检查发电机气隙的方法

文档序号:9233693
检查发电机气隙的方法
【技术领域】
[0001]本发明描述了一种检查发电机气隙的方法和一种用于检测发电机的气隙中的不规则性的气隙检查设备。
【背景技术】
[0002]电动马达或发电机包括转子和定子,并且转子通过气隙与定子分隔开。在转子和定子之间的气隙对于机器的高效操作起到非常重要的作用。一般来讲,尤其是在诸如风力涡轮机发电机的大型电机的情况中,转子被实现为场并且承载磁体的布置,同时定子被实现为电枢并且承载定子绕组的布置。
[0003]在诸如直驱式发电机的非常大的电机的情况中,外部转子可具有在几米的范围内的直径。这样的发电机具有对应地大数目的定子齿和磁极。例如,在3.0MW直驱式发电机的情况中,内部定子可包括具有总计超过300个定子齿的若干定子区段,并且转子外壳可具有超过100个狭槽,同时每个狭槽可容纳若干个磁体??榛虼偶?。这样的发电机的深度(即,前端和后端之间的距离)可以在1.0m和3.0m之间,并且发电机总深度可以超出转子狭槽的长度。为了安全起见,磁极片通常使用合适的机械在自动或半自动工作流中插入转子狭槽中。
[0004]这样的大型发电机的气隙可以为仅仅几毫米宽,并且在相对的定子齿和磁极之间的空间应尽可能均匀。已知的目视检查技术可涉及将光照入气隙中并检查是否存在任何异常。然而,由于发电机的深度,气隙的目视检查是极其难以实现的,并且容易出错。仅仅一个磁极的未检测到的不对准就可能对气隙具有显著的负面影响。类似地,定子区段的未检测到的不对准可导致发电机的部段上方的不均匀的气隙。这种不平衡可造成不均匀的扭矩(扭矩波动)。在最坏的情况中,当发电机投入运行时,气隙中的不规则性可导致转子和定子之间灾难性的碰撞。这样的碰撞涉及非常高的成本,特别是在海上风力涡轮机的情况中。因此,最重要的是在发电机被安装或投入运行之前确保这样的发电机的气隙没有任何不规则性或异常。
[0005]因此,本发明的目的是提供一种可靠而直接的方式来检测电机的气隙中的不规则性。
[0006]该目的由权利要求1的检测电机的气隙的方法和权利要求9的气隙检查设备实现。

【发明内容】

[0007]根据本发明,检查电机气隙的方法包括以下步骤:将至少一个激光束导向到气隙中;在反射之后检测激光束;确定由激光束经过的距离;以及分析所经过的距离以检测气隙中的不规则性。
[0008]激光束可由诸如激光测距仪的装置或以相同或类似的原理(即,将激光束导向到目标并且测量在装置处检测到反射的光束所花费的时间)操作的相当的装置生成。然后可计算由激光束经过的总距离(外出路径和返回路径之和)。根据本发明的方法的优点在于,气隙中的任何不规则性(甚至仅非常微小的不规则性)可以以非常高的准确度快速且方便地确定。这是一个显著的优点,特别是在诸如直驱式发电机的非常大的电机(如在介绍部分所述,这样的电机具有在若干米的范围内的直径和对应地大数目的定子齿和磁极)的情况中,因为这样狭窄但广延的气隙的目视检查是非常难以实现的,并且也容易出错。根据本发明的方法提供了一种可靠且准确地检测任何不规则性或异常的方式,甚至在毫米范围内的非常小的偏差或差异的情况中。
[0009]根据本发明,用于检测发电机的气隙中的不规则性的气隙检查设备包括:激光???,其被实现为将至少一个激光束导向到气隙中并且在反射之后检测激光束;计算单元,其被实现为确定激光束经过的距离;以及分析单元,其被实现为分析所经过的距离以检测气隙中的不规则性。
[0010]根据本发明的气隙检查设备的优点在于,它可以以相对低的成本实现。另一个优点在于,它可以进行非常彻底而精确的气隙分析,使得即使非常小的异?;虿还嬖蛐砸部杀谎杆偾胰菀椎厥侗?。
[0011]本发明的特别有利的实施例和特征由在下面的描述中揭示的从属权利要求给出。不同的权利要求类别的特征可以在适当时结合以提供本文未描述的另外的实施例。
[0012]在下文中,但不以任何方式限制本发明,可以假设电机为发电机,例如在风力涡轮机中所用类型的直驱式同步发电机。
[0013]在下文中,可以假设气隙检查在组装后的程序中(即,在发电机已被组装之后)执行。在诸如带有外部转子的直驱式同步发电机的发电机中,制造步骤通常涉及通过将定子区段围绕圆柱形芯部安装并且然后将定子插入空的转子外壳中而组装内部定子。转子外壳通常包括平行狭槽的布置(其中接着插入预磁化的磁体??榛虼偶?,或者它可包括任何其它合适的磁体保持装置。根据本发明的气隙检查方法在转子外壳已被填充所有必要数目的磁极片之后执行。
[0014]在下文中,同样不以任何方式限制本发明,可以假设激光束被从发电机的一端在相对端的方向上导向。例如,组装的发电机可具有开口端(称为驱动端)和封闭端(称为非驱动端),由此开口端可对应于随后将连接到风力涡轮机的轮毂的前端,而封闭端对应于面向风力涡轮机的舱罩或机舱内的后端。该封闭端可通过与制动盘交接的凸缘或通过任何其它合适的元件封闭。转子外壳自身可延伸超过转子狭槽的长度,以便容纳任何绕组端部。激光束可被反射离开封闭端的表面,在开放的前端的方向上返回。
[0015]激光束可根据任何合适的扫描图案导向到气隙中,例如,激光束可对角地导向到气隙中。优选地,激光束在平行于发电机的旋转轴线的方向上导向到气隙中。在这种情况下,除了激光??楹推吨涞娜魏纹凭嗬胫?,并且除了气隙和封闭端之间的任何偏移之外,激光束经过的距离可包括发电机的深度的两倍,例如转子外壳的深度的两倍。对于激光束经过的任何这样的路径来说,超出转子外壳深度的两倍的测量距离将指示气隙沿该路径没有任何不规则性。优选地,根据本发明的气隙检查设备被实现为检测具有至少1.0m的深度的发电机的气隙中的不规则性,并且该发电机具有在4.0m至7.0m的范围内的对应地大的直径。
[0016]激光束可能例如通过保持激光测距仪并且将其导向到气隙中来手动地操作。然而,除非该操作非常精确地执行,可能会漏掉一些不规则性处。因此,在本发明的一个优选实施例中,激光束被控制以扫描由定子的外轮廓和转子的相对的外轮廓限定的区域或体积。该方法基于以下观点:对于特定的发电机设计来说,“正确的”气隙将具有某种形状。该形状将是大致环形的,基于末端开放的圆柱体的形状,但一个表面受磁极片和转子外壳的表面轮廓支配,并且另一个表面受带有其定子齿和绕组的定子的表面轮廓支配。在下文中,该环形体积称为“扫描区域”或“待扫描区域”。在本发明的一个优选实施例中,扫描区域优选地略大于实际气隙,使得诸如转子椭圆化的异常也可被检测到。在根据本发明的方法中,激光束可朝后盖被导向到扫描区域中,在那里,激光束被反射,使得它沿着其返回路径向后行进,并且在激光??橄喽杂谏枨蛞贫辈饬烤木嗬?。
[0017]由激光束经过的距离可间歇地或以任何合适的间隔测量。优选地,激光束被控制以跟随扫描区域中预定的网格图案,从而在与这样的虚拟网格中的点相对应的点处测量由激光束经过的距离。该方法允许更精确地分析任何差异,例如以确定激光路径“过短”的原因。这里,当激光束在其通过气隙的外出行程和返回行程上经过的距离小于气隙长度的两倍时,确定“过短”的激光路径。一组或一群这样过短的路径可被分析以例如通过考虑将由这些过短的路径投射到虚拟平面上的形状来确定原因。
[0018]这样的分析的准确度可在一定程度上取决于在某个区域内获得的这样的扫描点的数目,例如每平方厘米扫描区域的扫描点的数目。因此,在本发明的一个优选实施例中,网格图案的分辨率被确定,以便允许检测不对准的磁极和/或检测发电机转子的椭圆化和/或检测扫描区域中的异物。然后,优选地根据网格分辨率在扫描区域的预定扫描点处确定由激光束经过的距离。例如,扫描区域可以被实际上划
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