JPH0865965A

JPH0865965A - 小型電気機械の非破壊絶縁試験法及び装置

Info

Publication number: JPH0865965A
Application number: JP13007095A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Iijima; 康雄飯島; Masahiro Tsubokawa; 昌弘坪川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1996-03-08
Anticipated expiration: 2021-08-16
Also published as: JP3808914B2

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁非破壊検査試験において、巻線を巻回し
た鉄心に用いられるラミネートコアからコイル傷への距
離が長く（数mmから１０mm）離れたものは検出が従来困
難であった。本発明はこのラミネートコアから離れたコ
イル傷も検出可能とすることを目的とする。【構成】供試巻線にサージ電圧を印加し、測定時の最
適減圧値を求めることにより、微弱な意味のないコロナ
放電を回避し、ラミネートコアから１０mm以上離れたコ
イル傷を感度よく検出可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型モータなどの巻線
部分の絶縁状態の欠陥を非破壊状態にして、非常に高感
度に検出し試験する方法及び装置である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、小型モータなどが使用中に巻線
の絶縁破壊から寿命をきたす主な原因として、巻線のマ
グネットワイヤーの絶縁皮膜が巻線の工程中、またはモ
ータとして組立工程中で何らかの機械または治具などで
与えられた打撃、機械的圧力、摩擦などから生じた傷が
もとで、運転中に隣接するマグネットワイヤーとの間に
局部的絶縁破壊（いわゆるレヤーショート）や、マグネ
ットワイヤーと接近したラミネートされたステータコア
との間で生じる絶縁破壊（いわゆる接地短絡）から短絡
電流など、異常電流が流れて巻線を加熱、焼損にいたら
しめるものである。

【０００３】従来、この種の絶縁状態を検査する方法と
しては、交流耐電圧試験、絶縁抵抗試験、ピンホール試
験、サージ試験、コロナ放電試験、減圧コロナ放電試験
などがある。

【０００４】以下に上記方法について説明する。交流耐
電圧試験、絶縁抵抗試験法ではマグネットワイヤーのコ
イル傷が相当に大きく、そして直接ラミネートコアに接
触もしくは接近していないと検出は不可能で、接地短絡
のみが対象となる。

【０００５】ピンホール試験は、食塩水＋フェノールフ
タレン溶液に供試品を完全にどぶ漬けするもので、コイ
ル傷は検出するのの破壊検査となり全数検査はできな
い。

【０００６】サージ試験は、コイル傷がラミネートコア
に接触する場合に加え、コイルとコイル間で隣接するコ
イル傷から生ずるレヤーショートにも検出効果はあるも
ののコイル傷の検出には限界がある。

【０００７】この方法は、コイル傷がラミネートコアに
接触または近接している時、あるいはコイルとコイル間
でお互いの傷がうまく隣接する場合であり、ここに１mm
以上の距離がある場合は検出はほとんど期待できない。

【０００８】コロナ放電試験は、部分放電の検出であり
コイル傷がラミネートコアに接触または近接する場合
は、きわめて高感度に検出できる。

【０００９】ただし、ラミネートコアから１mm以上離れ
たコイル傷および、コイルとコイル間の傷は検出の対象
外である。

【００１０】減圧コロナ放電試験は、供試体を大気圧以
下の容器内で交流電圧を印加し、パッシェンの法則によ
る放電のしやすい条件でコロナ放電をもとに検出しよう
とするもので、今までの試験法では最もコイル傷に対し
ては感度が高い。

【００１１】その構成は図７に示すもので、供試体のモ
ータコイル６１を減圧タンク６２の中にセットする。減
圧タンク６２は、バルブ６４を通して真空ポンプ６５に
より減圧される。６３は減圧度をモニターする真空度計
である。

【００１２】ここで供試モータのコイルには、ブッシン
グ６６を通って交流電圧６８が印加される。また、供試
モータのラミネートコアはブッシング６７を通ってフィ
ルター６９を通ってコロナデテクター６１０に通じる。
コロナデテクター６１０はコロナ放電の量を検出する。

【００１３】図８にラミネートコアとモータコイルにお
いて、マグネットワイヤーのコイル傷の例を示す。

【００１４】７１はラミネートコアでありモータコイル
７２を備えている。コイル傷７３はラミネートコア７１
に接近したもので、コイル傷７４はラミネートコア７１
から１０mm位離れたものである。また、コイル傷７５は
ラミネートコア７１から３０mm位離れたものである。

【００１５】コイル傷７３は、３００〜５００Ｖの交流
電圧にて減圧状態においてコロナ放電により容易に検出
できる。

【００１６】コイル傷７４は、交流電圧を７００〜１４
００Ｖの高電圧印加で、コロナ放電からグロー放電に成
長した時点で検出される。

【００１７】しかし、商用交流電圧（６０ＨＺ）による
減圧中の放電は、放電エネルギーが大なるためコイル傷
の周辺は大きく絶縁破壊され、もはや非破壊検査の状態
ではなく、工業的に量産工程で全数検査できるものでは
なかった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このようにいずれも絶
縁破壊の主原因となるマグネットワイヤーのコイル傷を
高感度にして、量産工程における全数検出を行うには満
足できるものではない。

【００１９】以下に課題を挙げておく。（ａ）ラミネートコアからコイル傷が、数mmから１０mm
以上離れた箇所においては検出が困難であった。（ｂ）数mmから１０mm以上離れたコイル傷を発見して
も、コリル傷の周囲に放電による絶縁破壊を生じさせ、
非破壊検査とはならない。（ｃ）工業的に量産工程で全数検査が困難であった。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、コイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁試
験方法であって、内部の圧力が１５〜２５［Ｔｏｒｒ］
に保たれた容器に上記電気機械を設置するステップと、
上記コイルにサージ電圧を印加するステップと、上記コ
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
テップとを備えた非破壊絶縁試験方法を用いる。

【００２１】そして、この方法はコイルを有する小型電
気機械の非破壊絶縁試験装置であって、内部の圧力が１
５〜２５［Ｔｏｒｒ］に保たれ、上記電気機械をその中
に設置するための容器と、上記コイルにサージ電圧を印
加するサージ印加手段と、上記コイルの両端に現れるサ
ージ電圧波形を観測する手段であって、上記コイルに基
準サージ電圧を印加した状態において上記サージ電圧波
形の波長と相関関係を有する第１の時間（Ｔ_so）を測定
する手段、上記コイルに基準サージ電圧より高い電圧を
印加した状態において上記サージ電圧波形の波長と相関
関係を有する第２の時間（Ｔ_sn）を測定する手段、上記
第１の時間と第２の時間との差を求める手段、及び、上
記差を基準値と比較する手段、を含むサージ検出手段
と、を備えた非破壊絶縁試験装置によって実現できる。

【００２２】

【作用】供試巻線に交流電圧の代わりにサージ電圧を印
加することにより、放電ストレスを大幅に低減できるた
めに瞬時ピーク印加電圧を高めることができ、検出感度
を向上させることができ、また最適減圧値を求めること
により微弱な意味のないコロナ放電を回避し、ラミネー
トコアから１０mm以上離れたコイル傷でも感度よく検出
可能とした。また検出回路は、サージ電圧印加の過度現
象から生じる波長の変化を検出することにより量産工程
での検査を可能とした。

【００２３】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２４】図１は本発明の非破壊絶縁試験法の一例を
示している。減圧タンク２内に十分な空間をおいて供試
モータ１が設置されている。供試モータ１は絶縁ターミ
ナル６を中継し、ブッシング７を通ってモータ巻線コイ
ルの各リード線はサージ切替スイッチ９に接続される。

【００２５】同様に、供試モータ１のラミネートコアは
ブッシング８を通って、サージ切替スイッチ９に接続さ
れる。減圧タンク２内の減圧度は真空計３により管理さ
れながらバルブ４を介して真空ポンプ５で所定の減圧度
に減圧される。

【００２６】サージ発生器１０において発生したサージ
電圧はリード線１２〜１４のうちの１つを通ってモータ
１のコイルに印加される。リード線１２〜１４のうちの
他の１つは接地され、そして残る１つは何にも接続され
ない。サージ切替スイッチ９により実現される接続スイ
ッチパターンは図２に示すように４つある。サージ電圧
はスイッチパターンI，II，III及びIVに従ってコイルに
むらなく印加される。こうしてサージ電圧はコイルのす
べての方向に印加され、サージ電流はすべてのコイル部
分に流れる。

【００２７】スイッチパターンIにおいては、サージ電
流はモータ１内の主コイル１ｂの巻き始めのタップＭか
ら流入し、主コイル１ｂと補助コイル１ｃとのコモン点
であるタップＣから流出する。サージ電流によって与え
られるサージストレスは主コイル１ｂの隣接する巻線間
に与えられ、また、サージストレスは主コイル１ｂとラ
ミネートコア１ａとの間にも与えられる。サージエネル
ギーはコモン点のタップＣにて消滅する。

【００２８】スイッチパターンIIでは、サージ電流はス
イッチパターンIの状態とは逆の方向に、主コイル１ｂ
に流れる。こうして、主コイル１ｂに対して両方向から
均等なストレスを与える。

【００２９】スイッチパターンIIIにおいては、サージ
電流はモータ１内の補助コイル１ｃの巻き始めのタップ
Ａから流入し、タップＣから流出する。サージ電流によ
って与えられるサージストレスは補助コイル１ｃの隣接
する巻線間に与えられ、また、サージストレスは補助コ
イル１ｃとラミネートコア１ａとの間にも与えられる。
サージエネルギーはコモン点のタップＣにて消滅する。

【００３０】スイッチパターンIVでは、サージ電流はス
イッチパターンIIIの状態とは逆の方向に、補助コイル
１ｃに流れる。こうして、補助コイル１ｃに対して両方
向から均等なストレスを与える。

【００３１】コイル傷が隣接してはいるがその間の距離
が１mm以上ある場合の検出は、ラミネートコアの接地ア
ースを外す。この状態でサージ電圧が主コイル１ｂ又は
補助コイル１ｃに印加されると、隣接する２つの傷の間
でレヤーショートが発生する。こうして、レヤーショー
トにつながる傷の存在はすべて本テスト中に検出され
る。

【００３２】本試験にて印加されるサージ電圧は図３に
示す標準的インパルスで、波頭長Ｔｆ＝１〜３μｓｅ
ｃ、波尾長Ｔｔ＝４０μｓｅｃである。これは正弦交流
電圧６０Ｈｚから昇圧される電圧エネルギーに比し、尖
頭電圧が高いのにもかかわらず供試巻線に与えるストレ
スはきわめて低いものである。

【００３３】この時、供試巻線である主コイル及び補助
コイルの減圧度は図４の１５〜２５［Ｔｏｒｒ］で減圧
管理される。一般に減圧コロナ放電に注目する場合は、
１〜５［Ｔｏｒｒ］が最も感度が高い。

【００３４】ただし、この領域ではあまりにコロナ放電
が活発なため意味のないノイズ的コロナ量が多く、本来
検出しようとしているコイル傷からの部分放電が埋没
し、ＳＮ比を低下させてしまう。発明者らは、実験より
１５〜２５［Ｔｏｒｒ］の減圧度に移項することによ
り、グロー放電の領域にもって行くことで本来のコイル
傷の放電を高感度に検出することが可能となることをつ
きとめた。これはサージ電圧の高い尖頭電圧の印加とが
相乗効果を発揮し、ラミネートコアとコイル傷との距離
は、図８のコイル傷７４で約１０mm長をこえ最大距離点
にあるコイル傷７５で約３０mm長まで確実に検出するこ
とが可能となった。

【００３５】また、ラミネートコアのスロット内で生じ
るコイルとコイル間の傷もサージ流入のストレスで在来
の大気圧サージ試験に比し高い検出を可能とした。

【００３６】ただし、一般的なコロナ放電試験はグロー
放電の領域で交流正弦波電圧を印加すると放電ストレス
が大きすぎて、コイル傷の放電周辺部分は大きく絶縁破
壊され破壊試験となってしまう。

【００３７】しかしサージ電圧の場合は、サージ波形の
与えるストレスがきわめて小さいため、非破壊検査とな
りうる点に注目のこと。

【００３８】サージ電圧が巻線コイルに印加されると、
波形は振動現象をおこす。図５に波形の検査結果を示
す。巻線コイルに何らコイル傷のない場合は、当然放電
現象はおこらない。このため正常な波形として図５のＡ
１又はＡ２のように観測される。波形Ａ１は傷のないコ
イルに１０００Ｖのサージ電圧を印加したときのもので
あり、波形Ａ２は１５００Ｖのサージ電圧を印加したと
きのものである。

【００３９】しかしコイル傷があり、一度でも放電が生
じるとサージ波形はその瞬間インダクタンス負荷から短
絡負荷となるため同図Ｂのようにくずれる。

【００４０】図５の波形より明らかなように半波長ｔ_so
はサージ電圧が変化しても変わらない。これはコイルが
正常であることの証拠となる。しかしながら、異常波形
Ｂの最初の半波長相当の時間ｔ_snは正常波形Ａ１又はＡ
２の最初の半波長相当の時間ｔ_snより短い。この時間の
差に基づいて、全数のモータを高感度で検査することが
できる。この感度は、一般に知られている電流の平均値
の差異を利用する方法による感度に比べて非常に優れて
いる。

【００４１】次に、コイル傷の存在を検出する回路構成
について説明する。図６は図１に示した装置の回路の詳
細を示すブロック図である。図１と対応する部分には同
一符号を付してある。図６において、昇圧回路２１はサ
ージ発生器１０に接続されている。サージ発生器１０は
サージ切替スイッチ９を介してモータ１に接続されてい
る。サージ発生器１０は抵抗１０１、半導体スイッチ１
０２およびコンデンサ１０３により構成されている。半
導体スイッチ１０２はトリガ発生回路２３の出力に応じ
てターンオン・オフする。半導体スイッチ１０２が開い
ているときはコンデンサ１０３は昇圧回路２１により充
電されている。半導体スイッチ１０２が閉じると、コン
デンサ１０３に蓄えられていた電荷はモータ１に流入
し、サージ電圧をモータ１に印加する。サージ検出回路
１１は、分圧器１１１と、ゼロ点検出回路１１２と、ア
ンドゲート１１３と、カウンタ１１４と、一対のレジス
タ１１５，１１６と、演算器１１７と、比較器１１８
と、設定器１１９と、アンドゲート１２０とによって構
成されている。コンデンサ１０３の充電電圧は電圧検出
器２２によって検出され、検出された電圧はアンドゲー
ト１２０に入力される。モータ１に印加されるサージ電
圧は分圧器１１１にも印加される。

【００４２】以下、上記サージ検出回路の動作について
説明する。まず最初に、昇圧回路２１はコンデンサ１０
３に電荷を供給し、コンデンサ１０３の端子電圧を上昇
させる。端子電圧が所定値（例えば５００Ｖ）に達する
と、電圧検出器２２はこの電圧を検出し、アンドゲート
１２０に出力信号を送る。その時、トリガ発生回路２３
は半導体スイッチ１０２にトリガ信号を送り、半導体ス
イッチ１０２はオンになる。この瞬間コンデンサ１０３
によってサージ電圧がモータ１に印加される。このサー
ジ電圧は分圧器１１１によってゼロ点検出回路１１２に
送られるべき十分に低い電圧に落とされる。ゼロ点検出
回路１１２はバッファとしてのオペアンプ１１２１と、
比較器としてのオペアンプ１１２２とにより構成されて
いる。ゼロ点の存在を検出するまでの間に、アンドゲー
ト１１３は、入力されている基準クロック信号を通過さ
せ、カウンタ１１４は基準クロック信号に含まれている
パルスの数を計測する。基準クロック信号とは例えば１
ＭＨｚのパルス信号である。最初のゼロ点（すなわち図
６における時間ｔ_soの経過点）が来るとゼロ点検出回路
１１２はその出力を反転させ、それによりアンドゲート
１１３は基準クロック信号の通過を禁止する。従って、
カウンタ１１４への入力は遮断され、カウンタ１１４の
計測値がアンドゲート１２０からの出力信号を受けてア
クティブな状態のレジスタ１１５に送られる。こうし
て、最初のゼロ点が現れるまでにカウントされた基準ク
ロックのパルス数Ｎ_oが正常時の基準値としてレジスタ
１１５に記録される。５００Ｖのような低いサージ電圧
では仮にモータ１のコイルに傷があったとしても放電は
決して起きない。従って、上記基準値はモータ１のコイ
ルの状態にかかわらず信頼のおけるものである。

【００４３】次に、昇圧回路２１から供給される電圧を
さらに上げる。この状態で最初のゼロ点が来るまでのパ
ルスの数を同様のやり方でカウンタ１１４により計測す
る。計測した値Ｎ₁をレジスタ１１６に記録させる。演
算器１１７において上記Ｎ_oからＮ₁を減じて、その差を
比較器１１８にて所定の許容値ｄＮと比較する。なお、
比較器１１８には前もって設定スイッチ１１９から許容
値が入力されている。差（Ｎ_o−Ｎ₁）が許容値ｄＮより
小さければ少なくともその電圧においてモータ１のコイ
ルは正常である。差（Ｎ_o−Ｎ₁）が許容値ｄＮ以上であ
ればコイルは異常であり、以後のテストはもはや不要で
ある。差の値が許容値に収まった場合はコイルに印加す
るサージ電圧をさらに上げ、同様のテストを実行する。
こうして、最高電圧、例えば１５００Ｖまでテストを繰
り返す。差の値が常に許容値内であればコイルは正常で
ある。

【００４４】既に述べたように、時間ｔ_so（図５）は正
常なコイルについてはサージ電圧が変化しても実質的に
不変であるのに対し、異常のあるコイルについては時間
ｔ_sn（図５）はｔ_soより短くなる。従って、もしモータ
１がコイル傷のある異常品であれば上記差（Ｎ_o−Ｎ₁）
は許容値より大きくなる。こうして異常のあるモータ１
はサージ検出回路１１により発見される。

【００４５】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、巻線コイルのコイル傷、ラミネートコアから
１０mm以上離れたほとんどあらゆるコイル傷を非破壊検
査により量産工程で全数検査を可能ならしめる絶縁試験
法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における非破壊絶縁試験法の
説明図

【図２】本発明の一実施例における供試巻線へサージ電
圧の印加の順序を示す説明図

【図３】標準サージ電圧の波形図

【図４】減圧度と放電電圧との関係図

【図５】サージ電圧印加後の正常波形図と異常波形図

【図６】図１に示した構成を詳細に示すブロック図

【図７】減圧コロナ放電試験装置の説明図

【図８】マグネットワイヤーコイルに生ずる傷を示す図

【符号の説明】

１，６１供試体のモータコイル２，６２減圧タンク３，６３真空計４，６４バルブ５，６５真空ポンプ６絶縁ターミナル７，８，６６，６７ブッシング９サージ切替スイッチ１０サージ発生器１１サージ検出回路６８交流電圧６９フィルター７１ラミネートコア７２モータコイル７３，７４，７５コイル傷６１０コロナデテクター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コイルを有する小型電気機械の非破壊絶
縁試験方法であって、内部の圧力が１５〜２５［Ｔｏｒ
ｒ］に保たれた容器に上記電気機械を設置するステップ
と、上記コイルにサージ電圧を印加するステップと、上
記コイルからグロー放電が発生しているか否かを検出す
るステップとを備えた非破壊絶縁試験方法。
【請求項２】上記サージ電圧はコイルの巻き始めから
巻き終わりに向けての第１の方向に、そして、その逆の
方向である第２の方向に、印加されることを特徴とする
請求項１の非破壊絶縁試験方法。
【請求項３】コイルを有する小型電気機械の非破壊絶
縁試験装置であって、内部の圧力が１５〜２５［Ｔｏｒ
ｒ］に保たれ、上記電気機械をその中に設置するための
容器と、上記コイルにサージ電圧を印加するサージ印加
手段と、上記コイルの両端に現れるサージ電圧波形を観
測する手段であって、上記コイルに基準サージ電圧を印
加した状態において上記サージ電圧波形の波長と相関関
係を有する第１の時間（Ｔ_so）を測定する手段、上記コ
イルに基準サージ電圧より高い電圧を印加した状態にお
いて上記サージ電圧波形の波長と相関関係を有する第２
の時間（Ｔ_sn）を測定する手段、上記第１の時間と第２
の時間との差を求める手段、及び、上記差を基準値と比
較する手段、を含むサージ検出手段とを備えた非破壊絶
縁試験装置。