CN106706028B - 用于检测电机状态的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于检测电机状态的方法和系统。在一些方面，本发明公开了一种使用便携式诊断装置检测电机的状态的方法，该便携式诊断装置包括用于测量至少两个轴中与电机关联的至少一个物理参数的一个或多个传感器。该方法包括测量第一轴和第二轴中在第一位置与电机关联的至少一个物理参数，确定在该第一位置第一轴中的至少一个物理参数的第一测量与第二轴中的至少一个物理参数的第二测量的比，基于确定的比从数据库识别与电机的状态关联的空间分布，以及基于识别的空间分布识别电机的状态。

Description

用于检测电机状态的方法和系统

技术领域

本发明涉及电机状态监测领域，更特别地，本发明涉及利用与电机关联的一个或多个物理参数的空间分布检测和确定电机中的故障。

背景技术

可以利用本领域中已知的多种技术完成电机如电动机的健康监测，以及随后诊断电机中的故障。在一种如此的技术中，通过收集对电动机周围参数的测量，产生电动机空间周围的一个或多个参数如温度、磁场等的可视表示。例如，可以在电动机周围空间中画出三维热图，其指示电动机周围的磁场强度。基于三维热图，维修工程师可以进行关于电动机的健康及电动机中的潜在故障的估计推测，如果有的话。

传统地，基于利用一个或多个传感器对电动机周围空间的大范围扫描产生三维可视表示。重复扫描多个点，并且基于多个点的测量产生三维可视表示。然而，对于复杂的电动机，这种传统的方法常常是耗时且无效的。为了保证可以产生相对准确的三维可视表示，必须在电动机周围较大的区域上执行扫描，这是很繁重、难于实现且耗时的。如果不能在足够大的区域上执行扫描或者如果扫描的区域未正确选择，则不能以三维可视表示捕捉电动机或系统的主要特征。

因此，根据上面的论述，需要一种可以解决上述问题的系统和方法。

发明内容

本文解决上述缺点、不利及问题，这可以通过阅读和理解下面的说明书内容理解。

在一个方面，本发明提供一种使用便携式诊断装置检测电机的状态的方法。该便携式诊断装置120包括一个或多个传感器，用于在至少两个轴测量与电机关联的至少一个物理参数。

该方法包括测量第一轴和第二轴中在第一位置与电机关联的至少一个物理参数，确定在第一位置第一轴中的至少一个物理参数的第一测量与第二轴中的至少一个物理参数的第二测量的比，基于确定的第一比，从存储在数据库中的一个或多个空间分布识别与电机的状态关联的空间分布，以及基于识别的空间分布识别电机的状态。该第一轴与电机的轴成第一角度，该第二轴与电机的轴成第二角度。

在一个实施方式中，识别电机的状态包括识别至少一个物理参数的空间分布中的一个或多个不规则区域，用于检测电机中的故障。该一个或多个传感器包括温度传感器、磁力计和声传感器。

在一个实施方式中，第一位置基本靠近电机的驱动侧轴承。在一个实施方式中，该第一轴实质上垂直于第二轴。在一个实施方式中，该方法进一步包括在第二位置测量第一轴和第二轴之一和第三轴中的与电机关联的至少一个物理参数。该方法进一步包括确定在第二位置第三轴中的物理参数的第一测量与第一轴和第二轴之一中的物理参数的第二测量的第二比。基于确定的第一比和第二比从数据库识别一个或多个空间分布中与电机的状态关联的空间分布。

在另一个方面中，本发明公开了一种用于检测电机的状态的系统。该系统包括数据库，配置成存储与电机关联的一个或多个空间分布，以及便携式诊断装置。该便携式诊断装置包括一个或多个传感器，用于在至少两个轴测量与电机关联的至少一个物理参数；网络接口，配置成与该数据库通信；一个或多个处理器，配置成测量在第一位置第一轴和第二轴中的与电机关联的至少一个物理参数；确定在第一位置第一轴中的物理参数的第一测量与第二轴中的物理参数的第二测量的第一比；从数据库检索与电机关联的一个或多个空间分布；基于确定的第一比从一个或多个空间分布识别空间分布；以及基于该空间分布识别电机的状态；以及存储器模块，该存储器模块可操作地耦合到一个或多个处理器。该便携式诊断装置进一步包括用于确定该便携式诊断装置的取向的部件。

本文描述了不同范围的系统和方法。除了在发明内容中描述的方面和优点，参照附图以及参照随后详细地描述，进一步的方面和优点将变得显而易见。

附图说明

在下文中参照附图中表示的优选实施方式更详细地解释本发明的技术方案，其中：

附图1表示根据本发明不同实施方式的用于检测电机的状态的系统；

附图2表示根据本发明不同实施方式的用于检测电机的状态的方法；

附图3表示根据本发明不同实施方式的电动机周围的轴向磁场的截面图和径向磁场的截面图；

附图4表示根据本发明不同实施方式的漏磁通量的频谱；以及

附图5表示根据本发明不同实施方式的健康电动机和具有不对称转子条的电动机的空间磁图的视图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参照形成其一部分的附图，其中所示的附图用于表示可以实践的特定实施方式。这些实施方式描述得足够详细，以致本领域技术人员能够实践该实施方式，应当理解，也可以利用其他实施方式，在不脱离实施方式的范围的情况下，可以进行逻辑、机械、电及其他变化。因此，下面的详细描述不具有限制意义。

附图1表示根据本发明不同实施方式的用于检测电机110的状态的系统100。该系统包括以已知的通信网络可通信地耦合到数据库130的便携式诊断装置120。数据库存储与电机110关联的多个空间分布。本文，空间分布(也称作空间数据图)指的是，一个或多个物理参数的测量的收集或阵列，连同关于进行测量的电机120周围测量点的信息。附图5中提供空间分布的可视表示。将数据库130中存储的多个空间分布与电机110的一个或多个状态关联。在一个实施方式中，将多个空间分布中的一个或多个空间分布与电机110在正常操作状况下工作的正常状态关联。类似地，将剩余的空间分布与电机110会经历的不同故障关联。例如，可视表示410是在附图5的截面“A”中所示的健康电动机的空间表示。类似地，可视表示420是在附图5的截面“B”中所示的具有不对称转子条的电动机的空间表示。这可以由可视表示420特别地观察到，由于在空间分布的截面425中存在不规则区域。

在一个实施方式中，通过在不同状态下在不同电机周围的不同平面和轴上的多个点系统地扫描、测量及收集不同的物理参数，从而数据库130由多个空间分布构成。将多个空间分布连同关于被扫描的电机的状态和故障的信息一起存储在数据库130中。

便携式诊断装置120包括配置成与数据库130通信的网络接口，用于检索与电机110关联的一个或多个空间分布。此外，便携式诊断装置120包括一个或多个传感器，用于在至少两个轴(150，160)测量与电机110关联的至少一个物理参数。在一个实施方式中，一个或多个传感器包括温度传感器、磁力计、声传感器等。该传感器配置成沿两个或多个轴测量对应的物理参数。在一个例子中，磁力计是三轴传感器，其能够测量三个轴中电机110周围的漏磁通量。

进一步，便携式诊断转置110包括一个或多个处理器，其配置成利用一个或多个传感器测量在第一位置112第一轴150和第二轴160中与电机110关联的至少一个物理参数。利用该传感器，处理器获得在第一位置112第一轴150的至少一个物理参数的第一测量，以及第二轴160的至少一个物理参数的第二测量。然后，处理器确定在第一位置112第一轴150的物理参数的第一测量与第二轴160的物理参数的第二测量的第一比。通过网络接口，处理器从数据库130检索一个或多个与电机110关联的空间分布，以及相应基于确定的第一比从一个或多个空间分布识别空间分布。基于识别的空间分布，处理器评价或确定电机110的状态。

将存储器模块可操作地耦合到一个或多个处理器，并且在由一个或多个处理器执行的操作中使用。在一个实施方式中，便携式诊断装置120包括用于检测便携式诊断装置120的方向的装置。在一个实施方式中，利用传统上已知的陀螺仪的电子等效设备。利用方向检测装置保证测量总是沿相同轴的多个点进行。在附图2的描述中进一步解释与检测电机状态有关的方面。

附图2表示根据本发明不同实施方式的用于检测电机110的状态的方法200。步骤210中，便携式诊断装置120在第一位置112在至少两个轴(150，160)中的第一轴150和第二轴160测量与电机110关联的至少一个物理参数。便携式诊断装置120获得在第一位置1120第一轴150中的至少一个物理参数的第一测量，以及第二轴160中的至少一个物理参数的第二测量。第一轴150与电机110的轴140成第一角度，第二轴160与电机110的轴140成第二角度。

在一个例子中，至少一个物理参数是在电机110的驱动侧轴承(第一位置112)测量的漏磁通量。特别地，在第一轴150周围的径向磁场中获得对漏磁通量的第一测量，在第二轴160周围的轴向磁场中获得对漏磁通量的第二测量。附图3中表示径向和轴向磁场。第一轴150基本平行于电机110的转子轴，第二轴160垂直于第一轴150和电机110的转子轴。

在步骤220中，便携式诊断装置120确定在第一位置112第一轴150中的至少一个物理参数的第一测量与第二轴160中至少一个物理参数的第二测量的第一比。在一个实施方式中，第一测量是对第一轴150中频率幅度的测量，第二测量是对第二轴160中频率幅度的测量。例如，在附图4中表示典型频谱。在附图4中，使用实线415指示第一测量，使用虚线417指示第二测量。

在一个实施方式中，确定的第一比是第一测量中行频(即50赫兹)的幅度(在附图4中使用圆425突出显示)和行频的第三谐波的幅度(附图4中使用圆427突出显示)的比。在另一个实施方式中，第一平均值由第一轴150中测量的特定频带中对应频率的每个幅度值来计算。类似地，第二平均值由第二轴中测量的特定频带中对应频率的每个幅度值来计算。确定的第一比是第一和第二平均值的比。

在步骤230中，便携式诊断装置120基于确定的第一比从在数据库130存储的一个或多个空间分布识别与电机110的状态关联的空间分布。在一个实施方式中，便携式诊断装置120利用确定的第一比的值识别呈现与该比类似(即在预定阈值内)或相同的值的空间分布。继续上述例子，便携式诊断装置由与电机110关联的一个或多个空间分布计算第一轴150中行频的幅度与第二轴中行频的第三谐波的幅度的一个或多个比。基于与每个空间分布关联的比和确定的第一比，便携式诊断装置120识别具有与确定的第一比类似的比的空间分布。

在一个实施方式中，当一个以上的空间分布具有与确定的第一比类似的比时，便携式诊断装置120可以利用第一测量和第二测量基于相关性确定适当的空间分布。例如，可以计算第一和第二轴中第一测量的频谱与第一和第二轴中相应空间分布的频谱的比的差的均方根。可以将具有最小均方根的空间分布识别为适当的空间分布。

在步骤230，便携式诊断装置120基于识别的空间分布识别电机110的状态。如前所述，空间分布与电机110的一个或多个状态关联。便携式诊断装置120配置成从数据库130查找与识别的空间分布关联的状态。在一个实施方式中，便携式诊断装置120配置成利用多个传统上已知的技术执行空间分析，以基于识别的空间分布和与其关联的状态确定电机的状态。例如，当识别的空间分布与不对称转子的状态关联时，便携式诊断装置120从数据库130查找状态，并且确定电机110受到转子条不对称的损害。

在一个实施方式中，便携式诊断装置120配置成利用第一测量和第二测量改动识别的空间分布。在一个实施方式中，便携式诊断装置120将识别的空间分布以及第一和第二测量相关的信息传输到服务器(在附图中来示出)。该服务器可以基于第一和第二测量使用多个传统上已知的统计方法修改或调整识别的空间分布，以适当匹配电机110。在另一个实施方式中，便携式诊断装置120可以与服务器一起利用修改的空间分布以及一个或多个空间分布和相关的状态，以执行空间分析，并且识别与电机110关联的状态。在一个实施方式中，便携式诊断装置120与服务器一起识别至少一个物理参数的空间分布中的一个或多个不规则区域，用于检测电机110中的故障。本文，不规则区域指的是空间分布中的一组点未匹配空间分布中的邻近组点的整体轮廓，或者一个或多个组的点不在与电机110的正常状态关联的空间分布中。基于识别的一个或多个不规则区域，便携式诊断装置110可以确定电机110中故障的特性和故障的位置。例如，基于声级的空间分布，其在一个特定的轴承侧周围具有不规则区域(即具有大于空间分布的平均振幅的振幅的多个点)，便携式诊断装置120可以确定该特定轴承侧的轴承故障。

虽然利用第一位置的测量和至少一个参数解释了本发明，但是，本领域技术人员应当注意到，该方法可以扩展到包括一个或多个位置，如位置114和116，以及多个物理参数。与两个或多个物理参数一起使用两个或多个点的这种扩展可以帮助识别空间分布，以及修改空间分布。

例如，在一个实施方式中，便携式诊断装置测量在第二位置114第三轴(在附图中未示出)和第二轴160与电机110关联的至少一个物理参数。第二位置114位于第二轴160和第三轴上。第三轴平行于第一轴150，并且从第一轴向着电机110移动。类似地，除了确定的第一比，便携式诊断装置确定在第二位置114第三轴中的物理参数的第一测量与第一轴150和第二轴160中之一的物理参数的第二测量的第二比。便携式诊断装置利用确定的第一比和第二比使用上述步骤从一个或多个空间分布识别空间分布。类似地，该方法可以扩展到第三位置116。

这种书面的描述使用例子描述在此的技术方案，其包括最佳实施方式，还可以使任何本领域技术人员能够完成和使用该技术方案。该技术方案的专利范围由权利要求限定，并且包括其他对本领域技术人员来说能够想到的例子。这些其他例子被认为在权利要求的范围内，如果其具有与权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果他们包括与权利要求的字面语言无实质不同的等效结构元件。

Claims (8)

1.一种利用便携式诊断装置（120）检测电机（110）的状态的方法（300），其中所述便携式诊断装置（120）包括一个或多个传感器，用于测量至少两个轴（150、160）中的与所述电机（110）关联的至少一个物理参数，所述方法包括：

a．测量所述至少两个轴（150、160）中的第一轴（150）和第二轴（160）中在第一位置（112）与所述电机（110）关联的所述至少一个物理参数，其中所述第一轴（150）与所述电机（110）的轴（140）成第一角度，所述第二轴（160）与所述电机（110）的轴（140）成第二角度；

b．确定在所述第一位置（112）在所述第一轴（150）中的所述至少一个物理参数的第一测量与在所述第二轴（160）中的所述至少一个物理参数的第二测量的第一比；

c．基于所确定的第一比，识别数据库（130）上存储的一个或多个空间分布中的与所述电机（110）的一个或多个状态关联的空间分布；以及

d．基于所识别的空间分布识别所述电机（110）的状态。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述第一测量和所述第二测量改动所识别的空间分布。

3.如权利要求1所述的方法，其中识别所述电机（110）的状态包括识别所述至少一个物理参数的空间分布中的一个或多个不规则区域，用于检测所述电机（110）中的故障。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个传感器包括温度传感器、磁力计和声传感器。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一位置（112）基本靠近所述电机（110）的驱动侧轴承，并且其中所述第一轴（150）基本垂直于所述第二轴（160）。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括测量在第二位置114在所述第一轴（150）和所述第二轴（160）之一和第三轴中的与电机（110）关联的至少一个物理参数。

7.如权利要求6所述的方法，所述方法进一步包括确定在第二位置114在所述第三轴中的所述物理参数的第一测量与在所述第一轴（150）和所述第二轴（160）之一中的所述物理参数的第二测量的第二比，并且其中基于所确定的第一比和所述第二比从数据库（130）识别所述一个或多个空间分布中的与所述电机（110）的状态关联的空间分布。

8. 一种用于检测电机（110）的状态的系统，所述系统包括：

a．数据库（130），所述数据库（130）配置成存储与电机（110）关联的一个或多个空间分布；以及

b．便携式诊断装置（120）包括：

i．一个或多个传感器，用于测量至少两个轴（150、160）中与所述电机（110）关联的至少一个物理参数；

ii．网络接口，所述网络接口配置成与所述数据库（130）通信；

iii．一个或多个处理器，将其配置成：

（1）测量在第一位置（112）在第一轴（150）和第二轴（160）中的与电机（110）关联的至少一个物理参数；

（2） 确定在所述第一位置（112）在所述第一轴（150）中的所述物理参数的第一测量与在所述第二轴（160）中的所述物理参数的第二测量的第一比；

（3） 从所述数据库（130）检索与所述电机（110）关联的一个或多个空间分布；

（4） 基于所确定的第一比从一个或多个空间分布识别空间分布；以及

（5） 基于所述空间分布识别电机（110）的状态；

iv．存储器模块，所述存储器模块可操作地耦合到所述一个或多个处理器；以及

v．用于确定所述便携式诊断装置（120）的方向的装置。

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