(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に、複数の高電圧コイルおよび前記高電圧コイルを接続する接続部を備え、前記高電圧コイルおよび前記接続部が水に浸漬されて運転される水中モータにおいて、
前記高電圧コイル若しくは前記接続部の被覆絶縁層の表面に、部分的に前記被覆絶縁層を覆うように導電層を設けるとともに、モータ内を満たした水から絶縁する外周絶縁層を前記導電層の周囲に設け、かつ、この導電層よりリード線を前記高電圧コイルおよび前記水から絶縁してモータ外部に引き出し、この外部に引き出されたリード線とモータ接地間で絶縁診断装置により前記被覆絶縁層の絶縁診断を行うようにしたことを特徴とする水中モータ。
【請求項２】
内部に、高電圧コイルおよびこの高電圧コイルを接続する接続部を備え、前記高電圧コイルおよび前記接続部が水に浸漬されて運転される水中モータにおいて、
前記高電圧コイル若しくは前記接続部の絶縁構成の異なる部分に、その被覆絶縁を取りまくように導電層を設けるとともに、モータ内を満たした水から絶縁する外周絶縁層を前記導電層の周囲に設け、かつ、この導電層よりリード線をモータ内に満たされている水から絶縁してモータ外部まで引き出し、このリード線とモータ接地間で絶縁診断装置により前記被覆絶縁層の絶縁診断を行うようにしたことを特徴とする水中モータ。
【請求項３】
内部に、多相の高圧コイルおよびその中性点接続部を備え、前記高圧コイルおよび前記中性点接続部が水に浸漬されて運転される水中モータにおいて、
前記中性点接続部を覆うように導電層を設けるとともに、モータ内を満たした水から絶縁する外周絶縁層を前記導電層の周囲に設け、かつ、そのリード線を前記水および高圧コイル導体から絶縁して、モータ外部に引き出し、このリード線とモータ接地間で絶縁診断装置により前記被覆絶縁層の絶縁診断を行うようにしたことを特徴とする水中モータ。
【請求項４】
前記導電層が、前記接続部のそれぞれの絶縁構成のうち、絶縁仕様の異なる部分に少なくても一つ設けられたものである請求項１，２または３記載の水中モータ。
【請求項５】
前記導電層が、前記高電圧コイル若しくは前記接続部のそれぞれの絶縁構成のうち、絶縁性能・要求仕様が低い部分に設けられたものである請求項１，２または３記載の水中モータ。
【請求項６】
内部に、絶縁仕様の異なる少なくても２つ以上の異なる絶縁構成の部分からなる高電圧コイルおよび前記高電圧コイルを接続する接続部を備え、前記高電圧コイル若しくは前記接続部の被覆絶縁層の表面に、部分的に前記被覆絶縁層を覆うように導電層を設けるとともに、モータ内を満たした水から絶縁する外周絶縁層を前記導電層の周囲に設け、かつ、この導電層よりリード線を前記高電圧コイルおよび前記水から絶縁してモータ外部に引き出し、前記高電圧コイルおよび前記接続部が水に浸漬されて運転される水中モータの絶縁診断方法であって、この外部に引き出されたリード線とモータ接地間で絶縁診断装置により前記被覆絶縁層の絶縁診断を行うようにし、前記絶縁仕様の異なる部分を分離して絶縁診断を行うとともに、それぞれの部分に対する絶縁仕様に応じた判断基準を基にその診断を行うようにしたことを特徴とする水中モータの絶縁診断方法。
【請求項７】
水中ポンプの駆動に請求項１〜５のいずれかに記載の水中モータを用いたことを特徴とするポンプ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中モータおよびその絶縁診断方法に係わり、特にモータ内部に、高電圧コイルおよび接続部を備え、この高電圧コイルおよび接続部が水に浸漬されて運転される水中モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、各種の水処理に使用されるポンプの駆動には、水中モータが使用されている。特に深井戸用ポンプなどには、モータ内部まで水が充満する浸水タイプの水中モータが使用されている。
【０００３】
このような水中モータでは、高圧巻線（コイル）自体も水と直接接しているため、高圧巻線には水分に接しても絶縁性能の低下の少ないポリエチレン電線が用いられている。しかしながら、ポリエチレン電線も水分が共存する環境で課電されると、長い間には水トリーが発生し徐々にではあるが絶縁性能が低下してくる。そのため、これらの水中モータでは、その高圧巻線の絶縁性能を定期的に非破壊的にチェックしながら使用することが望ましい。
【０００４】
このような絶縁性能を非破壊的にチェック（診断）する方法としては、巻線の絶縁抵抗あるいは誘電正接を測定する方法、巻線に交流電圧を課電した際に流れる直流成分を検出する方法、また直流電圧を課電した後に交流電圧を課電し、その際に流れる直流成分を測定する方法など各種の方法が提案されており、現在もその評価精度の向上が検討されている。
【０００５】
一方、水中モータの高圧巻線は、図４にその結線図が示されているように３個の主巻線１からなり、それぞれの一端は一括接続されＹ結線を構成する。それぞれの巻線の他端には、リード線４を通じて高電圧が給電される。なお、図中５は、モータのケース、３はリード線を引き出すための絶縁端子である。
【０００６】
この一括接続された部分２は、３相電圧が給電された際、通常ほぼ零電圧になるため中性点と呼ばれる。すなわち、高圧巻線は、高電圧が課電される主巻線とあまり高い電圧の課電されない中性点接続部２等の組み合わせで構成されている。大容量の水中モータでは、主巻線個々も複数の巻線で構成される。その場合はそれらの接続部も含んだ構成になる。
【０００７】
ごく最近においては、この中性点接続部は、その接続作業の容易性等を考慮して、例えば予め接続部を構成しておき、その接続片を用いて接続するような構成も考えられている。その概略を図２に示す。それは、まず３本の導体２１の一端を電気的に接合した後、その周囲をポリエチレンあるいはゴム等でモールドしてＹ接続体２２を製作し、その端に主巻線であるポリエチレン電線２４を接続する方法である。
【０００８】
この場合、このＹ接続体２２とポリエチレン電線の接続は、次の手順で行われる。まず初めにそれぞれの導体２１、２３を溶接、かしめ、あるいは半田付け等で電気的に接続した後、その接続部２５の周囲に絶縁詰め物２６が巻き付けられる。その後、絶縁性の熱収縮チューブ２６が取り付けられ、適当な条件の熱処理が施され、ポリエチレン電線上に密着させられる。このようにして水密構造の中性点接続部が形成される。
【０００９】
そして、従来においては、前述した高圧巻線の非破壊性能チェックを行う場合、このような複合の高圧巻線を一体として絶縁評価を行うようにしていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリエチレン電線自体は、工場で管理された状況で一体の固体絶縁として成型されるため、優れた絶縁性能を示すのに対し、中性点接続部は、熱収縮絶縁材とポリエチレン電線との界面絶縁となるため、長期的には絶縁性能が低下してくる懸念もあり、前記の界面部分の距離を長くするなどの方法が講じられていた。その場合、接続部が大型化し、機器の大型化とコストアップを招く欠点があった。
【００１１】
しかるに、中性点接続部は、前記したように主巻線に比較し加わる電圧も低いことから、主巻線に比較し若干絶縁性能の低下があってもモータの性能としては許容される。しかしながら、従来の水中モータの高圧コイルでは、前述したように高圧巻線を一体として絶縁評価を行なうため、それぞれの絶縁構成部分に要求される絶縁性能に合った絶縁評価ができなかった。
【００１２】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、それぞれの絶縁構成部分に要求される絶縁性能の的確な把握を可能となし、かつ長期信頼性の高い水中モータを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、内部に、高電圧コイルおよびこの高電圧コイルを接続する接続部を備え、前記高電圧コイルおよび前記接続部が水に浸漬されて運転される水中モータにおいて、前記高電圧コイル若しくは前記接続部の被覆絶縁層の表面に、部分的に絶縁層を覆うように導電層を設け、かつこの導電層よりリード線を前記高電圧コイルおよび前記水から絶縁してモータ外部に引き出し、この外部に引き出されたリード線とモータ接地間で絶縁診断装置により前記被覆絶縁層の絶縁診断を行うようにし所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１４】
また、内部に、高電圧コイルおよびこの高電圧コイルを接続する接続部を備え、前記高電圧コイルおよび前記接続部が水に浸漬されて運転される水中モータにおいて、前記高電圧コイル若しくは前記接続部の絶縁構成の異なる部分に、その被覆絶縁を取りまくように導電層を設け、かつこの導電層よりリード線をモータ内に満たされている水から絶縁してモータ外部まで引き出し、このリード線とモータ接地間で絶縁診断装置により前記被覆絶縁層の絶縁診断を行うようにしたものである。
【００１５】
またこの場合、前記導電層を、前記接続部のそれぞれの絶縁構成のうち、絶縁仕様の異なる部分に少なくても一つ設けるようにしたものである。また、前記導電層を、前記高圧コイル若しくは前記接続部のそれぞれの絶縁構成のうち、絶縁性能・要求仕様が低い部分に設けるようにしたものである。
【００１６】
また本発明は、内部に、絶縁仕様の異なる少なくても２つ以上の異なる絶縁構成の部分からなる高電圧コイルおよび接続部を備え、前記高電圧コイルおよび接続部が水に浸漬されて運転される水中モータの絶縁診断方法において、前記絶縁仕様の異なる部分を分離して絶縁診断を行うとともに、それぞれの部分に対する絶縁仕様に応じた判断基準を基にその診断を行うようにしたものである。
【００１７】
すなわちこのように形成された水中モータ、またその絶縁診断方法であると、高電圧コイルあるいは接続部の被覆絶縁層の表面に、部分的に絶縁層を覆うように導電層が設けられ、かつこの導電層よりリード線が高電圧コイルおよび周囲の水から絶縁されモータ外部に引き出され、この外部に引き出されたリード線とモータ接地間で前記被覆絶縁層の絶縁診断が行なわれるので、所要部に導電層を配置することにより、それぞれの絶縁構成部分に要求される絶縁性能の的確な把握を可能となし、かつ長期信頼性の高い水中モータとすることができるのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図３は本発明で取り上げている水中モータの応用例である井戸用取水ポンプを模式的に示した概略構成である。通常の誘導電動機と同様、高圧コイル３１が設けられた固定子３２の中に回転子３３が配置され、回転子は上下の軸受け３４で支えられる。回転子からのびたシャフトの先には回転翼３５が取り付けられる。３６はモータケースを示し、モータに給電するためのケーブル３７は、ケーブル配管３８の中に配線される。８０，８１はそれぞれモータ内部に水を供給するための給水管および配水管である。なお、８２はポンプケーシングを示している。
【００１９】
このような構成の水中ポンプを井戸ピット８５内の水中に沈め、モータによって回転翼３５を回転させると吸い込み口８３から水が取水され、矢印Ｗｄの方向に移動し、外部（上部）に汲みだすことができる。本発明は、このような構成のモータに適用される。
【００２０】
図１（ｂ）は、従来技術の項で示した中性点接続部に本発明を適用した場合の実施例を示す断面図である。図は、Ｙ接続体２２とポリエチレン電線との接続部に本発明を適用した場合の例である。導体接続部の周囲および従来例の項で記したポリエチレン電線と絶縁性収縮テープの界面部分とを包含するように導電層４１が設けられる。
【００２１】
この導電層４１は、アルミ箔あるいは極細い金属線で構成された金属メッシュを巻き付けても良いし、カーボン粒子等を混練して導電性を付与したゴム材、高分子材あるいカーボン粒子などを混練した塗料を塗布したテープ材料、さらにはカーボン繊維などの織布を巻き付けるなどして構成される。
【００２２】
また、導電層の周囲には、モータ内を満たしている水から絶縁するために外周絶縁層４２が設けられる。外周絶縁層４２は、接続部の絶縁層と同様、導電層４１を囲むように絶縁性の熱収縮チューブを被せ、適当な条件で熱処理して、構成しても良い。あるいは例えば架橋ポリエチレンテープ等を導電層全体を覆うように巻き付け、これを適当な温度に昇温・加圧して一体化させて絶縁層を構成することもできる。また、導電層の周囲に熱収縮チューブを被せる際に適当な接着剤を介在させ、その後熱収縮処理を行うことで界面部のシール効果を改善することもできる。
【００２３】
導電層からは導電層リード４３が引き出される。このリード線はモータ内を満たしている水から絶縁されている必要があるため、例えばポリエチレン線などの絶縁線で引き出される。このリード線は、後述するように絶縁チェック時において前記導電層に主巻線および中性点接続部導体と同じ電位にするための高電圧電位を付与するだけあるいは計測用の微小電流を流すのみであるので、リード線としては細い線あるいは薄い金属泊を用いたもので良い。
【００２４】
この図１（ｂ）では、Ｙ接続体に接続される主巻線一本分のみについて接続構造を図示しているが、実際には他の２本についても、同様の手段が講じられる。図１（ｂ）は、主巻線毎の接続それぞれに対して個々に導電層を形成した例であるが、図５に示されているようにＹ接続体を含めてそれぞれの接続部すべてを覆うように導電層を形成しても良い。５１は３個の接続部とＹ接続体で構成される中性点接続構造を示し、それを覆うように導電層５２が形成され、さらにその周囲に外部絶縁層５３が形成される。導電層５２からはリード線５４が引き出される。このような中性点接続部は、通常高圧コイルのコイルエンド部に設けられる。
【００２５】
図６はその取り付け状況を示している。６１は高圧コイル郡のエンド部を６５はこれらを収納している固定子鉄心を６２はモータのケースをそれぞれ示している。高圧コイルを構成する主巻線の一端６３がそれぞれ引き出され、中性点接続部６４を構成する。中性点接続部からは、図示しない導電層からのリード線が引き出される。中性点接続部６４および主巻き線からの引出線６３は、モータ稼働時の電磁力等で振動したり動いたりするのを防止するため。通常コイルエンド部に縛り付けるなどして固定される。
【００２６】
次に、このような手段を講じた水中モータの高圧コイルを主巻線と中性点接続部とを分離して、絶縁評価する手法について具体的に説明する。図１（ａ）は、絶縁評価のための一項目である絶縁抵抗を測定する際の接続関係を示している。
【００２７】
モータ内を満たす水７１中に主巻線１と水中接続部７２が、設置されている。測定用の高電圧源７７を微小電流計７６を通して主巻線１に課電する。中性点接続部７２の導電層７３からはリード線７４が引き出され、計測端子７５を通して外部の切り替えスイッチ７８に接続される。
【００２８】
このように接続した際において、主巻線と中性点接続部を分離して絶縁評価する方法を図８を用いて説明する。図で、Ｃｍ、ＣｃおよびＣｉは、それぞれ主巻線絶縁層の水に対する靜電容量、中性点接続部の導体と導電層間の靜電容量、導電層と水の間の靜電容量を示している。これらの絶縁層の靜電容量は、劣化に伴って減少する抵抗分（図示せず）が存在するため、測定用の高電圧Ｅｍが課電されるとそれぞれにＩｍ、Ｉｃ、Ｉｉなる電流が流れる。Ａｍは微小電流計である。
【００２９】
このような回路で、切り替えスイッチＳＷ１をａ側に倒すと中性点接続部の導電層７３にも高電圧Ｅｍが加わるため、Ｉｃは零となる。またＣｉに高電圧Ｅｍが加わるため、Ｉｉが流れるが、これはＥｍ、ＳＷ１の経路で流れ、微小電流計Ａｍを通らないことから、ＳＷ１をａ側に倒すとＣｍすなわち主巻線の絶縁層を流れる電流Ｉｍの計測が可能となる。ＥｍおよびＩｍの値から主巻線の絶縁抵抗は、Ｅｍ／Ｉｍで計算できる。次に、ＳＷ１をｂ側に倒すと、微小電流計ＡｍにはＩｍとＩｃの両方が流れる。この合成電流から先程のＩｍを減ずるとＩｃの値が得られ、このＩｃと測定用高電圧Ｅｍの値から接続部の絶縁抵抗の値が得られる。このように本発明の手段を講じた高圧コイルにおいては、上記のような方法で測定することにより、主巻線と中性点接続部の特性を分離して評価できる。
【００３０】
図７は、微小電流計を接続する位置を変えた場合の構成を示している。図は主巻線に直接、測定用高電圧を接続し、モータのケース５に微小電流計を接続した場合である。この接続を実施できるのは、モータのケース５が接地電位から絶縁できる場合に限る。その場合は、高電圧を課電することによって、絶縁層を通ってモータ内の水７１に流れ込んだ電流はケース（導電性容器）で集められ、微小電流計に流れ込む。そのため、絶縁抵抗の計測が可能である。
【００３１】
この場合の測定方法を図９の等価回路で説明する。ＳＷ２をａ側に倒して高電圧Ｅｍを課電するとＩｍとＩｃが流れるが、ＩｃはＳＷ２によって直接接地に流れ込むため、微小電流計にはＩｍのみが流れ込むことになる。このＩｍとＥｍからやはり主巻線の絶縁抵抗が求められる。次にＳＷ２をｂ側に倒すとＩｍとＩｃの両方が微小電流計に流れ込むため、この値から先程のＩｍを減じることでＩｃが求められ、接続部のみの絶縁抵抗が求められる。
【００３２】
図１０は、図１の測定用電源７７と微小電流測定器７６の位置を逆にした場合で、微小電流計が接地側に、それと直列に測定用高電圧源７７が配置された場合の回路図である（図１、図７に対応する接続図は省略）。この場合には、片側を接地しなければならない測定用高電圧源は使用できない。この場合も、ＳＷ３をａ側に倒すことで主巻線絶縁層の絶縁抵抗が評価でき、ｂ側に倒したときの値と前記の値とを用いて、中性点接続部の評価が可能になる。
【００３３】
図８、図９、図１０における測定手順をまとめると以下のようになる。
【００３４】
（１）．測定対象機器および用いる測定機器の状況を考慮して、図８、図９、図１０のいずれかの回路を選択し結線する。
【００３５】
（２）．切り替えスイッチをａ側に倒す。
【００３６】
（３）．測定用高電圧Ｅｍを接続し微小電流計に流れるＩｍを測定する。
【００３７】
（４）．Ｅｍ／Ｉｍから絶縁抵抗を求める。
【００３８】
主巻線の要求値との比較から、主巻線絶縁層の健全性を判断する。
【００３９】
（５）．切り替えスイッチをｂ側に倒す。
【００４０】
（６）．測定用高電圧Ｅｍを接続し、微小電流計に流れるＩｍ＋Ｉｃを測定する。
【００４１】
（７）．この（Ｉｍ＋Ｉｃ）の値から、前記Ｉｍを差し引きＩｃを求める。
【００４２】
（８）．Ｅｍ／Ｉｃから接合部の絶縁抵抗を求める。接合部の要求値との比較から、接合部の健全性を判断する。
【００４３】
以上のように本発明によれば、絶縁要求値の異なる主巻線の絶縁特性と中性点接続部の絶縁特性を分離して評価できる。これによって、高圧コイル絶縁の信頼性を維持しながら、中性点接続部の小型化、簡易化が図れる。
【００４４】
これまでは、評価する絶縁特性として、説明しやすい直流絶縁抵抗の場合を例に説明したが、水中使用の絶縁物の劣化程度の指標となり得る誘電正接、直流分の測定、残留電荷法などの測定に対しても本発明を適用することによって、主巻線部の絶縁特性と中性点接合部の絶縁特性とを分離して評価することが可能である。例えば、誘電正接の場合シェーリングブリッジ等で計測するが、図８、図９あるいは図１０において、切り替えスイッチをａ側に倒して計測すると主巻線絶縁層の誘電正接が、ｂ側に倒して計測すると主巻線と中性点接合部の両方を含んだ誘電正接が計測される。これらの値を比較することで接合部の特性が評価できる。
【００４５】
また、交流を加えた際の直流成分を計測して劣化程度を評価する直流分法においては、図８、図９および図１０において測定用直流電源の替わりに交流電源を微小電流測定器Ａｍの替わりに直流分測定器を接続すれば、やはり主巻線部分と中性点接続部とを分離した計測が可能である。その他の絶縁評価項目に対しても、切り替えスイッチを切り替えながら特性を計測することで主絶縁と接続部とを分離した評価ができる。このように本発明によれば、種々の絶縁評価指標に対しても、主巻線部分と中性点接続部とを分離して特性評価が可能になる。
【００４６】
また、これまでは高圧コイルの主巻線とその中性点接続部を対象に説明したが、例えば主巻線が複数の巻線の直列あるいは並列接続して構成される場合は、その接続部等へも本発明が適用できることは言うまでもない。また、特開平７−２６４７８９号公報に記載があるような絶縁仕様の異なる巻線を組み合わせて高圧コイルを形成する場合などには、絶縁仕様の要求の低い方の巻線全体に本発明を適用し、これらを分離して絶縁評価することも可能である。
【００４７】
以上説明してきたようにこのように形成された水中モータであると、高電圧コイルあるいは接続部の被覆絶縁層の表面に、部分的に絶縁層を覆うように導電層が設けられ、かつこの導電層よりリード線が高電圧コイルおよび周囲の水から絶縁されモータ外部に引き出され、被覆絶縁層の絶縁診断が行なわれるので、絶縁材料構成の異なる各部をそれぞれ分離した形で絶縁性の評価が可能になり、これによって、それぞれの絶縁構成部分に要求される絶縁性能を的確に把握することができるのである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、それぞれの絶縁構成部分に要求される絶縁性能の的確な把握が可能で、長期信頼性の高い水中モータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水中モータの一実施例を示す結線図および巻線接続部の断面図である。
【図２】従来の中性点接続部構造を示す断面図である。
【図３】従来の水中モータ構造の一例を示す縦断側面図である。
【図４】従来の水中モータの巻線構成を示す説明図である。
【図５】本発明の別の応用例を示す断面図である。
【図６】従来および本発明の中性点接続部の取り付け位置をおよび方法を説明する側面図である。
【図７】本発明の絶縁特性評価時の別の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の測定原理を説明する図１の等価回路図である。
【図９】図７の測定原理を説明する等価回路図である。
【図１０】本発明の絶縁評価におけるさらに別の構成の測定原理を説明する等価回路図である。
【符号の説明】
１…主巻線、２…中性点接続部、３…絶縁端子、４…リード線、５…モータケース、２１…Ｙ接続体の導体、２２…Ｙ接続体、２３…主巻線の導体、２４…ポリエチレン絶縁層、２５…導体と導体の接続部、２６…絶縁性詰め物、２７…絶縁性熱収縮チューブ、２８…ポリエチレン電線の保護層、３１…高圧コイル、３２…固定子、３３…回転子、３４…軸受け、３５…回転翼、３６…モータケース、３７…ケーブル、３８…ケーブル配管、４０…モータの給電線、４１…導電層、４２…外部絶縁層、４３…導電層リード線、５１…中性点接続構造、５２…導電層、５３…外部絶縁層、５４…導電層リード線、６１…高圧コイル郡エンド部、６２…モータケース、６３…引出線、６４…中性点接続部、６５…固定子鉄心、７１…モータ内を満たす水、７２…中性点接続部、７３…導電層、７４…導電層リード線、７５…計測端子、７６…微小電流計、７７…測定用高電圧源、７８…切り替えスイッチ、８０…モータ内水給水管、８１…モータ内水排水管、８２…ポンプケーシング、８３…吸い込み口、８４…井戸水、８４…井戸ピット、Ａｍ…微小電流計、Ｅｍ…測定用高電圧、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３…切り替えスイッチ、Ｃｍ…主巻線絶縁層の水に対する靜電容量、Ｃｃ…接続部の導体と導電層間の靜電容量、Ｃｉ…接続部の導電層と水の間の靜電容量、Ｉｍ…Ｃｍに流れる電流、Ｉｃ…Ｃｃに流れる電流、Ｉｉ…Ｃｉに流れる電流、ａ，ｂ…切り替えスイッチの接続側を示す記号、Ｗｄ…水の流れる方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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