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Die
Verbindung von Motoren mit Antriebsregelgeräten erfolgt i.a. durch das
Verbinden der Leistungsleitungen des Gleichstrom-, Schritt-, Asynchron-
und Synchronmotors über
Motorleitungen mit den entsprechenden Klemmen der Endstufe des Antriebsregelgerätes. Für zusätzliche
Informationen zur Motortemperaturüberwachung oder auch der Anfangskommutierung,
z.B. durch Verwendung von Hallsensoren, werden je nach Anwendungsfall
entsprechende zusätzliche
Leitungen zwischen Motor und Antriebsregelgerät erforderlich, um die jeweiligen
Sensoren mit dem Antriebsregelgerät direkt zu verbinden.
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Herkömmlicherweise
müssen
bei der Inbetriebnahme des Motors an dem Antriebsregelgerät im Rahmen
einer Inbetriebnahmeprozedur die erforderlichen Informationen zum
Motortyp und den Motoreigenschaften (Motordaten) eingegeben werden.
Dieses ist mit entsprechendem Zeitaufwand verbunden und stellt immer
wieder eine Fehlerquelle durch Fehleingabe dar, da der Umfang der
Daten teilweise recht groß ist.
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Auch
wird der Einsatz von Alt- bzw. Fremdmotoren dadurch erschwert, dass
herkömmliche
Antriebsregelgeräte
nur für
die Auswertung 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.
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Werden
Motoren aus Gründen
der Leistungserhöhung
bzw. Trägheitsmomentenreduzierung an
einem Antriebsregelgerät
parallel geschaltet, so ergeben sich ebenfalls Probleme hinsichtlich
der Temperaturüberwachung
dieser Motoren, da mit der Temperatursensorauswertung des Antriebsregelgerätes i.a.
nur ein Temperatur sensor ausgewertet werden kann und keine Maximalüberwachung
mehrerer Temperatursensoren möglich
ist.
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Weiterhin
ist es in einem solchen Fall hinsichtlich der im Antriebsregelgerät bei der
Inbetriebnahme einzugebenden Maschinenparameter wichtig, nicht nur
den Typ des Motors zu kennen, sondern die Maschinenparameter entsprechend
der Anzahl der parallelgeschalteten Motoren umzurechnen.
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Bekannte
Verfahren zur Motoridentifizierung setzen einen zusätzlichen
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-, Spindel- und Linearmotoren der Geber in der
Regel nicht im Lieferumfang des Motors enthalten und wird von einem
anderen Lieferanten entsprechend den konstruktiven Randbedingungen der
Maschinenmechanik bezogen.
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Auch
besteht hierbei die Gefahr, dass durch fehlerhaftes Anschließen der
Motor- und Geberleitungen oder durch Vertauschungen von diesen Leitungen
untereinander erheblichen Schäden
oder Zeitverluste während
der Inbetriebnahme auftreten. Zusätzlich bereitet die Konfigurierung
bei Antriebssystemen, bei denen Motor und Geber nicht unmittelbar
mit dem Antriebsregelgerät
verbunden sind, sondern über
Netzwerk-ähnliche
Strukturen an verschiedenen Orten einer Maschine angeschlossen sind,
zusätzliche
Aufwände
und Fehlermöglichkeiten.
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Aus
der
DE 198 31 931
A1 ist ein elektrischer Antrieb bekannt, der einen Motor,
eine Antriebsregelung und ein Motoridentifizierungsmittel aufweist.
Als Motoridentifizierungsmittel ist ein nichtflüchtiger Speicher vorgesehen,
in dem motorspezifische Daten abgelegt sind. Dieser nichtflüchtige Speicher
ist im Gehäuse
des Motors, insbesondere eines Servomotors, angeordnet. Die motorspezifischen
Daten sind über
einen Datenausgang des Gehäuses
des Motors und einer Datenleitung, die den Motor mit der Antriebsregelung
verbindet, auslesbar. Somit stellt dieser bekannte elektrische Antrieb
einen gattungsgemäßen Antrieb
dar.
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Auch
aus der
DE 197 30
492 A1 und der WO 00/05806 A1 ist jeweils ein Antrieb bekannt,
der jeweils eine integrierte Speichereinheit, insbesondere einen
nichtflüchtigen
Speicher, aufweist. Diese Speichereinheit ist jeweils im Motor des
jeweiligen Antriebs angeordnet. Außerdem weisen diese Speichereinheiten
jeweils einen Datenausgang auf, der mittels einer Datenleitung mit
einer jeweiligen Antriebsregelung der Antriebe verbunden ist. In
diesen Speichereinheiten sind jeweils motor- und fertigungsspezifische
Daten abgelegt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Möglichkeit zur Motoridentifizierung
derart zu verbessern, dass der Integrationsgrad verbessert wird,
wodurch die Kosten gesenkt werden können.
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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 nichtflüchtigen
Speichers, wobei das Motoridentifizierungsmittel im Motor, insbesondere
im Primärteil
oder Aktivteil des Motors, angeordnet ist, gelöst, indem ein Temperatursensor
in das Motoridentifizierungsmittel integriert und dieses innerhalb
des Primärteils
des Motors an dem zu messenden Ort, insbesondere im Wicklungskopf
des Motors, angeordnet ist. Dadurch wird der Integrationsgrad verbessert
und damit werden die Kosten gesenkt.
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Nach
einer ersten vorteilhaften Ausprägung des
elektrischen Antriebs nach der vorliegenden Erfindung ist ein Kommunikationskanal,
insbesondere ein bidirektionaler Kommunikationskanal, zwischen der
Antriebsregelung, insbesondere einem Umrichter, und dem Motoridentifizierungsmittel
vorgesehen.
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Besonders
vorteilhaft und effektiv lässt
sich die Erfindung realisieren, wenn der bidirektionale Kommunikationskanal
in die Motorleitung integriert ist.
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Darüber hinaus
vorteilhaft ist es, wenn bei der Anschaltung mehrerer Motoren in
Form einer Parallelschaltung an einen Umrichter die Leitungen der Kommunikationskanäle ebenfalls
parallel geschaltet werden. Die auf diese Weise über die Kommunikationskanäle zusammengeschalteten
Kommunikationsteilnehmer Antriebsregelung und Motoridentifizierungsmittel
im jeweiligen Motor verhalten sich dann beispielsweise wie Teilnehmer
in einem Kommunikationsnetzwerk wie etwa einem ,Local Area Network' LAN.
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Indem
der bidirektionale Kommunikationskanal als Zweidrahtleitung ausgeprägt wird,
lassen sich Kosten und Leitungsaufwand weiter minimieren.
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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.
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Besonders
vorteilhaft ist der Temperaturistwert des Temperatursensors von
der Antriebsregelung über
den bidirektionalen Kommunikationskanal periodisch abfragbar.
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Alternativ
weist das Motoridentifizierungsmittel eine vorgegebene Temperaturschwelle
auf, bei deren Überschreitung über den
bidirektionalen Kommunikationskanal eine Alarmmeldung an die Antriebsregelung
absetzbar ist.
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Weiterhin
soll mit der Erfindung erreicht werden, dass neben Motoren dieser
neueren Bauart mit einem Motoridentifizierungsmittel mit integriertem Temperatursensor
auch solche ältere
Motoren konventioneller Bauart mit konventionellem analogen Temperatursensor
(z.B. NTC – negativer
Temperaturkoeffizient, PTC – positiver
Temperaturkoeffizient – oder
Schalter) identifiziert werden können.
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Dies
wird erreicht, indem ein Kommunikationskanaltreiber auf der Antriebsregelungsseite
auch einen Analog-Digital-Wandler umfasst, über den ein externer, insbesondere
konventioneller Temperatursensor auswertbar ist.
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Besonders
vorteilhaft lässt
sich über
den genannten Analog-Digital-Wandler
neben dem Motortyp auch der Typ eines angeschlossenen externen Temperatursensors über den
bidirektionalen Kommunikationskanal identifizieren, indem die Antriebsregelung
einen analogen Eingang umfasst, welcher einen Pull-Up-Widerstand
aufweist, der über
den bidirektionalen Kommunikationskanal so mit dem Motoridentifizierungsmittel
verbunden ist, dass der Pull-Up-Widerstand mit dem Motoridentifizierungsmittel
einen Spannungsteiler bildet. Dabei lässt sich der Analog-Digital-Wandler
in Verbindung mit einem digitalen Kommunikationskanaltreiber 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 Temperaturfühler einstellender
Spannungsabfall gemessen wird.
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Für den Fall,
dass kein Motoridentifizierungsmittel mit digitaler Kommunikation
erkannt werden kann, erfolgt dann vorteilhafterweise eine Umschaltung
auf Betrieb mit konventionellem Temperatursensor durch eine Direktmessung über den
aus Pull-Up-Widerstand
und konventionellen Temperatursensor gebildeten Spannungsteiler.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ermöglicht über die
vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtungen zusätzlich eine
Auswertung von Kommutierungsinformationen, indem das Motoridentifizierungsmittel mindestens
einen digitalen Eingang zur Abfrage von Kommutierungsinformationen
aufweist, insbesondere zur Abfrage der Rotorlage durch Auswertung
von im Motor angeordneten Hallsensoren oder dergleichen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
werden des weiteren die Möglichkeiten
einer Reparatur und des Services verbessert, indem das Motoridentifizierungsmittel
einen schreibbaren Speicherbereich zur Aufnahme einer Betriebskonfiguration
und/oder von Fehlerinformationen umfasst.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist im Motoridentifizierungsmittel Prüfinformation oder Loseinformation abgelegt.
Dadurch ergibt sich eine eindeutige Identifikation bei Prüf- oder
Fertigungsschritten des elektrischen Antriebs.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ermöglicht über die
vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtungen zusätzlich die
Identifizierung der Komponenten eines Mechatroniksystems mit einem
erfindungsgemäßen elektrischen
Antrieb, indem in einem Master-Slave-Betrieb an den von der Antriebsregelung als
Master ausgehenden bidirektionalen Kommunikationskanal weitere Sensoren
und/oder Aktoren, insbesondere von Mechatronikkomponenten des Motors
oder eines mechatronischen Teilsystems, als Slaves anschließbar sind.
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Weiter
kann die eingangs beschriebene Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung
auch für
den Fall mehrerer an eine Antriebsregelung parallel geschalteter
Motoren durch folgendes erfindungsgemäße Verfahren gelöst werden,
indem die Antriebsregelung beim Betriebsstart, insbesondere beim
Hochlauf eines Umrichters, mit den einzelnen Motoridentifizierungsmitteln
der einzelnen Motoren über
den bidirektionalen Kommunikationsbus kommuniziert, 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.
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Dadurch,
dass in jedem Motoraktivteil, jedoch nicht im Geber oder der Antriebsregelung,
beispielsweise ein digitaler Baustein mit Eigenintelligenz platziert
wird, der je nach Funktionsausprägung 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.
-leitungen der Motoridentifizierung in derselben weise wie die Motorleitungen
(Phasenleitungen) verschaltet bzw. mit der Antriebsregelung 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 Leistungsversorgung kann z.B. nach dem Prinzip des als „1-Wire-Bus"® bezeichnete „MicroLan" (LAN steht dabei
für Local
Area Network) erfolgen.
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Weitere
Vorteile und Details bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich anhand der folgenden Ausführungsbeispiele und in Verbindung
mit den Figuren. Dabei sind Elemente mit gleicher Funktionalität mit gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen im einzelnen:
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1 Blockschaltbild
mit dem Grundprinzip einer Motoridentifizierung nach der Erfindung,
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2 Prinzipskizze
einer Motoridentifikation bei parallelem Anschluss mehrerer Motoren
an eine Antriebsregelung
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3 Blockschaltbild
eines Motoraktivteils mit Motoridentifizierung und zusätzlicher
Erfassung eines oder mehrerer Temperaturwerte an unterschiedlichen
Stellen des Motors mit Hilfe von von der Elektronik lokal abgesetzten
Sensoren,
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4 Blockschaltbild
eines Motoraktivteils mit zusätzlicher
Auswertung der Rotorlage als Kommutierungsinformation,
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5 Prinzip
der Temperaturmessung bei Motoren mit konventionellem Temperatursensor
und
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6 Prinzipskizze
zur Vernetzung einer Antriebsregelung und einer einen elektrischen
Motor einschließenden
Mechatronikeinheit am Beispiel einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine.
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In
der Darstellung nach 1 ist ein elektrischer Antrieb
mit Motoridentifikation und zusätzlicher Erfassung
der Motortemperatur durch einen in die Elektronik integrierten Temperatursensor
nach der Erfindung gezeigt, wobei in der Prinzipskizze möglichst
viele der im vorangehenden beschriebenen Merkmale berücksichtigt
sind.
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Dabei
umfasst ein Motorprimärteil
oder -Aktivteil 1 neben den Motorwicklungen ein Motoridentifikationsmittel 3,
welches innerhalb 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.
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Weiter
ist eine Antriebsregelung 2 gezeigt, etwa einen Umrichter
u.a. mit einem Mikroprozessor 4 sowie entsprechenden von
diesem angesteuerten Steuerventilen, etwa Thyristoren oder Transistoren, zur
Ansteuerung der Motorleitungen 6 bis 8. Weiter ist
eine gemeinsame Masseleitung 9 vorgesehen.
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Das
Motoridentifizierungsmittel 3 ist über einen bidirektionalen 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 Eingang 13b direkt mit der anderen Leitung 10 verbunden.
Aus im folgenden näher
erläuterten
Gründen
sind analoger 13b und digitaler Eingang 13a noch über einen Pull-Up-Widerstand 12 mit
der Versorgungsspannung verbunden.
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Bevorzugterweise
sind die Motorleitungen 6 bis 8 und der Kommunikationskanal 10, 11 in
einem gemeinsamen Kabel 5, insbesondere einem geschirmten
oder separat geschirmten Kabel, integriert.
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Wie
in der Prinzipskizze nach 2 gezeigt, können über dieses
Kabel 5, welches einen Kommunikationsbus darstellt, ein
oder mehrere Motoren 1a, 1b, 1c mit jeweiligem
Motoridentifizierungsmittel parallel geschaltet werden und bidirektional
mit dem Antriebsregelgerät 2 kommunizieren.
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Werden
auf diese Weise mehrere Motoren 1a, 1b, 1c an
einer Antriebsregelung 2 bzw. einem Umrichter parallel
geschaltet, dann werden die Leitungen des Kommunikationskanals 10, 11 zur
Motoridentifizierung wie auch die Motorphasenleitungen 6, 7, 8 parallel
geschaltet. Auf dem so gebildeten Motor-Identifizierungsbus existieren
dann mehrere Teilnehmer, welche beim Hochlauf des Umrichters von diesem
automatisch erkannt und identifiziert werden. Entsprechend kann
die verschaltete Konfiguration erkannt werden. Aufbauend hierauf
kann darüber
hinaus eine Prüfung
erfolgen, ob die Parallelschaltung zulässig ist (z.B. ob alle Motoren
gleiche Wicklungsdaten haben etc.).
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Ein
High-Pegel auf dem Kommunikationskanal 10, 11 dient
gleichzeitig mit einem in die Motoridentifizierungsmittel 3 integrierten
Ladungsspeicher zur Spannungsversorgung aller Bausteine an dem Bus.
Alternativ kann aber auch eine weitere drittel Leitung zur getrennten
Spannungsversorgung des Motoridentifizierungsmittels dienen.
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Über die
Integration verschiedener Funktionen in den jeweiligen Motoridentifizierungsbaustein 3 bestehen
die folgenden Möglichkeiten:
- – Hinzufügung eines
Speicherbausteins zur Motor-Typidentifizierung und Parameterabfrage. Beim
Hochfahren des Umrichters 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 Motoridentifizierungsmittel 3 und
Einbau des Motoridentifizierungsbausteins 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 Motoridentifizierungsbaustein 3 setzt eine Alarmmeldung
bei Überschreitung
einer definierten Temperaturschwelle selbständig ab. Hinzufügung eines
Analog-Digital-Wandlers in den Motoridentifizierungsbaustein 3 zur
Erfassung der Sensorwerte von an den Motoridentifizierungsbaustein anzuschließenden Sensoren,
insbesondere durch einen oder mehrere externe Temperatursensoren (z.B.
im Wicklungskopf, Lager etc.). Der Motoridentifizierungsbaustein 3 kann
hierbei von der Motorwicklung entfernt platziert werden. Die Temperaturmessung
ist an mehreren Punkten (z.B. einzelne Motorphasen, Vorlauftemperatur
Kühlmedium)
möglich.
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Diesbezüglich sind
in der Darstellung nach 3 in Abweichung zu dem in 1 dargestellten Motor 1 zwei
Ausführungsformen
eines Motors 1 mit jeweils externem Temperatursensor 15 bis 18 gezeigt.
In der linken Darstellung erfolgt eine Temperaturmessung mit externem
Temperatursensor 15 beispielsweise im Vorlauf der Kühltemperatur,
während in
der Ausführungsform
der rechten Darstellung weitere Temperatursensoren 16, 17, 18 den
drei Phasen der Motorwicklungen zugeordnet sind. In letzterem Fall
umfasst der Motoridentifizierungsbaustein 19 dann weitere
Anschlüsse
und eine Auswertungslogik für
die Temperatursensoren 15 bis 18.
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Digitale
Eingänge
(eventuell auch geeignete analoge Eingänge) zur Abfrage der Rotorlage
(Kommutierungsinformation). Beim Hochfahren des Umrichters 2 kann
die entsprechende Kommutierungsinformation beispielsweise über in die
Wicklung des Motors integrierte Hallsensoren (z.B. bei Torquemotoren)
abgefragt werden. Eine solche mögliche
vorteilhafte Ausführungsform
ist in dem in 4 gezeigten Motor 1 mit
Motoridentifizierungsbaustein 19 zum Anschluss eines Temperatursensors 16 und
drei Hallsensoren 20 bis 22 dargestellt.
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Die
Schnittstelle zum Kommunikationskanal in Form eines Identifizierungsbusses
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 Temperaturschalters 15 bis 18 möglich ist.
An die Klemmen des Identifizierungsbusses 5 des Antriebsregelgerätes können deshalb
sowohl Motoren nach der Erfindung mit Motoridentifizierungsbaustein 3,
als auch „ältere" Motoren mit konventionellen
analogen bzw. schaltenden Temperatursensoren angeschlossen werden.
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Eine
solche Anschaltung und Widerstandsmessung eines externen Temperatursensors 16 ist
in der Prinzipskizze nach 5 gezeigt,
welche auf dem Blockschaltbild der 1 aufbaut.
Motor 1 und Antriebsregelung 2 sind – neben
den nicht gezeigten Motorleitungen – über den Kommunikationskanal 10, 11 verbunden,
wobei an letzteren der im Motor 1 angeordnete externe Temperatursensor 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 verbunden,
so dass der Pull-Up-Widerstand 12 und der externe Temperatursensor 16 einen
Spannungsteiler bilden.
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Dadurch,
dass der Schnittstellentreiber auf der Antriebsregelungsseite 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 Motoridentifizierungschip 3 eingesetzt,
dann bildet der Pull-Up-Widerstand 12 des Treibers mit
dem dann an den Kommunikationskanal 10, 11 angeschlossenen
Temperatursensor bzw. Temperaturabschaltelement 16 einen
Spannungsteiler, welcher über
den Analogeingang ausgewertet 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 Temperaturschalter
möglich.
Beim Hochfahren der Antriebsregelung 2 versucht dieser über den
Kommunikationskanal 10, 11 mit dem Motoridentifizierungsbaustein 3 zu
kommunizieren.
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Schlägt dieses
fehl, so kann über
ein Maschinendatum der Typ des konventionellen Temperatursensors
eingegeben werden. Eine hiermit in Verbindung stehende Kennlinie
ermöglicht
die korrekte Temperaturauswertung bzw. Temperaturüberwachung.
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Aus
den im vorangehenden geschilderten erfindungsgemäßen Maßnahmen 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 Topologieidentifikation bei in den Motor 1 integriertem
Geber ist erfüllt.
Werden nämlich
mit einem Antriebsregelgerät 2 mehrere
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 Geber- und Motoranschlüssen 6 bis 8 untereinander
bzw. muss auf jeden Fall bei der Inbetriebnahme die Zuordnung der
Geber zu den Motoren von Hand vorgenommen werden (Topologieinformation).
Verfügt
der Motor nun über
ein eigenes, vom Geber unabhängiges
Identifizierungssystem so kann diese Zuordnung (Konfiguration) vollautomatisch
erfolgen.
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Hierzu
muss lediglich während
der Produktion (etwa dem Gebereinbau- 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.
Fehlermöglichkeiten,
insbesondere hinsichtlich der Verkabelung, werden hierdurch ausgeschlossen
und der Inbetriebnahmeaufwand auf ein Minimum reduziert.
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Enthält der Motoridentifizierungsbaustein
zusätzlich
einen schreibbaren Speicherbereich, so kann dort das letzte Fehlerbild
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.
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Über die
vorangehend beschriebene Multifunktionalität des Motoridentifizierungsbausteins 3 können alle
relevanten Zustände
des Motors 1 über den
einen Kommunikationskanal 10, 11 vom Motoridentifizierungsbaustein 3 zum
Antriebsregelgerät 2 übertragen
werden (z.B. mehrere Temperaturen, Hallsensorinformation).
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Bei
Verwendung des „1-Wire-Bus" Prinzips wird der
Verdrahtungsaufwand für
die Anbindung des/der Motoridentifizierungsbausteins/e auf eine Zweidrahtleitung 10, 11 reduziert.
Diese kann in die bestehende Motorleitung 6 bis 8 integriert
werden, wodurch gegenüber
der bisherigen Motoranschaltung mit konventionellem Temperatursensor
kein höherer
Aufwand entsteht.
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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 Motoridentifizie rungsbausteins 3 kann
hierbei auf einfache Weise über
für den
1-Wire-Bus handelsübliche
Schnittstellenbausteine auf eine Standard-USART-Schnittstelle erfolgen.
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Da
an einen Kommunikationskanal 5 mehrere Busteilnehmer (Slaves)
anschließbar
sind (vgl. Darstellung nach 2 und zugehörige Ausführungen),
besteht das Potential, den von der Antriebsregelung 2 ausgehenden
Kommunikationskanal 5 als Kommunikations-Gateway zu beispielsweise
zusätzlichen
Mechatronikkomponenten eines Mechatroniksystems bzw. Teilsystems
(z.B. Hauptspindelsystem) zu sehen, dessen Busteilnehmer nicht nur
Motorkomponenten sind, sondern auch weitere Sensoren und Aktoren,
die für
den optimalen Betrieb der Mechatronikkomponente erforderlich sind.
Neben der Pollage durch in der Motorwicklung integrierte Hall-Sensoren
kommen beispielsweise die Kühlmittelvorlauftemperatur,
verschiedene Temperaturmessstellen in jeder Phase der Wicklung oder
die Motorlagertemperatur in Betracht.
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Eine
solche mögliche
Anordnung ist in der Darstellung nach
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6 gezeigt.
Während
die Antriebsregelungsseite 2 dem Blockschaltbild nach 1 entspricht,
ist am Kommunikationskanal 5 auf der Seite des Motors 1 oder
der Motoren (hier den Aktivteilen einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine)
neben dem jeweiligen Motoridentifizierungsmittel eine Mehrzahl von
weiteren Sensoren und Aktoren vorgesehen. Im gezeigten Beispiel
sind dies zwei Lager mit zugehörigen
Körperschallsensoren 23, 24 sowie
ein Temperatursensor 26 zur Überwachung des Kühlwasservorlaufs 27 und
ein Unwuchtsensor 25 (z.B. zur Überwachung der Werkzeugspannung).
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Auf
diese Weise können
erhebliche Verkabelungsaufwände
der einzelnen Sensoren und Aktoren zu einem zentralen Auswertegerät gespart
werden und die Rechenkapazität
der Steuerung in der Werkzeug- und Produktionsmaschine weiter nutzbar
gemacht werden, da diese sich dann zunehmend als Plattform für die generelle
Kommunikation und Automatisierung etablieren kann.