CN106461707B - 三维表面电位分布测量装置 - Google Patents

三维表面电位分布测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106461707B
CN106461707B CN201480079588.2A CN201480079588A CN106461707B CN 106461707 B CN106461707 B CN 106461707B CN 201480079588 A CN201480079588 A CN 201480079588A CN 106461707 B CN106461707 B CN 106461707B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pockels
crystallization
face
surface potential
electric field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480079588.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106461707A (zh
Inventor
古川真阳
牛渡广大
吉满哲夫
坪井雄
坪井雄一
日高邦彦
熊田亚纪子
池田久利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
University of Tokyo NUC
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp, University of Tokyo NUC filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Publication of CN106461707A publication Critical patent/CN106461707A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106461707B publication Critical patent/CN106461707B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
    • G01R15/241—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption
    • G01R15/242—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption based on the Pockels effect, i.e. linear electro-optic effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential
    • G01R29/14—Measuring field distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

三维表面电位分布测量装置(70)具有激光源(13)、Pockels结晶(11)、镜、光检测器(16)、一边维持它们的相互的位置关系一边保持它们的保持构造(31)、能够将保持构造(31)三维地移动驱动的移动驱动部、保持试验对象物(8)而能够以试验对象物(8)的长边方向为轴进行旋转驱动的旋转驱动部(35)、以及对移动驱动部以及旋转驱动部(35)进行控制的驱动控制部(37)。驱动控制部(37)一边将Pockels结晶(11)的端面和试验对象物(8)的表面的间隔保持为规定的间隔，一边协调基于移动驱动部的保持构造(31)的移动驱动动作和基于旋转驱动部(35)的试验对象物(8)的旋转驱动动作，以使Pockels结晶(11)的端面接近试验对象物(8)的电场弛豫系统(3)的整个表面。

Description

三维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三维表面电位分布测量装置。
背景技术
通过逆变器来使电动机等旋转电机驱动的逆变器驱动系统被开发并逐渐普及。在该逆变器驱动系统中，逆变器通过开关动作将直流电压转换为脉冲电压，将该脉冲电压经由电缆供应给旋转电机。旋转电机通过该脉冲电压被驱动。
以往，在高电压旋转电机中，为了防止特别是在定子线圈的铁芯端部附近产生的部分放电或发热的产生，在定子铁芯端部附近的线圈表面设置将从定子铁芯槽内导出的低电阻层、和与该低电阻层部分重叠而形成的电场弛豫层组合而成的电场弛豫系统的例子较多。
另一方面，在逆变器驱动系统中，由于逆变器、电缆以及旋转电机的阻抗不匹配，产生反射波。该反射波与脉冲电压重叠，从而有可能在电缆和旋转电机之间的部分、特别是电缆和旋转电机的连接部中，产生高电压噪声、即逆变器电涌。
在包含这些逆变器电涌的脉冲电压(以下，称为逆变器脉冲电压)重复产生的情况下，在上述的铁芯端部的定子线圈(以下，称为定子线圈端)中，可能产生在基于商用频率的运行时不会产生的部分放电或发热，即使在电场弛豫系统上，也有可能产生对可靠性带来阻碍的部分放电或发热，最终显著减少定子线圈的可靠性。
该部分放电或发热的产生依赖于电场弛豫系统的表面电位的梯度(参照非专利文献1)。因此，强烈期望对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统的表面电位准确地进行测量的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-22007号公报
非专利文献
非专利文献：熊田亚纪子、干叶政邦、日高邦彦「ポッケルス効果を用いた負極性沿面放電進展時の電位分布直接測定」電気学会論文誌AVol.118-A No.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
发明要解决的课题
在测量表面电位的情况下，通常使用表面电位计。例如在专利文献l中记载的技术中，使探头接触或接近电场弛豫系统，使用通过表面电位计测量的表面电位来计算非线性电阻。
但是，逆变器脉冲电压具有kHz量级以上的高频分量。在该情况下，表面电位计不能跟随上述的高频分量，不能对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统的表面电位进行测量。
此外，在探头中，通常使用金属材料。因此，在使探头接触或接近电场弛豫系统的方法中，有可能在电场弛豫系统与探头之间产生电位变动，阻碍准确的测定。此外，在产生了逆变器电涌时等，在电场弛豫系统与探头之间有可能产生电晕放电。这样，在测定点使用金属材料的情况下，由于对测定对象的扰乱，不能对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统的表面电位进行测量。
进而，特别是线圈的角部的电位分布的变化大，不仅是线圈的平面部分，关于角部，准确的电位分布的测定的必要性也很大。
因此，本发明的目的在于，对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统的三维的表面电位分布进行测量。
用于解决课题的手段
为了达成上述的目的，本发明是一种三维表面电位分布测量装置，对沿着试验对象物的长边方向实施的电场弛豫系统的表面电位进行测量，所述试验对象物模拟了旋转电机的定子线圈端部即定子线圈端，其特征在于，具备：激光源，射出激光；Pockels结晶，从第一端面被入射从所述激光源射出的所述激光；镜，其表面被设置在所述Pockels结晶的所述第一端面的相反侧的第二端面，将从所述Pockels结晶的所述第一端面入射的所述激光向与所述入射的方向相反的方向反射；光检测器，具有跟随逆变器脉冲电压的高频分量的频带，接受由所述镜反射的所述激光，检测与输出电压对应的所述激光的光强度，所述输出电压是所述Pockels结晶的所述第一端面和所述第二端面之间的电位差；保持构造，一边维持所述激光源、所述Pockels结晶、所述镜以及所述光检测器的相互的相对位置关系，一边保持所述激光源、所述Pockels结晶、所述镜以及所述光检测器；移动驱动部，能够将所述保持构造三维地移动驱动；旋转驱动部，保持所述试验对象物，能够以所述试验对象物的长边方向为轴而绕该轴向双方向旋转驱动；以及驱动控制部，对所述移动驱动部以及所述旋转驱动部进行控制，所述驱动控制部一边将所述Pockels结晶的所述第二端面和所述试验对象物的表面的间隔保持为规定的间隔，一边协调基于所述移动驱动部的所述保持构造的移动驱动动作和基于所述旋转驱动部的所述试验对象物的旋转驱动动作，以使所述Pockels结晶的所述第二端面接近所述试验对象物的电场弛豫系统的整个表面。
发明效果
根据本发明，能够对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统的三维的表面电位分布进行测量。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的结构的立体图。
图2是第一实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。
图3是表示第一实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的电压校正处理的过程的流程图。
图4是表示第一实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的表面电位测定的过程的流程图。
图5是表示第一实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的驱动移动的转变的立剖面图，图5(a)表示电场弛豫系统的第一面的测量开始时，图5(b)表示电场弛豫系统的第一面的测量结束时，图5(c)表示电解弛豫系统的角部的测量时，图5(d)表示邻接的第二面的测量时。
图6是第二实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。
图7是第三实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。
图8是第四实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置以及表面电位分布测量方法。在此，对相互相同或类似的部分赋予通用的标号，并省略重复说明。
[第一实施方式]
图1是表示实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的结构的立体图。作为本发明的实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置70的测定对象的试验对象物是，模拟了构成旋转电机的定子(未图示)和转子(未图示)之中的、定子的端部实施的用于防止电晕放电的产生的电场弛豫系统3的定子线圈端模拟试验体8。
对作为试验对象物的该定子线圈端模拟试验体8的表面电位分布进行测定的三维表面电位分布测量装置70具备测量装置主体10(参照图2)、运算装置20以及保持搭载部30。测量装置主体10使激光从半导体激光产生器(以下，称为激光源)13照射到在保持构造31上保持的Pockels结晶11，通过光检测器16取出依赖于作为测定对象的定子线圈端模拟试验体8的表面电位的反射光，通过运算装置20计算测定对象的电位。关于测量装置主体10的细节，在图2的说明时进行说明。
作为对在保持构造31上保持的Pockels结晶(泡克耳斯结晶)11与作为测定对象的定子线圈端模拟试验体8的相对位置进行调节的架构，设置有使保持构造31访问测定对象的表面的保持搭载部30、使定子线圈端模拟试验体8绕长边方向的轴旋转的旋转驱动部35。
保持搭载部30具有保持构造31、X方向移动部32以及对X方向移动部32进行移动驱动的X方向驱动部32a、Y方向移动部33以及对Y方向移动部33进行移动驱动的Y方向驱动部33a、对保持构造31进行移动驱动的Z方向驱动部34a、旋转驱动部35、基板36、以及驱动控制部37。驱动控制部37对X方向驱动部32a、Y方向驱动部33a、以及Z方向驱动部34a进行控制。在此，X方向是水平方向且是Pockels结晶11(图2)的长边方向，Y方向是水平方向且是与X方向垂直的定子线圈导体1的长边方向，Z方向是图1的朝上方向、即铅垂方向。
对Pockels结晶11等进行保持的保持构造31一边被X方向移动部32支撑一边由Z方向驱动部34a移动驱动而在Z方向(铅垂上下方向)升降移动。X方向移动部32一边被Y方向移动部33支撑一边由X方向驱动部32a移动驱动而在Y方向移动部33上沿X方向前后移动。Y方向移动部33一边被基板36支撑一边在基板36上沿Y方向前后移动。
将X方向驱动部32a、Y方向驱动部33a、以及Z方向驱动部34a总称为移动驱动部。移动驱动部使Pockels结晶11三维地移动。移动驱动部的各自的要素、即X方向驱动部32a、Y方向驱动部33a、以及Z方向驱动部34a通过来自驱动控制部37的指令来驱动。此外，X方向驱动部32a、Y方向驱动部33a、以及Z方向驱动部34a将各自的行走方向和行走距离的信息输出至驱动控制部37。
另一方面，定子线圈端模拟试验体8通过旋转驱动部35以可旋转的方式被支撑。旋转驱动部35根据来自驱动控制部37的指令而将试验体旋转驱动。旋转驱动部35将旋转方向以及旋转角度的信息输出至驱动控制部37。
接着，说明还被设置在定子线圈端模拟试验体8的电场弛豫系统3。在定子线圈导体1的外周，为了对定子线圈导体1进行绝缘覆盖，卷绕有以环氧云母(Mica epoxy)作为主成分的对地绝缘带作为主绝缘层4。在定子线圈端模拟试验体8的主绝缘层4的外周，以覆盖低电阻层5的端部的方式卷绕用于使电位梯度减缓的高电阻半导电带作为电场弛豫层6。
在低电阻层5中，在主绝缘层4的外周，从主绝缘层4与定子铁芯7的内周面对的部分至主绝缘层4露出定子铁芯7的外侧的部分为止，卷绕有低电阻半导电带。被设置在定子铁芯7的外侧的低电阻层5的宽度为几十mm左右。
低电阻层5与定子铁芯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成为驱动电极，低电阻层5成为接地电极。在该情况下，在定子线圈导体1和定子铁芯7内的低电阻层5之间产生的等电位线大致成为并行。
在定子线圈导体l和定子线圈端模拟试验体8中的低电阻层5之间产生的等电位线在主绝缘层4的厚度方向上分布。在定子线圈端模拟试验体8中，依赖于主绝缘层4和定子线圈导体1的相对介电常数的差异、定子线圈导体1的表面的电阻率而等电位线较密地分布。
因此，在定子线圈端模拟试验体8的表面上电位梯度变大，在定子线圈端模拟试验体8的沿面方向上电场集中。特别是，在低电阻层5的端部，电位梯度显著变大，易于产生电晕放电即部分放电或沿面放电。
因此，为了防止部分放电或沿面放电的产生，在低电阻层5的端部和定子线圈端模拟试验体8的主绝缘层4的外周，设置电场弛豫层6。
在此，定子线圈导体l的剖面形状为长方形，电场弛豫层6的剖面形状也成为沿着内部的定子线圈导体1的长方形的形状而带有圆弧的形状。即，电场弛豫层6具有大致平坦的侧部、和在侧部和侧部之间的带有圆弧的角部。该表面的电场分布在大致平坦的侧部和带有圆弧的角部中状况不同，特别是需要注意角部的电场分布。
以上，说明了定子线圈端模拟试验体8，模拟到对实机的定子线圈端实施的电场弛豫层为止。
图2是实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。测量装置主体10具有激光源13、偏振光分束器(以下，称为PBS)15、波长板17、Pockels结晶11、电介质镜(以下，称为镜)14、光检测器16、以及将它们保持的保持构造31。
激光源13朝向与电场弛豫系统3的长边方向(Y方向)垂直的入射方向(X方向)射出激光。关于该激光，其波长为532.0nm，最大输出为10mW，口径为0.34mm。在此将激光的波长设为532.0nm，但只要在Pockels结晶11内、光学部件内不会较大衰减而能够进行传播，也可以是与其不同的波长。
激光为直线偏振光，其直线偏振光的极化波面相对于与入射方向(X方向)以及电场弛豫系统3的长边方向(Y方向)垂直的方向(Z方向)平行。
PBS 15仅使上述直线偏振光通过。PBS 15使从激光源13射出的激光朝向入射方向(X方向)通过。
Pockels结晶11被配置为其轴方向与入射方向(X方向)成为平行，激光源13以及PBS 15都被并排配置在入射方向(X方向)上。
Pockels结晶11在第一端面11a和第二端面11b之间从第一端面11a朝向第二端面11b沿轴方向(X方向)延伸。此外，形成为，与轴方向垂直的剖面(横剖面)的大小沿着Pockels结晶11的轴方向变化。波长板如后述那样，是与表示检测光强度Pout的余弦函数的相位相关的要素。
在本实施方式中，Pockels结晶11的与轴方向垂直的剖面的形状为正方形，沿着X方向而正方形的边的长度直线地减少。
此外，在轴方向上延伸的Pockels结晶11的四个侧面之中邻接的两个侧面是与轴方向平行的面，剩余的两个面相对于轴方向倾斜。另外，不限定于此，只要以使轴方向上剖面积(横剖面)变化的方式使至少一个侧面相对于轴方向倾斜而剩余的侧面是与轴方向平行的面即可。
Pockels结晶11的第一端面11a接地，或Pockels结晶11的第一端面11a通过电源装置而成为0[V]。
来自PBS 15的激光被入射到Pockels结晶11的第一端面11a，朝向Pockels结晶11的与第一端面11a不相交的第二端面11b。
镜14的表面被设置在Pockels结晶11的第二端面11b。作为镜14的背面的Pockels结晶11的第二端面11b受到电场弛豫系统3的周围的电磁场的影响而成为被施加了电压的状态。
镜14的背面相对于试验处即电场弛豫系统3的试验对象部分离开规定距离而设置。该规定距离是考虑到电场弛豫系统3表面的树脂的凹凸的程度、空间分辨率等而设定的。细节在图5的说明的部分叙述。
镜14将从Pockels结晶11的第一端面11a入射的激光向与入射方向(X方向)相反方向(X的负方向)反射。
Pockels结晶11是属于“晶体点群43m或者晶体点群23”的有压电性的各向同性结晶，产生Pockels效应。在此，“43m”的“4”具有没有显示出的上划线。Pockels效应是在电介质的各向同性结晶被置于电场时，或被施加电压时示出双折射性的现象。
即，依赖于所施加的电压而折射率变化。作为其结果，光强度变化。作为Pockels结晶11，例示了BGO(例如Bi12GeO20)结晶等。
Pockels结晶能够根据结晶方位和入射光的传播方向所成的朝向，对与外部电场的光的传播方向平行或者垂直的分量具有灵敏度。前者被称为纵型调制，后者被称为横型调制。
属于“晶体点群43m或者晶体点群23”的Pockels结晶是能够进行纵型调制配置的结晶，在设为纵型调制配置的情况下，光强度和与外部电场的光程平行的分量的积分值、即电压成比例变化。
由镜14反射的激光的光强度与Pockels结晶11的第一端面11a和第二端面11b之间的电位差即输出电压VPout对应。
PBS 15使由镜14反射的激光在长边方向Y(在本实施方式中是长边方向Y的负方向)上通过。
光检测器16具有跟随逆变器脉冲电压的高频分量的频带。该光检测器16相对于PBS 15被配置在长边方向Y(在本实施方式中是长边方向Y的负方向)上。向光检测器16入射来自PBS 15的激光。光检测器16对检测光强度Pout进行检测，作为该激光的光强度。
检测光强度Pout与Pockels结晶11的第一端面11a和第二端面11b之间的电位差即输出电压VPout对应。该检测光强度Pout作为输出电压VPout的余弦函数而如下式那样表示。
Pout＝(Pin/2)×{1-cos(π(VPout/Vπ)-θ0)}
在上述余弦函数中，Pin为Pockels结晶11的入射光强度，Vπ为半波长电压，θO为通过波长板17赋予的相位差(任意)。在没有使用波长板17的情况下，测定电压范围Vπ在激光的波长为532nm的情况下为16kV左右，此外，在激光的波长为1.3μm的情况下成为35kV左右。从而，在激光的波长为1.3μm的情况下，通过使用波长板，与激光的波长为532nm的情况相比，电压测定成为等同。
在本实施方式中，通过检测光强度Pout，根据上述余弦函数的逆函数而求得Pockels结晶11的输出电压VPout。
Pockels结晶11由于使用例如100mm长这样比较长的结晶，靠近Pockels结晶11导致的电介质表面的电场分布的紊乱小。因此，Pockels结晶11的输出电压VPout与作为测定对象的电场弛豫系统3的表面电位成比例。
运算装置20是与光检测器16以及输出装置24连接的计算机，具备CPU(中央处理单元(Central Processing Unit))和存储装置。
在存储装置中储存计算机程序，CPU从存储装置读出计算机程序，执行该计算机程序。作为输出装置24，例示了显示装置或打印装置。
运算装置20作为CPU的功能块，具有运算部21、电压校正数据库22、以及表面电位测定数据库23。此外运算装置20与输出装置24连接，向输出装置24输出运算结果。
接着，说明第一实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置70的动作。
三维表面电位分布测量装置70在试验前进行后述的电压校正处理，在其后的试验时进行后述的表面电位测定处理。运算部21通过电压校正处理来构筑电压校正数据库22，在表面电位测定处理中参照电压校正数据库22。在运算部21中，通过例如试验者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是表示实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的电压校正处理的过程的流程图。
首先，运算部21被设定为电压校正的模式(步骤S11：设定电压校正)。接着，对三维表面电位分布测量装置70的Pockels结晶11的端部设置的镜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：施加输入电压)。
此时，从激光源13射出的激光经由PBS 15以及Pockels结晶11被镜14反射，由镜14反射的激光经由Pockels结晶11以及PBS 15入射到光检测器16。光检测器16检测来自PBS15的激光的光强度作为检测光强度Pout(步骤S13：检测光强度)。
在电压校正模式中，运算部21进行以下的处理。首先，运算部21使用上述的余弦函数，根据检测光强度Pout，计算Pockels结晶11的输出电压VPout[V]。即，根据检测光强度Pout，导出与检测光强度Pout对应的输出电压VPout[V](步骤S14：计算输出电压)。
运算部21将上述输出电压VPout[V]与通过例如试验者的输入操作而输入的上述的输入电压Vin[kV]一起储存至电压校正数据库22(步骤S15：储存输出电压)。
其后，在没有结束电压校正处理的情况下(步骤S16-否)，一边改变输入电压Vin[kV]，一边反复进行上述的步骤S11～S15，由此，在电压校正数据库22中，储存表示各个不同的输入电压Vin[kV]与此时的Pockels结晶11的输出电压VPout[V]的关系的、输入电压相对输出电压的特性。生成这样的输入电压相对输出电压的特性，构筑电压校正数据库22。
在结束电压校正处理的情况下(步骤S16-是)，运算部21将在电压校正数据库22中储存的输入电压相对输出电压的特性输出至输出装置24。在输出装置24为显示装置的情况下，输入电压相对输出电压的特性被显示在显示装置，在输出装置24为打印装置的情况下，输入电压相对输出电压的特性通过打印装置被打印(步骤S17：输出输入电压相对输出电压的特性)。
图4是表示实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的表面电位测定的过程的流程图。首先，运算部21被设定为表面电位测定模式(步骤S21：设定表面电位测定)。
接着，为了依次测定定子线圈端模拟试验体8的两端部的电场弛豫系统3的表面，选定三维表面电位分布测量装置70的Pockels结晶11的位置，通过驱动控制部37进行控制(步骤S22：配置试验处)。细节在图5的说明中叙述。
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的交流电压作为试验电压(步骤S23：施加试验电压)。此时，从激光源13射出的激光经由PBS 15以及Pockels结晶11由镜14反射，由镜14反射的激光经由Pockels结晶11以及PBS 15入射到光检测器16。光检测器16检测来自PBS 15的激光的光强度作为检测光强度Pout(步骤S24：检测光强度)。
在表面电位测定模式中，运算部21进行以下的处理。首先，运算部21使用上述的余弦函数，根据检测光强度Pout而计算Pockels结晶11的输出电压VPout[V]。即，根据检测光强度Pout，导出与检测光强度Pout对应的输出电压VPout[V]。在此，将输出电压VPout[V]设为试验时输出电压Vout[V](步骤S25：计算输出电压)。
运算部21根据在电压校正数据库22中储存的输入电压相对输出电压的特性，将与试验时输出电压Vout[V]对应的输入电压Vin[kV]确定为电场弛豫系统3的表面电位Vsuf[kV](步骤S26：确定表面电位)。
运算部21将上述表面电位Vsuf[kV]与通过例如试验者的输入操作而输入的上述的试验处L[mm]一起储存至表面电位测定数据库23(步骤S27：储存表面电位)。
其后，在没有结束表面电位测定处理的情况下(步骤S28-否)，一边改变试验处L[mm]，一边反复进行上述的步骤S21～S27。若判定为结束(步骤S28-是)，则结束反复进行，进行试验处相对表面电位的特性输出(步骤S29)。
这样，在相对于镜14的背面而在各个不同的位置上设置了试验处时，运算部21将各个不同的试验处、和此时确定的电场弛豫系统3的表面电位Vsuf[kV]储存至表面电位测定数据库23。
由此，在表面电位测定数据库23中，储存表示各个不同的试验处与此时确定的电场弛豫系统3的表面电位Vsuf[kV]的关系的试验处相对表面电位的特性。
图5是表示第一实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的驱动移动的转变的立剖面图，图5(a)表示电场弛豫系统的第一面的测量开始时，图5(b)表示电场弛豫系统的第一面的测量结束时，图5(c)表示电场弛豫系统的角部的测量时，图5(d)表示邻接的第二面的测量时。另外，在图5(b)、图5(c)、图5(d)中，Pockels结晶11以及保持构造31的虚线的显示示出移动前的状态的位置。
基本上，驱动控制部37对保持构造31的X方向、Y方向以及Z方向的必要移动距离、和定子线圈端模拟试验体8的电场弛豫系统3的必要旋转角度进行运算，向X方向驱动部32a、Y方向驱动部33a、Z方向驱动部34a的各个分别输出应驱动的距离指令，向旋转驱动部35输出应驱动的旋转角度指令，从而使Pockels结晶11移动到必要位置，此外，使定子线圈端模拟试验体8旋转移动到必要角度。
此时，驱动控制部37为了将Pockels结晶11的前端与电场弛豫系统3的表面之间的距离维持为规定的距离，计算各自的位置。另外，驱动控制部37计算各自的移动方向和距离或者旋转方向和角度，以使Pockels结晶11的前端以外的部分和电场弛豫系统3不干扰。这样，驱动控制部37一边协调保持构造31的移动驱动动作、和基于旋转驱动部35的定子线圈端模拟试验体8的旋转驱动动作，一边进行控制。
在图5(a)所示的电场弛豫系统3的第一面的测量开始时，作为测定对象部的电场弛豫系统3侧为固定状态，使保持Pockels结晶11的保持构造31移动来接近电场弛豫系统3的第一面。
从图5(a)所示的第一面的测量开始时至图5(b)所示的第一面的测量结束时为止，作为测定对象部的电场弛豫系统3侧为固定状态，使保持Pockels结晶11的保持构造31沿着电场弛豫系统3的侧面向Y方向以及Z方向移动。
从图5(b)所示的第一面的测量结束时至图5(c)所示的电解弛豫系统的角部为止，使作为测定对象部的电场弛豫系统3侧旋转。此时，由于保持构造31为停止状态，与电场弛豫系统3干扰，所以使保持构造31向X方向(负方向)移动。在此基础上，进一步使保持构造31向Z方向(负方向)移动到与新的电场弛豫系统3的角部对应的位置为止。
从图5(c)所示的角部至与第一面邻接的图5(d)所示的第二面为止，首先，使作为测定对象的电场弛豫系统3旋转。此时，为了避免与电场弛豫系统3的干扰而使保持构造31向X方向(负方向)移动。在此基础上，进一步使保持构造31向Z方向(负方向)移动到与新的电场弛豫系统3的第二面对应的位置。
通过反复进行这样的动作，能够在电场弛豫系统3的全周上测定电场分布。
以上那样，根据本实施方式，通过使用Pockels结晶11，能够一边确保较高的响应性一边测量设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统3的表面电位。此外，还能够测定在电场弛豫系统3的角部的电位分布而不用设置大型的装置。
[第二实施方式]
图6是第二实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。本实施方式是第一实施方式的变形。
在本实施方式中，Pockels结晶把持部51把持Pockels结晶11的侧面。Pockels结晶把持部51以不会对Pockels结晶11产生有意的变形的程度的力来把持Pockels结晶11。
Pockels结晶把持部51在把持了Pockels结晶11的状态下被向轴方向驱动。Pockels结晶把持部51具有在保护部52上形成的凹部即与移动限制部53部分嵌合的部分。
移动限制部53和Pockels结晶把持部51的嵌合被形成为，在Pockels结晶把持部51被向轴方向驱动而最接近电场弛豫系统3的情况下，Pockels结晶11的第二端面11b以及镜14也不会从保护部52的电场弛豫系统3侧的端部突出。
根据以上那样的本实施方式，在沿着电场弛豫系统3的长边方向的测量中，形成为，即使万一Pockels结晶11的目标位置被设定成为Pockels结晶11与电场弛豫系统3干扰的情况下，也不会比保护部52更突出，从而不用担忧Pockels结晶11与电场弛豫系统3接触而Pockels结晶11损伤。
以上那样，根据本实施方式，能够不损伤带有锥形的Pockels结晶11的健全性而高精度地对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统3的表面电位进行测量。
[第三实施方式]
图7是第三实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。本实施方式是第一实施方式的变形。
在保护部55中，形成有Pockels结晶11能够移动的导向孔56。导向孔56在Pockels结晶11的长边方向上贯通。导向孔56被形成为，面积从与Pockels结晶11的第一端面11a对应的一侧朝向与第二端面11b对应的一侧逐渐变小。导向孔56的面积被设定为，Pockels结晶11在不从保护部55突出的位置停止那样的大小。另外，不限定于不突出。也可以在突出的情况下限制其突出的长度。
此外，优选的是，在Pockels结晶11被移动限制的状态下，导向孔56的四个内侧侧面具有与Pockels结晶11的四个侧面相同的倾斜而形成，以使不会对Pockels结晶11局部施加荷重。
关于Pockels结晶11，使没有形成锥形的一侧的侧面沿着与该侧面对置的导向孔56的内侧侧面移动。
根据以上那样的本实施方式，即使没有附加第二实施方式中的Pockels结晶把持部51那样的特殊的部分，也能够利用在Pockels结晶11中形成有锥形部这样的情况来保护Pockels结晶11。即，即使在Pockels结晶11的目标位置被设定为Pockels结晶11与电场弛豫系统3干扰的情况下，Pockels结晶11越接近电场弛豫系统3则导向孔56变得越窄，所以在途中在导向孔56内停止。通过这样的移动限制构造，在与保护部55的端面相比更内侧停止。或不会从保护部55极端地突出，其结果，不用担忧Pockels结晶11与电场弛豫系统3接触而Pockels结晶11损伤。
以上那样，根据本实施方式，能够不损伤带有锥形的Pockels结晶11的健全性而高精度地对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统3的表面电位进行测量。
[第四实施方式]
图8是第四实施方式所涉及的三维表面电位分布测量装置的包含Pockels结晶的主体部分的长边方向的平剖面图。本实施方式是第一实施方式的变形。
在本实施方式中，在保持构造31中设置有缝隙传感器57。缝隙传感器57对该缝隙传感器57和作为测量对象的电场弛豫系统3的间隔进行测量，将该间隔输出至驱动控制部37。
驱动控制部37对X方向驱动部32a、Y方向驱动部33a、Z方向驱动部34a以及旋转驱动部35进行控制，以使来自缝隙传感器57的缝隙输出成为规定的目标值。在此，目标值被设定为能够使Pockels结晶11和电场弛豫系统3的间隙尺寸成为所期望的尺寸那样的值。
以上那样，根据本实施方式，能够不损伤带有锥形的Pockels结晶11的健全性而高精度地对设想了逆变器脉冲电压的产生的电场弛豫系统3的表面电位进行测量。
[其他实施方式]
以上，说明了本发明的实施方式，但实施方式作为例子而提示，没有意图限定发明的范围。此外，在实施方式中，为了便于说明，示出了将X方向、Y方向设为水平方向，将Z方向设为铅垂方向的情况，但不限定于此，也可以是将X轴、Y轴、Z轴的三维空间向任意的方向旋转的空间内。进而，实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。
实施方式及其变形被包含于发明的范围、主旨中，同样包含于权利要求书中记载的发明及其均等的范围内。
标号说明
1…定子线圈导体，3…电场弛豫系统，4…主绝缘层，5…低电阻层，6…电场弛豫层，7…定子铁芯，8…定子线圈端模拟试验体(试验对象物)，10…测量装置主体，11…Pockels结晶，11a…第一端面，11b…第二端面，13…激光源，14…镜，15…PBS(偏振光分束器)，16…光检测器，17…波长板，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…保持构造，32…X方向移动部，32a…X方向驱动部，33…Y方向移动部，33a…Y方向驱动部，34a…Z方向驱动部，35…旋转驱动部，36…基板，37…驱动控制部，51…Pockels结晶把持部，52…保护部，53…移动限制部，55…保护部，56…导向孔，57…缝隙传感器，70…三维表面电位分布测量装置。

Claims (6)

1.一种三维表面电位分布测量装置，对沿着试验对象物的长边方向实施的电场弛豫系统的表面电位进行测量，所述试验对象物模拟了旋转电机的定子线圈端部即定子线圈端，其特征在于，具备：
激光源，射出激光；
Pockels结晶，从第一端面被入射从所述激光源射出的所述激光；
镜，其表面被设置在所述Pockels结晶的所述第一端面的相反侧的第二端面，将从所述Pockels结晶的所述第一端面入射的所述激光向与所述入射的方向相反的方向反射；
光检测器，具有跟随逆变器脉冲电压的高频分量的频带，接受由所述镜反射的所述激光，检测与输出电压对应的所述激光的光强度，所述输出电压是所述Pockels结晶的所述第一端面和所述第二端面之间的电位差；
保持构造，一边维持所述激光源、所述Pockels结晶、所述镜以及所述光检测器的相互的相对位置关系，一边保持所述激光源、所述Pockels结晶、所述镜以及所述光检测器；
移动驱动部，能够将所述保持构造三维地移动驱动；
旋转驱动部，保持所述试验对象物，能够以所述试验对象物的长边方向为轴而将所述试验对象物绕该轴向各旋转方向旋转驱动；以及
驱动控制部，对所述移动驱动部以及所述旋转驱动部进行控制，
所述驱动控制部一边将所述Pockels结晶的所述第二端面和所述试验对象物的表面的间隔保持为规定的间隔，一边协调基于所述移动驱动部的所述保持构造的移动驱动动作和基于所述旋转驱动部的所述试验对象物的旋转驱动动作，以使所述Pockels结晶的所述第二端面接近所述试验对象物的电场弛豫系统的整个表面。
2.如权利要求1所述的三维表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述Pockels结晶被形成为从所述第一端面朝向所述第二端面逐渐变细。
3.如权利要求1或权利要求2所述的三维表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述保持构造具有把持所述Pockels结晶而与所述Pockels结晶一体移动的Pockels结晶把持部，所述保持构造形成有对所述Pockels结晶把持部的移动进行限制的移动限制部。
4.如权利要求1或权利要求2所述的三维表面电位分布测量装置，其特征在于，
在所述保持构造中，为了所述Pockels结晶移动而形成有贯通所述Pockels结晶的移动方向的导向孔，
所述导向孔被形成为朝向所述电场弛豫系统逐渐变细，以使所述Pockels结晶的所述第二端面从所述保持构造的突出被限制。
5.如权利要求1或权利要求2所述的三维表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述保持构造还具有缝隙传感器，所述缝隙传感器对所述Pockels结晶和所述电场弛豫系统间的缝隙进行测量，将缝隙信号输出至所述驱动控制部。
6.如权利要求1或权利要求2所述的三维表面电位分布测量装置，其特征在于，
所述Pockels结晶是BGO结晶。
CN201480079588.2A 2014-06-06 2014-06-06 三维表面电位分布测量装置 Active CN106461707B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/003053 WO2015186160A1 (ja) 2014-06-06 2014-06-06 ３次元表面電位分布計測装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106461707A CN106461707A (zh) 2017-02-22
CN106461707B true CN106461707B (zh) 2019-03-05

Family

ID=54766265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480079588.2A Active CN106461707B (zh) 2014-06-06 2014-06-06 三维表面电位分布测量装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10041980B2 (zh)
EP (1) EP3153870B1 (zh)
JP (1) JP6246349B2 (zh)
CN (1) CN106461707B (zh)
BR (1) BR112016027835B1 (zh)
CA (1) CA2951382C (zh)
WO (1) WO2015186160A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180374239A1 (en) * 2015-11-09 2018-12-27 Cognex Corporation System and method for field calibration of a vision system imaging two opposite sides of a calibration object
US10757394B1 (en) * 2015-11-09 2020-08-25 Cognex Corporation System and method for calibrating a plurality of 3D sensors with respect to a motion conveyance
US10812778B1 (en) 2015-11-09 2020-10-20 Cognex Corporation System and method for calibrating one or more 3D sensors mounted on a moving manipulator
US11562502B2 (en) * 2015-11-09 2023-01-24 Cognex Corporation System and method for calibrating a plurality of 3D sensors with respect to a motion conveyance
JP6839663B2 (ja) * 2016-02-08 2021-03-10 東芝三菱電機産業システム株式会社 ３次元表面電位分布計測システム
US10634704B2 (en) * 2016-08-17 2020-04-28 Micatu, Inc. Optical pockels voltage sensor assembly device and methods of use thereof
CN109200468B (zh) * 2018-10-22 2023-09-05 中国科学院心理研究所 一种多通道电刺激场强空间分布测量装置
CN113009242B (zh) * 2021-02-25 2022-10-04 西安理工大学 一种阵列式磁通门表面电势分布及衰减的测量装置及方法
CN115877114B (zh) * 2023-02-20 2023-08-25 极限人工智能有限公司 一种电动地脚支撑测试设备及测试方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5735765A (en) * 1980-08-14 1982-02-26 Toshiba Corp Electric field intensity measuring device
JPH06102296A (ja) * 1992-09-21 1994-04-15 Nippon Steel Corp 電圧分布測定装置
JPH0792110A (ja) * 1993-09-20 1995-04-07 Nec Corp Ｓａｒ測定装置および測定方法
US5559442A (en) * 1992-02-24 1996-09-24 Mwb High Voltage Systems Gmbh Process and sensor for measuring electric voltages and/or electric field intensities
JP2000352597A (ja) * 1999-06-10 2000-12-19 Toshiba Corp 原子力発電プラントおよびその運転方法
JP2005140588A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Toshiba Corp 光学式表面電位測定装置および測定方法
CN101393239A (zh) * 2008-10-20 2009-03-25 西南大学 物质表面性质参数分析系统
JP2011022007A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Hitachi Ltd 回転電機の固定子コイルの非線形抵抗測定方法、および、非線形抵抗測定装置
CN202453298U (zh) * 2012-01-16 2012-09-26 无锡迈福光学科技有限公司 一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置
CN102706951A (zh) * 2012-05-30 2012-10-03 神华集团有限责任公司 测定液液两相界面表面电位的方法
JP2013113637A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 表面電位分布計測装置および表面電位分布計測方法
CN103454315A (zh) * 2013-09-16 2013-12-18 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种测量航天器介质材料深层充电特征参数的装置及方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI915818A0 (fi) * 1991-12-11 1991-12-11 Imatran Voima Oy Optisk rf-givare foer maetning av spaenning och elfaelt.
JP3501016B2 (ja) 1999-06-10 2004-02-23 Ｊｆｅスチール株式会社 電動機固定子鉄心の動的磁気特性測定装置および測定方法
JP4635544B2 (ja) * 2004-09-29 2011-02-23 株式会社日立製作所 電界分布測定方法及び電界分布測定装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5735765A (en) * 1980-08-14 1982-02-26 Toshiba Corp Electric field intensity measuring device
US5559442A (en) * 1992-02-24 1996-09-24 Mwb High Voltage Systems Gmbh Process and sensor for measuring electric voltages and/or electric field intensities
JPH06102296A (ja) * 1992-09-21 1994-04-15 Nippon Steel Corp 電圧分布測定装置
JPH0792110A (ja) * 1993-09-20 1995-04-07 Nec Corp Ｓａｒ測定装置および測定方法
JP2000352597A (ja) * 1999-06-10 2000-12-19 Toshiba Corp 原子力発電プラントおよびその運転方法
JP2005140588A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Toshiba Corp 光学式表面電位測定装置および測定方法
CN101393239A (zh) * 2008-10-20 2009-03-25 西南大学 物质表面性质参数分析系统
JP2011022007A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Hitachi Ltd 回転電機の固定子コイルの非線形抵抗測定方法、および、非線形抵抗測定装置
JP2013113637A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 表面電位分布計測装置および表面電位分布計測方法
CN202453298U (zh) * 2012-01-16 2012-09-26 无锡迈福光学科技有限公司 一种基于激光散射的表面微缺陷检测装置
CN102706951A (zh) * 2012-05-30 2012-10-03 神华集团有限责任公司 测定液液两相界面表面电位的方法
CN103454315A (zh) * 2013-09-16 2013-12-18 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种测量航天器介质材料深层充电特征参数的装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Oscillatory Waveform Caused by Piezoelectric Vibration of Pockels Crystal and its Effective Suppression;H. MATSUMOTO et al.;《IEEJ transactions on ele ctrical and electronic engineering》;20110131;第6卷(第1期);第1-6页
The Direct Potential Distribution Measurement of Propagating Surface Discharge by Using Pockels Effect;Akiko KUMADA et al.;《The Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan A》;19980630;第118卷(第6期);第723-728页

Also Published As

Publication number Publication date
CA2951382C (en) 2018-11-20
CA2951382A1 (en) 2015-12-10
JP6246349B2 (ja) 2017-12-13
EP3153870A4 (en) 2018-03-28
EP3153870A1 (en) 2017-04-12
JPWO2015186160A1 (ja) 2017-04-20
WO2015186160A1 (ja) 2015-12-10
BR112016027835B1 (pt) 2022-01-25
CN106461707A (zh) 2017-02-22
US20170160314A1 (en) 2017-06-08
BR112016027835A2 (zh) 2017-08-22
EP3153870B1 (en) 2019-09-25
US10041980B2 (en) 2018-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106461707B (zh) 三维表面电位分布测量装置
CN104024874B (zh) 表面电位分布测量装置和表面电位分布测量方法
EP3255446B1 (en) A single-chip high-magnetic-field x-axis linear magnetoresistive sensor with calibration and initialization coil
CN102520259B (zh) 一种多试样表面电荷测量装置
CN105102997B (zh) 表面电位分布测量装置
CN111398649A (zh) 基于dsp的tmr阵列的测量大电流的开合式柔性探测器
CN101788653B (zh) 一种连续施加扫描磁场的磁电回线测试方法及其装置
CN110456171A (zh) 电晕放电导体表面电场强度的测量方法及装置
Jiang et al. Characteristics of the propagation of partial discharge ultrasonic signals on a transformer wall based on Sagnac interference
CN104280620A (zh) 冲击电压作用下变压器油中空间电荷测量装置
US11237227B2 (en) Magnetic sensor
Uhlig et al. Lorentz force eddy current testing: validation of numerical results
JP6159857B2 (ja) 表面電位分布計測装置および表面電位分布計測方法
RU2521728C1 (ru) Магниторезистивная головка-градиометр
CN108713149A (zh) 三维表面电位分布测量装置
KR20230035812A (ko) 스핀 궤도 토크 측정 방법 및 스핀 궤도 토크 측정기
Gresiak Gaussian Beam Steering on a Target Plane via High Speed Orthogonal Mirror-mounted Galvanometers

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant