JP2013145142A

JP2013145142A - 巻線検査装置

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Publication number: JP2013145142A
Application number: JP2012005087A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kunugi; 砂土詩椚
Original assignee: AZUSA TECH CO; KUNSHAN AITOSHI ELECTRIC TECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: AZUSA TECH CO; KUNSHAN AITOSHI ELECTRIC TECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: JP5852889B2

Abstract

【課題】巻線機による巻線中に巻線の短絡、絶縁劣化等の特性を評価可能な巻線検査装置を提供する。
【解決手段】巻線検査装置１は、インパルス状の電圧を連続的に発生するインパルス電圧発生部１７と、インパルス電圧により励磁される励磁巻線１３５と、励磁巻線１３５を流れる電流を測定する励磁電流測定部１８と、励磁巻線１３５と被検査部品１３６を磁気的に結合する外軸１３４ａと、被検査部品の巻線の巻始め端が一方端に接続される内軸１３４ｂと、内軸１３４ｂの他端に一方の端子が接続される円板１３７と、円板１３７とともに予め定められた所定容量のコンデンサを構成する円板１３８と、コンデンサを介して被検査部品の巻線に流れるサージ電流を測定するサージ電流測定部１６と、インパルス電圧発生部を制御するとともに励磁電流測定部およびサージ電流測定部の測定結果に基づき被検査部品１３６の特性を連続的に評価する特性評価部１９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は巻線検査装置に係り、特に、巻線機による巻線中に巻線の短絡、絶縁劣化を検査可能な巻線検査装置に関する。

コイル、トランス等の巻線部品は交流電気回路の重要な基本部品であり、巻線の短絡、絶縁劣化は部品の性能を損なうだけでなく事故の原因ともなる。

したがって、巻線部品の製造においては品質管理を十分に行うことが必要となるが、部品として完成した状態で品質検査を行うことが一般的である。

そして、完成した巻線部品の検査において品質不良と判定した要因を特定可能な検査装置がすでに提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記提案に係る検査装置は、巻線部品に高電圧インパルスを印加した後の巻線両端の電圧波形の形状に基づいて品質不良の要因（短絡、断線、絶縁不良等）を特定するものである。

特開平６−０８８８４９号公報

しかしながら、上記提案に係る検査装置は完成部品の検査を目的としたものであり、巻線部品製作中の連続的な検査を目的としたものではない。

コイル、トランスは鉄心等の芯材に巻線機により絶縁被覆線を巻回することにより製造することが一般的であるが、品質不良の原因は製作技術の欠陥に起因することが多い。

すなわち、巻線が巻き線機等に接触すると絶縁被覆が剥離し、短絡、絶縁劣化の原因となる。

したがって、巻線機による巻線中に巻線の短絡、絶縁劣化を検出可能となれば、製造効率が向上するだけでなく部品完成後の品質検査を省略することができることとなる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、巻線機による巻線中に巻線の短絡、絶縁劣化等の特性を評価可能な巻線検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る巻線検査装置は、インパルス状の電圧を連続的に発生するインパルス電圧発生部と、前記インパルス状の電圧により励磁される励磁巻線と、前記励磁巻線を流れる電流を測定する励磁電流測定部と、前記励磁巻線と被検査部品を磁気的に結合する磁性部材と、前記被検査部品の巻線の巻始め端が一方端に接続される円柱導体と、前記円柱導体の他端に一方の端子が接続される予め定められた所定容量のコンデンサと、前記コンデンサを介して前記被検査部品の巻線に流れるサージ電流を測定するサージ電流測定部と、前記インパルス電圧発生部を制御するとともに前記励磁電流測定部および前記サージ電流測定部の測定結果に基づき前記被検査部品の特性を連続的に評価する特性評価部と、を備える。

本発明に係る巻線検査装置は、上記構成により、巻線の短絡、絶縁劣化等の特性を連続的に評価することが可能となる。

本発明に係る巻線検査装置は、前記円柱導体が、前記被検査部品に巻線を巻回する巻線機の巻線軸の内軸であり、前記磁性部材が、前記内軸と電気的に絶縁された前記巻線軸の外軸であり、前記コンデンサが、前記円柱導体に取り付けられた第１の円板と前記第１の円板と所定空隙を隔てて前記巻線軸を支持する第１の支持部材に取り付けられた第２の円板とで構成され、前記励磁巻線が前記巻線軸を支持する第２の支持部材に前記巻線軸と同軸に取り付けられるトーラス形状である構成を有する。

本発明に係る巻線検査装置は、上記構成により、巻線機に組み込み、巻線中連続的に巻線の特性を評価できることとなる。

本発明に係る巻線検査装置は、前記特性評価部が、前記励磁電流測定部で測定される励磁電流の前記被検査部品の巻線の巻線回数を独立変数とする予め定められた関数の従属変数である基準励磁電流からの偏差の絶対値に基づいて前記被検査部品の短絡の有無を評価するものである。

本発明に係る巻線検査装置は、上記構成により、巻線中連続的に短絡が発生したか否かを監視できることとなる。

本発明に係る巻線検査装置は、前記特性評価部が、前記サージ電流測定部で測定される前記被検査部品の巻線を流れるサージ電流に基づいて前記被検査部品の絶縁の良否を評価するものである。

本発明に係る巻線検査装置は、上記構成により、巻線中連続的に絶縁劣化が発生したか否かを監視できることとなる。

本発明に係る巻線検査機によれば、巻線部品の製造効率が向上するだけでなく部品完成後の品質検査を省略することも可能となる。

巻線機に組み込まれた本発明に係る巻線検査装置のブロック図である。二重軸の断面図である。本発明に係る巻線検査装置の電気的構成を示すブロック図である。本発明に係る巻線検査装置の電気的等価回路図である。巻線検査ルーチンのフローチャートである。絶縁劣化評価ルーチンの詳細フローチャートである。短絡評価ルーチンの詳細フローチャートである。

図１は巻線機に組み込まれた本発明に係る巻線検査装置１のブロック図であって、巻線検査装置１は固定台１１の上に構成されている。

固定台１１にはガイドレール１２が取り付けられており、移動台１３はガイドレール１２と嵌合し、固定台１１の上をガイドレール１２に沿って左右に移動可能となっている。

固定台１１の上には移動台駆動用モータ１４も取り付けられており、移動台１３とねじ嵌合する送りねじ１５を回転駆動する。

すなわち、移動台駆動用モータ１４が送りねじ１５を回転駆動すると、移動台１３がガイドレール１２に沿って左右に移動するようになっている。

移動台１３の上面両端には第１の支持部材１３１および第２の支持部材１３２が取り付けられており、第１の支持部材１３１および第２の支持部材１３２の間には巻線モータ１３３が取り付けられている。

巻線モータ１３３によって回転駆動される二重軸１３４は、第２の支持部材１３２を貫通して図１の左方に延伸するとともに、巻線モータ１３３を貫通して第１の支持部材１３１の近傍にまで延伸している。

第２の支持部材１３２には、二重軸１３４が中心孔を貫通するトーラス形状の励磁巻線１３５が固定されている。

図２は二重軸１３４の断面図であって、二重軸１３４は磁性材製の外軸１３４ａと導電材製の内軸１３４ｂとから成り、外軸１３４ａと内軸１３４ｂとは絶縁材１３４ｃにより電気的に絶縁されている。

二重軸１３４の励磁巻線１３５のさらに左方には検査対象である巻線を有する被検査部品１３６が取り付けられる。そして、被検査部品１３６の巻線の巻始め端１３６ａは内軸１３４ｂの左端に電気的に接続されている。

巻線モータ１３３が回転すると二重軸１３４も回転し、巻線供給源３（図３）から供給される巻線が被検査部品１３６に巻回される。なお、巻線モータ１３３の回転に同期して移動台駆動用モータ１４を回転させることにより、移動台１３を移動させて予め設定された巻き方で被検査部品１３６に巻線を巻回することが可能となっている。

二重軸１３４の右端側では内軸１３４ｂが露出しており、内軸１３４ａの右端には所定の大きさの導電材製の第１の円板１３７が取り付けられている。

第１の支持部材１３１には、第１の円板１３７に対向して所定の大きさの導電材製の第２の円板１３８が絶縁材を介して取り付けられている。

第１の円板１３７と第２の円板１３８は所定の間隔を隔てて配置されており、所定容量（例えば、１００ピコファラッド）の空気コンデンサとして機能する。

すなわち、第１の円板１３７と第２の円板１３８は、電気的結合を維持しつつ、内軸１３４ｂとサージ電流測定部１６を機械的に分離する機能を果たすこととなる。なお、第２の円板１３８はサージ電流測定部１６の一方の端子に電気的に接続されている。

励磁巻線１３５と、インパルス電圧を連続的に発生するインパルス電圧発生部１７とは励磁回路を構成するが、励磁回路には励磁電流を測定する励磁電流測定部１８も含まれる。

さらに、本発明に係る巻線検査装置１は、インパルス電圧発生部１７を制御するとともに、サージ電流測定部１６および励磁電流測定部１８の測定結果を取り込み被検査部品の特性を連続的に評価する特性評価部１９も含まれる。

図３は本発明に係る巻線検査装置１の電気的構成を示すブロック図であって、励磁巻線１３５と被検査部品１３６とは外軸１３４ａを介して磁気的に結合している。

励磁巻線１３５の一端はインパルス電圧発生回路２７の一方の端子と接続され、他端は電流測定抵抗２８１を介してインパルス電圧発生回路２７の他方の端子と接続されている。

なお、電流測定抵抗２８１の両端は励磁電流測定ＡＤＣ２８２に接続されている。

また、被検査部品１３６の巻線の巻始め端１３６ａは、内軸１３４ｂを介して第１の円板１３７と電気的に接続されている。

さらに、第２の円板１３８はサージ電流測定ＡＤＣ２６の一方の端子に接続されている。なお、サージ電流測定ＡＤＣ２６の他方の端子は接地されている。

前述したように、第１の円板１３７および第２の円板１３８は空気コンデンサを形成しており、被検査部品１３６の巻線に流れる電流の直流成分を遮断し、対地間でコロナ放電が発生したときのサージ電流成分だけをサージ電流測定ＡＤＣ２６に伝達する機能を有する。

第１の円板１３７は二重軸１３４と共に回転するが、第２の円板１３８は第１の支持部材１３１に固定されており、静止している。

ここで、サージ電流測定用ＡＤＣ２６はサージ電流測定部１６として、インパルス電圧発生回路２７はインパルス電圧発生部１７として、電流測定抵抗２８１および励磁電流測定用ＡＤＣ２８２は励磁電流測定部１８として機能する。

サージ電流測定用ＡＤＣ２６、インパルス電圧発生回路２７および励磁電流測定用ＡＤＣ２８２はバス２０を介してＣＰＵ２１、メモリ２２および周辺機器インターフェイス（以下Ｉ／Ｆと記す）２３と接続され、パーソナルコンピュータ（以下ＰＣと記す）２を構成している。

なお、Ｉ／Ｆ２３には、ディスプレイ２３１、キーボード２３２およびマウス２３３からなる周辺機器が接続されている。

図４は本発明に係る巻線検査装置の電気的等価回路図であって、スイッチと直流電源で表されるインパルス電圧発生部１７の一方の端子は励磁巻線１３５の一方端と接続され、励磁巻線１３５の他方端は電流測定抵抗２８１を介してインパルス電圧発生部１７の他方の端子に接続され、励磁回路を構成している。

被検査部品１３６の巻線は第１の円板１３７および第２の円板１３８で構成されるコンデンサ、絶縁抵抗２０ならびにサージ電流測定部１６とともに、被励磁回路を構成している。

この電気的等価回路から、被検査部品１３６の巻線に絶縁劣化が発生すればサージ電流測定部１６により計測されるサージ電流ｉ_Ｓが増加すること、励磁電流測定部１８により計測される励磁電流ｉ_Ｅは被検査部品１３６の巻線のインダクタンスの変化に応じて変化することが判る。

なお、被検査部品１３６のインダクタンスは、巻線回数および巻線間の短絡の有無によって変化する。

巻線回数とインダクタンスの関係は理論的あるいは実験的に予め定めることが可能であるので、本発明に係る巻線検査装置では、励磁電流ｉ_Ｅの実測値の被検査部品への線の巻線回数の関数として定まる基準励磁電流からの偏差に基づき線間短絡を検出している。

つぎに、ＰＣ２が実行する巻線検査ルーチンのフローチャートを参照しつつ本発明に係る巻線検査装置の動作を説明する。

図５はＰＣ２が巻線中に予め定められた所定時間（たとえば、５０マイクロ秒）ごとに実行する巻線検査ルーチンのフローチャートである。

ＰＣ２は、まず、インパルス電圧発生回路２７に発生指令を出力する（ステップＳ５１）。

そして、ＰＣ２はサージ電流測定用ＡＤＣ２６を使用してサージ電流の交流成分の絶対値のピーク値であるサージピーク電流ｉ_ＳＰを読み込む（ステップＳ５２）。

次に、ＰＣ２は電流測定抵抗２８１および励磁電流測定用ＡＤＣ２８２を使用して、励磁巻線１３５を流れる励磁電流のピーク値である励磁ピーク電流ｉ_ＥＰを読み込む（ステップＳ５３）。

次に、ＰＣ２は絶縁劣化評価（ステップＳ５４）および短絡評価（ステップＳ５５）を実行し、評価結果をＩ／Ｆ２３を介してディスプレイ２３１に出力して（ステップＳ５６）、このルーチンを終了する。

すなわち、ＰＣ２は巻線検査ルーチンを実行することにより特性評価部１９として機能する。

図６は絶縁劣化評価ルーチンの詳細フローチャートであって、ＰＣ２はサージピーク電流ｉ_ＳＰが予め定められた閾値Ｉ_ＳＴ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５４１）。

ＰＣ２はサージピーク電流ｉ_ＳＰが閾値Ｉ_ＳＴ以上であると判定したときは、巻線の絶縁が劣化したおそれがあるものとして、サージ発生回数Ｎ_Ｓをインクリメントする（ステップＳ５４２）。

ＰＣ２はサージピーク電流ｉ_ＳＰが閾値Ｉ_ＳＴ以上でないと判定したときは、すでに閾値Ｉ_ＳＴ以上のサージが発生しているか否かを判定するために、サージ発生回数Ｎ_Ｓが"１"以上であるか否かを判定する（ステップＳ５４３）。

ＰＣ２は、サージ発生回数Ｎ_Ｓが"１"以上であると判定したときは、サージ監視回数Ｃ_Ｓをインクリメントする（ステップＳ５４４）。

そして、ＰＣ２は、単位監視回数当たりのサージ発生回数（＝Ｎ_Ｓ／Ｃ_Ｓ）が予め定められた所定値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ５４５）。

ＰＣ２は、単位監視回数当たりのサージ発生回数が所定値α以上であると判定したときは、被検査部品１３６の巻線の絶縁が劣化しているものとみなして、絶縁劣化警報を出力し（ステップＳ５４６）、ステップＳ５４７に進む。

ＰＣ２は、監視回数当たりのサージ発生回数が所定値α以上でないと判定したときは、絶縁劣化警報を出力せずに、直接ステップＳ５４７に進む。

そして、ＰＣ２は、ステップＳ５４７において、以降のサージ発生に備えるためにサージ発生回数Ｎ_Ｓおよびサージ監視回数Ｃ_Ｓを"０"にリセットしてこのルーチンを終了する。

なお、ＰＣ２はステップＳ５４３でサージ発生回数Ｎ_Ｓが"１"以上でないと判定したときは、被検査部品１３６の巻線に絶縁劣化は発生していないものとして直接このルーチンを終了する。

図７は短絡評価ルーチンの詳細フローチャートであって、ＰＣ２は被検査部品１３６の巻線の現在の巻線回数ｋを読み込む（ステップＳ５５０）。

なお、巻線回数ｋは巻線開始後の巻線モータ１３３の回転数として図示しない巻線制御装置から出力されるものとする。

ＰＣ２は予め定められた関数であるｆ（ｋ）に現在の巻線回数ｋを代入して、短絡のないときの基準励磁電流Ｉ_ＥＴを算出する（ステップＳ５５１）。

次に、ＰＣ２は基準励磁電流Ｉ_ＥＴと読み込んだ励磁ピーク電流ｉ_ＥＰとの差の絶対値である偏差δを算出する（ステップＳ５５２）。

そして、ＰＣ２は偏差δが予め定められた瞬時偏差閾値β以上であるか否かを判定する（ステップＳ５５３）。

ＰＣ２は偏差δが閾値β以上であると判定したときは、累積偏差Δに偏差δを加算して累積偏差を更新する（ステップＳ５５４）。

次に、ＰＣ２は偏差δが閾値β以上となった回数である短絡監視回数Ｎ_Ｅをインクリメントする（ステップＳ５５６）。

なお、ＰＣ２は偏差δが閾値β以上でないと判定したときは、短絡監視回数Ｎ_Ｅが"１"以上であるか否かを判定する（ステップＳ５５５）。

ＰＣ２は短絡監視回数Ｎ_Ｅが"１"以上であると判定したときは、短絡発生の可能性があるものとして、ステップＳ５５６に進む。

逆に、ＰＣ２は短絡監視回数Ｎ_Ｅが"１"以上でないと判定したときは、短絡は発生していないものとして、このルーチンを終了する。

ＰＣ２はステップＳ５５６で短絡監視回数Ｎ_Ｅをインクリメントした後、監視回数当たりの偏差である（Δ／Ｎ）が予め定められた平均偏差閾値γ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５５７）。

ＰＣ２は、監視回数当たりの偏差が平均偏差閾値γ以上であると判定したときは、被検査部品１３６の巻線に短絡が発生したものとみなして、短絡警報を出力し（ステップＳ５５８）、ステップＳ５５９に進む。

ＰＣ２は、監視回数当たりの偏差が平均偏差閾値γ以上でないと判定したときは、短絡警報を出力せずに、直接ステップＳ５５９に進む。

そして、ＰＣ２は、ステップＳ５５９において、以降の短絡発生に備えるために累積偏差Δおよび短絡監視回数Ｎ_Ｅを"０"にリセットしてこのルーチンを終了する。

以上説明したように、本発明に係る巻線検査機によれば被検査部品に巻線しながら短絡および絶縁劣化の発生を監視できるため、製造効率が向上するだけでなく部品完成後の品質検査を省略することも可能となる。

本発明に係る巻線検査機によれば、被検査部品の巻線中に絶縁劣化および短絡を連続的に監視することが可能となり、産業上利用可能である。

１巻線検査装置
２ＰＣ
１１固定台
１２ガイドレール
１３移動台
１４移動台駆動用モータ
１６サージ電流測定部
１７インパルス電圧発生部
１８励磁電流測定部
１９特性評価部
２０バス
２２メモリ
２３周辺機器インターフェイス（Ｉ／Ｆ）
２６サージ電流測定用ＡＤＣ
２７インパルス電圧発生回路
１３１第１の支持部材
１３２第２の支持部材
１３３巻線モータ
１３４二重軸
１３４ａ外軸
１３４ｂ内軸
１３４ｃ絶縁材
１３５励磁巻線
１３６被検査部品
１３７第１の円板
１３８第２の円板
２３１ディスプレイ
２３２キーボード
２３３マウス
２８１電流測定抵抗
２８２励磁電流測定用ＡＤＣ

Claims

インパルス状の電圧を連続的に発生するインパルス電圧発生部と、
前記インパルス状の電圧により励磁される励磁巻線と、
前記励磁巻線を流れる電流を測定する励磁電流測定部と、
前記励磁巻線と被検査部品を磁気的に結合する磁性部材と、
前記被検査部品の巻線の巻始め端が一方端に接続される円柱導体と、
前記円柱導体の他端に一方の端子が接続される予め定められた所定容量のコンデンサと、
前記コンデンサを介して前記被検査部品の巻線に流れるサージ電流を測定するサージ電流測定部と、
前記インパルス電圧発生部を制御するとともに、前記励磁電流測定部および前記サージ電流測定部の測定結果に基づき前記被検査部品の特性を連続的に評価する特性評価部と、を備える巻線検査装置。
前記円柱導体が、前記被検査部品に巻線を巻回する巻線機の巻線軸の内軸であり、
前記磁性部材が、前記内軸と電気的に絶縁された前記巻線軸の外軸であり、
前記コンデンサが、前記円柱導体に取り付けられた第１の円板と、前記第１の円板と所定空隙を隔てて前記巻線軸を支持する第１の支持部材に取り付けられた第２の円板とで構成され、
前記励磁巻線が、前記巻線軸を支持する第２の支持部材に前記巻線軸と同軸に取り付けられるトーラス形状である請求項１に記載の巻線検査装置。
前記特性評価部が、前記励磁電流測定部で測定される励磁電流の前記被検査部品の巻線の巻線回数を独立変数とする予め定められた関数の従属変数である基準励磁電流からの偏差の絶対値に基づいて前記被検査部品の短絡の有無を評価するものである請求項１または請求項２に記載の巻線検査装置。
前記特性評価部が、前記サージ電流測定部で測定される前記被検査部品の巻線を流れるサージ電流に基づいて前記被検査部品の絶縁の良否を評価するものである請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の巻線検査装置。