JP7299173B2

JP7299173B2 - 着磁ヨークの破損診断装置

Info

Publication number: JP7299173B2
Application number: JP2020004798A
Authority: JP
Inventors: 一路岡田; 充孝堀; 直矢冨田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: JP2021110712A

Description

本発明は、着磁ヨークの破損診断装置に関する。

着磁ヨークの劣化を検知する技術が提案されている。特許文献１は、着磁ヨークに流れる着磁電流の波形を、理論に基づく正常な波形と比較する技術を開示している。当該技術によって、着磁電流の波形の変化に基づき着磁ヨークの絶縁不良を検知することが可能となる。

特開平０７－１０６１２８号公報

上記のように、着磁電流の波形によって、着磁ヨークの絶縁不良を検知することができる。しかしながら、数千ボルトの高電圧、かつ数キロアンペア～十数キロアンペアの大電流を用いる着磁においては、絶縁不良が一気に進行し絶縁破壊につながる可能性がある。したがって、絶縁不良を検知した直後に絶縁破壊が生じる可能性があるという問題があった。

本発明は、着磁電流を流した際に生じるＡＥ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ）波に基づいて、着磁ヨークの破損の有無を判定する着磁ヨークの破損診断装置を提供するものである。

本発明にかかる着磁ヨークの破損診断装置は、着磁電流を流した際に着磁ヨークに発生するＡＥ信号を検出するＡＥセンサと、前記ＡＥ信号を周波数領域に変換したＡＥ波形を取得するＡＥ波形取得部と、基準として用いられる前記ＡＥ波形を基準ＡＥ波形として記憶する基準ＡＥ波形記憶部と、前記取得したＡＥ波形と前記基準ＡＥ波形との比較に基づいて、前記着磁ヨークの破損の有無を判定する判定部と、を備える。
ＡＥ波に基づくＡＥ波形を取得し、基準波形と比較することによって、着磁電流を流した際に着磁ヨークに発生するＡＥ波に基づいて、着磁ヨークの破損の有無を判定することが可能となる。

これにより、着磁電流を流した際に生じるＡＥ波に基づいて、着磁ヨークの破損の有無を判定する着磁ヨークの破損診断装置を提供することが可能となる。

破損診断装置１の構成例を示す構成図である。破損診断装置１の概要を示す概略図である。モールド割れが発生してから、破損診断装置１がモールド割れを検出するまでの流れを示すフローチャートである。破損診断装置１の動作、及び着磁ヨーク２の交換手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる破損診断装置１の構成例を示す構成図である。破損診断装置１は、着磁ヨーク２の破損を診断する。着磁ヨーク２は、電源３に接続されている。着磁ヨーク２は、電源３からの着磁電流に応じた磁場を発生し、着磁ヨークに取り付けられた図示しないワークを着磁する。なお、破損の診断を行う際には、ワークを取り付けずに実施してもよい。

破損診断装置１は、ＡＥセンサ１１、及びＡＥ解析装置１２を備える。ＡＥセンサ１１は、着磁ヨーク２に着磁電流を流した際に着磁ヨーク２に発生するＡＥ信号を検出する。ＡＥセンサ１１は、ＡＥ波を検出するためのセンサである。ＡＥ波は、弾性波ともいう。ＡＥセンサ１１は、着磁ヨーク２の表面に設置されている。例えば、ＡＥセンサ１１は、着磁ヨーク２の上面に固定される。磁石付きの治具を用いて、ＡＥセンサ１１を着磁ヨーク２の上面に固定してもよい。

着磁ヨーク２の鉛直方向の方が、着磁ヨーク２の水平方向よりもＡＥ波の伝搬速度が速い。また、着磁ヨーク２の上面または底面の方が、着磁ヨーク２の側面よりもＡＥ波の検出感度がよい。したがって、ＡＥセンサ１１は、ＡＥ波の発生源の直上となる着磁ヨーク２の上面に設置することが望ましい。ただし、横方向に伝播したＡＥ波を検出可能な場合、ＡＥセンサ１１を着磁ヨーク２の側面に設置することも可能である。ＡＥセンサ１１は、ＡＥ解析装置１２にＡＥ信号を送信する。

オシロスコープ５は、ＡＥ解析装置１２によって増幅されたＡＥ信号を取得し、画面に表示する。オシロスコープ５は、電源３から着磁電流を示す電気信号を取得し、画面に表示する。オシロスコープ５は、着磁電流を流した際の着磁ヨーク２に発生するＡＥ信号を画面表示可能である。オシロスコープ５は、上述したＡＥ信号を保存可能である。なお、オシロスコープ５を使用せずに、後述するＡＥ解析装置１２でＡＥ信号の取得および保存を行ってもよい。

なお、着磁電流を通常よりも少し高めにすることにより、ＡＥ信号のレベルを大きくすることが可能となる。また、ＡＥ信号の検出は、着磁ヨーク２の温度が十分に下がったときに行う必要がある。検出されるＡＥ信号の周波数が、温度の影響を受けるためである。温度の影響を受ける理由は、温度による部材の硬度の変化、及び温度による部材の固定状態の変化が生じるからである。硬度の変化は、特に樹脂等のモールド材に生じる。固定状態の変化は、特に、金属とモールド材との熱膨張差によって生じる。

ＡＥ解析装置１２は、ＡＥ信号を解析し、着磁ヨーク２の破損の有無を判定する。ＡＥ解析装置１２は、例えば、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。ＡＥ解析装置１２は、ＡＥ波形取得部１２１、基準ＡＥ波形記憶部１２２、及び判定部１２３を備える。

ＡＥ波形取得部１２１は、ＡＥセンサ１１からＡＥ信号を取得する。ＡＥ波形取得部１２１は、オシロスコープ５からＡＥ信号を取得してもよい。ＡＥ波形取得部１２１は、取得したＡＥ信号を周波数領域に変換し、ＡＥ波形を取得する。周波数領域への変換とは、例えば、フーリエ変換である。ＡＥ波形取得部１２１は、例えば、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）を行うことにより、ＡＥ信号をＡＥ波形に変換する。

基準ＡＥ波形記憶部１２２は、基準として用いられるＡＥ波形を基準ＡＥ波形として記憶する。基準ＡＥ波形は、着磁ヨーク２の使用を開始した初期の状態におけるＡＥ波形である。つまり、基準ＡＥ波形は、着磁ヨーク２の使用を開始した初期において、ＡＥセンサ１１でＡＥ信号を検出し、ＡＥ波形取得部１２１で周波数領域に変換したＡＥ波形である。

判定部１２３は、取得したＡＥ波形と基準ＡＥ波形との比較に基づいて、着磁ヨーク２の破損の有無を判定する。例えば、判定部１２３は、取得したＡＥ波形と基準ＡＥ波形との差分をとる処理を行い、当該差分が所定の周波数範囲で閾値を超えているか否かに基づいて、着磁ヨーク２の破損の有無を判定してもよい。

図２は、破損診断装置１の概要を示す概略図である。Ｂ１は、初期状態においてＡＥセンサ１１が検出した初期ＡＥ信号と、着磁電流とをオシロスコープ５で表示したものである。Ｂ２は、ＡＥ波形取得部１２１が、Ｂ１に示す初期ＡＥ信号を周波数領域に変換したものである。つまり、Ｂ２は、基準ＡＥ波形である。基準ＡＥ波形記憶部１２２は、Ｂ２に示す基準ＡＥ波形を記憶する。

Ｂ３は、着磁ヨーク２の破損を診断するときに、ＡＥセンサ１１が検出したＡＥ信号と、着磁電流と、をオシロスコープ５で表示したものである。Ｂ４は、ＡＥ波形取得部１２１が、Ｂ３に示すＡＥ信号を周波数領域に変換したＡＥ波形である。

判定部１２３は、Ｂ２に示す基準ＡＥ波形と、Ｂ４に示すＡＥ波形と、の比較を行う。図２では、約１０ｋＨｚの周波数領域においてＡＥ波形の信号レベルが増加しているため、判定部１２３は、着磁ヨーク２の破損が生じたと判定する。着磁ヨーク２の破損とは、例えば、着磁ヨーク２のモールド材に割れが発生することである。モールド材は、着磁ヨーク２が着磁を行うためのコイルをモールドする部材である。

図３は、着磁ヨーク２でモールド割れが発生してから、破損診断装置１がモールド割れを検知するまでの流れを示すフローチャートである。まず、着磁ヨーク２において、モールド割れが発生する（ステップＳ１）。着磁を行うために着磁電流を流したコイルには、コイルが膨らもうとする方向にフープ力が発生する。したがって、モールド材に割れが生じている場合、コイルの擦れが発生し（ステップＳ２）、ＡＥ波が生じる（ステップＳ３）。次に、破損診断装置１は、検出されたＡＥ信号に対してＦＦＴ処理を行う（ステップＳ４）。ＡＥ波形には、モールド割れに対応する特定の周波数成分が存在する。したがって、当該周波数におけるＡＥ波形の信号レベルが大きい場合、破損診断装置１は、モールド割れが生じていると判定する（ステップＳ５）。

図４のステップＳ１１～ステップＳ１５は、破損診断装置１の動作を示すフローチャートである。まず、ＡＥセンサ１１は、初期状態において着磁ヨーク２の初期ＡＥ信号を検出する（ステップＳ１１）。次に、ＡＥ波形取得部１２１は、初期ＡＥ信号に対してＦＦＴ処理を行うことにより、基準ＡＥ波形を取得する（ステップＳ１２）。基準ＡＥ波形記憶部１２２は、基準ＡＥ波形を記憶する。

次に、診断を行うため、ＡＥセンサ１１は、着磁ヨーク２のＡＥ信号を検出する（ステップＳ１３）。次に、ＡＥ波形取得部１２１は、ＡＥ信号に対してＦＦＴ処理を行うことにより、ＡＥ波形を取得する（ステップＳ１４）。最後に、判定部１２３は、基準ＡＥ波形とＡＥ波形とを比較し、着磁ヨーク２の破損の有無を判定する（ステップＳ１５）。判定部１２３は、特に数ｋＨｚから数十ｋＨｚの周波数領域における信号レベルに基づいて破損の有無を判定してもよい。破損が生じていない場合、ＡＥセンサ１１は、ステップＳ１３のＡＥ信号を取得する処理に移行する。

なお、ステップＳ２１～ステップＳ２４は、着磁ヨーク２に破損が生じている場合の着磁ヨーク２の交換手順を示す。着磁ヨーク２が交換可能であれば、本実施形態のユーザは、着磁ヨーク２を交換する（ステップＳ２２）。着磁ヨーク２の交換ができない場合、着磁ヨーク２のユーザは、耐圧試験、漏れ電流測定等を行うことにより絶縁低下の有無を確認する（ステップＳ２３）。測定結果に問題がない場合にはステップＳ２１において着磁ヨーク２の交換可否を判断し、測定結果に問題がある場合には着磁ヨーク２の交換を行う（ステップＳ２４）。

本実施形態によると、着磁ヨーク２が絶縁破壊する前に、破損を検出し交換することが可能となる。また、破損を検出してから交換するまでの間、電気試験を行うことによって絶縁破壊を防ぎつつ使用を継続できるため、生産ラインの停止が不要となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１破損診断装置
２着磁ヨーク
３電源
５オシロスコープ
１１ＡＥセンサ
１２ＡＥ解析装置

Claims

着磁電流を流した際に着磁ヨークに発生するＡＥ信号を検出するＡＥセンサと、
前記ＡＥ信号を周波数領域に変換したＡＥ波形を取得するＡＥ波形取得部と、
基準として用いられる前記ＡＥ波形を基準ＡＥ波形として記憶する基準ＡＥ波形記憶部と、
前記取得したＡＥ波形と前記基準ＡＥ波形との比較に基づいて、前記着磁ヨークの破損の有無を判定する判定部と、を備えた、着磁ヨークの破損診断装置。