JP2014505263A

JP2014505263A - 積層鉄芯における故障検出

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Publication number: JP2014505263A
Application number: JP2013553537A
Authority: JP
Inventors: レオノフ、ウラジミール
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-02-27
Also published as: WO2012109414A1; US20120206151A1; US8564284B2; KR101532560B1; EP2673628A1; CA2826161A1; KR20130118393A; CN103348241A

Abstract

【課題】従来のこの種の方法では、高出力／高電圧源と断面の大きい励磁巻線とが必要である、鉄心における磁束密度が低下する、積層鉄芯の歯部領域における絶縁破壊の検出のための磁束が十分ではないといった多くの問題があった。
【解決手段】積層鉄芯（１２）の一対の歯部（１６）間に延在するように磁束注入用の励磁ヨーク（１８）を配置し、励磁ヨーク（１８）は、一対の歯部（１６）に組み合わされる一対のアームを有し、励磁ヨーク（１８）には、励磁のための励磁巻線（２６）が巻回されていて、励磁巻線（２６）によって設けられた電気励起回路に対して電力を供給して励磁ヨーク（１８）内に磁束を発生させ、その励磁ヨーク（１８）および積層鉄芯（１２）によって磁気回路（３２）を形成し、磁気回路（３２）における故障を積層鉄芯（１２）の積層間の渦電流に対応して識別するべく、励磁巻線（２６）の電気励起回路の特性を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は積層鉄芯における故障検出に係り、より詳細には、電気機械の積層鉄芯における積層間の障害によって発生する故障の検出および故障場所の特定に関する。

電気機械などで使用される積層固定子の鉄心は、積層間の導電を防ぐために隣接する積層間に配置された絶縁材料からなる層を含む複数の積層によって形成されるものがある。このような積層鉄芯は、製造時およびメンテナンス作業時に積層間短絡を検査することによって、その積層鉄芯を破損させる可能性のある状態を識別することができる。その検査作業は、所定の誘磁電導を伴う積層固定子の環状励磁を含む計測方法を用いて行うことも可能である。この方法は、局所的な温度差による積層間短絡に起因する電流の影響を顕示化するものであり、高出力／高電圧源と断面が大きい励磁巻線を必要とする。

別の検査技術では、鉄心全体において磁束を励起する特別な巻線が積層鉄芯に設けられてもよく、その鉄心においては、磁束密度が低下する。この電磁式コア欠陥検出（EL CID）として既知の検査技術は、電気機械の動作時の磁束密度と異なる磁束密度を検査時に提供するものであるが、歯部領域における絶縁破壊の検出を実現するためには、積層鉄芯の歯部に対する磁束が十分ではない場合がある。

本発明の一態様によれば、電気機械の積層鉄芯の状態を評価する方法が提供される。本方法は、前記積層鉄芯の一対の歯部間に延在するように磁束注入励磁ヨークを配置し、その励磁ヨークは前記一対の歯部に組み合わされる一対のアームを有し、前記励磁ヨークは励磁巻線で巻回されて励磁を発生させることを含む。前記励磁巻線によって設けられた電気回路に対して電力を供給して前記励磁ヨークに磁束を発生させ、前記励磁ヨークおよび前記積層鉄芯によって磁気回路を形成する。前記励磁巻線によって設けられた電気回路の特性を計測して、前記積層鉄芯の積層間の渦電流に対応した前記磁気回路における故障を識別する。

本発明の別の態様によれば、前記電気回路の特性を計測する工程は、前記励磁ヨークと故障のない積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の励磁巻線において計測された対応特性と比較した場合の、前記磁気回路における故障に対応する前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線における電流のうちの少なくとも１つのばらつきを測定することを含んでもよい。

本発明の別の態様によれば、前記励磁巻線に対して電力を供給する工程は、定電圧で前記励磁巻線に対して電力を供給することを含んでもよく、前記電気回路の特性を計測する工程は、前記励磁ヨークと故障のない前記積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の励磁巻線において計測された特性と比較した場合の、前記磁気回路における故障に対応する前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線における電流のうちの少なくとも１つの変化を測定することを含んでもよい。

本発明の別の態様によれば、前記励磁巻線に対して電力を供給する工程は、定電流で前記励磁巻線に対して電力を供給することを含んでもよく、前記電気回路の特性を計測する工程は、前記励磁ヨークと故障のない前記積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の励磁巻線において計測された特性と比較した場合の、前記磁気回路における故障に対応する前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線に対して印加される電圧のうちの少なくとも１つのばらつきを測定することを含んでもよい。

本発明の別の態様によれば、前記励磁ヨークは第２の巻線を備えてもよく、前記励磁巻線に対して電力を供給する工程は、前記励磁ヨークの磁束に対応する前記第の２の巻線における電圧を計測し、その第２の巻線における電圧を参照して前記励磁巻線に印加される電圧を調整することで、前記励磁ヨークの磁束を一定に保つ。

本発明の別の態様によれば、前記励磁ヨークにおいて磁束が一定に保たれている場合、前記電気回路の特性を計測する工程は、前記励磁ヨークと故障のない前記積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の励磁巻線において計測される特性と比較した場合の、前記磁気回路における故障に対応する前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線における電流のうちの少なくとも１つの変化を測定することを含んでもよい。

本発明の別の態様によれば、前記励磁巻線の前記計測された特性に対応する出力特性を有する基準要素が設けられてもよく、前記励磁巻線の特性は前記基準要素の出力特性と比較されて、前記磁気回路における故障を識別される。

本発明の別の態様によれば、前記励磁巻線の電気回路はブリッジ回路を備えてもよく、そのブリッジ回路の励磁巻線および前記基準要素はそれぞれ前記ブリッジ回路のそれぞれのブランチに配置される。

本発明の別の態様によれば、前記基準要素は基準巻線が巻回された基準ヨークを含んでもよく、その基準巻線は前記ブリッジ回路に対して接続されていてもよい。

本発明の別の態様によれば、前記基準ヨークは、前記励磁ヨークから所定の距離に配置されてもよく、その励磁ヨークと共に前記積層鉄芯に沿って移動されて、その積層鉄芯に沿った様々な場所における故障の指標を提示するようにしてもよい。

本発明の別の態様によれば、前記基準ヨークは、前記積層鉄芯の積層間で障害がないことが分かっている場所において前記積層鉄芯の一対の歯部間に架け渡されるようにしてその固定位置に配置され、その基準ヨークの磁気回路に前記積層鉄芯が含まれるようにしてもよい。

本発明の別の態様によれば、前記基準ヨークは、前記積層鉄芯から離れた場所の磁気回路に配置されてもよい。

本発明の別の態様によれば、前記基準要素は、コンデンサを含んでもよい。

本発明の更なる態様によれば、電気機械の積層鉄芯の状態を評価する方法が提供される。本方法は、前記積層鉄芯の一対の歯部間に延在するように磁束注入励磁ヨークを配置し、前記励磁ヨークは前記一対の歯部に組み合わされる一対のアームを有し、前記励磁ヨークは励磁巻線で巻回されて励磁を発生させ、前記励磁のインピーダンスとほぼ同じインピーダンスを有する基準要素が設けられる。ブリッジ回路を設けられ、前記励磁巻線および基準要素のそれぞれは前記ブリッジ回路のそれぞれのブランチに配置される。前記励磁巻線に電力を供給して前記励磁ヨークに磁束を発生させ、前記励磁ヨークおよび積層鉄芯によって磁気回路を形成し、前記励磁ヨークが前記積層鉄芯において故障のない位置に配置されたとき、前記ブリッジ回路の前記ブランチにおいて電流および電圧のいずれか一方が均衡する。前記励磁ヨークと基準要素との少なくとも一方が前記積層鉄芯における隣接積層間の短絡による故障に隣接している場合に、前記ブリッジ回路の前記ブランチ間の不均衡が測定される。

本発明の更なる態様によれば、前記基準要素は、基準巻線を巻回してなる基準ヨークを含み、前記基準巻線は、前記ブリッジ回路に対して接続される。

本発明の更なる態様によれば、前記基準ヨークが前記積層鉄芯の一対の歯部に組み合わされるように設けられた一対のアームを備えていて、前記基準ヨークおよび積層鉄芯によって磁気回路を形成するようにしてもよい。

本発明の更なる態様によれば、前記基準ヨークは、前記積層鉄芯から離れた磁気回路に配置されてもよい。

本発明の更なる態様によれば、前記ブリッジ回路はMaxwell-Weinブリッジ回路を含んでもよく、前記基準要素は、前記励磁コイルのインダクタンスに対して均衡する容量性インピーダンスを与えるコンデンサを含んでもよい。

図１Ａは、本発明による積層鉄芯の状態を評価する装置の斜視図である。図１Ｂは、本発明による積層鉄芯の状態を評価する装置の別の態様を図示する斜視図である。図２は、図１Ａに図示した装置の等価回路を図示する概略図である。図３は、図１Ａに図示した装置の代替等価回路を図示する概略図である。図４は、図１Ｂに図示した装置の等価回路を図示する概略図である。図５は、基準要素を参照して積層鉄芯の状態を評価するブリッジ回路を図示する概略図である。図６Ａは、積層鉄芯の状態を評価するブリッジ回路で使用される代替アーム素子を図示する概略図である。図６Ｂは、積層鉄芯の状態を評価するブリッジ回路で使用される代替アーム素子を図示する概略図である。図６Ｃは、積層鉄芯の状態を評価するブリッジ回路で使用される代替アーム素子を図示する概略図である。図７は基準要素を参照して積層鉄芯の状態を評価する代替ブリッジ回路を図示する概略図である。図８Ａは、本発明による積層鉄芯の状態を評価する基準要素を含む装置の代替構成の斜視図である。図８Ｂは、本発明による積層鉄芯の状態を評価する基準要素を含む装置の代替構成の斜視図である。図８Ｃは、本発明による積層鉄芯の状態を評価する基準要素を含む装置の代替構成の斜視図である。図９は、積層鉄芯の状態を評価する代替装置の斜視図である。

好適な実施形態の以下の詳細な説明において、その一部をなす添付図面を参照するが、それらは本発明が実行可能な特定の好適な実施形態を例示目的で図示しているに過ぎず、それのみへの限定を意図するものではない。その他の実施形態を使用可能であり、本発明の要旨および範囲から逸脱しなければ変更を加えることが可能であることを理解されたい。

図１Ａは、発電機における積層固定子の鉄心など、電気機械の積層鉄芯１２の磁気回路の状態を評価する装置１０を図示している。積層鉄芯１２は、磁気材料からなる重畳積層のアセンブリを備えてもよい。この積層のそれぞれは、電気絶縁材料によって被覆されており、それによって、例えば、離れて配置され半径方向に突出した複数の歯部１６に設けられた面１４を有する固定子と歯部１６間にその歯部１６に関連して列設された溝１７とが形成される。以下に詳述するように、装置１０は、例えば積層間の絶縁材料における障害によって発生して結果的に隣接する積層間に電気的短絡を発生させてしまう故障を検出するために用いられることが可能であり、例えば、歯部１６を流れる磁気回路によって形成される磁束を、それとは異なった場所すなわち故障のない積層鉄芯１２の一部の場所に設けられた歯部１６によって形成される磁気回路の磁束と比較した場合の、変化によって示される。

装置１０は、複数の積層板からなる場合もあるＵ形の強磁性部材からなる励磁ヨーク１８を含む。また、励磁ヨーク１８は、横部２４によって接続された一対のアーム２０、２２を含む。励磁ヨーク１８の横部２４には、磁束を発生させるための励磁巻線２６が巻回されている。励磁ヨーク１８および巻線２６によって、積層鉄芯１２内に磁束を生じせしめるためのプローブ構造体２７が形成される。積層鉄芯１２の状態を評価するための検査が行われているときには、ヨーク１８は、そのアーム２０、２２が積層鉄芯の一対の歯部１６に対して極めて近接して配置されるが、この場合、アーム２０、２２の端部は、それら両端部同士の間隔が一対の歯部１６同士の間隔と一致するように設けられていることが望ましく、また、アーム２０、２２と歯部１６との間の空隙は、最小限に抑えられることが望ましい。巻線２６からなる電気励起回路２８に交流電圧又は電流を供給すると、ヨーク１８に磁束が生じ、その磁束励起が積層鉄芯１２に注入される。電気励起回路２８は、電源３０すなわち電圧源又は電流源を備えてもよい。電源３０は、５０又は６０Ｈｚの周波数の交流電圧又は電流を供給でき、６０Ｈｚ〜８００Ｈｚの所定の周波数で動作可能である。ヨーク１８が架け渡される一対の歯部１６の近くに横向きに配置された積層鉄芯１２の局所領域において、磁束が発生する。このヨーク１８によって生じる磁束密度は、発電機において積層鉄芯１２が使用されてその動作中に積層鉄芯１２に生じる磁束密度と等しいか、又は同程度の磁束密度であることが望ましい。

ヨーク１８の磁気回路は、積層鉄芯１２の検査領域の磁気回路３２と結合され、その結合された２つの磁気回路によって、磁気結合検査回路３３が形成される（図２）。巻線２６に供給される交流電流は、有効分と無効分とを有する、ヨーク１８と係合した巻線２６のインピーダンスによって、制限される。図２は、磁気結合検査回路３３の検査領域磁気回路３２および関連する電気励起回路２８の等価回路を図示しており、巻線２６を流れる電流は、積層鉄芯１２の渦電流とのヨーク１８を介しての磁束鎖交を有する。ここでは、個々の積層の渦電流の影響は、等価抵抗３６および漏れインダクタンス３８を有する回路部分３４によって描かれている。また、図１Ａおよび１Ｂに符号３１で示すように、積層間に絶縁が存在しない場合などのような、短絡又は故障が隣接する積層間に生じている場合には、巻線２６との磁束鎖交は、回路部分４０で以て模式的に表現されているとおり、積層鉄芯１２における短絡によって形成される循環電流を含み得る。積層間の短絡は、閉位置に配置されているスイッチ４２によって表わされ（破線で示されている）、検査領域磁気回路３２において等価抵抗４４およびインダクタンス４６を含んでいる。等価抵抗４４は、積層間の短絡を通って流れる循環電流を意味する、又は、それに関連するものであり、等価インダクタンス４６は、積層間の短絡を通って流れる循環電流の漏れインダクタンスを意味する、又は、それに関連するものである。

図３は、検査領域部３２’および関連の励起回路部２８’を含む変圧器の等価回路に類似する等価電気回路３３’を図示する。励起回路部２８’は、抵抗４８、相互インダクタンス５２および漏れインダクタンス５０によって表わされる巻線２６を含む。相互インダクタンス５２は、検査領域部３２’に更に含まれる。この場合、相互インダクタンス５２は、巻線２６と、１）積層における渦電流、及び、２）積層間の短絡を介する循環電流、との間の相互インダクタンスを表す。インダクタンス５６は、個々の積層内の渦電流の漏れインダクタンスを表し、抵抗５４は、個々の積層内の渦電流の等価抵抗を表す。更に、検査領域回路部分３２’において短絡又は故障が隣接する積層間に存在する場合、巻線２６との磁束鎖交は、回路部分４０’で示されるように、積層鉄芯１２における短絡によって形成される循環電流を含み得る。積層間の短絡は、閉位置に配置されたスイッチ４２’（破線で示す）で表わされ、検査領域回路３２’において等価抵抗４４’およびインダクタンス４６’を含む。等価抵抗４４’は、積層間の短絡を流れる循環電流を制限し、等価インダクタンス４６’は、積層間の短絡を流れる循環電流による漏れインダクタンスを表す。

図２および図３の等価回路に示すように、巻線２６における電流と固定電圧又は所定電圧におけるインピーダンスは、それ自体（自己インダクタンス）に対する巻線２６の磁束鎖交と、巻線２６を介して磁束と結合された個々の積層における渦電流の値（図２の３６および３８および図３の５２、５４、５６で示す）と、巻線２６を介して磁束と連結された積層間の循環電流（図２の４４、４６および図３の４４’、４６’で示す）とに応じて、変化し得る。ヨーク１８およびそれに関連する巻線２６が、積層鉄芯１２に沿って縦方向に移動すると、すなわち、歯部１６の横方向に沿って移動すると、励磁巻線２６の電気回路２８の特性が変化する場合がある。

従って、積層間の故障又は短絡の指標として、異なる特性又はパラメータを使用又は監視してもよい。例えば、特別な安定化、すなわち、所定の電圧又は電流からの僅かな変化に対する安定化又は補償を行う構成要素を追加せずに電源３０を動作させる場合、励起回路２８と関連付けられた監視モジュール５８が、巻線２６の電流又は巻線２６のインピーダンスのいずれかを、積層短絡の指標として監視してもよい。同様に、電源３０が定電圧電源である場合、すなわち、電圧が安定化されている場合には、監視モジュール５８が、巻線２６の電流又は巻線２６のインピーダンスのいずれかを、積層短絡の指標として監視してもよい。電源３０が定電流電源である場合、すなわち電流が安定化されている場合、モジュール５８は、巻線２６に印加される電圧又は巻線２６のインピーダンスを、積層短絡の指標として監視するようにしてもよい。

装置１０の更なる態様によれば、磁束がヨーク１８において一定に保たれるように、電源３０を制御してもよい。図４は、図３の等価回路の変形を図示しており、図１Ｂおよび図４を参照して説明すると、ヨーク１８は、電源３０の電圧出力を制御するための調整器６２に接続された第２の巻線６０を、備えるようにしてもよい。ヨーク１８における磁束は、第２の巻線６０をして交流電圧を発生せしめる。この場合の交流電圧は、ヨーク１８の磁束に比例する。調整器６２は、第２の巻線６０の出力交流電圧を監視し、電源３０の出力電圧を自動的に制御して、ヨーク１８における磁束をほぼ一定に保つようにする。この装置１０の構成によれば、監視モジュール５８が、巻線２６の電流又は巻線２６のインピーダンスのいずれかを、積層短絡の指標として、監視するようにしてもよい。

上述の構成のそれぞれにおいて、積層鉄芯１２における故障を検出するべく、監視されるパラメータ（電流、インピーダンス又は電圧）を、故障がないことが分かっている積層鉄芯に対応する既知の値と比較するようにしてもよい。監視モジュール５８は、例えば計測器又はその他の読出装置によって、監視されているパラメータの指標を直接的に提示してもよい。若しくは、又は更に、監視モジュール５８は、例えば監視モジュール５８に含まれるマイクロプロセッサによって、積層鉄芯１２における故障の指標として受信した結果をデジタル化し、そのデジタル化された結果を、積層鉄芯１２における故障場所を特定するための自動処理並びに分析が行われるように、メモリに保存するようにしてもよい。

本装置１０の更なる態様に基づき、積層鉄芯１２における故障に対応する測定値を識別する構成を、図５に示す。特に、ブリッジ回路６４の基準値と比較して監視モジュール５８において受信された値を決定する構成を示す。このブリッジ回路６４を含む構成は、図１Ａおよび１Ｂを参照して説明したように、プローブ構造体２７（励磁ヨーク１８および巻線２６）を含む励起回路２８の一部によって設けられる第１の上方アームを含んでもよい。ブリッジ回路６４は、更に、基準要素６６によって設けられる第２の上方アームを含んでもよい。基準要素６６は、例えば、以下で詳述するように、基準巻線、基準インダクタンス又は基準容量の１つを含んでもよい。ブリッジ回路６４の第１および第２の下方アーム６８、７０は、例えば、抵抗器７２およびインダクタ７４（図７Ａ）、抵抗器７６（図７Ｂ）、又は抵抗器７８およびコンデンサ８０（図７Ｃ）を含む同一要素を備えてもよい。なお、図７Ａの抵抗器７２およびインダクタ７４は、直列又は並列のいずれかで接続されてもよく、図７Ｃの抵抗器７８およびコンデンサ８０は、直列又は並列のいずれかで接続されてもよい。

プローブ構造体２７に設けられる第１の上方アームと第１の下方アーム６８とが、ブリッジ回路６４の第１のブランチ６５を形成し、基準要素６６によって設けられる第２の上方アームと第２の下方アーム７０とが、ブリッジ回路６４の第２のブランチ６７を形成する。計測器８２は、ブリッジ回路６４の２つのブランチ６５、６７間に架け渡すように配置されてもよく、それによって、２つのブランチ６５、６７間の電流差又は電圧差の測定を実現してもよい。計測器８２は、操作者が読取可能な計測器を備えてもよく、および／又は、２つのブランチ６５、６７における電流又は電圧間の電圧差又は電流差を示すアナログ又はデジタル計測値を提供する監視モジュール５８の電気回路を備えてもよい。計測器８２によって表わされたブリッジ回路６４の電圧又は電流計測部を備える監視モジュール５８に加えて、監視モジュール５８は、例えば、ブリッジ回路６４の下方アーム６８、７０および／又は基準要素６６など、ブリッジ回路６４の１つ以上の追加部品を備えてもよい。

図８Ａは、基準要素６６の構成例を図示する。この場合の基準要素６６は、基準巻線８６で巻回された基準ヨーク８４を備え、ブリッジ回路６４の第２の上方アームは基準巻線８６を備えてもよく（図６）、積層鉄芯１２は基準要素６６の磁気回路の一部として含まれる。基準巻線８６は、電源３０に接続されてもよく、この場合、電源３０は、電源３０から励磁巻線２６に対して出力される電流および／又は電圧とほぼ同一の電流および／又は電圧を含む基準巻線８６に対する電力出力を与える。基準ヨーク８４および基準巻線８６は、それぞれ励磁ヨーク１８および励磁巻線２６とほぼ同一の要素を備えることが望ましく、それによって、基準ヨーク８４および基準巻線８６が同一条件下において励磁ヨーク１８および励磁巻線２６のインピーダンスとほぼ同一のインピーダンス、すなわち、ほぼ同一の抵抗およびほぼ同一のリアクタンスを示すこととなる。すなわち、プローブ構造体２７および基準要素６６の両方が積層短絡のない積層鉄芯１２に沿った場所に配置された場合、ブリッジ回路６４の計測器８２は、２つのブリッジ回路ブランチ６５、６７間のゼロに近い電圧差又は電流差を検出することが可能となる。プローブ構造体２７が積層短絡３１の近くに配置された場合（図１Ａ）、循環磁束が発生し、巻線２６のインピーダンスが変化して、ブリッジ回路６４に不均衡が発生する。ブリッジ回路６４における不均衡は、電圧又は電流の増加として計測器８２によって検出されてもよく、それによって、積層短絡が存在するか否かの測定が実現する。

基準要素６６の一態様によれば、図８Ａを参照しつつ上記に説明したとおり、ローブ構造体２７には第１のプローブを設け、基準要素６６には第２のプローブを設けてもよく、その場合、第２のプローブは、プローブ構造体２７と共に移動可能なように接続又は支持され、そしてプローブ構造体２７から所定の距離ｄだけ離れていてもよい。プローブ構造体２７と基準要素６６とを接続することによって、プローブアセンブリ９０が形成される。電源３０からの電力は巻線２６および巻線８６に対して接続され、それによって、巻線２６および巻線８６が同じインピーダンスで動作すると仮定した場合、積層鉄芯１２の共通又は同一の歯部１６上に同じ極性の磁束を発生させる。更に、プローブ構造体２７と基準構造体６６との間の距離ｄは、巻線２６および巻線８６にインピーダンス差が発生した場合に、巻線２６と巻線８６の間での顕著な磁束鎖交を避けられる程度に長いことが望ましい。検査動作時において、プローブアセンブリ９０は、積層鉄芯１２の縦方向Ｌに沿って移動してもよい。プローブ構造体２７又は基準要素６６のいずれかが積層鉄芯１２の積層における短絡に遭遇した場合、その積層短絡に隣接する方の巻線２６、８６のインピーダンスは、他方の巻線２６、８６のインピーダンスと比較して異なったものとなり、ブリッジ回路６４における均衡が変化して、計測器８２の電流又は電圧の変化として計測される。

基準要素６６の別の態様によれば、図５を参照しつつ上記に説明したとおり、プローブ構造体２７および基準要素６６は、基準ヨーク８４および基準巻線８６に関して上述したものなどのように（図８Ａ）、ほぼ同一の構造体としてもよい。しかしながら、図８Ｂに図示するように、基準構造体６６が積層鉄芯１２上の固定位置Ｌ₁に配置され、基準ヨーク８４が一対の歯部１６間に延び、積層鉄芯１２が基準要素６６の磁気回路の一部を形成するようにしてもよい。この固定位置Ｌ₁は、積層間に故障又は短絡がないことが分かっている積層鉄芯１２の一部に位置するように選択される。更に、基準要素６６およびその積層鉄芯１２上の位置Ｌ₁は、プローブ構造体２７が積層短絡のない積層鉄芯１２に沿った位置に配置された場合に基準要素６６がプローブ構造体２７とほぼ同一のインピーダンスを示すように、構成される。プローブ構造体２７は、積層間の短絡を検出するために、縦方向Ｌに積層鉄芯１２に沿って移動されてもよい。プローブ構造体２７が積層鉄芯１２の積層における短絡３１に遭遇した場合（図１Ａ）、巻線２６のインピーダンスが基準巻線８６のインピーダンスに対して相対的に変化することとなって、監視モジュール５８によって検出されるようにブリッジ回路６４における均衡を変化させる、すなわち、計測器８２における電流又は電圧の変化が測定されることとなる。

基準要素６６の更なる態様によれば、図５を参照しつつ上記に説明したように基準要素６６が積層構造体１２から離れて配置されて、成層鉄心１２が基準要素６６の磁気回路の一部でないようにすることもできる。図８Ｃに示すように、基準要素６６は、図８Ａを参照しつつ上記の説明したものと同様の基準ヨーク８４および基準巻線８６を備えてもよく、基準磁気回路１２_Rと組み合わされるものとしてもよく、又は積層鉄芯１２から分離した磁気回路を形成する基準巻線８６を含む異なる構造体を備えてもよく、電源３０によって通電されてもよい。基準構造体６６の巻線８６は、同一のインダクタンスおよびインピーダンスを有するように構成されてもよく、又はプローブ構造体２７の巻線２６のように、同じインピーダンスのみを有してもよい。本態様によれば、プローブ構造体２７は、積層間の短絡を検出するために縦方向Ｌで積層鉄芯１２に沿って移動されるようにしてもよい。プローブ構造体２７が積層鉄芯１２の積層において短絡３１と遭遇した場合（図１Ａ）、巻線２６のインピーダンスは、基準巻線８６のインピーダンスと比較して相対的に変化することとなって、監視モジュール５８によって検出されるように、ブリッジ回路６４における均衡を変化させる、すなわち、計測器８２における電流又は電圧の変化が測定されることとなる。

図７には、代替基準要素６６’を取り入れた代替ブリッジ回路６４’が図示されており、Maxwell-Weinブリッジ回路として構成されている。この構成において、上記の構成と同様に、基準要素６６’は積層鉄芯１２から分離している。ブリッジ回路６４’の第１のブランチ６５’の第１の上方アームは、プローブ構造体２７によって形成される。基準要素６６’は、コンデンサ９２と抵抗器９４とを備えているか、若しくはコンデンサ９２のみを備えていて、ブリッジ回路６６’の第２のブランチ６７’の第２の下方アームを構成している。基準要素６６’がコンデンサ９２および抵抗器９４を備える場合、コンデンサ９２および抵抗器９４は図示するような直列で構成されてもよく、並列で構成されてもよい。第１の下方アーム６８’および第２の上方アーム７０’は、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃを参照してアーム６８、７０に関して説明したものと同一又は類似の部品を備えたものとすることもできる。プローブ構造体２７の巻線２６におけるインダクタンス５０と関連した位相ずれは、コンデンサ９２における位相ずれとは逆であるため、プローブ構造体２７の誘導性インピーダンスは、ブリッジ回路６４’の反対側のアームに配置された基準要素６６’の容量性インピーダンスによって相殺されてもよい。本態様によれば、プローブ構造体２７は、積層間の短絡を検出するために、縦方向Ｌで積層鉄芯１２に沿って移動されてもよい。プローブ構造体２７が積層鉄芯１２の積層において短絡３１と遭遇した場合（図１Ａ）、巻線２６のインピーダンスが基準要素６６’のインピーダンスと比較して異なったものに変化することとなり、２つのブランチ６５’、６７’間に配置された計測器８２’上の電流又は電圧の差によって示されるようなブリッジ回路６４’の均衡の変化を生じさせる。

図９には、積層鉄芯１２の磁気回路の状態を評価するための、代替の装置１１０が図示されている。装置１１０は、第１のプローブアセンブリ１２７を備えており、その第１のプローブアセンブリ１２７は、第１のヨーク１１８と、ヨーク１１８が周囲に巻回された第１の巻線１２６とを備えて、励磁巻線を構成している。第１のヨーク１１８は、Ｕ形の強磁性部材を含むものとすることが可能であり、複数の積層板からなるものとすることが可能であり、そして、横部１２４によって接続された一対のアーム１２０、１２２を含んでいる。ヨーク１１８の横部１２４は、第１の巻線１２６が周囲に巻回されたものとすることができる。積層鉄芯１２の状態の評価の検査処理の継続中には、第１のヨーク１１８は、一対のアーム１２０、１２２が第１の一対の歯部１６ａ、１６ｂに宛がわれて、その第１の一対の歯部１６ａ、１６ｂ同士の間に延びる如く配置されるようにすることができる。

装置１１０は、第２のプローブアセンブリ１０７を更に含んでおり、第２のヨーク１０８と、第２のヨーク１０８の周囲に巻回された第２の巻線１０６とを含んで、検出巻線を構成している。第２のヨーク１０８は、複数の積層板からなるＵ形の強磁性部材を含んでおり、第１のヨーク１１８よりも小型のものとすることもできる。第２のヨーク１０８は、横部１０４によって接続された一対のアーム１００、１０２を含む。第２のヨーク１０８の横部１０４は、第２の巻線１０６によって巻回されたものとすることができる。積層鉄芯１２の状態の評価のための検査処理の実行中には、第２のヨーク１０８は、一対のアーム１００、１０２が、第２の一対の歯部１６ｃ、１６ｄに組み合わされてその第２の一対の歯部１６ｃ、１６ｄ同士の間に延在するように、配置することができる。その第２の一対の歯部１６ｃ、１６ｄは、第１の一対の歯部１６ａ、１６ｂの中間又は間に配置される。図９に図示するように、第１のヨーク１１８は、第２の一対の歯部１６ｃ、１６ｄを含んで３つの溝１７ａ、１７ｂ、１７ｃに跨がっていてもよく、第２のヨーク１０８は、他の２つの溝１７ａおよび１７ｂの中間又は間に配置された一つの溝１７ｂを跨いでいてもよい。若しくは、第１のヨーク１１８は、３つよりも多い溝１７に跨がってもよく、第２のヨーク１０８は、第１のヨーク１１８が跨いでいる複数の溝１７のうちから選択された溝１７に跨がるように、中間歯部上に配置されてもよい。通常、第２のヨーク１０８は、第１のヨーク１１８が跨がる溝１７の数よりも少なくとも２つ少ない数の溝１７に跨がることとなる。

第１および第２のヨーク１１８、１０８が積層鉄芯１２に沿って連動して移動可能とするべく、第２のヨーク１０８を第１のヨーク１１８に接続又は固着するようにしてもよい。第２のヨーク１０８は、第２のヨーク１０４の横部１０４は第１のヨーク１１８の横部１２４の直下又は内側に配置されるが、それと共に第１のヨーク１１８と同一の平面に配列されてもよい。若しくは、後述するように、第１のプローブ１２７が発生させた磁束の領域内に第２のヨーク１０８が依然として存在する程度に、第２のヨーク１０８が第１のヨーク１１８に対して近接するが縦方向Ｌに僅かにずれるようにしていてもよい。

プローブアセンブリ１２７は、電源１３０を含む電気回路１２８に接続されて、交流電圧又は電流を巻線１２６に供給し、プローブアセンブリ１２７の近くの積層鉄芯の局所領域に磁束を発生させるようにすることが可能である。電源１３０は、装置１０の電源３０に関して上述したような出力を供給する電源を含んで、電気機械の動作時に積層鉄芯１２で実現する磁束密度と同一又は同程度の磁束密度を発生せしめるようにすることが可能である。

第２のプローブアセンブリ１０７は、センサプローブを含んでもよく、第１のプローブアセンブリ１２７によって積層鉄芯１２に発生した磁束に対して、第２のヨーク１０８が第２の一対の歯部１６ｃ、１６ｄを介して磁気的に接続された結果として、第２の巻線１０６に電圧を発生せしめるようにすることができる。すなわち、第２のプローブアセンブリ１０７は、第１のプローブアセンブリ１２７が発生させた磁束のうちの一部分を、第２の一対の歯部１６ｃ、１６ｄを通って検出される磁束漏洩として感知することができる。第１および第２のプローブアセンブリ１２７、１０７を含む構造体が積層鉄芯に沿って縦方向Ｌに移動された際の、電圧の変化、又は、第２のプローブアセンブリ１０７から計測される、所定の閾値に対する相対的な電圧値によって、積層鉄芯１２の積層における故障すなわち短絡の顕示化が行われるようにしてもよい。第２の巻線１０６は、第２の回路１０９に配置されてもよく、その第２の回路１０９は、操作者が読取可能な電圧監視計測器を含み得る監視モジュール１５８を含む。それに代えて、又は更に、監視モジュール１５８が、その監視モジュール１５８に含まれているマイクロプロセッサなどによって、積層鉄芯１２の故障の指標としての受信結果をデジタル化し、そのデジタル化された結果をメモリに保存し、自動処理および分析を行って、積層鉄芯１２における故障場所を特定するようにしてもよい。

図９に図示した構成とは更に別の構成によれば、溝１７に存在している発電機固定子巻線を用いることなしに、装置１１０を用いて検査処理を実行する場合には、第１の一対の歯部１６ａ、１６ｂと第２の一対の歯部１６ｃ、１６ｄとの間に形成された溝１７ａ、１７ｃそれぞれに、磁気分路１２１を配置してもよい。磁気分路１２１は、磁性体で構成することができ、磁束の大部分を第２のプローブアセンブリ１０７へと方向転換するべく、溝１７ａ、１７ｃ内に配置されるようにしてもよい。磁気分路１２１、及びそれによる磁束の方向転換によって、第２の一対の歯部１６ｂ、１６ｃにおける積層短絡に対する装置１１０の感度を向上させることが可能となると考えられる。すなわち、磁気分路１２１は、第２の一対の歯部１６ａ、１６ｂの対に供給される磁束量を増加させることができ、それによって、積層における故障に対応した信号の強度を上げることができる。更に、磁気分路１２１を溝１７ａ、１７ｂ内の異なる放射状の位置、すなわち歯部１６ａ、１６ｂの先端とは異なる位置まで移動させて、歯部１６ａ、１６ｂに沿った積層短絡の特定の半径方向の場所を特定しやすくしてもよい。これを積層短絡１３１によって模式的に例示している。

なお、第２のプローブ１０７は、積層鉄芯１２に対して磁束を供給するように動作し、第１のプローブ１２７は、積層鉄芯１２における磁束を検出するように動作して、積層における故障の位置を特定するものとして、励磁巻線を含む第１の巻線１２６と検出巻線を含む第２の巻線１０６を参照例として挙げつつ装置１１０を上記のとおり説明したが、それら励磁巻線および検出巻線はその立場を入れ替えるようにしてもよい。

装置１１０の、更に別の態様では、電源１３０は、電流に対する特別な安定化を行わずに動作させてもよく、定電圧電源を備えてもよい。若しくは、第１のヨーク１１８において磁束が一定に保たれるように、電源１３０を制御してもよく、その場合、電源１３０の電圧出力を制御する電圧調整器１６２に接続される磁束検出巻線１６０が、第１のヨークにおける磁束を検出するようにしてもよい（図９参照）。第１のヨーク１１８における磁束は、そのヨーク１１８における磁束に比例した交流電圧を、磁束検出巻線１６０において発生させる。調整器１６２は、磁束検出巻線１６０の出力交流電圧を監視して、電源１３０の出力電圧を自動的に制御し、ヨーク１１８における磁束をほぼ一定に保ってもよい。

本発明の特定の実施形態を例示および説明したが、本発明の要旨および範囲から逸脱することなく様々な他の変更および修正をなすことが可能であることは当業者にとって自明であろう。従って、添付の特許請求の範囲において、本発明の範囲内にある変更および修正のすべてが網羅されることが意図される。

１０装置
１２積層鉄芯
１６歯部
１７溝
１８励磁ヨーク
２０、２２アーム
２４横部
２６励磁巻線
２７プローブ構造体
２８電気励起回路
３０電源
３１積層短絡
３２磁気回路
３３磁気結合検査回路
３４回路部
３６等価抵抗
３８漏れインダクタンス
４０回路部
４２スイッチ
４４等価抵抗
４６インダクタンス
４８抵抗
５０漏れインダクタンス
５２相互インダクタンス
５８監視モジュール
６０第２の巻線
６２調整器
６４ブリッジ回路
６５第１のブランチ
６６基準要素
６７第２のブランチ
８２計測器
８４基準ヨーク
８６基準巻線
９２コンデンサ
９４抵抗器

Claims

電気機械の積層鉄芯の状態を評価する方法であって、
前記積層鉄芯の一対の歯部間に延在するように磁束注入用の励磁ヨークを配置し、前記励磁ヨークは、前記一対の歯部に組み合わされる一対のアームを有し、前記励磁ヨークには、励磁のための励磁巻線が巻回されており、
前記励磁巻線によって設けられた電気回路に対して電力を供給することで、前記励磁ヨークにおいて磁束を発生させ、前記励磁ヨークおよび前記積層鉄芯によって、磁気回路を形成し、
前記磁気回路における故障を、前記積層鉄芯の積層間の渦電流に対応して識別するべく、前記励磁巻線の前記電気回路の特性を計測する
ことを含む、電気機械の積層鉄芯の状態を評価する方法。
請求項１記載の方法において、
前記電気回路の前記特性の計測は、前記磁気回路における前記故障に対応して計測される前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線における電流のうちの少なくとも１つの変化の測定であって、故障のない場合に対応して前記積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の前記励磁巻線において計測される特性と比較したときの相対的な変化の測定を含む
ことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記励磁巻線に対する電力の供給は、前記励磁巻線に対して定電圧で電力を供給することを含む
ことを特徴とする方法。
請求項３記載の方法において、
前記電気回路の前記特性の計測は、前記磁気回路における前記故障に対応した特性として計測される前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線における電流のうちの少なくとも１つの変化であって、故障のない場合に対応して前記積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の前記励磁巻線において計測される特性と比較したときの相対的な変化の、測定を含む
ことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記励磁巻線に対する電力の供給は、前記励磁巻線に対して定電流で電力を供給することを含む
ことを特徴とする方法。
請求項５記載の方法において、
前記電気回路の前記特性の計測は、前記磁気回路における前記故障に対応した特性として計測される前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線における電圧のうちの少なくとも１つの変化であって、故障のない場合に対応して前記積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の前記励磁巻線において計測される特性と比較したときの相対的な変化の測定を含む
ことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記励磁ヨークが第２の巻線を備えており、前記励磁巻線に対する電力の供給では、前記励磁ヨークの前記磁束に対応する前記第２の巻線における電圧を計測し、当該第２の巻線における電圧を参照して前記励磁巻線に印加される電圧を調整することで、前記励磁ヨークの磁束を一定に保つ
ことを特徴とする方法。
請求項７記載の方法において、
前記電気回路の前記特性の計測は、前記磁気回路における前記故障に対応した特性として計測される前記励磁巻線のインピーダンスおよび前記励磁巻線における電流のうちの少なくとも１つの変化であって、故障のない場合に対応して前記積層鉄芯の一部を介して形成された磁気回路の前記励磁巻線において計測される特性と比較したときの相対的な変化の、測定を含む
ことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記励磁巻線の前記計測された特性に対応する出力特性を有する基準要素を含み、
前記磁気回路における前記故障を識別するべく、前記励磁巻線の前記特性が前記基準要素の前記出力特性と比較される
ことを特徴とする方法。
請求項９記載の方法において、
前記励磁巻線の前記電気回路は、ブリッジ回路を備え、
前記ブリッジ回路の前記励磁巻線、および前記基準要素は、それぞれ前記ブリッジ回路の対応するブランチに配置される
ことを特徴とする方法。
請求項１０記載の方法において、
前記基準要素は、基準巻線を巻回してなる基準ヨークを含み、
前記基準巻線は、前記ブリッジ回路に接続される
ことを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法において、
前記基準ヨークは、前記励磁ヨークから所定の距離に配置され、前記励磁ヨークと共に前記積層鉄芯に沿って移動されて、前記積層鉄芯に沿った様々な場所での故障の指標を提示する
ことを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法において、
前記基準ヨークは、当該基準ヨークの磁気回路に前記積層鉄芯を含むようにするべく、前記積層鉄芯の積層間で障害がないことが分かっている場所において前記積層鉄芯の一対の歯部間に架け渡されるように、固定位置に配置される
ことを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法において、
前記基準ヨークは、前記積層鉄芯から離れた場所の磁気回路に配置される
ことを特徴とする方法。
請求項１０記載の方法において、
前記基準要素は、コンデンサを含む
ことを特徴とする方法。
電気機械の積層鉄芯の状態を評価する方法であって、
前記積層鉄芯の一対の歯部間に延在するように磁束注入励磁ヨークを配置すること、ここに、前記励磁ヨークは前記一対の歯部に組み合わされる一対のアームを有しており、かつ、前記励磁ヨークは励磁巻線が巻回されていて励磁を発生させ、
前記励磁のインピーダンスと略同じインピーダンスを有する基準要素を設けること、
ブリッジ回路を設け、ここに、前記励磁巻線および前記基準要素のそれぞれが前記ブリッジ回路のそれぞれのブランチに配置されること、
前記励磁巻線に電力を供給して前記励磁ヨークに磁束を発生させ、前記励磁ヨークおよび積層鉄芯によって磁気回路を形成し、前記励磁ヨークが前記積層鉄芯において故障のない位置に配置されたときに前記ブリッジ回路の前記ブランチにおいて電流および電圧のいずれか一方が均衡するようにすること、
前記励磁ヨークおよび前記基準要素の少なくとも一方が前記積層鉄芯における隣接積層間の短絡による故障に隣接しているときの前記ブリッジ回路の前記ブランチ間の不均衡を測定すること
を含むことを特徴とする、電気機械の積層鉄芯の状態を評価する方法。
請求項１６記載の方法において、
前記基準要素は、基準巻線で巻回された基準ヨークを含み、
前記基準巻線は、前記ブリッジ回路に接続される
ことを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法において、
前記基準ヨークは、前記積層鉄芯の一対の歯部に組み合わされるように設けられた一対のアームを備えて、前記基準ヨークおよび積層鉄芯によって磁気回路を形成する
ことを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法において、
前記基準ヨークは、前記積層鉄芯から離れた磁気回路に配置される
ことを特徴とする方法。
請求項１０記載の方法において、
前記ブリッジ回路は、Maxwell-Weinブリッジ回路を含み、
前記基準要素は、前記励磁コイルのインダクタンスに対してそれと均衡する容量性インピーダンスを与える、コンデンサを含む
ことを特徴とする方法。