JP2002148300A - 小型電気機械の非破壊絶縁試験方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 健全な巻線コイルがラミネートコアに異常接
近（１ｍｍ以内）した状態にある欠陥部分を、非破壊検
査により量産工程で全数検査を可能にした絶縁試験方法
および装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 小型電気機械を収納した容器内部の圧力
を減圧雰囲気にし、小型電気機械が有するコイルに高周
波電圧を印加するステップと、前記小型電気機械からコ
ロナ放電が発生しているか否かを検出するステップから
なる非破壊絶縁試験方法としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型モータなどの
巻線部とラミネートコア間の絶縁状態の欠陥を非破壊状
態にして、非常に高感度に検出する試験方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、小型モータなどが使用中に巻
線とラミネートコア間の絶縁が破壊され、寿命をきたす
主な原因として、巻線のマグネットワイヤーと絶縁物
（フィルム、樹脂等）が、巻線の工程中、またはモータ
として組立工程中で何らかの機械または治具などで与え
られた打撃、機械的圧力、摩擦などから生じたクラッ
ク、傷、ピンホール等がもとで、マグネットワイヤーと
ラミネートコアが接触また異常接近し、使用中の電気
的、温度的、機械的、化学的な要因で絶縁破壊（いわゆ
る接地短絡）が生じ、短絡電流など異常電流が流れて巻
線を加熱焼損にいたらしめるものである。

【０００３】従来、この絶縁状態を検査する方法として
は、交流耐圧試験、絶縁抵抗試験、部分放電測定試験、
サージ試験、減圧サージ試験、ピンホール試験、目視官
能検査などがある。以下、これら方法について説明す
る。

【０００４】交流耐電圧試験、絶縁抵抗試験では、マグ
ネットワイヤーのコイル傷が相当に大きく、そして、直
接ラミネートコアに接触もしくは接近していないと検出
は不可能で、接地短絡のみが対象となる。

【０００５】部分放電測定試験は、部分放電の測定であ
り、マグネットワイヤーがラミネートコアに接触する場
合は、きわめて高感度に検出できる。これはマグネット
ワイヤーの絶縁皮膜を介し、コイルとラミネートコア間
に部分放電が発生するか否かを判定するので、健全なマ
グネットワイヤーがラミネートコアからわずかでも離れ
た現象の検出は不可能である。また減圧雰囲気下での部
分放電測定試験においても、部分放電発生開始電圧変化
するのみで、その検出能力は変わらない。

【０００６】サージ試験は、コイル傷がラミネートコア
に接触することに加え、コイルとコイル間で隣接するコ
イル傷から生じるレヤーショートにも検出効果があるも
のの、コイル傷の検出には限界がある。

【０００７】減圧サージ試験は、コイルとコイル間で隣
接するコイル傷から生じるレヤーショートの検出と、コ
イル傷の検出には極めて高い検出力があるが、健全なマ
グネットワイヤーがラミネートコアに接触または接近し
た現象については検出不可能である。

【０００８】ピンホール試験は、食塩水＋フェノールフ
タレン溶液に試供品を完全にどぶ漬けするもので、コイ
ル傷は検出するものの、この試験は破壊試験となり全数
検査はできない。

【０００９】目視官能検査は、巻線の工程中、モータの
組立工程中に行われるが、表面のみの検査であり目視不
可能な箇所が多く、また目視検査最大の課題であるヒュ
ーマンエラーが発生し、完全な効果は期待できない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の絶
縁状態を検査する試験方法は、絶縁破壊の原因となる、
マグネットワイヤーがラミネートコアに異常接近し、近
い将来運転中に絶縁破壊を起こす現象を、高感度に、量
産工程で全数検査を行うには満足できるものではなく、
以下（ａ）および（ｂ）に示すような課題がある。

【００１１】（ａ）健全なマグネットワイヤーが、ラミ
ネートコアに異常接近（１ｍｍ以内）した状態にある不
良現象の自動検出は困難であり、前記欠陥を電気的に検
知するには、欠陥箇所に放電現象を起こす必要がある
が、商用電源で高電圧（３０００Ｖ以上）が必要であ
り、これでは小型電気機械全体（特に絶縁紙を透して）
からコロナ放電が発生し、情報が埋没する。

【００１２】（ｂ）高電圧印加では破壊試験になり全数
検査は不可能である。

【００１３】すなわち、従来試験方法は、程度の悪い
（マグネットワイヤーにコイル傷がある場合、またはマ
グネットワイヤーがラミネートコアに直接接触した現
象）状態の検出であり、健全なマグネットワイヤーとラ
ミネートコアが異常に接近した状態の検出は不可能であ
る。

【００１４】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
であり、健全な巻線コイルがラミネートコアに異常接近
（１ｍｍ以内）した状態にある欠陥部分を、非破壊検査
により量産工程で全数検査を可能にした絶縁試験方法お
よび装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、コイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁
試験方法において、小型電気機械を収納した容器内部の
圧力を減圧雰囲気にし、小型電気機械が有するコイルに
高周波電圧を印加するステップと、前記小型電気機械か
らコロナ放電が発生しているか否かを検出するステップ
からなる非破壊絶縁試験方法としたものであり、巻線コ
イルとラミネートコア間に高周波電圧を６００〜１１０
０Ｖ印加した時に増大するコロナパルスにより良否判定
するように構成されている。

【００１６】これにより、健全な巻線コイルがラミネー
トコアに異常接近（１ｍｍ以内）した状態にある欠陥部
分を、非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にす
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
コイルを有する小型電気機械を容器に収納する第１ステ
ップと、前記容器内を減圧する第２ステップと、前記コ
イルに高周波電圧を印加する第３ステップと、前記小型
電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを判定す
る第４ステップからなることを特徴とするコイルを有す
る小型電気機械の非破壊絶縁試験方法であり、不良箇所
に低い電圧でコロナ放電を発生させることができるとい
う作用を有する。

【００１８】請求項２記載の発明は、コイルを有する小
型電気機械の非破壊絶縁試験装置において、前記小型電
気機械を収納する容器と、前記容器内を減圧雰囲気にす
る減圧装置と、前記コイルに高周波電圧を印加する高周
波電源と、前記小型電気機械からコロナ放電が発生して
いるか否かを検出する高周波コロナ測定装置により構成
されていることを特徴とする非破壊絶縁試験装置であ
り、不良箇所に低い電圧でコロナ放電を発生させること
ができるという作用を有する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の具体例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２０】図１は本発明の非破壊絶縁試験方法の一実
施例を示している。図１において、１は供試モータ（小
型電気機械）、２は減圧タンク（容器）、３は高周波コ
ロナ測定装置、４は真空計、５はバルブ、６は真空ポン
プ、７はブッシング、８はターミナルである。

【００２１】大気圧中で、供試モータ１は減圧タンク２
に収納され、供試モータ１はターミナル８を中継し、ブ
ッシング７を通ってモータ巻線コイルのリード線に接続
される。

【００２２】減圧装置は真空ポンプ６、バルブ５、真空
計４により構成されており、減圧タンク２内の減圧度は
真空計４により管理されながらバルブ５を介して真空ポ
ンプ６で所定の減圧度に減圧される。減圧タンク２の減
圧度は実験により、６５〜２００Ｔｏｒｒが最適であ
り、被測定物（供試モータ１）の種類に応じ減圧管理を
行うとよい。

【００２３】一般的に減圧コロナに注目する場合パッシ
ェンの法則により１〜５Ｔｏｒｒが最も感度が高いが、
この領域ではあまりにコロナ放電が活発なため、意味の
ないノイズ的なコロナ量が多く、本来検出しようとして
いる、供試モータ巻線のマグネットワイヤー１本とラミ
ネートコアまでの距離１ｍｍ以下を有す不良現象からの
コロナ放電情報が埋没し、著しくＳＮ比を低下させてし
まう。

【００２４】高周波コロナ測定装置３内にある高周波電
源において発生した高周波電圧は高圧ケーブルにより導
かれ、リード線を通ってモータ１のコイルに印加され、
徐々に印加電圧を上げていくとモータ巻線とラミネート
コア間にコロナ放電が起こる。

【００２５】小型電気機械の巻線（マグネットワイヤ
ー）のなかで発生するコロナ放電は大きく分けて、
（１）マグネットワイヤーとラミネートコアの間に有る
絶縁物（フィルム、樹脂等）を通して発生する放電、
（２）マグネットワイヤーとラミネートコア間で空気絶
縁を通して発生する放電がある。

【００２６】（１）の現象は（２）の現象に比べ絶縁物
の誘電率が高く、コロナ発生開始電圧が低く早期に発生
するもので、高電圧を印加した場合（２）の現象の不良
判定が困難であった。しかし（２）の現象は、電気的、
機械的、温度的、科学的な要因から将来的に不良となる
確率が高く、判定し事前に検出しなければならない。

【００２７】この課題に対し高周波電源（１〜４０ｋＨ
ｚ）を使用するとよい。これは、コイルを有した小型電
気機械のインピーダンス（Ｚ）は（１／ωＣ）であり、
電源周波数（ω）を増大させることにより、インピーダ
ンスを減らし、巻線内に流れる電荷量を増大させること
により、不良箇所に低い電圧でコロナ放電を発生させる
ことが可能となった。

【００２８】さらに、前記（１）と（２）のコロナ放電
の判定方法として、（２）のコロナパルス周波数は１．
５ＭＨｚ付近に増大することを実験により求め、ローパ
スフィルター（５００ｋＨｚ）とハイパスフィルター
（２ＭＨｚ）の組み合せによるバンドパスフィルターを
形成する手段により判定し検出が実現できるものであ
る。

【００２９】図３は供試モータ全体から発生するコロナ
放電の発生開始電圧と真空度の関係を、図４は供試モー
タ巻線のマグネットワイヤー１本とラミネートコアまで
の距離０．３ｍｍを有す不良再現箇所のコロナ発生開始
電圧と真空度の関係を示す。

【００３０】この図３および図４が示すように、供試モ
ータ全体（特にスロット絶縁紙を通過し発生するコロナ
放電）から発生する意味のないコロナ放電と、不良箇所
に発生する有意なコロナ放電を区別する必要がある。

【００３１】この方法を図２で説明する。高周波電源５
０（周波数が１〜５０ＫＨｚまで可変できる正弦波信号
を変圧器によりＭＡＸ３０００Ｖ（０−Ｐ）まで昇圧さ
れた高周波電源）にて発生した電圧を供試モータ５１の
巻線とステータ間に印加する。その時供試モータから発
生するコロナ放電により高周波成分が電源に重乗してく
る。この放電パルスの中でも低域の周波数のコロナパル
スを検出回路５２で検出する。検出されたコロナパルス
の中でも意味のないコロナ周波数と、供試モータ巻線の
マグネットワイヤー１本とラミネートコアまでの距離１
ｍｍ以下を有す不良箇所のコロナ周波数を区別するた
め、ローパスフィルター（５００ＫＨｚ）とハイパスフ
ィルター（２．５ＭＨｚ）とで形成するバンドパスフィ
ルター５２にて区別する。

【００３２】コロナパルスは電気的に非常にレベルの小
さな信号であるため、ＡＭＰ５４にて信号を増幅する。
また、高周波電源５０より印加された負の電圧に対して
発生したコロナパルスも有効であり、パルスも負のパル
スであるため、絶対値回路５５をとおしすべて正のパル
スに変える。

【００３３】その後コロナパルスをパルスカウンタ５６
でパルス数を数え、積分回路５７で放電量を算出し、ま
たピーク検出器５８でコロナパルスのピークレベルを検
出し、不良箇所があれば判定回路５９で不良と判定する
ことにより検出を可能にした。

【００３４】上記方法により、供試モータの良品と不良
現象を有するものとを比較測定したものを図５に示す。

【００３５】良品供試モータは約１０５０Ｖからパルス
の増加が発生しているものに比べ、不良現象を有した供
試モータは７５０Ｖからパルスは増加している。この関
係にある供試モータでは、９００Ｖで試験することによ
り、良品と不良品の判定が可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように請求項１および請求項２記
載の発明によれば、健全な巻線コイルがラミネートコア
に異常接近（１ｍｍ以内）した状態にある欠陥部分を、
非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にした絶縁
試験方法を提供することができるという有利な効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非破壊絶縁試験装置を示す図

【図２】本発明の回路構成図

【図３】本発明の一実施例による供試モータ（良品）の
コロナ発生開始電圧を示す図

【図４】本発明の一実施例による供試モータの不良現象
箇所でのコロナ発生開始を示す図

【図５】本発明の一実施例によるコロナパルス発生頻度
を示す図

【符号の説明】

１ 供試モータ（小型電気機械） ２ 減圧タンク（容器） ３ 高周波コロナ測定装置 ４ 真空計 ５ バルブ ６ 真空ポンプ ７ ブッシング ８ ターミナル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルを有する小型電気機械を容器に収
   納する第１ステップと、前記容器内を減圧する第２ステ
   ップと、前記コイルに高周波電圧を印加する第３ステッ
   プと、前記小型電気機械からコロナ放電が発生している
   か否かを判定する第４ステップからなることを特徴とす
   るコイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁試験方法。
2. 【請求項２】 コイルを有する小型電気機械の非破壊絶
   縁試験装置において、前記小型電気機械を収納する容器
   と、前記容器内を減圧雰囲気にする減圧装置と、前記コ
   イルに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記小型電
   気機械からコロナ放電が発生しているか否かを判定する
   高周波コロナ測定装置により構成されていることを特徴
   とする非破壊絶縁試験装置。