CN105337460A - 具有绝缘监控的机电机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气冷式的机电机器(1)，尤其是强制通风的机电机器(1)，具有定子(2)，定子具有绕组系统，该绕组系统在定子(2)的端面侧处形成绕组头部(8)，其中，至少绕组头部(8)在其绝缘层中或者在涂覆在该绝缘层上的附加层(19)中具有至少一个监控部件(20)，以用于对绕组头部(8)的绝缘强度进行监控。

Description

具有绝缘监控的机电机器

技术领域

本发明涉及一种气冷式的机电机器，尤其是强制通风的旋转式机器，具有定子，其具有轴向层叠的叠片，其中，叠片组具有基本上轴向延伸的槽，其中，这些槽布置在旋转式机电机器的气隙的区域中，并且其中监控绕组系统，该绕组系统定位在这些槽中并且在定子的端面侧处形成绕组头部。

背景技术

特别是气冷式的机电机器的轴向地在定子的端面侧处延伸的绕组头部布置在有空气流的区域中并且因此承受了在该空气流内部的颗粒流。在此，绕组头部尤其承受空气颗粒和灰尘颗粒的相应的轰击，这导致绕组头部的绝缘被磨损并进而能够损害机电机器的运行。

发明内容

由此出发，本发明基于以下目的，即对机电机器的绕组系统、尤其是绕组头部的绝缘进行监控。

所提出的目的通过一种气冷式的机电机器、尤其是强制通风的机电机器来实现，该机电机器具有定子，定子具有绕组系统，该绕组系统在定子的端面侧处形成绕组头部，其中，至少绕组头部在其绝缘层中或者在涂覆在该绝缘层上的附加层中具有至少一个监控部件，以用于对绕组头部的绝缘强度进行监控。

所提出的目的还通过一种用于对气冷式的机电机器，尤其是强制通风的机电机器的绕组头部的绝缘状态进行检验的方法来实现，该机电机器具有定子，定子具有绕组系统，绕组系统在定子的端面侧处形成绕组头部，其中，至少绕组头部在其绝缘层中或者在涂覆在绝缘层上的附加层中具有至少一个监控部件，以用于对绕组头部的绝缘强度进行监控，该方法通过以下步骤实现：

-在能预设的时间间隔中将信号发送到监控部件中，

-接收来自监控部件的返回信号，

-对返回信号进行评估，从而推断出绕组头部的绝缘状态。

因此，在由于气冷却而承受颗粒流的要害点处的绝缘、即绝缘系统脱落之前，监控系统已经进行报告。由此，也就是说在机器故障并进而受到相应的损失之前，特别地对在机电机器的绕组头部处的绝缘进行监控。

以根据本发明的方式和方法，当然也能够对机电机器的在槽中的绕组系统进行监控。

有利地，这类部件设置在绕组头部的特别要害的位置处的绝缘层中，在该位置处例如冷却气流首先碰到机电机器的元件又或者在冷却气流的内分布中加强地引导颗粒流到绕组系统的、在这种情况中为绕组头部的一定部分上。

因此，不必强制地为整个绕组头部配备用于监控的部件、也就是监控部件，而是根据机器设计而仅仅对绕组头部处的一定的点或者在绕组头部处的一定面积区域进行监控，该点或者该区域由于机器设计而表现为特别重要的，因为其被加强地承受了颗粒流。

优选的是，用于监控的部件实施成金属线和/或光波导体装置，其中，一个或者多个导体设置在绝缘系统的内部和/或在绕组头部处的特殊的中间层中，其此时同样承受了空气流的颗粒流。金属线和/或光波导体的绝缘因此同样承受磨损并且在此同样必然由于颗粒流而有荷载，也就是说，在极端情况中中断或者断裂。

由此，金属线的欧姆电阻发生变化或者光波导体的折射率发生变化。

在此，不仅能够串联也能够并联地铺设金属线或者光波导体。

同样，该金属线或者光波导体能够波状地铺设在绕组头部的计划监控的区域中。

这种变化，在最差的情况中为金属线或者光波导体的折断，此时以测量技术进行检测并且能够评估为绕组头部的绝缘的增大的绝缘荷载或者磨损的证据。

在另外的实施方式中，该系统通过多个由绕组头部出发在径向上重叠地放置的金属线或者光波导体插入在绕组头部的绝缘中或者绕组头部的中间层中。由此存在绝缘监控的分级的安全性方案，其包含相应地分级的报告，该报告允许了对电机的其他运行的时间管理。

因此，例如在分级的方案中能够识别出，即在大约两年之后第一级起作用，在下一个两年之后第二级起作用并且然后以线性的预测并且在类似的运行条件时由此出发，即例如在设置了三个层时现在绕组头部的绝缘面临危险并且必须对机电机器的绕组头部的绝缘进行维修和处理。

也就是说，以根据本发明的方式和方法执行对绕组系统的、尤其是在绕组头部的特别暴露的位置处的电绝缘的层厚度的测量。

因此，在对机电机器的绕组头部的绝缘状态的监控方面能够设立信号灯状态，警告音或者其他光学和/或声学的信号。

该监控能够以多种方式和方法实施。一方面是金属丝或者光波导体敷设在电动机壳体，以便在该处例如由服务人员进行连续检验。这例如能够借助简单的电阻测量来进行。在光波导体布置的情况中，对于检验绕组头部处的绝缘电阻来说使用了光测量设备。

在该监控的另外的自动化的措施中，通过例如能够定位在变流器或者直接定位在电机处的控制模块以预设的时间间隔将相应的测量信号给出到金属线或者光波导体上。然后利用返回信号能够将相应的测量值或报告例如存储在存储器中，该测量值或报告能够随时调出。

测量数据在另外的实施方式中继续传输到控制位置处，并分类和评估。

尤其是在绕组头部处的绝缘电阻的报告能够有线连接地或者无线地例如通过无线电传递到全体的上级系统控制装置，例如在牵引车或者采矿卡车的情况中，以便如此例如为驾驶员和/或控制位置提供关于绝缘系统的状态的以及进而驱动系统的状态的报告。

由此实现了对绕组头部的绝缘的几乎永久的状态监控并且给出了早的故障识别。由此能够避免机电机器-线性和旋转的机电机器-在这类机器的所有使用情况中由绝缘决定的故障。

附图说明

本发明以及本发明的其他有利的设计方案应在示出的实施例中原则性地获知，其中示出：

图1是强制通风的旋转机电机器的纵向截面图，

图2至4是用于监控的部件在绕组头部处的布置，

图5和6是金属线或者光波导体在中间层中的布置，

图7是采矿卡车的驱动装置，其具有特殊的空气引导系统，

图8是火车头的驱动装置，

图9是用于监控的部件在绕组头部中的布置。

具体实施方式

图1以原则性的纵向截面图示出了强制通风的旋转的机电机器1，其具有定子2和转子3，其中转子3与轴4抗扭地连接并且能围绕轴线5转动地支承。

轴4在此原则性地由轴承13保持在有源部件、即定子2和转子3的两侧上，其中，轴承13通过轴承端盖24相应地定位。轴承端盖24又保持在壳体6中，壳体的外壁在这个具体情况中平行于轴线地延伸。

定子2具有轴向叠层的叠片，其中叠片组具有槽9，该槽具有基本上轴向的走向，其中这些槽9布置在旋转的机电机器1的气隙14的区域中。定子2具有在这些槽9中的绕组系统，该绕组系统在定子2的叠片组的端面侧处形成绕组头部8。

在旋转的机电机器1的运行中，由于绕组系统与转子3的电磁相互作用(在电动机式运行中)出现旋转的机电机器1的旋转，或者产生能量(在发电机式运行中)。

定子2具有平行于轴线延伸的冷却通道10，其在周向的方向上看均匀分布地布置。冷却通道10优选是圆形的或者设计成圆形的，但是也可以具有另外的几何横截面形状，如星形、三角形等等。

转子3设计成短路转子，其中短路笼朝向气隙14地处于转子3的端面侧处，该短路笼在转子3的端面侧处形成短路环12。在转子3的短路笼和轴4之间在周向方向上分散地布置有一个或者多个轴向延伸的冷却通道11，这些冷却通道也能够设置在定子2中。壳体6和/或轴承端盖24具有开孔7或25，通过这些开口进行与周围环境的、优选强制性的空气交换。这些开孔7或25能够通过过滤网或者类似物来覆盖，以便实现对冷却空气的预过滤。

空气流动在此由一个或者多个风扇确保。存在自冷却和/或外冷却。

图1示例性示出了冷却空气流22，例如其进入到旋转的机电机器1中、通过轴向延伸的冷却通道10，11和气隙14延伸，并且例如变热的冷却空气流又通过开孔7和25离开壳体6或者说旋转的机电机器1。出于简明原因，示例性的冷却空气流走向仅仅在图1的上半部中示出。

颗粒随着进入到机器1中的冷却空气流也一同被引入，这些颗粒根据冷却空气流22的速度而或多或少集中地特别地撞击到绕组头部8上。由于空气的较小的热容，为了保持对机电机器1的相应的冷却作用，应确保有足够的体积通量通过机器。

由于所要求的体积通量以及与其相关的从外面输送的冷却空气流的高速度，通过冷却空气一同引入的颗粒也达到了较高的速度并且特别是撞击到绕组头部8上、特别是撞击到绕组头部8的绝缘上。这尤其在相应的、例如包含灰尘的运行环境中导致了绕组头部8的绝缘的过快磨损。基于绕组系统的、在绕组头部8中交叉和/或重叠的不同相，前述导致了机电机器1的故障。

现在，根据本发明在绕组头部8中或者直接在绕组头部8处设置监控部件20，也就是用于监控的部件，敷设至少一个金属线和/或至少一个光波导体，其同样承受磨损过程。一旦现在金属线或者光波导体由颗粒磨损，相应地改变了欧姆电阻或者穿过光波导体射出的光线，这在检验的范畴中作为明确的证据证实了在绕组头部8处的绝缘的持续降低的绝缘性能。

作为替代性的实施方式，这类金属线或者光波导体能够安装在绕组头部8的应自身设有的附加层19中，这类金属线或者光波导体由于所描述的物理状态而引起了对绝缘损耗的报告。金属线和/或光波导体布置在附加层19的一个或者多个位置中，其直接在绕组头部8处固定在绕组头部的绝缘上，优选是粘接或者通过绑带来保持。

在基本上自动化地监控时，通过例如能够定位在变流器中或者直接定位在电机1处的控制模块15以预设的时间间隔将相应的测量信号发送到金属线或者光波导体上。然后，利用返回信号将相应的测量值或报告例如存储在存储器中，该测量值或报告能随时调出。

测量数据在另外的实施方式中例如通过无线电17继续传输到控制位置16处，并分类和评估。

对于尤其是在绕组头部8处的绝缘电阻的报告能够传递到全体的上级系统控制装置，例如在牵引车或者采矿卡车的情况中，以便如此例如为驾驶员和/或控制位置16提供关于其驱动系统的状态的、特别是绝缘系统的状态的报告。

由此实现了对绕组头部8的绝缘的几乎永久的状态监控并且给出了早的故障识别。由此能够避免机电机器1-线性和旋转的机电机器-在这类机器的所有使用情况中由绝缘决定的故障。

图2示例性示出了在绕组头部8的朝向气隙14的一侧处的这类附加层19。如果在短路环12处要安装附加的风扇叶片18，前述此时尤其具有重要意义，风扇叶片特别地用于径向的冷却空气引导并进而导致冷却空气流的颗粒在绕组头部8的该处已标记的位置处的加强的撞击。因此，现在通过附加层19或者在该处置入到绝缘材料中的金属线和光波导体对绕组头部8的绝缘进行监控。

图3以另外的实施方式示出了冷却空气22的另外的进入/走向。在该处也由于在绕组头部8的上侧上的增大的磨损而对绕组头部8的该区域进行逐点的和成面积的监控。

图4以另外的实施方式示出了在轴向流动时绕组头部8的应受保护的层，这同样能够通过具有金属线和光波导体的附加层19或者也通过已经在绕组头部8中置入的金属线和光波导体来实现。

图5以细节图示出了这类附加层19的构造，其包含多个单金属线20或者光波导体，并且其特别地根据图2的实施方案安装在绕组头部8处。

为了获得一连串的、描述了绕组头部8的不同磨损状态的报告，能够或者布置金属线或者光波导体的多个单层或者布置金属线或者光波导体的在一个层中依次连接的位置。该根据图5或者图6示出的实施例的原则性的图示也能够转置到根据图3和4的图示上。

用于绝缘的例如通过磨损的这类监控部件的应用也可以由图7获知，在该处例如示出了采矿卡车的驱动装置。原则上，该电动机基本上相当于图1中的电动机，仅仅特殊地构造了一定的空气导引通道并且冷却空气流22可能也通过未进一步示出的电动机接线盒来引导。

图8示出了在火车头的驱动装置中的根据图1的这类机电机器1的另外的应用领域，其中，机电机器1通过轴4驱动小齿轮30并进而驱动大齿轮32。该驱动装置在此通过转矩支架27与未进一步示出的转向架连接。大齿轮32与轮组轴28抗扭地连接，该轮组轴又与火车头的车轮(以虚线示出)抗扭地连接。不仅轮组轴28而且还有轴4都单独地通过纵向轴承29或者轴承13支承。大齿轮32在变速箱壳体31中运行，在该壳体中还设置有用于润滑大齿轮32的部件。

出于简明原因，火车头驱动装置仅仅原则性地示出，同样在那里也放弃了对各个冷却空气流的图示。

图9借鉴图2以另外的附图示出了嵌入在绕组头部8的绝缘中的金属线或者光波导体的布置。在那里，金属线或者光波导体尽可能地布置在绕组头部8的绝缘的表面处，以便能够尽早地确定磨损并进而确定绝缘的降低。

此外，对于上述实施方式所涉及的陈述和所涉及的布置和测量理论在其意义上也适用于对绕组头部8的绝缘的监控。同样，根据以上的实施方案的分级的监控方案、对绝缘的检验和在采矿卡车和轨道车驱动装置中的应用也能够在根据图9的布置中转换。

基本上，以上描述的实施方案的特征能够彼此组合。

Claims (8)

1.一种气冷式的机电机器(1)，具有定子(2)，该定子具有绕组系统，该绕组系统在所述定子(2)的端面侧处形成绕组头部(8)，其中，至少所述绕组头部(8)在该绕组头部的绝缘层中或者在涂覆在该绝缘层上的附加层(19)中具有至少一个监控部件(20)，以用于对所述绕组头部(8)的绝缘强度进行监控。

2.根据权利要求1所述的气冷式的机电机器(1)，其特征在于，所述气冷式的机电机器是强制通风的机电机器(1)。

3.根据权利要求1或2所述的气冷式的机电机器(1)，其特征在于，所述监控部件(20)至少设置在所述绕组头部(8)的一个位置处，该位置经受了冷却气流(22)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的气冷式的机电机器(1)，其特征在于，所述监控部件(20)具有至少一个金属线和/或光波导体装置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的气冷式的机电机器(1)，其特征在于，通过所述监控部件(20)对在所述绕组头部(8)处的绝缘电阻进行状态识别。

6.一种用于对根据前述权利要求中任一项所述的气冷式的机电机器(1)的绕组头部(8)的绝缘状态进行检验的方法，该机电机器具有定子(2)，该定子具有绕组系统，该绕组系统在所述定子(2)的端面侧处形成绕组头部(8)，其中，至少所述绕组头部(8)在该绕组头部的绝缘层中或者在涂覆在该绝缘层上的附加层中具有至少一个监控部件(20)，以用于对所述绕组头部(8)的绝缘强度进行监控，所述方法通过以下步骤实现：

在能预设的时间间隔中将信号发送到所述监控部件(20)中，

接收来自所述监控部件(20)的返回信号，

对所述返回信号进行评估，从而推断出所述绕组头部(8)的所述绝缘状态。

7.根据权利要求6所述的对绝缘状态进行检验的方法，其特征在于，所述气冷式的机电机器是强制通风的机电机器(1)。

8.根据权利要求6或7所述的对绝缘状态进行检验的方法，其特征在于，通过接收所述返回信号而对所述绕组头部(8)的所述绝缘状态进行分类。