(57)【要約】  モータから検知されたサンプリングされた漏洩磁束、前記モータから検出され学習段階で保存された学習漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイル、および前記モータのアラーム状態をトリガーするために前記モータ負荷プロファイルに関連するユーザが選択可能な許容帯域についての情報を含むシグナルを受信し、前記サンプリングされた漏洩磁束が前記受信したシグナルに基づいて、前記モータ負荷プロファイルの前記ユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、前記モータの前記アラーム状態をトリガーするかどうかについて情報を含む対応するシグナルを決定するように構成される、信号プロセッサまたは信号処理モジュールを特徴とする、装置。漏洩磁束は、モータのフレームの外部表面上に配置されたモータ磁束漏洩センサーによって感知され、および／またはモータ磁束漏洩センサーから受信され得る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールであって、
モータから検知されたサンプリングされた漏洩磁束、前記モータから検出され学習段階で保存された学習漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイル、および前記モータのアラーム状態をトリガーするために前記モータ負荷プロファイルに関するユーザが選択可能な許容帯域についての情報を含むシグナルを受信し、
前記サンプリングされた漏洩磁束が前記受信したシグナルに基づいて、前記モータ負荷プロファイルの前記ユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、前記モータの前記アラーム状態をトリガーするかどうかについての情報を含む、対応するシグナルを決定するように構成される、信号プロセッサまたは信号処理モジュールを備える、装置。
【請求項２】
前記漏洩磁束は、前記モータのフレームの外面、前記モータのシャフトまたは前記モータによって生成された磁界内に配置されたモータ周辺機器に配置されたモータ磁束漏洩センサーよって感知され、モータ磁束漏洩センサーから受信される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モータ磁束漏洩センサーが、メモリストレージを有する前記信号プロセッサに接続するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記モータ磁束漏洩センサーが、接着剤、磁気構造または機械的ファスナーを使用して前記モータの前記フレームの前記外面、前記モータのシャフト、または前記モータ周辺機器に取り付けられるように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記モータ磁束漏洩センサーが、前記モータのシャフトを回すのに必要なトルクに対する代表的な信号を生成するサンプル漏洩磁束を感知するように構成され、前記代表的な信号は、前記モータの回転速度に比例する周波数を有することを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記代表的な信号が振幅または周波数を含み、前記振幅が前記モータが駆動し経験する負荷に比例し、前記周波数が前記モータの速度に比例することを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ユーザが選択可能な許容帯域が、前記アラーム状態をトリガーするための、前記モータ負荷プロファイルのパーセント閾値であり、前記パーセント閾値が前記モータ負荷プロファイルのユーザ選択可能であることを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記アラーム状態が、前記モータが故障し始めたこと、または調査すべき前記モータの変化があることの表示を含み、前記対応するシグナル情報がアラームを発行するための情報を含むことを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記許容範囲が、速度に対する較正された負荷曲線に基づく、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記信号プロセッサまたは前記信号処理モジュールが、前記アラーム状態に関する情報を含む対応するシグナルを提供するように構成され、前記対応するシグナルが、さらなる処理のために送信される無線シグナルを含むことを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記モータの可変周波数駆動システムの稼働中に負荷曲線較正手順を実行するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記学習段階中に、移行が周波数増分で行われるたびに、磁束の大きさを値として保存するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、所定の数の移行の後、前記学習段階中に前記モータから感知された前記学習された漏洩磁束を含む前記モータ負荷プロファイルを確立または決定するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、モータ負荷プロファイルの「帯域幅」を確立または決定するために、前記学習段階中に前記モータから感知および測定された前記学習漏洩磁束を平均化するか、またはパーセントマージンを乗じた最小値と最大値を固定するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、未来の漏電磁束値を、確立、決定、または学習された前記モータ負荷プロファイルと比較するように構成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記モータ負荷プロファイルの値の集計を作成することを含む、確率密度関数（ＰＤＦ）などの統計関数を作成するために、検出された前記サンプリングされた漏洩磁束の統計的に有意な量をコンパイルするために、メモリストレージに前記値を格納するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記ＰＤＦを含む前記統計関数の標準偏差に関して検知された前記サンプリングされた漏洩磁束に関する情報を含む入力シグナルを比較するように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記ＰＤＦを含む前記統計関数の、異常、およびユーザが選択可能な許容帯域に応じて、プロセス変化を判定するために、前記統計関数を構成するヒストグラムのビンサイズに応じた処理への影響を判定するように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、少なくとも一つの漏洩磁束スペクトルを有する前記モータ負荷プロファイルを生成するように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、スペクトル形状分析を使用して少なくとも一つの漏洩磁気スペクトルをベクトルおよび数値の表現に分解する技術を実装するように構成され、前記技術がスペクトル検出器のバリエーションを使用することを含むことを含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記学習段階中に、検知されたサンプリングされた漏洩磁束シグナルを受信すること、前記サンプリングされた漏洩磁束シグナルに対してＦＦＴ分析手法を実行すること、将来的に決定される電流磁束スペクトルと比較するための前記モータ負荷プロファイルとして、ＦＦＴサンプリングされた漏洩磁束シグナルをメモリストレージに保存することを含む、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析技術を実装するように構成される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記電流磁束スペクトルを決定し、前記電流磁束スペクトルを前記モータ負荷プロファイルと比較し、前記電流磁束スペクトルが前記モータ負荷プロファイルから所定のパーセントを超えて変動する場合、前記アラーム状態を決定するように構成される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記電流磁束スペクトルが、検出されたＦＦＴ漏洩磁束と、周波数ビンと、個別の周波数での関連する振幅と、を含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、前記モータ負荷プロファイルを作成した後、前記モータ負荷プロファイルを、検出された実際の、またはサンプリングされた漏洩磁束値と比較し、検出された前記実際の、またはサンプリングされた漏洩磁束値が、ユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、アラーム状態を決定するように構成され、前記ユーザが選択可能な許容帯域が、ユーザが定義した期間に対し確立された帯域幅の形をとることを含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、各漏洩磁束データポイントを記録し、類似または同じ重みを割り当てることを含む、最小、最大、および時間ベースの技術を使用してアラーム状態を決定するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項２６】
前記信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、固定された期間の自己学習時間にわたって各漏洩磁束データポイントを一定の間隔で記録し、平均重みを割り当てることを含む、平均のパーセンテージおよび時間ベースの技術を使用してアラーム状態を決定するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項２７】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールにおいて、モータから検知されたサンプリングされた漏洩磁束、前記モータから検出され学習段階で保存された学習漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイル、および前記モータのアラーム状態をトリガーするために前記モータ負荷プロファイルに関連するユーザが選択可能な許容帯域についての情報を含むシグナルを受信することと、
信号プロセッサまたは信号処理モジュールにおいて、前記サンプリングされた漏洩磁束が前記受信したシグナルに基づいて、前記モータ負荷プロファイルの前記ユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、前記モータの前記アラーム状態をトリガーするかどうかについて情報を含む対応するシグナルを決定することと、を含む、方法。
【請求項２８】
前記方法が、前記モータのフレームの外部表面、前記モータのシャフトまたはモータ周辺機器に配置されたモータ磁束漏洩センサーを感知することを含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
このアプリケーションは、ポンプを駆動するモータを制御する技術に関連する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
以下の技術は当技術分野で公知である。
【０００３】
可変トルク負荷（例えば、ポンプまたはファン）を、電流センサーを介して駆動するモータの負荷を感知する技術が公知である。電流は、標準ＡＣ誘導モータで最大１５０％負荷に比例する。電流読み取り値がモータの銘板定格を超えている場合、安全システムは電流を感知し、モータをシャットダウンして壊滅的な故障や過熱の防火を防ぐ。この条件は“過負荷状態”と定義される。（例えば、ｗｗｗ．ＮＦＰＡ．ｏｒｇおよびＮａｔｉｏｎａｌ  Ｆｉｒｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＮＦＰＡ）から入手できる「ＮＦＰＡ  ７０、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｄｅ」（ＮＥＣ）というタイトルの参考文献を参照のこと。）ただし、多くの場合、この高負荷状態は、軽微な問題として開始されたポンプの故障を示している可能性がある。
【０００４】
逆に、モータの電流がキャリブレーションされた最小レベルを下回ってプロセスの中断を示す障害（例えば、ベルトの破損、カップリングの破損、ポンプのバルブの閉鎖、送風機のダンパーの閉鎖など）をトリガーするかどうかを検出および決定する技術もまた公知である。この場合、この電流がモータの最大定格を超える前にも、潜在的な問題が存在し、状態が重要になる前に感知される可能性がある。（例えば、本出願の譲受人によって一般的に所有され、以下に特定されるＰｕｍｐＳｍａｒｔ技術を参照のこと。）
【０００５】
さらに、以下を含む、当技術分野の他の技術もまた公知である。
【０００６】
米国特許第５，２４５，４９６号は、電流センサーを介してモータ負荷を感知し、過負荷状態でのモータ故障に対して局所的に保護する自己プログラミング非侵襲的モータ過負荷防止技術を開示している。しかしながら、′４９６技術は、漏洩磁束を介してモータ負荷を追跡せず、壊滅的な損傷が発生する前の操作における異常を示す負荷の変化を検出するため、磁束センサーを使用する。
【０００７】
米国特許第５，６８０，０２５号は、早期故障およびモータ磁束周波数のみを検出し、モータ負荷を「計算」する故障認識を回避するための予防的モータ監視技術開示している。
【０００８】
米国特許第６，３０８，１４０Ｂ１号は、磁束ではなく、モータ電流を感知し、モータ内の破損ローターバーを検出するためにモータ電流を使用するモータ状態および性能分析器技術を開示している。
【０００９】
これを考慮すると、ポンプを駆動するモータにおいて正確な診断を有して、未確定のモータ不具合を検出するためよりよい方法についての業界におけるニーズがある。
【発明の概要】
【００１０】
要約すると、上記の従来技術とは対照的に、本発明は、モータ磁束を非侵襲的に検知し、正弦波をキャンセルし、結果の信号をベースラインとトレンディングに使用し、これにより、未確定のモータの故障を正確な診断で示す目的で、正確な比較と診断が可能になるための新しいユニークな技術を提供する。
【００１１】
操作中、ポンプ駆動の運転を制御するための可変周波数駆動（ＶＦＤ）を稼働するときのスピードに基づいてポンプ操作者が実際のポンプ負荷曲線においてプログラムできる。次に、ポンプ操作者は、ユーザが選択可能な許容帯域、例えば、アラーム状態をトリガーするために曲線の＋／−１５％において、プログラムできる。アラーム状態は故障ではなく、何かがシステムの不良または変化に対する始まりという指標であり、調査すべきである。
【００１２】
実際、それは、ポンプ操作者がプラス（＋）レベルとマイナス（−）レベルを設定して、アラーム状態をトリガーするために、アラームトリガーバンドを設定することができるユーザ選択可能アラームである。アラームトリガーバンドを開閉することにより、「アラーム」感受性を変更（例えば、減少／増加）することができることに留意することが重要である。
【００１３】
一例として、新規技術は以下のような条件で有用である。
・  インペラはクロッグを開始し、フローが減少し、ロードが減少する、
・  スラッジまたはラッグが生成されその生成により、負荷が増加する、
・  誰かが入力バルブのスロットルを絞り、部分キャビテーションが起こり、負荷が減少する、
・  ベアリングが固まり始め、負荷が増加する、
・  インペラが摩耗し、負荷が減少する、
・  など。
【００１４】
本出願の譲受人は、例えば、デッドヘッド、流量なし、パイプ保護の枯渇および破壊などで、すでに故障保護技術を開発していることに留意されたい。ただし、これらの故障保護技術は、主にシステム全体の最小および最大値に基づいている。
【００１５】
この新規および独特の技術は、較正された負荷曲線と速度に基づいて、許容範囲を置く。この機能は、ハード故障状態の前に技術者が調査するためのアラームを表示することによって、保護を強化する。これは、例えば、以下に特定される譲受人のＳｍａｒｔＰｕｍｐ技術と一致する「Ｓｍａｒｔ  Ｐｕｍｐ  ＶＦＤ」以上として解釈され得る。ＶＦＤの稼働中にこの負荷曲線較正を確立することは簡単である。（注意：粘度と流体温度が変化するアプリケーションでは、この新しい手法はそれほど有用ではない可能性があることに留意すべきである。ただし、本願の譲受人によって開発された他の技術を使用して、流体の温度変化を補償することができる（例えば、本出願の譲受人によって一般的に所有され、以下で特定される、譲受人のＥＭＤおよびｉＡｌｅｒｔ技術を参照のこと。）。
【００１６】
本発明の具体的な実施形態
一部の実施形態によれば、本発明は、例えば、ポンプ駆動のためのコントローラなどの装置の形態をとってもよく：
モータから検知されたサンプリングされた漏洩磁束、モータから検出され学習段階で保存された学習漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイル、およびモータのアラーム状態をトリガーするためにモータ負荷プロファイルに関連するユーザが選択可能な許容帯域に関する情報を含むシグナルを受信し、
サンプリングされた漏洩磁束が受信したシグナルに基づいて、モータ負荷プロファイルのユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、モータのアラーム状態をトリガーするかどうかについて情報を含む対応するシグナルを決定するように構成される、信号プロセッサまたは信号処理モジュールを特徴とする。
【００１７】
本発明はまた、一つまたは複数の以下の特徴を含み得る。
【００１８】
漏洩磁束は、モータのフレームの外面、モータのシャフトまたはモータによって生成された磁界内に配置されたモータ周辺機器に配置されたモータ磁束漏洩センサーよって感知され、モータ磁束漏洩センサーから受信され得る。
【００１９】
モータ磁束漏洩センサーは、メモリストレージを有する信号プロセッサに接続するように構成され得る。
【００２０】
モータ磁束漏洩センサーが、接着剤、磁気構造または機械的ファスナーを使用してモータのフレームの外面、モータのシャフト、またはモータ周辺機器に取り付けられるように構成され得る。
【００２１】
モータ磁束漏洩センサーは、モータのシャフトを回すのに必要なトルクに対する代表的な信号を生成するサンプル漏洩磁束を感知するように構成されてもよく、代表的な信号は、モータの回転速度に比例する周波数を有することを含んでもよい。
【００２２】
検出された比例信号は、振幅または周波数を含んでもよく、振幅がモータが駆動し経験する負荷に比例し、および周波数がモータの速度に比例することを含んでもよい。
【００２３】
ユーザが選択可能な許容帯域が、アラーム状態をトリガーするために、モータ負荷プロファイルのパーセント閾値であってもよく、パーセント閾値がモータ負荷プロファイルのユーザ選択可能であることを含んでもよい。
【００２４】
アラーム状態には、モータが故障し始めるか、または調査すべきモータの変更があることを示す表示が含まれてもよい。
【００２５】
対応するシグナルは、例えば、音声アラーム、視覚的アラーム、またはその両方を含む、アラームを提供することを含んでもよく、またはその形態をとり得る。
許容範囲は、速度に対し較正された負荷曲線に基づいてもよい。
サンプリングされた漏洩磁束は、サンプリングされた漏洩磁束が、モータ負荷プロファイルのユーザが選択可能な許容帯域よりも大きい（つまり、高すぎる）場合、または小さい（つまり、低すぎる）場合、モータ負荷プロファイルのユーザが選択可能な許容帯域外にあると判断され得る。
【００２６】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールは、アラーム状態に関する情報を含む対応するシグナルを提供するように構成されてもよく、対応するシグナルが、さらなる処理のために送信される無線シグナルを含むことを含んでもよい。
【００２７】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、モータの可変周波数駆動システムの稼働中に負荷曲線較正手順を実行するように構成され得る。
【００２８】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、学習段階中に、移行が周波数増分で行われるたびに、磁束の大きさを値として保存するように構成され得る。一例として、値は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を含んでもよく、またはその形態を取ってもよい。
【００２９】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、所定の数の移行の後、学習段階中にモータから感知された学習された漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイルを確立または決定するように構成され得る。
【００３０】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、モータ負荷プロファイルの「帯域幅」を確立または決定するために、学習段階中にモータから感知および測定された学習漏洩磁束を平均化するか、またはパーセントマージンを乗じた最小値と最大値を固定するように構成され得る。
【００３１】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、未来の漏電磁束値を、確立、決定、または学習されたモータ負荷プロファイルと比較するように構成され得る。
【００３２】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、モータ負荷プロファイルの値の集計を作成することを含む、確率密度関数（ＰＤＦ）などの統計関数を作成するために、検出されたサンプリングされた漏洩磁束の統計的に有意な量をコンパイルするために、メモリストレージに値を格納するように構成され得る。
【００３３】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、ＰＤＦを含む統計関数の標準偏差に関して検知されたサンプリングされた漏洩磁束に関する情報を含む入力シグナルを比較するように構成され得る。
【００３４】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、統計関数または技術の、異常、およびユーザが選択可能な許容帯域に応じて、プロセス変化を判定するために、統計関数または技術を構成するヒストグラムのビンサイズに応じた処理への影響を判定するように構成され得る。
【００３５】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、少なくとも一つの漏洩磁束スペクトルを有するモータ負荷プロファイルを生成するように構成され得る。
【００３６】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、スペクトル形状分析を使用して少なくとも一つの漏洩磁気スペクトルをベクトルおよび数値の表現に分解する技術を実装するように構成されてもよく、技術がスペクトル検出器のバリエーションを使用することを含むことを含んでもよい。
【００３７】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、学習段階中に、検知されたサンプリングされた漏洩磁束シグナルを受信すること、サンプリングされた漏洩磁束シグナルに対してＦＦＴ分析手法を実行すること、将来的に決定される電流磁束スペクトルと比較するためのモータ負荷プロファイルとして、ＦＦＴサンプリングされた漏洩磁束シグナルをメモリストレージに保存することを含む、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析技術を実装するように構成され得る。
【００３８】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、電流磁束スペクトルを決定してもよく、電流磁束スペクトルをモータ負荷プロファイルと比較し、電流磁束スペクトルがモータ負荷プロファイルから所定のパーセントを超えて変動する場合、アラーム状態を決定するように構成され得る。
【００３９】
電流磁束スペクトルが、検出されたＦＦＴ漏洩磁束と、周波数ビンと、個別の周波数での関連する振幅とを含んでもよい。
【００４０】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、モータ負荷プロファイルを作成した後、モータ負荷プロファイルを、検出された実際の、またはサンプリングされた漏洩磁束値と比較し、検出された実際の、またはサンプリングされた漏洩磁束値が、ユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、アラーム状態を決定するように構成されてもよく、ユーザが選択可能な許容帯域が、ユーザが定義した期間に対し確立された帯域幅の形をとることを含んでもよい。
【００４１】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、各漏洩磁束データポイントを記録し、類似または同じ重みを割り当てることを含む、最小、最大、および時間ベースの技術を使用してアラーム状態を決定するように構成され得る。
【００４２】
信号プロセッサまたは信号処理モジュールが、固定された期間の自己学習時間にわたって各漏洩磁束データポイントを一定の間隔で記録し、平均重みを割り当てることを含む、平均のパーセンテージおよび時間ベースの技術を使用してアラーム状態を決定するように構成され得る。信号プロセッサは、制御シグナルとして、を含む、さらなる処理の対応するシグナルを提供するように構成され得る。
【００４３】
装置は、例えば、信号プロセッサを有するコントローラを含んでもよく、またはその形態をとってもよい。
【００４４】
一部の実施形態によれば、装置は、前述の信号処理機能を実装するための信号プロセッサを有するコントローラを有するポンプシステムを含んでもよく、またはその形態をとってもよい。ポンプシステムは、モータおよびモータによって駆動されるポンプを含み得る。
【００４５】
一部の実施形態によれば、本発明は：  
信号プロセッサにおいて、モータから検知されたサンプリングされた漏洩磁束、モータから検出され学習段階で保存された学習漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイル、およびモータのアラーム状態をトリガーするためにモータ負荷プロファイルに関連するユーザが選択可能な許容帯域についての情報を含むシグナルを受信することと、
信号プロセッサにおいて、サンプリングされた漏洩磁束が受信したシグナルに基づいて、モータ負荷プロファイルのユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、モータのアラーム状態をトリガーするかどうかについて情報を含む対応するシグナルを決定することとのステップを特徴とする方法の形態をとってもよい。
【００４６】
この方法は、制御シグナルとして含む、さらなる処理のための対応するシグナルを信号プロセッサに提供すること、および／またはモータのフレームの外面、モータのシャフトまたはモータ周辺機器に配置されたモータ磁束漏洩センサーを感知することならびに、本明細書の一つまたは複数の特徴を含んでもよい。
【００４７】
実際、モータの外部フレームに取り付けられたモータ漏洩磁束センサーを使用することにより、非侵襲的にモータ負荷を感知できる。速度と時間に対して漏洩磁束を介してモータ負荷をトレンド処理することで、ベースラインを確立するために良好な作動モータ上のモータ負荷プロファイルをインテリジェントにプログラムできる。この独自のベースラインモータ負荷プロファイルを使用して、将来の異常に対して比較して、時間が経過し将来のモータの未確定の故障、またはプロセスの破壊を決定することができる。さらなる例として、その他の可能性のある実現には、漏洩磁束センサー対モータ電流を感知するための電流センサーの追加が含まれるが、同じ方法がモータ負荷をトレンドし、将来の操作を比較するために使用され得る。電流センサーを追加することは「非侵襲的」解決ではないが、譲受人のポンプスマートアルゴリズムに組み込むことができる。
【００４８】
一例として、モータのフレームに取り付けられた譲受人のｉＡｌｅｒｔ技術は、本発明を実施するための漏洩磁束センサーを含むように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
必ずしも縮尺で描画されていない図面は、次の図を含む：  
【図１】図１には図１Ａと図１Ｂが含まれる。ここで、図１Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、学習段階中に感知および測定された、例えば、二乗平均平方根の確率密度関数（ＰＤＦ）のグラフ表現を示す。ここで、図１Ｂは、図１Ａに示すＰＤＦのさまざまな標準偏差の平均および最小母集団からの距離のグラフである。
【図２】図２は、磁束対周波数（（さまざまなプロットを示すモータ速度）のグラフを示す。
【図３】図３は、実際のプロットに関連して示される理論上のプロットの例を有する、モータ速度（ｎ／ｎｎ）対トルク（Ｔ／Ｔｎ（％））のグラフを示す。
【図４】図４は、３４．５Ｈｚビンに対するモータ磁束の垂直プロット（０％〜１００％）を示す。
【図５】図５は、受信したシグナルを処理し、本発明の一部実施形態による、例えばポンプを駆動するためのモータの異常に関する情報を含む対応するシグナルを決定するよう構成された信号プロセッサを有する装置を示す。
【図６】図６は、本発明の一部の実施形態による、フラックスゲート装置を含む、その上に配置されたモータ漏洩磁束検出器を有する外部フレームを有するモータのブロック図を示す。
【図７】図７は、本発明の一部の実施形態による基本的方法／アルゴリズムのフローチャートを示す。  全ての図において、例えば全体として図面の乱雑さを減少させるために、全ての参照番号が含まれているわけではない。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
基本的な発明  
本発明は、モータの状態がパーセント閾値を超えたとき、または顧客が定義したマージン（ここでは「ユーザが選択可能な許容帯域」として知られ、称される）より大きい偏差を超えたとき、例えば、アラームを提供するために使用できる自己学習モータ負荷プロファイルを作成することにより、当技術分野における前述の問題に対する解決策を提供する。
【００５１】
一例として、システムは、メモリ保存を有するマイクロプロセッサに接続されたモータ磁束漏洩センサーを含み得る。組立品全体は、例えば、接着剤または磁石構造で取り付けられたモータのフレームの外側に配置されることになる。モータエンクロージャの修正は必要ない。センサーは、例えば、モータのステータから漏洩磁束を感知する。モータが動作すると、モータの磁束が、信号の周波数がモータの速度に比例するモータのシャフトを回転させるのに必要なトルクに比例信号を生成する。
【００５２】
感知された信号またはシグナルは、振幅、周波数、および波形を含み得る。振幅はモータが経験する負荷に比例し、周波数は速度に比例する。これらの態様の全ては、本発明による「モータ負荷プロファイル」の確立に重要である。
【００５３】
例えば、「学習段階」において、モータ磁束漏洩センサーは、例えば０．１Ｈｚの増分における周波数において、移行がなされるごとに、磁束の大きさをＲＭＳ値として保存するマイクロプロセッサに結合され得る。（本発明の範囲は、特定のサンプリング増加に限定されることは意図されていない。）。所定の数（例えば、３、４、５、６など）の移行がなされた後、その周波数の負荷プロファイルが確立され得る。測定値は、数学的平均値、または百分率を掛けた固定された最小（ミニマム）および最大（マックス）の値のいずれかであり得る。これにより、本発明によるモータ負荷プロファイル「帯域幅」が確立される。未来の磁束値は、この確立されたモータ負荷プロファイルに対し能動的に比較される。以下に図１に示すものを参照のこと。
【００５４】
モータ負荷プロファイルの長期的な集計を得るための学習段階については、ＲＭＳ値を統計的に有意な量に保存して、確率密度関数（ＰＤＦ）を形成することができる。この方法の利点は、システムの長期的なモータ負荷プロファイルを構築し、感知された入力をシステムの統計的に有意なデータセットの標準偏差に関して集めたデータの収集と比較することである。
【００５５】
ＰＤＦの処理に対する影響は、ＰＤＦを構成するヒストグラムのビンサイズによって異なる。これにより、任意の異常を捕捉し、ユーザによって、閾値が、プロセスの変更を捕捉するために設定できる。
【００５６】
当業者が理解するように、スペクトルに関して負荷のプロファイルを構築することは、保存する必要があるデータに関して非常に集中的であり得る。すなわち、全てのデータを有する複数のスペクトルを保存することは、例えば特に、上記の高解像度のスペクトルを有する、データストレージで過剰になることを意味する。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、データストレージの負荷を軽減するために、スペクトル形状分析を使用してスペクトルをベクトルおよび数の単純な表現に分解することができるが、その技術は、スペクトル検出器のバリエーションの使用を含んでいることを含む。このスペクトル分解は、必要とされる空間に関するデータストレージに関する助けとなることができ、データパッケージサイズが大幅に減少するにつれて、このようなデータの転送に関連して助けとなり得る。この技術はまた、そのライフサイクルを通してロードプロファイルのシグネチャをより管理しやすくするのに役立つことができ、ポンプ操作者は、特定の特性に合致する他のシステムの健全性を診断するためにこのデータを使用できるようになる。
【００５８】
ＦＦＴベースの分析
一例として、ＦＦＴベースの分析は、以下のように、感知された磁束密度を処理するために使用され得る。
【００５９】
磁束信号は感知され読み取られてもよく、平均されたＦＦＴは検出された磁束信号上で実行されてもよく、データはその後検出された電流磁束スペクトルと比較するために使用されるために不揮発性メモリに保存され得る。電流磁束スペクトルが、例えば、学習段階の間で、保存された磁束スペクトルからの所定のパーセンテージよりも大きく変化する場合、アラームが設定され、異常な動作が起こる可能性があることをポンプ操作者に送信され得る。磁束スペクトルは、ＦＦＴデータ、周波数ビンおよび個別の周波数における振幅を含み得る。図２を参照のこと。
【００６０】
保存されたデータポイントの数は、解像度およびメモリによってのみ制限される。
【００６１】
モータ負荷プロファイルが入力された後、それは、検出された実際のデータ値と比較するために使用できる。データが、ユーザ定義時間の許容範囲の確立された帯域幅外であった場合、本発明により、アラーム状態が決定され、信号出力され得る。
【００６２】
先行技術の不正確さおよび不精度さを回避するため、例えば上記のように、本発明は、自己学習段階中に計算された適切な値を各「周波数ビン」に投入することにより、負荷プロファイルを記録するはるかに正確な方法を使用する。この技術は、周波数範囲全体にわたって記録された大幅に増加された値によって優れている。
【００６３】
最小、最大および時間に基づいたＲＭＳアラームの技術＊＊
一例として、以下の技術を使用し得るが、これは、以下の通り、最小、最大および時間に基づくＲＭＳアラームである。
【００６４】
パラメータは次のとおりである：
Ｘ＝検出されたリアルタイムピークデータポイント
Ｙ  ｈｉ＝格納されたリアルタイムのピークデータ
Ｙ  ｌｏ＝格納されたリアルタイムのピークデータ
Ａ＝顧客によって決定されるタイマ設定値。
【００６５】
技術は、少なくとも以下のステップを含んでもよい：
ステップ１０：Ｘ＞Ｙ  ｈｉの場合、Ｙｈｉを上書きし、保存したカウントをＺに記録する。
ステップ２０：Ｘ＜Ｙ  ｌｏの場合、Ｙｌｏを上書きし、保存したカウントをＺに記録する。
ステップ３０：Ｚ＝５の場合、ステップ１０、２０に移動する。
ステップ３５：稼働時間が１６８時間の場合、１０、２０をジャンプする。
ステップ４０：Ｚ＝５の場合、Ｘ＜Ｙｌｏを比較し、およびＡのタイマをトリガーする。
ステップ５０：Ｘ＜Ｙ  ｌｏ  ｆｏｒ＞Ａの場合、「＜公称負荷」にアラームを出す。
ステップ６０：Ｚ＝５の場合、Ｘ＞Ｙｈｉを比較し、およびＡのタイマをトリガーする。
ステップ７０：Ｘ＞Ｙ  ｈｉ＞Ａの場合、「＞公称負荷」にアラームを出す。
【００６６】
まとめると、最小、最大および時間に基づくＲＭＳアラームに対する上記技術は、プロセスの異常により、通常の動作に対しまれな発生であってさえ、同じ重さを有する（または割り当てられる）よう各データポイントを記録する。
【００６７】
平均のパーセンテージおよび時間に基づくＲＭＳアラームの技術＊＊
別の方法として、およびさらなる例として、以下の技術を使用してもよく、以下の通り、平均のパーセンテージおよび時間に基づくＲＭＳアラームである。
【００６８】
パラメータは次のとおりである：
Ｘ＝検出されたリアルタイムピークデータポイント
Ｙ  ｈｉ＝格納されたリアルタイムのピークデータ
Ｙ  ｌｏ＝格納されたリアルタイムのピークデータ
Ａ＝顧客によって決定されたタイマ設定値
Ｂ＝平均からの偏差（％）
Ｃ＝５つを超える記録されたデータポイントＸの平均。
【００６９】
技術は、少なくとも以下のステップを含んでもよい：
１０：Ｘ＞Ｙ  ｈｉの場合、Ｙ  ｈｉを上書きし、保存したカウントをＺに記録する。
２０：Ｘ＜Ｙ  ｌｏの場合、Ｙ  ｌｏを上書きし、保存したカウントをＺに記録する。
３０：Ｚ＝５の場合、１０、２０をジャンプする。
３５：稼働時間＝ある所定時間（例えば、１６８時間）の場合、ステップ１０、２０に移動する。
４０：Ｚ＝５の場合、Ｙ  ｈｉを平均化し、Ｙ  ｌｏ＝Ｃ。
５０：Ｘ＜（Ｃ＊Ｂ）ｆｏｒ＞Ａの場合、「＜公称負荷」にアラームを出す。
６０：（ブランク）
７０：Ｘ＞（Ｃ＊Ｂ−ＦＣ）ｆｏｒ＞Ａの場合、「＞公称負荷」にアラームを出す。
【００７０】
概要において、平均化技術は、特にデータポイントが固定された自己学習期間にわたって定期的な間隔で記録される場合、モータ負荷の異常を補償する。一例として、本発明の範囲は任意の特定の時間に限定されることを意図していないが、上記の例では１６８時間のあらかじめ決定された時間を使用することができる。
【００７１】
温度補正＊＊
一例として、本発明は温度補償技術と併せて使用され得るが、これは以下に特定される譲受人のｉＡｌｅｒｔ技術に基づいて追加され得る。しかしながら、モータ温度は、周囲温度および負荷に対して比例的に変化し得るおよび通常そうであり、必ずしもプロセス温度に基づくものではない。一例として、プロセス温度は補正因子として理想的であろう。このため、例えば、モータからポンプへの既知の速度と負荷に対するポンプ温度の交換を可能にするように、ポンプとモータの両方で以下に示す譲受人のｉＡｌｅｒｔテクノロジーを使用して、ＭＥＳＨネットワークアプローチを実行することができる、実施形態が想定される。
【００７２】
データ処理
当業者であれば、処理電力が理論的に無限である場合、最良の技術は、モニターモードがアクティブである同じ時期に、自己学習モードが連続的に実行されるものであることを理解するであろう。図３を参照のこと。
【００７３】
モータ負荷はリアルタイムで監視されてもよく、ピークはデータポイントとして記録され得る。ピークは、例えば、ピークの振幅を維持される時間によって乗算することによって、維持される時間の間、記録され得る。
【００７４】
維持される期間が長いほど／および、またはピークが高いほど、そのピークに取り付けられた重さが大きくなる。例えば、食品および飲料業界では、腐食水洗浄プロセスを毎日実施する必要がある。このプロセスの間、ポンプは３０分間高速および高モータ負荷で運転することが要求され得る。このモータ負荷は、出力レベルｘ時間＝重み値で記録される。値は速度で参照される。モータ磁束モニタシステムがこのプロセス条件を再び監視すると、このパワーレベルｘ維持される時間＝重み値を記録する。
【００７５】
次にモニタされたイベント＞保存された重み値の場合、アラーム状態が表示される。
同時に、自己学習システムにおいて、各々の保存されたデータポイントは、プロセスにおける異常により、通常の動作に対しまれな発生であってさえ、同じ重さを有するように、記録される。
【００７６】
この技術は、各周波数「ビン」に対して維持される電力レベルと時間に基づいて、正確なモータ負荷プロファイルを確立する。「ビン」は、時間加重モータ負荷を有する自身のモータ負荷プロファイルスライスである。図４を参照のこと。
【００７７】
図５：ポンプシステムを含む基本装置１０
図５は、例えば、信号プロセッサまたは信号処理モジュール１０ａ、その他の信号プロセッサ回路または構成要素１０ｂ、モータ２０およびポンプ３０の組み合わせを含む、本発明の一部実施形態による、１０として一般的に示される装置を示す。
【００７８】
動作中、信号プロセッサまたは信号プロセッサモジュール１０ａは、
モータから検知されたサンプリングされた漏洩磁束、モータから検出され学習段階で保存された学習漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイル、およびモータのアラーム状態をトリガーするためにモータ負荷プロファイルに関連するユーザが選択可能な許容帯域に関する情報を含むシグナルを受信し、
サンプリングされた漏洩磁束が受信したシグナルに基づいて、モータ負荷プロファイルのユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、モータのアラーム状態をトリガーするかどうかについて情報を含む対応するシグナルを決定するように構成される。
【００７９】
一例として、信号プロセッサ１０ａの機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせを使用して実装され得る。典型的なソフトウェア実装では、信号プロセッサまたは信号処理モジュール１０ａは、例えば、少なくとも一つのプロセッサまたはマイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／または読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、入出力デバイスと制御装置、およびそれらを接続するデータバスとアドレスバス、および／または少なくとも一つの入力プロセッサと少なくとも一つの出力プロセッサを有する一つまたは複数のマイクロプロセッサベースのアーキテクチャを含むことになる。当業者であれば、このようなマイクロコントローラ（またはマイクロプロセッサ）ベースの実装をプログラムすることができ、これによって必要以上の実験なしに本明細書に記載される機能性を実施することができる。本発明の範囲は、現在公知または未来において後に発展する技術を使用する、特定の実施に限定されることを意図していない。本発明の範囲は、スタンドアローンのプロセッサまたはプロセッサモジュール、独立したプロセッサまたはプロセッサモジュール、ならびにそれらの組合せとして信号プロセッサの機能を実装することを含むことが意図される。
【００８０】
一例として、本特許出願を読んだ後、当業者は、必要以上の実験をすることなく、信号プロセッサ１０ａを実装して、モータから検出されたサンプリングされた漏洩磁束、モータから検出され学習段階で保存された学習漏洩磁束を含むモータ負荷プロファイル、およびモータのアラーム状態をトリガーするために、モータ負荷プロファイルに関連するユーザが選択可能な許容帯域に関する情報を含むシグナルを受信する方法を理解するであろう。実装は、要素１０ｂの一部を形成する他の構成要素または回路の一部を形成する、入力／出力モジュールとともに協働する、または連動する信号プロセッサ１０ａを含み得る。
【００８１】
さらなる例として、本特許出願を読んだ後、当業者は、サンプリングされた漏洩磁束が、例えば受信したシグナルに基づいて、モータ負荷プロファイルのユーザが選択可能な許容帯域外にある場合、モータのアラーム状態をトリガーするかどうかについての情報を含む対応するシグナルを決定するために信号プロセッサ１０ａを実装する方法を必要以上の実験なしに理解するであろう。
【００８２】
装置１０はまた、下にある本発明の一部を形成せず、詳細に説明しない装置と関連付けられた他の機能を実装する、１０ｂとして一般的に示される一つまたは複数の他のモジュール、構成要素などを含む。
【００８３】
一例として、図５〜６に示すものと一貫して、装置１０は、例えば、図６に示すように、モータの漏洩磁束検出器２０ｂを有する外側ハウジング２０ａを有するモータ２０も含んでもよい。さらなる例として、モータ２０はまた、適切な巻線、一つまたは複数の電流センサー２０ｄ、ならびに当技術分野で公知の他のモータ構成要素２０ｅを有するローターおよびステータの組み合わせ２０ｃを含み得る。
【００８４】
アラーム状態
一例として、アラーム状態は、以下のうちの一つまたは複数を含み得る：
・インペラはクロッグを開始し、フローが減少し、ロードが減少する、
・スラッジまたはラッグが生成されその生成により、負荷が増加する、
・誰かが入力バルブのスロットルを絞り、部分キャビテーションが起こり、負荷が減少する、
・ベアリングが固まり始め、負荷が増加する、
・インペラが摩耗し、負荷が減少する、
・など。
【００８５】
しかしながら、本発明の範囲は、モータに対して決定されたあらゆる特定のタイプまたは種類のアラーム状態に限定されることを意図しておらず、現在公知のものおよび将来的に開発されるもの、両方のアラーム状態を含むことができることに留意することが重要である。言い換えれば、実施形態が想定され、本発明の範囲は、本明細書に記載するものよりも他のタイプまたは種類のアラーム状態を決定することを含むことを意図する。
【００８６】
図６：基本方法
図６は、例えば、ステップ５０ａ、５０ｂ、５０ｃおよび５０ｄのいくつかの組み合わせを実施することを含む、本発明の一部の実施形態による、モータ内のアラーム状態を決定するためのステップを有する方法／技術のフローチャート５０を示す。一例として、フローチャート５０は、例えば、モータ漏磁束検出器２０ｂを有するモータ２０の外部フレーム２０ａを配列して、モータからサンプリングされた漏洩磁束を検出するためのステップ５０ｄを含む。
【００８７】
譲受人のスマートポンプ技術
本発明は、単独で、またはスマートポンプ技術のファミリーとともに、例えば、以下に開示されるように実施され得る。
特許出願番号第１３／８５９，８９９号（２０１３年４月１０日出願）（整理番号９１１−００２．０４７−２（Ｆ−ＧＩ−１１０３ＵＳ））、
特許出願番号第１３／８５９，９３６号（２０１３年４月１０日出願）（整理番号９１１−００２．０４８−２（Ｆ−ＧＩ−１１０４ＵＳ））、
特許出願番号第１５／２２７，５２９号（２０１５年８月３日出願）（整理番号９１１−００２．０７３−１（Ｆ−ＧＩ−１５０５ＵＳ））、および
特許出願番号第１５／８２６，６１６号（２０１５年８月１４日出願）（整理番号９１１−００２．０７４−１（Ｆ−ＧＩ−１５０４ＵＳ））は、
本出願の譲受人によって共有され、その全体が参照により本明細書に援用される。
【００８８】
譲受人のｉＡｌｅｒｔ技術
本発明は、例えば、２０１２年４月１０日に発行された米国特許第８，１５４，４１７号（整理番号９１１−００２．０３０−２（Ｆ−ＧＩ−０７０６ＵＳ））、２０１５年４月８日に提出された特許出願番号１４／６８１，５７７（整理番号９１１−００２．０６７−２（Ｆ−ＧＩ−１１４１ＵＳ））に開示されているように、単独で、またはｉＡｌｅｒｔ技術のファミリーと組み合わせて実施することができる。これらは両方とも、本出願の譲受人によって共有されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００８９】
譲受人のＥＭＤ技術
本発明は、例えば、２０１５年４月８日に提出された出願番号１４／６８１，５７７（整理番号９１１−００２．０６８−１（Ｆ−ＧＩ−１４０８ＵＳ））に開示されているように、単独で、またはＥＭＤ技術のファミリーと組み合わせて実施することができる。これは、本出願の譲受人によって共有されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００９０】
本発明の範囲
本明細書に別段の記載がない限り、本明細書の特定の実施形態に関して記載される特徴、特性、代替または修正のいずれも、本明細書に記載される任意の他の実施形態に適用、使用、または組み込まれ得ることを理解されたい。また、本明細書の図面はスケールを有して描かれていない。本発明は、その例示的な実施形態に関して説明および図示してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、前述および他のさまざまな追加および省略をそれに対して行うことができる。
【図１】
2020527018.tif 000003
【図２】
2020527018.tif 000004
【図３】
2020527018.tif 000005
【図４】
2020527018.tif 000006
【図５】
2020527018.tif 000007
【図６】
2020527018.tif 000008
【図７】
2020527018.tif 000009
【国際調査報告】
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2020527018.tif 000011
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