(57)【要約】【課題】固定子をなす各巻線による合成磁界の変化を測定して高調波に基づく歪みを識別し、歪み率から劣化の有無を簡易に判別できる電動機等を提供する。【解決手段】電動機各相の巻線３から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸４中心線上に測定点６を形成し、この測定点６で磁界検出手段２０を用いて回転軸４中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、各巻線３の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪み率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることから、磁界を通じて各巻線３に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、劣化に伴い増加する高調波の特性に基づいて電動機１の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した場合に交換等の対策を速やかに施して安全を確保できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも固定子となる巻線が回転軸中心線に対して軸対称に配置される三相交流同期電動機において、
電動機ケーシングの後端面における前記回転軸中心線上に磁界の測定点が形成され、
当該測定点に非接触型の磁界検出手段を近接配置され、回転軸中心線上における磁界を前記磁界検出手段で電気信号として変換検出され、当該信号電流に対する所定の解析処理により導かれる前記信号電流の総合歪み率が所定設定値より大の場合に、劣化状態と見なされることを
特徴とする電動機。
【請求項２】
少なくとも固定子となる巻線が回転軸中心線に対して対称に配置される三相交流同期発電機において、
発電機ケーシングの後端面における前記回転軸中心線上に磁界の測定点が形成され、
当該測定点に非接触型の磁界検出手段を近接配置され、回転軸中心線上における磁界を前記磁界検出手段で電気信号として変換検出され、当該信号電流に対する所定の解析処理により導かれる前記信号電流の総合歪み率が所定設定値より大の場合に、劣化状態と見なされることを
特徴とする発電機。
【請求項３】
少なくとも固定子となる巻線が回転軸中心線に対して軸対称に配置される三相交流同期電動機又は発電機に対し、あらかじめケーシングの前記回転軸端の突出側とは反対側の後端面における前記回転軸中心線上に磁界の測定点を設定し、
当該測定点に非接触型の磁界検出手段を近接配置し、回転軸中心線上における磁界を前記磁界検出手段で電気信号として変換検出した検出結果に対し、所定の解析処理を行って信号電流の総合歪み率を導き、当該歪み率が所定設定値より大の場合に劣化状態と見なすことを
特徴とする電動機及び発電機の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子をなす各巻線からの合成磁界を測定することで劣化状態を検知できる電動機及び発電機に関し、特に劣化により各巻線に発生する高調波に基づいた合成磁界の変化を非接触の検出手段で容易且つ正確に測定可能な電動機及び発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、動力源として内燃機関と電動機を組合わせたハイブリッドカーが普及し始め、動力源が電動機のみの電気自動車も実用化の域に達しようとしている。将来的には電気自動車が環境負荷の小さい点から主流になることが確実視されており、動力源としての電動機への依存度はますます高まることが予想される。
電動機を自動車に利用する場合、予防安全の観点から、現行の定期的な車両検査と同様に、電動機の劣化度合を定期的に確認して故障による事故発生がないように努める必要がある。
【０００３】
一般に、電動機の劣化はベアリング割れにはじまり、エアギャップ不良、さらに絶縁劣化へと進行していく。これらの劣化が発生すれば回転ムラにより電動機の巻線を流れる電流にアンバランスが生じ、様々な高調波が発生することとなり、この高調波は劣化の進行と共にその発生量を増加させていく。このため、電動機の各巻線に発生する高調波をそれぞれ測定すれば電動機の劣化度合を把握できる可能性が高い。
【０００４】
電動機の各巻線における高調波電流を測定する場合、従来は、図４に示すように、電動機１００の各巻線にそれぞれ接続している三本の口出線１０１それぞれにクランプＣＴ１０２を装着し、各口出線１０１に流れる電流に応じて各クランプＣＴ１０２に発生する信号電流を高調波測定器又は高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）アナライザ１０３で解析し、各口出線電流に含まれる高調波を検出する方法が一般的に利用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高調波検出は以上のように行われており、このクランプＣＴを装着して高調波を検出する方法が最も簡便であったが、既に設置状態にある電動機においては、口出線として各相の線を一本にまとめた三芯ケーブルが使用されていたり、口出線が金属製等の管内に収容されていたり、口出線を収容する分電盤内にクランプＣＴの入る十分なスペースがなかったりする場合が多く、こうしたクランプＣＴを取付られない状況では高調波を測定することが非常に困難であるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、固定子をなす各巻線による合成磁界の変化を測定して高調波に基づく歪みを識別し、歪み率から劣化の有無を簡易に判別できる電動機及び発電機、並びに磁界の測定から劣化具合を容易且つ正確に判定できる電動機及び発電機の劣化診断方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動機は、少なくとも固定子となる巻線が回転軸中心線に対して軸対称に配置される三相交流同期電動機において、電動機ケーシングの後端面における前記回転軸中心線上に磁界の測定点を形成され、当該測定点に非接触型の磁界検出手段を近接配置され、回転軸中心線上における磁界を前記磁界検出手段で電気信号として変換検出され、当該信号電流に対する所定の解析処理により導かれる前記信号電流の総合歪み率が所定設定値より大の場合に、劣化状態と見なされるものである。
【０００８】
このように本発明においては、電動機各相の巻線から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸中心線上に測定点を形成し、この測定点で磁界検出手段を用いて回転軸中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、電動機各巻線の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪み率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることにより、磁界を通じて各巻線に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、電動機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて電動機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した場合に交換等の対策を速やかに施して安全を確保できる。
【０００９】
また、本発明に係る発電機は、少なくとも固定子となる巻線が回転軸中心線に対して対称に配置される三相交流同期発電機において、発電機ケーシングの後端面における回転軸中心線上に磁界の測定点としての凸部または凹部を形成され、当該測定点に非接触型の磁界検出手段を近接配置され、回転軸中心線上における磁界を前記磁界検出手段で電気信号として変換検出され、当該信号電流に対する所定の解析処理により導かれる前記信号電流の総合歪み率が所定設定値より大の場合に、劣化状態と見なされるものである。
【００１０】
このように本発明においては、発電機各相の巻線から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸中心線上に測定点を形成し、この測定点で磁界検出手段を用いて回転軸中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、発電機各巻線の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪みの出現率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることにより、磁界を通じて各巻線に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、発電機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて発電機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した場合に交換等の対策を速やかに施して安全を確保できる。
【００１１】
また、本発明に係る電動機及び発電機の劣化診断方法は、少なくとも固定子となる巻線が回転軸中心線に対して軸対称に配置される三相交流同期電動機又は発電機に対し、あらかじめケーシングの前記回転軸端の突出側とは反対側の後端面における前記回転軸中心線上に磁界の測定点を設定し、当該測定点に非接触型の磁界検出手段を近接配置し、回転軸中心線上における磁界を前記磁界検出手段で電気信号として変換検出した検出結果に対し、所定の解析処理を行って信号電流の総合歪み率を導き、当該歪み率が所定設定値より大の場合に劣化状態と見なすものである。
【００１２】
このように本発明においては、電動機又は発電機における各相の巻線から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸中心線上に測定点を定め、この測定点で磁界検出手段を用いて回転軸中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、電動機又は発電機各巻線の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪み率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることにより、磁界を通じて各巻線に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、電動機又は発電機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて電動機又は発電機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した電動機又は発電機に対し交換等の対策を速やかに実施して安全確保が図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る電動機の概略構成断面図である。
前記図１において本実施形態に係る電動機１は、回転子２に対し固定子となる巻線３が回転軸４中心線に対して軸対称に配置される三相交流同期電動機であり、電動機ケーシング５の後端面５ａにおける回転軸中心線上に磁界の測定点６としての凹部を形成されてなる構成である。
【００１４】
前記測定点６には、非接触型の磁界検出手段２０が配置され、回転軸４中心線上における合成磁界の時間的変化を電気信号の形で変換検出する。この検出結果に対し、磁界検出手段２０に接続された高調波測定器３０が信号電流の解析処理を行って信号電流の総合歪み率を導き、この歪み率が前もって定められた設定値より大の場合に電動機１は劣化状態と見なされる仕組みである。
【００１５】
本実施形態に係る電動機１の劣化を調べるための磁界検出手段２０は、各巻線３に流れる電流により生じる回転軸４中心線上の合成磁界における磁束に測定点６で鎖交し、この磁束により誘起される起電力により信号電流を発生させる公知の変換器であり、詳細な説明は省略する。磁界検出手段２０で得られる信号電流は、各巻線３に流れる電流に生じる高調波に応じた合成磁界の磁束密度変化をそのままこの信号電流の歪みという形で反映させて検出できる仕組みである。この磁界検出手段２０は、公知の高調波測定器３０と接続され、高調波測定器３０で歪みを数値化されたデータとして把握することができる。
【００１６】
前記高調波測定器３０は、入力された前記信号電流のアナログ値をディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ、このディジタル値を高速フーリエ変換処理し、信号電流の基本波成分と高調波成分を算出する高速フーリエ変換部、この高速フーリエ変換部での算出内容に基づいて信号電流の総合歪み率を演算する総合歪み率演算部、この演算された総合歪み率を表示する表示部、及び、前記各部に対して操作者が動作指示入力を行う操作部等を備えた公知の装置であり、詳細な説明を省略する。
【００１７】
次に、前記構成に基づく電動機の劣化診断手順について説明する。まず、電動機ケーシング後端面５ａの測定点６に磁界検出手段２０を近付けると、各巻線３に流れる電流に伴って生じている磁束により磁界検出手段２０に信号電流が発生する。この測定点６における測定では、各巻線３に流れる電流により生じた磁束の合成されたものが測定対象となっており、合成磁束に応じて得られた信号電流を高調波測定器３０で解析することで、各巻線に流れる電流に含まれる高調波成分を合成値として導出することができる。
【００１８】
磁界検出手段２０で得られた信号電流は、高調波測定器３０のＡ／Ｄコンバータによりディジタル値に変換後、高速フーリエ変換部での高速フーリエ変換処理で電流の基本波成分及び高調波成分をそれぞれ算出される。この算出された信号電流の基本波成分及び高調波成分に基づき、総合歪み率演算部で信号電流の総合歪み率（全信号電流の実効値に対する高調波成分の実効値の比率）が演算され、得られた総合歪み率の値が表示部に表示出力される。
この高調波測定器３０の表示部に表示された総合歪み率を確認した操作者は、歪み率が所定設定値を上回る場合は電動機が劣化したと判断する。この劣化判断の基準とする歪み率の設定値は電動機毎の判断基準の違いに応じて任意に設定することができる。
【００１９】
このように、本実施形態に係る電動機は、電動機各相の巻線３から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸４中心線上に測定点６を形成し、この測定点６で磁界検出手段２０を用いて回転軸４中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、電動機各巻線３の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪みの出現率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることから、磁界を通じて各巻線３に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、電動機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて電動機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した場合に交換等の対策を速やかに施して安全を確保できる。
なお、前記第１の実施形態に係る電動機において、電動機に対し劣化診断を行うための磁界検出手段２０と高調波測定器３０はそれぞれ独立させた別体としているが、携帯型として両者が一体となったものを用いてもかまわない。
【００２０】
（本発明の第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は本実施形態に係る電動機の概略構成断面図及び三極コネクタの端面図である。
前記図２において本実施形態に係る電動機１は、前記第１の実施形態同様、三相交流同期電動機における電動機ケーシング５の後端面５ａに測定点６を備える構成を有する一方、異なる点として、前記各巻線３に接続される口出線が、導体７ａ配置が正三角形の各頂点に一致する軸対称構造の三芯ケーブル７とされ、回転軸端４ａの突出するフランジ面５ｂに近い電動機ケーシング５外周所定箇所で、端子８ａ配置が正三角形の各頂点に一致する軸対称構造の三極コネクタ８を介して接続される構成を有するものである。
【００２１】
次に、前記構成に基づく電動機の劣化診断手順について説明する。前記第１の実施形態同様、測定点６に磁界検出手段２０を近付けると、各巻線３に流れる電流に伴って生じている磁束により磁界検出手段２０に信号電流が発生する。この測定点６における測定では、前記第１の実施形態同様、各巻線３に流れる電流により生じた磁束の合成されたものが測定対象となっているが、口出線として磁界が互いに打消し合う三芯ケーブル７を使用し、且つフランジ面５ｂ寄りの口出線引込部分で各端子８ａ間の磁界が互いに打消し合う構造の三極コネクタ８を介して接続しているため、口出線や口出線引込部分からの磁界が測定点６で各巻線３からの磁界と干渉することはなく、正確に測定対象の合成磁界のみ測定できる。
磁界検出手段２０で得られた信号電流は、前記第１の実施形態同様、高調波測定器３０で解析処理されて、信号電流の総合歪み率の値が表示出力されることとなり、操作者は歪み率が設定値を上回るか否かを確認すればよい。
【００２２】
このように、本実施形態に係る電動機は、電動機各巻線３に接続する口出線として各導体７ａが正三角形の頂点位置に配置される三芯ケーブル７を使用すると共に、電動機ケーシング５における口出線引込部分での口出線との結合に三極コネクタ８を利用し、ケーブルの各導体７ａにとどまらずコネクタの各端子８ａにおいてもが正三角形の頂点位置に配置されることから、ケーブルの各導体７ａからの磁界及びコネクタにおける各端子８ａからの磁界がそれぞれで互いに打消し合ってその合成値を０とすることとなり、口出線や口出線引込部分からの磁界が測定点で回転軸４中心線上の本来測定対象とすべき磁界と干渉して測定に悪影響を及すのを防止でき、正確な測定及び劣化判断が可能となる。
【００２３】
なお、前記実施形態に係る電動機において、電動機ケーシング５内に配置されるファンについて言及していないが、ファン９が永久磁石を含まない構造の場合、図３に示すように、ファン９を従来同様の電動機後端側に配置した上で、ファン９と電源線９ａとを電動機ケーシング５近傍でコネクタ９ｂを介して着脱自在に接続する構成としたり、電源線９ａにファン動作のＯＮ・ＯＦＦ切換用スイッチを配設する構成としたりすることもでき、磁界検出手段２０を用いた測定点６での測定時にコネクタ９ｂを外したりスイッチをＯＦＦ状態に切換えたりしてファン９を停止させられることとなり、ファン９からの磁界が測定に悪影響を与えるのを確実に防ぐことができ、測定を通じて正確に電動機劣化の有無を判断できる。
【００２４】
また、前記第１及び第２の各実施形態に係る電動機においては、総合歪み率を高調波測定器３０で表示し、操作者に知らせる構成としているが、この他、歪み率があらかじめ設定された値を上回る場合には、電動機が劣化したと判定して、電動機は劣化状態にあるとの警告表示または警告音声を発する警報部を高調波測定器３０に付加する構成とすることもでき、操作者に電動機が劣化したとの判断をさらに容易且つ確実に行わせることができる。
【００２５】
また、前記第１及び第２の各実施形態に係る電動機においては、劣化診断の際、電動機１が劣化したかそうでないかのみ知ることができる仕組みであるが、さらに、劣化診断を行おうとする電動機１と同一種類の電動機について歪み率を取得しつつ所定箇所の劣化・故障に至った事例を多数集めて、電動機の劣化箇所と歪み率との関係をあらかじめデータベース化する構成とすることもでき、電動機１の歪み率取得後、データベースと照らし合せて劣化箇所の判定を行うことができ、劣化箇所の修理等により素早く対応できる。
【００２６】
さらに、前記第１及び第２の各実施形態において、電動機１の例について説明しているが、この他、固定子となる巻線が回転軸中心線に対して対称に配置される三相交流同期発電機についても、発電機ケーシングの後端面における回転軸中心線上に磁界の測定点としての凸部または凹部を形成し、前記各実施形態に係る電動機１同様、前記測定点に非接触型の磁界検出手段２０を配置し、回転軸中心線上における磁界を電気信号の形で検出した検出結果に対し高調波測定器３０で歪み率を導き、この歪み率が所定設定値より大の場合に劣化状態と見なす構成とすることもでき、磁界を通じて各巻線に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、発電機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて発電機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した場合に交換等の対策を速やかに施して安全を確保できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電動機各相の巻線から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸中心線上に測定点を形成し、この測定点で磁界検出手段を用いて回転軸中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、電動機各巻線の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪み率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることにより、磁界を通じて各巻線に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、電動機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて電動機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した場合に交換等の対策を速やかに施して安全を確保できるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明によれば、発電機各相の巻線から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸中心線上に測定点を形成し、この測定点で磁界検出手段を用いて回転軸中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、発電機各巻線の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪みの出現率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることにより、磁界を通じて各巻線に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、発電機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて発電機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した場合に交換等の対策を速やかに施して安全を確保できるという効果を有する。
【００２９】
また、本発明によれば、電動機又は発電機における各相の巻線から発生する磁界が偏りなく存在する回転軸中心線上に測定点を定め、この測定点で磁界検出手段を用いて回転軸中心線上の合成磁界の変化を連続的に測定し、電動機又は発電機各巻線の電流に含まれる高調波成分に起因する合成磁界における歪みを識別し、歪み率をあらかじめ定めた設定値と比較して劣化度の判定に用いることにより、磁界を通じて各巻線に流れる電流に高調波成分が含まれる状態を簡易且つ適切に認識し、電動機又は発電機の劣化に伴って増加する高調波の特性に基づいて電動機又は発電機の劣化を早期に判別できることとなり、劣化が判明した電動機又は発電機に対し交換等の対策を速やかに実施して安全確保が図れるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動機の概略構成断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電動機の概略構成断面図及び三極コネクタの端面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る電動機の概略構成断面図である。
【図４】従来の高調波測定方法概略説明図である。
【符号の説明】
１、１００  電動機
２          回転子
３          巻線
４          回転軸
４ａ        軸端
５          電動機ケーシング
５ａ        後端面
５ｂ        フランジ面
６          測定点
７          三芯ケーブル
８          三極コネクタ
８ａ        端子
９          ファン
９ａ        電源線
９ｂ        コネクタ
２０        磁界検出手段
３０        高調波測定器
１０１      口出線
１０２      クランプＣＴ
１０３      高調波測定器（高速フーリエ変換アナライザ）
【図１】
2004320948.tif 000003
【図２】
2004320948.tif 000004
【図３】
2004320948.tif 000005
【図４】
2004320948.tif 000006