JPH02271270A - 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／又は層短絡の検
査方法と、この方法を実施するための装置とに関する。

［従来の技術］ 試験しようとするコイル（試験片）を構成部分とする直
列振動回路と、周波数可変な電圧を発生する発電機と、
コイルのＱを検出する測定装置とを備えた検査装置が知
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。コイル用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、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
ンスに基づき又はコイル素線の直径が細いために確実な
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、特に非常
に大きいターン数を有するコイルの場合にも、■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号明細書及びドイ
ツ連邦共和国特許出願公告第２８４４２５３号公報によ
り、既にコイルのターン短絡及び／又は層短絡の検査方
法と装置とが提案されており、ここでは検査しようとす
るコイルが脚付き鉄心りに押しはめられ、欠陥を有する
コイルの短絡巻線の磁気誘導が′測定のために利用され
る。ここではコイルを接触させる必要がないということ
が重要な長所とみなされている。しかし多くの場合に実
際には品質保証の点で例えば用抵抗の測定のために、コ
イル端子の接触は必要であり従っていずれにしろ検査の
中に含まれる。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、巻線検査を問題無〈実施することが
できる別の方法と付属装置と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前記の種類の方法において
、コイルが直列振動回路に接続され、振動回路の共振の
際の電圧上昇を測定することによりＱの測定が実施され
、その際直列振動回路の適当なキャパシタンスの選択に
よりコイルのＱの最大値が得られるような範囲に、共振
周波数が設定されることにより解決される。

この発明では確かにコイルを接触しなければならない、
従ってこの発明に基づく方法の適用は、巻線抵抗がいず
れにしろ測定されそのためにコイル端子を接触しなけれ
ばならないときに常に有意義である１巻線抵抗はＱのＪ
ｌｌｌ定の際にも得られるので、測定全体のために必要
な処理蒔聞及び測定時間を最適化することができる。

この発明の枠内で、コイルのＱの測定が前記周囲条件を
考慮してターン短絡検出に適していることが判明した。

なぜならば特にＱに対する８線抵抗の公差内変動の影響
が補償されるからである。

コイルのＱの測定はそれ「１体知られており、このため
にはこれに関する従来技術が利用される。

この発明の場合にはコンデンサの適当な選択により、コ
イルのＱの最大値が得られる範囲内に測定周波数が設定
されるということが重要である。それにより試験片固有
の周波数域内の口ｆ変な周波数で測定されるので、少な
くとも１７０００ターン以下のターン数のコイルの場合
に数ターンの短絡の際に十分に特徴のある信号が得られ
る。その際例えば５００Ｈｚないし１００ｋＨｚの範囲
で広く変化する周波数において測定することができる。

適当なδ１４定周波数で測定された試験片のＱの値を、
標準コイルの１バ前にδ１１定されたＱと比較すること
により、あらかじめ設定可能な公差値から測定値が変動
する場合にターン短絡に対する欠陥信号を出力すること
ができる。

検査しようとするコイルを構成部品とする直列振動回路
を備え、コイルのＱを検出するそれ自体知られた測定装
置を右し、この発明に基づく方υ、を実施するための付
属装置の場合には、測定装置が低キャパシタンスで振動
回路に結合される。周波数可変な発′ｉＹｉ、機は低抵
抗で振動回路に接続されるのが有利である。

この発明の場合にはＡＩ一定システムの適当な構成によ
り検査工程が自動化できることが長所である。特に直列
振動回路における共振のための適当ナキャバシタンスの
選択は、パーソナルコンピュータの相応のソフトウェア
の構成により全自動で行われる。

この発明に基づく方法と装置とにより、＋７０００ター
ン以下のコイルの場合にも数ターンにわたるターン短絡
を確実に検出することが可能であるということが判明し
た。その際必要な検査時間は約３．５秒である。この時
間には温度補償された抵抗値の測定が既に含まれている
。検査精度とまた更に評価のために使用されるパーソナ
ルコンピュータの適当な選択とに関係して、検査時間は
約１．５秒まで短縮できる。

［実施例］ 次にこの発明にノ、（づく検査装置の一実施例を示す図
面により、この発明を詳ＩＩＩに説明する。

ここに提案された方法はコイルの変形されたＱ測定法に
基づく。コイルのＱの７１１１定のために、試験片は直
列振動回路のインダクタンスとしてキャパシタンスに接
続される。振動回路のＱはコンデンサのＱとコイルのＱ
とにより決定される。コイルのＱはコンデンサのＱより
著しく小さいので、コイルのＱの測定は振動回路のＱの
Ｊｉｌｔ定に帰着される。従ってコイルのＱは共振して
いる直列振動回路における電圧１−昇のδ１１定だけに
より確定することができる。

ΔＩＩＩ定回路先回路するためにまず用いられる概念　
゛を説明する。

コイルとコンデンサとを備えた直列振動回路において、
コイル及びコンデンサにおける電圧の値は周波数に関係
して共振周波数付近で最大値に達する。一般に次式が成
立する。

（１）　　　１Ｕｈｌ・ＩＵｃｌ＝Ｕｏ−Ｑいわゆる回
路のＱは電気的損失率δの値としても表すことができ、
この損失率は直列振動回路ではコイルの損失ニド（δ１
）とコンデンサの損失率（δＣ）との和から計算され１
次式が成立する。

（２）　　Ｑ＝１／（ｔａｎ　δｔ　＋ｔａｎ　δｃ）
＝ｌ／ｌａｎδ９ｅＳ用いられたコンデンサの損失率は
試験片コイルの損失率の１ｏ分の１以下であるので、実
用目的のための回路のＱは専らコイルのＱにより表すこ
とができる。その際コイルのＱは主としてコイルの抵抗
（Ｒｃｕ）と渦流損失（Ｒｈ＋　）とに関係し、次式が
成立する。

（３）　　　ｔａｎδ１＝ｔａｎ　δｃｕ＋ｔａｎδＷ
（３，１）　　ｔａｎδｔ＝Ｒｃｕ／（（ｉ）　・Ｌ）
＋Ｒｗ／（ω４）ターン短絡はＲ１１の増加従ってＱの
低下をもたらす、温度に関係しかつ公差に基づく銅線の
抵抗を補償すれば、Ｑの測定を介してターン短絡を検出
することができる。

試験片１を右する第１図に示す測定回路において、２は
試験片のインダクタンスであり、３は試験片のオーム抵
抗分である。試験片には直列にキャパシタンスＣを有す
るコンデンサ５が接続されている。コイル１とコンデン
サ５とから成る共振回路は周波数選択形発電機１０によ
り励磁される。測定周波数ｆと電圧Ｕ。とは相応の測定
器１１．１２を介して並行してΔｌＩオされる。共振の
際に生じる電圧上昇は特にコンデンサ５で検出され、精
密測定器２０により測定される。

次に回路のＱの測定はコンデンサ５での電圧」−昇の測
定に帰着させることができるということを示す、コンデ
ンサの電圧に対しては電気技術の公知の関係に応じて次
式が成立する。

（４）　　　ｌ　Ｕｃ　１ 一１Ｕ、Ｉ（（ω・Ｃ−Ｒ）２．（１−ω２１．Ｃ）２
）　　−０，５式（４）から微分によりコンデンサ５の
最高電圧に対する周波数を決定することができる。

（５）　　ωｕｃ−２ｗｆ＝ωｏ　　（１−１／（２Ｑ
２）　）　０５ここでωｏｌ１１７（Ｌ−Ｃ）０５ それで式（５）による周波数における電圧の最大値につ
いて次式が成立する。

（８）　　　ｌＵｃＭａｘ　　ｌ／　ＩＵｏｌ−Ｑ（１
−１／（４Ｑ２）　）−０５キＱ 負の平方根部分はＱ＞　５に対して無視できるので、式
（１）と同じ式が得られる。それにより回路のＱ従って
コイルのＱの測定を、第１図に示す等価回路のコンデン
サ５における電圧上昇の検出だけにより行うことができ
るということが裏づけられる。

第２図によりコイルのＱの周波数特性を説明する。横軸
としての共振周波数ｆに関係して、コイルのＱが任意の
単位で縦軸として記入されている。グラフ３２による信
号Ｑ＝ｇ（ｆ）が周波数と共に変化し、成る値で明らか
な最大値を通過するということが分かる。この周波数ｆ
。ａｔは試験片形式に関係し、５００Ｈｚないし１００
ｋＨｚの範囲にある。

ターン短絡の存在によりコイルのＱの低下する値は、ｆ
　ｏｐｔ　で最大となるということが明らかである。従
ってこの周波数でターン短絡及び／又は層短絡の表示の
ための特異性が最大となる。それゆえにこの最適周波数
でＩ！１１定され、そのために多数の並列に接続された
キャパシタンスのうちから最適なキャパシタンスが振動
回路で所定の試験片に接続される。

第３図には、直列振動回路のコンデンサで測定された’
１ｆｆｌ圧ＵＣの定性的特性が周波数に関係して示され
ている。適当なコンデンサの選択により。

第２図の周波数ｆ　ａｐｔが周波数ｆ　ｒｅｓ　と一致
するように配慮された。グラフ３３はターン短絡の無い
コイルの場合の関数Ｕｃ　＝ｈ　（ｇ）を示し、これに
反してグラフ３４はターン短絡を有するコイルの場合の
同じ関数を示す、従ってす１らかに確認可能な信号が生
じている。

理論的な考察により、試験片としての任意のコイルにお
いてそのインダクタンスＬとキャパシタンスＣＬ　とに
関係して、第３図の曲線３３の移動が発生するというこ
とが分かる。第４図は、ｎ＝１７０００のターン数を有
する形式３Ｔｊ２のコイルに適用したときの第３図の部
分図を示す０例えばここでは標準コイルの最大値はグラ
フ３５に応じて約ｆ＝２９７０Ｈｚのところにある。Ｌ
又はＣＬがもっと大きいと、ｆがグラフ３６に応じても
っと低い周波数へ移動する。これに反してＬ又はＣＬが
もっと小さいと、ｆがグラフ３７に応じてもっと高い周
波数へ移動する。しかし両方の場合に最大値の絶対値は
グラフ３５と同じ高さにとどまる。これに対して層短絡
及び／又はターン短絡があれば。

電圧の絶対値も第３図のグラフ３４に相応する最大ｆｆ
１へ変化する。

第４図のグラフ３６．３７は最小又は最大のインダクタ
ンス及び／又はキャパシタンスに対する限界イ〆ｊを示
す、前記の形式の実際に用いら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。従ってこの具体例に適
合した測定周波数域は約２８５０〜３１００Ｈｚｆある
。

流れ検査のためにはまず一度だけ、試験片形式にほぼ近
い標錫コイルで最適な測定周波数を決定しなければなら
ない、そして流れ検査の際に測定周波数が変更され、同
時に電圧がコンデンサでＪｌｌｌ定され、そのつど最大
電圧値が評価される。そして最適な測定域では電圧の最
大値の絶対値従ってＱは、ターン短絡が存在するか否か
を明らかに示すことができる。

第５図では、第１図に示す測定装置が測定システムの中
に組み込まれ、このシステムは主としてモニタ５工及び
プリンタ５２のような付属端末機を備えたパーソナルコ
ンピュータ５０、並びニ周波数ｒｉ７変な発振器５５及
びディジタルマルチメータ６０から成る０発振器５５は
同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。更にイン
タフェースユニット３０が用いられ、このユニ、］・は
発電ｆｉ５５の振動回路への低抵抗な入力結合及び測定
信号の低キャパシタンスの出力結合を【１７能にする。

実際にはこの目的のために緩衝増幅器が用いられる。

適当なソフトウェアに基づく入力により、最適な測定パ
ラメータが自動的に発見されかつ接続された機器に設定
されるように、検査工程が制御される。測定の開始後に
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、最後に最終結果を表示する。ａｌｌ定植
の処理のほかにパーソナルコンピュータ５０により特に
所定の目標値が記憶される。ざらに大■生産の際に利用
するために、測定値の統計的な評価が可能である。

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ｆｊＳ７図は各試験片
に対し流れ検査の際に実施される本来の測定シーケンス
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１選択的に接続可能なキャパシタンスと試験片
インダクタンスとから形成される直列振動回路の共振周
波数が、例えば５００Ｈｚないし１００ｋＨｚの周波数
域内に存在するという前提を出発点とする。ステップ１
００での開始の後に、処理ステップ１０１でｍｌのコン
デンサＣＩが選択され、続いてこのコンデンサＣＩを用
いた振動回路に対して共振周波数が求められる。最大電
圧Ｕが処理ステップ１０３で測定される。処理ステップ
１０４では測定された電圧Ｕａが公称抵抗値で１１□１
られて記憶される。

判断ステップ１０５では、利用できるキャパシタンスＣ
ｉ　を有するコンデンサのうちのどれが選択されたかが
チエツクされる。最後のコンデンサが選択されていたな
らば、処理ステップ１０６により最適なコンデンサが測
定電圧を評価することにより確かめられ、［１標（＋ｒ
ｆとして受は入れられる。これに反して最後のコンデン
サが選択されていなかったならば、処理ステップ１０７
により次のコンデンサＣｉが選択され、ステー２ブ１０
２へ戻されて同じループをたどる。

前記の手順によりキャパシタンスＣ１を有し利用できる
コンデンサのうちから、コイルのＱの最大値が生じる最
適なキャパシタンスを決定することができる。そしてこ
のコンデンサで測定された電圧Ｕと周波数域ｆ１ないし
ｆ２とが処理ステップ１０８で目標値として記憶される
。ステップ１０９で試験片の測定パラメータの一度だけ
の決定のため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で始ま
り、処理ステップ２０１でまず巻線抵抗が測定される。

ステップ２０２では、試験片のために決定されキャパシ
タンスＣ１を有するコンデンサが直列振動回路に接続さ
れ、処理ステップ２０２では直列振動回路が励磁され、
その際最大電圧が測定される。この′電圧は処理ステッ
プ２０３において公称抵抗値でＩｔ１られる。判断ステ
ップ２０５では測定された電圧従って試験片のＱが公差
域内にあるかどうかがチエツクされ、このために最大電
圧値が所定の１１標値と比較される。測定（ｆｉが１］
標値よ゛り小さいならば、ステップ２０６でターン短絡
が確認される。ステップ２０７で測定が完了する。

第６図及び第７図に示す流れ図に基づくコイルの流れ検
査は種々の観点で変形することができ、このことはソフ
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人−トすることができる
。

全自動化された測定により、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。試験片コイルの避けら
れない加を公Ｘ・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、測定時間は短い。

ターン短絡検査の枠内で温度及び巻線抵抗が容易にＪ１
１定されるので、これらの間の場合により必要な別個の
測定を省略することができる。それにより必要な処理時
間及び検査時間を耐過化できる。

パーソナルコンピュータは検査のシーケンス制御に用い
られるので、集められたすべての測定値を容易に統計的
評価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等価回
路図、第２図は第１図に示すコンデンサのＱの周波数特
性をグラフで示した図、第３図は第１図に示すコイルの
ターン１１Ｎ２Ａ／ｉの有無によりコンデンサ電圧の周
波数特性が変化する状態をグラフで示した図、第４図は
ターン短絡の無い場合のコンデンサ電圧の周波数特性が
成る形式の個々のコイルにより変動する状態を示した第
３図の要部拡大図、第５図は第１図に示す検査装置を含
むＡｌｌ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。 １・・・被検査コイル（試験片） ２・・・インダクタンス ３・・・オーム抵抗分 ５・・・コンデンサ １０・・・発電機 ２０・・・測定装置 ５０・・・パーソナルコンピュータ ｆｏｐＬ・・・最適な測定周波数 １ｉ１１８１　Ｆ、”！人、”　”　１７　、”Ｔ村　
潔１１ご１ １　、　、　、’：　’、＋ ＩＧ　Ｉ ＩＧ　２ ＦＩＧ　３ ＦＩＧ　７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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、コイルが直列振動回路に接続され、振動回路の
   共振の際の電圧上昇を測定することによりＱの測定が実
   施され、その際直列振動回路のキャパシタンスの選択に
   よりコイルのＱの最大値が得られるような範囲に、共振
   周波数が設定されることを特徴とするコイルの検査方法
   。 ２）測定の際に振動回路のための励磁周波数が変更され
   、そのつどこの周波数での電圧が測定されることを特徴
   とする請求項１記載の方法。 ３）被検査コイル（以下試験片と呼ぶ）に関係する測定
   周波数域内にある最適な測定周波数が、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、そのつど回路のＱが測定さ
   れ、Ｑ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）試験片の測定されたＱの値が標準コイルの事前に測
   定されたＱと比較され、あらかじめ設定可能な公差値か
   ら外れたとき、ターン短絡に対する信号が出力されるこ
   とを特徴とする請求項３又は４記載の方法。 ６）Ｑのほかに更にコイルの巻線抵抗が測定されること
   を特徴とする請求項１記載の方 法。 ７）Ｑの測定値が巻線抵抗で割られることを特徴とする
   請求項６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。 ９）試験しようとするコイル（試験片）を構成部分とす
   る直列振動回路と、周波数可変な電圧を発生する発電機
   と、コイルのＱを検出する測定装置とを備え、測定装置
   （２０）が低キャパシタンスで振動回路（１〜５）に結
   合されることを特徴とする請求項１ないし８の一つに記
   載の方法を実施するための装置。 １０）測定装置（２０）により振動回路（１〜５）のコ
   ンデンサ（５）で電圧上昇が測定されることを特徴とす
   る請求項９記載の装 置。 １１）それぞれコイルの最大のＱの値に適したコンデン
   サ（５）が振動回路に接続可能であることを特徴とする
   請求項９記載の装置。 １２）周波数発生のための発電機（１０）が低抵抗で振
   動回路（１〜５）に接続されることを特徴とする請求項
   ９記載の装置。 １３）測定装置（２０）には、シーケンス制御と測定値
   の評価と結果の表示とのための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。