(57)【要約】【課題】実際の利用環境に即した評価が行えるステータ評価システムを提供する。【解決手段】オイル槽１０は、制御装置３０の制御に従って、所定の温度および所定の滴下量でオイル１４をステータ４０に滴下する。電源装置２０は、ステータ４０に対して電力を供給するものであり、ステータ４０の入力端子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗのうちのいずれか二つの端子間に電圧を印加する。電源装置２０は、モータを駆動する際に実際にステータ４０に供給される電圧を模擬した模擬波形で電圧を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納されるステータの環境を調整する環境調整槽と、
前記ステータに対して電力を供給する電源装置と、
前記環境調整槽を制御して前記ステータに所定の環境条件を設定し、前記電源装置を制御して前記ステータに所定の波形で電圧を印加する制御装置と、
を有する、
ことを特徴とするステータ評価システム。
【請求項２】
請求項１に記載のステータ評価システムにおいて、
前記環境調整槽は、収納されるステータに対してオイルを滴下する手段を備え、
前記制御装置は、ステータに滴下されるオイルの温度および滴下量を制御する、
ことを特徴とするステータ評価システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のステータ評価システムにおいて、
前記電源装置は、パルス幅変調波形にサージ波形を重畳させた電圧波形で前記ステータに対して電力を供給し、
前記制御装置は、前記パルス幅変調波形および前記サージ波形のそれぞれのレベルおよび周波数を制御する、
ことを特徴とするステータ評価システム。
【請求項４】
収納されるステータに対してオイルを滴下するオイル槽と、
パルス幅変調波形にサージ波形を重畳させた波形で前記ステータに電圧を印加する電源装置と、
を利用したステータ評価方法であって、
前記オイルの温度および滴下量を所定値に設定して前記ステータにオイルを滴下し、
複数の電圧値で前記ステータの二つの相間に電圧を印加して、各電圧値ごとにその相間における絶縁破壊までの破壊時間を測定し、
前記複数の電圧値と各電圧値ごとの破壊時間との対応関係を示す絶縁寿命評価情報を取得する、
ことを特徴とするステータ評価方法。
【請求項５】
収納されるステータに対してオイルを滴下するオイル槽と、
パルス幅変調波形にサージ波形を重畳させた波形で前記ステータに電圧を印加する電源装置と、
を利用したステータ評価方法であって、
前記オイルの温度および滴下量、並びに、前記パルス幅変調波形および前記サージ波形のそれぞれのレベルおよび周波数を、前記ステータが搭載される実車の路上走行パターンに設定し、その路上走行パターンで前記ステータの絶縁寿命評価を行う、
ことを特徴とするステータ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのステータを評価するステータ評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流モータのステータの評価として、ステータの二つの相間における絶縁評価が行われている。従来の一般的な絶縁評価として、汎用の電源装置を使い正弦波などの電圧波形でステータの二つの相間に電圧を印加して相関の絶縁破壊時間を測定することが知られている。しかし、実際に製品などに搭載されるステータの利用環境を考えると、必ずしもステータに正弦波が印加されるとは限らない。例えば、ステータに印加される電圧にサージ波形などが重畳され、このサージ波形が絶縁破壊へ影響を及ぼすことが考えられる。このため、特許文献１には、サージ波形と等価な高電圧のパルス列を発生させる課電装置が示されている。
【０００３】
ところが、例えば、車両駆動用モータに利用されるステータなどでは、ステータに印加される電圧が車両の走行状態に応じて様々に変化する。したがって、単にサージ波形を等価的に発生させることのみでステータを評価しても、実際の走行状態とはかけ離れた評価となってしまう。もちろん、車両に搭載されるステータでは、ステータに印加される電圧のみではなく、ステータに供給されるオイルなども評価に影響を与えることが考えられる。ちなみに、エンジンの耐久試験を行うためにオイルの温度を制御する技術が特許文献２に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２３９９７２号公報
【特許文献２】特開平９−３２５２５号公報
【特許文献３】特開平３−８４４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来の評価技術では、車両駆動用モータのステータなどを評価する場合に、実際のステータの利用環境とはあまりにも懸け離れた条件での評価しか行うことができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、実際の利用環境に即した評価が行えるステータ評価システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるステータ評価システムは、収納されるステータの環境を調整する環境調整槽と、前記ステータに対して電力を供給する電源装置と、前記環境調整槽を制御して前記ステータに所定の環境条件を設定し、前記電源装置を制御して前記ステータに所定の波形で電圧を印加する制御装置と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、ステータに設定する環境条件やステータに印加する電圧の波形を適宜調整することができるため、実際の利用環境に即した条件でステータを評価することが可能になる。
【０００９】
望ましくは、前記環境調整槽は、収納されるステータに対してオイルを滴下する手段を備え、前記制御装置は、ステータに滴下されるオイルの温度および滴下量を制御する、ことを特徴とする。望ましくは、前記電源装置は、パルス幅変調波形にサージ波形を重畳させた電圧波形で前記ステータに対して電力を供給し、前記制御装置は、前記パルス幅変調波形および前記サージ波形のそれぞれのレベルおよび周波数を制御する、ことを特徴とする。
【００１０】
実際に車両に搭載される車両駆動用モータのステータにはオイルが供給される。また、三相交流モータのステータの各相の端子には、パルス幅変調波形（ＰＷＭ波形）の電圧が印加され、この際、ＰＷＭ波形にサージ波形が重畳される。したがって、ステータ評価システムを上記構成とすることで、より実際の利用環境に即した評価を行うことが可能になる。例えば、オイルの温度や滴下量、印加電圧の波形などを実車の走行パターンに設定することが可能になる。また、印加電圧のレベルを調整して、実際の利用環境よりも過酷な条件で絶縁破壊を早めて評価する、いわゆる加速試験も可能になり、評価時間の大幅な短縮が図れる。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるステータ評価方法は、収納されるステータに対してオイルを滴下するオイル槽と、パルス幅変調波形にサージ波形を重畳させた波形で前記ステータに電圧を印加する電源装置と、を利用したステータ評価方法であって、前記オイルの温度および滴下量を所定値に設定して前記ステータにオイルを滴下し、複数の電圧値で前記ステータの二つの相間に電圧を印加して、各電圧値ごとにその相間における絶縁破壊までの破壊時間を測定し、前記複数の電圧値と各電圧値ごとの破壊時間との対応関係を示す絶縁寿命評価情報を取得する、ことを特徴とする。
【００１２】
また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるステータ評価方法は、収納されるステータに対してオイルを滴下するオイル槽と、パルス幅変調波形にサージ波形を重畳させた波形で前記ステータに電圧を印加する電源装置と、を利用したステータ評価方法であって、前記オイルの温度および滴下量、並びに、前記パルス幅変調波形および前記サージ波形のそれぞれのレベルおよび周波数を、前記ステータが搭載される実車の路上走行パターンに設定し、その路上走行パターンで前記ステータの絶縁寿命評価を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、モータのステータを評価するにあたり実際の利用環境に即した評価が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明に係るステータ評価システムの好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成図である。
【００１６】
本ステータ評価システムは、オイル槽１０、電源装置２０および制御装置３０で構成されている。オイル槽１０には、評価対象となるステータ４０が収納される。
【００１７】
ステータ４０は、例えば、ハイブリッド自動車や電機自動車に搭載される車両駆動用モータに利用され、三相交流モータを構成する。このため、ステータ４０には、ＵＶＷ各相に対応した入力端子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗが設けられている。ちなみに、モータとして構成された場合、入力端子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗの各端子にインバータから所定タイミングで電圧が印加され、ステータ４０に回転磁界が発生する。
【００１８】
オイル槽１０は、ステータ４０の環境を調整するものであり、オイル滴下部１２を有している。オイル槽１０は、制御装置３０の制御に従って、所定の温度および所定の滴下量でオイル１４をステータ４０に滴下する。
【００１９】
電源装置２０は、ステータ４０に対して電力を供給するものであり、ステータ４０の入力端子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗのうちのいずれか二つの端子間に電圧を印加する。図１では、電源装置２０から入力端子４２Ｕおよび入力端子４２Ｗの間に電圧を印加する構成が示されている。電源装置２０は、モータを駆動する際に実際にステータ４０に供給される電圧を模擬した模擬波形で電圧を出力する。
【００２０】
図２は、電源装置（図１の符号２０）から出力される模擬波形を説明するための図である。図２（Ａ）に示すように、模擬波形４８は複数の模擬パルス５０で構成される。各模擬パルス５０の拡大図が図２（Ｂ）に示されている。各模擬パルス５０は、パルス幅変調波形（ＰＷＭ波形）５２とサージ波形５４が重ね合わされて形成される。つまり、実際に三相交流モータを駆動する際にインバータから各相に供給される電圧波形をＰＷＭ波形５２およびサージ波形５４で模擬している。
【００２１】
図１に戻り、制御装置３０は、オイル槽１０および電源装置２０を制御して、ステータ４０に対して所定の環境条件を設定し、また、所定の波形で電圧を印加する。つまり、制御装置３０は、オイル槽１０を制御することでステータ４０に滴下されるオイルの温度および滴下量を制御し、また、電源装置２０を制御することでステータ４０に印加する電圧波形を制御する。電圧波形の制御は、ＰＷＭ波形（図２の符号５２）の周波数およびレベルの調整や、サージ波形（図２の符号５４）の周波数およびレベルの調整によって実現される。
【００２２】
図３は、図１に示すステータ評価システムを利用したステータ評価方法を説明するためのフローチャートである。以下、図３に基づいてステータ評価方法を説明する。なお、以下の説明において、図１および図２に示した部分にはそれぞれの図面に付した符号を利用する。
【００２３】
まず、評価対象のステータ４０をオイル槽１０に設置し、また、評価する二つの入力端子（例えば、入力端子４２Ｕ，４２Ｗ）を電源装置２０に接続する（Ｓ３０１）。次に、制御装置３０により、温度および滴下量を所定値に設定してステータ４０にオイル１４を滴下させ、また、制御装置３０により、ＰＷＭ波形５２のレベルと周波数、サージ波形５４のレベルと周波数を設定して、ステータ４０に電圧を印加する（Ｓ３０２）。
【００２４】
そして、Ｓ３０２で設定した環境でステータ４０の絶縁破壊時間を計測する（Ｓ３０３）。絶縁破壊とは、Ｓ３０１で電源装置２０に接続された相間（Ｕ相とＷ相との間）の絶縁破壊である。つまり、正常状態では、Ｕ相とＷ相との間は電気的に絶縁状態にあり、従って、Ｕ相とＷ相との間に電圧を印加しても電流が流れない。しかし、絶縁破壊が生じるとＵ相とＷ相との間に電流が流れはじめ、その結果、電源装置２０から一定電力で電圧が印加されていると、絶縁破壊により、破壊前の電圧から破壊後の電圧が極端に低くなる。そこで、例えば、破壊前の電圧の半分に電圧が降下した場合に絶縁破壊と判断し、電圧印加開始時点から絶縁破壊と判断されるまでの時間（破壊時間）を計測する。なお、Ｕ相とＷ相との間に電流計を設けるなどして、電流が流れるか否かによって絶縁破壊を判断してもよい。
【００２５】
Ｓ３０１からＳ３０３のステップは、複数のステータ４０に対して実施される。つまり、Ｎ個のステータ４０に対して、Ｓ３０１からＳ３０３のステップを実行し、各ステータ４０ごとに破壊時間を測定する（Ｓ３０４）。この際、Ｓ３０２で設定した環境を維持して、同じ環境下でＮ個のステータ４０に関する破壊時間を計測する。Ｎ個のステータ４０に対する計測が終了すると、印加電圧の電圧値と破壊時間との対応関係を示す相関データ（絶縁寿命評価情報）に加工し、破壊時間推定式を算出する（Ｓ３０５）。
【００２６】
図５は、相関データおよび破壊時間推定式を説明するための図である。相関データ５８は、横軸を破壊時間、縦軸を印加電圧として、破壊時間の計測結果をプロットしたものである。例えば、印加電圧８ｋＶの場合、三つの計測結果６２ａ，６２ｂ，６２ｃがプロットされている。この三つの計測結果６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、図３のＳ３０４においてＮ＝３とした場合の計測結果に対応している。つまり、図３のＳ３０２において印加電圧のレベル（ＰＷＭ波形とサージ波形が重畳された波形のレベル）を８ｋＶとして、３個のステータ４０に対してＳ３０１からＳ３０３までの計測を実施した結果得られる三つの計測結果に対応する。図５には、印加電圧６ｋＶ、４ｋＶのそれぞれについてのＮ個（２個）の計測結果もプロットされている。これは、図３のＳ３０１からＳ３０４のステップを、印加電圧６ｋＶ、４ｋＶそれぞれの場合について実行して得られる結果である。つまり、図５の相関データ５８は、図３のＳ３０１からＳ３０４のステップを印加電圧を換えて複数回実行することで得られる。
【００２７】
また、図５には、破壊時間推定線６０が示されている。破壊時間推定線６０は、複数の電圧値と各電圧値ごとの破壊時間との対応関係から求められる、印加電圧と破壊時間との対応直線（あるいは曲線）である。この破壊時間推定線６０の式（破壊時間推定式）を算出することで、任意の印加電圧に対応する破壊時間を推定することが可能になる。したがって、例えば、比較的大きな印加電圧で破壊時間を早めた加速試験から図５に示す各計測結果を取得して、取得した計測結果に基づいて破壊時間推定式を算出し、算出した式から実車で想定される印加電圧における破壊時間を推定することなどが可能になる。
【００２８】
図４は、図１に示すステータ評価システムを利用した別のステータ評価方法を説明するためのフローチャートである。以下、図４に基づいて、このステータ評価方法を説明する。なお、以下の説明において、図１および図２に示した部分にはそれぞれの図面に付した符号を利用する。
【００２９】
まず、評価対象のステータ４０をオイル槽１０に設置し、また、評価する二つの入力端子（例えば、入力端子４２Ｕ，４２Ｗ）を電源装置２０に接続する（Ｓ４０１）。次に、制御装置３０により、オイル１４の温度および滴下量を実車の路上走行パターン（運転パターン）に設定し、また、ＰＷＭ波形５２およびサージ波形５４のそれぞれのレベルおよび周波数も運転パターンに設定する（Ｓ４０２）。運転パターンとは、評価対象のステータ４０が搭載される車両が実際に走行する場合にステータ４０が置かれる環境を模擬するパターンであり、例えば、車両の発進、加速、定常走行、減速、停止などの各動作に対応する電圧波形やオイルの温度などが示すパターンである。もちろん、発進と加速などといった複数の動作を組み合わせた市街走行パターン、高速道路走行パターン、山岳路走行パターンなどを利用してもよい。
【００３０】
そして、制御装置３０は、Ｓ４０２で設定された運転パターンに従って、温度および滴下量を所定値に設定してステータ４０にオイル１４を滴下させ、また、ＰＷＭ波形５２のレベルと周波数、サージ波形５４のレベルと周波数を設定してステータ４０に電圧を印加して、ステータ４０の絶縁寿命評価が実施される（Ｓ４０３）。
【００３１】
Ｓ４０１からＳ４０３のステップは、複数のステータ４０に対して実施される。つまり、Ｎ個のステータ４０に対してＳ４０１からＳ４０３のステップが実行され、例えば、市街走行パターンに関してＮ個分の絶縁寿命評価が実施される（Ｓ４０４）。なお、Ｓ４０１からＳ４０４のステップは、複数の運転パターンの各運転パターンごとに行われてもよい。つまり、例えば市街走行パターンに関してＮ個分の評価が実行された後、高速道路走行パターンに関してＮ個分の評価を実行するなどして、様々な運転パターンに関する評価を実行してもよい。
【００３２】
そして、ある運転パターン（あるいは様々な運転パターン）に関する評価結果から、絶縁破壊のアルゴリズム解明などが実施される（Ｓ４０５）。例えば、印加電圧の極性反転回数の絶縁破壊への影響や、運転と停止の繰り返し回数の絶縁破壊への影響などを解明して、実車上における絶縁破壊のメカニズムなどを調査する。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るステータ評価システムの全体構成図である。
【図２】電源装置から出力される模擬波形を説明するための図である。
【図３】本発明に係るステータ評価方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る別のステータ評価方法を説明するための図である。
【図５】相関データおよび破壊時間推定式を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  オイル槽、２０  電源装置、３０  制御装置。
【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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