JP3182581B2

JP3182581B2 - 回転電機のスロットウエッジ緩み点検評価装置

Info

Publication number: JP3182581B2
Application number: JP02528092A
Authority: JP
Inventors: 孝春田; 孝柴田; 靖芳渡辺; 啓司鈴木; 靖章景山; 優井坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH05223697A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機のスロットウ
エッジ緩み点検評価装置に係り、特に、ウエッジ打撃手
段を用いた打音判定による点検評価装置の判定手段に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、回転電機を構成する多数の部品
のうち、電気部品は、他の金属性構造部品とは異なり、
電気的絶縁を保ちながら、固く固定する必要がある。電
機子コイルは、鉄心のスロットに挿入され、スロット開
口部付近に設置されたウエッジにより、スロット内に保
持される。

【０００３】ウエッジからコイルに与えられる拘束力が
低下すると、コイル自身が発生する電磁力や機器の振動
によりコイルが動かされ、鉄心と摺れあう。この摺れあ
いにより、コイルの絶縁層が摩耗し、最悪の場合は絶縁
破壊を引き起こし、単に機器が停止するのみならず、コ
イルや鉄心に損傷を与え、その修理に多大の時間と費用
を要することになる。

【０００４】図８は、回転電機の一般的なスロット内構
造の一例を示す図である。電機子コイル１および２は、
外表面に絶縁層６を持ち、鉄心３のスロット４に挿入さ
れている。スロット４の開口部付近には、ウエッジ５が
配置されている。スロット４の底と電機子コイル１との
間には、ライナ７ａが挿入され、電機子コイル１と２と
の間には、ライナ７ｂが挿入され、コイル２とウエッジ
５との間には、ライナ７ｃが挿入されている。ライナ７
ｃの厚みを調整すると、コイル１および２をスロット内
で適正に拘束できる構造となっている。

【０００５】十分な拘束力をもって製作された機器であ
っても、一旦運転されると、スロット４内の各部品の接
触部間のなじみや機器内の温度上昇等により、各部の材
質にはいわゆる枯れという微小な寸法縮小が生ずるの
で、ウエッジ５のコイル１および２に対する拘束力が低
下する。コイル拘束力は、機器の稼働時間に比例して低
下する傾向にある。

【０００６】コイル拘束力がある限度以下になると、コ
イル１および／または２が自身の電磁力により動かされ
てウエッジ５に強く打ち付けられ、ウエッジ５の摩耗が
始まる。ウエッジ５の摩耗が始まると、一段とコイル拘
束力が低下することになり、コイル１および／または２
は更に大きく動いてウエッジ５の摩耗を促進するという
悪循環が続き、ウエッジ５の摩耗は加速度的に進行す
る。

【０００７】この現象を未然に防止するため、大型電気
設備においては、ウエッジの緩み点検を定期点検項目の
一つとして実施し、ウエッジにコイル拘束力を維持させ
るように努めている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ウエッジ緩み点検の方
法としては、小型ハンマーによる打音判定が一般的であ
る。ウエッジ緩み点検に用いる打音判定とは、小型のハ
ンマーでウエッジ表面を軽く叩き、音を聴いて、ウエッ
ジの緩み具合を評価する方法である。評価は、「緩み無
し」の「二重○」から「緩み大」の「×」まで、例えば
二重○，○，△，×の４段階で行なう。

【０００９】判定の精度を維持するには、一般に、限ら
れた点検員にのみ作業をさせる。これら点検員は、熟練
者ではあるが、作業場所の騒音の程度や自身の体調によ
っては、必ずしも一定の判断基準で評価できるとは限ら
ない。

【００１０】また、点検員間の個人差もあり、「緩み無
し」と「やや緩み有り」の中間のようなウエッジをどち
らの等級に判定するかにより、総合評価が異なるという
可能性もあった。

【００１１】このような不具合を解消するには、作業を
機械化することが望ましく、何種類かの点検装置が市販
されている。これらの点検装置の多くは、ウエッジ緩み
検出部と判定部とからなり、ウエッジにばね力等を利用
して打撃を与え、発生する振動の波形，振動数，加速
度，打ち付けた物体の初速と跳ね返り速度との差等を検
出し、ウエッジの緩みを評価する。

【００１２】しかし、これらの点検装置においても、ウ
エッジに検出部を押し当てる強さや押し当てる場所等に
より判定が変動する。すなわち、機械化してもなお、人
為的要因により、評価が一定しないという問題があっ
た。

【００１３】また、図９に示すように、タービン発電機
に代表される横軸型回転電機においては、コイル拘束力
が同じ程度に低下したスロット４が、回転軸の真下と真
上にある場合、真下のスロット４Ａでは、コイル１，２
の質量がスロット４ａの底に掛かるのに対し、真上のス
ロット４ｂでは、コイル１，２の質量がウエッジ５に掛
かり、打撃時にウエッジ５が動きにいくので、下のスロ
ット４ａよりも見かけ上の緩みが少ないという評価にな
る。これでは、現実のスロットウエッジの緩みを忠実に
評価していないことになる。このように、入力情報を単
純かつ機械的に取り込むと、評価が不正確になる欠点が
あった。

【００１４】本発明の目的は、入力データのばらつきを
考慮しウエッジ緩みを適正に評価できる回転電機のウエ
ッジ緩み点検評価装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、鉄心のスロット内に挿入した電機子コイ
ルをスロット開口部付近に設置したウエッジにより固定
的に保持する回転電機のウエッジに所定の衝撃を与える
ウエッジ加振手段とウエッジの振動等を検出する検出手
段とからなるウエッジ緩み検出部と、検出手段からの検
出信号を少なくとも二つのパラメータにより分析する複
数の分析手段と複数の分析結果をそれぞれのパラメータ
の判定基準と比較しスロットウエッジの緩みの程度をそ
れぞれ判定する複数の判定手段と複数の判定結果を統合
しスロットウエッジの緩みの程度を総合的に評価する手
段とからなるウエッジ緩み判定部とを含む回転電機のス
ロットウエッジ緩み点検評価装置において、前記パラメ
ータの二つが、振動波形の時間的変化と周波数成分とで
ある回転電機のスロットウエッジ緩み点検評価装置を提
案する。

【００１６】前記パラメータとしては、さらに、振動波
形の周期，振動波形の減衰時間，所定速度で被測定物に
向けて発射される前記加振手段の物体の初速と反射速度
との差等を単独でまたは組合せて採用してもよい。

【００１７】前記ウエッジ緩み判定部の判定手段の少な
くとも一つは、ファジー推論手段とすることができる。

【００１８】

【作用】本発明においては、検出部からのウエッジ挙動
を示す電気信号を判定部に送り込み、少なくとも二つの
パラメータ例えば時間的領域と周波数領域で分析し、時
間的推移および周波数成分を得る。

【００１９】次に、予め特徴点を設定した第一の判定機
構にそれらの時間的推移および周波数成分を入力して判
定し、さらに、それら複数の判定値を照合し評価する第
二の判定機構に合わせて送り込み判定し、最終評価を出
す。

【００２０】個別の判定機構の少なくとも一つは、ファ
ジー推論機構とする。この推論機構には、従来の点検員
の判定感覚に基づいてメンバーシップ関数を設定してお
く。このメンバーシップ関数を用いれば、検出部をウエ
ッジに押し当てる強さ加減や押し当てる場所の差異等の
人的要因による入力データのばらつきの影響による評価
の誤りを排除し、しかも回転軸に対するスロットの位置
関係の影響等による評価の誤り等も排除し、適正に評価
できる回転電機のスロットウエッジ緩み点検評価装置が
得られる。

【００２１】

【実施例】次に、図１〜図７を参照して、本発明による
回転電機のスロットウエッジ緩み点検評価装置の一実施
例を説明する。

【００２２】図１は、本発明による回転電機のスロット
ウエッジ緩み点検評価装置の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。本実施例の点検評価装置は、ウエッジ緩
み検出部８と、ウエッジ緩み判定部９と、記憶部１０と
からなる。

【００２３】ウエッジ緩み検出部８は、図８または図９
のウエッジ５に電磁力により打撃を与えるウエッジ打撃
手段１１と、ウエッジ表面の振動を検出するウエッジ表
面振動検出手段１２とを含んでいる。

【００２４】判定部９は、検出部８からの振動波形を異
なるパラメータすなわち例えば時間領域と周波数領域と
それぞれ分析する分析手段１３，１６と、分析結果の周
期と周波数とをそれぞれ予め設定された判定基準と照合
する「条件部」すなわち判定基準１４，１７と、照合結
果によりウエッジの緩みを判定する「結論部」すなわち
判定手段１５，１８と、判定結果を合わせてウエッジ緩
みの有無を総合評価する総合評価手段１９とを含んでお
り、二つのメンバーシップ関数を持ったファジー推論機
構となっている。

【００２５】記憶部１０は、データを格納記憶するメモ
リ２０を含んでいる。

【００２６】このように構成した本実施例のスロットウ
エッジ緩み点検評価装置において、ウエッジ緩み検出部
８は、あるウエッジ５に打撃を与え、その振動情報をウ
エッジ緩み判定部９に伝える。

【００２７】ウエッジ緩み判定部９のうち振動波形時間
領域分析手段１３は、ウエッジ緩み検出部８が検出した
ウエッジ５の振動情報から、振動波形の時間的推移を分
析して波形の周期を取り出す。周期判定基準１４は、取
り出された周期を予め設定された判定基準と照合する。
判定手段１５は、周期をパラメータとしてウエッジ５の
緩みを判定する。

【００２８】一方、振動波形周波数領域分析手段１６
は、ウエッジ緩み検出部８が検出したウエッジ５の振動
情報から、振動波形の周波数領域を分析して周波数成分
を取り出す。周波数判定基準１７は、取り出された周波
数成分を予め設定された判定基準と照合する。判定手段
１８は、周波数をパラメータとしてウエッジ５の緩みを
判定する。

【００２９】総合評価手段１９は、二つの判定値からウ
エッジの緩み度を総合評価し、メモリ２０に記憶させ
る。なお、メモリ２０については、基準位置例えば真上
から時計方向に角度何度の位置を一番スロットとする
か，スロット数はいくつか，１スロットには何本のウエ
ッジが組み込まれているかというような初期設定を予め
行ない、各位置のウエッジ緩み評価値をマトリクス状に
整理して記憶させることが望ましい。

【００３０】回転機器の全ウエッジ５の緩み評価を終了
し、それらの評価値をメモリ２０に整理して格納した
ら、それを読み出し、設定された管理値に基づき、ウエ
ッジ固さを調整する作業が必要か否かおよびどのスロッ
トで固さ調整作業が必要か等を判定し、出力手段２１に
より表示またはプリントアウトする。

【００３１】分析値と基準値とを照合する周期判定基準
１４および周波数判定基準１７は、後述のファジー推論
機構により、入力データのあいまいさを処理する。

【００３２】ここで、ウエッジの緩み具合と振動との関
係について説明する。打音判定法によりウエッジの緩み
具合を評価する場合、「緩み無し」の「二重○」から
「緩み大」の「×」までを二重○，○，△，×の４等級
に区分すると、検出される音が、「二重○」ではカンカ
ンという金属音に近いのに対し、緩みが大きくなるに連
れて低くなり、「×」ではボコボコという鈍い濁った音
にまで変化する。

【００３３】図２は、ウエッジ５に表面振動検出素子１
２を取付け、振動波の時間的推移を測定した結果を示す
図である。この結果から、「二重○」の波形は、周期が
短く、緩みが大きい「×」の方に移行するに従って周期
が長くなり、振動している時間も長いことが分かった。
そこで、振動波形の周期または打撃後振動が消滅するま
での時間に着目して、緩みを判定することが考えられ
る。

【００３４】しかし、振動時間をパラメータとする場
合、同じ緩み具合のスロットを横軸回転電機における真
上と真下のスロット位置に模擬して測定すると、コイル
質量のウエッジへの加わり方に相違があるため、真上の
スロットの方が振動時間が短くなる不具合があることが
分かった。また、振動消滅時点の判別も難しい。

【００３５】振動波形の周期をパラメータとする場合、
波形の周期は、図３のＴ₀のように、例えば第１波と第
２波とが基準線と交差する点間の時間として検出できる
が、そのためには波形が明確であることが必要である。

【００３６】例えば図２の「○」,「△」判定の波形が
比較的明瞭であるのに対し、「二重○」,「×」判定の
波形は、ウエッジ以外の要因による成分が入って乱れて
いる。

【００３７】その原因は、「二重○」の場合は、ウエッ
ジとスロット内構成部品との結合度が高いため、ウエッ
ジに与えた衝撃波がスロットの底に向けて伝播する際
に、各部品の境界で発生する反射波が検出素子まで到達
することと考えられ、「×」場合は、ウエッジが緩み過
ぎ、打撃によりウエッジと鉄心またはライナとが複数個
所でぶつかり合いい、衝撃波が発生することと考えられ
る。

【００３８】このように、周期をパラメータとして判定
する場合は、打音判定では明らかに異なる「二重○」と
「×」とが、混同される恐れがあった。

【００３９】図４は、検出した振動波形を周波数領域で
分析した例を示す図である。この結果から、５ｋＨｚ以
下の低い領域に発生する周波数のピーク値が、ウエッジ
緩みに応じてより低い方に移行することが分かった。た
だし、「×」のウエッジの場合は、低周波領域でのピー
クが多数発生し、どれを真のピークとするか選定が難し
い。

【００４０】その原因としては、前述と同様、ウエッジ
と鉄心またはライナとのぶつかり合いによる衝撃波が考
えられる。しかも、周波数成分のピーク値は、材料や部
品構成または機器体格などにより変動するため、周波数
のみでウエッジ緩みの判定とすることは、評価を誤る恐
れがある。

【００４１】このように、ウエッジ打撃による振動波を
周期または周波数成分の単独のパラメータのみで判定す
る方法では、正確な緩み評価が得られない場合がある。
これに対処するために、本実施例においては、二つの判
定値を重ね合わせ、「緩み無し」すなわち「二重○」か
ら「緩み大」すなわち「×」までを総合的に評価するよ
うにした。

【００４２】横軸回転電機の真上のスロットにおけるウ
エッジには、コイル質量が加わるので、真下のスロット
と比較すると、振動波形の周期が短く緩みが少ないと判
定される。しかし、周波数領域で判定すると、低周波領
域へのピーク移行がみられ、緩みが大きいとの判定が出
ることから、二つの判定値を重ね合わせれば、正しい評
価が出せることになる。

【００４３】ところで、ウエッジの緩みが連続的に増加
していくことを考えると、どの範囲までを「二重○」ま
たは「○」とするか、数値で区分することは難しい。各
個別の判定および複数の判定値による総合評価の手段と
して、ファジー推論法を用いることにする。

【００４４】図５は、ウエッジ緩み判定部９の中のファ
ジー推論機構を示す図である。時間領域で分析する場
合、データが入力される「条件部」の判定基準１４とな
るメンバーシップ関数は、ウエッジ緩み検出部８から伝
えられたウエッジ５の振動周期を横軸とし、適合度すな
わち満足度合いを縦軸とし、従来のハンマー打音判定の
二重○，○，△，×に対応するように、四種類の区分と
してある。

【００４５】緩みの無い二重○は、０ｇｈｂで囲まれた
区域で定義されている。同様に、○は、ａｉｊｄの区域
で定義され、△は、ｃｋｌｆの区域で定義され、×は、
ｅｍｎの区域で定義されている。このうち、区域０ｈｇ
ａ，区域ｂｉｊｃに相当する範囲の振動情報を持つウエ
ッジは、全ての点検員がそれぞれ二重○，○と明確に評
価する確定された範囲であるのに対し、区域ａｈｉｂ，
区域ｃｊｋｄの範囲は、点検員の評価が分かれる不確定
な範囲であることを示している。

【００４６】「結論部」の判定基準１７となるメンバー
シップ関数は、緩み度を横軸とし、適合度を縦軸とし、
「条件部」１４と同様に、評価の確定した範囲と評価の
分かれる不確定部の範囲とを定義している。

【００４７】このようなウエッジ緩み判定部９の「条件
部」１４に、ウエッジ緩み検出部８からウエッジ５の振
動周期Ｔ₁が入力されると、ウエッジ緩み○のｘ点およ
び△のｙ点で交差することになる。「条件部」１４のｘ
およびｙ点の適合度をそのまま「結論部」１７側に写
し、対応するメンバーシップ関数の緩み区分○の上辺を
ｘ′とし、△の上辺をｙ′として、台形ｐｑｒｓとｔｕ
ｖｗとが作られる。この二つの台形の合成された図形ｐ
ｑｒｚｕｖｗが、周期判定手段１５において、振動波形
の周期から判断したウエッジ緩みの評価結果である。

【００４８】緩み度は、一旦記憶部１０に蓄えられた
後、例えばスロットごとまたは機器一台分の平均値のよ
うな任意の様式で出力できる。

【００４９】振動波形を周波数領域で分析する場合も、
同様に、図６に示すように、低周波領域におけるピーク
値の周波数Ｆ₁が入力されると、図形ｐ′ｑ′ｒ′ｚ′
ｕ′ｖ′ｗ′が、周波数判定手段１８において、振動波
形の周波数から判断したウエッジ緩みの評価結果として
得られる。

【００５０】総合評価手段１９においては、図７に示す
ように、評価結果の二つの図形を合成し、得られた図形
ｐｑｒｚｕ′ｖ′ｗの重心位置を算出し、重心に対応す
る緩み度Ｎが得られる。この緩み度Ｎは、記憶部１０の
メモリ２０に例えばマトリクス状に整理して格納され
る。

【００５１】メンバーシップ関数の設定に当たっては、
まず、いろいろな固さにウエッジ５を挿入したスロット
モデルを作り、複数の点検員に従来通りの打音判定で、
各ウエッジ５の評価を依頼する。次に、同じウエッジ５
に振動検出素子１２を取付けて、ウエッジ打撃手段１１
で打った時の振動波形からその周期と周波数とを測定
し、先の点検員によるウエッジ緩み評価と突き合わせ、
各等級の範囲を決める。この時、全員が同一の評価をし
た範囲を「適合度１．０」とし、評価が分かれた範囲を
「適合度０．０」と設定すると、点検員の判定基準のば
らつきをメンバーシップ関数に組み込めることになる。
また、緩み検出部８をウエッジに押し当てる強さ加減や
押し当てる位置の相違による入力データの差異も、同様
に、実測により変動範囲を把握し、「適合度０」の領域
を設定すると、個人差による入力データのばらつきがあ
ったとしても、緩み評価に対する影響を小さくできる。

【００５２】以上、本発明による回転電機のスロットウ
エッジ緩み点検評価装置の一実施例を説明したが、入力
データとしては、振動波形に限らず、振動波形の振動
数，振動波形の減衰時間，被測定物に向けて発射された
物体の初速度と反射速度との差，衝撃を受けた被測定物
の加速度，光弾性効果を利用して被測定物から得られた
光学的な物理量等でも、ウエッジの状態を検知できるの
であればよい。評価する項目も振動波形の周期と周波数
に限らず、それとは異なる組合せでも、三つ以上の評価
項目の組合せでもよい。

【００５３】なお、入力データとしては、振動波形に限
らず、ウエッジの状態を検知できれば、振動数，加速
度，光学的な情報等でもよく、メンバーシップ関数の要
素としても種々のものが考えられる。

【００５４】本実施例によれば、従来は点検員の判断の
裁量範囲が広く統一した評価が出にくかったウエッジ緩
み評価が、客観的な評価として得られる効果がある。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、ファジー推論機構を用
いることにより、個人差による入力データのばらつきや
スロットと回転軸との位置関係による入力データのばら
つきを補正し、ウエッジ緩みを客観的に評価できる。

【００５６】また、メンバーシップ関数の設定時に、従
来から用いている判定基準を盛り込み、過去の点検結果
との比較検討も容易にできるので、メンバーシップ関数
を修正して正確に設定可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機のスロットウエッジ緩み
点検評価装置の一実施例の構成を示す図である。

【図２】ウエッジの振動波形の時間的推移とその評価の
例を示す図である。

【図３】ウエッジの振動波形の時間領域分析と周期検出
方法を示す図である。

【図４】振動波形の周波数領域分析結果とその評価の例
を示す図である。

【図５】本発明によるファジー推論に用いるメンバーシ
ップ関数の設定の一例を示す図である。

【図６】本発明によるファジー推論に用いるメンバーシ
ップ関数の設定の他の例を示す図である。

【図７】ファジー推論による二つの判定結果の合成方法
を示す図である。

【図８】回転電機の一般的なスロット内構造の一例を示
す図である。

【図９】横軸形回転電機のスロット内構造の一例を示す
図である。

【符号の説明】

１電機子コイル２電機子コイル３鉄心４スロット５ウエッジ６絶縁層７ａライナ７ｂライナ７ｃライナ８ウエッジ緩み検出部９ウエッジ緩み判定部１０記憶部１１ウエッジ打撃手段１２ウエッジ表面振動検出手段１３振動波形の時間領域分析手段１４周期判定基準１５周期判定手段１６振動波形の周波数領域分析手段１７周波数判定基準１８周波数判定手段１９総合評価手段２０メモリ２１出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木啓司茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者景山靖章茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者井坂優茨城県日立市幸町三丁目２番２号日立ニュークリアエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開昭62−87853（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−29660（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 13/00 G01H 1/12 G01H 1/14 G05B 13/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄心のスロット内に挿入した電機子コイ
ルをスロット開口部付近に設置したウエッジにより固定
的に保持する回転電機の前記ウエッジに所定の衝撃を与
えるウエッジ加振手段と前記ウエッジの振動等を検出す
る検出手段とからなるウエッジ緩み検出部と、前記検出
手段からの検出信号を少なくとも二つのパラメータによ
り分析する複数の分析手段と前記複数の分析結果をそれ
ぞれのパラメータの判定基準と比較し前記スロットウエ
ッジの緩みの程度をそれぞれ判定する複数の判定手段と
前記複数の判定結果を統合し前記スロットウエッジの緩
みの程度を総合的に評価する手段とからなるウエッジ緩
み判定部とを含む回転電機のスロットウエッジ緩み点検
評価装置において、前記パラメータの二つが、振動波形の時間的変化と周波
数成分とであることを特徴とする回転電機のスロットウ
エッジ緩み点検評価装置。
【請求項２】請求項１に記載の回転電機のスロットウ
エッジ緩み点検評価装置において、前記パラメータの一つが、振動波形の周期であることを
特徴とする回転電機のスロットウエッジ緩み点検評価装
置。
【請求項３】請求項１または２に記載の回転電機のス
ロットウエッジ緩み点検評価装置において、前記パラメータの一つが、振動波形の減衰時間であるこ
とを特徴とする回転電機のスロットウエッジ緩み点検評
価装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか一項に記載
の回転電機のスロットウエッジ緩み点検評価装置におい
て、前記パラメータの一つが、所定速度で被測定物に向けて
発射される前記加振手段の物体の初速と反射速度との差
であることを特徴とする回転電機のスロットウエッジ緩
み点検評価装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか一項に記載
の回転電機のスロットウエッジ緩み点検評価装置におい
て、前記ウエッジ緩み判定部の判定手段の少なくとも一つ
が、ファジー推論手段であることを特徴とする回転電機
のスロットウエッジ緩み点検評価装置。