檢查發(fā)電機(jī)氣隙的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明描述了一種檢查發(fā)電機(jī)氣隙的方法和一種用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)的氣隙中的不規(guī)則性的氣隙檢查設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)馬達(dá)或發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，并且轉(zhuǎn)子通過氣隙與定子分隔開。在轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙對(duì)于機(jī)器的高效操作起到非常重要的作用。一般來講，尤其是在諸如風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的大型電機(jī)的情況中，轉(zhuǎn)子被實(shí)現(xiàn)為場(chǎng)并且承載磁體的布置，同時(shí)定子被實(shí)現(xiàn)為電樞并且承載定子繞組的布置。
[0003]在諸如直驅(qū)式發(fā)電機(jī)的非常大的電機(jī)的情況中，外部轉(zhuǎn)子可具有在幾米的范圍內(nèi)的直徑。這樣的發(fā)電機(jī)具有對(duì)應(yīng)地大數(shù)目的定子齒和磁極。例如，在3.0MW直驅(qū)式發(fā)電機(jī)的情況中，內(nèi)部定子可包括具有總計(jì)超過300個(gè)定子齒的若干定子區(qū)段，并且轉(zhuǎn)子外殼可具有超過100個(gè)狹槽，同時(shí)每個(gè)狹槽可容納若干個(gè)磁體模塊或磁極片。這樣的發(fā)電機(jī)的深度(即，前端和后端之間的距離)可以在1.0m和3.0m之間，并且發(fā)電機(jī)總深度可以超出轉(zhuǎn)子狹槽的長(zhǎng)度。為了安全起見，磁極片通常使用合適的機(jī)械在自動(dòng)或半自動(dòng)工作流中插入轉(zhuǎn)子狹槽中。
[0004]這樣的大型發(fā)電機(jī)的氣隙可以為僅僅幾毫米寬，并且在相對(duì)的定子齒和磁極之間的空間應(yīng)盡可能均勻。已知的目視檢查技術(shù)可涉及將光照入氣隙中并檢查是否存在任何異常。然而，由于發(fā)電機(jī)的深度，氣隙的目視檢查是極其難以實(shí)現(xiàn)的，并且容易出錯(cuò)。僅僅一個(gè)磁極的未檢測(cè)到的不對(duì)準(zhǔn)就可能對(duì)氣隙具有顯著的負(fù)面影響。類似地，定子區(qū)段的未檢測(cè)到的不對(duì)準(zhǔn)可導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的部段上方的不均勻的氣隙。這種不平衡可造成不均勻的扭矩(扭矩波動(dòng))。在最壞的情況中，當(dāng)發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行時(shí)，氣隙中的不規(guī)則性可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子之間災(zāi)難性的碰撞。這樣的碰撞涉及非常高的成本，特別是在海上風(fēng)力渦輪機(jī)的情況中。因此，最重要的是在發(fā)電機(jī)被安裝或投入運(yùn)行之前確保這樣的發(fā)電機(jī)的氣隙沒有任何不規(guī)則性或異常。
[0005]因此，本發(fā)明的目的是提供一種可靠而直接的方式來檢測(cè)電機(jī)的氣隙中的不規(guī)則性。
[0006]該目的由權(quán)利要求1的檢測(cè)電機(jī)的氣隙的方法和權(quán)利要求9的氣隙檢查設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明，檢查電機(jī)氣隙的方法包括以下步驟:將至少一個(gè)激光束導(dǎo)向到氣隙中；在反射之后檢測(cè)激光束；確定由激光束經(jīng)過的距離；以及分析所經(jīng)過的距離以檢測(cè)氣隙中的不規(guī)則性。
[0008]激光束可由諸如激光測(cè)距儀的裝置或以相同或類似的原理(即，將激光束導(dǎo)向到目標(biāo)并且測(cè)量在裝置處檢測(cè)到反射的光束所花費(fèi)的時(shí)間)操作的相當(dāng)?shù)难b置生成。然后可計(jì)算由激光束經(jīng)過的總距離(外出路徑和返回路徑之和)。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，氣隙中的任何不規(guī)則性(甚至僅非常微小的不規(guī)則性)可以以非常高的準(zhǔn)確度快速且方便地確定。這是一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，特別是在諸如直驅(qū)式發(fā)電機(jī)的非常大的電機(jī)(如在介紹部分所述，這樣的電機(jī)具有在若干米的范圍內(nèi)的直徑和對(duì)應(yīng)地大數(shù)目的定子齒和磁極)的情況中，因?yàn)檫@樣狹窄但廣延的氣隙的目視檢查是非常難以實(shí)現(xiàn)的，并且也容易出錯(cuò)。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了一種可靠且準(zhǔn)確地檢測(cè)任何不規(guī)則性或異常的方式，甚至在毫米范圍內(nèi)的非常小的偏差或差異的情況中。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)的氣隙中的不規(guī)則性的氣隙檢查設(shè)備包括:激光模塊，其被實(shí)現(xiàn)為將至少一個(gè)激光束導(dǎo)向到氣隙中并且在反射之后檢測(cè)激光束；計(jì)算單元，其被實(shí)現(xiàn)為確定激光束經(jīng)過的距離；以及分析單元，其被實(shí)現(xiàn)為分析所經(jīng)過的距離以檢測(cè)氣隙中的不規(guī)則性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的氣隙檢查設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以以相對(duì)低的成本實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它可以進(jìn)行非常徹底而精確的氣隙分析，使得即使非常小的異?；虿灰?guī)則性也可被迅速且容易地識(shí)別。
[0011]本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征由在下面的描述中揭示的從屬權(quán)利要求給出。不同的權(quán)利要求類別的特征可以在適當(dāng)時(shí)結(jié)合以提供本文未描述的另外的實(shí)施例。
[0012]在下文中，但不以任何方式限制本發(fā)明，可以假設(shè)電機(jī)為發(fā)電機(jī)，例如在風(fēng)力渦輪機(jī)中所用類型的直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)。
[0013]在下文中，可以假設(shè)氣隙檢查在組裝后的程序中(即，在發(fā)電機(jī)已被組裝之后)執(zhí)行。在諸如帶有外部轉(zhuǎn)子的直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)中，制造步驟通常涉及通過將定子區(qū)段圍繞圓柱形芯部安裝并且然后將定子插入空的轉(zhuǎn)子外殼中而組裝內(nèi)部定子。轉(zhuǎn)子外殼通常包括平行狹槽的布置(其中接著插入預(yù)磁化的磁體模塊或磁極片)，或者它可包括任何其它合適的磁體保持裝置。根據(jù)本發(fā)明的氣隙檢查方法在轉(zhuǎn)子外殼已被填充所有必要數(shù)目的磁極片之后執(zhí)行。
[0014]在下文中，同樣不以任何方式限制本發(fā)明，可以假設(shè)激光束被從發(fā)電機(jī)的一端在相對(duì)端的方向上導(dǎo)向。例如，組裝的發(fā)電機(jī)可具有開口端(稱為驅(qū)動(dòng)端)和封閉端(稱為非驅(qū)動(dòng)端)，由此開口端可對(duì)應(yīng)于隨后將連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂的前端，而封閉端對(duì)應(yīng)于面向風(fēng)力渦輪機(jī)的艙罩或機(jī)艙內(nèi)的后端。該封閉端可通過與制動(dòng)盤交接的凸緣或通過任何其它合適的元件封閉。轉(zhuǎn)子外殼自身可延伸超過轉(zhuǎn)子狹槽的長(zhǎng)度，以便容納任何繞組端部。激光束可被反射離開封閉端的表面，在開放的前端的方向上返回。
[0015]激光束可根據(jù)任何合適的掃描圖案導(dǎo)向到氣隙中，例如，激光束可對(duì)角地導(dǎo)向到氣隙中。優(yōu)選地，激光束在平行于發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的方向上導(dǎo)向到氣隙中。在這種情況下，除了激光模塊和氣隙之間的任何偏移距離之外，并且除了氣隙和封閉端之間的任何偏移之外，激光束經(jīng)過的距離可包括發(fā)電機(jī)的深度的兩倍，例如轉(zhuǎn)子外殼的深度的兩倍。對(duì)于激光束經(jīng)過的任何這樣的路徑來說，超出轉(zhuǎn)子外殼深度的兩倍的測(cè)量距離將指示氣隙沿該路徑?jīng)]有任何不規(guī)則性。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的氣隙檢查設(shè)備被實(shí)現(xiàn)為檢測(cè)具有至少1.0m的深度的發(fā)電機(jī)的氣隙中的不規(guī)則性，并且該發(fā)電機(jī)具有在4.0m至7.0m的范圍內(nèi)的對(duì)應(yīng)地大的直徑。
[0016]激光束可能例如通過保持激光測(cè)距儀并且將其導(dǎo)向到氣隙中來手動(dòng)地操作。然而，除非該操作非常精確地執(zhí)行，可能會(huì)漏掉一些不規(guī)則性處。因此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，激光束被控制以掃描由定子的外輪廓和轉(zhuǎn)子的相對(duì)的外輪廓限定的區(qū)域或體積。該方法基于以下觀點(diǎn):對(duì)于特定的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)來說，“正確的”氣隙將具有某種形狀。該形狀將是大致環(huán)形的，基于末端開放的圓柱體的形狀，但一個(gè)表面受磁極片和轉(zhuǎn)子外殼的表面輪廓支配，并且另一個(gè)表面受帶有其定子齒和繞組的定子的表面輪廓支配。在下文中，該環(huán)形體積稱為“掃描區(qū)域”或“待掃描區(qū)域”。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，掃描區(qū)域優(yōu)選地略大于實(shí)際氣隙，使得諸如轉(zhuǎn)子橢圓化的異常也可被檢測(cè)到。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，激光束可朝后蓋被導(dǎo)向到掃描區(qū)域中，在那里，激光束被反射，使得它沿著其返回路徑向后行進(jìn)，并且在激光模塊相對(duì)于掃描區(qū)域移動(dòng)時(shí)測(cè)量經(jīng)過的距離。
[0017]由激光束經(jīng)過的距離可間歇地或以任何合適的間隔測(cè)量。優(yōu)選地，激光束被控制以跟隨掃描區(qū)域中預(yù)定的網(wǎng)格圖案，從而在與這樣的虛擬網(wǎng)格中的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)處測(cè)量由激光束經(jīng)過的距離。該方法允許更精確地分析任何差異，例如以確定激光路徑“過短”的原因。這里，當(dāng)激光束在其通過氣隙的外出行程和返回行程上經(jīng)過的距離小于氣隙長(zhǎng)度的兩倍時(shí)，確定“過短”的激光路徑。一組或一群這樣過短的路徑可被分析以例如通過考慮將由這些過短的路徑投射到虛擬平面上的形狀來確定原因。
[0018]這樣的分析的準(zhǔn)確度可在一定程度上取決于在某個(gè)區(qū)域內(nèi)獲得的這樣的掃描點(diǎn)的數(shù)目，例如每平方厘米掃描區(qū)域的掃描點(diǎn)的數(shù)目。因此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，網(wǎng)格圖案的分辨率被確定，以便允許檢測(cè)不對(duì)準(zhǔn)的磁極和/或檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的橢圓化和/或檢測(cè)掃描區(qū)域中的異物。然后，優(yōu)選地根據(jù)網(wǎng)格分辨率在掃描區(qū)域的預(yù)定掃描點(diǎn)處確定由激光束經(jīng)過的距離。例如，掃描區(qū)域可以被實(shí)際上劃