本發(fā)明涉及用于對旋轉(zhuǎn)電機的電場弛豫系統(tǒng)的表面電位分布進行測量的三維表面電位分布測量裝置。

背景技術(shù)：

通過逆變器來使電動機等旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動的逆變器驅(qū)動系統(tǒng)被開發(fā)并逐漸普及。在該逆變器驅(qū)動系統(tǒng)中，逆變器通過開關(guān)動作將直流電壓轉(zhuǎn)換為脈沖電壓，將該脈沖電壓經(jīng)由電纜供應(yīng)給旋轉(zhuǎn)電機。旋轉(zhuǎn)電機通過該脈沖電壓被驅(qū)動。

以往，在高電壓旋轉(zhuǎn)電機中，為了防止特別是在定子線圈的鐵芯端部附近產(chǎn)生的部分放電或發(fā)熱的產(chǎn)生，在定子鐵芯端部附近的線圈表面設(shè)置將從定子鐵芯槽內(nèi)導(dǎo)出的低電阻層、和與該低電阻層部分重疊而形成的電場弛豫層組合而成的電場弛豫系統(tǒng)的例子較多。

另一方面，在逆變器驅(qū)動系統(tǒng)中，由于逆變器、電纜以及旋轉(zhuǎn)電機的阻抗不匹配，產(chǎn)生反射波。該反射波與脈沖電壓重疊，從而有可能在電纜和旋轉(zhuǎn)電機之間的部分、特別是電纜和旋轉(zhuǎn)電機的連接部中，產(chǎn)生高電壓噪聲、即逆變器電涌。

在包含這些逆變器電涌的脈沖電壓(以下，稱為逆變器脈沖電壓)重復(fù)產(chǎn)生的情況下，在上述的鐵芯端部的定子線圈(以下，稱為定子線圈端)中，可能產(chǎn)生在基于商用頻率的運行時不會產(chǎn)生的部分放電或發(fā)熱，即使在電場弛豫系統(tǒng)上，也有可能產(chǎn)生對可靠性帶來阻礙的部分放電或發(fā)熱，最終顯著減少定子線圈的可靠性。

該部分放電或發(fā)熱的產(chǎn)生依賴于電場弛豫系統(tǒng)的表面電位的梯度(參照非專利文獻1)。因此，強烈期望對設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)的表面電位準確地進行測量的技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-22007號公報

非專利文獻

非專利文獻：熊田亞紀子、干葉政邦、日高邦彥「ポッケルス効果を用いた負極性沿面放電進展時の電位分布直接測定」電気學會論文誌AVol.118-A No.6 pp.723-728(1998-6)

非專利文獻2：Hirokazu Matsumoto,Shigeyasu Matsuoka,Akiko Kumada,Kunihiko Hidaka,"Oscillatory Waveform Caused by Piezoelectric Vibration of Pockels Crystal and its Effective Suppression",IEEJ TRANSACTIONS ON ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING,6:1-6(2011)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在測量表面電位的情況下，通常使用表面電位計。例如在專利文獻l中記載的技術(shù)中，使探頭接觸或接近電場弛豫系統(tǒng)，使用通過表面電位計測量的表面電位來計算非線性電阻。

但是，逆變器脈沖電壓具有kHz量級以上的高頻分量。在該情況下，表面電位計不能跟隨上述的高頻分量，不能對設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)的表面電位進行測量。

此外，在探頭中，通常使用金屬材料。因此，在使探頭接觸或接近電場弛豫系統(tǒng)的方法中，有可能在電場弛豫系統(tǒng)與探頭之間產(chǎn)生電位變動，阻礙準確的測定。此外，在產(chǎn)生了逆變器電涌時等，在電場弛豫系統(tǒng)與探頭之間有可能產(chǎn)生電暈放電。這樣，在測定點使用金屬材料的情況下，由于對測定對象的擾亂，不能對設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)的表面電位進行測量。

進而，特別是線圈的角部的電位分布的變化大，不僅是線圈的平面部分，關(guān)于角部，準確的電位分布的測定的必要性也很大。

因此，本發(fā)明的目的在于，對設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)的三維的表面電位分布進行測量。

用于解決課題的手段

為了達成上述的目的，本發(fā)明是一種三維表面電位分布測量裝置，對沿著試驗對象物的長邊方向?qū)嵤┑碾妶龀谠ハ到y(tǒng)的表面電位進行測量，所述試驗對象物模擬了旋轉(zhuǎn)電機的定子線圈端部即定子線圈端，其特征在于，具備：激光源，射出激光；Pockels結(jié)晶，從第一端面被入射從所述激光源射出的所述激光；鏡，其表面被設(shè)置在所述Pockels結(jié)晶的所述第一端面的相反側(cè)的第二端面，將從所述Pockels結(jié)晶的所述第一端面入射的所述激光向與所述入射的方向相反的方向反射；光檢測器，具有跟隨逆變器脈沖電壓的高頻分量的頻帶，接受由所述鏡反射的所述激光，檢測與輸出電壓對應(yīng)的所述激光的光強度，所述輸出電壓是所述Pockels結(jié)晶的所述第一端面和所述第二端面之間的電位差；保持構(gòu)造，一邊維持所述激光源、所述Pockels結(jié)晶、所述鏡以及所述光檢測器的相互的相對位置關(guān)系，一邊保持所述激光源、所述Pockels結(jié)晶、所述鏡以及所述光檢測器；移動驅(qū)動部，能夠?qū)⑺霰３謽?gòu)造三維地移動驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部，保持所述試驗對象物，能夠以所述試驗對象物的長邊方向為軸而繞該軸向雙方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及驅(qū)動控制部，對所述移動驅(qū)動部以及所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部進行控制，所述驅(qū)動控制部一邊將所述Pockels結(jié)晶的所述第二端面和所述試驗對象物的表面的間隔保持為規(guī)定的間隔，一邊協(xié)調(diào)基于所述移動驅(qū)動部的所述保持構(gòu)造的移動驅(qū)動動作和基于所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部的所述試驗對象物的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動動作，以使所述Pockels結(jié)晶的所述第二端面接近所述試驗對象物的電場弛豫系統(tǒng)的整個表面。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)υO(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)的三維的表面電位分布進行測量。

附圖說明

圖1是表示第一實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的結(jié)構(gòu)的立體圖。

圖2是第一實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。

圖3是表示第一實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的電壓校正處理的過程的流程圖。

圖4是表示第一實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的表面電位測定的過程的流程圖。

圖5是表示第一實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的驅(qū)動移動的轉(zhuǎn)變的立剖面圖，圖5(a)表示電場弛豫系統(tǒng)的第一面的測量開始時，圖5(b)表示電場弛豫系統(tǒng)的第一面的測量結(jié)束時，圖5(c)表示電解弛豫系統(tǒng)的角部的測量時，圖5(d)表示鄰接的第二面的測量時。

圖6是第二實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。

圖7是第三實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。

圖8是第四實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置以及表面電位分布測量方法。在此，對相互相同或類似的部分賦予通用的標號，并省略重復(fù)說明。

[第一實施方式]

圖1是表示實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的結(jié)構(gòu)的立體圖。作為本發(fā)明的實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置70的測定對象的試驗對象物是，模擬了構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電機的定子(未圖示)和轉(zhuǎn)子(未圖示)之中的、定子的端部實施的用于防止電暈放電的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)3的定子線圈端模擬試驗體8。

對作為試驗對象物的該定子線圈端模擬試驗體8的表面電位分布進行測定的三維表面電位分布測量裝置70具備測量裝置主體10(參照圖2)、運算裝置20以及保持搭載部30。測量裝置主體10使激光從半導(dǎo)體激光產(chǎn)生器(以下，稱為激光源)13照射到在保持構(gòu)造31上保持的Pockels結(jié)晶11，通過光檢測器16取出依賴于作為測定對象的定子線圈端模擬試驗體8的表面電位的反射光，通過運算裝置20計算測定對象的電位。關(guān)于測量裝置主體10的細節(jié)，在圖2的說明時進行說明。

作為對在保持構(gòu)造31上保持的Pockels結(jié)晶(泡克耳斯結(jié)晶)11與作為測定對象的定子線圈端模擬試驗體8的相對位置進行調(diào)節(jié)的架構(gòu)，設(shè)置有使保持構(gòu)造31訪問測定對象的表面的保持搭載部30、使定子線圈端模擬試驗體8繞長邊方向的軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35。

保持搭載部30具有保持構(gòu)造31、X方向移動部32以及對X方向移動部32進行移動驅(qū)動的X方向驅(qū)動部32a、Y方向移動部33以及對Y方向移動部33進行移動驅(qū)動的Y方向驅(qū)動部33a、對保持構(gòu)造31進行移動驅(qū)動的Z方向驅(qū)動部34a、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35、基板36、以及驅(qū)動控制部37。驅(qū)動控制部37對X方向驅(qū)動部32a、Y方向驅(qū)動部33a、以及Z方向驅(qū)動部34a進行控制。在此，X方向是水平方向且是Pockels結(jié)晶11(圖2)的長邊方向，Y方向是水平方向且是與X方向垂直的定子線圈導(dǎo)體1的長邊方向，Z方向是圖1的朝上方向、即鉛垂方向。

對Pockels結(jié)晶11等進行保持的保持構(gòu)造31一邊被X方向移動部32支撐一邊由Z方向驅(qū)動部34a移動驅(qū)動而在Z方向(鉛垂上下方向)升降移動。X方向移動部32一邊被Y方向移動部33支撐一邊由X方向驅(qū)動部32a移動驅(qū)動而在Y方向移動部33上沿X方向前后移動。Y方向移動部33一邊被基板36支撐一邊在基板36上沿Y方向前后移動。

將X方向驅(qū)動部32a、Y方向驅(qū)動部33a、以及Z方向驅(qū)動部34a總稱為移動驅(qū)動部。移動驅(qū)動部使Pockels結(jié)晶11三維地移動。移動驅(qū)動部的各自的要素、即X方向驅(qū)動部32a、Y方向驅(qū)動部33a、以及Z方向驅(qū)動部34a通過來自驅(qū)動控制部37的指令來驅(qū)動。此外，X方向驅(qū)動部32a、Y方向驅(qū)動部33a、以及Z方向驅(qū)動部34a將各自的行走方向和行走距離的信息輸出至驅(qū)動控制部37。

另一方面，定子線圈端模擬試驗體8通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35以可旋轉(zhuǎn)的方式被支撐。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35根據(jù)來自驅(qū)動控制部37的指令而將試驗體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35將旋轉(zhuǎn)方向以及旋轉(zhuǎn)角度的信息輸出至驅(qū)動控制部37。

接著，說明還被設(shè)置在定子線圈端模擬試驗體8的電場弛豫系統(tǒng)3。在定子線圈導(dǎo)體1的外周，為了對定子線圈導(dǎo)體1進行絕緣覆蓋，卷繞有以環(huán)氧云母(Mica epoxy)作為主成分的對地絕緣帶作為主絕緣層4。在定子線圈端模擬試驗體8的主絕緣層4的外周，以覆蓋低電阻層5的端部的方式卷繞用于使電位梯度減緩的高電阻半導(dǎo)電帶作為電場弛豫層6。

在低電阻層5中，在主絕緣層4的外周，從主絕緣層4與定子鐵芯7的內(nèi)周面對的部分至主絕緣層4露出定子鐵芯7的外側(cè)的部分為止，卷繞有低電阻半導(dǎo)電帶。被設(shè)置在定子鐵芯7的外側(cè)的低電阻層5的寬度為幾十mm左右。

低電阻層5與定子鐵芯7一起接地。因此，在對定子線圈導(dǎo)體1施加了電壓(交流電壓)的情況下，定子線圈導(dǎo)體1成為驅(qū)動電極，低電阻層5成為接地電極。在該情況下，在定子線圈導(dǎo)體1和定子鐵芯7內(nèi)的低電阻層5之間產(chǎn)生的等電位線大致成為并行。

在定子線圈導(dǎo)體l和定子線圈端模擬試驗體8中的低電阻層5之間產(chǎn)生的等電位線在主絕緣層4的厚度方向上分布。在定子線圈端模擬試驗體8中，依賴于主絕緣層4和定子線圈導(dǎo)體1的相對介電常數(shù)的差異、定子線圈導(dǎo)體1的表面的電阻率而等電位線較密地分布。

因此，在定子線圈端模擬試驗體8的表面上電位梯度變大，在定子線圈端模擬試驗體8的沿面方向上電場集中。特別是，在低電阻層5的端部，電位梯度顯著變大，易于產(chǎn)生電暈放電即部分放電或沿面放電。

因此，為了防止部分放電或沿面放電的產(chǎn)生，在低電阻層5的端部和定子線圈端模擬試驗體8的主絕緣層4的外周，設(shè)置電場弛豫層6。

在此，定子線圈導(dǎo)體l的剖面形狀為長方形，電場弛豫層6的剖面形狀也成為沿著內(nèi)部的定子線圈導(dǎo)體1的長方形的形狀而帶有圓弧的形狀。即，電場弛豫層6具有大致平坦的側(cè)部、和在側(cè)部和側(cè)部之間的帶有圓弧的角部。該表面的電場分布在大致平坦的側(cè)部和帶有圓弧的角部中狀況不同，特別是需要注意角部的電場分布。

以上，說明了定子線圈端模擬試驗體8，模擬到對實機的定子線圈端實施的電場弛豫層為止。

圖2是實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。測量裝置主體10具有激光源13、偏振光分束器(以下，稱為PBS)15、波長板17、Pockels結(jié)晶11、電介質(zhì)鏡(以下，稱為鏡)14、光檢測器16、以及將它們保持的保持構(gòu)造31。

激光源13朝向與電場弛豫系統(tǒng)3的長邊方向(Y方向)垂直的入射方向(X方向)射出激光。關(guān)于該激光，其波長為532.0nm，最大輸出為10mW，口徑為0.34mm。在此將激光的波長設(shè)為532.0nm，但只要在Pockels結(jié)晶11內(nèi)、光學部件內(nèi)不會較大衰減而能夠進行傳播，也可以是與其不同的波長。

激光為直線偏振光，其直線偏振光的極化波面相對于與入射方向(X方向)以及電場弛豫系統(tǒng)3的長邊方向(Y方向)垂直的方向(Z方向)平行。

PBS 15僅使上述直線偏振光通過。PBS 15使從激光源13射出的激光朝向入射方向(X方向)通過。

Pockels結(jié)晶11被配置為其軸方向與入射方向(X方向)成為平行，激光源13以及PBS 15都被并排配置在入射方向(X方向)上。

Pockels結(jié)晶11在第一端面11a和第二端面11b之間從第一端面11a朝向第二端面11b沿軸方向(X方向)延伸。此外，形成為，與軸方向垂直的剖面(橫剖面)的大小沿著Pockels結(jié)晶11的軸方向變化。波長板如后述那樣，是與表示檢測光強度Pout的余弦函數(shù)的相位相關(guān)的要素。

在本實施方式中，Pockels結(jié)晶11的與軸方向垂直的剖面的形狀為正方形，沿著X方向而正方形的邊的長度直線地減少。

此外，在軸方向上延伸的Pockels結(jié)晶11的四個側(cè)面之中鄰接的兩個側(cè)面是與軸方向平行的面，剩余的兩個面相對于軸方向傾斜。另外，不限定于此，只要以使軸方向上剖面積(橫剖面)變化的方式使至少一個側(cè)面相對于軸方向傾斜而剩余的側(cè)面是與軸方向平行的面即可。

Pockels結(jié)晶11的第一端面11a接地，或Pockels結(jié)晶11的第一端面11a通過電源裝置而成為0[V]。

來自PBS 15的激光被入射到Pockels結(jié)晶11的第一端面11a，朝向Pockels結(jié)晶11的與第一端面11a不相交的第二端面11b。

鏡14的表面被設(shè)置在Pockels結(jié)晶11的第二端面11b。作為鏡14的背面的Pockels結(jié)晶11的第二端面11b受到電場弛豫系統(tǒng)3的周圍的電磁場的影響而成為被施加了電壓的狀態(tài)。

鏡14的背面相對于試驗處即電場弛豫系統(tǒng)3的試驗對象部分離開規(guī)定距離而設(shè)置。該規(guī)定距離是考慮到電場弛豫系統(tǒng)3表面的樹脂的凹凸的程度、空間分辨率等而設(shè)定的。細節(jié)在圖5的說明的部分敘述。

鏡14將從Pockels結(jié)晶11的第一端面11a入射的激光向與入射方向(X方向)相反方向(X的負方向)反射。

Pockels結(jié)晶11是屬于“晶體點群43m或者晶體點群23m”的有壓電性的各向同性結(jié)晶，產(chǎn)生Pockels效應(yīng)。Pockels效應(yīng)是在電介質(zhì)的各向同性結(jié)晶被置于電場時，或被施加電壓時示出雙折射性的現(xiàn)象。

即，依賴于所施加的電壓而折射率變化。作為其結(jié)果，光強度變化。作為Pockels結(jié)晶11，例示了BGO(例如Bi₁₂GeO₂₀)結(jié)晶等。

Pockels結(jié)晶能夠根據(jù)結(jié)晶方位和入射光的傳播方向所成的朝向，對與外部電場的光的傳播方向平行或者垂直的分量具有靈敏度。前者被稱為縱型調(diào)制，后者被稱為橫型調(diào)制。

屬于“晶體點群43m或者晶體點群23m”的Pockels結(jié)晶是能夠進行縱型調(diào)制配置的結(jié)晶，在設(shè)為縱型調(diào)制配置的情況下，光強度和與外部電場的光程平行的分量的積分值、即電壓成比例變化。

由鏡14反射的激光的光強度與Pockels結(jié)晶11的第一端面11a和第二端面11b之間的電位差即輸出電壓VPout對應(yīng)。

PBS 15使由鏡14反射的激光在長邊方向Y(在本實施方式中是長邊方向Y的負方向)上通過。

光檢測器16具有跟隨逆變器脈沖電壓的高頻分量的頻帶。該光檢測器16相對于PBS 15被配置在長邊方向Y(在本實施方式中是長邊方向Y的負方向)上。向光檢測器16入射來自PBS 15的激光。光檢測器16對檢測光強度Pout進行檢測，作為該激光的光強度。

檢測光強度Pout與Pockels結(jié)晶11的第一端面11a和第二端面11b之間的電位差即輸出電壓VPout對應(yīng)。該檢測光強度Pout作為輸出電壓VPout的余弦函數(shù)而如下式那樣表示。

Pout＝(Pin/2)×{1-cos(π(VPout/Vπ)-θ0)}

在上述余弦函數(shù)中，Pin為Pockels結(jié)晶11的入射光強度，Vπ為半波長電壓，θO為通過波長板17賦予的相位差(任意)。若使用波長板17，則輸出電壓VPout在0kV附近靈敏度提高，另一方面，測定電壓范圍Vπ大致減半。在沒有使用波長板17的情況下，測定電壓范圍Vπ在激光的波長為532nm的情況下為16kV左右，此外，在激光的波長為1.3μm的情況下成為35kV左右。從而，在激光的波長為1.3μm的情況下，通過使用波長板，與激光的波長為532nm的情況相比，電壓測定成為等同。

在本實施方式中，通過檢測光強度Pout，根據(jù)上述余弦函數(shù)的逆函數(shù)而求得Pockels結(jié)晶11的輸出電壓VPout。

Pockels結(jié)晶11由于使用例如100mm長這樣比較長的結(jié)晶，靠近Pockels結(jié)晶11導(dǎo)致的電介質(zhì)表面的電場分布的紊亂小。因此，Pockels結(jié)晶11的輸出電壓VPout與作為測定對象的電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位成比例。

運算裝置20是與光檢測器16以及輸出裝置24連接的計算機，具備CPU(中央處理單元(Central Processing Unit))和存儲裝置。

在存儲裝置中儲存計算機程序，CPU從存儲裝置讀出計算機程序，執(zhí)行該計算機程序。作為輸出裝置24，例示了顯示裝置或打印裝置。

運算裝置20作為CPU的功能塊，具有運算部21、電壓校正數(shù)據(jù)庫22、以及表面電位測定數(shù)據(jù)庫23。此外運算裝置20與輸出裝置24連接，向輸出裝置24輸出運算結(jié)果。

接著，說明第一實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置70的動作。

三維表面電位分布測量裝置70在試驗前進行后述的電壓校正處理，在其后的試驗時進行后述的表面電位測定處理。運算部21通過電壓校正處理來構(gòu)筑電壓校正數(shù)據(jù)庫22，在表面電位測定處理中參照電壓校正數(shù)據(jù)庫22。在運算部21中，通過例如試驗者的輸入操作來設(shè)定電壓校正處理或表面電位測定處理。

圖3是表示實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的電壓校正處理的過程的流程圖。

首先，運算部21被設(shè)定為電壓校正的模式(步驟S11：設(shè)定電壓校正)。接著，對三維表面電位分布測量裝置70的Pockels結(jié)晶11的端部設(shè)置的鏡14的背面，施加例如50Hz的交流電壓作為輸入電壓Vin[kV](步驟S12：施加輸入電壓)。

此時，從激光源13射出的激光經(jīng)由PBS 15以及Pockels結(jié)晶11被鏡14反射，由鏡14反射的激光經(jīng)由Pockels結(jié)晶11以及PBS 15入射到光檢測器16。光檢測器16檢測來自PBS 15的激光的光強度作為檢測光強度Pout(步驟S13：檢測光強度)。

在電壓校正模式中，運算部21進行以下的處理。首先，運算部21使用上述的余弦函數(shù)，根據(jù)檢測光強度Pout，計算Pockels結(jié)晶11的輸出電壓VPout[V]。即，根據(jù)檢測光強度Pout，導(dǎo)出與檢測光強度Pout對應(yīng)的輸出電壓VPout[V](步驟S14：計算輸出電壓)。

運算部21將上述輸出電壓VPout[V]與通過例如試驗者的輸入操作而輸入的上述的輸入電壓Vin[kV]一起儲存至電壓校正數(shù)據(jù)庫22(步驟S15：儲存輸出電壓)。

其后，在沒有結(jié)束電壓校正處理的情況下(步驟S16-否)，一邊改變輸入電壓Vin[kV]，一邊反復(fù)進行上述的步驟S11～S15，由此，在電壓校正數(shù)據(jù)庫22中，儲存表示各個不同的輸入電壓Vin[kV]與此時的Pockels結(jié)晶11的輸出電壓VPout[V]的關(guān)系的、輸入電壓相對輸出電壓的特性。生成這樣的輸入電壓相對輸出電壓的特性，構(gòu)筑電壓校正數(shù)據(jù)庫22。

在結(jié)束電壓校正處理的情況下(步驟S16-是)，運算部21將在電壓校正數(shù)據(jù)庫22中儲存的輸入電壓相對輸出電壓的特性輸出至輸出裝置24。在輸出裝置24為顯示裝置的情況下，輸入電壓相對輸出電壓的特性被顯示在顯示裝置，在輸出裝置24為打印裝置的情況下，輸入電壓相對輸出電壓的特性通過打印裝置被打印(步驟S17：輸出輸入電壓相對輸出電壓的特性)。

圖4是表示實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的表面電位測定的過程的流程圖。首先，運算部21被設(shè)定為表面電位測定模式(步驟S21：設(shè)定表面電位測定)。

接著，為了依次測定定子線圈端模擬試驗體8的兩端部的電場弛豫系統(tǒng)3的表面，選定三維表面電位分布測量裝置70的Pockels結(jié)晶11的位置，通過驅(qū)動控制部37進行控制(步驟S22：配置試驗處)。細節(jié)在圖5的說明中敘述。

接著，對旋轉(zhuǎn)電機的定子線圈施加例如頻率為50Hz、波高值為10kV的交流電壓作為試驗電壓(步驟S23：施加試驗電壓)。此時，從激光源13射出的激光經(jīng)由PBS 15以及Pockels結(jié)晶11由鏡14反射，由鏡14反射的激光經(jīng)由Pockels結(jié)晶11以及PBS 15入射到光檢測器16。光檢測器16檢測來自PBS 15的激光的光強度作為檢測光強度Pout(步驟S24：檢測光強度)。

在表面電位測定模式中，運算部21進行以下的處理。首先，運算部21使用上述的余弦函數(shù)，根據(jù)檢測光強度Pout而計算Pockels結(jié)晶11的輸出電壓VPout[V]。即，根據(jù)檢測光強度Pout，導(dǎo)出與檢測光強度Pout對應(yīng)的輸出電壓VPout[V]。在此，將輸出電壓VPout[V]設(shè)為試驗時輸出電壓Vout[V](步驟S25：計算輸出電壓)。

運算部21根據(jù)在電壓校正數(shù)據(jù)庫22中儲存的輸入電壓相對輸出電壓的特性，將與試驗時輸出電壓Vout[V]對應(yīng)的輸入電壓Vin[kV]確定為電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位Vsuf[kV](步驟S26：確定表面電位)。

運算部21將上述表面電位Vsuf[kV]與通過例如試驗者的輸入操作而輸入的上述的試驗處L[mm]一起儲存至表面電位測定數(shù)據(jù)庫23(步驟S27：儲存表面電位)。

其后，在沒有結(jié)束表面電位測定處理的情況下(步驟S28-否)，一邊改變試驗處L[mm]，一邊反復(fù)進行上述的步驟S21～S27。若判定為結(jié)束(步驟S28-是)，則結(jié)束反復(fù)進行，進行試驗處相對表面電位的特性輸出(步驟S29)。

這樣，在相對于鏡14的背面而在各個不同的位置上設(shè)置了試驗處時，運算部21將各個不同的試驗處、和此時確定的電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位Vsuf[kV]儲存至表面電位測定數(shù)據(jù)庫23。

由此，在表面電位測定數(shù)據(jù)庫23中，儲存表示各個不同的試驗處與此時確定的電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位Vsuf[kV]的關(guān)系的試驗處相對表面電位的特性。

圖5是表示第一實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的驅(qū)動移動的轉(zhuǎn)變的立剖面圖，圖5(a)表示電場弛豫系統(tǒng)的第一面的測量開始時，圖5(b)表示電場弛豫系統(tǒng)的第一面的測量結(jié)束時，圖5(c)表示電場弛豫系統(tǒng)的角部的測量時，圖5(d)表示鄰接的第二面的測量時。另外，在圖5(b)、圖5(c)、圖5(d)中，Pockels結(jié)晶11以及保持構(gòu)造31的虛線的顯示示出移動前的狀態(tài)的位置。

基本上，驅(qū)動控制部37對保持構(gòu)造31的X方向、Y方向以及Z方向的必要移動距離、和定子線圈端模擬試驗體8的電場弛豫系統(tǒng)3的必要旋轉(zhuǎn)角度進行運算，向X方向驅(qū)動部32a、Y方向驅(qū)動部33a、Z方向驅(qū)動部34a的各個分別輸出應(yīng)驅(qū)動的距離指令，向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35輸出應(yīng)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)角度指令，從而使Pockels結(jié)晶11移動到必要位置，此外，使定子線圈端模擬試驗體8旋轉(zhuǎn)移動到必要角度。

此時，驅(qū)動控制部37為了將Pockels結(jié)晶11的前端與電場弛豫系統(tǒng)3的表面之間的距離維持為規(guī)定的距離，計算各自的位置。另外，驅(qū)動控制部37計算各自的移動方向和距離或者旋轉(zhuǎn)方向和角度，以使Pockels結(jié)晶11的前端以外的部分和電場弛豫系統(tǒng)3不干擾。這樣，驅(qū)動控制部37一邊協(xié)調(diào)保持構(gòu)造31的移動驅(qū)動動作、和基于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35的定子線圈端模擬試驗體8的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動動作，一邊進行控制。

在圖5(a)所示的電場弛豫系統(tǒng)3的第一面的測量開始時，作為測定對象部的電場弛豫系統(tǒng)3側(cè)為固定狀態(tài)，使保持Pockels結(jié)晶11的保持構(gòu)造31移動來接近電場弛豫系統(tǒng)3的第一面。

從圖5(a)所示的第一面的測量開始時至圖5(b)所示的第一面的測量結(jié)束時為止，作為測定對象部的電場弛豫系統(tǒng)3側(cè)為固定狀態(tài)，使保持Pockels結(jié)晶11的保持構(gòu)造31沿著電場弛豫系統(tǒng)3的側(cè)面向Y方向以及Z方向移動。

從圖5(b)所示的第一面的測量結(jié)束時至圖5(c)所示的電解弛豫系統(tǒng)的角部為止，使作為測定對象部的電場弛豫系統(tǒng)3側(cè)旋轉(zhuǎn)。此時，由于保持構(gòu)造31為停止狀態(tài)，與電場弛豫系統(tǒng)3干擾，所以使保持構(gòu)造31向X方向(負方向)移動。在此基礎(chǔ)上，進一步使保持構(gòu)造31向Z方向(負方向)移動到與新的電場弛豫系統(tǒng)3的角部對應(yīng)的位置為止。

從圖5(c)所示的角部至與第一面鄰接的圖5(d)所示的第二面為止，首先，使作為測定對象的電場弛豫系統(tǒng)3旋轉(zhuǎn)。此時，為了避免與電場弛豫系統(tǒng)3的干擾而使保持構(gòu)造31向X方向(負方向)移動。在此基礎(chǔ)上，進一步使保持構(gòu)造31向Z方向(負方向)移動到與新的電場弛豫系統(tǒng)3的第二面對應(yīng)的位置。

通過反復(fù)進行這樣的動作，能夠在電場弛豫系統(tǒng)3的全周上測定電場分布。

以上那樣，根據(jù)本實施方式，通過使用Pockels結(jié)晶11，能夠一邊確保較高的響應(yīng)性一邊測量設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位。此外，還能夠測定在電場弛豫系統(tǒng)3的角部的電位分布而不用設(shè)置大型的裝置。

[第二實施方式]

圖6是第二實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。本實施方式是第一實施方式的變形。

在本實施方式中，Pockels結(jié)晶把持部51把持Pockels結(jié)晶11的側(cè)面。Pockels結(jié)晶把持部51以不會對Pockels結(jié)晶11產(chǎn)生有意的變形的程度的力來把持Pockels結(jié)晶11。

Pockels結(jié)晶把持部51在把持了Pockels結(jié)晶11的狀態(tài)下被向軸方向驅(qū)動。Pockels結(jié)晶把持部51具有在保護部52上形成的凹部即與移動限制部53部分嵌合的部分。

移動限制部53和Pockels結(jié)晶把持部51的嵌合被形成為，在Pockels結(jié)晶把持部51被向軸方向驅(qū)動而最接近電場弛豫系統(tǒng)3的情況下，Pockels結(jié)晶11的第二端面11b以及鏡14也不會從保護部52的電場弛豫系統(tǒng)3側(cè)的端部突出。

根據(jù)以上那樣的本實施方式，在沿著電場弛豫系統(tǒng)3的長邊方向的測量中，形成為，即使萬一Pockels結(jié)晶11的目標位置被設(shè)定成為Pockels結(jié)晶11與電場弛豫系統(tǒng)3干擾的情況下，也不會比保護部52更突出，從而不用擔憂Pockels結(jié)晶11與電場弛豫系統(tǒng)3接觸而Pockels結(jié)晶11損傷。

以上那樣，根據(jù)本實施方式，能夠不損傷帶有錐形的Pockels結(jié)晶11的健全性而高精度地對設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位進行測量。

[第三實施方式]

圖7是第三實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。本實施方式是第一實施方式的變形。

在保護部55中，形成有Pockels結(jié)晶11能夠移動的導(dǎo)向孔56。導(dǎo)向孔56在Pockels結(jié)晶11的長邊方向上貫通。導(dǎo)向孔56被形成為，面積從與Pockels結(jié)晶11的第一端面11a對應(yīng)的一側(cè)朝向與第二端面11b對應(yīng)的一側(cè)逐漸變小。導(dǎo)向孔56的面積被設(shè)定為，Pockels結(jié)晶11在不從保護部55突出的位置停止那樣的大小。另外，不限定于不突出。也可以在突出的情況下限制其突出的長度。

此外，優(yōu)選的是，在Pockels結(jié)晶11被移動限制的狀態(tài)下，導(dǎo)向孔56的四個內(nèi)側(cè)側(cè)面具有與Pockels結(jié)晶11的四個側(cè)面相同的傾斜而形成，以使不會對Pockels結(jié)晶11局部施加荷重。

關(guān)于Pockels結(jié)晶11，使沒有形成錐形的一側(cè)的側(cè)面沿著與該側(cè)面對置的導(dǎo)向孔56的內(nèi)側(cè)側(cè)面移動。

根據(jù)以上那樣的本實施方式，即使沒有附加第二實施方式中的Pockels結(jié)晶把持部51那樣的特殊的部分，也能夠利用在Pockels結(jié)晶11中形成有錐形部這樣的情況來保護Pockels結(jié)晶11。即，即使在Pockels結(jié)晶11的目標位置被設(shè)定為Pockels結(jié)晶11與電場弛豫系統(tǒng)3干擾的情況下，Pockels結(jié)晶11越接近電場弛豫系統(tǒng)3則導(dǎo)向孔56變得越窄，所以在途中在導(dǎo)向孔56內(nèi)停止。通過這樣的移動限制構(gòu)造，在與保護部55的端面相比更內(nèi)側(cè)停止?；虿粫谋Ｗo部55極端地突出，其結(jié)果，不用擔憂Pockels結(jié)晶11與電場弛豫系統(tǒng)3接觸而Pockels結(jié)晶11損傷。

以上那樣，根據(jù)本實施方式，能夠不損傷帶有錐形的Pockels結(jié)晶11的健全性而高精度地對設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位進行測量。

[第四實施方式]

圖8是第四實施方式所涉及的三維表面電位分布測量裝置的包含Pockels結(jié)晶的主體部分的長邊方向的平剖面圖。本實施方式是第一實施方式的變形。

在本實施方式中，在保持構(gòu)造31中設(shè)置有縫隙傳感器57。縫隙傳感器57對該縫隙傳感器57和作為測量對象的電場弛豫系統(tǒng)3的間隔進行測量，將該間隔輸出至驅(qū)動控制部37。

驅(qū)動控制部37對X方向驅(qū)動部32a、Y方向驅(qū)動部33a、Z方向驅(qū)動部34a以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部35進行控制，以使來自縫隙傳感器57的縫隙輸出成為規(guī)定的目標值。在此，目標值被設(shè)定為能夠使Pockels結(jié)晶11和電場弛豫系統(tǒng)3的間隙尺寸成為所期望的尺寸那樣的值。

以上那樣，根據(jù)本實施方式，能夠不損傷帶有錐形的Pockels結(jié)晶11的健全性而高精度地對設(shè)想了逆變器脈沖電壓的產(chǎn)生的電場弛豫系統(tǒng)3的表面電位進行測量。

[其他實施方式]

以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但實施方式作為例子而提示，沒有意圖限定發(fā)明的范圍。此外，在實施方式中，為了便于說明，示出了將X方向、Y方向設(shè)為水平方向，將Z方向設(shè)為鉛垂方向的情況，但不限定于此，也可以是將X軸、Y軸、Z軸的三維空間向任意的方向旋轉(zhuǎn)的空間內(nèi)。進而，實施方式能夠以其他各種方式實施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進行各種省略、置換、變更。

實施方式及其變形被包含于發(fā)明的范圍、主旨中，同樣包含于權(quán)利要求書中記載的發(fā)明及其均等的范圍內(nèi)。

標號說明

1…定子線圈導(dǎo)體，3…電場弛豫系統(tǒng)，4…主絕緣層，5…低電阻層，6…電場弛豫層，7…定子鐵芯，8…定子線圈端模擬試驗體(試驗對象物)，10…測量裝置主體，11…Pockels結(jié)晶，11a…第一端面，11b…第二端面，13…激光源，14…鏡，15…PBS(偏振光分束器)，16…光檢測器，17…波長板，20…運算裝置，21…運算部，22…電壓校正數(shù)據(jù)庫，23…表面電位測定數(shù)據(jù)庫，24…輸出裝置，30…保持搭載部，31…保持構(gòu)造，32…X方向移動部，32a…X方向驅(qū)動部，33…Y方向移動部，33a…Y方向驅(qū)動部，34a…Z方向驅(qū)動部，35…旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部，36…基板，37…驅(qū)動控制部，51…Pockels結(jié)晶把持部，52…保護部，53…移動限制部，55…保護部，56…導(dǎo)向孔，57…縫隙傳感器，70…三維表面電位分布測量裝置。