KR20120122967A - 전기 머신 상태 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

전기 머신(12)의 상태를 모니터링하는 방법(100)이 제공된다. 이 방법은 고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)를 제공하여서 제 1 데이터 세트를 획득하는 단계(102)를 포함한다. 이 방법은 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)를 제공하여서 제 2 데이터 세트를 획득하는 단계(104)를 포함한다. 이 방법은 상기 제 2 데이터 세트에 기초하여서 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)의 특성 변화를 나타내는 신호를 생성하는 단계(106)를 포함한다. 이 방법은 상기 제 1 데이터 세트에 상기 생성된 신호를 결합시킴으로써 상기 제 1 데이터 세트를 개선시키는 단계(108)를 포함한다.

Description

전기 머신 상태 모니터링 방법 및 시스템{AUTO-COMPENSATING SYSTEM AND METHOD FOR CONDITION MONITORING OF ELECTRICAL MACHINES}

본 발명은 전반적으로 전기 머신에 관한 것이며, 특히 전기 머신의 상태를 모니터링하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발전기 또는 모터와 같은 전기 머신은 적절한 유지 보수 및 고효율을 위해서 동작 동안에 정기적으로 모니터링된다. 전기 머신의 상태를 모니터링하는 여러 측면들 중 하나는 동작 동안에 권선이 움직이지 않도록 보장하기 위해서 고정자 바 권선(stator bar winding)을 검사하는 것이다. 통상적으로, 전기 머신은 고정자 슬롯 내에서의 고정자 바 권선의 움직임을 저감시키는 것을 용이하게 하기 위해서 방사상의 유지력을 고정자에 대해서 인가하는 웨지 시스템(wedge system)을 포함한다. 이러한 웨지 시스템은 고정자 권선 어셈블리 내에 내장된 리플 스프링(ripple spring)을 포함한다. 리플 스프링은 통상 시에 압축 상태로 존재하여서 권선의 움직임을 방지한다. 경우에 따라서, 웨지 시스템이 꽉 조인 상태에서 벗어나서 그의 유지력이 감소되고 이로써 고정자 바 권선이 동작 동안에 움직이게 된다. 시간이 경과하면, 이러한 고정자 바 권선의 어느 정도의 움직임으로 인해서 고정자 바 웨지를 둘러싸는 절연체에 손상을 받게 되고 잠재적인 고정자 바 권선 고장이 발생할 수 있다. 이는 전기 접지 상태를 유발하며 이로써 전기 머신의 효율을 저하시키고 전기 머신의 평균 고장 간격(MTBF)을 더 감소시킨다. 따라서, 고정자 바 권선 움직임 또는 웨지의 쪼이는 정도를 센서를 사용하여서 연속적으로 모니터링할 필요가 있다. 그러나, 이러한 모니터링을 위해서 사용되는 센서들은 다양한 동작 파라미터로 인해서 시간에 따라서 드리프트(drift)하는 경향이 있으며 이로써 일정 기간 동안에 불안정하게 되어 전기 머신의 상태가 정확하게 모니터링되지 않게 된다. 또한, 전기 머신의 권선을 다시 감거나 전기 머신의 웨지를 다시 고정시키는 바는 자주 발생하지 않기 때문에, 이러한 시간 경과에 따른 센서 드리프트로 인해서 센서에 의한 모니터링 동작은 전기 머신의 기대 수명에 비해서 짧은 기간 동안에만 유용하게 된다.

따라서, 전기 머신의 상태를 평가하기 위해서, 전기 머신의 상태를 용이하면서 정확하게 모니터링하는 효율적인 모니터링 시스템이 요구된다.

본 발명의 일 실시예에 따라서, 전기 머신의 상태를 모니터링하는 방법이 제공된다. 이 방법은 고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소를 제공하여서 제 1 데이터 세트를 획득하는 단계를 포함한다. 이 방법은 적어도 하나의 제 2 센서 요소를 제공하여서 제 2 데이터 세트를 획득하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 상기 제 2 데이터 세트에 기초하여서 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소의 특성 변화를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 상기 제 1 데이터 세트에 상기 생성된 신호를 결합시킴으로써 상기 제 1 데이터 세트를 개선시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따라서, 전기 머신의 상태를 모니터링하는 시스템이 제공된다. 이 시스템은 상기 고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치되어서 제 1 데이터 세트를 측정하는 적어도 하나의 제 1 센서 요소를 포함한다. 이 시스템은 제 2 데이터 세트를 측정하는 적어도 하나의 제 2 센서 요소를 더 포함한다. 이 시스템은 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소 및 상기 적어도 하나의 제 2 센서 요소와 통신하여서 상기 제 1 데이터 세트 및 상기 제 2 데이터 세트에 기초하여서 상기 전기 머신의 상태를 모니터링하도록 구성된 제어 서브시스템을 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따라서, 전기 머신의 상태를 모니터링하는 방법이 제공된다. 이 방법은 고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소인 힘 센서(force sensor)를 제공하여서 제 1 센서 데이터 세트를 측정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 적어도 하나의 제 2 센서 요소를 제공하여서 제 2 센서 데이터 세트를 측정하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 상기 전기 머신의 동작 또는 셧다운 동안에 상기 제 2 센서 데이터 세트에 기초하여서 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소에 의해서 측정된 힘에 있어서의 시간에 따른 변화를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 상기 제 1 센서 데이터 세트에 상기 생성된 신호를 결합시킴으로써 상기 제 1 센서 데이터 세트를 개선시키는 단계 및 상기 개선된 데이터 세트를 분석함으로써 상기 전기 머신의 상태를 판정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명을 통해서, 전기 머신의 상태가 용이하면서 정확하게 모니터링될 수 있다.

다음의 상세한 설명 부분이 첨부 도면을 참조하여서 파악되면 본 발명의 이러한 특징, 측면 및 장점 및 이와 다른 특징, 측면 및 장점이 보다 양호하게 이해될 것이며, 다음의 첨부 도면에서 유사한 참조 부호는 유사한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 머신의 상태를 모니터링하는 자동 보상 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 웨지 구성을 나타내는 전기 머신의 고정자의 일부의 부분 등각도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 머신의 상태를 모니터링하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 캘리브레이션 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 머신의 상태를 모니터링하는 예시적인 방법의 흐름도이다.

이하에서 상세하게 기술될 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 전기 머신의 상태를 모니터링하기 위한 자동 보상 시스템 및 방법에 대한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "시변력(time varing force)"은 전기 머신의 동작 동안에 시간에 따라서 변하는 회전 자계(rotating field)에 의해서 가해지는 힘을 말하거나 고정자 바들에서의 전류 흐름으로 인해서 이 고정자 바들 간에서 발생하는 인력 또는 척력을 말한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "자동 보상"은 전기 머신의 상태를 모니터링하기 위해서 사용되는 센서에서의 드리프트를 자동으로 보상하는 바를 말한다.

본 발명의 다양한 실시예들의 구성 요소들을 언급함에 있어서, 해당 구성 요소의 단수형의 사용은 해당 구성 요소가 복수 개 존재함을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "포함한다" 및 "갖는다" 및 "구비한다" 및 이의 활용은 열거된 구성 요소들 이외의 다른 구성 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 동작 파라미터의 어떠한 실례도 개시된 실시예들에서 언급된 파라미터 이외의 다른 파라미터의 존재를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 머신(12)의 상태를 모니터링하기 위한 자동 보상 시스템(10)의 블록도이다. 이러한 비한정적인 예시적 전기 머신(12)은 그의 적절한 유지 보수 및 고효율을 위해서 동작 동안에 그의 상태가 모니터링되는 발전기 또는 전기 모터를 포함한다. 도시된 바와 같이, 자동 보상 시스템(10)은 고정자 코어(50)(도 2에 도시됨) 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)를 포함한다. 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)는 전기 머신(12)으로부터 제 1 데이터 세트를 획득한다. 이러한 제 1 데이터 세트의 비한정적인 실례는 전기 머신(12)의 서로 다른 부품들에 작용하는 다수의 힘들을 포함한다. 이러한 다수의 힘들은 전기 머신(12)의 상태를 파악하는데 있어서 중요하며 따라서 항시적으로 모니터링될 필요가 있다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)는 유전체, 도전체, 저항 소자, 저항 온도 측정기(RTD), 커패시터, 인덕터, 반도체, 광학 센서, 압전 센서, 압력 센서, 자계 센서, 변형 센서 및 부하 센서를 포함한다. 기판 요소는 평판, 스프링, 리플 스프링 및 힘 대 변위 트랜스듀서를 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 제 1 센서 요소는 적어도 하나의 기판 요소로부터 압력 데이터를 측정하는 센서를 포함한다. 자동 보상 시스템(10)은 전기 머신(12) 또는 이에 인접하는 머신 또는 이의 주변 상태로부터 제 2 데이터 세트를 획득하는 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)를 더 포함한다. 비한정적인 실례로서, 제 2 데이터 세트는 온도 데이터, 시변력 데이터, 고정자 권선 상의 시변력 데이터, 전기 머신의 자계 강도 데이터 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다. 자계 강도는 전기 머신(12) 상의 부하에 대응함을 주목할 필요가 있다. 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)는, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 전기 머신(12)의 고정자 코어(50)(도 2에 도시됨)에 내장되거나 배치되며, 유전체, 도전체, 저항 소자, 저항 온도 측정기(RTD), 커패시터, 인덕터, 반도체, 광학 센서, 압전 센서, 압력 센서, 자계 센서, 변형 센서 및 부하 센서를 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)는 전기 머신(12)의 외측에 이로부터 떨어져서 배치되어서 전기 머신(12) 상의 온도 또는 부하와 같은 주변 상태를 측정한다. 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)로부터 획득된 제 2 데이터 세트는 제 1 데이터 세트와 함께 사용되어서 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)를 캘리브레이션하는데 사용된다. 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)를 캘리브레이션함으로써, 시간에 따른 센서 드리프트가 방지되고 이로써 부정확한 데이터 감지가 방지된다. 이로써, 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)를 캘리브레이션함으로써, 다양한 동작 상태의 영향 하에서 동작하는 동안에 전기 머신(12) 내의 센서들이 안정적으로 사용될 수 있으며 제 1 데이터 세트가 정확하게 측정될 수 있다. 자동 보상 시스템(10)은 제어 서브시스템(18)을 더 포함한다. 일 실시예에서, 제어 서브시스템(18)은 제 1 센서 요소(14) 및 제 2 센서 요소(16) 모두와 통신한다. 제어 서브시스템(18)은 각기 제 1 센서 요소(14) 및 제 2 센서 요소(16)로부터 전송된 제 1 데이터 세트 및 제 2 데이터 세트를 분석한 결과에 기초하여서 전기 머신의 상태를 모니터링하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제어 서브시스템(18)은 전기 머신(12)으로부터 원격으로 동작하여서 전기 머신(12)을 원격 상태로 모니터링할 수 있다. 이러한 자동 보상 시스템(10)은 실시간으로 전기 머신의 상태를 모니터링하는데 사용될 수도 있다.

일 실시예에서, 제어 서브시스템(18)은 제어 서브시스템(18)으로부터의 정보를 수신하여서 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14) 및 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)로부터 수신된 데이터를 분석하도록 구성된 프로세서(20)를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어 서브시스템(18)은 전력을 제어 서브시스템(18) 및 센서 요소들(14,16)에 공급하도록 구성된 전원을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 프로세싱 작업들을 수행하기 위한 임의의 특정 프로세서로 한정되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "프로세서"는 본 발명의 작업들을 수행하기 위해서 필요한 계산 또는 컴퓨테이션을 수행할 수 있는 임의의 머신을 말한다. 용어 "프로세서"는 구조화된 입력을 접수하여서 소정의 규칙에 따라서 이 입력을 프로세싱하여 출력을 생성할 수 있는 임의의 머신을 말한다. 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 본 발명의 작업들을 수행하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 구비할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 웨지 기구(51)를 구비한 (도 1에 도시된 바와 같은) 전기 머신(12)의 고정자 코어(50)의 일부의 부분 등각도이다. 고정자 코어(20)는 다수의 고정자 티스(stator teeth)(52)를 포함하며, 이 고정자 티스(52)는 고정자 권선(56)(고정자 코일로도 지칭됨)을 수용하도록 구성된 고정자 슬롯(54)을 더 포함한다. 고정자 권선(56)은 평판(55), 심(shim)(58), 리플 스프링(60) 및 고정자 웨지(61)로서 도시된 다수의 기판 요소들에 의해서 고정자 슬롯(54) 내에서 유지된다. 여기서, 고정자 웨지(61)는 고정자 티스(52)의 측벽 내에 대응하는 형상으로 형성된 그루브(64)와 체결되기 위해서 베벨형 에지(beveled edge)(62)를 갖는다. 따라서, 기판 요소들의 비한정적인 실례는 평판, 리플 스프링, 힘 대 변위 트랜스듀서 및 축방향 스프링과 방사상 스프링과 접시와셔 스프링(Belleville spring)과 같은 스프링을 포함한다. 일 실시예에서, 평판(55)은 금속 평판(도전성임)을 포함한다. 다른 실시예에서, 평판은 비금속 평판(비도전성)을 포함한다. 리플 스프링(60)은 고정자 웨지(61)와 심(58) 간에서 압축 상태로 존재하여서 고정자 권선(56)을 제자리에 확고하게 유지시키는 힘을 생성한다. 일 실시예에서, 리플 스프링(60)은 다음으로 한정되는 것은 아니지만 플라스틱 또는 파이버 글래스 라미네이트와 같은 비도전성 재료를 사용하여서 제조될 수 있다. 고정자 코어(50)는 고정자 권선(56)을 고정자 코어(50) 내에서 꽉 조인 삽입 상태로 유지시키기 위해서 다수의 사이드 리플 스프링(56)을 포함할 수 있다.

시간에 지남에 따라서, 리플 스프링(56) 또는 사이드 리플 스프링(56)은 자신의 복원력 또는 탄력을 상실하게 되어서 고정자 웨지(61)가 꽉 체결된 상태에서 벗어나 버리게 된다. 이로써 고정자 권선(56)이 흔들리게 되고 이로써 고정자 코어(50)가 손상을 입게 되고 결국 (도 1에 도시된 바와 같은) 전기 머신(12)이 고장나게 된다. 이러한 고정자 웨지 기구의 조여 고정하는 정도를 모니터링하기 위해서, 리플 스프링(60)은 리플 스프링(60)이 압축 상태에 있거나 아니면 압축 상태로부터 펴진 상태에 있거나에 따라서 하나 이상의 전자기적 특성들을 변화시키는 내장형 압력 센서들(도 1의 제 1 센서 요소(14) 및 제 2 센서 요소(16))을 포함하고 있다. 이러한 전자기적 특성에 있어서의 변화를 나타내는 신호들은 제어 서브시스템(18)에 의해서 리플 스프링(60)의 전기적 계면, 가령, 단일 포트 전기 계면(single port electrical interface)으로부터 취득되며, 웨지 기구의 조임 정도를 판정하기 위해서(도 1에 도시된 바와 같은) 제어 서브시스템(18)에 의해서 분석된다. 이로써, (도 1에 도시된 바와 같은) 제어 서브시스템(18)은 리플 스프링(60)이 경험하는 정적 압축력을 효율적으로 측정한다. 일 실시예에서, 사이드 리플 스프링도 고정자 웨지 기구의 조임 정도를 측정하기 위한 센서 요소들을 포함한다. 다른 실시예에서, 센서 요소들은 리플 스프링(60) 상에 배치된다.

또한, 일 실시예에서, 고정자 권선들(56) 간에 배치된 평판(55)은 임의의 내장형 센서들(도 1의 제 1 센서 요소(14) 또는 제 2 센서 요소(16))을 포함한다. 다른 실시예에서, 센서들은 평판(55) 상에 배치되며, 이 센서들은 도 1에 도시된 바와 같은 제어 서브시스템(18)에 연결된다. 일 실시예에서, 내장형 센서들은 도 1에 도시된 바와 같은 제어 서브시스템(18)에 연결되어서 도 1에 도시된 바와 같은 전기 머신(12)의 동작 또는 셧다운 동안에 평판(55)에 대해서 작용하는 시변력들을 측정한다. 평판(55)은 회전으로 인한 자계 변화 및 주변 환경 및/또는 전기 머신 자체의 온도 변화로 인한 시변력을 경험하게 된다. 이러한 시변력은 센서 데이터를 캘리브레이션하는데 있어서 효율적으로 사용될 수 있다. 이로써, 전기 머신의 상태를 모니터링하기 위한 정보가 정확하게 감지 및 추정될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 적어도 2 개의 센서가 다수의 기판 요소들 내에 내장되거나 그 상에 배치되어서 전기 머신의 동작 또는 셧다운 동안에 전기 머신의 상태를 측정한다. 일 실시예에서, 이러한 센서들은 고정자 웨지 요소(61) 내에 내장될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 단일 센서 요소가 전기 머신 내에서 사용될 수 있는 2 개의 개별 응답 사항들을 가질 수 있으며, 이 응답 사항들 중 하나는 센서 요소의 특성 변화를 나타낼 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 머신의 상태를 모니터링하는 예시적인 방법(100)의 흐름도이다. 단계(102)에서, 고정자 코어 내에 배치된 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소가 제공되어서 제 1 데이터 세트를 획득한다. 일 실시예에서, 이 제 1 데이터 세트는 전기 머신의 적어도 하나의 기판 요소의 압축력 데이터를 포함한다. 단계(104)에서, 적어도 하나의 제 2 센서 요소가 제공되어서 전기 머신으로부터 제 2 데이터 세트를 획득한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 제 2 센서 요소는 고정자 코어 내에 내장되거나 배치된다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 제 2 센서 요소는 고정자 코어의 외부에 배치되어서 전기 머신의 주변으로부터 데이터를 획득한다. 또 다른 실시예에서, 제 2 데이터 세트는 온도 데이터, 시변력 데이터, 고정자 권선 상의 시변력 데이터, 전기 머신의 자계 강도 데이터 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 데이터 세트는 온도 센서, 전류 센서 또는 자계 강도 센서와 같은 물리적 센서로부터 획득되거나 발전기 부하, 스타트업 상태 또는 셧다운 상태와 같은 동작 파라미터들로부터 유도된 가상 센서 데이터일 수 있다. 또한, 단계(106)에서, 제 2 데이터 세트에 기초하여서 제 1 센서 요소의 특성 변화를 나타내는 신호가 생성된다. 마지막으로, 단계(108)에서, 제 1 데이터 세트에 상기 생성된 신호를 결합시킴으로써, 제 1 데이터 세트가 개선된다. 또한, 이 방법은 이 개선된 데이터를 분석함으로써 전기 머신의 상태를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 단계(106) 및 단계(108)를 통해서 적어도 하나의 제 1 센서 요소가 캘리브레이션되며 이로써 전기 머신의 다양한 동작 파라미터들로 인해서 발생하는 제 1 센서 요소에서의 드리프트가 보상되게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 자동 보상 방법(200)의 흐름도이다. 이 방법(200)은 도 1에 도시된 바와 같은 프로세서(20)를 구비한 제어 서브시스템(18)에 의해서 실행될 수 있다. 단계(202)에서, 전기 머신의 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소를 사용하여서 힘 데이터(force data)가 수집된다. 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소는 압축력 센서(compression force sensor)를 포함한다. 단계(204)에서, 이 수집된 힘 데이터로부터 불변력 데이터(constant force data) 및 시변력 데이터(time varying force data)가 추출된다. 단계(206)에서, 하나 이상의 동작 파라미터 데이터가 추정된다. 이러한 동작 파라미터의 비한정적 실례는 전기 머신 부하, 권선 전류, 전기 머신의 온도, 주변 온도 또는 이들의 조합을 포함한다. 단계(208)에서, 전기 머신의 동작 파라미터를 사용하여서 예상 시변력 크기가 추정된다. 단계(210)에서, 상기 예상 시변력 크기에 기초하여서 센서 전달 함수가 계산된다. 단계(212)에서, 이 계산된 센서 전달 함수와 상기 예상 시변력 크기가 서로 비교된다. 단계(214)에서, 상기 계산된 센서 전달 함수와 상기 예상 시변력 크기 간의 차이가 제 1 임계치보다 크다고 판정되면 이전의 전달 함수를 새로운 전달 함수로 교체한다. 또한, 단계(216)에서, 상기 계산된 센서 전달 함수와 상기 예상 시변력 크기 간의 차이가 제 2 임계치보다 크다고 판정되면, 이 자동 보상 방법은 이러한 변화를 표시하여서 경고 신호를 전송한다. 일 실시예에서, 드리프트 계수는 예상된 시변력 크기와 측정된 시변력 크기 간의 차에 기초하여서 계산된다. 따라서, 이 드리프트 계수는 이전의 계산된 드리프트 계수와 비교되어서 시간에 따른 드리프트의 경향성이 계산된다. 계산된 드리프트 계수는 상기 계산된 드리프트 경향성과 비교된다. 상기 계산된 드리프트 계수와 상기 드리프트 경향성이 제 1 임계치 내에 존재하면, 이 드리프트 계수가 센서 데이터에 인가되어서 개선된 값 또는 드리프트 보정된 값이 제공된다. 상기 계산된 드리프트 계수와 상기 드리프트 경향성이 제 2 임계치보다 크면, 이러한 조건이 표시되어서 경고 신호가 전송된다. 다른 실시예에서, 드리프트 계수를 드리프트 경향성과 비교하지 않고서 드리프트 계수가 인가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 계산된 드리프트 계수들은 시간에 대해서 평균 처리되어서 필터링된 저속 가변 보상 계수들이 제공된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 머신의 상태를 모니터링하는 예시적인 방법(300)의 흐름도이다. 단계(302)에서, 고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소인 힘 센서(force sensor)를 제공하여서 제 1 센서 데이터 세트를 측정한다. 단계(304)에서, 적어도 하나의 제 2 센서 요소를 제공하여서 제 2 센서 데이터 세트를 측정한다. 일 실시예에서, 이 적어도 하나의 제 2 센서 요소는 고정자 코어 내에 배치 또는 내장된다. 다른 실시예에서, 이 적어도 하나의 제 2 센서 요소는 고정자 코어의 외부에 위치하여서 전기 머신의 주변으로부터 데이터를 획득한다. 또 다른 실시예에서, 제 2 데이터 세트는 온도 데이터, 시변력 데이터, 고정자 권선 상의 시변력 데이터, 전기 머신의 자계 강도 데이터 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다. 단계(306)에서, 상기 전기 머신의 동작 또는 셧다운 동안에 상기 제 2 센서 데이터 세트에 기초하여서 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소에 의해서 측정된 힘에 있어서의 시간에 따른 변화를 나타내는 신호를 생성한다. 단계(308)에서, 상기 제 1 센서 데이터 세트에 상기 생성된 신호를 결합시킴으로써 상기 제 1 센서 데이터 세트를 개선시키며, 단계(310)에서, 상기 개선된 데이터 세트를 분석함으로써 상기 전기 머신의 상태를 판정한다.

유리하게는, 이러한 자동 보상 방법 및 시스템을 사용하게 되면 그렇지 않을 경우에는 너무 큰 드리프트를 경험하게 될 센서들을 긴 기간 동안 사용하면서 시간 경과에 따른 측정 정확성을 유지할 수 있게 된다. 이로써, 전기 머신의 상태가 효율적으로 모니터링되게 된다. 본 발명은 센서 캘리브레이션을 위해서 시변력(회전 자계로 인해서 인가되는 인가력) 및 온도, 전기 머신 부하 및 권선 전류와 같은 동작 파라미터들을 고려하여서 전기 머신의 상태를 정확하게 감지할 수 있도록 하고 있다. 본 발명은 그 특성상 드리프트할 경향이 보다 많은 얇은 센서들의 사용을 가능하게 하는데, 자동 보상을 적용함으로써 이렇게 그 특성상 발생하는 드리프트로 인한 한계들을 극복할 수 있도록 하고 있다. 또한, 상태 모니터링을 위한 본 자동 보상 방법 및 시스템은 발전기, 모터, 광대역 발생 장치 등과 같은 다양한 전기 머신에 대해서 적용될 수 있다.

또한, 당업자는 상이한 실시예들의 다양한 특징들이 서로 교환 가능함을 잘 이해할 것이다. 마찬가지로, 기술된 다양한 단계 및 특징들 및 이러한 단계 및 특징 각각과 균등한 다른 단계 및 특징들도 역시 본 명세서의 원리에 따라서 추가적인 시스템 및 기술을 구성하기 위해서 당업자에 의해서 서로 결합되거나 서로 매칭될 수 있다. 물론, 상술된 목적들 또는 장점들 모두가 임의의 특정 실시예에 따라서 반드시 달성될 필요는 없다. 가령, 당업자는 본 명세서에서 기술된 시스템 및 기술들이 다른 목적 또는 장점을 반드시 본 명세서에서 교시되거나 제안된 바와 같이 달성하지 않고서도 본 명세서에서 교시된 일 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현 또는 수행될 수 있다는 것을 이해하고 있을 것이다.

본 발명의 오직 어떠한 특징만이 본 명세서에서 예시적으로 기술되었으며, 수많은 수정 및 변경이 당업자에게는 가능하다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 진정한 사상 내에 포함하는 그러한 모든 수정 및 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

50: 고정자 코어
51: 고정자 티스
54: 고정자 슬롯
55: 평판
56: 고정자 권선
58: 심(shim)
60: 리플 스프링
61: 고정자 웨지
62: 베벨형 에지
64: 그루브

Claims (10)

1. 전기 머신(12)의 상태를 모니터링하는 방법(100)으로서,
   고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장(embedded)되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)를 제공하여서 제 1 데이터 세트를 획득하는 단계(102)와,
   적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)를 제공하여서 제 2 데이터 세트를 획득하는 단계(104)와,
   상기 제 2 데이터 세트에 기초하여서 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)의 특성 변화를 나타내는 신호를 생성하는 단계(106)와,
   상기 제 1 데이터 세트에 상기 생성된 신호를 결합시킴으로써 상기 제 1 데이터 세트를 개선(refining)시키는 단계(108)를 포함하는,
   전기 머신 상태 모니터링 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 개선된 데이터 세트를 분석함으로써 상기 전기 머신(12)의 상태를 판정하는 단계를 더 포함하는,
   전기 머신 상태 모니터링 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 데이터 세트는 상기 적어도 하나의 기판 요소의 압축력 데이터를 포함하며,
   상기 제 2 데이터 세트는 온도 데이터, 시변력(time varying force) 데이터, 고정자 권선 상의 시변력 데이터, 상기 전기 머신(12)의 자계 강도 데이터 및 이들의 조합 중 하나를 포함하는,
   전기 머신 상태 모니터링 방법.
   
4. 고정자 코어를 포함하는 전기 머신(12)의 상태를 모니터링하는 시스템(10)으로서,
   상기 고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치되어서 제 1 데이터 세트를 측정하는 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14)와,
   제 2 데이터 세트를 측정하는 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)와,
   상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소(14) 및 상기 적어도 하나의 제 2 센서 요소(16)와 통신하여서 상기 제 1 데이터 세트 및 상기 제 2 데이터 세트에 기초하여서 상기 전기 머신(12)의 상태를 모니터링하도록 구성된 제어 서브시스템(18)을 포함하는,
   전기 머신 상태 모니터링 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 기판 요소는 평판(55), 스프링, 리플 스프링(60) 및 힘 대 변위 트랜스듀서 중 하나를 포함하는,
   전기 머신 상태 모니터링 시스템.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 기판 요소는 상기 고정자 코어의 고정자 권선들(56) 사이에 위치하거나 고정자 슬롯 내의 고정자 권선(56)과 고정자 웨지(61) 사이에 위치하는,
   전기 머신 상태 모니터링 시스템.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어 서브 시스템(18)은,
   상기 제 1 데이터 세트에 대응하는 상기 제 1 센서 요소(14)의 특성 변화에 기초하여서 신호를 생성하고,
   상기 제 1 데이터 세트에 상기 제 2 데이터 세트를 결합시킴으로써 상기 생성된 신호를 개선시키고,
   상기 개선된 생성된 신호를 분석함으로써 상기 전기 머신(12)의 상태를 판정하도록 더 구성되는,
   전기 머신 상태 모니터링 시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 센서 요소(14)의 특성은 상기 기판 요소의 압축 정도에 따라서 변하며,
   상기 제 2 센서 요소(16)의 특성은 상기 전기 머신(12)의 동작 동안에 상기 기판 요소에 대해 작용하는 자계 강도, 시변력 및 온도 중 적어도 하나에 따라서 변하는,
   전기 머신 상태 모니터링 시스템.
   
9. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 센서 요소(14) 및 상기 제 2 센서 요소(16) 중 하나는 유전체, 도전체, 저항 소자, 저항 온도 측정기(RTD), 커패시터, 인덕터, 반도체, 광학 센서, 압전 센서, 압력 센서, 자계 센서, 변형 센서 및 부하 센서 중 하나를 포함하는,
   전기 머신 상태 모니터링 시스템.
   
10. 전기 머신의 상태를 모니터링하는 방법으로서,
    고정자 코어 내에 위치한 적어도 하나의 기판 요소 내에 내장되거나 그 상에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소인 힘 센서(force sensor)를 제공하여서 제 1 센서 데이터 세트를 측정하는 단계와,
    적어도 하나의 제 2 센서 요소를 제공하여서 제 2 센서 데이터 세트를 측정하는 단계와,
    상기 전기 머신의 동작 또는 셧다운 동안에 상기 제 2 센서 데이터 세트에 기초하여서 상기 적어도 하나의 제 1 센서 요소에 의해서 측정된 힘에 있어서의 시간에 따른 변화를 나타내는 신호를 생성하는 단계와,
    상기 제 1 센서 데이터 세트에 상기 생성된 신호를 결합시킴으로써 상기 제 1 센서 데이터 세트를 개선시키는 단계와,
    상기 개선된 데이터 세트를 분석함으로써 상기 전기 머신의 상태를 판정하는 단계를 포함하는,
    전기 머신 상태 모니터링 방법.

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