JP2013514047A - モータの状態監視装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、モータ（１）のための状態監視装置に関する。モータ（１）の簡単で低コストの監視を可能にするために、モータの配電箱蓋（３）が、モータ（１）の測定量を検出するためのセンサユニット（１０）と、前記測定量を特徴づける特性値を読取装置（２０）に供給するように構成された通信手段（１１）と、前記センサユニット（１０）に給電するための電源ユニット（１２）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの状態監視装置に関する。

設備および特にモータに、状態を監視する機能（状態監視機能）を持たせることは、一般に高価な設備費用につながる。特にモータに状態監視機能を後から持たせる際にはたいてい非常に費用がかかり、場合によっては構造上の措置が必要である。監視に必要なセンサはモータに配置して取り付けなければならない。さらにセンサと所轄の制御装置とをケーブルで接続しなければならない。作業区域における露出ケーブルは、作業区域において人又は機械を危険にさらすのを防ぐために、例えば設定通路又は床下ケーブル通路に敷設しなければならない。センサの追加設置およびケーブルの追加敷設によって、場合によっては設備の安全性を改めて評価しなければならない。

追加装備の際には、一般に状態監視機能に必要なセンサが大きな費用で個別機能として後からモータに取り付けられる。従って、この種の増設は著しい設置費用およびパラメータ設定費用を必要とする。通常このためには優れた専門の設置技術者が必要である。

従って、本発明の課題は、簡単で低コストのモータ監視を可能にすることにある。

本発明によれば、この課題は請求項１記載の装置によって解決される。即ち、
モータの測定量を検出するためのセンサユニットと、
前記測定量を特徴づける特性値を読取装置に供給するように構成された通信手段と、
前記センサユニットに給電するための電源ユニットと、
を含むモータの配電箱蓋によって解決される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項２乃至１４に記載されている。

本発明により得られる利点は、配電箱蓋によってモータ、特に電気モータのための状態監視機能が得られることにある。状態監視機能に必要な構成要素は、配電箱蓋内に組み込まれている。配電箱蓋がモータの状態監視を実行することができるように、配電箱蓋は、モータの測定量を検出するように構成された少なくとも１つのセンサユニットを含む。さらに配電箱蓋は、測定量を特徴づける少なくとも１つの特性値を読取装置に供給するように構成されている通信手段を含む。配電箱蓋の電源ユニットは、センサユニットの給電に用いられ、好ましくは同様に通信手段の給電にも用いられる。

従って配電箱蓋は、モータの監視を可能にする自立の監視ユニットを構成している。状態監視機能を組み込まれた配電箱蓋の利点は、センサ技術と通信ユニットとの間の高価なケーブル敷設費用が必要でないことにある。何故ならば、これは既に配電箱蓋の内部において実現されているからである。従って、従来の状態監視センサのケーブル敷設によって生じる据付費用は完全に削減することができる。

配電箱蓋によるモータ監視の他の利点は、これによってエンドユーザにとって簡単な追加装備が可能にされることにある。エンドユーザは、状態監視機能を組み込まれた配電箱蓋によって、簡単な複雑でないやり方で既存設備および特に既設モータに状態監視機能を付与することができる。このためには、単に既設モータの配電箱の配電箱蓋を本発明による配電箱蓋と交換するだけでよい。モータにおける高価な設備およびケーブル敷設は必要でない。

配電箱蓋のセンサユニットを介して適切なセンサにより所望の測定量、従ってモータの特性値を検出することができる。これらの測定量および特に測定量を特徴づける特性値を、通信手段を介して読取装置に供給することができる。この場合に読取装置はモータの外部に配置されていることが好ましい。従って、分散化された読取装置を介してモータの絶え間ない監視を行なうことができる。読取装置ならびに通信手段を相応に構成するならば、同様にモータのオンライン監視が可能である。このようにして、場所に依存しないモータの状態監視、従って設備の状態監視を行なうことができる。

状態監視機能によって、場合によって生じ得るモータの問題を早期に認識することができ、従ってエンドユーザは適切な時機に相応の予防措置を講ずることができる。さらに、モータに状態監視機能を持たせたことによってモータの寿命を延ばすことができる。何故ならば、結局はエンドユーザが適切な時期にモータの欠陥ついて注意を促されるので、通例のように純粋に用心のためにモータを交換する必要がないからである。

本発明の有利な実施形態においては、前記電源ユニットが前記通信手段に給電するために設けられている。

これによって配電箱蓋は、自立使用可能であるそれ自体閉じたユニットを成している。電源ユニットは通信手段および／又はセンサユニットに完全にエネルギーを供給するように構成されている。それゆえ、センサユニットおよび／又は通信手段に関しては、更なる配線は全く必要でない。これは、本発明による配電箱蓋を有する配電箱を備えたモータの製造を簡単化すると共に、状態監視機能を有する本発明による配電箱蓋による既設モータの追加装備を簡単化する。従ってエンドユーザは簡単なやり方で設備および特にモータに監視機能を装備もしくは追加装備させることができる。エンドユーザは、増強のために、単に既設モータの配電箱蓋を本発明によるモータ付属の配電箱蓋と交換するだけでよい。顧客要望に応じて配電箱蓋が異なった状態監視機能を有してもよい。

本発明の他の有利な実施形態においては、前記配電箱蓋が、前記通信手段を介してモータの電子銘板を提供するための手段を有する。

これによって、読取装置にモータの最も重要な特性データを供給することができる。モータの電子銘板が同様に配電箱蓋内に格納されているならば格別に有利である。電子銘板の情報に基づいて更なるモータ特性解析を行なうことができる。さらにエンドユーザは簡単に通信手段を介してモータ関連データを呼び出し、該データを例えば考慮中の解析に利用することができる。

本発明の他の有利な実施形態においては、前記センサユニットが部分放電を測定するための手段を有する。

部分放電測定の際に、部分放電の存在を識別する１つもしくは複数の測定量がセンサユニットによって検出される。最終的には１つもしくは複数の測定量を特徴づける特性値が読取装置に供給される。読取装置を介してこの種の情報を得るエンドユーザは、これらの情報の存在のおかげで、相応に反応して必要な措置を実行に移すことができる。同様に、通信手段の特性値を読み取るための読取装置を有する評価ユニットが自動的に必要な措置を実行に移すことも可能である。

本発明の他の有利な実施形態においては、前記センサユニットがモータ、特に固定子巻線の温度、および／又はモータの周囲温度を測定するための手段を有する。

従ってセンサユニットによりモータの温度ならびに周囲温度を検出することができる。これらの温度もしくは１つ又は複数の温度を特徴づける特性値を、通信手段を介して更なる解析のために読取装置に供給することができる。

本発明の他の有利な実施形態においては、前記センサユニットがモータの不釣り合いを測定するための手段を有する。

モータの不釣り合いの検出は、例えば深い周波数帯域の解析によって行なうことができる。従ってモータの不釣り合いを測定するための手段は深い周波数帯域を解析するように構成されているとよい。

本発明の他の有利な実施形態においては、前記センサユニットが、前記特性値を形成すべく、測定量を検出するための少なくとも１つのセンサと、そのセンサの検出した測定量の調整のためのモータの基準値とを有する。

基準値は配電箱蓋のメモリ内に格納されているとよい。それによって、配電箱蓋にはモータの基準値も、求められた測定量も存在することによって、両値の相互比較によって、現在の状態の評価を実行することができる。

配電箱蓋および特にそれのセンサユニットは、使用シナリオに応じて、モータの種々の測定量を検出できる個別的なセンサを備えているので、それらの求められた測定量とモータのその都度の基準値との比較によって、モータの現在の状態を決定することができる。この種の決定は、既に配電箱蓋自体において、又は後続接続されたプロセッサにおいて行われる。後続接続されたプロセッサの場合には１つもしくは複数の特性値が読取装置によって通信手段から呼び出され、しかる後に解析される。

本発明の他の有利な実施形態においては、前記センサユニットが、複数の測定量同士を解析するための手段を有する。

個々の測定量同士のこの種の解析に基づいて、多岐にわたる解析を既に配電箱蓋内において行なうことができる。解析の際に同様に基準量ならびに電子銘板の情報を一緒に取り込むことが好ましい。この種の解析によって、モータの現在の状態の改善された推定を得ることができる。従って個々の測定量同士および／又は付属の基準量の解析が、これらの測定量を特徴づける１つの単独の特性値をもたらす。従ってこの特性値に基づいて、モータの規則どおり状態が存在するか否かを決定することができる。このようにして読取装置に対する必要な通信費用を最小限にすることができる。

本発明の他の有利な実施形態においては、前記センサユニットが前記特性値を求めるためにプロセッサを有する。

配電箱蓋へのプロセッサの組み込みによって個々の測定量同士もしくは付属の基準量との複雑な解析を実行することができる。さらに配電箱蓋内にプロセッサおよび好ましくはメモリを組み込むことによって、後から他の機能評価を追加して配電箱蓋の機能強化を図ることができる。同様に配電箱蓋への機能評価の移転によって伝送すべき特性値の予選択を行なうことができる。従って通信手段と読取装置との間の通信を減らすことができる。同様に、既に配電箱蓋内で行なわれる解析によって、配電箱蓋のほかに追加的に必要な構成要素の需要が最小限にされる。何故ならば最終的に解析を含めてモータの全ての状態監視機能が配電箱蓋によって実現されるからである。

従って、プロセッサに格納された評価ロジックに基づいて、検出されたセンサユニットの複数の測定量を解析し、これからモータの健康状態を反映する１つの測定量を形成することができる。この測定量は、それに付属の特徴的な特性値により読取装置に供給することができる。

本発明の他の有利な実施形態においては、外部の読取装置と通信するための通信手段が設けられている

従ってモータの外部にある分散化された読取装置との通信が行なわれる。外部の読取装置との通信は、有線により、又は好ましくは無線により行なわれるとよい。エンドユーザは、例えば携帯装置により、モータの現在の特性値もしくは測定量を呼び出し、更なる解析のために使用することができる。通信手段と読取装置との間の無線通信の利点は、設置費用が最小限に低減されることにある。従ってエンドユーザは単に既設モータの配電箱蓋を本発明による配電箱蓋と交換するだけでよい。ケーブルの敷設は必要でない。従って配電箱蓋は自立ユニットであり、特に障害なしに既存の配電箱蓋の代わりにモータに取り付けられる。

好ましくは、求められた測定量および／又は特性値は配電箱蓋のメモリ内に保存され、従ってその時間に亘って測定量もしくは特性値の解析を行なうことができる。

本発明の他の有利な実施形態においては、電源ユニットがモータ接続線からエネルギーを取り出すための手段を有する。

この種のモータ接続線からのエネルギー取出し手段は、例えば磁気的エネルギー結合、容量的エネルギー結合又は抵抗によるエネルギー結合（例えば変圧器を介する）によって行なわれる。

本発明の他の有利な実施形態においては、電源ユニットが環境発電（エネルギー・ハーベスティング）によってエネルギーを獲得するための手段を有する。

エネルギー・ハーベスティングによってエネルギーを獲得する場合には、例えば周囲温度のような発生源、振動又は空気流からの電流発生が行なわれる。

本発明の他の実施形態においては、モータの配電箱が本発明による配電箱蓋を有する。

他の有利な実施形態においては、モータが本発明による配電箱蓋を備えた配電箱を有する。

本発明の他の有利な実施形態においては、センサユニット、通信手段および電源ユニットが配電箱蓋のボード上に取り付けられている。

以下において、図示の実施例に基づいて、本発明および本発明の実施形態を詳細に記載して説明する。

図１は電気モータ１の概略図を示す。 図２は取付け状態で配電箱２の方を向いている図１の配電箱蓋３の面の概略図を示す。

図１は電気モータ１の概略図を示す。電気モータ１は固定子６の上に固定されている。電気モータ１は、回転軸９、Ａ側のモータ軸受殻４およびＢ側のモータ軸受殻５を含み、これらのモータ軸受殻を電気モータの機械ハウジング７が包囲している。モータ軸受殻４，５は、機械ハウジング７の後方および前方の蓋を成している。回転軸９の軸受を収容するモータ軸受殻４，５によって、機械内部が接触から保護される。Ａ側のモータ軸受殻４は駆動側と呼ばれ、一般に固定軸受を支持している。Ｂ側のモータ軸受殻５は「ファンブラケット」であり、支持は一般に滑りばめにより行なわれる。さらに電気モータ１は配電箱２を有する。この配電箱２は電気モータに固定結合されている。配電箱２の接続開口８を介してモータ接続線が電気モータ１に給電のために接続可能である。配電箱２は配電箱蓋３を有する。この配電箱蓋３は取付要素により配電箱に機械的に結合されている。

電気モータ１の状態監視を可能にするために、配電箱蓋３は電気モータ１の複数の測定量を検出するためのセンサユニットを有する。配電箱蓋３内に組み込まれた通信手段は、それぞれの測定量および／又は測定量を特徴づける特性値を読取装置２０に供給するように構成されている。この場合に通信手段と読取装置２０との間の通信は無線で行なわれるので、状態監視のためのケーブル敷設は必要でない。さらに配電箱蓋３はセンサと通信手段とに給電するための電源ユニットを含む。従って配電箱蓋３は電気モータ１のための状態監視装置を構成している。

電気モータ１のためのこの種の状態監視装置の利点は、高価な設置作業（ケーブル敷設、パラメータ設定など）が必要でないことにある。さらに、既に全てが配電箱蓋３内に組み込まれているために、安全上危険である露出ケーブルの敷設がない。さらに他の大きな利点は、従来の電気モータに対する状態監視機能の追加装備が、単にその配電箱蓋を、状態監視機能を含む配電箱蓋３と交換するだけで可能にされることにある。これはエンドユーザにとって非常に大きな利点である。

図２は、図１の配電箱蓋３の両面のうち、取付け状態で配電箱２の方を向いている面の概略図を示す。この配電箱蓋３は、センサユニット１０と、電源ユニット１２と、通信手段１１と、電子銘板を提供するための手段１３とを含む。電源ユニット１２は、センサユニット１０と、通信手段１１と、電子銘板を提供するための手段１３とに、電気エネルギーを供給する。エネルギー獲得は、モータ接続ケーブルからのエネルギー取り出しによって行なわれる。これに対する代替又は追加として、同様にエネルギー・ハーベスティング手段によって各構成要素への給電を保証することができる。さらに、センサユニット１０は、部分放電を測定するための手段１４、電気モータの固定子巻線温度および／又は電気モータの周囲温度を測定するための手段１５、電気モータの不釣り合いを測定するための手段１６、プロセッサ１７、ならびに電気モータの基準値および／又は求められた測定量もしくは特性値を保存するためのメモリ１９を含む。所望の測定値を求めるために配電箱蓋３は適切なセンサを含む。

さらに配電箱蓋３が電気モータの基準値ならびにプロセッサ１７およびメモリ１９を有することによって、状態監視が配電箱蓋３によって行なわれる。この状態監視は複数の部分ステップを有する。先ず状態検出が行なわれる。電気モータの測定量／機械パラメータの測定がセンサユニット１０のセンサによって行なわれる。状態比較によって電気モータの実際状態が予め与えられた規準値と比較される。この基準値は、電気モータの維持すべき目標値ならびに超過してはならない限界値である。各基準値、従って各目標値は、電気モータの被検査パラメータに応じて、機械検査時に求められるか、予め与えられた量によって規定されるかのいずれかである。この種の基準値は、既にその都度の電気モータの電子銘板中に存在する。すぐ次のステップにおいて、求められた測定値の診断が、その基準値を用いて行なわれる。これは、配電箱蓋３に取り付けられているプロセッサ１７によって行なわれる。既に配電箱蓋３において解析が行なわれる場合には、通信手段を介して、測定量を特徴づける特性値が読取装置に供給される。この特性値は、目標値超過が起きたか否かを知らせる。さらに、その特性値に基づいて、基準量に対する測定量の現在の偏差を知らせることができる。求められた測定量の後続の解析が行なわれる場合には、測定量を特徴づける特性値が単に測定量を表す値であってもよい。

さらにメモリ１９の組み込みによって電気モータの経歴をより正確に考察して解析することができる。外部の読取装置により、例えば電気モータの測定量および／又は特性値の履歴を通信手段１１を介して読み出して解析することができる。さらにこの種の解析は、同様に既に配電箱蓋３の内部においてプロセッサ１７により行なうことができる。

プロセッサ１７の組み込みによって、リアルタイムでの電気モータの連続的な監視および機械パラメータの絶え間ない検出を可能にすることができる。このようにして、長期的な動向ならびに急な又は過渡的な状態変化を検出し、完全に注釈することができる。

エンドユーザは、配電箱蓋３によって、電気モータに対する設備内の状態監視装置を簡単なやり方で高価なケーブル敷設費用なしに追加装備することができる。それゆえ、エンドユーザは、設備もしくは電気モータの信頼度を監視することができ、従って電気モータの使用を延長することができる。それゆえ予期しない機械故障を回避することができる。さらに配電箱蓋３によって電気モータの絶え間のない監視がオンラインでもオフラインでも可能である。他の利点は、配電箱蓋３が自立のユニットを構成しており、従って既設の電気モータにおいて後から大きな費用なしに追加装備できることにある。

１ 電気モータ
２ 配電箱
３ 配電箱蓋
４ モータ軸受殻
５ モータ軸受殻
６ 固定子
７ 機械ハウジング
８ 接続開口
９ 回転軸
１０ センサユニット
１１ 通信手段
１２ 電源ユニット
１３ 電子銘板を提供するための手段
１４ 部分放電を測定するための手段
１５ 固定子巻線温度および／又は周囲温度を測定するための手段、
１６ 電気モータの不釣り合いを測定するための手段
１７ プロセッサ
１８
１９ メモリ
２０ 読取装置

Claims (14)

1. モータ（１）の測定量を検出するためのセンサユニット（１０）と、
   前記測定量を特徴づける特性値を読取装置（２０）に供給するように構成された通信手段（１１）と、
   前記センサユニット（１０）に給電するための電源ユニット（１２）と、
   を含むモータの配電箱蓋（３）。
2. 前記電源ユニット（１２）が前記通信手段（１１）に給電するために設けられている請求項１記載の配電箱蓋（３）。
3. 配電箱蓋（３）が、前記通信手段（１１）を介してモータ（１）の電子銘板を提供するための手段（１３）を有する請求項１乃至２の１つに記載の配電箱蓋（３）。
4. 前記センサユニット（１０）が部分放電を測定するための手段（１４）を有する請求項１乃至３の１つに記載の配電箱蓋（３）。
5. 前記センサユニット（１０）がモータ（１）、特に固定子巻線の温度、および／又はモータ（１）の周囲温度を測定するための手段（１５）を有する請求項１乃至４の１つに記載の配電箱蓋（３）。
6. 前記センサユニット（１０）がモータ（１）の不釣り合いを測定するための手段（１６）を有する請求項１乃至５の１つに記載の配電箱蓋（３）。
7. 前記センサユニット（１０）が、前記特性値を形成すべく、１つの測定量を検出するための少なくとも１つのセンサと、そのセンサの検出した測定量を調整するためのモータ（１）の基準値とを有する請求項１乃至６の１つに記載の配電箱蓋（３）。
8. 前記センサユニット（１０）が、複数の測定量同士を解析するための手段を有する請求項１乃至７の１つに記載の配電箱蓋（３）。
9. 前記センサユニット（１０）が前記特性値を求めるためにプロセッサ（１７）を有する請求項１乃至８の１つに記載の配電箱蓋（３）。
10. 外部の読取装置（２０）と通信するための通信手段（１１）が設けられている請求項１乃至９の１つに記載の配電箱蓋（３）。
11. 前記電源ユニット（１３）がモータ接続線からエネルギーを取り出すための手段を有する請求項１乃至１０の１つに記載の配電箱蓋（３）。
12. エネルギー・ハーベスティングによってエネルギーを獲得するための手段を有する請求項１乃至１１の１つに記載の配電箱蓋（３）。
13. 請求項１乃至１２の１つに記載の配電箱蓋（３）を有する配電箱（２）。
14. 請求項１乃至１２の１つに記載の配電箱蓋（３）を有する配電箱（２）を備えたモータ（１）。

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