特許 7560367 回転電機の絶縁劣化診断方法および絶縁劣化診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】回転電機の絶縁劣化診断方法および絶縁劣化診断装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/12 20200101AFI20240925BHJP

   G01R 31/34 20200101ALI20240925BHJP

   C01B 13/11 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

G01R31/12 A

G01R31/34 D

C01B13/11 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021004518

(22)【出願日】2021-01-14

(65)【公開番号】P2022109151

(43)【公開日】2022-07-27

【審査請求日】2023-10-16

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(73)【特許権者】

【識別番号】504205521

【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋吉 一輝

(72)【発明者】

【氏名】池田 竜志

(72)【発明者】

【氏名】田上 剣汰

(72)【発明者】

【氏名】山下 敬彦

(72)【発明者】

【氏名】古里 友宏

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第２０１６－００５３０２３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６１７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０３８６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－１５８６５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１８－２００１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３４７１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２８６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０４５５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／１２－３１／２０、

３１／３２７－３１／３４、

Ｃ０１Ｂ １３／００－１３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、前記筐体に収容された固定子と、前記筐体に収容され前記固定子に対して回転する回転子と、前記筐体に収容された絶縁体と、前記筐体内に気流を発生させるファンと、を備えた回転電機における前記筐体内の、オゾン濃度、温度、湿度、および前記気流の風速を取得する取得ステップと、
前記オゾン濃度、温度、湿度、および前記風速に基づいて、前記絶縁体の劣化を診断する診断ステップと、
を含み、
前記診断ステップにおいて、前記オゾン濃度、前記温度、前記湿度、および前記風速でのオゾンの半減期に基づいて、所定の容積での単位時間あたりのオゾン分子の発生個数であるオゾン発生速度を算出し、前記オゾン発生速度に基づいて、前記筐体内で発生するコロナ放電の放電電力を算出する、
回転電機の絶縁劣化診断方法。

【請求項2】

筐体と、前記筐体に収容された固定子と、前記筐体に収容され前記固定子に対して回転する回転子と、前記筐体に収容された絶縁体と、前記筐体内に気流を発生させるファンと、を備えた回転電機における前記筐体内の、オゾン濃度、温度、湿度、および前記気流の風速を取得する取得部と、
前記オゾン濃度、温度、湿度、および前記気流の風速に基づいて、前記絶縁体の劣化を診断する診断部と、
を備え、
前記診断部は、前記オゾン濃度、前記温度、前記湿度、および前記風速でのオゾンの半減期に基づいて、所定の容積での単位時間あたりのオゾン分子の発生個数であるオゾン発生速度を算出し、前記オゾン発生速度に基づいて、前記筐体内で発生するコロナ放電の放電電力を算出する、
絶縁劣化診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機の絶縁劣化診断方法および絶縁劣化診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機においては、絶縁体を介してコロナ放電が発生すると絶縁体が劣化する場合がある。そこで、従来、絶縁体の劣化を診断する絶縁劣化診断方法が知られている。例えば、回転電機内のオゾン濃度を回転電機内の温度および湿度を用いて補正して、補正後のオゾン濃度に基づいて絶縁性の劣化を診断する絶縁劣化診断方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０６１７９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の絶縁劣化診断装置では、コロナ放電の検出の精度の向上が図れれば有益である。

【0005】

そこで、本発明の課題の一つは、回転電機に対する絶縁性の劣化の診断の精度の向上を図ることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態の回転電機の絶縁劣化診断方法は、筐体と、前記筐体に収容された固定子と、前記筐体に収容され前記固定子に対して回転する回転子と、前記筐体に収容された絶縁体と、前記筐体内に気流を発生させるファンと、を備えた回転電機における前記筐体内の、オゾン濃度、温度、湿度、および前記気流の風速を取得する取得ステップと、前記オゾン濃度、温度、湿度、および前記風速に基づいて、前記絶縁体の劣化を診断する診断ステップと、を含み、前記診断ステップにおいて、前記オゾン濃度、前記温度、前記湿度、および前記風速でのオゾンの半減期に基づいて、所定の容積での単位時間あたりのオゾン分子の発生個数であるオゾン発生速度を算出し、前記オゾン発生速度に基づいて、前記筐体内で発生するコロナ放電の放電電力を算出する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態の回転電機の絶縁劣化診断方法によれば、回転電機に対する絶縁性の劣化の診断の精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態の回転電機システムの構成を例示的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態の回転電機における固定子の固定子巻線を例示的に示す断面図である。

【図3】図３は、実施形態の絶縁劣化診断装置の構成を例示的に示すブロック図である。

【図4】図４は、実施形態の絶縁劣化診断装置の演算部が実行する絶縁劣化診断処理を例示的に示すフローチャートである。

【図5】図５は、実施形態の回転電機におけるコロナ放電の放電電力と絶縁被膜の劣化状態との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の例示的な実施形態を開示する。以下に示される実施形態の構成（技術的特徴）、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、いずれも一例である。

【0010】

＜回転電機システム１＞
図１は、実施形態の回転電機システム１の構成を例示的に示す図である。図１に示されるように、回転電機システム１は、全閉外扇形の回転電機１００と、絶縁劣化診断装置２００と、を備える。回転電機１００は、例えば三相誘導電動機である。なお、回転電機１００は、上記に限定されない。絶縁劣化診断装置２００は、回転電機１００の絶縁劣化の診断を行う。

【0011】

＜回転電機１００の構成＞
図１に示すように、回転電機１００は、回転動作を行う回転電機本体２と、冷却器３と、筐体５と、を備える。筐体５は、回転電機本体２と冷却器３とに亘って設けられている。また、回転電機１００の内部には、回転電機本体２と冷却器３とに亘って、冷却用気体（以下、単に気体と呼ぶ）で満たされた閉空間４が設けられている。気体は、例えば空気である。発熱体の一例である固定子１３の発熱によって加熱された閉空間４の内部の気体が冷却器３にて外気と熱交換されることにより、回転電機本体２が冷却される。

【0012】

回転電機本体２は、フレーム１１ａと、回転子１２と、固定子１３と、を有する。

【0013】

フレーム１１ａは、上端開口の箱型に形成されている。フレーム１１ａは、回転子１２の一部と固定子１３とを収容している。なお、フレーム１１ａの上端には、仕切板１１ｃが設置されて、フレーム１１ａの上端は仕切板１１ｃによって塞がれている。フレーム１１ａと仕切板１１ｃとによって、第１の筐体５ａが構成される。フレーム１１ａは、筐体部材とも称される。

【0014】

回転子１２は、ロータシャフト１４と、回転子鉄心１５と、を有する。ロータシャフト１４のうち軸方向の両端部の間の部分には、回転子鉄心１５が固定されている。

【0015】

ロータシャフト１４は、二つの軸受１６を介してフレーム１１ａに回転可能に支持されている。二つの軸受１６は、ロータシャフト１４の軸方向において回転子鉄心１５の両側に位置する。軸受１６は、例えば、すべり軸受やころがり軸受等である。

【0016】

ロータシャフト１４の軸方向の両端部は、フレーム１１ａからフレーム１１ａの外部に突出している。ロータシャフト１４の軸方向の一方の端部には、結合部１４ａが設けられている。結合部１４ａは、回転機械（不図示）と結合される。また、ロータシャフト１４の軸方向の他方の端部には、外扇１７が固定されている。外扇１７は、ロータシャフト１４と一体に回転する。また、ロータシャフト１４における二つの軸受１６と回転子鉄心１５とのそれぞれの間には、内扇１８が固定されている。内扇１８は、ロータシャフト１４と一体に回転する。内扇１８は、回転することにより、固定子１３および回転子１２と冷却器３（より具体的には後述する熱交換器３１）との間で気体を循環させる。すなわち、内扇１８は、筐体５内に気流を発生させる。内扇１８は、ファンの一例である。

【0017】

固定子１３は、固定子鉄心１９と、固定子巻線２０と、を有する。固定子鉄心１９は、ロータシャフト１４の径方向における回転子鉄心１５の外側に位置し、回転子鉄心１５を囲む円筒状に形成されている。固定子巻線２０は、ロータシャフト１４の軸方向に延びるように固定子鉄心１９の内周面１９ａに形成された複数のスロット２３（図２参照）内を貫通して、くさび２２（図２参照）によって、固定子鉄心１９に固定されている。

【0018】

冷却器３は、熱交換器３１と、外扇カバー３２と、出口ガイド３３と、を有する。

【0019】

熱交換器３１は、複数の冷却管４１と、入口端板４２と、出口端板４３と、冷却器カバー４５とを有する。複数の冷却管４１は、互いに並列に配置されている。入口端板４２と出口端板４３とは、冷却管４１の軸方向の両端部を支持している。冷却器カバー４５は、入口端板４２と出口端板４３とに亘って設けられて、冷却管４１を収納している。

【0020】

入口端板４２と、出口端板４３と、冷却器カバー４５とは、フレーム１１ｂを構成している。フレーム１１ｂは、回転電機本体２の上端部に固定されている。フレーム１１ｂの下端には、仕切板１１ｃが設置されて、フレーム１１ｂの下端は、仕切板１１ｃによって塞がれている。フレーム１１ｂと仕切板１１ｃとによって、第２の筐体５ｂが構成される。即ち、筐体５は、冷却器３を収容する第２の筐体５ｂと、回転電機本体２を収容する第１の筐体５ａと、によって構成される。第１の筐体５ａと第２の筐体５ｂとは仕切板５ｃによって仕切られている。フレーム１１ｂは、筐体部材とも称される。

【0021】

冷却管４１、入口端板４２、出口端板４３、冷却器カバー４５、およびフレーム１１ａは、互いに接続されて、閉空間４を形成している。閉空間４におけるフレーム１１ａ内の空間４ａと冷却器カバー４５内の空間４ｂとは、いずれも仕切板１１ｃに形成された入口１０ａおよび二つの出口１０ｂで互いに連通している。入口１０ａは、フレーム１１ａにおける、固定子１３の上方の部分に形成されている。二つの出口１０ｂは、フレーム１１ａにおける内扇１８の斜め上方の部分に形成されている。即ち、入口１０ａは、二つの出口１０ｂの間に位置している。

【0022】

また、冷却器カバー４５内には、二つのガイド板４４が設けられている。二つのガイド板４４は、入口端板４２と出口端板４３との間で、冷却管４１の軸方向に互いに間隔を空けて並べられている。二つのガイド板４４は、冷却器カバー４５内の空間４ｂの底部から上方に延びて、冷却器カバー４５内の空間４ｂのうち上部連通空間４ｃを除く空間を冷却管４１の軸方向に仕切っている。

【0023】

外扇カバー３２は、入口端板４２に固定され、外扇１７を収納している。外扇カバー３２には、吸込口３７が設けられており、外扇１７が回転することにより、外気が吸込口３７から外扇カバー３２内に流入する。また、外扇１７により外扇カバー３２内に流入した外気が複数の冷却管４１の内側に流入するように、外扇カバー３２が入口端板４２と接続されている。また、外扇カバー３２内には、吸込口３７から外扇カバー３２内に流入した外気が外扇１７を通過して複数の冷却管４１に流れるように外気をガイドするガイド部材４６が設けられている。

【0024】

出口ガイド３３は、出口端板４３に固定されている。出口ガイド３３は、複数の冷却管４１から流出する外気が所定の方向に流れるようにガイドする。

【0025】

また、回転電機１００は、オゾン濃度計２１１と、温度計２１２と、湿度計２１３と、風速計２１４と、を備える。オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４は、筐体５のうち第１の筐体５ａに収容されている。オゾン濃度計２１１、温度計２１２、および湿度計２１３は、例えば、固定子鉄心１９から突出した固定子巻線２０の端部の近傍に設置されている。オゾン濃度計２１１は、例えば、第１の筐体５ａ内のオゾン濃度を計測する。温度計２１２は、第１の筐体５ａ内の温度を計測する。湿度計２１３は、第１の筐体５ａ内の湿度を計測する。風速計２１４は、第１の筐体５ａ内の気流の風速（気体の速度）を計測する。風速計２１４は、例えば、内扇１８の下流側に配置されている。ここで、第１の筐体５ａ内の風速は、回転電機１００の定速回転運転時には、略一定の値となる。なお、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４の設置位置は、図１に示される位置に限定されない。また、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４は、一例として、測定対象の測定時のみ第１の筐体５ａに収容（設置）される。すなわち、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４は、第１の筐体５ａに常時収容（設置）されていなくてもよい。なお、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４は、第１の筐体５ａに常時収容（設置）されていてもよい。

【0026】

＜回転電機１００における気体の流れ＞
次に、回転電機１００の内部における気体の流れについて説明する。

【0027】

まず、閉空間４内の冷却用気体（気体）について説明する。閉空間４におけるフレーム１１ａ内の空間４ａの気体は、ロータシャフト１４と一体に回転する二つの内扇１８により圧送されて、回転子１２および固定子１３に沿って流れて回転子１２および固定子１３を冷却した後、固定子鉄心１９の径方向外側に流出する。このとき、気体は、回転子１２および固定子１３のそれぞれに設けられた通風路を通過する。固定子鉄心１９の径方向外側に流出した気体は、気流Ｆ１を形成して、入口１０ａを経由して冷却器３内の空間４ｂに流入する。冷却器３の空間４ｂに流入した気体は、冷却管４１の外側を通過する過程で、冷却管４１内を流れる外気と熱交換し冷却されながら、二つのガイド板４４の間を上昇して上部連通空間４ｃに流出する。

【0028】

上部連通空間４ｃの気体は、冷却管４１の軸方向に互いに反対方向に分流して、入口端板４２とガイド板４４との間と、出口端板４３とガイド板４４との間とを、それぞれ冷却管４１内の外気と熱交換し冷却されながら下降する。その後、気体は、気流Ｆ２，Ｆ３を形成して、出口１０ｂを介してフレーム１１ａ内の空間４ａに戻り、再びそれぞれ内扇１８に流入する。

【0029】

次に、外気の流れを説明する。外気は、ロータシャフト１４と一体に回転する外扇１７により吸込口３７から外扇カバー３２内に流入し、外扇カバー３２内を通過して入口端板４２に到達する。入口端板４２に到達した外気は、入口端板４２で開口している各冷却管４１内に流入し、冷却管４１内で冷却管４１外側の気体から熱を受けて温度上昇しながら冷却管４１内を通過した後、出口端板４３側の開口から冷却器３の外部に流出する。このように、冷却管４１の内側の外気と冷却管４１の外側の気体との間で熱交換が行われることにより、回転子１２および固定子１３の冷却が行われる。

【0030】

＜固定子１３の巻線構造＞
次に、図２を用いて、固定子１３の巻線構造を説明する。図２は、実施形態の回転電機１００における固定子１３の固定子巻線２０を例示的に示す断面図である。

【0031】

図２に示すように、固定子１３を構成する固定子鉄心１９には、内周面１９ａに沿って、複数のスロット２３が形成される。スロット２３の内部には、固定子巻線２０が上下２層に巻回される。固定子巻線２０の表面は、絶縁被膜２１によって被覆されている。絶縁被膜２１は、絶縁体の一例である。

【0032】

固定子巻線２０の上方には、くさび２２が嵌合される。くさび２２は樹脂部材等の絶縁部材で形成される。くさび２２は、回転電機１００が回転した際の振動によって、固定子巻線２０が、スロット２３から脱落するのを防止する。

【0033】

＜絶縁劣化診断装置２００の構成＞
次に、図３を用いて、絶縁劣化診断装置２００を説明する。図３は、実施形態の絶縁劣化診断装置２００の構成を例示的に示すブロック図である。

【0034】

図３に示されるように、絶縁劣化診断装置２００は、演算部２０１と、記憶装置２０２と、通信部２０３と、入出力部２０４と、を備える。演算部２０１と、記憶装置２０２、通信部２０３、および入出力部２０４は、情報および信号を授受可能に接続されている。

【0035】

記憶装置２０２は、各種の情報を記憶する。記憶装置２０２は、公知の記憶媒体である。

【0036】

通信部２０３は、他の装置と通信するための通信インターフェースである。例えば、通信部２０３は、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４と有線通信する。なお、通信部２０３は、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４と無線通信してもよい。

【0037】

入出力部２０４は、作業者等の操作者からの操作指示を受け付ける入力部と、画像を表示する表示部と、を備える。入力部は、例えば、キーボード、マウス、などである。表示部は、例えば、液晶表示装置や、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどである。入出力部２０４は、入力部と表示部とを一体に備えたタッチパネル付ディスプレイであってもよい。

【0038】

演算部２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、を有する。すなわち、演算部２０１は、コンピュータである。ＣＰＵは、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムを読み出して実行する。また、ＣＰＵは、各種演算処理を並列処理可能に構成されている。ＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行して種々の演算処理を実行する際に用いられる各種データを一時的に記憶する。演算部２０１は、演算部や情報処理部とも称される。

【0039】

演算部２０１は、機能的構成として、取得部２０１ａと、診断部２０１ｂと、を有する。これらの機能的構成は、ＣＰＵがＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行した結果として実現される。なお、上記の機能的構成の一部または全部が専用のハードウェア（回路）によって実現されてもよい。

【0040】

取得部２０１ａは、各種情報や信号を取得する。例えば、取得部２０１ａは、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４から、第１の筐体５ａ内の、オゾン濃度、温度、湿度、および風速を取得する。

【0041】

診断部２０１ｂは、取得部２０１ａによって取得された情報（オゾン濃度、温度、湿度、風速）に基づいて、絶縁被膜２１の劣化を診断する。

【0042】

＜劣化診断方法＞
以下に、絶縁被膜２１の劣化の診断方法である劣化診断方法を説明する。

【0043】

（オゾンの発生と分解）
まずは、オゾンの発生と分解とについて説明する。オゾンの自然分解において、単位体積あたりのオゾン分子（オゾン濃度）の時間経過にともなう変化は、微分方程式として記述することができる。まず、オゾンの分解定数（以後、オゾン分解定数とも称する）をλとし、時刻をｔとし、t=0のときのオゾン分子数をＮ_０とすると、時刻ｔにおけるオゾン分子数Ｎ（ｔ）は、次の微分方程式（式（１））に従う。

【数1】

この式（１）の解は、初期条件であるＮ（０）=Ｎ_０から、

【数2】

となる。
一方、オゾン分子が、単位時間、単位体積あたりにｑ個生成され、オゾン分解定数λで分解されると考えると、オゾンの発生と分解は、次の微分方程式（式（３））で与えられる。なお、筐体５からのオゾンの漏れを考慮する場合は（λ）に替えて（λ+α）とすればよい。αは、所定の定数である。

【数3】

この式（３）の解は、次式（４）で示される。

【数4】

十分に時間が経ったとき（平衡時）の分子数は、ｑ／λとなり、平衡状態に達した後で測定したオゾン濃度［О_３］と所定の容積Ｖとから、所定の容積Ｖでのオゾン分子数はＶ[О_３］となる。ここで、所定の容積Ｖ全体での単位時間あたりのオゾン発生個数をＱとし、発生したオゾンは速やかに所定の容積内に拡散するものとする。所定の容積Ｖ全体での単位時間あたりのオゾン発生個数＝オゾン発生速度とする。よって、以降では、オゾン発生速度にもＱが用いられる。Ｑ＝ｑＶおよびｑ／λ＝［О_３］より、オゾン発生速度（すなわち、所定の容積Ｖ全体での単位時間あたりのオゾン発生個数）Ｑは、次式（５）により求めることができる。

【数5】

【0044】

（オゾン分解定数の推定）
オゾン分解定数については文献（Half-life time of ozone as a function of air movement and conditions in a sealed container）に示される次式（１１）を用いる。
Ｙ＝２２７４．４＋０．４８３×ｘ１－８．４９×ｘ２－５１．６４×ｘ３－１２．０１×ｘ４ ・・・（式１１）
ここで、上記式（１１）においては、Ｙ＝オゾン半減期、ｘ１＝初期オゾン濃度、ｘ２＝風量、ｘ３＝温度、ｘ４＝湿度である。
上記文献では、様々な環境条件（温度、湿度、風量）の下でのオゾンの自然分解の半減期が求められている。オゾンの自然分解については先に示した式（２）にしたがうので、（式１１）の半減期の定義から、

【数6】

が得られる。すなわち、

【数7】

である。
したがって、オゾンの半減期（ｔ_１／２）の測定結果（算出結果）からλを求めることができる。上記文献では様々な環境条件の下でオゾンの半減期（ｔ_１／２）が測定されているので、それを用いてλに対する温度、湿度および風量の影響を検討することができる。すなわち、回転電機１００の筐体５内の温度、湿度および風量が分かれば、λが求まる。ここで、本実施形態では、風量として内扇１８の風量が用いられる。内扇１８の風量は、風速および内扇１８の羽根の径から求めることができる。

【0045】

（コロナ放電によるオゾンの発生）
大気中での放電によるオゾン生成反応は次のようになると考えられる。ここで、「ｋ」
は反応速度定数を表す。

【数8】

ｋ_１とｋ_４とは、放電状態すなわち電子のエネルギ分布のみで決まる反応速度定数であり、ｋ₂とｋ_３とは、気体の温度で決まる反応速度定数である。

【0046】

さらに、

【数9】

である。

【0047】

式（３１）は、式（２２）と同じオゾン生成過程で第三物体がＮ_２（窒素）の場合であり、ｋ_２とｋ´_２との比は、１：０．８９となり、第三物体としての酸素と窒素との効果には大差がない。式(３２)は、電子によるＮ_２からからＮ_２ ^*への励起であり、式（３３）は、Ｎ_２ ^*によるＯ_２（酸素）の解離であり、式（３４）および式（３５）は、Ｎ_２ ^*の脱励起であり、式（３６）は、Ｎ_２ ^*によるにＯ_３の分解反応である。ここで、ｋ_Ｎ１は、Ｅ／ｎで決まり、ｋ_Ｎ２、ｋ_Ｎ３、ｋ´_Ｎ３およびｋ_Ｎ４は主に気体温度で決まる。ここで、Ｅ／ｎは換算電界であり、Ｅは電界であり、ｎは空気密度である。オゾン生成の初期過程では、式（２１），（２２）に式（３１）～（３５）を加えればよい。したがって、最大オゾン収率（Ｙo_３／Ｗ）_ｍａｘは、次式（３７）のようになる。ここで、Ｙo_３は、オゾン発生量、Ｗは放電電力を表す。

【数10】

ここで、上記式（３７）におけるｘは全圧に対する酸素の分圧比であり、ｃ_１は所定の定数である。すなわち、

【数11】

である。
したがって、

【数12】

である。
すなわち、オゾン濃度が低濃度の場合、単位時間当たりのオゾン収量（＝オゾン発生量）は放電電力Ｗに比例する。上記のオゾン発生速度と合わせて考えると、

【数13】

となり、オゾン濃度と放電電力Ｗとの関係はオゾン分解定数に依存する。上記式（４０）のｃ_２は、所定の定数である。

【0048】

以上から、筐体５内のオゾン濃度、温度、湿度、および風速から、コロナ放電の放電電力Ｗを求めることができる。ここで、放電電力Ｗと絶縁体（絶縁被膜２１）の放電面積との関係は、例えば実験で取得され、それらの関係を示す関係式が記憶装置２０２に記憶される。これにより、算出された放電電力Ｗと絶縁体の劣化状態との関係が求まる。また、以上から分かるように、コロナ放電の放電電力Ｗの算出においては、気体（酸素、窒素）の反応速度係数が使用される。

【0049】

なお、オゾン濃度は、回転電機１００の運転中に計測される。オゾンは、熱分解されやすいので、オゾン濃度は、回転電機１００内においてできるだけ低い温度の部位で計測した方が望ましい。なお、運転停止中に、運転中のオゾン濃度を推定してもよい。例えば、オゾン濃度の測定時の筐体５内の温度および湿度と、運転時の温度、湿度、流速および運転停止からオゾン測定までの時間の情報と、を用いて、温度、湿度の減衰特性を考慮して、測定オゾン濃度から、運転中のオゾン濃度を推定してよい。

【0050】

＜絶縁劣化診断処理＞
次に、絶縁劣化診断装置２００の演算部２０１が実行する絶縁劣化診断処理を図４および図５に基づいて説明する。絶縁劣化診断処理は、上記の絶縁劣化方法を用いて劣化診断を行う。

【0051】

図４は、実施形態の絶縁劣化診断装置２００の演算部２０１が実行する絶縁劣化診断処理を例示的に示すフローチャートである。図５は、実施形態の回転電機１００におけるコロナ放電の放電電力と絶縁被膜２１の劣化状態との関係を示す図である。

【0052】

まず、図４に示されるように、取得部２０１ａが、オゾン濃度計２１１、温度計２１２、湿度計２１３、および風速計２１４から、第１の筐体５ａ内の、オゾン濃度、温度、湿度、および風速を取得する（Ｓ１０１：取得ステップ）。ここで、取得される第１の筐体５ａ内の気流の風速は、風速計２１４が設置された場所の風速である。

【0053】

次に、診断部２０１ｂが、取得部２０１ａによって取得された第１の筐体５ａ内の温度、湿度、および風速に基づいてオゾン分解定数λを算出する（Ｓ１０２）。オゾン分解定数λは、式（１４）から求まる。次に、診断部２０１ｂが、オゾン濃度およびオゾン分解定数λに基づいてオゾン発生速度Ｑを算出する（Ｓ１０４）。オゾン発生速度Ｑは、式（５）から求まる。次に、診断部２０１ｂが、オゾン発生速度Ｑに基づいてコロナ放電の放電電力を算出する（Ｓ１０４）。放電電力Ｗは、式（４０）および式（５）を用いて求めることができる。

【0054】

次に、診断部２０１ｂが、算出された放電電力Ｗに基づいて、絶縁体の劣化状態、具体的には絶縁被膜２１の劣化状態を判定する（Ｓ１０５）。このとき、診断部２０１ｂは、図５に示されるコロナ放電の放電電力Ｗと絶縁被膜２１の劣化状態との関係から絶縁被膜２１の劣化状態を判定する。すなわち、診断部２０１ｂは、コロナ放電の放電電力が大きい程、絶縁被膜２１の劣化が激しい、すなわち劣化度合いが大きいと判定する。診断部２０１ｂは、判定結果すなわち診断結果を入出力部２０４から出力する（Ｓ１０６）。また、診断部２０１ｂは、絶縁被膜２１の劣化が規定の状態を超えた場合には、入出力部２０４から警告を出力する。Ｓ１０２～Ｓ１０６は、診断ステップを構成する。

【0055】

ここで、上述のとおり、本実施形態では、一例として、第１の筐体５ａ内の風速は、回転電機１００の定速回転運転時には、略一定の値となる。このため、回転電機１００の定速回転運転時における絶縁劣化診断処理においては、第１の筐体５ａ内の風速の計測は、少なくとも１回行われればよい。このとき、例えば、風速計２１４による第１の筐体５ａ内の風速の測定が１回行われ、その測定結果（風速）が記憶装置２０２に記憶される。これにより、Ｓ１０１において、取得部２０１ａは、記憶装置２０２に記憶された風速を取得（読み出し）することができる。この場合、取得部２０１ａは、１回目の絶縁劣化診断処理においては、Ｓ１０１にて、風速を風速計２１４から取得するとともに記憶装置２０２に記憶させ、２回目以降の絶縁劣化診断処理においては、Ｓ１０１にて、風速を記憶装置２０２から取得してよい。また、別例として、取得部２０１ａは、絶縁劣化診断処理の前に、風速計２１４から取得した風速を記憶装置２０２に記憶させ、１回目を含む毎回の絶縁劣化診断処理において、風速を記憶装置２０２から取得してもよい。なお、取得部２０１ａは、１回目を含む毎回の絶縁劣化診断処理において、風速計２１４から風速を取得してもよい。

【0056】

＜実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態の絶縁劣化診断方法は、筐体５と、筐体５に収容された固定子１３と、筐体５に収容され固定子１３に対して回転する回転子１２と、筐体５に収容された絶縁被膜２１（絶縁体）と、筐体５内に気流を発生させる内扇１８（ファン）と、を備えた回転電機１００に対する絶縁劣化診断方法である。絶縁劣化診断方法は、取得ステップと、診断ステップと、を含む。取得ステップでは、取得部２０１ａが、回転電機１００における筐体５内の、オゾン濃度、温度、湿度、および気流の風速を取得する。診断ステップでは、診断部２０１ｂが、オゾン濃度、温度、湿度、および気流の風速に基づいて、絶縁被膜２１の劣化を診断する。よって、絶縁被膜２１の劣化の診断に、オゾン濃度、温度、湿度の他に筐体５内の気流の風速も用いられるので、絶縁被膜２１の劣化の診断をオゾン濃度、温度、湿度だけで行う場合に比べて、診断の精度を向上させることができる。

【0057】

また、本実施形態では、診断ステップにおいて、診断部２０１ｂが、筐体５内で発生するコロナ放電の放電電力Ｗを、オゾン濃度、温度、湿度、および風速に基づいて算出し、放電電力Ｗに基づいて絶縁被膜２１絶縁体の劣化を診断する。よって、診断の精度を一層向上させることができる。

【0058】

なお、上記実施形態では、絶縁体の一例として固定子鉄心１９の絶縁被膜２１の例が示されたが、これに限定されない。例えば、回転子１２に巻線としての回転子巻線が設けられている場合には、回転子巻線の絶縁被膜が絶縁体の一例であってもよい。

【0059】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

５…筐体、１２…回転子、１３…固定子、１８…内扇（ファン）、２１…絶縁被膜（絶縁体）、１００…回転電機、２００…絶縁劣化診断装置、２０１ａ…取得部、２０１ｂ…診断部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】