CN105227026A

CN105227026A - 轴向通量永磁电机状态监测

Info

Publication number: CN105227026A
Application number: CN201510292376.9A
Authority: CN
Inventors: M.凯奥斯迪奥; T.劳卡斯
Original assignee: Kone Corp
Current assignee: Kone Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2035-06-01
Also published as: EP2953242A1; CN105227026B; HK1219815A1

Abstract

轴向通量永磁电机是在转子和定子之间具有高吸引力的电机。力引起应力以及对电机中以及电机已经安装到其中的装置中的支承结构产生磨损。在一端时间之后，这些应力和磨损会使得转子和定子之间的气隙减小并且最终它将完全闭合。在电机操作期间的闭合将使得产生机械接触并损坏电机。转子和定子之间的气隙减小可以从转子和定子之间的电动势的变化进行检测。当该变化被检测到时，电机的操作可以停止，在进一步的损坏产生之前可以修复缺陷。

Description

轴向通量永磁电机状态监测

技术领域

本发明涉及监测轴向通量永磁电机。

背景技术

轴向通量永磁电机是在定子和转子之间具有高吸引力的电机。这样的电机的使用的示例性的应用是电梯，其中轴向通量永磁电机配置为操作电梯。电机的转子侧嵌入到电梯的牵引槽轮，定子侧附连到框架以使得电机可以转动牵引槽轮到期望方向。在定子和转子之间具有空间或者气隙，其允许没有物理接触地旋转。

发明内容

如上所述，轴向通量永磁电机在电机被赋能时在定子和转子之间在转动轴方向具有高吸引力。这样，它们倾向于对其它部件例如支撑牵引槽轮的轴承以及配置为保持定子和转子距离一定距离的其它部件产生应力，其中所述距离最初是根据应用需要而设计的。在传统的解决方案中，该结构已经设计为以使得它们非常结实，但是应力典型地使得支承结构磨损，这在一些情形中将使得定子和转子彼此更为靠近。当气隙减小时，应力还逐渐增长。最终，在电机的操作期间，气隙将完全闭合。应力的逐渐变化在转子两侧具有单独电机的机器中尤其高。在大多数情形中，接触将损害电机和/或包括转子侧的结构。在电梯的情形中，如果机械接触呈现，则会引入典型地高的力和速度，这将意味着比在一些其它应用中更大的损害。

直到最近，提供给出结实的支承结构的解决方案已经忽略了上述问题，仅在最近才注意到，定子或者转子会运动并如所述地造成损害。该新的问题在其中两个电机位于转子相对两侧的应用中特别地出现。在该应用中，需要高功率，典型地，各电机都很有力。在这样的构型中，当转子开始运动时，在第一侧上吸引力增大，其中间隙闭合，并且，另一方面，在第二侧吸引力减小，其中间隙打开。这样，这在设计上就将使得在第一侧上产生更大的吸引力，并且最终这将导致间隙闭合。

在现有技术对该问题并未提供除了手动检查之外的任何其它解决方案之前，该问题并不为人所知，但是，电机典型地闭合，维修人员不能看到电机内部，这样，无法看到间隙是否闭合。

如上所述，轴向通量永磁电机是在转子和定子之间具有高吸引力的电机。所述力引起应力以及对电机中以及电机已经安装到其中的装置中的支承结构产生磨损。在一端时间之后，这些应力和磨损会使得转子和定子之间的气隙减小并且最终它将完全闭合。在电机操作期间的闭合将使得产生机械接触并损坏电机。转子和定子之间的气隙减小可以从转子和定子之间的电动势的变化进行检测。当该变化被检测到时，电机的操作可以停止，在进一步的损坏产生之前可以修复缺陷。

在本发明的实施例中，用于检测永磁体轴向通量永磁电机中的定子和转子之间的气隙的改变的方法被公开。在该方法中，在定子的线圈中的电动势电压被监测。然后，监测到的电动势电压与参考电压相比较。由于该比较，当监测到的电动势电压不同于参考电压时在定子和转子之间的气隙的变化被检测到。在进一步的实施例中，监测定子的线圈中的电压，第一定子电压和电流和转子频率被确定，然后利用所述确定的定子电压，电流和转子频率计算电动势电压。确定定子电压和电流可以通过从变频器接收定子电压和电流进行。转子频率可以通过从连接来监测所述转子的频率的装置接收转子频率而进行确定。

当气隙中的变化被检测到时，轴向通量永磁电机可以停止和/或发出警报。

在本发明的一实施例中，以上公开的方法作为计算机程序被实施，该计算机程序配置来当在数据处理系统上执行时产生上面公开的方法。

在本发明的一实施例中，本发明被实施为一设备，该设备包括：至少一个用于从所述轴向通量永磁电机接收定子电压和电流以及从测量转子频率的装置接收转子频率的至少一个输入端；至少一个处理器，其中所述处理器配置为：监测所述定子的线圈中的电动势电压，比较所述计算的电动势电压与参考电压；以及当所述监测到的电动势电压不同于所述参考电压时检测定子和转子之间的所述空气间隙的变化。

本发明的优点是在气隙闭合之前检测转子和定子之间的减小的距离的可能性。这有利于在它们导致对使用的轴向通量永磁电机的进一步的损坏之前修复被破坏的部分。这导致尤其是在这样的设备中的节省，在该设备中，大功率电机用作大的设备，其典型地包括昂贵的电机，这些电机在许多情形中在以高速操作电机期间已经发生机械接触之后完全毁掉并且需要更换。除了成本节省之外，本发明的优点是使用这样的电机的应用的出故障的时间减小，这将带来改善的服务。

附图说明

被包括以提供对本发明的进一步的理解并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与说明书一起有助于解释本发明的原理。在附图中：

图1是本发明的示例性实施例的方框图；以及

图2是根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

现参照附图详细地描述本发明的实施例，所述实施例的例子示出在附图中。

在图1中，本发明的示例性的实施例的方框图被公开。在该图中，轴向通量永磁电机10用于驱动电梯。定子11线圈位于电机10侧，转子12磁体附连到牵引槽轮13，牵引槽轮13操作电梯的绳索14。牵引槽轮由在牵引槽轮13两侧上的轴承16支撑。在该图的示例性实施例中，支撑件15处于牵引槽轮轴的另一端，但是，还有其它构型也是可以的。特别地，在高功率解决方案中，电机位于牵引槽轮和结构的两侧，在所述结构中，轴的另一端是未被支撑的。

在上面描述的结构中的问题是，在定子11和转子12之间的吸引力试图闭合定子11和转子12之间的气隙。当间隙被闭合并且转子12旋转时，在大多数情况下机械接触将破坏电机。操作电机需要的功率越大，典型地，带来的损坏越大。在图1的配置中，该问题被解决以使得电力供应源17，例如变频器，连接到用于监测定子和转子之间的电动势电压的设备19。所述设备配置为通过利用输入端18a从电力供应源接收电流和电压信息。除了电力信息之外，设备19连接到用于通过利用输入端18b测量转子频率的装置112。装置112可以例如为用于确定电梯的速度的装置，这样，它测量牵引槽轮的转速。从该信息，设备19可以通过利用处理器110和存储器111如后面参照图2描述地那样计算电动势电压。当检测到不允许的从正确的电动势电压的偏离时，可以得出结论：在其间的气隙已经变化。

在图2中，根据本发明的方法被公开。该方法开始于步骤20，即监测定子线圈中的电压和电流。所述监测可以通过利用任何适当的电压和电流计而完成。然后，在步骤21，转子频率被确定。转子频率可以例如通过确定转子附连到其上的牵引槽轮的转速而进行测量。如果本发明并不用于电梯，而是用于其它应用中，则轴的转速可以相应地被测量。

下面的计算是基于这样的事实：当电流矢量在d,q坐标系统中以恒定速度转动时，这可以被假定为当速度的变化与定子线圈中的L/R时间常数相比是慢的时，等式可以被简化。在步骤22中，电动势电压可以在固定到转子从而随着转子旋转的d,q坐标系统中如下地被计算：

E_d＝U_d-wLI_q

E_q＝U_q-RI_q

当I_d＝0并且转动速度是常数w时，电机电感是L，定子线圈电阻是R。在旋转的d，q坐标系统中，定子电压具有U_d,U_q矢量分量，定子电流具有I_d,I_q矢量分量。

在步骤23，计算的电动势电压然后与参考值比较。参考值R_EMF也作为电机的转速的函数变化：

R_EMF＝K*w

其中，K是通过电机正常工作时从电机测量而确定的常数。如果需要更精确的评估，则可以考虑更多的变量，例如操作温度，例如，可以测量在不同操作温度下的K值。如果期望更简单的实施例，则电梯中的电机典型地以全速驱动并且参考值可以为恒定值，该恒定值与电梯全速运转时计算的电动势电压相比较，如果在一定的可接受的容差内，计算值与参考值不匹配，则检测到变化，这是步骤24。该比较并不需要提供恰好相同的值，而是小的不精确性是可接受的。容许的容差的水平基于应用而设置。

在步骤25，当变化已经被检测到时，电梯可以停止，一消息将被发送到维修中心。在进一步的实施例中，可以具有两个不同的参考值。超过第一参考值时，消息将被发送，超过第二参考值时，将停止电梯。在停止服务之外，电梯可以被带到下一层以为了让乘客出去。

在一些实施例中，在检测到故障后，电梯操作可以以降低的速度/加速度继续，直到维修人员到达。

上面的实施例和各方法包括在电梯应用中具有一个电机的例子。该方法在其它涉及轴向通量永磁电机的应用中也可以没有修改地工作。而且，在需要更大功率的应用中，例如在高层电梯中，在转子的相对两侧可以使用两个电机。这样，可能的是，如果气隙在一侧闭合，则它将在另一侧上打开。在此情形下，在牵引槽轮支撑件上施加的轴向力的合力将随着故障进行更快速地增大。这是因为在正常操作中，单独的电机的反向轴向吸引力至少大部分相互抵消。根据本发明的方法在气隙打开的那些情形中也将检测变化。

本领域技术人员将理解，当电机被操作时，上面描述的方法被连续执行。这样，步骤20-24可以典型地同时执行，如果变化被检测到，则在步骤25所述方法与电梯一起停止。

上述的方法可以作为计算机软件实施，该计算机软件在能够与移动装置通信的计算装置中执行。当软件在计算装置中执行时，它被配置来执行上面的本发明的方法。该软件在计算机可读介质上实施，以使得它可能被提供到技术装置，例如图1的设备19。

如上所述，示例性的实施例的部件可以包括用于保持根据本发明的教导而编程的指令的计算机可读介质或者存储器，用于保持在此描述的数据结构、表格、记录和/或其它数据。计算机可读介质可以包括在提供指令给处理器执行中参与的任何适当的介质。常见形式的计算机可读介质可以包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其它的适当磁性介质、CD-ROM、CD±R、CD±RW、DVD、DVD-RAM、DVD±RW、DVD±R、HDDVD、HDDVD-R、HDDVD-RW、HDDVD-RAM、蓝光光盘、任何其它适当光学介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其它适当的存储器芯片或者盒、载波或者计算机可以读取的任何其它适当介质。

对本领域技术人员来说明显的是，随着技术进步，本发明的基础构思可以以不同方式实施。本发明及其实施例并不限于上面描述的例子；相反，它们可以在权利要求的范围内变化。

Claims

1.一种用于检测永磁体轴向通量永磁电机中的定子和转子之间的气隙的变化的方法，该方法包括：

监测所述定子的线圈中的电动势电压；

比较所述监测到的电动势电压与参考电压；

当所述监测到的电动势电压不同于所述参考电压时检测定子和转子之间的所述气隙的变化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述监测所述定子的线圈中的电压包括：

确定定子电压和电流；

确定转子频率；

利用所述确定的定子电压、电流和转子频率计算所述电动势电压。

3.如权利要求2所述的方法，其中，确定所述定子电压和电流是通过从变频器接收所述定子电压和电流。

4.如权利要求2或者3所述的方法，其中，确定所述转子频率是通过从连接来监测所述转子的频率的装置接收所述转子频率。

5.如前述权利要求2-4之一所述的方法，其中，所述方法进一步包括当所述气隙的变化被检测到时，停止所述轴向通量永磁电机和/或发出警报。

6.一种用于服务器的计算机程序，包括适于在数据处理系统上执行时产生如权利要求1-5之一所述的方法的编码。

7.一种用于检测轴向通量永磁电机中的定子和转子之间的气隙的变化的设备，包括：

至少一个输入端，用于从所述轴向通量永磁电机接收定子电压和电流以及从测量转子频率的装置接收转子频率；

至少一个处理器；

其中所述处理器被配置来：

监测所述定子的线圈中的电动势电压；

比较所述计算的电动势电压与参考电压；和

8.如权利要求7所述的设备，其中，当监测电动势电压时，所述设备配置为：

确定定子电压和电流；

确定转子频率；和

9.如权利要求8所述的设备，其中所述设备耦连到变频器并且配置为通过从所述变频器接收所述定子电压和电流而确定所述定子电压和电流。

10.如权利要求8或者9所述的设备，其中，所述设备耦连到转子频率测量装置并且配置为通过从一装置接收所述转子频率而确定所述转子频率。

11.如前述权利要求7-10之一所述的设备，其中，所述设备进一步配置为当所述气隙的变化被检测到时停止所述轴向通量永磁电机和/或发出警报。

12.一种电梯，包括如前述权利要求7-11之一所述的设备。

13.如权利要求12所述的电梯，其中，所述电梯包括安置在牵引槽轮的相对两侧的两个轴向通量永磁电机。