用于检测旋转电机中高频的事件信号的装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于检测旋转电机中高频的事件信号的装置。
2.此外，本发明涉及一种用于检测旋转电机中高频的事件信号的方法。
3.此外，本发明涉及一种具有用于执行这种方法的机构的控制单元。
4.此外，本发明涉及一种用于在控制单元中运行时执行这种方法的计算机程序。
5.此外，本发明涉及一种具有计算机程序的计算机程序产品。
6.此外，本发明涉及一种具有至少一个用于检测高频的事件信号的这种装置的旋转电机。


背景技术：

7.这种装置例如在高压旋转电机、尤其高压马达和高压发电机中使用，其可借助至少1kv的电压运行。
8.例如可将高频的事件信号理解为100khz至100mhz的频率范围中的脉冲信号。脉冲具有矩形的、高斯形的或其他的脉冲形状。这种高频的事件信号例如在旋转电机中经常出现的部分放电的情况下形成。部分放电例如是通过绝缘材料中的不均匀性引起的局部的放电，并且长期导致绝缘的失效进而导致高压机器的失效。因此，定期对高压旋转电机检查部分放电。尤其在部分放电的频率显著变化时，需要找出原因。尤其在较大型旋转电机中，仅可以空间受限地识别部分放电。因此，评估多个传感器以实现尽可能无缝的监控。
9.专利文献ep 0 662 220 b1描述一种用于在大型电机中将高频的事件信号从高频的电磁场中解耦的方法，所述大型电机具有承载电绕组的并配备至少一个温度探针的支架。高频的事件信号可从用作天线的温度探针中接收。以该方式，将用于解耦事件信号的装置耗费保持得低，并且在使用大量温度探针时，可以对引起事件信号的损坏进行定位。
10.公开文献ep 3 570 052 a1描述一种用于测量旋转电机中的脉冲的高频的事件信号、尤其是部分放电的方法。为了与现有技术相比实现简单且便宜的实施方案而提出，在旋转电机的运行期间借助于传感器将事件信号从高频的电磁场中解耦，其中，借助于高频检波器电路从解耦的事件信号中求出脉冲形的低频的包络信号，其中，当包络信号的振幅超过阈值时，检测事件信号。


技术实现要素：

11.本发明所基于的目的是，提出一种用于检测旋转电机中的高频的事件信号的装置，所述装置与现有技术相比可简单且便宜地实施。
12.根据本发明，该目的通过一种用于检测旋转电机中高频的事件信号的装置来实现，其中，在旋转电机中布置用于检测低频的传感器信号的至少两个传感器，其中，至少两个传感器分别包括用于从旋转电机的高频的电磁场中解耦高频的事件信号的天线，其中，传感器经由共同的、尤其是电抗的耦合元件与共同的hf评估装置连接，其中，共同的耦合元件被构造用于，将高频的事件信号从传感器中的至少一个传输到共同的hf评估装置处，并
且用于将低频的传感器信号去耦。
13.此外，根据本发明，该目的通过一种用于检测旋转电机中高频的事件信号的方法来实现，其中，在旋转电机中布置用于检测低频的传感器信号的至少两个传感器，其中，至少两个传感器分别包括用于从旋转电机的高频的电磁场中解耦高频的事件信号的天线，其中，传感器经由共同的、尤其是电抗的耦合元件与共同的hf评估装置连接，其中，高频的事件信号经由共同的耦合元件从传感器中的至少一个传输到共同的hf评估装置处，并且从低频的传感器信号去耦。
14.此外，根据本发明，该目的通过具有用于执行这种方法的机构的控制单元来实现。
15.此外，根据本发明，该目的通过一种用于在控制单元中运行时执行这种方法的计算机程序来实现。
16.此外，根据本发明，该目的通过一种具有计算机程序的计算机程序产品来实现。
17.此外，根据本发明，该目的通过一种具有至少一个用于检测高频的事件信号的这种装置的旋转电机来实现。
18.下面提出的关于装置的优点和优选的设计方案可以按意义地传递到方法、控制单元、计算机程序、计算机程序产品和旋转电机。
19.本发明基于如下考量，即在旋转电机的运行期间以最少的硬件耗费检测高频的事件信号、例如部分放电。与该机器连接的部件，如线缆、变压器、滤波器等也属于旋转电机，在所述部件中可以检测到这种高频的事件信号。因为尤其在高频旋转电机中，高频的事件信号仅可空间上受限地被检测，所以使用至少两个传感器，所述传感器经由共同的、尤其是电抗的耦合元件与共同的hf评估装置连接。电抗的耦合元件是尤其无源的电子组件，所述电子组件基本上由诸如线圈和电容器的储能部件构成。因此，电抗的组件是非常低损失的。以该方式，可以经由hf评估装置评估多个传感器，这由于降低的硬件耗费而导致成本降低。此外，电路更小且更简单。
20.传感器例如被设计为电容的或电感的耦合装置、定向耦合器、温度探针或其他的传感器。因为用于检测低频的传感器信号的传感器已经存在于旋转电机中，所以不需要附加的传感器，并且不需要修改用于检测高频的事件信号的旋转电机。低频的传感器信号例如是频率小于1khz的信号，而高频的事件信号处于100khz至100mhz的频率范围内。高频的事件信号从旋转电机的高频的电磁场中的解耦借助于天线进行，其中，传感器的馈线例如用作天线，由此不需要附加的修改。共同的耦合元件例如具有带通特性或高通特性，使得除了将高频的事件信号从传感器中的至少一个传输到共同的hf评估装置处外，还被构造用于将低频的传感器信号去耦。
21.通过控制单元控制方法流程。用于执行该方法的机构包括计算机程序和例如微控制器或其他的可编程逻辑模块。控制单元例如被分配给微控制器。
22.在一个优选的实施方式中，共同的、尤其是电抗的耦合元件具有变压器。在低频的传感器信号的频率范围内，变压器在传感器与hf评估装置之间提供非常好的去耦。此外，变压器在高频的事件信号的频率范围内具有低损失，并且可以便宜且紧凑地实现。
23.变压器特别有利地具有初级侧的绕组和次级侧的绕组，其中，为至少两个传感器中的每个传感器分别分配一个初级侧的绕组，其中，将次级侧的绕组分配给hf评估装置，并且其中，初级侧的绕组分别与次级侧的绕组耦合。绕组例如具有由铜制成的导体，以便最小
化损失、尤其欧姆损失。
24.如果例如由传感器中的至少一个传感器接收部分放电脉冲并传输到相应的初级侧的绕组处，则在次级侧的绕组中感应出脉冲，所述脉冲由hf评估装置接收并继续处理。其余的初级侧的绕组相对高欧姆地被负载，使得其仅施加可忽略的影响。利用变压器的这种布线，在低频的传感器信号的频率范围内，实现了传感器与hf评估装置之间的非常好的去耦。此外，可便宜且紧凑地实现从传感器中的每个的高频的事件信号的低损失的传输。
25.在另一个有利的设计方案中，变压器具有磁芯，尤其是环形的铁氧体芯。这种磁芯例如由具有高磁饱和通量密度和高磁导率的软磁性材料制成。这种软磁材料例如是铁、一些钢、镍铁合金、钴铁合金或铁氧体。通过这种磁芯低损失地聚束和引导磁通量。此外，通过提高绕组的电感来减小变压器的尺寸。
26.初级侧和次级侧的绕组尤其有利地以彼此绞合的方式布置，以便在较高频率、尤其是在mhz范围内的频率的情况下实现尽可能良好的耦合。
27.在一个优选的实施方式中，传感器分别与用于评估低频的传感器信号的nf评估装置连接，其中，nf评估装置被构造用于将高频的事件信号去耦。例如，nf评估装置的输入阻抗是电容的，使得所述nf评估装置对于低频的传感器信号表现为高阻的，而对于高频的事件信号则基本上表现为短路。这种布线实现同时评估低频的传感器信号和高频的事件信号。
28.传感器中的至少一个尤其有利地被设计为温度探针。温度探针例如包括尤其由铂制成的与温度相关的电阻。例如，温度探针的馈线用作天线，所述天线用于从高频的电磁场中解耦高频的事件信号。这种温度探针尤其已经存在于旋转电机中。因为温度的低频测量以及脉冲的高频的事件信号的检测由于不同的频率范围而不显著相互影响，所以这种温度探针作为传感器是简单的、便宜的且节省空间的。
29.在另一个有利的设计方案中，低频的传感器信号和高频的事件信号是差分信号。这种信号不具有地参考，进而不易受来自环境的干扰、尤其是电磁干扰。
30.在另一个有利的实施方式中，传感器可以分别单独地接入共同的、尤其是电抗的耦合元件。传感器可以例如经由开关单独地接入耦合元件，由此可以更精确地定位高频的事件信号，其中所述开关尤其可以经由控制单元驱控。
附图说明
31.下面，根据在附图中所示的实施例详细描述和解释本发明。
32.附图示出：
33.图1示出具有传感器装置的旋转电机的纵截面图，和
34.图2示出装置的第一设计方案的示意性图示，该装置用于检测旋转电机中高频的事件信号，和
35.图3示出装置的第二设计方案的示意性图示，该装置用于检测旋转电机中高频的事件信号。
具体实施方式
36.下面解释的实施例为本发明的优选的实施方式。在所述实施例中，实施方式的所
描述的部件分别为本发明的单独的、可彼此独立考虑的特征，所述特征分别也彼此独立地改进本发明，进而也可以单独地或以与所示出的组合不同的组合的方式视作为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也可以通过本发明的已经描述的其他特征来补充。
37.相同的附图标记在不同的附图中具有相同的含义。
38.图1示出具有用于检测高频的事件信号的装置4的旋转电机2的纵截面图。旋转电机2示例性地实施为永磁同步电机，其中，其他机器类型，例如异步电机同样属于本发明的主题。
39.旋转电机2具有可围绕旋转轴线6旋转的转子8和包围转子8的定子10，其中，在转子8与定子10之间存在间隙12，所述间隙尤其实施为气隙。旋转轴线6限定轴向方向、圆周方向和径向方向。转子8包括轴14和转子叠片组16。定子10包括具有定子绕组20的定子叠片组18，其中，定子叠片组18由多个分层的电叠片构成。定子绕组20沿轴向方向伸展穿过定子叠片组18并且在定子叠片组18的轴向端部处构成绕组头22。转子8的轴14经由轴承24支承。转子8和定子10安置在闭合的机器壳体26中。
40.用于检测高频的事件信号的装置4包括传感器28，所述传感器例如在定子绕组20的区域中布置在通道30中。通道30例如径向伸展穿过定子叠片组18。可替换地，通道30在不同的方向上、例如在圆周方向或轴向方向上以伸展穿过定子10或转子8的方式布置。为清楚起见，仅示意性地示出传感器装置4的布置，其中，在图1中尤其仅示出一个传感器28。传感器28与评估装置32连接，所述评估装置又与中央it基础设施34连接。中央it基础设施34例如是至少一个本地计算机系统和/或云端。中央it基础设施34提供存储空间、计算能力和/或应用软件。在云端中，经由互联网提供存储空间、计算能力和/或应用软件作为服务。到中央it基础设施34处的数字数据传输以无线、有线或光学方式进行。例如，数据经由蓝牙或无线局域网(wlan)传输。
41.图2示出装置4的第一设计方案的示意性图示，所述装置用于检测旋转电机2中高频的事件信号，其中，为了清楚起见，旋转电机2以及旋转电机2中的传感器28的布置被强烈抽象地示出。例如，使用三个传感器28，其中，将传感器分配给旋转电机2的三个相中的每一个。高频的事件信号例如可理解为100khz至100mhz的频率范围内的脉冲信号。脉冲具有矩形的、高斯形的或其他的脉冲形状。在旋转电机2的运行期间，高频的事件信号借助于传感器28从高频的电磁场解耦。高频的电磁场尤其由旋转电机2产生。
42.传感器28示例性地设计为温度探针，所述温度探针分别包括例如由铂制成的与温度相关的电阻和馈线，其中，馈线用作天线，所述天线用于解耦高频的事件信号。传感器28经由共同的、尤其是电抗的耦合元件36与共同的hf评估装置38连接，其中，共同的耦合元件36被构造用于将高频的事件信号从传感器28中的至少一个传输到共同hf评估装置38处，并且用于对低频传感器信号去耦。耦合元件36具有变压器，所述变压器具有初级侧的绕组40、42、44和次级侧的绕组46。绕组40、42、44、46具有例如由铜制成的导体，以便最小化损失、尤其是欧姆损失。可选地，共同的、尤其是电抗的耦合元件36包括附加的组件，例如用于功率和/或阻抗适配的组件，例如线圈和/或电容器。将初级侧的绕组40、42、44分配给传感器28中的每个，其中，将次级侧的绕组46分配给hf评估装置38。初级侧的绕组40、42、44为了传输高频的事件信号分别与次级侧的绕组46耦合。示例性地示出具有三个初级侧绕组40、42、44的变压器。可替换地，根据待连接的传感器28的数量，变压器具有两个、四个或更多个初级
侧的绕组40、42、44。变压器具有磁芯、尤其是环形的铁氧体芯，其中，初级侧和次级侧的绕组40、42、44、46彼此绞合并且围绕铁氧体芯缠绕地布置。
43.附加地，传感器28分别与共同的nf评估装置48连接以评估低频的传感器信号，其中，传感器28中的每个与nf评估装置48的输入通道连接。可替换地，将专用的nf评估装置48分配给传感器28中的每个。低频的传感器信号和高频的事件信号尤其是差分信号。初级侧的绕组40、42、44分别与nf评估装置48串联连接，其中，低频的传感器信号经由具有带通特性的变压器去耦，并且其中，高频的事件信号经由nf评估装置的输入阻抗zin去耦。nf评估装置48的输入阻抗zin尤其是电容的，使得所述nf评估装置对于低频的传感器信号表现为高阻的，并且对于高频的事件信号基本上表现为短路。nf评估装置48与耦合元件36之间的线路长度尤其电力地短，以便在线路变换之后的短路不会显著使传感器28与耦合元件36之间的hf信号的传输变差。
44.如果例如由传感器28中的至少一个接收部分放电脉冲并将其传输给相应的初级侧的绕组40、42、44，则在次级侧的绕组46中感应出脉冲，所述脉冲由hf评估装置38接收并继续处理。其他的初级侧的绕组40、42、44尤其通过温度相关的电阻相对高阻地被负载，使得其仅施加可忽略的影响。
45.共同的hf评估装置38尤其具有用于检测高频的事件信号的高频检波器电路50、用于将检测到的信号数字化的模数转换器52和用于控制方法流程的控制单元54。此外，hf评估装置38与中央it基础设施34连接。图2中的装置4的其他的实施方案对应于图1中的实施方案。
46.图2示出装置4的第二设计方案的示意性图示，所述装置用于检测旋转电机2中高频的事件信号。传感器28经由开关56、58、60可单独地接入实施为变压器的共同的耦合元件36的初级侧的绕组40、42、44，由此可以更精确地定位高频的事件信号，其中所述开关例如可经由控制单元54驱控。图3中的装置4的其他的实施方案对应于图2中的实施方案。
47.综上所述，本发明涉及一种用于检测旋转电机2中高频的事件信号的装置4，其中，在旋转电机2中布置用于检测低频的传感器信号的至少两个传感器28，其中，至少两个传感器28分别包括用于从旋转电机2的高频的电磁场中解耦高频的事件信号的天线。为了与现有技术相比实现简单且便宜的实施方案而提出，传感器28经由共同的、尤其是电抗的耦合元件36与共同的hf评估装置38连接，其中，共同的耦合元件36被构造用于将高频的事件信号从传感器28中的至少一个传输到共同的hf评估装置38处，并且用于将低频的传感器信号去耦。