JP2009131150A - 温度検出測定システムを有するダイナモ電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】公知のダイナモ電気機械に比べてダイナモ電気機械の利用を高めることができるように、ダイナモ電気機械の特に回転部品の位置正確および温度正確な熱マップを生成することのできる評価機構を有するダイナモ電気機械を提供する。
【解決手段】 ステータ（２）と軸（８）に相対回転不能に結合されたロータ（６）とを有するダイナモ電気機械（１）であって、一方の軸末端にロータ位置エンコーダ（９）があり、非接触式センサ（１０）がロータ（６）の周りに配置されており、これらのセンサがロータ（６）の表面温度を検出し、かつロータ位置エンコーダ（９）と一緒にロータ（６）の位置正確な温度マップを生成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ステータと軸に相対回転不能に結合されたロータとを有するダイナモ電気機械であって、センサを介してロータの温度が検出されるものに関する。

出力限界で作動されるダイナモ電気機械では、回転部品の温度が極めて重要なパラメータである。最大許容温度がダイナモ電気機械の性能を決定する。許容温度を上回ると、出力が低下する他に、ダイナモ電気機械の破壊を生じることもある。この理由から、使用頻度の高いダイナモ電気機械では温度の監視は省くことができない。

ダイナモ電気機械の回転部品はその周面に沿って、またその軸線方向広がりでも、様々に加熱されることがある。このことは非同期技術のダイナモ電気機械にも同期技術のダイナモ電気機械にもあてはまる。

使用頻度の高いダイナモ電気機械では、従来コイル端に挿入された温度検出器を用いて温度を検出していた。この方法は２つの決定的欠点を有する。一方で回転部品の温度を直接検出できず、他方で温度検出器は熱時定数と平行して現れる一定の質量を有し、そのためやはり、検出した測定値が実際の巻線温度値を「後追い」することになる。

そのことから極端な場合、例えばダイナモ電気機械をごく動的に作動させるとき、回転構成部品が過熱により破損する危険がある。このため、ダイナモ電気機械の制御における警告温度は一般に所要温度より１０％低く設定され、このため当然にダイナモ電気機械はその出力限界にまで最適に利用することができない。

そこで本発明の課題は、公知のダイナモ電気機械に比べてダイナモ電気機械の利用を高めるべく、ダイナモ電気機械の特に回転部品の位置および温度が正確な熱マップを生成することのできる評価機構を有するダイナモ電気機械を提供することである。

上記の課題は、ステータと、軸に相対回転不能に結合されたロータとを有するダイナモ電気機械であって、一方の軸末端にロータ位置エンコーダがあり、非接触式センサがロータの周りに配置されており、これらセンサがロータの表面温度を検出し、かつロータ位置エンコーダと一緒にロータの位置正確な温度マップを生成するダイナモ電気機械により達成される。

本発明によれば非接触式センサでロータの温度を検出し、同時にロータ位置エンコーダを介してロータの位置を検出することで、ロータ温度の位置正確な判定をいつでも明確かつ一義的に行うことができる。回転部品の温度は回転部品から放射される赤外放射に比例しており、従ってこの赤外放射は非接触式に検出するセンサ、特に赤外線センサによって遅滞なくピックアップされ、処理ユニットに転送される。

例えばロータの内部又は表面に配置される永久磁石の温度が監視される。それは、温度が過度に高いときこれらの永久磁石の脱磁が生じるからである。

ロータの軸線方向長さにわたってこのようなセンサを、特にステータに配置することによってロータの軸線方向温度推移も監視するとよい。こうしてロータは正面でもまたその表面にわたっても温度センサによって監視され、温度センサはそのデータを処理ユニットに転送し、こうして各ロータ位置エンコーダのデータでもってロータ表面温度のごく正確な判定を確認し得る。有利には、非接触式に温度を検出する赤外線センサが正面でもステータでも、空隙に向き合う側で、センサとして利用される。

他の実施形態では、正面に複数のセンサが半径方向で上下に取付けられ、こうして様々なロータ半径を監視し、そこに存在する温度を検出できるようにされている。

同様に、特にそこでもラインセンサの使用が極めて有意義なことがある。

本発明と本発明の他の有利な諸構成は略示した実施例を基に読み取ることができる。

図１に部分縦断面図で示すダイナモ電気機械１はステータ２を有し、このステータは詳しくは図示しない溝のなかに巻線３を有し、この巻線はステータ２の正面にコイル端４を形成する。ステータ２は、空隙と反対の側に、特にステータ２の成層鉄心を冷却すべく少なくとも１つの冷却通路５を備えており、この冷却通路が冷却回路の一部となる。冷却回路の冷却材は空気又は液体、特に水である。

ロータ６は軸８と相対回転不能に結合され、例えば焼嵌めされている。この実施例においてロータ６は非同期機のかご形回転子として形成されており、それゆえにロータ６の正面にも短絡リング７を有する。

本発明の別の実施形態においてロータは図３と図４に示すように永久磁石を備えてもよく、こうして永久磁石同期機を形成できる。

こうして本発明はあらゆる形式の回転モータに適している。

軸８の一方の正面にあるロータ位置エンコーダ９は例えば非導電性ねじ１５を介して軸８と相対回転不能に結合されている。このロータ位置エンコーダ９、特にリゾルバを介して、ロータ６の厳密な角度位置および位置が絶対値として判定される。

軸８は少なくともこの側で軸受１２により固定されており、この軸受は軸受台１１により保持されている。特に軸受台１１又は軸受台１１の領域に、温度センサ１０が配置されており、これら温度センサは、この場合短絡リングにしろ、別の実施例での各永久磁石１７にしろ、ロータ６の正面で温度を特に非接触式に検出する。これら温度センサ１０は特に赤外線センサとして形成されており、実際の温度とこの温度の検出との間に時間的遅れも生じない。こうしてこれら温度値の処理ユニット１３への転送、従って評価は、遅滞なく可能である。

ロータ６の半径方向で更に内側にある領域も検出すべく、点状赤外線センサに代えて図４に示す、ロータ６の設定可能な半径方向部分を検出するラインセンサも使用できる。

ロータ６の軸線方向温度推移も正確に検出すべく、他の実施形態では、ステータ２はその空隙の領域に、軸線方向で前後に配置される図２による複数の温度センサ１０を備えている。この原理図はステータ２の成層鉄心をステータ孔の方から見た図である。

温度センサ１０は放射される赤外放射を検出し、従って例えば結束帯１７又はかご形巻線の下でロータ６の溝内に永久磁石が配置されているロータ表面の温度を検出する。

図２は、ダイナモ電気機械の空隙に向き合う側でステータ２の各第４板が温度センサ１０を有することを例示的に示す。例えば温度センサ１０を処理ユニットに接続するために少なくとも１つの板は、半径方向外方に延びる通路又は少なくとも冷却通路まで延びる通路を有する。

ロータ位置エンコーダ９の情報と合わせて、ロータ６の一方又は両方の正面でもまたその軸線方向推移に沿ってもロータ温度をごく正確に確認できる。

そのことを図３は、特にロータ６の内、軸線方向で前後に配置される永久磁石を備えた原理的部分図で示している。永久磁石の間隔αは、図２によるステータ２の温度センサ１０の間隔でもあるとよい。

埋め込んだ永久磁石１７の場合でも温度を検出するためにロータ６の正面に向き合わせて配置されたラインセンサがロータ６、特に永久磁石１７の半径方向外側にある領域も半径方向内側にある領域も検出する。

図５は本発明に係るこのシステム、特にダイナモ電気機械の根底にある温度検出の情報処理を原理図で示す。温度センサ１０、特に赤外線センサを介して、有利にはロータ６の正面でおよび／又はステータ２の軸線方向推移にわたって、ロータ６の温度又はロータ６上にある永久磁石１７又はかご形巻線７等の構成部品の温度が検出される。データは個々に、又は共通のデータ線路、特にバスシステムを介して処理ユニット１３に転送される。この処理ユニット１３にロータ位置エンコーダ９は各々ロータ６の回転角も格納する。こうして少なくともロータ６の一方又は両方の正面で図６の温度分布を確認することができ、この温度分布は回転角に依存して、万一の危険な性質の温度極大の存在する箇所を正確に明示する。

温度センサ１０がステータ２の軸線方向長さにわたっても分布している場合、先行実施例による情報は周面と回転角に関してだけでなく、同時にステータ２の軸線方向長さにわたって温度センサ１０の軸線方向位置に関しても突き止められねばならない。

こうして図６に依拠して得られる三次元線図は、回転角にわたる温度情報の他に、ロータ６の一方の正面からの軸線方向距離に依存した他の温度推移を第三次元で示す。

ダイナモ電気機械の完全な熱マップを得るために補足的に温度センサ１０を例えばコイル端、ステータ２の成層鉄心、軸受１２等の定置部品に設けることもできる。

電気機械の部分縦断面図である。 ステータを見た図である。 ロータを見た図である。 ロータの側面図である。 原理的処理様式を示す。 温度分布を示す。

符号の説明

１ 機械、２ ステータ、６ ロータ、８ 軸、９ ロータ位置エンコーダ、１０ センサ、１３ 処理ユニット

Claims (7)

1. ステータ（２）と軸（８）に相対回転不能に結合されたロータ（６）とを有するダイナモ電気機械（１）であって、一方の軸末端にロータ位置エンコーダ（９）があり、非接触式センサ（１０）がロータ（６）の周りに配置されており、これらのセンサがロータ（６）の表面温度を検出し、かつロータ位置エンコーダ（９）と一緒にロータ（６）の位置正確な温度マップを生成するダイナモ電気機械。
2. センサ（１０）がロータ（６）の正面に向き合わせて、および／又はステータ（２）に、配置されている請求項１記載のダイナモ電気機械。
3. ステータ（２）のセンサ（１０）が、少なくとも、空隙に向き合わせて軸線方向に延びる歯列に配置されている請求項２記載のダイナモ電気機械。
4. センサ（１０）がロータ（６）の正面に向き合わせて、特にラインセンサとして形成されている請求項２又は３記載のダイナモ電気機械。
5. ロータ（６）の表面温度が赤外線測定システムによって検出される請求項１から４の１つに記載のダイナモ電気機械。
6. センサ（１０）のデータが処理ユニット（１３）に転送され、かつロータ位置エンコーダ（９）と一緒にロータ（６）の位置正確な温度マップを生成し、この温度マップに依存してファンが制御されおよび／又は通知が中断されおよび／又は機械の停止が開始される請求項１から５の１つに記載のダイナモ電気機械。
7. 以下のステップによって請求項１から６の１つに記載のロータ（６）の位置正確な温度マップを生成するための方法。
   ロータ（６）の正面の温度を検出しおよび／又はステータ（２）の空隙に向き合う歯列の軸線方向推移の温度を検出するステップ、
   ロータ位置エンコーダ（９）によってロータ位置を検出するステップ、および
   データを集めて処理ユニット（１３）に送り、該処理ユニットがロータ（６）の位置正確な温度マップを生成し、該温度マップが、例えば通知を中断しおよび／又は機械停止を引き起こすか否かの制御ユニットの決断のための基礎を形成するステップ。

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