JP2010085400A

JP2010085400A - ダイアフラムを備える加速度計ならびにこの加速度計を備える発電機およびモータ

Info

Publication number: JP2010085400A
Application number: JP2009216352A
Authority: JP
Inventors: Dan Tho Lu; ダン・ソー・ルー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: EP2169365A1; US7874215B2; US20100079017A1; JP5537877B2; CN101713786A

Abstract

【課題】ダイアフラムを備える加速度計ならびにこの加速度計を備える発電機およびモータを提供すること。
【解決手段】加速度計（１００）が、圧力変換器（１０２）および振動−圧力変換器（ＶＰＣ）（１０４）を備える。ＶＰＣ（１０４）は、計測すべき物体（１２４）に機械的に結合されるハウジング（１０６）と、圧力変換器（１０２）に流体結合されるチャンバ（１２０）を形成するようにハウジング（１０６）をシールするダイアフラム（１１０）とを備えることができる。また、この加速度計（１００）を備える発電機およびモータ（５２）が提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して加速度計に関する。より詳細には、本発明は、ダイアフラムを備える加速度計に関する。

加速度計は、加速度により生じる反力および重力により生じる反力を計測するデバイスである。

米国特許第７３４８７０７号公報米国特許第６７１３９３０号公報

本開示の第１の態様は、圧力変換器と、計測すべき物体に機械的に結合されるハウジング、および圧力変換器に流体結合されるチャンバを形成するようにハウジングをシールするダイアフラムを備える振動−圧力変換器（ＶＰＣ：ｖｉｂｒａｔｉｏｎ−ｔｏ−ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とを備える加速度計を提供する。

本開示の第２の態様は、ロータと、ロータを囲むステータ巻線と、ステータ巻線に隣接する加速度計とを備える発電機であって、加速度計が、圧力変換器と、計測すべき物体に機械的に結合されるハウジング、および圧力変換器に流体結合されるチャンバを形成するようにハウジングをシールするダイアフラムを備える振動−圧力変換器（ＶＰＣ）とを備える発電機を提供する。

本開示の第３の態様は、ロータと、ロータを囲むステータ巻線と、ステータ巻線に隣接する加速度計とを備えるモータであって、加速度計が、圧力変換器と、計測すべき物体に機械的に結合されるハウジング、および圧力変換器に流体結合されるチャンバを形成するようにハウジングをシールするダイアフラムを備える振動−圧力変換器（ＶＰＣ）とを備えるモータを提供する。

蒸気タービンのステータおよびロータの断面図である。本発明の一実施形態による加速度計の断面図である。本発明の一実施形態による加速度計の断面図である。

図面は、本発明の実施形態による加速度計１００の例示の適用例を示す。図１に図示される一設定においては、加速度計１００は、物体１２４の動きを感知するように配置され、この物体１２４は、図示されるように、発電機またはモータ５２のステータ巻線５０の形態である。ステータ巻線５０は、発電機またはモータ５２のロータ５４の周囲に配置される。図２〜３は、ステータ巻線５０の外方ケーシングの動きを感知するように配置された加速度計１００を示すが、代替的には、加速度計１００は、より内方のステータ巻線の動きを感知するように配置されてもよいことが理解される。

図２〜３におけるより詳細な図を参照すると、加速度計１００は、圧力変換器１０２および振動−圧力変換器（ＶＰＣ）１０４を備えてよい。圧力変換器１０２は、圧力を電気信号に変換するための、現在知られているまたは将来開発される任意の機構を備えてよい。ＶＰＣ１０４は、ハウジング１０６およびダイアフラム１１０を備え、ハウジング１０６内にチャンバ１２０を形成する。ダイアフラム１１０と物体１２４との間の区域１２２は、周囲環境に対して少なくとも部分的に開いており、すなわち密閉されていない。ハウジング１０６は、例えばボルト留め、溶接、等々により、物体１２４に機械的に結合される。一実施形態においては、ハウジング１０６は、ダイアフラム１１０と物体１２４との間に１つまたは複数の通気孔１０９を備える単体ケーシング１０８を備える。しかし、チャンバ１２０を形成することが可能であり、振動がハウジング１０６およびダイアフラム１１０に伝達されるようにチャンバ１２０を物体１２４に機械的に結合することが可能な任意の構造が使用されてよい。ハウジング１０６の上方端部は、ハウジング１０６の直径に応じて、例えば水平に対して１５°から６０°など、第１のチャンバ１２０の頂部からの圧力波の反響を最小限に抑える角度で、裁頭円錐形状に設計されてよい。

チャンバ１２０は、例えば導管１２６などにより、圧力変換器１０２に流体結合される。この態様においては、圧力変換器１０２は、ハウジング１０６から、例えば数メートルなど、離れて配置されてよい。ダイアフラム１１０は、ダイアフラム１１０が機能するために十分な重量をそれ自体において有さない場合には、プルーフマス１３０を備え、それに結合されてよい。ダイアフラム１１０、プルーフマス１３０、および流体１４０は全て、圧力変換器１０２と協動するように調整されてよい。図示されるように、プルーフマス１３０は、ハウジング１０６の内壁部に外方端部が固定されたダイアフラム１１０の中央部に配置される。また、他の構成も可能である。

物体１２４は、多様な形態をとり得る。図２〜３に図示される一例においては、物体１２４は、発電機またはモータ５２のステータ巻線５０を含む。（図２〜３は、図１と比較してより詳細なステータ巻線の断面図を示す）。他の例においては、物体１２４は、変圧器のパーツ、タービンのパーツ、もしくは水力発電機のパーツ、または、動きもしくは振動の感知を要する事実上あらゆる物体を含んでよい。

ハウジング１０６内の流体１４０は、ダイアフラム１１０によって感知された差圧を圧力変換器１０２に伝播することが可能な、例えば空気、不活性ガス、ゼラチン、等々の、任意の流体であってよい。

この加速度計１００の構造においては、ハウジング１０６およびダイアフラム１１０が、例えば高温プラスチック、高温セラミック、等々の、非金属材料のみから形成されることが見込まれている。導管１２６もまた、少なくとも部分的に非金属材料から形成されてよい。ある状況においては、金属を含む加速度計は、計測値に影響を及ぼすことによりこれを巻線に隣接して配置することは不可能となるため、このような構造は有利である。圧力変換器１０２は、計測値に影響を及ぼさないように、物体１２４から離れて配置されてよい。さらに、この加速度計１００においては、感知位置から、やはり計測値に影響を及ぼし得る電気信号または電気回路が取り除かれる。その結果、加速度計１００は、高電気ノイズ環境、高磁場環境、および／または、例えば４５０Ｖを上回る高電場（高電圧）環境において、適用することが可能となる。また、非金属材料を使用することにより、コストが低下する。代替としては、ハウジング１０６および導管１２６などの加速度計１００のパーツは、高温金属材料（例えばステンレス鋼、インコネル、インコロイ、等々）および／または、ＶＰＣ１０４および導管１２６については、高温非金属材料（例えば高温セラミック、高温プラスチック、等々）を含んでよい。その結果、ガスタービンケーシングなどの、例えば１５０〜５００℃の高温環境内において、圧力変換器１０２をこの高温環境から離して配置しつつ、加速度計１００を適用することができる。

図３は、代替の一実施形態を示し、導管１２６およびＶＰＣ１０４は、圧力変換器１０２が物体１２４から離れて配置される場合に圧力変換器１０２による読取値に影響を及ぼし得る、電気ノイズまたは磁気干渉から導管を保護するための、音響減衰材料１５０を含む。音響減衰材料１５０は、現在知られているまたは将来開発される任意の振動吸収材料を含んでよい。

作動時に、ダイアフラム１１０は、ダイアフラム１１０によって支持されたプルーフマス１３０に作用し得る、物体１２４により生成された加速力に応答して動く。チャンバ１２０が、ＶＰＣ１０４と圧力変換器１０２との間に、流体を充填された密閉システムを形成することにより、ダイアフラム１１０の動きによって、圧力波が生成され、この圧力波は、（導管１２６を介して）流体１４０中に伝播し、圧力変換器１０２によって検出される。したがって、物体１２４の加速度が、圧力信号に変換され、最終的には、物体１２４から離れた圧力変換器１０２により電気信号に変換される。導管１２６は、ベンドを備えるものとして図示されるが、導管１２６は、ＶＰＣ１０４および圧力変換器１０２の効果的な配置を考慮した任意の形状であってよいことが理解される。

本明細書においては、「第１の」、「第２の」、および同様の語は、いかなる順列、数量、または重要度を表すものでもなく、ある要素を他の要素と区別するために用いられ、「１つの」という語は、数量の限定を表すものではなく、参照されるアイテムが少なくとも１つ存在することを表す。ある数量に関連して用いられる「約」という修飾語は、述べられた数値を含み、文脈によって要求される意味を有する（例えば、特定の数量の測定に伴う誤差の度合を含む）。「（または複数の）」という語が本明細書において使用される際には、これは、この語により修飾される語句の単数のものおよび複数のものの両方を含むことが意図され、したがって、この修飾される語句の１つまたは複数のものを含む（例えば、金属（または複数の金属）は、１つまたは複数の金属を含む）。

本明細書において様々な実施形態を説明したが、当業者は、これらの実施形態において、要素の様々な組合せ、変形、または改良を行うことが可能であり、それらは、本発明の特許請求の範囲に含まれることが、本明細書より理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、ある特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、多様な修正を行うことができる。したがって、本発明は、この発明を実施するために予期される最良の形態として開示された特定の実施形態には限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるあらゆる実施形態を含むことが、意図される。

１００加速度計
１２４物体
５０ステータ巻線
５２モータ
５４ロータ
１０２圧力変換器
１０４振動−圧力変換器
１０６ハウジング
１１０ダイアフラム
１２０チャンバ
１２２区域
１０８単体ケーシング
１０９通気孔
１２６導管
１３０プルーフマス
１４０流体
１５０減衰材料

Claims

圧力変換器（１０２）と、
計測すべき物体（１２４）に機械的に結合されるハウジング（１０６）、および
前記圧力変換器（１０２）に流体結合されるチャンバ（１２０）を形成するように前記ハウジング（１０６）をシールするダイアフラム（１１０）
を備える振動−圧力変換器（ＶＰＣ）（１０４）と
を備える加速度計（１００）。
前記物体（１２４）は、発電機またはモータ（５２）のステータ巻線（５０）を含む、請求項１記載の加速度計。
前記ダイアフラム（１１０）は、前記ダイアフラム（１１０）に結合されたプルーフマス（１３０）を備える、請求項１または２記載の加速度計。
前記ハウジング（１０６）および前記ダイアフラム（１１０）は、非金属材料のみから形成される、請求項１乃至３のいずれか１項記載の加速度計。
前記チャンバ（１２０）は、導管（１２６）により前記圧力変換器（１０２）に流体結合される、請求項１乃至４のいずれか１項記載の加速度計。
外部ノイズから前記導管（１２６）および前記ＶＰＣ（１０４）を保護する音響減衰材料（１５０）をさらに含む、請求項５記載の加速度計。
ロータ（５４）と、
前記ロータ（５４）を囲むステータ巻線（５０）と、
前記ステータ巻線（５０）に隣接する加速度計（１００）と
を備える発電機であって、前記加速度計（１００）が
圧力変換器（１０２）と、
計測すべき物体（１２４）に機械的に結合されるハウジング（１０６）、および
前記圧力変換器（１０２）に流体結合されるチャンバ（１２０）を形成するように前記ハウジング（１０６）をシールするダイアフラム（１１０）
を備える、振動−圧力変換器（ＶＰＣ）（１０４）と
を備える発電機。
前記ダイアフラム（１１０）は、プルーフマス（１３０）を備え、それに結合される、請求項７記載の発電機。
前記チャンバ（１２０）は、導管（１２６）により前記圧力変換器（１０２）に流体結合される、請求項７または８記載の発電機。
ロータ（５４）と、
前記ロータ（５４）を囲むステータ巻線（５０）と、
前記ステータ巻線（５０）に隣接する加速度計（１００）と
を備えるモータ（５２）であって、前記加速度計（１００）が、
圧力変換器（１０２）と、
計測すべき物体（１２４）に機械的に結合されるハウジング（１０６）、および
前記圧力変換器（１０２）に流体結合されるチャンバ（１２０）を形成するように前記ハウジング（１０６）をシールするダイアフラム（１１０）
を備える、振動−圧力変換器（ＶＰＣ）（１０４）と
を備えるモータ（５２）。