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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele betreffen das Gebiet von Wechselstromgeneratoren, und genauer ein Lagerfehlerdetektionssystem für einen Wechselstromgenerator.
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Wechselstromgeneratoren umfassen eine Anzahl von Komponenten, die im Laufe der Zeit versagen können. Raue Betriebsumgebungen, die Betriebslänge und andere Faktoren können zum Versagen von einer oder mehr Wechselstromgeneratorkomponenten führen. Das Versagen einer Wechselstromgeneratorkomponente könnte zu einer Unterbrechung beim Laden führen. Falls sie unentdeckt bleibt, kann sich die Unterbrechung beim Laden als für einen Fahrer ungelegen herausstellen. Es existieren verschiedene Systeme zum Detektieren von Fehlern in elektronischen Komponenten eines Wechselstromgenerators. Andere Systeme existieren, die eine reduzierte Leistung detektieren. Wenn ein Versagen detektiert wird, erfolgt eine Warnung an den Fahrer. Typischerweise hat die Warnung die Form eines Anzeigelichts oder einer Textnachricht, die auf einer Anzeige dargestellt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird ein Wechselstromgeneratorsystem offenbart, das einen Wechselstromgenerator, der ein Gehäuse, einen Stator, der eine Statoranordnung aufweist, die relativ zum Gehäuse fest montiert ist, und einen Rotor umfasst, der relativ zum Gehäuse drehbar montiert ist. Die Statoranordnung erzeugt eine oder mehr Phasenspannungen. Ein Rotorfehlerdetektionssystem ist mit der Statoranordnung elektrisch verbunden. Das Rotorfehlerdetektionssystem ist dazu betreibbar, einen Rotorfehlerzustand basierend auf einer Qualität der einen oder mehr Phasenspannungen der Statoranordnung zu detektieren. Ein Ausgabeelement ist betreibbar, um eine visuelle Ausgabe bereitzustellen, die anzeigt, dass der Fehlerzustand vorliegt.
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Es wird ebenfalls ein Verfahren zum Detektieren von Wechselstromgeneratorfehlern offenbart, dass umfasst: Überwachen von einer oder mehr Phasenspannungen, die von dem Wechselstromgenerator ausgegeben werden, Detektieren einer Veränderung der Signalqualität der einen oder mehr Phasenspannungen, die auf einen Rotorfehlerzustand hinweist, und Ausgeben eines Warnsignals, das das Vorliegen des Rotorfehlerzustands basierend auf der Veränderung der Signalqualität anzeigt.
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Figurenliste
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Die folgenden Beschreibungen sollten nicht als auf irgendeine Weise beschränkend aufgefasst werden. Im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen sind ähnliche Elemente ähnlich nummeriert:
- 1 zeigt einen Wechselstromgenerator, der ein Rotorfehlerdetektionssystem umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Wechselstromgenerators aus 1;
- 3 zeigt ein Blockdiagramm, das das Rotorfehlerdetektionssystem darstellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Detektieren eines Rotorversagens darstellt, gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels;
- 5 zeigt einen Graphen, der ausgegebene Phasen darstellt, die durch das Rotorfehlerdetektionssystem eingesetzt werden, um ein Rotorversagen zu bestimmen, gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels; und
- 6 zeigt einen Graphen, der ausgegebene Phasen darstellt, die durch das Rotorfehlerdetektionssystem eingesetzt werden, um ein Rotorversagen zu bestimmen, gemäß einem anderen Aspekt eines Ausführungsbeispiels.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird hier im Wege der beispielhaften Darstellung, und nicht der Beschränkung, unter Bezugnahme auf die Figuren eine detaillierte Beschreibung einer oder mehr Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens vorgestellt.
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Ein Wechselstromgeneratorsystem umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Wechselstromgenerator, der allgemein bei 10 in den 1 und 2 angezeigt wird. Der Wechselstromgenerator 10 umfasst ein Gehäuse 12, das einen ersten Gehäuseabschnitt 14 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 16 aufweist. Der erste und der zweite Gehäuseabschnitt 14 und 16 decken zumindest teilweise gegenüberliegende Enden (nicht separat markiert) einer Statoranordnung 18 ab, die eine oder mehr Wicklungen 19 trägt. Eine Mehrzahl von mechanischen Befestigungselementen, von denen eines bei 22 angezeigt wird, verbindet den ersten und den zweiten Gehäuseabschnitt 14 und 16, die die Statoranordnung 18 zwischen sich sandwichartig umfassen.
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Der Wechselstromgenerator 10 umfasst ein Antriebsende 28 und ein Last- oder Ausgabeende 30. Das Antriebsende 28 umfasst eine Riemenscheibe 36, die von einem Riemen (nicht gezeigt) angetrieben werden kann, der zu einer Antriebsmaschine gehört, wie etwa zu einem Motor (ebenfalls nicht gezeigt). Das Ausgabeende 30 umfasst eine Abdeckung 38, die ein Ausgabesystem 39 tragen kann, das die Form einer Spannungsregelungsvorrichtung 40 haben kann, die eine elektrischen Ausgabe steuert, indem sie Feldspulenstrom steuert, der eine Spannung in der Statoranordnung 18 induziert, um eine Batterie (nicht gezeigt) aufzuladen. Die elektrische Ausgabe kann eine oder mehr Statorspulen 52, 53 und 54 in der Form einer ersten, zweiten und dritten Phasenspannung durchlaufen. Es versteht sich natürlich, dass die Anzahl von Phasenspannungen, die durch den Wechselstromgenerator 10 erzeugt werden, variieren kann.
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Ein Rotor 60 ist im Gehäuse 12 relativ zum Stator 18 drehbar gelagert. Der Rotor 60 umfasst eine Rotorwicklung 62 und wird von einer Welle 64 gelagert, die ein erstes oder Antriebsende 66, das mit der Riemenscheibe 36 gekoppelt ist, und ein zweites Ende 68 aufweist. Das erste Ende 66 wird am Antriebsende 28 des Gehäuses 12 von einem ersten Lager 70 gelagert. Das zweite Ende 68 wird am Ausgabesende 30 durch ein zweites Lager 72 gelagert. Im Laufe der Zeit können das erste und/oder das zweite Lager 70, 72 versagen, was zu einer Behinderung der Drehung des Rotors 60 führt. Die Behinderung der Drehung kann auch zu unerwünschtem Kontakt zwischen Rotorwicklungen 62 und Statorwicklungen 19 führen, der zu einem Betriebsausfall des Wechselstromgenerators 10 führen wird, wenn er nicht behoben wird.
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Nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels, das in 3 dargestellt wird, ist das Ausgabesystem 39 elektrisch an ein Rotorfehlerdetektionssystem 80 gekoppelt. Das Rotorfehlerdetektionssystem 80 ist dazu betreibbar, einen Rotorfehlerzustand des Rotors 60 basierend auf einer Qualität der einen oder mehr Phasenspannungen zu detektieren, die durch den Wechselstromgenerator 10 erzeugt werden. Spezifisch kann das Rotorfehlerdetektionssystem 80 ein fehlerhaftes Lager detektieren, das ein Reiben des Rotors 60 und des Stators 18 oder andere Anomalien verursachen kann, die anzeigen, dass eines oder mehr von dem ersten und dem zweiten Lager 70, 72 dabei sein kann, zu versagen. Der Begriff „Rotorreibezustand“ sollte so verstanden werden, dass er einen Zustand des Rotors 60 beschreibt, der in einer Störung von ausgegebenen Signalen resultieren kann. Die Störung könnte zu einem Versagen des Wechselstromgenerators führen, wenn sie nicht behoben wird.
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Nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels umfasst das Rotorfehlerdetektionssystem 80 ein Fehlerdetektionsmodul 84, das einen Prozessor 86, einen Speicher 88 und ein Phasenspannungsüberwachungsmodul 90 aufweist. Das Rotorfehlerdetektionssystem 80 kann auch einen Wechselstromgeneratorgeschwindigkeitseingang 92 umfassen, der eine Betriebsgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 10 erfasst. Auf diese Weise kann das Rotorfehlerdetektionssystem 80 eine Überwachung auf Fehler durchführen, indem es eine Phasenspannungswellenform mit einer idealen oder erwarteten Phasenspannungswellenform bei einer ausgewählten Geschwindigkeit vergleicht.
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Das Phasenspannungsüberwachungsmodul 90 wertet eine Qualität der einen oder mehr Phasenspannungen aus, die von dem Wechselstromgenerator 10 ausgegeben werden, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand existiert. Wenn eine Fehlerdetektion detektiert wird, kann ein Warnsignal durch ein Ausgabeelement 94 geliefert werden, das einen Nutzer auf eine mögliche Notwendigkeit einer Wartung oder eine andere Maßnahme hinweist. Das Warnsignal kann ein visuelles Warnsignal und/oder ein hörbares Warnsignal sein, das einem Nutzer geliefert wird. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „Qualität der einen oder mehr Phasenspannungen“ eine Signalqualität der einen oder mehr Phasenspannungen beschreibt, die von dem Wechselstromgenerator 10 ausgegeben werden. Es ist zu beachten, dass „Signalqualität“ ausgewertet werden kann, um die Existenz von Signalanomalien zu bestimmen, die zu einem Schluss führen, dass sich ein Fehlerzustand entwickelt hat. Es ist zu beachten, dass der Begriff „Signalanomalien“ unerwünschte oder anormale Signalattribute beschreibt.
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4 zeigt ein Verfahren 120 zum Detektieren von Rotorfehlern gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels. In Block 122 überwacht das Rotorfehlerdetektionssystem 80 die eine oder mehr Phasenspannungen, die von dem Wechselstromgenerator 10 ausgegeben werden. In Block 124 bestimmt das Rotorfehlerdetektionssystem 80, ob die Ausgabesignalqualität akzeptabel ist. Wenn die Ausgabesignalqualität nicht akzeptabel ist, kann in Block 126 ein Warnsignal geliefert werden. Das Warnsignal kann eine visuelle Ausgabe in Form eines Warnlichts, ein textbasierte Nachricht oder dergleichen sein. Ein hörbares Warnsignal kann die Form eines Tons, einer simulierten Stimme oder dergleichen haben. Das Warnsignal kann in dem Falle ausgegeben werden, in dem eine Anzahl von Fehlerzuständen eine vorgegebene Anzahl von fehlerhaften Signalen für eine ausgewählte Zeitdauer überschreitet.
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Nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann das Phasenspannungsüberwachungsmodul 90 eine HI/LO-Diskrepanzprüfung implementieren, wie in 5 gezeigt. Bei einer HI/LO-Diskrepanzprüfung kann ein HI-Wert 132 auf einen ersten Spannungswert festgelegt werden, und ein LO-Wert 134 kann auf einen niedrigen Spannungswert festgelegt werden. Der HI-Wert 132 kann einen Wert darstellen, der etwas niedriger als eine nominale Ausgabespannung eines Wechselstromgenerators 10 ist, und der LO-Wert 134 kann einen Wert nahe null Volt darstellen. Bei der HI/LO-Diskrepanzprüfung wird eine Zeitdauer, während der ein Signal beim HI-Wert 132 existiert, mit einer Zeitdauer verglichen, während der das Signal beim LO-Wert 134 existiert. Wenn die Zeitdauern im Wesentlichen ähnlich sind, wie etwa mit den Signalen 135, wird keine Existenz eines Fehlerzustands erkannt. Wenn jedoch Signale wie die detektiert werden, die bei 136 gezeigt werden, die eine Zeitdauer beim HI-Wert 132 aufweisen, die sich von der Zeitdauer beim LO-Wert 134 unterscheidet, wird ein Fehlerzustand angezeigt.
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Nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiel kann, falls ein Rotorfehlerzustand besteht, dies basierend auf einer prozentualen Differenz zwischen einer Zeitdauer für einen ersten vorgegebenen Spannungswert, z. B. den HI-Wert 132, und einer Zeitdauer für einen zweiten vorgegebenen Spannungswert, z.B. den LO-Wert 134, angezeigt werden. Nach einem beispielhaften Aspekt kann es sein, dass ein Fehlerzustand existiert, wenn die prozentuale Differenz zwischen ungefähr 5% und 40% beträgt. Nach einem weiteren beispielhaften Aspekt kann es sein, dass ein Rotorfehlerzustand existiert, wenn die prozentuale Differenz nicht mehr als ungefähr 30% beträgt. Nach noch einem weiteren beispielhaften Aspekt kann es sein, dass ein Rotorfehlerzustand existiert, wenn die prozentuale Differenz ungefähr 10% beträgt.
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Nach einem weiteren Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann die Phasenspannungsüberwachungsmodul 90 eine Prüfung bezüglich der HI-Zeit-Spannung über der erwarteten Frequenz 140 implementieren, wie dies in 6 gezeigt wird. Die Formulierung „HI-Zeit“ sollte so verstanden werden, dass sie eine Zeitdauer beschreibt, während der ein Signal auf dem gewünschten Spannungspegel, wie etwa etwas niedriger als eine nominale Ausgabe, während eines einzigen Zyklus existiert. Bei der Prüfung bezüglich der HI-Zeit-Spannung über der erwarteten Frequenz kann ein HI-Wert 142 auf einen Spannungswert festgelegt werden, der eine nominale Ausgabe des Wechselstromgenerators 10 repräsentiert. Das Rotorfehlerdetektionssystem 80 wertet eine Zeitdauer aus, während der ein Signal auf dem HI-Wert 142 existiert. Ein Spannungswert kann mit einem erwarteten Zeitwert verglichen werden, der im Speicher 88 gespeichert sein kann. Wenn die Zeitdauer wie erwartet ist, wie in den Signalen 145 zu sehen, wird keine Existenz eines Fehlerzustands erkannt. Wenn jedoch Signale wie die detektiert werden, die bei 146 gezeigt werden, die eine Zeitdauer beim HI-Wert 142 aufweisen, die sich von der unterscheidet, die erwartet wird, wird ein Fehlerzustand angezeigt.
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Der erwartete HI-Zeitwert kann aus der Antriebsmaschinengeschwindigkeit (Motorgeschwindigkeit) und einer Beziehung durch ein Riemenscheibenverhältnis und eine Maschinenpolzahl zur Phasenfrequenz abgeleitet werden. Der HI-Wert 142 sollte zu dem erwarteten Zeitwert bei einer gegebenen Frequenz passen.
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Es ist zu beachten, dass Ausführungsformen ein System zum Detektieren eines Wechselstromgeneratorfehlers basierend auf der Signalqualität bereitstellen. Das heißt, im Gegensatz zu System des Standes der Technik, in denen ein Fehler basierend auf der Abwesenheit einer Ausgabe oder auf einer nicht nominalen Ausgabe angezeigt wird, können die Ausführungsbeispiele einen Fehler auch dann detektieren, wenn die Ausgabespannung bei gewünschten Pegeln liegt, und zwischen anderen Arten des Versagens unterscheiden. Das frühe Detektieren von Fehlern kann einem Nutzer Zeit verschaffen, einen Wartungszyklus zu initiieren, bevor er durch einen Energieverlust liegen bleibt. Arten von Lagerversagen zu identifizieren, kann dabei helfen, die Schwere der Fehler durch das Ergreifen passender Maßnahmen zu begrenzen.
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Die Begriffe „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ sollen den Fehlergrad umfassen, der mit der Messung der bestimmen Größe einhergeht, basierend auf dem Equipment, das zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung verfügbar ist. Beispielsweise kann „ungefähr“ einen Bereich von ± 8% oder 5% oder 2% eines gegebenen Werts umfassen.
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Die hier verwendete Terminologie ist nur zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. So, wie sie hier verwendet werden, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ ebenfalls die Pluralformen umfassen, es sei denn, dass der Kontext deutlich etwas anderes anzeigt. Es versteht sich ebenfalls, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Schrift verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehr Merkmalen, Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel oder Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente mit Elementen davon ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können viele Abwandlungen durchgeführt werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichen Umfang abzuweichen. Somit ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt wird, die als die Weise offenbart wird, die für die Ausführung dieser Erfindung als die beste betrachtet wird, sondern, dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der Ansprüche fallen.
