CN115461633A - 使用物理域性能特征图进行电机的虚拟机测试 - Google Patents

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Abstract

用于对电机(8)进行虚拟机测试的系统、方法、以及计算机程序产品。将包括在电机(8)的一个或更多个静态测试期间测得的参数值的测试特征图与通过对参考机(42)执行类似系列的静态测试而生成的参考特征图进行比较。然后，通过使所述参考机(42)经受满载动态测试，来验证所述参考机。测试特征图和参考特征图可以包括多个参数，各个参数皆表征相应机器(8、42)在一个或更多个物理域中的物理属性。通过比较测试特征图与参考特征图，而将所述参数选择成，使得可以使电机(8)胜任现场运行，由此避免对电机(8)的满载动态测试的需要。

Description

使用物理域性能特征图进行电机的虚拟机测试
背景技术
本发明总体上涉及电机(electric machine)的测试，特别地，涉及被用于风力涡轮机(wind turbine)发电的大型电机的工厂验收测试的方法、系统、以及计算机程序产品。
风力涡轮机部分因其低碳足迹以及对传统发电方法对环境的影响的关注而成为日益增长的电力来源。然而，为了加速用风力涡轮机替换依赖化石燃料的工厂设备，并且仍保持与其它形式的可再生能源的竞争，重要的是继续降低利用风力涡轮机供电的成本。风力涡轮机的一个成本来源与发电机的工厂验收测试相关联。
由于在风力发电应用中运输和安装发电机的成本，风力发电系统运营商通常要求各个发电机在接收之前经受满载测试。与陆基系统相比，由于维护这些风力涡轮机所涉及的成本和时间的增加，诸如发电机的风力涡轮机部件的可靠性对于海上风力发电系统尤其重要。
发电机的常规满载测试涉及将被测试发电机的转子机械地联接至作为电动机运行的另一电机。电动机将电能转换成被提供给发电机的旋转能，并且发电机将旋转能转换回电能。用来自电网的额外电力补充由被测试的发电机生成的电力，以补偿电动机和发电机中的电力损失，并反馈到电动机中。
因为满载测试需要复制全运行条件的机械系统和电气系统，所以满载测试的成本可能是昂贵的。费用包括测试设备的资本费用、测试所需的时间、以及进行测试所需的劳动力资源。随着发电机尺寸的增加，发电机满载测试中涉及的电力和机械力也增加。这抬高了测试设备的尺寸和成本、以及建立测试所花费的时间。因此，测试费用与正被测试的电机的大小和额定功率成比例。而且，这些测试费用可能需要在所有制造场所重复，从而进一步增加了总产品成本。
为了适应风能需求的增加，制造商已经开发出具有较大容量的风力涡轮机，这需要相应较大的发电机。此外，这些大容量风力涡轮机中的许多被部署在海上以利用在那里发现的有利风况，并且减少风力涡轮机对生活在沿海地区的人们的影响。因此，对用于风力发电系统的发电机执行测试的需要和这种测试的成本都呈上升趋势。
因此，需要用于测试生产机(production machine)的改进的系统、方法以及计算机程序产品，其提供生产机将适当地运行的高置信度水平，而没有全规模动态测试的时间和费用。
发明内容
在本发明的实施方式中，提供了一种用于对电机进行测试的设备。该设备包括一个或更多个处理器、以及联接至所述一个或更多个处理器的存储器。该存储器包括程序代码，该程序代码在由所述一个或更多个处理器执行时，使该设备：测量指示至少一个被测装置(device under test)对静态测试的响应的第一参数的第一值；以及至少部分地基于第一参数的第一值来生成测试特征图(signature)。该设备比较测试特征图与参考特征图。如果测试特征图与参考特征图匹配，则该设备使所述至少一个被测装置通过。如果测试特征图与参考特征图不匹配，则该设备使所述至少一个被测装置不通过。
在本发明的一方面，该程序代码还可以使该设备：利用至少一个激励源(stimulus)来激励所述至少一个被测装置，并且所述至少一个被测装置的响应可以是对激励源的反应。
在本发明的另一方面，所述至少一个激励源可以模拟被测装置的运行条件。
在本发明的另一方面，参考特征图可以通过以下生成：测量指示参考装置对所述静态测试的所述响应的所述第一参数的第二值，以及至少部分地基于所述第一参数的所述第二值来生成所述参考特征图。
在本发明的另一方面，可以在使参考装置经受合格性测试之前，测量被用于生成参考特征图的第一参数的第二值，可以在使参考装置经受合格性测试之后，测量被用于生成参考特征图的第一参数的第三值，可以根据第一参数的第三值来生成性能测试后(post-performance test)特征图，以及可以通过比较性能测试后特征图与参考特征图，来确定参考装置的可靠性预测、磨损预测、或老化预测中的一个或更多个。
在本发明的另一方面，测试特征图包括所述至少一个被测装置的测试图的至少一部分，参考特征图包括参考装置的参考图的至少一部分，并且根据测试图的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置的第一参数。
在本发明的另一方面，各个测试图和各个参考图皆被划分成多个单元格(cell)，并且将测试图中的各个单元格的第一参数与参考图的对应单元格的第一参数进行比较。
在本发明的另一方面，第一参数定义第一物理域的第一物理属性，其中，第一物理域是磁域、电域、热域、以及机械域中的一者。
在本发明的另一方面，第一参数可以定义第一物理域的第一物理属性，并且测试特征图和参考特征图中的各个特征图皆可以包括第二参数，该第二参数定义与第一物理域不同的第二物理域的第二物理属性。
在本发明的另一方面，第一物理域可以是磁域、电域、热域、以及机械域中的一者，以及第二物理域可以是磁域、电域、热域、以及机械域中的另一者。
在本发明的另一方面，所述至少一个被测装置可以包括测试机的定子，所述至少一个激励源可以包括向定子的绕组施加的电信号，并且第一参数可以包括定子的温度。
在本发明的另一方面，测试特征图可以包括所述至少一个被测装置的测试热图的至少一部分，参考特征图可以包括参考装置的参考热图的至少一部分，并且可以根据测试热图的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置的温度。
在本发明的另一方面，各个热图皆可以被划分成多个单元格，并且可以将测试热图中的各个单元格的温度与参考热图中的对应单元格的温度进行比较。
在本发明的另一方面，测试机可以包括一个或更多个热传感器，并且测试热图被用于校准所述一个或更多个热传感器。
在本发明的另一方面，所述至少一个激励源可以包括向所述至少一个被测装置的输入点施加的机械强制函数，并且第一参数可以是所述至少一个被测装置的振动。
在本发明的另一方面，测试特征图可以包括所述至少一个被测装置的测试振动图的至少一部分，参考特征图可以包括参考装置的参考振动图的所述至少一部分，并且可以根据测试振动图的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置的振动。
在本发明的另一方面，各个振动图皆可以被划分成多个单元格，并且可以将测试振动图中的各个单元格的振动与参考振动中的对应单元格的振动进行比较。
在本发明的另一方面，所述至少一个激励源可以包括激励模式，该激励模式包括多个机械强制函数，并且各个机械强制函数皆可以具有独立振幅、独立相位、独立取向、以及独立输入点。
在本发明的另一方面，所述至少一个参考装置可以包括已经通过全部合格性测试的参考机的部件。
在本发明的另一方面，测试特征图和参考特征图各自可以包括第二参数，该第二参数定义与第一物理域不同的第二物理域的第二物理属性。
在本发明的另一方面，所述电机是风力涡轮机的发电机，并且其中，在将所述发电机安装在所述风力涡轮机中之前，执行所述电机的所述测试。
在本发明的另一实施方式中，提供了一种用于制造风力涡轮机的方法。所述方法包括：测量指示所述至少一个被测装置对静态测试的响应的第一参数的第一值；至少部分地基于第一参数的第一值来生成测试特征图；以及比较测试特征图与参考特征图。如果测试特征图与参考特征图匹配，则在风力涡轮机中安装所述至少一个被测装置。如果测试特征图与参考特征图不匹配，则不在风力涡轮机中安装所述至少一个被测装置。
在本发明的另一方面，测试特征图包括所述至少一个被测装置的测试图的至少一部分，参考特征图包括参考装置的参考图的至少一部分，并且根据测试图的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置的第一参数。
在本发明的另一方面，各个测试图和各个参考图皆被划分成多个单元格，并且将测试图中的各个单元格的第一参数与参考图的对应单元格的第一参数进行比较。
在本发明的另一方面，所述第一参数定义第一物理域的第一物理属性，其中，所述第一物理域是磁域、电域、热域、以及机械域中的一者。
在本发明的另一实施方式中，提供了一种用于对电机进行测试的方法。所述方法包括：测量指示所述至少一个被测装置对静态测试的响应的第一参数的第一值；至少部分地基于第一参数的第一值来生成测试特征图；以及比较测试特征图与参考特征图。如果测试特征图与参考特征图匹配，则该方法使所述至少一个被测装置通过。如果测试特征图与参考特征图不匹配，则该方法使所述至少一个被测装置不通过。
在本发明的另一实施方式中，提供了一种计算机程序产品。计算机程序产品包括非暂时性计算机可读存储介质、以及被存储在该非暂时性计算机可读存储介质上的程序代码。该程序代码被配置成使得当通过一个或更多个处理器执行时，该程序代码使所述一个或更多个处理器：测量指示所述至少一个被测装置对静态测试的响应的第一参数的第一值；至少部分地基于第一参数的第一值来生成测试特征图；以及比较测试特征图与参考特征图。如果测试特征图与参考特征图匹配，则该程序代码使所述一个或更多个处理器使所述至少一个便携式装置通过。如果测试特征图与参考特征图不匹配，则该程序代码使所述一个或更多个处理器使所述至少一个便携式装置不通过。
以上发明内容呈现了本发明的一些实施方式的简化概述，以提供对本文所讨论的本发明的某些方面的基本理解。该发明内容不旨在提供本发明的广泛综述，也不旨在标识任何关键或重要的要素，或者描绘本发明的范围。该发明内容的唯一目的仅仅是以简化的形式呈现一些概念，作为对下面呈现的详细描述的介绍。
附图说明
附图被并入并构成了本说明书的一部分，例示了本发明的各种实施方式，并与上面给出的本发明的一般描述以及下面给出的实施方式的详细描述一起用于说明本发明的实施方式。
图1是根据本发明的实施方式的电机的转子组件和定子组件的分解立体图。
图2是示出图1的电机的截面图。
图3是用于在诸如图1和图2所描绘的电机上执行满载测试的测试机构(testsetup)的图解视图。
图4是用于执行可以使用图3的测试机构的参考机的合格性测试的处理的流程图。
图5是用于使用由图4的处理生成的参考特征图来执行生产机的虚拟机测试的处理的流程图。
图6是可以被用于测量图1和图2的电机中的磁通量的系统的图解视图。
图7是可以被用于执行图1和图2的电机的热域测试的测试机构的图解视图。
图8是可以使用图7的测试机构生成的热图的图解视图。
图9至图11是可以被用于执行图1和图2的电机的机械域测试的测试机构的图解视图。
图12是可以使用图8至图10的测试机构生成的振动图的图解视图。
图13是用于将从被测装置获得的测试图与从参考机获得的参考图进行比较的处理的流程图。
图14是可以被用于实现图3至图13中所描绘的测试机构、处理、系统、或图(map)中的一个或更多个的计算机的图解视图。
应理解，附图不一定是按比例绘制的，并且可以呈现例示本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。本文所公开的操作序列的具体设计特征(例如，包括各种所例示的部件的具体尺寸、取向、位置以及形状)可以部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。所例示的实施方式的某些特征可能是相对于其它特征进行了放大或变形，以便于可视化和清楚理解。特别地，例如为了清楚或例示起见，薄的特征可能被加厚了。
具体实施方式
本发明的实施方式致力于用于对电机进行虚拟机测试的系统、方法、以及计算机程序产品。虚拟机测试是一种在电机的一个或更多个物理域中定义一个或更多个关键参数的方法。这些关键参数被用于提供指示电机在运行条件下的性能的特征图。将根据在电机(即，测试机)的一个或更多个静态测试期间测得的参数值生成的测试特征图与通过对参考机执行类似系列的静态测试而生成的参考特征图进行比较。参考机可以是已经经历满载动态测试以确保参考机满足所有测试标准的电机。将测试特征图与参考特征图进行比较可以提供测试机在类似运行条件下是否像参考机一样运行的可靠指示。这可以允许以鲁棒的方式测试生产机而无需满载或部分负载测试。
虚拟机测试可以包括在测试机的运行环境的特定域特性中再现一个或更多个激励源。这些激励源可以例如通过将能量馈送到被测装置(例如，测试机或其部件)中来再现。可以将被测装置对每种激励源的反应与从经受相同或等效激励源的参考装置(例如，参考机或其部件)获得的一个或更多个反应进行比较。参考装置的虚拟机测试可以为以特定功率水平测试的特定类型的电机建立参考特征图。然后，可以将该参考特征图用作随后测试类似电机的比较基础。
可以被用于生成参考特征图的物理域测试可以包括但不限于磁域测试、电域测试、热域测试、以及机械域测试。虚拟机测试可以包括在上述域中的一个或更多个域中生成数据的一个或更多个静态测试。由这些测试生成的数据可以指示测试特征图的各个参数的值。这些测试参数值中的各个测试参数值皆可以与当参考机经受相同测试时从该参考机获得的相应参考参数值进行比较。某些参数可以具有多个维度。根据所获得的虚拟机测试数据的类型和分辨率，虚拟机测试可以提供比常规电机测试(其通常受到可以采用的传感器数量的限制)更高的合格程度。
图1和图2描绘了根据本发明的实施方式的示例性电机8，该电机包括定子10、转子12、以及壳体14，并且具有径向磁通量拓扑结构。定子10和转子12具有同心布置。定子10是固定的和静止的，并且转子12被配置成相对于定子10旋转。当转子12旋转时，该转子生成与定子10相互作用的旋转磁场。尽管示例性电机8仅具有采用同心布置的一个定子10和一个转子12，但是本发明的实施方式并不因而受限。应理解，本发明的实施方式可以与具有一个或更多个转子或者一个或更多个定子的电机一起使用。这些电机还可以包括被径向地设置在转子内部的定子、或者包括具有轴向磁通量拓扑结构的定子和转子。
定子10可以包括：具有环形外轭16的定子框架15、从外轭16朝向转子12径向向内突出的多个齿18、以及被设置在相邻齿18之间的槽内的多个线圈20。由此限定的齿18和槽可以沿着定子框架15的全长L延伸。定子10在电机8的运行期间保持静止，并且表示电机8的非旋转部分。齿18和外轭16可以由铁磁材料构成。各个线圈20皆可以包括彼此电绝缘的导电材料的环或匝。各个线圈20还可以与一个或更多个其它线圈20串联连接以共同形成定子10的绕组。
转子12可以包括：转子芯22、围绕转子芯22沿周向分布的多个磁极28、以及驱动轴24，该驱动轴24将转子芯22可操作地联接至外部负载(当作为电动机运行时)或者外部旋转能量源(当作为发电机运行时)。驱动轴24被配置成使得转子12能够绕其纵向轴线26旋转。转子12可以是大体圆柱形的并且包括多个磁极28，使得气隙30被限定在磁极28与定子10的齿18的远端之间。当电机8在运行时，转子12相对于静止的定子10绕纵向轴线26旋转或自旋。
当作为发电机运行时，电机8的定子10和转子12协作地运行，以将通过驱动轴24接收的旋转能量转换成电能。由此，电机8可以利用由原动机提供的动能来发电。具体地，根据法拉第定律的原理，转子12的磁极28经过定子10的静止线圈20的运动在所述线圈20中的各个线圈中感应出电流。这些电流又可以被联接至向其供电的外部负载。
尽管电机8具有转子12，该转子具有被描绘为永磁体的磁极28，但是本发明的实施方式并不因而受限。例如，也可以使用具有这样的转子12的电机8，即，该转子具有由电磁体提供的磁极28。另外，电机8还可以配置有处于定子10中的磁极28以及处于转子12中的线圈20。
图3例示了用于使用满载或部分负载测试来证明参考机42合格的示例性测试机构40。测试机构40包括电动机44，该电动机包括具有旋转轴46的电机，该旋转轴46通过联轴器50可操作地联接至参考机42的旋转轴48。参考机42和电动机44可以是复制的电机，并且通常分别以发电模式和电动模式运行。参考机42例如可以是被用于验证新设计的原型电机，或者可以是从组装线选择的生产机，以用作其它生产机的虚拟机测试的参考机。
联轴器50可以被配置成允许调节轴46、48的旋转角度，以设定参考机42与电动机44之间的位移角。因为同步机的轴功率取决于轴的位移角，所以可以通过改变参考机42与电动机44之间的联轴器的角度来调节参考机42上的负载。由参考机42输出的电流52可以通过功率耦合器54反馈到电动机44中。来自电源58(例如，电网)的附加电流56可以与由参考机42生成的电流52组合，并且组合的电流60被馈送到电动机44中。从电源58汲取的电流可以足以补偿参考机42和电动机44中的内部损耗。
测试机构40提供可以被用于复制满载测试所需的全运行条件的机械和电子系统。然而，由于测试设备的资本费用以及进行每次测试所需的时间和劳动力资源，满载测试可能是昂贵的。这些费用的规模与机器尺寸和额定功率直接相关，因此随着电机容量的增长，对这些机器执行满载测试同样变得更加昂贵。常规的工厂验收测试通常要求各个生产机以全转矩和全功率在其全运行速度范围内运行。这需要在各个生产机上执行满载测试的能力。
虚拟机测试涉及使用参考机42来建立参考特征图，该参考特征图被用于证明达到类似置信度水平的附加电机合格，而无需重复使用满载测试测试机构40。有利地，这可以允许大型生产机被证明安装为发电机是合格的，而不使得它们经受满载测试。
图4描绘了例示根据本发明的实施方式的可以被用于生成用于评估电机的一个或更多个参考特征图的示例性处理70的流程图。在框72中，处理70选择要用作参考机42的电机。该电机可以是用于电机的生产运转的原型机，或者可以从使用虚拟机测试来验收(accepted)的一组生产机中选择。
响应于选择电机，处理70可以进行至框74并且从电机获得一个或更多个性能测试前(pre-performance test)特征图。获得这些测试特征图可以包括使电机或其一个或更多个部件经受一个或更多个静态测试。示例性静态测试可以包括：转子的磁通量测试、定子绕组的电测试、定子的热测试、以及转子的振动测试。下面，更详细地描述用于执行静态测试并且获得被用于生成测试特征图的参数值的示例性系统和处理。
在框76中，处理70可以对所选择的电机执行完全合格性测试。完全合格性测试可以包括如上参照图3所描绘的满载测试，以及客户要求用于合格性测试的任何其它测试。如果电机没有通过全部合格性测试(判定框78的“否”分支)，则处理可以进行至框80，拒绝该电机，并且返回至框72以选择另一电机来证明作为参考机是否合格。被拒绝的电机可以被送回工厂进行修理，或者被拒绝的电机可以被报废，而另一电机被选择用于作为参考机测试。
如果电机在完全合格性测试中通过(判定框78的“是”分支)，则处理70可以进行至框82。在框82中，处理70可以保存性能测试前特征图(例如，保存在测试特征图数据库中)，以供在对其它电机执行虚拟机测试方面使用。然后，处理70可以进行至框84，并且从电机获得性能测试后特征图。可以以与性能测试前特征图相同的方式从电机获得性能测试后特征图。
在框86中，处理70可以保存性能测试后特征图以供在可靠性、磨损以及老化研究方面使用。将性能测试后特征图与其对应的性能测试前特征图进行比较可以提供关于电机如何响应老化和使用的信息。该信息可以用于标识哪些部件最可能随时间失效，以及运行条件如何影响部件的老化和磨损。因为在框76中对参考机执行的合格性测试的某些方面可以被预期会引起电机的磨损，所以参考机的性能测试后特征图通常仅被用于表征测试对参考机的影响。即，性能测试后特征图通常不适合用作参考特征图。
可以将被存储在数据库中的参考特征图用于附加电机的虚拟机测试。如果测试特征图与参考特征图之间的差异处于正被测量的参数的测量公差内，则从生产机获得的测试特征图可以被认为与一个或多个参考特征图匹配。如果测试特征图处于在装置生成测试特征图的性能之间不产生实质差异的任何其它阈值水平内，则这些测试特征图也可以被视为匹配。例如，可以使用从具有不同参数值的测试特征图的测试电机获得的经验数据，以逐参数为基础来确定这些阈值水平。
虚拟机测试不是全动态旋转机测试，而是在一个或更多个物理域中测量被测装置(其可以是电机或其部件)的一个或更多个参数。示例性参数可以包括指示被测装置的特性的任何物理属性，例如，电流、电压、阻抗、磁通量、温度、振动等。然后可以将针对被测装置测量的参数值与使用相同静态测试针对参考机确定的参数值进行比较。因为电机的性能通常是确定性的，所以只要适当地选择所测量的参数，就可以预期具有与参考机的参数值相匹配的参数值的被测装置表现类似。
图5描绘了例示根据本发明的实施方式的可以被用于生产机的虚拟机测试的示例性处理90的流程图。在框92中，可以从生产机获得一个或更多个测试特征图。这些测试特征图可以通过执行一个或更多个静态测试并且基于在这些测试中的至少一个测试期间收集的数据生成测试特征图来获得。例如，测试特征图可以包括一组参数值，各个参数值皆对应于特定测试的结果。在生产机上执行的静态测试可以包括确定生产机整体或生产机的部件(诸如定子10或转子12)的一个或更多个磁参数、电参数、热参数、或机械参数的测试。
一旦获得了测试特征图，处理90就可以进行至框94，并且将为生产机生成的所述一个或更多个测试特征图中的各个测试特征图与对应的参考特征图进行比较。如果比较满足预定义的验收标准(判定框95的“是”分支)，则处理90可以进行至框96，将生产机分类为在工厂验收测试中通过，并且例如通过改变库存跟踪数据库中的机器的状态来核发(release)该生产机以供交付。
如果比较不满足预定的验收标准(判定框95的“否”分支)，则处理90可以进行至框98并且拒绝该生产机。根据虚拟测试的结果，被拒绝的生产机可以被重建或修理，然后被重新测试。在其它的情况下，可以将某些部件重新用到其它生产机中，或者不通过的生产机可以被报废。
虚拟机测试不是依赖于生产机的全规模动态机器测试来验证它们是否满足工厂验收标准，而是在组件、子组件或部件级来扩展或替换机器测试。生产机的这些构件块可以以受控方式加以运用，以在一个或更多个物理域的受控集合中激励测试部件。可以在产品周期的不同级别以及出于不同的理由来执行虚拟机测试。例如，虚拟机测试可以在工厂级执行以用于工厂验收测试，作为避免必须投资满载测试设施并确认相对于经验证的参考机的高级再现性的方式。在设计验证级，可以使用专门的测试机构来执行增强的高加速寿命测试(HALT)等。这可以便于研究极端负载行为、生命周期/可靠性等，而不需要动态全功率超容量测试台。虚拟机测试还可以被用于加速循环加载机制，以使测试在数天或数周而不是数月内完成。虚拟机测试还可以允许检查将在全功率测试期间过于昂贵或危险而无法允许的失效模式。
磁域测试
磁域测试可以包括生成指示由电机生成的磁场的一个或更多个特性(诸如通量密度和取向)的数据的测试。电机内的磁场可以使用一个或更多个磁性传感器来测量，诸如磁通门传感器、霍尔效应传感器、磁阻传感器、感应线圈、或者任何其它合适的传感器。例如，磁性传感器可以输出与经过探针的磁场的密度成比例的电压或电流。可以将磁性传感器定位成测量关键区域中的磁场密度，诸如电机的转子与定子之间的气隙中的磁场密度。这些测量可以提供电机是否正在生成与正确运行一致的磁场的指示。
在转子正在自旋时检查由电机生成的反电动势电压VB_EMF可以提供电机的磁性部件的总体状况的指示。对于永磁体发电机，将被测装置的磁通量图与从参考机获得的磁通量图进行比较可以提供与通过检查反电动势电压VB_EMF所提供的信息等同(甚或更详细)的信息，但不必使转子自旋。
图6描绘了用于测量包括定子102和转子104的电机中的磁通量的示例性系统100。转子104包括由保持器107保持就位的多个磁体106，并且如箭头108、109所示，相对于定子102移动。系统100还包括可以位于定子102中的多个磁性传感器110。磁性传感器110被配置成使得当转子104旋转时磁体106经过磁性传感器110。每当磁体106经过磁性传感器110时，可以由磁性传感器110生成信号112(例如，电流或电压)。信号112可以具有与传感器处的磁通量密度、磁通量密度相对于时间变化的速率、磁通量相对于传感器110的取向、或者通量密度、变化率以及取向的任何组合成比例的振幅。
可以将由磁性传感器110生成的信号112提供给记录该信号的测量装置114。例如，可以通过周期性地采样该信号来记录信号112。这些样本可以包括指示在采样时信号112的振幅的数据。可以将样本存储在存储器中，作为被索引至提供该信号的磁性传感器110的磁通量数据、采样时间、采样时转子104的位置、或其任何组合。转子104的旋转位置可以允许从磁性传感器110接收的磁通量数据与转子104的特定磁体106相关联。
所存储的磁通量数据可以用于生成指示相对于转子104上的位置的磁通量密度的磁通量图。磁通量图可以提供转子104中和周围的磁场密度的图示描绘。由此，磁通量图可以便于对磁体106的充分磁化的验证或者对转子104的需要注意的部分的标识。可以将为生产发电机获得的磁通量图与从参考机获得的参考磁通量图进行比较。可以使用图像分析技术来量化磁通量图之间的差异。如果差异超过阈值，则被测装置可能不通过。
可以将磁性传感器110永久性地嵌入定子102中(例如，在制造期间)、临时性地安装至或嵌入定子102中(例如，通过替换定子线圈的一个或更多个节段来测试转子104)，或者可以包括定子102的绕组的部分。对于磁体106被原位磁化的实施方式，可以将磁性传感器110集成到磁化系统中。然后，可以将使转子104磁化的同一系统用于生成转子104的多维(例如，二维)磁通量图。这可以允许在转子104磁化之后立即分析磁通量数据，并且如果检测到任何磁异常则采取校正动作。可以通过将被测装置的磁通量图与为一个或更多个参考机生成的一个或更多个磁通量图进行比较来开发验收标准。在磁通量图匹配的情况下，反电动势电压VB_EMF测试可能是多余的并因此被省略。
电域测试
电域测试可以包括生成指示定子绕组的一个或更多个特性的数据的测试。绕组特性可以包括：绕组配置(即，导体如何缠绕在定子上)、导体的完整性(例如，存在或不存在开路)、导体的绝缘涂层的完整性(例如，存在或不存在短路)、以及适当的电连接性。该数据可以通过监测定子对通过向绕组施加具有特定特性(例如，振幅和波形)的电信号而提供的激励源的反应来获得。
静态电域测试可以包括：绝缘完整性测试(例如，绝缘电阻、高潜在应力、浪涌测试)、局部放电测试、以及使用直流电流和具有不同频率分量的时变信号来测量绕组的阻抗参数(例如，电阻、电感、电容)。可以在生产中跟踪从这些测试获得的所有参数值，并将其与从参考机获得的对应参数值进行比较。
热域测试
通常，电机中的主要损耗和临界温度是由于绕组中的欧姆损耗。功率损耗的其它来源可以包括由于定子芯中的涡流和迟滞、振动、以及绕组中的趋肤深度效应而引起的损耗。静态热域测试可以包括利用高功率交变电流激励被测装置(例如，定子)，同时捕获被测装置的热图像以形成其热图。可以在一段时间内捕获热图像，以便记录被测装置的暂态和稳态热特性两者。使用这些热图像，可以为被测装置生成针对各种激励条件的热图。然后，可以将来自生产机的热图与作为虚拟机测试协议的部分从参考机获得的热图进行比较。
图7描绘了可以被用于测试电机或其部件的示例性热域测试机构200。测试机构200可以包括：计算机202、通过轴208可操作地联接至电动机206的热成像摄像机204、电源210(例如电网)、功率控制装置212(诸如可控硅整流器(SCR))、以及变压器214。功率控制装置212可以通过变压器214可操作地联接至电源210。计算机202可以可操作地联接至热成像摄像机204、电动机206、以及功率控制装置212，以控制测试并收集数据。
变压器214可以是被配置成调节由电源210提供的电压的大电流变压器。变压器214可以以电机的额定功率的一小部分(例如，使用额定功率的大约1％至2％)来形成满载交变电流(例如，3相电流)，以使可以将满载交变电流提供给被测装置，例如，定子215。由变压器214输出的电压可以由功率控制装置212选择性地施加至定子215(例如，通过电压的脉宽调制)以激励定子215。
测试机构200可以被配置成验收框架组件216，该框架组件包括：定子215、壳体218、冷却舱220、风扇222、以及电机的任何其它被电激励的部分。可以将冷却舱220可操作地联接至冷却剂源224和风扇222，该风扇222被配置成在测试期间向定子215提供冷却空气226，以使测试机构200提供与在框架组件216的运行环境中发现的冷却水平类似的冷却水平。
在没有转子的情况下可以将框架组件216放置在测试机构200中。转子的缺失可以便于将热成像摄像机204插入定子215中。定子215的绕组可以经由变压器214和功率控制装置212电联接至电源210，以使计算机202可以控制向定子215提供的功率量。向定子215提供的功率量可以根据电机的尺寸和预期应用而改变。举例来说，来自以12kA输出12MW的发电机的定子215可以在热域测试期间利用200kW的功率加以激励。
在测试期间，计算机202可以使电动机206使热成像摄像机204旋转，以获得定子215的内部(即，“中心绕组”)的360度热图像。热成像摄像机204或者一个或更多个附加的热成像摄像机(未示出)也可以被移动或定位成捕获定子215的端部(即“端部绕组”)的热图像。计算机202可以将360度热图像转换成包括多个单元格的热图。然后，可以将热图中的各个单元格条目与为参考机生成的参考热图中的对应单元格进行比较。该比较可以包括生成热发散图，该热发散图包括示出测试热图中的各个单元格与其在参考热图中的对应单元格之间的温度差的单元格。热发散图又可以标识电机之间的一致性水平以及各个电机的用于核发的可验收性。这种热测试方法可以提供比负载测试更好的信息，这是因为它在整个框架组件216上而不是仅在热传感器所位于的地方提供热数据。由此，该热图可以提供该电机的热特征图，该热特征图可以与该参考机的热特征图进行比较。
热成像摄像机204可以生成被测装置的温度的二维图。通过移动摄像机，可以生成被测装置的热响应的三维表示。可以将由热成像摄像机204捕获的热图像转换为被测装置的热特征图，该热特征图被用作比较电机与其它电机(诸如参考机)的基础。有利地，热图像能够提供具有比嵌入式温度探针的实际空间分辨率更高的空间分辨率的热数据。可以将该更高分辨率热数据用于生成表示被测装置的总热响应的一个或更多个热参数。可以将这些热参数用作包括由其它物理域测试生成的参数的测试特征图的部分。
如上面关于磁通量图所描述的，可以将为被测装置生成的热图与在负载测试之前从参考机生成的热图进行比较。可以针对电机的任何合适部件(诸如定子和转子)单独地执行热域测试。对于使用永磁体的电机，热域测试可能仅需要在包含绕组的部件(通常为定子)上执行。独立于转子的定子的热域测试可以允许对定子的整个圆柱形表面进行映射，包括端匝、芯、电源引线、集电环(bus rings)、端接装置(termination)等。使用热图像的热域测试的空间分辨率可以高于基于从分立温度传感器获得的热数据的测试。热图像数据还可以避免由于在被测装置中的温度传感器的布置的变化而导致的数据的可变性。
从生产机的热图提取的数据可以与从被集成在电机中的温度传感器获得的温度数据进行比较。该数据比较可以包括在组件的热图与该组件的温度传感器之间生成机器特定相关性。由此可以校准各个组件中的温度传感器。与未被校准的电机相比，该校准又可以提高运行中的电机的热监测的准确性。还可以将生产单元的热图与来自参考机的热图进行比较以显示等同性。类似地，可以在参考机的负载测试之前和之后形成热图，以确定存在何种程度的可变性(若有的话)，并且表征参考机的老化和磨损特性。
热域测试可以包括生成指示电机或该电机的部件的热属性的数据的测试。热属性可以包括电机在额定输出和环境温度下耗散由电损耗生成的热的能力。在一些实施方式中，电机的部件(例如，定子、转子等)的热图像可以在这些部件被提供有与额定条件相当的电流时获得。然后，可以将这些热图像用于确定所述部件的热响应。
图8是描绘定子215的示例性热图250的图解视图。热图250包括与定子215的中心绕组相对应的中心绕组区域252、以及分别与定子215的驱动端的端部绕组和非驱动端的端部绕组相对应的两个端部绕组区域254、256。热图250可以由包括网格线262的网格260划分成多个单元格258。热图250的各个单元格258的位置可以由行和列来标识(例如，AA、AB、AC等)。各个单元格258可以与定子215的、处于与热图250的由单元格258限定的部分相对应的区域中的表面的一个或更多个温度参数相关联。
单元格258可以是任何合适的尺寸，并且可以被归类成对应于定子215的特定部分的区域。这些区域可以包括端部绕组区域254、256、中心绕组区域252、或者对应于定子215的特定部件的区域。定子215的特定部件可以包括：齿、齿之间的槽、绕组的特定部分、以及到外部的电连接部，诸如集电环、电源引线等。可以对这些区域进行分析，以标识单独热点、各个区域内的平均温度、以及热图250的总平均温度。
通过将电能馈送到定子215中来激励定子215允许在测试期间移除转子。有利地，这种测试配置使得热成像摄像机204能够对定子215的内表面进行成像。这允许使用热成像摄像机204直接测量膛(bore)或内径(在径向场机的情况下)的高分辨率热数据。
尽管上面的描述集中在径向场电机的定子上，但是应理解，上述技术可以与其它拓扑结构一起使用，例如，具有外转子的电机、轴向场电机等。上述技术也可以被用于测试电机的其它部件，例如，具有由电磁体提供的磁极或者包括电机的绕组的转子。还应理解，测量可以在暂态基础或热稳态基础上进行。测试场景可以包括在冷却系统就位且可运行的情况下、在冷却系统被禁用的情况下进行测试，或者确定在电机已经达到热平衡之后禁用冷却系统的热效应。
可以对从热图250提取的参数值进行数值处理，以提供用于将生产机的热参数与参考机的热参数进行比较的定量基础。为此，可以从生产机的热图250获得该生产机的热参数，并将该热参数与参考机的热参数进行比较。可以使用利用相同网格线262获得的热参数、映射坐标系、用于电机的激励和冷却的测试条件、以及在瞬时测量的情况下的相同时间步长来进行该比较。
应理解，稳态阈值和暂态阈值可以揭示生产机与其参考机对应物在多种基本物理特性上的定量相似性。这些特性可以包括：定子芯和导体部件的损耗特性、被测装置的部件的热惯性(比热&密度)和导热率、以及冷却系统的有效性和各个热源与冷却介质之间的热阻抗。
机械域测试
机械领域测试在静态意义上表征被测装置的机械属性。可以执行多个机械测试以确保正被评估的电机与参考机之间的一致性。这些机械测试可以包括将随时间变化的力、静态力、或者随时间变化的力和静态力的某一组合施加至被测装置的测试。然后，可以表征被测装置的响应，并将该响应与参考机或其部件之一对相同测试条件的响应进行比较。
一种类型的机械域测试是振动测试。振动测试涉及将采用机械强制函数形式的能量联接至被测装置中。这可以通过将被测装置附接至振动台(shaker table)来实现。然而，使用用于具有风力涡轮发电机量级质量的装置的振动台的振动测试机构可能与满载合格性测试机构一样昂贵，甚或比满载合格性测试机构更昂贵。
为了避免使用振动台的振动测试机构的不切实际，可以将一个或更多个激振器(exciter)(例如，惯性激振器)联接至定子、转子、或其它被测装置，以激励被测装置。然后，可以通过测量被测装置的一个或更多个部分的移动，来表征被测装置对机械强制函数激励源的响应。
图9描绘了根据本发明的实施方式的示例性机械域测试机构300。测试机构300包括一个或更多个(例如，两个)激振器302，各个激振器皆被联接至被测装置306的相应输入点304。最接近各个输入点304定位的振动传感器308(例如，加速度计)可以提供指示在输入点304处正被引入到被测装置306中的能量的量的信号。测试机构300还可以包括生成指定强制函数的一个或更多个(例如，两个)波形发生器310。各个波形发生器310的输出皆可以通过放大器312可操作地联接至相应的激振器302。各个放大器312皆可以被配置成放大驱动功能(driving function)，以使激振器302被提供有足够的功率以正确地运行。可以将被配置成控制测试机构300的计算机314可操作地联接至各个振动传感器308和波形发生器310、以及振动计316(例如，扫描激光多普勒振动计(SLDV))或者被配置成测量被测装置306对由激振器302提供的机械强制函数的响应的其它装置。
各个激振器302皆可以包括递送具有受控频率含量和振幅的时变力的换能器。各个激振器302皆可以在预定位置并且以预定取向刚性地联接至被测装置306。可以选择激振器302的位置和取向，以使机械强制函数在希望点并且以希望矢量被引入被测装置中。由各个激振器302提供的机械强制函数可以具有与由相应波形发生器310提供的电强制函数相对应的相位、频率含量、以及振幅。
对于具有被限制成低于大约100Hz的频率的频率含量的强制函数，可以使用具有伺服液压或气动换能器的激振器302。对于包括处于大约5Hz到2000Hz的范围内的频率的强制函数，可以使用具有电动换能器的激振器302。激振器302的能量输出可以由计算机314进行控制，以在被测装置306的输入点304处维持预定量的加速度。
当激振器302正在激励被测装置306时，可以使用振动计316来表征被测装置306对机械强制函数的响应。对于使用激光多普勒振动计的本发明的实施方式，振动计316可以使用对准被测装置306的表面的激光束来测量该表面的振动。然后，可以基于因表面的运动而造成的反射激光束的多普勒频移，来确定振动的振幅和频率。激光多普勒振动计由此可以形成实时多维振动图，该实时多维振动图示出了被测装置306对激振器302的选择性激励的响应。可以从被测装置306的三维图像映射驻波以及瞬时振动。在本发明的另选实施方式中，可以使用被安装至被测装置306的一个或更多个振动传感器(例如，加速度计)来确定被测装置306的响应。该另选实施方式的振动图的空间分辨率可能受到由振动传感器监测的被测装置306上的点数(number points)的限制。
可以将被测装置306的振动图或“测试振动图”与通过在相同测试条件下测试参考机的相同部件而获得的参考振动图进行比较。测试振动图中的异常可能指示不适当的预载荷、材料属性、接头连续性、不平衡等。
另一示例性机械测试通常被称为自由振动测试，有时被称为“碰撞测试”。自由振动测试向被测装置306提供初始激励源，例如，脉冲。然后，允许被测装置306自由振动或“振荡(ring down)”。自由振动测试可以用于标识被测装置306的共振频率和阻尼特性。
映射整个被测装置306的振动水平并将这些水平与根据对与参考机相同的装置进行的测试所获得的那些水平进行比较可以提供足以满足工厂验收测试要求的机械一致性。上述机械领域测试也可以提供与被用于评估复合材料或焊接组件的非破坏性超声测试的信息类似的信息。
可以以与上面关于热映射所讨论的类似方式来执行电机部件(诸如转子或定子)的振动映射。将激励源引入被测装置(例如，强制函数)，将被测装置对激励源的响应的图(map)进行采样并将其存储为数字数据文件。然后将该图与从参考机的相应部件获得的图(所述图已经被证明满足工厂验收的所有性能要求)进行比较。可以将定量标准以逐单元格为基础应用于生产机部件，以确认该生产机部件具有与参考机的对应部件相等的质量。
与通过将电能馈送到被测装置中而提供激励源的热域相比，在机械域中，通过将动能馈送到被测装置中来提供激励源。因此，响应函数是被测装置表面上的振动而不是温度分布。可以区分机械域与热域的另一方面是，被用于激励被测装置的输入能量和被测装置的响应可以具有在热域中不存在的附加参数。
热域激励源的主要特征在于振幅，即，被提供给绕组的电功率量。同样，热域响应的主要特征在于被测装置的温度。机械域中的类似振幅变量是向输入点提供的强制函数的振幅、以及导致被测装置移动的移动量。然而，振动测试可以包括强制函数和运动矢量。即，被测装置的强制函数和所产生的移动可以包括沿着不同轴线定向的移动分量，并且各个轴线皆具有不同的取向。
因此，振动测试可以包括利用由多个激振器提供的“激励模式”来激励被测装置，其中各个激振器在不同的输入点处引入相应的强制函数并且沿着不同的矢量轴线定向。所述激振器中的各个激振器皆可以生成具有振幅、频率以及相位关系的机械强制函数，该激振器对于给定的激励模式被唯一定义。可以一次一个地或者同时地应用强制函数。在响应图的单独单元格中测量的响应模式也可以具有以逐单元格为基础的单独振幅、频率、以及相位特性。
现在，参照图10至图12，在图10中，采用转子12的形式的示例性被测装置可以由多个激振器320进行激励，这些激振器被配置成提供沿着径向轴线定向的机械强制函数322。在图11中，转子12被描绘为由多个激振器324进行激励，这些激振器被配置成提供沿着切向轴线定向的机械强制函数326。在每种情况下，转子12或振动计316可以围绕转子12的纵向轴线26旋转，以使振动计316捕获转子12的整个外表面的振动响应图像。
机械强制函数322、326可以同相或异相，可以独立或同时施加，并且可以包括多个频率。另外，应理解，机械强制函数322、326的数量、位置、以及取向仅是示例性的。因此，本发明的实施方式不限于机械强制函数的任何特定数量、类型、或取向。
可以将激振器320、324定向成激励被测装置的不同参数。例如，通过径向放置激振器320并使机械强制函数322同步，以使这些函数是同相的，可以在被测装置中激励对径向对称力的响应。这种激励模式可以允许观察与离心力相关联的振动响应。如果激振器320被驱动，以使机械强制函数322异相，则在被测装置中可以激励对径向扰动的响应。这种异相激励模式可以允许观察振动响应，该振动响应可能与当转子12旋转时作用在磁极28上的力、转子12的非圆状态等相关联。
放置激振器324以使机械强制函数326具有与转子12相切的矢量(如图11所描绘的)可以使得能够观察与转矩相关联的现象。可以将径向和切向定向的激振器320、324的组合配置成将具有离轴矢量的机械强制函数施加至转子12。可以将这种类型的激励模式用于模拟转子12对例如来自重力或临界速度弯曲的加载的响应。
可以将不同的激励模式用于激励被测装置所遇到的各种运行状况。可以根据要被模拟的复杂度来修改激振器的数量、它们的取向、强制函数的相位、频率和振幅、以及被测装置的机械支承或约束如何进行配置。例如，可以将被配置成向部件(例如，转子)提供沿径向定向的机械强制函数的激振器阵列用于激励与离心力相关联的运行状况。类似地，可以将切向定向的激振器配置成模拟电机的部件在运行条件下经历的转矩负载。
应理解，机械域虚拟机测试可以针对定子10、转子12、壳体、或者正被测试的电机的任何其它部件单独进行，或者可以应用于整个机器。此外，应理解，可以同时进行热域和机械域虚拟机测试，以使可以以在运行条件下预期的高温来测试被测装置的振动响应。
振动响应图像可以提供用于生成振动图的基础。图12描绘了由包括网格线334的网格332划分成单元格330的示例性振动图328。可以将网格332在空间上链接至被测装置的几何形状，以使单元格330的分布对于各个生产机和参考机是相同的。振动图328的各个单元格330的位置可以由行和列来标识(例如，AA、AB、AC等)。各个单元格330可以与转子12的、处于与振动图328的由单元格330限定的部分相对应的区域中的表面的一个或更多个振动参数相关联。
各个振动响应参数皆可以被存储为n维数据文件，该n维数据文件表征在将激励模式Eb施加至被测装置时单元格a的响应Ra(Eb、fc、Ad、φe)。下标b可以标识哪个激励模式(例如，E1、E2、…、En)正在激励被测装置。激励模式的变化可以包括：所使用的激振器的数量、激振器被联接至的各个输入点的位置、由各个激振器提供的机械强制函数的取向、振幅、相位和频率含量、以及诸如温度或被提供给被测装置的电流(例如，用于组合的机械和热域测试)的其它条件。响应Ra的附加要素可以包括与单元格330相关联的振动响应的频率fc、振幅Ad、以及相位φe。
单元格330的数量可以被选择成提供希望的分辨率并且覆盖振动图328的某些区域。各个单元格330皆可以与和该单元格中的振动的一个或更多个频率分量相对应的一个或更多个值fc、该振动的振幅Ad、以及该振动的相位φe相关联。下标d和e可以指示矢量空间中的轴线，与振幅值和相位值相关联的位移的分量沿着该轴线对准。轴线d和e可以包括：垂直于单元格表面的轴线、沿着第一切向轴线与单元格表面相切的轴、以及沿着与第一切向轴线正交的第二切向轴线与单元格表面相切的轴线。
振幅和相位的方向分量可以通过从多个位置测量沿着将单元格330连接至振动计316的线的径向位移来加以确定。这些位置可以包括：处于单元格正上方的第一位置、沿着第一切向轴线从第一位置横向偏移的第二位置、以及沿着第二切向轴线从第一位置横向偏移的第三位置。然后，可以通过将余弦定律应用于在各个位置处测得的径向位移来确定各个方向分量。因此，对于给定的激励模式Eb，被测装置的振动响应Ra(Eb、fc、Ad、φe)可以与当在多个维度上由相同的激励模式Eb激励时针对参考机的对应组件确定的振动响应Ra(Eb、fc、Ad、φe)进行比较。
上述振动分析可以针对所观察的各个机械特性，来提供生产机与参考机之间的等效水平的定量和高保真度指示。可以被用于显示运行等同性的机械敏感特性可以包括生产部件中的材料密度、刚度、阻尼因子、机械接头的预加载、不连续性、空隙或其它缺陷。应理解，尽管上面的描述是针对具有线性响应的装置和材料的，但是这些方法同样适用于输入力振幅和输出振动振幅是独立变量的非线性系统。
如同热图250的单元格258一样，振动图328的单元格330可以是任何合适的尺寸，并且可以被归类成对应于被测装置的特定部分的区域。可以对这些区域进行分析，以标识具有共振的单独区域、各个区域内的平均振动响应、以及振动图328的总平均振动响应。可以将为被测装置生成的振动图与从参考机生成的对应振动图进行比较，以确定被测装置是否在机械上等同于参考部件。
图(map)比较
图12描绘了根据本发明的实施方式的可以被用于将从被测装置获得的测试图与从参考机获得的参考图进行比较的示例性处理340的流程图。在框342中，处理340可以定义为被测装置生成的图的一个或更多个测试单元格。可以使用网格来定义测试单元格，例如，通过将网格覆盖到测试图上，或者通过标识该图的部分(要从该图的所述部分中提取数据以供在评估被测装置时使用)的任何其它模式来定义测试单元格。单元格可以具有与用于定义参考图的对应参考单元格相同的大小、维数、以及位置。这些单元格可以覆盖整个测试图和参考图，或者仅覆盖相应图的被认为是用于评估被测装置的关键区域的部分。
一旦已定义了测试单元格，处理340就可以进行至框344并且从各个测试单元格提取一个或更多个参数值。这些参数值可以包括由测试单元格包围的参数的均值、中值、最大值、最小值等中的一个或更多个。即，可以基于与图的由单元格定义的所述部分相对应的数据，来确定各个测试单元格的参数值。这些值例如可以对应于包括测试图像的被用于生成图的所述部分的像素的强度。示例性的值可以指示磁通量密度、磁通量取向、温度、温度梯度、表面位移、或者测试装置的与所讨论的单元格相对应的所述部分的任何其它参数。
在框346中，处理340可以从参考图标识对应物参考单元格。该标识处理可以包括将测试图与参考图对准。用于比较的测试单元格可以是与为处理340选择的预定参考单元格对准的那些。举例来说，可以通过在测试图与参考图之间执行空间卷积来对准所述图。然后，可以认为测试图在提供所述图之间的最佳相关性的相对位置处与参考图对准。应理解，参数值的提取和对应物参考单元格的标识可以在迭代处理中进行。例如，最初可以从一个或更多个测试单元格中提取数据，以便将测试图与参考图对准。一旦所述图被对准，就可以提取用于确定参数值和比较所述图的附加或补充数据。
在框348中，处理340可以在进行至框350并将测试单元格与其对应物参考单元格进行比较之前选择测试单元格。将测试单元格与参考单元格进行比较可以包括：将从测试单元格提取的参数值与从对应物参考单元格提取的参数值进行比较。如果参数值中存在超过阈值的差异(判定框352的“是”分支)，则处理340可以进行至框354，拒绝测试装置并终止。如果参数值之差没有超过阈值(判定框352的“否”分支)，则处理340可以进行至框356。
在本发明的另选实施方式中，如果超过了阈值，则处理340可以继续将剩余的测试单元格与其对应物参考单元格进行比较，以便在终止之前对被测装置进行表征。执行测试图与参考图之间的完全比较可以通过标识被测装置的需要注意的区域来帮助修理该装置。
阈值可以是应用于各个测试单元格的预定阈值(例如，超过阈值的一个测试单元格导致测试机被拒绝)，或者是在测试机被拒绝之前单元格数量或累积测试误差必须超过的累积阈值。举例来说，当比较热图时，如果测试单元格热参数(例如，温度)具有处于对应物参考单元格热参数的±X℃内的值，则处理340可以确定对于该测试单元格尚未超过阈值。作为另一示例，如果来自区域中的多个测试单元格的热参数的平均值处于对应物参考单元格的热参数的平均值的±Y℃内，则处理340可以确定对于热图的该区域尚未超过阈值。作为又一示例，如果整个测试热图的热参数的平均值处于参考机图的热参数的平均值的±Z℃内，则处理340可以确定尚未超过阈值。在任何情况下，处理340可以包括被应用于多个区域的多个阈值，其中各个区域皆包括可以被包括在也可以不被包括在另一区域中的一个或更多个单元格。即，区域可以重叠。
阈值可以使用上面在热图示例中描述的线性标度、或者对数标度。对数标度上的阈值可以将与各个单元格相关联的值转换成分贝(dB)以用于比较。然后，可以按照分贝来定义所述值的可接受差值的阈值。示例性验收标准可以是，针对被测装置测得的所有值必须处于从参考机获得的对应值的±2dB内。
根据电机的类型和应用，可以将上述阈值设定成不同的水平。热图的典型阈值水平可以是±5℃。作为另一示例，振动图的典型阈值可以是±2dB。可以在等效条件下以稳态为基础或者以暂态为基础(其中评估来自给定起始点的参数的值的变化率)来比较图。变化率可能是热测试中特别相关的参数。例如，作为虚拟机测试的部分，可以比较单元格中的响应于关掉冷却风扇或者改变向被测装置应用提供的功率量的温度变化率。
在框356中，处理340可以确定是否已将所有测试单元格与其对应物参考单元格进行了比较。如果已经比较了所有单元格(判定框356的“是”分支)，则处理340可以进行至框358，使被测装置通过并终止。如果尚未将所有测试单元格与其对应物参考单元格进行比较(判定框356的“否”分支)，则处理340可以进行至框360，选择下一测试单元格，并返回至框350，以继续将测试单元格与对应物参考单元格进行比较。
验证矩阵
一旦获得了特定测试的物理域数据，就可以将该物理域数据输入到验证矩阵中。通过分解物理域测试的各个关键参数(例如，磁、电、热、以及振动比较结果)以及虚拟机测试如何确认它们，验证矩阵可以用作虚拟机测试特征图。一旦已经使用一个或更多个满载测试确认了电机的总体设计，就可以将该验证矩阵设计成检查每一个设计或组件方面，该设计或组件方面指示相应的参数已经被虚拟机测试确认到什么水平。例如，可以通过将在通过合格性测试的电机的物理域测试结果与不通过测试或者在其它方面已知具有缺陷的机器的物理域测试结果进行比较来标识关键参数。
现在参照图14，可以使用诸如示例性计算机400的一个或更多个计算机装置或系统来实现上述本发明的实施方式或其部分。该计算机400可以包括：处理器402、存储器404、输入/输出(I/O)接口406、以及人机接口(HMI)408。计算机400还可以经由网络412或I/O接口466可操作地联接至一个或更多个外部资源410。外部资源可以包括但不限于服务器、数据库、大容量存储装置、外围装置、基于云的网络服务、或者可以由计算机400使用的任何其它资源。
处理器402可以包括选自以下项中的一个或更多个装置：微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路、或者基于存储在存储器404中的操作指令来操纵信号(模拟或数字)的任何其它装置。存储器404可以包括单个存储器装置或者多个存储器装置，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、易失性存储器、非易失性存储器、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪速存储器、高速缓冲存储器、或者诸如硬盘驱动器、光学驱动器、磁带驱动器、易失性或非易失性固态装置的数据存储装置、或者能够存储数据的任何其它装置。
处理器402可以在驻留于存储器404中的操作系统414的控制下操作。操作系统414可以管理计算机资源，以使被具体实施为一个或更多个计算机软件应用(诸如驻留于存储器404中的应用416)的计算机程序代码可以具有由处理器402执行的指令。在另选实施方式中，处理器402可以直接执行应用416，在该情况下，可以省略操作系统414。一个或更多个数据结构418也可以驻留在存储器404中，并且可以由处理器402、操作系统414、或应用416用来存储或操纵数据。
I/O接口406可以提供将处理器402可操作地联接至其它装置和系统(诸如外部资源410或网络412)的机器接口。由此，应用416可以通过经由I/O接口406进行通信来与外部资源410或网络412协作地工作，以提供包括本发明的实施方式的各种特征、功能、应用、处理或模块。应用416还可以具有由一个或更多个外部资源410执行的程序代码，或者以其它方式依赖于由计算机400外部的其它系统或网络组件提供的功能或信号。实际上，给定可能的几乎无限的硬件和软件配置，本领域普通技术人员将理解，本发明的实施方式可以包括位于计算机400外部、分布在多个计算机或其它外部资源410之间、或者由作为网络412上的服务(诸如云计算服务)提供的计算资源(硬件和软件)提供的应用。
可以将HMI 408可操作地联接至计算机400的处理器402，以允许用户直接与计算机400交互。HMI 408可以包括视频或字母数字显示器、触摸屏、扬声器、以及能够向用户提供数据的任何其它合适的音频和视觉指示器。HMI 408还可以包括输入装置和控件(诸如字母数字键盘、定点设备、小键盘、按钮、控制旋钮、麦克风等)，该输入装置和控件能够接受来自用户的命令或输入以及将所输入的输入发送至处理器402。
数据库420可以驻留于存储器404中，并且可以被用于收集和组织本文所描述的各种系统和模块所使用的数据。数据库420可以包括数据以及存储和组织该数据的支持数据结构。特别地，数据库420可以利用任何数据库组织或结构来进行设置，包括但不限于，关系数据库、分层数据库、网络数据库、或其组合。可以将作为处理器402上的指令执行的采用计算机软件应用的形式的数据库管理系统用于响应于查询而访问被存储在数据库420的记录中的信息或数据，该查询可以由操作系统414、其它应用416、或者一个或更多个模块来动态地确定和执行。
一般而言，被执行以实现本发明的实施方式的例程(无论是被实现为操作系统的部分还是被实现为特定应用、组件、程序、对象、模块或指令序列或其子集)在本文中都可以被称为“计算机程序代码”或简称为“程序代码”。程序代码通常包括计算机可读指令，该计算机可读指令在各种时间驻留于计算机中的各种存储器和存储装置中，并且当由计算机中的一个或更多个处理器读取和执行时，使该计算机执行为执行具体实施本发明的实施方式的各个方面的操作或部件所需的操作。用于执行本发明的实施方式的操作的计算机可读程序指令例如可以是汇编语言、源代码、或者以一种或更多种编程语言的任意组合编写的目标代码。
可以基于在本发明的特定实施方式中实现的应用来标识本文所描述的各种程序代码。然而，应意识到，下面的任何特定程序命名法仅仅是为了方便而使用的，因此本发明不应限于仅在由这种命名法标识或暗示的任何特定应用中使用。而且，给定其中计算机程序可以被组织成例程、过程、方法、模块、对象等的通常无限数量的方式，以及其中程序功能可以在驻留于典型计算机内的各种软件层(例如，操作系统、库、API、应用、小应用程序等)之间分配的各种方式，应意识到，本发明的实施方式不限于本文所描述的程序功能的特定组织和分配。
在本文所描述的任何应用/模块中具体实施的程序代码能够以多种不同的形式作为计算机程序产品单独地或共同地分布。特别地，可以使用其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质来分发程序代码，该计算机可读程序指令用于使处理器执行本发明的实施方式的各个方面。
作为固有非暂时性的计算机可读存储介质可以包括按任何方法或技术实现的、用于存储数据(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块、或其它数据)的易失性介质和非易失性介质、以及可去除有形介质和不可去除有形介质。计算机可读存储介质还可以包括：RAM、ROM、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器或其它固态存储器技术、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)或其它光学存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其它磁存储设备、或者可以被用于存储数据并且可以由计算机读取的任何其它介质。计算机可读存储介质本身不应被解释为瞬时信号(例如，无线电波或其它传播电磁波、通过诸如波导的传输介质传播的电磁波、或者通过导线传输的电信号)。计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到计算机、另一类型的可编程数据处理设备、或另一装置，或者经由网络下载到外部计算机或外部存储装置。
被存储在计算机可读介质中的计算机可读程序指令可以被用于引导计算机、其它类型的可编程数据处理设备、或其它装置以特定方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令生成包括实现在流程图、序列图、或框图中指定的功能、动作、或操作的指令的制品。可以将该计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理设备的一个或更多个处理器以生成机器，使得经由所述一个或更多个处理器执行的指令执行一系列计算以实现在说明书的文本、流程图、序列图、或框图中指定的功能、动作或操作。
附图中描绘的流程图和框图例示了根据本发明的各种实施方式的系统、方法、以及计算机程序产品的可能实现的架构、功能或操作。在这点上，所述流程图或框图中的各个框皆可以表示包括用于实现所指定的一个或多个逻辑功能的一个或更多个可执行指令的模块、程序段、或指令部分。
在某些另选实施方式中，在流程图、序列图、或框图中指定的功能、动作、或操作可以根据本发明的实施方式被重新排序、串行处理、或者并发处理。而且，流程图、序列图、或框图中的任一者均可以包括比与本发明的实施方式一致地例示的那些框更多或更少的框。还应理解，框图或流程图中的各个框、或者框图或流程图中的框的任何组合可以由被配置成执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者由专用硬件和计算机指令的组合来执行。
本文所使用的术语仅用来描述特定的实施方式，并非旨在限制本发明的实施方式。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在包括单数和复数形式两者，并且术语“和”和“或”皆旨在包括另选组合和联合组合两者。还应理解，术语“包括”当在本说明书中使用时，指定存在规定特征、要件、动作、步骤、操作、要素、或组件，而非排除存在或增加一个或更多个其它特征、要件、动作、步骤、操作、要素、组件、或其组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“由…组成”、或其变体在任一详细描述或权利要求中使用来说，这种术语旨在按与术语“包括”相似的方式来包含。
虽然已经通过各种实施方式的描述例示了全部发明，并且已经相当详细地描述了这些实施方式，但是本申请人的意图不是限定所附权利要求的范围或以任何方式限制到这样的细节。附加的优点和修改对于本领域技术人员是容易发现的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备和方法、以及例示性示例。因此，在不脱离本申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以对这些细节进行变更。

Claims (30)

1.一种用于对电机(8)进行测试的设备，所述设备包括：
一个或更多个处理器(402)；以及
存储器(404)，所述存储器联接至所述一个或更多个处理器(402)并且包括程序代码(416)，所述程序代码在由所述一个或更多个处理器(402)执行时，使所述设备：
测量指示至少一个被测装置(306)对静态测试的响应的第一参数的第一值；
至少部分地基于所述第一参数的所述第一值来生成测试特征图；
比较所述测试特征图与参考特征图；
响应于所述测试特征图与所述参考特征图匹配，使所述至少一个被测装置(306)通过；以及
响应于所述测试特征图与所述参考特征图不匹配，使所述至少一个被测装置(306)不通过。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述程序代码还使所述设备：
利用至少一个激励源来激励所述至少一个被测装置(306)，
其中，所述至少一个被测装置(306)的所述响应是对所述激励源的反应。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个激励源模拟所述被测装置的运行条件。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其中，所述参考特征图通过以下生成：
测量指示参考装置对所述静态测试的响应的所述第一参数的第二值，以及
至少部分地基于所述第一参数的所述第二值来生成所述参考特征图。
5.根据权利要求4所述的设备，其中：
在使所述参考装置经受合格性测试之前，测量被用于生成所述参考特征图的所述第一参数的所述第二值，
在使所述参考装置经受合格性测试之后，测量被用于生成所述参考特征图的所述第一参数的第三值，
根据所述第一参数的所述第三值来生成性能测试后特征图，以及
通过比较所述性能测试后特征图与所述参考特征图，来确定所述参考装置的可靠性预测、磨损预测、或老化预测中的一项或更多项。
6.根据权利要求4或5中的任一项所述的设备，其中，所述测试特征图包括所述至少一个被测装置(306)的测试图的至少一部分，所述参考特征图包括所述参考装置的参考图的至少一部分，并且根据所述测试图的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置(306)的所述第一参数。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，各个测试图和各个参考图皆被划分成多个单元格，并且将所述测试图中的各个单元格的所述第一参数与所述参考图的对应单元格的所述第一参数进行比较。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的设备，其中，所述第一参数定义第一物理域的第一物理属性，其中，所述第一物理域是磁域、电域、热域以及机械域中的一者。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的设备，其中，所述第一参数定义第一物理域的第一物理属性，并且所述测试特征图和所述参考特征图中的各个特征图皆包括第二参数，所述第二参数定义与所述第一物理域不同的第二物理域的第二物理属性。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一物理域是磁域、电域、热域以及机械域中的一者，以及所述第二物理域是所述磁域、所述电域、所述热域以及所述机械域中的另一者。
11.根据权利要求2至10中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个被测装置(306)包括测试机的定子(10)，所述至少一个激励源包括向所述定子(10)的绕组施加的电信号，并且所述第一参数包括所述定子(10)的温度。
12.根据权利要求4至11中的任一项所述的设备，其中，所述测试特征图包括所述至少一个被测装置(306)的测试热图(250)的至少一部分，所述参考特征图包括所述参考装置的参考热图(250)的至少一部分，并且根据所述测试热图(250)的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置(306)的所述温度。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，各个热图(250)皆被划分成多个单元格(258)，并且将所述测试热图(250)中的各个单元格(258)的所述温度与所述参考热图(250)中的对应单元格(258)的所述温度进行比较。
14.根据权利要求12或13中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个被测装置(306)包括一个或更多个热传感器，并且所述测试热图(250)被用于校准所述一个或更多个热传感器。
15.根据权利要求2至14中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个激励源包括向所述至少一个被测装置(306)的输入点施加的机械强制函数，并且所述第一参数是所述至少一个被测装置(306)的振动。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述测试特征图包括所述至少一个被测装置(306)的测试振动图(328)的至少一部分，所述参考特征图包括所述参考装置的参考振动图(328)的所述至少一部分，并且根据所述测试振动图(328)的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置(306)的所述振动。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，各个振动图(328)皆被划分成多个单元格(258)，并且将所述测试振动图(328)中的各个单元格(258)的所述振动与所述参考振动图(328)中的对应单元格(258)进行比较。
18.根据权利要求2至17中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个激励源包括激励模式，所述激励模式包括多个机械强制函数(322、326)，各个机械强制函数皆具有独立振幅、独立相位、独立取向以及独立输入点。
19.根据权利要求4至18中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个参考装置包括通过全部合格性测试的参考机的部件。
20.根据权利要求1至19中的任一项所述的设备，其中，所述测试特征图和所述参考特征图均包括第二参数，所述第二参数定义与所述第一物理域不同的第二物理域的第二物理属性。
21.根据权利要求1至20中的任一项所述的设备，其中，所述电机(8)是风力涡轮机的发电机，并且其中，在将所述发电机安装在所述风力涡轮机中之前，执行所述电机(8)的所述测试。
22.一种用于制造风力涡轮机的方法，所述方法包括以下步骤：
测量指示至少一个被测装置(306)对静态测试的响应的第一参数的第一值；
至少部分地基于所述第一参数的所述第一值来生成测试特征图；
比较所述测试特征图与参考特征图；
响应于所述测试特征图与所述参考特征图匹配，将所述至少一个被测装置(306)安装在所述风力涡轮机中；以及
响应于所述测试特征图与所述参考特征图不匹配，不将所述至少一个被测装置(306)安装在所述风力涡轮机中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述测试特征图包括所述至少一个被测装置(306)的测试图的至少一部分，所述参考特征图包括所述参考装置的参考图的至少一部分，并且根据所述测试图的所述至少一部分来确定所述至少一个被测装置(306)的所述第一参数。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，各个测试图和各个参考图皆被划分成多个单元格，并且将所述测试图中的各个单元格的所述第一参数与所述参考图的对应单元格的所述第一参数进行比较。
25.根据权利要求22、23或24所述的方法，其中，所述第一参数定义第一物理域的第一物理属性，其中，所述第一物理域是磁域、电域、热域以及机械域中的一者。
26.一种用于对电机进行测试的方法，所述方法包括以下步骤：
测量指示至少一个被测装置(306)对静态测试的响应的第一参数的第一值；
至少部分地基于所述第一参数的所述第一值来生成测试特征图；
比较所述测试特征图与参考特征图；
响应于所述测试特征图与所述参考特征图匹配，使所述至少一个被测装置(306)通过；以及
响应于所述测试特征图与所述参考特征图不匹配，使所述至少一个被测装置(306)不通过。
27.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：
非暂时性计算机可读存储介质；以及
程序代码(416)，所述程序代码被存储在所述非暂时性计算机可读存储介质上，所述程序代码在通过一个或更多个处理器(402)执行时，使所述一个或更多个处理器(402)：
测量指示至少一个被测装置(306)对静态测试的响应的第一参数的第一值；
至少部分地基于所述第一参数的所述第一值来生成测试特征图；
比较所述测试特征图与参考特征图；
响应于所述测试特征图与所述参考特征图匹配，使所述至少一个被测装置(306)通过；以及
响应于所述测试特征图与所述参考特征图不匹配，使所述至少一个被测装置(306)不通过。
28.一种基本上如本文所示和描述的设备。
29.一种基本上如本文所示和描述的方法。
30.一种基本上如本文所示和描述的计算机程序产品。
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