WO2023171570A1 - コイル製造装置、コイル製造方法、ステーター製造方法および回転電機製造方法 - Google Patents

コイル製造装置、コイル製造方法、ステーター製造方法および回転電機製造方法 Download PDF

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WO2023171570A1
WO2023171570A1 PCT/JP2023/008085 JP2023008085W WO2023171570A1 WO 2023171570 A1 WO2023171570 A1 WO 2023171570A1 JP 2023008085 W JP2023008085 W JP 2023008085W WO 2023171570 A1 WO2023171570 A1 WO 2023171570A1
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WO
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coil
manufacturing
magnet wire
stator
defective
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PCT/JP2023/008085
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English (en)
French (fr)
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博之 鳥居
秀憲 猿渡
貴浩 三澤
旭涛 李
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present application relates to a coil manufacturing device, a coil manufacturing method, a stator manufacturing method, and a rotating electrical machine manufacturing method.
  • Magnet wires wound around the coils of rotating electric machines or transformers are generally electrically insulated by coating their surfaces with varnish. If defects such as scratches, bubbles, or pinholes are present in the varnish layer, these become electrically weak points and can become a starting point for destruction when voltage is applied. Magnet wires are inspected for defects in the insulation coating and shipped wound onto bobbins, but it is difficult to completely prevent the occurrence of defects in the insulation coating. The locations where the defects occur are also different.
  • Patent Document 1 a mark is applied to the defective part of the delivered magnet wire to indicate that there is a defective part in the insulation coating, and the magnet wire is prepared by winding it around a bobbin, and then the magnet wire is prepared by winding it around a bobbin.
  • a manufacturing method is disclosed in which defective portions are inspected based on marks during manufacturing using a bobbin, and the defective portions are cut.
  • the delivered magnet wire needs to be re-wound onto the bobbin once, which is inefficient, and the coil performance needs to be inspected after manufacturing, which can lead to defects occurring at that point. In this case, there is a problem that the amount of waste increases.
  • the present application was made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to obtain a coil manufacturing device that can suppress excessive determinations due to defective magnet wires in a coil manufacturing method and reduce the amount of waste due to defects. The purpose is
  • the coil manufacturing device is a coil manufacturing device that manufactures a coil by winding a magnet wire pulled out from a bobbin around a core, and includes a defect detection device that detects a defective portion of the magnet wire before it is wound.
  • the present invention includes a device and a defective portion position recording device that calculates the position of the defective portion on the coil after being wound and records it as defective portion position data.
  • the defective part of the magnet wire is checked before it is wound, and data on the position of the defective part on the coil after winding is calculated and recorded for the position of the defective part, so the magnetic wire is Depending on the position of the defective portion on the coil, it is possible to determine whether the coil after winding is good or bad. Even if there is a defect in the magnet wire, it can be used as long as it does not affect the performance of the coil. Therefore, excessive determination due to defective magnet wires can be suppressed, and the amount of waste due to defects can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a coil manufacturing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a defect detection device of the coil manufacturing device according to the first embodiment.
  • 1 is a block diagram showing a control device of a coil manufacturing apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a coil winding state of the coil manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • 1 is a perspective view showing a stator according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a defect position recording device of a coil manufacturing apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a defect position recording device of the coil manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing processing of the defect position recording device of the coil manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • 3 is a flowchart showing the operation of the defect position recording device of the coil manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a method of determining the quality of a coil in the coil manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a method of determining the quality of a coil in a coil manufacturing apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a method for manufacturing a stator according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a method for manufacturing a stator according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a coil manufacturing apparatus according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a restraining member of a coil manufacturing apparatus according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a coil manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • a magnet wire 2 which is a material
  • a tensioner. 3 passes through a nozzle 4, and is wound into a coil 5.
  • the magnet wire 2 in the section from the tensioner 3 to the coil 5 is maintained at a predetermined tension by the tensioner 3, and there are defects in the insulation coating of the magnet wire 2 in the area between the tensioner 3 and the nozzle 4.
  • a defect detection device 200 for detecting the defects is disposed at a location where the flow line of the magnet wire 2 crosses. Control of these devices, signal processing, data recording, etc. are performed by the control device 300.
  • the magnet wire 2 has a conductor and an insulating coating covering the conductor, and is prepared in a state where it is wound around the bobbin 1. This magnet wire 2 has defective portions remaining without being removed, and is wound around a bobbin with a predetermined winding amount.
  • the material for forming this conductor include copper or a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy, and the like.
  • the material for forming the insulating film include polyimide resin, polyamideimide resin, polyesterimide resin, and the like.
  • the shape of the conductor various shapes can be adopted, such as a cross-sectional shape such as a circular shape, an elliptical shape, a racetrack shape, or a polygonal shape such as a triangular shape or a quadrangular shape.
  • Typical examples include a round wire with a circular cross section and a flat wire with a rectangular cross section.
  • the coil manufacturing apparatus 100 is mainly classified into a spindle winding method, a flyer winding method, a nozzle winding method, etc. by winding method, but it is applicable to any of the winding methods.
  • the defect detection device 200 is a device that inspects defective portions of an insulating coating. Defects in the insulating coating include blistering, peeling, and pinholes in the coating, and the defect detection device 200 may be a combination of a plurality of inspection devices depending on the object to be detected.
  • a method for inspecting defects in the insulation coating if the coating is blistered or peeled off, it can be detected by, for example, capturing an image of the surface of the winding with a CCD camera, etc., and processing the captured image with an image processing device. Another method is to measure the thickness of an insulating film formed on the surface of the winding with a laser displacement meter.
  • the magnet wire 2 may be installed so as to be electrically connected through the end of the bobbin 1 on the winding start side, and the partial discharge may be detected.
  • FIG. 2 shows the configuration of a defect detection device 200 used in the description of the first embodiment.
  • the defect detection device 200 is provided with a liquid tank 201 and filled with a conductive liquid 202 .
  • Rectangular parallelepiped wet electrodes 203a and 203b made of a soft and hygroscopic felt material are provided above the liquid tank 201, and a magnet wire 2 is placed between the wet electrodes 203a and 203b.
  • the wet electrodes 203a and 203b are pressed against the magnet wire 2 and held by a clamp 204 fixed to the coil manufacturing device 100 or the liquid tank 201. That is, the rectangular parallelepiped wet electrodes 203a and 203b are in contact with each other so as to sandwich the magnet wire 2 between them.
  • wet electrodes 203a, 203b are immersed in conductive liquid 202.
  • the wet electrodes 203a and 203b are hygroscopic and are therefore moistened with the conductive liquid 202.
  • the wet electrodes 203a and 203b are soft, they are pressed against the magnet wire 2 by the clamp 204, so that they are in contact with the entire circumference of the magnet wire 2 in the area of the electrode width D1.
  • the wet electrodes 203a and 203b will be described as 203 without distinction.
  • the conductive liquid 202 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 202 can be brought into efficient contact with the surface of the magnet wire 2.
  • the magnet wire 2 moves while maintaining a contact area of the electrode width D1 with the wet electrode 203 by the winding operation around the coil 5 in the coil manufacturing apparatus 100.
  • a power source V connects the end of the magnet wire 2 to ground in order to apply a voltage to the measuring range, and is also connected to apply a voltage to the end of the measuring range.
  • the partial discharge detector 205 measures the discharge charge or discharge current of the magnet wire 2, and outputs a detection signal to the control device 300, indicating that a defect in the insulator layer has been detected when a measured value equal to or higher than a threshold value is detected.
  • the lower part of the metal electrode 206 connected to the power source V and the partial discharge detector 205 is immersed in the conductive liquid 202, and the power source V, which is an alternating current voltage, is applied to the conductive liquid 202. Since the wet electrode 203 is wetted with the conductive liquid 202, by connecting the power source V, a voltage is applied to the entire circumference of the magnet wire 2 in the area of the electrode width D1. Such a configuration makes it possible to non-destructively and continuously detect electrical defects in the insulator layer of the magnet wire 2.
  • the control device 300 includes a processor 301 and a storage device 302.
  • the storage device includes a volatile storage device such as a random access memory, and a non-volatile auxiliary device such as a flash memory. and a storage device. Further, an auxiliary storage device such as a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • the processor 301 executes a program input from the storage device 302, and performs part or all of the configuration related to functional blocks described later in FIG. 7 and the operation in the flowchart described in FIG. 9. In this case, the program is input from the auxiliary storage device to the processor 301 via the volatile storage device.
  • the processor 301 may output data such as input/output signals, intermediate values of calculations, and calculation results to the volatile storage device of the storage device 302, or may output data such as input/output signals, intermediate values of calculations, and calculation results to the volatile storage device of the storage device 302, or output the data to the auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • Data may be stored in .
  • a logic circuit and an analog circuit may be used together.
  • control device 300 is shown as being provided inside the coil manufacturing device 100 in FIG. 1, it may be provided separately from the coil manufacturing device 100. Connected by cable etc. Further, the control device 300 may be provided in a distributed manner, with some roles being provided inside the coil manufacturing device 100 and others being provided separately.
  • FIG. 4 shows the state of the coil 5 being wound.
  • the magnet wire 2 that has passed through the wet electrode 203 passes through the nozzle 4 and is wound around the core 11 installed in the winding section.
  • the core 11 is insulated from the coil 5 by an insulator 12, and is fixed on a rotary table, and as the rotary table rotates in the rotation direction R, the magnet wire 2 is wound around the core 11 to form the coil 5.
  • Ru The shapes and sizes of the core 11 and insulator 12 to be formed are determined in advance and recorded in the control device 300 as coil shape data.
  • the magnet wire 2 is wound as a coil 5 around the teeth of the core 11 in a predetermined shape and size.
  • the core 11 shown in this Embodiment 1 is a portion that becomes a split core for constructing a stator 500 forming a rotating electric machine 600, and FIG. 5 shows the completed stator 500.
  • the coils 5 wound around the core 11 are arranged in the circumferential direction so that the core back portions 18 are continuous in an annular shape, and the ends of the coils 5 and the conductive connecting member 17 are connected via the conductive coil terminals 16.
  • the stator 500 is formed by connecting two or more coils 5 apart in the circumferential direction, and connecting adjacent coils 5 with crossover wires 15. After that, the stator 500 is subjected to a pressure test and a surge test as an intermediate inspection.
  • insulation defects caused by pinholes or the like in the magnet wire 2 can be detected in the winding before an intermediate inspection, so insulation defects in the intermediate inspection can be reduced, and the number of intermediate inspection steps can be reduced.
  • the rotary electric machine 600 is manufactured by rotatably disposing a rotor (not shown) on the inner diameter side of the stator 500 with a gap therebetween. Thereafter, the stator 500 is subjected to a pressure test in the final inspection.
  • a rotor not shown
  • the stator 500 is subjected to a pressure test in the final inspection.
  • FIG. 6 shows the configuration of a defect position recording device that calculates the position on the coil 5 of a defect detected by the defect detection device 200.
  • An encoder 400 is installed between the wet electrode 203 and the nozzle 4 of the defect detection device 200, and the distance (length) is calculated from the speed at which the magnet wire 2 passes through the encoder 400.
  • a defect position recording device 310 provided in the control device 300 is executed by a program. According to the measurement flow, the defect position recording device 310 controls the wet electrode 203, the partial discharge detector 205, and the encoder 400 to measure the position of the defect.
  • the control device 300 has a defect position recording device 310 as a functional block that operates according to a program, and the defect position recording device 310 includes a defect position calculation processing unit 311, coil shape data 312, and a defect position recording device 310. It has a data 313 functional block.
  • the elongation rate of the magnet wire 2 under the winding tension is known in advance, and these data are recorded in the coil shape data 312.
  • the defect position calculation processing unit 311 takes in the signal from the partial discharge detector 205 and the signal from the encoder 400, and records the winding distance in the defect position data 313, with the distance at the start of winding the coil 5 as a zero point.
  • the power supply V connects the power supply V and apply an AC voltage to the outer peripheral surface of the magnet wire 2 in the area of electrode width D1, and if there is a defect such as a pinhole penetrating the insulator in the measurement area of electrode width D1. Since the conductive liquid 202 is in direct contact with the conductor inside the insulator layer, current is detected when voltage is applied, and insulation defects can be detected in the electrode width D1 region of the wet electrode 203. Furthermore, when the coil manufacturing device 100 performs a winding operation, the magnet wire 2 always passes through the electrode width D1 region of the defect detection device 200, so that all of the magnet wire 2 wound around the coil 5 as a product is The entire area can be inspected for defects.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the processing of the defect position recording device 310.
  • a defective portion of the magnet wire 2 can be detected at the position of the wet electrode 203 using a detection signal from the partial discharge detector 205 .
  • the signal from the encoder 400 is taken in, and the winding distance E1 is recorded with the starting distance of the coil 5 as the zero point, the known distances (lengths) L1, L2, T1, T2, and the elongation of the magnet wire 2 according to the winding tension. From the ratio, it is possible to accurately determine in which winding and in which position on the coil 5 the defective portion is located by calculation.
  • the distance from the starting point of the coil 5 in the winding to the wet electrode 203 where the defective part is detected it is possible to determine whether the coating of the magnet wire 2 is defective when the coil 5 is formed based on the detected position. It can be determined at which position on the coil 5 the defective portion is wound and placed. Furthermore, by determining the winding distance E2 from the wet electrode 203 with the distance at the time of detection of the defective part as the zero point, even if there is a defective part remaining in the magnet wire 2 after the winding of the coil 5 is completed, the next It can be recorded as the position of the defective part of the coil 5 serving as the workpiece.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the defect position recording device 310.
  • the coil manufacturing apparatus 100 resets the distances E1 and E2 to 0 at the same time as starting winding, and starts counting the distance E1 of the encoder 400 (step S1).
  • defect detection begins, and a defect is detected at the position of the wet electrode 203 (step S2). If no defective portion is detected, step S2, which is defective portion detection, is repeated until the winding distance E1 reaches the distance Lt at which the coil ends (step S13). If no defective part is detected at the end of winding, the workpiece is replaced in order to start the next winding (step S14).
  • cut the magnet wire 2 at the terminal position remove the coil 5 that has been wound, set a new core 11 on the winding table, and set the cut magnet wire 2 at the starting position of the new coil 5. do.
  • step S2 If a defective part is detected (step S2), the distance E1 of the count at the time of detection is acquired and stored in the defective part position recording device 310 (step S3). Simultaneously with obtaining the distance E1, a new count is started to obtain the distance E2 to the next defect detection location (step S4).
  • the total distance Lt of the magnet wire 2 required to complete the winding is compared with the distance E1 at which the defective portion was detected (step S5).
  • the known distances L1 and L2 at the start of winding are subtracted from the total distance Lt (see the distance relationships in FIG. 8). These distances are calculated by taking into account the type of wire and the elongation rate set by the tension applied to the wire.
  • step S5 When the distance E1 is smaller than the total distance Lt-(distance L1+distance L2) (step S5), the defective part will be wound around the coil 5 being wound.
  • the position of the defective part on the coil 5 according to distance E1+distance L1+distance L2 is calculated and recorded in the defective part position recording device 310 (step S6).
  • step S6 By adding the distance E2 from the time the defective part was detected to the present time to the distance E1 at which the defective part was detected, the distance E1 from the start of winding to the present time is obtained (step S7), and counting of the distance E1 is continued. At this time, the distance E2 is reset (step S8). After that, the process returns to step S2 to detect the next defective part.
  • step S9 When the distance E1 is equal to or greater than the total distance Lt-(distance L1+distance L2), wait until the winding distance E1 at which the winding ends becomes the distance Lt at which the coil ends (step S9), and then the distance E2 (Step S10).
  • the defective part X exists at any position in the range from the end of winding to a point traced back by distance L1 + distance L2, and along with replacing the coil 5 (step S11),
  • the position of the defective part on the coil 5 corresponding to is calculated (see each distance relationship in FIG. 8) and recorded in the defective part position recording device 310 (step S12). This record becomes a record for the new coil 5 after replacement.
  • step S1 After recording, the process returns to step S1 and winding of the new coil 5 after replacement is started. Since the distance count is reset each time the coil 5 is replaced, the discrepancy between the distance read by the encoder 400 and the actual feed amount of the magnet wire 2 does not widen as the production of the coil 5 progresses.
  • FIG. 10 shows a perspective view illustrating the quality determination when there is a defect position on the outermost periphery of the coil.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the core back portion of the core 11 and the upper part of the insulator 12, which correspond to the upper right portion of the perspective view of the coil 5 shown in FIG. 4, viewed from the coil side.
  • the distance L3 from the defective part X to the end of the insulator 12 is calculated based on the defective part position data 313 obtained by the defective part position measurement flow of FIG. 9 described above.
  • the distance L4 from the insulator 12 to the exposed portion of the core 11 which is determined depending on the product, it is possible to grasp the distance from the position of the defective portion to the exposed portion of the core 11. If the distance L3+L4 exceeds the insulation distance threshold defined by the product, it can be determined that no insulation failure occurs even if there is a defective part on the magnet wire 2. In this way, it becomes possible to determine the quality of the coil 5 based on the defect position data 313, and the wound coil 5 is sorted.
  • the coils 5 are sorted as described above, it is possible to suppress excessive judgments in terms of product functionality with respect to the judgment results obtained by detecting defective parts of the magnet wire 2.
  • An insulation test was performed on the stator 500 assembled into a ring as a performance evaluation, and if an insulation failure was detected, the assembled stator 500 was discarded.However, by being able to judge the superiority or inferiority of the stator 500 while it is being manufactured, A reduction in the amount of waste is expected.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a method for determining the coil 5 in the case where there are a plurality of defective parts between the layers of the coil 5 according to the second embodiment.
  • the position of the defective part of the magnet wire 2 on the coil 5 is calculated before winding, and the distance between the positions of the defective part of the magnet wire 2 between the layers of the coil is calculated to judge the quality of the motor coil.
  • the interlayer distance L5 between the positions of the defect X on the magnet wire 2 of the coil 5 is calculated. If the distance L5 exceeds the insulation distance threshold defined by the product, it can be determined that no insulation failure occurs even if there is a defective part on the magnet wire 2.
  • the coil 5 is assembled into a ring in the stator 500.
  • An insulation test was performed as an evaluation, and if an insulation defect was detected, the assembled stator 500 was discarded, but by being able to judge the quality of the stator 500 during its manufacture, the amount of waste can be expected to be reduced.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a method for determining the quality of the stator 500 according to the third embodiment. A method for determining which coils 5 have the defective portion X at the outermost circumference will be described. The position of the defective part X of the magnet wire 2 on the coil 5 is calculated before winding, and the superiority or inferiority of the stator 500 is determined by calculating the distance between the defective positions of the magnet wire 2 of adjacent coils 5 of the stator 500. do.
  • the position of the defective part X on the magnet wire 2 of the coil 5 is converted into origin coordinates.
  • the distance between the positions of the defective part Calculate L6. If the distance L6 exceeds the insulation distance threshold defined by the product, it can be determined that no insulation failure occurs even if there is a defective portion X on the magnet wire 2. Furthermore, by being able to determine the superiority or inferiority of the stator 500 during its manufacture, a reduction in the amount of waste can be expected.
  • FIGS. 13A to 13C a series of steps from coil manufacturing by the coil manufacturing apparatus to before stator manufacturing (before assembling the coil into an annular shape) will be described with reference to flowcharts shown in FIGS. 13A to 13C.
  • the n coils 5 prepared to constitute the stator 500 are assumed to be annular coil sets C1 to Cn
  • the winding procedure for a representative annular coil set Ci will be described with reference to FIG. 13A.
  • the position information of the defective part is calculated using the coil shape data 312, and the defective part position coordinates Xij (the j-th defective part position coordinates of the circular coil set Ci) are calculated and recorded in the defective part position data 313 (Ste S25).
  • the position information in this case is three-dimensional (x, y, z) coordinate information with the position of the specific shape of the core 11 as the origin. Furthermore, at the same time, the number of turns of the coil and the position of the coil may also be recorded. Thereafter, the process returns to step S22 and new defect detection is repeated until the end of winding (step 26). When the winding is finished (step S26), the workpiece is replaced (step S27) and the process proceeds to the next annular coil set Ci+1.
  • FIG. 13B coordinates for calculating the straight-line distance of the defective portion between the coils when the annular coil sets C1 to Cn are assembled in an annular shape are extracted.
  • the position information of all the defective parts of the defective part position coordinates Xij of the annular coil set Ci is read out from the defective part position data 313 (step S32). Extract only the outermost defect position coordinates from the read defect position coordinates, and convert the coordinates into three-dimensional coordinates (x, y, z) with the origin at the center position of the ring after assembly.
  • step S33 The defect position coordinates Xi are calculated and recorded in the defect position data 313 (step S33).
  • step S35 When the ring set is completed, proceed to FIG. 13C.
  • step S33 if there are a plurality of defective part position coordinates Xi wound on the outermost periphery, the coordinates closest to the coils adjacent on both sides are selected, one on each side. If the defect position coordinate Xi does not exist, it is set to a coordinate value that does not affect the comparison of defect position coordinates between positions of adjacent annular coil sets.
  • the quality of the annular coil sets C1 to Cn is determined according to the flowchart.
  • the defect position coordinates X1 of the annular coil set C1 are read from the defect position data 313 based on the position coordinates transformed in FIG. 13B (step S101).
  • the defect position coordinates X2 of the adjacent annular coil set C2 are read (step S102).
  • the straight-line distance between these defective part position coordinates X1 and X2 is calculated as the distance Lc1 between the defective part positions between adjacent annular coil sets (step S103).
  • the distances between adjacent annular coil sets Lc2 to Lcn are calculated (corresponding to steps S121 to S1n3). Note that, as explained in step S33 of FIG. 13B, when there are two defective position coordinates Xi, the distance Lci is calculated using the defective positional coordinate Xi for which Lci is smaller.
  • step S201 it is determined whether all of the calculated distances Lc1 to Lcn between the positions of defective parts between adjacent annular coil sets exceed the insulation distance threshold defined by the product. are compared. If all the distances Lc1 to Lcn exceed the insulation distance threshold, it is determined that the coil sets C1 to Cn are passed and proceed to the next process, the ring assembly process (step S202). If any of the distances Lc1 to Lcn are equal to or less than the insulation distance threshold, these circular coil sets C1 to Cn are discharged to the defective line as a defective circular coil set before being assembled into a circular ring ( Step S203). However, if some of the annular coil sets discharged as defective do not have a defective portion on the outermost circumference side, they may be incorporated into another annular coil set and reused.
  • the coil 5 is attached to the stator 500, which is assembled into a ring, for performance evaluation.
  • the assembled stator 500 was discarded when an insulation test was performed and an insulation defect was detected, but by being able to judge the quality of the stator 500 during its manufacture, it is expected that the amount of waste will be reduced.
  • the insulation test here refers to a withstand voltage test and a surge test that are performed during an intermediate inspection after assembling the stator and a final inspection after assembling the rotating electric machine.
  • Embodiment 4. 14A and 14B are perspective views showing a method of manufacturing stator 500 according to the fourth embodiment. A method for selecting adjacent coils 5 of motor coils in which the defective portion X is located on the outermost periphery of the coil 5 will be described. Based on the defect position data 313 obtained from the defect position measurement flow shown in FIG. 9 described above, the center position of the ring when each coil 5 is assembled into a ring is used as the origin, and coordinate conversion is performed. Then, the position of the defective part X on the magnet wire 2 of each coil 5 is converted into the origin coordinate.
  • the distance L7 is shortened because the coils 5a and 5b are adjacent to each other, but if the order is changed so that the coils 5b and 5a are arranged as shown in FIG. 14B, the distance L7 can be separated.
  • the coil 5 is assembled into a ring in the stator 500.
  • An insulation test was performed as an evaluation, and if an insulation defect was detected, the assembled stator 500 was discarded, but by being able to judge the quality of the stator 500 during its manufacture, the amount of waste can be expected to be reduced.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing a coil manufacturing apparatus according to the fifth embodiment.
  • a defective portion of the magnet wire 2 can be detected at the position of the wet electrode 203 using a detection signal from the partial discharge detector 205 .
  • the repair device 410 includes a spray gun 411 and a restraining member 412.
  • the control device 300 gives a signal for applying repair material to the spray gun 411 after considering the winding speed and the position of the defective part, so that the defective part of the magnet wire 2 passes through. Apply the paint to the designated locations.
  • FIG. 15 shows spray guns 411 provided at two locations slightly apart in the vertical direction. The arrangement and number of spray guns 411 are not limited to this, and the number and position can be arbitrarily selected as long as the spray guns 411 can be applied all around the magnet wire 2.
  • the coating material be quick-drying so as not to affect the winding speed.
  • An example is a fluorine coating agent, but other materials may be used as long as the coating agent satisfies the required insulation performance and film thickness.
  • the coating material is supplied to the spray gun 411, and the spray gun 411 is operated at the timing of passing the defective portion described above.
  • FIG. 16 shows a schematic diagram of the restraining member.
  • the magnet wire 2 is fed in the direction F in the figure, and a portion 413 where excessive coating material is applied to a defective portion is removed by a restraining member 412 to suppress the dimensions required for the magnet wire 2 and uneven coating.
  • the restraining member 412 has a semicircular shape, and by pressing at two places, it is possible to restrain excessive tension on the magnet wire 2.
  • the defective portion of the magnet wire 2 in which the defective portion has been detected can be repaired.
  • repairs to defective parts are treated as temporary repairs for maintenance, and the defective parts after repair are also recorded in the defective part position data 313 as shown in Embodiments 1 to 4 described above.
  • this data can be used to determine the coil and stator. In that case, even coils and stators that are determined to be defective in the pass/fail judgment using the defect location data 313 can be revived at the insulation test stage, making it possible to further reduce the amount of waste due to defects. becomes.

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Abstract

ボビン（１）から引出されたマグネットワイヤー（２）をコア（１１）に巻回してコイル（５）を製造するコイル製造装置であって、巻回される前の前記マグネットワイヤーの欠陥部を検出する欠陥部検出装置（２００）と、巻回された後のコイルの上での前記欠陥部の位置を算出して、欠陥部位置データ（３１３）として記録する欠陥部位置記録装置（３１０）と、を備えた。それにより、コイル（５）の製造方法においてマグネットワイヤー（２）の不良による過剰な判定を抑制し、不良による廃棄量を低減できるコイルの製造装置を得ることができる。

Description

コイル製造装置、コイル製造方法、ステーター製造方法および回転電機製造方法
　本願は、コイル製造装置、コイル製造方法、ステーター製造方法および回転電機製造方法に関するものである。
　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。
　マグネットワイヤーは、絶縁被膜の欠陥部の検査が行われ、ボビンに巻き取られた状態で出荷されるが、絶縁被膜の欠陥部の発生を完全に防止することは困難であり、また、絶縁被膜の欠陥部が発生する位置もバラバラである。
　回転電機のマグネットワイヤーの絶縁層に傷、ピンホール等の欠陥がある場合、マグネットワイヤーとコア間、マグネットワイヤーと接地間の絶縁性が低下すると共に、コイルの隣り合うマグネットワイヤー間に絶縁破壊を生じることによって、回転電機の性能低下、焼損および漏電などの問題を引き起こす可能性があるため、回転電機にはマグネットワイヤーの欠陥の検査が必要である。
　また、回転電機、あるいはトランスのコイルの不良検出として巻線後の最終形状（回転電機の場合、ステーター）の状態にて耐圧試験を行い、品質を保証しており、その時点で性能未達の場合は廃棄となるため、マグネットワイヤーの品質が悪い場合は特に廃棄量が増加している。
　例えば特許文献１では、納品されたマグネットワイヤーに絶縁被膜の欠陥部が存在することを示すマークを不良箇所に施し、マグネットワイヤーをボビンに巻き取った状態で準備し、コイルの製造過程にてそのボビンを用いて製造する際にマークに基づいて欠陥部を検査し、欠陥部を切断するという製造方法が示されている。
特許第６２５２８６５号公報
　このような従来のコイルの製造方法では、納品されたマグネットワイヤーを一度ボビンに巻替えする必要があり生産効率が悪く、また製造後にコイルの性能検査の必要があるためその時点で不良が発生した場合、廃棄量が増加するという問題がある。
　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、コイルの製造方法においてマグネットワイヤーの不良による過剰な判定を抑制し、不良による廃棄量を低減できるコイルの製造装置を得ることを目的としている。
　本願に係わるコイル製造装置は、ボビンから引出されたマグネットワイヤーをコアに巻回してコイルを製造するコイル製造装置であって、巻回される前の前記マグネットワイヤーの欠陥部を検出する欠陥部検出装置と、巻回された後のコイルの上での前記欠陥部の位置を算出して、欠陥部位置データとして記録する欠陥部位置記録装置と、を備えたものである。
　マグネットワイヤーの欠陥部を巻回される前にチェックし、その欠陥部の位置に対して巻回後のコイルの上での欠陥部位置データを算出して記録するようにしたので、マグネットワイヤーの欠陥部のコイルの上での位置によって、巻回後のコイルの良否判定が可能となる。マグネットワイヤーに欠陥部があっても、コイルの性能上に影響のないものは使用できる。そのため、マグネットワイヤーの不良による過剰な判定を抑制し、不良による廃棄量を低減することができる。
実施の形態１に係わるコイル製造装置を示す模式図である。 実施の形態１に係わるコイル製造装置の欠陥部検出装置を示す模式図である。 実施の形態１に係わるコイル製造装置の制御装置を示すブロック図である。 実施の形態１に係わるコイル製造装置のコイルの巻き取り状態を示す斜視図である。 実施の形態１に係わるステーターを示す斜視図である。 実施の形態２に係わるコイル製造装置の欠陥部位置記録装置の構成を示す模式図である。 実施の形態１に係わるコイル製造装置の欠陥部位置記録装置を示すブロック図である。 実施の形態１に係わるコイル製造装置の欠陥部位置記録装置の処理を示す模式図である。 実施の形態１に係わるコイル製造装置の欠陥部位置記録装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係わるコイル製造装置のコイルの良否判定の方法を示す斜視図である。 実施の形態２に係わるコイル製造装置のコイルの良否判定の方法を示す斜視図である。 実施の形態３に係わるステーターの良否判定の方法を示す斜視図である。 実施の形態３に係わる円環コイルセットの良否判定の手順を示すフローチャートである。 実施の形態３に係わる円環コイルセットの良否判定の手順を示すフローチャートである。 実施の形態３に係わる円環コイルセットの良否判定の手順を示すフローチャートである。 実施の形態４に係わるステーターの製造方法を示す斜視図である。 実施の形態４に係わるステーターの製造方法を示す斜視図である。 実施の形態５に係わるコイル製造装置を示す模式図である。 実施の形態５に係わるコイル製造装置の抑え部材を示す斜視図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係わるコイル製造装置を示す模式図である。図１において、コイル製造装置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が引き出されており、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、コイル５に巻き取られる。その際、テンショナー３からコイル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おり、またテンショナー３とノズル４との間の領域にマグネットワイヤー２の絶縁被膜の欠陥部を検出する欠陥部検出装置２００が配置され、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。これらの機器の制御および信号の加工、データの記録等は制御装置３００によって行われる。
　マグネットワイヤー２は、導体と、導体を覆う絶縁被膜を有し、ボビン１に巻き取った状態で準備される。このマグネットワイヤー２は不良箇所が除去されずに残っており、所定の巻量でボビンに巻き取られている。この導体の形成材料としては、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などが挙げられる。絶縁被膜の形成材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂などが挙げられる。導体の形状としては、例えば断面形状が、円形状、楕円形状、レーストラック形状など、また三角形状、四角形状といった多角形形状など、種々の形状を採用できる。代表的には、断面円形状の丸線および断面矩形状の平角線が挙げられる。
　コイル製造装置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、いずれの巻線方式にも適用可能である。
　欠陥部検出装置２００は、絶縁被膜の欠陥部を検査する装置である。絶縁被膜の欠陥部としては、被膜の膨れ、剥離、ピンホールなどが挙げられ、これら検出対象に応じて、欠陥部検出装置２００は複数の検査機器の組合せでもよい。絶縁被膜の欠陥部の検査方法としては、被膜の膨れ、剥離などであれば、例えば、巻線の表面をＣＣＤカメラなどで撮像し、撮像した画像を画像処理装置で処理することで検出すること、また巻線の表面に形成された絶縁被膜の膜厚をレーザ式変位計で測定することで検出することが挙げられる。また、ピンホールであれば、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し部分放電を測定することで検出することが挙げられる。
　図２に実施の形態１の説明で使用する欠陥部検出装置２００の構成を示す。欠陥部検出装置２００には、液体槽２０１が設けられ内部に導電性液体２０２が満たされている。液体槽２０１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２０３ａ、２０３ｂが設けられ、湿式電極２０３ａ、２０３ｂの電極間にマグネットワイヤー２が配置される。湿式電極２０３ａ、２０３ｂは、コイル製造装置１００または液体槽２０１に固定されたクランプ２０４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２０３ａ、２０３ｂ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２０３ａ、２０３ｂの下側部分は導電性液体２０２に浸漬されている。湿式電極２０３ａ、２０３ｂは、吸湿性があるため、導電性液体２０２で湿潤している。さらに、湿式電極２０３ａ、２０３ｂは軟質であるため、クランプ２０４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。（以下、湿式電極２０３ａ、２０３ｂの符号を区分けせず２０３として記述する。）
　すなわち電極幅Ｄ１の領域において導電性液体２０２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２０２をマグネットワイヤー２の表面に効率的に接触させることができる。
　マグネットワイヤー２は、コイル製造装置１００におけるコイル５への巻取動作により、湿式電極２０３と電極幅Ｄ１の接触領域を保ちながら移動する。電源Ｖは測定範囲に電圧を印加させるためにマグネットワイヤー２の端部をアースに接続し、また測定範囲の末端に電圧を印加させるために接続されている。部分放電検出器２０５は、マグネットワイヤー２の放電電荷または放電電流を測定し、閾値以上の測定値を検出した場合に絶縁体層における欠陥部を検出したとして制御装置３００に検出信号を出力する。
　電源Ｖと部分放電検出器２０５に接続されている金属電極２０６は、下部を導電性液体２０２に浸漬され、導電性液体２０２に交流電圧である電源Ｖを印加する。湿式電極２０３は導電性液体２０２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。
　このような構成により、マグネットワイヤー２の絶縁体層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。
　制御装置３００は、図３に示すように、プロセッサ３０１と記憶装置３０２から構成され、図示していないが、記憶装置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３０１は、記憶装置３０２から入力されたプログラムを実行し、後述の図７で説明する機能ブロックに関する構成および図９で説明するフローチャートの動作の一部又は全部を遂行する。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３０１にプログラムが入力される。また、プロセッサ３０１は、入出力される信号、演算の中間値、および演算結果等のデータを記憶装置３０２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。また、プロセッサ３０１及び記憶装置３０２に加え、ロジック回路、アナログ回路を併用してもよい。
　なお、図１では制御装置３００は、コイル製造装置１００の内部に設けられた形で示したが、コイル製造装置１００とは別置きに設けてもよく、その場合はコイル製造装置１００とは通信ケーブル等によって接続される。また、制御装置３００は、コイル製造装置１００の内部に設けられるものと、別置きに設けられるものと、役割を分けて分散して設けてもよい。
　図４に、巻回されるコイル５の状態を示す。湿式電極２０３を通過したマグネットワイヤー２は、ノズル４を経由して巻き取り部に設置されたコア１１の周りに巻回される。コア１１は、インシュレーター１２によってコイル５から絶縁されており、回転台の上に固定され、回転台ごと回転方向Ｒに回転することによって、マグネットワイヤー２がコア１１の周りに巻き付きコイル５が形成される。
　形成されるコア１１、インシュレーター１２の形状・サイズは、予め決められており、コイル形状データとして制御装置３００に記録されている。マグネットワイヤー２は、コイル５として、コア１１のティース部に予め決められている形状・サイズで巻き取られる。
　この実施の形態１で示すコア１１は回転電機６００を形成するステーター５００を構成するための分割コアとなる部分であり、図５に完成されたステーター５００を示す。図５において、コア１１に巻回されたコイル５をコアバック部１８が円環状に連なるように周方向に並べ、導電性コイル用端子１６を介してコイル５の端末と導電性接続部材１７とを接続してコイル同士を周方向に２個以上離れたコイル５同士を結線し、隣り合うコイル５同士を渡り線１５で接続することにより、ステーター５００を形成する。
　その後、ステーター５００について中間検査で耐圧試験およびサージ試験を行う。本願では、中間検査前の巻線中にマグネットワイヤー２のピンホール等に起因する絶縁不良を把握できるため、中間検査における絶縁不良を減らすことができ、中間検査の工程を減らすことができる。
　また、中間検査後の製品組立工程において、図示しないロータをステーター５００の内径側に空隙を介して回転自在に配置することにより、回転電機６００を製造する。その後、ステーター５００について最終検査において耐圧試験を行う。本願では、最終検査前の巻線中にマグネットワイヤー２のピンホール等に起因する絶縁不良を把握できるため、最終検査においても、ピンホール起因の絶縁不良を減らすことができ、最終検査の工程不良を減らすことができる。
　図６に欠陥部検出装置２００によって検出された欠陥部のコイル５の上での位置を算出する欠陥部位置記録装置の構成を示す。欠陥部検出装置２００の湿式電極２０３とノズル４との間にエンコーダ４００を設置し、マグネットワイヤー２がエンコーダ４００を通る速度から、距離（長さ）を算出する。図７のブロック図に示すように、制御装置３００に設けられた欠陥部位置記録装置３１０がプログラムによって実行される。測定フローに従い、欠陥部位置記録装置３１０は、湿式電極２０３、部分放電検出器２０５、エンコーダ４００を制御し、欠陥部の位置の測定を行う。
　図７において、制御装置３００は、プログラムによって動作する機能ブロックとして欠陥部位置記録装置３１０を有し、欠陥部位置記録装置３１０は、欠陥部位置算出処理部３１１、コイル形状データ３１２、欠陥部位置データ３１３の機能ブロックを有する。
　図６における欠陥部検出装置２００の湿式電極２０３とノズル４との距離Ｌ１、ノズル４の先端からコイル５までの距離Ｌ２、コイル５の短手方向の長さＴ１と長手方向の長さ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き、これらのデータはコイル形状データ３１２の中に記録されている。
　欠陥部位置算出処理部３１１では部分放電検出器２０５からの信号とエンコーダ４００からの信号を取り込み、コイル５の巻き始めの距離をゼロ点として、巻き取り距離を欠陥部位置データ３１３に記録する。
　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し、もし電極幅Ｄ１の測定領域に絶縁体を貫通するピンホール等の欠陥が存在する場合、導電性液体２０２は絶縁体層の内側の導体と直接接触するため、電圧印加時には電流が検出され、湿式電極２０３の電極幅Ｄ１領域で絶縁欠陥を検出できる。
　また、コイル製造装置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は必ず欠陥部検出装置２００の電極幅Ｄ１領域を通過するので、製品としてコイル５に巻き取られるマグネットワイヤー２の全てに対して、その全領域の欠陥部を検査できる。
　図８は、欠陥部位置記録装置３１０の処理を示す模式図である。部分放電検出器２０５からの検出信号により湿式電極２０３の位置においてマグネットワイヤー２の欠陥部を検出することができる。エンコーダ４００の信号を取り込みコイル５の巻き始めの距離をゼロ点として記録された巻き取り距離Ｅ１と、既知の距離（長さ）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、コイル５の上において何巻目のどの場所に欠陥部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。
　したがって、巻線におけるコイル５の始端となる位置から欠陥部が検出された湿式電極２０３までの距離を測定することで、検出位置に基づいて、コイル５を形成したときにマグネットワイヤー２の被膜不良である欠陥部がコイル５のどの位置に巻き上げられ配置されるかを判定できる。
　また、欠陥部の検出時点の距離をゼロ点とし、湿式電極２０３からの巻き取り距離Ｅ２を求めることで、コイル５の巻き取り完了後にマグネットワイヤー２に残る欠陥部があった場合でも、つぎのワークとなるコイル５の欠陥部の位置として記録することができる。
　図９は、欠陥部位置記録装置３１０の動作を示すフローチャートである。まず、コイル製造装置１００により、巻線を開始するのと同時に距離Ｅ１、Ｅ２を０にリセットし、エンコーダ４００の距離Ｅ１のカウントを開始する（ステップＳ１）。次に欠陥部検出が始まり、湿式電極２０３の位置において欠陥部の検出を行う（ステップＳ２）。欠陥部が検出されなければ、巻き取り距離Ｅ１がコイルの巻き終わりとなる距離Ｌｔになるまで、欠陥部の検出であるステップＳ２が繰り返される（ステップＳ１３）。巻き終わりにて欠陥部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Ｓ１４）。ワークの交換では、終端位置でマグネットワイヤー２を切断して巻き終わったコイル５を取り外し、新しいコア１１を巻き取り台にセットし、切断されたマグネットワイヤー２を新しいコイル５の巻始め位置にセットする。
　欠陥部が検出された場合（ステップＳ２）、検出時のカウントの距離Ｅ１を取得し、欠陥部位置記録装置３１０に記憶する（ステップＳ３）。距離Ｅ１取得と同時に、次の欠陥部検出箇所までの距離Ｅ２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Ｌｔと、欠陥部が検出された距離Ｅ１とを比較する（ステップＳ５）。比較する際、全距離Ｌｔから巻線開始時の既知の距離Ｌ１と距離Ｌ２を差し引いておく（図８の各距離関係を参照）。これらの距離は電線の種類、電線にかかる張力により設定される伸び率を考慮し距離を算出する。
　距離Ｅ１が全距離Ｌｔ－（距離Ｌ１＋距離Ｌ２）よりも小さいとき（ステップＳ５）、巻線しているコイル５に欠陥部が巻き取られることになる。距離Ｅ１＋距離Ｌ１＋距離Ｌ２に応じたコイル５の上の欠陥部の位置を算出して欠陥部位置記録装置３１０に記録する（ステップＳ６）。欠陥部が検出された距離Ｅ１に欠陥部が検出されてから現在までの距離Ｅ２を加えることで、巻き始めから現在までの距離Ｅ１とし（ステップＳ７）距離Ｅ１のカウントを継続する。この際、距離Ｅ２をリセットする（ステップＳ８）。その後、ステップＳ２に戻って次の欠陥部の検出を行う。
　距離Ｅ１が全距離Ｌｔ－（距離Ｌ１＋距離Ｌ２）と等しいか、または大きいとき、巻終わりとなる巻き取り距離Ｅ１がコイルの巻き終わりとなる距離Ｌｔになるまで待って（ステップＳ９）、距離Ｅ２を取得する（ステップＳ１０）。この場合、巻き終わりの地点から、距離Ｌ１＋距離Ｌ２さかのぼった地点までの範囲のいずれかの位置で欠陥部Ｘが存在していると推測され、コイル５の交換とともに（ステップＳ１１）、Ｌ１＋Ｌ２－Ｅ２に対応したコイル５の上の欠陥部の位置を算出し（図８の各距離関係を参照）、欠陥部位置記録装置３１０に記録する（ステップＳ１２）。この記録は交換後の新しいコイル５に対する記録となる。記録後、ステップＳ１に戻って交換後の新しいコイル５についての巻線を開始する。
　コイル５の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４００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コイル５の生産が進むにつれて広がる事はない。
　次に、欠陥部位置記録装置３１０に記録されたコイル５の上での欠陥部の位置に応じてコイル５の品質の優劣を判断する。図１０にコイル最外周に欠陥位置がある場合での良否判定を説明する斜視図を示す。図１０は、図４で示されたコイル５の斜視図の右上部分に相当するコア１１のコアバック部分とインシュレーター１２の上部のコイル側から見た拡大図である。
　前述に記載した図９の欠陥部の位置の測定フローにより得られた欠陥部位置データ３１３を基に、欠陥部Ｘからインシュレーター１２の端部までの距離Ｌ３を算出する。また、製品に応じて定められたインシュレーター１２からコア１１の露出部までの距離Ｌ４を用いることで、欠陥部の位置からコア１１の露出部までの距離を把握することが可能となる。Ｌ３＋Ｌ４の距離が、製品で定められた絶縁距離の閾値を超える場合、マグネットワイヤー２上に欠陥部があったとしても絶縁不良が発生しないと判別できる。このようにして、欠陥部位置データ３１３によってコイル５の良否判定が可能となり、巻回されたコイル５の選別が行われる。
　上記のようにコイル５の選別が行われるので、マグネットワイヤー２の欠陥部検出で得られた判定結果に対して製品機能上で過剰な判定を抑制することを可能とし、また、従来はコイル５を円環に組立てられたステーター５００に性能評価として絶縁試験を行い、絶縁不良を検出した場合は組み立てられたステーター５００を廃棄していたが、ステーター５００の製作途中に優劣の判断ができることで、廃棄量の低減が見込める。
実施の形態２．
　図１１は、実施の形態２に係わるコイル５の層間に複数の欠陥部がある場合のコイル５の判定方法を説明する模式図である。コイル５の上のマグネットワイヤー２の欠陥部の位置を巻線前に計算し、コイルの層間のマグネットワイヤー２の欠陥部の位置の距離を計算することでモーターコイルの優劣を判定する。
　前述した図９の欠陥部の位置の測定フローにより得られた欠陥部位置データ３１３を基に、コイル５のマグネットワイヤー２上の欠陥部Ｘの位置同士の層間の距離Ｌ５を算出する。Ｌ５の距離が、製品で定められた絶縁距離の閾値を超える場合、マグネットワイヤー２上に欠陥部があったとしても絶縁不良が発生しないと判別できる。
　そのため、マグネットワイヤー２の欠陥部検出で得られた判定結果に対して製品機能上で過剰な判定を抑制することを可能とし、また、従来はコイル５を円環に組立てられたステーター５００に性能評価として絶縁試験を行い、絶縁不良を検出した場合は組み立てられたステーター５００を廃棄していたが、ステーター５００の製作途中に優劣の判断ができることで、廃棄量の低減が見込める。
実施の形態３．
　図１２は、実施の形態３に係わるステーター５００の良否判定の方法を示す斜視図である。最外周に欠陥部Ｘの位置があるコイル５同士の判定方法について説明する。コイル５の上のマグネットワイヤー２の欠陥部Ｘの位置を巻線前に計算し、ステーター５００の隣り合うコイル５のマグネットワイヤー２の欠陥位置同士の距離を計算することでステーター５００の優劣を判定する。
　前述した図９の欠陥部の位置の測定フローにより得られた欠陥部位置データ３１３を基に、コイル５が円環状に組み立てられたときの円環の中心位置を原点にし、座標変換することで、コイル５のマグネットワイヤー２上の欠陥部Ｘの位置が原点座標に換算される。その際に、最外周側かつ隣り合うコイル５の場合は各コイル５を円環状に組み立てられたとき、円環の中心位置から座標変換した欠陥部位置データ３１３から欠陥部Ｘの位置同士の距離Ｌ６を計算する。Ｌ６の距離が、製品で定められた絶縁距離の閾値を超える場合、マグネットワイヤー２上に欠陥部Ｘがあったとしても絶縁不良が発生しないと判別できる。また、ステーター５００の製作途中に優劣の判断ができることで、廃棄量の低減が見込める。
　つぎに、図１３Ａから図１３Ｃのフローチャートにより、コイルの製造装置によるコイル製造からステーターの製造前（コイルを円環状に組立てる前）までの一連の流れを説明する。ステーター５００を構成するために用意されるｎ個のコイル５を円環コイルセットＣ１からＣｎとするとき、図１３Ａにて、代表となる円環コイルセットＣｉに対する巻線の手順を説明する。詳細な動作の説明は図９で説明した通りであるが、ここでは、コイル製造に必要な流れを中心に説明する。
　まず、ｉ番目の円環コイルセットＣｉとなるコア１１をワークとして回転台にセットし、コイルのナンバーＣｉを欠陥部位置記録装置３１０の欠陥部位置データ３１３に記録して巻線を始める。欠陥部の個数をｊとしてｊ＝０からカウント始める（ステップＳ２１）。マグネットワイヤー２の欠陥部の検出有無をチェックする（ステップＳ２２）。欠陥部が検出されないときは、コイルの巻き終わりになるまで（ステップＳ２６）、この検出ステップであるステップＳ２２が繰り返される。欠陥部が検出されると、欠陥部個数ｊがカウントアップされ（ステップＳ２３）、その巻き取り距離が取得される（ステップＳ２４）。この距離からコイル形状データ３１２により欠陥部の位置情報が算出され、欠陥部位置座標Ｘｉｊ（円環コイルセットＣｉのｊ番目の欠陥部位置座標）が算出され欠陥部位置データ３１３に記録される（ステップＳ２５）。この場合の位置情報は、コア１１の特定形状の位置を原点におく三次元（ｘ、ｙ、ｚ）の座標情報となる。また、同時に、コイルの何巻目のどの位置にあるかも合わせて記録してもよい。その後、巻き終わりとなるまで（ステップ２６）、ステップＳ２２へ戻り、新たな欠陥部検出を繰り返す。巻き終わりとなると（ステップＳ２６）、ワーク交換（ステップＳ２７）にて次の円環コイルセットＣｉ＋１に進む。
　なお、巻線を開始する前に最初に巻き取られるマグネットワイヤーに欠陥部が存在している場合は、ステップＳ２１からステップＳ２２を飛ばしてステップＳ２３に進める。また、欠陥部検出なし（ｊ＝０）のままで巻き終わったものは、欠陥部なしの記録を欠陥部位置データ３１３に記録しておく。その場合、欠陥部位置情報Ｘｉ０として、（０，０，０）などあり得ない座標を記録してもよい。
　円環コイルセットＣｎまで、巻線が終了したら、図１３Ｂに進む。図１３Ｂでは、円環コイルセットＣ１からＣｎを円環状に組んだ場合のコイル間の欠陥部の直線距離を算出するための座標を抽出する。まずｉ＝１から始める（Ｓ３１）。円環コイルセットＣｉの欠陥部位置座標Ｘｉｊのすべての欠陥部の位置情報を欠陥部位置データ３１３から読出す（ステップＳ３２）。読出された欠陥部位置座標の中から最外周に巻かれた欠陥部位置座標のみを抽出し、組立後の円環の中心位置を原点とする三次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）に座標変換にした欠陥部位置座標Ｘｉを算出して欠陥部位置データ３１３に記録する（ステップＳ３３）。次に円環コイルセットのカウントｉを進めて（ステップＳ３４）、円環セット完了（ｉ＝ｎ）となるまで（ステップＳ３５）、ステップＳ３２、Ｓ３３を繰り返す。円環セット終了したら、図１３Ｃに進む。
　なお、ステップＳ３３において最外周に巻かれた欠陥部位置座標Ｘｉが複数存在する場合は、両側に隣接するコイルに最も近いものを、両側に１つずつ選ぶ。また、この欠陥部位置座標Ｘｉが存在しない場合は、隣接する円環コイルセットの位置同士の欠陥部位置座標の比較に掛からない座標値に設定する。
　図１３Ｃでは、フローチャートに従って、円環コイルセットＣ１からＣｎの良否判定を行う。まず、図１３Ｂで座標変換された位置座標に基づき、円環コイルセットＣ１の欠陥部位置座標Ｘ１を欠陥部位置データ３１３から読込む（ステップＳ１０１）。つぎに隣接する円環コイルセットＣ２の欠陥部位置座標Ｘ２を読込む（スッテプＳ１０２）。これらの欠陥部位置座標Ｘ１とＸ２の直線距離を隣接円環コイルセット間の欠陥部の位置同士の距離Ｌｃ１として算出する（ステップＳ１０３）。同様にして、他の円環コイルセットＣ２からＣｎについても、隣接する円環コイルセット間の距離Ｌｃ２からＬｃｎとして算出する（ステップＳ１２１からステップＳ１ｎ３に相当）。
　なお、図１３ＢのステップＳ３３で説明したように欠陥部位置座標Ｘｉが２つある場合は、距離ＬｃｉはＬｃｉが小さくなるほうの欠陥部位置座標Ｘｉを使用して算出する。
　これらの算出ステップの結果がすべて揃ったら、算出された隣接する円環コイルセット間の欠陥部の位置同士の距離Ｌｃ１からＬｃｎのすべてが、製品で定められた絶縁距離の閾値を超えるか否かを比較する（ステップＳ２０１）。すべて距離Ｌｃ１からＬｃｎが絶縁距離の閾値を超えていれば、合格として、円環コイルセットＣ１からＣｎは次工程である円環組立工程に進む（ステップＳ２０２）。距離Ｌｃ１からＬｃｎの中に絶縁距離の閾値以下のものがあれば、これらの円環コイルセットＣ１からＣｎは、円環組立される前に不良の円環コイルセットとして不良ラインに排出される（ステップＳ２０３）。ただし、不良として排出された円環コイルセットの中に、最外周側の欠陥部を持たないものがあれば、他の円環コイルセットに組込んで再利用してもよい。
　以上のように、円環コイルセットの円環組立工程に入る前に、円環コイルセットの良否判定が可能となる。マグネットワイヤー２の欠陥部検出で得られた判定結果に対して製品機能上で過剰な判定を抑制することを可能とし、また、従来はコイル５を円環に組立てられたステーター５００に性能評価として絶縁試験を行い、絶縁不良を検出した場合は組み立てられたステーター５００を廃棄していたが、ステーター５００の製作途中に優劣の判断ができることで、廃棄量の低減が見込める。また、余分な円環組立工程、および円環組立後の絶縁試験を行う手間を省くことが可能となる。
　なお、ここでいう絶縁試験とは、ステーター組立後の中間検査、および回転電機組立後の最終検査で行う耐圧試験およびサージ試験のことを呼ぶものである。
実施の形態４．
　図１４Ａ、図１４Ｂは、実施の形態４に係わるステーター５００の製造方法を示す斜視図である。コイル５の最外周に欠陥部Ｘの位置があるモーターコイルの隣り合うコイル５の選別方法について説明する。
　前述した図９の欠陥部の位置の測定フローにより得られた欠陥部位置データ３１３を基に、各コイル５が円環状に組み立てられたときの円環の中心位置を原点にし、座標変換することで、各コイル５のマグネットワイヤー２上の欠陥部Ｘの位置が原点座標に換算される。その際に、最外周側かつ隣り合うコイル５の場合は各コイル５を円環状に組み立てられたとき、円環の中心位置から座標変換した欠陥部位置データ３１３から欠陥部Ｘの位置同士の距離Ｌ７を計算し、Ｌ７の距離が、製品で定められた絶縁距離の閾値以下の場合は、マグネットワイヤー２上に欠陥部Ｘの位置が隣り合わず、もしくは製品で定められた絶縁距離の閾値を超えるように組み合わせる。図１４Ａではコイル５ａとコイル５ｂの隣接により距離Ｌ７が短くなるが、順序を入れ換え図１４Ｂのようにコイル５ｂとコイル５ａとなるようにすると、距離Ｌ７を引き離すことができる。
　そのため、マグネットワイヤー２の欠陥部検出で得られた判定結果に対して製品機能上で過剰な判定を抑制することを可能とし、また、従来はコイル５を円環に組立てられたステーター５００に性能評価として絶縁試験を行い、絶縁不良を検出した場合は組み立てられたステーター５００を廃棄していたが、ステーター５００の製作途中に優劣の判断ができることで、廃棄量の低減が見込める。
実施の形態５．
　図１５は、実施の形態５に係わるコイル製造装置を示す模式図である。部分放電検出器２０５からの検出信号により湿式電極２０３の位置においてマグネットワイヤー２の欠陥部を検出することができる。この欠陥部が検出された時点からのマグネットワイヤー２の移動距離をエンコーダ４００から得ることにより、コイル５での巻線前のマグネットワイヤー２の欠陥部に補修装置４１０において絶縁保護の塗装を行う。
　補修装置４１０は、スプレーガン４１１と抑え部材４１２から構成される。欠陥部検出を受けた際の信号をトリガーとし、制御装置３００は巻線速度、欠陥部の位置を考慮したうえで補修材塗布の信号をスプレーガン４１１に与え、マグネットワイヤー２の欠陥部が通過する所定位置に塗装剤を塗布する。図１５では、スプレーガン４１１を上下方向に少し離して２箇所に設けたものを示している。スプレーガン４１１の配置および個数はこれに限定されるものではなく、マグネットワイヤー２の全周に塗布できるものであれば、数量、位置は任意に選定できる。
　塗装材料としては巻線速度に影響がでないよう速乾性があるものが望ましい。例としてフッ素コーティング剤があげられるが、要求される絶縁性能、膜厚を満たすコーティング剤であれば他材料でも問題ない。塗装方法として、塗装材料をスプレーガン４１１に供給し、前述で記載された欠陥部の通過のタイミングにてスプレーガン４１１を動作させる。図１６に、抑え部材の模式図を示す。マグネットワイヤー２は図の方向Ｆに送られ、欠陥部に対する塗装剤の過剰塗布箇所４１３は抑え部材４１２で除去し、マグネットワイヤー２に要求される寸法、塗装むらの抑制を行う。また抑え部材４１２は半円形状で、２箇所で押圧することによりマグネットワイヤー２への過度なテンションを抑制することが可能となる。
　実施の形態５におけるコイル製造装置では、マグネットワイヤー２の欠陥部をコイル５のコア１１への巻回作業の前に補修装置４１０によって補修することで、欠陥部が検出されたマグネットワイヤー２であっても再利用が可能となり、マグネットワイヤー２の欠陥部に起因する廃棄量の低減が見込める。
　また、このような欠陥部への補修は、保全のための仮補修ととらえて、補修後の欠陥部についても上述した実施の形態１から４に示したように欠陥部位置データ３１３に記録し、このデータを用いてコイルおよびステーターの判定を行うことができる。その場合、欠陥部位置データ３１３を用いた良否判定で不良と判断されたコイルおよびステーターであっても絶縁試験段階で復活することができるものがあり、不良による廃棄量をさらに低減することが可能となる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態およ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、およ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、または様々な組合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、５，５ａ，５ｂ　コイル、１１　コア、１２　インシュレーター、１５　渡り線、１６　導電性コイル用端子、１７　導電性接続部材、１８　コアバック部、１００　コイル製造装置、２００　欠陥部検出装置、２０１　液体槽、２０２　導電性液体、２０３，２０３ａ，２０３ｂ　湿式電極、２０４　クランプ、２０５　部分放電検出器、２０６　金属電極、３００　制御装置、３０１　プロセッサ、３０２　記憶装置、３１０　欠陥部位置記録装置、３１１　欠陥部位置算出処理部、３１２　コイル形状データ、３１３　欠陥部位置データ、４００　エンコーダ、４１０　補修装置、４１１　スプレーガン、４１２　抑え部材、４１３　過剰塗布箇所、５００　ステーター、６００　回転電機。

Claims (16)

  1. ボビンから引出されたマグネットワイヤーをコアに巻回してコイルを製造するコイル製造装置であって、
    巻回される前の前記マグネットワイヤーの欠陥部を検出する欠陥部検出装置と、
    巻回された後の前記コイルの上での前記欠陥部の位置を算出して、欠陥部位置データとして記録する欠陥部位置記録装置と、
    を備えたことを特徴とするコイル製造装置。
  2. 　前記欠陥部検出装置は、前記マグネットワイヤーの絶縁被膜の絶縁不良を前記欠陥部として検出することを特徴とする請求項１に記載のコイル製造装置。
  3. 　前記欠陥部検出装置は、前記マグネットワイヤーを湿式電極で挟み、前記湿式電極と前記マグネットワイヤーの端部との間に加えられた電圧による部分放電を測定することによって前記絶縁不良を検出することを特徴とする請求項２に記載のコイル製造装置。
  4. 　前記欠陥部位置記録装置は、
    前記欠陥部検出装置による巻回される前の前記マグネットワイヤーの前記欠陥部の検出信号と、
    エンコーダで計測される前記マグネットワイヤーの通過速度と、
    巻回される前記コイルの形状データと、
    から前記マグネットワイヤーの前記欠陥部の巻回された後の前記コイルの上での位置を算出して前記欠陥部位置データとして記録することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコイル製造装置。
  5. 　前記欠陥部検出装置によって検出された前記マグネットワイヤーの前記欠陥部を巻回される前に補修する補修装置を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコイル製造装置。
  6. 　前記補修装置は前記欠陥部の位置に補修材を塗布するスプレーガンと、塗布された後の前記マグネットワイヤーの前記欠陥部に生じた過剰塗装箇所を除去する抑え部を有することを特徴とする請求項５に記載のコイル製造装置。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコイル製造装置によって製造された前記コイルの良否判定を、前記欠陥部位置記録装置によって記録された前記欠陥部位置データによって行うことを特徴とするコイル製造方法。
  8. 　ボビンから引出されたマグネットワイヤーをコアに巻回してコイルを製造するコイル製造方法であって、前記マグネットワイヤーの欠陥部を検出する欠陥部検出工程と、
    巻回された後の前記コイルの上での前記欠陥部の位置を算出して、欠陥部位置データとして記録する欠陥部位置記録工程と、
    前記欠陥部位置記録工程において記録された前記欠陥部位置データによって、巻回後の前記コイルの良否判定を行い選別する選別工程と、
    を含むことを特徴とするコイル製造方法。
  9. 　前記欠陥部位置データにより、前記欠陥部から前記マグネットワイヤーが巻回された前記コアの露出面までの距離を算出して前記コイルの良否判定を行うことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のコイル製造方法。
  10. 　巻回後の前記コイルの上での前記マグネットワイヤーの前記欠陥部が複数箇所あり、前記欠陥部に対応して記録された前記欠陥部位置データから、複数の前記欠陥部の間の前記コイルの上での距離を算出して前記コイルの良否判定を行うことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のコイル製造方法。
  11. 　請求項５または請求項６に記載のコイル製造装置によって製造されたコイルの製造方法であって、前記欠陥部位置データに基づく前記コイルの良否判定で不良と判別された前記コイルに対して、さらに絶縁試験をして良否判定することを特徴とするコイル製造方法。
  12. 　請求項７または請求項８に記載のコイル製造方法によって製造された前記コイルを複数個組合せて配置されるステーターのステーター製造方法であって、
    前記欠陥部位置データから、複数の前記コイルの前記欠陥部の間の前記ステーターの上での距離を算出して前記ステーターの良否判定を行うことを特徴とするステーター製造方法。
  13. 　前記コイルを円環に構成される前の前記コイルのセットについて、円環に組上げる前に前記ステーターの上での距離を算出して、前記ステーターの良否判定を行うことを特徴とする請求項１２に記載のステーター製造方法。
  14. 　前記ステーターの良否判定で良品となった場合に前記ステーターの絶縁試験を実施することを特徴とする請求項１３に記載のステーター製造方法。
  15. 　請求項７または請求項８に記載のコイル製造方法によって製造された前記コイルを複数個組合せて配置されるステーターのステーター製造方法であって、
    前記欠陥部位置データによって前記ステーターでの前記コイルの組合せを決定して配置することを特徴とするステーター製造方法。
  16. 　請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のステーター製造方法によって製造された前記ステーターにロータを組み付けることを特徴とする回転電機製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6399745A (ja) * 1986-10-15 1988-05-02 Toshiba Corp 回転電機巻線の欠陥検出装置
JP2017515120A (ja) * 2014-05-06 2017-06-08 シーメンス アクティエンゲゼルシャフト ターン間欠陥を検出するための装置及び方法並びに電気機械

Patent Citations (2)

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