(57)【要約】      （修正有）【課題】回転子および固定子の故障を測定しまた分析／検出するのを容易にする方法および機器を提供する。【解決手段】少なくとも１つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法であって、交流テスト信号を前記少なくとも１つの固定子巻線に与える工程と、前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記少なくとも１つの固定子巻線の物理量に関する応答信号を測定する工程であって、応答信号が前記交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである測定する工程と、前記応答信号の最大振幅を決定する工程と、最大振幅の少なくとも一部の間の相互関係を決定する工程と、前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す工程と、を含む電動機のオフラインテスト方法。更に、固定子内の故障を検出する方法を含む。【選択図】図２
2014013244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法であって、
交流テスト信号を前記少なくとも１つの固定子巻線に与える工程と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記少なくとも１つの固定子巻線の物理量に関する応答信号を測定する工程であって、該応答信号が前記交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する工程と、
前記応答信号の最大振幅を決定する工程と、
該最大振幅の少なくとも一部の間の相互関係を決定する工程と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す工程と、
を含む電動機のオフラインテスト方法。
【請求項２】
前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部の広がりに対応し、また前記関係のずれは前記広がりが所定のしきい値を超えることに対応する、請求項１記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項３】
前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記最大振幅の前記少なくとも一部の前記値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項１記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項４】
前記物理量は前記固定子巻線のインダクタンス（Ｌ）である、請求項１記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項５】
前記物理量は前記固定子巻線のインピーダンス（Ｚ）である、請求項１記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項６】
前記電動機は三相非同期電動機である、請求項１記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項７】
第１と第２の固定子巻線を持つ固定子と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法であって、
交流テスト信号を前記第１と第２の固定子巻線に与える工程と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第１の固定子巻線の物理量に関する第１の応答信号を測定する工程であって、該第１の応答信号が前記第１の固定子巻線への第１の交流テストによる回転子の回転の結果によるものである該測定する工程と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第２の固定子巻線の物理量に関する第２の応答信号を測定する工程であって、該第２の応答信号が前記第２の固定子巻線への第２の交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する工程と
前記第１の応答信号の第１の平均値を形成する工程と、
前記第２の応答信号の第２の平均値を形成する工程と、
該第１と第２の平均値の間の相互関係を決定する工程と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す工程と、
を含む電動機のオフラインテスト方法。
【請求項８】
前記相互関係は平均値の広がりに対応し、また前記関係のずれは前記広がりが所定のしきい値を超えることに対応する、請求項７記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項９】
前記相互関係は前記平均値のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記平均値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項７記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項１０】
前記物理量は前記固定子巻線のインダクタンス（Ｌ）である、請求項７記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項１１】
前記物理量は前記固定子巻線のインピーダンス（Ｚ）である、請求項７記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項１２】
前記電動機は三相非同期電動機である、請求項７記載の電動機のオフラインテスト方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト機器であって、
交流テスト信号を前記少なくとも１つの固定子巻線に与える手段と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記少なくとも１つの固定子巻線の物理量に関する応答信号を測定する手段であって、該応答信号が前記交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する手段と、
前記応答信号の最大振幅を決定する手段と、
該最大振幅の少なくとも一部の間の相互関係を決定する手段と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む電動機のオフラインテスト機器。
【請求項１４】
前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記最大振幅の前記少なくとも一部の前記値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項１３記載の電動機のオフラインテスト機器。
【請求項１５】
前記相互関係は前記最大振幅の前記少なくとも一部のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記最大振幅の前記少なくとも一部の前記値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項１３記載の電動機のオフラインテスト機器。
【請求項１６】
少なくとも２つの固定子巻線を持つ固定子と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト機器であって、
交流テスト信号を前記第１と第２の固定子巻線に与える手段と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第１の固定子巻線の物理量に関する第１の応答信号を測定する手段であって、該第１の応答信号が前記第１の固定子巻線への第１の交流テストによる回転子の回転の結果によるものである該測定する手段と、
前記回転子を前記回転軸の回りに回転させながら、前記第２の固定子巻線の物理量に関する第２の応答信号を測定する手段であって、該第２の応答信号が前記第２の固定子巻線への第２の交流テスト信号による回転子の回転の結果によるものである該測定する手段と
前記第１の応答信号の第１の平均値を形成する手段と、
前記第２の応答信号の第２の平均値を形成する手段と、
該第１と第２の平均値の間の相互関係を決定する手段と、
前記相互関係が所定の関係からずれる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む電動機のオフラインテスト機器。
【請求項１７】
前記相互関係は平均値の広がりに対応し、また前記関係のずれは前記広がりが所定のしきい値を超えることに対応する、請求項１６記載の電動機のオフラインテスト機器。
【請求項１８】
前記相互関係は前記平均値のパターンに対応し、また前記関係のずれは前記パターンが前記平均値の所定のパターンからからずれることに対応する、請求項１６記載の電動機のオフラインテスト機器。
【請求項１９】
前記物理量は前記固定子巻線のインダクタンス（Ｌ）である、請求項１３記載の電動機のオフラインテスト機器。
【請求項２０】
前記物理量は前記固定子巻線のインピーダンス（Ｚ）である、請求項１３記載の電動機のオフラインテスト機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導電動機や非同期電動機などの電動機内の回転子および固定子の故障を検出する方法および機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機は広い応用分野を有する。工業生産では、例えば、電動機はポンプ、コンベヤベルト、天井クレーン、送風機などを駆動するのに用いられる。特殊な用途に適合する電動機は、主として寿命が長くまた保全に余り手がかからないため、ユーザに多くの利点を提供する。長寿命の電動機の１つの基本的要件は、電動機内の回転子または固定子の故障または欠陥がないことである。回転子の故障に共通するタイプは、例えば、回転子バー内の破損または亀裂／破断、回転子内の溶接部またははんだ接合部の過度に高い抵抗、過度に大きな空洞（回転子の鋳造の結果）、および固定子に対するエアギャップ内の回転子オフセットなどである。固定子の故障に共通するタイプは、例えば、巻線の回の間の絶縁不良、同じ相の巻線間の絶縁不良、異なる相の巻線間の絶縁不良、巻線とアース／電動機ケースとの間の絶縁不良、汚れた巻線（すなわち、湿度、埃、または過熱により焦げた絶縁などの不純物）、Δ結線電動機内の巻線のオープンターン、および巻線端と外部接続との間の接触不良などである。
【０００３】
三相電動機をテストするとき、運転中に電流の基本成分を測定して、３つの相からの測定データを比較するのが普通である。通常、これらの測定には特殊なセンサを用いて測定データを得る。
周知のように、オンライン測定とオフライン測定の両方を行うことができる。運転中に行う測定方法（オンライン測定）はパワーグリッド内の外乱に、すなわち、同じパワーグリッドに接続する他の機器（切換え電源ユニット、蛍光管継手など）が生成する基本波に敏感である。かかる外乱は誤った測定結果を生じ、電動機に関する測定ができなくなることさえある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／１０６５１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術により固定子をオフラインでテストするとき、高いエネルギー内容を持つ強いサージ電圧を電動機に与えた後、指数関数的に減少する応答を分析して、固定子内に故障があれば識別する。この測定方法は多くの欠点を有する。例えば、初期絶縁不良を発生させまたは加速し／完成させる、時間がかかりまた複雑な計算および解釈／分析が必要である、ＬおよびＣの効果のために巻線内にパルスが伝播するという問題が起こる、大型で重い設備が必要なので運搬／据付の問題がある、費用がかかる、などである。
【０００６】
国際公開第２００５／１０６５１４号は電動機を安全にチェックする方法を開示している。この方法は、回転子を回転軸の回りに回転させながら、固定子巻線の電流（Ｉ）、インダクタンス（Ｌ）、またはインピーダンス（Ｚ）などの物理量を測定することを開示する。これにより、物理量に関する周期的測定データを得、周期的測定データの少なくとも２周期に関係する測定データを集める。大多数の三相非同期電動機において回転子の位置と物理量（Ｉ、Ｌ、またはＺ）との間に正弦関係が存在し、これは各相においてＸ軸に関して対称である。この方法では、２つ以上の半サイクルの集めた測定データの少なくとも基本波の間の対称性を比較する。測定データが非対称であれば、回転子および／または固定子が故障であることを示す。
【０００７】
国際公開第２００５／１０６５１４号に開示されている方法を実行するとき、回転子は同じ大きさの固定のステップで、または一定速度の連続回転で回転しなければならない。回転子が固定のステップでまたは一定速度で回転しない場合は、測定データに非対称が生じる。通常、この非対称は回転子／固定子の故障を示すが、非連続的な回転が原因のこともあり得る。したがって、信頼できる結果を得るためには、回転子を固定のステップでまたは連続回転で回転することが重要である。場合によっては連続回転または固定のステップにより回転子を完全に回転させるのは（特に回転子を手で回すときは）困難なので、かかる場合に上記の方法においてこの要件を満たすことは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は上記の方法および従来技術を改善することである。
特定の目的は、回転子および固定子の故障を測定しまた分析／検出するのを容易にする方法および機器を提供することと、誤差の原因を除くことにより本発明の方法を実行しまた本発明の機器を用いて一層正確な結果を得ることである。
別の目的は、回転子を一定速度でまたは固定の等しいステップで回転させる必要性をなくしまたは減らすような、回転子および固定子の故障を測定しまた分析／検出する方法および機器を提供することである。
【０００９】
本発明の第１の態様では、少なくとも１つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法を提供する。この方法は、
周期的なテスト信号を少なくとも１つの固定子巻線に与え、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、この少なくとも１つの固定子巻線の物理量に関する第１の測定データを、テスト信号の１つ以上の波形周期から集め、
第１の測定データの第１のピーク値を検出し、
前記第１の検出されたピーク値に基づいて第２の測定データを形成し、
この少なくとも１つの固定子巻線について前記第２の測定データの第２のピーク値を検出し、
前記第２のピーク値の少なくとも一部の広がり（ｓｐｒｅａｄ）を決定し、
前記広がりが所定のしきい値を超える場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す、
ことを含む。
【００１０】
上に述べた方法の利点は、従来技術とは異なり、回転子を一定速度でまたは固定の等しいステップで回転させる必要がないことである。従来技術とは異なり、第２の測定データの対称性を比較する必要がなくまた連続回転の必要がないので、本発明の方法は簡単である。本発明の方法では、テスト中に回転子内の故障を示すには第２の測定データのピーク値を決定するだけでよい。
また、従来技術において生じる誤差の源（回転子の非連続回転により起こる非対称性のため）がなくなりまたは減るので、一層信頼できるテスト結果が得られる。
【００１１】
また、本発明の方法を用いると、前記第２のピーク値の少なくとも一部に広がりが起こる場合は、回転子内に故障があると識別することができる。これにより、固定子または回転子内に故障があるかどうかを調べるために追加のテストを行う必要がない。したがって、本発明の方法は従来技術の方法に比べて時間がかからず、また一層正確である。
物理量は固定子巻線のインダクタンス（Ｌ）でよい。固定子巻線のインダクタンスを測定する利点は、固定子および回転子の普通の故障が起こるとその特定の巻線のインダクタンスが変化することである。これにより、固定子巻線のインダクタンスを用いて固定子／回転子の故障を示すことができる。固定子巻線のインダクタンスを測定することにより、固定子巻線の内部抵抗を考慮する必要がなくなる。
【００１２】
物理量は固定子巻線のインピーダンス（Ｚ）でよい。固定子巻線のインピーダンスを測定する利点は、固定子および回転子の普通の故障が起こるとその特定の巻線のインピーダンスが変化することである。これにより、固定子巻線のインピーダンスを用いて固定子／回転子の故障を示すことができる。固定子巻線のインピーダンスを測定するのは一般に非常に簡単である。これは巻線の内部抵抗が分かっているときに好都合である。
電動機は三相非同期電動機でよい。
【００１３】
本発明の第２の態様では、少なくとも２つの固定子巻線を持つ固定子と回転軸に沿って配置された回転子とを含む電動機のオフラインテスト方法を提供する。この方法は、
周期的なテスト信号を少なくとも２つの固定子巻線に与え、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、少なくとも２つの固定子巻線の物理量に関する第１の測定データを、テスト信号の１つ以上の波形周期から集め、
前記固定子巻線毎に第１の測定データの第１のピーク値を検出し、
前記固定子巻線毎に前記第１の検出されたピーク値に基づいて第２の測定データを形成し、
前記固定子巻線毎に第２の測定データの平均値を形成し、
前記平均値が所定のパターンと異なる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す、
ことを含む。
【００１４】
上に述べた方法の利点は、従来技術とは異なり、回転子を一定速度でまたは固定の等しいステップで回転させる必要がないことである。従来技術とは異なり、第２の測定データの対称性を比較する必要がなくまた連続回転の必要がないので、本発明の方法は簡単である。本発明の方法では、テスト中に固定子内の故障を示すには第２の測定データの平均値を決定するだけでよい。
また、従来技術において生じる誤差の源（回転子の非連続回転により起こる非対称性のため）がなくなりまたは減るので、一層信頼できるテスト結果が得られる。
また、本発明の方法を用いると、平均値が所定のパターンと異なる場合は、固定子内に故障があると識別することができる。これにより、固定子または回転子内に故障があるかどうかを調べるために追加のテストを行う必要がない。したがって、本発明の方法は従来技術の方法に比べて時間がかからず、また一層正確である。
【００１５】
本発明の第３の態様では、少なくとも１つの固定子巻線と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト機器を提供する。この機器は、
周期的なテスト信号を少なくとも１つの固定子巻線に与える手段と、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、この少なくとも１つの固定子巻線の物理量に関する第１の測定データを、テスト信号の１つ以上の波形周期から集める手段と、
第１の測定データの第１のピーク値を検出する手段と、
前記第１の検出されたピーク値に基づいて第２の測定データを形成する手段と、
この少なくとも１つの固定子巻線について前記第２の測定データの第２のピーク値を検出する手段と、
前記第２のピーク値の少なくとも一部の広がりを決定する手段と、
前記広がりが所定のしきい値を超える場合は、前記回転子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む。
【００１６】
本発明の第４の態様では、少なくとも２つの固定子巻線を持つ固定子と回転軸に沿って配置される回転子とを含む電動機のオフラインテスト機器を提供する。この機器は、
周期的なテスト信号を少なくとも２つの固定子巻線に与える手段と、
回転子を回転軸の回りに回転させながら、少なくとも２つの固定子巻線の物理量に関する第１の測定データを、テスト信号の１つ以上の波形周期から集める手段と、
前記固定子巻線毎に第１の測定データの第１のピーク値を検出する手段と、
前記固定子巻線毎に前記第１の検出されたピーク値に基づいて第２の測定データを形成する手段と、
前記固定子巻線毎に第２の測定データの平均値を形成する手段と、
前記平均値が所定のパターンと異なる場合は、前記固定子内の故障を示す信号を出す手段と、
を含む。
【００１７】
この２つの機器は、前に説明した方法の全ての利点を含む。したがって、前の説明は本発明の機器にもそれぞれ適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明について添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。各図は非制限的例として本発明の実施の形態を示す。
【図１】本発明に係る測定装置の好ましい実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明に係る電動機のオフラインテストの方法の流れ図である。
【図３】本発明に係る電動機のオフラインテストの方法の流れ図である。
【図４ａ】３つの固定子巻線についての、検出された第２のピーク値の略図である。
【図４ｂ】３つの固定子巻線についての、検出された第２のピーク値から形成された平均値の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を適用できるシステムについて、まず図１を参照して説明する。
図１を参照して、本発明に係る測定装置１３の好ましい実施の形態を説明する。測定装置１３は制御ユニット１を含む。これは好ましくは、ＣＰＵ１ａ、プログラムメモリ１ｂ、データメモリ１ｃ、Ａ／Ｄ変換器１ｄ、電圧基準１ｅ、第１のタイマ（Ａ）１ｆ、第２のタイマ（Ｂ）１ｇ、およびハードウエア掛け算器１ｈを含む。
測定装置１３は、制御ユニット１に接続するスクリーン２を含んでよい。
測定装置１３は、制御ユニットに接続する波形発生器３を含む。これは好ましくは、Ｄ／Ａ変換器３ａ、再構成フィルタ３ｂ、および電力増幅器３ｃを含む。
【００２０】
測定装置１３は２チャネルの測定増幅器４を含む。これは好ましくは、調整可能な増幅器４ａ、整流器４ｂ、ゼロ検出器４ｃ、およびレベルシフタ４ｄを含む。
測定装置１３は、テスト対象１０に入力および出力を与えるための切換えユニット５を含む。切換えユニット５は測定増幅器４の入力に接続し、好ましくはリレー５ａおよびアナログマルチプレクサ５ｂを含む。
更に、測定装置１３は基準測定抵抗器６を含む。これは切換えユニット５と測定増幅器４の入力との間に接続する。
測定装置１３は電源装置８を含む。これは好ましくは、１個以上の電池８ａ、電池充電装置８ｂ、１個以上の電圧調整器８ｃ、およびＬＣＤバイアス発生器を含む。
【００２１】
更に、測定装置は好ましくは１つ以上のアナログ入力９ａおよびディジタル入力９ｂを含む。制御ユニット１は、メモリ１ｂ内に記憶されているプログラム命令に従って、スクリーン２、波形発生器３、測定増幅器４、切換えユニット５、基準測定抵抗器６、高電圧発生器７、および電源装置８を監視して制御し、所定のプログラム命令に従って出力データを記録しまた計算し、その結果をスクリーン２上に示す。より特定すると、制御ユニット１は波形発生器３を制御して正弦信号を発生させる。その周波数は好ましくは２５−８００Ｈｚ内にあり、その電圧は好ましくは１Ｖｒｍｓである。発生した電圧は電力増幅器３ｃおよび切換えユニット５を介してテスト対象１０に与える。これにより発生した電流は測定抵抗器６の両端に電圧を生じるので、測定増幅器４を制御して、測定抵抗器６とテスト対象６のそれぞれの両端の電圧を測定する。
【００２２】
第１のゼロクロス検出器４ｃの第１の入力を波形発生器３の出力に接続する。その出力はテスト対象１０の両端の電圧の位相変位を表す。第２のゼロクロス検出器４ｃを増幅器４ａの出力に接続する。これは測定抵抗器６に整合するよう調整可能であり、その出力信号はテスト対象１０を通る電流の位相変位を表し、これにより位相角Ｆｉを測定する。
上記の接続により、テスト対象１０を通る電流（Ｉ）を計算することができる。またこれにより、インピーダンス（Ｚ）、インダクタンス（Ｌ）、および抵抗（Ｒ）を計算することができる。位相角Ｆｉも測定する。上の測定／計算を実行するのに制御ユニット１が必要とするプログラム命令はメモリ１ｂ内に記憶する。
【００２３】
本発明に係る回転子テストでは、回転子の位置は、固定子巻線内の電流（Ｉ）、インピーダンス（Ｚ）、インダクタンス（Ｌ）、および位相角（Ｆｉ）の測定値に影響する。測定値は固定子に対する回転子の位置に従って最小値と最大値の間で変化する。回転子の回転中に少なくとも１つの固定子巻線内のＩ、Ｚ、Ｌ、およびＦｉのどれかを測定し、測定量の第１のピーク値を決定し、第２の測定データを形成し、次に第２の測定データからピーク値を決定し、最後に第２のピーク値の少なくとも一部の広がりを決定することにより、回転子のアンバランスがあれば検出することができる。すなわち、第２のピーク値の少なくとも一部の広がりが所定のしきい値を超える場合は、回転子内に故障があることを示す。代替的に、第２のピーク値の少なくとも一部のパターンを決定してもよい。上に示したように、第２のピーク値の決定値は回転子の同心性に依存し、心出し誤りがあれば第２のピーク値の値に包絡線を形成する。したがって、かかる同心パターンを検出して回転子内の故障を示してよい。
【００２４】
回転子テストでは、角度センサ１１をシャフトに接続してよい。測定値は回転子の位置に関係があるので、例えば測定結果をスクリーン２上に表示するとき、この位置は制御要素である。
【００２５】
本発明に係る固定子テストでは、回転子の位置は、固定子巻線内の電流（Ｉ）、インピーダンス（Ｚ）、インダクタンス（Ｌ）、および位相角（Ｆｉ）の測定値に影響する。測定値は固定子に対する回転子の位置に従って最小値と最大値の間で変化する。回転子の回転中に少なくとも２つの固定子巻線内のＩ、Ｚ、Ｌ、およびＦｉのどれかを測定し、固定子巻線毎に測定量の第１のピーク値を決定し、第２の測定データを形成し、次に固定子巻線毎に第２の測定データからピーク値を決定し、次に測定した固定子巻線毎に前記第２の検出されたピーク値に基づいて平均値を形成することにより、固定子巻線内の測定量の間にずれがあれば検出することができる。正しく機能している固定子に関して測定すれば実質的に等しい大きさの平均値を生成する。したがって、平均値が所定のパターンと異なる場合は、固定子内に故障がある。または、平均値の広がりを検出してもよい。広がりが所定のしきい値を超える場合は、例えば測定を行ったときの環境条件に従って、固定子内の故障を示す。後で開示するが、そのパターンはテスト対象の電動機のタイプに従って異なってよい。
【００２６】
図２の流れ図を参照して、回転子の故障を示すための本発明に係る測定方法を説明する。
ステップ２００で、波形発生器３を起動して、好ましくは２５−８００Ｈｚの範囲内の１Ｖｒｍｓの周期的なテスト信号を発生させ、電力増幅器３ｃおよび切換えユニット５を介してテスト対象１０に接続する。
ステップ２０１で、回転子を回転軸の回りに回転させながら、電流Ｉ、インピーダンスＺ、またはインダクタンスＬなどの物理量に関係する第１の測定データを集める。第１の測定データは与えたテスト信号の１つ以上の波形周期から集める。本発明の方法では、回転子を均一に連続的に回転させる必要はない。
【００２７】
ステップ２０２で、ステップ２０１で集めた第１の測定データの第１のピーク値を検出する。
ステップ２０３で、第１の測定データの第１の検出されたピーク値に基づいて第２の測定データを形成する。より特定すると、このステップでは、第１のピーク値を取り出して第２の測定データを形成する。
ステップ２０４で、ステップ２０３で形成した第２の測定データの第２のピーク値を検出する。
【００２８】
ステップ２０５で、少なくとも１つの固定子巻線について、第２の測定データのピーク値の少なくとも一部の広がりまたはパターンを決定する。広がりまたはパターンを決定するのに用いる第２のピーク値の部分は、それぞれ全て正の値または全て負の値でよい。または、第２のピーク値の絶対値を用いる場合は、この部分は一層自由に選んでよい。例えば、最初の１０個の決定されたピーク値、測定間隔の中央で検出された１０個の決定されたピーク値、２つおきの決定されたピーク値、または決定された第２のピーク値の任意の他の部分でよい。
【００２９】
ステップ２０６で、広がりが所定のしきい値を超える場合、またはパターンが所定のパターンと異なる場合は、回転子内の故障を示す信号を出す。上に述べたように、所定のしきい値を用いて、望ましくない外乱や測定の誤差や任意の他の変動があれば除く。この信号をスクリーンに送って視覚表示に変換してよく、または信号を任意の他の方法で変換して人やコンピュータに送り、テストを実行および／または監視してよい。
【００３０】
図３の流れ図を参照して、固定子の故障を示すための本発明に係る測定方法を説明する。
ステップ３００で、波形発生器３を起動して、好ましくは２５−８００Ｈｚの範囲内の１Ｖｒｍｓの周期的なテスト信号を発生させ、電力増幅器３ｃおよび切換えユニット５を介してテスト対象１０に接続する。回転子をテストするときに周期的なテスト信号を少なくとも２つの固定子巻線に与える。なぜなら、異なる固定子巻線に関係するデータを後で比較するからである。
ステップ３０１で、回転子を回転軸の回りに回転させながら、電流Ｉ、インピーダンスＺ、またはインダクタンスＬなどの物理量に関係する、少なくとも２つの固定子巻線の第１の測定データを集める。第１の測定データは与えたテスト信号の１つ以上の波形周期から集める。本発明の方法では、回転子を連続的に回転させる必要はない。
【００３１】
ステップ３０２で、ステップ３０１で集めた固定子巻線毎に第１の測定データの第１のピーク値を検出する。
ステップ３０３で、固定子巻線毎に第１の検出されたピーク値に基づいて第２の測定データを形成する。より特定すると、このステップでは、第１のピーク値を取り出して第２の測定データを形成する。
ステップ３０４で、ステップ３０３で形成した第２の測定データの第２のピーク値を検出する。
【００３２】
ステップ３０５で、固定子巻線毎に第２の測定データの第２のピーク値の平均値を形成する。
ステップ３０６で、前記平均値の間の相互関係を決定する。
ステップ３０７で、相互関係が所定の関係または所定のパターンからずれている場合は、固定子内の故障を示す信号を出す。普通の固定子巻線を持つ固定子では、所定のパターンは所定のしきい値を超える平均値の広がりでよい。同心巻線を持つ固定子では、所定のパターンはステップ状でよく、平均値の差は一定である。
【００３３】
この信号をスクリーンに送って視覚表示に変換してよく、または信号を任意の他の方法で変換して人やコンピュータに送り、テストを実行および／または監視してよい。
ステップ２００および３００でテスト信号を固定子巻線に与えるとき、ステップ２０１および３０１での第１の測定データは、回転子を回転軸の回りに回転させながら固定子巻線接続の両端を測定することにより集めてよい。
電動機は三相非同期電動機、またはここに開示した方法に従ってテストするのに適した任意の型の電動機でよい。
【００３４】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、検出された第２のピーク値４０１ａ−４０１ｎの略図を示す。固定子巻線ＡＢの検出された第２のピーク値４０１ａ−４０１ｎが図にプロットされている。同様に、固定子ＢＣおよびＣＡのそれぞれの検出された第２のピーク値も図にプロットされている。図４Ａに示すように、ピーク値４０１ａ−４０１ｎは大きさが等しいという相互関係を有する。これは回転子が正しく機能していることを示す。すなわち、回転子が正しく機能していることを示す所定の関係は、ピーク値の大きさが等しいこと、または回転子の設計による所定のパターンに従ってピーク値が配列されていることでよい。図４Ａに示すピーク値とは対照的に、図４Ｂに示すピーク値４０４ａ−４０４ｎは大きさが等しくなく、期待値からいくらか広がっている。この広がりは回転子が正しく機能せず、電動機の中心から外れていることを示す。または、広がりは、上に述べた亀裂などの他の回転子故障によることがある。
【００３５】
図４Ａを参照すると、平均値４０２は固定子巻線ＡＢ、ＢＣ、およびＣＡのそれぞれの検出された第２のピーク値について形成される。本発明ではこの３つの固定子巻線の平均値を用いて相互関係またはパターンを決定する。図４Ａは相互関係を示し、固定子巻線ＡＢ、ＢＣ、およびＣＡのそれぞれの平均値の間にずれがない（または、所定のしきい値またはパターンを超えるずれがない）。したがって、固定子は正しく機能している。
【００３６】
これに反して、図４Ｂに示すように、固定子巻線ＡＢ、ＢＣ、およびＣＡのそれぞれの平均値の間にずれが検出される場合は、固定子内に故障がある。ずれは所定のパターンからのずれでもよい。または、ずれは固定子巻線の間の平均値の広がりでもよい。
例として、上のステップ２０１−２０４および３０１−３０４で述べた第１および第２の測定データを集めるための測定方法について、以下に詳細に説明する。
【００３７】
波形発生器３を起動して、好ましくは２５−８００Ｈｚの範囲内の１Ｖｒｍｓの周期的なテスト信号を発生させ、電力増幅器３ｃおよび切換えユニット５を介して、オプションでコネクタ端子（図１にＸで示す）を介してテスト対象１０および測定抵抗器６に接続する。より特定すると、波形発生器３の起動は、タイマ（Ｂ）１ｇを起動してサンプリングタイマｔ１に対応する値をアップロードすることにより行う。タイマがカウントダウンしてゼロになると割込みが発生する。これによりＣＰＵ１ａはプログラムメモリ１ｂ内に記憶されているテーブル内のサンプル１号の値を検索／ルックアップして、Ｄ／Ａ変換器３ａに与える。同時に、タイマ（Ｂ）１ｇを再起動してｔ１の値を再ロードする。
【００３８】
タイマ（Ｂ）１ｇの各割込みと共に、および／またはその後にプログラムメモリ１ｂ内の次のサンプルを検索してＤ／Ａ変換器３ａに与える、というようにしてこのプロセスを繰り返す。これにより、望ましい波形とサンプリング周波数１／ｔ１とを表す一連の離散的電圧レベルを生成する。次にこの信号を低域／再構成フィルタ３ｂに送る。フィルタ３ｂの機能は、サンプリング周波数および全ての望ましくない周波数成分を濾波して除き、望ましい波形だけを残すことである。この波形をテスト対象１０に与える前に、インピーダンス整合を行わなければならない。これは電力増幅器３ｃ内で行い、その出力波形を、切換えユニット５内のリレーを介してテスト対象１０に中継する。
【００３９】
テスト対象１０と測定抵抗器６のそれぞれの両端の電圧を測定増幅器４内に登録する。これを行うため、ＣＰＵ１ａは切換えユニット５内のリレー５ａおよびマルチプレクサ５ｂを設定して、テスト対象１０と測定抵抗器６（これらは直列に接続する）のそれぞれの両端の電圧をそれぞれの調整可能な増幅器４ａ、４ｂに切り換える。ＣＰＵは増幅器４ａ、４ｂを最低の増幅レベルに設定する。次に信号を整流器４ｃに送り、全波整流した後、それぞれをレベルシフタ４ｅに与える。レベルシフタ４ｅはそのレベルをＡ／Ｄ変換器１ｄに適合させる。この増幅および切換え状態で、ＣＰＵ１ａはＡ／Ｄ変換器１ｄを起動し、電圧基準１ｅと共に、ソフトウエア・ベースのピーク値検出器を介して両信号のピーク電圧を返す。
【００４０】
これらのピーク値を用いて、ＣＰＵ１ａは各チャネルの調整可能な増幅器の最適な増幅レベルを選択／計算して与える。これらの新しい増幅状態で、ＣＰＵ１ａはＡ／Ｄ変換器１ｄを再起動し、電圧基準１ｅと共に、ソフトウエア・ベースのピーク値検出器を介して両信号のピーク電圧を返す。これらのピーク値を用いて、ＣＰＵ１ａは各チャネルの調整可能な増幅器の最適な増幅状態を得たことを確認する。そうでない場合、すなわちどれか１つのチャネルがオーバードライブされた場合は、ＣＰＵ１ａは増幅レベルを１ステップだけ下げてこれを与える。または、測定抵抗器の両端の信号が非常に低い場合は、ＣＰＵはテスト対象が接続されていないと解釈することがある。波形発生器３の最大振幅も分かることが好ましい。
【００４１】
第１のゼロクロス検出器の入力を波形発生器３の出力に接続する。その出力信号はテスト対象１０の両端の電圧の位相変位を表すと言ってよい。測定抵抗器６に適合させた調整可能な増幅器の出力に第２のゼロクロス検出器を接続し、その出力信号はテスト対象１０を通る電流の位相変位を表す。
次にＩ、Ｚ、またはＬの測定を行う。測定は第１のソフトウエア・ベースのピーク値検出器を用いて、第１の測定データの第１のピーク値を集めることを含む。第１の測定データの収集中および回転子の回転中に、第１の測定データからピーク値を同時に形成してよい。または、第１の測定データからピーク値を形成するのは第１の測定データの収集が終わった後で行ってよい。
【００４２】
次にＩ、Ｚ、またはＬの最小値および最大値の登録／記憶の初期設定を行う。
次に第２のソフトウエア・ベースのピーク値の検出を行い、回転子シグネチャ包絡線（ｒｏｔｏｒ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）から生じる波形内の最小／最大サイクルの数を検出する。第２のピーク値の検出は第１のピーク値の検出用と実質的に同じソフトウエア・アルゴリズムに基づいてよいが、処理する入力データおよび波形は異なる。第２のピーク値検出器の入力データは１つ以上の測定サイクルからの測定結果、すなわち、第１のピーク値検出器の出力データである。測定波形（最小値／最大値はこれに基づいて得られる）は回転子シグネチャ包絡線である。これは正弦波形または他の形であって、十分大きな数の収集された測定結果の後の包絡線から現われる。
【００４３】
次に第２のピーク検出からの結果を用いて、ステップ２０５ｆｆおよび３０５ｆｆにおいて測定データの広がり値または平均値を決定する。
また、上の測定を行う前に、好ましくはこの機器は測定入力を自動的に切り換えて起動する。その目的は、外部の干渉電界がある場合に電動機内に誘導される可能性のある干渉電圧レベル（Ｕｅｍｉ）を測定するためである。このレベルが高すぎる場合は機器のスクリーン上に表示する。これによりユーザは、例えばテスト対象を接地するなどして、干渉レベルを下げるための種々の対策をとることができる。このように、この機器が過度の干渉電圧レベル（Ｕｅｍｉ）を決定できることは非常に優れた特徴である。なぜなら、過度の干渉電圧レベルは測定結果の誤差の原因になるからである。
【００４４】
干渉レベルが十分低い場合は、この機器は次に進んで、好ましくは自動的に以下の量を測定および／または計算する。
抵抗（Ｒ）：これは、コネクタまたは巻線の破損、接続の緩み、接触抵抗、および短絡回路を検出するのに用いる。
インピーダンス（Ｚ）およびインダクタンス（Ｌ）：これらは、組み合わせて、巻線内の種々の不純物の存在を検出するのに用いる。これらは、例えば、埃、湿度、または焦げた絶縁（過熱による）の形であり、全て測定対象の巻線の静電容量の小さな変化の原因になる。多くの場合、静電容量は増加してインピーダンスＺを減少させる。また、容量リアクタンスはインピーダンスに大きな影響を与える（オームの法則）。なぜなら、与えるテスト信号は振幅が小さいので、静電容量値が一層支配的だからである。
【００４５】
過熱により絶縁が焦げた場合は静電容量が逆に減少するので、１つ以上の相でインピーダンスが増加する原因になる。
上に述べたように、全ての測定量の中で、固定子の故障による変化が最も少ないのはインダクタンスＬである。この「慣性」のため、Ｌの測定結果をＺの変化との比較のための基準または基線の形として用いることができる。
しかし残念ながら、ＬおよびＺの値が相の間で変動する程度は電動機の型に従って異なる。この変動の理由は、回転子の位置が回転子と固定子との間の相対的インダクタンスに与える影響は各相で異なるからである。
ここに述べた実施の形態には種々の変形があると考えられるが、これらは特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲内にある。
【図２】
2014013244.tif 000003
【図３】
2014013244.tif 000004
【図４ａ】
2014013244.tif 000005
【図４ｂ】
2014013244.tif 000006
【図１】
2014013244.tif 000007