）と、６組の磁気センサのブリッジ（４）を用いた位置検出器のブロック図
【符号の説明】
【００１８】
１ コロまたは玉（強磁性体）
２ 溝（非磁性体）
３ 磁気センサ（ホール素子、ＭＲ素子、ＭＩ素子他）
４ ブリッジ
５ 磁石
６ 入力信号
７ 出力信号
８ 加法出力信号
９ センサヘッド
１０ 保持器
１１ 内輪
１２ 外輪
１３ 転がり軸受
１４ 軟質磁性材（ヨーク）
【技術計算】
参考図：図４
近似式：
ｅ１：Ａ相 ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ２：Ｂ相 ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ３：Ｃ相 ２次側磁気センサ出力電圧
ｅ４：Ｄ相 ２次側磁気センサ出力電圧
Ｅ＝（ｅ１−ｅ３）−（ｅ２−ｅ４）
＝φ０×（１＋ａ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｓｉｎωｔ
−φ０（１−ａ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｓｉｎωｔ
−φ０×（１＋ａ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉｘｃｏｓωｔ
＋φ０×（１−ａ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））×Ｉ×ｃｏｓωｔ
＝２×ａ×φ０×Ｉ×（ｓｉｎωｔ×ｃｏｓ（２×π×Ｘ／Ｐ）−ｃｏｓωｔ×ｓｉｎ（２×π×Ｘ／Ｐ））
＝Ｋ×ｓｉｎ（ωｔ−２×π×Ｘ／Ｐ）
Ｅ：出力電圧
ｅ：各相出力電圧
φ０：基準となる磁束
ａ：各極での磁束変化係数
Ｘ：コロまたは玉の移動量
Ｉ：１次側磁気センサ入力信号の振幅
ω：１次側磁気センサ入力信号電気角速度
Ｐ：コロまたは玉と溝で形成されるピッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持器（１０）と内輪（１１）および外輪（１２）によって保持された強磁性体のコロまたは玉（１）と、等ピッチに形成された溝（２）とで形成された転がり軸受（１３）に於いて、転がり軸受（１３）の側面に平行して円周方向に軟質磁性材（１４）と磁石（５）を４個組み込み、転がり軸受（１３）と磁石（５）の隙間に、磁気センサ（３）で形成したブリッジ（４）を、磁気センサ（３）位置に合わせて４組配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に正弦波の入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の１対の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、コロまたは玉（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、０ピッチ、１／４ピッチ、１／２ピッチ、３／４ピッチに相当する位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理に従って電気的に加算して加法出力信号（８）とし、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して転がり軸受（１３）の回転方向の位置と速度の変動を検出し、転がり軸受（１３）の損傷を求めるように形成した転がり軸受（１３）回転異常検出器。
【請求項２】
保持器（１０）と内輪（１１）および外輪（１２）によって保持された強磁性体のコロまたは玉（１）と、等ピッチに形成された溝（２）とで形成された転がり軸受（１３）に於いて、転がり軸受（１３）の側面に平行して円周方向に軟質磁性材（１４）と磁石（５）を６個組み込み、転がり軸受（１３）と磁石（５）の隙間に、磁気センサ（３）で形成したブリッジ（４）を、磁気センサ（３）の位置に合わせて６組配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に正弦波の入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の１対の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、コロまたは玉（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、０ピッチ、１／６ピッチ、１／３ピッチ、１／２ピッチ、２／３ピッチ、５／６ピッチに相当する位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理に従って電気的に加算して加法出力信号（８）とし、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して転がり軸受（１３）の回転方向の位置と速度の変動を検出し、転がり軸受（１３）の損傷を求めるように形成した転がり軸受（１３）回転異常検出器。
【請求項１】
保持器（１０）と内輪（１１）および外輪（１２）によって保持された強磁性体のコロまたは玉（１）と、等ピッチに形成された溝（２）とで形成された転がり軸受（１３）に於いて、転がり軸受（１３）の側面に平行して円周方向に軟質磁性材（１４）と磁石（５）を４個組み込み、転がり軸受（１３）と磁石（５）の隙間に、磁気センサ（３）で形成したブリッジ（４）を、磁気センサ（３）位置に合わせて４組配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に正弦波の入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の１対の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、コロまたは玉（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、０ピッチ、１／４ピッチ、１／２ピッチ、３／４ピッチに相当する位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理に従って電気的に加算して加法出力信号（８）とし、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して転がり軸受（１３）の回転方向の位置と速度の変動を検出し、転がり軸受（１３）の損傷を求めるように形成した転がり軸受（１３）回転異常検出器。
【請求項２】
保持器（１０）と内輪（１１）および外輪（１２）によって保持された強磁性体のコロまたは玉（１）と、等ピッチに形成された溝（２）とで形成された転がり軸受（１３）に於いて、転がり軸受（１３）の側面に平行して円周方向に軟質磁性材（１４）と磁石（５）を６個組み込み、転がり軸受（１３）と磁石（５）の隙間に、磁気センサ（３）で形成したブリッジ（４）を、磁気センサ（３）の位置に合わせて６組配置し、各ブリッジ（４）の１対の頂角に正弦波の入力信号（６）を印加し、各ブリッジ（４）の他の１対の頂角から出力信号（７）を取り出し、磁石（５）とブリッジ（４）で形成される組合せを、コロまたは玉（１）と溝（２）で構成される１ピッチ間に、０ピッチ、１／６ピッチ、１／３ピッチ、１／２ピッチ、２／３ピッチ、５／６ピッチに相当する位置に配置し、各ブリッジ（４）から得られた出力信号（７）を、三角関数の加法定理に従って電気的に加算して加法出力信号（８）とし、この加法出力信号（８）と入力信号（６）との位相差を検出し、この位相差を１ピッチの位置に換算して転がり軸受（１３）の回転方向の位置と速度の変動を検出し、転がり軸受（１３）の損傷を求めるように形成した転がり軸受（１３）回転異常検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２１６６８９（Ｐ２００９−２１６６８９Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１００８４１（Ｐ２００８−１００８４１）
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（５９５１１２２５８）株式会社リベックス (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（５９５１１２２５８）株式会社リベックス (16)
【Ｆターム（参考）】
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