CN110855085A - 一种带转子故障检测装置的高速电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带转子故障检测装置的高速电机，包括前端盖(1)和后端盖(11)、机座(2)、定子铁芯(3)、转子支承(4)，所述转子支承(4)包括转子铁芯(41)、转轴(42)、前后接触式轴承(43)以及故障监控装置(44)，所述故障监控装置(44)由弹力元件(441)、传输线(442)和控制器(443)组成，所述转子铁芯(41)、前后接触式轴承(43)压装在转轴(42)上，所述故障监控装置(44)的弹力元件(441)端部设有电阻应变片，所述电阻应变片固定在前端盖(1)或后端盖(11)的轴承室的凹槽内，所述电阻应变片与控制器通过传输线(442)实现电性连接，所述控制器内设有滤波器、放大器、转换器。本发明具有成本低、结构简单、使用方便的特点。

Description

一种带转子故障检测装置的高速电机

技术领域

本发明属于高速驱动电机设计技术领域，具体是一种带转子故障检测装置的高速电机。

背景技术

通常电机是指转速在10kr/min或者转子表面线速度100m/s以上运行时，定义为高速电机，主要包括高速异步电机、高速无刷直流电机、高速永磁同步电机和高速磁阻电机。高速电机具有转速高、效率高等优势，且已在很多工业领域得到广泛应用，在污水处理、天然气输送以等中高速离心压缩机、以及在飞轮储能、涡轮增压系统等领域都需要由高速电机来驱动；在高精度加工领域，采用高速电主轴可以有效的提高加工精度及成品率，市场需求量和经济效益巨大。在高速下的电机的转子需要承受一定的机械应力，为了避免转子的材料的机械应力大于所规定的许用应力的最大值，通常把电机的转子设计成细长型降低转子外表面的线速度，或者转子外表面增加护套部件提高许用应力，增加稳定性和可靠性，但是高速电机偶尔会出现过载或者过速的运行工况，所以也会存现存在机械应力过大、温升过高、材料失效等问题，导致高速旋转的转子外表面和定子内径相擦，使得电机性能恶化或者烧毁。由于高速运行的转子处于电机的内部，其损坏与否、或者损坏程度很难从电机外部观测到，此外，有些损坏由于破损面积小，表面难以观察，因此难以察觉，无法判断转子存在了故障隐患或者出现了故障。高速电机的转子支承系统能否长期稳定、安全和可靠运行能否实际应用的先决条件。目前各类高速电机中广泛采用的轴承可分为接触式和非接触式两大类，前者主要为高速滚珠轴承，后者包括空气轴承和磁悬浮轴承，其中接触式滚珠轴承是电机领域中应用最为广泛的轴承种类，具有稳健性强、成本低、体积小等优势，但是转子在受离心力、负荷以及温升影响下，转子将会出现被离心力、热膨胀等因素破坏，又无法及时的检测故障进行减负载、停机处理，导致出现转子与定子相擦，影响电机输出性能、出现烧毁电机或者严重的安全事故。目前在高速电机转子故障进行在线实时的检测还没有出现相关的文献和报道，或者还处于研究阶段。

发明内容

本发明是要解决的是接触式滚珠轴承支承高速运行转子故障问题，在高速电机运行时，难以实时在线观察到高速转子的运行状态，如果转子出现变形、相擦等结构故障，而不能被及时发现，并采取措施，可能产生恶劣的安全事故。提供一种一种带转子故障检测装置的高速电机，对高速运行的转子进行有效的、实时的进行监测，保证转子出现结构故障时进行有效的控制，克服现有技术的缺点和不足。

本发明采用如下技术方案：

一种带转子故障检测装置的高速电机，包括前端盖(1)和后端盖(11)、机座(2)、定子铁芯(3)、转子支承(4)，其特征在于：所述转子支承(4)包括转子铁芯(41)、转轴(42)、前后接触式轴承(43)以及故障监控装置(44)，所述故障监控装置(44)由弹力元件(441)、传输线(442)和控制器(443)组成，所述转子铁芯(41)、前后接触式轴承(43)压装在转轴(42)上，所述故障监控装置(44)的弹力元件(441)端部设有电阻应变片，所述电阻应变片固定在前端盖(1)或后端盖(11)的轴承室的凹槽内，所述电阻应变片与控制器通过传输线(442)实现电性连接，所述控制器内还设有滤波、放大器，A/D转换器，所述电阻应变片与滤波、放大器连接，所述滤波、放大器与A/D转换器连接，所述A/D转换器内部嵌有微型芯片。

进一步地，所述控制器内还设有显示器、警报器以及处理模块，所述处理模块为PLC模块，所述处理模块通过传输线(442)与弹力元件(441)的电阻应变片连接，所述处理模块的输出端分别与显示器和警报器连接。

又进一步地，所述的滤波器由一个运算放大器LF356和电阻、电容组成的低通滤波器，所述A/D转换器内部嵌有的微型芯片由8098单片机芯片组成。

本发明的有益效果是：

1.本发明实现了在高速电机运行性能、外部的安装的尺寸以及内部的结构均不发生改变前提下，在端盖的轴承室内增加一条固定弹性电阻应变片的凹槽，配合故障监测装置即可实现电机的故障监测。

2.本发明检测信号和控制系统形成闭环控制，可以实现实时不停机的在线检测，根据电阻应变片将此应力变化的信号进行实时的测试和反馈，实现无人值守状态，保证其系统的安全、可靠的运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2本发明电机故障时弹性元件受力变形量的状态示意图；

图3本发明故障监控装置的结构示意图；

图4为本发明故障监控装置的原理示意图；

图5为本发明故障监控装置运行原理示意图。

图中：1-前端盖、11-后端盖、2-机座、3-定子铁芯、4-转子支承、41-转子铁芯、42-转轴、43-前后接触式轴承、44-故障监测装置、441-弹力元件、442-传输线、443-控制线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～4所示，本发明提出的一种带转子故障检测装置的高速电机，其包括：前端盖1和后端盖11、机座2、定子铁芯3、转子支承4，所述前端盖1和后端盖11分别安装在机座2的两端，所述定子铁芯3固定安装字机座2的两端，所述转子支承4包括转子铁芯41、转轴42、前后接触式轴承43以及故障监控装置44，所述故障监控装置44由弹力元件441、传输线442和控制器443组成，所述转子铁芯41、前后接触式轴承43压装在转轴42上，所述故障监控装置44的弹力元件441端部设置电阻应变片，所述电阻应变片固定在前端盖1或后端盖11的轴承室的凹槽内，所述电阻应变片与控制器43通过传输线442实现电性连接，所述控制器43内设置滤波、放大器、A/D转换器，所述电阻应变片与控制器43内的滤波、放大器连接，所述滤波、放大器的输出端与A/D转换器连接，所述A/D转换器内部嵌有微型芯片所述控制器43内还设置显示器、警报器以及处理模块，所述处理模块为PLC模块，所述处理模块通过传输线442与弹力元件441的电阻应变片连接，所述处理模块的输出端分别与显示器和警报器连接。

具体地，本发明中所述滤波器由一个运算放大器LF356和电阻、电容组成的低通滤波器，所述A/D转换器内部嵌入的微型芯片由8098单片机芯片组成。

本发明的工作原理如下：当高速运行的转子铁芯41发生变形时，必然会出现接触式轴承43外圈在不同的位置受力不均匀，此时不均匀的作用力作用于弹性元件441，弹性元件441受力变形量的大小不一样，安装在弹性元件441上的电阻应变片将此应力变化的信号测量，并通过外接的应变电桥将不均衡的应变力转化为微弱电信号，其将信号经传输线442穿过端前端盖1或后端盖11并引出，与控制器43里面设置的模拟信号经滤波、放大及采样保持后送到A/D进行转换，将转换后所得到的数字信号输出给控制器443内的处理模块进行分析、处理后进行在线显示、产生报警信号，以便及时采取应对措施，从而对高速运行的转子故障进行实时预判和检测，保证其系统的安全、可靠的运行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种带转子故障检测装置的高速电机，包括前端盖(1)和后端盖(11)、机座(2)、定子铁芯(3)、转子支承(4)，其特征在于：所述转子支承(4)包括转子铁芯(41)、转轴(42)、前后接触式轴承(43)以及故障监控装置(44)，所述故障监控装置(44)由弹力元件(441)、传输线(442)和控制器(443)组成，所述转子铁芯(41)、前后接触式轴承(43)压装在转轴(42)上，所述故障监控装置(44)的弹力元件(441)端部设有电阻应变片，所述电阻应变片固定在前端盖(1)或后端盖(11)的轴承室的凹槽内，所述电阻应变片与控制器通过传输线(442)实现电性连接，所述控制器内还设有滤波、放大器，A/D转换器，所述电阻应变片与滤波、放大器连接，所述滤波、放大器与A/D转换器连接，所述A/D转换器内部嵌有微型芯片。

2.根据权利要求1所述的一种带转子故障检测装置的高速电机，其特征在于：所述控制器内还设有显示器、警报器以及处理模块，所述处理模块为PLC模块，所述处理模块通过传输线(442)与弹力元件(441)的电阻应变片连接，所述处理模块的输出端分别与显示器和警报器连接。

3.根据权利要求1所述的一种带转子故障检测装置的高速电机，其特征在于：所述的滤波器由一个运算放大器LF356和电阻、电容组成的低通滤波器，所述A/D转换器内部嵌有的微型芯片由8098单片机芯片组成。

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