(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
【請求項２】
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
【請求項３】
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機と異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、正常な回転機と異常がある回転機のそれぞれから得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに、正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
【請求項４】
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに得られる直線の傾きを求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線の傾きを用いてその直線の切片を算出して、その切片の値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の巻線診断システム。
【請求項５】
前記ＬＣおよびＲＣを求める際に用いる電圧としては、電圧値が最小となる時やゼロクロス時といった特徴的な時刻をサンプリング開始として、一周期あたり１０点以上の電圧値をサンプリングするとともに、ＬＣおよびＲＣを求めるために使用する電圧値の時間区間を電圧波形の半周期以上とする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
【請求項６】
前記診断情報記憶部において、回転機からＬＣとＲＣが分布する直線の傾きと切片を求めておく場合に、ＬＣとＲＣの値がおおよそ最大、最小となる点を２つだけ求め、その２点を通る直線がＬＣとＲＣが分布する直線とみなして直線の傾きや切片を求め記憶しておく
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
【請求項７】
回転子の位置を複数通り作り出す手段として、別の回転位置制御用電動機を備え、該回転位置制御用電動機と前記回転機の回転子とをベルトやギアでつなぎ、コンピュータで前記回転位置制御用電動機の回転位置を制御できるように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
【請求項８】
前記インパルス電圧発生回路は、直流電圧とコンデンサとスイッチを備えて構成され、前記直流電圧は１００Ｖ以下の低電圧を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
【請求項９】
前記スイッチとして、ＦＥＴやＣＭＯＳ、サイリスタなどの高速スイッチング可能な半導体を用いることを特徴とする請求項８に記載の回転機の巻線診断システム。
【請求項１０】
前記回転機が、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機であり、該電動機もしくは発電機が一時停止している状態、もしくはその移動体を始動させるためにエンジンをかける時や電源投入時において、前記回転機の固定子巻線の良否を診断する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９何れかに記載の回転機の巻線診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電動機もしくは発電機などの回転機の巻線診断システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、巻線の良否を診断する手法としては、巻線の両端にインパルス電圧を印加して、そのとき巻線両端で観測される電圧波形が巻線正常時と異常時とで変わることに着目し、ある時間区間でそれらの波形のずれた部分の面積値を求めて良否判定を行うものが提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】  株式会社電子制御国際  インパルス巻線試験機ＤＸＷ−０１，０５  取扱説明書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  上記非特許文献１に開示されている手法（以下、従来手法と呼ぶ）は、巻線そのものの良否判定は可能であるが、固定子に回転子が取り付けられた状態の完成体としての電動機に対しては、その固定子巻線の良否を正しく判定をすることはできないものであった。
これは固定子巻線の状態に変化が見られない場合であっても、回転子の位置が変わることで電動機の内部特性が変化し、その結果として、インパルス電圧を印加した時に固定子巻線の両端で観測される電圧波形も変化するためである。
つまり、従来手法を用いて電動機の固定子巻線の良否を診断する場合には、電動機から回転子を取り外して固定子巻線のみの状態にする必要があるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は、回転機から回転子を取り外すことなく、回転子が取り付けられた状態の回転機の固定子巻線の良否を診断できる回転機の巻線診断システムの提供を目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】  本発明の回転機の巻線診断システムでは、回転子が取り付けられた状態の電動機もしくは発電機などの回転機において、その回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができ、保守・メンテナンス時の作業効率が格段に上がる。【０００７】  また、本発明の別の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに得られる直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
こうすれば、回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができる。【０００８】  また、本発明の別の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機と異常がある回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、正常な回転機と異常がある回転機のそれぞれから得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに、正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線の傾きや切片を求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている正常な回転機と異常がある回転機から得られるそれぞれの直線との距離を算出して、その値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
こうすれば、回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができる。【０００９】  また、本発明の別の回転機の巻線診断システムは、
電動機もしくは発電機などの回転機の固定子巻線に対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路と、
前記回転機の固定子巻線に対して前記所定特性のインパルス電圧が印加された場合に当該固定子巻線の両端の電圧を計測する電圧計測手段と、
同じ型番で正常な回転機を複数台準備して、それぞれの回転機において回転子の位置を複数通り作り出した状態のそれぞれの位置の状態に対して前記インパルス電圧を各相間の固定子巻線に印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、その乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として算出して、そのとき得られる複数個の特徴量の値を２次元分布したときに得られる直線の傾きを求めて記憶しておく診断情報記憶部と、
診断時には、前記回転機と同じ型番の回転機において、前記インパルス電圧と同じインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形から、前記インパルス電圧発生回路と、回転子の位置によりその特性が変化する当該回転機の固定子巻線から構成される回路の等価回路定数の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとしたとき、そのとき得られる乗算値であるＬＣとＲＣを特徴量として、この特徴量の点と、前記診断情報記憶部に記憶されている直線の傾きを用いてその直線の切片を算出して、その切片の値に基づいて固定子巻線の良否を診断する診断手段と、
を備えたことを要旨とする。
こうすれば、回転子を取り外すなどの解体作業を必要とせず、固定子巻線の良否を診断することができる。【００１０】  また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、前記ＬＣおよびＲＣを求める際に用いる電圧としては、電圧値が最小となる時やゼロクロス時といった特徴的な時刻をサンプリング開始として、一周期あたり１０点以上の電圧値をサンプリングするとともに、ＬＣおよびＲＣを求めるために使用する電圧値の時間区間を電圧波形の半周期以上とすることもできる。
こうすれば、正確なＬＣおよびＲＣを求めることができる。【００１１】  また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、前記診断情報記憶部において、正常状態の回転機からＬＣとＲＣが分布する直線の傾きと切片を求める場合に、ＬＣとＲＣの値がおおよそ最大、最小となる点を２つだけ求め、その２点を通る直線がＬＣとＲＣが分布する直線とみなして直線の傾きや切片を求め記憶しておくものとすることもできる。
こうすれば、ＬＣとＲＣが分布する直線の傾きや切片を容易に算出できる。【００１２】  また、回転子の位置を複数通り作り出す手段として、別の回転位置制御用電動機を備え、該回転位置制御用電動機と前記回転機の回転子とをベルトやギアでつなぎ、コンピュータで前記回転位置制御用電動機の回転位置を制御できるように構成することもできる。
こうすれば、前記回転機の回転子の位置を、容易かつ正確に複数通り作り出すことができる。【００１３】  また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、
前記インパルス電圧発生回路は、直流電圧とコンデンサとスイッチを備えて構成され、前記直流電圧は１００Ｖ以下の低電圧を用いることもできる。
こうすれば、直流電圧を低圧化することで、コンデンサを耐圧の低い部品に変更することができ、インパルス電圧発生回路を小型化かつ安価に仕上げることが可能となる。また、巻線診断の際に低圧のインパルス電圧を使用することで、巻線診断作業を行う者の感電の危険性を減らすことができる。さらに、巻線に印加するインパルス電圧自身により、診断対象とする巻線の絶縁を破壊する心配がない。【００１４】  また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、
前記スイッチとして、ＦＥＴやＣＭＯＳ、サイリスタなどの高速スイッチング可能な半導体を用いることもできる。
こうすれば、スイッチとして半導体を用いることで、高速な切り替えが可能となり、機械式スイッチを用いた場合に見られるように、スイッチの接点が切り替わった際に、微細で非常に早い機械的振動によって電気信号が断続を繰り返すチャタリングといった問題も取り除くことができる。【００１５】  また、本発明の回転機の巻線診断システムにおいて、前記回転機が、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機であり、該電動機もしくは発電機が一時停止している状態、もしくはその移動体を始動させるためにエンジンをかける時や電源投入時において、前記回転機の固定子巻線の良否を診断するものとすることもできる。
こうすれば、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機を解体することなく、その固定子巻線の良否を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  回転機の巻線診断システムの構成を示したブロック系統図である。
【図２】  固定子巻線に対してインパルス電圧を印加した場合の固定子巻線の両端に観測される電圧波形図である。
【図３】  正常な固定子巻線のＵ−Ｖ間の電圧波形から得られたＬＣとＲＣの分布図である。
【図４】  正常な固定子巻線のＶ−Ｗ間の電圧波形から得られたＬＣとＲＣの分布図である。
【図５】  正常な固定子巻線のＷ−Ｕ間の電圧波形から得られたＬＣとＲＣの分布図である。
【図６】  １ターン短絡時の固定子巻線のＵ−Ｖ間とＶ−Ｗ間の電圧波形から得られたＬＣとＲＣの分布図である。
【図７】  任意の回転子の位置に対する診断結果（Ｕ−Ｖ間）（固定子巻線は正常）図である。
【図８】  任意の回転子の位置に対する診断結果（Ｖ−Ｗ間）（固定子巻線は正常）図である。
【図９】  任意の回転子の位置に対する診断結果（Ｗ−Ｕ間）（固定子巻線は正常）図である。
【図１０】  任意の回転子の位置に対する診断結果（Ｕ−Ｖ間）（固定子巻線のＷ相に１ターン短絡あり）図である。
【図１１】  任意の回転子の位置に対する診断結果（Ｖ−Ｗ間）（固定子巻線のＷ相に１ターン短絡あり）図である。
【図１２】  任意の回転子の位置に対する診断結果（Ｗ−Ｕ間）（固定子巻線のＷ相に１ターン短絡あり）図である。
【図１３】  正常な固定子巻線の電圧波形から得られたＬＣとＲＣの分布から求めた直線の図である。
【図１４】  Ｄ点と直線との距離ｄのイメージ図である。
【図１５】  回転位置の決め方の例を示す配置構成図である。
【図１６】  ＬＣおよびＲＣを求めるための電圧のサンプリング図である。
【図１７】  正常時と異常時から得られた直線を用いた診断例の図である。
【図１８】  異常時から得られた直線を用いた診断例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  まず先に、本発明の理論を説明する。
回転子が取り付けられた回転機において、その固定子の巻線に対してインパルス電圧発生回路からインパルス電圧を印加した場合、その巻線の両端では図２のような減衰振動波形が観測される。この巻線両端の電圧をｖ（ｎ）（ただしｎはサンプリング数）とする。この電圧値ｖ（ｎ）を一定の時間間隔でサンプリングして計測する。
図２では、サンプリングする電圧値ｖ（ｎ）のイメージを●印で示している。
【００１８】  回転機は回転子の位置によりその内部特性が変化するが、この回転子が取り付けられた状態での固定子巻線とインパルス電圧発生回路から構成される回路の等価回路定数のレジスタンスをＲ、インダクタンスをＬ、キャパシタンスをＣとし、この固定子巻線とインパルス電圧発生回路から構成される回路をＲＬＣの直列回路と見なすと、この固定子巻線とインパルス電圧発生回路から構成される回路の各等価回路定数の乗算値ＬＣおよびＲＣは、擬似逆行列を用いて（１）式のように求めることができる。
0005721581.tif 000002
ここで
0005721581.tif 000003
である。また（１）式においてＴは転置行列を表す。
【００１９】  なお、ＬＣおよびＲＣを求める際に用いる電圧としては、電圧値が最小となる時や、ゼロクロス時といった特徴的な時刻をサンプリング開始の基準とする。また、ＬＣおよびＲＣを求める際には、ある時間区間の電圧値が必要となるが、この時間区間を電圧波形の半周期以上とする。また一周期あたり、１０点以上の電圧値を用いる。
図１６では、電圧値が最小となるときの時刻をサンプリング開始として、一周期あたり１０点の電圧値をサンプリングする。そして、ＬＣおよびＲＣを求めるために使用する電圧値の時間区間として二周期分を用いた例を示している。
【００２０】  この回路の各等価回路定数の乗算値ＬＣおよびＲＣを特徴量と見なして、これらの値を用いて回転子が取り付けられた状態の回転機内部の固定子巻線の診断を行う方法について説明する。
ここでは、回転機として三相交流電動機を用いて説明する。
まず、固定子巻線が正常な電動機について考える。
この電動機の回転子が任意の位置で停止した状態において、ある相間（例えばＵ−Ｖ間）の固定子巻線にインパルス電圧を印加して、そのときの巻線両端の電圧を観測する。その電圧波形に対して、（１）式によりＬＣとＲＣを求める。
【００２１】  次に、この電動機において回転子を回転させて適当な位置で停止させた状態に対して、上記と同じインパルス電圧を印加して、そのときの電圧波形を観測し、ＬＣおよびＲＣを算出する。
これを複数通りの回転子の位置に対して実行し、その都度、ＬＣおよびＲＣを算出する。
さらに、残りの相間（Ｖ−Ｗ間とＷ−Ｕ間）に対しても同様に行う。
【００２２】  このときの結果を図３〜図５にそれぞれ示す。
ここでは回転子の位置を１６０通り設定し、それぞれの位置に対してＬＣおよびＲＣを算出している。
回転子の位置により観測される電圧波形は様々であるため、それによって（１）式で求められるＬＣとＲＣ値も様々な値を取るが、横軸にＬＣ、縦軸にＲＣとして２次元プロットすると、それらの点は全体的にはある直線上に分布することが分かる。そして、この直線の傾きと切片は、各相間Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間でほぼ一致していることが分かる。
また、同じ型番で別の電動機を用いて同様に試験した場合であっても、その直線の傾きと切片はほぼ同じになる。
【００２３】  一方、上記と同じ型番の電動機において、その固定子巻線のＷ相に１ターン分の短絡が発生したものを準備して、上記と同様の試験を実施する。
そのとき各相間の巻線から得られたＬＣとＲＣの値の分布を図６に示す。
ここでも回転子の位置を１６０通り設定し、それぞれの位置に対してＬＣおよびＲＣを算出している。ここでは煩雑になるのを避けるために、Ｕ−Ｖ間とＶ−Ｗ間のみの分布を示す。
Ｕ−Ｖ間の巻線は正常であるため、その直線は、固定子巻線が正常時に得られる直線とほぼ一致するが、短絡相を含むＶ−Ｗ間では、直線の傾きはほぼ一致しているが、切片が明らかに異なることが分かる。また、Ｗ−Ｕ間はＶ−Ｗ間の分布とほぼ同じ領域にかたまる傾向にある。この現象を用いて巻線の良否診断を行う。
【００２４】  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。
図１は、回転機の巻線診断システム１の構成を示したブロック系統図である。
図１に示すように、端子Ｔ１，Ｔ２には、例えば電動機の固定子巻線を診断対象とする診断対象巻線２Ａと、診断対象巻線２Ａを診断する場合に必要な診断情報を求めるときに用いられる試験用巻線２Ｂが接続される。なお、診断対象巻線２Ａと試験用巻線２Ｂは同特性に製作されている。
さらに図１では、診断対象巻線２Ａと試験用巻線２Ｂは「巻線」として表現されているが、回転子が付いた状態での電動機の固定子巻線を意味する。
また、端子Ｔ１，Ｔ２に接続された診断対象巻線２Ａまたは試験用巻線２Ｂに対して所定特性のインパルス電圧を印加するインパルス電圧発生回路３が設けられている。インパルス電圧発生回路３は、主に直流電圧ＥとコンデンサＣ１、スイッチＳから成る。
【００２５】  最初に、スイッチＳを１にしておくことで、コンデンサＣ１を直流電圧Ｅで充電する。そして、スイッチＳを１から２に切り替えることで、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷を放電させ、急峻な電圧を巻線に印加する仕組みとなっている。
直流電圧Ｅの電圧としては、１００Ｖ以下の低電圧を用いる。直流電圧Ｅを低圧化することで、コンデンサＣ１を耐圧の低い部品に変更することができるなど、結果的にインパルス電圧発生回路３の全体を小型化かつ安価に仕上げることが可能となる。また、巻線診断の際に低圧のインパルス電圧を使用することで、巻線診断作業を行う者の感電の危険性を減らすことができる。さらに、巻線に印加するインパルス電圧自身により、診断対象とする巻線の絶縁を破壊する心配がないといったいくつかの利点が出てくる。
【００２６】  今回の実施の形態では、巻線両端で観測される電圧のピーク値が５０Ｖとなるような低圧の直流電圧Ｅを使用する。
スイッチＳとしては、ＦＥＴやＣＭＯＳ、サイリスタなどの高速スイッチング可能な半導体を用いる。
スイッチＳとして半導体を用いることで、高速な切り替えが可能となり、機械式スイッチを用いた場合に見られるように、スイッチの接点が切り替わった際に、微細で非常に早い機械的振動によって電気信号が断続を繰り返すチャタリングといった問題も取り除くことができる。
【００２７】  さらに、診断対象巻線２Ａ，試験用巻線２Ｂにインパルス電圧発生回路３から所定特性のインパルス電圧が印加された場合に、診断対象巻線２Ａ，試験用巻線２Ｂの両端の電圧を計測する電圧計測部４が設けられている。
上記電圧計測部４で計測される電圧はアナログ値であるため、そのアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換回路５が設けられており、Ａ／Ｄ変換回路５から出力されたデジタル信号は診断部７に出力される。
【００２８】  巻線の良否診断を行う前の診断情報記憶部（メモリ６）について説明する。
ここでは同じ型番の正常な電動機（試験用巻線２Ｂ）を複数台準備して、電動機毎に回転子が様々な位置で停止している時に、端子間の固定子巻線にインパルス電圧を印加して、そのとき観測される電圧波形からＬＣとＲＣを算出しておく。そして、ＬＣとＲＣが分布する直線の傾きと切片を求めて記憶させておく。この傾きと切片は、最小二乗法などを用いることで、簡単に求めることができる。
また、この直線の傾きや切片を求める演算は、診断部７で実行して求めても良いが、外部のＰＣを用いて求めても良い。
電動機が正常時にＬＣとＲＣが分布する直線の傾きや切片は、診断時にこの直線と診断対象電動機から得られるＬＣとＲＣの点との距離を求める際のプログラム中に書き込んでおいても良い。
【００２９】  次に、診断部７について説明する。
診断部７では、同じ型番で任意の位置で停止した診断対象の電動機（診断対象巻線２Ａ）に対して、その相間（Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）にそれぞれ順番にインパルス電圧を印加して、そのときの電圧波形から得られたＬＣとＲＣの値と、上記診断情報記憶部（メモリ６）に事前に記憶させておいた直線との距離を求める。そして、この距離の値に対して閾値を設けるなどして良否を判定する。
診断部７は、上記のように診断対象巻線２Ａを診断した結果を、表示部８に表示させる。これにより、診断担当者は、診断対象巻線２Ａの状態を容易に認識することができる。また、診断結果を記録することができる。
【００３０】  また、良否の判定としては、閾値設定の他に次のようなものもある。
診断対象とする電動機において、ある相間（例えば、Ｕ−Ｖ間）の固定子巻線に対してインパルス電圧を印加して、ＬＣとＲＣの値を求め、その点と事前に診断情報記憶部（メモリ６）に記憶させておいた直線との距離を求める。それを残りの相間（Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）に対しても順番に行う。そして、得られた３つの距離のうち、１つだけが他の２つの値と比較して明らかに小さい場合には、その小さい値の相は正常な巻線で、残りの相が短絡と診断しても良い。
【００３１】  例えば、Ｕ−Ｖ間から得られた特徴量と直線との距離が約０．１で、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間から得られた特徴量と直線との距離が約１．０であったとすると、その場合は、Ｕ−Ｖ間は健全相となり、Ｖ−Ｗ間とＷ−Ｕ間のどちらにも含まれる相、すなわちＷ相が短絡、もしくは何らかの異常があると判定することができる。
また、正常状態の電動機からＬＣとＲＣが分布する直線の傾きと切片を求めておく場合には、ＬＣとＲＣの値がおおよそ最大、最小となる点を２つだけ求め、その２点を通る直線がＬＣとＲＣが分布する直線とみなしても良い。
【００３２】  実施例について、実際の試験結果を用いて詳しく説明する。
今回の試験には、三相誘導電動機（定格出力２．２ｋＷ、定格電流２００Ｖ、定格電流８．６Ａ、４極）の固定子巻線を試料として用いる。この誘導電動機の固定子のスロットは３６個、巻線はダブル・スター結線である、１スロットあたり４５本のコイルが挿入されている。
【００３３】  この電動機において、回転子を複数回、任意の位置にした状態で、それぞれの位置の状態に対して、相間の固定子巻線にインパルス電圧を印加したときに得られるＬＣとＲＣの直線の傾きと切片を最小二乗法により求めると、傾きが０．７９、切片が−１．７９と求まる。
つまり、ＬＣをｘ軸、ＲＣをｙ軸にとると、
0005721581.tif 000004
と表わすことができる。
ここで（２）式はＵ−Ｖ、Ｖ−Ｗ、Ｗ−Ｕ間のＬＣおよびＲＣの分布から求めた直線であり、その直線を図１３に点線で示す。
また、（２）式では、直線の式を簡単にするために、ＬＣの値を１０９倍、ＲＣの値を１０５倍して計算している。
【００３４】  次に、診断を行う。
いま、診断対象とする電動機のある相間の固定子巻線から得られたＬＣとＲＣの２次元
0005721581.tif 000005
公式
0005721581.tif 000006
で求められる。
0005721581.tif 000007
できる。
0005721581.tif 000008
１０９倍、１０５倍する。
また、Ｄ点と（２）式との距離ｄのイメージ図を図１４に示す。
【００３５】  診断結果について具体的なデータを用いて説明する。
上記と同じ型番で正常な電動機を準備して、これを診断対象の電動機とする。この電動機において、回転子が任意の位置で停止した状態で、ある相間（例えば、Ｕ−Ｖ間）の固定子巻線に同特性のインパルス電圧を印加し、そのとき観測される電圧波形からＬＣとＲＣの値を求める。そして、この点と（２）式で表わされる直線との距離を算出する。残りの相間（例えば、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）に対しても同様にインパルス電圧を印加し、そのとき得られるＬＣとＲＣの値を求め、その点と（２）式で表わされる直線との距離を求める。
【００３６】  今回は、回転子を様々な位置で停止した状態を１６０回以上再現し、それぞれの回転子の位置に対して、各端子間から得られるＬＣとＲＣの点と（２）式で表わされる直線との距離を求める試験を行う。
【００３７】  Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間の巻線に対する結果をそれぞれ図７〜図９に示す。
各図とも横軸は試験回数、縦軸は（２）式の直線との距離を表す。
この結果から分かるように、各相間の巻線から得られる特徴量の点と直線との距離は、回転子の停止位置によらず、どの相間の巻線も同じような値であり、さらにゼロに近いことが分かる。
【００３８】  次に、同じ型番の電動機の固定子巻線のＷ相に１ターン短絡が発生していたものを準備して、これを診断対象電動機として、上記と同じことを行う。
そのときの各相間の巻線に対する結果をそれぞれ図１０〜図１２に示す。
健全相であるＵ−Ｖ間の巻線に対して得られるＬＣとＲＣの点と直線の距離は、回転子がどの位置で停止していても、ほぼゼロに近い。その一方で、短絡相を含むＶ−Ｗ間や、Ｗ−Ｕ間の巻線に対して各試験時に得られるＬＣとＲＣの点の距離は、Ｕ−Ｖ間の値よりも明らかに大きくなることが分かる。そこで、閾値の値を、例えば０．３と設定し、距離が０．３未満なら正常、０．３以上だと短絡等の異常とすることで、巻線の良否を判定することができる。また、Ｖ−Ｗ間とＷ−Ｕ間の距離は、ほぼ同じ値となる。このことから、Ｖ−Ｗ間とＷ−Ｕ間のどちらにも含まれる相のＷ相に短絡などの異常が発生したと判定することができる。
【００３９】  これまでの実施の形態では、特徴量分布から得られる直線と診断対象巻線から得られる特徴量の点との距離を計算して求めるものであった。この変形例として、次のような判定手法でも良い。
これまでの実施の形態では、直線として傾きと切片を同時に求めておいた。ここでは直線の傾きだけを事前に求めておき、診断情報記憶部に記憶させておく。
ここでは、図１３を用いて求めた傾きの値を用いて説明する。いま、特徴量分布から得られる直線の切片をｂとすると、
0005721581.tif 000009
と表わすことができる。
0005721581.tif 000010
値を（４）式の（ｘ，ｙ）に代入することで、切片ｂの値が得られる。このｂの値に対して閾値を設けることで、巻線の良否を診断しても良い。
【００４０】  具体的なデータを用いて説明する。
診断対象巻線が正常なときの回転子の位置を５通りに設定したときの切片ｂの値と、診断対象巻線に短絡が生じているときの回転子の位置を５通りに設定したときの切片ｂの値とを表１に示す。
このように巻線正常時と異常時とでは、切片の値が異なる。この切片ｂの値に対して閾値を、例えば−１．２と設け、切片が−１．２未満だと正常、−１．２以上だと短絡等の異常とすることで、巻線の良否判定を行うことができる。
【００４１】
【表１】
0005721581.tif 000011
【００４２】  これまでに説明した実施の形態では、巻線正常時に得られる特徴量分布の直線と、診断時に得られるＤ点との距離を求めて、その距離の値に基づいて巻線の良否判定を行う実施例を示した。つまり、試験用巻線２Ｂとして、正常な巻線を用いた。
別の実施例として、試験用巻線２Ｂとして正常な巻線だけでなく、異常のある巻線も用いる例を述べる。
【００４３】  図１７に示すように、巻線正常時に得られる特徴量分布の直線（直線１）と同様に、短絡等の異常時に得られる特微量分布の直線（直線２）も予め求めておく。そして、診断時に診断対象とする巻線から得られる特徴量の点（Ｄ点）と、上記正常時の直線１と短絡時の直線２とのそれぞれの距離ｄ１と距離ｄ２を求め、距離が近い方の直線の状態を診断対象巻線の状態と判定することもできる。
図１７の例では、距離ｄ１の方が距離ｄ２よりも近いので、この診断巻線は正常であると判定する。
【００４４】  試験用巻線２Ｂとして、異常のある巻線を用いる別の実施例について説明する。
異常のある巻線を用いて、図１８に示すように、短絡等の異常時に得られる特徴量分布の直線（直線２）を予め求めておく。そして、診断時に診断対象とする巻線から得られる特徴量の点（Ｄ点）と、上記直線２との距離を求め、その値に基づいて巻線の良否判定を行うこともできる。
【００４５】  なお、自動車や電車のような移動体に搭載されている電動機もしくは発電機に対して、その電動機もしくは発電機が一時停止している状態、もしくはその移動体を始動させるためにエンジンをかける時や電源投入時において、本発明の回転機の巻線診断システムを用いることで、電動機や発電機の巻線の良否を診断することができる。
【００４６】  また、前記回転機（試験用巻線２Ｂ）において、様々な回転子の位置を作り出して直線の傾きや切片を求める際に、例えば図１５に配置構成図で示すように、別電動機９を準備して（ここでは便宜上、回転位置制御用電動機と呼ぶ）、この回転位置制御用電動機９と前記回転機（試験用巻線２Ｂ）の回転子をベルトやギアでつなぐ。そして回転位置制御用電動機９の回転位置をコンピュータ１０で制御することで、前記回転機（試験用巻線２Ｂ）の回転子の様々な回転位置を作り出しても良い。
こうすることで、前記回転機（試験用巻線２Ｂ）の回転子のあらゆる回転位置を正確に作り出すことができるようになる。
【符号の説明】
【００４７】１  回転機の巻線診断システム
２Ａ  診断対象巻線
２Ｂ  試験用巻線
３  インパルス電圧発生回路
４  電圧計測部
５  Ａ／Ｄ変換回路
６  診断情報記憶部（メモリ）
７  診断部
８  表示部
９  回転位置制御用電動機
【図１】
0005721581.tif 000012
【図２】
0005721581.tif 000013
【図３】
0005721581.tif 000014
【図４】
0005721581.tif 000015
【図５】
0005721581.tif 000016
【図６】
0005721581.tif 000017
【図７】
0005721581.tif 000018
【図８】
0005721581.tif 000019
【図９】
0005721581.tif 000020
【図１０】
0005721581.tif 000021
【図１１】
0005721581.tif 000022
【図１２】
0005721581.tif 000023
【図１３】
0005721581.tif 000024
【図１４】
0005721581.tif 000025
【図１５】
0005721581.tif 000026
【図１６】
0005721581.tif 000027
【図１７】
0005721581.tif 000028
【図１８】
0005721581.tif 000029