KR20040008114A

KR20040008114A - 소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040008114A
Application number: KR10-2003-7006293A
Authority: KR
Inventors: 츠보카와마사히로
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2004-01-28
Also published as: WO2002039128A1; JP2002148300A; CN1216296C; KR20050087887A; KR100705121B1; CN1473273A

Abstract

본 발명은, 코일을 갖는 소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 방법에 있어서, 소형 전기 기계(1)를 수납한 용기 내부의 압력을 감압 분위기로 하여, 소형 전기 기계(l)가 갖는 코일에 고주파 전압을 인가하는 단계와, 상기 소형 전기 기계로부터 코로나 방전이 발생하고 있는지 여부를 검출하는 단계로 이루어지는 비파괴 절연 시험 방법으로 한 것으로, 권선 코일과 라미네이트 코어 사이에 고주파 전압을 600∼1100V 인가하였을 때에 증대하는 코로나 펄스에 의해 양부 판정하도록 구성되어 있다.

Description

소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF NONDESTRUCTIVE INSULATION TEST FOR SMALL ELECTRIC MACHINE}

일반적으로, 소형 모터 등이 사용 중에 권선과 라미네이트 코어 사이의 절연이 파괴되어, 수명을 초래하는 주된 원인으로서, 권선의 마그네트 와이어와 절연물(필름, 수지 등)이, 권선의 공정 중, 또는 모터로서 조립 공정 중에서 어떠한 기계 또는 지그 등으로 인가된 타격, 기계적 압력, 마찰 등으로부터 발생한 크랙, 손상, 핀 홀 등이 기본이며, 마그네트 와이어와 라미네이트 코어가 접촉 또한 이상 접근하여, 사용중인 전기적, 온도적, 기계적, 화학적인 요인으로 절연 파괴(소위 접지 단락)가 발생하는, 단락 전류 등 이상 전류가 흘러 권선을 가열 소손에 있으면 닫히는 것이다.

종래, 이 절연 상태를 검사하는 방법으로서는, 교류 내압 시험, 절연 저항 시험, 부분 방전 측정 시험, 서지 시험, 감압 서지 시험, 핀 홀 시험, 목시 관능검사 등이 있다. 이하, 이들 방법에 대해 설명한다.

교류 내전압 시험, 절연 저항 시험에서는, 마그네트 와이어의 코일 손상이 상당히 크고, 그리고, 직접 라미네이트 코어에 접촉 또는 접근하지 않고 있으면 검출은 불가능하고, 접지 단락만이 대상으로 된다.

부분 방전 측정 시험은, 부분 방전의 측정이며, 마그네트 와이어가 라미네이트 코어에 접촉하는 경우에는, 매우 고감도로 검출할 수 있다. 이것은 마그네트 와이어의 절연 피막을 거쳐서, 코일과 라미네이트 코어 사이에 부분 방전이 발생하는지 여부를 판정하기 때문에, 건전한 마그네트 와이어가 라미네이트 코어로부터 약간이라도 떨어진 현상의 검출은 불가능하다. 또한 감압 분위기 하에서의 부분 방전 측정 시험에 있어서도, 부분 방전 발생 개시 전압이 변화할 뿐이며, 그 검출 능력은 변하지 않는다.

서지 시험은, 코일 손상이 라미네이트 코어에 접촉하는 것에 부가하여, 코일과 코일 사이에서 인접하는 코일 손상으로부터 발생하는 레이어 쇼트에도 검출 효과가 있지만, 코일 손상의 검출에는 한계가 있다.

감압 서지 시험은, 코일과 코일 사이에서 인접하는 코일 손상으로부터 발생하는 레이어 쇼트의 검출과, 코일 손상의 검출에는 매우 높은 검출력이 있지만, 건전한 마그네트 와이어가 라미네이트 코어에 접촉 또는 접근한 현상에 관해서는 검출 불가능하다.

핀 홀 시험은, 식염수 + 페놀프탈렌 용액에 시공품을 완전하게 녹이는 것으로, 코일 손상은 검출하지만, 이 시험은 파괴 시험으로 되어 전수 검사는 불가능하다.

목시 관능 검사는, 코일의 공정 중, 모터의 조립 공정 중에 행해지지만, 표면만의 검사이며 목시 불가능한 개소가 많고, 또한 목시 검사 최대의 과제인 사람에 의한 오류가 발생하여, 완전한 효과는 기대할 수 없다.

이상과 같은 종래의 절연 파괴를 검사하는 시험 방법은, 절연피막의 원인으로 되는, 마그네트 와이어가 라미네이트 코어에 이상 접근하여, 가까운 장래 운전 중에 절연 파괴를 일으키는 현상을, 고감도로, 양산 공정에서 전수 검사를 행하는 데에는 만족할 수 있는 것이 아니고, 이하 (a) 및 (b)에 나타내는 것과 같은 문제가 있다.

(a) 건전한 마그네트 와이어가, 라미네이트 코어에 이상 접근(l㎜ 이내)한 상태에 있는 불량 현상의 자동 검출은 곤란하며, 상기 결함을 전기적으로 검지하는 데에는, 결함 개소에 방전 현상을 일으킬 필요가 있지만, 상용 전원으로 고 전압(3000 V 이상)이 필요하고, 여기서는 소형 전기 기계 전체(특히 절연막을 투과하여)로부터 코로나 방전이 발생하여, 정보가 매몰한다.

(b) 고 전압 인가에서는 파괴 시험으로 되어 전수 검사는 불가능하다.

즉, 종래 시험 방법은, 정도가 나쁜(마그네트 와이어에 코일 손상이 있는 경우, 또는 마그네트 와이어가 라미네이트 코어에 직접 접촉한 현상) 상태의 검출이며, 건전한 마그네트 와이어와 적층 코어가 매우 접근한 상태의 검출은 불가능하다.

본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 건전한 권선 코일이 라미네이트 코어에 이상 접근(l㎜ 이내)한 상태에 있는 결함 부분을, 비파괴 검사에 의해 양산 공정에서 전수 검사를 가능하게 한 절연 시험 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 개시

이 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 코일을 갖는 소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 방법에 있어서, 소형 전기 기계를 수납한 용기 내부의 압력을 감압 분위기로 하여, 소형 전기 기계가 갖는 코일에 고주파 전압을 인가하는 단계와, 상기 소형 전기 기계로부터 코로나 방전이 발생하고 있는지 여부를 검출하는 단계로 이루어지는 비파괴 절연 시험 방법으로 한 것으로, 적층 코일과 라미네이트 코어 사이에 고주파 전압을 6O0∼110OV 인가하였을 때에 증대하는 코로나 펄스에 의해 양부 판정하도록 구성되어 있다.

이것에 의해, 건전한 권선 코일이 라미네이트 코어에 이상 접근(l㎜ 이내)한 상태에 있는 결함 부분을, 비파괴 검사에 의해 양산 공정에서 전수 검사를 가능하게 할 수 있다.

본 발명은, 코일을 갖는 소형 전기 기계를 용기에 수납하는 제 1 단계와, 상기 용기내를 감압하는 제 2 단계와, 상기 코일에 고주파 전압을 인가하는 제 3 단계와, 상기 소형 전기 기계로부터 코로나 방전이 발생하고 있는지 여부를 판정하는 제 4 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코일을 갖는 소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 방법으로서, 불량 개소에 낮은 전압으로 코로나 방전을 발생시킬 수 있다고 하는 작용을 갖는다.

또한, 본 발명은, 코일을 갖는 소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 장치에 있어서, 상기 소형 전기 기계를 수납하는 용기와, 상기 용기내를 감압 분위기로 하는 감압 장치와, 상기 코일에 고주파 전압을 인가하는 고주파 전원과, 상기 소형 전기 기계로부터 코로나 방전이 발생하고 있는지 여부를 검출하는 고주파 코로나 측정 장치에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 비파괴 절연 시험 장치로서, 불량 개소에 낮은 전압으로 코로나 방전을 발생시킬 수 있다고 하는 작용을 갖는다.

본 발명은, 소형 모터 등의 코일부와 적층 코어 사이의 절연 상태의 결함을 비파괴 상태로 하여, 매우 고감도로 검출하는 시험 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 비파괴 절연 시험 장치를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 회로 구성을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공시 모터(양품)의 코로나 발생 개시 전압을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공시 모터의 불량 현상 개소에서의 코로나 발생 개시를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코로나 펄스 발생 빈도를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시예에 대해, 도면을 이용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 비파괴 절연 시험 방법의 일 실시예를 나타내고 있다. 도 l에 있어서, (1)은 공시 모터(소형 전기 기계), (2)는 감압 탱크(용기), (3)은 고주파 코로나 측정 장치, (4)는 진공계, (5)는 밸브, (6)은 진공 펌프, (7)은 부싱, (8)은 터미널이다.

대기압 중에서, 공시 모터(l)는 감압 탱크(2)에 수납되고, 공시 모터(1)는 터미널(8)을 중계하여, 부싱(7)을 통해서 모터 권선 코일의 리드선에 접속된다.

감압 장치는 진공 펌프(6), 밸브(5), 진공계(4)에 의해 구성되어 있고, 감압 탱크(2)내의 감압도는 진공계(4)에 의해 관리되면서 밸브(5)를 거쳐서 진공 펌프(6)에서 소정의 감압도로 감압된다. 감압 탱크(2)의 감압도는 실험에 의해, 65∼200 Torr가 최적이며, 피측정물(공시 모터(1))의 종류에 따라 감압 관리를 행하면 좋다.

일반적으로 감압 코로나에 주목하는 경우 바센의 법칙에 의해 l∼5 Torr가 가장 감도가 높지만, 이 영역에서는 너무나 코로나 방전이 활발하기 때문에, 의미가 없는 노이즈적인 코로나량이 많고, 본래 검출하려는 것으로 하고 있는, 공시 모터 권선의 마그네트 와이어 1개와 라미네이트 코어까지의 거리 1㎜ 이하를 갖는 불량 현상으로부터의 코로나 방전 정보가 매몰하여, 현저하게 SN 비를 저하시키게 된다.

고주파 코로나 측정 장치(3)내에 있는 고주파 전원에 있어서 발생한 고주파전압은 고압 케이블에 의해 유도되고, 리드선을 통해 모터(l)의 코일에 인가되어, 서서히 인가 전압을 올려 가면 모터 권선과 라미네이트 코어 사이에 코로나 방전이 야기된다.

소형 전기 기계의 코일(마그네트 와이어) 중에서 발생하는 코로나 방전은 크게 나누어, (1) 마그네트 와이어와 라미네이트 코어의 사이에 있는 절연물(필름, 수지 등)을 통해서 발생하는 방전, (2) 마그네트 와이어와 라미네이트 코어 사이에서 공기 절연을 통해서 발생하는 방전이 있다.

(1)의 현상은 (2)의 현상에 비해 절연물의 유전율이 높고, 코로나 발생 개시 전압이 낮고 조기에 발생하는 것으로, 고 전압을 인가한 경우 (2)의 현상의 불량 판정이 곤란하였다. 그러나 (2)의 현상은, 전기적, 기계적, 온도적, 과학적인 요인으로부터 장래적으로 불량으로 될 확률이 높고, 판정 사전에 검출하지 않으면 안 된다.

이 과제에 대해 고주파 전원(1∼40kHz)을 사용하면 좋다. 이것은, 코일을 갖는 소형 전기 기계의 임피던스(Z)는 (1/ωC)이며, 전원 주파수(ω)를 증대시키는 것에 의해, 임피던스를 삭감하고, 코일 내에 흐르는 전하량을 증대시키는 것에 의해, 불량 개소에 낮은 전압으로 코로나 방전을 발생시키는 것이 가능해졌다.

또한, 상기 (1)과 (2)의 코로나 방전의 판정 방법으로서, (2)의 코로나 펄스 주파수는 1.5 MHz 부근으로 증대하는 것을 실험에 의해 구하고, 로우 패스 필터(500 kHz)와 하이 패스 필터(2 MHz)의 조합에 의한 밴드 패스 필터를 형성하는 수단에 의해 판정 검출을 실현할 수 있는 것이다.

도 3은 공시 모터 전체로부터 발생하는 코로나 방전의 발생 개시 전압과 진공도의 관계를, 도 4는 공시 모터 코일의 마그네트 와이어 1개와 라미네이트 코어까지의 거리 0.3㎜을 갖는 불량 재현 개소의 코로나 발생 개시 전압과 진공도의 관계를 나타낸다.

이 도 3 및 도 4가 도시하는 바와 같이, 공시 모터 전체(특히 슬롯 절연지를 통하여 발생하는 코로나 방전)로부터 발생하는 의미가 없는 코로나 방전과, 불량 개소에 발생하는 유의의 코로나 방전을 구별할 필요가 있다.

이 방법을 도 2에서 설명한다. 고주파 전원(50)(주파수가 1∼50KHz까지 가변할 수 있는 정현파 신호를 변압기에 의해 MAX3000V(0-P)까지 승압된 고주파 전원)에서 발생한 전압을 공시 모터(51)의 권선과 스테이터 사이에 인가한다. 그 때 공시 모터로부터 발생하는 코로나 방전에 의해 고주파 성분이 전원에 겹쳐서 온다. 이 방전 펄스 중에서도 저역 주파수의 코로나 펄스를 검출 회로(52)에서 검출한다. 검출된 코로나 펄스 중에서도 의미가 없는 코로나 주파수와, 공시 모터 권선의 마그네트 와이어 1개와 라미네이트 코어까지의 거리 1㎜ 이하를 갖는 불량 개소의 코로나 주파수를 구별하기 위해서, 로우 패스 필터(500 KHz)와 하이 패스 필터(2.5 MHz)로 형성하는 밴드 패스 필터(52)에 의해 구별한다.

코로나 펄스는 전기적으로 대단히 레벨이 작은 신호이기 때문에, AMP(54)에서 신호를 증폭한다. 또한, 고주파 전원(50)으로부터 인가된 부(負)의 전압에 대해 발생한 코로나 펄스도 유효하고, 펄스도 부의 펄스이기 때문에, 절대값 회로(55)를 통해서 모두 정의 펄스로 변한다.

그 후 코로나 펄스를 펄스 카운터(56)에서 펄스 수를 카운트하고, 적분 회로(57)에서 방전량을 산출하며, 또한 피크 검출기(58)에서 코로나 펄스의 피크 레벨을 검출하여, 불량 개소가 있으면 판정 회로(59)에서 불량이라고 판정하는 것에 의해 검출을 가능하게 하였다.

상기 방법에 의해, 공시 모터의 양품과 불량 현상을 갖는 것을 비교 측정한 것을 도 5에 나타낸다.

양품 공시 모터는 약 1050V로부터 펄스의 증가가 발생하고 있는 것에 비해, 불량 현상을 갖는 공시 모터는 750V로부터 펄스는 증가하고 있다. 이 관계에 있는 공시 모터에서는, 900V에서 시험하는 것에 의해, 양품과 불량품의 판정이 가능하게 된다.

이상과 같이 청구항 1 및 청구항 2 기재의 발명에 의하면, 건전한 권선 코일이 라미네이트 코어에 이상 접근(l㎜ 이내)한 상태에 있는 결함 부분을, 비파괴 검사에 의해 양산 공정에서 전수 검사를 가능하게 한 절연 시헙 방법을 제공할 수 있다고 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도면의 참조 부호의 일람표

1 : 공시 모터(소형 전기 기계)

2 : 감압 탱크(용기)

3 : 고주파 코로나 측정 장치

4 : 진공계

5 : 밸브

6 : 진공 펌프

7 : 부싱

8 : 터미널

Claims

코일을 갖는 소형 전기 기계를 용기에 수납하는 제 1 단계와,

상기 용기내를 감압하는 제 2 단계와,

상기 코일에 고주파 전압을 인가하는 제 3 단계와,

상기 소형 전기 기계로부터 코로나 방전이 발생하고 있는지 여부를 판정하는 제 4 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코일을 갖는

소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 방법.
제 1 항에 있어서,

제 2 단계에서 용기내를 65∼2500Torr으로 감압하고, 제 2 단계에서 1∼40kHz의 고주파 전압을 인가하는 소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 방법.
코일을 갖는 소형 전기 기계의 비파괴 절연 시험 장치에 있어서,

상기 소형 전기 기계를 수납하는 용기와,

상기 용기내를 감압 분위기로 하는 감압 장치와,

상기 코일에 고주파 전압을 인가하는 고주파 전원과,

상기 소형 전기 기계로부터 코로나 방전이 발생하고 있는지 여부를 판정하는고주파 코로나 측정 장치에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 비파괴 절연 시험 장치.