(57)【要約】【課題】コイルの被覆電線の傷を、小さい傷まで精度よく検出できるようにし、ボビン内の被覆電線の量や挿入するコイルの巻線量によって検出できる傷の大きさが変わることなく、検出した傷の大きさを計測あるいは判別でき、指定された大きさ以上の傷のみを検出することも可能にする。【解決手段】ボビン２０に収納された被覆電線の終端とボビン２０から引き出された被覆電線Ｗが巻線機１０内で接触する導体との間に、直流電源３２及び交流電源３３によって抵抗３１を介して直流に交流を重畳した電圧を印加する。そして、被覆電線の傷の部分が巻線機１０内の導体に接触したとき、ボビン２０内に巻かれて収納された被覆電線の容量成分を通して、抵抗３１に交流電流が流れ、その両端子間に発生する電圧によって、通電チェック回路３４が被覆電線の通電状況をチェックして、その傷を検出する。【選択図】    図１
2019095390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンに収納された被覆電線によってコイルを形成する巻線機に適用して、前記コイルを形成する被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
前記ボビンに収納された被覆電線の終端と該ボビンから引き出された被覆電線が前記巻線機内で接触する導体との間に、電圧発生用の抵抗を介して交流電圧又は直流に交流を重畳した電圧を印加する電源と、
前記抵抗に発生する電圧から前記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする電線傷検出装置。
【請求項２】
被覆電線によって予め巻線されたコイルをコアに挿入するコイル挿入装置に適用して、前記コイルにおける被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
前記予め巻線されたコイルを形成する被覆電線の一端と、該被覆電線が前記コイル挿入装置内で接触する導体との間に、電圧発生用の抵抗を介して交流電圧又は直流に交流を重畳した電圧を印加する電源と、
前記抵抗に発生する電圧から前記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする電線傷検出装置。
【請求項３】
前記交流電圧又は直流に重畳する交流電圧が、４０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの正弦波交流電圧であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電線傷検出装置。
【請求項４】
前記通電チェック回路が、前記抵抗に発生する電圧を入力して増幅する入力増幅部と、該入力増幅部の出力電圧を整流し、増幅及び波形整形する整流・増幅・波形整形部と、該整流・増幅・波形整形部の検出信号から傷有り信号を生成する回路とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電線傷検出装置。
【請求項５】
前記傷有り信号を生成する回路が、前記整流・増幅・波形整形部による検出信号が選択指定された信号幅を超えたときにパルス信号を出力する信号幅チェック部と、前記パルス信号を所望のパルス幅の信号に拡張変換して出力する傷有り信号出力部とから成ることを特徴とする請求項４に記載の電線傷検出装置。
【請求項６】
前記信号幅チェック部が、前記整流・増幅・波形整形部による検出信号を、それぞれ抵抗値が異なる複数の抵抗と各選択スイッチとの複数の直列回路のいずれかを介して共通のコンデンサに印加する時定数を選択可能な積分回路と、前記コンデンサの充電電圧が閾値に達したときに前記パルス信号を出力する回路とから成ることを特徴とする請求項５に記載の電線傷検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被覆電線を巻線して磁界発生用のコイルを形成するときに用いられる電線傷検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータやダイナモ又はトランス等の電磁機器のコアに巻線を施す方法として、巻線機によってそれらのコアに被覆電線を直接巻いてコイルを形成する方法と、被覆電線によって予めコイルを形成し、そのコイルをコイル挿入装置によってコアに挿入する方法とがある。
【０００３】
被覆電線としては一般に、エナメルで被覆した銅線（場合によってはアルミ線）が使用される。その被覆電線は、コイル形成後もその全長に亘って銅線等の外周面がエナメルによる絶縁被膜で完全に被覆されていることが望ましい。
しかし、例えば巻線機によってコイルを形成するためにボビンから引き出された被覆電線は、複数個所でガイド筒又は巻線ノズル等によって走行方向を変えられ、その走行方向が変わる箇所でガイド筒又は巻線ノズル等と強くこすれ合って、絶縁被膜に傷が生じることがある。また、巻線されたコイルをコイル挿入装置によってコアに挿入する際にも、電線の絶縁被膜に傷が生じることがある。
【０００４】
磁界発生用のコイルを形成する被覆電線にこのような傷が生じると、モータ等の駆動時に隣接する電線同士又はコアとの間に短絡が発生して過大な電流が流れ、機能が低下するばかりか、過熱によって発火に至る恐れもある。
そのため、従来から直巻巻線機によるコイル形成中、あるいはコイル挿入装置によってコイルをコアに挿入する際に、コイルを形成する被覆電線の傷を検出しており、例えば特許文献１に記載されているようなコイルの傷検出装置が使用されている。
【０００５】
そのコイルの傷検出装置では、ボビンから引き出されるかコイルを形成した被覆電線の一端を接続する端子と、巻線機又はコイル挿入装置における被覆電線と接触する部分（巻線ノズル等）に導通する端子との間に、電流制限抵抗を介して直流電圧を印加する。
そして、電線の絶縁被膜に傷がある箇所が上記部分を通過したときに電線に流れる短絡電流を、フォトカプラ等によって検出して警報信号を発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１７５６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来のコイルの傷検出装置は、直流電源によって被覆電線とそれに接触する導体との間に直流電圧を印加して、傷のある部分が通過する際に流れる短絡電流を検出するため、被覆電線の傷がかなり大きくないとその電流を検出できなかった。
その理由は、ボビン内には長い被覆電線がコイル状に何重にも巻回されて収納されており、そのボビンＢ内の被覆電線は図９に等価回路で示すように、抵抗成分Ｒとインダクタンス（リアクタンス）成分Ｌを有しているため、引き出された被覆電線の傷（スイッチＳＷに相当する）を通して、ボビンＢ内の被覆電線Ｗの両端ａ、ｂ間に直流電圧Ｅｓが印加されても、インダクタンス成分Ｌによって電流の急な流れが阻止され、短絡電流ｉ（ｔ）は図１０に示すように徐々に増加するためである。
【０００８】
ここで、巻線機による巻線動作中における被覆電線の傷による短絡時間をｔとすると、短絡電流ｉ(ｔ)は、ｉ(ｔ)＝(Ｅｓ／Ｒ)(１−ｅ−ｔ／τ）となる。τは時定数であり、τ＝Ｌ／Ｒである。この短絡電流ｉ(ｔ)が検出の閾値ｉｒに達した時に傷ありと検出される。
短絡時間ｔは、被覆電線の傷の部分が導体を通過することによって直流電圧Ｅｓが印加される時間である。しかし、この短絡時間ｔが短く、短絡電流ｉ（ｔ）が閾値ｉｒに達しないうちに直流電圧Ｅｓの印加がなされなくなると、その電流すなわち傷ありを検出できないことになる。
【０００９】
特許文献１に記載された例では、直流の印加電圧がかなり大きい４８Ｖでも、傷の長さが１０ｍｍ以上でないと確実に検出できない。被覆電線の線速度が５ｍ／ｓｅｃの場合、長さ１０ｍｍの傷が通過する時間（短絡時間ｔ）は２ｍｓｅｃになる。印加電圧を小さくすると、それすら確実に検出できなくなる。したがって、短絡時間が２００μｓｅｃ（傷の長さ１ｍｍ）や１００μｓｅｃ（傷の長さ０．５ｍｍ）のような傷は検出できない。
【００１０】
また、図９に示したボビンＢ内の被覆電線Ｗのインダクタンス成分Ｌは、被覆電線Ｗが沢山巻かれて収納されている場合は大きく、巻線の継続に伴ってボビンＢ内の被覆電線Ｗが減少するに従って小さくなる。それによって、図１０に示した短絡電流ｉ(ｔ)の立上り速度が速くなり、短絡電流ｉ(ｔ)を検出できる短絡時間ｔが短くなるため、検出できる傷の大きさが小さくなる。
したがって、ボビン内の被覆電線の量によって、検出可能な傷の大きさが変動し、巻線工程において、常に同じ精度で被覆電線の傷を検出することができないという問題もあった。コイル挿入装置に適用する場合も、挿入するコイルの巻線量によってインダクタンス成分が変わるため、同様な問題が生じる。
【００１１】
さらに、従来のコイルの傷検出装置は、コイルを形成する被覆電線における傷を、装置の検出精度に応じて検出するだけであり、傷の大きさを計測あるいは判別することはできず、ボビン内の被覆電線の量や挿入するコイルの巻線量に係わらず、指定された大きさ以上の傷のみを検出するようなことはできなかった。
【００１２】
この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、コイルを形成する被覆電線の傷を、従来の傷検出装置よりも小さい傷まで精度よく検出できるようにし、ボビン内の被覆電線の量や挿入するコイルの巻線量によって検出できる傷の大きさが変わることなく、検出した傷の大きさを計測あるいは判別でき、指定された大きさ以上の傷のみを検出することも可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は上記の目的を達成するため、ボビンに収納された被覆電線によってコイルを形成する巻線機に適用して、コイルを形成する被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
上記ボビンに収納された被覆電線の終端と該ボビンから引き出された被覆電線が上記巻線機内で接触する導体との間に、電圧発生用の抵抗を介して交流電圧又は直流に交流を重畳した電圧を印加する電源と、上記抵抗に発生する電圧から上記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、被覆電線によって予め巻線されたコイルをコアに挿入するコイル挿入装置に適用して、上記コイルにおける被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
上記予め巻線されたコイルを形成する被覆電線の一端と、その被覆電線が上記コイル挿入装置内で接触する導体との間に、電圧発生用の抵抗を介して交流電圧又は直流に交流を重畳した電圧を印加する電源と、上記抵抗に発生する電圧から通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記交流電圧又は直流に重畳する交流電圧は、４０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの正弦波交流電圧であるのが望ましい。
上記通電チェック回路は、上記抵抗に発生する電圧を入力して増幅する入力増幅部と、その入力増幅部の出力電圧を整流し、増幅及び波形整形する整流・増幅・波形整形部と、その整流・増幅・波形整形部の検出信号から傷有り信号を生成する回路とを有するとよい。
【００１６】
上記傷有り信号を生成する回路は、上記整流・増幅・波形整形部による検出信号が選択指定された信号幅を超えたときにパルス信号を出力する信号幅チェック部と、そのパルス信号を所望のパルス幅の信号に拡張変換して出力する傷有り信号出力部とから成るとよい。
上記信号幅チェック部は、上記整流・増幅・波形整形部による検出信号を、それぞれ抵抗値が異なる複数の抵抗と各選択スイッチとの複数の直列回路のいずれかを介して共通のコンデンサに印加する時定数を選択可能な積分回路と、上記コンデンサの充電電圧が閾値に達したときに上記パルス信号を出力する回路とから成るとよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による電線傷検出装置は、コイルの被覆電線の傷を、従来の傷検出装置よりも小さい傷まで精度よく検出でき、ボビン内の被覆電線の量や挿入するコイルの巻線量によって検出できる傷の大きさが変わることなく、検出した傷の大きさを計測あるいは判別でき、指定された大きさ以上の傷のみを検出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】巻線機に適用したこの発明による電線傷検出装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した電線傷検出装置の具体的な回路構成例を示すブロック回路図である。
【図３】図１の実施形態において、被覆電線に傷が有る部分の銅線が巻線機の導体に接触して短絡電流が流れる閉回路を等価回路で示す図である。
【図４】図１及び図２において、入力端子Ｐとアース端子Ｅとの間に印加する直流に交流を重畳した電圧の例を示す波形図である。
【図５】図４に示した電圧を印加した場合の被覆電線の短絡時間と抵抗３１に発生する電圧の例を示す波形図である。
【図６】図２に示す整流・増幅・波形整形部による検出信号Ｐａの例を示す波形図である。
【図７】図２に示す信号幅チェック部の機能を説明するための波形図である。
【図８】コイル挿入装置に適用したこの発明による電線傷検出装置の第２実施形態の概略構成を示す図である。
【図９】従来の電線傷検出装置を説明するためのボビン内の被覆電線の等価回路とその通電回路の説明図である。
【図１０】従来の電線傷検出装置による短絡時に印加される直流電圧と短絡電流の波形例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、巻線機に適用したこの発明による電線傷検出装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。この図１において、１０は巻線機、２０はボビン、３０は電線傷検出装置、４０は巻線機１を制御するコントローラである。
【００２０】
巻線機１０は直巻巻線機であり、本体１１と、その本体１１から上方に突出して、先端部に巻線ノズル１３を設けた電線ガイド筒１２を備えている。また、本体１１の上部側面にはホルダ１４が設けられており、そのホルダ１４にステータコア１を巻線ノズル１３が挿通可能に保持する。
巻線機１０の外部に被覆電線を大量に巻回して収納したボビン２０が配置され、そのボビン２０から被覆電線Ｗを引き出して、巻線機１０の本体１１内に導入し、電線ガイド筒１２の下端からその内部を通して巻線ノズル１３へ導き、その巻線ノズル１３の先端から導出する。
【００２１】
電線ガイド筒１２は、図示していない駆動機構によって、矢示Ａで示すように軸方向に往復スライドすると共に、矢示Ｂで示すように所定角度往復回動して、巻線ノズル１３をステータコア１の内歯の回りに周回させ、内歯の回りに被覆電線Ｗを巻き付けてコイル２を形成する。
一般に、複数個のボビン２０を配置しておき、１個のボビン内の被覆電線を使用しきると次のボビンに切り替えて、その被覆電線を引き出して使用する。
【００２２】
電線傷検出装置３０は、電流・電圧変換用の抵抗３１と、直流電源３２及び交流電源３３と、通電チェック回路３４とによって構成されている。そして、直流電源３２の負端子をアース端子Ｅに、正端子を抵抗３１の一方の端子にそれぞれ接続し、抵抗３１の他方の端子を交流電源３３を介して入力端子Ｐに接続している。この実施形態では、抵抗３１に並列にノイズ除去用のコンデンサを接続している。
通電チェック回路３４は、抵抗３１に電流が流れたときに両端子間に発生する電圧から、被覆電線の通電状況をチェックする。それによって、被覆電線の傷による短絡の発生を検出する。その検出した信号を、信号出力端子Ｓから出力してコントローラ４０に入力させる。
コントローラ４０は、巻線機１０の動作を制御する制御ユニットであり、巻線機１０とコネクタ１５，４１を介して信号ケーブルによって接続されている。コントローラ４０はまた、リレースイッチ２５のオン／オフも制御する。
【００２３】
ボビン２０に収納された被覆電線Ｗの終端を、リレースイッチ２５を介して、電線傷検出装置３０の入力端子Ｐに接続し、電線傷検出装置３０のアース端子Ｅを、巻線機１０の本体１１と共に接地する。巻線機１０内の電線ガイド筒１２及び巻線ノズル１３や、被覆電線Ｗをガイドする各部材もすべて、本体１１と導通して接地されている。
電線傷検出装置３０による被覆電線の傷検出を開始するときには、コントローラ４０がリレースイッチ２５をオン（ＯＮ）にするとともに、巻線機１０にステータコア１への巻線動作を開始させる。
【００２４】
電線傷検出装置３０では、入力端子Ｐとアース端子Ｅの間に抵抗３１を介して、直流電源３２による直流電圧に交流電源３３による交流電圧を重畳して印加する。したがって、ボビン２０に収納された被覆電線の終端とボビン２０から引き出された被覆電線Ｗが巻線機１０内で接触する導体との間に、電圧発生用の抵抗３１を介して直流に交流を重畳した電圧が印加される。
【００２５】
図２は、図１に示した電線傷検出装置３０の具体的な回路構成例を示すブロック回路図である。直流電源３２は、例えば装置の制御電源からツェナーダイオードで４Ｖ程度の一定電圧にクランプするとよい。
交流電源３３は、例えば５０ｋＨｚで波高値又は実効値が９Ｖ程度の正弦波交流電圧を発生する発振回路である。
【００２６】
直流電源３２の負端子は接地し、正端子を電流・電圧変換用の抵抗３１の一端に接続し、その抵抗３１の他端を交流電源３３を通して入力端子Ｐに接続している。抵抗３１と並列に、ノイズ除去用のコンデンサＣ１を接続している。
そして、抵抗３１に電流が流れたときに、その両端に発生する電圧によって被覆電線の通電をチェックする通電チェック回路３４は、入力増幅部３４１と、整流・増幅・波形整形部３４２と、信号幅チェック部３４３と、傷有り信号出力部３４４とによって構成されている。その詳細はそれらの動作と共に追って説明する。
【００２７】
巻線中に、被覆電線Ｗの被覆に傷があって、設置された導体に銅線が接触すると、図１に示した被覆電線Ｗ及びそれに直列に接続された電線傷検出装置３０内の抵抗３１及び直流電源３２と交流電源３３による閉回路が形成される。
その閉回路を等価回路で示すと図３のようになる。ボビン２０内に巻かれて収納された被覆電線Ｗは、抵抗成分Ｒとインダクタンス成分Ｌの他に、その直列回路に並列な容量成分（コンデンサに相当する）Ｃを有している。これはコイル状に巻かれた被覆電線の隣接するループ間に生じる浮遊容量の総和による。この発明はこの容量成分に着目し、そこに交流を流し、その電流を抵抗３１によって電圧に変換して検出するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
交流はインダクタンスは流れにくいが容量は流れやすく、数１０ｋＨｚの高い周波数の交流電圧が印加されると、位相は９０°進むが殆ど同じ波形の電流が流れる。
その電流ｉ(ｔ)を抵抗３１によって電圧Ｖ(ｔ)に変換して検出する。それによって、被覆電線Ｗの線速度が５ｍ／ｓｅｃの場合に通過時間が２００μｓｅｃ程度の傷、すなわち移動方向の長さが１ｍｍ程度の小さな傷も、容易に検出することができる。
図３におけるスイッチＳＷは、被覆電線に傷がある部分の銅線が巻線機の接地された導体に接触して短絡した場合に、スイッチＳＷがオンになると仮定したものである。
【００２９】
この実施例では、図１〜図３に示した直流電源３２が４Ｖの直流電圧を出力し、交流電源３３が周波数が５０ｋＨｚ（周期が２０μｓｅｃ）の正弦波で、波高値が±９Ｖの交流電圧を出力する。それを重畳させた図４に示す波形の電圧、すなわち４Ｖを中心として振幅１８Ｖの正弦波交流電圧を、入力端子Ｐとアース端子Ｅとの間に印加する。このように、比較的小さい電圧でよい。
巻線機１０内で被覆電線Ｗの傷の部分の銅線が接地された導体と接触すると、図３に示したスイッチＳＷがオンになった状態になり、印加電圧の交流成分がボビン２０内の被覆電線Ｗをその容量成分Ｃを通して流れ、短絡電流ｉ(ｔ)が図３に示した閉回路に流れる。
【００３０】
それによって、抵抗３１の両端子間に電圧Ｖ(ｔ)が発生する。その電圧Ｖ(ｔ)は、抵抗３１の抵抗値をＲとすると、Ｖ(ｔ)＝ｉ(ｔ)・Ｒとなる。
例えば、短絡時間ｔが２００μｓｅｃであった場合、図５に示すように、その短絡時間２００μｓｅｃの略全長に亘って５０ｋＨｚの正弦波交流電圧Ｖ(ｔ)が発生する。
この正弦波交流電圧Ｖ(ｔ)の波形は、ボビンの電線量が多くて、Ｌ成分が大きく、Ｃ成分も大きい時の状態である。Ｌ成分が大きいために、直流分が通過出来ずに、Ｃ成分を通過した交流分のみである。もし電源が直流のみであった場合には、短絡信号の立ち上がり時に、Ｃ成分を通る２０〜３０μｓｅｃ程度の微分パルスが発生するのみで、２００μｓｅｃの短絡時間ｔは測定不可である。
抵抗３１の両端子間に発生した正弦波交流電圧Ｖ(ｔ)を、図２に示した入力増幅部３４１に入力させて増幅する。
【００３１】
以下に、図２に示した通電チェック回路３４の各部の構成とその機能を説明する。
入力増幅部３４１は、トランジスタ又はオぺアンプを用いた増幅回路である。その入力増幅部３４１の出力は、図５に示した正弦波交流電圧Ｖ(ｔ)と相似波形の正弦波交流電圧信号である。
その交流電圧信号を整流・増幅・波形整形部３４２へ入力させる。その整流・増幅・波形整形部３４２は、入力する交流電圧信号を整流するダイオードＤ１・Ｄ２と、その整流電圧を平滑するコンデンサＣ２と、その出力電圧を増幅して波形整形するオペアンプＯＰ1とからなる。
【００３２】
図２に示した実施形態では、入力増幅部３４１は、入力する正弦波交流電圧Ｖ(ｔ)を反転増幅した交流電圧信号（−側）と、それをさらに反転した交流電圧信号（＋側）とを出力し、それをダイオードＤ２，Ｄ１によって全波整流し、コンデンサＣ２を充電して平滑する。
整流・増幅・波形整形部３４２の検出信号Ｐａは、図６に示すような所定の波高値Ｖａの矩形波電圧信号となり、その信号幅は傷の大きさに応じた短絡時間ｔに相当する。
なお、入力増幅部の構成によっては、全波整流回路としてダイオードブリッジ回路を用いることもでき、精度は低下するが整流回路として半波整流回路を使用することも可能である。
【００３３】
その検出信号Ｐａを信号幅チェック部３４３に入力して、選択指定された信号幅を超えた信号幅の検出信号Ｐａが入力したときにのみ一定パルス幅のパルス信号Ｐｂを出力する。そのパルス信号を傷有り信号出力部３４４によって、所望のパルス幅の信号に拡張変換して傷有り信号として出力する。この信号幅チェック部３４３と傷有り信号出力部３４４とによって、整流・増幅・波形整形部３４２の検出信号Ｐａから傷有り信号を生成する回路を構成している。
【００３４】
この実施形態における信号幅チェック部３４３は、整流・増幅・波形整形部３４２の検出信号Ｐａを、それぞれ抵抗値が異なる複数（ｎ個）の抵抗Ｒ１〜Ｒｎと各選択スイッチＳ１〜Ｓｎとのｎ個の直列回路のいずれかを介して共通のコンデンサＣ３に印加する時定数を選択可能な積分回路と、そのコンデンサＣ３の充電電圧が閾値に達したときに上記パルス信号Ｐｂを出力する回路を構成するオペアンプＯＰ２とから成る。
【００３５】
この信号幅チェック部３４３において、選択スイッチＳ１〜Ｓｎのうちのいずれか１個だけが選択的にオンされることによって、抵抗値が異なる抵抗Ｒ１〜Ｒｎのいずれか１個が選択されてコンデンサＣ３に接続されて積分回路を構成する。
その積分回路のコンデンサＣ３の充電電圧Ｖｃは、図６に示したように入力される検出信号Ｐａの波高値をＶａとすると、Ｖｃ＝Ｖａ(１−ｅ−ｔ／τ）となる。ｔは検出信号Ｐａの印加開始からの時間、τは時定数で、コンデンサＣ３の容量をＣ、選択された抵抗の抵抗値をＲとすると、τ＝Ｃ・Ｒである。
【００３６】
したがって、この信号幅チェック部３４３に検出信号Ｐａが入力すると、コンデンサＣ３の充電電圧Ｖｃは図７に例示するように、選択された抵抗の抵抗値に応じた時定数が小さい程速い速度で波高値をＶａの電圧まで上昇し、時定数が大きくなる程その上昇速度は遅くなる。
そして、コンデンサＣ３の充電電圧Ｖｃは設定した閾値Ｖｒに達したときに、オペアンプＯＰ２が一定パルス幅のパルス信号Ｐｂを出力する。
【００３７】
図７の（ａ）は抵抗Ｒ１が選択され、τ＝Ｃ・Ｒ１の場合で、このとき信号幅が１００μｓｅｃ以上の検出信号Ｐａが入力するとパルス信号Ｐｂを出力するように、抵抗Ｒ１の抵抗値を設定している。
図７の（ｂ）は抵抗Ｒ２が選択され、τ＝Ｃ・Ｒ２の場合で、このとき信号幅が２００μｓｅｃ以上の検出信号Ｐａが入力するとパルス信号Ｐｂを出力するように、抵抗Ｒ２の抵抗値を設定している。
【００３８】
抵抗Ｒ３〜Ｒｎの抵抗値についても、それぞれ所望の信号幅以上の検出信号Ｐａが入力した場合にオペアンプＯＰ２がパルス信号Ｐｂを出力するように、時定数τを変える値に設定する。
それによって、短絡時間が１００μｓｅｃ以上になる傷を検出したい場合は選択スイッチＳ１のみをオンにし、短絡時間が２００μｓｅｃ以上になる傷を検出したい場合は選択スイッチＳ２のみをオンにするというように、検出すべき最小の傷の大きさに応じて、選択スイッチＳ１〜Ｓｎを切替設定することができる。
このようにして、検出信号Ｐａによって検出した傷の大きさを計測あるいは判別でき、指定された大きさ以上の傷のみを検出することも可能にする。
【００３９】
なお、この実施形態では時定数回路を用いて検出信号Ｐａの信号幅（傷の大きさに対応する）を計測する例を説明したが、カウンターを用いて、検出信号Ｐａがハイレベルの間だけクロックパルスをカウントすることによって、信号幅を計測することもできる。その場合、予め設定したカウント値になった場合にだけ傷検知のパルス信号Ｐｂを出力することもできる。
【００４０】
信号幅チェック部３４３が出力するパルス信号Ｐｂのパルス幅は通常ｍｓｅｃ以下と短いため、傷有り信号出力部３４４によって後段の機器（この実施形態ではコントローラ４０）で受け取り可能なパルス幅（例えば０．２５ｓｅｃ）の信号に拡張変換して、信号出力端子Ｓから出力する。そのパルス幅の拡張変換は、単安定マルチバイブレータ等のパルス幅変換回路３４５で行い、その出力信号でオープンコレクタのトランジスタＱを制御して、常時はオフ状態にしておき、傷有り信号としてオン信号を出力する。
なお、トランジスタＱのコレクタに抵抗を介して電圧を印加しておき、常時はトランジスタＱをオフにしてハイレベルの信号を出力し、傷を検出したときにトランジスタＱをオンにして、傷有り信号としてローレベルの信号を出力するようにしてもよい。
【００４１】
傷有り信号出力部３４４から傷有り信号が出力して、それがコントローラ４０に入力すると、コントローラ４０は、リレースイッチ２５をオフにして傷の検出を停止すると共に、巻線機１０の巻線動作を停止させる。このとき、コントローラ４０は、自身が備えるか別に設けたブザー等の報知器を動作させて音で報知したり、表示器や警報灯によって視覚的に報知することもできる。
そして、巻線中のステータ及び巻線機１０内の被覆電線を除去して、巻線機１０に新たなステータコア１をセットし、ボビン２０から被覆電線の新たな部分を引き出して準備した後、巻線を再開する。
【００４２】
この電線傷検出装置３０によれば、ボビン２０内の被覆電線の量によって検出できる傷の大きさが変わることなく、検出した傷の大きさを計測あるいは判別でき、指定された大きさ以上の傷のみを検出することも可能である。
この実施形態による電線傷検出装置３０の構成及び機能の説明は以上であるが、その変更可能な例について説明する。
【００４３】
電源として直流に交流を重畳した電圧を印加する電源を使用したが、交流電源だけでも実施可能である。しかし、直流に交流を重畳した電圧を印加した方が、傷が大きくて短絡時間が長い場合や、ボビン２０内の被覆電線が少なくなって、容量成分及びリアクタンス成分がいずれも少なくなった場合などに、より安定した検出が可能になる。
【００４４】
交流電圧は正弦波形のものが望ましいが、三角波や矩形波の交流でも使用できないことはない。周波数は５０ｋＨｚ程度のかなり高い周波数の交流が望ましいが、用途によってはもう少し低い周波数の交流でも使用できる。５０ｋＨｚの場合は１周期が２０μｓｅｃであるから、検出電圧を全波整流する場合最大で１０μｓｅｃ（半周期）の誤差が生じ得ることになる。
巻線機１０は、モータ又はダイナモのステータコアに直接巻線する直巻巻線機として説明したが、上述した電線傷検出装置３０は、モータ又はダイナモのロータコアあるいはトランス等の電磁機器のコアに直接巻線する直巻巻線にも同様に適用できる。また、それらのコアへ挿入するコイルを予め形成する巻線機、あるいはコアレスのコイルを形成する巻線機にも適用できる。さらに、モータやダイナモ等の回転電機に限らず、リニアモータやトランス等の非回転電機のコイル形成においても同様に実施できる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
次に、この発明の第２実施形態について説明する。
図８は、コイル挿入装置に適用したこの発明によるコイルの電線傷検出装置の第２実施形態の概略構成を示す図であり、図１の各部と対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。通電チェック回路３４も、図２によって説明した例と同様である。
この第２実施形態の電線傷検出装置３０も、第１実施形態のものと同じ構成及び機能を有するが、コイル挿入装置５０によってコアに挿入されるコイル４を形成している被覆電線の一端を、リレースイッチ２５を介して、入力端子Ｐに接続している。
【００４６】
コイル挿入装置５０は、本体５１内に設けた図示していないホルダにステータコア３が保持され、その内歯に対応してブレード５２が環状に配列されている。そのブレード５２の外側にウエッジガイド５３が配置され、コイル挿入冶具５４を構成している。
ブレード５２の内側にはストリッパ５５が、駆動軸５６によって上下動可能に設けられている。５７はコントローラ４０と接続するためのコネクタである。
【００４７】
そして、予め巻線されたコイル４が、ブレード５２の所定の間隙に挿入されて保持され、ストリッパ５５が駆動軸５６によって押し上げられることによって、そのコイル４をステータコア３のスロットの所定の間隙に挿入する。その際、ウエッジガイド５３の間隙を通して、図示していないウエッジ（絶縁材）をステータコア３のスロットの開口部内周に挿入する。
【００４８】
このコイル挿入装置５０の本体５１及びその内部に設けられたコイル４と接触する導体からなる各部とステータコア３は、いずれも接地されている。
コイル４がストリッパ５５によって押し上げられ、ステータコア３のスロットの所定の間隙に挿入される際に傷が発生したり、コイル４を形成している被覆電線に元から傷があると、その銅線が接地された導体のいずれかに接して短絡する。
その時、コイル４の容量成分を通して電線傷検出装置３０の抵抗３１に交流電流が流れ、それによって抵抗３１の端子間に交流電圧が発生するので、それを通電チェック回路３４によって前述したように検出して、所望の大きさ以上の傷を検出したときに傷有り信号を出力する。
【００４９】
この実施形態によってもコイルを形成する被覆電線の傷を、比較的小さな電圧で小さい傷まで精度よく検出でき、挿入するコイルの巻線量によって検出できる傷の大きさが変わることなく、検出した傷の大きさを計測あるいは判別でき、指定された大きさ以上の傷のみを検出することも可能である。
この例では、ステータコア３にコイル４を挿入するコイル挿入装置５０に電線傷検出装置３０を適用した場合を説明したが、ロータコアあるいはトランス等の各種電磁機器のコアにコイルを挿入するコイル挿入装置にも、この実施形態の電線傷検出装置３０を同様に適用することができる。
【００５０】
以上、この発明の各種の実施形態について説明してきたが、これらの構成は特許請求の範囲の各請求項に規定した事項を満たす範囲で、各実施形態の構成を適宜変更、追加又は省略したり、組み合わせたりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１，３：ステータコア    ２，４：コイル    
１０：巻線機    １１：巻線機の本体    １２：電線ガイド筒    １３：巻線ノズル    
１４：ホルダ    １５：巻線機のコネクタ    ２０：ボビン    ２５：リレースイッチ
３０：電線傷検出装置    ３１：電流・電圧変換用の抵抗    ３２：直流電源    
３３：交流電源    ３４：通電チェック回路    ４０：コントローラ    ４１：コネクタ
５０：コイル挿入装置    ５１：コイル挿入装置の本体    ５２：ブレード    
５３：ウエッジガイド    ５４：コイル挿入冶具    ５５：ストリッパ    ５６：駆動軸
５７：コイル挿入装置のコネクタ    ３４１：入力増幅部    
３４２：整流・増幅・波形整形部    ３４３：信号幅チェック部    
３４４：傷有り信号出力部    ３４５：パルス幅変換回路
Ｗ：被覆電線    Ｐ：入力端子    Ｅ：アース端子    Ｓ：信号出力端子
【図１】
2019095390.tif 000003
【図２】
2019095390.tif 000004
【図３】
2019095390.tif 000005
【図４】
2019095390.tif 000006
【図５】
2019095390.tif 000007
【図６】
2019095390.tif 000008
【図７】
2019095390.tif 000009
【図８】
2019095390.tif 000010
【図９】
2019095390.tif 000011
【図１０】
2019095390.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月16日(2018.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンに収納された被覆電線によってコイルを形成する巻線機に適用して、前記コイルを形成する被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
直流電圧を出力する直流電源と、
交流電圧を出力する交流電源と、
前記ボビンに収納された被覆電線の終端と該ボビンから引き出された被覆電線が前記巻線機内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗及び前記直流電源と前記交流電源とを直列に接続して、前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、
前記抵抗に発生する電圧から前記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする電線傷検出装置。
【請求項２】
被覆電線によって予め巻線されたコイルをコアに挿入するコイル挿入装置に適用して、前記コイルにおける被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
直流電圧を出力する直流電源と、
交流電圧を出力する交流電源と、
前記予め巻線されたコイルを形成する被覆電線の一端と、該被覆電線が前記コイル挿入装置内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗と前記直流電源と前記交流電源とを直列に接続して、前記直流電圧に前記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、
前記抵抗に発生する電圧から前記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする電線傷検出装置。
【請求項３】
前記交流電圧が、周波数が５０ｋＨｚの正弦波交流電圧であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電線傷検出装置。
【請求項４】
前記通電チェック回路が、前記抵抗に発生する電圧を入力して増幅する入力増幅部と、該入力増幅部の出力電圧を整流し、増幅及び波形整形する整流・増幅・波形整形部と、該整流・増幅・波形整形部の検出信号から傷有り信号を生成する回路とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電線傷検出装置。
【請求項５】
前記傷有り信号を生成する回路が、前記整流・増幅・波形整形部による検出信号が選択指定された信号幅を超えたときにパルス信号を出力する信号幅チェック部と、前記パルス信号を所望のパルス幅の信号に拡張変換して出力する傷有り信号出力部とから成ることを特徴とする請求項４に記載の電線傷検出装置。
【請求項６】
前記信号幅チェック部が、前記整流・増幅・波形整形部による検出信号を、それぞれ抵抗値が異なる複数の抵抗と各選択スイッチとの複数の直列回路のいずれかを介して共通のコンデンサに印加する時定数を選択可能な積分回路と、前記コンデンサの充電電圧が閾値に達したときに前記パルス信号を出力する回路とから成ることを特徴とする請求項５に記載の電線傷検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この発明は上記の目的を達成するため、ボビンに収納された被覆電線によってコイルを形成する巻線機に適用して、コイルを形成する被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
直流電圧を出力する直流電源と、交流電圧を出力する交流電源と、上記ボビンに収納された被覆電線の終端と該ボビンから引き出された被覆電線が上記巻線機内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗及び上記直流電源と上記交流電源とを直列に接続して、上記直流電圧に上記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、上記抵抗に発生する電圧から上記被覆電線の通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、被覆電線によって予め巻線されたコイルをコアに挿入するコイル挿入装置に適用して、上記コイルにおける被覆電線の傷を検出する電線傷検出装置であって、
直流電圧を出力する直流電源と、交流電圧を出力する交流電源と、上記予め巻線されたコイルを形成する被覆電線の一端と、その被覆電線が上記コイル挿入装置内で接触する導体との間に、電流・電圧変換用の抵抗及び上記直流電源と上記交流電源とを直列に接続して、上記直流電圧に上記交流電圧を重畳した電圧を印加する回路と、上記抵抗に発生する電圧から通電状況をチェックする通電チェック回路とを備えたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記交流電圧が、周波数が５０ｋＨｚの正弦波交流電圧であるのが望ましい。
上記通電チェック回路は、上記抵抗に発生する電圧を入力して増幅する入力増幅部と、その入力増幅部の出力電圧を整流し、増幅及び波形整形する整流・増幅・波形整形部と、その整流・増幅・波形整形部の検出信号から傷有り信号を生成する回路とを有するとよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
電線傷検出装置３０は、直流電源３２及び交流電源３３と、入力端子Ｐとアース端子Ｅの間に、電流・電圧変換用の抵抗３１及び直流電源３２と交流電源３３を直列に接続して、直流電源３２による直流電圧に交流電源３３による交流電圧を重畳して印加する回路と、通電チェック回路３４とによって構成されている。そして、直流電源３２の負端子をアース端子Ｅに、正端子を抵抗３１の一方の端子にそれぞれ接続し、抵抗３１の他方の端子を交流電源３３を介して入力端子Ｐに接続している。この実施形態では、抵抗３１に並列にノイズ除去用のコンデンサを接続している。
通電チェック回路３４は、抵抗３１に電流が流れたときに両端子間に発生する電圧から、被覆電線の通電状況をチェックする。それによって、被覆電線の傷による短絡の発生を検出する。その検出した信号を、信号出力端子Ｓから出力してコントローラ４０に入力させる。
コントローラ４０は、巻線機１０の動作を制御する制御ユニットであり、巻線機１０とコネクタ１５，４１を介して信号ケーブルによって接続されている。コントローラ４０はまた、リレースイッチ２５のオン／オフも制御する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
直流電源による直流電圧に交流電源による交流電圧を重畳した電圧を入力端子とアース端子との間に印加するようにしたので、交流電源だけによる交流電圧を印加するのに比べて、傷が大きくて短絡時間が長い場合や、ボビン２０内の被覆電線が少なくなって、容量成分及びリアクタンス成分がいずれも少なくなった場合などに、より安定した検出が可能になる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
交流電圧は正弦波形のものが望ましいが、三角波や矩形波の交流でも使用できないことはない。周波数は５０ｋＨｚ程度のかなり高い周波数の交流が望ましいが、用途によってはもう少し低いあるいは高い周波数、４０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの交流でもよい。５０ｋＨｚの場合は１周期が２０μｓｅｃであるから、検出電圧を全波整流する場合最大で１０μｓｅｃ（半周期）の誤差が生じ得ることになる。
巻線機１０は、モータ又はダイナモのステータコアに直接巻線する直巻巻線機として説明したが、上述した電線傷検出装置３０は、モータ又はダイナモのロータコアあるいはトランス等の電磁機器のコアに直接巻線する直巻巻線にも同様に適用できる。また、それらのコアへ挿入するコイルを予め形成する巻線機、あるいはコアレスのコイルを形成する巻線機にも適用できる。さらに、モータやダイナモ等の回転電機に限らず、リニアモータやトランス等の非回転電機のコイル形成においても同様に実施できる。