(57)【要約】  簡易な構成で絶縁劣化診断を行うことを課題とする。  絶縁診断システムであって、巻き始め位置と巻き終わり位置とで、逆方向に電流が流れるΔ結線方式の回転機の少なくとも1つの相のコイル3aに対して、コイル3aの巻き始めの引き出し線に流入する電流経路及びコイル3aの巻き終わりの引き出し線から流出する電流経路を囲んで取り付けられる電流検知センサ4aを備えるものである。
2016038651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き始め位置と巻き終わり位置とで、逆方向に電流が流れるΔ結線方式の回転機の少なくとも1つの相のコイルに対して、前記コイルの巻き始めの引き出し線に流入する電流経路及び前記コイルの巻き終わりの引き出し線から流出する電流経路を囲んで取り付けられる電流検知センサを備えたことを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁診断システムであって、前記コイルの巻き終わりの引き出し線と前記回転機のうち、前記コイルとは別の相のコイルにおける巻き始めの引き出し線とが前記回転機の外部で電気的に接続されることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項３】
請求項１に記載の絶縁診断システムであって、前記コイルの巻き終わりの引き出し線と前記回転機のうち、前記コイルとは別の相のコイルにおける巻き始めの引き出し線とが前記回転機の内部で電気的に接続されることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の絶縁診断システムであって、
更に前記コイルの巻き終わりの引き出し線に接続される第1の端子と、
前記別の相のコイルにおける巻き始めの引き出し線に接続される第２の端子と、
前記第1の端子及び前記第２の端子を電気的に接続する第３の端子とを備えることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項５】
請求項４に記載の絶縁診断システムであって、各前記端子は前記回転機表面に設けられることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の絶縁診断システムであって、前記電流検知センサが各相毎にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の絶縁診断システムであって、
更に前記電流検知センサに接続される電流分析器を備えることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項８】
請求項７に記載の絶縁診断システムであって、更に前記電流検知センサで測定した信号を周波数変換する装置を備えたことを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の絶縁診断システムであって、前記電流検知センサが取り付けられる相の前記コイルに対して、巻き始めの引き出し線に流入する電流経路または巻き終わりの引き出し線から流出する電流経路の少なくともいずれかに電圧検知センサが取り付けられていることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の絶縁診断システムであって、更に前記電圧検知センサで測定した信号を周波数変換する電圧分析器を備えたことを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の絶縁診断システムであって、前記電流検知センサが、貫通型電流検知センサ、クランプ型電流検知センサ、分割型電流検知センサ、または前記貫通型電流検知センサと前記クランプ型電流検知センサと前記分割型電流検知センサのいずれかの組み合わせから成ることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の絶縁診断システムであって、更に前記コイルの巻き始めと巻き終り位置を接続する端子を収納すると共に前記回転機の外部に形成される端子台に、前記電流検知センサが備えられることを特徴とする絶縁診断システム。
【請求項１３】
固定子と、該固定子とギャップを介して対向すると共に回転する回転子と、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の絶縁診断システムと、前記コイルと、を備え、
前記コイルは前記回転子又は前記固定子に備えられることを特徴とする回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁診断システムまたは回転機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機といった回転機が突発故障すると、回転機の計画外の修理作業やリプレースが必要となり、生産設備の稼働率低下や生産計画の見直しが必要となる。モータを適宜停止させ、オフラインで診断することで、劣化具合を把握し突発故障を防ぐことができるが、オフライン診断のために回転機を停止させる必要があり生産設備の稼働率低下を招く。そこで、回転機運転中の診断が可能なオンライン診断へのニーズが高まっている。上記突発故障の要因の一つとしては、インバータによる回転機の可変速駆動時に発生するインバータサージが挙げられ、インバータサージにより回転機の絶縁劣化加速、軸受電食による軸受劣化加速という問題が発生している。この傾向はSiC(炭化ケイ素)などの新材料を用いた半導体デバイスの登場によって一層顕著になると見込まれている。【０００３】
ここで、従来の技術として例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献1では、光ファイバ電流センサを用いて運転中の回転機内部の巻線に流れる電流を常時監視することにより、劣化検出ができるとしている。互いに空間的に離れた2つの位置のコイルに流れる電流値の差分から漏れ電流を測定する方法として、2つの光ファイバ電流センサを用いて信号処理等により求める方法と、2つのコイル位置に互いに逆周りにかつ、巻きつけ回数を同じとして光ファイバ電流センサを巻きつける方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013-93971号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来技術においては、2つのコイル位置に互いに逆周りにかつ、巻きつけ回数を同じとして光ファイバ電流センサを巻きつけており、巻きつけが可能な特殊な電流検知センサとして光ファイバケーブルを用いる必要があり、汎用の電流検知センサを使用することが困難であった。【０００６】
本発明は、簡易な構成で絶縁劣化診断を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る絶縁診断システムでは、巻き始め位置と巻き終わり位置とで、逆方向に電流が流れるΔ結線方式の回転機の少なくとも1つの相のコイルに対して、前記コイルの巻き始めの引き出し線に流入する電流経路及び前記コイルの巻き終わりの引き出し線から流出する電流経路を囲んで取り付けられる電流検知センサを備えたことを特徴とする。【０００８】
また、本発明に係る回転機は、固定子と、該固定子とギャップを介して対向すると共に回転する回転子と、上記絶縁診断システムと、前記コイルと、を備え、前記コイルは前記回転子又は前記固定子に備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構成で絶縁劣化診断を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第1の実施例による絶縁劣化診断システムの概略図
【図２】本発明の第2の実施例による絶縁劣化診断システムの概略図
【図３】本発明の第3の実施例による絶縁劣化診断システムの概略図
【図４】本発明の第4の実施例による絶縁劣化診断システムの概略図
【図５】本発明の第5の実施例による絶縁劣化診断システムの概略図
【図６】本発明の第5の実施例による回転機の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を交えて説明する。なお以下ではモータを用いて説明するが、発電機の場合は電力の流れる向きが逆になるだけで、同様の形態で実施可能である。下記はあくまでも実施例であり、本発明の実施態様が下記実施例に限定されることを意図するものではない。
【実施例１】
【００１２】
電源1から給電線2a,2b,2cを介してΔ結線方式のモータの各相のコイル3a,3b,3cに電力が供給されている。ここでは、給電線を3本利用する3相モータの場合を示したが、異なる相数であってもよい。コイルの両端には引き出し線12が取り付けられており、コイルの巻き終わりが他の相の巻き始めに接続されている。ここで、引き出し線12とはコイルの巻き終わりと他の相のコイルの巻き始めを電気的に接続するために用いるものであり、導電性の材料であればその材質は問わず、コイルと同一の材料から形成されていても、コイルの一部であってもよい。また、コイルの巻き始めと巻き終わりは1つのコイルにおいては、片方が巻き始めであれば一意にもう片方が巻き終わりと定めることができるが、異なる相との間においては、一意に決まらず、コイルの巻き始めが他の相の巻き終わりに接続されていると解釈することもでき、またコイルの巻き始めが他の相の巻き始めに接続されていると解釈することもできる。しかし、実質的には同様であり、両者を区別する必要はない。【００１３】
電流検知センサ4aは、図1中の矢印で示す様に、コイルの巻き始めと巻き終わりを逆方向に電流が流れるように配置された引き出し線12を囲むように配置されている。尚、特に電流検知センサの種類については限定しないが、引き出し線12を空間的に近づけることで、汎用の電流検知センサである貫通型電流検知センサ、クランプ方電流検知センサ、分割型電流検知センサを使用することも可能となる。これらのセンサは独自に用いても良く、またいずれかの組合せで用いても良い。【００１４】
尚、本実施例では、電流検知センサ4aは、コイルの巻き始めと巻き終わりを逆方向に電流が流れるように配置された引き出し線12を囲んで配置されているが、巻き始めの引き出し線に流入する電流経路或いは巻き終わりの引き出し線から流出する電流経路を囲むものであれば良い。尚、巻き始めの引き出し線に流入する電流経路には巻き始めの引き出し線自体も含まれることとし、更に巻き終わりの引き出し線から流出する電流経路には、巻き終わりの引き出し線自体も含まれることとする。【００１５】
コイルの巻き始めと巻き終わりを接続する空間的な位置は特に限定しておらず、ある相のコイルの巻き始めと、他相の巻き終わりが電気的に接続されていれば良く、モータ内部やモータ外部など必要に応じて接続位置を選ぶことができる。例えば、コイルの巻き終わりの引き出し線の端部に第1の端子を接続し、別の相のコイルにおける巻き始めの引き出し線にも同様に第２の端子を接続し、第３の端子において、第1の端子と第２の端子を電気的に接続する方法があげられる。これらの端子はいずれも回転機表面に設けることが出来る。これにより、電流検知センサおよび電源の配線の着脱が容易となる。
モータ内部で接続する場合は、引き出し線12をモータの外に出す場合と比較して、モータの引き出し線の長さを短くできるという利点がある。一方で、モータ外部で接続する場合は、電流検知センサを容易に着脱可能となり、回転機ごとに電流検知センサを用意する必要がなくなるという利点がある。モータ外部で接続する場合については特に後述の実施例で説明している。【００１６】
電流検知センサによる計測データは、電流分析器5にて収集され、絶縁劣化兆候に関わる情報に変換されユーザに伝達される。電流分析器5は、電流検知センサ4aの信号を周波数変換できる機能を有することが望ましく、その場合周波数変換装置としての機能も有する。【００１７】
本実施例に係る絶縁診断システムでは、漏れ電流の値が時間と共にどのように変化するのかを確認することで劣化検知を行っている。本実施例では、劣化検知に際し、コイルの巻き始めと巻き終わりを逆方向に電流が流れるように配置された引き出し線を囲んで配置される電流検知センサ4aを設け、その電流検知センサ4aで漏れ電流値の時間変化を検出することで、劣化検知を行っている。よって、簡易的に劣化検知を行うことが可能になる。さらに、電源1の電圧特性が既知の場合（更に、温度や時間などの測定条件によって電圧特性が大きく変化しないことが好ましい）には、電流検知センサ4aで計測される漏れ電流の値と、電源1の電圧特性とから、絶縁部材のインピーダンスの実部及び虚部を演算し、絶縁部材の静電容量と絶縁抵抗(誘電損失の寄与を含む)を導出することで、絶縁劣化兆候を検出することができる。よって、電圧検出のための手段を省略することが可能になる。どの様なセンサが必要になるかは設置環境毎に対応でき、必要最小限での劣化兆候検出が可能である点も本発明における優位な点である。【００１８】
以上により、本発明の絶縁診断システムおよび回転機によるとΔ結線方式のモータに対して、ある相のコイルの巻き始めとコイルの巻き終わりを、逆方向に電流が流れるように配置し、それを囲んで電流検知センサ4aを配置することで、汎用電流検知センサを用いても運転状態における絶縁劣化診断を実現することができる。
【実施例２】
【００１９】
図2は、本発明の絶縁診断システムおよび回転機の第2の実施例を示す構成図である。第1の実施例との相違点は、複数の相において、それぞれ、巻き始めと巻き終わりを、逆方向に電流が流れるように配置し、それを囲んで電流検知センサ4a,4b,4cが配置されている点である。このような構成にすることで、複数の相のうち、どこの相で劣化が進行しているかを検知することができる。個々のセンサから得た情報の処理については各々個別に行っている。尚、図2では3相全て相毎に電流検知センサ4a,4b,4cを設置した構成を基に説明しているが、例えば、2個設置すれば、電流検知センサを配置した2つの相の絶縁診断が可能となり、2つの相のうち、どこの相で劣化が進行しているかを検知することができる。【００２０】
また、個々のセンサ毎に情報処理等を実現しており、複数のセンサを用いて信号処理等により求める場合と比較して、センサの個体差を気にする必要がなくなり、測定精度を向上できると言う効果も期待できる。
【実施例３】
【００２１】
図3は、本発明の絶縁診断システムおよび回転機の第3の実施例を示す構成図である。実施例1との相違点は、電流検知センサ4aと同じ相に電圧検知センサ6aが取り付けられている点である。【００２２】
電圧検知センサ6aによる計測データは、電圧分析器7にて収集される。電圧分析器7は、電圧検知センサ6aで測定した信号を周波数変換する。電流分析器5で測定されたデータと電圧分析器6aで測定されたデータとから絶縁部材のインピーダンスの実部及び虚部を演算し、絶縁部材の静電容量と絶縁抵抗(誘電損失の寄与を含む)を導出することで、絶縁劣化兆候を検出することができる。【００２３】
ここで電圧検知センサ6aと給電線2aは接触していても良いし、接触していなくても良い。接触させる場合の一例としては電圧プローブを用いることが挙げられる、接触させない場合の一例としては表面電位計を用いることが挙げられる。各々、診断に必要な分解能に応じて選択することができる。【００２４】
実施例1では、電源1の電圧特性が既知の場合（好ましくは、更に温度や時間などの測定条件によって電圧特性が大きくは変化しない場合）を例に説明したが、供給される電圧が変化する場合や、インバータの劣化により出力波形が変化する場合や、測定条件によって電圧特性が変化する場合など電圧特性が分からない場合には、本実施例のように電流と電圧を同時に測定することで高精度な検知が可能となる。
【実施例４】
【００２５】
図4は、本発明の絶縁診断システムおよび回転機の第4の実施例を示す構成図である。第1の実施例との相違点は、複数の相において、それぞれ、巻き始めと巻き終わりを、逆方向に電流が流れるように配置し、それを囲んで電流検知センサ4a,4b,4cが配置されており、さらに、電流検知センサ4a,4b,4cと同じ相に電圧検知センサ6a,6b,6cが取り付けられている点である。このような構成にすることで、電流検知センサが接続された複数の相のコイルの絶縁劣化兆候を検出することができる。
【実施例５】
【００２６】
図5は、本発明の絶縁診断システムおよび回転機の第5の実施例を示す構成図である。本実施例では固定子13や回転子14を内部に収納するモータフレーム11を備えており、モータフレーム11に取り付けられる端子台8を備えている。図6は回転機の外周部に取り付けられた端子台8を示したものである。端子台8は、各相のモータ内部から引き出されたコイルの巻き始めと、コイルの巻き終わりを接続するモータ側端子10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10fと、インバータ側端子9a,9b,9cを備えている。前述したセンサは、この端子台に設けられる。即ち、回転機の外部にセンサが設けられているので、センサの取り外しが容易になる。よって、センサは常時取り付けていても良いことは勿論、検知に合わせて取り付ける様にすることも可能である。尚、本実施例ではセンサの配置に関して、実施例1と同様の回路構成図としているが、前述のいずれの実施例のセンサの配置も適用が可能である。【００２７】
モータ側端子10aとモータ側端子10dがある相のコイルを介して接続し、モータ側端子10bとモータ側端子10eをさらに別の相のコイルを介して接続し、モータ側端子10cとモータ側端子10fをさらに別の相のコイルを介して接続する。即ち、10a-コイル-10d-10c-コイル-10f-10b-コイル-10e-10aと言う接続関係になる。【００２８】
インバータ側端子9a,9b,9cは、インバータの各相の端子と電気的に接続されている。本実施例では、端子台8は回転機の外部に取り付けられているため、回転機の端子台8を用いることで、巻き始め位置と巻き終わり位置とで、逆方向に電流が流れるΔ結線方式の回転機の少なくとも1つの相のコイルにおける巻き始めの引き出し線と前記コイルの巻き終わりの引き出し線とを囲んで電流検知センサを配置した測定をする際に、診断のたびにモータを分解することなく簡便な診断が可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
1                    電源 
2a,2b,2c          給電線 
3a,3b,3c          コイル
4a,4b,4c          電流検知センサ 
5                    電流分析器
6a,6b,6c          電圧検出センサ 
7                    電圧分析器 
8                        端子台 
9a,9b,9c          インバータ側端子 
10a,10b,10c,10d,10e,10f    モータ側端子 
11                  モータフレーム
12                  引き出し線
13                  固定子
14                  回転子
【図１】
2016038651.tif 000003
【図２】
2016038651.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016038651.tif 000008
【国際調査報告】
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2016038651.tif 000010
2016038651.tif 000011
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