(57)【要約】【課題】  被験コイル（１）に高電圧を印加することなく、電動機の固定子（５）に装着されたコイル（１）の異常の有無を判定する方法および装置を提供することを目的とする。【解決手段】  コイル（１）のインダクタンスを測定することでコイルの異常の有無を判定する方法、および、前記方法を実施するための装置を提供する。前記方法は、コイル（１）のインダクタンス値を測定するステップ、その測定値が所定の判定条件を満たすか否かを判定するステップ、および、その判定の結果に基づいてコイルにおける異常の有無を判定するステップを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機用コイルの短絡を試験する方法であって、
前記コイルのインダクタンス値を測定するステップ、
前記インダクタンスの測定値が所定の判定条件を満たすか否かを判定するステップ、および、
前記判定結果に基づき前記コイルにおける異常の有無を判定するステップを有する電動機用コイル試験方法。
【請求項２】
さらに、
前記コイルの温度を計測するステップ、および、
前記計測した温度に基づいて、前記インダクタンスの測定値を補正するステップを有する請求項１に記載の電動機用コイル試験方法。
【請求項３】
前記コイルが電動機の固定子に挿設され、かつ、前記電動機の前記固定子の内部空間に、前記電動機の回転子もしくは、前記回転子に相当する疑似回転子が挿入された状態で前記インダクタンス値が測定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電動機用コイル試験方法。
【請求項４】
前記回転子が珪素鋼板を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電動機用コイル試験方法。
【請求項５】
前記回転子と前記固定子との間に、両者の相対位置を一定に保持する手段が配されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電動機用コイル試験方法。
【請求項６】
短絡のない正常なコイルを前記固定子に配してインダクタンス値を測定し、かつ、短絡を含む異常を有するコイルを前記固定子に配してインダクタンス値を測定し、前記両コイルのインダクタンス測定値に基づいて前記判定条件を定めることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電動機用コイル試験方法。
【請求項７】
前記所定の判定条件において、良否を判定する閾値を設け、該閾値は、前記正常なコイルのインダクタンス測定値と、前記異常を有するコイルのインダクタンス測定値の間の値に決定されることを特徴とする、請求項６に記載の電動機用コイル試験方法。
【請求項８】
前記コイルを固定子に１極分設ける毎にインダクタンスの測定を行い、前記１極分の前記コイルの異常の有無を判定することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の電動機用コイル試験方法。
【請求項９】
電動機用コイルの短絡を試験する装置であって、
コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定手段と、
前記インダクタンス測定手段からインダクタンスの測定値を入力し、該測定値が所定の判定条件を満たすか否かを判定し、該判定の結果に基づき前記コイルにおける異常の有無を判定する制御手段とを有する電動機用コイル試験装置。
【請求項１０】
さらに、前記コイルの温度を計測する温度センサを有し、前記制御手段が、前記計測した温度に基づき前記インダクタンス測定手段により測定された測定値を補正する請求項９に記載の電動機用コイル試験装置。
【請求項１１】
前記コイルが電動機の固定子に挿設され、かつ、前記電動機の前記固定子の内部空間には、回転子が挿入されるワークを有することを特徴とする、請求項９または１０に記載の電動機用コイル試験装置。
【請求項１２】
前記回転子が珪素鋼板を有することを特徴とする、請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の電動機用コイル試験装置。
【請求項１３】
前記回転子と前記固定子との間に、両者の相対位置を一定に保持する手段が配されていることを特徴とする、請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の電動機用コイル試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルの試験方法および装置に関し、特に、コイルのインダクタンスを測定することでコイルの異常の有無の判定を行う電動機用コイルの試験方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機等の品質を確保するには、使用されるコイルに絶縁状態の破れがないことが重要である。一般に、コイルが良好に絶縁されていることを検査する手法として、インパルス巻線テストが採用されている。このインパルス巻線テストは、コイルにインパルス電流を流すことによりコイルに発生する過渡応答電圧の減衰振動波形を計測し、その波形を巻線異常の無いことが保証されているコイルの示す減衰振動波形と比較検討し、コイル内の短絡および巻数の過不足を判定するテスト法である。
【０００３】
このテスト法に則って電動機のコイルを検査しようとする場合、例えば電動機の固定子が３相巻線を有するならば、例えば第１相と第２相との間に１０００Ｖの電圧を印加して発生する減衰振動波形を計測する。この減衰振動波形を、先の計測と同一条件下で計測された巻線異常の無いことが保証されているコイルの減衰振動波形と比較検討し、両波形のずれの量から検査対象となっているコイルの巻線異常の有無を判定している（特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００４】
上記テスト法では、電動機の回転子を装着せずに行うため、試験用電圧を印加した際にコイルで発生する磁束は、以後の組み立て工程において回転子が挿入されることになる空間を通過せねばならず、当然検出される減衰振動波形の感度は低く、巻線異常の検出が困難となる場合があった。
【０００５】
特許文献３の開示する発明においては、上記問題点を解消することを目的として回転子が挿入される空間に未着磁の回転子を挿入してインパルス巻線テストを実施している。そうすることで、電圧が印加されたときにコイルから発生する磁束が回転子を効率よく通過し、検出される減衰振動波形の感度は良好となり、巻線異常の検出をより精度よく行うことができる。
【特許文献１】特開平６−８８８４９号公報
【特許文献２】特許第３１０２４３３号明細書
【特許文献３】特開２００２−３４０９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のインパルス巻線テスト法では、コイルに高電圧を印加するため、コイルにストレスを与え、被験コイルにダメージを与えるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は被験コイルに高電圧を印加することなく、電動機の固定子に装着されたコイルの異常の有無を判定する方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る方法は、電動機用コイルの短絡を試験する方法であり、コイルのインダクタンス値を測定するステップ、その測定値が所定の判定条件を満たすか否かを判定するステップ、および、その判定の結果に基づいてコイルにおける異常の有無を判定するステップを有する電動機用コイル試験方法である。
【０００９】
また、本発明に係る装置は、電動機用コイルの短絡を試験する装置であって、コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定手段と、インダクタンス測定手段からインダクタンスの測定値を入力し、その測定値が所定の判定条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づいてコイルにおける異常の有無を判定する制御手段とを有する電動機用コイル試験装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のコイル試験方法および装置は、被験コイルに高電圧を印加することなく、低電圧低電流によって試験可能である。そのため、被験コイルにダメージを与えるおそれが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照し、本発明に係る電動機用コイルの試験装置の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
第１の実施形態
＜電動機コイル試験装置の構成＞
図１は、第１の実施形態における本装置の構成を示すブロック図である。被験コイル１は電動機の固定子内部に挿入されるコイルであって、ワーク２に挿設され、インダクタンス測定装置３と接続されている。インダクタンス測定装置３は被験コイル１に発生するインダクタンスを測定するものであり、例えば、Ｌメータを使用できる。制御装置４はインダクタンス測定装置３と接続されており、インダクタンス測定の開始／終了、および、被験コイルの選択、ならびに、インダクタンス測定装置３において測定された被験コイル１のインダクタンス値等を表している信号の受信が可能であり、かつ、後述する被験コイル１の良否の判定処理を行い、その結果の出力が可能である。
【００１３】
図２にワーク２の断面図を示す。このワーク２は、円筒状の固定子５を有し、その内周部に上下方向に設けられた複数のスロット６があり、そのうち少なくとも１つのスロットに被験コイル１が挿設されている。固定子５の内部空間には、磁性材料を含んでいる回転子７が配設されている。この回転子７は、ワーク２がモータとして完成される際に使用される回転子の同等物であってよく、また、前記回転子を模擬した、本試験でのみ使用され、モータ完成品では使用されることのない擬似回転子でもよい。回転子７内に配置される磁石は未着磁であることが好ましい。また、磁石を未挿入の状態であってもよく、さらには、この回転子７は磁石を挿入するための磁石挿入孔がない、つまり珪素鋼板を含んだ円筒体であることが好ましい。本実施形態において使用されている回転子７は、珪素鋼板８の積層体であり、その上下をプレート９で挟持している。下方のプレート９と接合されているシャフト１０が珪素鋼板８積層体および上方のプレートを洞貫し、上方のプレート９の上方よりシャフト１０と螺合するナット１１により珪素鋼板８積層体は固定される。
【００１４】
試験に際し、固定子５と回転子７との相対的位置関係を一定に保つことが重要である。そのため、固定子５および回転子７はその位置関係を一定にする目的で、図示していない固定装置に固定されてよく、または、固定子５と回転子７との間の水平方向の間隔を一定にするために、スペーサ等を挿入し、固定子５と回転子７との鉛直方向の位置関係を一定に保つために、例えば、固定子５および回転子７の双方にもしくは一方に目盛を付す等の策を講じ、位置調整の便を図ってもよい。
【００１５】
回転子７が磁石挿入用挿入孔を有する場合、さらには、磁石挿入用挿入孔に、着磁された、もしくは、未着磁の磁性材料が挿入されている場合には、回転子７の透磁率の一様性が失われる。そのため、回転子７の軸１０との回転方向のずれによる固定子５との相対的位置関係の変化によって、インダクタンス値の測定値が変化する。従い、回転子７の軸１０との回転方向のずれに関し、固定子５との位置関係を一定に保つための手段を講ずることが望ましい。
【００１６】
それら手段とは、回転子７の位置が目視できるのであれば、回転子７に目盛を付すなどして手動で位置を調整しても、または、機械的に調整してもよい。また、電気的に回転子７を回転させるための装置を備えてもよい。
【００１７】
先述のように、珪素鋼板８には通常、磁石挿入用の孔が設けられているが、本試験に用いられる回転子７にはそれら挿入孔を設けないほうが望ましい。回転子７の構成はできる限り一様であることがインダクタンス測定の誤差を減少させるからである。図３は、磁石挿入用挿入孔を持たない回転子７の軸１０回りの回転による、固定子５に配された３相のコイルの２相間に通電することで生ずるインダクタンス値の変化を示す図である。図３より明らかなように、回転子７が回転によってその固定子５との位置関係を変化させても、回転子７の透磁率が一様なため、インダクタンス値は変化しない。グラフ２１、２２、および、２３は正常なコイルのインダクタンス値を示しており、グラフ２１ａ、２２ａ、および、２３ａは挿設された３つコイルの１つに短絡を有するコイルのインダクタンス値を示している。グラフ２２ａは短絡を有さないコイル２相に通電し、測定されたインダクタンス値であるため、正常値のグラフ２２と同一の値を示している。同図の矢印Ａ１、Ａ２に示すように、異常がある場合のインダクタンス値は、正常な場合のインダクタンス値よりも低下する。また、このように、一様な透磁率を有する回転子７を使用することにより、回転子７の回転による影響を除去することができる。ただし、この要請が本試験方法をコスト的に不利にすることはない。なぜなら、磁石挿入孔を有さない回転子７は、モータ用回転子７製造工程から、磁石挿入孔形成工程を省略することで容易に製造可能だからである。
【００１８】
電源端子１２ｕ、１２ｖ、１２ｗはそれぞれインダクタンス測定装置３の接続端子に接続されている。その間にスイッチ等を介在させてもよく、スイッチ等は制御装置４により制御可能である。
【００１９】
＜コイル試験方法＞
本発明にかかる試験装置はコイルのインダクタンスの変化を利用してコイルの短絡の有無を検出する。すなわち、本実施形態の試験装置は、コイルに短絡がある場合に、そのインダクタンス値が、短絡の無い正常なコイルから同一条件にて測定されるインダクタンス値に比して低下するという現象を用いて、コイルの異常の有無を判定する。
【００２０】
以下、流れ図を参照して本実施形態による試験方法を説明する。
【００２１】
図４に本発明によるコイル試験の流れを示す。ステップＳ１０１において、インダクタンス測定装置３は、被験コイル１のインダクタンス値の測定を行い、その測定値を制御装置４に送る。３相巻線を有する場合、Ｕ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間でインダクタンス値を測定する。なお、固定子５にコイルを挿設する工程の途中で本試験を行う場合は、全てのコイルを挿設してから全てのコイルに対してインダクタンス値を測定しなくともよい。そうすることで、コイルの異常が発見されたときの処置の効率化を図ることができる。
【００２２】
次に、測定したインダクタンス値が所定の判定条件を満たすか否かを判定する。このため、事前にマスタコイル（後述）を用いて判定条件を定める際の基準となる値（判定用基準値）を求め、記憶しておく。ステップＳ１０２において、事前に求められ、記憶されている判定用基準値に基づいて、先のステップＳ１０１にて測定されたインダクタンス値から判定用計算値を算出する。ここで、判定用計算値とは例えば、測定値と判定用基準値との差、または、測定値と判定用基準値との差と判定用基準値との比等である。判定用計算値は、測定値と判定用基準値との関係性を示すものであれば特に限定されず、使用する判定条件に合わせて適宜選択すればよい。判定用計算値が、予め設定された条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ１０３）、判定用計算値が前記条件を満たせば、異常なしと判定し（ステップＳ１０４）、判定用計算値が前記条件を満たさなければ、異常ありと判定する（ステップＳ１０５）。この結果は表示手段等の適当な手段によって出力される。
【００２３】
判定用基準値の決定方法および判定用計算値の算出方法について説明する。先ず、判定用基準値とは、コイルに異常（短絡）の無いことが確認されているコイル（以下、「正常マスタコイル」という。）について、先のステップＳ１０１における測定と同一の条件でインダクタンスを測定して得られる値（以下、「正常インダクタンス値」という。）である。この判定用基準値は１個以上の正常マスタコイルを用い、１回以上の測定により得た正常インダクタンス値である。複数の測定によって複数の正常インダクタンス値を得た場合には、公知の統計的操作により判定用基準値を獲得してもよい。
【００２４】
また、判定用基準値は、正常マスタコイルより得たインダクタンス値に加え、故意に短絡を生じさせたコイル（以下、「異常マスタコイル」という。）のインダクタンス測定値（以下、「異常インダクタンス値」という。）を用いて決定してもよい。異常インダクタンス値は次のように測定する。
【００２５】
異常を有するコイルの示すインダクタンス測定値のうち、最も正常インダクタンス値に近い値を示すのは、コイルの隣接したターン間における短絡（１ターンショート）を１箇所有するコイルのインダクタンス値である。そのため、正常コイルに故意に１ターンショートを生じさせ、これを異常マスタコイルとし、そのインダクタンス値を測定し、異常インダクタンス値とする。
【００２６】
複数の異常マスタコイルを作成した場合、および、測定を複数回行った場合には、その測定値に公知の統計的処理を施し、異常インダクタンス値を決定してもよい。
【００２７】
判定用基準値は、正常インダクタンス値と異常インダクタンス値との間の値を用いてもよく、異常インダクタンス値そのものを判定用基準値とすることも可能である。つまり、判定用基準値は異常インダクタンス値以上、かつ、正常インダクタンス値以下であれば、適宜決定されてよい。
【００２８】
なお、判定条件は例えば、判定用基準値を閾値とし、測定値との大小関係から条件を設定してもよく、また判定用計算値に関して所定の値域を定め、それに判定用計算値が含まれるか否かを条件としてもよい。
【００２９】
また、インダクタンス値測定において使用されるインダクタンス測定装置３が使用するインダクタンス測定周波数は、高い周波数帯を使用することが望ましい。少なくとも短絡を有するコイルのインダクタンス値を測定する場合においては、正常なコイルの示すインダクタンス値との差が明瞭に現れることを、本発明の発明者が見出している。よって、インダクタンス測定周波数を高周波に設定することにより、判定の閾値の設定がより容易になる。
【００３０】
＜効果＞
本発明の装置および方法により、コイルにダメージを与えるおそれのある高電圧を用いることなく、低電圧低電流によりコイルにおける短絡等の異常の有無を判定することが可能である。
【００３１】
第２の実施形態
次に、本発明にかかる第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、本発明は、さらに、測定されるインダクタンス値の温度依存性を考慮し、検査の精度をさらに高めることに成功している。
【００３２】
＜電動機コイル試験装置の構成＞
図５は、第２の実施形態における本装置の構成を示すブロック図である。本装置の構成は、ワーク２に温度センサ１３を設けたこと以外、第１の実施形態における装置構成と同じである。ワーク２に設けられた温度センサ１３は、被験コイル１の温度、または、被験コイル１近傍の周囲環境の温度を計測可能である。また、温度センサ１３は、制御装置４に信号の送信が可能なように接続されており、これによって、計測した温度のデータを制御装置４に送信する。なお、温度センサ１３は、連続的に温度を計測し続け、逐次的に制御装置４に送信する仕様でよい。また、温度センサ１３は、制御装置４からの信号を受信可能に構成されてもよく、その場合、制御装置４からの命令に基づいたタイミングで温度を計測し、そのデータを制御装置４に送信する。
【００３３】
次に、第２の実施形態における、コイル試験の方法について説明する。
【００３４】
＜コイル試験方法＞
先述のとおり、本発明にかかるコイル試験方法は、コイルの短絡の有無により生じるコイルのインダクタンス値の変化を利用する。本試験方法で利用しているコイルのインダクタンス値には、温度依存性が存在する。本発明にかかる試験法では、正常なコイルが示すインダクタンス値と、短絡異常を有するコイルが示すインダクタンス値との隔たりが、温度によるコイルのインダクタンス値の変化の幅と比較して大きい。そのため、たとえ、正常マスタコイルや、異常マスタコイルのインダクタンス測定を実施したコイルの温度と、本試験を実施した被験コイル１の温度とが異なろうとも、判定は正確に実施可能である。
【００３５】
しかしながら、被験コイル１を試験する環境によっては、インダクタンス値の温度依存性を考慮することが、判定の精度を高める上で有効となる場合がある。例えば、塗装乾燥炉内に置かれた被験コイル１をそのまま炉内で試験する場合が例として挙げられる。マスタコイルのインダクタンス値を測定する環境が２０℃であり、炉内の温度が１００℃であれば、測定環境の温度差は、８０℃に達する。インダクタンス値は、＋８０℃の温度差により、およそ５％増加することを、本発明の発明者は見出した。
【００３６】
そこで、本実施形態においては、マスタコイルのインダクタンス値が測定された温度と、被験コイル１のインダクタンス値が測定された温度との、温度差に基づいたインダクタンス値の補正を行う。
【００３７】
以下、図６に示す流れ図を参照して本実施形態による試験方法を説明する。
【００３８】
ステップＳ２０１において、制御装置４は、温度センサ１３を用いて被験コイル１の温度を計測し、その温度を記録する。ここで、この被験コイル１の温度をＴｍとする。
【００３９】
ステップＳ２０２においては、第１の実施形態と同様に被験コイル１のインダクタンス値の測定を行い、その測定値を制御装置４に送る。
【００４０】
次に、ステップＳ２０３において、ステップＳ２０２で得たインダクタンス測定値の温度補正を行う。この温度補正の手順について以下に記す。
【００４１】
予め、正常マスタコイルのインダクタンス値を２つの温度で測定する。測定した温度、マスタコイル測定温度（Ｔ１およびＴ２）と、それぞれにおけるインダクタンス値（Ｌ１およびＬ２）を制御装置４に入力しておく。Ｔ１およびＴ２は、例えば、Ｔ１が常温（約２０℃）、Ｔ２が炉内温度（約１００℃）である。これら温度およびインダクタンス値を利用し、以下に記す計算式によって制御装置４は、被験コイル１のインダクタンス値を、マスタコイル測定温度の一方の温度、例えばＴ１、における被験コイル１のインダクタンス値に温度補正する。温度補正された被験コイル１のインダクタンス値Ｌは、次式で与えられる。
Ｌ＝（１−（α×（Ｔｍ−Ｔ１）））×Ｌｍ
ここで、
α＝（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｌ１×Ｔ２−Ｌ２×Ｔ１）
Ｌ１：温度Ｔ１における正常マスタコイルのインダクタンス測定値
Ｌ２：温度Ｔ２における正常マスタコイルのインダクタンス測定値
Ｌｍ：被験コイル１のインダクタンス測定値
Ｔｍ：被験コイル１のインダクタンス測定における温度
【００４２】
上記の、インダクタンス値の温度依存性に関わる関係式は、本発明の発明者により見出されたものである。図７に温度とインダクタンス測定値との関係をプロットしたグラフを示す。横軸に温度、縦軸にインダクタンス値を配し、異なる複数の温度において（本図においては８点において）測定されたインダクタンス値をドット１４でプロットしている。このように、インダクタンス値は、温度により変化するのだが、上記の補正式によってインダクタンス測定値を補正することで、インダクタンス値の温度依存性による判定のぶれを防止することができ、よって、マスタコイルと同一の温度条件で被験コイル１を試験しなくとも、正確な判定を行うことができる。
【００４３】
図６に戻り、ステップＳ２０４において、温度補正を行ったインダクタンス測定値を用いて第１の実施形態と同様に判定用計算値を算出する。本実施形態におけるステップＳ２０４の内容は、第１の実施形態におけるステップＳ１０２と、温度補正がなされた被験コイル１のインダクタンス測定値を用いる点を除いて実質的に同じであるため省略する。
【００４４】
以下、ステップＳ２０５において、被験コイル１を判定し、その結果を出力（ステップＳ２０６およびＳ２０７）する。これら処理についても、第１の実施形態と同様である。
【００４５】
＜効果＞
本実施形態においては、マスタコイルと異なる温度環境において実施された試験における判定の精度を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る電動機用コイル試験方法および装置は、低電圧低電流によって電動機に用いられるコイルの異常を判定することにより、コイルにダメージを与えることなく電動機用コイルの異常の有無の判定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による第１の実施形態の装置のブロック図である。
【図２】本発明によるインダクタンス測定に用いるワークの断面図である。
【図３】一様な構成の回転子の回転によるコイルのインダクタンスの変化を示すグラフである。
【図４】本発明による第１の実施形態における試験方法の流れ図である。
【図５】本発明による第２の実施形態の装置のブロック図である。
【図６】本発明による第２の実施形態における試験方法の流れ図である。
【図７】インダクタンス値と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１  ・・・  被験コイル                        ２  ・・・  ワーク
３  ・・・  インダクタンス測定装置            ４  ・・・  制御装置
５  ・・・  固定子                            ６  ・・・  スロット
７  ・・・  回転子                            ８  ・・・  珪素鋼板
９  ・・・  プレート                        １０  ・・・  シャフト
１１  ・・・  ナット        １２ｕ、１２ｖ、１２ｗ  ・・・  電源端子
１３  ・・・  温度センサ
【図１】
2005201897.tif 000003
【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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