DE102005004862A1 - Verfahren zur Überwachung der Temperatur zumindest eines Lagers einer elektrischen Maschine, eine hiermit korrespondierende Überwachungseinrichtung sowie elektrische Maschine mit einer derartigen Überwachungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur Überwachung der Temperatur zumindest eines Lagers einer elektrischen Maschine, eine hiermit korrespondierende Überwachungseinrichtung sowie elektrische Maschine mit einer derartigen Überwachungseinrichtung Download PDF

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Abstract

Bei dem Verfahren wird ein Temperaturmodell vorgegeben, welches auf Basis eines Mehrmassenmodells die thermischen Verhältnisse in der elektrischen Maschine (1) nachbildet. Es werden die Drehzahl (n) und der Strom (i) der elektrischen Maschine (1) als Eingangsgrößen des Temperaturmodells fortlaufend erfasst und zumindest eine mit einem Lager (8, 9) korrespondierende Lagerverlustleistung (PL') und/oder Lagerinnenringtemperatur (TIL1') fortlaufend aus dem Temperaturmodell abgeleitet. Es wird dann eine erste Warnmeldung (W1) ausgegeben, falls eine rechnerisch ermittelte Lagerverlustleistung einen vorgebbaren Vergleichswert überschreitet. Zudem wird eine zweite Warnmeldung (W2) ausgegeben, falls eine rechnerisch ermittelte Lagerinnenringtemperatur eine vorgebbare Temperaturdifferenz (DELTAT) zu einer zugehörigen rechnerischen Lageraußenringtemperatur (TAL1') überschreitet. Dadurch können vorteilhaft alleinig durch Auswertung des Stroms (i) und der Drehzahl (n) die thermischen Verhältnisse von nicht zugänglichen Komponenten, insbesondere die des Lagers (8, 9), ermittelt werden. Zudem kann vorteilhaft auf den Einbau von Temperatursensoren (2, 3, 4, 12) in der elektrischen Maschine (1) verzichtet werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Temperatur zumindest eines Lagers einer elektrischen Maschine, wie z.B. eines Motors oder Generators, welche mehrere Komponenten wie Stator, Rotor und Wicklungen aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine korrespondierende Überwachungseinrichtung sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Überwachungseinrichtung.
  • Aus der DE 103 05 368 A1 sind Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt, bei denen relevante Komponenten der elektrischen Maschine quasi in Echtzeit von einer Auswertevorrichtung mittels berührungslos arbeitender Temperatursensoren überwacht werden.
  • Es ist weiterhin bekannt, dass durch übermäßig starke Belastung der elektrischen Maschine insbesondere die Lager einer starken Ermüdung bzw. einem starken Verschleiß unterliegen. Dies kann dazu führen, dass das Lager und letztendlich die elektrische Maschine ausfällt.
  • Zusätzlich kann eine zu hohe Temperaturdifferenz zwischen dem äußeren und inneren Teil des Lagers, dem sog. Lageraußenring und dem sogenannten Lagerinnenring, ein Klemmen des Lagers durch thermische Spannungen verursacht werden. Derartige Temperaturdifferenzen, insbesondere ab einem Wert von ca. 80°C, führen zu einem stark beschleunigten Verschleiß und folglich zu einem raschen Ausfall des Lagers bzw. der gesamten elektrischen Maschine. Die Ursache für derartig große Temperaturunterschiede ist eine im Rotor durch Ummagnetisierungsvorgän ge hervorgerufene hohe Wärmeverlustleistung, die nur schwer aus dem Rotor abgeführt werden kann.
  • Zwar ist es auch möglich, wie in der DE 103 05 368 A1 beschrieben, berührungslos die Temperatur von rotatorischen Komponenten, wie z.B. des Rotors, zu erfassen. Allerdings erlauben die äußerst beengten räumlichen Verhältnisse in einer kompakten elektrischen Maschine keine zuverlässige Messwerterfassung.
    •
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Überwachungseinrichtung anzugeben, welche eine genaue Erfassung der Lagertemperaturen auch an messtechnisch unzugänglichen Stellen innerhalb der elektrischen Maschine ermöglichen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine hierzu geeignete elektrische Maschine anzugeben.
  • Die Aufgabe wird Erfindung wird wie folgt gelöst: Es wird ein Temperaturmodell vorgegeben, welches auf Basis eines Mehrmassenmodells die thermischen Verhältnisse in der elektrischen Maschine nachbildet. Es werden die Drehzahl und der Strom der elektrischen Maschine als Eingangsgrößen des Temperaturmodells fortlaufend erfasst und zumindest eine, mit einem Lager korrespondierende, Lagerverlustleistung und/oder Lagerinnenringtemperatur fortlaufend aus dem Temperaturmodell abgeleitet. Es wird eine erste Warnmeldung ausgegeben, falls eine rechnerisch ermittelte Lagerverlustleistung einen vorgebbaren Vergleichswert überschreitet. Zudem wird eine zweite Warnmeldung ausgegeben, falls eine rechnerisch ermittelte Lagerinnenringtemperatur eine vorgebbare Temperaturdifferenz zu einer zugehörigen rechnerischen Lageraußenringtemperatur überschreitet.
  • Damit ist der große Vorteil verbunden, dass alleinig durch Auswertung des Stroms und der Drehzahl der elektrischen Ma schine, die zur Regelung der elektrischen Maschine bereits vorliegen, die thermischen Verhältnisse von nicht zugänglichen Komponenten, insbesondere die des Lagers, ermittelt werden können. Zudem kann vorteilhaft auf den Einbau von Temperatursensoren in der elektrischen Maschine verzichtet werden. Nach erfolgter Warnung bei Überschreiten vorgebbarer kritischer Lagerverlustleistungen sowie kritischer Lagertemperaturen kann das betreffende Lager zu einem betrieblich geeigneten Zeitpunkt getauscht werden. Dadurch wird der Ausfall der elektrischen Maschine sowie einer ggf. mit dieser in Verbindung stehenden Anlage vermieden.
  • Insbesondere wird eine den Komponenten der elektrischen Maschine zugeordnete Wicklungsverlustleistung, Magnetisierungsverlustleistung und Wärmeabgabeleistung sowie die Lagerverlustleistung in Abhängigkeit von Drehzahl und Strom aus dem Temperaturmodell abgeleitet. Im Temperaturmodell werden insbesondere die Wärmeleitfähigkeiten, die spezifischen Wärmekapazitäten, die elektrischen Leitwerte sowie die magnetische Verlustzahl der jeweiligen Komponenten der elektrischen Maschine hinterlegt. Diese materialabhängigen Parameter können z.B. in Versuchen messtechnisch ermittelt werden oder aus einem geeigneten CAD-System abgeleitet werden. Dadurch kann vorteilhaft das Verfahren mittels Änderung der materialabhängigen Parameter auf unterschiedliche Bauarten von elektrischen Maschinen angewandt werden.
  • Eine genauere örtliche Temperaturbestimmung sowie eine genauerer Ermittlung der Lagerverlustleistung sind vorteilhaft dann möglich, wenn als weitere Eingangsgröße des Temperaturmodells zumindest eine Wicklungstemperatur erfasst wird. Hierzu wird im Temperaturmodell die jeweilige Lagerverlustleistung und/oder Wärmeabgabeleistung an die Umgebung derart nachgeführt, dass die rechnerisch ermittelte Wicklungstemperatur mit einer korrespondierenden Wicklungstemperatur möglichst übereinstimmt. Durch eine derartige Regelung erfolgt in vorteilhafter Weise eine Nachjustierung des Temperaturmo dells. Üblicherweise ist es ausreichend, wenn eine konstante Umgebungstemperatur angenommen wird, an welche die Wärmeverlustleistungen abgegeben werden. Für weitergehende Anforderungen ist es auch möglich, die Umgebungstemperatur zu erfassen.
  • Weiterhin kann zur Erhöhung der Genauigkeit als weitere Eingangsgröße des Temperaturmodells zumindest eine Lageraußenringtemperatur erfasst werden. Hierzu wird im Temperaturmodell die jeweilige Lagerverlustleistung und/oder die Wärmeabgabeleistung derart nachgeführt, dass die rechnerisch ermittelte Lageraußenringtemperatur mit der korrespondierenden erfassten Lageraußenringtemperatur möglichst übereinstimmt.
  • Die rechnerisch ermittelte Lagerverlustleistung kann auch auf eine Nennverlustleistung normiert werden. Dadurch ist eine einfachere Vergleichsmöglichkeit gegeben, vor allem dann, wenn die normierte Lagerverlustleistung mit einem vorgebbaren Überlastfaktor verglichen wird. Der Überlastfaktor kann dazu vorteilhaft in Prozentwerten angegeben werden.
  • Vorzugsweise beträgt der Überlastfaktor mindestens 30%, so dass eine hinreichend genaue Feststellung eines Lagerverschleißes bei einer noch ausreichenden Vorlaufzeit zum Wechsel des Lagers möglich ist.
  • Die vorgebbare Temperaturdifferenz zwischen Lagerringaußen- und Lagerringinnentemperatur beträgt vorzugsweise mindestens 80°C. Dadurch ist auch hier eine hinreichend genaue Feststellung eines Lagerverschleißes bei einer noch ausreichenden Vorlaufzeit zum Wechsel des Lagers möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise durch Funktionseinheiten einer Überwachungseinrichtung wie Recheneinheit, Subtrahierer, Dividierer, Vergleicher und Speicher rechnerisch durchgeführt werden. Derartige Funktionseinheiten können als integrierter Schaltkreis, insbesonde re als anwendungsspezifischer Schaltkreis, ausgebildet sein. Ein derartiger anwendungsspezifischer Schaltkreis kann z.B. ein Mikrocontroller oder ein PLD (Programmable Logic Device) sein.
  • Zur Überwachung der Lagertemperatur weist vorzugsweise eine elektrische Maschine eine solche Überwachungseinrichtung auf. Durch die kompakte Bauart kann diese z.B. im elektrischen Anschlussbereich der elektrischen Maschine untergebracht werden.
  • Geeignet ist die Überwachungseinrichtung für elektrische Maschinen mit einer elektrischen Leistung von mindestens 1 kW. Für elektrische Maschinen in einem darunter liegenden Leistungsbereich wäre u.U. ein Austausch der gesamten elektrischen Maschine schneller und wirtschaftlicher.
    •
  • Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 einen Längsschnitt einer beispielhaft dargestellten elektrischen Maschine sowie eine beispielhafte Überwachungsvorrichtung, welche bereits mit Temperatursensoren der elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbunden ist, und
  • 2 ein beispielhaftes Funktionsschema einer Überwachungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
  • 1 zeigt einen Längsschnitt einer beispielhaft dargestellten elektrischen Maschine 1 sowie eine beispielhafte Überwachungsvorrichtung 11, welche bereits mit Temperatursensoren 2, 3, 4 zur Erfassung von beispielhaft zwei Lageraußenringtemperaturen TAL1, TAL2 sowie einer Wicklungstemperatur TW der elektrischen Maschine 1 verbunden ist. Die elektrische Maschine 1 kann dabei z.B. ein Motor oder auch ein Generator sein. Im Längsschnitt sind weiterhin ein Rotor 7 mit einer Welle 9' sowie ein Stator 6 mit einer Wicklung 5 dargestellt. An der Welle 9' ist beispielhaft ein Lüfter 10 angebracht, welcher in Abhängigkeit von der Drehzahl n der elektrischen Maschine 1 diese kühlt. Die Welle 9' der elektrischen Maschine 1 ist über zwei Lager 8, 9 gelagert. Mit den Bezugszeichen 81, 91 ist der Lageraußenring, mit den Bezugszeichen 82, 92 der Lagerinnenring des jeweiligen Lagers 8, 9 bezeichnet. Die beiden Temperatursensoren 2, 3 dienen der Erfassung der jeweiligen Lageraußenringtemperatur TAL1, TAL2. Sie sind daher möglichst nahe am jeweiligen Lageraußenring 81, 82 platziert. In der Wicklung 5 ist ein weiterer Temperatursensor 4 zur Erfassung der Wicklungstemperatur TW eingebracht. Im Beispiel der Figur ist gestrichelt ein Temperatursensor 12 zur Erfassung einer Umgebungstemperatur TU eingezeichnet. Wie eingangs beschrieben, kann in vielen Fällen auf diesen Temperatursensor 4 verzichtet werden.
  • Die beispielhafte Überwachungseinrichtung 11 ist gemäß der Erfindung weiterhin mit einem Drehzahlmesser 13 und mit einem Strommesser 14 zur Erfassung der Drehzahl n sowie des Stroms i der elektrischen Maschine 1 verbunden. Wie eingangs beschrieben, erfolgen über diese die maßgebliche Ermittlung des Belastungsgrads der elektrischen Maschine 1 und der damit verbundene Wärmeleistungseintrag in diese. Mit W1 und W2 sind die erste und zweite Warnmeldung bezeichnet, welche bei Überschreitung der zulässigen Werte für die Lagerverlustleistung sowie bei Überschreitung der zulässigen Temperaturdifferenz zwischen Lageraußenring 81, 82 und Lagerinnenring 91, 92 ausgegeben werden.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Funktionsschema einer Überwachungseinrichtung 11 zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform. Die Überwachungseinrichtung 11 weist hierzu Funktionseinheiten wie Recheneinheit 21, Subtrahierer 27, Dividierer 26, Vergleicher 24, 25 und einen Speicher 28 auf. Eine Modelliereinheit 20, welche u.a. die Recheneinheit 21 sowie Vergleicher 22, 23 aufweist, dient der rechnerischen Ausführung des Temperaturmodells der elektrischen Maschine 1. Die Recheneinheit 21 ist über die elektrischen Eingänge 32, 33 der Überwachungseinrichtung 11 mit dem Drehzahlmesser 13 zur Erfassung der Drehzahl n sowie mit dem Strommesser 14 zur Erfassung des Stroms i verbunden. Aus diesen beiden Größen n, i ermittelt die Recheneinheit 21 fortlaufend die eingangs genannten Verlustleistungen. Diese sind die Magnetisierungsverlustleistung PM', Wicklungsverlustleistung PW', Wärmeabgabeleistung PU' an die Umgebung sowie beispielhaft – zum besseren Verständnis – nur eine Lagerverlustleistung PL'. Die zum zweiten Lager 9 gehörenden Bezugszeichen TAL2, TAL2', TIL2' sind daher in Klammern gesetzt. Zudem ermittelt die Recheneinheit 21 fortlaufend eine zum Lager 8 zugehörige Lagerinnenringtemperatur TIL1', eine Lageraußenringtemperatur TAL1' sowie eine Wicklungstemperatur TW'.
  • Gemäß der Erfindung werden die rechnerisch ermittelte Wicklungstemperatur TW' sowie die rechnerisch ermittelte Lageraußenringtemperatur TAL1' je einem Vergleicher 22, 23 zugeführt, welche die rechnerisch ermittelten Temperaturen TW', TAL' mit den messtechnisch erfassten Temperaturen TW, TAL1 vergleichen. Hierzu sind die zugehörigen Temperatursensoren 2, 4 über die elektrischen Eingänge 31, 34 mit den jeweiligen Vergleichern 22, 23 verbunden. Das jeweilige Vergleichsergebnis wird dann wieder der Recheneinheit 21 zugeführt. Die Recheneinheit 21 fungiert sozusagen als Regler, welcher durch Nachführung der ermittelten Lagerverlustleistung PL' und der Wärmeabgabeleistung an die Umgebung PU' bestrebt ist, die Vergleichswerte zu minimieren.
  • Des Weiteren weist die Überwachungseinrichtung 11 vorzugsweise einen elektronischen Speicher 28 auf, aus welchem zur Modellbildung die Recheneinheit 21 die maschinenspezifischen und materialspezifischen Werte wie z.B. die Wärmeleitkoeffizienten λν und spezifischen Wärmeleitkapazitäten cν geladen werden können.
  • Gemäß der Erfindung wird die rechnerisch ermittelte und nachgeführte Lagerverlustleistung PL' mit einem vorgebbaren Vergleichswert verglichen. Zuvor wird die Lagerverlustleistung PL' mittels eines Dividierers 26 auf eine Nennverlustleistung PN normiert. Diese normierte Lagerverlustleistung NPL wird schließlich mittels eines Vergleichers 24 mit einem Überlastfaktor ULF verglichen. Im Falle einer Überschreitung erzeugt der Vergleicher 24 die erste Warnmeldung W1, welche am elektrischen Ausgang 41 dann zur weiteren Auswertung bereitsteht.
  • Parallel dazu wird mittels eines Subtrahierers 27 die Differenz zwischen der rechnerisch ermittelten Lagerinnenringtemperatur TIL1' und der vorzugsweise gemessenen Lageraußenringtemperatur TAL1 gebildet. Alternativ ist es auch möglich, anstelle der gemessenen Lageraußenringtemperatur TAL1 die rechnerisch ermittelte Lageraußenringtemperatur TAL' zur Differenzbildung heranzuziehen. Nachfolgend wird die ermittelte Temperaturdifferenz mit einer vorgebbaren Temperaturdifferenz ΔT verglichen. Im Falle einer Überschreitung erzeugt der Vergleicher 25 dann die zweite Warnmeldung W2, welche am elektrischen Ausgang 42 zur weiteren Auswertung bereitsteht.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Überwachung der Temperatur zumindest eines Lagers (8, 9) einer elektrischen Maschine (1), welche mehrere Komponenten wie Stator (10), Rotor (9) und Wicklungen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Temperaturmodell vorgegeben wird, welches auf Basis eines Mehrmassenmodells die thermischen Verhältnisse in der elektrischen Maschine (1) nachbildet, b) die Drehzahl (n) und der Strom (n) der elektrischen Maschine (1) als Eingangsgrößen des Temperaturmodells fortlaufend erfasst werden, c) zumindest eine mit einem Lager (8, 9) korrespondierende Lagerverlustleistung (PL') und/oder Lagerinnenringtemperatur (TIL1', TIL2') fortlaufend aus dem Temperaturmodell abgeleitet wird bzw. werden, d) eine erste Warnmeldung (W1) ausgegeben wird, falls eine rechnerisch ermittelte Lagerverlustleistung (PL') einen vorgebbaren Vergleichswert überschreitet, und/oder e) eine zweite Warnmeldung (W2) ausgegeben wird, falls eine rechnerisch ermittelte Lagerinnenringtemperatur (TIL1', TIL2') eine vorgebbare Temperaturdifferenz (ΔT) zu einer zugehörigen rechnerischen Lageraunenringtemperatur (TAL1', TAL2') überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine den Komponenten (5, 8, 9, 10) der elektrischen Maschine (1) zugeordnete Wicklungsverlustleistung (PW'), Magnetisierungsverlustleistung (PM') und Wärmeabgabeleistung (PU') sowie die Lagerverlustleistung (PL') in Abhängigkeit von Drehzahl (n) und Strom (i) aus dem Temperaturmodell abgeleitet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als weitere Eingangsgröße des Temperaturmodells zumindest eine Wicklungstemperatur (TW) erfasst wird und wobei im Temperaturmodell die jeweilige Lagerverlustleistung (PL') und/oder Wärmeabgabe leistung (PU') derart nachgeführt wird, dass die rechnerisch ermittelte Wicklungstemperatur (TW') mit einer korrespondierenden Wicklungstemperatur (TW) möglichst übereinstimmt.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei als weitere Eingangsgröße des Temperaturmodells zumindest eine Lageraußenringtemperatur (TAL1, TAL2) erfasst wird und wobei im Temperaturmodell die jeweilige Lagerverlustleistung (PL') und/oder die Wärmeabgabeleistung (PU') derart nachgeführt wird, dass die rechnerisch ermittelte Lageraußenringtemperatur (TAL1', TAL2') mit der korrespondierenden erfassten Lageraußenringtemperatur (TAL1, TAL2) möglichst übereinstimmt.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die rechnerisch ermittelte Verlustleistung (PL') auf eine Nennverlustleistung (PN) eines Lagers (8, 9) normiert (NPL) wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die normierte Lagerverlustleistung (NPL) mit einem vorgebbaren Überlastfaktor (ULF) verglichen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Überlastfaktor (ULF) mindestens 30% beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die vorgebbare Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen Lagerringaußen- und Lagerringinnentemperatur mindestens 80°C beträgt.
  9. Überwachungsvorrichtung (11) zur Überwachung der Temperatur zumindest eines Lagers (8, 9) einer elektrischen Maschine (1) mit mehreren Komponenten wie Stator (10), Rotor (9) und Wicklungen (5), gekennzeichnet durch a) elektrische Eingänge (31-34) zur Verbindung der Überwachungsvorrichtung (11) mit einem Drehzahlmesser (13), einem Strommesser (14) sowie mit Temperatursensoren (2, 3, 4, 12) zur Erfassung der Drehzahl (n), des Stroms (i) sowie zumindest einer Lageraußenringtemperatur und einer Wicklungstemperatur (TAL1, TAL2, TW) der elektrischen Maschine (1), b) elektrische Ausgänge (41, 42) zur Ausgabe einer ersten und/oder zweiten Warnmeldung (W1, W2) und c) Funktionseinheiten wie Recheneinheit (21), Subtrahierer (27), Dividierer (26), Vergleicher (22-25) und einen elektronischen Speicher (28) zur rechnerischen Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
  10. Überwachungsvorrichtung (11) nach Anspruch 9, wobei die Funktionseinheiten als integrierter Schaltkreis, insbesondere als anwendungsspezifischer Schaltkreis, ausgebildet sind.
  11. Elektrische Maschine (1), gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (11) nach Anspruch 9 oder 10 zur Überwachung der Temperatur zumindest eines Lagers (8, 9).
  12. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 11 mit einer elektrischen Leistung von mindestens 1 kW.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009003478A2 (en) * 2007-06-29 2009-01-08 Vestas Wind Systems A/S Thermal monitoring of doubly-fed generator
EP2088410A1 (de) 2008-02-07 2009-08-12 Hitachi, Ltd. Drehende elektrische Maschine
FR2935562A1 (fr) * 2008-09-03 2010-03-05 Michelin Soc Tech Agencement de connexions dans une machine electrique tournante.
US7755230B2 (en) 2008-02-06 2010-07-13 Hitachi, Ltd. Rotary electric machine having cooling device and electric generating system including the machine
DE102015004845A1 (de) 2015-04-16 2016-10-20 Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Überwachung einer Galette oder Führungsrolle
EP2539679B1 (de) * 2010-02-24 2019-09-25 Siemens Aktiengesellschaft System bzw. verfahren zur ermittlung eines lagerzustandes
EP3699566A1 (de) * 2019-02-19 2020-08-26 Robert Bosch GmbH Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer temperatur einer elektrischen maschine und elektrisches antriebssystem
EP3913792A1 (de) * 2020-05-20 2021-11-24 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung, system und verfahren zur temperaturermittlung einer elektrischen maschine

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8200383B2 (en) * 2007-11-04 2012-06-12 GM Global Technology Operations LLC Method for controlling a powertrain system based upon torque machine temperature
CN101960282A (zh) * 2008-03-05 2011-01-26 Skf公司 用于连接到轨道轴的转动部分的装置
US7756669B2 (en) * 2008-06-18 2010-07-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Systems and methods for estimating temperatures of power module components
DE102009022835B3 (de) * 2009-05-27 2011-03-03 Schaeffler Kg Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Fanglagers einer Maschine
US20120109569A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 General Electric Company Diagnosis of bearing thermal anomalies in an electrical machine
US20120183247A1 (en) * 2011-01-14 2012-07-19 Remy Technologies, L.L.C. Electric machine with integrated bearing temperature sensor
US8829840B2 (en) * 2011-04-29 2014-09-09 General Electric Company Auto-compensating system and method for condition monitoring of electrical machines
EP2551982B1 (de) * 2011-07-27 2013-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Thermische Überwachung eines Umrichters
JP2013150374A (ja) * 2012-01-17 2013-08-01 Fuji Electric Co Ltd 回転電機の軸受装置
JP2013223284A (ja) * 2012-04-13 2013-10-28 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電動機の予防保全装置
JP6258130B2 (ja) * 2014-06-05 2018-01-10 株式会社日立産機システム 軸受故障予兆診断装置、軸受故障予兆診断システム、及び軸受故障予兆診断方法
DE102015202130A1 (de) * 2015-02-06 2016-08-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Baukasten für Lager und Lageranordnung
DE102015205958A1 (de) * 2015-04-01 2016-10-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Schätzen eines Temperaturbeitrags eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine
DE102018121356A1 (de) * 2018-08-31 2020-03-05 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Wechselbare Temperaturerfassungseinheit für einen Stator eines Elektromotors
EP3623782B1 (de) * 2018-09-14 2021-11-10 Landis+Gyr AG Überwachung der thermischen leistung eines stromzählers
DE102019101163B3 (de) * 2019-01-17 2020-06-04 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrische Antriebseinheit und Verfahren zur Temperaturberechnung in einer elektrischen Antriebseinheit
CN110307125B (zh) * 2019-05-14 2020-10-09 沈阳嘉越电力科技有限公司 一种风电机组主轴承内部温度间接测量方法
CN111693163A (zh) * 2020-06-02 2020-09-22 国网河北省电力有限公司邯郸供电分公司 一种电力设备的高温预警系统
CN112242780B (zh) * 2020-09-29 2022-04-12 中车永济电机有限公司 带转子测温装置的永磁同步电机
CN114485977A (zh) * 2021-12-29 2022-05-13 中车永济电机有限公司 一种测定电机轴承温度分布的模拟装置及方法
CN116890264B (zh) * 2023-09-11 2023-12-15 季华实验室 一种轴承内外圈的温度测量方法及相关设备

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4316175A (en) * 1977-01-26 1982-02-16 Skf Kugellagerfabriken Gmbh Method for the advance indication of damage to wheel bearings
JPS56154640A (en) * 1980-05-02 1981-11-30 Hitachi Ltd Method for monitoring bearing
US4318179A (en) * 1980-06-02 1982-03-02 General Electric Company Thrust bearing misalignment monitor
JPH02308119A (ja) * 1989-05-23 1990-12-21 Canon Inc 偏向走査モータ
DE4138066B4 (de) 1991-11-19 2006-06-29 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Nachführung eines von einem veränderlichen Betriebszustand abhängigen Prozeßparameters
US5381692A (en) * 1992-12-09 1995-01-17 United Technologies Corporation Bearing assembly monitoring system
US5599112A (en) * 1995-08-17 1997-02-04 Ansimag Inc. Axial bearing having a variable coefficient of friction for monitoring wear
US5633628A (en) * 1996-01-03 1997-05-27 General Railway Signal Corporation Wheelset monitoring system
US6014598A (en) * 1996-06-28 2000-01-11 Arcelik A.S. Model-based fault detection system for electric motors
US6297742B1 (en) * 1996-08-22 2001-10-02 Csi Technology, Inc. Machine monitor with status indicator
CN1080396C (zh) * 1996-09-13 2002-03-06 迪姆肯公司 带有传感器组件的轴承及结合体
US7308322B1 (en) * 1998-09-29 2007-12-11 Rockwell Automation Technologies, Inc. Motorized system integrated control and diagnostics using vibration, pressure, temperature, speed, and/or current analysis
US6326758B1 (en) * 1999-12-15 2001-12-04 Reliance Electric Technologies, Llc Integrated diagnostics and control systems
US6053047A (en) * 1998-09-29 2000-04-25 Allen-Bradley Company, Llc Determining faults in multiple bearings using one vibration sensor
US20020105429A1 (en) * 1999-01-25 2002-08-08 Donner John Lawrence Bearing condition monitoring method and apparatus
US6321602B1 (en) * 1999-09-28 2001-11-27 Rockwell Science Center, Llc Condition based monitoring by vibrational analysis
US6236328B1 (en) * 2000-04-26 2001-05-22 Scientific Operating Systems, Inc. Sensory fitting and integrated electronics for monitoring bearing performance
US6360616B1 (en) * 2000-10-13 2002-03-26 Donald R. Halliday Automated diagnosis and monitoring system, equipment, and method
US6695483B2 (en) * 2000-12-01 2004-02-24 Nsk Ltd. Sensor and rolling bearing apparatus with sensor
US6711952B2 (en) * 2001-10-05 2004-03-30 General Electric Company Method and system for monitoring bearings
US6714135B2 (en) * 2001-11-08 2004-03-30 Bell Helicopter Textron, Inc. Collective head bearing monitor
US6834256B2 (en) * 2002-08-30 2004-12-21 General Electric Company Method and system for determining motor reliability
US7097351B2 (en) * 2002-09-30 2006-08-29 Flowserve Management Company System of monitoring operating conditions of rotating equipment
DE10305368A1 (de) 2003-02-10 2004-08-19 Siemens Ag Elektrische Maschine mit Temperaturüberwachung
DE10307708A1 (de) 2003-02-24 2004-09-09 Lenze Drive Systems Gmbh Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors
US7135830B2 (en) * 2003-09-30 2006-11-14 Reliance Electric Technologies, Llc System and method for identifying operational parameters of a motor
US20050165590A1 (en) * 2004-01-23 2005-07-28 Yuhong Huang System and method for virtual laser marking
US7182519B2 (en) * 2004-06-24 2007-02-27 General Electric Company Methods and apparatus for assembling a bearing assembly
US7448853B2 (en) * 2005-04-12 2008-11-11 Sundyne Corporation System and method of determining centrifugal turbomachinery remaining life

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009003478A2 (en) * 2007-06-29 2009-01-08 Vestas Wind Systems A/S Thermal monitoring of doubly-fed generator
WO2009003478A3 (en) * 2007-06-29 2009-06-25 Vestas Wind Sys As Thermal monitoring of doubly-fed generator
US7755230B2 (en) 2008-02-06 2010-07-13 Hitachi, Ltd. Rotary electric machine having cooling device and electric generating system including the machine
EP2088410A1 (de) 2008-02-07 2009-08-12 Hitachi, Ltd. Drehende elektrische Maschine
FR2935562A1 (fr) * 2008-09-03 2010-03-05 Michelin Soc Tech Agencement de connexions dans une machine electrique tournante.
EP2539679B1 (de) * 2010-02-24 2019-09-25 Siemens Aktiengesellschaft System bzw. verfahren zur ermittlung eines lagerzustandes
EP3591367A1 (de) * 2010-02-24 2020-01-08 Siemens Aktiengesellschaft System bzw. verfahren zur ermittlung eines lagerzustandes
DE102015004845A1 (de) 2015-04-16 2016-10-20 Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Überwachung einer Galette oder Führungsrolle
EP3699566A1 (de) * 2019-02-19 2020-08-26 Robert Bosch GmbH Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer temperatur einer elektrischen maschine und elektrisches antriebssystem
EP3913792A1 (de) * 2020-05-20 2021-11-24 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung, system und verfahren zur temperaturermittlung einer elektrischen maschine
WO2021233694A1 (de) * 2020-05-20 2021-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung, system und verfahren zur temperaturermittlung einer elektrischen maschine
US11736057B2 (en) 2020-05-20 2023-08-22 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement, system and method for determining a temperature of an electric machine

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Publication number Publication date
JP2008528901A (ja) 2008-07-31
US20080094231A1 (en) 2008-04-24
US7652587B2 (en) 2010-01-26
WO2006082190A1 (de) 2006-08-10

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