電動車両用回転電機、駆動制御装置および絶縁診断方法
【課題】インバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の絶縁状態を容易にかつ安価に診断する。
【解決手段】車両に搭載されてインバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０に、巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測センサー４を備える。
【解決手段】車両に搭載されてインバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０に、巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測センサー４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両用回転電機とその駆動制御装置および回転電機の絶縁診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転中の回転電機の部分放電を計測し、その計測結果に基づいて回転電機の絶縁状態を診断する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、回転電機の固定子巻線での部分放電により発生した第１の高周波信号を固定子巻線に近接配置された第１の検出器で検出するとともに、第１の高周波信号から放射される第２の高周波信号を固定子巻線を収納するフレーム内に配置され第１検出器と直列に制御された第２検出器により検出し、第１および第２の高周波信号の所定の周波数帯域成分を解析して回転電機の絶縁状態、すなわち劣化状態を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０４８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の回転電機の絶縁診断装置は据置型の大型高電圧の回転電機を対象にしたものであり、部分放電を検出する検出器が大型、高価で電動車両用の回転電機には適さないという問題がある。例えば近年、回転電機を搭載した電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車の普及にともなって、これらの電動車両に搭載される回転電機の絶縁診断の重要性が高まっているが、このような電動車両用回転電機はインバーター電源による駆動環境と駆動特性、様々な周囲環境とその変化、車両専用の構造および構成など、過酷で特異な環境条件下で使用されるため、従来の絶縁診断装置による絶縁診断が困難または不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
(１) 請求項１の発明は、車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機であって、巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測手段を備える。
(２) 請求項２の電動車両用回転電機は、請求項１に記載の電動車両用回転電機において、部分放電計測手段は、ステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回された導電線材であり、部分放電により発生する電磁波を検出する。
(３) 請求項３の発明は、請求項１に記載の電動車両用回転電機において、部分放電計測手段は、回転電機内部の温度を計測する温度センサーと、温度センサー近傍の温度センサーの出力線の両端に接続された静電容量とからなり、温度センサーの出力線をステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回して配設する。
(４) 請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の電動車両用回転電機において、導電線材または出力線の一方を、ステーターコイルの一方のコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って時計回りに配設するとともに、導電線材または出力線の他方を、ステーターコイルの他方のコイルエンド近傍にステーターコアの円周方向に反時計回りに配設する。
(５) 請求項５の発明は、請求項２に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部の温度を計測する温度センサーを備える。
(６) 請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部の気圧を計測する気圧センサーを備える。
(７) 請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部の湿度を計測する湿度センサーを備える。
(８) 請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部と連通する配管とバルブを備える。
(９) 請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、インバーター電源との間で電力の授受を行う電源用端子とは別個に、外部電源との間で電力の授受を行う外部電源用端子を備える。
(１０) 請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備える。
(１１) 請求項１１の発明は、請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時には、インバーター電源は、回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、抽出手段は、部分放電計測手段の出力信号にハイパスフィルター処理を施し、インバーター電源によるインバーターパルスノイズを除去して部分放電信号を抽出する。
(１２) 請求項１２の発明は、請求項１１に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、ハイパスフィルターは、インバーターパルスノイズの周波数スペクトルと、最小部分放電信号の周波数スペクトルとの交点を遮断周波数とするハイパスフィルターである。
(１３) 請求項１３の発明は、請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時には、インバーター電源は、回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、抽出手段は、部分放電計測手段の出力信号の内、インバーター電源によるインバーターパルスノイズの発生位相と異なる位相において発生した信号を部分放電信号として抽出する。
(１４) 請求項１４の発明は、請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時には、インバーター電源は、回転電機の誘起電圧が通常運転時の誘起電圧よりも高くなる回転電機の界磁制御を行い、抽出手段は、部分放電計測手段の出力信号から回転電機に発生する誘起電圧成分を除去して部分放電信号を抽出する。
(１５) 請求項１５の発明は、請求項８に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、回転電機の絶縁診断時には、配管とバルブに真空ポンプを接続して回転電機の内部気圧を低下させる。
(１６) 請求項１６の発明は、請求項９に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、インバーター電源と回転電機との間に設けられる遮断手段と、部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、回転電機の絶縁診断時には、遮断器を開路するとともに、外部電源用端子を介して外部電源から回転電機に絶縁試験電圧を印加する。
(１７) 請求項１７の発明は、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時の回転電機の温度、湿度および気圧を部分放電開始電圧とともに記録する記録手段と、記録手段に記録されている部分放電開始電圧を、回転電機の所定温度、所定湿度および所定気圧における値に換算する換算手段とを備え、診断手段は、換算手段により換算後の部分放電開始電圧に基づいて回転電機の絶縁診断を行う。
(１８) 請求項１８の発明は、請求項１０〜１７に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、診断手段は、回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部の熱劣化、機械劣化、耐油劣化および耐加水分解劣化を考慮して部分放電開始電圧の経時変化に基づき絶縁診断を行う。
(１９) 請求項１９の発明は、車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電をセンサーにより計測し、このセンサーの出力信号から部分放電信号を抽出し、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて電動車両用回転電機の絶縁診断を行う電動車両用回転電機の絶縁診断方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、インバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の絶縁状態を、電動車両から回転電機を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】(ａ)は一実施の形態の電動車両用回転電機とその駆動制御装置の構成を示す図、(ｂ)は回転電機の部分放電計測データを示す図、(ｃ)は回転電機の印加電圧または誘起電圧に対する部分放電信号強度を示す図、(ｄ)は部分放電開始電圧の経時変化に基づく絶縁診断方法を示す図
【図２】部分放電計測センサーと温度センサーの取り付け構造を示す図
【図３】部分放電計測センサーの周波数帯域特性を示す図
【図４】部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンドの両側に配置した変形例の部分放電計測センサーを示す図
【図５】図４に示す変形例の部分放電計測センサーによる計測原理を説明するための図
【図６】温度センサーにより部分放電を計測する構成を示す図
【図７】図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサーによる部分放電計測時の周波数特性を示す図
【図８】図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサーとコンデンサーのアドミタンスの関係を示す図
【図９】温度センサー兼部分放電計測センサーの変形例の構成を示す図
【図１０】図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーの回転電機への配置例を示す図
【図１１】図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンドの両側に配置した変形例の温度センサー兼部分放電計測センサーを示す図
【図１２】図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーの配線を一方のコイルエンドから他方のコイルエンドに引き回した場合の例を示す図
【図１３】温度センサー兼部分放電計測センサーから出力される２本の配線を、固定子鉄心の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を示す図
【図１４】温度センサー兼部分放電計測センサーから出力される２本の配線を、固定子鉄心の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を示す図
【図１５】温度センサー兼部分放電計測センサーから出力される２本の配線を、固定子鉄心の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を示す図
【図１６】回転電機の軸方向の断面図
【図１７】電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車の駆動システムに用いるインバーターの回路構成を示す図
【図１８】図１６に示す回転電機と図１７に示すインバータシステムを搭載したハイブリッド電気自動車の走行駆動システムを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明に係わる回転電機とその駆動制御装置および絶縁診断方法を、電気自動車またはハイブリッド電気自動車に搭載される回転電機に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明の回転電機とその制御装置および絶縁診断方法は、自動車に搭載される回転電機を対象としたものに限定されず、鉄道車両用の回転電機や建設車両や土木車両用の回転電機にも適用することができる。
【０００９】
図１(ａ)は一実施の形態の構成を示すブロック図である。回転電機１０はハイブリッド電気自動車の走行駆動源であり、ギヤまたはカップリング１３によって車軸またはエンジンあるいはその他の回転電機１２と機械的に連結されている。なお、回転電機１０には、誘導機、同期機、直流機などのあらゆる種類の電動機および発電機を用いることができる。なお、この明細書において回転電機とは上述した誘導機、同期機、直流機などのあらゆる種類の回転電機であり、インバーターやコンバーターの駆動用電源により駆動されて駆動力を発生する電動機として機能するとともに、負荷側から駆動されて誘起電圧を発生する発電機としても機能する、いわゆるモーター・ジェネレーターである。
【００１０】
回転電機１０にはインバーター電源７によりインバーターパルス電圧が印加され、回転駆動されて駆動力を発生する。インバーター電源７は、バッテリー８の直流電源をＤＣ−ＤＣコンバーター７１により昇圧し、コンデンサー７２により平滑してインバーター７３により交流電圧に変換する。インバーター電源７と回転電機１０との間には遮断器１１があり、インバーター電源７により回転電機１０を駆動しながら絶縁診断する場合には遮断器１１が接続（オン）状態にされ、回転電機１０自体の誘起電圧により絶縁診断する場合には遮断器１１が開放（オフ）される。
【００１１】
回転電機１０の中には気圧センサー１、湿度センサー２、温度センサー３および部分放電計測センサー４が内蔵されている。また、回転電機１０には真空ポンプ１５に接続するための外部配管およびバルブ１６が設けられており、真空ポンプ１５により回転電機１０の内部の気圧を下げることができる。さらに、回転電機１０には、インバーター電源７との間で電力の授受を行う電源用端子(不図示)とは別個に、外部電源１４を接続するための外部電源端子１７が設けられており、インバーター電源７に代わって外部電源１４から外部電源端子１７を介して回転電機１０へ絶縁試験電圧を印加することができる。これらの外部配管およびバルブ１６と真空ポンプ１５、端子１７と外部電源１４については、詳細を後述する。
【００１２】
部分放電計測器５は、回転電機１０の内部に設置された部分放電計測センサー４により回転電機１０の部分放電を計測する。部分放電計測器５は信号検出部５１、ハイパスフィルター５２および電圧計測器５３を備えている。試験電圧を印加したときに部分放電計測センサー４により計測した部分放電信号は、信号検出部５１により電圧信号に変換され、ハイパスフィルター５２によりインバーターパルスノイズを除去した後、Ａ／Ｄ変換器などの電圧計測器５３によりデータに変換、計測される。計測した部分放電信号データは制御／データ処理装置６に送信される。
【００１３】
制御／データ処理装置６は、ＣＰＵ６ａとメモリ６ｂ、Ａ／Ｄコンバーター６ｃなどの周辺部品から構成される。制御／データ処理装置６は、インバーター電源７を制御してインバーターパルス電圧を回転電機１０へ印加し、部分放電計測センサー４および部分放電計測器５により回転電機１０の部分放電を計測し、計測データに基づいて回転電機１０の絶縁状態すなわち寿命を診断する。また、制御／データ処理装置６は、回転電機１０の誘起電圧波形に基づいて部分放電を計測し、計測データに基づいて回転電機１０の絶縁状態すなわち寿命を診断する。これらの絶縁診断方法については詳細を後述する。制御／データ処理装置６にはＧＰＳ受信機１６とインターネット回線１７が接続されており、自動車の現在位置の温度、湿度、気圧などの気象環境データを間接的に入手することができる。
【００１４】
回転電機１０の部分放電を計測するために回転電機１０に印加する試験電圧としては、インバーター電源７により生成されるインバーターパルス電圧、回転電機１０の回転によって発生する誘起電圧、および外部電源端子１７を介して回転電機１０に印加される試験電圧（パルス電圧や正弦波電圧など）がある。インバーター電源７のインバーターパルス電圧による部分放電計測は、ＤＣ−ＤＣコンバーター７１の出力直流電圧を通常運転時の定格電圧より高くし、インバーター７３により通常運転時よりも高圧のインバーターパルス電圧を生成して回転電機１０に印加して行う。なお、この計測方法ではインバーター電源７の耐圧は試験電圧以上にする必要がある。インバーターパルス電圧による部分放電計測は、回転電機１０の巻線間、相間および対地間の絶縁部の部分放電を計測することができる。
【００１５】
一方、回転電機１０の誘起電圧による部分放電計測は、インバーター７３により回転電機１０の弱め界磁運転を行って通常運転時の回転速度よりも高い回転速度で運転し、その状態で強め界磁運転に切り換えて回転電機１０で発生する誘起電圧を上昇させて行う。この計測方法においてもインバーター電源７の耐圧は試験電圧以上にする必要がある。誘起電圧による部分放電計測では、誘起電圧が正弦波になるため、相間と対地間の絶縁部の部分放電を計測できるが、巻線間には大きな電位差が生じないため、巻線間の絶縁部の部分放電を計測することはできない。
【００１６】
外部電源１４による部分放電計測は、遮断器１１を開放（オフ）にして外部電源端子１７に外部電源１４を接続し、外部電源１４によりパルス状または正弦波状の試験電圧を発生させて行う。パルス状の試験電圧によれば巻線間、相間および対地間の絶縁部の部分放電を計測でき、正弦波状の試験電圧によれば相間と対地間の絶縁部の部分放電を計測できる。外部電源１４による部分放電計測では、遮断器１１を開放して外部電源１４および回転電機１０とインバーター電源７とを遮断して行うため、インバーター電源７の耐圧を試験電圧以上にする必要がなく、インバーター電源７を安価に設計することができる。
【００１７】
回転電機１０の内部を低圧にすることによって、低い試験電圧で部分放電を計測することができる。上述した外部配管およびバルブ１６に真空ポンプ１５を接続し、回転電機１０の内部気圧を低い値に保ちながら上述した部分放電計測を行うと、通常運転時の駆動電圧以下の試験電圧で部分放電を計測できる。この低圧による部分放電計測は上述した三つの部分放電計測方法のいずれとも併用することができ、部分放電計測に際して高耐圧のインバーター電源７や外部電源１４が不要となる。
【００１８】
図１(ｂ)〜図１(ｄ)は、制御／データ処理装置６のメモリ６ｂに記憶されている部分放電の計測データ６１、６２、６３を示す。図１(ｂ)において、制御／データ処理装置６によりインバーターパルス電圧で部分放電計測をした場合の計測データを６１０に、回転電機１０の誘起電圧で部分放電計測をした場合の計測データを６１６に示す。インバーターパルス電圧による部分放電計測では、ハイパスフィルター５２を通してもパルス電圧の急峻変化に伴うノイズが部分放電信号に残留する場合がある。このため、この一実施の形態では、はじめに回転電機１０に印加される電圧の大きさがパッシェンの最低火花電圧である３００Ｖ以下となるように、インバーター電源７のＤＣ-ＤＣコンバーター７１を制御してインバーター７３の直流電源電圧を調整し、インバーター７３により直流電源をオン、オフしてインバーターパルス電圧６１１を生成し、回転電機１０に印加する。このとき、部分放電計測器５では部分放電ではないインバーターパルスノイズ信号６１２が計測される。これを記録してから、次にＤＣ−ＤＣコンバーター７１の電圧を徐々に昇圧し、回転電機１０の通常運転電圧以上の電圧にする。その結果、インバーターパルス電圧６１３が高くなるとともに、インバーターパルスノイズ信号６１４も大きくなる。しかし、これとは別の位相で部分放電信号６１５が発生する。その後、電圧をさらに昇圧すると部分放電信号６１５が急増し、図１(ｃ)に示すような印加電圧に対するＰＤ（部分放電；Partial Discharge）信号強度特性６２が得られる。一実施の形態のこの方式では実際にインバーターパルス電圧を印加して回転電機１０の部分放電計測ができるため、インバーター駆動時に問題となる回転電機１０の巻線間、相間、対地間の絶縁部の部分放電を計測して絶縁診断できる。
【００１９】
しかし、ＤＣ−ＤＣコンバーター７１が限界設計されており高圧の試験電圧を生成できない場合や、そもそもＤＣ−ＤＣコンバーター７１を内蔵していないインバーター電源では、通常運転電圧以上の電圧を回転電機１０に印加することができない。この場合には、回転電機１０に予め設置されている外部配管およびバルブ１６を介して真空ポンプ１５により回転電機１０内部の気圧を下げる。これにより、回転電機１０に印加する電圧を昇圧せずに、部分放電開始電圧を試験中のみ相対的に低下させることができ、低い試験電圧で部分放電を計測することができる。
【００２０】
一方、回転電機１０の誘起電圧による部分放電の計測方法では、回転電機１０が回転しているときは、図１(ｂ)に示す誘起電圧による部分放電の計測データ６１６のように、回転電機１０に正弦波状の誘起電圧６１７が発生する。回転電機１０の回転速度が高くなると、誘起電圧６１８も高くなって部分放電信号６１９が発生する。その後、誘起電圧６１８がさらに高くなると部分放電信号６１９が急増し、図１(ｃ)に示すような誘起電圧に対するＰＤ信号強度特性６２が得られる。部分放電計測器５は、部分放電計測センサー４の出力信号から正弦波状の誘起電圧信号を除去し、部分放電信号６１９を抽出する。
【００２１】
この計測方法では正弦波状の誘起電圧６１７，６１８を試験電圧として部分放電計測を行うので、上述したように回転電機１０の巻線間に発生する部分放電を計測することはできない。しかし、例えば、インバーターパルス電圧６１１、６１３で部分放電が計測された際に、誘起電圧による計測方法を併せて実施することによって、それが相間および対地間の絶縁部の部分放電なのか、巻線間の絶縁部の部分放電であるのか区別することができる。これにより、回転電機１０の絶縁劣化箇所の特定と対策ができる利点がある。
【００２２】
上述した一実施の形態ではインバーターパルス電圧による部分放電計測と、誘起電圧による部分放電計測とを同時に実行する例を示したが、それらを別の機会に実施し、それぞれの部分放電計測データを合わせて絶縁診断を行うようにしてもよい。
【００２３】
次に、以上の計測方法により求めた印加電圧または誘起電圧に対するＰＤ信号強度特性６２は、図１(ｃ)に示すように、回転電機１０の使用開始からの経時に応じて初期特性６２１、中期特性６２２、後期特性６２３のように変化する。これらの初期から後期までの各ＰＤ信号強度特性６２１〜６２３の立ち上がり部分の電圧、つまり部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ（Partial Discharge Inception Voltage））は、回転電機１０の使用開始からの経時に応じて初期値ＰＤＶ１、中期値ＰＤＶ２、後期値ＰＤＶ３のように徐々に低下する。そこで、回転電機１０の使用開始からの経時に応じたＰＤＩＶの初期値ＰＤＩＶ１、中期値ＰＤＩＶ２、後期値ＰＤＩＶ３を計測し、ＰＤＩＶの経時変化を求める。
【００２４】
このとき、事前に測定しておいた回転電機１０の温度、湿度、気圧とこれらの環境条件に対するＰＤＩＶの依存性データベースを使ってＰＤＩＶの計測データを補正し、特定の環境条件、例えば、温度２７℃、湿度５０％、気圧１０１３hPaのＰＤＩＶに変換する。これにより、負荷条件および環境条件の影響が少なく、絶縁劣化特性のみを反映した運転時間に対するＰＤＩＶのグラフ６３（図１(ｄ)参照）が得られる。得られたグラフ６３のＰＤＩＶの劣化カーブを予めデータベースに蓄えておいた絶縁劣化に伴うＰＤＩＶの劣化カーブと比較し、どのカーブでカーブフィティングできるかを求める。このカーブの外挿線が通常運転電圧（回転電機１０を通常運転するときの駆動電圧）と交わるところが回転電機１０の寿命となる。また、現在のＰＤＩＶ（ＰＤＩＶ３）と寿命までの間の時間が回転電機１０の余寿命となる。熱劣化の影響が大きい場合には劣化カーブは下に凸の劣化カーブ６３３となり、機械劣化の影響が大きい場合には上に凸の劣化カーブ６３１となり、熱劣化と機械劣化が同等の場合には中間の劣化カーブ６３２となる。
【００２５】
なお、部分放電計測に際し、外部配管およびバルブ１６から回転電機１０に窒素ガスを送入して回転電機１０の内部の気圧と湿度をそれぞれ所定の値に調節するとともに、ハイブリッド電気自動車のオートマチックオイルの温度を調節して回転電機１０の内部の温度を所定の値にすることができる。また、上述した熱劣化と機械劣化の他に、耐油劣化および耐加水分解劣化に応じたＰＤＩＶの劣化カーブを予めデータベースに蓄えておき、計測結果のＰＤＩＶの劣化カーブとカーブフィッティングして余寿命を予測するようにしてもよい。
【００２６】
以上の方法によって回転電機１０の絶縁診断、特に運転中の部分放電計測ができる。従来は、このデータが回転電機の負荷条件および環境条件で大きくばらつき、劣化傾向がうまく見分けられなかったが、この一実施の形態では、特に、回転電機１０の温度、湿度、気圧を直接あるいは間接的に計測し、ＰＤＩＶの計測データを補正しているため、バラツキが少ない信頼できる絶縁診断と余寿命予測ができる。
【００２７】
なお、上述したように一実施の形態の回転電機１０には真空ポンプ１５を接続する外部配管およびバルブ１６と、外部電源１４を接続する外部電源端子１７が予め設けられている（図１(ａ)参照）。このため、運転中の自己絶縁診断だけでなく、定期的な検査、例えば車検などの際にも、回転電機１０の環境条件（気圧、湿度、温度）をコントロールしながら、外部の任意試験電圧波形で回転電機１０を診断することができる。従来の電気自動車用およびハイブリッド電気自動車用の回転電機では、一実施の形態の真空ポンプ接続用の外部配管およびバルブ１６と、外部電源接続用の外部電源端子１７がないため、定期的な検査などの際にも回転電機１０をギヤＢＯＸなどから取り外さないと絶縁診断を実施できなかったが、上述したような外部配管およびバルブ１６と外部電源端子１７を予め回転電機１０に設置したことによって、車検の際にも回転電機１０に容易にアクセスでき、絶縁診断を実施することができる。
【００２８】
《部分放電の計測方法１》
図２は部分放電計測センサー４と温度センサー３の構造と取り付け位置を示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心（ステーターコア）２０と固定子巻線（ステーターコイル）のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し（端子）２４〜２６側の正面図である。コイルエンド２１は、回転電機１０の固定子鉄心２０から左右の軸方向に飛び出している。温度センサー３は、回転電機１０の固定子コイルの温度が最も高くなると推定されるコイルエンド表面に貼り付けられる。温度センサー３には、半導体素子を使ったサーミスタや熱電対、白金の測定温度抵抗体などを使用する。
【００２９】
部分放電計測センサー４は、三相ＵＶＷの口出し２４、２５、２６側のコイルエンド２１の近傍に、固定子巻線全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設される。部分放電計測センサー４には、ＭＨｚ〜ＧＨｚ帯域の電磁波を計測するアンテナとして動作する導電線材を使用する。なお、部分放電計測センサー４を三相ＵＶＷの口出し２４〜２６と反対側のコイルエンド２１に配置してもよい。また、口出し２４〜２６はインバーター電源７から回転電機１０との間で電力の授受を行う端子であり、上述した外部電源１４との間で電力の授受を行う外部電源端子１７とは別のものである。
【００３０】
図３に部分放電計測センサー４の周波数帯域特性を示す。図において、破線は最大試験電圧を印加したときの最大インバーターパルスノイズの周波数スペクトル１２２を示し、実線は検出すべき最小部分放電信号の周波数スペクトル１２１を示す。インバータパルスノイズの周波数スペクトル１２２と最小部分放電信号の周波数スペクトル１２１との交点を遮断周波数ｆcaとしたとき、一実施の形態では遮断周波数ｆcaよりも高域１２３を通過させる部分放電計測器５のハイパスフィルター５２を使用している（図１(ａ)参照）。このため、インバータパルス電圧でも必要な部分放電検出感度を確保して部分放電を計測し、絶縁診断を行うことができる。なお、部分放電計測センサー４についても高域通過フィルターと同じ遮断周波数特性のセンサーを用いると、部分放電信号とインバータパルスノイズのＳ／Ｎ比がより高くなる。
【００３１】
インバーターパルスノイズから部分放電信号を分離するには、上述したハイパスフィルター５２による方法以外に、図１(ｂ)に示すようにインバーターパルスノイズ６１４と部分放電信号６１５との位相差により分離することもできる。図１(ｂ)において、インバーターパルス電圧で部分放電計測を行った場合のデータ６１０に示すように、インバーターパルスノイズ６１４は、インバーターパルス電圧６１３の立ち上がりおよび立ち下がりに同期して発生するが、部分放電信号６１５の発生位相はインバーターパルスノイズ６１４と発生位相と異なる。したがって、予め想定されるインバーターパルスノイズ６１４の発生位相と異なる位相において発生した信号を部分放電信号６１５として計測することができる。
【００３２】
《部分放電の計測方法２》
図４は、部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンド２１の両側に配置した変形例の部分放電計測センサー４ａ、４ｂを示し、(ａ)は固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。この変形例では、一方の部分放電計測センサー４ａが、三相ＵＶＷの口出し２４、２５、２６側と反対側のコイルエンド２１の近傍に、固定子コイル全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設され、また、他方の部分放電計測センサー４ｂが、三相ＵＶＷの口出し２４、２５、２６側のコイルエンド２１の近傍に、固定子コイル全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設され、反口出し側の部分放電計測センサー４ａと口出し側の部分放電計測センサー４ｂとが直列に接続される。これにより、インバーターパルスノイズをさらに低減し、部分放電信号を高感度で計測することができる。なお、温度センサー３については図２に示す計測方法２と同様であり、説明を省略する。
【００３３】
図５は、図４に示す変形例の部分放電計測センサー４ａ、４ｂによる計測原理を説明するための図である。なお、図５では温度センサー３の図示を省略している。インバーターパルス電圧に伴う電流は、例えば、図５(ａ)に示す矢印１４１のように回転電機１０の軸方向に対し左から右（あるいは右から左）に一方向に流れる。このため、部分放電計測センサー４ａ、４ｂの極性を合わせて向かい合わせに配置した場合には、図５(ｃ)、(ｄ)に示すように、部分放電計測センサー４ａ、４ｂに流れるインバーターパルス電圧にともなう電流１４１０、１４１１は互いに逆極性になる。一方、部分放電が発生した場合には、部分放電計測センサー４ａ、４ｂに流れる電流１４２０、１４２１はともに部分放電箇所に向かって流れるため、同極性となる。したがって、部分放電計測センサー４ａ、４ｂを直列に接続すると、図５(ｅ)に示すように、インバーターパルス電圧にともなう電流１４１０と１４１１は互いに打ち消し合って消滅し、部分放電に伴う電流１４２０と１４２１は互いに強め合って大きな電流１４２２になる。この変形例の放電計測センサー４ａ、４ｂは、図２に示す放電計測センサー４よりも高感度に部分放電を計測することができる。
【００３４】
《部分放電の計測方法３》
温度センサーを使った従来の高電圧回転電機の部分放電計測では、回転電機の急激な温度変化とともに温度センサーのインピーダンスが大きく変化するため、部分放電計測感度が大きく変化するという問題があった。このため、図１〜図５に示す部分放電の計測方法１、２では温度センサー３と部分放電計測センサー４とを分離した。しかし、電気自動車およびハイブリッド電気自動車では小型、軽量化、部品点数削減に対するニーズが高く、このようなニーズに応えるために温度センサーを改良し、負荷変動や温度変化の大きい電気自動車およびハイブリッド電気自動車において温度センサーを使って部分放電を計測する例を以下に説明する。
【００３５】
図６は温度センサー４１により部分放電を計測する構成を示す。この計測方法では、回転電機１０の温度を計測するための温度センサー４１にコンデンサー４２が並列に接続される。コンデンサー４２は温度センサー４１の近くに配置される。このコンデンサー４２を接続した温度センサー４１（以下では、温度センサー兼部分放電計測センサー４１と呼ぶ）は、図６に示すように部分放電計測器５に接続されるとともに、図１(ａ)に示す制御／データ処理装置６の温度計測ポートに接続される。ここで、一般に温度センサー４１には温度依存性が大きいサーミスタなどの半導体素子や熱電対、測温抵抗体などが使用されるが、温度変化に対するインピーダンスや端子電圧の変化が大きく、温度計測感度がよくなればなるほど部分放電計測感度の温度変化が著しくなるという問題があった。この温度センサー４１による部分放電の計測方法では、温度センサー４１に並列にコンデンサー４２を接続しているため、ミリ秒から分オーダーの低周波の温度時間変化に対しては温度センサー４１から温度計測信号が出力され、温度センサー４１として機能する。一方、ＭHzからＧHzの高周波の部分放電信号変化があるとコンデンサー４２を介して温度センサー４１の両端が短絡され、部分放電計測センサーとして機能する。この結果、電気自動車およびハイブリッド電気自動車のように急激な負荷変動や温度変化がある回転電機１０に対しても温度センサー４１を使って部分放電の計測が可能となる。
【００３６】
図７は、図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１による部分放電計測時の周波数特性を示す。図において、破線は最大試験電圧を印加したときの最大インバーターパルスノイズの周波数スペクトル１３２を示し、実線は検出すべき最小部分放電信号の周波数スペクトル１３１を示す。インバータパルスノイズの周波数スペクトル１３２と最小部分放電信号の周波数スペクトル１３１の交点を遮断周波数ｆccとしたとき、この温度センサー４１による計測方法では遮断周波数ｆccよりも高域１３３を通過させるように、並列コンデンサー４２の静電容量Ｃと部分放電計測器５の信号検出部５１のインピーダンス｜Ｚ｜を調整する。このため、インバータパルス電圧でも必要な部分放電検出感度を確保して部分放電を計測し、絶縁診断を行うことができる。
【００３７】
図８は、図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１とコンデンサー４２のアドミタンスの関係を示す。図６に示す部分放電の計測方法では、温度センサー４１が持つ固有の最大アドミタンス｜Ｙtm｜と、並列に接続されるコンデンサー４２のアドミタンス｜Ｙc｜との交点の周波数ｆcmをｆcm≦ｆccとしている。このため、部分放電を計測する高周波帯域（≧ｆcc）では温度センサー４１よりもコンデンサー４２のアドミタンスが大きくなって温度センサー４１の両端がコンデンサー４２により短絡され、温度センサー４１の温度特性の影響を受けずに部分放電を安定に計測することができる。
【００３８】
具体的には、例えばｆcc＝１００MHzとし、部分放電検出器５の信号検出部５１の入力インピーダンスが直流カットのための結合コンデンサーを含めｆcc＝１００MHz で１５０Ωである場合、図８に示す式からＣ＝１０ｐＦとなる。この静電容量に対し、図８のアドミタンス｜Ｙc｜特性が求められる。温度センサー４１の固有の最大アドミタンス｜Ｙtm｜の交点の周波数ｆcmをｆcm≦ｆccにするためには、｜Ｙtm｜≦２π・ｆcc・Ｃ＝０．００６・Ｓと求めることができ、そのような温度センサー４１を選定することによって図６に示す温度センサー４１による温度と部分放電の計測を実現することができる。なお、上記の数値は一例であり、上述したような方法で回路定数を最適化すれば他の回路定数であっても温度センサー４１による温度と部分放電の計測が可能である。
【００３９】
《部分放電の計測方法４》
図９は、温度センサー兼部分放電計測センサー４１の変形例の構成を示す。上述した図６に示す計測方法では、温度センサー４１の両端にコンデンサー４２を接続して部分放電を計測する方法を示したが、ここではコンデンサーを接続せずに温度センサー４１から引き出されるリード線を平行に近接させて樹脂などでモールドして固定し（図中に５００で示す部分）、温度センサー４１の近くに並列に静電容量５００を付加している（以下では、静電容量５００を付加した温度センサー４１を温度センサー兼部分放電計測センサー４１と呼ぶ）。温度センサー兼部分放電計測センサー４１は、図９に示すように部分放電計測器５に接続されるとともに、図１(ａ)に示す制御／データ処理装置６の温度計測ポートに接続される。この計測方法によれば、図７に示す効果と同様な効果が得られる上に、図６に示す計測方法に比べコンデンサー４２が不要になり、部品点数の削減とともに接続作業工数を削減できる。
【００４０】
図１０は、図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１の回転電機１０への配置例を示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。温度センサー兼部分放電計測センサー４１は回転電機１０の中で最も温度が高くなると想定されるコイルエンド２１の表面位置に固定され、温度センサー兼部分放電計測センサー４１の出力線はコイルエンド２１の近傍に固定子鉄心２０の全周に沿わせて巻回される。このようにすることで回転電機１０のコイル全体の部分放電を捉えることができる。
【００４１】
《部分放電の計測方法５》
図１１は、図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンド２１の両側に配置した変形例の温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａ、４１ｂを示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａと４１ｂはそれぞれ、回転電機１０の軸方向の左右のコイルエンド２１の近傍に、固定子コイル全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設され、温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａと４１ｂはコンデンサー４３を介して接続される。このような構成とすることによって、ミリ秒から分オーダーまでの低周波の温度時間変化に対しては温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａと４１ｂがそれぞれ独立した温度センサーとして機能する。一方、ＭHzからＧHzまでの高周波の部分放電信号変化があると、温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａ、４１ｂの両端が短絡され、部分放電計測センサーとして機能する。このように、温度センサー兼部分放電計測センサーを２つに分けることによって、図４に示す２つの部分放電計測センサー４ａ、４ｂを直列接続した場合の図５に示す効果と同様な効果が得られ、インバータパルスノイズを低減しながら部分放電をより高感度で計測することが可能になる。
【００４２】
《部分放電の計測方法６》
図１２は、図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１の配線を一方のコイルエンド２１から他方のコイルエンド２１に引き回した場合の例を示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。上述した図１１に示す部分放電の計測方法５では、２つの温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａ、４１ｂを用いているため、温度を２点で計測できるメリットがある反面、センサーが２つになり部品点数が増加する上に、センサー４１ａ、４１ｂどうしを接続するコンデンサー４３が必要になる。これに対し図１２に示す計測方法６では、温度測定点は１つであるが、単一の温度センサー兼部分放電計測センサー４１の配線を一方のコイルエンド２１から他方のコイルエンド２１に連続して引き回すことによって、部品点数を削減しつつ、インバータパルスノイズを低減し、部分放電をより高感度で計測することを可能にしている。
【００４３】
《部分放電のその他の計測方法》
図１０〜図１２に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１、(４１ａ、４１ｂ)から出力される２本の配線を、固定子鉄心２０の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を図１３〜図１５に示す。図１３〜図１５において、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。上述した図１０〜図１２では温度センサー兼部分放電計測センサー４１、(４１ａ、４１ｂ)から出力される２本の配線を平行に配設していたため、配線間の静電容量が大きいと部分放電信号が配線間で漏れて短絡するおそれがあり、配線の絶縁部材を厚くする必要があった。これに対し図１３〜図１５に示すように温度センサー兼部分放電計測センサー４１、(４１ａ、４１ｂ)から出力される２本の配線を固定子鉄心２０の全周の時計回りと反時計回りに分配することによって、配線間の漏れ静電容量を低減すると同時に、回転電機１０の軸方向に伝播する部分放電の電磁波を効率的に捕らえることができる。
【００４４】
ここで、上述した一実施の形態の電動車両用回転電機１０とその駆動制御装置を電気自動車およびハイブリッド電気自動車に搭載した場合の利点について述べる。電気自動車およびハイブリッド電気自動車に搭載する回転電機は、(１)インバーター電源により駆動されるため、対地間絶縁だけでなく、相間絶縁と巻線間絶縁にも高電圧が印加される、(２)加速時や減速時に過大な電流が流れ、急激な温度変化が発生する、(３)自動車であるため、様々な環境下で使用される、(４)耐部分放電劣化特性に乏しい有機材料を使用しており、部分放電の発生が許容されない、(５)ギアボックスなどと一体設計になっており、自動車に組み込んだ後に解体して絶縁診断を行うのが困難など、高電圧大型回転電機とは印加電圧波形、運転条件、絶縁システム、構造が大きく異なり、上述した従来の高電圧大型回転電機に対する絶縁診断方法を適用することができない。特に、従来の絶縁診断方法では運転中に部分放電計測を行うことは不可能である。
【００４５】
また、回転電機をインバーター電源で駆動した場合には、(１)インバーターパルスノイズと部分放電信号との分離が困難、(２)急激な温度変化とともに温度センサーのインピーダンス特性が大きく変化するため、温度センサーを使った部分放電計測では部分放電信号の計測感度が大きく変化し、安定したデータ計測と信頼できる絶縁診断ができない、(３)急激な負荷変動と温度変化があるため、絶縁劣化にともなう部分放電特性変化よりも負荷変動と温度変化にともなう部分放電特性変化が大きく、絶縁劣化傾向がつかめない、(４)任意の１スロットの部分放電計測結果で回転電機の概略の絶縁劣化傾向がつかめるが、回転電機コイルすべての部分放電計測、絶縁劣化診断をしているわけではない、(５)耐部分放電劣化特性に優れた材料を使用していないので、部分放電が発生すると短時間で破壊にいたるため、従来よりも高精度な部分放電計測と絶縁診断が必要である、などの問題がある。
【００４６】
上述した一実施の形態とその変形例の電動車両用回転電機１０およびその駆動制御装置によれば、従来の絶縁診断方法の上述した問題を解決でき、インバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の絶縁状態を、電動車両から回転電機を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【００４７】
《回転電機１０の構成例》
図１６は回転電機１０の軸方向の断面図である。回転電機１０は、ステーター（固定子）１５０と、ステーター１５０の内周側に空隙を介して配置され、かつ回転可能に支持されているローター（回転子）１５１から構成されている。ステーター１５０とローター１５１は回転電機のハウジング１５２内に保持されている。
【００４８】
ステーター１５０は、ステーターコア（固定子鉄心）１５３とステーターコイル（固定子巻線）１５４とから構成されている。ステーターコア１５３は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした後、それらを積層したものである。ステーターコア１５３は、環状のヨークコアと、ヨークコアから径方向に突出し周方向に等間隔に配置された複数のティースコアとから構成されており、ヨークコアとティースコアは一体に形成されている。ステータコア１５３の内周部には、ステータコア１５３の内周表面側が開口して軸方向に連続した複数のスロットが形成されている。このスロットは、周方向に隣接するティースコア間に形成された溝状の空間部である。この一実施の形態では４８個のスロットが形成されている。ステーターコイル１５４は分布巻きで、ステーターコア１５３のティースコアに巻回されている。ここで、分布巻きとは、コイルが複数のスロットを跨いで（あるいは挟んで）離間した２つのスロットに収納されるように、ステーターコア１５３に巻かれる巻線方式である。
【００４９】
ステーターコイル１５４は、コイル導体を積層しながら連続的に巻回したＵ相ステーターコイルと、Ｖ相ステーターコイル、Ｗ相ステーターコイルとから構成されている。ステーターコイル１５４は、自動巻線機を用いて巻き枠に所定の順序で予め巻回され、その後自動挿入機を用いてステーターコア１５３のスロット１５５の入口部からスロット内に挿入され、ステーターコア１５３に巻かれる。ステーターコイル１５４は、Ｕ相ステーターコイル，Ｖ相ステーターコイル，Ｗ相ステーターコイルの順にスロット内に挿入される。ステーターコイル１５４のコイルエンド部は、スロット１５５から軸方向両側に突出し、ステーターコア１５３の軸方向両端面に配置されている。
【００５０】
ローター１５１は、ローターコア１５６、永久磁石１５５およびシャフト１５７から構成されている。ローターコア１５６は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした上で積層し、シャフト１５７に固定したものである。ローターコア１５６の外周部には、軸方向に貫通した複数の磁石挿入孔が周方向に等間隔で形成されている。この一実施の形態では８個の磁石挿入孔が形成されている。永久磁石挿入孔のそれぞれには永久磁石１５５が挿入され、固定されている。シャフト１５７は、ハウジング１５２の両側にそれぞれ固定されたエンドブラケット１５８Ｆ，１５８Ｒに軸受１５９Ｆ，１５９Ｒを介して回転可能に支承されている。
【００５１】
《インバーター７の構成例》
図１７は、電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車の駆動システムに用いるインバーターＩＮＶの回路構成を示す。インバーターＩＮＶは、２個のインバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２から構成されている。インバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２の構成は同じである。インバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、それぞれパワーモジュールＰＭと、ドライバーユニットＤＵから構成される。ドライバーユニットＤＵは、モーター制御ユニットＭＣＵによって制御される。パワーモジュールＰＭにはバッテリーＢＡから直流電力が供給され、インバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２はそれぞれ直流電力を交流電力に変換してモーター・ジェネレーターＦＭＧ，ＲＭＧに供給する。また、モーター・ジェネレーターＦＭＧ，ＲＭＧが発電機として動作するときには、発電機（ジェネレーター）の出力をインバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２によって直流電力に変換するとともに、図示しないＤＣ−ＤＣコンバーターで電圧の大きさをコントロールしてバッテリーＢＡに蓄電される。
【００５２】
インバーターＩＮＶ１のパワーモジュールＰＭは６つのアームから構成され、車載用直流電源であるバッテリーＢＡから供給される直流を交流に変換して回転電機であるモーター・ジェネレーターＦＭＧ，ＲＭＧに電力を供給する。パワーモジュールＰＭの上記６つのアームは、半導体のスイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を使用している。半導体のスイッチング素子としてはＩＧＢＴ以外に電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor‐Field Effect Transistor）を使用することができる。
【００５３】
ＩＧＢＴは動作速度が速いメリットがある。過去には電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴが使用できる電圧が低かったので、高電圧用のインバーターはＩＧＢＴで作られていた。しかし、最近は電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの使用できる電圧が高くなり、車両用インバーターではどちらも半導体スイッチング素子として使用可能である。電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合は半導体の構造がＩＧＢＴに比べてシンプルであり、半導体の製造工程がＩＧＢＴに比べ少なくなるメリットがある。
【００５４】
図１７において、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の上アームと下アームとはそれぞれ直列に接続されている。Ｕ相とＶ相とＷ相の各上アームのそれぞれのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴ使用の場合はドレーン端子）はバッテリーＢＡの正極側に接続される。一方、Ｕ相とＶ相とＷ相の各下アームのそれぞれのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）は、バッテリーＢＡの負極側に接続される。
【００５５】
Ｕ相上アームのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）と、Ｕ相下アームのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はドレーン端子）との接続点は、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のＵ相端子に接続され、Ｕ相電流が流れる。電機子巻線（永久磁石型同期モーターの固定子巻線）がＹ結線の場合は、Ｕ相巻線の電流が流れる。Ｖ相上アームのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）と、Ｖ相下アームのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はドレーン端子）との接続点は、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のＶ相の電機子巻線（固定子巻線）のＶ相端子に接続され、Ｖ相電流が流れる。固定子巻線がＹ結線の場合は、Ｖ相巻線の電流が流れる。Ｗ相上アームのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）と、Ｗ相下アームのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はドレーン端子）との接続点は、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のＷ相端子に接続される。固定子巻線がＹ結線の場合は、Ｗ相巻線の電流が流れる。バッテリーＢＡから供給される直流電力を交流電力に変換して、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のステーターを構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相ステーターコイルに供給することによって、３相のステーターコイルに流れる電流により発生する起磁力でローターが回転駆動する。
【００５６】
モーター制御ユニットＲＭによりゲート信号を発生するドライバーユニットＤＵが制御され、各相のドライバーユニットから各相の半導体スイッチング素子へゲート信号が供給される。このゲート信号により各アームの導通、非導通（遮断）が制御される。その結果、供給された直流は三相交流に変換される。三相交流の生成については周知であるから、ここでは詳細な動作説明を省略する。
【００５７】
《ハイブリッド電気自動車の構成例》
図１８は、図１６に示す回転電機１０と図１７に示すインバータシステムを搭載したハイブリッド電気自動車の走行駆動システムを示す。図１８に示すハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮと、上述した回転電機１０からなるフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、回転電機１０からなるリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式の車両である。なお、この一実施の形態では、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮと上述した回転電機１０からなるフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆをそれぞれ駆動するようにしてもよい。
【００５８】
前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆには、フロント側差動装置ＦＤＦを介して変速機ＴＭが機械的に接続されている。変速機ＴＭには出力制御機構（図示省略）を介してエンジンＥＮとモーター・ジェネレーターＭＧが機械的に接続されている。出力制御機構（図示省略）は、回転出力の合成や分配を司る機構である。フロント側モーター・ジェネレーターＭＧの固定子巻線にはインバーターＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバーターＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モーター・ジェネレーターＭＧの駆動を制御するものである。インバーターＩＮＶの直流側にはバッテリーＢＡが電気的に接続されている。
【００５９】
後輪ＷＨ−Ｒの後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２には、リア側差動装置ＲＤＦとリア側減速機ＲＧを介してリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧが機械的に接続されている。リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの固定子巻線には、インバーターＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバーターＩＮＶはフロント側モーター・ジェネレーターＭＧＦとリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧに対して共用のものであり、モーター・ジェネレーターＭＧ用の変換回路部と、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの変換回路部と、それらを駆動するための駆動制御部とを有する。
【００６０】
ハイブリッド電気自動車の始動時および低速走行時（エンジンＥＮの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。なお、この一実施の形態では、ハイブリッド電気自動車の始動時および低速走行時、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバーターＩＮＶにはバッテリーＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバーターＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力はフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの固定子巻線に供給される。これにより、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧが駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速され、差動装置ＦＤＦに入力される。入力された回転出力は差動装置ＦＤＦによって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆと前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆが回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆの回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。
【００６１】
ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、エンジンＥＮの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力はフロント側差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。また、バッテリーＢＡの充電状態を検出し、バッテリーＢＡを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮの回転出力を、出力制御機構（図示省略）を介してフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧに分配し、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧを回転駆動する。これにより、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧは発電機として動作する。この動作により、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバーターＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリーＢＡに供給される。これにより、バッテリーＢＡが充電される。
【００６２】
ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動する。また、上述した通常走行と同様に、エンジンＥＮによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。さらに、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの駆動によってバッテリーＢＡの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮの回転出力によってフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧを回転駆動してバッテリーＢＡを充電する。リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するめに、インバーターＩＮＶにはバッテリーＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバーターＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力がリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの固定子巻線に供給される。これにより、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧは駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、リア側減速機ＲＧによって減速され、差動装置ＲＤＦの入力される。入力された回転出力は差動装置ＲＤＦによって左右に分配され、後輪ＷＨ−Ｒの一方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２と後輪ＷＨ−Ｒの他方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２にそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＤＳ−Ｆ４回転駆動される。そして、後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２の回転駆動によって後輪ＷＨ−Ｒが回転駆動される。
【００６３】
ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。なお、この一実施の形態ではハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。
【００６４】
ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時あるいはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ，差動装置ＦＤＦ、変速機ＴＭ、出力制御機構（図示省略）を介してフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧに伝達し、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧを回転駆動する。これにより、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧは発電機として動作する。この動作により、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバーターＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリーＢＡに供給される。これにより、バッテリーＢＡは充電される。一方、後輪ＷＨ−Ｒの回転出力を後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２，車両用出力伝達装置１００の差動装置ＲＤＦ、減速機ＲＧを介してリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧに伝達し、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧを回転駆動する。これにより、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧは発電機として動作する。この動作により、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバーターＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリーＢＡに供給される。これにより、バッテリーＢＡが充電される。
【００６５】
以上のように、複雑な動作をするハイブリッド電気自動車や電気自動車に本発明の回転電機の絶縁診断装置を用いることによって、運転中あるいは車検の際に回転電機の絶縁診断が可能となる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態どうし、または実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。
【００６７】
上述した実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、車両に搭載されてインバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０に、巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測センサー４を備えたので、インバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０の絶縁状態を、電動車両から回転電機１０を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【００６８】
また、上述した一実施の形態とその変形例によれば、部分放電計測センサー４は、ステーターコイルのコイルエンド２１の近傍にステーターコア２０の全周に沿って巻回された導電線材であり、この導電線材により部分放電により発生する電磁波を検出するようにしたので、ギアボックスなどと一体に形成される電動車両用回転電機１０の部分放電を自動車に組み込んだままで容易にかつ安価に計測できる。また、インバーター電源７で駆動される電動車両用回転電機１０では、対地間の絶縁部だけでなく、相間および巻線間の絶縁部にも高電圧が印加されるため、これらの絶縁部における部分放電をも確実にかつ安価に計測することができる。
【００６９】
一実施の形態とその変形例によれば、部分放電計測センサー４は、回転電機１０内部の温度を計測する温度センサー４１（図６、図９参照）と、温度センサー４１近傍の温度センサー４１の出力線の両端に接続された静電容量４２，５００とからなり、温度センサー４１の出力線をステーターコイルのコイルエンド２１近傍にステーターコア２０の全周に沿って巻回して配設するようにしたので、温度センサーと部分放電計測センサーを兼用することができ、それらを別個に設ける必要がなく、小型、軽量化、部品点数削減が強く望まれる電気自動車やハイブリッド電気自動車に対して最適な部分放電計測手段を提供することができる。
【００７０】
一実施の形態とその変形例によれば、部分放電計測センサーの導電線材、または温度センサー兼部分放電計測センサーの出力線の一方を、ステーターコイルの一方のコイルエンド２１近傍にステーターコア２０の全周に沿って時計回りに配設するとともに、導電線材または出力線の他方を、ステーターコイルの他方のコイルエンド２１近傍にステーターコア２０の円周方向に反時計回りに配設するようにしたので、インバーターパルスノイズが打ち消し合って消滅する一方、部分放電信号が強め合って増大し、高感度に部分放電を計測することができる。
【００７１】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０内部の温度を計測する温度センサー３，４１、回転電機１０内部の気圧を計測する気圧センサー１、回転電機１０内部の湿度を計測する湿度センサー２を備えたので、部分放電計測時の回転電機１０内部の環境を検出でき、部分放電の計測値を所定環境下の計測値に換算することができ、換算後の部分放電計測値に基づいて回転電機１０の絶縁診断をより正確に行うことができる。
【００７２】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０内部と連通する配管とバルブ１６を備えたので、回転電機１０に通常運転時よりも高い駆動電圧を印加せずに、あるいは回転電機１０に通常運転時よりも高い誘起電圧を発生させずに、部分放電を計測することができ、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００７３】
一実施の形態とその変形例によれば、インバーター電源７との間で電力の授受を行う電源用端子とは別個に、外部電源１４との間で電力の授受を行う外部電源用端子１７を備えたので、この外部電源端子１７を介して外部電源１４から試験電圧を回転電機１０に印加して部分放電を計測でき、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、また回転電機１０の駆動制御装置に部分放電計測のための煩雑な動作を行わせる必要がなくなり、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００７４】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源７と、部分放電計測センサー４、４１の出力信号から部分放電信号を抽出する部分放電検出器５および制御／データ処理装置６と、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧ＰＤＩＶを検出し、部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づいて回転電機１０の絶縁診断を行う制御／データ処理装置６とを備えたので、電動車両用回転電機１０を駆動制御する駆動制御装置により、インバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０の絶縁状態を、電動車両から回転電機１０を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【００７５】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時には、インバーター電源７は、回転電機１０の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、部分放電検出器５および制御／データ処理装置６は、部分放電計測センサー４，４１の出力信号にハイパスフィルター処理を施し、インバーター電源７によるインバーターパルスノイズを除去して部分放電信号を抽出するようにしたので、インバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０において部分放電を正確にかつ容易に検出できる。
【００７６】
一実施の形態とその変形例によれば、部分放電検出器５のハイパスフィルター５２は、インバーターパルスノイズの周波数スペクトルと、最小部分放電信号の周波数スペクトルとの交点を遮断周波数とするハイパスフィルター５２としたので、部分放電計測センサー４，４１の出力信号からインバーターパルスノイズを分離除去して部分放電計測信号を正確に抽出することができる。
【００７７】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時には、インバーター電源７は、回転電機１０の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、部分放電検出器５および制御／データ処理装置６は、部分放電計測センサー４，４１の出力信号の内、インバーター電源７によるインバーターパルスノイズの発生位相と異なる位相において発生した信号を部分放電信号として抽出するようにしたので、部分放電計測センサー４，４１の出力信号からインバーターパルスノイズを分離除去して部分放電計測信号を正確に抽出することができる。
【００７８】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時には、インバーター電源７は、回転電機１０の誘起電圧が通常運転時の誘起電圧よりも高くなる回転電機１０の界磁制御を行い、部分放電検出器５および制御／データ処理装置６は、部分放電計測センサー４，４１の出力信号から回転電機１０に発生する誘起電圧成分を除去して部分放電信号を抽出するようにしたので、部分放電計測センサー４，４１の出力信号から回転電機１０の誘起電圧成分を分離除去して部分放電計測信号を正確に抽出することができる。
【００７９】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源７と、部分放電計測センサー４、４１の出力信号から部分放電信号を抽出する部分放電検出器５および制御／データ処理装置６と、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧ＰＤＩＶを検出し、部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づいて回転電機１０の絶縁診断を行う制御／データ処理装置６とを備え、回転電機１０の絶縁診断時には、配管とバルブ１６に真空ポンプ１５を接続して回転電機１０の内部気圧を低下させるようにしたので、回転電機１０に通常運転時よりも高い駆動電圧を印加せずに、あるいは回転電機１０に通常運転時よりも高い誘起電圧を発生させずに、部分放電を計測することができ、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００８０】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源７と、インバーター電源７と回転電機１０との間に設けられる遮断器１１と、部分放電計測センサー４，４１の出力信号から部分放電信号を抽出する部分放電検出器５および制御／データ処理装置６と、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧ＰＤＩＶを検出し、部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づいて回転電機１０の絶縁診断を行う制御／データ処理装置６とを備え、回転電機１０の絶縁診断時には、遮断器１１を開路するとともに、外部電源用端子１７を介して外部電源１４から回転電機１０に絶縁試験電圧を印加するようにしたので、外部電源端子１７を介して外部電源１４から試験電圧を回転電機１０に印加して部分放電を計測でき、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、また回転電機１０の駆動制御装置に部分放電計測のための煩雑な動作を行わせる必要がなくなり、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００８１】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時の回転電機１０の温度、湿度および気圧を部分放電開始電圧ＰＤＩＶとともに記録する制御／データ処理装置６およびメモリ６ｂと、記録されている部分放電開始電圧ＰＤＩＶを、回転電機１０の所定温度、所定湿度および所定気圧における値に換算する制御／データ処理装置６とを備え、制御／データ処理装置６は、換算後の部分放電開始電圧ＰＤＩＶに基づいて回転電機１０の絶縁診断を行うようにしたので、部分放電の計測値を所定環境下の計測値に換算することができ、換算後の部分放電計測値に基づいて回転電機１０の絶縁診断をより正確に行うことができる。
【００８２】
一実施の形態とその変形例によれば、制御／データ処理装置６は、回転電機１０の巻線間、相間および対地間の絶縁部の熱劣化、機械劣化、耐油劣化および耐加水分解劣化を考慮して部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づき絶縁診断を行うようにしたので、回転電機１０の絶縁診断精度をより向上させることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１；気圧センサー、２；湿度センサー、３；温度センサー、４、４ａ、４ｂ；部分放電計測センサー、５；部分放電検出器、６；制御／データ処理装置、６ｂ；メモリ、７；インバーター電源、１０；回転電機、１１；遮断器、１４；外部電源、１５；真空ポンプ、１６；外部配管およびバルブ、１７；外部電源端子、２０；スターターコア（電機子鉄心）、２１；コイルエンド、４１、４１ａ、４１ｂ；温度センサー、４２；コンデンサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両用回転電機とその駆動制御装置および回転電機の絶縁診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転中の回転電機の部分放電を計測し、その計測結果に基づいて回転電機の絶縁状態を診断する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、回転電機の固定子巻線での部分放電により発生した第１の高周波信号を固定子巻線に近接配置された第１の検出器で検出するとともに、第１の高周波信号から放射される第２の高周波信号を固定子巻線を収納するフレーム内に配置され第１検出器と直列に制御された第２検出器により検出し、第１および第２の高周波信号の所定の周波数帯域成分を解析して回転電機の絶縁状態、すなわち劣化状態を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０４８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の回転電機の絶縁診断装置は据置型の大型高電圧の回転電機を対象にしたものであり、部分放電を検出する検出器が大型、高価で電動車両用の回転電機には適さないという問題がある。例えば近年、回転電機を搭載した電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車の普及にともなって、これらの電動車両に搭載される回転電機の絶縁診断の重要性が高まっているが、このような電動車両用回転電機はインバーター電源による駆動環境と駆動特性、様々な周囲環境とその変化、車両専用の構造および構成など、過酷で特異な環境条件下で使用されるため、従来の絶縁診断装置による絶縁診断が困難または不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
(１) 請求項１の発明は、車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機であって、巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測手段を備える。
(２) 請求項２の電動車両用回転電機は、請求項１に記載の電動車両用回転電機において、部分放電計測手段は、ステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回された導電線材であり、部分放電により発生する電磁波を検出する。
(３) 請求項３の発明は、請求項１に記載の電動車両用回転電機において、部分放電計測手段は、回転電機内部の温度を計測する温度センサーと、温度センサー近傍の温度センサーの出力線の両端に接続された静電容量とからなり、温度センサーの出力線をステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回して配設する。
(４) 請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の電動車両用回転電機において、導電線材または出力線の一方を、ステーターコイルの一方のコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って時計回りに配設するとともに、導電線材または出力線の他方を、ステーターコイルの他方のコイルエンド近傍にステーターコアの円周方向に反時計回りに配設する。
(５) 請求項５の発明は、請求項２に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部の温度を計測する温度センサーを備える。
(６) 請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部の気圧を計測する気圧センサーを備える。
(７) 請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部の湿度を計測する湿度センサーを備える。
(８) 請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、回転電機内部と連通する配管とバルブを備える。
(９) 請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、インバーター電源との間で電力の授受を行う電源用端子とは別個に、外部電源との間で電力の授受を行う外部電源用端子を備える。
(１０) 請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備える。
(１１) 請求項１１の発明は、請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時には、インバーター電源は、回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、抽出手段は、部分放電計測手段の出力信号にハイパスフィルター処理を施し、インバーター電源によるインバーターパルスノイズを除去して部分放電信号を抽出する。
(１２) 請求項１２の発明は、請求項１１に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、ハイパスフィルターは、インバーターパルスノイズの周波数スペクトルと、最小部分放電信号の周波数スペクトルとの交点を遮断周波数とするハイパスフィルターである。
(１３) 請求項１３の発明は、請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時には、インバーター電源は、回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、抽出手段は、部分放電計測手段の出力信号の内、インバーター電源によるインバーターパルスノイズの発生位相と異なる位相において発生した信号を部分放電信号として抽出する。
(１４) 請求項１４の発明は、請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時には、インバーター電源は、回転電機の誘起電圧が通常運転時の誘起電圧よりも高くなる回転電機の界磁制御を行い、抽出手段は、部分放電計測手段の出力信号から回転電機に発生する誘起電圧成分を除去して部分放電信号を抽出する。
(１５) 請求項１５の発明は、請求項８に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、回転電機の絶縁診断時には、配管とバルブに真空ポンプを接続して回転電機の内部気圧を低下させる。
(１６) 請求項１６の発明は、請求項９に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、インバーター電源と回転電機との間に設けられる遮断手段と、部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、回転電機の絶縁診断時には、遮断器を開路するとともに、外部電源用端子を介して外部電源から回転電機に絶縁試験電圧を印加する。
(１７) 請求項１７の発明は、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、回転電機の絶縁診断時の回転電機の温度、湿度および気圧を部分放電開始電圧とともに記録する記録手段と、記録手段に記録されている部分放電開始電圧を、回転電機の所定温度、所定湿度および所定気圧における値に換算する換算手段とを備え、診断手段は、換算手段により換算後の部分放電開始電圧に基づいて回転電機の絶縁診断を行う。
(１８) 請求項１８の発明は、請求項１０〜１７に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、診断手段は、回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部の熱劣化、機械劣化、耐油劣化および耐加水分解劣化を考慮して部分放電開始電圧の経時変化に基づき絶縁診断を行う。
(１９) 請求項１９の発明は、車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電をセンサーにより計測し、このセンサーの出力信号から部分放電信号を抽出し、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、部分放電開始電圧の経時変化に基づいて電動車両用回転電機の絶縁診断を行う電動車両用回転電機の絶縁診断方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、インバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の絶縁状態を、電動車両から回転電機を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】(ａ)は一実施の形態の電動車両用回転電機とその駆動制御装置の構成を示す図、(ｂ)は回転電機の部分放電計測データを示す図、(ｃ)は回転電機の印加電圧または誘起電圧に対する部分放電信号強度を示す図、(ｄ)は部分放電開始電圧の経時変化に基づく絶縁診断方法を示す図
【図２】部分放電計測センサーと温度センサーの取り付け構造を示す図
【図３】部分放電計測センサーの周波数帯域特性を示す図
【図４】部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンドの両側に配置した変形例の部分放電計測センサーを示す図
【図５】図４に示す変形例の部分放電計測センサーによる計測原理を説明するための図
【図６】温度センサーにより部分放電を計測する構成を示す図
【図７】図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサーによる部分放電計測時の周波数特性を示す図
【図８】図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサーとコンデンサーのアドミタンスの関係を示す図
【図９】温度センサー兼部分放電計測センサーの変形例の構成を示す図
【図１０】図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーの回転電機への配置例を示す図
【図１１】図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンドの両側に配置した変形例の温度センサー兼部分放電計測センサーを示す図
【図１２】図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーの配線を一方のコイルエンドから他方のコイルエンドに引き回した場合の例を示す図
【図１３】温度センサー兼部分放電計測センサーから出力される２本の配線を、固定子鉄心の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を示す図
【図１４】温度センサー兼部分放電計測センサーから出力される２本の配線を、固定子鉄心の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を示す図
【図１５】温度センサー兼部分放電計測センサーから出力される２本の配線を、固定子鉄心の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を示す図
【図１６】回転電機の軸方向の断面図
【図１７】電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車の駆動システムに用いるインバーターの回路構成を示す図
【図１８】図１６に示す回転電機と図１７に示すインバータシステムを搭載したハイブリッド電気自動車の走行駆動システムを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明に係わる回転電機とその駆動制御装置および絶縁診断方法を、電気自動車またはハイブリッド電気自動車に搭載される回転電機に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明の回転電機とその制御装置および絶縁診断方法は、自動車に搭載される回転電機を対象としたものに限定されず、鉄道車両用の回転電機や建設車両や土木車両用の回転電機にも適用することができる。
【０００９】
図１(ａ)は一実施の形態の構成を示すブロック図である。回転電機１０はハイブリッド電気自動車の走行駆動源であり、ギヤまたはカップリング１３によって車軸またはエンジンあるいはその他の回転電機１２と機械的に連結されている。なお、回転電機１０には、誘導機、同期機、直流機などのあらゆる種類の電動機および発電機を用いることができる。なお、この明細書において回転電機とは上述した誘導機、同期機、直流機などのあらゆる種類の回転電機であり、インバーターやコンバーターの駆動用電源により駆動されて駆動力を発生する電動機として機能するとともに、負荷側から駆動されて誘起電圧を発生する発電機としても機能する、いわゆるモーター・ジェネレーターである。
【００１０】
回転電機１０にはインバーター電源７によりインバーターパルス電圧が印加され、回転駆動されて駆動力を発生する。インバーター電源７は、バッテリー８の直流電源をＤＣ−ＤＣコンバーター７１により昇圧し、コンデンサー７２により平滑してインバーター７３により交流電圧に変換する。インバーター電源７と回転電機１０との間には遮断器１１があり、インバーター電源７により回転電機１０を駆動しながら絶縁診断する場合には遮断器１１が接続（オン）状態にされ、回転電機１０自体の誘起電圧により絶縁診断する場合には遮断器１１が開放（オフ）される。
【００１１】
回転電機１０の中には気圧センサー１、湿度センサー２、温度センサー３および部分放電計測センサー４が内蔵されている。また、回転電機１０には真空ポンプ１５に接続するための外部配管およびバルブ１６が設けられており、真空ポンプ１５により回転電機１０の内部の気圧を下げることができる。さらに、回転電機１０には、インバーター電源７との間で電力の授受を行う電源用端子(不図示)とは別個に、外部電源１４を接続するための外部電源端子１７が設けられており、インバーター電源７に代わって外部電源１４から外部電源端子１７を介して回転電機１０へ絶縁試験電圧を印加することができる。これらの外部配管およびバルブ１６と真空ポンプ１５、端子１７と外部電源１４については、詳細を後述する。
【００１２】
部分放電計測器５は、回転電機１０の内部に設置された部分放電計測センサー４により回転電機１０の部分放電を計測する。部分放電計測器５は信号検出部５１、ハイパスフィルター５２および電圧計測器５３を備えている。試験電圧を印加したときに部分放電計測センサー４により計測した部分放電信号は、信号検出部５１により電圧信号に変換され、ハイパスフィルター５２によりインバーターパルスノイズを除去した後、Ａ／Ｄ変換器などの電圧計測器５３によりデータに変換、計測される。計測した部分放電信号データは制御／データ処理装置６に送信される。
【００１３】
制御／データ処理装置６は、ＣＰＵ６ａとメモリ６ｂ、Ａ／Ｄコンバーター６ｃなどの周辺部品から構成される。制御／データ処理装置６は、インバーター電源７を制御してインバーターパルス電圧を回転電機１０へ印加し、部分放電計測センサー４および部分放電計測器５により回転電機１０の部分放電を計測し、計測データに基づいて回転電機１０の絶縁状態すなわち寿命を診断する。また、制御／データ処理装置６は、回転電機１０の誘起電圧波形に基づいて部分放電を計測し、計測データに基づいて回転電機１０の絶縁状態すなわち寿命を診断する。これらの絶縁診断方法については詳細を後述する。制御／データ処理装置６にはＧＰＳ受信機１６とインターネット回線１７が接続されており、自動車の現在位置の温度、湿度、気圧などの気象環境データを間接的に入手することができる。
【００１４】
回転電機１０の部分放電を計測するために回転電機１０に印加する試験電圧としては、インバーター電源７により生成されるインバーターパルス電圧、回転電機１０の回転によって発生する誘起電圧、および外部電源端子１７を介して回転電機１０に印加される試験電圧（パルス電圧や正弦波電圧など）がある。インバーター電源７のインバーターパルス電圧による部分放電計測は、ＤＣ−ＤＣコンバーター７１の出力直流電圧を通常運転時の定格電圧より高くし、インバーター７３により通常運転時よりも高圧のインバーターパルス電圧を生成して回転電機１０に印加して行う。なお、この計測方法ではインバーター電源７の耐圧は試験電圧以上にする必要がある。インバーターパルス電圧による部分放電計測は、回転電機１０の巻線間、相間および対地間の絶縁部の部分放電を計測することができる。
【００１５】
一方、回転電機１０の誘起電圧による部分放電計測は、インバーター７３により回転電機１０の弱め界磁運転を行って通常運転時の回転速度よりも高い回転速度で運転し、その状態で強め界磁運転に切り換えて回転電機１０で発生する誘起電圧を上昇させて行う。この計測方法においてもインバーター電源７の耐圧は試験電圧以上にする必要がある。誘起電圧による部分放電計測では、誘起電圧が正弦波になるため、相間と対地間の絶縁部の部分放電を計測できるが、巻線間には大きな電位差が生じないため、巻線間の絶縁部の部分放電を計測することはできない。
【００１６】
外部電源１４による部分放電計測は、遮断器１１を開放（オフ）にして外部電源端子１７に外部電源１４を接続し、外部電源１４によりパルス状または正弦波状の試験電圧を発生させて行う。パルス状の試験電圧によれば巻線間、相間および対地間の絶縁部の部分放電を計測でき、正弦波状の試験電圧によれば相間と対地間の絶縁部の部分放電を計測できる。外部電源１４による部分放電計測では、遮断器１１を開放して外部電源１４および回転電機１０とインバーター電源７とを遮断して行うため、インバーター電源７の耐圧を試験電圧以上にする必要がなく、インバーター電源７を安価に設計することができる。
【００１７】
回転電機１０の内部を低圧にすることによって、低い試験電圧で部分放電を計測することができる。上述した外部配管およびバルブ１６に真空ポンプ１５を接続し、回転電機１０の内部気圧を低い値に保ちながら上述した部分放電計測を行うと、通常運転時の駆動電圧以下の試験電圧で部分放電を計測できる。この低圧による部分放電計測は上述した三つの部分放電計測方法のいずれとも併用することができ、部分放電計測に際して高耐圧のインバーター電源７や外部電源１４が不要となる。
【００１８】
図１(ｂ)〜図１(ｄ)は、制御／データ処理装置６のメモリ６ｂに記憶されている部分放電の計測データ６１、６２、６３を示す。図１(ｂ)において、制御／データ処理装置６によりインバーターパルス電圧で部分放電計測をした場合の計測データを６１０に、回転電機１０の誘起電圧で部分放電計測をした場合の計測データを６１６に示す。インバーターパルス電圧による部分放電計測では、ハイパスフィルター５２を通してもパルス電圧の急峻変化に伴うノイズが部分放電信号に残留する場合がある。このため、この一実施の形態では、はじめに回転電機１０に印加される電圧の大きさがパッシェンの最低火花電圧である３００Ｖ以下となるように、インバーター電源７のＤＣ-ＤＣコンバーター７１を制御してインバーター７３の直流電源電圧を調整し、インバーター７３により直流電源をオン、オフしてインバーターパルス電圧６１１を生成し、回転電機１０に印加する。このとき、部分放電計測器５では部分放電ではないインバーターパルスノイズ信号６１２が計測される。これを記録してから、次にＤＣ−ＤＣコンバーター７１の電圧を徐々に昇圧し、回転電機１０の通常運転電圧以上の電圧にする。その結果、インバーターパルス電圧６１３が高くなるとともに、インバーターパルスノイズ信号６１４も大きくなる。しかし、これとは別の位相で部分放電信号６１５が発生する。その後、電圧をさらに昇圧すると部分放電信号６１５が急増し、図１(ｃ)に示すような印加電圧に対するＰＤ（部分放電；Partial Discharge）信号強度特性６２が得られる。一実施の形態のこの方式では実際にインバーターパルス電圧を印加して回転電機１０の部分放電計測ができるため、インバーター駆動時に問題となる回転電機１０の巻線間、相間、対地間の絶縁部の部分放電を計測して絶縁診断できる。
【００１９】
しかし、ＤＣ−ＤＣコンバーター７１が限界設計されており高圧の試験電圧を生成できない場合や、そもそもＤＣ−ＤＣコンバーター７１を内蔵していないインバーター電源では、通常運転電圧以上の電圧を回転電機１０に印加することができない。この場合には、回転電機１０に予め設置されている外部配管およびバルブ１６を介して真空ポンプ１５により回転電機１０内部の気圧を下げる。これにより、回転電機１０に印加する電圧を昇圧せずに、部分放電開始電圧を試験中のみ相対的に低下させることができ、低い試験電圧で部分放電を計測することができる。
【００２０】
一方、回転電機１０の誘起電圧による部分放電の計測方法では、回転電機１０が回転しているときは、図１(ｂ)に示す誘起電圧による部分放電の計測データ６１６のように、回転電機１０に正弦波状の誘起電圧６１７が発生する。回転電機１０の回転速度が高くなると、誘起電圧６１８も高くなって部分放電信号６１９が発生する。その後、誘起電圧６１８がさらに高くなると部分放電信号６１９が急増し、図１(ｃ)に示すような誘起電圧に対するＰＤ信号強度特性６２が得られる。部分放電計測器５は、部分放電計測センサー４の出力信号から正弦波状の誘起電圧信号を除去し、部分放電信号６１９を抽出する。
【００２１】
この計測方法では正弦波状の誘起電圧６１７，６１８を試験電圧として部分放電計測を行うので、上述したように回転電機１０の巻線間に発生する部分放電を計測することはできない。しかし、例えば、インバーターパルス電圧６１１、６１３で部分放電が計測された際に、誘起電圧による計測方法を併せて実施することによって、それが相間および対地間の絶縁部の部分放電なのか、巻線間の絶縁部の部分放電であるのか区別することができる。これにより、回転電機１０の絶縁劣化箇所の特定と対策ができる利点がある。
【００２２】
上述した一実施の形態ではインバーターパルス電圧による部分放電計測と、誘起電圧による部分放電計測とを同時に実行する例を示したが、それらを別の機会に実施し、それぞれの部分放電計測データを合わせて絶縁診断を行うようにしてもよい。
【００２３】
次に、以上の計測方法により求めた印加電圧または誘起電圧に対するＰＤ信号強度特性６２は、図１(ｃ)に示すように、回転電機１０の使用開始からの経時に応じて初期特性６２１、中期特性６２２、後期特性６２３のように変化する。これらの初期から後期までの各ＰＤ信号強度特性６２１〜６２３の立ち上がり部分の電圧、つまり部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ（Partial Discharge Inception Voltage））は、回転電機１０の使用開始からの経時に応じて初期値ＰＤＶ１、中期値ＰＤＶ２、後期値ＰＤＶ３のように徐々に低下する。そこで、回転電機１０の使用開始からの経時に応じたＰＤＩＶの初期値ＰＤＩＶ１、中期値ＰＤＩＶ２、後期値ＰＤＩＶ３を計測し、ＰＤＩＶの経時変化を求める。
【００２４】
このとき、事前に測定しておいた回転電機１０の温度、湿度、気圧とこれらの環境条件に対するＰＤＩＶの依存性データベースを使ってＰＤＩＶの計測データを補正し、特定の環境条件、例えば、温度２７℃、湿度５０％、気圧１０１３hPaのＰＤＩＶに変換する。これにより、負荷条件および環境条件の影響が少なく、絶縁劣化特性のみを反映した運転時間に対するＰＤＩＶのグラフ６３（図１(ｄ)参照）が得られる。得られたグラフ６３のＰＤＩＶの劣化カーブを予めデータベースに蓄えておいた絶縁劣化に伴うＰＤＩＶの劣化カーブと比較し、どのカーブでカーブフィティングできるかを求める。このカーブの外挿線が通常運転電圧（回転電機１０を通常運転するときの駆動電圧）と交わるところが回転電機１０の寿命となる。また、現在のＰＤＩＶ（ＰＤＩＶ３）と寿命までの間の時間が回転電機１０の余寿命となる。熱劣化の影響が大きい場合には劣化カーブは下に凸の劣化カーブ６３３となり、機械劣化の影響が大きい場合には上に凸の劣化カーブ６３１となり、熱劣化と機械劣化が同等の場合には中間の劣化カーブ６３２となる。
【００２５】
なお、部分放電計測に際し、外部配管およびバルブ１６から回転電機１０に窒素ガスを送入して回転電機１０の内部の気圧と湿度をそれぞれ所定の値に調節するとともに、ハイブリッド電気自動車のオートマチックオイルの温度を調節して回転電機１０の内部の温度を所定の値にすることができる。また、上述した熱劣化と機械劣化の他に、耐油劣化および耐加水分解劣化に応じたＰＤＩＶの劣化カーブを予めデータベースに蓄えておき、計測結果のＰＤＩＶの劣化カーブとカーブフィッティングして余寿命を予測するようにしてもよい。
【００２６】
以上の方法によって回転電機１０の絶縁診断、特に運転中の部分放電計測ができる。従来は、このデータが回転電機の負荷条件および環境条件で大きくばらつき、劣化傾向がうまく見分けられなかったが、この一実施の形態では、特に、回転電機１０の温度、湿度、気圧を直接あるいは間接的に計測し、ＰＤＩＶの計測データを補正しているため、バラツキが少ない信頼できる絶縁診断と余寿命予測ができる。
【００２７】
なお、上述したように一実施の形態の回転電機１０には真空ポンプ１５を接続する外部配管およびバルブ１６と、外部電源１４を接続する外部電源端子１７が予め設けられている（図１(ａ)参照）。このため、運転中の自己絶縁診断だけでなく、定期的な検査、例えば車検などの際にも、回転電機１０の環境条件（気圧、湿度、温度）をコントロールしながら、外部の任意試験電圧波形で回転電機１０を診断することができる。従来の電気自動車用およびハイブリッド電気自動車用の回転電機では、一実施の形態の真空ポンプ接続用の外部配管およびバルブ１６と、外部電源接続用の外部電源端子１７がないため、定期的な検査などの際にも回転電機１０をギヤＢＯＸなどから取り外さないと絶縁診断を実施できなかったが、上述したような外部配管およびバルブ１６と外部電源端子１７を予め回転電機１０に設置したことによって、車検の際にも回転電機１０に容易にアクセスでき、絶縁診断を実施することができる。
【００２８】
《部分放電の計測方法１》
図２は部分放電計測センサー４と温度センサー３の構造と取り付け位置を示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心（ステーターコア）２０と固定子巻線（ステーターコイル）のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し（端子）２４〜２６側の正面図である。コイルエンド２１は、回転電機１０の固定子鉄心２０から左右の軸方向に飛び出している。温度センサー３は、回転電機１０の固定子コイルの温度が最も高くなると推定されるコイルエンド表面に貼り付けられる。温度センサー３には、半導体素子を使ったサーミスタや熱電対、白金の測定温度抵抗体などを使用する。
【００２９】
部分放電計測センサー４は、三相ＵＶＷの口出し２４、２５、２６側のコイルエンド２１の近傍に、固定子巻線全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設される。部分放電計測センサー４には、ＭＨｚ〜ＧＨｚ帯域の電磁波を計測するアンテナとして動作する導電線材を使用する。なお、部分放電計測センサー４を三相ＵＶＷの口出し２４〜２６と反対側のコイルエンド２１に配置してもよい。また、口出し２４〜２６はインバーター電源７から回転電機１０との間で電力の授受を行う端子であり、上述した外部電源１４との間で電力の授受を行う外部電源端子１７とは別のものである。
【００３０】
図３に部分放電計測センサー４の周波数帯域特性を示す。図において、破線は最大試験電圧を印加したときの最大インバーターパルスノイズの周波数スペクトル１２２を示し、実線は検出すべき最小部分放電信号の周波数スペクトル１２１を示す。インバータパルスノイズの周波数スペクトル１２２と最小部分放電信号の周波数スペクトル１２１との交点を遮断周波数ｆcaとしたとき、一実施の形態では遮断周波数ｆcaよりも高域１２３を通過させる部分放電計測器５のハイパスフィルター５２を使用している（図１(ａ)参照）。このため、インバータパルス電圧でも必要な部分放電検出感度を確保して部分放電を計測し、絶縁診断を行うことができる。なお、部分放電計測センサー４についても高域通過フィルターと同じ遮断周波数特性のセンサーを用いると、部分放電信号とインバータパルスノイズのＳ／Ｎ比がより高くなる。
【００３１】
インバーターパルスノイズから部分放電信号を分離するには、上述したハイパスフィルター５２による方法以外に、図１(ｂ)に示すようにインバーターパルスノイズ６１４と部分放電信号６１５との位相差により分離することもできる。図１(ｂ)において、インバーターパルス電圧で部分放電計測を行った場合のデータ６１０に示すように、インバーターパルスノイズ６１４は、インバーターパルス電圧６１３の立ち上がりおよび立ち下がりに同期して発生するが、部分放電信号６１５の発生位相はインバーターパルスノイズ６１４と発生位相と異なる。したがって、予め想定されるインバーターパルスノイズ６１４の発生位相と異なる位相において発生した信号を部分放電信号６１５として計測することができる。
【００３２】
《部分放電の計測方法２》
図４は、部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンド２１の両側に配置した変形例の部分放電計測センサー４ａ、４ｂを示し、(ａ)は固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。この変形例では、一方の部分放電計測センサー４ａが、三相ＵＶＷの口出し２４、２５、２６側と反対側のコイルエンド２１の近傍に、固定子コイル全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設され、また、他方の部分放電計測センサー４ｂが、三相ＵＶＷの口出し２４、２５、２６側のコイルエンド２１の近傍に、固定子コイル全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設され、反口出し側の部分放電計測センサー４ａと口出し側の部分放電計測センサー４ｂとが直列に接続される。これにより、インバーターパルスノイズをさらに低減し、部分放電信号を高感度で計測することができる。なお、温度センサー３については図２に示す計測方法２と同様であり、説明を省略する。
【００３３】
図５は、図４に示す変形例の部分放電計測センサー４ａ、４ｂによる計測原理を説明するための図である。なお、図５では温度センサー３の図示を省略している。インバーターパルス電圧に伴う電流は、例えば、図５(ａ)に示す矢印１４１のように回転電機１０の軸方向に対し左から右（あるいは右から左）に一方向に流れる。このため、部分放電計測センサー４ａ、４ｂの極性を合わせて向かい合わせに配置した場合には、図５(ｃ)、(ｄ)に示すように、部分放電計測センサー４ａ、４ｂに流れるインバーターパルス電圧にともなう電流１４１０、１４１１は互いに逆極性になる。一方、部分放電が発生した場合には、部分放電計測センサー４ａ、４ｂに流れる電流１４２０、１４２１はともに部分放電箇所に向かって流れるため、同極性となる。したがって、部分放電計測センサー４ａ、４ｂを直列に接続すると、図５(ｅ)に示すように、インバーターパルス電圧にともなう電流１４１０と１４１１は互いに打ち消し合って消滅し、部分放電に伴う電流１４２０と１４２１は互いに強め合って大きな電流１４２２になる。この変形例の放電計測センサー４ａ、４ｂは、図２に示す放電計測センサー４よりも高感度に部分放電を計測することができる。
【００３４】
《部分放電の計測方法３》
温度センサーを使った従来の高電圧回転電機の部分放電計測では、回転電機の急激な温度変化とともに温度センサーのインピーダンスが大きく変化するため、部分放電計測感度が大きく変化するという問題があった。このため、図１〜図５に示す部分放電の計測方法１、２では温度センサー３と部分放電計測センサー４とを分離した。しかし、電気自動車およびハイブリッド電気自動車では小型、軽量化、部品点数削減に対するニーズが高く、このようなニーズに応えるために温度センサーを改良し、負荷変動や温度変化の大きい電気自動車およびハイブリッド電気自動車において温度センサーを使って部分放電を計測する例を以下に説明する。
【００３５】
図６は温度センサー４１により部分放電を計測する構成を示す。この計測方法では、回転電機１０の温度を計測するための温度センサー４１にコンデンサー４２が並列に接続される。コンデンサー４２は温度センサー４１の近くに配置される。このコンデンサー４２を接続した温度センサー４１（以下では、温度センサー兼部分放電計測センサー４１と呼ぶ）は、図６に示すように部分放電計測器５に接続されるとともに、図１(ａ)に示す制御／データ処理装置６の温度計測ポートに接続される。ここで、一般に温度センサー４１には温度依存性が大きいサーミスタなどの半導体素子や熱電対、測温抵抗体などが使用されるが、温度変化に対するインピーダンスや端子電圧の変化が大きく、温度計測感度がよくなればなるほど部分放電計測感度の温度変化が著しくなるという問題があった。この温度センサー４１による部分放電の計測方法では、温度センサー４１に並列にコンデンサー４２を接続しているため、ミリ秒から分オーダーの低周波の温度時間変化に対しては温度センサー４１から温度計測信号が出力され、温度センサー４１として機能する。一方、ＭHzからＧHzの高周波の部分放電信号変化があるとコンデンサー４２を介して温度センサー４１の両端が短絡され、部分放電計測センサーとして機能する。この結果、電気自動車およびハイブリッド電気自動車のように急激な負荷変動や温度変化がある回転電機１０に対しても温度センサー４１を使って部分放電の計測が可能となる。
【００３６】
図７は、図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１による部分放電計測時の周波数特性を示す。図において、破線は最大試験電圧を印加したときの最大インバーターパルスノイズの周波数スペクトル１３２を示し、実線は検出すべき最小部分放電信号の周波数スペクトル１３１を示す。インバータパルスノイズの周波数スペクトル１３２と最小部分放電信号の周波数スペクトル１３１の交点を遮断周波数ｆccとしたとき、この温度センサー４１による計測方法では遮断周波数ｆccよりも高域１３３を通過させるように、並列コンデンサー４２の静電容量Ｃと部分放電計測器５の信号検出部５１のインピーダンス｜Ｚ｜を調整する。このため、インバータパルス電圧でも必要な部分放電検出感度を確保して部分放電を計測し、絶縁診断を行うことができる。
【００３７】
図８は、図６に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１とコンデンサー４２のアドミタンスの関係を示す。図６に示す部分放電の計測方法では、温度センサー４１が持つ固有の最大アドミタンス｜Ｙtm｜と、並列に接続されるコンデンサー４２のアドミタンス｜Ｙc｜との交点の周波数ｆcmをｆcm≦ｆccとしている。このため、部分放電を計測する高周波帯域（≧ｆcc）では温度センサー４１よりもコンデンサー４２のアドミタンスが大きくなって温度センサー４１の両端がコンデンサー４２により短絡され、温度センサー４１の温度特性の影響を受けずに部分放電を安定に計測することができる。
【００３８】
具体的には、例えばｆcc＝１００MHzとし、部分放電検出器５の信号検出部５１の入力インピーダンスが直流カットのための結合コンデンサーを含めｆcc＝１００MHz で１５０Ωである場合、図８に示す式からＣ＝１０ｐＦとなる。この静電容量に対し、図８のアドミタンス｜Ｙc｜特性が求められる。温度センサー４１の固有の最大アドミタンス｜Ｙtm｜の交点の周波数ｆcmをｆcm≦ｆccにするためには、｜Ｙtm｜≦２π・ｆcc・Ｃ＝０．００６・Ｓと求めることができ、そのような温度センサー４１を選定することによって図６に示す温度センサー４１による温度と部分放電の計測を実現することができる。なお、上記の数値は一例であり、上述したような方法で回路定数を最適化すれば他の回路定数であっても温度センサー４１による温度と部分放電の計測が可能である。
【００３９】
《部分放電の計測方法４》
図９は、温度センサー兼部分放電計測センサー４１の変形例の構成を示す。上述した図６に示す計測方法では、温度センサー４１の両端にコンデンサー４２を接続して部分放電を計測する方法を示したが、ここではコンデンサーを接続せずに温度センサー４１から引き出されるリード線を平行に近接させて樹脂などでモールドして固定し（図中に５００で示す部分）、温度センサー４１の近くに並列に静電容量５００を付加している（以下では、静電容量５００を付加した温度センサー４１を温度センサー兼部分放電計測センサー４１と呼ぶ）。温度センサー兼部分放電計測センサー４１は、図９に示すように部分放電計測器５に接続されるとともに、図１(ａ)に示す制御／データ処理装置６の温度計測ポートに接続される。この計測方法によれば、図７に示す効果と同様な効果が得られる上に、図６に示す計測方法に比べコンデンサー４２が不要になり、部品点数の削減とともに接続作業工数を削減できる。
【００４０】
図１０は、図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１の回転電機１０への配置例を示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。温度センサー兼部分放電計測センサー４１は回転電機１０の中で最も温度が高くなると想定されるコイルエンド２１の表面位置に固定され、温度センサー兼部分放電計測センサー４１の出力線はコイルエンド２１の近傍に固定子鉄心２０の全周に沿わせて巻回される。このようにすることで回転電機１０のコイル全体の部分放電を捉えることができる。
【００４１】
《部分放電の計測方法５》
図１１は、図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサーを２つに分けてコイルエンド２１の両側に配置した変形例の温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａ、４１ｂを示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａと４１ｂはそれぞれ、回転電機１０の軸方向の左右のコイルエンド２１の近傍に、固定子コイル全体の部分放電を計測できるように固定子鉄心２０の全周に沿って巻回して配設され、温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａと４１ｂはコンデンサー４３を介して接続される。このような構成とすることによって、ミリ秒から分オーダーまでの低周波の温度時間変化に対しては温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａと４１ｂがそれぞれ独立した温度センサーとして機能する。一方、ＭHzからＧHzまでの高周波の部分放電信号変化があると、温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａ、４１ｂの両端が短絡され、部分放電計測センサーとして機能する。このように、温度センサー兼部分放電計測センサーを２つに分けることによって、図４に示す２つの部分放電計測センサー４ａ、４ｂを直列接続した場合の図５に示す効果と同様な効果が得られ、インバータパルスノイズを低減しながら部分放電をより高感度で計測することが可能になる。
【００４２】
《部分放電の計測方法６》
図１２は、図６および図９に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１の配線を一方のコイルエンド２１から他方のコイルエンド２１に引き回した場合の例を示し、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。上述した図１１に示す部分放電の計測方法５では、２つの温度センサー兼部分放電計測センサー４１ａ、４１ｂを用いているため、温度を２点で計測できるメリットがある反面、センサーが２つになり部品点数が増加する上に、センサー４１ａ、４１ｂどうしを接続するコンデンサー４３が必要になる。これに対し図１２に示す計測方法６では、温度測定点は１つであるが、単一の温度センサー兼部分放電計測センサー４１の配線を一方のコイルエンド２１から他方のコイルエンド２１に連続して引き回すことによって、部品点数を削減しつつ、インバータパルスノイズを低減し、部分放電をより高感度で計測することを可能にしている。
【００４３】
《部分放電のその他の計測方法》
図１０〜図１２に示す温度センサー兼部分放電計測センサー４１、(４１ａ、４１ｂ)から出力される２本の配線を、固定子鉄心２０の円周方向の時計回りと反時計回りに分配して巻回した例を図１３〜図１５に示す。図１３〜図１５において、(ａ)は回転電機１０（図１(ａ)参照）の固定子鉄心２０と固定子巻線のコイルエンド２１の側面図、(ｂ)は固定子鉄心２０とコイルエンド２１の三相ＵＶＷの口出し２４〜２６側の正面図である。上述した図１０〜図１２では温度センサー兼部分放電計測センサー４１、(４１ａ、４１ｂ)から出力される２本の配線を平行に配設していたため、配線間の静電容量が大きいと部分放電信号が配線間で漏れて短絡するおそれがあり、配線の絶縁部材を厚くする必要があった。これに対し図１３〜図１５に示すように温度センサー兼部分放電計測センサー４１、(４１ａ、４１ｂ)から出力される２本の配線を固定子鉄心２０の全周の時計回りと反時計回りに分配することによって、配線間の漏れ静電容量を低減すると同時に、回転電機１０の軸方向に伝播する部分放電の電磁波を効率的に捕らえることができる。
【００４４】
ここで、上述した一実施の形態の電動車両用回転電機１０とその駆動制御装置を電気自動車およびハイブリッド電気自動車に搭載した場合の利点について述べる。電気自動車およびハイブリッド電気自動車に搭載する回転電機は、(１)インバーター電源により駆動されるため、対地間絶縁だけでなく、相間絶縁と巻線間絶縁にも高電圧が印加される、(２)加速時や減速時に過大な電流が流れ、急激な温度変化が発生する、(３)自動車であるため、様々な環境下で使用される、(４)耐部分放電劣化特性に乏しい有機材料を使用しており、部分放電の発生が許容されない、(５)ギアボックスなどと一体設計になっており、自動車に組み込んだ後に解体して絶縁診断を行うのが困難など、高電圧大型回転電機とは印加電圧波形、運転条件、絶縁システム、構造が大きく異なり、上述した従来の高電圧大型回転電機に対する絶縁診断方法を適用することができない。特に、従来の絶縁診断方法では運転中に部分放電計測を行うことは不可能である。
【００４５】
また、回転電機をインバーター電源で駆動した場合には、(１)インバーターパルスノイズと部分放電信号との分離が困難、(２)急激な温度変化とともに温度センサーのインピーダンス特性が大きく変化するため、温度センサーを使った部分放電計測では部分放電信号の計測感度が大きく変化し、安定したデータ計測と信頼できる絶縁診断ができない、(３)急激な負荷変動と温度変化があるため、絶縁劣化にともなう部分放電特性変化よりも負荷変動と温度変化にともなう部分放電特性変化が大きく、絶縁劣化傾向がつかめない、(４)任意の１スロットの部分放電計測結果で回転電機の概略の絶縁劣化傾向がつかめるが、回転電機コイルすべての部分放電計測、絶縁劣化診断をしているわけではない、(５)耐部分放電劣化特性に優れた材料を使用していないので、部分放電が発生すると短時間で破壊にいたるため、従来よりも高精度な部分放電計測と絶縁診断が必要である、などの問題がある。
【００４６】
上述した一実施の形態とその変形例の電動車両用回転電機１０およびその駆動制御装置によれば、従来の絶縁診断方法の上述した問題を解決でき、インバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の絶縁状態を、電動車両から回転電機を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【００４７】
《回転電機１０の構成例》
図１６は回転電機１０の軸方向の断面図である。回転電機１０は、ステーター（固定子）１５０と、ステーター１５０の内周側に空隙を介して配置され、かつ回転可能に支持されているローター（回転子）１５１から構成されている。ステーター１５０とローター１５１は回転電機のハウジング１５２内に保持されている。
【００４８】
ステーター１５０は、ステーターコア（固定子鉄心）１５３とステーターコイル（固定子巻線）１５４とから構成されている。ステーターコア１５３は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした後、それらを積層したものである。ステーターコア１５３は、環状のヨークコアと、ヨークコアから径方向に突出し周方向に等間隔に配置された複数のティースコアとから構成されており、ヨークコアとティースコアは一体に形成されている。ステータコア１５３の内周部には、ステータコア１５３の内周表面側が開口して軸方向に連続した複数のスロットが形成されている。このスロットは、周方向に隣接するティースコア間に形成された溝状の空間部である。この一実施の形態では４８個のスロットが形成されている。ステーターコイル１５４は分布巻きで、ステーターコア１５３のティースコアに巻回されている。ここで、分布巻きとは、コイルが複数のスロットを跨いで（あるいは挟んで）離間した２つのスロットに収納されるように、ステーターコア１５３に巻かれる巻線方式である。
【００４９】
ステーターコイル１５４は、コイル導体を積層しながら連続的に巻回したＵ相ステーターコイルと、Ｖ相ステーターコイル、Ｗ相ステーターコイルとから構成されている。ステーターコイル１５４は、自動巻線機を用いて巻き枠に所定の順序で予め巻回され、その後自動挿入機を用いてステーターコア１５３のスロット１５５の入口部からスロット内に挿入され、ステーターコア１５３に巻かれる。ステーターコイル１５４は、Ｕ相ステーターコイル，Ｖ相ステーターコイル，Ｗ相ステーターコイルの順にスロット内に挿入される。ステーターコイル１５４のコイルエンド部は、スロット１５５から軸方向両側に突出し、ステーターコア１５３の軸方向両端面に配置されている。
【００５０】
ローター１５１は、ローターコア１５６、永久磁石１５５およびシャフト１５７から構成されている。ローターコア１５６は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした上で積層し、シャフト１５７に固定したものである。ローターコア１５６の外周部には、軸方向に貫通した複数の磁石挿入孔が周方向に等間隔で形成されている。この一実施の形態では８個の磁石挿入孔が形成されている。永久磁石挿入孔のそれぞれには永久磁石１５５が挿入され、固定されている。シャフト１５７は、ハウジング１５２の両側にそれぞれ固定されたエンドブラケット１５８Ｆ，１５８Ｒに軸受１５９Ｆ，１５９Ｒを介して回転可能に支承されている。
【００５１】
《インバーター７の構成例》
図１７は、電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車の駆動システムに用いるインバーターＩＮＶの回路構成を示す。インバーターＩＮＶは、２個のインバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２から構成されている。インバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２の構成は同じである。インバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、それぞれパワーモジュールＰＭと、ドライバーユニットＤＵから構成される。ドライバーユニットＤＵは、モーター制御ユニットＭＣＵによって制御される。パワーモジュールＰＭにはバッテリーＢＡから直流電力が供給され、インバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２はそれぞれ直流電力を交流電力に変換してモーター・ジェネレーターＦＭＧ，ＲＭＧに供給する。また、モーター・ジェネレーターＦＭＧ，ＲＭＧが発電機として動作するときには、発電機（ジェネレーター）の出力をインバーターＩＮＶ１，ＩＮＶ２によって直流電力に変換するとともに、図示しないＤＣ−ＤＣコンバーターで電圧の大きさをコントロールしてバッテリーＢＡに蓄電される。
【００５２】
インバーターＩＮＶ１のパワーモジュールＰＭは６つのアームから構成され、車載用直流電源であるバッテリーＢＡから供給される直流を交流に変換して回転電機であるモーター・ジェネレーターＦＭＧ，ＲＭＧに電力を供給する。パワーモジュールＰＭの上記６つのアームは、半導体のスイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を使用している。半導体のスイッチング素子としてはＩＧＢＴ以外に電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor‐Field Effect Transistor）を使用することができる。
【００５３】
ＩＧＢＴは動作速度が速いメリットがある。過去には電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴが使用できる電圧が低かったので、高電圧用のインバーターはＩＧＢＴで作られていた。しかし、最近は電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの使用できる電圧が高くなり、車両用インバーターではどちらも半導体スイッチング素子として使用可能である。電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合は半導体の構造がＩＧＢＴに比べてシンプルであり、半導体の製造工程がＩＧＢＴに比べ少なくなるメリットがある。
【００５４】
図１７において、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の上アームと下アームとはそれぞれ直列に接続されている。Ｕ相とＶ相とＷ相の各上アームのそれぞれのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴ使用の場合はドレーン端子）はバッテリーＢＡの正極側に接続される。一方、Ｕ相とＶ相とＷ相の各下アームのそれぞれのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）は、バッテリーＢＡの負極側に接続される。
【００５５】
Ｕ相上アームのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）と、Ｕ相下アームのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はドレーン端子）との接続点は、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のＵ相端子に接続され、Ｕ相電流が流れる。電機子巻線（永久磁石型同期モーターの固定子巻線）がＹ結線の場合は、Ｕ相巻線の電流が流れる。Ｖ相上アームのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）と、Ｖ相下アームのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はドレーン端子）との接続点は、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のＶ相の電機子巻線（固定子巻線）のＶ相端子に接続され、Ｖ相電流が流れる。固定子巻線がＹ結線の場合は、Ｖ相巻線の電流が流れる。Ｗ相上アームのエミッター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はソース端子）と、Ｗ相下アームのコレクター端子（電力用ＭＯＳ‐ＦＥＴの場合はドレーン端子）との接続点は、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のＷ相端子に接続される。固定子巻線がＹ結線の場合は、Ｗ相巻線の電流が流れる。バッテリーＢＡから供給される直流電力を交流電力に変換して、モーター・ジェネレーターＦＭＧ（ＲＭＧ）のステーターを構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相ステーターコイルに供給することによって、３相のステーターコイルに流れる電流により発生する起磁力でローターが回転駆動する。
【００５６】
モーター制御ユニットＲＭによりゲート信号を発生するドライバーユニットＤＵが制御され、各相のドライバーユニットから各相の半導体スイッチング素子へゲート信号が供給される。このゲート信号により各アームの導通、非導通（遮断）が制御される。その結果、供給された直流は三相交流に変換される。三相交流の生成については周知であるから、ここでは詳細な動作説明を省略する。
【００５７】
《ハイブリッド電気自動車の構成例》
図１８は、図１６に示す回転電機１０と図１７に示すインバータシステムを搭載したハイブリッド電気自動車の走行駆動システムを示す。図１８に示すハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮと、上述した回転電機１０からなるフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、回転電機１０からなるリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式の車両である。なお、この一実施の形態では、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮと上述した回転電機１０からなるフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆをそれぞれ駆動するようにしてもよい。
【００５８】
前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆには、フロント側差動装置ＦＤＦを介して変速機ＴＭが機械的に接続されている。変速機ＴＭには出力制御機構（図示省略）を介してエンジンＥＮとモーター・ジェネレーターＭＧが機械的に接続されている。出力制御機構（図示省略）は、回転出力の合成や分配を司る機構である。フロント側モーター・ジェネレーターＭＧの固定子巻線にはインバーターＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバーターＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モーター・ジェネレーターＭＧの駆動を制御するものである。インバーターＩＮＶの直流側にはバッテリーＢＡが電気的に接続されている。
【００５９】
後輪ＷＨ−Ｒの後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２には、リア側差動装置ＲＤＦとリア側減速機ＲＧを介してリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧが機械的に接続されている。リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの固定子巻線には、インバーターＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバーターＩＮＶはフロント側モーター・ジェネレーターＭＧＦとリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧに対して共用のものであり、モーター・ジェネレーターＭＧ用の変換回路部と、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの変換回路部と、それらを駆動するための駆動制御部とを有する。
【００６０】
ハイブリッド電気自動車の始動時および低速走行時（エンジンＥＮの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。なお、この一実施の形態では、ハイブリッド電気自動車の始動時および低速走行時、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバーターＩＮＶにはバッテリーＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバーターＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力はフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの固定子巻線に供給される。これにより、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧが駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速され、差動装置ＦＤＦに入力される。入力された回転出力は差動装置ＦＤＦによって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆと前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆが回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆの回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。
【００６１】
ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、エンジンＥＮの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力はフロント側差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。また、バッテリーＢＡの充電状態を検出し、バッテリーＢＡを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮの回転出力を、出力制御機構（図示省略）を介してフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧに分配し、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧを回転駆動する。これにより、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧは発電機として動作する。この動作により、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバーターＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリーＢＡに供給される。これにより、バッテリーＢＡが充電される。
【００６２】
ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動する。また、上述した通常走行と同様に、エンジンＥＮによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。さらに、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの駆動によってバッテリーＢＡの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮの回転出力によってフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧを回転駆動してバッテリーＢＡを充電する。リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するめに、インバーターＩＮＶにはバッテリーＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバーターＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力がリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの固定子巻線に供給される。これにより、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧは駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、リア側減速機ＲＧによって減速され、差動装置ＲＤＦの入力される。入力された回転出力は差動装置ＲＤＦによって左右に分配され、後輪ＷＨ−Ｒの一方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２と後輪ＷＨ−Ｒの他方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２にそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＤＳ−Ｆ４回転駆動される。そして、後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２の回転駆動によって後輪ＷＨ−Ｒが回転駆動される。
【００６３】
ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。なお、この一実施の形態ではハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。エンジンＥＮとフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置ＦＤＦを介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。
【００６４】
ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時あるいはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ，差動装置ＦＤＦ、変速機ＴＭ、出力制御機構（図示省略）を介してフロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧに伝達し、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧを回転駆動する。これにより、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧは発電機として動作する。この動作により、フロント側モーター・ジェネレーターＦＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバーターＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリーＢＡに供給される。これにより、バッテリーＢＡは充電される。一方、後輪ＷＨ−Ｒの回転出力を後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２，車両用出力伝達装置１００の差動装置ＲＤＦ、減速機ＲＧを介してリア側モーター・ジェネレーターＲＭＧに伝達し、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧを回転駆動する。これにより、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧは発電機として動作する。この動作により、リア側モーター・ジェネレーターＲＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバーターＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリーＢＡに供給される。これにより、バッテリーＢＡが充電される。
【００６５】
以上のように、複雑な動作をするハイブリッド電気自動車や電気自動車に本発明の回転電機の絶縁診断装置を用いることによって、運転中あるいは車検の際に回転電機の絶縁診断が可能となる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態どうし、または実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。
【００６７】
上述した実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、車両に搭載されてインバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０に、巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測センサー４を備えたので、インバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０の絶縁状態を、電動車両から回転電機１０を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【００６８】
また、上述した一実施の形態とその変形例によれば、部分放電計測センサー４は、ステーターコイルのコイルエンド２１の近傍にステーターコア２０の全周に沿って巻回された導電線材であり、この導電線材により部分放電により発生する電磁波を検出するようにしたので、ギアボックスなどと一体に形成される電動車両用回転電機１０の部分放電を自動車に組み込んだままで容易にかつ安価に計測できる。また、インバーター電源７で駆動される電動車両用回転電機１０では、対地間の絶縁部だけでなく、相間および巻線間の絶縁部にも高電圧が印加されるため、これらの絶縁部における部分放電をも確実にかつ安価に計測することができる。
【００６９】
一実施の形態とその変形例によれば、部分放電計測センサー４は、回転電機１０内部の温度を計測する温度センサー４１（図６、図９参照）と、温度センサー４１近傍の温度センサー４１の出力線の両端に接続された静電容量４２，５００とからなり、温度センサー４１の出力線をステーターコイルのコイルエンド２１近傍にステーターコア２０の全周に沿って巻回して配設するようにしたので、温度センサーと部分放電計測センサーを兼用することができ、それらを別個に設ける必要がなく、小型、軽量化、部品点数削減が強く望まれる電気自動車やハイブリッド電気自動車に対して最適な部分放電計測手段を提供することができる。
【００７０】
一実施の形態とその変形例によれば、部分放電計測センサーの導電線材、または温度センサー兼部分放電計測センサーの出力線の一方を、ステーターコイルの一方のコイルエンド２１近傍にステーターコア２０の全周に沿って時計回りに配設するとともに、導電線材または出力線の他方を、ステーターコイルの他方のコイルエンド２１近傍にステーターコア２０の円周方向に反時計回りに配設するようにしたので、インバーターパルスノイズが打ち消し合って消滅する一方、部分放電信号が強め合って増大し、高感度に部分放電を計測することができる。
【００７１】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０内部の温度を計測する温度センサー３，４１、回転電機１０内部の気圧を計測する気圧センサー１、回転電機１０内部の湿度を計測する湿度センサー２を備えたので、部分放電計測時の回転電機１０内部の環境を検出でき、部分放電の計測値を所定環境下の計測値に換算することができ、換算後の部分放電計測値に基づいて回転電機１０の絶縁診断をより正確に行うことができる。
【００７２】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０内部と連通する配管とバルブ１６を備えたので、回転電機１０に通常運転時よりも高い駆動電圧を印加せずに、あるいは回転電機１０に通常運転時よりも高い誘起電圧を発生させずに、部分放電を計測することができ、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００７３】
一実施の形態とその変形例によれば、インバーター電源７との間で電力の授受を行う電源用端子とは別個に、外部電源１４との間で電力の授受を行う外部電源用端子１７を備えたので、この外部電源端子１７を介して外部電源１４から試験電圧を回転電機１０に印加して部分放電を計測でき、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、また回転電機１０の駆動制御装置に部分放電計測のための煩雑な動作を行わせる必要がなくなり、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００７４】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源７と、部分放電計測センサー４、４１の出力信号から部分放電信号を抽出する部分放電検出器５および制御／データ処理装置６と、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧ＰＤＩＶを検出し、部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づいて回転電機１０の絶縁診断を行う制御／データ処理装置６とを備えたので、電動車両用回転電機１０を駆動制御する駆動制御装置により、インバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０の絶縁状態を、電動車両から回転電機１０を取り外すことなく通常の運転中に容易にかつ安価に診断することができる。
【００７５】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時には、インバーター電源７は、回転電機１０の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、部分放電検出器５および制御／データ処理装置６は、部分放電計測センサー４，４１の出力信号にハイパスフィルター処理を施し、インバーター電源７によるインバーターパルスノイズを除去して部分放電信号を抽出するようにしたので、インバーター電源７により駆動される電動車両用回転電機１０において部分放電を正確にかつ容易に検出できる。
【００７６】
一実施の形態とその変形例によれば、部分放電検出器５のハイパスフィルター５２は、インバーターパルスノイズの周波数スペクトルと、最小部分放電信号の周波数スペクトルとの交点を遮断周波数とするハイパスフィルター５２としたので、部分放電計測センサー４，４１の出力信号からインバーターパルスノイズを分離除去して部分放電計測信号を正確に抽出することができる。
【００７７】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時には、インバーター電源７は、回転電機１０の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、部分放電検出器５および制御／データ処理装置６は、部分放電計測センサー４，４１の出力信号の内、インバーター電源７によるインバーターパルスノイズの発生位相と異なる位相において発生した信号を部分放電信号として抽出するようにしたので、部分放電計測センサー４，４１の出力信号からインバーターパルスノイズを分離除去して部分放電計測信号を正確に抽出することができる。
【００７８】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時には、インバーター電源７は、回転電機１０の誘起電圧が通常運転時の誘起電圧よりも高くなる回転電機１０の界磁制御を行い、部分放電検出器５および制御／データ処理装置６は、部分放電計測センサー４，４１の出力信号から回転電機１０に発生する誘起電圧成分を除去して部分放電信号を抽出するようにしたので、部分放電計測センサー４，４１の出力信号から回転電機１０の誘起電圧成分を分離除去して部分放電計測信号を正確に抽出することができる。
【００７９】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源７と、部分放電計測センサー４、４１の出力信号から部分放電信号を抽出する部分放電検出器５および制御／データ処理装置６と、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧ＰＤＩＶを検出し、部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づいて回転電機１０の絶縁診断を行う制御／データ処理装置６とを備え、回転電機１０の絶縁診断時には、配管とバルブ１６に真空ポンプ１５を接続して回転電機１０の内部気圧を低下させるようにしたので、回転電機１０に通常運転時よりも高い駆動電圧を印加せずに、あるいは回転電機１０に通常運転時よりも高い誘起電圧を発生させずに、部分放電を計測することができ、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００８０】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源７と、インバーター電源７と回転電機１０との間に設けられる遮断器１１と、部分放電計測センサー４，４１の出力信号から部分放電信号を抽出する部分放電検出器５および制御／データ処理装置６と、抽出された部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧ＰＤＩＶを検出し、部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づいて回転電機１０の絶縁診断を行う制御／データ処理装置６とを備え、回転電機１０の絶縁診断時には、遮断器１１を開路するとともに、外部電源用端子１７を介して外部電源１４から回転電機１０に絶縁試験電圧を印加するようにしたので、外部電源端子１７を介して外部電源１４から試験電圧を回転電機１０に印加して部分放電を計測でき、インバーター電源７を高耐圧にする必要がなく、また回転電機１０の駆動制御装置に部分放電計測のための煩雑な動作を行わせる必要がなくなり、回転電機１０の駆動制御装置のコストを低減できる。
【００８１】
一実施の形態とその変形例によれば、回転電機１０の絶縁診断時の回転電機１０の温度、湿度および気圧を部分放電開始電圧ＰＤＩＶとともに記録する制御／データ処理装置６およびメモリ６ｂと、記録されている部分放電開始電圧ＰＤＩＶを、回転電機１０の所定温度、所定湿度および所定気圧における値に換算する制御／データ処理装置６とを備え、制御／データ処理装置６は、換算後の部分放電開始電圧ＰＤＩＶに基づいて回転電機１０の絶縁診断を行うようにしたので、部分放電の計測値を所定環境下の計測値に換算することができ、換算後の部分放電計測値に基づいて回転電機１０の絶縁診断をより正確に行うことができる。
【００８２】
一実施の形態とその変形例によれば、制御／データ処理装置６は、回転電機１０の巻線間、相間および対地間の絶縁部の熱劣化、機械劣化、耐油劣化および耐加水分解劣化を考慮して部分放電開始電圧ＰＤＩＶの経時変化に基づき絶縁診断を行うようにしたので、回転電機１０の絶縁診断精度をより向上させることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１；気圧センサー、２；湿度センサー、３；温度センサー、４、４ａ、４ｂ；部分放電計測センサー、５；部分放電検出器、６；制御／データ処理装置、６ｂ；メモリ、７；インバーター電源、１０；回転電機、１１；遮断器、１４；外部電源、１５；真空ポンプ、１６；外部配管およびバルブ、１７；外部電源端子、２０；スターターコア（電機子鉄心）、２１；コイルエンド、４１、４１ａ、４１ｂ；温度センサー、４２；コンデンサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機であって、
巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測手段を備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両用回転電機において、
前記部分放電計測手段は、ステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回された導電線材であり、部分放電により発生する電磁波を検出することを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の電動車両用回転電機において、
前記部分放電計測手段は、前記回転電機内部の温度を計測する温度センサーと、前記温度センサー近傍の前記温度センサーの出力線の両端に接続された静電容量とからなり、前記温度センサーの前記出力線をステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回して配設することを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電動車両用回転電機において、
前記導電線材または前記出力線の一方を、ステーターコイルの一方のコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って時計回りに配設するとともに、前記導電線材または前記出力線の他方を、ステーターコイルの他方のコイルエンド近傍にステーターコアの円周方向に反時計回りに配設することを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項５】
請求項２に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部の温度を計測する温度センサーを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部の気圧を計測する気圧センサーを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部の湿度を計測する湿度センサーを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部と連通する配管とバルブを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記インバーター電源との間で電力の授受を行う電源用端子とは別個に、外部電源との間で電力の授受を行う外部電源用端子を備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、
前記回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、
前記部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備えることを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記インバーター電源は、前記回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、
前記抽出手段は、前記部分放電計測手段の出力信号にハイパスフィルター処理を施し、前記インバーター電源によるインバーターパルスノイズを除去して前記部分放電信号を抽出することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記ハイパスフィルターは、インバーターパルスノイズの周波数スペクトルと、最小部分放電信号の周波数スペクトルとの交点を遮断周波数とするハイパスフィルターであることを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記インバーター電源は、前記回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、
前記抽出手段は、前記部分放電計測手段の出力信号の内、前記インバーター電源によるインバーターパルスノイズの発生位相と異なる位相において発生した信号を前記部分放電信号として抽出することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記インバーター電源は、前記回転電機の誘起電圧が通常運転時の誘起電圧よりも高くなる前記回転電機の界磁制御を行い、
前記抽出手段は、前記部分放電計測手段の出力信号から前記回転電機に発生する誘起電圧成分を除去して前記部分放電信号を抽出することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１５】
請求項８に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、
前記回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、
前記部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記配管とバルブに真空ポンプを接続して前記回転電機の内部気圧を低下させることを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１６】
請求項９に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、
前記回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、
前記インバーター電源と前記回転電機との間に設けられる遮断手段と、
前記部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記遮断器を開路するとともに、前記外部電源用端子を介して外部電源から前記回転電機に絶縁試験電圧を印加することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時の前記回転電機の温度、湿度および気圧を前記部分放電開始電圧とともに記録する記録手段と、
前記記録手段に記録されている前記部分放電開始電圧を、前記回転電機の所定温度、所定湿度および所定気圧における値に換算する換算手段とを備え、
前記診断手段は、前記換算手段により換算後の部分放電開始電圧に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行うことを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１８】
請求項１０〜１７に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記診断手段は、前記回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部の熱劣化、機械劣化、耐油劣化および耐加水分解劣化を考慮して前記部分放電開始電圧の経時変化に基づき絶縁診断を行うことを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１９】
車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電をセンサーにより計測し、前記センサーの出力信号から部分放電信号を抽出し、抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記電動車両用回転電機の絶縁診断を行うことを特徴とする電動車両用回転電機の絶縁診断方法。
【請求項１】
車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機であって、
巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電を計測する部分放電計測手段を備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両用回転電機において、
前記部分放電計測手段は、ステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回された導電線材であり、部分放電により発生する電磁波を検出することを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の電動車両用回転電機において、
前記部分放電計測手段は、前記回転電機内部の温度を計測する温度センサーと、前記温度センサー近傍の前記温度センサーの出力線の両端に接続された静電容量とからなり、前記温度センサーの前記出力線をステーターコイルのコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って巻回して配設することを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電動車両用回転電機において、
前記導電線材または前記出力線の一方を、ステーターコイルの一方のコイルエンド近傍にステーターコアの全周に沿って時計回りに配設するとともに、前記導電線材または前記出力線の他方を、ステーターコイルの他方のコイルエンド近傍にステーターコアの円周方向に反時計回りに配設することを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項５】
請求項２に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部の温度を計測する温度センサーを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部の気圧を計測する気圧センサーを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部の湿度を計測する湿度センサーを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記回転電機内部と連通する配管とバルブを備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機において、
前記インバーター電源との間で電力の授受を行う電源用端子とは別個に、外部電源との間で電力の授受を行う外部電源用端子を備えることを特徴とする電動車両用回転電機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、
前記回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、
前記部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備えることを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記インバーター電源は、前記回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、
前記抽出手段は、前記部分放電計測手段の出力信号にハイパスフィルター処理を施し、前記インバーター電源によるインバーターパルスノイズを除去して前記部分放電信号を抽出することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記ハイパスフィルターは、インバーターパルスノイズの周波数スペクトルと、最小部分放電信号の周波数スペクトルとの交点を遮断周波数とするハイパスフィルターであることを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記インバーター電源は、前記回転電機の駆動電圧が通常運転時の駆動電圧よりも高くなるインバーターパルス電圧を印加し、
前記抽出手段は、前記部分放電計測手段の出力信号の内、前記インバーター電源によるインバーターパルスノイズの発生位相と異なる位相において発生した信号を前記部分放電信号として抽出することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記インバーター電源は、前記回転電機の誘起電圧が通常運転時の誘起電圧よりも高くなる前記回転電機の界磁制御を行い、
前記抽出手段は、前記部分放電計測手段の出力信号から前記回転電機に発生する誘起電圧成分を除去して前記部分放電信号を抽出することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１５】
請求項８に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、
前記回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、
前記部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記配管とバルブに真空ポンプを接続して前記回転電機の内部気圧を低下させることを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１６】
請求項９に記載の電動車両用回転電機を駆動制御する駆動制御装置であって、
前記回転電機にインバーターパルス電圧を印加して駆動するインバーター電源と、
前記インバーター電源と前記回転電機との間に設けられる遮断手段と、
前記部分放電計測手段の出力信号から部分放電信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行う診断手段とを備え、
前記回転電機の絶縁診断時には、前記遮断器を開路するとともに、前記外部電源用端子を介して外部電源から前記回転電機に絶縁試験電圧を印加することを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記回転電機の絶縁診断時の前記回転電機の温度、湿度および気圧を前記部分放電開始電圧とともに記録する記録手段と、
前記記録手段に記録されている前記部分放電開始電圧を、前記回転電機の所定温度、所定湿度および所定気圧における値に換算する換算手段とを備え、
前記診断手段は、前記換算手段により換算後の部分放電開始電圧に基づいて前記回転電機の絶縁診断を行うことを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１８】
請求項１０〜１７に記載の電動車両用回転電機の駆動制御装置において、
前記診断手段は、前記回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部の熱劣化、機械劣化、耐油劣化および耐加水分解劣化を考慮して前記部分放電開始電圧の経時変化に基づき絶縁診断を行うことを特徴とする電動車両用回転電機の駆動制御装置。
【請求項１９】
車両に搭載されてインバーター電源により駆動される電動車両用回転電機の巻線間、相間および対地間の絶縁部で発生する部分放電をセンサーにより計測し、前記センサーの出力信号から部分放電信号を抽出し、抽出された前記部分放電信号に基づいて部分放電開始電圧を検出し、前記部分放電開始電圧の経時変化に基づいて前記電動車両用回転電機の絶縁診断を行うことを特徴とする電動車両用回転電機の絶縁診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１３０５４４（Ｐ２０１１−１３０５４４Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８４７９４（Ｐ２００９−２８４７９４）
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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