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JP7358271B2 - Electric motor system and discharge detection method - Google Patents
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Description

本発明は、電動機システムに関するもので、特に放電の検出に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to electric motor systems, and more particularly to the detection of electric discharges.

地球温暖化を抑止するため、全世界においてCO排出規制が強化されつつあり、化石燃料を使用するエンジンの代替として、動力系統の電動化が盛んに進められている。その一方で、電動機システム(ここでは回転機、電力変換装置、バッテリーなどを含んだ装置群)に対してその出力密度は現行の2倍以上を要求されており、高電圧化への対応技術が求められている。 In order to curb global warming, CO2 emission regulations are being tightened all over the world, and electrification of power systems is being actively promoted as an alternative to engines that use fossil fuels. On the other hand, the power density of electric motor systems (here, a group of equipment including rotating machines, power converters, batteries, etc.) is required to be more than twice that of the current level, and technology to support higher voltages is required. It has been demanded.

その一方で、絶縁システムの低コスト化が求められているが、そのためには絶縁特性における余剰な裕度を無くす必要がある。余剰な裕度を無くすためには、診断システムにより異常が発生した場合に検知できることが必要となる。 On the other hand, there is a need to reduce the cost of insulation systems, and to achieve this, it is necessary to eliminate excess margins in insulation properties. In order to eliminate excess margin, it is necessary for the diagnostic system to be able to detect when an abnormality occurs.

特許文献1には、「回転電機のコイルに流入する空気のオゾン濃度を検知する第1オゾン検知部と、コイルの周辺の空気又はコイルの周辺から流出する空気のオゾン濃度を検知する第2オゾン検知部と、第1オゾン検知部で検知した第1オゾン濃度と第2オゾン検知部で検知した第2オゾン濃度との差値に基づいて部分放電発生状況を監視する部分放電監視部と、を備えた回転電機の部分放電監視装置」が提案されている。 Patent Document 1 describes, "a first ozone detection section that detects the ozone concentration of air flowing into the coil of a rotating electric machine; and a second ozone detection section that detects the ozone concentration of the air around the coil or the air flowing out from the periphery of the coil. a detection unit; and a partial discharge monitoring unit that monitors the occurrence of partial discharge based on the difference value between the first ozone concentration detected by the first ozone detection unit and the second ozone concentration detected by the second ozone detection unit. A partial discharge monitoring device for rotating electric machines has been proposed.

特許文献2には、「冷却機能を有するスイッチング素子モジュールは、外導体筒と、少なくとも一部が前記外導体筒の内側に位置し、前記外導体筒と共に電力を伝送する内導体筒と、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子と、を備え、前記内導体筒は、前記外導体筒の開口から突出した突出部分を有し、前記第1スイッチング素子は前記外導体筒の外側面に設けられ、前記第2スイッチング素子は前記突出部分の外側面に設けられ、前記内導体筒の内側、前記突出部分の外側および前記外導体筒の外側に冷媒が流通すること」が記載されている。 Patent Document 2 states, ``A switching element module having a cooling function includes an outer conductor tube, an inner conductor tube that is at least partially located inside the outer conductor tube and transmits electric power together with the outer conductor tube, 1 switching element and a second switching element, the inner conductor tube has a protruding portion protruding from the opening of the outer conductor tube, and the first switching element is provided on an outer surface of the outer conductor tube. , the second switching element is provided on the outer surface of the protruding portion, and the refrigerant flows inside the inner conductor tube, outside the protrusion portion, and outside the outer conductor tube.''

特開2018-200179号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-200179 特開2014-135410号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-135410

特許文献1においては、回転電機の所定周期の定期点検時に外部に取り出して回収し、回収した第1オゾン検知部及び第2オゾン検知部を構成するオゾン吸収材を、窒素ガスで脱気して蓄積したオゾン濃度を測定し、測定結果を放電劣化監視部に出力する。すなわち、オゾン吸収剤を回収して診断し、オゾン濃度を検知が可能であるが、回収部、分析部からなりシステムが煩雑である上に、回転機の構造によっては回収部が取り付けられない可能性がある。 In Patent Document 1, the ozone absorbing material constituting the first ozone detection section and the second ozone detection section is taken out and collected outside during regular inspections of a rotating electric machine at a predetermined period, and is degassed with nitrogen gas. The accumulated ozone concentration is measured and the measurement results are output to the discharge deterioration monitoring section. In other words, it is possible to collect and diagnose the ozone absorbent and detect the ozone concentration, but the system is complicated as it consists of a collection section and an analysis section, and the collection section may not be attached depending on the structure of the rotating machine. There is sex.

特許文献2は、輸送機器用の電力変換装置を対象としたものであり、冷却型スイッチング素子モジュールにおいて、導体の容量を増加し、かつインダクタンスを低減することでサージ電圧を抑制して、部分放電の発生を抑制する。本質的に、設計により放電発生を抑制するものであるが、突発的な異常により放電が発生した場合に検知できる機能を有するものではない。 Patent Document 2 targets a power conversion device for transportation equipment, and suppresses surge voltage by increasing the capacitance of a conductor and reducing inductance in a cooled switching element module, thereby reducing partial discharge. suppress the occurrence of Essentially, the design suppresses the occurrence of discharge, but it does not have a function to detect when discharge occurs due to a sudden abnormality.

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、複雑な装置を使用しなくても放電検出をすることができる電動機システム及び放電検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a motor system and a discharge detection method that can detect discharge without using a complicated device.

前記目的を達成するために、本発明の電動機システムは、密閉されている、課電部を有する電動機システムにおいて、スイッチング素子、基板、冷却路、コンデンサを含んで構成される電力変換装置を有し、前記電力変換装置の課電部またはその近傍に、放電が発生した際に生じるオゾンガスと反応すると、着色または変色する放電検出材が配置され、前記放電検出材の色変化を、前記電動機システムに内蔵されたカメラにより監視することが特徴である。 In order to achieve the above object, the electric motor system of the present invention is a closed electric motor system having a power supply section , and includes a power conversion device including a switching element, a substrate, a cooling path, and a capacitor. A discharge detection material that is colored or changes color when it reacts with ozone gas generated when discharge occurs is disposed at or near the charging section of the power converter, and the color change of the discharge detection material is detected by the electric motor system. It is characterized by being monitored by a built-in camera.

電動機システムにおいて、スイッチング素子、基板、冷却路、コンデンサを含んで構成される電力変換装置を有し、電力変換装置の課電部またはその近傍に放電検出材を配置した。コイル、ステータコア、絶縁を含んで構成される回転電機を有し、回転電機の課電部またはその近傍に放電検出材を配置した。 The electric motor system includes a power converter including a switching element, a substrate, a cooling path, and a capacitor, and a discharge detection material is disposed at or near the energizing section of the power converter. It has a rotating electric machine that includes a coil, a stator core, and an insulation, and a discharge detection material is placed at or near the energizing part of the rotating electric machine.

放電検出材は、オゾンガスと反応する材料である、ヨウ化カリウム、半導体薄膜、HVA(ヒドロキシーメトキシフェニル酢酸)、HPPA(ヒドロキシフェニルプロピオン酸)、アセトアミドフェノールのいずれかであることが特徴である。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。 The discharge detection material is characterized by being one of potassium iodide, semiconductor thin film, HVA (hydroxy-methoxyphenylacetic acid), HPPA (hydroxyphenylpropionic acid), and acetamidophenol, which are materials that react with ozone gas. Other aspects of the present invention will be explained in the embodiments described below.

本発明によれば、複雑な装置を使用しなくても放電検出をすることができる。 According to the present invention, discharge can be detected without using a complicated device.

第1実施形態に係る電力変換装置に対する放電検出を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing discharge detection for the power conversion device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る電力変換装置のバスバに対する放電検出を示す他の図である。FIG. 7 is another diagram illustrating discharge detection for a bus bar in the power conversion device according to the second embodiment. 第3実施形態に係る電力変換装置のバスバに対する放電検出を示すその他の図である。FIG. 7 is another diagram illustrating discharge detection for a bus bar in the power conversion device according to the third embodiment. 第4実施形態に係る回転電機に対する放電検出を示す図である。It is a figure which shows the discharge detection with respect to the rotating electric machine based on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る回転電機に対する放電検出を示す他の図である。FIG. 7 is another diagram showing discharge detection for the rotating electrical machine according to the fifth embodiment. 第6実施形態に係る回転電機に対する放電検出を示すその他の図である。FIG. 7 is another diagram showing discharge detection for the rotating electrical machine according to the sixth embodiment. 電動機システムの概要を示す図である。1 is a diagram showing an overview of an electric motor system.

本発明の一実施形態の目的は、主に300V以上の課電部を有する電気機器であって、その課電部付近に放電検出材を配置した電動機システムを供することにある。特に放電が発生しやすい部位を対象とするものであり、例えば、回転機であればコイルエンド部とする。電力変換装置であればバスバ、ワイヤーボンディングなどが該当する。 An object of an embodiment of the present invention is to provide an electric motor system that is an electrical device mainly having a energizing section of 300 V or more, and in which a discharge detection material is disposed near the energizing section. Particularly, the target is the part where electric discharge is likely to occur, for example, in the case of a rotating machine, it is the coil end part. For power converters, bus bars, wire bonding, etc. are applicable.

以下の実施形態では、主として定格電圧300~3000Vにおける電動機システムの部分放電検出に関するものである。ただし、部分放電を生じうる機器全般に対して部分放電検出は適用できる。 The following embodiments mainly relate to partial discharge detection of a motor system at a rated voltage of 300 to 3000V. However, partial discharge detection can be applied to all devices that can generate partial discharge.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る電力変換装置に対する放電検出を示す図である。パワーモジュールであるスイッチング素子13、基板、冷却フィン15(冷却路)、コンデンサ16、バスバ11などで構成される定格電圧300V以上の電力変換装置において、部分放電が発生しやすい部位に放電検出機構もしくは放電検出材1を提供するものである。なお、パワーモジュールとは、複数のパワー半導体を組み合わせたものをいう。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating discharge detection for a power conversion device according to a first embodiment. In a power conversion device with a rated voltage of 300 V or higher, which is composed of a switching element 13 as a power module, a substrate, a cooling fin 15 (cooling path), a capacitor 16, a bus bar 11, etc., a discharge detection mechanism or A discharge detection material 1 is provided. Note that the power module refers to a combination of multiple power semiconductors.

図1に示すように、コンデンサ16とスイッチング素子13とはバスバ11で接続されている。この場合に、例えば、放電が発生しやすいバスバ11の表面、バスバ11とスイッチング素子13とを接続するリード線などに放電検出材1(斜線部分)を配置する。放電検出材1は、バスバ11等に塗布しても吹き付けてもよい。 As shown in FIG. 1, the capacitor 16 and the switching element 13 are connected by a bus bar 11. In this case, the discharge detection material 1 (shaded portion) is placed, for example, on the surface of the bus bar 11 where discharge is likely to occur, on the lead wire connecting the bus bar 11 and the switching element 13, or the like. The discharge detection material 1 may be applied or sprayed onto the bus bar 11 or the like.

電力変換装置においては、往復電流のキャンセリングによりバスバ11のインダクタンスを低減するために、バスバ11間の絶縁距離を短くし、かつ、バスバ11の表面積を広くしている。そのため、面積が大きいほど異物付着、剥離、ボイド、クラックなどによる絶縁不良が発生しやすくなり高い絶縁性を要求される。 In the power conversion device, in order to reduce the inductance of the bus bars 11 by canceling the reciprocating current, the insulation distance between the bus bars 11 is shortened and the surface area of the bus bars 11 is widened. Therefore, the larger the area, the more likely insulation defects will occur due to foreign matter adhesion, peeling, voids, cracks, etc., and high insulation properties will be required.

放電検出材として、例えば、オゾンガスと反応する材料を適用する。これは、放電が発生した際に生じるオゾンガスを検知することで、間接的に放電を検出するものである。オゾンガスを検知する材料としては、例えば、ヨウ化カリウム、半導体薄膜、HVA(ヒドロキシーメトキシフェニル酢酸)、HPPA(ヒドロキシフェニルプロピオン酸)、アセトアミドフェノールなどを適用することができるがオゾンガスと反応するものであれば前記に限定するものではない。 For example, a material that reacts with ozone gas is used as the discharge detection material. This method indirectly detects discharge by detecting ozone gas produced when discharge occurs. Examples of materials that can be used to detect ozone gas include potassium iodide, semiconductor thin films, HVA (hydroxy-methoxyphenylacetic acid), HPPA (hydroxyphenylpropionic acid), and acetamidophenol, but these materials do not react with ozone gas. If any, it is not limited to the above.

例えば、ヨウ化カリウムによるオゾン検出を以下の化学式で説明する。以下の化学式の通り、オゾンとヨウ化物イオンと水が反応することによりヨウ素が発生する。ヨウ素による着色によりオゾンが発生したことを検出することが可能である。
+2I+HO⇒I+O+2OH
ヨウ化カリウムを含ませた樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を、バスバ11等に塗装するとよい。実際には、気中の水分とオゾンとが反応し、樹脂部分が変色する。
For example, ozone detection using potassium iodide is explained using the following chemical formula. As shown in the chemical formula below, iodine is generated by the reaction of ozone, iodide ions, and water. It is possible to detect the generation of ozone by coloring with iodine.
O 3 +2I - +H 2 O⇒I 2 +O 2 +2OH -
It is preferable to coat the bus bar 11 and the like with a resin (for example, epoxy resin) containing potassium iodide. In reality, moisture in the air reacts with ozone, causing the resin part to change color.

半導体薄膜には、例えば、ガラス上ゲルマニウム薄膜がある。ゲルマニウム薄膜は、オゾンガスと反応すると変色する。
以上により、電力変換装置において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。
Examples of semiconductor thin films include germanium thin films on glass. Germanium thin film changes color when it reacts with ozone gas.
As described above, highly versatile partial discharge detection becomes possible in the power conversion device.

<第2実施形態>
図2は、第2実施形態に係る電力変換装置のバスバ11に対する放電検出を示す他の図である。適宜図1を参照する。電力変換装置においては、コンデンサ16とスイッチング素子13の間のバスバ110などにおいてバスバ110間に絶縁材113を挟み、絶縁距離を短縮させることがある。これを一般的にラミネートバスバなどと称するが、ラミネートバスバにおける電気ストレスは他の部分より高く、異物付着などがあると部分放電が発生しやすくなる。
<Second embodiment>
FIG. 2 is another diagram showing discharge detection for the bus bar 11 of the power conversion device according to the second embodiment. Refer to FIG. 1 as appropriate. In a power conversion device, an insulating material 113 is sometimes sandwiched between bus bars 110 between the capacitor 16 and the switching element 13 to shorten the insulation distance. This is generally called a laminate bus bar, etc., but the electrical stress in the laminate bus bar is higher than in other parts, and if foreign matter is attached, partial discharge is likely to occur.

よって、ラミネートバスバの絶縁材113との接触面に放電検出材1を配置することにより、対向するバスバ111,112との間に生じる放電を検知することが有効であり、以上により、電力変換装置において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。 Therefore, it is effective to detect the discharge that occurs between the opposing bus bars 111 and 112 by disposing the discharge detection material 1 on the contact surface with the insulating material 113 of the laminate bus bar. , highly versatile partial discharge detection becomes possible.

<第3実施形態>
図3は、第3実施形態に係る電力変換装置のバスバ11に対する放電検出を示すその他の図である。適宜図1を参照する。高圧のマルチレベルインバータ(多重レベルインバータ)などにおいてはスイッチング素子13を複数直列に配置して電圧が分圧される構造となり、スイッチング素子13の間に電位差が生じる。
<Third embodiment>
FIG. 3 is another diagram showing discharge detection for the bus bar 11 of the power conversion device according to the third embodiment. Refer to FIG. 1 as appropriate. In a high-voltage multilevel inverter, a plurality of switching elements 13 are arranged in series to divide the voltage, and a potential difference occurs between the switching elements 13.

したがって、スイッチング素子13間のバスバ11とそれに隣接するバスバ(図示しない)の間で電気的ストレスが高くなる。異常時などにおいて、当該部での部分放電をいち早く検知するために、バスバ11の表面に放電検出材1を配置する。
以上により、電力変換装置において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。
Therefore, electrical stress increases between the bus bar 11 between the switching elements 13 and the adjacent bus bar (not shown). A discharge detection material 1 is placed on the surface of the bus bar 11 in order to quickly detect partial discharge in the relevant portion in the event of an abnormality.
As described above, highly versatile partial discharge detection becomes possible in the power conversion device.

<第4実施形態>
図4は、第4実施形態に係る回転電機に対する放電検出を示す図である。回転電機とは、発電機や電動機のように,回転部分を有するものを回転電機(回転電気機械)という。
図4では、課電される固定子の概略図を示している。固定子はステータコア23、コイル、絶縁紙などから構成され、コイルがコアに収まらない両端部をコイルエンド21という。スロットライナ24は、固定子スロット内に備えられ、コイルを固定子コアから電気的に隔離するものである。
<Fourth embodiment>
FIG. 4 is a diagram showing discharge detection for a rotating electrical machine according to a fourth embodiment. Rotating electrical machines refer to machines that have rotating parts, such as generators and electric motors.
In FIG. 4 a schematic diagram of a stator to be energized is shown. The stator is composed of a stator core 23, a coil, insulating paper, etc., and both ends where the coil does not fit into the core are called coil ends 21. A slot liner 24 is provided within the stator slot to electrically isolate the coils from the stator core.

コイルエンド21において放電が発生しやすいため、コイルエンド21の部分に放電検出材1を設ける。ただし、固定子に限らず、回転子にも課電される二次励磁機のコイルエンドにも本実施形態は適用可能である。 Since discharge is likely to occur at the coil end 21, the discharge detection material 1 is provided at the coil end 21. However, this embodiment is applicable not only to the stator but also to the coil end of a secondary exciter where the rotor is also energized.

放電検出材としては、第1実施形態と同様にオゾンガスと反応する材料を適用できる。 以上により、回転電機において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。 As the discharge detection material, a material that reacts with ozone gas can be used as in the first embodiment. The above enables highly versatile partial discharge detection in rotating electrical machines.

<第5実施形態>
図5は、第5実施形態に係る回転電機に対する放電検出を示す他の図である。図5では、電気が課電される固定子の概略図を示している。固定子は、前記したように、ステータコア23、コイル、絶縁紙などから構成され、コイルがコアに収まらない両端部をコイルエンド21という。
<Fifth embodiment>
FIG. 5 is another diagram showing discharge detection for the rotating electric machine according to the fifth embodiment. FIG. 5 shows a schematic diagram of a stator to which electricity is applied. As described above, the stator is composed of the stator core 23, a coil, insulating paper, etc., and both ends where the coil does not fit into the core are called coil ends 21.

インバータなどの電力変換装置で駆動される回転機においては、このコイルエンド21の口出し部にサージ電圧が印加されて電気的ストレスが高くなる。異常時などにおいて、当該部での部分放電をいち早く検知するために、口出し線25の表面に放電検出材1を配置する。以上により、回転電機において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。 In a rotating machine driven by a power conversion device such as an inverter, a surge voltage is applied to the lead portion of the coil end 21, increasing electrical stress. The discharge detection material 1 is placed on the surface of the lead wire 25 in order to quickly detect partial discharge in the relevant portion in the event of an abnormality or the like. The above enables highly versatile partial discharge detection in rotating electrical machines.

<第6実施形態>
図6は、第6実施形態に係る回転電機に対する放電検出を示すその他の図である。適宜図5を参照する。図6では、電気が課電される固定子の概略図を示している。固定子はステータコア23、コイル、絶縁紙などから構成され、異なる相間(例えば、U相のコイルエンド21U、W相のコイルエンド21W)において、絶縁紙を設けることがある。この絶縁紙にはテフロン(登録商標)やアラミド紙などが適用される。
<Sixth embodiment>
FIG. 6 is another diagram showing discharge detection for the rotating electric machine according to the sixth embodiment. Refer to FIG. 5 as appropriate. FIG. 6 shows a schematic diagram of a stator to which electricity is applied. The stator is composed of a stator core 23, coils, insulating paper, etc., and insulating paper may be provided between different phases (for example, U-phase coil end 21U, W-phase coil end 21W). Teflon (registered trademark), aramid paper, or the like is applied to this insulating paper.

異相間においては、電気的なストレスが高くなる。異常時などにおいて、当該部での部分放電をいち早く検知するために、放電検出材1を塗布した絶縁材2を用いる。具体的には、異相間の絶縁紙の表面に放電検出材1を塗布する。
以上により、回転電機において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。
Electrical stress increases between different phases. An insulating material 2 coated with a discharge detection material 1 is used in order to quickly detect partial discharge in the relevant part in the event of an abnormality. Specifically, the discharge detection material 1 is applied to the surface of the insulating paper between the different phases.
The above enables highly versatile partial discharge detection in rotating electrical machines.

<第7実施形態>
第7実施形態では、放電検出材1として半導体薄膜を適用する。半導体薄膜においてはオゾンガスにより酸化し、抵抗が上がる。その抵抗の増加分を検知することで、オゾンガスの検知を可能とする。第7実施形態の半導体薄膜は、電力変換装置および回転電機の両者ともに適用可能なものである。
<Seventh embodiment>
In the seventh embodiment, a semiconductor thin film is used as the discharge detection material 1. Semiconductor thin films are oxidized by ozone gas, increasing their resistance. By detecting the increase in resistance, ozone gas can be detected. The semiconductor thin film of the seventh embodiment is applicable to both power converters and rotating electric machines.

この場合は、抵抗の検出機構が必要となる。課電部に検出機構を配置するのは難しいため、この場合は、課電部近傍の電圧がかかっていない部位に配置する。 In this case, a resistance detection mechanism is required. Since it is difficult to arrange the detection mechanism in the energizing section, in this case, it is placed in a part near the energizing section where no voltage is applied.

本実施形態は、これまで記載した第1実施形態から第5実施形態の構造に対して配置が可能である。例えば、回転電機の場合はコア端部のコイルエンド21(図4参照)近傍などが該当する。電力変換装置においては、バスバ周辺のラミネート絶縁材やスイッチング素子の絶縁筐体などに配置する。
以上により、回転電機及び電力変換装置において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。
This embodiment can be arranged in the structures of the first to fifth embodiments described so far. For example, in the case of a rotating electrical machine, this corresponds to the vicinity of the coil end 21 (see FIG. 4) at the end of the core. In a power conversion device, it is placed in a laminate insulating material around a bus bar or in an insulating casing of a switching element.
The above enables highly versatile partial discharge detection in rotating electric machines and power converters.

<第8実施形態>
第8実施形態では、放電検出材1として蓄光材を適用する。これは、放電により発生する光を検出するものである。第8実施形態においては、電力変換装置および回転電機の両者ともに適用可能なものである。
<Eighth embodiment>
In the eighth embodiment, a luminescent material is used as the discharge detection material 1. This detects light generated by discharge. The eighth embodiment is applicable to both a power conversion device and a rotating electric machine.

蓄光材としては、シリコン、シリケートアルミネード混合系、アルカリ土類アルミン酸塩系、アルミン酸ストロンチウム(SrAl)、ユーロピウムなどが適用されるが光を蓄えられるものであれば、前記に限定されるものではない。 As the luminous material, silicon, silicate aluminate mixed system, alkaline earth aluminate system, strontium aluminate (SrAl 2 O 4 ), europium, etc. are applicable, but as long as it can store light, it is limited to the above. It is not something that will be done.

蓄光材を用いる場合、放電検出の確認として以下の方式がある。連続運転性が高く、筐体が密閉されている機器に対しては、カメラを内蔵して常時監視することが考えられる。もしくは、カメラを内属するのではなくその筐体にガラス窓を設けて、カメラもしくは目視などにより確認することが可能である。 When using a phosphorescent material, the following methods are available to confirm discharge detection. For equipment that has a high degree of continuous operation and has a sealed housing, it is conceivable to have a built-in camera for constant monitoring. Alternatively, instead of including a camera inside, a glass window may be provided in the casing so that confirmation can be made with the camera or visually.

連続運転性が高くない機器においては、定期点検などで確認することが可能である。この場合、定格以上の電圧で前運転して通常以上の負荷を与えておく。その直後に、目視などにより光る部分を確認し、放電を検出することが可能である。 For equipment that does not have high continuous operability, it is possible to check this through periodic inspections. In this case, pre-operate at a voltage higher than the rated voltage and apply a load higher than normal. Immediately after that, it is possible to visually confirm the glowing part and detect discharge.

ただし、蓄光材における放電検出の確認方法は前記に限定するものではなく、放電光を確認できる手法であればその過程を問うものではない。
以上により、回転電機及び電力変換装置において、汎用性の高い部分放電検出が可能となる。
However, the method for checking discharge detection in the luminescent material is not limited to the above, and the process is not limited as long as it is a method that can check discharge light.
The above enables highly versatile partial discharge detection in rotating electric machines and power converters.

第1実施形態から第6実施形態において、放電検出材1の色変化をみる際は、第8実施形態と同様に、放電検出の確認として以下の方式がある。 In the first to sixth embodiments, when observing the color change of the discharge detection material 1, there are the following methods for checking discharge detection, as in the eighth embodiment.

連続運転性が高く、筐体が密閉されている機器に対しては、カメラを内蔵して常時監視することが考えられる。もしくは、カメラを内属するのではなくその筐体にガラス窓を設けて、カメラもしくは目視などにより確認することが可能である。連続運転性が高くない機器においては、定期点検などで確認することが可能である。目視などにより色変化部分を確認し、放電を検出することが可能である。 For equipment that has a high degree of continuous operation and has a sealed housing, it is conceivable to have a built-in camera for constant monitoring. Alternatively, instead of including a camera inside, a glass window may be provided in the casing so that confirmation can be made with the camera or visually. For equipment that does not have high continuous operability, it is possible to check this through periodic inspections. It is possible to visually confirm the color change area and detect discharge.

すなわち、課電部を有する電動機システムにおいて、課電部またはその近傍に放電検出材1を配置し、放電検出材1の変化を検出する放電検出方法が適用できる。 That is, in a motor system having a voltage application section, a discharge detection method can be applied in which the discharge detection material 1 is arranged at or near the power application section and a change in the discharge detection material 1 is detected.

第1実施形態から第8実施形態で示した電動機システム200の例を示す。
図7は、電動機システム200の概要を示す図である。
電動機システム200は、インバータ201(電力変換装置)と電動機202などを含んで構成されている。インバータ201で交流電力に変換され、この3相交流電力は電動機202に供給される。インバータ201は、複数の半導体素子で構成されるレグ203(203U,203V,203W)で構成され、レグ203の両端はコンデンサ301に接続されている。レグ203Uの上側アームは、スイッチング素子204UHと、還流用のダイオード素子205UHとで構成される。また、レグ203Uの下側アームは、スイッチング素子204ULと、還流用のダイオード素子205ULとで構成される。同様に、レグ203Vの上側アームは、スイッチング素子204VHと、還流用のダイオード素子205VHとで構成される。また、レグ203Vの下側アームは、スイッチング素子204VLと、還流用のダイオード素子205VLとで構成される。また、レグ203Wの上側アームは、スイッチング素子204WHと、還流用のダイオード素子205WHとで構成される。また、レグ203Wの下側アームは、スイッチング素子204WLと、還流用のダイオード素子205WLとで構成される。スイッチング素子204UH,204UL,204VH,204VL,204WH,204WLへのスイッチング信号は、下位制御部であるインバータゲート制御部302で制御される。
An example of the electric motor system 200 shown in the first to eighth embodiments is shown.
FIG. 7 is a diagram showing an overview of the electric motor system 200.
The electric motor system 200 includes an inverter 201 (power converter), an electric motor 202, and the like. It is converted into AC power by an inverter 201, and this three-phase AC power is supplied to an electric motor 202. The inverter 201 is composed of legs 203 (203U, 203V, 203W) composed of a plurality of semiconductor elements, and both ends of the legs 203 are connected to a capacitor 301. The upper arm of the leg 203U is composed of a switching element 204UH and a diode element 205UH for free circulation. Further, the lower arm of the leg 203U is composed of a switching element 204UL and a diode element 205UL for free circulation. Similarly, the upper arm of the leg 203V is composed of a switching element 204VH and a freewheeling diode element 205VH. Further, the lower arm of the leg 203V is composed of a switching element 204VL and a diode element 205VL for free circulation. Further, the upper arm of the leg 203W is composed of a switching element 204WH and a diode element 205WH for free circulation. Further, the lower arm of the leg 203W is composed of a switching element 204WL and a diode element 205WL for free circulation. Switching signals to switching elements 204UH, 204UL, 204VH, 204VL, 204WH, and 204WL are controlled by inverter gate control section 302, which is a lower control section.

以上、電動機システムにおける各々の装置の出力密度を向上するために、高電圧化に寄与できる絶縁診断システムを供する必要がある。
本実施形態では、安価で汎用性の高い診断機能(検出機能)を有することで、絶縁信頼性に関与するマージンを適正化し、装置サイズを最適化するができる。
As described above, in order to improve the output density of each device in an electric motor system, it is necessary to provide an insulation diagnostic system that can contribute to higher voltage.
In this embodiment, by having an inexpensive and highly versatile diagnostic function (detection function), it is possible to optimize the margin related to insulation reliability and optimize the device size.

本実施形態では、印加される課電部を有する電気機器において、その課電部付近に放電検出材を配置した電動機システムを提案した。具体的には、コイルに課電される回転電機を対象として、課電部付近に放電検出材を配置した回転電機について説明した。また、電力変換装置内に、スイッチング素子、基板、リアクトル、冷却路、コンデンサを含んで構成する電力変換装置において、課電部付近に放電検出材を配置した電力変換装置について説明した。本実施形態では、特に適用する電圧レンジを設けるものではないが、定格電圧300V~3000Vの有効な電気的な放電検出手法が存在しない電圧領域に特に有効なものである。前記に記載した放電検出材には、オゾン吸収剤、蓄光材、ガラス材などを適用する。 In this embodiment, an electric motor system is proposed in which a discharge detection material is disposed near the energizing part in an electric device having an energizing part. Specifically, a description has been given of a rotating electrical machine in which a discharge detection material is disposed near a charging section, with a coil being electrically charged. Furthermore, a power converter including a switching element, a substrate, a reactor, a cooling path, and a capacitor, and a power converter in which a discharge detection material is disposed near a power applying part has been described. Although this embodiment does not provide a particularly applicable voltage range, it is particularly effective in a voltage range where there is no effective electrical discharge detection method in the rated voltage range of 300V to 3000V. Ozone absorbers, phosphorescent materials, glass materials, etc. are applied to the discharge detection materials described above.

本実施形態の電動機システムは、出力密度を向上するために、その各々の装置内部に放電検出機構(放電検出材)を有することにより、部分放電などの異常が生じても全路破壊が発生する前にシステム停止を防止することが可能である。また、放電検出機構により絶縁信頼性に関するマージン設計を適正化することが可能になり、システムの小型化に寄与することが可能であり、大型化による機械的な故障を防止することが可能になる。 In order to improve the output density, the electric motor system of this embodiment has a discharge detection mechanism (discharge detection material) inside each device, so that even if an abnormality such as partial discharge occurs, complete circuit breakdown will occur. It is possible to prevent system outages before they occur. In addition, the discharge detection mechanism makes it possible to optimize margin design regarding insulation reliability, contributing to system miniaturization, and making it possible to prevent mechanical failures due to enlargement. .

1 放電検出材
2 絶縁材
11 バスバ
13 スイッチング素子
15 冷却フィン
16 コンデンサ
21 コイルエンド
23 ステータコア
24 スロットライナ
25 口出し線
110,111,112 バスバ
113 絶縁材
200 電動機システム
201 インバータ
202 電動機
203 レグ
301 コンデンサ
1 Discharge detection material 2 Insulating material 11 Bus bar 13 Switching element 15 Cooling fin 16 Capacitor 21 Coil end 23 Stator core 24 Slot liner 25 Lead wire 110, 111, 112 Bus bar 113 Insulating material 200 Motor system 201 Inverter 202 Motor 203 Leg 301 Capacitor

Claims (6)

密閉されている、課電部を有する電動機システムにおいて、
スイッチング素子、基板、冷却路、コンデンサを含んで構成される電力変換装置を有し、前記電力変換装置の課電部またはその近傍に、放電が発生した際に生じるオゾンガスと反応すると、着色または変色する放電検出材が配置され、前記放電検出材の色変化を、前記電動機システムに内蔵されたカメラにより監視することを特徴とする電動機システム。
In an electric motor system having a sealed energizing section,
It has a power conversion device that includes a switching element, a substrate, a cooling path, and a capacitor, and when the power supply part of the power conversion device or its vicinity reacts with ozone gas generated when discharge occurs, coloring or A motor system characterized in that a color-changing discharge detection material is disposed, and a color change of the discharge detection material is monitored by a camera built into the motor system.
請求項1に記載の電動機システムにおいて、
定格電圧300V以上3000V以下が印加される
ことを特徴とする電動機システム。
The electric motor system according to claim 1,
An electric motor system characterized in that a rated voltage of 300V or more and 3000V or less is applied.
請求項1または請求項2に記載の電動機システムにおいて、
前記放電検出材は、ヨウ化カリウム、半導体薄膜、HVA(ヒドロキシーメトキシフェニル酢酸)、HPPA(ヒドロキシフェニルプロピオン酸)、アセトアミドフェノールのいずれかである
ことを特徴とする電動機システム。
The electric motor system according to claim 1 or 2 ,
An electric motor system characterized in that the discharge detection material is any one of potassium iodide, a semiconductor thin film, HVA (hydroxy-methoxyphenylacetic acid), HPPA (hydroxyphenylpropionic acid), and acetamidophenol.
請求項に記載の電動機システムにおいて、
前記電力変換装置のコンデンサとスイッチング素子の間の往復バスバの間に設けられる絶縁物の表面に前記放電検出材を配置した
ことを特徴とする電動機システム。
The electric motor system according to claim 1 ,
A motor system characterized in that the discharge detection material is disposed on a surface of an insulator provided between a reciprocating bus bar between a capacitor and a switching element of the power converter.
請求項に記載の電動機システムにおいて、
多重レベルの前記電力変換装置のスイッチング素子間に設けられた課電部の表面に前記放電検出材を配置した
ことを特徴とする電動機システム。
The electric motor system according to claim 1 ,
An electric motor system characterized in that the discharge detection material is disposed on a surface of a charging section provided between switching elements of the multi-level power converter.
密閉されている、課電部を有する電動機システムにおいて、
スイッチング素子、基板、冷却路、コンデンサを含んで構成される電力変換装置を有し、前記電力変換装置の課電部またはその近傍に、放電が発生した際に生じるオゾンガスと反応すると、着色または変色する放電検出材が配置され、前記放電検出材の色変化を、前記電動機システムに内蔵されたカメラにより監視し、前記放電検出材の色変化を検出する放電検出方法。
In an electric motor system having a sealed energizing section,
It has a power conversion device that includes a switching element, a substrate, a cooling path, and a capacitor, and when the power supply part of the power conversion device or its vicinity reacts with ozone gas generated when discharge occurs, coloring or A discharge detection method in which a discharge detection material that changes color is arranged, a color change of the discharge detection material is monitored by a camera built in the motor system, and a color change of the discharge detection material is detected.
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