JP2021530195A - 電気モーターの動作準備を評価する方法、電気モーターおよびファン - Google Patents

Abstract

電気モーターの、特に、ファンの電気モーターの動作準備を評価する方法が、開示される。本方法は、初回の起動中に用いられる。本方法は、電気モーターの始動プロセスを開始するステップであって前記速度が始動プロセス中に複数の速度レベルで変化する電気モーターの始動プロセスを開始するステップと、前記複数の速度レベルの少なくとも１つで電気モーターのセンサを用いて物理変数を測定することにより少なくとも１つの測定値を生成するステップと、電気モーターのパラメータメモリから、少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップであって該少なくとも１つのパラメータデータが前記生成された少なくとも１つの測定値に対応しているパラメータデータをロードするステップと、少なくとも１つのロードされたパラメータデータを使用して複数の速度レベルの少なくとも１つの速度レベルごとに少なくとも１つの測定値を評価するステップと、を含む。さらに、パラメータメモリとパラメータ化インターフェースとを有する電気モーター、およびこの電気モーターと羽根車とを有するファンが、開示される。【選択図】図３

Description

本発明は、初回起動中に、電気モーターの、特に、ファンの電気モーターの動作準備を評価するための方法に関する。
また、本発明は、電気モーター、およびファンに関する。

電気モーターは、動作中に、さまざまな種類の振動にさらされる。
これらの振動は、電気モーター自体によって引き起こされたり、駆動負荷によって引き起こされたり、電気モーターが設置されている環境によって引き起こされたりする場合がある。
たとえば、電気モーターがファンの構成要素である場合、羽根車のバランスが不均衡であることによって、振動が発生する場合がある。
さらに、たとえば、脈動しているＤＣリンク電圧から生じる可能性がある、不均一な駆動トルクによって、振動がさらに強められる可能性がある。
ファンが、振動をファンに伝達する工業的な環境に設置されている場合、さらなる振動にされられる可能性もある。

通常、顧客に納品する前、または、ハウジングに設置する前に、モーターまたはファンは、非対称な重量配分やその他の振動発生環境を減らすことにより、動的なバランスを確保する。
ただし、ハウジングへの設置、顧客への輸送、客先への設置、または、客先で、損傷がすでに発生している場合があり、そういった損傷は、バランス性能に影響を与える場合がある。
農業や腐食の激しい環境などの、汚れが付着する環境でファンを動作させる場合、ファンの耐用年数にわたって、バランス性能も影響を受ける。

バランスの不均衡は、振動の増加につながり、それによって、電気モーターの構成要素に大きな負荷がかかる。
たとえば、ベアリングは、振動することで、振動の少ないシステムに配置されている場合と比較して、かなり大きな応力にさらされる。
一方で、振動によって、電気モーターに組み込まれている電子機器に負担がかかる。
これによって、はんだ付けされた接続の緩み、部品の破壊、さらには、回路基板の破損が生じる可能性がある。
全体として、高レベルの振動は、電気モーターおよび／またはその構成要素の耐用年数を大幅に短縮する可能性がある。

特許文献１には、モーターベアリングを監視する機能を有する電気モーターが、開示されている。
上記の目的ために、ローターから離れる方向を向いているステータフランジの側に振動センサを取り付け、電気モーターの振動を測定する。
このようにすると、電気モーターのベアリングに発生する問題を検出することができる。
ただし、発生した問題が比較的高度なレベルである場合にのみ、問題が認識される。

欧州特許第２９７２４３１（Ｂ１）明細書 独国特許出願公開第１０２０１８２１１８３８（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０２０１８２１１８３３（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０２０１８２１１８４３（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０２０１８２１１８４６（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０２０１８２０１７０７（Ａ１）号明細書

したがって、本発明は、安全で信頼性の高い動作が保証されるように、冒頭で述べた種類の方法、電気モーター、および、ファンを設計および開発するという目的に基づいている。

前述の目的は、請求項１に記載された特徴を用いて、本発明によって達成される。
その方法は、電気モーターの始動プロセスを開始するステップであって、前記速度が始動プロセス中に複数の速度レベルで変化する、電気モーターの始動プロセスを開始するステップと、
前記複数の速度レベルの少なくとも１つで、電気モーターのセンサを用いて物理変数を測定することにより少なくとも１つの測定値を生成するステップと、
前記電気モーターのパラメータメモリから少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップであって、該少なくとも１つのパラメータデータが、前記生成された少なくとも１つの測定値に対応している、パラメータデータをロードするステップと、
前記少なくとも１つのロードされたパラメータデータを使用して前記複数の速度レベルの少なくとも１つの速度レベルごとに前記少なくとも１つの測定値を評価するステップと、を含む、方法である。

電気モーターに関して、前述の目的は、請求項１５に記載された特徴によって達成される。
それによると、本発明による方法を実行するように設計されている電気モーターが、パラメータメモリとパラメータデータを送信するためのインターフェースとを有し、前記パラメータメモリが、パラメータ化プロセス中に前記インターフェースを介して送信されたパラメータデータを記憶するように設計されている。

ファンに関して、前述の目的は、請求項１７に記載された特徴によって達成される。
それによると、ファンが、本発明による電気モーターと羽根車とを有し、前記羽根車が、電気モーターのローターに接続されている。

本発明による方法では、多くの場合、問題は、非常に早い段階で発生することが、まず認識される。
初めて電気モーターを起動する際、現在の動作条件で電気モーターが動作可能かどうか、および、どれくらいの期間動作可能かを見積もることができる。
したがって、本発明によれば、電気モーターの動作準備が評価される。
さらに、電気モーターが動作環境に配送および設置された後の最初に起動される際に、この評価が行われると好ましい。

電気モーターの動作準備をこのように確認可能なように、電気モーターには、電気モーターの動作の評価を可能にする、本発明によるパラメータデータが提供される。
これらのパラメータデータは、（公称速度や公称トルクなどの）電気モーターに通常存在するパラメータよりも高度なものである。
その理由は、パラメータデータを用いることで、電気モーターの設計とその設置条件および動作条件とに関する広範な情報を提供できるためである。
パラメータデータには、基準値、電気モーターに関する設計情報、電気モーターによって加えられる負荷に関する設計情報（たとえば、ファンの羽根車）、電気モーターの特性、構成要素の特性、および／または、電気モーターの動作挙動に関する情報が含まれていてもよい。
生成された測定値を評価することを目的として、これらのパラメータデータは、電気モーターの動作準備を評価する本発明による方法で用いられる。
そして、測定値を評価することで、電気モーターが全体として動作する準備ができているかどうかについての結論が得られる。

本発明によれば、電気モーターの始動プロセスが、最初に開始する。
始動プロセス中に、速度は、複数の速度レベルで変化する。
原則として、速度を変化させる手段は、重要ではない。
速度は、遅い速度から速い速度へ変化させてもよいし、速い速度から遅い速度へ変化させてもよい。
速度が、複数の異なる値の間で比較的任意にジャンプすることも、考えられる。
さまざまな速度で電気モーターの挙動を評価可能にするために、電気モーターを複数の速度で動作させることのみが、重要である。
通常、電気モーターは、供給電圧を印加される際に停止しており、速度がゼロであるので、遅い速度から速い速度へ速度を変化させると好ましい。
この場合、遅い速度は、ゼロに等しい速度（電気モーターの停止）であると好ましく、速い速度は、電気モーターの公称速度であると好ましい。
速度を変化させる際、速度レベル間の間隔は、互いに等間隔であってもよいし、互いに相関していなくてもよい。
ある速度から次の速度に変化することで電気モーターに不必要な負荷がかかることを回避するために、速度レベル間で、速度を連続的または準連続的に変化させることをお勧めする。

次のステップでは、少なくとも１つの測定値が生成される。
測定値は、複数の速度レベルの少なくとも１つで電気モーターのセンサを用いて、物理変数を測定することによって、生成される。
つまり、測定値が複数ある場合、１つの物理変数が１つのセンサで複数の速度レベルで測定されるか、１つの物理変数が複数のセンサで１つ以上の速度で測定されるか、複数の物理変数が複数のセンサで１つ以上の速度レベルで測定されるか、を意味する。
動作準備の評価の種類によって、電気モーターで測定可能な、どの物理変数を測定するかが決まる。
それぞれの物理変数は、電気モーターの少なくとも１つのセンサを用いて記録される。
「電気モーターのセンサ」とは、電気モーターまたは電気モーターの電子機器に統合されている、任意のセンサであってもよい。
原則として、このセンサには、電気モーターの外側に取り付けられているモーター電子機器（たとえば、モーターハウジングに取り付けられているモーター電子機器）に統合されているセンサが含まれてもよい。

さらなるステップでは、少なくとも１つのパラメータデータが、電気モーターのパラメータメモリからロードされる。
このパラメータデータは、パラメータ化プロセス中にパラメータメモリに送信され、そこに記憶されると好ましい。
このパラメータ化プロセスについては、以下で詳しく説明する。
少なくとも１つのパラメータデータに関しては、それぞれの場合にロードされるパラメータデータが、それぞれで生成された測定値に直接的または間接的に対応していることが、重要である。
たとえば、測定値が電気モーターの振動を示し、パラメータデータが最大許容振動を示す場合、パラメータデータは、測定値に直接的に対応可能である。
パラメータデータは、ほとんどの場合、測定値と同じ物理変数に関連している必要がある。
間接的に対応するパラメータデータとは、たとえば、電気モーターまたは電気モーターの寸法に関する設計情報であってもよい。
このようなパラメータデータは、測定された変数に間接的に影響している場合がある。
たとえば、電気モーターの寸法は、電気モーターの振動に影響を与える場合があるため、このパラメータデータは、測定された振動値に間接的に対応している。
対応しているパラメータデータを選び、ロードして用いることで、生成された測定値を評価可能になる。

少なくとも１つのロードされたパラメータデータを用いて、少なくとも１つの測定値の評価が、さらなるステップで実行される。
この評価には、たとえば、制限値が順守されているかどうかの確認が、含まれてもよい。
また、生成された測定値が、パラメータデータが示す幾何学的情報と一致しているかどうかを確認したり、たとえば、電気モーターまたは電気モーターに加わっている負荷に変化があったかどうか、または、輸送中に電気モーターが損傷したかどうかを、確認したりすることも考えられる。

「物理変数」は、電気モーターにおける、さまざまな変数であってもよい。
原則として、物理変数には、ステータまたはローターのコイルを流れる電圧または電流も、含まれてもよい。
しかし、これらの物理変数は、機械的変数、および／または磁気的変数、および／または温度に関連していると好ましい。
そのような物理変数の例として、電気モーターのローターの速度、振動、加速度、圧力差、および／または傾斜角が挙げられるが、これらに限定されない。
測定される物理変数に応じて、それぞれのセンサが設計されている。
たとえば、加速度は、加速度センサで記録可能であり、圧力差は、圧力センサまたはマイクロフォンで記録可能であり、温度は、温度センサで記録可能である。
複数のセンサが、たとえば、電気モーターの異なる場所で、物理変数を検出することも考えられる。

電気モーターの「動作準備」という用語の意味は、条件によって様々である。
たとえば、電気モーターは、許容できない空間的向きで設置される場合がある。
このような許容できない空間的向きで設置されると、ローターに過度なベアリング応力や過度な応力が加わったり、ローターに負荷が伝わったりする。
これにより、電気モーターの耐用年数が大幅に短くなる場合がある。
このような場合であっても、電気モーターは、原則として動作可能であるが、一般的な動作準備がなされる必要である。
また、電気モーターが、動作中に非常に高い振動応力にさらされることも考えられるが、この場合も同様に、安全な動作は保証されない。
そして、電気モーターが、ファンの一部であり、羽根車で流れが中断している場合は、動作準備に不備がある場合がある。
これは、ファンの寸法または動作環境が不適切であることを示しており、これにより、ファンのブレードに亀裂が生じる可能性がある。
この場合も、動作準備に不備があると言える。
上述のような列挙は、「動作準備」という用語から理解可能な現象を示している。

物理変数の測定中に、想定外の振動状態となることを回避するために、概ね安定しているシステムで測定を行うことをお勧めする。
したがって、本方法の改良された態様では、少なくとも１つの測定値が生成される前に、電気モーターの速度が設定された速度レベルに到達したかどうか、または、速度が設定された速度レベルに向かって変化している途中なのかを、確認することが好ましい。
これは、たとえば、９７ＲＰＭの設定速度レベルが指定されている場合、速度が実際に９７ＲＰＭであるかどうか、または、電気モーターの速度が現在も設定速度に向かって変化しているかどうかを判断するための確認をすることを意味する。
設定された速度レベルに到達することにより、一方では、ロードされた速度に依存するパラメータデータを、測定値の評価に信頼性高く使用することが可能になり、他方では、電気モーターは、変化途中であるために測定値の信頼性が低いというような、過渡状態ではなくなる。

改良された態様では、少なくとも１つの測定値を評価するステップにおいて、事前定義された境界条件が満たされているかどうかを判断するための確認を行う。
このような境界条件とは、たとえば、その境界条件を超えると電気モーターの安全な動作が保証されなくなる限界値であってもよい。
このような境界条件が満たされない場合、警告メッセージが生成されたり、プロセスが終了したりしてもよい。
警告メッセージは、多様に生成可能である。
たとえば、ＬＥＤ（発光ダイオード）が点灯し、故障を示すことが考えられる。
電気モーターは、特に初回起動時にプログラミング装置または制御コンピュータに接続されている可能性が高いため、このような警告メッセージを、このプログラミング装置または制御コンピュータに出力してもよい。
この場合、セットアップを行う人が、警告メッセージにすぐに対応可能である。

別の態様では、本方法は、ベアリングの耐用年数を推定するステップをさらに含む。
このステップでは、複数のパラメータデータがロードされ、かつ／または、複数の測定値が測定される。
そして、ベアリングの耐用年数の推定のために、併せて用いられる。
特に、初回起動中に、推定されたベアリング耐用年数を初期値としてメモリ（たとえば、パラメータメモリ）に保存してもよい。
電気モーターは、ベアリングの耐用年数全体にわたって、現在の動作条件下で動作すると想定してもよい。
これらの動作条件には、たとえば、動作温度、振動応力、および／または電気モーターの設置位置が、含まれていてもよい。
さらに、ベアリングの耐用年数を見積もる際に、電気モーターの構成要素の摩耗が進むことを考慮に入れてもよい。
ベアリングの摩耗が進むにつれて、電気モーターには、新しい電気モーターよりも多くの振動が発生する。
振動応力が増加すると、ベアリングの耐用年数が短くなる。
摩耗の増加に伴う挙動は、比較的よく認識可能であるため、ベアリングの耐用年数を推定する際に、摩耗の増加を考慮に入れることができる。

別の態様では、少なくとも１つの測定値を生成するステップと、少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップと、少なくとも１つの測定値を評価するステップとが、複数の速度レベルの各速度レベルで実行される。
このようにすると、電気モーターの動作準備の全体像を把握することができる。
すべてのステップとすべての測定値について、シーケンス通りに進める必要はない。
したがって、すべての測定値がすべての速度レベルについて最初に記録され、その後、測定値の評価が行われることも考えられる。
ただし、振動応力などの個別の測定値は、次の速度レベルの設定に関連する可能性があるため、個別の測定値またはすべての測定値を、記録直後に評価してもよい。

少なくとも１つの測定値を生成するステップにおいて、電気モーターの振動の加速度および／または速度を、電気モーターの振動センサを用いて測定することができ、そこから振動値を生成することができる。
このような振動測定が可能な構成は、たとえば、特許文献２および特許文献３に開示されており、それぞれの内容を、本明細書で明確に引用する。

振動値を生成する際、振動は、速度がゼロに等しい状態（電気モーターが停止している状態）で測定してもよい。
これは、ローターがステータに対して、ローター軸周りに動いていないか、または、わずかにしか動いていないことを、意味している。
この結果、電気モーター自体は、電気モーターの振動センサで測定可能な振動を生成していない場合がある。
また、このようにすると、電気モーターの設置環境からの振動が、電気モーターに伝わっているかどうか、かつ、どの程度伝わっているかどうかを、確認することができる。
設置環境から伝わっている振動は、非常に重要であり、電気モーターの動作による振動が加わり、電気モーターに過度な振動応力をもたらされることは、珍しいことではない。
速度がゼロの状態での振動を評価することにより、電気モーターのこの危険な動作を、動作開始前であっても認識可能である。

少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップにおいて、選択した速度レベルに関係なく、最大許容振動を、振動値に対応するパラメータデータとしてロードしてもよい。
そして、この最大許容振動は、測定値を評価するステップにおいて、生成された振動値と比較される。
このようにすると、電気モーターが所定の速度で非常に大きく振動し、電気モーターが安全に動作しなくなっていないかどうかを、判断可能である。
電気モーター安全に動作しない場合、電気モーターを動作させると、電気モーターが早期に損傷したり、電気モーターが負荷を発生させたりする可能性があるため、これ以降の電気モーターの動作準備は、行われなくてもよい。

さらに、少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップにおいて、電気モーターの校正測定中（たとえば最終試験中）に生成された振動値を、現在の回転速度に対してロードすることができる。
このことは、パラメータデータには、校正測定におけるさまざまな速度での振動値（以下、校正値とも呼ばれる）が含まれており、電気モーターの現在の速度に対応する校正値がロードされ、現在測定されている振動値と比較されることを、意味している。
校正値と現在測定されている振動値とは、互いに対してわずかにずれているのみである。
このずれが規定量を超えている場合、破損が発生していると判断可能である。

この実施形態の改良態様では、校正値を現在測定されている振動値と比較する際に、設置環境の振動を考慮に入れてもよい。
電気モーターが停止しているときに第１の振動値が判断され、ゼロ以外の速度で第２の振動値が判断される。
第１の振動値は、設置環境の振動を表している。
第２の振動値は、設置環境の振動と電気モーターの振動の重ね合わせから生じる振動に関連している。
次に、第２の振動値を評価する際、第１の振動値を第２の振動値から差し引いて、校正値と比較してもよい。
第１の振動値と第２の振動値との差が校正値から所定量ずれている場合は、損傷が発生していると判断可能である。
このような損傷は、たとえば、不適切な輸送によって、または、（電気モーターがファンの一部である場合は、）ファンのブレードが曲がっていることによって、引き起こされる場合がある。

少なくとも１つの測定値を生成するステップの別の実施形態では、電気モーターの空間的向きを判断してもよい。
このような方法は、たとえば、特許文献４に開示されており、その内容を、本明細書で明確に引用する。

この測定値に対応するパラメータデータには、電気モーターの空間的向きの許容範囲が含まれてもよい。
そして、この許容範囲が、少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップでロードされ、測定値を評価するステップで用いられて、電気モーターの設置位置を確認する。
この場合、電気モーターの空間的向きが許容範囲内にあるかどうかを確認可能である。
許容範囲は、別個の方向を個々に含んでいてもよい。
たとえば、パラメータデータによって、設置位置が水平であることのみが許可されてもよい。
設置位置が完全に水平であるという要件を満たすことは難しい場合があるため、個別の空間的向きに対して、範囲を指定することもお勧めする。
たとえば、水平な設置位置が必要である場合は、±２°の角度範囲を許容してよもい。

本発明による方法を実行するように設計されている、本発明による電気モーターは、パラメータメモリとパラメータデータを送信するためのインターフェースとを有していると好ましい。
パラメータメモリは、パラメータデータを記憶するように設計されている。
インターフェースは、そのインターフェースを介して送信されたパラメータデータを、パラメータメモリに記憶できるように、パラメータメモリに接続されている。
この目的のために、たとえば、インターフェースを介した通信を制御し、インターフェースを介して受信したパラメータデータを、パラメータメモリに記憶するマイクロプロセッサが提供されていてもよい。
パラメータメモリは、パラメータデータのみを記憶する専用メモリとして設計されていてもよい。
通常、追加のデータをモーター電子機器内に記憶する必要があるため、パラメータメモリを、より大きなメモリの一部としてもよい。
パラメータメモリは、不揮発性メモリである必要がある。
通常、パラメータデータは、電気モーターに常時リンクされ、電気モーターの耐用年数中に変更されるべきではないため、パラメータメモリは、原則として変更不可能なメモリとして設計されていてもよい。
しかし、不揮発性メモリの内容は、変更可能であると好ましい。
例として、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（電子的に消去可能でプログラム可能な読み取り専用メモリ）、ＮＶＲＡＭ（不揮発性ランダムアクセスメモリ）、または他の半導体メモリの使用が挙げられるが、これらに限定されない。

パラメータデータを電気モーターに送信し、電気モーターに記憶可能なシステムは、たとえば、特許文献５に開示されており、その内容もまた本明細書で明確に引用する。
電気モーターに送信されるパラメータデータは、モーター内部の振動センサの測定値の評価に使用可能な基準値である。
また、このシステムを使用して、追加のパラメータデータを送信することもできる。

パラメータメモリに記憶されたパラメータデータは、たとえば、電気モーターの製造業者が操作可能なデータベースに記憶されてもよい。
これは、パラメータデータが最終試験中および／または校正測定中に電気モーターに送信される場合に、特に簡単に実行できる。
このようなデータベースのデータレコードは、電気モーターの「デジタルツイン」を表していてもよい。
デジタルツインには、電気モーターおよび／またはその動作挙動に関する全ての重要な情報が含まれている。
そのようなデータベースシステムは、たとえば、特許文献６に開示されており、その内容を、本明細書で明確に引用する。

このようなデータベースを使用する場合、本発明による評価方法の結果を、データベースにロードしてもよい。
たとえば、設置環境の振動挙動、電気モーターの設置位置、ベアリングの耐用年数の初期値、測定値の評価結果に関する情報を、「デジタルツイン」に付加することが考えられる。
この目的のために、電気モーターのインターフェースを使用してもよい。
この追加情報を、広域インターフェースを介して、データベースに送信してもよい。
プログラミング装置または制御コンピュータを使用する場合、追加情報を、最初にプログラミング装置または制御コンピュータに収集し、そして初回起動時にデータベースに送信してもよい。
この際、広域ネットワークを再び使用してもよいし、ＵＳＢスティックなどの大容量記憶装置を使用してもよい。
後者の場合、大容量記憶装置に記憶された情報は、次のステップでデータベースにインポートされる。

パラメータデータは、電気モーターと電気モーターに（恒久的に）加わっている負荷とに関する、多様な情報で構成可能である。
例として、電気モーターもしくは電気モーターの部品の重心、および／または、電気モーターもしくは電気モーターの部品の質量、および／または、ベアリング調整力、および／または、ベアリングの特性データ、および／または、電気モーターの最大許容不均衡、および／または、電気モーターの幾何学的データ、および／または、電気モーターの空間的向きの許容範囲、および／または、電気モーターの最大許容回転速度、および／または、電気モーターのステータとローターとの間の磁気引力の特性曲線が挙げられる。

「ベアリング調整力」とは、ベアリングに作用する軸力を指す。
この力があることで、ベアリングの（たいていの場合ボール状の）転動体が、ベアリングの内輪と外輪との間を実際に転がり、内輪と外輪との間を滑らないようになる。
ベアリングの動作中、転動体が転がっているときは、摩擦は、低いままである。
ただし、ベアリング調整力が大きすぎると、ベアリングの摩耗が大きくなり、ベアリングの耐用年数は短くなる。
したがって、このパラメータデータは、ベアリングの耐用年数の推定に有用である。

「ベアリングの特性データ」は、たとえば、ベアリングの寸法（外輪の直径、転動体の直径、内輪の内径、ベアリングの幅など）、ベアリングのすきま、定格荷重、および／または、ベアリングの他の計算要素を含んでいてもよい。
さらに、ベアリングにカバーリングまたはニロスリングがあるかどうか、ベアリングにどのグリースが使用されているかなど、ベアリングの特別な特徴も含まれてもよい。
このような特性は通常、ベアリングのデータシートに記載されている。
さらに、ベアリングの特性データには、ベアリングの製造日も含まれていてもよい。
製造日は、潤滑剤の耐用年数を推定するために、特に重要である。

本発明による電気モーターは、ファンの一部であってもよく、羽根車が電気モーターのローターに接続されている。
ほとんどの場合、羽根車と電気モーターとは、製造時にすでに接続されているため、ファンの動作を非常に正確に知ることができる。
特に、どのような負荷（すなわち、羽根車）が電気モーターによって駆動されているか、および、その特性もわかっている。
この場合、パラメータデータは、ファンの最大許容不均衡、および／または、羽根車の幾何学的データ、および／または、羽根車の設計に関する情報、および／または、軸方向スラスト速度特性、および／または、羽根車に関するさらなる情報を、さらに含んでいてもよい。

「軸方向スラスト」とは、ブレードを通る空気の動きによって発生する、ファンのブレードに作用する力を表す。
したがって、軸方向スラストは、ブレードに作用する空気圧に関連している。
軸方向スラストは、回転速度に依存する変数である。
軸方向スラストが大きいほど、ベアリングに対してシャフトの長手方向に多くの負荷がかかる。
これは、ベアリングの耐用年数に影響を及ぼす。

本発明を改良するための様々なオプションが存在する。
この目的のために、添付の請求項に従属する請求項と、図面を参照する本発明の実施形態の以下の説明を参照されたい。
本発明の実施形態の説明に関連して、一般的に好ましい改良も説明される。

パラメータデータをパラメータメモリに送信可能な、電気モーターと試験システムとを含むシステムのブロック図である。 パラメータデータをパラメータメモリに記憶するフローチャートである。 本発明による方法の実施形態のフローチャートである。

図１は、電気モーター１と最終試験システム２とを含むシステムのブロック図を示している。
図１には、最も関連性の高い構成要素が示されている。
納品前の電気モーターの１試験を実行するために、電気モーター１は、最終試験システム２に接続されている。
一方では、電気モーター１のセンサを校正可能であり、他方では、パラメータデータをパラメータメモリに送信する。

電気モーター１は、ファンの一部であり、矢印３で示される振動を動作中に発生させ、矢印４で示される回転速度で回転している。
振動３は、電気モーターの（内部の）振動センサ５によって、少なくとも１方向で測定されている。
振動センサ５は、本発明による方法で使用可能なセンサの一例である。
振動センサ５によって判断された測定値は、たとえば、マイクロコントローラで形成されているプロセッサ６に送信される。
このプロセッサ６は、たとえば、アナログ−デジタル変換を実行可能であり、かつ／または、測定値の取得を制御可能である。
したがって、プロセッサ６は、測定値から振動値を判断可能である。
さらに、プロセッサ６は、現在の回転速度を判断するように設計されている。

プロセッサ６は、インターフェース７と（内部）メモリとに接続されている。
このメモリは、不揮発性メモリとして設計されており、パラメータメモリ８として機能する。
インターフェース７は、試験システム２への通信接続を表している。
情報を、インターフェース７の出力ＯＵＴを介して試験システム２に送信することができる。
試験システム２からの情報は、インターフェース７の入力ＩＮを介して受信可能であり、入力チャネルおよび出力チャネルは、必ずしも互いに別個に実装されている必要はなく、バスなどの共通の通信回線を使用してもよい。

試験システム２は、試験センサ９、速度センサ１０、データ取得ユニット１１、プロセッサ１２、および、インターフェース１３を備えている。
試験システム２は、試験センサ９を使用して、振動センサ５を校正するように設計されている。
この試験センサ９は、電気モーター１の振動３を測定するように設計されている。
この目的のために、試験センサ９は、電気モーター１に対して、振動が伝達するように連結されている。
速度センサ１０は、電気モーター１の現在の回転速度４を測定する。
試験センサ９および速度センサ１０の両方が、測定値をデータ取得ユニット１１に送信し、データ取得ユニット１１は、情報をプロセッサ１２に送信可能である。
プロセッサ１２は、データ出力ユニット１４に接続されており、このデータ出力ユニット１４を介して、たとえば、バランスを表示したり、または、最終試験の結果を出力したりしてもよい。
また、プロセッサ１２は、インターフェース７と同様の、入力ＩＮおよび出力ＯＵＴを備えるインターフェース１３にも接続されている。
インターフェース１３の入力ＩＮは、インターフェース７の出力ＯＵＴに通信方式で接続されており、インターフェース１３の出力ＯＵＴは、インターフェース７の入力ＩＮに通信方式で接続されている。
インターフェース１３の入力ＩＮは、データ取得ユニット１１に接続されており、インターフェース１３の出力ＯＵＴは、データベース１５に接続されている。
データベース１５は、電気モーター１の動作パラメータを記憶するためのモーターデータベースを表している、
同時に、インターフェース１３の入力ＩＮは、電気モーター１の構造および状態に関する情報を記憶しているＰＰＳ（製品設計制御）データベース１６に接続されている。

図２は、一例として、パラメータメモリ８にパラメータデータを記憶させるフローチャートを示す。
ステップ２０において、ファンまたはそのモーターまたはその構成要素のシステム内部特性が、ＰＰＳデータベース１６からロードされる。
このパラメータデータには、次のものが含まれている。

・（ローター、羽根車、ステータブッシングなどの）重心と質量
・ベアリング調整力
・（羽根車が発生させる）軸方向スラスト速度特性
・ステータとローターとの間の（半径方向の）磁気引力
・ベアリングとそのグリースの特性データ（ベアリングの製造日が含まれてもよい）
・最終試験での最大許容不均衡および／または実残留不均衡
・ベアリングの耐用年数の推定に影響する（ニロスリング等の）ベアリングの特徴
・電気モーターまたはファンの幾何学的データ
・許容設置位置または標準設置位置
・最大許容速度と振動値とのペアまたは特性曲線

これら、または、類似のパラメータデータを、ＰＰＳデータベース１６のさまざまなソースから取得してもよい。
個々の情報は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データセットから取得されると考えられる。
その他の情報を、同一の電気モーターの技術的な設計事項または測定から取得してもよい。
さらに、パラメータデータとして、校正測定の結果を、ステップ２０でロードまたは収集してもよい。

ステップ２１において、ステップ２０でロードまたは収集されたパラメータデータを、パラメータ化のためにインターフェース１３に送信する。
インターフェース１３から、パラメータデータは、データベース１５と電気モーター１のインターフェース７とに送信される。
データベース１５は、電気モーターの「デジタルツイン」を記憶していてもよく、パラメータデータを、「デジタルツイン」の一部としてそこに記憶してもよい。
ステップ２２において、インターフェース７に送信されたパラメータデータを、電気モーター１が受信し、パラメータメモリ８に記憶する。

図３は、このパラメータデータを使用する、本発明による方法の実施形態のフローチャートを示している。
ステップ２５において、供給電圧が電気モーター１に印加され、その結果、モーター電子機器にエネルギーが供給され、起動される。
ステップ２６において、電気モーター１の動作が、最終試験後の初めて動作であるかを確認する。
この質問への回答が否定的である場合、ステップ２７に進み、プロセスシーケンスが終了する。
質問への回答が肯定的である場合、実際の評価プロセスが、ステップ２８から開始する。
ここから、電気モーター１の動作が開始する。
ステップ２９において、始動プロセスが開始され、電気モーターの回転速度は、ゼロの速度から公称速度まで、複数の速度レベルで増加する。

ステップ３０において、ステップ３１、３２、および３３で測定された、電気モーターのセンサの測定値が収集される。
ステップ３１において、電気モーターまたはそのシャフトの空間的向きが、傾斜測定ユニットを用いて判断される。
ステップ３２において、電気モーターの振動が振動センサを用いて測定され、振動値が判断される。
ステップ３３において、電気モーターの回転速度が判断される。
特に、フローチャートは、わかりやすくするために始動を１つのみを示しているが、ステップ３２とステップ３３は、すべての速度レベルに対して実行してもよい。
ほとんどの用途環境では、設置位置は、変更されないため、設置位置の測定は、１回のみであってもよい。

ステップ３４において、記録された測定値に対応するパラメータデータが、パラメータメモリからロードされる。
この場合、これらのパラメータデータは、電気モーターの空間的向きの許容範囲、電気モーターの最大許容不均衡、最大許容振動、および最終試験での電気モーターの振動値である。
これは、パラメータメモリ８に記憶されたパラメータデータを表すフィールド４６によって示されている。

ステップ３５において、傾斜測定ユニットを用いて測定された電気モーターの空間的向きが、パラメータデータの「空間的向きの許容範囲」と比較され、電気モーターの空間的向きの測定値が評価される。
測定された空間的向きが許容範囲外である場合、ステップ３６において、設置位置が許容範囲外であるという警告メッセージが出力される。
その後、プロセスを中止してもよい。
測定された空間的向きが許容範囲内である場合、ステップ３７に進む。

ステップ３７において、回転速度とそれに関連する振動値との値のペアが、許容限界と比較される。
この許容限界は、以前にロードされたパラメータデータによって定義されている。
振動値が許容限界を超えている場合、ステップ３８において、これに対応する。
一方では、振動値が最大許容振動よりも大きいという警告メッセージを発行する。
他方では、回転速度を下げることにより、振動を減らすことができる。
速度を比較的小さく変化させて、振動が大幅に減少した場合、共振点が存在すると結論付けることができる。
この場合、原則としてプロセスを継続可能である。
速度を下げても振動が大幅に減少しない場合は、プロセスを完全に終了してもよい。
振動値が最大許容振動値を大幅に上回っている場合も、同様である。

ステップ３９において、現在測定されている振動値が、電気モーターの最終試験中に得られた振動値と比較される。
現在測定されている振動値が最終試験の振動値よりも大幅に大きい場合は、電気モーターが損傷しているか、正しく取り付けられていない可能性が高い。
現在測定されている振動値を評価する際には、設置環境の振動も考慮される。
この目的のために、電気モーターの速度がゼロの状態での振動が記録され、ゼロに等しくない速度での振動値から差し引かれる。
これにより、設置環境の振動が原因の、誤った判断を防ぐことができる。
校正測定の振動値を大幅に超える場合は、ステップ４０において、輸送による損傷またはアセンブリの故障の可能性が非常に高いことを示してもよい。
この場合も、さらなるプロセスを中断してもよく、電気モーターまたはファンへのさらなる損傷を防ぐことができる。

ステップ４１において、電気モーターの公称速度に到達し、そして、始動プロセスが完了する。
次に、ベアリングに実際に作用する力をステップ４２で計算可能である。
この目的のために、ステップ３１で記録された空間的向き、ステップ３２で記録された振動値、およびステップ３３で記録された回転速度が処理される。
さらに、パラメータメモリから追加のパラメータデータがロードされる。
このパラメータデータには、たとえば、ベアリング調整力、電気モーターの幾何学的情報、羽根車の幾何学的情報、軸方向スラスト／速度特性曲線、および電気モーターの部品の質量に関する情報が含まれていてもよい。

次に、このように計算された実際に作用する力から、ステップ４３において、ベアリングの耐用年数が初期値として推定される。
これは、ベアリングの公称耐用年数Ｌ１０ｈとすることができる。
公称耐用年数Ｌ１０ｈは、標準ＩＳＯ２８１で定義されており、同じ動作条件で試験されたベアリングの９０％が達成する耐用年数を示している。
したがって、公称耐用年数Ｌ１０ｈは、１０％の故障確率を意味する。

ステップ４４において、本方法の過程で得られたベアリング耐用年数の初期値とデータとが、モーター電子機器の内部メモリに記憶される。
さらに、ステップ４５において、公称動作が開始されたことが示される。
そして、本方法は、ステップ２７で終了し、電気モーターが公称動作を実施する。

さらに、本方法の過程で得られた測定値および／または評価の結果を、データベース１５に送信してもよい。
たとえば、公称耐用年数Ｌ１０ｈの初期値と設置環境内の振動の測定値とをデータベースに送信し、「デジタルツイン」を補完してもよい。
さらに、たとえば、インダストリー４．０環境で得られた情報を監視ユニットに送り、監視ユニットが電気モーターの安全な動作を監視することも考えられる。

本発明による方法のさらに有利な実施形態に関して、繰り返しを回避するために、説明の一般的な部分および添付の特許請求の範囲を参照されたい。

最後に、上記の実施形態は、特許請求された発明を説明するためにのみ使用され、これに限定されない。

１ ・・・電気モーター
２ ・・・最終試験システム
３ ・・・振動
４ ・・・回転速度
５ ・・・振動センサ
６ ・・・プロセッサ
７ ・・・インターフェース
８ ・・・パラメータメモリ
９ ・・・試験センサ
１０ ・・・回転速度センサ
１１ ・・・データ取得ユニット
１２ ・・・プロセッサ
１３ ・・・インターフェース
１４ ・・・データ出力ユニット
１５ ・・・データベース
１６ ・・・ＰＰＳデータベース

Claims (18)

1. 初回の起動中に、電気モーターの、特に、ファンの電気モーターの動作準備を評価する方法であって、
   前記電気モーターの始動プロセスを開始するステップであって、前記速度が該始動プロセス中に複数の速度レベルで変化する前記電気モーターの始動プロセスを開始するステップと、
   少なくとも１つの測定値を生成するステップであって、前記複数の速度レベルの少なくとも１つで前記電気モーターのセンサを用いて該少なくとも１つの測定値のそれぞれに対して物理変数を測定することにより少なくとも１つの測定値を生成するステップと、
   前記電気モーターのパラメータメモリから少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップであって、該少なくとも１つのパラメータデータが前記生成された少なくとも１つの測定値に対応しているパラメータデータをロードするステップと、
   前記少なくとも１つのロードされたパラメータデータを使用して前記複数の速度レベルの少なくとも１つの速度レベルごとに前記少なくとも１つの測定値を評価するステップと、を含む、電気モーターの動作準備を評価する方法。
2. 前記始動プロセスが、遅い速度から始まり、速い速度まで速度レベルを増加させ、前記遅い速度が、ゼロに等しい速度（前記電気モーターの停止）に対応し、前記速い速度が、前記電気モーターの公称速度に対応する、請求項１に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
3. 前記少なくとも１つの測定値を生成するステップの前に、前記電気モーターの速度が、設定された速度レベルに到達したかどうかを判断する確認がなされる、請求項１または請求項２に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
4. 前記少なくとも１つの測定値を評価するステップにおいて、境界条件が順守されているかどうかが確認され、前記境界条件が順守されていない場合、警告メッセージが出力され、かつ／または、本方法が終了する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
5. ベアリングの耐用年数をさらに推定し、該推定の際に、複数のパラメータデータがロードされ、かつ／または、複数の測定値が測定される、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
6. 前記複数のパラメータデータが、基準値、および／または、前記電気モーターに関する設計情報、および／または、前記電気モーターによって加えられる負荷に関する設計情報、および／または、前記電気モーターの特性、および／または、構成要素の特性、および／または、前記電気モーターの前記動作挙動に関する情報を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
7. 前記少なくとも１つの測定値を生成するステップと、前記少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップと、前記少なくとも１つの測定値を評価するステップとが、前記複数の速度レベルの各速度レベルで実行される、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
8. 前記少なくとも１つの測定値を生成するステップにおいて、前記電気モーターの振動の加速度および／または速度が、前記電気モーターの振動センサを用いて測定され、振動値が生成される、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
9. 前記電気モーターの設置環境における振動を検出するために、振動値の前記生成が、ゼロに等しい速度（前記電気モーターが停止している状態）で実行される、請求項８に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
10. 前記少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップにおいて、最大許容振動がロードされ、
    前記測定値を評価するステップにおいて、前記最大許容振動が、前記生成された振動値と比較される、請求項８または請求項９に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
11. 前記少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップにおいて、前記電気モーターの校正測定中に取得した振動値が、現在の速度と比較するためにロードされ、
    前記測定値を評価する前記ステップにおいて、前記取得した振動値が、前記生成された振動値と比較される、請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
12. 第１の振動値が、前記電気モーターの停止中に判断され、第２の振動値が、ゼロ以外の速度で判断され、前記第２の振動値から前記第１の振動値を引いた値が、前記電気モーターの前記校正測定中に前記ゼロ以外の速度で生成された前記振動値から、所定の程度ずれている場合、損傷が存在すると見なされる、請求項８乃至請求項１１のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
13. 前記少なくとも１つの測定値を生成するステップにおいて、前記電気モーターの空間的向きが測定される、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
14. 前記少なくとも１つのパラメータデータをロードするステップにおいて、前記電気モーターの空間的向きの許容範囲がロードされ、
    前記測定値を評価する前記ステップにおいて、前記空間的向きが前記許容範囲内であるかどうかを判断する確認がなされる、請求項１３に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法。
15. パラメータメモリとパラメータデータを送信するためのインターフェースとを有し、請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載された電気モーターの動作準備を評価する方法を実行するように設計されている電気モーターであって、
    前記パラメータメモリが、パラメータ化プロセス中に前記インターフェースを介して送信されたパラメータデータを記憶するように設計されている、電気モーター。
16. 前記パラメータデータが、前記電気モーターもしくは前記電気モーターの部品の重心、および／または、前記電気モーターもしくは前記電気モーターの部品の質量、および／または、ベアリング調整力、および／または、前記ベアリングの特性データ、および／または、前記電気モーターの最大許容不均衡、および／または、前記電気モーターの幾何学的データ、および／または、前記電気モーターの空間的向きの許容範囲、および／または、前記電気モーターの最大許容速度、および／または、前記電気モーターのステータとローターとの間の磁気引力の特性曲線を含む、請求項１５に記載された電気モーター。
17. 請求項１５または請求項１６に記載された電気モーターと羽根車とを有し、
    前記羽根車が、前記電気モーターのローターに接続されている、ファン。
18. 前記パラメータデータが、前記ファンの最大許容不均衡、および／または、前記羽根車の幾何学的データ、および／または、前記羽根車の設計に関する情報、および／または、軸方向スラスト速度特性を含む、請求項１７に記載されたファン。

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