隨著電動車急速普及，車用馬達的需求也日漸增加。左右行駛性能與安全性的車用馬達，不僅僅需要高性能化，也需要高品質、高信賴性。HIOKI的脈衝線圈測試儀ST4030A，能夠檢測出目前無法檢測的微小不良。能在馬達產線各項工程中，早期測出不良，減少反工程序、減少供述，提升作業效率等多種好處。

背景：對線圈、繞組的信賴性要求日漸嚴格

馬達或變壓器所使用的線圈，在各線圈間需要保持絕緣。因為電動車馬達驅動的變頻器採用支援高電壓、高速開關的半導體而持續進化。變頻器的輸出電壓會因開關動作時而產生脈衝電壓，而在馬達線圈內部施加瞬間高電壓。進而導致絕緣不良而出現部分放電，長時間下來就會使絕緣層受損，並造成絕緣劣化。絕緣劣化若持續，就會造成線圈間短路或導致絕緣破壞，不單單會造成馬達故障，也會有起火的可能性。近年來隨著電動車的普及與自動運作功能的進步，車用零件的高性能化正在逐漸加速。因此，車用馬達繞組的信賴性需求也日益增加。為了防止故障與重大事故，微小的不良也需要被檢測出來。

使用脈衝線圈測試儀測量繞組絕緣功能。脈衝線圈測試儀可以向繞組兩端施加脈衝電壓，並檢出當下的兩端電壓波形(響應波形)。透過將檢查出來的響應波形與標準品的波形互相比較，即可進行良否判斷。是線圈高品質判斷不可或缺的測量儀器。

響應波形範例

脈衝線圈測試儀的課題

但以往使用脈衝線圈測試儀進行馬達線圈的測量有幾個課題。

1.被測物與良品的響應波形差距很小時，難以檢測出不良品

以往使用響應波形比較，會以指定的區間的波型面積進行比對，並判斷良品與不良品。這個比較方法在面積差在數%以下的場合會難以判定良否。像是單圈短路等響應波形變化非常小的場合，就容易無法進行判斷。

2.難以檢測出微小的部分放電

若沒有找出繞組內發生的部分放電，會導致絕緣劣化，並造成短路或絕緣破壞。在早期階段快速檢測出部分放電，防止後續更大的問題產生。但是部分放電是非常微小的放電，電壓也非常小，因此難以與雜訊成分拆拆開計算，難以輕鬆檢出。

3.在安裝轉子的狀態下進行測量

在小型到大型機械皆有開發製造的A公司中，線圈狀態下沒有問題，但馬達完成時卻出現運作不良的情況，這樣的情況頻繁發生。將馬達分解後進行檢查，發現是將馬達轉子安裝於定子上時，繞組有損傷所以造成絕緣不良。使用脈衝線圈測試儀在轉子安裝的狀態下測量，透過安裝位置轉子與定子之間的浮游容量會有所變化，檢測出的響應波形也會不同。為此，使用響應波形的面積比較法，會因為檢查結果的偏差而無法正確測量。

將響應波形數值化，實現單一繞組檢測與轉子安裝狀態下的檢查

ST4030A可以解決以往測試儀器的困擾

1.將響應波形數值化，準確判斷良品、不良品

ST4030A，不僅僅使用以往的波形面積比較法，更加入了LC值、RC值進行比較、判定。LC值、RC值為脈衝線圈測試(層間短路)的響應波形數值化的值。將這兩個數值描繪在平面圖上，可以明確顯示出良品與不良品的LC值與RC值分布完全不同。如此一來，透過響應波形的數值化，可檢測出以往使用波形面積難以判斷的微小差異(像是單一繞組測量)。

依測量條件而異。

使用波形進行面積比較、數%的面積差難以判斷良否

響應波形的數值化、良品與不良品的分布差異明顯

2.使用HIOKI原創的濾波器，去除雜訊成分，抽出部分放電

部分放電具有小電壓差、高頻的特性，故需要使用高精度的儀器進行檢測。ST4030A的取樣頻率為200MHz、取樣解析度為12bit的高速、高精度的波形檢測能力，能準確找出埋藏在雜訊中的微小部分放電。
並使用搭載HIOKI原創濾波器的放電檢測功能ST9000(選件)，能夠將響應波形中高頻成分中的雜訊去除，僅抽出部分放電成分並判定。不需要另外配置放電檢測天線等周邊設備，也能輕鬆檢出是否發生部分放電，因此能作為預知保全，在早期階段就解決潛在問題。對於需要長期使用且要求高安全性的車載馬達而言，若有部分放電會逐漸侵蝕絕緣膜並導致絕緣劣化進行，因此絕對不能忽視。透過 ST4030A，可以確實將這些風險排除。

與雜訊成分分離、透過HIOKI開發的濾波器，抽出高頻放電成分

3.可在轉子安裝狀態下進行檢查

ST4030A能透過響應波形數值化城的的分布來判斷良品與不良品。在轉子安裝狀態下檢查就算響應波形不斷變化，良品與不良品的數值分布仍然不同，故只要做出良品、不良品判斷範圍，就能在轉子安裝的狀態下檢查。如此一來，就能在轉子安裝狀態下檢查出不良品。可以減少成品檢查出不良又再返工檢查、重新組裝的數量。
A公司改為使用ST4030A進行測量，確認可以穩定的在轉子安裝狀態下進行測量。並且也能透過LC值-RC值測量單一繞組的層間短路，工程不良的檢出率提升，出貨後的品質也更加穩定。

轉子旋轉時LC值、RC值分布、對轉子旋轉時進行取樣，良品與不良品的LC值、RC值分布完全不同。

高信頼性的測量數據

ST4030A具備可解決客戶困擾的高性能。

施加電壓的波動較小，能夠維持高度測量穩定性。同一工程中測試時各儀器的機體差距小，就算更換儀器也能夠繼續使用舊有的良品數據波形。在精度保證條件下的電壓檢出精度也在規定範圍內，可以保證其可靠性。另外也能對應IEC規格的測試，能進行更加具有信賴性的檢查。

 

施加電壓波動示意圖
上方波形：有波形波動，難以檢測出短路的狀態
下方波形：波形波動較小，能更精準的檢測出不良品

以B公司的例子來說，因為增設產線而同時導入多台測量儀器，使用DEMO機進行線圈實測，確認可以穩定測量故採用ST4030A。可以不用擔心各儀器的波動差，可使用統一良品波形數據進行檢測。因為測量數據穩定，就能夠以更加嚴格的LC值、RC值來作為判斷基準進行檢查。
並且採用觸控面板進行操作，對於不常使用儀器的作業人員也能輕鬆理解，導入時的流程也能更加順暢。能將測量畫面用BMP檔案保存，便於後續數據解析，也獲得製造部門不少好評。

HIOKI也有生產電阻計、LCR METER、絕緣耐壓測試儀等相關的測量儀器。可以針對開發到產線進行完整的解決方案與測量。
延伸閱讀:提高馬達製造品質的六個電氣測試

放眼未來的高電壓化對應

以電動車為中心，各式各樣的交通工具正逐漸高電壓化。以碳中和的角度來看，使用自然能源的發電也日漸普及。這些場合使用的馬達與發電機也日漸高輸出、驅動電壓上升的趨勢。
驅動電壓越高，測量電壓也會提升。測量儀器也必須對應這些高電壓測量。HIOKI的脈衝線圈測試儀，為了能對應未來更加高電壓的測量，也需要提升其性能。回顧現狀並放眼未來，也需要追加更多新的功能與改善。
HIOKI能提供多種客戶所需的測量儀器。也能提供DEMO機的借用，若對產品有興趣的客戶，可至官網留言或致電02-2775-1210。