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DE19932911A1 - Method and device for determining the width of the air gap between the rotor and stator of a rotating electrical machine, in particular a ring motor - Google Patents

Method and device for determining the width of the air gap between the rotor and stator of a rotating electrical machine, in particular a ring motor

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DE19932911A1
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Germany
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air gap
width
rotor
determining
camera
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Jean-Claude Kemp
Kurt Tischler
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Siemens Corp
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    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

A method and device for determining the width of a gap (3) between a rotor (2) and a stator (1) in a rotating electric machine, especially an annular motor, whereby the device for determining the width of the gap (3) is provided with a camera (4) which records an image of said gap (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes zwischen Läufer und Ständer einer rotierenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Ringmotors.The invention relates to a method and a device to determine the width of the air gap between rotor and Stand of a rotating electrical machine, in particular a ring motor.

Insbesondere bei Ringmotoren ist die Breite des Luftspalts zwischen dem Läufer und dem Ständer eine kritische Größe. Es ist bekannt, die Breite des Luftspaltes durch magnetische, kapazitive oder Ultraschall-Abstandsmessungen zu bestimmen. Es ist ferner bekannt die Breite des Luftspaltes durch Mes­ sung des magnetischen Feldes im Luftspalt mittels Hall­ sensoren zu bestimmen.In the case of ring motors in particular, the width of the air gap is a critical size between the runner and the stand. It is known, the width of the air gap by magnetic, to determine capacitive or ultrasonic distance measurements. It is also known the width of the air gap by measuring solution of the magnetic field in the air gap by means of Hall to determine sensors.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung bzw. ein Ver­ fahren anzugeben, mittels der bzw. dessen die Breite des Luftspaltes zwischen Läufer und Ständer einer rotierenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Ringmotors präziser bestimmt werden kann.The object of the invention is to provide a device or a Ver drive to indicate the width of the Air gap between rotor and stator of a rotating one electrical machine, especially a ring motor more precise can be determined.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Dabei wird zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes zwischen Läu­ fer und Ständer einer rotierenden elektrischen Maschine(eines Generators oder eines Elektromotors), insbesondere eines Ringmotors, die Breite des Luftspaltes mittels einer Kamera aufgenommen. Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes zwischen Läufer und Ständer einer rotierenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Ringmo­ tors, weist eine Kamera zur Aufnahme eines Abbildes des Luftspaltes auf. Mittels der Erfindung ist es möglich, die Breite des Luftspaltes zwischen Ständer und Läufer einer ro­ tierenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Ringmo­ tors, präziser zu bestimmen als dies mit den bekannten Ver­ fahren möglich ist. Ferner ermöglicht die Erfindung eine schnellere Bestimmung der Breite des Luftspaltes als mit den bekannten Verfahren. Dies gilt insbesondere gegenüber Meßsy­ stemen die auf der Messung des magnetischen Feldes im Luftspalt beruhen, da bei derartigen Messungen zur Vermeidung von Fehlmessungen ein Mittelwert über den Pol des Elektromo­ tors, an dem die Messung vorgenommen wird, gebildet werden muß. Die Erfindung erlaubt dagegen mehrere Messungen pro Pol, so daß sogar die Form des Pols abgebildet werden kann.The object is achieved according to the invention by a device Claim 1 and a method according to claim 7 solved. there is used to determine the width of the air gap between Läu fer and stand of a rotating electrical machine (one Generator or an electric motor), especially one Ring motor, the width of the air gap using a camera added. An inventive device for determination the width of the air gap between rotor and stator one rotating electrical machine, especially a Ringmo tors, has a camera for recording an image of the Air gap. By means of the invention it is possible to Width of the air gap between the stator and rotor of a ro  electric machine, in particular a ring mo tors to determine more precisely than this with the known Ver driving is possible. Furthermore, the invention enables faster determination of the width of the air gap than with the known methods. This applies in particular to Meßsy stemen on the measurement of the magnetic field in the Air gap are due to avoid such measurements a mean value of incorrect measurements over the pole of the electromo tors on which the measurement is made got to. In contrast, the invention allows several measurements per pole, so that even the shape of the pole can be mapped.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Ein­ richtung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes zwischen Läufer und Ständer eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des mittels der Kamera aufgenommenen Abbildes des Luftspaltes auf.In an advantageous embodiment of the invention, the one direction for determining the width of the air gap between Runner and stand an evaluation device for evaluation the image of the air gap recorded by the camera on.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung die Breite des Luftspaltes durch Aus­ zählung von Pixeln des mittels der Kamera aufgenommenen Ab­ bildes des Luftspaltes bestimmend ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention the evaluation device the width of the air gap by Aus counting pixels of the Ab recorded by the camera determining the image of the air gap.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Kamera als Zeilenkamera ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the invention the camera is designed as a line scan camera.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes zwischen Läufer und Ständer eine Lichtquelle zur Bestrahlung des Luftspaltes auf.In a further advantageous embodiment of the invention the device for determining the width of the air gap a light source for radiation between the rotor and the stand of the air gap.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle ein Laser.In a further advantageous embodiment of the invention the light source is a laser.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Im einzelnen zeigen: Further advantages and inventive details emerge on the following description of exemplary embodiments. In detail show:  

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ein­ richtung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes zwi­ schen Ständer und Läufer, Fig. 1 shows an embodiment of an inventive device for determining the width of the air gap Zvi's stator and rotor,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung einer Kamera an einem Ringmotor, Fig. 2 shows an embodiment for the arrangement of a camera on a ring motor,

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes 3 zwi­ schen dem Ständer 1 und dem Läufer 2 eines Elektromotors, insbesondere eines Ringmotors. Dazu ist eine Kamera 4 vorge­ sehen. In beispielhafter Ausgestaltung weist die Kamera 4 La­ ser auf, mit denen der Luftspalt 3 angestrahlt wird. Bezugs­ zeichen 5 bezeichnet dabei die von den Lasern ausgesendeten Strahlen. Die optische Achse 6 der Kammer 4 ist auf den Luft­ spalt 3 bzw. in etwa auf den Luftspalt 3 ausgerichtet. Mit der Kamera 4, die vorteilhafterweise als Zahlenkamera ausge­ bildet ist, wird ein Abbild des Luftspaltes 3 aufgenommen. Die Kamera 4 ist mit einer nicht gezeigten Auswerteeinrich­ tung verbunden, die durch Auszählen der Pixel des Abbildes des Luftspaltes 3 die Breite des Luftspaltes ermittelt. Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Auswerteeinrich­ tung kalibrierbar ist. Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for determining the width of the air gap 3 between the stator 1 and the rotor 2 of an electric motor, in particular a ring motor. For this purpose, a camera 4 is seen. In an exemplary embodiment, the camera 4 has laser, with which the air gap 3 is illuminated. Reference 5 denotes the rays emitted by the lasers. The optical axis 6 of the chamber 4 is aligned with the air gap 3 or approximately with the air gap 3 . With the camera 4 , which is advantageously formed as a number camera, an image of the air gap 3 is recorded. The camera 4 is connected to an evaluation device, not shown, which determines the width of the air gap by counting the pixels of the image of the air gap 3 . It is advantageously provided that the evaluation device can be calibrated.

Die Beleuchtung des Luftspaltes mit Lasern bzw. einer Licht­ quelle ist optional. Neben der dargestellten Ausführung, in der Luftspalt von der Seite bestrahlt wird, auf der auch die Kamera angeordnet ist, ist auch alternativ ein Durchlichtver­ fahren möglich. Dabei wird der Luftspalt von der anderen Sei­ te mit einer Lichtquelle bestrahlt. Auf diese Weise ist das Abbild des Luftspaltes heller als das Abbild des Ständers 1 bzw. des Läufers 2.Illumination of the air gap with lasers or a light source is optional. In addition to the embodiment shown, in which the air gap is irradiated from the side on which the camera is also arranged, a transmitted light method is also possible as an alternative. The air gap from the other side is irradiated with a light source. In this way, the image of the air gap is lighter than the image of the stator 1 or the rotor 2 .

Wird auf eine zusätzliche Lichtquelle verzichtet, so ist es besonders vorteilhaft mit der Kamera 4 ein Infrarotabbild vom Luftspalt 3 aufzunehmen und auszuwerten. Durch die Erwärmung von Ständer 1 und Läufer 2 im Betrieb des Elektromotors wird auf diese Weise ein besonders guter Kontrast zum Luftspalt 3 erzeugt.If an additional light source is dispensed with, it is particularly advantageous to record and evaluate an infrared image of the air gap 3 with the camera 4 . The heating of stator 1 and rotor 2 during operation of the electric motor produces a particularly good contrast to the air gap 3 in this way.

In vorteilhafter Weise werden, wie in Fig. 1 dargestellt, zwei Linien mit Laserlicht erzeugt, die dann aufeinanderfallen, wenn die Kamera 4 einen bestimmten Abstand vom Luftspalt 3 hat. Auf diese Weise kann der Abstand der Kamera 4 vom Luftspalt 3 besonders präzise eingestellt werden.In an advantageous manner, as shown in FIG. 1, two lines are generated with laser light, which coincide when the camera 4 is at a certain distance from the air gap 3 . In this way, the distance of the camera 4 from the air gap 3 can be set particularly precisely.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Ringmotor, dabei bezeichnet Bezugszeichen 1 den Ständer und Bezugszeichen 2 den Läufer des Ringmotors. Mit Bezugszeichen 3 ist der Luft­ spalt zwischen Ständer 1 und Läufer 2 bezeichnet. Zum Schutz vor dem rotierenden Läufer 2 ist ein Wicklungsschild 7 vor­ gesehen. Dabei ist die Kamera 4 besonders vorteilhaft an der dem Läufer 2 zugewandten Seite des Wicklungsschildes 7 ange­ ordnet. Fig. 2 shows a cross section through a ring motor, reference numeral 1 denotes the stator and reference numeral 2 the rotor of the ring motor. With reference numeral 3 , the air gap between stator 1 and rotor 2 is designated. To protect against the rotating rotor 2 , a winding shield 7 is seen before. The camera 4 is particularly advantageously arranged on the side of the winding shield 7 facing the rotor 2 .

Claims (7)

1. Einrichtung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes (3) zwischen Läufer (2) und Ständer (1) einer rotierenden elek­ trischen Maschine, insbesondere eines Ringmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes (3) eine Kame­ ra (4) zur Aufnahme eines Abbildes des Luftspaltes (3) auf­ weist.1. A device for determining the width of the air gap ( 3 ) between the rotor ( 2 ) and stand ( 1 ) of a rotating electrical machine, in particular a ring motor, characterized in that the device for determining the width of the air gap ( 3 ) a came ra ( 4 ) for recording an image of the air gap ( 3 ). 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des mittels der Kamera (4) aufgenommenen Abbildes des Luftspaltes (3) aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that it has an evaluation device for evaluating the image of the air gap ( 3 ) recorded by means of the camera ( 4 ). 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer­ teeinrichtung die Breite des Luftspaltes (3) durch Auszählung von Pixeln des mittels der Kamera (4) aufgenommenen Bildes des Luftspaltes (3) bestimmend ausgebildet ist.3. Device according to claim 2, characterized in that the Auswer teeinrichtung the width of the air gap ( 3 ) by counting pixels of the camera ( 4 ) recorded image of the air gap ( 3 ) is formed determining. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (4) als Zeilenkamera ausgebildet ist.4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the camera ( 4 ) is designed as a line camera. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lichtquelle zur Bestrahlung des Luftspaltes (3) aufweist.5. Device according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that it has a light source for irradiating the air gap ( 3 ). 6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­ quelle ein Laser ist. 6. Device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the light source is a laser.   7. Verfahren zur Bestimmung der Breite des Luftspaltes (3) zwischen Läufer (2) und Ständer (1) einer rotierenden elek­ trischen Maschine, insbesondere eines Ringmotors, insbesonde­ re mittels einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Luftspaltes (3) mittels einer Kamera (4) aufgenommen wird.7. A method for determining the width of the air gap ( 3 ) between the rotor ( 2 ) and stator ( 1 ) of a rotating electrical machine, in particular a ring motor, in particular by means of a device according to one of the preceding claims, characterized in that the width of the Air gap ( 3 ) is recorded by means of a camera ( 4 ).
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