CN104160290A - 用于检验电机的定子铁心的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机定子铁心的自动化EL CID检验技术。检验装置包括导轨、拾波线圈和线圈支撑组件。线圈支撑组件包括能够沿导轨移动的第一部分、以及实际安装有拾波线圈的第二部分。第二部分能够与第一部分一起沿导轨移动，同时还能沿朝向或远离定子铁心的方向相对于第一部分移动。电动机驱动线圈支撑组件运动。在检验过程中，电动机被开动，此时线圈支撑组件沿导轨移动，而第二部分相对于第一部分的移动使定子铁心和拾波线圈之间保持规定的距离。此技术特别适用于定子铁心的台阶式芯铁部分。

Description

用于检验电机的定子铁心的装置与方法

对相关申请的引用

本专利申请要求于2012年3月6日提交的申请号为61/607,159的临时专利申请的权益。该申请的全部内容通过完全引用合并于本文中。

技术领域

本发明总体上涉及使用电磁检测器对电机进行检验，尤其涉及具体适用于电机的定子铁心的台阶式芯铁区域的一种自动化检验装置和方法。

背景技术

发电机和其它电机的定子铁心由多片(例如数千片)薄片或薄层叠置而成。每片的厚度通常在千分之一英寸级别。每层涂有很薄的电绝缘层，以便把其与相邻层电绝缘。这种绝缘能防止定子铁心中的交变磁通在不同层之间感生涡流。若相邻层之间的绝缘在组装、操作或维护过程中被破坏，则可能形成导通路径，交变磁通可能在这些路径中感生电流。这种导通电流产生“热点”，若这种热点未被及时发现，则可能导致机器故障。

适合于检测这种定子铁心热点的一种装置是电磁铁芯缺陷检测器(“ELCID”)。EL CID对定子铁心进行激励，然后测量流过损坏区域的任何故障电流，从而以电磁方式检测潜在的热点。通常，EL CID的传感器被压在定子铁心层片上，并沿定子铁心的长度移动。当传感器沿铁心的长度轴向扫描时，它们产生模拟信号，该模拟信号的幅度与检测到的故障电流的大小成正比。通过检查模拟信号的幅值与沿铁心长度方向上的传感器距离之间的关系图，操作员能够检测损坏绝缘层的位置。

发明内容

定子铁心具有用于安装转子的圆柱形孔。该孔的直径总体是恒定的，但是在其轴向端部处有所变化，直径沿轴向朝相应的端部逐渐增大。直径的增大是阶越式的，因此，与定子铁心的轴向端部相邻的部分被称为“台阶式芯铁”。台阶式芯铁部分有利于降低定子铁心端部的磁通密度。

在使用EL CID进行检验时，在定子铁心的主段处(即，具有恒定直径的圆柱形部分)的扫描操作可由自动化工具进行，例如，使用骑在定子铁心的内径上沿轴向移动的皮带传动式传感器小车。但在定子铁心的台阶式芯铁部分处会发生问题，即，由于铁心在该区域中的轴向轮廓发生突变，因此难以从传感器获得精确读数。由于该区域的铁心轮廓发生阶越变化，因而甚至难以手工地把传感器平稳地移过该区域以避免失真输出。当然，在使用上述类型的自动化工具把传感器在台阶式芯铁部分上移动时，更难以避免失真的输出。

本技术提供一种可用于精确检验电机的定子铁心的任何部分(包括台阶式芯铁部分)的装置和方法。本文中揭示的实施方式提供一种对定子铁心的台阶式芯铁部分进行自动化EL CID扫描的方法，该方法能够提供相当精确的数据，这种数据是在使用上述工具的情况中无法获得的。

检验装置具有作为电磁传感器/检测器的拾波线圈和导轨。拾波线圈由线圈支撑组件支撑，在检验操作过程中，所述线圈支撑组件沿导轨移动。为了纳入台阶式芯铁部分的台阶式轮廓的不规则性，线圈支撑组件具有可彼此相对移动的至少两个部分。线圈支撑组件包括能够沿导轨移动的第一部分、以及在其上实际安装有拾波线圈的第二部分。第二部分与第一部分一起沿导轨移动，同时还能沿朝向或远离定子铁心的方向相对于第一部分移动。驱动电动机驱动线圈支撑组件(包括第一和第二部分)运动。

在检验操作过程中，所述装置固定到定子铁心上，从而导轨沿铁心的轴向延伸，并且驱动电机被开动。在驱动电动机被开动时，线圈支撑组件沿导轨移动，而第二部分相对于第一部分的移动使定子铁心和拾波线圈之间保持规定的距离。

检验操作还包括对定子铁心通电，此时拾波线圈与通电后的定子铁心通过电磁波相通，从而局部地测量定子铁心中的涡流，并提供与局部地测量的涡流大小成正比的信号。然后，对拾波线圈的信号进行评估，以确定定子铁芯中的有问题区域。

通过使第二部分朝定子铁心偏置等方式，有利于载有拾波线圈的第二部分朝定子铁心的表面移动。朝定子铁心的偏置用于使拾波线圈相对于铁心保持恒定的距离。

在一个示例性实施方式中，可利用弹簧把第二部分安装在第一部分上，从而实现偏置。

载有拾波线圈的第二部分也可以安装在轮子上。当轮子沿导轨移动时，它精确地追随定子铁心的这部分的轮廓而动，这使得拾波线圈被保持在距定子铁心的已知距离处，从而产生精确的输出数据。

在一个实施方式中，第二部分是可调节的线圈安装架，它接收拾波线圈的传感端，从而使拾波线圈距定子铁心的距离可调。使用可调节的线圈安装架，在安装过程中能在线圈和铁心之间形成预定的最佳距离。

在另一个实施方式中，第一部分横跨导轨，并支撑两个第二部分，每个第二部分分别在导轨的一侧。在每个第二部分上安装有拾波线圈的相应传感端。而且，第一部分在横向可开有槽缝，因而，通过沿带有槽缝的弯曲保持架移动这两个第二部分或二者之一，能够调节两个第二部分之间的宽度。这能实现根据定子铁心的不同槽缝宽度调节所述检验装置的功能。

拾波线圈可包括能够通过电磁波与定子铁心相通的任何电磁检测器。例如，这种检测器可以是恰托克线圈(Chattock coil)。

在一个实施方式中，布置有导引组件，该导引组件以可移动的方式安装在导轨上，并构造为沿导轨导引线圈支撑组件。

如上文所述，在检验过程中，所述装置固定至电机的定子铁心上。例如，为此目的，可以使用磁铁或甚至一系列磁铁。

为了把驱动电动机连接至线圈支撑组件，所述装置可结合有任何适当的传动机构，例如螺杆传动机构或皮带传动机构等。

在另一方面，本发明提供一种使用检验装置检验电机的定子铁心的台阶式芯铁部分的自动化方法。所述检验装置包括布置为沿定子铁心做轴向运动的拾波线圈以及用于驱动所述轴向运动的电动机。为了适应台阶式芯铁部分的台阶式轮廓，拾波线圈构造为可随着其轴向运动沿朝向和/或远离定子铁心的方向移动。根据所述方法，把检验装置固定至定子铁心上，对定子铁心通电，并进行控制，以便驱动电动机，使拾波线圈沿定子铁心轴向移动。拾波线圈与通电后的定子铁心通过电磁波相通，从而局部地测量定子铁心中的涡流，并提供与局部地测量的涡流大小成正比的信号。当拾波线圈沿台阶式芯铁部分轴向移动时，拾波线圈还同时沿所述方向移动，从而使定子铁心和拾波线圈之间保持规定的距离。

通过保持规定的距离，能确保当拾波线圈越过台阶式芯铁部分时从拾波线圈获得的信号基本上无误差。实现此特性的一个方式是在把拾波线圈安装在检验装置上时使其朝定子铁心偏置。例如，可通过弹簧实现偏置。当拾波线圈轴向移动时，拾波线圈的运动还被追随定子铁心的台阶式芯铁部分的轮廓的轮子导引。

可对从拾波线圈获得的信号进行评估，例如，以便确定台阶式芯铁部分中的热点。当局部地测量的涡流值与故障值对应时，则表明检测到这种热点。

附图说明

下面将参照附图更详细地说明本发明。附图示出了优选构造，但不限制本发明的范围。

图1示出了结合有螺杆传动机构的EL CID检验装置的第一实施方式；

图2是图1所示的检验装置的部件分解图；

图3示出了结合有皮带传动机构的EL CID检验装置的第二实施方式；

图4是图3所示的检验装置的部件分解图；以及

图5是在本发明的实施方式中定子铁心和拾波线圈之间如何保持恒定距离的示意图。

具体实施方式

下文所述的特定实施方式提供一种装置和方法，所述装置和方法特别适合于对电机的定子铁芯的主段和台阶式芯铁区域进行EL CID测试。示例性的电机是发电机。现有的EL CID测试说明书和自动化工具给电磁传感器(在此又称为“拾波线圈”)的正确操控造成了困难，特别是台阶式芯铁部分上。若拾波线圈操控不当，则输出读数可能失真，并掩盖住绝缘损坏问题。下文所述的实施方式提供能够自动精确监测定子的台阶式芯铁部分以及定子的平直主段的自动化工具，从而克服了这些困难。

图1示出了布置在发电机的定子铁芯12上的EL CID检验装置10的示例性实施方式。定子铁心12具有沿平行于标号14所示的方向延伸的轴线，并包括主段16和与每个末端20相邻的台阶式芯铁部分18。主段16的直径沿轴向基本恒定，而台阶式芯铁部分18的直径沿轴向以台阶形式增大。定子铁心12还包括多个轴向延伸的槽缝22，检验装置10沿其中一个槽缝22布置。在检验过程中，装置10被牢固地保持在槽缝位置，例如通过磁力保持。

图2是检验装置10的部件分解图。下面将参照图1和图2进一步说明所示的实施方式。如图所示，检验装置主要包括：导轨101；具有传感端102a和102b的拾波线圈102；能够沿导轨101运载拾波线圈102的线圈支撑组件103；以及，驱动线圈支撑组件103沿导轨101移动的电机116。拾波线圈102是电磁检测器，在检验操作过程中，当定子铁心12通电时，该电磁检测器能够与定子铁心12通过电磁波相通。在所示的例子中，拾波线圈102具体为恰托克线圈。示例性的拾波线圈102具有不导电的铁心和缠绕在铁心上的导线，所述导线沿铁心的长度按每英寸规定匝数缠绕。为了清晰起见，在图1中未示出拾波线圈102，但是应理解，在操作过程中，拾波线圈102是通过把传感端102a和102b插入下文中详述的线圈安装架107a和107b的相应槽缝108a和108b来安装的。还应理解，传感端102a和102b属于同一个连续的拾波线圈102。

导轨101由导轨支架126支撑，导轨支架126以及内侧加强筋104和外侧加强筋105一起为安装该装置10的前述所有部件提供了牢固的支撑构造。

在所示的实施方式中，线圈支撑组件103由横向构件106构成，该横向构件106可沿导轨101移动，并支撑分别处于导轨101的一侧的线圈安装架107a和107b。线圈安装架107a和107b的安装为能够随横向构件106一起沿导轨101移动。线圈安装架107a和107b中的每一个都包括相应的槽缝108a、108b(参见图2)，拾波线圈102的相应传感端102a、102b通过该槽缝安装，并通过翼形螺钉109等固定件固定就位。这种布置形式还允许在安装过程中把拾波线圈102距定子铁心12的距离(尤其是传感端102a和102b距定子铁心12的距离)调节为最佳。所述最佳距离是根据铁心的磁通密度和/或线圈的灵敏度等因素确定的。在此例中，该距离可选择为不超过0.01英寸。为了进行精确测量，期望当拾波线圈102经由导轨101轴向地沿着定子铁心12穿过时该距离保持一致。

在所示实施方式中，线圈安装架107a和107b中的每一个都安装到横向构件106上，其安装方式使得允许每个线圈安装架107a、107b与横向构件106之间的相对运动。此相对运动处于定子铁心12的表面的方向。在此例中，所述相对运动同时垂直于导轨101和横向构件106。通过这种布置形式，即使当拾波线圈102越过台阶式芯铁部分18时，也能使拾波线圈传感端102a和102b与定子铁心12之间保持规定的距离。所述规定距离具有如上确定的恒定最佳值，但是可纳入相对于该最佳值的已知公差。

为了便于使拾波线圈(即，传感端)相对于定子铁心保持恒定或规定的距离，在安装拾波线圈时，可以使拾波线圈朝定子铁心的表面偏置。在所示的实施方式中，这种特性是通过利用弹簧把线圈安装架107a、107b安装到横向构件106上而实现的。为此，每个线圈安装架107a、107b都通过线圈安装座121安装在横向构件106上。每个线圈安装座121基本上固定到横向构件106上，并且以可滑动的方式支撑相应的线圈安装架107a、107b。因此，线圈安装架107a和107b可沿朝向和远离定子铁心12的表面的方向相对于相应的线圈安装座121自由移动。线圈安装架107a和107b还安装在轮子122上，所述轮子122与定子铁心12的表面接触，并且当拾波线圈102沿导轨101轴向移动时追随定子铁心12的轮廓运动。弹簧123使每个线圈安装架107a、107b和相应的轮子122朝向定子铁心12偏置。具体而言，当拾波线圈102轴向越过台阶式芯铁部分18时，弹簧123的偏置作用确保轮子122不脱离定子铁心12的表面，因而，即使在台阶式芯铁部分18处，也能使拾波线圈传感端102a、102b与定子铁心12之间保持规定的距离。

上述布置形式在图5中示意性地示出，其中，拾波线圈传感端102a、102b与定子铁心12之间的距离标为“d”。线圈安装架107a、107b能够沿标记为“R”的方向相对于横向构件106做相对运动。此相对运动被平行于标记为“F”的方向的偏置力约束。

在上述的实施方式中，偏置作用是通过弹簧实现的。但是，偏置作用也可通过其它机制实现(例如液压机制)和/或通过重力实现。而且，可以不使用轮子，而是临时使用沿台阶式芯铁部分的斜坡布置的轨道或滑板，当横向构件沿导轨轴向移动时，可移动的线圈安装架能沿所述轨道或滑板滑动，这样也能追随台阶式芯铁部分的轮廓而动。在另一个实施方式中，不使用轮式接近传感器，而是在线圈或线圈安装架上布置距离传感器，所述距离传感器向电动机提供反馈，使电动机控制拾波线圈与定子铁心之间的距离，从而使拾波线圈和定子铁心之间保持规定的距离。

现在请参考图1和图2，横向构件106具体为带有横向延伸槽缝110的弯曲保持架。通过沿带有槽缝的弯曲保持架106移动这两个线圈安装架107a和107b或二者之一，能够把定子铁心12的槽缝22调节为不同的宽度。然后，可通过线圈安装座121利用翼形螺钉111等固定件把线圈安装架107a、107b固定到弯曲保持架106上。

在所示的实施方式中，线圈支撑组件103(包括横向构件106和线圈安装架107a、107b)沿导轨101的运动是由导引组件引导的，所述导引组件包括导向块112和导向块安装架113。为此，导向块112具有槽缝129，该槽缝129的形状与导轨101的形状大致相符，从而导向块112能滑过导轨101。导向块安装架113附接至线圈支撑组件103的横向构件106。另外，可以布置限位开关114(例如微动开关)来限制线圈支撑组件103在两个方向上的行程量。在此例中，限位开关114构造为把行程量限制为24英寸左右。在检验操作过程中，一系列磁铁115把装置10固定至定子铁心12上。

线圈支撑组件103的轴向运动是由驱动电动机116驱动的。驱动电动机116例如可包括变速直流电动机。在图1和图2所示的实施方式中，螺杆传动机构把驱动电动机116连接至线圈支撑组件和导引组件。螺杆传动构造包括平行于导轨101延伸的外螺纹杆117(例如梯形螺杆)和固定至导向块组件的相应内螺纹螺母119(例如梯形螺母)。梯形螺杆117的端部由轴承119支撑，并经由联轴器120以可转动的方式耦合至驱动电动机116。当电动机116被开动时，电动机116的转动扭矩由梯形螺杆117传递至梯形螺母118，导致梯形螺母118沿梯形螺杆117直线移动。这又导致导引组件以及线圈支撑组件沿导轨101移动。

图3和图4示出了另一个实施方式，该实施方式采用皮带传动机构而不是螺杆传动机构来驱动沿导轨的轴向运动。图3和图4的视图分别与图1和图2的视图对应。为了清晰、简洁地表述，使用相似的数字来指代附图中的相似元件。

如图3和图4所示，皮带传动构造包括输送带124，该输送带124布置在导轨101周围，并且其端部由轴承125支撑。输送带124由电动机116驱动，在此情况中，电动机116垂直于导轨101布置。导引组件仅在导轨101的一侧经由皮带保持装置128附接至皮带124上，而在另一侧悬空。在电动机116开动时，输送带124开始运动，导致导引组件和线圈支撑组件沿导轨101运动。

下面参照上述实施方式说明示例性的定子铁心检验方法。

在操作过程中，装置10在所需的轴向位置固定至定子铁心12上，使得导轨101基本上平行于定子铁心的轴线。在所示的实施方式中，一系列磁铁115用于此目的。经由连接部127形成与控制箱或数据记录器(未示出)的电连接。检验方法包括对定子铁心12通电。这个步骤可包括使用安装在定子铁心12的孔中的激励回路导线(通常为数匝)。然后，该回路可连接至频率恒定且幅值可调的交流电压源，并且通电。然后，开动并控制驱动电动机116(例如从发电机以远程方式进行)，使拾波线圈以预定速度(恒定速度或可变速度)沿导轨轴向移动。拾波线圈102开始与通电的定子铁心12通过电磁波相通。当拾波线圈102沿定子铁心12的轴向长度移动时，拾波线圈102拾取局部涡流，尤其是因层片中的有缺陷绝缘导致的故障电流。此时产生与局部地测得的涡流的大小对应的信号(通常为模拟信号)。对模拟信号进行适当的处理，并绘制局部测量信号与拾波线圈的轴向行走距离之间的关系图，以便对模拟信号进行评估。当局部地测量的涡流值与故障值对应时，则表明可能检测到了热点。尤其是，当拾波线圈102轴向地越过台阶式芯铁部分18时，拾波线圈102沿朝向或远离定子铁心的表面的方向同时移动，从而使定子铁心和拾波线圈之间保持恒定的距离。

在整个扫描操作过程中，操作人员和控制箱位于发电机之外。在每次扫描结束时，技术人员可把装置10重新置于下一个或相邻的定子槽缝22处，并重复程序。例如，在沿一个槽缝22扫描过台阶式芯铁部分18之后，可以把装置10移动至下一个槽缝22处，而这次从另一个方向扫描过台阶式芯铁部分18。在定子铁心12的主段16处可以实施类似的程序。

虽然上文详细说明了本发明的一些具体实施方式，但是本领域技术人员应理解，根据揭示内容的教导，能够对这些实施方式的细节进行各种修改和替换。因此，所揭示的特定布置方式仅是示例性的，不对本发明的范围构成任何限制，本发明的完整范围仅由所附权利要求和其任何等价内容限定。

Claims (20)

1.一种用于检验电机的定子铁心的一部分的装置，包括：

导轨；

构造为与定子铁心通过电磁波相通的拾波线圈；

线圈支撑组件，包括：

能够沿导轨移动的第一部分；和

安装有拾波线圈的第二部分，该第二部分能够与第一部分一起沿导轨移动，并且还能沿朝向或远离定子铁心的方向相对于第一部分移动；以及

用于驱动线圈支撑组件沿轨道移动的驱动电动机，

其中，当线圈支撑组件沿导轨移动时，第二部分相对于第一部分的相对运动使定子铁芯和拾波线圈之间保持规定的距离。

2.如权利要求1所述的装置，其中，定子铁心的所述一部分是台阶式芯铁部分，该台阶式芯铁部分的芯铁直径沿轴向以台阶方式增大，从而具有台阶式轮廓。

3.如权利要求1所述的装置，其中，第二部分朝定子铁心偏置。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述偏置是通过利用弹簧把第二部分安装到第一部分上而实现的。

5.如权利要求3所述的装置，其中，第二部分安装在轮子上，从而，当线圈支撑组件沿导轨移动时，轮子追随所述定子铁心部分的轮廓而动。

6.如权利要求1所述的装置，其中，第二部分构造为接收拾波线圈的传感端，从而，在安装过程中，拾波线圈的传感端距定子铁心的距离可调。

7.如权利要求6所述的装置，其中，第一部分横向地跨过导轨，并支撑两个第二部分，这两个第二部分分别位于导轨的一侧，每个第二部分构造为接收拾波线圈的一个相应传感端。

8.如权利要求7所述的装置，其中，第一部分在横向开有槽缝，其中，通过沿带有槽缝的弯曲保持架移动这两个第二部分或二者之一，能够调节两个第二部分之间的宽度。

9.如权利要求1所述的装置，其中，拾波线圈为恰托克线圈。

10.如权利要求1所述的装置，还包括导引组件，该导引组件以可移动的方式安装在导轨上，并配置为沿导轨导引线圈支撑组件。

11.如权利要求1所述的装置，还包括用于在检验过程中把所述装置固定到电机的定子铁心上的磁铁。

12.如权利要求1所述的装置，还包括与驱动电动机相连、用于沿导轨驱动线圈支撑组件的螺杆传动机构。

13.如权利要求1所述的装置，还包括与驱动电动机相连、用于沿导轨驱动线圈支撑组件的皮带传动机构。

14.一种用于检验电机的定子铁心的一部分的方法，包括：

把如权利要求1所述的装置固定在定子铁心上，从而使得导轨相对于定子铁心沿轴向延伸；以及

开动驱动电动机，使线圈支撑组件沿轨道移动，而第二部分相对于第一部分的相对运动使定子铁芯和拾波线圈之间保持恒定的距离。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

给定子铁心通电，其中，拾波线圈与通电后的定子铁心通过电磁波相通，从而局部地测量定子铁心中的涡流，并提供与局部地测量的涡流大小成正比的信号，以及

对信号进行评估，以确定所述定子铁心部分中的有问题区域。

16.一种用于自动检验电机的定子铁心的台阶式芯铁部分的方法，包括：

把检验装置固定至定子铁心上，所述检验装置包括布置为沿定子铁心做轴向运动的拾波线圈以及用于驱动所述轴向运动的电动机，所述拾波线圈还能够沿朝向或远离定子铁心的方向移动；

给定子铁心通电；

控制电动机沿定子铁心轴向移动拾波线圈，所述拾波线圈与通电后的定子铁心通过电磁波相通，从而局部地测量定子铁心中的涡流，并提供与局部地测量的涡流大小成正比的信号；以及

对从拾波线圈获得的信号进行评估，

其中，当拾波线圈沿台阶式芯铁部分轴向移动时，拾波线圈还同时沿所述方向移动，从而使定子铁心和拾波线圈之间保持规定的距离。

17.如权利要求16所述的方法，其中，拾波线圈沿所述方向的运动被作用于朝向定子铁心的方向的偏置力约束。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述偏置力是由弹簧提供的。

19.如权利要求16所述的方法，其中，拾波线圈的运动是由轮子引导的，当拾波线圈轴向移动时，所述轮子追随定子铁心的台阶式芯铁部分的轮廓而动。

20.如权利要求16所述的方法，还包括：当局部地测量的涡流值与故障值对应时，检测定子铁心的台阶式芯铁部分中的热点。