JP4591309B2

JP4591309B2 - モータ絶縁検査装置

Info

Publication number: JP4591309B2
Application number: JP2005310801A
Authority: JP
Inventors: 憲彦赤尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: JP2007121002A

Description

本発明は，モータのコイルの絶縁を検査するモータ絶縁検査装置に関する。さらに詳細には，ステータ，ロータ，およびケースを組み付けてモータアッシとする前にコイルの絶縁不良を検出し，その絶縁不良が発生している部位を特定できるモータ絶縁検査装置に関するものである。

近年，低公害等の観点からハイブリッド自動車，電気自動車等が注目されている。従来から，これらの車両に搭載される車両駆動用モータにおいては，高精度の性能特性が要求されることから，そのモータの構成部品について種々の性能検査が行われている。特に，コイルの装着工程や成形工程中，機械または治具等による打撃，機械的圧力，摩擦等により，表面のエナメル部が破損し易い。そのため，コイルの絶縁不良を検出するための検査が行われている。

また，車両駆動用モータは，ステータ，ロータ，およびそれらを収容するケースを組み付けたモータアッシとして車載される。近年，モータアッシのコンパクト化が要請されており，モータを構成する部品がケース内に殆ど隙間なく収容されている。このモータアッシは，全体をコンパクトにするほど，ステータに巻装されたコイルのコイルエンドとケースとの間隔が狭くなる。そのため，コンパクトなモータアッシほどコイルとケースとの間の距離が短く，コイル−ケース間の絶縁が問題となる。

コイル−ケース間の絶縁検査は，ケースの組み付け前に直接行うことができない。そのため，モータアッシとして組み付けた後でそのモータアッシの絶縁検査を行い，絶縁不良が生じた不良モータを取り除いている。

また，コイルの絶縁を検査する検査装置としては，例えば特許文献１に示す回転電機の絶縁診断装置がある。この絶縁診断装置では，部分放電電流を検出し，その部分放電電流の極性を判別し，当該部分放電電流が層間絶縁によるものか対地絶縁によるものかを判別している。またこの他にも，例えば特許文献２に示す絶縁不良箇所特定装置がある。この絶縁不良箇所特定装置では，ステータの周囲を周方向に移動するアンテナを設け，アンテナから検出された信号を基に絶縁不良箇所を特定している。

特開２００２−３６５３２６号公報特開２００５−６９７４５号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，モータアッシとした後は，ステータに巻装されたコイルのコイルエンドがワニス等で固着され，さらにケースと一体化され，ステータ，ロータおよびケースが電気的に繋がった状態となる。そのため，モータアッシの絶縁検査の際に絶縁不良を検出しても，絶縁不良が生じた部位を特定できない。具体的には，絶縁不良が生じた部位が，コイル−ステータ間なのか，コイル−ロータ間なのか，あるいはコイル−ケース間なのかを特定できない。また，モータアッシとした後では，ステータ，ロータおよびケースが一体となっているため，絶縁不良が検出されたとしても，その不良モータの手直しはできない。

また，特許文献１や特許文献２の絶縁検査装置では，コイル−ステータ間やコイル相間の絶縁不良は検出できるが，コイル−ロータ間の絶縁不良やコイル−ケース間の絶縁不良を検出できない。

本発明は，前記した従来の技術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，モータアッシとする前にコイルの絶縁不良を検出するとともに，その絶縁不良が発生している部位を特定するモータ絶縁検査装置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モータ絶縁検査装置は，ステータにコイルが巻装され，そのステータの内側にロータ部を配したモータを被検体とし，その被検体のコイルの絶縁を検査するモータ絶縁検査装置であって，被検体のコイルに所定の電圧を印加する電力供給部と，被検体のコイルエンドの収容が可能な凹部を備え，その凹部が被検体のコイルエンドに対向配置されるケース電極と，被検体のステータに電気的に接続され，そのステータに流れる電流を検出するステータ電流検出部と，被検体のロータ部に電気的に接続され，そのロータ部に流れる電流を検出するロータ電流検出部と，ケース電極に電気的に接続され，そのケース電極に流れる電流を検出するケース電流検出部と，ステータ電流検出部，ロータ電流検出部，およびケース電流検出部からの信号を基に被検体の絶縁不良部位を特定する絶縁不良特定部とを有することを特徴としている。

被検体の「ロータ部」は，製品として組み込まれるロータであってもよいし，製品となるロータを模した形状の電極であってもよい。

本発明のモータ絶縁検査装置では，被検体のコイルと電力供給部とを電気的に接続する。また，ステータ電流検出部を被検体のステータに，ロータ電流検出部を被検体のロータ部に，それぞれ電気的に接続する。そして，ステータ電流検出部によって，電力供給部による検査電圧印加時にコイル−ステータ間に流れる放電電流を検出する。また，ロータ電流検出部によって，電力供給部による検査電圧印加時にコイル−ロータ間に流れる放電電流を検出する。

さらに，本発明のモータ絶縁検査装置は，被検体のコイルエンドの収容が可能な凹部を備えたケース電極，すなわちモータアッシとしたときのケースに相当するケース電極を有し，そのケース電極の凹部を被検体のコイルエンドに対向配置する。このケース電極によって，コイルエンドがケース内に収容された状態，すなわちモータアッシとなった状態を模擬する。そして，このケース電極にケース電流検出部を電気的に接続する。このケース電流検出部によって，電力供給部による検査電圧印加時にコイル−ケース電極間に流れる放電電流を検出する。

そして，絶縁不良特定部によって，絶縁不良を検出するとともに絶縁不良が生じた部位を特定する。すなわち，ステータ電流検出部にて放電電流が検出された場合には，コイル−ステータ間に絶縁不良が生じていると判断し，ロータ電流検出部にて放電電流が検出された場合には，コイル−ロータ間に絶縁不良が生じていると判断し，ケース電流検出部にて放電電流が検出された場合には，コイル−ケース電極間に絶縁不良が生じていると判断する。コイル−ケース電極間は，コイルをケースに収容した後，すなわちモータアッシとした後のコイル−ケース間に相当する。これにより，コイル−ステータ間およびコイル−ロータ間に加え，コイル−ケース間の絶縁不良を特定できる。

また，本発明のモータ絶縁検査装置は，ステータにコイルが巻装され，そのステータの内側にロータ部を配置したモータを被検体としている。すなわち，ステータおよびロータをケースに収容する前のモータを被検体としている。そのため，絶縁不良が検出されたモータの手直しをすることができる。

なお，ケース電極の凹部の具体的な形状としては，例えば，モータアッシとした際に被検体を収容するケースの内側形状を模した形状であることとするとよい。このような形状にすることで，より製品に近い状態を模擬することができる。また，例えば，コイルエンドの外形形状を模した形状であることとするとよい。このような形状にすることで，コイルエンドの形状の良否を基にコイル−ケース間の絶縁を判断することができる。

本発明によれば，モータアッシとする前の状態のモータを被検体とし，絶縁不良部位を，コイル−ステータ間，コイル−ロータ間，あるいはコイル−ケース間のいずれかに特定することができる。よって，モータアッシとする前にコイルの絶縁不良を検出するとともに，その絶縁不良が発生している部位を特定するモータ絶縁検査装置が実現されている。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，ハイブリッド車，電気自動車等に搭載される車両駆動用モータのモータ絶縁検査装置に本発明を適用したものである。

まず，車両駆動用モータの構成について簡単に説明する。車両駆動用モータは，図１に示すように，回転磁界を形成するステータ２と，ステータ２の内側で回転するロータ３とを備えている。また，車両駆動用モータは，ステータ２にコイル１が巻装され，さらにそのコイル１のコイルエンドが所定の形に成形されている。

ステータ２は，図２に示すように，円環板状の磁性鋼板２１を積層してなるステータコア２２を有している。各磁性鋼板２１の内周部には，コイル１が挿入されるスロット２３が複数個に形成されている。このステータコア２２のスロット２３にＵ，Ｖ，Ｗの各相のコイルが挿入されることによってステータ２が形成される。

一方，ロータ３は，図３に示すように，ロータ軸３１と，そのロータ軸３１の外周に永久磁石が所定の間隔で配置され，磁性鋼板を積層してなるロータコア３２と，そのロータコア３２の軸方向の両端部に配置されたアルミ製のエンドプレート３３と，ロータ軸３１の両端部に配置された軸受け３５とを有している。コイル−ロータ間では，主としてコイルエンドとエンドプレート３３との間の絶縁が問題となる。

また，図３に示したロータ３を，図２に示したステータ２の内側に配置し，さらにケース４によってケーシングすることにより，図４に示すようなモータアッシ４０が形成される。モータアッシ４０では，ステータ２と，ロータ３と，ケース４とが電気的に繋がった状態である。

続いて，モータ絶縁検査装置について説明する。なお，本実施の形態の検査では，製品としてモータアッシに組み込まれるロータの替わりに，そのロータの外形を模した形状のロータ相当電極を利用する。そのため，以下の説明では，このロータ相当電極をロータ３とし，ロータ相当電極をステータの内側に配したものを被検体１０とする。

［第１の形態］
第１の形態のモータ絶縁検査装置１００は，図５に示すように，被検体１０のコイル１への電力供給を制御する電力供給部５と，放電電流を検出する電流検出センサ６２，６３，６４と，各電流検出センサからの信号を取得し，絶縁不良の有無を判断する絶縁検査部７とを有している。

また，モータ絶縁検査装置１００は，被検体１０のコイル１と対向する面に凹部４１１が設けられたケース相当電極４１を有している。このケース相当電極４１の凹部４１１は，モータアッシ４０のケース４の内側形状を模した形状になっている。そして，絶縁検査時には，被検体１０のコイル１のコイルエンドがケース相当電極４１の凹部４１１と対向するように配置される。これにより，モータアッシ４０とする前に，コイル１がケース４に収納された状態，すなわちモータアッシ４０となった状態を模擬することができる。なお，ケース相当電極４１はあくまでもコイル−ケース間を模擬しただけであり，ステータ２，ロータ３，およびケース相当電極４１は，それぞれ電気的に独立した状態である。

また，モータ絶縁検査装置１００は，ステータ２，ロータ３，およびケース相当電極４１にそれぞれ放電電流検出用の電流センサを配置する。すなわち，モータ絶縁検査装置１００は，ステータ２と電気的に接続される電流検出センサ６２と，ロータ３と電気的に接続される電流検出センサ６３と，ケース相当電極４１と電気的に接続される電流検出センサ６４とを有している。各電流検出センサから出力された信号は，絶縁検査部７に送られる。

電力供給部５は，被検体１０のコイル１と電気的に接続される。電力供給部５により，コイル１に所定の検査電圧（例えば，２ｋＶ，６０Ｈｚの正弦波）が印加される。また，検査者は，切替ボックス等によってＵ相，Ｖ相，Ｗ相のいずれか１つのコイルを選択することができ，選択されたコイルに検査電圧が印加される。

絶縁検査部７は，コイル１に検査電圧を印加することによって各電流検出センサから得られる信号を基に，絶縁不良を検出するとともに絶縁不良が生じている部位を特定するものである。すなわち，電流検出センサ６２にて放電電流が検出された場合には，コイル−ステータ間に絶縁不良が生じていると判断し，電流検出センサ６３にて放電電流が検出された場合には，コイル−ロータ間に絶縁不良が生じていると判断し，電流検出センサ６４にて放電電流が検出された場合には，コイル−ケース間に絶縁不良が生じていると判断する。検査結果は，絶縁検査部７に付設されたモニタやプリンタ等の出力手段に出力される。検査者は，例えばモニタを通じて試験結果を知ることができる。

続いて，本形態のモータ絶縁検査装置１００による絶縁検査の手順について，図６のフローチャートを基に説明する。まず，絶縁不良の情報を初期化する（Ｓ１０１）。次に，電力供給部５によってコイル１に検査電圧を印加する（Ｓ１０２）。次に，電流検出センサ６２，６３，６４にて放電電流が検出されたか否かをそれぞれ判断する（Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０７）。このとき，正常であれば，電流検出センサ６２，６３，６４にて閾値以上の電流は検出されない。すなわち，放電電流は検出されない。一方，絶縁不良であれば，閾値以上の電流が検出される。

具体的に，電流検出センサ６２によって放電電流が検出された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）には，コイル−ステータ間にて絶縁不良が生じたと判断する（Ｓ１０４）。また，電流検出センサ６３によって放電電流が検出された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）には，コイル−ロータ間にて絶縁不良が生じたと判断する（Ｓ１０６）。また，電流検出センサ６４によって放電電流が検出された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）には，コイル−ケース相当電極間，すなわちコイル−ケース間にて絶縁不良が生じたと判断する（Ｓ１０８）。

次に，Ｓ１０３からＳ１０８の各処理の判断結果をモニタやプリンタ等の出力手段に出力する（Ｓ１０９）。Ｓ１０９の処理後，本検査を終了する。この出力結果により，被検体１０の絶縁不良を検出するとともに，その絶縁不良が生じている部位を特定することができる。すなわち，絶縁不良部位がコイル−ステータ間なのか，コイル−ロータ間なのか，あるいはコイル−ケース間なのかを特定することができる。

以上詳細に説明したように第１の形態のモータ絶縁検査装置１００では，被検体１０のステータ２に電流検出センサ６２を，ロータ３に電流検出センサ６３をそれぞれ接続することとしている。そして，電流検出センサ６２によって，コイル−ステータ間の放電電流を検出している。また，電流検出センサ６３によって，コイル−ロータ間の放電電流を検出している。さらに，モータ絶縁検査装置１００では，被検体１０のケース４の内側形状を模した凹部４１１を有するケース相当電極４１を設け，そのケース相当電極４１の凹部４１１をコイルエンドに対向させている。すなわち，ケース相当電極４１によって，モータアッシ４０を模擬している。また，ケース相当電極４１に電流検出センサ６４を接続し，コイル−ケース相当電極間に流れる放電電流を検出している。

そして，絶縁検査部７によって，各電流検出センサから送られてくる信号を基に，絶縁不良を検出するとともに絶縁不良が生じた部位を特定することとしている。これにより，モータ絶縁検査装置１００では，コイル−ステータ間およびコイル−ロータ間に加え，コイル−ケース間の絶縁不良を特定できる。

また，モータ絶縁検査装置１００は，モータアッシとする前のモータを被検体１０としている。そのため，絶縁不良が検出された場合であっても，そのモータの手直しをすることができる。よって，モータアッシとする前にコイルの絶縁不良を検出するとともに，その絶縁不良が発生している部位を特定するモータ絶縁検査装置が実現している。

［第２の形態］
第２の形態のモータ絶縁検査装置２００は，図７に示すように，被検体１０のコイル１への電力供給を制御する電力供給部５と，放電電流を検出する電流検出センサ６１と，電流検出センサ６１からの信号を取得し，その電流波形を測定する波形測定部６と，波形測定部６にて測定した電流波形を取得し，その電流波形を基に絶縁不良の有無を判断する絶縁検査部８とを有している。

モータ絶縁検査装置２００の電流検出センサ６１は，ステータ２およびロータ３に電気的に接続されている。この電流検出センサ６１により，ステータ２とロータ３との少なくとも一方に流れた放電電流が検出される。電流検出センサ６１から出力された信号は，波形測定部６に送られる。

波形測定部６は，電流検出センサ６１から送られてくる信号の電流波形を測定するものである。測定された電流波形の情報は絶縁検査部８に送られる。絶縁検査部８は，その電流波形を基にその電流の周波数帯域を解析するものである。さらに，絶縁検査部８は，その周波数帯域を基に絶縁良否の判定を行うとともに絶縁不良が生じている部位を特定するものである。検査結果は，絶縁検査部８に付設されたモニタやプリンタ等の出力手段に出力される。検査者は，例えばモニタを通じて試験結果を知ることができる。

具体的に，絶縁検査部８は次のように絶縁不良部位を特定する。すなわち，放電電流の周波数帯域は，絶縁不良が発生した部位によって異なる。例えば，図８（ａ）に示すように，コイルと電極とが絶縁紙を挟んで対向している場所（コイル−ステータコア間の構造に相当）では，図８（ｂ）に示すような波形の放電電流が検出される。

一方，図９（ａ）に示すように，コイルと電極とが何も挟まない状態で対向している場所では，図９（ｂ）に示すような波形の放電電流が検出される。また，図１０（ａ）に示すように，コイルと電極とが絶縁スリーブあるいはレーシング糸を挟んで対向している場所では，図１０（ｂ）に示すような波形の放電電流が検出される。なお，図９（ａ）および図１０（ａ）は，コイル−ロータ間の構造に相当する。

図１１は，図８（ｂ）に示した放電電流波形のＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析結果を示している。これにより，コイル−ステータ間の放電電流は，０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域を有していることがわかる。一方，図１２は，図９（ｂ）に示した放電電流波形のＦＦＴ解析結果を示している。これにより，コイル−ロータ間の放電電流は，１０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの周波数帯域を有していることがわかる。

つまり，図１１および図１２のグラフから明らかなように，放電電流の周波数帯域は絶縁不良が発生した場所ごとに異なる。そのため，絶縁不良検査部８では，波形測定部６によって送られた電流波形の周波数帯域を解析することによって絶縁不良箇所を特定することができる。

続いて，本形態のモータ絶縁検査装置２００による絶縁検査の手順について，図１３のフローチャートを基に説明する。まず，絶縁不良の情報を初期化する（Ｓ２０１）。次に，電力供給部５によってコイル１に検査電圧を印加する（Ｓ２０２）。次に，絶縁検査部８によって電流検出センサ６１にて放電電流が検出されたか否かを判断する（Ｓ２０３）。このとき，正常であれば，電流検出センサ６１にて所定値以上の電流は検出されない。すなわち，放電電流は検出されない。一方，絶縁不良であれば，電流検出センサ６１にて閾値以上の電流が検出される。

次に，電流検出センサ６１によって放電電流が検出された場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）には，波形測定部６によってその放電電流の電流波形を取得し（Ｓ２０４），さらに絶縁検査部８によってその放電電流の周波数帯域を取得する（Ｓ２０５）。次に，その周波数帯域の最大値が閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ２０６）。閾値以下である場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）には，コイル−ステータ間にて絶縁不良が生じたと判断する（Ｓ２０６）。一方，閾値よりも大きい場合（Ｓ２０６：ＮＯ）には，コイル−ロータ間にて絶縁不良が生じたと判断する（Ｓ２０８）。

次に，Ｓ２０６からＳ２０８の処理の判断結果をモニタやプリンタ等の出力手段に出力する（Ｓ２０９）。Ｓ２０９の処理後，本検査を終了する。この出力結果により，被検体１０の絶縁不良を検出できるとともに，その絶縁不良部位を特定することができる。すなわち，絶縁不良部位がコイル−ステータ間なのか，コイル−ロータ間なのかを特定することができる。

以上詳細に説明したように第２の形態のモータ絶縁検査装置２００では，被検体１０のステータ２およびロータ３に電気的に接続された電流検出センサ６１を設けることとしている。そして，電流検出センサ６１によって，コイル−ステータ間あるいはコイル−ロータ間に流れる放電電流を検出している。そして，波形測定部６では，電流検出センサ６１によって検出された放電電流の波形を取得することとしている。

そして，絶縁検査部８では，波形測定部６から送られてきた波形の周波数帯域を取得することとしている。そして，その周波数帯域を基に，絶縁不良が生じた部位を特定している。すなわち，取得した周波数帯域によって，その周波数帯域がコイル−ステータ間の放電による周波数帯域なのかコイル−ロータ間の放電による周波数帯域なのかを判断している。これにより，１つの電流検出センサにより，コイル−ステータ間の絶縁不良とコイル−ロータ間の絶縁不良とを区別できる。

なお，本実施の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，第２の形態のモータ絶縁検査装置２００では，コイル−ケース間の絶縁不良は検出していない。そこで，図１４に示すモータ絶縁検査装置３００のように，第１の形態と同様のケース相当電極４１および電流検出センサ６４を設け，絶縁検査部９にてコイル−ステータ間，コイル−ロータ間とは別にコイル−ケース間の絶縁を検査してもよい。

また，第１の形態のモータ絶縁検査装置１００では，ケース相当電極４１の凹部４１１がケース４の内側形状を模した形状であるが，これに限るものではない。例えば，図１５に示すように，コイルエンドの外形形状に倣う形状の凹部４２１を有するケース相当電極４２を設けてもよい。このような形状にすることで，コイルエンドの形状の良否を判断することができ，より厳しい条件でのコイル−ケース間の絶縁検査を行うことができる。一方，第１の形態のようにケースの内側形状に倣うことで，より製品に近い状態を模擬することができる。

また，本実施の形態では，製品のロータの外形を模したロータ相当電極を用意し，そのロータ相当電極をステータの内側に組み込んだものを被検体としているが，製品として実際にモータアッシに組み込まれるロータを使用してもよい。

また，本実施の形態では，車両駆動用モータについて検査を行っているが，これに限るものではない。すなわち，家電製品用モータの検査に本発明を適用してもよい。

車両駆動用モータの概略構成を示す図である。ステータの概略構成を示す図である。ロータの概略構成を示す図である。モータアッシの概略構成を示す図である。第１の形態にかかるモータ絶縁検査装置の概略構成を示す図である。第１の形態にかかるモータ絶縁検査装置の評価手順を示すフローチャートである。第２の形態にかかるモータ絶縁検査装置の概略構成を示す図である。コイル−絶縁紙−電極間の構造および放電電流の一例を示す図である。コイル−空間−電極間の構造および放電電流の一例を示す図である。コイル−絶縁スリーブ−電極間の構造および放電電流の一例を示す図である。コイル−絶縁紙−電極間の放電電流波形のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。コイル−空間−電極間の放電電流波形のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。第２の形態にかかるモータ絶縁検査装置の評価手順を示すフローチャートである。応用例にかかるモータ絶縁検査装置の概略構成を示す図である。ケース相当電極の応用例を示す図である。

符号の説明

１コイル
２ステータ
３ロータ
４ケース
４０モータアッシ
４１ケース相当電極（ケース電極）
４１１凹部
５電力供給部
６波形測定部（電流波形取得部）
６１電流検出センサ（電流検出部）
６２電流検出センサ（ステータ電流検出部）
６３電流検出センサ（ロータ電流検出部）
６４電流検出センサ（ケース電流検出部）
７絶縁検査部（絶縁不良特定部）
８絶縁検査部（周波数帯域取得部，絶縁不良特定部）
１０被検体
１００モータ絶縁検査装置

Claims

ステータにコイルが巻装され，そのステータの内側にロータ部を配したモータを被検体とし，その被検体のコイルの絶縁を検査するモータ絶縁検査装置において，
被検体のコイルに所定の電圧を印加する電力供給部と，
被検体のコイルエンドの収容が可能な凹部を備え，その凹部が被検体のコイルエンドに対向配置されるケース電極と，
被検体のステータに電気的に接続され，そのステータに流れる電流を検出するステータ電流検出部と，
被検体のロータ部に電気的に接続され，そのロータ部に流れる電流を検出するロータ電流検出部と，
前記ケース電極に電気的に接続され，そのケース電極に流れる電流を検出するケース電流検出部と，
前記ステータ電流検出部，前記ロータ電流検出部，および前記ケース電流検出部からの信号を基に被検体の絶縁不良部位を特定する絶縁不良特定部とを有することを特徴とするモータ絶縁検査装置。
請求項１に記載するモータ絶縁検査装置において，
前記ケース電極の凹部は，被検体を収容するケースの内側形状を模した形状であることを特徴とするモータ絶縁検査装置。
請求項１に記載するモータ絶縁検査装置において，
前記ケース電極の凹部は，コイルエンドの外形形状を模した形状であることを特徴とするモータ絶縁検査装置。