JP7196297B2 - Winding short-circuit diagnostic device and winding short-circuit diagnostic method - Google Patents
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Description
本発明は、円周方向に略等間隔で複数配置されたティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における巻線の短絡を診断する巻線短絡診断装置および巻線短絡診断方法に関する。 The present invention provides a winding short-circuit diagnosis apparatus and a winding short-circuit diagnosis method for diagnosing a winding short circuit in a stator or rotor of a rotating machine in which a plurality of teeth arranged at approximately equal intervals in the circumferential direction are subjected to concentrated winding. Regarding.
特開平2009-115505号公報(特許文献1)には、電動機や発電機のような回転機の内部の巻線のうち任意の相の巻線の端子間にインパルス電圧を印加すると共に、当該インパルス電圧の印加によって巻線の端子間に発生する振動電圧の波形を検出し、当該検出した振動電圧の波形を予め作成しておいた正常巻線(短絡が発生していない巻線)の振動電圧の波形と比較することにより、巻線の短絡発生の有無を診断する巻線短絡診断装置が記載されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-115505 (Patent Document 1), an impulse voltage is applied between terminals of windings of an arbitrary phase among windings inside a rotating machine such as an electric motor or a generator, and the impulse voltage is applied. The waveform of the oscillating voltage generated between the terminals of the winding due to the voltage application is detected, and the oscillating voltage of the normal winding (winding with no short circuit) is created in advance with the waveform of the detected oscillating voltage. is described.
当該巻線短絡診断装置では、どの相の巻線で短絡が発生しているのか、例えば、三相誘導電動機であれば、短絡がU相で発生しているのか、それともV相やW相で発生しているのかを特定することができる。 In the winding short-circuit diagnosis device, it is possible to determine which phase winding has a short-circuit. You can identify what is happening.
ところで、電動機や発電機のような回転機の内部の巻線がどのような態様で短絡しているのかを特定できれば、当該短絡の態様情報を設計段階へフィードバックすることで、巻線の巻き方や巻線を巻くためのティースの構造などについて対策を施すことができるため、電動機や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させることにつながり、大きなメリットとなる。ここで、巻線の短絡の態様としては、例えば、ティースの長さ方向に隣接する巻線間において短絡が発生する態様や、巻線の層間において短絡が発生する態様が考えられる。 By the way, if it is possible to specify in what manner the windings inside a rotating machine such as an electric motor or a generator are short-circuited, the winding manner of the windings can be determined by feeding back the short-circuited manner information to the design stage. Since countermeasures can be taken for the structure of teeth for winding windings, etc., it leads to a reduction in the rate of short circuit occurrence in rotating machines such as electric motors and generators, which is a great advantage. Here, as a form of short-circuiting of windings, for example, a form in which short-circuiting occurs between windings adjacent to each other in the length direction of a tooth, and a form in which short-circuiting occurs between layers of windings can be considered.
なお、出願人も、電動機や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させるとう観点から、特許第6404424号公報(特許文献2)において、ティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における巻線のどのあたりで短絡が発生しているのかを特定することができる巻線短絡診断装置を提案している。 From the viewpoint of reducing the rate of occurrence of short circuits in rotating machines such as electric motors and generators, the applicant also proposed in Japanese Patent No. 6404424 (Patent Document 2) that a stator or rotor of a rotating machine in which concentrated winding is applied to teeth. We have proposed a winding short-circuit diagnosis device that can identify where in the winding of a child a short-circuit has occurred.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における巻線の短絡の態様を簡易に特定することができる巻線短絡診断装置および巻線短絡診断方法を提供することを主目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and is a winding short-circuit diagnosis device that can easily identify a winding short-circuit in a stator or rotor of a rotating machine in which concentrated winding is applied to teeth. A main object of the present invention is to provide a method for diagnosing winding short circuits.
本発明に係る巻線短絡診断装置の好ましい形態によれば、円周方向に略等間隔で複数配置されたティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における巻線の短絡を診断する巻線短絡診断装置が構成される。当該巻線短絡診断装置は、電圧発振部と、磁界センサと、メモリと、プロセッサと、を備えている。電圧発振部は、巻線の端子間に交流電圧を印加するように構成されている。磁界センサは、交流電圧の印加に応じてティース毎に巻かれた巻線に生じる磁界の強さをティースの延出方向に沿って所定間隔毎に計測する。メモリは、交流電圧または当該交流電圧に起因して巻線に流れる交流電流と磁界の強さとを記憶する。プロセッサは、交流電圧または交流電流と磁界の強さとに基づいてメモリに記憶された磁界の向きを計測位置毎に決定する。また、プロセッサは、決定した磁界の向きの全てが第1方向である第1パターンの場合には、巻線には短絡が発生していないと判定し、磁界の向きが第1方向から当該第1方向とは反対方向である第2方向に変化した後、当該第2方向から第1方向に変化する第2パターンの場合には、ティースの延出方向に隣接する巻線間において短絡が発生したと判定し、磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向に変化した後、当該第2方向または第1方向のまま推移する第3パターンの場合、および、磁界の向きが全て第2方向である第4パターンの場合には、巻線の層間において短絡が発生したと判定する。 According to a preferred embodiment of the winding short-circuit diagnosis device according to the present invention, short-circuiting of windings in a stator or rotor of a rotating machine in which concentrated winding is applied to a plurality of teeth arranged at approximately equal intervals in the circumferential direction is diagnosed. A winding short circuit diagnostic device is configured. The winding short circuit diagnostic device includes a voltage oscillator, a magnetic field sensor, a memory, and a processor. The voltage oscillator is configured to apply an alternating voltage across the terminals of the winding. The magnetic field sensor measures the strength of the magnetic field generated in the winding wound on each tooth in accordance with the application of the AC voltage at predetermined intervals along the extending direction of the tooth. The memory stores the alternating voltage or the alternating current flowing through the windings due to the alternating voltage and the strength of the magnetic field. The processor determines the orientation of the magnetic field stored in memory for each measurement location based on the alternating voltage or current and the strength of the magnetic field. Further, in the case of the first pattern in which all of the determined directions of the magnetic field are in the first direction, the processor determines that no short-circuit has occurred in the winding, and the direction of the magnetic field is changed from the first direction to the first direction. In the case of the second pattern, which changes from the second direction to the first direction after changing to the second direction opposite to the first direction, a short circuit occurs between windings adjacent to each other in the extending direction of the teeth. In the case of a third pattern in which the direction of the magnetic field changes from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction and then remains in the second direction or the first direction, and the magnetic field In the case of the fourth pattern in which all the directions of the windings are in the second direction, it is determined that a short circuit has occurred between the winding layers.
ここで、本願発明における「磁界の強さ」とは、ティース毎に巻かれた巻線に生じる磁束密度の大きさ、あるいは、当該磁束密度の大きさに比例した電圧がこれに該当する。 Here, the "strength of the magnetic field" in the present invention corresponds to the magnitude of the magnetic flux density generated in the winding wound for each tooth, or the voltage proportional to the magnitude of the magnetic flux density.
本発明者は、ティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における巻線の短絡について鋭意研究を行った結果、ティースの延出方向に沿って所定間隔毎に求めた磁界の強さおよび磁界の向きの変化のパターンが、巻線の短絡の態様によって異なることを見出した。このような研究結果を踏まえて、本発明では、第1パターンの場合には、巻線に短絡が発生していないと判定し、第2パターンの場合には、ティースの延出方向に隣接する巻線間において短絡が発生したと判定し、第3パターンおよび第4パターンの場合には、巻線の層間において短絡が発生したと判定する構成であるため、巻線の短絡の態様を簡易に特定することができる。これにより、短絡の態様情報を設計段階へフィードバックすることができ、巻線の巻き方や巻線を巻くためのティースの構造などについての対策を施すことができる。この結果、電動機や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させることにつながり、品質向上に寄与し得る。 As a result of intensive research on short-circuiting of the windings in the stator or rotor of a rotating machine in which the teeth are subjected to concentrated winding, the present inventor found that the strength of the magnetic field obtained at predetermined intervals along the extending direction of the teeth. It was found that the pattern of changes in the strength and direction of the magnetic field differs depending on the mode of winding short circuit. Based on such research results, in the present invention, in the case of the first pattern, it is determined that no short-circuit has occurred in the winding, and in the case of the second pattern, It is determined that a short circuit has occurred between the windings, and in the case of the third pattern and the fourth pattern, it is determined that a short circuit has occurred between the layers of the windings. can be specified. As a result, it is possible to feed back short-circuit state information to the design stage, and to take countermeasures regarding the winding method of the windings, the structure of the teeth for winding the windings, and the like. As a result, the rate of occurrence of short circuits in rotating machines such as electric motors and generators can be reduced, which can contribute to quality improvement.
本発明に係る巻線短絡診断装置の更なる形態によれば、プロセッサは、第3パターンの場合であって、第1方向または第2方向から第2方向または第1方向への磁界の向きの変化がティースの延出方向の端部において生じている場合には、第2方向の磁界の強さと閾値とを比較し、当該磁界の強さが閾値以上である場合、および/または、当該磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向に変化する際の磁界の強さの変化割合の絶対値と基準変化割合とを比較し、当該変化割合の絶対値が当該基準変化割合以上である場合には、ティースの長手向に隣接する巻線間において短絡が発生したと判定し、磁界の強さが閾値未満である場合、および/または、変化割合の絶対値が基準変化割合未満である場合には、巻線の層間において短絡が発生したと判定する。 According to a further aspect of the turn short circuit diagnosis device according to the present invention, the processor, in the case of the third pattern, determines the direction of the magnetic field from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction. If the change occurs at the ends of the teeth in the extending direction, the strength of the magnetic field in the second direction is compared with a threshold, and if the strength of the magnetic field is equal to or greater than the threshold, and/or The absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field when the orientation of the magnetic field changes from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction is compared with the reference rate of change, and the absolute value of the rate of change is If it is equal to or greater than the reference rate of change, it is determined that a short circuit has occurred between the windings adjacent in the longitudinal direction of the tooth, and if the strength of the magnetic field is less than the threshold and/or the absolute value of the rate of change is If it is less than the reference rate of change, it is determined that a short circuit has occurred between the winding layers.
本形態によれば、ティースの延出方向の端部であって、磁界の計測開始位置または計測終了位置において発生した巻線の短絡が、ティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡か、巻線の層間の短絡か、を判定することができる。ティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡であっても、ティースの延出方向の端部であって、磁界の計測開始位置または計測終了位置において巻線の短絡が生じている場合には、磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向へ変化したままとなるため、当該第2方向の磁界の強さを予め設定した閾値と比較することによって、および/または、磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向へと変化する際の磁界の強さの変化割合の絶対値を予め設定した基準変化割合と比較することによって、発生した当該短絡がティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡か、巻線の層間の短絡か、を判別するのである。ここで、同じ条件であれば、巻線の層間での短絡の方がティースの延出方向に隣接する巻線間での短絡よりも、磁界の強さが弱い、あるいは、磁界の強さの変化割合の絶対値が小さいことから、巻線の層間で短絡が発生した場合の磁界の強さ、あるいは、磁界の強さの変化割合の絶対値と、ティースの延出方向に隣接する巻線間で短絡が発生した場合の磁界の強さ、あるいは、磁界の強さの変化割合の絶対値と、の間の適切な値に閾値または基準変化割合を設定することによって、ティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡と、巻線の層間の短絡と、の判別が可能となる。 According to this embodiment, a short circuit in the windings that occurs at the end of the tooth in the extending direction and at the measurement start position or the measurement end position of the magnetic field may be a short circuit between the windings adjacent in the tooth extending direction. , a short circuit between the layers of the winding. Even if there is a short circuit between windings adjacent to each other in the extending direction of the tooth, if the winding short circuit occurs at the end of the extending direction of the tooth and at the magnetic field measurement start position or the measurement end position. by comparing the strength of the magnetic field in the second direction with a preset threshold, since the direction of the magnetic field remains changed from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction, and / Or by comparing the absolute value of the change rate of the strength of the magnetic field when the direction of the magnetic field changes from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction with a preset reference change rate It is then determined whether the short circuit that has occurred is a short circuit between adjacent windings in the extending direction of the tooth or a short circuit between winding layers. Here, under the same conditions, the magnetic field strength of the short circuit between the layers of the winding is weaker than the short circuit between the windings adjacent in the extension direction of the teeth, or the magnetic field strength Since the absolute value of the rate of change is small, the strength of the magnetic field when a short circuit occurs between the layers of the winding, or the absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field and the windings adjacent in the extending direction of the teeth By setting the threshold value or reference rate of change to an appropriate value between the strength of the magnetic field when a short circuit occurs between them, or the absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field, the extending direction of the teeth It is possible to distinguish between a short circuit between adjacent windings and a short circuit between winding layers.
本発明に係る巻線短絡診断装置の更なる形態によれば、メモリは、磁界の強さを計測位置に紐づけて記憶可能である。そして、プロセッサは、巻線の層間において短絡が発生していると判定した場合、磁界の向きが最初に第2方向となった計測位置において巻線に短絡が発生していると判定する。 According to a further aspect of the winding short-circuit diagnosis device according to the present invention, the memory can store the strength of the magnetic field in association with the measurement position. Then, if the processor determines that a short circuit has occurred between layers of the winding, it determines that the short circuit has occurred in the winding at the measurement position where the direction of the magnetic field first becomes the second direction.
本形態によれば、巻線の層間において短絡が発生している場合において、ティースに巻かれた巻線のどのあたりで短絡が発生しているのかを特定することができる。これにより、短絡が発生しやすい傾向にある箇所の情報を取得し得るため、当該情報を設計段階へフィードバックすることによって、短絡が起こりやすい箇所での構造的もしくは強度的な対策を施すことができ、電動機や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させることにつながり、品質向上に寄与し得る。 According to this embodiment, when a short circuit occurs between winding layers, it is possible to specify where in the winding wound around the teeth the short circuit has occurred. As a result, it is possible to obtain information on locations where short circuits tend to occur, and by feeding this information back to the design stage, structural or strength measures can be taken at locations where short circuits tend to occur. , leading to a reduction in the rate of occurrence of short circuits in rotating machines such as electric motors and generators, which can contribute to quality improvement.
本発明に係る巻線短絡診断装置の更なる形態によれば、メモリは、磁界の強さを計測位置に紐づけて記憶可能である。そして、プロセッサは、ティースの長手向に隣接する巻線間において短絡が発生していると判定した場合、第2方向の磁界の強さと第2閾値とを比較し、最初に第2閾値以上であると判定された磁界の強さに紐づけされた計測位置において巻線に短絡が発生していると判定する。 According to a further aspect of the winding short-circuit diagnosis device according to the present invention, the memory can store the strength of the magnetic field in association with the measurement position. Then, when the processor determines that a short circuit has occurred between the windings adjacent to each other in the longitudinal direction of the teeth, the processor compares the strength of the magnetic field in the second direction with the second threshold, It is determined that a short circuit has occurred in the winding at the measurement position associated with the strength of the magnetic field determined to be present.
本形態によれば、ティースの長手向に隣接する巻線間に短絡が発生している場合において、ティースに巻かれた巻線のどのあたりで短絡が発生しているのかを特定することができる。これにより、短絡が発生しやすい傾向にある箇所の情報を取得し得るため、当該情報を設計段階へフィードバックすることによって、短絡が起こりやすい箇所での構造的もしくは強度的な対策を施すことができ、電動機や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させることにつながり、品質向上に寄与し得る。 According to the present embodiment, when a short circuit occurs between windings adjacent to each other in the longitudinal direction of the teeth, it is possible to identify where in the windings wound around the teeth the short circuit has occurred. . As a result, it is possible to obtain information on locations where short circuits tend to occur, and by feeding this information back to the design stage, structural or strength measures can be taken at locations where short circuits tend to occur. , leading to a reduction in the rate of occurrence of short circuits in rotating machines such as electric motors and generators, which can contribute to quality improvement.
本発明に係る巻線短絡診断装置の更なる形態によれば、電圧発振部は、商用周波数よりも高い周波数を有する交流電圧を巻線の端子間に印加する。 According to a further aspect of the winding short-circuit diagnosis device according to the present invention, the voltage oscillator applies an AC voltage having a frequency higher than the commercial frequency between the terminals of the winding.
本発明者らは、電圧発振部によって印加する交流電圧の周波数を上げていくことに伴って、巻線のインダクタンス成分の影響によって,計測される磁束密度は小さくなる一方で、巻線のうち短絡が発生している箇所において計測される磁束密度の低下割合は、短絡が発生していない箇所において計測される磁束密度の低下割合に対して大きくなる傾向にあることを見出した。即ち、電圧発振部によって印加する交流電圧の周波数を上げていくと、巻線において短絡が発生していない正常な箇所において計測される磁束密度の値と、短絡が発生している箇所において計測される磁束密度の値と、の間に大きな差異が生じることを見出した。このような研究結果を踏まえて、本実施形態では、巻線の端子間に印加する交流電圧の周波数を商用周波数よりも高い周波数とする構成であるため、短絡が発生の有無を特定し易くなる。 The inventors of the present invention found that as the frequency of the AC voltage applied by the voltage oscillator increases, the measured magnetic flux density decreases due to the influence of the inductance component of the winding. It was found that the rate of decrease in magnetic flux density measured at a location where a short circuit occurs tends to be greater than the rate of decrease in magnetic flux density measured at a location where a short circuit does not occur. That is, when the frequency of the AC voltage applied by the voltage oscillator is increased, the value of the magnetic flux density measured at a normal location where a short circuit does not occur in the winding and the value measured at a location where a short circuit occurs. It was found that there is a large difference between the value of the magnetic flux density Based on these research results, in this embodiment, the frequency of the AC voltage applied between the terminals of the winding is set to a frequency higher than the commercial frequency, so it is easy to identify whether a short circuit has occurred. .
本発明に係る巻線短絡診断装置の更なる形態によれば、電圧発振部は、200ボルト以下の交流電圧を巻線の端子間に印加する。 According to a further aspect of the winding short-circuit diagnosis device according to the present invention, the voltage oscillator applies an AC voltage of 200 volts or less between terminals of the winding.
本形態によれば、電圧発振部に供給する電源を小型化することができると共に、電圧発振部の電子回路を安価に仕上げることができる。これにより、巻線短絡診断装置自体の小型化およびコスト低減を図ることができる。 According to this aspect, it is possible to reduce the size of the power supply to be supplied to the voltage oscillator, and to finish the electronic circuit of the voltage oscillator at a low cost. As a result, it is possible to reduce the size and cost of the winding short-circuit diagnosis device itself.
本発明に係る巻線短絡診断装置の更なる形態によれば、磁界センサは、磁界の強さを計測するサーチコイルを有している。そして、当該磁界センサは、磁界の強さを計測する際、サーチコイルの軸線方向がティースに巻かれた巻線の軸線方向と平行になるように配置されている。 According to a further aspect of the winding short circuit diagnosis device according to the present invention, the magnetic field sensor has a search coil for measuring the strength of the magnetic field. The magnetic field sensor is arranged so that the axial direction of the search coil is parallel to the axial direction of the wire wound around the teeth when measuring the strength of the magnetic field.
本形態によれば、電圧発振部により巻線の端子間に印加された交流電圧によって当該巻線に発生する磁界の強さを精度よく計測することができる。 According to this aspect, it is possible to accurately measure the strength of the magnetic field generated in the winding by the AC voltage applied between the terminals of the winding by the voltage oscillator.
本発明に係る巻線短絡診断装置の更なる形態によれば、磁界センサは、磁界の強さを計測するサーチコイルを有している。そして、当該磁界センサは、磁界の強さを計測する際、固定子または回転子の軸線方向の一方側から見たときの仮想投影面上におけるサーチコイルの軸線が、ティースに巻かれた巻線の軸線に重なるように配置されている。 According to a further aspect of the winding short circuit diagnosis device according to the present invention, the magnetic field sensor has a search coil for measuring the strength of the magnetic field. When the magnetic field sensor measures the strength of the magnetic field, the axis of the search coil on the virtual projection plane when viewed from one side in the axial direction of the stator or rotor is the winding wound around the teeth. are arranged so as to overlap the axis of
本形態によれば、磁界センサのサーチコイルの軸線をティースに巻かれた巻線の軸線に一致させた状態で磁界の強さを計測する構成であるため、ティースに巻かれた巻線の側縁、換言すれば、ティースに巻かれた巻線のうち軸線から径方向外方向に離れた位置にある部分によって作られる磁界の影響を小さく抑えることができる。これにより、より正確に巻線の短絡発生の有無を診断することができる。 According to this embodiment, the magnetic field strength is measured with the axis of the search coil of the magnetic field sensor aligned with the axis of the winding wound around the teeth. The edge, in other words, the influence of the magnetic field produced by the portion of the winding wound around the tooth that is located radially outwardly away from the axis can be suppressed to a low level. As a result, it is possible to more accurately diagnose the presence or absence of short-circuiting of the windings.
本発明に係る巻線短絡診断方法の好ましい形態によれば、円周方向に略等間隔で複数配置されたティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における当該巻線の短絡を診断する巻線短絡診断方法が構成される。当該巻線短絡診断方法は、(a)ティース毎に巻かれた巻線の端子間に交流電圧を印加し、(b)交流電圧の印加に応じてティース毎に巻かれた巻線に生じる磁界の強さを、ティースの延出方向に沿って所定間隔毎に計測し、(c)交流電圧または当該交流電圧に起因して巻線に流れる交流電流と、計測された磁界の強さと、を記憶し、(d)交流電圧または交流電流と、磁界の強さと、に基づいて、記憶された所定間隔毎の磁界の向きを決定し、(e)決定した磁界の向きの全てが第1方向である第1パターンの場合には、巻線には短絡が発生していないと判定し、決定した磁界の向きが第1方向から当該第1方向とは反対方向である第2方向に変化した後、当該第2方向から第1方向に変化する第2パターンの場合には、ティースの延出方向に隣接する巻線間において短絡が発生していると判定し、決定メモリに記憶した磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向に変化した後、当該第2方向または第1方向のまま推移する第3パターンの場合、および、磁界の向きの全てが第2方向である第4パターンの場合には、巻線の層間において短絡が発生していると判定する。
According to a preferred embodiment of the winding short-circuit diagnosis method according to the present invention, short-circuiting of the windings in a stator or rotor of a rotating machine in which concentrated winding is applied to a plurality of teeth arranged at approximately equal intervals in the circumferential direction is detected. A winding short circuit diagnostic method for diagnosing is configured. The winding short circuit diagnosis method includes (a) applying an alternating voltage between terminals of a winding wound for each tooth, and (b) detecting a magnetic field generated in the winding wound for each tooth in response to the application of the alternating voltage. is measured at predetermined intervals along the extending direction of the teeth, and (c) the alternating voltage or the alternating current flowing through the winding due to the alternating voltage, and the measured magnetic field strength, (d) determining a magnetic field orientation for each of the stored predetermined intervals based on the alternating voltage or alternating current and the strength of the magnetic field; (e) determining all of the determined magnetic field orientations in the first In the case of the first pattern, which is the direction, it is determined that no short circuit has occurred in the winding, and the direction of the determined magnetic field is changed from the first direction to the second direction opposite to the first direction. After the change, in the case of the second pattern changing from the second direction to the first direction, it is determined that a short circuit has occurred between the windings adjacent in the extending direction of the teeth, and stored in the determination memory. In the case of the third pattern in which the direction of the magnetic field changes from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction and then remains in the second direction or the first direction, and all the directions of the magnetic field are In the case of the fourth pattern in the second direction, it is determined that a short circuit has occurred between the winding layers.
ここで、本願発明における「磁界の強さ」とは、ティース毎に巻かれた巻線に生じる磁束密度の大きさ、あるいは、当該磁束密度の大きさに比例した電圧がこれに該当する。 Here, the "strength of the magnetic field" in the present invention corresponds to the magnitude of the magnetic flux density generated in the winding wound for each tooth, or the voltage proportional to the magnitude of the magnetic flux density.
本発明者は、ティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における巻線の短絡について鋭意研究を行った結果、ティースの延出方向に沿って所定間隔毎に求めた磁界の強さおよび磁界の向きの変化のパターンが、巻線の短絡の態様によって異なることを見出した。このような研究結果を踏まえて、本発明では、第1パターンの場合には、巻線に短絡が発生していないと判定し、第2パターンの場合には、ティースの延出方向に隣接する巻線間において短絡が発生したと判定し、第3パターンおよび第4パターンの場合には、巻線の層間において短絡が発生したと判定する構成であるため、巻線の短絡の態様を簡易に特定することができる。これにより、短絡の態様情報を設計段階へフィードバックすることができ、巻線の巻き方や巻線を巻くためのティースの構造などについての対策を施すことができる。この結果、電動機や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させることにつながり、品質向上に寄与し得る。 As a result of intensive research on short-circuiting of the windings in the stator or rotor of a rotating machine in which the teeth are subjected to concentrated winding, the present inventor found that the strength of the magnetic field obtained at predetermined intervals along the extending direction of the teeth. It was found that the pattern of changes in the strength and direction of the magnetic field differs depending on the mode of winding short circuit. Based on such research results, in the present invention, in the case of the first pattern, it is determined that no short-circuit has occurred in the winding, and in the case of the second pattern, It is determined that a short circuit has occurred between the windings, and in the case of the third pattern and the fourth pattern, it is determined that a short circuit has occurred between the layers of the windings. can be specified. As a result, it is possible to feed back short-circuit state information to the design stage, and to take countermeasures regarding the winding method of the windings, the structure of the teeth for winding the windings, and the like. As a result, the rate of occurrence of short circuits in rotating machines such as electric motors and generators can be reduced, which can contribute to quality improvement.
本発明に係る巻線短絡診断方法の更なる形態によれば、ステップ(e)は、第3パターンの場合であって、第1方向または第2方向から第2方向または第1方向への磁界の向きの変化がティースの延出方向の端部において生じている場合には、当該第2方向の磁界の強さと閾値とを比較し、当該磁界の強さが閾値以上である場合、および/または、磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向に変化する際の磁界の強さの変化割合の絶対値と基準変化割合とを比較し、当該変化割合の絶対値が当該基準変化割合以上である場合には、ティースの長手向に隣接する巻線間において短絡が発生したと判定し、磁界の強さが閾値未満である場合、および/または、変化割合の絶対値が基準変化割合未満である場合には、巻線の層間において短絡が発生したと判定するステップを含んでいる。 According to a further aspect of the turn short circuit diagnosis method according to the present invention, step (e) is the case of the third pattern, and the magnetic field from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction If the change in the direction of occurs at the end of the tooth in the extending direction, the strength of the magnetic field in the second direction is compared with a threshold, and if the strength of the magnetic field is greater than or equal to the threshold, and/ Alternatively, the absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field when the direction of the magnetic field changes from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction is compared with the reference rate of change, and the absolute value of the rate of change If the value is equal to or greater than the reference rate of change, it is determined that a short circuit has occurred between the windings adjacent in the longitudinal direction of the tooth, and if the strength of the magnetic field is less than the threshold and/or the rate of change If the absolute value is less than the reference rate of change, determining that a short circuit has occurred between layers of the winding.
本形態によれば、ティースの延出方向の端部であって、磁界の計測開始位置または計測終了位置において発生した巻線の短絡が、ティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡か、巻線の層間の短絡か、を判定することができる。ティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡であっても、ティースの延出方向の端部であって、磁界の計測開始位置または計測終了位置において巻線の短絡が生じている場合には、磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向へ変化したままとなるため、当該第2方向の磁界の強さを予め設定した閾値と比較することによって、および/または、磁界の向きが第1方向または第2方向から第2方向または第1方向へと変化する際の磁界の強さの変化割合の絶対値を予め設定した基準変化割合と比較することによって、発生した当該短絡がティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡か、巻線の層間の短絡か、を判別するのである。ここで、同じ条件であれば、巻線の層間での短絡の方がティースの延出方向に隣接する巻線間での短絡よりも、磁界の強さが弱い、あるいは、磁界の強さの変化割合の絶対値が小さいことから、巻線の層間で短絡が発生した場合の磁界の強さ、あるいは、磁界の強さの変化割合の絶対値と、ティースの延出方向に隣接する巻線間で短絡が発生した場合の磁界の強さ、あるいは、磁界の強さの変化割合の絶対値と、の間の適切な値に閾値または基準変化割合を設定することによって、ティースの延出方向に隣接する巻線間の短絡と、巻線の層間の短絡と、の判別が可能となる。 According to this embodiment, a short circuit in the windings that occurs at the end of the tooth in the extending direction and at the measurement start position or the measurement end position of the magnetic field may be a short circuit between the windings adjacent in the tooth extending direction. , a short circuit between the layers of the winding. Even if there is a short circuit between windings adjacent to each other in the extending direction of the tooth, if the winding short circuit occurs at the end of the extending direction of the tooth and at the magnetic field measurement start position or the measurement end position. by comparing the strength of the magnetic field in the second direction with a preset threshold, since the direction of the magnetic field remains changed from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction, and / Or by comparing the absolute value of the change rate of the strength of the magnetic field when the direction of the magnetic field changes from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction with a preset reference change rate It is then determined whether the short circuit that has occurred is a short circuit between adjacent windings in the extending direction of the tooth or a short circuit between winding layers. Here, under the same conditions, the magnetic field strength of the short circuit between the layers of the winding is weaker than the short circuit between the windings adjacent in the extension direction of the teeth, or the magnetic field strength Since the absolute value of the rate of change is small, the strength of the magnetic field when a short circuit occurs between the layers of the winding, or the absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field and the windings adjacent in the extending direction of the teeth By setting the threshold value or reference rate of change to an appropriate value between the strength of the magnetic field when a short circuit occurs between them, or the absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field, the extending direction of the teeth It is possible to distinguish between a short circuit between adjacent windings and a short circuit between winding layers.
本発明によれば、ティースに集中巻を施した回転機の固定子または回転子における巻線の短絡の態様を特定することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to identify the mode of short-circuiting of windings in a stator or rotor of a rotating machine in which concentrated winding is applied to teeth.
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.
本発明の実施の形態に係る巻線短絡診断装置1は、図1に示すように、回転機としての電動機2(図2参照)の後述する三相巻線24U,24V,24Wのいずれかの端子間に交流電圧を印加する電圧発振部4と、当該電圧発振部4によって交流電圧が印加されたことによって三相巻線24U,24V,24Wに発生する磁界を計測する磁界センサ6と、電圧発振部4および磁界センサ6に信号線L1,L2によって電気的に接続されたA/D変換部8と、当該A/D変換部8に信号線L3によって電気的に接続された診断部10と、当該診断部10に信号線L4によって電気的に接続された表示装置12と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the winding short-
電動機2は、汎用三相誘導電動機として構成されており、図2に示すように、主に、固定子22と、回転子32と、を備えている。
The
固定子22は、薄い電磁鋼板(強磁性体)を積層して構成されており、図3に示すように、略環状に構成されたヨーク22aと、当該ヨーク22aの内周面から当該ヨーク22aの中心に向かって延出する複数のティース22bと、を備えている。
The
ティース22bは、ヨーク22aの内周面に円周方向に均等間隔で、例えば、18個設けられている。各ティース22bには、図2に示すように、絶縁物(図示せず)を介して直接三相巻線24U,24V,24Wが施されている(所謂、集中巻方式)。即ち、18個のティース22bのうちの6個にU相巻線24Uが巻かれ、他の6個にV相巻線24Vが巻かれ、残りの6個にW相巻線24Wが巻かれている。なお、各三相巻線24U,24V,24Wの端部は、口出し線として電動機2の外部に引き出されて商用交流電源に接続される接続端子26を構成している。ここで、三相巻線24U,24V,24Wが集中巻方式で巻かれたティース22bを有する固定子22は、本発明における「円周方向に略等間隔で複数配置されたティースに集中巻を施した回転機の固定子」に対応する実施構成の一例である。
For example, 18
電圧発振部4は、三相巻線24U,24V,24WのうちU相巻線24UおよびV相巻線24V間(以下、「U-V相間」という)、あるいは、V相巻線24VおよびW相巻線24W間(以下、「V-W相間」という)、あるいは、W相巻線24WおよびU相巻線24U間(以下、「W-U相間」という)に交流電圧を印加可能に構成されており、印加する交流電圧の周波数を変更可能なファンクションジェネレータとして構成されている。なお、電圧発振部4によってU-V相間、V-W相間、W-U相間それぞれに印加される交流電圧または当該交流電圧によって流れる交流電流ACIは、図1に示すように、A/D変換部8によってデジタル化された後、信号線L3を介して診断部10に送信される。
本実施の形態では、電圧発振部4によってU-V相間、V-W相間、W-U相間それぞれに印加される交流電圧は200ボルト以下とし、周波数は商用交流電圧発振部の周波数60Hz(あるいは200Hz)よりも高い1kHzとした。例えば、交流電圧を50ボルト以下とすることによって、電源を小型化することができると共に、電圧発振部4の電子回路を安価に仕上げることができる。この結果、巻線短絡診断装置1自体の小型化およびコスト低減を図ることができる。また、周波数を商用交流電源の周波数60Hz(あるいは50Hz)よりも高い1kHzとすることによって、三相巻線24U,24V,24Wに短絡が発生したことを特定し易くなる。当該理由についての詳細は後述する。
In this embodiment, the AC voltage applied between the UV phase, the VW phase, and the WU phase by the
磁界センサ6は、図1に示すように、サーチコイル62と、当該サーチコイル62から出力される出力電圧Vsの大きさを増幅する増幅器64と、を備えている。サーチコイル62は、コイルを数ターンから数十ターン程度巻いた構成をしており、これにより磁束密度の大きさに比例した出力電圧Vsを出力する。サーチコイル62から出力されて増幅器64によって増幅されたアナログ信号である出力電圧Vsは、A/D変換部8によってデジタル化された後、信号線L3を介して診断部10に送信される。
The
診断部10は、図示しないCPU70を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU70の他に処理プログラムを記憶する図示しないROM72と、データを一時的に記憶するRAM74と、信号線L3が接続される入力ポートと、信号線L4が接続される出力ポートと、を備えている。診断部10には、A/D変換部8からの出力電圧Vsや交流電圧、交流電流ACIが入力されており、診断部10からは、各三相巻線24U,24V,24Wの短絡診断結果が信号線L4を介して表示装置12に出力される。
The
次に、こうして構成された本発明の実施の形態に係る巻線短絡診断装置1による電動機2の三相巻線24U,24V,24Wの短絡診断の際の動作について説明する。ここで、三相巻線24U,24V,24Wの短絡診断は、電動機2から回転子32を取り外した状態、即ち、集中巻の固定子22のみとした状態で行われる(図2参照)。なお、当該診断は、三相巻線24U,24V,24Wのいずれかが巻かれた1つのティース22b毎に行うが、以下では、説明の便宜上、任意の1つのティース22bに巻かれたU相巻線24Uにおける短絡の診断を行う場合を例に挙げて説明をする。
Next, the operation of short-circuit diagnosis of the three-
まず、図2に示すように、電動機2から回転子32が取り外された状態の固定子22において、U相巻線24Uが巻かれた任意の1つのティース22b上に磁界センサ6を設置する。ここで、磁界センサ6は、図2、図4および図5に示すように、サーチコイル62の軸線CL1がティース22bに巻かれたU相巻線24Uの軸線CL2(ティース22bの軸線CL2)に対して平行で、軸線CL1のU相巻線24Uの表面からの距離が所定距離h(例えば、5mm)となる位置関係となるように(図5参照)、かつ、電動機2(固定子22、回転子32)の軸線方向の一方側から見たときに(図2を紙面に垂直な方向から見たときに)、軸線CL1と軸線CL2とが重なる位置関係(図2参照)となるように設置される。このとき、磁界センサ6は、図6に示すように、サーチコイル62がティース22bの根元部(ティース22bのヨーク22aへの接続端部)に巻かれたU相巻線24U上、即ち、計測位置t0に来るように設置される。First, as shown in FIG. 2, in the
そして、当該設置状態において、電圧発振部4からU相巻線24Uの端子間、より詳細には、U-V相間(あるいは、W-U相間)に周波数1kHzの交流電圧(200V以下)を印加して交流電流ACIを流す。ここで、交流電圧に起因してU相巻線24Uに流れる交流電流ACIは、A/D変換部8によってデジタル化された後、計測した計測位置t0に紐づけされて診断部10のRAM74に一時的に記憶される。Then, in the installation state, an alternating voltage (200 V or less) with a frequency of 1 kHz is applied between the
U相巻線24Uの端子間(U-V相間、あるいは、W-U相間)に交流電圧が印加されると、U相巻線24U周辺に磁界が生じる。これにより、当該磁界の強さが磁束密度の大きさに比例した出力電圧Vsとしてサーチコイル62から出力される。サーチコイル62から出力された出力電圧Vsは、増幅器64によって増幅されると共にA/D変換部8によってデジタル化された後、当該出力電圧Vsを計測した計測位置t0に紐づけされて診断部10のRAM74に一時的に記憶される。交流電圧に起因してU相巻線24Uに流れる交流電流ACIおよび出力電圧Vsを計測した計測位置t0に紐づけして記憶するRAM74は、本発明における「メモリ」に対応する実施構成の一例である。When an AC voltage is applied between terminals of U-phase winding 24U (between UV phases or between WU phases), a magnetic field is generated around U-phase winding 24U. As a result, the strength of the magnetic field is output from the
ここで、U相巻線24Uに短絡が生じていない場合、即ち、U相巻線24Uが正常な状態の場合に当該U相巻線24Uの端子間に交流電圧を印加すると、図7の実線矢印に示すように、U相巻線24Uには交流電流ACIが流れ、当該交流電流ACIによってU相巻線24U周辺には強さH0の磁界が生じる。しかしながら、U相巻線24Uの一部に短絡Sが生じると、図8に示すように、U相巻線24Uの中に短絡Sによって新たな閉ループ24Usが発生する。短絡Sでは抵抗がほとんど値0となるため、交流電流ACIは当該短絡Sを流れて閉ループ24Usには流れなくなる。Here, when the U-phase winding 24U is not short-circuited, that is, when the U-phase winding 24U is in a normal state and an AC voltage is applied between the terminals of the U-phase winding 24U, the solid line in FIG. As indicated by the arrow, an alternating current ACI flows through the U-phase winding 24U, and the alternating current ACI generates a magnetic field of strength H0 around the U-phase winding 24U. However, if a short circuit S occurs in part of the U-phase winding 24U, a new closed loop 24Us is generated by the short circuit S in the U-phase winding 24U, as shown in FIG. Since the resistance of the short circuit S is almost zero, the alternating current ACI flows through the short circuit S and does not flow through the closed loop 24Us.
一方、閉ループ24Usには、交流電流ACIによってU相巻線24U周辺に生じた磁界が通過することによって誘導起電力が発生し、当該誘導起電力に起因して電流ISが流れる(図8参照)。これにより、閉ループ24Us周辺には、図8に示すように、当該電流ISによって強さHSであって、交流電流ACIによってU相巻線24U周辺に生じた磁界の向きとは逆方向の磁界が発生する。即ち、サーチコイル62から出力される出力電圧Vsは、交流電流ACIによってU相巻線24U周辺に生じた磁界の強さH0と電流ISによって閉ループ24Us周辺に生じた磁界の強さHSとの差に比例した大きさとなる。On the other hand, in the closed loop 24Us , an induced electromotive force is generated by the passage of the magnetic field generated around the U-phase winding 24U by the alternating current ACI, and the current IS flows due to the induced electromotive force (see FIG. 8). ). As a result, as shown in FIG. 8, there is a magnetic field around the closed loop 24Us with a strength H S due to the current I S and a direction opposite to the direction of the magnetic field generated around the U-phase winding 24U by the alternating current ACI. A magnetic field is generated. That is, the output voltage Vs output from the
なお、誘導起電力は、U相巻線24Uの端子間に印加する交流電圧の周波数の関数として表すことができるため、U相巻線24Uの端子間に印加する交流電圧の周波数を高くすることによって、閉ループ24Us周辺に生じる磁界の強さHSを意図的に大きくすることができる。これにより、U相巻線24Uに短絡が生じたか否かの特定が容易となる。Since the induced electromotive force can be expressed as a function of the frequency of the AC voltage applied between the terminals of the U-phase winding 24U, the frequency of the AC voltage applied between the terminals of the U-phase winding 24U can be increased. can intentionally increase the strength of the magnetic field H S generated around the closed loop 24Us. This facilitates identification of whether or not a short circuit has occurred in U-phase winding 24U.
換言すれば、U相巻線24Uの端子間に印加する交流電圧の周波数を上げていくことに伴って、U相巻線24Uのインダクタンス成分の影響により、計測される磁束密度は、小さくなる一方で、短絡Sが発生している箇所において計測される磁束密度の低下割合が、短絡Sが発生していない箇所において計測される磁束密度の低下割合に対して大きくなる傾向にあるため、U相巻線24Uの端子間に印加する交流電圧の周波数を上げていくことに伴って、短絡Sが発生している箇所において計測される磁束密度の値と、短絡Sが発生していない正常な箇所において計測される磁束密度の値と、の間に大きな差異を生じさせることができ、以てU相巻線24Uに短絡が生じたか否かの特定が容易となるのである。 In other words, as the frequency of the AC voltage applied between the terminals of U-phase winding 24U increases, the measured magnetic flux density decreases due to the influence of the inductance component of U-phase winding 24U. , the rate of decrease in the magnetic flux density measured at the location where the short circuit S occurs tends to be greater than the rate of decrease in the magnetic flux density measured at the location where the short circuit S does not occur. As the frequency of the AC voltage applied between the terminals of the winding 24U increases, the value of the magnetic flux density measured at the location where the short circuit S occurs and the normal location where the short circuit S does not occur A large difference can be generated between the value of the magnetic flux density measured at , and it becomes easy to identify whether or not a short circuit has occurred in the U-phase winding 24U.
ここで、図8では、U相巻線24Uが当該U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間において短絡が発生した場合で説明したが、U相巻線24Uが巻線の層間において短絡が発生した場合でも同様に、U相巻線24Uの中に短絡Sによって新たな閉ループが発生し、当該閉ループに起因した誘導起電力が発生して、交流電流ACIによってU相巻線24U周辺に生じた磁界の向きとは逆方向の磁界が発生する。
Here, in FIG. 8, the U-phase winding 24U is short-circuited between adjacent windings in the direction of the axis CL2 of the U-phase winding 24U (the direction of the axis CL2 of the
なお、U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間において短絡が発生した場合の方が、U相巻線24Uが巻線の層間において短絡が発生した場合よりも、閉ループ24Usに流れる電流ISの値も大きくなる(次式(1)および(2)参照)。したがって、U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間において短絡が発生した場合の方が、U相巻線24Uが巻線の層間において短絡が発生した場合よりも、閉ループ24Us周辺に生じる磁界の強さHSおよび磁界の変化割合の絶対値は大きくなる。Note that when a short circuit occurs between adjacent windings in the direction of the axis CL2 of the U-phase winding 24U (the direction of the axis CL2 of the
(数1)
Is=1/√(R2+n2・ω2・L2)・dφ/dt・・・・・(1)
Is=1/√(R2+N2・ω2・L2)・dφ/dt・・・・・(2)(Number 1)
Is=1/√(R 2 +n 2 ·ω 2 ·L 2 )·dφ/dt (1)
Is=1/√(R 2 +N 2 ·ω 2 ·L 2 )·dφ/dt (2)
ここで、式(1)は、U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間において短絡が発生した場合の電流Isを求める式であり、式(2)は、U相巻線24Uが巻線の層間において短絡が発生した場合の電流Isを求める式であり、N>nである。なお、Rは、短絡S部分の抵抗、ωは、角周波数、Lは、短絡S部分のインダクタンス成分、φは、短絡S部分を通過する磁束、tは、時間、n,Nは、短絡Sの巻数である。 Here, the expression (1) expresses the current Is Equation (2) is an equation for determining the current Is when a short circuit occurs between the winding layers of the U-phase winding 24U, where N>n. Here, R is the resistance of the short-circuit S portion, ω is the angular frequency, L is the inductance component of the short-circuit S portion, φ is the magnetic flux passing through the short-circuit S portion, t is time, and n and N are the short-circuit S is the number of turns of
出力電圧Vsを計測位置t0とともにRAM74に一時的に記憶すると、続いて、診断部10のCPU70は、RAM74に記憶された交流電流ACIと出力電圧Vsとの関係に基づいて、磁界センサ6(サーチコイル62)によって計測された磁界の向きを決定する。具体的には、交流電流ACIと出力電圧Vsとの位相差を比較し、当該位相差に基づき磁界の向きを決定する。図9に示すように、交流電流ACIと出力電圧Vsとの位相差が所定範囲内であれば、磁界の方向は正方向であると判定し、図10に示すように、交流電流ACIと出力電圧Vsとの位相差が所定範囲外であれば負方向であると判定する。ここで、磁界の方向が正方向であるとは、磁界センサ6(サーチコイル62)によって計測された磁界の方向が、U相巻線24U周辺に生じる磁界の方向と同じ方向であると規定され、磁界の方向が負方向であるとは、磁界センサ6(サーチコイル62)によって計測された磁界の方向が、U相巻線24U周辺に生じる磁界の方向とは逆方向であると規定される。ここで、交流電流ACIと出力電圧Vsとの位相差を比較し、当該位相差に基づき磁界の向きを決定する診断部10のCPU70は、本発明における「プロセッサ」に対応する実施構成の一例である。磁界の方向が正方向である態様は、本発明における「第1方向」に対応し、磁界の方向が負方向である態様は、本発明における「第2方向」に対応する実施構成の一例である。When the output voltage Vs is temporarily stored in the
このように、磁界センサ6(サーチコイル62)によって計測された磁界の向きを決定するのは、U相巻線24Uに短絡が発生したか否かをより精度よく診断するためである。即ち、集中巻きではティース22bの材質に強磁性体を用いる構成上、短絡のような軽微な短絡が発生した場合でも、短絡が発生していない他の部分が作る磁界の方向とは逆方向に強い磁界を発生するため、磁界の強さ(出力電圧Vsの大きさ)のみでは、短絡が発生している場合と短絡が発生していない場合との差異が不明確となる場合があり、短絡発生の判定が困難となる場合があるが、磁界の方向を考慮することにより、短絡が発生している場合と短絡が発生していない場合とで両者の差異が明確となるため、短絡の発生を確実に診断することができる。
The reason why the direction of the magnetic field measured by the magnetic field sensor 6 (search coil 62) is determined in this way is to more accurately diagnose whether or not a short circuit has occurred in the U-phase winding 24U. That is, in the concentrated winding, even if a minor short circuit such as a short circuit occurs due to the configuration in which the
そして、判定した磁界の方向に関する正を、記憶した出力電圧Vsに付加する処理を実行する。即ち、先にRAM74に記憶した(正負情報が付加されていない)出力電圧Vsを、正負情報が付加された出力電圧Vsに置き換える処理を実行する。こうして計測位置t0における正負情報が付加された出力電圧VsをRAM74に記憶する処理が完了すると、サーチコイル62が計測位置t1に来るように磁界センサ6を移動して、当該計測位置t1において出力電圧Vsを計測すると共に、当該出力電圧Vsと交流電流ACIとの関係に基づいて磁界の向きを決定し、先にRAM74に記憶した(正負情報が付加されていない)出力電圧Vsを、正負情報が付加された出力電圧Vsに置き換える処理を実行する。Then, a process of adding a positive value related to the determined direction of the magnetic field to the stored output voltage Vs is executed. That is, the process of replacing the output voltage Vs (with no positive/negative information added) previously stored in the
こうした処理を計測位置tLまで所定間隔dずつ移動しながら繰り返し実行する。即ち、サーチコイル62の位置をティース22bの根元部(ティース22bのヨーク22aへの接続端部)からティース22bの先端部(固定子22の中心寄りの端部)に向かってティース22bの軸線CL2の延在方向に沿って所定間隔dずつ移動しながら上述した処理(正負情報が付加されていない出力電圧Vsを計測してから正負情報が付加された出力電圧Vsに置き換えるまでの処理)を実行する。なお、所定間隔dは、例えば、各三相巻線24U,24V,24Wを構成するコイルの中心間距離にほぼ等しい値に設定することができる。Such processing is repeatedly performed while moving by a predetermined interval d to the measurement position tL . That is, the position of the
そして、正負の情報が付加された各計測位置ti(i=0~L)毎の出力電圧Vsの変化態様の判定を行う処理を実行する。具体的には、出力電圧Vsが全て正である第1パターンであるのか、出力電圧Vsが正から負に変化した後、再び負から正に変化する第2パターンであるのか、出力電圧Vsが正または負から負または正に変化したまま当該負または正のまま推移する第3パターンであるのか、あるいは、出力電圧Vsが負のまま推移する第4パターンであるのかの判定を行う。Then, a process of determining a change mode of the output voltage Vs for each measurement position t i (i=0 to L) to which positive/negative information is added is executed. Specifically, the first pattern in which the output voltage Vs is all positive, or the second pattern in which the output voltage Vs changes from positive to negative and then changes from negative to positive again is determined. It is determined whether it is a third pattern in which the output voltage Vs remains negative or positive while changing from positive or negative to negative or positive, or a fourth pattern in which the output voltage Vs remains negative.
第1パターンの場合には、U相巻線24Uに短絡は発生していないと判定し、当該判定結果を表示装置12に送信する。第2パターンの場合には、負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値と閾値Vsref1とを比較する処理を実行する。ここで、閾値Vsref1は、U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間に短絡が発生している場合に、当該短絡の発生個所を決定するために設定される値であり、本実施の形態では、予め実験などによって求めておき、ROM72に記憶しておく構成とした。閾値Vsref1は、本発明における「第2閾値」に対応する実施構成の一例である。
In the case of the first pattern, it is determined that the U-phase winding 24U is not short-circuited, and the determination result is transmitted to the
負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値と閾値Vsref1との比較の結果、閾値Vsref1以上であると判定された出力電圧Vsが存在する場合には、最初に閾値Vsref1以上であると判定された出力電圧Vsの計測位置ti(i=0~L)において、U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間に短絡が発生していると判定し、当該判定結果を表示装置12に送信する。As a result of comparing the absolute value of the output voltage Vs to which negative information is added and the threshold Vsref1, if there is an output voltage Vs determined to be equal to or greater than the threshold Vsref1, it is first determined to be equal to or greater than the threshold Vsref1. At the measurement position t i (i=0 to L) of the output voltage Vs, the winding adjacent in the direction of the axis CL2 of the U-phase winding 24U (the direction of the axis CL2 of the
また、出力電圧Vsの変化態様が第3パターンであると判定された場合には、正または負から負または正に変化した出力電圧Vsの計測位置ti(i=0~L)が、ティース22bの端部(ティース22の延出端部あるいはティース22の固定子22への接続部側の端部)、即ち、計測位置t0あるいは計測位置tLであるか否かの判定を行う。正または負から負または正に変化した出力電圧Vsの計測位置ti(i=0~L)が計測位置t0,tLでない場合には、出力電圧Vsが正から負に変化する態様であれば、最初に負の情報が付加された出力電圧Vsの計測位置ti(i=0~L)において、U相巻線24Uの層間に短絡が発生していると判定し、出力電圧Vsが負から正に変化する態様であれば、出力電圧Vsが負から正に転じる直前の負の情報が付加された出力電圧Vsの計測位置ti(i=0~L)において、U相巻線24Uの層間に短絡が発生していると判定して、当該判定結果を表示装置12に送信する。Further, when it is determined that the change mode of the output voltage Vs is the third pattern, the measurement position t i (i=0 to L) of the output voltage Vs changed from positive or negative to negative or positive is the tooth It is determined whether or not the end of 22b (extending end of
一方、正または負から負または正に変化した出力電圧Vsの計測位置ti(i=0~L)が計測位置t0,tLである場合には、負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2以上であるか否か、あるいは、正の情報が付加された出力電圧Vsのピーク値と負の情報が付加された出力電圧Vsのピーク値との差を、正の情報が付加された出力電圧Vsのピーク値の計測位置ti(i=0~L)と負の情報が付加された出力電圧Vsのピーク値の計測位置ti(i=0~L)との差で除して算出した変化割合CRの絶対値が基準変化割合BCR以上であるか否かの判定を行う。ここで、閾値Vsref2および基準変化割合BCRは、U相巻線24Uが軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間で短絡が発生しているのか、あるいは、U相巻線24Uが層間で短絡が発生しているのかを判定するために設定される値であり、本実施の形態では、予め実験などによって求めておき、ROM72に記憶しておく構成とした。閾値Vsref2は、本発明における「閾値」に対応する実施構成の一例である。On the other hand, when the measurement positions t i (i=0 to L) of the output voltage Vs changed from positive or negative to negative or positive are the measurement positions t 0 and t L , the output voltage to which negative information is added Whether or not the absolute value of Vs is equal to or greater than the threshold value Vsref2, or the difference between the peak value of the output voltage Vs to which positive information is added and the peak value of the output voltage Vs to which negative information is added is determined as a positive value. measurement position t i (i=0 to L) of the peak value of the output voltage Vs to which information is added and measurement position t i (i=0 to L) of the peak value of the output voltage Vs to which negative information is added ; It is determined whether or not the absolute value of the change rate CR calculated by dividing by the difference is greater than or equal to the reference change rate BCR. Here, the threshold Vsref2 and the reference rate of change BCR are determined when a short circuit occurs between windings adjacent to the U-phase winding 24U in the direction of the axis CL2 (the direction of the axis CL2 of the
負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2以上、あるいは、変化割合CRの絶対値が基準変化割合BCR以上であれば、計測位置t0,tLにおいて、U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間に短絡が発生していると判定し、当該判定結果を表示装置12に送信する。一方、負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2未満、あるいは、変化割合CRの絶対値が基準変化割合BCR未満であれば、計測位置t0,tLにおいて、U相巻線24Uの層間に短絡が発生していると判定し、当該判定結果を表示装置12に送信する。If the absolute value of the output voltage Vs to which negative information is added is equal to or greater than the threshold value Vsref2, or if the absolute value of the change rate CR is equal to or greater than the reference change rate BCR, then at the measurement positions t 0 and t L , the U-phase winding 24U (the direction of the axis CL2 of the
さらに、出力電圧Vsの変化態様が第4パターンであると判定された場合には、U相巻線24Uの層間に短絡が発生していると判定し、当該判定結果を表示装置12に送信する。正負の情報が付加された各計測位置ti(i=0~L)毎の出力電圧Vsの変化態様(第1、第2、第3および第4パターン)に基づきU相巻線24Uに発生している短絡の態様、即ち、U相巻線24Uの軸線CL2方向に隣接する巻線間に短絡が発生しているのか、あるいは、当該巻線の層間に短絡が発生しているのかを判定するCPU70は、本発明における「プロセッサ」に対応する実施構成の一例である。Furthermore, when it is determined that the change mode of the output voltage Vs is the fourth pattern, it is determined that a short circuit has occurred between the layers of the U-phase winding 24U, and the determination result is transmitted to the
次に、本実施の形態に係る本発明の巻線短絡診断装置1を用いて上述した第1、第2、第3および第4パターンの短絡発生の診断を行った実験結果について図11ないし図26を参照しながら説明する。当該実験では、長さ60mmの鉄の材質の直方体の長手方向の両端を5mmだけ残して長手方向の中央50mmの範囲に巻線を二層巻いたソレノイドコイルを用い、当該ソレノイドコイルの長手方向の一端(以下、「測定開始点」という)にサーチコイル62が配置されるように磁界センサ6を設置して、磁界センサ6をソレノイドコイルの軸線方向(直方体の長手方向)に2mm(巻線の中心間距離)ずつずらしながら、ソレノイドコイルの長手方向の他端(以下、「測定終了点」という)まで測定点を変えて磁界を計測した。
Next, FIG. 11 to FIG. 11 show experimental results of diagnosing the occurrence of short circuits in the above-described first, second, third and fourth patterns using the winding short circuit
なお、当該実験では、短絡を有さない2層巻線構造のソレノイドコイルSLC1(図11および図19)、測定開始点から30mmの箇所(計測位置t30、図12および図20)においてソレノイドコイルの長手方向に隣接する巻線間に短絡を発生させた2層巻線構造のソレノイドコイルSLC2、測定開始点(計測位置t0、図13および図21)においてソレノイドコイルの長手方向に隣接する巻線間に短絡を発生させた2層巻線構造のソレノイドコイルSLC3、測定終了点(計測位置t50、図14および図22)においてソレノイドコイルの長手方向に隣接する巻線間に短絡を発生させた2層巻線構造のソレノイドコイルSLC4、測定開始点から37mmの箇所(図15および図23)において巻線の層間に短絡を発生させた2層巻線構造のソレノイドコイルSLC5、測定終了点(図16、図17、図24および図25)において巻線の層間に短絡を発生させた2層巻線構造のソレノイドコイルSLC6,SCL7(ソレノイドコイルSCL6とソレノイドコイルSCL7とは短絡箇所は同じで、測定開始値を異ならせている)、および、測定開始点(計測位置t0、図18および図26)において巻線の層間に短絡を発生させた3層巻線構造のソレノイドコイルSLC8を用いるものとした。なお、ソレノイドコイルの端子間には、約70mAの交流電流ACIを通電するものとした(このときの周波数は1kHzである)。In this experiment, the solenoid coil SLC1 (FIGS. 11 and 19) having a two-layer winding structure without a short circuit, and the solenoid coil at a
ソレノイドコイルSLC1(図19参照)では、図11に示すように、計測位置t0(測定開始点)から計測位置t50(測定終了点)までの全範囲で、出力電圧Vsは正の値を示した。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第1パターンの場合であれば、巻線に短絡は発生していないと判定することができることを確認できた。In the solenoid coil SLC1 (see FIG. 19), as shown in FIG. 11, the output voltage Vs is a positive value over the entire range from the measurement position t0 (measurement start point) to the measurement position t50 (measurement end point). Indicated. As a result, it was confirmed that if the change mode of the output voltage Vs was the first pattern, it could be determined that a short circuit did not occur in the windings.
ソレノイドコイルSLC2(図20参照)では、図12に示すように、計測位置t28(測定開始点から28mmの箇所)から出力電圧Vsが負となり、計測位置t34(測定開始点から34mmの箇所)から出力電圧Vsが再び正となっている。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第2パターンの場合であれば、巻線の長手方向に隣接する巻線間に短絡が発生していると判定することができることを確認できた。なお、出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref1以上となった計測位置t30(測定開始点から30mmの箇所)において、短絡が発生していることを特定することができることも確認できた。In the solenoid coil SLC2 (see FIG. 20), as shown in FIG. 12, the output voltage Vs becomes negative from the measurement position t 28 (28 mm from the measurement start point), and the measurement position t 34 (34 mm from the measurement start point) becomes negative. ), the output voltage Vs becomes positive again. As a result, it was confirmed that if the change mode of the output voltage Vs was the second pattern, it could be determined that a short circuit had occurred between the windings adjacent in the longitudinal direction of the windings. It was also confirmed that the occurrence of a short circuit could be identified at the measurement position t30 ( 30 mm from the measurement start point) where the absolute value of the output voltage Vs was equal to or greater than the threshold Vsref1.
ソレノイドコイルSLC3(図21参照)では、図13に示すように、計測位置t0(測定開始点)において出力電圧Vsが負となっており、計測位置t4(測定開始点から4mmの箇所)において出力電圧Vsが正に転じて、計測位置t50(測定終了点)まで出力電圧Vsは正のまま推移している。ここで、計測位置t0(測定開始点)における出力電圧Vsの絶対値は、閾値Vsref2(図13の一点鎖線)以上となっている。また、出力電圧Vsのうちの正のピーク値と負のピーク値とを結ぶ直線(図13の二点鎖線)の傾きの絶対値(出力電圧Vsの変化割合CR)が基準変化割合BCR(図13の実線)以上となっている。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第3パターンの場合であって、短絡がティース22bの端部(ティース22bの延出端部あるいはティース22bの固定子22への接続部側の端部)において生じている場合には、出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2以上であるか、あるいは、出力電圧Vsの変化割合CRが基準変化割合BCR以上であれば、ティース22bの長手方向に隣接する巻線間に短絡が発生していると判定することができることを確認できた。なお、出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref1(図13の破線)以上となった計測位置t0(測定開始点)において、短絡が発生していることを特定することができることも確認できた。In the solenoid coil SLC3 (see FIG. 21), as shown in FIG. 13, the output voltage Vs is negative at the measurement position t 0 (measurement start point), and at the measurement position t 4 (a
ソレノイドコイルSLC4(図22参照)では、図14に示すように、計測位置t48(測定開始点から48mmの箇所)において出力電圧Vsが負に転じ、計測位置t50(測定終了点)に至るまで出力電圧Vsは負のまま推移している。なお、計測位置t50(測定終了点)において出力電圧Vsの絶対値が、閾値Vsref2(図14の一点鎖線)以上となっている。また、出力電圧Vsのうちの正のピーク値と負のピーク値とを結ぶ直線(図14の二点鎖線)の傾きの絶対値(出力電圧Vsの変化割合CR)が基準変化割合BCR(図14の実線)以上となっている。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第3パターンの場合であって、短絡がティース22bの端部(ティース22bの延出端部あるいはティース22bの固定子22への接続部側の端部)において発生している場合には、出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2以上であるか、あるいは、出力電圧Vsの変化割合CRが基準変化割合BCR以上であれば、ティース22bの長手方向に隣接する巻線間に短絡が発生していると判定することができることを確認できた。なお、出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref1(図14の破線)以上となった計測位置t50(測定終了点)において短絡が発生していることを特定することができることも確認できた。In the solenoid coil SLC4 (see FIG. 22), as shown in FIG. 14, the output voltage Vs turns negative at the measurement position t48 (a point 48 mm from the measurement start point) and reaches the measurement position t50 (measurement end point). Until then, the output voltage Vs remains negative. Note that the absolute value of the output voltage Vs at the measurement position t 50 (measurement end point) is equal to or greater than the threshold Vsref2 (one-dot chain line in FIG. 14). In addition, the absolute value of the slope of the straight line connecting the positive peak value and the negative peak value of the output voltage Vs (the two-dot chain line in FIG. 14) (change rate CR of the output voltage Vs) is the reference change rate BCR (see FIG. 14). 14 solid line). As a result, when the change mode of the output voltage Vs is the third pattern, the short circuit occurs at the end of the
ソレノイドコイルSLC5(図23参照)では、図15に示すように、計測位置t38(測定開始点から38mmの箇所)において出力電圧Vsが負に転じ、計測位置t50(測定終了点)に至るまで出力電圧Vsは負のまま推移している。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第3パターンの場合であって、短絡がティース22bの端部以外、即ち、計測位置t0,t50(測定終了点)以外において発生している場合であれば、巻線の層間に短絡が発生していると判定することができることを確認できた。なお、出力電圧Vsが正から負に転じた計測位置t38(測定開始点から38mmの箇所)において、短絡が発生していることを特定することができることも確認できた。In the solenoid coil SLC5 (see FIG. 23), as shown in FIG. 15, the output voltage Vs turns negative at the measurement position t38 ( 38 mm from the measurement start point) and reaches the measurement position t50 (measurement end point). Until then, the output voltage Vs remains negative. As a result, even if the change mode of the output voltage Vs is the third pattern, and the short circuit occurs at a position other than the end of the
ソレノイドコイルSLC6(図24参照)では、図16に示すように、計測位置t50(測定開始点から50mmの箇所)において出力電圧Vsが負に転じている。なお、計測位置t50(測定終了点)において出力電圧Vsの絶対値が、閾値Vsref2(図16の一点鎖線)未満となっている。また、出力電圧Vsのうちの正のピーク値と負のピーク値とを結ぶ直線(図16の二点鎖線)の傾きの絶対値(出力電圧Vsの変化割合CR)が基準変化割合BCR(図16の実線)未満となっている。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第3パターンの場合であって、短絡がティース22bの端部(ティース22bの延出端部あるいはティース22bの固定子22への接続部側の端部)において発生している場合には、出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2未満であるか、あるいは、出力電圧Vsの変化割合CRが基準変化割合BCR未満であれば、巻線の層間に短絡が発生していると判定することができることを確認できた。なお、出力電圧Vsが正から負に転じた計測位置t50(測定終了点)において短絡が発生していることを特定することができることも確認できた。In the solenoid coil SLC6 (see FIG. 24), as shown in FIG. 16, the output voltage Vs turns negative at the measurement position t50 ( 50 mm from the measurement start point). Note that the absolute value of the output voltage Vs is less than the threshold Vsref2 (chain line in FIG. 16) at the measurement position t50 (measurement end point). In addition, the absolute value of the slope of the straight line connecting the positive peak value and the negative peak value of the output voltage Vs (the two-dot chain line in FIG. 16) (change rate CR of the output voltage Vs) is the reference change rate BCR (see FIG. 16). 16 solid line). As a result, when the change mode of the output voltage Vs is the third pattern, the short circuit occurs at the end of the
ソレノイドコイルSLC7は、図25に示すように、基本的には、ソレノイドコイルSLC6と同じ箇所で短絡を発生させているが、測定開始点および測定終了点がソレノイドコイルSLC6とは逆となっている。即ち、ソレノイドコイルSLC7では、測定開始点が計測位置t50となっており、測定終了点が計測位置0となっている。ソレノイドコイルSLC7では、図17に示すように、計測位置t50(測定開始点)において出力電圧Vsが負を示し、その後、測定位置t48(測定開始点から2mmの箇所)において出力電圧Vsが正に転じて、以降、出力電圧Vsは測定位置t0(測定終了点)まで正のまま推移している。ここで、計測位置t50(測定開始点)において出力電圧Vsの絶対値が、閾値Vsref2(図17の一点鎖線)未満となっている。また、出力電圧Vsのうちの正のピーク値と負のピーク値とを結ぶ直線(図17の二点鎖線)の傾きの絶対値(出力電圧Vsの変化割合CR)が基準変化割合BCR(図17の実線)未満となっている。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第3パターンの場合であって、短絡がティース22bの端部(ティース22bの延出端部あるいはティース22bの固定子22への接続部側の端部)において発生している場合には、出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2未満であるか、あるいは、出力電圧Vsの変化割合CRが基準変化割合BCR未満であれば、巻線の層間に短絡が発生していると判定することができることを確認できた。なお、出力電圧Vsが正から負に転じた計測位置t50(測定開始点)において短絡が発生していることを特定することができることも確認できた。As shown in FIG. 25, the solenoid coil SLC7 basically causes a short circuit at the same place as the solenoid coil SLC6, but the measurement start point and the measurement end point are opposite to those of the solenoid coil SLC6. . That is, in the solenoid coil SLC7, the measurement start point is the measurement position t50 , and the measurement end point is the measurement position 0 . In the solenoid coil SLC7, as shown in FIG. 17, the output voltage Vs is negative at the measurement position t50 (measurement start point), and thereafter, the output voltage Vs is negative at the measurement position t48 (2 mm from the measurement start point). After turning positive, the output voltage Vs remains positive until the measurement position t 0 (measurement end point). Here, the absolute value of the output voltage Vs at the measurement position t 50 (measurement start point) is less than the threshold Vsref2 (one-dot chain line in FIG. 17). In addition, the absolute value of the slope of the straight line connecting the positive peak value and the negative peak value of the output voltage Vs (the two-dot chain line in FIG. 17) (change rate CR of the output voltage Vs) is the reference change rate BCR (see FIG. 17). 17 solid line). As a result, when the change mode of the output voltage Vs is the third pattern, the short circuit occurs at the end of the
ソレノイドコイルSLC8は、図26に示すように、ソレノイドコイルSLC1~7とは異なり、3層の巻線構造となっている(ソレノイドコイルSLC1~7は2層の巻線構造)。ソレノイドコイルSLC8(図26参照)では、図18に示すように、計測位置t0(測定開始点)から計測位置t50(測定終了点)までの全範囲で、出力電圧Vsは負の値を示した。この結果、出力電圧Vsの変化態様が第4パターンの場合であれば、巻線の層間に短絡が発生していると判定することができることを確認できた。なお、この場合、短絡の発生箇所については特定できない。As shown in FIG. 26, unlike the solenoid coils SLC1-7, the solenoid coil SLC8 has a three-layer winding structure (the solenoid coils SLC1-7 have a two-layer winding structure). In the solenoid coil SLC8 (see FIG. 26), as shown in FIG. 18, the output voltage Vs has a negative value over the entire range from the measurement position t0 (measurement start point) to the measurement position t50 (measurement end point). Indicated. As a result, it was confirmed that if the change mode of the output voltage Vs is the fourth pattern, it can be determined that a short circuit has occurred between the winding layers. In this case, it is not possible to identify the location of the short circuit.
以上説明した本実施の形態に係る本発明の巻線短絡診断装置1によれば、ティース22b毎に巻かれた三相巻線24U,24V,24Wに生じる磁界を当該ティース22bの延出方向に沿って所定間隔d毎に計測すると共に、三相巻線24U,24V,24Wに流れる交流電流ACIと計測位置ti(i=0~L)毎の出力電圧Vsとの位相差を比較して磁界センサ6(サーチコイル62)により計測される磁界の向きを決定し、当該磁界の向きを考慮した出力電圧Vsの変化態様がパターン1ないし4のいずれに該当するのかによって、三相巻線24U,24V,24Wにティース22bの延出方向に隣接する巻線間において短絡が発生しているのか、あるいは、層間において短絡が発生しているのかを判定する構成であるため、ティース22bに巻かれた三相巻線24U,24V,24Wがどのような態様で短絡しているのかを特定することができる。これにより、短絡が発生しやすい傾向にある態様情報を取得し得るため、当該情報を設計段階へフィードバックすることによって、巻線の巻き方や巻線を巻くためのティースの構造などについての対策を施すことができる。この結果、電動機2や発電機といった回転機の短絡発生割合を低下させることにつながり、品質向上に寄与し得る。According to the winding short-
本実施の形態では、コイルを数ターンから数十ターン程度巻いた1つのサーチコイル62を有す磁界センサ6を、計測位置t0から計測位置tLまで軸線CL2の延在方向に沿って移動しながら各計測位置ti(i=0~L)での磁界(出力電圧Vs)を計測する構成としたが、これに限らない。例えば、図27に例示する変形例の磁界センサ106に示すように、磁界センサ106がコイルを数ターンから数十ターン程度巻いたサーチコイル62を有し、当該サーチコイル62を各計測位置ti(i=0~L)毎に配置して、一度に各計測位置ti(i=0~L)での磁界(出力電圧Vs)を計測する構成としても良い。当該構成によれば、サーチコイル62を移動させる時間を省略することができるため、計測時間の短縮および計測の簡略化を図ることができる。In this embodiment, the
本実施の形態では、交流電流ACIと出力電圧Vsとの位相差を比較し、当該位相差に基づき磁界の向きを決定する構成としたが、これに限らない。例えば、磁界の向きを決定するにあたり、交流電圧と出力電圧Vsとの位相差を比較し、当該位相差に基づき磁界の向きを決定する構成としても良い。 In the present embodiment, the phase difference between the AC current ACI and the output voltage Vs is compared and the direction of the magnetic field is determined based on the phase difference, but the present invention is not limited to this. For example, in determining the direction of the magnetic field, the phase difference between the AC voltage and the output voltage Vs may be compared, and the direction of the magnetic field may be determined based on the phase difference.
本実施の形態では、ティース22bの根元部(ティース22bのヨーク22aへの接続端部)からティース22bの先端部(固定子22の中心寄りの端部)に向かって磁界の強さを測定すると共に、磁界の方向を決定する処理を行う構成としたが、これに限らない。例えば、本実施の形態とは逆に、ティース22bの先端部(固定子22の中心寄りの端部)からティース22bの根元部(ティース22bのヨーク22aへの接続端部)に向かって磁界の強さを測定すると共に、磁界の方向を決定する処理を行う構成としても良い。
In the present embodiment, the strength of the magnetic field is measured from the root portion of the
本実施の形態では、出力電圧Vsの変化態様が第3パターンの場合であって、短絡がティース22bの端部(ティース22の延出端部あるいはティース22の固定子22への接続部側の端部)にて生じている場合には、負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2以上であるか否か、および、出力電圧Vsの変化割合CRの絶対値が基準変化割合BCR以上であるか否か、の両方の判定を行う構成としたが、これに限らない。例えば、負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2以上であるか否か、あるいは、出力電圧Vsの変化割合CRの絶対値が基準変化割合BCR以上であるか否か、の一方のみを判定する構成としても良い。また、負の情報が付加された出力電圧Vsの絶対値が閾値Vsref2以上であるか否か、および、出力電圧Vsの変化割合CRの絶対値が基準変化割合BCR以上であるか否か、の両方の判定を行う場合、両方が「可」の場合のみ、U相巻線24Uの軸線CL2方向(ティース22bの軸線CL2方向、あるいは、ティース22bの延出方向)に隣接する巻線間に短絡が発生していると判定し、両方が「否」であれば、U相巻線24Uの層間に短絡が発生していると判定する構成としても良い。
In the present embodiment, the change mode of the output voltage Vs is the third pattern, and the short circuit occurs at the end of the
本実施の形態では、電圧発振部4によってU-V相間、V-W相間、W-U相間それぞれに印加する交流電圧の周波数を1kHzに設定したが、これに限らない。電圧発振部4によってU-V相間、V-W相間、W-U相間それぞれに印加する交流電圧の周波数は、商用交流電源の周波数60Hz(あるいは50Hz)よりも高い周波数であれば周波数は如何なる値であっても良い。
In the present embodiment, the frequency of the AC voltage applied between the UV phase, the VW phase, and the WU phase by the
本実施の形態では、電圧発振部4によってU-V相間、V-W相間、W-U相間それぞれに印加する交流電圧を200ボルト以下に設定したが、これに限らない。
In the present embodiment, the AC voltage applied between the UV phase, the VW phase, and the WU phase by the
本実施の形態では、サーチコイル62を移動させる間隔である所定間隔dを各三相巻線24U,24V,24Wを構成するコイルの中心間距離にほぼ等しい値に設定する構成としたが、これに限らない。
In the present embodiment, the predetermined interval d, which is the interval at which the
本実施の形態では、三相巻線24U,24V,24Wが直接巻回されたティース22bを有する固定子22における当該三相巻線24U,24V,24Wの短絡を診断する構成としたが、これに限らない。例えば、三相巻線24U,24V,24Wが直接巻回されたスロットを有する回転子32における当該三相巻線24U,24V,24Wの短絡を診断する構成としても良い。この場合、電動機2から固定子22を取り外して、回転子32のみとした状態で、三相巻線24U,24V,24Wの短絡を診断を行う構成とすれば良い。
In the present embodiment, the
本実施の形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。なお、本実施形態の各構成要素と本発明の各構成要素の対応関係を以下に示す。 This embodiment shows an example of a form for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the configuration of this embodiment. In addition, the corresponding relationship between each component of this embodiment and each component of the present invention is shown below.
1 巻線短絡診断装置(巻線短絡診断装置)
2 電動機(回転機)
4 電圧発振部(電圧発振部)
6 磁界センサ(磁界センサ)
8 A/D変換部
10 診断部
22 固定子(固定子)
22a ヨーク
22b ティース(ティース)
24U U相巻線(巻線)
24Us 閉ループ
24V V相巻線(巻線)
24W W相巻線(巻線)
26 接続端子
32 回転子(回転子)
62 サーチコイル(サーチコイル)
64 増幅器
70 CPU(プロセッサ)
72 ROM
74 RAM(メモリ)
106 磁界センサ(磁界センサ)
ACI 交流電流(交流電流)
L1 信号線
L2 信号線
L3 信号線
L4 信号線
Vs 出力電圧(出力電圧)
CL1 軸線
CL2 軸線
H0 磁界の強さ
Hs 磁界の強さ
Is 電流
S 短絡
t0 計測位置
tL 計測位置
ti 計測位置
d 所定間隔
h 所定距離
Vsref1 閾値(第2閾値)
Vsref2 閾値(閾値)
SLC1 ソレノイドコイル
SLC2 ソレノイドコイル
SLC3 ソレノイドコイル
SLC4 ソレノイドコイル
SLC5 ソレノイドコイル
SLC6 ソレノイドコイル
SLC7 ソレノイドコイル
SLC8 ソレノイドコイル1 Winding short-circuit diagnostic device (winding short-circuit diagnostic device)
2 Electric motor (rotating machine)
4 Voltage oscillator (voltage oscillator)
6 magnetic field sensor (magnetic field sensor)
8 A/
24U U-phase winding (winding)
24Us closed
24W W-phase winding (winding)
26
62 search coil (search coil)
64
72 ROMs
74 RAM (memory)
106 magnetic field sensor (magnetic field sensor)
ACI alternating current (alternating current)
L1 signal line L2 signal line L3 signal line L4 signal line Vs output voltage (output voltage)
CL1 axis CL2 axis H 0 magnetic field strength H s magnetic field strength I s current S Short circuit t 0 measurement position t L measurement position t i measurement position d predetermined interval h predetermined distance Vsref1 threshold (second threshold)
Vsref2 threshold (threshold)
SLC1 solenoid coil SLC2 solenoid coil SLC3 solenoid coil SLC4 solenoid coil SLC5 solenoid coil SLC6 solenoid coil SLC7 solenoid coil SLC8 solenoid coil
Claims (10)
前記巻線の端子間に交流電圧を印加するよう構成された電圧発振部と、
前記交流電圧の印加に応じて前記ティース毎に巻かれた前記巻線に生じる磁界の強さを前記ティースの延出方向に沿って所定間隔毎に計測する磁界センサと、
前記交流電圧または該交流電圧に起因して前記巻線に流れる交流電流と、前記磁界の強さと、を記憶するメモリと、
前記交流電圧または前記交流電流と前記磁界の強さとに基づいて前記メモリに記憶された前記磁界の向きを計測位置毎に決定すると共に、決定した該磁界の向きの全てが第1方向である第1パターンの場合には、前記巻線には短絡が発生していないと判定し、前記磁界の向きが前記第1方向から該第1方向とは反対方向である第2方向に変化した後、該第2方向から前記第1方向に変化する第2パターンの場合には、前記ティースの前記延出方向に隣接する前記巻線間において短絡が発生したと判定し、前記磁界の向きが前記第1方向または前記第2方向から前記第2方向または前記第1に変化した後、該第2方向または該第1方向のまま推移する第3パターンの場合、および、前記磁界の向きの全てが第2方向である第4パターンの場合には、前記巻線の層間において短絡が発生したと判定するプロセッサと、
を備える巻線短絡診断装置。A winding short-circuit diagnosis device for diagnosing a winding short circuit in a stator or rotor of a rotating machine in which concentrated winding is applied to a plurality of teeth arranged at approximately equal intervals in the circumferential direction,
a voltage oscillator configured to apply an alternating voltage between terminals of the winding;
a magnetic field sensor that measures the strength of the magnetic field generated in the winding wound for each tooth in response to the application of the AC voltage at predetermined intervals along the extending direction of the tooth;
a memory for storing the alternating voltage or the alternating current flowing in the winding caused by the alternating voltage and the strength of the magnetic field;
The direction of the magnetic field stored in the memory is determined for each measurement position based on the alternating voltage or the alternating current and the intensity of the magnetic field, and all of the determined directions of the magnetic field are in the first direction. In the case of pattern 1, it is determined that a short circuit has not occurred in the winding, and after the direction of the magnetic field changes from the first direction to the second direction opposite to the first direction, In the case of the second pattern changing from the second direction to the first direction, it is determined that a short circuit has occurred between the windings adjacent to the extending direction of the teeth, and the direction of the magnetic field is changed to the first direction. In the case of a third pattern in which the second direction or the first direction remains after changing from the one direction or the second direction to the second direction or the first direction, and all the directions of the magnetic fields are in the first direction a processor that determines that a short circuit has occurred between layers of the winding in the case of a fourth pattern that is two directions;
A winding short circuit diagnostic device comprising:
請求項1に記載の巻線短絡診断装置。The processor determines that, in the case of the third pattern, a change in the orientation of the magnetic field from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction is the extension direction of the teeth. If so, comparing the strength of the magnetic field in the second direction with a threshold, and if the strength of the magnetic field is greater than or equal to the threshold and/or the orientation of the magnetic field is in the first direction. comparing the absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field when changing from the one direction or the second direction to the second direction or the first direction with a reference rate of change, wherein the absolute value of the rate of change is If it is equal to or greater than the reference rate of change, it is determined that a short circuit has occurred between the windings adjacent in the longitudinal direction of the teeth, and if the strength of the magnetic field is less than the threshold value and/or the change 2. The winding short circuit diagnosis device according to claim 1, wherein when the absolute value of the ratio is less than the reference change ratio, it is determined that a short circuit has occurred between layers of the winding.
前記プロセッサは、前記巻線の層間において短絡が発生していると判定した場合、前記磁界の向きが最初に前記第2方向となった前記計測位置において前記巻線に短絡が発生していると判定する
請求項1または2に記載の巻線短絡診断装置。The memory can store the strength of the magnetic field in association with the measurement position,
When the processor determines that a short circuit has occurred between layers of the winding, the processor determines that the short circuit has occurred in the winding at the measurement position where the direction of the magnetic field first becomes the second direction. The winding short-circuit diagnosis device according to claim 1 or 2.
前記プロセッサは、前記ティースの長手向に隣接する前記巻線間において短絡が発生していると判定した場合、前記第2方向の前記磁界の強さと第2閾値とを比較し、最初に前記第2閾値以上であると判定された前記磁界の強さに紐づけされた前記計測位置において前記巻線に短絡が発生していると判定する
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の巻線短絡診断装置。The memory can store the strength of the magnetic field in association with the measurement position,
When the processor determines that a short circuit has occurred between the windings adjacent to each other in the longitudinal direction of the tooth, the processor compares the strength of the magnetic field in the second direction with a second threshold, and first 4. The winding according to any one of claims 1 to 3, wherein it is determined that a short circuit has occurred in the winding at the measurement position linked to the strength of the magnetic field determined to be two or more thresholds. Line short circuit diagnostic device.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の巻線短絡診断装置。The winding short-circuit diagnosis device according to any one of claims 1 to 4, wherein the voltage oscillator applies an AC voltage having a frequency higher than a commercial frequency between terminals of the winding.
請求項1ないし5のいずれ1項に記載の巻線短絡診断装置。The winding short-circuit diagnostic device according to any one of claims 1 to 5, wherein the voltage oscillator applies an AC voltage of 200 volts or less between terminals of the winding.
請求項1ないし6のいずれ1項に記載の巻線短絡診断装置。The magnetic field sensor has a search coil for measuring the strength of the magnetic field, and when measuring the strength of the magnetic field, the axial direction of the search coil is the axial direction of the winding wound on the tooth. The winding short-circuit diagnosis device according to any one of claims 1 to 6, which is arranged so as to be parallel to the .
請求項1ないし7のいずれ1項に記載の巻線短絡診断装置。The magnetic field sensor has a search coil for measuring the strength of the magnetic field, and when measuring the strength of the magnetic field, a virtual The winding short-circuit diagnostic device according to any one of claims 1 to 7, wherein an axis of the search coil on a projection plane is arranged to overlap an axis of the winding wound around the tooth.
(a)前記ティース毎に巻かれた前記巻線の端子間に交流電圧を印加し、
(b)前記交流電圧の印加に応じて前記ティース毎に巻かれた前記巻線に生じる磁界の強さを、前記ティースの延出方向に沿って所定間隔毎に計測し、
(c)前記交流電圧または該交流電圧に起因して前記巻線に流れる交流電流と、計測された前記磁界の強さと、を記憶し、
(d)前記交流電圧または前記交流電流と、前記磁界の強さと、に基づいて、記憶された前記所定間隔毎の前記磁界の向きを決定し、
(e)決定した前記磁界の向きの全てが第1方向である第1パターンの場合には、前記巻線には短絡が発生していないと判定し、決定した前記磁界の向きが前記第1方向から該第1方向とは反対方向である第2方向に変化した後、該第2方向から前記第1方向に変化する第2パターンの場合には、前記ティースの前記延出方向に隣接する前記巻線間において短絡が発生していると判定し、決定した前記磁界の向きが前記第1方向から前記第2方向に変化した後、該第2方向のまま推移する第3パターンの場合、または、前記磁界の向きの全てが第2方向である第4パターンの場合には、前記巻線の層間において短絡が発生していると判定する
巻線短絡診断方法。
A winding short-circuit diagnosis method for diagnosing a short circuit of the winding in a stator or rotor of a rotating machine in which concentrated winding is applied to a plurality of teeth arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction,
(a) applying an alternating voltage between terminals of the winding wound for each tooth;
(b) measuring the strength of the magnetic field generated in the winding wound for each tooth in response to the application of the AC voltage at predetermined intervals along the extending direction of the tooth;
(c) storing the alternating voltage or the alternating current flowing through the winding due to the alternating voltage and the measured magnetic field strength;
(d) determining the orientation of the magnetic field at each of the predetermined intervals stored based on the alternating voltage or current and the strength of the magnetic field;
(e) In the case of a first pattern in which all of the determined directions of the magnetic field are in the first direction, it is determined that no short-circuit has occurred in the winding, and the determined direction of the magnetic field is the first direction. In the case of a second pattern that changes from one direction to a second direction opposite to the first direction and then changes from the second direction to the first direction, the teeth are adjacent to the extending direction of the teeth. It is determined that a short circuit has occurred between the windings, and after the direction of the determined magnetic field changes from the first direction to the second direction, a third pattern in which the direction remains in the second direction or in the case of a fourth pattern in which all directions of the magnetic field are in the second direction, it is determined that a short circuit has occurred between layers of the winding.
請求項9に記載の巻線短絡診断方法。The step (e) is for the third pattern, wherein a change in orientation of the magnetic field from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction causes the extension of the teeth. if it occurs at the end of the outgoing direction, comparing the strength of the magnetic field in the second direction with a threshold, and if the strength of the magnetic field is greater than or equal to the threshold and/or the orientation of the magnetic field; comparing the absolute value of the rate of change in the strength of the magnetic field when changing from the first direction or the second direction to the second direction or the first direction with a reference rate of change, and the absolute value of the rate of change If the value is equal to or greater than the reference rate of change, it is determined that a short circuit has occurred between the windings adjacent to each other in the longitudinal direction of the teeth, and if the strength of the magnetic field is less than the threshold, and/or 10. The winding short circuit diagnosis method according to claim 9, further comprising determining that a short circuit has occurred between layers of the winding when the absolute value of the rate of change is less than the reference rate of change.
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