エネルギーを採収するシステム及び装置
【課題】センサアセンブリを提供する。
【解決手段】センサアセンブリは、トランスデューサ（１０８）と、トランスデューサに結合された制御モジュール（１３２）とを含み、制御モジュールは、センサアセンブリに発生したエネルギー量をセンサアセンブリが計測する第１動作モードと、センサアセンブリに発生したエネルギー量をセンサアセンブリが貯蔵する第２動作モードとの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成される。
【解決手段】センサアセンブリは、トランスデューサ（１０８）と、トランスデューサに結合された制御モジュール（１３２）とを含み、制御モジュールは、センサアセンブリに発生したエネルギー量をセンサアセンブリが計測する第１動作モードと、センサアセンブリに発生したエネルギー量をセンサアセンブリが貯蔵する第２動作モードとの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して発電システムに関し、特に、エネルギーの採収に使用するシステム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの既知の監視システムは、機器の動作状態を検出及び／又は計測する、少なくとも１つのセンサを含む。一般に、既知のセンサは、外部電源及び／又は内部電池によって電力供給される。電力を節約するために、機器が動作していないとき等の計測が不要な場合、センサを停止することがある。計測が望ましい場合、センサを起動させて、機器からの計測値を記録する。計測値の記録が完了すると、大抵は、電力を節約するためにセンサを再び停止する。しかし、電力の節約要求が原因で、センサが不定期的に機器の動作特性を記録又は計測することもある。こうした慣例に伴って生じ得る問題の１つに、センサが、機器の安定した計測値データセットを生成できないということが挙げられる。
【０００３】
監視システムに追加の電力を供給するために、少なくとも幾つかの既知の監視システムは、監視対象の機器からエネルギーを採収する。例えば、既知の圧電装置を使用して、機器によって生成された振動からエネルギーを採収できる。採収されたエネルギーは、多くの場合、センサ又は監視システムのその他の装置に電力供給する際に使用するために、電池に貯蓄される。しかし、監視システム内で採収装置を追加で使用すると、その監視システムから得られる利益が相殺されるか、又はそれを上回るレベルにまで、監視システムのコスト及び／又は複雑性が増大することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４２９８０５Ｂ２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施例において、トランスデューサと、このトランスデューサに結合された制御モジュールと、を含むセンサアセンブリを提供する。制御モジュールは、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成されている。
【０００６】
別の実施例において、トランスデューサを含む少なくとも１つのセンサアセンブリを含む監視システムを提供する。監視システムは、更に、センサアセンブリに結合された少なくとも１つのセンサノードを含む。制御モジュールは、トランスデューサに結合されており、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成されている。
【０００７】
また別の実施例において、センサアセンブリ内で検出された振動エネルギーの量を表す信号を生成するように構成されたトランスデューサを含む、機器内の振動検出及び採収に使用されるセンサアセンブリを提供する。センサアセンブリは、更に、トランスデューサに結合された制御モジュールを含む。制御モジュールは、感知動作モードとエネルギー採収動作モードの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成されている。センサアセンブリは、更に、制御モジュールに結合された貯蔵装置を含む。制御モジュールは、更に、センサアセンブリが感知モードで動作しているときは信号をセンサノードに送信し、センサアセンブリがエネルギー採収モードで動作しているときは貯蔵装置に信号を送信するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】機器の監視に使用可能な典型的な監視システムのブロック図である。
【図２】機器の監視に使用可能な別の監視システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、機器１０２の監視に使用可能な典型的な監視システム１００の一部を示す。この実施例において、監視システム１００は、機器１０２に結合された少なくとも１つのセンサアセンブリ１０４を含む。また、この実施例において、監視システム１００は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意の適当な数の、センサアセンブリ１０４に結合された少なくとも１つのセンサノード１０６を含む。この実施例において、監視システム１００は、機器１０２の少なくとも１つの動作状態を検出及び／又は計測する。なお、本明細書に使用する「結合」という表現は、部品間の直接的な機械的及び／又は電気的接続に限定されず、部品間の間接的な機械的及び／又は電気的接続も包含し得る。
【００１０】
この実施例において、各センサアセンブリ１０４は、機器１０２からエネルギーを選択的に採収し、機器１０２の少なくとも１つの動作状態を検出及び／又は計測する。例えば、センサアセンブリ１０４は、振動、回転速度、温度、及び／又は監視システム１００が本明細書に記述するように動作し得る、機器１０２の任意のその他の適当な動作状態を検出及び／又は計測できる。なお、本明細書に使用する「エネルギーを採収する」という表現は、センサアセンブリ１０４が受け取ったエネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換することを意味する。例えば、センサアセンブリ１０４は、これらに限定されないが、振動エネルギー、運動エネルギー、弾性エネルギー、及び／又はセンサアセンブリ１０４による電気エネルギーの生成を可能にする任意のその他の適当なタイプのエネルギーを含むエネルギーを変換可能である。
【００１１】
この実施例において、各センサアセンブリ１０４は、トランスデューサ１０８と、トランスデューサ１０８に結合される質量１１０と、トランスデューサ１０８に結合されるベース１１２とを含む。質量１１０、ベース１１２、及びトランスデューサ１０８は、各々、ハウジング１１４内に配置される。この実施例において、トランスデューサ１０８は、トランスデューサ１０８を貫通する中心線１２０に対して各々に実質的に垂直に延在する、第１表面１１６とその反対側の第２表面１１８とを含む。或いは、第１及び第２表面１１６及び１１８を、センサアセンブリ１０４が本明細書に記述のように動作し得る、中心線１２０に対する任意の適当な位置に配向することもできる。この実施例において、質量１１０は、第１表面１１６に結合されており、ベース１１２は、第２表面１１８に結合されている。質量１１０は、質量１１０を含まない既知のセンサアセンブリ（図示せず）よりも、機器１０２の動作中にトランスデューサ１０８に発生する軸方向の振動の力を増大させるのに有用である。この実施例において、ベース１１２は、実質的に剛性であり、質量１１０が重力によってトランスデューサ１０８に向かって移動するときに、センサアセンブリ１０４に発生する振動力、及び／又は、トランスデューサ１０８に向かって質量１１０を動かす任意のその他の適当な力により、トランスデューサ１０８を圧縮できる。或いは、トランスデューサ１０８、質量１１０、及びベース１１２を、剪断力がトランスデューサ１０８に発生するように配置してもよい。
【００１２】
トランスデューサ１０８は、この実施例において、センサアセンブリ１０４を貫通する中心線１２２に対して実質的に平行に配向されている。つまり、トランスデューサ１０８は、センサアセンブリ１０４の略軸方向に発生した振動エネルギー（以下、「軸方向振動」という）を検出及び／又は計測するように配置されている。更に、トランスデューサ１０８は、軸方向振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する。この実施例において、センサアセンブリ１０４は更に、ベース１１２とハウジング１１４の底面１２６との間に配置された第２トランスデューサ１２４を含む。第２トランスデューサ１２４は、その長手方向軸１２８がトランスデューサの中心線１２０に対して実質的に垂直になるように配向されている。第２トランスデューサ１２４は、中心線１２０に対してセンサアセンブリ１０４の略横方向に発生する、軸方向振動及び／又は振動エネルギー（以下、「横方向振動」という）を検出及び／又は計測する。また、第２トランスデューサは、軸方向振動及び／又は横方向振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する。なお、本明細書に使用する「軸方向」という表現は、中心線１２２に対して実質的に平行な方向を意味し、「横方向」という表現は、中心線１２２に対して実質的に垂直の方向及び／又は中心線１２２に対して斜め方向を意味している。
【００１３】
この実施例において、トランスデューサ１０８及び第２トランスデューサ１２４は、各々、水晶等の圧電材料、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミック化合物、及び／又はトランスデューサ１０８及び１２４が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の圧電材料等の圧電材料から製造される。或いは、トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４は、可動コイルセンサであってよく、且つ／又は、トランスデューサ１０８及び／又を、第２トランスデューサ１２４が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の材料から製造してもよい。
【００１４】
この実施例において、センサアセンブリ１０４は更に、トランスデューサ１０８に結合される信号調整モジュール１３０と、信号調整モジュール１３０に結合される制御モジュール１３２とを含む。別の実施例において、信号調整モジュール１３０及び／又は制御モジュール１３２は、センサノード１０６等の遠隔システム内に配置される。この実施例において、信号調整モジュール１３０は、トランスデューサ１０８から、センサアセンブリ１０４内で検出された振動の量に比例した電荷（以下、「振動信号」という）を受け取る。また、信号調整モジュール１３０は、振動信号を補正し、振動信号を同期的に切り替え、且つ／又は、トランスデューサ１０８から受け取った振動信号の電圧レベルを増幅及び／又は調節可能である。また、信号調整モジュールは、振動信号を交流（ＡＣ）信号から直流（ＤＣ）信号に変換可能である。信号調整モジュール１３０は、調整済みの振動信号を制御モジュール１３２に送信する。
【００１５】
制御モジュール１３２は、この実施例において、センサアセンブリ１０４に結合されたコントローラ１３４から制御信号を受信する。具体的に、この実施例において、コントローラ１３４はセンサノード１０６内に配置されている。或いは、コントローラ１３４を、センサアセンブリ１０４内、遠隔装置（図示せず）内、又は監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る監視システム１００の任意の適当な部品内に配置してもよい。制御モジュール１３２は、制御信号に基づいて、第１又は感知動作モードと第２又は採収動作モードとの間で、センサアセンブリ１０４を選択的に切り替える。或いは、制御モジュール１３２で、内部制御信号を生成し、且つ／又は制御モジュール１３２内の回路（図示せず）を使用して、感知モードと採収モードの間でセンサアセンブリ１０４を選択的に切り替えるようにしてもよい。また、この実施例において、制御モジュール１３２は、信号調整モジュール１３０に結合されている。或いは、信号調整モジュール１３０の機能を制御モジュール１３２に組み込んでもよい。
【００１６】
この実施例において、コントローラ１３４は、センサアセンブリ１０４、センサノード１０６、及び／又は監視システム１００の動作を制御するプロセッサを含む。本明細書に使用する「プロセッサ」という表現は、当該技術分野においてコンピュータとよばれる集積回路にのみ限定されず、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を広く意味しており、これらの表現は、本明細書においては交換可能に使用される。
【００１７】
また、この実施例において、感知動作モード時、センサアセンブリ１０４は振動センサとして機能する。具体的に、制御モジュール１３２は、トランスデューサ１０８から受信した振動信号をセンサノード１０６に送信する。送信される振動信号は、センサアセンブリ１０４に発生した検出振動エネルギーに比例している。信号調整モジュール１３０は、振動信号をセンサアセンブリ１０４に送信する前に、前述のように振動信号を調整可能である。センサノード１０６は、更なる処理、解析、及び／又は表示のために、振動信号を１つ以上の遠隔装置（図示せず）に送信する。或いは、振動信号を、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６に蓄積して、振動信号を所定の時点において取得、処理、及び／又は送信してもよい。
【００１８】
この実施例において、採収動作モード時、センサアセンブリ１０４は電力採収装置として機能する。具体的に、制御モジュール１３２は、トランスデューサ１０８から受信した振動信号を貯蔵装置１３６に送信する。この貯蔵装置は、センサアセンブリ１０４内、センサノード１０６内、及び／又は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意の適当な装置又はシステム内に配置されている。貯蔵装置１３６には、これらに限定されないが、バッテリ、キャパシタ、及び／又はトランスデューサ１０８がその内部に電荷を貯蔵し得る任意のその他の適当な装置が含まれる。採収動作モード時に受信される振動信号もまた、センサアセンブリ１０４に発生した検出振動エネルギーに比例している。信号調整モジュール１３０は、振動信号を貯蔵装置１３６に送信する前に、前述のように振動信号を調整可能である。但し、感知モード時の動作とは対照的に、採収モード時には、貯蔵装置１３６を再充電し、且つ／又はその望ましいエネルギーレベルを維持するべく信号を使用する。一実施例においては、信号を使用して、センサアセンブリ１０４内、センサノード１０６内、及び／又は監視システム１００の任意のその他の適当な部品内の回路に対して、少なくとも部分的にエネルギーを供給することもできる。
【００１９】
コントローラ１３４は、この実施例において、センサアセンブリ１０４を感知モードから採収モードに選択的に切り替え、この逆の切り替えも同様に行う。一実施例において、コントローラ１３４は、所定の時点及び／又は所定の基準が満たされた後で、これらのモード間でセンサアセンブリ１０４を定期的に切り替える。例えば、コントローラ１３４は、センサアセンブリ１０４を、約１２時間毎、約１時間毎、及び／又は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の適当な周期において、採収モードから感知モードに切り替え可能である。別の実施例において、コントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２は、センサアセンブリ１０４の動作モードを切り替えるべき時点を通知する制御信号を、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６の１つ以上の部品から受信可能である。例えば、貯蔵装置１３６は、貯蔵装置１３６内のエネルギーレベルが閾値に達するか又はこれを超過すると、制御信号をコントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２に送信する。このような実施例において、貯蔵装置１３６がセンサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６内の回路にエネルギーを十分に供給できる電荷を有するときは常に、センサアセンブリ１０４を自動的に採収モードから感知モードに切り替え可能である。また別の実施例においては、ユーザーが制御信号をコントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２に送信して、センサアセンブリ１０４を感知モードと採収モードの間で切り替える。
【００２０】
また、一実施例において、コントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２により、センサアセンブリ１０４で、センサアセンブリ１０４内及び／又は機器１０２内の１つ以上の共振振動を、実質的に減衰させること及び／又は能動的に制御することができる。このような実施例において、コントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２は、１つ以上の信号をトランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４に送信する。これらの信号により、トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４に選択的にエネルギーが供給され、これによって、トランスデューサ１０８及び／又は１２４が膨張及び／又は変位する。トランスデューサ１０８及び／又は１２４の膨張及び／又は変位により、センサアセンブリ１０４及び／又は機器１０２内に振動が発生し、この振動を使用して、センサアセンブリ１０４及び／又は機器１０２内のその他の振動を相殺、減衰、及び／又は、キャンセルできる。
【００２１】
この実施例において、監視システム１００は、少なくとも１つのセンサアセンブリ１０４に結合される少なくとも１つのセンサノード１０６を含む。この実施例において、センサノード１０６は、信号インターフェースモジュール１３８と、通信モジュール１４０と、電池及び／又はコンデンサ等の貯蔵装置１３６とを含む。
【００２２】
センサアセンブリ１０４は、この実施例において、信号インターフェースモジュール１３８を介してセンサノード１０６に結合されている。信号インターフェースモジュール１３８は、トランスデューサ１０８及び／又は制御モジュール１３２から振動信号を受信する。信号インターフェースモジュール１３８は、例えば、電圧のフィルタリング、補正、調節により、及び／又は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得るように信号の任意のその他の適当な特性を調節することにより、受信した振動信号を処理できる。後処理の際、信号インターフェースモジュール１３８は、処理済みの振動信号を通信モジュール１４０に送信する。
【００２３】
この実施例において、センサノード１０６は、通信モジュール１４０を介して、その他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置（図示せず）と通信する。この実施例において、通信モジュール１４０は、無線トランシーバを含む。この無線トランシーバにより、任意の適当な無線通信プロトコル及び／又はメカニズムを介したその他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置との通信が可能になる。一実施例において、センサノード１０６は、その他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置と共に、メッシュネットワークを構成する。或いは、センサノード１０６及び／又は遠隔監視装置で、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の適当なネットワークを構成してもよい。通信モジュール１４０は、信号インターフェースモジュール１３８から処理済みの振動信号を受信し、更なる処理、表示、及び／又は解析のために、これらの信号をその他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信する。
【００２４】
動作時、機器１０２の振動は、センサアセンブリ１０４に誘導される。トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４が軸方向及び／又は横方向の振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する。トランスデューサ１０８は、電気エネルギーを信号調整モジュール１３０に伝達する。第２トランスデューサ１２４は、電気エネルギーを貯蔵装置１３６に伝達する。或いは、第２トランスデューサ１２４は、振動信号を介して、電気エネルギーを信号調整モジュール１３０に伝達してもよい。
【００２５】
信号調整モジュール１３０は、信号の電圧レベルをフィルタリング、補正、同期的に切り替え、調整、及び／又は調節すること等により、振動信号を調整する。次いで、調整済みの振動信号は、制御モジュール１３２に送信され、制御モジュール１３２が、これらの信号を貯蔵装置１３６及びセンサノード１０６に選択的に送信する。例えば、この実施例において、制御モジュール１３２は、概して、調整済みの振動信号を貯蔵装置１３６に送信し、所定の時点においてのみ信号がセンサノード１０６に送られるように切り替える。換言すれば、制御モジュール１３２は、概して、センサアセンブリ１０４を採収モードで動作させ、貯蔵装置１３６にエネルギーを供給する。制御モジュール１３２は、振動計測値を取得し、１つ以上の振動計測値を表す振動信号をセンサノード１０６に送信するべく、所望の時点において、感知モードで動作するようにセンサアセンブリ１０４を切り替える。
【００２６】
センサノード１０６は、信号インターフェースモジュール１３８を介して振動信号を受信するが、例えば、電圧をフィルタリング、補正、調節することにより、及び／又は、信号の任意のその他の適当な特性を調節することにより、受信した信号を処理してもよい。信号インターフェースモジュール１３８は、処理済みの振動信号を通信モジュール１４０に送信する。通信モジュール１４０は、更なる処理、表示、及び／又は解析のために、処理済みの振動信号をその他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信する。
【００２７】
このように、この実施例では、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６は、センサアセンブリ１０４に発生した振動のエネルギーを検出及び採収するべく最適化されている。具体的に、単一のトランスデューサ１０８を使用して、制御モジュール１３２が貯蔵装置１３６を選択的に再充電し、且つ／又は、１つ以上の振動計測値を表す信号をセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信可能にする振動信号を生成できる。センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６により、監視システム１００における振動の感知とエネルギーの採収を、効率的且つコスト効果的に組み合わることができる。
【００２８】
図２は、機器１０２の監視に使用可能な別の監視システム２００を示す。本明細書に特記しない限り、監視システム２００は、監視システム１００（図１に示す）と類似しており、且つ、類似の部品には、同一の参照符号が付与されている。この実施例において、監視システム２００は、機器１０２に結合される少なくとも１つのセンサアセンブリ２０２と、センサアセンブリ２０２に結合される少なくとも１つのセンサノード２０４とを含む。
【００２９】
センサアセンブリ２０２は、信号調整モジュール１３０、制御モジュール１３２、及び／又は貯蔵装置１３６が、センサアセンブリ２０２内に収容されるのではなく、センサノード２０４に収容されている点を除いて、センサアセンブリ１０４（図１に示す）とほぼ同様である。したがって、この実施例において、トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４は、「生」の（即ち、処理も調整もされてもいない）電気信号をセンサノード２０４に送信する。この信号は、センサアセンブリ２０２内の振動エネルギーの検出量を表している。センサノード２０４は、信号インターフェースモジュール１３８において、生の信号を受信する。別の実施例において、信号調節モジュール１３０の機能は、信号インターフェースモジュール１３８及び／又は制御モジュール１３２に組み込まれる。このように、信号インターフェースモジュール１３８は、前述のように生の信号を調整及び／又は処理する。
【００３０】
この実施例において、制御モジュール１３２及び／又はコントローラ１３４は、センサノード２０４内に収容されている。制御モジュール１３２は、信号インターフェースモジュール１３８と、貯蔵装置１３６と、通信モジュール１４０と、コントローラ１３４とに結合されている。信号インターフェースモジュール１３８は、調整済みの及び／又は処理済みの信号を制御モジュール１３２に送信する。制御モジュール１３２及び／又はコントローラ１３４は、図１を参照して前述したものと同様に、この信号を貯蔵装置１３６又は通信モジュール１４０に選択的に送信する。この信号が貯蔵装置１３６に送信されることにより、貯蔵装置１３６を再充電し、且つ／又は貯蔵装置１３６を所望のエネルギーレベルに維持することができる。通信モジュール１４０が信号を受信すると、通信モジュール１４０は、更なる処理、表示、及び／又は解析のために、信号をその他のセンサノード２０４及び／又は遠隔監視装置（図示せず）に送信する。
【００３１】
本明細書に記述のように、この実施例において、センサアセンブリ１０４は、センサアセンブリ１０４に発生した振動エネルギーのエネルギーを検出及び採収するべく最適化されている。具体的に、既知のセンサとは対照的に、単一のトランスデューサ１０８を使用して、制御モジュール１３２で貯蔵装置１３６を選択的に再充電し、且つ／又は１つ以上の振動計測値を表す信号をセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信可能にする振動信号を生成できる。また、採収動作モード時にエネルギーを採収することにより、センサアセンブリ１０４及び／センサノード１０６では、振動エネルギーを検出するのみである既知のセンサよりも、計測値を改善及び増加させ、サンプリングレートを改善又は最適化し、且つ／又は、電池寿命を延長することができる。また、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６は、センサノード１０６、センサアセンブリ１０４、及び／又は監視システム１００の任意のその他の適当な部品が必要としていた外部電力量を低減できる。
【００３２】
前述の実施例は、機器の監視に使用する効率的且つコスト効果的な監視システムを提供する。本明細書に記述の監視システムにより、センサアセンブリを感知モードとエネルギー採収モードとで選択的に動作させることができる。感知モードにおいて、センサアセンブリは、センサアセンブリ内の検出振動量を表す信号をセンサノードに送信する。センサノードは、解析、表示、及び／又は処理のために、この信号をその他のセンサノード又は遠隔監視装置に送信する。エネルギー採収モードにおいて、センサアセンブリは、貯蔵装置の再充電又はそのエネルギーレベルの維持に使用するための信号を貯蔵装置に送信する。このように、この監視システムによると、機器から発した振動を計測するトランスデューサと同一のトランスデューサにより、より多くのエネルギーを機器から採収できる。このエネルギーを使用し、センサアセンブリのデータサンプリングレートを増大させ、且つ／又は、監視システムの１つ以上の部品にエネルギーを供給することができる。
【００３３】
以上、エネルギーの採収に使用されるシステム及び装置の実施例について詳細に説明した。これらのシステム及び装置は、本明細書に記述した特定の実施例に限定されるものではなく、これらのシステム及び／又は装置の部品を、本明細書に記述のその他の部品とは別個独立に利用可能である。例えば、センサアセンブリを、その他の計測システム及び方法と組み合わせて使用してもよく、本明細書に記述したような監視システムのみを伴うものに限定されることはない。むしろ、この実施例は、多数のその他の電力システム用途に関連して実装及び利用が可能である。
【００３４】
本発明の様々な実施例の一部の特徴は、幾つかの図面では示されておりその他の図面では示されていないことがあるが、これはあくまでも便宜上の理由による。本発明の原理によると、図面中のいずれの特徴を、その他のいずれの図面中のいずれの特徴と組み合わせて参照することも、及び／又は特許請求することもできる。
【００３５】
本明細書では、例を用いて最良の形態を含めて本発明を開示し、任意の装置又はシステムの作製及び使用とあらゆる付随の方法の実行を含めて、本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許請求の範囲は、請求項に定義されているが、当業者に想起可能なその他の例も包含し得る。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違しない構成要素を含む場合、又は、請求項の文言と実質的な相違点を伴わない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に属するものと解釈されたい。
【符号の説明】
【００３６】
１００ 監視システム
１０２ 機器
１０４ センサアセンブリ
１０６ センサノード
１０８ トランスデューサ
１１０ 質量
１１２ ベース
１１４ ハウジング
１１６ 第１表面
１１８ 第２表面
１２０ 中心線
１２２ 中心線
１２４ 第２トランスデューサ
１２６ 底面
１２８ 長手方向軸
１３０ 信号調整モジュール
１３２ 制御モジュール
１３４ コントローラ
１３６ 貯蔵装置
１３８ 信号インターフェースモジュール
１４０ 通信モジュール
２００ 監視システム
２０２ センサアセンブリ
２０４ センサノード
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して発電システムに関し、特に、エネルギーの採収に使用するシステム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの既知の監視システムは、機器の動作状態を検出及び／又は計測する、少なくとも１つのセンサを含む。一般に、既知のセンサは、外部電源及び／又は内部電池によって電力供給される。電力を節約するために、機器が動作していないとき等の計測が不要な場合、センサを停止することがある。計測が望ましい場合、センサを起動させて、機器からの計測値を記録する。計測値の記録が完了すると、大抵は、電力を節約するためにセンサを再び停止する。しかし、電力の節約要求が原因で、センサが不定期的に機器の動作特性を記録又は計測することもある。こうした慣例に伴って生じ得る問題の１つに、センサが、機器の安定した計測値データセットを生成できないということが挙げられる。
【０００３】
監視システムに追加の電力を供給するために、少なくとも幾つかの既知の監視システムは、監視対象の機器からエネルギーを採収する。例えば、既知の圧電装置を使用して、機器によって生成された振動からエネルギーを採収できる。採収されたエネルギーは、多くの場合、センサ又は監視システムのその他の装置に電力供給する際に使用するために、電池に貯蓄される。しかし、監視システム内で採収装置を追加で使用すると、その監視システムから得られる利益が相殺されるか、又はそれを上回るレベルにまで、監視システムのコスト及び／又は複雑性が増大することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４２９８０５Ｂ２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施例において、トランスデューサと、このトランスデューサに結合された制御モジュールと、を含むセンサアセンブリを提供する。制御モジュールは、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成されている。
【０００６】
別の実施例において、トランスデューサを含む少なくとも１つのセンサアセンブリを含む監視システムを提供する。監視システムは、更に、センサアセンブリに結合された少なくとも１つのセンサノードを含む。制御モジュールは、トランスデューサに結合されており、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、センサアセンブリが、センサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成されている。
【０００７】
また別の実施例において、センサアセンブリ内で検出された振動エネルギーの量を表す信号を生成するように構成されたトランスデューサを含む、機器内の振動検出及び採収に使用されるセンサアセンブリを提供する。センサアセンブリは、更に、トランスデューサに結合された制御モジュールを含む。制御モジュールは、感知動作モードとエネルギー採収動作モードの間で、センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成されている。センサアセンブリは、更に、制御モジュールに結合された貯蔵装置を含む。制御モジュールは、更に、センサアセンブリが感知モードで動作しているときは信号をセンサノードに送信し、センサアセンブリがエネルギー採収モードで動作しているときは貯蔵装置に信号を送信するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】機器の監視に使用可能な典型的な監視システムのブロック図である。
【図２】機器の監視に使用可能な別の監視システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、機器１０２の監視に使用可能な典型的な監視システム１００の一部を示す。この実施例において、監視システム１００は、機器１０２に結合された少なくとも１つのセンサアセンブリ１０４を含む。また、この実施例において、監視システム１００は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意の適当な数の、センサアセンブリ１０４に結合された少なくとも１つのセンサノード１０６を含む。この実施例において、監視システム１００は、機器１０２の少なくとも１つの動作状態を検出及び／又は計測する。なお、本明細書に使用する「結合」という表現は、部品間の直接的な機械的及び／又は電気的接続に限定されず、部品間の間接的な機械的及び／又は電気的接続も包含し得る。
【００１０】
この実施例において、各センサアセンブリ１０４は、機器１０２からエネルギーを選択的に採収し、機器１０２の少なくとも１つの動作状態を検出及び／又は計測する。例えば、センサアセンブリ１０４は、振動、回転速度、温度、及び／又は監視システム１００が本明細書に記述するように動作し得る、機器１０２の任意のその他の適当な動作状態を検出及び／又は計測できる。なお、本明細書に使用する「エネルギーを採収する」という表現は、センサアセンブリ１０４が受け取ったエネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換することを意味する。例えば、センサアセンブリ１０４は、これらに限定されないが、振動エネルギー、運動エネルギー、弾性エネルギー、及び／又はセンサアセンブリ１０４による電気エネルギーの生成を可能にする任意のその他の適当なタイプのエネルギーを含むエネルギーを変換可能である。
【００１１】
この実施例において、各センサアセンブリ１０４は、トランスデューサ１０８と、トランスデューサ１０８に結合される質量１１０と、トランスデューサ１０８に結合されるベース１１２とを含む。質量１１０、ベース１１２、及びトランスデューサ１０８は、各々、ハウジング１１４内に配置される。この実施例において、トランスデューサ１０８は、トランスデューサ１０８を貫通する中心線１２０に対して各々に実質的に垂直に延在する、第１表面１１６とその反対側の第２表面１１８とを含む。或いは、第１及び第２表面１１６及び１１８を、センサアセンブリ１０４が本明細書に記述のように動作し得る、中心線１２０に対する任意の適当な位置に配向することもできる。この実施例において、質量１１０は、第１表面１１６に結合されており、ベース１１２は、第２表面１１８に結合されている。質量１１０は、質量１１０を含まない既知のセンサアセンブリ（図示せず）よりも、機器１０２の動作中にトランスデューサ１０８に発生する軸方向の振動の力を増大させるのに有用である。この実施例において、ベース１１２は、実質的に剛性であり、質量１１０が重力によってトランスデューサ１０８に向かって移動するときに、センサアセンブリ１０４に発生する振動力、及び／又は、トランスデューサ１０８に向かって質量１１０を動かす任意のその他の適当な力により、トランスデューサ１０８を圧縮できる。或いは、トランスデューサ１０８、質量１１０、及びベース１１２を、剪断力がトランスデューサ１０８に発生するように配置してもよい。
【００１２】
トランスデューサ１０８は、この実施例において、センサアセンブリ１０４を貫通する中心線１２２に対して実質的に平行に配向されている。つまり、トランスデューサ１０８は、センサアセンブリ１０４の略軸方向に発生した振動エネルギー（以下、「軸方向振動」という）を検出及び／又は計測するように配置されている。更に、トランスデューサ１０８は、軸方向振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する。この実施例において、センサアセンブリ１０４は更に、ベース１１２とハウジング１１４の底面１２６との間に配置された第２トランスデューサ１２４を含む。第２トランスデューサ１２４は、その長手方向軸１２８がトランスデューサの中心線１２０に対して実質的に垂直になるように配向されている。第２トランスデューサ１２４は、中心線１２０に対してセンサアセンブリ１０４の略横方向に発生する、軸方向振動及び／又は振動エネルギー（以下、「横方向振動」という）を検出及び／又は計測する。また、第２トランスデューサは、軸方向振動及び／又は横方向振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する。なお、本明細書に使用する「軸方向」という表現は、中心線１２２に対して実質的に平行な方向を意味し、「横方向」という表現は、中心線１２２に対して実質的に垂直の方向及び／又は中心線１２２に対して斜め方向を意味している。
【００１３】
この実施例において、トランスデューサ１０８及び第２トランスデューサ１２４は、各々、水晶等の圧電材料、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミック化合物、及び／又はトランスデューサ１０８及び１２４が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の圧電材料等の圧電材料から製造される。或いは、トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４は、可動コイルセンサであってよく、且つ／又は、トランスデューサ１０８及び／又を、第２トランスデューサ１２４が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の材料から製造してもよい。
【００１４】
この実施例において、センサアセンブリ１０４は更に、トランスデューサ１０８に結合される信号調整モジュール１３０と、信号調整モジュール１３０に結合される制御モジュール１３２とを含む。別の実施例において、信号調整モジュール１３０及び／又は制御モジュール１３２は、センサノード１０６等の遠隔システム内に配置される。この実施例において、信号調整モジュール１３０は、トランスデューサ１０８から、センサアセンブリ１０４内で検出された振動の量に比例した電荷（以下、「振動信号」という）を受け取る。また、信号調整モジュール１３０は、振動信号を補正し、振動信号を同期的に切り替え、且つ／又は、トランスデューサ１０８から受け取った振動信号の電圧レベルを増幅及び／又は調節可能である。また、信号調整モジュールは、振動信号を交流（ＡＣ）信号から直流（ＤＣ）信号に変換可能である。信号調整モジュール１３０は、調整済みの振動信号を制御モジュール１３２に送信する。
【００１５】
制御モジュール１３２は、この実施例において、センサアセンブリ１０４に結合されたコントローラ１３４から制御信号を受信する。具体的に、この実施例において、コントローラ１３４はセンサノード１０６内に配置されている。或いは、コントローラ１３４を、センサアセンブリ１０４内、遠隔装置（図示せず）内、又は監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る監視システム１００の任意の適当な部品内に配置してもよい。制御モジュール１３２は、制御信号に基づいて、第１又は感知動作モードと第２又は採収動作モードとの間で、センサアセンブリ１０４を選択的に切り替える。或いは、制御モジュール１３２で、内部制御信号を生成し、且つ／又は制御モジュール１３２内の回路（図示せず）を使用して、感知モードと採収モードの間でセンサアセンブリ１０４を選択的に切り替えるようにしてもよい。また、この実施例において、制御モジュール１３２は、信号調整モジュール１３０に結合されている。或いは、信号調整モジュール１３０の機能を制御モジュール１３２に組み込んでもよい。
【００１６】
この実施例において、コントローラ１３４は、センサアセンブリ１０４、センサノード１０６、及び／又は監視システム１００の動作を制御するプロセッサを含む。本明細書に使用する「プロセッサ」という表現は、当該技術分野においてコンピュータとよばれる集積回路にのみ限定されず、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を広く意味しており、これらの表現は、本明細書においては交換可能に使用される。
【００１７】
また、この実施例において、感知動作モード時、センサアセンブリ１０４は振動センサとして機能する。具体的に、制御モジュール１３２は、トランスデューサ１０８から受信した振動信号をセンサノード１０６に送信する。送信される振動信号は、センサアセンブリ１０４に発生した検出振動エネルギーに比例している。信号調整モジュール１３０は、振動信号をセンサアセンブリ１０４に送信する前に、前述のように振動信号を調整可能である。センサノード１０６は、更なる処理、解析、及び／又は表示のために、振動信号を１つ以上の遠隔装置（図示せず）に送信する。或いは、振動信号を、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６に蓄積して、振動信号を所定の時点において取得、処理、及び／又は送信してもよい。
【００１８】
この実施例において、採収動作モード時、センサアセンブリ１０４は電力採収装置として機能する。具体的に、制御モジュール１３２は、トランスデューサ１０８から受信した振動信号を貯蔵装置１３６に送信する。この貯蔵装置は、センサアセンブリ１０４内、センサノード１０６内、及び／又は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意の適当な装置又はシステム内に配置されている。貯蔵装置１３６には、これらに限定されないが、バッテリ、キャパシタ、及び／又はトランスデューサ１０８がその内部に電荷を貯蔵し得る任意のその他の適当な装置が含まれる。採収動作モード時に受信される振動信号もまた、センサアセンブリ１０４に発生した検出振動エネルギーに比例している。信号調整モジュール１３０は、振動信号を貯蔵装置１３６に送信する前に、前述のように振動信号を調整可能である。但し、感知モード時の動作とは対照的に、採収モード時には、貯蔵装置１３６を再充電し、且つ／又はその望ましいエネルギーレベルを維持するべく信号を使用する。一実施例においては、信号を使用して、センサアセンブリ１０４内、センサノード１０６内、及び／又は監視システム１００の任意のその他の適当な部品内の回路に対して、少なくとも部分的にエネルギーを供給することもできる。
【００１９】
コントローラ１３４は、この実施例において、センサアセンブリ１０４を感知モードから採収モードに選択的に切り替え、この逆の切り替えも同様に行う。一実施例において、コントローラ１３４は、所定の時点及び／又は所定の基準が満たされた後で、これらのモード間でセンサアセンブリ１０４を定期的に切り替える。例えば、コントローラ１３４は、センサアセンブリ１０４を、約１２時間毎、約１時間毎、及び／又は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の適当な周期において、採収モードから感知モードに切り替え可能である。別の実施例において、コントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２は、センサアセンブリ１０４の動作モードを切り替えるべき時点を通知する制御信号を、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６の１つ以上の部品から受信可能である。例えば、貯蔵装置１３６は、貯蔵装置１３６内のエネルギーレベルが閾値に達するか又はこれを超過すると、制御信号をコントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２に送信する。このような実施例において、貯蔵装置１３６がセンサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６内の回路にエネルギーを十分に供給できる電荷を有するときは常に、センサアセンブリ１０４を自動的に採収モードから感知モードに切り替え可能である。また別の実施例においては、ユーザーが制御信号をコントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２に送信して、センサアセンブリ１０４を感知モードと採収モードの間で切り替える。
【００２０】
また、一実施例において、コントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２により、センサアセンブリ１０４で、センサアセンブリ１０４内及び／又は機器１０２内の１つ以上の共振振動を、実質的に減衰させること及び／又は能動的に制御することができる。このような実施例において、コントローラ１３４及び／又は制御モジュール１３２は、１つ以上の信号をトランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４に送信する。これらの信号により、トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４に選択的にエネルギーが供給され、これによって、トランスデューサ１０８及び／又は１２４が膨張及び／又は変位する。トランスデューサ１０８及び／又は１２４の膨張及び／又は変位により、センサアセンブリ１０４及び／又は機器１０２内に振動が発生し、この振動を使用して、センサアセンブリ１０４及び／又は機器１０２内のその他の振動を相殺、減衰、及び／又は、キャンセルできる。
【００２１】
この実施例において、監視システム１００は、少なくとも１つのセンサアセンブリ１０４に結合される少なくとも１つのセンサノード１０６を含む。この実施例において、センサノード１０６は、信号インターフェースモジュール１３８と、通信モジュール１４０と、電池及び／又はコンデンサ等の貯蔵装置１３６とを含む。
【００２２】
センサアセンブリ１０４は、この実施例において、信号インターフェースモジュール１３８を介してセンサノード１０６に結合されている。信号インターフェースモジュール１３８は、トランスデューサ１０８及び／又は制御モジュール１３２から振動信号を受信する。信号インターフェースモジュール１３８は、例えば、電圧のフィルタリング、補正、調節により、及び／又は、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得るように信号の任意のその他の適当な特性を調節することにより、受信した振動信号を処理できる。後処理の際、信号インターフェースモジュール１３８は、処理済みの振動信号を通信モジュール１４０に送信する。
【００２３】
この実施例において、センサノード１０６は、通信モジュール１４０を介して、その他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置（図示せず）と通信する。この実施例において、通信モジュール１４０は、無線トランシーバを含む。この無線トランシーバにより、任意の適当な無線通信プロトコル及び／又はメカニズムを介したその他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置との通信が可能になる。一実施例において、センサノード１０６は、その他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置と共に、メッシュネットワークを構成する。或いは、センサノード１０６及び／又は遠隔監視装置で、監視システム１００が本明細書に記述のように動作し得る任意のその他の適当なネットワークを構成してもよい。通信モジュール１４０は、信号インターフェースモジュール１３８から処理済みの振動信号を受信し、更なる処理、表示、及び／又は解析のために、これらの信号をその他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信する。
【００２４】
動作時、機器１０２の振動は、センサアセンブリ１０４に誘導される。トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４が軸方向及び／又は横方向の振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する。トランスデューサ１０８は、電気エネルギーを信号調整モジュール１３０に伝達する。第２トランスデューサ１２４は、電気エネルギーを貯蔵装置１３６に伝達する。或いは、第２トランスデューサ１２４は、振動信号を介して、電気エネルギーを信号調整モジュール１３０に伝達してもよい。
【００２５】
信号調整モジュール１３０は、信号の電圧レベルをフィルタリング、補正、同期的に切り替え、調整、及び／又は調節すること等により、振動信号を調整する。次いで、調整済みの振動信号は、制御モジュール１３２に送信され、制御モジュール１３２が、これらの信号を貯蔵装置１３６及びセンサノード１０６に選択的に送信する。例えば、この実施例において、制御モジュール１３２は、概して、調整済みの振動信号を貯蔵装置１３６に送信し、所定の時点においてのみ信号がセンサノード１０６に送られるように切り替える。換言すれば、制御モジュール１３２は、概して、センサアセンブリ１０４を採収モードで動作させ、貯蔵装置１３６にエネルギーを供給する。制御モジュール１３２は、振動計測値を取得し、１つ以上の振動計測値を表す振動信号をセンサノード１０６に送信するべく、所望の時点において、感知モードで動作するようにセンサアセンブリ１０４を切り替える。
【００２６】
センサノード１０６は、信号インターフェースモジュール１３８を介して振動信号を受信するが、例えば、電圧をフィルタリング、補正、調節することにより、及び／又は、信号の任意のその他の適当な特性を調節することにより、受信した信号を処理してもよい。信号インターフェースモジュール１３８は、処理済みの振動信号を通信モジュール１４０に送信する。通信モジュール１４０は、更なる処理、表示、及び／又は解析のために、処理済みの振動信号をその他のセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信する。
【００２７】
このように、この実施例では、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６は、センサアセンブリ１０４に発生した振動のエネルギーを検出及び採収するべく最適化されている。具体的に、単一のトランスデューサ１０８を使用して、制御モジュール１３２が貯蔵装置１３６を選択的に再充電し、且つ／又は、１つ以上の振動計測値を表す信号をセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信可能にする振動信号を生成できる。センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６により、監視システム１００における振動の感知とエネルギーの採収を、効率的且つコスト効果的に組み合わることができる。
【００２８】
図２は、機器１０２の監視に使用可能な別の監視システム２００を示す。本明細書に特記しない限り、監視システム２００は、監視システム１００（図１に示す）と類似しており、且つ、類似の部品には、同一の参照符号が付与されている。この実施例において、監視システム２００は、機器１０２に結合される少なくとも１つのセンサアセンブリ２０２と、センサアセンブリ２０２に結合される少なくとも１つのセンサノード２０４とを含む。
【００２９】
センサアセンブリ２０２は、信号調整モジュール１３０、制御モジュール１３２、及び／又は貯蔵装置１３６が、センサアセンブリ２０２内に収容されるのではなく、センサノード２０４に収容されている点を除いて、センサアセンブリ１０４（図１に示す）とほぼ同様である。したがって、この実施例において、トランスデューサ１０８及び／又は第２トランスデューサ１２４は、「生」の（即ち、処理も調整もされてもいない）電気信号をセンサノード２０４に送信する。この信号は、センサアセンブリ２０２内の振動エネルギーの検出量を表している。センサノード２０４は、信号インターフェースモジュール１３８において、生の信号を受信する。別の実施例において、信号調節モジュール１３０の機能は、信号インターフェースモジュール１３８及び／又は制御モジュール１３２に組み込まれる。このように、信号インターフェースモジュール１３８は、前述のように生の信号を調整及び／又は処理する。
【００３０】
この実施例において、制御モジュール１３２及び／又はコントローラ１３４は、センサノード２０４内に収容されている。制御モジュール１３２は、信号インターフェースモジュール１３８と、貯蔵装置１３６と、通信モジュール１４０と、コントローラ１３４とに結合されている。信号インターフェースモジュール１３８は、調整済みの及び／又は処理済みの信号を制御モジュール１３２に送信する。制御モジュール１３２及び／又はコントローラ１３４は、図１を参照して前述したものと同様に、この信号を貯蔵装置１３６又は通信モジュール１４０に選択的に送信する。この信号が貯蔵装置１３６に送信されることにより、貯蔵装置１３６を再充電し、且つ／又は貯蔵装置１３６を所望のエネルギーレベルに維持することができる。通信モジュール１４０が信号を受信すると、通信モジュール１４０は、更なる処理、表示、及び／又は解析のために、信号をその他のセンサノード２０４及び／又は遠隔監視装置（図示せず）に送信する。
【００３１】
本明細書に記述のように、この実施例において、センサアセンブリ１０４は、センサアセンブリ１０４に発生した振動エネルギーのエネルギーを検出及び採収するべく最適化されている。具体的に、既知のセンサとは対照的に、単一のトランスデューサ１０８を使用して、制御モジュール１３２で貯蔵装置１３６を選択的に再充電し、且つ／又は１つ以上の振動計測値を表す信号をセンサノード１０６及び／又は遠隔監視装置に送信可能にする振動信号を生成できる。また、採収動作モード時にエネルギーを採収することにより、センサアセンブリ１０４及び／センサノード１０６では、振動エネルギーを検出するのみである既知のセンサよりも、計測値を改善及び増加させ、サンプリングレートを改善又は最適化し、且つ／又は、電池寿命を延長することができる。また、センサアセンブリ１０４及び／又はセンサノード１０６は、センサノード１０６、センサアセンブリ１０４、及び／又は監視システム１００の任意のその他の適当な部品が必要としていた外部電力量を低減できる。
【００３２】
前述の実施例は、機器の監視に使用する効率的且つコスト効果的な監視システムを提供する。本明細書に記述の監視システムにより、センサアセンブリを感知モードとエネルギー採収モードとで選択的に動作させることができる。感知モードにおいて、センサアセンブリは、センサアセンブリ内の検出振動量を表す信号をセンサノードに送信する。センサノードは、解析、表示、及び／又は処理のために、この信号をその他のセンサノード又は遠隔監視装置に送信する。エネルギー採収モードにおいて、センサアセンブリは、貯蔵装置の再充電又はそのエネルギーレベルの維持に使用するための信号を貯蔵装置に送信する。このように、この監視システムによると、機器から発した振動を計測するトランスデューサと同一のトランスデューサにより、より多くのエネルギーを機器から採収できる。このエネルギーを使用し、センサアセンブリのデータサンプリングレートを増大させ、且つ／又は、監視システムの１つ以上の部品にエネルギーを供給することができる。
【００３３】
以上、エネルギーの採収に使用されるシステム及び装置の実施例について詳細に説明した。これらのシステム及び装置は、本明細書に記述した特定の実施例に限定されるものではなく、これらのシステム及び／又は装置の部品を、本明細書に記述のその他の部品とは別個独立に利用可能である。例えば、センサアセンブリを、その他の計測システム及び方法と組み合わせて使用してもよく、本明細書に記述したような監視システムのみを伴うものに限定されることはない。むしろ、この実施例は、多数のその他の電力システム用途に関連して実装及び利用が可能である。
【００３４】
本発明の様々な実施例の一部の特徴は、幾つかの図面では示されておりその他の図面では示されていないことがあるが、これはあくまでも便宜上の理由による。本発明の原理によると、図面中のいずれの特徴を、その他のいずれの図面中のいずれの特徴と組み合わせて参照することも、及び／又は特許請求することもできる。
【００３５】
本明細書では、例を用いて最良の形態を含めて本発明を開示し、任意の装置又はシステムの作製及び使用とあらゆる付随の方法の実行を含めて、本発明を当業者が実施できるようにしている。本発明の特許請求の範囲は、請求項に定義されているが、当業者に想起可能なその他の例も包含し得る。こうしたその他の例は、請求項の文言と相違しない構成要素を含む場合、又は、請求項の文言と実質的な相違点を伴わない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に属するものと解釈されたい。
【符号の説明】
【００３６】
１００ 監視システム
１０２ 機器
１０４ センサアセンブリ
１０６ センサノード
１０８ トランスデューサ
１１０ 質量
１１２ ベース
１１４ ハウジング
１１６ 第１表面
１１８ 第２表面
１２０ 中心線
１２２ 中心線
１２４ 第２トランスデューサ
１２６ 底面
１２８ 長手方向軸
１３０ 信号調整モジュール
１３２ 制御モジュール
１３４ コントローラ
１３６ 貯蔵装置
１３８ 信号インターフェースモジュール
１４０ 通信モジュール
２００ 監視システム
２０２ センサアセンブリ
２０４ センサノード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサアセンブリ（１０４）であって、
トランスデューサ（１０８）と、
前記トランスデューサに結合された制御モジュール（１３２）であって、前記センサアセンブリが、前記センサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、前記センサアセンブリが、前記センサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、前記センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成された制御モジュールと、を備えたセンサアセンブリ。
【請求項２】
前記トランスデューサ（１０８）は圧電材料から成る、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項３】
前記制御モジュール（１３２）に結合された第２トランスデューサ（１２４）を更に有する、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項４】
前記トランスデューサ（１０８）が、前記センサアセンブリを軸方向に貫通する中心線（１２２）に対して実質的に平行に発生した振動のエネルギーを少なくとも検出又は採収するように、前記トランスデューサが、前記中心線に対して実質的に平行に配向される、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項５】
前記中心線（１２０）に対して実質的に横方向に発生した振動のエネルギーを少なくとも検出又は採収するように、前記中心線に対して実質的に垂直に配向された第２トランスデューサ（１２４）を更に備える、請求項４に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項６】
前記トランスデューサ（１０８）に結合され、前記トランスデューサから受信した信号の電圧レベルを少なくとも補正又は調節するように構成された信号調整モジュール（１３０）を更に備える、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項７】
トランスデューサ（１０８）を有する少なくとも１つのセンサアセンブリ（１０４）と、
少なくとも１つのセンサアセンブリに結合された少なくとも１つのセンサノード（１０６）と、
前記トランスデューサに結合されており、前記少なくとも１つのセンサアセンブリが、前記少なくとも１つのセンサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、前記少なくとも１つのセンサアセンブリが、前記少なくとも１つのセンサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、前記少なくとも１つのセンサアセンブリを選択的に切り替えるように構成された制御モジュール（１３２）とを備えた、監視システム（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサノード（１０６）は、前記少なくとも１つのセンサアセンブリ（１０４）が前記第１モードで動作しているとき、前記トランスデューサ（１０８）から信号を受信し、前記信号を遠隔システムに伝送するように構成された通信モジュール（１４０）を備える、請求項７に記載の監視システム（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセンサノード（１０６）及び前記少なくとも１つのセンサアセンブリ（１０４）の少なくともいずれかの内部に配置された貯蔵装置（１３６）を更に備え、
前記貯蔵装置は、前記少なくとも１つのセンサアセンブリが前記第２モードにおいて動作しているとき、前記トランスデューサ（１０８）から信号を受信するように構成されている、請求項７に記載の監視システム（１００）。
【請求項１０】
前記トランスデューサ（１０８）は圧電材料から成る、請求項７に記載の監視システム（１００）。
【請求項１】
センサアセンブリ（１０４）であって、
トランスデューサ（１０８）と、
前記トランスデューサに結合された制御モジュール（１３２）であって、前記センサアセンブリが、前記センサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、前記センサアセンブリが、前記センサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、前記センサアセンブリを選択的に切り替えるように構成された制御モジュールと、を備えたセンサアセンブリ。
【請求項２】
前記トランスデューサ（１０８）は圧電材料から成る、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項３】
前記制御モジュール（１３２）に結合された第２トランスデューサ（１２４）を更に有する、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項４】
前記トランスデューサ（１０８）が、前記センサアセンブリを軸方向に貫通する中心線（１２２）に対して実質的に平行に発生した振動のエネルギーを少なくとも検出又は採収するように、前記トランスデューサが、前記中心線に対して実質的に平行に配向される、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項５】
前記中心線（１２０）に対して実質的に横方向に発生した振動のエネルギーを少なくとも検出又は採収するように、前記中心線に対して実質的に垂直に配向された第２トランスデューサ（１２４）を更に備える、請求項４に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項６】
前記トランスデューサ（１０８）に結合され、前記トランスデューサから受信した信号の電圧レベルを少なくとも補正又は調節するように構成された信号調整モジュール（１３０）を更に備える、請求項１に記載のセンサアセンブリ（１０４）。
【請求項７】
トランスデューサ（１０８）を有する少なくとも１つのセンサアセンブリ（１０４）と、
少なくとも１つのセンサアセンブリに結合された少なくとも１つのセンサノード（１０６）と、
前記トランスデューサに結合されており、前記少なくとも１つのセンサアセンブリが、前記少なくとも１つのセンサアセンブリに発生したエネルギー量を計測する第１動作モードと、前記少なくとも１つのセンサアセンブリが、前記少なくとも１つのセンサアセンブリに発生したエネルギー量を貯蔵する第２動作モードとの間で、前記少なくとも１つのセンサアセンブリを選択的に切り替えるように構成された制御モジュール（１３２）とを備えた、監視システム（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサノード（１０６）は、前記少なくとも１つのセンサアセンブリ（１０４）が前記第１モードで動作しているとき、前記トランスデューサ（１０８）から信号を受信し、前記信号を遠隔システムに伝送するように構成された通信モジュール（１４０）を備える、請求項７に記載の監視システム（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセンサノード（１０６）及び前記少なくとも１つのセンサアセンブリ（１０４）の少なくともいずれかの内部に配置された貯蔵装置（１３６）を更に備え、
前記貯蔵装置は、前記少なくとも１つのセンサアセンブリが前記第２モードにおいて動作しているとき、前記トランスデューサ（１０８）から信号を受信するように構成されている、請求項７に記載の監視システム（１００）。
【請求項１０】
前記トランスデューサ（１０８）は圧電材料から成る、請求項７に記載の監視システム（１００）。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４２３９０（Ｐ２０１１−２４２３９０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１０４８７４（Ｐ２０１１−１０４８７４）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４８７４（Ｐ２０１１−１０４８７４）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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