用于监视带驱动应用中的驱动构件的操作的系统和方法技术方案

公开了一种用于在安装期间和操作期间监视带驱动应用中的驱动构件并且用于检测带驱动设备中的常见故障模式的改进的系统。传感器被定位在电动机壳体内或电动机壳体附近，以检测带上或电机中的振动。使用振动信号来监视操作条件和/或识别带驱动设备中的故障模式。例如，可以使用振动信号来确定带上的张力、检测沿着带施加的静态力或动态力、轮与带之间的未对准或者在操作期间施加至带的冲击载荷。通过监视带驱动设备的各种操作条件，控制器可以识别现有故障模式或预测过早故障模式。

【技术实现步骤摘要】
用于监视带驱动应用中的驱动构件的操作的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月8日提交的题为“SystemandMethodforProtectionofMachinesAgainstFailuresinBeltDrivenApplication”的美国临时申请第62/583,005号的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
本文中公开的主题总体涉及对带驱动应用的操作条件的调试和监视，并且更具体地，涉及用于使用安装至电动机的传感器来检测振动信号以测量带张力并且防止与电动机连接的带驱动设备中的带故障的系统。
技术介绍
诸如电动机或发电机的旋转电机已经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经由施加至缠绕在转子上的线圈或在该线圈中感应的电流，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，并且定子中的磁场的旋转使得转子中的磁场旋转，从而引起转子的旋转。轴或其他驱动构件被安装至转子并且在转子壳体外部延伸，从而提供与在转子旋转时被驱动的装置例如齿轮箱、泵或风扇的机械耦接。在一些应用中，机械耦接可以由在电动机的驱动轴与带驱动设备上的驱动轮之间延伸的驱动带实现。带驱动可以用于许多不同的工业应用中。带驱动可以是例如同步带、V形带、多楔带、开口带或无端带。带驱动可以用于：从电动机向负载传送动力；提供与负载的直接耦接，用于有限线性行程应用；或者提供与负载的间接耦接，用于在无端环路中输送材料。应用包括机床、印刷、包装、同步输送机、分离器、蓄积器等。在安装期间，带环绕一个或更多个轮，以从电动机向负载传送动力。带环绕电动机的驱动轴或环绕安装至驱动轴的轮，并且类似地环绕带驱动设备处的第二轮或驱动轴。一个或更多个附加轮或驱动构件可以被包括在电动机与带驱动设备之间，以驱动附加的设备件、引导带、改变旋转方向和/或在带中提供张力。当带环绕每个轮时，带可能通过偏移至轮的一侧或者相对于被安装在轮上的轮的旋转轴成角度而未对准。此外，如果带驱动系统中的张力被不适当地设定，则系统中会存在带的过度张力或张力不足。未对准和不适当的张力两者可以导致带驱动系统中的部件过度磨损和/或过早失效。因此，期望在安装或更换带驱动设备中的带期间检测未对准、不适当的张力或其组合。由于电机和带驱动系统中的部件的旋转特性，未对准和/或不适当的张力可能在系统中产生不平衡，该不平衡是直接地由于未对准或间接地由于由不适当的张力引起的部件的过度磨损而引起的。在电动机和带驱动设备的操作期间，不平衡可以导致在带驱动系统内产生振动或共振。这些振动或共振可能不会在电动机的整个操作范围内发生但是可能在特定的工作频率下发生。振动可以引起带驱动系统中的部件过度磨损和/或过早失效。因此，期望在带驱动应用中监视驱动构件的操作，以检测系统中存在的振动，从而在故障之前识别部件的潜在故障。除了由振动引起的磨损之外，施加至带驱动系统的冲击载荷可以导致灾难性故障。如果单个冲击载荷不会引起灾难性故障，则其仍可以引起带驱动系统的振动和/或过度磨损。反复的冲击载荷可以进而导致过早失效。因此，期望提供一种用于在带驱动应用中监视驱动构件的操作以检测系统中发生的冲击载荷的系统。
技术实现思路
本文中公开的主题描述了一种用于在安装期间和操作期间监视带驱动应用中的驱动构件并且用于检测带驱动设备中的常见故障模式的改进系统。传感器被定位在电动机壳体内部或电动机壳体附近以检测带上或电机中的振动。振动信号用于监视操作条件和/或识别带驱动设备中的故障模式。振动信号可以用于例如检测沿着带施加的静态或动态力、轮与带之间的未对准或者在操作期间施加至带的冲击载荷来确定带上的张力。通过监视带驱动设备的各种操作条件，控制器可以识别现有故障模式或预测过早故障模式。根据一个实施方式，一种用于监视带驱动系统中的驱动构件的操作的系统包括至少一个传感器，其被配置成生成与带驱动系统中的带上存在的振动对应的信号，以及电动机控制器。电动机被连接至带并且可操作成驱动带，并且电动机控制器被配置成控制电动机的操作。电动机控制器包括：输入端，其被配置成从至少一个传感器接收与带上存在的振动对应的信号；存储器装置，可操作成存储多个配置参数和多个指令；以及处理器，其被配置成执行多个指令。处理器被配置成执行指令以从至少一个传感器接收与带上存在的振动对应的信号并且根据与电动机上存在的振动对应的信号确定带上存在的张力。根据本专利技术的另一实施方式，公开了一种用于监视带驱动系统中的驱动构件的操作的方法。在电动机控制器的输入端处从至少一个传感器接收与带驱动系统中的带上存在的振动对应的信号。电动机被连接至电动机控制器并且由电动机控制器控制，并且电动机可操作成驱动带。电动机控制器根据在电动机控制器处接收到的信号确定存在于带驱动系统中的振动频率并且根据带驱动系统中存在的振动频率确定带上存在的张力。根据详细的描述和附图，本专利技术的这些和其他优点及特征对于本领域技术人员将变得明显。然而，应当理解，当指示本专利技术的优选实施方式时的详细的描述和附图是以说明而非限制的方式给出的。可以在不背离本专利技术的精神的情况下在本专利技术的范围内做出许多变化和修改，并且本专利技术包括所有这样的修改。附图说明结合附图示出了本文中所公开主题的各种示例性实施方式，遍及附图，相同附图标记表示相同的部件，并且在附图中：图1是根据本专利技术的一个实施方式的壳体的一部分被剖开以示出电动机的内部部件的一部分的电动机的透视图；图2是根据本专利技术的另一实施方式的具有位于振动传感器被安装至的壳体的端部中的电路板的电动机的正视图；图3是根据本专利技术的一个实施方式的连接在电源与电动机之间的电动机控制器的框图表示；图4是根据本专利技术的一个实施方式的与振动传感器与电动机控制器之间可操作地连接的控制器的框图表示；图5是根据本专利技术的一个实施方式的电动机壳体内的传感器放置的框图表示；图6是根据本专利技术的另一实施方式的电动机壳体内的传感器放置的框图表示；图7是并入本专利技术的一个实施方式的示例性带驱动系统的立面图；图8是并入本专利技术的一个实施方式的另一示例性带驱动系统的立面图；图9是示出将振动引入的到带驱动系统中的第一操作条件的带驱动系统的立面图；图10是示出将振动引入到带驱动系统中的第二操作条件的带和轮的俯视图；以及图11是由在本专利技术的一个实施方式中使用的振动传感器生成的振动信号的图形表示。在描述附图所示的本专利技术的各种实施方式时，为了清楚起见，将采用特定的术语。然而，本专利技术不旨在被限制于如此选择的特定术语并且应当理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似目的的全部技术等同物。例如，经常使用的词语“连接”、“附接”或与之类似的术语。这些术语不限于直接连接而是包括通过其他元件进行的连接，其中这样的连接被本领域技术人员认为是等同的。具体实施方式首先转到图1，示出了在带驱动系统的一个实施方式中并入的示例性电动机10，电动机10被配置成辅助监视带驱动设备中的操作和检测带驱动设备中的常见故障模式。电动机10包括在每个端部处开口的框架12。前端盖14和后端盖16封入每个端部并且结合框架12来限定用于电动机10的壳体。电动机10包括定子组件18和转子组件20，定子组件18被配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监视带驱动系统中的驱动构件的操作的系统，包括：至少一个传感器，被配置成生成与所述带驱动系统中的带上存在的振动对应的信号，其中，电动机被连接至所述带并且可操作成驱动所述带；以及电动机控制器，被配置成控制所述电动机的操作，所述电动机控制器包括：输入端，被配置成从所述至少一个传感器接收与所述带上存在的振动对应的信号；存储器装置，可操作成存储多个配置参数和多个指令；以及处理器，被配置成执行所述多个指令以：从所述至少一个传感器接收与所述带上存在的振动对应的信号，以及根据与所述电动机上存在的振动对应的信号，确定所述带上存在的张力。

【技术特征摘要】
2017.11.08 US 62/583,005;2018.09.28 US 16/145,8431.一种用于监视带驱动系统中的驱动构件的操作的系统，包括：至少一个传感器，被配置成生成与所述带驱动系统中的带上存在的振动对应的信号，其中，电动机被连接至所述带并且可操作成驱动所述带；以及电动机控制器，被配置成控制所述电动机的操作，所述电动机控制器包括：输入端，被配置成从所述至少一个传感器接收与所述带上存在的振动对应的信号；存储器装置，可操作成存储多个配置参数和多个指令；以及处理器，被配置成执行所述多个指令以：从所述至少一个传感器接收与所述带上存在的振动对应的信号，以及根据与所述电动机上存在的振动对应的信号，确定所述带上存在的张力。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置成：根据与所述带上存在的振动对应的信号来确定所述带的固有频率，并且根据所述带的固有频率来确定所述带上存在的张力。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置成：接收发起调试步骤的输入，根据与所述带上存在的振动对应的信号，来检测施加至所述带的冲击，以及响应于所述冲击生成输出信号，所述输出信号与所述带上存在的张力对应。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器装置还被配置成周期性地存储所述带上存在的振动的当前值，并且其中，所述处理器还被配置成：当所述带上存在的振动的当前值与所述带上存在的振动的存储值的差别为至少预定量时，生成消息。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置成：根据与所述带上存在的振动对应的信号，来检测所述带上存在的冲击载荷。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述存储器装置可操作成存储所述冲击载荷的发生次数，并且其中，所述处理器可操作成在每当检测到所述冲击载荷时，增加所述发生次数。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电动机控制器可操作成利用激励配置来扰动所述带并且响应于所述激励配置确定所述带驱动系统的动态配置。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电动机控制器包括第二输入端，所述第二输入端被配置成接收与所述电动机中的转子的速度和位置中的一个对应的信号，并且其中，所述处理器还被配置成同步地测量与所述振动对应的信号和与所述转子的速度或位置对应的信号。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理器还被配置成：根据所测量的与所述振动对应的信号和所测量的与所述速度或所述位置对应的信号，来确定所述带的剩余可用寿命。10.根据权利要求8所述的系统，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿伦·K·古鲁，李令莱，约翰·巴尔切拉克，罗伯特·H·施米特，
申请(专利权)人：罗克韦尔自动化技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US