JP6318082B2

JP6318082B2 - 磁界センサ

Info

Publication number: JP6318082B2
Application number: JP2014252528A
Authority: JP
Inventors: 久栄中村
Original assignee: Toenec Corp
Current assignee: Toenec Corp
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: JP2016116301A

Description

本発明は、回転機の固定子もしくは回転子における巻線が挿入されている各スロット毎に磁束密度を計測するための磁界センサに関するものである。

一般に、巻線の両端に交流電圧を印加すると、そこには磁界が発生する。そしてこの磁界は、巻線正常時と短絡時とでは、その強さが異なる。従って、この磁界の変化をスロット毎に正確に計測できる小型の磁界センサが存在すれば、どのスロット内に挿入されている巻線で短絡が発生しているのかを特定することができるようになる。
回転機の固定子や回転子の巻線において、どのスロットに挿入された巻線で短絡が発生したのかを特定することができたならば、短絡が発生しやすい傾向にあるスロットを知る手がかりとなり、この情報を設計段階へフィードバックすることで、絶縁・機械的強度の見直しや、固定子や回転子の組立工程の改良といった短絡の発生を抑えるための方策を採ることができ、回転機の品質向上に活かすことができるが、現在、回転機の固定子や回転子の巻線において、どのスロットに挿入された巻線で短絡が発生しているかを特定する装置，システムが存在しない。
磁界センサに関する先行技術として、例えば、非特許文献１がある。

東陽テクニカ「ショートフォームカタログ磁気計測」

上記非特許文献１に開示されている磁界センサによると、ある点のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元の磁界の強さを計測するには適している。
しかしながら、回転機のスロットから発する磁界の変化を正確に計測するためには、磁界センサの検出用コイルを、固定子もしくは回転子のスロット長手方向に垂直で、ティース上面に平行となるように設置する必要がある。さらに、その検出用コイルはスロット毎に同じ姿勢になるようにした状態で計測する必要がある。そのため、上記非特許文献１で同じことをやろうとすると、磁界センサ内の検出用コイルの姿勢がスロット毎に同じとなるように固定するための支えの治具が必要となり、正確な磁界は計測することができないという問題点があった。

本発明は、回転機の固定子や回転子における巻線が挿入されている各スロット毎に磁束密度を正確にかつ、簡単に計測することのできる磁界センサの提供を目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明は、回転機の固定子もしくは回転子における巻線が挿入されている各スロットの真上に配置させて、各スロット毎に磁束密度を計測するための磁界センサであって、
該磁界センサには、該磁界センサの磁界検出部を前記スロットの長手方向所定位置に位置決めするためのストッパー片が前記スロットの端縁に当接可能に設けられていることを要旨とする。
なお、磁界の計測は、磁束密度を計測することなので、ここでは磁界の計測と磁束密度の計測とは同意語で用いる。

ストッパー片がスロットの端縁に当接することで、磁界センサの磁界検出部をスロットの長手方向所定位置に正確に位置決めすることができ、各スロット毎にスロットの長手方向所定位置に磁界検出部を配置させて、各スロットにおいて同じ位置で磁束密度を計測することができ、各スロット毎に計測にばらつきが生ずることが防がれて正確な計測が可能となる。

また、本発明は、回転機の固定子もしくは回転子における巻線が挿入されている各スロットの真上に配置させて、各スロット毎に磁束密度を計測するための磁界センサであって、
該磁界センサの磁界検出部には、前記スロット上面に形成されている巻線挿入方向の溝内に係脱可能に嵌まり込むガイド片が設けられていることを要旨とする。
こうすれば、磁界センサの磁界検出部に設けられているガイド片を、巻線が挿入されているスロット上面の溝内に嵌め込むことにより、磁界検出部がスロットの上面で横ズレすることが防がれ、磁束密度を正確に計測することができるものとなる。

また、本発明は、前記ストッパー片は、前記磁界センサに対して長手方向位置を調節可能に構成されていることを要旨とする。さらに、各スロットは、前記回転機の固定子もしくは回転子における複数のティース間に形成されており、前記磁界センサの磁界検出部には、磁界計測用コイルがさらに設けられており、前記磁界計測用コイルのコイル面は、前記ティースの上面に対し垂直となるように、かつ、前記巻線の挿入方向と平行となるように設定されていることを要旨とする。
こうすれば、正確な磁束密度を計測することができる。

磁界センサの全体斜視構成図である。磁界センサの側面構成図である。磁界センサの変更例を示す側面構成図である。磁界センサを備えた巻線短絡箇所診断システムの構成図である。回転機（電動機）の固定子巻線の一例を示す概略断面図である。回転機の固定子の各スロットに巻線が挿入されている状態を示す要部拡大斜視構成図である。固定子のスロット上に磁界センサの磁界検出部を配置させてスロット上の磁束密度を計測している状態の側面構成図である。スロットの上面に磁界センサの磁界検出部を配置させた状態の要部斜視構成図である。図８の正面構成図である。スロットの端縁にストッパー片を当接させて磁界検出部をスロットの上面に配置させた状態の斜視構成図である。回転機（電動機）の回転子のスロット上に磁界センサの磁界検出部を配置させてスロット上の磁束密度を計測している状態の作業説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
ここでは、回転機（電動機）の固定子における巻線を対象に説明する。
図１は、磁界センサの斜視構成図であり、図２は、磁界センサの側面構成図である。
磁界センサ３は、磁界検出部３１と、この磁界検出部３１から外側へ延出された延出部３２と、延出部３２の他端側に連結されたグリップ部３３で構成されている。

磁界検出部３１は、直方体状のケース内に磁界計測用コイル４が内装されて構成されている。磁界計測用コイル４は、検出したい磁界の強さに応じて数ターンから数十ターン程度巻かれたものである。
この磁界検出部３１を構成する直方体状ケースの底面の長手方向両端側には、下方へ垂下状に突出して一対のガイド片３４，３４が設けられている。このガイド片３４は、直方体状ケースの長手方向に対し直交状に横方向へ延びる、例えば平板状に形成されたものである。

また、延出部３２は、例えば中空の板筒状に形成されており、その延出部３２内には前記磁界検出部３１内の磁界計測用コイル４に接続されたケーブル６が配置されている。
この延出部３２の底側には、下方へ向かって垂下状にストッパー片３５が設けられている。このストッパー片３５は、延出部３２の長手方向に対し直交状に横方向へ延びる、例えば平板状に形成されたものである。
なお、このストッパー片３５は、延出部３２に対し蝶ネジ等で長手方向位置を適宜調節できるように構成しても良く、例えば延出部３２に長手方向に延びる楕円形状等の調節孔を形成させておき、ネジを緩めて調節孔に沿ってストッパー片３５を長手方向に移動させることで調節可能な構造にしておくことができる。

また、グリップ部３３は、例えば円筒状に形成されており、手で外周を握って磁界センサ３を手で保持できるように構成されており、グリップ部３３の内部には、信号増幅器５が内装され、信号増幅器５に磁界計測用コイル４側から延びるケーブル６が接続され、さらに信号増幅器５からグリップ部３３の外側へ延びるケーブル６が配線されている。
なお、磁界検出部３１，延出部３２，グリップ部３３は、例えばアクリル樹脂で形成しておくことができる。即ち、磁界の影響を受けないような素材で形成しておくことができる。

なお、図３は変更例を示すものであり、図３では、磁界検出部３１を構成する直方体状ケースの底面に長手方向に延びる１本のガイド片３４を設けたものである。即ち、ガイド片３４は長手方向両端側に一対設けたものであっても、長手方向両端側まで延びる１本のものであっても良い。

なお、図５には、回転機（電動機）の固定子巻線の一例を概略断面で示す。
図５に示すように、誘導電動機の固定子１０の巻線は、４極の１スター結線の巻線構造であり、巻線１が挿入されているスロット数は３６個である。この固定子巻線は、スロットNo.１−No.１２間に３５回巻線１が巻かれ、次に、スロットNo.２−No.１１間に３５回巻線１が巻かれ、次に、スロットNo.３−No.１０間に３５回巻線１が巻かれた、分布巻の構造となっている。

また、図６では、巻線が挿入されているスロットの部分を拡大斜視図で示す。
図６に示すように、回転機（電動機）の固定子１０は、複数のティース１１，１１，１１が間隔をおいて並設され、一対のティース１１，１１間に、巻線１が挿入されるスロット１２が空間として形成されており、各スロット１２の上面には、巻線１の挿入方向に延びる溝１２ａが一対のティース１１，１１間の隙間として形成されている。即ち、各スロット１２の上面には、ティース１１の上面１１ａよりも下方へ凹んで開口した溝１２ａが形成されており、溝１２ａの下部に巻線１の上面を覆う絶縁紙１３が配置されている。

スロット１２真上での磁束密度の計測を行う磁束センサ３は、例えば図４に示すような巻線短絡箇所診断システムにおいて用いられる。
巻線短絡箇所診断システムにより診断する際には、先ず、診断対象とする回転機の固定子１０の巻線１間に電圧発振部２から交流電圧を印加して、巻線１に電流を流した状態で、スロット１２の真上で、磁界センサ３を使って磁束密度を計測する。
磁界センサ３から出力される磁束密度は増幅器５で信号増幅させ、Ａ／Ｄ変換部７によりデジタル化し、診断部８に送る。

一つのスロット１２真上の磁束密度の計測が終了すれば、次は隣のスロット１２の磁束密度の計測を行う。そして、すべてのスロット１２真上での磁束密度の計測を行う。
診断部８では、すべてのスロット１２真上の磁束密度を基に診断する。
短絡が含まれる巻線が挿入されているスロット１２真上の磁束密度は低下するため、隣どうしのスロット１２の磁束密度の値と比較し、両者の値の差に閾値を設けておくことで、その値が閾値を越えると、短絡が発生しているスロット１２と判断する。これにより、固定子１０のどのスロット１２に挿入されている巻線１において短絡が発生しているのかを判定することができ、最後に、表示部９で診断結果を表示する。

なお、前記磁界センサ３のガイド片３４は、スロット１２の溝１２ａの幅長よりも僅かに小さい幅寸法に設定されており、ガイド片３４を上方あるいは正面側からこの溝１２ａ内に係脱可能に嵌め込むことができるように設定されている。
また、磁界センサ３のストッパー片３５は、各スロット１２の長手方向端縁に当接可能に設定されており、スロット１２の上部の一対のティース１１，１１の上端側に、図１０のように、当接できるように幅寸法が設定されている。

磁界センサ３の磁界検出部３１を各スロット１２の真上に配置させて磁束密度を計測する計測時の磁界センサ３の配置状態を図７の側面図で示す。
ガイド片３４，３４をスロット１２の上面の溝１２ａ内に嵌め込んだ状態では、磁界検出部３１が一対のティース１１，１１の上面１１ａ，１１ａ上に配置され、また、ストッパー片３５がスロット１２の長手方向端縁に当接して、磁界検出部３１をスロット１２の長手方向のほぼ中央部に配置させることができる。

従って、図７の状態では、ガイド片３４，３４により磁界検出部３１の横方向へのズレが防がれ、しかもストッパー片３５により磁界検出部３１はスロット１２の長手方向のほぼ中央部に正確に位置決めされる。

この状態では、図８の要部拡大斜視図および図９の正面図で示すように、磁界検出部３１内に内装されている磁界計測用コイル４のコイル面（計測面）は、スロット１２の上面の溝１２ａの幅方向中央部に配置されるように設定されており、また、ティース１１の上面１１ａに対し磁界計測用コイル４のコイル面（計測面）が垂直となるように設定されており、また、磁界計測用コイル４のコイル面（計測面）がスロット１２の長手方向（巻線１の挿入方向）と平行となるように設定されている。

即ち、ガイド片３４，３４を溝１２ａ内に嵌め込むことで、磁界計測用コイル４のコイル面（計測面）が、スロット１２の真上の幅方向中央部に、垂直かつスロット１２の長手方向に平行に配置されて、横ズレが防がれ、正確な磁束密度を計測できる状態に配置されるものである。
しかも、ストッパー片３５により磁界計測用コイル４はスロット１２の長手方向のほぼ中央部に配置され、各スロット１２毎に磁束密度を計測する際に、各スロット１２毎に長手方向の位置決めを行う必要がなく、ストッパー片３５がスロット１２の端縁に当接することで、必ず磁界計測用コイル４をすべてのスロット１２において長手方向のほぼ中央部に配置させて磁束密度を計測することができるものとなり、各スロット１２毎に計測位置が一定となるため、各スロット１２毎の磁束密度の計測値にばらつきが生ずることが防がれる。
従って、ガイド片３４，３４とストッパー片３５を介して、横ズレすることなく各スロット１２毎に一定の配置状態で磁界計測用コイル４を配置させて、各スロット１２毎に均一な計測を行うことができ、正確な磁束密度の計測が可能なものとなる。

上記実施例では、回転機（電動機）の固定子１０を例に挙げて説明しているが、回転機（電動機）の回転子１０Ｒの場合であっても同様に、磁界センサ３の磁界検出部３１を各スロット１２の真上に配置させて、スロット１２真上での磁束密度の計測を行うことができるものである。
なお、回転機（電動機）の回転子は回転子巻線の構造により、かご形と巻線形に分類でき、このうち、巻線形は、図１１に示すように回転子１０Ｒ鉄心のスロット１２に通常三相の巻線を収納している。

そこで、巻線形の回転子１０Ｒでの磁束密度の計測を行う際に、図１１に示すように、磁界センサ３のガイド片３４，３４を、回転子１０Ｒのスロット１２の溝１２ａ内に嵌め込むことで、磁界計測用コイル４のコイル面（計測面）を、スロット１２の真上の幅方向中央部に、垂直かつスロット１２の長手方向に平行に配置させることができ、しかも、磁界検出部３１の横ズレを防ぐことができる。
また、ストッパー片３５を回転子１０Ｒのスロット１２の長手方向端縁に当接させることで、磁界検出部３１をスロット１２の長手方向のほぼ中央部に配置させることができる。
このように、ガイド片３４，３４とストッパー片３５を介して、横ズレすることなく各スロット１２毎に一定の配置状態で磁界計測用コイル４を配置させて、回転子１０Ｒの各スロット１２毎に均一な計測を行うことができ、正確な磁束密度の計測が可能なものとなる。

１巻線
２電圧発振部
３磁界センサ
４磁界計測用コイル
５信号増幅器
６ケーブル
７Ａ／Ｄ変換部
８診断部
９表示部
１０汎用誘導電動機（回転機）の固定子
１０Ｒ汎用誘導電動機（回転機）の回転子
１１ティース
１１ａティース上面
１２スロット
１２ａ溝
１３絶縁紙
３１磁界検出部
３２延出部
３３グリップ部
３４ガイド片
３５ストッパー片

Claims

回転機の固定子もしくは回転子における巻線（１）が挿入されている各スロット（１２）の真上に配置させて、各スロット（１２）毎に磁束密度を計測するための磁界センサ（３）であって、
該磁界センサ（３）には、該磁界センサ（３）の磁界検出部（３１）を前記スロット（１２）の長手方向所定位置に位置決めするためのストッパー片（３５）が前記スロット（１２）の端縁に当接可能に設けられていることを特徴とする磁界センサ。
回転機の固定子もしくは回転子における巻線（１）が挿入されている各スロット（１２）の真上に配置させて、各スロット（１２）毎に磁束密度を計測するための磁界センサであって、
該磁界センサ（３）の磁界検出部（３１）には、前記スロット（１２）上面に形成されている巻線挿入方向の溝内に係脱可能に嵌まり込むガイド片（３４）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁界センサ。
前記ストッパー片（３５）は、前記磁界センサ（３）に対して長手方向位置を調節可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁界センサ。
前記各スロット（１２）は、前記回転機の固定子もしくは回転子における複数のティース（１１）間に形成されており、
前記磁界センサ（３）の磁界検出部（３１）には、磁界計測用コイル（４）がさらに設けられており、
前記磁界計測用コイル（４）のコイル面は、前記ティース（１１）の上面（１１ａ）に対し垂直となるように、かつ、前記巻線（１）の挿入方向と平行となるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁界センサ。