DE3435628A1

DE3435628A1 - Einrichtung zum beruehrungslosen messen der luftspaltweite zwischen laeufer und staender elektrischer maschinen

Info

Publication number: DE3435628A1
Application number: DE19843435628
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 3000 Hannover Zeggert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1986-04-10

Description

Beschreibung
Einrichtung zum berührungslosen Messen der Luftspaltweite zwischen Läufer und Ständer elektrischer Maschinen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum berührungslosen Messen der Luftspaltweite zwischen Läufer und Ständer elektrischer Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Änderungen der Luftspaltweite an elektrischen Maschinen -verursacht durch thermische Dehnung des Läufers oder Ständers, Fliehkrafteinwirkung auf den Läufer, magnetischer Zug, Maschinen-Schwingungen oder Lagerversatz - sollen zur Kontrolle der Konstruktionsparameter oder im Rahmen der Betriebsüberwachung gemessen werden.
Es ist bekannt, daß induktive, kapazitive oder auf optischelektronischer Basis arbeitende Sensoren zur Weg- und Abstandsmessung eingesetzt werden können.
Die allgemeinen Verfahren der berührungslosen Abstandsmessung lieferten im speziellen Einsatz der Luftspaltmessung bei elektrischen Maschinen bisher nur in Teilbereichen zufriedenstellende Ergebnisse. (Siehe auch Lebeda,S.; Lippuner, H.: Berührungslose Messung und Überwachung des Luftspaltes elektrischer Maschinen. t'Elektrotechnik" (CH) 7, 1978 Seite 67 ff.). Prinzipbedingte Eigenschaften der Sensoren und Verfahren wie kleiner Meßbereich, nichtlineare Wandlerkennlinie, geringe Empfindlichkeit, Werkstoffabhängigkeit des Sensors, die Notwendigkeit von Einbauten und Eingriffen in den Luftspaltraum oder das Ständer-Blechpaket und vor allen Dingen Störeinflüsse durch elektrische und magnetische Felder schränkten die Anwendbarkeit entscheidend ein, so daß sie bis heute zu keiner allgemein befriedigenden Lösung führten.
Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, berührungslos die Luftspaltweite an elektrischen Maschinen ohne Eingriffe oder Einbauten in den Luftspaltraum auch im Betrieb unbeeinflusst von elektrischen und magnetischen Feldern zu messen.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. gelöst. Der Begriff optoelektronischer Sensor steht dabei für ein Bauelement, das eine ein- oder zweidimensionale Helligkeitsverteilung in ein elektrisches Signal umsetzt, dessen zeitlicher Verlauf der räumlichen Helligkeitsverteilung eindeutig zugeordnet ist.
Um auch unter ungünstigen Verhältnissen eine auswertbare Ständer-Lichtmarke zu erhalten, wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der radiale Kanal zur Lichtführung (z.B. Kühlluftschlitz) an seinem Übergang zur Ständerbohrung oder eine in den Luftspalt ragende Marke durch das im genannten Kanal entstehende Streulicht beleuchtet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Luftspaltweite linear und über einen großen Bereich ohne Eingriffe oder Einbauten in den Luftspaltraum und unbeeinflußt von den elektrischen und magnetischen Feldern in der Nähe der Maschine gemessen werden kann.
BeschreibunR eines Ausführungsbeispiels Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen Bild 1 bis Bild 4 dargestellt.
In Bild 1 ist die Meßeinrichtung in ihrer Anordnung an der schematisiert dargestellten elektrischen Maschine dargestellt.
Der Luftspalt der Maschine ist mit (1) gekennzeichnet. Der Läufer (2) ist als Konstruktion mit ausgeprägtem Pol (3) und Polschuh (4) dargestellt.
Das Ständerblechpaket (5) - dargestellt ohne Wicklung - besitzt radiale Kanäle (6) (z.B. Kühlluftschlitze). Durch einen Kanal, entsprechend der gewählten Meßstelle, wird das Lichtbündel (7) des Lichtmarkengebers (8) auf die Läuferoberfläche gerichtet.
Der Lichtmarkengeber enthält entweder eine Glühlicht-Quelle oder eine Stroboskop-Blitzlampe für den fall, daß eine zeitdiskrete Erfassung der Luftspaltweite als Funktion der Zeit oder des Läufer-Drehwinkels erzielt werden soll. Die Gesamt-Strahlung der Lichtquelle wird zur Erhöhung der Lichtausbeute durch Spiegel und Linsen zu einem annähernd parallelem Lichtbündel geformt.
Das Lichtbündel (7) ruft auf der Läufer-Oberfläche einen Lichtfleck (9) von ca. 20mm bis ca. 50mm Durchmesser hervor.
Vom Läufer wird das Licht teilweise auf die Ständer-Oberfläche reflektiert und ruft dort ebenfalls einen entsprechenden Lichtfleck (10) hervor. Beide Lichtflecke stehen sich naturgemäß im Abstand der Luftspaltweite am Ort des gewählten radialen Kanals (Kühlluftschlitz) gegenüber. Die beiden Lichtflecke werden entsprechend dem Öffnungswinkel der sie begrenzenden Zentralstrahlen mit Hilfe des Objektivs (11) auf dem in der Bildebene des Objektivs befindlichen optoelektronischen Sensor (12) abgebildet. Objektiv und Sensor bilden den optoelektronischen Wegumformer.
Außer dem durch reflektiertes Licht auf der Ständer-Oberfläche entstehenden axial und tangential ausgedehnten Lichtfleck wird durch das Lichtbündel direkt auch eine radial ausgedehnte Leuchtzone am Austritt (20) des radialen Kanals (Kühlluftschlitz) an der Ständerbohrung bewirkt. Dies ist in Bild 2 dargestellt.
In Fällen, in denen weder der - durch das von der Läufer-Oberfläche reflektierte Licht erzeugte - Ständer-Lichtfleck noch die vorstehend beschriebene Leuchtzone im Kanal als auswertbare Projektion auf dem Sensor abgebildet werden, empfiehlt es sich, eine Zunge ca. lmm bis 2mm in den Luftspalt hineinragen zu lassen. Das im radialen Kanal (Kühlluftschlitz) des Ständers entstehende Streulicht beleuchtet diese Marke ausreichend. Die Marke (30) ist in Bild 3 dargestellt.
In BIld 4 ist der Vorgang der Abbildung der Lichtmarken (40), (41) durch das Objektiv (11) in die Bildebene (42) dargestellt.
Dabei wird die zu messende Luftspaltweite ls mit dem Abbildungsmaßstab ß des Objektivs in die Bildebene abgebildet.
Die Intensitätsverteilung I(xB) in der Bildebene ist qualitativ in Bild 4 dargestellt.
Durch serielles Auslesen der im optoelektronischen Sensor in ein elektrisches Signal umgesetzten Intensitätsverteilung I(xB) wird diese in ein intensitätsproportionales, zeitabhängiges Signal umgesetzt. Die Auswertung des zeitlichen der den Lichtmarken zuzuordnenden Signalspitzen (Impulse)(43) geschieht in einer elektronischen Schaltung und liefert ein der gemessenen Luftspaltweite proportionales elektrisches Signal.
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Claims

Patentanspruch 1. Einrichtung zum berührungslosen Messen der Luftspaltweite zwischen Läufer und Ständer elektrischer Maschinen , bestehend aus - einem Lichtmarkengeber der ein Lichtbündel erzeugt, und - einem optoelektronischen Wegumformer, der mit Hilfe der Anordnung eines Objektivs und eines optoelektronischen Sensors eine ortsabhängige Helligkeitsverteilung in der Gegenstandsebene des Objektivs in ein dazu proportionales, zeitabhängiges Signal wandelt, dadurch gekennzeichnet daß a) das vom Lichtmarkengeber erzeugte Lichtbündel durch einen radialen Kanal oder Kühlluftschlitz im Ständer auf die Läuferoberfläche gerichtet ist und b) auf dieser eine in axialer und tangentialer Richtung ausgedehnte Lichtmarke erzeugt und c) durch Reflexion an der Läuferoberfläche eine ähnliche Lichtmarke auf der Ständeroberfläche erzeugt d) und daß der optoelektronische Wegumformer in der axialen Verlängerung des zu vermessenden Luftspaltes derart angeordnet ist, daß die vom Lichtmarkengeber erzeugten Läufer- und Ständer-Lichtmarken auf dem optoelektronischen Sensor abgebildet werden e) und daß der optoelektronische Sensor die auf ihm abgebildete Helligkeitsverteilung in ein dazu proportionales, zeitabhängiges elektrisches Signal umsetzt.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß in Merkmal c) durch Streuung des Lichtbündels im radialen Kanal des Ständers die Austrittskante des Kanals an der Ständerbohrng oder eine in den Luftspalt ragende, zusätzlich angebrachte Marke beleuchtet wird und als Lichtmarke an der Ständer-Oberfläche dient.