JP2016025964A - モータ故障の検出のための方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】治療用の使用中に、流れ発生装置又は換気装置における悪化する欠陥を検知するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】モータ電流が測定されて、モータによって入力されるトルクを見積もり、インペラからの出力トルクが(例えば、モータ制御システムのモデルからの推定及び/又は参照表を引くことによって)決定される。1つ以上の変換器は、入力及び出力トルクを決定するのに有益なデータを収集する。(モータへの)入力トルクと(インペラからの)出力トルクとの間の差が計算される。この差は、任意にローパスフィルタを使用してノイズを削減され、一度又は所定の時間に亘って所定の閾値と比較され、重大故障及び/又は悪化する故障を検知する。故障又は悪化する故障が検知されると、使用者は警告され、及び/又は流れ発生装置が「保守用」モードになる。
【選択図】図9
Description
所定の実施形態例は、流れ発生器における悪化する欠陥を検知する技術に関する。これは、流れ発生器の期待される負荷トルクとモニターされた負荷トルクとの間の差を計算することによって可能とすることができる。差は、除去されようと除去されなかろうと、1つ以上の所定の閾値と比較され、重大欠陥が生じているかどうか及び/又は欠陥が悪化しているかどうかを決定することができる。以下の記載は、この解決法に関して使用することができる説明に役立つ式及び説明に役立つハードウェア/ソフトウェアの構成を詳述している。
送風機はモータ2によって動かされ、モータ2は供給された流体を加速するインペラにトルクを供給する。いずれかの時点において、モータによって起こされるトルクと流体の加速のために必要とされるトルク、インペラの質量とモータのロータとの加速及びシステムにおけるいずれかの損失のために必要とされるトルクとの間のバランスが取られている。このバランスもまた動力の点から述べられることが理解される。モータによって起こされたトルクは、モータ定数kを適用することにより、消費された電流から計算することができる。多相モータに対しては、この定数は相を通して同様の定数である。モータによって与えられるトルクは、よって、
式(1)は、モータによって提供されるトルクがモータ電流とモータトルク定数との積として計算できることを示している。通常、モータトルク定数はモータ製造者によって提供される。よって、モータ供給電流のみがこの式への入力を完成するために必要とされる。したがって、小さい値のレジスタが電源とモータとの間の回路に配置される場合、このレジスタにかかる電圧はほぼ線形に、モータにかけられる電流に比例する。また、モータがスイッチモードの技術を使用して制御される場合、レジスタにかかる電圧は、供給電流のほぼノイズのない値を提供するためにフィルタをかけられる必要がある。
ポンプによって生じた動力はp・Qに等しく、ここでpはパスカルで測定され、Qはm3・s−1で計算され、結果的にワットの単位を有する。ポンプによって生じた動力が秒あたりのラジアンで表わされる角速度で割られた場合、結果はニュートン‐メータで表わされるトルクとなる。ポンプが100%の効率である(例えば流体損失若しくは機械的損失がない)場合、このトルクは、ポンプが一定の角速度で回転している場合のモータの必要とされるトルクである。
モータ及びポンプが加速されている(例えば、各速度が一定ではない)場合、トルクは下式の総合体としての回転質量を加速する必要がある。
上述のように、ポンプの非効率性及びベアリングに関する損失は、経験的に、しかし尚、音響物理の原理の所定の実施形態例の機能的原理に基づきモデル化することができる。このようなモデルの1つは、
Tcons=5.4721E−4N・m
k1=1.8838E−6N・m(ラジアン−1)・s
k2=1.2585E2N・m(ラジアン−1)・s2
k3=1.0493E−7N・m・Pa−1
である。これら値は「良品として既知の」ユニットと最小二乗法とを使用して計算されたものである。別のユニットに対する定数は同一の又は同様の方法を使用して計算することができる。
図4はニュートン‐メータ対時間でのトルクの2つのプロットを示し、点線の曲線はモータによって供給されたトルクを示し、実線の曲線は総合体としての負荷に関するトルクである。AutoSet CS2送風機は、対象となる呼吸の間の固定された周期長さで、単純な2段階形式において圧力を供給している。モータトルクは、静的試験によって作られた下式のモデルを使用して計算された。
図8は、4つの別々のユニットに対する、図7のトルクバランスのトレースの長期モニターリングを示している。図8においては、示されたトレースは100秒の時定数でフィルタされ、一時的なノイズを除去している。3つの「良好な」ユニット(曲線810、820、及び830)が一時間あまり作動され、同様な殆どゼロのトルク差を示した。4番目の欠陥を有するユニット(曲線840)は、ベアリング故障まで約3時間作動された。このユニットは、時間ゼロにおいてそのベアリングからグリースを除去されており、1時間の時点で多少のごみがベアリングの中に導入された。欠陥のあるユニットは明瞭に大幅に増加されたトルク差を示しており、モータが「期待されない」負荷に対するトルク(又は動力)を供給していることを示唆している。このユニットは、フィルタされた大幅なトルク差の検知に少なくとも部分的に基づいて、制御ソフトウェアによって壊滅的な故障のずっと前に停止することができたことが理解できるであろう。
図9は、実施形態例に従った欠陥検知方法を示す図的フローチャートである。ステップS902において、モータ電流が測定され、モータトルクが決定される。モータトルクは、例えば式(2)を使用して計算することができる。代替的に、モータトルクは、モデル及び/又はモータ制御システムの参照表、例えば式(7)を使用して推定することができる。ステップS904において、送風機のトルクバランス(例えば、モータが供給しているものと期待される負荷との間のバランス)が、例えば式(2)を使用してモニターされる。期待される負荷と、モニターされた(実際の)負荷との間の差がステップS906において計算される。この差は、下式のようにモデル化することができる。
2・・・モータ
4・・・制御装置
5・・・マスク
6・・・可撓導管
7・・・スイッチ
8・・・表示装置
Claims (65)
- 流れ発生装置内で悪化している欠陥の検知方法であって、
前記流れ発生装置は、前記流れ発生装置の動作中に自動制御の下でモータによって動かされるインペラを有する、方法において、
前記流れ発生装置によって発生した加圧された呼吸に適したガスの流れを供給するステップと、
前記流れ発生装置が加圧された呼吸に適したガスの流れを発生させる場合に、第1の変換器によって、前記モータに供給された少なくとも1つの入力パラメータを測定するステップと、
プロセッサを有する制御装置によって前記モータに提供された入力モータ電力値を決定するステップであって、前記入力モータ電力値が、前記第1の変換器によって測定された前記少なくとも1つの入力パラメータに少なくとも部分的に基づいている、ステップと、
第2の変換器によって、前記モータのタービンから少なくとも1つの出力を測定するステップと、
前記制御装置によって負荷モータ電力値を決定するステップであって、前記負荷モータ電力値が、前記第2の変換器によって測定された少なくとも1つの出力に少なくとも部分的に基づいている、ステップと、
前記制御装置によって、前記モータ電力値と前記入力モータ電力値との間の差を計算するステップであって、前記差が前記モータ内の損失と関連している、ステップと、
前記差を所定の閾値と比較することによって、前記差に少なくとも部分的に基づいて欠陥が前記流れ発生装置内で悪化しているかどうかを判断するステップと、
を備える方法。 - 前記制御装置によって前記入力モータ電力値を決定するステップは、モータ制御システムのモデルからの推測にさらに基づくことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記制御装置によって前記入力モータ電力値を決定するステップは、モータ制御システムの参照表にさらに基づくことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 欠陥の悪化が前記制御装置によって判断された場合に、警報を起動させるステップ、及び/又は前記流れ発生装置を保守を必要とするモードにするステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記制御装置によって計算された前記差が所定の閾値を特定の時間量超えている場合に、聴覚的アラーム及び/又は視覚的アラームによって欠陥の悪化を表示するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記差をローパスフィルタによってフィルタ処理するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ローパスフィルタは、一時的な誤差を削減するように構成されていることを特徴とする請求項6のいずれか一項に記載の方法。
- フィルタ処理された前記差を所定の閾値と比較するステップをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記制御装置によって計算されたフィルタ処理された前記差が前記所定の閾値を特定の時間量超えている場合に、聴覚的アラーム及び/又は視覚的アラームによって欠陥の悪化を表示するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記制御装置によって、環境圧力、温度、及び粘度のうちの1つ以上の変化を修正するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの測定された出力は、圧力、流量、及び/又は回転速度を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記モータは直流モータであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの入力パラメータが、前記モータに供給された電圧であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの入力パラメータが、前記モータに供給されたモータ電流であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 加圧された呼吸に適したガスの流れを供給するタービンベースの換気装置であって、
供給されるべき加圧された呼吸に適したガスの流れを発生させるためにインペラを駆動させるように構成されたモータと、
前記モータが、供給されるべき加圧された呼吸に適したガスの流れを発生させる間に、前記モータに供給された少なくとも1つの入力パラメータを測定するように構成された第1の変換器と、
前記モータのタービンから少なくとも1つの出力を測定するように構成された少なくとも1つのさらなる変換器と、
前記モータを制御するように構成された閉ループの制御装置と、
を備えており、
前記制御装置はさらに、前記換気装置の動作中に前記換気装置の悪化している欠陥を検知するように構成されており、
前記悪化している欠陥は、入力モータ電力値と負荷モータ電力値との比較に基づいて検知されており、
前記入力モータ電力値は、前記第1の変換器によって測定された前記少なくとも1つの入力パラメータに少なくとも部分的に基づいており、
前記負荷モータ電力値は、前記少なくとも1つのさらなる変換器によって測定された前記少なくとも1つの出力に少なくとも部分的に基づいていることを特徴とする換気装置。 - 患者インターフェースに接続された可撓導管をさらに備え、
前記可撓導管及び前記患者インターフェースは、患者に加圧された呼吸に適したガスの供給を行うのに好適であることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。 - 前記少なくとも1つの入力パラメータは、前記モータに供給された電圧であることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記少なくとも1つの入力パラメータは、前記モータに供給されたモータ電流であることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記第1の変換器は、モータ電流を測定するように構成されたトランスコンダクタンス増幅器をさらに備えていることを特徴とする請求項18に記載の換気装置。
- 前記少なくとも1つの出力は、患者へ供給された圧力、流量、前記インペラの回転速度、及びモータ電流のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 前記入力モータ電力値は、モータ制御システムのモデルからの推測に少なくとも部分的にさらに基づいていることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記入力モータ電力値は、モータ制御システムの参照表に少なくとも部分的にさらに基づいていることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 前記悪化している欠陥が検知された場合に、前記制御装置は、警報を起動させるようにさらに構成され、且つ/又は前記流れ発生装置を保守を必要とするモードにするようにさらに構成されていることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記制御装置は、前記環境圧力及び/又は温度における変化を修正するために、モータに指示するように構成されていることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記タービンベースの換気装置は、流量設定型、容量設定型、及び/又は圧力設定型の装置であることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記タービンベースの換気装置は、PAP装置であることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記比較をフィルタ処理するように構成されたローパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記ローパスフィルタは、一時的な誤差を削減するように構成されていることを特徴とする請求項27に記載の換気装置。
- 前記制御装置は、前記フィルタ処理された比較を所定の閾値と比較するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項27に記載の換気装置。
- 前記フィルタ処理された比較が前記所定の閾値を特定の時間量超えている場合に、前記制御装置は、悪化している欠陥を表示するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項29に記載の換気装置。
- 前記比較は、前記負荷モータ電力値と前記入力モータ電力値との間の差であり、前記差は前記モータ内の損失と関連していることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 前記制御装置は、前記差を所定の閾値と比較するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項31に記載の換気装置。
- 前記差が前記所定の閾値を特定の時間量超えている場合に、前記制御装置は、悪化している欠陥を表示するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項32に記載の換気装置。
- 前記モータは直流モータであることを特徴とする請求項15に記載の換気装置。
- 流れ発生装置内に存在する欠陥又は前記流れ発生装置内で悪化している欠陥の検知方法であって、
前記流れ発生装置は、前記流れ発生装置の治療的使用中に自動制御の下でモータによって動かされるインペラを有する、方法において、
前記流れ発生装置によって発生した加圧された呼吸に適したガスの流れを供給するステップと、
前記流れ発生装置が前記加圧された呼吸に適したガスの流れを発生させる場合に、前記モータに供給されたモータ電流を測定するステップと、
前記モータによって発生された入力モータトルク値を、前記モータ電流に少なくとも部分的に基づいて決定するステップと、
出力モータトルク値を決定するステップと、
前記出力モータトルク値と前記入力モータトルク値との間の差を計算するステップと、
前記差に少なくとも部分的に基づいて欠陥が前記流れ発生装置内に存在するかどうか又は前記流れ発生装置内で悪化しているかどうかを判断するステップと、
を備える方法。 - 前記入力モータトルク値を決定するステップは、モータ制御システムのモデルからの推測にさらに基づくことを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記入力モータトルク値を決定するステップは、モータ制御システムの参照表にさらに基づくことを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記欠陥が存在する又は悪化していると判断された場合に、警報を起動させるステップ、及び/又は流れ発生装置を保守を必要とするモードにするステップをさらに備えることを特徴とする請求項35〜37のいずれか一項に記載の方法。
- 前記差を所定の閾値と比較するステップをさらに備えることを特徴とする請求項35〜38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記差が所定の閾値を特定の時間量超えている場合に、欠陥が存在する又は悪化していることを表示するステップをさらに備えることを特徴とする請求項39に記載の方法。
- 前記差をローパスフィルタによってフィルタ処理するステップをさらに備えることを特徴とする請求項35〜38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ローパスフィルタは、一時的な誤差を削減するように構成されていることを特徴とする請求項41に記載の方法。
- フィルタ処理された前記差を所定の閾値と比較するステップをさらに備える請求項41又は42に記載の方法。
- 前記差が前記所定の閾値を特定の時間量超えている場合に、欠陥が存在する又は悪化していることを表示するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記差を計算するステップは、密度、粘度、及び温度のうちの1つ以上の変化を修正するステップをさらに備えていることを特徴とする請求項35〜44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記モータのタービンからの出力を測定するステップであって、測定された出力は圧力、流量、及び/又は回転スピードを含んでいるステップにおいて、
前記出力モータトルク値の決定が前記測定された出力に少なくとも部分的に基づいていることを特徴とする請求項35〜45のいずれか一項に記載の方法。 - 前記差に少なくとも部分的に基づいて前記流れ発生装置内で欠陥が悪化しているかどうかを判断するために、前記出力モータトルク値と前記入力モータトルク値との間の差を一定時間に亘って計算することを備える、請求項35〜46のいずれか一項に記載の方法。
- 加圧された呼吸に適したガスの流れを供給するためのタービンベースの換気装置において、
供給されるべき前記加圧された呼吸に適したガスの流れを発生させるために、インペラを駆動するように構成されたモータと、
前記モータが前記加圧された呼吸に適したガスの流れを発生させる間に、前記モータに供給されるモータ電流を測定する変換器と、
前記モータ/インペラのための閉ループの制御装置と、
を備えるタービンベースの換気装置であって、
前記制御装置はさらに、前記タービンベースの換気装置の治療的使用中に、存在する又は悪化している前記タービンベースの換気装置の欠陥の存在を検出するように構成されており、
前記欠陥の存在は、入力モータトルク値と出力モータトルク値との比較に基づいて検出されており、
前記入力モータトルク値は、前記モータ電流に少なくとも部分的に基づいている、タービンベースの換気装置。 - 患者インターフェースに接続された可撓導管をさらに備え、該可撓導管と前記患者インターフェースとは、患者に前記加圧された呼吸に適したガスの供給を行うために好適であることを特徴とする請求項48に記載の装置。
- 前記変換器は、モータ電流を測定するように構成されたトランスコンダクタンス増幅器をさらに備えていることを特徴とする請求項48又は49に記載の装置。
- 患者に供給される圧力、流量、インペラの回転速度、及びモータ電流を測定する及び/又は計算することができる少なくとも1つの変換器をさらに備えることを特徴とする請求項48〜50のいずれか一項に記載の装置。
- 前記入力モータトルク値の決定は、モータ電流及び/又はモータ制御システムのモデルからの推定に基づいていることを特徴とする請求項48〜50のいずれか一項に記載の装置。
- 前記入力モータトルク値の決定は、モータ電流及び/又はモータ制御システムの参照表に基づいていることを特徴とする請求項48〜51のいずれか一項に記載の装置。
- 前記比較をフィルタ処理するように構成されたローパスフィルタをさらに備えていることを特徴とする請求項48〜53のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ローパスフィルタは一時的な誤差を削減するように構成されていることを特徴とする請求項54に記載の装置。
- 前記制御装置は、前記欠陥の存在が検出される場合に、警報を起動させるようにさらに構成されており、及び/又は前記換気装置を保守を必要とするモードにするようにさらに構成されていることを特徴とする請求項48〜55のいずれか一項に記載の装置。
- 前記比較は、前記出力モータトルク値と前記入力モータトルク値との差であることを特徴とする請求項48〜56のいずれか一項に記載の装置。
- 前記制御装置は、前記差を所定の閾値と比較するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項57に記載の装置。
- 前記差が前記所定の閾値を特定の時間量超えている場合に、前記制御装置は、欠陥の存在を表示するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項58に記載の装置。
- 前記制御装置は、前記差に少なくとも部分的に基づいて前記流れ発生装置内で欠陥が悪化しているかどうかを判断するために、前記出力モータトルク値と前記入力モータトルク値との間の差を一定時間に亘って計算するように構成されることを特徴とする、請求項57〜59のいずれか一項に記載の装置。
- 前記制御装置は、フィルタ処理された比較を所定の閾値と比較するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項54又は55に記載の装置。
- 前記フィルタ処理された比較が所定の閾値を特定の時間量超える場合に、前記制御装置は、前記欠陥の存在を表示するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項61に記載の装置。
- 前記制御装置は、前記モータに指令して、前記入力モータトルク値及び前記出力モータトルク値を比較する場合に密度、粘度、及び温度のうちの少なくとも1つにおける変化を修正するように構成されていることを特徴とする請求項48〜62のいずれか一項に記載の装置。
- タービンベースの換気装置は、流量設定型、容量設定型、及び/又は圧力設定型の装置であることを特徴とする請求項48〜63のいずれか一項に記載の装置。
- 前記タービンベースの換気装置は、PAP装置であることを特徴とする請求項48〜64のいずれか一項に記載の装置。
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