JP4561019B2

JP4561019B2 - 巻線異常検査方法

Info

Publication number: JP4561019B2
Application number: JP2001269224A
Authority: JP
Inventors: 健治入山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003075500A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁力式駆動装置の固定子および可動子のうち少なくとも一方に備えられた巻線の短絡、レアー、巻数違い等の異常を、インパルス電圧試験により検査する巻線異常検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁力式駆動装置の巻線の異常を検査するための試験として、特開昭５７−１６９６８５号公報等にて記載されているインパルス電圧試験が採用されている。
【０００３】
この試験の従来方法を説明すると、正常な巻線であるマスタ巻線と検査対象となる被検査巻線とにインパルス電圧を印加し、このインパルス電圧に対するマスタ巻線の過渡電圧の波形と被検査巻線の過渡電圧の波形とを比較する。そして、図６（ａ）に示すように両電圧波形がほぼ一致している場合には被検査巻線が正常であると判定する。一方、図６（ｂ）に示すように両電圧波形が大きくずれている場合には被検査巻線が異常であると判定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、磁力式駆動装置の回転子が、例えば鉄心に磁石を内蔵して構成されている場合等においては、固定子と回転子との位置関係により巻線のインダクタンスは図３に例示するように変化する。そして、被検査巻線の電圧波形はインダクタンスの値に応じて変化するものであるため、被検査巻線が正常であっても、回転子の位置が僅かにずれただけで被検査巻線の電圧波形は変化してしまい、図６（ｃ）に示すように両電圧波形が大きくずれてしまう。
【０００５】
従って、図６（ｂ）に示すように被検査巻線の異常に起因して両電圧波形が大きくずれている場合と、図６（ｃ）に示すように回転子の位置ずれに起因して両電圧波形が大きくずれている場合とを識別することが困難となる。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、巻線異常検査の確実性を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、磁力式駆動装置（２０）の固定子（２１）および可動子（２２）のうち少なくとも一方に備えられ、固定子（２１）と可動子（２２）との位置関係によりインダクタンスが変化する巻線（２１Ｕ）を検査対象とし、この巻線（２１Ｕ）の異常をインパルス電圧試験により検査する巻線異常検査方法において、可動子（２２）の位置の変化に対するインダクタンスの変化率が最小となるように固定子（２１）と可動子（２２）とを位置決めし、この位置決め状態でインパルス電圧試験を行うことを特徴としている。
【０００８】
これにより、可動子（２２）の位置がずれた場合におけるインダクタンスの変化量を小さくできるので、インパルス電圧試験における巻線（２１Ｕ）の電圧波形の変化のうち位置ずれに起因する変化を小さくできる。よって、巻線（２１Ｕ）の異常に起因する変化を容易に識別でき、巻線（２１Ｕ）の異常検査の確実性を向上できる。
【０００９】
ここで、インダクタンスの変化率が最小となる位置としては、インダクタンスが最大となる位置（図３に例示するｘ１の位置）と、最小となる位置（図３に例示するｘ２の位置）とが挙げられる。そして、ｘ１の位置から所定量Δｘだけずれた場合と、ｘ２の位置から所定量Δｘだけずれた場合とでは、前者の場合の方が、位置ずれに起因する電圧波形の変化量を小さくできる。
【００１０】
この理由を以下に説明する。位置ずれしていない状態の巻線（２１Ｕ）のインダクタンスと、位置ずれによるインダクタンスの変化量ΔＬとの比率Ｒが大きいほど、位置ずれに起因する電圧波形の変化量が大きくなってしまうことが分かっている。そして、図３に例示するように、ｘ１からΔｘだけずれた場合の前記比率をＲ１とし、ｘ２からΔｘだけずれた場合の前記比率をＲ２とすると、Ｒ１の方がＲ２より小さいことが以下に証明するように明らかである。
【００１１】
すなわち、Ｒ１＝ΔＬ１／Ｌ１、Ｒ２＝ΔＬ２／Ｌ２であり、Ｒ１とＲ２との差を式で示すと、（Ｒ１−Ｒ２）＝（ΔＬ１・Ｌ２−ΔＬ２・Ｌ１）／（Ｌ１・Ｌ２）となる。ここで、ΔＬ１＝ΔＬ２であるから、（Ｒ１−Ｒ２）＝ΔＬ１・（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｌ１・Ｌ２）となる。そして、ΔＬ１＞０、Ｌ１＞０、Ｌ２＞０であるとともにＬ２＜Ｌ１であるから、（Ｒ１−Ｒ２）＜０となり、Ｒ１＜Ｒ２であることが証明される。
【００１２】
従って、請求項１に記載の発明のように、位置決め状態における固定子（２１）と可動子（２２）との位置関係を、インダクタンスが最大となる位置に設定すれば、位置ずれに起因する電圧波形の変化量をより一層小さくでき、巻線（２１Ｕ）の異常検査の確実性をより一層向上できる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明のように、固定子（２１）に対して回転運動する回転子（２２）を可動子とした磁力式駆動装置（２０）に適用された巻線を、検査対象となる巻線（２１Ｕ）として好適である。
【００１４】
ここで、回転子（２２）に磁石（２２ｂ）を内蔵した磁力式駆動装置（２０）においては、回転子（２２）の磁気異方性が特に顕著になるので、固定子（２１）と回転子（２２）との位置関係による巻線（２１Ｕ）のインダクタンスの変化が大きくなる。よって、請求項３に記載の発明のように、回転子（２２）に磁石（２２ｂ）を内蔵した磁力式駆動装置（２０）に適用された巻線を、検査対象となる巻線（２１Ｕ）として好適である。
また、請求項４に記載の発明では、磁石を有する回転子（２２）を備えるブラシレスモータ（２０）の固定子（２１）に備えられ、固定子（２１）と回転子（２２）との位置関係によりインダクタンスが変化する巻線（２１Ｕ）を検査対象とし、この巻線（２１Ｕ）の異常をインパルス電圧試験により検査する巻線異常検査方法において、回転子（２２）の位置の変化に対するインダクタンスの変化率が最小となるように固定子（２１）と回転子（２２）とを位置決めし、この位置決め状態でインパルス電圧試験を行うことを特徴としている。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るインパルス試験機の概略構成図であり、１０は、正常な巻線であるマスタ巻線１１ａとマスタロータ１２とからなるマスタワークであり、２０は、検査対象である被検査巻線２１Ｕと被検査ロータ（回転子）２２とからなる回転機（磁力式駆動装置）である（回転機２０の構造は後に詳述する）。
【００１８】
３０は、１０００Ｖ〜３０００Ｖの高電圧を発生する高電圧発生装置（この装置の構成は後に詳述する）であり、高電圧発生装置３０からの出力をスイッチ４０、４１により短時間に切り替えて、マスタ巻線１１ａと被検査巻線２１Ｕとにインパルス電圧を印加する。
【００１９】
そして、印加されたインパルス電圧に対するマスタ巻線１１ａの過渡電圧と、印加されたインパルス電圧に対する被検査巻線２１Ｕの過渡電圧との電圧差を差増幅器５０により検出する。そして、検出された電圧差が所定の値を超えると巻線異常判定器６０によりマスタ巻線１１ａと被検査巻線２１Ｕとは電気的に異なる状態であると判断し、被検査巻線２１Ｕが、短絡、レアー、巻数違い等の異常であると判断する。
【００２０】
図２は、回転機２０の構造を示す平面図であり、回転機２０のステータ（固定子）２１は、磁路をなすステータ鉄心２１ａと、ステータ鉄心２１ａに備えられる複数のティース２１ｂと、ティース２１ｂに巻き付けられた巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗとから構成されている。なお、本実施形態の巻線はスター結線された三相巻線であり、２１ＵはＵ相巻線、２１ＶはＶ相巻線、２１ＷはＷ相巻線を示している。
【００２１】
また、回転機２０の被検査ロータ２２は、磁路をなすロータ鉄心２２ａと、ロータ鉄心２２ａに内蔵された永久磁石２２ｂとから構成されており、周知のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型のロータである。従って、被検査ロータ２２は磁気異方性を有しており、ステータ２１とロータ２２との位置関係によって、巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１ＷのインダクタンスＬは変化する。
【００２２】
図３は、Ｕ相巻線２１ＵのインダクタンスＬの変化を示すものであり、インダクタンスＬとロータ位置との関係を示す特性図である。そして、図３中の符号ｘ１に示す被検査ロータ２２の位置は、ロータ２２とステータ２１との位置関係が図４（ａ）に示す状態であるときの位置を示しており、インダクタンスの変化率が最小であり、かつ、インダクタンスの値が最大となる位置である。
【００２３】
また、符号ｘ２に示す被検査ロータ２２の位置は、ロータ２２がｘ１の位置から反時計回りに９０°回転した位置を示しており、インダクタンスの変化率が最大となる位置である。
【００２４】
また、また、符号ｘ３に示す被検査ロータ２２の位置は、ロータ２２がｘ１の位置から反時計回りに１８０°回転した位置（図４（ｂ）に示す位置）を示しており、インダクタンスの変化率が最小であり、かつ、インダクタンスの値が最小となる位置である。
【００２５】
ここで、被検査ロータ２２がｘ１の位置からΔｘだけずれた場合には、インダクタンスはΔＬ１だけ変化し、ｘ２の位置からΔｘだけずれた場合には、インダクタンスはΔＬ２だけ変化する。また、ｘ３の位置からΔｘだけずれた場合には、インダクタンスはΔＬ３だけ変化する。そして、図３から明らかなように、ｘ１およびｘ２におけるインダクタンスの変化率は最小であるため、インダクタンスの変化量ΔＬ１およびΔＬ２はΔＬ３に比べて極めて小さい値となる。
【００２６】
図５は、インパルス試験機の高電圧発生装置３０の回路構成図であり、この高電圧発生装置３０は、ＤＣ電源３１、スイッチ３２、コンデンサ３３、３４およびサイリスタ３５から構成されている。
【００２７】
次にインパルス試験機による検査手順を説明すると、はじめに、インパルス試験機にマスタワーク１０および回転機２０を取り付ける。そして、インダクタンスの変化率が最小となるようにマスタステータとマスタロータ１２とを位置決めし、また、インダクタンスの変化率が最小となるように被検査ステータ２１と被検査ロータ２２とを位置決めする。本実施形態では、図３に示すｘ１の位置に各ロータ１２、２２を位置決めし、インダクタンスの値が最大となるように設定している。
【００２８】
次に、高電圧発生装置３０を作動させる。具体的には、先ず、ＤＣ電源３１に接続されたスイッチ３２を一時的にＯＮして、コンデンサ３３を充電した後、スイッチ３２をＯＦＦする。次に、サイリスタ３４をＯＮすると、スイッチ４０がＯＮとなるように切り替えられている状態において、コンデンサ３３に充電された電気がコンデンサ３４およびマスタ巻線１１ａに流れ、マスタ巻線１１ａが有するインダクタンスＬ１とコンデンサ３４とが共振し、マスタ巻線１１ａの両端には１０００Ｖ〜３０００Ｖの高電圧が印可される。
【００２９】
一方、スイッチ４１がＯＮとなるように切り替えられている状態においても同様にして、被検査巻線２１Ｕが有するインダクタンスＬ１とコンデンサ３４とが共振し、被検査巻線２１Ｕの両端には１０００Ｖ〜３０００Ｖの高電圧が印可される。そして、マスタ巻線１１ａに印加された高電圧に対する過渡電圧の波形は、図６の実線に示すように振動する波形となり、被検査巻線２１Ｕに印加された高電圧に対する過渡電圧の波形は、図６の点線に示すように振動する波形となる。
【００３０】
そして、マスタロータ１２および被検査ロータ２２がｘ１の位置からずれていない場合において、被検査巻線２１Ｕがレアー等の異常を有しない正常な状態である場合には、図６（ａ）に示すように、マスタ巻線１１ａの電圧波形と被検査巻線２１Ｕの電圧波形とはほぼ一致することとなる。従って、差増幅器５０により検出される電圧差が所定の値に比べて非常に小さい値となり、巻線異常判定器６０により被検査巻線２１Ｕは正常であると判断される。
【００３１】
一方、被検査巻線２１Ｕが異常を有する状態である場合には、図６（ｂ）に示すように、マスタ巻線１１ａの電圧波形と被検査巻線２１Ｕの電圧波形とは大きくずれることとなる。従って、差増幅器５０により検出される電圧差が所定の値を超える大きい値となり、巻線異常判定器６０により被検査巻線２１Ｕは異常であると判断される。
【００３２】
そして、このようにＵ相巻線２１Ｕを検査した後、Ｖ相巻線２１ＶおよびＷ相巻線２１も、Ｕ相巻線２１Ｕと同様の手順により検査する。
【００３３】
ここで、例えば、各ロータ１２、２２の位置決めをｘ３の位置に設定すると、仮に被検査ロータ２２がｘ３の位置からΔｘだけずれると、インダクタンスの変化量は非常に大きい変化量ΔＬ３となってしまう。従って、被検査巻線２１Ｕが正常であっても図７に示すような電圧波形となり、図６（ｂ）に示すように被検査巻線２１Ｕの異常に起因して両電圧波形が大きくずれている場合と、図７に示すように被検査ロータ２２の位置ずれに起因して両電圧波形が大きくずれている場合とを識別することが困難となる。
【００３４】
これに対し、本実施形態によれば、各ロータ１２、２２の位置決めを、インダクタンスの変化率が最小となる位置ｘ１に設定しているので、仮に被検査ロータ２２がｘ１の位置からΔｘだけずれてしまっても、インダクタンスの変化量Ｌ１はΔＬ３に比べて非常に小さい値となる。よって、被検査巻線２１Ｕの異常に起因する電圧波形のずれを容易に識別でき、巻線の異常検査の確実性を向上できる。
【００３５】
ところで、位置ずれしていない状態の被検査巻線２１Ｕのインダクタンスと、位置ずれによるインダクタンスの変化量ΔＬとの比率Ｒが大きいほど、位置ずれに起因する電圧波形の変化量が大きくなってしまう。そして、ｘ１からΔｘだけずれた場合の前記比率をＲ１とし、ｘ２からΔｘだけずれた場合の前記比率をＲ２とすると、Ｒ１の方がＲ２より小さい。
【００３６】
従って、本実施形態のように、各ロータ１２、２２の位置決めを、インダクタンスの値が最大となる位置ｘ１に設定すれば、ｘ２に設定した場合に比べて、位置ずれに起因する電圧波形の変化量を小さくでき、より一層巻線の異常検査の確実性を向上できる。
【００３７】
（他の実施形態）
本発明は、回転機２０のステータ２１とロータ２２との位置関係により巻線２１ＵのインダクタンスＬが変化する回転機２０の巻線２１Ｕであれば、本発明の検査方法を適用できる。従って、上記実施形態では、ＩＰＭ型のロータ２２を備える回転機２０の巻線２１Ｕを試験対象としているが、例えば、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のロータ２２を備える回転機２０の巻線をも試験対象にできる。
【００３８】
また、上記実施形態では、ステータ２１側に巻線を備えた回転機２０を適用対象としているが、ロータ２２側に巻線を備えた回転機２０を適用対象としても、本発明の検査方法を適用できる。
【００３９】
また、上記実施形態では、ロータ２２の励磁手段として、巻線を用いた回転機２０を適用対象としており、このような回転機としては周知の巻線同期モータ、巻線型誘導モータ等が挙げられるが、ロータ２２の励磁手段として、磁石を用いた回転機２０（例えば、周知の永久磁石モータ、ブラシレスモータ等）を適用対象としても、本発明の検査方法を適用できる。
【００４０】
ところで、周知のＳＲ（Switched Reluctance）回転機等のように磁気異方性が大きい回転機であるほど、固定子と回転子との位置関係による巻線のインダクタンス変化は大きく、従来の検査方法では巻線異常検査の確実性を著しく損なうこととなる。よって、ＳＲのように磁気異方性が大きい回転機に本発明の検査方法を適用して好適である。
【００４１】
また、上記実施形態では、磁力式駆動装置として、ロータ２２を可動子とした回転機２０を適用対象しているが、本発明はこれに限られることなく、可動子が直線的に運動する磁力式駆動装置（例えば、周知の電磁リレースイッチ、リニアモータ等）を適用対象としても、本発明の検査方法を適用できる。
【００４２】
また、本発明の検査方法を、電動コンプレッサのモータとして適用された回転機２０の巻線の検査に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る、インパルス試験機の概略構成図である。
【図２】図１に示す回転機の構造を示す平面図である。
【図３】図１に示す被検査巻線のインダクタンスＬとロータ位置との関係を示す特性図である。
【図４】ステータとロータとの位置関係を示す平面図であり、（ａ）は図３のｘ１に示す位置関係の平面図であり、（ｂ）は図３のｘ３に示す位置関係の平面図である。
【図５】図１に示すインパルス試験機の高電圧発生装置の回路構成図である。
【図６】図１に示す被検査巻線の両端の電圧と時間との関係を示す特性図であり、（ａ）は巻線正常時における特性図、（ｂ）は巻線異常時における特性図、（ｃ）はロータ位置ずれ時における特性図である。
【符号の説明】
２０…回転機、２１…ステータ、２２…ロータ、２１Ｕ…被検査巻線。

Claims

磁力式駆動装置（２０）の固定子（２１）および可動子（２２）のうち少なくとも一方に備えられ、前記固定子（２１）と前記可動子（２２）との位置関係によりインダクタンスが変化する巻線（２１Ｕ）を検査対象とし、
この巻線（２１Ｕ）の異常をインパルス電圧試験により検査する巻線異常検査方法において、
前記可動子（２２）の位置の変化に対する前記インダクタンスの変化率が最小となるように前記固定子（２１）と前記可動子（２２）とを位置決めし、この位置決め状態で前記インパルス電圧試験を行うものであり、
前記位置決め状態における前記固定子（２１）と前記可動子（２２）との位置関係を、前記インダクタンスが最大となる位置に設定したことを特徴とする巻線異常検査方法。
検査対象となる前記巻線（２１Ｕ）は、前記固定子（２１）に対して回転運動する回転子（２２）を前記可動子とした前記磁力式駆動装置（２０）に適用された巻線であることを特徴とする請求項１記載の巻線異常検査方法。
検査対象となる前記巻線（２１Ｕ）は、前記回転子（２２）に磁石（２２ｂ）を内蔵した前記磁力式駆動装置（２０）に適用された巻線であることを特徴とする請求項２に記載の巻線異常検査方法。
磁石を有する回転子（２２）を備えるブラシレスモータ（２０）の固定子（２１）に備えられ、前記固定子（２１）と前記回転子（２２）との位置関係によりインダクタンスが変化する巻線（２１Ｕ）を検査対象とし、
この巻線（２１Ｕ）の異常をインパルス電圧試験により検査する巻線異常検査方法において、
前記回転子（２２）の位置の変化に対する前記インダクタンスの変化率が最小となるように前記固定子（２１）と前記回転子（２２）とを位置決めし、この位置決め状態で前記インパルス電圧試験を行うことを特徴とする巻線異常検査方法。