(57)【要約】  電気モーター（１）のシャフト（８）を回転可能に取り付けたベアリング（４）を有する電気モーター（１）が開示されている。  電気モーター（１）の動作中に発生する音を音センサ（１２）で検出可能であり、ベアリング（４）が、音源を形成していてもよい。  音室（１３）が、電気モーター（１）内に形成され、音室（１３）が、複数の境界面によって区切られている。  複数の境界面のうちの少なくとも１つは、音響面を有し、音響面が、ベアリング（４）の面によって形成されているか、このベアリング（４）の面に音を伝達する物体の面によって形成されている。  音センサ（１２）は、音室（１３）内に配置され、空気を介して音響面から音センサ（１２）へ伝達する音（１５）を検出するように設計されている。  電気モーター（１）は、ファンおよび／または評価ユニットを有するシステムの一部であってもよい。  前者の場合、電気モーター（１）のローターに接続されている羽根車が提供される。  後者の場合、評価ユニットは、通信インターフェースを有し、音センサ（１２）の測定値および／または処理された測定値をセンサ電子機器から受信してもよい。  したがって、評価ユニットは、測定値および／または処理された測定値を評価するように設計されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モーター（１）のシャフト（８）を回転可能に取り付けたベアリング（４）を有し、前記電気モーター（１）の動作中に発生する音を音センサ（１２）により検出可能である、電気モーター（１）であって、
前記電気モーター（１）内に複数の境界面によって区切られた音室（１３）が形成され、前記複数の境界面のうちの少なくとも１つが、音響面を有し、
前記音響面が、前記ベアリング（４）の面によって形成されているか、前記面に音を伝達する物体の面によって形成され、
前記音センサ（１２）が、前記音室（１３）内に配置され、
前記音センサ（１２）が、前記音響面から空気を介して前記音センサ（１２）へ伝達する音（１５）を検出するように設計されている、電気モーター（１）。
【請求項２】
前記電気モーター（１）の動作中に発生する前記音が、前記ベアリング（４）から発生する音を含む、請求項１に記載された電気モーター（１）。
【請求項３】
前記音室（１３）が、回路基板（１１）と前記電気モーター（１）のステータブッシング（１８）との間に形成され、
前記回路基板（１１）が、前記電気モーター（１）のモーター電子機器を搭載している、請求項１または請求項２に記載された電気モーター（１）。
【請求項４】
制限要素（２６）が、前記回路基板（１１）と前記ステータブッシング（１８）との間に配置され、
前記音室（１３）が、前記回路基板（１１）に平行な方向を、前記制限要素（２６）によって区切られている、請求項３に記載された電気モーター（１）。
【請求項５】
前記音センサ（１２）が、前記回路基板（１１）に、好ましくは、前記ステータブッシング（１８）に面している側に配置されている、請求項３または請求項４に記載された電気モーター（１）。
【請求項６】
前記ステータブッシング（１８）によって音伝達体が形成され、
前記音響面が、前記ステータブッシング（１８）の面（２３）によって形成されている、請求項１乃至請求項５のいずれかに一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項７】
前記音室（１３）が、前記シャフト（８）の少なくとも一部を取り囲んでいるベアリング管（２）によって形成され、
前記ベアリング（４）に用いるための少なくとも１つのベアリング受け部（３）が、前記ベアリング管に形成されている、請求項１乃至請求項６のいずれかに一項に記載された電気モーター（１）。
【請求項８】
前記音センサ（１２）が、前記ベアリング管（２）に挿入されるように設計されているセンサ配置の一部である、請求項７に記載された電気モーター（１）。
【請求項９】
前記音センサ（１２）が、前記音響面に、好ましくは、前記音響面から５ｃｍ未満の距離に、より好ましくは、前記音響面から１ｃｍ未満の距離に配置されている、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】
前記音センサ（１２）が、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）マイクロフォン、によって形成されている、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】
前記音センサ（１２）を駆動するように設計されているセンサ電子機器（１６）を特徴とする、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】
前記センサ電子機器（１６）が、前記音センサ（１２）の測定値を処理および／または評価するプロセッサを有している、請求項１１に記載された電気モーター（１）。
【請求項１３】
前記センサ電子機器（１６）が、前記音センサ（１２）の測定値、および／または処理された測定値、および／または前記測定値の評価の結果を記憶するメモリを有している、請求項１１または請求項１２に記載された電気モーター（１）。
【請求項１４】
前記センサ電子機器（１６）が、通信インターフェース（１７）を有し、該通信インターフェース（１７）を介して、測定値、および／または処理された測定値、および／または測定値の評価の結果を送信可能である、請求項１１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）。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４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１６】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載された電気モーター（１）と評価ユニットとを有するシステムであって、
前記評価ユニットが、通信インターフェースを有し、該通信インターフェースを介して、前記評価ユニットの電気センサシステムが、前記音センサの測定値および／または処理された測定値を受信可能であり、
前記評価ユニットが、前記測定値および／または前記処理された測定値を評価するように設計されている、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モーターのシャフト（または軸）を回転可能に取り付けるベアリングを有する電気モーターに関し、電気モーターの動作中に音が発生し、この音が、音センサを用いて検出可能である、電気モーターに関する。
さらに、本発明は、電気モーターを有するファン、および、電気モーターと評価ユニットとからなるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、電気モーターは、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ているローターとを有している。
多くの場合、電気モーターのシャフト（または軸）は、１つ以上のベアリングで支持されている。
通常、これらのベアリングは、外輪、内輪、および、内輪と外輪との間に配置されている複数の転動体とで構成されているローラーベアリングとして設計されている。
転動体により、内輪が外輪に対してスムーズに回転することができ、ベアリングが、ほとんど遊びなく動作する。
多くの場合、転動体は、球形または円筒形であり、保持器によって所定の位置に保持される。
この場合、外輪と内輪との間の転動体は、潤滑剤（通常はオイルまたはベアリンググリース）によって潤滑されている。
【０００３】
機械的に動作する多くの装置と同様に、ベアリングも、摩耗しやすい。
摩耗は、破片、潤滑不足、ベアリングの保持器の欠陥、異物の侵入、スコーリング、（歪みなどによる）不均一な負荷、強い振動応力などによって、引き起こされたり、促進されたりする可能性があり、結果的に、ベアリングの損傷につながる場合がある。
進行状況にもよるが、通常、摩耗は、機械的振動によって発生し、この機械的振動は、ベアリングシェルを介して、電気モーターの他の構成要素に伝達する。
これらの機械的振動は、損傷が深刻な場合、振動センサで測定可能である。
主に、機械的振動の加速度または速度を測定する振動センサが使用されている。
【０００４】
このようなシステムは、例えば、特許文献１に開示されている。
この目的のために、振動センサが、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ーフランジの側に取り付けられている。
振動センサは、電気モーターの機械的振動を測定し、電気モーターのベアリングに問題が発生している場合、その問題を検出することができる。
【０００５】
摩耗が少ない場合、または、ベアリングに歪みがある場合、ベアリングの状態を判断できれば、重要な動作状態に早い段階で対応できるため、有益である。
しかし、機械的振動は、非常に小さいため、非常に高品質の振動センサでしか測定できず、コストがかかり、大量生産には適していない。
通常、安価な振動センサは、帯域幅が制限され、品質と解像度が高い測定は、限られた周波数でしか行うことができない。
典型的な低コストのＭＥＭＳ（微小電気機械システム）加速度計は、たとえば、８ビットの分解能で、５ｋＨｚ以下の信号周波数を測定可能である。
（たとえば、１０ビットまたは１２ビットの）より高い解像度が必要な場合、サンプリング周波数は、２ｋＨｚ以下となり、急速に低下する。
これらの周波数は、ベアリング損傷を初期に検出することには適していない。
【０００６】
したがって、振動センサに加えて、マイクロフォンが使用されている装置が知られている。
転がり軸受の状態を監視する装置は、例えば、特許文献２に開示されている。
振動センサに加えて、超音波範囲で軸受からの放出音を測定する放出音センサが採用されている。
振動センサからの信号を用いて、軸受の状態を、限界値に基づいて４つのカテゴリーに分類する。
測定された放出音を用いて、限界値を調整する。
しかし、使用する超音波マイクロフォンは、高価である。
さらに、このシステムには、依然として高品質の振動センサが必要である。
【０００７】
特許文献３は、ベアリング状態診断装置を開示し、ベアリングノイズが、ノイズセンサによって記録され、以前に記録されたデータと比較される。
信号ノイズ比率の改善を目的として、ベアリングからノイズセンサに音を伝達するためのノイズ伝達チャネルが、電気モーター内に形成されている。
スイッチング装置が、複数のノイズ伝達チャネルの１つを、ノイズセンサに接続可能である。
これにより、ベアリングから発生するノイズを効果的に測定可能になるが、必要なノイズ伝達チャネルは、製造が複雑であり、コストがかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第２９７２４３１号（Ｂ１）明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１２２２０２２２（Ａ１）号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００８０５３８７５（Ａ１）号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１８２１１８３３（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、前述の種類の電気モーター、ファン、および、システムを設計および開発する目的に基づいており、電気モーターの動作中に発生する音を、簡単かつ安価な手段を用いて評価可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、前記電気モーターは、この電気モーター内に形成され、複数の境界面によって区切られている音室を特徴とし、少なくとも前記複数の境界面のうちの１つが、音響面を有し、前記音響面が、ベアリングの面によって形成されているか、前記ベアリングの面に音を伝達する物体の面によって形成され、前記音室内に配置した音センサが、音響面から空気を介して音センサへ伝達する音を検出するように設計されている、電気モーターである。
【００１１】
ファンに関して、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。
本発明によるファンは、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。
【００１２】
システムに関して、前述の目的は、請求項１６に記載された特徴によって達成される。
したがって、本発明によるシステムは、本発明による電気モーターと評価ユニットとを有するシステムであって、前記評価ユニットが、通信インターフェースを有し、この通信インターフェースを介して、前記評価ユニットのセンサ電子機器が、音センサの測定値および／または処理された測定値を受信可能であり、前記評価ユニットが、前記測定値および／または前記処理された測定値を評価するように設計されている、システムである。
【００１３】
本発明による方法では、ベアリングの損傷またはこのベアリングの損傷の始まりは、３ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲で明確に聞きとれるノイズとして現れることが多いことが、最初に認識される。
ベアリングに歪みが発生した際も、上述の周波数範囲でノイズを発生させる。
（空気流、バランスの不均衡、電気モーターのローターへの負荷、または、換気口スクリーンなどの）他の音源も、電気モーターの動作中にこの周波数範囲で音を発生させることがある。
安価な振動センサを使用しても、これらの周波数を、充分な解像度と品質で検出することはできない。
しかし、安価な音センサを用いることで、これらの周波数の音を検出することができるため、振動センサを補完したり、置き換えたりすることができる。
【００１４】
音波の振幅は、比較的小さいことが多いため、本発明によると、検出性を向上させるために、電気モーター内に音センサの音室が形成され、その音室は、複数の境界面によって区切られている。
この音室は、一種の音響空間として機能し、空気中の音波の伝播を促進し、音センサによる測定を改善する。
音室の境界面の少なくとも１つは、音響面によって形成されている。
このような音響面は、様々な面で形成されていてもよく、この音鏡面により、音源（例えば、電気モーターのベアリング）から音室へ音が伝達される。
一実施形態では、このような音響面は、ベアリングの面によって形成されている。
この面は、例えば、ベアリングの端面、または内輪および／または外輪の一部であってもよい。
別の実施形態では、このような音響面は、その面に音を伝達する音伝達物体の面によって形成されている。
ベアリングが音源である場合、この音伝達物体が、ベアリングから音伝達物体の面に音を伝達する。
原則として、両方の実施形態を組み合わせてもよい。
【００１５】
本発明によれば、このような音響面が少なくとも片側で音室を区切っている場合、伝達音が、音響面から音室内の空気に放出される。
したがって、音室に配置されている音センサは、ベアリングまたは別の音源から放出される音を測定可能である。
音室を設けることにより、振幅が比較的小さいにもかかわらず、安価な音センサを使用可能であるため、ベアリングの損傷または初期のベアリングの損傷を検出する装置を、簡単に作成可能である。
【００１６】
本明細書では、単一の音センサの使用に限定されないことに、留意されたい。
複数の音センサを使用して、電気モーターの異なる場所で音を測定してもよい。
複数の音センサを、音室内の異なる場所に配置する。
例えば、複数の音響面を有する音室では、別個の音センサが、各音響面または複数の音響面に配置されていてもよい。
【００１７】
「電気モーターの動作」という用語は、電気モーターのステータに対して電気モーターのローターが回転する動作を指し、この動作の間、音が発生し、電気モーターの少なくとも一部に伝達する。
ベアリングの場合は、この動作は、外輪に対して内輪が回転する動作を意味する。
わずかな動きでも動作ノイズが発生するため、回転動作の速度は、ほとんど関係がない。
ただし、電気モーターは、意図した通りに動作すると理解されるべきであり、つまり、電気モーターが通常通り動作している間に、ベアリングの動作ノイズまたはその他の動作ノイズが、検出および評価される。
この中には、ベアリングの歪みの有無とベアリングの正常動作とを確認するための試動作中または校正動作中に、ベアリングの動作ノイズを記録および評価することも含まれる。
【００１８】
原則として、音室は、多種多様な形状であってもよい。
円筒形、直方体、または（たとえば、六角形または八角形の基部を有する）角柱の形状が、例として挙げられるが、これらに限定されない。
音室の境界面は、滑らかであっても構造化されていてもよい。
重要なことは、音響面が音室に適切に音を放出できることと、音が音室内で適切に伝播できることだけである。
ただし、このような要件は、比較的簡単に満足可能である。
【００１９】
音響面に関しては、金属製であると、特に有利である。
特に、音響面が、音伝達体の面によって形成されていると、音室への音の伝達に有利である。
【００２０】
また、電気モーターも、多種多様な設計であってもよい。
内部ローター設計の電気モーターも、外部ローター設計の電気モーターと同様に、音室を有していてもよい。
したがって、複数種類のモーターを使用可能である。
同期モーター、非同期モーター、または、ＥＣモーター（電子整流モーター）の使用が例として挙げられるが、これらに限定されない。
【００２１】
ベアリングの状態を評価するために、摩耗監視ユニットを設けていてもよい。
このような摩耗監視ユニットは、センサ電子機器やモーター電子機器の一部であってもよいし、別個の機能ユニットとして設計されていてもよい。
このユニットは、電気モーターと一体とすることも、外部ユニットとして実装することもできる。
このような摩耗監視ユニットは、音センサの測定信号から特性値を抽出し、ベアリングの状態を示すことを目的としている。
特に単純な実施形態では、測定信号は、例えば、３ｋＨｚから５ｋＨｚの周波数帯域で機能し、測定信号の振幅を評価してもよい。
これには、例えば、この周波数帯域における最大振幅または平均振幅の検出が含まれていてもよい。
振幅の評価から、ベアリングの状態を推測可能である。
別の実施形態では、測定信号のスペクトル分析が、例えば、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって行われてもよい。
摩耗の程度、場合によっては、種類さえも、スペクトルまたは（一般的な）分析結果に基づいて、判断可能である。
【００２２】
上述のように、本発明の電気モーターは、動作中に発生する多種多様なノイズを検出および評価するように、設計可能である。
不均衡によって引き起こされる振動、換気口スクリーンの振動、例えば、（ファンで電気モーターを使用している際の）気流によって引き起こされるノイズ、または、電気モーターのローターに伝達する負荷による振動が、例として挙げられているが、これらに限定されない。
発生した音が音室の音響面の１つに伝達している限り、この音を検出して適切に評価することが可能である。
特に、本発明の電気モーターが用いられることで、電気モーターのベアリングからのノイズを検出する。
この場合、電気モーターの動作中に発生する音には、電気モーターのベアリングから発生する音が、含まれる。
この点に関して、このベアリングの動作に起因しない他のノイズが、適切な設計手段によって減衰されていると、有利である場合がある。
【００２３】
さらなる態様では、音室が、回路基板と電気モーターのステータブッシングとの間に形成されていてもよい。
通常、ステータブッシングは、電気モーターの一領域を形成し、電気モーターのステータ巻線アセンブリを支持している。
特に、外部ローター設計の電気モーターの場合、電子機器ハウジングが存在することが一般的であり、この電子機器ハウジング内で、ステータ巻線アセンブリから離れる方向を向いているステータブッシングの側に、回路基板を配置可能である。
このような回路基板上に、例えば、センサ電子機器、電源スイッチ、または、電気モーターの機能を制御するための構成要素を含む、様々な回路を形成していてもよい。
好ましい実施形態では、回路基板は、ステータ巻線および／または電気モーターのローターを駆動するように設計されているモーター電子機器を、搭載している。
【００２４】
回路基板とステータブッシングとの間の音室のこの発展的な態様では、音響面が、ステータブッシングの面によって形成されている。
通常、この面は、回路基板に面しているステータブッシングの面である。
音室は、回路基板に平行な方向を、電子機器エンクロージャの側壁によって区切られていてもよい。
さらなる実施形態では、制限要素が、回路基板とステータブッシングとの間に配置され、これによって、音室は、回路基板に平行な方向を区切られている。
このような制限要素は、多種多様な材料から形成可能である。
このような制限要素は、回路基板とステータブッシングとの間に配置されているプラスチック部品である。
制限要素は、様々なベース領域を有していてもよい。
正方形、円形、楕円形、長方形、六角形、または、八角形のベース領域が例として挙げられるが、これらに限定されない。
【００２５】
原則として、音室のこの発展的な態様において、音センサは、多様に配置可能である。
しかし、音センサは、音室を１方向で区切っている回路基板上に配置されていることが好ましい。
この場合、音センサは、ステータブッシングに面している回路基板の側に配置されていると好ましい。
このようにすると、取り付けが簡単であると共に、音波を簡単に測定可能である。
【００２６】
別の態様では、音室は、電気モーターのシャフト（または軸）の少なくとも一部を取り囲んでいるベアリング管内に形成されていてもよい。
このベアリング管には、ベアリングを用いるためのベアリング取付部が形成されている。
このような実施形態では、音室は、ベアリング管、ベアリング、および、シャフト（または軸）からなる壁によって区切られている。
通常、外部ローター設計の電気モーターの場合、ベアリング取付部が、ベアリング管の両側に形成されており、そこにベアリングが搭載されている。
シャフトとベアリング管との間には、４ｍｍから８ｍｍの隙間が、形成されていることが多い。
これにより、本発明の文脈における音室として使用可能な空間が、作り出されている。
音室のほぼすべての境界面が、音響面として機能していてもよい。
一方で、音室に面しているベアリングの面は、音波を音室に放出可能であり、したがって音響面を形成可能である。
一方、シャフト（または軸）とベアリング管の壁とは、ベアリングと直接接触している。
通常、シャフト（または軸）とベアリング管の壁とは、どちらも金属材料でできているため、ベアリングが発生する音波を音室の内部に伝達するのに、特に効率的である。
【００２７】
この発展的な態様では、音センサは、ベアリング管に挿入するように設計されている、センサ配置の一部であってもよい。
このようなセンサ配置は、特許文献４でより詳細に説明され、その内容を本明細書で明確に引用する。
【００２８】
ベアリングからの発生音の検出結果を改善するために、音センサが、音響面に隣接して配置されていると好ましい。
ここでいう「隣接」とは、音響面と音センサとの距離が、５ｃｍ未満であることを意味する。
特に好ましい態様では、音鏡面と音センサとの距離は、１ｃｍ未満である。
これは、音センサが音響面から可能な限り短い距離に配置されていることを、意味してもよい。
複数の音響面がある場合、音センサは、複数の音響面の１つの近傍にのみ配置でき、他の音響面からは離れた場所に配置される。
ここで、距離とは、音響面が音センサの機能部から離れている距離を指す。
【００２９】
原則として、音センサは、さまざまな態様で設計可能である。
重要なことは、使用環境で機能するために、音センサが充分に頑丈であることである。
さらに、音センサをベアリング管内で使用する場合、音センサには、充分な耐熱性と電磁波に対する堅牢性とが必要になる。
さらに、音センサは、可聴範囲（つまり約２０Ｈｚから２０ｋＨｚ［ＳｉＣ］）の音波を測定するように、設計されている必要がある。
１ｋＨｚから１０ｋＨｚの間の周波数を検出可能な音センサであると、好ましい。
音センサが、３ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲で特に敏感であると、好ましい。
しかし、実用上知られている音センサの多くが、これらの要求を満たしている。
【００３０】
好ましい実施形態では、音センサは、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）によって形成されている。
特に好ましい態様では、音センサは、ＭＥＭＳマイクロフォンである。
非常にコンパクトな寸法であるこのようなＭＥＭＳマイクロフォンは、市場で入手可能である。
たとえば、インフィニオンは、サイズがわずか３ｍｍｘ４ｍｍｘ１．２ｍｍのＭＥＭＳマイクロフォンを販売している。
同様の寸法のＭＥＭＳマイクロフォンを、他のメーカーからも入手可能である。
測定範囲は２桁のヘルツ範囲から、最大２０ｋＨｚまでにわたっている。
このようなＭＥＭＳマイクロフォンは、本発明の電気モーターに適している。
【００３１】
さらなる発展的な態様では、音センサを駆動するように設計されているセンサ電子機器が、提供されている。
このセンサ電子機器の設計の詳細は、使用する音センサによって異なる。
通常、センサ電子機器には、さまざまな電気部品および電子部品が備わっている。
同様に、複数の個別の構成要素を、一体の構成要素として使用してもよい。
例であり、これらに限定されないが、集積回路、抵抗器、コイル、コンデンサ、プラグ接続、および／またはトランジスタの使用が挙げられる。
表面実装用部品として設計されている部品が使用されていると好ましい。
【００３２】
ベアリングの状態を可能な限り完全に把握するために、測定値を繰り返し生成し、ベアリングの状態を評価するようにセンサ電子機器を構成してもよい。
この測定値の繰り返しの生成と状態の繰り返しの評価とは、特定のイベントによって開始されてもよい。
例えば、始動試験中の評価は、電気モーターの最終試験中に開始される。
また、電気モーターの電源オンに関連して、電源オンの例えば１０秒後に評価が行われる。
また、保守作業がこのようなイベントに当てはまってもよい。
このような保守作業では、保守作業者が、インターフェースを介してセンサ電子機器に接続し、測定値の取得を開始する。
【００３３】
測定値の繰り返しの生成と状態の繰り返しの評価とが、定期的に実行されると好ましい。
ベアリングの状態は、通常比較的ゆっくりと変化するため、１秒毎または１分毎にベアリングの状態を評価すると、過剰である場合が多い。
このような期間の長さは、時間単位または日単位であると、通常は、充分である。
【００３４】
一実施形態では、センサ電子機器は、様々なタスクを実行可能なプロセッサを有する。
このプロセッサは、マイクロコントローラとして設計されていると好ましい。
プロセッサは、音センサからの測定値を処理および/または評価可能であり、このような処理/評価は、多様に実行されてもよい。
音センサからの測定信号を、デジタル化された測定値として利用可能なように、アナログ／デジタル変換を実行してもよい。
処理には、音センサからの測定信号の線形化が、含まれてもよい。
特に興味深い周波数に関して、フィルタリングを実行する。
処理はまた、例えば、測定信号のフーリエ変換を実行することによる、測定信号のスペクトル分析を意味してもよい。
測定値の処理は、測定値評価の最初のステップである。
たとえば、振幅の重み付けによって測定信号が評価される場合、測定信号の周波数フィルタリングを最初のステップで実行する必要があり、その後に、振幅の重み付けをする必要がある。
周波数を重み付けする場合、事前にスペクトル分析をすることが、適切な場合がある。
【００３５】
センサ電子機器は、音センサの測定値および／または処理された測定値および／または測定値の評価結果を記憶可能な、メモリを有していてもよい。
このメモリは、多様に構成可能である。
電源が停止した場合のデータ損失を回避するために、メモリは不揮発性メモリであることが好ましい。
このような不揮発性メモリは、例えば、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（電子的に消去可能でプログラム可能な読み取り専用メモリ）、ＮＶＲＡＭ（不揮発性ランダムアクセスメモリ）、または他の半導体メモリであってもよい。
【００３６】
メモリの容量は、様々な要因によって決定される。
したがって、測定値を多く記憶する場合は、少ない測定値のみを記憶する場合よりも、多くのメモリが必要になる。
保存された測定値に生データが含まれ、後で周波数分析が行われる場合、より多くのメモリが必要になる。
さらに、測定値を記録する頻度について、測定値を１時間毎に記録していると、日毎または週毎の記録よりも、測定値が大幅に多く生成されるという効果がある。
【００３７】
本発明では、センサ電子機器は、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）を含んでいてもよい。
このリアルタイムクロックを、センサ電子機器内のさまざまな時間制御および／または時間ベースの処理に使用してもよい。
たとえば、ベアリングのノイズの測定と評価とが、センサ電子機器によって１時間毎または日毎に開始される場合、リアルタイムクロックを用いて、このプロセスを開始してもよい。
特に好ましい実施形態では、リアルタイムクロックを用いて、取得した読み取り値や一連の測定値に、タイムスタンプを付ける。
読み取り値が保存されると、保存された読み取り値が生成されたときの時間を表すタイムスタンプも、保存される。
【００３８】
測定値、処理された測定値、および／または読み取り評価の結果を、センサ装置の外部でも使用するために、センサ電子機器が、通信インターフェースを有している。
通信インターフェースを、センサ電子機器と読み出し装置との連結に使用してもよい。
したがって、エンジンの動作中に情報を取得してもよい。
さらに、ＩｏＴ（モノのインターネット）ゲートウェイへ連結されてもよい。
この通信インターフェースは、有線でも無線でも構わない。
エアリンクを用いる光通信手段か、あるいは、光ファイバを使用してもよい。
通信インターフェースが、メモリに保存されている測定値へのアクセスを可能にしていると、有用である。
このメモリは、前述の不揮発性メモリによって形成されていてもよい。
また、測定値が、プロセッサの動作メモリ、たとえば、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）またはキャッシュから出力されてもよい。
【００３９】
通信インターフェースは、多様に設計可能である。
ケーブル用いる方法と同様に、無線送信方法（たとえば、無線ベースの方法または光学的方法）を使用してもよい。
送受信を、バスまたは直接接続を介して、アナログまたはデジタル、直列または並列、パケット化、またはデータストリーミングで行ってもよい。
それぞれの場合に使用される送信技術は、用途環境によって異なる。
たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  ＬＥ（低エネルギー）、ＮＦＣ（近距離無線通信）、イーサネット、ＲＳ４８５、Ｍｏｄｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ＣＡＮバス、または、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）が、利用可能な選択肢であるが、これらに限定されない。
通信インターフェースが、直接的または間接的に、広域ネットワークへのアクセスを提供していると好ましい。
【００４０】
このような通信インターフェースを用いて、電気モーターと評価ユニットとからなる、本発明によるシステムを作成してもよい。
ここで、通信インターフェースは、音センサの測定値および／または処理された測定値をセンサ電子機器から評価ユニットに送信するように構成されている。
この場合、評価ユニットは、受信した測定値および／または受信した処理された測定値を評価するように構成されている。
評価ユニットは、多様に設計可能である。
評価ユニットは、専用ユニットであってもよく、この用途のためにのみ設計されていてもよい。
評価ユニットは、適切なソフトウェアが評価ユニットのタスクを実行する、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、または、他のモバイル端末であると好ましい。
この場合、通信インターフェースは、無線にすることをお勧めする。
【００４１】
たとえば、一用途において、評価ユニットは、対応するアプリを有するスマートフォンで構成されていてもよい。
スマートフォンは、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＬＥを通信インターフェースとして使用して、音センサからの測定値にアクセス可能である。
このアプリは、通信インターフェースを介して、センサ電子機器に音センサの測定値を取得させ、通信インターフェースを介して、評価ユニットにデジタル形式でそれらの測定値を送信可能である。
次に、このアプリを使用して、たとえば、スペクトル分析を実行し、結果をデータベースの内容と比較して、ベアリングの状態に関する情報をユーザーに出力してもよい。
したがって、ベアリングの状態の評価を、電気モーターの動作中に簡単に実行できる。
さらに、センサ電子機器が、大規模なメモリと計算リソースを有する必要がなくなる。
【００４２】
本発明には、さらに発展可能な、様々な方法がある。
これについては、請求項１に従属する請求項、および、図面を参照して本発明の実施形態の以下の説明を、参照されたい。
図面を参照する本発明の実施形態の説明に加えて、一般的に実施形態の発展も、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】外部ローターモーターのベアリング管を通る断面図であり、ベアリング管が音室を形成している。
【図２】別の外部ローターモーターのベアリング管を通る断面を示し、図１と同様にベアリング管が音室を形成している。音センサが、ベアリング管に挿入されているセンサ配置の一部となっている。
【図３】外部ローターモーターのステータブッシングを通る断面を示し、音センサが、電気モーターのモーター電子機器に配置されている。
【図４】図３による実施形態の音室の、部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、外部ローターモーターとして設計され、音室がベアリング管内に形成されている、本発明による電気モーターの第１実施形態の断面を示す。
わかりやすさのために概略のみを示し、電気モーターの重要な要素のみを示している。
例えば、電気モーターのローターは、図示されていない。
電気モーター１は、電気モーター１のステータブッシングに形成されるベアリング管２を有している。
このベアリング取付部３は、２つの長手方向端部のそれぞれに形成され、そのそれぞれにベアリング４が配置されている。
各ベアリング４は、外輪５と内輪６とからなり、これらの外輪５と内輪６との間に複数の転動体７が配置されている。
ベアリング４の内輪６は、電気モーター１のシャフト（または軸）８を受け入れている。
電気モーター１のシャフト（または軸）８は、ベアリング４によって、ベアリング管２の周りに配置されているステータ巻線アセンブリ９に対して、回転可能である。
支持構造１０は、ベアリング４、４の間に配置されており、回路基板１１を支持している。
音波１５を検出可能な音センサ１２は、回路基板１１に配置されている。
【００４５】
音室１３は、ベアリング管２の内部に形成され、このベアリング管２の内壁、支持構造１０の内壁、および、ベアリング４の端面１４によって境界が定義されている。
ベアリング４の動作中、図１で円弧で示されている音波１５は、ベアリング４から放出される。
このベアリング４の動作とは、ステータ巻線アセンブリ９に対するシャフト８の回転動作、すなわち、外輪５に対する内輪６の回転動作である。
境界に関して、音室１３の実質的にすべての境界面は、本発明の範囲での音響面を形成可能である。
ベアリング４の端面１４は、音響面として機能し、音波１５を放出する。
一方で、シャフト８は、内輪６を介してベアリング４に振動を伝達するように連結され、その結果、ベアリング４の動作中に発生した構造伝達音は、シャフト８に伝達し、音室１３にも放出される。
シャフト８は、音伝達体として機能し、その面は、音響面として、音室１３に音を放出する。
同様のことが、ベアリング管２の内壁にも当てはまり、内壁は、ベアリング４の外輪５に振動を伝達するように連結され、その結果、ベアリング４から内壁へ構造伝達音が伝達する。
したがって、ベアリング管２の内壁も、本発明による音響面を形成可能である。
支持構造１０は、その材料および設計に関して、減衰効果を有しいてもよく、ベアリング管２の内壁から音室１３に音を伝達してもよい。
【００４６】
電気モーター１が動作すると、ベアリング４から発生した音波１５は、音響面から音室１３に放出される。
音センサ１２は、音センサ１２に空気を介して到達するこれらの音波１５を受信し、そこから測定値を生成可能である。
この場合、音センサ１２は、２つのベアリング４のうちの１つの端面１４の近くに配置されている。
音センサ１２から得られた測定値は、図示されるセンサ電子機器１６によって、処理および／または評価されてもよい。
例えば、ブルートゥースＬＥの形態で設計され、センサ電子機器の一部となっている通信インターフェース１７を用いて、測定値を電気モーター１の外部の評価ユニット（不図示）に送信してもよい。
【００４７】
図２は、本発明による電気モーターの、第２の実施形態のステータブッシング１８の、詳細な図である。
ここでは、ステータブッシング１８にベアリング管２が形成され、その両端にベアリング取付部３が形成されている。
ベアリング取付部３のそれぞれには、ベアリング４が配置され、このベアリング４は、外輪、内輪、および転動体を有している。
さらに、４つのリング１９は、ベアリング４に配置され、それぞれが内輪と外輪との間の隙間を閉じ、ベアリンググリースの損失対策として機能している。
特許文献４でより詳細に説明されているように、センサ配置は、ベアリング管２に配置されている。
回路基板１１は、その長手方向端部のそれぞれの音センサ１２と同様に、センサ配置のキャリアスリーブ２０に配置されている。
各音センサ１２は、それぞれに隣接するベアリング４からの音を検出し、そこから測定信号を生成するように設計されている。
【００４８】
図３は、本発明による電気モーターのさらなる実施形態の断面図を示し、ここでは、プリント基板とステータブッシング１８との間に音室が形成されている。
ベアリング管２は、モーター軸２１上に形成され、ベアリング取付部３は、前記ベアリング管２の各長手方向端部に形成されている。
不図示のベアリングは、ベアリング取付部３に受け入れられ、ベアリングを介して、同じく不図示の電気モーターのシャフトが、回転可能に取り付けられている。
ステータブッシング１８は、アルミニウム部品で形成され、その一端にベアリング管２が形成され、他端には、モーター電子機器を受け入れるための電子機器ハウジング２２が形成されている。
電子機器ハウジング２２は、基部２３および側壁２４を有している。
モーター電子機器は、供給信号を生成し、それらをステータおよび／またはローター巻線に出力する。
わかりやすさのために、モーター電子機器用の１つの回路基板１１のみが示されている。
回路基板１１は、ポッティングコンパウンド２５に埋め込まれている。
また、音センサ１２も、回路基板１１の基部２３に面している側に配置されている。
制限要素２６は、回路基板１１と基部２３との間に配置され、音室１３として機能する領域をポッティングコンパウンド２５内に形成している。
【００４９】
図３による実施形態を、図４に拡大した断面図で示す。
回路基板１１、基部２３および制限要素２６は、それぞれ、音センサ１２が配置されている音室１３を区切っている。
基部２３、または、制限要素２６との間に位置している基部２３の一領域は、音響面として機能し、音波１５を音室内に放出する。
ここで、音波１５は、円弧で示されている。
ステータブッシング１８は、ベアリングからステータブッシング１８の面（すなわち、ここでは基部２３）に、音を伝達する。
音センサ１２は、音室１３に放出されるこの音を検出可能である。
【００５０】
本発明による電気モーターの実施形態に関しては、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。
【００５１】
最後に、上述の実施形態は、特許請求されたものを教示するためのものであり、これに限定しない。
【符号の説明】
【００５２】
１  ・・・電気モーター
２  ・・・ベアリング管
３  ・・・ベアリング取付部
４  ・・・ベアリング
５  ・・・外輪
６  ・・・内輪
７  ・・・転動体
８  ・・・シャフト
９  ・・・ステータ巻線アセンブリ
１０  ・・・支持構造
１１  ・・・回路基板
１２  ・・・音センサ
１３  ・・・音室
１４  ・・・端面
１５  ・・・音波
１６  ・・・センサ電子機器
１７  ・・・通信インターフェース
１８  ・・・ステータブッシング
１９  ・・・リング
２０  ・・・キャリアスリーブ
２１  ・・・モーター軸
２２  ・・・電子機器ハウジング
２３  ・・・基部
２４  ・・・側壁
２５  ・・・ポッティングコンパウンド
２６  ・・・制限要素
【図１】
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【図２】
2021531460.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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