JP4507180B2 - 調整自在の部材を有する汎用センサプローブ - Google Patents

Description

本発明は一般にセンサプローブに関し、特に、様々に異なるスロット開口部を有する多様な電気機械で使用するための調整自在の部材を含む、電気機械のスロットで使用するための汎用磁気センサプローブに関する。

電気を発生し、利用する分野においては、電気機械システムの要素がその期待動作寿命にわたり、予期しない故障時間及び／又は壊滅的な障害を回避できるように完全な機能状態を保つことが重要である。そのような問題を回避するためには、電気機械システムの一部を形成する大型ステータなどの要素が定期的な保守の間に、又は販売、設置される前に、特に発電設備の設置前に慎重に検査され、試験されることが重要である。

電気機械のステータコアは、磁束の浸透を可能にすると共に、動作効率を高めるように渦電流の流れを減少させるために薄い絶縁鋼ラミネーションを利用する。多くの場合、ラミネーションのダブテール溝にフレームに装着されているキーバーのダブテールを挿入することにより、ラミネーションは積み重ねられる。ラミネーションを一体に保持し、ラミネーションの振動を防止するために、コアは平方インチ当たり約３００〜３５０ポンド（ｐｓｉ）（２．０７メガパスカル（ＭＰａ）〜２．４１ＭＰａ）の力によって軸方向にクランプされる。

製造時の欠陥、組み立て／検査／巻き戻しの間の損傷、ステータとロータとの接触、ゆるんだコイル楔／ラミネーションの振動、磁性の異物などが原因となって１つのラミネーションから別のラミネーションへの短絡が起こる危険がある。何らかの理由によりラミネーションが短絡されると、循環障害電流が誘導される。循環障害電流は短絡するラミネーションの数を増加させ、ラミネーションと短絡片／キーバーとの間の導電率を上昇させる。障害電流はステータコアにおける電力消散を増加させ、局所的加熱を発生させる。ホットスポットは更に激しい局所的加熱へと発展し、最終的にはラミネーションの燃焼又は融解を引き起こす。その結果、ステータバーの絶縁体と巻線も損傷し、ステータコアに接地電流が流れて、機械全体の破壊につながってしまう。従って、損傷の拡大を阻止し、電気機械の動作の信頼性を向上させるためには、損傷が小さい間にラミネーション間の障害を検出し、修理しなければならない。そのような障害は、適切に励起されたステータによって発生される漏れ磁束の変化を監視できる、電気機械のスロット開口部の中に配置されたセンサプローブにより検出できるであろう。

様々に異なる構造の電気機械（例えば、発電機、モータなど）は例外なくそれぞれ異なる幅のスロット開口部を有する。特に、メーカーが異なると、それらのメーカーが提供する電気機械のラミネーション歯の大きさも異なる。更に、ラミネーション歯の間のスロット開口部の幅や大きさも様々に異なる。そのため、電気機械の多様なスロット開口部に対応するためには、１２〜１５種類という多数のセンサプローブのセットが必要になるであろう。前もって製造されたセンサプローブでは厳密な嵌め合い又は所望のエアギャップを実現することができない場合もあるだろう。従って、製造コストが高くなったり、より多くの労力が要求されたりするなどの、非効率的な面が生じる。

現在のシステムや技法には、上記の欠点及び他の欠点が存在している。
米国特許６，４６９，５０４号公報 米国特許５，９９０，６８８号公報

本発明の一実施例によれば、多様なスロット開口部を有する複数の電気機械で使用するための可変センサヘッドは、強磁性磁心と、強磁性磁心と連通する位置に配置された第１の調整自在の部分及び第２の調整自在の部分とを具備し、第１の調整自在の部分及び第２の調整自在の部分は、電気機械の一対の歯の間の多様な幅を有する複数のスロット開口部の間に嵌合するように調整される。

本発明のこの特定の実施例の他の面によれば、第１及び第２の調整自在の部分はすべり部分であり；すべり部分は、ラミネーション歯である一対の歯の間に締まり嵌めされるようにばねを装荷されており；各々のすべり部分の、一対のラミネーション歯と接触している面はすべりの良いプラスチック材料で被覆されており；各々のすべり部分の、一対のラミネーション歯と接触している面は、有効エアギャップを縮小するために鉄粉末及び強磁性流体のうちの１つ以上で被覆されており；第１及び第２の調整自在の部分は調整自在のねじであり、一対の歯はラミネーション歯であり；各々の調整自在のねじの、一対のラミネーション歯と接触している面はすべりの良いプラスチック材料で被覆されており；各々の調整自在のねじの、一対のラミネーション歯と接触している面は、有効エアギャップを縮小するために鉄粉末で被覆されており；各々の調整自在のねじの、一対のラミネーション歯と接触している面は、有効エアギャップを縮小するために強磁性流体で被覆されており；第１及び第２の調整自在の部分は磁性材料から製造されており；磁性材料はラミネーション及び軟質磁性複合材料のうちの１つ以上から成り；第１の調整自在の部分は、ばね装荷張力を与える複数の入れ子鋼板であり；第２の調整自在の部分は、一対の歯のうちの一方と接触するように複数の入れ子鋼板と連通しており；磁心と、ラミネーション歯である一対の歯との間のエアギャップを縮小することにより、磁束パターンの変化を検出する能力の感度は増加され；磁心、第１の調整自在の部分及び第２の調整自在の部分は有効な磁束伝達のために磁性材料から形成されている。

本発明の別の実施例によれば、多様なスロット開口部を有する複数の電気機械で使用するための可変センサヘッドは強磁性磁心と、強磁性磁心と連通する位置に配置された調整自在の部分とを具備し、調整自在の部分は、電気機械の一対の歯の間の多様な幅を有する複数のスロット開口部の間に嵌合するように調整される。

本発明の更に別の実施例によれば、多様なスロット開口部を有する複数の電気機械で使用するための可変センサヘッドは、電気機械の一対の歯の間の多様な幅を有する複数のスロット開口部の間に嵌合するように調整される調整自在の部分を具備する強磁性磁心と、強磁性磁心を包囲するコイルとを具備する。本発明のこの特定の実施例の他の面によれば、調整自在の部分は、複数の入れ子鋼板ベローズを形成する複数の波形ラミネーションから構成され；複数の波形ラミネーションは強磁性材料から形成されており；入れ子鋼板ベローズはばねを装荷されている。

次に、添付の図面に示される本発明の実施例を参照して、本発明のいくつかの面を更に詳細に説明する。以下の説明中、本発明は好ましい実施例を参照して説明されるが、本発明がそれらの実施例に限定されないことを理解すべきである。本明細書の教示に照らして、当業者は、ここで開示され且つ特許請求される本発明の範囲内にあり、本発明が著しく有用であろうと考えられる補足的な実現形態、変形及び実施例、並びに他の利用分野を認識するであろう。

本発明を容易に、更に完璧に理解するために、添付の図面を参照する。図面は本発明を限定するものとして解釈されてはならず、単なる例を示すことが意図されている。

本発明の１つの面は、低い磁気抵抗及びコイルに対する確実な装着を維持しつつ、様々なスロット開口部に嵌合するための調整自在の部分を含む強磁性磁心を有する汎用センサを指向している。本発明の別の面は、すべり部材を含むことを指向している。すべり部材は締まり嵌めのためにばね偏向を更に含んでいても良い。本発明の別の面は、様々なスロット開口部に嵌合するために調整されることができるねじ部分を含むことを指向している。本発明の別の面は、一連の波形ラミネーションを含む可変センサヘッドを指向している。本発明の別の面は、磁心と調整自在の部分との間に一連のシートベローズを含むことを指向している。

簡単に言えば、本発明の一実施例は、強磁性磁心と、磁心を包囲するコイルとを含むセンサ又はプローブを含む。磁心は装置の対向する面の間に配置されている。それらの面はステータの隣接するラミネーション歯の側壁であっても良い。本発明の実施例は様々に異なる装置及び／又は用途に適用できるであろう。

磁性材料から形成された磁心を有するセンサ又はプローブを使用することにより、磁束の経路の磁気抵抗が低くなるため、信号レベルは著しく増加する。１つにはプローブにおける磁束濃度が高いために、測定されるプローブ電圧は空心プローブの電圧より約２〜３桁高い値になるであろう。その結果、電圧測定値の信号対雑音比は改善される。センサ又はプローブは、例えば、プローブの両側で２００ｍｉｌの総エアギャップを伴ってスロットの楔くぼみ領域に配置される。

本発明の別の実施例によれば、センサヘッドの強磁性磁心は、低い磁気抵抗及びコイルに対する確実な装着を維持しつつ、様々なスロット開口部に嵌合するために調整自在の部材を含む。強磁性磁心は、様々に異なるスロット開口部に対応するために可変にされる。磁心はエアギャップが存在しない場合及び／又は両側に所定のエアギャップを維持すべき場合に合わせて調整されれば良い。本発明の一実施例は、多様な幅又は大きさの広い範囲にわたるスロット開口部に嵌合するための調整自在のセンサヘッドを指向している。

図１は、障害が存在しないときに起こる漏れ磁束を表すプローブ又はセンサの配置を示す概略正面図である。図１に示すように、センサ１００は、強磁性磁心１０２と、磁心１０２を包囲するコイル１０４とを含む固定センサヘッドである。センサ１００は楔くぼみ領域１１６に配置されていても良い。コイル１０４は回路構成と接続されていても良い。磁心１０２はラミネート歯１１０、１１２に関して、センサ１００が間に配置されている隣接する歯の対向する面と、磁心１０２の対応する端部との間にエアギャップ１０８、１０９が規定されるように配置されていても良い。歯１１０及び１１２の間に、ラミネート又は成形された（例えば、軟質磁性合成材料「ＳＭＣ」）強磁性磁心１０２が配置されれば良い。固定センサヘッドは注入ヘッド又はプローブとしても使用される。例えば、本発明の一実施例によれば、磁心の障害を検出する方法は（ａ）巻線が巻き付けられている磁気ヨークを磁心の少なくとも１つの歯の付近に位置決めすることと、（ｂ）磁心の少なくとも１つの歯に磁束を注入するために巻線に電流を供給することと、（ｃ）注入された磁束により発生する信号（少なくとも１つの信号を意味する）を測定することと、（ｄ）測定された信号を使用して、磁心の障害を検出することとから成る。センサ又はプローブ１００は磁束パターン１１４の変化を検出するために使用されても良い。

図２は、障害が起こり、それに従って漏れ磁束が変化した状況を表す、図１の概略正面図に似た概略正面図である。図２に示すように、障害状態２１０の下にあるとき、センサ１００は、２１４により示すように、障害電流２１２に起因して発生する漏れ磁束の経路を能動的に提示する。更に、磁束レベルも数桁増加するであろう。

本発明の一実施例によれば、センサ１００とラミネーション歯１１０、１１２との間のエアギャップが縮小されるにつれて、センサ１００は磁束パターンの変化に対してより高い感度を示す。従って、本発明の一実施例の調整自在のセンサはセンサ１００とラミネーション歯との間のエアギャップを有効に縮小することにより、磁束パターンの変化などの変化を検出するための感度及び能力を増加させることができるであろう。更に、本発明の一実施例の調整自在のセンサは、多様なスロット開口部を有する様々な電気機械と共に使用できるため、測定効率が増進されるであろう。別の例においては、調整自在のセンサは、センサ１００とラミネーション歯１１０、１１２との間に所定の又は指定のエアギャップを維持するように実現されても良い。従って、様々に異なるスロット開口部を有する複数の機械に適応するように単一のセンサを使用できるであろう。

図３は、本発明の一実施例に従ったすべり部材を有する調整自在のセンサの一例である。特に、図３は、多様な幅又は大きさを有するスロット開口部に嵌合するためのすべり部材３１０、３２０を有する調整自在のプローブを示す。本発明の一実施例の別の変形によれば、複数のすべり部材３１０、３２０の代わりに単一のすべり部材を使用しても良い。特に、端部を３３０及び３３２で組み合わせることにより、単一のすべり部材を形成しても良い。強磁性磁心センサ１０２は両端部のすべり部材３１０、３２０により調整自在にされていても良い。例えば、部品の一部又は全てがラミネート又は成形された磁性材料から形成され、どの位置においても有効な磁束伝達を実現するために互いに密接に嵌合していても良い。すべり部材３１０、３２０は所望の嵌め合いに合わせて調整されれば良い。別の例では、最大の感度を実現するためにセンサの作用面３１２、３２２をラミネーション歯に対して密接する状態に保持するように、運動する部品（例えば、すべり部材３１０、３２０）の背面３３０、３３２にばねを追加しても良い。この例においては、面３１２、３２２はすべりの良いプラスチック材料で被覆されていても良く、更に、透磁率を維持し且つ有効エアギャップを縮小し、それにより、面３１２、３２２が損傷なくラミネーション上をすべることを可能にするために金属粉末（例えば、鉄粉末）を塗布されていても良い。別の例では、有効エアギャップを縮小するために強磁性流体が使用されても良い。

センサとラミネーション歯との間のエアギャップを縮小することにより、磁束伝達を向上させることができるであろう。例えば、幾何学的配列の変化が最小であるため、磁束は一端部を通って侵入し、磁心に集められ、低い磁気抵抗を伴って他端部へと移動する。更に、磁束の経路の磁気抵抗はエアギャップを伴う経路と比較して最小である。

図４は、本発明の一実施例に従ったねじ部分を有する調整自在のセンサの一例である。図４は、ねじ部分４１０、４２０を有する調整自在のプローブを示す。ねじ部分４１０、４２０は成形された粉末金属（例えば、軟質磁性複合材料）から製造され、調整自在にするためにねじ山が形成されている。ねじ部分４１０、４２０は所望のスロット開口部に嵌合するために調整可能である。更に、面４１２、４２２はすべりの良いプラスチック材料で被覆され、更に、有効エアギャップを縮小し、それにより、面４１２、４２２が損傷なくラミネーション上をすべることを可能にするために金属粉末（例えば、鉄粉末）を塗布されていても良い。別の例においては、有効エアギャップを縮小するために強磁性流体が使用されても良い。

図５は、本発明の一実施例に従った波形ラミネーション可変センサヘッドの一例である。この実施例では、強磁性磁心１０２は、コイル１０４により包囲された波形ラミネーション５００として形成されても良い（又は波形ラミネーション５００を含んでいても良い）。波形ラミネーション５００は、強磁性磁心の面５２０、５２２をラミネーション歯に対して磁心とラミネーション歯との間のギャップを最小の幅にするように保持するための複数の入れ子波形ばねであっても良い。この例においては、波形ラミネーション５００は複数のシートを含み、図中符号５１０は１つのシートを表す。波形ラミネーション５００は、多様な幅又は大きさのスロットの間に密接に嵌合するためにばね装荷効果を与えることができるであろう。更に、波形ラミネーション５００の各シート５１０は金属材料から製造されていても良い。

図６は、本発明の一実施例に従った鋼板ベローズを有する可変センサの一例である。磁束は、センサ面がラミネーション歯の壁と一様に接触するようにセンサの両側のうちの一方にばねを装荷する働きもする一連の入れ子ベローズ６１０を通って伝導される。この例では、磁心１０２は軟質磁性複合材料又はラミネート磁心を含んでいても良い。他の種類の磁性材料を使用しても差し支えない。磁心１０２はコイル１０４により包囲されている。入れ子鋼板ベローズ６１０は磁心１０２及び部材６２０の、入れ子鋼板ベローズ６１０がラミネーション歯の間に締まり嵌めを形成するためにばね装荷張力を与える側に接続していれば良い。部材６２０は磁心１０２と同様の磁性材料から製造されていても良く、あるいは他の金属材料が使用されても良い。

他の磁性材料はプラスチック結合剤中の粉末鉄、セラミックフェライト、鉄線束及び他の同等の材料を更に含むであろう。

本発明はここで説明した特定の実施例により範囲を限定されてはならない。実際、ここで説明した実施例に加えて、以上の説明及び添付の図面から本発明の様々な変形が当業者には明白であろう。従って、そのような変形は添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されている。特許請求の範囲の中で示されている図中符号は本発明の範囲を狭めるのではなく、その理解を容易にするためのものである。

障害が存在しないときに起こる漏れ磁束を表すプローブ又はセンサの配置を示す概略正面図。 障害が起こり、それに従って漏れ磁束が変化した状況を表す、図１に示す概略正面図に似た概略正面図。 本発明の一実施例に従ったすべり部材を有する調整自在のセンサの一例を示す図。 本発明の一実施例に従ったねじ部分を有する調整自在のセンサの一例を示す図。 本発明の一実施例に従った波形ラミネーション可変センサの一例を示す図。 本発明の一実施例に従った鋼板ベローズを有する可変センサの一例を示す図。

符号の説明

１００…センサ、１０２…強磁性磁心、１０４…コイル、１０８、１０９…エアギャップ、１１０、１１２…ラミネート歯、３１０、３２０…すべり部材、４１０、４２０…ねじ部分、５００…波形ラミネーション、５１０…シート、６１０…入れ子鋼板ベローズ、６２０…部材

Claims (8)

1. 異なる幅を持つスロット開口部を有する複数の電気機械で使用するための調整自在センサヘッドにおいて、
   強磁性磁心（１０２）と、
   前記強磁性磁心（１０２）を包囲するコイル（１０４）と、
   前記強磁性磁心（１０２）内に配置された第１のすべり部分（３１０）及び第２のすべり部分（３２０）とを具備し、前記第１のすべり部分（３１０）及び前記第２のすべり部分（３２０）は、電気機械の一対の歯の間の多様な幅を有する複数のスロット開口部の間に嵌合するように調整される可変センサヘッド。
2. 前記第１及び第２のすべり部分（３１０、３２０）は単一のすべり部材を形成する請求項１記載の可変センサヘッド。
3. 前記すべり部分（３１０）、（３２０）は、ラミネーション歯である前記一対の歯の間に締まり嵌めされるようにばねを装荷されている請求項２記載の可変センサヘッド。
4. 前記すべり部分の各々の、前記一対のラミネーション歯と接触している面（３１２）、（３２２）はすべりの良いプラスチック材料で被覆されている請求項３記載の可変センサヘッド。
5. 前記すべり部分の各々の、前記一対のラミネーション歯と接触している面（３１２）、（３２２）は、有効エアギャップを縮小するために鉄粉末及び強磁性流体のうちの１つ以上によって被覆されている請求項３記載の可変センサヘッド。
6. 前記第１及び第２の調整自在の部分（４１０）、（４２０）は調整自在のねじであり、前記一対の歯はラミネーション歯である請求項１記載の可変センサヘッド。
7. 前記第１及び第２の調整自在の部分（３１０）、（３２０）は磁性材料から製造されている請求項１記載の可変センサヘッド。
8. 前記第１の調整自在の部分（６１０）はばね装荷張力を与える複数の入れ子鋼板である請求項１記載の可変センサヘッド。
   

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