用于检测电机振动的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本文所公开的主题内容总体上涉及对电动机的控制，更具体地涉及用于使用安装 至电动机的传感器来检测振动并且使用连接至该电动机的控制器来减小所检测到的振动 的系统。
【背景技术】
[0002] 旋转电机（如电动机或发电机）已变得普遍并且存在于许多应用和配置中。电机 包括固定部件（即，定子）和旋转部件（即，转子）。在电动机中，例如经由安装至转子的磁 体或者经由施加于缠绕在转子上的线圈的电流或在所述线圈中感生的电流，在转子中建立 磁场。由于向定子施加受控电压而建立第二旋转磁场，并且定子中磁场的旋转引起转子中 的磁场旋转，从而使转子旋转。传动轴或其他驱动构件安装至转子并且延伸到转子壳体的 外部，从而在转子旋转时向要被驱动的机器（如齿轮箱、泵或风扇）提供机械联接。
[0003] 还已知可以提供电机控制器，以将来自交流（AC)源或直流（DC)源的输入电力转 换成施加于定子的受控电压。在某些应用中，期望高性能的电机和受控机器。例如，伺服电 机可以将机床定位成具有较高速度和紧密的位置公差，以用于部件的可重复制造。伺服电 动机可以安装至机器并且经由齿轮箱联接到用于定位机器的一个轴的驱动构件，如滚珠螺 杆或齿条和小齿轮。
[0004] 由于下述原因可能会导致在控制系统内产生的振动或谐振：电机的转动性、不平 衡性，例如在转子传动轴上的不平衡性；错位，例如在电动机传动轴与齿轮箱之间的错位； 不适机械负载，如在电动机传动轴与齿轮箱之间的联接；或者甚至由于机器构造而引起的 转矩波动。这些振动或谐振不会在电动机的整个操作范围中出现，但会在特定的操作频率 处出现。这样的振动或谐振会导致电动机上的磨损增加，或者需要降低电动机控制器的响 应能力，以避免谐振，从而导致受控机器的工作能力降低。因此，期望检测这样的振动，以提 供受控机器的改进操作。
[0005] 以往，传感器已被安装至电动机，以检测电动机中的振动。电动机控制器可以接收 与该振动相对应的信号，并且响应于该振动信号来调整电动机控制器中的操作参数。然而， 在电动机中存在多个潜在振动源，并且每个振动源会需要对电动机的控制进行不同的调整 以减小振动的水平。利用现有的振动检测感测系统难以或不可能确定振动源。因此，期望 提供一种用于监测电机的振动并且用于调整电动机的操作以减小在电动机中所检测到的 振动的改进系统。
【发明内容】
[0006] 本文所公开的主题描述了一种用于监测电机的振动并且用于调整电动机的操作 以减少在电动机中所检测到的振动的改进系统。传感器可以被定位在电动机壳体内，以检 测电机的振动。根据一个实施方式，每个传感器被定位在与电动机传动轴正交的平面中。第 一传感器被安装在电动机传动轴的一侧，而第二传感器被安装在电机传动轴的相对侧。每 个传感器沿电动机的至少一个轴检测振动，并且传感器被定向成使得每个传感器的极性相 反。换言之，来自第一传感器的、与在沿轴中的一个轴的一个方向上的振动相对应的信号具 有正幅度，而来自第二传感器的、与在沿同一轴的相同方向上的振动相对应的信号具有负 幅度。该对传感器可以被用于识别电动机内的特定振动，并且使得电动机控制器能够调整 电动机的操作，以减小或消除所识别的振动。根据另一实施方式，传感器可以直接安装至电 动机传动轴。电动机传动轴上的传感器可以直接检测沿电动机传动轴的振动。可选地，第 二传感器可以安装至电动机壳体内的固定位置，并且电动机传动轴上的传感器和固定位置 处的传感器的组合可以用于隔离电动机内的特定振动，并且使得电动机控制器能够调整电 动机的操作，以减小或减轻所隔离的振动。
[0007] 根据本发明的一个实施方式，一种被配置成由控制器来操作的电机包括：壳体、定 子和转子。定子被安装在壳体内并且被配置成从控制器接收电压，以控制电动机的操作。转 子可旋转地安装在壳体内并且根据施加于定子的电压来绕中心轴进行旋转。电机还包括至 少一个传感器，该至少一个传感器安装在壳体内接近转子的位置处。每个传感器被配置成 生成与在安装传感器的位置处检测到的振动相对应的信号。每个传感器位置被定位在与中 心轴正交的平面中，每个信号被发送至控制器，并且控制器根据与所检测到的振动相对应 的信号来调整电机的操作。
[0008] 根据本发明的另一实施方式，一种被配置成由控制器来操作的电机包括：壳体、安 装在壳体内的定子、可旋转地安装在壳体内的转子以及连接至转子并延伸到壳体的外部的 传动轴。定子被配置成从控制器接收电压，以控制电机的操作，以及转子根据施加于定子的 电压进行转动。传动轴具有该传动轴绕其旋转的中心轴。第一传感器安装在壳体内接近传 动轴的第一位置处，并且被配置成生成与在第一位置处检测到的振动相对应的信号，以及 第二传感器安装在壳体内接近传动轴的第二位置处，并且被配置成生成与在第二位置处检 测到的振动相对应的信号。第一位置和第二位置被定位在与所述传动轴的中心轴正交的平 面中，并且与在第一位置和第二位置处检测到的振动相对应的信号被传送至控制器。控制 器根据与在第一位置和第二位置处所检测到的振动相对应的信号来调整电机的操作。
[0009] 根据本发明的又一实施方式，公开了一种对电机的操作进行控制的方法。利用控 制器生成电压并将该电压提供给电机的定子，该定子转而使电机的转子旋转。利用安装在 第一位置处的第一传感器来检测在电机内的第一位置处出现的振动，并且利用安装在第二 位置处的第二传感器来检测在电机内的第二位置处出现的振动。与来自第一传感器的与在 第一位置处出现的振动相对应的信号和与来自第二传感器的与在第二位置处出现的振动 相对应的信号被传送至控制器。第一位置和第二位置被定位在与电机的传动轴正交的平面 中，其中，该传动轴连接至转子。利用控制器根据与在第一位置和第二位置处出现的振动相 对应的信号来调整电机的操作。
[0010] 根据详细描述和附图，本发明的这些优点和特征以及其他优点和特征对于本领域 技术人员来说将变得明显。然而，应当理解的是，详细描述和附图尽管指示本发明的优选实 施方式，但是通过示出的方式而非限制方式给出。在不背离本发明的精神的情况下，可以在 本发明的范围内做出各种改变和修改，并且本发明包括许多这样的修改。
【附图说明】
[0011] 在附图中示出了本文所公开的主题的各种示例性实施方式，在附图中，相同的附 图标记表示相同的部件，并且其中：
[0012] 图1是根据本发明的一个实施方式的电动机的立体图，其中壳体的一部分被切掉 以示出电动机的内部部件的一部分；
[0013] 图2是根据本发明的一个实施方式连接在电源与电动机之间的电动机控制器的 框图表不；
[0014] 图3是根据本发明的一个实施方式可操作地连接在振动传感器与电动机控制器 之间的控制器的框图表示；
[0015] 图4是根据本发明的一个实施方式的电动机壳体内的传感器布局的框图表示；以 及
[0016] 图5是根据本发明的另一个实施方式的电动机壳体内的传感器布局的框图表不。
[0017] 在描述附图中所示的本发明的各种实施方式中，为了清楚起见将诉诸于特定术 语。然而，这并不意味着本发明限于这样选择的特定术语，并且要理解的是，每个特定术语 包括以类似方式操作以完成类似目的的所有技术等同物。例如，通常使用词语"连接"、"附 接"或与其类似术语。它们不限于直接连接，还包括通过其他元件的连接，其中这样的连接 被本领域技术人员视为等同。
【具体实施方式】
[0018] 首先转向图1，示出了根据本发明的一个实施方式包含用以减轻电动机10的振动 的系统的示例性电动机10。电动机10包括在各端处打开的机架12。前端盖14和后端盖 16包围每个端，并且与机架12结合来限定电动机10的壳体。电动机10包括被配置成接收 电压以控制电动机10的操作的定子组件18和被配置成根据施加于定子组件18的电压进 行旋转的转子组件20。接线盒22安装至机架12并且被配置成从电动机控制器50接收电 动机引线24 (如图2所示的），该电动机引线24转而在接线盒22内连接