試験装置及び試験方法
【課題】 モータの短絡を判定する際の利便性を向上させることができる試験装置及びその試験方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 線間電圧測定回路２２が、三相巻線１２１〜１２３の各線間電圧を測定し、電圧印加回路２０が、三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する。また、応答時間測定回路２３が、インパルス信号の印加後に線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する。更に、短絡判定回路２７が、三相巻線１２１〜１２３の２相の各組合せにおける応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定する。
【解決手段】 線間電圧測定回路２２が、三相巻線１２１〜１２３の各線間電圧を測定し、電圧印加回路２０が、三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する。また、応答時間測定回路２３が、インパルス信号の印加後に線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する。更に、短絡判定回路２７が、三相巻線１２１〜１２３の２相の各組合せにおける応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験装置及び試験方法に係り、更に詳しくは、インパルス信号を印加することにより巻線の絶縁評価試験を行う試験装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは電磁鋼板を積み重ねた鉄心に絶縁された電線を巻くことによって形成される。この電線の絶縁が焼損又は劣化した場合、電線間、あるいは、電線と鉄心との間に絶縁不良による短絡が生じ、モータの焼損や感電事故につながる恐れがある。このため、モータ、トランス、電磁コイルなどの巻線を含む製品では、巻線の絶縁劣化等の短絡を判定することを目的として、巻線の絶縁評価試験が行われる。
【０００３】
モータは、その生産工程においてステータ又はロータに巻線が施される場合、それぞれ単体で巻線の絶縁評価試験が行われる。しかしながら、例えば、エアコン、冷蔵庫などに用いられるコンプレッサーでは、金属製容器にモータのステータ及びロータに直結した圧縮機を組み込み、冷媒圧縮ガスの圧力に耐えるように、金属製容器に収納し、完全密閉溶接が行われる。この溶接工程では、溶融金属粉、いわゆるスパッタが容器内に飛散して巻線に付着することにより、巻線の短絡が生じる可能性がある。このため、溶接工程の後にも、巻線の絶縁評価試験が行われている。
【０００４】
巻線の絶縁評価試験は、例えば、高電圧のサージインパルスをモータの三相巻線に印加し、その応答信号を測定することによって行われる。すなわち、短絡が生じた巻線では、短絡のない巻線（正常品）とはインピーダンスが異なるため、インパルスの応答信号が正常値と異なる値を示す。このため、測定した応答信号を正常値と比較することにより、巻線の短絡を判定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータに永久磁石が組み込まれた三相モータ、例えば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが知られている。ＩＰＭモータは、回転数の制御が容易であるという利点を有し、電気自動車（ＥＶ）などに利用されている。ＩＰＭモータでは、ロータに永久磁石が組み込まれているため、ロータの回転角度によって、巻線のインピーダンスが変動する。このようなＩＰＭモータの絶縁評価試験を行うには、ロータの回転角度を特定の回転位置で静止させる必要がある。
【０００６】
ロータを特定の回転位置で静止させるための方法として、三相巻線の特定の２相に直流電流を流すという技術が知られている。この方法により、三相巻線に対して特定の回転位置でロータを静止させ、この回転位置において巻線にインパルス信号を印加すれば、巻線の短絡を判定することができる。しかしながら、モータを装置に取り付けた後に絶縁評価試験を行う場合、ロータを回転させるのが煩雑であるという問題があった。特に、電気自動車では、ロータを回転させれば自動車が移動してしまうため、この問題はとりわけ重要である。
【０００７】
また、ロータに永久磁石が配置されていない三相モータ、例えば、かご型三相誘導モータでは、アルミバーからなるケージロータが２次巻線として作用する。このため、ＩＰＭモータの場合と同様に、ロータの回転位置に応じて三相巻線のインピーダンスが変動し、ロータが任意の回転位置にある状態でモータの短絡を判定することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、モータの短絡を判定する際の利便性を向上させることができる試験装置及びその試験方法を提供することを目的とする。特に、ロータが任意の回転位置にある状態でモータの絶縁劣化等の短絡を精度良く判定することができる試験装置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】
【０００９】
第１の本発明による試験装置は、三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験装置であって、上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定手段と、上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加手段と、上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定手段と、上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定手段とを備えて構成される。
【００１０】
この様な構成によれば、三相巻線の２相の各組合せにおける応答時間の総和がロータの回転位置にかかわらず一定となるという原理を利用し、応答時間の総和に基づいて、電動機の短絡を判定している。従って、ロータの回転位置を特定することなく電動機の短絡を判定することができるので、電動機の短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。特に、電気自動車のように、電動機の取付後に巻線の絶縁評価のためにロータを回転させることが困難な製品について、ロータを回転させることなく電動機の短絡を判定することができる。
【００１１】
第２の本発明による試験装置は、上記構成に加え、上記応答時間の総和と判定閾値とを比較する応答時間比較手段を備え、上記短絡判定手段が、上記応答時間比較手段の比較結果に基づいて、上記電動機の短絡を判定するように構成される。
【００１２】
第３の本発明による試験方法は、三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験方法であって、上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定ステップと、上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加ステップと、上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定ステップと、上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定ステップとを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による試験装置及び試験方法では、三相巻線の２相の各組合せにおける応答時間の総和がロータの回転位置にかかわらず一定となるという原理を利用し、応答時間の総和に基づいて、電動機の短絡を判定している。従って、ロータの回転位置を特定することなく電動機の短絡を判定することができるので、電動機の短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。特に、電気自動車のように、電動機の取付後にロータを回転させることが困難なものに電動機が取り付けられた場合であっても、ロータを回転させることなく電動機の短絡を判定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態による試験装置の一構成例を示した回路図であり、試験装置の一例としてインパルス試験装置１００が示されている。
【図２】図１のＵ−Ｖ相の電気的等価回路を示した説明図である。
【図３】図１の巻線１２１に短絡が生じた場合の様子を示した説明図である。
【図４】図１のインパルス試験装置１００の動作の一例を示した図であり、インパルス信号を印加した場合の線間電圧の変化を示している。
【図５】図１のインパルス試験装置１００による絶縁評価試験が行われるモータ１の一例を示した説明図である。
【図６】図５のＩＰＭモータにおける動作の一例を示した図である。
【図７】図１のインパルス試験装置１００の短絡判定処理の一例を示したフローチャートである。
【図８】図７におけるＵ−Ｖ相の応答時間測定（ステップＳ１０２）の一例を示したフローチャートである。
【図９】図７におけるＶ−Ｗ相の応答時間測定（ステップＳ１０３）の一例を示したフローチャートである。
【図１０】図７におけるＷ−Ｕ相の応答時間測定（ステップＳ１０４）の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態による試験装置の一構成例を示した回路図であり、試験装置の一例としてインパルス試験装置１００が示されている。インパルス試験装置１００は、モータ１の短絡を判定するための電子機器であり、より詳しくは、モータ１の三相巻線１２１〜１２３にインパルス信号を印加することにより、三相巻線１２１〜１２３の短絡を判定する動作を行う。巻線の短絡とは、巻線を形成する電線間、あるいは、電線と鉄心との間に絶縁不良が生じることを指す。例えば、電線間又は電線と鉄心間に電流が流れる状態や、電線の絶縁皮膜が熱により炭化し、サージインパルス等の高電圧が印加されれば、電流が流れ得るような状態も含む。
【００１６】
インパルス試験装置１００は、ＩＰＭモータ１、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４、電圧印加回路２０、高圧分圧器２１、線間電圧測定回路２２、応答時間測定回路２３、加算回路２４、応答時間比較部２５、判定閾値記憶部２６及び短絡判定回路２７により構成される。
【００１７】
モータ１は、三相巻線１２１〜１２３からなるステータを備えた電動機であり、三相巻線１２１〜１２３の一端を中性点１２４にそれぞれ接続することにより、スター結線を形成している。モータ１の例としては、ロータの表面に永久磁石が配置されたＳＰＭモータ（Surface Permanent Magnet Motor）や、複数のアルミ棒又は銅棒などの導電性剛体の両端を環状導体に接続させたかご形構造のロータを有するかご形モータなどがある。ここでは、モータ１が、ロータ内部に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭモータであるものとする。以下、巻線１２１〜１２３をそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線とし、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の巻線がそれぞれ端子１２５〜１２７を介して電圧印加回路２０と接続されているものとする。
【００１８】
電圧印加回路２０は、三相巻線１２１〜１２３のうち、２相の巻線に電圧ＶＰのインパルス信号を印加する信号出力手段である。インパルス信号とは、所定の時間幅より短い電圧信号を指し、例えば、３０００〜５０００Ｖ程度の信号を印加する。また、−５０００〜−３０００Ｖ程度の負極性の信号を印加する構成であっても良い。
【００１９】
この電圧印加回路２０は、ＤＣ電源２０１と、充電用コンデンサ２０２と、開閉接点ＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂを有する充放電切替スイッチＳＷ１とからなる。ＤＣ電源２０１は、開閉接点ＳＷ１ａを介して充電用コンデンサ２０２へ電荷を供給し、充電用コンデンサ２０２を充電する電源装置である。充電用コンデンサ２０２は、開閉接点ＳＷ１ｂを介してインパルス信号を２相の巻線に印加する容量素子である。
【００２０】
充放電切替スイッチＳＷ１は、２つの開閉接点ＳＷ１ａ及び１ｂからなる連動スイッチであり、いずれか一方がオン状態であれば、他方がオフ状態であるように構成されている。すなわち、開閉接点ＳＷ１ａがオンすれば、ＤＣ電源２０１と充電用コンデンサ２０２とが接続され、開閉接点ＳＷ１ｂがオフされて、充電用コンデンサ２０２とモータ１とが非接続になり、ＤＣ電源２０１から充電用コンデンサ２０２への充電が行われる。次に、開閉接点ＳＷ１ａをオフすれば、ＤＣ電源２０１と充電用コンデンサとが遮断され、開閉接点ＳＷ１ｂがオンし、充電用コンデンサ２０２からモータ１へのインパルス信号の出力が行われる。ここでは、図示しない制御部の制御信号に基づいて、開閉接点ＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂのオンオフが切り替えられるものとする。
【００２１】
スイッチＳＷ２〜ＳＷ４は、それぞれ２つの開閉接点を連動してオンオフさせる連動スイッチである。このスイッチＳＷ２〜ＳＷ４は、充電用コンデンサ２０２の両端をモータ１の端子１２５〜１２７に切替可能に接続する切替部品であり、具体的には、図示しない制御部の制御信号に基づいて、モータ１の端子１２５〜１２７のうち、いずれか２つの端子と充電用コンデンサ２０２の両端とを接続する。
【００２２】
スイッチＳＷ２は、２つの開閉接点ＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂを連動してオンオフさせる連動スイッチであり、開閉接点ＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂのオンオフが互いに一致するように接続状態が切り替えられる。このスイッチＳＷ２は、充電用コンデンサ２０２の両端とモータ１の端子１２５及び１２６とを接続又は遮断する。また、スイッチＳＷ３は、２つの開閉接点ＳＷ３ａ及び３ｂを連動してオンオフさせる連動スイッチであり、開閉接点ＳＷ３ａ及びＳＷ３ｂのオンオフが互いに一致するように接続状態が切り替えられる。スイッチＳＷ３は、充電用コンデンサ２０２の両端とモータ１の端子１２６及び１２７とを接続又は遮断する。
【００２３】
スイッチＳＷ４は、２つの開閉接点ＳＷ４ａ及びＳＷ４ｂを連動してオンオフさせる連動スイッチであり、開閉接点ＳＷ４ａ及びＳＷ４ｂのオンオフが互いに一致するように接続状態が切り替えられる。この切り替えにより、充電用コンデンサ２０２の両端とモータ１の端子１２７及び１２５とが接続又は遮断される。
【００２４】
電圧印加回路２０は、三相巻線１２１〜１２３のうち、いずれか２相にインパルス信号を印加する。すなわち、開閉接点ＳＷ１ｂがオンし、充電用コンデンサ２０２からインパルス信号が出力された場合、スイッチＳＷ２がオン状態であり、スイッチＳＷ３及びＳＷ４がそれぞれオフ状態であれば、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１及び１２２にインパルス信号を印加する。
【００２５】
また、スイッチＳＷ３がオン状態であり、スイッチＳＷ２及びＳＷ４がそれぞれオフ状態であれば、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２及び１２３にインパルス信号を印加する。スイッチＳＷ４がそれぞれオン状態であり、スイッチＳＷ２及びＳＷ３がそれぞれオフ状態であれば、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３及び１２１にインパルス信号を印加する。
【００２６】
高圧分圧器２１は、充電用コンデンサ２０２から開閉接点ＳＷ１ｂ及びスイッチＳＷ２〜ＳＷ４を介して線間にインパルス信号を与えた結果の信号電圧を測定するために、線間電圧測定回路２２へ入力される電圧を所定の分圧比に分圧する分圧抵抗である。
【００２７】
線間電圧測定回路２２は、三相巻線１２１〜１２３の各線間電圧を測定する線間電圧測定手段である。線間電圧とは、三相巻線１２１〜１２３にそれぞれ対応する端子１２５〜１２７のうち、２つの端子の電位差を指す。ここでは、インパルス信号が印加される２相の巻線の線間電圧を測定しており、例えば、スイッチＳＷ２がオン状態であり、スイッチＳＷ３及びＳＷ４がそれぞれオフ状態であれば、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１及び１２２の線間電圧、すなわち、端子１２５及び１２６間の電位差を測定する。ここでは、インパルス信号が線間電圧測定回路２２に直接入力されることを防止するため、高圧分圧器２１による分圧レベルに基づいて、巻線の線間電圧を求めるものとする。
【００２８】
応答時間測定回路２３は、インパルス信号の印加後に巻線の線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する測定手段である。巻線の線間電圧は、インパルス信号により一時的に上昇した後、接地電圧である０Ｖ以下に低下する。この際、線間電圧が検出閾値と一致するまでの応答時間は、インパルス信号の印加された巻線のインピーダンスと線形の関係を有する。従って、応答時間測定回路２３は、応答時間を測定することにより、間接的に巻線のインピーダンスを測定している。このような応答時間の測定は、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の３通りの組合せについて、それぞれ行われる。ここでは、応答時間測定回路２３が、インパルス信号の印加後、巻線の線間電圧が接地電圧と一致するまでのゼロクロス時間を応答時間として測定するものとする。
【００２９】
加算回路２４は、応答時間測定回路２３により測定された応答時間の総和を求める演算手段であり、三相巻線１２１〜１２３の２相の各組合せにおける応答時間の総和を算出する。具体的には、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の３通りの応答時間の総和を算出する。
【００３０】
また、試験対象のモータ１が短絡のない標準品である旨を指示するユーザ操作が行われた場合、加算回路２４は、算出された応答時間の総和を判定閾値として判定閾値記憶部２６に格納する。ここでは、インパルス試験装置１００が、試験対象のモータ１が標準品であるか、あるいは、短絡の有無を判定する対象の被試験品であるかについて、ユーザが指定するための図示しない試験体指定スイッチを有するものとする。例えば、短絡がないモータ１を標準品として、試験体指定スイッチを標準品側に切り替えて応答時間の総和を測定し、判定閾値が算出された後、標準品のモータ１を被試験品に入れ替え、試験体指定スイッチを被試験品側に切り替えて応答時間の総和を測定する。
【００３１】
また、加算回路２４が、標準品の応答時間の総和から、試験体のバラツキ等を考慮したマージンを差し引いた許容値を判定閾値として算出する構成がより望ましい。例えば、２以上の標準品の応答時間の総和を測定し、総和の平均値から３σ（シグマ）を差し引いた値を判定閾値として算出する。
【００３２】
応答時間比較部２５は、加算回路２４により算出された応答時間の総和と、判定閾値記憶部２６に保持される判定閾値とを比較する比較手段である。具体的には、加算回路２４により算出された応答時間の総和が、判定閾値より小さいか否かを判定する。
【００３３】
判定閾値記憶部２６には、判定閾値を保持する記憶装置であり、例えば、加算回路２４により算出された判定閾値を保持している。
【００３４】
短絡判定回路２７は、加算回路２４により算出された応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定する判定手段であり、具体的には、応答時間比較部２５の比較結果に基づいて、モータ１の短絡を判定する。すなわち、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和が、判定閾値記憶部２６内の判定閾値より小さければ、モータ１が短絡していると判定する。一方、応答時間の総和が判定閾値以上であれば、モータ１は短絡していないと判定する。
【００３５】
三相巻線１２１〜１２３は、スター結線を形成しているため、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相のインピーダンスの総和は、ロータの回転位置によらず一定になる。更に、応答時間は、巻線のインピーダンスと線形の関係を有することから、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和は、ロータの回転位置によらずに一定になる。この原理を利用し、短絡判定回路２７が、応答時間の総和に基づいて、モータの短絡を判定するので、ロータの回転位置によらずに精度良くモータの短絡を判定することができる。このため、モータの短絡を判定する際に、ロータの回転位置を特定する必要がなく、モータの短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。
【００３６】
図２は、図１のＵ−Ｖ相の電気的等価回路を示した説明図である。インパルス信号は高周波成分を含む信号であることから、インパルス信号に対する応答を求める場合、インパルス試験装置１００を分布定数回路として扱う必要がある。すなわち、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２は、巻線に比例したインダクタンスＬと、直流抵抗Ｒと、巻線１２１及び１２２内の各電線間に生じる浮遊容量ＣＣと、巻線１２１，１２２の鉄心３０，３１及び電線間に生じる浮遊容量ＣＳとを有している。
【００３７】
このため、電圧印加回路２０からインパルス信号が印加された場合、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧は、インダクタンスＬ、浮遊容量ＣＣ及びＣＳにより振動し、直流抵抗Ｒによって減衰消滅する。また、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３及びＷ−Ｕ相の巻線１２３，１２１についても同様の等価回路とみなすことができる。
【００３８】
図３は、図１の巻線１２１に短絡が生じた場合の様子を示した説明図である。巻線１２１は、鉄心３０に２以上の層を形成するように電線を巻くことによって形成される。巻線１２１の同一層内、あるいは、異なる層間に短絡が生じた場合、例えば、巻線のｎ回転分に相当する地点間に短絡経路Ｑが形成され、この短絡経路Ｑに電流Ｉが流れる。このため、巻線１２１のインダクタンスＬ、直流抵抗Ｒ、浮遊容量ＣＣ及びＣＳがそれぞれ変更され、結果的にインピーダンスが変化したことになり、インパルス信号に対する２相の巻線１２１，１２２の応答時間が変動する。このように、巻線に短絡が生じれば、応答時間が変動するので、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和を測定することにより、巻線の短絡を判定することができる。
【００３９】
図４は、図１のインパルス試験装置１００の動作の一例を示した図であり、インパルス信号が印加された場合の線間電圧の変化を示している。縦軸に電圧を示し、横軸に時間を示している。図４（ａ）は、図１の電圧印加回路２０から発生するインパルス信号を示し、短い時間幅からなる電圧ＶＰのインパルス信号が生成されている。
【００４０】
図４（ｂ）は、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線にインパルス信号が印加された場合の線間電圧の変化をそれぞれ示している。例えば、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧は、インパルス信号の印加によって急上昇して最大値をとり、その後に減少してゼロクロス時間ＴＵＶに接地電圧と一致して０Ｖとなり、以降、減衰振動を繰り返す。また、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３の線間電圧は、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧と同様の変化を示すが、そのゼロクロス時間ＴＶＷは、ＴＵＶに比べて短くなっている。同じように、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３，１２１の線間電圧のゼロクロス時間ＴＷＵは、ＴＵＶに比べて長くなっている。これらのゼロクロス時間の違いは、モータ１のロータ内に埋め込まれた永久磁石と巻線の位置関係（すなわちロータの回転位置）の違いによって生じている。
【００４１】
図５は、図１のインパルス試験装置１００による絶縁評価試験が行われるモータ１の一例を示した説明図であり、ここでは、ＩＰＭモータが示されている。図５（ａ）には、ＩＰＭモータの断面が模式的に示されている。ＩＰＭモータは、内部に永久磁石１３１〜１３４が埋め込まれたロータ４１と、三相巻線１２１〜１２３からなるステータ４２とにより構成される。ロータ４１には、Ｓ極をステータ４２に対向させ、Ｎ極をロータ４１の回転軸へ向けて配置された永久磁石１３１，１３３と、Ｎ極をステータ４２に対向させ、Ｓ極をロータ４１の回転軸へ向けて配置された永久磁石１３２，１３４とが交互に埋め込まれている。ここでは、４個の永久磁石が埋め込まれるものとする。三相巻線１２１〜１２３は、電磁鋼板を積み重ねた鉄心に絶縁された電線を巻くことによって形成される。
【００４２】
図５（ｂ）には、図５（ａ）の状態からロータ４１を反時計回りに回転させた場合の様子が示されており、図５（ｃ）には、図５（ｂ）の状態からロータ４１を反時計回りに回転させた場合の様子が示されている。ＩＰＭモータ１では、三相巻線１２１〜１２３と永久磁石１３１〜１３４との磁気相互作用によってロータ４１が回転駆動される。
【００４３】
ＩＰＭモータ１では、ロータ４１に永久磁石１３１〜１３４が埋め込まれているため、ロータ４１の回転位置に応じて、三相巻線１２１〜１２３の周囲の磁界が変化し、各巻線１２１〜１２３のインピーダンスもそれぞれ変動する。このため、巻線の絶縁評価試験時に、インパルス信号に対する応答時間も変動する。
【００４４】
図６は、図５のＩＰＭモータにおける動作の一例を示した図であり、ロータの回転角度を変化させた場合のＵ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相のインピーダンスの変化の様子を示している。縦軸にインピーダンスを示し、横軸にロータの回転角度を示している。図６（ａ）は、各巻線１２１〜１２３に短絡がない場合のインピーダンスの変化の様子を示し、図６（ｂ）は、Ｗ相に短絡がある場合のインピーダンスの変化の様子を示している。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、各巻線１２１〜１２３に短絡がない場合、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線のインピーダンスは、それぞれ位相が１２０度ずつずれた正弦波形を示している。このため、ロータの回転角度にかかわらず、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線のインピーダンスの総和は一定となっている。
【００４６】
一方、Ｗ相に短絡がある場合、Ｕ−Ｖ相のインピーダンスは図６（ａ）と同一であるが、Ｖ−Ｗ相のインピーダンスがわずかに増加し、Ｗ−Ｕ相のインピーダンスが大幅に増加している。この場合も、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線はそれぞれ正弦波形を示し、その位相は、短絡がない場合とそれぞれ同一となっている。このため、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線のインピーダンスの総和は、ロータ回転角度にかかわらずに一定となっている。
【００４７】
図７のステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図１のインパルス試験装置１００の短絡判定処理の一例を示したフローチャートである。まず、ユーザが試験体指定スイッチを切り替えることにより、試験対象のモータ１が、短絡のない標準品と、短絡の有無が判定される被試験品とのいずれであるかの指定が行われる（ステップＳ１０１）。次に、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２についてインパルス信号に対する応答時間が測定され、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３と、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３，１２１とについても順次応答時間が測定される（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。更に、加算回路２４が、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和を算出する（ステップＳ１０５）。
【００４８】
また、加算回路２４が、試験対象のモータ１が標準品であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。モータ１が標準品である旨がユーザにより指定されていれば、加算回路２４が、当該モータ１の応答時間の総和から、試験対象のバラツキ等を考慮したマージンを差し引いた値を判定閾値として算出し、この判定閾値を判定閾値記憶部２６に格納して処理を終了する（ステップＳ１０９）。一方、モータ１が被試験品である旨がユーザにより指定されていれば、応答時間比較部２５が、モータ１の応答時間の総和と判定閾値とを比較する（ステップＳ１０７）。応答時間の総和が判定閾値より小さければ、短絡判定回路２７が、モータ１に短絡があると判定し、処理を終了する（ステップＳ１０８）。一方、応答時間の総和が判定閾値以上であれば、モータ１に短絡がないと判定し、処理を終了する（ステップＳ１１０）。
【００４９】
図８のステップＳ２０１〜Ｓ２０５は、図７におけるＵ−Ｖ相の応答時間測定（ステップＳ１０２）の一例を示したフローチャートである。まず、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２が選択される（ステップＳ２０１）。すなわち、図示しない制御部により生成された制御信号に基づいて、スイッチＳＷ２がオンし、スイッチＳＷ３及びＳＷ４がオフされ、モータ１の端子１２５及び１２６が電圧印加回路２０と接続される。次に、充電用コンデンサ２０２への充電が終了したか否かを判定する（ステップＳ２０２）。充電用コンデンサ２０２への充電が終了していれば、電圧印加回路２０が、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２にインパルス信号が印加する（ステップＳ２０３）。更に、応答時間測定回路２３が、インパルス信号が印加されたＵ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧と、所定の検出閾値とが一致したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。線間電圧が検出閾値と一致すれば、インパルス信号が印加されてからその時点までの時間を応答時間として記憶し、処理を終了する（ステップＳ２０５）。
【００５０】
図９のステップＳ３０１〜Ｓ３０５は、図７におけるＶ−Ｗ相の応答時間測定（ステップＳ１０３）の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の代わりに、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３にインパルス信号が印加され、このインパルス信号に対する応答時間が測定されることを除けば、図８のステップＳ２０１〜２０５と同一であるため、説明を省略する。
【００５１】
図１０のステップＳ４０１〜Ｓ４０５は、図７におけるＷ−Ｕ相の応答時間測定（ステップＳ１０４）の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の代わりに、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３，１２１にインパルス信号が印加され、このインパルス信号に対する応答時間が測定されることを除けば、図８のステップＳ２０１〜２０５と同一であるため、説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態によれば、三相巻線１２１〜１２３の２相の各組合せにおける応答時間の総和がロータの回転位置にかかわらず一定となるという原理を利用し、短絡判定回路２７が、応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定している。従って、ロータの回転位置を特定することなくモータ１の短絡を判定することができるので、モータ１の短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。特に、電気自動車のように、モータ１の取付後に巻線の絶縁評価のためにロータを回転させることが困難な製品について、ロータを回転させることなくモータ１の短絡を判定することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、モータ１が、三相巻線１２１〜１２３からなるステータを備える場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、モータ１が、三相巻線からなるロータを備える構成であり、インパルス試験装置１００が、ロータの三相巻線の短絡を判定する構成であってもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、インパルス試験装置１００が、モータ１の短絡を判定する場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、モータ、発電機などの電動機の短絡を判定する構成であってもよい。例えば、この電動機として、三相巻線からなるステータ又はロータを備えた発電機の短絡を判定する構成であってもよい。
【００５５】
また、本実施の形態では、短絡判定回路２７が、三相巻線１２１〜１２３の応答時間の総和が判定閾値より小さければ、モータ１が短絡していると判定し、判定閾値以上であれば、モータ１が短絡していないと判定する場合の例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、巻線の短絡を判定するための第１の判定閾値よりも大きい第２の判定閾値が定められ、第２の判定閾値に基づいて、巻線の断線（オープン）を判定する構成であってもよい。すなわち、応答時間の総和が第１の判定閾値よりも小さければ、巻線が短絡していると判定し、応答時間の総和が第２の判定閾値よりも大きければ、巻線が断線していると判定し、応答時間の総和が、第１の判定閾値以上であって、かつ、第２の判定閾値以下であれば、巻線は短絡も断線もしていないと判定するものとする。
【００５６】
この場合、２以上の標準品について、３相巻線１２１〜１２３の応答時間の総和をそれぞれ求め、これらの総和の平均値から３σ（シグマ）を差し引いた値を第１の判定閾値とし、これらの総和の平均値に３σを加えた値を第２の判定閾値とすることが望ましい。
【００５７】
また、本実施の形態では、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線にインパルス信号を印加し、それぞれ応答時間を測定する場合の例について説明したが、本発明は、応答時間を計３回測定する構成に限定されない。例えば、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線の応答時間を測定した後、インパルス信号を逆方向に印加して再度応答時間を測定することにより、応答時間を計６回測定する構成であってもよい。
【００５８】
また、本実施の形態では、インパルス信号に対する応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定する場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、三相巻線１２１〜１２３のインピーダンスをそれぞれインピーダンス測定器により求め、三相巻線１２１〜１２３のインピーダンスの総和を判定閾値と比較することにより、モータ１の短絡を判定する構成であっても良い。すなわち、三相巻線１２１〜１２３のインピーダンスの総和は、回転位置にかかわらず一定となることから、被試験品のインピーダンスの総和と標準品のインピーダンスの総和とを比較することにより、被試験品のモータ１の短絡を判定することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ モータ
２０ 電圧印加回路
２１ 高圧分圧器
２２ 線間電圧測定回路
２３ 応答時間測定回路
２４ 加算回路
２５ 応答時間比較部
２６ 判定閾値記憶部
２７ 短絡判定回路
３０，３１ 鉄心
４１ ロータ
４２ ステータ
１００ インパルス試験装置
１２１〜１２３ 巻線
１２４ 中性点
１２５〜１２７ 端子
１３１〜１３４ 永久磁石
２０１ ＤＣ電源
２０２ 充電用コンデンサ
ＳＷ１ 充放電切替スイッチ
ＳＷ２〜ＳＷ４ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験装置及び試験方法に係り、更に詳しくは、インパルス信号を印加することにより巻線の絶縁評価試験を行う試験装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは電磁鋼板を積み重ねた鉄心に絶縁された電線を巻くことによって形成される。この電線の絶縁が焼損又は劣化した場合、電線間、あるいは、電線と鉄心との間に絶縁不良による短絡が生じ、モータの焼損や感電事故につながる恐れがある。このため、モータ、トランス、電磁コイルなどの巻線を含む製品では、巻線の絶縁劣化等の短絡を判定することを目的として、巻線の絶縁評価試験が行われる。
【０００３】
モータは、その生産工程においてステータ又はロータに巻線が施される場合、それぞれ単体で巻線の絶縁評価試験が行われる。しかしながら、例えば、エアコン、冷蔵庫などに用いられるコンプレッサーでは、金属製容器にモータのステータ及びロータに直結した圧縮機を組み込み、冷媒圧縮ガスの圧力に耐えるように、金属製容器に収納し、完全密閉溶接が行われる。この溶接工程では、溶融金属粉、いわゆるスパッタが容器内に飛散して巻線に付着することにより、巻線の短絡が生じる可能性がある。このため、溶接工程の後にも、巻線の絶縁評価試験が行われている。
【０００４】
巻線の絶縁評価試験は、例えば、高電圧のサージインパルスをモータの三相巻線に印加し、その応答信号を測定することによって行われる。すなわち、短絡が生じた巻線では、短絡のない巻線（正常品）とはインピーダンスが異なるため、インパルスの応答信号が正常値と異なる値を示す。このため、測定した応答信号を正常値と比較することにより、巻線の短絡を判定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータに永久磁石が組み込まれた三相モータ、例えば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが知られている。ＩＰＭモータは、回転数の制御が容易であるという利点を有し、電気自動車（ＥＶ）などに利用されている。ＩＰＭモータでは、ロータに永久磁石が組み込まれているため、ロータの回転角度によって、巻線のインピーダンスが変動する。このようなＩＰＭモータの絶縁評価試験を行うには、ロータの回転角度を特定の回転位置で静止させる必要がある。
【０００６】
ロータを特定の回転位置で静止させるための方法として、三相巻線の特定の２相に直流電流を流すという技術が知られている。この方法により、三相巻線に対して特定の回転位置でロータを静止させ、この回転位置において巻線にインパルス信号を印加すれば、巻線の短絡を判定することができる。しかしながら、モータを装置に取り付けた後に絶縁評価試験を行う場合、ロータを回転させるのが煩雑であるという問題があった。特に、電気自動車では、ロータを回転させれば自動車が移動してしまうため、この問題はとりわけ重要である。
【０００７】
また、ロータに永久磁石が配置されていない三相モータ、例えば、かご型三相誘導モータでは、アルミバーからなるケージロータが２次巻線として作用する。このため、ＩＰＭモータの場合と同様に、ロータの回転位置に応じて三相巻線のインピーダンスが変動し、ロータが任意の回転位置にある状態でモータの短絡を判定することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、モータの短絡を判定する際の利便性を向上させることができる試験装置及びその試験方法を提供することを目的とする。特に、ロータが任意の回転位置にある状態でモータの絶縁劣化等の短絡を精度良く判定することができる試験装置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】
【０００９】
第１の本発明による試験装置は、三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験装置であって、上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定手段と、上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加手段と、上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定手段と、上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定手段とを備えて構成される。
【００１０】
この様な構成によれば、三相巻線の２相の各組合せにおける応答時間の総和がロータの回転位置にかかわらず一定となるという原理を利用し、応答時間の総和に基づいて、電動機の短絡を判定している。従って、ロータの回転位置を特定することなく電動機の短絡を判定することができるので、電動機の短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。特に、電気自動車のように、電動機の取付後に巻線の絶縁評価のためにロータを回転させることが困難な製品について、ロータを回転させることなく電動機の短絡を判定することができる。
【００１１】
第２の本発明による試験装置は、上記構成に加え、上記応答時間の総和と判定閾値とを比較する応答時間比較手段を備え、上記短絡判定手段が、上記応答時間比較手段の比較結果に基づいて、上記電動機の短絡を判定するように構成される。
【００１２】
第３の本発明による試験方法は、三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験方法であって、上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定ステップと、上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加ステップと、上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定ステップと、上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定ステップとを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による試験装置及び試験方法では、三相巻線の２相の各組合せにおける応答時間の総和がロータの回転位置にかかわらず一定となるという原理を利用し、応答時間の総和に基づいて、電動機の短絡を判定している。従って、ロータの回転位置を特定することなく電動機の短絡を判定することができるので、電動機の短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。特に、電気自動車のように、電動機の取付後にロータを回転させることが困難なものに電動機が取り付けられた場合であっても、ロータを回転させることなく電動機の短絡を判定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態による試験装置の一構成例を示した回路図であり、試験装置の一例としてインパルス試験装置１００が示されている。
【図２】図１のＵ−Ｖ相の電気的等価回路を示した説明図である。
【図３】図１の巻線１２１に短絡が生じた場合の様子を示した説明図である。
【図４】図１のインパルス試験装置１００の動作の一例を示した図であり、インパルス信号を印加した場合の線間電圧の変化を示している。
【図５】図１のインパルス試験装置１００による絶縁評価試験が行われるモータ１の一例を示した説明図である。
【図６】図５のＩＰＭモータにおける動作の一例を示した図である。
【図７】図１のインパルス試験装置１００の短絡判定処理の一例を示したフローチャートである。
【図８】図７におけるＵ−Ｖ相の応答時間測定（ステップＳ１０２）の一例を示したフローチャートである。
【図９】図７におけるＶ−Ｗ相の応答時間測定（ステップＳ１０３）の一例を示したフローチャートである。
【図１０】図７におけるＷ−Ｕ相の応答時間測定（ステップＳ１０４）の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態による試験装置の一構成例を示した回路図であり、試験装置の一例としてインパルス試験装置１００が示されている。インパルス試験装置１００は、モータ１の短絡を判定するための電子機器であり、より詳しくは、モータ１の三相巻線１２１〜１２３にインパルス信号を印加することにより、三相巻線１２１〜１２３の短絡を判定する動作を行う。巻線の短絡とは、巻線を形成する電線間、あるいは、電線と鉄心との間に絶縁不良が生じることを指す。例えば、電線間又は電線と鉄心間に電流が流れる状態や、電線の絶縁皮膜が熱により炭化し、サージインパルス等の高電圧が印加されれば、電流が流れ得るような状態も含む。
【００１６】
インパルス試験装置１００は、ＩＰＭモータ１、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４、電圧印加回路２０、高圧分圧器２１、線間電圧測定回路２２、応答時間測定回路２３、加算回路２４、応答時間比較部２５、判定閾値記憶部２６及び短絡判定回路２７により構成される。
【００１７】
モータ１は、三相巻線１２１〜１２３からなるステータを備えた電動機であり、三相巻線１２１〜１２３の一端を中性点１２４にそれぞれ接続することにより、スター結線を形成している。モータ１の例としては、ロータの表面に永久磁石が配置されたＳＰＭモータ（Surface Permanent Magnet Motor）や、複数のアルミ棒又は銅棒などの導電性剛体の両端を環状導体に接続させたかご形構造のロータを有するかご形モータなどがある。ここでは、モータ１が、ロータ内部に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭモータであるものとする。以下、巻線１２１〜１２３をそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線とし、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の巻線がそれぞれ端子１２５〜１２７を介して電圧印加回路２０と接続されているものとする。
【００１８】
電圧印加回路２０は、三相巻線１２１〜１２３のうち、２相の巻線に電圧ＶＰのインパルス信号を印加する信号出力手段である。インパルス信号とは、所定の時間幅より短い電圧信号を指し、例えば、３０００〜５０００Ｖ程度の信号を印加する。また、−５０００〜−３０００Ｖ程度の負極性の信号を印加する構成であっても良い。
【００１９】
この電圧印加回路２０は、ＤＣ電源２０１と、充電用コンデンサ２０２と、開閉接点ＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂを有する充放電切替スイッチＳＷ１とからなる。ＤＣ電源２０１は、開閉接点ＳＷ１ａを介して充電用コンデンサ２０２へ電荷を供給し、充電用コンデンサ２０２を充電する電源装置である。充電用コンデンサ２０２は、開閉接点ＳＷ１ｂを介してインパルス信号を２相の巻線に印加する容量素子である。
【００２０】
充放電切替スイッチＳＷ１は、２つの開閉接点ＳＷ１ａ及び１ｂからなる連動スイッチであり、いずれか一方がオン状態であれば、他方がオフ状態であるように構成されている。すなわち、開閉接点ＳＷ１ａがオンすれば、ＤＣ電源２０１と充電用コンデンサ２０２とが接続され、開閉接点ＳＷ１ｂがオフされて、充電用コンデンサ２０２とモータ１とが非接続になり、ＤＣ電源２０１から充電用コンデンサ２０２への充電が行われる。次に、開閉接点ＳＷ１ａをオフすれば、ＤＣ電源２０１と充電用コンデンサとが遮断され、開閉接点ＳＷ１ｂがオンし、充電用コンデンサ２０２からモータ１へのインパルス信号の出力が行われる。ここでは、図示しない制御部の制御信号に基づいて、開閉接点ＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂのオンオフが切り替えられるものとする。
【００２１】
スイッチＳＷ２〜ＳＷ４は、それぞれ２つの開閉接点を連動してオンオフさせる連動スイッチである。このスイッチＳＷ２〜ＳＷ４は、充電用コンデンサ２０２の両端をモータ１の端子１２５〜１２７に切替可能に接続する切替部品であり、具体的には、図示しない制御部の制御信号に基づいて、モータ１の端子１２５〜１２７のうち、いずれか２つの端子と充電用コンデンサ２０２の両端とを接続する。
【００２２】
スイッチＳＷ２は、２つの開閉接点ＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂを連動してオンオフさせる連動スイッチであり、開閉接点ＳＷ２ａ及びＳＷ２ｂのオンオフが互いに一致するように接続状態が切り替えられる。このスイッチＳＷ２は、充電用コンデンサ２０２の両端とモータ１の端子１２５及び１２６とを接続又は遮断する。また、スイッチＳＷ３は、２つの開閉接点ＳＷ３ａ及び３ｂを連動してオンオフさせる連動スイッチであり、開閉接点ＳＷ３ａ及びＳＷ３ｂのオンオフが互いに一致するように接続状態が切り替えられる。スイッチＳＷ３は、充電用コンデンサ２０２の両端とモータ１の端子１２６及び１２７とを接続又は遮断する。
【００２３】
スイッチＳＷ４は、２つの開閉接点ＳＷ４ａ及びＳＷ４ｂを連動してオンオフさせる連動スイッチであり、開閉接点ＳＷ４ａ及びＳＷ４ｂのオンオフが互いに一致するように接続状態が切り替えられる。この切り替えにより、充電用コンデンサ２０２の両端とモータ１の端子１２７及び１２５とが接続又は遮断される。
【００２４】
電圧印加回路２０は、三相巻線１２１〜１２３のうち、いずれか２相にインパルス信号を印加する。すなわち、開閉接点ＳＷ１ｂがオンし、充電用コンデンサ２０２からインパルス信号が出力された場合、スイッチＳＷ２がオン状態であり、スイッチＳＷ３及びＳＷ４がそれぞれオフ状態であれば、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１及び１２２にインパルス信号を印加する。
【００２５】
また、スイッチＳＷ３がオン状態であり、スイッチＳＷ２及びＳＷ４がそれぞれオフ状態であれば、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２及び１２３にインパルス信号を印加する。スイッチＳＷ４がそれぞれオン状態であり、スイッチＳＷ２及びＳＷ３がそれぞれオフ状態であれば、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３及び１２１にインパルス信号を印加する。
【００２６】
高圧分圧器２１は、充電用コンデンサ２０２から開閉接点ＳＷ１ｂ及びスイッチＳＷ２〜ＳＷ４を介して線間にインパルス信号を与えた結果の信号電圧を測定するために、線間電圧測定回路２２へ入力される電圧を所定の分圧比に分圧する分圧抵抗である。
【００２７】
線間電圧測定回路２２は、三相巻線１２１〜１２３の各線間電圧を測定する線間電圧測定手段である。線間電圧とは、三相巻線１２１〜１２３にそれぞれ対応する端子１２５〜１２７のうち、２つの端子の電位差を指す。ここでは、インパルス信号が印加される２相の巻線の線間電圧を測定しており、例えば、スイッチＳＷ２がオン状態であり、スイッチＳＷ３及びＳＷ４がそれぞれオフ状態であれば、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１及び１２２の線間電圧、すなわち、端子１２５及び１２６間の電位差を測定する。ここでは、インパルス信号が線間電圧測定回路２２に直接入力されることを防止するため、高圧分圧器２１による分圧レベルに基づいて、巻線の線間電圧を求めるものとする。
【００２８】
応答時間測定回路２３は、インパルス信号の印加後に巻線の線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する測定手段である。巻線の線間電圧は、インパルス信号により一時的に上昇した後、接地電圧である０Ｖ以下に低下する。この際、線間電圧が検出閾値と一致するまでの応答時間は、インパルス信号の印加された巻線のインピーダンスと線形の関係を有する。従って、応答時間測定回路２３は、応答時間を測定することにより、間接的に巻線のインピーダンスを測定している。このような応答時間の測定は、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の３通りの組合せについて、それぞれ行われる。ここでは、応答時間測定回路２３が、インパルス信号の印加後、巻線の線間電圧が接地電圧と一致するまでのゼロクロス時間を応答時間として測定するものとする。
【００２９】
加算回路２４は、応答時間測定回路２３により測定された応答時間の総和を求める演算手段であり、三相巻線１２１〜１２３の２相の各組合せにおける応答時間の総和を算出する。具体的には、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の３通りの応答時間の総和を算出する。
【００３０】
また、試験対象のモータ１が短絡のない標準品である旨を指示するユーザ操作が行われた場合、加算回路２４は、算出された応答時間の総和を判定閾値として判定閾値記憶部２６に格納する。ここでは、インパルス試験装置１００が、試験対象のモータ１が標準品であるか、あるいは、短絡の有無を判定する対象の被試験品であるかについて、ユーザが指定するための図示しない試験体指定スイッチを有するものとする。例えば、短絡がないモータ１を標準品として、試験体指定スイッチを標準品側に切り替えて応答時間の総和を測定し、判定閾値が算出された後、標準品のモータ１を被試験品に入れ替え、試験体指定スイッチを被試験品側に切り替えて応答時間の総和を測定する。
【００３１】
また、加算回路２４が、標準品の応答時間の総和から、試験体のバラツキ等を考慮したマージンを差し引いた許容値を判定閾値として算出する構成がより望ましい。例えば、２以上の標準品の応答時間の総和を測定し、総和の平均値から３σ（シグマ）を差し引いた値を判定閾値として算出する。
【００３２】
応答時間比較部２５は、加算回路２４により算出された応答時間の総和と、判定閾値記憶部２６に保持される判定閾値とを比較する比較手段である。具体的には、加算回路２４により算出された応答時間の総和が、判定閾値より小さいか否かを判定する。
【００３３】
判定閾値記憶部２６には、判定閾値を保持する記憶装置であり、例えば、加算回路２４により算出された判定閾値を保持している。
【００３４】
短絡判定回路２７は、加算回路２４により算出された応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定する判定手段であり、具体的には、応答時間比較部２５の比較結果に基づいて、モータ１の短絡を判定する。すなわち、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和が、判定閾値記憶部２６内の判定閾値より小さければ、モータ１が短絡していると判定する。一方、応答時間の総和が判定閾値以上であれば、モータ１は短絡していないと判定する。
【００３５】
三相巻線１２１〜１２３は、スター結線を形成しているため、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相のインピーダンスの総和は、ロータの回転位置によらず一定になる。更に、応答時間は、巻線のインピーダンスと線形の関係を有することから、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和は、ロータの回転位置によらずに一定になる。この原理を利用し、短絡判定回路２７が、応答時間の総和に基づいて、モータの短絡を判定するので、ロータの回転位置によらずに精度良くモータの短絡を判定することができる。このため、モータの短絡を判定する際に、ロータの回転位置を特定する必要がなく、モータの短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。
【００３６】
図２は、図１のＵ−Ｖ相の電気的等価回路を示した説明図である。インパルス信号は高周波成分を含む信号であることから、インパルス信号に対する応答を求める場合、インパルス試験装置１００を分布定数回路として扱う必要がある。すなわち、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２は、巻線に比例したインダクタンスＬと、直流抵抗Ｒと、巻線１２１及び１２２内の各電線間に生じる浮遊容量ＣＣと、巻線１２１，１２２の鉄心３０，３１及び電線間に生じる浮遊容量ＣＳとを有している。
【００３７】
このため、電圧印加回路２０からインパルス信号が印加された場合、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧は、インダクタンスＬ、浮遊容量ＣＣ及びＣＳにより振動し、直流抵抗Ｒによって減衰消滅する。また、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３及びＷ−Ｕ相の巻線１２３，１２１についても同様の等価回路とみなすことができる。
【００３８】
図３は、図１の巻線１２１に短絡が生じた場合の様子を示した説明図である。巻線１２１は、鉄心３０に２以上の層を形成するように電線を巻くことによって形成される。巻線１２１の同一層内、あるいは、異なる層間に短絡が生じた場合、例えば、巻線のｎ回転分に相当する地点間に短絡経路Ｑが形成され、この短絡経路Ｑに電流Ｉが流れる。このため、巻線１２１のインダクタンスＬ、直流抵抗Ｒ、浮遊容量ＣＣ及びＣＳがそれぞれ変更され、結果的にインピーダンスが変化したことになり、インパルス信号に対する２相の巻線１２１，１２２の応答時間が変動する。このように、巻線に短絡が生じれば、応答時間が変動するので、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和を測定することにより、巻線の短絡を判定することができる。
【００３９】
図４は、図１のインパルス試験装置１００の動作の一例を示した図であり、インパルス信号が印加された場合の線間電圧の変化を示している。縦軸に電圧を示し、横軸に時間を示している。図４（ａ）は、図１の電圧印加回路２０から発生するインパルス信号を示し、短い時間幅からなる電圧ＶＰのインパルス信号が生成されている。
【００４０】
図４（ｂ）は、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線にインパルス信号が印加された場合の線間電圧の変化をそれぞれ示している。例えば、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧は、インパルス信号の印加によって急上昇して最大値をとり、その後に減少してゼロクロス時間ＴＵＶに接地電圧と一致して０Ｖとなり、以降、減衰振動を繰り返す。また、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３の線間電圧は、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧と同様の変化を示すが、そのゼロクロス時間ＴＶＷは、ＴＵＶに比べて短くなっている。同じように、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３，１２１の線間電圧のゼロクロス時間ＴＷＵは、ＴＵＶに比べて長くなっている。これらのゼロクロス時間の違いは、モータ１のロータ内に埋め込まれた永久磁石と巻線の位置関係（すなわちロータの回転位置）の違いによって生じている。
【００４１】
図５は、図１のインパルス試験装置１００による絶縁評価試験が行われるモータ１の一例を示した説明図であり、ここでは、ＩＰＭモータが示されている。図５（ａ）には、ＩＰＭモータの断面が模式的に示されている。ＩＰＭモータは、内部に永久磁石１３１〜１３４が埋め込まれたロータ４１と、三相巻線１２１〜１２３からなるステータ４２とにより構成される。ロータ４１には、Ｓ極をステータ４２に対向させ、Ｎ極をロータ４１の回転軸へ向けて配置された永久磁石１３１，１３３と、Ｎ極をステータ４２に対向させ、Ｓ極をロータ４１の回転軸へ向けて配置された永久磁石１３２，１３４とが交互に埋め込まれている。ここでは、４個の永久磁石が埋め込まれるものとする。三相巻線１２１〜１２３は、電磁鋼板を積み重ねた鉄心に絶縁された電線を巻くことによって形成される。
【００４２】
図５（ｂ）には、図５（ａ）の状態からロータ４１を反時計回りに回転させた場合の様子が示されており、図５（ｃ）には、図５（ｂ）の状態からロータ４１を反時計回りに回転させた場合の様子が示されている。ＩＰＭモータ１では、三相巻線１２１〜１２３と永久磁石１３１〜１３４との磁気相互作用によってロータ４１が回転駆動される。
【００４３】
ＩＰＭモータ１では、ロータ４１に永久磁石１３１〜１３４が埋め込まれているため、ロータ４１の回転位置に応じて、三相巻線１２１〜１２３の周囲の磁界が変化し、各巻線１２１〜１２３のインピーダンスもそれぞれ変動する。このため、巻線の絶縁評価試験時に、インパルス信号に対する応答時間も変動する。
【００４４】
図６は、図５のＩＰＭモータにおける動作の一例を示した図であり、ロータの回転角度を変化させた場合のＵ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相のインピーダンスの変化の様子を示している。縦軸にインピーダンスを示し、横軸にロータの回転角度を示している。図６（ａ）は、各巻線１２１〜１２３に短絡がない場合のインピーダンスの変化の様子を示し、図６（ｂ）は、Ｗ相に短絡がある場合のインピーダンスの変化の様子を示している。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、各巻線１２１〜１２３に短絡がない場合、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線のインピーダンスは、それぞれ位相が１２０度ずつずれた正弦波形を示している。このため、ロータの回転角度にかかわらず、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線のインピーダンスの総和は一定となっている。
【００４６】
一方、Ｗ相に短絡がある場合、Ｕ−Ｖ相のインピーダンスは図６（ａ）と同一であるが、Ｖ−Ｗ相のインピーダンスがわずかに増加し、Ｗ−Ｕ相のインピーダンスが大幅に増加している。この場合も、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線はそれぞれ正弦波形を示し、その位相は、短絡がない場合とそれぞれ同一となっている。このため、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線のインピーダンスの総和は、ロータ回転角度にかかわらずに一定となっている。
【００４７】
図７のステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図１のインパルス試験装置１００の短絡判定処理の一例を示したフローチャートである。まず、ユーザが試験体指定スイッチを切り替えることにより、試験対象のモータ１が、短絡のない標準品と、短絡の有無が判定される被試験品とのいずれであるかの指定が行われる（ステップＳ１０１）。次に、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２についてインパルス信号に対する応答時間が測定され、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３と、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３，１２１とについても順次応答時間が測定される（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。更に、加算回路２４が、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の応答時間の総和を算出する（ステップＳ１０５）。
【００４８】
また、加算回路２４が、試験対象のモータ１が標準品であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。モータ１が標準品である旨がユーザにより指定されていれば、加算回路２４が、当該モータ１の応答時間の総和から、試験対象のバラツキ等を考慮したマージンを差し引いた値を判定閾値として算出し、この判定閾値を判定閾値記憶部２６に格納して処理を終了する（ステップＳ１０９）。一方、モータ１が被試験品である旨がユーザにより指定されていれば、応答時間比較部２５が、モータ１の応答時間の総和と判定閾値とを比較する（ステップＳ１０７）。応答時間の総和が判定閾値より小さければ、短絡判定回路２７が、モータ１に短絡があると判定し、処理を終了する（ステップＳ１０８）。一方、応答時間の総和が判定閾値以上であれば、モータ１に短絡がないと判定し、処理を終了する（ステップＳ１１０）。
【００４９】
図８のステップＳ２０１〜Ｓ２０５は、図７におけるＵ−Ｖ相の応答時間測定（ステップＳ１０２）の一例を示したフローチャートである。まず、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２が選択される（ステップＳ２０１）。すなわち、図示しない制御部により生成された制御信号に基づいて、スイッチＳＷ２がオンし、スイッチＳＷ３及びＳＷ４がオフされ、モータ１の端子１２５及び１２６が電圧印加回路２０と接続される。次に、充電用コンデンサ２０２への充電が終了したか否かを判定する（ステップＳ２０２）。充電用コンデンサ２０２への充電が終了していれば、電圧印加回路２０が、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２にインパルス信号が印加する（ステップＳ２０３）。更に、応答時間測定回路２３が、インパルス信号が印加されたＵ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の線間電圧と、所定の検出閾値とが一致したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。線間電圧が検出閾値と一致すれば、インパルス信号が印加されてからその時点までの時間を応答時間として記憶し、処理を終了する（ステップＳ２０５）。
【００５０】
図９のステップＳ３０１〜Ｓ３０５は、図７におけるＶ−Ｗ相の応答時間測定（ステップＳ１０３）の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の代わりに、Ｖ−Ｗ相の巻線１２２，１２３にインパルス信号が印加され、このインパルス信号に対する応答時間が測定されることを除けば、図８のステップＳ２０１〜２０５と同一であるため、説明を省略する。
【００５１】
図１０のステップＳ４０１〜Ｓ４０５は、図７におけるＷ−Ｕ相の応答時間測定（ステップＳ１０４）の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、Ｕ−Ｖ相の巻線１２１，１２２の代わりに、Ｗ−Ｕ相の巻線１２３，１２１にインパルス信号が印加され、このインパルス信号に対する応答時間が測定されることを除けば、図８のステップＳ２０１〜２０５と同一であるため、説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態によれば、三相巻線１２１〜１２３の２相の各組合せにおける応答時間の総和がロータの回転位置にかかわらず一定となるという原理を利用し、短絡判定回路２７が、応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定している。従って、ロータの回転位置を特定することなくモータ１の短絡を判定することができるので、モータ１の短絡を判定する際の利便性を向上させることができる。特に、電気自動車のように、モータ１の取付後に巻線の絶縁評価のためにロータを回転させることが困難な製品について、ロータを回転させることなくモータ１の短絡を判定することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、モータ１が、三相巻線１２１〜１２３からなるステータを備える場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、モータ１が、三相巻線からなるロータを備える構成であり、インパルス試験装置１００が、ロータの三相巻線の短絡を判定する構成であってもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、インパルス試験装置１００が、モータ１の短絡を判定する場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、モータ、発電機などの電動機の短絡を判定する構成であってもよい。例えば、この電動機として、三相巻線からなるステータ又はロータを備えた発電機の短絡を判定する構成であってもよい。
【００５５】
また、本実施の形態では、短絡判定回路２７が、三相巻線１２１〜１２３の応答時間の総和が判定閾値より小さければ、モータ１が短絡していると判定し、判定閾値以上であれば、モータ１が短絡していないと判定する場合の例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、巻線の短絡を判定するための第１の判定閾値よりも大きい第２の判定閾値が定められ、第２の判定閾値に基づいて、巻線の断線（オープン）を判定する構成であってもよい。すなわち、応答時間の総和が第１の判定閾値よりも小さければ、巻線が短絡していると判定し、応答時間の総和が第２の判定閾値よりも大きければ、巻線が断線していると判定し、応答時間の総和が、第１の判定閾値以上であって、かつ、第２の判定閾値以下であれば、巻線は短絡も断線もしていないと判定するものとする。
【００５６】
この場合、２以上の標準品について、３相巻線１２１〜１２３の応答時間の総和をそれぞれ求め、これらの総和の平均値から３σ（シグマ）を差し引いた値を第１の判定閾値とし、これらの総和の平均値に３σを加えた値を第２の判定閾値とすることが望ましい。
【００５７】
また、本実施の形態では、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線にインパルス信号を印加し、それぞれ応答時間を測定する場合の例について説明したが、本発明は、応答時間を計３回測定する構成に限定されない。例えば、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相及びＷ−Ｕ相の巻線の応答時間を測定した後、インパルス信号を逆方向に印加して再度応答時間を測定することにより、応答時間を計６回測定する構成であってもよい。
【００５８】
また、本実施の形態では、インパルス信号に対する応答時間の総和に基づいて、モータ１の短絡を判定する場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、三相巻線１２１〜１２３のインピーダンスをそれぞれインピーダンス測定器により求め、三相巻線１２１〜１２３のインピーダンスの総和を判定閾値と比較することにより、モータ１の短絡を判定する構成であっても良い。すなわち、三相巻線１２１〜１２３のインピーダンスの総和は、回転位置にかかわらず一定となることから、被試験品のインピーダンスの総和と標準品のインピーダンスの総和とを比較することにより、被試験品のモータ１の短絡を判定することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ モータ
２０ 電圧印加回路
２１ 高圧分圧器
２２ 線間電圧測定回路
２３ 応答時間測定回路
２４ 加算回路
２５ 応答時間比較部
２６ 判定閾値記憶部
２７ 短絡判定回路
３０，３１ 鉄心
４１ ロータ
４２ ステータ
１００ インパルス試験装置
１２１〜１２３ 巻線
１２４ 中性点
１２５〜１２７ 端子
１３１〜１３４ 永久磁石
２０１ ＤＣ電源
２０２ 充電用コンデンサ
ＳＷ１ 充放電切替スイッチ
ＳＷ２〜ＳＷ４ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験装置であって、
上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定手段と、
上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加手段と、
上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定手段と、
上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定手段とを備えたことを特徴とする試験装置。
【請求項２】
上記応答時間の総和と判定閾値とを比較する応答時間比較手段を備え、
上記短絡判定手段が、上記応答時間比較手段の比較結果に基づいて、上記電動機の短絡を判定することを特徴とする請求項１に記載の試験装置。
【請求項３】
三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験方法であって、
上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定ステップと、
上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加ステップと、
上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定ステップと、
上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定ステップとを備えたことを特徴とする試験方法。
【請求項１】
三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験装置であって、
上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定手段と、
上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加手段と、
上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の検出閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定手段と、
上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定手段とを備えたことを特徴とする試験装置。
【請求項２】
上記応答時間の総和と判定閾値とを比較する応答時間比較手段を備え、
上記短絡判定手段が、上記応答時間比較手段の比較結果に基づいて、上記電動機の短絡を判定することを特徴とする請求項１に記載の試験装置。
【請求項３】
三相巻線からなる電動機の短絡を判定するための試験方法であって、
上記三相巻線の各線間電圧を測定する線間電圧測定ステップと、
上記三相巻線のうち、２相にインパルス信号を印加する電圧印加ステップと、
上記インパルス信号の印加後に上記線間電圧が所定の閾値と一致するまでの応答時間を測定する応答時間測定ステップと、
上記三相巻線の２相の各組合せにおける上記応答時間の総和に基づいて、上記電動機の短絡を判定する短絡判定ステップとを備えたことを特徴とする試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１５５１４（Ｐ２０１２−２１５５１４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１９６８（Ｐ２０１１−８１９６８）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（５９９００７９６７）株式会社計測器センター (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（５９９００７９６７）株式会社計測器センター (1)
【Ｆターム（参考）】
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