JP2011012999A - Methods for testing and manufacturing rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の単位コイルからなるステータコイルが鉄心に巻装されて構成される回転電機の試験方法及び製造方法に関する。 The present invention relates to a testing method and a manufacturing method for a rotating electrical machine configured by winding a stator coil including a plurality of unit coils around an iron core.
従来、電気自動車やハイブリッド自動車などに用いられる回転電機たる電動機としては、複数相、例えばU相、V相、W相の三相のステータコイルを鉄心(ステータコア)に巻装して構成されるインバータ駆動方式の永久磁石型の電動機(以下、永久磁石電動機という)が知られている。このような永久磁石電動機では、一般に複数の単位コイルを直列に接続したステータコイルが用いられており、特に、分担電圧を低減するために、ステータコイルを各相に複数個(例えば2回路)並列に接続することがある。図13は、そのような永久磁石電動機の一般的な製造工程を概略的に示している。 Conventionally, as an electric motor as a rotating electric machine used for an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc., an inverter configured by winding a three-phase stator coil of a plurality of phases, for example, a U phase, a V phase, and a W phase around an iron core (stator core) 2. Description of the Related Art Drive type permanent magnet type motors (hereinafter referred to as permanent magnet motors) are known. Such a permanent magnet motor generally uses a stator coil in which a plurality of unit coils are connected in series. In particular, in order to reduce a shared voltage, a plurality of stator coils (for example, two circuits) are arranged in parallel in each phase. May connect to. FIG. 13 schematically shows a general manufacturing process of such a permanent magnet motor.
ステップ101では、ステータコアに、U相、V相、W相のステータコイル(U相コイル、V相コイル、W相コイルに相当)を、各ステータコイル間に相間絶縁紙を配置しながら装着(挿入)する工程が実施される。ステップ102では、各ステータコイルの端部をかしめ接続して各相中性点を形成する工程が実施される。ステップ103では、コイルエンドを成形するとともに、縛り糸で緊縛して固定する工程が実施される。ステップ104では、各ステータコイルを各相別に端子にかしめ接続して電源端子を形成する工程が実施される。ステップ105では、各ステータコイルの電気的健全性を調べるためのワニス処理前の電気試験工程が実施される。ステップ106では、各ステータコイルに対して、ワニス処理を行うワニス処理工程が実施される。ステップ107では、ワニス処理後の電気試験工程が実施される。 In step 101, U-phase, V-phase, and W-phase stator coils (corresponding to U-phase coils, V-phase coils, and W-phase coils) are mounted (inserted) on the stator core while interphase insulating paper is disposed between the stator coils. ) Is performed. In step 102, a step of caulking and connecting the end portions of each stator coil to form each phase neutral point is performed. In step 103, a process is performed in which the coil end is formed, and is bound and fixed with a binding thread. In step 104, a step of caulking and connecting each stator coil to a terminal for each phase to form a power supply terminal is performed. In step 105, an electrical test process prior to varnish processing for examining the electrical soundness of each stator coil is performed. In step 106, a varnish treatment process is performed on each stator coil for varnish treatment. In step 107, an electrical test process after varnish treatment is performed.
上記した各工程において実施される電気試験の中には、例えばステップ105のようにステータコイルの絶縁状態を確認するための試験がある。具体的には、対地間耐電圧試験、対地間部分放電試験などのステータコイルとステータコアとの間を対象とした絶縁試験、インパルス放電試験などの各相のステータコイル間(例えばU相コイルとV相コイルの間などの異相コイル間)を対象とした絶縁試験などが行われている。このような試験において、ステータコイルの中性点の接続を製造工程の最後に行い、中性点を接続する前に絶縁試験を行うことで、ステータコイル間の絶縁を検証する試験方法などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Among the electrical tests performed in each of the above-described processes, there is a test for confirming the insulation state of the stator coil as in step 105, for example. Specifically, between each phase stator coil (for example, U-phase coil and V) such as an insulation test between the stator coil and the stator core such as a withstand voltage test between grounds and a partial discharge test between grounds and an impulse discharge test. Insulation tests and the like have been carried out for different phase coils such as between phase coils. In such tests, a test method for verifying the insulation between the stator coils by connecting the neutral point of the stator coil at the end of the manufacturing process and conducting an insulation test before connecting the neutral point is proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、電気自動車やハイブリッド自動車などに用いられるような永久磁石電動機は、高出力化のために高電圧化の傾向にあり、また、インバータ駆動方式のため立ち上がりが急峻なインバータサージ電圧により各ステータコイルの分担電圧も高くなる傾向にある。このため、各ステータコイル内(同相コイル内)においても、単位コイルの分担電圧に差が生じ、部分放電が発生する可能性が高くなる。特に、各ステータコイルの最も電源端子側に設けられている第1単位コイルと第2単位コイル間は、分担電圧の差が最も大きくなるとともに、コイルエンドにおいて隣接していることから、部分放電が発生しやすい。また、移動体である車両の場合には、走行にともなって周囲の環境(例えば天候や標高など)が変化することから、部分放電が発生するおそれが更に高くなる。 By the way, permanent magnet motors such as those used in electric vehicles and hybrid vehicles tend to have higher voltages for higher output, and each stator coil is driven by an inverter surge voltage with a steep rise due to an inverter drive system. There is also a tendency for the shared voltage to increase. For this reason, even within each stator coil (in the same-phase coil), a difference occurs in the voltage shared by the unit coils, and the possibility of partial discharge increases. In particular, the first unit coil and the second unit coil provided on the most power supply terminal side of each stator coil have the largest difference in the shared voltage and are adjacent at the coil end, so that partial discharge occurs. Likely to happen. Further, in the case of a vehicle that is a moving body, the surrounding environment (for example, weather, altitude, etc.) changes as the vehicle travels, so that the possibility of partial discharge is further increased.
部分放電が発生するとステータコイルが短期間に劣化することから、永久磁石電動機では、各単位コイル間に絶縁紙を挿入したり、或いはコイルエンド成型時にダミー楔を挿入して単位コイル間の空間距離を取ったりすることなどにより、単位コイル間の接触を防止する措置がとられている。 Since the stator coil deteriorates in a short time when partial discharge occurs, in the permanent magnet motor, an insulating paper is inserted between each unit coil, or a dummy wedge is inserted at the time of coil end molding, and the spatial distance between the unit coils. Measures are taken to prevent contact between the unit coils, such as by removing the coil.
しかしながら、単位コイル間に絶縁紙やダミー楔などを挿入した場合には、確実に接触が防止されているか否かといった同相コイル内の絶縁状態の検証までは行われておらず、また、特許文献1のような異相間を対象とした従来の試験方法では、同相コイル内の単位コイル間の絶縁状態を検出することは困難であるという問題があった。 However, when insulating paper or a dummy wedge is inserted between the unit coils, verification of the insulation state in the in-phase coil is not performed, such as whether or not contact is surely prevented. In the conventional test method for different phases such as 1, there is a problem that it is difficult to detect the insulation state between the unit coils in the in-phase coil.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、各ステータコイルを構成する単位コイル間の接触状態を精度よく検出するための回転電機の試験方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ステータコイルを構成する単位コイル間の接触がない、信頼性の高い回転電機の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a test method for a rotating electrical machine for accurately detecting a contact state between unit coils constituting each stator coil.
Another object of the present invention is to provide a highly reliable method for manufacturing a rotating electrical machine in which there is no contact between unit coils constituting a stator coil.
本発明の回転電機の試験方法は、鉄心に複数の単位コイルが直列に接続されてなる複数相のステータコイルが巻装されて構成される回転電機の製造工程において、前記ステータコイルの前記単位コイル間の絶縁状態を検証するための試験方法であって、前記鉄心に前記複数相の前記ステータコイルを装着し、これら各相のステータコイルを接続して中性点を形成した後に、前記中性点と前記複数相のステータコイルの電源端子との間にインパルス電圧印加装置によりインパルス電圧を印加することにより、前記複数相のステータコイル毎に、前記単位コイル間の部分放電の発生の有無を部分放電検出装置により検出するインパルス放電試験を行うことを特徴とする。 The testing method for a rotating electrical machine according to the present invention includes the unit coil of the stator coil in a manufacturing process of a rotating electrical machine configured by winding a plurality of stator coils in which a plurality of unit coils are connected in series to an iron core. A test method for verifying an insulation state between the stator coils of the plurality of phases attached to the iron core, and connecting the stator coils of the respective phases to form neutral points; By applying an impulse voltage by an impulse voltage application device between a point and a power supply terminal of the multi-phase stator coil, the occurrence of partial discharge between the unit coils is partially determined for each of the multi-phase stator coils. An impulse discharge test detected by a discharge detector is performed.
また、本発明の回転電機の製造方法は、鉄心にステータコイルを巻装して構成される回転電機の製造方法において、前記鉄心に複数相のステータコイルを装着する装着工程と、前記複数相のステータコイルを電気的に接続しての中性点を形成する中性点接続工程と、前記複数相のステータコイルを成形する成形工程と、前記ステータコイルに対する電気的な試験を行う電気的試験工程と、を含み、前記電気的試験工程において、上記したインパルス放電試験を行うことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a rotating electrical machine manufacturing method comprising: a mounting step of mounting a multi-phase stator coil on the iron core; A neutral point connection step for forming a neutral point by electrically connecting the stator coils, a forming step for forming the multi-phase stator coil, and an electrical test step for performing an electrical test on the stator coil In the electrical test step, the impulse discharge test described above is performed.
本発明の回転電機の試験方法によれば、複数相設けられているステータコイル毎に、中性点と電源端子との間にインパルス電圧を印加して部分放電の発生の有無を検出することにより、同相コイル内における単位コイル間の絶縁状態を検証することができる。 According to the rotating electrical machine test method of the present invention, by detecting the presence or absence of partial discharge by applying an impulse voltage between the neutral point and the power supply terminal for each of the stator coils provided in a plurality of phases. The insulation state between the unit coils in the in-phase coil can be verified.
また、本発明の回転電機の製造方法によれば、製造工程内でインパルス放電試験を実施しているので、単位コイル間に絶縁異常がない、高品質な回転電機を製造することができる。 Further, according to the method for manufacturing a rotating electrical machine of the present invention, since the impulse discharge test is performed in the manufacturing process, it is possible to manufacture a high-quality rotating electrical machine having no insulation abnormality between unit coils.
(第1実施形態)
以下、本発明を電気自動車やハイブリット自動車などに用いられるインバータ駆動方式の永久磁石電動機に適用した第1実施形態について、図1から図6に基づいて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to an inverter-driven permanent magnet motor used in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like will be described with reference to FIGS.
図2に示すように、永久磁石電動機のステータ1は、ステータコア2に、三相のステータコイル(即ちU相コイル3、V相コイル4、W相コイル5)を巻装して構成されている。ステータコア2は、例えば電磁鋼板をプレスなどにより打ち抜いて形成された複数枚の鉄心片が積層された円環形状をなしている。ステータコア2には、その内周側に、三相のステータコイルが挿入されるスロット(図示せず)が複数個形成されている。このスロットの内周面には絶縁紙が貼付けられており、ステータコア2と各ステータコイルとの間を絶縁するスロット絶縁が施されている。
As shown in FIG. 2, the
各ステータコイルは、例えばエナメル線などの素線、又はこの素線が複数本束ねられたリッツ線などを巻回することにより構成されている。ステータコア2には、径方向外側から内周側に向かって、U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5が順に装着されている(以下、U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5に共通の事項を説明する場合には、単に各相のステータコイルという)。各相のステータコイル間には、相間絶縁紙6が挿入されている。ステータコア2の図示上側のコイルエンドには、各相の電源端子であるU相電源端子7、V相電源端子8、W相電源端子9がそれぞれ設けられている。各ステータコイルの電源端子(7、8、9)とは反対側の端部は、互いに電気的に接続され、各相中性点Na、Nbを形成している。
Each stator coil is configured by winding a strand such as an enamel wire or a litz wire in which a plurality of strands are bundled. A
図3は、各相のステータコイルの等価回路を示している。U相コイル3は、4個の単位コイルを直列接続してなるコイル群3aと、同じく4個の単位コイルを直列接続してなるコイル群3bとの並列回路により構成されている。同様に、V相コイル4は、4個の単位コイルを直列接続してなるコイル群4aと、4個の単位コイルを直列接続してなるコイル群4bとの並列回路から構成され、W相コイル5は、4個の単位コイルを直列接続してなるコイル群5aと、4個の単位コイルを直列接続してなるコイル群5bとの並列回路から構成されている。
FIG. 3 shows an equivalent circuit of the stator coil of each phase. The
各コイル群3a、4a、5aは、各相中性点Naにおいて互いに接続され、各コイル群3b、4b、5bは、各相中性点Nbにおいて互いに接続されている。つまり、ステータコア2には、各電源端子(U相電源端子7、V相電源端子8、W相電源端子9)の間にコイル群3a、4a、5a及びコイル群3b、4b、5bが並列に接続(ダブルスター接続)されている。以下の説明では、各相のステータコイルにおいて最も電源端子に近い位置に設けられている単位コイルから順に第1単位コイル、第2単位コイル、第3単位コイル、第4単位コイルと称し、これらの単位コイルについて個別の説明をする場合には、各コイル群3a、3b、4a、4b、5a、5bに添え字(1、2、3、4)を付す。また、各コイル群3a、3b、4a、4b、5a、5bに共通の事項を説明する場合には、符号を付さず、単に各コイル群という。
Each
次に、上述した構成の永久磁石電動機の製造工程について説明する。
図1は、永久磁石電動機の製造工程のうち、ステータ1の製造工程(但し、図13に示す従来の製造工程におけるワニス処理工程(ステップ106)の前まで)を概略的に示している。尚、以下の説明では、簡略化のために、本発明に係る試験工程(後述するステップ3のインパルス放電試験)を含めた製造工程全体の流れをまず説明し、その後、インパルス放電試験について詳細に説明する。
Next, a manufacturing process of the permanent magnet motor having the above-described configuration will be described.
FIG. 1 schematically shows a manufacturing process of the stator 1 (but before the varnish treatment process (step 106) in the conventional manufacturing process shown in FIG. 13) among the manufacturing processes of the permanent magnet motor. In the following description, for the sake of simplification, the flow of the entire manufacturing process including the test process according to the present invention (impulse discharge test in
ステップ1では、スロット絶縁が予め施されたステータコア2に対し、U相コイル3、V相コイル4、W相コイル5を、各相のステータコイル間(コイルエンド間)に相間絶縁紙6を配置しながら挿入(装着)するコイル装着工程が実施される。この工程では、まずU相コイル3がステータコア2のスロットに装着される。続いて、U相コイル3を覆うように相間絶縁紙6が挿入された後、この相間絶縁紙6をコイルエンドが挟むようにしてV相コイル4が先ほどとは別のスロットに装着される。これにより、U相コイル3とV相コイル4とのコイルエンド間(異相間)は、相間絶縁紙6により絶縁される。次いで、V相コイル4のコイルエンドを覆うように相間絶縁紙6が挿入された後、この相間絶縁紙6をコイルエンドが挟むようにしてW相コイル5がさらに別のスロットに装着される。尚、各相のステータコイルは、電気角が互いに120°ずれるようにして装着されている。
In
ステップ2では、各相のステータコイルをかしめ接続して各相中性点を形成する中性点接続工程が実施される。本実施形態では、コイル群3a、4a、5aが互いにかしめ接続されて各相中性点Naが形成され、コイル群3b、4b、5bが互いにかしめ接続されて各相中性点Nbが形成される。
In
ステップ3では、本発明に関連してインパルス放電試験による同相コイル内電気試験工程が実施される。このインパルス放電試験では、各相のステータコイルに対して、単位コイル間の絶縁状態(単位コイル間の接触の有無など)が検証される。尚、このインパルス放電試験の詳細は後述する。
In
ステップ4では、各コイル群の、各相中性点Na、Nbとは反対側の端部をかしめ接続し、各相別にU相電源端子7、V相電源端子8、W相電源端子9(以下、これらを総称して各相電源端子という)を形成する電源側リード線かしめ工程が実施される。また、ステップ4では、中性点接続部分に絶縁処理が施され、コイルエンドの所定箇所に配置される。その後、各相のステータコイルのコイルエンドを規定寸法に成形し、中性点Na、Nbのかしめ接続部分を含めて図示しない縛り糸で緊縛して固定する処理が行われる。
In
ステップ5では、各相のステータコイルに対して絶縁抵抗・耐圧試験等の各種の電気的試験を行うコイル電気試験工程が実施される。尚、コイル電気試験工程で実施される各試験は従来と同様の試験であるため、説明を省略する。
In
次に、上記したステップ3における本発明に係るインパルス放電試験について、詳細に説明する。尚、以下の説明においては主にU相コイル3を例にして説明するが、V相コイル4及びW相コイル5についても同様のインパルス放電試験が行われる。
Next, the impulse discharge test according to the present invention in
図2は、インパルス放電試験を実施する試験装置10の全体構成を概略的に示している。試験装置10は、インパルス電圧印加装置11、部分放電検出装置12から構成されている。インパルス電圧印加装置11は、2本の出力端子を備えており、ステータコイルに印加するインパルス電圧の極性に応じて、何れかの出力端子がU相コイル3の中性点側と電源端子側に接続される(図2ではU相電源端子7−中性点Na又はNb間)。尚、上述したように、インパルス放電試験が実施されるステップ3の段階では、各相電源端子(7、8、9)はまだ形成されていないため、インパルス電圧印加装置11の出力端子は、正しくは各相中性点Na、Nbの何れか一方と、コイル群3a又はコイル群3bの何れかの端部との間に接続されることになるが、ここでは便宜的にインパルス電圧印加装置11の出力端子の接続先を中性点側、電源端子側と称する。
FIG. 2 schematically shows the overall configuration of the
部分放電検出装置12は、ギガヘルツ帯の電磁波を検出可能な電磁波アンテナ12aと、この電磁波アンテナ12aに接続された放電検出器12bとを備えている。電磁波アンテナ12aは、検出対象となるステータコイル、例えばU相コイル3の近傍に配置され、部分放電が発生した場合に放出されるギガヘルツ帯の電磁波を検出する。放電検出器12bは、電磁波アンテナ12aが検出した電磁波を、例えばモニタ画面などに表示する。
The partial
さて、インパルス電圧印加装置11によりステータコイルに印加されるインパルス電圧は、各相のステータコイルを構成する各単位コイル間における素線同士の接触を検出することができる大きさとする必要がある。一方、印加する電圧が高すぎると、健全なステータコイルにまでダメージを与えてしまうおそれがある。そのため、インパルス電圧の大きさを設定するにあたっては、部分放電の検出が可能な最低限の電圧値に設定する必要がある。そこで、本実施形態では、単位コイル間に模擬的な接触状態を生じさせたテスト用コイルを用いて部分放電が発生する電圧値を予め測定した予備試験の結果に基づいて、各相のステータコイルに印加するインパルス電圧の大きさを設定するようにしている。
Now, the impulse voltage applied to the stator coil by the impulse
図4は、テスト用コイルの概略を示す図である。例えばU相のテスト用コイルの場合、コイル群3aのうち最も電源端子側に設けられている第1単位コイル3a1の巻き始めである第1ターン部Tsと、隣接する第2単位コイル3a2の巻き終わりである最終ターン部Teとの間に、模擬的な接触状態が形成されている。この第1単位コイルと第2単位コイルとの間は、実運転時(インバータ駆動時)のサージ電圧による分担電圧の電位差が最も大きくなり、部分放電が最も起きやすい部位である。インパルス放電試験では、単位コイル間の接触状態の有無の検証が行われる。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the test coil. For example, in the case of a U-phase test coil, the first turn portion Ts that is the start of winding of the first unit coil 3a1 provided closest to the power supply terminal in the
図5は、部分放電が発生する放電開始電圧を検証した予備試験の結果を示す図である。この予備試験では、ステータコア2に巻装されるステータコイルと同じ素線を用いて接触などの絶縁不良のない健全品コイル、及び上述したテスト用コイル(図4参照)を用い、それらに正電圧の単極性インパルス電圧を印加する試験が行われている。そして、この予備試験において、部分放電が発生したときの電圧を放電開始電圧としている。図5の例では、健全品コイルではVa付近で部分放電が開始しており、テスト用コイルではVb付近で部分放電が開始していることが示されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a result of a preliminary test for verifying a discharge start voltage at which a partial discharge occurs. In this preliminary test, using the same wire as the stator coil wound around the
この予備試験の結果から、第1単位コイルと第2単位コイルとの間に発生する部分放電(第1単位コイルと第2単位コイルとの間の絶縁異常)を検出したい場合には、インパルス電圧の大きさをVcにすればよいことが分かる。即ち、インパルス電圧の大きさをVcとすれば、絶縁異常がある場合には部分放電の発生を検出できる状態で、且つ、健全品コイルでは部分放電が発生しないことから誤検出を防止した状態で、インパルス放電試験を実施することが可能となる。尚、Va、Vbはコイルの仕様によりその値が変化するため、Vcもコイルの仕様に合わせて適切に設定すればよい。 When it is desired to detect a partial discharge (insulation abnormality between the first unit coil and the second unit coil) generated between the first unit coil and the second unit coil from the result of the preliminary test, the impulse voltage It can be seen that the size of V should be Vc. That is, if the magnitude of the impulse voltage is Vc, it is possible to detect the occurrence of partial discharge when there is an insulation abnormality, and since the partial discharge does not occur in the healthy coil, it is possible to prevent erroneous detection. It becomes possible to carry out an impulse discharge test. Since the values of Va and Vb vary depending on the coil specifications, Vc may be set appropriately according to the coil specifications.
図6は、このインパルス放電試験において検出される電磁波の検出結果を示す図であり、(A)は単位コイル間の絶縁が正常に行われており、単位コイル間に接触などの絶縁不良のない健全品コイルの結果を示し、(B)は単位コイル間に接触状態が生じている異常品コイルの検出結果を示している。単位コイル間の絶縁が保たれている場合には、同図(A)のように部分放電による電磁波が検出されることはない。一方、単位コイル間に絶縁異常がある場合には、同図(B)に示すように部分放電の発生に伴い電磁波が検出される。これにより、単位コイル間の絶縁異常が検証される。 FIG. 6 is a diagram showing detection results of electromagnetic waves detected in this impulse discharge test. FIG. 6A shows that insulation between unit coils is normally performed and there is no insulation failure such as contact between unit coils. The result of the healthy product coil is shown, and (B) shows the detection result of the abnormal product coil in which the contact state occurs between the unit coils. When insulation between unit coils is maintained, electromagnetic waves due to partial discharge are not detected as shown in FIG. On the other hand, when there is an insulation abnormality between the unit coils, electromagnetic waves are detected with the occurrence of partial discharge as shown in FIG. Thereby, the insulation abnormality between unit coils is verified.
尚、このインパルス放電試験では、インパルス電圧印加装置11の出力端子のうち、プラス側出力端子を例えばU相電源端子(7)側に、マイナス側出力端子を中性点側に接続して単位コイル間の放電状態の有無の検出を行った後、逆相、即ちプラス側出力端子を中性点側に、マイナス側出力端子をU相電源端子(7)側に接続してインパルス電圧が印加されている。また、V相コイル4及びW相コイル5も同様に、プラス側出力端子を電源端子(8、9)側に、マイナス側出力端子を中性点側に接続して試験をした後に、逆相での試験が実施される。これにより単位コイル間の分担電圧が極力均等化される。
In this impulse discharge test, of the output terminals of the impulse
このように、インパルス放電試験を各相のステータコイルに対して実施することにより、各相のステータコイル内、例えば第1単位コイルと第2単位コイルとの間の絶縁異常を、永久磁石電動機の製造工程において精度よく検証することが可能となる。 As described above, by performing the impulse discharge test on the stator coil of each phase, the insulation abnormality in the stator coil of each phase, for example, between the first unit coil and the second unit coil can be reduced. It becomes possible to verify with high accuracy in the manufacturing process.
その後、ワニス処理工程などの各工程(図13のステップ105〜107に相当)を経て、ステータ1が形成される。各電気試験に合格したステータ1は、磁極として複数の永久磁石を備えた図示しない回転子とともに、組立工程などを経て、永久磁石電動機を構成する。このようにして、各相の単位コイル間(同相コイル内)、及び各相のステータコイル間(異相コイル間)に絶縁異常などがない永久磁石電動機が製造される。
Thereafter, the
以上説明した第1実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
インパルス放電試験の工程(ステップ3)において、中性点側と電源端子側との間にインパルス電圧を印加して部分放電の発生を検証するインパルス放電試験を実施している。これにより、絶縁異常があった場合には部分放電が発生することから、各ステータコイルを構成する単位コイル間の接触などの絶縁異常を検出することができる。
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
In the impulse discharge test process (step 3), an impulse discharge test is performed to verify the occurrence of partial discharge by applying an impulse voltage between the neutral point side and the power supply terminal side. Thereby, since partial discharge occurs when there is an insulation abnormality, it is possible to detect insulation abnormality such as contact between unit coils constituting each stator coil.
インパルス放電試験では、インパルス電圧の大きさを、予めテスト用コイルによる予備試験を行うことにより、実運転時における単位コイル間のサージ分担電圧で部分放電が発生する可能性のある部位に対して、絶縁異常がある場合には部分放電の発生を検出することができ、且つ、健全品コイルでは部分放電が発生しない値に設定している。これにより、部分放電の検出が可能な必要最低限の大きさにインパルス電圧を設定でき、インパルス放電試験によりステータコイルが損傷するおそれを低減することができる。また、必要以上に大きい電圧が印加されることがないため、インパルス放電試験時によるステータコイルの損傷を防止でき、ひいては永久磁石電動機の信頼性を高めることができる。 In the impulse discharge test, the magnitude of the impulse voltage is preliminarily tested with a test coil, so that partial discharge may occur due to the surge sharing voltage between unit coils during actual operation. When there is an insulation abnormality, the occurrence of partial discharge can be detected, and the value is set so that partial discharge does not occur in a healthy coil. As a result, the impulse voltage can be set to the minimum necessary level capable of detecting the partial discharge, and the possibility that the stator coil is damaged by the impulse discharge test can be reduced. Moreover, since a voltage larger than necessary is not applied, damage to the stator coil during the impulse discharge test can be prevented, and as a result, the reliability of the permanent magnet motor can be improved.
インパルス放電試験では、インバータサージ電圧による分担電圧が集中し、その電位差が最も大きくなる第1単位コイルと第2単位コイルとの間の絶縁異常を検出できる大きさにインパルス電圧を設定した。 In the impulse discharge test, the impulse voltage was set to a magnitude that can detect an insulation abnormality between the first unit coil and the second unit coil, in which the shared voltage due to the inverter surge voltage is concentrated and the potential difference becomes the largest.
コイルエンドを成形した後にインパルス放電試験を実施するので、短時間で試験を実施することができる。また、コイル装着時やコイルエンド形成時などにステータコイルに接触などの異常が生じた場合でも、その異常を検出することができる。 Since the impulse discharge test is performed after the coil end is formed, the test can be performed in a short time. Further, even when an abnormality such as contact occurs in the stator coil when the coil is mounted or when the coil end is formed, the abnormality can be detected.
部分放電検出装置12を、ギガヘルツ帯の電磁波アンテナ12aを用いて、部分放電の発生に伴う電磁波の発生を検出するように構成したので、周囲のノイズの影響を受けにくくなり、部分放電の発生を精度よく、また感度よく検出することができる。
Since the partial
単位コイル間の分担電圧を極力均等化したので、インパルス放電試験によりステータコイルが損傷するおそれを低減することができる。
上述したインパルス放電試験を製造工程で実施することにより、単位コイル間の電気的な絶縁状態が保たれた高品質な永久磁石電動機を製造することができ、実運転時のインバータサージ電圧により損傷するおそれを低減することができる。
Since the shared voltage between the unit coils is equalized as much as possible, the possibility of damage to the stator coil by the impulse discharge test can be reduced.
By performing the impulse discharge test described above in the manufacturing process, it is possible to manufacture a high-quality permanent magnet motor that maintains the electrical insulation between the unit coils and is damaged by the inverter surge voltage during actual operation. The fear can be reduced.
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態による試験方法を図7から図9に基づいて説明する。第2実施形態は、試験環境の湿度に応じてインパルス電圧の大きさを設定する点において第1実施形態と異なっている。尚、第2実施形態における試験装置及び永久磁石電動機の構成は第1実施形態の構成とほぼ同一であるので、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a test method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is different from the first embodiment in that the magnitude of the impulse voltage is set according to the humidity of the test environment. In addition, since the structure of the test apparatus and permanent magnet motor in 2nd Embodiment is as substantially the same as the structure of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
図7は、健全品コイルにおける放電開始電圧と試験環境(試験装置が設置されている場所)の湿度との関係を予め測定した測定結果を示す図である。上記した第1実施形態では単位コイル間の絶縁異常を検出するための放電開始電圧をVcに設定した。しかし、図7に示すように、放電開始電圧が試験環境の湿度が増加するに従って徐々に低下するため、放電開始電圧を一定値に固定すると、試験環境の湿度によっては、健全品コイルであっても部分放電が発生するおそれがある。換言すると、インパルス電圧の大きさを一定値に固定すると、試験環境の湿度が変化した場合に単位コイル間の絶縁異常を正しく検出することが困難になるおそれがある。 FIG. 7 is a diagram showing measurement results obtained by measuring in advance the relationship between the discharge start voltage in the healthy coil and the humidity of the test environment (where the test apparatus is installed). In the first embodiment described above, the discharge start voltage for detecting an insulation abnormality between unit coils is set to Vc. However, as shown in FIG. 7, since the discharge start voltage gradually decreases as the humidity of the test environment increases, if the discharge start voltage is fixed to a constant value, depending on the humidity of the test environment, However, partial discharge may occur. In other words, when the magnitude of the impulse voltage is fixed to a constant value, it may be difficult to correctly detect an insulation abnormality between unit coils when the humidity of the test environment changes.
そこで、本実施形態では、インパルス放電試験を開始する前に試験環境における湿度を測定し、湿度に基づいてインパルス電圧の大きさを、適切な値(単位コイル間の部分放電の発生を検出することが可能な必要最低限の大きさ)に設定するように構成されている。インパルス電圧印加装置は、試験環境の湿度が約20%の場合には、インパルス電圧の大きさを、健全品コイルでは部分放電が発生せず、且つ単位コイル間の部分放電を検出可能な電圧(例えば、第1実施形態で例示したVc)に設定する。或いは、試験環境の湿度が約95%の場合には、インパルス電圧の大きさを、湿度が20%のときに設定したインパルス電圧の大きさよりも低い値に設定する。尚、インパルス電圧の大きさを設定する方法は、例えば湿度センサなどで測定した試験環境の湿度をインパルス電圧印加装置に作業者が入力して設定するようにしてもよく、インパルス電圧印加装置に湿度センサなどを内蔵して自動で設定するようにしてもよい。 Therefore, in the present embodiment, the humidity in the test environment is measured before starting the impulse discharge test, and the magnitude of the impulse voltage is detected based on the humidity to an appropriate value (occurrence of partial discharge between unit coils). Is set to the minimum necessary size). When the humidity of the test environment is about 20%, the impulse voltage applying device determines the magnitude of the impulse voltage as a voltage that does not generate a partial discharge in a healthy coil and can detect a partial discharge between unit coils ( For example, it is set to Vc) exemplified in the first embodiment. Alternatively, when the humidity of the test environment is about 95%, the magnitude of the impulse voltage is set to a value lower than the magnitude of the impulse voltage set when the humidity is 20%. Note that the method of setting the magnitude of the impulse voltage may be such that, for example, the humidity of the test environment measured by a humidity sensor or the like is input by an operator to the impulse voltage application device, and the humidity is applied to the impulse voltage application device. It may be set automatically by incorporating a sensor or the like.
ところで、試験環境は、常に一定の湿度に保たれているとは限らず、天候などにより湿度が上下することがある。図8及び図9は、放電開始電圧と湿度の変化との関係を検証した予備試験の結果を示す図である。図8は、湿度を40%から95%に上昇させた場合の放電開始電圧の変化を示す図で、(A)は湿度の時間変化、(B)は湿度上昇時の放電開始電圧の時間変化である。また、図9は、湿度を95%から40%に下降させた場合の放電開始電圧の変化を示す図で、(A)は湿度の時間変化、(B)は湿度下降時の放電開始電圧の時間変化である。 By the way, the test environment is not always maintained at a constant humidity, and the humidity may increase or decrease depending on the weather or the like. 8 and 9 are diagrams showing the results of a preliminary test for verifying the relationship between the discharge start voltage and the change in humidity. FIGS. 8A and 8B are diagrams showing changes in the discharge start voltage when the humidity is increased from 40% to 95%. FIG. 8A is a time change in humidity, and FIG. 8B is a time change in discharge start voltage when the humidity is increased. It is. FIG. 9 is a diagram showing a change in the discharge start voltage when the humidity is lowered from 95% to 40%, where (A) shows the time change of the humidity, and (B) shows the discharge start voltage when the humidity is lowered. It is time change.
図8に示す湿度上昇時の予備試験では、湿度は、検証開始から約10分経過した時点で95%に達している。一方、放電開始電圧は、湿度の上昇にともなって次第に低下していき、約30分経過した時点でほぼ収束している。つまり、試験環境の湿度が上昇する場合には、放電開始電圧は、湿度が安定した時点(検証開始から10分後の時点)からおよそ20分が経過した時点(検証開始から約30分後の時点)でほぼ一定値に近づくことが分かる。 In the preliminary test when the humidity rises as shown in FIG. 8, the humidity reaches 95% when about 10 minutes have passed since the start of verification. On the other hand, the discharge start voltage gradually decreases as the humidity increases, and is approximately converged after about 30 minutes. In other words, when the humidity of the test environment increases, the discharge start voltage is approximately 20 minutes after the time when the humidity is stabilized (10 minutes after the start of verification) (about 30 minutes after the start of verification). It can be seen that the value approaches a constant value at the time).
一方、図9に示す湿度下降時の予備試験では、湿度は、検証開始から約30分経過した時点で40%になっている。このとき、放電開始電圧は、湿度の下降にともなって次第に上昇していくもののバラツキが多く、約120分経過した時点でほぼ収束している。つまり、試験環境の湿度が上昇する場合には、放電開始電圧は、湿度が安定した時点(検証開始から30分後の時点)からおよそ90分以上が経過した時点(検証開始から約120分後の時点)で、ほぼ一定値に近づいている。
On the other hand, in the preliminary test when the humidity decreases as shown in FIG. 9, the humidity is 40% when about 30 minutes have passed since the start of verification. At this time, the discharge start voltage gradually increases as the humidity decreases, but there are many variations and almost converges after about 120 minutes. That is, when the humidity of the test environment increases, the discharge start voltage is approximately 90 minutes after the start of the verification (about 120 minutes after the start of verification) after about 90 minutes have passed since the time when the humidity became stable (at the
これらの検証結果から、試験環境の湿度が変化した場合には、放電開始電圧が収束するまでに概ね30分〜2時間程度の時間が必要となることが分かる。即ち、インパルス放電試験では、試験を実施するとき(インパルス電圧の印加を開始する直前)だけでなく、試験を開始する所定期間前からの試験環境における湿度に応じて、適正値(インパルス電圧の適切な大きさ)が変化する。そのため、本実施形態では、インパルス電圧の大きさを、インパルス放電試験を開始する2時間前からの湿度の変化を測定し、測定された湿度の最高値に基づいて設定している。例えば、試験実施時の湿度が60%であり、その30分前に湿度が95%であったような場合では、インパルス電圧の大きさは、観測された湿度の最高値(95%)に基づいて、図7に示すような相関図から、適切な値に設定される。 From these verification results, it is understood that when the humidity in the test environment changes, it takes about 30 minutes to 2 hours for the discharge start voltage to converge. That is, in the impulse discharge test, not only when the test is performed (immediately before the application of the impulse voltage is started) but also in accordance with the humidity in the test environment from a predetermined period before the test is started (appropriate value of the impulse voltage). Change). Therefore, in the present embodiment, the magnitude of the impulse voltage is set based on the maximum value of the measured humidity by measuring the change in humidity from two hours before the start of the impulse discharge test. For example, in the case where the humidity at the time of the test is 60% and the humidity was 95% 30 minutes before that, the magnitude of the impulse voltage is based on the highest value (95%) of the observed humidity. Thus, an appropriate value is set from the correlation diagram as shown in FIG.
このように、第2実施形態では、上記の手順でインパルス電圧の大きさを設定した後に、インパルス放電試験が実施されている。これにより、より適切な電圧値でインパルス放電試験を実施することが可能となり、第1実施形態と同様に、ステータコイルの絶縁異常を検証することができる。 Thus, in 2nd Embodiment, after setting the magnitude | size of an impulse voltage in said procedure, the impulse discharge test is implemented. Thereby, it becomes possible to carry out an impulse discharge test with a more appropriate voltage value, and it is possible to verify an insulation abnormality of the stator coil as in the first embodiment.
特に、第2実施形態では、試験環境の湿度の変化を測定し、測定された湿度の最高値に基づいてインパルス電圧の大きさを設定しているので、湿度の変化によらず、健全品コイルに絶縁異常があると誤検知するおそれを低減することができる。また、インパルス試験を開始する前の所定期間における湿度を測定しているので、試験環境の湿度が変化した場合であっても、インパルス電圧を適切に設定することができ、絶縁異常の検出精度を向上させることができる。また、インパルス電圧を適正値に設定することにより、必要以上に大きい電圧が印加されることがないので、インパルス放電試験時にステータコイルに与えられるダメージが低減され、ステータコイルが損傷するおそれを低減することができる。 In particular, in the second embodiment, the change in humidity of the test environment is measured, and the magnitude of the impulse voltage is set based on the maximum value of the measured humidity. The possibility of erroneous detection when there is an abnormality in insulation can be reduced. In addition, since the humidity is measured during a predetermined period before the impulse test is started, the impulse voltage can be set appropriately even when the humidity of the test environment changes, and the detection error of insulation abnormality can be improved. Can be improved. Further, by setting the impulse voltage to an appropriate value, a voltage higher than necessary is not applied, so that damage to the stator coil during the impulse discharge test is reduced, and the possibility of damage to the stator coil is reduced. be able to.
(第3実施形態)
以下、本発明の第3実施形態による試験方法を図10から図11に基づいて説明する。第3実施形態は、部分放電検出装置として、電磁波アンテナの代わりに高周波電流プローブを用いる点が第1実施形態と異なっている。尚、第1実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。また、永久磁石電動機の構成は、第1実施形態と同一である。
(Third embodiment)
Hereinafter, a test method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The third embodiment is different from the first embodiment in that a high-frequency current probe is used as a partial discharge detection device instead of an electromagnetic wave antenna. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. The configuration of the permanent magnet motor is the same as that of the first embodiment.
図10は、本発明の第3実施形態による試験装置20の構成を示すブロック構成図である。インパルス放電試験に用いられ部分放電検出装置21は、高周波電流プローブ21a、バンドパスフィルタ21b、放電検出器21cを備えて構成されている。そのうち高周波電流プローブ21aは、インパルス電圧印加装置11からステータコイルに印加されるインパルス電圧の電圧印加ライン11aに流れる電流を検出するように設けられている。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the
試験時に高周波電流プローブ21aによって検出される電流には、インパルス電圧の印加に伴う電流と、部分放電の発生に伴う高周波電流とが含まれている。バンドパスフィルタ21bは、これらの電流のうち、部分放電の発生に伴う高周波電流に起因する電流成分信号のみを通過させる。これにより、放電検出器21cは、部分放電の発生に伴う電流成分信号に基づいて、部分放電の発生の有無を検知することができる。
The current detected by the high-frequency
ところで、インパルス試験では、ステータコイルに高電圧が印加される。このとき、ステータコイルに与えられるエネルギー量が大きいと、健全なステータコイルに対しても損傷などのダメージを与えるおそれがある。この場合、ステータコイルに与えるダメージを低減させるためには、インパルス電圧(本実施形態では負極性のパルス電圧)の立ち下がり時間、即ち、電圧の印加が開始されてからピーク電圧(負の最大値)に達するまでにかかる時間を例えば1マイクロ秒以下などにすればよい。一方、インパルス電圧の立ち下がり時間が極めて短い時間(例えば数ナノ秒)にしてしまうと、インパルス電圧の印加により生じた電流と部分放電の発生による高周波電流とを分離することが困難になり、部分放電の検出精度が低下してしまう。 By the way, in the impulse test, a high voltage is applied to the stator coil. At this time, if the amount of energy applied to the stator coil is large, there is a risk of damage such as damage to a healthy stator coil. In this case, in order to reduce damage to the stator coil, the fall time of the impulse voltage (negative pulse voltage in the present embodiment), that is, the peak voltage (negative maximum value) after the voltage application is started. For example, the time required to reach () may be 1 microsecond or less. On the other hand, if the fall time of the impulse voltage is set to a very short time (for example, several nanoseconds), it becomes difficult to separate the current generated by applying the impulse voltage from the high-frequency current generated by partial discharge. Discharge detection accuracy will be reduced.
この場合、インパルス電圧の立ち下がり時間を例えば数10〜数100ナノ秒に設定することにより、エネルギー量が低減されてステータコイルにダメージを与えてしまうおそれが低減されるとともに、部分放電の発生に起因する電流成分を分離することが可能となる。そこで、本実施形態によるステータコイルの構成では、立ち下がり時間を約120ナノ秒に設定し、部分放電の確実な検出とダメージの低減とを両立させている。尚、立ち下がり時間は、部分放電検出装置21の性能などにもよるが、概ね100〜150ナノ秒の範囲とすれば上述した効果を両立させることができる。
In this case, by setting the fall time of the impulse voltage to, for example, several tens to several hundreds of nanoseconds, the risk that the amount of energy is reduced and damages the stator coil is reduced, and partial discharge is generated. It is possible to separate the resulting current component. Therefore, in the configuration of the stator coil according to the present embodiment, the fall time is set to about 120 nanoseconds, and both reliable detection of partial discharge and reduction of damage are achieved. Although the fall time depends on the performance of the partial
図11は、インパルス放電試験において検出される電流波形を示す図で、(A)は単位コイル間の絶縁が正常に行われ、単位コイル間に接触がない健全品コイルの電流測定結果を示し、(B)は例えばU相コイル3であれば第1単位コイル3a1と第2単位コイル3a2との間のダミー楔の抜けがある等、単位コイル間に接触があるステータコイルの電流測定結果を示している。単位コイル間の絶縁が保たれている健全品コイルの場合には、インパルス電圧を印加した場合でも、同図(A)のように高周波電流が検出されることはない。一方、単位コイル間に絶縁異常があるステータコイルの場合には、インパルス電圧を印加すると、同図(B)に示すように部分放電の発生に伴い高周波電流の電流波形が観測される。
FIG. 11 is a diagram showing a current waveform detected in the impulse discharge test. FIG. 11A shows a current measurement result of a healthy coil in which insulation between unit coils is normally performed and no contact is made between unit coils. (B) shows the current measurement result of the stator coil having contact between the unit coils, for example, when the
このように、部分放電の発生にともなう高周波電流を検出する部分放電検出装置21によっても、単位コイル間の絶縁紙或いはダミー楔の抜けなどのステータコイル内の絶縁異常を検出することが可能となるなど第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, the partial
特に、第3実施形態では、インパルス電圧の立ち下がり時間を約120ナノ秒に設定したことにより、絶縁異常を検出することが可能であり、且つステータコイルにダメージを与えるおそれを低減することが可能となる。これにより、実運転時のサージ分担電圧が大きい第1単位コイルと第2単位コイルの絶縁状態を検証する場合にはピーク電圧を大きく設定することができるなど、ピーク電圧の設定可能範囲が広がっている。従って、インパルス電圧を、部分放電の発生を検出することが可能な必要最低限の大きさに容易に設定することができる。 In particular, in the third embodiment, by setting the fall time of the impulse voltage to about 120 nanoseconds, it is possible to detect an insulation abnormality and reduce the possibility of damaging the stator coil. It becomes. As a result, when the insulation state of the first unit coil and the second unit coil having a large surge sharing voltage during actual operation is verified, the peak voltage can be set larger, and the settable range of the peak voltage is expanded. Yes. Therefore, it is possible to easily set the impulse voltage to the minimum necessary level capable of detecting the occurrence of partial discharge.
(第4実施形態)
以下、本発明の第4実施形態による試験方法を図12に基づいて説明する。第4実施形態は、インパルス電圧の大きさを低圧から高圧まで所定幅で段階的に変化させながらインパルス放電試験を行う点において第1実施形態と異なっている。尚、第4実施形態における試験装置及び永久磁石電動機の構成は第1実施形態の構成とほぼ同一であるので、説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a test method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the impulse discharge test is performed while changing the magnitude of the impulse voltage in a stepwise manner from a low voltage to a high voltage. In addition, since the structure of the test apparatus and permanent magnet motor in 4th Embodiment is as substantially the same as the structure of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
第4実施形態では、複数個、例えば4個の単位コイルが直列接続されてなるステータコイルに対し、単位コイル間の絶縁状態が正常な健全品コイルと、ステータコイルを構成する単位コイル間のうち1箇所あるいは複数箇所に絶縁状態の異常を模擬的に生じさせた複数のテスト用コイルとを作製し、第1実施形態と同様のインパルス電圧発生装置を用いて、各テスト用コイルにおける放電開始電圧を測定する予備試験が行われている。この予備試験では、インパルス電圧の大きさを低電圧(例えば1kV)から高電圧(例えば20kV)まで所定幅(例えば1kV刻み)で段階的に変化させてステータコイルに印加し、部分放電が発生したときステータコイルから放出される電荷量を周知の電荷量測定装置により測定し、その電荷量と印加電圧(インパルス電圧のピーク値)との関係が検証されている。 In the fourth embodiment, a plurality of, for example, four unit coils are connected in series, and a healthy product coil in which the insulation state between the unit coils is normal, and between the unit coils constituting the stator coil. A plurality of test coils in which an abnormality in the insulation state is simulated in one place or a plurality of places are produced, and a discharge start voltage in each test coil is produced using the same impulse voltage generator as in the first embodiment. Preliminary tests to measure are performed. In this preliminary test, the magnitude of the impulse voltage was changed stepwise from a low voltage (for example, 1 kV) to a high voltage (for example, 20 kV) with a predetermined width (for example, in increments of 1 kV) and applied to the stator coil, and partial discharge occurred. Sometimes the amount of charge released from the stator coil is measured by a known charge amount measuring device, and the relationship between the amount of charge and the applied voltage (peak value of impulse voltage) is verified.
図12は、例えば第1単位コイルと第2単位コイルとの間に絶縁異常を生じさせたテスト用コイルに対する予備試験の結果を示す図である。縦軸の放電電荷量は、電荷量測定装置により検出された電荷量を示し、横軸の印加電圧は、インパルス電圧の大きさを示している。また、放電発生閾値は、部分放電が発生したとみなす電荷量の閾値である。図12には、印加電圧の大きさが約14kVで放電電荷量が所定の放電発生閾値を越えたこと、即ち部分放電が発生した放電開始電圧は約14kVであることが示されている。尚、この予備実験では、絶縁異常部位の種類や数を変えた複数のテスト用コイルが作製され、それぞれに対して放電開始電圧の測定が行われている。また、放電発生閾値は、ステータコイルの仕様(巻数、素線の太さなど)に応じて、予め予備試験により測定された値が設定される。 FIG. 12 is a diagram illustrating a result of a preliminary test performed on a test coil in which an insulation abnormality has occurred between, for example, the first unit coil and the second unit coil. The discharge charge amount on the vertical axis indicates the charge amount detected by the charge amount measuring device, and the applied voltage on the horizontal axis indicates the magnitude of the impulse voltage. In addition, the discharge occurrence threshold is a threshold for the amount of charge that is considered to be a partial discharge. FIG. 12 shows that the magnitude of the applied voltage is about 14 kV and the amount of discharge charge exceeds a predetermined discharge occurrence threshold, that is, the discharge start voltage at which partial discharge has occurred is about 14 kV. In this preliminary experiment, a plurality of test coils with different types and numbers of insulation abnormal sites were produced, and the discharge start voltage was measured for each. The discharge occurrence threshold is set to a value measured in advance by a preliminary test in accordance with the specifications of the stator coil (number of turns, wire thickness, etc.).
さて、インパルス放電試験では、部分放電が発生したときの電圧と上記予備試験における放電開始電圧とを比較することにより、単位コイル間の絶縁異常が検証されている。また、部分放電が検出された場合(絶縁異常が生じている場合)には、予備試験で得られた各テスト用コイルの放電開始電圧と比較することにより、ステータコイルのどの部位に絶縁異常が生じているかが推定されている。 In the impulse discharge test, the insulation abnormality between unit coils is verified by comparing the voltage at the time of partial discharge with the discharge start voltage in the preliminary test. In addition, when a partial discharge is detected (when an insulation abnormality occurs), by comparing with the discharge start voltage of each test coil obtained in the preliminary test, there is an insulation abnormality in any part of the stator coil. It is estimated whether it has occurred.
このように、部分放電が発生した電圧と事前検証の結果(予備試験における各テスト用コイルの放電開始電圧)とを比較することにより、単位コイル間の絶縁状態が正常か否かを検証することができるなど、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、第4実施形態では、インパルス電圧の大きさを所定幅で変化させながら繰り返しインパルス放電試験を実施するので、絶縁異常の有無を検出できるだけでなく、絶縁異常が生じている部位までをも検出することができる。 In this way, verifying whether or not the insulation state between unit coils is normal by comparing the voltage at which partial discharge has occurred and the result of prior verification (discharge start voltage of each test coil in the preliminary test). For example, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In particular, in the fourth embodiment, since the impulse discharge test is repeatedly performed while changing the magnitude of the impulse voltage within a predetermined range, not only the presence / absence of the insulation abnormality can be detected, but also the part where the insulation abnormality occurs is detected. can do.
(その他の実施形態)
本発明は、以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば以下のように変形または拡張することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be modified or expanded as follows.
第1実施形態では正極性(正電圧の単極性)のインパルス電圧、第3実施形態では負極性(負電圧の単極性)のインパルス電圧を印加してインパルス試験を実施したが、インパルス電圧の極性は各実施形態に限定されない。例えば、両極性(正電圧及び負電圧にまたがる電圧)のインパルス電圧を印加してもよいし、単極正及び両極性の両方のインパルス電圧を印加してもよい。その場合、インパルス電圧の立ち上がり時間又は立ち下がり時間を100ナノ秒〜150ナノ秒にすることにより、部分放電の発生ができ、且つインパルス放電試験によるステータコイルへのダメージを低減することができる。 In the first embodiment, an impulse test was performed by applying a positive (single polarity of positive voltage) impulse voltage, and in the third embodiment, a negative (single polarity of negative voltage) impulse voltage was applied. Is not limited to each embodiment. For example, an impulse voltage having both polarities (a voltage across a positive voltage and a negative voltage) may be applied, or both unipolar positive and bipolar impulse voltages may be applied. In that case, by setting the rise time or fall time of the impulse voltage to 100 nanoseconds to 150 nanoseconds, partial discharge can be generated and damage to the stator coil due to the impulse discharge test can be reduced.
第1実施形態のステップ5においては、図1に示す5種類の試験の一部のみを行うようにしてもよいし、他の試験を追加してもよい。
第2実施形態において、試験環境の湿度を測定したが、この試験環境は、インパルス電圧印加装置や部分放電検出装置などの試験装置が設置されている場所だけでなく、製造ラインにおいてステータが搬送される経路を含んでもよい。これにより、試験装置の設置場所には空調設備が整っているものの、製造ラインにおける搬送中にステータが様々な湿度環境に曝されるような場合であっても、インパルス電圧の大きさを適切に設定することができる。
In
In the second embodiment, the humidity of the test environment is measured. This test environment is not limited to the place where the test device such as the impulse voltage application device or the partial discharge detection device is installed, but the stator is transported in the production line. Routes may be included. As a result, even if the test equipment is installed with air conditioning equipment, the magnitude of the impulse voltage is appropriately adjusted even when the stator is exposed to various humidity environments during transportation on the production line. Can be set.
また、試験環境の湿度の変化状態(湿度が上昇しているか、低下しているか)によって、放電開始電圧を算出するために利用する期間を定めてもよい。これにより、試験時間を短縮することが可能となる。 Further, the period used for calculating the discharge start voltage may be determined according to the change state of the humidity of the test environment (whether the humidity is increasing or decreasing). As a result, the test time can be shortened.
試験装置を、電磁波アンテナと高周波電流プローブの両方で構成してもよい。すなわち、インパルス放電試験において、ギガヘルツ帯に感度を有する電磁波アンテナを用いた部分放電の発生に伴う電磁波の検出と、電圧印加ラインに設けた高周波電流プローブを用いた部分放電の発生に伴う高周波電流の検出とを行ってもよい。これにより、インパルス電圧の印加にともなう部分放電の発生を精度よく検出することができ、ひいては永久磁石電動機の信頼性をより向上させることができる。 You may comprise a test device with both an electromagnetic wave antenna and a high frequency current probe. That is, in the impulse discharge test, the detection of the electromagnetic wave accompanying the generation of the partial discharge using the electromagnetic wave antenna having sensitivity in the gigahertz band and the high frequency current generated by the generation of the partial discharge using the high frequency current probe provided in the voltage application line. Detection may be performed. Thereby, generation | occurrence | production of the partial discharge accompanying application of an impulse voltage can be detected with a sufficient precision, and the reliability of a permanent magnet electric motor can be improved more by extension.
インパルス放電試験において、上記した複数の試験方法を組み合せて行うようにしてもよい。例えば、第1実施形態の所定のインパルス電圧を印加する試験方法と、第4実施形態のインパルス電圧を低圧から次第に高圧に上昇させながら印加する試験方法とを組み合わせて実施してもよい。また、第2実施形態の湿度に基づいてインパルス電圧の大きさを設定する試験方法と、第3実施形態の高周波電流プローブによる試験方法とを組み合わせて実施してもよい。或いは、これらの試験方法を全て組み合わせて実施してもよい。例えば、第4実施形態において、予備試験を異なる湿度で実施し、インパルス放電試験時の湿度に応じて比較対象とする予備試験の結果を選択するようにしてもよい。 In the impulse discharge test, a plurality of test methods described above may be combined. For example, the test method for applying a predetermined impulse voltage according to the first embodiment may be combined with the test method for applying the impulse voltage according to the fourth embodiment while gradually increasing the impulse voltage from a low voltage to a high voltage. Moreover, you may implement combining the test method which sets the magnitude | size of an impulse voltage based on the humidity of 2nd Embodiment, and the test method by the high frequency current probe of 3rd Embodiment. Alternatively, all of these test methods may be combined. For example, in the fourth embodiment, the preliminary test may be performed at different humidity, and the result of the preliminary test to be compared may be selected according to the humidity during the impulse discharge test.
各実施形態におけるステータコイルの具体的な構成(単位コイルの個数、並列回路数、結線方法など)やインパルス電圧の大きさ、及び第4実施形態の所定幅などの具体的数値は、一例を示したにすぎない。これらは、ステータコイルの回路構成、ステータコイルを構成する素線の材質、太さ、巻回数、絶縁被膜の絶縁強度などに応じて予備試験を実施し、製造する永久磁石電動機の要求仕様に合わせて適宜設定するようにすればよい。 Specific numerical values such as the specific configuration (the number of unit coils, the number of parallel circuits, the connection method, etc.), the magnitude of the impulse voltage, and the predetermined width of the fourth embodiment in each embodiment are examples. It was just These are pre-tested according to the circuit configuration of the stator coil, the material, thickness, number of turns, insulation strength of the insulation coating, etc., to match the required specifications of the permanent magnet motor to be manufactured. May be set as appropriate.
インバータ駆動方式の三相の永久磁石型電動機に適用した例を示したが、相数や駆動方式などはこれに限定されず、例えばアウターロータ型電動機や誘導電動機、或いは発電機など、回転電機全般に適用することができる。 Although an example of application to an inverter-driven three-phase permanent magnet type motor has been shown, the number of phases and driving method are not limited to this, and for example, an outer rotor type electric motor, an induction motor, or a generator, etc. Can be applied to.
図面中、1はステータ、2はステータコア(鉄心)、3、4、5はステータコイル、3a、3b、4a、4b、5a、5bは単位コイル、6は相間絶縁紙、7、8、9は電源端子、10、20は試験装置、11はインパルス電圧印加装置、12、21は部分放電検出装置、12aは電磁波アンテナ、12b、21cは放電検出器、21aは高周波電流プローブ、21bはバンドパスフィルタ、Na、Nbは各相中性点(中性点)を示す。
In the drawings, 1 is a stator, 2 is a stator core (iron core), 3, 4 and 5 are stator coils, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a and 5b are unit coils, 6 is interphase insulating paper, and 7, 8 and 9 are
Claims (12)
前記鉄心に前記複数相の前記ステータコイルを装着し、これら各相のステータコイルを接続して中性点を形成した後に、前記中性点と前記複数相のステータコイルの電源端子との間にインパルス電圧印加装置によりインパルス電圧を印加することにより、前記複数相のステータコイル毎に、前記単位コイル間の部分放電の発生の有無を部分放電検出装置により検出するインパルス放電試験を行うことを特徴とする回転電機の試験方法。 A test for verifying the insulation state between the unit coils of the stator coil in the manufacturing process of a rotating electrical machine configured by winding a plurality of stator coils in which a plurality of unit coils are connected in series to an iron core A method,
After the stator coils of the plurality of phases are mounted on the iron core and the stator coils of the respective phases are connected to form a neutral point, between the neutral point and the power supply terminals of the stator coils of the plurality of phases. An impulse discharge test is performed in which a partial discharge detection device detects the presence or absence of partial discharge between the unit coils for each of the plurality of phase stator coils by applying an impulse voltage by an impulse voltage application device. Test method for rotating electrical machines.
前記インパルス放電試験においては、インパルス電圧の大きさを所定幅で変化させながら印加を繰り返し、部分放電が発生したときの電圧と前記テスト用コイルにて測定した放電発生電圧とを比較することにより、絶縁状態に異常が生じている部位を検出することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項記載の回転電機の試験方法。 A plurality of test coils in which a non-insulated state is simulated between one unit coil or a plurality of unit coils of the stator coil in advance are produced, and partial discharge is generated in the portions where the non-insulated state is generated in each of the test coils. Measure the discharge generation voltage at which
In the impulse discharge test, application is repeated while changing the magnitude of the impulse voltage with a predetermined width, and by comparing the voltage when the partial discharge occurs with the discharge generation voltage measured by the test coil, The method for testing a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9, wherein a part where an abnormality occurs in the insulation state is detected.
前記鉄心に複数相のステータコイルを装着する装着工程と、
前記複数相のステータコイルを電気的に接続しての中性点を形成する中性点接続工程と、
前記複数相のステータコイルを成形する成形工程と、
前記ステータコイルに対する電気的な試験を行う電気的試験工程と、を含み、
前記電気的試験工程において、請求項1ないし11のいずれか一項記載のインパルス放電試験を行うことを特徴とする回転電機の製造方法。 In a method of manufacturing a rotating electrical machine configured by winding a stator coil around an iron core,
A mounting step of mounting a multi-phase stator coil on the iron core;
A neutral point connection step of electrically connecting the plurality of stator coils to form a neutral point;
Forming step of forming the multi-phase stator coil;
An electrical test process for conducting an electrical test on the stator coil,
The method for manufacturing a rotating electrical machine, wherein the impulse discharge test according to any one of claims 1 to 11 is performed in the electrical test step.
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