CN101213436B - 用于计算轴承寿命的电机接口模块设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是对用于监测电机轴承的设备进行简化。为了达到这个目的，为电机配备接口模块(SM)，通过所述接口模块可计算出轴承(LA)的剩余寿命。这个接口模块(SM)可整合在所述电动机内，或者也可设置在所述电动机上。根据发送器(GB)和可选的温度传感器(TS)的信号可估算出所述轴承(LA)的剩余寿命。

Description

用于计算轴承寿命的电机接口模块设备 

技术领域

本发明涉及一种接口模块设备，所述接口模块设备可连接在一个具有轴承的电机上，并用于输出所述轴承的剩余寿命。此外，本发明还涉及一种具有这种接口模块设备的电机。

背景技术

由超负荷运转引起的轴承磨损或轴承疲劳会使电动机上的相应轴承失效，进而致使电动机发生故障。润滑油脂润滑性能的减弱所引起的轴承磨损与轴承的历史负荷相关，尤其是与轴承温度和转速相关，是电动机轴承失效的主要原因。轴承疲劳主要与轴承所受到的横向力负荷、振动及转速相关。

通常建议电动机只采用可以计算出来并经试验验证的轴承更换期限。一般情况下无需将属于个别情形的磨损或疲劳状态考虑在内。

DE 199 37 203 A1中公开了一种监测轴承寿命和负荷的方法。其中，一个系统对滚动元件轴承中的滚动元件负荷进行实时检测。一些传感器围绕轴承的内滚道和外滚道布置，以便输出与确定负荷相符的传感器数据。一个控制单元根据传感器数据对轴承的寿命进行预测，并根据传感器数据实时确定轴承的负荷范围。传感器数据为周期性数据，从传感器数据中提取峰值和谷值，从而确定滚动元件负荷和测得的轴承速度。

此外，专利说明书DE 100 39 015 C1中公开了一种用于对连铸托辊的枢轴承进行监测的方法和装置。为能确定滚动轴承和滑动轴承的剩余寿命，在一个或多个枢轴承上对机械负荷和热负荷进行持续测量及存储(载荷谱)。数字形式的测量结果由分析和存储单元处理，以及根据所有负荷的总数计算出载荷谱和相应枢轴承的极限负荷容量的比值。

DE 102 57 793 A1中公开了一种基于模型的寿命观测器。其中，根据现有的汽车传感器系统确定系统负荷，并将传感器信号处理成有关负荷的时间特性曲线。根据系统模型和有关负荷的时间特性曲线确定局部组件负荷。最后，在工作强度分析中根据累积组件受损量计算出系统模型中所包含的组件的剩余寿命。

此外，US 6 529 135 B1中公开了一种内置式电动机监测器。其中，对电动机的工作状况进行监测，并将相应的预测信息存储在存储装置内。在此过程中需要加以监测的还有温度、电动机转速和绕组温度。

上文所述的剩余寿命确定方法通常需要大量的测量仪器和计算设备方能顺利实施。 EP 1 510 805 A1中公开了一种诊断滚子轴承剩余寿命的方法。此外还公开了一种带有加速度计和信号转换设备的相应装置。这种方法是用历史工作时间来预测剩余寿命。

此外，EP 1 184 813 A2中也公开了一种预测滚子轴承寿命的方法和相应的设备。为能进行这种预测，需要测量润滑剂的工作温度。预测时将这个温度条件下的润滑剂粘度作为考虑因素。

专利说明书US 5 621 159 A中揭示了一种用于测定风扇的轴承摩擦状况的方法和设备。对风扇工作速度的变化进行测量。测量参数可以存储在历史记录中。

此外，EP 1 055 923 A2中公开了一种用于监测轴承性能的监测设备。一个或多个静电传感器用于测定轴承负荷。必要时，可以此为依据发出警报。

DE 199 37 203 A1中也公开了一种监测轴承寿命和负荷的方法。一些传感器围绕轴承的内滚道和外滚道布置，以便输出与测定负荷相符的传感器数据，这些负荷是由轴承的滚动元件所引起。举例而言，可对轴承的速度和温度进行测量。

最后，DE 100 49 506 A1中公开了一种内置式电动机监测装置。其中，将可以说明电动机工作状态的趋势信息、预测信息、诊断信息和危险情况信息存储在存储元件内。为此需对电动机绕组上的(例如)振动、温度、磁通和电压进行测量。其中，专门为温度检测提供环境温度传感器、内轴承温度传感器、外轴承温度传感器和定子绕组温度传感器。根据传感器数据可测定电动机的寿命。

发明内容

因此，本发明的目的是对用于测定电机轴承剩余寿命的设备进行简化。

根据本发明，这个目的通过一种接口模块设备而达成，所述接口模块设备可连接在一个包括至少一个轴承的电机上，并用于输出所述轴承的剩余寿命，所述接口模块设备包括一用于将发送器(Geber)的原始信号转换成数字化的发送器信号的转换装置、一可以确定或接收电机工作时间的时间检测装置和一计算装置，所述计算装置用于根据数字化的发送器信号确定转速、确定轴承在电机工作时间内的转速负荷以及根据总工作时间内的转速负荷确定轴承的剩余寿命。此外，电机中还设置有温度传感器。借此可将轴承中的润滑剂状况考虑在内。温度传感器并非直接设置在轴承上。更确切地说，这个温度传感器设置在电机的绕组上，对电机绕组的温度进行检测，在此情况下，计算装置就可通过温度模型对轴承温度进行估算，从而计算出轴承的剩余寿命。

在确定剩余寿命时还考虑轴承的温度，可以借助于计算装置，通过温度模型和绕组温度而估算得轴承的温度。

借助本发明的接口模块可在电机上加装用于计算轴承寿命的单元。此外，借助所述模块可将轴承的剩余寿命直接存储在电动机或电机上，以便在现场随时对其进行调用。

优选地，以数字值的形式将剩余寿命存储在一个与接口模块的计算装置相连的存储装置中。在此情况下，这个剩余寿命无需经过专门的解码过程即可迅速得到利用。

电机(例如电动机)通常都配有至少一个轴承、一个传感器和一个上文所述的接口模块设备。此处的电机也可以是任意一种具有轴承的机器。轴承优选为枢轴承，但也可以是同样会受到磨损的线性轴承。设置在电机中或电机上的发送器传输的是有关电机运动状况的信号。其中，在所述电机为旋转电动机的情况下，可根据发送器信号确定电机的旋转速度；当所述电机为直线电动机时，可根据发送器信号确定电机的移动速度。

本发明还提供了一种电机，包括至少一个轴承、一个发送器，以及与所述电机相连的上文所述的接口模块设备，所述接口模块设备用于输出所述轴承的剩余寿命。

本发明的接口模块设备可设置在电机的接线盒中或接线盒上，或者设置在电机的控制装置中或控制装置上。

发送器有利地建构为光学发送器。借此可实现高度精确的转速分辨率。

此外，如果本发明的接口模块设备包括至少一个用于检测电机物理量的其他传感器，也是有利的，其中，所述其他传感器提供相应的传感器信号，计算装置在计算剩余寿命时也可将这个传感器信号考虑在内。借此可提高剩余寿命的估算精确度。

如果所述至少一个传感器用于检测轴承受到的横向力，是有利的。作为补充或替代方案，还可或也可设置用于对轴承受到的振动进行检测的传感器。借此可更有效地将引起轴承过度磨损的机械负荷考虑在内。

通过这种与负荷相关的轴承剩余寿命确定可以更有效地检测负荷量(例如轴承温度和转速)对轴承寿命的影响。借此可以更精确地确定轴承的剩余寿命和更换期限，从而显著减小发生计划外轴承失效的概率。

附图说明

下面借助附图对本发明进行详细说明，其中：

图1为本发明的电动机的截面图，所述电动机带有用于计算寿命的接口模块；以及

图2为本发明的用于计算剩余寿命的接口模块的原理图。

具体实施方式

下面将要详细说明的实施例是本发明的优选实施方式。

图1所示的电动机具有一个转子RO，转子RO借助两个轴承LA可旋转地设置在位于外壳GE中的轴WE上。设置在电动机外壳GE上的接线盒AK包含有一个接口模块SM，接口模块SM用于计算轴承LA的剩余寿命，并与一个控制装置之间存在通讯连接。

设置在电动机外壳GE上的发送器GB向控制装置ST和接口模块SM传输旋转信号。必要时，这两个组件根据这个旋转信号计算出转子RO的旋转速度。

为其中一个轴承LA设置一个用于监测轴承温度的温度传感器TS。温度传感器TS的输出信号被传输到接口模块SM上，必要时也传输给控制装置ST。

图2显示的是接口模块SM的放大图。接口模块SM具有一些用于接收传感器信号的输入端E1、E2和E3。每个模拟的传感器信号均由转换器WA转换成数字信号。

计算装置RE接收来自转换器WA的数字信号。计时单元ZE向计算装置RE传输时间信号。计算装置RE根据传感器信号和这个时间信号计算出剩余寿命，并通过输出端A1输出这个剩余寿命。

也就是说，接口模块SM对电动机的工作小时数、相应的轴承温度和转速进行检测。这些量可以存储在图2中未显示的存储装置中，以便随时对其进行调用。根据电动机的工作小时数和轴承LA因温度和转速而受到的相应负荷确定其中一个轴承LA或两个轴承LA的剩余寿命。其基础是针对常规负荷规定的轴承寿命。

轴承剩余寿命的确定可直接在电动机、转换器或控制装置中进行。在此情况下，可以数字值的形式将轴承剩余寿命存储在控制装置ST中。当规定 的极限值被超过时，可以发出警告或报警。

在图1所示的实施例中只显示了两个传感器。一个传感器用于确定电动机的转速，另一个传感器用于检测轴承温度。但也可以在电动机中或电动机上设置其他任意类型的传感器来检测与电动机相关的其他物理变量。例如，可以通过相应的传感器检测横向力和振动，并在确定轴承剩余寿命时将其考虑在内。除此之外，也可在计算剩余寿命时将应用特定的折减系数考虑在内。

如前文所述，轴承温度可直接通过温度传感器TS确定，或者间接通过一个温度模型根据电动机的绕组温度和负荷变量确定轴承温度。

与负荷相关的轴承剩余寿命确定必要时可与常规的轴承监测结合起来。进行这种轴承监测时，可根据检测到的传感器信号(例如温度和振动)直接推断出轴承的受损程度。借此可在短时间内检测出失效轴承。

Claims (6)

1.一种接口模块设备(SM)，所述接口模块设备与一个包括至少一个轴承(LA)的电机相连，并用于输出所述轴承(LA)的剩余寿命，所述接口模块设备包括：

一转换装置(WA)，用于将来自发送器(GB)的原始信号转换成数字化的发送器信号；

一时间检测装置(ZE)，用于确定或接收所述电机的工作时间；以及

一计算装置(RE)，用于根据所述数字化的发送器信号确定转速、确定所述轴承(LA)在所述工作时间内的转速负荷以及根据总工作时间内的转速负荷确定所述轴承(LA)的剩余寿命，

所述电机还包括一温度传感器(TS)，用于检测所述电机的绕组温度；

其特征在于，

在确定剩余寿命时还考虑所述轴承的温度，所述轴承的温度是借助于所述计算装置(RE)，通过温度模型和所述绕组温度而估算得到的。

2.根据权利要求1所述的接口模块设备，其中，所述剩余寿命以数字值的形式存储在与所述计算装置(RE)相连的存储装置中。

3.一种电机，包括至少一个轴承(LA)、一个发送器(GB)，以及与所述电机相连的一个根据权利要求1和2中任一项权利要求所述的接口模块设备(SM)，所述接口模块设备用于输出所述轴承的剩余寿命。

4.根据权利要求3所述的电机，其中，所述发送器(GB)是光学发送器。

5.根据权利要求3或4所述的电机，包括至少一个用于对所述轴承所受到的横向力进行检测的传感器，使得所述计算装置(RE)在计算所述剩余寿命时也可将所述横向力考虑在内。

6.根据权利要求5所述的电机，包括至少一个振动传感器，使得所述计算装置(RE)在计算所述剩余寿命时也可将振动考虑在内。

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