(57)【要約】【課題】過大な電圧を印加することなく，中性点付近の絶縁性をも適切に検査できる絶縁検査方法およびその装置を提供すること。【解決手段】本発明の検査装置２０は，回転電機のステータ１のコイルの絶縁不良を検査するものである。ステータ１のコイルは，複数の相コイル２〜４と，各相コイルの一端同士を接続した中性点端子７と，各相コイルの他端にそれぞれ設けられた動力線端子８〜１０とを有している。検査装置２０は，動力線端子８〜１０のうち１つを除いたすべてのものと中性点端子７とを互いに短絡した状態とし，その状態で，動力線端子のうち１つ（短絡されていないもの）と，中性点端子７との間にインパルス電圧を印加し，その際に発生する電気信号に基づいて，動力線端子のうち１つと中性点端子７との間の相コイル２〜４の絶縁不良を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のステータコイルであって，複数の相コイルと，前記各相コイルの一端同士を接続した中性点端子と，前記各相コイルの他端にそれぞれ設けられた動力線端子とを有するものへの電圧の印加により，前記ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の絶縁検査方法において，
前記動力線端子のうち１つを除いたすべてのものと前記中性点端子とを互いに短絡した状態とし，
その状態で，前記動力線端子のうち前記１つと，前記中性点端子との間にインパルス電圧を印加し，
その際に発生する電気信号に基づいて，前記動力線端子のうち前記１つと前記中性点端子との間の相コイルの絶縁不良を検出することを特徴とする回転電機の絶縁検査方法。
【請求項２】
回転電機のステータコイルであって，複数の相コイルと，前記各相コイルの一端同士を接続した中性点端子と，前記各相コイルの他端にそれぞれ設けられた動力線端子とを有するものへの電圧の印加により，前記ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の絶縁検査装置において，
前記動力線端子のうち１つを除いたすべてのものと前記中性点端子とを互いに短絡した状態を，各動力線端子について実現する切換部と，
前記切換部を介して，前記動力線端子のうち前記１つと，前記中性点端子との間にインパルス電圧を印加する電圧印加部と，
前記電圧印加部によりインパルス電圧が印加された際に発生する電気信号に基づいて，前記動力線端子のうち前記１つと前記中性点端子との間の相コイルの絶縁不良を検出する検出部とを有することを特徴とする回転電機の絶縁検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，回転電機の不良品を検出するための回転電機の絶縁検査方法およびその装置に関する。さらに詳細には，回転電機のステータコイルの部分放電を検出することにより，コイル間の絶縁不良の有無を検査する絶縁検査方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，例えば３相モータに用いられるステータを検査する方法として，ステータのコイルに高電圧のインパルス電圧を印加して行う検査方法が使用されている（例えば，特許文献１参照。）。この検査は，Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルの３相のコイルの一端が結合されて中性点が形成されている３相モータのステータを検査の対象としている。このようなステータでは，各コイルの他端は，動力線端子として外部に引き出されている。そこで上記の検査方法では，この動力線端子同士の間にインパルス電圧を印加し，モータに流れる電流あるいはモータから発生する電磁波を検出することにより，部分放電の有無が検出できるとされている。なお，ステータのコイルとしては，ステータコアに多数のループを巻き付けた構成のものが多く使用されている。
【特許文献１】特開２００５−２７４４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら，前記した従来の技術には，以下のような問題点があった。ステータコアに巻かれたコイルは，印加された電圧をループ毎に分担する。しかし，その分担はコイル全体で一様というわけではない。すなわち，電圧の印加箇所に近いループは分担電圧が大きく，遠いループは分担電圧が小さいのである。従来の検査方法のように，動力線端子間にインパルス電圧を印加した場合には，動力線端子から遠い部分，すなわち中性点付近では分担電圧が小さくなってしまうという問題点があった。
【０００４】
ステータコイルの相間あるいは相内の絶縁性を適切に検査するためには，その箇所のコイルに十分な電位差を生じさせる必要がある。コイル線の絶縁層にもし傷が出来ていたとしても，その箇所に印加される電位差が不十分であれば，適切に絶縁不良を検出することができない。これは，不十分な電位差では放電開始電圧に達しないため，その部分に部分放電が発生しないからである。すなわち，中性点付近の絶縁性を確実に検査するためには，中性点付近にも十分な電位差を印加する必要がある。従来の技術によって中性点付近に十分な電位差を印加するためには，動力線端子に印加するインパルス電圧をかなり大きくすることが必要となる。しかし，中性点付近を確実に検査できるほどの電圧を印加すると，動力線端子付近には過大な電圧が印加されることになるという問題点があった。
【０００５】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，過大な電圧を印加することなく，中性点付近の絶縁性をも適切に検査できる絶縁検査方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の回転電機の絶縁検査方法は，回転電機のステータコイルであって，複数の相コイルと，各相コイルの一端同士を接続した中性点端子と，各相コイルの他端にそれぞれ設けられた動力線端子とを有するものへの電圧の印加により，ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の絶縁検査方法であって，動力線端子のうち１つを除いたすべてのものと中性点端子とを互いに短絡した状態とし，その状態で，動力線端子のうち１つと，中性点端子との間にインパルス電圧を印加し，その際に発生する電気信号に基づいて，動力線端子のうち１つと中性点端子との間の相コイルの絶縁不良を検出するものである。
【０００７】
本発明の回転電機の絶縁検査方法によれば，動力線端子のうち１つと中性点端子との間にインパルス電圧が印加され，その際に発生する電気信号に基づいて絶縁不良が検出される。この「動力線端子のうち１つ」は中性点端子と短絡されていないものであり，これ以外の動力線端子はすべて中性点端子と短絡されている。従って，他のコイルによる影響を極力排除した状態で，１つの相コイルの両端にインパルス電圧が印加される。これにより，相コイルの中性点付近にも適切に電位差を印加することができるので，過大な電圧を印加することなく，中性点付近の絶縁性をも適切に検査できる。
【０００８】
なお，本発明は，回転電機のステータコイルであって，複数の相コイルと，各相コイルの一端同士を接続した中性点端子と，各相コイルの他端にそれぞれ設けられた動力線端子とを有するものへの電圧の印加により，ステータコイルの絶縁不良を検出する回転電機の絶縁検査装置であって，動力線端子のうち１つを除いたすべてのものと中性点端子とを互いに短絡した状態を，各動力線端子について実現する切換部と，切換部を介して，動力線端子のうち１つと，中性点端子との間にインパルス電圧を印加する電圧印加部と，電圧印加部によりインパルス電圧が印加された際に発生する電気信号に基づいて，動力線端子のうち１つと中性点端子との間の相コイルの絶縁不良を検出する検出部とを有する回転電機の絶縁検査装置にも及ぶ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の絶縁検査方法およびその装置によれば，過大な電圧を印加することなく，中性点付近の絶縁性をも適切に検査できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，３相モータ用のステータコイルの絶縁不良を検出するための検査装置およびその方法に本発明を適用したものである。
【００１１】
本形態の検査装置２０は，図１に示すように，３相モータ用のステータ１に接続されて，その絶縁不良の検査を行うためのものである。そこでまず，本形態の検査対象であるステータ１について簡単に説明する。ステータ１は，図１と図２に示すように，Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相のコイル２，３，４を有している。これらのコイル２，３，４はいずれもステータコア５に巻き付けられ，リング状にまとめられている。また，各コイル２，３，４の一端は，互いに接続され，中性点端子７を形成している。さらに，各コイル２，３，４の他端はそれぞれ各動力線端子８，９，１０に接続されている。すなわち，本形態の検査対象であるステータ１は，中性点端子７，Ｕ相の動力線端子８，Ｖ相の動力線端子９，Ｗ相の動力線端子１０の４端子を有しているものである。
【００１２】
ステータ１の各相のコイル２，３，４は，図２ではそれぞれ１つのコイルとして示しているが，実際にはステータコアに巻き付けられた複数のループを有するものである。そして，ステータコアの各スロットに決められた数のループが挿入されている。ここで用いているステータ１は，各相のコイルが４スロット分のコイルからなるものであり，４つの小さいコイルを直列に接続したものとみなすことができる。そこで以下では，図３に模式的に示すように，各相のコイル２，３，４をそれぞれ，第１コイル〜第４コイルの４つのコイルが直列に接続されたものとして説明する。
【００１３】
すなわち，Ｕ相のコイル２は，動力線端子８の側から第１コイル２ａ，第２コイル２ｂ，第３コイル２ｃ，第４コイル２ｄがこの順に接続されたものである。そして，Ｕ相のコイル２の第１コイル２ａの一端は動力線端子８に，第４コイル２ｄの他端は中性点端子７にそれぞれ接続されている。同様に，Ｖ相のコイル３は，第１コイル３ａ，第２コイル３ｂ，第３コイル３ｃ，第４コイル３ｄを有している。また，Ｗ相のコイル４は，第１コイル４ａ，第２コイル４ｂ，第３コイル４ｃ，第４コイル４ｄを有している。
【００１４】
次に，このステータ１を検査するための本形態の検査装置２０について説明する。検査装置２０は，図１に示すように，電圧印加部２１，電流検出部２２，Ａ／Ｄ変換部２３，ＦＦＴ解析部２４，判定部２５，切換部２６を有している。図１で，破線で囲んだ部分が検査装置２０である。検査実行時には，ステータ１の各端子７，８，９，１０が切換部２６に接続される。このうち，電流検出部２２，Ａ／Ｄ変換部２３，ＦＦＴ解析部２４，判定部２５の全体が，検出部に相当する。
【００１５】
電圧印加部２１は，ステータ１のコイルにインパルス電圧を印加するための装置である。電流検出部２２は，検査対象のコイルに流れる電流を検出するためのものである。電流検出部２２は，電圧印加部２１に直列に接続されている。Ａ／Ｄ変換部２３は，電流検出部２２によって検出された電流値をＡ／Ｄ変換するためのものである。ＦＦＴ解析部２４は，Ａ／Ｄ変換部２３から出力されるデジタル信号をＦＦＴ解析するためのものである。判定部２５は，ＦＦＴ解析部２４で得られた波形を基準波形と比較することにより，ステータ１の良・不良を判定するためのものである。
【００１６】
切換部２６は，図１に示すように，６つの接続端子２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆを有している。その内部は，複数のスイッチの組み合わせにより構成されている。図中右側の接続端子２６ｅと２６ｆとの間には，電圧印加部２１と電流検出部２２とが直列に接続されている。検査実行時には，図中左側の接続端子２６ａ〜２６ｄに，検査対象のステータ１の各端子７〜１０がそれぞれ接続される。そして切換部２６によって，ステータ１の各端子７，８，９，１０と電圧印加部２１との接続状態が切り換えられる。
【００１７】
本形態の検査方法では，検査対象のコイルの両端部の間にインパルス電圧を印加する。例えばＵ相のコイル２の検査を行う場合には，コイル２の動力線端子８と中性点端子７との間に電圧印加部２１に接続する。また，検査対象以外のコイル３，４の動力線端子９，１０をともに，中性点端子７と短絡する。この接続状態を，切換部２６等を省略して示したのが，図２である。同様に，Ｖ相のコイル３の検査時には，動力線端子９と中性点端子７との間に電圧印加部２１に接続する。Ｗ相のコイル４の検査時には，動力線端子１０と中性点端子７との間に電圧印加部２１に接続する。
【００１８】
切換部２６は，この３通りの接続状態を実現するために，内部のスイッチを切り換えて，図４〜図６に示す３通りの接続状態をとることができるものである。検査対象のステータ１を図１に示すように接続した場合，切換部２６は，Ｕ相のコイル２の検査を行うには図４の状態，Ｖ相のコイル３の検査を行うには図５の状態，Ｗ相のコイル４の検査を行うには図６の状態をとる。
【００１９】
次に，本形態の検査装置２０によるステータ１の検査方法について説明する。本形態では，検査対象のステータ１についてＵ相のコイル２，Ｖ相のコイル３，Ｗ相のコイル４を順に検査する。ただし，検査の順序は変更可能である。まず，検査対象のステータ１と検査装置２０とを図１に示すように接続する。そして，切換部２６を図４に示す接続状態にする。これにより，動力線端子８と中性点端子７との間に電圧印加部２１と電流検出部２２とが接続され，動力線端子９，１０は中性点端子７と短絡される。
【００２０】
この接続状態で，電圧印加部２１によってインパルス電圧が１回印加される。すなわち，Ｕ相のコイル２の動力線端子８と中性点端子７との間にインパルス電圧が印加される。電流検出部２２は，インパルス電圧の印加時から所定時間の間，コイル２に流れる電流波形を取得する。この電流波形は，Ａ／Ｄ変換部２３においてＡ／Ｄ変換され，次いでＦＦＴ解析部２４へ送られる。
【００２１】
ＦＦＴ解析部２４は，入力された電流波形をＦＦＴ解析し，周波数に対する電流の大きさの関係を取得する。ここで取得される解析結果は，例えば図７に示すようなものとなる。この図は，絶縁不良の発生していない良品のコイルによって得られる解析波形の例である。この解析波形は，低周波部分にほとんど集まっている。このような結果が得られた場合は，判定部２５において，このコイルは良品であると判断される。
【００２２】
一方，ＦＦＴ解析部２４で得られた解析波形が，図８に示すようなものである場合，このコイルのどこかで部分放電が起きていると判断できる。部分放電による電流波形には，良品の電流波形よりは高周波成分が多く含まれるためである。そのため，図７と図８との比較で分かるように，これらの波形の間にはかなり顕著な違いが見られる。そこで，例えば違いの出現しやすい周波数領域を含むようにあらかじめ定めた周波数帯域内においてスペクトル強度を積算し，その積算値を比較することにより，良品であるか否かを判別できる。
【００２３】
これで，Ｕ相のコイル２の絶縁不良の検査は終了である。Ｕ相のコイル２が良品であると判断された場合には，さらにＶ相のコイル３，Ｗ相のコイル４の検査を行う。すなわち，切換部２６の接続状態を図５の状態，図６の状態に順次切り替え，インパルス電圧を印加する。もしいずれかのコイルが不良であると判断された場合には，その旨を表示するとともに，検査を中止すればよい。
【００２４】
本形態では，各コイル２，３，４の動力線端子８，９，１０と中性点端子７との間にインパルス電圧が印加されるので，中性点端子７に近い部分のコイルにも適切な電圧を印加することができる。さらには，検査対象以外のコイルの動力線端子を互いに接続するとともに，これを中性点端子７に短絡したので，コイル間の相互インダクタンスに影響されずに，検査対象のコイルに安定したインパルス電圧を印加することができる。なお，これらの点について，発明者は以下の２種の実験によって確認した。
【００２５】
実施例として，図２に示す接続状態で電圧印加部２１によってインパルス電圧を印加したときに，Ｕ相の第１コイル２ａ〜第４コイル２ｄの各両端部間に印加される分担電圧を測定した。この電圧を相内分担電圧という。さらに，同じ条件で，Ｕ相の第１コイル２ａ〜第４コイル２ｄとＶ相の第１コイル３ａ〜第４コイル３ｄとの間にそれぞれ印加される分担電圧を測定した。この電圧を相間分担電圧という。
【００２６】
また，比較例として，コイル２の動力線端子８とＶ相のコイル３の動力線端子９との間に実施例と同じ大きさのインパルス電圧を印加した場合について，相内分担電圧と相間分担電圧をそれぞれ測定した。なお，この実験では，第１コイル〜第４コイルのコイル間からリード線を引き出し，各箇所間の電圧を測定できるように改造した実験用のステータを使用した。また，相間分担電圧は，各コイルのうち中性点端子７から遠い側の端部同士の間で測定した。
【００２７】
これらの実験の結果を図９と図１０とに示す。図９に示したのは相内分担電圧の分布であり，図１０に示したのは相間分担電圧の分布である。図９に示すように，実施例の相内分担電圧は，いずれのコイルにおいても比較例に比較して向上したことが確認できた。すなわち，同じ大きさのインパルス電圧を印加した場合でも，各コイル部分に印加される電圧は比較例のものより大きくなった。
【００２８】
また，図１０に示すように，相間分担電圧も実施例の方が比較例より向上したことが確認できた。特に，中性点端子７に近い部分において顕著に向上した。これにより，相間分担電圧の最も高い箇所（２ａ−３ａ間）と最も低い箇所（２ｄ−３ｄ間）との差が小さくなった。従って，２ａ−３ａ間に過大な電圧を印可することなく，２ｄ−３ｄ間を適切に検査できる。なお，発明者の用いているステータコイルでは，Ｕ相の第１コイル２ａとＶ相の第４コイル３ｄとの間，および，Ｕ相の第４コイル２ｄとＶ相の第１コイル３ａとの間はいずれも離れており，接触する可能性が全くない。そのため，これらの相間分担電圧は測定していない。
【００２９】
以上詳細に説明したように，本形態の検査装置２０によれば，各相のコイル２，３，４の動力線端子８，９，１０と中性点端子７との間にインパルス電圧が印加されるので，さほど大電圧のインパルス電圧を使用しなくとも，各相のコイルのうち中性点端子７に近い部分にも十分な電位差が印加される。従って，適度な大きさのインパルス電圧の印加により，コイル全体の絶縁状態の検査を行うことができる。すなわち，過大な電圧を印加することなく，中性点付近の絶縁性をも適切に検査できる回転電機の絶縁検査装置となっている。
【００３０】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，電流検出部２２の配置は上記のものに限らず，適切に電流波形を取得できればよい。また例えば，本形態の装置にアンテナセンサを追加し，電磁波をも検出できるようにすれば，特許文献１に記載の検査方法をさらに精密に行うこともできる。「発生する電気信号」には，このようなものも含まれることとする。
【００３１】
さらにまた，中性点端子７に代えて，各相毎にそれぞれ中性点が引き出されているステータがあれば，検査対象以外の相の動力線端子を短絡する必要はない。そのようなステータでは，各相毎に動力線端子とその相の中性点との間にインパルス電圧を印加することができるので，このようにして本形態と同様に検査を行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本形態に係る検査装置を示す概略構成図である。
【図２】本形態の検査装置によってＵ相のコイルを検査する場合の回路図である。
【図３】検査対象のステータを模式的に示す説明図である。
【図４】切換部の接続状態を示す説明図である。
【図５】切換部の接続状態を示す説明図である。
【図６】切換部の接続状態を示す説明図である。
【図７】良品のＦＦＴ解析結果の例を示すグラフ図である。
【図８】不良品のＦＦＴ解析結果の例を示すグラフ図である。
【図９】相内分担電圧の分布を示すグラフ図である。
【図１０】相間分担電圧の分布を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ステータ
７  中性点端子
８，９，１０  動力線端子
２０  検査装置
２１  電圧印加部
２２  電流検出部
２３  Ａ／Ｄ変換部
２４  ＦＦＴ解析部
２５  判定部
２６  切換部
【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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