JP2008268083A - 絶縁検査装置および絶縁検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火花放電の発生がある回転電機を確実に検出することのできる絶縁検査装置および絶縁検査方法を提供すること。
【解決手段】本発明の検査装置１は，ステータ２０のコイルにインパルス電圧を印加するインパルス電圧印加装置１１と，インパルス電圧印加装置１１によりインパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流の積算値を求め，求めた積算値とあらかじめ定めた基準値とを絶対値にて比較し，積算値が基準値以上である場合にコイル内での放電があったと判定し，積算値が基準値以上でない場合にコイル内での放電がなかったと判定する制御部１４とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は，３相交流方式の回転電機のステータコイルを検査するための絶縁検査装置および絶縁検査方法に関する。さらに詳細には，火花放電の発生を検出するための絶縁検査装置および絶縁検査方法に関するものである。

回転電機のステータの製造時には，まれに，コイルのエナメルにキズが付く場合がある。そのため従来より，製造されたステータを回転電機に組み込む前に，コイルの絶縁状態の検査を行っている（例えば，特許文献１参照。）。本文献に記載の技術では，ステータのコイル間にインパルス電圧を印加し，接地線に流れる電流を検出している。そして，得られた電流波形をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析することにより部分放電の発生の有無を検出するとされている。

ここで，エナメルのキズに起因するコイルの絶縁不良が原因で発生する放電のタイプには，部分放電に加えて火花放電（アーク放電）がある。部分放電は，例えば，エナメルが剥がれたコイル線と健全なコイル線との接触等が原因で発生するものである。また，火花放電は，例えば，エナメルが剥がれたコイル線同士が接触または近接している場合に発生するものである。

部分放電による電流波形には高周波成分が多く含まれ，ＦＦＴ解析結果には良品との明らかな差異がある。例えば，本発明者らの実験による良品のＦＦＴ解析結果の例を図７に，部分放電品のＦＦＴ解析結果の例を図８に，それぞれ示す。これらの図に示すように，低周波領域において，これらの間にはかなり顕著な違いが見られる。そのため，例えば，この低周波領域を含むようにあらかじめ定めた周波数帯域内においてスペクトル強度を積算し，その積算値を比較することにより判別できる。
特開２００５−２７４４４０号公報

しかしながら，上記と同様の実験により火花放電タイプの電流波形をＦＦＴ解析した結果では，例えば図９に示すように，図７の良品のものとの顕著な違いは見られなかった。そのため，従来のスペクトル強度を積算する方法では，そのコイルに火花放電が起きているかどうかを判別することができない。すなわち，この方法では，部分放電品は検出できるが，火花放電品は検出できなかった。

本発明は，前記した従来の絶縁検査装置および絶縁検査方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，火花放電の発生がある回転電機を確実に検出することのできる絶縁検査装置および絶縁検査方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の絶縁検査装置は，回転電機のコイルにインパルス電圧を印加する電圧印加部と，電圧印加部によりインパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流の積算値を求める積算部と，積算部で求めた積算値とあらかじめ定めた基準値とを絶対値にて比較し，積算値が基準値以上である場合にコイル内での放電があったと判定し，積算値が基準値以上でない場合にコイル内での放電がなかったと判定する判定部とを有するものである。

本発明の絶縁検査装置によれば，コイルにインパルス電圧が印加され，所定の期間内に流れる電流の積算値が積算部によって求められる。この積算値は，放電があった場合と無かった場合とで，はっきりとした差がある。すなわち，放電があった場合には，この積算値の絶対値は，放電がなかった場合に比較してかなり大きいものとなる。従って，積算値が基準値以上である場合にコイル内での放電があったと判定し，積算値が基準値以上でない場合にコイル内での放電がなかったと判定すれば，放電が発生したことを容易に検出できる。従って，回転電機のコイルに絶縁不良箇所があれば，容易に検出できる。特に，従来の装置では検出できなかった火花放電品についても，本発明の絶縁検査装置によれば検出可能である。

また，本発明の絶縁検査方法は，回転電機のコイルにインパルス電圧を印加し，インパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流の積算値を求め，求めた積算値と，あらかじめ定めた基準値とを絶対値にて比較し，積算値が基準値以上である場合にコイル内での放電があったと判定し，積算値が基準値以上でない場合にコイル内での放電がなかったと判定するものである。この絶縁検査方法によれば，放電が発生したことを容易に判定できる。

さらに本発明では，インパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流波形をフーリエ変換し，変換後のスペクトルにおけるあらかじめ定めた周波数帯域内の積分強度を，あらかじめ定めた基準強度と比較し，積分強度が基準強度以上である場合に部分放電があったと判定し，積分強度が基準強度以上でない場合に火花放電があったかまたは放電がなかったと判定することが望ましい。このようにすれば，放電が火花放電であったか部分放電であったかを判定することができる。特に，まず電流の積算値によって判定すれば，放電が発生したかどうかをまず判定できる。そこで，放電が発生したと判定されたものについてのみ，その後に電流波形のフーリエ変換後のスペクトルによって判定すれば，放電の種類を判定することができる。

本発明の絶縁検査装置および絶縁検査方法によれば，火花放電の発生がある回転電機を確実に検出することができる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，ステータのコイルにインパルス電圧を印加することによりエラー品を検出する検査装置に本発明を適用したものである。

本形態の検査装置１は，図１に示すように，インパルス電圧印加装置１１，シャント抵抗１２，オシロスコープ１３，制御部１４，表示部１５を有している。図中２０はステータであり，本検査装置１による検査対象である。インパルス電圧印加装置１１は，インパルス波形の高電圧を印加するものである。また，シャント抵抗１２は，電流波形測定のために接続されている抵抗である。ここでは，抵抗値が既知である一般的な抵抗を用いればよい。

また，オシロスコープ１３は，シャント抵抗１２の両端間の電圧から，電流波形を得るためのものである。このオシロスコープ１３は，記憶装置を内蔵している。制御部１４は，インパルス電圧印加装置１１を制御してインパルス電圧を印加させるとともに，オシロスコープ１３に記憶された電流波形から，火花放電の発生の有無を判断する。この制御部１４には，後述する種々の所定値が記憶されている。また，表示部１５は，検査結果を表示するためのものである。

本形態の検査装置１の検査対象であるステータ２０は，図２に示すように，Ｕ／Ｖ／Ｗの３相のコイルが中性点で互いに結合されたＹ字結合タイプであり，３相交流方式のモータに使用されるものである。ステータ２０の各相のコイルは，図２に示すように，複数個のコイルが連続して直列接続されたものである。ここでは，コアに全てのコイルが挿入され，接続端子を取り付けて完成された状態のステータ２０を検査対象とする。

検査装置１での検査を行う場合には，ステータ２０のＵ／Ｖ／Ｗの３相のうちの２相を本形態の検査装置１のインパルス電圧印加装置１１に接続する。例えば，図１ではＵ−Ｗ相間の検査を行う場合の接続状態を示している。この状態で検査することにより，Ｕ相またはＷ相のコイル間における火花放電の発生の有無を判別することができる。図２中に矢印で示すように，Ｗ相の第１コイル最終ターンとＷ相の第３コイル最終ターンとの間に火花放電が発生した場合には，この接続状態での検査により火花放電の発生ありと検出される。

そして，この他にＶ−Ｕ相間，Ｗ−Ｖ相間の検査を同様に行うことにより，どの相のコイルに放電が発生したかを判断できるのである。例えば，上記のようにＷ相のコイルに放電箇所があれば，Ｕ−Ｗ相間とＷ−Ｖ相間の検査において火花放電の発生が検出されるとともに，Ｖ−Ｕ相間の検査では検出されない。製造技術の向上により，１つのステータ２０中に複数箇所の絶縁不良が発生することは滅多になくなってきているので，一般にはこれで十分である。

次に，本形態の検査装置１による検査方法について説明する。まず，図１に示すように接続してインパルス電圧を印加し，シャント抵抗を流れる電流波形をオシロスコープ１３によって取得する。ここでは，電圧３．５ｋＶのインパルス電圧を印加した。このときの電流波形の例を図３〜図５に示す。なお，これらの図では電流の細かいぶれは省略している。

良品のステータ２０による電流波形の例では，概略，図３に示すような形状となる。これに対し，火花放電が発生した場合の電流波形は，概略，図４に示すような形状となる。これらの図を比較すると分かるように，波形の形状自体には大きな差はない。これに対し，部分放電が発生した場合の電流波形は，概略，図５に示すような形状となり，その波形形状はかなり異なる。従って，部分放電が発生した場合には，従来の技術でも記載したように，この電流波形によって判定できる。

そこで，火花放電の発生を検出する方法について説明する。本発明者らは，火花放電が発生した場合の電流波形では，流れる全電流量が大きく，電流の積算値において良品とは顕著に差があることを見出した。そこで本形態では，インパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流の積算値を求め，その積算値とあらかじめ定めた基準値とを絶対値にて比較する。例えば，図３と図４に示すように，インパルス電圧を印加した時点から，波形の変化が小さくなるまでの時間を所定の積算期間として定めておく。この積算期間および基準値は，あらかじめ制御部１４に記憶されている。

オシロスコープ１３は，あらかじめ定めた一定間隔でシャント抵抗１２の両端間の電圧を測定している。この測定された電圧とシャント抵抗１２の抵抗値とから，電流値を算出することができる。そこで，上記の所定の積算期間にわたって，オシロスコープ１３の計数値を積算し，その積算値で比較することにより，良品と火花放電品とを確実に判定することができる。

例えば図３と図４の例で，所定の積算期間として，インパルス電圧を印加した時点から１００００回の測定が行われる期間とすると，この積算値は１００００回分の計数値の合計値として得られる。上記の例において，積算値の絶対値は，良品（図３）では１９７５４であったのに対し，火花放電が発生した例（図４）では，２５４３１であった。この値は，電流の積算値に相当する値である。従って，この積算値により火花放電が発生したか否かを判定できる。

なお本形態では，部分放電が発生したかどうかも判断するためにさらに，ＦＦＴ解析処理をも行うこととした。従って，本形態の検査方法では，インパルス電圧の印加によって得られた電流波形から，次の２段階の判定処理を行う。まず，インパルス電圧の印加から，前述のように所定の期間内の電流値を積算し，その積算値が基準値以上であった場合は，コイル内での火花放電があったと判定する。積算値が基準値より小さい場合は，火花放電は発生しなかったと判断する。

さらに，火花放電が発生しなかったと判断されたものでは，先に取得した電流波形をＦＦＴ変換し，各周波数におけるスペクトル強度を取得する。そして，変換後のスペクトルにおけるあらかじめ定めた周波数帯域内の積分強度を，あらかじめ定めた基準強度と比較する。これらの周波数帯域および積分強度についても，制御部１４に記憶しておく。積分強度が基準強度以上である場合には，部分放電が発生したと判定する。

これにより，火花放電が発生したか，部分放電が発生したか，あるいはいずれも発生しなかったかを区別することができる。ある１つの相の組についての検査が終了したら，検査装置とステータ２０との接続を入れ替えて，他の組についても同様に検査する。

次に，本形態の検査装置１によるステータ２０の検査方法について，図６のフローチャートを参照して説明する。この検査は，ステータ２０が完成した後，モータに組み付ける前に行われる。そして，ステータ２０を本検査装置に，図１に示すように接続して，検査を開始する。

この検査が開始されるとまず，制御部１４は，インパルス電圧印加装置１１を制御して，ステータ２０にインパルス電圧を印加する（Ｓ１０１）。そして，オシロスコープ１３において，シャント抵抗１２の両端間の電圧を検出し，電流波形に換算して記憶する（Ｓ１０２）。

次に，Ｓ１０２で取得された電流値を，インパルス電圧の印加タイミングから所定時間経過後まで積算する（Ｓ１０３）。さらに，Ｓ１０３で取得された積算値と，制御部１４に記憶されている基準値とを比較する（Ｓ１０４）。なお，この基準値は，不良品モータのサンプルによって，あらかじめ求められ，制御部１４に記憶されている。これは一般的な良品のコイルの検査から算出される積算値より大きい。

そして，Ｓ１０３で得られた積算値が，基準値以上である場合は（Ｓ１０４：Ｙｅｓ），このコイルは火花放電が発生したと判断できる（Ｓ１０５）。一方，Ｓ１０３で得られた積算値が，基準値より小さい場合は（Ｓ１０４：Ｎｏ），火花放電は発生しなかったと判断する（Ｓ１０６）。

Ｓ１０６において火花放電は発生しなかったと判断されたら，次に，部分放電が発生したかどうかを判断する。そのためにまず，ＦＦＴ変換処理を行う（Ｓ１０７）。そしてあらかじめ定めた周波数帯域内のスペクトル強度を積算する（Ｓ１０８）。さらに，その積算値を第２の基準値と比較する（Ｓ１０９）。この第２の基準値はＳ１０４のものとは別の値である。なお，Ｓ１０７〜Ｓ１０９の処理は，従来のものと同様に行えばよい。

そして，Ｓ１０８で得られた積算値が第２の基準値以上であれば（Ｓ１０９：Ｙｅｓ），部分放電が発生したと判定する（Ｓ１１０）。あるいは，Ｓ１０８で得られた積算値が第２の基準値より小さければ，部分放電も火花放電も発生しなかったと判定する（Ｓ１１１）。さらに，相を入れ替えて３回の検査が繰り返されたかどうかを判断し（Ｓ１１２），まだであれば（Ｓ１１２：Ｎｏ），Ｓ１０１に戻って接続を変更する。そして，Ｓ１１１までの処理を繰り返す。

全ての相間について検査が終了したら（Ｓ１１２：Ｙｅｓ），結果を表示部１５に表示し（Ｓ１１３），本処理を終了する。これにより，良品であるか，あるいは，火花放電または部分放電のいずれかが発生したかを判別できる。従って，本形態によって火花放電の発生を検出できる。

以上詳細に説明したように本形態の検査装置１によれば，ステータ２０の相間に高圧のインパルス電圧を印加し，コイルに流れる電流値を取得する。そして，その電流値を時間について積算する。火花放電が発生した場合には，この電流値の積算値の絶対値が良品の場合に比較して大きいものとなるので，良品と区別できる。さらに，火花放電が発生しなかったと判断された場合には，電流波形をＦＦＴ変換し，そのスペクトル強度を周波数について積算する。部分放電が発生した場合には，この積算値が大きくなるので良品と区別できる。従って，本形態によれば，良品，火花放電品，部分放電品のそれぞれを容易に区別できる。これにより，火花放電の発生があったコイルを確実に検出することのできる検査方法となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，電流値の積算値の判定基準となる基準値として，２段階のものを設定すれば，電流値の積算値のみで，良品，火花放電品，部分放電品のそれぞれを区別することもできる。部分放電品では電流値の積算値が，良品と火花放電品との中間の値となるからである。また例えば，ＦＦＴ変換による判定と，電流値の積算値による判定の手順を逆順としても良い。

本形態の回転電機の検査装置を示す概略構成図である。 検査対象であるステータの概略構成を示す説明図である。 良品のコイルの測定により得られる電流波形の例を示すグラフである。 火花放電が発生するコイルによる電流波形の例を示すグラフである。 部分放電が発生するコイルによる電流波形の例を示すグラフである。 回転電機の検査方法を示すフローチャートである。 良品のコイルの電流波形のＦＦＴ解析波形例を示すグラフである。 部分放電が発生した場合の電流波形のＦＦＴ解析波形例を示すグラフである。 火花放電が発生した場合の電流波形のＦＦＴ解析波形例を示すグラフである。

符号の説明

１ 検査装置
１１ インパルス電圧印加装置
１３ オシロスコープ
１４ 制御部

Claims (3)

1. 回転電機のコイルにインパルス電圧を印加する電圧印加部と，
   前記電圧印加部によりインパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流の積算値を求める積算部と，
   前記積算部で求めた積算値とあらかじめ定めた基準値とを絶対値にて比較し，積算値が基準値以上である場合にコイル内での放電があったと判定し，積算値が基準値以上でない場合にコイル内での放電がなかったと判定する判定部とを有することを特徴とする絶縁検査装置。
2. 回転電機のコイルにインパルス電圧を印加し，
   インパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流の積算値を求め，
   求めた積算値と，あらかじめ定めた基準値とを絶対値にて比較し，積算値が基準値以上である場合にコイル内での放電があったと判定し，積算値が基準値以上でない場合にコイル内での放電がなかったと判定することを特徴とする絶縁検査方法。
3. 請求項２に記載の絶縁検査方法において，
   インパルス電圧を印加してから所定の期間内における電流波形をフーリエ変換し，
   変換後のスペクトルにおけるあらかじめ定めた周波数帯域内の積分強度を，あらかじめ定めた基準強度と比較し，積分強度が基準強度以上である場合に部分放電があったと判定し，積分強度が基準強度以上でない場合に火花放電があったかまたは放電がなかったと判定することを特徴とする絶縁検査方法。

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