JP2009180625A - コイル検査装置及びコイル検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査にかかる時間を短縮することができるコイル検査装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係るコイル検査装置は、被検査コイルＷが載置される検査槽１１と、検査槽１１内に貯留された導電性の検査液１２と、検査槽１１内に設けられた電極１３と、被検査コイルＷと電極１３との間に電圧を印加する電源１４と、被検査コイルＷと電極１３との間に流れる電流値を計測する電流計測器１５と、電流計測器１５で計測された電流値の整定値を予測する演算部２０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルに発生した傷を検出するコイル検査装置及びコイル検査方法に関する。

モータのステータに組み付けられるステータコイル等のコイルにおいては、巻線の絶縁被覆部材に傷が存在し内部の導体が露出していると、絶縁劣化や短絡が発生する原因となり得る。このようなコイルに存在する傷の検査方法として、コイルを検査槽内に貯留された導電性の溶液中に浸漬し、検査槽内に設けられた基準電極との間のコイル傷による漏れ電流の大きさを測定し、コイル傷の大きさを検査する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許第３６１４１４１号公報

被検査コイルの巻線の長さは数十ｍ程度と長いため、数十ｃｍ程度の基準電極と比較すると、そのキャパシタンス成分が大きいと考えられる。このため、コイル傷による漏れ電流は、被検査コイルに電圧を印加してから整定するまでに長時間を要する。従って、この検査を製造工程へ適用する場合、タクトタイムを満足できないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、検査にかかる時間を短縮することができるコイル検査装置及びコイル検査方法を提供することである。

本発明の第１の態様に係るコイル検査装置は、被検査コイルが載置される検査槽と、前記検査槽内に貯留された導電性の検査液と、前記検査槽内に設けられた電極と、前記被検査コイルと前記電極との間に電圧を印加する電源と、前記被検査コイルと前記電極との間に流れる電流値を計測する電流計測器と、前記電流計測器で計測された前記電流値から、前記電流値の整定値を予測する整定電流導出部とを備えるものである。これにより、コイル傷による漏れ電流の整定値を予測することができ、検査にかかる時間を短縮することが可能となる。

本発明の第２の態様に係るコイル検査装置は、上記のコイル検査装置において、前記整定電流導出部は、過渡電流式を解くことにより前記電流値の整定値を予測するものである。これにより、簡便にコイル傷による漏れ電流の整定値を予測することができる。

本発明の第３の態様に係るコイル検査装置は、上記のコイル検査装置において、前記整定電流導出部は、以下の式により、前記電流値の整定値を予測するものである。
α＝（Ｙ１・ｙ２−Ｙ２・ｙ１）／（Ｙ１−Ｙ２） ［μＡ］
ここで、
α：予測整定電流値
ｙ１：時間ｔ１における前記電流計測器で計測された電流値
ｙ２：時間ｔ２における前記電流計測器で計測された電流値
Ｙ１：時間ｔ１での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
Ｙ２：時間ｔ２での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
このように、簡単な演算でコイル傷による漏れ電流の整定値を予測することができる。

本発明の第４の態様に係るコイル検査装置は、上記のコイル検査装置において、前記電流計測器で計測した計測時間内において、前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける近似曲線の決定係数が最大となるように、前記時間ｔ１、ｔ２を決定する近似区間決定部を備えるものである。これにより、予測した整定電流の精度を向上させることができる。

本発明の第５の態様に係るコイル検査装置は、上記のコイル検査装置において、前記整定電流導出部で予測された前記電流値の予測整定電流値に基づいて、前記被検査コイルの傷の大きさを導出する傷サイズ導出部を備えるものである。これにより、コイル傷の大きさを判定することができる。

本発明の第６の態様に係るコイル検査方法は、被検査コイルと電極とを導電性の検査液に浸漬し、前記被検査コイルと前記電極との間に電圧を印加し、前記被検査コイルと前記電極との間に流れる電流値を計測し、計測された前記電流値から、前記電流値の整定値を予測する。これにより、コイル傷による漏れ電流の整定値を予測することができ、検査にかかる時間を短縮することが可能となる。

本発明の第７の態様に係るコイル検査方法は、上記のコイル検査方法において、前記電流値の整定値を、過渡電流式を解くことにより予測する。これにより、簡便にコイル傷による漏れ電流の整定値を予測することができる。

本発明の第８の態様に係るコイル検査方法は、上記のコイル検査方法において、前記電流値の整定値を、以下の式により予測する。
α＝（Ｙ１・ｙ２−Ｙ２・ｙ１）／（Ｙ１−Ｙ２） ［μＡ］
ここで、
α：予測整定電流値
ｙ１：時間ｔ１における前記電流計測器で計測された電流値
ｙ２：時間ｔ２における前記電流計測器で計測された電流値
Ｙ１：時間ｔ１での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
Ｙ２：時間ｔ２での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
このように、簡単な演算でコイル傷による漏れ電流の整定値を予測することができる。

本発明の第９の態様に係るコイル検査方法は、上記のコイル検査方法において、前記時間ｔ１、ｔ２は、前記電流計測器で計測した計測時間内において、前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける近似曲線の決定係数が最大となるように決定する。これにより、予測した整定電流の精度を向上させることができる。

本発明の第１０の態様に係るコイル検査方法は、上記のコイル検査方法において、前記整定電流導出部で予測された前記電流値の予測整定電流値に基づいて、前記被検査コイルの傷の大きさを導出する。これにより、コイル傷の大きさを判定することができる。

本発明によれば、検査にかかる時間を短縮することができるコイル検査装置及びコイル検査方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

本発明は、導電性の検査液に被検査コイルと電極とを浸漬し、直流電圧を印加することで、被検査コイルの傷（導体露出部分）と電極間を流れる電流から、傷の大きさ（傷サイズ）を判定するコイル検査装置及びコイル検査方法に適用される。

本発明の実施の形態に係るコイル検査装置について、図１、２を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るコイル検査装置１０の構成を示す図である。図２は、図１に示す演算部２０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係るコイル検査装置１０は、検査槽１１、検査液１２、電極１３、直流電源１４、電流計測器１５、演算部２０を備えている。本実施の形態に係るコイル検査装置１０は、モータのステータに組み付けられるステータコイル等の被検査コイルＷを検査対象とする。

検査槽１１は、導電性の検査液１２を貯留する。検査液は、導電性の非破壊溶液である。検査液１２としては、例えば、フッ素系溶剤、アルコール溶剤等を用いることができる。検査槽１１内には、被検査コイルＷと電極１３とが配置される。被検査コイルＷと電極１３とは、検査液１２内に浸漬される。

電極１３は、配線１６によって直流電源１４の＋端子に接続されている。被検査コイルＷは、配線１７によって電流計測器１５に接続されている。電流計測器１５は、配線によって直流電源１４の−端子に接続されている。また、電流計測器１５は、演算部２０に接続されている。

直流電源１４は、被検査コイルＷと電極１３との間に直流電流を印加する。電流計測器１５は、被検査コイルＷと電極１３との間に流れる電流を計測する。被検査コイルＷは、導体からなる巻線を絶縁被覆部材が覆った構成を有している。絶縁被覆部材に傷が存在し内部の導体が露出している箇所をコイル傷という。コイル傷としては、例えば、絶縁被覆部材であるエナメル剥がれ等が挙げられる。コイル傷による漏れ電流が、電流計測器１５によって計測される。

具体的には、検査槽１１に貯留される検査液１２に浸漬された被検査コイルＷ、電極１３間に、直流電源１４によって直流電圧を印加する。被検査コイルＷと電極１３の間に印加された直流電流によって、被検査コイルＷの傷（導体露出部分）と電極１３との間に電流が流れる。この電流の流れを図１では、矢印とｅ⁻を用いて示している。

ここで、図２を参照して、演算部２０の構成について詳細に説明する。図２に示すように、演算部２０は、近似区間決定部２１、整定電流導出部２２、傷サイズ導出部２３、傷判定部２４を備えている。近似区間決定部２１は、電流計測器１５が計測した電流値に基づいて、整定電流を導出する際の近似区間を決定する。整定電流導出部２２は、近似区間決定部２１において決定された近似区間を用いて、整定電流を予測する。具体的な整定電流の導出方法については、後述する。

傷サイズ導出部２３は、整定電流導出部２２で予測された整定電流値に基づいて、傷の大きさを導出する。傷判定部２４は、傷サイズ導出部２３で導出された傷の大きさに応じて、当該被検査コイルＷが良品であるか不良品であるかを判定する。

ここで、整定電流の導出方法について図３、４を参照して説明する。図３は、本実施の形態に係るコイル検査装置１０を示す等価回路である。図３に示すように、本実施の形態に係るコイル検査装置１０は、ＲＣ直列回路に置き換えることができる。この等価回路は回路方程式で表現することができ、この方程式を解くことにより、過渡電流式が求められる。

図３に示す等価回路を流れる電流Ｉ（ｔ）［μＡ］は、キャパシタＣに蓄えられた初期電荷Ｑ＝０とすると、
Ｉ（ｔ）＝Ｅ／Ｒｅ^{−ｔ／ＲＣ}・・・（１）
と表すことができる。
なお、Ｅは印加電圧［Ｖ］、Ｒはコイルの抵抗、Ｃは計測系の容量［Ｆ］である。図４に示すように、Ｉ（ｔ）は０に収束していく。

本実施の形態では、図５に示すように、経過時間に伴って電流値はある値（整定電流値）に収束する。しかしながら、コイル傷による漏れ電流は、被検査コイルに電圧を印加してから整定するまでに長時間を要するため、本発明では以下のアルゴリズムに従って整定電流値を予測する。

図５に示す計測した電流波形を、
ｙ＝Ａ・ｅ^Ｂｔ＋α ・・・（２）
と表す。ここで、ｔは時間、ｙは時間ｔにおける計測された電流値、αは予測整定電流値、Ａ、Ｂは定数である。

時間ｔ１のときの電流値をｙ１とすると、
ｙ１＝Ａ・ｅ^Ｂｔ１＋α ・・・（３）
時間ｔ２のときの電流値をｙ２とすると、
ｙ２＝Ａ・ｅ^Ｂｔ２＋α ・・・（４）
となる。

これらをそれぞれ微分すると、
Ｙ１＝Ａ・Ｂｅ^Ｂｔ１ ・・・（５）
Ｙ２＝Ａ・Ｂｅ^Ｂｔ２ ・・・（６）
となる。

式５へ式３を代入すると、
Ｙ１＝Ｂ（ｙ１−α） ・・・（７）
式６に式４を代入すると、
Ｙ２＝Ｂ（ｙ１−α） ・・・（８）
となる。

式（７）、（８）からＢを消去して、予測整定電流値αを求める。
α＝（Ｙ１・ｙ２―Ｙ２・ｙ１）／（Ｙ１−Ｙ２）
従って、時間ｔ１、ｔ２のときの計測された電流値ｙ１、ｙ２、及び図５に示すグラフの時間ｔ１、ｔ２における傾きＹ１、Ｙ２を求めることで、簡単な演算で予測整定電流値αを予導出することができる。すなわち、有限の時間内の計測値から無限時間計測後の整定電流値を予測することができる。

時間ｔ１、ｔ２は、電流計測器１５で電流値を計測した時間内において様々な近似区間で近似を行い、決定関数Ｒ^２が最大となる近似区間を求め、この近似区間のＴ_{ＳＴＡＲＴ}、Ｔ_ＥＮＤの計測電流値を用いて整定電流値を導出することが好ましい。これにより、予測した整定電流値の精度を向上させることが可能となる。また、直流電圧を印加した直後は、突入電流と呼ばれる大電流が被検査コイルＷと電極１３との間に流れることがある。このため、直流電流を印加した直後から５秒程度の期間を整定電流の予測に用いないことが好ましい。

そして、予測された整定電流値から、被検査コイルＷの傷の大きさを求めることができる。図６に、予測された整定電流値［μＡ］と傷の大きさ（傷サイズ）［ｍｍ］の関係を示す。図６に示すように、整定電流値［μＡ］と傷の大きさ［ｍｍ］とは、整定電流値の増大に伴って、傷の大きさも増大する比例関係にあることが判る。このような整定電流値と傷の大きさとの関係は、コイルの種類（例えば、巻線の太さ等）により異なる。従って、あらかじめ図６に示すようなデータをとっておき、作成したグラフから傷大きさを求めることができる。

次に、図７を参照して、本実施の形態に係るコイル検査方法について説明する。図７は、本実施の形態に係るコイル検査方法を説明するためのフロー図である。まず、漏れ電流値を計測する（ステップＳ１）。具体的には、まず、検査槽１１に検査液１２が供給され、被検査コイルＷ、電極１３が浸漬される。そして、直流電源１４によって直流電圧を印加する。被検査コイルＷと電極１３の間に印加された直流電流によって、被検査コイルＷの傷（導体露出部分）と電極１３との間に電流が流れる。この電流を電流計測器１５によって所定の時間計測することにより、漏れ電流値が計測される。本実施の形態では、例えば、１８０ｓｅｃまで漏れ電流を計測する。

そして、計測した時間内において、指数近似を行う（ステップＳ２）。近似開始時間をＴ_{ＳＴＡＲＴ}、近似終了時間をＴ_ＥＮＤとする。その後、その指数近似曲線の決定関数Ｒ^２を導出する（ステップＳ３）。決定関数Ｒ^２は、寄与率ともいわれる。この決定関数Ｒ^２が１に近いほど、回帰のあてはまりが良い。従って、決定関数Ｒ^２が最大となる近似区間を求め、この近似区間のＴ_{ＳＴＡＲＴ}、Ｔ_ＥＮＤの計測電流値を、決定関数Ｒ^２を予測整定電流値の導出に用いることが好ましい。

例えば、１８０［ｓｅｃ］まで、漏れ電流を計測した場合、スキャン間隔を５［ｓｅｃ］と設定すると、近似区間を０〜１８０、５〜１８０、・・・として、それぞれの近似区間における決定関数Ｒ^２を求める。そして、計算が終了したか否かが判断される（ステップＳ４）。計算完了条件として、決定関数Ｒ^２が、最大となる区間が見つかったか否かが判断される。この計算が完了しない場合（ステップＳ４ＮＯ）、再度ステップ２、３に戻り、決定関数Ｒ^２を求める。

計測した時間内において、すべての決定関数Ｒ^２の計算が完了した場合（ステップＳ４ＹＥＳ）、近似区間が決定される（ステップＳ５）。上述したように、決定関数Ｒ^２が最大となる近似区間が、整定電流値の予測に用いるために決定される。その後、決定関数Ｒ^２が設定値以上であるか否かが判断される（ステップＳ６）。この決定関数Ｒ^２が計測期間内において最大であっても、設定値よりも低いと回帰のあてはまりが悪く、精度よく整定電流値を予測することができない。

このため、決定関数Ｒ^２が設定値以上（例えば０．９以上）となる場合（ステップＳ６ＹＥＳ）に、整定電流値を上述のアルゴリズムに従って導出する（ステップＳ７）。すなわち、決定関数Ｒ^２が最大となる近似区間で、決定関数Ｒ^２が設定値以上のＴ_{ＳＴＡＲＴ}、Ｔ_ＥＮＤを、ｔ１、ｔ２として予測整定電流値αを導出する。そして、予測した整定電流値に基づいて、図６を参照して、傷サイズを導出する（ステップＳ８）。

一方、決定関数Ｒ^２が設定値未満（例えば０．９未満）となる場合（ステップＳ６ＮＯ）に、上述のアルゴリズムでの整定電流値の導出を行わず、例えば計測時間の最後の所定の期間内の平均電流値を使用して傷サイズを導出する。（ステップＳ８）。なお、この場合には、この傷サイズは、信頼性が低いデータとして注釈表示を行うようにしてもよい。

そして、導出した傷サイズが、所定の設定値以上であるか否かが判定される（ステップＳ９）。この傷サイズが所定の設定値以上の場合（ステップＳ９ＹＥＳ）、当該被検査コイルＷは不良品としてＮＧ判定となる。また、この傷サイズが所定の設定値未満の場合（ステップＳ９Ｎｏ）、当該被検査コイルＷは良品としてＯＫ判定となる。

従来は、漏れ電流値が収束し、整定電流値を求めるのにするのに１０分以上かかっていたが、本発明によれば、所定の期間漏れ電流値を計測するだけで、整定電流値を精度よく予測することが可能となる。これにより、被検査コイルＷの検査に係る時間を短縮することができ、製造工程のタクトタイムを満足することが可能となる。

なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。

実施の形態に係るコイル検査装置の構成を示す図である。 図１のコイル検査装置に設けられた演算部の構成を示すブロック図である。 図１のコイル検査装置を示す等価回路である。 一般的な過渡現象を説明するためのグラフである。 経過時間に伴って電流値が推移する例を示すグラフである。 電流値と傷サイズとの関係の一例を示す図である。 実施の形態に係るコイル検査方法を説明するためのフロー図である。

符号の説明

１０ コイル検査装置
１１ 検査槽
１２ 検査液
１３ 電極
１４ 直流電源
１５ 電流計測器
２０ 演算部
２１ 近似区間決定部
２２ 整定電流導出部
２３ 傷サイズ導出部
２４ 傷判定部
Ｗ 被検査コイル

Claims (10)

1. 被検査コイルが載置される検査槽と、
   前記検査槽内に貯留された導電性の検査液と、
   前記検査槽内に設けられた電極と、
   前記被検査コイルと前記電極との間に電圧を印加する電源と、
   前記被検査コイルと前記電極との間に流れる電流値を計測する電流計測器と、
   前記電流計測器で計測された前記電流値から、前記電流値の整定値を予測する整定電流導出部と、
   を備えるコイル検査装置。
2. 前記整定電流導出部は、過渡電流式を解くことにより前記電流値の整定値を予測する請求項１に記載のコイル検査装置。
3. 前記整定電流導出部は、以下の式により、前記電流値の整定値を予測する請求項１に記載のコイル検査装置。
   α＝（Ｙ１・ｙ２−Ｙ２・ｙ１）／（Ｙ１−Ｙ２） ［μＡ］
   ここで、
   α：予測整定電流値
   ｙ１：時間ｔ１における前記電流計測器で計測された電流値
   ｙ２：時間ｔ２における前記電流計測器で計測された電流値
   Ｙ１：時間ｔ１での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
   Ｙ２：時間ｔ２での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
4. 前記電流計測器で計測した計測時間内において、前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける近似曲線の決定係数が最大となるように、前記時間ｔ１、ｔ２を決定する近似区間決定部を備える請求項３に記載のコイル検査装置。
5. 前記整定電流導出部で予測された前記電流値の予測整定電流値に基づいて、前記被検査コイルの傷の大きさを導出する傷サイズ導出部を備える１〜４のいずれか１項に記載のコイル検査装置。
6. 被検査コイルと電極とを導電性の検査液に浸漬し、
   前記被検査コイルと前記電極との間に電圧を印加し、
   前記被検査コイルと前記電極との間に流れる電流値を計測し、
   計測された前記電流値から、前記電流値の整定値を予測するコイル検査方法。
7. 前記電流値の整定値を、過渡電流式を解くことにより予測する請求項６に記載のコイル検査方法。
8. 以下の式により予測する請求項６に記載のコイル検査方法。
   α＝（Ｙ１・ｙ２−Ｙ２・ｙ１）／（Ｙ１−Ｙ２） ［μＡ］
   ここで、
   α：予測整定電流値
   ｙ１：時間ｔ１における前記電流計測器で計測された電流値
   ｙ２：時間ｔ２における前記電流計測器で計測された電流値
   Ｙ１：時間ｔ１での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
   Ｙ２：時間ｔ２での、時間と前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける傾き
9. 前記時間ｔ１、ｔ２は、前記電流計測器で計測した計測時間内において、前記電流計測器で計測された電流値のグラフにおける近似曲線の決定係数が最大となるように決定する請求項８に記載のコイル検査方法。
10. 前記整定電流導出部で予測された前記電流値の予測整定電流値に基づいて、前記被検査コイルの傷の大きさを導出する請求項６〜９のいずれか１項に記載のコイル検査装置。

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