特表 2024-518895 動作状態を非接触で確認するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-08

(54)【発明の名称】動作状態を非接触で確認するための方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/34 20200101AFI20240426BHJP

   H02P 23/14 20060101ALI20240426BHJP

【ＦＩ】

G01R31/34 C

H02P23/14

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023565935

(86)(22)【出願日】2021-06-15

(85)【翻訳文提出日】2023-11-16

(86)【国際出願番号】 EP2021066090

(87)【国際公開番号】W WO2022228703

(87)【国際公開日】2022-11-03

(31)【優先権主張番号】PCT/EP2021/060955

(32)【優先日】2021-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】506087130

【氏名又は名称】カエザー・コンプレソーレン・エスエー

【氏名又は名称原語表記】ＫＡＥＳＥＲ ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲＥＮ ＳＥ

【住所又は居所原語表記】Ｃａｒｌ－Ｋａｅｓｅｒ－Ｓｔｒ． ２６， ９６４５０ Ｃｏｂｕｒｇ， Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】バーグナー、フロリアン

(72)【発明者】

【氏名】シュプリューゲル、トビアス

(72)【発明者】

【氏名】ヤーン、パトリック

【テーマコード（参考）】

2G116

5H505

【Ｆターム（参考）】

2G116BA03

2G116BA04

2G116BB04

2G116BB06

2G116BC05

5H505AA06

5H505DD03

5H505JJ03

5H505JJ17

5H505KK06

5H505LL12

5H505LL22

5H505LL32

5H505LL33

(57)【要約】

圧縮機（１）の動作状態および／または圧縮機駆動装置（２）、特に可変速度または定速度圧縮機駆動装置（２）の速度を確認する、特に非接触で確認するための方法が提案され、本方法は、
－ 検出要素（３）によって、ある時間期間にわたる磁界を検出することと、磁界は、電力供給ケーブル（４）またはモータ供給ライン（１１）の少なくとも１つの位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の電流によって発生され、
－ 時間期間にわたる磁界の周波数スペクトルを決定することと、
－ 圧縮機（１）の動作状態を確認し、および／または圧縮機駆動装置（２）の速度を確認するために、磁界の周波数スペクトルを解析することと、を行う方法ステップを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機（１）の動作状態および／または圧縮機駆動装置（２）、特に可変速度または固定速度圧縮機駆動装置（２）の回転速度を決定する、特に非接触決定するための方法であって、
－ 検出要素（３）によって、ある時間範囲にわたる磁界を検出することと、ここにおいて、前記磁界は、電力供給ケーブル（４）の少なくとも１つの位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）またはモータ供給ライン（１１）の少なくとも１つの位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の電流によって発生され、
－ 前記時間範囲にわたる前記磁界の周波数スペクトルを決定することと、
－ 前記圧縮機（１）の動作状態を決定し、および／または前記圧縮機駆動装置（２）の回転速度を決定するために、前記磁界の前記周波数スペクトルを解析することと、
を行う方法ステップを備える、方法。

【請求項2】

前記磁界を検出することは、特にロゴスキーコイルを使用して磁界強度を検出すること、および／または特にホールセンサを使用して磁束密度を検出することを備える、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

－ 前記検出要素（３）を前記電力供給ケーブル（４）または前記モータ供給ライン（１１）の位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に取り付ける方法ステップを備える、
請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

－ 前記電力供給ケーブル（４）のいくつかの、特にすべての位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の電流によって発生される前記磁界を測定するように、前記検出要素（３）を、前記電力供給ケーブル（４）または前記モータ供給ライン（１１）の前記いくつかの、特にすべての位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に配置する方法ステップを備える、
請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記周波数スペクトルの決定が、前記磁界の時間的経過の解析を備えることを特徴とする、
請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記磁界の時間的経過に含まれる周波数成分が、フーリエ解析および／またはウェーブレット解析および／またはゲルツェルアルゴリズムを使用して解析されることを特徴とする、
請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記磁界の周波数が、個々の前記周波数成分を解析することによって決定され、
前記電力供給ケーブル（４）または前記モータ供給ライン（１１）の前記少なくとも１つの位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の電流の基本周波数が、前記磁界の前記周波数に基づいて決定されることを特徴とする、
請求項１～６のいずれか一項、特に請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記圧縮機駆動装置（２）の前記回転速度が、特に係数を使用することによって、前記電流の前記決定された基本周波数から決定されることを特徴とする、
請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記検出するステップにおいて、前記電力供給ケーブル（４）または前記モータ供給ライン（１１）のちょうど１つの位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が検出されることを特徴とする、
請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記検出するステップにおいて、前記電力供給ケーブル（４）または前記モータ供給ライン（１１）のいくつかの、特にすべての位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が検出されることを特徴とする、
請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記動作状態および／または前記回転速度を決定するために、特に規定された時間範囲における前記磁界の位相スペクトルが評価されることを特徴とする、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記動作状態および／または前記回転速度を決定するために、特に規定された時間範囲における前記磁界の振幅スペクトルが評価されることを特徴とする、
請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記時間範囲が、２００ｍｓ～２０ｓ、好ましくは３００ｍｓ～１０ｓ、特に好ましくは５００ｍｓ～５ｓ、特に７５０ｍｓ～３ｓ、特に１ｓであることを特徴とする、
請求項１１または１２に記載の方法。

【請求項14】

前記磁界の前記位相スペクトルが、特に、０Ｈｚ～１０ｋＨｚ、好ましくは０Ｈｚ～１ｋＨｚの周波数範囲、特に好ましくは励起周波数の付近の範囲における前記位相スペクトルの分散を形成することによって自動的に評価されることを特徴とする、
請求項１１または１３に記載の方法。

【請求項15】

前記磁界の前記振幅スペクトルが、特に、０Ｈｚ～１０ｋＨｚ、好ましくは０Ｈｚ～１ｋＨｚの周波数範囲、特に好ましくは励起周波数の付近の範囲における前記振幅スペクトルの分散を形成することによって自動的に評価されることを特徴とする、
請求項１２または１３に記載の方法。

【請求項16】

前記周波数範囲が、前記励起周波数の倍数、特に２倍から１０倍の倍数であることを特徴とする、
請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項17】

前記圧縮機の前記動作状態が、クラスタ法および／または分類法を使用して前記磁界の前記周波数スペクトルに基づいて決定されることを特徴とする、
請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

前記クラスタ法および／または前記分類法が、閾値または統計的方法、特にｋ平均法および／またはニューラルネットワークを使用することを特徴とする、
請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記分類法が、３つの分類、特に、停止、アイドル、および負荷運転の分類を備えることを特徴とする、
請求項１７または１８に記載の方法。

【請求項20】

前記圧縮機（１）の前記動作状態および／または前記圧縮機駆動装置（２）の前記回転速度が、励起周波数の前記周波数範囲における前記磁界の前記振幅スペクトルの解析によって決定されることを特徴とする、
請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

閾値化が前記振幅スペクトルの解析中に行われることを特徴とする、
請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

請求項１～２１のいずれか一項に記載の方法を行うためのデバイスであって、
電力供給ケーブル（４）またはモータ供給ライン（１１）の少なくとも１つの位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に取り付けるための感知要素（３）を備え、前記感知要素（３）は、ロゴスキーコイル、電流クランプ、ＭＥＭＳ磁力計、および／またはホールセンサを備える、デバイス。

【請求項23】

前記感知要素（３）は、少なくとも１つのセンサユニットを備え、前記センサユニットは、
Ｘ方向の磁界強度を検出するためのセンサ、Ｙ方向の磁界強度を検出するためのセンサ、またはＺ方向の磁界強度を検出するためのセンサ、のうちの少なくとも２つを備える、
請求項２２に記載のデバイス。

【請求項24】

圧縮機駆動装置（２）の回転速度を決定するため、および／または圧縮機（１）の動作状態を決定するための、請求項２２または２３に記載の装置の使用。

【請求項25】

命令を含むコンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令は、前記命令が少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに請求項１～２１のいずれか一項に記載の方法を実施させる、コンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機の動作状態および／または圧縮機駆動装置の回転速度を決定する、特に非接触で決定するための方法に関する。また本発明は、本発明に係る方法を実施するためのデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機の監視、解析、診断、または制御のために、多くの事項を有する問題として、動作状態（停止、アイドル、負荷運転）の時間的経過、送出体積流量、および電力消費量などの、圧縮機の種々のパラメータが必要であることがある。

【0003】

これらのパラメータを決定するために必要な情報は、例えば、圧縮機の制御システムによって、イーサネット（登録商標）、モドバス、またはプロフィバスなどの通信インターフェースを介して供給され得る。

【0004】

しかしながら、これは、例えば、コントローラを有していない、および／または対応する通信インターフェースを有していない圧縮機が使用されているため、既知の圧縮機には当てはまらない場合が多い。また、通信インターフェースは、圧縮機の製造者にのみ対応するデータを提供する、独自のおよび／または暗号化されたプロトコルで機能する場合がある。

【0005】

最新技術から、圧縮機内または圧縮機上に測定機器を設置することによって信号を取り出し、それに基づいて必要なパラメータが導出されることが知られている。

【0006】

例えば、信号「モータ運転」および「負荷」を検出することが知られている。この目的のために、主電源コンタクタの位置または制御コマンド、すなわち、圧縮機駆動装置に電気エネルギーが供給されているかどうかに関する情報と、入口弁を制御するためのコンタクタの位置または制御コマンド、すなわち、空気が妨げられずに圧縮機に流入しているかどうか、すなわち、空気が搬送されているかどうかに関する情報とが、圧縮機のスイッチキャビネット内の無電位接点を介して取り出される。圧縮機の停止、アイドル、および負荷運転という動作状態は、主電源コンタクタおよび入口弁を制御するためのコンタクタの検出された位置とは区別され得る。

【0007】

この信号を取り出す先行技術の方法には、いくつかの欠点がある。１つには、圧縮機のスイッチキャビネット内の電気システムが、浮動接点を接続するために干渉される。この介入には、信号の接続が圧縮機のスイッチキャビネット内で行われるので、電気取扱者とも呼ばれる特別に訓練を受けた人員が必要になる。また、信号を取り出すための設置は、無電位接点が活電部に接続されているので、圧縮機の運転中に行うことができない。したがって、圧縮機を電気主電源から切断しなければならない。また、可変速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機の場合、圧縮機駆動装置の回転速度は、「モータ運転」信号および「負荷」信号により決定することはできない。

【0008】

回転速度の決定のために反射パルス計数方法を使用することも先行技術から知られている。反射パルス計数では、反射マーカが、圧縮機駆動装置と圧縮機との間のシャフトに取り付けられる。回転シャフトの単位時間当たりのパルス数を数えるために光学センサが使用される。単位時間当たりのパルス数は、シャフトの回転速度に比例する。これは、パルス数を使用してシャフトの回転速度、ひいては圧縮機駆動装置の回転速度を推測することができることを意味する。

【0009】

しかしながら、このタイプの速度決定には、機械が停止しているときにしか反射マーカをシャフトに取り付けることができないという欠点がある。また、動作中の圧縮機の振動が光学センサをスリップさせる可能性があるので、光学センサの取り付けに時間がかかる。そのため、光学センサを堅固な機械的アタッチメントにより取り付けなければならない。別の欠点としては、圧縮機駆動装置の回転速度を反射パルス計数によって決定することはできるが、動作状態「停止」、「アイドル」、および「負荷運転」を区別することはできないということがある。「停止」（回転速度が０ｒｐｍ）と「非停止」（回転速度が０ｒｐｍよりも大きい）を区別することしか可能でない。

【0010】

先行技術から知られている別の方法としては、電流クランプまたはロゴスキーコイルを介した圧縮機駆動装置供給ライン上の有効電流測定がある。このタイプの信号検出の基本的考えは、磁界強度を測定することによって、接触なしで位相Ｌ１、Ｌ２、またはＬ３のうちの１つにおける有効電流を決定するというものである。この目的のために、電流を運ぶ導体の周りの磁界強度が導体内の電流強度に比例するという効果が使用される。固定速度駆動装置を有する圧縮機および可変速度駆動装置を有する圧縮機のための信号取得の位置が、図１および図２に示されている。

【0011】

この先行技術の方法における信号取得は、磁界強度を介して位相において取り出された電流強さ（交流電流）の測定値から、交流電流の１つまたは複数の波にわたる電流強さのｒｍｓ値を計算することによって行われる。交流電流の電流強さのｒｍｓ値は、直流電流の等価電流強さを表す。交流電流のｒｍｓ値に基づいて、動作状態「停止」、「アイドル」、および「負荷運転」を、閾値化によって区別することができる。磁界強度と、ｒｍｓ電流と、動作状態との関係が図３に例として示されている。

【0012】

図３の先行技術の例では、動作状態「アイドル」の検出のための動作状態を導出するために３０Ａの閾値が使用され、動作状態「負荷運転」の検出のために１６０Ａの閾値が使用された。これらの２つの値は、それぞれの圧縮機のデータシートから得られるか、またはデータシートからの値に基づいて計算されなければならない。したがって、この最新技術の方法には、電流の実効値の非常に正確な測定が必要になる。

【0013】

この先行技術の方法には、電流クランプまたはロゴスキーコイルを単相の周りに配置しなければならないので、電流クランプまたはロゴスキーコイルの設置のために圧縮機のスイッチキャビネットを開けなければならないという欠点がさらにある。これは、基本的にスイッチキャビネット内でしかできない。これは、設置するために電気技能者が必要になることを意味する。また、この方法では、圧縮機駆動装置の回転速度の決定ができない。これは、電流が、回転速度だけでなく、圧縮機出口における背圧および電流と電圧との間の位相シフトにも依存するからである。同じ電力消費量のために、異なる位相シフト（有効力率ｃｏｓφにより表される）に起因して異なる電流が必要とされ得る。

【発明の概要】

【0014】

したがって、本発明の課題は、先行技術から知られている欠点をなくす、または少なくとも最小限に抑える方法を設計することである。特に、本発明の課題は、圧縮機の動作状態および／または圧縮機駆動装置の回転速度の確実で高速かつ費用効果の高い検出を提供することである。

【0015】

提起される課題は、請求項１に記載の方法、請求項２２に記載の装置、請求項２４に記載の使用、同様に請求項２５に記載のコンピュータ可読記憶媒体によって解決される。

【0016】

特に、課題は、圧縮機の動作状態および／または圧縮機駆動装置、特に可変速度または固定速度圧縮機駆動装置の回転速度を決定する、特に非接触決定するための方法によって解決され、本方法は、
－ 検出要素によって、ある時間範囲にわたる磁界を検出することと、磁界は、電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインの少なくとも１つの位相の電流によって発生され、
－ 時間範囲にわたる磁界の周波数スペクトルを決定することと、
－ 圧縮機の動作状態を決定し、および／または圧縮機駆動装置の回転速度を決定するために、磁界の周波数スペクトルを解析することと、
を行う方法ステップを備える。

【0017】

本発明のコンテキストでは、「非接触」という用語は、特に、電気的接触がないことを意味するものとして理解されたい。機械的接触が存在してよいのは勿論である。

【0018】

本発明のコンテキストにおける「電流」という用語は、特に、交流電流または三相電流を表す。

【0019】

本発明のコンテキストでは、「圧縮機」という用語は、これらに限定されないが、圧縮機および例えばブロワなどの関連する機械類を含むことを意味する。また、圧縮機が、とりわけ、圧縮機ブロックを備えることも一般的であり、圧縮機ブロックは、圧縮機駆動装置、例えば、電気モータ、特に、１対、２対、またはそれ以上の対の極を有する電気モータによって駆動される。

【0020】

本発明のコンテキストでは、「電力供給ケーブル」という用語は、特に、限定するものではないが、圧縮機に電力を供給するためのケーブルおよび／または圧縮機駆動装置に電力を供給するためのケーブルを意味するものと理解される。また、電力供給ケーブルが、圧縮機のさらなる電気部品に電力を供給することも起こり得る。そのようなさらなる構成部品は、例えば、ファンモータ、弁、または機械コントローラなどであり得る。

【0021】

「モータ供給ライン」という用語は、圧縮機駆動装置を駆動するために設けられた、または配置された圧縮機駆動装置の近接領域にあるすべての導体を意味する。このコンテキストでは、モータ供給ラインは、圧縮機駆動装置の周辺、圧縮機駆動装置のハウジング上またはハウジング内、圧縮機駆動装置自体上またはその中に、圧縮機駆動装置を駆動するため、または圧縮機駆動装置の駆動をサポートするために設けられた電流を運ぶコイルを含む導体を含み得る。

【0022】

特に、本発明のコンテキストでは、中性導体は、通電されると、位相であると考えられることに留意されたい。

【0023】

本発明のコンテキストでは、「磁界を検出する」という用語は、特に、限定するものではないが、１つまたは複数の磁気パラメータを検出することを表す。この磁気パラメータは、ある時点における絶対値、またはある時間範囲におけるいくつかの絶対値であり得る。また、ある時間範囲内の磁気パラメータの時間的推移が検出されることも起こり得る。同様に、「磁界を検出する」という用語は、ある時間範囲における絶対測定値同士の比を意味すると理解することができる。特に、本発明の有利な考えによれば、磁界の物理量は、単位なしで検出されることもでき、必要であれば、さらに処理されるか、または（本出願の図部分の表現においても）表示されることができる。数値同士の関係には関連性がある。したがって、好ましくは、軸の線形スケーリングも表現に使用される。

【0024】

本発明に係る方法の利点は、圧縮機駆動装置の回転速度および／または圧縮機の動作状態を、磁界の周波数スペクトルの解析に基づいて決定することができることである。本発明に係る方法の別の利点は、圧縮機駆動装置の回転速度および／または圧縮機の動作状態を決定するために、磁気パラメータおよび／または電流の実効値の大きさの厳密な値が必要ないことである。この点に関して、磁気特性および／またはＲＭＳ値の大きさについての検出された値で機能することが可能である。これは、本発明に係る解析には、それらの経時的な相対的変化で十分であると思われるからである。また、発生した磁界の厳密にどの位置でこれらの値が検出されるかもそれほど重要ではない。この点に関しても、それらの経時的な相対的変化のみが重要であるからである。

【0025】

その結果、これらのパラメータを、最新技術では一般的である高い設計努力を伴って決定する必要がなくなる。その代わりに、例えば、ある時間範囲内で検出された磁気パラメータを比較することによって、圧縮機の動作状態および／または圧縮機駆動装置の回転速度を決定することが可能である。本発明に係る方法により、圧縮機駆動装置の回転速度をより簡易に決定し、および／または圧縮機の動作状態の決定を簡易化することが可能になる。さらに、本発明に係る方法により、圧縮機または圧縮機駆動装置の特性値が正確にわかっていなくても、圧縮機駆動装置の回転速度を決定および／または圧縮機の動作状態を決定することが可能になる。したがって、本発明に係る方法は、既に設置されている圧縮機または圧縮機駆動装置にも好適である。

【0026】

１つの実施形態では、磁界を検出することは、特にロゴスキーコイルを使用して磁界強度を検出すること、および／または特にホールセンサもしくは磁気抵抗センサを使用して磁束密度を検出することを備える。

【0027】

この実施形態の利点は、先行技術から知られているデバイス、およびホールセンサの場合には安価なデバイスを、本発明に係る方法と組み合わせることができることである。また、磁気ベクトルの方向および／または磁気ベクトルの大きさを検出することも可能である。

【0028】

さらなる実施形態では、本発明に係る方法は、
－ 検出要素を電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインの１つの位相に取り付けるプロセスステップを備える。

【0029】

この実施形態の利点は、検出要素を電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインの１つの位相に可変的に取り付けることができることである。例えば、周波数変換器を有する圧縮機の場合に、特に回転速度を決定するとき、検出要素は周波数変換器と圧縮機駆動装置との間に取り付けられる。固定速度圧縮機の場合、また周波数変換器を有する圧縮機の動作状態検出の場合も同様に、検出要素は、圧縮機駆動装置電力供給内のどこにでも取り付けられ得る。例えば、検出要素は、圧縮機供給ラインに、または主駆動モータの直前に、またはその間のどこかに取り付けられ得る。また、検出要素を主駆動モータ上またはその中に直接設けることも可能である。

【0030】

１つの実施形態によれば、本発明に係る方法は、
－ 電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインのいくつかの、特にすべての位相の電流によって発生される磁界が測定されるように、検出要素を、電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインのいくつかの、特にすべての位相に取り付けるステップを備える。

【0031】

この実施形態の利点は、検出要素を電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインのいくつかの、特にすべての位相に可変的に取り付けることができることである。したがって、電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインのいくつかの位相の電流によって発生される磁界が測定される。本発明に係る方法では、検出要素をいくつかの位相に取り付ければ十分である。電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインの個々の位相を機械的に分離する必要がなく、これにより、特に、検出要素を特定の位相に付けなくて済むので検出要素の取り付けが簡易になる。

【0032】

１つの実施形態では、周波数スペクトルの解析は、磁界の時間的経過の解析を含む。

【0033】

この実施形態の利点は、本発明に係るプロセスを可変的に使用することができることである。

【0034】

有利なことに、磁界の時間的経過に含まれる周波数成分が、フーリエ解析および／またはウェーブレット解析および／またはゲルツェルアルゴリズムを使用して解析される。

【0035】

この実施形態の利点は、本発明に係る方法を先行技術から知られている数学的方法と組み合わせることができることである。これは、計算負荷およびメモリ負荷の低減を達成することができるので、本発明に係る方法のソフトウェア技術的な実現の点で特に有利である。周波数分解能はゲルツェルアルゴリズムを使用することによって増加され得ることもわかっている。また、特にゲルツェルアルゴリズムはデジタル信号プロセッサにおいて効率的に実装され得ることもわかっている。

【0036】

別の実施形態では、磁界の周波数が、個々の周波数成分を解析することによって決定され、電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインの少なくとも１つの位相の電流の基本周波数が、磁界の周波数に基づいて決定される。

【0037】

本発明のコンテキストでは、「基本周波数」という用語は、特に、限定するものではないが、交流電流または三相電流の基本周波数、特に、最高振幅を有する０Ｈｚよりも大きい周波数を意味する。

【0038】

この実施形態の１つの利点は、本発明に係る方法では、磁界強度および電流のｒｍｓ値の大きさを厳密にわかる必要がないことである。磁界がどの周波数で振動するかを見出すことだけが重要である。磁界の振動の周波数は、圧縮機駆動装置の三相電流が回転する周波数と同じである。

【0039】

さらなる実施形態では、圧縮機駆動装置の回転速度は、特に係数を使用することによって、電流の決定された基本周波数から決定される。

【0040】

この実施形態の１つの利点は、圧縮機駆動装置の回転速度を確実に決定することができることである。例えば、１つの極対を有する圧縮機駆動装置に対しては係数「１」が想定され、２つの極対を有する圧縮機駆動装置に対しては係数「２」が想定される。一般に、この関係は、回転速度＝周波数／極対数、として表すことができる。

【0041】

別の実施形態では、検出するステップは、電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインのちょうど１つの位相を検出する。

【0042】

この実施形態の利点は、検出要素を取り付けるために、先行技術から知られている方法を使用することができることである。これは、人員の新たな訓練が必要ないことを意味し、圧縮機のオペレータのコストを削減する。

【0043】

さらなる実施形態によれば、電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインのいくつかの、特にすべての位相が検出ステップにおいて検出される。

【0044】

この実施形態の利点は、電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインのいくつかの、特にすべての位相によって全体で発生される磁界が検出されることである。先行技術では、この場合、理論的に、対称的に負荷がかけられた位相における個々の電流の磁界が互いに打ち消し合うので、磁界を検出することはできないと仮定している。しかしながら、位相は対称的に負荷がかけられず、個々の位相（および同様に存在する可能性がある中性導体）間にいわゆる漏れ電流が生じることがわかった。これらの漏れ電流は、磁界強度が検出され得る磁界も発生させる。この磁界および特に磁気パラメータは、単相を測定するときの磁界および磁気パラメータよりも数桁小さい。しかしながら、磁界および同じく磁気パラメータ、ならびに特にそれらの質的な時間的経過を確実に検出することができる。これにより、電力供給ケーブルまたはモータ供給ライン上の、電気的技能者が必要にならない箇所で磁界を検出することが可能になる。そのような場所の一例には、圧縮機駆動装置の端子箱の前の圧縮機駆動装置の供給ラインにおける機械内部がある。固定速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機の場合、磁界の検出は、圧縮機の外側の電気供給ラインでさえも行うことができる。また、圧縮機または圧縮機駆動装置の電力供給ケーブルの位相だけでなく、電力供給ケーブルの存在する可能性がある中性導体の位相も検出されることが起こり得る。さらに、圧縮機駆動装置において、または圧縮機駆動装置内で、磁界を直接検出することも可能である。

【0045】

さらなる有利な実施形態では、動作状態および／または回転速度を決定するために、特に規定された時間範囲における磁界の位相スペクトルが評価される。

【0046】

この実施形態の利点は、動作状態および／または回転速度の決定が改善されることである。これは、異なる動作状態および／または異なる回転速度における位相スペクトルが互いに著しく異なるということに起因する。

【0047】

さらなる実施形態では、動作状態および／または回転速度を決定するために、特に規定された時間範囲における磁界の振幅スペクトルが評価される。

【0048】

この実施形態の利点は、動作状態および／または回転速度の決定が改善されることである。これは、異なる動作状態および／または異なる回転速度における振幅スペクトルが互いに著しく異なるということに起因する。

【0049】

１つの実施形態では、時間範囲は、２００ｍｓ～２０ｓ、好ましくは３００ｍｓ～１０ｓ、特に好ましくは５００ｍｓ～５ｓ、特に７５０ｍｓ～３ｓ、特に１ｓである。

【0050】

この実施形態の利点は、時間範囲を、圧縮機および本発明に係るプロセスの実現の要件にしたがって選択することができることである。

【0051】

さらなる実施形態では、磁界の位相スペクトルは、特に、０Ｈｚ～１０ｋＨｚ、好ましくは０Ｈｚ～１ｋＨｚの周波数範囲、特に好ましくは励起周波数の付近の範囲における位相スペクトルの分散を形成することによって自動的に評価される。

【0052】

この実施形態の利点は、圧縮機駆動装置に依存して、位相スペクトルが評価される周波数範囲を適宜調整することができることである。０Ｈｚ～１０ｋＨｚの周波数範囲は高速圧縮機駆動装置に好適であり、０～１ｋＨｚの周波数範囲は非高速圧縮機駆動装置に好適であり、励起周波数の付近、特に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ±５Ｈｚの変動の付近の周波数範囲が、固定速度圧縮機駆動装置に好適であることがわかっている。

【0053】

さらなる実施形態では、磁界の振幅スペクトルは、特に、０Ｈｚ～１０ｋＨｚ、好ましくは０Ｈｚ～１ｋＨｚの周波数範囲、特に好ましくは励起周波数の付近の範囲における振幅スペクトルの分散を形成することによって自動的に評価される。

【0054】

この実施形態の利点は、圧縮機駆動装置に依存して、振幅スペクトルを評価することができる周波数範囲を適宜調整することができることである。０Ｈｚ～１０ｋＨｚの周波数範囲は高速圧縮機駆動装置に好適であり、０～１ｋＨｚの周波数範囲は非高速圧縮機駆動装置に好適であり、励起周波数の付近、特に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ±５Ｈｚの変動の付近の周波数範囲が、固定速度圧縮機駆動装置に好適であることがわかっている。

【0055】

さらなる実施形態では、周波数範囲は、励起周波数の倍数、特に２倍から１０倍である。

【0056】

この実施形態の利点は、周波数範囲を、走査に利用可能なハードウェアまたはソフトウェアに依存して適宜選択することができることである。

【0057】

さらなる実施形態によれば、圧縮機の動作状態は、クラスタ法および／または分類法を使用して磁界の周波数スペクトルに基づいて決定される。

【0058】

この実施形態の利点は、圧縮機の動作状態の自動決定が可能になることである。

【0059】

さらなる実施形態では、クラスタ法および／または分類法は、閾値または統計的方法、特にｋ平均法および／またはニューラルネットワークを使用する。一般に、本発明の意味における動作状態の決定は、人工知能または機械学習の支援を受けて実施されてもよい。

【0060】

クラスタ法または分類法の１つの利点は、クラスタ法および分類法の両方に対して、大部分が自動化された手順を使用することができることである。これは、特に、圧縮機の動作状態を決定する際の改善を意味する。

【0061】

さらなる実施形態では、分類法は、３つの分類、特に、停止、アイドル、および負荷運転の分類を備える。

【0062】

この実施形態の利点は、分類法の具体的な実現を提供することである。

【0063】

別の実施形態は、各分類が統計パラメータのレベルに基づいて定義されることを説明する。

【0064】

この実施形態の利点は、統計パラメータ、例えば分散、平均、および最頻値などを、特に本発明に係る方法のソフトウェア実装を用いて、迅速かつ確実に計算することができることである。

【0065】

別の実施形態では、圧縮機の動作状態および／または圧縮機駆動装置の回転速度は、励起周波数の周波数範囲における磁界の振幅スペクトルを解析することによって決定される。

【0066】

この実施形態の利点は、圧縮機の動作状態および／または圧縮機駆動装置の回転速度の代替的な決定方法が提供されることである。

【0067】

別の実施形態によれば、閾値化は、振幅スペクトルの解析中に行われる。

【0068】

この実施形態の利点は、これによって動作状態の自動検出を行うことができることである。

【0069】

課題はまた、前述の実施形態の１つに係る方法を実施するためのデバイスによって解決され、本デバイスは、
電力供給ケーブルまたはモータ供給ラインの少なくとも１つの位相に取り付けるための検出要素を備え、検出要素は、ロゴスキーコイル、電流クランプ、ＭＥＭＳ磁力計、および／またはホールセンサもしくは磁気抵抗センサを備える。

【0070】

本発明に係るデバイスによって、本方法の利点が達成される。特に、本発明に係るデバイスの利点は、圧縮機駆動装置の回転速度および／または圧縮機の動作状態を、磁界の周波数スペクトルの解析に基づいて決定することができることである。本発明に係るデバイスの別の利点は、圧縮機駆動装置の回転速度および／または圧縮機の動作状態を決定するために、磁気パラメータおよび／または電流のｒｍｓ値の大きさの厳密な値が必要ないことである。その結果、これらのパラメータを、先行技術では一般的である高い設計費用で決定する必要がなくなる。むしろ、例えば、圧縮機の動作状態の決定および／または圧縮機駆動装置の回転速度の決定を、ある時間範囲内で検出された磁気パラメータを互いに比較することによって実施することが可能である。本発明に係るデバイスによって、圧縮機駆動装置の回転速度をより簡易に決定し、および／または圧縮機の動作状態の決定を簡易化することが可能である。さらに、本発明に係るデバイスにより、圧縮機または圧縮機駆動装置の特性値が正確にわかっていなくても、圧縮機駆動装置の回転速度を決定および／または圧縮機の動作状態の決定が可能になる。したがって、本発明に係るデバイスは、既に設置されている圧縮機または圧縮機駆動装置にも好適である。

【0071】

別の実施形態では、検出要素は、少なくとも１つのセンサユニットを備え、センサユニットは、Ｘ方向の磁界強度を検出するためのセンサ、Ｙ方向の磁界強度を検出するためのセンサ、またはＺ方向の磁界強度を検出するためのセンサ、のうちの少なくとも２つを備える。

【0072】

この実施形態の利点は、少なくとも２つのセンサにより、それぞれのセンサユニットの位置とは無関係に磁界を検出することが可能になることである。

【0073】

課題はまた、圧縮機駆動装置の回転速度を決定するため、および／または圧縮機の動作状態を決定するための前述の実施形態に係るデバイスを使用することによって解決される。

【0074】

本発明に係るデバイスを使用することによって、デバイスの利点が達成される。

【0075】

課題はまた、１つまたは複数のコンピューティングユニット上で実行されると、前述の実施形態のいずれかに係る方法を実施する命令を備える、本発明に係るコンピュータ可読媒体によって解決される。

【0076】

コンピュータ実行可能命令を含む本発明に係るコンピュータ可読媒体は、本発明に係る方法の情報処理の改善をもたらす。

【0077】

本発明について、図面を参照して詳述するいくつかの実施形態を用いて以下で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0078】

【図1】先行技術で知られている、固定速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機上の電流強さの検出を示す。

【図2】先行技術で知られている、可変速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機における電流強さの検出を示す。

【図3】先行技術の磁界強度と電流のｒｍｓ値と動作状態との関係を示す。

【図4】本発明に係る方法による、固定速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機における磁界の検出を示す。

【図5】本発明に係るさらなる方法による、固定速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機における磁界の検出を示す。

【図6】本発明に係る方法による、可変速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機における磁界の検出を示す。

【図7】本発明に係る周波数範囲における磁界強度（振幅スペクトル）の時間セクションの評価を示す。

【図8】負荷運転（図８ａ）、アイドル（図８ｂ）、および停止（図８ｃ）中の固定速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機の位相スペクトルの一例を示す。

【図9】励起周波数５０Ｈｚ±２Ｈｚの間隔の周波数領域における振幅の分散からの動作状態の検出を示す。

【図10】「負荷運転」動作モード（図１０ｂ）および「アイドル」動作モード（図１０ｃ）における検出された磁束密度（図１０ａ）からの動作状態の検出を示す。

【図11】電力周波数のＦＦＴの振幅に基づく動作状態の検出を示す。

【図12】位相スペクトルの値に基づく動作状態の検出を示す。

【図13】本発明に係るプロセスの可能な順序を示す。

【図14】本発明に係る方法の第１の可能な実装形態を示す。

【図15】本発明に係る方法の第２の可能な実装形態を示す。

【図16】本発明に係る方法の第３の可能な実装形態を示す。

【図17】本発明に係る方法の第４の実装形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0079】

特に、本発明は、電流によって誘起される位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の磁界を検出することに基づくことに留意されたい。しかしながら、圧縮機駆動装置の回転速度の決定のために、電流強度または電流の実効値の指標としての磁界強度の評価は省略される。その代わりに、本発明に係る方法は、例えばフーリエ解析、ウェーブレット解析、またはゲルツェルアルゴリズムを使用して周波数範囲を解析することによって、磁界強度の時間的経過をその中に含まれる周波数成分に関して解析する。個々の周波数成分を解析することによって、圧縮機駆動装置を駆動するために使用される三相電流の基本周波数に起因する磁界の周波数が検出される。ある時間セクションについての、磁界強度の信号からのそのような周波数解析の一例が図７に示されている。

【0080】

以下の説明では、同じ参照番号が、同じ部分および同じ効果を有する部分に使用される。

【0081】

図１は、圧縮機１、例えば固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機における電流強さを検出するための既知の先行技術を示す。圧縮機１は、圧縮機駆動装置２を備え、これは、例えば電気モータであり、対応するモータ巻線８を備える。圧縮機駆動装置の前には、端子箱９が取り付けられている。圧縮機駆動装置２と、電力供給ケーブル４の一部と、端子箱９とは、機械内部５に収容されている。検出要素３が、主電源コンタクタ７の後、すなわちスイッチキャビネット６の領域において、電力供給ケーブル４の位相のうちの１つに取り付けられている。図１から分かるように、電力供給ケーブル４の一部は、機械内部５とスイッチキャビネット６との間に延在する。図１は、検出要素３の位相Ｌ１への取り付けを示す。

【0082】

図２は、先行技術において知られている、圧縮機１、例えば可変速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機における電流強さの検出を概略的に示す。可変速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１における電流強さの検出は、固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１における電流強さの検出とは、検出要素３が、電力供給ケーブル４の位相のうちの１つに周波数変換器１０の下流で取り付けられているという点で異なる。この点に関して、周波数変換器１０は、圧縮機駆動装置２とは別個の構成部品である。

【0083】

有効電流は、検出要素３、例えば電流クランプまたはロゴスキーコイルを介して圧縮機駆動装置２の電力供給ケーブル４上で測定される。電力供給ケーブル４の１つの位相、図１および図２では位相Ｌ１上で、有効電流は、磁界強度を測定することによって接触なしで決定される。この目的のために、位相Ｌ１の周りの磁界強度が位相Ｌ１における電流強度に比例するという効果が使用される。固定速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機のための検出要素３の可能な位置付けが図１に示されており、可変速度圧縮機駆動装置を有する圧縮機のための可能な位置付けが図２に示されている。

【0084】

図３は、先行技術から知られている、磁界強度と、電流のｒｍｓ値と、動作状態との関係を示す。図３の上の図は、経時的な（秒単位の）磁界強度を示す。

【0085】

図３の下側の図は、電流のｒｍｓ値と、それから導出され得る動作状態とを示す。この先行技術の方法における信号取得は、磁界強度を介して位相において取り出された電流強さ（交流電流）の測定値から、交流電流の１つまたは複数の波にわたる電流強さのｒｍｓ値を計算することによって行われる。交流電流の電流強さのｒｍｓ値は、直流電流の等価電流強さを表す。交流電流のｒｍｓ値に基づいて、動作状態「停止」、「アイドル」、および「負荷運転」を、閾値化によって区別することができる。磁界強度と、ｒｍｓ電流と、動作状態との関係は、図３において一例として示されている。

【0086】

図３に示される先行技術の例では、動作状態「アイドル」を検出するために３０Ａの閾値が使用され、動作状態「負荷運転」を検出するために１６０Ａの閾値が使用された。これらの２つの値は、それぞれの圧縮機のデータシートから得られるか、またはデータシートからの値に基づいて計算されなければならない。

【0087】

図４は、本発明に係る固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１における磁界を検出する方法を示す。ここでは、検出要素３が電力供給ケーブル４のすべての位相Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を検出する、本発明に係る方法の一実施形態が示されている。しかしながら、当業者には、例えば位相Ｌ１、または位相Ｌ２、または位相Ｌ３、または電流を運ぶ中性導体（図示せず）などの１つの位相のみが検出されるように検出要素３を取り付けることができることが理解可能である。ただし、検出要素３の位置は、図１の位置付けとは基本的に異なる。よって、図４の実施形態では、検出要素３は、スイッチキャビネット６の外側かつ機械内部５の外側に位置付けられる。これには、電気技能者でない人員も検出要素３を取り付けることができるという利点がある。

【0088】

図５は、本発明に係るさらなる方法による固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１における磁界の検出を示す。別段の記載がない限り、図５の圧縮機１は、図４の圧縮機１と同じ要素および／または構成部品を備える。圧縮機駆動装置２、特に圧縮機駆動装置２のモータ巻線８にモータ供給ライン１１を介して電力が供給され得ることに留意されたい。検出要素３がモータ供給ライン１１のすべての位相Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を検出する、本発明に係る方法の一実施形態がここに例示されている。しかしながら、当業者には、例えば位相Ｌ１、または位相Ｌ２、または位相Ｌ３、または電流を運ぶ中性導体（図示せず）などの１つの位相のみが検出されるように検出要素３を取り付けることができることが理解可能である。

【0089】

図６は、本発明に係る方法による可変速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１における磁界の検出を示す。ここでもまた、検出要素３が電力供給ケーブル４のすべての位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、および存在する可能性がある中性導体（図６に図示せず）を検出する、本発明に係る方法の一実施形態が示されている。しかしながら、当業者には、例えば位相Ｌ１、または位相Ｌ２、または位相Ｌ３、または任意選択的に存在する中性導体（図６に図示せず）などの１つの位相のみが検出されるように検出要素３を取り付けることができることが理解可能である。

【0090】

先行技術においては、図４、図５、および図６に示される実施形態では、理論的に、対称的に負荷がかけられた位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３における個々の電流の磁界が互いに打ち消し合うので、磁界を検出することはできないと仮定している。しかしながら、本出願人は、位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が対称的に負荷をかけられず、個々の位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および／または中性導体（図４、図５および図６には図示せず）間に、いわゆる漏れ電流が生じることを見出した。これらの漏れ電流は、磁界強度が検出され得る磁界も発生させる。この磁界および特に磁界強度は、単相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を測定するときの磁界および磁界強度よりも数桁低い。磁界および同様に磁界強度、ならびに特にそれらの質的な時間的経過を確実に検出することができる。これにより、電力供給ケーブル４上の、電気技能者が必要にならない位置に検出要素３を取り付けることが可能になる。そのような位置の一例には、例えば図６に示されるように、圧縮機駆動装置２の端子箱９の前の圧縮機駆動装置２の供給ライン上の機械内部５がある。固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１の場合、検出要素３は、図４において電力供給ケーブル４によって示される、圧縮機１の外側の電気供給ラインにさえも取り付けることができる。

【0091】

図７は、本発明に係る、周波数範囲における磁界強度、いわゆる、振幅スペクトルの時間セクションの評価を示す。個々の周波数成分を解析することによって、圧縮機駆動装置を駆動する三相電流の基本周波数に起因し得る磁界の周波数が特定される。

【0092】

磁界強度の決定の結果が、図７の上部に示されている。図７の下部は、ある時間セクションについての、磁界強度の信号からの周波数解析の一例を示している。時間セクションは、図７の上部において破線のバーで示されている。

【0093】

図７の下部において、すなわち振幅スペクトルにおいて、２３．１Ｈｚの周波数において明らかに顕著な最大値がある。この周波数がまさに、電力供給ケーブル４を介して圧縮機駆動装置２に電気エネルギーを供給する三相電流の周波数である。図７は、可変速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１についての磁界強度および振幅スペクトルの一例を示している。磁界の強度および／または電流のｒｍｓ値の大きさは、本発明に係る方法にとって重要ではない。むしろ、本発明に係る方法は、磁界が振動する周波数を決定する。この磁界の振動の周波数は、圧縮機駆動装置２の三相電流が回転する周波数と同じである。

【0094】

図８は、動作状態「停止」、「アイドル」、および「負荷運転」における固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１の位相スペクトルの一例を示す。図８ａは、固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１の「負荷運転」動作状態を示す。図８ｂは、固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１の「アイドル」動作状態を示す。最後に、図８ｃは、固定速度圧縮機駆動装置２を有する圧縮機１の「停止」動作状態を示す。

【0095】

図８から、位相スペクトルが個々の動作状態において著しく異なることが分かる。また、動作状態の検出のために、磁界の位相スペクトルを、規定された時間範囲、例えば２００ｍｓ～２０ｓ、好ましくは３００ｍｓ～１０ｓ、特に好ましくは５００ｍｓ～５ｓ、特に７５０ｍｓ～３ｓ、特に１ｓの時間範囲で評価することも可能である（図８には図示せず）。

【0096】

位相スペクトルの自動評価は、例えば、０Ｈｚ～８０Ｈｚの範囲の位相スペクトルの分散を形成することによって行われる（図８には図示せず）。この分散は、クラスタリングアルゴリズムに送り込まれる。クラスタリングアルゴリズムは、閾値を使用して、またはｋ平均法もしくはニューラルネットワークなどの統計的技法を使用して、クラスタを定義する。このクラスタリングに基づいて、分類法が実施され、分散の量に基づいて各クラスタに動作状態を割り当てる。例えば、非常に高い分散が「停止」動作状態に割り当てられ、中間の分散が「負荷運転」動作状態に割り当てられ、非常に低い分散が「アイドル」動作状態に割り当てられる。また、分類法を事前のクラスタリングなしで実施することも可能である。

【0097】

図８のスペクトルから、２４０Ｈｚ～２６０Ｈｚのスペクトル範囲も、クラスタ形成、ひいては動作状態の認識に好適であることが光学的に認識可能である。図８に示される例では、２４０Ｈｚ～２６０Ｈｚの範囲は、５つの圧縮チャンバを有するブロックのチャンバ周波数の周波数範囲に対応する。したがって、圧縮プロセスの電力グリッドに対する影響を解析するために磁界の解析を使用することも可能である。

【0098】

図９は、励起周波数５０Ｈｚ±２Ｈｚの間隔の周波数範囲における振幅の分散からの動作状態の検出を示す。ここでは、動作状態を検出するために閾値化が使用される。図９に示される実施形態では、１００００よりも大きい分散が動作状態「アイドル」の検出のために定義され、１０００００よりも大きい分散が動作状態「負荷運転」の検出のために定義されている。図９では、分散は、それぞれの時間ウィンドウで検査された振幅スペクトルの平均値に正規化された。図９では、この時間ウィンドウは１秒である。

【0099】

図１０は、検出された磁束密度（図１０ａ）から２つの異なる手順によって動作状態を検出するための基礎となるデータを示す。例示的に、２つの時間範囲が図１０ａに規定されている。図１０ｂおよび図１０ｃにおいて、これら２つの時間範囲についての、フーリエ解析（ここでは高速フーリエ変換ＦＦＴ）後の振幅スペクトルが示されている。２つの時間範囲は、圧縮機の動作状態「負荷運転」（図１０ｂ）および「アイドル」（図１０ｃ）に関して異なる。

【0100】

特に、図１０は、電力供給ケーブル４のすべての位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の磁界が検出される、動作状態を検出する別の方法を示す。この方法は、周波数変換器１０を有する圧縮機１（例えば図２または図６参照）、および周波数変換器１０を有さない圧縮機１（例えば図１または図４参照）に好適である。検出要素３によって検出される磁束密度（図１０ａに例示的に示される）に基づいて、特定の時間期間についての振幅スペクトルが計算され得る。これは、図１０ｂの負荷運転での１ｓの時間間隔、および図１０ｃのアイドル運転での１ｓの時間間隔について例示されている。周波数５０Ｈｚの振幅値（図１１ａに例示的に示される）に基づいて、動作状態（図１１ｂに例示的に示される）が閾値によって決定される。この適用例では、５０Ｈｚの正味周波数を有する電流正味で動作する速度固定の圧縮機に関するので、周波数５０Ｈｚの振幅値がこの適用例では特に関連する。

【0101】

閾値の決定には２つの異なる手順が使用され得る。第１の手順では、測定の時点で動作状態がわかっていなければならない（例えば、図１０または図１１の５３０ｓのときの「アイドル」）。この時点について、５０Ｈｚにおける周波数の振幅値がわかっている。この振幅値に第１の安全係数（例えば０．８）を乗算して、下側閾値を取得する。第２の安全係数（例えば、１．５）を乗算すると、上限閾値が定義される。どの時点でも５０Ｈｚにおける周波数の振幅値が両方の閾値よりも大きい場合、動作状態は「負荷運転」である。どの時点でも５０Ｈｚにおける周波数の振幅値が両方の閾値よりも小さい場合、動作状態は「オフ」である。どの時点でも５０Ｈｚにおける周波数の振幅値が２つの閾値の間にある場合、動作状態は「アイドル」である。これらの２つの閾値を使用して、動作状態を時間ステップごとに決定することができ、これは、図１１ｂに示されている。

【0102】

閾値を決定するための第２の手順は、自動的に実行され、したがって、特定の時間における動作状態の情報を必要としない。動作状態「アイドル」および動作状態「負荷運転」では、磁界の励起周波数は６Ｈｚよりも大きい。しかしながら、動作状態「オフ」では、６Ｈｚ未満の励起周波数が検出される。したがって、励起周波数が６Ｈｚよりも低い時間は、動作状態「オフ」として定義され得る。圧縮機は、「オフ」動作状態に変わる前に、数秒間「アイドル」動作状態を経る。同様の挙動が、圧縮機を「オフ」から「アイドル」へ、そして「負荷運転」へと起動させるときにも生じる。この現象が、動作状態「アイドル」についての５０Ｈｚにおける周波数の振幅値を取得するために使用され得る。第２のアプローチでは、わかっている動作状態「オフ」の前の４つの時間ステップの５０Ｈｚにおける周波数の振幅値の平均値が取得される。この平均値に第１の安全係数（例えば０．８）を乗算して、下側閾値を取得する。第２の安全係数（例えば、１．５）を乗算すると、上限閾値が定義される。どの時点でも５０Ｈｚにおける周波数の振幅値が両方の閾値よりも大きい場合、動作状態は「負荷運転」である。どの時点でも５０Ｈｚにおける周波数の振幅値が両方の閾値よりも小さい場合、動作状態は「オフ」である。どの時点でも５０Ｈｚにおける周波数の振幅値が２つの閾値の間にある場合、動作状態は「アイドル」である。これらの２つの閾値を使用して、動作状態を時間ステップごとに決定することができ、これは、図１１ｂに示されている。

【0103】

図１２ａおよび図１２ｂは、電力供給ケーブル４のすべての位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の磁界が検出される、動作状態を検出する別の方法を示す。この方法は、周波数変換器１０を有する圧縮機１（例えば図２または図６参照）、および周波数変換器１０を有さない圧縮機１（例えば図１または図４参照）に好適である。

【0104】

１～８０Ｈｚの周波数範囲における位相スペクトル（図８を参照）から開始して、位相スペクトルのすべての値を、例えば１ｓの時間範囲において合計することができる。

【0105】

引数のこれらの合計値の差が形成される。この差が＞０．１ｒａｄである場合、この差は０．１ｒａｄに制限される。差の新しい時系列が作成される。

【0106】

差の時系列を（例えば、３つの隣接する値にわたる平均値を形成することによって）平滑化したら、動作状態「アイドル」、「負荷運転」、および「停止」の変化について閾値が定義され得る。この差の時系列は、位相スペクトルにおける経路と呼ばれる。この位相スペクトルにおける距離の経過および関連する閾値は、図１２ａに示されている。これから決定される圧縮機の動作状態が図１２ｂに示されている。

【0107】

図１３は、本発明に係る方法の可能な順序を示す。第１のステップＳ１において、測定が開始される。次いで、第２のステップＳ２において、磁界値が走査によって検出および記憶される。続いて、第３のステップＳ３において、測定が停止される。第４のステップＳ４において、磁界値の時系列が読み出される。第５のステップＳ５において、回転速度および動作状態が、周波数解析によって一度に１秒のセクションにおいて決定される。第６のステップＳ６において、回転速度および動作状態の時系列が生成される。

【0108】

個々の使用例について、図１４～図１７を参照して以下で詳述する。

【0109】

適用例１：
図１４は、本発明に係る方法の第１の可能な実装形態を示す。第１のステップＳ１０１において、測定が開始される。次いで、第２のステップＳ１０２において、磁界値が走査によって検出および記憶される。次いで、第３のステップＳ１０３において、測定が停止される。第４のステップＳ１０４において、磁界値の時系列が読み出される。第５のステップＳ１０５において、磁束密度のＸ値、Ｙ値、およびＺ値（時系列として存在する）がさらに使用される。時系列の時点ごとに、Ｘ値、Ｙ値、およびＺ値がベクトルに組み合わされ、このベクトルがこの時点のスカラにマッピングされる。続いて、スカラの時系列での周波数スペクトルの決定が、上述の時系列の１ｓセグメントごとにゲルツェルアルゴリズムを用いて周波数解析を行うことによって行われる（Ｓ１０６）。次いで、４８Ｈｚ～５２Ｈｚの周波数スペクトルの振幅の分散が形成される。さらに、振幅の平均による分散値の正規化が行われる（Ｓ１０７）。正規化された分散値は図９に示されており、時間ウィンドウは１秒である。最後に、動作状態「負荷運転」、「アイドル」、および「オフ」を区別するために、正規化された分散値について閾値が設定される（Ｓ１０８）。図９に示される実施形態では、１００００よりも大きい分散が動作状態「アイドル」を検出するために定義され、１０００００よりも大きい分散が動作状態「負荷運転」を検出するために定義される。

【0110】

適用例２：
図１５は、本発明に係る方法の第２の可能な実装形態を示す。第１のステップＳ２０１において、測定が開始される。次いで、第２のステップＳ２０２において、磁界値が走査によって検出および記憶される。次いで、第３のステップＳ２０３において、測定が停止される。第４のステップＳ２０４において、磁界値の時系列が読み出される。第５のステップＳ２０５において、磁束密度のＸ値、Ｙ値、およびＺ値（時系列として存在する）がさらに使用される。時系列の時点ごとに、Ｘ値、Ｙ値、およびＺ値がベクトルに組み合わされ、このベクトルがこの時点のスカラにマッピングされる。このスカラの値は図１０ａに示されている。第６のステップＳ２０６において、上記の時系列の１ｓセクションごとにフーリエ解析（ＦＦＴ）を用いて周波数解析を行い、振幅スペクトルを計算することによって、スカラの時系列で周波数スペクトルが決定される。振幅スペクトルの値は、図１０ｂおよび図１０ｃにおいて、１秒の「負荷運転」および１秒の「アイドル」について示されている。次いで、５０Ｈｚ（励起周波数）における振幅の抽出が、１ｓ間隔ごとに行われる（Ｓ２０７）。５０Ｈｚにおける振幅値が、図１１ａに時系列として示されている。その後、手動で予め設定することによって、圧縮機の動作状態が「アイドル」である時点が特定され得る（Ｓ２０８）。図１１ａでは、例えば、５３０ｓのときである。わかっている時間「アイドル」の５０Ｈｚにおけるフーリエ解析の振幅の大きさの値に基づいて、閾値ＳＷ１が、安全係数（例えば０．８）との乗算によって形成され、第２の安全係数（例えば１．５）によって、閾値ＳＷ２が形成される（Ｓ２０９）。安全係数の決定は、圧縮機の集まりを測定および解析することによって行われる。これら２つの閾値は、図１１ａに破線で示されている。最後に、５０Ｈｚにおけるフーリエ解析の振幅のうち、２つの閾値を上回るすべての大きさの値が、動作状態「負荷運転」に割り当てられ、２つの閾値を下回るすべての値が、動作状態「オフ」に割り当てられ、２つの閾値の間にあるすべての値が、動作状態「アイドル」に割り当てられる（Ｓ２１０）。これは、図１１ｂに示される、圧縮機の動作状態の曲線をもたらす。

【0111】

適用例３：
図１６は、本発明に係る方法の第３の可能な実装形態を示す。第１のステップＳ３０１において、測定が開始される。次いで、第２のステップＳ３０２において、磁界値が走査によって検出および記憶される。次いで、第３のステップＳ３０３において、測定が停止される。第４のステップＳ３０４において、磁界値の時系列が読み出される。第５のステップＳ３０５において、磁束密度のＸ値、Ｙ値、およびＺ値（時系列として存在する）がさらに使用される。時系列の時点ごとに、Ｘ値、Ｙ値、およびＺ値がベクトルに組み合わされ、このベクトルがこの時点のスカラにマッピングされる。このスカラの値は図１０ａに示されている。第６のステップＳ３０６において、上記の時系列の１ｓセクションごとにフーリエ解析を用いて（ここではＦＦＴを使用して）周波数解析を行い、振幅スペクトルを計算することによって、スカラの時系列で周波数スペクトルが決定される。振幅スペクトルの値は、図１０ｂおよび図１０ｃにおいて、１秒の「負荷運転」および１秒の「アイドル」について示されている。次いで、５０Ｈｚ（励起周波数）における振幅の抽出が、１ｓ間隔ごとに行われる（Ｓ３０７）。５０Ｈｚにおける振幅値が、図１１ａに時系列として示されている。ステップＳ３０８において、圧縮機の動作状態「オフ」が検出され得る。圧縮機の動作状態「オフ」では、フーリエ解析は、０Ｈｚよりも大きい最大振幅を有する周波数（ＤＣ成分）として非常に小さい周波数（＜６Ｈｚ）を与える。この場合の時間間隔は、動作状態「オフ」に自動的に割り当てられ得る。ステップ３０９において、圧縮機が、上記のプロセスステップによって決定されたわかっている動作状態「オフ」にちょうど変わった時間間隔（例えば、図１０ａの時間６８０ｓ）が検索される。決定された時間間隔の数秒前に、圧縮機は「アイドル」動作状態であったと想定することができる。したがって、ステップＳ３１０において、プラントが安全に「オフ」状態である時間間隔の前の４秒間にわたる５０Ｈｚにおけるフーリエ解析の振幅の大きさの値の平均が形成される。図１１ａでは、これは、６７６ｓ～６７９ｓの値の平均値である。次いで、決定された平均値に基づいて、閾値ＳＷ１が安全係数（例えば０．８）による乗算によって形成され、閾値ＳＷ２が第２の安全係数（例えば１．５）によって形成される（Ｓ３１１）。安全係数の決定は、圧縮機の集まりを測定および解析することによって行われる。これら２つの閾値は、図１１ａに示されている。最後に、５０Ｈｚにおけるフーリエ解析の振幅のうち、２つの閾値を上回るすべての大きさの値が、動作状態「負荷運転」に割り当てられ、２つの閾値を下回るすべての値が、動作状態「オフ」に割り当てられ、２つの閾値の間にあるすべての値が、動作状態「アイドル」に割り当てられる（Ｓ３１２）。これは、図１１ｂに示される動作状態の曲線をもたらす。

【0112】

適用例４：
図１７は、本発明に係る方法の第４の可能な実装形態を示す。第１のステップＳ４０１において、測定が開始される。次いで、第２のステップＳ４０２において、磁界値が走査によって検出および記憶される。次いで、第３のステップＳ４０３において、測定が停止される。第４のステップＳ４０４において、磁界値の時系列が読み出される。第５のステップＳ４０５において、磁束密度のＸ値、Ｙ値、およびＺ値（時系列として存在する）がさらに使用される。時系列の時点ごとに、Ｘ値、Ｙ値、およびＺ値がベクトルへと組み合わされ、このベクトルがその時点のスカラにマッピングされる。第６のステップＳ４０６において、上記の時系列の１ｓセグメントごとにフーリエ解析を用いて（ここではＦＦＴを使用して）周波数解析を行い、ｒａｄ単位の引数／位相を計算することによって、スカラの時系列で周波数スペクトルが決定される。第７のステップＳ４０７において、引数の２つの隣接する値の差が形成される。この差が＞０．１ｒａｄである場合、この差は０．１ｒａｄに制限される。差の新しい時系列が形成される。続いて、Ｓ４０８において、１～８０Ｈｚの周波数範囲におけるｒａｄ単位の引数のすべての差の合計が形成され、これは位相スペクトルにおける距離と呼ばれる。第９のステップＳ４０９において、位相スペクトルにおける距離の曲線が、（例えば、位相スペクトルにおける距離の３つの値の平均を形成することによって）平滑化される。この位相スペクトルにおける距離は、図１２ａに示されている。次に、動作状態を区別するために閾値が設定され、閾値は図１２ａに破線として示されている。最後のステップＳ４１１において、位相スペクトルにおける距離のうち、２つの閾値を上回るすべての値が、動作状態「負荷運転」に割り当てられ、２つの閾値を下回るすべての値が、動作状態「オフ」に割り当てられ、２つの閾値の間にあるすべての値が、動作状態「アイドル」に割り当てられる。これは、図１２ｂにおける圧縮機の時系列としての動作状態の曲線をもたらす。

【符号の説明】

【0113】

Ｌ１…位相１
Ｌ２…位相２
Ｌ３…位相３
１…圧縮機
２…圧縮機駆動装置、例えば電気モータ
３…検出要素
４…電力供給ケーブル
５…機械内部
６…スイッチキャビネット
７…主電源コンタクタ
８…モータ巻線
９…電気モータの端子箱
１０…周波数変換器
１１…モータ供給ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【国際調査報告】