CN101310427B - 定子铁心松动诊断装置及定子铁心松动诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种诊断定子铁心(1)的松动的诊断装置，该定子铁心构成为在轴方向层叠并紧固带绝缘保护膜的电磁钢板，在内侧的线圈插入空间中插入线圈(2)，在外部连接线圈(2)，该诊断装置具有：在半径方向对定子铁心(1)励振的励振单元(7)；检测定子铁心(1)的半径方向的振动的振动检测传感器(6)；在通过励振单元(7)对定子铁心(1)励振时，对通过振动检测传感器(6)检测产生于定子铁心(1)的振动而得到的振动检测传感器(6)的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的圆环模态的测定固有振动模态的固有振动模态提取单元(22)；根据定子铁心(1)的形状数据推测定子铁心的圆环模态的推测固有振动模态的固有振动模态推测单元(26)；通过比较测定固有振动模态、和根据推测固有振动模态得到的判定基准，判定定子铁心(1)的紧固程度的判定结果输出单元(29)。

Description

定子铁心松动诊断装置及定子铁心松动诊断方法

技术领域

本发明涉及一种诊断旋转电机的定子铁心松动的诊断装置及其诊断方法。

背景技术

一般，在发电机和电动机等旋转电机的定子中，在其内径侧层叠具有插入线圈的空间的较薄电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板而构成定子铁心。并且，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，使该线圈在铁心外部连接。

在这样构成的定子铁心中，在铁心的紧固较弱时，所层叠的电磁钢板的紧固表面压力下降，在电磁钢板振动时，由于电磁钢板彼此间的摩擦和互相敲击，使得涂覆在电磁钢板表面的绝缘层剥离，导致电磁钢板之间电气连接并流过涡电流，在最恶劣时将产生铁心熔化破损故障。因此，在制造工序中当然需要控制铁心表面压力进行装配，在运转中的工厂里也需要定期检修、检查。关于该检查方法，在电磁钢板之间的间隙中插入较薄的刀状工具，根据其进入情况依靠感觉来判断铁心的紧固程度，但是判断基准依赖于检查员个人的感觉，判定需要熟练经验，而且判定也因每个判定人员而出现差异，存在质量不稳定等问题。

对此，专利文献1公开了定量评价铁心紧固程度的方法。在该方法中，为了冷却旋转电机的定子铁心，向通常设计的通风道部分插入扭力扳手，测定通过扭力扳手撬铁心时的扭力扳手指示的扭力值和铁心或扭力扳手的位移量，从而利用数值评价铁心表面压力。

专利文献1：日本特开2000-354353号公报

在专利文献1的方法中，必须向通风道部分插入扭力扳手，但通常这种通风道宽度较小，只能插入极薄结构的扭力扳手。另一方面，铁心的紧固表面压力极大，如果是这种较薄的扭力扳手，将导致扭力扳手自身变形，不能对铁心施加充足的外力，不能评价具有实用性的铁心紧固力。

并且，扭力扳手对铁心施加外力的部分是铁心极小的一部分，所以能够评价的铁心的紧固力也只是铁心极小的一部分，被限定为表面压力较低的铁心的外表面附近。因此，必须测定许多部位，并且被评价为低于铁心的平均表面压力的表面压力，存在导致铁心被紧固得超过必要程度的问题。另外，在已有的工厂的诊断中，存在导致没有问题的设备被判定为异常的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种定子铁心松动诊断装置及其诊断方法，能够简单而且定量地判定旋转设备的定子铁心整体的铁心紧固程度。

为了达到上述目的，本发明涉及的定子铁心松动诊断装置，用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述诊断装置的特征在于，具有：  在半径方向对所述定子铁心励振的励振单元；检测所述定子铁心的半径方向的振动的振动检测单元；在通过所述励振单元对所述定子铁心励振时，对通过所述振动检测单元检测产生于所述定子铁心的振动而得到的振动检测单元的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的圆环固有振动模态的测定固有振动模态的单元；根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的圆环固有振动模态的单元；以及通过比较所述测定固有振动模态、和根据所述推测固有振动模态得到的判定基准，判定定子铁心的紧固程度的判定单元。

本发明涉及的定子铁心松动诊断装置的其他方式用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述诊断装置的特征在于，具有：在横方向对所述定子铁心励振的励振单元；检测所述定子铁心在轴方向的多个不同位置处各自的励振方向的振动的振动检测单元；在通过所述励振单元对所述定子铁心励振时，对通过所述振动检测单元检测产生于所述定子铁心的振动而得到的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的横向振动模态的测定固有振动频率的单元；根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的横向振动模态的推测固有振动频率的单元；根据所述推测固有振动频率生成判定值的单元；以及通过比较所述推测固有振动频率和所述判定值，判定定子铁心的紧固程度的判定单元。

并且，本发明涉及的定子铁心松动诊断方法用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述诊断方法的特征在于，包括：在半径方向对所述定子铁心励振的励振步骤；检测在所述励振步骤对所述定子铁心励振时产生于所述定子铁心的振动的振动检测步骤；对通过所述振动检测单元检测的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的圆环模态的测定固有振动模态的测定固有振动模态提取步骤；根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的圆环模态的推测固有振动模态的固有振动模态推测步骤；以及通过比较所述测定固有振动模态、和根据所述推测固有振动模态得到的判定基准，判定定子铁心的紧固程度的判定步骤。

本发明涉及的定子铁心松动诊断方法的其他方式用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述诊断方法的特征在于，包括：在横方向对所述定子铁心励振的励振步骤；在所述励振步骤对所述定子铁心励振时，在所述定子铁心沿轴方向的多个不同位置检测产生于所述定子铁心的振动的振动检测步骤；对在所述振动检测步骤检测的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的横向振动模态的测定固有振动频率的测定固有振动频率提取步骤；根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的横向振动模态的推测固有振动频率的固有振动频率推测步骤；以及通过比较所述测定固有振动频率、和根据所述推测固有振动频率得到的判定基准，判定定子铁心的紧固程度的判定步骤。

根据本发明，能够简单而且定量地判定旋转设备的定子铁心的紧固程度。

附图说明

图1是表示本发明涉及的旋转电机的定子铁心和定子铁心松动诊断装置的第1实施方式的纵剖面示意图。

图2是表示图1中的信号处理单元的具体结构的方框图。

图3是普通旋转电机的定子铁心圆环二阶-轴方向同相的固有振动模态的概念图。

图4是普通旋转电机的定子铁心圆环二阶-轴方向反相的固有振动模态的概念图。

图5是普通旋转电机的定子铁心圆环三阶-轴方向同相的固有振动模态的概念图。

图6是普通旋转电机的定子铁心圆环三阶-轴方向反相的固有振动模态的概念图。

图7是普通旋转电机的定子铁心圆环二阶-轴方向U字弯曲的固有振动模态的概念图。

图8是表示用于说明本发明涉及的定子铁心松动诊断装置的第1实施方式的信号处理的、铁心表面压力与圆环模态的固有振动频率的关系的概念曲线图。

图9是表示用于说明本发明涉及的定子铁心松动诊断装置的第1实施方式的信号处理的、铁心表面压力与轴方向同相模态和反相模态的固有振动频率之比的关系的概念曲线图。

图10是说明根据振动频率据的频率分析结果求出衰减系数比的普通方法的图，是把频率作为横轴、把振动水平作为纵轴的曲线图。

图11是表示用于说明本发明涉及的定子铁心松动诊断装置的第1实施方式的信号处理的、铁心表面压力与圆环固有振动模态的衰减系数比的关系的概念曲线图。

图12是表示本发明涉及的旋转电机的定子铁心和定子铁心松动诊断装置的第2实施方式的纵剖面示意图。

图13是表示图12中的信号处理单元和励振单元及励振力检测单元等的具体结构的方框图。

图14是表示本发明涉及的旋转电机的定子铁心和定子铁心松动诊断装置的第3实施方式的纵剖面示意图。

图15是表示本发明涉及的旋转电机的定子铁心和定子铁心松动诊断装置的第4实施方式的纵剖面示意图。

图16是表示图15中的信号处理单元的具体结构的方框图。

图17是示意表示在本发明涉及的旋转电机的定子铁心和定子铁心松动诊断装置的第4实施方式中，作为判定基准的梁的横向振动的振动模态的图。

图18是表示用于说明本发明涉及的定子铁心松动诊断装置的第4实施方式的信号处理的、铁心表面压力与固有振数的频率的关系的概念曲线图，并利用相对于各个设计值的相对值表示。

图19是表示本发明涉及的旋转电机的定子铁心和定子铁心松动诊断装置的第5实施方式的纵剖面示意图。

图20是表示图19中的信号处理单元的具体结构的方框图。

符号说明

1定子铁心；2定子线圈；3压板；4肋柱；5肋螺母；6振动传感器；7励振单元；8信号处理单元；9励振/励振力检测单元；10信号处理单元；11音响或位移传感器；21变换单元；22圆环的固有振动模态提取单元；23参数提取单元；25形状数据输入单元；26固有振动模态推测单元；27判定值生成单元；28判定评价单元；29判定结果输出单元；30励振单元；31励振力检测单元；38、40信号处理单元；41向频率区域数据的变换单元；42横向振动模态的固有振动频率提取单元；44形状数据输入单元；45运算系数计算单元；46横向振动模态的固有振动频率推测单元；47判定值生成单元；48判定评价单元；51频率/模态设定单元；52励振信号生成单元；69多点励振单元；70切槽；80、81、82振动模态。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明涉及的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置和松动诊断方法的实施方式。

[第1实施方式]

在图1和图2中说明第1实施方式。在图1中，1表示定子铁心，在其内径侧层叠具有插入线圈2的空间的较薄电磁钢板，通过设于轴方向两端部的压板3，把肋螺母5旋合在设于电磁钢板的外径侧的多个肋柱4两端的外螺纹部上，由此紧固所层叠的电磁钢板。在定子铁心1的轴方向外部连接线圈2。

为了在定子铁心1的外径侧检测定子铁心1的半径方向的振动，在圆周方向、而且是包括轴方向两端部的轴方向上，分别安装有多个振动传感器(振动检测单元)6。励振单元7例如是锤子，通过在该半径方向击打定子铁心1可以励振。来自振动传感器6的输出信号在信号处理单元8中进行处理。

图2表示信号处理单元8的结构示例，来自振动传感器6的输出信号通过向频率区域数据的变换单元21被变换为频率区域的数据，另外通过圆环的固有振动模态提取单元22提取圆环模态的振动。并且，通过参数提取单元23提取参数。

另一方面，通过形状数据输入单元25输入形状数据，固有振动模态推测单元26根据该形状数据推测固有振动模态。判定值生成单元27根据该推测固有振动模态生成判定值。并且，根据通过参数提取单元23提取的参数、和通过判定值生成单元27生成的判定值，判定评价单元28进行判定评价。该判定评价的结果通过判定结果输出单元29被输出。

在这样构成的第1实施方式中，在通过励振单元7对定子铁心1励振时，定子铁心1以圆环模态的固有振动模态振动。图3～图7是示意表示定子铁心1以圆环模态的固有振动模态振动时的定子铁心1的变形的图，是通过采用了有限元法(FEM)的数值分析求出的示例。但是，在图3～图7中夸张表示半径方向的变形。并且，图中的符号70表示用于插入线圈2的切槽(插入空间)，其形成于定子铁心1的内径侧，并在轴方向延伸。

图3表示圆环二阶(椭圆)、轴方向同相模态的定子铁心1的变形情况，图4表示圆环二阶(椭圆)、轴方向反相模态的定子铁心1的变形情况，图5表示圆环三阶(3个叶形)、轴方向同相模态的定子铁心1的变形情况，图6表示圆环三阶(3个叶形)、轴方向反相模态的定子铁心1的变形情况，图7表示圆环二阶(椭圆)、轴方向弯曲(U字)模态的定子铁心1的变形情况。

另外，虽然省略了图示，但作为其他的圆环振动模态，还有轴方向S字状模态和M字状(W字状)模态。

在该实施方式中，振动传感器6安装在能够测定作为对象的振动模态的振动的位置，检测作为对象的振动模态的振动波形。由振动传感器6检测的振动信号被发送给信号处理单元8，并通过信号处理单元8内的向频率区域数据的变换单元21进行傅立叶变换，从而被变换为频率区域的数据。然后，输入圆环的固有振动模态提取单元22，以便根据安装在定子铁心1上的多个振动传感器6的振幅与相位关系和图3～图7所示的定子铁心1的变形特征，提取圆环的各个模态。

根据通过圆环的固有振动模态提取单元22提取的圆环模态的振动，通过参数提取单元23变换为与定子铁心1的残留表面压力相关的振动的参数、例如固有振动频率或多个固有振动频率之比或固有振动的衰减系数或振幅比或传递函数。

并且，在信号处理单元8的固有振动模态推测单元26中，根据作为对象的旋转电机的定子铁心1的尺寸数据，通过利用了有限元法等的数值计算，推测定子铁心1的圆环模态的固有振动模态。然后，把该结果输入判定值生成单元27，生成相当于所述信号处理单元的输出即振动的参数的判定值。各个参数与铁心表面压力的关系大概如图8、图9和图11所示，比较判定并评价通过实测得到的参数的值和由尺寸数据求出的判定值，输出判定结果。

衰减系数比利用图10的方法由振动的频率区域的数据求出。在该图中，横轴表示频率[Hz]纵轴表示振动的水平。并且，ω0表示固有振动的角速度，在把固有振动频率设为F0时，ω0＝2πF0。并且，Δω表示ω0时的振幅的

振幅时的角速度的宽度，ζ表示衰减系数比，并表示如下：

ζ＝Δω/2ω0

这样，通过测定定子铁心1的圆环模态的振动，可以定量掌握定子铁心的残留表面压力。

根据该实施方式，通过比较基于诊断对象设备的尺寸数据的判定值和基于振动的实测数据的参数，可以根据定子铁心的圆环模态的固有振动模态的各个参数定量判定当前铁心的残留表面压力。由此，不需要检查员的熟练度，即可高精度地判定并诊断铁心的松动程度，而且不存在检查员的个体差异。

[第2实施方式]

下面，参照图12和图13说明本发明涉及的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置及内置该诊断装置的旋转电机的第2实施方式。另外，对与第1实施方式相同或相似的构成部分赋予相同符号，并省略重复说明。

励振/励振力检测单元9由励振单元30和励振力检测单元31构成，并被牢靠地固定在定子铁心1的外径面上，在半径方向上对定子铁心1励振。并且，励振/励振力检测单元9的励振力是以单一的正弦波、或叠加了多个正弦波的波形、或扫描(SWEEP)某固定频率频带的正弦波或三角波或矩形波、或者随机波励振。

励振单元30的励振力由励振力检测单元31检测，并与检测定子铁心1的半径方向的振动的、设于定子铁心1的多个振动传感器6的输出信号一起发送给信号处理单元10。

在这样构成的第2实施方式的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置中，利用始终安装在旋转电机内部的振动传感器6检测的圆环模态的振动波形数据、与和振动传感器6同样始终安装在旋转电机内部的励振力检测单元31检测的励振力波形数据，都通过信号处理单元10内的向频率区域数据的变换单元21被变换为频率区域的数据，另外，振动频率据被变换为把励振力作为基准的传递函数，并通过圆环的固有振动模态提取单元22提取圆环模态的振动。

由此，可以高精度地掌握定子铁心的表面压力，而且不会受到励振力的强弱的影响。并且，由于把励振/励振力检测单元9和振动传感器6始终安装在旋转电机内，所以不需分解旋转电机，即可始终监视和定期诊断定子铁心1的残留表面压力。另外，通过使励振单元30以预先求出的圆环模态的固有振动频率励振，在把振幅或振幅比作为参数时能够以良好的灵敏度进行判定。并且，通过叠加多个固有振动来励振，能够以良好的灵敏度施加多个固有振动频率。并且，通过进行随机波和扫描波振动，在固有振动频率少许偏移时也能够施加目标圆环模态的固有振动频率，可以明确掌握模态。

励振/励振力检测单元9和振动传感器6被始终安装在旋转电机内的定子铁心1上，并使其不妨碍旋转电机原有的功能，所以不需分解该旋转电机即可实现运转中的始终监视和定期诊断。因此，能够将定子铁心1的故障防患于未然，此外还容易进行定子铁心1的松动诊断。并且，通过检测励振力并计算基于励振力的传递函数，可以去除源于励振力的大小的影响，提高诊断结果的可靠性，通过按照前面所述设定各种对定子铁心1励振的励振信号，可以提高判定灵敏度，实现广范围模态的判定。

[第3实施方式]

下面，参照图14说明本发明涉及的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置及内置该诊断装置的旋转电机的第3实施方式。另外，对与第1实施方式或第2实施方式相同或相似的构成部分赋予相同符号，并省略重复说明。在图14中，11表示音响或位移传感器，被相对旋转电机的定子铁心1具有空隙地从外部固定安装于其上，并且，检测通过定子铁心1振动而产生的声音或位移量，把该检测的信号发送给信号处理单元10。

在这样构成的本发明第3实施方式的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置中，利用音响或位移传感器11检测定子铁心1的圆环模态的固有振动模态的振动，并发送给信号处理单元10，进行与第1实施方式或第2实施方式相同的信号处理，判定定子铁心的残留表面压力，进行定子铁心1的松动诊断。此时，通过使用音响或位移传感器11，与使用所述振动传感器6时相同，可以检测定子铁心1的圆环模态的固有振动模态的振动。

如以上说明的那样，在本发明的第3实施方式中，通过使用音响或位移传感器11取代振动传感器6，检测定子铁心1的圆环模态的固有振动模态的振动。由此，可以设置相对定子铁心1不接触且不需要绝缘的音响或位移传感器11，不需直接固定在定子铁心1上，所以容易进行音响或位移传感器11的安装位置的移动。

[第4实施方式]

下面，参照图15和图16说明本发明涉及的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置及内置该诊断装置的旋转电机的第4实施方式。另外，对与第1实施方式相同或相似的构成部分赋予相同符号，并省略重复说明。在第1～第3实施方式中着重于旋转电机的定子铁心圆环模态的振动，但第4实施方式着重于定子铁心的横向振动模态。

如图15所示，在该实施方式中，振动传感器6在定子铁心1的外径侧沿轴方向安装有多个，以便检测定子铁心1的励振方向的振动。来自振动传感器6的信号被取入信号处理单元38进行处理。

如图16所示，信号处理单元38具有向频率区域数据的变换单元41、横向振动模态的固有振动频率提取单元42、运算系数计算单元45、横向振动模态的固有振动频率推测单元46、判定值生成单元47和判定评价单元48。来自振动传感器6的输出信号通过向频率区域数据的变换单元41被变换为频率区域的数据，进而通过横向振动模态的固有振动频率提取单元42提取横向振动模态的固有振动频率。

另一方面，通过形状数据输入单元44输入形状数据，运算系数计算单元45根据该形状数据计算运算系数。另外，横向振动模态的固有振动频率推测单元46根据该运算系数推测横向振动的推测固有振动频率。判定值生成单元47根据该横向振动的推测固有振动频率生成判定值。判定评价单元48根据该判定值和由横向振动模态的固有振动频率提取单元42提取的固有振动频率进行判定评价。判定评价的结果通过判定结果输出单元29输出。

在上述结构的第4实施方式中，通过利用励振单元7对定子铁心1励振，定子铁心1以横向振动的固有振动频率、例如图15所示的在轴方向呈U字状振动的横向振动模态80振动。图17是示意说明在定子铁心1以横向振动的固有振动频率振动时的定子铁心1的变形的图，是通过数值分析求出的示例。如该图所示，横向振动的主要模态有一阶、二阶、三阶的固有振动频率的振动模态。一阶的固有振动频率的振动模态80是变形为U字状的振动，二阶的固有振动频率的振动模态81是变形为S字状的振动，三阶的固有振动频率的振动模态82是变形为W字状(M字状)的振动。

一般，梁的横向振动的振动模态中的固有振动频率F可以利用下式(1)求出。

$F=\{\mathrm{\λ}2/\left(2\mathrm{\πL}2\right)\}\sqrt{\{E\·\mathrm{Ig}/(\mathrm{\γ}\·A)\}}---\left(1\right)$

其中，F：柱的横向振动的固有振动频率

λ：基于模态次数的振动系数

一阶：4.730；二阶：7.853；三阶：10.996

L：柱的长度

E：柱的材料的纵向弹性系数(E＝k×P)

P：铁心表面压力

k：纵向弹性系数和铁心表面压力的系数

I：柱的截面二阶力矩

γ：质量密度

A：截面积

g：重力加速度

此时，振动传感器6沿轴方向安装有多个，以便能够测定作为对象的振动模态的振动，所以能够检测作为对象的振动模态的振动波形。通过振动传感器6检测的振动信号被发送给信号处理单元38，再通过信号处理单元38内的向频率区域数据的变换单元41进行傅立叶变换，而被变换为频率区域的数据。然后，输入横向振动模态的固有振动频率提取单元42，该固有振动频率提取单元42根据安装于定子铁心1的多个振动传感器6的振幅与相位关系和图18所示的定子铁心1的变形特征，提取横向振动的各个振动模态，从而提取横向振动的固有振动频率的频率中的一个或多个频率。

并且，在信号处理单元38中，由作为对象的旋转电机的定子铁心1的形状数据输入单元44输入尺寸形状数据，在运算系数计算单元45中计算形状修正系数k1和支撑条件修正系数k2，通过横向振动模态的固有振动频率推测单元46，根据预先求出的铁心表面压力与等价的纵向弹性系数E的关系求出各个横向振动模态的固有振动频率。并且，通过判定值生成单元47根据过去的实际记录确定对表面压力的判定值。

在此，形状修正系数k1依赖于支撑点的数量、位置、弹簧常数等支撑条件。

并且，支撑条件修正系数k2依赖于定子铁心1的内外径之比以及轴方向长度与外径(或内径)之比。

式(1)中的纵向弹性系数E可以表示为E＝k×P，但是实际上也考虑所述形状修正系数k1和支撑条件修正系数k2，根据式(2)计算固有振动频率F。

$F=\{K1\·K2\·\mathrm{\λ}2/\left(2\mathrm{\πL}2\right)\}\sqrt{\{E\·\mathrm{Ig}/(\mathrm{\γ}\·A)\}}---\left(2\right)$

其中，k1表示形状修正系数，k2表示支撑条件修正系数。

通过判定值生成单元47求出的判定值大概是图18所示的判定值。通过判定评价单元48比较由所述横向振动模态的固有振动频率提取单元42得到的固有振动频率的频率的实测值、和作为判定值生成单元47的输出的图18所示的判定值，判定定子铁心1的紧固程度合格与否，通过判定结果输出单元29输出判定结果。

因此，通过测定定子铁心1的横向振动模态的固有振动频率，可以定量掌握定子铁心1的紧固表面压力。

根据该实施方式，通过比较基于诊断对象设备的尺寸数据的判定值和振动实测数据，可以根据定子铁心的横向振动模态的固有振动频率定量判定当前铁心的紧固表面压力，因此不需要检查员的熟练度，即可高精度地判定铁心的紧固程度即松动程度，而且不存在检查员的个体差异。并且，作为基准的判定值能够通过手工计算和表计算水平的简单计算得到，所以不需要进行有限元法等的数值分析。因此，不需要高功能计算机(电脑)，不需要分析用时间，也不需要实施分析的高难技术。因此，任何人都能够在短时间内容易进行铁心表面压力的判定乃至铁心的松动诊断。尤其对于已有设备的诊断，可以当场进行判定。

[第5实施方式]

下面，参照图19和图20说明本发明涉及的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置及内置该诊断装置的旋转电机的第5实施方式。另外，对与第4实施方式相同或相似的构成部分赋予相同符号，并省略重复说明。第5实施方式与第4实施方式同样着重于定子铁心的横向振动模态。

在图19中，69表示多点励振单元，其通过向电磁励振器和液压励振器等的驱动器输入信号，可以获得任意的励振力，该多点励振单元69在定子铁心1的外径面上沿轴方向牢靠地固定了多个，并在半径方向上对定子铁心1励振。并且，多点励振单元69以单一的正弦波、或叠加了多个正弦波的波形、或SWEEP某固定频率频带的正弦波或三角波或矩形波、或者随机波励振，并且通过频率/模态设定单元51和励振信号生成单元52，将各个励振单元的励振力的相位调整为反相或同相或者调整励振力的振幅来励振，以便能够使各个振动模态容易被激励。

如图20所示，该实施方式的信号处理单元40除第4实施方式中信号处理单元38(图16)的构成要素外，还具有频率/模态设定单元51和励振信号生成单元52。

在该实施方式中，所需要的横向振动模态的固有振动频率从频率/模态设定单元51发送给励振信号生成单元52，此外也发送给判定值生成单元47和横向振动模态的固有振动频率提取单元42，使容易进行各个判定值的生成和实测固有振动频率的提取。由励振信号生成单元52生成的励振信号被发送给多点励振单元69。并且，在通过多点励振单元69激励特定的振动模态时，利用振动传感器6检测定子铁心1的励振方向的振动。此时，由于特定为通过多点励振单元69激励的振动模态，所以不需要在轴方向设置多个振动传感器6，只设置最低限度的一个振动传感器6即可。在通过振动传感器6检测后，在信号处理单元40内的判定处理中，通过频率/模态设定单元51确定将要提取的固有振动频率，除此以外与第4实施方式相同。

在这样构成的第5实施方式的旋转电机的定子铁心的松动诊断装置中，在定子铁心1的外径侧沿轴方向设置多个在半径方向上励振的多点励振单元69，调整各个多点励振单元69的励振信号的相位或振幅来施加单一或随机或SWEEP振动，以使横向振动的模态被激励，所以必要的特定横向振动模态的振动被激励，定子铁心1以该模态(例如图19中的U字状横向振动模态80)振动。

因此，通过振动传感器6检测的振动信号只是所需要的横向振动模态的振动信号，所以容易在横向振动模态的固有振动频率提取单元42中进行横向振动模态的固有振动频率提取，根据情况也可以省略横向振动模态的固有振动频率提取单元42。另外，也可以把多点励振单元69和振动传感器6始终安装在旋转电机内，不需要分解旋转电机，即可始终监视和定期诊断定子铁心1的残留表面压力。

并且，通过使励振单元以预先求出的横向振动模态的固有振动频率的频率励振，可以高精度地检测并判定所需要的振动模态的振动信号。另外，通过施加随机波和SWEEP振动，在固有振动频率少许偏移时也能够以目标横向振动模态的固有振动频率励振，可以明确掌握模态。

根据该实施方式，可以利用在定子铁心1的轴方向上设置的多个多点励振单元69，以特定的振动模态固有振动频率任意激励，所以不需要在定子铁心1的外周面的轴方向上设置多个振动传感器6，并且不需要根据所得到的振动传感器6的信号判定振动模态，不需要提取特定的振动模态。一般，根据有限的测定部位的数据判定并提取振动模态时需要许多数据库，但该实施方式不需要进行振动模态的判定和提取，所以能够简化信号处理单元，而且能够减少测定点，因此可以缩短测定所需要的时间，缩短判定所需要的时间。

[其他实施方式]

以上说明了各种实施方式，但这些仅是单纯的示例，不能限定本发明。

例如，也可以组合采用了第1～第3实施方式的圆环振动模态的松动判定和采用了第4及第5实施方式的横向振动模态的松动判定，进行可靠性更高的松动判定。

并且，也可以把第3实施方式的音响或位移传感器11替换为第4和第5实施方式中的振动传感器6。

Claims (15)

1.一种定子铁心松动诊断装置，用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述定子铁心松动诊断装置的特征在于，具有：

在半径方向对所述定子铁心励振的励振单元；

检测所述定子铁心的半径方向的振动的振动检测单元；

在通过所述励振单元对所述定子铁心励振时，对通过所述振动检测单元检测产生于所述定子铁心的振动而得到的振动检测单元的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的圆环固有振动模态的测定固有振动模态的单元；

根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的圆环固有振动模态的单元；

通过比较所述测定固有振动模态、和根据所述推测固有振动模态得到的判定基准，判定定子铁心的紧固程度的判定单元；以及

检测由所述励振单元励振的励振力的单元，

所述判定单元根据所述测定固有振动模态，计算固有振动频率或振幅或衰减系数比的大小与励振力之比或传递函数，并将其与由这些参数与励振力之比、或传递函数和铁心表面压力的关系构成的判定基准进行比较判定，判定定子铁心的紧固程度。

2.根据权利要求1所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，所述判定单元求出所述测定固有振动模态中半径截面的模态形状相同而且轴方向模态为同相的固有振动频率和反相的各个固有振动频率、或者轴方向为U字状、S字状或W字状的振动模态的固有振动频率、或者这些固有振动频率之比、传递函数或固有振动频率的变化，并将其与由根据所述推测固有振动频率同样求出的固有振动频率、或者这些固有振动频率之比、传递函数或固有振动频率的变化与铁心表面压力的关系构成的判定基准进行比较，判定定子铁心的紧固程度。

3.根据权利要求1所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，所述判定单元根据所述测定固有振动模态计算衰减系数比，并将其与由预先根据形状数据推测的衰减系数与铁心表面压力的关系构成的判定基准进行比较判定，判定定子铁心的紧固程度。

4.根据权利要求1所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，所述振动检测单元包括安装在所述定子铁心的轴方向两端的振动传感器，

所述判定单元求出所述测定固有振动模态的振幅比或传递函数，并将其与由预先根据形状数据推测的轴方向两端的振动的振幅比或传递函数、与铁心表面压力的关系构成的判定基准进行比较判定，判定定子铁心的紧固程度。

5.根据权利要求1所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，所述判定单元根据所述测定固有振动模态，组合固有振动频率或固有振动频率比或振幅或衰减系数比或轴方向两端的振幅比或传递函数等的振动参数中的多个参数，并将其与判定基准进行比较判定，判定定子铁心的紧固程度。

6.一种定子铁心松动诊断装置，用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述定子铁心松动诊断装置的特征在于，具有：

在横方向对所述定子铁心励振的励振单元；

检测所述定子铁心在轴方向的多个不同位置处各自的励振方向的振动的振动检测单元；

在通过所述励振单元对所述定子铁心励振时，对通过所述振动检测单元检测产生于所述定子铁心的振动而得到的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的横向振动模态的测定固有振动频率的单元；

根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的横向振动模态的推测固有振动频率的单元；

根据所述推测固有振动频率生成判定值的单元；以及

通过比较所述推测固有振动频率和所述判定值，判定定子铁心的紧固程度的判定单元。

7.根据权利要求6所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，判定所述定子铁心的紧固程度的横向振动模态的固有振动频率是从两端自由的一阶模态、二阶模态和三阶模态中选择的一个振动模态的固有振动频率。

8.根据权利要求6所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，判定所述定子铁心的紧固程度的横向振动模态的固有振动频率是从两端自由的一阶模态、二阶模态和三阶模态中选择的多个振动模态的固有振动频率。

9.根据权利要求6～8中任一项所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，所述根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的横向振动模态的推测固有振动频率的单元，把该定子铁心视为两端自由的梁，利用该梁的横向振动的计算式求出推测固有振动频率。

10.根据权利要求9所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，在所述梁的横向振动的计算式中，通过改变梁的横向振动的计算式中的等价的纵向弹性系数，来代表铁心的表面压力。

11.根据权利要求9所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，在所述梁的横向振动的计算式中，利用根据求出的所述定子铁心的外径与内径之比、以及外径或内径与轴方向长度之比而预先生成的形状修正系数，修正所述梁的横向振动的计算式。

12.根据权利要求9所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，在所述梁的横向振动的计算式中，利用根据所述定子铁心的支撑条件预先生成的支撑条件修正系数，修正所述梁的横向振动的计算式。

13.根据权利要求9所述的定子铁心松动诊断装置，其特征在于，所述励振单元在所述定子铁心的轴方向的多个部位位励振，并可以控制各个励振位置的励振力的振动频率、振幅和相位。

14.一种定子铁心松动诊断方法，用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述定子铁心松动诊断方法的特征在于，包括：

在半径方向对所述定子铁心励振的励振步骤；

检测在所述励振步骤对所述定子铁心励振时产生于所述定子铁心的振动的振动检测步骤；

对通过所述振动检测单元检测的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的圆环模态的测定固有振动模态的测定固有振动模态提取步骤；

根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的圆环模态的推测固有振动模态的固有振动模态推测步骤；

通过比较所述测定固有振动模态、和根据所述推测固有振动模态得到的判定基准，判定定子铁心的紧固程度的判定步骤；以及

检测由所述励振单元励振的励振力的步骤，

所述判定步骤根据所述测定固有振动模态，计算固有振动频率或振幅或衰减系数比的大小与励振力之比或传递函数，并将其与由这些参数与励振力之比、或传递函数和铁心表面压力的关系构成的判定基准进行比较判定，判定定子铁心的紧固程度。

15.一种定子铁心松动诊断方法，用于诊断旋转电机的定子铁心的松动，该旋转电机构成为在轴方向层叠两面或一面被涂覆了绝缘保护膜、内径侧具有插入线圈的空间的电磁钢板，在轴方向紧固所层叠的电磁钢板，在内径侧的线圈插入空间中插入线圈，在外部连接该线圈，所述定子铁心松动诊断方法的特征在于，包括：

在横方向对所述定子铁心励振的励振步骤；

在所述励振步骤对所述定子铁心励振时，在所述定子铁心沿轴方向的多个不同位置检测产生于所述定子铁心的振动的振动检测步骤；

对在所述振动检测步骤检测的输出信号进行频率分析，提取定子铁心的横向振动模态的测定固有振动频率的测定固有振动频率提取步骤；

根据定子铁心的形状数据推测定子铁心的横向振动模态的推测固有振动频率的固有振动频率推测步骤；以及

通过比较所述测定固有振动频率、和根据所述推测固有振动频率得到的判定基准，判定定子铁心的紧固程度的判定步骤。

Images