CN115735327A - 旋转电机的短路检测装置及短路检测方法 - Google Patents

Abstract

旋转电机的短路检测装置具备信号取得部、信号分解部、特定频率成分降低部、信号转换部、短路检测部以及推定精度判定部。信号分解部将由信号取得部取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分。特定频率成分降低部将比槽高次谐波的基本次数低的次数作为阈值，使多个频率成分中的奇数次的频率成分和高于阈值的偶数次的频率成分降低。信号转换部将从特定频率成分降低部输出的多个频率成分转换为电压信号。短路检测部生成与相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形，基于差值波形的形状检测励磁绕组的短路，并且推定励磁绕组的短路位置。推定精度判定部基于以差值波形的峰值角度为中心的最大波的波形的对称程度，判定励磁绕组的短路位置的推定精度。

Description

旋转电机的短路检测装置及短路检测方法

技术领域

本公开涉及旋转电机的短路检测装置及短路检测方法。

背景技术

在以往的旋转电机中，转子的励磁绕组的短路所引起的励磁磁通的变化由探测线圈检测。探测线圈在转子和定子之间的间隙中固定于定子。在励磁绕组中未发生短路的情况下，由探测线圈仅检测奇数次的频率成分的磁通。与此相对，在励磁绕组中发生了短路的情况下，除了奇数次的频率成分的磁通以外，偶数次的频率成分的磁通也由探测线圈检测(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭53-84101号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在以往的旋转电机中，存在难以推定励磁绕组在转子的哪个位置短路这样的问题。

本公开是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种能够推定励磁绕组的短路在励磁件的周向的哪个位置发生的旋转电机的短路检测装置及短路检测方法。

用于解决课题的方案

本公开的旋转电机的短路检测装置，其中，该旋转电机的短路检测装置具备：信号取得部，取得来自磁检测器的电压信号，该磁检测器与设置于励磁件的多个槽的励磁绕组相向；信号分解部，将由信号取得部取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分；特定频率成分降低部，将比与多个槽的间距相关的高次谐波即槽高次谐波的基本次数低的次数作为阈值，并使多个频率成分中的奇数次的频率成分和高于阈值的偶数次的频率成分降低；信号转换部，将从特定频率成分降低部输出的多个频率成分转换为电压信号；短路检测部，将由信号转换部转换后的电压信号按照与励磁件的多个磁极分别对应的励磁件的周向角度进行分割，生成与多个磁极中的相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形，基于差值波形的形状，检测励磁绕组的短路，并且推定励磁绕组的短路在励磁件的周向的哪个位置发生；以及推定精度判定部，判定发生了短路的位置的推定精度，在差值波形中，在将包括峰值电压的绝对值的最大值的一个波设为最大波，且将与最大值对应的励磁件的周向角度设为峰值角度时，推定精度判定部基于以峰值角度为中心的最大波的波形的对称程度来判定发生了短路的位置的推定精度。

本公开的旋转电机的短路检测方法，其中，该旋转电机的短路检测方法具备：信号取得步骤，取得来自磁检测器的电压信号，该磁检测器与设置于励磁件的多个槽的励磁绕组相向；信号分解步骤，将通过信号取得步骤取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分；特定频率成分降低步骤，将比与多个槽的间距相关的高次谐波即槽高次谐波的基本次数低的次数作为阈值，并使多个频率成分中的奇数次的频率成分和高于阈值的偶数次的频率成分降低；信号转换步骤，将通过特定频率成分降低步骤处理了的多个频率成分转换为电压信号；短路检测步骤，将由信号转换步骤转换后的电压信号按照与励磁件的多个磁极分别对应的励磁件的周向角度进行分割，生成与多个磁极中的相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形，基于差值波形的形状，检测励磁绕组的短路，并且推定励磁绕组的短路在励磁件的周向的哪个位置发生；以及推定精度判定步骤，判定发生了短路的位置的推定精度，在差值波形中，在将包括峰值电压的绝对值的最大值的一个波设为最大波，且将与最大值对应的励磁件的周向角度设为峰值角度时，推定精度判定步骤基于以峰值角度为中心的最大波的波形的对称程度来判定发生了短路的位置的推定精度。

发明的效果

根据本公开的旋转电机的短路检测装置及短路检测方法，能够推定励磁绕组的短路发生在励磁件的周向的哪个位置。

附图说明

图1是表示实施方式1的旋转电机及短路检测装置的结构图。

图2是表示由图1的信号取得部取得的电压信号的一例的波形图。

图3是表示由图1的信号分解部进行频率分析后的电压信号的振幅成分的频谱的谱图。

图4是表示通过图1的特定频率成分降低部从图3的谱中降低了特定的频率成分后的振幅成分的频谱的谱图。

图5是表示由图1的信号转换部转换后的电压信号的图。

图6是表示将图5所示的电压信号输入到图1的短路检测部而得到的差值波形的图。

图7是表示在与得到图6所示的差值波形时的涡轮发电机的运转条件不同的运转条件下得到的差值波形的一例的图。

图8是表示假设将图2所示的电压信号直接输入到图1的短路检测部的情况下所得到的差值波形的图。

图9是表示图1的短路检测装置所执行的短路检测例程的流程图。

图10是表示基于图1的推定精度判定部的其他的判定方法的图。

图11是表示实现实施方式1和2的旋转电机的短路检测装置的各功能的处理电路的第一例的结构图。

图12是表示实现实施方式1和2的旋转电机的短路检测装置的各功能的处理电路的第二例的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

实施方式1

图1是表示实施方式1的旋转电机及短路检测装置的结构图。在实施方式1中，作为旋转电机采用了涡轮发电机10。在图1中，对于涡轮发电机10，示出了与涡轮发电机10的轴向垂直的截面。

如图1所示，涡轮发电机10具备作为电枢的定子20及作为励磁件的转子30。定子20具有圆筒状的定子芯21和多相绕组22。定子20设置在转子30的外侧。

定子芯21的轴向是沿着定子芯21的轴心的方向，且是与图1的纸面垂直的方向。定子芯21的径向是以定子芯21的轴心为中心的圆的半径方向。定子芯21的周向是沿着以定子芯21的轴心为中心的圆弧的方向。

在定子芯21的内周部形成有多个定子槽23。各定子槽23沿着定子芯21的径向形成。另外，多个定子槽23在定子芯21的周向上等间距地配置。在实施方式1中，定子槽23的总数为84。在多个定子槽23中缠绕有多相绕组22。

转子30具有转子芯31、励磁绕组32以及未图示的旋转轴。转子芯31和旋转轴与定子芯21同轴配置。转子30能够以旋转轴为中心旋转。

转子芯31的轴向是沿着转子芯31的轴心O的方向，且是与图1的纸面垂直的方向。转子芯31的径向是以转子芯31的轴心O为中心的圆的半径方向。转子芯31的周向是沿着以转子芯31的轴心O为中心的圆弧的方向。

在转子芯31的外周部形成有多个转子槽33。各转子槽33沿着转子芯31的径向形成。

在实施方式1中，多个转子槽33分为第一槽组34和第二槽组35。在第一槽组34和第二槽组35中分别包括16个转子槽33。即，转子槽33的总数为32。

在第一槽组34和第二槽组35中，多个转子槽33沿转子芯31的周向以等间距配置。转子槽33的间距是在转子芯31的周向上相邻的两个转子槽33的宽度方向中心间的距离。对于实施方式1中的转子槽33的间距，如果由转子芯31的周向角度表示，则为7.42°。以下，各转子槽33的间距被称为“转子槽间距”。

在第一槽组34与第二槽组35之间形成有第一磁极36和第二磁极37。在图1中，通过转子芯31的轴心O、转子30的周向上的第一磁极36的中心以及第二磁极37的中心的点划线以下被称为磁极中心线C1。第一槽组34和第二槽组35以磁极中心线C1为中心对称配置。

另外，以下，将通过转子芯31的轴心O、转子芯31的周向上的第一槽组34的中心以及第二槽组35的中心的点划线称为极间中心线C2。

多个转子槽33分别从接近磁极中心线C1的一方起依次被称为第一槽、第二槽、…、第八槽。换言之，多个转子槽33分别从远离极间中心线C2的一方起依次被称为第一槽、第二槽、…、第八槽。

在多个转子槽33中，励磁绕组32以隔着磁极中心线C1在第一槽组34和第二槽组35之间往返的方式卷绕。在励磁绕组32中，配置于相邻的转子槽33的部分相互串联连接。

励磁绕组32由未图示的外部电源直流励磁。由此，第一磁极36和第二磁极37中的一方成为N极，另一方成为S极。即，涡轮发电机10是两极的发电机。

在定子芯21与转子芯31之间形成有空隙40。多相绕组22由未图示的外部电源进行交流励磁。由此，在空隙40内产生旋转磁场。

在定子芯21上固定有作为磁检测器的检测线圈50。更具体地说，检测线圈50固定在定子芯21的内周部、且面向空隙40的部分。另外，检测线圈50与励磁绕组32相向。

主磁通和漏磁通与检测线圈50交链。主磁通是在空隙40中产生的磁通，漏磁通是从各转子槽33漏出的磁通。与检测线圈50交链的磁通被称为交链磁通。

检测线圈50具有第一端子51及第二端子52。当磁通与检测线圈50交链时，在第一端子51与第二端子52之间产生电压信号。检测线圈50内的交链磁通的分布随着转子30的旋转而变动。

短路检测装置60作为功能模块具备信号取得部61、信号分解部62、特定频率成分降低部63、信号转换部64、短路检测部65以及推定精度判定部66。

信号取得部61取得由检测线圈50引起的电压信号。信号分解部62将由信号取得部61取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分。而且，信号分解部62将分解了的各频率成分分离为振幅和相位。

特定频率成分降低部63将低于槽高次谐波的基本次数的频率成分的次数设定为阈值。槽高次谐波是与转子槽间距相关的高次谐波。

而且，特定频率成分降低部63降低分离出的振幅中的奇数次的频率成分和高于阈值的偶数次的频率成分。

信号转换部64通过按照频率成分的次数对相位和由特定频率成分降低部63得到的振幅全部进行累计，转换为特定频率成分降低后的电压信号。

短路检测部65将转换了的特定频率成分降低后的电压信号按照分别与转子30的第一磁极36和第二磁极37对应的转子30的周向角度进行分割。并且，短路检测部65生成与第一磁极36和第二磁极37对应的各电压信号的差值波形。并且，短路检测部65基于差值波形的形状来检测励磁绕组32的短路，并且推定在转子30的周向的哪个位置发生了励磁绕组32的短路。

推定精度判定部66判定励磁绕组32发生短路的位置的推定精度。此外，推定精度判定部66向显示装置70输出关于励磁绕组32是否发生短路、发生短路的转子槽33的位置以及发生短路的转子槽33的推定精度的信息。

显示装置70设置在短路检测装置60的外部。显示装置70基于来自推定精度判定部66的信息，显示励磁绕组32是否发生短路、发生短路的转子槽33的位置、以及发生短路的转子槽33的推定精度。

接着，参照附图，对实施方式1的短路检测装置60的各功能模块进行更详细的说明。图2是表示由图1的信号取得部61取得的电压信号的一例的波形图。该波形图是通过使用电磁场解析程序模拟图1的涡轮发电机10的负荷运转状态而得到的。另外，例如在第一磁极36侧的第二槽中，在励磁绕组32短路一匝的量这样的条件下执行模拟。

如图2所示，例如，周向角度0°到180°与第一磁极36对应，周向角度180°到360°与第二磁极37对应。因此，在周向角度90°时，第一磁极36的中心最接近检测线圈50，在周向角度270°时，第二磁极37的中心最接近检测线圈50。图2中的32个细微的电压变动在转子槽间距、即7.42°发生。

图3是表示由图1的信号分解部62进行了频率分析的电压信号的振幅成分的频谱的谱图。横轴是n次高次谐波的次数，在图3中，表示到110次为止的高次谐波。n是1以上的整数。另外，由于111次以上的次数的高次谐波的振幅小，因此省略显示。纵轴表示各次的高次谐波的电压强度。

根据图3可知，奇数次的高次谐波的电压强度大于偶数次的高次谐波的电压强度。不论励磁绕组32是否发生短路，奇数次的高次谐波均产生。另一方面，偶数次的高次谐波在励磁绕组32发生短路的情况下产生。

另外，在奇数次的高次谐波中，1次的高次谐波的电压强度以及47次的高次谐波的电压强度特别大。一次的高次谐波也被称为基波。基波是主磁通的频率成分。另外，47次的高次谐波是槽高次谐波。槽高次谐波是与转子槽间距相关的高次谐波。47次是槽高次谐波的基本次数。槽高次谐波是由转子30中的1次的磁动势与转子槽间距的导磁率变化的差值而产生的。

48次以上的高次谐波是与比转子槽间距窄的间距、即在周向上比转子槽间距小的角度相当的高次谐波。与比转子槽间距小的角度对应的频率成分不是用于推定励磁绕组32的短路位置所需的成分。因此，特定频率成分降低部63选择小于47次的次数作为用于去除偶数次的频率成分的阈值的次数。然后，特定频率成分降低部63去除大于所选择的阈值的所有偶数次的频率成分。

槽高次谐波的电压强度比接近槽高次谐波的奇数次的频率成分的电压强度高。因此，越是接近于槽高次谐波的次数的偶数次的频率成分，越容易受到槽高次谐波的影响而变得不稳定。因此，更优选的是，设定阈值以去除容易受到槽高次谐波的影响的偶数次的频率成分。

此外，奇数次的频率成分是妨碍检测偶数次的频率成分的主要原因。另一方面，奇数次的频率成分包括为了确定周向角度而需要的信息。因此，为了推定励磁绕组32的短路位置，不希望完全去除。因此，特定频率成分降低部63不去除所有奇数次的频率成分而是使其衰减。

更具体地说，在实施方式1中，特定频率成分降低部63将阈值设定为12，并去除14次以上的偶数次的频率成分。此外，特定频率成分降低部63使所有奇数次的频率成分衰减到1/50。这样，在本实施方式中，降低频率成分包括去除频率成分以及使频率成分衰减。

图4是表示通过图1的特定频率成分降低部63从图3的谱中降低了特定的频率成分后的振幅成分的频谱的谱图。如图4所示，从特定频率成分降低部63输出的振幅成分的频谱包括从2次到12次的偶数次的频率成分和衰减后的奇数次的频率成分。

由此，能够减小妨碍检测励磁绕组32是否发生短路的主要原因。由此，能够提高短路的检测精度。

图5是表示由图1的信号转换部64转换后的电压信号的图。由于转换后的电压信号中不包括槽高次谐波的成分，因此从与图2的比较可知，在图5中，电压的变动周期变长。换句话说，在图5中，没有出现转子槽间距的细小的波形。

图6是表示将图5所示的电压信号输入到图1的短路检测部65而得到的差值波形的图。由于第一磁极36和第二磁极37的极性互不相同，因此为了得到差值波形，只要将与第一磁极36对应的0°至180°的波形和与第二磁极37对应的180°至360°的波形相加即可。通过将图5所示的波形分割成左右并相互相加，获得图6所示的差值波形。

在图6的差值波形中，在50°的位置出现正向的峰值电压，在130°的位置出现负向的峰值电压。正向的峰值电压的绝对值大于负向的峰值电压的绝对值。因此，差值波形中的峰值电压的绝对值的最大值是正向的峰值电压的绝对值。包括该最大值的一个波为最大波。

另外，“一个波”是指从在峰值电压的一侧电压的绝对值最小的周向角度到在峰值电压的另一侧电压的绝对值最小的周向角度为止的范围。

图6中的纵向虚线表示从第一槽到第八槽的周向角度。最接近与磁极的中心对应的90°的虚线是第一槽，最接近0°以及180°的虚线是第八槽。相邻的虚线之间的间隔相当于转子槽间距。

包括正向的峰值电压的一个波的半值宽度和包括负向的峰值电压的一个波的半值宽度都大于转子槽间距。半值宽度是作为判定电压的半值电压中的一个波的周向角度范围。半值电压是峰值电压的一半的电压。

这样，出现比转子槽间距宽的峰值波形表示励磁绕组32发生了短路。

50°的峰值电压和130°的峰值电压都最接近于表示第二槽的虚线。根据该结果，短路检测部65推定为在第二槽中发生了励磁绕组32的短路。

推定精度判定部66基于以峰值角度θ1为中心的最大波的波形的对称程度，判定发生短路的位置的推定精度。峰值角度θ1是与峰值电压的绝对值的最大值对应的转子30的周向角度。

推定精度判定部66计算最大波的中心角度θ2。中心角度θ2是与最大波的半值宽度的中心对应的周向角度。

根据图6，中心角度θ2为44°。中心角度θ2更靠近第三槽而不是第二槽。峰值角度θ1与中心角度θ2的角度差Δθ为6°，大于作为转子槽间距的7.42°的1/2。

例如，如果最大波相对于峰值角度θ1左右对称，则峰值角度θ1与中心角度θ2一致。例如，在最大波左右变形而相对于峰值角度θ1成为左右非对称的情况下，或者在最大波的左右的任一方振幅局部较大地变化的情况下，峰值角度θ1与中心角度θ2不一致。

如上所述，励磁绕组32发生短路的情况能够通过存在宽度宽的峰值波形来检测。但是，在最大波变形的情况下，难以准确地推定短路发生在哪个转子槽33中。

因此，推定精度判定部66基于角度差Δθ来判定推定精度。由此，能够定量地掌握励磁绕组32的短路位置的推定精度的准确性，能够抑制错误地推定励磁绕组32的短路位置。

例如，如果角度差Δθ比转子槽间距充分小，则能够高精度地推定为在与峰值角度θ1以及中心角度θ2对应的转子槽33中发生了短路。另一方面，例如，如果角度差Δθ大于转子槽间距的1/2，则对应于峰值角度θ1的转子槽33和对应于中心角度θ2的转子槽33不能被认为一致。

图7是表示在与得到图6所示的差值波形时的涡轮发电机的运转条件不同的运转条件下得到的差值波形的一例的图。在该运转条件下，峰值角度θ1以及中心角度θ2均与第二槽的周向角度一致。因此，角度差Δθ为零。

如从图6和图7理解那样，图7中的最大波的波形的对称程度高于图6中的最大波的波形的对称程度。如上所述，角度差Δθ越接近零，最大波的波形的对称程度越高，推定精度也越高。

图8是表示假设将图2所示的电压信号直接输入到图1的短路检测部65的情况下所得到的差值波形的图。根据图8，除了与第二槽对应的一个波以外，还存在多个局部的一个波。因此，在该情况下，有可能错误地推定为在除了第二槽以外的转子槽33中励磁绕组32也发生了短路。

但是，根据实施方式1涉及的短路检测装置60，由于阈值以上的偶数次的频率成分被去除，因此，能够得到图6及图7所示那样的差值波形。因此，难以错误地推定为在第二槽以外的位置励磁绕组32发生了短路。

图9是表示图1的短路检测装置60的各功能模块所执行的短路检测例程的流程图。图9的例程例如通过起动短路检测装置60而开始，每经过一定时间就执行。

当开始图9的例程时，信号取得部61首先在步骤S105中从检测线圈50取得电压信号。接着，信号分解部62在步骤S110中对所取得的电压信号的振幅以及相位进行频率分析。

接着，特定频率成分降低部63在步骤S115中进行频率分析后的振幅的频率成分降低。即，特定频率成分降低部63从振幅中去除大于阈值的偶数次的频率成分，并且将所有的奇数次的频率成分衰减到1/50。

接着，信号转换部64在步骤S120中，将相位和由特定频率成分降低部63处理后的振幅转换为电压信号。

接着，短路检测部65在步骤S125中，将转换后的电压信号以对应于各磁极的电角，即各180°进行划分，并对相邻的180°的电角的电压信号彼此进行比较。换言之，生成相邻的180°的电角的差值波形。

接着，在步骤S130，短路检测部65判定在所生成的差值波形中是否存在宽度大于转子槽间距的峰值波形。在没有宽的峰值波形的情况下，在步骤S150中，短路检测部65将表示“没有发生短路”的信息输出到显示装置70，暂时结束该例程。

另一方面，在差值波形中存在宽度宽的峰值波形的情况下，短路检测部65在步骤S135中计算宽度宽的峰值波形的峰值角度θ1及中心角度θ2。并且，短路检测部65在步骤S135中基于计算出的峰值角度θ1来推定励磁绕组32的短路位置。短路位置例如如“第二槽”那样由发生短路的转子槽33的名称表示。

接着，推定精度判定部66在步骤S140中基于计算出的峰值角度θ1以及中心角度θ2来判定短路位置的推定精度。

接下来，在步骤S145中，推定精度判定部66向显示装置70输出“有短路产生”、“短路位置”和“短路位置的推定精度”的信息，暂时结束该例程。

这样，实施方式1的短路检测方法包括信号取得步骤、信号分解步骤、特定频率成分降低步骤、信号转换步骤、短路检测步骤以及推定精度判定步骤。

信号取得步骤是取得来自与励磁绕组32相向的检测线圈50的电压信号的步骤。信号分解步骤是将通过信号取得步骤取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分的步骤。

特定频率成分降低步骤是将比槽高次谐波的基本次数低的次数作为阈值，使多个频率成分中的奇数次的频率成分衰减，并且去除比阈值高的偶数次的频率成分的步骤。信号转换步骤是将通过特定频率成分降低步骤处理后的多个频率成分转换为电压信号的步骤。

短路检测步骤包括以下步骤：将通过信号转换步骤转换后的电压信号按照与转子30的多个磁极分别对应的转子30的周向角度进行分割，生成与多个磁极中的相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形。此外，短路检测步骤包括基于差值波形的形状检测励磁绕组的短路，并且推定在转子30的周向的哪个位置发生了励磁绕组的短路的步骤。

推定精度判定步骤是基于以峰值角度θ1为中心的最大波的波形的对称程度来判定发生了短路的位置的推定精度的步骤。

此外，实施方式1的短路检测程序是用于使计算机执行上述短路检测方法的程序。

即，短路检测程序是使计算机执行信号取得处理、信号分解处理、特定频率成分降低处理、信号转换处理、短路检测处理以及推定精度判定处理的程序。

信号取得处理包括取得来自与励磁绕组32相向的检测线圈50的电压信号的处理。信号分解处理包括将通过信号取得处理取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分的处理。

特定频率成分降低处理包括如下的处理：将比槽高次谐波的基本次数低的次数作为阈值，使多个频率成分中的奇数次的频率成分衰减，并且去除比阈值高的偶数次的频率成分。信号转换处理包括将通过特定频率成分降低处理而处理后的多个频率成分转换为电压信号的处理。

短路检测处理包括以下的处理：将通过信号转换步骤转换后的电压信号按照与转子30的多个磁极分别对应的转子30的周向角度进行分割，并生成与多个磁极中的相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形。此外，短路检测处理包括基于差值波形的形状来检测励磁绕组的短路，并且推定在转子30的周向的哪个位置发生了励磁绕组的短路的处理。

推定精度判定处理包括根据以峰值角度θ1为中心的最大波的波形的对称程度来判定发生短路的位置的推定精度的处理。

如上所述，根据实施方式1的短路检测装置60及短路检测方法，能够推定励磁绕组32的短路发生在转子30的周向的哪个位置。而且，能够判定励磁绕组32的短路位置的推定精度。

另外，推定精度判定部66计算中心角度θ2作为最大波的半值宽度的中心的周向角度。由此，能够更容易地计算最大波的波形的对称程度。

另外，特定频率成分降低部63根据各频率成分的振幅，推定槽高次谐波的基本次数。由此，在频率分析中，能够节省利用者指定阈值以及应去除的频率成分的次数的时间和精力。

另外，推定精度判定部66将与励磁绕组32是否发生短路、发生短路的转子槽33的位置、以及发生短路的转子槽33的位置的推定精度相关的信息输出到显示装置70。由此，使用者能够知道励磁绕组32是否发生短路、发生短路的转子槽33的位置、以及发生短路的转子槽33的位置的推定精度。

另外，短路检测部65根据差值波形中出现的峰值波形来检测励磁绕组32的短路，并且推定为在与峰值角度θ1对应的转子槽33中产生了励磁绕组32的短路。由此，能够更容易地推定励磁绕组32的短路位置。

实施方式2

接着，对实施方式2的短路检测装置进行说明。在实施方式1中，特定频率成分降低部63使所有的奇数次的频率成分的振幅衰减为1/50。与此相对，在实施方式2中，特定频率成分降低部63使阈值以下的奇数次的频率成分的振幅为零。由此，在阈值以下的频率成分中仅包括偶数次的频率成分。在本实施方式中，降低频率成分包括使频率成分的振幅为零。

实施方式2中的其他的结构与实施方式1相同。

若认为偶数次的频率成分是用于检测励磁绕组32的短路的信号成分，则认为奇数次的频率成分是噪声成分。因此，通过使阈值以下的奇数次的频率成分的振幅为零，能够提高差值波形的SN比，提高是否发生短路的检测精度。

但是，在该情况下，由于不包括阈值以下的奇数次的频率成分，因此，无法准确地掌握第一磁极36及第二磁极37在周方向上的角度。但是，有时能够根据正向的峰值电压的周向角度与负向的峰值电压的周向角度的角度差来推定励磁绕组32的短路位置。

这样，在实施方式2的短路检测装置60中，特定频率成分降低部63使阈值以下的奇数次的频率成分的振幅为零。由此，能够更高精度地检测励磁绕组32发生了短路。

另外，在实施方式1和2中，槽高次谐波的基本次数由特定频率成分降低部63来推定。但是，槽高次谐波的基本次数由磁极的数量、转子槽33的配置等确定。因此，槽高次谐波的基本次数以及阈值也可以预先由特定频率成分降低部63存储。

另外，在实施方式1和2中，判定电压只要是比最大波的电压的最大值低的值，也可以不是半值电压。

另外，在实施方式1和2中，推定精度判定部66基于峰值角度θ1与中心角度θ2的角度差Δθ来判定推定精度，但推定精度的判定方法只要是基于最大波的波形的对称程度的方法，则没有特别限定。

图10是表示基于图1的推定精度判定部66的其他的判定方法的图。如图10所示，例如，推定精度判定部66也可以基于第一角度差Δθ1与第二角度差Δθ2的差值来判定推定精度。第一角度差Δθ1是在最大值的一侧与判定电压对应的周向角度θ3同峰值角度θ1的角度差。第二角度差Δθ2是在最大值的另一侧与判定电压对应的周向角度θ4同峰值角度θ1的角度差。

在该情况下，判定为第一角度差Δθ1与第二角度差Δθ2的差值越小，推定精度越高。

在图10中，将判定电压设为半值电压，但判定电压不限定于半值电压。

此外，例如，也可以基于判定电压中的最大波的正斜率的大小与判定电压中的最大波的负斜率的大小的差值来判定推定精度。判定电压可以是半值电压，也可以是比最大值小的任意的电压。在该情况下，也判定为差值越小，推定精度越高。

另外，在实施方式1和2中，也可以设定推定精度的判定阈值，在基于推定精度判定部66的推定精度低于判定阈值的情况下，变更涡轮发电机10的运转条件，再次执行图9的短路检测例程。由此，在推定精度更高的状态下推定励磁绕组32的短路位置。

另外，在实施方式1和2中，定子槽23的数量、转子槽的数量、磁极的数量、转子槽间距并不限定于上述的例子。

例如，在磁极的数量多于2个的情况下，短路检测部65只要如下那样生成差值波形即可。短路检测部65首先将由信号转换部64转换后的电压信号按照与转子的多个磁极分别对应的转子的每个周向角度进行分割。并且，短路检测部65只要生成与多个磁极中的相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形即可。

另外，在实施方式1和2中，转子槽间距为1种，但转子槽间距也可以存在多种。在存在多种转子槽间距的情况下，将转子槽间距的最大的电压成分、即多个槽高次谐波中的次数最小的槽高次谐波的次数视为槽高次谐波的基本次数来设定阈值即可。因此，能够去除与所有转子槽间距对应的频率成分。

另外，在实施方式1和2中，特定频率成分降低部63也可以不必降低所有的奇数次的频率成分。即，特定频率成分降低部63也可以在能够检测偶数次的频率成分的范围内不降低一部分奇数次的频率成分而保留。

另外，在实施方式1和2中，特定频率成分降低部63也可以不必去除比阈值高的偶数次的频率成分。即，特定频率成分降低部63也可以在短路检测部65的差值波形中获得宽度大于转子槽间距的峰值波形的范围内，使高于阈值的偶数次的频率成分衰减。

另外，在实施方式1和2中，信号分解部62将电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分，进而将多个频率成分分离为振幅和相位。然后，特定频率成分降低部63进行降低振幅的特定频率成分的处理。但是，分解信号的方法并不特别限定于此。

例如也可以是，信号分解部62将电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分，特定频率成分降低部63针对分解后的多个频率成分进行降低特定的频率成分的处理。由此，能够使信号分解的处理更简易。

另外，在实施方式1和2中，转子30配置在定子20的内周侧，但转子30也可以配置在定子20的外周侧。

另外，在实施方式1和2中，作为旋转电机采用了涡轮发电机10，但旋转电机也可以是涡轮发电机10以外的发电机，也可以是电动机。

另外，实施方式1和2的短路检测装置60的功能由处理电路实现。图11是表示实现实施方式1和2的短路检测装置60的功能的处理电路的第一例的结构图。第一例的处理电路100是专用的硬件。

另外，处理电路100例如相当于单一电路、复合电路、被程序化了的处理器、被并行程序化了的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、或将它们组合而成的结构。

图12是表示实现实施方式1和2的短路检测装置60的功能的处理电路的第二例的结构图。第二例的处理电路200包括处理器201和存储器202。

在处理电路200中，短路检测装置60的功能通过软件、固件、或者软件和固件的组合来实现。软件和固件被描述为程序，且被存储在存储器202中。处理器201通过读出并执行存储器202中存储的程序，实现各功能。

存储在存储器202中的程序也可以说是使计算机执行上述各部分的步骤或方法的程序。这里，存储器202例如是RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory：可擦可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read OnlyMemory：电可擦可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器。此外，磁盘、软盘、光盘、压缩盘、微型盘、DVD等也与存储器202相对应。

另外，关于上述短路检测装置60的功能，也可以将一部分用专用的硬件实现，将一部分用软件或固件实现。

这样，处理电路通过硬件、软件、固件或它们的组合，能够实现上述短路检测装置60的功能。

附图标记的说明

10涡轮发电机(旋转电机)、20定子(电枢)、21定子芯、22多相绕组、23定子槽、30转子(励磁件)、31转子芯、32励磁绕组、33转子槽(槽)、36第一磁极、37第二磁极、40空隙、50检测线圈(磁检测器)、60短路检测装置、61信号取得部、62信号分解部、63特定频率成分降低部、64信号转换部、65短路检测部、66推定精度判定部。

Claims (8)

1.一种旋转电机的短路检测装置，其中，

该旋转电机的短路检测装置具备：

信号取得部，取得来自磁检测器的电压信号，该磁检测器与设置于励磁件的多个槽的励磁绕组相向；

信号分解部，将由所述信号取得部取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分；

特定频率成分降低部，将比与所述多个槽的间距相关的高次谐波即槽高次谐波的基本次数低的次数作为阈值，并使所述多个频率成分中的奇数次的频率成分和高于所述阈值的偶数次的频率成分降低；

信号转换部，将从所述特定频率成分降低部输出的多个频率成分转换为电压信号；

短路检测部，将由所述信号转换部转换后的电压信号按照与所述励磁件的多个磁极分别对应的所述励磁件的周向角度进行分割，生成与所述多个磁极中的相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形，基于所述差值波形的形状，检测所述励磁绕组的短路，并且推定所述励磁绕组的短路在所述励磁件的周向的哪个位置发生；以及

推定精度判定部，判定发生了所述短路的位置的推定精度，

在所述差值波形中，在将包括峰值电压的绝对值的最大值的一个波设为最大波，且将与所述最大值对应的所述励磁件的周向角度设为峰值角度时，

所述推定精度判定部基于以所述峰值角度为中心的所述最大波的波形的对称程度来判定发生了所述短路的位置的推定精度。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的短路检测装置，其中，

所述推定精度判定部基于所述峰值角度与中心角度的角度差来判定所述推定精度，所述中心角度是比所述最大波的所述最大值小的电压即判定电压中的所述最大波的宽度的中心的周向角度。

3.根据权利要求2所述的旋转电机的短路检测装置，其中，

所述判定电压是所述最大值的一半的电压。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的短路检测装置，其中，

所述特定频率成分降低部基于各所述频率成分的振幅来推定所述槽高次谐波的基本次数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机的短路检测装置，其中，

所述特定频率成分降低部使所述阈值以下的奇数次的频率成分的振幅为零。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机的短路检测装置，其中，

所述推定精度判定部向外部输出与所述励磁绕组是否发生短路、发生了所述短路的所述槽的位置、以及发生了所述短路的所述槽的位置的推定精度相关的信息。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转电机的短路检测装置，其中，

所述短路检测部根据所述差值波形中出现的峰值波形来检测所述励磁绕组的短路，并且推定为在与所述峰值角度对应的槽中发生了所述励磁绕组的短路。

8.一种旋转电机的短路检测方法，其中，

该旋转电机的短路检测方法具备：

信号取得步骤，取得来自磁检测器的电压信号，该磁检测器与设置于励磁件的多个槽的励磁绕组相向；

信号分解步骤，将通过所述信号取得步骤取得的电压信号分解为次数互不相同的多个频率成分；

特定频率成分降低步骤，将比与所述多个槽的间距相关的高次谐波即槽高次谐波的基本次数低的次数作为阈值，并使所述多个频率成分中的奇数次的频率成分和高于所述阈值的偶数次的频率成分降低；

信号转换步骤，将通过所述特定频率成分降低步骤处理了的多个频率成分转换为电压信号；

短路检测步骤，将由所述信号转换步骤转换后的电压信号按照与所述励磁件的多个磁极分别对应的所述励磁件的周向角度进行分割，生成与所述多个磁极中的相邻的磁极对应的各电压信号的差值波形，基于所述差值波形的形状，检测所述励磁绕组的短路，并且推定所述励磁绕组的短路在所述励磁件的周向的哪个位置发生；以及

推定精度判定步骤，判定发生了所述短路的位置的推定精度，

在所述差值波形中，在将包括峰值电压的绝对值的最大值的一个波设为最大波，且将与所述最大值对应的所述励磁件的周向角度设为峰值角度时，

所述推定精度判定步骤基于以所述峰值角度为中心的所述最大波的波形的对称程度来判定发生了所述短路的位置的推定精度。

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