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技術 小型電気機械の非破壊絶縁試験方法および装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 坪川昌弘
出願日 2000年11月10日 (20年1ヶ月経過) 出願番号 2000-343286
公開日 2002年5月22日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2002-148300
状態 未査定
技術分野 短絡、断線、漏洩,誤接続の試験 絶縁性に関する試験 遮断器と発電機・電動機と電池等の試験
主要キーワード パルス発生頻度 ラミネートコア サージ試験 減圧タンク どぶ漬け 空気絶縁 レヤーショート ピンホール試験
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年5月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

健全巻線コイルラミネートコア異常接近(1mm以内)した状態にある欠陥部分を、非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にした絶縁試験方法および装置を提供することを目的とする。

解決手段

小型電気機械収納した容器内部の圧力を減圧雰囲気にし、小型電気機械が有するコイル高周波電圧印加するステップと、前記小型電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを検出するステップからなる非破壊絶縁試験方法としたものである。

概要

背景

一般的に、小型モータなどが使用中に巻線ラミネートコア間の絶縁破壊され、寿命をきたす主な原因として、巻線のマグネットワイヤー絶縁物フィルム樹脂等)が、巻線の工程中、またはモータとして組立工程中で何らかの機械または治具などで与えられた打撃機械的圧力摩擦などから生じたクラック、傷、ピンホール等がもとで、マグネットワイヤーとラミネートコアが接触また異常接近し、使用中の電気的、温度的、機械的、化学的要因絶縁破壊(いわゆる接地短絡)が生じ、短絡電流など異常電流が流れて巻線を加熱焼損にいたらしめるものである。

従来、この絶縁状態検査する方法としては、交流耐圧試験絶縁抵抗試験部分放電測定試験サージ試験減圧サージ試験、ピンホール試験目視官能検査などがある。以下、これら方法について説明する。

交流耐電圧試験、絶縁抵抗試験では、マグネットワイヤーのコイル傷が相当に大きく、そして、直接ラミネートコアに接触もしくは接近していないと検出は不可能で、接地短絡のみが対象となる。

部分放電測定試験は、部分放電の測定であり、マグネットワイヤーがラミネートコアに接触する場合は、きわめて高感度に検出できる。これはマグネットワイヤーの絶縁皮膜を介し、コイルとラミネートコア間に部分放電が発生するか否かを判定するので、健全なマグネットワイヤーがラミネートコアからわずかでも離れた現象の検出は不可能である。また減圧雰囲気下での部分放電測定試験においても、部分放電発生開始電圧変化するのみで、その検出能力は変わらない。

サージ試験は、コイル傷がラミネートコアに接触することに加え、コイルとコイル間で隣接するコイル傷から生じるレヤーショートにも検出効果があるものの、コイル傷の検出には限界がある。

減圧サージ試験は、コイルとコイル間で隣接するコイル傷から生じるレヤーショートの検出と、コイル傷の検出には極めて高い検出力があるが、健全なマグネットワイヤーがラミネートコアに接触または接近した現象については検出不可能である。

ピンホール試験は、食塩水フェノールフタレン溶液試供品を完全にどぶ漬けするもので、コイル傷は検出するものの、この試験は破壊試験となり全数検査はできない。

目視官能検査は、巻線の工程中、モータの組立工程中に行われるが、表面のみの検査であり目視不可能な箇所が多く、また目視検査最大の課題であるヒューマンエラーが発生し、完全な効果は期待できない。

概要

健全な巻線コイルがラミネートコアに異常接近(1mm以内)した状態にある欠陥部分を、非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にした絶縁試験方法および装置を提供することを目的とする。

小型電気機械収納した容器内部の圧力を減圧雰囲気にし、小型電気機械が有するコイルに高周波電圧印加するステップと、前記小型電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを検出するステップからなる非破壊絶縁試験方法としたものである。

目的

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、健全な巻線コイルがラミネートコアに異常接近(1mm以内)した状態にある欠陥部分を、非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にした絶縁試験方法および装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

コイルを有する小型電気機械容器収納する第1ステップと、前記容器内を減圧する第2ステップと、前記コイルに高周波電圧印加する第3ステップと、前記小型電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを判定する第4ステップからなることを特徴とするコイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁試験方法

請求項2

コイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁試験装置において、前記小型電気機械を収納する容器と、前記容器内を減圧雰囲気にする減圧装置と、前記コイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記小型電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを判定する高周波コロナ測定装置により構成されていることを特徴とする非破壊絶縁試験装置。

技術分野

0001

本発明は、小型モータなどの巻線部とラミネートコア間の絶縁状態欠陥非破壊状態にして、非常に高感度に検出する試験方法および装置に関する。

背景技術

0002

一般的に、小型モータなどが使用中に巻線とラミネートコア間の絶縁破壊され、寿命をきたす主な原因として、巻線のマグネットワイヤー絶縁物フィルム樹脂等)が、巻線の工程中、またはモータとして組立工程中で何らかの機械または治具などで与えられた打撃機械的圧力摩擦などから生じたクラック、傷、ピンホール等がもとで、マグネットワイヤーとラミネートコアが接触また異常接近し、使用中の電気的、温度的、機械的、化学的要因絶縁破壊(いわゆる接地短絡)が生じ、短絡電流など異常電流が流れて巻線を加熱焼損にいたらしめるものである。

0003

従来、この絶縁状態を検査する方法としては、交流耐圧試験絶縁抵抗試験部分放電測定試験サージ試験減圧サージ試験、ピンホール試験目視官能検査などがある。以下、これら方法について説明する。

0004

交流耐電圧試験、絶縁抵抗試験では、マグネットワイヤーのコイル傷が相当に大きく、そして、直接ラミネートコアに接触もしくは接近していないと検出は不可能で、接地短絡のみが対象となる。

0005

部分放電測定試験は、部分放電の測定であり、マグネットワイヤーがラミネートコアに接触する場合は、きわめて高感度に検出できる。これはマグネットワイヤーの絶縁皮膜を介し、コイルとラミネートコア間に部分放電が発生するか否かを判定するので、健全なマグネットワイヤーがラミネートコアからわずかでも離れた現象の検出は不可能である。また減圧雰囲気下での部分放電測定試験においても、部分放電発生開始電圧変化するのみで、その検出能力は変わらない。

0006

サージ試験は、コイル傷がラミネートコアに接触することに加え、コイルとコイル間で隣接するコイル傷から生じるレヤーショートにも検出効果があるものの、コイル傷の検出には限界がある。

0007

減圧サージ試験は、コイルとコイル間で隣接するコイル傷から生じるレヤーショートの検出と、コイル傷の検出には極めて高い検出力があるが、健全なマグネットワイヤーがラミネートコアに接触または接近した現象については検出不可能である。

0008

ピンホール試験は、食塩水フェノールフタレン溶液試供品を完全にどぶ漬けするもので、コイル傷は検出するものの、この試験は破壊試験となり全数検査はできない。

0009

目視官能検査は、巻線の工程中、モータの組立工程中に行われるが、表面のみの検査であり目視不可能な箇所が多く、また目視検査最大の課題であるヒューマンエラーが発生し、完全な効果は期待できない。

発明が解決しようとする課題

0010

以上のような従来の絶縁状態を検査する試験方法は、絶縁破壊の原因となる、マグネットワイヤーがラミネートコアに異常接近し、近い将来運転中に絶縁破壊を起こす現象を、高感度に、量産工程で全数検査を行うには満足できるものではなく、以下(a)および(b)に示すような課題がある。

0011

(a)健全なマグネットワイヤーが、ラミネートコアに異常接近(1mm以内)した状態にある不良現象自動検出は困難であり、前記欠陥を電気的に検知するには、欠陥箇所放電現象を起こす必要があるが、商用電源高電圧(3000V以上)が必要であり、これでは小型電気機械全体(特に絶縁紙を透して)からコロナ放電が発生し、情報が埋没する。

0012

(b)高電圧印加では破壊試験になり全数検査は不可能である。

0013

すなわち、従来試験方法は、程度の悪い(マグネットワイヤーにコイル傷がある場合、またはマグネットワイヤーがラミネートコアに直接接触した現象)状態の検出であり、健全なマグネットワイヤーとラミネートコアが異常に接近した状態の検出は不可能である。

0014

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、健全な巻線コイルがラミネートコアに異常接近(1mm以内)した状態にある欠陥部分を、非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にした絶縁試験方法および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

0015

この課題を解決するために本発明は、コイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁試験方法において、小型電気機械を収納した容器内部の圧力を減圧雰囲気にし、小型電気機械が有するコイルに高周波電圧印加するステップと、前記小型電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを検出するステップからなる非破壊絶縁試験方法としたものであり、巻線コイルとラミネートコア間に高周波電圧を600〜1100V印加した時に増大するコロナパルスにより良否判定するように構成されている。

0016

これにより、健全な巻線コイルがラミネートコアに異常接近(1mm以内)した状態にある欠陥部分を、非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にすることができる。

発明を実施するための最良の形態

0017

本発明の請求項1記載の発明は、コイルを有する小型電気機械を容器に収納する第1ステップと、前記容器内を減圧する第2ステップと、前記コイルに高周波電圧を印加する第3ステップと、前記小型電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを判定する第4ステップからなることを特徴とするコイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁試験方法であり、不良箇所に低い電圧でコロナ放電を発生させることができるという作用を有する。

0018

請求項2記載の発明は、コイルを有する小型電気機械の非破壊絶縁試験装置において、前記小型電気機械を収納する容器と、前記容器内を減圧雰囲気にする減圧装置と、前記コイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記小型電気機械からコロナ放電が発生しているか否かを検出する高周波コロナ測定装置により構成されていることを特徴とする非破壊絶縁試験装置であり、不良箇所に低い電圧でコロナ放電を発生させることができるという作用を有する。

0019

以下、本発明の具体例について、図面を参照しながら説明する。

0020

図1は本発明の非破壊絶縁試験方法の一実施例を示している。図1において、1は供試モータ(小型電気機械)、2は減圧タンク(容器)、3は高周波コロナ測定装置、4は真空計、5はバルブ、6は真空ポンプ、7はブッシング、8はターミナルである。

0021

大気圧中で、供試モータ1は減圧タンク2に収納され、供試モータ1はターミナル8を中継し、ブッシング7を通ってモータ巻線コイルのリード線に接続される。

0022

減圧装置は真空ポンプ6、バルブ5、真空計4により構成されており、減圧タンク2内の減圧度は真空計4により管理されながらバルブ5を介して真空ポンプ6で所定の減圧度に減圧される。減圧タンク2の減圧度は実験により、65〜200Torrが最適であり、被測定物(供試モータ1)の種類に応じ減圧管理を行うとよい。

0023

一般的に減圧コロナに注目する場合パッシェンの法則により1〜5Torrが最も感度が高いが、この領域ではあまりにコロナ放電が活発なため、意味のないノイズ的なコロナ量が多く、本来検出しようとしている、供試モータ巻線のマグネットワイヤー1本とラミネートコアまでの距離1mm以下を有す不良現象からのコロナ放電情報が埋没し、著しくSN比を低下させてしまう。

0024

高周波コロナ測定装置3内にある高周波電源において発生した高周波電圧は高圧ケーブルにより導かれ、リード線を通ってモータ1のコイルに印加され、徐々に印加電圧を上げていくとモータ巻線とラミネートコア間にコロナ放電が起こる。

0025

小型電気機械の巻線(マグネットワイヤー)のなかで発生するコロナ放電は大きく分けて、(1)マグネットワイヤーとラミネートコアの間に有る絶縁物(フィルム、樹脂等)を通して発生する放電、(2)マグネットワイヤーとラミネートコア間で空気絶縁を通して発生する放電がある。

0026

(1)の現象は(2)の現象に比べ絶縁物の誘電率が高く、コロナ発生開始電圧が低く早期に発生するもので、高電圧を印加した場合(2)の現象の不良判定が困難であった。しかし(2)の現象は、電気的、機械的、温度的、科学的な要因から将来的に不良となる確率が高く、判定し事前に検出しなければならない。

0027

この課題に対し高周波電源(1〜40kHz)を使用するとよい。これは、コイルを有した小型電気機械のインピーダンス(Z)は(1/ωC)であり、電源周波数(ω)を増大させることにより、インピーダンスを減らし、巻線内に流れる電荷量を増大させることにより、不良箇所に低い電圧でコロナ放電を発生させることが可能となった。

0028

さらに、前記(1)と(2)のコロナ放電の判定方法として、(2)のコロナパルス周波数は1.5MH付近に増大することを実験により求め、ローパスフィルター(500kHz)とハイパスフィルター(2MHz)の組み合せによるバンドパスフィルターを形成する手段により判定し検出が実現できるものである。

0029

図3は供試モータ全体から発生するコロナ放電の発生開始電圧真空度の関係を、図4は供試モータ巻線のマグネットワイヤー1本とラミネートコアまでの距離0.3mmを有す不良再現箇所のコロナ発生開始電圧と真空度の関係を示す。

0030

この図3および図4が示すように、供試モータ全体(特にスロット絶縁紙を通過し発生するコロナ放電)から発生する意味のないコロナ放電と、不良箇所に発生する有意なコロナ放電を区別する必要がある。

0031

この方法を図2で説明する。高周波電源50(周波数が1〜50KHzまで可変できる正弦波信号変圧器によりMAX3000V(0−P)まで昇圧された高周波電源)にて発生した電圧を供試モータ51の巻線とステータ間に印加する。その時供試モータから発生するコロナ放電により高周波成分が電源に重乗してくる。この放電パルスの中でも低域の周波数のコロナパルスを検出回路52で検出する。検出されたコロナパルスの中でも意味のないコロナ周波数と、供試モータ巻線のマグネットワイヤー1本とラミネートコアまでの距離1mm以下を有す不良箇所のコロナ周波数を区別するため、ローパスフィルター(500KHz)とハイパスフィルター(2.5MHz)とで形成するバンドパスフィルター52にて区別する。

0032

コロナパルスは電気的に非常にレベルの小さな信号であるため、AMP54にて信号を増幅する。また、高周波電源50より印加された負の電圧に対して発生したコロナパルスも有効であり、パルスも負のパルスであるため、絶対値回路55をとおしすべて正のパルスに変える。

0033

その後コロナパルスをパルスカウンタ56でパルス数を数え、積分回路57で放電量を算出し、またピーク検出器58でコロナパルスのピークレベルを検出し、不良箇所があれば判定回路59で不良と判定することにより検出を可能にした。

0034

上記方法により、供試モータの良品と不良現象を有するものとを比較測定したものを図5に示す。

0035

良品供試モータは約1050Vからパルスの増加が発生しているものに比べ、不良現象を有した供試モータは750Vからパルスは増加している。この関係にある供試モータでは、900Vで試験することにより、良品と不良品の判定が可能となる。

発明の効果

0036

以上のように請求項1および請求項2記載の発明によれば、健全な巻線コイルがラミネートコアに異常接近(1mm以内)した状態にある欠陥部分を、非破壊検査により量産工程で全数検査を可能にした絶縁試験方法を提供することができるという有利な効果を得ることができる。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の非破壊絶縁試験装置を示す図
図2本発明の回路構成
図3本発明の一実施例による供試モータ(良品)のコロナ発生開始電圧を示す図
図4本発明の一実施例による供試モータの不良現象箇所でのコロナ発生開始を示す図
図5本発明の一実施例によるコロナパルス発生頻度を示す図

--

0038

1供試モータ(小型電気機械)
2減圧タンク(容器)
3高周波コロナ測定装置
4真空計
5バルブ
6真空ポンプ
7ブッシング
8 ターミナル

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