Электродвигатель, вентилятор и система, состоящая из электродвигателя и блока оценки

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении эффективности измерения звука. Электродвигатель (1) с по меньшей мере одним подшипником (4), посредством которого установлен с возможностью вращения вал (8) или ось электродвигателя (1). Во время работы электродвигателя (1) возникает звук, который может обнаруживаться посредством датчика (12) звука, причем источник звука может быть образован, в частности, по меньшей мере одним подшипником (4). В электродвигателе (1) выполнена звуковая камера (13), которая ограничена несколькими ограничивающими поверхностями. При этом по меньшей мере одна из ограничивающих поверхностей включает звуковую поверхность, причем звуковая поверхность образована поверхностью подшипника (4) или поверхностью тела, проводящего звук к поверхности. Датчик (12) звука размещен в звуковой камере (13) и выполнен так, чтобы обнаруживать звук (15), передаваемый по воздуху от звуковой поверхности к датчику звука. Электродвигатель (1) может быть составной частью вентилятора и/или системы с блоком оценки. В первом случае предусмотрено рабочее колесо, которое связано с ротором электродвигателя (1). Во втором случае блок оценки имеет интерфейс связи, через который измеренные значения датчика (12) звука и/или обработанные измеренные значения от электроники (16) датчика могут приниматься блоком оценки. Блок оценки тогда выполнен с возможностью оценки измеренных значений и/или обработанных измеренных значений. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электродвигателю с по меньшей мере одним подшипником, посредством которого вал или ось электродвигателя установлена с возможностью вращения, причем во время работы электродвигателя возникает звук, который может обнаруживаться посредством датчика звука (акустического датчика). Кроме того, изобретение относится к вентилятору с электродвигателем и системе, состоящей из электродвигателя блока оценки.

Электродвигатели обычно содержат статор и ротор, установленный с возможностью вращения относительно статора. Ось или вал электродвигателя часто устанавливается с помощью одного или нескольких подшипников. Эти подшипники чаще всего выполнены как подшипники качения, которые состоят из внешнего кольца, внутреннего кольца и множества тел качения, расположенных между внутренним и внешним кольцом. Тела качения обеспечивают возможность легкоподвижного вращательного движения внутреннего кольца относительно внешнего кольца и гарантируют по существу безлюфтовую работу подшипника. Во многих случаях, тела качения выполнены шарообразными или цилиндрическими и удерживаются в своем положении посредством сепаратора. При этом тела качения между внешним и внутренним кольцом смазываются с помощью смазочного средства, чаще всего масла или смазки для подшипников.

Как и многие механически подвижные устройства, подшипники подвергаются износу. Это может вызываться или стимулироваться отслаивающимися частицами, недостаточной смазкой, дефектными сепараторами подшипников, проникающими посторонними частицами, образованием царапин, неравномерной нагрузкой (например, из-за деформаций), сильными циклическими (переменными) нагрузками или тому подобным и приводит к повреждению подшипника. В зависимости от своего распространения, износ, как правило, проявляется в механических колебаниях, которые переносятся через вкладыши подшипников на другие компоненты электродвигателя. Эти колебания, особенно при сильных повреждениях, могут быть измерены с помощью датчиков вибрации. При этом чаще всего применяются датчики вибрации, которые измеряют ускорение или скорость вибраций.

Подобная система раскрыта, например, в EP 2 972 431 B1. Для этого датчик вибрации посредством металлического элемента корпусного шума закрепляется на фланце статора на его стороне, обращенной от ротора. Датчик вибрации измеряет вибрации электродвигателя, за счет чего могут распознаваться проблемы, связанные с подшипником электродвигателя.

Однако было бы полезным, если бы состояние подшипников можно было определить при незначительном износе или при наличии деформации подшипников, так как таким образом можно своевременно реагировать на критические рабочие условия. В общем случае, возникающие тогда механические вибрации настолько незначительны, что они могут измеряться только с помощью очень высококачественных датчиков вибрации, которые, ввиду высоких затрат, не пригодны для крупносерийного производства. Однако подходящие датчики вибрации обычно ограничены по своей ширине полосы и могут лишь при ограниченной частоте измерять с хорошим качеством и разрешением. Типовые доступные датчики ускорения MEMS (микроэлектромеханическая система) могут измерять, например, частоты сигнала максимум 5 кГц с разрешением 8 бит. Если требуется более высокое разрешение, например 10 бит или 12 бит, скорости отсчета быстро падают до 2 кГц или ниже. Эти частоты, однако, не пригодны для того, чтобы обнаруживать возникающие повреждения подшипников.

Поэтому известны устройства, в которых, дополнительно к датчику вибраций, используется микрофон. Подобное устройство для контроля состояния подшипника качения раскрыто, например, в DE 10 2012 220 222 A1. Дополнительно к датчику вибрации, используется датчик акустической эмиссии, который измеряет акустические эмиссии подшипника в ультразвуковом диапазоне. Сигнал датчика вибрации используется для того, чтобы классифицировать состояние подшипника, основываясь на предельных значениях, на одну из четырех категорий. Измеренные акустические эмиссии применяются для сопоставления с предельными значениями. В общем случае, используемые ультразвуковые микрофоны являются дорогостоящими. Кроме того, в этой системе требуется высококачественный датчик вибрации.

Из DE 10 2008 053 875 A1 известно устройство диагностики состояния подшипников, в котором с помощью датчиков шума регистрируются шумы подшипника и сравниваются с ранее записанными данными. Для улучшения отношения сигнал-шум, внутри электродвигателя выполняются каналы направления шума, которые направляют звук от подшипника к датчику шума. Переключающее устройство может соединять соответствующий один из нескольких каналов направления шума с датчиком шума. Тем самым, хотя генерируемые подшипником шумы могут эффективно измеряться, изготовление требуемых каналов направления шума, однако, является трудоемким и, тем самым, дорогостоящим.

Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача выполнить и дополнительно усовершенствовать электродвигатель, вентилятор и систему вышеуказанного типа таким образом, что звук, возникающий во время работы электродвигателя, может оцениваться простыми и экономичными средствами.

В соответствии с изобретением вышеуказанная задача решается признаками пункта 1 формулы изобретения. Согласно этому, упомянутый электродвигатель отличается звуковой камерой (акустическим пространством), которая выполнена в электродвигателе и ограничена несколькими ограничивающими поверхностями, причем по меньшей мере одна из ограничивающих поверхностей включает в себя звуковую (акустическую) поверхность, причем звуковая поверхность образована поверхностью подшипника или поверхностью тела, проводящего звук к поверхности, причем датчик звука (акустический датчик) расположен в звуковой камере, и причем датчик звука выполнен так, чтобы обнаруживать звук, передаваемый по воздуху от звуковой поверхности к датчику звука.

В отношении вентилятора вышеуказанная задача решается признаками пункта 15 формулы изобретения, согласно которому соответствующий изобретению вентилятор включает в себя соответствующий изобретению электродвигатель и рабочее колесо, причем рабочее колесо соединено с ротором электродвигателя.

В отношении системы вышеуказанная задача решается признаками пункта 16 формулы изобретения. Согласно этому соответствующая изобретению система состоит из соответствующего изобретению электродвигателя и блока оценки, причем блок оценки содержит интерфейс связи, через который измеренные значения датчика звука и/или обработанные измеренные значения могут приниматься от электроники (электронного блока) датчика блоком оценки, и при этом блок оценки выполнен с возможностью оценки измеренных значений и/или обработанных измеренных значений.

В соответствии с изобретением, прежде всего было установлено, что дефекты подшипника или возникающие дефекты подшипника часто проявляются в хорошо прослушиваемых шумах в диапазоне от 3 кГц до 5 кГц. Сами деформации подшипников вызывают шумы в подобном частотном диапазоне. И другие источники звука, как, например, протекающий воздух, дисбалансы, нагрузки или вентиляционные решетки, связанные с ротором электродвигателя, могут во время работы электродвигателя вызывать звук в этом частотном диапазоне. Эти частоты, правда, не могут быть зарегистрированы с достаточным разрешением и качеством с помощью доступных датчиков вибрации. Однако доступные датчики звука могут заполнять эти пробелы и, тем самым, дополнять или даже заменять применение датчика вибрации.

Так как амплитуды звуковых волн часто относительно малы, для улучшения возможности обнаружения в соответствии с изобретением в электродвигателе у акустического датчика выполнена звуковая камера, которая ограничена несколькими ограничивающими поверхностями. Эта звуковая камера служит в качестве своего рода резонансного объема, который улучшает распространение звуковых волн по воздуху и улучшает измерение с помощью датчика звука. При этом по меньшей мере одна из ограничивающих поверхностей звуковой камеры образована звуковой поверхностью. Подобная звуковая поверхность может быть образована самыми различными плоскостями, которые передают звук от источника звука, например подшипника электродвигателя, к звуковой камере. В одном варианте осуществления, подобная звуковая поверхность образована поверхностью подшипника. Эта поверхность может быть, например, торцевой (лобовой) стороной подшипника или частью внутреннего и/или внешнего кольца. В другом варианте осуществления, подобная звуковая поверхность образована поверхностью звукопроводящего тела, которое проводит звук к его поверхности. В случае подшипника в качестве источника звука, звукопроводящее тело проводило бы звук от подшипника к его поверхности. В принципе, оба варианта осуществления могут также комбинироваться.

Когда подобная звуковая поверхность в соответствии с изобретением ограничивает звуковую камеру по меньшей мере с одной стороны, корпусной шум может отдаваться от звуковой поверхности в воздух в звуковой камере. Таким образом, расположенный в звуковой камере датчик звука может измерять звук, исходящий от подшипника или другого источника звука. За счет того, что предусмотрена звуковая камера, несмотря на относительно малые амплитуды, может использоваться подходящий датчик звука, так что простым способом можно создать устройство для распознавания дефектов подшипника или возникающих дефектов подшипника.

Следует указать на то, что описанное здесь решение не ограничено применением отдельного датчика звука. Скорее, могут применяться несколько датчиков звука, которые измеряют звук в различных местах электродвигателя. При этом также возможно, что несколько датчиков звука располагаются в различных местах звуковой камеры. Так, например, в звуковой камере с несколькими звуковыми поверхностями на каждой или некоторых из звуковых поверхностей может размещаться отдельный датчик звука.

Под термином «работа электродвигателя», во время которой звук возникает и вводится по меньшей мере в части электродвигателя, понимается вращательное движение ротора электродвигателя относительно статора электродвигателя. В отношении подшипника, такая работа означает вращательное движение внутреннего кольца относительно внешнего кольца. При этом в значительной степени не принципиально, насколько быстро осуществляется вращательное движение, так как уже при очень малых перемещениях возникают рабочие шумы. Предпочтительно, под работой электродвигателя, однако, понимается предписываемая требованиями работа, т.е. рабочие шумы подшипника или другие шумы в процессе работы обнаруживаются и оцениваются во время нормального применения электродвигателя. Разумеется, это не исключает того, что рабочие шумы подшипника обнаруживаются и оцениваются во время пуска в эксплуатацию или при калибровочном запуске, чтобы распознать, имеет ли место деформация подшипников, или подшипники работают предписанным образом.

В принципе, звуковая камера может иметь самые различные формы. Только для примера, но не для ограничения, можно сослаться на цилиндрические, в форме прямоугольного параллелепипеда или призматические формы (например, с шестиугольным или восьмиугольным основанием). При этом ограничивающие поверхности звуковой камеры могут быть гладкими или структурированными. Важным является только то, что звуковая поверхность может хорошо передавать звук в звуковую камеру и что звук может хорошо распространяться в звуковой камере. Однако подобное условие может быть создано относительно простым образом.

В случае звуковой поверхности особенно предпочтительно, если она изготовлена из металла. В частности, если звуковая поверхность образована поверхностью звукопроводящего тела, это содействует передаче звука и отдаче звука в звуковую камеру.

Также электродвигатель может иметь самые различные типы конструкции. Электродвигатели конструктивного типа с внутренним ротором могут также оснащаться звуковой камерой, как и электродвигатели конструктивного типа с внешним ротором. Соответственно, могут применяться многие типы электродвигателей. Только в качестве примера можно сослаться на использование в синхронном электродвигателе, асинхронном электродвигателе или EC-электродвигателе (двигателе с электронной коммутацией).

Для оценки состояния подшипника/подшипников может быть предусмотрен блок контроля износа. Подобный блок контроля износа может быть компонентом электроники датчиков или электроники электродвигателя или может быть выполнен как отдельный функциональный блок. Блок может быть интегрирован в электродвигатель или реализован во внешнем блоке. Задачей подобного блока контроля износа является извлекать из измеренных сигналов датчика звука характеристические значения (параметры) и на этой основе обеспечивать возможность делать вывод о состоянии подшипника/подшипников. В особенно простом варианте осуществления может рассматриваться измеренный сигнал в частотном диапазоне, например, от 3 кГц до 5 кГц, и могут оцениваться амплитуды измеренного сигнала. Это может содержать, например, детектирование максимальной амплитуды или средней амплитуды в этом частотном диапазоне. На основе оценки амплитуды можно затем сделать вывод о состоянии подшипника. В другом варианте осуществления может осуществляться спектральный анализ измеренного сигнала, например, посредством FFT (быстрого преобразования Фурье). Из спектра или, в общем, результата анализа можно определить масштаб износа и отчасти даже тип износа.

Как уже упоминалось, соответствующий изобретению электродвигатель в принципе может быть выполнен с возможностью регистрации и оценки самых различных шумов, которые возникают во время его работы. Только в качестве примера можно указать на вибрации из-за дисбаланса, на вибрации вентиляционной решетки, на шумы из-за текущего воздуха, например, при применении электродвигателя в вентиляторе, или из-за вибраций нагрузки, связанной с ротором электродвигателя. Если возникающий звук переносится на одну из звуковых поверхностей звуковой камеры, то эти шумы могут детектироваться и надлежащим образом оцениваться. Однако особенно предпочтительным образом, соответствующий изобретению электродвигатель используется для того, чтобы обнаруживать шумы по меньшей мере одного подшипника электродвигателя. В этом случае, звук, возникающий во время работы электродвигателя, включает в себя такой звук, который испускается посредством по меньшей мере одного подшипника электродвигателя. При этом может быть предпочтительным, если другие шумы, которые не являются результатом работы по меньшей мере одного подшипника, ослабляются посредством надлежащих конструкционных мер.

В усовершенствованном варианте осуществления, звуковая камера может быть образована между печатной платой и втулкой статора электродвигателя. В качестве втулки статора обычно обозначается область электродвигателя, которая несет пакет статорной обмотки электродвигателя. В частности, в случае двигателей с внешним ротором является обычным, на стороне втулки статора, обращенной от пакета статорной обмотки, предусмотреть корпус электроники, в котором может быть расположена печатная плата. На подобной печатной плате могут быть выполнены различные схемы, которые, например, включают в себя электронику датчиков, силовые переключатели или компоненты для управления функциями электродвигателя. В предпочтительном варианте осуществления, печатная плата, однако, несет электронику двигателя, которая выполнена с возможностью управления обмотками статора и/или ротора электродвигателя.

В этом усовершенствованном варианте осуществления звуковой камеры, между печатной платой и втулкой статора находится звуковая поверхность, образованная поверхностью втулки статора. Эта поверхность обычно будет поверхностью втулки статора, которая обращена к печатной плате. В направлениях, параллельных печатной плате, звуковая камера может быть ограничена боковыми стенками корпуса электроники. Однако в предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления между печатной платой и втулкой статора расположен ограничивающий элемент, который ограничивает звуковую камеру в направлениях, параллельных печатной плате. Подобный ограничивающий элемент может быть выполнен из самых различных материалов. Однако предпочтительно ограничивающий элемент представляет собой пластиковый компонент, который расположен между печатной платой и втулкой статора. При этом ограничивающий элемент может иметь различные основные (базовые) поверхности. Только в качестве примера, но не для ограничения, можно сослаться на квадратную, круглую, эллиптическую, прямоугольную, шестиугольную или восьмиугольную базовую поверхность.

В принципе, имеются различные возможности того, как в этом усовершенствованном варианте осуществления звуковой камеры может быть расположен датчик звука. Однако предпочтительным образом, датчик звука расположен на печатной плате, которая ограничивает звуковую камеру в одном направлении. При этом датчик звука предпочтительно расположен на стороне печатной платы, которая обращена к втулке статора. Таким образом может быть реализован простой монтаж и одновременно хорошие возможности измерения звуковых волн.

В другом усовершенствованном варианте осуществления, звуковая камера может быть образована в подшипниковой трубке, которая окружает по меньшей мере части вала или оси электродвигателя и на которой выполнен по меньшей мере один участок размещения подшипника для упомянутого подшипника/подшипников. В подобном варианте осуществления, звуковая камера была бы ограничена стенками подшипниковой трубки, подшипником/подшипниками и валом/осью. В электродвигателе с внешним ротором чаще всего на обеих сторонах подшипниковой трубки образованы участки размещения подшипников, на которых размещается соответствующий подшипник. Между валом и подшипниковой трубкой образовано промежуточное пространство, которое имеет кратную ширину между 4 мм и 8 мм. Тем самым создается пространство, которое может применяться как звуковая камера в смысле настоящего изобретения. При этом в качестве звуковых поверхностей могут служить почти все ограничивающие поверхности звуковой камеры. С одной стороны, ориентированные в направлении звуковой камеры поверхности подшипников могут выдавать звуковые волны в звуковую камеру и, тем самым, образовывать звуковые поверхности. С другой стороны, вал/ось и стенки подшипниковой трубки находятся в непосредственном контакте с подшипниками. Поскольку как вал/ось, так и стенки подшипниковой трубки обычно изготовлены из металлических материалов, они могут особенно хорошо переносить звуковые волны, генерируемые подшипником, внутрь звуковой камеры.

В этом усовершенствованном варианте осуществления, датчик звука может быть частью системы, которая выполнена с возможностью размещения в подшипниковой трубке. Подобная система датчиков подробно описана в документе DE 10 2018 211 833 A1, на содержание которого настоящим дается явная ссылка.

Для улучшения результатов при обнаружении звука, генерируемого подшипником, датчик звука предпочтительно размещается вблизи от звуковой поверхности. При этом “вблизи от” означает, что расстояние между звуковой поверхностью и датчиком звука составляет менее чем 5 см. При этом особенно предпочтительным образом датчик звука удален менее чем на 1 см от звуковой поверхности. Это может также означать, что датчик звука расположен на минимально возможном расстоянии от звуковой поверхности. В случае нескольких звуковых поверхностей, датчик звука также может быть расположен только вблизи от одной из нескольких звуковых поверхностей, в то время как остальные звуковые поверхности удалены на большее расстояние. При этом расстояние удаления обозначает расстояние, на которое звуковая поверхность удалена от активной области датчика звука.

В принципе, датчик звука может быть выполнен самым различным образом. Важным могло бы быть то, что датчик звука является достаточно надежным, чтобы иметь возможность использоваться в соответствующем сценарии применения. Кроме того, датчик звука, особенно при использовании внутри подшипниковой трубки, должен быть достаточно термостойким и надежным по отношению к электромагнитным волнам. Кроме того, датчик звука должен быть выполнен с возможностью измерения звуковых волн в слышимом диапазоне, то есть, от 20 Гц до 20 кГц. При этом предпочтительным образом используется датчик звука, который может обнаруживать частоты между 1 кГц и 10 кГц. Особенно предпочтительным образом, датчик звука является особенно чувствительным в диапазоне между 3 кГц и 5 кГц. Эти требования могут выполняться многими из известных на практике датчиков звука.

В предпочтительном варианте осуществления, датчик звука образован посредством MEMS (микроэлектромеханической системы). Особенно предпочтительным образом, датчик звука представляет собой MEMS-микрофон. Подобные MEMS-микрофоны с очень компактными размерами являются коммерчески доступными. Так, например, компания Infineon выпускает MEMS-микрофоны с размерами всего 3×4×1,2 мм. Также другие изготовители выпускают MEMS-микрофоны с подобными размерами. Диапазоны измерений начинаются в двузначном герцевом диапазоне и занимают частоты до 20 кГц. Подобные MEMS-микрофоны идеальным образом пригодны для соответствующего изобретению электродвигателя.

В усовершенствованном варианте осуществления, предусмотрена электроника (электронный блок) датчика, которая выполнена с возможностью управления датчиком звука. При этом то, каким образом конкретно выполнена электроника датчика, зависит от соответственно применяемого датчика звука. Обычно, электроника датчика могла бы содержать самые различные электрические и электронные компоненты. Дискретные компоненты также могут применяться, как и интегральные компоненты. Только в качестве примера, однако без ограничения, можно сослаться на применение интегральных схем, сопротивлений, катушек индуктивности, конденсаторов, штекерных соединений и/или транзисторов. При этом предпочтительно используются компоненты, которые выполнены как SMD-компоненты.

Для получения по возможности всеобъемлющей картины состояния подшипников, электроника датчика может быть выполнена так, чтобы повторно генерировать измеренные значения и оценивать состояние подшипника. При этом повторная генерация измеренных значений и повторная оценка состояния могут запускаться определенными событиями. Возможно, например, что оценка запускается при тестировании разгона (форсированного режима работы) при заключительной проверке электродвигателя. Также возможно, что оценка проводится в связи с включением электродвигателя, например, спустя 10 секунд после включения. Однако подобное событие может также состоять в операциях, проводимых при техническом обслуживании, при которых лицо, выполняющее техническое обслуживание, соединяется через интерфейс с электроникой датчика и инициирует регистрацию измеренных значений.

Предпочтительным образом повторная генерация измеренных значений и повторная оценка состояния выполняются периодически. Так как состояние подшипника обычно изменяется относительно медленно, не потребуется многократно оценивать состояние подшипников с секундным или минутным тактом. Скорее, в большинстве случае будет достаточно, если длина периода находится в часовом диапазоне или даже в суточном диапазоне.

В варианте осуществления электроники датчика, она содержит процессор, который может выполнять различные задачи. При этом процессор предпочтительно выполнен как микроконтроллер. Процессор может обрабатывать и/или оценивать измеренные значения датчика звука. Подобная обработка/оценка может осуществляться самым разным способом. Так, было бы возможно, что осуществляется аналого-цифровое преобразование, так что измеренный сигнал датчика звука затем представляется как последовательность оцифрованных измеренных значений. Обработка может включать в себя линеаризацию измеренного сигнала датчика звука. Также возможно, что осуществляется фильтрация в отношении частот, представляющих особый интерес. Обработка может также предусматривать спектральный анализ измеренного сигнала, при котором, например, выполняется преобразование Фурье измеренного сигнала. При этом обработка измеренных значений может быть первым этапом при оценке измеренных значений. Если, например, измеренный сигнал оценивается посредством оценки амплитуды, то на первом этапе могла бы выполняться фильтрация частоты измеренного сигнала и только затем оценка амплитуды. При оценке частоты сначала могло бы производиться спектральное разложение.

Электроника датчика может содержать память, в которой могут сохраняться измеренные значения датчика звука и/или обработанные измеренные значения и/или результаты оценки измеренных значений. При этом память может быть выполнена самым различным образом. Во избежание потери данных при сбое энергоснабжения, память предпочтительно представляет собой энергонезависимую память. Подобная энергонезависимая память может представлять собой, например, флэш-память, EEPROM (электронно-стираемую программируемую постоянную память), NVRAM (энергонезависимую память с произвольным доступом) или другую полупроводниковую память.

Объем памяти зависит от различных факторов. Так, при необходимости хранения очень многих измеренных значений, потребуется память большего объема, чем при хранении только немногих измеренных значений. Если сохраненные измеренные значения включают в себя необработанные (исходные) данные, которые затем будут подвергаться частотному анализу, то это потребует большего объема памяти. Кроме того, влияние будет оказывать и частота регистрации измеренных значений, так как при ежечасной регистрации измеренных значений будет генерироваться заметно больше измеренных значений, чем при ежедневной или еженедельной регистрации.

В усовершенствованном варианте осуществления, электроника датчика может содержать часы истинного (реального) времени (RTC - часы реального времени). Эти часы реального времени могут использоваться для самых различных управляемых по времени или основанных на времени процессов в электронике датчика. Когда, например, посредством электроники датчика ежечасно или ежедневно должно запускаться измерение и оценка шумов подшипников, то часы реального времени должны запускать этот процесс. В особенно предпочтительном варианте осуществления, часы реального времени используются для временной маркировки полученных измеренных значений или группы измеренных значений. При сохранении измеренного значения вместе с ним тогда сохранялась бы временная метка, которая является характерной для момента времени генерации сохраненного измеренного значения.

Для того чтобы полученные измеренные значения, обработанные измеренные значения и/или результаты оценок измеренных значений также могли использоваться и вне устройства датчика, электроника датчика предпочтительно содержит интерфейс связи. Интерфейс связи может применяться, чтобы связывать электронику датчика со считывающим устройством. Таким образом можно также получать информацию и при текущей работе двигателя. Также возможна связь со шлюзом IoT (Интернета вещей). Этот интерфейс связи может быть проводным и беспроводным. Также могли бы использоваться оптические средства связи, которые применяют воздушный участок или световод. При этом возможно, что интерфейс связи обеспечивает доступ к измеренным значениям, которые сохранены в памяти. Эта память может быть образована упомянутой энергонезависимой памятью. Вообще, измеренные значения могут также считываться из рабочей памяти процессора, например, RAM (памяти с произвольным доступом) или кэша.

При этом интерфейс связи может быть выполнен самым различным образом. Способы беспроводной передачи, например, на основе радиоволн или оптические способы, могут также использоваться, как и проводные способы. Передача может осуществляться в аналоговой или цифровой форме, последовательно или параллельно, путем пакетной или потоковой передачи данных, посредством шины или соединений передачи данных. Соответственно используемая техника передачи будет зависеть от соответствующего сценария использования. В качестве примера, но без ограничения, можно сослаться на Bluetooth, Bluetooth LE (низкой энергии), NFC (связь в ближней зоне), Ethernet, RS485, Modbus, Profibus, CAN-Bus или USB (универсальная последовательная шина). При этом интерфейс связи предпочтительно предоставляет - прямо или косвенно - доступ к сети широкого охвата.

При применении подобного интерфейса связи может возникать соответствующая изобретению система, состоящая из электродвигателя и блока оценки. При этом интерфейс связи был бы выполнен так, чтобы передавать измеренные значения датчика звука и/или обработанные измеренные значения от электроники датчика к блоку оценки. При этом блок оценки выполнен так, чтобы оценивать принятые измеренные значения и/или принятые обработанные измеренные значения. При этом блок оценки может быть выполнен самым различным образом. Блок оценки может быть специализированным блоком, который выполнен только для этой цели применения. Однако предпочтительно блок оценки образован ноутбуком, планшетом, смартфоном или иным мобильным оконечным устройством, на котором подходящее программное обеспечение обеспечивает выполнение задач блока оценки. При этом подходящим является, если интерфейс связи выполнен беспроводным.

В одном сценарии применения, блок оценки мог бы, например, быть образован смартфоном с соответствующим приложением (Арр), которое посредством Bluetooth LE в качестве интерфейса связи может получать доступ к измеренным значениям датчика звука. При этом приложение через интерфейс связи могло бы побуждать электронику датчика к тому, чтобы регистрировать измеренные значения датчика звука и передавать через интерфейс связи в цифровой форме на блок оценки. С помощью приложения можно было бы тогда, например, выполнять спектральный анализ, сравнивать результаты с содержимым базы данных и выдавать информацию о состоянии подшипника/подшипников пользователю. Таким способом можно без каких-либо проблем реализовать оценку состояния подшипника/подшипников в текущем режиме работы электродвигателя. Кроме того, можно отказаться от предоставления блоков памяти большой емкости и крупномасштабных вычислительных ресурсов в электронике датчика.

Имеются различные возможности, предпочтительным образом осуществить и усовершенствовать решение согласно настоящему изобретению. В этом отношении можно сослаться, с одной стороны, на пункты формулы изобретения, зависимые от пункта 1 формулы изобретения, и, с другой стороны, на изложенное ниже пояснение предпочтительных примеров выполнения изобретения со ссылками на чертежи. В связи с пояснением предпочтительных примеров выполнения изобретения со ссылками на чертежи, поясняются также в общем предпочтительные варианты осуществления и усовершенствованные варианты осуществления упомянутых решений. На чертежах показано следующее:

Фиг. 1 - сечение подшипниковой трубки электродвигателя с внешним ротором, в котором звуковая камера образована подшипниковой трубкой,

Фиг. 2 - сечение подшипниковой трубки другого электродвигателя с внешним ротором, в котором звуковая камера также образована подшипниковой трубкой и в котором датчик звука представляет собой часть введенной в подшипниковую трубку системы датчиков,

Фиг. 3 - сечение втулки статора электродвигателя с внешним ротором, в котором датчик звука размещен на электронике электродвигателя,

Фиг. 4 - увеличенный фрагмент звуковой камеры примера выполнения согласно фиг. 3.

Фиг. 1 показывает сечение первого примера выполнения соответствующего изобретению электродвигателя, который выполнен как электродвигатель с внешним ротором и в котором звуковая камера образована в подшипниковой трубке. Для наглядности, выбрано только схематичное представление, и изображены только существенные элементы электродвигателя. Так, например, ротор электродвигателя не показан. Электродвигатель 1 включает в себя подшипниковую трубку 2, которая выполнена во втулке статора электродвигателя. На обоих концах длинной стороны выполнены соответствующие участки 3 размещения подшипников, в которых, соответственно, размещен подшипник 4. Каждый подшипник 4 состоит из внешнего кольца 5 и внутреннего кольца 6, причем между внешним кольцом 5 и внутренним кольцом 6 размещено множество тел качения 7. Во внутренних кольцах 6 подшипников 4 установлен вал 8 электродвигателя, который благодаря подшипникам 4 является подвижным относительно расположенного вокруг подшипниковой трубки пакета 9 статорной обмотки. Между подшипниками 5, 6 размещена несущая конструкция 10, на которой находится печатная плата 11. На печатной плате 11 расположен датчик 12 звука, который может обнаруживать звуковые волны.

Внутри подшипниковой трубки 2 образована звуковая камера 13, которая ограничена внутренними стенками подшипниковой трубки 2, внутренними стенками несущей конструкции 10, а также торцевыми сторонами 14 подшипников 4. При работе подшипников 4, которая заключается во вращательном движении вала 8 относительно пакета статорной обмотки и, тем самым, вращательном движении внутренних колец 6 относительно внешних колец 5, подшипниками 4 испускаются звуковые волны 15, что изображено на фиг. 1 последовательностью круговых дуг. При этом почти все ограничивающие поверхности звуковой камеры 13 являются звуковыми поверхностями в смысле настоящего изобретения. Главным образом, торцевые стороны 14 подшипников 4 функционируют как звуковые поверхности и испускают звуковые волны. Кроме того, вал 8 через внутренние кольца 6 вибрационно-технически связан с подшипниками 4, так что генерируемый при работе подшипников корпусной шум передается на вал 8 и, тем самым, также выдается в звуковую камеру. При этом вал 8 служит в качестве звукопроводящего тела, поверхность которого выдает звук как звуковая поверхность в звуковую камеру. Соответствующие рассуждения справедливы для внутренних стенок подшипниковой трубки 2, которые вибрационно-технически связаны с внешними кольцами 5 подшипников 4 и, следовательно, также могут передавать корпусной звук подшипника 4. Тем самым, внутренние стенки подшипниковой трубки 2 также могут представлять собой звуковые поверхности в смысле настоящего изобретения. При этом несущая конструкция 10 может - в зависимости от ее материала и формы - действовать ослабляющим образом или передавать звук от внутренних стенок подшипниковой трубки 2 в звуковую камеру.

При работе электродвигателя, генерируемые посредством подшипников 4 звуковые волны 15 передаются от звуковых поверхностей в звуковую камеру. Датчик 12 звука может принимать эти звуковые волны, поступающие по воздуху на датчик 12 звука, и генерировать из них измеренные значения. При этом датчик 12 звука размещен вблизи от торцевой стороны 14 одного из обоих подшипников 4. Полученные посредством датчика 12 звука измеренные значения могут обрабатываться и/или оцениваться посредством схематично изображенной электроники 16 датчика. Интерфейс 17 связи, который выполнен, например, в форме Bluetooth LE и является частью электроники датчика, может использоваться для передачи измеренных значений на не показанный на чертеже блок оценки вне электродвигателя.

На фиг. 2 представлено более детальное изображение втулки 18 статора второго примера выполнения соответствующего изобретения электродвигателя. Во втулке 18 статора вновь выполнена подшипниковая трубка 2, на концах которой выполнены соответствующие участки 3 размещения подшипников. На каждом участке 3 размещения подшипников расположены подшипники 4, которые вновь содержат внешние кольца, внутренние кольца и тела качения. Дополнительно, на подшипниках 4 размещены кольца 19, которые соответственно замыкают пространство между внутренним кольцом и внешним кольцом и противодействуют потере смазки подшипников. В подшипниковой трубке 2 размещена система датчиков, такая как более подробно описано в DE 10 2018 211 833 A1. На несущей гильзе 20 системы датчиков размещена печатная плата 11, на концах длинной стороны которой размещен соответствующий датчик 12 звука. При этом каждый датчик 12 звука выполнен так, чтобы обнаруживать звук от соответствующего ближайшего подшипника и генерировать из него измеренные сигналы.

Фиг. 3 показывает сечение еще одного примера выполнения соответствующего изобретению электродвигателя, в котором звуковая камера образована между печатной платой и втулкой статора. Около оси 21 электродвигателя выполнена подшипниковая трубка 2, на концах продольной стороны которой выполнен соответствующий участок 3 размещения подшипника. На участках 3 размещения подшипников размещены не показанные на чертеже подшипники, посредством которых с возможностью вращения установлен вал электродвигателя, также не показанный на чертеже. При этом втулка 18 статора образована алюминиевой деталью, на одном конце которой выполнена подшипниковая трубка 2, а на ее втором конце - корпус 22 электроники для размещения электроники электродвигателя. При этом корпус 22 электроники имеет основание 23 и боковые стенки 24. Электроника электродвигателя генерирует соответствующие питающие сигналы и выдает их на статорные и/или роторные обмотки. При этом, ради наглядности, из электроники электродвигателя показана только печатная плата 11, которая погружена в заливочный компаунд 25. На печатной плате 11, на стороне, обращенной к основанию 23 печатной платы, размещен датчик 12 звука. Между печатной платой 11 и основанием 23 расположен ограничивающий элемент 26, который в заливочном компаунде 25 оставляет свободной область, функционирующую в качестве звуковой камеры 13.

На фиг. 4 еще раз показан увеличенный фрагмент. Печатная плата 11, основание 23 и ограничивающий элемент 26 ограничивают, соответственно, звуковую камеру 13, в которой размещен датчик 12 звука. Основание 23 и соответственно находящаяся между ограничивающим элементом 26 область основания функционирует как звуковая поверхность, которая выдает звуковые волны 15 в звуковую камеру, что снова показано с помощью круговых дуг. При этом втулка 18 статора передает звук от подшипников к поверхности втулки статора, в обсуждаемом здесь случае к основанию 23. Этот отданный в звуковую камеру звук может обнаруживаться датчиком 12 звука.

В отношении других предпочтительных вариантов осуществления соответствующего изобретению электродвигателя, во избежание повторений, можно сослаться на общую часть описания, а также на приложенные пункты формулы изобретения.

Наконец, следует явно указать на то, что вышеописанные примеры выполнения служат только для пояснения заявленных решений, которые, однако, не ограничиваются такими примерами выполнения. Перечень ссылочных позиций

1 Электродвигатель

2 Подшипниковая трубка

3 Участки размещения подшипников

4 Подшипник

5 Внешнее кольцо

6 Внутреннее кольцо

7 Тело качения

8 Вал

9 Пакет статорной обмотки

10 Несущая конструкция

11 Печатная плата

12 Датчик звука

13 Звуковая камера

14 Торцевая сторона

15 Звуковые волны

16 Электроника датчика

17 Интерфейс связи

18 Втулка статора

19 Кольца

20 Несущая гильза

21 Ось двигателя

22 Корпус электроники

23 Основание

24 Боковые стенки

25 Заливочный компаунд

26 Ограничивающий элемент.

1. Электродвигатель с по меньшей мере одним подшипником (4), посредством которого с возможностью вращения установлен вал (8) или ось электродвигателя (1), причем во время работы электродвигателя возникает звук, который может обнаруживаться посредством датчика (12) звука,

отличающийся звуковой камерой (13), которая выполнена в электродвигателе (1) и ограничена несколькими ограничивающими поверхностями, причем по меньшей мере одна из ограничивающих поверхностей включает звуковую поверхность, причем звуковая поверхность образована поверхностью подшипника (4) или поверхностью тела, проводящего звук к поверхности, причем датчик (12) звука размещен в звуковой камере (13), и причем датчик (12) звука выполнен так, чтобы обнаруживать звук (15), передаваемый по воздуху от звуковой поверхности к датчику звука.

2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что звук, возникающий во время работы электродвигателя, включает в себя звук, испускаемый по меньшей мере одним подшипником (4).

3. Электродвигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что звуковая камера (13) образована между печатной платой (11) и втулкой (18) статора электродвигателя (1), причем печатная плата (11) предпочтительно несет на себе электронику двигателя упомянутого электродвигателя (1).

4. Электродвигатель по п. 3, отличающийся тем, что между печатной платой (11) и втулкой (18) статора размещен ограничивающий элемент (26), который ограничивает звуковую камеру (13) в направлениях, параллельных печатной плате (11).

5. Электродвигатель по п. 3 или 4, отличающийся тем, что датчик (12) звука размещен на печатной плате (11), предпочтительно на стороне, обращенной к втулке (18) статора.

6. Электродвигатель по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что тело, проводящее звук, образовано втулкой (18) статора электродвигателя (1) и звуковая поверхность образована поверхностью (23) втулки (18) статора.

7. Электродвигатель по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что звуковая камера (13) образована подшипниковой трубкой (2), которая охватывает по меньшей мере части вала (8) или оси электродвигателя (1) и на которой выполнен по меньшей мере один участок (3) размещения подшипника для подшипника/подшипников (4).

8. Электродвигатель по п. 7, отличающийся тем, что датчик (12) звука является частью системы датчиков, которая выполнена с возможностью размещения в подшипниковой трубке.

9. Электродвигатель по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что датчик (12) звука расположен у звуковой поверхности, предпочтительно на расстоянии менее 5 см, особенно предпочтительно на расстоянии менее 1 см.

10. Электродвигатель по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что датчик (12) звука образован микроэлектромеханической (MEMS) системой, в частности MEMS-микрофоном.

11. Электродвигатель по любому из пп. 1-10, отличающийся электроникой (16) датчика, которая выполнена для управления датчиком (12) звука.

12. Электродвигатель по п. 11, отличающийся тем, что электроника (16) датчика содержит процессор для обработки и/или для оценки измеренных значений датчика (12) звука.

13. Электродвигатель по п. 11 или 12, отличающийся тем, что электроника (16) датчика содержит память для хранения измеренных значений датчика (12) звука и/или обработанных измеренных значений и/или результатов оценки измеренных значений.

14. Электродвигатель по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что электроника (16) датчика содержит интерфейс (17) связи, посредством которого могут передаваться измеренные значения и/или обработанные измеренные значения и/или результаты оценки измеренных значений.

15. Вентилятор с электродвигателем по любому из пп. 1-14 и рабочим колесом, причем рабочее колесо связано с ротором электродвигателя.

16. Система обнаружения звука в электродвигателе, состоящая из электродвигателя по любому из пп. 1-14 и блока оценки, причем блок оценки содержит интерфейс связи, через который могут приниматься измеренные значения датчика звука и/или обработанные измеренные значения от электроники датчика к блоку оценки, и причем блок оценки выполнен для оценки измеренных значений и/или обработанных измеренных значений.