JP2017166885A - ロープテスタ - Google Patents

Abstract

【課題】鉄製のロープの劣化や断線の状況を検知するロープテスタを提供する。
【解決手段】磁束検出部２０と前記磁束検出部２０を保持する保持部９０と前記保持部を挟みこむ一対の板状部材と、前記一対の板状部材に軸支され前記板状部材間に被測定物であるロープ４０を案内するとともに前記ロープ４０と前記磁束検出部２０との間隔を一定に保つロープガイド５０とを有し、前記磁束検出部２０は、前記回転部材から磁気を受ける第１コイルを含んで発振する第１発振回路と、前記回転部材から磁気を受ける第２コイルを含んで発振する第２発振回と、前記第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振周波数を計測する計測手段と、前記計測手段にて計測した発振周波数の差分を算出する算出手段と、前記算出手段にて算出した差分を透磁率に変換する変換手段とからなり、ロープ４０の透磁率の変化からロープ４０の劣化や断線を検出することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉄製のロープの劣化や断線の状況を検知するロープテスタに関する。

クレーンやエレベータに用いられるワイヤーロープの劣化を調べるロープテスタが知られている。特許文献１には、永久磁石でロープを磁化し、ロープから漏洩する漏洩磁界によりロープの劣化や断線等を検知する技術を開示している。
しかし、この技術では、ロープを磁化するための永久磁石を使用する必要があり、ロープテスタ自体の小型化に限界がある。
また、永久磁石の磁界を強くするために複数の永久磁石を使用する場合には磁石同士の吸引、反発を避けるために永久磁石を固定する部材の強度を高めたり、また永久磁石同士の距離を一定以上に離す必要がある。さらには磁化する永久磁石と検知するセンサを別に設置する必要があり小型化に限界がある。

特開２００５−１９５４７２号公報

よって本発明の目的は、永久磁石による鉄製のロープの磁化や通電が不要であり、装置の小型化が可能なロープテスタを提供することにある。

磁束検出部と前記磁束検出部を保持する保持部と前記保持部を挟みこむ一対の板状部材と、前記一対の板状部材に軸支され前記板状部材間に被測定物であるロープを案内するとともに前記ロープと前記磁束検出部との間隔を一定に保つロープガイドとを有し、
前記磁束検出部は、
前記ロープから磁気を受ける第１コイルを含んで発振する第１発振回路と、
前記ロープから磁気を受ける第２コイルを含んで発振する第２発振回路と、
前記第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振周波数を計測する計測手段と、
前記計測手段にて計測した発振周波数の差分を算出する算出手段と、
前記算出手段にて算出した差分を透磁率に変換する変換手段とからなり、
ロープの透磁率の変化からロープの劣化や断線を検出することを特徴とするロープテスタ。

本発明においては、二つの発振回路の発振周波数の差から透磁率を検出し、透磁率の変化からロープの劣化や断線を検出することができるので、永久磁石によるロープの磁化や通電等に必要な装置が不要であり、装置の小型化を実現することができる。

前記磁束検出部の前記第１コイル及び前記第２コイルは平面コイルであり、前記平面コイルは前記ロープに平面を向けるように配置されていることを特徴とする。

本発明において、前記平面コイルは前記ロープに平面を向けるように配置されていることから、ロープの透磁率の変化をコイルのインダクタンスの変化としてとらえる際の感度が向上する。

前記磁束検出部の前記第１コイル及び第２コイルは平面コイルであり前記ロープの外周面を覆うように湾曲していることを特徴とする。

本発明において前記コイルは前記ロープの外周面を覆うように湾曲していることからロープの広い領域からロープの劣化をモニターすることができ、ロープの周方向の部分的な劣化を検知することが可能となる。

本発明のロープテスタは、永久磁石による鉄製のロープの磁化や通電が不要であり、装置の小型化が可能となる。

本発明の構成部分である磁束検出部を示す斜視図である。 本発明の構成部分ある磁束検出部を示す断面図である。 本発明のロープテスタの構成を示す正面図である。 本発明のロープテスタの構成を示す側面図（図３のＡ−Ａ断面図）である。 本発明のロープテスタの構成を示す正面図（透過図）である。 平面コイルとロープの位置関係を示す断面図である。 本発明の構成部分である磁束検出部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の構成部分である磁束検出部の一構成例を示す回路図である。 本発明の構成の構成部分である磁束検出部の動作を説明するためのタイミングチャートである 本発明のロープテスタを機器の側壁等(たとえばエレベータの壁)に設置した模式図である。 本発明の別の実施の形態を示す一部透過図である。 本発明の別の実施の形態である湾曲したコイルとロープの位置関係を示す断面図である。 湾曲したコイルの別の実施の形態とロープとの位置関係を示す断面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１及び図２は、本発明のロープテスタの磁束検出部の構成を示す斜視図及び断面図である。

図１及び図２において、１０は扁平矩形状の基板である。基板１０の一端部の一面（下面）には第１コイル１が形成されている（図２参照）。また、基板１０の一端部の他面（上面）には、第１コイル１と同軸をなして、第２コイル２が形成されている。これらの第１コイル１及び第２コイル２は、例えば、基板１０への銅箔パターンの印刷により形成される。

基板１０の他端部の上面には、他端から一部を突出させてコネクタ３が実装されている。基板１０の中央部の上面には、後述する各種の処理を行うマイクロコンピュータからなる電子チップ４が実装されている。さらに、電子チップ４の近傍には、回路部品５が実装されている。回路部品５は、第１コイル１または第２コイル２と発振回路を構成するためのコンデンサなどを含んでいる。本発明の磁束検出部２０は、以上のような構成をなす。
磁性を有する鉄や磁性ステンレスは腐食によってその腐食部を含む一定の領域においては透磁率が変化する。また細線でできたロープの一部に断線が発生した場合には断線部を含む一定の領域においては透磁率が変化する。
本発明においては、鉄材や磁性ステンレスでできたロープの腐食や断線といった劣化を透磁率の変化として磁束検出部で連続して測定することができる。

図３は本発明のロープテスタ３０の構成を示す正面図であり、図４は図３のＡ−Ａ断面を図３の右側から見た図である。また図５は図３において本発明の構成要件の関係を説明するために構成要件の一部を実線で示したもの（透過図）である。
ロープテスタ３０は図３で矢印の方向に移動するロープ４０の透磁率の変化をインダクタンスの変化として検知する。
本発明において測定できるロープの材質は鉄材や磁性ステンレス等の磁性体である。
５０はロープガイドである。外周面側が凹状に湾曲した柱状をしておりその軸中心の回転軸６０により回転自在に支持されている。
８０は一対の側板(板状部材)であり回転軸６０及び保持部９０を挟み込み固定している。保持部９０は矩形板状の基底部１３０の一部が突出(突出部９５)した略Ｔ字状をしており突出部９５の先端に磁束検出部２０を保持している。磁束検出部２０は矩形板状をしており、板状面(平面部)がロープ４０の側面に対向するように配置されている。
図６はロープ４０と磁束検出部２０の位置関係を示す断面図(図３のＢ-Ｂ断面であり突出部９５の一部を表記したもの)である。
一対のロープガイド５０がそれぞれの凹部でロープ４０を挟み込むように、ロープ４０の進行方向に沿って二組配置されている。磁束検出部に対してロープの長手方向が磁束検出部と平行となるように設置されている。
磁束検出部の板状面を構成する４辺のうち、ロープの進行方向と平行な２辺のそれぞれの先端と後端へロープ軸中心から引いた垂線の長さは等しくなるようにしてある。
また軸断面で見た場合、磁束検出部の板状面を構成する４辺のうち、ロープの進行方向と垂直な辺の両端部それぞれへロープの軸中心から引いた線の長さは等しくなるようにしてある。
磁束検出部２０は配線１１０を通じ端子１２０を介して外部機器(図示していない)に接続される。外部機器においては得られた透磁率の保存や解析を行う。

次に磁束検出部２０による透磁率検出の仕組みについて説明する。
磁束検出部２０は図１及び図２に示した基板１０の下面側がロープ４０側になるように、配置される。よって、第１コイル１が第２コイル２よりも、ロープ４０に近い位置に配されることになる。
図７は、本発明のロープテスタ３０の磁束検出部２０の機能構成を示すブロック図である。図７において、図１及び図２と同一または同様な部分には同一の符号を付している。

第１コイル１と回路部品５の一部とにより、第１発振回路６が構成されており、第２コイル２と回路部品５の一部とにより、第２発振回路７が構成されている。本発明の磁束検出部２０にあっては、第１発振回路６と第２発振回路７とにおいて、第１コイル１及び第２コイル２を除く他の構成部材は共通としている。よって、第１発振回路６及び第２発振回路７夫々で計測される発振周波数は、異なる構成部材による特性のばらつきの影響を受けず、正確な値が計測される。よって、透磁率の検出精度は高い。

また、電子チップ４は、第１発振回路６及び第２発振回路７夫々における発振周波数を計測する計測部４１と、計測部４１で計測した発振周波数の差分を算出する算出部４２と、算出部４２にて算出した差分を透磁率に変換する変換部４３とを機能的に有している。

図８は、本発明の磁束検出部２０の一構成例を示す回路図である。図８において、コイルＬ１及びコイルＬ２は夫々、前述した第１コイル１及び第２コイル２に該当する。また、マイクロコンピュータＵ１は、前述した電子チップ４に相当する。

コイルＬ１の一端は、マイクロコンピュータＵ１の第６端子に接続され、コイルＬ２の一端は、マイクロコンピュータＵ１の第３端子に接続されている。コイルＬ１の他端及びコイルＬ２の他端はコンデンサＣ１を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。トランジスタＱ１のベース、コレクタ間には抵抗Ｒ２が設けられ、トランジスタＱ１のベース、エミッタ間にはコンデンサＣ２が設けられている。トランジスタＱ１のコレクタは、マイクロコンピュータＵ１の第２端子に接続されているとともに、抵抗Ｒ３を介して接地されている。

マイクロコンピュータＵ１の第１端子には、電源電圧Ｖｄｄの入力端子が接続されている。電源電圧Ｖｄｄの入力端子は、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１のエミッタとの間にはコンデンサＣ３の一端が接続され、コンデンサＣ３の他端は接地されている。電源電圧Ｖｄｄの入力端子と前記第１端子との間にはコンデンサＣ６の一端が接続され、コンデンサＣ６の他端は接地されている。マイクロコンピュータＵ１の第８端子には、接地用の端子が接続されている。

マイクロコンピュータＵ１の第７端子には、抵抗Ｒ４を介して、透磁率に相当する検出電圧Ｖｏｕｔを出力する出力端子が接続されている。該出力端子と抵抗Ｒ４との間にはコンデンサＣ７の一端が接続され、コンデンサＣ７の他端は接地されている。マイクロコンピュータＵ１の第５端子には、抵抗Ｒ６を介して、オフセット制御を行うための制御電圧Ｖｃｏｎｔを入力する入力端子が接続されている。マイクロコンピュータＵ１の第５端子と抵抗Ｒ６との間にはコンデンサＣ４の一端が接続され、コンデンサＣ４の他端は接地されている。

コイルＬ１、２個のコンデンサＣ２及びＣ３並びにトランジスタＱ１にて、前述した第１発振回路６（コルピッツ発振回路）が構成され、コイルＬ２、２個のコンデンサＣ２及びＣ３並びにトランジスタＱ１にて、前述した第２発振回路７（コルピッツ発振回路）が構成されている。そして、マイクロコンピュータＵ１の切り替え動作（マイクロコンピュータＵ１の第３端子及び第６端子で切り替え動作を行っている）により、第１発振回路６と第２発振回路７とが所定時間ずつ交互に発振するようになっている。

次に、本発明の磁束検出部２０の動作について説明する。図９は、本発明の磁束検出部２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。

第１発振回路６と第２発振回路７とを、交互に所定時間ずつ発振させ、夫々の発振における発振周波数を計測部４１にて計測する。所定時間は、例えば２ｍｓである。この際、図９に示すように、第１発振回路６を発振させてその発振周波数を計測する期間では第２発振回路７を発振させず、また、第２発振回路７を発振させてその発振周波数を計測する期間では第１発振回路６を発振させない。よって、互いに発振の影響を受けることなく、発振周波数を計測するので、その計測値は精度が高い。

所定時間（例えば２ｍｓ）ずつの発振周波数の計測を終了すると、第１発振回路６における（第１コイル１に由来する）計測された発振周波数と、第２発振回路７における（第２コイル２に由来する）計測された発振周波数との差分を、算出部４２にて算出する。そして、変換部４３により、算出した差分を透磁率に変換し、透磁率の変化量を求める。磁束検出部２０では、磁性体との距離の変化を透磁率の変化として検出する。
なお所定の時間は２ｍｓに限らずさらに短い時間を設定することも可能である。
短い時間で第１発振回路と第２発振回路の切り替えを行い計測することからロープが高速で移動する場合でも測定可能である。

また、第１発振回路６を発振させて、その発振周波数を計測する期間では、それ以前の第１発振回路６と第２発振回路７の計測値（例えばＡ′とＢ′）の差分を、算出部４２にて算出し、変換部４３により、算出した差分を透磁率に変換し、透磁率の変化量を求めるので、各発振回路の発振周波数の計測開始のタイミングで透磁率の変化量の更新が順次行われる。

本発明において下記のような利点があげられる。測定するロープの材質や形状によって、透磁率の変化する範囲が変わる場合がある。この場合、例えばマイクロコンピュータＵ１の未使用端子を利用して、この未使用端子の電圧レベルを外部から制御することで、調節するオフセット機能を与えることができる。

なお、図８には一例として端子を８個有するマイクロコンピュータを記載したが、この構成に限定されるものではない。必要な場合には異なる端子数のマイクロコンピュータを使用し透磁率の変化などの情報をシリアル通信などの手段で、上位の制御側に伝達し、また上位側からの制御信号を受けることも可能である。

以下、上述したような手順により、透磁率を検出できる原理を説明する。

例えば被検出物の透磁率が大きくなった場合被検出物の近傍に配されたコイルのインダクタンスは、この透磁率の変動に応じて増加する。この結果、そのコイルを含む発振回路の発振周波数は低下する。ここで、被検出物からの距離を異ならせて２個のコイルを配置している場合、何れのコイルもインダクタンスが増加して、何れの発振回路も発振周波数は低下する。但し、被検出物に近い方のコイルは、遠い方のコイルに比べて、透磁率の変化の影響を強く受けるので、上記の場合、インダクタンスの増加量が大きくなり、発振周波数の低下量も大きくなる。よって、２個のコイル夫々を含む２つの発振回路における発振周波数には、透磁率の変化の程度に応じた分の差異が生じることになる。このように、両発振周波数の差分と透磁率との間には相関関係が存在するので、本発明では、両発振回路の発振周波数の差分に基づいて被検出物の透磁率を検出することが可能である。

上述した実施の形態では、同軸状に基板１０に配した２個のコイル（第１コイル１及び第２コイル２）のインダクタンスの変化を、マイクロコンピュータ（電子チップ４）に内蔵された発振器の正確なクロック信号で駆動される２つの発振回路（第１発振回路６及び第２発振回路７）における発振周波数の差分として検出し、その差分（発振周波数の変化量）をマイクロコンピュータにて演算処理して透磁率の変化を検出している。ここで、２個のコイル夫々を交互に発振回路に接続させて、夫々所定時間にわたって交互にマイクロコンピュータにて発振周波数を計測し、その差分を算出して透磁率の変化を検出している。

本実施の形態では、第１コイル１及び第２コイル２を基板１０の上下面に同軸状に配しているので、コイルの配置に必要な面積を低減でき、水平方向での狭小化を図れる。また、基板１０に導体パターンを印刷してコイルを形成するようにしたので、高さ方向における低背化を図れる。さらに、マイクロコンピュータを用いて各種の処理を行うようにしたので、部品点数を低減できて、回路部品を実装する面積は少なくて済む。以上のことから、磁束検出部の大幅な小型化を実現できる。

２つの発振回路における発振周波数の計測を交互に行うようにしているので、一方のコイルを含む発振回路の計測が他方のコイルで発生する磁束（他方のコイルでのインダクタンス変化）の影響を受けないため、正確な発振周波数を計測することができ、この結果、高い精度にて透磁率を検出することが可能である。

本実施の形態では、２つの発振回路を構成するトランジスタとコンデンサを共通とし、コイルを発振回路それぞれに配置したので、部品の数を少なくすることができて、コストダウンがはかれる。又部品数が少ないため部品特性のばらつきを低減でき、さらに温度変化、ノイズといった外乱の影響を受け難く、正確な測定が可能となる。

マイクロコンピュータを用いてソフトウェアにより種々の処理を行うようにしたので、ハードウェアとしての回路部品の点数を減少できて、回路部品における特性のばらつきの影響を受けることが少なくなる。また、ソフトウェアにて処理するので、環境（温度、湿度など）の影響を受けにくくなる。よって、検出される透磁率の精度を高めることができる。

また、異なる材質のロープを測定する場合でも、ソフトウェアの内容を変更するのみで簡単に対応できる。よって、磁束検出部の大量生産が容易となって、低コスト化を図ることができる。

図１０は本発明のロープテスタ３０を使用する場合のロープテスタの機器への取付例を示す。例えば本発明のロープテスタ３０をエレベータ装置に用いる場合にはロープテスタ３０の保持部をロープテスタ取付面２２０(例えばエレベータ装置の壁等)に固定し連続してロープ４０の劣化を測定することが可能となる。（磁束検出部２０から外部機器への接続を示す配線１１０や端子１２０は記載していない）

図１１は本発明の別の実施の形態を示す一部透過図である。
本実施の形態においてはコイル部分１１５と電子チップ及び回路部品を分離しコイル部分１１５のみをロープの近傍におき、電子チップ及び回路部品を含む素子部１４０を配線１１０によりコイル部分に接続している。

図１２は平面コイルの形状の別の実施の形態である。図６と同様にＢ−Ｂ断面で表示している。ロープ４０の断面形状に合わせ湾曲させた平面コイル１５０となっている。本実施形態により、ロープ４０のコイル対向面及び側面の測定が可能となる。
図１３は平面コイルのさらに別の実施の形態を示す。ロープ４０の断面形状に合わせ湾曲させた平面コイル１６０となっている。本実施形態により、外周面約３２０度にわたり測定することが可能となる。

本発明においては第１コイル及び第２コイルで構成し磁束を検出している。この際第１コイル、第２コイルを複数のコイルで構成しても良い。複数のコイルで構成することで、インダクタンスを大きくすることができる。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 第１コイル
２ 第２コイル
３ コネクタ
４ 電子チップ
５ 回路部品
６ 第１発振回路
７ 第２発振回路
１０ 基板
２０ 磁束検出部
３０ ロープテスタ
４０ ロープ
４１ 計測部
４２ 算出部
４３ 変換部
５０ ロープガイド
６０ 回転軸
８０ 側板
９０ 保持部
９５ 突出部（保持部）
１１０ 配線
１１５ コイル部分
１２０ 端子
１３０ 基底部（保持部）
１４０ 素子部
１５０，１６０ 湾曲コイル
２２０ ロープテスタ取付面（例えばエレベータ装置の壁）

Claims (3)

1. 磁束検出部と前記磁束検出部を保持する保持部と前記保持部を挟みこむ一対の板状部材と、前記一対の板状部材に軸支され前記板状部材間に被測定物であるロープを案内するとともに前記ロープと前記磁束検出部との間隔を一定に保つロープガイドとを有し、
   前記磁束検出部は、
   前記ロープから磁気を受ける第１コイルを含んで発振する第１発振回路と、
   前記ロープから磁気を受ける第２コイルを含んで発振する第２発振回路と、
   前記第１発振回路及び第２発振回路夫々における発振周波数を計測する計測手段と、
   前記計測手段にて計測した発振周波数の差分を算出する算出手段と、
   前記算出手段にて算出した差分を透磁率に変換する変換手段とからなり、
   ロープの透磁率の変化からロープの劣化や断線を検出することを特徴とするロープテスタ。
2. 前記磁束検出部の前記第１コイル及び前記第２コイルは平面コイルであり、前記平面コイルは前記ロープに平面を向けるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロープテスタ。
3. 前記磁束検出部の前記第１コイル及び第２コイルは平面コイルであり前記ロープの外周面を覆うように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のロープテスタ。