WO2022153821A1 - 欠陥検出装置、欠陥検出方法、欠陥検出システムおよび回転電機の製造方法 - Google Patents

欠陥検出装置、欠陥検出方法、欠陥検出システムおよび回転電機の製造方法 Download PDF

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detection device
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magnet wire
defect
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貴浩 三澤
秀憲 猿渡
貞治 高橋
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三菱電機株式会社
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    • GPHYSICS
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    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing

Definitions

  • This application relates to a defect detection device, a defect detection method, a defect detection system, and a manufacturing method of a rotary electric machine.
  • the magnet wire wound around the coil of a rotary electric machine or transformer is generally electrically insulated by coating the surface with varnish. If a defect such as a scratch, a bubble, or a pinhole is present in the varnish layer, it becomes an electrically vulnerable part and can be a starting point of destruction when a voltage is applied.
  • Patent Document 1 As a method for detecting defects in the insulating film, there is a conventional technique of applying a soft pad impregnated with a conductive liquid to the insulating film and identifying the defect position from the change in resistance of conduction due to pinholes. (See, for example, Patent Document 1)
  • This application has been made to solve the above-mentioned problems, and manufactures a defect detection device, a defect detection method, a defect detection system, and a rotary electric machine that non-destructively detect even a defect of a non-penetrating insulating coating.
  • the purpose is to get a way.
  • the defect detection device disclosed in the present application is The electrode is provided with an electrode formed so as to impregnate the conductive liquid so that the conductive liquid comes into contact with the periphery of the insulator layer of the magnet wire, and a partial discharge detection device connected in parallel to the electrode.
  • An insulating coating of the magnet wire is applied by applying a voltage between the magnet wire and the conductive liquid and measuring the amount of discharge charge of the partial discharge generated between the magnet wire and the conductive liquid using a partial discharge detector. It is characterized by detecting a defect of.
  • defects in the insulating coating of the magnet wire can be detected non-destructively.
  • FIG. 5 is a structural conceptual diagram of a round wire type magnet wire inspected by the defect detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a structural conceptual diagram of a flat wire type magnet wire inspected by the defect detection device according to the first embodiment. It is a figure which shows the relationship of the motor coil, the wet electrode, and the encoder wound around the core at the time of defect detection which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure explaining the relationship of the distance for calculating the defect position of the defect detection which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a flow figure explaining the measurement procedure of the defect detection apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is the figure which showed the state which was seen from the axial direction of the stator which was formed by arranging the teeth of a motor coil in a circle. It is a figure which showed the structure of another defect detection apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a structural conceptual diagram of the liquid supply mechanism of the conductive liquid tank which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a structural drawing of the wet electrode of the defect detection apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a structural drawing of the wet electrode of the defect detection apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a structural conceptual diagram of the winding method of the magnet wire which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is a hardware block diagram of the control device of the defect detection device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 represents a coil winding device 100, and shows the arrangement of a magnet wire insulating coating defect detecting device (hereinafter, defect detecting device 200) and a positional relationship with other devices.
  • defect detecting device 200 a magnet wire insulating coating defect detecting device
  • the magnet wire 2 which is a material is pulled out from the bobbin 1 placed so that the axial direction is perpendicular to the ground.
  • the drawn magnet wire 2 passes through the tensioner 3, passes through the nozzle 4, and is wound around the motor coil 5.
  • the magnet wire 2 in the section from the tensioner 3 to the motor coil 5 is maintained at a predetermined tension by the tensioner 3. Further, the magnet wire 2 is installed so as to be electrically connected through the end of the bobbin 1 on the winding start side.
  • the defect detection device 200 of the present embodiment is arranged in the area between the tensioner 3 and the nozzle 4, and is installed at a place where the flow line of the magnet wire 2 crosses.
  • the coil winding device 100 is mainly classified into a spindle winding method, a fryer winding method, a nozzle winding method, and the like according to the classification of the winding method.
  • any winding method is used. It is also applicable to.
  • FIG. 2 shows the configuration of the defect detection device 200 according to the first embodiment.
  • a conductive liquid tank 6 is provided, and the inside is filled with the conductive liquid 7.
  • the rectangular cuboid-shaped wet electrodes 8A and 8B made of a soft and hygroscopic felt material are provided on the upper part of the conductive liquid tank 6, and the magnet wire 2 is arranged between the wet electrodes 8A and 8B.
  • the wet electrodes 8A and 8B are pressed against and held by the magnet wire 2 by the coil winding device 100 or the clamp 9 fixed to the conductive liquid tank 6. That is, the rectangular cuboid-shaped wet electrodes 8A and 8B are in contact with each other so as to sandwich the magnet wire 2.
  • the lower part of the wet electrode 8 is immersed in the conductive liquid 7. Since the wet electrode 8 is hygroscopic, it is wetted with the conductive liquid 7. Further, since the wet electrode 8 is soft, it is pressed against the magnet wire 2 by the clamp 9 so that it is in contact with the entire circumference of the magnet wire 2 in the region of the electrode width D1. That is, the conductive liquid 7 is in contact with the entire circumference of the magnet wire 2 in the region of the electrode width D1. With this configuration, the conductive liquid 7 can be efficiently brought into contact with the surface of the magnet wire 2.
  • the magnet wire 2 moves while maintaining the contact region between the wet electrode 8 and the electrode width D1 by the winding operation on the motor coil 5 in the coil winding device 100.
  • the lower portion of the metal electrode 10 connected to the power supply V and the partial discharge detection device P is immersed in the conductive liquid 7, and a measurement voltage is applied to the conductive liquid 7. Since the wet electrode 8A and the wet electrode 8B are wet with the conductive liquid 7, a voltage is applied to the entire circumference of the magnet wire 2 in the region of the electrode width D1 by connecting the power supply V.
  • the partial discharge detection device P is connected in parallel to this voltage application circuit. When a partial discharge occurs in the region of the electrode width D1, the partial discharge detection device P detects a change in voltage or current in the circuit due to the discharge.
  • Other methods for detecting the occurrence of partial discharge include a method in which a sensor is placed outside the voltage application circuit to capture the discharge light and electromagnetic waves associated with the partial discharge, but this configuration directly acquires an electric signal in the circuit. This enables more sensitive discharge detection.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a round wire type magnet wire 2 cut perpendicular to the axial direction.
  • the magnet wire 2 has a conductor 21 at the center of the shaft, and the entire surface thereof is covered with an insulator layer 22 with a predetermined film thickness.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a flat wire type magnet wire 2 cut perpendicular to the axial direction, but the basic configuration is shown in FIG. 3 except that the cross-sectional shape of the conductor 21 is square. Same as the round wire type.
  • the power supply V is connected and an AC voltage is applied to the outer peripheral surface of the magnet wire 2 in the region of the electrode width D1. If there is a pinhole defect penetrating the insulator layer 22 in the measurement region of the electrode width D1, the conductive liquid 7 comes into direct contact with the conductor 21 inside the insulator layer 22, so that a current is detected when a voltage is applied. , Insulation defects can be detected in the electrode width D1 region. Further, even when the electrically fragile portion that does not penetrate the insulator layer 22 passes through the measurement region of the electrode width D1, it is possible to detect the defect from the change of the partial discharge waveform before and after.
  • the magnet wire 2 when the winding operation is performed in the coil winding device 100, the magnet wire 2 always passes through the electrode width D1 region of the defect detection device 200, so that the magnet wire 2 is before being wound around the motor coil 5 as a product. Defects in the entire area can be inspected. As a result, by applying the defect position identification method described later, it becomes possible to grasp the defect position in the motor coil after being wound. Further, since the size of the defect can be detected from the detected discharge signal, the large defect portion can be removed before being wound by the motor coil by setting the threshold value of the discharge signal in advance.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the motor coil 5, the wet electrode 8, and the encoder E wound around the core 11 when detecting a defect.
  • FIG. 5A shows a configuration in which the teeth of the core 11 are viewed along the projecting direction toward the core back portion and the magnet wire 2 is wound around the motor coil 5.
  • the coil distance T1 is the length along the circumferential direction of the motor
  • the coil distance T2 is the length along the axial direction of the motor.
  • the magnet wire 2 is wound around the teeth portion of the core 11 as the motor coil 5. Further, for the sake of clarity, a perspective view of the motor coil 5 wound around the insulator 12 of the core 11 is shown in FIG. 5 (b). As shown in FIG. 6, the distance L1 from the wet electrode 8 to the tip of the nozzle 4, the distance L2 from the tip of the nozzle 4 to the motor coil 5, the distance T1 in the lateral direction and the distance T2 in the longitudinal direction of the motor coil 5, In addition, the elongation rate of the magnet wire 2 under the winding tension is grasped in advance.
  • An encoder E is installed between the wet electrode 8 of the defect detection device 200 and the nozzle 4, and the distance (length) is measured from the speed at which the magnet wire 2 passes through the encoder E.
  • the PC takes in the signal from the partial discharge detection device P and the signal of the encoder E, sets the winding start distance of the motor coil 5 as the zero point, and records the winding distance until the defect is detected and the winding distance after the detection. Then, from the data of the winding distance from the encoder E and the elongation rate of the magnet wire 2 according to the known distances L1, L2, T1, T2 and the winding tension, the defect is located at which position on the motor coil 5. It can be accurately calculated by calculation.
  • the flow of the measurement procedure is shown in FIG.
  • the measurement flow is executed in the control device PC, and the control device PC controls the wet electrode 8, the partial discharge detection device P, and the encoder E according to the measurement flow to perform the measurement.
  • FIG. 14 shows an example of the hardware of the control device PC. It is composed of a processor 1000 and a storage device 2000, and although not shown, the storage device 2000 includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device of a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • the processor 1000 executes the measurement flow described below by executing the program input from the storage device 2000. In this case, a program is input from the auxiliary storage device to the processor 1000 via the volatile storage device. Further, the processor 1000 may output data such as a calculation result and a measured value to the volatile storage device of the storage device 2000, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • the coil winding device 100 starts counting the distance of the encoder E at the same time as starting winding (step S1). If no defects are detected until the end of winding, the workpiece is replaced to start the next winding (step S12).
  • step S2 the distance E1 of the count at the time of detection is acquired and stored in the control device PC (step S3).
  • a new count for acquiring the distance E 2 is started (step S4).
  • the total distance R total of the magnet wire 2 required to complete the winding is compared with the distance E 1 at which the defect is detected (step S5). For comparison, the distance E1 is added to the known distance L1 and the distance L2 at the start of winding (see each distance relationship in FIG . 6 ).
  • step S5 When the distance E 1 + the distance L 1 + the distance L 2 is smaller than the total distance R total (step S5), the defect position on the motor coil 5 according to the distance E 1 + the distance L 1 + the distance L 2 is calculated. Record in the control device PC (step S9). By adding the distance E 2 from the detection of the defect to the present to the distance E 1 where the defect is detected, the distance E 1 from the start of winding to the present is set (step S11), and the counting of the distance E 1 is continued. At this time, the distance E 2 is reset (step S10).
  • step S7 When distance E 1 + distance L 1 + distance L 2 is equal to or greater than the total distance R total , the range from the end of winding to the point traced back to distance L 1 + distance L 2 It is presumed that a defect has occurred at any position, and along with the workpiece replacement (step S7), the defect position on the motor coil 5 corresponding to L 1 + L 2 -E 2 is calculated (each distance relationship in FIG. 6 is calculated. (See) and record in the control device PC (step S8). After recording, the counted distances E 1 and E 2 are reset (step S9).
  • the difference between the distance reading amount of the encoder E and the actual feed amount of the magnet wire 2 does not widen as the production of the motor coil 5 progresses.
  • the method of identifying the defect position is shown by the spindle winding method, but the defect position can also be specified by the flyer winding method and the nozzle winding method.
  • the position of the defect can be accurately grasped on the wound motor coil 5.
  • the motor coil has a defect, when assembling the stator with the motor coil, it is possible to use it without problems by arranging the defective motor coils so that they are not next to each other. Therefore, the yield can be expected to improve.
  • defects can be detected even when air bubbles or cracks are present inside. That is, when an AC voltage of a predetermined magnitude is applied, a partial discharge is generated between the conductive liquid 7 that wets the wet electrode 8 and the magnet wire 2, and the partial discharge detection device P charges an electric charge. Is detected. The amount of discharge charge detected when the insulator layer 22 has a defect of air bubbles or cracks is larger than that when there is no defect. By utilizing the partial discharge in this way, it is possible to detect the defect of the insulator layer 22 even if it is not a through hole for conducting.
  • the defect detection device and the coil whose defect position is specified by the defect detection method of the present embodiment are used, not only quality improvement but also production cost reduction can be expected in motor manufacturing. For example, in the case of manufacturing a one-tea score motor, by excluding only the defective motor coil in advance, the loss cost of the entire manufacturing can be suppressed as compared with the case where a defect is discovered in the process after the entire stator is assembled. Further, even if a defect exists in the coil, if the position is specified by the detection device, it can be used without discarding it.
  • FIG. 8 is a view showing a state in which the teeth of the motor coil are arranged in a circle and the stator is viewed from the axial direction.
  • the figure of the rotor which is arranged to face the inner diameter side of the stator through a gap and is rotatable with respect to the stator is omitted.
  • the defect distance between the motor coils is short, an electrical short circuit due to electric discharge may occur when energized.
  • the stator can be used without discarding the teeth as well as the teeth, and the yield can be further improved. Can be expected
  • the frequency of partial discharge is 100 times per second. That is, in order to inspect all the regions of the magnet wire 2 to be wound without omission, the distance traveled per second, which is the winding speed, should be 100 times or less (twice the frequency or less) of the region of the electrode width D1.
  • the winding speed needs to be set at 1000 mm / sec or less.
  • the felt material is used for the wet electrode, but any material may be used as long as it is water-absorbent and soft enough to adhere along the curved surface of the magnet wire to be used.
  • a sponge material such as sponge may be used.
  • Examples of the conductive liquid 7 include volatile alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol.
  • volatile alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol.
  • a liquid other than alcohols may be used, but it has high conductivity, low viscosity for penetrating defects of the magnet wire 2 such as pinholes, and promptly after passing through the measurement region of the electrode width D1. Must have the property of being removed.
  • the clamp 9 is used to press the wet electrode 8A and the wet electrode 8B against the magnet wire 2, but also has a role of suppressing the evaporation of the conductive liquid 7 from the surfaces of the wet electrode 8A and the wet electrode 8B in the air.
  • the material of the clamp 9 may be resin or metal, but by using a conductive metal material such as copper or iron, as shown in FIG. 9, the metal electrode 10 is eliminated, and the power supply V and the partial discharge detection device P are used. May be directly connected to the clamp 9 and a voltage may be applied to perform the measurement.
  • the conductive liquid tank 6 uses an insulating material, and a material that is not dissolved in the conductive liquid 7 is selected.
  • a material that is not dissolved in the conductive liquid 7 is selected.
  • the box shape of a rectangular cuboid with an open upper surface is described, but any of a cube, a cylinder, and a cone can be used as long as the conductive liquid 7 can be held.
  • a float may be floated, or a lid may be provided on the upper surface of the conductive liquid tank 6.
  • the wet electrode 8 needs to be always wet with the conductive liquid 7 during the measurement of the magnet wire 2.
  • both ends of the wet electrode 8 must always be located at the liquid level of the conductive liquid 7.
  • the liquid supply mechanism 300 of the conductive liquid 7 is installed in the conductive liquid tank 6 as shown in FIG. good.
  • the liquid level switch 13 is installed in the conductive liquid tank 6. Then, when the water level falls below the predetermined lower limit water level, the valve 14 is opened, the conductive liquid 7 is supplied from the liquid supply tank 15 into the conductive liquid tank 6, and the valve 14 is closed when the upper limit water level is reached. The supply of the conductive liquid 7 is stopped.
  • a float type liquid level switch may be used instead of the electric liquid level switch.
  • the wet electrode 8 By bringing the wet electrode 8 into contact with the liquid surface of the conductive liquid 7 supplied to the conductive liquid tank 6 and applying an AC voltage to the conductive liquid 7 or the wet electrode 8, the wet electrode 8 is stably conductive.
  • the liquid 7 can be continuously supplied, and the wet electrode 8 can be kept wet at all times.
  • Embodiment 2 The wet electrode 8 shown in FIG. 2 is divided into two, a wet electrode 8A and a wet electrode 8B, and has a form of sandwiching the magnet wire 2, but may have a shape similar to that of the wet electrode 8C shown in FIG.
  • FIG. 11A shows a front view of the wet electrode 8C
  • FIG. 11B shows a perspective view, except for the clamp and the conductive liquid for the sake of clarity.
  • the wet electrode 8C is used, for example, in a form in which one long wet electrode having a rectangular cuboid shape having a length approximately twice that of the wet electrode 8A or the wet electrode 8B shown in FIG. 2 is bent at the upper part in a U shape.
  • the magnet wire 2 is formed so as to wrap around the bent portion. As a result, the two portions extending from the U-shaped bent portion come into contact with each other as shown in FIG. 11 (a). If the wet electrode 8C can be formed in the same shape, it is not necessary to form the electrode in a single long rectangular cuboid shape.
  • the wet electrode 8C minute voids generated between the contact surface of the wet electrode 8A and the wet electrode 8B shown in FIG. 2 and the upper surface and the lower surface of the magnet wire 2 can be eliminated, so that it is more efficient and more efficient.
  • the conductive liquid 7 can be reliably brought into contact with the surface of the magnet wire 2.
  • FIG. 12 (a) shows a front view of the wet electrode 8D
  • FIG. 12 (b) shows a perspective view, except for the clamp and the conductive liquid for the sake of clarity.
  • the wet electrode 8D one long wet electrode having a length of about 2.5 to 3 times that of the wet electrode 8A or the wet electrode 8B shown in FIG. 2 is spirally wound around the magnet wire 2. , Both ends thereof are immersed in the conductive liquid 7.
  • the number of windings may be two or more.
  • the defect detection probability is improved by increasing the number of windings, the region of the electrode width D1 is increased, so that the accuracy of identifying the position where the defect exists in the motor coil 5 is lowered. It is necessary to keep in mind that it will end up.
  • Embodiment 4 The magnet wire winding method in the present embodiment can be used not only in the motor coil winding form but also in the bobbin winding form as shown in FIG. After the magnet wire 2 has passed through the defect detection device 200, it is wound around the winding bobbin 17 via the traverse mechanism 16. The axial direction of the take-up bobbin 17 is at a position perpendicular to the flow line of the magnet wire 2, and the shaft rotates when power is transmitted from the servomotor 18. Although power transmission by a belt is shown in FIG. 13, a chain or a gear may be adopted as the power transmission method as long as the mechanism rotates the shaft of the take-up bobbin 17.
  • this embodiment it can be used not only for the production of motors but also for the purpose of grasping the frequency of defects in the insulating coating of the magnet wire and the distribution in the bobbin in advance as a material acceptance inspection.

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Abstract

従来の検査装置にあっては、ピンホールのような完全に貫通した欠陥の存在を知ることは可能であるが、金属線が露出しない程度の欠陥を検出することは難しい。 このような課題を解決するために、導電性液体(7)を含侵させ、マグネットワイヤー(2)の絶縁体層の周囲を導電性液体(7)が接触するように形成された電極(8)を備え、マグネットワイヤー(2)と導電性液体(7)との間に発生する部分放電の放電電荷量を計測することにより絶縁被膜の欠陥を検出する。

Description

欠陥検出装置、欠陥検出方法、欠陥検出システムおよび回転電機の製造方法
 本願は、欠陥検出装置、欠陥検出方法、欠陥検出システムおよび回転電機の製造方法に関する。
 回転電機、あるいはトランスのコイルに巻線されるマグネットワイヤーは、一般的に表面をワニスでコーティングすることにより電気絶縁処理がなされている。ワニス層にキズ、気泡、またはピンホール等の欠陥が存在すると、そこが電気的に脆弱な箇所となり電圧を印加した際の破壊の起点となり得る。
 絶縁被膜における欠陥の検出手法として、従来技術には導電性液体を含侵させた軟質パッドを絶縁皮膜に当て、ピンホールによる導通の抵抗変化から欠陥位置を特定する手法がある。(例えば、特許文献1参照)
特開平5-332981号公報
 このようなピンホール検査法及び検査装置にあっては、ピンホールのような完全に貫通した欠陥の存在を知ることは可能であるが、マグネットワイヤーの金属線が露出しない程度のキズまたは気泡による非貫通の欠陥がワニス層に存在する場合、導通の抵抗変化からそれを検出することは難しい問題がある。
 本願は上記のような問題を解決するためになされたものであり、非貫通の絶縁被膜の欠陥であっても非破壊で検出する欠陥検出装置、欠陥検出方法、欠陥検出システムおよび回転電機の製造方法を得ることを目的としている。
 本願に開示される欠陥検出装置は、
 導電性液体を含侵させ、マグネットワイヤーの絶縁体層の周囲を導電性液体が接触するように形成された電極と、電極に並列に接続された部分放電検出装置とを備え、電極は、交流電圧をマグネットワイヤーと導電性液体との間に印加し、部分放電検出装置を用いてマグネットワイヤーと導電性液体との間に発生する部分放電の放電電荷量を計測することによりマグネットワイヤーの絶縁被膜の欠陥を検出することを特徴とする。
 本願に開示される欠陥検出装置によれば、マグネットワイヤーの絶縁被膜の欠陥を、非破壊で検出する事ができる。
実施の形態1に係る欠陥検出装置を配置したコイル巻線装置の構成概念図である。 実施の形態1に係る欠陥検出装置の構成を示した図である。 実施の形態1に係る欠陥検出装置で検査される丸線タイプのマグネットワイヤーの構造概念図である。 実施の形態1に係る欠陥検出装置で検査される平角線タイプのマグネットワイヤーの構造概念図である。 実施の形態1に係る欠陥検出の際の、コアに巻き取られるモーターコイル、湿式電極およびエンコーダの関係を示す図である。 実施の形態1に係る欠陥検出の欠陥位置を計算するための距離の関係を説明する図である。 実施の形態1に係る欠陥検出装置の測定手順を説明するフロー図である。 モーターコイルのティースを一円に配置して構成されたステーターを、軸方向から見た様子を表した図である。 実施の形態1に係る別の欠陥検出装置の構成を示した図である。 実施の形態1に係る導電液体槽の給液機構の構成概念図である。 実施の形態2に係る欠陥検出装置の湿式電極の構造図である。 実施の形態3に係る欠陥検出装置の湿式電極の構造図である。 実施の形態4に係るマグネットワイヤーの巻取方式の構成概念図である。 実施の形態1に係る欠陥検出装置の制御装置のハードウエア構成図である。
 以下、本願に係る欠陥検出装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。
実施の形態1.
 以下、実施の形態1について図に基づいて説明する。図1はコイル巻線装置100を表しており、マグネットワイヤー絶縁被膜欠陥検出装置(以下、欠陥検出装置200)の配置とその他の装置との位置関係を表している。
 コイル巻線装置100は、地面に対して軸方向が垂直になるように置かれたボビン1から、材料であるマグネットワイヤー2が引き出されている。引き出されたマグネットワイヤー2は、テンショナー3を通り、ノズル4を経て、モーターコイル5に巻き取られる。
 テンショナー3からモーターコイル5までの区間におけるマグネットワイヤー2は、テンショナー3により所定の張力に保たれている。また、マグネットワイヤー2はボビン1における巻始め側の端部を通じて電気的に繋がるように設置されている。
 本実施の形態の欠陥検出装置200は、テンショナー3とノズル4との間の領域に配置され、マグネットワイヤー2の動線が横切る場所に設置される。コイル巻線装置100は、巻線方式の分類で主にスピンドル巻線方式、フライヤー巻線方式そしてノズル巻線方式等に分けられるが、本実施の形態の欠陥検出装置200ではいずれの巻線方式にも適用可能である。
 図2に実施の形態1による欠陥検出装置200の構成を示す。導電性液体槽6が設けられ、内部に導電性液体7が満たされている。導電性液体槽6の上部に軟質かつ吸湿性を持つフェルト素材による直方体形状の湿式電極8Aと8Bが設けられ、湿式電極8A、8B間にマグネットワイヤー2が配置される。湿式電極8A、8Bは、コイル巻線装置100または導電性液体槽6に固定されたクランプ9によって、マグネットワイヤー2に押し付けられ、保持される。すなわち、直方体形状の湿式電極8A、8Bがマグネットワイヤー2を挟み込むように接触している。
 湿式電極8の下側部分は導電性液体7に浸漬されている。湿式電極8は、吸湿性であるため、導電性液体7で湿潤している。さらに、湿式電極8は軟質であるため、クランプ9によってマグネットワイヤー2に押し付けられることで、電極幅D1の領域においてマグネットワイヤー2の全周と接触している。すなわち電極幅D1の領域において導電性液体7がマグネットワイヤー2の全周で接触していることとなる。この構成によって、導電性液体7をマグネットワイヤー2の表面に効率的に接触することができる。
 マグネットワイヤー2は、コイル巻線装置100におけるモーターコイル5への巻取動作により、湿式電極8と電極幅D1の接触領域を保ちながら移動する。
電源Vと部分放電検出装置Pに接続されている金属電極10は、下部を導電性液体7に浸漬され、導電性液体7に測定電圧を印加する。湿式電極8Aと湿式電極8Bは導電性液体7で湿潤しているため、電源Vを接続することで、電極幅D1の領域においてマグネットワイヤー2の全周に電圧が印加される。
 この電圧印加回路に対して、部分放電検出装置Pは並列に接続される。電極幅D1の領域において部分放電が発生する際、放電に起因する回路内の電圧または電流の変化を部分放電検出装置Pが検知する。
 部分放電発生の検知方法としては他に、電圧印加回路の外にセンサを置き、部分放電に伴う放電光および電磁波を捉える手法等が存在するが、本構成は回路内で直接電気信号を取得する事で、より高感度な放電検出が可能となる。
 図3は丸線タイプのマグネットワイヤー2を軸方向に対して垂直に切った際の断面図である。マグネットワイヤー2は軸中心部に導体21があり、その表面全体を絶縁体層22があらかじめ定められた皮膜厚みで覆う形で構成されている。
 図4は平角線タイプのマグネットワイヤー2を軸方向に対して垂直に切った際の断面図であるが、導体21の断面形状が角型であること以外において、基本的な構成は図3の丸線タイプと同様である。
 このような構成により、以下の測定方法でマグネットワイヤー2の絶縁体層22における電気的な欠陥を非破壊でかつ連続的に検出することが可能となる。
[測定方法]
 測定を行う際、上述した通り、電源Vを接続し電極幅D1の領域においてマグネットワイヤー2の外周表面に交流電圧を印加する。
 もし電極幅D1の測定領域に絶縁体層22を貫通するピンホール欠陥が存在する場合、導電性液体7は絶縁体層22の内側の導体21と直接接触するため、電圧印加時には電流が検出され、電極幅D1領域で絶縁欠陥を検出できる。また絶縁体層22を貫通しない程度の電気的脆弱部分が電極幅D1の測定領域を通過する場合でも、前後の部分放電波形の変化から欠陥を検知することが可能である。
 またコイル巻線装置100において巻線動作が行われる際、マグネットワイヤー2は必ず欠陥検出装置200の電極幅D1領域を通過するので、マグネットワイヤー2が製品としてモーターコイル5に巻き取られる前に、その全領域の欠陥を検査できる。これにより、後述する欠陥位置特定方法を適用することで、巻き取られた後のモーターコイルにおける欠陥位置の把握が可能になる。また検出される放電信号により欠陥の大きさも検知できるため、予め放電信号の閾値を定めておくことで、大きな欠陥部分についてはモーターコイルに巻き取られる前に除去することもできる。
 次にモーターコイル5に巻き取られた後に、欠陥位置を特定する方法について、図5を用いて説明する。図5は、欠陥検出の際の、コア11に巻き取られるモーターコイル5、湿式電極8およびエンコーダEの関係を示す図である。図5(a)は、コア11のティースをコアバック部に向かって突出方向に沿って見て、モーターコイル5にマグネットワイヤー2が巻き取られるまでの構成を示している。コイルの距離T1はモーターの周方向に沿った長さであり、コイルの距離T2はモーターの軸方向に沿った長さである。
 マグネットワイヤー2は、モーターコイル5として、コア11のティース部に巻き取られる。また、分かりやすさの為、コア11のインシュレーター12に巻き取られるモーターコイル5の斜視図を図5(b)に示す。図6に示すように、湿式電極8からノズル4の先端までの距離L1、ノズル4の先端からモーターコイル5までの距離L2、モーターコイル5の短手方向の距離T1と長手方向の距離T2、加えて巻線張力下でのマグネットワイヤー2の伸び率を予め把握しておく。
 欠陥検出装置200の湿式電極8とノズル4との間にエンコーダEを設置し、マグネットワイヤー2がエンコーダEを通る速度から、距離(長さ)を計測する。PCでは部分放電検出装置Pからの信号とエンコーダEの信号を取り込み、モーターコイル5の巻き始めの距離をゼロ点として、欠陥検出までの巻き取り距離と、検出後の巻き取り距離を記録する。するとエンコーダEからの巻き取り距離のデータと、既知の距離L1、L2、T1、T2そして巻線張力に従うマグネットワイヤー2の伸び率から、モーターコイル5上において何巻目のどの場所に欠陥が位置するかを計算によって正確に求めることができる。
 測定手順のフローを図7に示す。測定フローは、制御装置PCにおいて実行され、測定フローに従い、制御装置PCは、湿式電極8、部分放電検出装置P、エンコーダEを制御し、測定を行う。
 制御装置PCのハードウエアの一例を図14に示す。プロセッサ1000と記憶装置2000から構成され、図示していないが、記憶装置2000はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ1000は、記憶装置2000から入力されたプログラムを実行することにより、以下に説明する測定フローを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ1000にプログラムが入力される。また、プロセッサ1000は、演算結果および測定値等のデータを記憶装置2000の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
 まず、コイル巻線装置100により、巻線を開始するのと同時にエンコーダEの距離のカウントを開始する(ステップS1)。巻き終わりまで欠陥が検出されなかった場合、次の巻線を開始するためにワークを交換する(ステップS12)。欠陥が検出された場合(ステップS2)、検出時のカウントの距離Eを取得し、制御装置PCに記憶する(ステップS3)。距離E取得と同時に、距離Eを取得するための新たなカウントを開始する(ステップS4)。巻線完了に必要なマグネットワイヤー2の全距離Rtotalと、欠陥が検出された距離Eとを比較する(ステップS5)。比較する際、距離Eに、巻線開始時の既知の距離Lと距離Lを足しておく(図6の各距離関係を参照)。
 距離E+距離L+距離Lが全距離Rtotalよりも小さいとき(ステップS5)、距離E+距離L+距離Lに応じたモーターコイル5上の欠陥位置を算出して制御装置PCに記録する(ステップS9)。欠陥が検出された距離Eに欠陥が検出されてから現在までの距離Eを加えることで、巻き始めから現在までの距離Eとし(ステップS11)距離Eのカウントを継続する。この際、距離Eをリセットする(ステップS10)。
 距離E+距離L+距離Lが全距離Rtotalと等しいか、または全距離Rtotalよりも大きいとき、巻き終わりの地点から、距離L+距離Lさかのぼった地点までの範囲のいずれかの位置で欠陥が生じていると推測され、ワーク交換とともに(ステップS7)、L+L-Eに対応したモーターコイル5上の欠陥位置を算出し(図6の各距離関係を参照)、制御装置PC内に記録する(ステップS8)。記録後、カウントした距離E、距離Eをリセットする(ステップS9)。
 モーターコイル5のワーク交換毎に距離のカウントをリセットするので、エンコーダEの距離読み取り量と、実際のマグネットワイヤー2の送り量とのずれがモーターコイル5の生産が進むにつれて広がる事はない。
 例としてスピンドル巻線方式で欠陥位置の特定方法を示したが、フライヤー巻線方式、ノズル巻線方式でも欠陥位置の特定は可能である。
 上述した測定フローにより、巻線されたモーターコイル5上において、欠陥の位置を正確に把握することができる。例えばワンティースコアのモーターだと、予め欠陥のあるティースのみを除外することで、後工程における不良発生率を抑えて全体のコスト低下が期待できる。他にも、欠陥が発生しているモーターコイルであっても、モーターコイルでステーターを組む際に、欠陥を持つモーターコイルの位置が隣り合わないように配置することで、問題なく使いこなすことも可能となり、歩留まり改善も期待できる。
 さらに絶縁体層22を非貫通であるが、内部に気泡またはクラックが存在する場合においても、欠陥の検出が可能である。すなわち、あらかじめ定められた大きさの交流電圧を印加する際、湿式電極8を湿潤する導電性液体7とマグネットワイヤー2との間には部分放電が発生しており、部分放電検出装置Pでは電荷が検出される。絶縁体層22に気泡またはクラックの欠陥がある場合に検出される放電電荷量は、欠陥がない場合と比べて大きくなる。このように部分放電を利用することで、絶縁体層22の欠陥が導通するような貫通穴ではなくても検出することが可能である。
 部分放電が長期間に渡り同じ箇所に発生する場合は、絶縁体層22を劣化させる原因となり得るが、一般的な巻線機の送り速度で電極幅D1を通過する時間であれば、ほぼ劣化の影響は受けない。つまり、マグネットワイヤー2の絶縁体層22における欠陥を、ほぼ非破壊で検出できるということとなる。
 本実施の形態の欠陥検出装置および検出方法で欠陥位置を特定したコイルを用いれば、モーター製造において品質向上のみならず生産コスト低減も期待できる。
 例えばワンティースコアのモーター製造の場合、予め欠陥のあるモーターコイルのみを除外することで、ステーター全体が組まれた後の工程で不良が発覚する場合に比べ、製造全体のロスコストを抑えられる。さらに、コイル内に欠陥が存在していても、検出装置によりその位置が特定されていれば、廃棄せずに使いこなすことも可能となる。
 図8は、モーターコイルのティースを一円に配置して構成されたステーターを、軸方向から見た様子を表した図である。図8において、ステーターの内径側に空隙を介して対向して配置されステーターに対して回転可能なローターの図は省略している。図8の左側に示す配置では、モーターコイル間の欠陥距離が近いため通電時に放電による電気的短絡が生じる可能性がある。これに対し、図8の右側に示す様にティースを入れ替え、欠陥同士の位置が隣り合わないように配置すれば、ステーターは元よりティースも廃棄せず使いこなすことが可能となり、一層の歩留まり改善が期待できる
 部分放電は印加する交流電圧1波長につき、最大2回発生するので、欠陥検出装置200の測定電圧の周波数を仮に50Hzとした場合、部分放電の発生頻度は1秒当たり100回である。つまり巻線されるマグネットワイヤー2全領域の欠陥を漏れなく検査するためには、巻線速度である1秒あたりに進む距離を電極幅D1の領域の100倍以下(周波数の2倍以下)に設定しなければならない。仮に電極幅D1が10mmだとすると、巻線速度は1000mm/sec以下で設定する必要がある。電極幅D1の領域を更に大きくする場合、欠陥の検出確率は向上するが、同時に欠陥の存在する場所は、電極幅D1と同じ範囲内でのどこかとなるので、モーターコイル5における位置特定の精度が低下してしまうことに留意する必要がある。
 図5、図6では例として丸線型のマグネットワイヤーを用いて説明を行ったが、湿式電極8は軟質であるため、図4で示した平角線型マグネットワイヤーでも適用可能である。湿式電極はフェルト素材を上げたが、吸水性があり使用するマグネットワイヤーの曲面に沿って密着できる程度軟質であればどんな素材でも良く、例えばスポンジのような海綿素材を用いても良い。
 導電性液体7は、メチルアルコール、エチルアルコール等の揮発性のアルコール類が挙げられる。アルコール類以外の液体でも良いが、高い導電性を有するとともに、ピンホール等のマグネットワイヤー2の欠陥に浸透するための低い粘性を有しており、更に電極幅D1の測定領域の通過後に速やかに除去される性質を有する必要がある。
 クランプ9は湿式電極8Aと湿式電極8Bとをマグネットワイヤー2に押し付けるために用いるが、気中において湿式電極8Aと湿式電極8Bの表面から導電性液体7が蒸発することを抑制する役割も持つ。またクランプ9の素材は樹脂でも金属でも良いが、銅または鉄のような導電性金属素材を用いることで、図9に示すように、金属電極10を排除し、電源Vおよび部分放電検出装置Pをクランプ9に直接接続し、電圧を印加して測定を行っても良い。
 導電性液体槽6は絶縁性の素材を使用し、導電性液体7に溶解されない素材を選択する。本実施の形態では、上面の開いた直方体の箱形状で説明しているが、導電性液体7を保持できれば立方体、円柱および円錐形状のいずれでもよい。また、液面からの導電性液体7の蒸発を抑制するため、フロートを浮かべても良く、また導電性液体槽6の上面に蓋を設けても良い。
 湿式電極8は、マグネットワイヤー2の測定中、常に導電性液体7で湿潤している必要がある。金属電極10を介して湿式電極8に電圧を印加する場合には、湿式電極8の両端は常に導電性液体7の液面化に位置していなければならない。液面高さを維持するには、前述した蒸発を抑制するためのフロートの設置に加え、図10に示すように導電性液体槽6に導電性液体7の給液機構300を設置しても良い。
 図10中、導電性液体槽6に液面レベルスイッチ13を設置する。そして、予め定められた下限水位を下回った際に、バルブ14を開き、給液タンク15から導電性液体7を導電性液体槽6内に供給し、上限水位に達した際にバルブ14を閉めて導電性液体7の供給を停止する。電気式の液面レベルスイッチの替わりにフロート式の液面レベルスイッチを用いても良い。
 導電性液体槽6に供給された導電性液体7の液面に湿式電極8を接触させて導電性液体7または湿式電極8に交流電圧を印加することにより、湿式電極8に安定して導電性液体7を供給し続けることができ、湿式電極8を常に湿潤させておくことができる。
実施の形態2.
 図2に示した湿式電極8は、湿式電極8Aと湿式電極8Bの2つに分割され、マグネットワイヤー2を挟み込む形態をとっているが、図11に示す湿式電極8Cのような形状でもよい。図11(a)は湿式電極8Cの正面図を、図11(b)は斜視図を示すが、分かりやすさのためにクランプおよび導電性液体を除いて表わしている。
 湿式電極8Cは、例えば、図2で示した湿式電極8Aまたは湿式電極8Bの約2倍の長さを有する直方体形状の1本の長い湿式電極をU字型に上部で曲げる形で使用する。この折り曲げた部分でマグネットワイヤー2を包み込むように形成する。これにより、U字形状の折り曲げた部分から延びる2つの部位は、図11(a)に示すように接触する。なお、同様な形状に湿式電極8Cを形成できれば、直方体形状の1本の長い形状で電極を形成する必要はない。
 この湿式電極8Cの構成によれば、図2で示した湿式電極8Aおよび湿式電極8Bの接触面とマグネットワイヤー2の上面および下面との間に生じる微小な空隙を排除できるため、効率よく、より確実に導電性液体7をマグネットワイヤー2の表面に接触させることが可能となる。
実施の形態3.
 さらに、図12に示す湿式電極8Dの形状でもよい。図12(a)は湿式電極8Dの正面図を、図12(b)は斜視図を示すが、分かりやすさのためにクランプおよび導電性液体を除いて表わしている。湿式電極8Dは、図2で示した湿式電極8Aまたは湿式電極8Bの約2.5倍から3倍程度の長さを有する1本の長い湿式電極をマグネットワイヤー2に対してらせん状に巻き付けながら、その両端は導電性液体7に浸漬させる。
 この湿式電極8Dの構成によれば、図2に示した湿式電極8Aおよび湿式電極8Bの接触面とマグネットワイヤー2の上面および下面との間に生じる微小な空隙を全周にわたり排除できるため、実施の形態1および2よりも確実に導電性液体7をマグネットワイヤー2の表面に接触させることが可能となる。
 また湿式電極8Dのマグネットワイヤー2への巻き付け方について、マグネットワイヤー2の全周が湿式電極8Dと触れていれば、図12(b)に示すように隣り合う湿式電極には隙間があっても良い。また、巻きつける回数は2巻以上でも良い。ただし実施の形態1で説明したように、巻き付け回数を増やすと欠陥の検出確率は向上するが、電極幅D1の領域が大きくなるため、モーターコイル5における欠陥の存在する位置特定の精度が低下してしまうことに留意する必要がある。
実施の形態4.
 本実施の形態におけるマグネットワイヤーの巻取方式は、モーターコイル巻線形態のみならず、図13に示すようにボビンに巻き取る形態でも利用可能である。
 マグネットワイヤー2が欠陥検出装置200を通過した後、トラバース機構16を経て、巻取ボビン17に巻き取られる。巻取ボビン17の軸方向はマグネットワイヤー2の動線に対して垂直の位置にあり、サーボモーター18から動力が伝達されることで軸が回転する。図13ではベルトによる動力伝達が示されているが、巻取ボビン17の軸を回転させる機構であれば動力伝達方式にはチェーンまたはギアを採用しても良い。
 本実施の形態により、モーターの生産のみならず材料の受入れ検査として、予めそのマグネットワイヤーの絶縁被膜の欠陥発生頻度およびボビン内の分布がどの程度か把握する用途にも利用できる。
 本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1:ボビン、2:マグネットワイヤー、3:テンショナー、4:ノズル、5:モーターコイル、6:導電性液体槽、7:導電性液体、8、8A、8B、8C、8D:湿式電極、9:クランプ、10:金属電極、11:コア、12:インシュレーター、13:液面レベルスイッチ、14:バルブ、15:給液タンク、16:トラバース機構、17:巻取ボビン、18:サーボモーター、100:コイル巻線装置、200:欠陥検出装置、300:給液機構、1000:プロセッサ、2000:記憶装置。

Claims (15)

  1.  導電性液体を含侵させ、マグネットワイヤーの絶縁体層の周囲を前記導電性液体が接触するように形成された電極と、前記電極に並列に接続された部分放電検出装置とを備え、前記電極は、交流電圧を前記マグネットワイヤーと前記導電性液体との間に印加し、前記部分放電検出装置を用いて前記マグネットワイヤーと前記導電性液体との間に発生する部分放電の放電電荷量を計測することにより前記マグネットワイヤーの絶縁被膜の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出装置。
  2.  導電性液体を含侵させ、マグネットワイヤーの絶縁体層の周囲を前記導電性液体が接触するように形成された電極と、前記電極に並列に接続された部分放電検出装置とを備え、交流電圧を前記マグネットワイヤーと前記電極との間に印加し、前記部分放電検出装置を用いて前記マグネットワイヤーと前記導電性液体との間に発生する部分放電の放電電荷量を計測することにより前記マグネットワイヤーの絶縁被膜の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出装置。
  3.  前記電極は、走行する前記マグネットワイヤーの絶縁体層の全周を前記導電性液体が接触するように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の欠陥検出装置。
  4.  前記電極は、軟質かつ吸湿性の素材で構成される湿式電極であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の欠陥検出装置。
  5.  前記電極は、導電性液体槽内の前記導電性液体の液面に接触することを特徴とする請求項4に記載の欠陥検出装置。
  6.  前記導電性液体槽に、液面レベルスイッチと前記導電性液体の給液タンクとバルブからなる給液機構を備えることを特徴とする請求項5に記載の欠陥検出装置。
  7.  前記電極は、2つの直方体形状の湿式電極が、前記マグネットワイヤーを挟み込むように配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の欠陥検出装置。
  8.  前記電極は、U字形状で、U字を形成するための折り曲げ部が前記マグネットワイヤーの周囲と接触するように形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の欠陥検出装置。
  9.  前記電極は、前記マグネットワイヤーにらせん状に巻きつくように形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の欠陥検出装置。
  10.  外面から前記電極を挟み込むクランプを備えたことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の欠陥検出装置。
  11.  マグネットワイヤーをモーターコイルとして巻き取るコイル巻線装置と、請求項1から10のいずれか一項に記載の欠陥検出装置とを備え、前記欠陥検出装置は、コイル巻線装置においてモーターコイルとして前記マグネットワイヤーが巻き取られる前に前記マグネットワイヤーの欠陥を検出する欠陥検出装置。
  12.  マグネットワイヤーをモーターコイルに巻き取るコイル巻線装置、請求項1から10のいずれか一項に記載の欠陥検出装置を備え、前記欠陥検出装置内の電極の後方に回転動力に接続された巻取ボビンを備える欠陥検出装置。
  13.  マグネットワイヤーをモーターコイルに巻き取るコイル巻線装置、請求項1から10のいずれか一項に記載の欠陥検出装置を備え、前記欠陥検出装置内の電極と前記モーターコイルとの間に、前記マグネットワイヤーの速度を検出するエンコーダを配置し、前記エンコーダの出力と前記欠陥検出装置が出力した欠陥検出信号に基づいて、前記モーターコイルに巻回された前記マグネットワイヤーの欠陥の位置を算出することを特徴とする欠陥検出システム。
  14.  マグネットワイヤーをモーターコイルに巻き取るコイル巻線装置と、請求項1から10のいずれか一項に記載の欠陥検出装置と、前記欠陥検出装置内の電極と前記モーターコイルとの間に、前記マグネットワイヤーの速度を検出するエンコーダとを用いて、前記モーターコイルの巻き始めの距離をゼロ点とし、欠陥検出までの巻き取り距離と、欠陥検出後の巻き取り距離に基づいて、前記モーターコイルの欠陥の位置を算出することを特徴とする欠陥検出方法。
  15.  マグネットワイヤーをモーターコイルに巻き取るコイル巻線装置と、請求項1から10のいずれか一項に記載の欠陥検出装置とを用いて欠陥検出を行った前記モーターコイルを用いて、回転電機を製造する回転電機の製造方法。
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