旋转设备中的失效预测.pdf

本公开内容的实施例中的一些实施例提供一种方法，包括：在操作阶段期间，在第一速度操作旋转设备；在操作阶段期间，监测旋转设备在第一速度操作所消耗的第一电流；比较第一电流与在校准阶段期间在第二速度旋转该设备时测量的第二电流，其中第一速度基本上等于第二速度；以及基于比较第一电流和第二电流，预测旋转设备的可能的失效。

1.  一种方法，包括：
在操作阶段期间，在第一速度操作旋转设备；
在所述操作阶段期间，监测所述旋转设备在所述第一速度操作所消耗的第一电流；
比较所述第一电流与在校准阶段期间在第二速度旋转所述设备时测量的第二电流，其中所述第一速度基本上等于所述第二速度；以及
基于比较所述第一电流和所述第二电流，预测所述旋转设备的可能的失效。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中预测所述旋转设备的所述可能的失效还包括：
响应于所述第一电流比所述第二电流高阈值百分比，预测所述旋转设备的所述可能的失效。

3.  根据权利要求1所述的方法，其中监测所述旋转设备在所述第一速度操作所消耗的所述第一电流还包括：
在所述操作阶段期间，在周期性间隔监测所述第一电流。

4.  根据权利要求1所述的方法，其中监测所述旋转设备在所述第一速度操作所消耗的所述第一电流还包括：
在所述操作阶段期间，监测在所述旋转设备的启动期间的所述第一电流。

5.  根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述校准阶段期间，在所述第二速度操作所述旋转设备；以及
在所述校准阶段期间，测量所述旋转设备在所述第二速度操作所消耗的所述第二电流。

6.  根据权利要求1所述的方法，其中所述旋转设备的所述可能的失效是由于用来旋转所述旋转设备的机械装置的故障。

7.  根据权利要求1所述的方法，其中所述旋转设备的所述可能的失效是由于灰尘或者其他碎屑在基于所述旋转设备的旋转而生成的气流的路径中的聚积。

8.  一种系统，包括：
旋转设备；
速度控制模块，被配置成在操作阶段期间控制所述旋转设备使得所述旋转设备在第一速度操作；以及
失效预测模块，被配置成：
在所述操作阶段期间，监测所述旋转设备在所述第一速度操作所消耗的第一电流，
比较所述第一电流与在校准阶段期间在第二速度旋转所述设备时测量的第二电流，其中所述第一速度基本上等于所述第二速度，以及
基于比较所述第一电流和所述第二电流，预测所述旋转设备的可能的失效。

9.  根据权利要求8所述的系统，其中所述失效预测模块还被配置成：
响应于所述第一电流比所述第二电流高阈值百分比，预测所述旋转设备的所述可能的失效。

10.  根据权利要求8所述的系统，其中所述失效预测模块还被配置成：
在所述操作阶段期间，在周期性间隔监测所述第一电流。

11.  根据权利要求8所述的系统，其中所述失效预测模块还被配置成：
在所述操作阶段期间，监测在所述旋转设备的启动期间的所述第一电流。

12.  根据权利要求8所述的系统，其中：
所述速度控制模块还被配置成在所述校准操作阶段期间控制所 述旋转设备，使得所述旋转设备在所述第二速度操作；以及
所述失效预测模块还被配置成在所述校准阶段期间监测所述旋转设备在所述第二速度操作所消耗的所述第二电流。

13.  根据权利要求8所述的系统，其中所述旋转设备的所述可能的失效是由于用来旋转所述旋转设备的机械装置的故障。

14.  根据权利要求8所述的系统，其中所述旋转设备的所述可能的失效是由于灰尘或者其他碎屑在基于所述旋转设备的旋转而生成的气流的路径中的聚积。

15.  根据权利要求8所述的系统，其中所述旋转设备为风扇。

旋转设备中的失效预测
相关申请的交叉引用
本公开内容要求于2013年10月22日提交的美国专利申请第14/060,361号的优先权，该美国专利申请第14/060,361号要求于2012年10月24日提交的美国临时专利申请第61/717,866号的优先权，它们通过引用合并于此。
技术领域
本公开内容的实施例涉及旋转设备，并且更具体地涉及旋转设备的失效。
背景技术
除非本文中另外指出，否则这一部分所描述的方法并不通过包括在这一部分中而是本公开内容的权利要求的现有技术或者被承认是现有技术。
风扇通常用在各种系统中并且用于各种目的(例如用于冷却电子系统、用于冷却计算机等)。风扇可能由于很多原因而停止工作，例如由于用于安装风扇的轴承的失效，由于灰尘或者碎屑在风扇的气流路径中聚积等。风扇的失效(例如在风扇停止旋转时)可以使用例如监测风扇的转速的速度传感器来检测。
发明内容
在各种实施例中，本公开内容提供一种方法，该方法包括：在操作阶段期间，在第一速度操作旋转设备；在操作阶段期间，监测旋转设备在第一速度操作所消耗的第一电流；比较第一电流与在校准阶段期间在第二速度旋转设备时测量的第二电流，其中第一速度基本上等 于第二速度；以及基于比较第一电流和第二电流，预测旋转设备的可能的失效。在一个实施例中，预测旋转设备的可能的失效还包括：响应于第一电流比第二电流高阈值百分比，预测旋转设备的可能的失效。在一个实施例中，预测旋转设备的可能的失效还包括：响应于第一电流在至少阈值时间段内比第二电流高阈值百分比，预测旋转设备的可能的失效。旋转设备在校准阶段中在制造或者维修旋转设备期间操作。监测旋转设备在第一速度操作所消耗的第一电流还包括：在操作阶段期间，在周期性间隔监测第一电流。监测旋转设备在第一速度操作所消耗的第一电流还包括：在操作阶段期间，监测在旋转设备的启动期间的第一电流。在一个实施例中，该方法还包括：在校准阶段期间，在第二速度操作旋转设备；以及在校准阶段期间，测量旋转设备在第二速度操作所消耗的第二电流。在一个实施例中，该方法还包括：在测量第二电流之后，将第一电流的值存储在存储器中。
在各种实施例中，本公开内容提供一种系统，该系统包括旋转设备、速度控制模块和失效预测模块。该速度控制模块被配置成在操作阶段期间控制旋转设备使得旋转设备在第一速度操作。该失效预测模块被配置成：在操作阶段期间，监测旋转设备在第一速度操作所消耗的第一电流；比较第一电流与在校准阶段期间在第二速度旋转设备时测量的第二电流，其中第一速度基本上等于第二速度；以及基于比较第一电流和第二电流，预测旋转设备的可能的失效。该失效预测模块还被配置成：响应于第一电流比第二电流高阈值百分比，预测旋转设备的可能的失效。旋转设备在校准阶段中在制造或者维修旋转设备期间操作。该失效预测模块还被配置成：在操作阶段期间，在周期性间隔监测第一电流。该失效预测模块还被配置成：在操作阶段期间，监测在旋转设备的启动期间的第一电流。该速度控制模块还被配置成在校准操作阶段期间控制旋转设备使得旋转设备在第二速度操作；以及该失效预测模块还被配置成在校准阶段期间监测旋转设备在第二速度操作所消耗的第二电流。该系统还包括被配置成存储第二电流的值 的存储器。在一个实施例中，该旋转设备为风扇。
附图说明
在下面的详细描述中，对形成本文一部分的附图进行参考，其中相似的附图标记始终指代相似的部分，并且其中通过实施例的方式示出本公开内容的原理。应当理解，可以利用其它实施例，并且可以在不偏离本公开内容的范围的情况下做出结构或者逻辑更改。因此，应当在限制性意义上来理解以下详细描述，并且根据本公开内容的实施例的范围由所附权利要求及其等同来限定。
图1示意性地图示用于操作风扇以及选择性地预测该风扇的可能的失效的系统。
图2图示包括用来在校准阶段期间和操作阶段期间在给定速度驱动风扇组件的电流的示例变化的曲线图。
图3图示用于在操作旋转设备时预测旋转设备的失效的示例方法。
具体实施方式
图1示意性地图示用于操作风扇104以及选择性地预测风扇104的可能的失效的系统100。系统100包括通过轴108耦合至风扇104的电机106。该电机106被配置成通过轴108驱动风扇104。虽然图1中未图示，然而该风扇104包括随着电机106的旋转而旋转的多个叶片，从而在风扇104的附近生成气流。在一个实施例中，电机106、轴108和风扇104被容纳在单个外壳中，和/或被组合以形成系统100的单个部件。在图1中，电机106、轴108、风扇104以及任何其他关联的机械装置(例如用于驱动风扇104和电机106的机械装置)被称为风扇组件122。
应当注意，虽然作为示例，本公开内容的实施例中的一些实施例涉及预测风扇组件122的失效，然而本公开内容的原理可以被应用于 预测任何适当的旋转设备(例如使用电力来旋转的任何旋转设备)的失效。例如，本公开内容的原理可以被应用于预测磁盘驱动系统(例如磁盘在其中旋转的磁盘驱动系统)、具有通过电动机来旋转的一个或多个轮子的系统等的失效。
在一个实施例中，风扇组件122用于任何适当的目的。例如，该风扇组件122可以用于冷却电力、电子和/或机械系统(例如用于冷却计算设备、在移动电话塔上安装的基站设备等的系统)，冷却房间等。
系统100还包括用以测量风扇104旋转的速度的一个或多个速度传感器112。在一个示例中，速度传感器112包括用以测量风扇104旋转的速度的一个或多个霍尔效应传感器，然而也可以使用任何其他适当的速度测量传感器。
系统100还包括用以测量系统100内或者系统100外部的一个或多个位置的温度的一个或多个热传感器114。在一个示例中，热传感器114测量通过系统100冷却(例如通过风扇104冷却)的电子设备的温度(例如，在这样的示例中，热传感器114可以位于系统100外部)。附加地或者备选地，热传感器114测量系统100内的一个或多个部件的温度，例如电机106和/或风扇104的温度(例如以便防止电机106和/或风扇104的过热)。
系统100还包括被配置成控制或者调节风扇104的速度的速度控制模块116。基于速度传感器112、热传感器114的输出和/或从系统100的用户接收的其他输入，速度控制模块116控制风扇104的速度(例如通过控制电机106)。在一个示例中，速度控制模块116可以动态地改变风扇104的速度，以便调节通过风扇104冷却的电子系统的温度(例如将温度维持在基本上恒定的水平)。在另一示例中，速度控制模块116被配置成在恒定速度运行风扇104。
系统100还包括被配置成检测风扇组件122或者系统100的任何其他部件的故障或者失效的失效检测模块118。作为示例，该失效检测模块118从速度传感器112接收输出。如果风扇104和/或电机106 无法开始，由于某个原因而停止，和/或在与风扇104和/或电机106通过速度控制模块116被配置成运行的速度不同的速度运行，则失效检测模块118使用速度传感器112的输出检测这样的事件。基于检测这样的事件，失效检测模块118检测风扇组件122的故障或者失效。在另一示例中，失效检测模块118还通过任何其他适当的方式来检测系统100的故障(例如通过使用热传感器114的输出来检测系统100的一个或多个部件的过热)。在一个实施例中，失效检测模块118仅在系统100发生故障之后检测系统100的故障，并且该失效检测模块118具有有限的预测系统100的可能的失效的能力。
系统100还包括存储器120，该存储器120可以被配置成存储指令，这些指令在被执行时产生系统100的一个或多个部件(例如失效预测模块110、速度控制模块116、失效检测模块118等)的操作。如本文中将更详细地讨论的，存储器120存储各种信息用于由系统100的一个或多个模块来使用。
在一个实施例中，风扇104、轴108和电机106经由(包括例如轴承、齿轮等的)机械装置(图1中未图示)彼此耦合。这样的机械装置用于安装和旋转风扇组件122的各个部件。通常，当风扇组件122被使用超过扩展时间段时，机械装置经历磨损，从而导致机械装置的一个或多个部件的可能的最终失效。例如，机械装置的轴承可能产生裂缝，并且最终随着时间停止工作。通常，机械装置的失效不是突然事件，而是随着时间逐渐发生(然而，在一些情况下，这样的失效可能突然出现，而没有机械装置的任何初始磨损)。
机械装置的磨损增加电机106和/或风扇104必须克服以旋转的摩擦。当机械装置最终停止工作时，电机106和/或风扇104可以停止运行。在一个实施例中，随着风扇组件122中的机械装置的磨损，在给定速度操作电机106所需要的电流增加(例如由于摩擦随着机械装置的磨损而增加)。
例如，当机械装置中的轴承(例如紧接在安装和/或替换轴承之后) 按照意图工作时，在给定速度来操作电机106和/或风扇104所需要的是标称电流In。如果轴承开始产生故障(即通过例如在轴承中产生裂缝而产生的磨损)，则在给定速度操作电机106和/或风扇104所需要的电流将增加(例如因为由发生故障的轴承产生的增加的摩擦)，并且该电流高于标称电流In。如果轴承最终停止工作，则电机106和/或风扇104不能在给定速度操作。
由于各种其他原因例如由于灰尘和/或其他碎屑在风扇104的气流路径中的聚积，也可能产生电机106和/或风扇104的失效。由于灰尘和/或其他碎屑的聚积而产生的失效实质上也是渐进式的。也就是说，通常，灰尘和/或其他碎屑随着时间逐渐聚积，并且在给定速度操作电机106和/或风扇104所需要的电流随着这样的灰尘和/或其他碎屑的聚积而增加。当聚积的灰尘和/或其他碎屑的水平非常高(例如高于阈值水平)时，电机106和/或风扇104不能在给定速度操作。
在一个实施例中，系统100包括被配置成选择性地预测风扇组件122的可能失效的失效预测模块110。在一个实施例中，该失效预测模块110监测电机106在给定速度操作风扇106所使用的电流水平。基于监测电流水平，该失效预测模块110预测风扇104的可能的失效。
在一个实施例中，系统100在校准阶段期间和操作阶段期间操作。图2图示包括用来在系统100的校准阶段和操作阶段在给定速度驱动电机106的电流的示例变化的图200。
在校准阶段期间，已知系统100(例如风扇组件122，包括电机106、轴108和/或风扇104)在风扇组件122中没有任何故障或失效的情况下操作。校准阶段出现在例如制造风扇组件122期间或者紧接在例如制造风扇组件122之后，在维修风扇组件122之后(例如在检查和可能地替换风扇组件122的轴承中的至少一些轴承之后)等。
在一个实施例中，在校准阶段期间，测量在各种速度水平(例如风扇在操作阶段中正常操作的那些速度水平)操作风扇104所需要的电流。作为示例，在校准阶段期间，测量以每分钟10,000转(即10,000 RPM，其可以是例如风扇104的标称速度)操作风扇104所需要的电流，其在本文中被称为标称电流In。例如，参考图2，T1与T2之间的时间段表示系统100的校准阶段。在校准阶段期间，在10,000RPM操作风扇104所需要的电流在曲线图200中被图示为标称电流In。在一个实施例中，该标称电流In的值被存储在存储器120中。
应当注意，风扇104的速度10,000RPM仅用作示例，并且可以替代地使用风扇104的一个或多个其他RPM值。例如，在一个实施例中，在校准阶段期间，还可以测量在5000RPM、6000RPM、……、12,000RPM(或者任何其他适当的RPM值)中的每个操作风扇104所需要的电流，并且将其存储在存储器120中。
系统100的操作阶段是指系统100的常规或者正常操作(例如当风扇104用于冷却目的时)。例如，假定在系统100的操作阶段的至少一部分期间，风扇104在10,000RPM旋转。电机106在操作阶段期间在10,000RPM驱动风扇104所需要的电流在本文中被表示为实际电流Ia。在图2中，该操作阶段从时间T3开始。图2图示实际电流Ia在系统100的操作阶段期间的变化。应当注意，图2图示的实际电流Ia的变化仅是示例。
在一个实施例中，如果风扇组件122没有发生任何故障(例如如果风扇组件122中的轴承按照意图工作，如果灰尘和/或碎屑在许可水平以下等)，则实际电流Ia具有与标称电流In的值相比相似的或者几乎相似的值。例如，如果风扇组件122没有发生故障，则实际电流Ia在标称电流In的阈值百分比内(例如实际电流Ia为标称电流In的±50％)。例如，在图2的时间T3与时间T4之间，当风扇组件122没有发生故障时，实际电流Ia被图示为非常接近于标称电流In。
然而，当风扇组件122开始发生故障时，实际电流Ia增加。例如，如果风扇组件122的轴承发生故障，则发生故障的轴承生成阻碍风扇组件122内的一个或多个部件的旋转的摩擦，并且需要实际电流Ia增加以抵消在10,000RPM旋转风扇104时的摩擦。在另一实施例中， 由于灰尘和/或其他碎屑在风扇组件122中或者在风扇104的气流路径中的聚积的增加而产生故障。例如，在图2的时间T4处或附近，风扇组件122发生故障。因此，如图2所示，实际电流Ia从时间T4处或附近开始增加。
如果不采取任何措施来矫正所形成的故障，则风扇组件122最后将在例如时间T6停止工作，如图2所示。例如，在时间T6，风扇104将停止旋转，或者将开始以降低的速度(例如与速度控制模块116向风扇组件122提供的期望速度相比较)旋转。这样的失效可以通过失效检测模块118(例如使用速度传感器112的输出)来检测。然而，该失效检测模块118会在例如风扇104已经停止工作之后在时间T6检测失效。
在一个实施例中，先于时间T6处风扇组件122的实际失效，失效预测模块110预测在时间T5处风扇组件122的可能失效。在一个实施例中，失效预测模块110连续地或者周期性地(例如每几秒、每几分钟、每几小时、在风扇104每次启动之后等)监测实际电流Ia，并且比较实际电流Ia与标称电流In。当实际电流Ia超过标称电流In阈值百分比T时，该失效预测模块110预测风扇组件122的可能的失效。例如，在时间T5，实际电流Ia超过标称电流In阈值百分比T，基于此，在时间T5，失效预测模块110预测风扇组件122的可能的失效。在一个实施例中，预测风扇组件122的可能的失效包括预测风扇组件122的高概率的即将发生的失效(例如风扇组件122在不久的将来的高概率的失效)。
仅作为示例，阈值百分比T为150％。因此，如果标称电流为2安培，则失效预测模块110在实际电流Ia超过3安培时预测风扇组件122的可能的失效。
在一个实施例中，在实际电流Ia超过标称电流In阈值百分比T持续至少阈值时间段(其可以是例如至少几秒)的情况下，失效预测模块110预测风扇组件122的可能的失效。通过使用阈值时间段，避 免了由于例如实际电流Ia在例如电机106的启动期间的瞬间飙升而产生的错误预测。
一旦失效预测模块110预测风扇组件122的可能的失效，则可以进行各种矫正测量。例如，可以检查并且可能地替换风扇组件122的轴承，可以去除风扇组件122附近的灰尘和碎屑聚积等。这样的矫正测量可以防止风扇组件122的最终失效。
在没有失效预测模块110的情况下，仅在风扇组件122实际上工作停止之后才(例如通过失效检测模块118)检测风扇组件122的失效。然而，由失效预测模块110提供的失效预测及时地产生矫正动作，从而防止风扇组件122的实际失效。
图3图示用于在操作旋转设备(例如图1的风扇104)时预测旋转设备的失效的示例方法300。在302，在旋转设备的校准阶段期间，在第一速度(例如以旋转设备的标称速度，标称速度为例如10,000RPM)操作旋转设备。在304，在校准阶段期间，测量旋转设备在第一速度操作所消耗的第一电流(例如标称电流In)。在一个实施例中，第一电流的值存储在存储器(例如图1的存储器120)中。
在306，在操作阶段期间，在基本上等于第一速度的第二速度操作旋转设备。例如，速度控制模块(例如图1的速度控制模块116)控制旋转设备的速度，使得旋转设备在基本上等于第一速度的第二速度操作。在308，在操作阶段期间，(例如通过失效预测模块110)监测旋转设备在第二速度操作所消耗的第二电流(例如实际电流Ia)。在310，(例如通过失效预测模块110)比较第一电流与第二电流。在312，基于比较第一电流和第二电流，(例如通过失效预测模块110)预测旋转设备的可能的失效。例如，基于第二电流比第一电流高阈值百分比(并且至少持续阈值时间段)，预测旋转设备的可能的失效。
根据各种实施例，可以提供一种制造品，其包括存储介质，该存储介质具有存储在其上的指令，这些指令在被执行时产生本文中关于图3的方法300所描述的操作(和/或本公开内容中所讨论的各种其他 操作)。在一个实施例中，存储介质包括某种类型的非易失性存储器(例如存储器120)。根据各种实施例，该制造品可以是机器可读介质，诸如例如软件或者固件。
如本文中所使用的，术语“模块”可以指代以下各项、可以是以下各项的一部分或者可以包括以下各项：执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的、或者组)和/或存储器(共享的、专用的、或者组)、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。
描述包括使用短语“在一个实施例中”或者“在各种实施例中”，其可以各自指代相同或者不同实施例中的一个或多个实施例。另外，关于本公开内容的实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
可以按照对于理解要求保护的主题最有用的方式来将各种操作描述为按照顺序执行的多个离散的动作或者操作。然而，不应当将描述的顺序理解为暗示这些操作必须依赖于顺序。特别地，这些操作可以不按照呈现的顺序来执行。所描述的操作可以按照与所描述的实施例不同的顺序来执行。在另外的实施例中，可以执行各种另外的操作和/或可以省略所描述的操作。
虽然已经在本文中图示和描述了特定实施例，然而应当注意，可以用各种备选和/或等同实现来替代所示出和所描述的特定实施例而不偏离本公开内容的范围。本公开内容覆盖在字面上或者在等同的教示下落入所附权利要求的范围内的所有方法、装置和制造品。本申请意在覆盖本文中所公开的实施例的任何适配或变化。因此，证明并且意在本公开内容仅受权利要求及其等同的限制。