CN210322053U - 一种温度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供了一种温度检测系统，适用于检测电机内部温度，温度检测系统包括：测温元件以及安装到电机的编码器，其中，测温元件设置于电机内部，并根据电机的内部温度生成对应的温度信号；测温元件的输出端通过信号线连接到编码器，并将温度信号传输给编码器；编码器用于将接收到的温度信号进行解析，并将解析后的温度信号传输给电机驱动器。本实用新型实施例通过在电机内部埋测温元件的方式，实现了电机驱动器实时对电机内部的温度检测，无需借助第三方仪器、无需伺服系统停止运转、不增加额外线缆，测温精度高；同时本实用新型设计了测温元件断线报警功能，提高用户体验。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及电机领域，更具体地说，涉及一种温度检测系统。
背景技术
对电机内部温度实时、精准的检测是所有电机控制类驱动器期望实现的一项功能，现有常用方案主要有以下五种：
第一种：温度计法。使用温度计测试三相交流电机各部分的表面温度，加上电机的温升(不同电机温升不一样)，得到电机内部的温度。
第二种：埋检温计法。在电机装配时，将检温计埋入电机内部，检温计的引出端引至电机外侧，接至测量仪表，借以读出温度。
第三种：电阻法。在电机运转以前，测得电机绕组的冷态温度t1和冷态电阻r1；当电机运转以后，设此时电机绕组热态温度为t2，测得热态电阻r2，由公式r1/r2＝(K+t1)/(K+t2)，可求得t2的温度，其中，K是不同绕组材质的介质常数。
第四种：叠加法(双桥带电测温法)。在不中断交变的负载电流的情况下，在负载电流上叠加一微弱直流电流，以测量绕组直流电阻随温度而发生的变化从而确定交流绕组的温升；
第五种：埋测温计，并将测温信号接至电机驱动器。在电机内部埋入测温计，并将测温信号直接接至电机驱动器，由驱动器解析出电机内部温度数据。
以上方案的前四种，都只能在实验室内进行测试温度，并需辅助第三方测量设备进行检测，电机驱动器无法实时获得每台工作在客户现场上的电机内部的准确温度。即以上前四种方案检测成本高，不具备客户现场可操作性，非在线检测，不实时，测温精准度差。第五种方案虽克服了前四种方案的缺点，但由于测温信号要接至伺服，测温元件的线缆成本高；其次需占用驱动器的运算和巡访资源，平衡资源之后会导致温度数据更新速度不够快。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种温度检测系统，旨在解决现有的电机内部温度检测方案成本高，不具备客户现场可操作性，非在线检测，不实时，测温精准度差，或测温信号要接至伺服，测温元件的线缆成本高，需占用驱动器的运算和巡访资源，平衡资源之后会导致温度数据更新速度不够快的问题。
本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种温度检测系统，适用于检测电机内部温度，所述温度检测系统包括：测温元件以及安装到电机的编码器，其中，所述测温元件设置于所述电机内部，并根据所述电机的内部温度生成对应的温度信号；所述测温元件的输出端通过信号线连接到所述编码器，并将所述温度信号传输给所述编码器；所述编码器用于将接收到的所述温度信号进行解析，并将解析后的温度信号传输给电机驱动器。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述编码器包括隔离单元和微控制单元，所述隔离单元的输入端连接所述测温元件的输出端，所述隔离单元的输出端连接到所述微控制单元，且所述隔离单元将接收到的所述温度信号进行隔离处理后传输给所述微控制单元；所述微控制单元将经过隔离处理后的温度信号进行解析，并将解析后的温度信号传输给所述电机驱动器。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述隔离单元包括隔离电源模块和光耦芯片；所述隔离电源模块的一次侧连接供电电压和参考地，所述隔离电源模块的二次侧连接所述光耦芯片的一次侧的供电端子并为所述光耦芯片供电，且所述隔离电源模块根据一次侧的供电电压和参考地生成二次侧的隔离电压和隔离参考地；所述光耦芯片的一次侧的信号输入端通过所述信号线连接到所述测温元件，且所述光耦芯片的二次侧的信号输出端连接到所述微控制单元。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述编码器包括电路板，且所述电路板上包括主电路区和隔离电路区，且所述主电路区和所述隔离电路区之间具有隔离铜带；所述微控制单元、所述隔离电源模块的一次侧和所述光耦芯片的二次侧位于所述主电路区，所述隔离电源模块的二次侧和所述光耦芯片的一次侧位于所述隔离电路区。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述编码器还包括位于所述隔离电路区的共模电感，连接所述测温元件的信号线经由所述共模电感连接到所述光耦芯片的一次侧的信号输入端。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述编码器还包括位于所述隔离电路区的分压单元，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻和第二电阻串联连接在所述隔离电压和隔离参考地之间，所述第一电阻和第二电阻的连接节点分别连接所述共模电感和所述光耦芯片的一次侧的信号输入端。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述编码器还包括位于所述主电路区的运放单元，所述运放单元连接在所述光耦芯片的二次侧的信号输出端和所述微控制单元之间，用于将所述光耦芯片输出的信号放大后传输到所述微控制单元进行解析。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述编码器还包括位于所述主电路区的测温元件断电报警单元，所述测温元件断电报警单元根据所述微控制单元接收到的电压信号判断所述测温元件是否断电。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述编码器还包括位于所述隔离电路区的滤波单元，所述滤波单元连接在所述分压单元和所述光耦芯片的一次侧的信号输入端之间。
在本实用新型实施例所述的温度检测系统中，所述测温元件埋入所述电机的定子中并通过注胶固定，连接所述测温元件的输出端的所述信号线顺着所述电机的动力线的出线槽引出。
本实用新型实施例提供的温度检测系统具有以下有益效果：通过在电机内部埋测温元件的方式，将电机的内部温度信号传到编码器中，再由编码器对温度信号进行解析，传送给电机驱动器，实现了电机驱动器实时对电机内部的温度检测，无需借助第三方仪器、无需伺服系统停止运转、不增加额外线缆，测温精度高；同时本实用新型设计了测温元件断线报警功能，提高用户体验。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种温度检测系统的示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种温度检测系统中隔离电源模块的示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种温度检测系统中编码器电路的示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种温度检测系统主电路区和隔离电路区的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型实施例，并不用于限定本实用新型实施例。
如图1所示，是本实用新型实施例提供的一种温度检测系统的示意图，该温度检测系统适用于检测电机内部温度，可应用于伺服系统中，但不仅仅限于伺服系统中使用，还可以应用于各种需要测量电机内部温度的工控系统，如 PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)系统、变频器系统等等。具体地，该温度检测系统包括：测温元件1以及安装到电机的编码器2，其中，测温元件1设置于电机3内部，并根据电机3的内部温度生成对应的温度信号；测温元件1的输出端通过信号线连接到编码器2，并将温度信号传输给编码器2；编码器2用于将接收到的温度信号进行解析，并将解析后的温度信号传输给电机驱动器4。
本实用新型实施例提供的一种温度检测系统通过在电机3内部埋测温元件 1的方式，将电机3的内部温度信号传到编码器2中，再由编码器2对温度信号进行解析，传送给电机驱动器4，实现了电机驱动器4实时对电机内部的温度检测，无需借助第三方仪器、无需伺服系统停止运转、不增加额外线缆，测温精度高。
具体地，上述测温元件1可在电机装配过程中埋入电机3的定子中并通过注胶固定，连接测温元件1的输出端的信号线顺着电机3的动力线的出线槽引出。信号线的末端压接成接插件公头端子，且公头端子插入编码器2电路板上的母端子，实现将测温元件1的温度信号接入到编码器2电路中。编码器2对测温元件1传来的温度信号进行隔离处理和数据解析，即可识别出当前时刻电机3内部的温度大小。编码器2与电机驱动器4按约定好的协议进行数据通讯，那么，电机驱动器4即可实时得到电机内部的温度数据，实现对电机3的运行状态进行精准判断及最优控制。
由于测温元件1输出的温度信号是从电机3定子内部接出，在电机运转过程中测温元件1输出的温度信号会耦合电机3中UVW的高频信号、及更高次谐波，且干扰信号的电压幅值很高(随着电机的功率不同，干扰信号幅值能达几千伏)。而编码器2电路中都是低于5V的小信号，如果直接将受干扰的热电偶信号接入到编码器2电路板上，则会导致编码器2电路被干扰、工作异常，甚至单板被直接击穿、无法工作。
为解决以上问题，本实用新型在传统的编码器电路中额外设计了隔离单元。如图2、3所示，上述编码器2包括隔离单元211和微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，隔离单元211的输入端连接测温元件1的输出端KTY-P、KTY-N，隔离单元211的输出端连接到微控制单元KTY-MCU，且隔离单元211将接收到的温度信号进行隔离处理后传输给微控制单元；微控制单元将经过隔离处理后的温度信号进行解析，并将解析后的温度信号传输给电机驱动器4。
上述隔离单元211具体可包括隔离电源模块(图2)和光耦芯片U2；隔离电源模块的一次侧连接供电电压5V和参考地GND，隔离电源模块的二次侧连接光耦芯片U2的一次侧的供电端子1并为光耦芯片U2供电，且隔离电源模块根据一次侧的供电电压5V和参考地GND生成二次侧的隔离电压Isolated-5V和隔离参考地Isolated-GND；光耦芯片U2的一次侧的信号输入端通过信号线连接到测温元件1，且光耦芯片U2的二次侧的信号输出端连接到微控制单元。温度信号通过隔离单元211的电信号-光信号-电信号的转换，从隔离单元211二次侧输出的温度信号则不带有一次侧的干扰。
具体地，上述隔离电源模块可包括第一电容C1、隔离电源芯片U1、第七电阻R7、第八电阻R8、第二电感L2、稳压二极管D和第二电容C2；其中，第一电容C1的第一端分别连接供电电压5V和隔离电源芯片U1的一次侧的供电端子V+，第一电容C1的第二端分别连接参考地GND和隔离电源芯片U1的Vout 引脚；第七电阻R1连接在隔离电源芯片U1的C+引脚和GND引脚之间；隔离电源芯片U1的C+引脚经由第二电感L2和第八电阻R8输出隔离电压Isolated-5V，第二电容C2连接在隔离电压Isolated-5V和隔离参考地Isolated-GND之间；稳压二极管的阳极连接隔离参考地Isolated-GND，稳压二极管的阴极连接隔离电压 Isolated-5V。
本实用新型实施例提供的隔离单元选用的隔离元件如隔离电源模块和光耦芯片，但不仅仅限于隔离电源模块和光耦芯片，所有可以提供隔离和转换的器件都应包括在内，如变压器、发光二极管和光电晶体管等等。
由于测温元件1输出的温度信号会对编码器2的电路板的主电路区带来很大的干扰，则隔离区电路和主电路的布局对于编码器2的功能和性能的实现至关重要。如图4所示，本实用新型实施例提供的编码器2电路板上包括主电路区 22和隔离电路区21，且主电路区22和隔离电路区21之间具有隔离铜带23(具体可为2.5mm)。上述微控制单元、隔离电源模块211的一次侧和光耦芯片U2的二次侧位于主电路区22，隔离电源模块211的二次侧和光耦芯片U2的一次侧位于隔离电路区21，以杜绝测温元件1输出的温度信号对主电路带来的干扰。
本实用新型实施例提供的编码器2还可包括位于隔离电路区21的共模电感 L1，连接测温元件1的信号线经由共模电感L1连接到光耦芯片U2的一次侧的信号输入端，共模电感L1用于过滤共模的电磁干扰信号。
上述编码器2还可包括位于隔离电路区21的分压单元212，该分压单元212 包括第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1和第二电阻R2串联连接在隔离电压Isolated-5V和隔离参考地Isolated-GND之间，第一电阻R1和第二电阻R2的连接节点分别连接共模电感L1和光耦芯片U2的一次侧的信号输入端。
上述编码器2还可包括位于隔离电路区21的π型滤波单元213，用于对温度信号滤波后输入光耦芯片U2的一次侧，该滤波单元213连接在分压单元212和光耦芯片U2的一次侧的信号输入端之间。具体地，滤波单元213可包括第三电容C3、第四电容C4和第九电阻R9；其中，第九电阻R9连接在第一电阻R1和第二电阻R2的连接节点和光耦芯片U2的第二引脚之间；第三电容C3和第四电容 C4的第一端分别连接在第九电阻R9的两端，第三电容C3和第四电容C4的第二端分别连接到隔离参考地Isolated-GND。
上述编码器2还包括位于主电路区22的运放单元221，该运放单元221连接在光耦芯片U2的二次侧的信号输出端和微控制单元之间，用于将光耦芯片U2 输出的信号放大后传输到微控制单元进行解析。具体地，运放单元221可包括运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，其中，第三电阻R3连接在光耦芯片U2的第六引脚和运算放大器U3的同相输入端之间；第四电阻R4连接在光耦芯片U2的第七引脚和运算放大器U3的反相输入端之间；第五电阻R5连接在运算放大器U3的同相输入端和参考地之间；第六电阻R6连接在运算放大器U3的反相输入端和运算放大器U3的输出端之间。
微控制单元将接收的温度信号进行解析，获取的电压大小如公式(1)所示。
其中，Rkty是测温元件1的阻值；R1和R2是图3中的分压电阻即第一电阻R1 和第二电阻R2的阻值；X是运放单元221的放大倍数，当R3＝R4＝R5＝R6时，由运算放大器U3构成的减法器可知X＝1。由式(1)，并结合测温元件1的温度- 阻值曲线，则可以得到温度-阻值-采样电压的对应表。本实用新型中所选的测温元件1的电阻曲线是，50～200℃对应的电阻范围为600～1800Ω，取R1＝R2，则根据式(1)得到的采样电压范围是0.831V～1.396V。
编码器2软件根据采样电压值反推阻值，进而查表得到温度值。微控制单元解析出温度数据后，按通讯协议传给电机驱动器4，即实现电机驱动器4对电机内部温度的精准检测。
因为隔离电压Isolated-5V的稳压能力有限，所以软件中还需要对起始采样电压进行校准。校准的方法是，由查找表查出的温度值可能与实际温度存在一个偏差，需将这个偏差在软件中进行补偿，从而提高了温度检测的精度。
同时本实用新型实施例提供的一种温度检测系统，编码器2还包括位于主电路区22的测温元件断电报警单元，该测温元件断电报警单元根据微控制单元接收到的电压信号判断测温元件1是否断电。
具体地，当测温元件1断线时，测温元件1的阻值不参与分压，获得：
当R2＝R1、X＝1时，采样得电压为2.25V。则编码器2软件检测到采样电压超过2V时，可以判断热电偶断线，并置出测温元件1断电报警标志。
本实用新型实施例的测温元件1可采用热电偶元件，但不仅仅限于热电偶元件，还可以包括其他测温元件，如KTY(一种硅温度传感器的型号系列)、PTC(PositiveTemperature CoeffiCient，正温度系数热敏电阻)、NTC(Negative TemperatureCoeffiCient，负温度系数热敏电阻)等等。
本实用新型实施例提供的一种温度检测系统为了达到更好的温度信号质量，加了共模电感、滤波单元及运放单元等，但对于不用的性能要求，该部分电路可以省去，也可以再加一些滤波、稳压器件，即对本方案的简化及温度信号质量提高的优化方案也应在保护范围内。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种温度检测系统，适用于检测电机内部温度，其特征在于，所述温度检测系统包括：测温元件以及安装到电机的编码器，其中，所述测温元件设置于所述电机内部，并根据所述电机的内部温度生成对应的温度信号；所述测温元件的输出端通过信号线连接到所述编码器，并将所述温度信号传输给所述编码器；所述编码器用于将接收到的所述温度信号进行解析，并将解析后的温度信号传输给电机驱动器。
2.根据权利要求1所述的温度检测系统，其特征在于，所述编码器包括隔离单元和微控制单元，所述隔离单元的输入端连接所述测温元件的输出端，所述隔离单元的输出端连接到所述微控制单元，且所述隔离单元将接收到的所述温度信号进行隔离处理后传输给所述微控制单元；所述微控制单元将经过隔离处理后的温度信号进行解析，并将解析后的温度信号传输给所述电机驱动器。
3.根据权利要求2所述的温度检测系统，其特征在于，所述隔离单元包括隔离电源模块和光耦芯片；所述隔离电源模块的一次侧连接供电电压和参考地，所述隔离电源模块的二次侧连接所述光耦芯片的一次侧的供电端子并为所述光耦芯片供电，且所述隔离电源模块根据一次侧的供电电压和参考地生成二次侧的隔离电压和隔离参考地；所述光耦芯片的一次侧的信号输入端通过所述信号线连接到所述测温元件，且所述光耦芯片的二次侧的信号输出端连接到所述微控制单元。
4.根据权利要求3所述的温度检测系统，其特征在于，所述编码器包括电路板，且所述电路板上包括主电路区和隔离电路区，且所述主电路区和所述隔离电路区之间具有隔离铜带；所述微控制单元、所述隔离电源模块的一次侧和所述光耦芯片的二次侧位于所述主电路区，所述隔离电源模块的二次侧和所述光耦芯片的一次侧位于所述隔离电路区。
5.根据权利要求4所述的温度检测系统，其特征在于，所述编码器还包括位于所述隔离电路区的共模电感，连接所述测温元件的信号线经由所述共模电感连接到所述光耦芯片的一次侧的信号输入端。
6.根据权利要求5所述的温度检测系统，其特征在于，所述编码器还包括位于所述隔离电路区的分压单元，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻和第二电阻串联连接在所述隔离电压和隔离参考地之间，所述第一电阻和第二电阻的连接节点分别连接所述共模电感和所述光耦芯片的一次侧的信号输入端。
7.根据权利要求6所述的温度检测系统，其特征在于，所述编码器还包括位于所述主电路区的运放单元，所述运放单元连接在所述光耦芯片的二次侧的信号输出端和所述微控制单元之间，用于将所述光耦芯片输出的信号放大后传输到所述微控制单元进行解析。
8.根据权利要求7所述的温度检测系统，其特征在于，所述编码器还包括位于所述主电路区的测温元件断电报警单元，所述测温元件断电报警单元根据所述微控制单元接收到的电压信号判断所述测温元件是否断电。
9.根据权利要求6所述的温度检测系统，其特征在于，所述编码器还包括位于所述隔离电路区的滤波单元，所述滤波单元连接在所述分压单元和所述光耦芯片的一次侧的信号输入端之间。
10.根据权利要求1所述的温度检测系统，其特征在于，所述测温元件埋入所述电机的定子中并通过注胶固定，连接所述测温元件的输出端的所述信号线顺着所述电机的动力线的出线槽引出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20200414 Effective date of abandoning: 20240604 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
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| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
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