DE10037968A1 - Elektrischer Antrieb mit Motoridentifizierung und Verfahren zur Motoridentifizierung - Google Patents

Abstract

Durch klare Zuordnung eines Motoridentifizierungsbausteins (3) zu dem Motoraktivteil (1) eines elektrischen Antriebs sind auch solche Motoren ohne angebauter Antriebsregelung (2) bzw. Geberelektronik schon während des Herstellungsprozesses und der Montage eindeutig und unverwechselbar identifizierbar. Die Auswertung des Motoridentifizierungsmittels (3) erfolgt über einen bidirektionalen Kommunikationskanal (10, 11) zwischen Motor (1) und Antriebsregelung (2), wobei auch Motoren alter Bauart mit konventionallem Temperatursensor (16) über den Kommunikationskanal anschließbar sind.

Description

Die Verbindung von Motoren mit Antriebsregelgeräten erfolgt i. a. durch das Verbinden der Leistungsleitungen des Gleich­ strom-, Schritt-, Asynchron- und Synchronmotors über Motorlei­ tungen mit den entsprechenden Klemmen der Endstufe des An­ triebsregelgerätes. Für zusätzliche Informationen zur Motortem­ peraturüberwachung oder auch der Anfangskommutierung, z. B. durch Verwendung von Hallsensoren, werden je nach Anwendungs­ fall entsprechende zusätzliche Leitungen zwischen Motor und An­ triebsregelgerät erforderlich, um die jeweiligen Sensoren mit dem Antriebsregelgerät direkt zu verbinden.

Herkömmlicherweise müssen bei der Inbetriebnahme des Motors an dem Antriebsregelgerät im Rahmen einer Inbetriebnahmeprozedur die erforderlichen Informationen zum Motortyp und den Motorei­ genschaften (Motordaten) eingegeben werden. Dieses ist mit ent­ sprechendem Zeitaufwand verbunden und stellt immer wieder eine Fehlerquelle durch Fehleingabe dar, da der Umfang der Daten teilweise recht groß ist.

Auch wird der Einsatz von Alt- bzw. Fremdmotoren dadurch er­ schwert, dass herkömmliche Antriebsregelgeräte nur für die Aus­ wertung eines bestimmten, vom jeweiligen Hersteller in seinen Motoren eingesetzten Temperatursensors, vorgesehen sind. Auf dem Markt existiert eine Vielzahl von schaltenden und absolut messenden Temperatursensoren für Elektromotoren.

Werden Motoren aus Gründen der Leitstungserhöhung bzw. Träg­ heitsmomentenreduzierung an einem Antriebsregelgerät parallel geschaltet, so ergeben sich ebenfalls Probleme hinsichtlich der Temperaturüberwachung dieser Motoren, da mit der Temperatursen­ sorauswertung des Antriebsregelgerätes i. a. nur ein Temperatursensor ausgewertet werden kann und keine Maximalüberwachung mehrerer Temperatursensoren möglich ist.

Weiterhin ist es in einem solchen Fall hinsichtlich der im An­ triebsregelgerät bei der Inbetriebnahme einzugebenden Maschi­ nenparameter wichtig, nicht nur den Typ des Motors zu kennen, sondern die Maschinenparameter entsprechend der Anzahl der pa­ rallelgeschalteten Motoren umzurechnen.

Bekannte Verfahren zur Motoridentifizierung setzen einen zu­ sätzlichen nichtflüchtigen Speicher in der Geberelektronik des an den Motor angeschraubten bzw. eingebauten Gebers ein. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dieses Verfahren in einer Reihe von Fällen nicht möglich ist, da der Geber nicht immer fester Bestandteil des Motors ist. So ist bei Torque-, Einbau-, Spin­ del- und Linearmotoren der Geber in der Regel nicht im Liefer­ umfang des Motors enthalten und wird von einem anderen Liefe­ ranten entsprechend den konstruktiven Randbedingungen der Ma­ schinenmechanik bezogen.

Auch besteht hierbei die Gefahr, dass durch fehlerhaftes An­ schließen der Motor- und Geberleitungen oder durch Vertauschun­ gen von diesen Leitungen untereinander erheblichen Schäden oder Zeitverluste während der Inbetriebnahme auftreten. Zusätzlich bereitet die Konfigurierung bei Antriebssystemen, bei denen Mo­ tor und Geber nicht unmittelbar mit dem Antriebsregelgerät ver­ bunden sind, sondern über Netzwerk-ähnliche Strukturen an ver­ schiedenen Orten einer Maschine angeschlossen sind, zusätzliche Aufwände und Fehlermöglichkeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Mög­ lichkeit zur Motoridentifizierung zu schaffen, mit der alle Mo­ toren - auch solche ohne Geber oder Antriebsregelung - unabhän­ gig von einer Geberelektronik eindeutig identifizierbar sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch einen elektrischen Antrieb mit einem Motor, einer Antriebsregelung und einem integrierten, autonomen Motoridentifizierungsmittel, insbesondere einem Digitalbaustein in Form eines nichtflüch­ tigen Speichers, gelöst, indem das Motoridentifizierungsmittel im Motor, insbesondere im Primärteil oder Aktivteil des Motors, angeordnet ist.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausprägung des elektrischen An­ triebs nach der vorliegenden Erfindung ist ein Kommunikations­ kanal, insbesondere ein bidirektionaler Kommunikationskanal, zwischen der Antriebsregelung, insbesondere einem Umrichter, und dem Motoridentifizierungsmittel vorgesehen.

Besonders vorteilhaft und effektiv lässt sich die Erfindung re­ alisieren, wenn der bidirektionale Kommunikationskanal in die Motorleitung integriert ist.

Darüber hinaus vorteilhaft ist es, wenn bei der Anschaltung mehrerer Motoren in Form einer Parallelschaltung an einen Um­ richter die Leitungen der Kommunikationskanäle ebenfalls paral­ lel geschaltet werden. Die auf diese Weise über die Kommunika­ tionskanäle zusammengeschalteten Kommunikationsteilnehmer An­ triebsregelung und Motoridentifizierungsmittel im jeweiligen Motor verhalten sich dann beispielsweise wie Teilnehmer in ei­ nem Kommunikationsnetzwerk wie etwa einem 'Local Area Network' LAN.

Indem der bidirektionale Kommunikationskanal als Zweidrahtlei­ tung ausgeprägt wird, lassen sich Kosten und Leitungsaufwand weiter minimieren.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Spannungsversorgung des Motoridentifizierungsmittels im Motor ergibt sich, indem zur Leistungsversorgung jedes Motoridentifizierungsmittels ein Ladungsspeicher in dieses integriert ist, welcher durch einen High-Pegel auf der Zweidrahtleitung aufladbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des elektrischen Antriebs nach der vorliegenden Erfindung ist ein Temperatursen­ sor in das Motoridentifizierungsmittel integriert und dieses innerhalb des Primärteils des Motors an dem zu messenden Ort, insbesondere im Wicklungskopf des Motors, angeordnet. Dadurch wird der Integrationsgrad verbessert und damit werden die Kos­ ten gesenkt.

Besonders vorteilhaft ist der Temperaturistwert des Temperatur­ sensors von der Antriebsregelung über den bidirektionalen Kom­ munikationskanal periodisch abfragbar.

Alternativ weist das Motoridentifizierungsmittel eine vorgege­ bene Temperaturschwelle auf, bei deren Überschreitung über den bidirektionalen Kommunikationskanal eine Alarmmeldung an die Antriebsregelung absetzbar ist.

Weiterhin soll mit der Erfindung erreicht werden, dass neben Motoren dieser neueren Bauart mit einem Motoridentifizierungs­ mittel mit integriertem Temperatursensor auch solche ältere Mo­ toren konventioneller Bauart mit konventionellem analogen Tem­ peratursensor (z. B. NTC - negativer Temperaturkoeffizient, PTC - positiver Temperaturkoeffizient - oder Schalter) identifi­ ziert werden können.

Dies wird erreicht, indem ein Kommunikationskanaltreiber auf der Antriebsregelungsseite auch einen Analog-Digital-Wandler umfasst, über den ein externer, insbesondere konventioneller Temperatursensor auswertbar ist.

Besonders vorteilhaft lässt sich über den genannten Analog- Digital-Wandler neben dem Motortyp auch der Typ eines ange­ schlossenen externen Temperatursensors über den bidirektionalen Kommunikationskanal identifizieren, indem die Antriebsregelung einen analogen Eingang umfasst, welcher einen Pull-Up-Wider­ stand aufweist, der über den bidirektionalen Kommunikationska­ nal so mit dem Motoridentifizierungsmittel verbunden ist, dass der Pull-Up-Widerstand mit dem Motoridentifizierungsmittel ei­ nen Spannungsteiler bildet. Dabei lässt sich der Analog-Digi­ tal-Wandler in Verbindung mit einem digitalen Kommunikationska­ naltreiber auf der Antriebsregelungsseite so betreiben, dass beim Anschluss eines konventionellen Temperatursensors an die Klemmen des Kommunikationskanals ein sich über den Pull-Up- Widerstand und dem in Reihe geschalteten konventionellen Tempe­ raturfühler einstellender Spannungsabfall gemessen wird.

Für den Fall, dass kein Motoridentifizierungsmittel mit digita­ ler Kommunikation erkannt werden kann, erfolgt dann vorteil­ hafterweise eine Umschaltung auf Betrieb mit konventionellem Temperatursensor durch eine Direktmessung über den aus Pull-Up- Widerstand und konventionellen Temperatursensor gebildeten Spannungsteiler.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfin­ dung ermöglicht über die vorangehend beschriebenen erfindungs­ gemäßen Einrichtungen zusätzlich eine Auswertung von Kommutie­ rungsinformationen, indem das Motoridentifizierungsmittel min­ destens einen digitalen Eingang zur Abfrage von Kommutierung­ sinformationen aufweist, insbesondere zur Abfrage der Rotorlage durch Auswertung von im Motor angeordneten Hallsensoren oder dergleichen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegen­ den Erfindung werden des weiteren die Möglichkeiten einer Repa­ ratur und des Services verbessert, indem das Motoridentifizie­ rungsmittel einen schreibbaren Speicherbereich zur Aufnahme ei­ ner Betriebskonfiguration und/oder von Fehlerinformationen um­ fasst.

Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Motor­ identifizierungsmittels bei der Fertigung eines entsprechenden elektrischen Antriebs zur Identifikation und/oder als Datenträ­ ger von dem Motor zugeordneter Prüfinformation oder Loseinfor­ mation einsetzen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfin­ dung ermöglicht über die vorangehend beschriebenen erfindungs­ gemäßen Einrichtungen zusätzlich die Identifizierung der Kompo­ nenten eines Mechatroniksystems mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb, indem in einem Master-Slave-Betrieb an den von der Antriebsregelung als Master ausgehenden bidirektio­ nalen Kommunikationskanal weitere Sensoren und/oder Aktoren, insbesondere von Mechatronikkomponenten des Motors oder eines mechatronischen Teilsystems, als Slaves anschließbar sind.

Weiter kann die eingangs beschriebene Aufgabe gemäß der vorlie­ genden Erfindung auch für den Fall mehrerer an eine Antriebsre­ gelung parallel geschalteter Motoren durch folgendes erfin­ dungsgemäße Verfahren gelöst werden, indem die Antriebsregelung beim Betriebsstart, insbesondere beim Hochlauf eines Umrich­ ters, mit den einzelnen Motoridentifizierungsmitteln der ein­ zelnen Motoren über den bidirektionalen Kommunikationsbus kom­ muniziert, wobei

• - jeder Motor anhand seines Motoridentifizierungsmittels identifiziert wird und/oder
• - die verschaltete Konfiguration erkannt wird und/oder
• - eine Prüfung auf Zulässigkeit der Parallelschaltung der Motoren erfolgt.

Dadurch, dass in jedem Motoraktivteil, jedoch nicht im Geber oder der Antriebsregelung, beispielsweise ein digitaler Bau­ stein mit Eigenintelligenz platziert wird, der je nach Funkti­ onsausprägung über mehrere Funktionen (Speicher, A/D-Wandler, Temperaturmessung, Ein-/Ausgänge) verfügt, um alle sekundären Zustände und Eigenschaften des Motoraktivteils erfassen und aufbereiten zu können, wird eine eindeutige Motoridentifikation ermöglicht. Dadurch, dass die Kommunikationskanäle bzw. -lei­ tungen der Motoridentifizierung in derselben Weise wie die Mo­ torleitungen (Phasenleitungen) verschaltet bzw. mit der An­ triebsregelung oder dem Umrichter verbunden werden, ist eine eindeutige und unverwechselbare automatische Identifizierung der einzelnen räumlich verteilten Komponenten (z. B. Umrichter, Motor, Geber) eines Antriebssystems möglich. Die Anbindung an das Antriebsregelgerät hinsichtlich der Kommunikation und Leis­ tungsversorgung kann z. B. nach dem Prinzip des als "1-Wire-Bus" ® bezeichnete "MicroLan" (LAN steht dabei für Local Area Net­ work) erfolgen.

Weitere Vorteile und Details bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungsbeispie­ le und in Verbindung mit den Figuren. Dabei sind Elemente mit gleicher Funktionalität mit gleichen Bezugszeichen gekennzeich­ net. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Blockschaltbild mit dem Grundprinzip einer Motoridenti­ fizierung nach der Erfindung,

Fig. 2 Prinzipskizze einer Motoridentifikation bei parallelem Anschluss mehrerer Motoren an eine Antriebsregelung

Fig. 3 Blockschaltbild eines Motoraktivteils mit Motoridenti­ fizierung und zusätzlicher Erfassung eines oder mehre­ rer Temperaturwerte an unterschiedlichen Stellen des Motors mit Hilfe von von der Elektronik lokal abgesetz­ ten Sensoren,

Fig. 4 Blockschaltbild eines Motoraktivteils mit zusätzlicher Auswertung der Rotorlage als Kommutierungsinformation,

Fig. 5 Prinzip der Temperaturmessung bei Motoren mit konven­ tionellem Temperatursensor und

Fig. 6 Prinzipskizze zur Vernetzung einer Antriebsregelung und einer einen elektrischen Motor einschließenden Mecha­ tronikeinheit am Beispiel einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist ein elektrischer Antrieb mit Motoridentifikation und zusätzlicher Erfassung der Motortempe­ ratur durch einen in die Elektronik integrierten Temperatursen­ sor nach der Erfindung gezeigt, wobei in der Prinzipskizze mög­ lichst viele der im vorangehenden beschriebenen Merkmale be­ rücksichtigt sind.

Dabei umfasst ein Motorprimärteil oder -Aktivteil 1 neben den Motorwicklungen ein Motoridentifikationsmittel 3, welches in­ nerhalb des Motors 1 angeordnet ist. Bevorzugterweise umfasst das Motoridentifizierungsmittel 3 auch einen Temperatursensor, weshalb das Element 3 innerhalb des Motors 1 derart angeordnet werden sollte, dass das Motoridentifizierungsmittel 3 an der zu messenden Stelle angeordnet wird.

Weiter ist eine Antriebsregelung 2 gezeigt, etwa einen Umrich­ ter u. a. mit einem Mikroprozessor 4 sowie entsprechenden von diesem angesteuerten Steuerventilen, etwa Thyristoren oder Transistoren, zur Ansteuerung der Motorleitungen 6 bis 8. Wei­ ter ist eine gemeinsame Masseleitung 9 vorgesehen.

Das Motoridentifizierungsmittel 3 ist über einen bidirektiona­ len Kommunikationskanal in Form einer Zweidrahtleitung 10, 11 mit dem Mikroprozessor 4 der Antriebssteuerung 2 verbunden. Der Mikroprozessor 4 weist neben einem digitalen Ausgang 14 auch einen digitalen 13b und einen analogen Eingang 13a auf. Während der digitale Ausgang 14 über einen Treibertransistor mit der Leitung 11 verbunden ist, sind analoger 13a und digitaler Ein­ gang 13b direkt mit der anderen Leitung 10 verbunden. Aus im folgenden näher erläuterten Gründen sind analoger 13b und digi­ taler Eingang 13a noch über einen Pull-Up-Widerstand 12 mit der Versorgungsspannung verbunden.

Bevorzugterweise sind die Motorleitungen 6 bis 8 und der Kommu­ nikationskanal 10, 11 in einem gemeinsamen Kabel 5, insbesondere einem geschirmten oder separat geschirmten Kabel, integriert.

Wie in der Prinzipskizze nach Fig. 2 gezeigt, können über dieses Kabel 5, welches einen Kommunikationsbus darstellt, ein oder mehrere Motoren 1a, 1b, 1c mit jeweiligem Motoridentifizie­ rungsmittel parallel geschaltet werden und bidirektional mit dem Antriebsregelgerät 2 kommunizieren.

Werden auf diese Weise mehrere Motoren 1a, 1b, 1c an einer An­ triebsregelung 2 bzw. einem Umrichter parallel geschaltet, dann werden die Leitungen des Kommunikationskanals 10, 11 zur Motor­ identifizierung wie auch die Motorphasenleitungen 6, 7, 8 pa­ rallel geschaltet. Auf dem so gebildeten Motor-Identifizie­ rungsbus existieren dann mehrere Teilnehmer, welche beim Hoch­ lauf des Umrichters von diesem automatisch erkannt und identi­ fiziert werden. Entsprechend kann die verschaltete Konfigurati­ on erkannt werden. Aufbauend hierauf kann darüber hinaus eine Prüfung erfolgen, ob die Parallelschaltung zulässig ist (z. B. ob alle Motoren gleiche Wicklungsdaten haben etc.).

Ein High-Pegel auf dem Kommunikationskanal 10, 11 dient gleich­ zeitig mit einem in die Motoridentifizierungsmittel 3 integ­ rierten Ladungsspeicher zur Spannungsversorgung aller Bausteine an dem Bus. Alternativ kann aber auch eine weitere drittel Lei­ tung zur getrennten Spannungsversorgung des Motoridentifizie­ rungsmittels dienen.

Über die Integration verschiedener Funktionen in den jeweiligen Motoridentifizierungsbaustein 3 bestehen die folgenden Möglich­ keiten:

• - Hinzufügung eines Speicherbausteins zur Motor-Typidentifi­ zierung und Parameterabfrage. Beim Hochfahren des Umrich­ ters wird durch Abfrage der Motoridentifizierungsbausteine 3 am Kommunikationskanal 10, 11 Typ und Parameter des/der Motors/Motoren 1, 1a, 1b, 1c abgefragt.
• - Integration eines Temperatursensors in das Motoridentifi­ zierungsmittel 3 und Einbau des Motoridentifizierungsbau­ steins in den Wicklungskopf des Motors 1 bzw. an den zu messenden Ort. Die aktuelle Motortemperatur kann von der Antriebsregelung 2 periodisch abgefragt werden bzw. der Mo­ toridentifizierungsbaustein 3 setzt eine Alarmmeldung bei Überschreitung einer definierten Temperaturschwelle selb­ ständig ab.
• - Hinzufügung eines Analog-Digital-Wandlers in den Motoriden­ tifizierungsbaustein 3 zur Erfassung der Sensorwerte von an den Motoridentifizierungsbaustein anzuschließenden Senso­ ren, insbesondere durch einen oder mehrere externe Tempera­ tursensoren (z. B. im Wicklungskopf, Lager etc.). Der Motor­ identifizierungsbaustein 3 kann hierbei von der Motorwick­ lung entfernt platziert werden. Die Temperaturmessung ist an mehreren Punkten (z. B. einzelne Motorphasen, Vorlauftem­ peratur Kühlmedium) möglich.

Diesbezüglich sind in der Darstellung nach Fig. 3 in Abweichung zu dem in Fig. 1 dargestellten Motor 1 zwei Ausführungsformen eines Motors 1 mit jeweils externem Temperatursensor 15 bis 18 gezeigt. In der linken Darstellung erfolgt eine Temperaturmes­ sung mit externem Temperatursensor 15 beispielsweise im Vorlauf der Kühltemperatur, während in der Ausführungsform der rechten Darstellung weitere Temperatursensoren 16, 17, 18 den drei Pha­ sen der Motorwicklungen zugeordnet sind. In letzterem Fall um­ fasst der Motoridentifizierungsbaustein 19 dann weitere An­ schlüsse und eine Auswertungslogik für die Temperatursensoren 15 bis 18.

Digitale Eingänge (eventuell auch geeignete analoge Eingänge) zur Abfrage der Rotorlage (Kommutierungsinformation). Beim Hochfahren des Umrichters 2 kann die entsprechende Kommutie­ rungsinformation beispielsweise über in die Wicklung des Motors integrierte Hallsensoren (z. B. bei Torquemotoren) abgefragt werden. Eine solche mögliche vorteilhafte Ausführungsform ist in dem in Fig. 4 gezeigten Motor 1 mit Motoridentifizierungsbau­ stein 19 zum Anschluss eines Temperatursensors 16 und drei Hallsensoren 20 bis 22 dargestellt.

Die Schnittstelle zum Kommunikationskanal in Form eines Identi­ fizierungsbusses ist auf der Seite des Antriebsregelgerätes 2 dergestalt ausgeführt, dass nicht nur über die digitalen Ein- und Ausgänge 13a, 13b, 14 zum Mikroprozessor 4 bzw. -controller des Antriebsregelgerätes 2 die Möglichkeit der bidirektionalen digitalen Kommunikation (z. B. entsprechend der Spezifikation des "1-Wire-Bus" - J-1850 Data Communication Network, ISO K Line Serial Link Interface) besteht, sondern zusätzlich noch mit Hilfe eines analogen Einganges in Verbindung mit dem Pull- Up-Widerstand 12 die Messung des Widerstandes eines an die Klemmen angeschlossenen externen Temperatursensors oder Tempe­ raturschalters 15 bis 18 möglich ist. An die Klemmen des Iden­ tifizierungsbusses 5 des Antriebsregelgerätes können deshalb sowohl Motoren nach der Erfindung mit Motoridentifizierungsbau­ stein 3, als auch "ältere" Motoren mit konventionellen analogen bzw. schaltenden Temperatursensoren angeschlossen werden.

Eine solche Anschaltung und Widerstandsmessung eines externen Temperatursensors 16 ist in der Prinzipskizze nach Fig. 5 ge­ zeigt, welche auf dem Blockschaltbild der Fig. 1 aufbaut. Motor 1 und Antriebsregelung 2 sind - neben den nicht gezeigten Mo­ torleitungen - über den Kommunikationskanal 10, 11 verbunden, wobei an letzteren der im Motor 1 angeordnete externe Tempera­ tursensor 16 angeschlossen ist. Die Kommunikationskanalleitung 10 ist mit dem analogen Eingang 13b der Antriebsregelung 2 und über den Pull-Up-Widerstand 12 mit der Versorgungsspannung ver­ bunden, so dass der Pull-Up-Widerstand 12 und der externe Tem­ peratursensor 16 einen Spannungsteiler bilden.

Dadurch, dass der Schnittstellentreiber auf der Antriebsrege­ lungsseite um eine zusätzliche analoge Eingangsschnittstelle erweitert wird, wird das Messen des Spannungspotentials auf dem heißen Draht des Kommunikationskanal-Busses ermöglicht. Werden an die Antriebsregelung keine Motoren mit Motoridentifizie­ rungschip 3 eingesetzt, dann bildet der Pull-Up-Widerstand 12 des Treibers mit dem dann an den Kommunikationskanal 10, 11 an­ geschlossenen Temperatursensor bzw. Temperaturabschaltelement 16 einen Spannungsteiler, welcher über den Analogeingang ausge­ wertet werden kann. Neben der Auswertung "alter" Motoren, z. B. mit KTY 84 Temperatursensor, ist auf diese Art die Auswertung beliebiger Temperatursensoren von NTC über PTC bis zum Tempera­ turschalter möglich. Beim Hochfahren der Antriebsregelung 2 versucht dieser über den Kommunikationskanal 10, 11 mit dem Mo­ toridentifizierungsbaustein 3 zu kommunizieren.

Schlägt dieses fehl, so kann über ein Maschinendatum der Typ des konventionellen Temperatursensors eingegeben werden. Eine hiermit in Verbindung stehende Kennlinie ermöglicht die korrek­ te Temperaturauswertung bzw. Temperaturüberwachung.

Aus den im vorangehenden geschilderten erfindungsgemäßen Maß­ nahmen und Schaltungselementen zur Motoridentifizierung ergeben sich u. a. folgende Vorteile gegenüber dem bekannten Stand der Technik:

• - Durch klare Zuordnung des Motoridentifizierungsbausteins 3 zu dem Motoraktivteil 1 (Primärteil bzw. Stator) sind auch alle Motoren, die einzeln ohne Geber- bzw. Umrichter- Elektronik bezogen werden (z. B. Spindeln, Einbaumotoren, Linearmotoren, Torquemotoren) identifizierbar.
• - Durch klare Zuordnung des Motoridentifizierungsbausteins 3 zu dem Motoraktivteil 1 ist der Motoraktivteil 1 bereits während des Herstellungsprozesses und der Montage eindeutig und unverwechselbar identifizierbar.
• - Die Voraussetzung für eine vollautomatische Topologie­ identifikation bei in den Motor 1 integriertem Geber ist erfüllt. Werden nämlich mit einem Antriebsregelgerät 2 meh­ rere Motoren 1a, 1b, 1c betrieben oder verfügt die Maschine über mehrere Motoren bzw. sind im Rahmen von dezentralen Antriebskonzepten die Geber- und Leistungsanschlüsse der Antriebe an räumlich verschiedenen Stellen lokalisiert, so besteht grundsätzlich die Gefahr der Vertauschung von Ge­ ber- und Motoranschlüssen 6 bis 8 untereinander bzw. muss auf jeden Fall bei der Inbetriebnahme die Zuordnung der Ge­ ber zu den Motoren von Hand vorgenommen werden (Topologie­ information). Verfügt der Motor nun über ein eigenes, vom Geber unabhängiges Identifizierungssystem so kann diese Zu­ ordnung (Konfiguration) vollautomatisch erfolgen.

Hierzu muss lediglich während der Produktion (etwa dem Geber­ einbau- oder Testlauf) einer der Komponenten (Geber oder Motor) die Identität der jeweils anderen Komponente bekannt gemacht werden. Die Zuordnung kann dann nach der Identifizierung der Einzelkomponenten an den jeweiligen Anschlüssen/Leitungen durch die Antriebsregelung 2 vollautomatisch erfolgen. Fehlermöglich­ keiten, insbesondere hinsichtlich der Verkabelung, werden hier­ durch ausgeschlossen und der Inbetriebnahmeaufwand auf ein Mi­ nimum reduziert.

Enthält der Motoridentifizierungsbaustein zusätzlich einen schreibbaren Speicherbereich, so kann dort das letzte Fehler­ bild des Antriebssystems abgelegt werden (z. B. nach dem Prinzip eines Fehlerstacks) und somit bei Rücksendung und Reparatur des Motors die Fehlerhistorie sowie die Betriebskonfiguration zur Fehlerfindung bzw. Weiterverwendungsentscheidung herangezogen werden.

Über die vorangehend beschriebene Multifunktionalität des Mo­ toridentifizierungsbausteins 3 können alle relevanten Zustände des Motors 1 über den einen Kommunikationskanal 10, 11 vom Mo­ toridentifizierungsbaustein 3 zum Antriebsregelgerät 2 übertra­ gen werden (z. B. mehrere Temperaturen, Hallsensorinformation).

Bei Verwendung des "1-Wire-Bus" Prinzips wird der Verdrahtungs­ aufwand für die Anbindung des/der Motoridentifizierungsbau­ steins/e auf eine Zweidrahtleitung 10, 11 reduziert. Diese kann in die bestehende Motorleitung 6 bis 8 integriert werden, wo­ durch gegenüber der bisherigen Motoranschaltung mit konventio­ nellem Temperatursensor kein höherer Aufwand entsteht.

Weitere Vorteile des Motoridentifizierungsbausteins ergeben sich durch die Möglichkeit zur Nutzung der Motoridentifizierung bereits in den einzelnen Fertigungs-, Prüfschritten (z. B. bei der Geberjustage) zur eindeutigen Identifikation (z. B. Ersatz von Barcodes) und als Datenträger von dem Motor 1 zugeordneter Prüf- und Losinformation. Die Ankopplung des Motoridentifizierungsbausteins 3 kann hierbei auf einfache Weise über für den 1-Wire-Bus handelsübliche Schnittstellenbausteine auf eine Standard-USART-Schnittstelle erfolgen.

Da an einen Kommunikationskanal 5 mehrere Busteilnehmer (Slaves) anschließbar sind (vgl. Darstellung nach Fig. 2 und zu­ gehörige Ausführungen), besteht das Potential, den von der An­ triebsregelung 2 ausgehenden Kommunikationskanal 5 als Kommuni­ kations-Gateway zu beispielsweise zusätzlichen Mechatronikkom­ ponenten eines Mechatroniksystems bzw. Teilsystems (z. B. Haupt­ spindelsystem) zu sehen, dessen Busteilnehmer nicht nur Motor­ komponenten sind, sondern auch weitere Sensoren und Aktoren, die für den optimalen Betrieb der Mechatronikkomponente erfor­ derlich sind. Neben der Pollage durch in der Motorwicklung in­ tegrierte Hall-Sensoren kommen beispielsweise die Kühlmittel­ vorlauftemperatur, verschiedene Temperaturmessstellen in jeder Phase der Wicklung oder die Motorlagertemperatur in Betracht.

Eine solche mögliche Anordnung ist in der Darstellung nach Fig. 6 gezeigt. Während die Antriebsregelungsseite 2 dem Block­ schaltbild nach Fig. 1 entspricht, ist am Kommunikationskanal 5 auf der Seite des Motors 1 oder der Motoren (hier den Aktivtei­ len einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine) neben dem jewei­ ligen Motoridentifizierungsmittel eine Mehrzahl von weiteren Sensoren und Aktoren vorgesehen. Im gezeigten Beispiel sind dies zwei Lager mit zugehörigen Körperschallsensoren 23, 24 so­ wie ein Temperatursensor 26 zur Überwachung des Kühlwasservor­ laufs 27 und ein Unwuchtsensor 25 (z. B. zur Überwachung der Werkzeugspannung).

Auf diese Weise können erhebliche Verkabelungsaufwände der ein­ zelnen Sensoren und Aktoren zu einem zentralen Auswertegerät gespart werden und die Rechenkapazität der Steuerung in der Werkzeug- und Produktionsmaschine weiter nutzbar gemacht wer­ den, da diese sich dann zunehmend als Plattform für die gene­ relle Kommunikation und Automatisierung etablieren kann.

Claims (18)

1. Elektrischer Antrieb mit einem Motor (1), einer Antriebsre­ gelung (2) und einem integrierten, autonomen Motoridentifizie­ rungsmittel (3), insbesondere einem Digitalbaustein in Form ei­ nes nichtflüchtigen Speichers, dadurch gekennzeichnet, dass das Motoridentifizierungsmittel (3) im Motor (1), insbesondere im Primärteil oder Aktivteil des Motors, angeordnet ist.

2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bidirektionaler Kommunikationskanal (10, 11) zwischen der Antriebsregelung (2), insbesondere einem Umrichter, und dem Mo­ toridentifizierungsmittel (3) vorgesehen ist.

3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bidirektionale Kommunikationskanal (10, 11) in die Motor­ leitung (6, 7, 8) integriert (5) ist.

4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen jedes Kommunikationskanals (10, 11) bei der Pa­ rallelschaltung mehrer Motoren (1a, 1b, 1c) an eine Antriebsre­ gelung (2) zur Anschaltung der jeweiligen Motoridentifizie­ rungsmittel (3) an der Antriebsregelung (2) oder an anderer Stelle ebenfalls parallel geschaltet sind.

5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der bidirektionaler Kommunikationskanal als Zweidrahtleitung (10, 11) ausgeprägt ist.

6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsversorgung jedes Motoridentifizierungsmittels (3) ein Ladungsspeicher in dieses integriert ist, welcher durch ei­ nen High-Pegel auf der Zweidrahtleitung (10, 11) aufladbar ist.

7. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor in das Motoridentifizierungsmittel (3) in­ tegriert ist und dieses innerhalb des Primärteils des Motors (1) an dem zu messenden Ort, insbesondere im Wicklungskopf des Motors, angeordnet ist.

8. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturistwert des Temperatursensors von der Antriebsre­ gelung (2) über den bidirektionalen Kommunikationskanal (10, 11) periodisch abfragbar ist.

9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Motoridentifizierungsmittel (3) eine vorgegebene Tempera­ turschwelle aufweist, bei deren Überschreitung über den bidi­ rektionalen Kommunikationskanal (10, 11) eine Alarmmeldung an die Antriebsregelung (2) absetzbar ist.

10. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kommunikationskanaltreiber auf der Antriebsregelungsseite auch einen Analog-Digital-Wandler umfasst, über den ein exter­ ner, insbesondere konventioneller Temperatursensor (15 bis 18) auswertbar ist.

11. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsregelung (2) einen analogen Eingang (13b) umfasst, welcher einen Pull-Up-Widerstand (12) aufweist, der über den bidirektionalen Kommunikationskanal (10, 11) so mit dem Motor­ identifizierungsmittel (3) verbunden ist, dass der Pull-Up- Widerstand (12) mit dem Motoridentifizierungsmittel (3) einen Spannungsteiler bildet.

12. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Motoridentifizierungsmittel (3) mindestens einen digitalen Eingang (13a) zur Abfrage von Kommutierungsinformationen auf­ weist, insbesondere zur Abfrage der Rotorlage durch Auswertung von im Motor angeordneten Hallsensoren (20 bis 22) oder der­ gleichen.

13. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Motoridentifizierungsmittel (3) einen schreibbaren Spei­ cherbereich zur Aufnahme einer Betriebskonfiguration und/oder von Fehlerinformationen umfasst.

14. Verwendung eines Motoridentifizierungsmittels nach einem der vorangehenden Ansprüche bei der Fertigung eines entspre­ chenden elektrischen Antriebs zur Identifikation und/oder als Datenträger von dem Motor (1) zugeordneter Prüfinformation oder Loseinformation.

15. Mechatroniksystem mit einem elektrischen Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Master-Slave-Betrieb an den von der Antriebsregelung (2) als Master ausgehenden bidirektionalen Kommunikationskanal (10, 11) weitere Sensoren und/oder Aktoren (23 bis 27), insbe­ sondere von Mechatronikkomponenten des Motors, als Slaves an­ schließbar sind.

16. Verfahren zur Motoridentifizierung mit mehreren an eine An­ triebsregelung (2) parallel geschalteten Motoren (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Motorphasenleitungen (6, 7, 8) und der bidirektionale Kommunikationskanal (10, 11) parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsregelung (2) beim Betriebsstart, insbesondere beim Hochlauf eines Umrichters, mit den einzelnen Motoridentifizie­ rungsmitteln (3) der einzelnen Motoren (1a, 1b, 1c) über den bidirektionalen Kommunikationsbus (10, 11)kommuniziert, wobei
jeder Motor (1a, 1b, 1c) anhand seines Motoridentifizie­ rungsmittels (3) identifiziert wird und/oder
die verschaltete Konfiguration erkannt wird und/oder
eine Prüfung auf Zulässigkeit der Parallelschaltung der Mo­ toren (1a, 1b, 1c) erfolgt.

17. Verfahren zur Motoridentifizierung mit einem elektrischen Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass kein Motoridentifizierungsmittel (3) mit in­ tegriertem Temperatursensor erkannt werden kann, eine Umschal­ tung auf Betrieb mit konventionellem Temperatursensor (16) er­ folgt, indem eine Direktmessung über den aus Pull-Up-Widerstand (12) und externem Temperatursensor (16) gebildeten Spannungs­ teiler erfolgt.

18. Primärteil oder Aktivteil eines Elektromotors (1) mit einem darin integrierten, autonomen Motoridentifizierungsmittel (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, insbesondere einem Digitalbaustein in Form eines nichtflüchtigen Speichers.