JP7258267B1

JP7258267B1 - 回転電機の検査装置、回転電機の検査システムおよび回転電機の検査方法

Info

Publication number: JP7258267B1
Application number: JP2023504755A
Authority: JP
Inventors: 大智後藤; 貴景森本; 悠介中根
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2042-09-30
Also published as: WO2024069945A1

Abstract

回転電機（１００）の固定子（１０２）と回転子（１０１）との隙間（１０３）に挿入し、検査対象箇所（１２０）を検査する検査装置（１）であって、ベースフレーム（２１）に取り付けられ、隙間（１０３）内で、ベースフレーム（２１）を軸方向（Ｙ）に移動させる走行体（１１１、１１２）と、検査対象箇所（１２０）を検査する探触子（３１）と、探触子（３１）を軸方向（Ｙ）、および周方向（Ｚ）に垂直な径方向（Ｘ）に移動させる径移動部（２０）と、探触子（３１）をベースフレーム（２１）内において周方向（Ｚ）に移動させる周移動部（３０）と、探触子（３１）の軸方向の端部に設けられ接触媒体を含むローラ（３８）とを備え、探触子（３１）は超音波センサ（３１１）および弾力性部材からなるシュー（３１２）を有し、探触子（３１）はローラ（３８）の設けられた側を前方として検査対象箇所（１２０）を軸方向に沿って検査を行う。

Description

本開示は、回転電機の検査装置、回転電機の検査システムおよび回転電機の検査方法に関するものである。

回転電機の回転子の溝には巻線を保持するための楔を取り付ける。楔は、回転電機の運転により溝内部の巻線と、楔自身との遠心力を受けることにより、楔自身の表面または内部にき裂が発生することがある。この回転子の楔に発生するき裂は回転電機の故障の原因となるため、運転年数および稼働状況により回転子を固定子から引き抜き、き裂の発生状況を検査することが推奨されている。

従来の回転電機の楔の検査は、回転子を引き抜く作業により長期間の停止期間を必要とし、高コストかつ設備利用率を低下させ、固定子および回転子への損傷の可能性も伴っていた。そのため、固定子から回転子を引き抜かずに回転電機を検査する方法が提案されており、例えば特許文献１では、回転電機の固定子と回転子との間に挿入し、回転電機の固定子と回転子を分解することなく遠隔で検査する装置および方法が開示されている。

特開２０１７－１３８３１５号公報特許第７０８０４１１号公報

従来の回転電機の検査装置においては、回転電機の停止時において、回転子の停止角度は、固定子の歯の配置とは任意の角度で停止しうるという点が十分に考慮されていなかった。そのため固定子のある歯に吸着した装置が検査可能な回転子の楔の範囲は、装置が吸着した固定子の位置による制約を受けるという問題点があった。

また、前記周方向の移動範囲の制約に対して、回転電機のすべての回転子の楔を検査する場合、装置をある固定子の歯から別の歯に移動させ配置する回数が多くなり、検査工期が長期化し、検査作業の能率が損なわれるという問題点があった。

さらに、隣接する固定子の歯の間に回転子の楔が２つ以上存在する場合、回転子の楔の配置に対して装置を細かく位置を制御して配置できず、探触子を表面に適切に接触させることのできない楔が発生する可能性がある。このような接触できない楔を検査する場合、停止した回転子を回転させて回転位置を調整させる必要があるが、重量数トン～数１０トンの回転子をその都度回転させていたのでは、検査作業の能率が損なわれるという問題点があった。

出願人は、上記のような課題を解決するための技術として、特許文献２に示された技術を開示している。

一方、特に大型の回転電機を対象にした検査装置においては、検査に要する時間が長期化するため、検査の精度を低下させることなく検査時間を短縮することが求められている。

本開示は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、検査の精度を低下することなく検査時間を短縮することが可能な回転電機の検査装置、回転電機の検査システムおよび回転電機の検査方法を提供することを目的とする。

本願に開示される回転電機の検査装置は、
回転電機の固定子の内周面と回転子の外周面との隙間に挿入し、検査対象箇所を検査する回転電機の検査装置であって、
ベースフレームと、
前記ベースフレームに取り付けられ、前記隙間内で、前記ベースフレームを軸方向に移動させる走行体と、
フェーズドアレイ型の超音波センサおよび前記超音波センサの一方の面に設けられ、弾力性部材からなるシューを有し、前記検査対象箇所を検査する探触子と、
前記探触子を軸方向、および周方向に垂直な径方向に移動させる径移動部と、
前記探触子を前記ベースフレーム内において周方向に移動させる周移動部と、
前記探触子の軸方向の端部に設けられ接触媒体を含むローラと、を備え、
前記探触子は前記ローラの設けられた側を前方として前記検査対象箇所を軸方向に沿って検査する、ように構成されたものである。

本開示の回転電機の検査装置、回転電機の検査システムおよび回転電機の検査方法によれば、検査の精度を低下することなく検査時間を短縮することが可能となる。

実施の形態１に係る回転電機、回転電機の検査装置、回転電機の検査システムの構成を示す模式図である。図１に示した検査装置の構成概要を示す斜視図である。図２に示した検査装置の構成概要を説明するための分解斜視図である。図１に示した回転電機および検査装置の状態を軸方向の断面で示す断面図である。実施の形態１に係る検査装置を用いた検査方法を説明する軸方向の断面図である。実施の形態１に係る検査装置を用いた検査方法を説明する軸方向に沿った断面図である。図４に示した回転電機および検査装置の断面図である。図４に示した回転電機および検査装置の断面図である。図８で示した回転電機および検査装置の拡大摸式図である。図８で示した回転電機および検査装置の拡大摸式図で、軸方向縦断面図である。実施の形態１に係る検査装置を用いた断面データの取得方法を説明する図である。図１に示した回転電機の検査装置の検査方法を示すフローチャートである。図１に示した回転電機の検査装置の検査方法を示すフローチャートである。図１に示した回転電機の検査装置の制御部の一例を示すハードウエア構成図である。

本開示は、回転電機の固定子と回転子を組み合わせたままで、回転電機の固定子と回転子の隙間内に検査装置を挿入し、遠隔操作で回転電機の検査対象箇所の検査を行うためのものである。よって、当該検査装置は当然のことながら、回転電機の固定子と回転子の隙間内に配置可能なように寸法設定および構成されている。以下に示す、実施の形態の説明において、回転電機における各方向を、それぞれ周方向Ｚ、軸方向Ｙ、径方向Ｘとして示す。よって、固定子および回転子においても、これらの方向は同一方向となる。また、本開示の検査装置においても当該方向を基準として説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による回転電機、回転電機の検査装置、回転電機の検査システムの構成を示す模式図である。図２は、図１に示した検査装置の構成を示す模式斜視図である。図３は、図２に示した検査装置の構成を示す模式分解斜視図である。図４は、図１に示した回転電機および検査装置の状態を軸方向の断面で示す模式断面図である。

図１において、回転電機１００は、固定子１０２と、固定子１０２に隙間１０３を介して内設される回転子１０１とを有する。回転電機１００を検査する回転電機の検査装置（以下、検査装置と称す）１は、回転電機１００の固定子１０２の内周面と回転子１０１の外周面との隙間１０３に挿入され、配置可能なように寸法設定および構成され、検査対象箇所を検査する。

回転電機の検査システム（以下、検査システムと称す）１０は、検査装置１と、検査装置１の探触子３１の周方向Ｚおよび径方向Ｘの少なくともいずれか１方の移動を制御する制御部５１と、検査装置１の状況を表示する表示部５２とを有する。但し、当該実施の形態１の制御部５１は、探触子３１の周方向Ｚおよび径方向Ｘの両方の移動を制御する。図１は、検査装置１が、隙間１０３のうち、ある位置に配置した状態を図示しているが、固定子１０２の内周面の強磁性体である固定子１０２の鉄心の歯１２３（図７参照）に磁気吸着するため、固定子１０２の内周面または回転子１０１の外周面のいかなる位置であっても強磁性体である固定子１０２の鉄心の歯１２３に沿って配置できる。

よって、検査装置１は、詳細を以下に説明する、固定子１０２の内周面の強磁性体に磁気吸着する機構を備え、回転電機１００の軸方向Ｙに移動しながら回転電機１００の回転子１０１の巻線（図示せず）を収納するための溝１２５に設置された検査対象箇所としての楔１２０（図７参照）の検査を行う。回転子１０１の溝１２５に楔１２０はそれぞれ設置されているため、検査対象箇所としての楔１２０は周方向Ｚにおいて複数存在する。

検査装置１と制御部５１および表示部５２はケーブル６１、６２を介して接続される。
制御部５１は、検査装置１を遠隔的に制御するものであり、外部からの入力、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、スティックなどのユーザーインターフェースを備えていてもよい。尚、検査装置１、制御部５１、および表示部５２が、すべて電源を内蔵し、無線により信号の通信を行う構成であれば、ケーブル６１、６２は省略できる。

図２、図３において、検査装置１は、ベースフレーム２１と、走行体１１１、１１２と、探触子３１の径移動部としての検査ユニット２０と、探触子３１の周移動部としての周調整ユニット３０とを有する。尚、検査ユニット２０は、探触子３１を径方向Ｘに移動させ、探触子３１をベースフレーム２１内に収納可能に構成される。走行体１１１、１１２は、隙間１０３内で、ベースフレーム２１を軸方向Ｙに移動させる。走行体１１１、１１２は、ベースフレーム２１の周方向Ｚの両端に連結用の連結脚１２１、１２２を介して連結される。そして、連結脚１２１、１２２は隙間１０３の寸法に応じて交換可能に形成される。

走行体１１１、１１２は、例えば磁石と磁気吸着力を利用し移動する磁力発生装置およびクローラベルトを有するクローラ部４０１と、クローラ部４０１に駆動力を発生させる第１モータ４０２と、これらを収納する例えばアルミニウムなどの非磁性体にて形成される筐体４０３とを有する。そして、走行体１１１、１１２は、固定子１０２の鉄心の歯１２３（図７参照）に吸着し、制御部５１から信号を受け取り、固定子１０２の鉄心の歯１２３に沿って、軸方向Ｙに移動および停止を行う。

走行体１１１、１１２は、検査ユニット２０を固定子１０２の内周面および回転子１０１の外周面に対して適切な隙間を保つ位置になるように連結脚１２１、１２２で支持される。また、連結脚１２１、１２２の固定位置は、走行体１１１、１１２のクローラ部４０１の走行する面を固定子１０２の内周面の鉄心の位置に配置するように設定する。

走行体１１１、１１２の移動は、クローラ部４０１以外によるものであってもよく、例えば車輪を用いてもよい。また、エンコーダを搭載してもよく、例えば第１モータ４０２の回転を計測することでクローラ部４０１の移動距離を計測してもよい。また、固定子１０２の内周面に代えて、回転子１０１の外周面にクローラ部４０１を対向させるように固定し、回転子１０１の外周面に取り付けて移動してもよい。

検査ユニット２０は、直動部２２、ガイドアーム２３１、ガイド部２３２、２３３およびリンク部２４１、２４２を有し、ベースフレーム２１に設置されている。直動部２２は、例えば、ボールねじ機構であり、ボールねじ２２１と、ボールねじ２２１に取り付けられた駆動力を発生させる第２モータ２２２と、軸受２２３とを有する。そして、制御部５１から信号を受け取り第２モータ２２２が回転し、ボールねじ２２１を介して、ガイド部２３２、２３３を１自由度方向（軸方向Ｙ）に動作させ、リンク部２４１、２４２を縮退、延長させることで、周調整ユニット３０を径方向Ｘに持ち上げたり降ろしたり、すなわち、周調整ユニット３０の探触子３１の径方向Ｘの移動を行う。

なお、直動部２２およびリンク部２４１、２４２の動作は、ボールねじ２２１によるものに限られることはなく、例えば、シリンダまたはリニアモータなどの機構を用いてもよく、探触子３１を径方向Ｘに持ち上げたり降ろしたり移動できる機構であればよい。また、駆動源には電気の他に、空圧、油圧、手動を用いてもよい。

周調整ユニット３０は、ラックアンドピニオン機構のラック３２およびピニオン３３と、ピニオン３３に駆動力を発生させる第３モータ３４と、ガイド溝３５１が付いたフレーム３５とを有し、ベースフレーム２１に設置されている。

周調整ユニット３０は、外部の制御部５１から信号を受け取り第３モータ３４がピニオン３３を回転させ、フレーム３５のアーチ状の曲率に沿って取り付けられたラック３２に沿って探触子３１を前記の自由度方向とは異なる方向（周方向Ｚ）に移動させる。探触子３１はカムフォロア（図示せず）とガイド溝３５１で支持および案内することで、ラック３２とピニオン３３の歯先の負荷を低減し、脱落を防止している。

なお、ベースフレーム２１およびフレーム３５は平らな形としてもよく、回転電機１００の固定子１０２の外周面または回転子１０１の内周面に沿わせたアーチ型として曲線部の弧長を任意の長さに構成してもよい。また、ベースフレーム２１およびフレーム３５は、探触子３１、および、他の箇所の例えば、モータ、ケーブルの配線およびケーブルを収納するための箇所、および、回転電機１００の内面を傷つけないためのカバーを取り付けてもよい。

検査装置１には、軸方向Ｙの走行と、周調整ユニット３０の持ち上げおよび収納と、周方向Ｚに探触子３１を移動させる動作を遠隔で操作する際の補助として、検査装置１に任意の方向を向けてカメラを取り付けてもよく、カメラが取得する画像情報を鮮明にするための照明装置を取り付けてもよい。また、回転子１０１の楔１２０に対して探触子３１を精度よく接触させるためにレーザー距離計またはレーザーポインタを搭載してもよく、探触子３１の姿勢を検知するための３軸以上の加速度センサを用いてもよい。本実施の形態１においては、当該動作を行うために、周調整ユニット３０に、カメラ３６とレーザー距離計３７とを搭載している。そして、カメラ３６の映像は、検査装置１の状態として表示部５２に表示される。

探触子３１の構造の詳細は後述するが、探触子３１の軸方向端部であり軸方向Ｙに走行する前方側には、接触媒質を含んだローラ３８を備えている。また、探触子３１が検査中に安定して被検査体に接触するように探触子３１の四隅に配置されたリテーナ３９を備えている。ローラ３８およびリテーナ３９は例えばフレーム３５に取付けられている。

図４は、回転電機１００の固定子１０２と回転子１０１の隙間に検査装置１が挿入された状態での軸方向Ｙの断面を示す模式断面図である。回転電機１００の固定子１０２と回転子１０１の隙間１０３は入口１０４が最も狭い。そして、この入口１０４から、検査装置１を内部へ挿入し、また、内部から取り出しを行う必要がある。このため、隙間１０３の入口１０４を通過する際には、検査装置１は制御部５１の信号により、検査ユニット２０を動作させ周調整ユニット３０および探触子３１を径方向Ｘにおいて縮め、周調整ユニット３０および探触子３１を収納した状態として通過させる。なお、軸方向において入口１０４と対向する他端部１０５は、軸方向の検査終了地点である。

次に、探触子３１の構造について説明する。図５および図６は探触子３１を用いた検査装置１による検査方法を説明するための摸式図で、図５は軸方向の断面図、図６は軸方向に沿った断面図である。探触子３１は超音波振動子３１１ａを複数備えたフェーズドアレイ型の超音波センサ３１１と超音波センサ３１１の被検査体側の表面に設けられた弾力性部材からなるシュー３１２とが保持具３１０に固定されて構成される。

シュー３１２は、例えば内部を油又は水などの液体を充填し密封したゴムで構成され、検査装置１が被検査体である回転子の楔１２０の表面を移動した時に、楔１２０の表面の凹凸に合わせて変形可能であるとともに移動時に楔１２０との密着性を確保する。

また、検査時には、探触子３１と楔１２０との間、すなわちシュー３１２と楔１２０との間には接触媒質（図示せず）を有する。接触媒質は、シュー３１２と楔１２０との間の密着性と滑り性を有する材料であり、回転電機の内部で使用することを考慮して絶縁性、半乾性ないし不乾性の性質を有する油（例えばサラダ油）を用いる。

上述したように、実施の形態１においては、検査装置１が隙間１０３に配置されて、軸方向Ｙに走行する前方側に接触媒質を含んだローラ３８を備えている。ローラ３８として例えば吸湿性の高いペイントローラを用い、予め接触媒質に浸漬させることで接触媒質を吸収させておく。検査時にローラ３８が探触子３１の前方を、楔１２０を押し当てながら走行するので、検査装置１が走行中にシュー３１２と楔１２０との間に接触媒質を供給することを可能とした。このように、予め接触媒質をローラ３８に吸収させておくことで、接触媒体を供給するための貯蔵装置または供給装置を不要とし、検査装置１の小型化を可能とするとともに、検査精度の安定化を可能とする。

また、上述したように、実施の形態１においては、探触子３１が検査中に安定して被検査体に接触するように探触子３１の四隅にリテーナ３９を備えている。被検査体である楔１２０の表面の凹凸に倣うようにシュー３１２が傾いて楔１２０に密着してもこのリテーナ３９により楔１２０と探触子３１の平行が保たれるようにシュー３１２の姿勢安定性を向上させることができる。なお、リテーナ３９は探触子３１の四隅に設けることが望ましいが、少なくとも探触子３１を挟んで軸方向に対向する位置に２つ設けておけば、軸方向のバランスを保つことができる。

なお、制御部５１はフェーズドアレイ型の超音波センサ３１１から超音波を発信し、反射波を受信する制御を行う超音波探傷装置５１１を備える。また、超音波探傷装置５１１を操作したり、取得した断面データを通信するためにＰＣ（パーソナルコンピュータ）５１２等を備えていてもよい。

図７および図８は、実施の形態１における回転電機１００の回転子１０１と固定子１０２の隙間１０３に配置された検査装置１の径方向Ｘの断面を示す模式断面図である。ここでは、探触子３１のシュー３１２、ローラ３８、リテーナ３９は省略している。固定子１０２は強磁性体である鉄心に溝１２４が内周面に不連続に配置されており、走行体は、固定子１０２の内周面の鉄心の歯１２３に沿って吸着する。回転子１０１の楔１２０は、固定子１０２に対向して位置しており、固定子１０２の溝１２４の配置との相対的な位置関係は周方向Ｚにおいて不定である。周調整ユニット３０では、探触子３１の検査装置１内における周方向Ｚの移動によって、探触子３１を回転子１０１の楔１２０の表面に対向させ、接触性を高めるように構成する。

探触子３１は、回転子１０１の楔１２０のうち検査対象の楔１２０Ａの表面に押し付ける際には、例えば、ボールねじ２２１の第２モータ２２２の電流を制御し制限することで、探触子３１は押し付ける力が制御される。また、探触子３１の接触状態を精細に変化させたり、機構要素の破壊を防いだりするように制御される。

図９は、図８を一部拡大した模式図で、走行体１１１、１１２のクローラ部４０１が固定子１０２の内周面の鉄心の位置に配置され、リンク部２４１、２４２から持ち上げられ、検査対象の楔１２０Ａの表面に密着した探触子３１のシュー３１２がリテーナ３９によりバランスされている。

図１０は、回転電機１００の回転子１０１の楔１２０を検査している状態の検査装置１の軸方向Ｙに沿った断面を示す模式図である。回転子１０１の表面の楔１２０を検査する時は、隙間１０３の入口１０４近傍の検査開始点である回転子１０１の楔１２０の表面位置まで探触子３１のシュー３１２を移動させ、接触させることで検査を開始する。隙間１０３の入口１０４近傍の楔１２０検査開始点から他端部１０５の検査終了点までシュー３１２が押し当てられた状態で探触子３１は移動される。移動方向前方には接触媒体を含んだローラ３８があり、シュー３１２と楔１２０との接触面に接触媒体が供給され、移動が円滑に進む。

次に、検査データの取得方法について説明する。図１１は、回転電機１００の回転子１０１の楔１２０を検査している状態の検査装置１の軸方向Ｙに沿った断面を示す模式図と、取得データを示す図である。隙間１０３の入口１０４近傍の検査開始点から予め決められた間隔で断面データを取得する。断面データは図５で示したように、ある点において超音波センサ３１１から発信された超音波およびき裂等で反射した反射波による画像である。開始点の画像ｄ１から画像ｄ２、・・・画像ｄｋ（ｋは１より大きい整数）と設定された間隔で断面データを取得し、検査終了点の画像ｄｎ（ｎは整数、ｋ≦ｎ）まで取得する。このように、断面の２次元データを軸方向に取得していくことで、３次元のデータを生成することも可能となり、楔に発生したき裂の状態を精度よく行うことが可能となる。

画像データを取得する間隔は、例えば移動距離に応じて設定すればよい。軸方向の楔１２０の長さを等分し、等間隔に取得しても良いし、過去のデータからき裂の発生しやすい部位の間隔を短くするように不等間隔で設定してもよい。あるいは、走行体１１１，１１２を駆動する第１モータ４０２に搭載されたエンコーダの距離情報を用いても良い。また、時間間隔に基づいて画像データを取得してもよい。例えば、移動速度に同期してタイマーにより、間隔を設定しても良い。
また、シュー３１２を押圧しながら移動するが、移動時には検査時よりも押圧を小さくするなど、移動速度、移動距離に同期させて押圧し画像データを取得してもよい。そのため、超音波センサ３１１を保持する保持具３１０に感圧センサまたは歪ゲージを設け、押圧を計測し、制御してもよい。

本実施の形態１では、軸方向に探触子３１を移動しながら断面データを軸方向に複数取得することで検査を行うので、図５および図９に示すように、少なくともシュー３１２の周方向の幅は接触する楔１２０の周方向の幅と同等かそれより大きくなるようにしておく。シュー３１２の周方向の幅が接触する楔１２０の周方向の幅より小さいと超音波が楔１２０の内部に到達しない箇所が生じ、検査漏れが生じる虞がある。シュー３１２の周方向の幅が大きすぎると楔１２０のない箇所に超音波を送信しようとし効率よく超音波を使えない。また、楔１２０の軸方向に移動して画像データを取得するので、軸方向の移動のずれも考慮すると、シュー３１２の周方向の幅は楔１２０の周方向の幅より大きく、シュー３１２の周方向の端部が楔１２０の周方向の間隔の中央以下程度までがよい。なお、シュー３１２は超音波を効率よく伝達する接触媒体となるため、超音波センサ３１１の周方向の幅は楔１２０の幅よりも小さくてもよい。

次に、上記のように構成された実施の形態１の回転電機の検査装置１の検査方法について図に基づいて説明する。図１２Ａおよび図１２Ｂは、実施の形態１における回転電機の検査装置の検査方法を示すフローチャートである。本実施の形態１では、検査対象箇所の全数検査を行う例を示している。なお、フローチャート中の各ステップにおける探触子３１の移動の順番は一例であり、検査対象箇所の検査が達成されるような方法であれば、順番を入れ替えても構わない。

まず、検査システム１０の検査装置１を回転電機１００の入口１０４から、制御部５１により操作し、回転子１０１と固定子１０２との隙間１０３に持ち込み挿入する。この時、検査装置１の配置は固定子１０２の内周面の他に、回転子１０１の外周面に設置してもよい。そして、検査装置１を制御部５１の操作により、回転子１０１の検査対象箇所の楔１２０の位置まで軸方向Ｙに移動させる（ステップＳＴ１１）。

次に、検査装置１の探触子３１を含む周調整ユニット３０を、検査ユニット２０の直動部２２およびリンク部２４１、２４２により、制御部５１の操作で、回転子１０１の表面に近接するように径方向Ｘに持ち上げる（ステップＳＴ１２）。次に、探触子３１を、周調整ユニット３０のピニオン３３に接続された第３モータ３４を制御部５１の操作で、回転子１０１の検査対象箇所の楔１２０の表面に対向する位置まで周方向Ｚに移動させる（ステップＳＴ１３）。この位置は検査開始点である。この際、最初に挿入した時点の検査装置１の探触子３１の周方向Ｚの位置が、楔１２０の周方向Ｚの位置とずれが生じていても、確実に探触子３１を楔１２０に対向する位置に設置できる。

次に、探触子３１のシュー３１２を回転子１０１の楔１２０の表面に接触させ、超音波による内部の反射データを取得する（ステップＳＴ１４）。この時、適切な画像データが取得できれば（ステップＳＴ１５でＹｅｓ）この画像データを検査開始点のデータとして検査を開始する（ステップＳＴ１６）。ステップＳＴ１４で取得したデータが、不適切なもの、例えば、周方向の探触子３１の位置がずれていて、対象の楔１２０の断面画像の一部が欠けている、超音波が安定していない等であれば、探触子３１を楔１２０の表面から一端離し（ステップＳＴ２０）、ステップＳＴ１３またはステップＳＴ１４に戻って再度反射データを取得する。周方向に大きなずれがあり周方向の探触子３１の位置調整が必要な場合はステップＳＴ１３に、シュー３１２のバランスを調整し直す程度であればステップＳＴ１４に戻るなど、ステップＳＴ１５の画像で戻るステップを決定すればよい。

ステップＳＴ１６で断面の画像データの取得を開始し、探触子３１のシュー３１２を押圧しながら、隙間１０３の入口１０４から他端部１０５に向かって移動し、予め設定された間隔で画像データを取得していく（ステップＳＴ１７）。楔１２０の検査開始点の他端側である検査終了点に達したら、探触子３１のシュー３１２を楔１２０の表面から離し、軸方向を検査開始点まで移動する（ステップＳＴ１８）。これで楔１２０の軸方向１つの検査が終了する。他の検査対象の楔１２０がある場合（ステップＳＴ１９でＮｏ）は、再度ステップＳＴ１３から検査を実施する。この場合、ステップＳＴ１３において、探触子３１は他の楔１２０に対向する位置まで周方向Ｚに移動することとなる。他に検査対象の楔１２０がない場合（ステップＳＴ１９でＹｅｓ）は、全ての検査対象の検査が完了したことになる。本開示における回転電機１００においては、検査装置１が軸方向に画像データを取得することにより回転電機１００の検査を行うため、点検時間を減少させることができ、効率的な回転電機１００の運転が実現できる。

以上のように、実施の形態１の回転電機の検査装置によれば、回転電機の固定子の内周面と回転子の外周面との隙間に挿入し、検査対象箇所を検査する回転電機の検査装置であって、ベースフレームと、このベースフレームに取り付けられ、隙間内で、ベースフレームを軸方向に移動させる走行体と、フェーズドアレイ型の超音波センサおよびこの超音波センサの一方の面に設けられ、弾力性部材からなるシューを有し、検査対象箇所を検査する探触子と、この探触子を軸方向、および周方向に垂直な径方向に移動させる径移動部と、探触子をベースフレーム内において周方向に移動させる周移動部と、探触子の軸方向の端部に設けられ接触媒体を含むローラと、を備え、探触子はローラの設けられた側を前方として検査対象箇所を軸方向に沿って検査するので、探触子が軸方向に移動し、検査対象の軸方向の画像データを取得することができ、検査作業の能率が向上でき、検査作業の期間が短期間にできる。
また、探触子の移動する前方に配置されたローラから探触子のシューと検査対象箇所の表面の間に接触媒体が供給されるので、検査対象箇所の表面に探触子が適切に接触できるため、検査対象箇所の表面または内部の欠陥に応じて得られる信号を精度高く得ることができる。

また、探触子を検査装置内にて周方向に移動できるため、１つまたは複数の検査対象箇所を検査が可能となり、検査装置の移動の制約が低減でき、かつ、検査作業の能率が向上でき、検査作業の期間が短期間にできる。
また、探触子を検査装置内にて周方向に移動できるため、検査装置の停止位置が周方向の任意の位置であっても、検査対象箇所と探触子とが適切な位置関係に調整でき、探触子を検査対象箇所の表面に適切に接触させるとともに、検査のために回転子の位置の調整作業および配置し直しの頻度を削減でき、検査の容易性を確保し検査を短期間に実施できる。

また、探触子を検査装置内にて周方向に移動できるため、検査装置の停止位置が周方向の任意の位置であっても、検査対象箇所と探触子とが適切な位置関係に調整でき、探触子を検査対象箇所の表面に適切に接触させるとともに、検査のために回転子の位置の調整作業および配置し直しの頻度を削減でき、検査の容易性を確保し検査を短期間に実施できる。さらに、検査対象箇所の表面に適切に接触できるため、検査対象箇所の表面または内部の欠陥に応じて得られる信号を精度の高く得ることができる。

実施の形態１の回転電機の検査装置は、さらに探触子を挟んで軸方向の対向する位置にシューの姿勢を安定化させるリテーナを備え、望ましくは前記リテーナを前記探触子の四隅の位置に設けたので、検査対象箇所の凹凸に倣うようにシューが傾いて密着してもリテーナにより検査対象の表面と探触子の平行が保たれるようにシューの姿勢安定性を向上させることができる。このため、検査精度の低下を抑制できる。

実施の形態１の回転電機の検査装置において、シューの周方向の幅は、検査対象箇所の周方向の幅と同等かそれより大きく設定したので、検査対象箇所の断面部を１回で検査することができるとともに、軸方向に移動する際に検査対象箇所の周方向の幅とシューの周方向の幅との差分以内のずれであれば、検査精度に影響を及ぼさないですむ。すなわち、シューの周方向の幅が小さいと、検査対象箇所の同じ断面部を複数回検査するために周方向への移動が必要となり、検査、周方向の移動、軸方向の移動、検査、周方向の移動、・・・を繰り返すことになり、煩雑な移動となるとともに、適切な位置への移動を行うための調整時間を要していた。本実施の形態１ではこの問題が解決し、軸方向の移動のみで検査を行うことができる。

また、走行体は、ベースフレームに連結用の連結脚を介して取り付けられ、連結脚は、隙間の寸法に応じて交換可能に形成されるので、回転電機の隙間の寸法に応じて連結脚を交換できるため、検査装置の汎用性の高くなる。

また、径移動部は、探触子を径方向に移動させ、探触子をベースフレーム内に収納可能に構成されたので、検査装置の回転電機の隙間への挿入時に、探触子が邪魔になるのを防止できる。

また、走行体は、磁気吸着力を利用し、回転電機の固定子の内周面または前記回転子の外周面の強磁性体に沿って移動させるクローラ部と、このクローラ部に駆動力を発生させる第１モータとを備えるので、検査装置の軸方向の移動を簡便に行うことができる。

また、径移動部は、探触子の検査対象箇所への押し付ける力を制御するので、検査対象箇所または他の箇所を傷つけることなく、探触子を検査対象箇所に適宜接触できる。

また、径移動部は、軸方向に動作する直動部と、直動部の動作によりリンクして径方向に移動するリンク部とを備え、直動部は、ボールねじと、ボールねじに駆動力を発生させる第２モータとを備えたので、探触子の径方向の移動を確実に行うことができる。

また、周移動部は、ラックおよびピニオンを有するラックアンドピニオン機構にて構成され、ピニオンに駆動力を発生させる第３モータを備えたので、探触子の周方向の移動を確実かつ簡便に行うことができる。

また、実施の形態１の回転電機の検査装置システムによれば、以上で説明した実施の形態１の回転電機の検査装置と、検査装置の前記探触子の周方向および径方向の少なくともいずれか１方の移動を制御する制御部と、検査装置の状態を表示する表示部とを備えているので、精度が高く、従来よりも検査時間を短縮することが可能な回転電機の検査装置システムを実現できる。

さらに、制御部は、予め設定された間隔で検査対象箇所の断面の画像データを軸方向に沿って複数取得するようにしたので、欠陥箇所を容易に判断可能となり、検査精度が向上する。また、取得したデータを画像処理により軸方向に繋げることで３次元のデータを生成することも可能となり、検査精度の一層の向上に寄与する。

また、実施の形態１の回転電機の検査装置方法によれば、回転電機の回転子と固定子とが組みつけられた状態にて、周方向の異なる箇所の複数の検査対象箇所を以上で説明した実施の形態１の回転電機の検査装置を用いて、軸方向に検査する回転電機の検査方法であって、検査装置を固定子と回転子との隙間に挿入し、１つの検査対象箇所まで移動させるステップと、探触子にて１つの検査対象箇所の開始点から軸方向に予め設定された間隔で検査を行うステップと、１つの検査対象箇所の検査終了点に達した場合、開始点まで軸方向に沿って移動するステップと、検査装置内において前記探触子が周方向に移動できる範囲に含まれる、１つの前記検査対象箇所とは異なる他の前記検査対象箇所に対向させるように前記探触子を移動させ、他の前記検査対象箇所の検査を行うステップとを備えたので、検査対象の軸方向の画像データを取得することができ、検査作業の能率が向上でき、検査作業の期間が短期間にできる。

また、探触子による検査を行うステップは、探触子を検査対象箇所の対向位置に移動させるステップと、探触子を検査対象箇所の表面に移動させるステップと、探触子を検査対象箇所の表面に接触させた状態で軸方向に移動させるステップと、を備えた。これにより、軸方向の検査において探触子の押し当て、引き離しの動作を繰り返すことがなくなり、検査作業の一層の短期間化に寄与する。

なお、制御部５１は、ハードウエアの一例を図１４に示すように、プロセッサ２００と記憶装置２０１とから構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ２００は、記憶装置２０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ２００にプログラムが入力される。また、プロセッサ２００は、演算結果等のデータを記憶装置２０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

上記では、探触子がベースフレーム内を周方向に移動させる周移動部を説明したが、固定子の歯の周方向の幅の範囲内で走行体を移動させ、検査対象箇所に対する探触子の周方向の位置を調整する周調整部を設けてもよい。周調整部は、例えば、米国出願公開番号２００７／００８９５４４号に記載のような公知の周方向の移動機構により行われるが、この例に限定されるものではない。
周調整部は、回転子と固定子の位相のずれを補償するように、前記検査対象箇所に対する探触子の周方向の位置を調整する。ここで、位相のずれとは、例えば、検査対象箇所の楔に対する探触子のずれであり、固定子の歯の周方向の幅の範囲内でのずれである。このように固定子の歯の周方向の幅の範囲内において、探触子の周方向の位置を調整する周調整部を設けることで、より高精度に検査対象箇所の楔に探触子が対向できる。

＜その他の実施の形態＞
上述の実施の形態１において、検査対象箇所を回転子の楔を例として説明したが、隣接する楔の間に位置する歯部（ティース）を対象としても本検査装置、検査システムおよび検査方法は適用できる。また、検査装置１は固定子を走行する例を説明したが、回転子を走行するようにしてもよい。

また、軸方向に画像データを取得することを説明したが、これら画像データを蓄積し、過去のデータと比較するようにしてもよい。比較することで、あるいは同じ箇所の画像データの差分を算出することで、欠陥の見落としがなくなる。さらに、欠陥の発生の予兆を検知することができ、検査スケジュールの策定情報を提供することも可能となる。

シューの周方向の幅を検査対象の周方向の幅と同等かそれより大きくするようにしたが、１つの検査装置で複数の回転電機を検査することを考慮して決めればよい。例えば、回転電機の大きさ毎にグルーピングし、グループ内の検査対象の周方向の幅の最大値でシューの周方向の幅を決めるようにすればよい。

ローラおよびリテーナが周調整ユニットのフレームに取付けられている例を示したが、これに限るものではない。例えば、探触子の保持具に取付けられていても良い。

本開示は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本開示に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１検査装置、１０検査システム、１００回転電機、１０１回転子、１０２固定子、１０３隙間、１０４入口、１０５他端部、１１１走行体、１１２走行体、１２０楔、１２０Ａ楔、１２１連結脚、１２２連結脚、１２３歯、１２４溝、１２５溝、２０検査ユニット、２００プロセッサ、２０１記憶装置、２１ベースフレーム、２２直動部、２２１ボールねじ、２２２第２モータ、２２３軸受、２３１ガイドアーム、２３２ガイド部、２３３ガイド部、２４１リンク部、２４２リンク部、３０周調整ユニット、３１探触子、３１０保持具、３１１超音波センサ、３１１ａ超音波振動子、３１２シュー、３２ラック、３３ピニオン、３４第３モータ、３５フレーム、３５１ガイド溝、３６カメラ、３７レーザー距離計、３８ローラ、３９リテーナ、４０１クローラ部、４０２第１モータ、４０３筐体、５１制御部、５１１超音波探傷装置、５１２ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、５２表示部、６１ケーブル、６２ケーブル、Ｘ径方向、Ｙ軸方向、Ｚ周方向。

Claims

回転電機の固定子の内周面と回転子の外周面との隙間に挿入し、検査対象箇所を検査する回転電機の検査装置であって、
ベースフレームと、
前記ベースフレームに取り付けられ、前記隙間内で、前記ベースフレームを軸方向に移動させる走行体と、
フェーズドアレイ型の超音波センサおよび前記超音波センサの一方の面に設けられ、弾力性部材からなるシューを有し、前記検査対象箇所を検査する探触子と、
前記探触子を軸方向、および周方向に垂直な径方向に移動させる径移動部と、
前記探触子を前記ベースフレーム内において周方向に移動させる周移動部と、
前記探触子の軸方向の端部に設けられ接触媒体を含むローラと、を備え、
前記探触子は前記ローラの設けられた側を前方として前記検査対象箇所を軸方向に沿って検査する、回転電機の検査装置。
さらに、前記探触子を挟んで軸方向の対向する位置に前記シューの姿勢を安定化させるリテーナを備えた請求項１に記載の回転電機の検査装置。
前記リテーナは前記探触子の四隅の位置に設けられた請求項２に記載の回転電機の検査装置。
前記シューの周方向の幅は、前記検査対象箇所の周方向の幅と同等かそれより大きい請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置。
前記走行体は、前記ベースフレームに連結用の連結脚を介して取り付けられ、
前記連結脚は、前記隙間の寸法に応じて交換可能に形成される請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置。
前記径移動部は、前記探触子を径方向に移動させ、前記探触子を前記ベースフレーム内に収納可能に構成された請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置。
前記走行体は、磁気吸着力を利用し、前記回転電機の固定子の内周面または前記回転子の外周面の強磁性体に沿って移動させるクローラ部と、
前記クローラ部に駆動力を発生させる第１モータと、を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置。
前記径移動部は、前記探触子の前記検査対象箇所への押し付ける力を制御する請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置。
前記径移動部は、軸方向に動作する直動部と、前記直動部の動作によりリンクして径方向に移動するリンク部とを備え、
前記直動部は、ボールねじと、前記ボールねじに駆動力を発生させる第２モータとを備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置。
前記周移動部は、ラックおよびピニオンを有するラックアンドピニオン機構にて構成され、前記ピニオンに駆動力を発生させる第３モータを備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置と、
前記検査装置の前記探触子の周方向および径方向の少なくともいずれか１方の移動を制御する制御部と、
前記検査装置の状態を表示する表示部と、を備えた回転電機の検査システム。
前記制御部は、予め設定された間隔で前記検査対象箇所の断面の画像データを軸方向に沿って複数取得する、請求項１１に記載の回転電機の検査システム。
回転電機の回転子と固定子とが組みつけられた状態にて、周方向の異なる箇所の複数の検査対象箇所を請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の検査装置にて軸方向に検査する回転電機の検査方法であって、
前記検査装置を前記固定子と前記回転子との隙間に挿入し、１つの検査対象箇所まで移動させるステップと、
前記探触子にて１つの前記検査対象箇所の開始点から軸方向に予め設定された間隔で検査を行うステップと、
１つの前記検査対象箇所の検査終了点に達した場合、開始点まで軸方向に沿って移動するステップと、
前記検査装置内において前記探触子が周方向に移動できる範囲に含まれる、１つの前記検査対象箇所とは異なる他の前記検査対象箇所に対向させるように前記探触子を移動させ、他の前記検査対象箇所の検査を行うステップとを備えた回転電機の検査方法。
前記探触子による検査を行うステップは、
前記探触子を前記検査対象箇所の対向位置に移動させるステップと、
前記探触子を前記検査対象箇所の表面に移動させるステップと、
前記探触子の前記シューを前記検査対象箇所の表面に接触させた状態で軸方向に移動させるステップと、を備えた請求項１３に記載の回転電機の検査方法。