本公开涉及热通量计以及使用该热通量计的异常诊断装置。
背景技术
例如，在专利文献1中公开有用于对热通量进行测量的热通量传感器。该热通量传感器具有一面和与该一面相反一侧的另一面。而且，热通量传感器输出与热流从热通量传感器的一面侧朝向另一面侧通过时的一面侧和另一面侧的温度差相对应的传感器信号。
专利文献1：日本专利第5376086号公报
上述热通量传感器设置于对象物的表面。由此，能够对从对象物向对象物的外部释放的热通量进行测量。
但是，若热通量传感器充满热，则热通量传感器的一面侧与另一面侧的温度差变小。因此，无法正确地测量从对象物释放的热通量。在该情况下，在使用了热通量传感器的异常诊断装置中，无法进行正确的诊断。
技术实现要素：
本公开的目的在于提供一种能够正确地测量热通量的技术。另外，本公开的技术的目的在于提供一种能够在异常诊断中正确地进行诊断的技术。
本公开的技术的一个方式是对来自对象物的热通量进行测量的热通量计。
热通量计具备热通量传感器(10)和散热部(20)。热通量传感器具有一面(10a)和与该一面相反一侧的另一面(10b)。热通量传感器输出与一面侧和另一面侧的温度差相对应的传感器信号。
散热部相对于对象物(200)设置。散热部将来自对象物的热产生源(202)的热向对象物的外部空间释放。
热通量传感器配置于热产生源与散热部之间的热传导路径。热通量传感器的一面侧配置在热传导路径中的热产生源侧。热通量传感器的另一面侧配置在热传导路径中的散热部侧。
据此，从热产生源释放的热从一面侧朝向另一面侧地通过热通量传感器。然后，从散热部向外部空间释放。通过该散热部可抑制热通量传感器充满热。因此，能够抑制热通量传感器充满热而导致热通量传感器的一面侧与另一面侧的温度差变小的情况。因而，作为本公开的技术的一个方式的热通量计能够对从对象物释放的热通量正确地进行测量。
另外，本公开的技术的一个方式是对对象物有无异常进行诊断的异常诊断装置。
异常诊断装置具备上述所记载的热通量计(2、5)和判断部(3)。
判断部基于来自热通量传感器的传感器信号判断对象物的工作状态是否异常。
据此，异常诊断装置使用上述所记载的热通量计。因此，能够正确地测量从对象物释放的热通量。因而，作为本公开的技术的一个方式的异常诊断装置能够正确地进行异常诊断。
此外，本项目栏以及权利要求书所记载的各要素的括弧内的附图标记是表示后述的实施方式所记载的具体要素与上述要素的对应关系的一个例子。
附图说明
图1是表示第一实施方式中的异常诊断装置的简要结构以及对象物的剖面结构的图。
图2是图1中的ii-ii线的热通量计的剖视图。
图3是第一实施方式中的热通量传感器的俯视图。
图4是图3中的iv-iv线的热通量传感器的剖视图。
图5是表示第一实施方式中的热通量传感器的输出波形的图。
图6是表示第一实施方式中的异常诊断控制的流程图。
图7是表示第二实施方式中的热通量计的一部分的剖视图。
图8是表示第三实施方式中的异常诊断装置的简要结构的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的技术的实施方式进行说明。此外，在以下的各实施方式的彼此中，对相互相同或等同的部分标注相同附图标记来进行说明。
(第一实施方式)
图1所例示的本实施方式的异常诊断装置1进行旋转轴201的支承机构200的异常诊断。
支承机构200设置于生产设备等。支承机构200具备旋转轴201、轴承202、以及框体203。
旋转轴201以轴心cl为中心旋转。轴承202是对旋转轴201进行支承的部件。框体203是覆盖旋转轴201以及轴承202的被覆部件。旋转轴201以及轴承202收容于框体203的内部。旋转轴201、轴承202、以及框体203由不锈钢等金属材料构成。
轴承202具有内圈204、外圈205、以及作为滚动体的滚珠206。内圈204固定于旋转轴201。外圈205固定于框体203。内圈204与旋转轴201一起旋转。通过这种结构，内圈204及外圈205与滚珠206滑动。此外，在旋转轴201旋转时，轴承202发热。因此，轴承202成为支承机构200的热产生源。
在本实施方式中，异常诊断装置1具备1个热通量计2、1个控制装置3、以及1个显示装置4。
热通量计2是对从轴承202朝向框体203的外部的热通量进行测量的测量装置。热通量是每单位面积以及每单位时间的热的移动量。在本实施方式中，热通量计2具备1个热通量传感器10、1个散热部20、以及1个热导入管30。
热通量传感器10对来自轴承202的热通量进行检测。热通量经由热导入管30从轴承202向热通量计2导入。热通量传感器10将与来自轴承202的热通量相对应的传感器信号向控制装置3输出。后面描述热通量传感器10的内部结构的详细。
散热部20将来自轴承202的热向支承机构200的外部空间释放。散热部20是与支承机构200彼此独立的部件。散热部20相对于支承机构200经由热导入管30设置。
散热部20具有主体部21和多个翅片22。在主体部21的内部设置有固定部23。固定部23是用于固定热通量传感器10的槽。固定部23的内壁面24为圆筒形状。多个翅片22向支承机构200的周围的空气释放热。如图2所例示那样，各翅片22的平面形状为圆环形状。
热导入管30是将来自轴承202的热传递至散热部20的导热部件。热导入管30是具有一端和另一端的棒状部件(线状部件)。在本实施方式中，热导入管30从一端至另一端为止全部笔直地延伸。换句话说，热导入管30是在从一端至另一端为止的全部剖面积相同的形状。
热通量传感器10配置于热导入管30的一端侧。热导入管30的另一端侧配置于框体203的内部。热导入管30由热传导率高于框体203的材料构成。具体而言，热导入管30由铜、铝等构成。
框体203具有凹部211和插入孔212。凹部211相对于框体203的外表面形成。插入孔212相对于凹部211的底面形成。
热导入管30插入于插入孔212。热导入管30被压入固定。因此，插入孔212的内壁面212a与热导入管30接触。插入孔212与构成框体203的外形的外表面相比，配置于接近轴承202的位置。因此，热导入管30的另一端侧与框体203的外表面相比，配置于轴承202附近。具体而言，将热导入管30配置为使热导入管30与轴承202的最短距离l1小于构成框体203的外形的外表面与轴承202的最短距离l2。此外，外形意味着能从外侧看到的形状。因此，构成外形的外表面中并不包括凹部211的内壁面。
凹部211利用内壁面211a形成热导入管30的周围的空间213。该空间213是抑制从热导入管30向框体203导热的导热抑制部。在本实施方式中，利用该导热抑制部，抑制来自轴承202的热从热导入管30向框体203传递。由此，在本实施方式中，能提高来自轴承202的热通量的测量精度。此外，也可以在空间213配置有热传导率低于框体203的材料(例如隔热材料)。在该情况下，隔热材料成为导热抑制部。
热通量传感器10配置于散热部20与热导入管30之间。散热部20配置于热导入管30的一端侧。散热部20经由热通量传感器10与热导入管30连接。因此，从轴承202释放出的热经由如下那样的热传导路径向框体203的外部空间释放。具体而言，从轴承202释放出的热经由热导入管30以及热通量传感器10从散热部20向框体203的外部空间释放。因此，热通量传感器10配置于作为热产生源的轴承202与散热部20之间的热传导路径。
如图2所例示那样，热通量传感器10为具有一面10a和与该一面10a相反一侧的另一面10b的片状。热通量传感器10以卷绕成卷状的状态固定于热导入管30的周围。换句话说，热通量传感器10以沿着热导入管30的外周面弯曲的状态固定于热导入管30的外周面。热通量传感器10覆盖热导入管30的周围整个区域。热通量传感器10的一面10a为内侧的面。一面10a与热导入管30接触。另一方面，热通量传感器10的另一面10b为外侧的面。另一面10b与散热部20的主体部21接触。换句话说，热通量传感器10的一面10a配置于热传导路径中的热产生源侧，另一面10b配置于热传导路径中的散热部侧。在本实施方式中，散热部20由2个部件20a、20b构成。2个部件20a、20b夹着设置于热导入管30的热通量传感器10。由此，热通量传感器10以尽量没有间隙的状态与散热部20和热导入管30的每一个接触。
如图1所例示那样，在控制装置3的输入侧连接有热通量传感器10。控制装置3对轴承202的工作状态有无异常进行诊断(进行异常诊断控制)。异常诊断控制是基于来自热通量传感器10的传感器信号判断轴承202的工作状态是否异常的控制。因此，控制装置3相当于基于来自热通量传感器10的传感器信号判断轴承202的工作状态是否异常的判断部。
在控制装置3的输出侧连接有显示装置4。控制装置3使工作状态的判断结果显示于显示装置4。控制装置3具有包括cpu的微型计算机、包括非暂时性的实体记录介质的存储器等存储装置等。
显示装置4是用于将工作状态的判断结果报告给用户(例如装置的维修作业人员)的报告装置。作为显示装置4的一个例子，可使用液晶显示器等。
接下来，对热通量传感器10的具体结构进行说明。如图3、4所例示那样，热通量传感器10的绝缘基材100、表面保护部件110、以及背面保护部件120一体化。热通量传感器10在该一体化了的部件的内部交替地串联连接有第一、第二热电部件130、140。表面保护部件110的外侧的表面为热通量传感器10的一面10a。背面保护部件120的外侧的表面为热通量传感器10的另一面10b。此外，图3、4中例示出被设置之前的状态的热通量传感器10。另外，在图3中省略表面保护部件110。
绝缘基材100、表面保护部件110、背面保护部件120为薄膜状，由热塑性树脂等具有挠性的树脂材料构成。绝缘基材100形成有在厚度方向上贯通的多个第一、第二通孔101、102。在第一、第二通孔101、102埋入有由相互不同的金属、半导体等热电材料构成的第一、第二热电部件130、140。第一、第二热电部件130、140的连接部以如下方式构成。第一、第二热电部件130、140的一方的连接部由配置于绝缘基材100的表面100a的表面导体图案111构成。第一、第二热电部件130、140的另一方的连接部由配置于绝缘基材100的表面100b的表面导体图案121构成。
在从一面10a朝向另一面10b的方向上，热流通过热通量传感器10。此时，在热通量传感器10的一面10a侧与另一面10b侧产生温度差。即，在第一、第二热电部件130、140的一方的连接部与另一方的连接部产生温度差。由此，在第一、第二热电部件130、140产生由塞贝克效应引起的热电动势。热通量传感器10将产生的热电动势作为传感器信号(例如电压信号)输出。
接下来，对控制装置3所进行的异常诊断控制进行说明。
若旋转轴201旋转，则轴承202发热。因此，热通量从轴承202朝向轴承202的外部释放。因此，如图5所例示那样，热通量传感器10的输出值随着从旋转轴201的旋转开始的时间经过而发生变化。图5的横轴表示从旋转轴201的旋转开始经过的时间。图5的纵轴表示热通量传感器10的输出值。
在轴承202的工作状态为正常的情况下，热通量传感器10的输出值为规定的范围内的大小。另一方面，在轴承202的工作状态为异常的情况下，热通量传感器10的输出值成为偏离规定的范围内的大小(范围外的大小)。此外，规定的范围是包括上限值(标准上限)和下限值(标准下限)的标准范围。例如，在轴承202的发热量由于负荷变动、异常振动增大的情况下，来自轴承202的热通量变大。因此，如图5所例示那样，异常时的在时刻t1的输出值大于正常时的在时刻t1的输出值。若其后进一步经过时间而成为时间t2，则轴承202的发热量进一步增大。其结果，可预料到装置破坏。另一方面，若旋转轴201由于某些理由而不再旋转，则轴承202的发热量减少。在该情况下，来自轴承202的热通量减少，热通量传感器10的输出值小于正常时的输出值。
因此，在本实施方式中，如图6所例示那样，控制装置3基于来自热通量传感器10的传感器信号来进行异常诊断控制。此外，图6所例示的各步骤(处理工序)相当于实现各种功能的功能实现部。另外，例如通过使微型计算机(cpu)执行储存于rom等的程序来实现各步骤。但是，各步骤的实现方法(功能实现部)并不限定于上述的由软件实现的方法。作为其他方法的一个例子，例如可举出通过ic、lsi等电子电路实现的方法(由硬件实现的方法)。此外，也可以是组合硬件和软件来实现的方法。
在本实施方式中，控制装置3获取热通量传感器10的检测值(步骤s1)。例如，获取图5所例示的时刻t1的输出值。该输出值为电压值。此外，控制装置3也可以获取对热通量传感器10的输出值进行了修改后的修改值作为检测值。另外，控制装置3也可以获取根据热通量传感器10的输出值计算出的热通量值作为检测值。
接着，控制装置3判断检测值是否在预先设定的标准范围内(步骤s2)。如图5所例示那样，标准范围是标准上限值与标准下限值之间的范围。标准范围预先存储于控制装置3所具备的存储装置。标准范围基于轴承202的工作状态的正常时的、热通量传感器10的检测值相对于从旋转轴201的旋转开始经过的时间的变化预先设定。
控制装置3在判断为检测值为标准上限值以下、且为标准下限值以上的情况下(步骤s2：是)，结束控制流程。然后，控制装置3再次执行步骤s1的处理。另一方面，控制装置3在判断为检测值大于标准上限值、或者小于标准下限值的情况下(步骤s2：否)，前进至步骤s3的处理。
控制装置3将用于异常显示的控制信号输出至显示装置4(步骤s3)。由此，显示装置4显示轴承202的工作状态中存在异常的意思。
这样，本实施方式的异常诊断装置1利用控制装置3的异常诊断控制，将作为诊断对象的支承机构200的轴承202的工作状态存在异常的情况通知给用户。此外，步骤s2的判断处理通过比较规定的经过时间的检测值和相同的经过时间的标准值来进行。另外，如图5所例示那样，步骤s2的判断处理也可以通过比较从旋转轴201的旋转开始至规定的经过时间为止的检测值所绘制的波形(检测波形)与至相同的经过时间为止的标准值所描绘的波形(标准波形)来进行。具体而言，也可以通过比较表示从旋转轴201的旋转开始至处理的经过时间为止的标准上限值以及标准下限值的各自的变化的上限值波形及下限值波形与上述的检测波形来进行。这样，步骤s2的判断处理通过比较根据热通量传感器10的传感器信号得到的检测结果与预先设定的异常诊断的判断基准来进行。
本实施方式的热通量计2具备热通量传感器10、散热部20、以及热导入管30。热通量传感器10配置于轴承202与散热部20之间的热传导路径中的、热导入管30与散热部20之间的热传导路径。热通量传感器10配置为一面10a成为热传导路径中的轴承202侧。热通量传感器10配置为另一面10b成为热传导路径中的散热部20侧。
由此，从轴承202释放的热从一面10a侧朝向另一面10b侧地通过热通量传感器10。然后，从散热部20向外部空间释放。通过该散热部20可抑制热通量传感器10充满热。因此，能够抑制热通量传感器10充满热而导致热通量传感器10的一面10a侧与另一面10b侧的温度差变小的情况。
因此，在本实施方式的热通量计2中，能够正确地测量从轴承202释放的热通量。本实施方式的异常诊断装置1使用该热通量计2。因此，在本实施方式的异常诊断装置1中，能够正确地进行异常诊断。
另外，在本实施方式的热通量计2中，热导入管30由热传导率高于框体203的材料构成。热导入管30为具有一端和另一端的棒状部件。在本实施方式中，在热导入管30的一端侧配置有热通量传感器10。而且，热导入管30的另一端侧与构成框体203的外形的外表面相比配置于轴承202的附近。
由此，在本实施方式的热通量计2中，与热通量传感器10配置于框体203的外表面的情况相比，能够减小从轴承202释放热的释放时期与由热通量传感器10测量热通量的测量时期的偏差。另外，在热通量计2中，可使从轴承202呈放射状释放的热向热导入管30集中并导热。因此，在热通量计2中，与热通量传感器10配置于框体203的外表面的情况相比，能使通过热通量传感器10的热流(热通量)增大。由此，在本实施方式的热通量计2中，能提高热通量的测量精度。
另外，在本实施方式的热通量计2中，热通量传感器10具有挠性。热通量传感器10在沿着热导入管30的外周面弯曲的状态下，固定于热导入管30的外周面。由此，在本实施方式的热通量计2中，能够对从热导入管30的外周面呈放射状释放的热通量进行测量。
(第二实施方式)
如图7所例示那样，本实施方式中热通量计2中的热通量传感器10、散热部20、以及热导入管30的连接结构与第一实施方式的不同。异常诊断装置1等其他结构与第一实施方式相同。因此，以下，主要针对与第一实施方式不同的事项进行说明，针对相同的事项，标注相同附图标记并省略其说明。
热导入管30在热导入管30的前端31侧具有第一锥面32。第一锥面32为热导入管30的外周面。随着朝向热导入管30的前端31侧，第一锥面32的直径慢慢变小。
散热部20具有第二锥面25。第二锥面25包含于散热部20中的固定部23的内壁面24。在固定部23的内壁面24中的热导入管30的轴心cl方向上，随着朝向热导入管30的前端31侧，第二锥面25的直径慢慢变小。此外，在图7中，省略散热部20的翅片22。
热通量传感器10固定于第一锥面32。在该状态下，散热部20安装于热导入管30。在安装散热部20时，在热导入管30的轴心cl方向上，热导入管30与散热部20相互按压。其结果，产生第一锥面32与第二锥面25夹住热通量传感器10的力。由此，热通量传感器10能够以尽量没有间隙的状态与散热部20和热导入管30的每一个接触。
(第三实施方式)
如图8所例示那样，本实施方式的热通量计5具备热通量传感器10和散热部20。本实施方式与第一实施方式的热通量计2的不同之处在于热通量计5不具备热导入管30。异常诊断装置1等其他结构与第一实施方式相同。因此，以下，主要针对与第一实施方式不同的事项进行说明，针对相同的事项，标注相同附图标记并省略其说明。
热通量传感器10设置于框体203的外表面。散热部20具有多个翅片22。热通量传感器10的一面10a与框体203的外表面接触。热通量传感器10的另一面10b与散热部20接触。因此，从轴承202释放出的热经由热通量传感器10，从散热部20向框体203的外部空间释放。因此，热通量传感器10配置于作为热产生源的轴承202与散热部20之间的热传导路径。因而，在本实施方式中，也可得到与第一实施方式相同的效果。
(其他实施方式)
(1)在上述各实施方式中，虽然针对热通量传感器10与散热部20直接接触的结构进行了说明，但不仅如此。在其他实施方式中，例如，也可以在热通量传感器10与散热部20之间存在构成热传导路径的其他部件。
(2)在上述各实施方式中，采用图3、4中例示的结构的热通量传感器10。但是，热通量传感器10的结构并不限定于此。作为其他实施方式，例如，只要是输出与一面10a侧和另一面10b侧的温度差相对应的传感器信号的热通量传感器10，也可以采用其他结构的传感器。
(3)在上述各实施方式中，针对热通量计2、5的测量对象，以旋转轴201的支承机构200为例进行了说明，但不仅如此。作为测量对象，只要是将来自热产生源的热向外部空间释放的部件即可。
(4)在第一实施方式中，以如下那样的热导入管30为例进行了说明。具体而言，第一实施方式的热导入管30的形状从一端至另一端为止全部笔直地延伸。换句话说，热导入管30为在从一端至另一端为止的全部剖面积相同的形状。但是，热导入管30的形状并不限定于此。作为其他实施方式，例如，热导入管30的一部分也可以弯曲。另外，也可以是在从一端至另一端为止的中途，剖面积与其他部位不同的形状。
(5)在上述各实施方式中，对将热通量计2、5的测量结果用于工作状态的异常诊断的例子进行了说明，但不仅如此。作为其他实施方式，例如，也可以将热通量计2、5的测量结果显示在显示装置4。在该情况下，控制装置3基于来自热通量传感器10的传感器信号来计算热通量值。控制装置3使计算出的热通量值显示在显示装置4。或者，控制装置3也可以将来自热通量传感器10的输出值(电压值)显示在显示装置4。
(6)本公开的技术并不限定于上述的各实施方式的内容。本公开的技术也可以在权利要求书所记载的范围内适当地变更。本公开的技术包含各种变形例、等同范围内的变形。另外，上述各实施方式并非相互无关系，除明显不能进行组合的情况以外，可适当地进行组合。另外，在上述各实施方式中，除特别明示是必须的情况、以及原理上认为明显是必须的情况等以外，实施方式的构成要素未必是必须的。另外，在上述各实施方式中，除特别明示的情况、以及原理上明显限定于特定的数量、范围的情况等以外，实施方式的构成要素的个数、数值、量、范围等并不限定于该特定的数量、范围。另外，在上述各实施方式中，除特别明示的情况、以及原理上限定于特定的材质、形状、位置关系等的情况等以外，构成要素等的材质、形状、位置关系等并不限定于该材质、形状、位置关系等。
(总结)
根据上述各实施方式的一部分或者全部示出的第一观点，作为本公开的技术的一个方式的热通量计具备热通量传感器和散热部。热通量传感器配置于对象物的热产生源与散热部之间的热传导路径。
根据第二观点，热通量计还具备导热部件。热通量传感器配置于导热部件与散热部之间的热传导路径。这样，优选使用导热部件。在对象物的热产生源被被覆部件覆盖的情况下，优选构成导热部件的材料是热传导率高于被覆部件的材料。
根据第三观点，热通量传感器的一面与导热部件接触，另一面与散热部接触。这样，优选使热通量传感器与导热部件、散热部的每一个接触。
根据第四观点，导热部件是具有一端和另一端的棒状部件。热通量传感器配置于导热部件的一端侧。在对象物的热产生源被被覆部件覆盖的情况下，热通量计在被覆部件设置插入孔，并在该插入孔配置导热部件的另一端侧。由此，热通量计能够将导热部件的另一端侧配置在比构成被覆部件的外形的外表面靠热产生源的附近。
如上所述，导热部件的另一端侧配置于热产生源的附近。由此，与热通量传感器配置于被覆部件的外表面的情况相比，热通量计能够减小从热产生源释放热的释放时期与由热通量传感器测量热通量的测量时期的偏差。另外，热通量计可使从热产生源释放的热向导热部件集中并导热。因此，与热通量传感器配置于被覆部件的外表面的情况相比，热通量计能使通过热通量传感器的热流(热通量)增大。因而，热通量计可提高热通量的测量精度。
根据第五观点，热通量传感器具有挠性。热通量传感器以沿着导热部件的外周面弯曲的状态固定于导热部件的外周面。由此，热通量计能够对从导热部件的外周面呈放射状释放的热通量进行测量。
根据第六观点，异常诊断装置具备：第一观点～第五观点的任一热通量计；和判断部，基于来自热通量传感器的传感器信号判断对象物的工作状态是否异常。
附图标记说明：
1…异常诊断装置；2、5…热通量计；10…热通量传感器；10a…热通量传感器的一面；10b…热通量传感器的另一面；20…散热部；30…热导入管(导热部件)；200…旋转轴的支承机构(对象物)；202…轴承(热产生源)；203…框体(被覆部件)。