JP6353598B1 - 電線傷検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、例えば巻線機によってコイルを形成するためにボビンから引き出された被覆電線は、複数個所でガイド筒又は巻線ノズル等によって走行方向を変えられ、その走行方向が変わる箇所でガイド筒又は巻線ノズル等と強くこすれ合って、絶縁被膜に傷が生じることがある。また、巻線されたコイルをコイル挿入装置によってコアに挿入する際にも、電線の絶縁被膜に傷が生じることがある。
そのため、従来から直巻巻線機によるコイル形成中、あるいはコイル挿入装置によってコイルをコアに挿入する際に、コイルを形成する被覆電線の傷を検出しており、例えば特許文献1に記載されているようなコイルの傷検出装置が使用されている。
そして、電線の絶縁被膜に傷がある箇所が上記部分を通過したときに電線に流れる短絡電流を、フォトカプラ等によって検出して警報信号を発生する。
その理由は、ボビン内には長い被覆電線がコイル状に何重にも巻回されて収納されており、そのボビンB内の被覆電線は図9に等価回路で示すように、抵抗成分Rとインダクタンス(リアクタンス)成分Lを有しているため、引き出された被覆電線の傷(スイッチSWに相当する)を通して、ボビンB内の被覆電線Wの両端a、b間に直流電圧Esが印加されても、インダクタンス成分Lによって電流の急な流れが阻止され、短絡電流i(t)は図10に示すように徐々に増加するためである。
短絡時間tは、被覆電線の傷の部分が導体を通過することによって直流電圧Esが印加される時間である。しかし、この短絡時間tが短く、短絡電流i(t)が閾値irに達しないうちに直流電圧Esの印加がなされなくなると、その電流すなわち傷ありを検出できないことになる。
したがって、ボビン内の被覆電線の量によって、検出可能な傷の大きさが変動し、巻線工程において、常に同じ精度で被覆電線の傷を検出することができないという問題もあった。コイル挿入装置に適用する場合も、挿入するコイルの巻線量によってインダクタンス成分が変わるため、同様な問題が生じる。
直流電圧を出力する直流電源と、交流電圧を出力する交流電源と、上記ボビンに収納された被覆電線の終端と該ボビンから引き出された被覆電線が上記巻線機内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗及び上記直流電源と上記交流電源とを直列に接続して、上記直流電圧に上記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、上記抵抗に発生する電圧から上記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする。
直流電圧を出力する直流電源と、交流電圧を出力する交流電源と、上記予め巻線されたコイルを形成する被覆電線の一端と、その被覆電線が上記コイル挿入装置内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗及び上記直流電源と上記交流電源とを直列に接続して、上記直流電圧に上記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、上記抵抗に発生する電圧から通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする。
上記通電チェック回路は、上記抵抗に発生する電圧を入力して増幅する入力増幅部と、その入力増幅部の出力電圧を整流し、増幅及び波形整形する整流・増幅・波形整形部と、その整流・増幅・波形整形部の検出信号から傷有り信号を生成する回路とを有するとよい。
上記信号幅チェック部は、上記整流・増幅・波形整形部による検出信号を、それぞれ抵抗値が異なる複数の抵抗と各選択スイッチとの複数の直列回路のいずれかを介して共通のコンデンサに印加する時定数を選択可能な積分回路と、上記コンデンサの充電電圧が閾値に達したときに上記パルス信号を出力する回路とから成るとよい。
〔第1実施形態〕
図1は、巻線機に適用したこの発明による電線傷検出装置の第1実施形態の概略構成を示す図である。この図1において、10は巻線機、20はボビン、30は電線傷検出装置、40は巻線機1を制御するコントローラである。
巻線機10の外部に被覆電線を大量に巻回して収納したボビン20が配置され、そのボビン20から被覆電線Wを引き出して、巻線機10の本体11内に導入し、電線ガイド筒12の下端からその内部を通して巻線ノズル13へ導き、その巻線ノズル13の先端から導出する。
一般に、複数個のボビン20を配置しておき、1個のボビン内の被覆電線を使用しきると次のボビンに切り替えて、その被覆電線を引き出して使用する。
通電チェック回路34は、抵抗31に電流が流れたときに両端子間に発生する電圧から、被覆電線の通電状況をチェックする。それによって、被覆電線の傷による短絡の発生を検出する。その検出した信号を、信号出力端子Sから出力してコントローラ40に入力させる。
コントローラ40は、巻線機10の動作を制御する制御ユニットであり、巻線機10とコネクタ15,41を介して信号ケーブルによって接続されている。コントローラ40はまた、リレースイッチ25のオン/オフも制御する。
電線傷検出装置30による被覆電線の傷検出を開始するときには、コントローラ40がリレースイッチ25をオン(ON)にするとともに、巻線機10にステータコア1への巻線動作を開始させる。
交流電源33は、例えば50kHzで波高値又は実効値が9V程度の正弦波交流電圧を発生する発振回路である。
そして、抵抗31に電流が流れたときに、その両端に発生する電圧によって被覆電線の通電をチェックする通電チェック回路34は、入力増幅部341と、整流・増幅・波形整形部342と、信号幅チェック部343と、傷有り信号出力部344とによって構成されている。その詳細はそれらの動作と共に追って説明する。
その閉回路を等価回路で示すと図3のようになる。ボビン20内に巻かれて収納された被覆電線Wは、抵抗成分Rとインダクタンス成分Lの他に、その直列回路に並列な容量成分(コンデンサに相当する)Cを有している。これはコイル状に巻かれた被覆電線の隣接するループ間に生じる浮遊容量の総和による。この発明はこの容量成分に着目し、そこに交流を流し、その電流を抵抗31によって電圧に変換して検出するようにしたことを特徴とする。
その電流i(t)を抵抗31によって電圧V(t)に変換して検出する。それによって、被覆電線Wの線速度が5m/secの場合に通過時間が200μsec程度の傷、すなわち移動方向の長さが1mm程度の小さな傷も、容易に検出することができる。
図3におけるスイッチSWは、被覆電線に傷がある部分の銅線が巻線機の接地された導体に接触して短絡した場合に、スイッチSWがオンになると仮定したものである。
巻線機10内で被覆電線Wの傷の部分の銅線が接地された導体と接触すると、図3に示したスイッチSWがオンになった状態になり、印加電圧の交流成分がボビン20内の被覆電線Wをその容量成分Cを通して流れ、短絡電流i(t)が図3に示した閉回路に流れる。
例えば、短絡時間tが200μsecであった場合、図5に示すように、その短絡時間200μsecの略全長に亘って50kHzの正弦波交流電圧V(t)が発生する。
この正弦波交流電圧V(t)の波形は、ボビンの電線量が多くて、L成分が大きく、C成分も大きい時の状態である。L成分が大きいために、直流分が通過出来ずに、C成分を通過した交流分のみである。もし電源が直流のみであった場合には、短絡信号の立ち上がり時に、C成分を通る20〜30μsec程度の微分パルスが発生するのみで、200μsecの短絡時間tは測定不可である。
抵抗31の両端子間に発生した正弦波交流電圧V(t)を、図2に示した入力増幅部341に入力させて増幅する。
入力増幅部341は、トランジスタ又はオぺアンプを用いた増幅回路である。その入力増幅部341の出力は、図5に示した正弦波交流電圧V(t)と相似波形の正弦波交流電圧信号である。
その交流電圧信号を整流・増幅・波形整形部342へ入力させる。その整流・増幅・波形整形部342は、入力する交流電圧信号を整流するダイオードD1・D2と、その整流電圧を平滑するコンデンサC2と、その出力電圧を増幅して波形整形するオペアンプOP1とからなる。
整流・増幅・波形整形部342の検出信号Paは、図6に示すような所定の波高値Vaの矩形波電圧信号となり、その信号幅は傷の大きさに応じた短絡時間tに相当する。
なお、入力増幅部の構成によっては、全波整流回路としてダイオードブリッジ回路を用いることもでき、精度は低下するが整流回路として半波整流回路を使用することも可能である。
その積分回路のコンデンサC3の充電電圧Vcは、図6に示したように入力される検出信号Paの波高値をVaとすると、Vc=Va(1−e−t/τ)となる。tは検出信号Paの印加開始からの時間、τは時定数で、コンデンサC3の容量をC、選択された抵抗の抵抗値をRとすると、τ=C・Rである。
そして、コンデンサC3の充電電圧Vcは設定した閾値Vrに達したときに、オペアンプOP2が一定パルス幅のパルス信号Pbを出力する。
図7の(b)は抵抗R2が選択され、τ=C・R2の場合で、このとき信号幅が200μsec以上の検出信号Paが入力するとパルス信号Pbを出力するように、抵抗R2の抵抗値を設定している。
それによって、短絡時間が100μsec以上になる傷を検出したい場合は選択スイッチS1のみをオンにし、短絡時間が200μsec以上になる傷を検出したい場合は選択スイッチS2のみをオンにするというように、検出すべき最小の傷の大きさに応じて、選択スイッチS1〜Snを切替設定することができる。
このようにして、検出信号Paによって検出した傷の大きさを計測あるいは判別でき、指定された大きさ以上の傷のみを検出することも可能にする。
なお、トランジスタQのコレクタに抵抗を介して電圧を印加しておき、常時はトランジスタQをオフにしてハイレベルの信号を出力し、傷を検出したときにトランジスタQをオンにして、傷有り信号としてローレベルの信号を出力するようにしてもよい。
そして、巻線中のステータ及び巻線機10内の被覆電線を除去して、巻線機10に新たなステータコア1をセットし、ボビン20から被覆電線の新たな部分を引き出して準備した後、巻線を再開する。
この実施形態による電線傷検出装置30の構成及び機能の説明は以上であるが、その変更可能な例について説明する。
巻線機10は、モータ又はダイナモのステータコアに直接巻線する直巻巻線機として説明したが、上述した電線傷検出装置30は、モータ又はダイナモのロータコアあるいはトランス等の電磁機器のコアに直接巻線する直巻巻線にも同様に適用できる。また、それらのコアへ挿入するコイルを予め形成する巻線機、あるいはコアレスのコイルを形成する巻線機にも適用できる。さらに、モータやダイナモ等の回転電機に限らず、リニアモータやトランス等の非回転電機のコイル形成においても同様に実施できる。
次に、この発明の第2実施形態について説明する。
図8は、コイル挿入装置に適用したこの発明によるコイルの電線傷検出装置の第2実施形態の概略構成を示す図であり、図1の各部と対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。通電チェック回路34も、図2によって説明した例と同様である。
この第2実施形態の電線傷検出装置30も、第1実施形態のものと同じ構成及び機能を有するが、コイル挿入装置50によってコアに挿入されるコイル4を形成している被覆電線の一端を、リレースイッチ25を介して、入力端子Pに接続している。
ブレード52の内側にはストリッパ55が、駆動軸56によって上下動可能に設けられている。57はコントローラ40と接続するためのコネクタである。
コイル4がストリッパ55によって押し上げられ、ステータコア3のスロットの所定の間隙に挿入される際に傷が発生したり、コイル4を形成している被覆電線に元から傷があると、その銅線が接地された導体のいずれかに接して短絡する。
その時、コイル4の容量成分を通して電線傷検出装置30の抵抗31に交流電流が流れ、それによって抵抗31の端子間に交流電圧が発生するので、それを通電チェック回路34によって前述したように検出して、所望の大きさ以上の傷を検出したときに傷有り信号を出力する。
この例では、ステータコア3にコイル4を挿入するコイル挿入装置50に電線傷検出装置30を適用した場合を説明したが、ロータコアあるいはトランス等の各種電磁機器のコアにコイルを挿入するコイル挿入装置にも、この実施形態の電線傷検出装置30を同様に適用することができる。
10:巻線機 11:巻線機の本体 12:電線ガイド筒 13:巻線ノズル
14:ホルダ 15:巻線機のコネクタ 20:ボビン 25:リレースイッチ
30:電線傷検出装置 31:電流・電圧変換用の抵抗 32:直流電源
33:交流電源 34:通電チェック回路 40:コントローラ 41:コネクタ
50:コイル挿入装置 51:コイル挿入装置の本体 52:ブレード
53:ウエッジガイド 54:コイル挿入冶具 55:ストリッパ 56:駆動軸
57:コイル挿入装置のコネクタ 341:入力増幅部
342:整流・増幅・波形整形部 343:信号幅チェック部
344:傷有り信号出力部 345:パルス幅変換回路
W:被覆電線 P:入力端子 E:アース端子 S:信号出力端子
Claims (6)
- ボビンに収納された被覆電線によってコイルを形成する巻線機に適用して、前記コイルを形成する被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
直流電圧を出力する直流電源と、
交流電圧を出力する交流電源と、
前記ボビンに収納された被覆電線の終端と該ボビンから引き出された被覆電線が前記巻線機内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗及び前記直流電源と前記交流電源とを直列に接続して、前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、
前記抵抗に発生する電圧から前記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする電線傷検出装置。 - 被覆電線によって予め巻線されたコイルをコアに挿入するコイル挿入装置に適用して、前記コイルにおける被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
直流電圧を出力する直流電源と、
交流電圧を出力する交流電源と、
前記予め巻線されたコイルを形成する被覆電線の一端と、該被覆電線が前記コイル挿入装置内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗と前記直流電源と前記交流電源とを直列に接続して、前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、
前記抵抗に発生する電圧から前記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする電線傷検出装置。 - 前記交流電圧が、周波数が50kHzの正弦波交流電圧であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電線傷検出装置。
- 前記通電チェック回路が、前記抵抗に発生する電圧を入力して増幅する入力増幅部と、該入力増幅部の出力電圧を整流し、増幅及び波形整形する整流・増幅・波形整形部と、該整流・増幅・波形整形部の検出信号から傷有り信号を生成する回路とを有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電線傷検出装置。
- 前記傷有り信号を生成する回路が、前記整流・増幅・波形整形部による検出信号が選択指定された信号幅を超えたときにパルス信号を出力する信号幅チェック部と、前記パルス信号を所望のパルス幅の信号に拡張変換して出力する傷有り信号出力部とから成ることを特徴とする請求項4に記載の電線傷検出装置。
- 前記信号幅チェック部が、前記整流・増幅・波形整形部による検出信号を、それぞれ抵抗値が異なる複数の抵抗と各選択スイッチとの複数の直列回路のいずれかを介して共通のコンデンサに印加する時定数を選択可能な積分回路と、前記コンデンサの充電電圧が閾値に達したときに前記パルス信号を出力する回路とから成ることを特徴とする請求項5に記載の電線傷検出装置。
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