(57)【要約】【課題】短絡の進行度合いに関係なくコイルの短絡部位を特定すること。【解決手段】固定子鉄心１１の一方の端面１１ｄから露出しているコイル１１ｃの劣化状態を診断する際には、固定子鉄心１１の内周部から回転子を取り外した後、回転軸２３の中心軸方向が固定子鉄心１１の中心軸方向に一致するように劣化診断装置２０を配置する。次に、光沢センサ２５ａ〜２５ｃがそれぞれコイル１１ｃの側面、上面、及び下面に所定間隔をあけて対向するようにセンサ支持部材２４を配置し、回転軸２３を回転させ、光沢センサ２５ａ〜２５ｃによってコイル１１ｃの光沢レベルを検出する。そして、光沢センサ２５ａ〜２５ｃによって検出されたコイル１１ｃの光沢レベルに基づいてコイル１１ｃの劣化状態を診断する。【選択図】図４
2014142200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧交流電動機の固定子鉄心に巻回されているコイルの光沢レベルを検出する光沢センサと、
前記光沢センサによって検出されたコイルの光沢レベルに基づいて該コイルの劣化状態を診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする低圧交流電動機の劣化診断装置。
【請求項２】
前記固定子鉄心の軸方向端面から露出しているコイルの光沢レベルを検出可能な位置に前記光沢センサを配置し、固定子鉄心の中心軸を回転軸として固定子鉄心の周方向に該光沢センサを回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の低圧交流電動機の劣化診断装置。
【請求項３】
前記光沢センサを複数備え、各光沢センサは互いに異なるコイル位置の光沢レベルを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の低圧交流電動機の劣化診断装置。
【請求項４】
前記コイルは、導体を絶縁皮膜によって被覆したエナメル線によって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の低圧交流電動機の劣化診断装置。
【請求項５】
低圧交流電動機の固定子鉄心に巻回されているコイルの光沢レベルを検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出されたコイルの光沢レベルに基づいて該コイルの劣化状態を診断する診断ステップと、
を含むことを特徴とする低圧交流電動機の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧交流電動機の固定子鉄心に巻回されているコイルの劣化状態を診断する低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流６００Ｖ以下の駆動電圧で駆動される低圧交流電動機では、接地異常はアース端子間の電圧を測定することによって容易に検知できるが、固定子鉄心に巻回されたコイルのレアショート等の短絡を検知することは容易ではない。特に固定子鉄心の端面から露出しているコイル部分は、汚損やダストの影響によって劣化することにより短絡しやすい。このような背景から、従来より、コイルの短絡を検知する技術が提案されている。具体的には、特許文献１には、コイルの端子間から得られるインダクタンス成分及びキャパシタ成分に基づいてコイルの短絡を検知する技術が記載されている。また、特許文献２には、磁石を利用してコイルに逆起電圧を発生させ、逆起電圧の発生パターンに基づいてコイルの短絡を検知する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６１９１４号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９９２３号公報
【特許文献３】特開２００４−７７４６９号公報
【特許文献４】特開２０００−２７５１６８号公報
【特許文献５】特開平９−２２２３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に記載の技術によれば、コイルに短絡が発生していることは検知できるが、コイルのどの部分で短絡が発生しているのかを特定できない。このため、特許文献１，２に記載の技術では、初期から中期の段階にある短絡を補修することによってコイルの絶縁状態を回復させ、コイルの短絡による不具合を未然に防止することはできない。なお、このような問題を解決するために、短絡部位を目視で特定する方法を用いることが考えられる。しかしながら、コイルの変色や劣化が進んだ短絡の進行度合いが末期の段階では短絡部位を目視で特定することはできるが、短絡の進行度合いが初期から中期の段階ではコイルは大きく変色又は劣化していないために短絡部位を目視で特定することは容易ではない。
【０００５】
一方、交流６００Ｖより大きい駆動電圧で駆動される高圧交流電動機については、絶縁物に単色光を照射し、単色光に対する絶縁物の反射吸光度に基づいて絶縁物内部の劣化度を測定する技術が提案されている（特許文献３〜５参照）。この技術によれば、短絡の進行度合いが初期から中期の段階であってもコイルの短絡部位を特定することができる。ところが、高圧交流電動機では、絶縁物は、何重にも巻回され、厚くなっているのに対して、低圧交流電動機では、コイルは導体を絶縁皮膜によって被覆したエナメル線により形成され、絶縁皮膜の厚さは数μｍ程度と非常に薄い。このため、特許文献３〜５記載の技術を低圧交流電動機に適用したとしても、劣化に伴う絶縁皮膜の反射吸光度の変化が非常に小さいために、絶縁皮膜の短絡部位を特定することは困難である。
【０００６】
このような背景から、短絡の進行度合いに関係なく低圧交流電動機が有するコイルの短絡部位を特定可能な技術の提供が期待されていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、短絡の進行度合いに関係なくコイルの短絡部位を特定可能な低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る低圧交流電動機の劣化診断装置は、低圧交流電動機の固定子鉄心に巻回されているコイルの光沢レベルを検出する光沢センサと、前記光沢センサによって検出されたコイルの光沢レベルに基づいて該コイルの劣化状態を診断する診断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る低圧交流電動機の劣化診断装置は、上記発明において、前記固定子鉄心の軸方向端面から露出しているコイルの光沢レベルを検出可能な位置に前記光沢センサを配置し、固定子鉄心の中心軸を回転軸として固定子鉄心の周方向に該光沢センサを回転させる回転機構を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る低圧交流電動機の劣化診断装置は、上記発明において、前記光沢センサを複数備え、各光沢センサは互いに異なるコイル位置の光沢レベルを検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る低圧交流電動機の劣化診断装置は、上記発明において、前記コイルは、導体を絶縁皮膜によって被覆したエナメル線によって形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る低圧交流電動機の劣化診断方法は、低圧交流電動機の固定子鉄心に巻回されているコイルの光沢レベルを検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出されたコイルの光沢レベルに基づいて該コイルの劣化状態を診断する診断ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法によれば、コイルの光沢レベルに基づいてコイルの劣化状態を診断するので、短絡の進行度合いに関係なくコイルの短絡部位を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法が適用される低圧交流電動機の構成を示す回転軸方向断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す低圧交流電動機の径方向断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａ，図１Ｂに示すコイルの構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置をｙ方向から見た図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置をｘ方向から見た図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、固定子鉄心の一方の端面から露出しているコイルの劣化状態を診断する際の劣化診断装置の配置を示す図である。
【図５】図５は、固定子鉄心の端面から露出しているコイルの劣化状態を診断する際のセンサ支持部材の動きを示す図である。
【図６】図６は、センサ支持部材の回転角度と光沢センサによって検出された光沢レベルとの関係の一例を示す図である。
【図７】図７は、光沢センサによって検出された光沢レベルの経時変化の一例を示す図である。
【図８】図８は、固定子鉄心の他方の端面から露出しているコイルの劣化状態を診断する際の劣化診断装置の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔低圧交流電動機の構成〕
始めに、図１Ａ〜図１Ｃを参照して、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法が適用される低圧交流電動機の構成について説明する。但し、本発明が適用される低圧交流電動機の構成は図１Ａ〜図１Ｃに示す構成に限定されることはない。
【００１６】
図１Ａ，図１Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法が適用される低圧交流電動機の回転軸方向断面図及び径方向断面図である。図１Ｃは、図１Ａ，図１Ｂに示すコイルの構成を示す断面図である。なお、以下の説明においては、低圧交流電動機の回転軸方向をｘ方向、水平面内においてｘ方向に直交する方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向に直交する方向をｚ方向（鉛直方向）と定義する。
【００１７】
図１Ａ，図１Ｂに示すように、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法が適用される低圧交流電動機１は、支持台２と、中心軸方向をｘ方向として支持台２上に載置された円筒形状のフレーム３と、を備えている。フレーム３内には、電動機本体１０が収容されている。電動機本体１０は、インナーロータ型の電動機によって構成され、円筒形状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１の内周部に所定間隔をあけて配置された回転子１２と、を備えている。
【００１８】
固定子鉄心１１は、中心軸方向をｘ方向としてフレーム３内に配置されている。固定子鉄心１１は、周方向に沿って略等間隔に形成された複数のティース部１１ａ及びスロット部１１ｂを備えている。各ティース部１１ａには、固定子鉄心１１の一方の端面側から隣接する２つのスロット部１１ｂの一方にコイル１１ｃを挿通した後、コイル１１ｃを折り返して固定子鉄心１１の他方の端面側から隣接する２つのスロット部１１ｂの他方にコイル１１ｃを挿通することによって、コイル１１ｃが巻回されている。図１Ｃに示すように、コイル１１ｃは、導体１１ｃ１を数μｍ程度の厚さの絶縁皮膜１１ｃ２により被覆したエナメル線の束によって形成されている。
【００１９】
回転子１２は、円筒形状の回転子鉄心１２ａと、回転子鉄心１２ａの内周部に挿通、支持された回転シャフト１２ｂと、周方向に沿って回転子鉄心１２ａの外周面上に略等間隔で配置されたロータバー１２ｃと、を備えている。回転子１２は、固定子鉄心１１の内周部に着脱自在に配置されている。
【００２０】
このような構成を有する低圧交流電動機１では、固定子鉄心１１のｘ方向端面から露出しているコイル１１ｃは、スロット部１１ｂ内に挿通されているコイル１１ｃと比較して汚損やダストの影響を受けやすい。また、コイル１１ｃを形成する絶縁皮膜１１ｃ２は薄いために、汚損やダストの影響によって劣化しやすい。そこで、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置は、以下のようにして固定子鉄心１１のｘ方向端面から露出しているコイル１１ｃの劣化を検出することにより、短絡の進行度合いに関係なくコイル１１ｃの短絡部位を特定する。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置及び劣化診断方法について説明する。
【００２１】
〔劣化診断装置の構成〕
始めに、図２Ａ，図２Ｂ，図３を参照して、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置の構成について説明する。図２Ａ，図２Ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置をｙ方向及びｘ方向から見た図である。図３は、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断システムの構成を示すブロック図である。
【００２２】
図２Ａ，図２Ｂに示すように、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断装置２０は、ｘ方向に間隔を空けて配設された一対の架台２１ａ，２１ｂと、一対の架台２１ａ，２１ｂ上に固定された一対の回転機構２２ａ，２２ｂと、一対の回転機構２２ａ，２２ｂによってｘ方向を回転軸方向として回転支持される回転軸２３と、を備えている。回転軸２３には、センサ支持部材２４が設けられている。
【００２３】
センサ支持部材２４は、回転軸２３に立設された板状の部材２４ａと部材２４ａの一方の面に間隔を空けて立設された板状の部材２４ｂ，２４ｃとを備えるコの字状の部材によって形成されている。センサ支持部材２４は、回転軸２３の中心軸方向における位置、部材２４ａの一方の面に対する部材２４ｂ，２４ｃの高さ、及び部材２４ｂと部材２４ｃとの間の距離が調整可能なように構成されている。
【００２４】
部材２４ｂと部材２４ｃとによって挟まれた部材２４ａの一方の面と部材２４ｂと部材２４ｃとの対向面とにはそれぞれ、診断対象物の光沢レベルを検出する光沢センサ２５ａ及び光沢センサ２５ｂ，２５ｃが配設されている。光沢センサ２５ａ〜２５ｃは、診断対象物からの反射光から正反射光成分のみを抽出し、抽出された正反射光成分のレベルを光沢レベルとして検出する。
【００２５】
なお、センサ支持部材２４に設けられる光沢センサの数は３つに限定されることはない。例えば、光沢センサを部材２４ａ〜２４ｃから着脱可能にし、光沢レベルを測定する位置に合わせて部材２４ａ〜２４ｃに光沢センサを設置するようにしてもよい。これにより、より少ない数で診断対象物の光沢レベルを検出することができる。また、４つ以上の光沢センサを設けることによって、より多くの位置で診断対象物の光沢レベルを検出できるようにしてもよい。
【００２６】
図３に示すように、光沢センサ２５ａ〜２５ｃにはそれぞれ増幅器２６ａ，２６ｂ，２６ｃが接続されている。増幅器２６ａ〜２６ｃはそれぞれ、光沢センサ２５ａ〜２５ｃが検出した光沢レベル信号を増幅した後、コイル劣化診断装置２７に入力する。コイル劣化診断装置２７は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成されている。コイル劣化診断装置２７は、回転軸２３を回転させる回転機構２２ａ，２２ｂの動作を制御すると共に、増幅器２６ａ〜２６ｃから入力された光沢レベル信号に基づいて診断対象物の劣化状態を診断する。
【００２７】
〔劣化診断方法〕
次に、図４〜図８を参照して、本発明の一実施形態である低圧交流電動機の劣化診断方法について説明する。図４は、固定子鉄心の一方の端面から露出しているコイルの劣化状態を診断する際の劣化診断装置の配置を示す図である。図５は、固定子鉄心の端面から露出しているコイルの劣化状態を診断する際のセンサ支持部材の動きを示す図である。図６は、センサ支持部材の回転角度と光沢センサによって検出された光沢レベルとの関係の一例を示す図である。図７は、光沢センサによって検出された光沢レベルの経時変化の一例を示す図である。図８は、固定子鉄心の他方の端面から露出しているコイルの劣化状態を診断する際の劣化診断装置の配置を示す図である。
【００２８】
固定子鉄心１１の一方の端面１１ｄから露出しているコイル１１ｃの劣化状態を診断する際には、図４に示すように、固定子鉄心１１の内周部から回転子１２を取り外した後、回転軸２３の中心軸方向が固定子鉄心１１の中心軸方向に一致するように劣化診断装置２０を配置する。次に、図４，図５に示すように、光沢センサ２５ａ〜２５ｃがそれぞれ固定子鉄心１１の一方の端面１１ｄから露出しているコイル１１ｃの側面、上面、及び下面に所定間隔（例えば１０〜５０ｍｍ程度）をあけて対向するようにセンサ支持部材２４を配置する。
【００２９】
次に、図５に示すように、コイル劣化診断装置２７が、診断処理の開始を指示するオペレータの操作入力を検出したタイミングで回転機構２２ａ，２２ｂを制御することによって回転軸２３を初期位置から回転方向Ａに１８０度回転させる。そして、コイル劣化診断装置２７は、回転軸２３の回転角度と光沢センサ２５ａ〜２５ｃによって検出されたコイル１１ｃの光沢レベルとを関連付けして記憶する。
【００３０】
次に、図５に示すように、コイル劣化診断装置２７は、回転軸２３の回転位置を初期位置に戻した後、回転機構２２ａ，２２ｂを制御することによって回転軸２３を初期位置から回転方向Ｂに１８０度回転させる。そして、コイル劣化診断装置２７は、回転軸２３の回転角度と光沢センサ２５ａ〜２５ｃによって検出されたコイル１１ｃの光沢レベルとを関連付けして記憶する。
【００３１】
なお、本実施形態では、ケーブルとセンサ支持部材２４との接触を避けるために１８０度毎に分割して固定子鉄心１１の全周にわたってコイル１１ｃの光沢レベルを測定したが、ケーブルとセンサ支持部材２４とが接触することがなければ固定子鉄心１１の全周にわたってコイル１１ｃの光沢レベルを連続的に測定してもよい。また、本実施形態では、コイル１１ｃの側面、上面、及び下面の光沢レベルを同時に測定したが、コイル１１ｃの側面、上面、及び下面の光沢レベルをそれぞれ個別に測定してもよい。
【００３２】
これにより、固定子鉄心１１の全周にわたって固定子鉄心１１の端面１１ｄから露出しているコイル１１ｃの側面、上面、及び下面それぞれの光沢レベルを測定し、コイル１１ｃの側面、上面、及び下面それぞれについて図６に示すような回転軸２３の回転角度とコイル１１ｃの光沢レベルとの関係を確認することができる。一般に、劣化が進むにつれてコイル１１ｃを形成する絶縁皮膜１１ｃ２の光沢レベルは低下する。従って、図６に示すような測定結果に基づいて例えば測定された光沢レベルが所定値以下である回転角度θ１を検出し、回転角度θ１に対応するコイル１１ｃの位置を特定することによって、短絡の進行度合いに関係なくコイル１１ｃの短絡部位を特定することができる。また、光沢レベルの低下量に基づいてコイル１１ｃの劣化状態、すなわち短絡の進行度合いを定量的に診断することもできる。
【００３３】
また、上記のような診断を定期的に実行し、コイル１１ｃの側面、上面、及び下面それぞれの光沢レベルの平均値を記録することによって、図７に示すようなコイル１１ｃの側面、上面、及び下面それぞれの光沢レベルの経時変化を確認することもできる。図７に示す例は、経過日数がＴ１である時にコイル１１ｃの光沢レベルが所定値以下になったために経過日数がＴ２である時に例えば絶縁ワニスで絶縁皮膜１１ｃ２の補修を行ったが、経過日数がＴ３であるときにコイル１１ｃの短絡不良が発生したという光沢レベルの変化を示している。コイル１１ｃの光沢レベルの経時変化を記録することによって、コイル１１ｃの経年変化の傾向管理を行うことができる。
【００３４】
なお、上記説明では、固定子鉄心１１の一方の端面１１ｄから露出しているコイル１１ｃの劣化状態を診断したが、固定子鉄心１１の他方の端面１１ｅから露出しているコイル１１ｃの劣化状態も同様に診断することができる。具体的には、この場合、回転軸２３を回転機構２２ａ，２２ｂから取り外し、図８に示すように、光沢センサ２５ａ〜２５ｃがそれぞれ固定子鉄心１１の他方の端面１１ｅから露出しているコイル１１ｃの側面、上面、及び下面に対向するように回転軸２３を回転機構２２ａ，２２ｂに設置する。そして、以後同様の処理を行うことによって、固定子鉄心１１の他方の端面１１ｅから露出しているコイル１１ｃの劣化状態を診断することができる。
【００３５】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１  低圧交流電動機
２  支持台
３  フレーム
１０  電動機本体
１１  固定子鉄心
１１ａ  ティース部
１１ｂ  スロット部
１１ｃ  コイル
１１ｃ１  導体
１１ｃ２  絶縁皮膜
１２  回転子
１２ａ  回転子鉄心
１２ｂ  回転シャフト
１２ｃ  ロータバー
２０  劣化診断装置
２１ａ，２１ｂ  架台
２２ａ，２２ｂ  回転機構
２３  回転軸
２４  センサ支持部材
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  部材
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  光沢センサ
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ  増幅器
２７  コイル劣化診断装置
【図１Ａ】
2014142200.tif 000003
【図１Ｂ】
2014142200.tif 000004
【図１Ｃ】
2014142200.tif 000005
【図２Ａ】
2014142200.tif 000006
【図２Ｂ】
2014142200.tif 000007
【図３】
2014142200.tif 000008
【図４】
2014142200.tif 000009
【図５】
2014142200.tif 000010
【図６】
2014142200.tif 000011
【図７】
2014142200.tif 000012
【図８】
2014142200.tif 000013