JP4418320B2 - モータ巻線ターン間部分放電計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ駆動モータのモータ巻線ターン間の部分放電を計測するための計測装置に関する。

近年、エネルギーの高効率利用、省エネの観点からインバータを用いたモータの可変速運転が頻繁に行われている。また、半導体プロセス技術、インバータ実装技術、モータドライブ制御技術の進歩とともに、今後も優れたインバータが出現し、多くの機器に使用されると考えられる。しかしながら、モータではインバータ駆動に伴う急峻なサージ電圧が原因と考えられる絶縁劣化が懸念されるようになり、現象の解明と対策が必要になっている。

このような絶縁劣化現象は、例えば電気学会技術報告第７３９号に詳細に述べられている。中でもインバータ駆動モータに特有の現象としては、同技術報告ｐ.１４〜２０にあるように、モータの巻線ターン間に従来の商用周波駆動時に比し高電圧が分担される現象があり、この結果、巻線ターン間で部分放電が発生し、巻線ターン間の絶縁層が部分放電劣化、絶縁破壊し、モータが早期故障に至ることが懸念される。

したがって、インバータ駆動モータではインバータサージ電圧が加わった際にも巻線ターン間で部分放電が発生しないようにモータを絶縁設計、製造し、同時に出荷前には製品を検査し、不良品の出荷を防ぐ必要がある。同様に、インバータ駆動時に商用周波駆動時に比し課電電圧が高くなる異相間、巻線‐コア間についても、低圧モータでは耐放電劣化特性に乏しい材料が使用されることから、インバータサージ電圧が加わった際にも部分放電が発生しないようにモータを絶縁設計、製造し、同時に出荷前には製品を検査し、不良品の出荷を防ぐ必要がある。

従来のモータ巻線ターン間の部分放電計測に関しては、例えば、特開平８−１７０９７５号公報、特開平８−１２２３８８号公報、特開平９−２５７８６２号公報に記載されている。従来のモータ巻線ターン間の部分放電計測では、これらの公知例で述べられているように、モータの三相巻線の一相をサージ電源の高圧側に、他相をアース側に接続し、かつ、モータコアを浮動電位にしてサージ電圧を印加し、モータ巻線ターン間の部分放電を計測していた。すなわち、モータ巻線の巻き始め側から巻き終わり側に直列にサージ電圧が加わるようにし、巻線ターン間の部分放電を計測していた。また、サージ電圧には、特開平９−２５７８６２号公報に記載されているように、立ち上がり時間が０．１〜５μｓ、立ち下がり時間が５〜４０μｓ程度の一般的なインパルス試験電圧が用いられてきた。

一方、インバータ駆動時に商用周波駆動時に比し課電電圧が高くなる異相間、巻線‐コア間については、これまでインバータ駆動モータ用の明確な試験方法は無かった。

特開平８−１７０９７５号公報 特開平８−１２２３８８号公報 特開平９−２５７８６２号公報

しかしながら、モータに従来の方法でインパルス電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電計測したところ、インパルス電圧の急峻な立ち上がり部分だけでなく、電圧がピークに達した後の緩やかな電圧減衰部でも部分放電が観測された。前述の電気学会技術報告ｐ.１４〜２０では、急峻なサージ電圧ではモータ巻線ターン間に高電圧が分担されるが、変化が緩やかな電圧ではモータ巻線ターン間の電圧分担は低下すると報告されている。

一方、巻線ターン間以外の絶縁部、具体的にはモータの異相間やモータ巻線‐コア間の絶縁部には、サージ電圧が急峻であるかどうかに関わらず高電圧が印加される。これらのことから、インパルス電圧の減衰部で観測された部分放電はモータの異相間あるいは巻線‐コア間の部分放電と考えられ、従来の方法では少なくとも異相間あるいは巻線‐コア間で部分放電が発生し、モータの巻線ターン間の部分放電特性を正確に測定することができないことが明らかになった。そこで、次に他相の巻線を外し、被試験相の巻線の巻き始めと巻き終わりにインパルス電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を計測した。しかしながら、異相間の巻線を除去したにも関わらずインパルス電圧の緩やかな減衰部で部分放電が観測された。

すなわち、従来の方法では、他相の巻線を除去した状態で試験しても、巻線‐コア間で部分放電が発生し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定することができないことが明らかになった。以上のように、従来の方法ではモータ巻線ターン間の部分放電を正確に測定できず、モータを製造してもインバータ駆動時にモータの巻線ターン間で部分放電が発生するかどうか直接確認することができなかった。また、製造したモータの巻線ターン間で部分放電が発生するかどうか確認できないため、従来はインバータ駆動時に巻線ターン間で部分放電を発生させないためには、製造時の不具合や個々の製品特性のばらつきを考慮すると、必要以上に絶縁強化をしなければならない可能性があった。

一方、インバータ駆動時に商用周波駆動時に比し課電電圧が高くなる異相間、巻線‐コア間についても、これまで明確な試験方法が無かったため、同様の理由から必要以上に絶縁強化をしなければならない可能性があった。一般にモータ巻線が収納される固定子コアのスロットの大きさや、コイルエンド部の大きさは、巻線の占積率、製造時の機械劣化特性、コイルエンド寸法、整形性、磁気特性、熱特性、モータの電気機械出力特性の観点から、絶縁強化をした分だけ単純に寸法を大きくすることは困難である。この結果、従来はインバータ駆動に適したモータの最適絶縁設計、製作、検査、出荷ができず、省エネルギー、高効率小型機器、設備の実現が困難となる恐れがあった。

本発明の目的は、インバータ駆動時に部分放電劣化が懸念される絶縁個所の１つであるとともに、従来、測定ができなかったモータ巻線ターン間の部分放電特性を正確に測定する方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、これまで明確な試験方法が無かったインバータ駆動モータの巻線‐コア間、異相間の部分放電計測法についても明らかにするとともに、インバータ駆動時に各絶縁部で部分放電が発生しないインバータ駆動に適したモータを提供することにある。

種々のサージ電圧波形をモータに印加し、巻線ターン間、異層間、巻線‐コア間絶縁部の分担電圧および部分放電特性を測定、検討した結果、本発明の目的は以下の方法を用いることで達成できることが明らかになった。すなわち、巻線ターン間の部分放電を正確に測定するには、モータの被試験相の口出し部とモータコア間に、インバータ駆動時にモータ端で観測されるサージ電圧の立ち上がり時間trmに相当する立ち上がり時間trおよび立ち下がり時間tfを有するサージ電圧を印加する。具体的には、立ち上がり時間trおよび立ち下がり時間tfが、モータの巻線ターン間の電圧分担が顕著に増加し始める１．０μｓ以下であり、望ましくは６００Ｖあるいは１２００Ｖ級ＩＧＢＴで観測され、かつ、巻線ターン間の電圧分担が概ね飽和する０．１μｓ以下の立ち上がりと立ち下がり時間を有するサージ電圧を印加する。また、サージ電圧の立ち上がりと立ち下がりの間の時間、すなわち波高値が一定もしくは緩やかに変化する部分のパルス幅twは、被試験モータのインバータサージ電圧が問題となる巻線ターン間のサージ伝播時間τ以上とし、具体的に種々のモータを試験した結果、パルス幅は短くとも１μｓ以上、望ましくは１０μｓ以上とする。さらに、このサージ電圧は、最初の１発目のサージ電圧で発生する可能性がある巻線ターン間以外の部分放電を抑制し、かつ、部分放電統計遅れや形成遅れ時間に伴う部分放電開始電圧の測定誤差を無くすため５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚで繰り返す。部分放電電流の計測では、高圧側のサージ試験電圧印加ケーブルを高周波ＣＴや電流プローブなどの部分放電電流計測器に貫通させ、部分放電電流を計測することで達成できる。なお、被試験相の巻き終わり側、あるいは、被試験相の巻き終わり側が他相の巻線に接続されている場合には他相の巻線の口出しは、試験電源に接続しても、直接接地しても、抵抗、インダクタンス、コンデンサなどで接地しても、フロートにしても良い。

一方、インバータ駆動時にも各モータ絶縁部で部分放電が発生しないインバータ駆動に適したモータは、次の絶縁設計、製造、検査、出荷方法によって得られる。すなわち、インバータ駆動モータの絶縁特性の検討、絶縁設計仕様の決定では、始めに、定格電圧、直流電圧、レベル数、サージ電圧変化量、サージ電圧立ち上がり時間、キャリア周波数などのインバータ仕様と、インバータ‐モータ間をケーブルで結びインバータ駆動した際のモータ端の異相間、巻線−コア間のピーク電圧、巻線−コア間のサージ電圧変化量、サージ電圧立ち上がり時間などのサージ電圧波形定数と、サージ電圧立ち上がり時間に対するモータ内巻線ターン間の電圧分布を測定あるいはシミュレーションで求める。これを基に、各絶縁部で部分放電が発生しない程度に電界を緩和するのに必要な絶縁物の絶縁厚さや空気を排除するのに適したワニスおよび注入、乾燥、硬化方法と、実機において要求される耐熱性、機械強度を満足する絶縁材料の候補を選出し、巻線ターン間、異相間、巻線‐コア間のモデル試料を製作する。製作した試料には、インバータ駆動時に各絶縁部に印加される電圧を模擬したパルス電圧を印加し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を計測する。得られた結果からインバータ駆動時にモータ各絶縁部に分担される電圧に対して部分放電が発生しない最適な絶縁構成を選定し、モータ試料を製作する。製作したモータでは、始めに巻線のＵＶＷＸＹＺを一括し、巻線‐コア間にパルス電圧もしくは正弦波商用周波電圧を印加し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。つづいて、モータがＹ型巻線の場合には中性点を切った状態で、Δ型巻線の場合にはΔ結線を切った状態で、Ｕ‐Ｘ／Ｖ‐Ｙ／Ｗ‐Ｚ巻線の異相間にパルス電圧もしくは正弦波商用周波電圧を印加し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。最後にＵ‐Ｘ、Ｖ‐Ｙ，Ｗ‐Ｚ巻線かあるいはこれらをＹ型もしくはΔ型に接続した巻線に対し、前述の本発明の巻線ターン間部分放電計測を実施する。なお、モータ試料における巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）は、部分放電発生時におけるモータ端巻線−コア間電圧の急峻電圧変化量とする。以上の方法で測定した巻線−コア間、異相間、巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を、インバータ駆動時のモータ端対地間（巻線‐コア間）、異相間電圧のピーク電圧および対地間（巻線‐コア間）急峻電圧変化量に安全率αを掛け合わせた電圧、すなわち目標電圧と比較し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が目標電圧に対し十分高い場合に本絶縁システムをインバータ駆動対応絶縁システムに採用することでインバータ対応モータの絶縁設計ができる。

一方、以上の方法で絶縁仕様検討、設計した製品は、さらに次の方法で製作、検査することで個々の製品についてもインバータ駆動対応絶縁システムとして製作できているかどうか確認し、出荷することができる。すなわち、はじめにモータ固定子コア用の電磁鋼板、ボビン、巻線用のエナメルやガラス、フィルム絶縁電線、巻線−コア間や異相間の絶縁フィルム、スペーサ、チューブ、テープ、バインド線、ワニスなどの材料を用意し、これらを用いてコイル巻線や固定子コアを製作する。製作したコイル巻線は、予め巻線‐コア間絶縁用のスロット絶縁が挿入された固定子コイルのスロットもしくは磁極に取り付け、固定子コアから外部に突き出た巻線同士が接触するコイルエンド部では異相間絶縁用のスペーサを挿入する。なお、固定子巻線を予め外装絶縁テープで覆いスロットに挿入する場合には、スロット絶縁は必ずしも必要ではない。固定子コアに挿入した複数のコイル巻線は直列あるいは並列に接続し、１相分のモータ巻線を組線する。さらにコイルエンド部では、モータ巻線が運転中に振動しないように耐熱性のバインド線などで固定する。製作したワニス処理前のモータでは、始めに巻線のＵＶＷＸＹＺを一括し、巻線‐コア間にパルス電圧もしくは正弦波商用周波電圧を印加し部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。つづいて、モータがＹ型巻線の場合中性点を切った状態で、Δ型巻線の場合、Δ結線を切った状態で、Ｕ‐Ｘ／Ｖ‐Ｙ／Ｗ‐Ｚ巻線の異相間にパルス電圧もしくは正弦波商用周波電圧を印加し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。最後にＵ‐Ｘ、Ｖ‐Ｙ，Ｗ‐Ｚ巻線かあるいはこれらをＹ型もしくはΔ型に接続した巻線に対し、前述の本発明の巻線ターン間部分放電計測を実施する。測定した巻線−コア間、異相間、巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）にはワニス処理に伴う部分放電開始電圧（ＣＳＶ）増加率βを掛け合わせ、これと前述の目標電圧を比較し、前者が後者に比し高い場合には、次のワニス処理工程に移る。逆に前者が後者に比し低い場合には、例えば、巻線‐コア間ではスロット絶縁から巻線が外れてコアに接触しているか、巻線に外装絶縁テープを施す場合にはラップ不良がある等の不具合があると考えられる。また、異相間ではコイルエンドに挿入した相間紙が十分挿入されていないか、正規の位置から外れている、あるいは破損しているなどの不具合があることが考えられる。巻線ターン間では、コイル製作時の引っ張り、曲げ等の応力で絶縁電線の絶縁層の厚みが変化し、傷が発生する、あるいは初期の絶縁電線の欠陥、例えばエナメルのピンホールが接触しているなどの不具合があることが考えられる。したがって、これらのモータでは、ワニス処理前に絶縁特性不良部を分解し、再度、絶縁加工する。

以上の方法で製作したモータ固定子には、例えば滴下、塗布、吹き付け、あるいは固定子巻線全体を浸漬することでワニス処理を実施する。ワニス処理したモータ巻線は所定の乾燥、硬化スケジュールで硬化せしめた後、炉から取り出す。ワニス処理後のモータは前述のワニス処理前のモータ巻線と同様に部分放電計測し、各絶縁部の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）と目標電圧を比較し、前者が後者に比し高い場合には、フレームに固定子を固定した後、回転子を組み合わせ、必要に応じて所定の電気、機械、熱、回転試験を実施した後、製品を出荷する。逆に部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が目標電圧に比し低い場合には、インバータ駆動モータとしては不合格とし、出荷を見合わせる。不合格品は再度ワニス処理をするなどの追加絶縁処理を施し再度部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定をするか、あるいは、例えば商用周波駆動で問題がなければ商用周波駆動モータとしてリサイクルすることで廃棄物の低減できる。以上の方法で特性を満足しないものに関しては製造不良品として廃棄する。

なお、以上の製造、検査方法において、ワニス処理前の段階で各絶縁部の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が目標電圧に比し十分高いか、あるいはワニス処理に伴う部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の向上倍率が１に比し十分大きくワニス処理で確実に部分放電開始電圧（ＣＳＶ）がインバータ駆動時の各絶縁部の課電電圧に比し高くなる場合には、ワニス処理後の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定の一部もしくは全てを省略することができる。あるいは、製造不良や絶縁材料の寸法ばらつきに伴う部分放電開始電圧（ＣＳＶ）のばらつきを考慮しても、ワニス処理で目標電圧をクリアできる場合には、ワニス処理前の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定の一部もしくは全てを省略することができる。

本発明によると、従来、測定ができなかったモータ巻線ターン間の部分放電特性を正確に測定することできる。また、同時に、インバータ駆動時にモータ各絶縁部で部分放電が発生しないインバータ駆動に適したモータを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１に、本発明によるモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例１を示す。本例のモータ巻線ターン間部分放電計測装置は、サージ電圧発生装置１、サージ電圧波形調整回路４、サージ電圧計測器８、９、１０、部分放電電流検出器３、解析表示装置７、及び、制御記録装置３０を有し、供試モータ２の巻線ターン間部分放電を計測する。尚、巻線ターン間部分放電とは、例えば、供試モータ２の１つの巻線の口出し２２とその巻線の任意ターン２６の間における部分放電のことである。

サージ電圧発生装置１は、交流‐直流変換器１１、直流平滑・過電流検出素子２０、２１、直流充電用コンデンサ１２、１３、及び、後段のサージ電圧波形調整回路４に上アーム１６の正電圧と下アーム１８の負電圧を供給するためのスイッチ１４、１５を有する。交流‐直流変換器１１は、通電時間が変えられるサイリスタなどの半導体素子で構成した三相あるいは単相交流全波回路もしくは半波整流回路で構成されており、半導体素子のゲート信号のＯＮ，ＯＦＦ時間を変えることにより、出力直流電圧の大きさを変化させることができる。直流平滑・過電流検出素子２０、２１は、リアクトルおよび抵抗で構成されており直流電圧に重畳したリップルや高周波ノイズを平滑化するとともに、電源側から負荷側に流れる電流を計測し、絶縁破壊、地絡などの負荷異常を検知する。整流した直流はコンデンサ１２、１３で蓄えられる。コンデンサ１２、１３の接続点１７は接地し、交流‐直流変換器１１で生成した直流電圧をＥとした場合、それぞれのコンデンサにはＥ／２の電圧が分担され、上アーム１６と下アーム１８の対地電圧はそれぞれＥ／２、‐Ｅ／２となる。制御記録装置３０からの制御信号は、高耐圧ドライバ回路１９によって直接もしくは電気‐光、光‐電気信号に変換され、スイッチ１４、１５のＯＮ、ＯＦＦを制御する。スイッチ１４、１５にはＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴ素子などの高速スイッチを使用できる。スイッチ１４と１５は、スイッチ１４がＯＮの間はスイッチ１５がＯＦＦとなり、スイッチ１４がＯＦＦの間はスイッチ１５がＯＮとなるプッシュプル型回路として制御され、サージ電圧発生装置１の出力２７は、図の右上に示した‐Ｅ／２とＥ／２を変化する対地サージ電圧となる。なお、実施例１ではサージ電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間は０．１μｓである。また、Ｅ／２の電圧部分のパルス幅は１μｓ〜２ｍｓまで変化させることができる。パルスの繰り返し周波数は５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚまで変化させることができ、対象とするインバータのキャリア周波数で試験することができる。一方、サージ電圧発生装置１のもう一方の出力２８は、‐Ｅ／２の一定電圧を出力する。

図１３はサージ電圧波形調整回路４の例を示す。サージ電圧波形調整回路４は、例えば、ＬＣＲフィルタ、ＲＣフィルタ、長尺ケーブル等で構成されており、サージ電圧発生装置１の出力２７で発せられた電圧波形をモータ巻線ターン間の部分放電試験に必要な波形にすることができる。すなわち、サージ電圧波形調整回路４をＬＣＲフィルタで構成した場合、サージ電圧発生装置１の出力波形１３１は、ＬＣＲフィルタの（√ＬＣ）の値およびダンピング抵抗Ｒの値が大きい場合には、電圧立ち上がり時間が緩やかな１３２の波形となり、（√ＬＣ）の値およびダンピング抵抗Ｒが小さい場合には高速ＬＣ共振振動波形となる。なお、後者の場合、簡易的にインバータ駆動モータのモータ端サージ電圧振動波形を模擬することができる。

一方、サージ電圧波形調整回路４をＲＣフィルタで構成した場合には、サージ電圧発生装置１の出力波形１３１は、コンデンサと抵抗の時定数で決まる充電特性に従った電圧立ち上がり特性１３４となる。

サージ電圧波形調整回路４を長尺ケーブルで構成した場合には、サージ電圧調整回路４の寸法が大きくなるが、実フィールドのインバータ駆動モータのモータ端サージ電圧振動波形を模擬することができる。長尺ケーブルには、実フィールドで使用されるシールド無しケーブルや、鉄管や平編線でシールドされたケーブル等を使用することができる。サージ電圧発生装置１の出力波形１３１は、シールドが無い場合１３５とシールドを有する場合１３６では異なるが、共に、共振波形となる。なお、サージ電圧波形調整回路４には、以上の波形調整回路をスルーするための分路も含まれており、サージ電圧発生装置１の出力波形をストレートに出力することもできる。

図１に戻る。サージ電圧波形調整回路４の出力５は、部分放電電流検出器３を介して、供試モータ２の３相巻線の内、２つの巻線の口出し２２、２３に接続される。また、部分放電電流検出器３において、それぞれの高圧接続線は、互いに逆方向に貫通している。それにより、サージ電圧の立ち上がりと立ち下がりの急峻電圧時間変化に伴いモータ巻線２２、２３の浮遊容量に同時に流れる充電電流をキャンセルし、かつ、被試験相の巻線の高圧印加側で発生する部分放電電流を高感度に検出することができる。一方、供試モータ２の３相巻線の内、他相の巻線の口出し２４はサージ電圧発生装置１の負極性一定電圧出力端子２８が接続される。なお、モータコア２５を接地することで、サージ電圧発生装置１の出力電圧が、被試験相２２、２３の巻線−コア間に印加される。モータの各絶縁部に加わる電圧は、サージ電圧計測器８、９、１０を接続することで計測でき、例えばサージ電圧波形調整回路４の出力５と、モータ被試験相の巻線の任意ターン２６とサージ電圧発生装置１の一定電圧出力端子２８の対地電圧を計測することができる。

解析表示装置７には、サージ電圧計測器８、９、１０と部分放電電流検出器３の出力が接続される。解析表示装置７内部では、サージ電圧計測器８、９、１０の出力電圧を演算することで、モータの巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間絶縁部に加わる電圧を表示、記録する。具体的には、実施例１では巻線ターン間電圧は、サージ電圧計測器８と９の出力の差電圧をアナログもしくはデジタル演算することで求められる。また、実施例１ではモータコア２５を接地しているので、巻線‐コア間電圧はサージ電圧計測器８の対地電圧と一致する。巻線２２、２３の相と巻線２４の相の異相間電圧は、サージ電圧計測器８と１０の出力の差電圧をアナログもしくはデジタル演算することで求められる。部分放電電流検出器３の出力は、解析表示装置７のアナログもしくはデジタルハイパスフィルタもしくはバンドパスフィルタに接続され、サージ電圧の立ち上がりと立ち下がりの急峻電圧時間変化に伴いモータ巻線２２、２３の浮遊容量に流れる充電電流を除去し、部分放電電流のみを表示し、記録することができる。ハイパスフィルタもしくはバンドパスフィルタのカットオフ周波数は、サージ電圧の立ち上がり、立ち下がり時間０．１μｓの逆数の１０ＭＨｚ以上が必要であり、３０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚ程度が望ましい。なお、前述のように、実施例１では、部分放電電流検出器３にモータ巻線２２、２３の接続リードを逆方向に貫通させることで、サージ電圧の立ち上がりと立ち下がりの急峻電圧時間変化に伴うモータ巻線２２、２３の浮遊容量に同時に流れる充電電流をキャンセルする。また、キャンセルできなかった充電電流はフィルタで除去するため、高感度で部分放電計測できる。しかしながら、例えば、三相巻線の製作途中に特定の一相を試験したい場合には、被試験相が１つしかない。ところが、このような場合にも、解析表示装置７内のフィルタのカットオフ周波数をさらに１０〜３０ＭＨｚ程度高くすれば、特定の一相の部分放電を部分放電電流検出器３で計測することもできる。

制御記録装置３０は、サージ電圧発生装置１と解析表示装置７を制御し、データを記録する。具体的には、サージ電圧発生装置１の電圧波高値は、整流回路１１のゲート信号制御線３１を介しゲートパルス信号を出力して制御し、サージ電圧の発生は、スイッチ１４、１５を制御するドライバ回路１９に制御線３２を介し入力信号を加えて制御する。一方、部分放電の有無は、解析表示装置７にノイズレベル以上のＷｉｎｄｏｗトリガを掛け、Ｗｉｎｄｏｗ設定電圧を超える部分放電が発生し、Ｗｉｎｄｏｗトリガが発生した場合に部分放電が発生したと認識する。制御記録装置３０は、トリガの発生信号を受けて、放電電流の大きさと、放電が発生した際に観測していたモータ巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧のいずれかの電圧を取り込む。同時に巻線‐コア間電圧の急峻電圧変化量をモータ巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ…Corona Starting Voltage）として表示し、記録する。なお、具体的な試験では、０Ｖもしくは実績上、部分放電が発生しない電圧レベルからサージ電圧発生装置１の整流回路１１の直流電圧を昇圧し、スイッチ１４、１５にＯＮ／ＯＦＦ信号を入力することでパルス電圧を出力する。同時に、部分放電の有無を解析表示装置７のトリガの有無で監視し、部分放電が発生した時点の直流電圧出力指示値とモータ巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧を記録する。さらに、部分放電発生時の巻線‐コア間電圧の急峻電圧変化量をモータ巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）として表示、記録する。記録したモータ巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が、インバータ駆動時にモータ端の巻線―コア間に加わる急峻電圧変化量に安全率αを掛けた目標電圧に比し低い場合には警告を出す。

図２に、実施例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用において、モータ被試験相の口出し側にサージ電圧を印加した際の口出し部分の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流の計測波形を示す。上述のように、巻線ターン間電圧はサージ電圧計測器８と９の出力の差によって得られ、巻線‐コア間電圧はサージ電圧計測器８の出力によって得られ、異相間電圧はサージ電圧計測器８と１０の出力の差によって得られ、部分放電電流は部分放電電流検出器３の出力によって得られる。

サージ電圧発生装置１の出力電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間は０．１μｓとし、電圧がＥ／２一定の部分のパルス幅は１０μｓにした。サージ電圧の繰り返し周波数は５０Ｈｚとした。サージ電圧波形調整回路４では入力をストレートで出力させた。なお、巻線‐コア間電圧の場合、電圧波形線２０１は、図１のモータ被試験相の電圧印加部分２２で計測した電圧波形を示し、電圧波形２０２は、巻線ターンの一部２６で計測した電圧波形を示す。本発明の試験装置で各絶縁部に加わる電圧波形を測定した結果、巻線ターン間には、サージ電圧が被試験相の電圧印加部分２２（電圧波形２０１）から巻線ターンの一部２６（電圧波形２０２）に伝播時間τだけ遅延して伝播することにより分担電圧が発生していることが明らかになった。また、巻線‐ターン間の分担電圧のピークは、巻線‐コア間の急峻電圧変化量ΔＶ＝Ｅ（＝Ｅ／２‐（‐Ｅ／２））に対しｋ＝０．８倍であり、巻線‐コア間の急峻電圧変化量ΔＶがほぼ巻線ターン間に印加されていた。

これらのことは、従来のように、コアを浮動電位にした状態でモータ巻線の巻始めと巻き終わりに電圧を印加し、モータ巻線に直列にサージ電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電計測する巻線ターン間部分放電試験方法では、巻線ターン間に十分に電圧を印加することができない、もしくはコアと周囲の浮遊容量次第でモータ巻線ターン間の分担電圧が毎回異なり、正確に巻線ターン間の部分放電を計測できないことを示唆する。さらに言い換えれば、従来のモータ巻線ターン間部分放電試験では、異相間電圧を試験電源側で制御し、巻線ターン間に電圧を印加、部分放電を計測するが、実際には巻線−コア間の急峻電圧変化量に比例して巻線ターン間の分担電圧が決定される。したがって、本発明のように、巻線−コア間の急峻電圧変化量を制御し、巻線ターン間に電圧を印加して部分放電計測をしなければ、モータ巻線ターン間の正確な部分放電計測はできないことが判る。一方、巻線‐コア間の電圧は、波高値がＥ／２と‐Ｅ／２の矩形波であり、ピーク間電圧はＥであった。また、異相間電圧は正極性矩形波電圧であり、ピーク間電圧はＥであった。これらの巻線ターン間、巻線―コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流波形２０５を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置ではモータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、モータから部分放電が発生した際に各絶縁部に印加されていた電圧を示す。また、各絶縁部を模擬した要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）も示す。

図３は、絶縁部を模擬した要素モデルを示す。巻線ターンは、モータ巻線に使用したエナメル電線３０１と３０２の２本を撚り合わせた対撚り試料にて模擬した。巻線‐コア間は、モータ巻線に使用したエナメル電線３１１を、巻線‐コア間の絶縁に使用したポリエステルフィルム３１２の上に載せ、上から厚さ１０ｍｍの応力集中緩和および絶縁スペーサ用のシリコーンゴムマット３１４を載せ、これをさらに厚さ５ｍｍのＳＵＳ平板３１３ではさんでボルト締めした試料で模擬した。また、異相間は、モータコイルエンドの異相間絶縁に使用したポリエステルフィルム３２２をモータ巻線に使用したエナメル電線３２１で挟み、さらにこれを応力集中緩和および絶縁スペーサ用シリコーンゴム３２４とＳＵＳ平板３２３で挟みボルト締めした試料で模擬した。部分放電計測では、正弦波とパルス電圧を出力できる電源にて試料３３１にインバータ波形を模擬した両極性パルス電圧をブロッキング抵抗及びコイル３３２を介して印加し、高周波ＣＴ３３５を用いて結合コンデンサ３３４と試料３３１の閉回路を流れる部分放電電流を計測し、部分放電が発生した際の試料印加電圧を部分放電開始電圧（ＣＳＶ）として記録した。

図２９の結果を比較すると、実施例１では、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、本発明の試験装置では巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

なお、実施例１では、サージ電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間を０．１μｓとした。しかしながら、サージ電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間が必ずしも０．１μｓでなくとも、巻線ターン間に電圧を分担させることができる可能性もある。そこで、サージ電圧の立ち上がり時間を変化させたときの巻線ターン間分担電圧を測定した。結果を図９に示す。

図９では、横軸をサージ電圧の立ち上がり時間、縦軸を対地間サージ電圧変化量に対する巻線ターン間分担電圧として示す。モータ巻線‐コア間のサージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)mが１μｓ以上では電圧分担率ｋはほぼ一定であるが、１μｓに比し短くなると電圧分担率ｋは大きくなり、モータ端で観測されたサージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)m=０．１μｓでは約８０％であった。このことから、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置のサージ電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間は１μｓ以下、望ましくは望ましくは６００Ｖあるいは１２００Ｖ級ＩＧＢＴで観測され、かつ、巻線ターン間の電圧分担が概ね飽和する０．１μｓ以下とすることが望ましいと考えられる。

一方、実施例１では、サージ電圧の立ち上がりと立ち下がりの間の時間、すなわちパルス幅twは１０μｓとした。しかしながら、サージ電圧の一定電圧を出力している間、電源は負荷側に電流を流れつづけなければならないためパルス幅twが長いとサージ電圧発生装置１の電源容量を大きくしなければならなくなる。そこで、パルス幅twを変化させたときの巻線ターン間分担電圧を測定した。

図１１に、モータ巻線−コア間に印加する電圧V(p-c)のパルス幅twを変化させたときのモータ巻線ターン間分担電圧V(t-t)を示す。なお、パルス幅twは、モータ巻線で絶縁劣化が懸念される巻線ターン間をサージ電圧が伝播する時間τを基準に３条件について測定した。図１１(a)は、tw＞＞τ、図１１(b)はtw＝τ、図１１(c)は tw＜＜τの場合である。この結果、図１１(a)、図１１(b)に示すように、巻線−コア間の印加電圧V(p-c)のパルス幅twが巻線ターン間のサージ伝播時間τ以上の場合には、巻線ターン間の分担電圧V(t-t)のピーク間電圧は２ｋ・Ｅ一定である。しかしながら、図１１(c)に示すように、パルス幅twが巻線ターン間のサージ伝播時間τ未満の場合、巻線ターン間の分担電圧V(t-t)のピーク間電圧波２ｋ・Ｅに比し小さくなっている。このことから、モータ巻線ターン間の部分放電試験では、モータ巻線−コア間に印加する電圧のV(p-c)のパルス幅twは、モータ巻線で絶縁劣化が懸念される巻線ターン間のサージ電圧伝播時間τ以上必要であることが明らかになった。

図３０に、各種容量のモータで１コイルのサージ伝播時間τを測定した結果を示す。この結果、サージ電圧伝播時間τは容量毎に異なり概ね１μｓ〜２μｓであった。したがって、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置では、少なくともモータ巻線−コア間に印加するサージ電圧のV(p-c)のパルス幅twは１μｓ以上、望ましくは１桁以上長い１０μｓ以上必要と考えられる。

図１２に、２２ｋＷ、４００Ｖｒｍｓ級モータでモータ巻線−コア間にパルスtw幅１．５μの負極性パルス電圧を印加したときのモータ巻線ターン間分担電圧を示す。図３０に示すように、２２ｋＷのモータでは、サージ伝播時間τが０．８〜１．０μｓであるため、巻線−コア間に印加するサージ電圧のパルス幅twを１．５μｓにした。モータ巻線−コア間の電圧１２１は、被試験相の巻き始め１２４と巻き終わり１２５の２点で測定した。パルス幅１２６は約１．５μｓである。モータ巻線ターン間の分担電圧１２２は、被試験相の巻き始め１２４と巻き終わり１２５の巻線−コア間電圧の差電圧を計算し求めた。なお、部分放電電流１２３も同時に測定したところ、部分放電電流パルス１２９が観測された。

巻線ターン間分担電圧１２２では、始めに、巻線−コア間印加電圧１２１の負極性電圧変化部分の伝播遅れともに負極性の電圧ピークが現れ、その後、印加電圧１２１の正極性電圧変化部分の伝播遅れに伴い正極性の電圧ピークが現れている。しかしながら、２２ｋＷモータでは、図１１と異なりサージ電圧の立ち下がり部付近ではサージ電圧１２４と１２５の間の伝播時間は短く、ピーク付近ではサージ電圧の伝播時間が長くなっている。また、特にピーク付近のサージ伝播時間を外装した結果、ピーク間電圧の中間電位で計測したサージ伝播時間τ＝０．８μｓに比し約１０倍になっている。

前者の原因には、供試モータでは巻線ターン間の容量性結合が大きく、サージ電圧の急峻な電圧成分は容量性伝播することが、また、後者の原因には、巻線のＬＣフィルタ作用や鉄損、銅損などの高周波損失が大きくサージ電圧が巻線を伝播する際、高周波成分が減衰することが考えられる。すなわち、必ずしも、全てのモータで図１１のような結果が得られるとは限らないことを示している。この結果、巻線ターン間分担電圧１２２では、負極性の電圧変化が０Ｖに収束しない間に、正極性の電圧変化が生じるため、巻線−コア間の印加電圧１２４から類推されるピーク間電圧に比し、ピーク間電圧１２８が電圧オフセット１２７分だけ小さくなっている。電圧オフセット１２７は、負極性電圧が０Ｖに戻らない内に正極性電圧変化が生じたことに起因する。したがって、このことからも、各種モータの巻線ターン間部分放電計測をする場合には、少なくともモータ巻線−コア間に印加するサージ電圧のパルス幅twには、被試験モータの巻線ターン間のサージ伝播時間τ以上、望ましくは１０倍以上必要であると考えられる。

実施例１では、サージ電圧の繰り返し周波数を５０Ｈｚとした。一方、サージ電圧のトリガを外部トリガとしサージ電圧の繰り返し周波数を変化させて部分放電計測した結果を、図２８に示す。縦軸は図２９の巻線ターン間の要素モデル部分放電開始電圧２、０８０Ｖｐ-ｐを１００％として記載した。サージ電圧のトリガ周波数を５０Ｈｚ未満とした場合、繰り返し周波数を低くするとともに部分放電開始電圧は高くなり、測定誤差が大きくなった。また、マニュアルトリガで単発サージ電圧を印加した場合には、逆に部分放電開始電圧が低下する現象も発生した。これらの原因を検討した結果、前者の原因には、部分放電開始電圧の統計遅れや形成遅れが考えられた。また、後者の原因には、巻線−コア間や異相間の絶縁部表面に初期帯電電荷があったことが考えられた。したがって、本発明のモータ巻線ターン間の部分放電計測では、サージ電圧の繰り返し周波数を高くする必要があると考えられ、特に部分放電開始電圧の測定誤差を要素モデルの±１０％未満に抑制する為には、実施例１のように繰り返し周波数を５０Ｈｚ以上とすることが望ましいと考えられる。そこで、さらに繰り返し周波数を高くした場合についても検討した。この結果、２０ｋＨｚまでは、図２のパルス性の部分放電電流２０５が観測された。しかしながら、２０ｋＨｚに比し高周波とした場合、図２のパルス性の部分放電電流２０５は観測されなくなった。この原因には、過度にサージ電圧の繰り返し周波数を高周波にすると、放電形態がパルスからグローに移行してしまうことが考えられ、放電計測ができなくなることが考えられた。以上のことから、本発明のモータ巻線ターン間の部分放電計測では、サージ電圧の繰り返し周波数は５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚとすることが望ましいと考えられる。

図４に、本発明で得られたモータ巻線ターン間部分放電計測装置および知見を用いて考案したインバータ駆動に適したモータの絶縁設計方法を示す。始めにステップＳ４０１にて、インバータ駆動モータの絶縁特性の検討、絶縁設計仕様の決定を行った。定格電圧Ｕrms、直流電圧ＤＣＶ、レベル数Ｎ、サージ電圧変化量ΔV i、サージ電圧立ち上がり時間tri、キャリア周波数f cなどのインバータ仕様と、インバータ‐モータ間を長さL kのケーブルで結びインバータ駆動した際のモータ端の異相間、巻線−コア間のピーク電圧Vp(p-p)m、Vp(p-c)m、巻線−コア間のサージ電圧変化量ΔV(p-c)m、サージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)mなどのサージ電圧波形定数と、サージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)mに対するモータ巻線ターン間の電圧分布ｋ＝V(t-t)／ΔV(p-c)mを測定あるいはシミュレーションで求める。具体的には、４００Ｖｒｍｓ級２レベルインバータで駆動するモータをインバータ駆動仕様とする場合には、インバータの直流電圧はダイオード整流回路の場合には約５７０Ｖとなり、レベル数は２、サージ電圧変化量ΔV iは約５７０Ｖとなる。サージ電圧立ち上がり時間triはインバータ出力端の実測値から０．０８μｓであった。キャリア周波数f cは５００Ｈｚ〜１６ｋＨｚの範囲内で顧客要求仕様に併せて選択されるが、顧客要求に合わせて５ｋＨｚとした。モータ端の異相間、巻線‐コア間のピーク電圧Vp(p-p)m、Vp(p-c)mは実際にインバータとモータをL k＝50ｍのシールドケーブルで接続し、モータ端の電圧を測定し求めた。この結果、巻線‐コア間、異相間に印加される両極性電圧のピーク電圧はそれぞれVp(p-c)m=８６０Ｖｐ、Vp(p-p)m=１,１４０Ｖｐ、巻線−コア間のサージ電圧変化量はΔV(p-c)m=１,１４０Ｖ、サージ電圧立ち上がり時間はtr(p-c)m=０．１μｓであった。したがって、インバータ駆動モータに適したモータでは、少なくとも、巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）は、それぞれ８６０Ｖｐ，１,１４０Ｖｐ，１,１４０Ｖに比し高い必要がある。一方、サージ電圧の立ち上がり時間tr(p-c)mに対するモータ内巻線ターン間電圧分布kでは、対象の容量、電圧階級のモータでは図９の特性が得られた。すなわち、モータ巻線‐コア間のサージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)mが１μｓ以上では電圧分担率ｋはほぼ一定であるが、１μｓに比し短くなると電圧分担率ｋは大きくなり、モータ端で観測されたサージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)m=０．１μｓでは約８０％であった。この結果、インバータ駆動時には対象モータの巻線ターン間にｋ・ΔV(p-c)m=９１０Ｖpのピーク電圧の両極性電圧が分担される。

次に、ステップＳ４０２にて、得られた異相間、巻線‐コア間、巻線ターン間電圧に対して部分放電を発生させないために必要な比誘電率、厚みを有する絶縁材料やワニス候補を数種類選定し、ステップＳ４０３にて、巻線ターン間、異相間、巻線‐コア間の絶縁モデル試料を製作した。絶縁モデル試料の概観は図３に示す。具体的にはモータ巻線ターン間試料では、モータ巻線に使用するエナメル電線の皮膜厚、線径が異なる試料を用意し、同じ仕様の電線３０１と３０２を撚り合わせた対撚り試料を作成した。

ステップＳ４０４にて、作製した試料にはパルス電圧を課電し部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。その結果、エナメル電線対撚り試料の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）は７５０Ｖｐ〜１２００Ｖｐであった。ここでは、モータ巻線ターン間の分担電圧９１０Ｖｐに対し、インバータ電源の電圧変動分１０％を安全率として加味し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が１０００Vpを満足するエナメル電線を採用した。次に、モータ巻線‐コア間試料では、各種厚さのポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンナフタレート、マイカ、ガラスクロスなどのフィルム３１１を用意し、この上にモータ巻線に使用したエナメル電線３１１を載せ、上から厚さ１０ｍｍの応力集中緩和およびスペーサ用のシリコーンゴムマット３１４を載せ、これをさらに厚さ５ｍｍのＳＵＳ平板ではさんでボルト締めした試料を作製した。作製した試料にはパルス電圧を課電し部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した結果、各種フィルムの部分放電開始電圧（ＣＳＶ）は１２００〜１８００Ｖｐであった。モータ巻線‐コア間の分担電圧の実測値は８６０Ｖｐであるため、いずれのフィルムでも余裕があるが、モータ巻線‐コア間電圧ではインバータの入力側三相交流電源の不平衡で電圧変動が発生し正弦波電圧が重畳する恐れがあるため、異相間と同じレベルの分担電圧が発生する可能性を加味し、異相間電圧１１４０Ｖｐの安全率１０％増しの１２５０Ｖｐを満足するフィルムを採用した。モータ異相間試料では、巻線‐コア間と同じく各種厚さのポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンナフタレート、マイカ、ガラスクロスなどのフィルム３２２を用意し、これをエナメル電線３２１で挟み、さらに応力集中緩和およびスペーサ用シリコーンゴム３２４とＳＵＳ平板３２３で挟みボルト締めした試料で模擬した。作製した試料にはパルス電圧を課電し部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した結果、各種フィルムの部分放電開始電圧（ＣＳＶ）は１３００〜１８００Ｖｐであった。ここでは、モータ異相間の分担電圧１１４０Ｖｐに対しインバータ電源の電圧変動分１０％を安全率として加味し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が１１４０Ｖpの１０％増しの１２５０Ｖｐを満足するフィルムを採用した。ステップＳ４０５にて、決定した絶縁仕様でモータ試料を製作した。

ステップＳ４０６にて、製作したモータの巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。

図５は、Ｙ結線のモータの測定方法の例を示す。すなわち、巻線‐コア間部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定では、モータ５５のＵＶＷＸＹＺを一括し、これを試験電源５１にブロッキングコイル及び抵抗５２を介して接続した。また、モータコア２５は接地し、巻線‐コア間にパルス電圧を印加し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。部分放電は高周波ＣＴ５４で測定した。高周波ＣＴ５４は、部分放電電流閉回路を作るための結合コンデンサ５３とモータコア２５の接地端子にクランプし部分放電電流および部分放電が発生した際の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。

ステップＳ４０７にて、異相間部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定を行った。モータ５５の中性点を切った状態でＵ相とＶ相を試験電源５１にブロッキングコイル及び抵抗５２を介して接続した。また、他方のＷ相は接地し、Ｕ‐Ｘ／Ｗ‐Ｚ巻線の異相間とＶ‐Ｙ／Ｗ‐Ｚ巻線の異相間にパルス電圧を印加した。部分放電は高周波ＣＴ５４で測定した。高周波ＣＴ５４は、結合コンデンサ５３と被試験相の高圧リードと接地端子にクランプし部分放電電流および部分放電が発生した際の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。同様の回路でＶ，Ｗ相を試験電源５１にブロッキングコイル及び抵抗５２を介して接続し、Ｖ‐Ｙ／Ｕ‐Ｘ巻線の異相間にパルス電圧を印加し、異相間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。

ステップＳ４０８にて、巻線ターン間部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定を行った。Ｕ‐Ｘ、Ｖ‐Ｙ，Ｗ‐Ｚ巻線をＹ型に接続した巻線に対し、前述の巻線ターン間部分放電計測を実施した。具体的には、図５に示すようにＵ相とＶ相をモータ巻線ターン間試験電源５６のパルス出力端子にブロッキングコイル及び抵抗５２を介して接続した。また、他方のＷ相は巻線ターン間試験電源５６の一定電圧出力端子に接続した。モータコア２５は接地し、サージ電圧発生装置の電圧が被試験相Ｕ，Ｖ相の巻線−コア間に加わるようにした。なお、モータ巻線ターン間試験電源５６のサージ電圧発生装置およびサージ電圧波形調整回路の出力のサージ電圧立ち上がり時間trと立ち下がり時間tfは、インバータ駆動時のモータ端巻線‐コア間サージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)m=０．１μｓとした。また、パルス幅twは１０μｓとし、繰り返し周波数はインバータのキャリア周波数の５ｋＨｚとした。部分放電は高周波ＣＴ５４で測定した。高周波ＣＴ５４は、結合コンデンサ５３と被試験相のパルス電圧印加リード線と一定電圧印加リード線にクランプし部分放電電流および部分放電が発生した際の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。

ステップＳ４０９にて、絶縁仕様を決定する。以上の結果、モータ巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）は、モータワニス処理の有無に関わらず、それぞれ１３００Ｖｐ、１３４０Ｖｐ，１３１０Ｖであった。インバータ駆動モータの分担電圧は、それぞれ８６０Ｖｐ，１１４０Ｖｐ，１１４０Ｖであるが、電圧変動や電源不平衡に対する安全率を考慮とすると、前述のように部分放電開始電圧（ＣＳＶ）はモータ巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間についてそれぞれ目標１２５０Ｖｐ、１２５０Ｖｐ，１２５０Ｖを満足する必要がある。したがって、製作したモータの部分放電開始電圧（ＣＳＶ）は、いずれも目標電圧をクリアしている。このことから、以上のモータ絶縁設計方法を採用することで、インバータ駆動に適したモータの絶縁設計および仕様の決定ができると考えられる。

なお、以上の絶縁設計では、インバータ駆動モータの巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の絶縁仕様を決定する方法を示した。しかしながら、商用周波駆動時にもモータの巻線‐コア間、異相間には比較的高い電圧が印加される。このため、従来からこれらの絶縁部に関しては絶縁設計、検討データが多くあり、前述の検討をしなくとも既存の設計資料を使用して設計できる場合もある。このような場合、インバータ駆動モータの絶縁設計では巻線ターン間の絶縁設計のみができれば良い。また、以上の方法では、モデル試料の絶縁特性をベースにモータ試料を製作した。しかしながら、以下に説明するように、はじめからモータ試料を作製した方が、製造時の機械劣化を加味した絶縁特性の検討ができ、効率が良い場合もある。

図６を参照して、モータ巻線ターン間の絶縁仕様を決定する他の方法を説明する。本例では、モータ試料を作製してから、モータ巻線ターン間の絶縁仕様を決定する。ステップＳ６０１にて、インバータ駆動用モータ絶縁候補仕様で製作したモータ試料数種類を製作する。次に、ステップＳ６０２〜Ｓ６０８では、先ず、図１のサージ電圧発生装置１およびサージ電圧波形調整回路４の出力電圧の立ち上がり時間trと立ち下がり時間tfを同一に設定する。製作したモータを駆動する際のモータ端巻線‐コア間のサージ電圧立ち上がり時間tr(p-c)mが既知の場合には、それを、立ち上がり時間trとする。異相間のサージ電圧立ち上がり時間tr(p-p)mが既知の場合には、それを、立ち上がり時間trとする。これらの値ば既知でない場合には、６００Ｖや１２００Ｖ級ＩＧＢＴインバータで観測された約０．１μｓを、立ち上がり時間trとする。

ステップＳ６０９にて、巻線ターン間の部分放電試験、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。ステップＳ６０２〜Ｓ６０８では、モータ端急峻電圧変化量ΔＶを設定する。例えば、インバータ駆動時のモータ端における巻線‐コア間間急峻電圧ΔV(p-c)mが得られた場合には、それを、モータ端急峻電圧変化量ΔＶとする。異相間急峻電圧ΔV(p-p)mが得られた場合には、それを、モータ端急峻電圧変化量ΔＶとする。インバータ端のサージ電圧立ち上がり時間tri、インバータ端の急峻電圧変化量ΔVi、及び、インバータ‐モータ間のケーブル長Lkが得られている場合には、次に式に従って、モータ端急峻電圧変化量ΔＶを設定する。

ΔV＝２ΔV_i （γ≦2）
ΔV＝４ΔV_i／γ（2＜γ≦4 ）
ΔV＝ΔV_i （γ＞4 ）
（γ＝t_ri・c／（L_k・√ε_r））

これらの式の変数が未知である場合には、インバータ端の急峻電圧ΔViの２倍を、モータ端急峻電圧変化量ΔＶとし、又は、インバータ定格電圧Ｕrmsから類推した急峻電圧変化量2√2Ｕrmsをモータ端急峻電圧変化量ΔＶとする。

ステップＳ６１９にて、測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）をモータ端急峻電圧変化量ΔＶに安全率αを掛け合わせ電圧αΔＶと比較する。部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が電圧αΔＶより大きい場合には、ステップＳ６２０にて、インバータ対応絶縁仕様を決め、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が電圧αΔＶより大きくない場合には、ステップＳ６２１にて、絶縁仕様の見直し、ワニス処理や巻線ターン間絶縁の厚みを厚くするなどの絶縁強化をし、ステップＳ６０１に戻る。こうして、簡易的にインバータ駆動対応モータの絶縁システム設計をすることができる。

図７に、インバータ駆動対応絶縁仕様を検討、設計したモータを、実際に製作、検査し、個々の製品がインバータ駆動対応絶縁システムとして製作できているかどうか確認し、出荷する方法を示す。また、図１０に、具体的に製作した低圧モータの固定子絶縁構造の概略例を示す。ステップＳ７０１にて、モータ固定子コア用の電磁鋼板、ボビン、巻線用のエナメルやガラス、フィルム絶縁電線、巻線−コア間や異相間の絶縁フィルム、スペーサ、チューブ、テープ、バインド線、ワニスなどの材料を選定し、用意する。ステップＳ７０２にて、コイル巻線と固定子コアを製作する。具体的には、図１０のコイル巻線１０３や固定子コア１００を製作する。ステップＳ７０３にて、製作したコイル巻線は、予め巻線‐コア間を絶縁するスロット絶縁を挿入された固定子コイルスロットに取り付け、ステップＳ７０４にて、固定子コアから外部に突き出した巻線同士が接触するコイルエンド部では異相間に絶縁用スペーサを挿入する。具体的には、図１０のコイル巻線をスロット絶縁１０４が予め挿入されたスロット１０１に巻線１０４を取り付け、コイルエンド部１０２では、相が異なる巻線間に異相間絶縁フィルム１０５を挿入した。ステップＳ７０５にて、図１０には図示していないが、固定子コアに挿入した複数のコイル巻線を、巻線の余長か、亘り線で直列あるいは並列に接続し、１相分のモータ巻線を組線する。亘り線には絶縁チューブなどの絶縁体を被覆するか、絶縁テープを巻きつける。コイルエンド部では、モータ巻線が運転中に振動しないように図示しない耐熱性のバインド線で縛り、固定する。

ステップＳ７０６にて、製作したモータは、ワニス処理前に始めに巻線のＵＶＷＸＹＺを一括し、巻線‐コア間にパルス電圧を印加し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。ステップＳ７０７にて、モータの中性点を切った状態で、Ｕ‐Ｘ／Ｖ‐Ｙ／Ｗ‐Ｚ巻線の異相間にパルス電圧を印加し、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定する。ステップＳ７０８にて、最後にＵ‐Ｘ、Ｖ‐Ｙ，Ｗ‐Ｚ巻線をＹ型に接続した巻線に対し、本発明の巻線ターン間部分放電計測を実施する。具体的には、前述のインバータ駆動モータの絶縁検討と同じく、図５の回路にて試験した。なお、巻線−コア間、異相間、巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）にはワニス処理に伴う部分放電開始電圧（ＣＳＶ）増加率β＝１を掛け合わせた。この結果、５個の試作モータのいずれでも、インバータ駆動モータ絶縁システムの目標電圧を満足していた。すなわち、４００Ｖｒｍｓ級インバータ駆動モータを想定したが、いずれのモータでもモータ巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の目標値１２５０Ｖｐ、１２５０Ｖｐ，１２５０Ｖを満足していた。

以上の方法で製作したモータ固定子には、ステップＳ７０９にて、滴下、塗布、吹き付け、あるいは固定子巻線全体を浸漬することでワニス処理を実施する。具体的には、実施例１では、真空乾燥容器にモータを設置し、炉内を真空にした後、エポキシ樹脂中を真空注入しワニス処理をした。ワニス処理したモータ巻線は真空炉から取り出し、所定の乾燥、硬化スケジュールで硬化せしめた後、炉から取り出した。

ステップＳ７１０、Ｓ７１１、及び、Ｓ７１２にて、ワニス処理後のモータは前述のワニス処理前のモータ巻線と同様に部分放電計測し、各絶縁部の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定した。測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）と目標電圧を比較した結果、モータ巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の目標値１２５０Ｖｐ、１２５０Ｖｐ，１２５０Ｖを満足していた。ステップＳ７１３にて、製作した固定子はフレームに焼き嵌め、固定した後、回転子を組み合わせ、所定の電気、機械、熱、回転試験を実施した後、製品を出荷した。

なお、測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）と目標電圧を比較した場合に、前者が後者に比し低い場合にはインバータ駆動モータとしては不合格とし、出荷を見合わせることとした。また、不合格品は再度ワニス処理をするなどの追加絶縁処理を施し再度部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定し、再度、特性を満足しないものに関しては製造不良品として廃棄することとした。以上のように、本発明のモータ絶縁製造、検査方法を採用することで、インバータ駆動に適したモータの絶縁設計および仕様の決定ができると考えられる。

以上の絶縁製造、検査方法では、インバータ駆動モータの巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の全ての絶縁製造、検査方法を示した。しかしながら、商用周波駆動時にもモータの巻線‐コア間、異相間には比較的高い電圧が印加される。このため、従来からこれらの絶縁部に関しては絶縁設計、検討データが多くあり、前述の検査をしなくとも、既存の実績から十分な寿命を有すると考えることができる場合もある。このような場合、以下の図８の例のように、インバータ駆動モータの製作、検査では巻線ターン間の絶縁検査のみができれば良い。

図８を参照して、モータ巻線ターン間を検査する方法の他の例を説明する。本例では、を、先のモータの巻線‐コア間、異相間、巻線ターン間の絶縁製造、検査方法を基に考案し、フローチャートにしたものを図８に示す。ステップＳ８０１にて、インバータ駆動用モータ絶縁候補仕様で製作したモータを製作する。ステップＳ８０２〜Ｓ８１９は、図６のステップＳ６０２〜Ｓ６１９と同様である。ステップＳ６１９にて、部分放電開始電圧（ＣＳＶ）をモータ端急峻電圧変化量ΔＶに安全率αを掛け合わせ値αΔＶと比較する。部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が値αΔＶより大きい場合には、ステップＳ８２０にて、製品を出荷する。部分放電開始電圧（ＣＳＶ）が値αΔＶより大きくない場合には、ステップＳ８２１にて、製品を、インバータ駆動モータとしては特性不良、不合格とし、出荷を見合わせる。ステップＳ８２２にて、不合格品は再度ワニス処理をするなどの再絶縁処理を施し、ステップＳ８０１に戻る。それ以外は、ステップＳ８２３にて、製造不良品として廃棄する。

図１４に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例２を示す。実施例１では、図１の実施例１では、供試モータ２の非被試験相２４をサージ電圧発生装置の負極性一定電圧出力端子２８に接続した。これに対し、実施例２では、非被試験相２４をサージ電圧発生装置１の正極性一定電圧出力端子１４１に接続している。サージ電圧出力端子１４２には、図１４の右下に示したＥ／２と‐Ｅ／２の間を変化する対地サージ電圧が出力される。モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。

図１９に、実施例２のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。巻線−コア間のサージ電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間は０．１μｓとし、電圧が−Ｅ／２一定の部分のパルス幅は１０μｓにした。なお、図の巻線‐コア間電圧では、被試験相の電圧印加部分で計測した電圧波形２０１と、巻線ターンの一部で計測した電圧波形２０２を示す。実施例２でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例２のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、実施例２のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例２でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例２のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図１５に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例３を示す。図１の実施例１では、直流コンデンサ１２と１３の中間１７を接地した。これに対し、実施例３では下アーム１８および一定電圧出力端子１５２を接地している。この結果、サージ電圧出力端子１５１には、図１５の右上に示した０とＥの間を変化する対地サージ電圧が出力される。モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。なお、実施例３では、下アーム１８を接地したことと、サージ電圧発生装置の整流回路１５２にはダイオードブリッジを使用しことから、入力側には絶縁トランスおよびスライドトランス１５１を接続した。

図１９に、実施例３のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例３でも、巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例３のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、実施例３のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例３でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例３のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図１６に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例４を示す。図１５の実施例３では、下アーム１８および一定電圧出力端子１５２を接地した。これに対し、実施例４では、上アーム１６を接地し、この結果、サージ電圧出力端子１６１には、図１６の右上に示した−Ｅと０の間を変化する対地サージ電圧が出力される。モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。

図１９に、実施例４のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例４でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例４のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、実施例４のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例４でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例４のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図１７に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例５を示す。実施例５では、図１５の実施例３と同様に下アーム１８および一定電圧出力端子１５２を接地している。このため、サージ電圧出力端子５には、実施例３と同様に０とＥの間を変化する対地サージ電圧が発生する。しかしながら、実施例５では、アースに対しモータコア２５にＥ／２の電圧のオフセット電圧を加えている。この結果、被試験相のモータ巻線−コア間には、図の右上に示すように、−Ｅ／２とＥ／２の間を変化するサージ電圧が印加される。

図２１に、実施例５のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例５でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例５のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、実施例５のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例５でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例５のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図１８に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例６を示す。実施例１〜５では、コンデンサに直流を蓄電し、これをスイッチングすることでサージ電圧を出力した。しかしながら、実施例６では、直流を、整流回路１５２および直流平滑・過電流検出素子１８７とコンデンサ１８８で作成し、抵抗１８６を介して同軸ケーブル１８２の芯線に充電する。サージ電圧は、同軸ケーブルの終端１８４に接続したＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、球ギャップ、サイラトロン、水銀リレーなどのスイッチ１８３をＯＮすることで負荷抵抗１８５に発生させ、これをサージ電圧出力端子１８９からサージ電圧波形調整回路４を介して供試モータ２に印加する。この結果、図の右上に示すように、負荷抵抗１８５には０とＥの間を変化する対地サージ電圧が発生する。モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。

なお、実施例６の回路では、同軸ケーブル１８２の負荷抵抗１８５には、同軸ケーブル１８２のサージインピーダンスと同じ値の抵抗を使用し、インピーダンスマッチングを取る必要がある。一方、同軸ケーブルの反負荷抵抗側には、同軸ケーブル１８２のサージインピーダンスに比し大きい値の抵抗１８６を接続する必要がある。なお、出力サージ電圧のパルス幅は、スイッチ１８３がＯＮした際のサージ電圧が同軸ケーブル１８２を往復する時間で決定されるため、同軸ケーブル１８２の長さを調節することでサージ電圧のパルス幅を変化させることができる。また、同軸ケーブル１８２はＬＣネットワーク回路で代用することもできる。

図２１に、実施例６のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例６でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例６のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、実施例６のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例６でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例６のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図２０に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例７を示す。実施例７では、直流を整流回路１５２および直流平滑・過電流検出素子２００７とコンデンサ２００８で作成し、抵抗２００６を介して同軸ケーブル２００２のシースに充電する。サージ電圧は、同軸ケーブルのシースに接続したスイッチ２００３をＯＮすることで負荷抵抗２００５に発生させ、これをサージ電圧出力端子２００９からサージ電圧波形調整回路４を介して供試モータ２に印加する。この結果、図の右上に示すように、負荷抵抗２００５には０と−Ｅの間を変化する対地サージ電圧が発生する。モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。

なお、実施例７の回路では、同軸ケーブル２００２の負荷抵抗２００５には、同軸ケーブル２００２のサージインピーダンスと同じ値の抵抗を使用し、インピーダンスマッチングを取る必要がある。一方、同軸ケーブルの終端側２００４は、開放とするか、同軸ケーブル２００２のサージインピーダンスに比し大きい値の抵抗を接続する必要がある。なお、出力サージ電圧のパルス幅は、スイッチ２００３がＯＮした際のサージ電圧が同軸ケーブル２００２を往復する時間で決定されるため、同軸ケーブル２００２の長さを調節することでサージ電圧のパルス幅を変化させることができる。また、同軸ケーブル２００２はＬＣネットワーク回路で代用することもできる。

図２１に、実施例７のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例７でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例７のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、実施例７のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例７でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例７のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図２２に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例８を示す。実施例８では、図１８の実施例６と比較して、負荷抵抗１８５に並列にスイッチ２２１を接続した点が異なり、それ以外は実施例６と同様である。

図１８の実施例６、及び、図２０の実施例７では、スイッチ１８３、２００３をＯＮにし、同軸ケーブル１８２、２００２に蓄電した電荷を、負荷抵抗１８５、２００５に流すことでサージ電圧を発生させた。また、パルス幅は同軸ケーブル１８２、２００２の長さで決定された。また、サージ電圧の最初の電圧変化、すなわち、実施例６では電圧立ち上がり時間、実施例７では電圧立ち下がり時間は、スイッチ１８３、２００３のターンＯＮ時間で決定されていた。しかしながら、サージ電圧の次の電圧変化、すなわち、実施例６では電圧立ち下がり時間、実施例７では電圧立ち上がり時間は、スイッチ１８３、２００３がＯＮして発生したサージが同軸ケーブル中を伝播し、戻ってきた際のサージ電圧波形で左右される。すなわち、高周波伝送損失が大きい同軸ケーブルやＬＣ回路を使用した場合、伝播中にサージが緩和され、結果的にモータに印加するサージ電圧の次の電圧変化、すなわち、実施例６では電圧立ち下がり時間、実施例７では電圧立ち上がり時間が緩やかになる可能性がある。

そこで、実施例８では、図２２に示したサージ電圧の立ち下がり部分では、スイッチ２２１をＯＮし、立ち下がり時間を立ち上がり時間と一致させることができる。以上の結果、図の右上に示すように、負荷抵抗１８５には０とＥの間を変化する対地電圧が発生する。モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。

図２５に、実施例８のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例８でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例８のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。

図２９に、実施例８のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例８でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例８のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図２３に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例９を示す。実施例９のモータ巻線ターン間部分放電計測装置のサージ電圧発生回路１は、実施例１のサージ電圧発生回路１と同じである。このため、サージ電圧出力端子２３２には、図２３の右上に示した−Ｅ／２とＥ／２の間を変化する対地サージ電圧が出力される。また、モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。しかしながら、実施例１では供試モータ２の非被試験相２４をサージ電圧発生装置１の一定電圧出力端子２８に接続したのに対し、実施例９では供試モータ２の非被試験相２４は浮動電位としている。

図２５に、実施例９のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例９でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例９のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。なお、実施例９では、口出しのリードを介した容量性結合で非被試験相にサージ電圧の一部が伝播したため、異相間電圧のピーク電圧は２Ｅに比し小さくなった。

図３１に、実施例９のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例９でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例９のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図２４に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例１０を示す。実施例１０のモータ巻線ターン間部分放電計測装置のサージ電圧発生回路１は、実施例１のサージ電圧発生回路１と同じである。このため、サージ電圧出力端子２３２には、図２４の右上に示した−Ｅ／２とＥ／２の間を変化する対地サージ電圧が出力される。また、モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。しかしながら、実施例１では供試モータ２の非被試験相２４をサージ電圧発生装置１の一定電圧出力端子２８に接続したのに対し、実施例１０では供試モータ２の非被試験相２４は抵抗接地している。

図２５に、実施例１０のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例１０でも、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻で部分放電が発生しており、その他の時刻では部分放電が発生していなかった。このことから、実施例１０のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できると示唆される。なお、実施例１０でも、口出しのリードを介した容量性結合で非被試験相にサージ電圧の一部が伝播したため、異相間電圧のピーク電圧は２Ｅに比し小さくなった。

図３１に、実施例１０のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例１０でも、巻線ターン間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。一方、巻線‐コア間、異相間の分担電圧は、要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の１／２程度であり部分放電は発生しないと考えられる。このことから、実施例１０のモータ巻線ターン間部分放電計測装置でも、巻線ターン間に効率良く電圧を印加し、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できることが明らかになった。

図２６に、本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例１１を示す。実施例１１のモータ巻線ターン間部分放電計測は、後述の比較例１と同じく従来のインパルス巻線試験装置を用いている。しかしながら、実施例１１では、従来の試験方法と異なり、被試験モータのコアを接地している。具体的には、実施例１１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置のサージ電圧発生回路は、絶縁トランス、スライダック２８１で電圧を調整し、直流を整流回路２８２および直流平滑・過電流検出素子２６２、２６３とコンデンサ２６４、２６５で作成し、抵抗２６６および２７７からコンデンサ２７０および２７１を、負荷抵抗２７２を介して充電する。また、スイッチ２６８と２６９を交互にＯＮすることで、負荷抵抗２７２およびインパルス電圧出力端子２７５には、図の右上に示すように、両極性のインパルス電圧波形が対地サージ電圧として現れる。また、モータコア２５を接地しているため、対地サージ電圧は被試験相の巻線−コア間に直接印加される。なお、スイッチには例えば球ギャップやサイラトロン、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ，ＭＯＳ−ＦＥＴ、水銀リレーなどが使用できる。

図２に、実施例１１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。実施例１１では、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻だけでなく、インパルス電圧の緩やかな減衰部でも部分放電２０６、２０７が発生している。また、実施例１〜１０と同じ大きさの電圧を巻線ターン間に分担させるためには、巻線−コア間および異相間に２倍の大きさの電圧を印加しなければならない。このことから、実施例１１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置では、モータ巻線ターン間の部分放電以外に巻線−コア間や異相間でも部分放電が発生し、巻線ターン間の部分放電を正確に計測できないことが示唆される。なお、巻線‐コア間電圧の場合、電圧波形線２０３は、モータ被試験相の口出し側にサージ電圧を印加した際の口出し部分の巻線‐コア間電圧、電圧波形線２０４は、巻線ターンの一部で計測した巻線‐コア間電圧を示す。

図３０に、実施例１１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。実施例１１では、巻線ターン間の分担電圧は要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。しかしながら、巻線−コア間の分担電圧も要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線−コア間でも部分放電が発生したと考えられる。このことから、実施例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置では、巻線ターン間だけでなく巻線−コア間でも部分放電が発生するため、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できないと考えられる。ただし、実施例１１では、異相間では分担電圧は要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し低く、後述の従来の方法で試験した比較例１と異なり、異相間では部分放電は発生していない。このことから、供試モータに比し巻線−コア間の絶縁厚みが厚いモータでは、巻線ターン間の部分放電を計測できる可能性が考えられる。

図２７に、比較例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を示す。比較例１では、従来のインパルス電源とモータ巻線ターン間部分放電計測法に準じて、モータ巻線ターン間の部分放電計測をした。比較例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置のサージ電圧発生回路は、実施例１１と同じである。このため、負荷抵抗２７２およびインパルス電圧出力端子２７５には、図の右上に示すように、両極性のインパルス電圧波形が対地サージ電圧として現れる。ただし、比較例１では、公知例と同様に、従来のインパルス電圧モータ巻線ターン間部分放電計測法に従い、モータコア２５を接地していない。このため、モータコア２５は浮動電位となり、モータ巻線と周囲の浮遊容量によって、測定毎にモータコア２５の電位および、巻線‐コア間の電圧は変化すると考えられる。

図２に、比較例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置を使用し、部分放電を発生させた際の巻線ターン間、巻線‐コア間、異相間電圧、部分放電電流計測波形を示す。比較例１では、巻線ターン間、巻線−コア間、異相間に電圧が加わった際の部分放電電流を観察したところ、巻線ターン間に電圧が印加されている時刻だけでなく、インパルス電圧の緩やかな減衰部でも部分放電が発生している。また、比較例１では実施例１１の部分放電の他に、さらに大きな部分放電２０８も観測された。さらに、比較例１のモータ巻線ターン間部分放電計測では、実施例１〜１０と同じ大きさの電圧を巻線ターン間に分担させるためには、巻線−コア間に２倍、異相間に３倍の大きさの電圧を印加しなければならなかった。このことから、比較例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置では、モータ巻線ターン間の部分放電以外に巻線−コア間や異相間でも部分放電が発生し、巻線ターン間の部分放電を正確に計測できないことが示唆される。

図３０に、比較例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置で試験した際に、各絶縁部に印加されていた電圧を示す。比較例１では、巻線ターン間の分担電圧は要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線ターン間で部分放電が発生したと考えられる。しかしながら、巻線−コア間および異相間の分担電圧も要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）に比し高く、モータ巻線−コア間および異相間でも部分放電が発生したと考えられる。このことから、比較例１のモータ巻線ターン間部分放電計測装置では、巻線ターン間だけでなく巻線−コア間や異相間でも部分放電が発生するため、巻線ターン間の部分放電を正確に測定できないと考えられる。とりわけ、従来のモータ巻線ターン間部分放電計測法の比較例１では、異相間に加わる電圧が要素モデルで測定した部分放電開始電圧（ＣＳＶ）の約１．５倍も高い。このことは、従来の比較例１の方法で試験した場合、例えばモータ巻線ターン間の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）を測定しようと電圧を０Ｖから昇圧していく場合にも、巻線ターン間よりも先に異相間で部分放電が発生してしまうことを示している。したがって、このことからも、従来のインパルス電圧を用いたモータ巻線ターン間部分放電計測方法では、モータ巻線ターン間の部分放電を正確に計測できないと考えられる。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。

本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例１の構成を示す図である。 実施例１、１１と比較例１の巻線ターン間分担電圧を一定にしたときの、巻線‐コア間、異相間課電電圧および部分放電電流波形を示す図である。 インバータ駆動対応モータの絶縁検討に使用したモータ各絶縁部の要素モデルと部分放電試験回路を示す図である。 インバータ駆動対応モータの絶縁仕様検討方法を説明するための説明図である。 モータ試料の各絶縁部の部分放電開始電圧（ＣＳＶ）測定方法を説明するための説明図である。 モータ巻線ターン間の絶縁仕様をインバータ駆動対応にするための説明図である。 インバータ駆動対応モータの製造、検査、出荷方法を説明するための説明図である。 インバータ駆動対応モータの巻線ターン間検査、出荷方法を説明するための説明図である。 サージ電圧の立ち上がり時間を変化させたときの巻線ターン間電圧分担率の測定結果を示す図である。 モータ固定子巻線および絶縁構造の概略図である。 本発明の巻線‐コア間サージ電圧v(p-c)のパルス幅twを巻線ターン間のサージ伝播速度τに対して変化させたときのモータ巻線ターン間分担電圧v(t-t)を示す図である。 22kWモータの巻線‐コア間にサージ電圧を印加した際の巻線ターン間分担電圧および部分放電電流を示す図である。 本発明のサージ電圧波形調整回路の例を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例２の構成を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例３の構成を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例４の構成を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例５の構成を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例６の構成を示す図である。 実施例２〜４の巻線ターン間分担電圧を一定にしたときの、巻線‐コア間、異相間課電電圧および部分放電電流波形を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例７の構成を示す図である。 実施例５〜７の巻線ターン間分担電圧を一定にしたときの、巻線‐コア間、異相間課電電圧および部分放電電流波形を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例８の構成を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例９の構成を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例１０の構成を示す図である。 実施例８〜１０の巻線ターン間分担電圧を一定にしたときの、巻線‐コア間、異相間課電電圧および部分放電電流波形を示す図である。 本発明のモータ巻線ターン間部分放電計測装置の実施例１１の構成を示す図である。 モータ巻線ターン間部分放電計測装置の比較例１の構成を示す図である。 繰り返し周波数を変化させたときの部分放電開始電圧を示す図である。 実施例１〜８、１１および比較例１の各絶縁部の部分放電有無を示す図である。 各種モータのサージ電圧伝播時間τを示す図である。 実施例１〜８および実施例９、１０の各絶縁部の部分放電有無を示す図である。

符号の説明

１…サージ電圧発生装置、２…供試モータ、３…部分放電電流検出器、４…サージ電圧波形調整回路、５…サージ電圧波形調整回路のサージ電圧出力、７…解析表示装置、８…サージ電圧計測器、９…サージ電圧計測器、１０…サージ電圧計測器、１１…交流‐直流変換器、１２…コンデンサ、１３…コンデンサ、１４…スイッチ、１５…スイッチ、１６…上アーム、１７…直流中間電位点、１８…下アーム、１９…スイッチ制御用高耐圧ドライバ、２０…直流平滑・過電流検出素子、２１…直流平滑・過電流検出素子、２２…モータ被試験相、２３…モータ被試験相、２４…モータ非被試験相、２５…モータコア、２６…モータ巻線の任意のターン、２７…サージ電圧発生装置のサージ電圧出力、２８…一定電圧出力、３０…制御記録装置、３１…交流‐直流変換器ゲート信号制御線、３２…ドライバ回路制御線、３３…解析表示装置制御、データ信号線、２０１、２０２、２０３、２０４…巻線‐コア間電圧、２０５…モータ巻線ターン間の部分放電電流、２０６…モータ巻線‐コア間の部分放電電流、２０７…モータ巻線‐コア間の部分放電電流、２０８…モータ異相間の部分放電電流、３０１…高圧側エナメル電線、３０２…低圧側エナメル電線、３１１…エナメル電線、３１２…巻線‐コア間絶縁フィルム、３１３…ＳＵＳ平板、３１４…応力集中緩和、絶縁スペーサ用シリコーンゴムマット、３２１…エナメル電線、３２２…異相間絶縁フィルム、３２３…ＳＵＳ平板、３２４…シリコーンゴムマット、３３０…パルス、正弦波電圧源、３３１…要素モデル試料、３３２…ブロッキングコイル及び抵抗、３３４…結合コンデンサ、３３５…部分放電電流検出器、５１…パルス、正弦波電圧源、５２…ブロッキングコイル及び抵抗、５３…結合コンデンサ、５４…部分放電電流検出器、５５…供試モータ、５６…サージ電圧発生装置、１００…固定子コア、１０１…固定子スロット、１０２…コイルエンド、１０３…モータ巻線、１０４…スロット絶縁、１０５…異相間絶縁、１２１…モータ巻線‐コア間電圧、１２２…巻線ターン間分担電圧、１２３…部分放電電流、１２４…被試験相の巻き始めターンの巻線‐コア間電圧、１２５…巻き終わりターンの巻線‐コア間電圧、１２６…パルス幅、１２７…オフセット電圧、１２８…巻線ターン間分担電圧のピーク間電圧、１２９…部分放電電流パルス、１３１…サージ電圧発生装置の出力電圧波形、１３２…ＬＣＲの値が大きいフィルタを通した後のサージ電圧出力波形、１３３…ＬＣＲの値が小さいフィルタを通した後のサージ電圧出力波形、１３４…ＲＣフィルタ後のサージ電圧出力波形、１３５…シールド無し長尺ケーブル後のサージ電圧出力波形、１３６…シールド有りの長尺ケーブル後のサージ電圧出力波形、１４１…一定電圧出力、１４２…サージ電圧発生装置の出力、１５１…絶縁トランスおよびスライダック、１５２…ダイオード整流回路、１５１…サージ電圧発生装置の出力、１５２…一定電圧出力、１６１…サージ電圧発生装置の出力、１６２…一定電圧出力、１７０…オフセット電圧源、１７１…サージ電圧発生装置の出力、１７２…一定電圧出力、１８２…同軸ケーブル、１８３…スイッチ、１８４…同軸ケーブルの終端、１８５…負荷抵抗、１８６…同軸ケーブル充電用抵抗、１８７…直流平滑・過電流検出素子、１８８…コンデンサ、１８９…実施例６のサージ電圧発生装置の出力、２００２…同軸ケーブル、２００３…スイッチ、２００４…同軸ケーブルの終端、２００５…負荷抵抗、２００６…同軸ケーブル充電用抵抗、２００７…直流平滑・過電流検出素子、２００８…コンデンサ、２００９…実施例７のサージ電圧発生装置の出力、２２０…実施例８のサージ発生装置の出力、２２１…サージ電圧立ち下がり時間改善用スイッチ、２３２…実施例９のサージ発生装置の出力、２３３…モータ非被試験相の浮動電位化、２４０…実施例９のサージ発生装置の出力、２４１…モータ非被試験相の接地抵抗、２６２…直流平滑・過電流検出素子、２６３…直流平滑・過電流検出素子、２６４…直流コンデンサ、２６５…直流コンデンサ、２６８…スイッチ、２６９…スイッチ、２７０…負極性インパルス電圧発生用コンデンサ、２７１…正極性インパルス電圧発生用コンデンサ、２７２…負荷抵抗、２７４…モータコアとアース間の絶縁によるモータコア浮動電位化、２７５…インパルス電圧出力、２７６…部分放電電流検出器

Claims (3)

1. インバータ駆動時にモータ端で観測されるサージ電圧の立ち上がり時間に相当する立ち上がり時間および立ち下がり時間を有するサージ電圧をモータの巻線に印加することと、上記サージ電圧を、５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周期にて、繰り返し印加することと、上記モータの巻線ターン間の部分放電電流を検出することと、を有し、
   上記サージ電圧の波形の立ち上がり時間および立ち下がり時間は１．０μｓ以下であることを特徴とするモータ巻線ターン間部分放電計測方法。
2. 請求項１記載のモータ巻線ターン間部分放電計測方法において、上記サージ電圧の波形の立ち上がりから立ち下がりまでの時間は、上記モータの巻線ターン間のサージ伝播時間τ以上であることを特徴とするモータ巻線ターン間部分放電計測方法。
3. 請求項１記載のモータ巻線ターン間部分放電計測方法において、上記サージ電圧の波形の立ち上がりから立ち下がりまでの時間は、１μｓ以上であることを特徴とするモータ巻線ターン間部分放電計測方法。

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