DE10143222C1 - Temperaturmeßvorrichtung für einen Elektromotor - Google Patents

Abstract

Zur Ermittlung der Temperatur im Wicklungsbereich von Elektromotoren, insbesondere Linearmotoren, werden Zusatzleitungen (30) aus einem einheitlichen, elektrisch leitfähigen Material in die Wicklungen (20) eingebettet, und zwar vorzugsweise in Abschnitten zwischen Wicklungszähnen (12). DOLLAR A Insbesondere sind die Zuleitungen als einseitig kurz geschlossene, isolierte Doppelleitungen (32) ausgebildet. DOLLAR A Die mit einer Temperaturänderung verbundene Änderung des Widerstandswertes der Zusatzleitungen kann in einfacher Weise ermittelt werden, so daß in einfacher Weise auf die Temperatur im Bereich der Wicklungen rückgeschlossen werden kann. DOLLAR A Alternativ ist ein längliches Meßelement in die Wicklungen eingebettet und temperaturabhängige Materialeigenschaften wie Längenausdehnung, optische Eigenschaften oder dergleichen werden erfaßt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturmeßvorrichtung zur Messung der Temperatur an einem mit Wicklungen versehenen Bauteil eines Elektromotors.

Beim Betrieb eines mit Wicklungen versehenen Bauteils (Pri­ märteil) eines Elektromotors entsteht Abwärme, die zu einer Temperaturerhöhung innerhalb des Bauteils führt. Um ein über­ mäßiges Ansteigen der Temperatur, was zu Beschädigungen der Wicklungsisolierungen und zur dauerhaften Beschädigung des Bauteils führen kann, zu verhindern, sollte bei Elektromoto­ ren, insbesondere bei Hochleistungsmotoren, die Temperatur überwacht werden, damit gegebenenfalls Gegenmaßnahmen ergrif­ fen werden können.

Zur Temperaturmessung ist es bekannt, ein Thermoelement als Thermofühler im Bereich der Wicklungen anzubringen. Wegen der starken Isolierung sind jedoch Thermoelemente relativ träge und die Positionierung von Thermoelementen mit punktueller Messung ist nicht optimal reproduzierbar, was zu einem Meß­ fehler von ±10°C führen kann.

Die gattungsgemäße DE 24 27 830 A1 beschreibt einen Transfor­ mator, in dessen Wicklungen ein Meßfühler, insbesondere Ter­ mistor oder Meßwiderstand, eingelegt ist, so daß hier eben­ falls die lokale Temperatur ermittelt wird.

Die Zeitschrift "Elektro-Jahr", 1979, Seiten 27 bis 30, be­ schreibt diverse Temperaturmeßverfahren für Elektromotoren und weist darauf hin, daß Längenausdehnungsmessungen heutzu­ tage nicht mehr üblich sind.

Gemäß der DE-OS 16 15 615 wird eine Temperaturmessung an Hochspannungskabeln mittels einer im Hochspannungskabel ange­ ordneten Zusatzleitung mittels Widerstandsmessung durchge­ führt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßvorrichtung für Elektromotoren anzugeben, die einfach eingesetzt werden kann und genaue und zuverlässige Ergebnisse liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1; die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, mindestens ein Meßelement aus einem Material mit temperaturabhängigen Materialeigen­ schaften zu verwenden, wobei das Meßelement sich über einen Abschnitt entlang mindestens einer Wicklung erstreckt und ü­ ber eine Detektorvorrichtung Änderungen der Material­ eigenschaften erfaßt werden.

Dazu kann das Meßelement beispielsweise als Stab ausgebildet sein, dessen temperaturabhängige Längenänderung erfaßt werden kann, indem geeignete Wegmesser an einem oder an beiden Enden des Stabes angreifen. Grundsätzlich kann diese Erfassung auch auf optischem Wege erfolgen.

Des weiteren können optische Eigenschaften von Gläsern oder Kunststoffen, die temperaturabhängig sind, ausgewertet wer­ den, wobei in diesem Fall das Meßelement als Stab oder als Glas bzw. Kunststoff-Faser ausgebildet ist und beispielsweise als Lichtleiter verwendet werden kann.

Vorzugsweise ist das Meßelement aus einem einheitlichen Mate­ rial im Bereich des Abschnittes ausgebildet.

Da erfindungsgemäß das Meßelement über einen Abschnitt min­ destens einer Wicklung verläuft, erwärmt sich das Material des Meßelementes in diesem Abschnitt, so daß sich die tempe­ raturabhängige Materialeigenschaft entsprechend ändert und aus dieser Änderung auf die Temperatur zurückgeschlossen wer­ den kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Meßelement auf eine Wicklung aufgelegt sein oder, vorzugsweise, in eine Wicklung eingebettet sein, so daß die Temperatur im Inneren der Wicklung ermittelt werden kann.

Da normalerweise die höchsten Temperaturen in den Bereichen der Wicklungen auftreten, die innerhalb eines Wicklungskör­ pers oder -Kerns liegen, wird der Abschnitt des Meßelementes ebenfalls in diesem Bereich angeordnet, insbesondere so, daß der Abschnitt den gesamten Bereich der Wicklung abdeckt, der innerhalb des Wicklungskerns liegt, wobei der Abschnitt in mehrere Teilabschnitte unterteilt sein kann.

Das Meßelement läßt sich insbesondere dann einfach in den Wicklungsaufbau integrieren, wenn der Durchmesser des Meßele­ mentes etwa genauso groß ist wie der Durchmesser der die Wicklungen bildenden Wicklungsdrähte.

Schließlich sei darauf verwiesen, daß die erfindungsgemäße Temperaturmeßvorrichtung sowohl für elektrische Rotationsmo­ toren als auch für elektrische Linearmotoren geeignet ist.

Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Stirnansicht eines Primärteils eines Linearmotors und

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Draufsicht auf den Pri­ märteil von Fig. 1.

Der in den Figuren dargestellte Primärteil eines Linearmotors hat grundsätzlich einen konventionellen Aufbau aus einem Wicklungskern 10 mit Wicklungszähnen 12, auf die Wicklungen 20 aufgebracht sind. Da der weitere Aufbau eines Primärteils eines Linearmotors bekannt ist, wird hier auf eine Erläute­ rung verzichtet.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Bauteilen umfaßt der Primärteil mindestens ein Meßelement 30 mit einem Abschnitt, der in mindestens eine Wicklung 20 eingebettet ist. Im dargestellten Fall umfaßt das Meßelement 30 zwei Teilabschnitte 32 und 36, die in Form einer isolierten Dop­ pelleitung mit einem isolierten kurzgeschlossenen Ende 34 in die Spulen so eingebettet sind, daß sie im wesentlichen den gesamten Bereich der Spulen oder Wicklungen 20 zwischen den Wicklungszähnen 12 abdecken. Die Teilabschnitte 32 und 36 sind über eine Brücke 38 miteinander verbunden. Die Anschlüs­ se des Meßelementes 30 sind aus dem Primärteil herausgeführt und können außerhalb mit erforderlichen elektrischen Schal­ tungen zum Messen der Materialeigenschaft verbunden werden.

In der Zeichnung sind drei Meßelemente 30 dargestellt, die jeweils einer Wicklung 20 zugeordnet sind. Diese drei Meß­ elemente können separat zur Temperaturmessung in den einzel­ nen Wicklungen betrieben werden, so daß bei Betrieb mit Drei­ phasenwechselstrom jede Phase, U, V, W einzeln geregelt wer­ den kann.

Die Materialeigenschaft des Meßelementes 30 wird durch geeig­ nete Verfahren, die allgemein bekannt sind und deshalb nicht näher erläutert werden, gemessen und mit Werten verglichen, die aus den Abmessungen der Meßelemente und den temperaturab­ hängigen Materialeigenschaften berechnet werden und/oder durch Kalibrierung des Meßelementes ermittelt werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Messen von Temperatur an einem mit Wick­ lungen (20) versehenen Bauteil eines Elektromotors mit einem Messelement (30) aus Material mit einer temperaturabhängigen Materialeigenschaft und einer Detektorvorrichtung, die eine Änderung der Materialeigenschaft erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (30) länglich ausgebildet ist und über einen Abschnitt entlang mindestens einer Wicklung (20) verläuft, wobei die Material­ eigenschaft die Längenausdehnung eines Stabes ist und/oder optische Materialeigenschaften des Materials erfasst werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mate­ rial Glas oder Kunststoff ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mess­ element (30) auf die Wicklung (20) aufgelegt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mess­ element (30) in die Wicklung (20) eingebettet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ab­ schnitt in einem Bereich eines Wicklungskerns (10) liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ab­ schnitt mehrere Teilabschnitte aufweist, die im wesentlichen den gesamten Bereich der Wicklung (20) abdecken, der inner­ halb des Wicklungskerns (10) liegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Messelementes (30) etwa dem Durchmesser der Wicklungsdrähte entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ab­ schnitt um einen Wicklungszahn (12) gewickelt ist.

9. Linear- oder Rotationsmotor mit einer Temperaturmessvor­ richtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.