JP2005274440A - 回転電機の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズ電磁波や電源ノイズなどのノイズの影響を抑え、部分放電の発生の検出精度を高めることが可能な回転電機の検査装置および検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 モータ１に対してインパルス電圧印加が行われ部分放電試験が行われる。部分放電による電磁波の検出がアンテナセンサ７を用いて行われ、接地線に流れる電流の検出が電流センサ９を用いて行われる。得られた部分放電波形はＦＦＴ解析され、電磁波スペクトルおよび電流スペクトルの積分値が算出され、電磁波スペクトル強度ＷＩおよび電流スペクトル強度ＣＩが得られる。電磁波スペクトル強度ＷＩが電磁波強度規格値ＳＴ１以上であり、かつ、電流スペクトル強度ＣＩが電流強度規格値ＳＴ２以上である場合には、部分放電の発生ありと判断される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機の不良品を検出する装置および方法に関するものであり、特に、回転電機のステータの部分放電試験による絶縁不良検査装置および検査方法に関するものである。

回転電機の内部で発生した部分放電信号とその発生場所を検出する手段の一つとして、特許文献１に記載された方法を説明する。図９（ａ）は固定子巻線と部分放電センサの配置を示す説明図、図９（ｂ）は部分放電信号の伝播を示す波形図である。図９（ａ）において回転電機の固定子フレーム１１２にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子巻線１１４が備えられ、各固定子巻線１１４には部分放電センサ１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃが備えられている。また接地線には電波雑音計測のため電磁波センサ１１３ｂが設けられている。発電機の運転中には固定子巻線１１４に高電圧が発生している。固定子巻線１１４の絶縁劣化などにより異常が発生すると、固定子巻線１１４に部分放電Ａが発生し高周波電流が流れる。このとき図９（ｂ）に示すように、放電センサ１０９ａ乃至１０９ｃでは放電発生とほぼ同時に信号が検出される。また電磁波センサ１１３ｂの信号は放電センサ１０９ａの信号に対して時間Δｔ２だけ遅れて検出される。そして部分放電センサ１０９ａの信号を検知した後、時間Δｔ２経過後に第１電磁波センサ１１３ｂの信号が検知された場合には、部分放電の発生ありと判断される。

また、回転電機の内部で発生した部分放電強度を求める手段の一つとして、その部分放電によって電力機器から外部に放射される電磁波をアンテナにより受信し、この受信された信号を基に解析する方法がある。例として特許文献２に記載の部分放電の強度判断方法を図１０に示す。部分放電検出対象に設置された部分放電検出センサ１０１ａに入力させて得た部分放電信号成分を含むアナログ信号１２２ａは、Ａ／Ｄ変換器１０２ａによりデジタル信号化され、ＦＦＴ変換器１０３ａによりフーリエ変換して周波数分布１２３ａに展開される。一方、部分放電検出対象から充分離れた場所に設置された部分放電検出センサ１０１ｂに入力させて得たバックグラウンドノイズのアナログ信号１２２ｂは、Ａ／Ｄ変換器１０２ｂによりデジタル信号化され、ＦＦＴ変換器１０３ｂによりフーリエ変換して周波数分布１２３ｂに展開される。上記、部分放電信号成分を含む信号の周波数分布１２３ａと、バックグラウンドノイズ成分のみの信号の周波数分布１２３ｂは差分器１０４に送られ、ここで部分放電信号成分を含む信号の周波数分布１２３ａと、バックグラウンドノイズ成分のみの信号の周波数分布１２３ｂとの差分が行われ、部分放電信号成分のみの周波数分布１２５が出力される。積分器１０５では、この周波数分布１２５における部分放電の所定周波数帯部分の面積が求められ、部分放電の強度として出力される。

また、その他の回転電機の絶縁検査方法についても特許文献３が開示されている。
特開平７−３９１１１号公報（段落００３０−００４７、図８） 特開平８−１０５９２８号公報（段落００１８−００１９、図２） 特開平５−２６４６３９号公報

上記特許文献１に記載の方法では、部分放電の発生を、放電センサの信号と電磁波センサの信号との検出時間差（時間Δｔ２）で判断している。すなわち時間領域で判断しており、部分放電信号とノイズ信号との区別が困難なため、例えば検査時の測定期間内において、放電センサ１０９ａと第１電磁波センサ１１３ｂとに時間差をもったノイズ信号が検出された場合には、部分放電ありと誤検知されてしまう。よって、ノイズ信号により部分放電の誤検知が行われるおそれがあるため問題である。また時間Δｔ２は、部分放電Ａの発生場所が変わるときや、部分放電が複数の場所で発生する場合や、固定子巻線が変わるとき等には変化する。よって時間Δｔ２が測定出来ない程度まで小さくなった場合には、部分放電の検知が出来なくなるおそれがあるため問題である。また時間Δｔ２はナノ秒オーダの値であるため測定が困難であり、これによっても部分放電の検知が出来なくなるおそれがあるため問題である。

また上記特許文献２に記載の方法では、部分放電による電磁波と同一の周波数帯域の信号成分を有する外乱のノイズ電磁波が、部分放電検出センサ１０１ａにのみ検出された場合にあっては、部分放電によって発生した電磁波であるのか、ノイズ電磁波であるのかの区別ができない。すると当該ノイズ電磁波によって、部分放電の発生があるとの誤検知が行われるおそれがあるため問題である。

本発明は前記従来技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、ノイズ電磁波や電源ノイズなどのノイズの影響を抑え、部分放電の発生の検出精度を高めることが可能な回転電機の検査装置および検査方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る回転電機の検査方法は、回転電機のステータコイルへの電圧印加により発生する部分放電を検出することにより、ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の検査方法において、部分放電により発生する電流を検出する電流測定ステップと、部分放電により発生する電磁波を検出する電磁波測定ステップと、電流測定ステップで検出された信号を電流スペクトルへ変換し、電磁波測定ステップで検出された信号を電磁波スペクトルへ変換するフーリエ変換ステップとを備えることを特徴とする。

また請求項４に係る回転電機の検査装置は、回転電機のステータコイルへの電圧印加により発生する部分放電を検出することにより、ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の検査装置において、部分放電により発生する電流を検出する少なくとも１つの電流センサと、部分放電により発生する電磁波を検出する少なくとも１つの電磁波センサと、電流センサで検出された信号を電流スペクトルへ変換し、電磁波センサで検出された信号を電磁波スペクトルへ変換するフーリエ変換部とを備えることを特徴とする。

電流測定ステップまたは電流センサは、部分放電により発生する電流を検出する。電磁波測定ステップまたは電磁波センサは、部分放電により発生する電磁波を検出する。フーリエ変換ステップは、電流測定ステップで検出された信号を電流スペクトルへ、また電磁波測定ステップで検出された信号を電磁波スペクトルへそれぞれ変換する。フーリエ変換部は、電流センサで検出された信号を電流スペクトルへ、また電磁波センサで検出された信号を電磁波スペクトルへそれぞれ変換する。なお電流スペクトルおよび電磁波スペクトルは、グラフの横軸に該当する値に周波数をとった周波数スペクトルである。また電流センサおよび電磁波センサは複数備えられても良い。

これにより周波数領域で部分放電の発生有無を判断することで、時間領域における電流と電磁波との発生時間差の変動等の影響を受けることがないため、部分放電発生の検出精度を高めることが可能となる。

また請求項２に係る回転電機の検査方法は、請求項１に記載の回転電機の検査方法において、電流スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域のスペクトルを積分して電流スペクトル強度を得る電流スペクトル強度算出ステップと、電磁波スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域のスペクトルを積分して電磁波スペクトル強度を得る電磁波スペクトル強度算出ステップとを備え、電流スペクトル強度と電磁波スペクトル強度値とが共に所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断されることを特徴とする。

また請求項５に係る回転電機の検査装置は、請求項４に記載の回転電機の検査装置において、電流スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域の電流スペクトル強度を得る電流スペクトル強度算出部と、電磁波スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域の電磁波スペクトル強度を得る電磁波スペクトル強度算出部とを備え、電流スペクトル強度と電磁波スペクトル強度とが共に所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断されることを特徴とする。

電流スペクトル強度算出ステップまたは電流スペクトル強度算出部では、電流スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域のスペクトルが積分されて、電流スペクトル強度が得られる。部分放電成分が多い周波数帯域とは、部分放電発生がない時の電流スペクトルに比して、部分放電発生がある時の電流スペクトルにおいてスペクトルが特徴的に増加する帯域のことである。よって、部分放電の電流とは異なるスペクトル強度分布を有するようなノイズ電流の電流スペクトルの強度を算出すると、得られる電流スペクトル強度が低くなる。電磁波スペクトル強度算出ステップまたは電磁波スペクトル強度算出部では、電磁波スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域のスペクトルが積分されて、電磁波スペクトル強度が得られる。よって、部分放電の電磁波とは異なるスペクトル強度分布を有するようなノイズ電磁波の電磁波スペクトルの強度を算出すると、得られる電磁波スペクトル強度が低くなる。

そして電流スペクトル強度と電磁波スペクトル強度値とが共に所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断される。例えばノイズ電磁波が周囲から入射された場合には、当該ノイズ電磁波は電磁波測定ステップで検出されるが、電流は発生していないため検出されない。この場合には電流スペクトル強度が所定規格値以上となることはないため、部分放電の発生は無いと判断される。同様にして、ノイズ電流が入ってきた場合には、当該ノイズ電流は電流測定ステップで検出されるが、電磁波は発生していないため検出されない。この場合には電磁波スペクトル強度が所定規格値以上となることはないため、部分放電の発生は無いと判断される。なお所定規格値は、例えば、部分放電が発生するような回転電機のサンプルを用いて実験的にあらかじめ求められる。

よって周波数領域においてスペクトル強度を算出することにより、時間領域では困難であったノイズ電磁波と部分放電による電磁波との区別や、ノイズ電磁波と部分放電による電磁波との区別をすることが可能となる。また電流スペクトル強度と電磁波スペクトル強度との２つの値を判断基準に用いることによって、ノイズ電磁波と部分放電による電磁波との区別や、ノイズ電流と部分放電による電流との区別を行うことが可能となる。これにより部分放電を確実に得ることができ、部分放電の発生判断の精度を高めることが可能となる。

また請求項３に係る回転電機の検査方法は、請求項１に記載の回転電機の検査方法において、電流スペクトルと電磁波スペクトルとの差分をとる差分ステップと、該差分ステップにより得られる差分スペクトルを積分して差分スペクトル強度を得る差分スペクトル強度算出ステップとを備え、差分スペクトル強度が所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断されることを特徴とする。

差分ステップでは、電流スペクトルと電磁波スペクトルとの差分がとられる。差分スペクトル強度算出ステップでは、差分ステップにより得られる差分スペクトルが積分されて差分スペクトル強度が得られる。そして差分スペクトル強度が所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断される。

部分放電により発生した電流と電磁波とは、それぞれ異なる固有振動数を有して発生するため、電流と電磁波との周波数スペクトルはそれぞれ異なる周波数帯域に発生する。そしてそれぞれ共振帯域が異なるセンサを用いて測定される。一方、ノイズが測定値に影響を与える場合には、例えば電源ライン等から測定装置にノイズが入ってくるような場合において、電流スペクトルと電磁波スペクトルとの両者の同一周波数帯域にノイズのスペクトルが発生する場合がある。このような場合に差分ステップを行うと、部分放電により得られる電流と電磁波とのスペクトルは周波数帯域が異なるため打ち消し合わないが、同一周波数帯域に同一強度で発生したノイズのスペクトルは、互いに打ち消し合うことでキャンセルされる。

また部分放電による電流と部分放電による電磁波との発生タイミングにずれがある場合においても、電流スペクトルと電磁波スペクトルとのうちの最大値同士の差分をとることによって、発生タイミングのずれの影響を排除することができる。すなわち本発明では周波数領域で差分を行うため、時間領域における電流や電磁波の発生タイミング差の影響を受けることなく、ノイズキャンセルをより効果的に行うことが可能となる。

これにより部分放電の検出時において、それぞれ異なる固有振動数を有して発生し、異なる周波数帯域にスペクトルが現れる電流と電磁波との２種類の物理量を異なるセンサで測定し、得られる周波数スペクトルの差分をとることによって、部分放電のスペクトルを残しつつ、同一周波数帯域に現れたノイズスペクトルのみをキャンセルすることが可能となる。よってノイズによる誤検知を防止することが可能となり、部分放電発生の検出精度を高めることが可能となる。

本発明によれば、回転電機の検査装置および検査方法において、部分放電によってそれぞれ異なる固有振動数を有して発生する、電流と電磁波との異なる物理量をそれぞれセンサで測定し、得られた２つの測定値の周波数スペクトルに基づいて部分放電の発生を判断する。これにより、部分放電による電流とノイズ電流との区別や、部分放電による電磁波とノイズ電磁波との区別や、ノイズ成分をキャンセルすることができるため、部分放電発生の検出精度を高めることが可能となる。

以下、本発明の回転電機の検査装置および検査方法について具体化した実施形態を図１乃至図８に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明に係る第１実施形態を図１乃至図８を用いて説明する。図１に本発明にかかる検査装置を用いたステータの検査方法を示す。モータ１は、ステータにコイルの巻線工程が完了した状態のモータである。モータ１のステータにおける不図示の複数のティースには、Ｕ相コイル２、Ｖ相コイル３、Ｗ相コイル４の３相のコイルがそれぞれ形成されており、コイル接続端子２ａ乃至４ａを備える。各相の中性点は結合されて完成状態とされている。高電圧電源５はモータ１のコイル接続端子２ａ乃至４ａから選択された２端子間、または接続端子とステータコア間に接続される。高電圧電源５はインパルス波形や正弦波形等を有する高電圧をモータ１に印加する。電圧制御部６は高電圧電源５に接続され、印加電圧値、電圧印加回数、電圧波形形状等の指令を高電圧電源５に与える。

絶縁検査装置１３はＡ／Ｄ変換部８ａおよび８ｂ、ＦＦＴ解析部１０ａおよび１０ｂ、ノイズ判定部１１、表示部１２を備える。アンテナセンサ７はモータ１の近傍に配置され、アンテナセンサ７の出力は絶縁検査装置１３のＡ／Ｄ変換部８ａへ入力される。電流センサ９は接地線に配置され、電流センサ９の出力は絶縁検査装置１３のＡ／Ｄ変換部８ｂへ入力される。アンテナセンサ７は部分放電によりモータ１から発生する電磁波を検出するためのセンサであり、電流センサ９はモータに流れる電流を検出するためのセンサである。Ａ／Ｄ変換部８ａ、８ｂはセンサから入力されるアナログ信号をデジタル信号へ変換する変換部である。Ａ／Ｄ変換部８ａ、８ｂの出力はそれぞれＦＦＴ解析部１０ａ、１０ｂへ入力される。ＦＦＴ解析部１０ａ、１０ｂの出力は共にノイズ判定部１１へ入力される。ノイズ判定部１１は表示部１２へ接続され、表示部１２に測定結果が表示される。

モータ１の部分放電測定による高電圧絶縁試験を図２のフローチャートを用いて説明する。まずステップＳ１においてモータ１に対してインパルス電圧印加が行われる。電圧制御部６から高電圧電源５に対して所定の電圧値のインパルス電圧を印加する指令が出されると、高電圧電源５によってモータ１にインパルス電圧が印加される。

次にステップＳ２ａにおいて、モータ１の近傍に存在する電磁波の検出がアンテナセンサ７を用いて行われる。同時にステップＳ２ｂにおいて、接地線に流れる電流の検出が電流センサ９を用いて行われる。電磁波および電流の時間変化波形の測定は、高電圧電源５によってモータ１のコイル接続端子にインパルス電圧が印加されるときの信号をトリガとして開始される。測定された信号は一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換部８ａおよび８ｂに取り込まれ、デジタル信号に変換される。なお、インパルス電圧を印加する瞬間や、スイッチングノイズ等が混入することが想定される時間帯においては、測定信号の取り込みが行われない。これにより、不要なノイズが測定されることを極力抑えることが可能である。

図３（Ａ）に部分放電の発生があった場合に測定された電磁波強度の時間変化波形を、また図３（Ｂ）に電流強度の時間変化波形をそれぞれ示す。図３（Ａ）（Ｂ）はインパルス電圧がモータ１に印加されるときの信号をトリガとして絶縁検査装置１３に取り込まれる。図３（Ａ）の電磁波波形において検出された鋭いピーク波形（部分放電波形Ｗ１）が、部分放電により発生した電磁波が検出された波形である。また図３（Ｂ）の電流波形において検出された鋭いピーク波形（部分放電波形Ｗ２）が、部分放電により発生した電流が検出された波形である。

次にステップＳ３ａでは、Ａ／Ｄ変換部８ａの出力信号のＦＦＴ解析がＦＦＴ解析部１０ａにおいて行われる。ステップＳ３ｂでは、Ａ／Ｄ変換部８ｂの出力信号のＦＦＴ解析がＦＦＴ解析部１０ｂにおいて行われる。そして例えば、Ａ／Ｄ変換部８ａおよび８ｂで一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換された測定信号を、当該サンプリング周期と同一周期でＦＦＴ解析部１０ａおよび１０ｂでＦＦＴ処理を行えば、部分放電波形Ｗ１、Ｗ２が発生した瞬間における部分放電波形の周波数スペクトルを得ることが出来る。すなわち時間領域での測定値を周波数領域に変換することで、部分放電波形Ｗ１、Ｗ２の発生タイミング時間差に影響されることなく、部分放電の判断を行うことが出来るようになる。図４（Ａ）に部分放電による電磁波が発生していないときの電磁波スペクトルを、図４（Ｂ）に部分放電による電流が発生していないときの電流スペクトルを示す。また図５（Ａ）に部分放電による電磁波が発生している時（部分放電波形Ｗ１）の電磁波スペクトルを、図５（Ｂ）に部分放電による電流が発生している時（部分放電波形Ｗ２）の電流スペクトルを示す。

ステップＳ４ａにおいて、図４（Ａ）に示す電磁波スペクトルのうち、部分放電帯域ＦＢ１以外の周波数帯域のスペクトルがカットされることで、部分放電帯域ＦＢ１のスペクトルの抽出が行われる。ここで部分放電帯域ＦＢ１とは、部分放電発生がない時の電磁波スペクトル（図４（Ａ））に比して、部分放電発生がある時の電磁波スペクトル（図５（Ａ））においてスペクトルが特徴的に増加する帯域のことである。そして部分放電帯域ＦＢ１をあらかじめ求めておき、部分放電帯域ＦＢ１に着目してスペクトル発生の有無を検査する方法を用いれば、部分放電帯域ＦＢ１以外の帯域にスペクトルが発生するようなノイズ電磁波を、部分放電による電磁波と見分けて除去することが可能となる。また部分放電帯域ＦＢ１だけに着目する手法を用いれば、全周波数帯域に渡ってスペクトルの発生を監視する必要がなくなるため、部分放電による電磁波の検出にかかる時間や計算量等を減らすことが可能となる利点がある。

同様にステップＳ４ｂにおいて、図４（Ｂ）に示す電流スペクトルのうち、部分放電によってスペクトルが発生する帯域である部分放電帯域ＦＢ２のスペクトルの抽出が行われる。ここで部分放電帯域ＦＢ２とは、部分放電発生がない時の電流スペクトル（図４（Ｂ））に比して、部分放電発生時の電流スペクトル（図５（Ｂ））において特徴的にスペクトルが増加する帯域のことである。またステップＳ４ａと同様に、あらかじめ求めた部分放電帯域ＦＢ２に着目してスペクトル発生の有無を判断することができる。

ステップＳ５ａでは、ノイズ判定部１１（図１）において部分放電帯域ＦＢ１での電磁波スペクトルの積分値が算出され、電磁波スペクトル強度ＷＩが得られる。同様にしてステップＳ５ｂでは、ノイズ判定部１１において部分放電帯域ＦＢ２での電流スペクトルの積分値が算出され、電流スペクトル強度ＣＩが得られる。このとき、測定された電磁波がノイズ電磁波の場合には、電磁波スペクトル強度ＷＩが弱くなり、ノイズ電流の場合には電流スペクトル強度ＣＩが弱くなる。なお、例えば電磁波スペクトルの部分放電帯域ＦＢ１は数百ＭＨｚ、電流スペクトルの部分放電帯域ＦＢ２は数十ＭＨｚ近傍の帯域を取る場合がある。

ステップＳ６では、得られた電磁波スペクトル強度ＷＩおよび電流スペクトル強度ＣＩに基づいて、部分放電発生の有無の判断が行われる。ここで部分放電の判定例について、図６のグラフを用いて説明する。図６のグラフは、それぞれ部分放電領域ＡＡ０（電磁波スペクトル強度ＷＩが電磁波強度規格値ＳＴ１以上であり、かつ、電流スペクトル強度ＣＩが電流強度規格値ＳＴ２以上である領域）、ノイズ領域ＡＡ１（電流スペクトル強度ＣＩのみが電流強度規格値ＳＴ２以上である領域）、ノイズ領域ＡＡ２（電磁波スペクトル強度ＷＩのみが電磁波強度規格値ＳＴ１以上である領域）、ノイズ領域ＡＡ３（電磁波スペクトル強度ＷＩおよび電流スペクトル強度ＣＩが共に規格値ＳＴ１、ＳＴ２以下の領域）の４つの領域に分かれている。そして複数のモータについての測定値がプロットされている。ここで部分放電領域ＡＡ０に測定値が存在するモータは、ステップＳ７ａへ進み部分放電発生ありと判断される。またノイズ領域ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３に測定値が存在するモータは、ステップＳ７ｂへ進み部分放電発生なしと判断される。なお電磁波強度規格値ＳＴ１および電流強度規格値ＳＴ２の値は、絶縁不良部を有し部分放電が発生するような不良品モータのサンプルを用いて、実験的にあらかじめ求められる。

ステップＳ６における本発明の部分放電発生判断方法の利点を説明する。部分放電測定時において、部分放電は発生しなかったが、ノイズ電磁波がアンテナセンサ７に入射された場合を考える。ここで従来のような電磁波の強度にのみ基づく判断方法（１つの物理量のみに基づく判断方法）では、電磁波スペクトル強度ＷＩが電磁波強度規格値ＳＴ１以上であれば部分放電有りと判断するため、ノイズ領域ＡＡ２の測定点と部分放電領域ＡＡ０の測定点とを区別できない。すなわちノイズ電磁波と部分放電による電磁波との区別をすることができない。よってノイズ領域ＡＡ２の測定点に基づいて部分放電の発生ありと誤判断が行われてしまう。しかし本発明における、電磁波スペクトル強度ＷＩと電流スペクトル強度ＣＩとに基づく判断方法（２つの物理量に基づく判断方法）では、当該ノイズ電磁波の電磁波スペクトル強度ＷＩが電磁波強度規格値ＳＴ１を越えたとしても、部分放電は発生しておらずモータ１に部分放電による電流は発生しないため、電流スペクトル強度ＣＩは電流強度規格値ＳＴ２を越えることはない。よってこの場合の測定値はノイズ領域ＡＡ２（図６）に存在するため、部分放電の発生なしと判断される。すなわちノイズ電磁波と部分放電による電磁波との区別をすることができるため、誤判断を防止し、部分放電発生の判断精度を高めることが可能となる。

また同様にして、電流の測定値にのみ基づく従来の判断方法では、ノイズ領域ＡＡ１の測定点と部分放電領域ＡＡ０の測定点とを区別できず、ノイズ電流と部分放電による電流との区別をすることができない。しかし本発明では両領域を区別することができ、ノイズ電流と部分放電による電流との区別ができるため、部分放電発生の判断精度を高めることが可能となる。

ステップＳ８では、ステップＳ１乃至ステップＳ７ａ、Ｓ７ｂの一連の測定が測定対象のモータ１について所定回数繰り返されたかどうかが判断され、所定回数に達しない場合にはステップＳ１へ戻り、所定回数を満たす場合にはステップＳ９へ進んで結果表示がされる。ステップＳ９では、繰り返し測定回数のうち部分放電発生ありと判断された回数の割合を求め、その割合が所定値を越える場合にはモータ１が絶縁不良品である旨が表示部１２にされる。このようにステップＳ８において繰り返し測定を行うことにより、部分放電発生の検出精度をさらに高めることが可能となる。

以上により本発明の判断手法によれば、周波数領域における電磁波スペクトル強度ＷＩと電流スペクトル強度ＣＩとを算出することにより、時間領域では困難であったノイズ電磁波と部分放電による電磁波との区別や、ノイズ電流と部分放電による電流との区別をすることが可能となる。また電流スペクトル強度ＣＩと電磁波スペクトル強度ＷＩとの２つの値をそれぞれ規格値と比較することによっても、ノイズ電磁波と部分放電による電磁波との区別や、ノイズ電流と部分放電による電流との区別をすることが可能となる。
これにより部分放電の発生判断の精度を高めることが可能となる。

本発明に係る第２実施形態を図７および図８を用いて説明する。第２実施形態は第１実施形態のノイズ判定部１１（図１）における信号処理方法に変更を加えた実施形態である。第２実施形態におけるモータ１の部分放電測定による高電圧絶縁試験を図７のフローチャートを用いて説明する。図７のステップＳ１１、Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂ、Ｓ１３ａ、Ｓ１３ｂは、第１実施形態のフロー（図２）におけるステップＳ１、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ａ、Ｓ３ｂと同様のため、ここでは説明を省略する。

ステップＳ１４において、図５（Ｂ）に示す部分放電発生時の電流スペクトルから図５（Ａ）に示す部分放電発生時の電磁波スペクトルの差分をとる計算が行われる。差分計算後に得られる差分スペクトルを図８に示す。

ステップＳ１５において図８に示す差分スペクトルのうち、部分放電帯域ＦＢ３のスペクトルの抽出が行われる。ここで部分放電帯域ＦＢ３とは、第１実施形態における部分放電帯域ＦＢ１および部分放電帯域ＦＢ２を含むようにあらかじめ設定された帯域である。

ステップＳ１６において図８の差分スペクトルの絶対値をとる処理が行われる。のちのステップにおける強度計算上の便宜のために、差分スペクトルが含むマイナスの値の影響を回避するためである。なお、ステップＳ１６を介さずにステップＳ１７へ進み、図８の差分スペクトルを用いて強度計算を行う構成をとってもよいことは言うまでもない。

ステップＳ１７において、部分放電帯域ＦＢ３での差分スペクトルの積分値が算出され、差分スペクトル強度ＤＩが得られる。ステップＳ１８では、得られた差分スペクトル強度ＤＩに基づいて、部分放電発生の有無の判断が行われる。具体的手法としては、差分スペクトル強度ＤＩが電磁波強度規格値ＳＴ３以上であるときには部分放電発生ありと判断され（ステップＳ１９ａ）、差分スペクトル強度ＤＩが電磁波強度規格値ＳＴ３より小さいときには、部分放電発生なしと判断される（ステップＳ１９ｂ）。なお電磁波強度規格値ＳＴ３の値は、絶縁不良部を有し部分放電が発生するような不良品モータのサンプルを用いて、実験的にあらかじめ求められる。またステップＳ２０での繰り返し測定は第１実施形態のステップＳ８と同様であるためここでは説明を省略する。

第２実施形態でのステップＳ１８における部分放電発生判断方法の利点を説明する。部分放電の測定時に、図１において、電磁波の測定系（Ａ／Ｄ変換部８ａ、ＦＦＴ解析部１０ａ）と電流の測定系（Ａ／Ｄ変換部８ｂ、ＦＦＴ解析部１０ｂ）との両系統に共通するノイズが発生した場合を考える。例えば両系統に共通する電源にノイズが発生する場合などが挙げられる。このとき、ＦＦＴ解析部１０ａから出力される電磁波スペクトルとＦＦＴ解析部１０ｂから出力される電流スペクトルとには、同一周波数帯域に同一強度・同一分布のノイズスペクトルが発生する場合がある。一方、部分放電の発生により電流センサ９で測定された電流の周波数スペクトルとアンテナセンサ７で測定された電磁波の周波数スペクトルとは、同一の部分放電によって発生した電流と電磁波とではあるが、それぞれ異なる固有振動数を有して発生するため、電流と電磁波との周波数スペクトルはそれぞれ異なる周波数帯域（部分放電帯域ＦＢ１および部分放電帯域ＦＢ２）に発生する。そしてそれぞれ共振帯域が異なるセンサを用いて測定される。

そこでステップＳ１４において電流スペクトルから電磁波スペクトルの差分をとる計算を行えば、電流スペクトルと電磁波スペクトルとの同一周波数帯域に存在する同一強度のノイズスペクトルは互いに打ち消し合ってゼロとなる。しかし電流センサ９で測定された部分放電による電流の周波数スペクトル（部分放電帯域ＦＢ２）とアンテナセンサ７で測定された部分放電による電磁波の周波数スペクトル（部分放電帯域ＦＢ１）とは周波数帯域が異なるため打ち消し合わない。よって電流スペクトルと電磁波スペクトルとの差分計算を行うことで、部分放電のスペクトル成分を残したまま、ノイズのスペクトルのみをキャンセルすることができる。

また本発明では周波数領域で差分を行うため、時間領域における波形である部分放電波形Ｗ１（図３（Ａ））と部分放電波形Ｗ２（図３（Ｂ））との発生タイミングにずれがある場合においても、最大強度が得られた周波数スペクトル同士である電磁波スペクトル（図５（Ａ））と電流スペクトル（図５（Ｂ））との差分をとることによって、発生タイミングのずれの影響を排除することができる。よってノイズキャンセルをより効果的に行うことが可能となる。

以上により部分放電の検出時において、それぞれ異なる固有振動数を有して発生し、異なる周波数帯域にスペクトルが現れる電流と電磁波との２種類の物理量を異なるセンサで測定し、得られる周波数スペクトルの差分をとることによって、部分放電のスペクトルを残しつつ、同一周波数帯域に現れたノイズスペクトルのみをキャンセルすることが可能となる。よってノイズによる誤検知を防止することが可能となり、部分放電発生の検出精度を高めることが可能となる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。本実施形態において電磁波測定用センサとして備えられるアンテナセンサ７は、単数に限られず複数備えても良い。この場合は、各アンテナの周波数スペクトルを各々足し合わせる処理を行えば、部分放電による電磁波の検出感度を高めることが可能となり、Ｓ／Ｎ比を高めることで部分放電の検出精度を高めることが可能となる。

またステップＳ１４の差分ステップ、ステップＳ１５の帯域抽出ステップ、ステップＳ１７の積分ステップは本実施形態に示した順番に限られず、任意の順番で行うことができる。例えば帯域抽出ステップ後に差分ステップを行っても良いし、積分ステップ後に差分ステップを行っても良い。

またステップＳ１においてモータ１に印加される電圧はインパルス電圧であるとしたが、正弦波波形を有する電圧を印加する形態であってもよい。これにより部分放電が複数回発生するため、部分放電の繰り返し測定が可能になる等の利点がある。

なお、ステップＳ２ｂは電流測定ステップの、ステップＳ２ａは電磁波測定ステップの、ステップＳ３ａおよびＳ３ｂはフーリエ変換ステップの、ステップＳ４ｂおよびＳ５ｂは電流スペクトル強度算出ステップの、ステップＳ４ａおよびＳ５ａは電磁波スペクトル強度算出ステップの、ステップＳ１４は差分ステップの、ステップＳ１７は差分スペクトル強度算出ステップの、それぞれ一例である。また、電流センサ９は電流センサの、アンテナセンサ７は電磁波センサの、ＦＦＴ解析部１０ａおよび１０ｂはフーリエ変換部の、ノイズ判定部１１は電流スペクトル強度算出部および電磁波スペクトル強度算出部の、それぞれ一例である。

本発明の回転電機の検査装置を示す図である。 第１実施形態における部分放電測定による高電圧絶縁試験方法を示すフローチャートである。 部分放電の発生がある場合の電磁波および電流の時間変化波形を示す図である。 部分放電の発生がない場合における電磁波スペクトルおよび電流スペクトルを示す図である。 部分放電の発生がある場合における電磁波スペクトルおよび電流スペクトルを示す図である。 部分放電の判定例を示すグラフである。 第２実施形態における部分放電測定による高電圧絶縁試験方法を示すフローチャートである。 差分スペクトルを示す図である。 従来の固定子巻線と部分放電センサの配置を示す説明図および部分放電信号の波形図である。 従来の部分放電の強度判断方法を示す図である。

符号の説明

１ モータ
５ 高電圧電源
６ 電圧制御部
７ アンテナセンサ
８ａ、８ｂ Ａ／Ｄ変換部
９ 電流センサ
１０ａ、１０ｂ ＦＦＴ解析部
１１ ノイズ判定部
１３ 絶縁検査装置
ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３ 部分放電帯域
ＳＴ１ 電磁波強度規格値
ＳＴ２ 電流強度規格値
ＡＡ０ 部分放電領域
ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３ ノイズ領域
ＷＩ 電磁波スペクトル強度
ＣＩ 電流スペクトル強度

Claims (5)

1. 回転電機のステータコイルへの電圧印加により発生する部分放電を検出することにより、前記ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の検査方法において、
   部分放電により発生する電流を検出する電流測定ステップと、
   部分放電により発生する電磁波を検出する電磁波測定ステップと、
   前記電流測定ステップで検出された信号を電流スペクトルへ変換し、前記電磁波測定ステップで検出された信号を電磁波スペクトルへ変換するフーリエ変換ステップと
   を備えることを特徴とする回転電機の検査方法。
2. 前記電流スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域のスペクトルを積分して電流スペクトル強度を得る電流スペクトル強度算出ステップと、
   前記電磁波スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域のスペクトルを積分して電磁波スペクトル強度を得る電磁波スペクトル強度算出ステップとを備え、
   前記電流スペクトル強度と前記電磁波スペクトル強度値とが共に所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の検査方法。
3. 前記電流スペクトルと前記電磁波スペクトルとの差分をとる差分ステップと、
   該差分ステップにより得られる差分スペクトルを積分して差分スペクトル強度を得る差分スペクトル強度算出ステップとを備え、
   前記差分スペクトル強度が所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の検査方法。
4. 回転電機のステータコイルへの電圧印加により発生する部分放電を検出することにより、前記ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の検査装置において、
   前記部分放電により発生する電流を検出する少なくとも１つの電流センサと、
   前記部分放電により発生する電磁波を検出する少なくとも１つの電磁波センサと、
   前記電流センサで検出された信号を電流スペクトルへ変換し、前記電磁波センサで検出された信号を電磁波スペクトルへ変換するフーリエ変換部と
   を備えることを特徴とする回転電機の検査装置。
5. 前記電流スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域の電流スペクトル強度を得る電流スペクトル強度算出部と、
   前記電磁波スペクトルのうち部分放電成分が多い周波数帯域の電磁波スペクトル強度を得る電磁波スペクトル強度算出部とを備え、
   前記電流スペクトル強度と前記電磁波スペクトル強度とが共に所定規格値以上である場合には、部分放電の発生ありと判断されることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の検査装置。

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