CN114008913A - 用于确定电动机的状态的方法及相应电动机和风扇 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于确定具有定子(2)和相对于定子(2)可旋转地安装的转子(3)的电动机的状态的方法。由于转子(3)的旋转移动，在电动机(1，1'，1”，1”')内部的空气空间(16)中产生相对于电动机(1，1'，1”，1”')的环境(15)的压差(p)。在此，在电动机(1，1'，1”，1”')的正常状态下，压差取决于转子(3)的实际转速(n)。该方法包括以下步骤：确定空气空间(16)和电动机(1，1'，1”，1”')的环境(15)之间的实际压差(p)，确定转子(3)的实际转速(n)，以及基于实际压差(p)和实际转速(n)来计算参数(k)，从而得到表示电动机的状态的参数(k)。将参数(k)与阈值进行比较；以及基于参数(k)与阈值进行比较的结果来确定电动机(1，1'，1”，1”')的状态。此外，公开了适用于执行这一方法的对应的电动机，其中该电动机可以是风扇的一部分。

Description

用于确定电动机的状态的方法及相应电动机和风扇

本发明涉及一种用于确定电动机的状态的方法，该电动机具有定子和相对于定子可旋转地安装的转子。此外，本发明涉及相应的电动机和风扇。

电动机的工作行为及其预期寿命取决于许多因素。一个重要因素是电动机、电动机组件和/或电动机表面的温度。因此，温度对转子的轴承的预期寿命有直接影响。轴承的服务寿命在很大程度上取决于轴承润滑油的剩余润滑属性。轴承温度增加10开尔文已经导致轴承预期寿命减半，因为在温度较高且轴承润滑油相关联的粘度较低时，润滑剂更容易从轴承中泄漏。电子组件也会受到超温的影响。因此，在电动机的情形中，确保电动机充分冷却是重要的。

在许多情形中，转子相对于定子的旋转移动所引起的通风效应造成足够的空气移动，这对于充分冷却是重要的。颗粒物(例如灰尘)可能会积聚在电动机中，尤其是在杂质比例高的工作环境中，例如在农业中。一方面，这会削弱通风效应，或使其完全停止。然而，另一方面，自然对流所引起的冷却行为，尤其是在定子散热片处的冷却行为，也受到负面影响。如此，电动机的冷却可能受损到如下程度：要害怕电动机可能会过早出现故障。

在可能导致电动机过早出现故障的另一场景中，存在泄漏。如果电子器件位于电动机内，则它们应被充分密封，以防电动机周围环境的影响，例如防止因湿气渗透而造成腐蚀或短路。如果由于端盖损坏、盖的螺纹连接不足或另一泄漏位置，电子器件外壳的必要密封性不再存在，则渗透的湿气可能会损坏布置在电子器件外壳内的电子器件并从而损坏电动机。另外，这里的通风效应也会受到负面影响，因为移动的空气不再遵循所限定的路径。

上述两种场景中的任一者都不能用实践中已知的方法来可靠地检测到。然而，能够发起预防措施(诸如维护或清洁电动机)是合需的。此外，这一状态信息可以改进对电动机预期寿命的预测。

从DE 10 2018 211 838 A1中已知悉用于检测风扇不平衡的方法，例如由于叶轮上粘附污垢而导致的不平衡。这些不平衡也允许得出关于电动机整体污染的某些结论。然而，这些方法只能在积聚实际导致不平衡时使用。不会造成显著不平衡并显著阻碍转子的通风效应的污染是无法检测到的。即使发生不平衡，也只能基于经验值大致地确定与电动机的实际污染的相关性。这些方法不是为检测泄漏而设计的。

因此，本发明基于以下任务：设计和进一步开发上述类型的方法、电动机和风扇，使得可以轻松可靠地确定电动机的状态。

根据本发明，上述目标是通过权利要求1的特征来解决的。此后，所讨论的方法利用如下效应：根据该效应，由于转子的旋转移动，在电动机内的空气空间中造成相对于电动机环境的压差，其中在电动机的正常状态下，压差取决于转子的实际转速。该方法包括以下步骤：

确定空气空间和电动机的环境之间的实际压差，

确定转子的实际转速，以及

基于实际压差和实际转速来计算参数，从而得到表示电动机的状态的参数。

关于电动机，上述目标是通过权利要求10的特征来解决的。据此，所讨论的电动机包括定子、相对于定子可旋转地安装的转子以及形成在电动机内部的空气空间，其中在电动机的正常状态中，转子由于其旋转移动而造成在空气空间中相对于电动机的环境的压差，其中电动机还包括压力传感器系统、转速检测系统和评估单元，其中压力传感器系统被设计成确定电动机的环境和空气空间之间的实际压差，其中转速确定系统被设计成确定转子的实际转速，并且其中评估单元被设计成基于实际压差和实际转速来确定电动机的状态。

关于风扇，上述目标是通过权利要求18的特征来解决的。此后，所讨论的风扇包括根据本发明的电动机和耦合到电动机的转子的叶轮。

根据本发明，首先认识到由转子的旋转移动引起的通风效应不仅仅造成利于电动机冷却的空气移动。而且，通风效应通常也会造成电动机内各个区域的空气压力受到影响。作为结果，至少在电动机内的区域内——此后也称为空气空间——相对于电动机的环境产生了压差，该压差代表了通风效应的程度。根据这一压差，可以得出关于电动机的状态的结论。

根据本发明，压力传感器系统被用于确定电动机内部的空气空间相对于电动机的环境的实际压差。空气空间是电动机内的区域，电动机的转子在其中的旋转运动造成上述压差。该压差取决于正常状态下电动机的实际转速，其中正常状态可以是全新且清洁的电动机的状态。因此，确定实际转速，其中已确定实际压差。基于所确定的实际压差和所确定的实际转速，计算表示电动机的状态的参数。例如，该参数可以描述电动机的状态离正常状态有“多少距离”或通过电动机吸入了多少假空气。以此方式，创建了一种方法和电动机，该方法和电动机使得能够在几乎不需要额外努力的情况下进行状态确定。

空气空间中的压差不仅取决于实际转速，还取决于引擎的设计和空气空间的位置。例如，空气空间可以是电动机内的区域，通过通风效应从该区域抽出空气。在这一情形中，这一空气空间中将产生负压。然而，空气空间也可形成在电动机内通风效应将空气推入的位置。在这一情形中，这一空气空间中将产生负压。这两种情形都可以结合根据本发明的教导来使用，只要压差足够大，就能够以合理的努力测得。

术语“电动机的环境”(要相对于它来确定压差)通常被理解为意指电动机外部的区域，在最有利的情形中，在电动机所造成的空气压力方面或在操作电动机的系统(例如，风扇)所造成的空气压力方面，该区域不受影响，或最多仅受到轻微影响。因此，该“环境”不应位于冷却轮的影响区域内或直接位于电动机的出风口处。同时，该区域不应距电动机“太远”，以便在确定压差时，环境中所确定的空气压力也可以形成代表性值。因此，该区域应优选地距电动机不超过100米，尤其优选地不超过50米，且最优选地不超过10米。如果电动机是风扇的一部分，并且该风扇也通过空气流动影响电动机内部的空气压力，则此定义可能有例外。在这一情形中，“电动机的环境”可在电动机紧邻处，即距电动机外表面小于50cm，优选地小于20cm，更优选地小于10cm。因为该风扇的叶轮对环境压力或电动机内部运行室中的压力有影响，因此可以计算出叶轮的影响。为此，例如，可使用风扇模型，诸如DE 102019 201 409 A1或DE 10 2019 201 412 A1中所描述的数字孪生(digital twin)。

原则上，根据本发明的方法可被用于确定各种各样的状态。重要的是要注意，待确定的状态影响电动机内部的压力比，并从而造成电动机内部的空气空间中的压差。当状态对电动机内的通风效应有影响时，情形尤其如此。如果泄漏对空气空间中的压力有影响，则待确定的状态可指示电动机的正常密封位置处的泄漏。在另一实施例中，待确定的状态可指示对电动机内的流道的影响。这可能是由污染引起的，诸如灰尘或其他附着的污垢。然而，也可以设想，进气口处的结冰或污染(例如，吸入的树叶)会造成此类影响。

已经可以从参数中读取有关电动机状态的足够信息。例如，仅举参数的两个可能语句作为示例，此参数可以指示电动机“7％脏”或“90％干净”。例如，该参数可以输出到更高级别的系统，以用作热模型中的污染级别。然而，在进一步发展中，该参数还可被用于将电动机的状态分类成某种状态类别，例如仅举几例可能的状态类别，“正常状态”、“轻微变脏”、“严重变脏”或“泄漏”。在该进一步实施例中，该参数将与阈值进行比较，并且基于将参数与阈值进行比较的结果来确定电动机的状态类别或通常确定电动机的状态。还可以使用多个阈值，以便可以检测并区分多个状态。

阈值及与其进行比较可以通过各种方式实现。设计基本上取决于要确定的状态以及计算参数的方式。例如，可以设想，该参数指示电动机的污染程度，并且阈值指定电动机要被认为处于“正常状态”时达到的最高压差，以及高于该压差时的电动机被视为“变脏”或“严重变脏”。在另一实施例中，该参数可指示距在电动机生产后的调试或最终测试期间确定的初始参数的“距离”。在这一情形中，阈值可指示距“正常状态”的什么距离可被视为可接受的，以及在什么距离处应采取对策。如果不合需的泄漏被确定为状态，则可评估参数的转速依赖性。如果参数没有变化或仅随转速变化而轻微地变化，即参数变化在不同转速下保持在阈值以下，则可得出“泄漏”状态。

阈值可以作为常量和预定义值给出。然而，在开发过程中，也可以设想基于进一步的框架条件来调整阈值。例如，电动机的安装位置对电动机的冷却有影响，并且因此可被用于阈值调整。另外，例如，电动机的负载或一般而言工作点也对电动机内部的温度有影响。如果电动机仅加载有低负载扭矩，则生成的废热较少，即使电动机相对较脏，这一废热仍能充分散发。如果电动机加载有相对较大的负载扭矩，则甚至电动机的轻微污染也会导致电动机的热过载。因此，电动机的工作点可被用于调整阈值。电动机的热模型可被用于此阈值调整。一般而言，可以使用数字孪生执行阈值调整，诸如在DE 10 2019 201 409 A1或DE 102019 201 412 A1中所描述的。

该参数可通过各种方式来实现。由于使用了压差对转速的依赖性，因此参数对实际压差和实际转速的依赖性非常重要。具体而言，这种依赖性原则上对根据本发明的方法不是决定性的。线性相关性可以是合适的参数，也可以是多项式或指数相关性、商或不同相关性的组合。除了实际压差和实际转速外，参数中还可以使用其他变量，诸如在电动机工作期间的较早时间测量的压差或电动机的压力特性曲线。原则上，甚至可以设想电动机以测试转速运行，例如每分钟1000转，并且然后该参数基本上降低到实际压差。在特别优选的实施例中，该参数被计算为实际压差与实际转速的平方的商。

在进一步的开发中，可以针对参考值将参数标准化。以此方式，可以创建位于预定义范围内的参数，例如介于0和1之间或0％和100％之间。参考值可以是固定的数值。然而，也可以设想，参考值依赖于电动机的转速，在这种情况下，如果参考值和参数具有对转速的相同依赖性则是合适的。参考值可以通过不同的方式获得。以此方式，可以在试验台上测量相同类型的全新电动机，并且可以通过记录压差和相应转速来生成与转速相关的参考值。如果参考值是单个数值，则可通过确定特定转速(诸如电动机的额定转速)下的压差来形成参考值。

在使用参考值的优选实施例中，这是在电动机的初始调试期间和/或在电动机制造后的最终测试期间确定的，其中本实施例中的电动机是在其中执行根据本发明的方法的电动机。这一设计提供了如下优点：相同类型的电动机的复制分散(copy scattering)不会影响参考值。在许多情形中，这一设计实际上不需要额外的努力，或者最多只需要少量的努力，因为在生产之后和/或在初始调试期间，很多电动机都要进行检查，以符合目标行为，例如运行行为、抗振性、平衡质量或能量吸收。

原则上，对于根据本发明的方法而言，使用哪种方式来确定实际压差是无关紧要的。必要的是，电动机内部的空气空间与电动机的环境之间的压差可被指定。可以测量代表空气空间内部的压力值和代表电动机的环境的压力值，并将其相互关联。然而，也可以设想，实际压差是用压差传感器直接确定的。一般而言，压力值指的是空气压力。

如果在空气空间中确定空气压力，可通过将压力传感器置于空气空间内来完成。具体而言，如果空气空间由电子器件壳体形成，并且电子器件器件无论如何都布置在该电子器件壳体中，则压力传感器可以集成在电子器件上。然而，也可以设想，压力线将空气空间与测量空间连接起来，以便在空气空间和测量空间中产生大致相同的空气压力。然后在测量室进行实际压力测量。该实施例提供的优点是，压力传感器也可以布置在电动机外部，并且现有电动机因此也可以容易地针对根据本发明的方法进行改装。

在特别简单的实施例中，估计环境空气压力。这可以通过测量环境空气压力来完成，例如在初始设置时，或者通过计算空气压力值作为在设置位置处不同时间的不同空气压力的平均值。然而，优选地，在测量空气空间中的空气压力期间或接近测量空气空间中的空气压力的时间内测量环境空气压力。

在确定实际压差的一个实施例中，单个绝对压力传感器被用于检测电动机不同转速下的压力值，其中这些压力值表示空气空间中存在的空气压力。在这一实施例中，压力传感器系统由绝对压力传感器和转速相关计算单元形成。这一实施例在电动机的动态工作中特别有用，即在电动机在时间窗口内(例如在几秒钟、几分钟、15分钟或一小时内)以至少两个明显不同的转速(例如，静止和每分钟1000转或者每分钟100和2000转)工作的应用场景中。在这一情形中有两种影响：首先，环境空气压力通常变化缓慢，因此一段时间内环境空气压力的测量对于当前环境空气压力而言足够精确。其次，由于实际压差的转速依赖性，转速越低，空气空间中的空气压力将接近环境空气压力。因此，优选地当电动机处于静止状态(即，电动机转速等于0或至少约为0)时进行第一测量，并且在转速不等于0时进行第二测量，其中第二测量必须优选地，但不一定，在第一测量后进行。然后，可将第一测量中的测得值等同于环境空气压力，以便通过比较来自第一测量的测得值和来自第二测量的测得值来确定实际压差。对于第二测量，转速应足够高，以产生可测量的压差。

第一测量和第二测量的间隔应不超过3小时，优选地不超过1小时，且最优选地不超过30分钟。第一和第二测量之间的时间距离的选择可取决于电动机的应用场景而作出。例如，如果电动机在很大程度上在封闭的空间中工作，则环境空气压力可能仅经受微小变化，并且第一和第二测量之间的时间距离可以选择得很大。如果电动机被用在其中环境空气压力受打开的门、窗或气闸、强烈变化的温度或其他效果影响的区域，则推荐较短的时间距离。在这一情形中，小于30秒的时间距离(例如5到20秒之间)可能是合适的。

在确定实际压差的另一实施例中，使用两个绝对压力传感器。在此，第一绝对压力传感器承受空气空间中的空气压力，第二绝对压力传感器承受代表电动机环境中的压力的空气压力。如此，可以通过将第一和第二绝对压力传感器的测得值相减来形成实际压差。因此，第一和第二绝对压力传感器形成压力传感器系统。

在确定实际压差的又一实施例中，压差传感器被用作压力传感器系统。在这一情形中，压差传感器的第一传感器表面承受空气空间内普遍存在的空气压力，而压差传感器的第二传感器表面承受到电动机附近普遍存在的空气压力。根据实际经验，合适的压差传感器是已知的。这一设计提供如下优点：实际压差是直接作为测得值可用的，并且通常不需要计算步骤来确定实际压差。

原则上，可在单个时间点确定实际压差和/或计算得到的参数，并将其用于得出关于电动机的状态的结论和发起任何对策。然而，也可以设想，为了避免误判和错误的确定，确定若干个实际压差和/或若干个参数，并且基于经平均的实际压差和/或经平均的参数来确定电动机的状态。

根据本发明的电动机包括定子、相对于定子可旋转地安装的转子以及在电动机内形成的空气空间。由于转子的旋转移动，与电动机周围的环境相比，转子在电动机内部的空气空间中产生压差。具体而言，当电动机处于正常状态时形成压差。例如，这一正常状态可以是真实的，或者也可以在初始调试期间存在。另外，根据本发明的电动机包括压力传感器系统、转速确定系统和评估单元，其中压力传感器系统被设计成确定电动机的环境与空气空间之间的实际压差。转速确定系统被设计成确定转子的实际转速，其中实际压差和实际转速优选地同时或至少及时地确定(例如在十分之一秒或几秒内)。评估单元被设计成基于实际压差和实际转速来确定电动机的状态。根据本发明的电动机优选地被设计成执行根据本发明的方法。

原则上，对于根据本发明的方法和根据本发明的电动机而言，使用哪种方式来造成实际压差是无关紧要的。取决于带有磁铁或转子绕组的电动机类型，旋转转子钟形罩(rotor bell)所产生的空气移动已经足以产生可测量的压差。然而，在优选的进一步发展中，实际压差是由耦合到转子的冷却轮引起的，使得转子的旋转造成冷却轮的旋转(通常以相同的转速)。此类冷却轮从电动机的环境中输送空气通过电动机的定子和/或转子，并从而为电动机提供冷却。相对大量的空气移动通过此类冷却轮，从而产生可容易地测量的实际压差。

作为替换或补充，空气空间中的实际压差可受电动机的出风口的影响，其中出风口可设计有定子-转子肋和/或迷宫式间隙。通过通风效应移动的空气越自由地离开电动机的出风口，电动机的除热效果越好。这一空气流动受到的损害越大，例如由于污染程度的增加，冷却受到的损害就越大。已经证明，该出风口或空气能够自由离开电机的程度也会影响空气空间中的实际压差。

原则上，空气空间可以形成在电动机上的各个位置。只要电动机的通风效应在空气空间中产生足够的压差，原则上该空气空间就可被用于状态确定。然而，优选地，空气空间形成在电子器件壳体中，电子器件壳体形成在电动机之内或之上。这一电子器件壳体尤其优选地形成在电动机的定子衬套上。

原则上，电动机可以按各种方式扩展和/或可以使用不同的技术。重要的是，转子应安装成相对于定子旋转，并且转子的移动产生足够的通风效果，以在空气空间中产生压差。然而，优选地，根据本发明的电动机是电子换向电动机(EC电动机)和/或外部转子电动机。

为了使用所获得的状态信息，电动机可以具有通信单元，该通信单元被设计成将借助评估单元获得的状态信息发送给管理单元。通信单元可以按各种各样的方式来设计，并且可以使用各种各样的通信标准和技术进行数据传输。可以使用数字传输技术以及模拟传输技术。传输可以是有线或无线的。可以使用并行或串行传输接口。传输可以是分组式的或直接连接。仅作为示例而非限制，参考使用蓝牙、蓝牙LE(低能量)、NFC(近场通信)、以太网、RS485、Modbus、Profibus、CAN总线、或USB(通用串行总线)。

管理单元也可以按各种方式来构造，并与一个或多个电动机一起形成系统。管理单元可以位于本地(例如，电动机50米内)或远程(例如，几千米外)。管理单元可被配置成在达到预定状态时发出警告消息，例如发起电动机的维护或清洁。优选地，管理单元是Industrie 4.0环境的一部分。

可在电动机中布置存储器，其被设计成存储所获得的状态信息和/或参数和/或从中导出的进一步变量。为了填充该存储器，可以随着每一状态确定来存储所获得的数据。因此，可以周期性地触发状态确定，例如一小时、12小时、一天、一周或一个月一次。该距离可能取决于预期状态变化的转速。存储在存储器中的信息可以被用来形成时间曲线，这进而允许得出关于状态变化的性质的结论。

根据本发明的电动机可以是风扇的一部分。在此，风扇的叶轮与电动机的转子耦合。

现在，有各种方式来有利地实现和进一步开发本发明的教导。为此，在一方面，参考从属于从属权利要求的诸权利要求并且在另一方面参考以下参考附图的对于本发明优选示例性实施例的说明。与通过参考附图解释本发明的优选示例性实施例相结合地，还解释本教导的通常优选实施例和进一步发展。附图中示出了：

图1根据本发明的外部转子设计中的电动机的第一示例性实施例的截面图，其中在电子壳体中布置有绝对压力传感器，

图2是根据图1的带有附加箭头以说明空气移动的截面图，

图3是因变于电动机的不同状态下的转速的压差图，

图4是根据本发明的外部转子设计中的电动机的第二示例性实施例的截面图，其中在第一实施例中具有压差传感器，

图5是根据本发明的外部转子设计中的电动机的第三示例性实施例的截面图，其中在第二实施例中具有压差传感器，

图6是根据本发明的外部转子设计中的电动机的第四示例性实施例的截面图，其中压力传感器被经由压力线而布置在电动机外部，

图7是根据图6的示例性实施例的修改的截面图，其中带有外部压差传感器，

图8是示出用于实现根据本发明的方法的示例性实施例的电路的基本功能元件的框图，

图9是示出表征电动机的状态的参数的时间曲线的示例的图，以及

图10是具有参数的时间曲线的另一示例的图。

图1示出了根据本发明的电动机的第一示例性实施例的截面图，该电动机采用外部转子设计。为清楚起见，省略了对理解本发明而言不重要的一些部分，例如定子和转子的绕组包以及大多数电动机电子器件。电动机1包括定子2和转子3，如前所述，仅示出了定子2和转子3。定子2布置成围绕定子衬套4。电子器件壳体5形成在定子衬套4上，其中布置有电机器件6(仅在图1示出)并用端盖7封闭。转子3安装成借助两个轴承9、10绕电动机轴8旋转。冷却轮11耦合至转子3，其输送空气通过电动机1。电动机壳体12包围电动机并插入在由此形成在定子衬套4处的迷宫式间隙中。

图2示出了转子3旋转时空气将如何移动。冷却轮11输送空气通过电动机1，其中空气在区域13离开电动机壳体12，区域13相对于电动机轴8旋转对称。除其他外，冷却轮11的旋转运动使空气通过形成在定子衬套中的轴承管14从电子器件壳体中被吸入并输送到区域13。由于端盖7将电子器件壳体5密封于环境15，因此电子器件壳体5中产生压差，在这一情形中为负压。这一负压取决于转子的转速n。转速越大，负压越大。该负压取决于空气在电动机1中移动得不受通风效应阻碍的程度，以及空气能在区域13离开电动机1的不受阻碍程度。因此，根据本发明，空气空间16形成在电子器件壳体5中。

图3示出了因变于转速的空气空间16中的负压的示例性曲线。最上面的曲线17(实线)示出了清洁引擎的压力曲线。这意味着这里没有或很少有灰尘影响电动机内的通风效果。这一状态在此也称为“正常状态”。该曲线可在初始调试或电动机的最终测试期间测得。第二曲线18(虚线)示出变脏的引擎，第三曲线19(虚线)显示严重变脏的引擎。可以看出，因变于转速，压差变得越来越小，越多灰尘影响通风效果。曲线20(虚线)示出了端盖7未充分覆盖空气空间的另一状态。作为结果，由通风效应产生的负压可以通过流入的空气立即得到补偿。可以看出，即使转速增加，负压实际上也不会形成。这可以用来断定引擎正在吸入“假空气”。

为了确定空气空间16中的压力，绝对压力传感器21被布置在空气空间16中以测量空气空间中的空气压力。在根据图1的实施例示例中，该压力传感器21布置在电动机电子器件6的电路板上。通过以下事实检测空气空间16和环境15之间的实际压差：在时间t1在转速n＝0转/分钟的情况下，环境15的空气压力存在于空气空间16中。在测量时间t2在转速n≠0转/分钟的情况下，同一绝对压力传感器21测量电子器件壳体内的压力。这样，可以根据时间t1和时间t2的两个测得压力值来计算实际压差。

图4示出了根据本发明的电动机1'的第二实施例。该实施例在很大程度上类似于第一实施例示例，但现在使用压差传感器22代替绝对压力传感器21。压差传感器22包括第一连接23和第二连接24。第一连接23将压力输入导向第一传感器表面，而第二连接24将压力输入导向第二传感器表面。压差传感器22测量第一传感器表面和第二传感器表面之间的压差，并从而测量第一连接23的压力输入和第二连接24的压力输入之间的压差。在该实施例中，第一连接23受到空气空间16中的空气压力的加压。第二连接24通过压力线25和馈通26经受环境15的空气压力的加压。这样，压差传感器22可以直接测量空气空间16和环境15之间的实际压差，而无需改变转速。然而，转速必须不等于0转/分钟。

图5示出了根据本发明的电动机1”的第三示例性实施例，其也使用压差传感器22。压差传感器22的第一连接23同样经受空气空间16中的空气压力。第二连接24布置在压差传感器22面向定子衬套4的一侧，并通过定子衬套4接触进入到转子空间。同样在该示例性实施例中，压差传感器22可确定取决于冷却轮11和/或区域13上的污染程度的实际压差。

图6示出了根据本发明的电动机1”'的第四示例性实施例。该示例性实施例大体上类似于其他示例性实施例。然而，在此使用“外部”压力传感器27来代替空气空间16内的内部压力传感器21、22，其经由压力线28通过馈通26连接到空气空间16。由于空气空间16内的空气压力大约等于通过压力线28在压力传感器27处的测量空间内的空气压力，因此压力传感器27可以测量代表空气空间16的压力值。然后压力传感器27测得的压力值可被馈送至评估单元29。

图7示出了根据图6所示的本发明的电动机1”'的第四示例性实施例的修改。在此使用的压力传感器系统(类似于图4)由压差传感器31形成。空气空间16中的压力经由压力线28供应至压差传感器31的第一连接23，而环境15的空气压力施加至第二连接24。实际压差的采集对应于图4所示的描述。

图8示出用于实现根据本发明的方法的示例性实施例的电路的基本功能的框图。评估单元29检测来自压力传感器21、22、27、31或若干个压力传感器的测得值，并将其与引擎转速n相关联。评估单元29因此可以承担数据处理(通信)和评估(分析)的角色。存储器30连接到评估单元29，并且可被用于存储实际压差、转速、参数和/或特定状态。当分析当前传感器数据时，评估单元29可以参考存储在存储器30中的值。

评估单元29优选地是EC电动机的集成微处理器，但本发明的通信和分析任务也可以由外部计算单元执行。示例包括：控制设备、PLC(可编程逻辑控制器)、网关、云计算机等。

下表示出了负压p的测得值(以帕斯卡为单位)和相关联的转速n。第一列包含测量日期，第四列是参数k，其通过下式计算得到：

参数的这些值根据图9绘制在图中。参数k可以理解为引擎的清洁度的关键指标。该参数k的值越小，电动机的清洁度越低，或其污染程度越高。

如果电动机已于2018年1月1日投入运行，参数k＝0.419·10^-4对应于清洁的电动机，正常状态。可以定义阈值，高于阈值则正常状态不再存在。可以定义阈值0.300和0.375，其中，例如，在0.300<k<0.375时，引擎被分类为“变脏”，而在k<0.300时，引擎被分类为“严重变脏”。这意味着引擎将在2018年3月1日之前处于“正常状态”。在2018年4月1日，第一阈值将首次降至0.375以下，以便警告消息可指示引擎稍微变脏。在2018年8月1日，第二阈值降至0.300以下，因此警告消息可指示引擎严重变脏。

图10示出了这种不同的场景。2018年4月1日至2018年5月1日期间发生机械损坏，从而导致引擎吸入假空气。作为结果，压差约为0。在这一场景中，可在2018年5月1日得出“泄漏”状态的结论。警告信息可触发电动机的维护。

关于根据本发明的方法、根据本发明的电动机和根据本发明的风扇的进一步有利实施例，参考说明书的一般部分和所附权利要求以避免重复。

最后，应明确指出的是，上述示例性实施例仅用于解释所要求保护的教导，而不是将所述教导限于所述示例性实施例。

附图标记列表

1,1',1”,1”' 电动机

2 定子

3 转子

4 定子衬套

5 电子器件壳体

6 电动机电子器件

7 端盖

8 电动机轴

9 轴承

10 轴承

11 冷却轮

12 电动机壳体

13 范围(出气口)

14 轴承管

15 环境

16 空气空间

17 清洁电动机曲线

18 脏电动机曲线

19严重变脏的电动机的曲线

20“泄漏”电动机的曲线

21 绝对压力传感器

22 压差传感器

23 第一连接

24 第二连接

25 压力线

26 馈通

27 外部压力传感器

28 压力线

29 评估单元

30 存储器

31 外部压差传感器

Claims (18)

1.一种用于确定电动机的状态的方法，所述电动机具有定子(2)和相对于所述定子(2)可旋转地安装的转子(3)，其中由于所述转子(3)在所述电动机(1，1'，1”，1”')内部的空气空间(16)中的旋转移动，引起了相对于所述电动机的环境(15)的压差(p)，其中在所述电动机(1，1'，1”，1”')的正常状态下，所述压差取决于所述转子(3)的实际转速(n)，所述方法包括以下步骤：

确定所述空气空间(16)和所述电动机(1，1'，1”，1”')的环境(15)之间的实际压差(p)，

确定所述转子(3)的实际转速(n)，以及

基于所述实际压差(p)和所述实际转速(n)来计算参数(k)，从而得到表示所述电动机的状态的参数(k)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述参数(k)与阈值进行比较，并且其中所述电动机(1，1'，1”，1”')的状态是基于所述参数(k)与所述阈值的比较结果来确定的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述参数(k)被计算为所述实际压差(p)与所述实际转速(n)的平方的商。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，针对参考值来将所述参数(k)标准化，其中所述参考值优选地是在所述电动机的初始调试期间和/或在所述电动机生产后的最终试验期间确定的。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述实际压差(p)是基于压力值(p)确定的，所述压力值(p)是借助所述空气空间(16)的绝对压力传感器(21，27)在不同的实际转速下测得的，其中优选地在所述电动机(1，1”')处于静止状态时进行第一测量，并在实际转速不等于0的情况下进行第二测量。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述实际压差(p)是借助两个绝对压力传感器来测得的，其中第一绝对压力传感器(21，27)承受所述空气空间(16)中的压力，而第二绝对压力传感器测量代表所述电动机的环境中压力的空气压力。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述实际压差(p)是借助压差传感器(22，31)来测得的，其中所述压差传感器(22，31)的第一传感器表面承受所述空气空间中的压力，并且所述压差传感器(22)的第二传感器表面承受所述电动机(1'，1”，1”')的环境(15)中的压力。

8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其特征在于，所述电动机(1，1'，1”，1”')的所确定状态描述了所述电动机(1，1'，1”，1”')的污染和/或所述电动机(1，1'，1”，1”')的泄漏。

9.根据权利要求1至8中的一项所述的方法，其特征在于，当确定测量周期内的实际压差时，确定多个压差，并且优选地通过平均根据所述多个压差来计算所述实际压差。

10.一种电动机，尤其是用于执行根据权利要求1至9中的一项所述的方法，具有定子(2)、相对于所述定子(2)可旋转地安装的转子(3)以及形成在所述电动机内部的空气空间(16)，其中在所述电动机(1，1'，1”，1”')的正常状态下，所述转子(3)由于其旋转移动而造成所述空气空间(16)相对于所述电动机(1，1'，1”，1”')的环境(15)的压差，其中所述电动机(1，1'，1”，1”')另外包括压力传感器系统、转速确定系统和评估单元(24)，其中所述压力传感器系统被设计用于确定所述电动机(1，1'，1”，1”')的环境(15)与所述空气空间(16)之间的实际压差，其中所述转速确定系统被设计用于确定所述转子(3)的实际转速(n)，并且其中所述评估单元(29)被设计用于基于所述实际压差和所述实际转速来确定所述电动机(1，1'，1”，1”')的状态。

11.根据权利要求10所述的电动机，其特征在于，冷却轮(11)耦合至所述转子(3)，其中所述冷却轮(11)在所述空气空间(16)中产生压差。

12.根据权利要求10或11所述的电动机，其特征在于，出风口(13)，优选具有定子转子肋和/或迷宫式间隙，其中优选地所述出风口(13)的污染程度影响所述空气空间(16)中的实际压差。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的电动机，其特征在于，所述压力传感器系统由具有基于转速的计算单元的一个绝对压力传感器(21，27)、两个绝对压力传感器或一个压差传感器(22，31)形成。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的电动机，其特征在于，所述空气空间(16)形成在电子器件壳体(5)中，所述电子器件壳体(5)形成在所述电动机(1，1'，1”，1”')之内或之上，其中所述电子器件壳体(5)优选地形成在所述电动机(1，1'，1”，1”')的定子衬套(4)上。

15.根据权利要求10至14中的任一项所述的电动机，其特征在于，所述电动机(1，1'，1”，1”')是EC电动机(电子换向电动机)和/或外部转子电动机。

16.根据权利要求10至15中的任一项所述的电动机，其特征在于，通信单元，其被设计用于将借助所述评估单元(29)获得的状态信息发送到管理单元。

17.根据权利要求10至16中的一项所述的电动机，其特征在于，存储器(30)，其中状态信息和/或参数和/或从中导出的其他变量借助所述评估单元(29)存储在所述存储器(30)中。

18.一种包括根据权利要求10至17中的任一项所述的电动机的风扇，其中所述电动机(1，1'，1”，1”')的转子(3)耦合至所述风扇的叶轮。

Images