CN105102997B - 表面电位分布测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种表面电位分布测量装置(70)，其包括：激光光源(13)、具有锥面的泡克耳斯晶体(11)、反射镜、对经反射镜反射后的激光的光强进行检测的光检测器(16)、对泡克耳斯晶体(11)进行保持并移动的保持搭载部(30)、电压校正数据库、以及将与测试时输出电压相对应的输入电压确定为电场弛豫系统(3)的表面电位的运算部。泡克耳斯晶体(11)形成为横截面的大小沿着轴方向发生变化，保持搭载部(30)具有：保护泡克耳斯晶体(11)的结构的保护部(31)、为了测量电场弛豫系统(3)的表面电位而使泡克耳斯晶体(11)移动的移动部(35)、(36)、以及控制这些部件的驱动控制部(37)。

Description

表面电位分布测量装置
技术领域
本发明涉及用于对旋转电机的电场弛豫系统的表面电位分布进行测量的表面电位分布测量装置。
背景技术
利用逆变器来驱动旋转电机的逆变器驱动旋转电机系统已得到开发并已普及。在该逆变器驱动旋转电机系统中，逆变器通过开关动作将直流电压转换为脉冲电压，并将该脉冲电压经由电缆提供给旋转电机。旋转电机利用该脉冲电压进行驱动。
以往，在高压旋转电机中，特别是为了防止在定子线圈的铁芯端部附近发生局部放电或者发热，多有在定子铁芯端部附近的线圈表面设置电场弛豫系统的例子，该电场弛豫系统由从定子铁心插槽内导出的低电阻层和与该低电阻层局部重叠而形成的电场弛豫层组合而成。
另一方面，在逆变器驱动旋转电机系统中，逆变器、电缆与旋转电机之间的阻抗不匹配会导致反射波的产生。该反射波会重叠在脉冲电压上，从而在电缆与旋转电机之间的部分、尤其是电缆与旋转电机之间的连接部有可能会产生高压噪声、即所谓的逆变器浪涌。
当这些包含有逆变器浪涌的脉冲电压(以下称之为逆变器脉冲电压)反复产生时，上述铁芯端部的定子线圈(以下称之为定子线圈端)上因在商用频率下运转时所产生的局部放电和发热会加剧，在电场弛豫系统上，也会发生影响可靠性的局部放电和发热，最终可能会导致定子铁心的可靠性显著下降。
上述局部放电和发热的产生取决于电场弛豫系统的表面电位(参照非专利文献1)。因此，强烈地希望有准确地测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统的表面电位的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011－22007号公报
非专利文献
非专利文献1：熊田亚纪子、千叶政邦、日高邦彦“使用泡克耳斯效应在负极性沿面放电进行时的电位分布直接测定”电气学会论文集AVol.118-ANo.6pp.723-728(1998-6)
非专利文献2：Hirokazu Matsumoto,Shigeyasu Matsuoka,Akiko Kumada,Kunihiko Hidaka,"Oscillatory Waveform Caused by Piezoelectric Vibration ofPockels Crystal and its Effective Suppression",IEEJ TRANSACTIONS ONELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING,6:1-6(2011)
发明内容
发明所要解决的技术问题
测量表面电位时，通常使用表面电位计。例如专利文献1所记载的技术中，用探针接触或接近电场弛豫系统，利用由表面电位计测量得到的表面电位来计算出非线性电阻。
但是，逆变器脉冲电压具有kHz量级以上的高频分量。这种情况下，表面电位计无法跟踪上述高频分量，从而无法测量出假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统的表面电位。
另外，探针通常使用金属材料。因此，用探针接触或接近电场弛豫系统的方法有可能会导致电场弛豫系统与探针之间产生静电。此外，在产生了逆变器浪涌等的情况下，电场弛豫系统与探针之间有可能会发生电晕放电。这样在对测定点使用金属材料的情况下，因对测定对象造成的干扰而会导致无法测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统的表面电位。
因此，开发了一种使用泡克耳斯晶体来测量会随着电场弛豫系统的表面电位而发生变化的折射率的变化所引起的光度变化，从而测量电场弛豫系统的表面电位的技术(非专利文献1)。
另一方面，若对泡克耳斯晶体施加特定频率的电压，则泡克耳斯晶体的长边方向的侧面会发生面外振动，因该振动会导致输出光度中重叠振动分量的问题。
对于该振动的研究结果表明，该振动取决于泡克耳斯晶体的形状和尺寸。对上述问题的相关测试、分析结果表明，通过使泡克耳斯晶体的形状在长边方向上具有锥面，从而能够抑制该振动。
然而，使泡克耳斯晶体具有锥面会导致其前端变细，从而引起结构上的强度下降。因此，若使用具有锥面的泡克耳斯晶体来测量电场弛豫系统的表面电位，则存在可能因晶体受损或缺失而导致测量功能丧失、或者可能需要再次制作高价晶体等的问题。
因此，本发明的目的在于在不损坏具有锥面的泡克耳斯晶体的健全性的情况下测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统的表面电位。
解决技术问题所采用的技术手段
为了达到上述目的，本发明的表面电位分布测量装置对沿着旋转电机的定子的定子线圈端部即定子线圈端的长边方向所设置的电场弛豫系统的表面电位进行测量，包括：激光光源，该激光光源射出激光；泡克耳斯晶体，从所述激光光源射出的所述激光从该泡克耳斯晶体的第1端面入射；反射镜，该反射镜的正面设置于所述泡克耳斯晶体的与所述第1端面相反侧的第2端面，使从所述泡克耳斯晶体的所述第1端面入射的所述激光向所述入射的方向的相反方向反射；光检测器，该光检测器具有跟踪逆变器脉冲电压的高频分量的频带，接受被所述反射镜反射的所述激光，检测出与所述泡克耳斯晶体的所述第1端面与所述第2端面之间的电位差即输出电压相对应的所述激光的光强；保持搭载部，该保持搭载部至少对所述泡克耳斯晶体进行保持并使其移动；电压校正数据库，该电压校正数据库存储有输入电压对输出电压特性，该输入电压对输出电压特性表示在所述反射镜的背面施加了各个不同的输入电压时各个不同的所述输入电压与所述泡克耳斯晶体的所述输出电压之间的关系；以及运算部，该运算部在所述反射镜的背面将所述电场弛豫系统的一部分表面配置为测试部位的情况下，将对所述定子线圈施加了电压时的所述泡克耳斯晶体的所述输出电压作为测试时输出电压，基于所述电压校正数据库中存储的所述输入电压对输出电压特性，将与所述测试时输出电压相对应的输入电压确定为所述电场弛豫系统的表面电位，所述泡克耳斯晶体形成为其与轴方向垂直的截面的尺寸沿着轴方向发生变化，所述保持搭载部具有对所述泡克耳斯晶体的结构进行保护的保护部、为了测量所述电场弛豫系统的表面电位而使所述泡克耳斯晶体移动的移动部、以及控制所述移动部的控制部。
发明效果
根据本发明，能够在不损坏具有锥面的泡克耳斯晶体的健全性的情况下测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统的表面电位。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的结构的立体图。
图2是实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。
图3是表示实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的电压校正处理步骤的流程图。
图4是表示实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的表面电位测定步骤的流程图。
图5是实施方式2所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。
图6是实施方式3所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。
图7是实施方式4所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。
图8是包含实施方式5所涉及的表面电位分布测量装置的结构在内的定子的竖立剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的表面电位分布测量装置进行说明。这里，对于彼此相同或相似的部分标注相同的符号，并省略重复说明。
[实施方式1]
图1是表示实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的结构的立体图。图2是实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。
本发明的实施方式所涉及的表面电位分布测量装置70适用于设置在旋转电机中的电场弛豫系统3。首先，对包含测量对象即电场弛豫系统3在内的旋转电机的结构进行说明。
旋转电机包括定子2(参照图8)和转子(未图示)。转子配置于定子2的内部且绕着转轴(未图示)旋转。转子包括转轴、转子芯体(未图示)和转子线圈(未图示)。转子芯体与转轴一起旋转。转子线圈卷绕于转子芯体。
定子2具有定子芯体7、定子线圈和主绝缘层4。
定子芯体7配置成与转子的径向外侧隔开规定间隔。沿着定子芯体7的内周边在周向上隔开规定间隔地形成有多个插槽。
在该插槽内，收纳有作为定子线圈导体1的模绕线圈。在定子芯体7的外部，模绕线圈彼此相连。即，模绕线圈彼此电连接，由此得到定子线圈。该定子线圈通过针对U相、V相、W相进行制作，从而得到U相、V相、W相的三相绕组线圈。
定子线圈导体1的外周设有用于对定子线圈导体1进行绝缘覆盖的主绝缘层4。具体而言，在定子线圈导体1的外周，卷绕有以云母环氧树脂为主要成分的对地绝缘带以作为主绝缘层4。
设有主绝缘层4的定子线圈的端部(以下称之为定子线圈端)8不是参与直接发电的部分，因此，定子线圈端8中模绕线圈彼此的连线部采用三维折弯(弯曲)的形状。即采用所谓的渐开形状。由此，能够使旋转电机紧凑。
定子线圈端8设有用于防止后述的电晕放电发生的电场弛豫系统3。电场弛豫系统3具有低电阻层5和电场弛豫层6。
在定子线圈端8的主绝缘层4与面向定子芯体7的插槽壁面的部分之间，可能会发生作为电晕放电的局部放电。为了防止这种局部放电的发生，在主绝缘层4的外周设有低电阻层5。
具体而言，在主绝缘层4的外周，从主绝缘层4面向定子芯体7内周的部分到主绝缘层4露出到定子芯体7外部的部分为止，卷绕有低电阻导电带作为低电阻层5。设置于定子芯体7外部的低电阻层5的宽度为几十mm左右。
低电阻层5与定子芯体7一起接地。因此，在对定子线圈导体1施加了电压(交流电压)的情况下，定子线圈导体1变成驱动电极，低电阻层5变成接地电极。这种情况下，定子线圈导体1与定子芯体7内的低电阻层5之间产生的等电位线几乎是平行的。
另一方面，在定子线圈导体1与定子线圈端8处的低电阻层5之间产生的等电位线沿着主绝缘层4的厚度方向分布。在定子线圈端8，等电位线取决于主绝缘层4与定子线圈导体1之间的相对介电常数差异、定子线圈导体1的表面电阻率而致密地分布。
因此，在定子线圈端8的表面，电位梯度变大，电场在定子线圈端8的沿面方向上集中。尤其是在低电阻层5的端部，电位梯度显著变大，从而容易发生作为电晕放电的局部放电或沿面放电。
因此，为了防止局部放电或沿面放电的发生，在低电阻层5的端部和定子线圈端8的主绝缘层4的外周设置电场弛豫层6。
具体而言，在定子线圈端8的主绝缘层4的外周，卷绕用于缓和电位梯度的高电阻半导电带作为电场弛豫层6，并使其覆盖低电阻层5的端部。
表面电位分布测量装置70对设置于定子线圈端8的电场弛豫系统3的表面电位进行测量。本实施方式中，将单个定子线圈导体1的电场弛豫系统3作为测定对象来进行说明。
表面电位分布测量装置70包括测量装置主体10(参照图2)、运算装置20和保持搭载部30。
测量装置主体10包括半导体激光发生器(以下称之为激光光源)13、偏光分束器(以下称之为PBS)15、泡克耳斯晶体11、电介质反射镜(以下称之为反射镜)14、光检测器16。
激光光源13向着垂直于电场弛豫系统3的长边方向(y方向)的入射方向(x方向)射出激光。该激光的波长为532.0nm，最大输出为10mW，口径为0.34mm。这里的激光波长为532.0nm，但只要能够在泡克耳斯晶体11内或光学元器件内无大幅度衰减地传输，也可以是其它波长。
激光是线偏振光，该线偏振光的偏振面与入射方向以及垂直于电场弛豫系统3的长边方向(y方向)的方向(x方向)平行。
PBS15仅使上述线偏振光通过。PBS15使从激光光源13射出的激光向入射方向(x方向)通过。
泡克耳斯晶体11配置成其轴方向与入射方向(x方向)平行，且与激光光源13和PBS15一起在入射方向(x方向)上排列配置。
泡克耳斯晶体11的轴方向(x方向)在第1端面11a与第2端面11b之间从第1端面11a向第2端面11b延伸。另外，形成为沿着泡克耳斯晶体11的轴方向，其与轴方向垂直的截面(横截面)的尺寸会发生变化。
本实施方式中，泡克耳斯晶体11的垂直于轴方向的截面的形状为正方形，正方形的边的长度沿着x方向线性地减小。
另外，沿着轴方向延伸的泡克耳斯晶体11的4个侧面中相对的2个侧面是与轴方向平行的面，剩下的2个面相对于轴方向倾斜。
泡克耳斯晶体11的第1端面11a接地，或者泡克耳斯晶体11的第1端面11a通过电源装置而变为0[V]。
来自PBS15的激光入射到泡克耳斯晶体11的第1端面11a，并朝向泡克耳斯晶体11的不与第1端面11a相交的第2端面11b。
反射镜14的正面设置于泡克耳斯晶体11的第2端面11b。作为反射镜14的背面的泡克耳斯晶体11的第2端面11b处于会受电场弛豫系统3周围的电磁场影响而被施加电压的状态。
反射镜14的背面设置为与测试部位即电场弛豫系统3的测试对象部分相距规定距离。该规定距离通过考虑电场弛豫系统3表面的树脂凹凸程度、空间分辨率等来进行设定。
反射镜14使从泡克耳斯晶体11的第1端面11a入射的激光向与入射方向(x方向)相反的方向反射。
泡克耳斯晶体11是属于“晶体点阵43m或晶体点阵23”的具有压电性的各向同性晶体，会产生泡克耳斯效应。所谓泡克耳斯效应，是指在电介质的各向同性晶体存在于电场中时、或者被施加了电压时呈现出复折射特性的现象。
即，折射率取决于所施加的电压而发生变化。其结果是光强发生变化。泡克耳斯晶体11例如有BGO(例如Bi12GeO20)晶体等。
泡克耳斯晶体根据晶体取向与入射光传播方向所成的角度，对于外部电场中与光传播方向平行或垂直的分量具有灵敏度。前者被称为纵向调制，后者被称为横向调制。
属于“晶体点阵43m或晶体点阵23”的泡克耳斯晶体是能够进行纵向调制配置的晶体，在纵向调制配置的情况下，光强与外部电场的同光路平行的分量的积分值、即电压成正比地变化。
被反射镜14反射后的激光的光强对应于泡克耳斯晶体11的第1端面11a与第2端面11b之间的电位差即输出电压VPout。
PBS15使经过反射镜14反射后的激光向长边方向y(本实施方式中为与长边方向y相反的方向)通过。
光检测器16具有跟踪逆变器脉冲电压的高频分量的频带。该光检测器16相对于PBS15配置于长边方向y(本实施方式中为与长边方向y相反的方向)上。来自PBS15的激光入射到光检测器16。光检测器16检测出检测光强Pout作为该激光的光强。
检测光强Pout对应于泡克耳斯晶体11的第1端面11a与第2端面11b之间的电位差即输出电压VPout。该检测光强Pout可以用下式以输出电压VPout的余弦函数来表示。
Pout
＝(Pin/2)×{1－cos(π(V/Vπ)－θ0)}
在上述余弦函数中，Pin是泡克耳斯晶体11的入射光强，Vπ是半波长电压，θ0是因波片而产生的相位差(任意)。本实施方式中，利用检测光强Pout，从上述余弦函数的逆函数求出泡克耳斯晶体11的输出电压VPout。
泡克耳斯晶体11例如使用100mm长这样较长的晶体，因此，在接近泡克耳斯晶体时电介质表面的电场分布受到的干扰较小。因此，泡克耳斯晶体11的输出电压VPout与测定对象即电场弛豫系统3的表面电位成正比。
运算装置20是与光检测器16和输出装置24相连接的计算机，包括CPU(中央处理器：Central Processing Unit)和存储装置。
存储装置中存储有计算机程序，CPU从存储装置读取出计算机程序并执行该计算机程序。输出装置24例如为显示装置或打印装置。
打印装置20包括运算部21、电压校正数据库22和表面电位测定数据库23作为CPU的功能模块。运算装置20与输出装置24相连，并将运算结果输出到输出装置24。
保持搭载部30具有保护部31、壳体32、轴方向移动部35、对轴方向移动部35进行驱动的轴方向驱动部35a、长边方向移动部36、对长边方向移动部36进行驱动的长边方向驱动部36a、以及对轴方向驱动部35a和长边方向驱动部36a进行控制的驱动控制部37。
保护部31是为了保护泡克耳斯晶体11而设置的。保护部31具有倾斜度与泡克耳斯晶体11的1个倾斜面相同且沿着轴方向朝反方向形成的侧面，保护部31的该侧面紧密地固定在泡克耳斯晶体11的倾斜面上。
设定保护部31与泡克耳斯晶体11的相对位置，以使得保护部31的位于电场弛豫系统3侧的前端要比泡克耳斯晶体11的第2端面11b及反射镜14更加突出。因此，在泡克耳斯晶体11的第2端面11b的反射镜14到达电场弛豫系统3之前，保护部31的前端先到达电场弛豫系统3，从而泡克耳斯晶体11不会与作为测量对象的电场弛豫系统3相接触。
保护部31的位于电场弛豫系统3一侧的前端形成有前端切口部31a。由于在电介质靠近泡克耳斯晶体11的第2端面11b时，电场会发生紊乱，因此形成前端切口部31a是为了使保护部31的前端与泡克耳斯晶体11的第2端面11b分离而不相邻。
泡克耳斯晶体11、PBS15和保护部31安装在壳体32内。
壳体32搭载在轴方向移动部35上。轴方向移动部35在轴方向驱动部35a的驱动下沿着轴方向(x方向)前后移动。
轴方向移动部35搭载在长边方向移动部36上。长边方向移动部36在长边方向驱动部36a的驱动下沿着长边方向(y方向)前后移动。
轴方向驱动部35a和长边方向驱动部36a根据来自驱动控制部37的指令进行驱动。轴方向驱动部35a和长边方向驱动部36a将各自的行进方向和行进距离的信息输出到驱动控制部37。
接着，对实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置70的动作进行说明。
表面电位分布测量装置70在测试前进行后述的电压校正处理，在之后的测试时进行后述的表面电位测定处理。运算部21通过电压校正处理而构建电压校正数据库22，并在表面电位测定处理中参照电压校正数据库22。运算部21中，通过例如测试人员的输入操作来设定电压校正处理或表面电位测定处理。
图3是表示实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的电压校正处理步骤的流程图。
首先，在运算部21中设定电压校正处理(步骤S11：电压校正设定处理)。
接着，对表面电位分布测量装置70的泡克耳斯晶体11的端部所设置的反射镜14的背面，施加例如50Hz的交流电压作为输入电压Vin[kV](步骤S12；输入电压施加处理)。
此时，从激光光源13射出的激光经过PBS15和泡克耳斯晶体11后被反射镜14反射，被反射镜14反射后的激光经过泡克耳斯晶体11和PBS15后入射到光检测器16。光检测器16检测出来自PBS15的激光的光强作为检测光强Pout(步骤S13；光强检测处理)。
在电压校正处理中，运算部21进行如下处理。
首先，运算部21利用上述余弦函数，根据检测光强Pout计算出泡克耳斯晶体11的输出电压VPout[V]。即，根据检测光强Pout，导出与检测光强Pout相对应的输出电压VPout[V](步骤S14；输出电压计算处理)。
运算部21将上述输出电压VPout[V]与例如通过测试人员的输入操作而输入的上述输入电压Vin[kV]一起存储到电压校正数据库22中(步骤S15；输出电压存储处理)。
之后，在电压校正处理未结束的情况下(步骤S16-否)，改变输入电压Vin[kV]的同时重复上述步骤S11～S15。
由此，在电压校正数据库22中，存储了表示各个不同输入电压Vin[kV]与不同输入电压Vin[kV]下泡克耳斯晶体11的输出电压VPout[V]之间的关系的输入电压对输出电压特性。从而，生成上述输入电压对输出电压特性，构建出电压校正数据库22。
在电压校正处理结束的情况下(步骤S16-是)，运算部21将存储在电压校正数据库22中的输入电压对输出电压特性输出到输出装置24。当输出装置24为显示装置时，在显示装置中显示输入电压对输出电压特性，当输出装置24为打印装置时，利用打印装置打印出输入电压对输出电压特性(步骤S17；输入电压对输出电压特性输出处理)。
图4是表示实施方式1所涉及的表面电位分布测量装置的表面电位测定步骤的流程图。
首先，在运算部21中设定表面电位测定处理(步骤S21；表面电位测定设定处理)。
接着，选定表面电位分布测量装置70的泡克耳斯晶体11的位置，以对定子线圈端8的两端部的电场弛豫系统3的表面依次进行测定，并利用驱动控制部37进行控制(步骤S22；测试部位配置处理)。
具体而言，驱动控制部37计算出轴方向移动部35和长边方向移动部36所需要的移动距离，并向轴方向驱动部35a和长边方向驱动部36a分别输出各自应当驱动的距离指令，从而使泡克耳斯晶体11移动到所需的位置。
此时，泡克耳斯晶体11与保护部31一起移动，从而即使万一泡克耳斯晶体11的目标位置设定为会导致泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3相干扰，由于保护部31先与电场弛豫系统3相接触，因此也不会向泡克耳斯晶体11施加负荷而导致泡克耳斯晶体11受损。
接着，对旋转电机的定子线圈施加例如频率为50Hz、波高值为10kV的交流电压作为测试电压(步骤S23；测试电压施加处理)。
此时，从激光光源13射出的激光经过PBS15和泡克耳斯晶体11后被反射镜14反射，被反射镜14反射后的激光经过泡克耳斯晶体11和PBS15后入射到光检测器16。光检测器16检测出来自PBS15的激光的光强作为检测光强Pout(步骤S24；光强检测处理)。
在表面电位测定处理中，运算部21进行如下处理。
首先，运算部21利用上述余弦函数，根据检测光强Pout计算出泡克耳斯晶体11的输出电压VPout[V]。即，根据检测光强Pout，导出与检测光强Pout相对应的输出电压VPout[V]。这里，将输出电压VPout[V]作为测试时输出电压Vout[V](步骤S25；输出电压计算处理)。
运算部21根据电压校正数据库22中存储的输入电压对输出电压特性，确定与测试时输出电压Vout[V]相对应的输入电压Vin[kV]作为电场弛豫系统3的表面电位Vsuf[kV](步骤S26；表面电位确定处理)。
运算部21将上述表面电位Vsuf[kV]与例如通过测试人员的输入操作而输入的上述测试部位L[mm]一起存储到表面电位测定数据库23中(步骤S27；表面电位存储处理)。
之后，在表面电位测定处理未结束的情况下(步骤S28-否)，改变测试部位L[mm]的同时重复上述步骤S21～S27。
在判定为处理结束后(步骤S28-是)，结束重复处理，进行测试部位对表面电位特性输出处理(步骤S29)。
这样，在相对于反射镜14的背面，在各个不同的位置设置测试部位的情况下，运算部21将各个不同的测试部位与不同的测试部位下所确定的电场弛豫系统3的表面电位Vsuf[kV]存储到表面电位测定数据库23中。
从而，在表面电位测定数据库23中，存储有表示各个不同的测试部位与不同的测试部位下所确定的电场弛豫系统3的表面电位Vsuf[kV]之间的关系的测试部位对表面电位特性。
如上所述，根据本实施方式，通过使用具有锥面的泡克耳斯晶体11，从而能够抑制施加电压时泡克耳斯晶体11侧面的面外振动，并能抑制伴随该面外振动而产生的噪声，从而能够实现高精度的测量。
此外，通过设置泡克耳斯晶体11的保护部31，从而能够在不损坏泡克耳斯晶体11的健全性的情况下对假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统3的表面电位进行测量。
[实施方式2]
图5是实施方式2所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。本实施方式是实施方式1的变形。
本实施方式中，在保护部31设有间隙传感器41。间隙传感器41测量该间隙传感器41与作为测量对象的电场弛豫系统3之间的间隔，并将该间隔输出到驱动控制部37。
驱动控制部37控制轴方向驱动部35a，以使得来自间隙传感器41的间隙输出达到规定的目标值。这里，目标值设定为使泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3之间的间隔尺寸达到所希望尺寸的值。
根据上述的本实施方式，在沿着电场弛豫系统3的长边方向进行测量时，即使假设长边方向移动部36的移动方向没有设定为与电场弛豫系统3的长边方向平行，轴方向驱动部35a也将泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3之间的间隔控制成，以使得来自间隙传感器41的间隙输出保持固定。
即，泡克耳斯晶体11沿着电场弛豫系统3移动时，与电场弛豫系统3平行移动。
其结果是，在进行电压校正处理时，无需进行以泡克耳斯晶体11与测量对象之间的间隔为参数的大范围校正处理。即，通过在特定的间隔下进行校正，并在表面电位测定步骤中设定间隙传感器41的间隙目标值以达到校正时的间隙，从而能够确保测定精度。
如上所述，根据本实施方式，能够在不损坏具有锥面的泡克耳斯晶体11的健全性的情况下高精度地测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统3的表面电位。
[实施方式3]
图6是实施方式3所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。本实施方式是实施方式1的变形。
本实施方式中，泡克耳斯晶体11的侧面被泡克耳斯晶体把持部51所把持。泡克耳斯晶体把持部51用不会使泡克耳斯晶体11故意发生变形的程度的力来把持泡克耳斯晶体11。
泡克耳斯晶体把持部51在把持着泡克耳斯晶体11的状态下沿轴方向进行驱动。泡克耳斯晶体把持部51具有与形成于保护部52的凹部即移动限制部53局部卡合的部分。
移动限制部53与泡克耳斯晶体把持部51的卡合形成为以使得：即使在泡克耳斯晶体把持部51沿轴方向驱动而最靠近电场弛豫系统3的情况下，泡克耳斯晶体11的第2端部11b和反射镜14也不会比保护部52的位于电场弛豫系统3一侧的端部更加突出。
保护部52的位于电场弛豫系统3一侧的前端形成有前端切口部54，以使得保护部52的前端与泡克耳斯晶体11的第2端面11b分离。
根据上述的本实施方式，在沿着电场弛豫系统3的长边方向进行测量时，即使万一泡克耳斯晶体11的目标位置被设定成会导致泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3相干扰，也不会相比于保护部52更加突出，从而泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3也不会接触而导致泡克耳斯晶体11受损。
如上所述，根据本发明，能够在不损坏具有锥面的泡克耳斯晶体11的健全性的情况下高精度地测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统3的表面电位。
(实施方式4)
图7是实施方式4所涉及的表面电位分布测量装置的包含泡克耳斯晶体在内的主体部分的长边方向的平面剖视图。本实施方式是实施方式3的变形。
保护部55形成有能够使泡克耳斯晶体11移动的引导孔56。引导孔56在泡克耳斯晶体11的长边方向上贯通。引导孔56的面积从泡克耳斯晶体11的第1端面11a所对应的一侧向第2端面11b所对应的一侧逐渐变小。引导孔56的面积设定为泡克耳斯晶体11在不会从保护部55突出的位置处停止的大小。此外，并不限定于不突出。也可为在突出的情况下，限定其突出的长度。
另外，优选的是引导孔56的4个内侧侧面具有与泡克耳斯晶体11的4个侧面相同的倾斜度而形成，以使得不会在泡克耳斯晶体11移动受限的状态下向泡克耳斯晶体11局部施加载荷。
泡克耳斯晶体11的没有形成锥面的一侧的侧面沿着与该侧面相对的引导孔56的内侧侧面移动。
保护部55的位于电场弛豫系统3一侧的前端形成有前端切口部55a，使得保护部55的前端与泡克耳斯晶体11的第2端面11b分离。另外，对于形成有前端切口部55a的保护部55的前端圆筒部分(前端切口部55a的周围)的长度，形成为以使得即使泡克耳斯晶体11向电场弛豫系统3一侧最突出，圆筒部分的前端也要比泡克耳斯晶体11更靠近电场弛豫系统3一侧。
即使在不具备圆筒部分从而泡克耳斯晶体11比保护部55向电场弛豫系统3一侧更加突出的情况下，只要利用间隙传感器等也可以确保泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3之间的间隔以使得泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3不会发生接触，也可以不设置圆筒部分。
根据上述的本实施方式，即使不添加实施方式3中的泡克耳斯晶体把持部51这样特别的部分，也可以利用泡克耳斯晶体11上形成有锥部这一点来保护泡克耳斯晶体11。即，即使是在泡克耳斯晶体11的目标位置设定为会导致泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3相干扰的情况下，由于泡克耳斯晶体11越靠近电场弛豫系统3，引导孔56就越窄，因此泡克耳斯晶体11也会在中途停止在引导孔56内。利用这种移动限制结构，可使其止于保护部52端面的内侧。或者，由于不会比保护部52更加突出，因此，泡克耳斯晶体11与电场弛豫系统3不会接触而导致泡克耳斯晶体11受损。
如上所述，根据本实施方式，能够在不损坏锥形泡克耳斯晶体11的健全性的情况下高精度地测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统3的表面电位。
(实施方式5)
图8是包含实施方式5所涉及的表面电位分布测量装置的结构在内的定子的竖立剖视图。
本实施方式是实施方式1的变形。本实施方式所示的情况不仅是对各个定子线圈导体1单独进行测试，而且是在定子2的各插槽中装入定子线圈导体1并在连线的状态下进行测量。
定子2包括定子芯体7和定子线圈，呈圆筒形。沿着定子芯体7的内周面在周向上隔开规定间隔地形成有多个沿着轴方向延伸的插槽。
在各个插槽内收纳着作为定子线圈导体1的模绕线圈，模绕线圈彼此在定子芯体7的外部连线。定子2搭载在定子安装台2a上。
未图示的转子未装入定子2内，定子2的内部为中空的状态。
本实施方式中的表面电位分布测量装置70在此状态下测量对定子线圈导体1施加了电压时的电场弛豫系统3的表面电位分布。
本实施方式中的表面电位分布测量装置70除了包括测量装置主体10、运算装置20和保持搭载部30之外，还具有支承台61、支承轴62和旋转驱动部63。其中，省略了运算装置20和驱动控制部37的图示。
支承轴62设置成其两端由支承台61进行支承，且贯穿定子2内的空间。支承轴62由旋转驱动部63进行旋转驱动。
支承轴62支承着保持搭载部30。即，支承轴62支承着安装有长边方向驱动部36a的长边方向移动部36。长边方向移动部36支承着安装有轴方向驱动部35a的轴方向移动部35。轴方向移动部35支承着测量装置主体10。
保持搭载部30受到支承轴62的支承，被轴方向驱动部64驱动而能沿着支承轴62的轴方向移动。本实施方式中，记载了能够移动的情况，但不限于能够移动的情况。例如，也可以是能够在与两侧的定子端部相对应的支承轴62的轴向位置上安装或拆卸。
在采用上述结构的本实施方式中，通过在支承轴62上与两侧的定子端部相对应的位置处安装保持搭载部30，能够使保持搭载部30靠近定子内面的整个周部。
安装在保持搭载部30上的测量装置主体10随着保持搭载部30的移动，能够在泡克耳斯晶体11的前端与电场弛豫系统3保持恰当间隙的同时对各个位置进行测量。
如上所述，根据本发明，即使是在装入定子中的状态下，也能够在不损坏锥形泡克耳斯晶体11的健全性的情况下高精度地测量假设产生了逆变器脉冲电压的电场弛豫系统3的表面电位。
(其它实施方式)
以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式都只是示例，并不意味着对本发明的范围进行限定。
例如，示出了泡克耳斯晶体的形状是截面为正方形且边的长度沿着轴方向线性减小的情况，但并不限于此。例如，泡克耳斯晶体的形状也可以是截面呈长方形或多边形。另外，边的长度只要沿着轴方向单调减小即可。
各实施方式的特征也可以相互组合。例如，实施方式2中利用间隙传感器进行间隙测量可以与实施方式3中移动限制部53和泡克耳斯晶体把持部51的卡合结构相组合。另外，实施方式2中利用间隙传感器进行间隙测量也可以与实施方式4中利用保护部55的引导孔56的移动限制结构相组合。
还可以将这些结构与实施方式5中在安装到定子2中的状态下应用于定子2的方式相组合。
此外，这些实施方式也可以由其它各种方式来实施，在不脱离本发明要旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。
这些实施方式、其变形包括在发明的范围、要旨内，同样地包括在与权利要求的范围所记载的发明等同的范围内。
标号说明
1定子线圈导体；2定子；2a定子安装台；3电场弛豫系统；4主绝缘层；5低电阻层；6电场弛豫层；7定子芯体；8定子线圈端；10测量装置主体；11泡克耳斯晶体；11a第1端面；11b第2端面；13激光光源；14反射镜；15PBS(偏光分束器)；16光检测器；20运算装置；21运算部；22电压校正数据库；23表面电位测定数据库；24输出装置；30保持搭载部；31保护部；31a前端切口部；32壳体；35轴方向移动部(移动部)；35a轴方向驱动部；36长边方向移动部(移动部)；36a长边方向驱动部；37驱动控制部；41间隙传感器；51泡克耳斯晶体把持部；52保护部；53移动限制部；54前端切口部；55保护部；55a前端切口部；56引导孔；61支承台；62支承轴；63旋转驱动部；64轴方向驱动部；70表面电位分布测量装置。

Claims (9)

1.一种表面电位分布测量装置，对沿着旋转电机的定子的定子线圈端部即定子线圈端的长边方向设置的电场弛豫系统的表面电位进行测量，其特征在于，包括：
激光光源，该激光光源射出激光；
泡克耳斯晶体，从所述激光光源射出的所述激光从该泡克耳斯晶体的第1端面入射；
反射镜，该反射镜的正面设置于所述泡克耳斯晶体的所述第1端面的相反侧的第2端面，使从所述泡克耳斯晶体的所述第1端面入射的所述激光向所述入射的方向的相反方向反射；
光检测器，该光检测器具有跟踪逆变器脉冲电压的高频分量的频带，接受经所述反射镜反射后的所述激光，并检测出与所述泡克耳斯晶体的所述第1端面与所述第2端面之间的电位差即输出电压相对应的所述激光的光强；
保持搭载部，该保持搭载部至少对所述泡克耳斯晶体进行保持并移动；
电压校正数据库，该电压校正数据库中存储有输入电压对输出电压特性，该输入电压对输出电压特性表示在所述反射镜的背面施加了各个不同的输入电压时各个不同的所述输入电压与所述泡克耳斯晶体的所述输出电压之间的关系；以及
运算部，该运算部在所述反射镜的背面将所述电场弛豫系统的一部分表面配置为测试部位时，将所述定子线圈上施加了电压时的所述泡克耳斯晶体的所述输出电压设为测试时输出电压，基于所述电压校正数据库中存储的所述输入电压对输出电压特性，将与所述测试时输出电压相对应的输入电压确定为所述电场弛豫系统的表面电位，
所述泡克耳斯晶体形成为垂直于轴方向的截面的大小沿着所述轴方向发生变化，
所述保持搭载部具有：
对所述泡克耳斯晶体的结构进行保护的保护部；
泡克耳斯晶体把持部，该泡克耳斯晶体把持部对所述泡克耳斯晶体进行把持并与所述泡克耳斯晶体作为一体地移动；
为了测量所述电场弛豫系统的表面电位而使所述泡克耳斯晶体移动的移动部；以及
控制所述移动部的驱动控制部，
所述泡克耳斯晶体把持部沿着所述保护部移动，
所述保护部形成有移动限制部，该移动限制部限制所述泡克耳斯晶体把持部的移动，以限制所述泡克耳斯晶体的所述第2端部从所述保护部突出。
2.一种表面电位分布测量装置，对沿着旋转电机的定子的定子线圈端部即定子线圈端的长边方向设置的电场弛豫系统的表面电位进行测量，其特征在于，包括：
激光光源，该激光光源射出激光；
泡克耳斯晶体，从所述激光光源射出的所述激光从该泡克耳斯晶体的第1端面入射；
反射镜，该反射镜的正面设置于所述泡克耳斯晶体的所述第1端面的相反侧的第2端面，使从所述泡克耳斯晶体的所述第1端面入射的所述激光向所述入射的方向的相反方向反射；
光检测器，该光检测器具有跟踪逆变器脉冲电压的高频分量的频带，接受经所述反射镜反射后的所述激光，并检测出与所述泡克耳斯晶体的所述第1端面与所述第2端面之间的电位差即输出电压相对应的所述激光的光强；
保持搭载部，该保持搭载部至少对所述泡克耳斯晶体进行保持并移动；
电压校正数据库，该电压校正数据库中存储有输入电压对输出电压特性，该输入电压对输出电压特性表示在所述反射镜的背面施加了各个不同的输入电压时各个不同的所述输入电压与所述泡克耳斯晶体的所述输出电压之间的关系；以及
运算部，该运算部在所述反射镜的背面将所述电场弛豫系统的一部分表面配置为测试部位时，将所述定子线圈上施加了电压时的所述泡克耳斯晶体的所述输出电压设为测试时输出电压，基于所述电压校正数据库中存储的所述输入电压对输出电压特性，将与所述测试时输出电压相对应的输入电压确定为所述电场弛豫系统的表面电位，
所述泡克耳斯晶体形成为垂直于轴方向的截面的大小沿着所述轴方向发生变化，
所述保持搭载部具有：
对所述泡克耳斯晶体的结构进行保护的保护部；
为了测量所述电场弛豫系统的表面电位而使所述泡克耳斯晶体移动的移动部；以及
控制所述移动部的驱动控制部，
所述泡克耳斯晶体形成为从所述第1端面向所述第2端面逐渐变细，
所述保护部形成有引导孔，该引导孔在所述泡克耳斯晶体的移动方向上贯通，用于使所述泡克耳斯晶体移动，
所述引导孔形成为向着所述电场弛豫系统逐渐变细，以限制所述泡克耳斯晶体的所述第2端部从所述保护部突出。
3.如权利要求1所述的表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述保护部的所述轴方向的前端比所述泡克耳斯晶体的所述第2端面更向所述轴方向突出。
4.如权利要求1或2所述的表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述保持搭载部具有：
使所述泡克耳斯晶体和所述保护部沿着所述电场弛豫系统的长边方向移动的长边方向移动部；以及
使所述泡克耳斯晶体和所述保护部沿着所述轴方向移动的轴方向移动部，
所述驱动控制部向所述长边方向移动部和所述轴方向移动部输出移动指令。
5.如权利要求1或2所述的表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述保持搭载部还具有间隙传感器，该间隙传感器测量所述泡克耳斯晶体与所述电场弛豫系统之间的间隙，并将间隙信号输出到所述驱动控制部。
6.如权利要求1或2所述的表面电位分布测量装置，其特征在于，还包括：
能够旋转并对所述保持搭载部进行支承且沿着所述定子的轴中心延伸的支承轴；
对所述支承轴进行旋转驱动的旋转驱动部；以及
对所述支承轴进行支承的支承台。
7.如权利要求1或2所述的表面电位分布测量装置，其特征在于，
还包括仅使线偏振光通过的偏光分束器，
所述激光光源向对于所述电场弛豫系统的入射方向射出作为所述线偏振光的所述激光，
所述偏光分束器使从所述激光光源射出的所述激光向所述入射方向通过，
所述泡克耳斯晶体配置成其轴方向与所述入射方向平行，且与所述激光光源和所述偏光分束器一起在所述入射方向上排列配置，来自所述偏光分束器的所述激光入射到所述第1端面，
所述偏光分束器使经所述反射镜反射后的所述激光向与所述轴方向垂直的方向通过。
8.如权利要求1或2所述的表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述泡克耳斯晶体的第1端面接地。
9.如权利要求1或2所述的表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述泡克耳斯晶体是BGO晶体。
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