JP4444729B2 - 電気機器巻線の接合部の評価方法および装置 - Google Patents

電気機器巻線の接合部の評価方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は大容量の各種電磁石や発電機、電動機に使用される電気機器巻線の接合方式に係り、特に接合品質を向上させる方式に関する。
従来の大容量電気機器の巻線の製作は多数のターンを組合わせて製作する方法が一般的であった。例えば、発電機の内部冷却型巻線は巻線の導体内部に温度の低い純水を流して巻線を冷却する構造を有している。たとえば、図３に示すように、中孔３を有する導体１を接続用のスリーブ２を用いて組合わせ、その部分をプロパンガスバーナ４を使用して加熱し、銅や銀などのろう材７を溶融浸透させ、接合面の微小隙間をろう材で埋めて接合している。
ろう接作業は作業者の経験と技能に依存し、ろう接後の内部欠陥の把握にはＸ線透視検査や超音波検査が適用される。Ｘ線透視検査は、ろうの浸透する空隙の厚みが０．０５ｍｍ程度と薄いため、Ｘ線での識別は導体の厚さが１ｍｍ以下の薄い部分でしか出来ず、厚さが２〜１０ｍｍと厚い部分の検査は不可能であった。
超音波検査は、超音波Ｃスコープによる面接合部の評価方法（非特許文献１）が知られている。ここでは、アルミ二ウム板と銅板を重ねろう付けし、両面から探傷した結果をＣスコープ上で観察したもので、剥離破面で０．９〜４．６ｍｍの欠陥に対し０．１〜０．３ｍｍの誤差で探傷している。
また、タービン発電機の水冷却ステータコイルクリップの継手接合部の検査装置（特許文献１）では、超音波プローブを継手接合部の周方向に回転させながら軸方向に移動し、受信した超音波の反射波と位置情報をコンピュータにより判定処理する。スキャナは検査物のネジ部にセットされるので、自動検査が可能となる。
特開２００１−３４３３６７号公報
「非破壊検査」第３９巻第９号，二−１７
電気機器巻線のろう接合部は溶融ろうの表面張力を利用して浸透させるため、通常は０．０５〜０．２５ｍｍの細隙が採用されている。この細隙は被接続導体の厚みが１ｍｍ程度の時も５〜１０ｍｍある時も同じである。こうした細隙に生じる欠陥（ろうの浸透しなかった部分や、ろう中に生じた気泡、ろうの引け巣、ろうの割れなど）は必然的に細隙よりも薄いものとなる。面積や長さが広く、長くても厚みの極めて薄い欠陥が形成されるので、こうした欠陥の形状に適した検出手段が必要となる。
Ｘ線透視検査法の検出限界は欠陥厚みが被検査部導体厚みの最小でも２％が要求されるので、０．０５ｍｍ厚みの欠陥は２．５ｍｍを越える厚みの導体に対しては検出不可能となる。
超音波探傷法によるろう接合部の探傷は、上記のように原理的には可能である。しかし、電磁石や発電機などの巻線の接合部は、全体のスペースファクタを高くするために、他のターンが近接する狭隘部に設けられ、接合部の角度も様々なものとなる場合が多い。こうした狭隘部でも適用できる超音波探傷方式が必要になる。
また、ろう接により生じる欠陥の形状には様々な形態があり、電気機器巻線としての評価は電気的、機械的な要求を満足させることが必要である。特に、導体内側の中孔を流れる冷却液の漏出防止を図るためには、接合部欠陥を面積と長さの両面から評価することが必要になる。
また、ろう接による欠陥の形成には様々な要因が複雑に絡んでいることが多く、作業者の技量や使用される設備の設定条件、接続導体やろう材などの状態などが関係している。実作業に際しては、出来上がった接合部の内部状態を見て、その特徴を見極めた上で欠陥の形成要因を的確に評価し、修正作業の指針や作業者の技量向上に反映できる評価システムが必要になる。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、巻線の接合部が良導体でかつ運転中の機械的な力に十分に耐える品質を確保できるように、欠陥部の正確な評価を行うこと、またその適切な補修指針を示す電気機器用巻線の接合部の評価方法及び装置を提供することにある。
本発明の電気機器巻線の接合部の評価方法は、上記した目的を達成するために、中孔を有する電機導体の端部同士をはめ合わせ、ろう材を用いて接合する接合部の評価方法であって、ろう接部の接合状態を超音波探傷し、良好部と欠陥部に識別して表示し、前記欠陥部の接合状態前記欠陥部の接合状態の評価は前記電機導体のろう接部における一端から他端までの最小良好部の長さの和から行う、又は前記最小良好部の長さの和と欠陥部の面積とから行うことを特徴とする。
前記良好部の評価は、近接する欠陥間の良好部の長さの和と、前記電機導体のろう接部における軸方向の一端及び他端と前記欠陥のうち前記一端または前記他端に最寄の欠陥との間の最短距離との総和が所定値以上のとき、又は前記総和が所定値以上かつ前記欠陥部の面積の総和が所定値以下のとき当該接合部が良好であると評価することを特徴とする。
前記接合状態が不良と評価された場合に、前記欠陥部を予め蓄積されている複数の原因別類別パターンと照合し、関連する欠陥原因を指示することを特徴とする。
本発明の電気機器巻線の接合装置は、少なくとも片側に中孔を有する電機導体同士をろう材を用いて接合する装置であって、ろう接部の接合状態を超音波探傷する測定機構と、探傷結果から良好部と欠陥部に識別して図形状に表示する表示機能と、前記欠陥部を評価する評価機能を備えることを特徴とする。
また、予め蓄積されている複数の原因別類別パターンを記憶し、前記接合状態が不良と評価された場合に、前記欠陥部を前記原因別類別パターンと照合し、関連する欠陥原因を表示する判定機構を設けることを特徴とする。
また、前記欠陥原因に基づく品質改善法に従って再度ろう接し、前回の欠陥部と今回の欠陥部との差を表示する再判定機構を設けることを特徴とする。
また、前記測定機構は、超音波探触子を把持して少なくとも２次元に移動させるスキャナと、測定対象の適部に設置され前記スキャナを支承して前記超音波探触子を前記ろう接部に近接させるホルダーを有し、前記スキャナと前記ホルダーは予め分割され、前記測定対象となる接合部近傍の電機導体に前記ホルダーを設置してから前記スキャナを組み立てることで両者が一体構成されることを特徴とする。
また、前記超音波探傷を行う測定機構は接合する電機導体のうち、内側となる導体からの反射波を基準として欠陥部を検出する底面エコー基準ゲートを設けることを特徴とする。
本発明によれば、厚みの極めて薄い欠陥の品質を電気的、機械的に評価できるので、接合部（ろう接部）の導通状態や漏水の可能性の状態を推定でき、接合部の評価の精度を向上できる。さらに、品質がより高く安定して得られる作業条件の追求や作業員の習熟度の確認を図ることができる。
また、本発明は、測定機構の探触子を移動させるスキャナとそれを取付けるホルダーを少なくとも２つ以上に分割し、設置後に組み立てるので、狭隘部でも容易に測定が可能となる。
さらに、本発明は底面エコー基準ゲートを設けることで、厚みに対し相対的に薄い欠陥位置を正確に把握でき、欠陥の正確かつ容易な検出が可能になる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の第１の実施例（以下、実施例１）を説明する。図１は電気機器巻線の接合評価装置の機能ブロックを処理手順に沿って示している。電気機器巻線の接合評価装置は超音波探触子１１、スキャナ１０１、測定器１０２等を有する測定機構１０と、測定結果を図形状に表示する表示機構２０と、測定結果のろう接欠陥部または良好部を面積や長さで表す評価機構３０を有している。さらに、予め設定されている判定規準により判定し、結果が不合格の場合には予め入力された複数のろう接欠陥原因類別パターンのどれに近いかの相関性を調査し、相関性の高いパターンを選択し表示する判定機構４０を有している。記憶装置５０には予め欠陥類別パターン５１と判定基準５２を、判定機構４０からの参照可能に記憶している。
最初にろう接作業から開始され、次に接合状態を超音波探傷によって調べ、得られた結果を図形状に表示する。この表示画面でろう接部の欠陥や良好部の面積や長さを測定し、予め設定されている判定基準５２に従って接合部の合格／不合格を判定する。
判定結果が不合格の場合は補修ろう接が実行されるので、測定機構１に戻ってろう接部の測定が行われ、再度の評価、判定が行われる。そして、補修品再判定機構６０によって補修前との差を検出し、補修ろう接が実効あるものであったか、或いは再度補修ろう接の必要の有無を判定する。補修品再判定機構６０が作業や設備の設定条件、被接合材の最適化への追求を行い、品質が満足されるものに至った場合に完了となる。
ろう接によって生じる欠陥には円形状のボイドやろうの浸透不足による帯形状、細い筋状など多岐にわたっており、これらが対象となる接合部品の形状や加工法、使用される設備、作業員の熟練度等により変動する。従って、判定規準を満足せず、補修ろう接をする場合にも複数の原因を想定し、予め総合的に最適な条件に定めておく必要が生じる。本発明ではこれらの対策方法を、実作業に基づくデータベースに基づいて能率的に行うことができる。
図２は本発明が適用されるタービン発電機の固定子巻線の外観構造を示す。接合部が隣接する端部の構造の例を示す。２６は発電機巻線の相接続線、２７は発電機巻線のリード線である。内部に純水を流すことによって冷却される電機子巻線の端部は中孔導体（銅）同士を接続用のスリーブ（銅）を介して接合される。複数の接合部は特定の部位に近接して隣接している。接合された導体は電気巻線を形成し、相接続線２６によってリード２７に連結され出力端子となる。巻線の接続部の導体の中孔部には冷却用の純水が流れ、次の巻線へと連結されている。
図３は接合部のろう接前の断面構造を示す。中孔導体１と面するスリーブ２の内周側の一部には溝５が設けられており、銅、銀等からなるろう材６が嵌め込まれる。スリーブ２と中孔導体１との間のギャップは通常は０．０５〜０．２５ｍｍとなるように加工されたものが使用されている。こうした状態に組合わされた接続部をガスバーナ４により加熱し、内部のろう材６を溶融させて中孔導体１とスリーブ２の間のギャップ部分を溶融したろうの濡れ性と表面張力により浸透させ埋めることでろう接が行われる。加熱の方法には上記の他に、誘導加熱法や直接通電による抵抗過熱法等があるが、何れの方法でも本発明の対象となる範囲をはずれるものではない。
溶融とともにろう材６の量が不足する場合には、スリーブ２の端部から棒ろう７を溶融、浸透させて補充する。スリーブ２が分割片となる場合や、中孔導体１の端部が段差加工されてスリーブ２を使用しない接合構造が採用される場合もあるが、何れも本発明の対象となる。
図４はろう接部のろう接後の部分拡大図を示す。ろうが溶融したのち冷却されたろう接部には、固まったろう８の内部にボイド９や、ろうが浸透せず濡れないまま固まったことによる濡れ不良欠陥９’などの欠陥部分が形成されている。
図５は測定機構の構造図である。ろう接後の接続部に対して、接合状態を測定するための測定器具が設置されている。スリーブ２のろう接部の外形側には接合状態を検知するための超音波探触子１１と、分割構造を有して組合され、超音波探触子１１を取付けられた回転リング１２と、これをスリーブ２の周方向に回転移動させるための回転支持板１３を有している。さらに、モータと歯車からなる駆動部１４と、回転支持板１３を連結して位置決めする支持棒１５と、回転支持板１３に駆動力を伝達する回転軸１６やモータ１７，１８をもつスキャナ１０１と、スキャナをスリーブ２の外周部の適当な位置に保持するための分割可能なホルダー１９からなる。
探触子１１と駆動部１４は接続導線によって測定機構１０と接続されており、測定時の位置決めと測定データが測定機構１０に採り込まれる。これらの情報は、その後に表示機構２０、評価機構３０、判定機構４０等によりデータ処理が行われる。
図６にホルダーの構造を示す。ホルダー１９には、スキャナ取付け用のネジ穴２１が設けられている。ホルダー１９はスリーブ２の形状や角度に合わせて強固に取付けることが必要であり、図７、図８に示される形状等の中から適切なものが選定される。
固定子巻線の狭隘部においては、ホルダー１９とスキャナ１０１が一体となっていては、手先が入らず締め付けが困難である。また、回転支持板１３の開口方向とホルダー１９の開口方向とは９０°違っていることが多く、組付けが困難で固定のための締め付け作業も難かしい。
そこで、ホルダー１９とスキャナ１０１を分離した状態で、予めホルダー１９をスリーブ２（または導体１）の横から挿入して当該部に締ネジ２２で取付け、その上にスキャナ１０１を上の方角から組付けて、ネジ孔２１で固定する。２２はクランクピンボルトである。この構造とすることで、障害物が最少となる状態で取付け作業ができる。また、測定対象が多い場合には、ホルダーを予め多数準備して取付けておくことで、作業の能率が上がる。
図９に測定時の状況を示す。超音波探触子１１は周方向（θ）と長手方向（ｘ）に移動され、夫々の指定されたマトリックス上の点でのデータを連続的に且つ自動的に採取する。探触子１１は電気信号と超音波の変換を行う振動子を内蔵しているが、発信用の振動子と受信用の振動子が一体であっても、分割されていても、或いは被試験体に対する超音波の入射角が垂直のものであっても斜角のものであってもよい。
図１０は表示機構による表示図形の一例を示す。この表示図形は、表示機構２０が円環状のろう接部の多数の細点分割測定データをプロットして記憶し、二次元平面上に展開して表示したものである。測定された反射波の電気信号により判別される良好部２３と欠陥部２４は色の濃淡や白黒の識別法により表示される。これによって、どの位置にどのような欠陥が生じているかを明確に識別できる。
次に、本実施例の電気機器巻線の接合評価装置の詳細な動作を説明する。図１１は本装置の測定から表示に至る工程を示している。駆動装置１５から、探触子の位置データとして被測定場所の長さ方向の位置データ（Ｘ１、Ｘ２、・・・Ｘｎ）と周方向の位置データ（θ１、θ２、・・・θｍ）が得られる（ｓ１０１）。
探触子１１から反射波を受けた測定器１０２は、予め設定された測定対象深さが指定されたゲート内エコー（反射波）高さのデータがｄ０として得られる（ｓ１０２）。このｄ０は測定時のノイズの影響を避けるために、有効な信号として評価されるべき閾値：ｄｃと対比され（ｓ１０３）、ｄｃよりも大きい場合には欠陥部とし、ｄｃよりも小さい場合には良好部とする２値化処理が行われる（ｓ１０４）。
この時、欠陥部に対しては「Ｎ」として黒色の点で示し、良好部に対しては「Ｙ」として白色の点で示す。例えば、測定位置として点Ａを考えると、その時の位置データはＸ１,θ１で、測定結果はエコー高さｄ０がｄ０＜ｄｃだったので結果として「Ｙ」（白色）となる（ｓ１０５）。
続いて、スキャナが探触子１１を点Ｂ（Ｘ１,θ２）に移動させ、点Ｂでの測定を同様に行う（ｓ１０６）。その結果として、「Ｎ」（黒色）が得られる（ｓ１０７）。この作業が連続的に指定された範囲内に対して実行される（ｓ１０８）。
こうして得られたデータを、２次元平面座標（Ｘ，θ）上に表示する（ｓ１０９）。これにより、欠陥部（黒色）と良好部（白色）が平面上に展開される。また、閾値ｄｃに段階を設けることにより、欠陥部に対してエコー高さｄ０の大きさを複数段の色で識別することも、容易に行うことが出来る。
図１２に評価機構の工程を示す。評価機構２０には、２次元平面座標に全部でＺ個（ｎ×ｍ）のデータが収納されている。先ず、それらの中で「Ｙ」となっているものが正しいデータであるか否かの検証が行われる。つまり、探触子１１からの超音波が導体のろう接部に正常に伝搬していたかの確認である。これは「Ｙ」部分の測定データにおいて、中孔表面からの反射波（これを底面エコーと称する）が測定されているか否かで判定される（ｓ２０１）。ろう接部が良好であれば、超音波は接続スリーブ２と中孔導体１に伝搬し、中孔表面で反射し底面エコーとして測定されている筈である。もし、底面エコーが測定されていなければ測定はやり直しが必要となる。これは測定データの検証であり、測定中に検査員が別途確認している場合には、この検証工程は省略することも可能である。
こうして検証されたデータの中で、「Ｎ」と「Ｙ」の夫々の合計数ΣＮ、ΣＹをカウントする（ｓ２０２）。この結果、接合部の接着率ＣＲはΣＹ／Ｚ×１００（％）で求められる（ｓ２０３）。すなわち、接着率ＣＲは欠陥部の面積が増すに従って低下する。
さらに、２次元平面状のＸ１からＸｎに至る経路として、合計の「Ｙ」が最少となる経路を探し、その時の「Ｙ」の合計数を求め、これをＹＭＩＮとする（ｓ２０４）。Ｘ方向の１枠（区分）の実長さをｌ（ｍｍ）とすれば、ろう接の最短シール長さＬＭＩＮはＹＭＩＮ×ｌ（ｍｍ）で得られる（ｓ２０５）。
図１３はＬＭＩＮの算出のしかたを示す。Ｘ１〜Ｘｎ（電機導体のろう接部における軸方向の一端〜他端）の幅を持つ平面画像上で、ｌ１の欠陥長を有するろう接欠陥２５とｌ２の欠陥長を有するろう接欠陥２５’が近接している場合において、２つの欠陥間の良好部長さＬ１と、欠陥２５’とＸｎとの最短長Ｌ２を求める。ここで、最小良好部ＬＭＩＮはＬ１とＬ２の和として得られる。この良好部ＬＭＩＮの値が大きいほど接合部の機械的強度は高くなる。
こうして、ろう接の欠陥部分が正しく図形状に表示され、測定結果から接合部の接着率ＣＲと最短シール長さＬＭＩＮが求められて、評価機構３０の工程の作業が完了する。
図１４に判定機構の工程を示す。評価機構３０より得られた数値データのＣＲ、ＬＭＩＮは、別途指定された判定基準の値と対比され（ｓ３０１）、合否の判定がなされる（ｓ３０２）。
本実施例によればＣＲ及びＬＭＩＮによって合否が判定されるので、電機巻線のろう接部の欠陥を、電気的、機械的（漏出防止を含む）に評価した判定となる。もちろん、ＣＲまたはＬＭＩＮの一方のみによる合否判定も可能である。
一方、２次元平面上に白黒（または着色）状に表示されたろう接欠陥部の発生状況を、欠陥原因別類別パターンに示された複数の「典型的パターン」と類似性比較を行って（ｓ３０３）、類似性の高い「典型的パターン」を選別する（ｓ３０４）。選別されたパターンは複数であることもある。表示図形と典型的パターンとの類似性の比較は両者の相関をとり、その類似度の高さにより行う。もちろん、目視による比較も可能である。
図１５は予め蓄積されたろう接欠陥部の欠陥原因別類別パターンを示す。このパターンにはパターン名、典型的パターン、状況、原因などが蓄積されている。たとえばＮＯ．Ａの「帯形欠陥」の場合は、ろう接部分において、接続スリーブ２の端部側は総じて良好であって、中央部に長く連続的な欠陥が存在する。この欠陥は中央部の加熱不足により温度が低すぎたことが最も可能性の高い原因であり、中央部の接続スリーブ２と導体１間のギャップが大き過ぎることも可能性が高い。この場合、残されている使用部材の寸法記録を再確認することで、ギャップが適切であったことが分かれば原因はほぼ中央部の温度が低かったことに絞ることが可能である。また、半島状欠陥は特定の位置に大きな欠陥のあるもので、温度分布の不適切が最も可能性の高い原因である。
このように、実績データに基づいて作業の結果を調査・究明、整理した結果による原因が蓄積されているので、ろう接欠陥の成因を容易に知ることができる。実績の積み上げをデータベースとして追加すれば、より相関性の強いものが得られ、より可能性の高い原因が教唆される。こうして類別された原因には夫々に応じた改善策も予め用意し、必要に応じて表示することができる。
判定機構４０は、ろう接の結果が判定で「不合格」となっても、その欠陥原因パターンをすぐに知ることが出来るので、補修の方針が容易に可能となる。その方針により補修ろう接が行われた場合は、再度測定、評価、判定がなされ、得られた結果を先に行われた結果と比較し、その補修による効果を算出する。これにより、改善の効果を確認することができるので、迅速な品質の向上を図ることが可能である。
たとえば、ＮＯ．Ａの「帯形欠陥」の場合は、設定温度を若干上げて補修ろう接が行われる。その結果を再び測定、評価して判定する。その判定が「不合格」の場合は補修品再判定機構においてＣＲとＬＭＩＮの変化分の評価を行う。それらが改善の方向にあることが分かれば、さらに設定温度を上げることでより品質の良いものが得られるか、再試行される。こうして図１に示されるループを繰り返すことで、要求されるろう接の品質を効率よく得ることが可能になる。
一方、ろう接を行う作業員にとっては、何処に問題があり、何処をどのように変えたら結果がどれだけ変化したかを、具体的に知ることができる。原因が作業要領に依る場合には、条件を変えた試行の結果を速やかに理解でき、自らの技能の向上を図ることも可能である。これにより、改善されたより適正な品質の電気機器巻線の接合法が得られる。
また、本発明の方法によれば、製品の製作作業後の接合状態を調べるのに製品を切断したり、破壊する必要が無く、一度「不合格」となっても補修が可能となり大幅な費用の節約が図れる利点がある。
次に、本発明の第２の実施例（以下、実施例２）を説明する。厚みが１〜１０ｍｍの接続導体において、ろう接部の欠陥は０．０５〜０．２５ｍｍの細隙に発生する。従って、欠陥位置を把握し、その位置に狭いゲートを設定することで、欠陥の正確な検出が可能になる。一般には被検出部の表面エコーを検出し、ゲートは表面エコーを基準として設定されるが、表面から欠陥部までの距離が変動する場合はゲートの範囲を広く取る必要があり、欠陥以外の反射エコーを誤って検出する原因となる。
実施例２では底面エコーを基準とするゲートの設定を示す。図１６は底面エコー基準ゲートの説明図である。同図（ａ）は、銅の接続スリーブ２と中孔導体１が、ろう８により接合された外表面Ｙ１に探触子１１を当てて、ろう接部の測定を行っている。
探触子１１から接合部に入射された超音波ビームは、最初にスリーブ２の外側表面Ｙ１にて一部が反射し探触子１１で受信される。残りの超音波はスリーブ２を内部に伝搬し、ろう接部に達し、そこにろう接欠陥があれば超音波ビームがその境界面Ｙ２（欠陥の表面）で反射し探触子１１に戻り、受信される。ろう接欠陥が無い場合には超音波ビームは中孔導体１の内部に伝搬し、内側の中孔表面Ｙ３に到達し、そこで反射して探触子１１に戻る。
図１６（ｂ）は探触子１１で受信され計測される時の反射波の強さと時間の関係を示している。超音波の反射波は面積が広いほど強くなり、伝搬長さが長いほど受信されるまでの時間が長くなる。境界面Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３からの反射波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は図示のような強さと時間の関係となる。
ろう接部の欠陥を精度良く測定するために、探触子１１は超音波ビームをろう接部近傍部において点収束させる機能を有する構造のものを採用する。そして超音波の広がりを少なくし、受信される反射波の到達深さの範囲を予めゲートとして設定し、このゲートで設定された範囲内だけの反射波を限定して、ろう接部の評価用データとして採用する。
実施例２においては、このゲートを設定するための基準位置を、内側の中孔導体の中孔表面（Ｙ３）としている。
図１７に底面エコー基準ゲートを実施したときの説明図を示す。同図（ａ）のように、接続スリーブ２の肉厚がＰ１の位置とＰ２の位置で変化している。この場合、同図（ｂ）のように、表面（Ｙ１）の反射波Ｓ１と、ろう接部（Ｙ２）欠陥からの反射波Ｓ２との間の伝搬時間差：ｔ１（Ｓ１とＳ２との時間差）は、Ｓ２がＳ’２の位置へ移動するために変動する。このため、表面エコー基準ゲートでは、ゲート設定位置を随時変えるか広く設定する必要が生じる。
実施例２では、中孔表面（Ｙ３）を基準として、そこからの反射波Ｓ３と、ろう接欠陥からの反射波Ｓ２との時間差ｔ３を基準にゲート時間幅ｔ２を固定的に設定する。これによれば、接続スリーブ２の厚みが変動する場合でもゲート時間幅ｔ２を変えたり広くしたりする必要がないので、欠陥を正確に検出できかつ測定が容易である。なお、大きな欠陥などが存在して反射波Ｓ３が有効に検出できない場合は、表面エコー基準ゲートを併用してもよい。
また、図１８のように、ろう接によって、余分なろう８がスリーブ２の外表面に厚く付着した場合にも、等価的に接続スリーブ２の厚みが変動したのと同じであり、実施例２による測定が有効となる。
本発明の第３の実施例（実施例３）を説明する。図１９は実施例３によるゲート時間を示す。本実施例では、中孔表面からの反射波Ｓ３に対して、その位置にＳ３用のゲート：ＧＢを設定し、ろう接部からの反射波Ｓ２とともに反射波Ｓ３（底面エコー）も常に測定する。
ろう接部の欠陥面積が広い場合にはＳ２が大きくなる一方で、超音波が中孔導体１に伝搬する分が減少するために底面エコーＳ３が小さくなる。ろう接欠陥が小さい場合には反射波Ｓ２が小さいか測定限界以下で検出されない場合も生じるが、その場合には反射波Ｓ３は大きく検出されている。これらは何れも正常な状態である。ところが、反射波Ｓ２が検出されない場合に、欠陥が無いかと言えば、全てそのようになるとは言えない。例えば探触子１１がスリーブ２から離れて超音波が内部に伝搬していない可能性もある。従って、反射波Ｓ２が検出されなかった場合は、Ｓ３が正常に存在することを確認することにより、確実に超音波が伝搬され正常に測定されたことの証明を行うことが必要である。
実施例３では、反射波Ｓ３を測定し、Ｓ２が測定されなかった部分にはＳ３が存在することを確認することで、測定結果が正しい結果であることを証明している。
本発明の第４の実施例（実施例４）である中空導体と中実導体の接合を説明する。図２０は実施例４の適用を示す構成図である。実施例１の場合に比べ、接合される中孔導体１の片側（図の右側）が中孔のない導体２８となっていて、中孔導体１と中実の導体２８を直接ろう接するものである。
図２１は実施例４における反射波の挙動を示している。底面エコーは導体２８の反対側外表面が境界となって発生し反射波Ｓ５となる。また、表面エコーＳ１と底面エコーＳ５の間には２個所のろう接面が存在し、ろう接欠陥が存在すればそこからの反射波Ｓ２，Ｓ４が観測される。
実施例４の場合に、測定対象としてＳ２を選択し、その位置に底面ゲートを設定すれば、実施例２と同様に測定、評価が可能である。また、底面エコーとしてＳ５を測定し、超音波の伝搬も確認すれば実施例３と同じ効果を得ることが出来る。
以上に説明した実施例１から実施例４によれば、電気機器巻線の信頼性の高い接合が得られるので、巻線の長寿命化が図られ、長期間に亘る運転が可能となり、運転コストの低減が可能となる。
本発明の電気機器巻線接合装置の実施例１を示す機能ブロック図。 接合の対象となる発電機の固定子巻線の外観図。 電気機器巻線のろう接前の接合部断面を示す構造図。 電気機器巻線のろう接後の接合部断面を示す構造図。 実施例１による接合部測定の超音波探傷装置を適用した構造外観図。 実施例１による接合部測定時に使用されるホルダーの概略図。 接合部測定時に使用されるホルダーの他の例を示す概略図。 接合部測定時に使用されるホルダーの更に他の例を示す概略図。 実施例１による接合部の測定状況を示す概略図。 実施例１による接合部の測定結果の状況を示す表示図。 実施例１による導体のろう接部に対する超音波探傷の工程図。 実施例１による電気機器巻線接合法の評価の手順を示す工程図。 実施例１による電気機器巻線の接合部の評価法を示す説明図。 実施例１による電気機器巻線の接合部の判定の手順を示す工程図。 実施例１による接合部の判定に用いる欠陥原因別類別パターンの例示図。 本発明の実施例２による接合部の測定法と反射波を示す説明図。 実施例２の他の適用例を示す説明図。 実施例２の更に他の適用例を示す説明図。 本発明の実施例３による接合部の評価法を示す説明図。 本発明の実施例４による接合部の測定状況を示す概略図。 実施例４による反射波を示す説明図。
符号の説明
１…電気機器巻線の中孔を有する導体、２…導体接続用のスリーブ、３…導体内部の中孔、４…ガスバーナ、５…ろうを置く溝、６，７…ろう材、８…溶融し固まったろう、９，９’…ろう中に生じた欠陥、１０…測定機構、１１…超音波探触子、１２…回転リング、１３…回転支持板、１４…駆動部、１５…支持棒、１６…回転軸、１７…モータ、１８…モータ、１９…ホルダー、２０…表示機構、２１…ネジ穴、２２…クランピングボルト、２３…良好部、２４，２５，２５’…欠陥部、２６…発電機巻線の相接続線、２７…発電機巻線のリード、２８…中実の導体。

Claims (9)

  1. 中孔を有する電機導体の端部同士をはめ合わせ、ろう材を用いて接合する接合部の評価方法であって、
    ろう接部の接合状態を前記電機導体の周方向及び軸方向に超音波探傷し、接合する電機導体のうち、内側となる電機導体からの反射波に基づいて前記接合状態を良好部と欠陥部に識別して表示し、前記欠陥部の接合状態の評価は前記電機導体のろう接部における一端から他端までの最小良好部の長さの和から行う、又は前記最小良好部の長さの和と欠陥部の面積とから行うことを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価方法。
  2. 請求項１において、前記良好部の評価は、近接する欠陥間の良好部の長さの和と、前記電機導体のろう接部における軸方向の一端及び他端と前記欠陥のうち前記一端または前記他端に最寄の欠陥との間の最短距離との総和が所定値以上のとき、又は前記総和が所定値以上かつ前記欠陥部の面積の総和が所定値以下のとき当該接合部が良好であると評価することを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価方法。
  3. 請求項１または２において、前記接合状態が不良と評価された場合に、前記欠陥部を予め蓄積されている複数の原因別類別パターンと照合し、関連する欠陥原因を指示することを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価方法。
  4. 請求項３において、前記欠陥原因に基づく品質改善法に従って再度ろう接し、今回のろう接部の接合状態を超音波探傷し、前回の欠陥部と今回の欠陥部との差を表示することを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価方法。
  5. 中孔を有する電機導体の端部同士をはめ合わせ、ろう材を用いて接合する接合部の評価装置であって、
    接合する電機導体のうち、内側となる導体からの反射波を基準として欠陥部を検出する底面エコー基準ゲートを設けて、前記電機導体の周方向及び軸方向にろう接部の接合状態を超音波探傷する測定機構と、探傷結果から良好部と欠陥部に識別して図形状に表示する表示機構と、前記欠陥部の接合状態の評価を前記電機導体のろう接部における一端から他端までの最小良好部の長さの和から、又は前記最小良好部の長さの和と欠陥部の面積とから評価する評価機構を備えることを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価装置。
  6. 請求項５において、前記評価機構は、近接する欠陥間の良好部の長さの和と、前記電機導体のろう接部における軸方向の一端及び前記他端と前記欠陥のうち前記一端または前記他端に最寄の欠陥との間の距離との総和が所定値以上のとき、又は前記総和が所定値以上かつ前記欠陥部の面積の総和が所定値以下のとき当該接合部が良好であると評価することを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価装置。
  7. 請求項５または６において、予め蓄積されている複数の原因別類別パターンを有し、前記接合状態が不良と評価された場合に、前記欠陥部を前記原因別類別パターンと照合し、関連する欠陥原因を表示する判定機構を設けることを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価装置。
  8. 請求項７において、前記欠陥原因に基づく品質改善法に従って再度ろう接し、前回の欠陥部と今回の欠陥部との差を表示する再判定機構を設けることを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価装置。
  9. 請求項５または６において、前記測定機構は、超音波探触子を把持して少なくとも２次元に移動させるスキャナと、測定対象の適部に設置され前記スキャナを支承して前記超音波探触子を前記ろう接部に近接させるホルダーを有し、前記スキャナと前記ホルダーは予め分割され、前記測定対象となる接合部近傍の電機導体に前記ホルダーを設置してから前記スキャナを組み立てることで両者が一体構成されることを特徴とする電気機器巻線の接合部の評価装置。
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