放電検出方法および放電検出システム
【課題】回転電機の固定子の絶縁部の放電部位を特定する。
【解決手段】放電検出方法は、固定子コイルに所定の電圧が印加されるよう結線した後に、固定子コイル３２に電圧を印加する工程と、固定子３０の軸方向両側に配置した一対の軸方向アンテナ装置６１、６２で、絶縁部で発生する放電を検出して軸方向位置を特定する工程と、固定子３０の所定の軸方向位置で、周方向に等間隔に配列された周方向アンテナ装置群７０により、絶縁部で発生する放電を検出して周方向位置を特定する工程と、を有する。
【解決手段】放電検出方法は、固定子コイルに所定の電圧が印加されるよう結線した後に、固定子コイル３２に電圧を印加する工程と、固定子３０の軸方向両側に配置した一対の軸方向アンテナ装置６１、６２で、絶縁部で発生する放電を検出して軸方向位置を特定する工程と、固定子３０の所定の軸方向位置で、周方向に等間隔に配列された周方向アンテナ装置群７０により、絶縁部で発生する放電を検出して周方向位置を特定する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の放電を検出可能な放電検出方法およびその方法に用いる放電検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギを効率よく利用するためや、省エネの観点からインバータモータの可変速運転が頻繁に行われている。
【０００３】
しかしながら、モータをインバータ駆動した場合、ケーブルとモータのインピーダンス不整合に伴い、モータは立ち上がり時間が短い高電圧パルスに晒される（以降インバータサージ電圧と称する）。このため、通常の正弦波駆動用モータの場合に比べて、インバータモータは強い電気的なストレスに晒されることになる。モータに電気的なストレスが加わると、その絶縁構成部内の空隙間の電界強度が高まり、部分放電が生じることがある。
【０００４】
この部分放電によって、絶縁構成部は侵食され、最終的には絶縁破壊を生じ、モータは運転不能になることがある。このため、インバータモータに対しては、高いサージ電圧が加わったとしても、モータの絶縁部、例えば巻線ターン間で部分放電が発生しないように、絶縁設計する必要がある。また、当該絶縁設計に基づいて絶縁部を製作し、出荷前にはモータの絶縁性能を検査し、徹底的な部分放電管理の下で、不良品を出荷しないようにする必要がある。
【０００５】
インバータモータ内の部分放電を高感度で検出する方法は、特許文献１および特許文献２に開示されているようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８８２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−６９７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のような検出方法では、インバータモータ内の部分放電の発生位置を特定することができないことが多い。このため、絶縁不良部位の製造工程を特定することが困難である。
【０００８】
特許文献１では、部分放電の検出を電流にて測定しているため、インバータモータ内の部分放電の発生位置を具体的に特定することができないことが多い。さらに、通常、不良と判定されたモータは分解し廃却されるため、これによる追加の材料費と工数が増大する可能性がある。
【０００９】
一方、特許文献２では、部分放電による電磁波の変動によって、所望する絶縁不良箇所を特定できない可能性がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転電機の固定子の絶縁部の絶縁不良部位を特定できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る放電検出方法は、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁可能な絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が掛かるように結線するコイル結線工程と、前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の軸方向両側それぞれに配置した一対の軸方向アンテナ対で、前記絶縁部で発生する放電を検出する第１の放電検出工程と、前記第１の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置を特定する軸方向位置特定工程と、前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の所定の軸方向位置で、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数の周方向アンテナ装置により、前記絶縁部で発生する放電を検出する第２の放電検出工程と、前記第２の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の周方向位置を特定する周方向位置特定工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る放電検出方法は、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が掛かるように結線するコイル結線工程と、前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、前記印加工程の継続中に、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置かならなる周方向アンテナ装置群を、所定の軸方向間隔をあけて複数配置して、前記アンテナ装置で、前記絶縁部で発生する放電を検出する放電検出工程と、前記放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置および周方向位置をそれぞれ特定する軸方向位置特定工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る放電検出システムは、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁可能な絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、前記回転電機用固定子を、軸方向が水平な状態で配置可能な固定子設置部と、前記回転電機固定子の軸方向両側それぞれに配置されて、放電により放射された電磁波を感知可能な一対の軸方向アンテナ装置と、前記回転電機固定子の所定の軸方向位置で周方向位置に互いに周方向間隔をあけて配置され、放電により放射された電磁波を感知可能な複数の周方向アンテナ装置と、前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置それぞれに電気的に接続されて、前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る放電検出システムは、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの表面との間を絶縁する絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、それぞれが放電により放射された電磁波を感知可能で互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置からなる周方向アンテナ群が、所定の軸方向間隔をあけて複数配列されてなるアンテナ装置群と、前記各アンテナ装置に電気的に接続されて、前記各アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転電機の固定子の絶縁部の絶縁不良部位を特定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置を、配列した状態を模式的に示す概略斜視図である。
【図３】図２の第５の周方向アンテナ装置の平面図である。
【図４】図１の固定子コイル等の結線状態を示す結線図である。
【図５】図１の印加電圧測定部で測定して得られた波形と、放電検出装置で得られた部分放電の波形を示すグラフである。
【図６】図１の第１および第２の軸方向アンテナ装置で得られる電圧波形を示すグラフである。
【図７】図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置で得られる電圧波形等を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第２の実施形態の放電検出システムのコイルの結線状態を示す結線図である。
【図９】本発明に係る第３の実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図１０】図９の固定子コイル等の結線状態を示す結線図である。
【図１１】図９のＵ相のコイルの模式図である。
【図１２】図１０の変形例を示す結線図である。
【図１３】本発明に係る第４の実施形態の放電検出システムの周方向アンテナ装置の配列を模式的に示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る放電検出システムおよび放電検出方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を、配列した状態を模式的に示す概略斜視図である。図３は、図２の第５の周方向アンテナ装置７５の平面図である。図４は、図１の固定子コイル３２等の結線状態を示す結線図である。
【００１９】
図５は、図１の電圧検出装置１６で測定して得られた波形と、部分放電検出装置１４で得られた部分放電の波形を示すグラフである。図６は、図１の第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２で得られる電圧波形（ＨＡ１、ＨＡ２）を示すグラフである。図７は、図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８で得られる電圧波形等を示すグラフである。
【００２０】
先ず、本実施形態の放電検出システムの構成について説明する。このシステムは、回転電機の固定子３０の絶縁部（図示せず）に発生する部分放電を検出可能で、３相コイルのうちの２相間（異相間）で発生する部分放電を検出するものである。
【００２１】
このシステムは、ＡＣ電源装置１０と、回転電機の固定子３０を設置するための固定子設置部１２と、部分放電検出装置１４と、を有する。また、このシステムは、二つの軸方向アンテナ装置、すなわち、第１の軸方向アンテナ装置６１および第２の軸方向アンテナ装置６２と、１組の周方向アンテナ装置群７０と、これらのアンテナ装置で検出した放電信号を読み取って確認するための第１のオシロスコープ５１および第２のオシロスコープ５２と、を有する。また、当該システムは、電圧検出装置１６と、接地用スイッチＳｇと、を有する。
【００２２】
ＡＣ電源装置１０は、所定のＡＣ電圧Ｖｔを発生可能で、後述する接続部３６に電気的に接続可能である。
【００２３】
電圧検出装置１６は、ＡＣ電源装置１０で発生する電圧値を測定可能に構成されている。
【００２４】
部分放電検出装置１４は、モータ内において発生した部分放電に基づいた信号を出力するもので、固定子３０に部分放電が発生しているか否かを判定可能である。この例では、後述する固定子コイル３２にＡＣ電圧Ｖｔを作用させたときに発生する部分放電を検出可能である。
【００２５】
本実施形態の放電検出システムを用いた放電検出の対象となる回転電機の固定子３０は、固定子コイル３２と、固定子鉄心３４と、絶縁部（図示せず）と、を有する。
【００２６】
固定子コイル３２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相それぞれのコイルを構成するもので、各相のコイル端には、例えばＡＣ電源装置１０に電気的に接続される配線に配線可能な接続部３６が形成される。各相それぞれはコイル両端が他の配線に接続可能で、Ｕ相のコイルの一方の端部にＵ１接続部を形成し、反対側にＵ２接続部を形成する。同様に、Ｖ相のコイルの各端部に、Ｖ１接続部およびＶ２接続部がそれぞれ形成されて、Ｗ相のコイルの各端部に、Ｗ１接続部およびＷ２接続部がそれぞれ形成される。異相間（本例では、Ｕ相およびＶ相の間）に発生する部分放電を検出するための結線方法については、後で説明する。
【００２７】
固定子鉄心３４は、複数の鋼鈑が積層されて構成された略円筒状で、内部に軸方向に貫通する貫通部３５が形成される。この貫通部３５には、回転子（図示せず）が配置される。また、この固定子鉄心３４の貫通部３５の内面には、半径方向内側に開口し、固定子コイル３２を挿入可能な複数のスロット（図示せず）が形成される。このスロットは、周方向に互いに等間隔に形成される。また、固定子鉄心３４は、電気的に接地可能で、接地用スイッチＳｇが閉じられたときに接地するように構成されている。
【００２８】
絶縁部としては、各スロットそれぞれの内面と固定子コイル３２の導体表面との間を絶縁する対地間絶縁部と、異なる相の固定子コイル間同士を絶縁する異相間絶縁部と、固定子コイル内のターン間を絶縁するターン間絶縁部がある。これら絶縁部を形成した後、固定子コイルは、固定子と共に、エポキシもしくはポリエステル系樹脂からなるワニスにて、真空含浸およびは浸漬処理がなされ、乾燥および硬化される。
【００２９】
第１の軸方向アンテナ装置６１は、固定子３０の軸方向外側で、モータ結線側（図１の左方）に配置される。第２の軸方向アンテナ装置６２は、固定子の軸方向外側で、モータ反結線側（図１の右方）に配置される。これらの第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２は、ホーンアンテナタイプのもので、絶縁部で発生する部分放電により放射された電磁波を検出可能である。
【００３０】
周方向アンテナ装置群７０は、８個の周方向アンテナ装置、すなわち、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８からなる。
【００３１】
第１の周方向アンテナ装置７１は、固定子３０の貫通部３５内に配置される所定の直径Ｄで構成されるループアンテナタイプのものである（図３）。第２〜第８の周方向アンテナ装置７２〜７８それぞれは、第１の周方向アンテナ装置７１と同様に、ループアンテナタイプのもので、絶縁部で発生する部分放電により放射された電磁波を検出可能である。
【００３２】
これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８は、所定の軸方向位置に、互いに等間隔で周方向に配列さる（図２）。また、これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８は、軸方向に一体で平行移動可能である。
【００３３】
第１のオシロスコープ５１は、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２がそれぞれ電気的に接続され、これらの第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２で検出された部分放電に係る電気信号を入力可能である。
【００３４】
また、第１のオシロスコープ５１は、部分放電検出装置１４に電気的に接続されている。部分放電検出装置１４で検出した部分放電に係る信号を入力可能である。
【００３５】
第２のオシロスコープ５２は、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８がそれぞれ電気的に接続可能で、これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８で検出された部分放電に係る電気信号を入力可能である。また、第２のオシロスコープ５２は、第１のオシロスコープ５１と電気的に接続可能である。
【００３６】
なお、第１および第２のオシロスコープ５１、５２の電気配線の詳細は省略する。
【００３７】
ここで、Ｕ相およびＶ相の間に発生する部分放電を検出するための結線方法について説明する。
【００３８】
Ｕ１接続部を高圧側としてＶ１接続部を接地側として（図１、図４）、Ｕ１接続部およびＶ１接続部の間にＡＣ電圧Ｖｔが作用するように結線される。また、Ｕ２接続部、Ｖ２接続部およびＷ２接続部は、開放された状態である。また、モータの固定子は、接地用スイッチＳｇ等により、対地から電気的に非接続状態とする。これにより、Ｕ相およびＶ相の間に発生する部分放電を検出するための結線が完了する。
【００３９】
続いて、部分放電検出装置１４を用いて、Ｕ相およびＶ相の間に発生する部分放電を検出する手順について説明する。
【００４０】
先ず、固定子３０を固定子設置部１２に設置して、図４に示すように結線する。この状態で所定のＡＣ電圧Ｖｔを作用させる。当該ＡＣ電圧Ｖｔは、図５に示す電圧波形ＶＡＣで示される正弦波である。この電圧波形ＶＡＣは、電圧検出装置１６で得られる電圧測定値である。
【００４１】
ＡＣ電圧Ｖｔの値は、インバータ駆動時にモータ端に現れるインバータサージ電圧と、そのピークツーピーク電圧値が同じであり、且つ加工落ちや実機における電源電圧変動等を加味した安全率を乗じた所定の電圧値とする。通常、実機の部分放電開始電圧がＶｔ以上であれば、部分放電は検出されず、その機種の絶縁は合格と判定する。
【００４２】
これに対し、ＡＣ電圧Ｖｔを作用させたとき固定子３０の絶縁部で部分放電が発生すると、部分放電検出装置１４がこの部分放電を検出する。このとき、この図５に示すような当該部分放電に起因するパルス波形ＶＩＰが発生する。
【００４３】
固定子３０の絶縁部に部分放電が発生したことを確認した後に、当該部分放電の軸方向位置および周方向位置を特定する。先ず、軸方向位置を特定する工程について説明する。
【００４４】
先ず、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２を固定子３０の軸方向両側それぞれに配置する。この状態で、ＡＣ電源装置１０により固定子コイル３２にＡＣ電圧Ｖｔを作用させて、図５に示されるような部分放電を発生させる。
【００４５】
図６のグラフは、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２で得られる電圧信号を示すもので、横軸が時間で、縦軸が各アンテナ装置６１、６２で得られる電圧である。図６のグラフのうち上方に示す波形（波形ＨＡ１）は、第１の軸方向アンテナ装置６１で得られる電圧信号で、下方に示す波形（波形ＨＡ２）は、第２の軸方向アンテナ装置６２で得られる電圧信号である。
【００４６】
波形ＨＡ１は、時間ゼロの点（図６中の縦軸と横軸の交差部）から図６における左から右への方向は、第１の軸方向アンテナ装置６１から遠くなる方向（図１の右方向）に対応している。波形ＨＡ２は、時間ゼロの点から図６における左から右への方向は、第２の軸方向アンテナ装置６２から遠くなる方（図１の左方向）に対応している。すなわち、図６の横軸（時間軸）は、固定子３０の軸方向位置に対応する。このため、波形ＨＡ１や波形ＨＡ２から軸方向位置が以下のように特定できる。
【００４７】
図６では、波形ＨＡ１は、図６中の破線が囲まれた部分に最大電圧値ＶＰ１（ピーク）がある。また、波形ＨＡ２は、破線が囲まれた部分に最大電圧値ＶＰ２（ピーク）がある。これらピークＶＰ１、ＶＰ２は部分放電に起因するものである。これらピークＶＰ１とＶＰ２を比較すると、ＶＰ１がＶＰ２よりも、その位相が時間的にτだけ進んでいることが確認できる。この位相差τは、放電源から放出される電磁波がＨＡ１およびＨＡ２に到達するまでの時間差を表している。また、強度もＶＰ１がＶＰ２よりも大きいことがわかる。強度の差は、放電源からの距離に対する情報が含まれており、時間差と併せて、これらの情報から部分放電発生箇所の軸方向位置が特定できることになる。
【００４８】
図６では、ＶＰ１の方がＶＰ２よりも早く信号を検出しており、この結果、部分放電の発生位置はモータのやや左側に存在していることが特定できる。なお、ＶＰ１とＶＰ２の強度及び時間差に差が生じない場合は、放電源が回転機の中央部で生じているものと特定できる。
【００４９】
次に、上記手順で特定した軸方向位置で、部分放電が発生する周方向位置を特定する工程について説明する。
【００５０】
先ず、特定した軸方向位置、すなわち、固定子３０の軸方向中央よりもやや左方の位置に、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を配置する。その後、これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を第１のオシロスコープ５１に電気的に接続し、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８それぞれから得られる波形を観察可能な状態にする。
【００５１】
図７のグラフは、第１のオシロスコープ５１で得られる波形をまとめて表示したもので、横軸は時間で縦軸は電圧を示している。このグラフは、図６で説明した第１の軸方向アンテナ装置６１で得られる電圧信号と、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８で得られる電圧信号と、を示す。図７中のループ番号１〜８および波形Ｒ１〜波形Ｒ８は、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８にそれぞれ対応する。
【００５２】
図７では、波形Ｒ１〜波形Ｒ８のうち、波形Ｒ２に最大電圧値が現れている。また、波形Ｒ１および波形Ｒ３には、波形Ｒ２の最大電圧値よりもやや小さいピークが現れている。波形Ｒ３に係る最大電圧値は、波形Ｒ１に係る最大電圧値よりもやや大きい。
【００５３】
また、波形Ｒ４〜波形Ｒ８は、ほぼノイズで部分放電に起因するピークは認められない。すなわち、最大電圧値で見ると、Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ１の関係が認められる。
【００５４】
この場合、第２の周方向アンテナ装置７２が配置される周方向位置付近に部分放電が発生していることがわかる。また、波形Ｒ３および波形Ｒ１それぞれの最大電圧値の関係から、第２の周方向アンテナ装置７２が配置される周方向位置よりも、やや第３の周方向アンテナ装置７３が配置される周方向位置の方に部分放電が発生していることが特定できる。
【００５５】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、異相間で発生する部分放電の軸方向位置および周方向位置を特定することが可能になる。これにより、絶縁部を製作する複数の製造工程内で、不良が発生した工程を特定することが可能になる。また、本実施形態では、Ｕ相およびＶ相の間の放電開始電圧はＶｔ以下であった。したがって、本工程にて特定した部位に起因する絶縁箇所と製造工程を修正すれば、回転機はＶｔ以上の放電開始電圧を有することとなり、出荷可能となる。
【００５６】
なお、本実施形態では、Ｕ相およびＶ相の間以外の異相間、Ｖ相およびＷ相の間、並びにＷ相およびＵ相の間についても、Ｕ相およびＶ相の間の検出と同様に、部分放電を検出可能である。
【００５７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の放電検出システムについて、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の放電検出システムのコイルの結線状態を示す結線図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００５８】
また、本実施形態の放電検出システムの構成は、第１の実施形態で説明した図１と同様である。
【００５９】
本実施形態の放電検出システムは、回転電機の固定子３０の絶縁部に発生する部分放電を検出可能で、３相コイルそれぞれと、接地との間で発生する部分放電を検出するものである。この例では、Ｕ相における対地間に発生する部分放電を検出するための結線方法について説明する。
【００６０】
Ｕ１接続部を高圧側としてＡＣ電源装置１０と接続する。また、Ｖ１接続部およびＷ１接続部を互いに接続して接地する（図８）。このとき、接地用スイッチＳｇは閉じておく。
【００６１】
また、Ｕ２接続部、Ｖ２接続部およびＷ２接続部は、開放された状態である。これにより、Ｕ相における対地間に発生する部分放電を検出するための結線が完了する。
【００６２】
部分放電が発生する軸方向位置および周方向位置は、第１の実施形態と同様の手順で検出することができる。
【００６３】
また、Ｖ相およびＷ相それぞれの対地間で発生する部分放電を検出することも可能である。
【００６４】
［第３の実施形態］
第３の実施形態の放電検出システムについて、図９〜図１２を用いて説明する。図９は、本実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。図１０は、図９の固定子コイル３２等の結線状態を示す結線図である。図１１は、図９のＵ相のコイルの模式図である。図１２は、図１０の変形例を示す結線図である。
【００６５】
なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の放電検出システムは、回転電機の固定子３０の絶縁部に発生する部分放電を検出可能で、３相コイルそれぞれのターン間で発生する部分放電を検出するものである。このシステムは、第１の実施形態で説明したシステム（図１）の構成要素の他に、インパルス発生装置２０と、電源選択用スイッチＳｖを有する。
【００６７】
インパルス発生装置２０は、所定の電圧強度のインパルス信号を発生可能な装置である。インパルス発生装置２０の立ち上がり時間は１μｓ以下程度である。インパルス発生装置２０およびＡＣ電源装置１０のうち一方が、電源選択用スイッチＳｖによって、部分放電検出装置１４に電気的に接続される。
【００６８】
電源選択用スイッチＳｖによって、インパルス発生装置２０と部分放電検出装置１４とを電気的に接続させることにより、インパルス発生装置２０は、固定子コイル３２の接続部３６に電気的に接続される。
【００６９】
ここで、Ｕ相におけるターン間に発生する部分放電を検出するための結線方法について説明する。
【００７０】
電源選択用スイッチＳｖによって、インパルス発生装置２０と部分放電検出装置１４とを電気的に接続させて、Ｕ１接続部をインパルス発生装置２０に電気的に接続させる。また、Ｖ１接続部を接地して、Ｗ１接続部は開放する（図１０）。このとき、接地用スイッチＳｇを閉じる。また、Ｕ２接続部、Ｖ２接続部およびＷ２接続部は、互いに接続させる。これにより、Ｕ相におけるターン間に発生する部分放電を検出するための結線が完了する。
【００７１】
固定子コイル３２のＵ相は、固定子鉄心３４に複数のスロットを跨ぐように巻きまわされている。一巻きを１ターンとしてＵ相を模式化すると、Ｕ相は複数ターン（図１１における、Ｕｔ１、Ｕｔ２、…Ｕｔｘ）からなる。
【００７２】
図示は省略するが、Ｖ相およびＷ相も、Ｕ相と同様に複数巻きまわされて構成されている。
【００７３】
図１０に示す結線状態で、所定の電圧強度（この例ではＶｔ）のインパルス信号を、Ｕ相とアース部間に作用させると、図１１におけるＵｔ１の入側および出側の間、すなわち、１ターン間に作用する電圧負荷が大きくなる。ここで、部分放電が発生するか否かを検出する。
【００７４】
部分放電が発生する軸方向位置および周方向位置は、第１の実施形態と同様の手順で検出することができる。
【００７５】
この構成により、Ｕ相におけるターン間に発生する部分放電を検出し、この部分放電が発生する軸方向位置および周方向位置を特定することが可能となる。
【００７６】
また、図１２に示すように、Ｖ１接続部およびＷ１接続部を互いに接続して接地し、接地用スイッチＳｇを閉じ、これらとU相間にインパルス電圧を印加しても、Ｕ相のターン間の部分放電を検出することができる。同様にして、Ｖ相およびＷ相それぞれのターン間で発生する部分放電を検出することも可能である。
【００７７】
また、図１２に示す結線では、接地用スイッチＳｇを開放しても、Ｕ相のターン間の部分放電を検出することができる。この場合、図１２の結線を構成した場合に比し、Ｕ相のターン間に加わる電圧は2/3倍に低減されることに留意すればよい。同様にして、Ｖ相およびＷ相それぞれのターン間で発生する部分放電を検出することも可能である。
【００７８】
［第４の実施形態］
第４の実施形態の放電検出システムについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態の放電検出システムの周方向アンテナ装置７１〜７８の配列を模式的に示す概略斜視図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００７９】
また、本実施形態の放電検出システムの構成は、第１の実施形態で説明した図１と同様である。
【００８０】
本実施形態の放電検出システムは、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を一つの周方向アンテナ装置群７０として、この周方向アンテナ装置群７０を、固定子３０の貫通部３５内に、所定の軸方向間隔で複数配列している。
【００８１】
これにより、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２を用いなくても、部分放電が発生する軸方向位置を特定することが可能になる。従って、第１の実施形態に比べて、省スペース化が可能となる。
【００８２】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００８３】
第２の実施形態の結線方法では、固定子コイルと対地間の放電発生位置を相毎に測定しており、部分放電発生位置も絞り込みやすいが、例えば、第２の実施形態で説明した放電検出システムにおいて、Ｕ１接続部、Ｖ１接続部およびＷ１接続部を互いに接続して、これらと対地間に電圧を印加してもよい。
【００８４】
また、第３の実施形態で説明した放電検出システム（図９）を用いても、第１の実施形態の結線方法（図４）や、第２の実施形態の結線方法（図８）で結線することができる。この場合、電源選択用スイッチＳｖを切り替え、ＡＣ電源装置１０と部分放電検出装置１４を電気的に接続すればよい。これにより、図９の放電検出システムで、ターン間だけでなく、異相間や対地間の部分放電とその発生位置を検出することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…ＡＣ電源装置、１２…固定子設置部、１４…部分放電検出装置、１６…電圧検出装置、２０…インパルス発生装置、３０…固定子、３２…固定子コイル、３４…固定子鉄心、３５…貫通部、３６…接続部、５１…第１のオシロスコープ、５２…第２のオシロスコープ、６１…第１の軸方向アンテナ装置、６２…第２の軸方向アンテナ装置、７０…周方向アンテナ装置群、７１…第１の周方向アンテナ装置、７２…第２の周方向アンテナ装置、７３…第３の周方向アンテナ装置、７４…第４の周方向アンテナ装置、７５…第５の周方向アンテナ装置、７６…第６の周方向アンテナ装置、７７…第７の周方向アンテナ装置、７８…第８の周方向アンテナ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の放電を検出可能な放電検出方法およびその方法に用いる放電検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギを効率よく利用するためや、省エネの観点からインバータモータの可変速運転が頻繁に行われている。
【０００３】
しかしながら、モータをインバータ駆動した場合、ケーブルとモータのインピーダンス不整合に伴い、モータは立ち上がり時間が短い高電圧パルスに晒される（以降インバータサージ電圧と称する）。このため、通常の正弦波駆動用モータの場合に比べて、インバータモータは強い電気的なストレスに晒されることになる。モータに電気的なストレスが加わると、その絶縁構成部内の空隙間の電界強度が高まり、部分放電が生じることがある。
【０００４】
この部分放電によって、絶縁構成部は侵食され、最終的には絶縁破壊を生じ、モータは運転不能になることがある。このため、インバータモータに対しては、高いサージ電圧が加わったとしても、モータの絶縁部、例えば巻線ターン間で部分放電が発生しないように、絶縁設計する必要がある。また、当該絶縁設計に基づいて絶縁部を製作し、出荷前にはモータの絶縁性能を検査し、徹底的な部分放電管理の下で、不良品を出荷しないようにする必要がある。
【０００５】
インバータモータ内の部分放電を高感度で検出する方法は、特許文献１および特許文献２に開示されているようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８８２５０号公報
【特許文献２】特開２００５−６９７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のような検出方法では、インバータモータ内の部分放電の発生位置を特定することができないことが多い。このため、絶縁不良部位の製造工程を特定することが困難である。
【０００８】
特許文献１では、部分放電の検出を電流にて測定しているため、インバータモータ内の部分放電の発生位置を具体的に特定することができないことが多い。さらに、通常、不良と判定されたモータは分解し廃却されるため、これによる追加の材料費と工数が増大する可能性がある。
【０００９】
一方、特許文献２では、部分放電による電磁波の変動によって、所望する絶縁不良箇所を特定できない可能性がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転電機の固定子の絶縁部の絶縁不良部位を特定できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る放電検出方法は、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁可能な絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が掛かるように結線するコイル結線工程と、前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の軸方向両側それぞれに配置した一対の軸方向アンテナ対で、前記絶縁部で発生する放電を検出する第１の放電検出工程と、前記第１の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置を特定する軸方向位置特定工程と、前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の所定の軸方向位置で、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数の周方向アンテナ装置により、前記絶縁部で発生する放電を検出する第２の放電検出工程と、前記第２の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の周方向位置を特定する周方向位置特定工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る放電検出方法は、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が掛かるように結線するコイル結線工程と、前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、前記印加工程の継続中に、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置かならなる周方向アンテナ装置群を、所定の軸方向間隔をあけて複数配置して、前記アンテナ装置で、前記絶縁部で発生する放電を検出する放電検出工程と、前記放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置および周方向位置をそれぞれ特定する軸方向位置特定工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る放電検出システムは、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁可能な絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、前記回転電機用固定子を、軸方向が水平な状態で配置可能な固定子設置部と、前記回転電機固定子の軸方向両側それぞれに配置されて、放電により放射された電磁波を感知可能な一対の軸方向アンテナ装置と、前記回転電機固定子の所定の軸方向位置で周方向位置に互いに周方向間隔をあけて配置され、放電により放射された電磁波を感知可能な複数の周方向アンテナ装置と、前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置それぞれに電気的に接続されて、前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る放電検出システムは、固定子コイルと、前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの表面との間を絶縁する絶縁部と、を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、それぞれが放電により放射された電磁波を感知可能で互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置からなる周方向アンテナ群が、所定の軸方向間隔をあけて複数配列されてなるアンテナ装置群と、前記各アンテナ装置に電気的に接続されて、前記各アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転電機の固定子の絶縁部の絶縁不良部位を特定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置を、配列した状態を模式的に示す概略斜視図である。
【図３】図２の第５の周方向アンテナ装置の平面図である。
【図４】図１の固定子コイル等の結線状態を示す結線図である。
【図５】図１の印加電圧測定部で測定して得られた波形と、放電検出装置で得られた部分放電の波形を示すグラフである。
【図６】図１の第１および第２の軸方向アンテナ装置で得られる電圧波形を示すグラフである。
【図７】図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置で得られる電圧波形等を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第２の実施形態の放電検出システムのコイルの結線状態を示す結線図である。
【図９】本発明に係る第３の実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図１０】図９の固定子コイル等の結線状態を示す結線図である。
【図１１】図９のＵ相のコイルの模式図である。
【図１２】図１０の変形例を示す結線図である。
【図１３】本発明に係る第４の実施形態の放電検出システムの周方向アンテナ装置の配列を模式的に示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る放電検出システムおよび放電検出方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を、配列した状態を模式的に示す概略斜視図である。図３は、図２の第５の周方向アンテナ装置７５の平面図である。図４は、図１の固定子コイル３２等の結線状態を示す結線図である。
【００１９】
図５は、図１の電圧検出装置１６で測定して得られた波形と、部分放電検出装置１４で得られた部分放電の波形を示すグラフである。図６は、図１の第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２で得られる電圧波形（ＨＡ１、ＨＡ２）を示すグラフである。図７は、図１の第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８で得られる電圧波形等を示すグラフである。
【００２０】
先ず、本実施形態の放電検出システムの構成について説明する。このシステムは、回転電機の固定子３０の絶縁部（図示せず）に発生する部分放電を検出可能で、３相コイルのうちの２相間（異相間）で発生する部分放電を検出するものである。
【００２１】
このシステムは、ＡＣ電源装置１０と、回転電機の固定子３０を設置するための固定子設置部１２と、部分放電検出装置１４と、を有する。また、このシステムは、二つの軸方向アンテナ装置、すなわち、第１の軸方向アンテナ装置６１および第２の軸方向アンテナ装置６２と、１組の周方向アンテナ装置群７０と、これらのアンテナ装置で検出した放電信号を読み取って確認するための第１のオシロスコープ５１および第２のオシロスコープ５２と、を有する。また、当該システムは、電圧検出装置１６と、接地用スイッチＳｇと、を有する。
【００２２】
ＡＣ電源装置１０は、所定のＡＣ電圧Ｖｔを発生可能で、後述する接続部３６に電気的に接続可能である。
【００２３】
電圧検出装置１６は、ＡＣ電源装置１０で発生する電圧値を測定可能に構成されている。
【００２４】
部分放電検出装置１４は、モータ内において発生した部分放電に基づいた信号を出力するもので、固定子３０に部分放電が発生しているか否かを判定可能である。この例では、後述する固定子コイル３２にＡＣ電圧Ｖｔを作用させたときに発生する部分放電を検出可能である。
【００２５】
本実施形態の放電検出システムを用いた放電検出の対象となる回転電機の固定子３０は、固定子コイル３２と、固定子鉄心３４と、絶縁部（図示せず）と、を有する。
【００２６】
固定子コイル３２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相それぞれのコイルを構成するもので、各相のコイル端には、例えばＡＣ電源装置１０に電気的に接続される配線に配線可能な接続部３６が形成される。各相それぞれはコイル両端が他の配線に接続可能で、Ｕ相のコイルの一方の端部にＵ１接続部を形成し、反対側にＵ２接続部を形成する。同様に、Ｖ相のコイルの各端部に、Ｖ１接続部およびＶ２接続部がそれぞれ形成されて、Ｗ相のコイルの各端部に、Ｗ１接続部およびＷ２接続部がそれぞれ形成される。異相間（本例では、Ｕ相およびＶ相の間）に発生する部分放電を検出するための結線方法については、後で説明する。
【００２７】
固定子鉄心３４は、複数の鋼鈑が積層されて構成された略円筒状で、内部に軸方向に貫通する貫通部３５が形成される。この貫通部３５には、回転子（図示せず）が配置される。また、この固定子鉄心３４の貫通部３５の内面には、半径方向内側に開口し、固定子コイル３２を挿入可能な複数のスロット（図示せず）が形成される。このスロットは、周方向に互いに等間隔に形成される。また、固定子鉄心３４は、電気的に接地可能で、接地用スイッチＳｇが閉じられたときに接地するように構成されている。
【００２８】
絶縁部としては、各スロットそれぞれの内面と固定子コイル３２の導体表面との間を絶縁する対地間絶縁部と、異なる相の固定子コイル間同士を絶縁する異相間絶縁部と、固定子コイル内のターン間を絶縁するターン間絶縁部がある。これら絶縁部を形成した後、固定子コイルは、固定子と共に、エポキシもしくはポリエステル系樹脂からなるワニスにて、真空含浸およびは浸漬処理がなされ、乾燥および硬化される。
【００２９】
第１の軸方向アンテナ装置６１は、固定子３０の軸方向外側で、モータ結線側（図１の左方）に配置される。第２の軸方向アンテナ装置６２は、固定子の軸方向外側で、モータ反結線側（図１の右方）に配置される。これらの第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２は、ホーンアンテナタイプのもので、絶縁部で発生する部分放電により放射された電磁波を検出可能である。
【００３０】
周方向アンテナ装置群７０は、８個の周方向アンテナ装置、すなわち、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８からなる。
【００３１】
第１の周方向アンテナ装置７１は、固定子３０の貫通部３５内に配置される所定の直径Ｄで構成されるループアンテナタイプのものである（図３）。第２〜第８の周方向アンテナ装置７２〜７８それぞれは、第１の周方向アンテナ装置７１と同様に、ループアンテナタイプのもので、絶縁部で発生する部分放電により放射された電磁波を検出可能である。
【００３２】
これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８は、所定の軸方向位置に、互いに等間隔で周方向に配列さる（図２）。また、これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８は、軸方向に一体で平行移動可能である。
【００３３】
第１のオシロスコープ５１は、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２がそれぞれ電気的に接続され、これらの第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２で検出された部分放電に係る電気信号を入力可能である。
【００３４】
また、第１のオシロスコープ５１は、部分放電検出装置１４に電気的に接続されている。部分放電検出装置１４で検出した部分放電に係る信号を入力可能である。
【００３５】
第２のオシロスコープ５２は、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８がそれぞれ電気的に接続可能で、これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８で検出された部分放電に係る電気信号を入力可能である。また、第２のオシロスコープ５２は、第１のオシロスコープ５１と電気的に接続可能である。
【００３６】
なお、第１および第２のオシロスコープ５１、５２の電気配線の詳細は省略する。
【００３７】
ここで、Ｕ相およびＶ相の間に発生する部分放電を検出するための結線方法について説明する。
【００３８】
Ｕ１接続部を高圧側としてＶ１接続部を接地側として（図１、図４）、Ｕ１接続部およびＶ１接続部の間にＡＣ電圧Ｖｔが作用するように結線される。また、Ｕ２接続部、Ｖ２接続部およびＷ２接続部は、開放された状態である。また、モータの固定子は、接地用スイッチＳｇ等により、対地から電気的に非接続状態とする。これにより、Ｕ相およびＶ相の間に発生する部分放電を検出するための結線が完了する。
【００３９】
続いて、部分放電検出装置１４を用いて、Ｕ相およびＶ相の間に発生する部分放電を検出する手順について説明する。
【００４０】
先ず、固定子３０を固定子設置部１２に設置して、図４に示すように結線する。この状態で所定のＡＣ電圧Ｖｔを作用させる。当該ＡＣ電圧Ｖｔは、図５に示す電圧波形ＶＡＣで示される正弦波である。この電圧波形ＶＡＣは、電圧検出装置１６で得られる電圧測定値である。
【００４１】
ＡＣ電圧Ｖｔの値は、インバータ駆動時にモータ端に現れるインバータサージ電圧と、そのピークツーピーク電圧値が同じであり、且つ加工落ちや実機における電源電圧変動等を加味した安全率を乗じた所定の電圧値とする。通常、実機の部分放電開始電圧がＶｔ以上であれば、部分放電は検出されず、その機種の絶縁は合格と判定する。
【００４２】
これに対し、ＡＣ電圧Ｖｔを作用させたとき固定子３０の絶縁部で部分放電が発生すると、部分放電検出装置１４がこの部分放電を検出する。このとき、この図５に示すような当該部分放電に起因するパルス波形ＶＩＰが発生する。
【００４３】
固定子３０の絶縁部に部分放電が発生したことを確認した後に、当該部分放電の軸方向位置および周方向位置を特定する。先ず、軸方向位置を特定する工程について説明する。
【００４４】
先ず、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２を固定子３０の軸方向両側それぞれに配置する。この状態で、ＡＣ電源装置１０により固定子コイル３２にＡＣ電圧Ｖｔを作用させて、図５に示されるような部分放電を発生させる。
【００４５】
図６のグラフは、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２で得られる電圧信号を示すもので、横軸が時間で、縦軸が各アンテナ装置６１、６２で得られる電圧である。図６のグラフのうち上方に示す波形（波形ＨＡ１）は、第１の軸方向アンテナ装置６１で得られる電圧信号で、下方に示す波形（波形ＨＡ２）は、第２の軸方向アンテナ装置６２で得られる電圧信号である。
【００４６】
波形ＨＡ１は、時間ゼロの点（図６中の縦軸と横軸の交差部）から図６における左から右への方向は、第１の軸方向アンテナ装置６１から遠くなる方向（図１の右方向）に対応している。波形ＨＡ２は、時間ゼロの点から図６における左から右への方向は、第２の軸方向アンテナ装置６２から遠くなる方（図１の左方向）に対応している。すなわち、図６の横軸（時間軸）は、固定子３０の軸方向位置に対応する。このため、波形ＨＡ１や波形ＨＡ２から軸方向位置が以下のように特定できる。
【００４７】
図６では、波形ＨＡ１は、図６中の破線が囲まれた部分に最大電圧値ＶＰ１（ピーク）がある。また、波形ＨＡ２は、破線が囲まれた部分に最大電圧値ＶＰ２（ピーク）がある。これらピークＶＰ１、ＶＰ２は部分放電に起因するものである。これらピークＶＰ１とＶＰ２を比較すると、ＶＰ１がＶＰ２よりも、その位相が時間的にτだけ進んでいることが確認できる。この位相差τは、放電源から放出される電磁波がＨＡ１およびＨＡ２に到達するまでの時間差を表している。また、強度もＶＰ１がＶＰ２よりも大きいことがわかる。強度の差は、放電源からの距離に対する情報が含まれており、時間差と併せて、これらの情報から部分放電発生箇所の軸方向位置が特定できることになる。
【００４８】
図６では、ＶＰ１の方がＶＰ２よりも早く信号を検出しており、この結果、部分放電の発生位置はモータのやや左側に存在していることが特定できる。なお、ＶＰ１とＶＰ２の強度及び時間差に差が生じない場合は、放電源が回転機の中央部で生じているものと特定できる。
【００４９】
次に、上記手順で特定した軸方向位置で、部分放電が発生する周方向位置を特定する工程について説明する。
【００５０】
先ず、特定した軸方向位置、すなわち、固定子３０の軸方向中央よりもやや左方の位置に、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を配置する。その後、これらの第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を第１のオシロスコープ５１に電気的に接続し、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８それぞれから得られる波形を観察可能な状態にする。
【００５１】
図７のグラフは、第１のオシロスコープ５１で得られる波形をまとめて表示したもので、横軸は時間で縦軸は電圧を示している。このグラフは、図６で説明した第１の軸方向アンテナ装置６１で得られる電圧信号と、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８で得られる電圧信号と、を示す。図７中のループ番号１〜８および波形Ｒ１〜波形Ｒ８は、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８にそれぞれ対応する。
【００５２】
図７では、波形Ｒ１〜波形Ｒ８のうち、波形Ｒ２に最大電圧値が現れている。また、波形Ｒ１および波形Ｒ３には、波形Ｒ２の最大電圧値よりもやや小さいピークが現れている。波形Ｒ３に係る最大電圧値は、波形Ｒ１に係る最大電圧値よりもやや大きい。
【００５３】
また、波形Ｒ４〜波形Ｒ８は、ほぼノイズで部分放電に起因するピークは認められない。すなわち、最大電圧値で見ると、Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ１の関係が認められる。
【００５４】
この場合、第２の周方向アンテナ装置７２が配置される周方向位置付近に部分放電が発生していることがわかる。また、波形Ｒ３および波形Ｒ１それぞれの最大電圧値の関係から、第２の周方向アンテナ装置７２が配置される周方向位置よりも、やや第３の周方向アンテナ装置７３が配置される周方向位置の方に部分放電が発生していることが特定できる。
【００５５】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、異相間で発生する部分放電の軸方向位置および周方向位置を特定することが可能になる。これにより、絶縁部を製作する複数の製造工程内で、不良が発生した工程を特定することが可能になる。また、本実施形態では、Ｕ相およびＶ相の間の放電開始電圧はＶｔ以下であった。したがって、本工程にて特定した部位に起因する絶縁箇所と製造工程を修正すれば、回転機はＶｔ以上の放電開始電圧を有することとなり、出荷可能となる。
【００５６】
なお、本実施形態では、Ｕ相およびＶ相の間以外の異相間、Ｖ相およびＷ相の間、並びにＷ相およびＵ相の間についても、Ｕ相およびＶ相の間の検出と同様に、部分放電を検出可能である。
【００５７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の放電検出システムについて、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の放電検出システムのコイルの結線状態を示す結線図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００５８】
また、本実施形態の放電検出システムの構成は、第１の実施形態で説明した図１と同様である。
【００５９】
本実施形態の放電検出システムは、回転電機の固定子３０の絶縁部に発生する部分放電を検出可能で、３相コイルそれぞれと、接地との間で発生する部分放電を検出するものである。この例では、Ｕ相における対地間に発生する部分放電を検出するための結線方法について説明する。
【００６０】
Ｕ１接続部を高圧側としてＡＣ電源装置１０と接続する。また、Ｖ１接続部およびＷ１接続部を互いに接続して接地する（図８）。このとき、接地用スイッチＳｇは閉じておく。
【００６１】
また、Ｕ２接続部、Ｖ２接続部およびＷ２接続部は、開放された状態である。これにより、Ｕ相における対地間に発生する部分放電を検出するための結線が完了する。
【００６２】
部分放電が発生する軸方向位置および周方向位置は、第１の実施形態と同様の手順で検出することができる。
【００６３】
また、Ｖ相およびＷ相それぞれの対地間で発生する部分放電を検出することも可能である。
【００６４】
［第３の実施形態］
第３の実施形態の放電検出システムについて、図９〜図１２を用いて説明する。図９は、本実施形態の放電検出システムの構成を模式的に示すブロック図である。図１０は、図９の固定子コイル３２等の結線状態を示す結線図である。図１１は、図９のＵ相のコイルの模式図である。図１２は、図１０の変形例を示す結線図である。
【００６５】
なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の放電検出システムは、回転電機の固定子３０の絶縁部に発生する部分放電を検出可能で、３相コイルそれぞれのターン間で発生する部分放電を検出するものである。このシステムは、第１の実施形態で説明したシステム（図１）の構成要素の他に、インパルス発生装置２０と、電源選択用スイッチＳｖを有する。
【００６７】
インパルス発生装置２０は、所定の電圧強度のインパルス信号を発生可能な装置である。インパルス発生装置２０の立ち上がり時間は１μｓ以下程度である。インパルス発生装置２０およびＡＣ電源装置１０のうち一方が、電源選択用スイッチＳｖによって、部分放電検出装置１４に電気的に接続される。
【００６８】
電源選択用スイッチＳｖによって、インパルス発生装置２０と部分放電検出装置１４とを電気的に接続させることにより、インパルス発生装置２０は、固定子コイル３２の接続部３６に電気的に接続される。
【００６９】
ここで、Ｕ相におけるターン間に発生する部分放電を検出するための結線方法について説明する。
【００７０】
電源選択用スイッチＳｖによって、インパルス発生装置２０と部分放電検出装置１４とを電気的に接続させて、Ｕ１接続部をインパルス発生装置２０に電気的に接続させる。また、Ｖ１接続部を接地して、Ｗ１接続部は開放する（図１０）。このとき、接地用スイッチＳｇを閉じる。また、Ｕ２接続部、Ｖ２接続部およびＷ２接続部は、互いに接続させる。これにより、Ｕ相におけるターン間に発生する部分放電を検出するための結線が完了する。
【００７１】
固定子コイル３２のＵ相は、固定子鉄心３４に複数のスロットを跨ぐように巻きまわされている。一巻きを１ターンとしてＵ相を模式化すると、Ｕ相は複数ターン（図１１における、Ｕｔ１、Ｕｔ２、…Ｕｔｘ）からなる。
【００７２】
図示は省略するが、Ｖ相およびＷ相も、Ｕ相と同様に複数巻きまわされて構成されている。
【００７３】
図１０に示す結線状態で、所定の電圧強度（この例ではＶｔ）のインパルス信号を、Ｕ相とアース部間に作用させると、図１１におけるＵｔ１の入側および出側の間、すなわち、１ターン間に作用する電圧負荷が大きくなる。ここで、部分放電が発生するか否かを検出する。
【００７４】
部分放電が発生する軸方向位置および周方向位置は、第１の実施形態と同様の手順で検出することができる。
【００７５】
この構成により、Ｕ相におけるターン間に発生する部分放電を検出し、この部分放電が発生する軸方向位置および周方向位置を特定することが可能となる。
【００７６】
また、図１２に示すように、Ｖ１接続部およびＷ１接続部を互いに接続して接地し、接地用スイッチＳｇを閉じ、これらとU相間にインパルス電圧を印加しても、Ｕ相のターン間の部分放電を検出することができる。同様にして、Ｖ相およびＷ相それぞれのターン間で発生する部分放電を検出することも可能である。
【００７７】
また、図１２に示す結線では、接地用スイッチＳｇを開放しても、Ｕ相のターン間の部分放電を検出することができる。この場合、図１２の結線を構成した場合に比し、Ｕ相のターン間に加わる電圧は2/3倍に低減されることに留意すればよい。同様にして、Ｖ相およびＷ相それぞれのターン間で発生する部分放電を検出することも可能である。
【００７８】
［第４の実施形態］
第４の実施形態の放電検出システムについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態の放電検出システムの周方向アンテナ装置７１〜７８の配列を模式的に示す概略斜視図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図７）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００７９】
また、本実施形態の放電検出システムの構成は、第１の実施形態で説明した図１と同様である。
【００８０】
本実施形態の放電検出システムは、第１〜第８の周方向アンテナ装置７１〜７８を一つの周方向アンテナ装置群７０として、この周方向アンテナ装置群７０を、固定子３０の貫通部３５内に、所定の軸方向間隔で複数配列している。
【００８１】
これにより、第１および第２の軸方向アンテナ装置６１、６２を用いなくても、部分放電が発生する軸方向位置を特定することが可能になる。従って、第１の実施形態に比べて、省スペース化が可能となる。
【００８２】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００８３】
第２の実施形態の結線方法では、固定子コイルと対地間の放電発生位置を相毎に測定しており、部分放電発生位置も絞り込みやすいが、例えば、第２の実施形態で説明した放電検出システムにおいて、Ｕ１接続部、Ｖ１接続部およびＷ１接続部を互いに接続して、これらと対地間に電圧を印加してもよい。
【００８４】
また、第３の実施形態で説明した放電検出システム（図９）を用いても、第１の実施形態の結線方法（図４）や、第２の実施形態の結線方法（図８）で結線することができる。この場合、電源選択用スイッチＳｖを切り替え、ＡＣ電源装置１０と部分放電検出装置１４を電気的に接続すればよい。これにより、図９の放電検出システムで、ターン間だけでなく、異相間や対地間の部分放電とその発生位置を検出することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…ＡＣ電源装置、１２…固定子設置部、１４…部分放電検出装置、１６…電圧検出装置、２０…インパルス発生装置、３０…固定子、３２…固定子コイル、３４…固定子鉄心、３５…貫通部、３６…接続部、５１…第１のオシロスコープ、５２…第２のオシロスコープ、６１…第１の軸方向アンテナ装置、６２…第２の軸方向アンテナ装置、７０…周方向アンテナ装置群、７１…第１の周方向アンテナ装置、７２…第２の周方向アンテナ装置、７３…第３の周方向アンテナ装置、７４…第４の周方向アンテナ装置、７５…第５の周方向アンテナ装置、７６…第６の周方向アンテナ装置、７７…第７の周方向アンテナ装置、７８…第８の周方向アンテナ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、
前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が加わるように結線するコイル結線工程と、
前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、
前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の軸方向両側それぞれに配置した一対の軸方向アンテナ対で、前記絶縁部で発生する放電を検出する第１の放電検出工程と、
前記第１の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置を特定する軸方向位置特定工程と、
前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の所定の軸方向位置で、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数の周方向アンテナ装置により、前記絶縁部で発生する放電を検出する第２の放電検出工程と、
前記第２の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の周方向位置を特定する周方向位置特定工程と、
を有することを特徴とする放電検出方法。
【請求項２】
前記周方向放電特定工程は、前記軸方向放電工程で特定した放電発生の軸方向位置で、当該放電発生の周方向位置を特定する工程を含むこと、を特徴とする請求項１に記載の放電検出方法。
【請求項３】
前記固定子コイルは、少なくとも３相を構成し、互いに異なる相の間が絶縁された相間絶縁部を有すること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電検出方法。
【請求項４】
前記結線工程は、前記３相のうち２相の間に所定の電圧が加わるよう結線する工程を含み、
前記印加工程は、前記結線工程で結線された２相間に所定の電圧を印加する工程を含むこと、
を特徴とする請求項３に記載の放電検出方法。
【請求項５】
前記結線工程は、前記３相のうちいずれか１相と、アース部との間を結線する工程を含み、
前記印加工程は、前記結線工程で結線された相およびアース部の間に所定の電圧を印加する工程を含むこと、
を特徴とする請求項３に記載の放電検出方法。
【請求項６】
前記固定子コイルは、前記各相それぞれの前記固定子コイルのターン間が絶縁されたターン間絶縁部を有し、
前記結線工程は、前記３相のうちいずれか１相とアース部間に所定の強度のインパルス電圧を印加できるように結線する工程を含み、
前記印加工程は、前記結線工程で結線した相とアース部間にインパルス電圧を印加する工程を含むこと、
を特徴とする請求項３に記載の放電検出方法。
【請求項７】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、
前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が加わるように結線するコイル結線工程と、
前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、
前記印加工程の継続中に、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置かならなる周方向アンテナ装置群を、所定の軸方向間隔をあけて複数配置して、前記アンテナ装置で、前記絶縁部で発生する放電を検出する放電検出工程と、
前記放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置および周方向位置をそれぞれ特定する軸方向位置特定工程と、
を有することを特徴とする放電検出方法。
【請求項８】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、
前記回転電機固定子の軸方向両側それぞれに配置されて、放電により放射された電磁波を感知可能な一対の軸方向アンテナ装置と、
前記回転電機固定子の所定の軸方向位置で周方向位置に互いに周方向間隔をあけて配置され、放電により放射された電磁波を感知可能な複数の周方向アンテナ装置と、
前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置それぞれに電気的に接続されて、前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、
を有することを特徴とする放電検出システム。
【請求項９】
前記固定子コイルは、少なくとも３相を構成し、前記絶縁部は、互いに異なる相の間が絶縁されていること、
を特徴とする請求項８に記載の放電検出システム。
【請求項１０】
前記絶縁部は、前記各相それぞれの前記固定子コイルのターン間が絶縁されており、
前記３相のうちいずれか１相に所定の強度のインパルス電圧を印加できるように結線されていること、
を特徴とする請求項８または請求項９に記載の放電検出システム。
【請求項１１】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、
それぞれが放電により放射された電磁波を感知可能で互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置からなる周方向アンテナ群が、所定の軸方向間隔をあけて複数配列されてなるアンテナ装置群と、
前記各アンテナ装置に電気的に接続されて、前記各アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、
を有することを特徴とする放電検出システム。
【請求項１】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、
前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が加わるように結線するコイル結線工程と、
前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、
前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の軸方向両側それぞれに配置した一対の軸方向アンテナ対で、前記絶縁部で発生する放電を検出する第１の放電検出工程と、
前記第１の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置を特定する軸方向位置特定工程と、
前記印加工程の継続中に、前記回転電機用固定子の所定の軸方向位置で、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数の周方向アンテナ装置により、前記絶縁部で発生する放電を検出する第２の放電検出工程と、
前記第２の放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の周方向位置を特定する周方向位置特定工程と、
を有することを特徴とする放電検出方法。
【請求項２】
前記周方向放電特定工程は、前記軸方向放電工程で特定した放電発生の軸方向位置で、当該放電発生の周方向位置を特定する工程を含むこと、を特徴とする請求項１に記載の放電検出方法。
【請求項３】
前記固定子コイルは、少なくとも３相を構成し、互いに異なる相の間が絶縁された相間絶縁部を有すること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電検出方法。
【請求項４】
前記結線工程は、前記３相のうち２相の間に所定の電圧が加わるよう結線する工程を含み、
前記印加工程は、前記結線工程で結線された２相間に所定の電圧を印加する工程を含むこと、
を特徴とする請求項３に記載の放電検出方法。
【請求項５】
前記結線工程は、前記３相のうちいずれか１相と、アース部との間を結線する工程を含み、
前記印加工程は、前記結線工程で結線された相およびアース部の間に所定の電圧を印加する工程を含むこと、
を特徴とする請求項３に記載の放電検出方法。
【請求項６】
前記固定子コイルは、前記各相それぞれの前記固定子コイルのターン間が絶縁されたターン間絶縁部を有し、
前記結線工程は、前記３相のうちいずれか１相とアース部間に所定の強度のインパルス電圧を印加できるように結線する工程を含み、
前記印加工程は、前記結線工程で結線した相とアース部間にインパルス電圧を印加する工程を含むこと、
を特徴とする請求項３に記載の放電検出方法。
【請求項７】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を検出する放電検出方法において、
前記固定子コイルの前記絶縁部に所定の電圧が加わるように結線するコイル結線工程と、
前記コイル結線工程の後に、前記固定子コイルに所定の電圧を印加する印加工程と、
前記印加工程の継続中に、互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置かならなる周方向アンテナ装置群を、所定の軸方向間隔をあけて複数配置して、前記アンテナ装置で、前記絶縁部で発生する放電を検出する放電検出工程と、
前記放電検出工程で検出した放電に基づいて、前記放電の軸方向位置および周方向位置をそれぞれ特定する軸方向位置特定工程と、
を有することを特徴とする放電検出方法。
【請求項８】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、
前記回転電機固定子の軸方向両側それぞれに配置されて、放電により放射された電磁波を感知可能な一対の軸方向アンテナ装置と、
前記回転電機固定子の所定の軸方向位置で周方向位置に互いに周方向間隔をあけて配置され、放電により放射された電磁波を感知可能な複数の周方向アンテナ装置と、
前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置それぞれに電気的に接続されて、前記一対の軸方向アンテナ装置および前記各周方向アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、
を有することを特徴とする放電検出システム。
【請求項９】
前記固定子コイルは、少なくとも３相を構成し、前記絶縁部は、互いに異なる相の間が絶縁されていること、
を特徴とする請求項８に記載の放電検出システム。
【請求項１０】
前記絶縁部は、前記各相それぞれの前記固定子コイルのターン間が絶縁されており、
前記３相のうちいずれか１相に所定の強度のインパルス電圧を印加できるように結線されていること、
を特徴とする請求項８または請求項９に記載の放電検出システム。
【請求項１１】
固定子コイルと、
前記固定子コイルが挿入されるスロットが周方向に複数形成された固定子鉄心と、
少なくとも、前記スロットの内面と前記固定子コイルの導体表面との間を絶縁する絶縁部と、
を有する回転電機用固定子の前記絶縁部に発生する放電を測定する放電検出システムにおいて、
それぞれが放電により放射された電磁波を感知可能で互いに周方向間隔をあけて周方向に配列された複数のアンテナ装置からなる周方向アンテナ群が、所定の軸方向間隔をあけて複数配列されてなるアンテナ装置群と、
前記各アンテナ装置に電気的に接続されて、前記各アンテナ装置のうち少なくとも一つが放電を感知したときに、その旨を示す電気信号を入力可能に構成された信号読取装置と、
を有することを特徴とする放電検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１９４０６５（Ｐ２０１２−１９４０６５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８３６１（Ｐ２０１１−５８３６１）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]