JP7343849B2

JP7343849B2 - 着磁装置、及び寿命予測方法

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Publication number: JP7343849B2
Application number: JP2021208392A
Authority: JP
Inventors: 成弘岩田; 一彦野口; 尚人山田; 憲一大久保; 満佐々木
Original assignee: Denshijiki Industry Co Ltd
Current assignee: Denshijiki Industry Co Ltd
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-09-13
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: JP2023093015A

Description

本発明は、着磁装置、及び寿命予測方法に関する。

鉄心に着磁コイルが巻回されてなる着磁ヨークを着磁対象物に近接配置し、当該着磁コイルにパルス電流を流すことにより着磁ヨークに強い磁場を発生させて、着磁対象物を磁化させる着磁装置が広く使用されている。このような着磁装置に用いられる着磁ヨークは、極めて大きなパルス電流が繰り返し着磁コイルに流れるため、着磁コイルの被覆に熱的劣化が生じやすい。さらに着磁コイルは、電流が流れるときに一方向の力が作用し、電流が遮断されると逆方向の力が作用するため、パルス電流を流す度に被覆の機械的劣化も生じる。そのため、着磁を繰り返すことによって着磁コイルの被覆が徐々に劣化し、最終的に着磁コイルの被覆が絶縁破壊して短絡故障するに至る場合が多い。

上記のような着磁装置は、生産設備において予期せぬ製造ラインの停止を招くため、予備設備を用意しておく対応が図られる。しかし、着磁装置が突然故障した場合には設備交換の工程を組むことも困難となることから、着磁装置が未だ使用可能な状態であったとしても着磁が所定回数に達した時点で前もって交換を行わざるを得ないことになる。すなわち、着磁装置は、故障に備えて早めに設備交換を行うと未だ使用可能な状態で廃棄されるため無駄が生じる反面、交換時期が遅れると突然の故障により製造ラインの停止で混乱を招いてしまう。

そこで、例えば特許文献１の従来技術では、着磁コイルに流れる着磁電流を測定し、電流波形の歪みから着磁ヨークの劣化を検査する方法が開示されている。すなわち当該従来技術は、着磁ヨークが破壊する直前の劣化を検知することで、着磁ヨークの破壊を未然に検知しようとするものである。

特開平７－１０６１２８号公報

上記の従来技術では、着磁コイルが物理的な衝撃を受け、伸縮し、又は絶縁破壊を起こすことにより誘導負荷又は抵抗が変化する場合には、着磁電流が変化するため劣化を検出することが可能になる。しかしながら、当該従来技術では、着磁ヨークの振動により空乏が生じて着磁コイルがずれる場合や傾きが変化する場合など、着磁ヨークに劣化の兆候が生じる場合であっても着磁電流に変化が無い限り劣化を検出することができないため、劣化検出が遅れる場合や検出自体ができない場合が生じ得る。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、着磁ヨークに生じる劣化の兆候を早期に検出することができる着磁装置、及び寿命予測方法を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、鉄心に着磁コイルが巻回されてなる着磁ヨークと、前記鉄心に巻回されたサーチコイルと、前記着磁コイルの通電時における前記サーチコイルの誘起電圧を測定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記誘起電圧の基準波形を設定し、着磁の実行毎に測定される前記誘起電圧の測定波形と前記基準波形との類似度に基づいて前記着磁ヨークの寿命を予測する、着磁装置である。

本発明の第１の態様に係る着磁装置は、着磁ヨークに生じる磁束に伴いサーチコイルに誘起される誘起電圧を指標として着磁ヨークの寿命を予測する。そのため、着磁装置は、着磁電流が変化する前の段階、又は着磁電流が変化しない場合であっても、着磁ヨークの振動により空乏が生じて着磁コイルがずれる場合や傾きが変化する場合など着磁ヨークに劣化の兆候が生じる段階で検出することができる。従って、第１の態様に係る着磁装置によれば、着磁ヨークに生じる劣化の兆候を早期に検出することができる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記着磁ヨークは、複数の磁極を有し、前記磁極ごとに前記サーチコイルが巻回され、前記制御部は、前記磁極ごとに前記類似度を算出する、着磁装置である。

本発明の第２の態様に係る着磁装置によれば、着磁ヨークが複数の磁極を有する場合であっても、磁極ごとに設けられたサーチコイルの誘起電圧を個別に取得して劣化を検出するため、着磁ヨーク全体の劣化進行過程を捉えやすく、着磁ヨークが故障した場合の対処も容易になる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第２の態様において、前記制御部は、着磁の実行毎に測定される複数の前記磁極のそれぞれの前記誘起電圧のうち、一の前記誘起電圧を前記基準波形とし、他の前記誘起電圧を前記測定波形として前記類似度を算出する、着磁装置である。

本発明の第３の態様に係る着磁装置によれば、一回の着磁で取得される複数の磁極の誘起電圧同士で類似度を算出することができるため、基準波形を記憶する必要がなく着磁毎に類似度の算出処理が完結するため、演算手順を簡略化することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、上記した本発明の第１又は２の態様において、前記制御部は、所定の着磁回数の前記測定波形を前記基準波形として設定し、前記基準波形を設定した後の着磁の実行毎に前記着磁ヨークの寿命を予測する、着磁装置である。

本発明の第４の態様に係る着磁装置によれば、歪みの無い誘起電圧の基準波形の形状が未知であっても、所定の着磁回数を経て動作が安定した状態の測定波形を基準波形として設定することができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、上記した本発明の第１乃至４のいずれかの態様において、前記制御部は、前記類似度を相互相関関数により算出する、着磁装置である。

本発明の第５の態様に係る着磁装置によれば、測定波形と基準波形との比較を相互相関関数により行うことで、誘起電圧の取得データから測定波形を切り出すタイミングに誤差がある場合であっても、比較的正確に両者の類似度を算出することができる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、上記した本発明の第１乃至５のいずれかの態様において、前記制御部は、前記測定波形のうち前記誘起電圧の大きさが最大となるタイミング以降の波形を予測に使用する、着磁装置である。

本発明の第６の態様に係る着磁装置によれば、誘起電圧の歪みが最大値から減衰していく過渡状態に現れることを利用して、この部分の波形を切り出して寿命予測に使用することで、類似度の算出精度を向上させることができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、上記した本発明の第１乃至６のいずれかの態様において、前記制御部は、前記類似度が所定の閾値を下回る歪み回数をカウントし、前記歪み回数が所定の閾値回数に達した場合に警告を発する、着磁装置である。

本発明の第７の態様に係る着磁装置によれば、誘起電圧が正常波形であるにも拘らずノイズ等の影響で類似度が極端に低下する場合があっても誤報の警告を抑制することができる。

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、上記した本発明の第１乃至７のいずれかの態様において、前記制御部は、前記類似度を周波数領域で算出する、着磁装置である。

本発明の第８の態様に係る着磁装置によれば、誘起電圧の測定波形と基準波形とを周波数に変換して類似度を算出することにより、誘起電圧の歪みが類似度の大きな変化として反映されやすいため、着磁ヨークの劣化検出精度を高めることができる。

＜本発明の第９の態様＞
本発明の第９の態様は、鉄心に巻回された着磁コイルに通電する着磁工程と、前記鉄心に巻回されたサーチコイルの誘起電圧を測定する電圧測定工程と、前記誘起電圧の基準波形を設定する基準設定工程と、着磁の実行毎に測定される前記誘起電圧の測定波形と前記基準波形との類似度に基づいて着磁ヨークの寿命を予測する予測工程と、を含む、寿命予測方法である。

本発明の第９の態様に係る寿命予測方法は、着磁ヨークに生じる磁束に伴いサーチコイルに誘起される誘起電圧を指標として着磁ヨークの寿命を予測する。そのため、寿命予測方法は、着磁電流が変化する前の段階、又は着磁電流が変化しない場合であっても、着磁ヨークの振動により空乏が生じて着磁コイルがずれる場合や傾きが変化する場合など着磁ヨークに劣化の兆候が生じる段階で検出することができる。従って、第８の態様に係る寿命予測方法によれば、着磁ヨークに生じる劣化の兆候を早期に検出することができる。

＜本発明の第１０の態様＞
本発明の第１０の態様は、上記した本発明の第９の態様において、前記着磁ヨークが複数の磁極を有する場合に、前記磁極ごとに巻回された前記サーチコイルの前記誘起電圧で前記類似度を算出する、寿命予測方法である。

本発明の第１０の態様に係る寿命予測方法によれば、着磁ヨークが複数の磁極を有する場合であっても、磁極ごとに設けられたサーチコイルの誘起電圧を個別に取得して劣化を検出するため、着磁ヨーク全体の劣化進行過程を捉えやすく、着磁ヨークが故障した場合の対処も容易になる。

＜本発明の第１１の態様＞
本発明の第１１の態様は、上記した本発明の第１０の態様において、着磁の実行毎に測定される複数の前記磁極のそれぞれの前記誘起電圧のうち、一の前記誘起電圧を前記基準波形とし、他の前記誘起電圧を前記測定波形として前記類似度が算出される、寿命予測方法である。

本発明の第１１の態様に係る寿命予測方法によれば、一回の着磁で取得される複数の磁極の誘起電圧同士で類似度を算出することができるため、基準波形を記憶する必要がなく着磁毎に類似度の算出処理が完結するため、演算手順を簡略化することができる。

＜本発明の第１２の態様＞
本発明の第１２の態様は、上記した本発明の第９又は１０の態様において、前記基準設定工程においては、所定の着磁回数の前記測定波形を前記基準波形として設定し、前記予測工程においては、前記基準波形を設定した後の着磁の実行毎に前記着磁ヨークの寿命を予測する、寿命予測方法である。

本発明の第１２の態様に係る寿命予測方法によれば、歪みの無い誘起電圧の基準波形の形状が未知であっても、所定の着磁回数を経て動作が安定した状態の測定波形を基準波形として設定することができる。

＜本発明の第１３の態様＞
本発明の第１３の態様は、上記した本発明の第９乃至１２のいずれかの態様において、前記類似度を相互相関関数により算出する、寿命予測方法である。

本発明の第１３の態様に係る寿命予測方法によれば、測定波形と基準波形との比較を相互相関関数により行うことで、誘起電圧の取得データから測定波形を切り出すタイミングに誤差がある場合であっても、比較的正確に両者の類似度を算出することができる。

＜本発明の第１４の態様＞
本発明の第１４の態様は、上記した本発明の第９乃至１３のいずれかの態様において、前記予測工程においては、前記測定波形のうち前記誘起電圧の大きさが最大となるタイミング以降の波形を予測に使用する、寿命予測方法である。

本発明の第１４の態様に係る寿命予測方法によれば、誘起電圧の歪みが最大値から減衰していく過渡状態に現れることを利用して、この部分の波形を切り出して寿命予測に使用することで、類似度の算出精度を向上させることができる。

＜本発明の第１５の態様＞
本発明の第１５の態様は、上記した本発明の第９乃至１４のいずれかの態様において、前記類似度が所定の閾値を下回る歪み回数をカウントし、前記歪み回数が所定の閾値回数に達した場合に警告を発する、寿命予測方法である。

本発明の第１５の態様に係る寿命予測方法によれば、誘起電圧が正常波形であるにも拘らずノイズ等の影響で類似度が極端に低下する場合があっても誤報の警告を抑制することができる。

＜本発明の第１６の態様＞
本発明の第１６の態様は、上記した本発明の第１０乃至１５のいずれかの態様において、前記類似度を周波数領域で算出する、寿命予測方法である。

本発明の第１６の態様に係る寿命予測方法によれば、誘起電圧の測定波形と基準波形とを周波数に変換して類似度を算出することにより、誘起電圧の歪みが類似度の大きな変化として反映されやすいため、着磁ヨークの劣化検出精度を高めることができる。

本発明によれば、着磁ヨークに生じる劣化の兆候を早期に検出することができる着磁装置、及び寿命予測方法を提供することができる。

着磁装置の構成を模式的に表す全体構成図である。着磁ヨークの水平断面図である。第１実施形態に係る寿命予測方法の手順を示すフローチャートである。測定波形の変化を示すグラフである。着磁コイルの印加電圧とサーチコイルの誘起電圧とを比較するグラフである。磁極ＣＨ１～ＣＨ３の測定スペクトルである。磁極ＣＨ４～ＣＨ６の測定スペクトルである。基準波形と測定波形との時間領域における類似度の変化を表すグラフである。基準スペクトルと測定スペクトルとの周波数領域における類似度の変化を表すグラフである。第２実施形態に係る寿命予測方法の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略などを行なっており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

＜第１実施形態＞
図１は、着磁装置１の構成を模式的に表す全体構成図である。着磁装置１は、着磁ヨーク２、電源部３、及び制御部４を備え、着磁ヨーク２に磁界を発生させることにより、着磁ヨーク２に収容されるワークＷを着磁する。着磁ヨーク２の詳細構造については後述する。

電源部３は、着磁ヨーク２にワークＷが収容された状態で、着磁に必要なパルス電流を着磁ヨーク２に供給する。

制御部４は、例えば着磁制御を行うアプリケーションが実行される汎用のＰＣであり、着磁の実行時に電源部３へ電力供給を指示し、着磁ヨーク２に発生する磁束を測定することで、着磁の良否を判定すると共に詳細を後述する寿命予測方法により着磁ヨーク２の寿命を予測する。尚、制御部４は、着磁制御を管理するための専用端末であってもよい。

図２は、着磁ヨーク２の水平断面図である。着磁ヨーク２は、円柱状のワークＷを収容可能な空洞が中央に形成され、円筒状の鉄心１０の内壁面から中心に向かって延在するように６つのティースを有する。絶縁被覆された単一の着磁コイル１１は、両端が電源部３に接続され、それぞれのティースに一筆書きの要領で巻回されることにより鉄心１０と協働して磁極ＣＨ１～ＣＨ６を構成している。このとき、隣接するティース同士は、着磁コイル１１の巻回方向が互いに逆向きになるよう設定されている。これにより、着磁ヨーク２は、電源部３から着磁コイル１１へ着磁電流が供給されることでワークＷに磁界を発生させ、ワークＷの周方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・と交互になるように着磁することができる。

また、着磁ヨーク２は、複数のサーチコイル１２を備え、それぞれのサーチコイル１２が磁極ＣＨ１～ＣＨ６のそれぞれに個別に巻回される。ここで、制御部４は、それぞれのサーチコイル１２の両端が接続されていることにより、着磁コイル１１の通電時にサーチコイル１２に生じる誘起電圧を測定し、当該誘起電圧の積分値により磁極ＣＨ１～ＣＨ６に発生する磁束の大きさを算出することで着磁の良否を判定することができる。尚、着磁コイル１１は超電導コイルであってもよく、鉄心１０はガラス系材料で構成されるコアであってもよい。

次に、着磁ヨーク２の故障の兆候を未然に検出し、故障前に着磁ヨーク２の設備交換を行うための寿命予測方法について説明する。図３は、第１実施形態に係る寿命予測方法の手順を示すフローチャートである。制御部４は、着磁装置１の稼働開始のタイミングで図３のフローチャートに示す制御を開始して着磁ヨーク２の寿命予測を行う。尚、本実施形態においては、着磁制御と寿命予測制御とを共に制御部４において行う形態を例示するが、両者を構成的にも機能的にも互いに独立させてもよい。

ここで、寿命予測は、サーチコイル１２に生じる誘起電圧Ｖ_Ｉの測定波形の変化に基づいて行われる。制御部４は、着磁ヨーク２が正常な状態である場合の誘起電圧Ｖ_Ｉの波形を基準波形として保持し、着磁の実行毎に測定される誘起電圧Ｖ_Ｉの測定波形と基準波形との類似度に基づいて着磁ヨーク２の寿命を予測する。基準波形は、着磁装置１の稼働前から既知であれば制御部４に記憶させておくことも可能であるが、本実施形態においては、所定の閾値回数Ｔｔｈの着磁において測定された誘起電圧Ｖ_Ｉの測定波形を基準波形として設定し、基準波形を設定した後の着磁の実行毎に着磁ヨーク２の寿命を予測するものとして説明する。

また、制御部４は、図３のフローチャートにおける一連の手順において使用するパラメータとして、着磁が実行される着磁回数Ｔ、及び測定波形に歪みが認められる歪み回数Ｅを用意し、着磁回数Ｔ＝０、歪み回数Ｅ＝０を初期値として寿命予測の手順を開始する。

寿命予測方法の手順が開始されると、制御部４は、着磁が実行されたか否かを判定する（ステップＳ１）。より具体的には、制御部４は、上記したように電源部３を介して着磁ヨーク２における着磁コイル１１に通電することでワークＷを着磁する（着磁工程）。また、制御部４は、サーチコイル１２に生じる誘起電圧Ｖ_Ｉを測定し（電圧測定工程）、その積分値を算出することにより着磁ヨーク２に発生した磁束を算出し、その最大値が十分大きいか否かで着磁の良否を判定する。一方、着磁が実行されていない期間では、制御部４は、着磁が実行されるまで待機する（ステップＳ１でＮｏ）。

ワークＷの着磁が実行されると、制御部４は、着磁回数Ｔをカウントすることにより着磁回数Ｔを更新し（ステップＳ２）、着磁回数Ｔが所定の閾値回数Ｔｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、閾値回数Ｔｔｈとは、着磁の実行毎に測定される誘起電圧Ｖ_Ｉのうち、何回目の測定波形を基準波形として設定するかを規定する所定の数であり、例えば本実施形態においてはＴｔｈ＝７０００と設定されている。

着磁回数Ｔが所定の閾値回数Ｔｔｈ未満である間は、制御部４は、寿命予測に関する以降の制御を特に行わず、ステップＳ１に戻り着磁の実行を繰り返す（ステップＳ３でＮｏ）。

そして、制御部４は、着磁回数Ｔが所定の閾値回数Ｔｔｈに達すると（ステップＳ３でＹｅｓ）、着磁回数Ｔと閾値回数Ｔｔｈとが一致する７０００回目の着磁に限り（ステップＳ４でＹｅｓ）、測定波形を基準波形として設定する（ステップＳ５、基準設定工程）。

一方、閾値回数Ｔｔｈを超える着磁においては（ステップＳ４でＮｏ）、制御部４は、誘起電圧Ｖ_Ｉの測定波形と基準波形との類似度を算出する。より具体的には、制御部４は、基準波形をｘ(ｔ)とし、測定波形をｙ(ｔ)とした場合、次式で表される相互相関関数Ｒｘｙ(τ)におけるτ＝０の値Ｒｘｙ(０)により両者の類似度を算出する（ステップＳ６）。

尚、値Ｒｘｙ(０)の値は、基準波形ｘ(ｔ)の自己相関関数Ｒｘｘ(τ)のτ＝０の値Ｒｘｘ(０)の大きさで規格化される。

また、制御部４は、測定波形と基準波形との類似度Ｒｘｙ(０)が所定の閾値Ｒｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで、閾値Ｒｔｈとは、測定波形に歪みが生じた場合に基準波形から乖離したことを判定するために事前に設定される閾値であり、本実施形態においてはＲｔｈ＝０．９５と設定されているものとする。

類似度Ｒｘｙ(０)が閾値Ｒｔｈ以上である場合には（ステップＳ７でＹｅｓ）、制御部４は、測定された誘起電圧Ｖ_Ｉに歪みがない正常波形であるものとして、ステップＳ１に戻り着磁を繰り返す。

類似度Ｒｘｙ(０)が閾値Ｒｔｈ未満である場合には（ステップＳ７でＮｏ）、制御部４は、測定された誘起電圧Ｖ_Ｉに歪みが生じた異常波形であるものとして歪み回数Ｅをカウントする（ステップＳ８）。

また、制御部４は、歪み回数Ｅが所定の閾値回数Ｅｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。ここで、閾値回数Ｅｔｈとは、誘起電圧Ｖ_Ｉが正常波形であるにも拘らずノイズ等の影響で類似度Ｒｘｙ(０)が極端に低下した場合に直ちに寿命予測を行わないために設定される閾値であり、例えば本実施形態においてはＥｔｈ＝１０００と設定されている。すなわち、制御部４は、歪み回数Ｅが１０００回に達するまでは故障が迫っているものと判断せず、ステップＳ１に戻り着磁を繰り返す（ステップＳ９でＮｏ）。

そして、制御部４は、歪み回数Ｅが閾値回数Ｅｔｈに達した時点で故障の兆候を検出したと判断し（ステップＳ９でＹｅｓ）、着磁装置１のユーザに警告を発する（ステップＳ１０）。これにより、着磁装置１のユーザは、着磁ヨーク２に生じる劣化の兆候を早期に検出することができ（予測工程）、設備交換の工程を組み始めることができる。

尚、制御部４は、故障の兆候を検出した場合であっても着磁制御は継続可能であるため、ユーザが着磁装置１の運用を継続する間は警告を発した状態でステップＳ１に戻り着磁を繰り返す（ステップＳ１１でＮｏ）。そして、制御部４は、ユーザが着磁装置１の運用を停止した場合に寿命予測方法の手順を終了する（ステップＳ１１でＹｅｓ）。

次に、誘起電圧Ｖ_Ｉの測定波形に歪みが生じる変化について説明する。図４は、測定波形の変化を示すグラフである。より具体的には、図４は、着磁ヨーク２の磁極ＣＨ１～ＣＨ６のそれぞれで測定された誘起電圧Ｖ_Ｉの波形であり、上図が着磁回数Ｔ＝１６０４０回目、中図が着磁回数Ｔ＝６３７６１回目、下図が着磁回数Ｔ＝６３７６３回目で取得されたデータを示している。

誘起電圧Ｖ_Ｉは、図４上図に見られるように正常波形である場合には、着磁開始後に最大振幅をとり、０Ｖを跨ぐように減衰しつつ極性が反転し、最終的には再び０Ｖに戻り安定する軌道を描く。尚、着磁コイル１１の巻回方向が磁極ＣＨ１～ＣＨ６により反対であるため、磁極ＣＨ１～ＣＨ６のうち偶数番目と奇数番目とでは誘起電圧Ｖ_Ｉの符号が反転している。

また、誘起電圧Ｖ_Ｉは、図４中図に見られるように故障の兆候が出始めると着磁コイル１１ごとに測定波形に歪みが生じ、図４下図に見られるように劣化が進行すると測定波形の基準波形に対する変化量が大きくなる。すなわち、着磁装置１は、誘起電圧Ｖ_Ｉの測定波形を指標として寿命を予測することにより、着磁ヨーク２に生じる劣化の兆候を早期に検出することができる。尚、測定波形の歪みは、誘起電圧Ｖ_Ｉの大きさが最大となるタイミング以降の過渡状態において現れるため、この部分の波形を切り出して寿命予測に使用することもできる。

続いて、故障の兆候が見られる場合の着磁コイル１１に印加される着磁電流と誘起電圧Ｖ_Ｉとについて説明する。ここで、印加電圧Ｖ_Ａは着磁コイル１１に印加される着磁電流の電圧換算値であるため、着磁電流に歪みが生じる場合にはこれに連動して印加電圧Ｖ_Ａにも歪みが生じることになる。

図５は、着磁コイル１１の印加電圧Ｖ_Ａとサーチコイル１２の誘起電圧Ｖ_Ｉとを比較するグラフである。より具体的には、図５上図は故障の兆候が見られない段階での印加電圧Ｖ_Ａ及び誘起電圧Ｖ_Ｉを示し、図５下図は故障の兆候が見られた段階での印加電圧Ｖ_Ａ及び誘起電圧Ｖ_Ｉを示している。尚、誘起電圧Ｖ_Ｉは、磁極ＣＨ１～ＣＨ６のうち１つを代表して表示している。

図５に見られるように、故障の兆候が表れる前後で印加電圧Ｖ_Ａの波形には変化が見られないのに対し、誘起電圧Ｖ_Ｉでは波形の歪みとして確認することができる。すなわち、着磁装置１は、着磁電流に変化が無い段階であっても、サーチコイル１２の誘起電圧Ｖ_Ｉにより着磁ヨーク２に生じる劣化の兆候を早期に検出することができる。

ところで、上記の寿命予測方法の手順は、誘起電圧Ｖ_Ｉの基準波形と測定波形との時間領域における類似度による算出を例示したが、同様の手順を周波数領域で行うことも可能である。より具体的には、制御部４は、上記した基準波形をｘ(ｔ)と測定波形ｙ(ｔ)とを周波数変換することにより、それぞれ基準スペクトルｘ(ω)と測定スペクトルｙ(ω)とし、次式で表される周波数領域における相互相関関数、すなわちコヒーレンスＣｘｙ(τ)を算出し、τ＝０の値Ｃｘｙ(０)により両者の類似度を算出してもよい。

図６は、磁極ＣＨ１～ＣＨ３の測定スペクトルｙ(ω)である。また、図７は、磁極ＣＨ４～ＣＨ６の測定スペクトルｙ(ω)である。図６及び図７では、横軸を着磁回数Ｔとし、縦軸を周波数としたそれぞれのスペクトルの大きさをグレースケールの濃淡で示している。

図６に見られるように、例えば磁極ＣＨ３の測定スペクトルｙ(ω)は、着磁回数Ｔが約５６０００回以降のデータにおいて、それまでとは異なる傾向を示しており、測定波形に歪みが生じたことが確認できる。同様に図７では、例えば磁極ＣＨ４の測定スペクトルｙ(ω)は、着磁回数Ｔが約５１０００回以降のデータにおいて、それまでとは異なる傾向を示しており、測定波形に歪みが生じたことが確認できる。尚、本データにおいては、着磁回数Ｔが約６４０００回の時点で着磁ヨーク２が完全に故障状態に至っている。

次に、着磁ヨーク２が故障に至るまで着磁を繰り返した場合の測定波形と基準波形との類似度の変化について説明する。図８は、基準波形ｘ(ｔ)と測定波形ｙ(ｔ)との時間領域における類似度の変化を表すグラフである。より具体的には、図８は、上記した磁極ＣＨ４のデータについて、横軸を着磁回数Ｔとした場合のＲｘｙ(０)の値を示している。ここで、基準波形ｘ(ｔ)としては閾値回数Ｔｔｈである７０００回目の誘起電圧Ｖ_Ｉの波形を用いているが、それまでの着磁回数ＴのＲｘｙ(０)についても事後的に算出して記載している。

図８に見られるように、測定波形ｙ(ｔ)に連続して歪みが生じる約５１０００回までの着磁については、Ｒｘｙ(０)として算出される類似度が１付近であるのに対し、その後の類似度は、破線で示す所定の閾値Ｒｔｈ＝０．９５を下回ることが確認できる。そして、上記の寿命予測方法において、歪み回数Ｅが所定の閾値回数Ｅｔｈ＝１０００に達する時点、すなわち図中のＰで示す着磁回数で警告が発せられ、残り１万回程度の着磁で着磁ヨーク２が故障に至ることを予測することができる。

図９は、基準スペクトルｘ(ω)と測定スペクトルｙ(ω)との周波数領域における類似度の変化を表すグラフである。より具体的には、図９は、上記した磁極ＣＨ４のデータについて、横軸を着磁回数Ｔとした場合のＣｘｙ(０)の値を示している。ここで、基準スペクトルｘ(ω)としては閾値回数Ｔｔｈである７０００回目の誘起電圧Ｖ_Ｉのスペクトルを用いているが、それまでの着磁回数ＴのＣｘｙ(０)についても事後的に算出して記載している。

図９に見られるように、測定スペクトルｙ(ω)に連続して歪みが生じる約５１０００回までの着磁については、Ｃｘｙ(０)として算出される類似度が１付近であるのに対し、その後の類似度は、破線で示す所定の閾値Ｒｔｈ＝０．９５を下回ることが確認できる。そして、上記の寿命予測方法において、歪み回数Ｅが所定の閾値回数Ｅｔｈ＝１０００に達する時点、すなわち図中のＱで示す着磁回数で警告が発せられ、残り１万回程度の着磁で着磁ヨーク２が故障に至ることを予測することができる。また、図８と図９との比較から、時間領域よりも周波数領域で類似度を算出する方が、着磁ヨーク２の劣化に伴う類似度の変化が大きく歪みの発生を検出しやすいことが分かる。

以上のように、本発明に係る着磁装置１は、着磁ヨーク２に生じる磁束に伴いサーチコイル１２に誘起される誘起電圧Ｖ_Ｉを指標として着磁ヨーク２の寿命を予測する。そのため、着磁装置１は、着磁電流が変化する前の段階、又は着磁電流が変化しない場合であっても、着磁ヨーク２の振動により空乏が生じて着磁コイル１１がずれる場合や傾きが変化する場合など着磁ヨーク２に劣化の兆候が生じる段階で検出することができる。従って、本発明に係る着磁装置１によれば、着磁ヨーク２に生じる劣化の兆候を早期に検出することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る着磁装置１は、上記した第１実施形態の着磁装置１と構成が共通し、制御部４が実行する寿命予測方法の手順が第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる部分について説明することとし、第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１０は、第２実施形態に係る寿命予測方法の手順を示すフローチャートである。制御部４は、着磁装置１の稼働開始のタイミングで図１０のフローチャートに示す制御を開始して着磁ヨーク２の寿命予測を行う。

ここで、本実施形態における制御部４は、着磁の実行毎に測定される複数の磁極ＣＨ１～ＣＨ６のそれぞれの誘起電圧Ｖ_Ｉのうち、一の誘起電圧Ｖ_Ｉを基準波形とし、他の誘起電圧Ｖ_Ｉを測定波形として両者の類似度を算出し、着磁ヨーク２の寿命を予測する。また、制御部４は、図１０のフローチャートにおける一連の手順において使用するパラメータとして、測定波形に歪みが認められる歪み回数Ｅを用意し、歪み回数Ｅ＝０を初期値として寿命予測の手順を開始する。

寿命予測方法の手順が開始されると、制御部４は、着磁が実行されたか否かを判定する（ステップＳ１２）。より具体的には、制御部４は、上記したように電源部３を介して着磁ヨーク２における着磁コイル１１に通電することでワークＷを着磁する（着磁工程）。また、制御部４は、サーチコイル１２に生じる誘起電圧Ｖ_Ｉを測定し（電圧測定工程）、その積分値を算出することにより着磁ヨーク２に発生した磁束を算出し、その最大値が十分大きいか否かで着磁の良否を判定する。一方、着磁が実行されていない期間では、制御部４は、着磁が実行されるまで待機する（ステップＳ１２でＮｏ）。

そして、制御部４は、着磁が実行された場合に（ステップＳ１２でＹｅｓ）、例えば磁極ＣＨ１の誘起電圧Ｖ_Ｉを基準波形として設定する（ステップＳ１３、基準設定工程）。ここで、基準波形として設定する磁極は、他の磁極ＣＨ２～ＣＨ６のいずれかであってもよく、又は複数の磁極であってもよい。

次に、制御部４は、磁極ＣＨ１の基準波形ｘ(ｔ)と他の磁極ＣＨ２～ＣＨ６のそれぞれの測定波形ｙ(ｔ)とにより、上記した第１実施形態と同様に相互相関関数Ｒｘｙ(τ)を算出し（ステップＳ１４）、τ＝０の値Ｒｘｙ(０)が所定の閾値Ｒｔｈ以上であるか否かを判定することにより両者に変化が見られるか否かを判定する（ステップＳ１５）。このとき、磁極ＣＨ２～ＣＨ６の全ての類似度が同時に閾値Ｒｔｈ未満となった場合には、磁極ＣＨ１の劣化の兆候として扱うことができる。

尚、本実施形態におけるステップＳ１５～ステップＳ１９は、図３における第１実施形態のステップＳ７～ステップＳ１１とそれぞれ同一であるため、ここではステップＳ１５以降の詳細な説明は省略する。そして、制御部４は、歪み回数Ｅが閾値回数Ｅｔｈに達した時点で故障の兆候を検出したと判断し（ステップＳ１７でＹｅｓ）、着磁装置１のユーザに警告を発する（ステップＳ１８）。これにより、着磁装置１のユーザは、着磁ヨーク２に生じる劣化の兆候を早期に検出することができる（予測工程）。

以上のように、本実施形態に係る着磁装置１は、着磁ヨーク２が複数の磁極を有する場合に、一回の着磁で取得される複数の磁極の誘起電圧同士で類似度を算出することにより、第１実施形態と同様に着磁ヨーク２に生じる劣化の兆候を早期に検出することができる。

尚、本実施形態に係る寿命予測方法によれば、一回の着磁毎に類似度を算出することができるため、例えば着磁装置１と同様の構成を有する限り、稼働を既に開始した既存の着磁装置（着磁回数Ｔ≠０）に対しても、着磁毎に同様の手順を実行することにより後付け機能として寿命予測を行うことも可能である。

１着磁装置
２着磁ヨーク
３電源部
４制御部
１０鉄心
１１着磁コイル
１２サーチコイル
Ｗワーク
ＣＨ１～ＣＨ６磁極
Ｖ_Ａ印加電圧
Ｖ_Ｉ誘起電圧

Claims

鉄心に着磁コイルが巻回されてなる着磁ヨークと、
前記鉄心に巻回されたサーチコイルと、
前記着磁コイルの通電時における前記サーチコイルの誘起電圧を測定する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記誘起電圧の基準波形を設定し、着磁の実行毎に測定される前記誘起電圧の測定波形と前記基準波形との類似度に基づいて前記着磁ヨークの寿命を予測する、着磁装置。
前記着磁ヨークは、複数の磁極を有し、前記磁極ごとに前記サーチコイルが巻回され、
前記制御部は、前記磁極ごとに前記類似度を算出する、請求項１に記載の着磁装置。
前記制御部は、着磁の実行毎に測定される複数の前記磁極のそれぞれの前記誘起電圧のうち、一の前記誘起電圧を前記基準波形とし、他の前記誘起電圧を前記測定波形として前記類似度を算出する、請求項２に記載の着磁装置。
前記制御部は、所定の着磁回数の前記測定波形を前記基準波形として設定し、前記基準波形を設定した後の着磁の実行毎に前記着磁ヨークの寿命を予測する、請求項１又は２に記載の着磁装置。
前記制御部は、前記類似度を相互相関関数により算出する、請求項１乃至４のいずれかに記載の着磁装置。
前記制御部は、前記測定波形のうち前記誘起電圧の大きさが最大となるタイミング以降の波形を予測に使用する、請求項１乃至５のいずれかに記載の着磁装置。
前記制御部は、前記類似度が所定の閾値を下回る歪み回数をカウントし、前記歪み回数が所定の閾値回数に達した場合に警告を発する、請求項１乃至６のいずれかに記載の着磁装置。
前記制御部は、前記類似度を周波数領域で算出する、請求項１乃至７のいずれかに記載の着磁装置。
鉄心に巻回された着磁コイルに通電する着磁工程と、
前記鉄心に巻回されたサーチコイルの誘起電圧を測定する電圧測定工程と、
前記誘起電圧の基準波形を設定する基準設定工程と、
着磁の実行毎に測定される前記誘起電圧の測定波形と前記基準波形との類似度に基づいて着磁ヨークの寿命を予測する予測工程と、を含む、寿命予測方法。
前記着磁ヨークが複数の磁極を有する場合に、前記磁極ごとに巻回された前記サーチコイルの前記誘起電圧で前記類似度を算出する、請求項９に記載の寿命予測方法。
着磁の実行毎に測定される複数の前記磁極のそれぞれの前記誘起電圧のうち、一の前記誘起電圧を前記基準波形とし、他の前記誘起電圧を前記測定波形として前記類似度が算出される、請求項１０に記載の寿命予測方法。
前記基準設定工程においては、所定の着磁回数の前記測定波形を前記基準波形として設定し、
前記予測工程においては、前記基準波形を設定した後の着磁の実行毎に前記着磁ヨークの寿命を予測する、請求項９又は１０に記載の寿命予測方法。
前記類似度を相互相関関数により算出する、請求項９乃至１２のいずれかに記載の寿命予測方法。
前記予測工程においては、前記測定波形のうち前記誘起電圧の大きさが最大となるタイミング以降の波形を予測に使用する、請求項９乃至１３のいずれかに記載の寿命予測方法。
前記類似度が所定の閾値を下回る歪み回数をカウントし、前記歪み回数が所定の閾値回数に達した場合に警告を発する、請求項９乃至１４のいずれかに記載の寿命予測方法。
前記類似度を周波数領域で算出する、請求項１０乃至１５のいずれかに記載の寿命予測方法。