JP2008267929A - モータの短絡検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１回の電圧印加により各相コイル内の短絡を検査すること。
【解決手段】３相モータのステータ１に設けられた複数の相コイル２〜４内の短絡を検査する短絡検査方法は、各相コイル２〜４の動力線端子８〜１０の間を互いに短絡させた状態で、短絡させた動力線端子８〜１０と各相コイル２〜４の中性点端子７との間に電圧印加装置２１によりインパルス電圧を印加し、その印加後の出力電圧波形に基づいて各相コイル２〜４内の短絡の有無を判定する。この検査は、モータを作り上げる前のステータ１について行うことができ、モータを完成した状態でステータについて行うこともできる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、モータのステータに設けられた複数の相コイル内の短絡を検査するモータの短絡検査方法に関する。

従来、この種の技術として、例えば、３相モータを構成する各相コイル間（Ｕ−Ｖ，Ｖ−Ｗ，Ｗ−Ｕ）毎にパルス状の電圧を印加し、その印加電圧の波形を正常な３相モータの電圧波形と比較することにより、ステータに設けられた各相コイル内の短絡を検査する法が知られている。ここで、各相コイルの端子間にパルス状の電圧を印加することにより、各相コイルの電気的定数により電圧波形が振動する。このとき、各相コイル内に短絡がある場合は、短絡がない場合と比べて電圧波形が変化する。そこで、検査対象となる３相モータの電圧波形と、短絡のない正常な３相モータの電圧波形とを比べることで、各相コイル内の短絡を検査するようにしている。

ところが、上記した短絡検査方法では、各相コイル間のそれぞれにパルス状の電圧を印加することから、最低３回の電圧印加が必要となる。これは、３つの相コイルでできる組み合わせの各パターン（Ｕ−Ｖ，Ｖ−Ｗ，Ｗ−Ｕ）に対して、同様な状態をつくり出そうとすると、各パターンにつき同様な電圧を印加する必要があるからである。また、ロータを含むモータの状態で短絡検査を行う場合、ロータの位相状態によっては、印加電圧後の電圧波形の測定結果が変化することがある。

ここで、例えば、下記の特許文献１には、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相を含む３相モータにつき、３相一括に課電（電圧印加）し、部分放電電流を検知して、相間絶縁と対地絶縁とを区別して診断を行う技術が記載されている。

特開２００２−３６５３２６号公報

ところが、特許文献１に記載の技術では、３相一括課電のために中性点が設けられておらず、絶縁されている対地間に電圧を印加しても電流が生じず、各相コイル内の短絡を検査することができなかった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、１回の電圧印加により各相コイル内の短絡を検査することを可能としたモータの短絡検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、モータのステータに設けられた複数の相コイル内の短絡を検査するモータの短絡検査方法であって、各相コイルの動力線端子の間を互いに短絡させた状態で、短絡させた動力線端子と各相コイルの中性点端子との間にインパルス電圧を印加し、その印加後の出力電圧波形に基づいて各相コイル内の短絡の有無を判定することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、各相コイルの動力線端子の間を互いに短絡させた状態では、電気的には各相コイルが相互に並列状態となる。この状態で短絡させた動力線端子と各相コイルの中性点端子との間にインパルス電圧を印加することにより、中性点端子と各相コイルの動力線端子との間に同じ位相で同じ電圧のパルス状電圧が印加されることになる。従って、何れかの相コイル内に短絡が生じていた場合には、短絡が生じていない場合と比べて電気的定数が異なることとなり、インパルス電圧を印加した後の出力電圧波形に正常波形と比べて違いが生じる。この違いの有無によって各相コイル内の短絡の有無を判定することが可能となる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、モータを作り上げる前にステータについて各相コイル内の短絡を検査することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、ステータの各相コイル内に短絡が検出された場合に、その短絡が検出されたステータをモータの製造から除外することができる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、モータを完成した状態で各相コイル内の短絡を検査することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、各相コイルにインパルス電圧を印加しても、各相コイルに同様な電圧が印加されることから、各相コイルに発生する電流も同様となり、ロータには回転力が生じない。また、中性点端子と短絡させた動力線端子との間のインダクタンス成分は、停止したロータとステータの位相による変化が微小となる。従って、計測を行う毎にロータの位相が変化しても、その変化が出力電圧波形に及ぼす影響が微小となる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、モータは３相モータであることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の作用に加え、特に、３相モータにつき、３つの相コイル内の短絡の有無を判定することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、１回の電圧印加により各相コイル内の短絡を検査することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、各相コイル内に短絡不良のあるモータを製造してしまうことを未然に防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、完成したモータにつき各相コイル内の短絡を精度良く検査することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の効果に加え、３相モータにつき、１回の電圧印加により３相コイル内の短絡を検査することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明におけるモータの短絡検査方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、３相モータを作り上げる前のステータについて各相コイル内の短絡を検査する場合について説明する。

図１に、ステータ１の短絡検査を概略構成図により示す。図２に、図１の構成を電気回路図により示す。ステータ１は、３相モータを製造するためのステータであり、図２に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３つのコイル２，３，４を含む。図１に示すように、ステータ１は、ステータコア５と、そのステータコア５に設けられた各相コイル２〜４とを含む。各相コイル２〜４は、コイルエンド６として、ステータコア５の中央に配置される。図２に示すように、各相コイル２〜４の一端は互いに１点で接続され、その接続点が中性点端子７となっている。各相コイル２〜４の他端は動力線端子８，９，１０となっている。図１に示すように、中性点端子７及び各動力線端子８〜１０は、それぞれコイルエンド６からリード１１，１２，１３，１４を介して引き出される。ここで、３つの動力線端子８〜１０は、互いに短絡させている。この短絡は、各動力線端子８〜１０を金属クリップ等の器具により互いに接続することで行うことができる。短絡させた動力線端子８〜１０と中性点端子７は、それぞれ電圧印加装置２１に接続される。この電圧印加装置２１は、各相コイル２〜４にインパルス電圧を印加するための装置である。また、短絡させた動力線端子８〜１０と中性点端子７は、それぞれＡ／Ｄ変換器２２を介してパソコン２３にも接続される。パソコン２３は、Ａ／Ｄ変換器２２を介して入力した電圧信号に基づいて各相コイル２〜４内における短絡を判定するようになっている。パソコン２３は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、入力装置及びモニタ等を備え、メモリには短絡判定用プログラム等が格納される。パソコン２３に入力された電圧信号はモニタに表示されるようになっている。

上記したステータ１の短絡を検査するために、図１，２に示す接続状態において、先ず、電圧印加装置２１によりステータ１の各相コイル２〜４にインパルス電圧を１回印加する。そして、その印加後に各相コイル２〜４から出力された電圧信号をＡ／Ｄ変換器２２を介してパソコン２３に入力する。パソコン２３では、入力した電圧信号の波形（電圧波形）に基づいて各相コイル２〜４内の短絡の有無を判定するようになっている。この短絡の有無は、対象となるステータ１に係る電圧波形を、短絡していないステータ（正常品）の正常波形と比較することで判定するようになっている。

図３に、電圧波形の変化をグラフに示す。このグラフに実線で示す正常品の正常波形を基準にすると、短絡したステータ（短絡品）の電圧波形は、正常波形と比べて位相が若干遅れることが分かる。このように検査対象となるステータ１の電圧波形と正常波形とのズレを判定することにより、そのステータ１の各相コイル２〜４内の短絡を検査することができる。ただし、この短絡検査は、各相コイル２〜４の少なくとも１つに短絡があることを検査するものであり、何れの相のコイル２〜４に短絡があるかを特定することはできない。

以上説明したこの実施形態の短絡検査方法によれば、各相コイル２〜４の動力線端子８〜１０の間を互いに短絡させた状態では、電気的には各相コイル２〜４が相互に並列状態となる。この状態で短絡させた動力線端子８〜１０と各相コイル２〜４の中性点端子７との間にインパルス電圧を１回印加することにより、中性点端子７と各動力線端子８〜１０との間に同じ位相で同じ電圧のパルス状電圧が印加されることとなる。従って、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうち何れかのコイル２〜４内に短絡が生じていた場合には、短絡が生じていない場合と比べて電気的定数が異なることとなり、インパルス電圧を１回印加した後の出力電圧波形に正常波形と比べて位相に差が生じる。この位相の違いによって３つの相コイル２〜４内の短絡の有無をパソコン２３により判定することが可能となる。このため、１回のインパルス電圧の印加により３つの相コイル２〜４内における短絡を確実に検査することができる。

また、この実施形態では、モータを作り上げる前にステータ１について各相コイル２〜４内の短絡を検査している。従って、ステータ１の各相コイル２〜４内に短絡が検出された場合に、その短絡が検出されたステータ１をモータの製造から除外することができる。このため、各相コイル２〜４内に短絡不良のあるモータを製造してしまうことを未然に防止することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明におけるモータの短絡検査方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、３相モータを完成した状態で各相コイル内の短絡を検査する場合について説明する。

図４に、モータ３１の短絡検査を概略構成図により示す。図５に、図４の構成を電気回路図により示す。３相のモータ３１は、図５に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３つのコイル３２，３３，３４を含む。図４に示すように、モータ３１は、そのケーシング３５に端子ボックス３６を備え、そのボックス３６には中性点端子３７及び各動力線端子３８，３９，４０と、それらのリード４１，４２，４３，４４がそれぞれ設けられる。モータ３１は、図５に示すように、ステータ４５と、ステータ４５に組み付けられたロータ４６とを備える。この実施形態で、端子ボックス３６に設けられた３つの動力線端子３８〜４０を互いに短絡させている。短絡させた動力線端子３８〜４０と中性点端子３７は、それぞれ電圧印加装置２１に接続される。また、短絡させた動力線端子３８〜４０と中性点端子３７は、それぞれＡ／Ｄ変換器２２を介してパソコン２３にも接続される。Ａ／Ｄ変換器２２及びパソコン２３の構成は、第１実施形態のそれと同じである。

以上説明したこの実施形態の短絡検査方法によれば、各相コイル３２〜３４の動力線端子３８〜４０の間を互いに短絡させた状態で、その短絡させた動力線端子３８〜４０と中性点端子３７との間に電圧印加装置２１によりインパルス電圧を１回印加し、その印加後の出力電圧波形に基づいてパソコン２３により各相コイル３２〜３４内の短絡の有無を判定するようになっている。このような構成と、その構成による作用効果は、第１実施形態のそれと基本的に同じである。そして、この実施形態では、各相コイル３２〜３４にインパルス電圧を１回印加しても、各相コイル３２〜３４に同様な電圧が１回印加されることから、各相コイル３２〜３４に発生する電流も同様となり、ロータ４６には回転力が生じない。また、中性点端子３７と短絡させた動力線端子３８〜４０との間のインダクタンス成分は、停止したロータ４６とステータ４５の位相による変化が微小となる。従って、短絡の検査が行われる毎にロータ４６の位相（回転位置）が変化しても、その変化がインパルス電圧に対する出力電圧波形に及ぼす影響は微小となる。このため、完成したモータ３１につき、各相コイル３２〜３４内の短絡を精度良く検査することができる。

図６に、このモータ３１のＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧波形の変化をグラフに示す。このグラフに示すように、ロータ４６の位相の違いにかかわらず各相の電圧波形にはほとんど違いが見られない。これに対し、図７には、Ｕ相−Ｗ相の間で測定した電圧波形の変化をグラフに示す。このグラフには、ロータの磁極中心がＵ相、Ｖ相と対向する場合のＵ，Ｖ相の電圧波形と、ロータの磁極中心がＷ相と対向する場合のＷ相の電圧波形の違いが示される。従って、この実施形態では、モータ３１の完成品について短絡を検査しても、ロータ４６の位相（回転位置）にかかわらず、各相コイル３２〜３４内の短絡を確実に検査することができることが分かる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することで以下のように実施することもできる。

（１）前記第１実施形態では、３相モータに用いられるステータ１について本発明の短絡検査方法を具体化したが、その他の相数のモータに用いられるステータに具体化することもできる。

（２）前記第２実施形態では、ステータ４５を含む３相モータ３１について本発明の短絡検査方法を具体化したが、その他の相数のモータに具体化することもできる。

（３）前記各実施形態では、１回の検査工程で短絡の有無を判定するようにしたが、１回の検査工程を複数回（例えば「５回」）行い、複数回の検査結果の平均値から短絡の有無を判定するようにしてもよい。

ステータの短絡検査を示す概略構成図。 図１の構成を示す電気回路図。 電圧波形の変化を示すグラフ。 モータの短絡検査を示す概略構成図。 図４の構成を示す電気回路図。 電圧波形の変化を示すグラフ。 電圧波形の変化を示すグラフ。

符号の説明

１ ステータ
２ コイル（Ｕ相）
３ コイル（Ｖ相）
４ コイル（Ｗ相）
７ 中性点端子
８ 動力線端子（Ｕ相）
９ 動力線端子（Ｖ相）
１０ 動力線端子（Ｗ相）
２１ 電圧印加装置
２３ パソコン
３１ モータ
３２ コイル（Ｕ相）
３３ コイル（Ｖ相）
３４ コイル（Ｗ相）
３７ 中性点端子
３８ 動力線端子（Ｕ相）
３９ 動力線端子（Ｖ相）
４０ 動力線端子（Ｗ相）
４５ ステータ

Claims (4)

1. モータのステータに設けられた複数の相コイル内の短絡を検査するモータの短絡検査方法であって、
   前記各相コイルの動力線端子の間を互いに短絡させた状態で、前記短絡させた動力線端子と前記各相コイルの中性点端子との間にインパルス電圧を印加し、その印加後の出力電圧波形に基づいて前記各相コイル内の短絡の有無を判定することを特徴とするモータの短絡検査方法。
2. 前記モータを作り上げる前に前記ステータについて前記各相コイル内の短絡を検査することを特徴とする請求項１に記載のモータの短絡検査方法。
3. 前記モータを完成した状態で前記各相コイル内の短絡を検査することを特徴とする請求項１に記載のモータの短絡検査方法。
4. 前記モータは３相モータであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のモータの短絡検査方法。

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