(57)【要約】【課題】変圧器リード線の接続部等の、絶縁体中に非磁性金属部位が含まれている場合において、当該絶縁体から磁性金属異物を高い感度の下に検出する。【解決手段】実施形態の絶縁体内部の磁性金属異物検出装置は、磁性金属異物及び非磁性金属部位を含む絶縁体からなる被検査物の被検査部位を覆うようにして配設され、前記被検査部位に対して所定の直流磁界を印加するためのコイルと、前記被検査部位と前記コイルとの間に配設され、前記被検査部位に前記磁性金属異物が含まれることに起因して変化する前記直流磁界の分布状態を検知するための磁界検知装置と、前記コイルに対して直流電流を供給するための直流電源と、を具える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性金属異物及び非磁性金属部位を含む絶縁体からなる被検査物の被検査部位を覆うようにして配設され、前記被検査部位に対して所定の直流磁界を印加するためのコイルと、
前記被検査部位と前記コイルとの間に配設され、前記被検査部位に前記磁性金属異物が含まれることに起因して変化する前記直流磁界の分布状態を検知するための磁界検知装置と、
前記コイルに対して直流電流を供給するための直流電源と、
を具えることを特徴とする、絶縁体内部の磁性金属異物検出装置。
【請求項２】
前記磁界検知手段は追加のコイルであって、前記被検査部位の長さ方向の全体に亘って走査するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出装置。
【請求項３】
前記追加のコイルは同形状の第１のコイルと第２のコイルとを含み、これら第１のコイル及び第２のコイルを前記被検査部位の長さ方向において、その中心部から互いに逆向きに前記長さ方向の全体に亘って走査するように構成されたことを特徴とする、請求項２に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出装置。
【請求項４】
前記磁界検知手段は磁気センサであって、前記被検査部位の長さ方向の全体に亘って走査するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出装置。
【請求項５】
前記磁界検知手段は複数の磁気センサであって、前記被検査部位の長さ方向の全体に亘って配設されたことを特徴とする、請求項１に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出装置。
【請求項６】
磁性金属異物及び非磁性金属部位を含む絶縁体からなる被検査物の被検査部位を覆うようにしてコイルを配設し、当該コイルに対して直流電源から直流電流を供給することにより、前記コイルから所定の直流磁界を発生させ、当該直流磁界を前記被検査部位に対して印加するステップと、
前記被検査部位と前記コイルとの間に磁界検知装置を配設し、前記被検査部位に前記磁性金属異物が含まれることに起因して変化する前記直流磁界の分布状態を検知するステップと、
を具えることを特徴とする、絶縁体内部の磁性金属異物検出方法。
【請求項７】
前記磁界検知手段は追加のコイルであって、前記被検査部位の長さ方向の全体に亘って走査することを特徴とする、請求項６に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出方法。
【請求項８】
前記追加のコイルは同形状の第１のコイルと第２のコイルとを含み、これら第１のコイル及び第２のコイルを前記被検査部位の長さ方向において、その中心部から互いに逆向きに前記長さ方向の全体に亘って走査することを特徴とする、請求項６に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出方法。
【請求項９】
前記磁界検知手段は磁気センサであって、前記被検査部位の長さ方向の全体に亘って走査することを特徴とする、請求項６に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出方法。
【請求項１０】
前記磁界検知手段は複数の磁気センサであって、前記被検査部位の長さ方向の全体に亘って配設することを特徴とする、請求項６に記載の絶縁体内部の磁性金属異物検出方法。
【請求項１１】
前記磁性金属異物の検出は、前記直流磁界の前記被検査部位の幅方向の磁界成分の分布状態を検知することによって行うことを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか一に記載の磁性金属異物検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、絶縁体内部の磁性金属異物検出装置及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器等の電気機器に使用される絶縁体中に、工具の破片等の磁性金属異物が混入すると、破壊電圧低下の原因となるので、このような磁性金属異物検査は重要である。このような磁性金属異物の代表的な検査手法としてはＸ線異物検出機を用いる手法と磁気を利用して金属異物を検知する金属検出機を使用する手法とがある。特に、変圧器リード線の接続部においては、リード芯線に巻きつけられている絶縁紙を一度剥がして芯線をボルト締結後、絶縁紙を再度手作業で巻きなおすため、ボルトや工具類から発生した磁性金属異物を巻き込んでしまうリスクが高く、磁性異物検査の必要性が高い。
【０００３】
金属検出機は電磁石や永久磁石で磁性金属異物からなる被検査物あるいは磁性金属異物を含む被検査物を磁化し、被検査物中に磁性金属異物が存在する事によって生じる磁界の変化を捕らえる事で磁性金属異物の有無を検知するもので、Ｘ線異物検出機に比べ装置価格やメンテナンス費用を抑えることができるというメリットを持つ。磁化方式としては大きなコイルで交流磁界中を発生させその中に被検査物を通過させる方法、被検査物に対して永久磁石などを走査させる方法が一般的である。
【０００４】
しかしながら、磁気によって金属異物を検知する方法を用いた場合、例えば変圧器リード線の絶縁被覆部分の検査においては、被検査物である絶縁体中に銅線等の非磁性金属部位が存在するので、当該非磁性金属部位に渦電流が発生してしまって印加磁界が弱められてしまい、上記絶縁体中に含まれる磁性金属異物に対する検出感度が低下してしまって磁性金属異物の検出が困難になるという問題があった。
【０００５】
また、変圧器リード線の接続部の中心部分には磁性体のボルト等が存在するため、当該接続部の奥深くまで磁束が浸透するような磁化方式を用いると、ボルトが磁化されてしまうため、磁性金属異物の検出が困難となってしまうという問題があった。
【０００６】
上述のような問題を解決する手段として非磁性金属部位を含む被検査物の全体を磁化し、被検査物中の磁性金属異物の残留磁化を磁気センサで検出するという手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案されている手法は、被検査物を磁性金属異物に残留磁化を検出できるレベルまで磁化する必要がある。このような手法を、例えば変圧器リード線の接続部の磁性金属異物の検査に適用しようとした場合、接続部中心付近に位置するボルトまで磁化されてしまい、磁性金属異物の残留磁化のみならずボルトの残留磁化をも検出してしまうため、当該磁性金属異物の検出が困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−７２４７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、変圧器リード線の接続部等の、絶縁体中に非磁性金属部位が含まれている場合において、当該絶縁体から磁性金属異物を高い感度の下に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の絶縁体内部の磁性金属異物検出装置は、磁性金属異物及び非磁性金属部位を含む絶縁体からなる被検査物の被検査部位を覆うようにして配設され、前記被検査部位に対して所定の直流磁界を印加するためのコイルと、前記被検査部位と前記コイルとの間に配設され、前記被検査部位に前記磁性金属異物が含まれることに起因して変化する前記直流磁界の分布状態を検知するための磁界検知装置と、前記コイルに対して直流電流を供給するための直流電源と、を具える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態における磁性体内部の磁性金属異物検出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す磁性金属異物検出装置の透過斜視図である。
【図３】図１及び図２に示す磁性金属異物検出装置による磁性金属異物の検出方法を説明するための図である。
【図４】図１及び図２に示す磁性金属異物検出装置による磁性金属異物の検出方法を説明するための図である。
【図５】図１及び図２に示す磁性金属異物検出装置による磁性金属異物の検出方法を説明するための図である。
【図６】第２の実施形態における磁性体内部の磁性金属異物検出装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【図７】第２の実施形態における磁性体内部の磁性金属異物検出装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における磁性体内部の磁性金属異物検出装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示す磁性金属異物検出装置の透過斜視図である。また、図３〜図５は、図１及び図２に示す磁性金属異物検出装置による磁性金属異物の検出方法を説明するための図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本実施形態の磁性体内部の磁性金属異物検出装置１０は、絶縁体からなる被検査物Ｓの被検査部位ＳＴを覆うようにして配設されたコイル（以下、「送信コイル」という）１１と、被検査部位ＳＴとコイル１１との間に配設された磁界検知手段としての追加のコイル（以下、「受信コイル」という）１２とを有している。送信コイル１１には直流電源１３が接続されており、直流電源１３から送信コイル１１に対して所定の直流電流を印加することにより、送信コイル１１から被検査部位ＳＴに対して所定の直流磁界が印加されるようになっている。
【００１４】
なお、本実施形態及び以下の実施形態における“直流磁界”とは、送信コイル１１に対して直流電流が印加されることにより発生した磁界を意味するものである。
【００１５】
受信コイル１２は、以下に説明する磁性金属異物の検出方法において、被検査物Ｓの被検査部位ＳＴ内に磁性金属異物が含まれることによって生じる直流磁界の分布状態（分布の乱れ）を検知した後、検知した直流磁界に相当する電流あるいは電圧信号を計測するための電流測定器又は電圧測定器１４に導線１５を介して接続されている。
【００１６】
送信コイル１１は被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの全体を覆うことが要求され、かつ被検査部位ＳＴに対して、以下に説明する検出方法において被検査物Ｓ中の磁性金属異物を検出すべく十分な大きさの直流磁界を印加することが要求されるので、そのコイル径及び巻線数は、これらの要求を満足すべく適宜に決定する。
【００１７】
また、受信コイル１２は、以下に説明する磁性金属異物の検出方法において、被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）の全体に亘って走査し、上述した直流磁界の分布状態（分布の乱れ）を検出することが要求されるので、そのコイル径は上記分布状態を十分に検出できるように小さいことが要求され、その巻線数は上記分布状態を十分に検出できるような数とする。
【００１８】
次に、図１及び図２に示す磁性金属異物検出装置１０を用いた場合の磁性金属異物の検出方法について、図３〜図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、被検査物Ｓ（被検査部位ＳＴ）は、変圧器リード線の接続部の構成を考慮し、略中央部に磁性金属異物Ｄを含み、その下方にアルミニウム箔等の非磁性金属部位ＮＭが存在する場合を考える。
【００１９】
最初に、直流電源１３より直流電流を送信コイル１１に供給し、図３に示すように、送信コイル１１から直流磁界Ｂを発生させる。このとき、被検査物Ｓの被検査部位ＳＴ中に磁性金属異物Ｄが存在しないと、受信コイル１２で検知する直流磁界Ｂの、被検査部位ＳＴの幅方向（図中のＸ方向）における直流磁界成分Ｂｘの分布状態は、図４に示すように、被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）の一端側から他端側までほぼ一定の値となる。
【００２０】
したがって、受信コイル１２を被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）の全体に亘って走査しても、被検査部位ＳＴの幅方向における直流磁界Ｂの成分Ｂｘの分布状態が一定であることから、当該受信コイル１２に電流が流れることがない。
【００２１】
一方、本実施形態のように、被検査物Ｓ（すなわち被検査部位ＳＴ）の略中央部に磁性金属異物Ｄを含む場合は、直流磁界Ｂが磁性金属異物Ｄに引きつけられる（図中のＺ方向）ので、図５に示すように、被検査部位ＳＴの当該磁性金属異物Ｄが存在する略中央部の、直流磁界の幅方向における成分Ｂｘが局所的に減少することになる。
【００２２】
したがって、受信コイル１２を被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）の全体に亘って走査した場合、被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）における直流磁界Ｂの幅方向成分Ｂｘの分布状態がその略中央部において局所的に変化することから、受信コイル１２が被検査部位ＳＴの略中央部に至ると、上述した直流磁界の幅方向の成分Ｂｘの変化に伴って、受信コイル１２に電流が流れるようになる。この結果、この電流を電流測定器１４あるいは電圧測定器１４で計測することにより、被検査物Ｓ中の磁性金属異物Ｄの検出が可能となる。
【００２３】
なお、本実施形態では、送信コイル１１より発生した直流磁界Ｂ（の変化）を用いて被検査物Ｓ中の磁性金属異物Ｄを検出するようにしているので、磁性金属異物Ｄの下方にアルミニウム箔等の非磁性金属部位ＮＭが存在しても、当該非磁性金属部位ＮＭに渦電流が生じることがない。したがって、直流磁界Ｂの過度の減少を抑制することができ、これによって直流磁界Ｂの幅方向成分Ｂｘをある程度の大きさに保持することができる。このため、上記磁性金属異物Ｄの検出に関する磁界強度（Ｂｘ）を十分に保持することができるので、十分に高い検出感度の下に、上記磁性金属異物Ｄを検出することができる。
【００２４】
また、非磁性金属部位ＮＭ中に渦電流が生じないことから、磁性金属異物Ｄが非磁性金属部位ＮＭに近接して存在する場合においても、上記磁性金属異物Ｄの検出に関する磁界強度（Ｂｘ）を十分に保持することができるので、十分に高い検出感度の下に、上記磁性金属異物Ｄを検出することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、磁性金属異物Ｄの検出に際して、直流磁界Ｂの、被検査部位ＳＴの幅方向（図中のＸ方向）におけるＢｘの分布状態を用いているので、変圧器リード線の接続部等のように、内部の奥深くに存在するボルト等の磁性金属体の影響を無視することができる。したがって、被検査物Ｓにおいて必須の磁性金属体の影響を受けることなく、被検査物Ｓ中の金属磁性異物Ｄの検出を行うことができる。
【００２６】
本実施形態では、単一の受信コイル１２を被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）に沿って走査させたが、複数の受信コイルを準備し、これらを同時に上記長さ方向に走査させることもできる。また、複数の受信コイルを被検査部位ＳＴの周回方向に並べて走査させてもよい。さらに、直流磁界を増大させるべく、送信コイル１１のコア内に磁性体を配設することもよい。
【００２７】
（第２の実施形態）
図６は、本実施形態における磁性体内部の磁性金属異物検出装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【００２８】
図６に示すように、本実施形態の磁性金属異物検出装置２０は、図１〜図３に示す第１の実施形態の磁性金属異物検出装置１０において、単一の受信コイル１２に代えて、第１の追加のコイル（以下、「第１の受信コイル」という）２２−１及び第２の追加のコイル（以下、「第２の受信コイル」という）２２−２を配設し、これらを被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの略中心部から当該被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）に沿って互いに逆向きに走査するように構成した点で相違する。
【００２９】
第１の実施形態の磁性金属異物検出装置１０では、直流磁界Ｂの幅方向（Ｘ方向）成分Ｂｘが当該幅方向（Ｘ方向）において均一でなくなると、受信コイル１２を走査させた場合おいて、上述した幅方向の直流磁界成分Ｂｘの不均一性に基づいて、磁性金属異物Ｄが存在しない場合においても受信コイル１２内に電流が流れてしまい、磁性金属異物Ｄの検出を正確に行うことができない場合がある。
【００３０】
しかしながら、本実施形態では、第１の受信コイル２２−１及び第２の受信コイル２２−２を準備し、これらの受信コイルを被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの略中心部から当該被検査部位ＳＴの長さ方向（図中のＹ方向）に沿って互いに逆向きに走査するようにしているので、上述した幅方向の直流磁界成分Ｂｘの不均一性に基づく第１の受信コイル２２−１及び第２の受信コイル２２−２に流れる電流はほぼ等しくなり、これら電流の差分をとることにより上記直流磁界成分Ｂｘの不均一性をキャンセルすることができるようになる。したがって、第１の受信コイル２２−１及び／又は第２の受信コイル２２−２において、磁性金属異物Ｄに起因した幅方向の直流磁界成分Ｂｘの変化を検出し、当該磁性金属異物Ｄの検出を正確に行うことができるようになる。
【００３１】
なお、その他の特徴及び作用効果については第１の実施形態と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
【００３２】
（第３の実施形態）
図７は、本実施形態における磁性体内部の磁性金属異物検出装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【００３３】
図７に示すように、本実施形態の磁性金属異物検出装置３０は、図１〜図３に示す第１の実施形態の磁性金属異物検出装置１０において、単一の受信コイル１２に代えて、複数の磁気センサ素子３２Ａを含む磁気センサ３２を被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの全体に亘って配設している点で相違する。
【００３４】
第１の実施形態の磁性金属異物検出装置１０では、直流磁界Ｂの幅方向（Ｘ方向）成分Ｂｘが当該幅方向（Ｘ方向）において均一でなくなると、受信コイル１２を走査させた場合おいて、上述した幅方向の直流磁界成分Ｂｘの不均一性に基づいて、磁性金属異物Ｄが存在しない場合においても受信コイル１２内に電流が流れてしまい、磁性金属異物Ｄの検出を正確に行うことができない場合がある。
【００３５】
しかしながら、本実施形態では、複数の磁気センサ素子３２Ａを含む磁気センサ３２を被検査物Ｓの被検査部位ＳＴの全体に亘って配設しているので、上述した幅方向の直流磁界成分Ｂｘの不均一性に基づく、磁気センサ３２の磁気センサ素子３２Ａに流れる電流はほぼ等しくなり、これら電流の差分をとることにより上記直流磁界成分Ｂｘの不均一性をキャンセルすることができるようになる。したがって、磁気センサ３２において、磁性金属異物Ｄに起因した幅方向の直流磁界成分Ｂｘの変化を検出し、当該磁性金属異物Ｄの検出を正確に行うことができるようになる。
【００３６】
また、磁気センサ３２自体が、上述した受信コイル１２に比較して高い感度を有するので、上述した差分による検出感度の向上に加えて、磁気センサ３２自体による検出感度の向上も図ることができる。
【００３７】
さらに、磁気センサ３２自体が高い検出感度を有するので、第１の実施形態と同様に、例えば磁気センサ３２を磁気センサ素子３２Ａの単体から構成し、被検査部位ＳＴの長さ方向（図中Ｙ方向）に走査させた場合においても、第１の実施形態における受信コイル１２と比較して、高い感度で幅方向の直流磁界成分Ｂｘの変化を検出することができ、磁性金属異物Ｄの検出を正確に行うことができるようになる。
【００３８】
なお、その他の特徴及び作用効果については第１の実施形態と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
【００３９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１０，２０，３０  絶縁体内部の磁性金属異物検出装置
１１  コイル（送信コイル）
１２  追加のコイル（受信コイル）
１３  直流電源
１４  電流測定器又は電圧測定器
１５  導線
Ｓ  被検査物
ＳＴ  被検査部位
Ｂ  直流磁界
Ｄ  金属磁性異物
ＮＭ  非磁性金属部位
２２−１  第１の追加のコイル（第１の受信コイル）
２２−２  第２の追加のコイル（第２の受信コイル）
３２  磁気センサ
３２Ａ  磁気センサ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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