JPWO2017183188A1 - ロープ損傷診断検査装置 - Google Patents

Abstract

ロープ損傷診断検査装置において、超音波印加器は、磁歪効果によりワイヤロープを振動させてワイヤロープに超音波を生じさせる。検出素子は、ワイヤロープにおける超音波の伝搬状態の変化を検出する。励磁コイル及び検出素子は、ワイヤロープに対して１本の外層ストランドが１回転する分のワイヤロープの長さを第１の対辺の長さとし、１本の外層ストランドに含まれる外層素線の直径と本数との積を第２の対辺の長さとする平行四辺形に配置されている。

Description

この発明は、磁歪効果によりロープに超音波振動を生じさせて素線の損傷の有無を検出するロープ損傷診断検査装置に関するものである。

従来のワイヤロープの磁歪センサプローブでは、複数の磁石及び一対のコイルアセンブリがワイヤロープの全周を囲むように配置されている。各コイルアセンブリとワイヤロープとの間には、磁歪ストリップが配置されている。

各磁石は、ワイヤロープ及び磁歪ストリップに直流磁界を印加する。また、コイルアセンブリにより交流磁界を印加して磁歪ストリップを磁歪効果で振動させることによって、ワイヤロープに超音波を印加する。そして、ワイヤロープの損傷による超音波の反射波を、磁歪ストリップの逆磁歪効果を通して、コイルアセンブリで検出する（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第８０９８０６５号公報

上記のような従来の磁歪センサプローブでは、ワイヤロープ全周の異常を検出するために、プローブがワイヤロープの全周を囲んでいる。そのため、プローブの取り付けに時間がかかる。また、プローブ全体が大型化し、例えばエレベータのように２本以上のワイヤロープが近接して配置されている場合に、プローブを取り付けることができないことがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンパクトな構成により、ワイヤロープの外周面の周方向の一部のみに対向させてワイヤロープの損傷の有無を検出することができるロープ損傷診断検査装置を得ることを目的とする。

この発明に係るロープ損傷診断検査装置は、外周に配置されている複数本の外層素線をそれぞれ含む複数本の外層ストランドが外周に配置されているワイヤロープの損傷の有無を検出するロープ損傷診断検査装置であって、ワイヤロープに直流磁界を印加する磁石と、ワイヤロープに交流磁界を印加する励磁コイルとを有しており、磁歪効果によりワイヤロープを振動させてワイヤロープに超音波を生じさせる超音波印加器、及びワイヤロープにおける超音波の伝搬状態の変化を検出する検出素子を有している検出器を備え、励磁コイル及び検出素子は、ワイヤロープに対して１本の外層ストランドが１回転する分のワイヤロープの長さを第１の対辺の長さとし、１本の外層ストランドに含まれる外層素線の直径と本数との積を第２の対辺の長さとする平行四辺形に配置されている。

この発明のロープ損傷診断検査装置は、励磁コイル及び検出素子が、ワイヤロープに対して１本の外層ストランドが１回転する分のワイヤロープの長さを第１の対辺の長さとし、１本の外層ストランドに含まれる外層素線の直径と本数との積を第２の対辺の長さとする平行四辺形に配置されているので、コンパクトな構成により、ワイヤロープの外周面の周方向の一部のみに対向させてワイヤロープの損傷の有無を検出することができる。

この発明の実施の形態１によるロープ損傷診断検査装置を示す斜視図である。 図１のロープ損傷診断検査装置の回路図である。 図１のワイヤロープの断面図である。 図１のワイヤロープの長さ方向に直角な方向に沿って見たワイヤロープに対する励磁コイルの配置状態を示す構成図である。 図４の励磁コイルの第１の変形例を示す構成図である。 図４の励磁コイルの第２の変形例を示す構成図である。 図４の励磁コイルの第３の変形例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるロープ損傷診断検査装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３によるロープ損傷診断検査装置を示す斜視図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるロープ損傷診断検査装置を示す斜視図、図２は図１のロープ損傷診断検査装置の回路図である。図において、ロープ損傷診断検査装置の筐体１は、ワイヤロープ２の長さ方向の一部に対向するように配置される。ワイヤロープ２の検査時には、筐体１に対してワイヤロープ２を相対的に移動させる。図１では、筐体１内を透視して示している。

筐体１内には、超音波印加器３、励磁源４、検出器５及び信号処理回路６が収容されている。超音波印加器３は、印加側磁石７及び励磁コイル８を有している。印加側磁石７は、永久磁石からなり、磁性体であるワイヤロープ２に直流磁界を印加する。励磁コイル８は、ワイヤロープ２に交流磁界を印加して、ワイヤロープ２の周方向に誘導電流（渦電流、交流電流）を流す。

超音波印加器３は、磁歪効果によりワイヤロープ２を軸方向に振動させて、ワイヤロープ２に超音波を生じさせる。ワイヤロープ２に生じた超音波は、素線の螺旋構造に沿ってワイヤロープ２内を軸方向へ伝搬する。ワイヤロープ２に損傷、即ち素線切れがある場合、超音波は損傷箇所で反射したり大きく減衰したりする。

励磁源４は、励磁コイル８に接続されており、かつｋＨｚ〜ＭＨｚのＲＦ電流を生成するＲＦ源４ａを有している。

検出器５は、超音波印加器３に対してワイヤロープ２の長さ方向に間隔をおいて配置されている。また、検出器５は、検出側磁石９と、検出素子としての検出コイル１０とを有している。検出側磁石９は、永久磁石からなり、ワイヤロープ２に直流磁界を印加する。検出コイル１０は、ワイヤロープ２内を伝搬した超音波を交流電圧として検出する。これにより、検出コイル１０は、ワイヤロープ２における超音波の伝搬状態の変化を検出する。

信号処理回路６は、波形判別回路１１及び制御通信回路１２を有している。波形判別回路１１は、ＲＦ電流波形と検出コイル１０の検出電圧波形とから、ワイヤロープ２の素線切れの有無を検出する。制御通信回路１２は、ＲＦ源４ａ及び波形判別回路１１を制御する。また、制御通信回路１２は、外部のコンピュータに計測結果、即ち素線切れ有無の情報を送信する。さらに、制御通信回路１２は、外部のコンピュータから、動作設定、即ち、測定開始及び終了、ＲＦ源４ａの周波数及び振幅、並びに素線切れの判定条件などの信号を受信する。

図３は図１のワイヤロープ２の断面図であり、長さ方向に直角な断面を示している。ワイヤロープ２は、中心に配置されている芯ロープ２１と、芯ロープ２１の外周に撚り合わせられている複数本の外層ストランド２２ａ〜２２ｈとを有している。この例では、８本の外層ストランド２２ａ〜２２ｈが用いられている。図３では、芯ロープ２１の断面構造を省略するが、種々の構造を適用できる。

各外層ストランド２２ａ〜２２ｈは、鋼製の中心素線２３、外周に配置されている鋼製の９本の外層素線２４、及び中心素線２３と外層素線２４との間に配置されている鋼製の９本の中間素線２５を有する撚線である。中間素線２５の直径は、中心素線２３の直径及び外層素線２４の直径よりも小さい。

エレベータのワイヤロープ２においては、外層ストランド２２ａ〜２２ｈのシーブに接触する部分の外層素線２４の破断、いわゆる山切れと、隣接する外層ストランド２２ａ〜２２ｈに接触する部分の外層素線２４の破断、いわゆる谷切れが発生することがある。

図４は図１のワイヤロープ２の長さ方向に直角な方向（Ｚ軸方向）に沿って見たワイヤロープ２に対する励磁コイル８の配置状態を示す構成図である。励磁コイル８は、ワイヤロープ２に対して１本の外層ストランド、例えば外層ストランド２２ａが１回転する分のワイヤロープ２の長さを第１の対辺の長さとし、１本の外層ストランド、例えば外層ストランド２２ａに含まれる外層素線２４の直径と本数との積を第２の対辺の長さとする平行四辺形に配置されている。

図４では、励磁コイル８が、上記の平行四辺形の領域をまとめて囲むように、平行四辺形の外周に沿って配置されている。これにより、励磁コイル８は、全ての外層ストランド２２ａ〜２２ｈの全ての外層素線２４に超音波を印加しつつ、同一の外層素線２４に同時に２箇所以上で超音波を印加することがない。

また、検出コイル１０は、励磁コイル８と同様に配置されている。これにより、検出コイル１０は、全ての外層ストランド２２ａ〜２２ｈの全ての外層素線２４から超音波を検出しつつ、同一の外層素線２４から同時に２箇所以上で超音波を検出することがない。

ワイヤロープ２の振動により生じた超音波は、外層素線２４の螺旋構造に沿って、ワイヤロープ２内を軸方向に進行する。ワイヤロープ２内に異常がある場合は、その箇所で超音波は反射又は減衰する。検出器５では、超音波印加の逆変換により、ワイヤロープ２内を進行した超音波を交流電圧として検出する。そして、交流電圧変動から、ワイヤロープ２の損傷を検出する。

このようなロープ損傷診断検査装置では、励磁コイル８及び検出コイル１０を上記の平行四辺形に配置したので、コンパクトな構成により、ワイヤロープ２の外周面の周方向の一部のみに対向させてワイヤロープ２の損傷の有無を検出することができる。

これにより、装置の取り付け及び取り外しが短時間で容易に行える。また、例えばエレベータのように２本以上のワイヤロープ２が近接して配置されている場合にも、装置を容易に取り付けることができる。

なお、上記の例では、上記の平行四辺形の領域をまとめて囲むように励磁コイル８を配置したが、図５に示すように、励磁コイル８を外層ストランド２２ａ〜２２ｈの本数分の分割コイル８ａ〜８ｈに分割し、隣り合う分割コイルを接続するようにしてもよい。また、図６に示すように、隣り合う分割コイル８ａ〜８ｈを逆向きに接続してもよい。検出コイル１０についても、励磁コイル８と同様の変形が可能である。

また、図７に示すように、分割コイル８ａ〜８ｈ同士を接続せず、外層ストランド２２ａ〜２２ｈ毎に超音波を印加し、検出コイル１０においても外層ストランド２２ａ〜２２ｈ毎に超音波を検出してもよい。これにより、素線切れ検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
さらに、検出素子は、検出コイル１０に限定されるものではなく、例えば、ホール素子又は磁気抵抗素子でもよい。磁気抵抗素子としては、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子、又はＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）素子を用いることができる。

実施の形態２．
次に、図８はこの発明の実施の形態２によるロープ損傷診断検査装置を示す斜視図である。実施の形態２では、励磁コイル８は、超音波の印加後、ワイヤロープ２を伝搬する超音波の反射波を検出する。即ち、励磁コイル８をもう１つの検出コイルとして使用し、ワイヤロープ２の損傷箇所２ａからの反射波を励磁コイル８により検出する。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このようなロープ損傷診断検査装置では、ワイヤロープ２の超音波印加器３と検出器５との間の部分を透過した超音波に加えて、損傷箇所２ａからの反射波を検出することにより、素線切れ検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

また、超音波の反射波及び透過波の到達時間を比較することにより、励磁コイル８から損傷箇所２ａまでの距離を知ることができ、ワイヤロープ２の張力変動による超音波速度変動をキャンセルできる。

なお、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、励磁コイル８及び検出コイル１０の構成の変更が可能である。
また、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、検出器５における検出素子の変更が可能である。

実施の形態３．
次に、図９この発明の実施の形態３よるロープ損傷診断検査装置を示す斜視図である。実施の形態３では、実施の形態２の構成から検出器５が省略されている。そして、励磁コイル８が検出素子を兼ねることにより、超音波印加器３が検出器を兼ねている。励磁コイル８は、超音波の印加後、ワイヤロープ２を伝搬する超音波の反射波を検出する。信号処理回路６は、超音波の反射波により素線切れの有無を検出する。

このようなロープ損傷診断検査装置では、検出器５を省略したことにより、全体を小型化することができる。

なお、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、励磁コイル８の構成の変更が可能である。
また、実施の形態１〜３において、ワイヤロープ２に直流磁界を印加する磁石として、電磁石を用いてもよい。
さらに、この発明のロープ損傷診断検査装置は、エレベータ用ロープ以外のロープにも適用できる。

Claims (6)

1. 外周に配置されている複数本の外層素線をそれぞれ含む複数本の外層ストランドが外周に配置されているワイヤロープの損傷の有無を検出するロープ損傷診断検査装置であって、
   前記ワイヤロープに直流磁界を印加する磁石と、前記ワイヤロープに交流磁界を印加する励磁コイルとを有しており、磁歪効果により前記ワイヤロープを振動させて前記ワイヤロープに超音波を生じさせる超音波印加器、及び
   前記ワイヤロープにおける超音波の伝搬状態の変化を検出する検出素子を有している検出器
   を備え、
   前記励磁コイル及び前記検出素子は、前記ワイヤロープに対して１本の前記外層ストランドが１回転する分の前記ワイヤロープの長さを第１の対辺の長さとし、１本の前記外層ストランドに含まれる前記外層素線の直径と本数との積を第２の対辺の長さとする平行四辺形に配置されているロープ損傷診断検査装置。
2. 前記磁石は、印加側磁石であり、
   前記検出器は、前記ワイヤロープに直流磁界を印加する検出側磁石と、前記ワイヤロープに対向する前記検出素子である検出コイルとを有している請求項１記載のロープ損傷診断検査装置。
3. 前記励磁コイル及び前記検出コイルは、前記外層ストランドの本数分の分割コイルに分割されている請求項２記載のロープ損傷診断検査装置。
4. 前記分割コイル毎に超音波の印加及び検出を行う請求項３記載のロープ損傷診断検査装置。
5. 前記励磁コイルにより、前記ワイヤロープを伝搬する超音波の反射波を検出する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のロープ損傷診断検査装置。
6. 前記励磁コイルが前記検出素子を兼ねることにより、前記超音波印加器は前記検出器を兼ねており、前記励磁コイルにより、前記ワイヤロープを伝搬する超音波の反射波を検出する請求項１記載のロープ損傷診断検査装置。

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