(57)【要約】  ポンプアセンブリ、方法及びコンピュータプログラムを開示する。ポンプアセンブリは、ポンプと、関連するモータコントローラ及びポンプに取り付けられた加速度計とを含む。モータコントローラは、ポンプを駆動するために供給される電力を制御するとともに加速度計から出力されたデータを受け取るように構成され、モータコントローラは、ポンプの動作に起因してポンプにおいて経験される加速を特定するために、加速度計から受け取ったデータを処理するように構成された処理回路を含む。これらの加速を使用してポンプの状態を判定することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプアセンブリであって、
ポンプと、関連するモータコントローラと、前記ポンプに取り付けられた加速度計と、
を備え、
前記モータコントローラは、前記ポンプを駆動するために供給される電力を制御するとともに前記加速度計から出力されたデータを受け取るように構成され、前記モータコントローラは、前記ポンプの動作に起因して前記ポンプにおいて経験される加速を特定するために、前記加速度計から受け取った前記データを処理するように構成された処理回路を含む、
ことを特徴とするポンプアセンブリ。
【請求項２】
前記処理回路は、前記ポンプの動作によって生成された加速データと他の信号とを分離するよう、前記加速度計から受け取ったデータをモータコントローラデータと共に処理するように使用可能である、
請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項３】
前記処理回路は、前記加速度計から出力されたデータ信号のサンプリングを少なくとも１つのタイプの前記モータコントローラデータと同期させるように構成される、
請求項２に記載のポンプアセンブリ。
【請求項４】
前記処理回路は、前記加速度計から受け取った前記データを前記モータコントローラデータと相関させるように使用可能である、
請求項２又は３に記載のポンプアセンブリ。
【請求項５】
前記モータコントローラデータは、前記モータコントローラによって生成されたモータ制御信号を示すモータ制御データを含む、
請求項２から４のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項６】
前記モータコントローラは、少なくとも１つのセンサを含み、前記モータコントローラデータは、前記少なくとも１つのセンサから受け取ったデータを含む、
請求項２から５のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つのセンサは、前記ポンプを駆動するために出力された電流、前記ポンプを駆動するために出力された電圧、温度及び電力のうちの少なくとも１つを検知する、
請求項６に記載のポンプアセンブリ。
【請求項８】
前記ポンプはロータを含み、前記少なくとも１つのセンサは、ロータ速度又はロータ角度位置を検知する、
請求項７に記載のポンプアセンブリ。
【請求項９】
前記ポンプはロータを含み、前記処理回路は、前記モータコントローラデータからロータ角度位置及びロータ速度の少なくとも一方を特定するように使用可能である、
請求項２から８のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１０】
前記処理回路は、前記加速度計から受け取った前記データ、並びに前記ロータ角度位置データ及び前記ロータ速度の少なくとも一方からロータ状態データを生成するように使用可能である、
請求項８又は９に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１１】
前記処理回路は、前記加速度計からのサンプリングされたデータを周波数領域に変換するように構成される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１２】
前記処理回路は、前記加速度計によって出力されて前記処理回路によって処理されたデータを少なくとも１つの閾値と比較して少なくとも１つの警告信号を生成する比較回路を含む、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１３】
警告指示を出力する出力回路をさらに備え、該出力回路は、前記少なくとも１つの警告信号によってトリガされるように構成される、
請求項１２に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１４】
前記ポンプは、前記加速度計に電力を供給する電源をさらに含み、前記ポンプは、前記加速度計から受け取ったデータを記憶するデータストアを含む、
請求項１から１３のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１５】
前記加速度計は、前記ポンプに取り付けられる、
請求項１から１４のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１６】
前記モータコントローラは、前記ポンプから分離して、有線接続及び無線接続の少なくとも一方を介して前記加速度計からのデータを受け取るように構成される、
請求項１５に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１７】
前記ポンプは、ポンプ機構及びポンプハウジングを含み、前記モータコントローラは、前記ポンプハウジングに強固に結合されたハウジング内に取り付けられ、前記加速度計は、前記モータコントローラハウジング内に取り付けられる、
請求項１から１５のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１８】
前記加速度計は、少なくとも１つの軸における加速を検出するＭＥＭＳ（微小電気機械システム）デバイスを含む、
請求項１から１７のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１９】
前記ポンプは、真空ポンプを含む、
請求項１から１８のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２０】
前記真空ポンプは、ターボ分子ポンプを含む、
請求項１９に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２１】
前記真空ポンプは、ドライポンプを含む、
請求項１９に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２２】
前記ポンプは、圧縮器を含む、
請求項１から１８のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２３】
前記ポンプは、ロータリーベーンポンプを含む、
請求項１から１９のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２４】
前記処理回路は、前記処理されたデータから前記ポンプの状態を判定するように使用可能である、
請求項１から２３のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２５】
ポンプに取り付けられた加速度計から受け取ったデータの分析方法であって、
前記加速度計から出力されたデータを受け取るステップと、
前記ポンプの駆動モータを制御するモータコントローラからモータコントローラデータを受け取るステップと、
前記ポンプの動作に起因して前記ポンプにおいて経験される加速を特定するために、前記加速データを前記モータコントローラデータと共に処理するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記加速度計から出力されたデータを受け取る前記ステップは、前記加速度計から出力されたデータ信号をサンプリングするステップを含み、該サンプリングは、少なくとも１つのタイプの前記モータコントローラデータと同期される、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記データを処理する前記ステップは、前記加速度計から受け取った前記データを前記モータコントローラデータと相関させるステップを含む、
請求項２５又は２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記モータコントローラデータは、前記モータコントローラによって生成されたモータ制御信号を示すモータコントローラデータを含む、
請求項２５から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記モータコントローラデータは、少なくとも１つのセンサから受け取ったデータを含む、
請求項２５から２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記モータコントローラデータは、前記ポンプを駆動するために出力された電流、前記ポンプを駆動するために出力された電圧、温度及び電力のうちの少なくとも１つを含む、
請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記モータコントローラデータからロータ角度位置及びロータ速度の少なくとも一方を特定するさらなるステップを含む、
請求項２５から３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記加速度計から受け取った前記データ、並びに前記特定されたロータ角度位置データ及び前記ロータ速度の前記少なくとも一方からロータ状態データを生成するさらなるステップを含む、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記加速度計データを周波数領域に変換するステップをさらに含む、
請求項２５から３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記加速度計によって出力されて前記処理回路によって処理されたデータを少なくとも１つの閾値と比較する比較ステップと、
前記少なくとも１つの閾値に達したことに応答して警告信号を生成するステップと、
をさらに含む、請求項２５から３３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３５】
プロセッサによって実行された時に、該プロセッサを、請求項２５から３４のいずれか１項に記載の方法におけるステップを実行するように制御するよう使用可能である、
ことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項３６】
実質的に添付図面を参照しながら本明細書で説明したようなポンプアセンブリ。
【請求項３７】
添付図面を参照しながら本明細書で説明したようなポンプに取り付けられた加速度計から受け取ったデータの分析方法。
【請求項３８】
添付図面を参照しながら本明細書で説明したようなコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプアセンブリ、方法及びコンピュータプログラムに関し、具体的には、このようなアセンブリにおけるポンプの状態のモニタリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプは、状態を維持するために注意深い使用と定期的な保守整備とを必要とする、公差を厳しく管理されて製造される精密機械である。可動部品の摩耗及び保守整備要件は、ポンプの使用タイプ及び特性によって異なる。さらに、誤用又は偶発的な打撃によって部品が損傷し、突発的な保守整備又は修理が必要になることもある。欠陥のある又は摩耗した状態でポンプを動作させるとさらなる損傷につながる恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ポンプの状態を検出する手段を提供できることが望ましいと思われる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、ポンプアセンブリであって、ポンプと、関連するモータコントローラと、前記ポンプに取り付けられた加速度計とを備え、前記モータコントローラは、前記ポンプを駆動するために供給される電力を制御するとともに前記加速度計から出力されたデータを受け取るように構成され、前記モータコントローラは、前記ポンプの動作に起因して前記ポンプにおいて経験される（ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄ）加速を特定するために、前記加速度計から受け取った前記データを処理するように構成された処理回路を含む、ポンプアセンブリを提供する。
【０００５】
本発明の発明者らは、ポンプがどれほど円滑に動作するかがその状態の指標であると認識した。ポンプに取り付けられた加速度計を使用して、ポンプの動作の円滑性、並びにこれが時間と共にどう変化するかを検出することができる。具体的に言えば、加速度計は、例えば非最適な状態におけるポンプの動作によって発生する振動の増加を検出することができる。このような加速度計からのデータを受け取る処理回路を使用して、その動作に起因してポンプにおいて経験される加速を特定することができ、これらの信号の分析からポンプの状態を推定することができる。モータコントローラは電子モータコントローラ回路を含むので、加速度計から受け取った信号を処理する処理回路をモータコントローラの一部として設けると、電子回路に適した温度及び位置に必然的に維持される環境内に処理回路を取り付けることができる。さらに、加速を分析する際には、コントローラによって生成されるポンプモータ制御のための制御信号も関連し、このことは加速度計からの信号を処理する処理回路をモータコントローラ内に取り付けるさらなる利点である。
【０００６】
いくつかの実施形態では、前記処理回路が、前記ポンプの動作によって生成された加速データと他の信号とを分離するように、前記加速度計から受け取ったデータをモータコントローラデータと共に処理するよう使用可能である。
【０００７】
加速度計データを処理する処理回路をモータコントローラ内に設けることによって、ポンプの動作に関するモータコントローラデータも利用可能になり、このデータと共に加速度計データを処理すると、ポンプにおいて経験される加速をポンプ駆動の異なる側面に結び付けることができるとともに、ポンプ動作に起因する加速によって引き起こされない信号を識別してこのような動作に起因する信号から分離することもできる。実際には、いずれもポンプの動作に関連する加速データとモータコントローラデータとを組み合わせてこれらを共に分析することにより、その動作のより良好な描写を得ることができる。
【０００８】
他の信号は、恐らくはポンプモータを駆動することに関連してスイッチング回路から生じる電子ノイズ信号を含むことも、或いはポンプ自体の動作ではなく外力に起因してポンプにおいて経験される、加速度計によって検出される加速とすることもできる。ポンプ動作に起因する加速を区別できることにより、より正確に動作を分析することができる。さらに、ポンプが打撃を受けたことなどの外因に起因する加速を検出することによって誤用を検出することもできる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、前記処理回路が、前記加速度計から出力されたデータ信号のサンプリングを少なくとも１つのタイプの前記モータコントローラデータと同期させるように構成される。
【００１０】
モータコントローラデータと加速度計データとを組み合わせてさらに正確な加速の分析を可能にする１つの方法は、加速度計データのサンプリングを少なくとも１つのタイプのモータコントローラデータと同期させることである。例えば、モータの駆動がパルス幅変調駆動信号を介して行われる場合には信号の切り替えによってノイズが発生し、例えば電流の値が最も安定する切り替えの中間点に加速度信号のサンプリングを同期させると、ノイズ成分の少ない信号がサンプリングされることによって分析の精度を高めることができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、前記処理回路が、前記加速度計から受け取った前記データを前記モータコントローラデータと相関させるように使用可能である。
【００１２】
処理回路が加速度計データとモータコントローラデータとを組み合わせることができる１つの方法は、これらのデータを何らかの形で相関させることによる。この点、ポンプモータの駆動に関するデータが既知である場合には、特定の周波数における加速度信号を駆動モータの周波数に結び付けることができ、このようにして例えばロータの回転に起因する、又は軸受要素のより低速の回転またはより高速の回転に起因する加速を切り離して分析することができる。
【００１３】
なお、モータコントローラ内で利用可能なモータコントローラデータは、モータコントローラがモータを制御するために生成するモータ制御信号を示すモータ制御データとすることができる。これとは別に、及び／又はこれに加えて、このモータコントローラデータは、ポンプの駆動装置に出力される電流、電圧出力、モータコントローラの温度及び／又はモータコントローラに供給される電力などの信号をモータコントローラ内で感知する、モータコントローラ内の少なくとも１つのセンサによって受け取られるデータとすることもできる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、前記ポンプがロータを含み、前記少なくとも１つのセンサが、ロータ速度又はロータ角度位置を検知する。
【００１５】
モータコントローラ内のセンサは、ロータ角度位置又はロータ速度を特定することができる。或いは、ロータ角度位置又はロータ速度は、処理回路において、モータコントローラに送信された制御信号を示すモータコントローラデータから特定することもできる。いずれの場合にも、処理回路は、ロータ角度位置及びロータ速度の特定を加速度計から受け取ったデータと共に使用してロータ状態データを生成することができる。この点、ポンプにおいて特定のロータ角度位置で経験される加速は不釣合レベルが高いロータを示し、従って最初はこのような信号を使用してロータの不釣合レベルを低減するのに役立てることができ、及び／又は保守整備中又はその後の動作中にこのような信号を使用して、ロータのどこで不釣合が変化してバランスの再調整を必要としているかを判断することができる。
【００１６】
さらに、ロータ速度は軸受要素の速度に関連し、軸受要素は、さらに遅い又は速い複数のロータ速度で移動する。従って、特定の周波数において生じる加速は軸受の摩耗を示すことができ、軸受状態の分析において使用することができる。軸受状態は、軸受がポンプに損傷を与え得る程度まで劣化するのを回避しようと試みることを正確に決定するために重要である。さらに、軸受が摩耗していると、特に始動時にポンプの騒音が大きくなり、軸受の摩耗の兆候はポンプの騒音が大きい理由を示すことができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、処理回路が、受け取った信号から加速の振幅及び位相を判定するように構成される。
【００１８】
加速の振幅及び加速の位相は、いずれもポンプ状態の重要な指標であり、ポンプの分析において使用することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、前記処理回路が、前記加速度計からのサンプリングされたデータを周波数領域に変換するように構成される。
【００２０】
上述したように、特定の周波数における振動はポンプの異なる要素を示すことができ、従ってデータを分析する際には、加速度計からのサンプリングされたデータを定期的に周波数領域に変換すると、特定の周波数において発生する加速を容易に識別することができ、このことはデータの分析、特に故障診断において役立つことができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、前記処理回路が、前記加速度計によって出力されて前記処理回路によって処理されたデータを少なくとも１つの閾値と比較して少なくとも１つの警告信号を生成する比較回路を含む。
【００２２】
上述したように、加速度計からの信号はポンプ状態を示し、故障診断のために使用することができる。閾値と併用する際には、これらの信号を使用して、ポンプの動作が通常の動作限界から逸脱しており、従って何らかの保守整備又は修理を必要とし得る旨を示す警告を生成することができる。この保守整備は、ロータのバランス再調整、軸受の交換及び／又は他の措置の形を取ることができる。
【００２３】
これらの警告信号は、この警告信号によってトリガされるように構成された、警告指示を出力する出力回路と共に使用することができる。
【００２４】
加速度計から受け取った信号が、ポンプが正常範囲内で動作していない旨を示していると判断されると、このように生成された警告信号を転送して警告インジケータをトリガすることができる。この警告インジケータは、チェックが必要である旨又は直ちに保守整備を行うべきである旨を恐らくは黄色で示し、ポンプを操作すべきでない旨を赤色で示す色分けを使用して警告の深刻度を示すことができる、ポンプ又はモータコントローラ上の発光体の形を取ることができる。或いは、ポンプから外部システムへの通信回線において警告インジケータを出力し、検出された事象に関する情報をユーザ又はオペレータに提供することもできる。モータコントローラ内又はポンプ上には加速事象を記録するメモリが存在し、このメモリに警告信号を記憶して、ここから通信回線又はＵＳＢポートなどの出力ポートを介してダウンロードすることもできる。
【００２５】
加速度計は、ポンプ動作に起因してポンプにおいて経験される、ポンプの状態を示す加速を判断するためにとりわけ有用であるが、この加速度計を使用して、ポンプにおける加速を引き起こす外力を検出することもできる。このような外部衝撃によって引き起こされ得る外力は動作中に検出することができ、信号の周波数及び振幅の分析により、通常動作に起因するものではないことが示される。動作中にこのような事象を検出することは有益ではあるが、このような衝撃は、ポンプの非作動時にも発生することがあり、実際にポンプの移動中に発生する可能性が高くなり得る。ポンプ上には、ポンプの動作に起因する加速を特定するために加速度計が設けられているので、この加速度計を他の原因による加速の検出に使用することもできる。ポンプの非作動時に加速度計が機能するには、バッテリなどの遠隔電源が必要になることもあり、従って１つの遠隔電源を加速度計に関連付けて、ポンプに給電が行われていない時にも動作することができ、加速度計が検出したあらゆる加速をデータストアに記憶し、これらを用いて取り扱いミス、及び／又はポンプの状態及び将来的な動作に影響を及ぼし得る他の事例よって引き起こされた外力に起因する加速を検出できるようにすることができる。
【００２６】
加速度計は、例えばポンプのハウジング上などのポンプ上に直接取り付けることができ、この場合、ポンプが感じ取った加速を直接経験する。このことは、モータコントローラがポンプから分離されて、ポンプ上に取り付けられた加速度計からのデータを有線接続及び無線接続の少なくとも一方によって受け取るように構成されている場合にも当てはまり得る。
【００２７】
上述したように、モータコントローラは、過度の振動及び高温から保護する必要がある電子回路を含む。従って、場合によっては、この電子回路を、ポンプが経験する状態から保護するためにポンプから離して取り付けることが適切となり得る。このような場合、ポンプ上に加速度計を取り付けて、ポンプが経験する加速を加速度計が経験し、モータコントローラ内に取り付けられたプロセッサに有線又は無線接続を介してデータを送信できるようにする必要がある。モータコントローラは、モータを制御するようにポンプに伝える必要があるので、このような接続はモータコントローラとポンプとの間に存在する。
【００２８】
他の実施形態では、前記ポンプが、ポンプ機構及びポンプハウジングを含み、前記モータコントローラが、前記ポンプハウジングに強固に結合されたハウジング内に取り付けられ、前記加速度計が、前記モータコントローラハウジング内に取り付けられる。
【００２９】
いくつかの例では、モータコントローラがポンプのハウジング上に直接取り付けられ、モータコントローラがハウジングに強固に結合されている場合にはモータコントローラ自体の内部に加速度計を取り付けることができる。このような位置では、モータコントローラがポンプの振動を経験するとともに、モータコントローラデータにも容易にアクセスすることができる。
【００３０】
加速度計は、少なくとも１つの軸における加速を検出するいずれかの検出装置を含むことができるが、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの軸における加速を検出できるＭＥＭＳデバイス（微小電気機械システム）を含む。いくつかの実施形態では、３つの直交する軸における加速を検出するＭＥＭＳデバイスが使用される。このようなデバイスは、低コストで小型であるにもかかわらず正確なデバイスである。
【００３１】
実施形態は、多くの異なるタイプのポンプとの使用に適するが、いくつかの実施形態ではポンプは圧縮器を含み、他の実施形態ではポンプは真空ポンプを含む。
【００３２】
多くの場合、真空ポンプは、本発明の実施形態との使用をとりわけ適切なものにする特に高い公差で製造される。圧縮器には、可動部品の摩耗及び異なる保守整備要件の問題があり、従って本発明の実施形態から恩恵を受けるようになる。
【００３３】
ターボ分子真空ポンプは、ポンプ機構とモータコントローラエレクトロニクスとの間の非常に密な機械的結合をもたらすようにポンプに取り付けられた駆動装置を有しており、従って実施形態はターボ分子真空ポンプとの使用に特に適する。これらのポンプは高精度に機械加工されるとともに非常に高い回転速度を有し、従って軸受が良好な状態を保ち、ロータが正確にバランスを保っていることが重要となる。
【００３４】
他の実施形態では、真空ポンプがドライポンプを含む。ドライポンプは、その軸受の慎重なメンテナンスを必要とし、軸受が故障しかかっているかどうかが分かることが重要であり、従ってドライポンプも実施形態に適する。このようなポンプはかなりの振動を発生し、この場合にはモータコントローラと加速度計の処理回路とをポンプから離して取り付けることができる。
【００３５】
さらに他の実施形態では、ポンプがロータリーベーンポンプを含む。
【００３６】
上述したように、加速度計からの情報は、ポンプの状態を検出してモニタするために使用することができ、このデータを用いて警告インジケータを提供することもできる。このデータは、ポンプの使用要件と保守整備要件の両方を決定するために使用される内蔵のロギングシステムに入力することもできる。この情報を保守整備の前後に使用して、保守整備が正しく実行されてポンプの動作が改善されたことを確認することもできる。
【００３７】
本発明の第２の態様は、ポンプに取り付けられた加速度計から受け取ったデータの分析方法であって、前記加速度計から出力されたデータを受け取るステップと、前記ポンプの駆動モータを制御するモータコントローラからモータコントローラデータを受け取るステップと、前記ポンプの動作に起因して前記ポンプにおいて経験される加速を特定するために、前記加速データを前記モータコントローラデータと共に処理するステップと、を含む方法を提供する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、前記加速度計から出力されたデータを受け取る前記ステップが、前記加速度計から出力されたデータ信号をサンプリングするステップを含み、該サンプリングが、少なくとも１つのタイプの前記モータコントローラデータと同期される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、前記データを処理する前記ステップが、前記加速度計から受け取った前記データを前記モータコントローラデータと相関させるステップを含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、前記モータコントローラデータが、前記モータコントローラによって生成されたモータ制御信号を示すモータコントローラデータを含む。
【００４１】
これとは別に、及び／又はこれに加えて、前記モータコントローラデータは、少なくとも１つのセンサから受け取ったデータを含む。
【００４２】
上記モータコントローラデータの例は、前記ポンプを駆動するために出力された電流、前記ポンプを駆動するために出力された電圧、温度及び電力のうちの少なくとも１つである。
【００４３】
いくつかの実施形態では、方法が、前記モータコントローラデータからロータ角度位置及びロータ速度の少なくとも一方を特定するさらなるステップを含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、方法が、前記加速度計から受け取った前記データ、並びに前記特定されたロータ角度位置データ及び前記ロータ速度の前記少なくとも一方からロータ状態データを生成するさらなるステップを含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、方法が、前記加速度計からのデータを周波数領域に変換するステップをさらに含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、方法が、前記加速度計によって出力されて前記処理回路によって処理されたデータを少なくとも１つの閾値と比較する比較ステップと、前記少なくとも１つの閾値に達したことに応答して対応する警告信号を生成するステップとをさらに含む。
【００４７】
本発明の第３の態様は、プロセッサによって実行された時に、該プロセッサを、本発明の第２の態様による方法のステップを形成するように制御するよう使用可能であるコンピュータプログラムを提供する。
【００４８】
添付の独立請求項及び従属請求項には、さらなる特定の好ましい態様を示す。従属請求項の特徴は、必要に応じて独立請求項の特徴と組み合わせることができ、特許請求の範囲に明示するもの以外の組み合わせとすることもできる。
【００４９】
機能を提供するよう使用可能であるように装置の特徴を説明している場合、この特徴は、その機能を提供する、或いはその機能を提供するように適合又は構成された装置の特徴を含むと理解されたい。
【００５０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１の実施形態による、モータコントローラと加速度計とを含む真空ポンプを示す図である。
【図２】第２の実施形態による、加速度計と遠隔モータコントローラとを含む真空ポンプを示す図である。
【図３】真空ポンプモータの駆動電圧及び駆動電流を示す図である。
【図４】真空ポンプモータに供給される電流の変動を示す図である。
【図５】第３の実施形態による真空ポンプ及びモータコントローラを概略的に示す図である。
【図６】ある実施形態による方法において実行されるステップを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
まず、実施形態をさらに詳細に説明する前に概要について説明する。
【００５３】
ポンプ又はその関連するモータコントローラエレクトロニクス（モータコントローラ電子装置）には加速度センサ（加速度計）が埋め込まれており、モータコントローラエレクトロニクス内の処理回路内で加速度信号が処理されて、ポンプの動作に起因する加速の分析及びポンプ状態の判定が可能になる。処理回路をモータコントローラエレクトロニクス内に配置することで、このような回路に適した位置が提供されてモータ制御信号への容易なアクセスが可能になり、モータ制御信号及び加速度信号を相関させることが可能になってポンプの動作及び状態に関する改善された情報が提供される。加速度信号のサンプリングは、例えばモータコントローラ内の他の制御プロセッサ、特に出力電圧のＰＷＭと同期させることができる。
【００５４】
図１に、真空システム６に接続されたターボ分子ポンプ１を概略的に示す。真空ポンプ１には、真空ポンプロータを駆動するモータを制御するための制御信号を生成するモータコントローラ２がしっかりと取り付けられる。モータコントローラ２は内部に加速度計５を有しており、またモータコントローラは真空ポンプ１に強固に取り付けられているので、例えば真空ポンプの動作に起因して真空ポンプが経験する加速が加速度計５によって感じ取られ、経験された加速を示す信号が生成される。これらは、モータコントローラから受け取った情報と共に信号を分析して真空ポンプの動作及び状態を判定する処理回路７に出力される。
【００５５】
加速度計をモータコントローラ内に取り付けるということは、モータコントローラの制御回路もそこに位置して、真空ポンプの駆動及び動作を示す信号を受け取るのに都合の良い位置に存在するという理由で、電子回路に適するように設計された位置に加速度計が存在することを意味する。かくして、加速度信号とモータ制御信号とを組み合わせて分析して、さらに詳細で正確なポンプ動作の分析を可能にすることができる。
【００５６】
図２に、モータコントローラ３を真空ポンプから離して取り付けた別の実施形態を示す。この実施形態は、真空ポンプが多くの振動を発生し又は高温で動作して電子回路に適さない場所になる場合に好ましいものとなり得る。このような状況では、加速度計５が真空ポンプハウジング内の恐らくは真空ポンプカートリッジ上に取り付けられ、真空ポンプにおいて経験される加速をこのようにして検知する。
【００５７】
この実施形態では、モータコントローラ３とポンプ１との間に、真空ポンプモータに駆動制御信号を供給する通信リンク４が存在する。このリンクは、加速度計５からモータコントローラ３に加速度信号を送信し、これらの信号がモータコントローラにおいて受け取られて処理回路７によって処理できるようにするためにも使用される。この場合も、処理回路７は、加速度計からの信号をモータコントローラからの信号と共に処理して、真空ポンプの動作の詳細な分析を行えるようにする。
【００５８】
この点、モータコントローラ又はドライブと加速度信号との組み合わせを用いて、特定の周波数において経験される加速を軸受又はロータなどのポンプの特定の要素の動作に関連付け、この加速を使用してこれらの要素の欠陥を診断できるようにすることができる。或いは、この組み合わせを用いて加速度計から受け取られる信号のノイズを低減し、このようにして精度を高めることもできる。
【００５９】
図１及び図２に示すポンプは真空ポンプであるが、当業者には、これらの実施形態に示すモータコントローラ、加速度計、処理回路及びモータコントローラエレクトロニクスを、モータによって駆動されるいずれかの種類のポンプ又は圧縮器と同様に使用することもできることが明らかであろう。
【００６０】
図３は、パルススイッチ変調を用いて真空ポンプのモータを駆動するために供給される三相電圧源の電圧を示す。図３には、これらの電圧と共に電流がどのように変化するかも示す。理解できるように、駆動電圧を切り替えると、誘導作用に起因して関連する電子回路内にノイズ信号が生成される。この駆動電圧によって供給される電流を求めるために電流をサンプリングする際には、電圧切り替え点から比較的離れた地点である電流値の中間点に向かって発生するサンプル点を使用すべきである。従って、これらの波形は、ＰＷＭサイクルの開始及び中心と一致する２つの電流サンプリング機会をもたらす。同様に、加速度計からの信号をサンプリングする際にも電圧切り替え点から離れたサンプル点を使用すべきであり、従ってモータコントローラからの駆動信号が分かっていれば、サンプリングされる信号のノイズを低減する形で加速度計からのデータをサンプリングすることができ、これによって精度を高めることができる。
【００６１】
図４に、１ＰＷＭ周期にわたる電流リップルを示す。これらのリップルは、ＰＷＭ電圧によって生じる一般に正弦波の信号において発生し、２０ｋＨｚに存在することができ、これらのサイクルのうちのいくつかが各モータ回転に含まれる。図３に関して上述したように、加速度計からの信号をサンプリングする際には、電流値又は電圧値の変化の中間点に向かって信号をサンプリングし、従って各リップルの中間点に向ってサンプリングすることによって電圧及び電流の変動に起因する信号のノイズを低減することが有利となり得る。このように、モータコントローラ回路からの信号と加速度計処理とを組み合わせて、その後に分析される加速データの精度向上に役立てることができる。
【００６２】
図５に、モータ２０及びモータコントローラ３を有するポンプ１の図を示す。モータコントローラ３は、真空ポンプのモータの駆動を制御する制御信号をモータ２０に送信する。モータコントローラ３は、モータ制御信号を生成する制御回路１７と、駆動モータ２０に電力を供給する電源１５とを有する。この実施形態では、モータに供給される電流を測定する電流計１６が存在し、この電流計１６が処理回路７に信号を送信する。真空ポンプカートリッジに取り付けられた加速度計５も、モータコントローラ回路１７と同様に処理回路７に信号を送信する。処理回路７は、これらの受信信号を処理して真空ポンプの状態を判定する。この点、処理回路７は、モニタされた信号の値を閾値と比較して閾値に達した場合に警告インジケータ１１及び／又は出力部１２に警告信号を出力する比較回路９を含むことができる。この実施形態では、警告インジケータ１１が、警告信号に応答して点灯する警告灯を含む。動作が良好なものとして検出されたことを示す緑色灯と、間もなく保守整備が必要になる可能性があることを示す橙色灯と、ポンプを動作すべきでないことを示す赤色灯とが存在する。
【００６３】
処理回路７は、複数の方法で信号を処理することができ、信号を振幅対時間から振幅対周波数に変換する周波数領域変換器を含むことができる。これにより、特定の周波数における加速振幅のピーク値を特定することができ、これらは真空ポンプ内の特定の欠陥を示すことができる。
【００６４】
例えば、ロータ速度が既知である場合、この速度に対応する周波数において検出された加速はロータに問題があることを示すことができ、この速度のファクターに対応する周波数における加速は軸受の摩耗を示すことができる。さらに、ロータの角度位置が既知である場合、この位置に関する加速はロータがバランスを失っていることを示すことができる。このことは、バランス調整ねじ（ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｓｃｒｅｗｓ）を用いてロータのバランス調整を行う際に、真空ポンプを使用準備状態にする際に、或いはその保守整備が必要である旨のインジケータとして有用となり得る。
【００６５】
モータコントローラ回路と協調できる加速度計及び処理回路の存在は、ポンプの最終試験中に特に有用であり、組み立てられ、試験される全てのポンプに一時的に試験回路を取り付ける必要性を回避する。行われる試験ではＦＦＴ（高速フーリエ変換）が実行され、合格／不合格のエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を使用する閾値比較回路９に入力された結果が、ポンプが使用に適しているか否かを示す。加速度計は、例えばフィールド軸受（ｆｉｅｌｄ  ｂｅａｒｉｎｇｓ）が変更された保守整備前後の試験において使用して、現場の保守整備業務によってポンプが損傷しておらず、依然としてロータが正しい位置にあることをチェックすることもできる。
【００６６】
また、通常動作中には、特定の周波数における加速値の増加からポンプ状態のあらゆる劣化を判断して警告信号を生成することもできる。例えば、加速度計を用いて、軸受の変更が必要な時を自動的に識別し、或いはもうすぐ軸受の交換が必要になる旨の何らかの早期警告システムを提供することができる。
【００６７】
また、警告信号を点灯することに加えて、又はその代わりに、分析中に収集された信号を出力部１２に送信し、これらをオペレータ又は顧客に送信して欠陥の発見に役立てることもできる。真空ポンプの稼働データをログ記録している場合には、加速度計がそのデータを内蔵のデータロギングシステムに提供することもでき、このことはポンプの稼動履歴を記録する上で有用になり得る。このことは、ポンプの特定の使用がどこでポンプの損傷を引き起こしたかを識別する上で有利となり得る。実際に、このことは、ポンプの誤用が行われた乱用事象の検出に役立つと考えられる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、加速度計が、図５に１８として示すバッテリを伴う。このバッテリは、加速度計に給電を行うとともに、ポンプが動作しておらず停止している時に検出された加速事象をデータストア１９に記録するために使用することができる。これは、特にポンプを動作場所の間で移動する際に、ポンプを損傷する恐れがある事象が移動中に発生したことを検出するために有用となり得る。なお、図５には、真空ポンプに取り付けられたバッテリ１８及びデータストア１９を示しているが、これらはモータコントローラ３内に取り付けて配線によって加速度計５に接続することもできることに留意されたい。
【００６９】
図６は、実施形態による方法によってモータコントローラ内の処理回路において実行されるステップを示すフロー図である。ポンプに取り付けられた加速度計からデータを処理回路において受け取り、ポンプの動作に起因する加速を検出するようにデータを使用可能である。処理回路は、受信信号を時間領域から周波数領域に変換するように使用可能である。次に、処理回路は、特定の周波数において検出された加速の振幅を閾値と比較する。閾値に達した場合には警告インジケータを出力する。閾値を上回った出来事のログも保持される。
【００７０】
１つの実施形態では、異なる周波数における加速の分析を用いて、ポンプの状態、特に接触角、従ってロータの予圧に関する情報を提供することができる。このことは、特に保守整備後に予圧の変化が有意なインペラ温度の変化を示し、これによってまた故障の可能性が示される時に有用となり得る。
【００７１】
加速度計データと組み合わせることができるモータコントローラデータの例には、最終的なバランス工程への入力として使用できる回転周波数測定値がある。加速度計振幅極（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｐｏｌｅｓ）からのロータ位置極（ｒｏｔｏｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｐｏｌｅｓ）に関する位相及び大きさ情報は、あらゆるアンバランスの角度位置を示す。処理回路は、コーストダウン中又はランプアップ中のシステムの周波数応答のプロットを生成し、これを用いて最終試験及びポンプ開発におけるバックアップ軸受の接触又はロータのクラッシュのような特定の問題における限界速度を検出することもできる。この点、バックアップ軸受は、駆動軸が通常位置から離れて動くのを制限するために提供される。
【００７２】
上記では、一実施形態によるポンプアセンブリのいくつかの使用例を示した。ターボ分子ポンプの駆動装置は、ポンプ機構とモータ制御エレクトロニクスとの間に非常に密な機械的結合をもたらすようにポンプに取り付けられているので、このポンプアセンブリはターボ分子ポンプに特に適用可能である。ターボ分子ポンプの用途では、モータ制御エレクトロニクス及び加速度計が、図１のものと同様に強固にポンプに取り付けられる。ドライポンプなどの他のポンプを使用する他の実施形態は、モータ制御エレクトロニクスを振動から保護するためにポンプから離して取り付ける図２の構成を使用することができる。
【００７３】
モータコントローラ内には既に処理回路が存在し、現在ではＭＥＭＳデバイスを使用する低コストの加速度計が利用可能であるため、このようなポンプアセンブリに対する加速度計及び処理装置の取り付けは非常に低コストであるとともに、既存のシリアル通信チャネルを用いてユーザに送信できる多くの追加データを提供することができる。
【００７４】
収集されたデータが無線で又は通信ポートを介して遠隔位置に送信される本発明の実施形態は、ポンプの騒音などの動作問題をこの遠隔位置から特定するのに役に立つことができるポンプ動作の検出方法を提供する。ポンプに対する最も一般的な不満の１つは騒音であるが、サービス要員の派遣又はポンプの返却を伴わずに問題の規模を定量化して検証することは容易でない。加速度計からのデータを遠隔的に収集できることで、この問題の大きさについての有用な指標がもたらされるようになる。
【００７５】
さらに、ポンプは、定期的に軸受の交換又はその他の保守整備を必要とし、正しい予防保全の間隔は顧客の用途によって大きく変動し得るので、これらの間隔を予測することは困難である。実際に保守が必要である旨の、及び保守の性質についての早期警告を行うために、加速ピークの振幅及び周波数のモニタリングを使用することができる。これによって保守整備の間隔を安全に延ばすことができ、何らかの理由で軸受の劣化が早まった場合にも早期警告を行うことができる。
【００７６】
本明細書では、添付図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を詳細に開示したが、本発明は正確な実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、添付の特許請求の範囲及びその同等物によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく実施形態において様々な変更及び修正を行うことができると理解される。
【符号の説明】
【００７７】
１  ターボ分子真空ポンプ
２  （ポンプに密結合された形で示す）モータコントローラ
３  （遠隔的に取り付けられた形で示す）モータコントローラ
４  遠隔的取り付けのシナリオにおいてポンプを駆動装置に接続するケーブル
５  加速度計
６  隣接真空システム
７  加速度計信号を処理するための処理回路
９  比較回路
１１  警告インジケータ
１２  出力ポート
１５  電源
１６  電流計
１７  モータコントローラエレクトロニクス
２０  モータ
１８  バッテリ
１９  データストア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月14日(2019.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプアセンブリであって、
ポンプと、関連するモータコントローラと、前記ポンプに取り付けられた加速度計と、
を備え、
前記モータコントローラは、前記ポンプを駆動するために供給される電力を制御するとともに前記加速度計から出力されたデータを受け取るように構成され、前記モータコントローラは、前記ポンプの動作に起因して前記ポンプにおいて経験される加速を特定するために、前記加速度計から受け取った前記データを処理するように構成された処理回路を含み、該処理回路は、前記ポンプの動作によって生成された加速データと他の信号とを分離するよう、前記加速度計から受け取ったデータをモータコントローラデータと共に処理するように使用可能である、
ことを特徴とするポンプアセンブリ。
【請求項２】
前記処理回路は、前記加速度計から出力されたデータ信号のサンプリングを少なくとも１つのタイプの前記モータコントローラデータと同期させるように構成される、
請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項３】
前記処理回路は、前記加速度計から受け取った前記データを前記モータコントローラデータと相関させるように使用可能である、
請求項１又は２に記載のポンプアセンブリ。
【請求項４】
前記モータコントローラデータは、前記モータコントローラによって生成されたモータ制御信号を示すモータ制御データを含む、
請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項５】
前記モータコントローラは、少なくとも１つのセンサを含み、前記モータコントローラデータは、前記少なくとも１つのセンサから受け取ったデータを含み、
前記少なくとも１つのセンサは、前記ポンプを駆動するために出力された電流、前記ポンプを駆動するために出力された電圧、温度及び電力のうちの少なくとも１つを検知し、
前記ポンプはロータを含み、前記少なくとも１つのセンサは、ロータ速度又はロータ角度位置を検知する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項６】
前記ポンプはロータを含み、前記処理回路は、前記モータコントローラデータからロータ角度位置及びロータ速度の少なくとも一方を特定するように使用可能である、
請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項７】
前記処理回路は、前記加速度計から受け取った前記データ、並びに前記ロータ角度位置データ及び前記ロータ速度の少なくとも一方からロータ状態データを生成するように使用可能である、
請求項５又は６に記載のポンプアセンブリ。
【請求項８】
前記処理回路は、前記加速度計からのサンプリングされたデータを周波数領域に変換するように構成される、
請求項１から７のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項９】
前記処理回路は、前記加速度計によって出力されて前記処理回路によって処理されたデータを少なくとも１つの閾値と比較して少なくとも１つの警告信号を生成する比較回路を含む、
請求項１から８のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１０】
警告指示を出力する出力回路をさらに備え、該出力回路は、前記少なくとも１つの警告信号によってトリガされるように構成される、
請求項９に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１１】
前記ポンプは、前記加速度計に電力を供給する電源をさらに含み、前記ポンプは、前記加速度計から受け取ったデータを記憶するデータストアを含む、
請求項１から１０のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１２】
前記加速度計は、前記ポンプに取り付けられ、前記モータコントローラは、前記ポンプから分離して、有線接続及び無線接続の少なくとも一方を介して前記加速度計からのデータを受け取るように構成される、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１３】
前記ポンプは、ポンプ機構及びポンプハウジングを含み、前記モータコントローラは、前記ポンプハウジングに強固に結合されたハウジング内に取り付けられ、前記加速度計は、前記モータコントローラハウジング内に取り付けられる、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１４】
前記ポンプは、圧縮器又は真空ポンプを含み、該真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ及びロータリーベーンポンプのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から１３のいずれか１項に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１５】
ポンプに取り付けられた加速度計から受け取ったデータの分析方法であって、
前記加速度計から出力されたデータを受け取るステップと、
前記ポンプの駆動モータを制御するモータコントローラからモータコントローラデータを受け取るステップと、
前記ポンプの動作に起因して前記ポンプにおいて経験される加速を特定するために、前記加速データを前記モータコントローラデータと共に処理するステップと、を含み、
前記加速度計から出力されたデータを受け取る前記ステップは、前記加速度計から出力されたデータ信号をサンプリングするステップを含み、該サンプリングは、少なくとも１つのタイプの前記モータコントローラデータと同期される、
ことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2019518168.tif 000009
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2019518168.tif 000011