JP7356492B2 - 電気モーターおよび電気モーター付きファン - Google Patents

Description

本発明は、ステータとこのステータに対してモーター軸周りに回転可能に取り付けられたローターとを有する電気モーターに関する。
また、本発明は、対応する電気モーターを有するファンに関する。
また、本発明は、電気モーターを制御するためのモーター電子機器に関する。
モーター電子機器は、電気モーターのステータの巻線および／またはローターの巻線を制御するように構成されている。

電気モーターは、ステータとこのステータに対して回転可能なローターとを有している。
特に、中性能および高性能の電気モーターの場合、ローターは、１つ以上のベアリングを使用して回転可能に取り付けられている。
そのような電気モーターを設置する際、電気モーターが動作する空間的向きは、比較的自由に選択可能なことが多い。
このことは、特に、外部ローター設計のファンに当てはまる。
例えば、電気モーターのシャフトは、水平、垂直上向き、垂直下向き、または、他の任意の角度に配向可能である。

ただし、電気モーターの設置位置は、運転中の電気モーターの特性に影響を及ぼす。
ベアリングの負荷は、重力とベアリングの設置位置とによって、大きく異なる。
これは、設置位置が異なると、ベアリングの耐用年数が異なることを意味している。
公称軸受耐用年数Ｌ１０ｈが、ＩＳＯ２８１規格で定義され、同じ動作条件下でテストした軸受の９０％が達成する耐用年数を指している。
したがって、公称耐用年数Ｌ１０ｈは、１０％の故障確率を表している。
一般に、垂直下向きのモーターシャフトを有する電気モーターは、高負荷の設置条件となるため、モーターシャフトが水平向きの電気モーターより、公称耐用年数Ｌ１０ｈが短い。

設置位置は、潤滑剤が損失する可能性にも影響を及ぼす。
たとえば、垂直に設置した場合、ベアリンググリースが、ベアリングから簡単に漏れる場合があるため、設置位置により、グリースの使用可能期間が異なる場合がある。

異なる設置位置から生じる別の問題として、熱放散に関する問題が挙げられる。
電気モーターとそれに組み込まれているモーター電子機器とは、廃熱を発生させるので、適切に放熱する必要がある。
通常、この廃熱は、対流によって冷却面または冷却フィンを介して周囲の空気に放出される。
設置位置によっては、冷却面や冷却フィンが最適に機能せず、熱がこもる場合がある。
これにより、温度に敏感な部品が損傷したり、電気モーターの電力が失われたりする可能性がある。

さらに、さまざまな設置位置で、たとえば、降水による水分が、多かれ少なかれ電気モーターまたはモーター電子機器に入る可能性がある。
たとえば、ケーブルダクトが上向きの場合、ケーブルダクトが下向きの場合よりも水分が侵入するリスクが高くなる。
後者の場合、水分は、接続ケーブルを介して流れ、安全な場所に滴り落ちる場合もある。

上記の最後の２つの問題は、モーター電子機器が別個のアセンブリとして構成されている場合にも、発生する可能性がある。
この場合も、熱をどれだけうまく放散できるか、または、モーター電子機器に水分が侵入するリスクがどれほど高いかという点で、設置位置が重要になる場合がある。

ほとんどの場合、電気モーターの製造業者は、客先のどの設置位置に電気モーターが設置され、動作しているかを認識していない。
これは、電気モーターの耐用年数と動作に影響を与える多くの未知のパラメータが存在していることを意味する。
モーターシャフトを水平方向に向けるなど、特定の設置位置でのみ電気モーターの使用が許可される場合がある。
特に、ファンの電気モーターの場合、電気モーターの設置位置を自由に選択できず、設置状況次第で設置位置が決まることが多いため、こういった電気モーターを実装するのは難しい。
さまざまな設置位置に対応するもう１つの方法は、指定されたパラメータが設置位置に関係なく満たされるように、電気モーターを設計することである。
ただし、この方法の場合、多くの設置位置に対応するために、電気モーターは、高価になり、サイズも大きくなる。

したがって、本発明の目的は、上記のような電気モーター、ファン、および、モーター電子機器を開発し、電気モーターまたはモーター電子機器を任意の設置位置でできる限り安全に動作させることである。

本発明によれば、前述の目的は、請求項１に記載された特徴によって達成される。
したがって、前述の目的を達成する電気モーターは、少なくとも１つのセンサと１つのセンサ電子機器とを有する傾斜測定ユニットを特徴とし、前記センサが、前記ステータに対する位置および向きを固定して配置され、前記センサ電子機器が、前記センサを制御し、前記センサが、測定値を生成するよう構成されており、前記測定値によって、前記センサの空間的向きが導出可能であり、したがって、前記電気モーターの空間的向きが導出可能である、電気モーターである。

ファンに関して、前述の目的は、請求項１８に記載された特徴によって達成される。
したがって、本発明によるファンは、本発明による電気モーターと羽根車とを有する。

モーター電子機器に関して、前述の目的は、請求項１９に記載された特徴によって達成される。
したがって、前述の目的を達成するモーター電子機器は、少なくとも１つのセンサと１つのセンサ電子機器とを有する傾斜測定ユニットを特徴とし、前記センサが、前記モーター電子機器に対して不変の位置および向きに配置されており、前記センサ電子機器が、前記センサを制御し、前記センサが、測定値を生成するよう構成されており、前記測定値によって、前記センサの空間的向きが導出可能であり、したがって、前記モーター電子機器の空間的向きが導出可能である、モーター電子機器である。

本発明によれば、電気モーターの空間的向きに関する情報が利用可能である場合、設置位置の制限や、全ての設置可能位置に設置するために電気モーターまたはモーター電子機器を大型化する必要がないことが、まず、認識される。
したがって、設置位置という課題に対して適切に対処することができる。
このことは、本発明によれば、電気モーターの空間的向きの判断に使用可能な傾斜測定ユニットを有する電気モーターによって、達成することができる。
この目的のために、傾斜測定ユニットが、少なくとも１つのセンサと１つのセンサ電子機器とを有し、このセンサ電子機器が、センサを制御する。
センサは、ステータに対する位置および向きが変化しないように、または、わずかにしか変化しないように、電気モーターに組み込まれているか、または、電気モーターに取り付けられている。
複数のセンサを使用する場合は、それらも、互いに固定された空間関係を有する必要がある。
このように、センサの向きと電気モーター全体の向きとの間に、固定関係がある。
センサは、センサの空間的向きを導出可能な測定値を生成する。
これらの測定値から、センサの空間的向きと電気モーターの空間的向きが導出可能である。

傾斜測定ユニットが、モーター電子機器に備えられ、電気モーターの傾斜測定ユニットに従ってモーター電子機器が動作する場合にも、同様のことが達成可能である。
この構成を用いると、モーター電子機器の設置位置を判断可能であるため、不利な熱放散や水分の侵入の可能性に対して、対応可能である。
このモーター電子機器が、設置位置を測定するように構成されていない電気モーターに取り付けられている場合、電気モーター全体の設置位置も判断可能となり、モーター電子機器を交換することにより、この機能を後付けすることができる。
したがって、下記の構成のほとんどは、本発明によるモーター電子機器に適宜適用されるが、繰り返しを回避するために、電気モーターの構成のみを以下で議論する。
当業者は、どの態様をモーター電子機器に適用可能であるかを、容易に認識するであろう。

「設置位置」という用語は、一般に、周囲のシステムに設置される電気モーターが向いている、空間的向きを意味すると理解される。
特に、設置位置は、電気モーターのモーターシャフトが向いている方向によって定義される。
この情報を用いると、多くの場合、電気モーターの設置位置を正確に定義可能である。
この情報を用いると、ベアリングへの負荷と潤滑剤（がある場合）の損失についても導出することができる。
この情報により、ベアリングの耐用年数を事前に計算したり、グリースの耐用年数を事前に計算したり、実際に作用している力を計算したり、メンテナンス間隔を調整したりすることができる。
さらに、設置位置は、電気モーターがモーター軸周りに回転する角度によって定義することができ、ここで、モーター軸とは、ローターが回転する軸である。
設置位置のこの追加の定義は、たとえば、電気モーターへの水分の侵入確率の計算に、または、もしあれば、不利な熱放散の計算に、用いられてもよい。
設置位置の第３の次元として、電気モーターが、モーター軸に垂直な軸周りに、または地球の重力ベクトルに平行な軸周りに、回転する角度が挙げられてもよい。
この方向は、電気モーターのほとんどの動作パラメータにとって重要ではないため、設置位置のこの第３の次元は、ほとんどの用途で考えなくてもよい。
したがって、全体としては、電気モーターが設置される空間的向きは、一次元、二次元、または、三次元の量によって定義される。

センサ電子機器を、さまざまな方法で構築することもできる。
最も単純なケースでは、センサ電子機器は、安定抵抗器による電流制限によって形成可能である。
容量測定システムでは、センサ電子機器は、センサにＡＣ電圧を供給する共振回路を含んでいてもよい。
センサ電子機器が実用上どのようなものであるかは、使用するセンサによって様々である。
センサが複数の部分センサを有するか、または、複数のセンサが使用されている場合、センサ電子機器は、全ての部分センサまたは全てのセンサを一緒に制御してもよい。
センサ電子機器の個々の部品を部分センサの１つに個別に使用することもできる。
センサ電子機器が、先行技術から知られている。

センサの制御に加えて、センサ電子機器は、センサ信号の処理も実行可能である。
この処理とは、アナログ信号のデジタル化であってもよい。
使用するセンサによっては、センサの空間的向きをセンサ信号で直接読み取ることができない場合も考えられる。
このような場合、センサの空間的向きを表す値を出力することで、センサ電子機器は、センサ信号を評価可能である。
このように簡潔な例を列挙すると、センサ電子機器がいかに柔軟で様々な態様をとることができるかが理解できる。

センサとステータとの間の固定された空間的関係は、さまざまな方法で形成可能である。
したがって、センサは、ステータブッシング（たとえば、ステータに形成されている電子機器ハウジング）にねじ締結されている回路基板上に、配置されていてもよい。
ステータは、ステータブッシングに固定接続されているため、回路基板が振動によってわずかに変形する可能性がある場合でも、原則として、センサとステータとの間に定義された、固定された空間関係が形成されている。
固定された空間的関係とは、わずかにしか変形できない鋳造塊にセンサが埋め込まれている場合も意味すると理解される。
この場合も、センサは、通常、決まった態様でのみ変位し、その後開始位置に戻るため、ステータに対するセンサの位置と空間的向きとは、ほぼ固定されたままである。
しかし、センサは、また、（例えば、ベアリング管内に）配置されているセンサ配置の一部であってもよい。
ここでも、センサとステータとの間には、固定された空間的関係がある。
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センサが統合されている場合にも、同様のことがあてはまる。
モーターハウジングは、ステータに対して固定された空間関係にあり、モーター電子機器は、モーターハウジングに固定されているため、センサとステータとの間には固定された空間関係が得られる。

また、センサは、多様に形成可能である。
センサにより生成されたセンサ信号を使用して、センサの空間的向きが導出可能であり、したがって、電気モーターの空間的向きを導出可能であることが、重要である。
ただし、この要件は、非常に多様なセンサで満たすことができる。

センサは、地球の重力場の効果を用いる傾斜センサで形成されている。
このような傾斜センサは、デジタル水準器のように機能し、多くの場合、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）として構築されている。
測定可能な軸の数に応じて、傾斜センサは、１つまたは２つの測定値を提供する。
各測定値は、重力場のベクトルに対する角度を示し、それらの角度の基となっている方向は、互いに直交している。
２軸傾斜センサの場合、１軸傾斜センサに比べて、測定領域が制限されることが多いため、２軸傾斜センサの代わりに、２つの１軸傾斜センサを使用してもよい。
この場合、２つの１軸傾斜センサは、互いに垂直な２つの方向で測定が行われるように、配置する必要がある。
重力場のベクトルは、常に地球の中心を指しているため、構成に関係なく、重力場に対して取得される角度値を用いて、センサの空間的向きを判断できる。

別の実施形態では、センサは、３軸振動センサを含む。
電気モーターは、設置位置によって特徴的に振動することが認識されている。
特に、これは、電気モーターのベアリングおよびその他の部品は、設置位置に応じて重量由来の異なる応力を受けるため、それらの振動のしかたが異なる、という事実によるものである。
これらの振動を３つの直交方向で測定すると、電気モーターの設置位置を特定可能である。
この目的のために、個々の軸のセンサ信号を分析し、基準値と比較する必要がある。
これらの基準値は、電気モーターの始動中に、校正測定によって判断できる。
このため、電気モーターは、既知の異なる複数の空間的向きで動作し、それぞれの場合で振動が測定される。
そうすることで、速度依存性も、記録できる。
あるいは、基準値は、同じ種類の別の電気モーターの測定値から取得することもできる。
いずれの場合も、３軸振動センサの測定値によって、基準ベクトルに対する３軸振動センサの向きを判断可能である。
この基準ベクトルは、たいていの場合、重力場のベクトルである。

電気モーターの向きとセンサの向きとの関係を単純化するために、傾斜測定ユニットの測定軸がモーター軸に対して平行に配置されるよう、センサを電気モーターに接続することが推奨される。
例えば、センサが２軸傾斜センサを含む場合、センサの測定軸の１つが、モーター軸に平行であってもよい。

さらに、傾斜測定ユニットのさらなる測定軸が、電気モーターの基準面に対して実質的に平行または垂直に配置されていてもよく、この基準面は、異なる複数の平面によって形成されていてもよく、モーター軸に対して平行に延在していることが好ましい。
基準面は、電気モーターに対して位置が固定されていることが不可欠である。
それにより、例えば、ケーブルダクト、冷却面、または、フィンなどの電気モーターの他の要素の位置および空間的向きを判断可能である。
基準面は、電気モーターの接続面によって形成されていることが好ましく、この接続面とは、電気モーターの供給ケーブルが接続されている、電気モーター内の領域である。
多くの場合、これらの接続には、軸が互いに平行な複数のケーブルダクトが用いられる。
その場合、接続面は、ケーブルダクトの軸に垂直な平面になる。

多くの場合、電気モーターは、ステータおよび／またはローターの巻線への供給電圧を生成するモーター電子機器を有している。
このモーター電子機器は、例えば、インバーターおよび／または制御電子機器の電力部を含んでいてもよい。
この場合、モーター電子機器は、電子機器ハウジング内に配置されるか、別のハウジングが電気モーターに取り付けられる。
どちらの場合も、モーター電子機器は、電気モーターに対して、位置と空間的向きが固定されている。
一実施形態では、傾斜測定ユニットが、モーター電子機器に統合されている。
これは、傾斜測定ユニットが、モーター電子機器の回路基板上に配置されていることを意味する。
この構成には、傾斜測定ユニットへのエネルギー供給が可能であるという利点がある。
また、モーター電子機器の部品を併用することもでき、例えば、モーター電子機器のマイクロプロセッサを使用して計算を実行したり、モーター電子機器のメモリを使用して測定値を保存したりすることができる。

別の構成では、傾斜測定ユニットが、電気モーターのモーターシャフトの少なくとも一部を取り囲んでいるベアリング管内に配置され、このベアリング管上に、モーターシャフトのベアリング用の少なくとも１つのベアリング受け領域が形成されている。
このような構成は、特許文献１でより詳細に説明され、本明細書で明確に引用する。

傾斜測定ユニットが、評価ユニットを有し、この評価ユニットが、センサの測定値を用いて、センサおよび／または電気モーターの空間的向きに関する情報を判断するように構成されている。
この場合、評価ユニットは、さまざまな態様で構成可能である。
評価ユニットは、測定値と空間的向きとの関係を確立した、ルックアップテーブルを使用することが考えられる。
このルックアップテーブルは、電気モーターの校正測定中に生成されてもよい。
ただし、多くの場合、設置位置を数度以下の角度精度で判断する必要がないため、ステータに対する傾斜測定ユニットの設置公差は、ほとんど重要ではない。
このような場合、同一構造の電気モーターのルックアップテーブルを、評価ユニットで利用可能にしてもよい。
ただし、評価ユニットは、測定値に基づいて計算を実行することもできる。
最も単純なケースでは、補間または近似多項式の計算を含んでもよいが、複雑な計算も実行可能である。
例えば、傾斜測定ユニットが１つ以上の振動センサを含む場合、評価ユニットは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）の形で周波数分析を実行してもよい。

評価ユニットが判断する、センサおよび／または電気モーターの空間的向きに関する情報は、基準方向に対する角度を特定するデータレコードを含むことが好ましい。
最も単純なケースでは、基準方向は、重力ベクトルである。
このようにすると、例えば、重力場に対するモーター軸の傾斜、および、基準面に対するモーター軸周りの電気モーターの回転を判断することができる。
電気モーターの空間的向きに関するさらなる情報を取得する場合、例えば、地球の磁場によって形成される第２の基準方向が必要になる場合がある。
データレコードは、電気モーターがこの基準方向（または複数の基準方向）からどの程度逸れているかを示している。
電気モーターの向きをどの程度正確に特定するかによって、データレコードは、１次元、２次元、または、３次元になる。

場合によっては、電気モーターの空間的向きに関する定性的な情報を提供するだけで十分な場合がある。
したがって、センサおよび／または電気モーターの空間的向きに関する情報には、追加的または代替的に、評価数値が含まれてもよい。
この評価数値は、現在判断されている空間的向きがどれほど有利または不利であるかを示してもよい。
最も単純な場合、評価数値は、０および１であってもよい。
ここで、例えば、０は、安全な動作が可能でない設置位置にある電気モーターを示している。
評価数値は、たとえば、１は、特に不利で、１０は、特に有利であるというように、１から１０の間の自然数にすることもできる。
この情報を用いて、不利な、または、許容できない設置位置へ、ユーザーの注意を引くこともできる。
たとえば、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いて、安全な操作が可能でないことを示してもよい。
このようにすると、例えば、電気モーターを初めて起動する際に、結露水用開口部またはケーブルダクトを通って電気モーターに水が浸透するリスクが、意図せず存在しているかどうかを確認できる。
設置後に熱放散が充分に確保できていない場合も、設置位置が好ましくない場合がある。

通常、電気モーターは、向きが固定されて設置されるため、傾斜測定ユニットは、電気モーターが最初に起動したときの空間的向きを測定可能である。
この測定値をメモリに保存して、将来的な動作に使用可能である。
空間的向きを、繰り返し記録することもできる。
特別なイベントの際に、または、定期的な間隔で、この繰り返しの記録を実行してもよい。
特別なイベントには、たとえば、電気モーターの再起動が含まれる。
空間的向きが定期的な間隔で記録される場合、間隔の長さは、外部要因に依存してもよい。
たとえば、空間的向きの大きな変化が予想されない場合は、記録を日毎に行うことが考えられる。
電気モーターが風力タービンなどの動的システムに設置されている場合は、はるかに短い間隔で記録することが適切な場合があり、１秒あたり数回記録することが有用な場合もある。

傾斜測定ユニットは、センサの測定値を記憶するように、および／またはセンサの処理された測定値を記憶するように構成されているメモリを有してもよい。
メモリは、多様な態様で構成可能である。
しかしながら、停電の際のデータ損失を回避するために、メモリは、不揮発性メモリとして構成されていることが好ましい。
このような不揮発性メモリは、例えば、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）または別の半導体メモリであってもよい。

傾斜測定ユニットは、通信インターフェースをさらに有していてもよく、この通信インターフェースを介して、現在の測定値、傾斜測定ユニットのメモリに記憶されている測定値、および／またはこの記憶されている測定値から導出される情報を送信可能である。
通信インターフェースは、さまざまな方法で構築されてもよい。
無線方式や光学方式などの無線送信方式が、有線方式と同様に使用できる。
送信は、アナログもしくはデジタルで、並列もしくは直列で、パッケージで、または、直接接続で、なされてもよい。
それぞれの場合に用いられる送信技術は、使用用途によって様々である。
例として、（これらに限定されないが、）ブルートゥース、ブルートゥースＬＥ（低エネルギー）、ＮＦＣ（近距離通信）、イーサネット、ＲＳ４８５、モッドバス、プロフィバス、ＣＡＮバスまたはＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）が用いられる。

通信インターフェースは、例えば、顧客対応の際に通信を読み取り可能であることで、故障の原因をより理解できるように、構成されていてもよい。

しかしながら、通信インターフェースはまた、モーター電子機器に通信可能に接続されていてもよい。
この場合、モーター電子機器は、通信インターフェースを介して受信した測定値および／または導出される情報に基づいて、ステータおよび／またはローターの巻線の制御を行うように構成されていてもよい。
たとえば、測定値が非常に不利な設置位置を示していると、長時間の動作の結果、電気モーターが損傷する可能性がある。
これは、たとえば、設置位置が不利である結果、温度に敏感な部品からの熱放散を適切に充分確保できていないということが、原因である場合がある。
この場合、たとえば、特にスムーズな動作を継続するために、モーター電子機器は、より低い電力で電気モーターを制御したり、制御目標を調整したりすることができる。

さらに、通信インターフェースは、傾斜測定ユニットと通信可能なネットワークに、通信可能に接続されてもよい。
その場合、ネットワーク（または、その一部）は、ケーブルまたは無線ベースの広域ネットワークであることが好ましい。
このネットワークは、たとえば、「４．０インダストリー」環境またはＩｏＴ環境（モノのインターネット）のネットワークであってもよい。
この場合、測定値は、データアグリゲーターを介して、または、ゲートウェイを介して監視ユニットに直接送信可能である。
受信したデータは、監視ユニットでさらに評価可能である。
電気モーターのメンテナンス間隔を現在の設置位置に適応させることで、損傷を防ぐことが考えられる。
このようにすると、設置位置が不利である結果としてベアリンググリースを損失するリスクが高まった際に、ベアリングの破壊を防ぐことができる。

電気モーターは、耐用年数を推定するように構成されている推定ユニットを有してもよい。
すでに述べたように、設置位置は、電気モーターの個々の部品の耐用年数に影響を与える。
これらの寿命を、推定ユニットは、事前に計算可能である。
事前に計算可能なそれらの耐用年数とは、電気モーターのベアリング、電気モーターの温度に敏感な部品、および／またはベアリング潤滑剤の耐用年数であってもよい。
設置位置に応じて、ベアリングにかかる負荷は異なる。
特定の応力下でベアリングがどのように動作し、その結果として、Ｌ１０ｈの値がどのように変化するかは、比較的よく知られている。
その結果、ベアリングの耐用年数を適切に見積もることができ、たとえば、耐用年数の終了が近づいている時に、メンテナンスを実施することができる。
温度に敏感な部品の耐用年数に関しては、設置位置が不利であるために熱の放散が妨げられる場合に特に影響があり、部品を充分に冷却できなくなる。
ここでは、ステータ／ローターの巻線へのＡＣ電圧の生成に用いられる半導体スイッチについて、言及する必要がある。
部品の温度が高くなると、耐用年数が短くなる（ことも推定できる）。
ベアリング潤滑剤の耐用年数は、設置位置の影響を受け、潤滑剤がベアリングから漏出するリスクに関連している。
ここで、グリースの耐用年数を事前に計算し、メンテナンス間隔を調整可能である。

電気モーターは、さまざまな態様で構築可能である。
しかし、本発明は、中性能および高性能の（すなわち、約１００Ｗから１５ｋＷの）電気モーターに用いられることが好ましい。
電気モーターは、整流子を持たず、可変回転磁界がステータおよび／またはローター巻線に供給される、ＥＣモーター（電子整流モーター）である。
特に、電気モーターは、外部ローター設計で構築されており、すなわち、ローターは、ステータの周りに配置される。

本発明による電気モーターは、本発明によるファンの一部である。
この場合、電気モーターのモーターシャフトは、羽根車に接続され、羽根車を駆動する。

本発明を設計および開発するための、様々な可能性がある。
この目的のために、請求項１に従属する請求項を参照し、他方では、図面を参照して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、一般的に好ましい構成および教示の発展も説明される。

独国特許出願公開第１０２０１８２１１８３３号明細書

外部ローター設計で構築されている電気発明のステータの断面を示す図である。 本発明による電気モーターのモーター電子機器の概略を示す図であり、傾斜センサの軸が、接続面に対して平行に配置されている。 図２と同様に概略を示す図であり、傾斜センサの軸が、パワー半導体の連結面に対してほぼ平行に配置されている。

発明の詳細な説明

図１は、本発明による電気モーター１の断面を示す図であり、理解を容易にするために、電気モーターのローターは、図示されていない。
この場合、電気モーターは、外部ローター設計になっている。
これは、ステータ２が、モーター軸３に配置され、（図１には、不図示の）ローターが、ステータ２の周りに配置されていることを意味する。
モーター軸３では、ベアリング管４が形成されており、その長手方向端部にベアリング受け領域５が形成され、ベアリング管４およびベアリング受け領域５が、ステータブッシング６内に形成されている。
ベアリング受け領域５では、電気モーターの（不図示の）モーターシャフトを回転可能に取り付けるためのベアリングを受け入れている。
ステータブッシング６は、アルミニウム部品によって形成され、その一端には、ベアリング管４が形成され、他端には、モーター電子機器を受け入れるための電子機器ハウジング１８が形成されている。
電気モーター１は、ＥＣモーターであるため、ステータおよび／またはローター巻線への供給信号を生成および出力する、モーター電子機器が必要である。
図１に示されている実施形態では、このモーター電子機器は、電子機器ハウジング１８内に配置されている。
モーター電子機器の回路基板７が、図１に示され、モーター電子機器の部品を搭載している。
弾性のある鋳造塊８が、回路基板７の上下に配置され、その結果、電子機器ハウジング１８に対するモーター電子機器の振動が減衰される。
同時に、回路基板７の位置および向きが、（回路基板７上に配置された部品に対しての位置および向きと同様に、）ステータ２に対して固定される。
回路基板７には、傾斜測定ユニットの一部である傾斜センサ９が配置されている。
傾斜センサの測定軸１０は、モーター軸３に対して平行に配置されている。

図２は、電気モーター１の電子機器ハウジング１８を示す図である。
電子機器ハウジング１８の周りに配置されているフランジ端部１１を、明確に見て取れる。
傾斜センサ９を搭載している回路基板７が、電子機器ハウジング１８に配置されている。
傾斜センサ９の第２の測定軸である測定軸１２が、傾斜センサ９で示されている。
この測定軸１２は、電気モーターの接続面１３に対して平行に配置され、この接続面１３が、基準面を形成している。
この場合、接続面１３は、ケーブルダクト１４が取り付けられているステータブッシングの面によって形成されている。
ケーブルダクト１４は、接続ケーブル１５を介して、回路基板７上のモーター電子機器への接続を可能にしている。

図３は、図２と類似した実施形態を示し、この実施形態におけるさらなる測定軸１２’の方向付けのための基準面が、電気モーターのパワー半導体１７用の連結面１６によって形成されている。
図３による実施形態のモーター電子機器では、連結面１６は、接続面１３に対して約８°回転している。
連結面１６が、基準面を形成してもよく、連結面１６に対して平行に、傾斜センサ９の測定軸１２’が方向付けされてもよい。

以下に、本発明による電気モーターの特徴を要約する。
１．熱源とヒートシンク／冷却体の空間的位置を検出し、部品の対流／熱放散を検出することにより、電子機器の重要な部品の耐用年数を判断する。
これにより、位置によって電力を調整することが可能になり、温度の重要度が高い部品の耐用年数を延ばすことができる。
２．設置位置を検出して、ベアリングの様々な負荷／シート荷重を考慮することにより、ベアリングの耐用年数を事前に計算する。
３．設置位置を検出して、グリースの使用寿命を事前に計算する。
垂直向きの設置位置では、グリースの使用寿命の計算において特異な要因が発生する。
その結果を用いてメンテナンス間隔を判断し、出力する。
４．意図せず不利な設置位置となっている電気モーターを特定する。
ケーブルダクトおよび結露水用開口部の空間的位置を特定することにより、起動時に警告メッセージを生成可能である。
故障が発生した場合、電気モーターや電子機器への水分の浸入を追跡でき、損傷の診断が容易になる。
５．設置位置を検出し、その結果から、部品が故障した場合の損傷の究明のために、ファンの部品に実際に作用する力を判断する、または、システム（たとえば、風力タービン）内で共に回転する電気モーター／ファンの位置の変化を検出する。

本発明による電気モーターのさらなる構成に関しては、繰り返しを避けるために、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、本発明による電気モーターの実施形態は、特許請求される教示の説明に役立つのみであり、特許請求される教示を実施形態に限定しないことに、明確に留意されたい。

１ ・・・電気モーター（ローターは不図示）
２ ・・・ステータ
３ ・・・モーター軸
４ ・・・ベアリング管
５ ・・・ベアリング受け領域
６ ・・・ステータブッシング
７ ・・・回路基板
８ ・・・鋳造塊
９ ・・・傾斜センサ
１０ ・・・傾斜センサの測定軸
１１ ・・・フランジ端部
１２、１２’ ・・・さらなる測定軸
１３ ・・・接続面
１４ ・・・ケーブルダクト
１５ ・・・接続ケーブル
１６ ・・・連結面
１７ ・・・パワー半導体
１８ ・・・電子機器ハウジング

Claims (18)

1. ステータ（２）と前記ステータ（２）に対してモーター軸（３）周りに回転可能に取り付けられているローターとを有する電気モーター（１）であって、
   該電気モーター（１）が、少なくとも１つのセンサと１つのセンサ電子機器とを有する傾斜測定ユニットを備え、
   前記センサが、前記ステータ（２）に対する位置および向きを固定して配置され、
   前記センサ電子機器が、前記センサを制御し、
   前記センサが、測定値を生成するように構成され、前記測定値によって、前記センサの空間的向きが導出可能であり、前記電気モーター（１）の空間的向きと設置位置とが導出可能であり、
   前記設置位置が、周囲のシステムに設置されている前記電気モーター（１）の空間的向きによって定義され、
   前記電気モーター（１）が、前記設置位置の影響を受ける耐用年数、好ましくは、前記電気モーターの軸受の前記耐用年数、前記電気モーター（１）の温度に敏感な部品の前記耐用年数、および／またはベアリング潤滑剤の前記耐用年数を推定するように構成されている推定ユニットを備えることを特徴とする、電気モーター（１）。
2. 前記センサが、傾斜センサ（９）を備え、
   該傾斜センサ（９）が、地球の重力場に基づく重力場のベクトルに対する該傾斜センサ（９）の向きを判断する、請求項１に記載された電気モーター（１）。
3. 前記センサが、３軸振動センサを備え、
   該３軸振動センサが、前記電気モーター（１）の３方向の振動を測定し、該測定により得られた測定値によって、基準ベクトルに対する前記３軸振動センサの向きを導出可能である、請求項１又は請求項２に記載の電気モーター（１）。
4. 前記傾斜測定ユニットの測定軸（１０）が、前記モーター軸（３）に対して平行に配置されている、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（１）。
5. 前記傾斜測定ユニットの別の測定軸（１２）が、前記電気モーター（１）の基準面に対して実質的に平行または垂直に配置され、
   前記基準面が、前記電気モーター（１）の接続面（１３）によって定義されているか、又は、パワー半導体（１７）の連結面（１６）によって形成されている、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（１）。
6. 前記傾斜測定ユニットが、モーター電子機器に統合され、
   前記モーター電子機器が、前記ステータおよび／または前記ローターの巻線を制御するように構成され、かつ、電子機器ハウジング内に配置されている、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（１）。
7. 前記傾斜測定ユニットが、前記電気モーター（１）のモーターシャフトの少なくとも一部を取り囲んでいるベアリング管（４）内に配置され、
   前記モーターシャフトのベアリング用の少なくとも１つのベアリング受け領域（５）が、前記ベアリング管（４）上に構成されている、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（１）。
8. 前記傾斜測定ユニットが、評価ユニットを有し、
   前記評価ユニットが、前記センサの測定値を用いて前記センサおよび／または前記電気モーター（１）の前記空間的向きに関する情報を判断するように構成されている、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（１）。
9. 前記情報が、基準方向に対する角度を示す１組のデータを含んでいる、請求項８に記載された電気モーター（１）。
10. 前記情報が、現在判断されている空間的向きがどれほど有利または不利であるかを示す評価数値を含んでいる、請求項８または請求項９に記載された電気モーター（１）。
11. 前記電気モーター（１）が始動される際、前記電気モーター（１）がオンになるたびに、および／または定期的に、前記傾斜測定ユニットが、前記電気モーター（１）の前記空間的向きを判断するように構成されている、請求項１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（１）。
12. 前記傾斜測定ユニットが、前記センサの測定値を記憶するように、および／または前記センサの処理された測定値を記憶するように構成されているメモリを有している、請求項１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（１）。
13. 前記傾斜測定ユニットが、通信インターフェースを有し、該通信インターフェースを介して、現在の測定値、前記傾斜測定ユニットのメモリに記憶されている測定値、および／または前記メモリに記憶されている測定値から導出される情報を送信可能である、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（１）。
14. 前記通信インターフェースが、モーター電子機器に通信可能に接続され、
    前記モーター電子機器が、前記通信インターフェースを介して受信した測定値および／または導出される情報に基づいて前記ステータ（２）および／または前記ローターの前記巻線の制御を行うように構成されている、請求項１３に記載された電気モーター（１）。
15. 前記通信インターフェースが、ネットワーク、好ましくは、広域ネットワークに通信可能に接続されている、請求項１３または請求項１４に記載された電気モーター（１）。
16. 前記電気モーター（１）が、ＥＣモーター（電子整流モーター）によって形成されている、および／または外部ローター設計で構築されている、請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載された電気モーター（１）と、前記モーターシャフトに接続されている羽根車と、を有するファン。
18. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載された電気モーター（１）を制御するための前記電気モーター（１）のステータの巻線および／またはローターの巻線を制御するように構成されているモーター電子機器であって、
    前記電気モーター（１）が、少なくとも１つのセンサと１つのセンサ電子機器とを有する傾斜測定ユニットを備え、
    前記センサが、前記モーター電子機器に対して不変の位置および向きに配置され、
    前記センサ電子機器が、前記センサを制御し、
    前記センサが、測定値を生成するように構成され、前記測定値によって、前記センサの空間的向きが導出可能であり、前記電気モーター（１）および／または前記モーター電子機器の空間的向きと設置位置とが導出可能であり、前記設置位置が、周囲のシステムに設置されている前記電気モーター（１）および／または前記モーター電子機器の空間的向きによって定義され、
    前記設置位置の影響を受ける耐用年数、好ましくは、前記モーター電子機器の重要部品の前記耐用年数を推定するように構成されている推定ユニットを特徴とする、モーター電子機器。
    

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