WO2007058196A1

WO2007058196A1 - 固定子鉄心緩み診断装置および固定子鉄心緩み診断方法

Info

Publication number: WO2007058196A1
Application number: PCT/JP2006/322728
Authority: WO
Inventors: Yutaka Hashiba; Norio Takahashi; Masayuki Ichimonji; Hitoshi Katayama; Takaharu Tani; Tatsuo Taniguchi; Masayuki Takahashi
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2007-05-24
Also published as: JPWO2007058196A1; JP4869249B2; CN101310427A; US20080282803A1; ZA200805088B; US7854167B2; EP1950869A4; EP1950869A1; CN101310427B

Abstract

　絶縁皮膜付き電磁鋼板を積層して軸方向に締め付け、内側のコイル挿入空間にコイル２を挿入し、コイル２を外部で接続して構成する固定子鉄心１の緩みを診断する診断装置である。固定子鉄心１を半径方向に加振する加振手段７と、固定子鉄心１の半径方向の振動を検出する振動検出センサー６と、加振手段７により固定子鉄心１を加振したときに固定子鉄心１に発生する振動を振動検出センサー６により検出した振動検出センサー６の出力信号を周波数分析して固定子鉄心の円環モードの測定固有振動モードを抽出する固有振動モード抽出手段２２と、固定子鉄心１の形状データから固定子鉄心の円環モードの推定固有振動モードを推定する固有振動モード推定手段２６と、測定固有振動モードと、推定固有振動モードに基づいて得られた判定基準との比較から固定子鉄心１の締め付け具合を判定する判定結果出力手段２９と、を有する。

Description

明細書

固定子鉄心緩み診断装置および固定子鉄心緩み診断方法

技術分野

[0001] 本発明は、回転電機の固定子鉄心緩みを診断する診断装置およびその診断方法に関する。

背景技術

[0002] 一般に、発電機や電動機などの回転電機の固定子では、その内径側にコイルが挿入される空間を有する薄ヽ電磁鋼板を積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付けて、固定子鉄心を構成している。そして、内径側のコイル挿入空間にコイルを挿入し、当該コイルを鉄心の外部で接続する。

[0003] このように構成された固定子鉄心では、鉄心の締め付けが弱いと、積層した電磁鋼板の締め付け面圧が低下し、電磁鋼板が振動して電磁鋼板同士のこすれやたたき合いによって電磁鋼板の表面に塗布した絶縁層が剥離し、電磁鋼板間が電気的に接続し、渦電流が流れて最悪の場合は鉄心が溶損する事故が発生する。そこで、製造工程において鉄心面圧を管理して組み立てることはもちろんのこと、運転中のプラントにおいても定期的に点検 ·検査する必要があった。この検査方法については、電磁鋼板間の隙間に薄いナイフ状の治具を差し込んでその入り具合によって感覚的に鉄心の締り具合を判断してきたが、判断基準が検査員個人の感覚に依存し、判定に熟練を要したり、判定員個々人によって判定に相違があったりして、品質が一定とならな、などの問題があった。

[0004] これに対し特許文献 1には、鉄心締り具合を定量的に評価する方法が開示されている。この方法では、回転電機の固定子鉄心の冷却のために、通常設けられるエアダクト部分にトルクレンチを挿入し、トルクレンチで鉄心をこじるときのトルクレンチが示すトルク値と鉄心あるいはトルクレンチの変位量を測定して鉄心面圧を数値的に評価するものである。

特許文献 1：特開 2000— 354353号公報

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許文献 1の方法においては、エアダクト部分にトルクレンチを挿入しなければならないが、通常この種のエアダクトは幅が小さぐ極めて薄い構造のトルクレンチでなければ挿入することができない。一方、鉄心の締め付け面圧は極めて高ぐこのような薄、トルクレンチではトルクレンチ自体が変形してしま、、鉄心に対して十分な外力を加えることができず、実用的な鉄心締め付け力を評価することはできない。

[0006] また、トルクレンチが鉄心に対して外力をカ卩えられる部分は鉄心のごく一部分であるので、評価できる鉄心の締め付け力も鉄心のごく一部分で、比較的に面圧が低くなる鉄心の外表面付近に限定されてしまう。このため、数多くの箇所を測定しなければならず、また、鉄心の平均面圧よりも低い面圧と評価され、必要以上に鉄心を締め付けてしまう問題がある。さらに、既存のプラントの診断では、問題ない機械まで異常と判断してしまう問題があった。

[0007] そこで本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、回転機械の固定子鉄心全体の鉄心締め付け具合を簡単にし力も定量的に判定できる固定子鉄心緩み診断装置およびその診断方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は上記目的を達成するためのものであって、本発明に係る固定子鉄心緩み診断装置は、両面又は片面に絶縁皮膜がコーティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内径側のコイル挿入空間にコイルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断装置において、前記固定子鉄心を半径方向に加振する加振手段と、前記固定子鉄心の半径方向の振動を検出する振動検出手段と、前記加振手段により前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を前記振動検出手段により検出した出力信号を周波数分析して固定子鉄心の円環モードの測定固有振動モードを抽出する手段と、固定子鉄心の形状データ力固定子鉄心の円環モードの推定固有振動モードを推定する手段と、前記測定固有振動モードと、前記推定固有振動モードに基づいて得られた判定基準との比較力固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

[0009] 本発明に係る固定子鉄心緩み診断装置の他の態様は、両面又は片面に絶縁皮膜力 Sコーティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内径側のコイル挿入空間にコィルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断装置において、前記固定子鉄心を横方向に加振する加振手段と、前記固定子鉄心の軸方向に異なる複数の位置におけるそれぞれの半径方向の振動を検出する振動検出手段と、前記加振手段により前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を前記振動検出手段により検出した出力信号を周波数分析して固定子鉄心の横振動モードの測定固有振動数を抽出する手段と、固定子鉄心の形状データから固定子鉄心の横振動モードの推定固有振動数を推定する手段と、前記推定固有振動数に基づいて判定値を作成する手段と、前記測定固有振動数と、前記判定値との比較力固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

[0010] また、本発明に係る固定子鉄心緩み診断方法は、両面又は片面に絶縁皮膜がコ一ティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内径側のコイル挿入空間にコイルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断方法において、前記固定子鉄心を半径方向に加振する加振工程と、前記加振工程で前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を検出する振動検出工程と、前記振動検出手段により検出した出力信号を周波数分祈して固定子鉄心の円環モードの測定固有振動モードを抽出する測定固有振動モード抽出工程と、固定子鉄心の形状データ力固定子鉄心の円環モードの推定固有振動モードを推定する固有振動モード推定工程と、前記測定固有振動モードと、前記推定固有振動モードに基づいて得られた判定基準との比較から固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定工程と、を有することを特徴とする。

[0011] 本発明に係る固定子鉄心緩み診断方法の他の態様は、両面又は片面に絶縁皮膜力 Sコーティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内径側のコイル挿入空間にコィルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断方法において、前記固定子鉄心を横方向に加振する加振工程と、前記加振工程で前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を前記固定子鉄心の軸方向に異なる複数の位置で検出する振動検出工程と、前記振動検出工程で検出した出力信号を周波数分析して固定子鉄心の横振動モードの測定固有振動数を抽出する測定固有振動数抽出工程と、固定子鉄心の形状データから固定子鉄心の横振動モードの推定固有振動数を推定する固有振動数推定工程と、前記測定固有振動数と、前記推定固有振動数に基づいて得られた判定基準との比較から固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定工程と、を有することを特徴とする。

発明の効果

[0012] 本発明によれば、回転機械の固定子鉄心の締め付け具合を簡単にし力も定量的に判定することができる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明に係る回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心緩み診断装置の第 1 の実施形態を示す模式的縦断面図である。

[図 2]図 1の信号処理手段の具体的構成を示すブロック図である。

[図 3]—般的な回転電機の固定子鉄心円環 2次軸方向同相の固有振動モードの概念図である。

[図 4]一般的な回転電機の固定子鉄心円環 2次軸方向逆相の固有振動モードの概念図である。

[図 5]—般的な回転電機の固定子鉄心円環 3次軸方向同相の固有振動モードの概念図である。

[図 6]—般的な回転電機の固定子鉄心円環 3次軸方向逆相の固有振動モードの概念図である。

[図 7]—般的な回転電機の固定子鉄心円環 2次軸方向 U字曲げの固有振動モードの概念図である。圆 8]本発明に係る固定子鉄心緩み診断装置の第 1の実施形態における信号処理を説明するための、鉄心面圧と円環モードの固有振動数の関係の概念を示すグラフである。

圆 9]本発明に係る固定子鉄心緩み診断装置の第 1の実施形態における信号処理を説明するための、鉄心面圧と、軸方向同相モードと逆相モードの固有振動数の比との関係の概念を示すグラフである。

圆 10]振動データの周波数分析した結果力も減衰係数比を求める一般的な方法を説明する図であって、周波数を横軸とし、振動のレベルを縦軸とするグラフである。圆 11]本発明に係る固定子鉄心緩み診断装置の第 1の実施形態における信号処理を説明するための、鉄心面圧と円環固有振動モードの減衰係数比の関係の概念を示すグラフである。

[図 12]本発明に係る回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心緩み診断装置の第 2 の実施形態を示す模式的縦断面図である。

圆 13]図 12の信号処理手段および加振'加振力検出手段などの具体的構成を示すブロック図である。

[図 14]本発明に係る回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心緩み診断装置の第 3 の実施形態を示す模式的縦断面図である。

圆 15]本発明に係る回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心緩み診断装置の第 4 の実施形態を示す模式的縦断面図である。

[図 16]図 15の信号処理手段の具体的構成を示すブロック図である。

圆 17]本発明に係る回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心緩み診断装置の第 4 の実施形態において判定基準となる梁の横振動の振動モードを模式的に示す図である。

圆 18]本発明に係る固定子鉄心緩み診断装置の第 4の実施形態における信号処理を説明するための、鉄心面圧と、固有振動の周波数との関係の概念を示すグラフであって、各設計値に対する相対値で示す。

[図 19]本発明に係る回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心緩み診断装置の第 5 の実施形態を示す模式的縦断面図である。 [図 20]図 19の信号処理手段の具体的構成を示すブロック図である。

符号の説明

[0014] 1…固定子鉄心、 2…固定子コイル、 3…押え板、 4···リブ棒、 5···リブナット、 6…振動センサー、 7···加振手段、 8…信号処理手段、 9···加振'加振力検出手段、 10···信号処理手段、 11···音響または変位センサー、 21···変換手段、 22···円環の固有振動モード抽出手段、 23···パラメータ抽出手段、 25···形状データ入力手段、 26···固有振動モード推定手段、 27···判定値作成手段、 28···判定評価手段、 29···判定結果出力手段、 30···加振手段、 31···加振力検出手段、 38, 40···信号処理手段、 41 …周波数領域データへの変換手段、 42···横振動モードの固有振動数抽出手段、 4 4…形状データ入力手段、 45···計算係数算出手段、 46···横振動モードの固有振動数推定手段、 47···判定値作成手段、 48···判定評価手段、 51···周波数，モード設定手段、 52···加振信号生成手段、 69···多点加振手段、 70···スロット、 80, 81, 82··· 振動モード

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下、本発明に係る回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置および緩み診断方法の実施形態について、図面を参照して説明する。

[0016] [第 1の実施形態]

図 1および図 2において第 1の実施形態を説明する。図 1において、 1は固定子鉄心であり、その内径側にコイル 2が挿入される空間を有する薄ヽ電磁鋼板を積層し、積層された電磁鋼板を軸方向両端部に設けられた押え板 3を介して、電磁鋼板の外径側に複数本配置したリブ棒 4の両端の雄ねじ部にリブナット 5を螺合して締め付ける。固定子鉄心 1の軸方向外部でコイル 2を接続する。

[0017] 固定子鉄心 1の外径側に固定子鉄心 1の半径方向の振動を検出するように、円周方向、かつ軸方向両端部を含む軸方向に、振動センサー (振動検出手段) 6がそれぞれ複数個取り付けられている。加振手段 7は、たとえばノ、ンマーであって、固定子鉄心 1をその半径方向に打振することによって加振することができる。振動センサー 6 力の出力信号は信号処理手段 8で処理される。

[0018] 図 2は信号処理手段 8の構成例を示すもので、振動センサー 6からの出力信号は、周波数領域のデータへの変換手段 21によって周波数領域のデータへ変換され、さらに、円環の固有振動モード抽出手段 22によって円環モードの振動が抽出される。そしてさらに、パラメータ抽出手段 23によってパラメータが抽出される。

[0019] 一方、形状データ入力手段 25によって、形状データが入力され、この形状データに基いて、固有振動モード推定手段 26によって、固有振動モードが推定される。この推定固有振動モードに基いて、判定値作成手段 27により、判定値が作成される。そして、パラメータ抽出手段 23によって抽出されたパラメータと、判定値作成手段 27 によって作成された判定値とに基いて、判定評価手段 28により判定評価がなされる。この判定評価の結果は判定結果出力手段 29によって出力される。

[0020] このように構成された第 1の実施形態において、固定子鉄心 1を加振手段 7によつて打振加振すると、固定子鉄心 1は円環モードの固有振動モードで振動することになる。図 3〜図 7は固定子鉄心 1が円環モードの固有振動モードで振動したときの固定子鉄心 1の変形を概念的に示した図で、有限要素法 (FEM)を用いた数値解析によつて求めた例である。ただし、図 3〜図 7では、半径方向の変形を誇張して示している。また、図中の符号 70はコイル 2が挿入されるスロット (挿入空間）であって、固定子鉄心 1の内径側に形成され、軸方向に延びて!/、る。

[0021] 図 3は円環 2次 (楕円）、軸方向同相モードの固定子鉄心 1の変形状況を示し、図 4 は円環 2次 (楕円）、軸方向逆相モードの固定子鉄心 1の変形状況を示し、図 5は円環 3次（三つ葉型）、軸方向同相モードの固定子鉄心 1の変形状況を示し、図 6は、円環 3次（三つ葉型）、軸方向逆相モードの固定子鉄心 1の変形状況を示し、図 7は、円環 2次 (楕円）、軸方向曲げ (U字)モードの固定子鉄心 1の変形状態を示している。

[0022] なお、図示は省略するが、その他の円環振動モードとして、軸方向 S字状モードや M字状 (W字状)モードもある。

[0023] この実施形態で、振動センサー 6は対象とする振動モードの振動が測定できる位置に取り付けられるので、対象とする振動モードの振動波形を検出する。振動センサー 6によって検出された振動信号は信号処理手段 8に送られ、信号処理手段 8内の周波数領域のデータへの変換手段 21よって、フーリエ変換され、周波数領域のデータに変換される。そして、固定子鉄心 1に複数個取り付けられた振動センサー 6の振幅と位相関係と、図 3〜図 7に示す固定子鉄心 1の変形の特徴から円環の個々のモードを抽出するように円環の固有振動モード抽出手段 22に入力する。

[0024] 円環の固有振動モード抽出手段 22によって抽出された円環モードの振動から、パラメータ抽出手段 23によって、固定子鉄心 1の残存面圧と相関のある振動のパラメ一タ、たとえば、固有振動数あるいは複数の固有振動数の比あるいは固有振動の減衰係数比あるいは振幅比あるいは伝達関数に変換する。

[0025] また、信号処理手段 8の固有振動モード推定手段 26において、対象とする回転電機の固定子鉄心 1の寸法データより、有限要素法などを用いた数値計算により、固定子鉄心 1の円環モードの固有振動モードを推定する。そして、その結果を判定値作成手段 27に入力し、前記信号処理手段の出力である振動のパラメータに相当する判定値を作成する。各パラメータの鉄心面圧との関係は、概ね図 8、図 9と図 1 1に示す通りであり、実測力得られたパラメータの値と寸法データから求めた判定値と比較判定評価して判定結果を出力する。

[0026] 減衰係数比は、振動の周波数領域のデータから図 10の手法によって求められる。

この図で、横軸は周波数 [Hz]、縦軸は、振動のレベルである。また、 ω θは固有振動の角速度であり、固有振動数を FOとすると CO O = 2 FOである。また、 Δ ωは ω θのときの振幅の 1Z 2の振幅のときの角速度の幅であり、 ζは減衰係数比である。

[0027] ζ = Δ ω /2 ω 0

と表される。

[0028] このようにして、固定子鉄心の残存面圧は、固定子鉄心 1の円環モードの振動を測定することにより、定量的に把握することが可能となる。

[0029] 本実施形態によれば、診断の対象機械の寸法データからの判定値と振動の実測データ力のパラメータとを比較することにより、固定子鉄心の円環モードの固有振動モードの各パラメータから、現状の鉄心の残存面圧を定量的に判定できる。これにより、検査員の熟練度が必要なぐ検査員の個々人の差もなく精度よく鉄心の緩み緩み具合を判定'診断できる。

[0030] [第 2の実施形態] 次に、本発明に係る回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置およびこれを内蔵する回転電機の第 2の実施形態を、図 12および図 13を参照して説明する。なお、第 1 の実施形態と同一または類似の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

[0031] 加振 ·加振力検出手段 9は加振手段 30と加振力検出手段 31とで構成され、固定子鉄心 1の外径面に強固に固定され、固定子鉄心 1を半径方向に加振する。またカロ振'加振力検出手段 9の加振力は、単一の正弦波、または複数の正弦波を重畳した波形、あるいはある一定の周波数帯域を SWEEPする正弦波または三角波または矩形波、またあるいはランダム波で加振される。

[0032] 加振手段 30による加振力は、加振力検出手段 31により検出され、固定子鉄心 1に複数個設置され、固定子鉄心 1の半径方向の振動を検出する振動センサー 6の出力信号と共に信号処理手段 10に送られる。

[0033] このように構成された第 2の実施形態の回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置では、回転電機内部に常時取り付けられた振動センサー 6によって検出された円環モードの振動波形データと振動センサー 6同様に回転電機の内部に常時取り付けられた加振力検出手段 31により検出された加振力波形データは、共に信号処理手段 10 内の周波数領域のデータへの変換手段 21によって周波数領域のデータに変換され、さらに、振動データは加振力を基準とした伝達関数に変換され、円環の固有振動モード抽出手段 22により円環モードの振動を抽出する。

[0034] これにより、加振力の強弱の影響を受けることなく精度良く固定子鉄心の面圧を把握することができる。また、加振 ·振動検出手段 9や振動センサー 6を回転電機内に常時取り付けてあるので、回転電機を分解することなぐ固定子鉄心 1の残存面圧の常時監視や定期的な診断が可能となる。また、加振手段 30を予め求めた円環モードの固有振動数で加振することにより、振幅あるいは振幅比をパラメータとする場合に感度良く判定できる。また、複数の固有振動数を重畳して加振することにより、複数の固有振動数が感度良く加振できる。また、ランダム波やスウィープ加振を行なうこと〖こより、多少固有振動数がずれても目的とする円環モードの固有振動数を加振することができ、モードを明確に把握することが可能である。 [0035] 加振'加振力検出手段 9および振動検出センサー 6は、回転電機内の固定子鉄心 1に常設で回転電機本来の機能に支障をきたさな、ように取り付けられて、るので、当該回転電機を分解することなく運転中の常時監視あるいは定期的に診断できる。このため、固定子鉄心 1の故障を未然に防ぐことが可能となるほか、固定子鉄心 1の緩み診断が容易に行なえるようになる。また、加振力を検出して加振力による伝達関数を算出することにより、加振力の大きさによる影響を除去することができ、診断結果の信頼性が向上し、固定子鉄心 1を加振する加振信号を前記の通り種々に設定することにより、判定感度の向上や広範囲のモードでの判定が可能となる。

[0036] [第 3の実施形態]

次に、本発明に係る回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置およびこれを内蔵する回転電機の第 3の実施形態を、図 14を参照して説明する。なお、第 1の実施形態あるいは第 2の実施形態と同一または類似の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図 14において、 11は音響または変位センサーであり、回転電機の固定子鉄心 1に対し空隙を有して、外部より固定されて取り付けられており、固定子鉄心 1が振動することによって発する音または変位量を検出し、信号処理手段 1 0へその検出した信号を送付する。

[0037] このように構成された、本発明の第 3の実施形態の回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置では、固定子鉄心 1の円環モードの固有振動モードの振動を、音響または変位センサー 11で検出し、信号処理装置 10に送り、第 1の実施形態または第 2の実施形態と同様の信号処理を行ない、固定子鉄心の残存面圧を判定し、固定子鉄心 1 の緩み診断を行なう。このとき、音響または変位センサー 11を用いることにより前記振動センサー 6を用いる場合と同様に、固定子鉄心 1の円環モードの固有振動モードの振動を検出できる。

[0038] 以上説明したように、本発明の第 3の実施形態では、振動センサー 6に代えて、音響または変位センサー 11を用いることにより、固定子鉄心 1の円環モードの固有振動モードの振動を検出する。これにより、固定子鉄心 1に対し非接触で絶縁の必要がなく音響または振動センサー 11を設置でき、固定子鉄心 1に直接固定しないので、音響または変位センサー 11の取り付け位置の移動が容易である。 [0039] [第 4の実施形態]

本発明に係る回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置およびこれを内蔵する回転電機の第 4の実施形態を、図 15および図 16を参照して説明する。なお、第 1の実施形態と同一または類似の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第 1〜第 3の実施形態では回転電機の固定子鉄心円環モードの振動に注目するものであるが、第 4の実施形態は固定子鉄心の横振動モードに注目するものである。

[0040] 図 15に示すように、この実施形態では、振動センサー 6が、固定子鉄心 1の外径側に固定子鉄心 1の加振方向の振動を検出するように軸方向に複数個取り付けられている。振動センサー 6からの信号は、信号処理手段 38に取り込まれて処理される。

[0041] 図 16に示すように、信号処理手段 38は、周波数領域データへの変換手段 41、横振動モードの固有振動数抽出手段 42、計算係数算出手段 45、横振動モードの固有振動数推定手段 46、判定値作成手段 47および判定評価手段 48を有する。振動センサー 6からの出力信号は、周波数領域データへの変換手段 41によって周波数領域のデータに変換され、さらに、横振動モードの固有振動数抽出手段 42によって横振動モードの固有振動数が抽出される。

[0042] 一方、形状データ入力手段 44によって、形状データが入力され、この形状データに基づいて、計算係数算出手段 45によって計算係数が算出される。さらに、この計算係数に基づいて、横振動モードの固有振動数推定手段 46により、横振動の推定固有振動数が推定される。この横振動の推定固有振動数に基づいて、判定値作成手段 47により判定値が作成される。そして、この判定値と、横振動モードの固有振動数抽出手段 42によって抽出された固有振動数とに基づいて、判定評価手段 48により判定評価がなされる。判定評価の結果は判定結果出力手段 29によって出力される

[0043] 上記構成の第 4の実施形態において、固定子鉄心 1を加振手段 7によって、打振加振することによって、固定子鉄心 1は横振動の固有振動数、たとえば図 15に示すような軸方向に U字状に振動するような横振動モード 80で振動することになる。図 17は固定子鉄心 1が横振動の固有振動数で振動したときの固定子鉄心 1の変形を概念的に説明した図で、数値解析によって求めた例である。この図に示すように、横振動のおもなモードには、 1次、 2次、 3次の固有振動数の振動モードがある。 1次の固有振動数の振動モード 80は U字状に変形し、 2次の固有振動数の振動モード 81は S 字状に変形し、 3次の固有振動数の振動モード 82は W字状 (M字状）に変形する振動である。

[0044] 一般的な梁の横振動の振動モードにおける固有振動数 Fは式（1)で求めることができる。

[0045] F= { 2/ (2 L2) }^ {E 'Ig/ ( y Ά) } (1)

ただし、

F：棒の横振動の固有振動数

λ：モードの次数による振動係数

1次： 4. 730、 2次： 7. 853、 3次： 10. 996

L:棒の長さ

Ε：棒の材料の縦弾性係数 (Ε = k X Ρ)

P :鉄心面圧

k：縦弾性係数と鉄心面圧の係数

I：棒の断面二次モーメント

γ :質量密度

Α:断面積

g :重力加速度

このとき、振動センサー 6は対象とする振動モードの振動が測定できるように、軸方向に複数個取り付けられるので、対象とする振動モードの振動波形を検出する。振動センサー 6によって検出された振動信号は信号処理手段 38に送られ、信号処理手段 38内の周波数領域データへの変換手段 41よって、フーリエ変換され周波数領域のデータに変換される。次に、固定子鉄心 1に複数個取り付けられた振動センサ一 6の振幅と位相関係と図 18に示す固定子鉄心 1の変形の特徴から、横振動の個々の振動モードを抽出する横振動モードの固有振動数抽出手段 42に入力し、横振動の固有振動数の周波数の内の一つまたは複数の周波数を抽出する。

[0046] また、信号処理手段 38の一方では、対象とする回転電機の固定子鉄心 1の形状データ入力手段 44より寸法形状データを入力し、計算係数算出手段 45で形状補正係数 klと支持条件補正係数 k2を算出し、横振動モードの固有振動数推定手段 46によつて、予め求めた鉄心面圧と等価縦弾性係数 Eの関係力各横振動モードの固有振動数を求める。そして、判定値作成手段 47によって過去の実績力も面圧に対する判定値を定める。

[0047] ここで、形状補正係数 klは、支持点の数、位置、パネ定数等の支持条件に依存する。

[0048] また、支持条件補正係数 k2は、固定子鉄心 1の内外径比および、軸方向長さと外径 (または内径）との比に依存する。

[0049] 式（1)における縦弾性係数 Eは、 E=k X Pと表わすことができる力実際には前記形状補正係数 klおよび支持条件補正係数 k2を加味し、 (2)式によって固有振動数

Fが計算される。

[0050] F= {kl 'k2' 2Z(2 TU L2) } {Ε· Ζ( Ύ ·Α) } (2)

ただし、 klは形状補正係数であり、 k2は支持条件補正係数である。

[0051] 判定値作成手段 47によって求められた判定値は概ね図 18のような判定値となる。

判定評価手段 48によって、前記横振動モードの固有振動数抽出手段 42で得られた固有振動数の周波数の実測値と判定値生成手段 47の出力である図 18の判定値と比較して固定子鉄心 1の締め付け具合の良否を判定し、判定結果出力手段 29により、判定結果が出力される。

[0052] したがって、固定子鉄心 1の締め付け面圧は、固定子鉄心 1の横振動モードの固有振動数を測定することにより、定量的に把握することが可能となる。

[0053] 本実施形態によれば、診断の対象機械の寸法データからの判定値と振動の実測データを比較することにより、固定子鉄心の横振動モードの固有振動数から、現状の鉄心の締め付け面圧を定量的に判定できるので、検査員の熟練度が必要なぐ検査員の個々人の差もなく精度よく鉄心の締め付け具合、言い換えれば緩み具合を判定 •診断できる。また、基準となる判定値は手計算や表計算レベルの簡易計算によって行なうことができるので、有限要素法等の数値解析をする必要がない。したがって、高機能計算機 (コンピュータ)を必要とせず、解析に要する時間もまた解析を実施する高度な技術も必要としない。ゆえに誰でも簡単に短時間に鉄心面圧の判定、強いては鉄心の緩み診断が可能となる。特に、既設の機械の診断においては、その場での判定が可能となる。

[0054] [第 5の実施形態]

本発明に係る回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置およびこれを内蔵する回転電機の第 5の実施形態を、図 19および図 20を参照して説明する。なお、第 4の実施形態と同一または類似の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第 5の実施形態は、第 4の実施形態と同様に、固定子鉄心の横振動モードに注目するものである。

[0055] 図 19において、 69は多点加振手段であり、電磁加振器や油圧加振器等のァクチユエータに信号を入力することによって任意の加振力が得られ、固定子鉄心 1の外径面に軸方向に対して複数個、強固に固定され、固定子鉄心 1を半径方向に加振する。また多点加振手段 69は、単一の正弦波、または複数の正弦波を重畳した波形、あるいはある一定の周波数帯域を SWEEPする正弦波または三角波または矩形波、またあるいはランダム波で加振され、かつ各振動モードが励振されやすいように、周波数'モード設定手段 51および加振信号生成手段 52によって、各加振手段の加振力の位相を逆相または同相にまたは加振力の振幅を調整して加振する。

[0056] 図 20に示すように、この実施形態の信号処理手段 40は、第 4の実施形態における信号処理手段 38 (図 16)の構成要素に加えて、周波数'モード設定手段 51と加振信号生成手段 52を有する。

[0057] この実施形態では、必要とする横振動モードの固有振動数は、周波数'モード設定手段 51より、加振信号生成手段 52へ送られるほか、判定値作成手段 47と横振動モードの固有振動数抽出手段 42にも送られ、それぞれ判定値の生成と実測固有振動数の抽出を容易にする。加振信号生成手段 52で生成された加振信号は、多点加振手段 69に送られる。また、多点加振手段 69で特定の振動モードを励振しているときに振動センサー 6で固定子鉄心 1の加振方向の振動を検出する。このとき、振動センサー 6は多点加振手段 69によって励振される振動モードが特定されているので、振動センサー 6は軸方向に複数個設ける必要がなく最低限 1個の振動センサー 6を設けるだけでよい。振動センサー 6で検出した後の信号処理手段 40内の判定処理は、周波数 ·モード設定手段 51によって抽出される固有振動数が決まっているほかは第 4の実施形態と同様である。

[0058] このように構成された第 5の実施形態の回転電機の固定子鉄心の緩み診断装置では、固定子鉄心 1の外径側に半径方向に加振する多点加振手段 69が軸方向に複数個設置され、横振動のモードが励振されるように多点加振手段 69個々の加振信号の位相ある、は振幅を調整して、単一ある!/、はランダムある、は SWEEP加振するので、必要とする特定の横振動モードの振動が励振され、固定子鉄心 1がそのモード (たとえば図 19の U字状横振動モード 80)で振動する。

[0059] したがって、振動センサー 6によって検出された振動信号は、必要とする横振動モードの振動信号だけとなり、横振動モードの固有振動数抽出手段 42での横振動モードの固有振動数抽出が容易となり、場合によっては横振動モードの固有振動数抽出手段 42を省略することも可能である。さらに、多点加振手段 69や振動センサー 6 を回転電機内に常時取り付けることも可能であり、回転電機を分解することなぐ固定子鉄心 1の残存面圧の常時監視や定期的な診断が可能となる。

[0060] また、加振手段を予め求めた横振動モードの固有振動数の周波数で加振することにより、必要な振動モードの振動信号を感度良く検出しかつ判定できる。さらに、ランダム波や SWEEP加振を行うことにより、多少固有振動数がずれても目的とする横振動モードの固有振動数で加振することができ、モードを明確に把握することが可能である。

[0061] この実施形態によれば、固定子鉄心 1の軸方向に複数個設けられた多点加振手段 69によって、特定の振動モード固有振動数で任意に励振できるので、振動センサー 6を固定子鉄心 1の外周面の軸方向に複数個設け、かつ、得られた振動センサー 6 の信号力も振動モードを判定して、特定の振動モードを抽出する必要がない。一般的に限られた測定箇所のデータ力振動モードを判定し抽出するのは、多くのデータベースが必要であり、本実施形態のように振動モードの判定と抽出が必要なくなれば、信号処理手段の簡素化が図れ、かつ測定点を少なくできるので、測定に必要な時間が短くなり、判定に要する時間が短縮できる。 [0062] [他の実施形態]

以上、種々の実施形態について説明したが、これらは単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。

[0063] たとえば、第 1〜第 3の実施形態の円環振動モードを用いた緩み判定と第 4および第 5の実施形態の横振動モードを用いた緩み判定とを組み合わせて、より信頼性の高、緩み判定を行なうこともできる。

[0064] また、第 3の実施形態の音響または変位センサー 11を第 4または第 5の実施形態における振動センサー 6に置換することもできる。

Claims

請求の範囲

[1] 両面又は片面に絶縁皮膜がコーティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内側のコイル挿入空間にコイルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断装置において、

前記固定子鉄心を半径方向に加振する加振手段と、

前記固定子鉄心の半径方向の振動を検出する振動検出手段と、

前記加振手段により前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を前記振動検出手段により検出した振動検出手段の出力信号を周波数分析して固定子鉄心の円環固有振動モードの測定固有振動モードを抽出する手段と、固定子鉄心の形状データから固定子鉄心の円環固有振動モードを推定する手段と、

前記測定固有振動モードと、前記推定固有振動モードに基づいて得られた判定基準との比較から固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定手段と、

を有することを特徴とする固定子鉄心緩み診断装置。

[2] 前記判定手段は、前記測定固有振動モードのうち、半径断面のモード形状が同じで軸方向モードが同相の固有振動数と逆相の各固有振動数もしくは、軸方向 U字状、 S字状もしくは W字状の振動モードの固有振動数、あるいはこれらの固有振動数の比、伝達関数あるいは固有振動数の変化を求め、前記推定固有振動数より同様にして求めた固有振動数、あるいはこれらの固有振動数の比、伝達関数あるいは固有振動数の変化と鉄心面圧の関係力成る判定基準とを比較して、固定子鉄心の締め付け具合を判定するものであることを特徴とする請求項 1に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[3] 前記判定手段は、前記測定固有振動モードから減衰係数比を算出し、予め形状デ一タカ推定した減衰係数比と鉄心面圧の関係力成る判定基準とを比較判定して、固定子鉄心の締め付け具合を判定するものであることを特徴とする請求項 1に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[4] 前記振動検出手段は、前記固定子鉄心の軸方向両端に取り付けた振動センサーを含み、

前記判定手段は、前記測定固有振動モードの振幅比あるいは伝達関数を求め、予め形状データ力も推定された軸方向両端の振動の振幅比あるいは伝達関数と鉄心面圧の関係から成る判定基準と比較判定して、固定子鉄心の締め付け具合を判定するちのであること、

を特徴とする請求項 1に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[5] 前記判定手段は、前記測定固有振動モードから、固有振動数または固有振動数比または振幅または減衰係数比または軸方向両端の振幅比あるいは伝達関数等の振動パラメータの内、複数のパラメータを組み合わせて判定基準と比較判定して、固定子鉄心の締付具合を判定するものであることを特徴とする請求項 1に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[6] 両面又は片面に絶縁皮膜がコーティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内径側のコイル挿入空間にコイルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断装置において、

前記固定子鉄心を横方向に加振する加振手段と、

前記固定子鉄心の軸方向に異なる複数の位置におけるそれぞれの加振方向の振動を検出する振動検出手段と、

前記加振手段により前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を前記振動検出手段により検出した出力信号を周波数分析して固定子鉄心の横振動モードの測定固有振動数を抽出する手段と、

固定子鉄心の形状データから固定子鉄心の横振動モードの推定固有振動数を推定する手段と、

前記推定固有振動数に基づいて判定値を作成する手段と、

前記測定固有振動数と、前記判定値との比較から固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定手段と、

を有することを特徴とする固定子鉄心緩み診断装置。

[7] 前記固定子鉄心の締め付け具合を判定する横振動モードの固有振動数は、両端自由の 1次モード、 2次モードおよび 3次モードから選択された一つの振動モードの固有振動数とすること、を特徴とする請求項 6に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[8] 前記固定子鉄心の締め付け具合を判定する横振動モードの固有振動数は、両端自由の 1次モード、 2次モードおよび 3次モードから選択された複数の振動モードの固有振動数とすること、を特徴とする請求項 6に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[9] 前記固定子鉄心の形状データから固定子鉄心の横振動モードの推定固有振動数を推定する手段は、当該固定子鉄心を両端自由の梁とみなし、その梁の横振動の計算式によって推定固有振動数を求めること、を特徴とする請求項 6なヽし請求項 8のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[10] 前記梁の横振動の計算式にお!、て、梁の横振動の計算式における等価な縦弾性係数を変化させることによって鉄心の面圧を代表させること、を特徴とする請求項 9に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[11] 前記梁の横振動の計算式において、前記固定子鉄心の外径と内径との比と、外径あるいは内径と軸方向長さとの比と、を求め、これらの比に基づいてあら力じめ作成しておいた形状補正係数により前記梁の横振動の計算式を補正することを特徴とする請求項 9または請求項 10に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[12] 前記梁の横振動の計算式において、前記固定子鉄心の支持条件に基づいてあら力じめ作成しておいた支持条件補正係数により前記梁の横振動の計算式を補正すること、を特徴とする請求項 9ないし請求項 11のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[13] 前記加振手段は、前記固定子鉄心の軸方向の複数箇所で加振するものであり、各加振位置での加振力の振動数、振幅および位相を制御可能であること、を特徴とする請求項 9ないし請求項 12のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[14] 前記加振手段および振動検出手段は前記回転電機の内部に組み込まれており、前記固定子鉄心の緩み状況を常時監視あるいは定期的に診断できるように構成されてヽること、

を特徴とする請求項 1ないし請求項 13のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[15] 前記加振手段は、前記固定子鉄心に特定単一周波数の正弦波または複数の周波数を重畳させた波形の加振力を加えるものであることを特徴とする請求項 1ないし請求項 14のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[16] 前記加振手段は前記固定子鉄心に正弦波の SWEEP加振力を加えるものであることを特徴とする請求項 1ないし請求項 14のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[17] 前記加振手段は前記固定子鉄心にランダム加振力を加えるものであることを特徴とする請求項 1ないし請求項 14のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[18] 前記加振手段は、前記固定子鉄心に衝撃力を加えるものであることを特徴とする請求項 1ないし請求項 12のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[19] 前記加振手段によって加振された加振力を検出する手段をさらに有し、

前記判定手段は、前記測定固有振動モードから、固有振動数または振幅または減衰係数比の大きさと加振力との比あるいは伝達関数を算出し、予めそれらのパラメ一タと加振力の比あるいは伝達関数と鉄心面圧の関係力成る判定基準とを比較判定して、固定子鉄心の締め付け具合を判定するものであること、

を特徴とする請求項 1ないし請求項 18のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[20] 前記振動検出手段は変位センサーであることを特徴とする請求項 1な!、し請求項 1

9のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[21] 前記振動検出手段は音響センサーであることを特徴とする請求項 1ないし請求項 1

9のいずれか一項に記載の固定子鉄心緩み診断装置。

[22] 両面又は片面に絶縁皮膜がコーティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内径側のコイル挿入空間にコイルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断方法において、

前記固定子鉄心を半径方向に加振する加振工程と、

前記加振工程で前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を検出する振動検出工程と、前記振動検出手段により検出した出力信号を周波数分析して固定子鉄心の円環モードの測定固有振動モードを抽出する測定固有振動モード抽出工程と、固定子鉄心の形状データから固定子鉄心の円環モードの推定固有振動モードを推定する固有振動モード推定工程と、

前記測定固有振動モードと、前記推定固有振動モードに基づいて得られた判定基準との比較力固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定工程と、

を有することを特徴とする固定子鉄心緩み診断方法。

両面又は片面に絶縁皮膜がコーティングされ、内径側にコイルを挿入する空間を有する電磁鋼板を軸方向に積層し、積層された電磁鋼板を軸方向に締め付け、内径側のコイル挿入空間にコイルを挿入し、当該コイルを外部で接続して構成する回転電機の固定子鉄心の緩みを診断する診断方法において、

前記固定子鉄心を横方向に加振する加振工程と、

前記加振工程で前記固定子鉄心を加振したときに前記固定子鉄心に発生する振動を前記固定子鉄心の軸方向に異なる複数の位置で検出する振動検出工程と、前記振動検出工程で検出した出力信号を周波数分析して固定子鉄心の横振動モードの測定固有振動数を抽出する測定固有振動数抽出工程と、

固定子鉄心の形状データから固定子鉄心の横振動モードの推定固有振動数を推定する固有振動数推定工程と、

前記測定固有振動数と、前記推定固有振動数に基づ、て得られた判定基準との比較から固定子鉄心の締め付け具合を判定する判定工程と、

を有することを特徴とする固定子鉄心緩み診断方法。