JPH08322216A - 回転電機の回転子欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】励磁用コイルと磁場検出用コイルを有した検出
部２、その検出部を回転電機の回転子１に対して、一定
間隔もしくは一定圧力に保ちながら回転子円筒部全面に
移動させる機構３、さらに励磁コイルに複数の周波数成
分をもった一定電流を与えることが可能な電気回路１
２、検出部の移動を制御し、かつ検出用コイルから得ら
れた信号を処理する。 【効果】回転電機の導体の欠陥，不良に基づく磁気的ば
らつきを検出でき、回転子の品質管理がより詳細に行え
る。これによって、振動，騒音の少ない回転電機の供給
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の回転子の磁
気的特性のばらつきの測定装置に係わり、特に、誘導電
動機，発電機等の回転子の回転子導体の欠陥，不良，回
転子の表面部の加工不良に伴ううねりによって発生する
磁気的特性のばらつきの検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機の回転子の磁気的特性は導体を
回転子に装着する際の製造むら、あるいは回転子表面の
機械加工の影響から、必ずしも全周方向均一になってい
ない。上述の事項に起因した磁気的特性の不均一は、回
転子と固定子に働く電磁力の不平衡を生み出し、回転電
機の振動，騒音の原因の一つになっている。

【０００３】従来、回転子の欠陥，不良の判断は、回転
子外面から目視が不可能な場合、回転電機として完成後
の電気特性の試験，運転時の振動，騒音等で判断する
か、特開平1−99456号公報に記載されるものがある。

【０００４】この公報に記載される従来技術では、回転
子の周囲に、磁性体に検出コイルを巻いた検出部を非接
触に配置し、検出コイルに周波数一定の交流または直流
を供給し、回転子導体が通過する際に生じるリアクタン
スの変化を前記磁性体の検出コイルに流れる電流の変化
で検知することによって、回転子導体の不良を検出して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、回
転子の磁気特性の違いを検出する場合、検出部と回転子
の表面との間隔を一定とする機能を有していない。この
ため、回転子が検出部に対して偏心している場合や回転
子表面が機械加工の影響から大きく波打っている場合、
回転子と検出部の空隙のばらつきから検出結果に大きな
測定誤差を生じることが考えられる。さらに、空隙はリ
アクタンスの変化に対する影響が大きいため、回転子内
部の欠陥，不良，製造のばらつきを感度よく検出するこ
とが困難である。また、上記の方法では、回転子を仕上
げるための機械加工時に生じた回転子表面から回転子導
体までの部分、いわゆるブリッジ部分の厚みのばらつき
を十分評価できない。

【０００６】本発明の目的は、回転子導体の欠陥や不
良，回転子表面近傍のブリッジ厚みのばらつきを、回転
子の偏心等原因による空隙のかたよりに影響されること
なく精度ならびに感度よく検出することにある。さら
に、その検出データをもとに、回転子の磁気的特性のば
らつきを修整することも可能である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、励磁用
コイルと磁場検出用コイルを有した検出部、その検出部
を回転電機の回転子に対して、一定間隔もしくは一定圧
力に保ちながら回転子円筒部全面に移動させる機構、さ
らに励磁コイルに複数の周波数成分をもった一定電流を
与えることが可能な電気回路，検出部の移動を制御し、
かつ検出用コイルから得られた信号を処理する演算回路
によって実現する。

【０００８】

【作用】検出部と回転子の空隙を一定に制御する機構に
よって、回転子の偏心等による空隙のばらつきの影響を
計測から除去する。この状態で、検出部の励磁用コイル
に一定交流電流を与え、発生した磁束の大きさをサーチ
コイルの電圧として計測する。検出器と回転子から構成
される磁気回路で、回転子導体に欠陥がある場合、磁気
抵抗が大きくなり、発生する磁束は小さくなる。また、
回転子導体表面と回転子表面まで（以下、ブリッジとす
る）の厚みにばらつきがあるとき、通常より薄い場合は
磁気抵抗が大きくなり発生する磁束は小さくなる。移動
機構によって検出部を移動し、回転子表面上の各点で、
発生する磁束の大きさを計測することによって、回転子
全面の磁気特性のばらつきが分かる。これによって、回
転子の欠陥部分の有無ならびに存在位置が分かる。

【０００９】また、励磁コイルに異なる周波数成分を有
する定電流を与える場合、表皮効果によって、各々の周
波数成分をもつ磁束の通過する回転子表面からの深さは
変化する。このため、ブリッジの厚みの各点でのばらつ
きが存在する場合、サーチコイルに発生した電圧の各周
波数成分大きさが異なる。これを各測定点間で比較する
ことによって、各測定点における回転子のブリッジ厚み
のばらつきが判定できる。

【００１０】

【実施例】図１，図２は、本発明のかご型誘導電動機の
回転子の欠陥検出装置の１実施例である。図１は、装置
全体の一部断面図を含む側面図、図２は、検出部ならび
に回転子の断面の一部を示したものである。図１で、１
はかご型誘導電動機の回転子、１ａはけい素鋼板、１ｂ
は回転子導体、２は検出部、３は検出部の回転子軸方向
への送りねじ、４は軸方向のリニアガイド、５は回転子
回転用のステッピングモータ、６は回転子回転角計測用
のロータリエンコーダ、７は送りねじ駆動用のステッピ
ングモータ、８は送りねじ駆動用モータの回転角度を計
測するためのロータリエンコーダ、９はモータ駆動用の
ドライバ、１０は検出器の位置決め制御ならびにデータ
処理等を行う中央演算装置と外部信号とのＩ／Ｏ部、１
１はデータ格納部、１２は検出器の励磁コイルに任意の
周波数成分をもつ一定の大きさの電流を供給するドライ
バ、１３は検出部に内蔵された変位計もしくは歪みセン
サ用アンプである。

【００１１】また、図２で、２ａは検出部の励磁用コイ
ル、２ｂは磁束計測用のサーチコイル、２ｃは検出器微
動用のボイスコイルモータ、２ｄは予圧用のばね、２ｅ
は変位検出用の光フアィバセンサ、３ａは送りねじ穴、
４ａはリニアガイド穴である。

【００１２】回転子１は、中央演算装置１０の命令にし
たがって、ドライバ９，ステッピングモータ５によって
初期位置に移動，固定される。回転子１の回転角はロー
タリエンコーダ６によって検出され、ロータリエンコー
ダ６から得られた位置信号とデータ格納部１１に初期設
定された目標値を中央演算装置で比較ののち、その偏差
に基づいて、位置補正信号がドライバ９に送られ、モー
タ５によって位置が補正される。同様に、検出部２も、
中央演算装置１０の命令にしたがって、ドライバ９によ
ってモータ７を駆動し、送りねじ３によって初期位置に
移動され、さらに、ロータリエンコーダ８から得られた
位置信号によって、回転子と同様に位置の補正が行われ
る。検出部２と回転子１の空隙の変化は、磁気的影響を
受けにくい光センサ２ｅによって計測され、センサアン
プ１３より得られたセンサ出力とデータ格納部１１に格
納された目標値との偏差を中央演算回装置１０によって
計算され、これの値に基づき、ボイスコイルモータ２ｃ
に駆動アンプ１４から電流が供給され、位置が補正され
る。これによって、検出器と回転子表面との距離が一定
に保たれる。このように、検出器２の位置を絶えず補正
することで、回転子１と検出器２の空隙を一定に保つこ
とが出来る。この状態で、励磁コイル２ａに一定周波数
の交流電流をドライバ１２を用いて供給する。検出部２
と回転子１から形成される磁気回路上に発生する磁束
を、サーチコイル２ｂで検出する。検出結果を、中央演
算装置１０の命令に従って、データ格納部１１に保存す
る。

【００１３】たとえば、図３のかご型誘導電動機の回転
子を周方向に展開した断面図を用いて、測定の一例を示
す。図で、欠陥のないＡの位置でサーチコイルに発生す
る電圧と、欠陥のないＢの位置での電圧を比較した場合
で、前者に比較して後者の電圧は低くなる。これは鋳造
不良による欠陥１ｃの存在のためＢ位置での磁気回路の
磁気抵抗が大きくなるため、発生する磁束が小さくな
り、よってサーチコイルに励磁する電圧が小さくなるた
めである。２点におけるサーチコイルの出力電圧を比較
することによって、欠陥の存在が推定できる。

【００１４】一つの測定点での計測が終了後、ステッピ
ングモータ５によって、回転子を、（３６０°／（回転
子導体数））回転させる。回転角のピッチで回転させる
理由は、図４に示すように、正常な回転子でも回転子導
体１ｂとけい素鋼板１ａの透磁率の違いにより磁気抵抗
が測定点によって変化するためである。このため、この
角度ピッチで検出器２を移動し測定すれば、磁気抵抗の
脈動の影響をキャンセルすることが出来る。回転子上を
一周計測したのち、中央演算装置１０の指令によって、
ドライバ９でモータ７を駆動し、送りねじ３によって、
検出機２を回転子１の軸方向に移動する。また、ロータ
リエンコーダ８の信号を利用して、位置の回転子２同様
位置の補正を行う。一連の動作を繰り返し、回転子１に
存在する磁気的分布のばらつきをサーチコイルに発生す
る電圧の変化として測定し、測定結果を、データ格納部
１１に格納する。

【００１５】測定データを用いて、周方向と軸方向の位
置における磁気抵抗の大きさを示す３次元の等高線図が
図５のように描かれる。この図により、ロータの欠陥部
分が推定できる。

【００１６】次に、本発明の１実施例の検出部の断面図
を図６に示す。検出機２の微動機構は、積層型圧電素子
２ｆを用いる。また、検出器２の先端部分は、弾性ヒン
ジ２ｅによって支持される。一連の計測方法は、実施例
と同様である。圧電素子２ｆを利用する利点として、ボ
イスコイルモータのような磁気を利用するアクチュエー
タでないため磁気計測に影響をおよぼさないことが挙げ
られる。さらに微動特性がよいため、高精度な位置決め
が可能である。また、弾性ヒンジ２ｇを設ける理由は、
積層型圧電素子２ｆは伸び方向に垂直なせん断力に弱い
ため伸びの垂直方向には比較的剛に支持する必要があ
り、しかも駆動方向には柔らかく線形性に優れた支持方
法のためである。

【００１７】回転子１の検出器２に対する偏心等の影響
を除去する方法として、エアギャップを一定に保持する
方法の他に、回転子１に対して検出器２を接触させ、エ
アギャップの影響を少なくする方法がある。図７は、そ
の１実施例の検出部分の機構を示す断面図である。検出
部２を駆動するためのボイスコイルモータ２ｃ，板ばね
２ｈ，歪検出部分２ｉより構成され、他の部分は前記検
出器と同様である。実施例同様、検出部２が回転子１の
測定位置に移動されたのち、ボイスコイルモータ２ｃ
は、検出部２の先端を回転子１表面に押しあてるように
駆動する。検出器２と回転子１の接触状態によって磁気
抵抗は微妙に変化する、このため接触圧力を制御する必
要がある。このため、板ばね２ｈに接着された歪検出部
２ｉで板ばねの歪を計測する。各計測点で、板ばね２ｈ
の歪の値が常に一定になるように、データ格納部に設定
されている目標値と歪検出部２ｉから得られる値の偏差
を打ち消すように中央演算装置の駆動信号によって、ボ
イスコイルモータ２ｃに駆動電流を与える。

【００１８】この方法は、エアギャップが、検出器２と
回転子１の間に介在しないため、エアギャップを介して
回転子の磁気特性のばらつきを計測する場合より高感度
に回転子２内の欠陥を検出できる。一つの測定点の磁気
特性を検出後、検出部２を回転子１の表面から離すよう
に、ボイスコイルモータ２ｃを再び駆動させる。その他
の検出部の移動，測定方法は実施例と同様である。

【００１９】さらに、図８に、図７のボイスコイルモー
タ２ｃの代わりに、２ｆの積層型圧電素子を検出部２の
微動機構のアクチュエータとして用いた例を示す。積層
型圧電素子２ｆをアクチュエータとして用いることによ
って、図６に示した実施例と同様、アクチュエータ部分
に磁気的影響が発生しないため高精度に回転子１の磁気
的ばらつきを計測出来る。検出部２の移動，制御方法
は、実施例と同様である。

【００２０】次に、回転子のブリッジ部分の厚みのばら
つき計測方法を示す。図９に、表面が機械加工の誤差等
によってうねりが生じている誘導電動機の回転子の一部
を展開した断面図を示す。回転子１で、回転子１の表面
と回転子導体１ｂまでのブリッジ１ｄの厚みは、運転時
の磁束密度が一番高く、機内磁場のバランスの上での影
響がいちばん大きい部分である。ブリッジ部分の厚みの
ばらつきを計測する場合、図１０に示すように、励磁コ
イル２ａに流す電流が低周波数で変動すると、回転子１
ａ内に深く磁場が進入するため、ブリッジの多少の厚み
の誤差は検出しにくい。しかし、検出子の励磁コイル２
ａに、図１１のような高周波成分の電流を流してやる
と、表皮効果によって、磁束は回転子１ａの表面近傍の
み通過する。この場合、ブリッジの厚みが薄いものは磁
気抵抗が大きくでる。よって、励磁コイル２ａに複数の
異なる周波数をもつ電流を与え、それぞれの周波数にお
けるサーチコイルの電圧の違いを各計測点で比較するこ
とによって、何れの測定点のブリッジが厚いのか判定で
きる。

【００２１】周波数の異なる電流の励磁コイル２ａへの
供給の仕方は、単一周波数の電流を、順次周波数を変更
して励磁コイルに与えていく場合と、図１２に示すよう
に複数の周波数成分を組み合わせた電流を与え、サーチ
コイルの電圧を周波数分析することによっても可能であ
る。

【００２２】さらに、励磁コイル２ａに複数の周波数成
分を組み合わせた電流を与える場合、電流の周波数成分
を整数倍にしなければさらに測定の精度の向上が可能で
ある。なぜなら、磁性材料で出来た検出器２の励磁コイ
ルに基本周波数の電流を与えた場合、発生する磁束の周
波数は、磁性材料の飽和の影響から、基本波の周波数成
分以外に、（２ｎ＋１）倍の周波数成分をもつ。ここ
で、ｎは、正数を示す。例えば、５０Ｈｚの電流を励磁
コイルに供給した場合、１５０Ｈｚ，２５０Ｈｚの磁束
も発生する。このため、励磁コイルに、５０Ｈｚのほか
に、図１２に示すように、１５０Ｈｚや２５０Ｈｚの電
流を重畳した場合、５０Ｈｚの電流によって発生した磁
束と１５０Ｈｚの電流によって発生した磁束が、何れの
周波数成分の電流によって発生した磁束か区別出来な
い。このような状態を回避するため、重畳する電流の周
波数成分を、整数倍に設定しなければ、問題は発生しな
い。

【００２３】また、装置によって得られたブリッジ部分
の厚みのばらつきのデータをもとに、磁気抵抗の小さい
部分を研削し、磁気抵抗の大きさを揃えることによっ
て、回転子全周の磁気的バランスを揃えることが可能で
ある。たとえば、図１３に示すように、検出器を利用し
得られた磁気抵抗の離散データをもとに、高次曲線で補
間データを作成し、各ロータの周方向の切削量を算出す
る。そのデータを、ＮＣ加工機のデータに展開し、回転
子の再加工を行い、回転子の磁気的再バランスを行う。

【００２４】本発明の各実施例を誘導電動機の例につき
説明したが、本発明はこれに限定されることなく、誘導
電動機以外の、同期機，発電機等でも実施し得ることは
無論である。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、回転電機の回転子導体
の欠陥，不良，回転子表面の加工誤差等に基づく磁気的
ばらつきを検出することが出来る。これによって、磁気
的にバランスのとれた良品質の回転子の供給が可能とな
り、モータの振動，騒音の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を備えた回転子の欠陥，ばら
つき測定機の側面図。

【図２】図１の検出部のアクチュエータにボイスコイル
モータを用いた一実施例の断面図。

【図３】本発明が問題としている回転子導体の欠陥を示
した回転子の断面図。

【図４】回転子の周方向の磁気抵抗の分布を示した説明
図。

【図５】回転子全面の磁気抵抗の計測結果を示した説明
図。

【図６】図１の検出部の微動機構に圧電素子を用いた一
実施例の断面図。

【図７】図１の検出部の圧力検出機構の一実施例を示し
た断面図。

【図８】図６の検出部の圧力負荷機構に圧電素子を用い
た一実施例の説明図。

【図９】本発明が問題としている回転子のブリッジの厚
みのばらつきの説明図。

【図１０】検出部の励磁コイルに低周波電流を与えた場
合の、磁束の流れの説明図。

【図１１】検出部の励磁コイルに高周波電流を与えた場
合の、磁束の流れの説明図。

【図１２】検出部の励磁コイルに２つの周波成分を含む
電流を与えた場合の測定結果の一例を示した特性図。

【図１３】回転子のばらつきデータを用いた再加工方法
を示した説明図。

【符号の説明】

１…かご型誘導電導機の回転子、１ａ…けい素鋼板、１
ｂ…回転子導体、２…検出機、３…送りねじ、４…リニ
アガイド、５…ステッピングモータ１、６…ロータリエ
ンコーダ１、７…ＡＣモータ、８…ロータリエンコーダ
２、９…モータ駆動ドライバ、１０…Ｉ／Ｏ部、１１…
データ格納部、１２…電流ドライバ、１３…センサアン
プ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転電機の回転子の周りに励磁用コイルを
   巻いた検出部を設け、前記コイルには一定の大きさの交
   流電流を与え、回転子表面上の各測定位置で前記励磁用
   コイルにより発生した磁束の大きさを検出部に取り付け
   たサーチコイルで検出し、検出部と回転子の間のエアギ
   ャップを一定に保つ微動機構を有し、前記検出部が前記
   回転子の円筒面全周に移動できる機構も有することによ
   って前記回転子の全面の磁気的ばらつきを測定すること
   を特徴とする回転電機の回転子不良検出装置。
2. 【請求項２】前記検出部の前記微動機構がボイスコイル
   モータで構成される請求項１に記載の回転電機の回転子
   不良検出装置。
3. 【請求項３】前記検出部の前記微動機構が弾性ヒンジと
   圧電素子によって構成される請求項１に記載の回転子不
   良検出装置。
4. 【請求項４】請求項１の前記検出部が一定圧力で回転子
   に接触することによって、前記回転子の磁気的ばらつき
   を検出する回転電機の回転子不良検出装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の前記検出部の圧力検出機
   構が板ばねと歪ゲージから構成される回転電機の回転子
   不良検出装置。
6. 【請求項６】請求項１または請求項４に記載の前記検出
   部の前記励磁コイルに、周波数の異なる単一周波数の一
   定電流を複数種類与え、それぞれ発生する磁束の大きさ
   をサーチコイルで検出する、または、複数の周波数成分
   をもつ交流電流を検出コイルに与え、サーチコイルに発
   生する電圧信号を周波数分析することによって回転子各
   点における回転子表面から回転子導体までの距離のばら
   つきを検出する回転電機の回転子不良検出装置。
7. 【請求項７】複数の周波数成分をもつ一定電流を検出部
   の励磁コイルに与え、かつその電流の各周波数成分が整
   数倍でない請求項６に記載の回転電機の回転子不良検出
   装置。
8. 【請求項８】請求項１または請求項４の前記検出装置か
   ら得られた前記回転子の磁気的ばらつきのデータをもと
   に、前記回転子の表面を自動的に加工する回転電機の回
   転子の磁気的ばらつき修整装置。