用于測量電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的磁場的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于測量電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的磁場的裝置和方法。用于測量電機的定子（3）與轉(zhuǎn)子（4）之間的氣隙（2）中的磁場的裝置（1）包括：探頭（5），用于檢測磁場并且產(chǎn)生指示該磁場的信號；以及該信號的顯示單元（8）。探頭（5）包括多個傳感器（8）。
【專利說明】用于測量電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的磁場的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于測量電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的磁場的裝置和方法。
[0002]該電機特別地是例如要連接到燃氣輪機或蒸汽渦輪機(渦輪發(fā)電機)的同步發(fā)電機或要連接到水輪機(水輪發(fā)電機)的同步發(fā)電機或異步發(fā)電機或同步或異步電動馬達等旋轉(zhuǎn)電機或還是其他類型的電機。
【背景技術(shù)】
[0003]大型發(fā)電機和馬達的定子被例行測試來檢測可能的層間短路。
[0004]例如，可以使用所謂的低能量測試，也稱為“EL CID”測試。對于該測試，定子芯被磁化到低磁通密度(例如，0.1T)，并且掃描定子膛的表面來檢測由渦流產(chǎn)生的磁通；這些渦流由層間短路弓I起。然后解釋檢測的磁通來檢測層間短路。
[0005]為了實施該測試，檢查裝置被置于轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙中。檢查裝置具有由采用大型感應線圈的一個磁性傳感器制成的常規(guī)探頭。
[0006]該磁性探頭因為它的尺寸而不允許準確的層間短路定位，或磁場幾何形狀的確定。
[0007]后果是結(jié)果的解釋可以是不完整和甚至不正確的。
[0008]另外，因為氣隙寬度通常在10至50nm的數(shù)量級，但在轉(zhuǎn)子端處它可以小得多，例如它可以低至9_，探頭插入氣隙中或驅(qū)動氣隙中的探頭可能是麻煩的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開的方面包括提供允許準確的層間短路定位的裝置和方法。
[0010]本公開的另一個方面包括提供允許準確確定磁場幾何形狀的裝置和方法。這允許提高并且簡化測試結(jié)果的解釋。
[0011]本公開的另外的方面包括提供這樣的裝置，其探頭可以以容易的方式插入氣隙中并且在氣隙中驅(qū)動。
[0012]這些和另外的方面通過提供根據(jù)附上的權(quán)利要求的裝置和方法而達到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]另外的特性和優(yōu)勢將從通過非限制性示例在附圖中圖示的裝置和方法的優(yōu)選而非窮舉的實施例的描述中更加明顯，其中:
圖1是在定子膛上滑動的裝置的透視圖；
圖2是在定子膛中滑動的裝置的頂視圖；
圖3是裝置的不意圖；
圖4是在氣隙中具有探頭的裝置的示意圖；
圖5和6是裝置的不同實施例的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0014]用于測量電機的定子3與轉(zhuǎn)子4之間的氣隙2中的磁場的裝置I包括:探頭5，用于檢測磁場并且產(chǎn)生指示該磁場的信號；和顯示單元6 (例如具有專用軟件的PC)，用于顯示該信號。
[0015]探頭5包括多個傳感器8。
[0016]這些傳感器8在一個或多個行中接近彼此而分布。
[0017]例如，探頭5可以包括例如100個傳感器的行狀排列，其以相隔2mm的距離設(shè)置。示波器探頭的過度擴展因此是200mm。
[0018]備選地，探頭5還可以具有兩個、三個或以上行的傳感器8 (這些行可以平行或不平行);例如行在行進方向上或在垂直于行進方向的方向上延伸。個體傳感器8在該情況下可以定位在離彼此較大的距離處，例如6_。這導致機械組件的簡化。
[0019]傳感器優(yōu)選地連接到電路9，其收集它們的信號，優(yōu)選地該電路9是探頭5的一部分。
[0020]傳感器8是感應傳感器。
[0021]例如，感應傳感器作為單個線圈施加在載板上，載板典型地是具有蝕刻電信號和電力導體的印刷電路板。感應傳感器還可以直接在板上形成。另外，也可以使用其他類型的磁場傳感器，例如霍爾傳感器或磁阻傳感器(“XMR”即GMR、TMR、AMR,等)。這些傳感器由于它們的小維度而是合適的并且還可以測量恒定磁場。
[0022]還可以使用不同技術(shù)的混合，例如與具有高分辨率的霍爾傳感器組合的具有低空間分辨率的線圈。
[0023]在特別有利的實施例中，傳感器8在不同方向上的不同靈敏度用于確定磁場的方向。
[0024]方向的測量可以在笛卡爾空間的全部三個軸中實施，例如(參考定子，參見圖4)在定子的徑向方向上，即在與定子膛的表面正交的方向上(z軸)、在定子膛的軸向方向和定子槽的方向上(X軸)以及在垂直于Xz平面(即與槽隙方向正交)的方向上(y軸)。
[0025]然而，有利地，因為需要的測試數(shù)據(jù)的量減少，僅在兩個方向上測量磁場，即如在z方向和在y方向上的。
[0026]測量的主要方向位于z軸上，因為由渦流引起的局部磁場典型地在該方向上出現(xiàn)。
[0027]有利地，對于多維測量，可以使用所謂的“集成”磁場傳感器；這些集成磁場傳感器將用于測量兩個或三個笛卡爾方向上的磁場所必需的所有零件組合在電子部件中。
[0028]例如，可以使用“Sensima Inspections”公司的傳感器IC 100。該芯片還具有共同集成在其中的電路9 (轉(zhuǎn)換電子器件)。
[0029]在另一個特別有利的實施例中，傳感器8設(shè)置在兩個或以上的疊加層11(圖5)中。這些層11與定子膛的表面平行。
[0030]該設(shè)置使得能夠不僅在與定子膛表面平行的平面中測量磁場而且在空間域中測量磁場。從而，可以在徑向方向上確定磁場的梯度，使得層間短路可以非常準確地定位。
[0031]特別地，該實施例能夠確定徑向方向上的錯誤位點，S卩，它有助于確認層間短路所處的深度。因為層間短路的位點限定了修復可能性和潛在危險，這可是有用的。
[0032]探頭有利地可以具有柔性(略微柔性)支承12 ;傳感器8連接到該支承12。因為支承12是柔性的，它可以變形，例如以將它引入氣隙內(nèi)或使它適應于氣隙形狀(例如適應于氣隙彎曲)。
[0033]探頭5還可以與勵磁單元(excitation unit) 13組合。該勵磁單元13優(yōu)選地是小的(以容易進入氣隙2 )、導磁且可磁化的。
[0034]通過適當?shù)厥箘畲艈卧呕?，定?可以被局部磁化，從而消除了磁化整個定子3的需要。
[0035]因為定子3在該情況下僅被局部磁化，它可以被磁化到更高的磁場密度而沒有危險的縱向應力。
[0036]勵磁單元13的磁化憑借具有線圈的磁芯或憑借機電可移動單元(例如，旋轉(zhuǎn)磁體)來實施。磁體可以由電動馬達激活。
[0037]另外，還可以在探頭上提供一個或多個紅外傳感器15。這些傳感器15允許檢測定子膛表面的溫度并且從而獲得關(guān)于其中可能存在層間短路的定子區(qū)的另外的信息(層間短路引起渦流并且從而引起定子發(fā)熱)。
[0038]裝置的操作從描述且圖示顯而易見并且大致上如下面。
[0039]定子3例如通過輔助線圈(采用傳統(tǒng)的方式)而磁化。然后裝置I在氣隙中移動。
[0040]因為在定子3中的層間短路的情況下，磁場產(chǎn)生渦流，其進而產(chǎn)生局部磁場；從檢測由渦流產(chǎn)生的這些磁場可以精確地定位層間短路。
[0041]備選地，當探頭具有勵磁單元13時，不需要輔助線圈和使整個定子3磁化。在該情況下，定子3的僅選擇的部分(探頭5在該處正進行測試)被局部磁化。
[0042]本公開還提及用于測量電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的磁場的方法。該方法包括提供裝置I用于測量氣隙中的磁場、使定子3的至少一部分磁化、使裝置I在定子膛上移動、檢測由渦流(其通過定子3中的層間短路而產(chǎn)生)產(chǎn)生的磁場。
[0043]磁化可以包括使整個定子磁化或使定子局部磁化。
[0044]通過使探頭5在氣隙2中移動，可以得到氣隙中的磁場的準確局部圖像(在定子膛的表面上或接近定子膛的表面)。
[0045]根據(jù)本公開的裝置和方法的優(yōu)勢可以總結(jié)如下:
一由于大量傳感器和它們的尺寸(毫米以下以及甚至微米尺度)，測量的空間分辨率大大增加。因此，由渦流產(chǎn)生的磁場的實際幾何形狀和層間短路位點可以被精確地確定，一檢測的定子表面的磁“地圖”變得可用，從而提供綜合報告和數(shù)據(jù)解釋工具，
一尺寸小的個體傳感器允許構(gòu)造非常細的探頭，
-由于多個個體傳感器，可以構(gòu)造柔性探頭，其可以容易插入氣隙內(nèi)，或其可以適應于定子膛彎曲。這允許制造并且使用在周向方向上非常大的探頭，
一表面場的高分辨率圖片可以用于關(guān)于同質(zhì)性、間隙、開齒間隙等定子芯磁性質(zhì)的更普遍診斷。
[0046]描述的特征自然可彼此獨立提供。
[0047]在實踐中，可以根據(jù)要求和現(xiàn)有技術(shù)水平隨意選擇使用的材料和維度。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的磁場的裝置，所述裝置包括: 探頭，用于檢測所述磁場并且產(chǎn)生指示該磁場的信號；以及 所述信號的顯示單元， 其特征在于，所述探頭包括多個傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個傳感器沿至少一行排列。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器包括感應傳感器，優(yōu)選地是感應線圈。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器包括霍爾傳感器和/或磁阻傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器在不同的方向上具有不同的靈敏度。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器限定兩個或以上的疊加層。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述探頭包括承載所述傳感器的支承。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述支承是柔性支承。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，包括用于產(chǎn)生局部化磁場的勵磁單元。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括至少一個紅外傳感器。
11.一種用于測量電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的磁場的方法，所述方法包括: 提供根據(jù)權(quán)利要求1的裝置， 使所述定子的至少一部分磁化， 使所述裝置在所述定子膛上移動， 檢測由所述定子中的層間短路所產(chǎn)生的渦流產(chǎn)生的磁場。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，使整個定子磁化。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，使所述定子局部磁化。
【文檔編號】G01R33/02GK103884999SQ201310714805
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】M.霍貝斯伯格, S.C.霍諾德, R.R.莫塞 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司