(57)【要約】  ステータ（２）と、このステータ（２）に対して回転可能に取り付けられているローターと、モーター電子機器と、を有する電気モーター（１）が開示されている。  前記モーター電子機器が、電子機器ハウジング（７）内に配置され、回路基板（１０）に取り付けられ、振動センサ（１３）が、回路基板（１０）に配置され、電気モーター（１）の振動の加速度および／または速度を少なくとも１方向で測定するように構成され、回路基板（１０）が、連結要素を用いて電気モーター（１）の他の構成要素に振動を伝達するように連結され、電気モーター（１）の振動の少なくとも一部が、振動センサ（１３）に伝達される。本発明による電気モーター（１）と、羽根車と、を有するファンが、開示されている。電気モーターの振動状態を評価する方法が、開示されている。前記電気モーターは、本発明による電気モーター（１）によって形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（２）と、前記ステータ（２）に対して回転可能に取り付けられているローターと、モーター電子機器と、を有し、前記モーター電子機器が、電子機器ハウジング（７）内に配置され、回路基板（１０）に取り付けられている電気モーター（１）であって、
振動センサ（１３）が、前記回路基板（１０）に配置されて前記電気モーター（１）の振動の加速度および／または速度を少なくとも１方向で測定するように構成され、
前記回路基板（１０）が、連結要素を用いて前記電気モーター（１）の他の構成要素に振動を伝達するように連結され、
前記電気モーター（１）の振動の少なくとも一部が、前記振動センサ（１３）に伝達される、電気モーター（１）。
【請求項２】
前記電子機器ハウジング（７）が、底部（８）と側壁（９）とを有している、請求項１に記載された電気モーター（１）。
【請求項３】
前記振動センサ（１３）が、前記回路基板（１０）内の前記電子機器ハウジング（７）の底部（８）に面している側に配置されている、請求項２に記載された電気モーター（１）。
【請求項４】
前記電子機器ハウジング（７）の底部（８）が、前記振動センサ（１３）の領域内で突起（１９）を有し、
前記振動センサ（１３）と前記電子機器ハウジング（７）との間の距離が、短くなっている、請求項２または請求項３に記載された電気モーター（１）。
【請求項５】
前記連結要素が、プラスチック製である、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項６】
前記連結要素が、前記電子機器ハウジング（７）と前記回路基板（１０）との間の領域の少なくとも一部に存在するポッティングコンパウンド（１４、１５、２２、２３）を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項７】
前記ポッティングコンパウンドが、仕切り壁（２０）によって第１のポッティングコンパウンド（２２）と第２のポッティングコンパウンド（２３）とに分割され、
前記第２のポッティングコンパウンド（２３）が、前記第１のポッティングコンパウンド（２２）よりも弾性が低く、
前記振動センサ（１３）が、前記第２のポッティングコンパウンド（２３）に配置されている、請求項６に記載された電気モーター（１）。
【請求項８】
前記連結要素が、接着パッド（２１）または接着剤を含む、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項９】
前記連結要素が、前記電気モーター（１）に取り付けられているプラスチック製のオーバーモールド（２５）を含み、
前記振動センサ（１３）が、前記プラスチック製のオーバーモールド（２５）と直接接触している、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項１０】
前記連結要素が、固定具を含み、
前記固定具が、ねじ（１６）、リベット、クランプ、ダウエルピン、または、溝付き釘で形成され、
前記固定具が、前記振動センサ（１３）の近傍に配置されている、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項１１】
前記電子機器ハウジング（７）が、前記電気モーター（１）のステータブッシング（６）上に形成されている、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項１２】
前記電気モーター（１）が、ＥＣモーター（電子整流モーター）によって形成されている、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項１３】
前記電子機器ハウジング（７）が、底部（８）および側壁（９）を有し、
前記底部（８）および／または前記側壁（９）が、プラスチック（１８）でコーティングされているか、または、覆われている、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載された電気モーター（１）と、羽根車とを有し、
前記羽根車が、前記電気モーター（１）のローターに接続されている、ファン。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載された電気モーター（１）の振動状態を評価する方法であって、
前記振動センサ（１３）が測定信号を生成するステップであって、前記振動センサ（１３）が、前記電気モーター（１）の振動の加速度および／または速度を少なくとも１方向で測定するように構成されている、測定信号を生成するステップと、
前記電気モーター（１）の振動のパラメータを判断するために、前記測定信号の振幅および／または位相および／または周波数を判断するステップと、
前記判断されたパラメータを対応する基準パラメータと比較するステップと、
前記判断されたパラメータと前記対応する基準パラメータとの比較の結果に基づいて前記電気モーター（１）の振動状態を判断するステップと、を含む方法。
【請求項１６】
前記判断された振動状態に基づいて、警告メッセージが生成され、かつ／または、前記電気モーター（１）の保護のための措置が開始される、請求項１５に記載された方法。
【請求項１７】
前記判断されたパラメータと前記対応する基準パラメータとの前記比較の前に、前記パラメータが、事前定義された限界値を超えているかどうかを確認する、請求項１５または請求項１６に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータと、このステータに対して回転可能に取り付けられたローターと、モーター電子機器と、を有する電気モーターに関する。
モーター電子機器は、電子機器ハウジング内に配置され、回路基板に取り付けられている。
また、本発明は、そのような電気モーターを有するファンに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、電気モーターの振動状態を評価するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気モーターは、動作中に、さまざまな種類の振動にさらされる。
これらの振動は、電気モーター自体によって引き起こされたり、駆動負荷によって引き起こされたり、電気モーターが設置されている環境によって引き起こされたりする場合がある。
たとえば、電気モーターがファンの構成要素である場合、羽根車が安定性を欠いていることや失速することよって、振動が発生する場合がある。
さらに、例えば、脈動しているＤＣリンク電圧から生じる可能性がある、不均一な駆動トルクによって、振動がさらに強められる可能性がある。
ファンが工業的な環境に設置されている場合、環境から生じる振動が、電気モーターに伝達する可能性もある。
ファンが共振する回転速度でファンが動作している場合も、振動がさらに大きくなる場合がある。
【０００４】
通常、顧客に納品する前、または、電子機器ハウジングに設置する前に、電気モーターまたはファンは、非対称な重量配分やその他の振動発生環境を減らすことにより、動的なバランスを確保する。
ただし、電子機器ハウジングへの設置、顧客への輸送、客先への設置、または、客先で、損傷がすでに発生している場合があり、そういった損傷は、バランス性能に影響を与える場合がある。
農業や腐食の激しい環境などの、汚れが付着する環境でファンを動作させる場合、付着物や腐食などが重量配分に影響する可能性があり、ファンの耐用年数にわたってバランス性能も影響を受ける。
【０００５】
バランスの不均衡は、振動の増加につながり、電気モーターの部品に大きな負荷がかかる。
たとえば、モーターベアリングは、振動下にある場合、振動の少ないシステムで用いられる場合よりも、非常に大きな応力にさらされる。
高レベルの振動は、電気モーターおよび／またはその部品の耐用年数を大幅に短縮させる可能性がある。
したがって、電気モーターがさられさている振動を測定することは、価値のあることである。
【０００６】
特許文献１には、モーターベアリングを監視する機能を有する電気モーターが、開示されている。
上記の目的のために、金属製の音響要素を用いて、ローターから離れる方向を向いているステータフランジの面に、振動センサが取り付けられている。
この振動センサは、電気モーターから発生する振動を測定する。
このようにすると、電気モーターのモーターベアリングに問題が発生したかどうかを、認識可能である。
ステータフランジに振動センサを取り付けることで、電気モーターの振動が、効率的にかつ信頼性高く測定可能である。
しかし、ステータフランジへの振動センサの取り付けは、複雑であり高コストである。
さらに、電気モーターへの強い衝撃が、振動センサに損傷を与える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第２９７２４３１号（Ｂ１）明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、信頼性の高い電気モーターの振動測定、および／または、信頼性の高い電気モーターの振動状態の判断を、低コストで実施可能な、電気モーター、ファン、および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、前述の目的は、請求項１に記載された特徴によって達成される。
したがって、前述の目的を達成する電気モーターは、少なくとも１つの振動センサが、前記回路基板に配置され、前記電気モーターの振動の加速度および／または速度を少なくとも１方向で測定するように構成され、前記回路基板が、連結要素を用いて前記電気モーターの他の構成要素に振動を伝達するように連結され、前記電気モーターの振動の少なくとも一部が、前記振動センサに伝達される、電気モーターである。
【００１０】
ファンに関して、前述の目的は、請求項１４に記載された特徴によって達成される。
したがって、前述の目的を達成するファンは、本発明による電気モーターと羽根車とを有し、前記羽根車が、前記電気モーターのローターに接続されている、ファンである。
【００１１】
方法に関して、前述の目的は、請求項１５に記載された特徴によって達成される。
したがって、前述の目的を達成する方法は、
振動センサが測定信号を生成するステップであって、前記振動センサが、前記電気モーターの振動の加速度および／または速度を少なくとも１方向で測定するよう構成されている、測定信号を生成するステップと、
前記電気モーターの前記振動のパラメータを判断するために、前記測定信号の振幅および／または位相および／または周波数を判断するステップと、
前記判断されたパラメータを、対応する基準パラメータと比較するステップと、
前記判断されたパラメータと前記対応する基準パラメータとの前記比較の結果に基づいて、前記電気モーターの振動状態を判断するステップと、を含む方法である。
【００１２】
本発明によれば、電気モーターのステータブッシングに振動センサを直接取り付けなくてよい。
電気モーターの電子機器ハウジングに配置されている回路基板に振動センサを配置することによって、電気モーターの振動挙動に関する情報を取得可能であり、この振動センサは、少なくとも１方向の振動の加速度および／または速度を測定する。
電気モーターの振動は、回路基板に充分に伝達し、その結果、電気モーターの振動が、回路基板に配置されている振動センサによって測定可能であることが、認識される。
ただし、振動の個々の周波数やスペクトルの範囲が、回路基板またはその固定具によって減衰または除外される可能性がある。
しかし、振動センサに到達する振動から、電気モーターの振動挙動に関する情報を得るための充分な情報を、取得することができる。
したがって、本発明によれば、電気モーターの振動を直接測定するのではなく、モーター電子機器の回路基板に伝達される振動を測定する。
モーター電子機器は、電気モーターの生産工程で組み込まれるため、モーター電子機器の回路基板に振動センサが配置されている場合、電気モーターの組み立てに生産工程を追加することなく生産可能であるので、振動センサは、生産コストに実質的に影響を与えない。
【００１３】
本発明によると、振動センサと電気モーターの他の構成要素との間の連結挙動が固定されるように、連結要素を使用して、回路基板および／または振動センサを、電気モーターの他の構成要素に対して、振動が伝達するように連結する。
電気モーターの振動と振動センサが収集した測定値との関係が、たとえば、校正測定からわかっている場合、測定値から電気モーターの振動挙動に関する結論を、導出可能である。
【００１４】
連結要素は、「電気モーターの他の構成要素」との間での振動の伝達を改善するためのものであり、この「電気モーターの他の構成要素」は、電気モーターの多種多様な構成要素で形成可能である。
単なる一例であり、これらに限定されないが、「電気モーターの他の構成要素」は、ステータブッシング、モーターハウジング、ベアリング管、ステータコイルパッケージ、電気モーターの固定具、または、電子機器ハウジングで形成されていてもよい。
【００１５】
振動センサが配置されている回路基板上のモーター電子機器は、さまざまな機能を果たしてもよい。
モーター電子機器は、接続導体とはんだ付けパッドとを有する回路基板で形成されていてもよい。
このような回路基板は、例えば、ステータの個々のコイルを互いに接続するために使用可能である。
また、モーター電子機器は、電気的な構成要素および／または電子的な構成要素を備えていてもよい。
この場合のモーター電子機器は、例えば、回転速度用のセンサ信号を電気モーターの外部制御装置に提供する、単純なセンサを備えていてもよい。
モーター電子機器は、制御タスクを引き受けたり、電源セクションを構成したりしていてもよい。
しかし、モーター電子機器が、ステータの巻線および／またはローターの巻線に供給信号を提供することが、特に非常に好ましい。
この目的のために、モーター電子機器は、供給電圧（例えば、ＤＣ電圧または三相システム）を入力する、供給電圧入力を有していてもよい。
そして、モーター電子機器が、入力された供給電圧から、電気モーターのローターに回転運動を実行させる供給信号のシステムを生成する。
【００１６】
回路基板は、多種多様な材料で構成可能である。
回路基板は、剛性のある複合材料から作られ、その上に導体トラックが搭載される。
多くの場合、このような回路基板は、繊維強化プラスチック製である。
回路基板は、複数階層、例えば、上面と下面、および、オプションで、上面と下面の間の１つ以上の中間層に、追加で導体トラックを有していてもよい。
このような回路基板は、実用上よく知られている。
【００１７】
振動センサは、さまざまな態様で形成されていてもよい。
重要なことは、振動センサは、測定された振動の加速度および／または速度の値を提供可能なことである。
ここで、振動センサは、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）加速度センサ、圧電加速度センサ、マイクロフォン（例えば、ＭＥＭＳマイクロフォン）またはひずみゲージによって形成されていてもよい。
この目的に適したセンサは、実用上よく知られている。
【００１８】
すでに述べたように、振動センサは、電気モーターの振動の加速度および／または速度を少なくとも１方向で測定するように構成されている。
１方向のみで測定が充分である場合もある。
これは、例えば、電気モーターが、１方向に特に強い振動を示す傾向がある一方で、他の方向に振動する傾向が比較的少ない場合に、当てはまる場合がある。
しかし、振動は、複数の（好ましくは、３つの）方向で測定され、個々の方向は、互いに平行ではないことが好ましい。
電気モーターが通常振動する振動モードによって、振動を測定する方向を選択してもよい。
好ましい構成では、振動を測定する方向を、互いに垂直になるように形成し、前述の３つの方向が、例えば、古典的なデカルト座標系を形成していることが好ましい。
この場合、例えば、第１の方向が、電気モーターの軸に平行であると、他の方向の内の１つの方向は、電気モーターの基準面に平行に配置されている。
【００１９】
複数の方向の振動を測定する場合、複数の所望の方向を測定するように構成されている、単一の振動センサを使用してもよい。
また、例えば、３つの相互に垂直な方向の振動を測定可能なように、複数の振動センサを配置することが、実用上知られている。
ただし、振動センサを、振動センサシステムとして形成し、振動センサシステムの各振動センサが、複数の方向のうちの１つの方向を測定してもよい。
この構成は、振動を測定する方向が互いに垂直でない場合に、有用である。
このような振動センサシステムを用いることで、任意な軸の組み合わせを選ぶことが可能にある。
振動センサシステムの個々の振動センサが、回路基板上で互いに近接して配置されている場合、複数の振動センサを用いて得られる振動センサシステムの測定値は、個々の振動センサの測定値との間にわずかな差異がある。
【００２０】
電子機器ハウジングは、電気モーターのさまざまな場所に配置可能である。
電子機器ハウジングが、電気モーターの他の構成要素に振動を伝達するように連結されている。
これは、電子機器ハウジングが電気モーターに組み込まれているか、又は、モーターハウジングの外部に取り付けられているという、簡単な態様で実現可能である。
後者のケースでは、例えば、電子機器ハウジングは、モーターハウジングに取り付けられている、独立した閉じた電子機器ポットの態様で、実施可能である。
電子機器ハウジングは、電気モーターのステータブッシング上に配置されている。
すなわち、モーター電子機器は、シャフト軸の近傍に配置され、回路基板は、通常、シャフト軸に垂直に配置されている。
【００２１】
さらに、電気モーターの完成後に電子機器ハウジング内のモーター電子機器にアクセス可能であるかどうかは、基本的には無関係である。
現在の電気モーターのモーター電子機器は、ポッティングコンパウンドで覆われていることが多いため、通常、モーター電子機器に直接アクセスすることはできない。
これは、電子機器ハウジングがオーバーモールドによって完全にカプセル化されているため、実用上、オーバーモールドを破壊せずに、電子機器ハウジングとモーター電子機器とにアクセスすることができない、ということである。
このような電子機器ハウジングであっても、振動センサと電気モーターの他の構成要素との間に振動を伝達する連結がある限り、本発明の要件を満たすことができる。
【００２２】
電子機器ハウジングは、さまざまな形状をとることができる。
電子機器ハウジングは、底部および側壁を有する。
このように構成された電子機器ハウジングでは、回路基板は、電子機器ハウジングの底部と実質的に平行に配置されている。
最も単純な電子機器ハウジングは、円形の基部を有するカップ型である。
ただし、基部は、他の形状であってもよい。
正方形、長方形、六角形、八角形などの正多角形を、変則的に使用してもよい。
同様に、側壁は、必ずしも底部に対して垂直である必要はない。
このような電子機器ハウジングは、通常、電子機器ハウジングの解放空間を閉じるカバーによって閉じられる。
この場合、カバーを、例えば、底部と平行に配置してもよい。
【００２３】
一構成では、振動センサは、電子機器ハウジングの底部から離れる方向を向いている回路基板の側に、つまり、回路基板の上側に配置されている。
このような構成は、電気モーターの振動応力が強い場合に、電子機器ハウジングと振動センサとの間に比較的大きな隙間が形成されている、という利点がある。
【００２４】
別の構成では、振動センサは、電子機器ハウジングの底部に面している回路基板の側に、つまり、回路基板の下側に配置されている。
このような構成では、底部と振動センサとの間の対応する連結部も共に振動するため、振動が容易にかつ効率的に振動センサに伝達し、正確な測定が可能であるという利点がある。
【００２５】
原則として、振動センサシステムでは、複数の振動センサのうちの一部を上部に配置し、複数の振動センサのうちの一部を回路基板の下部に配置される。
【００２６】
振動センサが回路基板の上部および／または下部に配置されているかどうかに関係なく、電子機器ハウジングの底部は、振動センサの領域内で突起を有していてもよく、その結果、振動センサと電子機器ハウジングとの間の距離が短くなっていてもよい。
ここで、突起は、その上面が平面に形成されている。
この場合、「振動センサの領域内で突起を有している」とは、回路基板を上方から見たときに、振動センサと電子機器ハウジングの底部の突起とが、有意に重なっていることを意味する。
突起は、振動センサがカバーしている面全体を、必ずしも覆っている必要はない。
ただし、歪みが生じても大丈夫なように、突起が、振動センサと同じ大きさであるか、複数の振動センサの場合は、複数の振動センサがカバーしている領域と少なくとも同じ大きさであると、有用である。
【００２７】
さまざまな用途で発生する波形がわかっていると、回路基板上の振動センサの配置を決定する際に、有利な場合がある。
したがって、複数の振動および複数の振動モードを区別可能な明確な画像を、生成された測定信号から取得可能なように、振動センサの配置と測定方向の方向付けとが、なされてもよい。
【００２８】
原則として、連結要素は、多種多様な材料から形成可能である。
振動が、連結要素によって空気よりも良く伝達されることが重要であり、このようにすることで、振動センサと電気モーターの他の構成要素との間の連結が改善可能となる。
ただし、振動センサと電気モーターの他の構成要素との間を、直接的に金属で連結しないことをお勧めする。
これは、金属が振動を非常によく伝導する一方で、強い振動の場合に、実質的には存在しない減衰が生じるためである。
したがって、連結要素は、センサの電気絶縁をさらに改善または確立する、プラスチックから形成されている。
【００２９】
連結要素には、電子機器ハウジングと回路基板との間の隙間の少なくとも一部に存在する、ポッティングコンパウンド（Ｖｅｒｇｕｓｓｍａｓｓｅ）が含まれる。
電子機器ハウジングが底部および側壁を有する場合、このような隙間が、例えば、底部と回路基板との間に形成されていてもよい。
このようなポッティングコンパウンドは、モーター電子機器に広く普及し、通常は、プラスチックをベースにしている。
例えば、それらのポッティングコンパウンドは、電子機器ハウジングへの熱の放散を補助し、電子機器ハウジング内のモーター電子機器を安定させる。
【００３０】
この構成の変形例として、第１のポッティングコンパウンドと第２のポッティングコンパウンドとにポッティングコンパウンドを分割する、仕切り壁を設けてもよい。
この場合、この仕切り壁も非導電性材料（好ましくは、プラスチック）でできていると、有用である。
この変形例では、第２のポッティングコンパウンドは、第１のポッティングコンパウンドよりも弾性が低い。
すなわち、第２のポッティングコンパウンドは、第１のポッティングコンパウンドよりも「硬い」。
さらに、第２のポッティングコンパウンドは、振動センサに配置されている。
第１のポッティングコンパウンドおよび第２のポッティングコンパウンドをこのように分割することで、振動センサの領域では、振動センサへの良好な振動伝達を可能にするポッティングコンパウンドが用いられ、別の領域では、例えば、良好な熱放散を可能にするポッティングコンパウンドが用いられる。
【００３１】
連結要素は、振動センサと電子機器ハウジングの一部との間に挿入される、接着パッドまたは接着剤を含む。
このようにすると、回路基板を電子機器ハウジングに挿入するときに、振動センサを簡単に取り付けることができる一方で、振動センサを、電気モーターの他の構成要素に比較的しっかりと連結することができる。
接着剤は、例えば、エポキシをベースとする硬化接着剤として構成可能である。
接着パッドおよび接着剤は、電気絶縁特性を有する（すなわち、導電率が低い）と好ましい。
【００３２】
連結要素は、電気モーターの少なくとも一部に取り付けられているプラスチック製のオーバーモールドを含む。
電気モーターの場合、電気モーターの構成要素が、射出成形工程中にオーバーモールドされ、プラスチックに接続される。
ここで、熱可塑性または熱硬化性材料がよく用いられる。
このようにすると、例えば、ステータの巻状の積層スタックの一部と電子機器ハウジングの一部とを、オーバーモールドによって接続可能である。
この場合、ベアリングシートを、絶縁パッケージの一部としたり、オーバーモールドの一部としたりすることも可能である。
このような場合に、オーバーモールドは、本発明の範囲での連結要素を形成することができる。
例えば、接着パッドの形態のさらなる連結要素が、振動センサとオーバーモールドとの間に取り付けられていてもよい。
しかし、プラスチック製のオーバーモールドは、振動センサと直接接触していることが好ましい。
【００３３】
連結要素は、回路基板を電気モーターの別の部分に機械的および／または電気的に接続する（機械的）固定具を備えている。
この場合、固定具は、機械的接続と振動を伝達する連結とを、さまざまな方法で形成していてもよい。
取り外し可能な固定具だけでなく、取り外し不可能な固定具を使用してもよい。
単なる例であり、これらに限定されないが、ねじ、リベット、クランプ、ピン、ダウエルピン、溝付き釘などが使用される。
使用する固定具によって、連結の種類が異なる。
この場合、固定具を、例えば、ねじとして構成する場合、回路基板の穴にねじを通過させ、電子機器ハウジングのねじ穴にねじ込んでもよい。
振動センサと電気モーターの他の構成要素との間の振動連結を改善するために、固定具が振動センサの近くに配置されている。
これは、回路基板を基準とすると、固定具と振動センサとの間の距離が、回路基板の寸法に対して、大幅に短いことを意味する。
この距離は、最大でも回路基板の寸法の２０％であると好ましく、最大でも１０％であると、特に好ましい。
同時に、固定具と振動センサとの間の距離は、特定の値を下回らないようにすることをお勧めする。
この距離は、回路基板の寸法の少なくとも５％であると好ましい。
【００３４】
少なくとも１つの連結要素の上述の構成は、比較的任意に組み合わせてもよい。
上述の連結要素の個々のものの組み合わせの例が、以下の実施形態において、より詳細に複数説明される。
当業者は、連結要素の様々な構成が、他の方法でも組み合わせ可能であることと、どのように組み合わせ可能であるかを、認識するであろう。
【００３５】
さらなる態様では、電子機器ハウジングは、完全にまたは部分的に、プラスチックでコーティングされていてもよく、または、プラスチックライニングを電子機器ハウジングに配置していてもよい。
これにより、モーター電子機器と電子機器ハウジングとの間の絶縁が改善可能となる。
底部および側壁を有する電子機器ハウジングの場合、底部および／または側壁を、例えば、プラスチックでコーティングまたは被覆してもよい。
底部の一部または側壁の一部のみをプラスチックでコーティングしているか、または、プラスチックライニングで覆っている。
【００３６】
原則として、電気モーターは、さまざまな態様で構成可能である。
重要なのは、振動センサを取り付け可能なモーター電子機器が存在していることのみである。
電気モーターは、ＥＣモーター（電子整流モーター）によって形成され、その中で、モーター電子機器が供給信号のシステムを生成し、供給信号のシステムが、電気モーター内に回転場を生成可能であることで、ローターを回転させる。
ここで、ＥＣモーターは、内部または外部ローター設計で構築可能である。
【００３７】
本発明による方法は、電気モーターの振動状態を評価するために使用可能である。
この場合の電気モーターは、本発明による電気モーターによって形成されていてもよい。
本発明による方法では、第１のステップにおいて、振動センサが、測定信号を生成する。
この測定信号は、少なくとも１方向の電気モーターの振動の速度および／または加速度を表している。
この場合、測定信号は、経過時間と周波数スペクトルの周波数成分とを含んでいることが好ましい。
【００３８】
この測定信号は、電気モーターの振動の少なくとも１つのパラメータを判断するために、測定信号の振幅および／または位相および／または周波数を判断する、さらなるステップで分析される。
測定信号の振幅は、測定信号の値の大きさを示している。
最も単純なケースでは、振幅は、測定期間内における、測定信号の最大量である。
ただし、振幅は、測定期間内における、測定信号の平均値と見なす。
測定信号の周波数は、測定信号のスペクトルの成分を指す。
ここで、「測定信号の周波数」は、単一の専用周波数、複数の専用周波数、または１つ以上の周波数範囲を指していてもよい。
測定信号の位相は、測定信号の複数のサブ領域の間の時間的関係を指す。
ここで、測定信号の位相は、たとえば、測定信号の動的な部分と静的な部分との間の関係性と関連付けることができる。
ただし、複数の方向の振動を測定する場合、位相は、個々の方向の測定信号間の時間的関係を指している。
測定信号の振幅、位相、および／または周波数から、電気モーターがどの程度強く、どのような形態で振動するかを推測可能である。
このようにすると、電気モーターの振動の少なくとも１つのパラメータを判断することができる。
【００３９】
次のステップでは、この方法で判断された少なくとも１つのパラメータを、対応する基準パラメータと比較する。
これは、例えば、測定された量の振幅を、基準振幅、例えば、最大許容振幅と比較することを意味する。
ここでは、複数のパラメータを、それぞれ対応する複数の基準パラメータと比較することもできる。
複数のパラメータを用いることにより、単一のパラメータの場合よりも、電気モーターの振動状態のより包括的な画像を判断可能である。
【００４０】
判断されたパラメータを、対応する基準パラメータと比較した結果から、次のステップで、電気モーターの振動状態を判断する。
ここで、（たとえば、校正測定からの）電気モーターの振動挙動に関する知識、または構造的に同一または非常に類似している電気モーターに関する知識を使用してもよい。
【００４１】
本発明による方法のさらなる態様では、判断された振動状態に基づいて、警告メッセージが生成され、かつ／または、電気モーターの保護のための措置が開始される。
原則として、特定の振動挙動に対処する様々な対応が、考えられる。
最大許容振動値に到達しているか、又は超えていることを示す警告メッセージが、生成されてもよい。
ただし、警告メッセージは、電気モーターに大きな負荷をかける好ましくない振動モードが存在していることを通知してもよい。
警告メッセージの出力方法は、それぞれの用途環境によって異なる。
特に、インダストリー４．０環境では、対応する警告メッセージは、ネットワークを介して送信される。
この警告メッセージは、保守要員や運用要員などが受信し、適切な対策を講じることができる。
警告メッセージは、単純な発光ダイオードによって出力されてもよい。
たとえば、通常の動作では緑色で、好ましくない振動モードでは、赤色になる。
ここでは、例えば、発光ダイオードの第１の振動限界値を超えると、発光ダイオードはオレンジ色に点灯する。
特に、汚れが付着する環境の場合、警告メッセージを使用して清掃やメンテナンス作業を開始してもよい。
【００４２】
さらに、電気モーターの保護のための措置が、判断された振動モードに基づいて開始されてもよい。
これらの措置には、例えば、電気モーターの回転速度の変更が、含まれていてもよい。
ほとんどの場合、回転速度を下げると、振動を減らすことに役立つ。
このようにすると、電気モーターをより振動の少ない動作状態にすることができる。
別の措置として、例えば、駆動トルクの変動を補うことによって、静かな動作モードに切り替える制御が、含まれてもよい。
【００４３】
少なくとも１つのパラメータと（それぞれの）対応する基準パラメータとの比較の前に、少なくとも１つのパラメータが、事前定義された限界値を超えているかどうかを確認してもよい。
例えば、閾値を定義し、測定信号の振幅がこの閾値を超えなければ、次のステップが実行されないという閾値を、定義してもよい。
測定信号がこの閾値に達しない場合は、振動状態を比較および判断するステップをスキップして、計算リソースを節約してもよい。
【００４４】
本発明による電気モーター、本発明によるファン、および、本発明による方法を用いて実施可能な機能および開発態様を、以下に要約する。
【００４５】
１）（たとえば、臨界値に達したときに、回転速度を調整したり、電源を切ったりすることによって、）電子部品を保護するために、モーター電子機器の振動値を収集する。
振動センサは、電子機器に直接取り付けられているため、モーター電子機器に付加される振動を直接測定可能であり、電子機器への損傷の可能性を見積もることができる。
これは、別の（外部）電源または制御電子機器／周波数変換器を使用して実行することもできる。
【００４６】
２）モーター、ファン、または電子機器を客先での装置（熱交換器、換気ダクト、ヒートポンプ、エアハンドリングハウジングなど）と連結することによって、システム全体の振動値を収集する。
目標回転速度とは若干異なる、振動を低減する回転速度を設定することにより、システム全体の共振を減衰してもよい。
【００４７】
３）客先での起動時のファンの振動値を、ファンの（納品前の）最終試験時に保存された基準曲線と比較することによって、輸送中の損傷を検出する。
限界値を超過している場合、警告メッセージを出力する。
【００４８】
４）起動後に、（数週間や数か月などの長期間にわたる）汚れや腐食によってバランスの不均衡が徐々に増加していないかを測定する。
ファンに必要な清掃や、清掃間隔またはメンテナンス間隔の判断に関する警告メッセージまたは表示を、出力してもよい。
【００４９】
５）振動の振幅および／または周波数、振動モード、回転速度、設置位置、回転質量、および／または動作時間（負荷プロファイル）に基づいて、ステータブッシングのベアリングシートの摩耗状態を計算／評価する。
【００５０】
６）重大な動作状態から脱するために、警告メッセージの出力や回転速度の調整を行うと共に、ファンの失速を知らせる。
通常、ファンが失速領域で動作すると、ノイズが増加し、ファン近傍で空気の流れが脈動し、通常動作よりも振動レベルが高くなる。
ファンが失速領域で動作すると、ブレードは、固有振動数で振動し始める。
この状態が長期間続くと、ブレードが、疲労破壊を起こす可能性がある。
【００５１】
７）システム全体の共振および／または共振に関連する振動モードを知らせる。
振動センサの配置や方向付けと共に、センサ信号の振幅と位相との情報を利用して、特定の振動モードを認識してもよい。
これは、動作中にモーダル解析を実行してもよいことを意味し、モーダル解析によって、電気モーターの回転速度／負荷状態を重大な振動イベントと関連付けることができる。
これらの状態での動作やそれに近い動作をすることで、耐用年数が短くなる。
警告メッセージの出力や、（振動を臨界回転速度以下の範囲で動的に減衰させたりするなどの）動的な措置を、続いて行ってもよい。
【００５２】
８）電気モーター、ファン、または電子機器を、電気モーター、ファンが停止している時に、客先での装置（熱交換器、換気ダクト、ヒートポンプ、エアハンドリングハウジングなど）と連結することにって、顧客環境の振動値を収集する。
電気モーターが停止している時に、電気モーター、ファンに影響を与える干渉振動を顧客環境から収集して、保存してもよい。
この測定は、電気モーターを一定の時間間隔で停止させて行ってもよく、特に、設置状況の評価や損傷の診断に使用してもよい。
ファンが始動する前であっても、振動値が非常に高い場合、警告メッセージを出力してもよい。
【００５３】
現在、有利な方法で本発明は、様々な可能性がある。
この目的のために、独立請求項に従属している請求項と本発明の実施形態の説明を参照されたい。
図面を参照して本発明の実施形態で、一般的に好ましい構成も説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による電気モーターの第１実施形態の断面を示し、ねじおよびポッティングコンパウンドが連結要素として使用されている。
【図２】第１実施形態と同様に、本発明による電気モーターの第２実施形態の断面を示し、さらに、電子機器ハウジングの底部および側壁が、プラスチックでコーティングされている。
【図３】本発明による電気モーターの第３実施形態の断面を示し、電子機器ハウジングの底部が、振動センサの領域に突起を有している。
【図４】本発明による電気モーターの第４実施形態の断面を示し、電子機器ハウジングの底部および側壁の一部が、プラスチックで覆われ、電子機器ハウジングの底部と回路基板との間の一部の領域のみで、ポッティングコンパウンドが、連結要素として使用されている。
【図５】本発明による電気モーターの第５の実施形態の断面を示し、ねじ、ポッティングコンパウンド、および、接着パッドが、連結要素として使用されている。
【図６】本発明による電気モーターの第６実施形態の断面を示し、ポッティングコンパウンドが、仕切り壁によって第１のポッティングコンパウンドおよび第２のポッティングコンパウンドに分割されている。
【図７】本発明による電気モーターの第７実施形態の断面を示し、ねじおよびプラスチック製のオーバーモールドが、連結要素として使用されている。
【図８】本発明による電気モーターの第８実施形態の断面を示し、プラスチック製のオーバーモールドが、連結要素として使用されている。
【図９】複数の方向での振動センサの測定における、様々な回転速度での振動値のプロファイルを、例示的に表す図を示す。
【図１０】本発明による方法の実施形態の、フロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図示される本発明による電気モーターの実施形態は、すべて、外部ローター設計で構築されている。
これは、ステータがモーター軸に配置され、ローターがステータの周りに配置されていることを意味する。
電気モーターのローターは、各図において図示されていない。
このことは、電気モーターにローターがないことを意味するものではない。
【００５６】
図１から図６は、本発明による電気モーター１のステータ２を通る断面を示している。
モーター軸３には、ベアリング管４が形成され、その長手方向端部に、ベアリング受け領域５が形成されている。
ベアリング受け領域５は、不図示のベアリングを収容するものであり、このベアリングによって、不図示の電気モーター１のシャフトが、回転可能に取り付けられている。
ステータブッシング６は、アルミニウム部品から形成され、その一端に、ベアリング管４が形成され、他端に、モーター電子機器を収容するための電子機器ハウジング７が形成されている。
電子機器ハウジング７は、底部８および側壁９を有している。
モーター電子機器は、供給信号を生成し、供給信号をステータおよび／またはローターの巻線に出力する。
図１から図６は、モーター電子機器の回路基板１０のみを示している。
以下では、回路基板１０の底部８に面している側を下側１１と呼び、回路基板１０の底部８から離れる方を向いている側を上側１２と呼ぶ。
図１から図６に示される本発明による電気モーター１の実施形態は、例示的なものであり、回路基板１０に配置されている振動センサ１３と連結要素との配置は、場合によって様々である。
【００５７】
図１の実施形態では、振動センサ１３が、回路基板１０の上側１２に配置されている。
回路基板１０は、ポッティングコンパウンド１４、１５に埋め込まれており、ポッティングコンパウンド１４、１５は、回路基板１０の端部領域で接続されている。
この場合、底部８と回路基板１０の下側１１との間で囲まれているポッティングコンパウンド１４の一部が、本発明における連結要素として機能し、振動を伝達する。
この振動は、ステータブッシング６から、電子機器ハウジング７の底部８を通って、回路基板１０、したがって、振動センサ１３へと伝達される。
ねじ１６が、電子機器ハウジング７の穴部１７にねじ込まれている、追加の連結要素として提供されている。
図示の実施形態では、ねじが、振動センサ１３の近傍に配置され、振動が、ねじ１６を介してステータブッシング６から回路基板１０に、したがって、振動センサ１３に確実に伝達する。
【００５８】
図２の実施形態は、図１の実施形態と非常に類似している。
プラスチックコーティング１８が、電子機器ハウジング７の底部８および側壁９の一部に取り付けられている。
このプラスチックコーティング１８によって、さらなる電気絶縁がなされているが、電気モーター１の振動（この場合、電子機器ハウジング７の底部８からポッティングコンパウンド１４への振動）も伝達する。
したがって、このプラスチックコーティング１８も、本発明の範囲での連結要素を形成可能である。
【００５９】
図３の実施形態では、振動センサ１３が、回路基板１０の下側１１に配置されている。
この実施形態では、ポッティングコンパウンド１４、１５、ねじ１６およびプラスチックコーティング１８が、連結要素として使用されている。
電子機器ハウジング７の底部８との間の距離を短くするために、突起１９が、振動センサ１３の領域に形成されている。
突起１９は、振動センサ１３の範囲よりわずかに広く、上部が平面である。
突起１９と振動センサ１３との間には、ポッティングコンパウンド１４とプラスチックコーティング１８とが、存在している。
【００６０】
図４の実施形態では、仕切り壁２０が形成され、図示の実施形態では、プラスチックライニング２８と一体で形成されている。
プラスチックライニング２８は、図２または図３のプラスチックコーティング１８と同様に、底部８と側壁９の一部を覆っている。
仕切り壁２０は、ポッティングコンパウンド１４が連結要素として配置される領域を分割している。
回路基板１０と底部８との間の他の領域、および回路基板１０の上側の領域には、ポッティングコンパウンドが存在しない。
追加の連結要素として、振動センサ１３の近傍に、ねじ１６が配置されている。
この実施形態では、ねじ１６は、モーター軸３と振動センサ１３との間に配置されている。
【００６１】
図５の実施形態では、連結要素として、ポッティングコンパウンド１４、１５およびねじ１６が含まれている。
さらに、突起１９が底部８に形成され、この突起１９によって、底部８と振動センサ１３との間の距離が短くなっている。
さらに、接着パッド２１が、振動センサ１３と突起１９との間の領域に追加の連結要素として存在し、振動センサ１３や回路基板１０と電気モーター１の他の構成要素との間で振動を伝達するように連結している。
【００６２】
図６においても、仕切り壁２０が提供され、この場合、ポッティングコンパウンドを、底部８と回路基板１０との間で、第１のポッティングコンパウンド２２と第２のポッティングコンパウンド２３とに分割している。
この場合、第２のポッティングコンパウンド２３は、第１のポッティングコンパウンド２２よりも弾性が低い。
すなわち、第２のポッティングコンパウンド２３は、第１のポッティングコンパウンド２２よりも「硬い」。
このようにすると、第２のポッティングコンパウンド２３によって、振動センサ１３と電気モーター１の他の構成要素との間に、より良い連結が確立される。
すなわち、より高い周波数の伝達が可能になる。
【００６３】
図７は、本発明による電気モーター１の別の実施形態を示している。
この場合、電子機器ハウジング７は、底部８および側壁９を有するアルミニウム部品２４によって形成されている。
底部８には、射出成形工程中にプラスチック製のオーバーモールド２５が貫通可能な（不図示の）穴が形成されている。
このプラスチック製のオーバーモールド２５は、ステータ２を電子機器ハウジング７に接続し、ＢＭＣ（バルク成形化合物）として構成されている。
プラスチック製のオーバーモールド２５は、振動センサ１３と直接接触し、本発明の範囲での連結要素として機能する。
さらに、アルミニウム構成要素２４のねじ穴にねじ込まれているねじ１６が、さらなる連結要素として存在している。
【００６４】
比較的類似している構成が、図８に示されている。
この場合、電子機器ハウジング７は、アルミニウム部品を有さないが、電子機器ハウジング７は、プラスチック製のオーバーモールド２５によって形成されている。
ここでも、プラスチック製のオーバーモールド２５は、本発明での連結要素を形成し、振動センサ１３は、プラスチック製のオーバーモールド２５と直接接触している。
さらに、電子機器ハウジング７の開放側を閉じているカバー２６が、示されている。
このカバー２６は、ねじ２７によってプラスチック製のオーバーモールド２５に接続されている。
【００６５】
図９は、電気モーターの振動センサで発生する可能性のある、さまざまな信号プロファイルを示している図である。
この振動センサは、例えば、前述の実施形態の電気モーター１の振動センサ１３であってもよい。
この場合、図示されている３つの信号プロファイルは、３つの異なる方向における振動センサの、例示的な測定信号を表している。
この場合、３つの方向は、それぞれ互いに垂直に形成されている。
実線は、第１のセンサ軸の測定信号を表し、破線は、第２のセンサ軸の測定信号を表し、点線は、第３のセンサ軸の測定信号を表している。
横軸は、回転速度を示し、縦軸は、測定値の振幅を示している。
様々な回転速度で、それぞれのセンサ軸が、様々な信号プロファイルを形成していることがわかる。
それぞれの方向における様々なプロファイルを、本発明による方法（例えば、図１０に示されている方法）に使用してもよい。
【００６６】
図１０は、本発明による方法の実施形態のフロー図を示している。
第１のステップ３０では、センサの測定値を、少なくとも１方向で収集する。
この実施形態では、測定値を、３つの方向／センサ軸で収集する。
ステップ３１では、これらの測定値を分析し、測定信号の振幅、位相、および、周波数を計算する。
これにより、電気モーターの振動のパラメータが得られる。
ステップ３２では、計算された振幅を、基準振幅と比較する。
測定信号の振幅がすべてのセンサ軸で閾値を超えていない場合、以降の処理は、中止され、ステップ３０での新しいデータ収集に戻る。
センサ軸での測定信号の振幅が閾値を超えている場合、次のステップが実行される。
【００６７】
ステップ３３では、判断された測定値および／または計算されたパラメータを、既知の振動モードの振動状態と比較する（すなわち、既知の振動モードでの基準パラメータを予め記録し、判断されたパラメータを、この基準パラメータと比較する）。
これらの基準パラメータは、データベースから取得してもよい。
このデータベースの内容は、電気モーターの校正測定で予め作成されている。
あるいは、データベースには、構造が同一または少なくとも類似している電気モーターの基準パラメータが、含まれていてもよい。
これにより、電気モーターが現在どの振動状態にあるかを、導出可能である。
【００６８】
ステップ３４では、識別された振動状態に応答して、例えば、回転速度をわずかに低下させる。
ステップ３５では、応答のための変更が効果を奏し、システムが安定状態に移行するまで待機する。
これは、通常、数秒から数分以内の時間である。
次に、ステップ３０に戻り、この方法が繰り返され、新しいデータ収集が実行される。
【００６９】
本発明による電気モーターや本発明による方法の構成に関して、繰り返しを回避するために、説明の一般的な部分および添付の特許請求の範囲を参照されたい。
【００７０】
最後に、上述の実施形態は、特許請求された発明を説明することに役立つのみであり、前記実施形態に限定されない。
【符号の説明】
【００７１】
１  ・・・電気モーター（ローターは不図示）
２  ・・・ステータ
３  ・・・モーター軸
４  ・・・ベアリング管
５  ・・・ベアリング受け領域
６  ・・・ステータブッシング
７  ・・・電子機器ハウジング
８  ・・・底部
９  ・・・側壁
１０  ・・・回路基板
１１  ・・・下側
１２  ・・・上側
１３  ・・・振動センサ
１４  ・・・ポッティングコンパウンド
１５  ・・・ポッティングコンパウンド
１６  ・・・ねじ
１７  ・・・穴
１８  ・・・プラスチックコーティング
１９  ・・・突起
２０  ・・・仕切り壁
２１  ・・・接着パッド
２２  ・・・第１のポッティングコンパウンド
２３  ・・・第２のポッティングコンパウンド
２４  ・・・アルミニウム部品
２５  ・・・プラスチック製のオーバーモールド
２６  ・・・カバー
２７  ・・・固定ねじ
２８  ・・・プラスチックライニング
【図１】
2021530956.tif 000003
【図２】
2021530956.tif 000004
【図３】
2021530956.tif 000005
【図４】
2021530956.tif 000006
【図５】
2021530956.tif 000007
【図６】
2021530956.tif 000008
【図７】
2021530956.tif 000009
【図８】
2021530956.tif 000010
【図９】
2021530956.tif 000011
【図１０】
2021530956.tif 000012
【国際調査報告】
2021530956.tif 000013
2021530956.tif 000014
2021530956.tif 000015
2021530956.tif 000016
2021530956.tif 000017