JP2801769B2 - 回転子コイルエンドモニタ - Google Patents
回転子コイルエンドモニタInfo
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- JP2801769B2 JP2801769B2 JP2318075A JP31807590A JP2801769B2 JP 2801769 B2 JP2801769 B2 JP 2801769B2 JP 2318075 A JP2318075 A JP 2318075A JP 31807590 A JP31807590 A JP 31807590A JP 2801769 B2 JP2801769 B2 JP 2801769B2
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- Japan
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- coil end
- rotor
- laser beam
- displacement
- light
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は大型水車発電機等の回転電機の回転子コイル
エンドの変位量を監視する回転コイルエンドモニタに関
する。
エンドの変位量を監視する回転コイルエンドモニタに関
する。
（従来の技術） 運転状態における回転電機のエアギャップおよび回転
子コイルエンドの変位量を測定することは、接触事故が
発生した場合の電力系統への波及を考えるときわめて重
要な課題である。
子コイルエンドの変位量を測定することは、接触事故が
発生した場合の電力系統への波及を考えるときわめて重
要な課題である。
しかし、従来、この種のエアギャップと回転子コイル
エンドの変位量を同時に測定することができる装置がな
かった。エアキャップ監視装置に限定すると、 （１）P.Talas et al.: Application of an on−line air gap monitor for hyd
roelectric generator protection and problem diagno
sis;IEEE Transaction on Energy Conversion,Vol.EC−
2,No.4（1987） （２）Air gap measuring system,Vibro−Meter社 等が知られている。前者においてはエアギャップを測定
する箇所の回転子または固定子の一方に、反射板対を、
相対する固定子または回転子の一方に光発射装置と光受
信装置を取り付け、光発射装置から発射したパルス信号
が反射板対から戻ってくるのを光受信装置で受け、パル
ス信号の遅れ時間からエアギャップを測定するようにな
っている。後者はエアギャップを測定する箇所の固定子
内側に取り付けたキャパシティブセンサによってエアギ
ャップを測定するものである。
エンドの変位量を同時に測定することができる装置がな
かった。エアキャップ監視装置に限定すると、 （１）P.Talas et al.: Application of an on−line air gap monitor for hyd
roelectric generator protection and problem diagno
sis;IEEE Transaction on Energy Conversion,Vol.EC−
2,No.4（1987） （２）Air gap measuring system,Vibro−Meter社 等が知られている。前者においてはエアギャップを測定
する箇所の回転子または固定子の一方に、反射板対を、
相対する固定子または回転子の一方に光発射装置と光受
信装置を取り付け、光発射装置から発射したパルス信号
が反射板対から戻ってくるのを光受信装置で受け、パル
ス信号の遅れ時間からエアギャップを測定するようにな
っている。後者はエアギャップを測定する箇所の固定子
内側に取り付けたキャパシティブセンサによってエアギ
ャップを測定するものである。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、以上のようなエアギャップ監視装置で
は次のような問題があった。前者においては反射板対
を、後者においてはキャパシティブセンサを取り付けた
位置での測定しかできず、すべてのポールギャップを測
定するためには全ポールに反射板対またはキャパシティ
ブセンサを取り付ける必要があるばかりか、あらかじめ
センサや電気回路を回転子または固定子に埋め込まなけ
ればならず実用的でなかった。
は次のような問題があった。前者においては反射板対
を、後者においてはキャパシティブセンサを取り付けた
位置での測定しかできず、すべてのポールギャップを測
定するためには全ポールに反射板対またはキャパシティ
ブセンサを取り付ける必要があるばかりか、あらかじめ
センサや電気回路を回転子または固定子に埋め込まなけ
ればならず実用的でなかった。
また、回転子のコイルエンドが外側へ変形した場合
に、これを発見することができなかった。したがって、
エアギャップが正常であっても、コイルエンドが遠心力
によって変形することによる事故を発見することができ
なかった。
に、これを発見することができなかった。したがって、
エアギャップが正常であっても、コイルエンドが遠心力
によって変形することによる事故を発見することができ
なかった。
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたもので、回
転子および固定子にセンサや電気回路を取り付ける必要
がなく、しかも、１対または２対の光源装置と受光装置
を用いてすべてのコイルエンドの変位量を測定し、異常
な箇所があれば警報を発生することができる回転子コイ
ルエンドモニタを提供することを目的とする。
転子および固定子にセンサや電気回路を取り付ける必要
がなく、しかも、１対または２対の光源装置と受光装置
を用いてすべてのコイルエンドの変位量を測定し、異常
な箇所があれば警報を発生することができる回転子コイ
ルエンドモニタを提供することを目的とする。
［発明の構成） （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、回転子と固定子
との間のエアギャップの一方の軸端より他方の軸端に向
って扇形に広がりをもつレーザビームを発射する光源装
置と、この光源装置とは反対側の軸端から出射するレー
ザビームを検出し、且つレーザビームの一部がコイルエ
ンドによる影が生ずるような位置に設けられた受光装置
と、特定の回転子角度において同期信号を発生する同期
信号装置と、前記受光装置表面上のコイルエンドの影に
よる明暗の境目の半径方向の移動を検出して、前記同期
信号装置より得られる回転同期信号をもとに回転子上の
コイルエンドの周方向各位置の変位量を検出し、このコ
イルエンドの変位量と予め記憶されている初期状態のコ
イルエンドの変位量データを基準データとして比較して
コイルエンドの周方向各位置毎に基準データからの変位
量を求めて監視データを出力する演算処理手段とを備え
た構成としたものである。
との間のエアギャップの一方の軸端より他方の軸端に向
って扇形に広がりをもつレーザビームを発射する光源装
置と、この光源装置とは反対側の軸端から出射するレー
ザビームを検出し、且つレーザビームの一部がコイルエ
ンドによる影が生ずるような位置に設けられた受光装置
と、特定の回転子角度において同期信号を発生する同期
信号装置と、前記受光装置表面上のコイルエンドの影に
よる明暗の境目の半径方向の移動を検出して、前記同期
信号装置より得られる回転同期信号をもとに回転子上の
コイルエンドの周方向各位置の変位量を検出し、このコ
イルエンドの変位量と予め記憶されている初期状態のコ
イルエンドの変位量データを基準データとして比較して
コイルエンドの周方向各位置毎に基準データからの変位
量を求めて監視データを出力する演算処理手段とを備え
た構成としたものである。
（作 用） 本発明はこのような手段を講じたことにより、エアギ
ャップを見透す外部に取り付けられた光源装置から発射
されるレーザビームがエアギャップを通過し、光源装置
と相対して取り付けられた受光装置によって検出され
る。この受光装置表面上のコイルエンドの影による明暗
の境目の半径方向の移動を検出して、回転同期信号をも
とに回転子上のコイルエンドの周方向各位置の変位量を
検出し、このコイルエンドの変位量と予め記憶されてい
る初期状態のコイルエンドの変位量データを基準データ
として比較することによって容易に異常状態を判断する
ことができる。
ャップを見透す外部に取り付けられた光源装置から発射
されるレーザビームがエアギャップを通過し、光源装置
と相対して取り付けられた受光装置によって検出され
る。この受光装置表面上のコイルエンドの影による明暗
の境目の半径方向の移動を検出して、回転同期信号をも
とに回転子上のコイルエンドの周方向各位置の変位量を
検出し、このコイルエンドの変位量と予め記憶されてい
る初期状態のコイルエンドの変位量データを基準データ
として比較することによって容易に異常状態を判断する
ことができる。
（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の回転子コイルエンドモニタの一実
施例の構成を示すブロック図である。同図において、１
は回転子の軸中心を含む任意の平面で切断したときの回
転子断面、２は回転子断面１と同じ平面で切断したとき
の固定子断面、３はエアギャップ、４及び15は回転子コ
イルのコイルエンドである。５は光源装置であり、エア
ギャップ３を通過するように回転子軸方向と平行する方
向にレーザビーム６を発射する。51は光源であり、容易
に利用することができる可視光のHe−Neガスレーザ等が
適している。52はレーザ光を光ファイバ53に効率良く導
くための集光器、53は光ファイバ、５は光ファイバ53を
経由して入射されたレーザ光を、厚みが薄く扇形に広が
るレーザビーム６にするためのコリメータである。この
レーザビーム６は回転子の軸中心線を含んで半径方向へ
広がる平面内にあって、回転子の軸中心線と平行にエア
ギャップ３を通過する方向に発射される。７は受光装置
であり、コリメータ54から発射されたレーザビーム６を
受光できる位置に取り付けられ、レーザビーム６の断面
形状に合わせて多数の光ファイバを並べて固着したもの
である。８は前記固着した光ファイバの並び順を固定し
た状態の光ファイバ束、９は光電変換器であり、光ファ
イバ束８が光学的に接続され、少なくとも光ファイバの
本数と同数以上の光電変換素子から成っている。10は演
算処理装置であり、光電変換器９の出力、および同期信
号装置11の出力が入力される。同期信号装置11は回転子
軸の適当な位置に取り付けられた反射マーカ12、光電式
のプローブ13、プローブ13の出力信号を増幅整形する増
幅器14から構成される。
る。第１図は本発明の回転子コイルエンドモニタの一実
施例の構成を示すブロック図である。同図において、１
は回転子の軸中心を含む任意の平面で切断したときの回
転子断面、２は回転子断面１と同じ平面で切断したとき
の固定子断面、３はエアギャップ、４及び15は回転子コ
イルのコイルエンドである。５は光源装置であり、エア
ギャップ３を通過するように回転子軸方向と平行する方
向にレーザビーム６を発射する。51は光源であり、容易
に利用することができる可視光のHe−Neガスレーザ等が
適している。52はレーザ光を光ファイバ53に効率良く導
くための集光器、53は光ファイバ、５は光ファイバ53を
経由して入射されたレーザ光を、厚みが薄く扇形に広が
るレーザビーム６にするためのコリメータである。この
レーザビーム６は回転子の軸中心線を含んで半径方向へ
広がる平面内にあって、回転子の軸中心線と平行にエア
ギャップ３を通過する方向に発射される。７は受光装置
であり、コリメータ54から発射されたレーザビーム６を
受光できる位置に取り付けられ、レーザビーム６の断面
形状に合わせて多数の光ファイバを並べて固着したもの
である。８は前記固着した光ファイバの並び順を固定し
た状態の光ファイバ束、９は光電変換器であり、光ファ
イバ束８が光学的に接続され、少なくとも光ファイバの
本数と同数以上の光電変換素子から成っている。10は演
算処理装置であり、光電変換器９の出力、および同期信
号装置11の出力が入力される。同期信号装置11は回転子
軸の適当な位置に取り付けられた反射マーカ12、光電式
のプローブ13、プローブ13の出力信号を増幅整形する増
幅器14から構成される。
次に、上記実施例の動作について説明する。第１図の
図示下側に位置する光源装置５からレーザビーム６をや
や末広がりの扇形状に発射する。図示上側に取り付けら
れた受光装置７には、コイルエンド４によってレーザビ
ームが遮られない場合には、受光装置７の全受光面にレ
ーザビーム６が入射され、光電変換器９の全光電変換素
子から「１」レベルの電気信号が出力される。回転子が
回転し、コイルエンド４がレーザビーム６を遮る位置に
くると、受光装置７の全面にレーザビームが当たらず影
になる部分が生じるので、光電変換器９の光電変換素子
の一部からは「０」レベルの電気信号が出力される。
図示下側に位置する光源装置５からレーザビーム６をや
や末広がりの扇形状に発射する。図示上側に取り付けら
れた受光装置７には、コイルエンド４によってレーザビ
ームが遮られない場合には、受光装置７の全受光面にレ
ーザビーム６が入射され、光電変換器９の全光電変換素
子から「１」レベルの電気信号が出力される。回転子が
回転し、コイルエンド４がレーザビーム６を遮る位置に
くると、受光装置７の全面にレーザビームが当たらず影
になる部分が生じるので、光電変換器９の光電変換素子
の一部からは「０」レベルの電気信号が出力される。
したがって、水平方向に時間をとり、垂直方向に光電
変換器９での幾何学的配列に合わせた各光電変換素子か
らの出力値をとると、回転子の回転につれて第２図の検
出データが得られる。図示斜線部分がコイルエンド４に
レーザビーム６が遮られた「０」レベルの信号出力を表
わす。同図下側の回転パルス信号は増幅器14の出力であ
り、反射マーカ12が回転軸に１箇所のみ取り付けられて
いるときは、１つの回転パルス信号当り１回転を示す。
演算処理装置10はこの間を適当な時間間隔で分割して光
電変換器９の出力をサンプリング入力し、「０」レベル
信号と「１」レベル信号の境界を、光電変換素子によっ
て量子化された座標で表わしたパターンに変換すること
によって、回転子の外側の全コイルエンド４の外郭を知
ることができる。したがって、あらかじめ演算処理装置
10において記憶している図示の警報レベルデータと比較
することによって、コイルエンド４の変位量を監視する
ことができる。
変換器９での幾何学的配列に合わせた各光電変換素子か
らの出力値をとると、回転子の回転につれて第２図の検
出データが得られる。図示斜線部分がコイルエンド４に
レーザビーム６が遮られた「０」レベルの信号出力を表
わす。同図下側の回転パルス信号は増幅器14の出力であ
り、反射マーカ12が回転軸に１箇所のみ取り付けられて
いるときは、１つの回転パルス信号当り１回転を示す。
演算処理装置10はこの間を適当な時間間隔で分割して光
電変換器９の出力をサンプリング入力し、「０」レベル
信号と「１」レベル信号の境界を、光電変換素子によっ
て量子化された座標で表わしたパターンに変換すること
によって、回転子の外側の全コイルエンド４の外郭を知
ることができる。したがって、あらかじめ演算処理装置
10において記憶している図示の警報レベルデータと比較
することによって、コイルエンド４の変位量を監視する
ことができる。
第３図は警報レベルデータの決め方の一例を説明する
図である。基準データはコイルエンド４の変位量が無視
できる低速回転時の測定データである。定格速度で回転
することによってコイルエンド４が半径方向へ変形する
ので、半径方向への余裕寸法Ｈと、円周方向の速度変動
についての余裕寸法Ｌを基準データの最大値に上乗せし
て警報レベルデータを作成する。そして計測をするとき
と同じサンプリング間隔をもって分割し、演算処理装置
10のメモリへ記憶する。例えば、8,000個のオイルエン
ドを有する回転子について、１つのコイルエンド当り円
周方向に10サンプリングするならば、80k個の警報レベ
ルデータを記憶する。
図である。基準データはコイルエンド４の変位量が無視
できる低速回転時の測定データである。定格速度で回転
することによってコイルエンド４が半径方向へ変形する
ので、半径方向への余裕寸法Ｈと、円周方向の速度変動
についての余裕寸法Ｌを基準データの最大値に上乗せし
て警報レベルデータを作成する。そして計測をするとき
と同じサンプリング間隔をもって分割し、演算処理装置
10のメモリへ記憶する。例えば、8,000個のオイルエン
ドを有する回転子について、１つのコイルエンド当り円
周方向に10サンプリングするならば、80k個の警報レベ
ルデータを記憶する。
したがって、以上のような実施例の構成によれば、回
転子、固定子のいずれにも、何等センサや回転素子を付
加することなく、稼働中の回転機のコイルエンド変位量
を測定し、警報を出力することができる。
転子、固定子のいずれにも、何等センサや回転素子を付
加することなく、稼働中の回転機のコイルエンド変位量
を測定し、警報を出力することができる。
なお、受光装置７と光電変換器９を一体化構造するこ
とによって、光ファイバ束８を省略することができる。
とによって、光ファイバ束８を省略することができる。
第１図における光源装置５と受光装置７の位置関係で
は、図示上側のコイルエンド４の変位量について監視す
ることになるが、光源装置５と受光装置７の位置関係を
逆にすることによって、図示下側のコイルエンド15の変
位量を監視することができる。したがって、２組の光源
装置５と受光装置７を用いて、上側のコイルエンド４と
下側のコイルエンド15を同時に独立して監視することが
できる。
は、図示上側のコイルエンド４の変位量について監視す
ることになるが、光源装置５と受光装置７の位置関係を
逆にすることによって、図示下側のコイルエンド15の変
位量を監視することができる。したがって、２組の光源
装置５と受光装置７を用いて、上側のコイルエンド４と
下側のコイルエンド15を同時に独立して監視することが
できる。
レーザビーム６の形状を平行光線として、エアギャッ
プ３を十分覆うことができる幅だけのをもたせることに
よって、コイルエンド４に邪魔されない部分（第３図の
Ａ部分）の距離、すなわち、エアギャップ３のみの距離
を測定することができる。
プ３を十分覆うことができる幅だけのをもたせることに
よって、コイルエンド４に邪魔されない部分（第３図の
Ａ部分）の距離、すなわち、エアギャップ３のみの距離
を測定することができる。
また、光電変換器９の「１」レベル信号の強度を監視
し、一定値以下になった場合は光学面の汚れや光源51の
劣化が考えられるので、警報出力をすることができる。
光源に可視光のHe−Neレーザを用いることは取り付け、
調整が容易になる利点がある。
し、一定値以下になった場合は光学面の汚れや光源51の
劣化が考えられるので、警報出力をすることができる。
光源に可視光のHe−Neレーザを用いることは取り付け、
調整が容易になる利点がある。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、測定系に光を用
いるので、回転電機の強磁界に影響されない安定な測定
をすることができ、２組の光学系を用いることによっ
て、上下のコイルエンドの変位量を同時に測定すること
ができる。さらに、回転機の大きさやポール数に関係な
く必要な測定系は１乃至２組のみで、しかも回転子、固
定子のいずれにも追加加工をする必要がないので、稼働
中の回転機にも容易に本発明の回転子コイルエンドモニ
タを取り付けることができる。また、低速回転時のコイ
ルエンドの全データをあらかじめ警報レベルとして設定
することができ、初期状態の実状に合わせた警報レベル
が得られるので、実用性がきわめて高い。
いるので、回転電機の強磁界に影響されない安定な測定
をすることができ、２組の光学系を用いることによっ
て、上下のコイルエンドの変位量を同時に測定すること
ができる。さらに、回転機の大きさやポール数に関係な
く必要な測定系は１乃至２組のみで、しかも回転子、固
定子のいずれにも追加加工をする必要がないので、稼働
中の回転機にも容易に本発明の回転子コイルエンドモニ
タを取り付けることができる。また、低速回転時のコイ
ルエンドの全データをあらかじめ警報レベルとして設定
することができ、初期状態の実状に合わせた警報レベル
が得られるので、実用性がきわめて高い。
第１図は本発明の回転子コイルエンドモニタの一実施例
における構成を示すブロック図、第２図は検出データ出
力の説明図、第３図は警報レベルの決め方を示す説明図
である。 １……回転子断面、２……固定子断面、３……エアギャ
ップ、４、15……コイルエンド、５……光源装置、６…
…レーザビーム、７……受光装置、８……光ファイバ
束、９……光電変換器、10……演算処理装置、11……同
期信号装置、12……反射マーカ、13……プローブ、14…
…増幅器、51……光源、52……集光器、53……光ファイ
バ、54……コリメータ。
における構成を示すブロック図、第２図は検出データ出
力の説明図、第３図は警報レベルの決め方を示す説明図
である。 １……回転子断面、２……固定子断面、３……エアギャ
ップ、４、15……コイルエンド、５……光源装置、６…
…レーザビーム、７……受光装置、８……光ファイバ
束、９……光電変換器、10……演算処理装置、11……同
期信号装置、12……反射マーカ、13……プローブ、14…
…増幅器、51……光源、52……集光器、53……光ファイ
バ、54……コリメータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 寛和 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東京電力株式会社内 (72)発明者 宇藤 祐悦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 橋場 豊 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭60−152250（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−88702（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−158012（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 11/00 H02K 15/16
Claims (1)
- 【請求項１】回転子と固定子との間のエアギャップの一
方の軸端より他方の軸端に向って扇形に広がりをもつレ
ーザビームを発射する光源装置と、この光源装置とは反
対側の軸端から出射するレーザビームを検出し、且つレ
ーザビームの一部がコイルエンドによる影が生ずるよう
な位置に設けられた受光装置と、特定の回転子角度にお
いて同期信号を発生する同期信号装置と、前記受光装置
表面上のコイルエンドの影による明暗の境目の半径方向
の移動を検出して、前記同期信号装置より得られる回転
同期信号をもとに回転子上のコイルエンドの周方向各位
置の変位量を検出し、このコイルエンドの変位量と予め
記憶されている初期状態のコイルエンドの変位量データ
を基準データとして比較してコイルエンドの周方向各位
置毎に基準データからの変位量を求めて監視データを出
力する演算処理手段とを備えたことを特徴とする回転子
コイルエンドモニタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2318075A JP2801769B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | 回転子コイルエンドモニタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2318075A JP2801769B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | 回転子コイルエンドモニタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04193047A JPH04193047A (ja) | 1992-07-13 |
| JP2801769B2 true JP2801769B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=18095196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2318075A Expired - Lifetime JP2801769B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | 回転子コイルエンドモニタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2801769B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013195134A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Denso Corp | 微小変位量計測方法及び微小変位量計測装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08191556A (ja) * | 1995-01-10 | 1996-07-23 | Toshiba Corp | 回転子コイルエンドモニタ |
| JP6216935B2 (ja) * | 2013-05-21 | 2017-10-25 | イマジニアリング株式会社 | ボア変形量測定装置 |
| CN107643549B (zh) * | 2017-10-13 | 2024-03-01 | 国能大渡河流域水电开发有限公司龚嘴水力发电总厂 | 非接触式发电机组气隙异物在线检测报警结构及报警方法 |
| FR3108217B1 (fr) * | 2020-03-12 | 2022-03-25 | Alstom Transp Tech | Moteur de traction, chaîne de traction et véhicule associés |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6388702U (ja) * | 1986-11-28 | 1988-06-09 |
-
1990
- 1990-11-26 JP JP2318075A patent/JP2801769B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013195134A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Denso Corp | 微小変位量計測方法及び微小変位量計測装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04193047A (ja) | 1992-07-13 |
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