JP2023116026A - ステータコイルの絶縁状態観測方法、及びステータコイルの絶縁状態観測システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機が通常運転状態の場合と同様の電気的環境下において、ステータコイルの有限絶縁寿命試験を適切に実施することができる技術を提供する。
【解決手段】Ｎ相コイルにインバータＩＮＶを接続すると共に、Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置ＧＳと、インバータＩＮＶとをＮ相コイルに接続する。コイル用導体と同じ構造である第１試験用導体１１と第２試験用導体１２とを互いに接触させた状態で、第１試験用導体１１を第１の相のコイルに接続し、第２試験用導体１２を第２の相のコイルに接続する。試験状態で、電圧印加装置ＧＳにより、通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧をＮ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、運転状態電圧印加処理の実行中に、第１試験用導体１１と第２試験用導体１２との間の部分放電を検出する第１放電検出処理を行う。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ステータコイルの絶縁状態を観測する技術に関する。

交流の回転電機におけるステータコイルの絶縁寿命について、２００７年に国際電気標準会議（International Electrotechnical Commission）により規定されたIEC Standard 60034-18-41がある。この標準規格は、交流の回転電機における交流電圧の実効値が、概ね３００ボルトから７００ボルトの場合を対象としている。そして、この標準規格では、ステータコイルと同じ導線を用いた試験用導線（図１に示すツイストペアＴＰ）にインパルス電圧を印加して、部分放電が発生しないことを合格条件としている。つまり、この標準規格は、絶縁寿命として、いわゆる無限寿命を規定している。

一方、回転電機により高い出力が求められるようになると、交流電圧の実効値も高くなり、交流電圧の実効値が７００ボルト以上の場合に対応する標準規格として、２０１７年に、国際電気標準会議によりIEC Standard 60034-18-42が規定されている。この標準規格では、ステータコイルと同じ導線を用いた試験用導線（図２に示す平行結合バーＣＢ）にインパルス電圧を印加して、規定された時間内に放電が規定回数以下しか発生しないことを合格条件としている。この標準規格では、放電が発生する回数が多くなるほど、絶縁性能が低下することに鑑みて、規定回数と絶縁寿命との関係が規定されている。つまり、この標準規格は絶縁寿命として、いわゆる有限寿命を規定している。

これらの標準規格は、共にステータコイルに電流が流れていない状態いわゆるオフライン状態でステータコイルの絶縁寿命を試験するための規定である。しかし、回転電機が回転する際には、回転電機を駆動させるための電流（回転磁界を与えるための電流）や、ロータの回転により発生する逆起電力に伴う電流が、ステータコイルに流れる。オフライン状態における試験では、ステータコイルに電流が流れていない状態で試験が行われるため、現実のステータコイルの絶縁寿命が正確に評価できない可能性がある。このため、ステータコイルに電流を流した状態、つまりオンライン状態でステータコイルの絶縁寿命を試験することが考えられる。

下記に出展を示す、東芝、及び東芝三菱電機産業システムによる論文には、オフライン試験の他、オンライン試験についても言及されている。例えば、当該論文のＦｉｇ．４（本明細書に添付する図３０に再掲）には、３相のステータコイルを備えた回転電機５０１にＩＧＢＴを用いたインバータ５０２を接続し、当該インバータ５０２と回転電機５０１との間に部分放電検出器５０３を備えた試験装置が例示されている。

Satoshi Hiroshima他、Toshiba Corporation and Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation、"Off-line and On-line Detection of PD in Inverter-Fed Random-Wound Motor Considering IEC Technical Specifications"、2012 Annual Report IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena、14-17 October 2012、Conference in Montreal, QC, Canada

上述したように、現在は、IEC Standard 60034-18-41及びIEC Standard 60034-18-42のように、オフライン試験によるステータコイルの絶縁寿命については標準化されている。しかし、オフライン試験では、実際の回転電機を駆動する際と同等のスイッチングパルス（インバータを駆動する際のスイッチングパルス）がステータコイルに印加されるわけではない。また、オフライン試験では、変調率等、回転電機の動作条件を変化させておらず、例えば回転電機が車両の駆動力源の場合、車両の走行状況等が適切に反映されていない。そして、オフライン試験では、ステータコイルに電流が流れていない。このように、オフライン試験では、実際の使用状況とは異なる条件下で試験が実施されており、ステータコイルの絶縁寿命を評価する上で課題がある。

上述した論文では、実際の回転電機を用いたオンライン試験が提案されている。しかし、有限寿命試験では、上述したように、試験における放電が規定回数以下しか発生しないことを合格条件とする。そして、試験の際には、試験の効率化（試験時間の短縮）、精度の担保（放電回数に応じた絶縁寿命の信頼性）等のため、環境条件を加味した加速試験が行われることが多い。例えば加速試験においては、回転電機を高温環境下において試験を実施することが考えられるが、この場合、ロータに配置された永久磁石の減磁が生じる場合があり正確な試験が実施できないおそれがある。一方、ロータを撤去して、ステータ及びステータコイルのみを試験対象とすると、ロータの回転に伴う逆起電力が適切に考慮されなくなり、やはり正確な試験が実施できないおそれがある。

また、オンライン試験では、供試体（ここでは回転電機）を稼働させて性能試験を行うための試験機であるダイナモ・ベンチ（Dynamo Bench）が利用される場合がある。部分放電の発生は、部分放電により生じた電磁波をアンテナにより検出ことによって検出されることが多いが、ダイナモ・ベンチはノイズを発生し易く、試験環境におけるバックグラウンドノイズが多くなる。つまり、部分放電が生じた際の電磁波とバックグラウンドノイズとの区別が難しく、当該電磁波を適切に検出できない場合がある。

上述したように、無限寿命及び有限寿命の双方についてオフライン試験には標準化された規格がある。しかし、現在、有限寿命を規定するオンライン試験については、標準化された規格は存在していない。即ち、永久磁石型の回転電機におけるステータコイルを対象として、適切にオンライン試験を行うためには、まだ課題がある。

上記背景に鑑みて、回転電機が通常運転状態の場合と同様の電気的環境下において、ステータコイルの有限絶縁寿命試験を適切に実施することができる技術の提供が望まれる。

上記に鑑みたステータコイルの絶縁状態観測方法は、１つの態様として、Ｎ相コイル（Ｎは任意の自然数）を備えた回転電機用のステータにおける、絶縁被覆を備えたコイル用導体の絶縁状態を観測する方法であって、
前記Ｎ相コイルにインバータを接続すると共に、前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置を接続し、
前記コイル用導体と同じ構造である第１試験用導体と第２試験用導体とを用い、前記第１試験用導体と前記第２試験用導体とを互いに接触させた状態で、前記第１試験用導体を前記Ｎ相コイルにおける第１の相のコイルに接続し、前記第２試験用導体を前記Ｎ相コイルにおける第２の相のコイルに接続し、
前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記第１試験用導体と前記第２試験用導体との間の部分放電を検出する第１放電検出処理を行う。

また、ステータコイルの絶縁状態観測方法は、別の態様として、Ｎ相コイル（Ｎは任意の自然数）を備えた回転電機用のステータにおける、絶縁被覆を備えたコイル用導体の絶縁状態を観測する方法であって、
前記Ｎ相コイルにインバータを接続すると共に、前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置を接続し、
前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記Ｎ相コイルにおける異なる相のコイル間の部分放電を検出する第２放電検出処理、及び、前記Ｎ相コイルとグランドとの間の部分放電を検出する第３放電検出処理の少なくとも一方を行う。

また、上記に鑑みたステータコイルの絶縁状態観測システムは、１つの態様として、
前記Ｎ相コイルに接続されたインバータと、
前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置と、
前記電圧印加装置を制御する制御装置と、
放電を検出する放電検出装置と、
前記コイル用導体と同じ構造である第１試験用導体と第２試験用導体とを互いに接触させた状態で、前記第１試験用導体が前記Ｎ相コイルにおける第１の相のコイルに接続され、前記第２試験用導体が前記Ｎ相コイルにおける第２の相のコイルに接続された試験用導体対と、を備え、
前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
前記制御装置は、前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
前記放電検出装置は、前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記第１試験用導体と前記第２試験用導体との間に生じる部分放電を検出する。

また、上記に鑑みたステータコイルの絶縁状態観測システムは、別の態様として、
前記Ｎ相コイルに接続されたインバータと、
前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置と、
前記電圧印加装置を制御する制御装置と、
放電を検出する放電検出装置と、を備え、
前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
前記制御装置は、前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
前記放電検出装置は、前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記Ｎ相コイルにおける異なる相のコイル間に生じる部分放電、及び、前記Ｎ相コイルとグランドとの間に生じる部分放電の少なくとも１つを検出する。

これらの方法及びこれらのシステムによれば、回転電機のロータを実際に回転駆動させることなく、ロータを回転駆動している状態と同様の電流及び電圧の状態を回転電機のステータにおいて再現することができる。よって、第１試験用導体及び第２試験用導体を用いる場合であっても、これらの試験用導体を用いない場合であっても、実際の回転電機の使用状態に近い環境でのコイル用導体の絶縁状態を比較的容易に観測することができる。この際、実際にロータを回転駆動するのではなく、電圧印加装置により通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧をＮ相コイルに印加するため、ロータを回転駆動する場合に生じる場合があるノイズの影響を受けることなく絶縁状態の観測を行うことができる。従って、部分的な絶縁破壊により生じる微弱な物理現象（例えば電磁波の発生、微少電流の発生など）も高精度に計測することができる。このように、これらの方法及びこれらのシステムによれば、回転電機が通常運転状態の場合と同様の電気的環境下において、ステータコイルの有限絶縁寿命試験を適切に実施することができる。

ステータコイルの絶縁状態観測方法、及びステータコイルの絶縁状態観測システムのさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する例示的且つ非限定的な実施形態についての以下の記載から明確となる。

試験用導体（ツイストペア）を模式的に示す図 試験用導体（パラレルバー）を模式的に示す図 オフライン試験（無限寿命）において印可されるインパルス電圧波形を示す図 オフライン試験（無限寿命）において印可されるインパルス電圧波形を示す図 オフライン試験（無限寿命）において印可されるインパルス電圧波形を示す図 オフライン試験（有限寿命）において印可されるインパルス電圧波形を示す図 オフライン試験（有限寿命）におけるサージ電圧を含むパルス波形の一例を示す図 実際の回転電機におけるサージ電圧を含む変調パルス波形の一例を示す図 シングルインバータシステムにおけるターン間短絡試験のシステム構成の一例を示す等価回路ブロック図 デュアルインバータシステムにおけるターン間短絡試験のシステム構成の一例を示す等価回路ブロック図 シングルインバータシステムにおける地絡試験（又は相間短絡試験）のシステム構成の一例を示す等価回路ブロック図 デュアルインバータシステムにおける地絡試験（又は相間短絡試験）のシステム構成の一例を示す等価回路ブロック図 シングルインバータシステムにおけるステータコイルの電流及び電圧波形を示す図 デュアルインバータシステムにおけるステータコイルの電流及び電圧波形を示す図 シングルインバータシステムとデュアルインバータシステムとの電圧波形の比較図 シングルインバータシステムにおけるターン間短絡試験のシステム構成の一例を示すブロック図 デュアルインバータシステムにおけるターン間短絡試験のシステム構成の一例を示すブロック図 シングルインバータシステムにおける地絡試験（又は相間短絡試験）のシステム構成の一例を示すブロック図 デュアルインバータシステムにおける地絡試験（又は相間短絡試験）のシステム構成の一例を示すブロック図 ロータを有する回転電機の電圧ベクトル図 ロータ無し（エアロータ）の回転電機の逆起電圧の振幅を補正した電圧ベクトル図 ロータ無し（エアロータ）の回転電機の逆起電圧の振幅及び位相を補正した電圧ベクトル図 インバータ及びグリッドシミュレータの制御ブロック図 インバータ及びグリッドシミュレータの制御ブロック図 図２０から図２２それぞれの低回転速度時のＵ相電流及びＵ相電圧を示す波形図 図２０から図２２それぞれの高回転速度時のＵ相電流及びＵ相電圧を示す波形図 印加電圧と絶縁破壊に至る時間との関係を示すグラフ 電圧の印可時間とキャパシタンスの変化との関係を示すグラフ 電圧の印加時間と部分放電の回数との関係を示すグラフ 従来のオンライン試験システムの一例を示す図

以下、Ｎ相コイル（Ｎは任意の自然数、本実施形態ではＮ＝３）を備えた回転電機用のステータにおける、絶縁被覆を備えたコイル用導体の絶縁状態を観測するステータコイルの絶縁状態観測方法及び絶縁状態観測システムについて図面を参照して説明する。はじめに国際電気標準会議（International Electrotechnical Commission）により規定された２つの標準規格について簡単に説明する。２つの標準規格は、オフラインによる無限寿命試験及びオフラインによる有限寿命試験である。ここで、オフラインとは、ステータコイルに電流が流れていない状態のことをいう。また、無限寿命試験とは、複数回インパルス電圧が印加されても絶縁破壊が発生しない（部分放電が発生しない）ことを合格条件とする試験であり、有限寿命試験とは、複数回インパルス電圧を印加された場合に部分放電が規定回数以下しか発生しないことを合格条件とする試験である。

図１及び図２は、絶縁被覆を備えたコイル用導体（ステータコイル）と同じ構造である第１試験用導体１１と第２試験用導体１２とを用いて形成された試験用導体対１の一例を示している。図１は、導電性の芯線が被覆された丸線１３と称される導線（丸束巻線（round bundle winding）とも称される場合もある）を２本螺旋状に巻いたツイストペア（twisted pair）ＴＰとして構成された試験用導体対１を例示している。また、図２は、断面が矩形状の導電性の芯線が被覆された平角線（rectangular bar winding）と称される導線を２本束ねた平行結合バー（parallel coupled bar）ＣＢとして構成された試験用導体対を例示している。図２に示すように、平行結合バーＣＢは、それぞれ銅線１６（芯線）が絶縁被覆１７により被覆された平角線１５を結束用絶縁被覆１８により結束し、結束用絶縁被覆１８の両端部において２本の平角線１５を離間させ、その離間部に非導電性の充填剤１９が充填されて形成されている。上述した標準規格では、これらの試験用導体対１が用いられる。

標準規格におけるオフラインでの無限寿命試験では、上述したツイストペアＴＰにおける部分放電を試験するターン間短絡試験（ＴＴ：Turn to Turn）、複数相のステータコイルの１相とグラウンド間の部分放電を試験する地絡試験（ＰＧ：Phase to Ground）、複数相のステータコイルの相間の部分放電を試験する相間短絡試験（ＰＰ：Phase to Phase）が規定されている。無限寿命試験では、複数回インパルス電圧が印加された場合に、その全てにおいて部分放電が発生しないことを合格条件としており、１回のインパルス電圧の印可時には、電気角で１周期のインパルス電圧が印加される。図３は、ターン間短絡試験におけるインパルス電圧の波形を示しており、図４は、地絡試験におけるインパルス電圧の波形を示しており、図５は、相間短絡試験におけるインパルス電圧の波形を示している。

この無限寿命試験は、回転電機の交流の電圧の実効値（root mean square value, RMS）が３００ボルトから７００ボルトの場合を対象としている。一般的に交流の回転電機は、直流と交流との間で電力を変換するインバータを介して直流電源と接続されている。上述したインパルス電圧の波高値は、インバータの直流側の電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）に基づいて規定されている。ターン間短絡試験におけるインパルス電圧の振幅は、交流の回転電機に接続されるインバータの直流側の電圧である直流リンク電圧（Ｖｄｃ）の１．７１倍、地絡試験におけるインパルス電圧の波高値は、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）の１．４５倍、相間短絡試験におけるインパルス電圧の波高値は、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）の２．４４倍に設定されている。

標準規格におけるオフラインでの有限寿命試験では、上述した平行結合バーＣＢにおける部分放電を試験するターン間短絡試験（ＴＴ）、複数相のステータコイルの１相とグラウンド間の部分放電を試験する地絡試験（ＰＧ）、複数相のステータコイルの相間の部分放電を試験する相間短絡試験（ＰＰ）が規定されている。有限寿命試験では、規定時間内に複数回インパルス電圧を印加された場合に部分放電が規定回数以下しか発生しないことを合格条件としており、図６及び図７に示すような複数周期のインパルス電圧が繰り返し印加される。この有限寿命試験は、回転電機の交流の電圧の実効値が７００ボルト以上の場合を対象としている。そして、インパルス電圧の波高値は、それぞれの試験における絶縁寿命に応じて（絶縁破壊を生じるようになる時間と電圧との関係に応じて）設定されている。

ところで、標準規格におけるオフラインでの有限寿命試験には、下記（ａ）～（ｃ）のような課題がある。
（ａ）オフライン試験では、実際のインバータと同様の変調パルスをステータコイルに印可できていない。
（ｂ）オフライン試験では、ステータコイルには電流が流れていない。
（ｃ）オフライン試験では、実際の回転電機の動作に応じた変調率の変化を行っておらず、ステータコイルに印可される変調パルスのデューティーが変化していない。

例えば、図７は、オフライン試験におけるサージ電圧を含むパルス波形の一例を示しており、図８は、実際の回転電機におけるサージ電圧を含む変調パルス波形の一例を示している。図７に示すように、オフライン試験で印加されるサージ電圧の振幅のピーク値は直流リンク電圧ＶｄｃのＫ倍で、ほぼ一定である。これに対して、図８に示すように、実際の回転電機では、サージ電圧のピーク値が一定ではなく、直流リンク電圧ＶｄｃのＫ倍を超えるものも多い。

標準規格における有限絶縁寿命試験には、上述した（ａ）～（ｃ）のような課題があり、実際の回転電機におけるサージの影響が試験に正しく反映されているとは言えない。即ち、有限絶縁寿命が正しく試験できているとは言えず、ステータコイルに電流を流した状態、つまりオンライン状態でステータコイルの絶縁寿命を試験することが求められる。

例えば、図３０は、そのようなオンライン状態での試験システムの一例を示している。この試験システムでは、３相のステータコイルを備えた回転電機５０１にＩＧＢＴを用いたインバータ５０２を接続し、当該インバータ５０２と回転電機５０１との間に部分放電検出器５０３を備えている。

このように実際の回転電機５０１を用いたオンライン試験では、供試体（ここでは回転電機）を稼働させて性能試験を行うための試験機であるダイナモ・ベンチ（Dynamo Bench）が利用される場合がある。部分放電の発生は、部分放電により生じた電磁波をアンテナにより検出ことによって検出されることが多いが、ダイナモ・ベンチはノイズを発生し易く、試験環境におけるバックグラウンドノイズが多くなる。つまり、部分放電が生じた際の電磁波とバックグラウンドノイズとが区別できず、当該電磁波が検出できない場合がある。

また、有限寿命試験では、上述したように、試験における放電が規定回数以下しか発生しないことを合格条件とする。そして、試験の際には、試験の効率化（試験時間の短縮）、精度の担保（放電回数に応じた絶縁寿命の信頼性）等のため、環境条件を加味した加速試験が行われることが多い。例えば加速試験においては、回転電機を高温環境下において試験を実施することが考えられるが、この場合、ロータに配置された永久磁石の減磁が生じる場合があり正確な試験が実施できないおそれがある。一方、ロータを撤去して、ステータ及びステータコイルのみを試験対象とすると、ロータの回転に伴う逆起電圧が考慮できなくなり、やはり正確な試験が実施できないおそれがある。

即ち、既存のオンライン試験には、下記（ｄ）、（ｅ）のような課題がある。
（ｄ）ダイナモ・ベンチにより回転電機のロータを回転させながら部分放電の電圧を計測する（多くの場合、電磁波をアンテナにより検出する）ことが、バックラウンドノイズの影響によって困難である。
（ｅ）有限絶縁寿命試験の場合、環境温度を上げて加速試験を実施するが、永久磁石を備えたロータを高温環境下に置いた場合には減磁等の問題があるため、加速試験を実施することが難しい。

上記、（ａ）～（ｅ）の課題に鑑みて、発明者らによって本明細書において説明するような、新たな試験方法並びに試験システム（ステータコイルの絶縁状態観測方法及び絶縁状態観測システム）が提案されている。以下、これらの方法及びシステムについて詳細に説明する。

図９から図１２は、本実施形態に係る試験システム（絶縁状態観測システム）の模式的ブロック図である。図９及び図１０は、上述したターン間短絡試験（ＴＴ）を行う場合の試験システムを示しており、図１１及び図１２は、上述した地絡試験（ＰＧ）又は相間短絡試験（ＰＰ）を行う場合の試験システムを示している。

また、図９及び図１１は、複数相（ここでは３相）のステータコイルが中性点において互いに接続されたいわゆるスター結線のステータコイルを有する回転電機のステータコイルを試験対象とした試験システムを例示している。複数相のステータコイルの一端側は、中性点において互いに接続され、複数相のステータコイルの他端側は、直流と複数相の交流との間で電力を変換する１つのインバータＩＮＶの各相のアームに接続されている。本明細書では、適宜このシステムをシングルインバータシステムと称する場合がある。

また、図１０及び図１２は、複数相（ここでは３相）のオープン巻線を有する回転電機のステータコイルを試験対象とした試験システムを例示している。複数相のオープン巻線の一端側には、直流と複数相の交流との間で電力を変換する第１インバータＩＮＶ１が接続され、複数相のオープン巻線の他端側には、直流と複数相の交流との間で電力を変換する第２インバータＩＮＶ２が接続されている。本明細書では、適宜このシステムをデュアルインバータシステムと称する場合がある。尚、デュアルインバータシステムにおいても両インバータを区別するようがない場合には、総称して単にインバータＩＮＶと称する。

図９から図１２に示すように、回転電機からはロータが取り外されている。つまり、発明者らによって提案されるオンライン試験では、実際にロータを回転させることなく、ステータコイルにおける電気的な状態を、ロータが回転している場合と同じ状態としている。ステータコイルには、インバータＩＮＶを介して駆動電圧が印加されるだけではなく、ロータの回転によって生じる逆起電圧（逆起電力、誘導起電圧、誘導起電力）も印加される。ロータが無い状態で、ロータの回転によってステータコイルに誘起される逆起電圧をステータコイルに印加するために、電圧印加装置ＧＳ（任意電圧波形発生電源、例えばグリッドシミュレータ）がステータコイルに接続されている。つまり、発明者らによって提案されるオンライン試験では、ロータが回転を停止した状態又はロータがステータに対向していない状態である試験状態で、電圧印加装置により、通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧をＮ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理が実行される。尚、本明細書においては、ロータがステータに対向していない場合を含み、試験状態において逆起電圧を生じないロータを「エアロータ（air rotor）」と称する場合がある。

回転電機からロータが取り外されていることにより、ダイナモ・ベンチ等を用いてロータを回転させることはない。部分放電の発生は、例えば、放電により生じた電磁波を図９～図１２では不図示のアンテナ（図１６～図１９におけるアンテナ４）により受信することで検出される。ダイナモ・ベンチを用いないことにより、バックグラウンドノイズが抑制されるので、部分放電が発生したことを適切に検出することができる。例えば、次第に印加電圧を上昇させながら試験を行った場合には、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ：Partial Discharge Inception Voltage）も適切に判定することができる。このように、図９～図１２に例示したシステムは、上述した（ｄ）の課題に対応したシステム構成となっている。

また、ロータが回転しない、或いはロータが存在しなくてもよいことから、環境温度等を変化させた場合の永久磁石の減磁も問題ではない。例えば、高い環境温度下における加速劣化試験も実行することができる。つまり、図９～図１２に例示したシステムは、上述した（ｅ）の課題にも対応したシステム構成となっている。

図１３は、シングルインバータシステムにおけるステータコイルの電流及び電圧波形を示している。また、図１４は、デュアルインバータシステムにおけるステータコイルの電流及び電圧波形を示している。図１３及び図１４に共通して、左は回転電機にロータを備えている場合の波形を示し、右はエアロータの場合、即ちステータコイルにグリッドシミュレータを接続した場合の波形を示している。

図１３に示すシングルインバータシステムでは、ロータ有りの場合のサージ電圧のピーク値に比べてグリッドシミュレータを接続した場合のサージ電圧のピーク値が２．０％大きくなっているにすぎず、サージ電圧のピーク値はほぼ同等ということができる。また、サージ電圧の平均値についても、ロータ有りの場合の値に対してグリッドシミュレータを接続した場合の値が０．２％大きくなっているにすぎず、サージ電圧の平均値についても、ほぼ同等ということができる。

同様に、図１４に示すデュアルインバータシステムでは、ロータ有りの場合のサージ電圧のピーク値に比べてグリッドシミュレータを接続した場合のサージ電圧のピーク値が０．５％大きくなっているにすぎず、サージ電圧のピーク値はほぼ同等ということができる。また、サージ電圧の平均値についても、ロータ有りの場合の値に対してグリッドシミュレータを接続した場合の値が０．８％大きくなっているにすぎず、サージ電圧の平均値についても、ほぼ同等ということができる。

エアロータの場合に、ロータがある場合と同様の逆起電圧をステータコイルに与える詳細な構成については後述するが、このように、本実施形態に係るステータコイルの絶縁状態観測方法、及びステータコイルの絶縁状態観測システムによれば、回転電機が通常の運転状態の場合と同様の電気的環境下において、ステータコイルの有限絶縁寿命試験を適切に実施することができる。

ところで、デュアルインバータシステムでは、一方のインバータの出力を正、他方のインバータの出力を負とすることによって、システムとして、１つのインバータにおける振幅の倍の振幅の電圧をステータコイルに印加することができる。このため、図１５に示すように、シングルインバータシステムに比べて、デュアルインバータシステムでは、相対的にサージ電圧もピーク値も低くすることができる。発明者らの実験やシミュレーションによれば、１つの変調パルスに対して直流リンク電圧（Ｖｄｃ）の２倍の電圧に達するサージ電圧が生じる割合が、ほぼ１００％であるシングルインバータシステムに比べて、デュアルインバータシステムでは２０％程度に抑制されることが確認された。

高いサージ電圧が発生する回数が少ないと、同じ絶縁能力を有していた場合に、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）がより高くなる可能性がある。逆に考えると、デュアルシステムインバータシステムでは、シングルインバータシステムと同じ部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）を担保できるように設計する場合に、絶縁性能を低く抑えることができ、コストの低減が可能となる。

以下、本実施形態に係るステータコイルの絶縁状態観測システムの具体的な構成について説明する。図１６及び図１７のブロック図は、ターン間短絡試験を行う絶縁状態観測システム１００（ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１）のシステム構成の一例を示しており、図１８及び図１９のブロック図は、地絡試験（又は相間短絡試験）を行う絶縁状態観測システム（地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２）のシステム構成の一例を示している。また、図１６及び図１８のブロック図は、シングルインバータシステムにおける絶縁状態観測システム１００のシステム構成の一例を示しており、図１７及び図１９のブロック図は、デュアルインバータシステムにおける絶縁状態観測システム１００のシステム構成の一例を示している。

はじめに、ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１について説明する。図１６のブロック図は、シングルインバータシステムにおいてターン間短絡試験を行う第１絶縁状態観測システム１０１Ｓのシステム構成の一例を示しており、図１７のブロック図は、デュアルインバータシステムにおいてターン間短絡試験を行う第２絶縁状態観測システム１０１Ｄのシステム構成の一例を示している。

図１６及び図１７に示すように、ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１は、Ｎ相コイル（ステータコイル）に接続されたインバータＩＮＶ（デュアルインバータシステムでは第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２）と、Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置ＧＳと、電圧印加装置ＧＳを制御する制御装置２と、試験用導体対１と、放電を検出する放電検出装置５とを備えている。上述したように、試験用導体対１は、コイル用導体と同じ構造である第１試験用導体１１と第２試験用導体１２とを互いに接触させた状態で、第１試験用導体１１がＮ相コイルにおける第１の相のコイルに接続され、第２試験用導体１２がＮ相コイルにおける第２の相のコイルに接続されている。

制御装置２は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やマイクロコンピュータなどの論理演算装置を中核として構成されている。制御装置２は、ロータが回転を停止した状態又はロータがステータに対向していない状態である試験状態で、電圧印加装置ＧＳにより、通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧をＮ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行う。ここで、「ロータが回転を停止した状態」とは、ロータ及びステータを備えた通常の構成の回転電機においてロータが回転していない状態である。また、「ロータがステータに対向していない状態」とは、回転電機からロータが取り外されている状態である。また、「通常運転状態」とは、ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界によりロータを回転駆動している状態である。通常運転状態におけるロータに対して、試験状態におけるロータ（取り外されて存在していない場合も含む）を区別する場合には、上述したように「エアロータ」と称する。

通常運転状態において、ロータが回転していると、ステータコイルには逆起電圧が誘導される。しかし、ロータが回転を停止した状態又はロータがステータに対向していない状態である試験状態では、この逆起電圧が生じない。従って、「試験状態」において「通常運転状態」を再現するためには、逆起電圧に相当する電圧を別途ステータコイルに与える必要がある。本実施家形態の絶縁状態観測システム１００（絶縁状態観測方法も含む）は、この逆起電圧に相当する電圧をステータコイルに与える「運転状態電圧印加処理」を行う点に特徴を有する。「運転状態電圧印加処理」の詳細については後述する。

放電検出装置５は、運転状態電圧印加処理の実行中に、第１試験用導体１１と第２試験用導体１２との間に生じる部分放電を検出する。つまり、ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１は、運転状態電圧印加処理の実行中に、第１試験用導体１１と第２試験用導体１２との間の部分放電を検出する第１放電検出処理を行う。放電を検出する放電検出装置５として、本実施形態のターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１は、放電により生じる電磁波を受信するアンテナ４と、当該アンテナ４が受信した信号を表示及び記録する記録計としてのオシロスコープＯＳとを備えている。本実施形態のように、放電によって単発的に生じる信号を記録するため、オシロスコープＯＳは、スウィープ・トリガではなく１ショット・トリガにより記録可能な装置であると好ましい。オシロスコープＯＳは、アンテナ４が受信した信号をトリガとして、当該信号を記録する。尚、記録計は、オシロスコープＯＳに限らず、メモリハイコーダ等のデータ収集装置（DAQ：data acquisition device）や波形記録計であってもよい。

尚、部分放電が発生すると、電磁波を発生するだけではなく、ステータコイルを流れる電流が増加することも知られている。従って、アンテナ４及びオシロスコープＯＳに代えて、或いはこれらに加えて、部分放電によって増加する電流を検出可能な電流検出器（電流センサ）を放電検出装置５とすることもできる。尚、この電流センサはインバータＩＮＶをフィードバック制御するためにステータコイルを流れる電流を検出する電流センサ（例えば図２３に示す電流センサ７９）を兼用してもよい。

また、ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１は、外気の温度及び湿度に拘わらず環境温度及び環境湿度を予め設定された一定の温度及び一定の湿度に保つことができ、試験用導体対１を収容できる恒温恒湿槽９をさらに備えていてもよい。ターン間短絡試験は、試験用導体対１を恒温恒湿槽９に収容した状態で実施することができる。環境温度など、環境条件を厳しくすることで、加速試験が実現でき、有限絶縁寿命試験を実施する時間を短縮することができる。ターン間短絡試験の際に設定される環境温度は、常温（２０～２５℃程度）よりも高い温度（例えば４０～５０℃）や、常温（２０～２５℃程度）よりも低い温度（－２０～４０℃）であり、環境湿度は例えば低湿の場合は２０～３０％、高湿の場合は８０～９０％である。例えば、いわゆる高温条件（一定の湿度で、外気温（常温）よりも高い一定の温度（４０～５０℃）に保たれた条件）や、高温・高湿条件（外気温（常温）よりも高い一定の温度（４０～５０℃）、及び、外気よりも高い一定の湿度（８０から９０％）に保たれた条件）において試験を行うことで、適切に加速試験を行うことができる。

つまり、ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１は、一定の湿度、及び、外気温よりも高い一定の温度に保つことができ、試験用導体対１（第１試験用導体１１及び第２試験用導体１２）を収容できる恒温恒湿槽９を備えており、試験用導体対１（第１試験用導体１１及び第２試験用導体１２）を、一定の湿度、及び、外気温よりも高い一定の温度に保たれた恒温恒湿槽９内に配置した状態で、運転状態電圧印加処理及び第１放電検出処理を行う。当然ながら、ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１は、恒温恒湿槽９を備えることなく構成されていてもよい。

続いて、地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２について説明する。図１８のブロック図は、シングルインバータシステムにおいて地絡試験（又は相間短絡試験）を行う第３絶縁状態観測システム１０２Ｓのシステム構成の一例を示しており、図１９のブロック図は、デュアルインバータシステムにおいて地絡試験（又は相間短絡試験）を行う第４絶縁状態観測システム１０２Ｄのシステム構成の一例を示している。

図１８及び図１９に示すように、地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２は、Ｎ相コイル（ステータコイル）に接続されたインバータＩＮＶ（デュアルインバータシステムでは第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２）と、Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置ＧＳと、電圧印加装置ＧＳを制御する制御装置２と、放電を検出する放電検出装置５とを備えている。ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１が試験用導体対１を備えているのとは異なり、地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２は、試験用導体対１を備えていない。

論理演算装置を中核として構成されている制御装置２は、ロータが回転を停止した状態又はロータがステータに対向していない状態である試験状態で、電圧印加装置ＧＳにより、通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧をＮ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行う。試験状態、通常運転状態については上述した通りである。放電検出装置５は、運転状態電圧印加処理の実行中に、Ｎ相コイルにおける異なる相のコイル間に生じる部分放電、及び、Ｎ相コイルとグランドとの間に生じる部分放電の少なくとも１つを検出する。つまり、地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２は、運転状態電圧印加処理の実行中に、Ｎ相コイルにおける異なる相のコイル間の部分放電を検出する第２放電検出処理、及び、Ｎ相コイルとグランドとの間の部分放電を検出する第３放電検出処理の少なくとも一方を行う。尚、放電検出装置５の構成については、ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１と同様であるから説明を省略する。

ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１と同様に、地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２も、外気の温度及び湿度に拘わらず環境温度及び環境湿度を予め設定された一定の温度及び一定の湿度に保つことができ、ステータコイル（Ｎ相コイル）を収容できる恒温恒湿槽９をさらに備えているとよい。地絡試験（又は相間短絡試験）は、Ｎ相コイルを恒温恒湿槽９に収容した状態で実施することができる。環境温度など、環境条件を厳しくすることで、加速試験が実現でき、有限絶縁寿命試験を実施する時間を短縮することができる。地絡試験（又は相間短絡試験）の際に設定される環境温度は、常温（２０～２５℃程度）よりも高い温度（例えば４０～５０℃）や、常温（２０～２５℃程度）よりも低い温度（－２０～４０℃）であり、環境湿度は例えば低湿の場合は２０～３０％、高湿の場合は８０～９０％である。例えば、いわゆる高温条件（一定の湿度で、外気温（常温）よりも高い一定の温度（４０～５０℃）に保たれた条件）や、高温・高湿条件（外気温（常温）よりも高い一定の温度（４０～５０℃）、及び、外気よりも高い一定の湿度（８０から９０％）に保たれた条件）において試験を行うことで、適切に加速試験を行うことができる。

つまり、地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２は、一定の湿度、及び、外気温よりも高い一定の温度に保つことができ、ステータコイル（Ｎ相コイル）を収容できる恒温恒湿槽９をさらに備えており、ステータコイル（Ｎ相コイル）を、一定の湿度、及び、外気温よりも高い一定の温度に保たれた恒温恒湿槽９内に配置した状態で、運転状態電圧印加処理、並びに、第２放電検出処理及び第３放電検出処理の少なくとも一方を行う。当然ながら、地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２は、恒温恒湿槽９を備えることなく構成されていてもよい。

ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１及び地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２に共通して、本実施形態では、電圧印加装置ＧＳとしてグリッドシミュレータを用いる形態を例示している。しかし、電圧印加装置ＧＳは、グリッドシミュレータに限らず、任意電圧波形発生電源（AWG：Arbitrary Waveform Generator）を用いて構成されていてもよい。任意電圧波形発生電源とは、プログラム等により設定された任意の波形を出力する電源装置である。

以下、「運転状態電圧印加処理」の詳細について説明する。本実施形態では、回転電機の回転に同期して回転する２軸の直交ベクトル空間（直交ベクトル座標系）における電流ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を実行して回転電機を制御する。電流ベクトル制御法では、例えば、永久磁石による界磁磁束の方向に沿ったｄ軸と、このｄ軸に対して電気的にπ／２進んだｑ軸とのｄｑ軸ベクトル座標系において電流フィードバック制御を行う。制御装置２は、制御対象となる回転電機の目標トルクに基づいてトルク指令Ｔ^＊を決定し、ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を決定する。

ｄｑ軸の電流を一定と見なせる定常状態では、電圧方程式における時間微分の項はゼロとなるため、ｄｑ軸の電圧は下記式（１）に簡略化される。

ここで、Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑはそれぞれｄ軸電圧、ｑ軸電圧であり、ｉ_ｄ、ｉ_ｑはそれぞれｄ軸電流、ｑ軸電流であり、Ｒはステータコイルの抵抗（巻線抵抗）であり、ωは角速度であり、Ｌ_ｄ、Ｌ_ｑはそれぞれｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスであり、φ_ｍは永久磁石の鎖交磁束（マグネット磁束）である。

図２０は、ロータを有する通常の回転電機の電圧ベクトル図を示している。ｄｑ軸ベクトル座標系では上述したようにｄ軸を永久磁石による界磁磁束の方向に沿った方向としているので、マグネット磁束φ_ｍは、ｄ軸上にある。Ｌ_ｄｉ_ｄ及びＬ_ｑｉ_ｑは、それぞれｄ軸及びｑ軸の鎖交磁束成分としてマグネット磁束φ_ｍに加えられ、総合鎖交磁束（トータル磁束）φ_ｔとなる。

電機子電流ｉ_ａは、ｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸電流ｉ_ｑとの合成である。そして、ｑ軸と電機子電流ｉ_ａとの角度は、無負荷時の逆起電圧ωＭｉｆ（＝ωφ_ｍ）を基準にした電流位相角βに相当する。また、電機子電圧Ｖ_ａは、逆起電圧ωＭｉｆに、ｄ軸及びｑ軸の電機子反作用による電圧ωＬ_ｑｉ_ｑ、ωＬ_ｄｉ_ｄを加えた誘導性電圧Ｖ_０に、さらに巻線抵抗Ｒによる電圧降下Ｒｉ_ａを加えた電圧である。そして、ｑ軸と電機子電圧Ｖ_ａとの角度は、無負荷時の逆起電圧ωＭｉｆ（＝ωφ_ｍ）を基準にした電圧位相角αに相当する。尚、図２０に示すように、誘導性電圧Ｖ_０は、トータル磁束φ_ｔよりも９０°進んだ位相である。

図２１は、ロータ無し（エアロータ）の回転電機の逆起電圧の振幅を補正した電圧ベクトル図を示している。Ｌ_ｄ２、Ｌ_ｑ２は、それぞれエアロータの回転電機におけるｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスを示している。永久磁石を備えたロータが存在しないため、「Ｌ_ｄ２＜Ｌ_ｄ１」、「Ｌ_ｑ２＜Ｌ_ｑ１」であり、トータル磁束φ_ｔは、ロータを備えた回転電機に比べて小さくなっている。尚、エアロータでは、「Ｌ_ｄ２＝Ｌ_ｑ２」である。

ロータを備えた回転電機に比べてエアロータでは、このようにｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスが小さくなるため、電機子反作用による電圧（ωＬ_ｑ２ｉ_ｑ、ωＬ_ｄ２ｉ_ｄ）も小さくなり、電機子電圧Ｖ_ａ２も小さくなってしまう。つまり、出力電圧の振幅が小さくなってしまう。例えば、逆起電圧ωＭｉｆに補正用のゲイン「Ｋ_ａ」を乗じて、逆起電圧ωＭｉｆを補正することで、エアロータにおける電機子電圧Ｖ_ａ２の大きさを、ロータ有りの場合の電機子電圧Ｖ_ａの大きさと同等とすることができる。このゲイン「Ｋ_ａ」は下記のように求めることができる。

電機子電圧Ｖ_ａは、交流電圧の実効値であり、直流電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）に対する交流電圧の実効値の割合を示す変調率Ｍｉｄｘは、図２０及び図２１のベクトル図からも明らかなように、下記式（２）で示すことができる。尚、巻線抵抗Ｒによる電圧降下Ｒｉ_ａについては、回転速度が大きくなると無視できるため、式（２）の右辺では「Ｖ_ａ＝Ｖ_０」として立式している。

以下、計算式を簡潔に示すため、試験における計測ポイントにおいて固定値となる「ωＬ_ｑｉ_ｑ」を「Ｋ_１」、「ωＬ_ｄｉ_ｄ」を「Ｋ_２」、「ωＭｉｆ」を「Ｋ_３」と置き換える。また、ロータ有りの回転電機の場合における「Ｋ_１」を「Ｋ_１１（＝ωＬ_ｑ１ｉ_ｑ１）」、「Ｋ_２」を「Ｋ_２１（＝ωＬ_ｄ１ｉ_ｄ１）」とし、ロータ無し（エアロータ）の回転電機の場合における「Ｋ_１」を「Ｋ_１２（＝ωＬ_ｑ２ｉ_ｑ２）」、「Ｋ_２」を「Ｋ_２２（＝ωＬ_ｄ２ｉ_ｄ２）」とする。

ここで、エアロータ場合における電機子電圧Ｖ_ａ２の大きさを、ロータ有りの場合の電機子電圧Ｖ_ａの大きさと同等とするため、下記式（３）に示すように、補正用のゲイン「Ｋ_ａ」を用いてエアロータにおける式（２）と、をロータ有りの回転電機における式（２）とが等しくなるようにする。

Ｋ_１１ ^２＋（Ｋ_２１＋Ｋ_３）^２ ＝ Ｋ_１２ ^２＋（Ｋ_１２＋Ｋ_３・Ｋ_ａ）^２・・・(3)

式（３）を整理すると、下記式（４）となり、これを解くと下記式（５）となる。

（Ｋ_３ ^２）Ｋ_ａ ^２＋（２・Ｋ_２２・Ｋ_３）Ｋ_ａ＋
（Ｋ_２２ ^２＋Ｋ_１２ ^２－Ｋ_１１ ^２－Ｋ_２１ ^２－２・Ｋ_１２・Ｋ_３－Ｋ_３ ^２）・・・(4)

このように、補正用のゲイン「Ｋ_ａ」により、エアロータの場合の電機子電圧Ｖ_ａ２の大きさをロータ有りの場合の電機子電圧Ｖ_ａの値と同等に補正することができる。しかし、図２０と図２１との比較より明らかなように、電圧位相が「α」から「α’」に変化している。このため、力率も変化することになる。精度の良い試験を行うためには、電機子電圧Ｖ_ａ２の大きさを補正するだけでなく、エアロータの場合も電圧位相が「α」となるように位相を調整する必要がある。電機子反作用による電圧ωＬ_ｑ２ｉ_ｑ、ωＬ_ｄ２ｉ_ｄの位相を変化させることはできないから、逆起電圧ωＭｉｆの位相を変化させる。

ロータ有りの場合、図２０に示すように、逆起電圧ωＭｉｆはｑ軸成分しか有していない。逆起電圧ωＭｉｆの位相を変化させるためには、ｄ軸成分も必要である。図２２は、ロータ無し（エアロータ）の回転電機の逆起電圧の振幅及び位相を補正した電圧ベクトル図を示している。図２２に示すように、マグネット磁束φ_ｍの位相を「δ」変化させることにより、マグネット磁束φ_ｍよりも９０°位相が進む逆起電圧ωＭｉｆの位相を変化させている。この「δ」及び、位相を変化させた場合の逆起電圧ωＭｉｆの振幅のゲイン「Ｋ_ａ２」は、以下のようにして求められる。

下記式（６）、（７）は、ロータ有りの場合のｄｑ軸の電圧方程式であり、下記式（８）、（９）は、エアロータの場合のｄｑ軸の電圧方程式である。尚、下記式（１０）以降で相殺されるため、巻線抵抗Ｒによる電圧降下は省略している。

Ｖ_ｄ１＝－ωＬ_ｑ１ｉ_ｑ－ωＭｉｆ・ｓｉｎ（０） ・・・(6)
Ｖ_ｑ１＝ ωＬ_ｄ１ｉ_ｄ＋ωＭｉｆ・ｃｏｓ（０） ・・・(7)
Ｖ_ｄ２＝－ωＬ_ｑ２ｉ_ｑ－ωＭｉｆ・Ｋ_ａ・ｓｉｎ（δ） ・・・(8)
Ｖ_ｑ２＝ ωＬ_ｄ２ｉ_ｄ＋ωＭｉｆ・Ｋ_ａ・ｃｏｓ（δ） ・・・(9)

ここで、「Ｖ_ｄ２＝Ｖ_ｄ１」、「Ｖ_ｑ２＝Ｖ_ｑ１」、「ｓｉｎ（０）＝０」、「ｃｏｓ（０）＝１」であるから、式（６）、（８）より下記式（１０）が成り立ち、整理すると下記式（１１）となる。また、式（７）、（９）より、下記式（１２）が成り立ち、整理すると下記式（１３）となる。

－ωＬ_ｑ２ｉ_ｑ－ωＭｉｆ・Ｋ_ａ・ｓｉｎ（δ）＝－ωＬ_ｑ１ｉ_ｑ ・・・(10)
Ｋ_ａ・ｓｉｎ（δ）＝（Ｌ_ｑ１ｉ_ｑ－Ｌ_ｑ２ｉ_ｑ）／Ｍｉｆ ・・・(11)

ωＬ_ｄ２ｉ_ｄ＋ωＭｉｆ・Ｋ_ａ・ｃｏｓ（δ）＝ωＬ_ｄ１ｉ_ｄ＋ωＭｉｆ ・・・(12)
Ｋ_ａ・ｃｏｓ（δ）＝（Ｌ_ｄ１ｉ_ｄ－Ｌ_ｄ２ｉ_ｄ）／Ｍｉｆ＋１ ・・・(13)

式（１１）、式（１３）より、下記式（１４）が成り立つから、式（１５）のように補正位相δを求めることができる。

ｔａｎ（δ）＝ ｓｉｎ（δ）／ｃｏｓ（δ）
＝ Ｋ_ａ・ｓｉｎ（δ）／Ｋ_ａ・ｃｏｓ（δ） ・・・(14)
δ＝ｔａｎ^－１（δ）
＝ｔａｎ^－１（（Ｌ_ｑ１ｉ_ｑ－Ｌ_ｑ２ｉ_ｑ）／（Ｌ_ｄ１ｉ_ｄ－Ｌ_ｄ２ｉ_ｄ＋Ｍｉｆ））
＝ｔａｎ^－１（（Ｌ_ｑ１－Ｌ_ｑ２）ｉ_ｑ／（（Ｌ_ｄ１－Ｌ_ｄ２）ｉ_ｄ＋Ｍｉｆ））・・・(15)

逆起電圧ωＭｉｆの振幅を補正するゲインは、図２１のベクトル図において例示した「Ｋ_ａ」ではなく、「Ｋ_ａ２」となる。補正位相δが特定されると、下記式（１６）のように、振幅を補正するゲイン「Ｋ_ａ２」も算出することができる。

図２０及び図２２に示すように、ロータ有りの場合の電機子電圧Ｖ_ａと、エアロータの場合における補正後の電機子電圧「Ｖ_ａ３」とを一致させることができる。これにより、力率を変化させることなく、エアロータの場合であっても、ロータ有りの場合と同様の変調率を実現することができる。

尚、このゲイン「Ｋ_ａ２」は「逆起電圧補正ゲイン」に相当し、「補正位相δ」は「逆起電圧補正位相」に相当する。上述したように、通常運転状態は、ロータに備えられた永久磁石による界磁磁束の方向に沿ったｄ軸とｄ軸に直交するｑ軸との直交ベクトル座標系における電流フィードバック制御により演算された振幅及び位相の交流電圧（Ｖ_ａ）をＮ相コイルに印加し、ロータを回転駆動している状態である。そして、制御装置２は、運転状態電圧印加処理では、試験状態の交流電圧（Ｖ_ａ３）の振幅が、通常運転状態の交流電圧（Ｖ_ａ）の振幅と一致するような逆起電圧（ωＭｉｆ）のゲインである逆起電圧補正ゲイン（Ｋ_ａ２）と、試験状態の交流電圧（Ｖ_ａ３）の位相（α）が通常運転状態の交流電圧（Ｖ_ａ）の位相（α）と一致するような逆起電圧（ωＭｉｆ）の位相である逆起電圧補正位相（δ）とを用いて、直交ベクトル座標系における逆起電圧ベクトルを補正し、交流電圧（Ｖ_ａ３）の振幅及び位相を演算する。

図２３は、運転状態電圧印加処理においてステータコイルに上述したような電圧を印加して電流を流すように、インバータＩＮＶ及び電圧印加装置ＧＳを制御するための制御ブロック図を示している。図２３は、シングルインバータシステムにおいてターン間短絡試験を行う第１絶縁状態観測システム１０１Ｓにおける制御ブロック図を例示しているが、デュアルインバータシステムにおいてターン間短絡試験を行う第２絶縁状態観測システム１０１Ｄ、シングルインバータシステムにおいて地絡試験（又は相間短絡試験）を行う第３絶縁状態観測システム１０２Ｓ、デュアルインバータシステムにおいて地絡試験（又は相間短絡試験）を行う第４絶縁状態観測システム１０２Ｄについても同様である。

制御装置２の演算部２０は、インバータＩＮＶ及び電圧印加装置ＧＳを駆動するための駆動演算部２１と、インバータＩＮＶを駆動制御するためのパラメータ及び電圧印加装置ＧＳを駆動するためのパラメータを設定するパラメータ設定部２２とを備えている。

パラメータ設定部２２は、第１ルックアップテーブル（ＬＵＴ１）２４、第２ルックアップテーブル（ＬＵＴ２）２５、第３ルックアップテーブル（ＬＵＴ３）２６を備えている。第１ルックアップテーブル２４及び第２ルックアップテーブル２５は、回転電機の回転速度とトルク（電流）との関係を規定するパラメータを設定するためのテーブルであり、回転電機駆動パラメータ設定部２３ということもできる。第１ルックアップテーブル２４は、各時刻におけるトルク指令Ｔ^＊（ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊）が規定されたテーブルである。第２ルックアップテーブル２５は、各時刻における速度に対応して磁極位置θが規定されたテーブルである。第３ルックアップテーブル（ＬＵＴ３）２６は、電圧印加装置ＧＳを駆動するためのパラメータを設定する電圧印加装置駆動パラメータ設定部ということもできる。第３ルックアップテーブル２６には、上述した逆起電圧補正ゲイン（Ｋ_ａ２）と、逆起電圧補正位相（δ）が設定されている。

駆動演算部２１は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１と、座標変換部７２と、比例積分制御部（ＰＩ）７３と、変調率算出部７４と、変調部７５と、ＤＡコンバータ（デジタルアナログコンバータ）７７とを備えている。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１と、座標変換部７２と、比例積分制御部（ＰＩ）７３と、変調率算出部７４と、変調部７５とは、インバータＩＮＶを駆動するためのインバータ駆動演算部である。ＤＡコンバータ７７は、電圧印加装置ＧＳを駆動するための電圧印加装置駆動演算部である。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１は、ステータコイル（Ｎ相（ここでは３相）のコイル）の各相を流れる電流を検出する電流センサ７９の検出結果の高周波ノイズを除去するフィルタである。座標変換部７２は、ローパスフィルタ７１を通過後の３相の電流値をｄｑ軸ベクトル座標系の電流値に座標変換する。比例積分制御部７３は、電流指令（ｉｄ^＊、ｉｑ^＊）と、座標変換後の実電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）の偏差に基づいて電流フィードバック制御を行う。変調率算出部７４は、変調率を算出する演算部である。変調部７５は、例えばパルス幅変調による変調パルスを生成する演算部である。ＤＡコンバータ７７は、第３ルックアップテーブル２６のパラメータに基づき、電圧印加装置ＧＳに出力させる電圧を設定する。

このように予め第２ルックアップテーブル２５に各時刻に対応するロータの磁極位置θを設定しておくことで、エアロータのようにロータが存在しなくてもロータの回転に応じたスイッチングパルスによりインバータＩＮＶを駆動し、スイッチングパルスに応じた電圧をステータコイルに印加すると共にスイッチングパルスに応じた電流をステータコイルに流すことができる。また、各時刻において電圧印加装置ＧＳに出力させる電圧が第３ルックアップテーブル２６に設定されているので、制御装置２における演算部２０の演算負荷を軽減させることができる。

このように、本実施形態の絶縁状態観測システム１００（絶縁状態観測方法）では、試験状態においても、通常運転状態でロータを回転駆動している状態と同等の電圧をステータコイルに印加し、同等の電流をステータコアに流すことができる。つまり、通常運転状態と同じ条件で絶縁寿命試験を実施することができる。

また、本実施形態の絶縁状態観測システム１００（絶縁状態観測方法）では、回転電機におけるロータの出力トルク及び回転速度の組み合わせにより定まる点を動作点として、複数の動作点のそれぞれに対応する運転状態電圧印加処理を行う場合に、当該複数の動作点のそれぞれのトルクについて予め演算した逆起電圧補正ゲイン（Ｋ_ａ２）及び逆起電圧補正位相（δ）を用いて、直交ベクトル座標系における逆起電圧ベクトルの補正を行う。

回転電機は、様々な運転状態で動作する。そして、ステータコイルに印加される電圧や流れる電流は、それぞれの運転状態において異なる。運転状態電圧印加処理及び放電検出処理が、回転電機の複数の動作点のそれぞれについて実施されることで、回転電機の様々な運転状態を考慮して適切にステータコイルの有限絶縁寿命試験を実施することができる。

回転電機が車両の駆動力源の場合、ＷＬＴＣモード（世界統一試験サイクル(World wide-harmonized Light vehicles Test Cycle)に基づく駆動モード）に従った動作点が設定されていると好適である。ＷＬＴＣモードは、実際の走行に近いように、市街地、郊外、高速道路における走行を平均的な使用時間配分で構成した走行モードであり、回転電機が実際に使用される環境に近い試験が実現できる。

尚、上述したように、予め回転電機のパラメータから逆起電圧補正ゲインＫ_ａ２と、逆起電圧の補正位相δとを求め、ルックアップテーブルを用いて電圧印加装置ＧＳを制御する方法に限らず、ロータが無い状態において、ロータ有りの場合の回転電機のパラメータから足りないｄｑ軸電圧を計算し、２相３相変換を行って電圧印加装置ＧＳを制御してもよい。通常運転状態における回転電機の電圧方程式は、下記式（１７）で表される。

ここで、Ｌ_{ｄ＿ｍｏｔｏｒ}、Ｌ_{ｑ＿ｍｏｔｏｒ}は、それぞれ通常の回転電機（ロータ有りの回転電機）のｄ軸及びｑ軸のインダクタンスである。右辺第１項は巻線抵抗による電圧降下（降下電圧）、第２項は非定常状態の誘導起電圧（第１誘導起電圧）、右辺第３項は定常状態の誘導起電圧（第２誘導起電圧）である。

また、ここで、ロータ無し（エアロータ）の回転電機、即ちステータのみの回転電機におけるｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスを、それぞれＬ_{ｄ＿ａｉｒ}、Ｌ_{ｑ＿ａｉｒ}とすると、ロータを無くしたことによるｄ軸及びｑ軸のインダクタンスの変動分は、下記式（１８）及び下記式（１９）で示されるように、ｄ軸差分インダクタンスＬ_ｄ’、ｑ軸差分インダクタンスＬ_ｑ’となる。

Ｌ_ｄ’＝Ｌ_{ｄ＿ｍｏｔｏｒ}－Ｌ_{ｄ＿ａｉｒ} ・・・（１８）
Ｌ_ｑ’＝Ｌ_{ｑ＿ｍｏｔｏｒ}－Ｌ_{ｑ＿ａｉｒ} ・・・（１９）

従って、通常運転状態と同等の振幅及び位相の交流電圧（Ｖ_ａ３）を得るために必要な電圧印加装置ＧＳの出力電圧「Ｖ_ｄ＿ＧＳ、Ｖ_ｑ＿ＧＳ」は、下記式（２０）で示される。尚、「ωφ_ｍ」は逆起電圧であり、「ωφ_ｍ＝ωＭｉｆ」である。

そして、システム全体の電圧方程式は下記式（２１）となる。

式（２１）において、右辺第１項は巻線抵抗による電圧降下（降下電圧）、第２項は非定常状態の誘導起電圧（試験時第１誘導起電圧）、右辺第３項は電圧印加装置ＧＳの出力電圧（補正電圧）、右辺第４項は定常状態の誘導起電圧（試験時第２誘導起電圧）である。

ここでは、非定常状態の誘導起電圧（右辺第２項）について通常運転状態との差異が生じる。電圧印加装置ＧＳの出力電圧は、下記式（２２）に示すように、この非定常状態の誘導起電圧の変化分も補償された値であってもよい。

また、回転電機の逆起電圧に高調波が含まれる場合も同様の手順で電圧印加装置ＧＳの出力電圧が調整されると好適である。

尚、式（２１）及び式（２２）で求められる電圧印加装置ＧＳの出力電圧はｄｑ軸ベクトル座標系での値であるから、下記式（２３）に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電圧に変換されて電圧印加装置ＧＳから出力される。

図２３のブロック図を参照して上述したように、電圧印加装置ＧＳの出力電圧を決定するパラメータを予めルックアップテーブル（第３ルックアップテーブル２６）に記憶させておくことで、制御装置２の演算負荷を軽減させることができる。しかし、制御装置２の演算能力が高い場合や、演算負荷に余裕がある場合には、電圧印加装置ＧＳの値が都度演算されてもよい。図２４は、その場合の制御ブロック図の一例を示している。各ブロックの機能については、式（１７）～式（２３）を示しながら説明した上記の記載から当業者に自明であるから詳細な説明は省略する。

以上、説明したように、通常運転状態における電圧方程式においてステータコイル（Ｎ相コイル（ここでは３相コイル））の電圧は、Ｎ相コイルの抵抗成分による降下電圧（巻線抵抗による電圧降下）と、通常運転状態におけるｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに基づく非定常状態における誘導起電圧である第１誘導起電圧と、永久磁石による界磁磁束、通常運転状態におけるｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに基づく定常状態における誘導起電圧である第２誘導起電圧との和で表される（式（１７）参照）。ここで、通常運転状態におけるｄ軸インダクタンス（Ｌ_{ｄ＿ｍｏｔｏｒ}）と試験状態におけるｄ軸インダクタンス（Ｌ_{ｄ＿ａｉｒ}）との差をｄ軸差分インダクタンス（Ｌ_ｄ’）とする（式（１８）参照）。また、通常運転状態におけるｑ軸インダクタンス（Ｌ_{ｑ＿ｍｏｔｏｒ}）と試験状態におけるｑ軸インダクタンス（Ｌ_{ｑ＿ａｉｒ}）との差をｑ軸差分インダクタンス（Ｌ_ｑ’）とする。永久磁石の界磁磁束（φ_ｍ）、ｄ軸差分インダクタンス（Ｌ_ｄ’）、及びｑ軸差分インダクタンス（Ｌ_ｑ’）に基づき第２誘導起電圧が演算された電圧を補正電圧とする（式（２１）右辺第３項参照）。永久磁石の界磁磁束（φ_ｍ）を用いず、試験状態におけるｄ軸インダクタンス（Ｌ_{ｄ＿ａｉｒ}）及び試験状態におけるｑ軸インダクタンス（Ｌ_{ｑ＿ａｉｒ}）に基づき第２誘導起電圧が演算された電圧を試験時第２誘導起電圧とする（式（２１）右辺第４項参照）。試験状態におけるｄ軸インダクタンス（Ｌ_{ｄ＿ａｉｒ}）及び試験状態におけるｑ軸インダクタンス（Ｌ_{ｑ＿ａｉｒ}）に基づき第１誘導起電圧が演算された電圧を試験時第１誘導起電圧とする（式（２１）右辺第２項参照）。運転状態電圧印加処理では、Ｎ相コイルの電圧を示す電圧方程式を、降下電圧と、試験時第１誘導起電圧と、試験時第２誘導起電圧と、補正電圧と、の和として演算する（式（２１）参照）。

このように、本実施形態の絶縁状態観測システム１００（絶縁状態観測方法）では、試験状態においても、通常運転状態でロータを回転駆動している状態と同等の電圧をステータコイルに印加し、同等の電流をステータコアに流すことができる。つまり、通常運転状態と同じ条件で絶縁寿命試験を実施することができる。

図２５及び図２６は、ロータを有する回転電機の場合（通常ロータ）、ロータ無し（エアロータ）の回転電機において電機子電圧Ｖ_ａの振幅のみ補償した場合（エアロータ＋振幅補償）、ロータ無し（エアロータ）の回転電機において電機子電圧Ｖ_ａの振幅及び位相を補償した場合（エアロータ＋位相補償＋振幅補償）における、Ｕ相電流及びＵ相電圧（ＵＶ相間電圧）を比較している。図２５に対して図２６は相対的に回転電機の回転速度が高い場合の例である。図２５及び図２６に示すように、位相補償及び振幅補償を行うことによって、エアロータの場合にも通常ロータと同様の電圧及び電流が実現できている。尚、通常ロータに比べてエアロータの方が電流リップルが増加しているが、試験に与える影響はほとんどない。これは、エアロータでは通常ロータに比べてインダクタンスが小さくなることに起因している。

絶縁寿命試験を実施する場合には、試験条件として、直流リンク電圧Ｖｄｃ、インバータＩＮＶのスイッチング周波数、試験用導体対１の温度（ターン間短絡試験用絶縁状態観測システム１０１の場合）、ステータの温度（ステータコイル（Ｎ相コイル）の温度）（地絡及び相間短絡試験用絶縁状態観測システム１０２の場合）が設定される。図１５を参照して上述したように、シングルインバータシステムの場合と、デュアルインバータシステムの場合とでは直流リンク電圧Ｖｄｃが異なる。システム構成に応じて、適切に直流リンク電圧Ｖｄｃが設定されると好適である。尚、直流リンク電圧Ｖｄｃを実際に回転電機が使用される環境よりも低くし、温度を高くしてもよい。

また、有限絶縁寿命の計測には、印加電圧の高さに応じた絶縁破壊までの経過時間を計測する方法（図２７）、試験用導体対１のキャパシタンスの変化を計測する方法（図２８）、経過時間に応じた部分放電の発生回数を計測する方法（図２９）などがある。

図２７のグラフは、印加電圧と絶縁破壊までの経過時間との関係を示している。印加電圧が高くなるほど、絶縁破壊までの経過時間が短くなっていることが判る。絶縁破壊を生じるまで試験を実施することによって、図２７に示すグラフが作成できる。経過時間を要求される寿命とすれば、耐性のある電圧を特定することができる。

ところで、絶縁破壊を生じるまで試験を継続した場合、インバータＩＮＶに過電流が流れ、インバータＩＮＶを破壊してしまうおそれがある。従って、絶縁破壊を生じた場合には、その時点以降の電圧の印加を中止して、試験を終了させることが好ましい。図１６～図１９に示すように、本実施形態では、絶縁破壊が生じて放電が発生した場合にオン状態となる、オシロスコープＯＳからの外部トリガ信号（条件１）に基づいて、判定部２９が試験の終了を判定するように構成されている。また、絶縁破壊が生じてインバータＩＮＶに短絡電流が流れた場合に、電流が閾値を超えたこと（条件２）を検出して判定部２９が試験の終了を判定するように構成されている。

１つの態様として、制御装置２は、タイマー（或いはカウンタ）から出力される時刻情報に基づき、第３ルックアップテーブル２６に設定されたパラメータを出力し、電圧印加装置ＧＳに電圧を出力させている。例えば、タイマー（或いはカウンタ）の値をリセットすることによって、第３ルックアップテーブル２６からパラメータが出力されなくなる。これによって、電圧印加装置ＧＳは電圧を出力しなくなる。このような構成の場合、タイマー（或いはカウンタ）が判定部２９に相当する。

また、このように実際に絶縁破壊が生じるまで試験を行うのではなく、例えば、試験用導体対１のキャパシタンスの変化から寿命を判定してもよい。図２８のグラフは、電圧の印可時間とキャパシタンスの変化との関係を示している。繰り返し電圧を印加している１つの試験用導体対１に対して例えばＬＣＲメータ（抵抗値、キャパシタンス、インダクタンス等の回路定数を測定する測定器）を用いて一定時間ごとにキャパシタンスを計測することで、図２８に示すようなグラフを作成する。キャパシタンスの変化に基づき、絶縁寿命を判定することができる。

また、繰り返し電圧が印加されると次第に絶縁性能が低下していく。従って、時間の経過と共に部分放電を発生する回数も増加する。従って、図２９に示すように、電圧の印加時間と部分放電の回数との関係に基づいて絶縁寿命を判定することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、回転電機が通常運転状態の場合と同様の電気的環境下において、ステータコイルの有限絶縁寿命試験を適切に実施することができる。

１：試験用導体対、２：制御装置、４：アンテナ（放電検出装置）、５：放電検出装置、９：恒温恒湿槽、１１：第１試験用導体、１２：第２試験用導体、１７：絶縁被覆、１００：絶縁状態観測システム、ＧＳ：電圧印加装置、ＩＮＶ：インバータ、Ｋ_ａ２：逆起電圧補正ゲイン、Ｌ_ｄ’：ｄ軸差分インダクタンス、Ｌ_ｑ’：ｑ軸差分インダクタンス、Ｒ：巻線抵抗（Ｎ相コイルの抵抗成分）、Ｒｉ_ａ：電圧降下（降下電圧）、δ：補正位相、ωＭｉｆ：逆起電圧

Claims (11)

1. Ｎ相コイル（Ｎは任意の自然数）を備えた回転電機用のステータにおける、絶縁被覆を備えたコイル用導体の絶縁状態を観測する、ステータコイルの絶縁状態観測方法であって、
   前記Ｎ相コイルにインバータを接続すると共に、前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置を接続し、
   前記コイル用導体と同じ構造である第１試験用導体と第２試験用導体とを用い、前記第１試験用導体と前記第２試験用導体とを互いに接触させた状態で、前記第１試験用導体を前記Ｎ相コイルにおける第１の相のコイルに接続し、前記第２試験用導体を前記Ｎ相コイルにおける第２の相のコイルに接続し、
   前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
   前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
   前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記第１試験用導体と前記第２試験用導体との間の部分放電を検出する第１放電検出処理を行う、ステータコイルの絶縁状態観測方法。
2. 前記第１試験用導体及び前記第２試験用導体を、環境温度及び環境湿度が予め設定された一定の温度及び湿度に保たれた恒温恒湿槽内に配置した状態で、前記運転状態電圧印加処理及び前記第１放電検出処理を行う、請求項１に記載のステータコイルの絶縁状態観測方法。
3. Ｎ相コイル（Ｎは任意の自然数）を備えた回転電機用のステータにおける、絶縁被覆を備えたコイル用導体の絶縁状態を観測する、ステータコイルの絶縁状態観測方法であって、
   前記Ｎ相コイルにインバータを接続すると共に、前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置を接続し、
   前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
   前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
   前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記Ｎ相コイルにおける異なる相のコイル間の部分放電を検出する第２放電検出処理、及び、前記Ｎ相コイルとグランドとの間の部分放電を検出する第３放電検出処理の少なくとも一方を行う、ステータコイルの絶縁状態観測方法。
4. 前記Ｎ相コイルを、環境温度及び環境湿度が予め設定された一定の温度及び湿度に保たれた恒温恒湿槽内に配置した状態で、前記運転状態電圧印加処理、並びに、前記第２放電検出処理及び前記第３放電検出処理の少なくとも一方を行う、請求項３に記載のステータコイルの絶縁状態観測方法。
5. 前記通常運転状態は、前記ロータに備えられた永久磁石による界磁磁束の方向に沿ったｄ軸と前記ｄ軸に直交するｑ軸との直交ベクトル座標系における電流フィードバック制御により演算された振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加し、前記ロータを回転駆動している状態であり、
   前記運転状態電圧印加処理では、前記試験状態の交流電圧の振幅が、前記通常運転状態の交流電圧の振幅と一致するような逆起電圧のゲインである逆起電圧補正ゲインと、前記試験状態の交流電圧の位相が前記通常運転状態の交流電圧の位相と一致するような逆起電圧の位相である逆起電圧補正位相とを用いて、前記直交ベクトル座標系における逆起電圧ベクトルを補正し、交流電圧の振幅及び位相を演算する、請求項１から４の何れか一項に記載のステータコイルの絶縁状態観測方法。
6. 前記回転電機における前記ロータの出力トルク及び回転速度の組み合わせにより定まる点を動作点として、
   複数の前記動作点のそれぞれに対応する前記運転状態電圧印加処理を行う場合に、当該複数の動作点のそれぞれのトルクについて予め演算した前記逆起電圧補正ゲイン及び前記逆起電圧補正位相を用いて、前記直交ベクトル座標系における前記逆起電圧ベクトルの補正を行う、請求項５に記載のステータコイルの絶縁状態観測方法。
7. 前記通常運転状態は、前記ロータに備えられた永久磁石による界磁磁束の方向に沿ったｄ軸と前記ｄ軸に直交するｑ軸との直交ベクトル座標系における電流フィードバック制御により演算された振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加し、前記ロータを回転駆動している状態であり、
   前記通常運転状態における電圧方程式において前記Ｎ相コイルの電圧は、
   前記Ｎ相コイルの抵抗成分による降下電圧と、
   前記通常運転状態におけるｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに基づく非定常状態における誘導起電圧である第１誘導起電圧と、
   前記永久磁石による界磁磁束、前記通常運転状態におけるｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに基づく定常状態における誘導起電圧である第２誘導起電圧との和で表され、
   前記通常運転状態におけるｄ軸インダクタンスと前記試験状態におけるｄ軸インダクタンスとの差をｄ軸差分インダクタンスとし、前記通常運転状態におけるｑ軸インダクタンスと前記試験状態におけるｑ軸インダクタンスとの差をｑ軸差分インダクタンスとし、
   前記永久磁石の界磁磁束、前記ｄ軸差分インダクタンス、及び前記ｑ軸差分インダクタンスに基づき前記第２誘導起電圧が演算された電圧を補正電圧とし、
   前記永久磁石の界磁磁束を用いず、前記試験状態におけるｄ軸インダクタンス及び前記試験状態におけるｑ軸インダクタンスに基づき前記第２誘導起電圧が演算された電圧を試験時第２誘導起電圧とし、
   前記試験状態におけるｄ軸インダクタンス及び前記試験状態におけるｑ軸インダクタンスに基づき前記第１誘導起電圧が演算された電圧を試験時第１誘導起電圧とし、
   前記運転状態電圧印加処理では、前記Ｎ相コイルの電圧を示す電圧方程式を、
   前記降下電圧と、
   前記試験時第１誘導起電圧と、
   前記試験時第２誘導起電圧と、
   前記補正電圧と、
   の和として演算する、請求項１から４の何れか一項に記載のステータコイルの絶縁状態観測方法。
8. Ｎ相コイル（Ｎは任意の自然数）を備えた回転電機用のステータにおける、絶縁被覆を備えたコイル用導体の絶縁状態を観測する、ステータコイルの絶縁状態観測システムであって、
   前記Ｎ相コイルに接続されたインバータと、
   前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置と、
   前記電圧印加装置を制御する制御装置と、
   放電を検出する放電検出装置と、
   前記コイル用導体と同じ構造である第１試験用導体と第２試験用導体とを互いに接触させた状態で、前記第１試験用導体が前記Ｎ相コイルにおける第１の相のコイルに接続され、前記第２試験用導体が前記Ｎ相コイルにおける第２の相のコイルに接続された試験用導体対と、を備え、
   前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
   前記制御装置は、前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
   前記放電検出装置は、前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記第１試験用導体と前記第２試験用導体との間に生じる部分放電を検出する、ステータコイルの絶縁状態観測システム。
9. 環境温度及び環境湿度を予め設定された一定の温度及び一定の湿度に保つことができ、前記第１試験用導体及び前記第２試験用導体を収容できる恒温恒湿槽をさらに備える、請求項８に記載のステータコイルの絶縁状態観測システム。
10. Ｎ相コイル（Ｎは任意の自然数）を備えた回転電機用のステータにおける、絶縁被覆を備えたコイル用導体の絶縁状態を観測する、ステータコイルの絶縁状態観測システムであって、
    前記Ｎ相コイルに接続されたインバータと、
    前記Ｎ相コイルに試験電圧を印加する電圧印加装置と、
    前記電圧印加装置を制御する制御装置と、
    放電を検出する放電検出装置と、を備え、
    前記ステータに対して規定の位置にロータが対向するように配置され、前記Ｎ相コイルに印加された電圧によって生じる磁界により前記ロータを回転駆動している状態を通常運転状態として、
    前記制御装置は、前記ロータが回転を停止した状態又は前記ロータが前記ステータに対向していない状態である試験状態で、前記電圧印加装置により、前記通常運転状態と同じ振幅及び位相の交流電圧を前記Ｎ相コイルに印加する運転状態電圧印加処理を行い、
    前記放電検出装置は、前記運転状態電圧印加処理の実行中に、前記Ｎ相コイルにおける異なる相のコイル間に生じる部分放電、及び、前記Ｎ相コイルとグランドとの間に生じる部分放電の少なくとも１つを検出する、ステータコイルの絶縁状態観測システム。
11. 一定の湿度、及び、外気温よりも高い一定の温度に保つことができ、前記Ｎ相コイルを収容できる恒温恒湿槽を更に備える、請求項１０に記載のステータコイルの絶縁状態観測システム。

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