JP2021148548A - モータステータの絶縁検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータステータの絶縁性能を効率良くかつ精度良く検査可能とする。【解決手段】ステータコア２に平角線からなる複数のコイル用導線（セグメントコイル４）を装着してなるモータステータ１のうち、同相のセグメントコイル４の自由端４ａ１同士を電気的に接続する接合部５を被覆した絶縁層６に接触可能なプローブ部１７を備え、プローブ部１７を介して絶縁層６が形成されたモータステータ１のステータコイル３に電圧を印加することにより、モータステータ１の絶縁性能を検査する絶縁検査装置１０において、プローブ部１７を導電性ブラシ１８で構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、モータステータの絶縁検査装置に関する。

ハイブリッド車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などといった電動車両の駆動用モータのステータにおいて、コイル用導線の絶縁皮膜に亀裂、破れ、ピンホール等の微小欠陥が存在すると、通電時にステータコアとステータコイルとの間で沿面放電が生じ、モータが駆動不能となるおそれがある。そこで、モータステータの製造過程では、例えば下記の特許文献１に記載されているように、コイル用導線の絶縁皮膜に微小欠陥が存在するか否かを検査する絶縁検査を実施するのが一般的である。

ところで、近年、モータの小型化および高出力化を目的として、コイル用導線にコイルの占積率を高め得る断面矩形状の平角線を採用するケースが増加しつつある。この場合、モータステータ（のステータコイル）は、Ｕ字状に曲げ加工された複数のコイル用導線（「セグメントコイル」とも称される）を環状のステータコアに所定間隔で装着してから、同相のコイル用導線の端部同士を溶接等の手段によって電気的に接合し、その後、この接合部に絶縁処理を施す、という手順を踏んで作製される。上記絶縁処理には、例えば、接合部を樹脂等の絶縁材料で被覆する処理が採用される。このようにして得られたモータステータ（以下、「セグメントタイプのモータステータ」ともいう）は、これが所望の絶縁性能を有するか否か（上記接合部を被覆する絶縁層が適正に形成されているか否か）を検査するための絶縁検査に供される。この場合の絶縁検査は、例えば、絶縁層に接触させた電極（プローブ）を介して絶縁層が形成されたステータコイルに電圧を印加することにより行われる。

特開２０１４−２０２６２８号公報

セグメントタイプのモータステータにおいては、互いに分離独立して設けられる複数の絶縁層のうちの一つにでも破れやピンホール等の微小欠陥が存在していると、モータが駆動不能となるおそれがある。そのため、モータステータのステータコイルに形成される絶縁層の全てについて絶縁検査を実施するのが好ましいと言えるが、全ての絶縁層に対して個別に絶縁検査を実施するとなると多大な手間とコストが必要になる。従って、絶縁検査は、絶縁層に一対一で対応するように複数のプローブが設けられた検査装置を用いることにより、絶縁層が形成されたモータステータに対して実施される。しかしながら、複数の絶縁層のそれぞれに対し、対応するプローブを正確に位置決めする（接触させる）のは容易ではなく、正確な検査結果を得ることが難しいという問題がある。

上記の実情に鑑み、本発明は、いわゆるセグメントタイプのモータステータの絶縁性能を効率良くかつ精度良く検査可能とすることを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本願の第１発明は、環状のステータコアに平角線からなる複数のコイル用導線を所定間隔で装着してなるモータステータのうち、同相のコイル用導線の端部同士を電気的に接合する接合部を被覆した絶縁層に接触可能なプローブ部を備え、プローブ部を介して絶縁層が形成されたモータステータのステータコイルに電圧を印加することにより、モータステータの絶縁性能を検査する絶縁検査装置であって、プローブ部が、導電性ブラシで構成されていることを特徴とする。

上記のように、本願の第１発明に係るモータステータの絶縁検査装置では、プローブ部が導電性ブラシで構成されている。ここでいう導電性ブラシとは、複数（多数）の線材を備え、各線材が導電性材料で形成されたブラシを意味する。このような構成によれば、プローブ部を接触させるべき絶縁層の配置位置や形状にばらつきがあった場合でも、プローブ部の少なくとも一部を絶縁層に接触させ易くなる。そのため、プローブ部の位置調整等の手間を省いて絶縁検査の効率化を図り得ることに加え、プローブ部が絶縁層に適切に接触しないことに起因する検査不良の発生を効果的に防止することができる。

なお、導電性ブラシを構成する各線材は、必要とされる導電性に加え、これが絶縁層に接触したときに絶縁層の表面に倣って変形するような柔軟性を有するものであるのが好ましい。このようにすれば、以下に示すような作用効果を併せて享受することができる。
（１）上記線材が絶縁層に接触したときに、絶縁層に亀裂やピンホール等の微小欠陥が形成されるのを可及的に防止できる。
（２）導電性ブラシを構成する線材が絶縁層に対して点接触する場合に比べて両者の接触長さ（接触面積）を増すことができる。導電性ブラシを構成する線材と絶縁層の接触長さを増すことができれば、例えば、絶縁層の上面部だけでなく、絶縁層の側面部にも線材を接触させることが可能となって一回の絶縁検査による検査対象範囲を拡大することができる。そのため、例えば、絶縁層の上面部にプローブ部を接触させることにより行われる絶縁検査と、絶縁層の側面部にプローブ部を接触させることにより行われる絶縁検査とを個別に実施する場合に比べ、絶縁検査に要する手間とコストを減じつつ、絶縁検査精度を向上することができる。

以上より、本発明によれば、いわゆるセグメントタイプのモータステータの絶縁性能を効率良くかつ精度良く検査することが可能となる。

（ａ）図は、本発明に係る絶縁検査装置による検査対象物であるモータステータの一部を概念的に示す側面図、（ｂ）図は、（ａ）図に示すモータステータのステータコイルを構成するコイル用導線（セグメントコイル）の平面図である。 本発明の実施形態に係る絶縁検査装置の概略図である。 図２に示す絶縁検査装置の使用状態を概念的に示す部分拡大図である。 図２に示す検査装置の他の使用例を概念的に示す部分拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１（ａ）（ｂ）に基づき、本発明に係る絶縁検査装置を用いて実施される絶縁検査の検査対象物であるモータステータを簡単に説明する。図１（ａ）に示すモータステータ１は、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などといった電動車両の駆動用モータ（三相交流モータ）に組み込まれるものであって、環状（円筒状）のステータコア２と、ステータコイル３とを備える。

ステータコア２には、ステータコイル３を構成する複数のコイル用導線（セグメントコイル）４が相互に離間して装着されている。図１（ｂ）に示すように、各セグメントコイル４は、所定長さに切断された直線状の平角線（横断面が矩形状をなした導線およびその周囲を被覆する絶縁皮膜からなる線材）を、一対の直線部４ａおよびこれらを繋ぐ山部４ｂからなる略Ｕ字状に曲げ加工することで得られるものであり、直線部４ａの自由端４ａ１には導線が露出している。ステータコア２に装着されたセグメントコイル４のうち、直線部４ａの自由端４ａ１は、ステータコア２の軸方向一方側の端部（上端）よりも上側に突出し、山部４ｂは、ステータコア２の軸方向他方側の端部（下端）よりも下側に突出している。

ステータコイル３は、溶接等の手段により、導線が露出した各セグメントコイル４の自由端４ａ１を同じ相を構成する他のセグメントコイル４の自由端４ａ１と電気的に接合した後、自由端４ａ１同士を接合した接合部５を絶縁層６で被覆することによって作製される。なお、実際のところは、ステータコア２に複数のセグメントコイル４を装着した後、接合部５を形成する前に、各セグメントコイル４の直線部４ａをステータコア２の周方向に捻って変形させる捻り加工が実施される。絶縁層６は、例えば、接合部５に付着させた溶融樹脂を硬化させることにより、あるいは、接合部５上に絶縁性粉末を堆積させた後、これを焼成することにより、得ることができる。

モータステータ１のステータコイル３には、ステータコイル３と図示外の動力電源（から延びるリード線）とを電気的に接続するための動力線７（図２参照）が設けられている。動力線７は、一部のセグメントコイル４の直線部４ａをステータコア２の径方向外側に折り曲げることで形成される。

次に、図２および図３に基づき、本発明の実施形態に係る絶縁検査装置を説明する。図２に示す絶縁検査装置１０は、以上の構成を有するモータステータ１の絶縁性能を検査（評価）するために使用されるものであって、直流電源１１と、ステータ保持具１２と、判定手段１３と、電極部材１４とを備える。

直流電源１１としては、例えば数百ボルト以上の測定電圧を検査対象物であるモータステータ１（のステータコイル３）に印加可能なものが使用される。直流電源１１の正極端子（アース端子）は、リード線１１ａを介して電極部材１４と電気的に接続され、直流電源１１の負極端子（ライン端子）は、リード線１１ｂを介してモータステータ１のステータコイル３に設けられた動力線７と電気的に接続されている。

ステータ保持具１２は、検査対象のモータステータ１を保持する。

本実施形態の判定手段１３は、直流電源１１の負極端子とステータコイル３の動力線７とを接続した電気回路上に配置され、モータステータ１（のステータコイル３）に対して測定電圧を印加した際にステータコイル３を流れた電流（漏れ電流）を測定する電流測定部（電流計）と、電流測定部に接続された判定部と、を備える。判定部は、電流測定部で測定された電流値と予め定められた閾値とを比較し、電流値が閾値を超えている場合には検査対象のモータステータ１が所望の絶縁性能を有していない不良品であると判定し、電流値が閾値以下である場合には検査対象のモータステータ１が所望の絶縁性能を有する良品であると判定する。

本実施形態の電極部材１４は、図３に示すように、リード線１１ａと電気的に接続されたベース部１５と、ベース部１５と導通可能な状態でベース部１５に固定されたプローブ支持部１６と、プローブ支持部１６と導通可能な状態でプローブ支持部１６に固定されたプローブ部１７とを備える。詳細な図示は省略しているが、プローブ支持部１６およびプローブ部１７は、検査対象のモータステータ１のステータコイル３に設けられた複数の絶縁層６に一対一で対応するようにして、相互に離間した複数箇所に設けられている。また、電極部材１４は、ステータ保持具１２に対して相対的に接近および離反移動可能に設けられている。

プローブ部１７は、複数（多数）の線材１９を備え、各線材１９が導電性材料で形成された導電性ブラシ１８で構成される。ここでは、導電性ブラシ１８として、各線材１９が高い導電性を有するカーボン線（カーボンファイバー）からなるカーボンブラシを採用している。カーボンファイバーとしては、これが絶縁層６に接触したときに、絶縁層６の表面に倣って変形するような柔軟性を有するものが選択使用される。

本実施形態の絶縁検査装置１０は以上の構成を有し、モータステータ１の絶縁検査は以下のようにして実施される。

まず、ステータ保持具１２に検査対象のモータステータ１を保持させてから、モータステータ１のステータコイル３に設けられた動力線７と直流電源１１の負極端子から延びるリード線１１ｂとを電気的に接続する。次いで、電極部材１４をステータ保持具１２に対して相対的に接近移動させることにより、電極部材１４に設けられたプローブ部１７をステータコイル３に形成された絶縁層６に接触させ、その後、直流電源１１を起動してモータステータ１のステータコア３に測定電圧を印加する。

モータステータ１のステータコア３に測定電圧を印加するのに伴って、ステータコイル３に電流が流れると、その電流値が判定手段１３の電流測定部で測定される。電流測定部で測定された電流値は、判定手段１３の判定部で予め定められた閾値と比較される。そして、測定された電流値が閾値を超えている場合にはモータステータ１が所望の絶縁性能を有していない不良品であると判定され、測定された電流値が閾値以下である場合にはモータステータ１が所望の絶縁性能を有する良品であると判定される。良品と判定されたモータステータ１は後工程に払い出され、不良品と判定されたモータステータ１は、絶縁層６の形成工程に再投入されるか、あるいは廃棄処分とされる。

以上で説明したように、本実施形態の絶縁検査装置１０では、検査対象のモータステータ１（のステータコイル３）に形成された絶縁層６に接触可能なプローブ部１７が、導電性材料で形成された複数（多数）の線材１９からなる導電性ブラシ１８で構成される。このような構成によれば、プローブ部１７を接触させるべき絶縁層６の配置位置や形状にばらつきがあった場合でも、プローブ部１７の少なくとも一部を絶縁層６に接触させ易くなる。そのため、プローブ部１７の位置調整等の手間を省いてモータステータ１の絶縁検査を効率良く実施し得ることに加え、プローブ部１７が絶縁層６に適切に接触しないことに起因する検査不良の発生を効果的に防止することができる。

また、プローブ部１７としての導電性ブラシ１８を構成する各線材１９は、これが絶縁層６に接触したときに絶縁層６の表面に倣って変形するような柔軟性を併せ持つ。このようにすれば、線材１９が絶縁層に接触したときに、絶縁層６にピンホール等の微小欠陥が形成されるのを可及的に防止できることに加え、プローブ部１７としての導電性ブラシ１８を構成する線材１９が絶縁層６に対して点接触する場合に比べて両者６，１９の接触長さ（接触面積）を増すことができる。導電性ブラシ１８を構成する線材１９と絶縁層６の接触長さを増すことができれば、線材１９を絶縁層６の上面部のみならず、絶縁層６の側面部にも接触させることが可能となり、一回の絶縁検査での検査対象範囲を拡大することができる。これにより、モータステータ１に対して実施すべき絶縁検査を簡略化しつつも、絶縁検査精度を向上することができる。

以上のことから、本発明の実施形態に係る絶縁検査装置１０によれば、モータステータ１の絶縁性能を効率良くかつ精度良く検査することができる。

以上で説明した本発明の実施形態に係る絶縁検査装置１０は、モータステータ１のステータコイル３を構成するセグメントコイル４の絶縁性能を検査する際にも活用することができる。図４はその一例を概念的に示すものであり、以上で説明した実施形態とは上下を逆にしてモータステータ１をステータ保持部１２で保持し、セグメントコイル４の山部４ｂにプローブ部１７としての導電性ブラシ１８を接触させるようにしている。

以上、本発明の実施形態に係るモータステータ１の絶縁検査装置１０について説明を行ったが、本発明は、以上で説明した実施形態に限定適用されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。

例えば、プローブ部１７としての導電性ブラシ１８を構成する線材１９としては、必要とされる導電性（および柔軟性）を有するものであれば、カーボンファイバー以外のものを採用することも可能である。つまり、導電性ブラシ１８としては、必要とされる導電性（および柔軟性）を有するものであれば、カーボンブラシ以外のものを採用しても構わない。

また、判定手段１３としては、モータステータ１（のステータコイル３）に対して測定電圧を印加した際に絶縁検査装置１０の電気回路上に生じた電圧降下を測定する電圧測定部と、電圧測定部に接続された判定部と、を備えるものを採用しても良い。この場合、図示は省略するが、判定手段１３を構成する電圧測定部は、一端をリード線１１ａに電気的に接続し、他端をリード線１１ｂに電気的に接続する。係る構成を有する判定手段１３を採用した場合、その判定部は、電圧測定部で測定された電圧が閾値を超えて低下していると、検査対象のモータステータ１が所望の絶縁性能を有していない不良品であると判定し、電圧測定部で測定された電圧が閾値を超えていなければ、検査対象のモータステータ１が所望の絶縁性能を有する良品であると判定する。

また、図示は省略するが、絶縁検査装置１０には、直流電源１１から出力される測定電圧に応じた所定の抵抗値を有する電流制限抵抗を設けても良い。電流制限抵抗は、例えば、直流電源１１の負極端子とモータステータ１との間（両者を電気的に接続するリード線１１ｂ上）に設けることができる。このようにすれば、
・絶縁検査に伴う放電発生時にモータステータ１の絶縁層６に与えられるダメージを緩和することができる、
・絶縁検査の実施時に作業者が感電した場合でも、人体への悪影響を回避することができる、
などといった利点を享受することができる。

１ モータステータ
２ ステータコア
３ ステータコイル
４ セグメントコイル（コイル用導線）
５ 接合部
６ 絶縁層
７ 動力線
１０ 絶縁検査装置
１１ 直流電源
１２ ステータ保持具
１３ 判定手段
１４ 電極部材
１７ プローブ部
１８ 導電性ブラシ
１９ 線材

Claims (1)

1. ステータコアに平角線からなる複数のコイル用導線を所定間隔で装着してなるモータステータのうち、同相のコイル用導線の端部同士を電気的に接続する接合部を被覆した絶縁層に接触可能なプローブ部を備え、
   前記プローブ部を介して前記絶縁層が形成された前記モータステータのステータコイルに電圧を印加することにより、前記モータステータの絶縁性能を検査する絶縁検査装置であって、
   前記プローブ部が、導電性ブラシで構成されていることを特徴とするモータステータの絶縁検査装置。

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