CN102483356A - 具有电机的装置以及用于驱动电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法和一种具有电机以及红外温度传感器的装置，所述电机包括定子(4)和转子(1)，其中红外温度传感器的检测区域指向转子(1)的壳面。在此，红外温度传感器是用于无接触地、以辐射测量的方式检测转子(1)温度的热电堆(6)，所述热电堆设置在定子(4)的槽中并且构成为与电机的槽封闭楔标准构件在装配方面相一致，并且因此以新型的方式允许对电机的热状态进行工作监控，使得可以实现匹配的功率状态。

Description

具有电机的装置以及用于驱动电机的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有电机的装置，以及一种根据权利要求9所述的用于驱动电机的方法。

背景技术

在具有复杂的安装状况和在极端的环境条件的设备中，借助接触式温度计进行温度测量通常是不太可能的。特别在电机中，即在电动机和发电机中，在旋转的零件上的温度测量在实际中是一个问题。因此，期望的是，例如对电动机和发电机的电枢，也就是转子，进行温度监控，因为这种监控允许对电机的工作状态作出结论并且使得电动机功率等级的设计优化成为可能。由此，尤其可以避免经常发生的马达的超尺寸，以便此外防止永磁体的过热，所述永磁体在超过极限温度时消磁。此外，温度监控还可以用于控制马达，由此实现最佳地使用，也就是尤其经济地或者功率导向地工作。

从申请号为PCT/EP2008/006077的国际专利申请中已知一种用于检测电机的转子温度的装置，其中，电机的定子具有径向的或者至少一个基本径向的(即垂直于转子的旋转轴线延伸的)开口，穿过所述开口借助高温计可以无接触地检测转子温度。在此，已知的是，在电机(即定子)的外壳面中设有具有前置的光学系统(例如透镜系统)的红外温度传感器，由此可以检测转子的热辐射并且因此检测其表面温度。

该装置具有下述缺点，即在电机的定子中的径向开口(“穿孔”)由于在那里安置的绕组并且尤其在复杂的电机中仅可非常困难地来实现，或者出于结构原因在多个位置上是不可能的并且经常甚至是完全不可能的。此外，由于在外置的红外温度传感器至转子外表面之间的距离，需要所提及的光学系统，也就是透镜系统，这提高了装置的成本。最后，设计用于温度检测的“通道”，即在电机的定子中的基本径向的开口可以随着时间的推移而沉积有灰尘颗粒，使得温度检测失真或者使得温度检测变得不可能。

另一问题在于尤其在通道内部中的反射以及由于在该区域中定子的自身热量的辐射，由此可以进一步使测量失真。尤其是较大型的电机在一些情况下具有以适合的方式相对于转子径向构成的冷却空气孔，而尤其在中型和小型电机中，这种孔通常不能实现或者由于空间原因完全不能实现。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于简单地、可靠地并且低成本地对电机的旋转零件进行温度检测的装置。本发明的另一目的是，提供一种用于驱动电机的方法，在所述方法中可靠地避免转子的热过载。

该目的通过一种根据权利要求1所述的装置和一种根据权利要求9所述的方法来实现。

本发明的重要的方面是，为了检测电机的转子温度，设有所谓的热电堆，在现有技术中还常被称作“温差电堆(Thermopile)”，所述热电堆设置在电机的定子的槽中并且设定用于无接触地检测转子温度。在此，温差电堆是具有(通常)多个热电偶的电路连接(通常为堆或者层系统的形式)，所述热电偶借助于塞贝克(Seebeck)效应根据获取的热辐射和基质温度或者参比端温度(所述温度通常还可以单独地检测)来产生热电势，又可以对所述热电势进行分析，以用于温度测量。

该目的的解决方案尤其是一种具有电机以及具有红外温度传感器的装置，所述电机包括定子和转子，其中，红外温度传感器的探测区域指向转子的壳面，并且其中，红外温度传感器是用于检测转子温度的热电堆，所述热电堆设置在定子的槽中。由于在定子中的槽且因此温度传感器或热电堆和转子之间的小的距离，可以弃用用于温度传感器的耗费的光学系统。此外，因此可以将温度传感器的连接导线(信号导线)铺设在定子的槽中，例如在上部的绕组层的凹槽中。由于在温度传感器和转子表面之间的小的距离，在装配期间(在装入期间)通常可以取消精确的(手动的)对准或者调节。此外，根据本发明的装置具有下述优点，即在狭窄的气隙中借助运动穿过转子的空气，相对少量的脏物可以持续地渗入并且入口窗可以堆放在温差电堆上。

此外，该目的的解决方案是一种用于在使用根据本发明的装置的情况下驱动电机的方法，其中至少一次，但是理想地，连续地检测转子的温度，其中，在达到或者超过极限温度时，降低电机的功率或者匹配工作点。由此，可以避免转子的热过载，所述热过载此外可以导致在转子中的永磁体的消磁。此外，因此电机的尺寸过大是多余的，因为通过控制转子实际的温度可以几乎排除过热的危险。能够以新的方式对电机的热状态的工作监控是可能的，使得可实现匹配的功率状态并且通过特别是在动态的荷载情况下最优匹配的移动的质量实现效率提高，即能量节约。替代地，装置还可以为了研究目的而安装在电机上，其中可以检测转子的热负荷的不均匀性并且可以获得用于机器的在热和电方面的设计的测量数据。

根据本发明的装置的有利构型在从属权利要求中给出。在此提及的特征和优点类似地还适用于根据本发明的方法。

尤其有利的是，红外温度传感器和因此热电堆集成到电机的定子的槽的槽封闭楔中。因此，为温差传感器在结构上设有其他结构空间是多余的。由此电机的总直径尤其没有或者仅不显著地变大。其他的优点在于，在定子绕组和槽封闭楔之间的结构空间中的红外温度传感器的连接导线可以轴向地从定子中引出。在此尤其有利的是，将热电堆本身的本征温度测量(还称作“参比端测量”)同时用于检测分别观察到的相位的定子的或者定子绕组的(局部)温度，由此对于定子温度检测或者对于绕组温度检测不需要附加的硬件。

如果沿着电机的纵轴线安装多个红外温度传感器或者红外温度传感器中的至少一个可沿着电机的纵轴线移动，那么可以检测在电机的纵向方向上的温度分布。在多个设置在绕组的槽中的温度传感器，即热电堆，基于其本征温度检测也用于检测定子温度或者这种绕组的绕组温度的情况下，有利的是，将温度传感器分配到不同相位的槽上，使得可以在电机的绕组温度方面监控电机的多个或者全部相位。另外，通过集成到标准构件(槽封闭楔)中可以自由地选择在圆周上的槽，而没有产生显著的附加的制造/装配耗费。沿着圆周装入到每个槽中是可以实现的。此外，在检测定子温度或者绕组温度以用于监控动态的工作状态时有利的是，热电堆的朝向定子或者绕组的侧或者所述侧的具有用于本征温度测量(补偿测量)的传感器的表面，借助具有良好导热性或者小的热厚度的材料与定子或者绕组形成接触。所述材料可以是导热膏或者良好导热的聚合物还或者是金属的耦合件。特别在借助粘合材料或者浇注材料将热电堆固定在槽或者槽封闭楔中的情况下，为此可以有利地选择具有在热传递方面良好特性的材料，或者尤其是平的结构方式。但是可替代地，例如在借助由电的和热的高度绝缘的塑料制成的标准槽封闭楔引入时，与槽的尽可能高的热脱耦也可以是有利的，以便在槽温度变化时通过在温差电堆芯片上形成的局部的热传输过程仅引起小的、使实际的测量信号失真的偏移信号。在此，因此实现在工作状态变化时用于转子温度信号的高的精确度，但是，在检测槽/绕组的温度时伴随有动态的降低。

有利的是，电机配设有用于检测旋转角度的旋转角度检测器或另一设备，并且温差电堆的测量值检测通过从其中导出的信号或者信号序列来触发，由此还可以沿着转子的圆周线检测温度分布。在此有利的是，在检测温度分布时将电机转速暂时地降低，使得其旋转频率显著低于所使用的热电堆的极限频率，或者如果存在的话，相对于旋转角度彼此串联地容纳属于不同的电相位的温差电堆，使得可以实现整体更高的时间或空间分辨率(扫描平均化，每转的时间延迟的偏移，锁定法)。在此有利的是，在转子的一次或多次旋转期间，产生并且分析具有旋转角度和分别检测到的温度的多个数值对。在此，有利的是，获取的温度分布尤其在避免磁性材料的超温方面用于设计其他的电机，用于确定电机最佳工作点并且用于工作点匹配。该方法还可以用于在电机工作时持久地监控各个磁体，以便因此可以确定各个磁体的制造公差或者在工作时变化的热耦合，因为降低的、与转子容纳部的热接触尤其可以在工作负荷变化时，即在动态的热传导过程中，导致局部的过热。因此，如下为高价值机器提供本地化状态监控方法，即温度监控设备可一方面访问在机器的槽/绕组温度方面的不同相位，另一方面访问转子的各个磁体和此外移动的转子的温度分布的纵向分布。

如果为此将深孔或者几何结构上类似的、在定子绕组侧具有开口的凹部引入到槽封闭楔中或者引入到为槽的区段执行槽封闭楔功能的构件中，那么实现尤其简单地装配热电堆。在装配槽封闭楔或者构件之前可以将热电堆装入到该深孔中，其中例如可以使用粘合或者固定夹来固定。在热电堆的开口区域中，可以将开口(穿孔)有利地作为用于待检测的构件(在此为转子)的热辐射的进入口设置到深孔中或者槽封闭楔的或者构件的凹部中，其中该开口(穿孔)的直径确定检测角度用于无接触地温度检测。由于这种结构可以弃用其他光学系统的使用，尤其是因为由于在电机工作时在气隙中流动的通风，定期地将在开口中的可能存在的脏物颗粒吹走。

附图说明

下面，根据附图阐明根据本发明的装置的实施例。实施例同时用于阐明根据本发明的方法。

在此示出：

图1示出在电机的槽封闭楔中的热电堆的布置的示意的剖面图，

图2示出借助夹子固定热电堆，和

图3示出具有三个热电堆的电机的示意的横截面图，所述热电堆配设给定子的三个不同的槽和相位。

具体实施方式

在图1中示出具有转子1和定子4的电机的断面的示意的剖面图(横截面)。在定子中装有槽3，在所述槽中延伸有定子4的绕组2。出于清楚的原因，在图1中仅示出具有绕组2的6个线圈层。在槽3的槽封闭楔5中引入深孔8，所述深孔完全地由热电堆6(红外温度传感器)填充。深孔8在转子1处具有贯通孔，热电堆6的探测侧伸入到所述贯通孔中，其中在该侧上，热电堆6的所述侧由透明的塑料组成，所述透明的塑料具有构成透镜形的表面。由于贯通孔具有比深孔更小的直径，因此深孔8设置有防止热电堆6落入到在转子1和定子4之间的气隙中的限深部。在绕组2处，热电堆6固定地顶靠绕组2，使得在装配由槽封闭楔5和热电堆6组成的装置之后可不再朝向定子移动。在此，热电堆6的本征温度测量发生在其绕组侧的端部上；为了该目的，可选地在绕组2和热电堆6的底侧之间引入导热膏等。替代于热电堆6的在此说明的形状接合的夹紧，该热电堆还可以借助合适的粘合材料或者合适的浇注材料来固定。

在图2中示出图1中的装置的变型形式，其中图1，2和3的所有附图标记分别表示相同的对象。在图2中示出在槽3中的热电堆6的布置的实施形式的侧视图，其中在此不同于图1，热电堆6借助金属弹性框架来固定。可以尤其简单地制造该实施形式，例如通过弹性片的深冲成型，这尤其在批量生产中是低成本的。弹性框架沿纵向方向封闭槽3，即弹性框架匹配于槽的几何形状并且自身具有用于线缆导向件7和热电堆6的孔。由于弹性作用，在同时提供简单的装配可能性的情况下实现夹紧。在此，既确保热电堆6相对于槽3的上侧固定，又确保尽可能的扭转止动。可选地，该装置可以借助环氧树脂浇注来最终地固定。

在图3中示例地示出由在槽封闭楔5中的热电堆6组成的三重布置的横截面视图，其中三个热电堆6设置在三个属于不同电相位的绕组中，以便可以既监控转子温度又监控每个单独的绕组温度。这可以是有利的构型，因为在电机的每个相位中可以出现不同的损耗并且因此出现不同的温度。通过这种布置可以识别或者避免尤其是对称问题的错误。在具有多个热电堆6的该变型形式的其他有利的构型中，这些热电堆可以设置在相对于电机的纵轴线的不同位置上，使得例如借助热电堆6中的一个可以测量在转子1的端部上或者甚至在其端侧上的转子温度，而借助其他的热电堆6中的一个或多个可以检测在转子1的中间区域中的壳温度。

替代于在图中示出的实例，还可以将一个或多个热电堆6可移动地设置在一个或多个槽3中，例如借助滚子结构。这尤其在试验性的电机中实现用于热分布的详细的研究。

Claims (9)

1.装置，具有包括定子(4)和转子(1)的电机并且具有红外温度传感器，其中，所述红外温度传感器的检测区域指向所述转子(1)的壳面，

其特征在于，所述红外温度传感器是用于检测所述转子(1)的温度的热电堆(6)，所述热电堆设置在所述定子(4)的槽中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热电堆(6)设置在所述定子(4)的所述槽的槽封闭楔(5)中。

3.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述热电堆(6)的本征温度测量仪器配置成用于检测所述定子(4)的温度。

4.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置沿着所述电机的纵轴线具有多个热电堆(6)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述热电堆(6)分布在至少两个不同相位的槽上。

6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述电机具有用于检测所述转子(1)的旋转角度的设备并且所述设备具有用于温度检测的耦合件，其中所述转子(1)的沿着其圆周的温度分布能被检测。

7.根据权利要求2至6之一所述的装置，其特征在于，所述热电堆(6)设置在轴向装入的、在所述槽封闭楔(5)中的深孔(8)中，其中所述深孔(8)朝向所述转子(1)具有贯通孔，并且其中所述贯通孔具有小于所述深孔(8)的直径。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，为了借助所述热电堆(6)进行温度检测，所述贯通孔构成为用于确定检测角度的孔口。

9.用于驱动电机的方法，

其特征在于，借助根据权利要求1至8所述的装置中的一个，周期地或者连续地检测所述电机的所述转子(1)的至少一个温度，其中在达到或者超过确定的极限温度时，降低所述电机的功率。

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