JP2003532081A

JP2003532081A - かご形回転子用絶縁テスタ

Info

Publication number: JP2003532081A
Application number: JP2001578969A
Authority: JP
Inventors: オールドンカンプ，ジョン・レオナルド
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2003-10-28
Also published as: CA2376651A1; CN1454319A; EP1279041A1; WO2001081934A1

Abstract

(57)【要約】【課題】かご形電動機の回転子の回転子バーの周囲の絶縁性を測定する。【解決手段】本方法は、回転子の対向端部に交流磁束を印加し、交流磁束を印加した結果として回転子により吸収される電力レベルを測定する過程を含む。本方法は、測定された電力レベルを回転子バーの絶縁性の相対尺度として使用する過程を更に含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、電動機に関し、特に、誘導電動機に関する。

【０００２】

【発明の背景】

かご形誘導電動機などの誘導電動機が、一般的に用いられている。このような
電動機は、その簡潔性と信頼性により、現在、最も広く用いられている電動機の
１つである。

【０００３】かご形誘導電動機は安価且つ効率的であるが、このような電動機の回転子巻線
は、製造が困難であることが多い。正確に動作させるためには、回転子の巻線は
、下層の回転子積層から絶縁される必要がある。巻線の絶縁が不十分な場合、巻
線は、積層に対して短絡する恐れがあり、最終的には巻線同士で短絡する恐れが
ある。このような短絡は、効率低下につながり、最終的には、電動機の故障につ
ながる。かご形電動機は重要であるので、回転子の絶縁性を評価する手段が必要
となる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

かご形電動機の回転子の回転子バーの周囲の絶縁性を測定する方法及び装置が
提供される。本方法は、回転子の対向端部に交流磁束を印加し、交流磁束を印加
した結果として回転子により吸収される電力レベルを測定する過程を含む。本方
法は、測定された電力レベルを回転子バーの絶縁性の相対尺度として使用する過
程を更に含む。

【０００５】交流磁束の印加は、複雑な設備又は処理なしに行なうこともできる。回転子に
より吸収される相対電力は、回転子の絶縁性の確実な尺度を提供し、従って、動
作効率の確実な尺度を提供する。電動機の効率は、エネルギー節約のみならず、
内部加熱の減少による電動機の耐用年数の延長においても、重要な要素である。

【０００６】

【発明の実施の形態】

図１は、全般的に本発明の実施例による回転子絶縁テスタ１０を示す。この絶
縁テスタ１０には、電磁石１２及び絶縁テスタ制御部１４が含まれる。また、図
１では、かご形誘導電動機の回転子１６の端面図も示される。

【０００７】回転子１６は、本発明の一部を成すものではなく、本発明の理解のために示さ
れる。本発明の理解に必要な場合に回転子１６に触れる。

【０００８】図１の回転子６に含まれるのは、固定子（不図示）と相互に作用して回転子１
６を通る磁束通路を提供する複数の歯１８、２０、２２、２４（４つを図示）で
ある。回転子１６の長手方向軸に対して傾斜して又は平行に歯間に配設された複
数の回転子バー２６、２８、３０、３２（４つを図示）も示される。各回転子バ
ー２６、２８、３０、３２は、それぞれ、対向端部で端環３４、４４（端環３４
は図１に概略的に示される）に結合される。

【０００９】回転子バーと端環が合わさるようにするのは、一連の短絡巻線であり、これら
の巻線では、固定子の動作により電流が誘導される。正確な動作を保証するため
に、バー及び端環は、これらの下方にある金属磁束通路と歯とから絶縁される。

【００１０】図２は、図１の回転子１６及び電磁石１２の側面図である。図２に示す様に、
電磁石１２は、回転子１６に対する様に配設され、電磁石１２の対向極は、回転
子１６の単一の歯２４の対向端部に対する様に配設される。隣接する回転子バー
の絶縁を試験するためには、電磁石の各極が、回転子１６の歯１８、２０、２２
、２４のいずれの歯に対する様に配設されても良いことは理解されるべきである
。

【００１１】また、図２は、電磁石１２の巻線３６に交流を印加する際に回転子１６内（電
磁石１２の対向極間）に形成されるであろう磁束通路Ｆ１も示す。図２に示す様
に、磁束通路Ｆ１は、歯（この場合は歯２４）を通って図２の一方の側に入り、
回転子１６を長手方向に、（回転子積層に対して垂直に）回転子１６の第１の端
部から回転子１６の第２の端部まで進み、再び歯を通って出る。

【００１２】図３は、絶縁が不完全であるために回転子１６内に形成される１対の回路４０
、４２を概略的に示す。磁束通路内を流れる磁束に応じて、これらの回路４０、
４２において電流が誘導される。第１の回路４０は、回転子バー３０の左バー部
分４６、バー３２の左バー部分５２及び端環３４により図３の左側に形成される
。第１の回路４０は、バー３０と３２との間での絶縁不全（バー３０及び３２を
連結する図３の抵抗３８として概略的に示される）により完成される。

【００１３】同様に、第２の回路４２は、（回転子バー３０及び３２の）バー部分４８、５
０及び右端環４４により図３の右側に形成される。第２の回路４２は、バー３０
及び３２を連結する抵抗３８により完成される。

【００１４】図３から明らかな様に、第１の回路４０は、電磁石１２の左脚（極）からの磁
束を囲む。電流「ｉ」が巻線３６の正方向に流れる場合、第１の回路４０に示す
様に、反対方向の電流が流れる。

【００１５】同様に、第２の回路４２は、電磁石１２の右脚（極）からの磁束を囲む。電流
「ｉ」が巻線３６の正方向に流れる場合、第２の回路４２に示す様に、反対方向
の電流が流れる。

【００１６】また、図３から明らかな様に、抵抗３８が開路（すなわち、バー３０、３２の
絶縁は完全）であると想定した場合、バー３０、３２及び端環３４、４４には全
く電流が流れないであろう。電流が流れないのは、左脚の磁束が右脚の磁束を相
殺し、バー３０、３２及び端環３４、４４により磁束通路Ｆ１の周囲に形成され
た大型回路を通る正味磁束が零になるためである。

【００１７】図示した実施例では、絶縁完全性の尺度は、回転子１６により吸収される有効
電力により得られる。例えば、抵抗３８が開路である場合、巻線３６に流れる電
流「ｉ」は、主に励磁電流から成る。回転子１６により吸収される有効電力は、
積層内に誘導される渦電流中にのみ存在するであろう。

【００１８】有効電力の測定のために、制御部１４は、電流「ｉ」の大きさ及び位相を測定
する。電力は、式P = VIcos(を求めることによって制御部１４内で計算される。
式中、(は、誘導電圧と測定電流との間の測定位相差である。

【００１９】誘導電圧は、バイファイラー巻３６の使用して測定しても良い。通電用の電圧
をバイファイラー巻の第１の導線に印加する一方で、バイファイラー巻の第２の
導線上で電圧（これを基に有効電力の判定を行なっても良い）を測定する。バイ
ファイラー巻の使用により、有効電力の計算から第１の導線中に存在するI²R損
失が取り除かれるので、有効電力測定値中の誤差が減少する。

【００２０】本発明の別の実施例では、図４及び５に示すように、１対の電磁石６０、６２
が、回転子１６の１対の隣接する歯２２、２４にまたがるように作用する。第１
の電磁石６０は、１対の歯２２、２４にまたがるように回転子１６の一端に作用
しても良く、一方、第２の電磁石６２は、同じ１組の歯２２、２４にまたがるよ
うに回転子１６の対向端部に作用する。１対の電磁石６０、６２を使用すること
により、１対の磁束通路が生成される（各通路は、電磁石６０、６２の対向脚間
の各端部にある）。

【００２１】更に、各電磁石６０、６２には、個別の巻線７２、７４が備えられる（図６参
照）。電磁石６０、６２の巻７２、７４は、直列に接続され、反対方向に巻かれ
る。

【００２２】巻線７２、７４を直列に接続し、反対方向に巻くことにより、各歯における正
味磁束が０になる。別の言い方をすると、電磁石６０、６２が積層スタックの対
向端部に配置される場合、回転子の絶縁が十分である限りは正味の鎖交磁束は存
在しない。電磁石６２と６４との間の磁束帰還路は、積層スタックを横断する。
図６により示される事例では、各歯の正味磁束が零に等しいだけでなく、スタッ
クの各端部での正味磁束も零である。この場合、磁束帰還路は、抵抗が最小であ
るので、積層を横断するのではなく、積層の中を通る。

【００２３】歯１８、２０、２２、２４と電磁石６０、６２との間の正味磁束を０にするこ
とにより、回転子１６の回転子かご形電流損が除去される。回転子電流損が除去
されることにより、絶縁テスタ１０により達成される絶縁試験の正確性が大幅に
改善される。

【００２４】図６において、回転子バー間の絶縁が不完全なことにより形成された回路を説
明する。図６に示すように、電磁石６０、６２は、歯２２、２４にまたがるもの
として示される。第１のバー２８は、前方において電磁石６０、６２の脇を通っ
て延出する。第２のバー３０は、２個の電磁石６０、６２の中を通る。第３のバ
ー３２は、後方において電磁石６０、６２の脇を通って延出する。端環３４、４
４は、バー２８、３０、３２の対向端部を結合する。

【００２５】１対の抵抗８４、８６を使用して絶縁の不完全性を示す。抵抗８４は、バー３
０と３２との間の絶縁の不完全性を示すのに使用される。抵抗８６は、バー３０
と２８との間の絶縁の不完全性を示すのに使用される。

【００２６】抵抗８４、８６が存在する場合、少なくとも４つの回路８８、９０、９２、９
４が回転子１６内に存在することが考えられる。第１の回路８８は、バー２８の
第１の部分７２、抵抗８６、バー３０の第１の部分７６及び端環３４を含む。第
２の回路９０は、バー２８の第２の部分７４、端環４４、バー３０の第２の部分
７８及び抵抗８６を含む。第３の回路９２は、バー３０の第２の部分７８、端環
４４、バー３２の第２の部分８２及び抵抗８４を含む。第４の回路９４は、バー
３０の第１の部分７６、抵抗８４、バー３２の第１の部分８０及び端環３４を含
む。

【００２７】図６から明らかなように、第１の電磁石６０の第１の極６４からの磁束は、第
１の回路８８により囲まれ、第２の電磁石６２の第１の極６８からの磁束は、第
２の回路９０により囲まれる。第１の極６４からの磁束は、第１の極６８からの
磁束と同等且つ反対方向であるので、バー２８、３０及び端環３４、４４により
形成される大型回路を通る正味の磁束はない。大型回路により囲まれる磁束がな
いので、電流はこの大型回路を流れない。同じ理由により、バー３０、３２及び
端環３４、４４により形成される大型回路にも電流は流れない。また、２個の電
磁石６０、６２の４つの極６４、６６、６８、７０の正味磁束は零であるので、
外側のバー２８、３２及び端環３４、４４により形成される大型回路を流れる電
流は存在しない。

【００２８】絶縁性を測定するために、制御部１４は、１対の電磁石６０、６２の図６に示
す入力に電圧を印加する。電圧を印加した後、制御部１４は、電磁石６０、６２
を通って流れる任意の電流「ｉ」の大きさ及び位相を測定する。電圧と電流の大
きさ及び位相とにより、制御部１４は、絶縁性の尺度として回転子１６により吸
収される有効電力を測定する。

【００２９】回転子１６により吸収される電力のレベルにより、絶縁性の評価が行われる。
抵抗８４、８６が共に開路である（すなわち、バー２８、３０、３２間の絶縁性
が非常に高い）場合、電磁石６０、６２が第１組の歯２２、２４上に配置された
際に回転子１６により吸収される有効電力は、ごく僅かである。一方の抵抗（例
えば、抵抗８４）のみが開路である場合、少量の電力が吸収され、１組のバー（
すなわち、バー２８及び３０）の間でのみ短絡の存在が検出されるかもしれない
。

【００３０】電磁石６０、６２が、第１組の歯２２、２４上に配置され、バー２８、３０、
３２の試験が終了した後で、電磁石６０、６２は、次の組の歯２０、２２に移動
する。次の組の歯２０、２２に一度移動すると、別の組のバー２６、２８、３０
の絶縁性が試験されるであろう。

【００３１】本発明の別の実施例では、回転子バーの損傷を調べるために、電磁石６０、６
２の一方が１組の歯から取り外される。例えば、電磁石６０、６２が歯２２、２
４上に配置される場合、第２の電磁石６２が、回転子１６から取り外される。バ
ー３０が遮断される場合、バー２８及び３２により形成されたループには、正味
磁束がなく、回転子電流が生じない（電磁石６０又は６２は、ボックス３０をま
たぐようにスタック中央に配置されるべきである）。

【００３２】バー３０が無傷の場合、大型回路（第１の回路素子２８、４４、３０、３４及
び第２の回路素子３０、４４、３２、３４）を通る正味磁束は零ではなく、電流
が流れる。電流の有無を測定することによって、バーの損傷が検出されるであろ
う。残った電磁石６０２を低い読み取り値が検出された側に移動させることによ
って、１本以上の損傷バーの位置を正確に判定することが可能である。

【００３３】本発明による絶縁性を測定する方法及び装置の特定実施例を、本発明の製造法
及び使用法を示す目的で説明してきた。本発明の他の変形及び変更の実施と本発
明の種々の面は、当業者には明らかであり、本発明は上述の特定実施例に限定さ
れないことは明らかであろう。従って、ここで開示され、また、特許請求の範囲
に記載される基本原則の趣旨の範囲内であれば、あらゆる変更、変形又は同等物
は、本発明に包含される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による絶縁テスタ及び試験対象の回転子を示すブロ
ック図。

【図２】図１のシステムの電磁石及び回転子を示す側面図。

【図３】図１のシステムにより検出される回路のうちの１つの回路を示す概
略図。

【図４】図１のシステムの代替の電磁石構成及び回転子を示す図。

【図５】図４の電磁石構成及び回転子の側面図。

【図６】図１のシステムにより検出される回路の概略図。

【符号の説明】

１０…回転子絶縁テスタ、１２…電磁石、１４…絶縁テスタ制御部、１６…回
転子、１８、２０、２２、２４…歯、２６、２８、３０、３２…回転子バー、３
６、７２、７４…巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】かご形電動機の回転子の回転子バーの周囲の絶縁性を測定する
方法において、前記回転子の対向端部に交流磁束を印加する過程と、前記交流磁束を印加した結果として前記回転子により吸収される電力レベルを
測定する過程と、前記測定された電力レベルを前記回転子バーの前記絶縁性の相対尺度として表
示する過程とから成る方法。
【請求項２】前記交流磁束の印加過程は、前記回転子の歯の各対向端部に電
磁石の対向極を作用させる過程を更に含む請求項１記載のかご形電動機の絶縁性
測定方法。
【請求項３】前記電磁石の作用過程は、前記電磁石の巻線を交流電圧で通電
する過程を更に含む請求項２記載のかご形電動機の絶縁性測定方法。
【請求項４】前記交流電圧の前記巻線への印加過程は、前記交流電圧により
前記磁石の前記巻線内に誘導される電流の大きさ及び位相を測定する過程を更に
含む請求項３記載のかご形電動機の絶縁性測定方法。
【請求項５】前記電流の測定過程は、前記交流電圧により前記電磁石の前記
巻線内に誘導される前記電流の前記測定された大きさ及び位相に基づいて、前記
回転子中に吸収される前記電力レベルを判定する過程を更に含む請求項４記載の
かご形電動機の絶縁性測定方法。
【請求項６】前記交流磁束の印加過程は、前記回転子の対向端部において１
組の隣接する歯に第１の電磁石及び第２の電磁石を作用させる過程を更に含む請
求項１記載のかご形電動機の絶縁性測定方法。
【請求項７】前記第１及び第２の電磁石の作用過程は、前記１組の歯のうち
の１つの歯と前記第１及び第２の電磁石との間で交換される正味磁束が零である
ように、前記第１及び第２の電磁石間において対向極性の交流電圧で前記第１及
び第２の電磁石の巻線を通電する過程を更に含む請求項６記載のかご形電動機の
絶縁性測定方法。
【請求項８】前記交流電圧の前記巻線への印加過程は、前記交流電圧により
前記第１及び第２の電磁石の前記巻線中に誘導される電流の大きさ及び位相を測
定する過程を更に含む請求項７記載のかご形電動機の絶縁性測定方法。
【請求項９】前記電流の測定過程は、前記交流電圧により前記電磁石の前記
巻線内に誘導される前記電流の前記測定された大きさ及び位相に基づいて、前記
回転子中に吸収される前記電力レベルを判定する過程を更に含む請求項８記載の
かご形電動機の絶縁性測定方法。
【請求項１０】かご形電動機の回転子の回転子バーの周囲の絶縁性を測定す
るための装置において、前記回転子の対向端部に交流磁束を印加する手段と、前記交流磁束を印加した結果として前記回転子により吸収される電力レベルを
測定する手段と、前記測定された電力レベルを前記回転子バーの前記絶縁性の相対尺度として表
示する手段とを具備する装置。
【請求項１１】前記交流磁束の印加手段は、単一の磁束通路を生成する手段
を更に具備する請求項１０記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項１２】前記単一の磁束通路を交流電圧で通電する手段を更に具備す
る請求項１１記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項１３】前記交流電圧内に誘導される電流の大きさ及び位相を測定す
る手段を更に具備する請求項１２記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装置
。
【請求項１４】前記交流電圧により誘導される前記電流の前記測定された大
きさ及び位相に基づいて、前記回転子中に吸収される電力レベルを判定する手段
を更に具備する請求項１３記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項１５】前記回転子の対向端部に配置され且つ前記回転子の各端部に
おいて個別の磁束通路を生成する手段を更に具備する請求項１０記載のかご形電
動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項１６】前記回転子の各歯と前記生成手段との間で交換される正味磁
束が零であるように、前記回転子の各端部における前記個別の磁束通路を対向極
性の交流電圧で通電する手段を更に具備する請求項１５記載のかご形電動機の絶
縁性測定のための装置。
【請求項１７】前記交流電圧により誘導される電流の大きさ及び位相を測定
する手段を更に具備する請求項１６記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装
置。
【請求項１８】前記電流の測定手段は、前記交流電圧により誘導される前記
電流の前記測定された大きさ及び位相に基づいて、前記回転子中に吸収される前
記電力レベルを判定する手段を更に具備する請求項１７記載のかご形電動機の絶
縁性測定のための装置。
【請求項１９】かご形電動機の回転子の回転子バーの周囲の絶縁性を測定す
るための装置において、前記回転子の対向端部に交流磁束を印加するように構成された電磁石と、前記回転子の対向端部に印加された前記交流磁束の電流の大きさ及び位相を測
定するための電流検出器と、前記交流磁束を印加した結果として前記回転子により吸収される電力を判定す
るための電力検出器とを具備する装置。
【請求項２０】前記回転子の歯の各対向端部に前記交流磁束を印加するよう
に構成された電磁石を更に具備する請求項１９記載のかご形電動機の絶縁性測定
のための装置。
【請求項２１】前記電磁石に接続された電源を更に具備する請求項２０記載
のかご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項２２】前記交流電圧により前記電磁石の前記巻線内に誘導される電
流の大きさ及び位相を測定するための前記電源に接続された電流検出器を更に具
備する請求項２１記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項２３】前記交流電圧により前記電磁石の前記巻線内に誘導される前
記電流の前記測定された大きさ及び位相に基づいて、前記回転子中に吸収される
前記電力レベルを判定するための電力検出器を更に具備する請求項２２記載のか
ご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項２４】前記電磁石は、前記回転子の対向端部に配設された前記回転
子の対向端部に前記交流磁束を印加するための第１の電磁石及び第２の電磁石を
更に具備する請求項１９記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項２５】前記第１及び第２の電磁石は、前記回転子の任意の歯と前記
電磁石との間で交換される正味磁束が零であるように、直列接続されたコイルと
、交流電圧を印加するための電源とを更に具備する請求項２４記載のかご形電動
機の絶縁性測定のための装置。
【請求項２６】前記電源は、前記交流電圧により前記第１及び第２のコイル
内に誘導される電流の大きさ及び位相を測定するための電流検出器を更に具備す
る請求項２５記載のかご形電動機の絶縁性測定のための装置。
【請求項２７】前記交流電圧により誘導される前記電流の前記測定された大
きさ及び位相に基づいて、前記回転子中に吸収される電力レベルを判定するよう
に構成された電力検出器を更に具備する請求項２６記載のかご形電動機の絶縁性
測定のための装置。
【請求項２８】かご形電動機の回転子の回転子バーの回転子バーの絶縁性を
測定するための装置において、前記回転子の隣接する歯に交流磁束を印加する手段と、前記回転子の前記隣接する歯に印加された前記交流磁束により誘導される電気
パラメータを測定する手段と、前記交流磁束を印加した結果として前記回転子により吸込まれる前記測定され
たパラメータを表示する手段とを具備する装置。