JP2006300532A - コイルの品質検査方法、及び、コイルの品質検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部分放電開始電圧の合格基準をクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を知見すること、及び、上記相関関係を考慮した管理基準を設定することを可能とする検査方法と、この検査方法を実施するための検査装置を提案する。
【解決手段】互いに絶縁される複数のコイルを取り付けたコイル製品１を収容する容器２と、前記容器内に設けられる電極２ａと、前記電極２ａと接続される電源装置４と、前記電極２ａに通電される電流値を測定するための電流測定装置５と、前記コイル製品１の複数のコイルと各別に接続される端子（端子群７・８）と、前記端子と接続され、前記各コイル間で通電が開始される電圧を測定する部分放電開始電圧測定装置６と、を具備するコイルの品質検査装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルに発生した傷を検出する品質検査方法に関するものであり、より詳しくは、コイル傷の発生箇所、大きさ、部分放電開始電圧を測定することでコイルの品質検査を行う技術に関するものである。

従来、モータのステータに組み付けられるステータコイル等のコイルの品質検査に関して、コイルを通電性の溶液中に浸漬し、液槽内の電極との間の電流を測定し、コイル傷の位置とコイル傷による漏れ電流の大きさを測定し、コイル傷の大きさを検査する技術が周知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
また、コイル間の部分放電開始電圧を測定し、コイルの絶縁性能を検査する技術も周知となっている（例えば、特許文献２参照。）。

各メーカーにおいては、このような検査方法を用い、独自に設定した製品評価合格基準をクリアした製品を合格品として出荷することとしており、例えば、コイル傷（絶縁膜の損傷）が大きい場合（漏れ電流値が基準値よりも大きい場合）には、このコイル傷の大きさをもって不合格判定とすることや、部分放電開始電圧が低い場合（絶縁性能が悪く、低電圧で導通してしまう場合）には、この部分放電開始電圧をもって不合格判定とすることが行われている。
特開２００２−１５６３５１号公報 特開平４−１４７０６５号公報

上述した従来の二つの検査方法は、互いに関連付けられることなく、単独で実施されるものであり、図５に示すごとく、各コイル６１・６２・６３のコイル傷６１ａ・６２ａ・６３ａ（絶縁膜７１・７２・７３の損傷）の大きさ、各コイル６１・６２・６３のコイル傷間の距離Ｌａ・Ｌｂ・Ｌｃ、及び、部分放電開始電圧Ｖａ・Ｖｂ・Ｖｃの相関関係の分析は行われていなかった。
この点、各コイル傷の大きさ、各コイル傷間の距離、及び、各コイル間の部分放電開始電圧を照らし合わせ、傷の大きさ及び距離が、部分放電開始電圧に対してどのように影響するかを分析することによれば、部分放電開始電圧の合格基準をクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を知見することができ、この求めたコイル傷の大きさ・距離を、製造過程における管理基準として利用することができることになる。

従来の製造過程においては、上記相関関係を考慮した管理基準を設定していなかったため、製造過程におけるコイル傷等のコイルダメージを、どのレベルまで管理する必要があるかが明確でなかった。そして、最終製品の検査段階において不合格判定された場合には、不良製品として廃棄しなければならなかったのである。
この点、上記相関関係を考慮した管理基準を設定し、この管理基準に基づいて、コイル製品を製造することによれば、最終製品においては、確実に合格判定を得ることができるようになる。

そこで、本発明は、部分放電開始電圧の合格基準をクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を知見すること、及び、上記相関関係を考慮した管理基準を設定することを可能とする検査方法と、この検査方法を実施するための検査装置を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、互いに絶縁される複数のコイルを取り付けたコイル製品の品質検査方法であって、導電性液体中に浸漬されるコイルに電圧を印加するとともに、導電性液体の水位を変化させることにより、コイル傷の検出、及び、コイル傷の大きさの判定が行われる第一工程と、前記コイル傷が検出された際の水位からコイル傷の位置の判定が行われる第二工程と、コイル製品の複数あるコイルのなかから、二本のコイルからなるコイル組を設定し、各コイル組のコイル傷の大きさの合成値の算出が行われる第三工程と、前記コイル傷の位置に基づいて各コイル組のコイル傷間距離の算出が行われる第四工程と、各コイル組のコイル間で通電が開始される際の部分放電開始電圧の測定が各コイル組について行われる第五工程と、を有するコイルの品質検査方法とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、互いに絶縁される複数のコイルを取り付けたコイル製品を収容する容器と、前記容器内に設けられる電極と、前記電極と接続される電源装置と、前記電極に通電される電流値を測定するための電流測定装置と、前記コイル製品の複数のコイルと各別に接続される端子と、前記端子と接続され、前記各コイル間で通電が開始される電圧を測定する部分放電開始電圧測定装置と、を具備し、前記コイルに電圧を印加するとともに、前記容器内に次第に水位を上昇させるように導電性液体を供給し、前記コイルと電極との間の通電開始を検知することでコイル傷を検出し、前記コイル傷の検出後、前記部分放電開始電圧測定装置により、各コイル間の部分放電開始電圧を測定する構成とする、コイルの品質検査装置とするものである。

また、請求項３に記載のごとく、前記電流測定装置にて測定される電流値からコイル傷の大きさを判定するコイル傷大きさ判定装置と、前記導電性液体の水位と前記電流測定装置の電流値の関係から前記コイル傷の位置を判定するコイル傷位置判定装置と、二本のコイルからなるコイル組に存在するコイル傷の大きさを合計した値を各コイル組について算出するコイル傷合成値算出装置と、前記各コイル組において二本のコイルにそれぞれ存在するコイル傷間の距離を算出するコイル傷間距離算出装置と、前記部分放電開始電圧測定装置にて測定される電圧値から各コイル間の部分放電開始電圧を判定する部分放電開始電圧判定装置と、前記コイル傷の大きさ、コイル傷間の距離、及び部分放電開始電圧を出力するための出力装置と、を具備する構成とするものである。

以上の請求項１に記載の発明では、検査結果を解析することにより、部分放電開始電圧の合格基準をクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を知見することができる。また、以上のように解析を行い、部分放電開始電圧の合格基準Ｖをクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を、製造過程における管理基準として利用することができることになる。また、この管理基準に基づいて、コイル製品を製造することによれば、最終製品においては、確実に合格判定を得ることができるようになり、最終製品の検査段階における不合格判定を回避でき、不良製品の廃棄の問題を解消することができる。

また、請求項２及び請求項３に記載の発明では、検査結果を解析することにより、部分放電開始電圧の合格基準をクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を知見することができる。また、以上のように解析を行い、部分放電開始電圧の合格基準Ｖをクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を、製造過程における管理基準として利用することができることになる。また、この管理基準に基づいて、コイル製品を製造することによれば、最終製品においては、確実に合格判定を得ることができるようになり、最終製品の検査段階における不合格判定を回避でき、不良製品の廃棄の問題を解消することができる。
また、本発明の装置構成により、コイル傷の検出と、部分放電開始電圧の測定を一つの装置で実施することができる。

本発明では、図１に示すごとくの装置構成により、コイル製品１のコイル傷１ａの大きさ、各コイルのコイル傷１ａ・１ｂ間の距離、及び、部分放電開始電圧の測定・算出を行うことを可能とするものであり、一つの装置によってこれら全てを実施できる点において特徴を有している。図１の上側では、コイル傷１ａの大きさを測定する場合の装置の状態を示しており、下側では、部分放電開始電圧を測定する場合の装置の状態を示している。

図１に示すごとく、本発明に係るコイルの品質検査装置は、互いに絶縁される複数のコイルを取り付けたコイル製品１を収容する容器２と、前記容器２内に設けられる電極２ａと、前記電極２ａと接続される電源装置４と、前記電極２ａに通電される電流値を測定するための電流測定装置５と、前記コイル製品１の複数のコイルと各別に接続される端子（端子群７・８）と、前記端子（端子群７・８）と接続され、前記各コイル間で通電が開始される電圧を測定する部分放電開始電圧測定装置６と、を具備し、前記コイルに電圧を印加するとともに、前記容器２内に次第に水位を上昇させるように導電性液体１１を供給し、前記コイルと電極２ａとの間の通電開始を検知することでコイル傷を検出し、前記コイル傷の検出後、前記部分放電開始電圧測定装置６により、各コイル間の部分放電開始電圧を測定する構成とするものである。

また、前記電流測定装置５にて測定される電流値からコイル傷の大きさを判定するコイル傷大きさ判定装置２１と、前記導電性液体１１の水位と前記電流測定装置５の電流値の関係から前記コイル傷の位置を判定するコイル傷位置判定装置２２と、二本のコイルからなるコイル組に存在するコイル傷の大きさを合計した値を各コイル組について算出するコイル傷合成値算出装置２３と、前記各コイル組において二本のコイルにそれぞれ存在するコイル傷間の距離を算出するコイル傷間距離算出装置２４と、前記部分放電開始電圧測定装置６にて測定される電圧値から各コイル間の部分放電開始電圧を判定する部分放電開始電圧判定装置２５と、前記コイル傷の大きさ、コイル傷間の距離、及び部分放電開始電圧を出力するための出力装置２６と、を具備する構成としている。

そして、図１に示すごとくの装置構成とし、図２に示すごとくのフローにて品質検査が行われる。
まず、コイル傷の検出、及び、コイル傷の大きさの判定が行われる（図２のＳ１０１）。
図１の上側に示す装置において、容器２内に導電性液体１１が貯溜されていない状態で、前記容器２にコイル製品１をセットして、コイルの一つを端子群７の一つの端子に接続するとともに、スイッチ９ｂ・９ｄ・９ｃをＯＮとして、電極２ａとコイルの間に電圧を印加する。この場合、前記端子群７に接続されたコイルが、コイル傷の検出対象とされる。
尚、コイル製品１が３相モータのステータコイルである場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相といった順にコイルを順番に端子群７に接続し、各相の各コイルについてのコイル傷の検出が行われることとする。

そして、容器２内に導電性液体１１を供給してその水位を次第に上昇させ、コイル傷が存在する位置まで水位が到達すると、導電性液体１１を介してコイル傷と電極２ａの間の通電が開始される。この通電の開始を検知することで、コイル傷の検出を行っている。つまり、コイル傷が存在する位置に導電性液体１１が達するまではコイルと電極２ａとの間に電流は流れないが、コイル傷の位置まで達するとコイルと電極２ａとの間に漏れ電流が流れるようになる。この漏れ電流の「無→有」の変化を検知することで、コイル傷の有無を検出している。
尚、前記導電性液体１１については、例えば、絶縁被覆されたコイルに対して腐食性がなく、電子装置の洗浄に用いられる、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）等のフッ素系不活性液体に、導電性を備えたアルコール系溶液を混合してなる溶液が好適である。

前記電流測定装置５は、この通電がされた際の電流値を測定し、前記コイル傷大きさ判定装置２１は、この電流値の大きさに基づいてコイル傷の大きさを判定する。
また、前記端子群７には、各コイルと同数の端子が設けられており、図４（ａ）に示すごとく、各コイルについて前記電流値の測定が行われるようになっており、例えば、データＤａ１については、Ｎｏ．１のコイルの電流値（コイル傷の大きさ）が示され、データＤａ２については、Ｎｏ．２のコイルの電流値（コイル傷の大きさ）が示されるようにしている。

また、以上のコイル傷の検出とともに、コイル傷の位置の判定が行われる（３次元座標位置の特定）（Ｓ１０２）。
コイル傷位置判定装置２２は、通電が開始された際の導電性液体１１の水位（容器２床面からの水面までの液高さ）に基づいて、コイル傷の高さ位置を判定する。このコイル傷の高さ位置の判定は、図３に示すごとく、コイル製品１の設置の姿勢を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の３方向に変更して行われ、これにより、コイル傷位置判定装置２２では、コイル傷１ａの３次元座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）が特定できるようになっている。
このコイル傷の３次元座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）の特定は、各コイルについて行われる。
尚、通電が開始された際の導電性液体１１の水位の検出方法については、例えば、容器２内に液高さを検出するためのセンサを設け、このセンサの検出値に基づいて認識することが考えられ、特に限定するものではない。

以上のようにして、各コイルについて、コイル傷の大きさと、３次元座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）が判定される。
次に、コイル傷合成値算出装置２３により、各コイル組のコイル傷の大きさの合成値の算出が行われる（Ｓ１０３）。
ここで、コイル傷の大きさの合成値とは、図４（ｂ）に示すごとく、コイル製品１の複数あるコイルのなかから、二本のコイルからなるコイル組を設定し、二本のコイルに存在するコイル傷の大きさの合計を、前記Ｓ１０１で求めた各コイルのコイル傷の大きさに基づいて、各コイル組について算出される値である。例えば、データＤｂ１については、Ｎｏ．１のコイルと、Ｎｏ．２のコイルのコイル傷の大きさを合計して求まる値であり、各コイルのコイル傷の大きさは、図４（ａ）に示すデータＤａ１・Ｄａ２に基づくものである。
尚、コイル製品１が３相モータのステータコイルである場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のコイル同士についてコイル組が設定され、同相におけるコイル傷の大きさの合成値が算出される。

次に、コイル傷間距離算出装置２４により、各コイル組のコイル傷間距離の算出が行われる（Ｓ１０４）。
ここで、このコイル傷間の距離とは、前記各組において二本のコイルにそれぞれ存在するコイル傷間の距離をいうものであり、既に特定された各コイル傷の３次元座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）に基づいて算出される値である。このコイル傷間の距離は、図４（ｃ）に示すごとく、例えば、データＤｃ１については、コイル製品１の複数あるコイルのなかのＮｏ．１のコイルと、Ｎｏ．２のコイルにそれぞれ存在するコイル傷の間の距離であり、この距離の算出は、二本のコイルのすべての組み合わせについて実施される。また、この距離の算出は、各コイル傷の３次元座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）を元に行われる。

以上のＳ１０１〜Ｓ１０４は、図１の上側に示される装置構成により実施される。
即ち、容器２内にコイル製品１をセットし、電源装置４にて電極２ａとコイルとの間に電圧を印加し、容器２内に次第に水位を上昇させるように導電性液体１１を供給し、前記電流測定装置５にて前記電極２ａに通電される電流値が測定される構成とするものである。
また、前記容器２には、導電性液体供給装置１０が接続されており、該導電性液体供給装置１０から導電性液体１１が容器２内へと供給されて、容器２内の導電性液体１１の水位が次第に上昇するように構成されている。
また、前記容器２には、サブタンク３が接続されており、コイル傷の検出後、適宜、容器２内の導電性液体１１がサブタンク３内へと排出されるように構成されている。

次に、各コイル組の部分放電開始電圧の測定が行われる（Ｓ１０５）。
この部分放電開始電圧の測定は、図１の下側に示す装置構成により実施される。
前記Ｓ１０１〜Ｓ１０４によるコイル傷の検出後、コイル傷検出時に貯溜された容器２内の導電性液体１１をサブタンク３内へ排出し、容器２を空の状態とする。また、コイル製品１の複数あるコイルのなかから、二本のコイルからなるコイル組を設定し、一方のコイルを端子群７へ、他方のコイルを端子群８へと接続する。

そして、スイッチ９ａ・９ｅ・９ｆをＯＮとし、部分放電開始電圧測定装置６によって二本のコイルに対し徐々に大きな電圧を印加して、通電が開始された際の電圧、即ち、部分放電開始電圧の測定を行う。
尚、部分放電開始電圧測定装置６は周知の技術にて構成されるものであり、特別な装置構成に限定されるものではない。

この部分放電開始電圧の測定は、図４（ｄ）に示すごとく、例えば、データＤｄ１については、コイル製品１の複数あるコイルのなかのＮｏ．１のコイルと、Ｎｏ．２のコイルの間に電圧を印加することで行われるものであり、この部分放電開始電圧の測定は、端子群７・８に対するコイルの接続を切り換えることにより、二本のコイルのすべての組み合わせについて実施される。
尚、コイル製品１が３相モータのステータコイルである場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の各コイルについてコイル組が設定され、同相のコイル間の部分放電開始電圧の測定が行われることとする。

以上のような検査方法を実施することにより、図４（ａ）〜（ｄ）のデータを得て出力装置２６より出力し、該データを解析することによって、部分放電開始電圧の合格基準をクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を知見することができるようになる。
即ち、互いに絶縁される複数のコイルを取り付けたコイル製品１の品質検査方法であって、導電性液体中に浸漬されるコイルに電圧を印加するとともに、導電性液体の水位を変化させることにより、コイル傷の検出、及び、コイル傷の大きさの判定が行われる第一工程（Ｓ１０１）と、前記コイル傷が検出された際の水位からコイル傷の位置の判定が行われる第二工程（Ｓ１０２）と、コイル製品１の複数あるコイルのなかから、二本のコイルからなるコイル組を設定し、前記コイル傷の位置に基づいて各コイル組のコイル傷の大きさの合成値の算出が行われる第三工程（Ｓ１０３）と、前記コイル傷の位置に基づいて各コイル組のコイル傷間距離の算出が行われる第四工程（Ｓ１０４）と、各コイル組のコイル間で通電が開始される際の部分放電開始電圧の測定が行われる第五工程（Ｓ１０５）と、を有するコイルの品質検査方法とするものである。

そして、これらのデータに基づき、各コイル傷の大きさ、各コイル組のコイル傷間の距離、及び、各コイル組の部分放電開始電圧を照らし合わせ、傷の大きさ及び距離が、部分放電開始電圧に対してどのように影響するかを分析することによれば、部分放電開始電圧の合格基準をクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を知見することができる。
例えば、図４（ｄ）のデータＤｄ２に着目した場合、部分放電開始電圧の合格基準Ｖをクリアしているが、図４（ｂ）のデータＤｂ２では、コイル傷の大きさの合成値は大きいことを示しており、図４（ｃ）のデータＤｃ２では、コイル傷の距離が大きいことが解る。
これらを総合判断すると、図４（ｂ）のデータＤｂ２によればコイル傷の大きさの合成値は大きいものの、図４（ｃ）のデータＤｃ２によればコイル傷の距離が大きいため、このコイル傷の距離が大きいことによって、Ｎｏ．２・３のコイル間での放電が起こりにくく、部分放電開始電圧の合格基準Ｖをクリアできるものと解析できる。

また、コイル製品１が３相モータのステータコイルである場合には、前述のように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の各コイルについてコイル傷の検出、部分放電開始電圧の測定を行うことにより、各相の各コイルに関連するコイル傷、コイル傷間の距離、部分放電開始電圧を解析することができる。

また、以上のように解析を行い、部分放電開始電圧の合格基準Ｖをクリアするためのコイル傷の大きさ・距離を、製造過程における管理基準として利用することができることになる。
また、この管理基準に基づいて、コイル製品を製造することによれば、最終製品においては、確実に合格判定を得ることができるようになり、最終製品の検査段階における不合格判定を回避でき、不良製品の廃棄の問題を解消することができる。

また、一つのコイルに複数のコイル傷が存在する場合には、各コイル傷についてコイル傷の大きさ、３次元座標位置を特定するとともに、他のコイルのコイル傷との間でのコイル傷の距離を算出することによれば、各コイル傷の存在と部分放電開始電圧との相関関係の解析をすることができる。
尚、一つのコイルに複数のコイル傷が存在する場合では、前述のコイル傷の検出の際に、電流値の変化と、電流値が変化したときの導電性液体１１の水位を解析することにより、各コイル傷の大きさと、３次元座標位置を特定することができる。

本発明にかかるコイルの品質検査装置の構成について示す図。 品質検査のフローについて示す図。 コイル傷の３次元座標位置を特定するためのコイル製品の姿勢の変更について示す図。 （ａ）は、各コイルのコイル傷の大きさに関するデータについて示す図。（ｂ）は、各コイル組のコイル傷の大きさの合成値に関するデータについて示す図。（ｃ）は、各コイル組のコイル傷の距離に関するデータについて示す図。（ｄ）は、各コイル組の部分放電開始電圧に関するデータについて示す図。 コイル傷について説明する図。

符号の説明

１ コイル製品
１ａ コイル傷
２ 容器
２ａ 電極
４ 電源装置
５ 電流測定装置
６ 部分放電開始電圧

Claims (3)

1. 互いに絶縁される複数のコイルを取り付けたコイル製品の品質検査方法であって、
   導電性液体中に浸漬されるコイルに電圧を印加するとともに、導電性液体の水位を変化させることにより、コイル傷の検出、及び、コイル傷の大きさの判定が行われる第一工程と、
   前記コイル傷が検出された際の水位からコイル傷の位置の判定が行われる第二工程と、
   コイル製品の複数あるコイルのなかから、二本のコイルからなるコイル組を設定し、各コイル組のコイル傷の大きさの合成値の算出が行われる第三工程と、
   前記コイル傷の位置に基づいて各コイル組のコイル傷間距離の算出が行われる第四工程と、
   各コイル組のコイル間で通電が開始される際の部分放電開始電圧の測定が各コイル組について行われる第五工程と、
   を有するコイルの品質検査方法。
2. 互いに絶縁される複数のコイルを取り付けたコイル製品を収容する容器と、
   前記容器内に設けられる電極と、
   前記電極と接続される電源装置と、
   前記電極に通電される電流値を測定するための電流測定装置と、
   前記コイル製品の複数のコイルと各別に接続される端子と、
   前記端子と接続され、前記各コイル間で通電が開始される電圧を測定する部分放電開始電圧測定装置と、を具備し、
   前記コイルに電圧を印加するとともに、前記容器内に次第に水位を上昇させるように導電性液体を供給し、前記コイルと電極との間の通電開始を検知することでコイル傷を検出し、
   前記コイル傷の検出後、前記部分放電開始電圧測定装置により、各コイル間の部分放電開始電圧を測定する構成とする、コイルの品質検査装置。
3. 前記電流測定装置にて測定される電流値からコイル傷の大きさを判定するコイル傷大きさ判定装置と、
   前記導電性液体の水位と前記電流測定装置の電流値の関係から前記コイル傷の位置を判定するコイル傷位置判定装置と、
   二本のコイルからなるコイル組に存在するコイル傷の大きさを合計した値を各コイル組について算出するコイル傷合成値算出装置と、
   前記各コイル組において二本のコイルにそれぞれ存在するコイル傷間の距離を算出するコイル傷間距離算出装置と、
   前記部分放電開始電圧測定装置にて測定される電圧値から各コイル間の部分放電開始電圧を判定する部分放電開始電圧判定装置と、
   前記コイル傷の大きさ、コイル傷間の距離、及び部分放電開始電圧を出力するための出力装置と、を具備する、ことを特徴とする、請求項２に記載のコイルの品質検査装置。

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