外部線束密度を測定することによる電気機械の非侵襲的監視及び診断
【課題】電気機械を監視するシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて、電気機械（１０５）に関連する磁界（４００）が測定され、それぞれの磁界値は１つ又はそれ以上のポイントの各々に関連付けられる。１つ又はそれ以上の磁界値は、１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較され、この比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械（１０５）内に故障が存在するかどうかが判定される。
【解決手段】電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて、電気機械（１０５）に関連する磁界（４００）が測定され、それぞれの磁界値は１つ又はそれ以上のポイントの各々に関連付けられる。１つ又はそれ以上の磁界値は、１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較され、この比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械（１０５）内に故障が存在するかどうかが判定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械を監視するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、外部線束密度を測定することによる電気機械の非侵襲的監視を行うシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータ及び発電機などの電気機械は、幅広い用途で利用されている。電気機械の製品寿命及び運転の間は、欠陥、故障、及び／又は発生し得る他のメンテナンス上の問題を識別するために、機械を監視することが望ましい場合が多い。
【０００３】
電気機械を監視する従来の方法は、オフラインの間に電気機械を監視する種々の方法と、オンラインの間に電気機械を監視する方法とを含む。しかしながら、オフラインの間に電気機械を監視する方法には、電気機械の電源を切ることを必要とし、電気機械による仕事及び／又は発電の損失につながる。
【０００４】
オンラインの間に電気機械を監視する従来の方法は、温度、電圧、及び／又は電流測定値など、電気機械に関連する種々の測定を行うために電気機械内に種々のセンサを配置することを含む。しかしながら、電気機械内のセンサの配置は、多くの場合少なくとも部分的に機械の分解を必要とする侵襲的プロセスである。加えて、電気機械に関連する多数の可動部品を考えると、あらゆる望ましい位置にセンサを配置することが実現可能ではないことが多い。
【０００５】
従って、電気機械を監視するための改善されたシステム及び方法に対する必要性がある。また、オンラインの間に電気機械を監視する改善されたシステム及び方法に対する必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の１つの実施形態によれば、電気機械を監視するための方法が提供される。電気機械に関連する磁界は、電気機械の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて測定され、それぞれの磁界値は１つ又はそれ以上のポイントの各々に関連付けられる。１つ又はそれ以上の磁界値は、１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較され、この比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械内に故障が存在するかどうかが判定される。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、電気機械を監視するためのシステムが提供される。本システムは、少なくとも複数のセンサ及び制御ユニットを含むことができる。複数のセンサは、電気機械の外部にある複数のそれぞれのポイントで電気機械に関連する磁界を測定するよう動作される。制御ユニットは、複数のセンサから複数の測定値を受け取り、複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて磁界の合成値を求めるように動作する。制御ユニットは更に、合成値を磁界の１つ又はそれ以上の期待値と比較し、該比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械内に故障が存在するかどうかを判定するよう動作する。
【０００８】
本発明の更に別の実施形態によれば、電気機械を監視するための方法が提供される。電気機械に関連する磁界の少なくとも１つの値が求められる。少なくとも１つの求められた値が少なくとも１つの対応する期待値と比較される。本方法はまた、該比較に少なくとも部分的に基づいて電気機械内に故障が存在するかどうかを判定する段階を含む。
【０００９】
本発明の他の実施形態、態様、特徴、及び利点は、当業者であれば、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の請求項から明らかになるであろう。
【００１０】
以上では本発明を一般的に述べたが、ここで、必ずしも縮尺通りに描かれている訳ではない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視するのに利用することができるシステムの一実施例の概略図。
【図２】本発明の種々の実施形態に従って利用することができる制御ユニットの一実施例のブロック図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視する方法の一実施例のフローチャート。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する１つの実施例のグラフィカル表現。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する１つの実施例のグラフィカル表現。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する別の実施例のグラフィカル表現。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する別の実施例のグラフィカル表現。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の全てではなく一部の態様を示している添付図面を参照しながら、本発明の例示的な態様を以下においてより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載した態様に限定されると解釈すべきではなく、むしろこれらの態様は、本開示が適用可能な法的要件満足するように提示するものである。本明細書及び図面全体を通して、同じ参照符号は同じ要素を示している。
【００１３】
幾つかの図面全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示す図を参照して本発明の例示的な態様を説明する。
【００１４】
電気機械を監視するためのシステム及び方法が開示される。１つの実施形態において、１つ又はそれ以上の好適なセンサにより、電気機械の外部の１つ又は複数のポイントにおける電気機械に関連する磁界の測定を可能にすることができる。測定磁界は、１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定された磁界期待値と比較することができる。この比較に少なくとも部分的に基づいて、故障又は非対称性を診断、識別、又は特定することができる。この点に関して、非侵襲的な方式で電気機械をその動作中に監視することができる。本発明の種々の実施形態を利用して、例えば電気モータ及び発電機のような幅広い電気機械を監視することができる点は理解されるであろう。
【００１５】
図１は、本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視するのに利用することができるシステム１００の一実施例の概略図である。システム１００は、とりわけ、電気機械１０５、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎ、及び制御ユニット１１５のような少なくとも１つの好適な制御ユニットを含むことができる。
【００１６】
電気機械１０５は、関連する磁界、電界、及び／又は電気磁界を発生、放出、又は有することが可能な何らかの電気機械とすることができる。例えば、監視される電気機械１０５は、何らかのモータ又は発電機とすることができる。本発明の幾つかの実施形態において、電気機械１０５は、ブラシレス直流（ＤＣ）モータとすることができる。例証として、ブラシレスＤＣモータは、本明細書では監視することができる電気機械１０５として記載される。
【００１７】
１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎは、電気機械１０５に関連する場の測定を可能にする幾つかの好適なセンサを含むことができる。本発明の一態様によれば、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎの各々は、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界を測定するよう動作することができる。本発明の幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎの各々は、電気機械１０５の外部線束密度を測定するよう動作することができる。例えば、１つ又はそれ以上のフラックスゲート磁力計或いは他の磁束センサは、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界を測定するために必要に応じて利用することができる。本発明の一態様によれば、本発明の種々の実施形態において必要に応じて１つ又はそれ以上のベクトルフラックスゲート磁力計を利用することができるが、例えば、回転コイル磁力計、ホール効果磁力計、陽子精密磁力計、オーバーハウザー磁力計、及び／又はセシウム蒸気磁力計など、幅広い様々なタイプの磁力計を利用できる点は理解されるであろう。本発明の幾つかの実施形態ではスカラー又はベクトル磁力計の何れかを利用することができる。加えて、磁界強度、伏角、及び／又は偏角の識別を容易にするために、本発明の幾つかの実施形態では直交ベクトル磁力計を利用することができる。
【００１８】
１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎは、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界に基づいて電気機械１０５の監視を容易にするシステム１００において利用されるセンサとして説明されるが、本発明の幾つかの実施形態はまた、電気機械によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の電界及び／又は磁界に基づいて電気機械１０５を監視することができる点は理解されるであろう。
加えて、本発明の幾つかの実施形態は、電気機械によって発生され又はこれに関連する場の異なるタイプの組み合わせに基づいて電気機械１０５を監視することができる点は理解されるであろう。
【００１９】
本発明の１つの態様によれば、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎを電気機械１０５の外部に位置付けることができる。この点に関して、電気機械１０５は非侵襲的手法で監視することができる。加えて、電気機械１０５は、オンラインの間、又は動作している間に監視することができる。図１では、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎが電気機械１０５の外部に位置付けられているように図示されているが、本発明の幾つかの実施形態では必要に応じて、これに加えて１つ又はそれ以上のセンサを電気機械１０５の内部に位置付けるか又は他の方法で取り付けてもよい点は理解されるであろう。
【００２０】
１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎは各々、図１に距離「ｄ」として示されるように、電気機械１０５からほぼ等距離に位置付けることができる。本発明の種々の実施形態では、例えば約１メートルの距離など、多様な距離「ｄ」を用いることができる点は理解されるであろう。加えて、本発明の幾つかの実施形態では、電気機械１０５から異なる距離に位置付けられる複数のセンサを利用することもできる。
【００２１】
本発明の幾つかの実施形態では、必要に応じてあらゆる数のセンサ１１０Ａ−Ｎを利用することができる。本発明の１つの態様によれば、センサ１１０Ａ−Ｎの数を増やすことによって、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の測定及び／又は特定についてのより高い解像度及び／又は精度を達成することができる。加えて、利用されるセンサ１１０Ａ−Ｎの数を増やすと、システム１００の感度及び電気機械１０５の１つ又はそれ以上の故障を識別する能力を向上させることができる。また、センサ１１０Ａ−Ｎの数を増やすことで、電気機械１０５内の検出される故障の位置特定を容易にし、及び／又は支援することができる。
【００２２】
引き続き図１を参照すると、制御ユニット１１５のような少なくとも１つの制御ユニットを備えることができる。本開示においては、単一の制御ユニットが利用されると仮定する。本発明の種々の実施形態において、例えば、パーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ、特定用途回路、ミニコンピュータ、その他など、幅広い様々なタイプの制御ユニットを利用することができる。
【００２３】
制御ユニット１１５は、例えば、有線接続、無線接続、ローカルエリアネットワーク接続、直接接続、ワイドエリアネットワーク接続、インターネット、その他など、あらゆる数の好適なネットワーク接続を介して１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎと通信することができる。制御ユニット１１５は、ネットワーク接続を介して１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎから測定データを受信することができる。１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎによりアナログ測定値が出力される場合には、制御ユニット１１５に通信する前に、アナログ測定値をあらゆる数の好適なアナログデジタル変換器により処理又は変換することができる点は理解されるであろう。
【００２４】
制御ユニット１１５はまた、電気機械１０５及び／又は該電気機械１０５の動作を制御するあらゆる数の制御ユニット、コントローラ、及び／又は制御システム（図示せず）と通信することができる。或いは、制御ユニット１１５は、電気機械１０５の動作を制御することができる。この点に関して、制御ユニット１１５は、例えば、電気機械１０５の動作モード（例えばオン／オフ、オンライン／オフライン）に関連するデータ、電気機械１０５の回転及び／又は回転方向に関連するデータ、電気機械１０５の回転速度及び／又は速度に関連するデータ、電気機械１０５のトルクに関連するデータ、電気機械１０５の力率に関連するデータ、電気機械１０５の負荷に関連するデータ、その他など、電気機械１０５の動作に関連するデータを受信することができる。電気機械１０５の動作に関連する様々なデータは、必要に応じて制御ユニット１１５が監視及び／又は受信し、更に本発明の種々の実施形態において利用することができる。
【００２５】
制御ユニット１１５は、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎから受信した測定値を利用して、電気機械１０５を監視し、電気機械１０５の何らかの故障及び／又は非対称性を識別するようにすることができる。制御ユニット１１５は、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界に関する測定値を１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定された磁界期待値と比較することができる。この比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械１０５の故障又は非対称性を制御ユニット１１５が診断、識別、又は特定することができる。予め記憶された又は予め設定された磁界期待値は、制御ユニット１１５に関連する１つ又はそれ以上の好適なメモリデバイス内に記憶することができる。期待値は、電気機械１０５のシミュレーション、或いは１つ又はそれ以上の試験又は制御期間の間の電気機械１０５又は同様の機械を監視することによるなど、様々な異なる発生源から入手することができる。
【００２６】
測定データを期待値と比較する実施例として、制御ユニット１１５は、受信した測定データを磁界の１つ又はそれ以上の期待値又は１つ又はそれ以上の範囲の期待値と比較することができる。期待値又は期待値の範囲は、電気機械１０５が通常の及び／又は許容可能なパラメータ又は条件で動作している場合の電気機械１０５の期待磁界を表すことができる。制御ユニット１１５は、受信した測定データと１つ又はそれ以上の期待値との間に差違又は不一致が存在する場合、電気機械１０５の故障を識別することができる。
【００２７】
加えて、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界を測定するために複数のセンサ１１０Ａ−Ｎを利用する場合には、それぞれのセンサ１１０Ａ−Ｎから受信した複数の個々の測定値に少なくとも部分的に基づいて、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の合成値を求めることができる点は理解されるであろう。言い換えると、磁界は、種々の構成要素の合計として表すことができる。本発明の幾つかの実施形態によれば、磁界の合成値は、受信した測定データの少なくとも一部に基づいて求めることができる。加えて、本発明の幾つかの実施形態において、磁界は、必要に応じて球面又は円筒調和関数に分解することができ、調和関数は１つ又はそれ以上の期待値と比較することができる。
【００２８】
制御ユニット１１５が電気機械１０５の動作に関連するデータを監視及び／又は受信する本発明の実施形態において、電気機械１０５の動作に関連するデータの少なくとも一部に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上の期待値（又は１つ又はそれ以上の期待値の範囲）を求めることができる点は、理解されるであろう。予め設定された期待値に対して調整を実施することができ、或いは、電気機械１０５の動作に関連するデータに少なくとも部分的に基づいた様々な値のグループから予め設定された期待値を選択することができる。
【００２９】
本発明の幾つかの実施形態によれば、制御ユニット１０５は、電気機械１０５で識別されるあるタイプの故障又は非対称性を特定することができる。電気機械１０５内にある故障又は非対称性が存在すると、電気機械１０５が放出する比較的予測可能な磁界をもたらす可能性がある。制御ユニット１０５は、電気機械１０５により放出される磁界の認識に少なくとも部分的に基づいてあるタイプの故障又は非対称性を識別することができる。故障タイプの識別は、例えば双極子のような放出磁界に関連する特定の特徴を認識、診断、又は識別することによって達成することができる。加えて、故障タイプの識別は、測定データの少なくとも一部を故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定されたデータ値と比較することに少なくとも部分的に基づくことができる。
【００３０】
本開示において、故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定されたデータ値は、「故障シグニチャ」と呼ぶことができる。本発明の幾つかの実施形態によれば、測定データの少なくとも一部は、１つ又はそれ以上の故障署名と比較することができ、故障タイプは、比較に少なくとも部分的に基づいて識別することができる。故障タイプが識別されると、電気機械１０５の特有のメンテナンス及び／又は補修を可能にするために、適切なメンテナンス勧告を行うことができる。
【００３１】
本発明の実施形態に従って、必要に応じて様々な異なる故障タイプ及び／又は非対称性を識別することができる。電気機械１０５において識別することができる故障タイプ及び／又は非対称性の実施例は、限定ではないが、不平衡磁極、ロータ偏心、ステータ偏心、コア透磁率の領域、コア短絡の領域、コア燃焼の領域、短絡界磁巻線、負荷アンバランス、励起、地絡、及び／又は電気機械１０５の種々の構成部品の不整合を含む。
【００３２】
図２は、例えば図１に図示する制御ユニット１１５のような、本発明の種々の実施形態に従って利用することができる制御ユニットの一実施例のブロック図である。制御ユニット１１５は、本発明の実施形態によるプログラムドロジック２１５（例えばソフトウェア）を記憶するメモリ２０５を含むことができる。また、メモリ２０５は、本発明の動作で利用されるデータ２２０とオペレーティングシステム２２５とを含むことができる。データ２２０は、例えば、センサ１１０Ａ−Ｎなどの１つ又はそれ以上のセンサから受け取った１つ又はそれ以上の測定値を含むことができ、これらのセンサを利用して、電気機械１０５のような監視される電気機械によって発生され又はこれに関連する磁界を測定する。データ２２０はまた、磁界の１つ又はそれ以上の期待値及び／又は識別することができる故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の期待値を含むことができる。プロセッサ２１０は、オペレーティングシステム２２５を利用して、プログラムドロジック２１５を実行することができ、このようにすることでデータ２２０も利用することができる。データバス２３５は、メモリ２０５とプロセッサ２１０との間での通信を可能にすることができる。制御ユニット１１５は、１つ又はそれ以上の好適な入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース２４０を介してセンサ１１０Ａ−Ｎのような外部デバイスと通信することができる。ユーザは、キーボード、マウス、制御パネル、又は制御ユニット１１５にデータを通信することができるあらゆる他のデバイスなど、１つ又はそれ以上のインタフェースデバイス２４５を介して制御ユニット１１５とインタフェース接続することができる。制御ユニット１１５及びこのようにして実装されるプログラムドロジック２１５は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの何らかの組み合わせを含むことができる。更に、本発明の実施形態に従って利用される好適な制御ユニットは、図２に示す構成要素の全てよりも多いか又は少ない構成要素を含むことができる。
【００３３】
図３は、本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視する方法３００の一実施例のフローチャートである。本方法を利用して、例えば、図１に示す電気機械１０５などの様々な異なる電気機械を監視することができる。本方法３００はブロック３０５で始まることができる。
【００３４】
ブロック３０５では、電気機械１０５の外部にある１つ又はそれ以上のポイントで外部線束密度を測定又は求めることができる。加えて、或いは代替として、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界は、電気機械１０５の外部にある１つ又はそれ以上のポイントで測定又は求めることができる。外部線束密度又は発生磁界の測定は、例えば、図１に示すセンサ１１０Ａ−Ｎのような１つ又はそれ以上のそれぞれのセンサにより可能にすることができる。ブロック３０５での測定後、動作はブロック３１０に続くことができる。
【００３５】
ブロック３１０では、本発明の幾つかの実施形態では任意選択とことができるが、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の合成値を求めることができる。電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の合成値は、それぞれのセンサ１１０Ａ−Ｎから受け取った複数の個々の測定値の統合に少なくとも部分的に基づいて求めることができる。換言すると、磁界は、種々の成分の合計として表すことができる。ブロック３１０での合成磁界値の決定に続いて、動作はブロック３１５に続くことができる。
【００３６】
ブロック３１５では、合成磁界値であるか又は１つ又はそれ以上の個々の測定値であるかに関わらず、測定された磁界は、磁界の１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定された期待値又は期待値の範囲と比較することができる。電気機械１０５の故障及び／又は非対称性は、この比較に少なくとも部分的に基づいて識別することができる。
【００３７】
ブロック３２０では、何らかの故障及び／又は非対称性が識別されるかどうかに関しての判定を行うことができる。ブロック３２０で、故障又は非対称性が識別されない、又は存在しないと判定された場合、動作はブロック３０５に続き、電気機械１０５を引き続き監視することができる。或いは、方法３００は終了することもできる。しかしながら、ブロック３２０で、比較に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの故障及び／又は非対称性が識別されたと判定された場合には、動作はブロック３２５に続くことができる。
【００３８】
ブロック３２５では、故障タイプ又は識別された故障の原因を特定することができる。
故障タイプは、測定磁界値を電気機械１０５が診断することができる種々の故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の予め設定された又は予め記憶された故障シグニチャと比較することによって特定することができる。本発明の実施形態において、必要に応じて様々な異なる故障タイプを試験して識別することができる点は理解されるであろう。
【００３９】
本方法３００は、次のブロック３２５で終了することができ、或いは、動作はブロック３０５に続くことができ、電気機械１０５を引き続き監視することができる。
【００４０】
図３に示す方法３００を参照しながら上述した動作は、必ずしも図に記載した順序で実施しなければならない訳ではなく、あらゆる好適な順序で実施してもよい。加えて、本発明の幾つかの実施形態において、図３に記載の動作の全てよりも多いか又は少ない動作を実施してもよい。
【００４１】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する１つの実施例のグラフィカル表現を示している。図４Ａ及び４Ｂの説明において、監視される電気機械はブラシレスＤＣ同期モータと仮定する。モータはまた、６極表面搭載マグネット機械とすることができる。
【００４２】
図４Ａは、モータの極が適切に平衡されている状況においてモータが生成することができる磁界４００のグラフィカル表現である。図４Ａを参照すると、モータ及び６極配置により生成される磁界４００が図示されている。図４Ａに示す磁界４００は、モータから約１メートルの距離で測定された磁界の磁位である。合成場が種々の測定場成分から求められ、合成場が図４Ａに例示されている。
【００４３】
図４Ｂは、６極モータが非平衡な状況においてモータによって発生され又はこれに関連することができる磁界４０５のグラフィカル表現である。図４Ａと同様に、図示の磁界４０５は、モータから約１メートルの距離での合成磁位である。図４Ｂは、磁極（すなわちマグネット）の１つが比較的小さな割合だけ減衰している状況での磁界４０５を示している。この減衰は、モータ内でのコア燃焼によって引き起こされる可能性がある。
【００４４】
図４Ｂに示すように、双極子４１０は、極の方向が異なる状況で生成することができる。本発明の種々の実施形態によりこの双極子を識別することができ、非平衡モータを診断することができる。
【００４５】
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する別の実施例のグラフィカル表現である。図５Ａは、ステータ内にノッチ５１０を含むブラシレスＤＣ同期モータ５０５を示している。ノッチ５１０は、図５Ｂにおいて５１５として示される、モータ５０５により発生した磁界内の比較的大きな双極子を生じさせることができる。双極子５１５又は双極子構成要素は、本発明の種々の実施形態により識別され、ノッチ５１０に由来することができる。
【００４６】
図４Ａ、４Ｂ、５Ａ及び５Ｂに示す実施例は、単に、本発明の幾つかの実施形態によって識別することができる故障の異なるタイプを示している。種々の異なるタイプの故障を本発明の種々の実施形態によって必要に応じて識別することができる点は理解されるであろう。
【００４７】
システム、方法、装置、及びコンピュータプログラム製品のブロック図を参照しながら本発明の種々の実施形態を説明した。ブロック図の各ブロック及びブロック図のブロックの組み合わせはそれぞれ、コンピュータプログラム命令により実装することができることは、理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラマブルデータ処理装置上にロードされて機械を構成し、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置上で実行される命令が、以下の説明で詳細に検討するブロック図の各ブロック又はブロック図のブロックの組み合わせの機能を実装する手段をもたらすようになる。
【００４８】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置に特定の方式で機能するよう指示することができるコンピュータ可読メモリ内に記憶され、コンピュータ可読メモリ内に記憶された命令が、１つ又は複数のブロックで指定される機能を実装する命令手段を含む製造物をもたらすようにすることができる。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置上にロードされ、一連の演算要素をコンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行して、コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行する命令が１つ又は複数のブロックで指定される機能を実装する要素を提供するようなコンピュータ実装プロセスをもたらすことができる。
【００４９】
従って、ブロック図のブロックは、指定機能を実行する手段の組み合わせ、指定機能を実行する要素の組み合わせ、及び指定機能を実行するプログラム命令手段をサポートする。また、ブロック図の各ブロック及びブロック図のブロックの組み合わせは、指定機能又は要素、或いは専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用ハードウェアベースコンピュータシステムによって実装することができる点は、理解されるであろう。
【００５０】
本発明の種々の実施形態は、コンピュータのオペレーションプログラム上で動作するアプリケーションプログラムを通じて実装することができる。こうした実施形態はまた、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロコンピュータベース又はプログラマブル家電製品、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、その他を含む他のコンピュータシステム構成でも実施することができる。
【００５１】
本発明の実施形態の構成要素であるアプリケーションプログラムは、特定の抽象データ型を実施して特定のタスク又は動作を実行するルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造、その他を含むことができる。分散コンピューティング環境では、アプリケーションプログラム（全体又は部分的）は、ローカルメモリ又は他の記憶装置に配置することができる。これに加えて又は代替として、アプリケーションプログラム（全体又は部分的）は、リモートメモリ又は記憶装置に配置し、通信ネットワークを通じてリンクされたリモート処理デバイスによりタスクが行われる本発明の実施を可能にすることができる。
【００５２】
上記の説明に関連し、該説明及び関連する図面において提示された本発明の教示の利点を有する当業者であれば、ここに記載された本発明の多くの変更形態及び他の実施形態が想起されるであろう。よって、本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されるべきではなく、変更形態及び他の実施形態が添付の請求項の範囲内に含まれることが意図される点を理解されたい。本明細書では特定の用語が利用されているが、これらは、限定の目的ではなく、一般的及び説明的な意味でのみ用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１００ システム
１０５ 電気機械
１１０Ａ−Ｎ センサ
１１５ 制御ユニット
２０５ メモリ
２１０ プロセッサ
２１５ プログラムドロジック
２２０ データ
２２５ オペレーティングシステム
２３５ データバス
２４０ Ｉ／Ｏインタフェース
２４５ ユーザインタフェースデバイス
３００ 方法
３０５ ブロック
３１０ ブロック
３１５ ブロック
３２０ ブロック
３２５ ブロック
４００ 磁界
４０５ 磁界
４１０ 双極子
５０５ モータ
５１０ ノッチ
５１５ 双極子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械を監視するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、外部線束密度を測定することによる電気機械の非侵襲的監視を行うシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータ及び発電機などの電気機械は、幅広い用途で利用されている。電気機械の製品寿命及び運転の間は、欠陥、故障、及び／又は発生し得る他のメンテナンス上の問題を識別するために、機械を監視することが望ましい場合が多い。
【０００３】
電気機械を監視する従来の方法は、オフラインの間に電気機械を監視する種々の方法と、オンラインの間に電気機械を監視する方法とを含む。しかしながら、オフラインの間に電気機械を監視する方法には、電気機械の電源を切ることを必要とし、電気機械による仕事及び／又は発電の損失につながる。
【０００４】
オンラインの間に電気機械を監視する従来の方法は、温度、電圧、及び／又は電流測定値など、電気機械に関連する種々の測定を行うために電気機械内に種々のセンサを配置することを含む。しかしながら、電気機械内のセンサの配置は、多くの場合少なくとも部分的に機械の分解を必要とする侵襲的プロセスである。加えて、電気機械に関連する多数の可動部品を考えると、あらゆる望ましい位置にセンサを配置することが実現可能ではないことが多い。
【０００５】
従って、電気機械を監視するための改善されたシステム及び方法に対する必要性がある。また、オンラインの間に電気機械を監視する改善されたシステム及び方法に対する必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の１つの実施形態によれば、電気機械を監視するための方法が提供される。電気機械に関連する磁界は、電気機械の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて測定され、それぞれの磁界値は１つ又はそれ以上のポイントの各々に関連付けられる。１つ又はそれ以上の磁界値は、１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較され、この比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械内に故障が存在するかどうかが判定される。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、電気機械を監視するためのシステムが提供される。本システムは、少なくとも複数のセンサ及び制御ユニットを含むことができる。複数のセンサは、電気機械の外部にある複数のそれぞれのポイントで電気機械に関連する磁界を測定するよう動作される。制御ユニットは、複数のセンサから複数の測定値を受け取り、複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて磁界の合成値を求めるように動作する。制御ユニットは更に、合成値を磁界の１つ又はそれ以上の期待値と比較し、該比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械内に故障が存在するかどうかを判定するよう動作する。
【０００８】
本発明の更に別の実施形態によれば、電気機械を監視するための方法が提供される。電気機械に関連する磁界の少なくとも１つの値が求められる。少なくとも１つの求められた値が少なくとも１つの対応する期待値と比較される。本方法はまた、該比較に少なくとも部分的に基づいて電気機械内に故障が存在するかどうかを判定する段階を含む。
【０００９】
本発明の他の実施形態、態様、特徴、及び利点は、当業者であれば、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の請求項から明らかになるであろう。
【００１０】
以上では本発明を一般的に述べたが、ここで、必ずしも縮尺通りに描かれている訳ではない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視するのに利用することができるシステムの一実施例の概略図。
【図２】本発明の種々の実施形態に従って利用することができる制御ユニットの一実施例のブロック図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視する方法の一実施例のフローチャート。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する１つの実施例のグラフィカル表現。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する１つの実施例のグラフィカル表現。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する別の実施例のグラフィカル表現。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する別の実施例のグラフィカル表現。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の全てではなく一部の態様を示している添付図面を参照しながら、本発明の例示的な態様を以下においてより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載した態様に限定されると解釈すべきではなく、むしろこれらの態様は、本開示が適用可能な法的要件満足するように提示するものである。本明細書及び図面全体を通して、同じ参照符号は同じ要素を示している。
【００１３】
幾つかの図面全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示す図を参照して本発明の例示的な態様を説明する。
【００１４】
電気機械を監視するためのシステム及び方法が開示される。１つの実施形態において、１つ又はそれ以上の好適なセンサにより、電気機械の外部の１つ又は複数のポイントにおける電気機械に関連する磁界の測定を可能にすることができる。測定磁界は、１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定された磁界期待値と比較することができる。この比較に少なくとも部分的に基づいて、故障又は非対称性を診断、識別、又は特定することができる。この点に関して、非侵襲的な方式で電気機械をその動作中に監視することができる。本発明の種々の実施形態を利用して、例えば電気モータ及び発電機のような幅広い電気機械を監視することができる点は理解されるであろう。
【００１５】
図１は、本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視するのに利用することができるシステム１００の一実施例の概略図である。システム１００は、とりわけ、電気機械１０５、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎ、及び制御ユニット１１５のような少なくとも１つの好適な制御ユニットを含むことができる。
【００１６】
電気機械１０５は、関連する磁界、電界、及び／又は電気磁界を発生、放出、又は有することが可能な何らかの電気機械とすることができる。例えば、監視される電気機械１０５は、何らかのモータ又は発電機とすることができる。本発明の幾つかの実施形態において、電気機械１０５は、ブラシレス直流（ＤＣ）モータとすることができる。例証として、ブラシレスＤＣモータは、本明細書では監視することができる電気機械１０５として記載される。
【００１７】
１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎは、電気機械１０５に関連する場の測定を可能にする幾つかの好適なセンサを含むことができる。本発明の一態様によれば、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎの各々は、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界を測定するよう動作することができる。本発明の幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎの各々は、電気機械１０５の外部線束密度を測定するよう動作することができる。例えば、１つ又はそれ以上のフラックスゲート磁力計或いは他の磁束センサは、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界を測定するために必要に応じて利用することができる。本発明の一態様によれば、本発明の種々の実施形態において必要に応じて１つ又はそれ以上のベクトルフラックスゲート磁力計を利用することができるが、例えば、回転コイル磁力計、ホール効果磁力計、陽子精密磁力計、オーバーハウザー磁力計、及び／又はセシウム蒸気磁力計など、幅広い様々なタイプの磁力計を利用できる点は理解されるであろう。本発明の幾つかの実施形態ではスカラー又はベクトル磁力計の何れかを利用することができる。加えて、磁界強度、伏角、及び／又は偏角の識別を容易にするために、本発明の幾つかの実施形態では直交ベクトル磁力計を利用することができる。
【００１８】
１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎは、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界に基づいて電気機械１０５の監視を容易にするシステム１００において利用されるセンサとして説明されるが、本発明の幾つかの実施形態はまた、電気機械によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の電界及び／又は磁界に基づいて電気機械１０５を監視することができる点は理解されるであろう。
加えて、本発明の幾つかの実施形態は、電気機械によって発生され又はこれに関連する場の異なるタイプの組み合わせに基づいて電気機械１０５を監視することができる点は理解されるであろう。
【００１９】
本発明の１つの態様によれば、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎを電気機械１０５の外部に位置付けることができる。この点に関して、電気機械１０５は非侵襲的手法で監視することができる。加えて、電気機械１０５は、オンラインの間、又は動作している間に監視することができる。図１では、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎが電気機械１０５の外部に位置付けられているように図示されているが、本発明の幾つかの実施形態では必要に応じて、これに加えて１つ又はそれ以上のセンサを電気機械１０５の内部に位置付けるか又は他の方法で取り付けてもよい点は理解されるであろう。
【００２０】
１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎは各々、図１に距離「ｄ」として示されるように、電気機械１０５からほぼ等距離に位置付けることができる。本発明の種々の実施形態では、例えば約１メートルの距離など、多様な距離「ｄ」を用いることができる点は理解されるであろう。加えて、本発明の幾つかの実施形態では、電気機械１０５から異なる距離に位置付けられる複数のセンサを利用することもできる。
【００２１】
本発明の幾つかの実施形態では、必要に応じてあらゆる数のセンサ１１０Ａ−Ｎを利用することができる。本発明の１つの態様によれば、センサ１１０Ａ−Ｎの数を増やすことによって、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の測定及び／又は特定についてのより高い解像度及び／又は精度を達成することができる。加えて、利用されるセンサ１１０Ａ−Ｎの数を増やすと、システム１００の感度及び電気機械１０５の１つ又はそれ以上の故障を識別する能力を向上させることができる。また、センサ１１０Ａ−Ｎの数を増やすことで、電気機械１０５内の検出される故障の位置特定を容易にし、及び／又は支援することができる。
【００２２】
引き続き図１を参照すると、制御ユニット１１５のような少なくとも１つの制御ユニットを備えることができる。本開示においては、単一の制御ユニットが利用されると仮定する。本発明の種々の実施形態において、例えば、パーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ、特定用途回路、ミニコンピュータ、その他など、幅広い様々なタイプの制御ユニットを利用することができる。
【００２３】
制御ユニット１１５は、例えば、有線接続、無線接続、ローカルエリアネットワーク接続、直接接続、ワイドエリアネットワーク接続、インターネット、その他など、あらゆる数の好適なネットワーク接続を介して１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎと通信することができる。制御ユニット１１５は、ネットワーク接続を介して１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎから測定データを受信することができる。１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎによりアナログ測定値が出力される場合には、制御ユニット１１５に通信する前に、アナログ測定値をあらゆる数の好適なアナログデジタル変換器により処理又は変換することができる点は理解されるであろう。
【００２４】
制御ユニット１１５はまた、電気機械１０５及び／又は該電気機械１０５の動作を制御するあらゆる数の制御ユニット、コントローラ、及び／又は制御システム（図示せず）と通信することができる。或いは、制御ユニット１１５は、電気機械１０５の動作を制御することができる。この点に関して、制御ユニット１１５は、例えば、電気機械１０５の動作モード（例えばオン／オフ、オンライン／オフライン）に関連するデータ、電気機械１０５の回転及び／又は回転方向に関連するデータ、電気機械１０５の回転速度及び／又は速度に関連するデータ、電気機械１０５のトルクに関連するデータ、電気機械１０５の力率に関連するデータ、電気機械１０５の負荷に関連するデータ、その他など、電気機械１０５の動作に関連するデータを受信することができる。電気機械１０５の動作に関連する様々なデータは、必要に応じて制御ユニット１１５が監視及び／又は受信し、更に本発明の種々の実施形態において利用することができる。
【００２５】
制御ユニット１１５は、１つ又はそれ以上のセンサ１１０Ａ−Ｎから受信した測定値を利用して、電気機械１０５を監視し、電気機械１０５の何らかの故障及び／又は非対称性を識別するようにすることができる。制御ユニット１１５は、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界に関する測定値を１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定された磁界期待値と比較することができる。この比較に少なくとも部分的に基づいて、電気機械１０５の故障又は非対称性を制御ユニット１１５が診断、識別、又は特定することができる。予め記憶された又は予め設定された磁界期待値は、制御ユニット１１５に関連する１つ又はそれ以上の好適なメモリデバイス内に記憶することができる。期待値は、電気機械１０５のシミュレーション、或いは１つ又はそれ以上の試験又は制御期間の間の電気機械１０５又は同様の機械を監視することによるなど、様々な異なる発生源から入手することができる。
【００２６】
測定データを期待値と比較する実施例として、制御ユニット１１５は、受信した測定データを磁界の１つ又はそれ以上の期待値又は１つ又はそれ以上の範囲の期待値と比較することができる。期待値又は期待値の範囲は、電気機械１０５が通常の及び／又は許容可能なパラメータ又は条件で動作している場合の電気機械１０５の期待磁界を表すことができる。制御ユニット１１５は、受信した測定データと１つ又はそれ以上の期待値との間に差違又は不一致が存在する場合、電気機械１０５の故障を識別することができる。
【００２７】
加えて、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する１つ又はそれ以上の磁界を測定するために複数のセンサ１１０Ａ−Ｎを利用する場合には、それぞれのセンサ１１０Ａ−Ｎから受信した複数の個々の測定値に少なくとも部分的に基づいて、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の合成値を求めることができる点は理解されるであろう。言い換えると、磁界は、種々の構成要素の合計として表すことができる。本発明の幾つかの実施形態によれば、磁界の合成値は、受信した測定データの少なくとも一部に基づいて求めることができる。加えて、本発明の幾つかの実施形態において、磁界は、必要に応じて球面又は円筒調和関数に分解することができ、調和関数は１つ又はそれ以上の期待値と比較することができる。
【００２８】
制御ユニット１１５が電気機械１０５の動作に関連するデータを監視及び／又は受信する本発明の実施形態において、電気機械１０５の動作に関連するデータの少なくとも一部に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上の期待値（又は１つ又はそれ以上の期待値の範囲）を求めることができる点は、理解されるであろう。予め設定された期待値に対して調整を実施することができ、或いは、電気機械１０５の動作に関連するデータに少なくとも部分的に基づいた様々な値のグループから予め設定された期待値を選択することができる。
【００２９】
本発明の幾つかの実施形態によれば、制御ユニット１０５は、電気機械１０５で識別されるあるタイプの故障又は非対称性を特定することができる。電気機械１０５内にある故障又は非対称性が存在すると、電気機械１０５が放出する比較的予測可能な磁界をもたらす可能性がある。制御ユニット１０５は、電気機械１０５により放出される磁界の認識に少なくとも部分的に基づいてあるタイプの故障又は非対称性を識別することができる。故障タイプの識別は、例えば双極子のような放出磁界に関連する特定の特徴を認識、診断、又は識別することによって達成することができる。加えて、故障タイプの識別は、測定データの少なくとも一部を故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定されたデータ値と比較することに少なくとも部分的に基づくことができる。
【００３０】
本開示において、故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定されたデータ値は、「故障シグニチャ」と呼ぶことができる。本発明の幾つかの実施形態によれば、測定データの少なくとも一部は、１つ又はそれ以上の故障署名と比較することができ、故障タイプは、比較に少なくとも部分的に基づいて識別することができる。故障タイプが識別されると、電気機械１０５の特有のメンテナンス及び／又は補修を可能にするために、適切なメンテナンス勧告を行うことができる。
【００３１】
本発明の実施形態に従って、必要に応じて様々な異なる故障タイプ及び／又は非対称性を識別することができる。電気機械１０５において識別することができる故障タイプ及び／又は非対称性の実施例は、限定ではないが、不平衡磁極、ロータ偏心、ステータ偏心、コア透磁率の領域、コア短絡の領域、コア燃焼の領域、短絡界磁巻線、負荷アンバランス、励起、地絡、及び／又は電気機械１０５の種々の構成部品の不整合を含む。
【００３２】
図２は、例えば図１に図示する制御ユニット１１５のような、本発明の種々の実施形態に従って利用することができる制御ユニットの一実施例のブロック図である。制御ユニット１１５は、本発明の実施形態によるプログラムドロジック２１５（例えばソフトウェア）を記憶するメモリ２０５を含むことができる。また、メモリ２０５は、本発明の動作で利用されるデータ２２０とオペレーティングシステム２２５とを含むことができる。データ２２０は、例えば、センサ１１０Ａ−Ｎなどの１つ又はそれ以上のセンサから受け取った１つ又はそれ以上の測定値を含むことができ、これらのセンサを利用して、電気機械１０５のような監視される電気機械によって発生され又はこれに関連する磁界を測定する。データ２２０はまた、磁界の１つ又はそれ以上の期待値及び／又は識別することができる故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の期待値を含むことができる。プロセッサ２１０は、オペレーティングシステム２２５を利用して、プログラムドロジック２１５を実行することができ、このようにすることでデータ２２０も利用することができる。データバス２３５は、メモリ２０５とプロセッサ２１０との間での通信を可能にすることができる。制御ユニット１１５は、１つ又はそれ以上の好適な入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース２４０を介してセンサ１１０Ａ−Ｎのような外部デバイスと通信することができる。ユーザは、キーボード、マウス、制御パネル、又は制御ユニット１１５にデータを通信することができるあらゆる他のデバイスなど、１つ又はそれ以上のインタフェースデバイス２４５を介して制御ユニット１１５とインタフェース接続することができる。制御ユニット１１５及びこのようにして実装されるプログラムドロジック２１５は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの何らかの組み合わせを含むことができる。更に、本発明の実施形態に従って利用される好適な制御ユニットは、図２に示す構成要素の全てよりも多いか又は少ない構成要素を含むことができる。
【００３３】
図３は、本発明の例示的な実施形態による、電気機械を監視する方法３００の一実施例のフローチャートである。本方法を利用して、例えば、図１に示す電気機械１０５などの様々な異なる電気機械を監視することができる。本方法３００はブロック３０５で始まることができる。
【００３４】
ブロック３０５では、電気機械１０５の外部にある１つ又はそれ以上のポイントで外部線束密度を測定又は求めることができる。加えて、或いは代替として、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界は、電気機械１０５の外部にある１つ又はそれ以上のポイントで測定又は求めることができる。外部線束密度又は発生磁界の測定は、例えば、図１に示すセンサ１１０Ａ−Ｎのような１つ又はそれ以上のそれぞれのセンサにより可能にすることができる。ブロック３０５での測定後、動作はブロック３１０に続くことができる。
【００３５】
ブロック３１０では、本発明の幾つかの実施形態では任意選択とことができるが、電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の合成値を求めることができる。電気機械１０５によって発生され又はこれに関連する磁界の合成値は、それぞれのセンサ１１０Ａ−Ｎから受け取った複数の個々の測定値の統合に少なくとも部分的に基づいて求めることができる。換言すると、磁界は、種々の成分の合計として表すことができる。ブロック３１０での合成磁界値の決定に続いて、動作はブロック３１５に続くことができる。
【００３６】
ブロック３１５では、合成磁界値であるか又は１つ又はそれ以上の個々の測定値であるかに関わらず、測定された磁界は、磁界の１つ又はそれ以上の予め記憶された又は予め設定された期待値又は期待値の範囲と比較することができる。電気機械１０５の故障及び／又は非対称性は、この比較に少なくとも部分的に基づいて識別することができる。
【００３７】
ブロック３２０では、何らかの故障及び／又は非対称性が識別されるかどうかに関しての判定を行うことができる。ブロック３２０で、故障又は非対称性が識別されない、又は存在しないと判定された場合、動作はブロック３０５に続き、電気機械１０５を引き続き監視することができる。或いは、方法３００は終了することもできる。しかしながら、ブロック３２０で、比較に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの故障及び／又は非対称性が識別されたと判定された場合には、動作はブロック３２５に続くことができる。
【００３８】
ブロック３２５では、故障タイプ又は識別された故障の原因を特定することができる。
故障タイプは、測定磁界値を電気機械１０５が診断することができる種々の故障タイプに関連する１つ又はそれ以上の予め設定された又は予め記憶された故障シグニチャと比較することによって特定することができる。本発明の実施形態において、必要に応じて様々な異なる故障タイプを試験して識別することができる点は理解されるであろう。
【００３９】
本方法３００は、次のブロック３２５で終了することができ、或いは、動作はブロック３０５に続くことができ、電気機械１０５を引き続き監視することができる。
【００４０】
図３に示す方法３００を参照しながら上述した動作は、必ずしも図に記載した順序で実施しなければならない訳ではなく、あらゆる好適な順序で実施してもよい。加えて、本発明の幾つかの実施形態において、図３に記載の動作の全てよりも多いか又は少ない動作を実施してもよい。
【００４１】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する１つの実施例のグラフィカル表現を示している。図４Ａ及び４Ｂの説明において、監視される電気機械はブラシレスＤＣ同期モータと仮定する。モータはまた、６極表面搭載マグネット機械とすることができる。
【００４２】
図４Ａは、モータの極が適切に平衡されている状況においてモータが生成することができる磁界４００のグラフィカル表現である。図４Ａを参照すると、モータ及び６極配置により生成される磁界４００が図示されている。図４Ａに示す磁界４００は、モータから約１メートルの距離で測定された磁界の磁位である。合成場が種々の測定場成分から求められ、合成場が図４Ａに例示されている。
【００４３】
図４Ｂは、６極モータが非平衡な状況においてモータによって発生され又はこれに関連することができる磁界４０５のグラフィカル表現である。図４Ａと同様に、図示の磁界４０５は、モータから約１メートルの距離での合成磁位である。図４Ｂは、磁極（すなわちマグネット）の１つが比較的小さな割合だけ減衰している状況での磁界４０５を示している。この減衰は、モータ内でのコア燃焼によって引き起こされる可能性がある。
【００４４】
図４Ｂに示すように、双極子４１０は、極の方向が異なる状況で生成することができる。本発明の種々の実施形態によりこの双極子を識別することができ、非平衡モータを診断することができる。
【００４５】
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、電気機械の故障を識別する別の実施例のグラフィカル表現である。図５Ａは、ステータ内にノッチ５１０を含むブラシレスＤＣ同期モータ５０５を示している。ノッチ５１０は、図５Ｂにおいて５１５として示される、モータ５０５により発生した磁界内の比較的大きな双極子を生じさせることができる。双極子５１５又は双極子構成要素は、本発明の種々の実施形態により識別され、ノッチ５１０に由来することができる。
【００４６】
図４Ａ、４Ｂ、５Ａ及び５Ｂに示す実施例は、単に、本発明の幾つかの実施形態によって識別することができる故障の異なるタイプを示している。種々の異なるタイプの故障を本発明の種々の実施形態によって必要に応じて識別することができる点は理解されるであろう。
【００４７】
システム、方法、装置、及びコンピュータプログラム製品のブロック図を参照しながら本発明の種々の実施形態を説明した。ブロック図の各ブロック及びブロック図のブロックの組み合わせはそれぞれ、コンピュータプログラム命令により実装することができることは、理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラマブルデータ処理装置上にロードされて機械を構成し、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置上で実行される命令が、以下の説明で詳細に検討するブロック図の各ブロック又はブロック図のブロックの組み合わせの機能を実装する手段をもたらすようになる。
【００４８】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置に特定の方式で機能するよう指示することができるコンピュータ可読メモリ内に記憶され、コンピュータ可読メモリ内に記憶された命令が、１つ又は複数のブロックで指定される機能を実装する命令手段を含む製造物をもたらすようにすることができる。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置上にロードされ、一連の演算要素をコンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行して、コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行する命令が１つ又は複数のブロックで指定される機能を実装する要素を提供するようなコンピュータ実装プロセスをもたらすことができる。
【００４９】
従って、ブロック図のブロックは、指定機能を実行する手段の組み合わせ、指定機能を実行する要素の組み合わせ、及び指定機能を実行するプログラム命令手段をサポートする。また、ブロック図の各ブロック及びブロック図のブロックの組み合わせは、指定機能又は要素、或いは専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用ハードウェアベースコンピュータシステムによって実装することができる点は、理解されるであろう。
【００５０】
本発明の種々の実施形態は、コンピュータのオペレーションプログラム上で動作するアプリケーションプログラムを通じて実装することができる。こうした実施形態はまた、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロコンピュータベース又はプログラマブル家電製品、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、その他を含む他のコンピュータシステム構成でも実施することができる。
【００５１】
本発明の実施形態の構成要素であるアプリケーションプログラムは、特定の抽象データ型を実施して特定のタスク又は動作を実行するルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造、その他を含むことができる。分散コンピューティング環境では、アプリケーションプログラム（全体又は部分的）は、ローカルメモリ又は他の記憶装置に配置することができる。これに加えて又は代替として、アプリケーションプログラム（全体又は部分的）は、リモートメモリ又は記憶装置に配置し、通信ネットワークを通じてリンクされたリモート処理デバイスによりタスクが行われる本発明の実施を可能にすることができる。
【００５２】
上記の説明に関連し、該説明及び関連する図面において提示された本発明の教示の利点を有する当業者であれば、ここに記載された本発明の多くの変更形態及び他の実施形態が想起されるであろう。よって、本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されるべきではなく、変更形態及び他の実施形態が添付の請求項の範囲内に含まれることが意図される点を理解されたい。本明細書では特定の用語が利用されているが、これらは、限定の目的ではなく、一般的及び説明的な意味でのみ用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１００ システム
１０５ 電気機械
１１０Ａ−Ｎ センサ
１１５ 制御ユニット
２０５ メモリ
２１０ プロセッサ
２１５ プログラムドロジック
２２０ データ
２２５ オペレーティングシステム
２３５ データバス
２４０ Ｉ／Ｏインタフェース
２４５ ユーザインタフェースデバイス
３００ 方法
３０５ ブロック
３１０ ブロック
３１５ ブロック
３２０ ブロック
３２５ ブロック
４００ 磁界
４０５ 磁界
４１０ 双極子
５０５ モータ
５１０ ノッチ
５１５ 双極子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（１０５）を監視するための方法であって、
前記電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて前記電気機械に関連する磁界（４００）を測定する段階と、
測定された１つ又はそれ以上の磁界の値を１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較する段階と、
前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械（１０５）内に故障が存在するかどうかを判定する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて磁界（４００）を測定する段階が、前記電気機械（１０５）の外部にある複数のポイントにおいて磁界を測定する段階を含み、
前記方法が更に、
前記複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて前記磁界（４００）の合成値を求める段階を含み、
前記１つ又はそれ以上の磁界値を１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較する段階が、求められた前記合成値を期待合成値と比較する段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて磁界の合成値を求める段階が、前記複数の測定値の統合に少なくとも部分的に基づいて合成値を求める段階を含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ又はそれ以上の測定磁界値を１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較段階が、前記１つ又はそれ以上の測定磁界値を期待値の１つ又はそれ以上の対応する範囲と比較する段階を含む、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
故障が存在すると判定された場合に、前記方法が更に、
前記１つ又はそれ以上の測定磁界値を前記故障のタイプに関連する１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較することに少なくとも部分的に基づいて、前記故障に関連する故障タイプを識別する段階を含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記電気機械（１０５）に関連する磁界（４００）を測定する段階が、前記電気機械（１０５）がオンラインの間に磁界を測定する段階を含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて前記電気機械（１０５）に関連する磁界（４００）を測定する段階が、前記１つ又はそれ以上のポイントに対応する１つ又はそれ以上の磁力計を用いて前記磁界を測定する段階を含む、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１】
電気機械（１０５）を監視するための方法であって、
前記電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて前記電気機械に関連する磁界（４００）を測定する段階と、
測定された１つ又はそれ以上の磁界の値を１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較する段階と、
前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記電気機械（１０５）内に故障が存在するかどうかを判定する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて磁界（４００）を測定する段階が、前記電気機械（１０５）の外部にある複数のポイントにおいて磁界を測定する段階を含み、
前記方法が更に、
前記複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて前記磁界（４００）の合成値を求める段階を含み、
前記１つ又はそれ以上の磁界値を１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較する段階が、求められた前記合成値を期待合成値と比較する段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の測定値に少なくとも部分的に基づいて磁界の合成値を求める段階が、前記複数の測定値の統合に少なくとも部分的に基づいて合成値を求める段階を含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ又はそれ以上の測定磁界値を１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較段階が、前記１つ又はそれ以上の測定磁界値を期待値の１つ又はそれ以上の対応する範囲と比較する段階を含む、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
故障が存在すると判定された場合に、前記方法が更に、
前記１つ又はそれ以上の測定磁界値を前記故障のタイプに関連する１つ又はそれ以上の対応する期待値と比較することに少なくとも部分的に基づいて、前記故障に関連する故障タイプを識別する段階を含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記電気機械（１０５）に関連する磁界（４００）を測定する段階が、前記電気機械（１０５）がオンラインの間に磁界を測定する段階を含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記電気機械（１０５）の外部にある１つ又はそれ以上のポイントにおいて前記電気機械（１０５）に関連する磁界（４００）を測定する段階が、前記１つ又はそれ以上のポイントに対応する１つ又はそれ以上の磁力計を用いて前記磁界を測定する段階を含む、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【公開番号】特開２００９−２４７２０３（Ｐ２００９−２４７２０３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７９０２（Ｐ２００９−７７９０２）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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