JPH04193047A - 回転子コイルエンドモニタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （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
ンドの変形量を監視する回転子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
コイルエンドの変形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
ンドの変形量を同時に測定することができる装置がなか
った。エアギャップ監視装置に限定すると、 （Ｌ）　Ｐ、Ｔａ１ａｓ　ｅｔ　ａｔ、・Ａｐｐｌｉｃ
ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｏｎ−１ｉｎｅ　ａｉｒ　ｇ
ａｐ　［１ｏｎｉｔｏｒｒｏｒ　　ｈｙｄｒｏｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ　　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　　ｐｒｏｔｅｃｔｉ
ｏｎ　　ａｎｄｐｒｏｂｌｅｍ　　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ
；　　ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　　ｏｎ　
　Ｅｎｅｒ−ｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ、Ｖｏｌ、Ｅ
Ｃ−２，Ｎｏ、４　　（１９８７）（２）Ａｉｒ　　ｇ
ａｐ　　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　　ｓｙｓｔｅｍ、Ｖｉｂ
ｒｏ−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
か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
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かあるばかりか、あらかじめ
セレ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か外側へ変形した場合に、
これを発見することかできなかった。したがって、エア
ギャップか正常であっても、コイルエンドか遠心力によ
って変形することによる事故を発見することかできなか
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か
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形量を測定し、異常な
箇所か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］ （課題を解決するだめの手段） 本発明は上記課題を解決するために、回転子方向にエア
ギャップを通過し、他方へ光が届くように前記回転子の
一方の軸端部側に設けられ、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扇形の広がりをもつレ
ーザビームを発射する光源装置と、この光源装置に相対
して前記回転子を挟んで反対側に設けられ、前記扇形の
レーザビームを検出する受光装置と、この受光装置で検
出されたレーザビームの幅方向の位置を量子化し、この
量子化されたすべての位置における光の強度をサンプリ
ングして電気信号に変換する光電変換器と、特定の回転
子角度において同期信号を発する同期信号装置と、この
同期信号装置より発生する同期信号に同期させて、前記
サンプリングした電気信号とあらかじめ記憶している警
報レベルとを比較することによって、コイルエンドの変
形量異常の警報を発生する演算処理装置とを備えた構成
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
れるレーザビームかエアギ−１”７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。この受光装置で検出されたレーザビームの幅方向の
位置を量子化し、この量子化されたすべての位置におけ
る光の強度をサンプリングして電気信号に変換して、演
算処理装置にあらかじめ記憶させである警報レベルと比
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は回転子断ドである。５
は光源装置であり、エアギャップ４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、５
３は光ファイバ、５４は光ファイバ５３を経由して入射
されたレーザ光を、厚みか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の出力か人力される。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「］」レベルの電気信号が出力される。回転子か回
転し、コイルエンド４かレーザビーム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。

したかって、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
データか得られる。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］２か回転軸に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］０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
を知ることかできる。したかって、あらかしめ演算処理
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の変形量を監
視することかできる。

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の変形量が無視て
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裕寸法Ｈと、円周方向の速度
変動についての余裕寸法り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
ときと同し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
コ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、８０
に個の警報レベルデータを記憶する。

したかって、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、同等センサや回路素子を付加
することなく、稼働中の回転機のコイルエンド変形量を
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を一体化構造とするこ
とによって、光ファイバ束８を省略することができる。

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の変形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
形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。

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。

［発明の効果コ 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
することかでき、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形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かないので、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
取り付けることかできる。また、低速回転時のコイルエ
ンドの全データをあらかし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か得
られるので、実用性がきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

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。 ］・・・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・・・充電変換器、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。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転子と固定子間のエアギャップの軸方向外部から回転
   子の軸方向にエアギャップを通過し、他方へ光が届くよ
   うに前記回転子の一方の軸端部側に設けられ、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扇形
   の広がりをもつレーザビームを発射する光源装置と、こ
   の光源装置に相対して前記回転子を挟んで反対側に設け
   られ、前記扇形のレーザビームを検出する受光装置と、
   この受光装置で検出されたレーザビームの幅方向の位置
   を量子化し、この量子化されたすべての位置における光
   の強度をサンプリングして電気信号に変換する光電変換
   器と、特定の回転子角度において同期信号を発する同期
   信号装置と、この同期信号装置より発生する同期信号に
   同期させて、前記サンプリングした電気信号とあらかじ
   め記憶している警報レベルとを比較することによって、
   コイルエンドの変形量異常の警報を発生する演算処理装
   置とを備えることを特徴とする回転子コイルエンドモニ
   タ。