JP2018009835A - インパルス試験方法およびインパルス試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータのインパルス試験において、測定対象となる１つの相のコイルのみのインダクタンスを大きくし、測定対象となる１つの相のコイルのみの絶縁性を測定することを目的とする。【解決手段】複数のコイル２１を備えたモータ１において、モータの１つの相のコイル２１のみと磁路を形成する磁性体コア２２を設置するステップと、１つの相のコイル２１に電圧パルスを印加するステップと、１つの相のコイル２１から発生する部分放電に基づく信号を検知するステップとを備えたものである。【選択図】図３

Description

この発明は、モータのコイル巻線の絶縁試験であるインパルス試験方法おびその装置に関する。

一般のモータにおいては、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルがＹ結線またはデルタ結線（Δ結線）されている。このモータをインバータで駆動した場合、立ち上がり時間の短い電圧がこれらのコイルに印加されるため、高電圧接続側となるコイルに高い電圧が印加される。インパルス試験では、この高電圧接続側となるコイルの絶縁健全性を検査している。

インパルス試験においては、パルス電源から試験対象となるコイルにパルス状の電圧が印加される。コイルのインダクタンスが小さい場合、印加された電圧パルスのパルス幅が短くなり、絶縁不良部に起因する放電（部分放電）が発生する確率が小さくなるという問題があった。その結果、インパルス試験において、絶縁不良に起因する部分放電が検知されずに、正しい絶縁健全性を計れないという問題があった。

そこで、コイルのインダクタンスを大きくする方法として、ステータの絶縁不良検査時にダミーロータをそのステータに挿入する方法が開示されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２１４７１５号公報（６−９頁、図１）

インパルス試験において、測定対象となるコイル以外にもパルス状の電圧が印加されると、測定対象以外のコイルで部分放電が発生して正しい絶縁健全性が計れない場合がある。従来のダミーロータを挿入する方法は、確かにコイルのインダクタンスを大きくすることはできるが、試験対象となるコイルのみに高い電圧を印加することができなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、モータのインパルス試験において、測定対象となるコイルのみのインダクタンスを大きくし、測定対象となるコイルのみの絶縁性を測定することを目的とする。

この発明に係るモータのインパルス試験方法は、複数のコイルを備えたモータにおいて、モータの１つの相のコイルのみと磁路を形成する磁性体コアを設置するステップと、１つの相のコイルに電圧パルスを印加するステップと、１つの相のコイルから発生する部分放電に基づく信号を検知するステップとを備えたものである。

また、この発明に係るモータのインパルス試験装置は、複数のコイルを備えたモータに対して、モータの１つの相のコイルのみと磁路を形成する磁性体コアと、１つの相のコイルに電圧パルスを印加する電源と前記１つの相のコイルの近傍に設置されるセンサとを備えたものである。

この発明は、測定対象となる１つの相のコイルのみと磁路を形成する磁性体コアを設置し、測定対象となる１つの相のコイルに電圧パルスを印加するので、検査対象となる１つの相のコイルのみのインダクタンスを大きくし、測定対象となる１つの相のコイルのみの絶縁性を測定することができる。

この発明の実施の形態１を示すモータの模式図である。 この発明の実施の形態１を示すモータの横断面図である。 この発明の実施の形態１を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの模式図である。 この発明の実施の形態１を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。 この発明の実施の形態１を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの縦断面図である。 この発明の実施の形態１におけるインパルス試験の回路図である。 この発明の実施の形態１における電圧の時間変化を示す特性図である。 この発明の実施の形態１における電圧の時間変化を示す特性図である。 この発明の実施の形態１における部分放電開始電圧の特性図である。 この発明の実施の形態２を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの模式図である。 この発明の実施の形態２を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。 この発明の実施の形態３を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの模式図である。 この発明の実施の形態３を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。 この発明の実施の形態４を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの磁性体コアが設置されたステータの模式図である。 この発明の実施の形態４を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。 この発明の実施の形態４を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。 この発明の実施の形態４を示すインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。 この発明の実施の形態５における電圧の時間変化を示す特性図である。 この発明の実施の形態５におけるインパルス試験の回路図である。 この発明の実施の形態５における電圧の時間変化を示す特性図である。 この発明の実施の形態５におけるインパルス試験のフローチャートである。

図１は、この発明を実施するための実施の形態１において、測定対象であるモータの模式図である。また、図２は、モータの横断面図である。図１および２において、モータ１は、円環状のステータ２と、ステータ２の内側に微小なギャップを介して配置されステータ２に対して回転可能なロータ３と、ロータ３と一体となったシャフト（回転軸）４とで構成されている。

ステータ２は、円環状のコアバック部５とこのコアバック部５から径方向の内側に延び周方向に９個のスロット６で等間隔に区分けされたティース７とを有するステータ鉄心８、およびスロット６内に装着されたステータ巻線９で構成されている。ティース７とそのティース７に巻かれたステータ巻線９とで１つのコイル２１が構成されている。なお、図１において、ステータ巻線９は省略されている。

コイル２１は、ティース７にＵ相のステータ巻線９が巻かれたＵ相コイル、ティース７にＶ相のステータ巻線９が巻かれたＶ相コイル、およびティース７にＷ相のステータ巻線９が巻かれたＷ相コイルの３相のコイルで構成されている。

ロータ３は、ロータ鉄心１０およびこのロータ鉄心１０に埋め込まれた９個の永久磁石（図示せず）で構成されている。

図３は、本実施の形態におけるインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの模式図である。また、図４は、インパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。さらに、図５は、インパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの縦断面図である。図３において、試験対象となるモータからロータおよびシャフトを取り除いたステータ２の１つの相のコイルが測定対象となる。例として、Ｕ相コイルを測定対象として説明する。なお、ステータ２のステータ鉄心８の電位は、接地されず電気的には浮いた状態とする。３つのＵ相コイルそれぞれに対して、そのコイルの軸方向に平行なティースの内径側と軸方向に平行なコアバック部の外径側との間に磁性体コア２２が配置される。

この磁性体コア２２は、Ｕ字状の形状であり、Ｕ相コイルと磁路を形成するように配置されている。言い換えると、磁性体コア２２はギャップを備えており、そのギャップに測定対象となるＵ相コイルが配置されている。磁性体コア２２は、例えば電磁鋼板やフェライトなどの磁性体で構成されている。図４および図５に示すように、磁性体コア２２とティースの内径側およびコアバック部の外径側とは密着されているのが好ましい。例えば、磁性体コア２２の内径側の面は、ティース７の内径面に密着するような曲面とする、あるいは磁性体コア２２の外径側の面は、コアバック部５の外径面に密着するような曲面とすることが好ましい。ただし、磁性体コア２２とティースの内径側およびコアバック部の外径側との間に数百μｍ程度の隙間があってもよい。なお、図３および図４においても、図１と同様にステータ巻線は省略されている。

このように構成されたインパルス試験において、測定対象となるＵ相コイルのコイル巻線に電圧が印加されたときにＵ相コイルで発生する磁束は、Ｕ相コイルのティース、磁性体コア２２の内径側部分、磁性体コア２２の外径側部分およびＵ相コイルのコアバック部の外径部分という経路で磁路が形成される。

図６は、本実施の形態におけるインパルス試験の結線を示す回路図である。本実施の形態では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルがＹ結線されており、それが３つ並列接続されたモータを用いて説明する。なお、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルの特性（インダクタンス、抵抗など）は同じとする。図６に示すように、測定対象となる３つのＵ相コイルのステータ巻線をインパルス試験用の電源１１の高電圧側に接続する。Ｖ相およびＷ相コイルのステータ巻線は、電源１１の接地側に接続する。接地側の配線には、電流検出器１２が接続されている。また、試験対象であるＵ相コイルの近傍にはアンテナ１３が設置されている。電流検出器１２およびアンテナ１３には、それぞれフィルタ１４、増幅器１５および信号処理部１６が接続されている。電流検出器１２およびアンテナ１３は、部分放電によって生じる部分放電電流および電磁波を検知するセンサとしてそれぞれ機能する。

電源１１からインパルス試験のためのパルス状の電圧がＵ相コイルに印加される。Ｕ相コイルのステータ巻線に絶縁皮膜の損傷、ステータ巻線の巻始めと巻終わりの接触などの絶縁異常が存在すれば、このパルス状の電圧印加によってＵ相コイルに部分放電が発生する。この部分放電で発生する部分放電電流を電流検出器１２で、同時に放射される電磁波をアンテナ１３でそれぞれ検出する。

ここで、インパルス試験用の電源１１からモータに印加される電圧を相間電圧、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの両端にかかる電圧をＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧と定義する。また、相間電圧がＵ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧に分配されたときのそれぞれの電圧を総称して分担電圧と呼ぶ。インパルス試験用の電源１１は、一般に高電圧で充電したコンデンサとスイッチとで構成されている。このスイッチがＯＮになると、相間電圧は、電圧が急峻に立ち上がり、電圧が立ち上がった後は振動波形となる。

このように構成されたインパルス試験装置における部分放電の検出方法について説明する。始めに、本実施の形態のようにＵ相コイルに密接させて磁性体コア２２を設置していない場合の相間電圧、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧およびＷ相電圧の関係を説明する。

図７は、本実施の形態における、磁性体コア２２がない場合の電圧の時間変化を示す特性図である。図７において、縦軸は電圧、横軸は時間である。図７に示す太い実線３１は相間電圧、細い実線３２はＵ相電圧、波線３３はＶ相電圧およびＷ相電圧である。

図７に示すように、相間電圧のピークに達するまでの立ち上がり部分では、一般にモータは高周波等価回路となりコイルの静電容量が支配的となるため、モータの相間の静電容量と対地に対するＵ相コイルの静電容量との比で相間電圧とＵ相電圧とが決まる。最初のピークから後は、Ｕ相コイルのインダクタンスとＶ相およびＷ相コイルのインダクタンスとの比率で分担電圧が決まる。

具体的には、各コイルのインダクタンスは等しいとしてそのインダクタンスをＬとすると、Ｕ相コイルのインダクタンスはＬとなりＵ相コイルから見てＶ相コイルとＷ相コイルとは並列に接続されているので０．５Ｌとなる。相間電圧から見たモータのインダクタンスはＬ＋０．５Ｌ＝１．５Ｌとなる。したがって、Ｕ相電圧は相間電圧に対してＬ／１．５Ｌとなり、相間電圧の約０．６７倍となる。Ｖ相電圧およびＷ相電圧は、相間電圧に対して、０．５Ｌ／１．５Ｌとなり、相間電圧の約０．３３倍となる。

上述のとおり、相間電圧のピークに達するまでの立ち上がり部分では、コイルの静電容量（キャパシタンス）が支配的な等価回路からコイルのインダクタンスが支配的な等価回路へと変化する部分であり、キャパシタンスとインダクタンスとの両方の影響を受ける。ここで、パルス幅は、最初のピーク電圧を１００％としたときに、最初のピークに達するまでの立ち上がり部分で電圧が５０％となる時刻から最初のピークの後に立ち下がる部分で電圧が５０％となる時刻までの時間とする。

図８は、本実施の形態における、磁性体コア２２を設置した場合の電圧の時間変化を示す特性図である。図８において、縦軸は電圧、横軸は時間である。図８に示す太い実線３１は相間電圧、細い実線３２はＵ相電圧、波線３３はＶ相電圧およびＷ相電圧である。

図８に示すように、Ｕ相電圧はＵ相コイルのインダクタンスとＶ相およびＷ相コイルのインダクタンスとの比率で分担電圧が決まる。本実施の形態のように、Ｕ相コイルに密接させて磁性体コア２２を設置した場合、Ｕ相コイルのインダクタンスは、他のＶ相コイルおよびＷ相コイルのインダクタンスより大きくなる。また、相間電圧から見たモータのインダクタンスは大きくなるので印加電圧の立ち下がりが遅くなり、パルス幅が増加している。

具体的には、磁性体コア２２を設置することによりＵ相コイルのインダクタンスが大きくなり仮に１．５Ｌになったとする。Ｕ相コイルから見てＶ相コイルとＷ相コイルとは並列に接続されているので０．５Ｌとなり、相間電圧から見たインダクタンスは１．５Ｌ＋０．５Ｌ＝２Ｌとなる。したがって、Ｕ相電圧は相間電圧に対して１．５Ｌ／２Ｌとなり、相間電圧の約０．７５倍となる。Ｖ相電圧およびＷ相電圧は相間電圧に対して、０．５Ｌ／２Ｌとなり、相間電圧の約０．２５倍となる。

つまり、磁性体コアを設置することにより、Ｕ相電圧は相間電圧の０．６７倍から０．７５倍へと増大し、Ｖ相電圧およびＷ相電圧は相間電圧の０．３３倍から０．２５倍へと減少する。

このように、本実施の形態においては、測定対象となるＵ相コイルのみに磁路を形成する磁性体コアを設置することにより、測定対象となるＵ相コイルのみのインダクタンスを大きくすることができる。その結果、測定対象となるコイルのみの絶縁性を測定することができる。

なお、Ｕ相コイルのインパルス試験が終了した後に、Ｖ相コイルまたはＷ相コイルのインパルス試験をするために図３に示した３つの磁性体コア２２をそれぞれ次の測定対象となるＶ相コイルまたはＷ相コイルに対して設置すればよい。

次に、測定対象となるＵ相コイルのみのインダクタンスを大きくすることにより部分放電の検出精度が向上することについて説明する。

図９は、インパルス試験における印加電圧のパルス幅とコイル巻線で発生する部分放電開始電圧との関係を示した特性図である。図９は、コイル巻線となる線径がφ１．５ｍｍのエナメル線を１点で接触交差させたサンプルにパルス幅の異なるパルス状の電圧を印加し、その電圧を徐々に上昇させ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プロットしたものである。

図９に示すように、パルス幅が１０μｓ以下の領域で、部分放電開始電圧が上昇する。部分放電の発生には、放電が発生し得る場所に宇宙線などの放射線によって発生する初期電子と言われる放電の元となる電子の存在が必要である。パルス幅が１０μｓ以下と短く１点接触としたサンプルにおいては、パルス幅が１０μｓ以下と短い場合、初期電子の存在確率が低くなり、部分放電開始電圧は上昇する。なお、交流電圧のようにパルス幅が長く、多点接触のサンプルの場合は、部分放電開始電圧の上昇という現象は発生しにくい。

測定対象となるコイルのインダクタンスが小さい場合、実際にコイルに印加される電圧パルスのパルス幅は短くなる。例えば、インパルス試験において、本実施の形態で示した磁性体コア２２を設置していない場合、測定対象となるＵ相コイルのインダクタンスは小さいので、図９のＬ１で示すパルス幅になるとすると、その時の放電開始電圧はＶ１となる。一方、本実施の形態で示した磁性体コア２２を設置した場合、測定対象となるＵ相コイルのインダクタンスは大きくなるのでパルス幅はＬ２となり、放電開始電圧はＶ１より低いＶ２となる。つまり、部分放電が同じ箇所で起こる場合（この例では、エナメル線が１点で接触交差した部分）、パルス幅が短くなると放電開始電圧は上昇するため、パルス幅が短いほど高い電圧を印加しなければ部分放電が検出できないことがわかる。

しかしながら、相間や対地間での印加電圧の制限でコイルに印加できる上限電圧が決まるため、Ｖ１以上の電圧を印加することができない場合がある。本実施の形態のように、測定対象となるコイルのみのインダクタンスを大きくすることにより、実際にコイルに印加される電圧のパルス幅を長くすることができ、放電開始電圧を低下させることができる。

以上説明したように、本実施の形態においては、測定対象となる１つのコイルのみと磁路を形成する磁性体コアを設置しているので、測定対象となるコイルのみのインダクタンスを大きくすることができる。そのため、測定対象となるコイルの分担電圧を高くすることができると共に、実際に測定対象となるコイルに印加される電圧のパルス幅を長くすることができるので、放電開始電圧を低下させることができる。その結果、測定対象となるコイルのみの絶縁性を測定することができる。

実施の形態２．
モータでは、モータの保護の目的や固定部材としてステータの外周にフレームを備える場合がある。その場合、ステータのステータ鉄心の外周部は露出していないので、実施の形態１で示した形状の磁性体コアが使えない場合がある。実施の形態２では、フレームを備えたモータに用いることができるインパルス試験装置を説明する。

図１０は、本実施の形態におけるインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの模式図である。また、図１１は、インパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。本実施の形態におけるモータは、ステータ鉄心８の外周にフレーム３０を備えている。図１０において、試験対象となるモータからロータおよびシャフトを取り除いたステータ２の１つの相のコイルが測定対象となる。例として、実施の形態１と同様にＵ相コイルを測定対象として説明する。なお、ステータ２のステータ鉄心８の電位は、接地されず電気的には浮いた状態とする。３つのＵ相コイルそれぞれに対して、そのコイルの軸方向に平行なティース７の内径側とコアバック部５の端部との間に磁性体コア２２が配置される。磁性体コア２２とティース７およびコアバック部５の端部とは、密着されているのが好ましい。

このように構成されたインパルス試験において、測定対象となるＵ相コイルのコイル巻線に電圧が印加されたときにＵ相コイルで発生する磁束は、Ｕ相コイルのティース、磁性体コア２２の内径側部分およびＵ相コイルのコアバック部の端部という経路で磁路が形成される。その結果、測定対象となるＵ相コイルのみに磁路を形成する磁性体コアを設置することにより、測定対象となるＵ相コイルのみのインダクタンスを大きくすることができる。

本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、測定対象となるコイルの分担電圧を高くすることができると共に、実際に測定対象となるコイルに印加される電圧のパルス幅を長くすることができるので、放電開始電圧を低下させることができる。その結果、測定対象となるコイルのみの絶縁性を測定することができる。

なお、本実施の形態においては、図１０に示すように、片側のコアバック部の端部と磁性体コアとを密着させているが、両方のコアバック部の端部とも接触させる構造でもよい。図１０に示す構造であれば、磁性体コアを一方から挿入すれことができる。両方のコアバック部の端部と接触させる場合は、ティースと接触させる部分を短くした２つの磁性体コアを用意し、それぞれの磁性体コアをステータ鉄心の両側から挿入すればよい。

実施の形態３．
フレームを備えたモータにおいて、コアバック部の端部の上をステータ巻線が経由するなど、磁性体コアをコアバック部に密着させることが困難なモータ構造もあり得る。実施の形態３では、磁性体コアをコアバック部に密着させることが困難な構造のモータに用いることができるインパルス試験装置を説明する。

図１２は、本実施の形態におけるインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの模式図である。また、図１３は、インパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。本実施の形態におけるモータは、ステータ鉄心８の外周にフレーム３０を備えている。図１２において、試験対象となるモータからロータおよびシャフトを取り除いたステータ２の１つの相のコイルが測定対象となる。例として、実施の形態１と同様にＵ相コイルを測定対象として説明する。なお、ステータ２のステータ鉄心８の電位は、接地されず電気的には浮いた状態とする。図１２に示すように、本実施の形態における磁性体コア２２は、３つのＵ相コイルそれぞれのティース７の内径側に同時に密着するように構成されたものである。本実施の形態のように、Ｕ相コイルが３つある場合、磁性体コア２２は断面がＹ型となる。磁性体コア２２とティース７とは密着されているのが好ましい。

このように構成されたインパルス試験において、測定対象となるＵ相コイルのコイル巻線に電圧が印加されたときにＵ相コイルで発生する磁束は、Ｕ相コイルのティース、磁性体コア２２、別のＵ相コイルのティースおよびコアバック部という経路で磁路が形成される。その結果、測定対象となるＵ相コイルのみに磁路を形成する磁性体コアを設置することにより、測定対象となるＵ相コイルのみのインダクタンスを大きくすることができる。

本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、測定対象となるコイルの分担電圧を高くすることができると共に、実際に測定対象となるコイルに印加される電圧のパルス幅を長くすることができるので、放電開始電圧を低下させることができる。その結果、測定対象となるコイルのみの絶縁性を測定することができる。

なお、Ｕ相コイルのインパルス試験が終了した後に、Ｖ相コイルまたはＷ相コイルのインパルス試験をするために図１２に示したＹ型の磁性体コア２２を回転させて、次の測定対象となるＶ相コイルまたはＷ相コイルに対して磁性体コア２２の先端部が対向するように設置すればよい。

なお、本実施の形態においては、図１２に示すように、３つのＵ相コイル備えたモータに対するインパルス試験装置であるため磁性体コア２２は断面がＹ型となる。Ｕ相コイルの数に応じて磁性体コアの断面形状を適宜変更できる。例えば、Ｕ相コイルを５つ備えたモータに対する試験装置の場合、磁性体コアの断面形状は５つの突起がある形状となる。

実施の形態４．
図１４は、実施の形態４におけるインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの模式図である。また、図１５は、こインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの横断面図である。本実施の形態におけるモータは、ステータ鉄心８の外周にフレーム３０を備えている。図１０において、試験対象となるモータからロータおよびシャフトを取り除いたステータ２の１つの相のコイル２１が測定対象となる。例として、実施の形態１と同様にＵ相コイルを測定対象として説明する。なお、ステータ２のステータ鉄心８の電位は、接地されず電気的には浮いた状態とする。３つのＵ相コイルそれぞれに対して、そのコイルの軸方向に平行なティース７の内径側に密着させて磁性体コア２２が配置されている。この磁性体コア２２は、Ｕ相コイルのティースの内径側と密着できる曲面をもつ。磁性体コア２２は、Ｕ相コイルのティースの内径側全面と、このＵ相コイルに隣接するＶ相コイルおよびＷ相コイルのティースの内径側の一部の面と密着されている。

このように構成されたインパルス試験において、測定対象となるＵ相コイルのコイル巻線に電圧が印加されたときにＵ相コイルで発生する磁束は、Ｕ相コイルのティース、磁性体コア２２、隣接するＶ相コイルおよびＷ相コイルのティースおよびそれらのコアバック部並びにＵ相コイルのコアバック部という経路で磁路が形成される。その結果、測定対象となるＵ相コイルのインダクタンスを大きくすることができる。このとき、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルのインダクタンスも大きくなるが、その割合はＵ相コイルのインダクタンスの増加割合よりも小さい。

本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、測定対象となるコイルの分担電圧を高くすることができると共に、実際に測定対象となるコイルに印加される電圧のパルス幅を長くすることができるので、放電開始電圧を低下させることができる。その結果、測定対象となるコイルのみの絶縁性を測定することができる。

インパルス試験装置においては、Ｕ相コイルのインパルス試験が終了した後に、Ｖ相コイルまたはＷ相コイルのインパルス試験をするために図１４に示した３つの磁性体コア２２を回転させることが行われる。このとき、磁性体コアの回転によりティース先端部が摩耗する恐れがある。図１６は、この摩耗の問題を抑制するための別のインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの構成を示したものである。図１６に示すように、ステータ鉄心８の内径側に円筒状の補助磁性体コア４０を設置し、その補助磁性体コア４０の内径側に測定対象となるＵ相コイルのティース７と対向する位置に磁性体コア２２を配置している。

このように構成されたインパルス試験装置においては、磁性体コア２２が直接ステータ鉄心と接触していないので、磁性体コアの回転によるティース先端部の摩耗を防ぐことができる。また、補助磁性体コア４０と磁性体コア２２との接触面を研磨などにより滑りをよくすることができるので、インパルス試験をより円滑に行うことができる。

図１７は、摩耗の問題を抑制するためのさらに別のインパルス試験装置の磁性体コアが設置されたステータの構成を示したものである。図１７に示すように、測定対象となるＵ相コイルのティース７に対して磁性体コア２２を弾性体４１で押さえ付けたものである。インパルス試験の測定時には弾性体４１で磁性体コア２２をティース７に押さえ付け、測定対象コイルを変更するときは、その押さえ付けを解除して、磁性体コア２２とティース７とを離間させて回転する。

このように構成されたインパルス試験装置においては、磁性体コア２２が回転するときに直接ステータ鉄心と接触しないので、磁性体コアの回転によるティース先端部の摩耗を防ぐことができる。また、インパルス試験測定時には磁性体コア２２とティース７とが確実に密着しているので、測定対象となるＵ相コイルのインダクタンスに係る経路の磁気抵抗を小さくすることができる。

実施の形態５．
本実施の形態においては、ステータ巻線とティースとの間で部分放電が発生しない範囲で実際にインパルス試験を行う方法について説明する。

図６に示したインパルス試験の回路図において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線とそのステータ巻線が巻かれたティースとの間には、浮遊静電容量が存在する。通常のインパルス試験においては、ステータ巻線とティースとの間で放電が発生しないようにティース（コア）は電気的に浮かせた状態である。この場合、Ｕ相電圧と、Ｕ相のステータ巻線とティースとの間に印加される電圧（以下、Ｕ相コア間電圧と呼ぶ）とは等しくなる。Ｕ相コア間電圧と同様に、Ｖ相のステータ巻線とティースとの間に印加される電圧およびＷ相のステータ巻線とティースとの間に印加される電圧を、それぞれＶ相コア間電圧およびＷ相コア間電圧と呼ぶと、Ｖ相電圧、Ｖ相コア間電圧、Ｗ相電圧およびＷ相コア間電圧は全て等しくなる。

図１８は、図６に示したインパルス試験の回路図における相間電圧、Ｕ相電圧およびＵ相コア間電圧を示した特性図である。図１８において、縦軸は電圧、横軸は時間である。図１８に示す太い実線５１は相間電圧、細い実線５２はＵ相電圧、波線５３はＶ相電圧およびＷ相電圧である。Ｕ相電圧を示す細い実線５２は、同時にＵ相コア間電圧を示している。同様に、Ｖ相電圧およびＷ相電圧を示す波線５３は、同時にＶ相コア間電圧およびＷ相コア電圧を示している。各コイルの構成は同じとすると、各相のステータ巻線とティースと間の浮遊静電容量は同じとなる。図６に示した回路図において、電源から見てＶ相コイルとＷ相コイルとは並列に接続されているため、Ｖ相の浮遊静電容量およびＷ相の浮遊静電容量は、Ｕ相の浮遊静電容量の２倍となる。

上述のように、Ｕ相電圧とＵ相コア間電圧とは等しくなるので、Ｕ相にインパルス試験のための電圧（インパルス電圧）を印加する場合、Ｕ相のステータ巻線とティースとの間に部分放電が発生する電圧（部分放電開始電圧）よりも高い電圧は印加できないことになる。

図１９は、本実施の形態におけるインパルス試験の回路図である。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相において、それぞれのステータ巻線とそのステータ巻線が巻かれたティースとの間の浮遊静電容量は等しいとしてＣ_ｆとする。本実施の形態のインパルス試験においては、Ｕ相のインパルス試験を行う場合に、Ｕ相の高圧側の端子とＵ相コア（ティース）４２との間に静電容量が３×Ｃ_ｆのコンデンサ４３を接続したものである。ここで、係数の３はＹ結線で３並列分の静電容量分である。

図２０は、本実施の形態におけるインパルス試験での相間電圧、Ｕ相電圧およびＵ相コア間電圧を示した特性図である。図２０において、縦軸は電圧、横軸は時間である。図２０に示す太い実線５１は相間電圧、細い実線５２はＵ相電圧、波線５３はＶ相電圧およびＷ相電圧、一点破線５４はＵ相コア間電圧Ｖ相コア間電圧並びにＷ相コア間電圧である。図２０に示したように、Ｕ相のステータ巻線とティースとの間に静電容量が３×Ｃ_ｆのコンデンサを接続することにより、Ｕ相電圧に対してＵ相コア間電圧を低くすることができる。そのため、Ｕ相電圧を、Ｕ相のステータ巻線とティースとの間の部分放電開始電圧よりも高い電圧に設定することができる。なお、Ｕ相以外のＶ相あるいはＷ相に対するインパルス試験を行う場合は、それに対応する相のステータ巻線とティースとの間に静電容量が３×Ｃ_ｆのコンデンサを接続すればよい。

したがって、実施の形態１〜４に示したインパルス試験において、測定対象となるコイルのステータ巻線とティースとの間に静電容量が３×Ｃ_ｆのコンデンサを接続することを組も合わせることにより、実施の形態１〜４で説明した効果に加えて、測定対象となるコイルの分担電圧をそのコイルのステータ巻線とティースとの間の部分放電開始電圧よりも高い電圧に設定することができる。

次に、本実施の形態におけるインパルス試験の手順について説明する。図２１は、本実施の形態におけるインパルス試験の手順を示すフローチャートである。

ステップ１（ＳＴ１）では、最初にＵ相コイルを測定対象とし、Ｕ相コイルのインダクタンスを高くするために実施の形態１で説明した磁性体コアを設置する。

次に、ステップ２（ＳＴ２）では、図６に示したインパルス試験の回路図を用いて、Ｕ相コイルにインパルス試験用の電源から電圧を印加したときのパルス幅を測定する。このとき、インパルス試験用の電源から印加する電圧値は、部分放電が発生しない程度の低い電圧に設定する。

次にステップ３（ＳＴ３）では、Ｕ相コア間電圧の部分放電開始電圧、および相間電圧の部分放電開始電圧を測定する。ここで、Ｕ相コア間電圧の部分放電開始電圧を測定する方法としては、Ｕ相のステータ巻線とＵ相のティース（コア）との間にＡＣ電源を接続してＡＣ電圧を印加し、その電圧を徐々に上げていくことにより部分放電開始電圧を測定することができる。あるいは、Ｕ相のティース（コア）を接地線に接続してＵ相コア間電圧にインパルス試験用の電源から電圧を印加し、その電圧を徐々に上げていくことにより部分放電開始電圧を測定することができる。また、相間電圧の部分放電開始電圧を測定する方法としては、３相の中性点を電気的に切断して相間にＡＣ電源を接続してＡＣ電圧を印加し、その電圧を徐々に上げていくことにより部分放電開始電圧を測定することができる。あるいは、中性点を電気的に切断してインパルス試験用の電源から電圧を印加し、その電圧を徐々に上げていくことにより部分放電開始電圧を測定することができる。さらに、ステップ３においては、Ｕ相コア間電圧の部分放電開始電圧および相間電圧の部分放電開始電圧からＵ相コイルに印加できる電圧を算出することができる。

このようにして、ステップ２において得られたＵ相コイルのパルス幅と、ステップ３において得られたＵ相コイルに印加できる電圧とがそれぞれ独立に測定されることになる。

ステップ４（ＳＴ４）では、上述のようにして得られたＵ相コイルのパルス幅とＵ相コイルに印加できる電圧とで決まるポイントを図９に示したパルス幅と部分放電開始電圧との関係を示したグラフにプロットする。このとき、そのポイントが、図９に示した特性曲線より上方にある場合は（ステップ４におけるＹＥＳ）、部分放電開始電圧以上に印加することが可能であることがわかる。この場合はステップ６（ＳＴ６）に進み、図６に示したインパルス試験において、Ｕ相コイルの部分放電開始電圧を測定する。

一方、ステップ４において、上述のポイントが特性曲線の下方にある場合は（ステップ４におけるＮＯ）、部分放電開始電圧以上に印加することができないことが分かる。この場合はステップ５（ＳＴ５）に進み、図１９に示すようにＵ相のステータ巻線とＵ相コア（ティース）との間に静電容量が３×Ｃ_ｆのコンデンサを接続する。その後、ステップ６（ＳＴ６）に進み、図６に示したインパルス試験において、Ｕ相コイルの部分放電開始電圧を測定する。

ステップ６でＵ相コイルの部分放電開始電圧を測定した後は、順次Ｖ相およびＷ相に対して、ステップ１〜６の手順を行って、Ｖ相コイルの部分放電開始電圧の測定（ステップ７：ＳＴ７）およびＷ相コイルの部分放電開始電圧の測定（ステップ８：ＳＴ８）を行う。このとき、図６および図１９に示すインパルス試験の回路図において、ステップ７ではＶ相を高圧端子側に、ステップ８ではＷ相を高圧端子側にそれぞれ接続する必要がある。また、ステップ１における磁性体コアは、それぞれ測定対象となるＶ相コイルあるいはＷ相コイルに対して設置する必要がある。

なお、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルがほぼ完全に同じ構造である場合は、いずれか一つの相で測定した部分放電開始電圧を、すべての相の部分放電開始電圧としてもよい。

このような手順によってインパルス試験を行うことにより、測定対象となる各相コイルのみに磁路を形成する磁性体コアを設置することにより、測定対象となる各相コイルのみのインダクタンスを大きくすることができる。

なお、本実施の形態におけるＳＴ１では、実施の形態１で説明した磁性体コアを用いたが、実施の形態２〜４で説明した磁性体コアを用いてもよい。

また、本実施の形態においては、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルがＹ結線されたモータで説明したが、デルタ結線（Δ結線）されたモータにも適用できる。この場合、ＳＴ３において、３相の中性点を電気的に切断することに替えて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の端子を切断すればよい。

さらには、実施の形態１〜５における測定対象となるモータは集中巻のコイル構造のモータで説明したが、分布巻のコイル構造のモータにも適用できる。

１ モータ、 ２ ステータ、 ３ ロータ、 ４ シャフト（回転軸）
５ コアバック部、 ６ スロット、 ７ ティース、 ８ ステータ鉄心
９ ステータ巻線、 １０ ロータ鉄心、 １１ 電源、 １２ 電流検出器
１３ アンテナ、 １４ フィルタ、 １５ 増幅器、 １６ 信号処理部
２１ コイル、 ２２ 磁性体コア、 ３０ フレーム
４０ 補助磁性体コア、 ４１ 弾性体、 ４２ コア、 ４３ コンデンサ

Claims (10)

1. 複数のコイルを備えたモータに対するインパルス試験方法であって、
   前記モータの１つの相のコイルのみと磁路を形成する磁性体コアを設置するステップと、
   前記１つの相のコイルに電圧パルスを印加するステップと、
   前記１つの相のコイルから発生する部分放電に基づく信号を検知するステップと
   を備えたことを特徴とするインパルス試験方法。
2. 前記１つの相のコイルの巻線とコアとの間にコンデンサを接続するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のインパルス試験方法。
3. 複数のコイルを備えたモータに対するインパルス試験装置であって、
   前記モータの１つの相のコイルのみと磁路を形成する磁性体コアと、
   前記１つの相のコイルに電圧パルスを印加する電源と
   前記１つの相のコイルの近傍に設置されるセンサと
   を備えたことを特徴とするインパルス試験装置。
4. 前記磁性体コアは、
   前記１つの相のコイルのティースの内径側とコアバック部の外径側とを通る磁路を形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のインパルス試験装置。
5. 前記磁性体コアは、
   前記１つの相のコイルのティースの内径側とコアバック部の端部とを通る磁路を形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のインパルス試験装置。
6. 前記磁性体コアは、
   前記１つの相のコイルのティースの内径側と前記１つの相のコイルと同じ相のコイルのコティースの内径側とを通る磁路を形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のインパルス試験装置。
7. 前記磁性体コアは、
   前記１つの相のコイルのティースの内径側と前記１つの相のコイルに隣接するコイルのティースの内径側とを通る磁路を形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のインパルス試験装置。
8. 前記磁性体コアと前記モータのティースの内径側との間に補助磁性体コアをさらに備えた
   ことを特徴とする請求項７に記載のインパルス試験装置。
9. 前記磁性体コアを前記モータのティースの内径側に向かって押し付ける弾性体をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項７に記載のインパルス試験装置。
10. さらに、前記１つの相のコイルにおいて、巻線とティースとの間に接続されたコンデンサを備えたことを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載のインパルス試験装置。

Images