CN108781025B - 用于监测电机的空气缝隙的装置 - Google Patents

用于监测电机的空气缝隙的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108781025B
CN108781025B CN201780018076.9A CN201780018076A CN108781025B CN 108781025 B CN108781025 B CN 108781025B CN 201780018076 A CN201780018076 A CN 201780018076A CN 108781025 B CN108781025 B CN 108781025B
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
stator
electric machine
air gap
cable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780018076.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108781025A (zh
Inventor
A.弗兰克
M.亚当
D.埃姆里赫
S.拉雷斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of CN108781025A publication Critical patent/CN108781025A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108781025B publication Critical patent/CN108781025B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/35—Devices for recording or transmitting machine parameters, e.g. memory chips or radio transmitters for diagnosis
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Abstract

一种电机，包括转子和带有叠片组(4)的定子以及用于监测电机的径向空气缝隙的装置，其中，所述装置包括微波雷达系统，所述微波雷达系统包括用于发送和接收微波的发送/接收单元(1)、天线(2)以及连接所述发送/接收单元(1)与所述天线(2)的电缆(3)，其中，在装置运行时这样布置所述天线(2)，使得所述天线的开口终止在待监测的径向空气缝隙的一侧。

Description

用于监测电机的空气缝隙的装置
技术领域
本发明涉及一种用于监测大型电机、例如用于水力发电站的发电机或电动发电机组的空气缝隙的装置。此外本发明还涉及一种用于通过该种装置改装现有电机的方法。
背景技术
用于监测大型电机的空气缝隙、也就是该种电机的转子和定子之间的径向缝隙的装置由普遍的现有技术已知。为此可参考WO 01/47092A1。已知的按本发明所述类型的装置通常使用电容传感器以监测空气缝隙。为此例如可参见DE 10 2014 202 695A1。
电容传感器的应用包含了一系列的缺点。对于大于10mm的待测空气缝隙，电容传感器具有较大的相对测量误差，因此这样的传感器在大于50mm的空气缝隙中无法使用。此外电容传感器是相对大平面的，因此其应用通常会阻碍冷却介质的流动，例如由于所述传感器封闭了用于冷却空气进入的开口。此外电容传感器对于(所述传感器或转子电极的)污染较敏感，原因是测量的值由此可能改变。此外，所述电容传感器的改装非常耗费，因为尤其在所述电容传感器应当安设在机器中部时，必须拆卸电极或甚至整个转子。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于消除所述缺点。
按照本发明，所述技术问题通过按照本发明所述类型的装置解决，所述装置包括微波雷达系统，所述微波雷达系统包括用于发送和接收微波的发送/接收单元、天线以及连接所述发送/接收单元与所述天线的电缆，其中，在装置运行时这样布置天线，使得所述天线的开口与空气缝隙的一侧平齐地终止。所述技术问题同样通过一种按照本发明的用于通过这样的装置改装电机的方法解决。
在本发明中，为了非常准确地确定空气缝隙的宽度而使用微波雷达系统作为传感器。所述雷达系统包括发送/接收单元以及天线。由发送/接收单元产生的微波馈入天线中。所述天线这样布置，使得所述天线的开口、也就是说所述天线的发送和接收射线的端部与空气缝隙的一侧平齐地终止，从而使从天线的开口发出的微波沿着径向横穿空气缝隙并且被所述空气间隙对置的一侧反射。反射信号被天线接收并且传输给发送/接收单元。由此能够确定空气缝隙的宽度。
微波雷达系统在此能够布置在转子或定子上。为了完整地采集所有与空气缝隙相关的参数(例如轴的偏心度、椭圆度、斜置等)需要多个布置在不同位置处的传感器。因此也可以考虑组合转子上的传感器和定子上的传感器，其中多数传感器布置在定子上(参见WO01/47092A1)。
所建议的基于雷达的传感器具有比已知的电容传感器更高的准确性。此外基于雷达的传感器不易受污物的影响。唯一的边界条件在于，雷达信号仅能被金属的对象反射。然而这是已知的，因为不论转子的电极还是定子内壁都可反射雷达信号。因为仅天线的开口与空气缝隙邻接并且发送/接收单元能够远离所述空气缝隙，所以相比于使用电容传感器大大减小了对电机的冷却的影响。
对于布置在定子上的传感器能够实现一种特别有利的布置。天线在此能够布置在通风槽中，并且发送/接收单元和天线之间的电缆在同一个通风槽中延伸。在此每个传感器堵塞仅一个通风槽。发送/接收单元因此位于定子铁芯之外并且很容易接近，这尤其大大简化了从电机的控制单元或者监测单元导向发送/接收单元的电缆的导引。通风槽在此理解为定子叠片组中的通道，所述通道沿着径向穿过所述叠片组。这样的通风槽通常沿轴向由定子叠片组的片材限定并且沿轴向由支承隔片限定。
由所述内容清楚的是，能够特别简单并且低成本地通过用这样的布置在定子侧的雷达传感器对现有机器的改装，因为为此不需要接触到定子铁芯的内部空间并且可以使用现有的通风槽来导引入天线。在此可能必要的是，这样加固天线以及导引至所述天线的电缆，使得所述天线能够导引入通风槽中。
对于新的待制造的电机，天线和导引至所述天线的电缆能够构造为带有矩形横截面的刚性体。这样的刚性体能够代替定子其它的结构上的组成部分、例如上文中已经提到的支承隔片。在这种情况下电机的冷却完全不会不利地受到传感器的影响。所述传感器能够在定子铁芯的任意其它位置同样良好地集成在所述定子铁芯中。
附图说明
下面将根据附图阐述按照本发明的解决方案。详细地，在附图中示出：
图1是按照本发明的用于监测大型电机的径向空气缝隙的装置；
图2是按照图1的按照本发明的装置的局部放大图；
图3是按照本发明的装置的示意图；
图4是按照本发明的方法。
具体实施方式
图1在垂直于转动轴线的截面中示出了大型电机的局部，包括按照本发明的用于监测空气缝隙的装置。定子的叠片组在此由附图标记4标示。所示截面在通风槽位于叠片组中的平面内延伸。所述通风槽通常由位于叠片组中的多个支承隔片构成。所述支承隔片在此径向地延伸，并且通风槽同样径向地延伸，其中，每个通风槽分别由两个支承隔片沿周向限定。在图1中，支承隔片之一示例性地由附图标记5标示。在定子4的叠片组的外部，在所述叠片组的外边缘布置有按照本发明的装置的发送/接收单元，所述发送/接收单元由附图标记1标示。在定子4的叠片组的内边缘处，在通风槽中布置有由附图标记2标示的天线。所述天线的发送/接收射线的端部与定子4的叠片组的内边缘平齐地终止，所述内边缘构成了电机的空气缝隙的一侧。空气缝隙的另一侧由转子的外边缘构成。在图1中由附图标记6标示的转子电极位于所述外边缘处。天线2与发送/接收单元1借助电缆连接，所述电缆由附图标记3标示。
图2示出了按照图1的叠片组的局部放大图。附图标记与图1中的附图标记对应。附加地，在叠片组4中的用于容纳定子绕组的槽在图2中由附图标记7标示。所述定子绕组本身未示出。可以看出的是，天线2位于叠片组的齿的区域中，原因是仅有叠片组的齿与空气缝隙邻接。而在槽的区域中插入的绕组与空气缝隙邻接。天线2设计为韦瓦第(Vivaldi)天线。该实施形式的特点在于极好的宽带性。此外所述实施形式由于其构造非常好地适用于所提供的关于在电机的叠片组中的安装情况的应用。
图3示意性示出了按照本发明的装置。附图标记又与图1中的附图标记对应。与图1和图2不同的是，在图3中天线2和电缆3、也就是说布置在定子的叠片组中的部件构成了由附图标记2、3标示的单元。所述单元具有足够的刚性，使得所述单元能够事后依照按照本发明的用于改装的方法导引入现有的电机的叠片组中的空气缝隙中。为了加固所述单元可以考虑的是例如嵌入人造树脂中。在图3中，待测量的空气缝隙的宽度由d标示。单元2、3下方的双向箭头表明该区域位于定子叠片组中。发送/接收单元1包括由附图标记8标示的用于产生微波的振荡器、由附图标记9标示的混频器以及由附图标记10标示的低通滤波器。发送/接收单元内的箭头示意性地表示微波信号的走向。在振荡器8中产生的微波馈入单元2、3中、也就是说借助电缆3导入天线2中。天线2向空气缝隙中发出微波，所述微波在转子电极6的外边缘处反射。反射的微波由天线2接收并且借助电缆3导回发送/接收单元中。混频器9在这里将振荡器产生的微波与反射的微波混合。由混频器9产生的信号接着通过低通滤波器10。所生成的信号包含关于空气缝隙宽度的信息并且能够由控制监测单元(未示出)分析。
图4示出了按照本发明的方法的流程，所述方法用于通过按照本发明的装置改装现有电机。在由V1标示的方法步骤中准备按照本发明的装置，在所述装置中，由电缆3和天线2组成的单元2、3具有足够高的刚性。在由V2标示的方法步骤中将电缆3和天线2组成的单元2、3导引入定子的通风槽中，直至天线2的开口终止在叠片组4的内边缘。在此可能有利的是，单元2、3具有正好相当于叠片组4的径向尺寸的长度，以便单元2、3不会过深地伸入空气缝隙中。但为了达到此目的也能够在单元2、3的与天线2对置的端部设置标记。因此，单元2、3伸入通风槽中的深度恰好为，直至所述标记抵靠在叠片组4的外边缘处。发送/接收单元1在此停留在叠片组4之外并且在必要时固定在所述叠片组上。
清楚的是，适用于改装现有的电机的按照本发明的装置在证明为有利的情况下同样能够简便地从一个通风槽转移至所述电机的另一个通风槽中。也就是说通过这样的装置能够接连地在电机的不同位置测量空气缝隙。

Claims (10)

1.一种电机，包括转子、带有叠片组(4)的定子以及用于监测所述电机的径向空气缝隙的装置，其特征在于，所述装置包括微波雷达系统，所述微波雷达系统包括用于发送和接收微波的发送/接收单元(1)、天线(2)以及连接所述发送/接收单元(1)与所述天线(2)的电缆(3)，其中，在装置运行时这样布置天线(2)，使得所述天线的开口与空气缝隙的一侧平齐地终止，从而使从天线的开口发出的微波能够沿着径向横穿空气缝隙并且被所述空气间隙对置的一侧反射。
2.按权利要求1所述的电机，其特征在于，所述发送/接收单元(1)包括用于产生微波(8)的振荡器、混频器(9)以及低通滤波器(10)。
3.按权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述天线(2)是韦瓦第天线。
4.按权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述微波雷达系统在所述装置运行时布置在电机的转子上。
5.按权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述微波雷达系统在装置运行时布置在所述电机的定子上。
6.按权利要求5所述的电机，其特征在于，所述天线(2)和所述电缆(3)构成了单元(2、3)，所述单元具有足够的刚性，以便从定子外部导引入所述定子的叠片组(4)的通风槽中。
7.按权利要求5所述的电机，其特征在于，所述天线(2)和所述电缆(3)布置在电机的定子的通风槽中，并且发送/接收单元(1)布置在电机的定子铁芯之外。
8.按权利要求5所述的电机，其特征在于，所述天线(2)和所述电缆(3)构成了具有矩形横截面的单元(2、3)。
9.按权利要求8所述的电机，其特征在于，所述单元(2、3)代替了电机的定子的支承隔片。
10.一种用于通过用于监测电机的径向空气缝隙的装置改装现有的包括转子以及带有叠片组(4)的定子的电机的方法，所述方法包括下列给定顺序的步骤：准备(V1)所述用于监测电机的径向空气缝隙的装置，所述装置包括微波雷达系统，所述微波雷达系统包括用于发送和接收微波的发送/接收单元(1)、天线(2)以及连接所述发送/接收单元(1)与所述天线(2)的电缆(3)，其中，
在装置运行时这样布置天线(2)，使得所述天线的开口与空气缝隙的一侧平齐地终止，其中，所述微波雷达系统在装置运行时布置在所述电机的定子上，并且其中，所述天线(2)和所述电缆(3)构成了单元(2、3)，所述单元具有足够的刚性，以便从定子外部导引入所述定子的叠片组(4)的通风槽中；将由电缆(3)和天线(2)组成的单元从定子的外边缘导引入电机的定子的通风槽中，直到所述天线的开口终止在定子叠片组(4)的内边缘，其中，发送/接收单元(1)保留(V2)在叠片组(4)之外。
CN201780018076.9A 2016-03-17 2017-03-02 用于监测电机的空气缝隙的装置 Active CN108781025B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016204406 2016-03-17
DE102016204406.0 2016-03-17
PCT/EP2017/054870 WO2017157679A1 (de) 2016-03-17 2017-03-02 Vorrichtung zur überwachung des luftspalts einer elektrischen maschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108781025A CN108781025A (zh) 2018-11-09
CN108781025B true CN108781025B (zh) 2020-11-03

Family

ID=58266568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780018076.9A Active CN108781025B (zh) 2016-03-17 2017-03-02 用于监测电机的空气缝隙的装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190020244A1 (zh)
EP (1) EP3430711B1 (zh)
CN (1) CN108781025B (zh)
CA (1) CA3017399A1 (zh)
WO (1) WO2017157679A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018123845A1 (de) 2018-09-27 2020-04-02 Voith Patent Gmbh Elektrische Maschine mit einer Vorrichtung zur Überwachung des Rotor-Wickelkopfes
CN113014042B (zh) * 2019-12-20 2022-10-04 新疆金风科技股份有限公司 电机的气隙测量装置、气隙测量方法及风力发电机组
DE102022112452B4 (de) 2022-05-18 2024-01-18 Voith Patent Gmbh Elektrische Maschine mit einer Überwachungseinrichtung und Verfahren zur Überwachung
DE102023102887B3 (de) 2023-02-07 2024-03-07 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Messung der Drehzahl einer elektrischen Maschine
CN117268296B (zh) * 2023-11-17 2024-02-09 长春工程学院 一种基于4d毫米波的水轮发电机转子吊装气隙监测装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE755197A (fr) * 1969-09-03 1971-02-01 Siemens Ag Dispositif pour le controle du fonctionnement ou de la temperature d'elements rotatifs, par exemple le rotor d'une machine, en particulier electrique
FI117918B (fi) * 2004-08-19 2007-04-13 Abb Oy Järjestely sähkökoneessa
JP5062658B2 (ja) * 2006-07-28 2012-10-31 東京エレクトロン株式会社 導波管内の定在波測定部および定在波測定方法、電磁波利用装置、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP5217926B2 (ja) * 2008-11-11 2013-06-19 ソニー株式会社 電磁波測定装置
DE102009014960A1 (de) * 2009-03-30 2010-10-07 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Elektromaschine
DE102010002297A1 (de) * 2010-02-24 2011-08-25 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 Verfahren und Vorrichtung zur Bewertung der Schädigung von Wälzlagern, insbesondere an umrichtergespeisten elektrischen Maschinen
CN102158016B (zh) * 2011-02-11 2012-09-05 白山发电厂 一种安装水轮发电机电容式气隙传感器的方法
US9257748B1 (en) * 2013-03-15 2016-02-09 FIRST RF Corp. Broadband, low-profile antenna structure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
水轮发电机空气间隙平均值计算方法及应用;麻志成等;《水电厂自动化》;20160515(第02期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3430711A1 (de) 2019-01-23
CN108781025A (zh) 2018-11-09
US20190020244A1 (en) 2019-01-17
CA3017399A1 (en) 2017-09-21
EP3430711B1 (de) 2019-10-30
WO2017157679A1 (de) 2017-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108781025B (zh) 用于监测电机的空气缝隙的装置
EP2875512B1 (en) Contactless power and data transfer
EP2415143B1 (de) Elektromaschine
US11079263B2 (en) Apparatuses and methods for evaluating a signal emitted by a rotational angle sensor
US11125585B2 (en) Rotation angle sensor system, lidar system, and work device
US20230043918A1 (en) Inductive rotor position sensor device, drive device
CN104949613B (zh) 用于感应式角度测量装置的扫描元件
Totoonchian Effect of damper winding on accuracy of wound‐rotor resolver under static‐, dynamic‐, and mixed‐eccentricities
US11606010B2 (en) Electric machine comprising a device for monitoring the rotor winding head
EP3401693B1 (en) Method and a diagnostics device for determining a fault condition in a synchronous motor
CN111433568A (zh) 用于确定围绕至少一个旋转轴线旋转的旋转元件的至少一个旋转特性的传感器系统
KR102044360B1 (ko) 에너지 송신 장치를 포함하는 수위 표시기
EP1334328A2 (en) Non-contact measuring method and apparatus for producing a signal representative of a distance between facing surfaces
CN101080332A (zh) 用于轮胎状况变量的传输系统
US9709378B2 (en) Resolver
JP2007040988A (ja) 磁界変調する角度測定装置とその作動方法
DE102012100237A1 (de) Elektrische Maschine mit integriertem Rotortemperaturgeber
CN108351223B (zh) 用于检测转动运动的装置
JP2019041441A (ja) 発電機の過励磁監視装置、発電機および発電機の運転方法
CN217522649U (zh) 转子叠片组件、包括该转子叠片组件的转子及电机
US11962203B2 (en) Method for monitoring the operation of a drive component
US20180172756A1 (en) Method and circuit for detecting a short circuit of a resolver exciter line to ground or to the operating voltage
US11125795B2 (en) Capacitive sensor
JP4877115B2 (ja) 回転電機の部分放電位置特定装置
US20200227982A1 (en) Sensing and health monitoring of flux-switching motor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant