旋转电机及其诊断方法与流程

本发明涉及旋转电机及其诊断方法，例如，涉及适合于通过对作为定子系统的定子线圈的振动进行计量来对线圈的异常、支承状态进行诊断的旋转电机及其诊断方法。

背景技术：

通常，在使涡轮发电机那样的旋转电机运转的情况下，例如，旋转电机的定子线圈通过在运转时起作用的电磁力所激振。若该定子线圈被激振而振动，则使重复应力起作用，从而有可能在定子线圈产生疲劳。

一般而言，电磁振动是基于强制激振的振动，在旋转电机中，与流体的振动等相比较，成为主要的振动。尤其是，因电磁振动而被激励的定子线圈末端部的振动模式的固有频率只要相对于运转频率或者运转频率的整数倍的频率失调即可。

不过，例如，在定子铁芯的插槽内的定子线圈也产生电磁振动，为了考虑到与定子铁芯之间的接触而进一步提高可靠性提高，需要对振动特性进行评价而重新研究旋转电机的运转方法、或者在状态恶化之前计划部件的维修。

针对这样的课题，在专利文献1中记载有如下内容：在电枢绕组的端部设置由金属箔和位移计构成的振动检测部，利用振动检测部对因电源的接通而振动的电枢绕组的振动状态进行检测而对绕组的异常进行诊断。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭55-030660号公报

技术实现要素：

然而，专利文献1所记载的技术如下所述：仅在电枢绕组的端部设置振动检测部，利用振动检测部对因电源的接通而振动的电枢绕组的振动状态进行检测而对绕组的异常进行诊断，为了进一步提高可靠性，在两个以上的部件运动的情况下，也需要对相对的位移进行评价，并恰当地应对。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，提供即使是在两个以上的部件进行运动的情况下，也能够对相对的位移进行评价而使可靠性进一步提高的旋转电机及其诊断方法。

为了达成上述目的，本发明的旋转电机是具备定子和以具有预定间隙的方式配置在该定子的内侧的转子的旋转电机，其特征在于，所述定子在位移量或者相位不同的至少两个构成所述定子的部件分别设置有振动量计量装置，所述旋转电机具备如下单元，该单元通过对由各所述振动量计量装置进行计量的位移量或者相位的差分进行评价，取得构成所述定子的部件的相对位移量，基于该相对位移量进行构成所述定子的部件的寿命评价。

另外，为了达成上述目的，本发明的旋转电机的诊断方法的特征在于，在对具备定子和以具有预定间隙的方式配置在该定子的内侧的转子的旋转电机进行诊断时，通过在位移量或者相位不同的至少两个构成所述定子的部件上分别设置的各振动量计量装置对位移量或者相位进行计量，对由所述振动量计量装置所计量的位移量或者相位的差分进行评价，由此取得构成所述定子的部件的相对位移量，基于该相对位移量进行构成所述定子的部件的寿命评价，由此进行所述旋转电机的诊断。

根据本发明，即使是在两个以上的部件进行运动的情况下，也能够对相对的位移进行评价而使可靠性进一步提高。

附图说明

图1是表示本发明的旋转电机1的实施例1的概略构造的剖视图。

图2是表示在图1中的定子铁芯与定子铁芯的插槽出口部附近的定子线圈的直线部设置有振动量计量装置的例子的局部立体图。

图3是表示本发明的旋转电机的实施例1中的由振动量计量装置a所计量的位移、由振动量计量装置b所计量的位移、以及根据振动量计量装置a和b的位移来计量该部件的位移的例子的图。

图4是表示本发明的旋转电机的实施例1中的直到根据振动量计量装置a的计量值和振动量计量装置b的计量值来对该部件的寿命进行评价为止的过程的图。

图5表示本发明的旋转电机的实施例2，是表示在定子铁芯和定子线圈末端部设置有振动量计量装置的例子的剖视图。

图6表示本发明的旋转电机的实施例3，是表示在定子铁芯和定子框架设置有振动量计量装置的例子的剖视图。

图7表示本发明的旋转电机的实施例4，是表示在支承定子线圈末端部的支承部件和定子铁芯的芯端板设置有振动量计量装置的例子的剖视图。

附图标记说明

1…旋转电机、2…定子、3…定子线圈、4…定子框架、5…定子铁芯、6…定子线圈末端部、7…转子、8…楔块、9…振动量计量装置a、10…振动量计量装置b、11…数据集成装置、12…数据运算装置、13…计量控制装置、16…支架、17…芯端板、18…轴承支架、18a…轴承支架的型框部、18b…轴承支架的滑动部、19…定子线圈末端部的支承部件。

具体实施方式

以下，基于图示的实施例对本发明的旋转电机及其诊断方法进行说明。此外，在各实施例中对相同结构零部件使用相同的附图标记。

[实施例1]

在图1和图2中示出本实施例的旋转电机的实施例1。图1是表示本实施例的旋转电机1的概略构造的图，图2是表示图1中的定子铁芯5和定子铁芯5的插槽出口部附近的定子线圈3的直线部的详细构造的图。

首先，使用图1来对本实施例的旋转电机1的概略构造进行说明。

如图1所示，本实施例的旋转电机1由圆筒状的定子2和具有预定间隙且能够旋转地配置到该定子2的内侧的转子7构成。

上述的定子2具备：定子铁芯5；定子线圈3，其卷绕到该定子铁芯5的插槽内；楔块8，其将定子线圈3固定于插槽内(参照图2)；以及定子框架4，其支承固定定子铁芯5，从定子铁芯5的轴向端部卷绕到插槽内的定子线圈3形成有向轴向突出的定子线圈末端部6，该定子线圈末端部6被支承部件19支承，并且支承部件19经由后述的由型框部18a和滑动部18b构成的轴承支架18(参照图7)而保持于定子铁芯5的芯端板17。

如此构成的旋转电机1的定子线圈末端部6由定子线圈3从定子铁芯5向轴向突出的部分和支承该部分的支承部件19等构成，有时由于在运转时起作用的电磁力而使定子线圈末端部6振动，旋转电机1的定子线圈末端部6的绕组有可能由于在运转时起作用的电磁激振力而振动。

针对这样的现象，为了对旋转电机1的运转状态进行监视，有时将振动量计量装置安装于作为旋转电机1的定子系统的定子铁芯5、定子线圈3、定子框架4等。

在安装于定子系统的振动量计量装置中，对各振动的加速度或者速度或者位移进行计量，能够对其绝对量进行评价。通过组合设置多个振动量计量装置，并对其振幅和相位进行评价，能够对特定部件的相对位移量进行计量。此外，也可以是，如果想计量相对位移的部件是对象，则对定子2的任一处进行计量。

图2示出了在定子铁芯5和定子铁芯5的插槽出口部附近的定子线圈3的直线部设置有振动量计量装置(例如，对加速度进行计量的光振动计)的例子，来作为用于对旋转电机1的运转状态进行监视的振动量计量装置的设置例。

即，在本实施例中，如图2所示，在视作移动体的部件的定子线圈3、且在定子铁芯5的插槽出口部的定子线圈3的直线部设置有振动量计量装置a(9)，在视作固定体的部件的定子铁芯5设置有振动量计量装置b(10)。

并且，取得由振动量计量装置a(9)和b(10)所计量的位移量或者相位之间的差分，将该差分设为定子线圈3的定子铁芯5的插槽出口部的位移量。

也就是说，在本实施例的旋转电机1中，在位移量或者相位不同的至少两个构成定子2的部件即定子线圈3和定子铁芯5上分别设置的振动量计量装置a(9)和b(10)取得由设置到视作移动体的定子线圈3的振动量计量装置a(9)所计量的位移量或者相位与由设置到视作固定体的定子铁芯5的振动量计量装置b(10)所计量的位移量或者相位之间的差分，将该差分设为定子线圈3的位移量。

即，如图2和图4所示，振动量计量装置a(9)和振动量计量装置b(10)分别与数据集成装置11连接，并且具备：数据运算装置12，来自该数据集成装置11的振动数据被发送到该数据运算装置，来运算差分；以及计量控制装置13，其基于从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)进行定子线圈3的寿命评价，计量控制装置13设有进行定子线圈3的寿命评价的阈值，根据从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)超不超过阈值、或者是否接近阈值来对定子线圈3的寿命进行评价。

具体而言，如图3和图4所示，粘贴在定子线圈3上的振动量计量装置a(9)的位移(图3的(a))和粘贴在定子铁芯5上的振动量计量装置b(10)的位移(图3的(b))被发送至数据集成装置11，发送来自数据集成装置11的振动数据并通过数据运算装置12对差分进行运算，将该差分设为定子线圈3的位移量(图3的(c))。在计量控制装置13中，基于从数据运算装置12发送来的运算数据(差分＝位移量)，相较于已设定的阈值，根据超不超过阈值、或者是否接近阈值来对定子线圈3的寿命进行评价。也可以是，基于其评价结果，发出警告声音，或显示警告。

此外，振动量计量装置b(10)可以设置于直到与安装有振动量计量装置a(9)的定子线圈3相邻的插槽为止之间的定子铁芯5、或者包括楔块8的定子铁芯5的上部。

另外，将振动量计量装置a(9)和b(10)处的振动计量方向设为旋转电机1的径向或者周向，由振动量计量装置a(9)和b(10)对彼此相同方向的振动进行计量。

另外，也可以与振动量计量装置a(9)和b(10)处的振动量计量同时取得定子2的电流值的变化和/或磁场的变化。由此，能够与振动量计量同时推定基于电磁力的载荷的大小，使用该载荷的大小来取得载荷―位移曲线，从而也能够评价构造体的非线性性。

另外，也可以取得磁场的变化、局部放电变化量。由此，通过取得电流与放电变化量之间的相关性，能够对与基于电磁力的伴随线圈振动的插槽内放电的征兆进行检测。

通过设为这样的本实施例，能够根据定子铁芯5和定子铁芯5的插槽出口部附近的定子线圈3的直线部的设想位移量推测定子线圈3的插槽内振动。另外，由于在定子铁芯5和定子铁芯5的插槽出口部附近的定子线圈3的直线部分别安装有振动量计量装置a(9)和b(10)，因此也能够同时取得各振动量的绝对值。

另外，通过以任意的间隔定期性地连续取得振动数据，能够恰当地检测旋转电机1的异常、经时变化，通过使维修计划最佳化，有助于提高可靠性。通过在异常状态恶化之前恰当地对部件进行维修，能够减少计划外停止和降低修理费用。

因而，根据本实施例的旋转电机1，在位移量或者相位不同的定子线圈3和定子铁芯5上设置振动量计量装置a(9)和b(10)，通过对它们的差分进行评价，来取得定子线圈3的相对位移量，基于该相对位移量进行状态监视，由此进行基于监视结果的寿命评价，从而能够使可靠性进一步提高。

[实施例2]

在图5中示出本发明的旋转电机1的实施例2。图5表示在定子铁芯5和定子线圈3的定子线圈末端部6设置有振动量计量装置(例如，对加速度进行计量的光振动计)的例子来作为用于对旋转电机1的运转状态进行监视的振动量计量装置的设置例。

即，在本实施例中，如图5所示，在视作移动体的部件的定子线圈末端部6设置有振动量计量装置a(9)，在视作固定体的部件的定子铁芯5设置有振动量计量装置b(10)。附图标记16是支架。

并且，取得由振动量计量装置a(9)和b(10)所计量的位移量或者相位之间的差分，将该差分设为定子线圈末端部6的位移量。

也就是说，有时定子铁芯5和定子线圈末端部6分别作用单独的电磁力，而振动振幅、相位在于两者有所不同。例如，在本实施例中，定子铁芯5在处于全长的5％以内的位置的轴向端部、且以从轴向观察定子铁芯5时的周向的顶端为0°的情况下的周向上部即315°～0°～45°或者周向下部即135°～180°～225°中任一处设置至少1个振动量计量装置b(10)。另外，优选在针对轴向满足上述位置、且在针对周向不满足上述位置的位置设置1个振动量计量装置b(10)。

另一方面，定子线圈末端部6在从定子铁芯5看来成为轴向全长的15％以内的最远部附近、且在针对周向以定子铁芯5的周向为基准而±10°以内的位置设置振动量计量装置a(9)。

并且，与实施例1同样地，如图5所示，振动量计量装置a(9)和振动量计量装置b(10)分别与数据集成装置11连接，并且具备：数据运算装置12，来自该数据集成装置11的振动数据被发送到该数据运算装置，来运算差分；以及计量控制装置13，其基于从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)进行定子线圈末端部6的寿命评价，计量控制装置13设有进行定子线圈末端部6的寿命评价的阈值，根据从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)超不超过阈值、或者是否接近阈值来对定子线圈末端部6的寿命进行评价。

此外，振动是对至少旋转电机1的径向进行计量的振动，由上述多个振动量计量装置a(9)和b(10)对彼此相同方向的振动进行计量。另外，在旋转电机1的构造上，在轴向端部存在两个定子线圈末端部6，但也可以在定子线圈末端部6的两方设置振动量计量装置a(9)。

另外，既可以使用追设振动量计量装置a(9)和b(10)或者具有多轴计量功能的装置来对周向的振动进行计量，也可以与振动量计量同时取得定子2的电流值的变化、磁场的变化。

由此，能够与振动量同时对基于电磁力的载荷的大小进行推定，通过使用该载荷的大小来取得载荷―位移曲线，由此能够评价构造体的非线性性。

通过设为这样的本实施例，能够使定子线圈末端部6的振动和定子铁芯5的振动分离。由于来源不同的载荷分别作用于定子线圈末端部6和定子铁芯5，因此只要能够使两者的振动分离，则将提高分析精度，从而能够期待可靠性的提高。

另外，通过以任意的间隔定期地连续取得振动数据，从而能够恰当地检测旋转电机1的异常、经时变化，通过使维修计划最佳化，有助于可靠性提高。而且，通过在旋转电机1的异常状态恶化之前恰当地维修部件，能够减少计划外停止、降低修理费用。

因而，根据本实施例的旋转电机1，在位移量或者相位不同的定子线圈末端部6和定子铁芯5设置振动量计量装置a(9)和b(10)，通过对它们的差分进行评价，取得定子线圈末端部6的相对位移量，基于该相对位移量进行状态监视，进行基于监视结果的寿命评价，由此能够使可靠性进一步提高。

[实施例3]

在图6中示出本发明的旋转电机1的实施例3。图6示出在定子铁芯5和定子框架4设置有振动量计量装置(例如，对加速度进行计量的光振动计)的例子来作为用于对旋转电机1的运转状态进行监视的振动量计量装置的设置例。

即，在本实施例中，如图6所示，在视作移动体的部件的定子铁芯5设置有振动量计量装置a(9)，在视作固定体的部件的定子框架4设置有振动量计量装置b(10)。

并且，取得由振动量计量装置a(9)和b(10)所计量的位移量或者相位之间的差分，将该差分设为定子铁芯5的位移量。

也就是说，由于定子框架4未作用电磁力未作用，因此与定子铁芯5的振动振幅、相位不同。例如，在本实施例中，定子铁芯5在处于全长的5％以内的位置的轴向端部、且针对从轴向观察定子铁芯5时的周向在以顶端为0°的情况下的周向上部即315°～0°～45°或者周向下部即135°～180°～225°处设置至少1个振动量计量装置a(9)，对径向进行计量。

另一方面，定子框架4也在处于全长的5％以内的位置的轴向端部、且针对从周向观察定子框架4时的周向在以顶端设为0°的情况下的周向上部即315°～0°～45°或者周向下部即135°～180°～225°处设置至少1个振动量计量装置b(10)，对径向进行计量。

并且，与实施例1同样地，如图6所示，振动量计量装置a(9)和振动量计量装置b(10)分别与数据集成装置11连接，并且具备：数据运算装置12，来自该数据集成装置11的振动数据被发送到该数据运算转置，来运算差分；以及计量控制装置13，其基于从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)进行定子铁芯5的寿命评价，计量控制装置13设有进行定子铁芯5的寿命评价的阈值，根据从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)超不超过阈值、或者是否接近阈值来对定子铁芯5的寿命进行评价。

此外，也可以与振动量计量同时取得定子2的电流值的变化、磁场的变化。由此，能够与振动量同时对由电磁力带来的载荷的大小进行推定，通过使用该载荷的大小来取得载荷―位移曲线，也能够评价构造体的非线性性。

通过设为这样的本实施例，能够使定子铁芯5的振动和定子框架4的振动分离。只要能够使定子铁芯5和定子框架4的振动分离，则将提高分析精度，从而能够期待可靠性的提高。

另外，通过以任意的间隔定期地连续取得振动数据，能够恰当地检测旋转电机1的异常、经时变化，通过使维修计划最佳化，有助于可靠性提高。而且，通过在旋转电机1的异常状态恶化之前恰当地维修部件，能够减少计划外停止、降低修理费用。

因而，根据本实施例的旋转电机1，在位移量或者相位不同的定子铁芯5和定子框架4设置振动量计量装置a(9)和b(10)，通过对它们的差分进行评价，来取得定子铁芯5的相对位移量，基于该相对位移量来进行状态监视，进行基于监视结果的寿命评价，从而能够使可靠性进一步提高。

[实施例4]

在图7中示出本发明的旋转电机1的实施例4。图7示出了在支承定子线圈末端部6的支承部件19和定子铁芯5的芯端板17设置有振动量计量装置(例如，对加速度进行计量的光振动计)的例子来作为用于对旋转电机1的运转状态进行监视的振动量计量装置的设置例。

如上所述，定子线圈末端部6被支承部件19支承，并且支承部件19经由通过型框部18a和滑动部18b构成的轴承支架18而被保持于定子铁芯5的芯端板17，在本实施例中，如图7所示，在视作移动体的部件的支承部件19设置有振动量计量装置a(9)，在视作固定体的部件的芯端板17设置有振动量计量装置b(10)。此外，振动量计量装置b(10)也可以设置于轴承支架18的型框部18a。

并且，取得由振动量计量装置a(9)和b(10)所计量的位移量或者相位之间的差分，将该差分设为支承部件19的位移量。

也就是说，由于支承定子线圈末端部6的支承部件19容许由于热膨胀而滑动，因此存在定子铁芯5、芯端板17、轴承支架18在振动振幅方面不同的可能性。

因此，将振动量计量装置b(10)安装于芯端板17或者轴承支架18的型框部18a或者处于定子铁芯5的全长的5％以内的位置的轴向端部，对轴向的振动进行计量，并且在定子线圈末端部6的支承部件19上，在针对周向以芯端板17或者轴承支架18的型框部18a的安装位置为基准而±10°以内的支承部件19的径向最大的位置的周―轴向的平面上安装振动量计量装置a(9)，对轴向的振动进行计量。

并且，与实施例1同样地，如图7所示，振动量计量装置a(9)和振动量计量装置b(10)分别与数据集成装置11连接，并且具备：数据运算装置12，来自该数据集成装置11的振动数据被发送到该数据运算装置，来运算差分；以及计量控制装置13，其基于从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)进行支承部件19的寿命评价，计量控制装置13设有进行支承部件19的寿命评价的阈值，根据从数据运算装置12发送来的运算数据(差分)超不超过阈值、或者是否接近阈值来对支承部件19的寿命进行评价。

另外，也可以与振动量计量同时取得定子2的电流值的变化、磁场的变化。由此，能够与振动量同时推定由电磁力带来的载荷的大小，通过使用该载荷的大小来取得载荷―位移曲线，也能够评价构造体的非线性性。

通过设为这样的本实施例，能够捕捉由于热膨胀而滑动的定子线圈末端部6的支承部件19的轴向的特性。

另外，定子线圈末端部6的支承部件19容许轴向的位移，因此只要能够评价定子线圈末端部6的支承部件19的载荷―位移特性，则能够在分析的基础上考虑振动非线性性，因而，将提高分析精度，从而能够期待可靠性的提高。

另外，通过以任意的间隔定期地连续取得振动数据，能够恰当地检测旋转电机1的异常、经时变化，通过使维修计划最佳化，有助于可靠性提高。而且，通过在旋转电机1的异常状态恶化之前恰当地维修部件，能够减少计划外停止、降低修理费用。

因而，根据本实施例的旋转电机1，在位移量或者相位不同的定子线圈末端部6的支承部件19和芯端板17或者轴承支架18的型框部18a设置振动量计量装置a(9)和b(10)，通过对它们的差分进行评价，取得定子线圈末端部6的支承部件19的相对位移量，基于该相对位移量来进行状态监视，通过进行基于监视结果的寿命评价，从而能够使可靠性进一步提高。

此外，为了容易理解地说明本发明，详细地说明了上述的实施例，但并不一定限定于所说明的全部的构成的实施例。另外，能够将某一实施例的结构的一部分置换成另一实施例的结构，另外，也能够将另一实施例的结构添加于某一实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，也能够进行其他构成的追加/删除/置换。