CN101517872B - 旋转电机监视装置及旋转电机监视方法 - Google Patents

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Abstract

一种旋转电机监视装置，对由不透射光的壳体覆盖的旋转电机进行监视，该旋转电机监视装置具有：监视窗，设置为贯穿壳体的一部分，透射光而不透过气体；摄像机，配置在监视窗的外侧，对在壳体的内侧产生并透射过监视窗的辐射光进行接收，并生成图像数据；以及运算装置，处理图像数据。运算装置具有：基准图像数据保存单元，将壳体内的基准状态的黑体辐射的图像数据保存为基准图像数据；以及温度运算单元，通过将图像数据与基准图像数据进行比较，从而求出壳体内的温度。

Description

旋转电机监视装置及旋转电机监视方法
技术领域
本发明涉及对由不透射光的壳体覆盖的旋转电机的壳体内的温度等进行监视的装置及方法。
背景技术
以往，作为对电动机等旋转电机的线圈的温度的异常进行监视的方法，已知通过线圈的电阻值来评估温度的方法。另外，还知道在线圈的附近设置测温电阻或热电偶等传感器来测量温度的方法。
另外，为了诊断旋转电机的定子的绝缘状态，对在定子上产生的部分放电脉冲的大小和频率进行评估。因此，已知通过特定的单相静电耦合来检测部分放电信号的方法和通过高频变流器来检测脉冲性电流的信号的方法。
另外，作为对旋转电机的壳体内的气体的异常产生进行检测的方法，已知抽出壳体内的气体并通过宏观分析装置等进行分析的方法。
另外，作为分光分析方法，已知专利文献1-3的文献。
专利文献1：日本特开平6-288922号公报
专利文献2：日本特开平7-198612号公报
专利文献3：日本特开平8-201361号公报
在通过线圈的电阻值来评估温度的方法中，虽然能够评估线圈整体的平均温度，但不能检测出局部的温度上升。
另外，根据在线圈的附近设置测温电阻或热电偶等传感器来测量温度的方法，虽然能够检测出局部的温度，但温度测量位置限于特定的点，所以在其外的位置上成为异常高温的情况下则不能检测出该情况。为了增加该温度测量位置就需要该个数的传感器，存在成本增加的问题。
另外，通过定子的特定的单相的静电耦合来检测部分放电信号的方法、或通过高频变流器来检测脉冲性电流的信号的方法中，外部噪声的影响很大，难以进行实时的监视。
另外，在抽出旋转电机的壳体内的气体并通过宏观分析装置等进行分析的方法中，难以进行实时的监视。
进而，在现有技术中，对于旋转电机的温度、部分放电、壳体内的气体分析，各自需要分别的传感器。
发明内容
本发明是鉴于上述背景技术而做成的，其目的在于至少简单地检测出旋转电机的温度的异常。
另外，本发明的其他目的在于几乎实时地简单地检测出旋转电机的部分放电异常。进而，本发明的其他目的在于简单地进行旋转电机的壳体内的气体的分析。进而，本发明的其他目的在于以一个装置进行与旋转电机有关的上述各种状态检测。
为了达到上述目的，本发明涉及的旋转电机监视装置是对由不透射光的壳体覆盖的旋转电机进行监视的旋转电机监视装置，其特征在于，具有：监视窗，设置为贯穿上述壳体的一部分，透射光而不透过气体；摄像机，配置在上述监视窗的外侧，对在上述壳体的内侧产生并透射过上述监视窗的辐射光进行接收，并生成图像数据；以及运算装置，处理上述图像数据；上述运算装置具有：基准图像数据保存单元，将上述壳体内的基准状态的黑体辐射的图像数据保存为基准图像数据；以及温度运算单元，通过将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度。
另外，本发明涉及的旋转电机监视方法是对由不透射光的壳体覆盖的旋转电机进行监视的旋转电机监视方法，其特征在于：在上述壳体的一部分设置透射光而不透过气体的监视窗，在上述监视窗的外侧配置对在上述壳体的内侧产生并透射过上述监视窗的辐射光进行接收并生成图像数据的摄像机，将上述壳体的基准状态的黑体辐射的图像数据保存为基准图像数据，通过将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度。
根据本发明，至少能够简单地检测出旋转电机的温度的异常。另外，通过利用本发明，能够几乎实时地简单地检测出旋转电机的部分放电异常。能够简单地进行旋转电机的壳体内的气体的分析，而且，能够以一个装置进行与旋转电机有关的上述各种状态检测。
附图说明
图1是表示将本发明涉及的旋转电机监视装置的一个实施方式设置于旋转电机的状态的示意纵剖面图。
图2是表示图1的旋转电机监视装置的光处理部及其周边的结构的框图。
图3是表示图2的光处理部及其周边上的图像数据等的说明图。
图4是表示图1的旋转电机监视装置中的附着加热器的放大纵剖面图。
图5是表示图1的旋转电机监视装置中不加热被加热体(辅助件)的情况下的向光处理部的入射光的2维分布的例子的图。
图6是表示本发明涉及的旋转电机监视装置的一个实施方式中的波长与电子数的关系的例子的曲线图。
图7是表示在本发明涉及的旋转电机监视装置的一个实施方式中、温度、和该温度下的电子数与基准温度下的电子数之间的差的关系的例子的曲线图。
图8是表示使图1的旋转电机监视装置中的附着加热器的加热断续的情况的测量过程的例子的时间图。
图9是表示图1的旋转电机监视装置中加热了被加热体的情况下的向光处理部的入射光的2维分布的例子的图。
图10是表示基于来自图9的被加热体的光的电子数与波长的关系的曲线图的例子。
图11是将图10的数据与基准温度的固有的数据进行比较来表示电子数与波长的关系的曲线图的例子。
图12是表示为了基于图11的数据求出气体浓度而利用的浓度与电子数的关系的曲线图的例子。
图13是表示图1的旋转电机监视装置中的监视窗与光处理部及摄像机的配置关系的其他例子的示意纵剖面图。
图14是表示在图13的监视窗和光处理部及摄像机的接合部安装保护盖时的例子的示意纵剖面图。
图15是表示在图14的监视窗和光处理部及摄像机的接合部安装与图14不同的保护盖时的例子的示意纵剖面图。
图16是表示图1的旋转电机监视装置的变形例中的摄像机和运算装置的连接例的示意结构图。
符号说明
1壳体
2定子
4端部
5监视窗
6光处理部
7摄像机
7a  第一分光图像摄像机
7b  第二分光图像摄像机
7c  2D图像摄像机
8线缆
9运算装置
10  光电子倍增管
11  光分配器
12  第一聚光器
13  第二聚光器
14  第一分光器
15  第二分光器
20  第一光路
21  第二光路
22  第三光路
23  第一部分镜
24  第二部分镜
24a 开口
25  附着加热器(辅助件加热装置)
26  电加热器
27  加热器电源
28  被加热体(辅助件)
29  表面温度传感器
30  表面温度测量器
50  安装工具
51、52、53  接合部保护盖
60  发送机
61  接收机
62  传输路
70、71 图像
具体实施方式
以下参照附图，说明本发明涉及的旋转电机监视装置及其监视方法的一个实施方式。
首先，参照图1至图4，说明本实施方式的旋转电机监视装置的结构。在此，图1是表示将该旋转电机监视装置设置于旋转电机的状态的示意纵剖面图。另外图2是表示该旋转电机监视装置的光处理部及其周边的结构的框图。图3是表示该光处理部及其周边上的图像数据等的说明图。图4是表示该旋转电机监视装置中的辅助件加热装置(附着加热器)的放大纵剖面图。
在图1中，旋转电机例如是电动机，在壳体(框架)1内配置有定子2。壳体1例如为钢制，覆盖定子2整体，使外部光不进入内部。在靠近定子2的端部4的位置的壳体1上设有开口，安装有监视窗5以闭塞该开口。监视窗5是透射光而不透过气体的构造，做成即使壳体1内部发生爆炸时对此也能够耐受的构造。
在监视窗5的外侧安装有光处理部6，由该光处理部6得到的信息被输入至摄像机7并生成图像数据。构成为来自摄像机7的信号通过线缆8发送至运算装置9并进行处理。
如图2及图3所示，光处理部6具有：光电子倍增管10，增加接收光的光电子；以及光分配器11，将从该光电子倍增管10发出的光分配至第一光路20、第二光路21及第三光路22。另外，光处理部6具有：第一聚光器12及第二聚光器13，对第一光路20及第二光路21的光分别进行聚光；以及第一分光器14及第二分光器15，对通过第一聚光器12及第二聚光器13的光根据其波长分别进行分光。
从第一分光器14及第二分光器15发出的光分别由第一分光图像摄像机7a及第二分光图像摄像机7b进行图像化。另外，从光分配器11分配至第三光路22的光由2D图像摄像机7c进行图像化。其中，在图1中，将这些摄像机7a、7b、7c统一表示为一个摄像机7。
光分配器11分解各光电子，内置有第一部分镜(半反镜：half mirror)23和第二部分镜24。第一部分镜23在其整个面上是半透明的，入射光的一部分(不限于一半)透射而成为前往第三光路22的光。没有透射过第一部分镜23的光在第一部分镜23上反射并向第二部分镜24入射。第二部分镜24在其中央存在开口24a，通过了该开口24a的、中央的光通过第二光路21。另一方面，在第二部分镜24的周边部入射的光不通过开口24a，在第二部分镜24上反射并沿着第一光路20前进。
如图1所示，在旋转电机监视装置中还具有附着加热器25。附着加热器25在监视窗5的附近贯穿壳体1而安装。
如图4所示，附着加热器25具有：电加热器26，在壳体1内插入配置；加热器电源27，向该电加热器26输送电力；被加热体(辅助件)28，由电加热器26加热；表面温度传感器29，用于测量被加热体28的表面温度；以及表面温度测量器30，通过表面温度传感器29测量被加热体28的表面温度。被加热体28例如是铜或铝的金属材料。如图1所示，被加热体28配置在通过监视窗5由摄像机7拍摄的位置上。
接着，说明上述结构的旋转电机监视装置的作用。
首先，说明不使附着加热器25工作的情况。该情况是完全不接通加热器电源27的情况，即时在不存在上述结构中的附着加热器25时也是同样的。
一般的，从物体发出的辐射光(电磁波)的强度是该物体的表面温度的函数。因此，测量从物体表面的各点发出的光的强度，并将其与基准温度下从同一点发出的光的强度进行比较，从而能够推测该点的现在的温度。在此所说的光，除了可见光，还包括红外线和紫外线等电磁波。
另外，在存在由旋转电机的定子线圈的绝缘不好等引起的部分放电的情况下，产生由该放电引起的电磁波。基于此原理，能够根据产生的电磁波检测出旋转电机监视装置的部分放电异常。
在本实施方式中，基于该原理，测量从旋转电机监视装置发出的电磁波，从而测量各部分的温度，并且检测部分放电异常。
即，如果以从轴向面对旋转电机的定子2的端部4的方向、通过监视窗5由摄像机7拍摄黑体辐射的状况，则能够得到例如图5的图像70。来自定子2的端部4的高温部的辐射强，所以该部分放射特别强的光，根据该图像，可知旋转电机的哪个部分成为高温。由图5的椭圆A围着的部分与其他的定子端部相比，发出极强的电磁波，可知存在该部分上由绝缘劣化引起的电晕放电发生的可能性。这样的异常的判断能够通过事先保存正常时的图像数据、并与其进行比较来容易地进行。该图像数据收集通过图3所示的第三光路22进行。
进而，对于在图5的图像70中放射强电磁波而被认为是高温的部分、例如由椭圆B围着的部分，基于该电磁波的强度求出该高温位置的温度。在该情况下，优选由第一聚光器12聚集图3的第一光路20的光，由第一分光器14进行基于波长的分光，选择一个或多个合适的波长，以相同波长的电磁波成分来与基准温度的情况进行比较。
即，如图6所示，能够得到基准温度、例如20℃时的辐射所引起电子数的波长分布曲线33、和测量状态的温度(N℃)时的辐射所引起的电子数的波长分布34。N＞20的情况下，如图6所示，测量状态的温度时的辐射所引起的电子数的波长分布34的电子数比基准温度(20℃)的辐射所引起的电子数的波长分布曲线33的电子数大。在此，将某波长L1上的两电子数之差设为F1，将其他波长L2上的两电子数之差设为F2。如果测量状态的温度比基准状态的温度高，则F1及F2为正值。
接着，例如能够像图7的实线35那样描绘出波长L1上的电子数之差F1和测量温度与基准温度之差的关系。同样的，例如能够像图7的虚线36那样描绘出波长L2上的电子数之差F2和测量温度与基准温度之差的关系。实线35、虚线36在基准温度(20℃)下的电子数差当然为零。
可以在基准温度及另外测量的多个温度下，测量由辐射引起的电子数，并预先制作图6及图7并进行保存。然后，在实际测量旋转电机时，通过测量电子数，能够根据图7的关系来推测此时的温度。在此情况下，能够基于一个波长下的电子数来推测温度，但通过基于多个波长下的数据来推测温度，并比较这些结果，能够提高数据的可靠性。另外，例如对基于这些数据而推测的多个温度进行平均，能够提高测量精度。
接着，说明在上述结构的旋转电机监视装置中使附着加热器(辅助件加热装置)25工作时的作用。附着加热器25用于与光处理部6和摄像机7等旋转电机监视装置的其他部分组合，求出旋转电机的壳体1内的气体的异常发生和该气体的浓度。
在被插入在壳体1内的电加热器26上安装被加热体(辅助件)28，并使加热器电源27的电源断续，从而重复对被加热体28的加热和放冷。在被加热体28被放冷期间，壳体1内的气体附着在被加热体28的表面上，在被加热体28的表面上附着的表面物质由于其后的加热而气化。通过测量此时发出的电磁波，能够检测该壳体1内的气体的成分和浓度。
图8是表示使附着加热器25的加热断续的情况的测量过程的例子的时间图。如该图所示，被加热体28例如以包括5分钟的加热和5分钟的放冷的10分为周期反复加热和放冷，并在加热期间进行光电子数据的采集。
图9表示图8的测量“打开”时向光处理部6输入的光电子的图像71的例子。在图9中，关于与旋转电机的定子2的端部4的发热对应的电磁波的发出部(包括由椭圆B围着的部分)、和由异常放电引起的电磁波的发出部(由椭圆A围着的部分)，与图5相同。在图9中还出现了由椭圆C围着的部分上的电磁波的发出部。该部分与被加热体28的发生所对应的电磁波的发出相对应。
图10是表示对于图9的C部、即被加热体28发出的电磁波的数据，表示波长和电子数的关系的曲线图的例子。该分布曲线包括与图6的分布曲线相同的平缓的分布曲线部分40、和在某些波长上特别陡峭的上升部分41。平缓的分布曲线部分40与图6相同，为与温度对应的分布曲线。
另一方面，陡峭的上升部分41由附着在被加热体28的表面并被加热而从表面放出的物质所对应的辐射引起。该特别陡峭的上升部分41的波长(固有峰值波长)根据气体的种类而不同。因此，通过调查该上升部分41的波长，能够知道气体的种类。
进而，通过测量该上升部分41的上升高度，能够求出壳体1内的该气体成分的浓度。该情况如图11及图12所示。
图11是将图10的数据与基准温度的固有的数据进行比较来表示电子数与波长的关系的曲线图的例子。该图的例子中，在三类波长Q1、Q2、Q3上存在固有的陡峭的电子数增加(上升)。通过比较该曲线图和基准温度的固有的数据，能够测量各波长Q1、Q2、Q3的固有的增加电子数D1、D2、D3。对于与各波长Q1、Q2、Q3对应的气体，预先测量已知的多种浓度的情况的固有的增加电子数，求出如图12所示的浓度比电子数的关系(校正曲线)，并事先保存该数据。通过测量实际的旋转电机上的电磁波产生所引起的电子数，并将其与校正曲线进行比较，从而能够换算为与特定波长对应的气体的浓度。
在上述的结构例中，将电加热器26与被加热体28分开，但也可以通过将被加热体28自身作为电阻器，从而将电加热器26与被加热体28作为同一部件。
如上所说明的，在检测出旋转电机的温度的异常、放电的异常发生或壳体内气体的异常发生等时，也可以发出警报。
图13表示将图1所示的旋转电机监视装置的光处理部6安转在监视窗5上的结构的变形例。在该图的例子中，光处理部6相对于监视窗5以倾斜的方向安装。该情况下，安装工具50被安转于壳体1或监视窗5，以使光不从该安装部漏入。在图14的例子中，还配置有接合部保护盖51，以覆盖该监视窗5与光处理部6的接合部及光处理部6与摄像机7的接合部。图15表示图14的构造的变形例，将覆盖监视窗5与光处理部6的接合部的接合部保护盖52与覆盖光处理部6与摄像机7的接合部的接合部保护盖53分离。进而作为其他变形例，还可以替代接合部保护盖，或者在接合部保护盖的基础上，以油灰(putty)材料填埋缝隙，或者对接合部进行焊接等。
图16表示摄像机7与运算装置9之间的信号路径与图1或图13所示的情况不同的例子。在该例子中，在摄像机7侧配置发送机60，在运算装置9侧配置接收机61，通过传输路62连接发送机60与接收机61之间。传输路62也可以是无线的。

Claims (17)

1.一种旋转电机监视装置，对由不透射光的壳体覆盖的旋转电机进行监视，其特征在于，具有：
监视窗，设置为贯穿上述壳体的一部分，透射光而不透过气体；
摄像机，配置在上述监视窗的外侧，对在上述壳体的内侧产生并透射过上述监视窗的辐射光进行接收，并生成图像数据；
运算装置，处理上述图像数据；
被加热体，配置在能够通过上述监视窗由上述摄像机监视的位置的上述壳体内；
加热器，加热上述被加热体；以及
温度计，测量上述被加热体的温度；
上述运算装置具有：
基准图像数据保存单元，将上述壳体内的基准状态的黑体辐射的图像数据保存为基准图像数据；
温度运算单元，通过将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度；以及
固有峰值波长提取单元，该固有峰值波长提取单元对在通过上述加热器加热上述被加热体从而使附着在上述被加热体上的物质气化时由上述摄像机得到的上述图像数据的波长分布、和上述基准图像数据的波长分布进行比较，从而提取固有峰值波长。
2.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于，还具有：
光电子倍增管，该光电子倍增管将透射过上述监视窗的辐射光变换为电子并使其倍增，传送至上述摄像机。
3.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于：
分光器，该分光器对透射过上述监视窗的辐射光以波长进行分光；
上述温度运算单元对于至少一个特定的波长的光，将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度。
4.如权利要求3所述的旋转电机监视装置，其特征在于，还具有：
上述温度运算单元包括以下单元：该单元对于至少二个特定的波长的光，将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度，并求出由此求出的温度的平均。
5.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于：
上述运算装置还包括以下单元：该单元通过将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而判断上述壳体内的异常电磁波的产生及其产生位置。
6.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于，
上述运算装置具有下述单元，该单元基于上述固有峰值波长判断上述壳体内的气体成分。
7.如权利要求6所述的旋转电机监视装置，其特征在于，
上述运算装置还具有下述单元，该单元基于上述图像数据的上述固有峰值波长的辐射光的强度，求出上述壳体内的特定的气体成分的浓度。
8.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于，
上述摄像机与运算装置通过线缆连接。
9.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于，
在上述摄像机上安装了发送上述图像数据的发送机，在上述运算装置上安装了接收从上述摄像机发送的上述图像数据的接收机。
10.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于，还具有：
保护盖，该保护盖用于抑制在上述监视窗与上述摄像机之间光从外部进入。
11.如权利要求1所述的旋转电机监视装置，其特征在于，
上述运算装置还具有：警报装置，该警报装置在上述图像数据与上述基准图像数据比较而相差超过规定的幅度时，发出警报。
12.一种旋转电机监视方法，对由不透射光的壳体覆盖的旋转电机进行监视，其特征在于：
在上述壳体的一部分设置透射光而不透过气体的监视窗，
在上述监视窗的外侧配置摄像机，该摄像机对在上述壳体的内侧产生并透射过上述监视窗的辐射光进行接收并生成图像数据，
将上述壳体的基准状态的黑体辐射的图像数据保存为基准图像数据，
通过将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度，
在上述壳体内能够通过上述监视窗由上述摄像机监视的位置上，配置被加热体，
断续地加热上述被加热体，
测量上述被加热体的温度，
对在通过加热上述被加热体从而使附着在上述被加热体上的物质气化时由上述摄像机得到的上述图像数据的波长分布、和上述基准图像数据的波长分布进行比较，从而提取固有峰值波长，
基于上述固有峰值波长来判断上述壳体内的气体成分。
13.如权利要求12所述的旋转电机监视方法，其特征在于，
通过光电子倍增管将透射过上述监视窗的辐射光变换为电子并使其倍增，传送至上述摄像机。
14.如权利要求12所述的旋转电机监视方法，其特征在于，
对透射过上述监视窗的辐射光以波长进行分光，
对于至少一个特定的波长的光，将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度。
15.如权利要求14所述的旋转电机监视方法，其特征在于，
对于至少二个特定的波长的光，将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而求出上述壳体内的温度，并求出由此求出的温度的平均。
16.如权利要求12所述的旋转电机监视方法，其特征在于，
通过将上述图像数据与上述基准图像数据进行比较，从而判断上述壳体内的异常电磁波的产生及其产生位置。
17.如权利要求12所述的旋转电机监视方法，其特征在于，
基于上述图像数据的上述固有峰值波长上的辐射光的强度，求出上述壳体内的特定的气体成分的浓度。
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