CN112930558A - 具有振动声音报警能力的电子控制的电机驱动设备 - Google Patents

Abstract

一种电子控制的电机驱动设备能够通过使电机振动来发出本地可感知的声学警报，在实施例中，所述振动可以包括在设备的谐振频率下的振动。实施例将与警报相关的信息编码为声学振动警报的振幅调制和/或频率调制。电机可以是交流电机或直流电机。在实施例中，电机驱动设备是电子控制的阀致动器或电子控制的泵。该设备可以与远程监测站通信，或者电子控制器可以位于远程。

Description

具有振动声音报警能力的电子控制的电机驱动设备

发明人：

Mark D.Ollander

Daniel E.Carlson

Michael Adam Rumore

相关申请

本申请要求保护于2018年10月19日提交的第16/165,049号美国专利申请的权益，该专利申请的全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及具有电子控制的电机的设备，电子控制的电机例如电子控制的阀致动器或泵，并且更具体地涉及监测电子控制的电机驱动的设备的状态的系统。

背景技术

结合有电机的设备被用于非常广泛的应用中。对于需要复杂控制电机的应用，设备中通常包括电子控制器，其能够存储参数、执行复杂的控制指令并监测设备的状态。例如，电子控制器可以用于根据预定的配置控制由电机输出的速度和/或扭矩，该预定的配置将输出扭矩指定为转子的旋转位置的函数。

这种电子控制的、电机驱动的设备的一个例子是电子控制的、电机驱动的阀致动器，其用于致动例如过程控制系统中的阀，或者用于致动其它需要对阀致动速度和/或施加到阀的力或扭矩进行复杂控制的阀。

通常，尽管不总是，具有电子控制的电机的设备与远程监测和控制站通信，该远程监测和控制站能够从电子控制器接收状态信息，和/或向控制器发出指令。在其它情况下，电子控制器本身可远离电机，也可同样产生类似指令。应当注意，除非上下文另有要求，否则本文中参照远程“监测站”所呈现的公开内容也可应用于位置远离的电子控制器。

通常，如果电子控制器发出紧急消息、警报或警告，则被远程监测站接收并将其传送给设备的用户/操作者。如果多个类似的设备同时被远程站监测和控制，则由控制站发出的警报可以包括识别和/或位置信息，其将允许操作员确定哪些被监测设备需要注意。

当然，“监测站”可以向诸如“智能电话”或笔记本电脑的移动设备发出警报，或者监测站本身可以是与电子控制器有线或无线通信的移动电话、笔记本电脑或其他计算设备。

不幸的是，当大量类似设备正被监测时，和/或当被监测的设备远离监测站和/或电子控制器时，在操作者接收到紧急警报并且适当注意警报设备之前可能需要相当长的时间。当发出警报时，可能没有操作者碰巧在监测站附近，或者适当的移动设备在那时可能不起作用。一旦接收到警报，在操作者到达发出警报的设备之前可能需要时间。如果在同一位置有多个相似的设备在服务中，则在警报设备被识别之前可能需要额外的时间。

具有讽刺意味的是，操作人员通常位于警报设备附近，但是直到监测站附近的某人接收到警报并且将信息中继给警报设备附近的人员之前，操作人员可能不会意识到需要注意。还可能发生的是，警报设备包括本地监视显示器，但是本地显示器不在附近操作者的视野内。

一种方法是加入作为电子控制的电机驱动设备的一部分的可察觉的警报系统。例如，闪光灯、本地显示器、声学扬声器或可听警报器，可以与电机驱动设备位于同一位置，并且由电子控制器激活。以这种方式，当发出警报时，附近的人员可以立即意识到设备需要注意，并且如果存在多个类似的设备，则人员可以立即识别哪个设备已经发出警报。

然而，这种方法是昂贵的，其消耗设备内或附近的额外空间，消耗额外的功率，并且需要定期测试和维护以便确保警报系统是起作用的。此外，如果电机驱动的设备位于恶劣的环境中，则该方法要求警报系统必须被适当地设计和/或保护，使得环境不恶化其功能。如果这种警报相对稀少，如所希望的，那么添加这种警报系统的附加费用可能是过高的。

因此，需要一种装置和方法，其能够使电子控制的、电机驱动的设备发出附近操作者可察觉的本地警报，而不增加电机控制的设备的成本、尺寸和/或功耗。

发明内容

本发明是一种装置和方法，其使得电子控制的、电机驱动的设备能够发出附近操作者可听到的本地警报，而不增加电机控制的设备的成本、尺寸和/或功耗。根据本发明，电子控制器能够将控制信号引导至电机和/或以使电机以可听频率振动的方式调制供应至电机的电流和/或电压。如果变得有必要发出本地可察觉的警报，则控制器被配置成使电机声学振动，该振动方式将使电机驱动的设备发出附近人员可察觉的振动声音。

在实施例中，电机是具有变频驱动器的三相交流电机，或者是具有电流或电压调节的电机控制器的直流电机。

在某些实施例中，声学振动被调制。在这些实施例的各种实施例中，振动是脉冲的或以其他方式在振幅上被调制，和/或在振动频率(可听音调)上被调制。在这些实施例的一些中，使用调制来将信息编码到本地声音警报上，使得附近人员接收关于警报的性质以及警报的存在和位置的信息。

在实施例中，识别围绕电机驱动装置的壳体和/或电机驱动装置的另一部件的一个或多个谐振频率，并且当发出警报时，使电机以这些谐振频率中的一个或多个频率振动，使得所产生的声音通过壳体或其它结构的共振而被放大。

在各种实施例中，电子控制的电机驱动装置是电机驱动的阀致动器或泵，其包括能够实现电机的电子控制的电机驱动技术。

为了清楚和说明的目的，本文的大部分公开内容参考具有“旋转”的“转子”的电“发动机”来呈现。然而，应当理解，除了上下文另外规定的情况，对“电机”的这些引用应当被广义地解释为指代执行与发出警报无关并且与传输信息无关的设备的功能的任何和所有电子控制的机电设备部件，由此相同的机电部件可以由电子控制器致动以便使它们振动，并且从而发出可听的、声学的声音，而不损害设备或相关联的装备。类似地，本文中提到使电机的转子“旋转”应广义地解释为指代机电设备组件的任何机械致动，例如由螺线管线圈驱动的线性致动。

本发明的一个一般方面是一种电子控制的电机驱动的设备。该设备包括电机和控制与电机的通信的电子控制器。电子控制器被配置成监测电机驱动设备，并且如果控制器确定电机驱动设备的警报状况存在，则使电机振动以便发出振动输出，该振动输出可以被附近操作者可听地感知为警报状况的可感知指示。

在实施例中，电子控制器还被配置为确定关于警报状况的信息，并且将所述信息编码为能够被附近操作者理解的振动输出的调制。在这些实施例的一些中，调制包括振动输出的振幅调制和振动频率调制中的至少一者。

在上述实施例中的任何一个中，电子控制器还可以被配置为使得以与电机驱动设备的结构部件的谐振频率相等的频率生成振动输出中的至少一些振动输出。在这些实施例的一些中，结构部件是电机的壳体或电机驱动设备的壳体。

在上述实施例的任何一个中，电机可以是交流电机，并且电子控制器可以通过变频驱动技术控制电机。

在上述实施例的任一个中，电子控制器可以通过对包括在马达中的线圈的定时通电来控制马达。

在上述实施例中的任一个中，所述设备可与远程监测站信号通信，且可进一步经配置以将关于所述警报状况的信息传达到所述远程监测站。在这些实施例的一些中，远程监测站是与电子控制器无线通信的便携式电子设备。

在上述实施例的任一个中，电子控制器可物理地远离电机。

在上述实施例的任一个中，该设备可以是电子控制的阀致动器。

本发明的第二总的方面是一种用于使电子控制的、电机驱动的设备发出本地可感知的声音警报的方法。该方法包括提供一种设备，该设备包括电机和控制与电机的通信的电子控制器，电子控制器致动电机以提供机电输出，通过电子控制器监测设备的状态，并且在电子控制器检测到设备的警报状况时，电子控制器使电机以产生附近操作者可声学感知的振动输出的方式振动。

实施例还包括由电子控制器确定关于警报状况的信息，并且由电子控制器将所述信息编码为能够由附近操作者辨别和理解的振动输出的调制。在这些实施例的一些中，调制包括振动输出的振幅调制和振动频率调制中的至少一者。

上述实施例中的任一个还可以包括电子控制器，该电子控制器使得以与电机驱动设备的结构部件的谐振频率相等的频率生成振动输出。在这些实施例的一些中，结构部件是电机的壳体或电机驱动装置的壳体。

在上述任一实施例中，电机可以是交流电机，电子控制器可以通过变频驱动技术控制电机，或者电机可以是直流电机，电子控制器可以通过对电机中包含的线圈进行定时通电来控制电机。

上述实施例中的任一个还可包括通过电子控制器将关于警报状况的信息传送到远程监测站。在这些实施例的一些中，远程监测站是与电子控制器无线通信的便携式电子设备。

在上述任一实施例中，该设备可以是电子控制的阀致动器。

本文所述的特征和优点并非包括一切，且明确地说，所属领域的技术人员将鉴于附图、说明书和权利要求书而理解许多额外特征和优点。此外，应当注意，在说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性的目的而选择的，而不是为了限制本发明主题的范围。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施例的框图，该实施例是电子控制的阀致动器；以及

图2是示出本发明的方法实施例的流程图。

具体实施方式

本发明是一种装置和方法，其使得电子控制的电机驱动的设备能够发出附近操作者可听到的本地警报，而不增加电机控制的设备的成本、尺寸和/或功耗。根据本发明，电子控制器能够将控制信号引导至电机和/或以使电机以可听频率振动的方式调制供应至电机的电流和/或电压。如果变得有必要发出本地可察觉的警报，则控制器被配置成使电机以将使电机驱动的设备发出附近人员可察觉的振动声音的方式来声学振动。

为了清楚和说明的目的，本文的大部分公开内容参考具有“旋转”的“转子”的电“发动机”来呈现。然而，应当理解，除了上下文另外规定的情况，对“电机”的这些引用应当被广义地解释为指代执行与发出警报无关并且与传输信息无关的设备的功能的任何和所有电子控制的机电设备部件，由此相同的机电部件可以由电子控制器致动以便使它们振动，并且从而发出可听的、声学的声音，而不损害设备或相关联的装备。类似地，本文中提到使电机的转子“旋转”应广义地解释为指代机电装置组件的任何机械致动，例如由螺线管线圈引起的线性致动。

作为说明本发明的一个例子，图1中示出了涉及电子控制的、电机驱动的阀致动器的实施例的框图，在该实施例中，致动器100包括由电子控制器104控制的电机102。电机102可以是本领域已知的任何合适的电机，其可以被控制以产生机电输出，并且还可以被引起振动以发出可听见的声音或音调。

许多类型的电机102都包括在本发明的范围内。实际上，可以包括任何交流或直流电机，包括单相或多相感应电机。

如上所述，“电机”102可以是能够被引起振动的任何机电部件，包括诸如螺线管致动器的线性致动器。

电子控制器104可以是本领域已知的任何控制器，其能够机械地致动和控制交流或直流电机102，以便引起机电输出，例如转子以期望的扭矩和/或速度旋转，并且还以便引起电机102振动，从而发出可听见的声学振动。

在图1的实施例中，由电机102在其由电子控制器104机械致动时产生的力或扭矩经由“齿轮系”108施加到阀杆106。电子控制器104还与远程监测站110进行有线或无线通信，该远程监测站从电子控制器104接收状态和警报消息，并且向电子控制器104发出命令。在类似的实施例中，电子控制器104本身远离电机102，这会产生类似的问题。应当注意，除非上下文另有要求，否则本文中参照远程“监测站”所呈现的公开内容也可应用于位置远离的电子控制器。

在各种实施例中，“监测站”110能够将信息中继和/或向诸如“智能电话”或笔记本电脑的移动设备发出警报。在一些实施例中，监测站110固定在适当位置。在其他实施例中，监测站本身110是与电子控制器104有线或无线通信的移动电话、笔记本电脑或其他计算装置。

如果发生警报状况，例如致动器100内的不可接受的高温，或者某种电气或机械故障，则电子控制器104发出警报。在实施例中，关于警报的信息被传送到远程监测站110，其可以包括警报的性质、警报的时间、以及关于发出警报的设备的标识信息(如果多于一个这样的设备与监测站110通信)。

同时，或者在实施例中，在指定时间段之后，电子控制器104使电机以至少一个振动“音调”112的形式发出本地的可听的声学警报112。具体地，电子控制器104将信号传输到电机102和/或调制供应到电机102的电压和/或电流，以便使电机102振动。

在某些实施例中，声学振动被调制。例如，在图1的实施例中，振动的幅度是脉冲116的，使得可听警报被听到为一系列“哔哔声”。在类似的实施例中，振动在幅度上被调制，和/或在频率上被调制(可听的音高或音调)。在这些实施例的一些中，调制用于将信息编码到本地声音警报上，诸如状态、维护和/或故障信息，使得附近人员除了检测警报的存在和位置之外还接收信息。例如，某种模式的“哔哔声”可以用于将过热警报(例如一系列长哔哔声)与机械故障(一系列短哔哔声)以及电子故障(交替的长和短哔哔声)区分开。

在实施例中，识别围绕电机102的壳体、致动器壳体114和/或致动器100的另一部件的一个或多个谐振频率，并且当发出警报112时，使电机102以这些谐振频率中的一个或多个振动，使得所产生的声音112通过壳体114或其他结构的共振而被放大。

参考图2，在实施例中，本发明的方法包括200确定电子控制的电机驱动设备100的电机壳体、设备壳体114或其它部件的一个或多个谐振频率100，202配置电子控制器104以通过使电机102振动从而以被识别出的谐振频率之一发出可听音调来发出本地的、可听的警报，以及在正常操作期间204监测设备100以检测警报状况是否发生以及何时发生。

如果当警报状况发生时，该方法还包括206电子控制器104将与警报状况相关的信息编码为可应用于振动警报112的振幅和/或频率调制模式116，并且208使得电机102以一个或多个确定的谐振频率振动，以便产生根据确定的调制模式116调制的一个或多个可听见的振动音调112。在实施例中，可听的振动警报继续或重复，直到接收到对警报的适当响应，此时警报被复位210并且设备100恢复正常操作，除非并且直到检测到另一警报状况。

为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的实施例的上述描述。然而，无论应用程序内的形式或位置如何，该提交的每一页及其上的所有内容被表征、标识或编号，都被认为是本申请的用于所有目的实质性部分。本说明书不是穷举的，也不是要将本发明限制为所公开的精确形式。根据本公开，许多修改和变化是可能的。

尽管本申请以有限数量的形式示出，但是本发明的范围不限于这些形式，而是可以在不脱离本发明的精神的情况下进行各种改变和修改。本文所呈现的公开内容没有明确地公开落入本发明的范围内的特征的所有可能的组合。在不背离本发明的范围的情况下，本文公开的用于各种实施方案的特征通常可以互换并组合成不是自相矛盾的任何组合。特别地，在不背离本公开的范围的情况下，在以下从属权利要求中呈现的限制可以以任何数量和任何顺序与它们相应的独立权利要求组合，除非从属权利要求在逻辑上彼此不兼容。

Claims (21)

1.一种电子控制的电机驱动设备，包括：

电机；以及

电子控制器，所述电子控制器控制与所述电机的通信；

所述电子控制器被配置为：

监测所述电机驱动设备；

如果所述控制器确定存在所述电机驱动设备的警报状况，则使所述电机振动以发出振动输出，所述振动输出能够被附近的操作者可听地感知为所述警报状况的可感知指示。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子控制器还被配置成确定关于所述警报状况的信息，并且将所述信息编码为能够被所述附近的操作者理解的所述振动输出的调制。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述调制包括所述振动输出的振幅调制和振动频率调制中的至少一者。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述电子控制器还被配置为使得以与所述电机驱动设备的结构部件的共振频率相等的频率生成所述振动输出中的至少一些振动输出。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述结构部件是所述电机的壳体或所述电机驱动设备的壳体。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述电机为交流电机，并且所述电子控制器经由变频驱动技术控制所述电机。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中，所述电子控制器通过对所述电机中所包括的线圈的定时通电来控制所述电机。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备与远程监测站信号通信，并且还被配置成将关于所述警报状况的信息传达至所述远程监测站。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述远程监测站是与所述电子控制器无线通信的便携式电子设备。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述电子控制器与所述电机物理上远离。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备是电子控制的阀致动器。

12.一种用于使电子控制的电机驱动设备发出本地可感知的声音警报的方法，所述方法包括：

提供包括电机和电子控制器的设备，所述电子控制器控制与所述电机的通信；

所述电子控制器致动所述电机以提供机电输出；

由所述电子控制器监测所述设备的状态；以及

在电子控制器检测到所述设备的警报状况时，所述电子控制器使电机以产生附近操作者可声学感知的振动输出的方式振动。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

由所述电子控制器确定关于所述警报状况的信息；以及

由所述电子控制器将所述信息编码为能够由所述附近操作者辨别和理解的振动输出的调制。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述调制包括所述振动输出的振幅调制和振动频率调制中的至少一者。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的设备，还包括所述电子控制器使得以与所述电机驱动装置的结构部件的谐振频率相等的频率生成所述振动输出。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述结构部件是所述电机的壳体或所述电机驱动设备的壳体。

17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中所述电机是交流电机，并且所述电子控制器经由变频驱动技术控制所述电机。

18.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中所述电机是直流电机，并且所述电子控制器通过对所述电机中包括的线圈的定时通电来控制所述电机。

19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，还包括由所述电子控制器将关于所述警报状况的信息传送至远程监测站。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述远程监测站是与所述电子控制器无线通信的便携式电子设备。

21.根据权利要求12-20中任一项所述的方法，其中，所述设备是电子控制的阀致动器。

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