(57)【要約】      （修正有）【課題】発電機を分解することなくエアギャップ内に伸長された検査プローブを使用して、ステータおよびロータ表面を検査する装置を提供する。【解決手段】伸長可能構造体３０２は、検査プローブ３０４に固定され、かつ第１の表面と第２の表面との間に画定されたギャップ内に挿入可能である端部３０３を含む。伸長可能構造体は、第１の表面を横切って端部が移動する際に、第１の表面との物理的接触を維持するように構成される。駆動装置３１６は、検査プローブを位置決めするように構成される。電流センサは、駆動装置に結合され、検査プローブが第１の表面を横切って移動する期間にわたって駆動負荷を測定するように構成される。プロセッサは、センサに結合され、検査プローブの移動に対応する駆動負荷に関連する信号を受信し、駆動負荷信号に基づいて伸長可能構造体の動作状態を決定するように構成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査装置（３００）であって、
第１の表面（１０２）と第２の表面（１０４）との間に画定されたギャップ（１１０）に挿入可能な端部を含む伸長可能構造体（３０２）であって、前記端部が前記第１の表面を横切って移動する際に前記第１の表面との物理的接触を維持するように構成された伸長可能構造体と、
前記伸長可能構造体の前記端部に固定され、駆動装置（３１６）によって前記ギャップ内に位置決め可能な検査プローブ（３０４）と、
前記端部および前記検査プローブが前記第１の表面を横切って移動する期間にわたって駆動負荷を測定するように構成されたセンサ（５３０）と、
前記センサに結合されたプロセッサ（５２０）と、を含み、前記プロセッサは、
前記検査プローブの移動に対応する前記駆動負荷に関連する信号を受信し、
前記信号に基づいて前記伸長可能構造体の動作状態を決定するように構成される、検査装置（３００）。
【請求項２】
前記第１の表面（１０２）は強磁性表面（１０６）であり、前記伸長可能構造体（３０２）は、前記伸長可能構造体に沿って分布した複数の磁石（３２０）をさらに含み、前記複数の磁石は、前記端部が前記第１の表面を横切って前記末端が移動する際に前記強磁性表面と相互作用して前記第１の表面との物理的接触を磁気的に維持し、前記端部を円周方向に磁気的に案内するように構成される、請求項１に記載の検査装置（３００）。
【請求項３】
前記伸長可能構造体（３０２）は、凸面に対向する凹面を含む押出可能なスチールバンドを含み、前記凸面は前記第１の表面（１０２）と接触するように構成される、請求項１または２に記載の検査装置（３００）。
【請求項４】
前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体（３０２）の動作状態を示す駆動負荷パターンを検出するようにさらに構成され、前記動作状態は、前記検査プローブ（３０４）の経路内の閉塞を含み、前記駆動負荷パターンは、増加した駆動トルクに対応する駆動負荷の増加を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検査装置（３００）。
【請求項５】
前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体（３０２）の動作状態を示す駆動負荷パターンを検出するようにさらに構成され、前記動作状態は、前記伸長可能構造体と前記第１の表面（１０２）との間の物理的接触の喪失を含み、前記駆動負荷パターンは、減少した駆動トルクに対応する前記駆動負荷の減少を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検査装置（３００）。
【請求項６】
前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体（３０２）の前記動作状態に基づいて前記駆動装置（３１６）の動作を中断するようにさらに構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検査装置（３００）。
【請求項７】
前記第１の表面（１０２）は強磁性表面（１０６）であり、前記検査プローブ（３０４）は、
前記強磁性表面および前記第２の表面（１０４）の少なくとも一方を検査するように構成されたセンサと、
前記検査プローブおよび前記伸長可能構造体の前記端部が前記強磁性表面を横切って移動する際に前記伸長可能構造体（３０２）が前記強磁性表面と接触して維持されるように、前記強磁性表面に磁気的に結合するように構成された磁石と、を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の検査装置（３００）。
【請求項８】
リール（３０８）をさらに含み、前記駆動装置（３１６）は、前記リールに対して前記伸長可能構造体を選択的に伸長および収縮させるために前記リールに駆動可能に結合される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検査装置（３００）。
【請求項９】
検査装置（３００）用の制御システム（５４０）であって、前記制御システムは、
第１の表面（１０２）と第２の表面（１０４）との間に画定されたギャップ（１１０）内に伸長可能構造体（３０２）を伸長するように構成されたモータ（３１６）であって、前記伸長可能構造体は、前記ギャップに挿入可能であり、かつ検査プローブ（３０４）に結合可能な端部を含み、前記伸長可能構造体は、前記端部が前記第１の表面を横切って移動する際に前記第１の表面との物理的接触を維持するように構成される、モータ（３１６）と、
前記検査プローブが前記第１の表面を横切って移動する期間にわたってモータ負荷を測定するように構成されたセンサ（５３０）と、
前記センサに結合されたプロセッサ（５２０）と、を含み、前記プロセッサは、
前記検査プローブの移動に対応する前記モータ負荷に関連する信号を受信し、
前記信号に基づいて前記伸長可能構造体の動作状態を決定するように構成される、制御システム（５４０）。
【請求項１０】
前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体（３０２）の前記動作状態を示すモータ負荷パターンを検出するようにさらに構成され、前記動作状態は、前記検査プローブ（３０４）の経路内の閉塞を含み、前記モータ負荷パターンは、増加したモータトルクに対応する前記モータ負荷の増加を含む、請求項９に記載の制御システム（５４０）。
【請求項１１】
前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体の動作状態を示すモータ負荷パターンを検出するようにさらに構成され、前記動作状態は、前記伸長可能構造体（３０２）と前記第１の表面（１０２）との間の物理的接触の喪失を含み、前記モータ負荷パターンは、減少したモータトルクに対応する前記モータ負荷の減少を含む、請求項９または１０に記載の制御システム（５４０）。
【請求項１２】
前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体（３０２）の前記動作状態に基づいて前記モータ（３１６）の動作を中断するようにさらに構成される、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の制御システム（５４０）。
【請求項１３】
前記モータ（３１６）は、前記伸長可能構造体（３０２）を選択的に伸長および収縮させるリール（３０８）に駆動可能に結合され、前記モータは、前記伸長可能構造体を伸長させる際に、前記第１の表面（１０２）と物理的に接触する前記伸長可能構造体の表面積に比例して増加するモータトルクで前記リールを駆動するように構成される、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の制御システム（５４０）。
【請求項１４】
前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体（３０２）の前記動作状態を示すモータ負荷パターンを検出するようにさらに構成され、前記動作状態は、前記第１の表面（１０２）と接触する前記伸長可能構造体の正常な伸長を含み、前記モータ負荷パターンは、モータトルクの比例的増加に対応するモータ電流の増加を含む、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の制御システム（５４０）。
【請求項１５】
前記第１の表面（１０２）は強磁性表面（１０６）であり、前記伸長可能構造体（３０２）は、前記伸長可能構造体に沿って分布する複数の磁石（３２０）をさらに含み、前記複数の磁石は、前記強磁性表面と相互作用して、前記端部が前記第１の表面を横切って移動する際に前記第１の表面との物理的接触を磁気的に維持するように構成され、前記プロセッサ（５２０）は、前記伸長可能構造体上に前記複数の磁石によって付与される累積磁力を示す第２のモータ負荷パターンを検出するようにさらに構成される、請求項１４に記載の制御システム（５４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般的には、２つの表面の間のエアギャップを検査する際に使用するための装置に関し、より詳細には、伸長可能構造体に固定された検査プローブと共に使用するための検査装置および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械、モータ、および産業機器は、通常、適切な機能と動作、特に長寿命のサイクル機器を保証するために定期的に検査される。例えば、タービン、ボイラー、および発電機部品の表面は、損傷がないか検査して、動作中の故障または損傷を防止する。発電機では、例えば、発電機を分解することなくエアギャップ内に伸長された検査プローブを使用して、ステータとロータとの間に画定された狭いエアギャップを介してステータおよびロータ表面を検査することができるので、検査のための時間、労力および発電機のダウンタイムを節約することができる。
【０００３】
特定の機器では、検査プローブは、モータを介してエアギャップ内に案内される伸長可能構造体に固定されている。例えば、ステータが強磁性である発電機では、伸長可能構造体は、検査プローブおよび伸長可能構造体がエアギャップ内に伸長する時に、磁気接着によりステータとの接触を維持する１つまたは複数の磁石を含む。伸長可能構造体は、検査プローブがモータによって駆動され、曲がったり弓なりになったりせずにエアギャップ内に伸長し、検査プローブとステータとの間のほぼ一定の間隔で検査プローブを支持する。例えば、スチールバンドまたはテープなどの特定の構造体は、エアギャップの外側、例えばロール内に収集される。スチールバンドの伸長および収縮は、モータによってスチールバンドをアンローリングおよびローリングさせることになる。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、検査装置が提供される。検査装置は、伸長可能構造体、検査プローブ、駆動装置、センサ、およびプロセッサを含む。伸長可能構造体は、検査プローブに固定され、かつ第１の表面と第２の表面との間に画定されたギャップ内に挿入可能である端部を含む。伸長可能構造体は、第１の表面を横切って端部が移動する際に、第１の表面との物理的接触を維持するように構成される。駆動装置は、検査プローブを位置決めするように構成される。センサは、駆動装置に結合され、検査プローブが第１の表面を横切って移動する期間にわたって駆動負荷を測定するように構成される。プロセッサは、センサに結合され、検査プローブの移動に対応する駆動負荷に関連する駆動負荷信号を受信し、駆動負荷信号に基づいて伸長可能構造体の動作状態を決定するように構成される。
【０００５】
別の態様では、検査装置用の制御システムが提供される。制御システムは、モータ、センサ、およびプロセッサを含む。モータは、第１の表面と第２の表面との間に画定されたギャップ内に伸長可能構造体を伸長するように構成される。伸長可能構造体は、ギャップ内に挿入可能であり、かつ検査プローブに結合可能な端部を含む。伸長可能構造体は、第１の表面を横切って端部が移動する際に、第１の表面との物理的接触を維持するように構成される。センサは、検査プローブが第１の表面を横切って移動する期間にわたってモータ負荷を測定するように構成される。プロセッサは、センサに結合され、検査プローブの移動に対応する駆動負荷に関連するモータ負荷信号を受信し、モータ負荷信号に基づいて伸長可能構造体の動作状態を決定するように構成される。
【０００６】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】発電所用の例示的な発電機の斜視図である。
【図２】図１に示す発電機と共に使用される例示的なステータおよびロータの詳細な斜視図である。
【図３】図１に示す発電機の線３−３に沿った断面図である。
【図４】図１〜図３に示す発電機と共に使用することができる例示的な検査装置のブロック図である。
【図５】図４に示す検査装置のブロック図である。
【図６】図３および図４に示す伸長可能構造体の例示的な正常動作状態を示すモータ電流プロットを示す図である。
【図７】複数の障害物を有する図３および図４に示される伸長可能構造体の例示的な正常動作状態を示すモータ電流プロットを示す図である。
【図８】図３および図４に示す伸長可能構造体と強磁性表面との間の物理的接触の例示的な喪失を示すモータ電流プロットを示す図である。
【図９】図３および図４に示す伸長可能構造体の例示的な閉塞を示すモータ電流プロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
特に明記のない限り、本明細書で提供する図面は、本開示の実施形態の特徴を例示することを意味する。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴をすべて含むことを意味しない。
【０００９】
以下の明細書および特許請求の範囲において、以下の意味を有するいくつかの用語を参照する。例えば、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。さらに、「任意の」または「任意に」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００１０】
近似する文言は、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたってここで用いられるように、これが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここでならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲の制限は、組み合わせるかかつ／または置き換えることができ、このような範囲は、文脈または文言で特に示されない限り、識別され、その中に含まれるすべての副範囲を含む。
【００１１】
本明細書で用いられる「プロセッサ」および「コンピュータ」という用語および関連する用語、例えば「処理装置」、「コンピューティング装置」、および「コントローラ」は、従来技術においてコンピュータと呼ばれているそれらの集積回路に限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、およびその他のプログラム可能な回路を意味し、これらの用語は、本明細書において互換的に用いられる。本明細書で説明する実施形態では、メモリは、以下に限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、以下に限定されないが、マウスおよびキーボードなどのオペレータインターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、例えば、これに限定されないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺装置も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、これに限定されないが、オペレータインターフェースモニタを含むことができる。
【００１２】
さらに、本書で用いられる「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は交換可能であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアントおよびサーバによって実行するための、メモリに記憶された任意のコンピュータプログラムを含む。
【００１３】
本明細書で用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールおよびサブモジュール、あるいは任意の装置の他のデータなどの情報の短期的および長期的記憶のための任意の方法または技術で実施される、任意の有形のコンピュータに基づく装置を表すことを意図している。したがって、本明細書に記載する方法は、これらに限らないが、記憶装置およびメモリ装置を含む、有形の非一時的コンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、プロセッサによって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部をプロセッサに実行させる。さらに、本明細書に用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、すべての有形のコンピュータ可読媒体を含み、これらは非一時的コンピュータ記憶装置を含むが、これに限定されるものではなく、揮発性および不揮発性媒体、ならびにファームウェア、物理および仮想記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの取り外し可能および取り外し不可能な媒体、ならびにネットワークもしくはインターネットなどの他の任意のデジタルソース、ならびにこれまでに開発されたデジタル手段を含むが、これらに限定されるものではなく、一時的な伝播する信号がその唯一の例外である。
【００１４】
さらにまた、本明細書で用いられる「リアルタイム」という用語は、関連する事象が発生する時、所定のデータを測定および収集する時、データを処理する時、ならびに事象および環境に対するシステム応答の時のうちの少なくとも１つを意味する。本明細書に記載する実施形態では、これらの動作および事象は、実質的に同時に起こる。
【００１５】
本開示の実施形態は、発電機用の検査装置に関する。本明細書に記載の検査装置は、例えばモータなどの駆動装置によって駆動される伸長可能構造体により、発電機のステータとロータとの間に画定されたエアギャップ内に位置決め可能な検査プローブを含む。本明細書で説明される検査装置は、検査プローブおよび伸長可能構造体がステータの表面を横切って移動する際に、伸長可能構造体の動作状態を監視することを容易にする。より具体的には、伸長可能構造体がステータの表面に沿って摺動する際に、検査装置は、例えば、伸長可能構造体および検査プローブの経路における閉塞、ならび伸長可能構造体とステータの表面との間の磁気接着の喪失を含む、伸長可能構造体の特定の動作状態を検出するために、駆動装置の負荷を監視する。
【００１６】
図１は、発電所と共に使用するための例示的な発電機１００の斜視図である。発電機１００は、ステータ１０２およびロータ１０４を含む。ステータ１０２およびロータ１０４の各々は、強磁性要素１０６（白色）および非強磁性要素１０８（灰色）を含む。
【００１７】
図２は、発電機１００（図１に示す）のステータ１０２およびロータ１０４の詳細斜視図であり、それぞれの強磁性要素１０６および非強磁性要素１０８を含む。ステータ１０２およびロータ１０４は、その間に狭い環状のエアギャップ１１０が画定されるように配向されている。強磁性要素１０６および非強磁性要素１０８は、ステータ１０２およびロータ１０４の周囲に交互に間隔を空けて配置され、発電機軸１１２に対して実質的に平行に延在することができる。
【００１８】
図３は、発電機１００の線３−３および発電機軸１１２に沿った断面図であり、ステータ１０２およびロータ１０４（図１および図２に示す）によって画定されるエアギャップ１１０を含む。図３は、例示的な検査装置３００も示し、伸長可能構造体３０２と、その端部に取り付けられた検査プローブ３０４と、を含む。検査装置３００はまた、エアギャップ１１０の外部に配置された様々な部品のためのハウジング３０６を含む。
【００１９】
ロータキャップ１１４は、ロータ１０４上に配置され、発電機軸１１２に対して実質的に平行に、かつステータバー１１６に向かって半径方向に延在する。ステータボアおよびロータキャップ１１４は、エアギャップ１１０の幅ｄを画定し、その中に、伸長可能構造体３０２および検査プローブ３０４が挿入可能である。特定の実施形態では、幅ｄは少なくとも４ミリメートル（ｍｍ）である。あるいは、検査装置３００およびその部品は、発電機の種々の共有される幾何学的形状を受け入れるように、様々に配置され、寸法決めされている。例えば、特定の実施形態では、検査装置３００は、ハウジング３０６とエアギャップ１１０との間に配置されたガイドレールを含み、伸長可能構造体３０２をステータ１０２およびロータ１０４の強磁性表面に案内するのを容易にする。
【００２０】
図４は、検査装置３００の詳細図である。例示的な実施形態では、検査装置３００は、伸長可能構造体３０２、検査プローブ３０４、およびハウジング３０６を含む。ハウジング３０６は、伸長可能構造体３０２を選択的に巻き取ることができるリール３０８を含む。伸長され場合には、伸長可能構造体３０２は、リール３０８から巻き出され、凸状ローラ３１０、凹状ローラ３１２、およびハウジング３０６に画定された開口部３１４を通して押し出される。収縮される場合は、伸長可能構造体３０２は、保管のためにリール３０８に巻き付けられる。
【００２１】
伸長可能構造体３０２は、検査プローブ３０４がしっかりと結合される端部３０３を含む。検査プローブ３０４は、例えば、発電機１００のステータ１０２およびロータ１０４の表面などの、表面を検査するための１つまたは複数のセンサ３０５を含む。検査プローブ３０４は、ステータ１０２とロータ１０４との間に画定されたエアギャップ１１０内に挿入するためのサイズであり、伸長可能構造体３０２を介して特定の検査部位に選択的に位置決めされる。センサ３０５は、例えば、カメラ、渦電流センサ、および／または低誘導センサを含むことができる。特定の実施形態では、検査プローブ３０４は、検査プローブ３０４と強磁性表面との間の物理的接触が維持されるように、強磁性表面と相互作用する１つまたは複数の磁石３０７を含む。同様に、伸長可能構造体３０２は、その端部３０３および検査プローブ３０４が横断する際に強磁性表面との物理的接触を維持する。
【００２２】
検査装置３００は、伸長可能構造体３０２を選択的に伸長および収縮させて検査プローブ３０４をエアギャップ１１０内に位置決めする駆動装置３１６を含む。駆動装置３１６は、搬送ローラ３１８および伸長可能構造体３０２を介してリール３０８に駆動可能に結合される。駆動装置３１６は、例えば、限定はしないが、電気または気体モータ、油圧モータ、または空気圧モータを含むことができる。例えば、駆動装置３１６が電動モータを含む場合には、駆動装置３１６が搬送ローラ３１８を駆動し、伸長可能構造体３０２をリール３０８から選択的に伸長させ、またリール３０８上に格納させる。
【００２３】
伸長可能構造体３０２は、伸長可能構造体３０２の長さ３２１に沿って分布する複数の磁石３２０を含む。磁石３２０は、強磁性表面と相互作用して、伸長可能構造体に磁気力を与えることによって強磁性表面との物理的接触を磁気的に維持する。磁石３２０は、さらに、強磁性表面と相互作用して円周方向の制御を提供する。磁石３２０は、重力あるいは、例えば、端部３０３および検査プローブ３０４が強磁性表面を横切って移動する際に伸長可能構造体３０２および検査プローブ３０４の経路における閉塞などの他の動作状態により、伸長可能構造体３０２が伸長または収縮している間に取り外されることなく、伸長可能構造体３０２および検査プローブ３０４が強磁性表面に沿って選択的に配置されることを可能にする。伸長可能構造体３０２のこのような動作状態の下では、伸長可能構造体がたるんで最終的に曲がり、検査装置３００、ステータ１０２、またはロータ１０４に潜在的に損傷を与えるおそれがある。
【００２４】
伸長可能構造体３０２は、例えばリール３０８から巻き上げたり巻き戻したりするのに適した、鋼などの可撓性のある弾性材料から製造される。特定の実施形態では、伸長可能構造体３０２は、押出可能なスチールバンドを含む。スチールバンドは、凸状ローラ３１０と凹状ローラ３１２との間に押し出され、スチールバンドの凸面の反対側に凹曲面を形成する。磁石３２０は、伸長可能構造体３０２の凹面に配置される。伸長可能構造体３０２の凸面は強磁性表面に面し、凸面を強磁性表面に沿って摺動させ、強磁性表面との物理的接触を維持する。押出可能なスチールバンドが収縮されると、それはリール３０８上に巻き取られる。
【００２５】
図５は、発電機１００（図１〜図３に示す）と共に使用するための例示的な検査装置３００のブロック図である。例示的な実施形態では、検査装置３００は、駆動装置３１６に電力を供給する電源５１０を含む。駆動装置３１６は、リール３０８に駆動可能に結合されている。検査装置３００は、伸長可能構造体３０２を含み、伸長可能構造体３０２は、格納するためにリール３０８上に巻き取られ、検査プローブ３０４を位置決めするために伸長される場合にはリール３０８から巻き出される。
【００２６】
例示的な実施形態では、検査装置３００は、プロセッサ５２０およびセンサ５３０を含む。センサ５３０は、動作中に駆動負荷を測定するために駆動装置３１６に結合される。例えば、駆動装置３１６が電気モータを含む場合には、センサ５３０は、伸長可能構造体３０２がステータ１０２またはロータ１０４の強磁性表面を横切って伸長する間、すなわち、端部３０３および検査プローブ３０４が強磁性表面を横切って移動する時にモータ電流を測定する。センサ５３０は、駆動装置３１６のためのモータ電流を示すモータ電流信号を生成する。プロセッサ５２０、センサ５３０、および駆動装置３１６は、共に検査装置３００用の制御システム５４０を構成する。別の実施形態では、センサ５３０は、モータ電流を測定するために電源５１０に結合された電流センサを含む。他の実施形態では、電流センサ５３０がモータトルクセンサに置き換えられる。
【００２７】
プロセッサ５２０は、センサ５３０に結合され、駆動負荷信号を受信する。プロセッサ５２０は、駆動負荷を監視し、駆動負荷に基づいて伸長可能構造体３０２の動作状態を決定する。
【００２８】
特定の実施形態では、プロセッサ５２０は、伸長可能構造体３０２の動作状態を示す駆動負荷パターンを検出する。例えば、電気モータおよび電流センサを使用する実施形態では、プロセッサ５２０は、モータ電流信号に基づいて平均電流を算出し、モータ電流の急激な増加または減少に対応する「異常」電流測定値を検出する。伸長可能構造体３０２の動作状態は、例えば、磁気接着の喪失を含むことができ、その結果、伸長可能構造体３０２と強磁性表面との間の物理的接触が失われる。このような物理的接触の喪失は、駆動装置３１６の負荷またはトルクを減少させ、結果として、減少したモータトルクに対応する駆動負荷の減少を示す駆動負荷パターンをもたらす。伸長可能構造体３０２の動作状態は、例えば、検査プローブ３０４および伸長可能構造体３０２の経路における閉塞を含むことができる。このような閉塞は、モータ３１６上の負荷またはトルクを増加させ、結果として、増加した駆動トルクに対応する駆動負荷の増加を示す駆動負荷パターンをもたらす。伸長可能構造体３０２の動作状態は、検査プローブ３０４および伸長可能構造体３０２の円周方向のドリフトをさらに含むことができる。そのような円周方向のドリフトは、状況によっては、磁気接着の低下を招くことがある。
【００２９】
特定の実施形態では、プロセッサ５２０は、決定された伸長可能構造体３０２の動作状態に基づいて、駆動装置３１６の動作を中断する。例えば、伸長可能構造体３０２および検査プローブ３０４によって閉塞が発生し、対応する駆動負荷パターンが検出された場合には、プロセッサ５２０は、検査装置３００、ステータ１０２またはロータ１０４への損傷を防止するために駆動装置３１６の動作を中断する。
【００３０】
図６は、伸長可能構造体３０２（図３および図４に示す）の例示的な正常動作状態を示すモータ電流プロット６００である。モータ電流プロット６００は、モータ電流をアンペア（Ａ）で表す垂直軸６１０を含む。垂直軸６１０は、約０Ａから約０．６０Ａを少し上回る範囲を示す。モータ電流プロット６００は、発電機１００のステータ１０２およびロータ１０４（図１〜図３）によって画定されるエアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長を表す水平軸６２０を含む。エアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長はｍｍで示され、約１ｍｍから約２７００ｍｍの範囲である。
【００３１】
モータ電流プロット６００は、約１ｍｍから約２７００ｍｍまでのモータ３１６（図４および図５に示す）によって伸長可能構造体３０２が伸長する期間にわたって監視されたモータ電流信号６３０を示す。モータ電流信号６３０は、伸長可能構造体３０２の例示的な正常動作状態を示しており、伸長可能構造体３０２が強磁性表面を横切って摺動するにつれて、モータ電流が平均してゆっくりと増加する。ゆっくりと増加するモータ電流パターンは、伸長可能構造体３０２に与えられる摩擦力および磁力の蓄積を示す。プロセッサ５２０は、このモータ電流パターンと、伸長可能構造体３０２の対応する正常動作状態と、を検出する。伸長可能構造体３０２を伸長している間のモータ電流の増加は、一般に、モータ３１６から要求されるモータトルクに比例する。モータ３１６は、伸長可能構造体３０２を選択的に伸長および収縮させるために、搬送ローラ３１８を介してリール３０８に駆動可能に結合されている。伸長可能構造体３０２を伸長させる場合には、モータ３１６は、搬送ローラ３１８、したがってリール３０８を駆動し、モータトルクは強磁性表面と物理的に接触している伸長可能構造体３０２の表面積に比例して増加する。
【００３２】
図７は、複数の障害物を伴う伸長可能構造体３０２（図３および図４に示す）の正常動作状態を示すモータ電流プロット７００である。モータ電流プロット７００は、モータ電流をアンペア（Ａ）で表す垂直軸７１０を含む。垂直軸７１０は、０．２１Ａ〜０．７５Ａの範囲を示す。モータ電流プロット７００は、発電機１００のステータ１０２およびロータ１０４（図１〜図３に示す）によって画定されたエアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長を表す水平軸７２０を含む。エアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長はｍｍで示され、３ｍｍから２７００ｍｍを超える範囲である。
【００３３】
モータ電流プロット７００は、３ｍｍから約２７００ｍｍまでのモータ３１６（図４および図５に示す）によって伸長可能構造体３０２が伸長される期間にわたって監視されたモータ電流信号７３０を示す。モータ電流信号７３０は、伸長可能構造体３０２の正常動作状態を示しており、伸長可能構造体３０２が強磁性表面を横切って摺動するにつれて、モータ電流が平均してゆっくりと増加する。モータ電流信号７３０は、急激なモータ電流スパイク７４０によって示される障害物の発生をさらに示す。障害物は、伸長可能構造体３０２が約７００ｍｍ、１０００ｍｍ、１３５０ｍｍ、および１７５０ｍｍ伸長したところで生じる。電流スパイク７４０は、障害物を克服するためのモータトルクの増加に対応している。
【００３４】
図８は、伸長可能構造体３０２とステータ１０２またはロータ１０４（図１〜図４に示す）の強磁性表面との間の物理的接触の喪失を示すモータ電流プロット８００である。モータ電流プロット８００は、モータ電流をアンペア（Ａ）で表す垂直軸８１０を含む。垂直軸８１０は、０．２０Ａ〜０．７０Ａの範囲を示す。モータ電流プロット８００は、発電機１００のステータ１０２およびロータ１０４（図１〜図３に示す）によって画定されたエアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長を表す水平軸８２０を含む。エアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長は、ｍｍで示され、−１ｍｍから２７００ｍｍを超える範囲である。
【００３５】
モータ電流プロット８００は、モータ３１６（図４および図５に示す）によって伸長可能構造体３０２が−１ｍｍから約２７００ｍｍまで伸長される期間にわたって監視されたモータ電流信号８３０を示す。モータ電流信号８３０は、伸長可能構造体３０２の正常動作状態を示しており、伸長可能構造体３０２が約１５００ｍｍ伸長するまで強磁性表面を横切って摺動するにつれて、モータ電流が平均してゆっくりと増加する。約１５００ｍｍ伸長したところで、モータ電流信号８３０は、モータ電流の急激な減少８４０を示し、伸長可能構造体３０２と強磁性表面との間の物理的接触の喪失を示している。このような動作状態下では、伸長可能構造体３０２の長さが強磁性表面から離れ、強磁性表面と相互作用する磁石３２０の数が少なくなるので、伸長可能構造体３０２の磁気的接着が劇的に低下し、したがって、伸長可能構造体を駆動するのに必要なモータトルクが減少する。
【００３６】
モータ電流信号８３０は、約１７５０ｍｍ伸長したところでモータ電流の急激な増加８５０をさらに示し、伸長可能構造体３０２と強磁性表面との間に物理的接触が再確立されたことを示している。モータ電流パターンは、約２３００ｍｍから２５００ｍｍの間で急激な減少８６０と急激な増加８７０を再び繰り返す。
【００３７】
図９は、ステータ１０２またはロータ１０４（図１〜図４に示す）の強磁性表面を横切るそれらの経路に沿った伸長可能構造体３０２および検査プローブ３０４の閉塞を示すモータ電流プロット９００である。モータ電流プロット９００は、モータ電流をアンペア（Ａ）で表す垂直軸９１０を含む。垂直軸９１０は、０．１５Ａ〜０．７０Ａの範囲を示す。モータ電流プロット９００は、発電機１００のステータ１０２およびロータ１０４（図１〜図３に示す）によって画定されたエアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長を表す水平軸９２０を含む。エアギャップ１１０内への伸長可能構造体３０２の伸長は、ｍｍで示され、７ｍｍから２７００ｍｍを超える範囲である。
【００３８】
モータ電流プロット９００は、７ｍｍから約２７００ｍｍまでモータ３１６（図４および図５に示す）によって伸長可能構造体３０２が伸長する期間にわたって監視されたモータ電流信号９３０を示す。モータ電流信号９３０は、伸長可能構造体３０２の正常動作状態を示しており、伸長可能構造体３０２が約２１００ｍｍ伸長するまで強磁性表面を横切って摺動するにつれて、モータ電流が平均してゆっくりと増加する。約２１００ｍｍ伸長したところで、モータ電流信号９３０は、モータ電流の急激な増加９４０を示し、検査プローブ３０４および伸長可能構造体３０２の経路の閉塞を示している。このような動作状態の下では、閉塞を克服するためにモータトルクが急激に増加し、最終的に、伸長可能構造体３０２がたるんで最終的に曲がると、伸長可能構造体３０２と強磁性表面との間の物理的接触が失われる。伸長可能構造体３０２が強磁性表面から離れ、強磁性表面と相互作用する磁石３２０の数が少なくなるので、伸長可能構造体を駆動するのに必要なモータトルクが減少し、モータ電流の急激な増加９４０の後にモータ電流の急激な減少９５０が続く。閉塞が克服され、伸長可能構造体３０２と強磁性表面との間の物理的接触が再確立されると、急激な増加９４０および急激な減少９５０のモータ電流パターンの後に、モータ電流の急激な増加９６０が続く。
【００３９】
上述の検査装置は、モータによって駆動される伸長可能構造体によって発電機のステータとロータとの間に画定されたエアギャップ内に位置決め可能な検査プローブを含む。本明細書で説明される検査装置は、検査プローブおよび伸長可能構造体がステータの表面を横切って移動する際に、伸長可能構造体の動作状態を監視することを容易にする。より具体的には、伸長可能構造体がステータの表面に沿って摺動する際に、検査装置は、例えば、伸長可能構造体および検査プローブの経路における閉塞、ならび伸長可能構造体とステータの表面との間の磁気接着の喪失を含む、伸長可能構造体の特定の動作状態を検出するために、モータへの電流を監視する。
【００４０】
本明細書に記載された方法、システムおよび装置の例示的な技術的効果は、（ａ）ステータまたはロータ表面を摺動して検査プローブをエアギャップ内に位置決めする際の伸長可能構造体の動作状態を検出するためにモータ電流を監視すること、（ｂ）例えば、閉塞および磁気接着の喪失およびロータまたはステータとの物理的接触を含む、伸長可能構造体の様々な異常動作状態を示すモータ電流パターンを検出すること、（ｃ）閉塞ならびに磁気接着および物理的接触の喪失をリアルタイムで検出すること、（ｄ）リアルタイムで決定されたその動作状態に基づいて伸長可能構造体の伸長および収縮を制御すること、（ｅ）伸長可能構造体の異常動作状態の早期検出により、エアギャップ検査装置、発電機ステータおよび発電機ロータの損傷および故障を低減すること、ならびに（ｆ）伸長可能構造体の閉塞または磁気接着の喪失による、検査中のステータおよびロータの損傷の減少を通じて、発電機のライフサイクルコストを改善すること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００４１】
ロッド・ポンピング・ユニット・コントローラのための方法、システム、および装置の例示的な実施形態は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。例えば、本方法は、他の非従来型のエアギャップ検査プローブと組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載したシステムおよび方法のみを用いて実施することに限定されない。そうではなく、例示的な実施形態は、低コスト、低い複雑さ、商業的入手性、高温での信頼性の向上、おおよびメモリ容量の増加から利益を得ることができる、多くの他の応用、機器、およびシステムに関連して実現および利用することができる。
【００４２】
本開示の様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００４３】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子装置またはコンピューティングデバイスの使用を含む。このような装置は、典型的には、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置などのプロセッサ、処理装置、もしくはコントローラ、および／または本明細書に記載した機能を実行することができる他の任意の回路もしくは処理装置を含む。本明細書に記載した方法は、これらに限らないが、記憶装置および／またはメモリ装置を含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理装置によって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部を処理装置に実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサおよび処理装置という用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００４４】
本明細書は最良の形態を含む実施形態を開示するため、および、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、ならびに使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が実施形態を実施することを可能にするための例を用いる。開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的な差異のない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００４５】
１００  発電機
１０２  ステータ
１０４  ロータ
１０６  強磁性要素
１０８  非強磁性要素
１１０  エアギャップ
１１２  発電機軸
１１４  ロータキャップ
１１６  ステータバー
３００  検査装置
３０２  伸長可能構造体
３０３  端部
３０４  検査プローブ
３０５  センサ
３０６  ハウジング
３０７  磁石
３０８  リール
３１０  凸状ローラ
３１２  凹状ローラ
３１４  開口部
３１６  駆動装置、モータ
３１８  搬送ローラ
３２０  磁石
３２１  長さ
５１０  電源
５２０  プロセッサ
５３０  センサ
５４０  制御システム
６００  モータ電流プロット
６１０  垂直軸
６２０  水平軸
６３０  モータ電流信号
７００  モータ電流プロット
７１０  垂直軸
７２０  水平軸
７３０  モータ電流信号
７４０  モータ電流スパイク
８００  モータ電流プロット
８１０  垂直軸
８２０  水平軸
８３０  モータ電流信号
８４０  モータ電流の急激な減少
８５０  モータ電流の急激な増加
８６０  モータ電流の急激な減少
８７０  モータ電流の急激な増加
９００  モータ電流プロット
９１０  垂直軸
９２０  水平軸
９３０  モータ電流信号
９４０  モータ電流の急激な増加
９５０  モータ電流の急激な減少
９６０  モータ電流の急激な増加
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2018072324000001.pdf