JPH02247580A - コイルの検査方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、コイルのターン短絡及び／又は層短絡を検
査するための方法並びにこの方法を実施するための装置
に関する。

［従来の技術］ 励磁回路の励磁巻線により検査しようとするコイル（以
下試験片と呼ぶ）の中に電圧が誘導され、その際ターン
短絡を有するターンのためにこのターンの中を流れる短
絡電流により生じた漂遊磁界が、測定回路の測定コイル
に電圧を誘導するようにしたコイルのターン短絡及び９
／又は層短絡の検査方法が知られている。また励磁巻線
を備えた第１の脚付き鉄心と、測定巻線を備えた別の脚
付き鉄心と、測定巻線に接続された表示装置とを備え、
両方の脚付き鉄心の脚が検査しようとする巻線により囲
まれるように配置され、両方の脚付き鉄心が継鉄により
閉じられるようにした前記の方法を実施するための装置
が知られている。

電気技術分野のためのコイルは現在すべて大量生産によ
り巻かれる。エナメル線は欠陥を有するおそれがあるの
で、ターン短絡又は更に層短絡の発生を完全には防止で
きない、製作時に気づかれないまま残ったターン短絡は
、場合によってはコイルの長期使用後の故障を招くおそ
れがある。

従って巻き付は完了したコイルを品質保証の点でターン
短絡及び／又は層短絡について検査することが必要であ
り、このために種々の物理的原理に基づく測定方法が考
えられる。

実際には従来から１例えば交流電圧測定ブリッジの原理
に基づき又はインパルス電圧試験法に基づき働く測定方
法が通常用いられている。この原理に基づき実現された
測定器は比較的少ないターン数を有するコイルの場合に
は満足に働く、シかし比較的多いターン数を有するコイ
ルの場合には、この公知の装置は寄生コイルキャパシタ
ンスに基づき又はターン短絡がもたらす僅かな測定効果
のために確実な結果をもはや与えない。

コイルについてますます高まる要求に基づき２特に非常
に大きいターン数を有するコイルの場合にも、１ターン
にわたるターン短絡を確実に検出すべきである。その際
測定、方法はコイルの融通性に富んだ大量生産の場合に
採用するのに適するように構成すべきである。

ドイツ連邦共和国特許第９１００９２号明細書からコイ
ルのターン短絡を検査する装置が知られており、この装
置では二つの補助コイルが望ましくは二つの鉄心を介し
て検査しようとするコイルに磁気的に結合され、これら
の補助コイルのうち一方のコイルが交流電源に接続され
、他方のコイルが電圧計に接続されている。その際商用
単相交流（５０Ｈｚ）が使用され、電圧計は直接短絡タ
ーンで校正される。

更にドイツ連邦共和国特許出願公告第２８４４２５３号
公報から巻線のターン短絡又は層短絡を検査する装置が
知られており、この装置は非常に多いターン数を有する
巻線の場合にも、ターン短絡又は層短絡の間違いの無い
検査を可能にしようとするものである。その際励磁巻線
を備えた脚付き鉄心と、測定巻線及びこの測定巻線に′
！ｌｉ続された表示装置を備えた別の脚付き鉄心とが用
いられ、両方の脚付き鉄心の脚は検査しようとする巻線
により囲まれる。その第１の構成では、両方の脚付き鉄
心上に補助巻線が設けられ、この補助巻線には出力電流
の位相角に関して調節可能な調整装置が接続されている
。その際電流は試験片に関係してそれぞれ、標準巻線の
場合に表示装置が値ゼロを示すように調節される。第２
の構成では、測定装置自体が位相判別形であるならば、
補助巻線を省略できるようになっている。しかしどちら
の場合にも十分な特性を保証するために、測定周波数を
できるだけ低く選ぶことが必要である。

ドイツ連邦共和国特許出願公告第２８４４２５３号公報
の場合には、特に電流の調節はコイル形式に関係し主と
して人手によらなければ行うことができない、その際調
整の精度が測定結果に影響する。

それにより実際上検査の際の大きい労力が必要となる。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、巻線検査を人手（よる調整工程無し
に行うことができ、又は位相判別形測定装置を必要とし
ないような方法、及びそのための装置を提供することに
ある。

【課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき荊記の種類の方法において
、測定コイルの電圧が欠陥の無い試験片で最小となるよ
うな周波数により、測定が実施されることにより解決さ
れる。

［作用効果］ この発明の枠内で、コイル形式に関係して選ばれた周波
数の場合に、一方では励磁コイルから生じる漂遊磁界と
他方では試験片の巻線キャパシタンスから生じる漂遊磁
界とが測定コイルの中で相殺し合うということが実証で
きた。試験片の漂遊磁界の中のターン短絡により生じた
成分は励磁コイルの漂遊磁界によっては相殺できないの
！、最小電圧の絶対値がこの発明に基づき選ばれた周波
数の場合に明らかに高まる。従ってこの電圧を評価する
ことにより、ターン短絡及び／又は層短絡の存在につい
ての明確な判定を下すことができる。

この発明に基づく装置では１脚付き鉄心及びこの鉄心を
閉じる継鉄はフェライトから成り１両方の脚付き鉄心と
これら鉄心をそれぞれ閉じる継鉄との間にはエアギャッ
プが形成される。確かにエアギャップはそれ自体従来の
鉄心に関連して知られている。しかし例えば５００Ｈｚ
ないし１００ｋＨｚの範囲に周波数を変化させる場合に
、この発明に基づく構成によって初めて測定することが
可能であり、特異な漂遊磁界の所望の効果が得られる。

この発明の場合には、測定システムの適当な構成により
検査工程を自動化することができるので有利である。特
に適当な測定周波数の選択は、パーソナルコンピュータ
による相応のソフトウェアの構成により全自動で行われ
る。

試験片の接触はこの発明では不必要である。この発明に
基づく方法と装置とにより、　３５０００ターンを超え
るコイルの場合にも数ターンのターン短絡を検出できる
ことが判明した。その際必要な検査時間は約２．５秒で
ある。検査精度とまた更に評価のために用いられるパー
ソナルコンピュータの適当な選択とに関係して、検査時
間を約１秒まで短縮することができる。

〔実施例〕

次にこの発明に基づく検査装置の複数の実施例を示す図
面により、この発明の詳細な説明する。

ここに提案された方法は変形された漂遊磁界測定法であ
り、この方法では検査しようとするコイル（試験片）が
それ自体周知の方法で二つの磁気回路の間に入れられる
。第１の回路には励磁コイルが設けられ、第２の回路に
は測定コイルが設けられている。その除法の効果が利用
される。すなわち単相交流電源に接続された送信コイル
から出る磁界が試験片に電圧を誘導する。同時に送信コ
イルから漂遊磁界が発生し、この漂遊磁界は測定コイル
にも電圧を発生させる。励磁周波数を高めると試験片の
寄生コイルキャパシタンスがますます強く作用する。従
って欠陥の無い試験片にも電流が流れ、この電流自体が
磁界を発生する。しかし成る周波数では、送信コイルに
より生じた漂遊磁界と、試験片コイルにより生じた漂遊
磁界とが打ち消し合う、この周波数では測定コイルの電
圧は最小となる。この周波数が測定周波数として選ばれ
る。試験片コイルにターン短絡が存在すると、このター
ンの中を流れる短絡電流から磁界が発生し、この磁界は
試験片の漂遊磁界に有効成分を生ぜしめる。しかしこの
有効成分は励磁コイルの漂遊磁界によっては相殺できな
い、従って試験片のターン短絡は、前記周波数の際に測
定コイルに誘導される最小電圧の値を高める。この電圧
の評価はターン短絡が存在するか否かの判定を与える。

第１図に示す測定装置は二つのＵ字形脚付き鉄心１０．
２０から成り、これらの鉄心はそれぞれ従属する継鉄１
１又は２１と共に閉じた磁気回路を形成する０脚付き鉄
心１０又は２ｏ及び従属する継鉄１１又は２１は、任意
の周波数で働かせることができるフェライト材料から成
る。特にフェライトは鉄心材料として機械的に強い応力
を加えることができない、従って脚付き鉄心１０．２０
と継鉄１１，２１との間にはエアギャップが残され、こ
のことは継鉄と鉄心との間にたまるちり及び汚れの粒子
が結果に悪い影響を及ぼさないという長所を有する。エ
アギャップの長さが増すにつれて、ターン短絡を有する
コイルの測定電圧対ターン９！！ｉ絡の無いコイルの測
定電圧の比として定義される欠陥パラメータα（α＝Ｕ
ａｗ／Ｕ＠）が減少する。従ってできるだけ小さいエア
ギャップを選択するのが有効である。有利な妥協は０．
２ｍｍのエアギャップであることが判明している。

脚付き鉄心１Ｏ１２０の相互に向かい合う両脚の間隔１
５は変更することができ、試験片の寸法に関係して選ば
れる。試験片１は隣接する脚上に押しはめられる。

第１の脚付き鉄心１０上には励磁コイル５が設けられ、
励磁コイル５は所定の周波数の発電機６に接続されてい
る。第２の脚付き鉄心２０上には測定コイル２５が設け
られ、測定コイル２５は電圧計２６に接続されている。

第１図に示す装置で周波数が変更され応答信号が測定さ
れるとき、測定周波数に関係して第２図に定性的に特性
を示した曲線が得られる。測定電圧Ｕによる信号Ｕａ　
＝ｇ　（ｆ）が縦軸として任意の単位で記入され１周波
数ｆが横軸として任意の単位で記入されている。信号Ｕ
ａ＝ｇ（ｆ）はグラフ３２によれば周波数と共に変化す
るが、成る値で明らかな最小値を通過することが分かる
。この周波数は試験片形式に関係し５００Ｈｚないし１
００ｋＨｚの範囲にある。グラフ３３はターン短絡を有
する試験片の場合の出力電圧Ｕａを示す。

理論的考察により、試験片としての任意のコイルにおい
て、一方ではインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣｔ
に関係し、また他方では測定装置の形状寸法の状態に関
係して、励磁コイルから生じる漂遊磁界と試験片ｌのタ
ーンキャパシタンスにより生じる漂遊磁界とは、測定コ
イルの中で相殺し合うことができるということが分かる
。インダクタンスＬとコイルキャパシタンスＣ【との変
動範囲はターン数、・コイル枠寸法及び素線径の避けら
れない公差に関係するので、測定周波数も試験片に関係
して変化する。前記公差範囲は確かめることができるの
で、最適な測定周波数はあらかじめ設定可能な測定周波
数域の中にある。鉄心の形状寸法が一定である限りは、
それにより適当な測定周波数域が試験片だけに関係して
決まる。こうして測定が測定周波数域の中で行われ、こ
の周波数域内の最小電圧の値が評価されるので、試験片
の公差に無関係にそれぞれ接続された試験片に対し最適
な周波数で測定されるということが保証される。これ以
外の調整は不必要である。

第３図は、ｎ＝３００００のターン数を有する形式３Ｔ
ｈ２のコイルに適用したときの第２図の部分図を示す０
例えばここでは標準コイルの最小値がグラフ３５に応じ
て約ｆ＝９１０Ｈｚのところにあり、これは最適測定周
波数ｆ　ａｐｔを示す、試験片ｌのＬ又はＣｔがもっと
大きいと＊ｆｌｌＰＬがグラフ３６に応じてもっと低い
周波数へ移動する。Ｌ又はＣｔがもっと小さいと、これ
に反してｆ　ＯＰｔがグラフ３７に応じてもっと高い周
波数へ移動する。しかしその際両方の場合に最小値の絶
対値は一定である。これに反して層短絡及び／又はター
ン短絡があると、最小値の電圧の絶対値も第２図のグラ
フ３３に応じて変化する。従ってこの実施例に適した測
定周波数域は約８００〜１０００Ｈｚとなる。

第３図のグラフ３６．３７は最小又は最大のインダクタ
ンス及びキャパシタンスに対する限界値を示す、前記形
式の実際に現れるすべてのコイルはこれらの限界曲線の
範囲内にある。

場合によっては種々の効果が重畳するおそれがあるので
、流れ検査のためにまず一度だけ、試験片形式にほぼ等
しい標準コイルで最適な測定周波数を確定しなければな
らない、測定の際に測定周波数が変更され同時に出力電
圧が測定され、そのつど最小電圧の値が評価される。そ
して最適な測定域では、測定電圧の最小値の絶対値はタ
ーン短絡が存在するか否かを明確に表示することができ
る。

第１図に示す測定装置の場合には特に、励磁コイル５か
ら部分磁界が直接測定コイル２５の中へ侵入することを
完全には防止できない、この妨害効果を最小限にするた
めに、励磁コイル５の磁界を測定コイルの磁気軸に対し
垂直に配置するのが有利であると判明しており、それに
より物理的な理由から励磁コイルの磁界の直接の侵入に
より。

電圧が測定コイルに誘導されるおそれがほぼなくなる。

このためには脚付き鉄心の形状は、両方の脚付き鉄心１
０．２０のうちの一つが相応に交差するように構成され
なければならない。

第４図に示すように、特に励磁回路の継鉄４１を備えた
脚付き鉄心４０は９０″の角度で折り曲げられている。

そのほかの測定装置は第１図と同じである。

第１図又は第４図に示す測定装置によるコイルの流れ検
査のために、そのつど脚付き鉄心１０．２０．４０の上
方の継鉄１１．２１．４１を開き、試験片を挿入後に定
められたように閉じることが必要である。このために鎖
錠装置を備えたスライダ４５を用いることができ、この
鎖錠装置はボールラッチにより二つの所定位置４６又は
４７に固定することができる。スライダ４５は装置の合
板に結合され、第１の位置４６から第２の位置４７への
両継鉄２１．４１の横移動を可能にし。

これらの位置でスライダはそれぞれラッチ４８により固
定される。操作レバー４９により流れ検査の際の装置の
取り扱いが容易になる。

第５図では、第１図又は第４図に示す装置が測定システ
ムの中に組み込まれ、この測定システムは主としてモニ
タ５１及びプリンタ５２のような従属する端末機を備え
たパーソナルコンピュータ５０、並びに周波数可変な発
振器５５及び電圧計としてのディジタルマルチメータ６
０からなる。

発振器５５は周波数可変な電圧の合成のために用いられ
、測定時にパーソナルコンピュータ５０により制御され
る。

適当なソフトウェアに基づく入力により、最適な測定パ
ラメータが接続された機器で自動的に調整されるように
検査工程が制御される。測定の洲始後にパーソナルコン
ピュータ５０は測定値の受は入れと評価とを受は持ち、
最後に最終結果をモニタ５１又はプリンタ５２上に表示
する。測定値の処理と並んでバーンナルコンピュータ５
０により特に所定の目標値の記憶を行うことができる。

加えるに大量生産の場合には測定値の統計的評価が可能
である。

ターン短絡検査は第６図及び第７図の流れ図により示さ
れている。第６図は、最適な測定パラメータの一度だけ
の自動的な決定を示し、これに対し第７図は、それぞれ
の試験片に対して大量生産の場合に実施される固有の測
定シーケンスを示す、その際通常の方式に従って、処理
ステップは方形により示され判断ステップは菱形により
示されている。

第６図は、周波数限界すなわち例えば５００Ｈｚのよう
な最低測定周波数又は例えば１００ｋＨｚのような最高
測定周波数が、試験片形式に対して設定されるという前
提を出発点とする。ステップ１００に示す開始後に、処
理ステップ１０１では送信コイルが最低測定周波数ｆｌ
Ｋより励磁される。続いてステップ１０２では電圧が測
定コイルで測定され、判断ステップ１０３で測定された
電圧が探し求める最小値であるかどうかがチエツクされ
る。もしそうでないならば測定周波数がステップ１０５
により高められる。これに反してもしそうであるならば
、そのとき調節された測定周波数及び最小電圧値Ｕａｓ
ｌｎが記憶装置の中に保持され、そして第１の場合と同
様に測定周波数が高められる。

測定周波数の増加の後に、ステップ１０６で示す判断ス
テップで最高周波数に到達したかどうかがチエツクされ
る。もしそうでないならば再びステップ１０３へ戻され
、同じループをたどる。これに対して最高周波数に到達
しているならば、処理ステップ１０７に示すように記憶
された測定周波数と従属する電圧値とにより、ｆｌない
しｆ２の測定周波数を有する最適範囲が計算され、処理
ステップ１０８に示すようにこの測定周波数域が従属す
る最小電圧と共に目標値として記憶される。ステップ１
０９で第１の部分シーケンスが完了する。

第７図に示す測定シーケンスではステップ２００から始
められ、処理ステップ２０１で測定周波数がｆｌからｆ
２まで連続的に高められ、同時にそのつど従属する測定
値が測定される。処理ステップ２０２では測定された測
定値から最小値が求められ１判断ステップ２０３で求め
られた最小値が設定された目標値と比較される。測定値
が目標値より大きいならば、処理ステップ２０４でター
ン短絡が確定される。ステップ２０５で測定が終了する
。

第７図の流れ図に基づくコイルの流れ検査は穫々の観点
で変形することができ、これはソフトウェアの変更によ
り容易に可能である。どんな場合にもこの発明に基づく
装置の利用者は、パーソナルコンピュータ５０のモニタ
５１でコイルの品質及びターン短絡の有無についてのデ
ータを直接入手することができる。

全自動化された測定により、コイルの流れ検査を未熟な
人でも間違い無〈実施することができる。高い電圧が試
験片に生じないので、安全技術上の出費を少なく保つこ
とができる。試験片コイルの避けられない加工公差が測
定結果に影響を与えず、また各試験片が最適な測定パラ
メータで検査され゛るにもかかわらず、測定時間が短い
。

パーソナルコンピュータが検査のシーケンス制御のため
に用いられるので、集められたすべての測定値を統計的
評価に容易に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に基づく検査装置の一実施例の正面図
、第２図は第１図に示す装置の測定コイル出力の電圧−
周波数特性をグラフで示した図、第３図は第２図に示す
グラフの成るコイル形式の個々のコイルによるばらつき
を示す要部拡大図、第４図は検査装置の異なる実施例の
斜視図、第５図は第１図に示す装置を含む測定システム
の全体構成図、第６図は第５図に示すシステムによる測
定パラメータ決定シーケンスの流れ図、第７図は第５図
に示すシステムによる検査シーケンスの流れ図である。 ｌ・・・検査しようとするコイル（試験片）５・・・励
磁コイル １Ｏ１２０，４０・・・脚付き鉄心 １１．２１．４１・・・継鉄 １２．２２．４２・・・エアギャップ １５・・・間隔 ２５・・・測定コイル ２６・・・電圧計 ４５・・・スライダ ４６．４７・・・固定位置 ４８・・・ポールラッチ ５０・・・パーソナルコンピュータ ｆ・・・測定周波数 ｆ　ａｐｔ・・・最適測定周波数 Ｕｌ・・・測定コイルの電圧 ＩＧ　３ ＩＧ　５ ＩＧ　１ ＩＧ　２ ＩＧ　４ ＩＧ　７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）励磁回路の励磁巻線により検査しようとするコイル
   （以下試験片と呼ぶ）の中に電圧が誘導され、その際タ
   ーン短絡を有するターンのためにこのターンの中を流れ
   る短絡電流により生じた漂遊磁界が、測定回路の測定コ
   イルに電圧を誘導するようにしたコイルのターン短絡及
   び／又は層短絡の検査方法におい て、測定コイルの電圧が欠陥の無い試験片で最小となる
   ような周波数により、測定が実施されることを特徴とす
   るコイルの検査方 法。 ２）一方では励磁回路及び測定回路のエア ギャップの長さに関係して、また他方では試験片のイン
   ダクタンス及びキャパシタンスに関係して、測定周波数
   が選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３）試験片に関係する測定周波数域内に存在する最適測
   定周波数が、試験片形式にほぼ近い標準コイルを用いて
   決定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法
   。 ４）測定周波数が変更され同時に電圧が測定コイルで測
   定され、そのつど最小電圧の値が評価されることを特徴
   とする請求項１又は２記載の方法。 ５）試験片の最小電圧の値が標準コイルの最小電圧の値
   と比較されることを特徴とする請求項３又は４記載の方
   法。 ８）測定周波数域が約５００Ｈｚないし約 １００ｋＨｚの周波数スペクトルから決定されることを
   特徴とする請求項３記載の方 法。 ７）励磁巻線を備えた第１の脚付き鉄心と、測定巻線を
   備えた別の脚付き鉄心と、測定巻線に接続された表示装
   置とを備え、両方の脚付き鉄心の脚が検査しようとする
   巻線により囲まれるように配置され、両方の脚付き鉄心
   が継鉄により閉じられ、脚付き鉄心（１０、 ２０、４０）及び鉄心を閉じる継鉄（１１、２１、４１
   ）がフェライトから成り、脚付き鉄心（１０、２０、４
   ０）と鉄心をそれぞれ閉じる継鉄（１１、２１、４１）
   との間にエアギャップ（１２、２２、４２）が存在する
   ことを特徴とする請求項１ないし６の一つに記載の方法
   を実施するための装置。 ８）鉄心（１０、２０、４０）と継鉄（１１、２１、４
   １）との間のエアギャップ（１２、２２、４２）が０．
   １ｍｍを超え、望ましくは０．２ｍｍであることを特徴
   とする請求項７記載の装置。 ９）両方の脚付き鉄心（１０、２０、４０）が試験片（
   １）に関係して変更可能な間隔 （１５）を有することを特徴とする請求項７記載の装置
   。 １０）励磁コイル（５）の磁界が測定コイル（２５）の
   磁気軸に対し垂直に配置されていることを特徴とする請
   求項７記載の装置。 １１）励磁回路の脚付き鉄心（４０）が９０°折り曲げ
   られて構成されていることを特徴とする請求項１０記載
   の装置。 １２）脚付き鉄心（１０、２０、４０）をそれぞれ閉じ
   る両継鉄（１１、２１、４１）のそれぞれが、所定の位
   置に鎖錠装置（４５〜 ４８）により掛け止め可能であることを特徴とする請求
   項１０記載の装置。 １３）鎖錠装置がボールラッチ（４８）によりあらかじ
   め設定可能な二つの位置（４６、 ４７）に固定可能であることを特徴とする請求項１３記
   載の装置。 １４）シーケンス制御、測定値の評価及び結果の表示の
   ためにパーソナルコンピュータ （５０）が付設されることを特徴とする請求項９記載の
   装置。