(57)【要約】  電気機械の軸受を監視するための機器簡素化するために、電気機械がインタフェースモジュール（ＳＭ）を装備しており、このモジュールで軸受（ＬＡ）の残寿命を計算することができる。このインタフェースモジュール（ＳＭ）はモータに一体化可能またはこれに組付け可能である。回転数検出器（ＧＢ）の信号から、選択的に温度センサ（ＴＳ）の信号から、軸受（ＬＡ）の残寿命は推定することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの軸受（ＬＡ）を有する電気機械に接続し、かつ軸受（ＬＡ）の残寿命を出力するためのインタフェースモジュール装置（ＳＭ）において、
‐検出器（ＧＢ）の生信号をディジタル検出器信号に変換するための変換機構（ＷＡ）と、
‐電気機械の動作時間を検出可能または記録可能な時間検出機構（ＺＥ）と、
‐ディジタル検出器信号から回転数を算定し、軸受（ＬＡ）の回転数負荷を時間にわたって算定し、かつ全動作時間の間に回転数負荷から軸受（ＬＡ）の残寿命を算定するための演算機構（ＲＥ）とを有することを特徴とするインタフェースモジュール装置。
【請求項２】
演算機構（ＲＥ）に接続された記憶機構に残寿命が数値として記憶可能である請求項１記載のインタフェースモジュール装置。
【請求項３】
少なくとも１つの軸受（ＬＡ）と検出器（ＧＢ）と請求項１、２のいずれか記載のインタフェースモジュール装置（ＳＭ）とを備えた電気機械。
【請求項４】
検出器（ＧＢ）が光検出器である請求項３記載の電気機械。
【請求項５】
電気機械の物理変量を検出するための少なくとも１つの他のセンサ（ＴＳ）を備えており、センサ信号を考慮しても残寿命が演算機構（ＲＥ）によって計算可能であるように、相応するセンサ信号が用意される請求項３または４記載の電気機械。
【請求項６】
前記少なくとも１つのセンサが軸受内の横力を検出するのに役立つ請求項５記載の電気機械。
【請求項７】
前記少なくとも１つのセンサが振動センサである請求項５または６記載の電気機械。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサ（ＴＳ）が温度センサである請求項５、６または７記載の電気機械。
【請求項９】
電気機械巻線の巻線温度が温度センサ（ＴＳ）によって検出可能であり、残寿命を計算するための演算機構（ＲＥ）を頼りに温度モデルを介して軸受温度が推定可能である請求項８記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの軸受を有する電気機械に接続し、かつ軸受の残寿命を出力するためのインタフェースモジュール装置に関する。本発明はさらに、このインタフェースモジュール装置を備えた相応する電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
過負荷による軸受摩耗または軸受疲労はモータの相応する軸受の故障、従ってモータの故障をもたらす。油脂の潤滑特性減退による軸受摩耗は軸受の負荷履歴、特に軸受温度および回転数に左右され、モータの軸受故障の大部分にとって責任がある。軸受疲労はなかんずく横力、導入される振動および回転数による軸受の負荷に左右される。
【０００３】
しばしばモータ用軸受は計算で算定されかつ実験で裏付けられた一般的な交換期限が推奨されるにすぎない。個別的摩耗もしくは疲労状態は一般に考慮されない。
【０００４】
独国特許出願公開第１９９３７２０３号明細書により軸受の寿命および負荷の監視が公知である。転動体軸受内の転動体負荷をシステムが実時間で検知する。軸受の内輪および外輪の周りに多数のセンサが配置され、確認された負荷に相応するセンサデータを出力する。制御ユニットがセンサデータから軸受寿命を予測し、センサデータから軸受の負荷範囲を実時間で判定する。センサデータは周期的であり、転動体負荷および測定された軸受速度を判定するためにセンサデータから尖頭と谷が抽出される。
【０００５】
さらに、独国特許発明第１００３９０１５号明細書は連続鋳造支持ローラの回転軸受を監視するための方法および機構を示している。転がり軸受および滑り軸受の残寿命を判定するために単数または複数の回転軸受で機械的、熱的応力（荷重集合体）の連続的測定と記憶が行われる。ディジタル測定結果は評価兼記憶ユニットにおいて処理され、全負荷の総体から各回転軸受の荷重集合体と限界負荷容量との比例値が算出される。
【０００６】
独国特許出願公開第１０２５７７９３号明細書により、モデルに基づく寿命監視装置が公知である。既存の車両センサ装置からシステム負荷が算定され、センサ信号が負荷時間推移へと処理される。局所部材応力はシステムモデルと負荷時間推移とから算定される。最後に、システムモデルに含まれた部材の残寿命は蓄積された部材破損から動作強度分析によって計算される。
【０００７】
さらに米国特許第６５２９１３５号明細書は一体化された電気モータモニタを示す。電気モータの動作条件が監視され、相応する予測情報が記憶機構に記憶される。なかんずく温度、モータ回転数、巻線温度が監視される。
【０００８】
上記諸方法に相応する残寿命の判定は一般に包括的測定兼演算機器を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の課題は、電気機械の軸受の残寿命判定用機器を簡素化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によればこの課題は、少なくとも１つの軸受を有する電気機械に接続し、かつ軸受の残寿命を出力するためのインタフェースモジュール装置において、検出器の生信号をディジタル検出器信号に変換するための変換機構と、電気機械の動作時間を検出可能または記録可能な時間検出機構と、ディジタル検出器信号から回転数を算定し、軸受の回転数負荷を時間にわたって算定し、かつ全動作時間の間に回転数負荷から軸受の残寿命を算定するための演算機構とを備えたインタフェースモジュール装置によって解決される。
【００１１】
本発明に係るインタフェースモジュールによって電気機械は軸受寿命計算ユニットを追加装備することができる。さらに、軸受の残寿命をモータもしくは電気機械に直接保存し、いつでもその場で呼び出すことができるようにすることはモジュールによって難なく可能である。
【００１２】
有利には、インタフェースモジュールの演算機構に接続された記憶機構に残寿命が数値として記憶される。こうして残寿命は数多くの応用にとって特別な復号なしに直ちに利用可能である。
【００１３】
代表的には、電気機械、例えば電気モータは少なくとも１つの軸受と検出器と前記インタフェースモジュール装置とを備えている。軸受を備えた別のあらゆる機械も電気機械として考えられる。軸受は有利には回転軸受であるが、しかし直線軸受も考えられ、これらはやはり摩耗を受ける。電気機械の内部または表面の検出器が電気機械の動きに関する信号を提供する。回転モータの場合検出器信号から回転速度、直線モータの場合には検出器信号から移動速度を算定することができる。
【００１４】
本発明に係るインタフェースモジュール装置は電気機械の接続箱もしくは制御装置の内部または表面に取付けておくことができる。
【００１５】
有利には、検出器が光検出器として構成されている。こうして高精度な回転数分解能が可能である。
【００１６】
さらに、本発明に係るインタフェースモジュール装置が電気機械の物理変量を検出するための少なくとも１つの他のセンサを備えており、センサ信号を考慮しても残寿命が演算機構によって計算可能であるように、相応するセンサ信号が用意されると有利である。こうして残寿命は一層厳密に推定することができる。
【００１７】
前記少なくとも１つのセンサが軸受内の横力を検出するのに役立つと好ましい。付加的にまたは選択的に、軸受内の振動を検出するためのセンサを設けておくことができる。こうして、軸受の過剰な摩耗を引き起こす機械的負荷を一層良好に考慮することができる。
【００１８】
さらに、電気機械内に温度センサを設けておくこともできる。こうして、軸受内の潤滑剤の状態を特に考慮することができる。
【００１９】
温度センサは軸受に直接取付けておく必要はない。むしろ温度センサは電気機械の巻線に取付け、そこで電気機械巻線の巻線温度を検出することもでき、温度モデルを介して軸受温度は残寿命を計算するための演算機構を頼りに推定することができる。
【００２０】
軸受残寿命を負荷に依存して算定することによって、軸受寿命に対する軸受温度、回転数等の負荷変量の影響は一層良好に検出することができる。こうして軸受の各残寿命もしくは軸受交換期限は一層正確に特定することができる。従って、計画外の軸受故障の確率は明確に低減される。
【００２１】
次に、添付図面に基づいて本発明が詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下で詳しく述べる実施例は本発明の好ましい実施形態である。
【００２３】
図１に略示した電気モータが回転子ＲＯを有し、この回転子はハウジングＧＥ内の軸ＷＥ上で２つの軸受ＬＡを頼りに回転可能に支承されている。電気モータのハウジングＧＥに取付けられた接続箱ＡＫがインタフェースモジュールＳＭを含み、このモジュールは軸受ＬＡの残寿命を計算するのに役立ち、制御装置と通信結合されている。
【００２４】
電気モータのハウジングＧＥに配置された検出器ＧＢが制御装置ＳＴおよびインタフェースモジュールＳＭ用に回転信号を提供する。それらから両方のコンポーネントは必要に応じて回転子ＲＯの回転速度を計算する。
【００２５】
軸受の温度を監視するために一方の軸受ＬＡに温度センサＴＳが取付けられている。その出力信号はインタフェースモジュールＳＭに、場合によっては制御装置ＳＴにも、提供される。
【００２６】
インタフェースモジュールＳＭが図２に拡大して示してある。インタフェースモジュールは、センサ信号を受容することのできる複数の入力端Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を有する。これらアナログセンサ信号のそれぞれは変換器ＷＡによってディジタル信号に変換される。
【００２７】
演算機構ＲＥが変換器ＷＡのディジタル信号を受容する。時間ユニットＺＥが演算機構ＲＥ用時間信号を提供する。センサ信号と時間信号とから演算機構ＲＥは残寿命を計算し、残寿命を出力端Ａ１から出力する。
【００２８】
従って、インタフェースモジュールＳＭにおいてモータの動作時間、付属する軸受温度および回転数が検出される。これらの変量は図２に示さない記憶機構に、いつでも呼び出すために記憶することができる。モータの動作時間数と温度および回転数による軸受ＬＡのその都度の負荷とに依存して単数もしくは複数の軸受ＬＡの残寿命は算定される。そのための基礎は通常の負荷について特定された軸受寿命である。
【００２９】
軸受残寿命の算定はモータ内またはインバータ内もしくは制御装置内で直接行うことができる。軸受残寿命は次に例えば数値として制御装置ＳＴ内に格納することができる。こうして、確定された限界値を上まわると警告もしくは警報を出力する可能性がある。
【００３０】
図１の上記例で示唆されているのは単に２つのセンサであり、１つはモータの回転数を算定するためのもの、１つは軸受温度を検出するためのものである。しかし、モータの別の物理変量を検出するための別の任意のセンサをモータの内部または表面に設けておくこともできる。例えば横力および振動は相応するセンサによって検出し、軸受残寿命の算定時に含めることができる。さらに、残寿命を計算するために特定用途別減少要因も考慮することができる。
【００３１】
冒頭で既に示唆したように、軸受温度は温度センサＴＳを介して直接に、またはモータの巻線温度および負荷変量から温度モデルを介して間接的に算定することができる。
【００３２】
軸受残寿命を負荷に依存して算定することは、場合によっては通常の軸受監視と組合せることができる。この軸受監視では、検出されたセンサ信号、例えば温度および振動から、軸受の破損は直接推定される。こうして、軸受故障は短時間で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】寿命を計算するためのインタフェースモジュールを備えた本発明に係る電気モータの横断面図である。
【図２】残寿命を計算するための本発明に係るインタフェースモジュールの原理図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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