(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に固定される回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周面に近接して軸方向へ貫通形成された複数の貫通穴に配置される複数の導体棒及び該回転子鉄心の軸方向両端でそれら導体棒を相互に連結する一対の端絡環を有する導体部分とを備えた籠形回転子の、該導体部分の電気的欠陥を検出するための欠陥検出装置において、
所望数の前記導体棒に鎖交する交番磁束を形成可能な励磁手段と、この交番磁束に誘起されて該所望数の導体棒に流れる電流により生じる誘導交番磁束に誘起され、交流起電力を生じる検出手段とを具備し、
前記励磁手段と前記検出手段とが、互いに独立した構造を有して、前記回転子鉄心の軸方向へ互いに離間して前記籠形回転子の外周面に対向配置できること、
を特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
前記励磁手段は、交流電源に接続された第１コイル及び該第１コイルを巻き付けた第１鉄心を具備し、前記検出手段は、処理装置に接続された第２コイル及び該第２コイルを巻き付けた第２鉄心を具備し、該第１コイル及び該第１鉄心と該第２コイル及び該第２鉄心とがそれぞれ互いに独立しており、該処理装置が該第２コイルに誘起される交流起電力による電気信号を検出して、前記籠形回転子の前記導体部分の電気的欠陥の有無を判定する請求項１に記載の欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、籠形回転子の導体部分の欠陥検出装置に関し、特に回転子鉄心上で鋳造成形された導体部分の電気的欠陥を検出する欠陥検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば工作機械の主軸駆動用に使用されるような小形誘導電動機には、回転子鉄心の外周面近傍で軸方向へ貫通形成された複数の穴に配置される複数の導体棒と、回転子鉄心の軸方向両端でそれら導体棒を相互に連結する一対の端絡環とからなる導体部分を、鋳造工程により一体成形してなる籠形回転子を備えたものがある。このような籠形回転子では、導体部分を鋳造する際に、特に小径かつ長尺の空間である回転子鉄心の複数の穴内で、注入された溶湯が流動方向前端部分に空気を巻き込み易く、空気を巻き込んだ状態で固化することにより、成形された導体棒に亀裂や空洞等の鋳造欠陥を生じることがある。また、回転子鉄心の複数の穴に溶湯が同時に流入しない場合、穴内で溶湯の流動方向前端部分に酸化被膜が形成された状態で、他の穴から前方に回り込んだ溶湯と接触することにより、成形された導体棒に酸化層による電気的分断を生じることもある。
【０００３】
亀裂や酸化層等、電気的分断を引き起こすような欠陥を有する導体棒には、交番磁束によって誘起されるべき二次電流が流れないので、籠形回転子の作動に悪影響を及ぼすことになる。したがって鋳造工程の終了後、複数の導体棒に対してこのような電気的欠陥の有無を調査する必要がある。このとき、回転子鉄心に設けた貫通穴が、回転子鉄心の外周面に開口するいわゆる開放スロットからなる場合は、導体棒を回転子の外側から視認することができるので、亀裂や酸化層等の欠陥を比較的容易に発見することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば高速型の籠形回転子におけるように、貫通穴が回転子鉄心の外周面に開口しないいわゆる閉鎖スロットからなる場合、導体棒を外部から視認できないので、上記の電気的欠陥を作業者の目視により発見することは困難である。また、貫通穴の構造に係わらず、籠形回転子の製造工程を無人化、自動化しようとする際に、導体部分の電気的欠陥を自動的に検出可能なシステムが待望されている。
【０００５】
本発明の目的は、籠形回転子の導体部分を鋳造する際に特に導体棒に生じ易い電気的欠陥を、作業者の目視によらず検出できる欠陥検出装置を提供することにある。本発明の他の目的は、籠形回転子の製造工程の無人化、自動化に寄与すべく、導体部分の電気的欠陥の自動検出を可能にする欠陥検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、軸に固定される回転子鉄心と、回転子鉄心の外周面に近接して軸方向へ貫通形成された複数の貫通穴に配置される複数の導体棒及び回転子鉄心の軸方向両端でそれら導体棒を相互に連結する一対の端絡環を有する導体部分とを備えた籠形回転子の、導体部分の電気的欠陥を検出するための欠陥検出装置において、所望数の導体棒に鎖交する交番磁束を形成可能な励磁手段と、この交番磁束に誘起されて所望数の導体棒に流れる電流により生じる誘導交番磁束に誘起され、交流起電力を生じる検出手段とを具備し、励磁手段と検出手段とが、互いに独立した構造を有して、回転子鉄心の軸方向へ互いに離間して籠形回転子の外周面に対向配置できることを特徴とする欠陥検出装置を提供する。
【０００７】
導体棒に電気的欠陥が無ければ、その導体棒には励磁手段の交番磁束によって二次電流が誘起される。さらに二次電流により、その導体棒の周囲に誘導交番磁束が形成され、誘導交番磁束に誘起されて検出手段に交流起電力が生じる。しかしながら、導体棒が電気的欠陥を有すれば、その導体棒には励磁手段の交番磁束によって誘起されるべき二次電流が流れない。したがって、誘導交番磁束は生じず、検出手段に交流起電力は生じない。このように、検出手段における交流起電力の発生の有無により、導体棒の電気的欠陥を検出することができる。
【０００８】
さらに本発明は、上記の欠陥検出装置において、励磁手段が、交流電源に接続された第１コイル及び第１コイルを巻き付けた第１鉄心を具備し、検出手段が、処理装置に接続された第２コイル及び第２コイルを巻き付けた第２鉄心を具備し、第１コイル及び第１鉄心と第２コイル及び第２鉄心とがそれぞれ互いに独立しており、処理装置が第２コイルに誘起される交流起電力による電気信号を検出して、籠形回転子の導体部分の電気的欠陥の有無を判定する欠陥検出装置を提供する。
【０００９】
このように、励磁手段と検出手段とを独立した２つのコイルを用いて構成すると、検出手段の第２コイルに発生する微小な交流起電力を、励磁手段の第１コイルに印加される交流電圧から独立した電気信号として明確に検出することができる。したがって、検出信号の自動判別が容易になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には、共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明の関連技術による欠陥検出装置１０を、籠形回転子１２と共に概略で示す。図２は、籠形回転子１２を、導体部分に電気的欠陥を有した一例として断面で示す。籠形回転子１２は、軸１４と、珪素鋼板等の磁性薄板の積層体からなり、積層体の軸方向両端面間に貫通形成される中心穴１６にて軸１４に嵌着固定される回転子鉄心１８と、回転子鉄心１８の外周面に近接して周方向略等間隔配置で軸方向へ貫通形成された複数の周辺貫通穴２０のそれぞれに配置される複数の導体棒２２、及び回転子鉄心１８の軸方向両端に配置され、複数の導体棒２２を相互に機械的かつ電気的に連結する一対の端絡環２４からなる導体部分とを備える。
【００１１】
複数の導体棒２２と一対の端絡環２４とは、例えばアルムニウム、銅等の電気良導性金属材料からダイカスト等の鋳造工程を経て一体成形され、それにより回転子鉄心１８の積層構造が一体に固定される。なお、導体棒２２は、電機の作動中のトルクむらを低減するために、周知のように軸線に関し傾斜して配置されてもよい（図１参照）。また、導体棒２２すなわち周辺貫通穴２０の断面形状は、図３や図５に示す楕円形や円形以外の様々な形状を採ることができる。
【００１２】
鋳造工程では、軸１４に固定する前段階の回転子鉄心１８を、治具により一体に支持して鋳型に収容し、一方の端絡環に対応して鋳型内に形成される空間を湯口に連通させる。その状態で、溶融アルミニウム等の溶湯を例えば加圧下で、湯口から端絡環用の空間に注入し、次いで回転子鉄心１８の複数の周辺貫通穴２０に流入させ、さらに反湯口側端絡環用の空間に流入させる。このとき、端絡環用空間に比べて小径の周辺貫通穴２０内では、注入された溶湯が高速で流動するので流動方向前端部分に空気を巻き込み易く、空気を巻き込んだ状態で固化することにより、成形された導体棒２２に亀裂や空洞２６等の鋳造欠陥を生じることがある。また複数の周辺貫通穴２０には、湯口に近い側から順次溶湯が流入するので、遅れて流入した貫通穴２０内で溶湯の流動方向前端部分に酸化被膜が形成された状態で、先に流入した他の貫通穴２０から前方に回り込んだ溶湯と接触することにより、成形された導体棒２２に酸化層２８による電気的分断を生じることもある。
【００１３】
このような導体部分の電気的欠陥を検出するために、欠陥検出装置１０は、籠形回転子１２の所望数の導体棒２２に鎖交する交番磁束を形成可能な励磁手段として、鉄心３０に巻付けられたコイル３２と、コイル３２に接続される交流電源３４とを備える。鉄心３０には、籠形回転子１２の回転子鉄心１８に対向可能な一対の突歯３６が設けられる。
【００１４】
コイル３２はさらに、コイル３２に実際に流れる電流又は印加される電圧を検出して演算処理する処理装置３８に接続される。好ましくは処理装置３８は、検出信号（電流又は電圧）をグラフィック表示する表示手段を備える。コイル３２及び処理装置３８は、交流電源３４に直列に接続され、後述するように検出手段を構成する。
【００１５】
籠形回転子１２の欠陥検出工程においては、導体部分の鋳造成形が完了した回転子鉄心１８を、軸１４に固定する前に、欠陥検出装置１０の鉄心３０に対向配置する。このとき、鉄心３０の一対の突歯３６は回転子鉄心１８の周方向へ並置され、各突歯３６の先端面は、図３に示すように回転子鉄心１８の外周面に微小隙間を介して配置される。この状態で、交流電源３４により所定周波数の所定交流電圧をコイル３２に印加し、コイル３２に流れる励磁電流により、鉄心３０と回転子鉄心１８との間に所望数の導体棒２２に鎖交する交番磁束を形成する（図３参照）。
【００１６】
ここで、検査対象の導体棒２２に電気的欠陥が無ければ、その導体棒２２にはコイル３２が形成する交番磁束によって二次電流が誘起される。さらに二次電流により、その導体棒２２の周囲に誘導交番磁束が形成され、誘導交番磁束に誘起されてコイル３２に微小な交流起電力が生じる。この交流起電力によって生じた微小な電流が、交流電源３４によりコイル３２に流れる励磁電流に合成され、合成電流値が処理装置３８で検出信号として処理される。
【００１７】
他方、検査対象の導体棒２２が電気的欠陥を有すれば、その導体棒２２にはコイル３２が形成する交番磁束によって誘起されるべき二次電流が流れない。したがって、誘導交番磁束は生じず、コイル３２に交流起電力は生じない。その結果、処理装置３８で処理される実際にコイル３２に流れる電流（検出信号）は、交流電源３４による励磁電流そのものとなる。
【００１８】
処理装置３８では、交流電源３４による励磁電流の波形（又は振幅）と、実際にコイル３２に流れる合成電流の波形（又は振幅）とが、演算処理により又は表示手段上で比較され、検査対象の導体棒２２の電気的欠陥の有無が判定される。なおこのような検出方法においては、交流電源３４が上記のように定電圧源の場合は処理装置３８で電流値が比較されるが、定電流源の場合、処理装置３８では交流電源３４による励磁電圧の波形（又は振幅）と、実際にコイル３２に印加される合成電圧の波形（又は振幅）とが比較される。
【００１９】
上記したような検出工程を、籠形回転子１２の全ての導体棒２２に対して順次実施することにより、籠形回転子１２の電気的欠陥の有無を判定することができる。これに関し、欠陥検出装置１０の鉄心３０の一対の突歯３６の間隔は、図３に示すように籠形回転子１２の複数（図では４個）の導体棒２２に鎖交する磁束を形成できるように設定されることが好ましい。それにより、籠形回転子１２の全ての導体棒２２に対する全検出工程に要する時間を短縮できる。
【００２０】
このように、欠陥検出装置１０によれば、導体棒２２の電気的欠陥を検出するために作業者の目視を必要としないので、回転子鉄心１８の周辺貫通穴２０が閉鎖スロットからなる場合にも、導体棒２２の電気的欠陥を確実に検出することができる。また、周辺貫通穴２０の構成に係わらず、処理装置３８を導入することにより導体棒２２の電気的欠陥の自動検出が可能になるので、籠形回転子１２の製造工程の無人化、自動化に寄与する。
【００２１】
欠陥検出装置１０では、１つのコイル３２を用いて、交流電源３４による励磁電流（又は電圧）の波形（又は振幅）と、実際にコイル３２に流れる合成電流（又は電圧）の波形（又は振幅）とを比較することにより、導体棒２２の電気的欠陥が検出される。しかしながら、導体棒２２に欠陥が無い場合に二次電流により導体棒２２の周囲に形成された誘導交番磁束に誘起されてコイル３２に生じる交流起電力は、一般に極めて微小であるので、実際にコイル３２に流れる合成電流の波形は、励磁電流の波形に比べて微小ノイズ程度の変化を呈示するだけである。また、導体棒２２が欠陥を有する場合に検出信号として処理される励磁電流自体、様々な要因により波形に微小ノイズを有する。したがって欠陥検出装置１０では、処理装置３８による欠陥の有無の判定が難しく、例えば表示手段上で波形の乱れを識別することはオペレータの熟練を要し、演算処理による自動判別を行なう場合にはプログラムが複雑になるという問題がある。
【００２２】
図４に示す本発明の一実施形態による欠陥検出装置４０は、励磁手段と検出手段とを、互いに独立かつ離間して配置された第１コイル４２と第２コイル４４とからそれぞれ構成することにより、上記した問題点を解決するものである。欠陥検出装置４０において、第１コイル４２は鉄心４６に巻付けられ、交流電源４８に接続される。また第２コイル４４は鉄心５０に巻付けられ、処理装置５２に接続される。鉄心４６及び５０には、籠形回転子１２の回転子鉄心１８に対向可能な一対の突歯５４及び５６がそれぞれ設けられる。交流電源４８は、定電圧源又は定電流源であり、第１コイル４２に交流電圧を印加して励磁電流を流す。処理装置５２は、第２コイル４４に流れる電流又は印加される電圧を検出して演算処理し、例えば表示手段にグラフ化して表示する。
【００２３】
欠陥検出装置４０による籠形回転子１２の欠陥検出工程においては、導体部分の鋳造成形が完了した回転子鉄心１８を、軸１４に固定する前に、第１コイル４２の鉄心４６及び第２コイル４４の鉄心５０に対向配置する。このとき、鉄心４６及び５０は、回転子鉄心１８の軸方向両端にそれぞれ近接して、同一の導体棒２２に対向するように配置される。また、鉄心４６及び５０の各一対の突歯５４及び５６は回転子鉄心１８の周方向へ並置され、各突歯５４及び５６の先端面は回転子鉄心１８の外周面に微小隙間を介して配置される。この状態で、交流電源４８により例えば所定交流電圧を第１コイル４２に印加し、第１コイル４２に流れる励磁電流により、鉄心４６と回転子鉄心１８との間に所望数の導体棒２２に鎖交する交番磁束を形成する。
【００２４】
ここで、検査対象の導体棒２２に電気的欠陥が無ければ、その導体棒２２には第１コイル４２が形成する交番磁束によって二次電流が誘起される。さらに二次電流により、その導体棒２２の周囲に誘導交番磁束が形成され、誘導交番磁束に誘起されて第２コイル４４に微小な交流起電力が生じる。この交流起電力によって生じた電流が、処理装置５２で検出信号として処理され、例えば表示手段に表示される。
【００２５】
他方、検査対象の導体棒２２が電気的欠陥を有すれば、その導体棒２２には第１コイル４２が形成する交番磁束によって誘起されるべき二次電流が流れない。したがって、誘導交番磁束は生じず、第２コイル４４に交流起電力は生じない。その結果、処理装置５２には検出信号が送られない。或いは、図３に示すように１回の検出工程で対象となる導体棒２２が複数個であって、仮にその内の１個に電気的欠陥が有る場合、欠陥の無い導体棒２２に流れる二次電流によりその導体棒２２の周囲に誘導交番磁束が形成され、この誘導交番磁束に誘起されてやはり第２コイル４４に微小な交流起電力が生じる。しかしながらこの交流起電力によって生じた電流（検出信号）は、検査対象の導体棒２２の全てが欠陥を有しない場合の検出信号に比べて、振幅が小さくなる。したがって、１回の検出工程で検査される導体棒２２の個数は少ない方が、振幅の低下が顕著となり、検出精度を向上できる。
【００２６】
このように、処理装置５２における処理結果により、検査対象の導体棒２２の電気的欠陥を検出することができる。このような検出工程を、籠形回転子１２の全ての導体棒２２に対して順次実施することにより、籠形回転子１２の電気的欠陥の有無を、周辺貫通穴２０の構成に係わらず正確に判定することができる。しかも欠陥検出装置４０によれば、励磁電流（又は電圧）とは独立して、第２コイル４４に生じる交流起電力による検出信号（電流又は電圧）を処理することができるので、処理装置５２による欠陥の有無の判定が容易であり、演算処理による自動判別を行なう場合のプログラムも簡単になる。また、第２コイル４４の線径を第１コイル４２の線径に比べて細くすることにより、第２コイル４４に生じる微小な交流起電力を識別し易くすることもできる。
【００２７】
図５は、欠陥検出装置４０において、実質的正弦波の交流電源４８を用いたときの、処理装置５２で処理された検出信号の波形の一例を示す。図５（ａ）は、検査対象の導体棒（複数）に電気的欠陥が無い場合の検出信号の波形を示す。この波形では、正弦波の各頂点に歪みが生じているが、これは回転子鉄心の貫通穴が閉鎖スロットである場合に特有の現象であり、電気的欠陥の存在を示すものではない。回転子鉄心の貫通穴が開放スロットである場合には、電気的欠陥が無い場合の検出信号は実質的正弦波となる。図５（ａ）で検査されたものと同じ籠形回転子に対し、検査対象の導体棒（複数）の少なくとも１個が電気的欠陥を有する場合の検出信号の波形が、図５（ｂ）に示される。この波形は、図５（ａ）に示す波形に比べて、振幅が著しく小さくなっている。このようにして、導体棒の電気的欠陥の有無が容易に判定される。
【００２８】
図６は、本発明のさらに他の実施形態による欠陥検出装置を示す。この欠陥検出装置は、回転子鉄心１８の外周面に対向して、複数（図では４個）の鉄心５８を配置できるようになっている。各鉄心５８は、回転子鉄心１８との間にそれぞれ所望数（図では５個ずつ）の導体棒２２に鎖交する磁束を形成できる寸法を有し、複数の鉄心５８により、回転子鉄心１８の全ての導体棒２２に鎖交する磁束が形成される。各鉄心５８には、それぞれ第１コイル６０が巻付けられる。これら第１コイル６０には、図４の欠陥検出装置４０の第１コイル４２と同様に、それぞれ図示しない交流電源が接続される。或いは、１つの交流電源に、全てのコイル６０を接続することもできる。
【００２９】
さらに、検出手段を構成する図示しない複数の第２コイルが、それぞれに対応する第１コイル６０に対して、導体棒２２の長手方向へ離間して配置される。この場合、各第２コイルには図示しない処理装置が接続される。或いは、処理装置に、全ての第２コイルを接続することもできる。
【００３０】
このような構成によれば、前述したような検出工程を各鉄心５８が対向する導体棒２２に対して同時に行なうことにより、１回の検出工程で籠形回転子の全ての導体部分の電気的欠陥の有無を判定することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、籠形回転子の導体部分を鋳造する際に特に導体棒に生じ易い電気的欠陥を、作業者の目視によらず正確に検出できる欠陥検出装置が提供される。しかも本発明の欠陥検出装置は、導体部分の電気的欠陥の自動検出を可能にするので、この欠陥検出装置を使用して、籠形回転子の製造工程の無人化及び自動化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の関連技術による欠陥検出装置を、検査される籠形回転子と共に示す概略斜視図である。
【図２】本発明の欠陥検出装置によって検査される籠形回転子を、導体部分に電気的欠陥を有した一例として示す断面図である。
【図３】本発明の欠陥検出装置による検出工程を説明する部分断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による欠陥検出装置を、検査される籠形回転子と共に示す概略斜視図である。
【図５】図４の欠陥検出装置による検出信号の波形図で、（ａ）電気的欠陥が無い場合、及び（ｂ）電気的欠陥が有る場合、を示す。
【図６】本発明のさらに他の実施形態による欠陥検出装置を、検査される籠形回転子と共に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１２…籠形回転子
１８…回転子鉄心
２０…周辺貫通穴
２２…導体棒
２４…端絡環
３０、４６、５０、５８…鉄心
３２、６０…コイル
３４、４８…交流電源
３８、５２…処理装置
４２…第１コイル
４４…第２コイル
【図１】
0003608846.tif 000002
【図２】
0003608846.tif 000003
【図３】
0003608846.tif 000004
【図４】
0003608846.tif 000005
【図５】
0003608846.tif 000006
【図６】
0003608846.tif 000007