(57)【要約】【課題】  発電機ロータの歯の欠陥を検出するための方法および器具を提供する。【解決手段】  高出力発電機ロータの歯を非破壊検査するための方法は、アレイ（２０）に配置され、かつ歯の形状のある範囲の異なる検査角度を提供するように位置決めおよび位置合わせされる複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）を設けるステップと、アレイ（２０）をロータ歯の頂部に位置決めするステップと、前記複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）の少なくとも１つを励起して、歯の下側のウェッジ角度を問い合わせるための透過ビームを生成するステップと、前記複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）の前記少なくとも１つからの取得データを調整して、歯内の欠陥からの反射光を捕捉するステップとを含む。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高出力発電機ロータ（１０）の歯を非破壊検査するための方法であって、
アレイ（１８、２０）に配置され、かつ歯の形状のある範囲の異なる検査角度を提供するように位置決めおよび位置合わせされる複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）を設けるステップと、
前記アレイ（１８、２０）をロータ歯（１５）の頂部に位置決めするステップと、
前記複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）の少なくとも１つを励起して、前記歯の下側のウェッジ角度を問い合わせるための透過ビームを生成するステップと、
前記複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）の前記少なくとも１つからの取得データを調整して、前記歯（１５）内の欠陥からの反射光を捕捉するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記調整された取得データがディスプレイ（２９）に表示される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アレイ（１８、２０）の前記種々の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）が連続的に励起される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記歯（１５）が、前記アレイ（１８、２０）の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）を前記歯（１５）の実体に沿ってロータ軸の方向に移動させることによって完全に検査される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記アレイ（１８、２０）の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）が前記ロータ歯（１５）の軸方向に位置合わせされる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アレイ（１８、２０）の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）が、結合媒体を有する歯面に結合される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記アレイ（１８、２０）の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）が、半自動または完全自動の装置、特にロボットにより前記ロータ歯（１５）の上面に沿って移動される請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記パルスエコートランスデューサアレイ（１８、２０）を移動させるための装置が、前記アレイ（１８、２０）内の各トランスデューサ（２２、．．、２５）の連続励起と組み合わせて、前記ロータ歯（１５）の全長にわたるデータ取得を可能にする電子エンコーダを支持する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アレイ（１８、２０）の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）が前記歯（１５）の対向側面の検査を可能にするように回転される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
２つのアレイ（１８、２０）の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）が、各歯（１５）の完全な検査を一回りで行うことについて、前記歯（１５）の長さに沿って協働して位置決めおよび移動される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法に従って高出力発電機ロータ（１０）の歯を非破壊検査するための器具であって、
アレイ（１８、２０）に配置され、かつ歯の形状のある範囲の異なる検査角度を提供するように位置決めおよび位置合わせされる複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）と、
前記複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）から取得されたデータを調整するためのデータユニット（２８）であって、前記アレイ（１８、２０）の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）に接続されるデータユニット（２８）と、
を備える器具。
【請求項１２】
前記複数の超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）が１つのハウジング（２１）に取り付けられる請求項１１に記載の器具。
【請求項１３】
各超音波パルスエコートランスデューサ（２２、．．、２５）自体が、トランスデューサウェッジと音響的な結合面とを有し、また異なる所定の角度で透過および受光の両方を行うように配置される請求項１１に記載の器具。
【請求項１４】
ロータ歯の上面に沿って前記パルスエコートランスデューサアレイ（１８、２０）を支持する装置をさらに備える請求項１１に記載の器具。
【請求項１５】
前記装置が半自動または完全自動の装置、特にロボットである請求項１４に記載の器具。
【請求項１６】
前記装置が電子エンコーダを支持する請求項１５に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高出力発電機に関する。本発明は、特に、発電機ロータの歯の欠陥を検出するための方法および器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機ロータは鍛鋼から製造され、これらの発電機ロータには、シャフト本体の長さに沿って半径方向スロットが加工される。これらの半径方向スロットは、発電用の所望の磁界を発生させるために励磁巻線用の導体を有する。このような例では、励磁巻線はウェッジによってスロット内に拘束される。これらのスロットウェッジは、一般に、あり継ぎ構造であるが、ロータ構造に応じた構造に変更してもよい。ロータが回転している間、銅導体パックはスロットウェッジによって所定の位置に保持される。
【０００３】
過去において、低速閉鎖（解放ウェッジ）中における鋼ウェッジとロータとの間の腐食によるロータ歯の欠陥が報告されてきた。これらの欠陥は非常に頻繁に現れると思われるので、これらの欠陥を検出してそれらのサイズを決定することを可能にするＮＤＴ（非破壊検査）の解決策が開発されてきた。
【０００４】
図１〜図３は問題を示している。高出力発電機ロータ１０の外周は、巻回スロットによって分離される複数の軸方向の歯１５を備える。巻回スロットは、ウェッジ１４によってスロット内に固定される巻線１１を収容する。巻線１１は励磁リード線１２とそれぞれのコネクタ１３とによって接続される。図３から理解できるように、歯１５がウェッジ１４と相互作用する歯の縁部には欠陥領域１６がある。第１段階Ａにおいて、この縁部で腐食が開始し、これにより欠陥が生じ、第２段階Ｂにおいて、この欠陥が成長する。第３段階Ｃにおいて、欠陥は、縁部の半径の周囲で成長し、第４段階Ｄにおいて、全体がＴ字状の裂け目になる。最後に、第５段階Ｅにおいて、欠陥はロータ１０の本体内に成長する。
【０００５】
これまで、解決策の大部分は、ウェッジ１４と巻線１１とを取り外して欠陥を検出することを提供してきた。ウェッジと巻線との取り外しは非常にコストがかかり、時間を浪費する。
【０００６】
１つの文献（（特許文献１））は、フェーズドアレイ超音波技術を用いて、組み立てられたロータにおける検出を可能にする解決策を提供する。図４は、（特許文献１）の図９を再現している。この場合、ロータ１０’の歯１５’内の欠陥領域１６を検査するための走査ビームを生成するために、フェーズドアレイ１７の超音波トランスデューサが用いられる。
【０００７】
しかし、フェーズドアレイを用いることは、ビーム方向を規定して変化させ、またフェーズドアレイによって受信された信号から、有用なデータを抽出するための複雑な電子機器を必要とする。
【特許文献１】ヨーロッパ特許公開第１７７７５１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、簡単な測定構成を有し、使いやすく、そしてデータを収集して処理するための簡単な方法を用いる、発電機ロータの歯の欠陥を検出するための方法および器具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１および請求項１１に記載の方法および器具のそれぞれによって達成される。
【００１０】
本発明による方法は、アレイに配置され、かつ歯の形状のある範囲の異なる検査角度を提供するように位置決めおよび位置合わせされる複数の超音波パルスエコートランスデューサを設けるステップと、アレイをロータ歯の頂部に位置決めするステップと、前記複数の超音波パルスエコートランスデューサの少なくとも１つを励起して、歯の下側のウェッジ角度を問い合わせるための透過ビームを生成するステップと、前記複数の超音波パルスエコートランスデューサの前記少なくとも１つからの取得データを調整して、歯内の欠陥から反射光を捕捉するステップとを含む。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、調整された取得データはディスプレイに表示される。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、前記アレイの種々の超音波パルスエコートランスデューサは連続的に励起される。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、アレイの超音波パルスエコートランスデューサを歯の実体に沿ってロータ軸の方向に移動させることによって、歯が完全に検査される。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、アレイの超音波パルスエコートランスデューサはロータ歯の軸方向に位置合わせされる。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、アレイの超音波パルスエコートランスデューサは、結合媒体を有する歯面に結合される。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、アレイの超音波パルスエコートランスデューサは、半自動または完全自動の装置、特にロボットによりロータ歯の上面に沿って移動される。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、パルスエコートランスデューサアレイを移動させるための装置は、アレイ内の各トランスデューサの連続励起と組み合わせて、ロータ歯の全長にわたるデータ取得を可能にする電子エンコーダを支持する。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、アレイの超音波パルスエコートランスデューサは歯の対向側面の検査を可能にするように回転される。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、２つのアレイの超音波パルスエコートランスデューサは、各歯の完全な検査を一回りで行うことについて、歯の長さに沿って協働して位置決めおよび移動される。
【００２０】
本発明による器具は、アレイに配置され、かつ歯の形状のある範囲の異なる検査角度を提供するように位置決めおよび位置合わせされる複数の超音波パルスエコートランスデューサと、前記複数の超音波パルスエコートランスデューサから取得されたデータを調整するためのデータユニットであって、前記アレイの超音波パルスエコートランスデューサに接続されるデータユニットとを備える。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、前記複数の超音波パルスエコートランスデューサは１つのハウジングに取り付けられる。
【００２２】
本発明の他の実施形態によれば、各超音波パルスエコートランスデューサ自体は、トランスデューサウェッジと音響的な結合面とを有し、また異なる所定の角度で透過および受光の両方を行うように配置される。
【００２３】
本発明の他の実施形態によれば、ロータ歯の上面に沿ってパルスエコートランスデューサアレイを支持する装置が設けられる。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、前記装置は半自動または完全自動の装置、特にロボットである。
【００２５】
本発明の他の実施形態によれば、前記装置は電子エンコーダを支持する。
【００２６】
添付図面に示されている好ましい模範的な実施形態を参照して、本発明の主題について以下の本文により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の開示では、従来技術（特許文献１）のフェーズドアレイ法と比較して、より簡単かつよりコンパクトな超音波パルスエコー技術を利用する新規な超音波法について説明する。
【００２８】
新規な方法は、組み立てられたロータの内部の腐食欠陥を検出できるだけでなく、現場測定のために十分にコンパクトであることが証明されており、すなわち、前記新規な方法は、ロータとステータとの間の空隙の閉じ込め空間に適合し、したがって、ロータをステータから取り外すこともなく、発電機ロータの状態判定を可能にする。
【００２９】
既存の配置ロボットおよび配置機構と組み合わせて、新規な方法および器具を容易に利用できる。
【００３０】
新規な方法および器具は、特に、時間経過に伴う欠陥による致命的な故障を防止できる。
【００３１】
発電機ロータを検査するための提供されたシステムは、ウェッジ角度の面の検査を最良に行うように配置された特定の角度を有するある範囲の能動素子を提供するパルスエコー超音波トランスデューサアレイ（図５の１８参照）を含む。
【００３２】
図６から理解できるように、センサアレイまたはセンサシステム２０は、例えば大量のアクリルの１つのハウジング（アレイ）または本体２１に取り付けられた複数の超音波トランスデューサ２２、．．、２５を含む。超音波トランスデューサ２２、．．、２５の各々は、特定のビーム角度（図６の矢印参照）によって、また歯１５の下側のウェッジ角度を問い合わせるための透過ビームを生成するように連続的に励起されるべく構成される。センサアレイ２０は、歯の形状のある範囲の検査角度を最良に提供するように位置決めおよび位置合わせされた複数のトランスデューサ２２、．．、２５（図６の実施形態の４つ）を支持する。パルスエコートランスデューサ２２、．．、２５は、欠陥からの反射光を最良に透過して捕捉するように配置される。
【００３３】
各トランスデューサ素子２２、．．、２５自体は、トランスデューサウェッジと音響的な結合面とを有し、また所定の角度で透過および受光の両方を行うように配置される。図５は、パルスエコーセンサアレイおよび下方検査領域の配置を示している。
【００３４】
アレイ１８または２０は、ロータ歯１５の頂部に位置決めされ、ロータ歯１５の軸方向に位置合わせされ、適切な結合媒体を有する歯面に結合されている。パルスエコーアレイ１８または２０を歯１５の実体に沿ってロータ軸の方向に移動させることによって（図５の方向１９への走査）、１つの歯１５が完全に検査される。
【００３５】
ロータ歯１５の上面に沿ってパルスエコートランスデューサアレイ１８または２０を支持する装置は、電子エンコーダを支持する手動、半自動または完全自動の装置（すなわちロボット）であることができる。アレイ１８または２０内の各トランスデューサ２２、．．、２５の連続励起と組み合わせた上記エンコーダにより、ロータ歯１５の全長にわたるデータ取得が可能になる。欠陥から反射光を捕捉するために、コネクタ２６（図７）によってアレイ２０に接続されるデータユニット２８（図８）により、取得データが調整される。欠陥を示したピーク３０を示すために、結果として得られた曲線がディスプレイ２９に表示される。不自然な欠陥を含むモデルの歯２７によって、アレイ２０を検査および較正できる。
【００３６】
アレイ１８または２０は、歯１５の対向側面の検査を可能にするように回転されることができるか、またはこのような２つの装置は、各歯１５の完全な検査を一回りで行うことについて、歯１５の長さに沿って協働して位置決めおよび移動されることができる。
【００３７】
トランスデューサ２２、．．、２５の各々を個別または連続的に励起して、データ取得を静的または動的に行うことができる。
【００３８】
要約すると、本発明は以下のものによって特徴付けられる。
【００３９】
●ウェッジ角度を問い合わせるために特定の角度で配置されたパルスエコートランスデューサの配置
●腐食欠陥を検出するように配置された個々のトランシーバを有するトランスデューサアレイ
●超音波ビーム角度がロータ歯の頂面を通して所定の経路および所定のビーム角度で材料に入射すること
●各ロータの構造および直径に適合するように形作られた音響的な結合面
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】典型的な高出力発電機ロータの図面である。
【図２】ロータの簡略図である。
【図３】図１または図２によるロータの歯の欠陥伝播の図面である。
【図４】従来技術文献（特許文献１）の図９を再現した図面である。
【図５】本発明による検出システムの実施形態の斜視図である。
【図６】本発明によるパルスエコーアレイの実施形態の図面である。
【図７】モデルの歯における本発明による実際の測定システムの図面である。
【図８】欠陥の存在を示す測定曲線を表示する本発明による測定システムのデータユニットの図面である。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１０’  ロータ
１１  巻線
１２  励磁リード
１３  コネクタ
１４  ウェッジ
１５、１５’  歯
１６  欠陥領域
１７  フェーズドアレイ
１８、２０  センサアレイ（パルスエコー）
１９  走査方向
２１  本体（例えばアクリル）
２２、．．、２５  超音波トランスデューサ
２６  コネクタ
２７  モデルの歯
２８  データユニット
２９  ディスプレイ
３０  欠陥を示したピーク
Ａ、．．、Ｅ  欠陥成長伝播段階
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009075101.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年11月17日(2008.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2009075101.tif 000011
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009075101.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2009075101.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2009075101.tif 000014
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2009075101.tif 000015
【外国語明細書】
2009075101000001.pdf