(57)【要約】      （修正有）【課題】予期される前に故障し、その結果として、誤動作、障害、又は場合によっては危険な故障さえ発生し得ることである電気機械コンポーネントの状態を決定し、自動化システムの効率的な設計をする手段を提供する。【解決手段】自動化システムの電気機械コンポーネントを監視するための方法（１００）に関する。方法（１００）は、電気機械コンポーネントの機械状態変数を取得する段階（１０１）と、電気機械コンポーネントの電気状態変数を取得する段階（１０３）と、電気機械コンポーネントの複数の状態を有する多次元の特性線場に基づいて、電気機械コンポーネントの状態を決定する段階（１０５）とを含み、機械状態変数及び電気状態変数が、電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動化システムの電気機械コンポーネントを監視するための方法であって、
前記電気機械コンポーネントの機械状態変数を取得する段階と、
前記電気機械コンポーネントの電気状態変数を取得する段階と、
前記電気機械コンポーネントの複数の状態を有する多次元の特性線場に基づいて、前記電気機械コンポーネントの状態を決定する段階と
を備え、
前記機械状態変数及び前記電気状態変数は、前記電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられている、方法。
【請求項２】
さらに、前記多次元の特性線場において、形状パラメータが前記電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられており、
前記電気機械コンポーネントの前記形状パラメータを決定する段階と、
前記多次元の特性線場に基づいて、前記電気機械コンポーネントの前記状態を決定する段階と
を備え、
決定された前記状態は、取得された前記機械状態変数、取得された前記電気状態変数、及び前記形状パラメータと関連付けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記多次元の特性線場は、デジタルデータ値、具体的には初期設定されたデジタルデータ値により表される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気機械コンポーネントの前記状態を決定するために、前記多次元の特性線場の支持点間を補間する段階を備え、前記支持点は、電気状態変数、機械状態変数、及び形状パラメータのうち少なくとも１つにより与えられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記電気機械コンポーネントの挙動モデルに基づいて、前記多次元の特性線場を決定する段階を備え、前記挙動モデルは、取得された前記電気状態変数に与える取得された前記機械状態変数の影響を考慮する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記多次元の特性線場は、前記電気機械コンポーネントの挙動シミュレーションを実行することで決定され、前記挙動シミュレーションは前記挙動モデルを実装する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電気機械コンポーネントの決定された前記状態を、具体的には表示デバイスにより表示する段階をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記電気機械コンポーネントの決定された前記状態に応じて、前記電気機械コンポーネントを制御するための制御信号を生成する段階と、生成された前記制御信号で前記電気機械コンポーネントを制御する段階とをさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記機械状態変数及び前記電気状態変数は、前記電気機械コンポーネントにより取得される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記機械状態変数は、以下の機械状態変数のうち１つを含み、それらの機械状態変数とは、前記電気機械コンポーネントの接点バウンス、前記電気機械コンポーネントの接点バウンスのバウンス継続時間、前記電気機械コンポーネントの接点バウンスのバウンス数、前記電気機械コンポーネントの要素の温度、前記電気機械コンポーネントの周囲温度、前記電気機械コンポーネントの要素、具体的にはアーマチュアの動作速度、前記電気機械コンポーネントの接点の接触力又は開離力である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記電気状態変数は、前記電気機械コンポーネントを流れる電流、又は前記電気機械コンポーネントの電圧である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気機械コンポーネントの決定された前記状態は、前記電気機械コンポーネントの耐用年数である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気機械コンポーネントは電気機械スイッチであり、具体的にはリレーである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
電気機械コンポーネントの機械状態変数、及び前記電気機械コンポーネントの電気状態変数を取得する取得デバイスと、
前記電気機械コンポーネントの複数の状態を有する多次元の特性線場が、内部に格納されているメモリであって、前記機械状態変数及び前記電気状態変数が、前記電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられている、メモリと、
前記多次元の特性線場に基づいて、前記電気機械コンポーネントの状態を決定するプロセッサと
を備える、電気機械コンポーネント。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるための、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、自動化技術の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動化システムの電気機械コンポーネントの場合、例えば、スイッチングデバイス又は保護用スイッチングデバイスの場合では、電気機械コンポーネントの状態及び動作モードが周囲条件に応じて変化する可能性がある。この原因は、例えば、温度変化、衝撃振動、コンポーネントの消耗、電気スイッチング接点の接点摩耗、又はバルブの機械的摩耗である。
【０００３】
現在、電気機械コンポーネントの耐用年数の予想は通常、経験的試験に基づいて行われている。このプロセスでは通常、試験された電気機械コンポーネントが、パラメータの分散の代表的な表現を構成し、試験結果が、統計的に期待される分散に対応すると仮定されている。最終的に、ある予想が、摩耗挙動に基づいて試験結果から導出される。電気機械コンポーネント、特にリレーの場合では、実験的に決定された支持位置に基づくワイブル分布が、故障時間に関して、スイッチング接点の摩耗に使用可能であることが判明している。
【０００４】
決定されたワイブル分布に従って、スイッチングサイクル数の予想を導出することが可能であり、それは通常、ある母集団の一定割合に達する。この手法の欠点は、予想精度が、試験される電気機械コンポーネントの数や、実際に発生するパラメータの分散を表す能力に依存することである。別の欠点は、電気機械コンポーネントを用いる具体的な場合において決定される限界値が、通常、あまりにも慎重に設定されること、すなわち、設定された整備間隔が、非常に短く、あまりにも頻繁に発生し、結果として、電気機械コンポーネントが必要以上に大きくなり、不必要にコストがかかることになるという点である。別の欠点は、用いられている複数の電気機械コンポーネントが、故障が予期される前に故障し、その結果として、誤動作、障害、又は場合によっては危険な故障さえ発生し得ることである。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、自動化システムの電気機械コンポーネントを監視するための、効率的な設計を作り出すことである。
【０００６】
その目的は、独立クレームの特徴によって実現される。有利な進歩が、従属クレーム、明細書、及び図面の主題である。
【発明の概要】
【０００７】
第１の態様によると、本発明は、自動化システムの電気機械コンポーネントを監視するための方法に関する。本方法は、電気機械コンポーネントの機械状態変数を取得する段階と、電気機械コンポーネントの電気状態変数を取得する段階と、電気機械コンポーネントの複数の状態を有する多次元の特性線場に基づいて、電気機械コンポーネントの状態を決定する段階とを含み、機械状態変数及び電気状態変数は、電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられている。
【０００８】
さらに、一実施形態によると、多次元の特性線場において、形状パラメータが電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられており、本方法は、電気機械コンポーネントの形状パラメータを決定する段階と、多次元の特性線場に基づいて電気機械コンポーネントの状態を決定する段階とを含み、決定された状態は、取得された機械状態変数、取得された電気状態変数、及び形状パラメータと関連付けられている。
【０００９】
一実施形態によると、多次元の特性線場が、デジタルデータ値、具体的には初期設定されたデジタルデータ値で表されている。このデジタルデータ値は、電気機械コンポーネントのメモリに初期設定されてよい。
【００１０】
一実施形態によると、本方法は、電気機械コンポーネントの状態を決定するために、多次元の特性線場の支持点間の補間を含み、支持点は、電気状態変数、機械状態変数、及び／又は形状パラメータにより与えられる。
【００１１】
一実施形態によると、本方法は、電気機械コンポーネントの挙動モデルに基づいて多次元の特性線場を決定する段階を含み、この挙動モデルは、取得された電気状態変数に与える取得された機械状態変数の影響を考慮する。
【００１２】
一実施形態によると、多次元の特性線場は、電気機械コンポーネントの挙動シミュレーションを実行することで決定され、この挙動シミュレーションは挙動モデルを実装する。
【００１３】
一実施形態によると、本方法はさらに、電気機械コンポーネントの決定された状態を、具体的には表示デバイスにより表示する段階を含む。
【００１４】
一実施形態によると、本方法はさらに、電気機械コンポーネントの決定された状態に従って、電気機械コンポーネントを制御するための制御信号を生成する段階と、生成された制御信号で電気機械コンポーネントを制御する段階とを含む。
【００１５】
一実施形態によると、機械状態変数及び電気状態変数は、電気機械コンポーネントにより取得される。
【００１６】
一実施形態によると、機械状態変数は、以下の機械状態変数のうち１つを含み、それらの機械状態変数とは、電気機械コンポーネントの接点バウンス、電気機械コンポーネントの接点バウンスのバウンス継続時間、電気機械コンポーネントの接点バウンスのバウンス数、電気機械コンポーネントの要素の温度、電気機械コンポーネントの周囲温度、電気機械コンポーネントの要素（具体的にはアーマチュア）の動作速度、電気機械コンポーネントの接点の接触力又は開離力である。
【００１７】
一実施形態によると、電気状態変数は、電気機械コンポーネントを流れる電流、又は電気機械コンポーネントの電圧である。
【００１８】
一実施形態によると、電気機械コンポーネントの決定された状態は、電気機械コンポーネントの耐用年数である。
【００１９】
一実施形態によると、電気機械コンポーネントは電気機械スイッチであり、具体的にはリレーである。
【００２０】
第２の態様によると、本発明は電気機械コンポーネントに関する。電気機械コンポーネントは、電気機械コンポーネントの機械状態変数と、電気機械コンポーネントの電気状態変数とを、取得するように構成されている取得デバイスを含む。電気機械コンポーネントはさらにメモリを含み、このメモリには、電気機械コンポーネントの複数の状態を有する多次元の特性線場が格納されており、機械状態変数及び電気状態変数が、電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられている。さらに、電気機械コンポーネントは、多次元の特性線場に基づいて、電気機械コンポーネントの状態を決定するように構成されているプロセッサを含む。
【００２１】
電気機械コンポーネントは、本方法を実行するように構成されている。電気機械コンポーネントのさらなる特徴が、本方法の特徴によって直接に生じる。
【００２２】
第３の態様によると、本発明は、本方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムに関する。電気機械コンポーネントは、プログラムコード又はプログラムコードの一部を実行するために、ソフトウェアによってセットアップされ得る。
【００２３】
本発明は、ハードウェア及び／又はソフトウェアで実装され得る。
【００２４】
さらなる実施形態が、添付の図を参照して、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】自動化システムの電気機械コンポーネントを監視するための方法の概略図を示す。
【００２６】
【図２】電気機械コンポーネントの概略図を示す。
【００２７】
【図３】多次元の特性線場の概略図を示す。
【００２８】
【図４ａ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【００２９】
【図４ａａ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【００３０】
【図４ｂ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【００３１】
【図４ｂｂ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【００３２】
【図５ａ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間曲線の概略図を示す。
【００３３】
【図５ｂ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間曲線の概略図を示す。
【００３４】
【図５ｃ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間曲線の概略図を示す。
【００３５】
【図５ｄ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間曲線の概略図を示す。
【００３６】
【図５ｅ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間曲線の概略図を示す。
【００３７】
【図５ｆ】電気機械コンポーネントの状態変数の時間曲線の概略図を示す。
【００３８】
【図６ａ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【００３９】
【図６ａａ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【００４０】
【図６ｂ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【００４１】
【図６ｂｂ】多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、自動化システムの電気機械コンポーネントを監視するための方法１００の概略図を示す。方法１００は、電気機械コンポーネントの機械状態変数の取得１０１と、電気機械コンポーネントの電気状態変数の取得１０３と、電気機械コンポーネントの複数の状態を有する多次元の特性線場に基づいた、電気機械コンポーネントの状態の決定１０５とを含み、機械状態変数及び電気状態変数が、電気機械コンポーネントのそれぞれの状態と関連付けられている。
【００４３】
図２は、電気機械コンポーネント２００の概略図を示す。電気機械コンポーネント２００は、電気機械コンポーネント２００の機械状態変数と、電気機械コンポーネント２００の電気状態変数とを、取得するように構成されている取得デバイス２０１を含む。電気機械コンポーネント２００はさらにメモリ２０３を含み、メモリ２０３には、電気機械コンポーネント２００の複数の状態を有する多次元の特性線場が格納されており、機械状態変数及び電気状態変数が、電気機械コンポーネント２００のそれぞれの状態と関連付けられている。さらに、電気機械コンポーネント２００は、多次元の特性線場に基づいて、電気機械コンポーネント２００の状態を決定するように構成されているプロセッサ２０５を含む。
【００４４】
図３は、多次元の特性線場の概略図を示す。多次元の特性線場は、電気機械コンポーネント、例えばリレーの状態、例えば耐用年数を説明するための挙動モデルを表すことができる。状態の説明は挙動モデルにより行われてよく、挙動モデルを用いて、例えば、負荷条件、周囲条件、及び形状パラメータを考慮しながら、状態の予想が行われてよい。
【００４５】
したがって、この概念は、信頼性という意味で、例えば耐用年数の期待状態の予想を導出するために、電気機械コンポーネントの実験的に決定された状態、例えば、耐用年数値が、負荷条件、周囲条件、機械状態変数、電気状態変数、及び／又は形状パラメータを考慮しながら、挙動モデルで表されるということに根ざし得る。
【００４６】
このプロセスでは、例えば、切り替えられるべき負荷が、複数の負荷範囲と関連付けられてよく、各負荷範囲が、同じ故障メカニズムであるが異なる負荷強度によって特徴づけられている。例としては、以下の通りである。
・ＤＣ電圧／ＡＣ電圧
・誘導性負荷／抵抗性負荷／容量性負荷、及びこれらの組み合わせ、又は、
・低負荷又は接点遮断
【００４７】
結果として、特性線場が設定されてよく、これは、負荷条件、周囲条件、機械状態変数、電気状態変数、及び／又は形状パラメータに応じて、電気機械コンポーネントの状態、例えば、耐用年数を表す。
【００４８】
具体的には、以下の段階が、この目的のために実行され得る。
段階１：関連した電気状態変数、機械状態変数、形状パラメータ、及び（必要であれば）試験されるそれぞれの電気機械コンポーネントの追加のパラメータを、全て記録する。
段階２：負荷範囲、及び負荷範囲を十分に表す、選択された負荷の定義、例えば、最大値、平均値、及び最小値を確立及び／又は決定する。
段階３：定義された負荷範囲の選択された位置で、異なるパラメータ、例えば、オーバーストローク、接点間隔、リセット力、バウンス時間を用いて試験を実行する。
段階４：試験結果に基づく挙動モデルを、パラメータの変化又は分散を考慮して用意する。
【００４９】
多次元の特性線場に基づく予想を用いることは、電気機械コンポーネントの特性値、例えば、オーバーストローク、接点間隔、リセット力、又はバウンス時間を考慮して、期待状態を特性線場から導出することで行われる。すでに完了したスイッチングサイクルを考慮すると、例えば、残存耐用年数を予測することが可能である。
【００５０】
この挙動モデルを用いた一例が、実際の電気機械コンポーネント、例えば、電子機器及びファームウェアを備えたリレーの表現であり、電気的な耐用年数にとって重要な特性値が、動作進行中の間に決定又は測定され、残存耐用年数が、接点の電圧／電流で切り替えられた負荷、すでに完了したスイッチングサイクル、及び／又は周囲条件を考慮して導出される。
【００５１】
多数のスイッチングサイクルに起因して、一定期間内に発生すると予期される故障の場合には、自動化システムは予防的に整備されてよく、又は電気機械コンポーネントは取り替えられてよい。多次元の特性線場により、この挙動モデルをシステムモデルに統合することが有利である。
【００５２】
以下に、方法１００及び電気機械コンポーネント２００のさらなる実施形態が、さらに詳細に説明される。
【００５３】
方法１００は、挙動モデルに基づいて決定され得る多次元の特性線場を用いて、電気機械コンポーネント２００の解析及び監視を可能にする。この目的のために、挙動シミュレータが用いられてよい。電気機械コンポーネント２００は、例えば、スイッチングデバイスであってよい。この概念は、実際の電気機械コンポーネント２００から取得された、特性値となり得る状態変数を用いて、多次元の特性線場により電気機械コンポーネント２００の挙動を表すことを可能にする。
【００５４】
挙動シミュレーション又はシステムシミュレーションでは、自動化システムに存在する異なる領域のコンポーネントが、挙動モデルで表され、状態変数又は作用変数を介して、例えば、電流状態、力の状態、フローの状態、論理状態を介して結合される。挙動シミュレーションの利点は、例えば、状態変数の影響及びフィードバック効果が考慮され得るという点にある。したがって、例えば、電磁気システム及び電気システムに与える機械システムのフィードバック効果が表されてよい。
【００５５】
こうして、挙動シミュレーションは、電気機械コンポーネント２００の状態を表す。したがって、例えば、機械状態変数又は電気状態変数の値及び変化が取得され得る。
【００５６】
状態変数の双方向フローを用いた挙動モデルの表現に加えて、複合挙動モデルが、メタモデルを介して表されてよく、挙動シミュレーションに統合されてよい。メタモデルを用いることは、例えば、電気接点の信頼性挙動を、負荷、機械的オーバーストローク、接点間隔、接触力、リセット力、時間依存バウンス、又は開離速度の関数として表現するのに有利である。さらに、メタモデルの統合に起因して、故障確率が、取得された状態変数により決定されてよく、危険な状態の可能性がある場合には、自動化システムの電源を切ることが実行されてよい。
【００５７】
挙動モデル又はシミュレーションモデルは通常、以下の領域の対象を含む。
・電気：例えば、電子回路、光電センサなどのセンサ、又はスイッチ
・磁気：例えば、リード接点、センサ
・電磁気：例えば、リレー、シールド、バルブ、ホール効果センサ
・流体：例えば、圧力バルブ、ノズル
・熱源：例えば、負荷抵抗、加熱器、送風機、冷却器
・ソフトウェア対象：例えば、ファームウェアブロック、ＰＷＭ、ＯＳＳＤ
・確率的関係を表現するためのメタモデル
【００５８】
図４ａ及び図４ａａは、多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。この挙動モデルは、例えば、電気機械コンポーネントとしての電気機械スイッチングデバイスに関する。この図は、ファームウェアコンポーネント４０１、電子コンポーネント４０３、電気機械コンポーネント４０５、流体コンポーネント４０７、及び双方向データ転送用のデータインタフェース４０９を示す。この図はさらに、ファームウェアモジュール４１１、電子モジュール４１３、電磁気モジュール４１５、機械モジュール４１７、及び電気機械コンポーネントの状態として接点信頼性を決定するためのメタモデルモジュール４１９を示す。
【００５９】
挙動モデルに基づいて挙動シミュレーションを実行することで、多次元の特性線場が決定されてよく、これは、電気機械コンポーネントの状態に関する、電気機械コンポーネントの機械状態変数及び電気状態変数を表す。
【００６０】
図４ｂ及び図４ｂｂは、多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。この挙動モデルは、例えば、電気機械コンポーネントとしての電気機械スイッチングデバイスに関する。この図は、ファームウェアコンポーネント４０１、電子コンポーネント４０３、電気機械コンポーネント４０５、流体コンポーネント４０７、及び双方向データ転送用のデータインタフェース４０９を示す。この図はさらに、電気機械コンポーネントの状態として電気アーク放電継続時間を決定するための対象４２１と、電気機械コンポーネントの状態として接点のバウンス挙動を決定するための対象４２３と、電気機械コンポーネントの状態として接点抵抗を決定するための対象４２５を示し、これらは、任意選択で又は追加的に用いられてよい。
【００６１】
挙動モデルに基づいて挙動シミュレーションを実行することで、多次元の特性線場が決定されてよく、これは、電気機械コンポーネントの状態に関する、電気機械コンポーネントの機械状態変数及び電気状態変数を表す。
【００６２】
図５ａ〜図５ｆは、電気機械コンポーネントの状態変数の時間曲線の概略図を示す。以下に、２つの実施形態例がさらに詳細に説明される。
［第１の実施形態例］
【００６３】
電源投入時に高電流を伴う負荷の場合、例えば、シールド又はモータの場合には、電気機械コンポーネントとしてのリレー接点の耐用年数は、電源投入中の接点のバウンス挙動に強く依存する。
【００６４】
接点がバウンスしない又はバウンス時間が０．１μｓより短く、これにより電源投入時の電気アークが通常、形成され得ない場合、電源投入時の電気アークによる発熱に起因した接点摩耗は、バウンス時間が通常１〜５ｍｓを超えてバウンス数が２〜５の間になるバウンス接点の場合より少ない。臨界値、例えば、バウンス数又はバウンス継続時間の臨界値を超えた場合、負荷接点は永続的に溶着されることがあり、したがって負荷は電源が投入されたままになる可能性があり、これは、危険な状態の可能性があることを表し得る。
【００６５】
バウンス挙動の変化は、例えば、負荷接点のスイッチングサイクル数、周囲温度又は機械的摩耗の影響、制御電圧又は接点ばねの疲労の影響といった、複数の影響の結果として発生し得る。
【００６６】
この実施形態例では、バウンス挙動、具体的には、負荷接点のバウンス数又はバウンス継続時間が決定される。バウンス数又はバウンス継続時間に関して、バウンス挙動が臨界値に変わるという影響を有する変化の場合では、この状態変化に関する情報が、電気機械コンポーネントに利用可能になる。次に、例えば、ユーザへの警告が行われてよく、又は、故障する前、したがって臨界状態になる前の、適切な時期に電源を切ることが実行されてよい。
【００６７】
バウンス挙動の決定は、負荷電流が電流センサ、例えばリード接点により取得されるという点、及びリレーコイルの制御電流でバウンスする接点の機械的フィードバック効果が取得されるという点で行われてよい。バウンス接点の場合では、負荷電流は、接点を開くことで一時的に電源が切られる。高負荷の場合では、開いた接点間に、電気アークが形成されることがある。負荷電流の遮断及び／又は変更を求めることは、負荷電圧が非常に高い場合、例えばグリッド電圧である場合には困難になり得るので、残存電源電圧は、電気アークの形成に起因して、ほんのわずかに変化するだけである。
【００６８】
したがって、さらに又は並行して、コイルの制御電流に与えるバウンス接点の機械的影響が決定されてよい。図５ａでは、リレーコイルの励起電圧、コイル電流、常時開路接点での接点電流、及びアーマチュアの動きが表されている。これらの状態変数は、測定技術により取得され得る。ここでは、常時開路接点のバウンスパルスが、コイル電流に影響を与えていることが明らかである。コイル電流に与えるこの影響は、測定技術により決定され評価され得る。
【００６９】
１つの評価の可能性が、例えば、図５ｂに示されるように、コイル電流の変化を求めるために、コイル電流を１〜２回微分することにある。最初の接点が確立された後、バウンスパルスは、コイル電流が２回微分された後に、ゼロとして識別され得る。ゼロの数及び継続時間から、接点バウンスパルスの数及び継続時間を、制御側で識別することができる。
【００７０】
別の可能な用い方は、接点バウンスパルスの原因の解析、及び任意選択で動作進行中の間の調整である。バウンスパルスが発生する１つの原因は、例えば、リレーの発熱、及び関連したコイル抵抗の増加であり得る。この影響に起因して、リレーを励起するためのコイル電流が減少し、これは同時に、磁石システムの力の減少、及びそれと関連したバウンス継続時間又はバウンスパルスの数の増加を伴うことがある。
【００７１】
他の可能性は、例えば、摩擦又は疲労に起因した機械的パラメータの変化、したがって、接点が確立したときの運動条件の変化である。この原因を決定するために、リレーパラメータの変化、及び実際の対象の測定された状態変数の変化に基づいて、挙動モデルの決定された状態変数を比較することが可能である。例えば、微分されたコイル電流、及び測定された微分コイル電流のモデル特性の偏差を最小にする目的で、モデルパラメータを最適化することにより、実際の対象の変化した挙動を決定するパラメータ、及びこれらのパラメータの値が決定されてよい。この結果に基づいて、例えば制御特性、例えば、電流増加、電圧値、パルスの形、パルス継続時間、パルス幅変調（ＰＷＭ）のパルス周波数を変更することにより、バウンスパルスの数又は継続時間が最小化されるような方式で、バウンス挙動の制御に影響を及ぼすことが可能であり、したがって、例えば、永続的に接点が溶着されるなどの臨界状態に達する時期を、後退させることができる。
［第２の実施形態例］
【００７２】
リレーの制御電力を減少させるために、多くの場合、ＰＷＭ制御が選択される。これには、電源投入後に、リレーコイルが、動作状態を維持するのに十分な周期的電圧で、動作できるという利点がある。リレーパラメータはバラツキを示すことがあるので、パルス幅は通常、最悪条件のもとでも、可能性のある全てのリレーに対して、この動作状態が維持されるような方式で選択される。しかし、これらの最悪条件を必要とするリレーは、正規分布プロセスで０．１％もないほど、ほんのわずかしかないので、残りの圧倒的多数は、必要以上に高い電力で制御される。このため、特に、多数のリレーが同時に制御された場合に、発熱や問題につながる。
【００７３】
この概念は、それぞれのリレーにとって最適な電力が、例えば、パルスポーズ比により取得されるという点、及び制御が、動作位置が常に維持されるような方式で最小値に設定されるという点にある。
【００７４】
このシーケンスは通常、以下の通りに行われる。
段階１：最終位置に確実に達するまで、リレーを、電源投入時期に全電圧で励起する。
段階２：動作電圧をＰＷＭ変調し、コイル電流を測定する。
段階３：アーマチュアが動き始めた時点で（これはコイル電圧の増加で識別され得る）、アーマチュアが再び確実に動作位置にとどまるような方式で、パルス比を変更する。
【００７５】
図５ｃには、正常状態のもとでの、制御電圧の曲線、コイル電流の曲線、アーマチュアの動き、及び接触力の一例が表されている。４５ｍｓ後に、コイル電圧が、アーマチュアが動作位置にとどまるような方式で構成されたＰＷＭに切り替えられる。図５ｄは、割り当てられたＰＷＭが不十分である場合の一例を示す。その結果、およそ６２ｍｓの遅延時間後に、アーマチュアが最終位置から離れ始め、これにより接触力も減少する。図５ｅ及び図５ｆは、コイル電流が微分され、アーマチュアの動きが、微分されたアーマチュア電流を横切るポジティブゼロにより検出されるという点で、アーマチュアの動きが検出された状態を示す。この信号で、ＰＷＭは次に、例えば、デューティ値の増加により、アーマチュアが信頼できる方式で再び最終位置に直ちに達するように変更される。得られる残りのアーマチュアの動きは最小であり、負荷接点での接触力は、図５ｅに示されるように、ほとんど変化しないままである。
【００７６】
図６ａ、図６ａａ、図６ｂ、及び図６ｂｂは、多次元の特性線場を決定するための挙動モデルの概略図を示す。電気機械コンポーネントの物理挙動モデルは、電気機械コンポーネントの「デジタルツイン」を形成することができる。この挙動モデルは、挙動シミュレータにより実装されてよく、多次元の特性線場の決定に用いられてよい。
【００７７】
挙動モデル（１）は、システム表現として、電気コンポーネントの全てのコンポーネントの物理モデルを含み、例えば、
（１．１）電子機器（スイッチング要求ブロックを含む制御回路リレー）
（１．２）電磁石（磁石システムリレー）
（１．３）機械的部分（接点ばね、ばねリセットリレー）
（１．４）スイッチング接点（モデル接点抵抗、電気アークスイッチング接点リレー）
（１．５）電流センサ（センサ負荷電流）
（１．６）負荷電圧
（１．７）負荷（抵抗、インダクタンス、キャパシタンス）
（１．８）特性線場（耐用年数）
などである。
【００７８】
この目的のために、試験の結果及び関連パラメータが、特性線場と類似した取り替えモデル又はメタモデルで表されてよい。ここで、例えば、直流電流又は交流電流といった異なる負荷の種類に対して、並びに、例えば、可能性がある危険な故障として開かない接点、又は閉じない接点といった異なる故障メカニズムに対して、異なるモデルを生成することが有利になり得る。取り替えモデルの生成は、例えば、ＭＯＰ（最適予想のメタモデル）方法により行われる。
【００７９】
状態変数は、例えば、
（２．１）ＮＣ接点の接点電圧
（２．２）動作電圧制御回路
（２．３）コイル電流リレー
（２．４）ＮＯ接点（負荷接点）の接点電圧
（２．５）周囲温度
（２．６）負荷電流
（２．７）負荷電圧
を含む。
【００８０】
次に、電気機械コンポーネントの挙動に関するシミュレーションが行われる。この目的のために、例えば、内部パラメータがシミュレーションにより取得される。これらのパラメータは、測定技術で検出することはできないが、例えば、負荷接点のオーバーストローク、負荷接点の摩擦経路といった挙動（例えば、故障／耐用年数）に関連し得る。
【００８１】
さらに、信号として送信される測定値は、例えば、積分操作、変換、又は微分などの数学的操作により、例えば、信号の特有の特性が係数で表され得るような方式で変換される。これらの係数は、通常のパラメータと類似の方式で表され処理され得る。
【００８２】
送信された測定値、及びそこからシミュレーションで決定されたパラメータ、並びにシミュレーションの挙動モデルで決定されたパラメータは、例えば、故障挙動の予想、例えば、残存スイッチングサイクル数の予想のために、少なくとも１つのメタモデルで処理される。
【００８３】
状態変数又は状態が、出力されて視覚化される。予期された残存耐用年数が明らかに減少している場合、又は残存耐用年数が少ない場合、例えば、予防整備により、予期しない故障を回避することが可能である。例えば、残存耐用年数が長く残っている場合では、計画された整備が延期されてよい。
【００８４】
別の応用では、電気機械コンポーネントに積極的に影響を与える、又は電気機械コンポーネントを最適化することが、例えば、
・動作電圧
・ＰＷＭのデューティ値、又は、
・冗長性の場合のスイッチングシーケンス
などの設定可能なパラメータ（１．９）を変更することで行われる。
【００８５】
この目的のために、シミュレーションモデルのレベルで、オプティマイザ（６）が、シミュレーションパラメータ（１．９）、例えばリレー特性値の変化のもとで、例えば、残存耐用年数シミュレーションの結果を最適化し得る。その結果、最適なパラメータセット（１．１０）が判明し、例えば、最も高い可能のある残存耐用年数に達する。
【００８６】
個々の実施形態と関連して説明され示された全ての特徴が、その有利な効果を同時に実現するために、発明の主題に関して異なる組み合わせで提供されてよい。
【符号の説明】
【００８７】
１００：電気機械コンポーネントを監視するための方法
１０１：機械状態変数の取得
１０３：電気状態変数の取得
１０５：電気機械コンポーネントの状態の決定
２００：電気機械コンポーネント
２０１：取得デバイス
２０３：メモリ
２０５：プロセッサ
４０１：ファームウェアコンポーネント
４０３：電子コンポーネント
４０５：電気機械コンポーネント
４０７：流体コンポーネント
４０９：データインタフェース
４１１：ファームウェアモジュール
４１３：電子モジュール
４１５：電磁気モジュール
４１７：機械モジュール
４１９：メタモデルモジュール
４２１：対象
４２３：対象
４２５：対象
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ａａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｂｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ａａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｂｂ】
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【外国語明細書】
2018106705000001.pdf