ワイヤロープ探傷装置
【課題】ワイヤロープの欠陥が高いＳ／Ｎ比で検出され、また、ワイヤロープが停止している状態でも欠陥が検出されるワイヤロープ探傷装置を得る。
【解決手段】ワイヤロープ１の長手方向にバイアス磁界を印加してワイヤロープ１を磁化する一対の永久磁石２ａ，２ｂと、磁化されたワイヤロープ１を取り囲むように一対の永久磁石２ａ，２ｂ間に配設され、磁化されたワイヤロープ１からの漏洩磁束を検出し、漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイル６とを備えワイヤロープ１の欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、交流電源５が接続され、バイアス磁界に重畳して磁化されたワイヤロープ１の長手方向に交番磁界を印加する励磁コイル４と、検出コイル６の出力信号の成分から交流電源５の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路２０とを備えたものとする。
【解決手段】ワイヤロープ１の長手方向にバイアス磁界を印加してワイヤロープ１を磁化する一対の永久磁石２ａ，２ｂと、磁化されたワイヤロープ１を取り囲むように一対の永久磁石２ａ，２ｂ間に配設され、磁化されたワイヤロープ１からの漏洩磁束を検出し、漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイル６とを備えワイヤロープ１の欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、交流電源５が接続され、バイアス磁界に重畳して磁化されたワイヤロープ１の長手方向に交番磁界を印加する励磁コイル４と、検出コイル６の出力信号の成分から交流電源５の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路２０とを備えたものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤロープの欠陥を漏洩磁束を利用して検出するワイヤロープ探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のワイヤロープ探傷装置は、ワイヤロープを磁化する磁石と、磁石のＮ極とＳ極との間に配置された検出コイルとを備えている。ワイヤロープが磁石のＮ極とＳ極との間を走行するようにして、ワイヤロープを長手方向に磁化する。そして、検出コイルが磁化されたワイヤロープから漏洩する漏洩磁束を検出することにより、ワイヤロープの欠陥が検査される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２２０７４号公報（第５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のようなワイヤロープ探傷装置は、検出コイルに鎖交する漏洩磁束の変化を検出する構成であるので、ワイヤロープの欠陥以外のノイズ成分、例えば、ワイヤロープの振動による漏洩磁束の変動や外来磁気といったノイズを欠陥信号と区別することが難しいという問題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１のようなワイヤロープ探傷装置は、ワイヤロープ走行時に検出コイルに生じる速度起電力を検出する方式を採用しているため、ワイヤロープ停止時に欠陥を検出することができないという問題もあった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ワイヤロープの欠陥が高いＳ／Ｎ比で検出され、また、ワイヤロープが停止している状態でも欠陥が検出されるワイヤロープ探傷装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るワイヤロープ探傷装置は、ワイヤロープの長手方向にバイアス磁界を印加して上記ワイヤロープを磁化する一対の永久磁石と、磁化されたワイヤロープを取り囲むように上記一対の永久磁石間に配設され、上記磁化されたワイヤロープからの漏洩磁束を検出し、上記漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイルとを備えた上記ワイヤロープの欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、
交流電源が接続され、上記バイアス磁界に重畳して上記磁化されたワイヤロープの長手方向に交番磁界を印加する励磁コイルと、
上記検出コイルの出力信号から上記交流電源の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るワイヤロープ探傷装置によれば、ワイヤロープの長手方向にバイアス磁界を印加して上記ワイヤロープを磁化する一対の永久磁石と、磁化されたワイヤロープを取り囲むように上記一対の永久磁石間に配設され、上記磁化されたワイヤロープからの漏洩磁束を検出し、上記漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイルとを備えた上記ワイヤロープの欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、
交流電源が接続され、上記バイアス磁界に重畳して上記磁化されたワイヤロープの長手方向に交番磁界を印加する励磁コイルと、
上記検出コイルの出力信号から上記交流電源の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路とを備えたものであるので、欠陥信号を高いＳ／Ｎ比で検出でき、また、ワイヤロープが停止している状態でも欠陥を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１によるワイヤロープ探傷装置を示す側面図である。
【図２】図１のワイヤロープの長手方向の中心を通る断面図である。
【図３】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープの磁化状態を説明するグラフである。
【図４】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープとワイヤロープ探傷装置の磁気回路を示す回路図である。
【図５】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置の検出回路の構成を示す回路図である。
【図６】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置に欠陥のあるワイヤロープを一定速度で通過させたときの出力信号を示すグラフである。
【図７】本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態２を示す側面図である。
【図８】実施の形態２によるワイヤロープ探傷装置の検出回路の構成を示す回路図である。
【図９】実施の形態２におけるワイヤロープ探傷装置の検出信号を示す模式図である。
【図１０】本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態３を示す側面図である。
【図１１】矩形波電源から高調波の基準信号を出力する回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態１を示す側面図である。本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置は、略直方体形状の強磁性体で構成された磁気ヨーク３と、磁気ヨーク３に所定の間隔で連結され、ワイヤロープ１の長手方向にバイアス磁界を印加してワイヤロープ１を磁化する互いに極性の異なる一対の永久磁石２ａ、２ｂと、永久磁石２ａ、２ｂの中間部に配置され磁化されたワイヤロープ１からの漏洩磁束を検出し、この漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイル６と、磁気ヨーク３の外周に巻回され、交流電源５が接続され、バイアス磁界に重畳して磁化されたワイヤロープ１の長手方向に交番磁界を印加する励磁コイル４と、交流電源５と検出コイル６とに接続された検波回路２０とを備えている。
【００１１】
永久磁石２ａ，２ｂ及び検出コイル６は、図１では、紙面の上方が開口した略Ｕ字状になっているが、走行するワイヤロープ１が、永久磁石２ａ，２ｂ及び検出コイル６の内周面に当接する形状であればよい。ワイヤロープ１は、永久磁石２ａ，２ｂ間で磁化され、検出コイル６は、ワイヤロープ１からの漏洩磁束を検出する。
【００１２】
永久磁石２ａ，２ｂは、ワイヤロープ１を飽和に近い状態まで磁化することができるようにするため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石などの希土類磁石を用いる。なお、略Ｕ字状等のワイヤロープと当接する部分は鉄などの強磁性体で構成し、この強磁性体で構成した部分を永久磁石２ａ，２ｂに結合してもよい。
【００１３】
励磁コイル４は線径φ０．１〜０．３のマグネットワイヤを数百ターン巻回したものである。励磁コイル４に接続された交流電源５は周波数１００Ｈｚ程度で約１００ｍＡの電流が供給されている。
【００１４】
検出コイル６は線径φ０．０３〜０．１のマグネットワイヤを数百〜数千ターン巻回したものである。検出コイル６は予め小判形状に巻回し熱融着した平板に形成される。その後、平板は、ワイヤロープ１からの漏洩磁束と鎖交することができるように、略Ｕ字状に成形される。
【００１５】
図２は、図１のワイヤロープの長手方向の中心を通る断面図であり、ワイヤロープ１とワイヤロープ探傷装置内の磁束の流れを模式的に示している。図２に示したように、ワイヤロープ１、永久磁石２ａ，２ｂ及び磁気ヨーク３によって閉磁路が形成される。ワイヤロープ１は永久磁石２ａ，２ｂによって長手方向一方向（図２では左から右）にほぼ飽和状態まで磁化される。ワイヤロープの欠陥７に遮られた磁束はワイヤロープ１が飽和しているため、ワイヤロープ１の外部に漏れ出して漏洩磁束１９を生じる。ワイヤロープ１が走行し、欠陥７が検出コイル６の付近を通過する際に漏洩磁束１９が検出コイル６と鎖交する。さらに、励磁コイル４に流れる交流電流の磁化作用によって、漏洩磁束１９はその大きさが一定の周波数で脈動する。
【００１６】
図３は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープの磁化状態を説明するグラフである。グラフの横軸は起磁力（アンペアターン）であり、縦軸は磁束であり、グラフはワイヤロープ１の磁化曲線８を模式的に示している。ワイヤロープ１は永久磁石２ａ，２ｂの作用（バイアス磁界）によって磁気飽和に近いＡ点まで磁化され、さらに、励磁コイル４の作用によってＡ点を中心にＢ点とＣ点の間で磁化の強さが交流電源５から出力される電圧信号の周波数で変動する。
【００１７】
図４は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープ１とワイヤロープ探傷装置の磁気回路を示す回路図であり、図２の断面図に磁気回路を重ねて描いた模式図である。図４において、磁路抵抗Ｒａ，Ｒｂはワイヤロープ１の一部の磁路抵抗で、それぞれ、永久磁石２ａ，２ｂとの当接面から欠陥７までの間の磁路抵抗を表している。また、磁路抵抗Ｒｃは欠陥７の周囲の空間の磁路抵抗を表し、磁路抵抗Ｒｄは欠陥７を除くワイヤロープ１内部の磁路抵抗を表している。起磁力Ｆｄｃは永久磁石２ａ，２ｂの起磁力を表し、起磁力Ｆａｃは励磁コイル４の起磁力を表している。図２に示した漏洩磁束１９は、図４の磁路抵抗Ｒｃを流れる磁束に相当する。磁路抵抗Ｒｃと磁路抵抗Ｒｄとを流れる磁束の大きさの比は、磁路抵抗Ｒｃと磁路抵抗Ｒｄの逆数の比に比例する。すなわち、磁路抵抗Ｒｄが大きいほど磁路抵抗Ｒｃに流れる磁束（漏洩磁束１９）が増加し、検出コイル６による検出が容易になる。一般に強磁性体の磁路抵抗は磁気飽和に近づくほど大きくなるから、バイアス磁界を印加することで磁路抵抗Ｒｄを大きくし、磁路抵抗Ｒｃを流れる漏洩磁束１９を相対的に増加させることができる。
【００１８】
図５は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置の検波回路２０の構成を示す回路図である。図５を用いて検波回路２０の作用を説明する。磁化されたワイヤロープ１からの漏洩磁束に対応した出力電圧が検出コイル６から出力され、出力電圧は、まず、抵抗Ｒ１，Ｒ２とキャパシタＣとからなるノーマルモードフィルタ１０を通されることで約１ｋＨｚ以上の高周波ノイズが除去される。次に、高周波ノイズが除去された電圧は、抵抗Ｒ３〜Ｒ６とオペアンプＯＰとからなる差動増幅回路１１を通されて１０〜１００倍に増幅され、さらに、乗算器１２によって基準信号（この場合は、励磁コイル４へ入力する交流電源５の電圧信号）が乗算される。このとき、交流電源５の電圧信号の周波数（以下、励磁周波数と称す）をｆ１、差動増幅回路１１の出力信号の周波数をｆ２とすると、乗算器１２の出力は、振幅をＰとして、Ｐ×（ｃｏｓ２πｆ１ｔ×ｃｏｓ２πｆ２ｔ）＝Ｐ×｛ｃｏｓ２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋ｃｏｓ２π（ｆ１＋ｆ２）ｔ｝／２となる。したがって、乗算器１２の出力は、ｆ１＝ｆ２の場合、すなわちｆ２にｆ１以外の周波数を含んでいない場合には直流成分（周波数＝０）と励磁周波数の２倍周波数（２ｆ１）の交流成分の合成となり、２倍周波数（２ｆ１）の交流波形がオフセットしたような波形（後述の図６（ｂ））が得られる。一方、乗算器１２の出力は、ｆ１≠ｆ２、すなわち、ｆ２にｆ１以外のノイズなどの周波数を含んでいる場合には、両者の周波数の差と和に等しい２つの交流波形の合成となる。乗算器１２の出力信号は低いカットオフ周波数（約１０Ｈｚ）に設定されたローパスフィルタ１３を通すことで前述の直流成分（交流電源５が出力する電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅）のみが抽出される。このように、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置の検波回路２０は、検出コイル６の出力信号の成分から、励磁周波数に等しい周波数と等しい成分の振幅を検波することができる。
【００１９】
図６は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置に欠陥のあるワイヤロープを一定速度で通過させたときの出力信号を示すグラフである。図６において、横軸は時間、縦軸は電圧である。図６（ａ）は、差動増幅器１１からの出力信号である。図６（ａ）の出力信号中における細かい波が励磁周波数に対応した出力信号であり、振幅が時間軸方向に緩やかに変動しているのは、ワイヤロープ１のストランドの撚りによるものである。１箇所あるスパイク状の信号１６，１７，１８がワイヤロープの欠陥によるものである。図６（ｂ）は、乗算器１２の出力信号であり、図６（ａ）の信号に励磁コイル５への入力信号を乗算したものである。図６（ｃ）は、ローパスフィルタ１３の出力信号であり、図６（ｂ）の信号から高周波の成分が除去されてＳ／Ｎ比が向上している。
【００２０】
本実施の形態１の構成により、検出コイル６の出力信号の成分中から励磁周波数に等しい周波数の出力電圧の成分の振幅のみを抽出できるようにしたので、ワイヤロープの振動による漏洩磁束の変動や外来磁気によるノイズ（周波数が不定）を打消して、Ｓ／Ｎ比の高い検出ができるようになる。
【００２１】
また、励磁コイル５によって交流磁界を発生させているので、ワイヤロープが停止した状態でも欠陥を検出することができる。
【００２２】
実施の形態２．
図７は、本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態２を示す側面図である。図７に示したように、この実施の形態２のワイヤロープ探傷装置は、励磁コイル４に互いに周波数が異なる複数の交流電源５ａ，５ｂを直列接続している。この実施の形態２において、例えば、交流電源５ａの周波数は１ｋＨｚとし、交流電源５ｂの周波数は１００Ｈｚとする。
【００２３】
図８は、本実施の形態２におけるワイヤロープ探傷装置の検波回路２０の構成を示す回路図である。図８に示したように、乗算器とローパスフィルタからなる検波回路を２個設ける。乗算器１２ａにはオペアンプＯＰ１を通して交流電源５ａの周波数の電圧信号が入力される。乗算器１２ｂにはオペアンプＯＰ２を通して交流電源５ｂの周波数の電圧信号が入力される。ローパスフィルタ１３ａ，１３ｂのカットオフ周波数は、直流成分が通過できればよいので約１０Ｈｚに設定する。この検波回路２０により、ローパスフィルタ１３ａ，１３ｂからはそれぞれ、検出コイル６の出力信号のうち１ｋＨｚ成分の振幅に比例する信号と１００Ｈｚ成分の振幅に比例する信号が判別回路２２に出力される。個々の出力波形は実施の形態１と同様である。
【００２４】
本実施の形態２のワイヤロープ探傷装置によれば、ワイヤロープ１の欠陥７が表面から深い部分にあるか浅い部分にあるかを判別できる。なぜなら、表皮効果によって高周波数の磁界はワイヤロープ１の表面付近の浅い部分にしか侵入できないが、低周波数の磁界はワイヤロープ１の表面から深い部分にも侵入できるからである。
【００２５】
図９は、本実施の形態２におけるワイヤロープ探傷装置の検出信号を示す模式図であり、図９（ａ）は、断線がワイヤロープ１の表面付近の浅い部分にある場合であり、図９（ｂ）は、断線がワイヤロープ１の表面から深い部分にある場合である。図９（ａ）に示したように、表面付近に欠陥がある場合には、高周波数による検出信号と低周波数による検出信号の両方とが現れるが、図９（ｂ）に示したように、深い位置に欠陥がある場合には、高周波数による検出信号は現れず、低周波数による検出信号が現れる。両検出信号は、判別回路２２に入力され、両方の検出信号がある場合には欠陥が浅い位置にあると判断され、低周波数による検出信号のみがある場合には、欠陥が深い位置にあると判断される。
【００２６】
実施の形態３．
図１０は、本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態３を示す側面図である。図１０に示したように、複数の交流電源を直列接続する替わりに、交流電源に矩形波の交流電圧を発生する矩形波電源５ｃを用いることによって上記実施の形態２と同様の効果が得られる。その理由は、矩形波の交流電圧は基本周波数の奇数次の高調波を含むため、１個の電源で複数の周波数の交流電源を印加したのと同様の効果が得られるからである。
【００２７】
図１１は、矩形波電源５ｃと検出コイル６に接続された矩形波検波回路２０ａを示す回路図である。図１１に示したように、矩形波電源５ｃの奇数倍次の周波数を通過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１を矩形波電源５ｃに並列接続し、高調波の基準信号を乗算器１２ａ１〜１２ａｎに出力することができる。また、検出コイル６の出力信号がノーマルモードフィルタ１０及び差動増幅器１１を通って、各乗算器１２ａ１〜１２ａｎに出力され、各乗算器１２ａ１〜１２ａｎの出力は各周波数ｆ〜（２ｎ＋１）ｆに対応するローパスフィルタ１３ａ１〜１３ａｎを通って矩形波判別回路２２ａに入力され、矩形波判別回路２２ａにおいて各周波数ｆ〜（２ｎ＋１）における検出信号から、欠陥７の深さをより細かく調べることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係るワイヤロープ探傷装置は、昇降機等に用いられているワイヤロープの欠陥を設置現場において検出するのに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１ ワイヤロープ、２ａ，２ｂ 磁石、３ 磁気ヨーク、４ 励磁コイル、
５，５ａ，５ｂ 交流電源、５ｃ 矩形波電源、６ 検出コイル、７ 欠陥、
８ 磁化曲線、１０ ノーマルモードフィルタ、１１ 差動増幅器、
１２，１２ａ１〜１２ａｎ 乗算器、１３，１３ａ１〜１３ａｎ ローパスフィルタ、
１４〜１８，１８ａ〜１８ｄ 検出信号、１９ 漏洩磁束、Ｒａ〜Ｒｄ 磁路抵抗、
Ｆａｃ，Ｆｄｃ 起磁力、Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗、Ｃ キャパシタ、
ＯＰ，ＯＰ１、ＯＰ２ オペアンプ、２０ 検波回路、２０ａ 矩形波検波回路、
２１ バンドパスフィルタ、２２ 判別回路、２２ａ 矩形波判別回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤロープの欠陥を漏洩磁束を利用して検出するワイヤロープ探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のワイヤロープ探傷装置は、ワイヤロープを磁化する磁石と、磁石のＮ極とＳ極との間に配置された検出コイルとを備えている。ワイヤロープが磁石のＮ極とＳ極との間を走行するようにして、ワイヤロープを長手方向に磁化する。そして、検出コイルが磁化されたワイヤロープから漏洩する漏洩磁束を検出することにより、ワイヤロープの欠陥が検査される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２２０７４号公報（第５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のようなワイヤロープ探傷装置は、検出コイルに鎖交する漏洩磁束の変化を検出する構成であるので、ワイヤロープの欠陥以外のノイズ成分、例えば、ワイヤロープの振動による漏洩磁束の変動や外来磁気といったノイズを欠陥信号と区別することが難しいという問題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１のようなワイヤロープ探傷装置は、ワイヤロープ走行時に検出コイルに生じる速度起電力を検出する方式を採用しているため、ワイヤロープ停止時に欠陥を検出することができないという問題もあった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ワイヤロープの欠陥が高いＳ／Ｎ比で検出され、また、ワイヤロープが停止している状態でも欠陥が検出されるワイヤロープ探傷装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るワイヤロープ探傷装置は、ワイヤロープの長手方向にバイアス磁界を印加して上記ワイヤロープを磁化する一対の永久磁石と、磁化されたワイヤロープを取り囲むように上記一対の永久磁石間に配設され、上記磁化されたワイヤロープからの漏洩磁束を検出し、上記漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイルとを備えた上記ワイヤロープの欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、
交流電源が接続され、上記バイアス磁界に重畳して上記磁化されたワイヤロープの長手方向に交番磁界を印加する励磁コイルと、
上記検出コイルの出力信号から上記交流電源の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るワイヤロープ探傷装置によれば、ワイヤロープの長手方向にバイアス磁界を印加して上記ワイヤロープを磁化する一対の永久磁石と、磁化されたワイヤロープを取り囲むように上記一対の永久磁石間に配設され、上記磁化されたワイヤロープからの漏洩磁束を検出し、上記漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイルとを備えた上記ワイヤロープの欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、
交流電源が接続され、上記バイアス磁界に重畳して上記磁化されたワイヤロープの長手方向に交番磁界を印加する励磁コイルと、
上記検出コイルの出力信号から上記交流電源の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路とを備えたものであるので、欠陥信号を高いＳ／Ｎ比で検出でき、また、ワイヤロープが停止している状態でも欠陥を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１によるワイヤロープ探傷装置を示す側面図である。
【図２】図１のワイヤロープの長手方向の中心を通る断面図である。
【図３】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープの磁化状態を説明するグラフである。
【図４】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープとワイヤロープ探傷装置の磁気回路を示す回路図である。
【図５】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置の検出回路の構成を示す回路図である。
【図６】実施の形態１のワイヤロープ探傷装置に欠陥のあるワイヤロープを一定速度で通過させたときの出力信号を示すグラフである。
【図７】本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態２を示す側面図である。
【図８】実施の形態２によるワイヤロープ探傷装置の検出回路の構成を示す回路図である。
【図９】実施の形態２におけるワイヤロープ探傷装置の検出信号を示す模式図である。
【図１０】本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態３を示す側面図である。
【図１１】矩形波電源から高調波の基準信号を出力する回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態１を示す側面図である。本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置は、略直方体形状の強磁性体で構成された磁気ヨーク３と、磁気ヨーク３に所定の間隔で連結され、ワイヤロープ１の長手方向にバイアス磁界を印加してワイヤロープ１を磁化する互いに極性の異なる一対の永久磁石２ａ、２ｂと、永久磁石２ａ、２ｂの中間部に配置され磁化されたワイヤロープ１からの漏洩磁束を検出し、この漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイル６と、磁気ヨーク３の外周に巻回され、交流電源５が接続され、バイアス磁界に重畳して磁化されたワイヤロープ１の長手方向に交番磁界を印加する励磁コイル４と、交流電源５と検出コイル６とに接続された検波回路２０とを備えている。
【００１１】
永久磁石２ａ，２ｂ及び検出コイル６は、図１では、紙面の上方が開口した略Ｕ字状になっているが、走行するワイヤロープ１が、永久磁石２ａ，２ｂ及び検出コイル６の内周面に当接する形状であればよい。ワイヤロープ１は、永久磁石２ａ，２ｂ間で磁化され、検出コイル６は、ワイヤロープ１からの漏洩磁束を検出する。
【００１２】
永久磁石２ａ，２ｂは、ワイヤロープ１を飽和に近い状態まで磁化することができるようにするため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石などの希土類磁石を用いる。なお、略Ｕ字状等のワイヤロープと当接する部分は鉄などの強磁性体で構成し、この強磁性体で構成した部分を永久磁石２ａ，２ｂに結合してもよい。
【００１３】
励磁コイル４は線径φ０．１〜０．３のマグネットワイヤを数百ターン巻回したものである。励磁コイル４に接続された交流電源５は周波数１００Ｈｚ程度で約１００ｍＡの電流が供給されている。
【００１４】
検出コイル６は線径φ０．０３〜０．１のマグネットワイヤを数百〜数千ターン巻回したものである。検出コイル６は予め小判形状に巻回し熱融着した平板に形成される。その後、平板は、ワイヤロープ１からの漏洩磁束と鎖交することができるように、略Ｕ字状に成形される。
【００１５】
図２は、図１のワイヤロープの長手方向の中心を通る断面図であり、ワイヤロープ１とワイヤロープ探傷装置内の磁束の流れを模式的に示している。図２に示したように、ワイヤロープ１、永久磁石２ａ，２ｂ及び磁気ヨーク３によって閉磁路が形成される。ワイヤロープ１は永久磁石２ａ，２ｂによって長手方向一方向（図２では左から右）にほぼ飽和状態まで磁化される。ワイヤロープの欠陥７に遮られた磁束はワイヤロープ１が飽和しているため、ワイヤロープ１の外部に漏れ出して漏洩磁束１９を生じる。ワイヤロープ１が走行し、欠陥７が検出コイル６の付近を通過する際に漏洩磁束１９が検出コイル６と鎖交する。さらに、励磁コイル４に流れる交流電流の磁化作用によって、漏洩磁束１９はその大きさが一定の周波数で脈動する。
【００１６】
図３は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープの磁化状態を説明するグラフである。グラフの横軸は起磁力（アンペアターン）であり、縦軸は磁束であり、グラフはワイヤロープ１の磁化曲線８を模式的に示している。ワイヤロープ１は永久磁石２ａ，２ｂの作用（バイアス磁界）によって磁気飽和に近いＡ点まで磁化され、さらに、励磁コイル４の作用によってＡ点を中心にＢ点とＣ点の間で磁化の強さが交流電源５から出力される電圧信号の周波数で変動する。
【００１７】
図４は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置におけるワイヤロープ１とワイヤロープ探傷装置の磁気回路を示す回路図であり、図２の断面図に磁気回路を重ねて描いた模式図である。図４において、磁路抵抗Ｒａ，Ｒｂはワイヤロープ１の一部の磁路抵抗で、それぞれ、永久磁石２ａ，２ｂとの当接面から欠陥７までの間の磁路抵抗を表している。また、磁路抵抗Ｒｃは欠陥７の周囲の空間の磁路抵抗を表し、磁路抵抗Ｒｄは欠陥７を除くワイヤロープ１内部の磁路抵抗を表している。起磁力Ｆｄｃは永久磁石２ａ，２ｂの起磁力を表し、起磁力Ｆａｃは励磁コイル４の起磁力を表している。図２に示した漏洩磁束１９は、図４の磁路抵抗Ｒｃを流れる磁束に相当する。磁路抵抗Ｒｃと磁路抵抗Ｒｄとを流れる磁束の大きさの比は、磁路抵抗Ｒｃと磁路抵抗Ｒｄの逆数の比に比例する。すなわち、磁路抵抗Ｒｄが大きいほど磁路抵抗Ｒｃに流れる磁束（漏洩磁束１９）が増加し、検出コイル６による検出が容易になる。一般に強磁性体の磁路抵抗は磁気飽和に近づくほど大きくなるから、バイアス磁界を印加することで磁路抵抗Ｒｄを大きくし、磁路抵抗Ｒｃを流れる漏洩磁束１９を相対的に増加させることができる。
【００１８】
図５は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置の検波回路２０の構成を示す回路図である。図５を用いて検波回路２０の作用を説明する。磁化されたワイヤロープ１からの漏洩磁束に対応した出力電圧が検出コイル６から出力され、出力電圧は、まず、抵抗Ｒ１，Ｒ２とキャパシタＣとからなるノーマルモードフィルタ１０を通されることで約１ｋＨｚ以上の高周波ノイズが除去される。次に、高周波ノイズが除去された電圧は、抵抗Ｒ３〜Ｒ６とオペアンプＯＰとからなる差動増幅回路１１を通されて１０〜１００倍に増幅され、さらに、乗算器１２によって基準信号（この場合は、励磁コイル４へ入力する交流電源５の電圧信号）が乗算される。このとき、交流電源５の電圧信号の周波数（以下、励磁周波数と称す）をｆ１、差動増幅回路１１の出力信号の周波数をｆ２とすると、乗算器１２の出力は、振幅をＰとして、Ｐ×（ｃｏｓ２πｆ１ｔ×ｃｏｓ２πｆ２ｔ）＝Ｐ×｛ｃｏｓ２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋ｃｏｓ２π（ｆ１＋ｆ２）ｔ｝／２となる。したがって、乗算器１２の出力は、ｆ１＝ｆ２の場合、すなわちｆ２にｆ１以外の周波数を含んでいない場合には直流成分（周波数＝０）と励磁周波数の２倍周波数（２ｆ１）の交流成分の合成となり、２倍周波数（２ｆ１）の交流波形がオフセットしたような波形（後述の図６（ｂ））が得られる。一方、乗算器１２の出力は、ｆ１≠ｆ２、すなわち、ｆ２にｆ１以外のノイズなどの周波数を含んでいる場合には、両者の周波数の差と和に等しい２つの交流波形の合成となる。乗算器１２の出力信号は低いカットオフ周波数（約１０Ｈｚ）に設定されたローパスフィルタ１３を通すことで前述の直流成分（交流電源５が出力する電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅）のみが抽出される。このように、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置の検波回路２０は、検出コイル６の出力信号の成分から、励磁周波数に等しい周波数と等しい成分の振幅を検波することができる。
【００１９】
図６は、本実施の形態１のワイヤロープ探傷装置に欠陥のあるワイヤロープを一定速度で通過させたときの出力信号を示すグラフである。図６において、横軸は時間、縦軸は電圧である。図６（ａ）は、差動増幅器１１からの出力信号である。図６（ａ）の出力信号中における細かい波が励磁周波数に対応した出力信号であり、振幅が時間軸方向に緩やかに変動しているのは、ワイヤロープ１のストランドの撚りによるものである。１箇所あるスパイク状の信号１６，１７，１８がワイヤロープの欠陥によるものである。図６（ｂ）は、乗算器１２の出力信号であり、図６（ａ）の信号に励磁コイル５への入力信号を乗算したものである。図６（ｃ）は、ローパスフィルタ１３の出力信号であり、図６（ｂ）の信号から高周波の成分が除去されてＳ／Ｎ比が向上している。
【００２０】
本実施の形態１の構成により、検出コイル６の出力信号の成分中から励磁周波数に等しい周波数の出力電圧の成分の振幅のみを抽出できるようにしたので、ワイヤロープの振動による漏洩磁束の変動や外来磁気によるノイズ（周波数が不定）を打消して、Ｓ／Ｎ比の高い検出ができるようになる。
【００２１】
また、励磁コイル５によって交流磁界を発生させているので、ワイヤロープが停止した状態でも欠陥を検出することができる。
【００２２】
実施の形態２．
図７は、本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態２を示す側面図である。図７に示したように、この実施の形態２のワイヤロープ探傷装置は、励磁コイル４に互いに周波数が異なる複数の交流電源５ａ，５ｂを直列接続している。この実施の形態２において、例えば、交流電源５ａの周波数は１ｋＨｚとし、交流電源５ｂの周波数は１００Ｈｚとする。
【００２３】
図８は、本実施の形態２におけるワイヤロープ探傷装置の検波回路２０の構成を示す回路図である。図８に示したように、乗算器とローパスフィルタからなる検波回路を２個設ける。乗算器１２ａにはオペアンプＯＰ１を通して交流電源５ａの周波数の電圧信号が入力される。乗算器１２ｂにはオペアンプＯＰ２を通して交流電源５ｂの周波数の電圧信号が入力される。ローパスフィルタ１３ａ，１３ｂのカットオフ周波数は、直流成分が通過できればよいので約１０Ｈｚに設定する。この検波回路２０により、ローパスフィルタ１３ａ，１３ｂからはそれぞれ、検出コイル６の出力信号のうち１ｋＨｚ成分の振幅に比例する信号と１００Ｈｚ成分の振幅に比例する信号が判別回路２２に出力される。個々の出力波形は実施の形態１と同様である。
【００２４】
本実施の形態２のワイヤロープ探傷装置によれば、ワイヤロープ１の欠陥７が表面から深い部分にあるか浅い部分にあるかを判別できる。なぜなら、表皮効果によって高周波数の磁界はワイヤロープ１の表面付近の浅い部分にしか侵入できないが、低周波数の磁界はワイヤロープ１の表面から深い部分にも侵入できるからである。
【００２５】
図９は、本実施の形態２におけるワイヤロープ探傷装置の検出信号を示す模式図であり、図９（ａ）は、断線がワイヤロープ１の表面付近の浅い部分にある場合であり、図９（ｂ）は、断線がワイヤロープ１の表面から深い部分にある場合である。図９（ａ）に示したように、表面付近に欠陥がある場合には、高周波数による検出信号と低周波数による検出信号の両方とが現れるが、図９（ｂ）に示したように、深い位置に欠陥がある場合には、高周波数による検出信号は現れず、低周波数による検出信号が現れる。両検出信号は、判別回路２２に入力され、両方の検出信号がある場合には欠陥が浅い位置にあると判断され、低周波数による検出信号のみがある場合には、欠陥が深い位置にあると判断される。
【００２６】
実施の形態３．
図１０は、本発明に係るワイヤロープ探傷装置の実施の形態３を示す側面図である。図１０に示したように、複数の交流電源を直列接続する替わりに、交流電源に矩形波の交流電圧を発生する矩形波電源５ｃを用いることによって上記実施の形態２と同様の効果が得られる。その理由は、矩形波の交流電圧は基本周波数の奇数次の高調波を含むため、１個の電源で複数の周波数の交流電源を印加したのと同様の効果が得られるからである。
【００２７】
図１１は、矩形波電源５ｃと検出コイル６に接続された矩形波検波回路２０ａを示す回路図である。図１１に示したように、矩形波電源５ｃの奇数倍次の周波数を通過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１を矩形波電源５ｃに並列接続し、高調波の基準信号を乗算器１２ａ１〜１２ａｎに出力することができる。また、検出コイル６の出力信号がノーマルモードフィルタ１０及び差動増幅器１１を通って、各乗算器１２ａ１〜１２ａｎに出力され、各乗算器１２ａ１〜１２ａｎの出力は各周波数ｆ〜（２ｎ＋１）ｆに対応するローパスフィルタ１３ａ１〜１３ａｎを通って矩形波判別回路２２ａに入力され、矩形波判別回路２２ａにおいて各周波数ｆ〜（２ｎ＋１）における検出信号から、欠陥７の深さをより細かく調べることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係るワイヤロープ探傷装置は、昇降機等に用いられているワイヤロープの欠陥を設置現場において検出するのに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１ ワイヤロープ、２ａ，２ｂ 磁石、３ 磁気ヨーク、４ 励磁コイル、
５，５ａ，５ｂ 交流電源、５ｃ 矩形波電源、６ 検出コイル、７ 欠陥、
８ 磁化曲線、１０ ノーマルモードフィルタ、１１ 差動増幅器、
１２，１２ａ１〜１２ａｎ 乗算器、１３，１３ａ１〜１３ａｎ ローパスフィルタ、
１４〜１８，１８ａ〜１８ｄ 検出信号、１９ 漏洩磁束、Ｒａ〜Ｒｄ 磁路抵抗、
Ｆａｃ，Ｆｄｃ 起磁力、Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗、Ｃ キャパシタ、
ＯＰ，ＯＰ１、ＯＰ２ オペアンプ、２０ 検波回路、２０ａ 矩形波検波回路、
２１ バンドパスフィルタ、２２ 判別回路、２２ａ 矩形波判別回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤロープの長手方向にバイアス磁界を印加して上記ワイヤロープを磁化する一対の永久磁石と、磁化されたワイヤロープを取り囲むように上記一対の永久磁石間に配設され、上記磁化されたワイヤロープからの漏洩磁束を検出し、上記漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイルとを備えた上記ワイヤロープの欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、
交流電源が接続され、上記バイアス磁界に重畳して上記磁化されたワイヤロープの長手方向に交番磁界を印加する励磁コイルと、
上記検出コイルの出力信号から上記交流電源の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路とを備えたことを特徴とするワイヤロープ探傷装置。
【請求項２】
上記交流電源は、互いに周波数が異なり上記励磁コイルに直列接続された複数個の交流電源であり、上記検波回路は、上記検出コイルの出力信号から上記複数個の交流電源それぞれの周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する複数個の検波回路であり、上記複数個の検波回路の検出信号から上記ワイヤロープの深さ方向における欠陥の位置を判別する判別回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ探傷装置。
【請求項３】
上記交流電源は、矩形波の交流電圧を発生する矩形波電源であり、上記検波回路は、上記検出コイルの出力信号から上記矩形波電源の基本周波数の奇数次に相当する周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する矩形波検波回路であり、上記矩形波検波回路の検出信号から上記ワイヤロープの深さ方向における欠陥の位置を判別する矩形波判別回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ探傷装置。
【請求項１】
ワイヤロープの長手方向にバイアス磁界を印加して上記ワイヤロープを磁化する一対の永久磁石と、磁化されたワイヤロープを取り囲むように上記一対の永久磁石間に配設され、上記磁化されたワイヤロープからの漏洩磁束を検出し、上記漏洩磁束に対応する電圧を出力する検出コイルとを備えた上記ワイヤロープの欠陥を検出するワイヤロープ探傷装置において、
交流電源が接続され、上記バイアス磁界に重畳して上記磁化されたワイヤロープの長手方向に交番磁界を印加する励磁コイルと、
上記検出コイルの出力信号から上記交流電源の電圧信号の周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する検波回路とを備えたことを特徴とするワイヤロープ探傷装置。
【請求項２】
上記交流電源は、互いに周波数が異なり上記励磁コイルに直列接続された複数個の交流電源であり、上記検波回路は、上記検出コイルの出力信号から上記複数個の交流電源それぞれの周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する複数個の検波回路であり、上記複数個の検波回路の検出信号から上記ワイヤロープの深さ方向における欠陥の位置を判別する判別回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ探傷装置。
【請求項３】
上記交流電源は、矩形波の交流電圧を発生する矩形波電源であり、上記検波回路は、上記検出コイルの出力信号から上記矩形波電源の基本周波数の奇数次に相当する周波数と等しい周波数の成分の振幅を抽出する矩形波検波回路であり、上記矩形波検波回路の検出信号から上記ワイヤロープの深さ方向における欠陥の位置を判別する矩形波判別回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤロープ探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１０３１７７（Ｐ２０１２−１０３１７７Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３３４３（Ｐ２０１０−２５３３４３）
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００２３６０５６）三菱電機ビルテクノサービス株式会社 (1,792)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１２日（２０１０．１１．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００２３６０５６）三菱電機ビルテクノサービス株式会社 (1,792)
【Ｆターム（参考）】
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