DE102020204012A1

DE102020204012A1 - Method for monitoring a rotating electrical machine, rotating electrical machine and vehicle with a rotating electrical machine

Info

Publication number: DE102020204012A1
Application number: DE102020204012.5A
Authority: DE
Inventors: Paul Mehringer; Dierk Staebler; Jochen Wessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer rotierenden elektrischen Maschine (1), bei dem mit Hilfe mindestens eines Sensors (2) betriebs- und/oder verschleißrelevante Daten erfasst und an eine Recheneinheit (3) zur Ermittlung und Bereitstellung einer Ausgabegröße übermittelt werden. Erfindungsgemäß werden die übermittelten Daten in der Recheneinheit (3) mit weiteren Daten kombiniert, aus den kombinierten Daten wird eine zum Verschleiß der elektrischen Maschine (1) proportionale Schadenskennzahl ermittelt und anhand der Schadenskennzahl wird die verbleibende Lebensdauer der elektrischen Maschine (1) prognostiziert.
Die Erfindung betrifft ferner eine rotierende elektrische Maschine (1) zum Antreiben eines Fahrzeugs oder einer Komponente eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine (1).

The invention relates to a method for monitoring a rotating electrical machine (1), in which operating and / or wear-related data are recorded with the aid of at least one sensor (2) and transmitted to a computing unit (3) to determine and provide an output variable. According to the invention, the transmitted data are combined with further data in the arithmetic unit (3), a damage index proportional to the wear of the electrical machine (1) is determined from the combined data, and the remaining service life of the electrical machine (1) is predicted on the basis of the damage index.
The invention also relates to a rotating electrical machine (1) for driving a vehicle or a component of a vehicle and a vehicle with such an electrical machine (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer rotierenden elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine rotierende elektrische Maschine sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Nutzfahrzeug mit hoher geforderter Laufleistung handeln.The invention relates to a method for monitoring a rotating electrical machine with the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to a rotating electrical machine and a vehicle with such an electrical machine. The vehicle can in particular be a utility vehicle with a high required mileage.

Stand der TechnikState of the art

Bei Fahrzeugen, die elektromotorisch bzw. mit Hilfe einer rotierenden elektrischen Maschine angetrieben werden, hängt die Laufleistung unter anderem von der Lebensdauer der elektrischen Maschine ab. Dabei stellen insbesondere die Lager der rotierenden elektrischen Maschine lebensdauerbegrenzende Bauteile dar. Dies gilt nicht nur für mobile Anwendungen, sondern auch für rotierende elektrische Maschinen, die in unterschiedlichen industriellen Anwendungen stationär betrieben werden. In der Regel wird daher der Zustand einer rotierenden elektrischen Maschine überwacht. Aus dem Stand der Technik sind hierzu unterschiedliche Diagnosemodule bekannt.In vehicles that are driven by an electric motor or with the help of a rotating electrical machine, the mileage depends, among other things, on the service life of the electrical machine. The bearings of the rotating electrical machine in particular represent service life-limiting components. This applies not only to mobile applications, but also to rotating electrical machines that are operated stationary in various industrial applications. As a rule, the state of a rotating electrical machine is therefore monitored. For this purpose, different diagnostic modules are known from the prior art.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 118 962 A1 geht beispielsweise ein Diagnosemodul zur Überwachung eines rotierenden Geräts oder eines Getriebes hervor, das einen Schwingungssensor sowie mindestens einen weiteren Sensor, insbesondere einen Temperatur- und/oder Drucksensor, umfasst. Das Diagnosemodul soll eine flexible und umfassende Auswertung des exakten Betriebszustands eines rotierenden Geräts oder Getriebes ermöglichen. Bei dem rotierenden Gerät soll es sich dabei insbesondere um eine hydraulische Verdrängermaschine handeln.From the published patent application DE 10 2011 118 962 A1 For example, a diagnostic module for monitoring a rotating device or a transmission emerges which comprises a vibration sensor and at least one further sensor, in particular a temperature and / or pressure sensor. The diagnostic module should enable a flexible and comprehensive evaluation of the exact operating status of a rotating device or gear. The rotating device should in particular be a hydraulic displacement machine.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 222 637 A1 sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer rotierenden elektrischen Maschine bekannt. Bei dem Verfahren werden Messwerte von mehreren, den Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine beeinflussenden physikalischen Größen erfasst. Anschließend werden die erfassten Messwerte kombiniert und der Ermittlung wenigstens einer Ausgabegröße zugrunde gelegt, die sich von den gemessenen physikalischen Größen unterscheidet. Die zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung umfasst Datenerfassungsmittel sowie Rechenmittel, wobei die Datenerfassungsmittel wenigstens einen Sensor sowie eine Datenschnittstelle zum Einlesen der Messwerte aufweisen. Bei der zu ermittelnden Ausgabegröße kann es sich unter anderem um den Verschleiß der rotierenden elektrischen Maschine handeln.From the published patent application DE 10 2014 222 637 A1 a method and a device for monitoring a rotating electrical machine are also known. In the method, measured values of several physical quantities influencing the operation of the rotating electrical machine are recorded. The recorded measured values are then combined and the determination is based on at least one output variable that differs from the measured physical variables. The device proposed for carrying out the method comprises data acquisition means and computing means, the data acquisition means having at least one sensor and a data interface for reading in the measured values. The output variable to be determined can be, among other things, the wear and tear of the rotating electrical machine.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Überwachung und damit die Prognosegenauigkeit in Bezug auf die Restlebensdauer einer rotierenden elektrischen Maschine zu verbessern. Die Überwachung soll insbesondere mobil durchführbar sein, um die Restlebensdauer einer rotierenden elektrischen Maschine zu prognostizieren. Dabei kann es sich insbesondere um eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs oder einer Komponente eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einen elektrischen Verdichter, handeln.Proceeding from the prior art mentioned above, the present invention is based on the object of improving the monitoring and thus the forecast accuracy with regard to the remaining service life of a rotating electrical machine. In particular, it should be possible to carry out the monitoring in a mobile manner in order to predict the remaining service life of a rotating electrical machine. This can in particular be an electrical machine for driving a vehicle or a component of a vehicle, such as an electrical compressor.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Ferner werden die rotierende elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie das Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve the object, the method is specified with the features of claim 1. Furthermore, the rotating electrical machine with the features of claim 10 and the vehicle with the features of claim 12 are proposed. Advantageous further developments of the invention can be found in the respective subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Überwachung einer rotierenden elektrischen Maschine werden mit Hilfe mindestens eines Sensors betriebs- und/oder verschleißrelevante Daten erfasst und an eine Recheneinheit zur Ermittlung und Bereitstellung einer Ausgabegröße übermittelt. Erfindungsgemäß werden die übermittelten Daten in der Recheneinheit mit weiteren Daten kombiniert, aus den kombinierten Daten wird eine zum Verschleiß der elektrischen Maschine proportionale Schadenskennzahl ermittelt und anhand der Schadenskennzahl wird die verbleibende Lebensdauer der elektrischen Maschine prognostiziert.In the proposed method for monitoring a rotating electrical machine, operational and / or wear-relevant data are recorded with the aid of at least one sensor and transmitted to a computing unit for determining and providing an output variable. According to the invention, the transmitted data are combined with further data in the computing unit, a damage indicator proportional to the wear of the electrical machine is determined from the combined data, and the remaining service life of the electrical machine is predicted on the basis of the damage indicator.

In die Ermittlung der Schadenskennzahl fließen demnach unterschiedliche Daten ein. Zum Einen handelt es sich um die mit Hilfe des Sensors erfassten Daten, zum Anderen können insbesondere solche Daten einfließen, die der Recheneinheit bereits vorliegen und/oder von anderen Funktionen der Recheneinheit zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise lassen sich gezielt solche Daten kombinieren bzw. verknüpfen, die für den Verschleiß der elektrischen Maschine relevant sind. Auf dieser Grundlage kann eine Schadenskennzahl ermittelt werden, die eine besonders genaue Prognose der Restlebensdauer der elektrischen Maschine ermöglicht.Different data are therefore included in the determination of the damage indicator. On the one hand, it involves the data acquired with the aid of the sensor, and on the other hand, data that is already available to the arithmetic unit and / or is made available by other functions of the arithmetic unit can be used. In this way, such data can be specifically combined or linked that are relevant to the wear and tear of the electrical machine. On this basis, a damage indicator can be determined that enables a particularly precise prognosis of the remaining service life of the electrical machine.

Der zur Durchführung des Verfahrens notwendige technische Aufwand kann auf einen einzigen zusätzlichen Sensor beschränkt werden. Dieser wird bevorzugt an der zu überwachenden elektrischen Maschine, beispielsweise im Bereich eines Lagers der elektrischen Maschine, angeordnet. Der technische Aufwand ist demnach gering. Als Recheneinheit kann insbesondere ein zur Steuerung der elektrischen Maschine vorgesehenes, bereits vorhandenes Steuergerät verwendet werden. In diesem Fall können zudem steuergerätinterne Daten als weitere Daten verwendet werden, die mit den mit Hilfe des Sensors erfassten Daten kombiniert werden.The technical effort required to carry out the method can be limited to a single additional sensor. This is preferably arranged on the electrical machine to be monitored, for example in the area of a bearing of the electrical machine. The technical effort is therefore low. as Computing unit, in particular, an existing control device provided for controlling the electrical machine can be used. In this case, internal control device data can also be used as additional data, which are combined with the data recorded with the aid of the sensor.

Bei den betriebs-und/oder verschleißrelevanten Daten kann es sich beispielsweise um Temperaturdaten handeln. In diesem Fall werden mit Hilfe des mindestens einen Sensors Temperaturdaten erfasst. Der Sensor muss in diesem Fall jedoch nicht zwingend ein Temperatursensor sein, es können auch andere zur Temperaturüberwachung geeignete Mittel oder Sensoren verwendet werden. Vorzugsweise werden Temperaturdaten erfasst, welche die Temperatur im Bereich einer Spule und/oder eines Lagers der elektrischen Maschine betreffen. Denn hier ist die Temperatur in der Regel am höchsten.The data relevant to operation and / or wear can be temperature data, for example. In this case, temperature data are recorded with the aid of the at least one sensor. In this case, however, the sensor does not necessarily have to be a temperature sensor; other means or sensors suitable for temperature monitoring can also be used. Temperature data are preferably recorded which relate to the temperature in the area of a coil and / or a bearing of the electrical machine. Because this is where the temperature is usually highest.

Alternativ oder ergänzend kann es sich bei den betriebs- und/oder verschleißrelevanten Daten um konkrete Betriebsparameter der elektrischen Maschine, wie beispielsweise das Drehmoment, handeln. Ebenso ist es möglich, dass die betriebs- und/oder verschleißrelevanten Daten sich auf Schwingungen der elektrischen Maschine beziehen. In diesem Fall werden vorzugsweise Daten in Bezug auf Amplitude, Phasenlage und/oder Wege der Schwingungen erfasst. Der mindestens eine Sensor wird demzufolge danach ausgewählt, welche betriebs- und/oder verschleißrelevanten Daten erfasst werden sollen.As an alternative or in addition, the data relevant to operation and / or wear can be specific operating parameters of the electrical machine, such as the torque. It is also possible that the operational and / or wear-relevant data relate to vibrations of the electrical machine. In this case, data relating to amplitude, phase position and / or path of the vibrations are preferably recorded. The at least one sensor is therefore selected according to which operational and / or wear-relevant data are to be recorded.

Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Überwachung einer rotierenden elektrischen Maschine eingesetzt, die ein Fahrzeug oder eine Komponente eines Fahrzeugs antreibt. Das Verfahren wird zudem während des Betriebs des Fahrzeugs bzw. der Komponente durchgeführt. Auf diese Weise kann eine „on-board“ Diagnose erstellt werden, die es ermöglicht, vor einem etwaigen Ausfall der elektrischen Maschine eine Reparatur oder einen Austausch durchzuführen.The proposed method according to the invention is preferably used to monitor a rotating electrical machine that drives a vehicle or a component of a vehicle. The method is also carried out during operation of the vehicle or the component. In this way, an “on-board” diagnosis can be created, which makes it possible to carry out a repair or an exchange before a possible failure of the electrical machine.

Weiterhin vorzugsweise wird das Verfahren zur Überwachung mindestens eines verschleißbehafteten Lagers der elektrischen Maschine eingesetzt. Wie eingangs bereits erwähnt stellt vor allem das Lager ein lebensdauerbegrenzendes Bauteil dar, so dass die Überwachung des Verschleißzustands des Lagers eine besonders genaue Prognose über die verbleibende Lebensdauer der elektrischen Maschine ermöglicht.Furthermore, the method is preferably used to monitor at least one wear-prone bearing of the electrical machine. As already mentioned at the beginning, the bearing in particular represents a service life-limiting component, so that the monitoring of the state of wear of the bearing enables a particularly precise prognosis about the remaining service life of the electrical machine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Erfassung der betriebs- und/oder verschleißrelevanten Daten ein dreiachsiger Beschleunigungsaufnehmer mit Signalauswertung als Sensor verwendet. Die Signalauswertung kann insbesondere einen direkt am Sensor angeordneten Mikrochip umfassen. Die mittels der sensoreigenen Auswertelogik durchgeführte Signalauswertung vereinfacht die Übermittlung von Daten an die Recheneinheit. Dies gilt insbesondere bei widrigen Bedingungen, wie sie insbesondere an Bord eines Fahrzeugs vorzufinden sind. Der vorgeschlagene Sensor ist in diesem Zusammenhang vor allem einem piezoelektronischen Sensor ohne lokale Signalauswertung überlegen.According to a preferred embodiment of the invention, a three-axis accelerometer with signal evaluation is used as a sensor to acquire the data relevant to operation and / or wear. The signal evaluation can in particular comprise a microchip arranged directly on the sensor. The signal evaluation carried out by means of the sensor's own evaluation logic simplifies the transmission of data to the processing unit. This is especially true in adverse conditions, such as those found on board a vehicle in particular. In this context, the proposed sensor is above all superior to a piezoelectronic sensor without local signal evaluation.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen dreiachsigen Beschleunigungsaufnehmers mit Signalauswertung können vor allem Schwingungen bzw. Vibrationen aufgenommen werden, die auf einen Bauteilverschleiß, insbesondere auf einen Lagerverschleiß, hindeuten. Insbesondere können verschleißrelevante Daten, wie beispielsweise Amplitude, Phasenlage und/oder Wege von Schwingungen, erfasst und/oder durch Aufbereitung der Daten, beispielsweise durch zweifache Integration, ermittelt werden. Auf der Grundlage dieser Daten kann der aktuelle Verschleißzustand eines Lagers besonders genau ermittelt werden.With the aid of the proposed three-axis accelerometer with signal evaluation, oscillations or vibrations in particular can be recorded which indicate component wear, in particular bearing wear. In particular, wear-relevant data, such as amplitude, phase position and / or paths of vibrations, can be recorded and / or determined by processing the data, for example by double integration. The current state of wear of a bearing can be determined particularly precisely on the basis of this data.

Vorteilhafterweise werden die mit Hilfe des Sensors erfassten Daten über einen Datenbus, insbesondere einen Datenbus mit einer CAN-Schnittstelle oder eine Ethernet-Schnittstelle, an die Recheneinheit übermittelt. Die Datenübertragung kann auch kabellos unter Nutzung von z. B. lokalem WLAN oder Bluetooth erfolgen, so dass der Einbau des Sensors vereinfacht wird. Dies gilt insbesondere, wenn die Schnittstelle eine standardisierte Schnittstelle ist, so dass sich der Sensor leicht integrieren lässt. In der mobilen Anwendung kann zur Datenübertragung ein Datenbus des Fahrzeugs genutzt werden. Zum Nachrüsten des Fahrzeugs bedarf es dann lediglich eines geeigneten Sensors mit einer entsprechenden Schnittstelle.The data recorded with the aid of the sensor are advantageously transmitted to the computing unit via a data bus, in particular a data bus with a CAN interface or an Ethernet interface. The data transfer can also be done wirelessly using e.g. B. local WLAN or Bluetooth, so that the installation of the sensor is simplified. This is especially true if the interface is a standardized interface so that the sensor can be easily integrated. In the mobile application, a data bus of the vehicle can be used for data transmission. All that is needed to retrofit the vehicle is a suitable sensor with a corresponding interface.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die mit Hilfe des Sensors erfassten Daten mit weiteren Daten kombiniert, die vorzugsweise einem internen Speicher und/oder einer externen Datenbank, insbesondere einer cloudbasierten Datenbank, entnommen werden. Die Recheneinheit kann hierzu einen Speicher umfassen oder in datenübertragender Weise mit einem Speicher verbunden sein. Über den Speicher und/oder die Datenbank können der Recheneinheit das Fahrzeug betreffende historische Daten und/oder Daten eines Vergleichsfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. Die Prognose über die Restlebensdauer kann somit auf der Grundlage eines Datenvergleichs erstellt werden.In the proposed method, the data recorded with the aid of the sensor are combined with further data, which are preferably taken from an internal memory and / or an external database, in particular a cloud-based database. For this purpose, the computing unit can comprise a memory or be connected to a memory in a data-transferring manner. Historical data relating to the vehicle and / or data of a comparison vehicle can be made available to the computing unit via the memory and / or the database. The prognosis for the remaining service life can thus be made on the basis of a data comparison.

Die Ermittlung der Schadenskennzahl durch die Recheneinheit erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines geeigneten Algorithmus. Beispielsweise kann die Schadenskennzahl „S“ nach folgender - stark vereinfachter - Gleichung ermittelt werden: $S = \sum g_{i} * n_{i} * A_{i} * d_{i},$

wobei „g“ ein Gewichtungsfaktor, „n“ die Anzahl, „A“ die Amplitude und „d“ die Dauer ist. Der Gewichtungsfaktor „g“ kann beispielsweise unter Zuhilfenahme von Machine Learning und/der Künstlicher Intelligenz ermittelt werden. Auf der Grundlage der Schadenskennzahl kann anschließend die verbleibende Lebensdauer der elektrischen Maschine prognostiziert werden.The calculation unit preferably determines the damage index with the aid of a suitable algorithm. For example, the Damage index "S" can be determined according to the following - greatly simplified - equation:

S. = \sum G_{i} * n_{i} * {A.}_{i} * d_{i},

where “g” is a weighting factor, “n” the number, “A” the amplitude and “d” the duration. The weighting factor “g” can, for example, be determined with the aid of machine learning and / or artificial intelligence. The remaining service life of the electrical machine can then be predicted on the basis of the damage indicator.

Ein geeigneter Algorithmus kann demnach insbesondere unter Einsatz von Machine Learning und/oder Künstlicher Intelligenz generiert und trainiert werden.A suitable algorithm can accordingly be generated and trained in particular using machine learning and / or artificial intelligence.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schadenskennzahl auf Basis der betriebs- und/oder verschleißrelevanten Daten des mindestens einen Sensors sowie weiterer betriebs- und/oder verschleißrelevanter Daten aus einem Fahrzeug-Steuergerät sowie mindestens einer cloudbasierten Datenbank generiert werden. Das heißt, dass die Ermittlung der Schadenskennzahl auf fahrzeuginternen Daten sowie auf fahrzeugexternen Daten beruhen kann.In a further development of the invention, it is proposed that the damage index be generated on the basis of the operational and / or wear-relevant data of the at least one sensor and other operational and / or wear-relevant data from a vehicle control unit and at least one cloud-based database. This means that the determination of the damage indicator can be based on vehicle-internal data as well as on vehicle-external data.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Entwicklung der Schadenskennzahl basierend auf Lastdaten prognostiziert wird, wobei vorzugsweise historische Lastdaten aus einem fahrzeuginternen Speicher und/oder aus einem fahrzeugexternen, vorzugsweise cloudbasierten, Speicher genutzt werden. Die historischen Lastdaten dienen insbesondere als Vergleichsdaten.Furthermore, it is proposed that a development of the damage indicator is forecast based on load data, with historical load data from a vehicle-internal memory and / or from a vehicle-external, preferably cloud-based, memory preferably being used. The historical load data serve in particular as comparison data.

Denn vorzugsweise wird die verbleibende Lebensdauer durch Vergleich mit einem vorab definierten Grenzwert bestimmt. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Grenzwert handeln, der auf historischen Daten desselben Fahrzeugs und/oder auf den Daten eines Vergleichsfahrzeugs beruht. Der Vergleich kann „on board“ mit Hilfe der Recheneinheit durchgeführt werden, so dass auf einen etwaigen detektierten drohenden Ausfall der elektrischen Maschine unmittelbar reagiert werden kann. Wird der vorab definierte Grenzwert erreicht, kann beispielsweise eine entsprechende Information generiert werden, die es einem Fahrer oder Betreiber des Fahrzeugs ermöglicht, vor Ausfall der elektrischen Maschine eine Werkstatt aufzusuchen. Alternativ oder ergänzend kann eine Anpassung mindestens eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine vorgenommen werden, um die Belastung der elektrischen Maschine zu senken und damit ggf. die Lebensdauer zu verlängern.This is because the remaining service life is preferably determined by comparison with a previously defined limit value. This can in particular be a limit value that is based on historical data of the same vehicle and / or on the data of a comparison vehicle. The comparison can be carried out "on board" with the aid of the computing unit, so that a possible detected impending failure of the electrical machine can be reacted to immediately. If the previously defined limit value is reached, corresponding information can be generated, for example, which enables a driver or operator of the vehicle to visit a workshop before the electrical machine fails. As an alternative or in addition, at least one operating parameter of the electrical machine can be adapted in order to reduce the load on the electrical machine and thus possibly to extend the service life.

Die darüber hinaus zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene rotierende elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs oder einer Komponente eines Fahrzeugs umfasst einen Sensor zur Erfassung von betriebs- und/oder verschleißrelevanten Daten sowie eine Schnittstelle zur Datenübermittlung. Erfindungsgemäß ist der Sensor ein dreiachsiger Beschleunigungsaufnehmer mit Signalauswertung, der an einer verschleißrelevanten Stelle, insbesondere an einem Lager, der elektrischen Maschine angeordnet ist. Mit Hilfe des Sensors können Schwingungen bzw. Vibrationen erfasst werden, die auf einen Bauteilverschleiß, insbesondere auf einen Lagerverschleiß, zurückzuführen sind. Mit Hilfe des Sensors kann demnach eine Überwachung der rotierenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Lagers der rotierenden elektrischen Maschine, durchgeführt werden. Der Sensor kann hierzu beispielsweise radial zum Lager am Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet werden. Schwingungen in radialer Richtung sind besonders aussagekräftig, wenn es um die Erfassung des Verschleißzustands eines Lagers der elektrischen Maschine geht.The rotating electrical machine for driving a vehicle or a component of a vehicle also proposed to solve the problem mentioned at the beginning comprises a sensor for recording operational and / or wear-relevant data and an interface for data transmission. According to the invention, the sensor is a three-axis accelerometer with signal evaluation, which is arranged at a wear-relevant point, in particular on a bearing, of the electrical machine. With the aid of the sensor, oscillations or vibrations can be recorded which can be traced back to component wear, in particular to bearing wear. The rotating electrical machine, in particular a bearing of the rotating electrical machine, can accordingly be monitored with the aid of the sensor. For this purpose, the sensor can be arranged, for example, radially to the bearing on the housing of the electrical machine. Vibrations in the radial direction are particularly meaningful when it comes to determining the state of wear of a bearing in the electrical machine.

Vorteilhafterweise ist die Schnittstelle des Sensors zur Datenübertragung eine Datenbus-Schnittstelle, insbesondere eine CAN-Schnittstelle oder eine Ethernet-Schnittstelle. Die Datenübertragung kann alternativ auch kabellos erfolgen. Dies erleichtert die Integration der elektrischen Maschine, beispielsweise in ein Fahrzeug.The interface of the sensor for data transmission is advantageously a data bus interface, in particular a CAN interface or an Ethernet interface. Alternatively, the data can also be transmitted wirelessly. This facilitates the integration of the electrical machine, for example in a vehicle.

Ferner wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine sowie einer Recheneinheit vorgeschlagen, die in datenübertragender Weise mit dem Sensor der rotierenden elektrischen Maschine verbunden ist. In diesem Fall kann nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren der Verschleißzustand der elektrischen Maschine des Fahrzeugs überwacht und die Restlebensdauer prognostiziert werden. Vor einem prognostizierten Ausfall der elektrischen Maschine kann demnach das Fahrzeug in eine Werkstatt gebracht werden. Alternativ oder ergänzend kann der Betrieb der elektrischen Maschine an den jeweiligen Verschleißzustand angepasst werden, um ggf. eine Laufzeitverlängerung zu bewirken.Furthermore, a vehicle is proposed with a rotating electrical machine according to the invention and a computing unit which is connected in a data-transmitting manner to the sensor of the rotating electrical machine. In this case, the state of wear of the electrical machine of the vehicle can be monitored using the method according to the invention described above and the remaining service life can be forecast. The vehicle can therefore be brought to a workshop before a predicted failure of the electrical machine. As an alternative or in addition, the operation of the electrical machine can be adapted to the respective state of wear in order, if necessary, to extend the running time.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform und
4 a) und b) jeweils ein Diagramm zur Bestimmung eines Grenzwerts in Form einer Grenzlinie für die ermittelte Schadenskennzahl.

The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 a flow chart of a method according to the invention according to a first preferred embodiment,
2 a flowchart of a method according to the invention according to a second preferred embodiment,
3 a flow chart of a method according to the invention according to a third preferred embodiment and
4 a) and b) in each case a diagram for determining a limit value in the form of a limit line for the determined damage figure.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Das in der 1 dargestellte Ablaufdiagramm zeigt nicht nur den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, sondern darüber hinaus die wesentlichen Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese sind ein Sensor 2, vorzugsweise ein dreiachsiger Beschleunigungsaufnehmer mit Signalauswertung, sowie eine Recheneinheit 3, mit welcher der Sensor 2 in datenübertragender Weise verbunden ist. Der Sensor 2 ist an einer rotierenden elektrischen Maschine 1 angeordnet, da mit Hilfe des Sensors 2 der Zustand der elektrischen Maschine 1 überwacht werden soll. Die elektrische Maschine 1 kann insbesondere eine elektrische Maschine 1 eines Fahrzeugs sein, das mit Hilfe der elektrischen Maschine 1 angetrieben wird.That in the 1 The flow chart shown shows not only the sequence of a method according to the invention, but also the essential components for carrying out the method according to the invention. These are a sensor 2 , preferably a three-axis accelerometer with signal evaluation, and a computing unit 3 with which the sensor 2 is connected in a data transferring manner. The sensor 2 is on a rotating electrical machine 1 arranged because with the help of the sensor 2 the state of the electrical machine 1 should be monitored. The electric machine 1 can in particular be an electrical machine 1 of a vehicle that with the help of the electric machine 1 is driven.

Mit Hilfe des in der 1 dargestellten Sensors 2 werden insbesondere Schwingungen bzw. Vibrationen erfasst, die auf einen Bauteilverschleiß, insbesondere auf einen Lagerverschleiß, zurückgeführt werden können. In Schritt 100 werden hierzu mit Hilfe des Sensors 2 eine Vielzahl an Daten generiert und in Schritt 200 an die Recheneinheit 3 übermittelt. Bei den in Schritt 100 generierten Daten kann es sich insbesondere um solche Daten handeln, mittels welcher sich eine erfasste Schwingung am besten beschreiben lässt, beispielsweise mit Hilfe der Amplitude, der Phasenlage und/oder der Wege. Da vorzugsweise ein Beschleunigungsaufnehmer mit Signalauswertung als Sensor 2 verwendet wird, können bereits vorverarbeitete Daten an die Recheneinheit 3 übermittelt werden. Optional kann ein Zwischenschritt 300 der Auswertung der Daten in der Recheneinheit 3 vorgeschaltet sein, der eine weitre Vorverarbeitung bzw. Aufbereitung der Daten vorsieht.With the help of the 1 shown sensor 2 In particular, oscillations or vibrations that can be traced back to component wear, in particular to bearing wear, are recorded. In step 100 can be done with the help of the sensor 2 a variety of data generated and in step 200 to the computing unit 3 transmitted. At the in step 100 The generated data can in particular be data by means of which a detected oscillation can best be described, for example with the aid of the amplitude, the phase position and / or the paths. Preferably an accelerometer with signal evaluation as a sensor 2 is used, preprocessed data can be sent to the processing unit 3 be transmitted. Optionally, an intermediate step 300 the evaluation of the data in the computing unit 3 be connected upstream, which provides a further preprocessing or preparation of the data.

Auf der Grundlage der erfassten und an die Recheneinheit 3 übermittelten Daten wird in einem anschließenden Schritt 400 eine Schadenskennzahl S ermittelt, die den Verschleißzustand der überwachten elektrischen Maschine 1, insbesondere des Lagers der elektrischen Maschine 1, betrifft. Anhand der Schadenskennzahl S kann in einem weiteren Schritt 500 eine Prognose über die Restlebensdauer der elektrischen Maschine 1 erstellt werden. In Schritt 600 kann die prognostizierte Restlebensdauer als Eingangsgröße bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 genutzt werden, wobei die Ansteuerung vorzugsweise mit Hilfe der Recheneinheit 3 erfolgt. Alternativ oder ergänzend kann in Schritt 700 eine Information generiert werden, die beispielsweise dem Fahrer des Fahrzeugs anzeigt, dass der Ausfall der elektrischen Maschine 1 droht und eine Werkstatt angefahren werden muss.On the basis of the recorded and sent to the computing unit 3 transmitted data is used in a subsequent step 400 a damage index S is determined, which determines the state of wear of the monitored electrical machine 1 , in particular the bearing of the electrical machine 1 , regards. Using the damage index S, in a further step 500 a prognosis about the remaining service life of the electrical machine 1 to be created. In step 600 The predicted remaining service life can be used as an input variable for controlling the electrical machine 1 can be used, the control preferably using the computing unit 3 he follows. Alternatively or in addition, step 700 information can be generated which, for example, indicates to the driver of the vehicle that the electrical machine has failed 1 threatens and a workshop has to be approached.

Um eine möglichst zuverlässige Prognose über die Restlebensdauer der elektrischen Maschine 1 zu erstellen, wird nach Schritt 400, das heißt nach der Ermittlung der Schadenskennzahl S, in Schritt 800 ein Schadenskennzahl-Verlauf ermittelt. Über den Verlauf kann eine noch genauere Prognose der Restlebensdauer erstellt werden.To make the most reliable forecast possible about the remaining service life of the electrical machine 1 to create is after step 400 , that is, after determining the damage index S, in step 800 a damage figure curve is determined. An even more precise prognosis of the remaining service life can be made over the course.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Verfahren gemäß den Darstellungen der 2 oder 3 erweitert werden.In a further development of the invention, the method according to the representations of 2 or 3 be expanded.

Die Erweiterung gemäß der 2 sieht vor, dass die in Schritt 500 prognostizierte Restlebensdauer in Schritt 600 der Recheneinheit 3 übermittelt wird, so dass diese die Information als Eingangsgröße bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 nutzen kann. Ergibt beispielsweise die prognostizierte Restlebensdauer, dass ein Ausfall der elektrischen Maschine 1 droht, kann in Schritt 900 die Betriebsstrategie entsprechend angepasst werden. Über einen geeigneten Steller 6 kann beispielsweise die Last der elektrischen Maschine 1 verringert werden (Schritt 1000).The extension according to the 2 provides that in step 500 predicted remaining service life in step 600 the arithmetic unit 3 is transmitted so that this information is used as an input variable when controlling the electrical machine 1 can use. If, for example, the predicted remaining service life indicates that the electrical machine will fail 1 threatens, can in step 900 the operating strategy can be adjusted accordingly. Via a suitable controller 6th can, for example, the load of the electrical machine 1 be decreased (step 1000 ).

Die Erweiterung gemäß der 3 sieht vor, dass der Recheneinheit 3 Daten aus einem Speicher 4 und/oder einer externen Datenbank 5, insbesondere einer cloudbasierten Datenbank, zur Verfügung gestellt werden. Bei den Daten kann es sich um Vergleichsdaten desselben Fahrzeugs oder eines Vergleichsfahrzeugs handeln. Anhand dieser Daten kann ein Schadenskennzahl-Grenzwert definiert werden (Schritt 1100), der mit der aktuell ermittelten Schadenskennzahl bzw. der prognostizierten Lebensdauer verglichen werden kann, um die Zuverlässigkeit der Prognose weiter zu steigern.The extension according to the 3 provides that the arithmetic unit 3 Data from a memory 4th and / or an external database 5 , in particular a cloud-based database. The data can be comparison data from the same vehicle or from a comparison vehicle. Using this data, a damage indicator limit value can be defined (step 1100 ), which can be compared with the currently determined damage figure or the forecast service life in order to further increase the reliability of the forecast.

Den 4a) und 4b) sind beispielhaft vorab definierte Schadenskennzahl-Grenzwerte in Form einer Grenzlinie zu entnehmen. Die Grenzlinie ergibt sich aus der n-fachen Messung einer variierenden Amplitude A, die einer verschleißbedingten Schwingung zuzuordnen ist.The 4a) and 4b) For example, pre-defined damage figure limit values can be found in the form of a limit line. The limit line results from the n-fold measurement of a varying amplitude A, which can be assigned to a vibration caused by wear.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102011118962 A1 [0003]
DE 102014222637 A1 [0004]

Claims

A method for monitoring a rotating electrical machine (1), in which operating and / or wear-relevant data is recorded with the aid of at least one sensor (2) and transmitted to a computing unit (3) for determining and providing an output variable, characterized in that the transmitted data in the arithmetic unit (3) are combined with further data, from the combined data a damage index (S) proportional to the wear of the electrical machine (1) is determined and the remaining service life of the electrical machine (1) is determined on the basis of the damage index (S). is forecast.

Procedure according to Claim 1 characterized in that the method for monitoring a rotating electrical machine (1) driving a vehicle or a component of a vehicle, in particular for monitoring at least one wear-prone bearing of the electrical machine (1), is used and carried out during operation of the vehicle.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a three-axis accelerometer with signal evaluation is used as the sensor (2), with the aid of which data relevant to wear, such as amplitude, phase position and / or paths of vibrations, are recorded.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the data recorded with the aid of the sensor (2) are transmitted to the computing unit (3) via a data bus, in particular a data bus with a CAN interface or an Ethernet interface.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the data recorded with the aid of the sensor (2) are combined with further data taken from an internal memory (4) and / or an external database (5), in particular a cloud-based database will.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the damage index (S) is based on the operational and / or wear-relevant data of the at least one sensor (2) and further operational and / or wear-relevant data from a vehicle control unit and at least one cloud-based database is generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a development of the damage indicator (S) is forecast based on load data, with preferably historical load data from a vehicle-internal memory and / or from an external, preferably cloud-based memory being used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the remaining service life of the electrical machine (1) is determined by comparison with a previously defined limit value.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when a previously defined limit value is reached - corresponding information is generated which enables a driver or operator of the vehicle to visit a workshop before the electrical machine (1) fails, and / or - at least one operating parameter of the electrical machine (1) is adapted.

Rotating electrical machine (1) for driving a vehicle or a component of a vehicle, comprising a sensor (2) for recording operational and / or wear-relevant data and an interface for data transmission, characterized in that the sensor (2) is a three-axis accelerometer with signal evaluation, which is arranged at a wear-relevant point, in particular on a bearing, of the electrical machine (1).

Machine (1) Claim 10 , characterized in that the interface is a data bus interface, in particular a CAN interface or an Ethernet interface.

Vehicle with a rotating electrical machine (1) according to Claim 10 or 11 and with a computing unit (3) which is connected to the sensor (2) of the rotating electrical machine (1) in a data-transmitting manner.