具有集成马达驱动组件的嵌入式振动和冲击传感器的制作方法

1.本发明总体上涉及驱动模块，并且更具体地，涉及用于在马达驱动系统中使用的驱动模块，该驱动模块可以是工业自动化系统的一部分。


背景技术：

2.该部分意在向读者介绍可能与下文描述和/或要求保护的本技术各方面相关的各个方面的技术。该讨论被认为有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开的各个方面。相应地，应该理解的是这些陈述应该从这个角度来阅读，而不是作为对现有技术的承认。
3.工业和其他应用中的各种系统通过对负载进行致动而利用自动化控制，比如电动马达。例如，在马达驱动系统中，复杂的控制电路允许实现产生可变频率输出以按期望的速度驱动马达的控制方案。基于马达的功率输出或框架尺寸，马达驱动系统可以围绕单个包装而设计，马达驱动系统可以被编程并且接线以接收输入功率以及向电动马达输出调节后的功率。这种经包装的产品通常包括功率调节电路，在将dc电压转换成可控频率的ac电压输出之前，该功率调节电路接收交流电(ac)输入电压并且将ac输入电压转换成直流电(dc)电压。然而，许多产品被设计成用于对特定尺寸的马达(通常由功率输出和/或框架尺寸额定)提供动力，并且仅可以与单一尺寸的马达接合。因此，客户在使用具有不同尺寸马达的现有马达驱动系统时可以具有有限的灵活性。此外，工业自动化系统的制造商和销售商可能会现存有较大的马达驱动系统的库存以与一系列马达尺寸兼容。因此，将马达驱动系统设计成与特定马达尺寸兼容会导致增加的成本、有限的灵活性以及与库存相关的低效率。


技术实现要素：

4.本公开的某些实施方式的概述如下。应当理解的是，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方式的简要概述，并且这些方面不意在限制本公开的范围。实际上，本公开可以包含可能没有在下文阐述的各个方面。
5.在一个实施方式中，描述了一种集成驱动模块组件。集成驱动模块组件可以包括第一壳体和第二壳体。第一壳体可以包括马达。此外，第一壳体可以联接至第二壳体。第二壳体可以包括电力电路板，该电力电路板可以向马达提供一个或更多个电压。第二壳体还可以包括控制电路板和灌封材料。控制电路板可以包括至少一个处理器，处理器配置成控制电力电路板的一个或更多个操作。控制电路板还可以包括配置成检测第一组振动的加速度计。灌封材料可以包围第二壳体内的电力电路板和控制电路板。相应地，基于将控制电路黏合至第二壳体的灌封材料，可以由加速度计检测的第一组振动与马达的振动相匹配。
6.在另一实施方式中，描述了一种方法。该方法可以包括由集成驱动马达组件的处理器接收集成驱动马达组件的马达的第一组振动数据。在第一时间段期间，由处理器从集成驱动马达组件的加速度计接收马达的第一组振动数据。该方法还可以包括由处理器基于第一组振动数据生成一个或更多个基线振动轮廓。该方法还包括由处理器在第一时间段之
后的第二时间段期间从加速度计接收马达的第二组振动数据。马达在第二时间段期间操作。该方法还包括由处理器将第二组振动数据与一个或更多个基线振动轮廓进行比较。该方法还可以包括由处理器基于比较来确定一个或更多个异常现象(例如，故障)。
7.在另一实施方式中，描述了一种制造具有基于振动的异常检测的集成驱动模块组件的方法。该方法包括在集成驱动模块组件的第一壳体中组装控制电路。控制电路可以包括处理器和加速度计以检测振动。该方法还包括使用灌封材料灌封第一壳体，以将控制电路与第一壳体的内部黏合。该方法还可以包括经由适配器将第一壳体联接至第二壳体。第二壳体包括可操作以移动负载的马达。如此，加速度计可以经由第二壳体和灌封材料检测马达的振动。灌封材料可以减少加速度计相对于第二壳体的振动。
附图说明
8.当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优势，其中，贯穿各附图，相同的附图标记代表相同的部件，在附图中：
9.图1是根据本文所述实施方式的工业自动化系统的立体图；
10.图2是根据本文所述实施方式的图1的工业自动化系统的集成驱动模块组件的立体图；
11.图3a是根据本文所述实施方式的图2的集成驱动模块组件的分解图；
12.图3b是根据本文所述实施方式的图2的集成驱动模块组件的具有透明侧面视图的立体图；
13.图4是根据本文所述实施方式的向监督控制器提供对集成驱动模块组件的马达的高振动和/或冲击的指示的过程的流程图。
具体实施方式
14.下文将描述本公开的一个或更多个具体实施方式。为了提供对这些实施方式的简明描述，在说明书中可能没有描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这种实际实现方式的改进中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须做出大量特定于实现方式的决定，以实现开发者的特定目标，比如符合系统相关的约束和商业相关的约束，这些约束可能从一种实现方式到另一种实现方式有所不同。此外，应当理解的是，这种改进工作可能是复杂并且耗时的，但是尽管如此，对于受益于本公开的普通技术人员来说，这将不过是设计、制作和制造的常规任务。
15.在介绍本公开的各种实施方式的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”意在表示存在一个或更多个要素。术语“包括”、“包含”以及“具有”意在是包含性的并且意味着除了所列出的元素之外，还可以有另外的元素。如本文所使用的，“同轴”是指驱动模块的纵向轴线或驱动模块的部件平行于马达的转子的旋转轴线布置。如本文所使用的，“灌封”是指用固体的或凝胶状的材料覆盖电子部件(例如电路)并且/或者填充包含电子部件的组件，以防止不利的环境因素(例如水、湿气、腐蚀等)以及/或者由物理力造成的不利影响(例如撞击、冲击、振动等)。如本文所使用的，“功率转换”是指将交流电转换成直流电、将直流电转换成交流电、改变电流的电压或改变电流的频率或其任意组合。
16.作为介绍，图1是工业自动化系统10的立体图。工业自动化系统10可以包括电源
12、驱动模块14、马达20以及负载22，该驱动模块14包括控制电路16(例如，控制板)和电力电路18(例如，电力板)。可以用于控制驱动模块14的操作的控制电路16可以包括诸如非暂时性存储器26、处理器28、加速度计30、用户接口等的各种子部件。驱动模块14可以用于控制马达20的操作，驱动模块14还可以包括诸如整流器、逆变器、驱动电路、一个或更多个开关等的各种子部件。在当前实施方式中，工业自动化系统10可以包括联接至相应的马达20的一个或更多个驱动模块14，相应的马达20然后经由连接部24联接至一个或更多个负载22。
17.在一些情况下，马达20(或与马达相关联的一些部件)可以设置有编码器或类似装置，以向驱动模块14提供反馈数据。例如，编码器测量马达轴的角位置，从该角位置可以得出速度和加速度数据，以向驱动模块14提供反馈数据。在某些马达和相关的控制电路中，该信息可以被估计以用于“无传感器”控制。在对这种信息进行测量或估计的情况下，该系统可以被控制来实现闭环速度控制机制、扭矩控制机制或其他已知技术，以跟踪应用的期望运动和/或负载轮廓。例如，驱动模块14可以基于来自编码器20的信号调节输出到马达20的功率(例如，驱动信号的频率)，从而控制马达20的速度。
18.电力电路18可以被设计成用于任何合适的额定功率。电力电路18可以接收三相电力并且输出三相电力，以用于马达20的操作。例如，电力电路18可以包括任何数量的诸如整流器、逆变器、转换器、开关等的部件，这些部件可以接收三相ac电力，可以将三相ac电力整流成dc电力(例如，dc电压波形)，并且可以进行逆变并且可以以期望的频率产生三相输出ac电力波形，以用于对连接至驱动模块14的马达20进行致动。此外，电力电路18可以配置成调节电源信号输出。例如，电力电路18将信号从交流电(ac)转换成直流电(dc)、将信号从dc转换成ac、使信号升高、使信号降低等。在一些情况下，控制电路16的处理器28可以控制设置在电力电路18上的一个或更多个开关装置(例如，igbt、晶体管)的开关频率或触发角度。开关频率的改变可以调整或修改ac电压波形、ac电压波形之间的相移以及与提供给马达壳体内的马达20的ac电压波形相关的其他特性。
19.电源12可以供应由公用电网(例如，标准电源插座)、电池、电容器、发电机或一些其他ac电力源或dc电力源所提供的常规电压或高压交流信号。然而，应该理解，可以设想许多可能的实施方式。例如，控制电路16可以包括各种可以(直接或间接地)向马达20或致动器输出一个或更多个控制信号以使马达操作的部件。例如，马达可以操作成使轴移动(例如，旋转、转动等)。控制电路16的处理器28可以基于从加速度计30、非暂时性存储器26或两者获取的数据来提供控制信号。
20.马达20可以具有机械部件和/或电气部件，并且可以包括线性马达、伺服机构、旋转电动马达、内燃发动机、推车、运送机器或任何其他配置成响应于控制信号而移动的部件。与驱动模块14相比，马达20可以设置在单独的壳体(例如，马达壳体)内，使得两个壳体可以直接地联接至彼此或者经由适配器模块或壳体元件联接至彼此。负载22可以是通过马达20而移动的任何负载。在一些实施方式中，工业自动化系统10可以包括设置在马达上、负载22上或两者上的传感器32。传感器32可以与驱动模块14的控制电路16(例如，处理器28)通信。例如，控制电路16可以基于从传感器32接收测量值而产生控制信号。
21.驱动模块14可以包括为马达20的启动、驱动、制动、致动和执行任何其他合适的控制操作而设计的电路。该电路可以被设计成用于马达的任何合适的额定功率，额定功率通
常由框架尺寸表示。例如，控制电路16的处理器28可以监控各功能并协调马达20的操作。驱动模块14和马达20可以根据任何合适的诸如标准工业协议、以太网协议、互联网协议、无线协议等的连接协议使用网络连接进行通信。
22.处理器28通常根据设备调试期间设置的参数和/或马达20操作期间感应并反馈至控制电路16的参数而执行预定义的控制例程或由操作员定义的控制例程。控制电路16可以包括用以将控制、反馈以及其他信号传送至马达20和/或外部装置的接口。由控制电路16可以实现许多不同的控制方案和功能。用于一些操作的程序可以存储在非暂时性计算机可读介质(例如，非暂时性存储器26)上。
23.考虑到上述情况，驱动模块14和马达20可以一件式地组装(例如，联接)为集成驱动马达组件34。集成驱动马达组件34可以包括经由适配器而联接的驱动模块14和马达20。在一些情况下，集成驱动马达组件34可以在制造期间于一个封围件或壳体中组装成包括驱动模块14和马达20。此外，集成驱动马达组件34可以在制造后组装成将驱动模块14和马达20包括在一个封围件或壳体中。在这种情况下，基于驱动模块14和马达20联接在一起，集成驱动马达组件34的驱动模块14可以与马达20的运动一致地移动(例如，振动)。
24.集成驱动马达组件34可以在控制电路16的控制下操作。如此，控制电路16可以基于从任何数量的传感器接收所收集的数据(例如，振动、电压、速度、温度、压力等)来监控电力电路18和马达20的操作。例如，加速度计30可以向处理器28提供马达20的振动和/或冲击数据。
25.此外，控制电路16可以基于振动数据而控制电力电路18和马达20的操作。在一些情况下，控制电路16可以基于对振动数据的处理而向电力电路18和/或马达20发送控制信号。例如，当检测到异常(例如，马达20的高振动)时，控制信号可以使电力电路18的开关打开，从而切断对马达20的供电，以防止损坏。
26.此外，在特定情况下，控制电路16的处理器28可以使用加速度计30确定马达20的运动或振动。例如，处理器28可以基于与马达20相关的操作数据以及由加速度计30测量的相应振动模式来确定马达20的各种振动和/或冲击轮廓。处理器28可以将振动轮廓存储在非暂时性存储器26上或者将振动轮廓传送至工业自动化系统10的其他部件以进行存储和/或处理。
27.图2图示了集成驱动马达组件34的示例。描述的集成驱动马达组件34包括上述驱动模块14和马达20。如上所述，在一些情况下，集成驱动马达组件34的驱动模块14和马达20可以使用适配器52而联接至彼此。驱动模块14可以以可控的速度对马达20进行致动。驱动模块14可以根据速度、扭矩、功率或这些参数的组合来调节马达20的输出。
28.在实际应用中，马达20将联接至被驱动以执行工业自动化任务的负载比如上述负载22(例如泵、输送机、传输设备等)。如本领域技术人员将会理解的，在许多应用中，集成驱动马达组件34可以与整体自动化、包装、材料处理或其他应用中的其他机器、机器人、传送带、控制设备等(未单独示出)进行互操作。
29.集成驱动马达组件34可以作为工业自动化系统的一部分，比如工业自动化系统10的一部分，以使多组任务自动化。例如，集成驱动马达组件34可以使制造、材料处理、采矿、食品加工、油气提取、精炼、化学加工或任何其他有用的应用自动化。此外，工业自动化系统可以在单个位置处或在组织中的分散位置处通过有线网络和无线网络两者与其他系统物
理地和/或通信地联接。
30.集成驱动马达组件34可以从电源(例如，电源12)比如电网、电池、发电机等接收三相电力和/或直流电力。集成驱动马达组件34也可以将来自电源的固定频率输入功率转换成受控频率输出功率。如此，集成驱动马达组件34可以管理对负载(例如，负载22)的电力的应用。负载可以包括各种机器或者马达。
31.在描述的实施方式中，驱动模块14可以基于经由适配器52与马达20联接而收集马达20的振动数据。驱动模块14可以使用加速度计30来收集振动和/或冲击数据。驱动模块14可以使用振动数据来监控和控制马达20的功能。例如，驱动模块14可以基于对马达20的异常振动数据进行检测来确定集成驱动马达组件34的异常。此外，驱动模块14可以基于振动数据(例如，检测到异常)而提供控制信号，以调整马达20的操作。此外，驱动模块14还可以收集诸如电流、电压、速度、转速、温度、压力等其他数据。收集到的这些其他数据可以与收集到的振动数据相关或匹配，以相对于检测到的振动数据跟踪驱动模块14的操作特性。也就是说，振动数据的变化可以对应于与其他数据变化的直接相关。以这种方式，振动数据可以用于确定或预测其他方面或操作特性是否正在改变。
32.集成驱动马达组件34可以包括壳体54。该壳体54可以包括任何数量的部分，比如包括本体部分54a和端盖部分54b。本体部分54a可以具有容纳驱动电路的内腔。特别地，本体部分54a可以包括控制电路16和电力电路18，以用于对马达20进行启动、驱动、制动、致动、感测(例如，收集振动数据)以及进行对马达20的任何合适的控制。特别地，控制电路16可以使用任何可行的连接器(例如，轴承)组装在本体部分54a中。端盖部分54b可以位于本体部分54a的第一端部处，并且可以联接至该本体部分54a(例如，通过紧固件、搭扣、粘合剂等)。
33.在一些实施方式中，端盖部分54b可以由金属材料、模制塑料等制成。例如，端盖部分54b可以包括用户接口56。用户接口56可以包括一个或更多个照明指示器、可致动按钮或旋钮、显示器、人机接口(hmi)等，该用户接口56可以提供对驱动模块14和马达20的操作状态(例如，开、关、启动、制动、故障等)的指示。在某些实施方式中，用户接口56可以包括任何合适类型的显示器，比如任何数量的发光二极管(led)、液晶显示器(lcd)、等离子显示器等。例如，led可以以特定的颜色发光，以向用户提供对驱动模块14和马达20的操作状态的指示。此外，用户接口56可以包括触敏机构(例如，触摸屏)，该触敏机构可以作为用于集成驱动马达组件34的控制接口的一部分
34.集成驱动马达组件34还可以包括任何数量的数据和/或电源接口，比如混合连接器58，数据和/或电源接口联接(例如，安装、紧固等)至驱动模块14的壳体54。混合连接器58可以使得在集成驱动马达组件34与外部设备(例如，另一个驱动模块、电力接口模块等)之间能够进行数据通信。混合连接器58还可以在集成驱动马达组件34与外部设备(例如，另一个驱动模块、电力接口模块等)之间传输电力。
35.例如，混合连接器58可以包括以太网接口，以经由各种工业数据交换协议进行通信。以太网能力允许集成驱动马达组件34集成到工业自动化系统的以太网/ip基础设施中。通信可以遵循任何期望的协议比如以太网/ip、设备网(devicenet)、高速驱动串行接口(hsdsi)、modbus等。混合连接器还可以提供dc和/或ac电力传输。
36.在描述的实施方式中，驱动模块14可以包括任何数量的输入/输出(i/o)端口，比
如i/o端口60。i/o端口60可以是通信接口并且可以联接至其他外围部件，比如输入设备(例如，键盘、鼠标等)、传感器、i/o模块等。例如，连接的i/o模块可以准许驱动模块14与工业自动化系统中的其他设备进行通信或交互。驱动模块14可以使用控制电路16来与工业自动化系统中的其他设备进行通信或交互。
37.集成驱动马达组件34还可以包括壳体延伸部分(例如，适配器52)。适配器52可以在与端盖部分54b相反的端部处联接至壳体54。适配器52可以将壳体54联接至马达20。适配器52可以在第一端部处联接至壳体54，并且可以在与第一端部相反的第二端部处联接至马达20，使得适配器52设置在壳体54与马达20之间。
38.例如，适配器52可以将壳体54的本体部分54a联接至与壳体54的纵向轴线平行的马达20的轴的旋转轴线。此外，马达轴的旋转轴线可以与壳体54的纵向轴线对准。在不同的实施方式中，根据马达20的特定框架尺寸，适配器52可以具有不同的形状。在任何情况下，适配器52设置有将驱动模块联接至马达20的接口。
39.此外，因为适配器52将驱动模块14与马达20物理联接，因此集成驱动马达组件34可以使用定位在壳体54内的控制电路16来收集马达20的振动数据。如此，驱动模块14的加速度计30可以基于连接驱动模块14和马达20的适配器52来检测马达20的振动。驱动模块14可以使用处理器28和加速度计30来收集马达20的振动数据和/或冲击数据。驱动模块14可以使用接收到的振动数据来确定可以发送至电力电路18和/或马达20的控制信号。
40.此外，在一些实施方式中，壳体54可以填充(例如，部分填充、完全填充)有灌封材料(例如，硅基灌封化合物、密封剂或任何其他可行的灌封材料)，以将控制电路16和壳体54黏合在一起。在这种实施方式中，驱动模块14的加速度计(例如，加速度计30)可以基于将驱动模块14与马达20联接的适配器52的运动而与马达20一起振动。此外，将壳体54黏合到控制电路16的灌封材料可以将马达20和适配器52的振动传递至加速度计30。相应地，驱动模块14的处理器28可以基于由加速度计30检测到的振动来监控马达20的振动。
41.图3a图示了集成驱动马达组件34的分解图。壳体54可以包括内腔62。腔62可以沿着本体部分54a的长度延伸。例如，腔62可以从邻近端盖部分54b的第一端部延伸至邻近适配器52的相反端部。端盖部分54b可以在第一端部处联接至本体部分54a并且可以覆盖本体部分54a的开口以封闭腔62。腔62可以包括任何数量的电路板，该电路板包括控制电路16和电力电路18。在描述的实施方式中，非暂时性存储器26、处理器28以及加速度计30可以定位在控制电路16上。
42.控制电路16和电力电路18可以经由任何数量的紧固件联接至本体部分54a和/或端盖部分54b。如上所述，在一些实施方式中，包括控制电路16的壳体54的腔62可以被灌封。在不同的情况下，腔62可以部分或全部填充有灌封材料，以将控制电路16与本体部分54a和/或端盖部分54b黏合。如此，对腔62进行灌封可以减少或防止设置在控制电路16上的加速度计30相对于马达20的壳体的振动。相反，加速度计30和控制电路16可以在操作期间以与集成驱动马达组件34的马达20的振动相同的频率或一致的频率移动或振动。也就是说，灌封材料可以限制除了马达20的振动之外的振动源产生的振动。
43.在一些实施方式中，加速度计30可以对振动进行采样并且向处理器28提供振动数据。例如，加速度计30可以经由迹线66或一些其他电连接件向处理器28提供振动数据。在一些实施方式中，加速度计30可以向处理器28提供指示检测到的(例如，感测到的)振动的一
个或更多个模拟或数字信号。例如，加速度计30可以经由迹线66向处理器28提供一个或更多个模拟信号。在这种情况下，处理器28可以对接收到的模拟信号进行采样以确定振动数据。在任何情况下，基于处理器28与加速度计30之间相对较近的距离——这与加速度计30定位在马达20上或者定位成远离处理器28的情况相反，处理器28可以低延迟地(例如，1纳秒、2纳秒、5纳秒、10纳秒等，1微秒、2微秒、5微秒、10微秒等)接收振动数据(例如，确定振动数据)。
44.图3b图示了具有本体部分54a的透明侧面视图的集成驱动马达组件34。在描述的实施方式中，还图示了适配器52的透明侧面视图。应当理解的是，在不同的实施方式中，不同的适配器52可以将驱动模块14联接至马达20。在任何情况下，在描述的实施方式中，壳体54可以被灌封材料填充(例如，部分填充、完全填充)以黏合控制电路16和壳体54。示出了灌封区域64，其用于将控制电路16和驱动模块14的壳体54黏合在腔62内部。
45.在其他实施方式中，灌封区域64的灌封材料可以部分或全部地填充腔62，以将控制电路16与本体部分54a和/或端盖部分54b黏合。相应地，灌封区域64可以减少(或阻止)控制电路16和加速度计30的振动，该振动可能与控制电路16与本体部分54a和/或端盖部分54b的联接或其他联接有关。如此，控制电路16的加速度计30可以在操作期间检测(例如，仅检测)集成驱动马达组件34的马达20的振动和/或冲击。
46.图4图示了用于向监督控制器提供对超过阈值或预期振动水平的马达20振动的指示的过程80的流程图。例如，监督控制器可以包括图1的驱动模块14的处理器28、位于集成驱动模块组件外部的外部控制器或者任何其他可行的处理电路。考虑到这一点，尽管过程80的以下描述被描述为由处理器28以特定顺序执行，但是应当注意，过程80可以由其他合适的计算设备并且以任何合适的顺序执行。
47.在框82处，处理器28可以从加速度计30接收振动数据和/或冲击数据(例如，第一组振动数据)。例如，处理器28可以在马达20操作期间或者在马达不操作时接收振动数据和/或冲击数据。振动数据可以包括指示检测到的振动的模拟或数字数据。在一些情况下，处理器28可以将振动数据与获取到振动数据的时间相关联或追踪至获取到振动数据的时间。时间数据可以与马达20的操作相关联。此外，对应于马达20的操作，处理器28可以将振动数据转换为频率范围并且将所确定的频率响应与时间相关联。如此，处理器28可以将振动数据(例如，时间序列和/或频率范围振动数据)与马达20的一个或更多个操作特性相关联(例如，同步)。马达20的操作特性可以包括马达20的转子/轴的旋转速度、转子/轴的位置、转子/轴的旋转方向等等。
48.在框84处，处理器28可以根据收集的振动数据和/或冲击数据生成一个或更多个基线振动轮廓。尽管此处的实施方式是针对振动数据和振动轮廓描述的，应当理解的是，描述的实施方式可以替代地或附加地包括冲击数据和冲击轮廓。例如，加速度计30可以检测冲击并且提供冲击数据以及检测振动并提供振动数据。
49.处理器28可以通过将振动数据(例如，时序和/或频率范围振动数据)与马达20的不同时间和/或操作模式(例如，操作特性)相关联(例如，同步、关联)来生成基线振动轮廓。例如，处理器28可以使用非暂时性存储器26来存储对应于一个或更多个操作模式的一个或更多个基线振动轮廓。在一些实施方式中，生成基线振动轮廓可以包括学习周期。用于生成基线振动轮廓的学习周期可以对应于在一段时间内接收阈值量的振动数据，用于表征由马
达20在同一段时间内执行的不同操作。
50.在一些情况下，处理器28可以基于马达20的标称或预期操作(例如，满负荷、预期负荷)生成一个或更多个基线振动轮廓。在这种情况下，所述一个或更多个基线振动轮廓可以对应于马达20的预期操作条件。在一些情况下，处理器28可以使用所述一个或更多个基线振动轮廓来确定马达20是否存在故障或其他问题。也就是说，处理器28可以将接收到的振动数据与相应的基线振动轮廓进行比较，并且如果振动数据在阈值百分比内与基线振动轮廓不相关，则处理器28可以确定马达20上存在异常(例如，故障状况)。替代性地或附加地，处理器28可以将接收到的振动数据与和一个或更多个异常相关联的一个或更多个对准阈值(例如，基于阈值百分比)进行比较，以确定马达20上存在异常。在一些实施方式中，处理器28可以基于将振动数据与在马达20的先前异常期间确定的异常振动轮廓进行匹配来识别存在的异常或问题的类型。
51.考虑到上述情况，处理器28可以通过将时序和/或频率范围振动数据与马达20的转子/轴的速度、转子/轴的位置、转子/轴的旋转方向、马达20的轴线和/或马达20的其他操作进行同步而生成基线振动轮廓。例如，处理器28可以基于接收用户输入、使用机器学习过程等而将基线振动轮廓的频率响应与马达20的操作特性相关联。在一些情况下，处理器28可以基于将基线振动轮廓的频率响应与马达20的操作特性相关联而将一个或更多个基线振动轮廓存储在存储器26中。
52.在一个示例中，处理器28可以通过将所获取的振动数据的频率响应与轴的一个或更多个旋转速度相关联而生成针对马达20的轴的一个或更多个旋转速度的基线振动轮廓。在另一示例中，处理器28可以通过将所获取的振动数据的频率响应与转子/轴的一个或更多个位置相关联而生成针对转子/轴的一个或更多个位置的基线振动轮廓。应当理解，对于马达20的不同操作可以确定不同的振动轮廓。同样地，处理器28可以基于随后获取的振动数据与相应的振动轮廓之间的比较来表征马达20的不同操作。在一些情况下，将随后接收的振动数据与频率范围中的基线振动轮廓进行匹配可以有助于对马达20的相应操作特性进行有效的异常检测。
53.此外，在一些情况下，集成驱动马达组件34的处理器28可以生成一个或更多个基线振动轮廓。例如，处理器28可以基于接收阈值量(例如，天、周、年)的振动数据(例如，时间序列和/或频率范围振动数据)而使用机器学习来生成振动数据的一个或更多个基线振动轮廓。例如，机器学习可以包括监督机器学习、半监督机器学习和/或无监督机器学习。在任何情况下，处理器28可以使用基线振动轮廓中的每个基线振动轮廓来检测马达20的异常(例如，高振动)。
54.在一些情况下，处理器28可以基于检测所获取的振动数据与马达20的基线振动轮廓的偏差或基于检测到所获取的振动数据与马达20的异常振动轮廓对准(例如，匹配)而检测马达20在操作期间的异常(例如，故障)。例如，处理器28可以基于将所获取的振动数据与马达20的异常振动轮廓根据对准阈值(例如，在异常振动轮廓的1％内，在异常振动轮廓的2％内，在异常振动轮廓的5％内)进行匹配来检测异常。这种异常可以包括与附接至马达的机械部件相关的机械故障。例如，机械故障可能与联轴器未对准、齿轮箱磨损、皮带张力和/或马达辊轴承磨损或未对准有关。
55.在框86处，处理器28可以在马达20的操作期间从加速度计30接收另外的振动数据
和/或冲击数据(例如，第二组振动数据)。处理器28可以在生成一个或更多个基线振动轮廓之后接收另外的振动数据。此外，处理器28可以基于振动而将另外的振动数据与马达20的一个或更多个操作相关联。
56.在框88处，处理器28可以将另外的数据与一个或更多个基线振动轮廓进行比较。例如，处理器28可以将另外的振动数据与同马达20的引起振动的操作相关联的一个或更多个基线振动轮廓进行比较。
57.在框90处，处理器28可以基于比较结果来确定一个或更多个异常。如上所述，处理器28可以基于另外的数据与相应的基线振动轮廓之间的偏差来确定一个或更多个异常。处理器28可以基于如上所述的一个或更多个阈值来确定另外的数据与相应基线振动轮廓的偏差。阈值可以是用户可配置的、预设的或者由处理器28、用户输入、机器学习算法等确定的。
58.例如，处理器28可以确定马达轴速度与振动数据的均方根值(rms)的表，以确定一个或更多个异常。然后，处理器28可以使用该表来生成回归模型基线振动轮廓。相应地，处理器28可以使用回归模型基线振动轮廓来基于检测与回归模型基线振动轮廓的偏差而确定一个或更多个异常。此外，处理器28还可以使用回归模型基线振动轮廓而基于接收与马达20的测量速度和振动相关联的另外的数据来估计马达20的性能指标。
59.在任何情况下，处理器28可以基于检测所获取的振动数据与马达20的基线振动轮廓的偏差或基于检测到所获取的振动数据与马达20的异常振动轮廓对准(例如，匹配)而确定异常。例如，异常可能是由马达轴的未对准、集成驱动马达组件34的轴承磨损等引起的。在一些实施方式中，集成驱动马达组件34可以向处理器28提供所有振动数据。在替代性的或附加性的实施方式中，集成驱动马达组件34可以向处理器28提供：对异常的指示、与检测到的异常相关联的振动数据、或前述两者。相应地，基于对相关异常(例如，对异常的指示、检测到的异常的振动数据)进行存储，集成驱动马达组件34和/或处理器28可以使用更少的存储。
60.在框92中，处理器28可以响应于对一个或更多个异常的确定而提供命令(例如，一个或更多个通知)。例如，响应于接收到对马达20的操作中的异常的指示，处理器28可以暂停马达20的操作、可以降低马达20的操作的速度或者可以使得执行任何其他可行的对策。此外，基于加速计30在控制电路16上的位置(例如，非常接近马达20和处理器28)，处理器28可以低延迟地确定异常。如此，处理器28可以使得低延迟地(例如，1毫秒、2毫秒、5毫秒、10毫秒等)执行对策，以减少(例如，最小化、消除)由异常引起的对马达20的可能的损坏。
61.如上所述，替代性地或附加地，处理器28可以根据用户提供的振动和冲击阈值而确定一个或更多个与马达20(例如，马达20的机械部件)相关联的异常。在一些情况下，处理器28可以接收由用户提供的或在制造期间预设的一个或更多个阈值，以检测异常(例如，即时地检测异常)。例如，处理器28可以检测与马达20相关联的由加速度计30提供的振动数据和/或冲击数据的下述偏差：该偏差高于用户提供的一个或更多个阈值或者在制造期间设置的一个或更多个阈值。
62.本公开包括用于工业自动化系统的驱动组件的驱动模块。驱动模块可以提供电力并且控制马达的操作。驱动模块可以包括壳体，该壳体包含控制电路和电力电路并且该壳体可以独立于马达的框架尺寸和/或功率。如此，壳体可以互换以用于任何马达框架尺寸
和/或马达功率。驱动模块还可以包括适配器，该适配器可以定形状和/或定尺寸成将驱动模块连接至马达。如此，适配器的尺寸和/或形状可以基于马达的框架尺寸和/或功率。所公开的技术的技术效果包括为驱动组件的驱动模块提供可以互换的壳体并且通过对多种马达框架尺寸和/或马达功率使用统一的壳体来降低制造成本。
63.虽然本文仅图示和描述了本公开的某些特征，但本领域技术人员将会进行多种修改和变更。因此，应理解的是，所附权利要求意在涵盖落入本公开的真实精神内的所有此类修改和变更。本文提出和要求保护的技术被引用并应用于实际性质的实物和具体实例，这些实物和具体实例明显地改进了本技术领域，因此不是抽象的、无形的或纯理论的。此外，如果本说明书末尾所附的任何权利要求包含一个或更多个被指定为“用于[执行]某项[功能]的
……
装置”或“用于[执行]某项[功能]的
……
步骤”的元素，则这些元素应根据35u.s.c.62(f)进行解释。然而，对于包含以任何其他方式指定的元素的任何权利要求，这种元素不应根据35u.s.c.62(f)进行解释。

技术特征：
1.一种集成驱动马达组件，所述集成驱动马达组件包括：第一壳体，所述第一壳体包括马达；以及第二壳体，所述第二壳体联接至所述第一壳体，其中，所述第二壳体包括：电力电路板，所述电力电路板配置成向所述马达提供一个或更多个电压；以及控制电路板，所述控制电路板包括：至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成控制所述电力电路板的一个或更多个操作；以及加速度计，所述加速度计配置成检测第一组振动数据；以及灌封材料，所述灌封材料配置成在所述第二壳体内包围所述电力电路板和所述控制电路板，其中，由所述加速度计检测的所述第一组振动数据基于将控制电路黏合至所述第二壳体的所述灌封材料而与所述第一壳体的振动相匹配。2.根据权利要求1所述的集成驱动马达组件，其中，所述至少一个处理器配置成：在第一时间段期间从所述加速度计接收所述第一组振动数据；基于所述第一组振动数据确定一个或更多个基线振动轮廓；在第二时间段期间从所述加速度计接收第二组振动数据，其中，所述第二时间段在所述第一时间段之后；以及基于所述第二组振动数据和所述一个或更多个基线振动轮廓而确定所述马达内是否存在一个或更多个异常。3.根据权利要求2所述的集成驱动马达组件，其中，所述一个或更多个基线振动轮廓中的每个基线振动轮廓与所述马达的操作特性相关联。4.根据权利要求3所述的集成驱动马达组件，其中，所述操作特性包括马达的轴的旋转速度、所述轴的位置、所述轴的旋转方向或其任意组合。5.根据权利要求2所述的集成驱动马达组件，其中，所述处理器配置成基于以下各项而确定所述一个或更多个基线振动轮廓：确定所述第一组振动数据的频率响应；将所述第一组振动数据的所述频率响应与所述马达的操作特性相关联；以及将所述频率响应与相关联的所述马达的所述操作特性一起存储为所述一个或更多个基线振动轮廓中的一者。6.根据权利要求2所述的集成驱动马达组件，其中，所述处理器配置成基于以下各项而确定所述一个或更多个异常：基于所述一个或更多个基线振动轮廓而检测高于一个或更多个偏差阈值的所述第二组振动数据的偏差；或者基于所述一个或更多个基线振动轮廓而检测到所述第二组振动数据在一个或更多个对准阈值内与所述马达的一个或更多个异常状况对准。7.根据权利要求1所述的集成驱动马达组件，其中，黏合至所述控制电路的所述灌封材料配置成减少所述控制电路相对于所述第一壳体的一个或更多个振动。8.根据权利要求1所述的集成驱动马达组件，其中，所述至少一个处理器配置成检测所述第一组振动数据的大于由用户设置或在制造期间预设的一个或更多个偏差阈值的一个或更多个偏差。
9.根据权利要求8所述的集成驱动马达组件，其中，黏合至所述控制电路的所述灌封材料配置成减少所述控制电路相对于所述第一壳体和适配器的一个或更多个振动。10.一种方法，所述方法包括：由集成驱动马达组件的处理器在第一时间段期间从所述集成驱动马达组件的加速度计接收所述集成驱动马达组件的马达的第一组振动数据，其中，所述加速度计和所述处理器设置在所述集成驱动马达组件的壳体内的控制板上，并且其中，所述壳体至少部分地填充有灌封材料，所述灌封材料配置成将所述控制板黏合至所述壳体；由所述处理器基于所述第一组振动数据生成一个或更多个基线振动轮廓；由所述处理器在所述第一时间段之后的第二时间段期间从所述加速度计接收所述马达的第二组振动数据；由所述处理器将所述第二组振动数据与所述一个或更多个基线振动轮廓进行比较；以及由所述处理器基于所述比较来确定所述马达中存在一个或更多个异常。11.根据权利要求10所述的方法，其中，生成所述一个或更多个基线振动轮廓包括使所述第一组振动数据与所述马达的至少一个操作特性同步。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述马达的至少一个操作特性包括所述马达的轴的旋转速度、所述轴的位置、所述轴的旋转方向或其任意组合。13.根据权利要求10所述的方法，其中，生成所述一个或更多个基线振动轮廓包括基于所述第一组振动轮廓而表征所述马达的正常操作状况、表征所述马达的异常状况、或者表征所述马达的正常操作状况和异常状况两者。14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述一个或更多个异常包括：检测所述第二组振动数据相对于所述马达的所述正常操作状况超过一个或更多个阈值的偏差；检测到所述第二组振动数据与所述马达的所述异常状况对准；或者检测所述第二组振动数据相对于所述马达的所述正常操作状况超过一个或更多个阈值的偏差并检测到所述第二组振动数据与所述马达的所述异常状况对准。15.根据权利要求10所述的方法，包括由所述处理器将代表所述一个或更多个异常的一个或更多个通知传送至监督控制器以执行一个或更多个对策。16.根据权利要求10所述的方法，其中，生成所述一个或更多个基线振动轮廓中的基线振动轮廓包括：由所述处理器确定所述第一组振动数据的频率响应；由所述处理器将所述第一组振动数据的所述频率响应与所述马达的操作特性相关联；以及将所述频率响应与相关联的所述马达的所述操作特性一起存储为所述一个或更多个基线振动轮廓中的一者。17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述灌封材料配置成减少所述加速度计相对于所述马达的振动的一个或更多个振动。18.一种制造集成驱动马达组件的方法，所述制造集成驱动马达组件的方法包括：将控制电路组装在集成所述驱动马达组件的第一壳体中，其中，所述控制电路包括处
理器和加速度计以检测振动；使用灌封材料灌封所述第一壳体，以将所述控制电路与所述第一壳体的内部黏合；以及将所述第一壳体联接至所述集成驱动马达组件的第二壳体，其中，所述第二壳体包括马达，其中，所述马达配置成操作以移动负载，其中，所述灌封材料配置成减少所述加速度计相对于所述第二壳体的一个或更多个振动，并且其中，所述加速度计配置成基于减少所述加速度计相对于所述第二壳体的一个或更多个振动的所述灌封材料来检测所述马达的振动。19.根据权利要求18所述的方法，其中，将所述控制电路组装在所述第一壳体中包括使用一个或更多个连接器将所述控制电路和所述集成驱动马达组件的所述第一壳体的内部联接。20.根据权利要求18所述的方法，包括经由适配器联接所述第一壳体和所述第二壳体，其中，将所述控制电路与所述第一壳体的内部黏合的所述灌封材料配置成减少所述控制电路相对于所述第二壳体和所述适配器的一个或更多个振动。

技术总结
本公开提供了具有集成马达驱动组件的嵌入式振动和冲击传感器。本公开涉及一种具有基于振动的异常检测的集成驱动模块组件。该集成驱动模块组件可以包括联接至驱动模块的马达。驱动模块可以向马达提供电力以进行操作。此外，驱动模块可以提供控制信号来控制马达的操作。驱动模块可以包括加速度计和处理电路。该处理电路可以使用加速度计来确定电机在操作期间的基线振动轮廓。随后，处理电路可以基于将马达的振动与基线振动轮廓进行比较来确定马达的异常状况。相应地，当驱动模块联接至马达时，集成驱动模块组件可以基于使用加速度计检测异常状况而有助于以低延迟执行对策。检测异常状况而有助于以低延迟执行对策。检测异常状况而有助于以低延迟执行对策。


技术研发人员：佐兰
受保护的技术使用者：罗克韦尔自动化技术公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/10/19