JP2856698B2 - 回転電機用固定子巻線の静電容量測定装置とその方法ならびに回転電機 - Google Patents
回転電機用固定子巻線の静電容量測定装置とその方法ならびに回転電機Info
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Description
子巻線の静電容量測定装置とその方法ならびに回転電機
に係り、特に回転電機の回転子を挿入した状態で固定子
巻線の静電容量を測定可能な構成の工夫に関する。
冷却するタイプのものが知られている。このタイプの回
転電機の一例を図4に示す。
えた回転電機は、固定子枠52に取り付けた固定子鉄心
53に複数のスロット54を加工し、そのスロット54
内に複数の固定子巻線(図4の側面図で見た場合には、
例えば上下2つの固定子巻線55a、55b)55を挿
入すると共に、スロット54内の溝に固定子巻線楔56
(図3参照)を挿入し、その固定子巻線楔56で各固定
子巻線55を固定して固定子(固定子体)50を形成し
ている。また、この回転電機は、固定子鉄心53の内径
位置に挿入される回転子51を備え、この回転子51の
軸方向の両端部に保持環57、57が取り付けられると
共に、この保持環57の中心軸に回転シャフト58、5
8が嵌め込まれている。回転シャフト58は、図示しな
い軸受により回転子51の中心軸を中心に回転可能に支
持されている。以下、回転子51、保持環57、および
回転シャフト58を回転子体と呼ぶ。
法に基づく絶縁構造を説明する。
に、複数本の素線60…60を束ねた状態でその各素線
60を絶縁テープ及びエポキシ樹脂などの絶縁層61で
覆って形成したもので、各素線60の両端部をクリップ
62、62を介して別途の電気回路に接続している。各
素線60には冷却水が通流可能な中空穴63…63が設
けられ、この中空穴63がクリップ62の注水口または
排水口64、64を介して絶縁接続管65および固定子
枠52の外部の冷却水管66に通流可能に連絡されてい
る。そこで、冷却水管66からの冷却水が絶縁接続管6
5からクリップ62の注入口64を介して中空穴63に
供給されると共に、その冷却水がクリップ62の排出口
64から絶縁接続管65を介して冷却水管66に排出さ
れる。
クリップ62、及び絶縁接続管65は、通常、ロー付け
(ろう付け)による方法で接続されており、その各ロー
付け接続部の外側が絶縁テープ及びエポキシ樹脂などの
絶縁層61で覆われる。
接続部においては、そこから冷却水が漏洩する事態を回
避するために、通常、厳重に品質管理した上で各種の漏
洩確認試験を行い、その信頼性を担保している。また、
長年の運転による振動、ヒートサイクル、腐食などに起
因してロー付け接続部の一部が剥離したり、又は孔食が
生じたりしてその部分から冷却水が漏洩することがある
ため、通常、定期点検時にはコイル内加圧や真空ドロッ
プ試験を行って圧力変化を調べ、冷却水の有無状況を確
認している。
との接続部(嵌合部)から冷却水が漏れた場合には、そ
の漏れた冷却水が絶縁層61内の絶縁テープを重ね合わ
せた部分の毛細管現象により絶縁層61内を伝わり、特
に冷却水浸透が固定子鉄心53側まで進行すると、固定
子巻線55及び大地間の地絡という不都合な事態が生じ
る可能性がある。このため、絶縁層61への冷却水浸透
には十分に注意し、できるだけ早い時期に調査すること
が重要とされている。
浸透の有無を調査する方法として、固定子巻線55の絶
縁層61の静電容量を測定する方法が知られている。
比誘電率の違い(約1:20)に着目して、静電容量測
定装置により各固定子巻線55の絶縁層61の一部の静
電容量を測定することにより、絶縁層61への冷却水浸
透の有無を統計的に評価するものである。即ち、この測
定方法は、全ての固定子巻線55について、その静電容
量測定値から平均値および標準偏差値を算出し、静電容
量測定値が所定のバラツキの範囲を超えた場合に、その
固定子巻線55は絶縁層61への冷却水浸透の可能性あ
りと判定するものある。
あたり、絶縁層61の厚さや絶縁層61内の空隙の有無
などに起因して静電容量測定値のバラツキがより一層顕
著となって、その後の統計処理・判定に影響を与えるこ
とがあるため、その測定位置には、通常、固定子巻線5
5の絶縁層61が均等・均質に施された位置が選定され
る。一般に、固定子巻線55の絶縁層61は、固定子巻
線55の曲線部分(即ち、固定子鉄心のスロットの外側
部分)よりも直線部分(即ち、スロットの内側部分)の
方がより均等・均質に製作できる。ただし、スロットの
内側部分では測定できない。そこで、静電容量測定装置
を用いた測定では、通常、固定子巻線55の直線部分の
内のスロットの外側にわずかに、例えば1〜1.5m
程、延びた部分を測定対象としている。
た従来の静電容量測定装置にあっては、測定対象である
固定子巻線の直線部分が回転電機内の比較的奥くまった
所に位置し、固定子鉄心寄りでしかも回転子との離間距
離も小さいため、そのままの状態では手が届かず、測定
素子をセットできないことから、回転子を固定子鉄心か
ら引き出してから測定する必要があった。
回りの全分解作業を伴うため、多くの人手を要して手間
が掛かる上に、定期点検に要する期間が長くなって比較
的に高価な作業となり、必ずしも効率がよいものではな
かった。
と、その後の統計処理に時間を要し、演算誤差の頻度が
増し、絶縁層への水の浸透度の判定を誤ることがあっ
た。
するもので、回転子を固定子鉄心から引き出す作業を必
要としないで、比較的容易に且つ迅速に固定子巻線の静
電容量を測定できる回転電機用固定子巻線の静電容量測
定装置とその方法を提供することを、目的とする。
つ正確に絶縁層への水の浸透度を判定できる回転電機用
固定子巻線の静電容量測定装置とその方法を提供するこ
とを、別の目的とする。
め、請求項1記載の発明に係る回転電機用固定子巻線の
静電容量測定装置は、円柱状の回転子体及びその回転子
体の外周部を非接触で覆う固定子体を有し且つその固定
子体に固定子巻線及びその固定子巻線を支持する固定子
鉄心を配置した回転電機における上記固定子巻線の静電
容量を測定する測定素子を備え、この測定素子の測定デ
ータに基づいて上記固定子巻線の絶縁層に対する水の浸
透度を判定するように形成した構成で、上記回転子体と
その回転子体の半径方向外側の上記固定子巻線との間隙
内に配置可能なサイズを有するハウジングと、このハウ
ジングを上記間隙内で移動可能に支持する支持体とを備
え、この支持体を上記回転子体に着脱自在に取り付ける
と共に、当該支持体に上記ハウジングを取り付け、当該
ハウジングの上記固定子巻線側に上記測定素子を配置し
ている。
記回転子体の外周部に取り付け可能な円環状部材で形成
している。
に対して前記ハウジングを前記回転子体の円周方向に沿
ってスライドさせるスライド手段を更に備えている。
前記固定子鉄心の外側に露出した固定子巻線の絶縁層表
面に指圧して接触させる機構を前記ハウジングに設けて
いる。
前記回転子体の半径方向に沿って上下動させる機構を前
記ハウジングに設けている。
に監視用のCCD撮像装置を設けた請求項2記載の回転
電機用固定子巻線の静電容量測定装置。
を前記回転子体の軸方向に沿って伸縮させる機構を備え
た請求項2記載の回転電機用固定子巻線の静電容量測定
装置。
静電容量測定に関する動作を遠隔で操作する遠隔操作手
段を更に備えている。
測定データを取り込むデータ取込手段と、このデータ取
込手段が取り込んだ上記測定データをメモリに記憶する
データ記憶手段と、このデータ記憶手段が記憶した測定
データに基づいて前記水の浸透度を判定するアルゴリズ
ムを実行するアルゴリズム実行手段とを更に備えてい
る。
固定子巻線の静電容量測定方法は、請求項1乃至9記載
のいずれか1項に記載の回転電機用固定子巻線の静電容
量測定装置を用いることを特徴とする。
は、請求項10記載の回転電機用固定子巻線の静電容量
測定方法により測定される固定子巻線を備えたことを特
徴とする。
〜図3に基づき説明する。ここで、この実施形態の測定
対象である固定子巻線を含む回転電機は、従来のものと
本質的に同等であるため、各構成要素に同一符号を付し
てその説明を省略する。
量測定装置は、回転子51の保持環57の外周部に取り
付けられる装置取付部(本発明の支持体を成す)1と、
この装置取付部1に対し保持環57の円周方向に沿って
移動可能な装置駆動部(本発明のハウジングの要部を成
す)2と、この装置駆動部2に支持された状態で各固定
子巻線55…55の静電容量を測定する静電容量測定部
(本発明のハウジングの一部及び測定素子を成す)3
と、装置駆動部2及び静電容量測定部3を遠隔操作で駆
動させて測定データを取得する遠隔操作部4とを備えて
いる。
環57の外周部に軸方向に沿って2つの環状部材を互い
に対向配置して構成されるもので、その環状部材をテフ
ロン等の軟体品で製作された装置取付リング10、10
と、この装置取付リング10、10に締結金具10a、
10aを介して取り付けられる伸縮自在の帯状のバンド
11、11とで形成し、外径が異なる保持環57の内の
いずれのものに対してその外周部に密着状態で着脱自在
に装着可能となっている。2つの装置取付リング10、
10には、その外側側面にガイド用の溝12、12が設
けられている。
びた柱状部材からなる胴体20と、この胴体20を装置
取付部1に対して移動させる駆動部21と、監視用のC
CDカメラ22とを備えている。
溝12、12に向けて屈曲して延びる肩部23、23を
有し、その肩部23、23を溝12、12に嵌め込んで
配置され、移動部21からの動力を受けて保持環57の
外周部を溝12、12に沿ってスライド自在に移動す
る。また、この胴体20は、図示しない調整機構によ
り、その長手方向の長さを調整可能となっている。
3に空気圧を供給・排出する各種のホースやその開閉バ
ルブなどの配管24aのほか、静電容量測定部3(駆動
部21、CCDカメラ22などを含む)と遠隔操作部4
とを電気的に接続する各種の導線24bが収納されてい
る。さらに、この胴体20の先端部の固定子巻線55側
の面には、静電容量測定部3を保持環57の半径方向に
沿って上下動させるための開口部25が設けられてい
る。
るもので、動力源としての駆動モータ26と、この駆動
モータ26の回転軸に連結されるプーリ及びベルトなど
の動力伝達機構27と、この動力伝達機構27の伝達軸
に連結され且つ保持環の外周面に接触するローラ面を有
する回転ローラ28とを備え、遠隔操作部4からの動作
信号を受けたときに駆動モータ26からの動力を動力伝
達機構27を介して回転ローラ28に伝達し、その回転
ローラ28の回転力で胴体20を保持環57に対してス
ライドさせる。
胴体20が移動している間に主に静電容量測定部3と回
転電機内の周辺構造部品との干渉状態を監視するもの
で、チルト機構を有する本体22aにCCD、光学系な
どを搭載してなり、その本体22aをチルト動させるこ
とにより、CCDの撮像面の向きを静電容量測定部3と
固定子巻線55との接触状況などを撮像する方向に調整
する。このCCDカメラ22は、遠隔操作部4からの動
作信号を受けて作動し、映像信号をリアルタイムに遠隔
操作部4に供給する。
胴体20の開口部25に配置され且つ胴体20内の空気
圧シリンダのピストン(図示しない)に連結される板状
の支柱30と、この支柱30を挟む両面に夫々、接合さ
れ且つ空気圧により膨脹又は収縮可能な2つの圧接体3
1、31と、この2つの圧接体31、31の背面の上下
2か所に取り付けられる導電性可塑体(本発明の測定素
子を成す)32、32とを備えている。
動により動力を受けて所定の伸縮ストロークで上下動
し、2つの導電性可塑体32、32の位置を上下2つの
固定子巻線55a、55bの測定位置に合わせるように
調整する。ここで、空気圧シリンダは、遠隔操作部4
(後述の空気圧源)から圧縮空気を受けてピストンを上
下動させるようになっている。
圧源)からの圧縮空気を受けて膨脹し、これにより、固
定子巻線55a、55bの絶縁層表面に導電性可塑体3
2、32を指圧させると共に、その指圧状態を空気圧を
排出して収縮することにより開放する。
量を測定可能な測定素子から成るもので、素子固定子巻
線55a、55bの絶縁層表面の静電容量を測定可能な
サイズの測定面を有し、その測定面を絶縁層表面に接触
させたときに取得される静電容量の検出信号を図示しな
いインタフェース(A/Dなどを含む)を介してデジタ
ル量の測定データに変換し、これを遠隔操作部4に出力
する。
るための手元操作部(本発明の遠隔操作手段の要部を成
す)40と、静電容量測定部3からの測定データを各種
統計処理するためのパソコン部(本発明のデータ取込手
段、データ記憶手段、及びアルゴリズム実行手段の要部
を成す)41と、静電容量測定部3に空気圧を供給する
ための圧縮空気用ボンベなどの空気圧源42を備えてい
る。また、この遠隔操作部4は、図示しないCCDカメ
ラ用のモニタ(パソコン部41のモニタを兼用してもよ
い)を備え、そのモニタがCCDカメラ22からの映像
信号をリアルタイムに画像表示するようになっている。
け取るための操作パネル、スイッチ、ボタンなどの操作
器を一体に装備した遠隔操作用の手元操作箱(又は操作
盤)から成るもので、オペレータからの操作信号を操作
器を介して受けたときに所定の動作信号を装置駆動部2
および静電容量測定部3に出力すると共に、空気圧源4
2の開閉バルブを操作して、その圧縮空気を静電容量測
定部3に供給する。
するパソコンから成り、静電容量測定部4からの測定デ
ータを導線及びインタフェース(図示しない)を介して
リアルタイムに取り込み、これをメモリなどの記憶部
(図示しない)に保持すると共に、その記憶部の測定デ
ータを統計的に演算処理し、その演算結果(平均値およ
び標準偏差など)に基づいて冷却水浸透の確度の高い測
定データを判定し、冷却水浸透の疑いがある固定子巻線
の番号、その位置などを出力するアルゴリズムを実行す
るように予め設定されている。
る。
に、回転子51の軸受部分の上側半分を分解し、回転子
51が固定子鉄心53の内側に挿入されたままの状態で
保持環57の外周部に装置取付部1をセットする。この
とき、バンド11と締結金具10aで保持環57の大き
さ(半径)に沿うように取付リング10、10を取り付
ける。
ットする。このとき、胴体20の肩部23、23を取付
リング10、10の溝12、12に嵌め込む。
にセットする。このとき、支柱30の伸縮ストローク
や、導電性可塑体32、32と固定子巻線55a、55
bとの位置関係を予め調整すると共に、圧接体31、3
1の大きさも準備段階で固定子巻線55a、55b間の
間隙長に合うように予め設定する。
および静電容量測定部3が保持環56の外周部と固定子
巻線55の内周部との間に装備されると、遠隔操作部4
を操作して静電容量の測定を開始する。この測定開始に
際し、手元操作部40を操作して空気圧源42から静電
容量測定部3に圧縮空気を送り、空気圧シリンダを作動
させて支柱30を固定子巻線側の所定の測定高さまで上
げる。
源42から圧接体31に圧縮空気を送気して、その圧接
体31を膨脹させて上下2つの固定子巻線55a、55
bの絶縁層表面に導電性可塑体32、32を指圧させる
ことにより、静電容量の測定を開始する。この静電容量
の測定データは、例えばリアルタイムにパソコン部41
に取り込まれ、メモリに記憶される。
手元操作部40を操作して圧接体31から空気を逃して
収縮させ、空気圧シリンダから空気圧を開放して支柱を
保持環側に下げる。この状態で、駆動部21及びCCD
カメラ22を作動させることにより、周辺構造物に対す
る接触状況をモニタで確認しながら、胴体20を保持環
57と固定子巻線55との間でスライド移動させ、次の
固定子巻線55の位置で止める。
接体31、31を膨脹させて次の固定子巻線55の静電
容量を測定し、以後、全ての固定子巻線55の静電容量
測定が終了するまで、上述の同様の動作を繰り返す。
の静電容量測定が終了すると、パソコン部41に収録さ
れた測定データに基づいてCPUにより上述の統計処理
・判定用のアルゴリズムが実行されて、絶縁層61への
水浸透の疑いの確度が高い固定子巻線55の番号、その
位置が判定される。なお、このパソコン部41の統計・
判定処理は、測定データの収録と共にリアルタイムに行
ってもよい。判別結果は、例えばオペレータが容易に視
認できるようにパソコン部41のモニタに表示される。
回転子を固定子鉄心から引き出さなくても、比較的容易
に固定子巻線の静電容量を測定できることから、従来の
回転子引き出し作業に要していた多大な時間と人手が省
略され、工事期間や作業時間を大幅に短縮し、手間もか
からず、比較的容易に且つ迅速に固定子巻線の静電容量
を測定できる。また、測定データをリアルタイムに取り
込んで統計処理や判定のアルゴリズムを実行させるよう
にしたため、迅速且つ正確に数値処理でき、データ処理
時間を大幅に短縮できる。特に、測定データが多い場合
にその効果を発揮させることができる。
きる利点を活用することで、例えば定期点検の間隔を短
くでき、これにより、固定子巻線の劣化傾向を事前に把
握できるようになる。例えば、劣化傾向から固定子巻線
の交換時期を予め予測して早めに交換・修理すること
で、地絡などの不都合な事態を未然に防止できる。
取込手段、データ記憶手段、アルゴリズム実行手段の要
部を成す構成として外付けのパソコン部を採用してある
が、この発明はこの実施形態の構成に必ずしも限定され
るものではない。この発明の趣旨に逸脱しない範囲内で
あれば、たとえばデータ記憶手段を装置に内蔵させる等
の変形実施も可能である。またこれらの各手段のデータ
処理動作は必ずしもリアルタイムで実行するものに限定
されず、必要に応じて任意に設定してもよいことは言う
までもない。
転電機用固定子巻線の静電容量測定装置にあっては、回
転子体とその回転子体の半径方向外側の固定子巻線との
間隙内に配置可能なサイズを有するハウジングと、この
ハウジングを上記間隙内で移動可能に支持する支持体と
を備え、この支持体を回転子体に着脱自在に取り付ける
と共に、その支持体にハウジングを取り付け、そのハウ
ジングの固定子巻線側に測定素子を配置したため、従来
のように回転子体を固定子体から引き出さなくても固定
子巻線の静電容量を測定できる分、手間がかからず、工
事期間や作業時間を短縮でき、これにより、静電容量測
定に関する作業効率が大幅に向上するようになる。この
利点を活用することで、二次的には定期点検の間隔を短
くでき、固定子巻線の劣化傾向を事前に把握でき、例え
ば、固定子巻線の交換時期を予め予測して早めに交換・
修理することで、地絡などの不都合な事態を未然に防止
できる。
の測定データを取り込んで統計処理や判定のアルゴリズ
ムを実行するようにしたため、迅速に且つ正確に数値処
理でき、これにより、データ処理時間を大幅に短縮で
き、特に測定データが多い場合には、その効果をより一
層発揮させることができる。
定装置の構成を示す概略全体図。
構成を示す概略斜視図。
略斜視図。
図。
図。
Claims (11)
- 【請求項1】 円柱状の回転子体及びその回転子体の外
周部を非接触で覆う固定子体を有し且つその固定子体に
固定子巻線及びその固定子巻線を支持する固定子鉄心を
配置した回転電機における上記固定子巻線の静電容量を
測定する測定素子を備え、この測定素子の測定データに
基づいて上記固定子巻線の絶縁層に対する水の浸透度を
判定するように形成した回転電機用固定子巻線の静電容
量測定装置において、 上記回転子体とその回転子体の半径方向外側の上記固定
子巻線との間隙内に配置可能なサイズを有するハウジン
グと、このハウジングを上記間隙内で移動可能に支持す
る支持体とを備え、この支持体を上記回転子体に着脱自
在に取り付けると共に、当該支持体に上記ハウジングを
取り付け、当該ハウジングの上記固定子巻線側に上記測
定素子を配置したことを特徴とする回転電機用固定子巻
線の静電容量測定装置。 - 【請求項2】 前記支持体を前記回転子体の外周部に取
り付け可能な円環状部材で形成した請求項1記載の回転
電機用固定子巻線の静電容量測定装置。 - 【請求項3】 前記円環状部材に対して前記ハウジング
を前記回転子体の円周方向に沿ってスライドさせるスラ
イド手段を更に備えた請求項2記載の回転電機用固定子
巻線の静電容量測定装置。 - 【請求項4】 前記測定素子を前記固定子鉄心の外側に
露出した固定子巻線の絶縁層表面に指圧して接触させる
機構を前記ハウジングに設けた請求項2記載の回転電機
用固定子巻線の静電容量測定装置。 - 【請求項5】 前記測定素子を前記回転子体の半径方向
に沿って上下動させる機構を前記ハウジングに設けた請
求項2記載の回転電機用固定子巻線の静電容量測定装
置。 - 【請求項6】 前記ハウジングに監視用のCCD撮像装
置を設けた請求項2記載の回転電機用固定子巻線の静電
容量測定装置。 - 【請求項7】 前記ハウジングを前記回転子体の軸方向
に沿って伸縮させる機構を備えた請求項2記載の回転電
機用固定子巻線の静電容量測定装置。 - 【請求項8】 前記測定素子の静電容量測定に関する動
作を遠隔で操作する遠隔操作手段を更に備えた請求項1
または2記載の回転電機用固定子巻線の静電容量測定装
置。 - 【請求項9】 前記測定素子の測定データを取り込むデ
ータ取込手段と、このデータ取込手段が取り込んだ上記
測定データをメモリに記憶するデータ記憶手段と、この
データ記憶手段が記憶した測定データに基づいて前記水
の浸透度を判定するアルゴリズムを実行するアルゴリズ
ム実行手段とを更に備えた請求項1または2記載の回転
電機用固定子巻線の静電容量測定装置。 - 【請求項10】 請求項1乃至9記載のいずれか1項に
記載の回転電機用固定子巻線の静電容量測定装置を用い
ることを特徴とする回転電機用固定子巻線の静電容量測
定方法。 - 【請求項11】 請求項10記載の回転電機用固定子巻
線の静電容量測定方法により測定される固定子巻線を備
えたことを特徴とする回転電機。
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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