JP4749416B2 - 絶縁検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁検査装置に関し、特に、巻線の絶縁欠陥箇所で放電を生じさせることにより該巻線の絶縁欠陥の有無およびその位置を検出する絶縁検査装置に関する。
巻線の絶縁欠陥を検出する欠陥検出方法が従来から知られている。
たとえば、特開昭64−9360号公報においては、回転電機巻線に一定電圧を印加した状態で容器内を減圧し、部分放電を発生させることにより、巻線のピンホールの有無およびその位置を検出する方法が開示されている。
また、特開2003−248028号公報においては、検査槽に非腐食性で導電性の検査液を徐々に供給し、電極とコイルとの間に電圧を印加して、電極とコイルとの間で導電性が検出された時点における液レベルセンサにより計測された検査液面の高さからコイル傷の位置を特定する方法が開示されている。
さらに、特開平9−43301号公報においては、コイルにサージ電圧を印加して該コイルからグロー放電が発生しているか否かを検出するステップを備えた絶縁試験方法が開示されている。
特開昭64−9360号公報 特開2003−248028号公報 特開平9−43301号公報
絶縁欠陥を検出するにあたり、欠陥の有無に加えてその欠陥箇所の位置を特定することは重要である。これに対し、上記の3文献においては、本発明とは異なる思想で欠陥位置を特定することが開示されているが、正確な位置の特定という観点では、必ずしも十分ではない。
本発明の目的は、巻線の絶縁欠陥の有無およびその位置を正確に検出することが可能な絶縁検査装置を提供することにある。
本発明に係る絶縁検査装置は、巻線を収納可能な検査容器と、巻線に対向するように設けられた電極と、巻線と電極との間に電圧を印加する電圧印加ユニットと、巻線と電極との間の電流および/または電圧を検知する検知ユニットとを備え、巻線と電極との相対的な位置関係を変化させながら巻線と電極との間に電圧を印加し、巻線と電極との間に所定のギャップが形成され、電極は、リング状のコア体の軸方向端部に形成される巻線のコイルエンドに対向し、巻線と電極との相対的な位置関係は、リング状のコア体の周方向に沿って変化し、電極はリング状のコア体の軸方向において該コア体を挟むように設けられ、所定のギャップは、リング状のコア体の軸方向に沿った、巻線と電極との間のギャップである。
上記構成によれば、巻線と電極との間のリーク電流および/または電圧降下を検知して、巻線の絶縁欠陥を検出することができる。ここで、巻線と電極との相対的な位置関係を変化させながら絶縁欠陥を検出することで、欠陥位置を正確に検出することができる。
上記絶縁検査装置は、検査容器内を減圧する減圧ユニットをさらに備えることが好ましい。なお、減圧ユニットは、検査容器内の圧力を0Paよりも大きく、かつ、1000Pa以下にすることが好ましい。
減圧条件下で検査を行なうことで、巻線の絶縁欠陥部分と電極との間の放電が、比較的低電圧でも生じやすくなる。低電圧で放電を生じさせることで、放電により欠陥箇所の周囲の絶縁体に与えられるダメージが低減される。
上記絶縁検査装置において、1つの例として、電極は、リング状のコア体の軸方向端部に形成される巻線のコイルエンドに対向する。
これにより、コイルエンドにおける絶縁欠陥を正確に検出することができる。
上記絶縁検査装置において、電極は、コイルエンドに対向する部分に凹部を有するか、コイルエンドに対向する部分に凸部を有するか、側面から突出する複数の突出部を有することが好ましい。
これにより、電界集中が生じることで、電極と巻線との間の放電開始電圧が低減される。したがって、放電により欠陥箇所の周囲の絶縁体に与えられるダメージが低減される。
本発明によれば、上記のように、巻線の絶縁欠陥箇所の位置を正確に検出することができる。
本発明の1つの実施の形態に係る絶縁検査装置の構成を示した図である。 検査容器内の圧力と放電開始電圧との関係を示した図である。 放電電極間距離と放電開始電圧との関係を示した図である。 図1における矢印αの方向から電極およびコイルエンドをみた図であり、電極形状の1つの例を示す図である。 図1における矢印αの方向から電極およびコイルエンドをみた図であり、電極形状の他の例を示す図である。 図1における矢印αの方向から電極およびコイルエンドをみた図であり、電極形状のさらに他の例を示す図である。
以下に、本発明に基づく絶縁検査装置の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
図1は、本発明の1つの実施の形態に係る絶縁検査装置の構成を示した図である。図1を参照して、本実施の形態に係る絶縁検査装置1は、チャンバ100(検査容器)を備える。
チャンバ100内には、ステータ200が設置される。ステータ200は、ステータコア210とコイルエンド220とを有する。
リング状のステータコア210は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア210の内周面上には複数のティース部(図示せず)および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部(図示せず)が形成されている。スロット部は、ステータコア210の内周側に開口するように設けられる。
3つの巻線相であるU相、V相およびW相を含む巻線は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。巻線のU相、V相およびW相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。
ステータコア210は、円筒面211および軸方向端面212を有し、ステータコア210の双方の軸方向端面212上に上記巻線のコイルエンド220が設けられる。コイルエンド220を含む巻線を構成するワイヤには、絶縁皮膜が設けられている。
ところで、巻線を構成するワイヤの絶縁皮膜にピンホールや亀裂が生じることにより内側の導体が露出すると、相間の絶縁性などが損なわれる。これに対し、絶縁検査装置1によれば、後述する構成により、絶縁欠陥の有無およびその位置を正確に検出することができる。この結果、絶縁欠陥発生に対して適切な対応を採ることが可能になる。
絶縁検査装置1による絶縁欠陥の検出方法について説明する。図1に示すように、絶縁検査装置1は、欠陥探査部110と、検知ユニット120と、減圧ユニット130とを有する。欠陥探査部110は、ステータコア210の軸方向(矢印DR1の方向)において該コアを挟むように設けられ、コイルエンド220上に該コイルエンド220とのギャップがLになるように設けられる電極111,112と、該電極をステータコア210の周方向(矢印DR2の方向)に回転させる回転駆動ユニット113とを有する。検知ユニット120は、電極111,112と巻線との間に電圧を印加する電圧印加部121と、電極111,112と巻線との間の電流および/または電圧を検知する検知部122とを有する。減圧ユニット130は、チャンバ100内を減圧する。
絶縁検査を行なう際は、電極111,112と巻線との間に電圧を印加しながら、回転駆動ユニット113を作動させて、電極111,112を矢印DR2の方向に沿って移動させる。同時に、電極111,112と巻線との間の電流および/または電圧を検知する。
ここで、コイルエンド220において絶縁欠陥がある場合、コイルエンド220と電極111,112との間で放電が生じ、リーク電流が流れる。このリーク電流は、検知ユニット120における検知部122によって検知することができる。また、このリーク電流が大きい場合は、検知部122によって電極111,112と巻線との間の電圧降下を検知することも可能である。リーク電流または電圧降下を検知することにより、絶縁欠陥の有無を判断することができる。また、電極111,112をステータコア210の周方向に移動させながら絶縁欠陥の検出を行なうことで、当該欠陥箇所の周方向(矢印DR2の方向)における位置を特定することが可能になる。
なお、電極111,112のいずれか一方のみが設けられている場合も、上記と同様の手法で、絶縁検査を行なうことができる。図1に示すように、複数の電極を互いにコイルエンド220の周方向にずれた位置に設けることで、検査時間を短縮することができる。また、検査時間を1つの電極による場合と同等に設定する場合には、電極の回転速度を低減し、検査精度(欠陥位置の特定の精度)を向上させることができる。たとえば、図1に示す例では、2つの電極111,112が矢印DR2の方向に互いに180°ずれた状態で配設されているので、1つの電極のみが配設された場合と比較して、電極の回転速度を同じ速度に設定すれば検査時間が半分に短縮される。また、検査時間を同じ時間に設定すれば、電極の回転速度を半分にすることができるので、検査精度(欠陥位置の特定の精度)が向上する。
また、絶縁欠陥の位置の特定は、典型的には、電極111,112を移動させながら放電の発生を視認することにより行なわれる。これにより、コストの上昇を抑制しながら、絶縁箇所の正確な特定を行なうことができる。一方で、チャンバ100に赤外温度計を取付けたり、検査状況を撮影したビデオ映像を画像処理装置を用いて解析したりして、放電箇所を特定することにより、絶縁欠陥の位置の特定が行なわれてもよい。これらの手法を用いることにより、さらに精度の高い位置の特定を行なうことができる。
図2は、検査容器内の圧力と放電開始電圧(欠陥箇所において放電を生じさせるために必要な電圧)との関係を示した図である。なお、図2中の「A」はシミュレーションによる結果を示し、「B」は絶縁検査装置1を用いて行なった実験結果を示す。図2における「A」,「B」を参照して、検査容器内の圧力が低くなるにつれて、放電開始電圧も低くなる。すなわち、検査容器内を減圧することで、比較的低い電圧でも放電を生じさせて絶縁欠陥を検知することができるようになる。低電圧で放電を生じさせることにより、放電により欠陥箇所の周囲の絶縁体に与えられるダメージが低減される。
図1に示される絶縁検査装置1において、減圧ユニット130による減圧後のチャンバ100内の圧力は適宜変更可能であるが、具体的には1000Pa以下程度(好ましくは200Pa以上800Pa以下程度(たとえば、200Pa以上270Pa(≒2Torr)以下程度))とすることが考えられる。この程度の圧力であれば、上記の効果を十分に得ることができる。
図3は、放電電極間距離と放電開始電圧との関係を示した図である。なお、図3中の「A」はシミュレーションによる結果を示し、「B」は絶縁検査装置1を用いて行なった実験結果である。絶縁検査装置1において、放電電極間距離とは、電極111,112とコイルエンド220との間ギャップ(図1におけるL)を意味する。図3における「A」,「B」を参照して、放電電極間距離が小さくなるにつれて、放電開始電圧も低くなる。なお、絶縁検査装置1を用いて行なった実験(「B」)においては、放電電極間距離が大きい場合に放電開始電圧が一定の値に収束する結果が示されているが、これは実験上の誤差であると考えられ、基本的にはシミュレーション(「A」)と同様の傾向が得られると考えられる。すなわち、放電電極間距離(L)を小さくすることにより、比較的低い電圧でも放電を生じさせて絶縁欠陥を検知することができるようになる。低電圧で放電を生じさせることにより、放電により欠陥箇所の周囲の絶縁体に与えられるダメージが低減される。つまり、電極111,112はできるだけコイルエンド220に近づけることが好ましいが、実際には、コイルエンド220の矢印DR1方向の凹凸を考慮して、適宜変更される。
なお、図2,図3において、絶縁検査装置1を用いて行なった実験結果「B」における放電開始電圧がシミュレーションによる結果「A」における放電開始電圧と比較して低くなっているのは、シミュレーションは平板電極モデルを用いて行なったのに対し、絶縁検査装置1においては、電極が角部を有することにより電界集中が生じやすいためであると考えられる。
このように、放電時に電界集中を生じさせることで、放電開始電圧を低く抑えることが可能である。つまり、電極111,112の形状については、適宜変更することが可能であるが、該電極形状は、電界集中を促進する形状であることが好ましい。
図4〜図6は、電界集中を促進する電極形状の例を示す図である。なお、図4〜図6は、図1における矢印αの方向から電極111,112およびコイルエンド220をみた状態を示す。
図4の例では、電極111は、コイルエンド220に対向する部分に凹部111Aを有する。これにより、電極111の角部の数が増大する。結果として、放電時の電界集中が促進され、放電開始電圧が低減される。
図5の例では、電極111は、コイルエンド220に対向する部分に凸部111Bを有する。また、図6の例では、電極111は、側面から突出する複数の突出部111Cを有する。図5,図6に示す例によっても、図4に示す例と同様の効果を得ることができる。
なお、上記絶縁検査を行なうに際し、チャンバ100内にネオンやアルゴンなどの希ガスが導入されてもよい。これにより、絶縁欠陥箇所で放電が生じた際に希ガスが発光し、欠陥の存在を容易に認知することができる。結果として、検査精度の向上、検査効率の向上を図ることができる。
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る絶縁検査装置1は、巻線が設けられたステータ200を収納可能なチャンバ100(検査容器)と、ステータ巻線のコイルエンド220に対向するように設けられた電極111,112と、巻線と電極111,112との間に電圧を印加する電圧印加部121と、巻線と電極111,112との間のリーク電流および/または電圧降下を検知する検知部122と、チャンバ100内を減圧する減圧ユニット130とを備える。
絶縁検査装置1によりコイルエンド220における絶縁欠陥の検出を行なう際は、コイルエンド220と電極111,112との相対的な位置関係を変化させながら巻線と電極111,112との間に電圧を印加する。コイルエンド220と電極111,112との相対的な位置関係を変化させる際は、電極111,112をコイルエンド220の外周に沿って移動させてもよいし、固定された電極上をコイルエンド220が通過するようにステータ200を回転させてもよい。本実施の形態においては、電極111,112を回転させる例について主に説明したが、巻線が巻回されたステータ200を回転させるよりも電極111,112を回転させる方が簡単であるので、上記のようにすることで、装置の構造をシンプルなものにして、コスト低減などを図ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
以上のように、本発明は、絶縁検査装置に適用される。
1 絶縁検査装置、100 チャンバ、110 欠陥探査部、111,112 電極、111A 凹部、111B 凸部、111C 突出部、113 回転駆動ユニット、120 検知ユニット、121 電圧印加部、122 検知部、130 減圧ユニット、200 ステータ、210 ステータコア、211 円筒面、212 軸方向端面、220 コイルエンド。

Claims (9)

  1. 巻線(220)を収納可能な検査容器(100)と、
    前記巻線(220)に対向するように設けられた電極(111,112)と、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間に電圧を印加する電圧印加ユニット(121)と、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間の電流および/または電圧を検知する検知ユニット(122)とを備え、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との相対的な位置関係を変化させながら前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間に電圧を印加し、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間に所定のギャップが形成され、
    前記電極(111,112)は、リング状のコア体(210)の軸方向端部に形成される前記巻線(220)のコイルエンドに対向し、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との相対的な位置関係は、前記リング状のコア体(210)の周方向に沿って変化し、
    電極(111,112)はリング状のコア体(210)の軸方向において該コア体(210)を挟むように設けられ、
    前記所定のギャップは、前記リング状のコア体(210)の軸方向に沿った、前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間のギャップである、絶縁検査装置。
  2. 前記検査容器(100)内を減圧する減圧ユニット(130)をさらに備えた、請求項1に記載の絶縁検査装置。
  3. 前記減圧ユニット(130)は、前記検査容器(100)内の圧力を0Paよりも大きく、かつ、1000Pa以下にする、請求項2に記載の絶縁検査装置。
  4. 巻線(220)を収納可能な検査容器(100)と、
    前記巻線(220)に対向するように設けられた電極(111,112)と、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間に電圧を印加する電圧印加手段(121)と、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間の電流および/または電圧を検知する検知手段(122)とを備え、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との相対的な位置関係を変化させながら前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間に電圧を印加し、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間に所定のギャップが形成され、
    前記電極(111,112)は、リング状のコア体(210)の軸方向端部に形成される前記巻線(220)のコイルエンドに対向し、
    前記巻線(220)と前記電極(111,112)との相対的な位置関係は、前記リング状のコア体(210)の周方向に沿って変化し、
    電極(111,112)はリング状のコア体(210)の軸方向において該コア体(210)を挟むように設けられ、
    前記所定のギャップは、前記リング状のコア体(210)の軸方向に沿った、前記巻線(220)と前記電極(111,112)との間のギャップである、絶縁検査装置。
  5. 前記検査容器(100)内を減圧する減圧手段(130)をさらに備えた、請求項4に記載の絶縁検査装置。
  6. 前記減圧手段(130)は、前記検査容器(100)内の圧力を0Paよりも大きく、かつ、1000Pa以下にする、請求項5に記載の絶縁検査装置。
  7. 前記電極(111)は、前記コイルエンドに対向する部分に凹部(111A)を有する、請求項1から請求項6のいずれかに記載の絶縁検査装置。
  8. 前記電極(111)は、前記コイルエンドに対向する部分に凸部(111B)を有する、請求項1から請求項6のいずれかに記載の絶縁検査装置。
  9. 前記電極(111)は、側面から突出する複数の突出部(111C)を有する、請求項1から請求項6のいずれかに記載の絶縁検査装置。
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