(57)【要約】【課題】試料の絶縁性能の評価をより短時間で行なう。【解決手段】指令ピーク値が所定電圧未満のときには、指令ピーク値に基づき周期的に極性が反転する電圧が試料に印加されるよう電圧印加回路２２を制御する印加制御を極性反転周波数として第１の周波数より高い第３の周波数を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数を用いて実行し、制御開始から試料が絶縁破壊するまでの絶縁破壊時間と第３の周波数の第１の周波数に対する比率とから得られる換算値を用いて試料の絶縁性能を評価する。また、指令ピーク値が所定電圧以上のときには、印加制御を極性反転周波数として第１の周波数を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数より高い第４の周波数を用いて実行し、絶縁破壊時間と第４の周波数の第２の周波数に対する比率とから得られる換算値を用いて試料の絶縁性能を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体で被覆された２本の導線からなる試料に対してスイッチング素子のスイッチングにより電圧を印加する電圧印加回路と、前記スイッチング素子がスイッチングされて周期的に極性が反転する電圧が前記試料に印加されるよう前記電圧印加回路を制御する印加制御を実行する印加制御手段と、電圧の極性が反転する周波数である極性反転周波数として第１の周波数を用いると共に前記スイッチング素子をスイッチングする周波数であるキャリア周波数として第２の周波数を用いる基準条件で前記印加制御を実行したときの該印加制御の実行開始から前記２本の導線間の絶縁破壊に至るまでの時間である基準条件絶縁破壊時間に相当する値を用いて前記試料の絶縁性能を評価する評価手段と、を備える絶縁性能評価装置において、
前記印加制御手段は、ピーク値の振幅が予め設定された所定電圧より低い電圧を前記試料に印加する低電圧印加時には前記極性反転周波数として前記第１の周波数より高い第３の周波数を用いると共に前記キャリア周波数として前記第２の周波数を用いて前記印加制御を実行し、ピーク値の振幅が予め設定された所定電圧以上の電圧を前記試料に印加する高電圧印加時には前記極性反転周波数として前記第１の周波数を用いると共に前記キャリア周波数として前記第２の周波数より高い第４の周波数を用いて前記印加制御を実行する手段であり、
前記評価手段は、前記印加制御の実行開始から前記２本の導線間の絶縁破壊に至るまでの時間である絶縁破壊時間を検出し、前記低電圧印加時には前記第３の周波数の前記第１の周波数に対する比率を用いて前記絶縁破壊時間を前記基準条件絶縁破壊時間に換算して前記試料の絶縁性能を評価し、前記高電圧印加時には前記第４の周波数の前記第２の周波数に対する比率を用いて前記絶縁破壊時間を前記基準条件絶縁破壊時間に換算して前記試料の絶縁性能を評価する手段である、
絶縁性能評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性能評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の絶縁性能評価装置としては、所定のピーク電圧と所定のパルス幅と所定の周波数とを有する両極性交互パルス電圧を発生する試験電源部を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、両極性交互パルス電圧を試験電圧として試料絶縁材に課電して試料絶縁材が絶縁破壊するまでの寿命時間を計測し、ピーク電圧と寿命時間との関係に基づいて試料絶縁材の絶縁性能を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３２５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした絶縁性能評価装置では、試料の絶縁性能の評価をより短時間で行なうことが課題の一つとされている。このため、より短時間で試料絶縁材が絶縁破壊するようにすることが望まれる。
【０００５】
本発明の絶縁性能評価装置は、試料の絶縁性能の評価をより短時間で行なうことを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の絶縁性能評価装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の絶縁性能評価装置は、
絶縁体で被覆された２本の導線からなる試料に対してスイッチング素子のスイッチングにより電圧を印加する電圧印加回路と、前記スイッチング素子がスイッチングされて周期的に極性が反転する電圧が前記試料に印加されるよう前記電圧印加回路を制御する印加制御を実行する印加制御手段と、電圧の極性が反転する周波数である極性反転周波数として第１の周波数を用いると共に前記スイッチング素子をスイッチングする周波数であるキャリア周波数として第２の周波数を用いる基準条件で前記印加制御を実行したときの該印加制御の実行開始から前記２本の導線間の絶縁破壊に至るまでの時間である基準条件絶縁破壊時間に相当する値を用いて前記試料の絶縁性能を評価する評価手段と、を備える絶縁性能評価装置において、
前記印加制御手段は、ピーク値の振幅が予め設定された所定電圧より低い電圧を前記試料に印加する低電圧印加時には前記極性反転周波数として前記第１の周波数より高い第３の周波数を用いると共に前記キャリア周波数として前記第２の周波数を用いて前記印加制御を実行し、ピーク値の振幅が予め設定された所定電圧以上の電圧を前記試料に印加する高電圧印加時には前記極性反転周波数として前記第１の周波数を用いると共に前記キャリア周波数として前記第２の周波数より高い第４の周波数を用いて前記印加制御を実行する手段であり、
前記評価手段は、前記印加制御の実行開始から前記２本の導線間の絶縁破壊に至るまでの時間である絶縁破壊時間を検出し、前記低電圧印加時には前記第３の周波数の前記第１の周波数に対する比率を用いて前記絶縁破壊時間を前記基準条件絶縁破壊時間に換算して前記試料の絶縁性能を評価し、前記高電圧印加時には前記第４の周波数の前記第２の周波数に対する比率を用いて前記絶縁破壊時間を前記基準条件絶縁破壊時間に換算して前記試料の絶縁性能を評価する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の絶縁性能評価装置では、電圧印加回路のスイッチング素子がスイッチングされて周期的に極性が反転する電圧が試料に印加されるよう電圧印加回路を制御する印加制御を実行し、電圧の極性が反転する周波数である極性反転周波数として第１の周波数を用いると共にスイッチング素子をスイッチングする周波数であるキャリア周波数として第２の周波数を用いる基準条件で印加制御を実行したときの印加制御の実行開始から２本の導線間の絶縁破壊に至るまでの時間である基準条件絶縁破壊時間に相当する値を用いて試料の絶縁性能を評価するものにおいて、ピーク値の振幅が予め設定された所定電圧より低い電圧を試料に印加する低電圧印加時には、極性反転周波数として第１の周波数より高い第３の周波数を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数を用いて印加制御を実行し、印加制御の実行開始から２本の導線間の絶縁破壊に至るまでの時間である絶縁破壊時間を検出し、第３の周波数の第１の周波数に対する比率を用いて絶縁破壊時間を基準条件絶縁破壊時間に換算して試料の絶縁性能を評価する。一方、ピーク値の振幅が予め設定された所定電圧以上の電圧を試料に印加する高電圧印加時には極性反転周波数として第１の周波数を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数より高い第４の周波数を用いて印加制御を実行し、絶縁破壊時間を検出し、第４の周波数の第２の周波数に対する比率を用いて絶縁破壊時間を基準条件絶縁破壊時間に換算して試料の絶縁性能を評価する。したがって、低電圧印加時には比較的高い極性反転周波数（第３の周波数）を用いて印加制御を実行し高電圧印加時には比較的高いキャリア周波数（第４の周波数）を用いて印加制御を実行することにより、印加制御を実行する際に試料に印加する電圧のピーク値の振幅によって部分放電の発生のタイミングが異なる場合、特に、低電圧印加時には電圧の極性が反転するタイミング毎に２本の導線間に部分放電が発生し高電圧印加時にはスイッチング素子のスイッチング毎に部分放電が発生する場合に、絶縁破壊時間を基準絶縁破壊時間より短くすることができる。また、低電圧印加時には第３の周波数の第１の周波数に対する比率を用いて絶縁破壊時間を基準条件絶縁破壊時間に換算して試料の絶縁性能を評価し、高電圧印加時には第４の周波数の第２の周波数に対する比率を用いて絶縁破壊時間を基準条件絶縁破壊時間に換算して試料の絶縁性能を評価することにより、極性反転周波数やキャリア周波数を変更しても適正に試料の絶縁性能を評価することができる。これらの結果、試料の絶縁性能の評価をより短時間で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての絶縁性能評価装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】基準条件で印加制御を実行したときの部分放電電流の発生タイミングの一例を模式的に示す説明図である。
【図３】指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときに、基準条件で印加制御を実行するときと基準条件に比して極性反転周波数を高くした実施例との時間変化の様子の一例を示す説明図である。
【図４】指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときに、基準条件で印加制御を実行するときと基準条件に比してキャリア周波数を高くした実施例との時間変化の様子の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例として絶縁材で被覆された２本の導線（例えば、モータにおけるコイルの巻線に用いられる導線など）からなる試料１０の絶縁性能を評価する絶縁性能評価装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の絶縁性能評価装置２０は、図１に示すように、直流電源２４とその直流電源からの電力を用いて試料１０に電圧を印加するインバータ２６とを有する電圧印加回路２２と、電圧印加回路２２の直流電源２４から出力される電流を検出する電流センサ３０からの電流Ｉｂや、電圧印加回路２２と試料１０との間で流れる電流を検出する電流センサ３２からの電流Ｉｓなどを入力すると共に電圧印加回路２２を制御したり試料１０の絶縁性能を評価したりするコントローラ３４と、を備える。ここで、インバータ２６は、６つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ１〜Ｔ６とトランジスタＴ１〜Ｔ６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成されており、各トランジスタのスイッチングによって試料１０に電圧を印加している。インバータ２６の６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６は、直流電源２４の正極が接続された正極母線と直流電源２４の負極が接続された負極母線とに対してソース側とシンク側とになるよう２個ずつペアで配置されており、実施例では、このソース側とシンク側との接続点（３カ所）のうち２カ所（図中、Ａ，Ｂ）に、撚り合わせられた２本の導線からなる試料１０を接続するものとした。
【００１２】
実施例の絶縁性能評価装置２０では、ユーザによって試料１０に印加すべき電圧のピーク値の指令値である指令ピーク値Ｖｐが設定されると、コントローラ３４は、指令ピーク値Ｖｐまたはその符号を反転した値（−Ｖｐ）に対応する電圧で且つ周期的に極性（正負）が反転する電圧が試料１０に印加されるよう電圧印加回路２２を制御する印加制御（具体的には、直流電源２４からの出力電圧を調整したりインバータ２６のトランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御したりする制御）を実行し、その制御の開始から試料１０の２本の導線間の絶縁破壊までの時間である絶縁破壊時間ｔｐを検出し、検出した絶縁破壊時間ｔｐを用いて試料１０の絶縁性能を評価する。以下、説明の都合上、電圧の極性が反転する周波数である極性反転周波数として第１の周波数ｆ１を用いると共にトランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチングする周波数であるキャリア周波数として第２の周波数ｆ２を用いる基準条件で印加制御を実行したときの絶縁破壊時間ｔｐを基準条件絶縁破壊時間ｔｐｓｅｔとして説明に用いることがある。また、実施例では、指令ピーク値Ｖｐが予め実験などにより定められた所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときには、極性反転周波数として第１の周波数ｆ１より高い第３の周波数ｆ３（例えば、第１の周波数ｆ１の２倍〜１０倍の周波数など）を用いると共にキャリア周波数として基準条件と同一の第２の周波数ｆ２を用いて印加制御を実行し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときには極性反転周波数として基準条件と同一の第１の周波数ｆ１を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数ｆ２より高い第４の周波数ｆ４（例えば、第２の周波数ｆ２の２倍〜１０倍の周波数など）を用いて印加制御を実行するものとした。図２は、基準条件で印加制御を実行したときの部分放電電流の発生タイミングの一例を模式的に示す説明図である。図２（ａ）は、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときの様子を示す説明図であり、図２（ｂ）は指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときの様子を示す説明図である。指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆより低いときには、図２（ａ）の例では、試料１０に印加する電圧の極性が反転するタイミング毎に部分放電電流が発生している。一方、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときには、図２（ｂ）の例では、トランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチングによって試料１０にパルス電圧が印加される毎に部分放電電流が発生している。ここで、図２（ａ）や図２（ｂ）中、所定電圧Ｖｒｅｆは、試料１０に印加する電圧の極性が反転するタイミング毎に部分放電電流が発生する状態（第１の状態）とトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチングによって試料１０にパルス電圧が印加される毎に部分放電電流が発生する状態（第２の状態）とが切り替わる指令ピーク値Ｖｐに相当する電圧であり、予め実験などにより定めることができる。実施例では、指令ピーク値Ｖｐに応じて第１の状態または第２の状態になることを考慮して、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときには基準条件に比して高い極性反転周波数（第３の周波数ｆ３）を用いて印加制御を実行し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときには基準条件に比して高いキャリア周波数（第４の周波数ｆ４）を用いて印加制御を実行するものとした。指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときに、基準条件で印加制御を実行するとき（上段）と基準条件に比して極性反転周波数を高くした実施例（下段）とにおける試料１０に印加される電圧の時間変化の様子の一例を図３に示し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときに、基準条件で印加制御を実行するとき（上段）と基準条件に比してキャリア周波数を高くした実施例（下段）とにおける試料１０に印加される電圧の時間変化の様子の一例を図４に示す。このように指令ピーク値Ｖｐに応じた印加制御を実行することにより、基準条件で印加制御を実行するときに比して、部分放電が発生する間隔を短くすることができるから、絶縁破壊時間ｔｐを短くすることができる。なお、低電圧印加時の絶縁破壊時間ｔｐは、基準条件絶縁破壊時間ｔｐｓｅｔと第３の周波数ｆ３の第１の周波数ｆ１に対する比率の逆数との積（ｔｐｓｅｔ・ｆ１／ｆ３）程度になっていると考えられ、高電圧印加時の絶縁破壊時間ｔｐは、基準条件絶縁破壊時間ｔｐｓｅｔと第４の周波数ｆ４の第２の周波数ｆ２に対する比率の逆数との積（ｔｐｓｅｔ・ｆ２／ｆ４）程度になっていると考えられる。また、２本の導線間の絶縁破壊は、例えば、電流センサ３０からの電流Ｉｂの変動や電流センサ３２からの電流Ｉｓの変動，電圧印加回路２２から試料１０に印加される電圧を検出する図示しない電圧センサからの電圧の変動，試料１０近傍に配置されて試料１０の部分放電や絶縁破壊の様子を撮影する図示しない撮影装置による撮影結果，試料１０近傍に配置されて試料１０からの電磁波を検出する電磁波センサからの電磁波の変動などから検出することができる。こうして絶縁破壊時間ｔｐを検出すると、コントローラ３４は、低電圧印加時には絶縁破壊時間ｔｐに第３の周波数ｆ３の第１の周波数ｆ１に対する比率を乗じることによって絶縁破壊時間ｔｐを基準条件で印加制御を実行したときの値に換算した換算値ｔｐｃｏを計算し、高電圧印加時には絶縁破壊時間ｔｐに第４の周波数ｆ４の第２の周波数ｆ２に対する比率を乗じることによって換算値ｔｐｃｏを計算し、計算した換算値ｔｐｃｏを用いて試料１０の絶縁性能を評価する。この評価では、例えば、指令ピーク値Ｖｐと換算値ｔｐｃｏとの関係を示すマップを作成する。このように試料１０の絶縁性能を評価することにより、極性反転周波数やキャリア周波数を変更しても適正に試料１０の絶縁性能を評価することができる。また、前述したように、基準条件で印加制御を実行したときに比して絶縁破壊時間ｔｐを短くすることができるから、試料１０の絶縁性能の評価をより短時間で行なうことができる。なお、このようにして行なった試料１０の絶縁性能の評価結果は、モータの設計の際などに用いることができる。
【００１３】
以上説明した実施例の絶縁性能評価装置２０によれば、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときには、指令ピーク値Ｖｐまたはその符号を反転した値（−Ｖｐ）に対応する電圧で且つ周期的に極性（正負）が反転する電圧が試料１０に印加されるよう電圧印加回路２２を制御する印加制御を極性反転周波数として第１の周波数ｆ１より高い第３の周波数ｆ３を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数ｆ２を用いて実行し、絶縁破壊時間ｔｐに第３の周波数ｆ３の第１の周波数ｆ１に対する比率を乗じることによって得られる絶縁破壊時間ｔｐを基準条件で印加制御を実行したときの値に換算した換算値ｔｐｃｏを用いて試料１０の絶縁性能を評価し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときには、印加制御を極性反転周波数として第１の周波数ｆ１を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数ｆ２より高い第４の周波数ｆ４を用いて実行し、絶縁破壊時間ｔｐに第４の周波数ｆ４の第２の周波数ｆ２に対する比率を乗じることによって得られる換算値ｔｐｃｏを用いて試料１０の絶縁性能を評価するから、絶縁破壊時間ｔｐを短くすることによって試料１０の絶縁性能をより短時間で行なうことができる。
【００１４】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、直流電源２４とインバータ２６とを有する電圧印加回路２２が「電圧印加回路」に相当し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときには、指令ピーク値Ｖｐまたはその符号を反転した値（−Ｖｐ）に対応する電圧で且つ周期的に極性（正負）が反転する電圧が試料１０に印加されるよう電圧印加回路２２を制御する印加制御を極性反転周波数として第１の周波数ｆ１より高い第３の周波数ｆ３を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数ｆ２を用いて実行し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときには、印加制御を極性反転周波数として第１の周波数ｆ１を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数ｆ２より高い第４の周波数ｆ４を用いて実行するコントローラ３４が「印加制御手段」に相当し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときには、絶縁破壊時間ｔｐに第３の周波数ｆ３の第１の周波数ｆ１に対する比率を乗じることによって得られる絶縁破壊時間ｔｐを基準条件で印加制御を実行したときの値に換算した換算値ｔｐｃｏを用いて試料１０の絶縁性能を評価し、指令ピーク値Ｖｐが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときには、印加制御を極性反転周波数として第１の周波数ｆ１を用いると共にキャリア周波数として第２の周波数ｆ２より高い第４の周波数ｆ４を用いて実行し、絶縁破壊時間ｔｐに第４の周波数ｆ４の第２の周波数ｆ２に対する比率を乗じることによって得られる換算値ｔｐｃｏを用いて試料１０の絶縁性能を評価するコントローラ３４が「評価手段」に相当する。
【００１５】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、絶縁性能評価装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００１７】
１０  試料、２０  絶縁性能評価装置、２２  電圧印加回路、２４  直流電源、２６  インバータ、３０，３２  電流センサ、３４  コントローラ、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード、Ｔ１〜Ｔ６  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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