特表 2024-533862 予測保守のための産業用プロセスを監視するための監視モジュールおよびシステム

(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】2024-09-12

(54)【発明の名称】予測保守のための産業用プロセスを監視するための監視モジュールおよびシステム

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/60 20060101AFI20240905BHJP

   F03D 3/06 20060101ALI20240905BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

F04D29/60 J

F03D3/06 A

F03D3/06 F

H02K7/18 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024539910

(86)(22)【出願日】2022-09-09

(85)【翻訳文提出日】2024-04-04

(86)【国際出願番号】 ES2022000034

(87)【国際公開番号】W WO2023041816

(87)【国際公開日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】P202100099

(32)【優先日】2021-09-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】ES

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524097115

【氏名又は名称】オルターナティブ エナジー イノベーションズ，エセ．エレ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】アラゴネス オルティス，ラウル

(72)【発明者】

【氏名】コメヤス ボゲル，ダビド

(72)【発明者】

【氏名】マレト ムンテ，ロジェール

(72)【発明者】

【氏名】イバネス フリアス，アンドレス

【テーマコード（参考）】

3H130

3H178

5H607

【Ｆターム（参考）】

3H130AA13

3H130AB26

3H130AB52

3H130AC01

3H130AC26

3H130BA90G

3H130DD01X

3H130DF03X

3H130ED00G

3H178AA14

3H178AA15

3H178AA22

3H178AA43

3H178BB90

3H178DD70X

5H607BB02

5H607BB07

5H607BB09

5H607CC01

5H607CC05

5H607DD03

5H607DD19

5H607FF26

(57)【要約】

本開示は、産業用ファン、鉄道用ファン、またはトンネル用ファンのモータに設置されるように特別に設計された監視モジュールに関し、監視モジュールは、バッテリーまたは配線なしで動作し、風力エネルギーによって電力を供給され、監視モジュールは、風力タービンと、駆動モータの少なくとも１つの動作パラメータを測定するように設計された少なくとも１つのセンサとを備え、本開示は、そのモジュールを含む、対応するシステムに関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業用ファン、鉄道用ファンまたはトンネル用ファンのモータに設置されるように特別に設計された監視モジュール（１）であって、
風力タービン（１０）と、
監視される前記モータ（３）の少なくとも１つの動作パラメータを測定するように設計された少なくとも１つのセンサ（２）と、を備えることを特徴とする監視モジュール（１）。

【請求項2】

前記風力タービン（１０）は、少なくとも複数のブレード（１１）と、前記風力タービンを内部に収容するケーシング（１２）と、アセンブリのパワーエレクトロニクスシステム、制御システム、および通信システムと、によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の監視モジュール（１）。

【請求項3】

前記風力タービン（１０）の前記ブレード（１１）は、ギロミル型ブレードであることを特徴とする、請求項２に記載の監視モジュール（１）。

【請求項4】

前記風力タービン（１０）の前記ブレード（１１）は、サボニウス型ブレードであることを特徴とする、請求項２に記載の監視モジュール（１）。

【請求項5】

前記風力タービン（１０）は、永久磁石発電機であることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の監視モジュール（１）。

【請求項6】

前記風力タービン（１０）は、ブラシレス発電機であることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の監視モジュール（１）。

【請求項7】

前記エレクトロニクスシステムは、２．５ボルト未満の始動電圧を有し、その出力において５ボルトの固定電圧を維持する一方、その入力において１５ボルトまでの値に達することができるＤＣ／ＤＣコンバータを備えることを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の監視モジュール（１）。

【請求項8】

前記エレクトロニクスシステムは、前記コンバータから供給されるエネルギーを蓄積するように設計されたスーパーキャパシタを備えることを特徴とする、請求項７に記載の監視モジュール（１）。

【請求項9】

前記エレクトロニクスシステムは、生成された前記エネルギーを制御することを特徴とする、請求項８に記載の監視モジュール（１）。

【請求項10】

通信およびデータ取得を制御するためのシステムオンチップ（ＳｏＣ）を備えることを特徴とする、請求項９に記載の監視モジュール（１）。

【請求項11】

前記センサおよび前記発電機の両方のための固定手段（１５）を備えることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の監視モジュール（１）。

【請求項12】

予測保守のための産業用プロセスを監視するためのシステム（１００）であって、機械のエレクトロニクスデバイスもしくは産業用センサ、または監視されるモータ自体に十分なエネルギーを生成する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の監視モジュール（１）を少なくとも１つ備えることを特徴とするシステム（１００）。

【請求項13】

前記監視モジュール（１）、前記機械のエレクトロニクスデバイスもしくは産業用センサ、または監視されるモータ自体から得られるデータを通信し送信するＩｏＴノード（１０１）をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の、監視するためのシステム（１００）。

【請求項14】

前記ＳｏＣ電源のアナログ制御を含み、生成される前記エネルギーが、低消費動作の消費よりも低い場合のように非常に低い場合であっても、前記システムの電圧を接続または切断して、スーパーキャパシタを充電することを特徴とする、請求項１３に記載の、監視するためのシステム（１００）。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

〔技術分野〕
本開示は産業用ファンのモータに設置されるように特別に設計された監視モジュールに関し、この監視モジュールは、予測保守のための産業用プロセスを監視するための新しいシステムの一部でもある。

【0002】

〔背景技術〕
現在、例えば産業用ファンのモータの状態を知るために最も広く使用されている方法の１つは、加速度計の使用である。これは、予測保守技術の適用を可能にする。問題は、それらの動作のために、これらのデバイスはエネルギーと、分析のためにデータの抽出を可能にする通信システムとを必要とすることである。

【0003】

通常、これらのシステムは、ケーブルまたはバッテリーによって電力供給される。第１のケースにおいて、測定システムを接続する位置を見つけることは必ずしも容易ではなく、一般に、例えば、監視されるモータのケーブルをブリッジすることはできない。これは、しばしば、これらのセンサに電力を供給するための高価な電気設備を必要とし、したがって、重大なモータのみが最終的に監視される。

【0004】

バッテリーオプションは他の欠点を有し、最も明白なのはそれらを定期的に交換しなければならないことであり、これは材料コストおよび物流コストを伴う。第２の欠点は環境問題である。リチウム電池が典型的に使用され、リチウムは、その抽出のために大量の水（リチウム１トン当たり２００万リットルの水）も必要とする希少で汚染性の金属である。また、これらのバッテリーには、抽出時に深刻な環境問題を引き起こす汚染性の高い要素であるコバルトを使用する必要がある。さらに、これらのバッテリーが耐用年数の終わりに達したときにこれらのバッテリーをリサイクルする問題が解決されないという課題がある。

【0005】

例えば道路や鉄道のトンネルで使用されるファンに用いられる何千ものモータは、この良い例である。これらのモータのほとんどでは、モータの状態は監視されず、モータが故障した場合にモータは修理され、修理を行うことができない場合、モータは変更される。しかし、場合によってはモータが故障するだけでなく、破壊され、道路または主要道路に落下するため、前記モータの取り外しに、前記道路または主要道路上を循環する車両を必要とする恐れがある。通常行われることは、多かれ少なかれ、手動監視である。保守オペレータは定期的な検査を行い、結果の記録を保持する。

【0006】

本開示の発明者らは、完全に急激な転換となる解決策を見つけなければならないことを認識するためにこれまでに実施された解決策を検討した。そのため、彼らはこれらのモータが生成する空気流を研究し、以下では、この空気のエネルギーを利用する解決策を提示する。したがって、最新技術を考慮すると、本開示の目的は、監視されるべきモータ自体の空気流通を利用することによって、エレクトロニクスデバイスまたは産業用センサに電力を供給するのに十分なエネルギーを生成することができる監視モジュールを達成することである。

【0007】

本開示の別の目的は、本開示に記載されるような、バッテリーまたは配線なしで機能し、風力エネルギーによって電力を供給される、空気流を利用することによって予測保守を監視するための新しいシステムを提供することである。それがそれ自体のエネルギーを生成する装置であるという事実は、機械学習アルゴリズムをノード自体に統合するエッジコンピューティングを可能にする。

【0008】

〔発明の説明〕
特に産業用ファン、鉄道用ファン、および／またはトンネル用ファン、例えば、道路などの、ファンからの空気流を利用するための技術的解決策を提供するために、ファンの様々な動作パラメータを監視する必要性が高まっている。本開示は本質的に、風力タービンと、監視されるモータの少なくとも１つの動作パラメータを測定するように設計された少なくとも１つのセンサと、を備えることを特徴とする、鉄道用ファンまたはトンネル用ファンのモータに設置されるように特別に設計された監視モジュールを開示する。以下に示すこの構成により、追加の配線またはバッテリーを必要とすることなく、この監視を可能にする。

【0009】

有利には、前記監視モジュールを前記ファンのモータ上に配置することによって、同じ監視モジュールによって使用され得る電気エネルギーの生成のために同じファンの空気流通を利用することが可能であり、したがって、センサは異なるパラメータを監視し、同じパラメータを制御ポストに通信することが可能である。この構成の手段により、換気モータに別の要素が追加されたとしても、その動作は変更されず、また、前記モータの保守において予測的に動作するために、その電力供給のための追加の配線を追加する必要もバッテリーを使用する必要もなく、様々な動作パラメータを監視することができることが達成される。

【0010】

本開示の別の特徴によれば、監視モジュールは、少なくとも複数のブレードと、風力タービンを内部に収容するケーシングと、アセンブリのパワーエレクトロニクスシステム、制御システム、および通信システムと、によって形成される風力タービンを特徴とする。好ましい実施形態によれば、風力タービンのブレードはギロミル型ブレードであり、別の実施形態では、サボニウス型ブレード、または別のタイプの同等のブレードであることも企図される。本開示の別の特徴によれば、風力タービンは、永久磁石発電機またはブラシレス発電機、または任意の他の同等のモータ／発電機トポロジである。

【0011】

有利には、この種の風力タービンの手段によって、大きな空間を占有する必要なく、上記の監視モジュールが配置される設備を変更することなく、方向および強度にかかわらずいかなる気流も利用することができる。

【0012】

本開示の別の特徴によれば、監視モジュールは、２．５ボルト未満の始動電圧を有し、その出力において５ボルトの固定電圧を維持する一方、その入力において１５ボルトまでの値に達することができるＤＣ／ＤＣコンバータを備えるエレクトロニクスシステム（電子システム）を特徴とする。システムは、制御および通信システムの供給電圧の活性化を制御するシステムを有する。システムはスーパーキャパシタにエネルギーを蓄積し、それが十分に蓄積されたエネルギーを有するとき、システムへのエネルギーの寄与を活性化する。実際の目的のために、スーパーキャパシタの電圧が４．７ボルトに達するまで、システムはエネルギーなしのままであり、電圧が３ボルト未満に降下するまで、システムはそのままである。この点火制御の結果、その動作のために大量のエネルギーを必要とせず、動作エネルギーを常に維持する。

【0013】

本開示の好ましい実施形態によれば、監視モジュールは、コンバータから供給されるエネルギーを蓄積するように設計されたスーパーキャパシタを備える、エレクトロニクスシステムを特徴とする。このスーパーキャパシタは、通信において起こり得る消費ピーク中にエネルギーが送達されることを可能にする。上述のように、システムは、システムが始動するスーパーキャパシタの電圧と、システムが停止する電圧とをマークするように設計されている。これにより、供給電圧が不十分であるためにシステムが不安定な状態になることが防止される。

【0014】

本開示の他の特徴によれば、エレクトロニクスシステムは生成されたエネルギーを制御し、監視モジュールは、通信およびデータ取得を制御するためのシステムオンチップ（ＳｏＣ）を備えてよい。さらに、監視モジュールは、センサおよび発電機の両方のための固定手段を備えることが企図される。

【0015】

本開示の別の態様によれば、空気流を利用することによる予測保守のための産業用ファン、鉄道用ファンモータまたはトンネル用ファンのモータを監視するための解決策を提供するために、予測保守のための産業用プロセスを監視するためのシステムが開示され、それは、機械のパワーエレクトロニクスデバイスもしくは産業用センサ、または監視されるモータ自体に、電力を供給するために十分なエネルギーを生成する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの監視モジュールを備えることを特徴とする。

【0016】

有利には、本開示のこのシステムが、前記システムが適用されるモータまたはファン自体の残留空気流を使用することによって、エネルギー入力なしに任意のファンの任意のモータを監視することを可能にする。

【0017】

本開示の別の特徴によれば、システムは、機械のエレクトロニクスデバイスもしくは産業用センサ、または監視されるモータ自体から得られるデータを通信し送信するＩｏＴノードをさらに備えることを特徴とする。

【0018】

有利には、それ自体のエネルギーを生成することによって、ノードはクラウドに大量のデータを送信し、無線スペクトルを飽和させることを防止する、予測保守を改善するための機械学習アルゴリズムを有することができる。

【0019】

さらに、好ましい実施形態によれば、システムはＳｏＣのアナログ電力制御を含むことが意図され、例えば、生成されるエネルギーが、低消費動作の消費よりも低い場合のように非常に低い場合であっても、システムの電圧を接続または切断して、スーパーキャパシタを充電する。有利なことに、この装置の手段によって、追加のエネルギーを必要とすることなく、産業環境における予測保全のための非常に興味深い解決策が達成される。

【0020】

〔図面の簡単な説明〕
本開示の特徴の理解を容易にするために、本開示の監視モジュールおよびシステムの実施形態を非限定的な例として示す一組の図面が本明細書に添付される。具体的には、以下のように表される。

【0021】

図１は、道路トンネルのファンのモータに結合された監視モジュールの概略斜視図である。

【0022】

図２は、監視モジュールの風力タービンの模式図である。

【0023】

図３は、図２の風力タービンの分解図である。

【0024】

図４は、先行する図に描かれた監視モジュールの本開示のシステムの模式図である。

【0025】

〔図面の詳細な説明〕
図１は、道路トンネルのファンのモータ３に設置された監視モジュール１を示す。前記監視モジュール１は風力タービン１０と、少なくとも１つのセンサ（図示せず）とを備え、センサはノードの内部に配置されるか、または外部に接続されてもよく、モータ３が振動するこの場合において、モータ３の動作パラメータを測定するように設計され、および前記パラメータに応じて、より大きな摩擦または不均衡は、他の問題の中でも特に、その動作をすぐに悪化させる可能性がある摩耗に関連し、示唆する。

【0026】

図２および図３に見られるように、風力タービン１０は、いくつかのブレード１１と、前記発電機１０を内部に収容するケーシングと、後述するアセンブリのパワーエレクトロニクスシステム、制御システム、および通信システムと、によって形成される。

【0027】

風力タービン１０のブレード１１は、ギロミルロータタイプであり、これは、ブレードの端部から現れる水平アームによってシャフトに取り付けられた垂直ブレードからなる。このタイプの垂直ブレードは、風力の利用をより大きくするためにロータが回転するにつれて、それらの方向を変える。この場合において、ブレードは、抵抗を維持している間、ブレードの厚さを減少させることを可能にするリブで構成される。これにより、重量も低減される。

【0028】

ブレード１１のこのタイプの構成の利点は、たとえそのような風が小さい力であっても、または異なる方向および方位からのものであっても、風を利用することを可能にする。タービン１０は、永久磁石又はブラシ発電機とすることができる。

【0029】

前記監視モジュール１の設置を容易にするために、センサおよび発電機の両方のための固定手段１５が設けられ、その結果、それらは監視されているモータにしっかりと固定される。

【0030】

以下に示すように、監視モジュール１は、２．５ボルト未満の始動（点火）電圧を有し、その出力において５ボルトの固定電圧を維持する一方、その入力において１５Ｖまでの値に達することができるＤＣ／ＤＣ（直流－直流）コンバータによって形成されたエレクトロニクスシステムを備える。エレクトロニクスシステムのこの説明を読むことは、図４に示す図を伴うことができる。生成されたエネルギーを制御する上述のエレクトロニクスシステムは、コンバータから来るエネルギーを蓄積するように設計された少なくとも１つのスーパーキャパシタを備える。さらに、通信およびデータ取得を制御するために、システムオンチップ（ＳｏＣ）が実装される。

【0031】

前記監視モジュール１とその対応する電子機器とのアセンブリは、予測保守のための産業用プロセスを監視するためのシステムを提供することを可能にする。監視モジュール１の手段により、監視されるモータに含まれるエレクトロニクスデバイスおよびセンサに電力を供給するのに充分なエネルギーが生成される。ＩｏＴノード（１０１）はさらに、エレクトロニクスデバイスの監視モジュール１および監視されるモータ自体のセンサから得られるデータを通信し、送信するために追加される。

【0032】

この監視システムはＳｏＣ電源のアナログ制御を備えているので、システムの電圧を接続および切断することができ、その結果、生成されるエネルギーが非常に低くてもスーパーキャパシタが充電され、マシンが動作している間、スーパーキャパシタが動作を停止しないことを保証する。システムは、制御および通信システムの供給電圧の活性化を制御するシステムを有する。システムはスーパーキャパシタにエネルギーを蓄積し、それが十分に蓄積されたエネルギーを有するとき、システムへのエネルギーの寄与を活性化する。実際の目的のために、スーパーキャパシタの電圧が４．７ボルトに達するまで、システムはエネルギーなしのままであり、電圧が３ボルト未満に降下するまで、システムはそのままである。この点火制御の結果、その動作のために大量のエネルギーを必要とせず、動作エネルギーを常に維持する。

【0033】

この構成の手段によって、別の要素を追加することによってさえ、換気モータの監視モジュール自体は監視され、それらの動作は変更されず、その電力供給のためにさらに配線を追加する必要なく、またバッテリーを使用する必要なく、前記モータの保守において予測的に動作することができるように、異なる動作パラメータを監視することができることが達成され、それは、前記監視モジュールのために充分なエネルギーに変換され、かつ、エレクトロニクスシステム自体を制御することによってその一定の動作を保証するために前記スーパーキャパシタに蓄積される同じファンからの空気流を利用することによって、達成される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】道路トンネルのファンのモータに結合された監視モジュールの概略斜視図である。

【図2】監視モジュールの風力タービンの模式図である。

【図3】図２の風力タービンの分解図である。

【図4】先行する図に描かれた監視モジュールの本開示のシステムの模式図である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】