电机检测装置和方法与流程

1.本发明实施例总体上涉及电机领域，尤其涉及一种电机检测装置和方法。


背景技术：

2.通常，在电机运行过程中，需要对电机的各种状态进行检测以便预测电机是否发生故障。
3.然而，原有的智能电机控制单元(motor control unit，mcu)并不具备振动相关的状态监测功能，因此这种电机控制系统很难监测电机的机械部件的运行状态，更难以预测电机的突然失效。


技术实现要素：

4.一方面，本发明实施例提供了一种电机检测装置，用于对所述电机的运行状态进行检测，包括：振动传感器，位于所述电机的内部中靠近电机轴承的位置，被配置为对所述电机运行时的振动信号进行检测；信号处理模块，位于所述电机的内部或外部，被配置为对所述电机运行时的振动信号进行处理；以及无线通信模块，位于所述电机的内部或外部，被配置为将经处理的电机运行时的振动信号通过无线传输方式传送到数据处理模块，其中，所述数据处理模块位于所述电机检测装置的外部。
5.另一方面，本发明实施例提供了一种电机检测方法，用于对所述电机的运行状态进行检测，包括：利用振动传感器对所述电机运行时的振动信号进行检测；利用信号处理模块对所述电机运行时的振动信号进行处理；以及利用无线通信模块将经处理的电机运行时的振动信号通过无线传输方式传送到数据处理模块；其中，所述振动传感器位于所述电机的内部中靠近电机轴承的位置；所述信号处理模块位于所述电机的内部或外部；并且所述无线通信模块位于所述电机的内部或外部。
6.本发明实施例提供的电机检测装置和方法，能够利用振动传感器对电机运行时的振动信号进行检测，从而可以监测电机机械部件的运行状态，以预测电机是否发生故障等。
附图说明
7.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1示出了本发明第一实施例提供的具有mcu的电机检测装置的结构示意图；
9.图2示出了本发明第二实施例提供的无mcu的电机检测装置的结构示意图；以及
10.图3示出了本发明实施例提供的电机检测方法的流程示意图。
具体实施方式
11.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目
的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
12.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
13.为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种电机检测装置和方法，其能够对电机的振动信号加以监测并分析，从而可以很好地实现对电机的机械故障以及部分电气故障的预警和诊断。
14.然而，在现有技术中，越来越多的电机在实际应用中需要能够反馈自身的运行状态，但几乎传统的电机都无法返回自身的振动相关数据，通常都是在电机出厂之后加装振动传感器，且绝大多数传感器都是通过线缆连接来传输数据的，不仅体积大，还增加了成本，对安装固定及其安全性也有较高要求。
15.舍弗勒也提供诸如optime这样的典型的用于对电机的振动状态进行监测的传感器，该传感器可以安装在电机端盖外表面，通过无线传输方式来实现对电机振动相关状态的监测，属于无线外置传感器，不仅体积大，还增加了成本，对安装固定及其安全性也有较高要求。
16.此外，还有一些现有技术中只提及了对振动信号进行传输，并未兼顾电机已有的电压、电流、温度等信号的共同分析利用，并且针对无电机控制单元(motor control unit，mcu)的电机，并没有提出切实可行的无线振动信号传输方案。
17.如上所述，采用optime作为理想的无线振动传感器，能够很好地为客户提供电机振动相关的状态监测数据，但需要安装电池作为供电电源，以此方式，无法不间断地实时监测电机运行状态，电池寿命也易受到环境影响，更导致整个产品的体积较大，对安装位置要求较高，影响美观和安全性等。
18.下面通过具体示例的方式对本发明实施例提供的电机检测装置进行介绍。
19.如图1和图2所示，其中，图1示出了本发明第一实施例提供的具有mcu的电机检测装置100的结构示意图，图2示出了本发明第二实施例提供的无mcu的电机检测装置300的结构示意图。如图1和图2所示，其中，相同的附图标记可以用于表示相同或相似的组件，该电机检测装置100和300可以包括待测电机102、轴104、转子106、定子108、外壳110、电机前端盖112、电机后端盖114、电机轴承116等。其中，如图1所示的为电机102与mcu 118一体化设计的集成式智能电机，也就是说，mcu 118为电机的一部分，如图2所示的为无mcu的电机。
20.作为一个示例，如图1所示，该电机检测装置100可以用于对电机102进行检测，该电机检测装置100可以包括振动传感器122、信号处理模块124和无线通信模块126，其中，振
动传感器122可以位于电机102的内部中靠近电机轴承116的位置，并且可以被配置为对电机102运行时的振动信号进行检测，信号处理模块124可以位于电机102的内部或外部，并且可以被配置为对电机运行时的振动信号进行处理，无线通信模块126可以位于电机102的内部或外部，并且可以被配置为将经处理的电机运行时的振动信号通过无线传输方式传送到数据处理模块200并对其进行存储以供监测电机102的运行状态，其中，数据处理模块200可以位于电机检测装置100的外部。
21.应注意的是，虽然在图1所示的示例中，信号处理模块124和无线通信模块126被示出为位于mcu 118的内部，但是可以理解的是，其仅作为示例提供，例如，在其他实施例中，信号处理模块124可以位于电机102的内部并且与振动传感器122集成在一起，而无线通信模块126可以位于mcu 118的内部。
22.作为一个示例，如图2所示，该电机检测装置300可以用于对电机102进行检测，该电机检测装置300还可以包括：振动传感器302、信号处理模块和无线通信模块304，其中，振动传感器302可以位于电机102的内部中靠近电机轴承116的位置，并且可以被配置为对电机102运行时的振动信号进行检测，信号处理模块可以位于电机102的内部或外部，并且可以被配置为对电机运行时的振动信号进行处理，无线通信模块可以位于电机102的内部或外部，并且可以被配置为将经处理的电机运行时的振动信号通过无线传输方式传送到数据处理模块200并对其进行存储以供监测电机102的运行状态，其中，数据处理模块200可以位于电机检测装置300的外部。
23.应注意的是，虽然在图2所示的示例中，信号处理模块和无线通信模块被示出为集成在一起(示出为304)并位于电机102的外部，但是可以理解的是，其仅作为示例提供，在其他实施例中，信号处理模块可以位于电机102的内部并且与振动传感器302集成在一起，而无线通信模块位于电机102的外部，图中未示出。
24.作为一个示例，针对具有mcu的电机和不具有mcu的电机而言，信号处理模块与振动传感器可以集成在一起并且安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承116的位置，并且越靠近电机轴承116越好。
25.作为一个示例，电机检测装置100还可以包括mcu 118，如图1所示，mcu 118可以与电机102集成在一起，mcu 118可以包括电源模块和直流转交流ac/dc模块120，其中，电源模块可以被配置为经由ac/dc模块120为振动传感器122、信号处理模块124和无线通信模块126提供直流电源。
26.具体地，电源模块可以经由ac/dc模块120为振动传感器122、信号处理模块124和无线通信模块126中的一者或多者提供直流电源，例如3.3v直流电源。
27.如上所述，信号处理模块可以与振动传感器集成在一起，并且安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承116的位置，在其他实施例中，信号处理模块124还可以位于mcu 118的内部(如图1所示)。
28.作为一个示例，mcu 118还可以包括电压传感器和电流传感器(图1中未示出)，其中，电压传感器可以被配置为对电机运行时的电压信号进行检测，电流传感器可以被配置为对电机运行时的电流信号进行检测；并且电机102还可以包括温度传感器，该温度传感器可以被配置为对电机运行时的温度信号进行检测，并将检测结果发送给mcu 118。
29.作为一个示例，无线通信模块126可以位于mcu 118的内部，并且可以进一步被配
置为将mcu 118采集到的电机运行时的电压信号、电流信号和温度信号连同经处理的电机运行时的振动信号一起传送到数据处理模块200。
30.综上，针对电机与mcu一体化设计的集成式智能电机(参见图1)，将optime传感器中所包括的四个主要功能模块(例如，mems振动传感器、信号处理模块、无线通信模块、电源模块)进行分解。其中，mems振动传感器和信号处理模块可以仍然集成在一起，并且安装于电机端盖内表面中靠近轴承的位置，其中越接近轴承座越好；或者将mems振动传感器安装于电机端盖内表面中靠近轴承的位置，将信号处理模块安装于电机的mcu 118中。同时，由mcu 118中的电源模块经由ac/dc模块来为以上两个功能模块提供供电电源，例如3.3v直流电源。
31.此外，通过将无线通信模块126设置于电机102的mcu 118的内部，不仅可以由mcu 118为其供电，还可以将mcu 118中已有的电压、电流、温度等过程控制和状态信号，连同接收到的经信号处理模块124处理的电机运行时的振动信号一起通过无线传输方式传送到数据处理模块200。以此方式，不仅考虑了振动信号，还兼顾了已有的电压、电流和温度等信号的共同分析利用。
32.针对无mcu的电机，将上述mcu 118中的电源模块用能量收集和处理模块306(如图2所示)代替。
33.作为一个示例，如图2所示，能量收集和处理模块306可以位于电机102的外部，包括直流转交流ac/dc模块，并且可以被配置为收集电机的振动能量或太阳能，以用于经由ac/dc模块为振动传感器302、信号处理模块和无线通信模块304提供直流电源。
34.作为一个示例，如图2所示，信号处理模块与无线通信模块可以集成在一起(示出为304)并且安装于电机端盖外表面。可以理解的是，其仅作为示例提供，而不应被解释为限制性的，例如，在其他实施例中，信号处理模块可以位于电机的内部，并且与振动传感器集成在一起并安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承的位置，而无线通信模块可以位于电机的外部并且安装于电机端盖外表面。
35.作为一个示例，在图1和图2所示的实施例中，数据处理模块可以为工厂数据平台或智能终端设备。
36.综上，针对无mcu的电机(参见图2)，将optime传感器中所包括的四个主要功能模块(例如，mems振动传感器、信号处理模块、无线通信模块、电源模块)中的电源模块用能量收集和处理模块306来代替，mems振动传感器和信号处理模块可以仍然集成在一起，并且安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承的位置，其中越靠近轴承座越好，无线通信模块贴装于电机端盖外表面；或者mems振动传感器安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承座的位置，信号处理模块和无线通信模块集成在一起并贴装于电机端盖外表面，并且与mems振动传感器有线连接。
37.其中，能量收集和处理模块306具有收集并储存微小能量的功能，如电机的振动能量或太阳能等，由能量收集和处理模块306经由ac/dc模块来为振动传感器、信号处理模块和无线通信模块中的一者或多者进行供电，如3.3v直流电源。由无线通信模块将采集到的振动信号通过无线传输方式传送到工厂数据平台或智能终端设备200。
38.可见，图1和图2所示的两种电机检测装置，均能实现电机与工厂数据平台或智能终端设备之间不间断的无线数据传输，不再需要独立电源、降低了成本、并实现了全智能
化、全数字化工厂管理。
39.综上，本发明实施例提供的电机检测装置，其中，针对具有mcu的电机，将振动传感器隐形安装于电机端盖内表面中靠近轴承座的空间内，由mcu为其提供例如3.3v直流电源；将无线通信模块和信号处理模块集成于电机的mcu中，由mcu为其提供例如3.3v直流电源；由无线通信模块将mcu中已有的电压、电流、温度等电机过程参数及控制信息，连同振动信号一起组成的电气信息及机械状态信息传送到数据处理模块，具体地，将电气信息及机械状态信息通过无线传输方式传送到数据处理模块(例如，工厂数据平台或智能终端设备)；针对无mcu的电机，可以由基于振动能量或太阳能的能量收集和处理模块为振动传感器、信号处理和无线通信模块持续供电。
40.本发明实施例提供的电机检测装置相比于现有技术，具备以下优势：振动传感器是隐形安装的，无人员安全隐患；无需电池供电，而是由电机的mcu提供例如3.3v直流电源，这种供电方式更加稳定、耐久，传感器模块的体积总和相比于optime传感器有所减小；无线通信模块可以将mcu中已有的电压、电流、温度等过程参数和控制信号，连同振动信号一同发送至工厂数据平台或智能终端设备上，从而实现了全智能化、全数字化工厂管理；可以实现电机的mcu与工厂数据平台或智能终端设备之间的无线数据传输、降低了成本；以及不再需要独立电源等。
41.此外，本发明实施例还提供了一种电机检测方法，用于对电机的运行状态进行检测，如图3所示，图3示出了本发明实施例提供的电机检测方法的流程示意图。
42.作为一个示例，该方法可以包括：s410，利用振动传感器对电机运行时的振动信号进行检测；s420，利用信号处理模块对电机运行时的振动信号进行处理；以及s430，利用无线通信模块将经处理的电机运行时的振动信号通过无线传输方式传送到数据处理模块以用于对电机的运行状态进行检测；其中，振动传感器位于电机的内部中靠近电机轴承的位置，信号处理模块位于电机的内部或外部，并且无线通信模块位于电机的内部或外部。
43.作为一个示例，信号处理模块与振动传感器集成在一起并且安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承的位置。
44.作为一个示例，电机还包括电机控制单元mcu，与电机一体地形成，包括电源模块和直流转交流ac/dc模块，其中，上述方法还可以包括利用电源模块经由ac/dc模块为振动传感器、信号处理模块和无线通信模块提供直流电源。
45.作为一个示例，信号处理模块与振动传感器集成在一起并且安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承的位置；或者信号处理模块位于mcu的内部。
46.作为一个示例，mcu还可以包括电压传感器和电流传感器，电机还可以包括温度传感器，其中，上述方法可以包括利用电压传感器对电机运行时的电压信号进行检测，利用电流传感器对电机运行时的电流信号进行检测，以及利用温度传感器对电机运行时的温度信号进行检测，并将检测结果发送给mcu。
47.作为一个示例，无线通信模块可以位于mcu的内部，并且上述方法还可以包括利用无线通信模块将mcu采集到的电机运行时的电压信号、电流信号和温度信号连同经处理的电机运行时的振动信号一起传送到数据处理模块。
48.作为一个示例，上述方法还可以包括利用能量收集和处理模块收集电机的振动能量或太阳能，能量收集和处理模块位于电机的外部，包括直流转交流ac/dc模块，以用于经
由ac/dc模块为振动传感器、信号处理模块和无线通信模块提供直流电源。
49.作为一个示例，信号处理模块与无线通信模块集成在一起并且安装于电机端盖外表面；或者信号处理模块与振动传感器集成在一起并且安装于电机端盖内表面中靠近电机轴承的位置，无线通信模块安装于电机端盖外表面。
50.作为一个示例，数据处理模块为工厂数据平台或智能终端设备。
51.可以理解的是，上述电机检测方法的细节和技术效果与以上结合图1和图2描述的电机检测装置的细节和技术效果相同，因此，为了简化描述，此处不再赘述。
52.需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
53.以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
54.还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
55.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。