DE102007017708A1 - Electric motor arrangement i.e. compact servo actuator, has oscillation detection unit detecting oscillations of motor unit and outputting signal, where detection unit is arranged in such manner that signal is outputted to control unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen Elektromotor der gemeinsam mit einem Umrichter ausgebildet ist. Derartige Elektromotoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, derartige Elektromotoren in regelmäßigen Abständen mit Diagnoseeinheiten zu prüfen, beispielsweise dahingehend, ob Unwuchten aufgedreht sind, welche auf Dauer die Lebenszeit des Motors verkürzen. Genauer gesagt wird zu Wartungs- und Diagnosezwecken mit einer Schwingungserfassungseinrichtung überprüft, ob beispielsweise Unwuchten der Motorwelle oder dergleichen auftreten.The The present invention relates to an electric motor, and more particularly an electric motor which is formed together with a converter is. Such electric motors are known from the prior art. It is also known from the prior art, such electric motors in regular intervals with Check diagnostic units, for example whether imbalances are turned on, which in the long run the Shorten the life of the engine. More specifically, it is checked for maintenance and diagnostic purposes with a vibration detecting device, for example Imbalance of the motor shaft or the like occur.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die gelegentliche Überprüfung von Elektromotoren mit Hilfe von derartigen Schwingungserfassungseinrichtungen oftmals nicht ausreichend ist, da bestehende Veränderungen oder Verschlechterungen bereits innerhalb kürzester Zeit weitere zum Teil noch erheblichere Verschlechterungen nach sich ziehen können.It However, it has been shown that the occasional review of electric motors with Help of such vibration detection devices often is not sufficient, given existing changes or deterioration already within the shortest possible time Time further to some even more significant deterioration after can draw.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Motoranordnung zur Verfügung zu stellen, welche eine im Wesentlichen permanente Überwachung des Elektromotors hinsichtlich mechanischer Schwingungen erlaubt. Daneben soll auch eine Möglichkeit geschaffen werden, eventuell auftretende Schwingungen mit anderen bzw. antriebsspezifischen Systemgrößen wie dem Drehmoment und der Drehzahl direkt abzugleichen.The Object of the present invention is therefore a motor assembly to disposal to provide a substantially permanent monitoring of the electric motor with respect to mechanical vibrations allowed. In addition to a possibility be created, possibly occurring vibrations with others or drive-specific system variables such as torque and to match the speed directly.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand durch Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This is inventively the object achieved by claim 1. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Motoranordnung weist eine Motoreinheit auf, sowie einen Umrichter, der die Motoreinheit versorgt. Daneben ist eine Antriebssteuerungseinheit vorgesehen, welche die Bewegungen der Motoreinheit steuert.The inventive motor assembly has a motor unit, as well as an inverter, the motor unit provided. In addition, a drive control unit is provided, which controls the movements of the motor unit.
Erfindungsgemäß weist die Motoranordnung eine permanent und insbesondere stationär an der Motoranordnung angeordnete Schwingungserfassungseinrichtung auf, welche mechanische Schwingungen der Motoreinheit erfasst und ein erstes Signal ausgibt, welches für diese mechanischen Schwingungen charakteristisch ist. Daneben ist erfindungsgemäß die Schwingungserfassungeinrichtung derart gestaltet, dass das Signal an die Antriebssteuerungseinheit ausgegeben wird. Damit wird unter einer Bewegung der Motoreinheit eine Bewegung des Sekundärteils gegenüber dem Primärteil verstanden, wobei diese Bewegung beispielsweise auf eine Abtriebswelle übertragen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die ersten Signale direkt über eine Leiterverbindung von der Schwingungserfassungseinrichtung an die Antriebssteuerungseinheit ausgegeben. Es ist jedoch auch möglich, die ersten Signale zunächst in einer Auswerteeinheit auszuwerten.According to the invention the motor assembly a permanent and in particular stationary on the motor assembly arranged vibration detection device, which mechanical Detects vibrations of the motor unit and outputs a first signal, which for This mechanical vibration is characteristic. Next to it is According to the invention, the vibration detection device designed such that the signal to the drive control unit is issued. This will be under a movement of the motor unit a movement of the abutment across from the primary part understood, with this movement, for example, transmitted to an output shaft becomes. In a preferred embodiment The first signals are sent directly via a conductor connection the vibration detection device to the drive control unit output. However, it is also possible the first signals first evaluate in an evaluation unit.
Unter einer Motoreinheit wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung diejenige Einheit des Motors verstanden, welche die Drehbewegung erzeugt. Insbesondere weist eine derartige Motoreinheit ein Primärteil und ein diesem Primärteil gegenüber bewegliches Sekundärteil bzw. in einer speziellen Ausführungsform einen Stator und einen diesen Stator gegenüber drehbar angeordneten Rotor auf.Under a motor unit is in the context of the present invention that unit of the engine understood the rotational movement generated. In particular, such a motor unit has a primary part and a primary part across from movable abutment or in a specific embodiment a stator and a rotor rotatably arranged with respect to this stator.
Der Umrichter bzw. Wechselrichter dient zur Speisung der Motoreinheit. Bei der Antriebssteuereinheit handelt es sich insbesondere aber nicht ausschließlich um einen Antriebsprozessor, der die Motoreinheit steuert. Der Begriff Umrichter wird im Folgenden auch für Wechselrichter verwendet.Of the Inverter or inverter serves to power the motor unit. However, the drive control unit is in particular not exclusively to a drive processor that controls the motor unit. The term Inverter is also used below for inverters.
Damit handelt es sich bevorzugt um einen Umrichtermotor, speziell die konstruktive Einheit aus einem Drehstrommotor und einem Umrichter zu ihrer Speisung. Bevorzugt ist der Umrichter mit einem Beschleunigungsaufnehmer ausgerüstet, der von einem Antriebsprozessor d. h. der Antriebssteuerungseinheit, ausgewertet wird. Unter einer Schwingungserfassungseinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, die mechanische Schwingungen oder mechanische Bewegungen erfassen kann. So wird beispielsweise auch ein Körperschallsensor als Schwingungserfassungseinrichtung verstanden.In order to it is preferably an inverter motor, especially the constructive unit consisting of a three-phase motor and a converter to their feeding. Preferred is the inverter with an accelerometer equipped, that of a drive processor d. H. the drive control unit, is evaluated. Under a vibration detection device is understood a device that mechanical vibrations or mechanical Can detect movements. For example, a structure-borne noise sensor will also be used understood as vibration detection device.
Besonders bevorzugt ist diese Schwingungserfassungseinrichtung selbst mit dem Stator oder einem Gehäuse der Motoranordnung verbunden.Especially Preferably, this vibration detection device itself with the stator or a housing connected to the motor assembly.
Besonders bevorzugt ist die Motoranordnung bzw. der Umrichter derart gestaltet, dass das erste Signal mit wenigstens einer für den Betrieb charakteristischen Bewegungsgröße in Beziehung gesetzt wird. Diese charakteristische Beziehungsgröße ist dabei aus einer Gruppe von Beziehungsgrößen ausgerichtet, welche die Drehzahl, das Drehmoment oder dergleichen enthält.Especially Preferably, the motor arrangement or the converter is designed such that the first signal having at least one characteristic for the operation Movement size in relation is set. This characteristic relationship is included from a group of relationship sizes that the Speed, torque or the like contains.
Besonders bevorzugt ist die Schwingungserfassungseinrichtung in die Antriebssteuerungseinheit integriert, beispielsweise mit dieser auf einer gemeinsamen Platine angeordnet und besonders bevorzugt mit dieser vergossen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform bietet die integrierte Schwingungserfassungseinrichtung mit Auswertung in der Antriebssteuereinheit nicht nur eine kostengünstige Alternative zu separaten Schwingungserfassungssystemen, sondern bietet darüber hinaus auch die Möglichkeit, Vibrationen mit anderen antriebsspezifischen Systemgrößen, wie dem Drehmoment oder der Drehzahl direkt abzugleichen. Daneben kann auch eine Auswerteeinheit zur Auswertung der ersten Signale vorgesehen sein, wobei diese Auswerteeinheit bevorzugt ebenfalls in die Antriebssteuerungseinheit integriert ist.Particularly preferably, the vibration detection device is integrated into the drive control unit, for example, arranged with this on a common board and particularly preferably potted with this. In this preferred embodiment, the integrated vibration detection device with evaluation in the drive control unit not only provides a cost-effective alternative to separate vibration detection systems, but also offers the possibility of vibration with other drive-specific Sys temgrößen, such as the torque or the speed directly. In addition, it is also possible to provide an evaluation unit for evaluating the first signals, wherein this evaluation unit is preferably likewise integrated into the drive control unit.
Dabei ist es möglich, die im Antrieb bzw. in der Antriebssteuerung aufbereiteten oder zumindest zwischengespeicherten Messwerte, die sich aus den ersten Signalen ergeben, an eine übergeordnete Steuerung zu übergeben.there Is it possible, the processed in the drive or in the drive control or at least cached metrics resulting from the first Signals to a higher-level control to hand over.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schwingungserfassungseinrichtung in dem Umrichter bzw. einem Gehäuse des Umrichters angeordnet bzw. gemeinsam mit dem Umrichter in ein gemeinsames Gehäuse integriert. Auf diese Weise wird eine besonders kostengünstige Herstellung der gesamten Motoranordnung ermöglicht. Es wäre jedoch auch denkbar, die Schwingungserfassungseinrichtung zwischen den Gehäusen der Motoreinheit und des Umrichters anzuordnen.at A further advantageous embodiment is the vibration detection device in the inverter or a housing of the inverter or together with the inverter in a common housing integrated. In this way, a particularly cost-effective production of entire engine arrangement allows. It would be, however also conceivable, the vibration detection device between the housings to arrange the motor unit and the inverter.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Umrichter bzw. dessen Gehäuse direkt mit einem Gehäuse der Motoreinheit verbunden. Besonders bevorzugt ist der Umrichter bzw. dessen Gehäuse mit dem Gehäuse der Motoreinheit verschraubt. Durch diese Vorgehensweise wird Körperschall der Motoreinheit zwar indirekt, aber dennoch ausreichend gut auf die Schwingungserfassungseinrichtung übertragen. Die Auswertung der von der Schwingungserfassungseinrichtung ausgegebenen Signale erfolgt, wie oben erwähnt, in der Antriebssteuerungseinheit bzw. dem Antriebsprozessor, wobei das Schwingungssignal im Zeit- und/oder Frequenzbereich analysiert wird und Kennwerte berechnet werden.at a further preferred embodiment is the inverter or its housing directly to a housing of the Motor unit connected. Particularly preferred is the inverter or its housing with the housing bolted to the motor unit. Through this procedure, structure-borne noise Although the motor unit indirectly, but still good enough transmit the vibration detection device. The evaluation of the signals are output by the vibration detection device, as mentioned above, in the drive control unit or the drive processor, wherein the vibration signal in the time and / or frequency domain analyzed and characteristic values are calculated.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Motoranordnung bzw. der Umrichter eine Signalausgabeeinrichtung auf, die bei Auftreten vorbestimmter erster Signale ein Ausgabesignal ausgibt. Bei diesem Ausgabesignal kann es sich beispielsweise um ein Warnsignal oder eine Störmeldung handeln, die in Abhängigkeit von einem Vergleich mit Grenzwerten erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform weist die Motoranordnung eine Speichereinrichtung auf, in der zulässige Grenzwerte abgelegt sind sowie eine Vergleichseinrichtung, welche die ersten Signale bzw. die aus diesen ersten Signale resultierenden Messwerte mit diesen Grenzwerten vergleicht. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Umrichter an der Motoreinheit angeordnet. Genauer gesagt ist der Umrichter als Teil des Umrichtermotors so am oder in der Motoreinrichtung angeordnet, dass die Schwingungserfassungseinrichtung Vibrationen des Motors erfassen kann. Bei der Motoreinheit handelt es sich besonders bevorzugt um einen Drehstrommotor.at a further preferred embodiment the motor arrangement or the converter has a signal output device on, the output of predetermined first signals an output signal outputs. This output signal may, for example, at a warning or a fault message act in dependence is generated by a comparison with limit values. In this embodiment The motor arrangement has a memory device in which allowable limit values are stored and a comparator, which are the first signals or the measured values resulting from these first signals compares these limits. In a further advantageous embodiment the inverter is arranged on the motor unit. More precisely is the inverter as part of the inverter motor so on or in the Motor device arranged that the vibration detection device Can detect vibrations of the engine. At the engine unit acts It is particularly preferably a three-phase motor.
Vorzugsweise ist der Umrichter in einem Gehäuse angeordnet. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Umrichter an der Motoreinheit anordenbar, d. h. er kann im Wesentlichen fest mit der Motoreinheit verbunden werden. Bevorzugt liegt dabei die Schwingungserfassungseinrichtung direkt an einem Gehäuse der Motoreinheit an. Auch ist es möglich, dass die Schwingungserfassungseinrichtung gemeinsam mit der Antriebssteuerungseinheit auf einer Platine angeordnet ist und diese Platine wiederum an dem Motorgehäuse vorgesehen ist.Preferably is the inverter in a housing arranged. In a further preferred embodiment, the inverter can be arranged on the motor unit, d. H. He can essentially be firm with the motor unit to be connected. Preferably, the vibration detection device is directly on a housing the motor unit. It is also possible that the vibration detection device arranged together with the drive control unit on a circuit board is and this board is in turn provided on the motor housing.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Schwingungserfassungseinrichtung ein Schwingungsaufnehmer. Daneben kann es sich bei der Schwingungserfassungseinrichtung auch um einen Körperschallsensor handeln. Weiterhin können auch sowohl ein Schwingungsaufnehmer als auch ein Körperschallsensor vorgesehen sein.at In a further advantageous embodiment, the vibration detection device is a Vibration Transducers. In addition, it may be in the vibration detection device also a structure-borne sound sensor act. You can also continue provided both a vibration sensor and a structure-borne sound sensor be.
Dabei besteht der Zweck dieser Sensorik, d. h. des Schwingungsaufnehmers oder des Körperschallsensors darin, mechanische Schäden am Motor und insbesondere an seiner Lagerung wie gegebenenfalls auch an der Lastmaschine diagnostizieren zu können.there is the purpose of this sensor, d. H. of the vibration sensor or the structure-borne sound sensor in it, mechanical damage on the engine and in particular on its storage as appropriate also to be able to diagnose on the load machine.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Motoranordnung eine Speichereinrichtung auf, in der für die Bewegung der Motoreinheit charakateristische Werte abgespeichert sind. Bei diesen charakteristischen Werten kann es sich beispielsweise um Grenzwerte für auftretende Schwingungen oder dergleichen handeln. Dabei können diese Grenzwerte auch in Abhängigkeit von einer weiteren Kennzahl des Motors, wie dessen Drehzahl oder dessen Drehmoment abgeleitet sein.at a further advantageous embodiment, the engine assembly a memory device in which for the movement of the motor unit characateristic values are stored. In this characteristic Values may be, for example, limits for occurring vibrations or the like. These limits can also dependent on from another indicator of the engine, such as its speed or its torque can be derived.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Motoranordnung um einen Kompaktservomotor. Derartige Kompaktservomotoren können durch die Integration einer Schwingungserfassungseinrichtung und der zusätzlichen Auswertung für die Überwachung von Motor und Maschine auf überhöhte oder unzulässige Vibrationen getestet werden. Durch die besonders vorteilhafte Anordnung der Schwingungserfassungseinrichtung in der Regelungselektronik beispielsweise einer Steuer- oder Leistungskarte, die fest mit dem Stator oder dem Gehäuse des Motors verbunden ist, ist es möglich, dass diese Schwingungserfassungseinrichtung an dieser Stelle die mechanischen Schwingungen und Körperschallwellen des Motors erfasst. Durch die erfindungsgemäße Auswertung der Daten des oder der ersten Signale der Schwingungserfassungseinrichtung in der Antriebssteuerungseinrichtung ist es möglich, dass die auftretenden Vibrationen im Bezug gesetzt werden zu weiteren Messgrößen oder Zustandsgrößen des Antriebs wie beispielsweise der Drehzahl.The motor arrangement is preferably a compact servo motor. Such compact servo motors can be tested for excessive or inadmissible vibrations by integrating a vibration detection device and the additional evaluation for motor and machine monitoring. Due to the particularly advantageous arrangement of the vibration detection device in the control electronics, for example, a control or power card that is firmly connected to the stator or the housing of the engine, it is possible that this vibration detection device detects the mechanical vibrations and structure-borne sound waves of the engine at this point. Due to the inventive evaluation of the data of the first or the first signals of the vibration detection device in the drive control device, it is possible that the vibrations occurring are related to other measured variables or state variables of the Drive such as the speed.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf einen Umrichter, oder Wechselrichter zum Betreiben einer Motoranordnung gerichtet, wobei dieser Umrichter oder Wechselrichter an einer Motoreinheit angeordnet werden kann und eine Antriebssteuerungseinheit aufweist, welche die Bewegung der Motoreinheit steuert. Dabei weist dieser Umrichter eine permanent an dem Umrichter angeordnete Schwingungserfassungseinrichtung auf, welche geeignet ist, mechanische Schwingungen der Motoreinheit zu erfassen und ein erstes Signal auszugeben, welches für diese mechanischen Schwingungen charakteristisch ist. Weiterhin ist diese Schwingungserfassungseinrichtung derart gestaltet, dass das erste Signal an die Antriebssteuerungseinheit ausgegeben werden kann.The The present invention is further directed to an inverter, or inverter directed to operating a motor assembly, said inverter or inverter can be arranged on a motor unit and a drive control unit which controls the movement the motor unit controls. In this case, this inverter has a permanent on the inverter arranged vibration detection device, which is suitable for mechanical vibrations of the motor unit capture and output a first signal, which for this mechanical vibration is characteristic. Furthermore, this is Vibration detection device designed such that the first Signal can be output to the drive control unit.
Bevorzugt ist die Schwingungserfassungseinrichtung in einem Gehäuse des Umrichters angeordnet und der Umrichter bzw. dessen Gehäuse ist direkt an einem Gehäuse der Motoreinheit befestigt.Prefers is the vibration detecting device in a housing of the Inverter arranged and the inverter or its housing is direct on a housing the motor unit attached.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben einer Motoranordnung gerichtet, wobei die Motoranordnung eine Motoreinheit, einen Umrichter, der die Motoreinheit versorgt, und eine Antriebssteuerungseinheit, welche die Bewegungen der Motoreinheit steuert, aufweist. Erfindungsgemäß ist eine an der Motoranordnung permanent und bevorzugt auch stationär angeordnete Schwingungserfassungseinrichtung vorgesehen, welche mechanische Schwingungen der Motoreinheit erfasst und ein erstes Signal ausgibt, welches für mechanische Schwingungen charakteristisch ist. Weiterhin wird erfindungsgemäß das erste Signal an die Antriebssteuerungseinheit ausgegeben.The The present invention is further directed to a method of operation directed to a motor assembly, wherein the motor assembly comprises a motor unit, a converter that supplies the motor unit, and a drive control unit, which controls the movements of the motor unit has. According to the invention is a on the motor assembly permanently and preferably also stationary arranged vibration detection device provided which detects mechanical vibrations of the motor unit and outputs a first signal indicative of mechanical vibrations is characteristic. Furthermore, according to the invention, the first Signal output to the drive control unit.
Vorzugsweise ist die Motoranordnung in der oben beschriebenen Art ausgeführt. Besonders bevorzugt erfolgt die Auswertung der ersten Signale und gegebenenfalls auch der weiteren Größen im Frequenzbereich. Dabei können Störungen wie beispielsweise eine Unwucht oder Lagerschäden an ihren typischen drehzahlabhängigen Frequenzen erkannt werden. Als Referenz kann beispielsweise ein an einer neuen Maschine ermittelter und in der Steuerungseinrichtung abgespeicherter Soll- bzw. Gutzustand verwendet werden. Dabei kann auch eine Vielzahl von beispielsweise drehzahlabhängigen Referenzwerten vorliegen.Preferably the engine assembly is designed in the manner described above. Especially Preferably, the evaluation of the first signals and optionally also the other sizes in the frequency range. It can disorders such as imbalance or bearing damage at their typical speed-dependent frequencies be recognized. For example, a reference to a new Machine determined and stored in the control device Target or good condition are used. It can also be a variety for example, speed-dependent Reference values are available.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:Further Advantages and embodiments the present invention will become apparent from the accompanying drawings:
Darin zeigen:In this demonstrate:
Direkt
an der Motoreinheit
Das
Bezugszeichen
Dabei
ist es bevorzugt möglich,
die Schwingungserfassungseinrichtung
Die
von der Schwingungserfassungseinrichtung
Ist
dies der Fall so kann der Benutzer über eine Alarmausgabeeinrichtung
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All Features disclosed in the application documents are considered to be essential to the invention as long as they are individually or in combination with respect to State of the art are new.
- 11
- Motoranordnungengine location
- 22
- Motoreinheitmotor unit
- 44
- Umrichterinverter
- 55
- Gehäuse des UmrichtersHousing of inverter
- 5a5a
-
Bodenplatte
des Gehäuses
5 Bottom plate of the housing5 - 5b5b
-
Deckel
des Gehäuses
5 Cover of the housing5 - 66
- AntriebssteuerungseinheitDrive control unit
- 7a, 7b7a, 7b
- LeiterkartePCB
- 99
- Schraubverbindungscrew
- 1010
- SchwingungserfassungseinrichtungVibration detecting means
- 1212
- SignalausgabeeinrichtungSignal output device
- 1414
- Motorgehäusemotor housing
- 1616
- Motorwellemotor shaft
- 1818
- Speichereinrichtungmemory device
Claims (16)
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DE102007017708A DE102007017708A1 (en) | 2007-04-14 | 2007-04-14 | Electric motor arrangement i.e. compact servo actuator, has oscillation detection unit detecting oscillations of motor unit and outputting signal, where detection unit is arranged in such manner that signal is outputted to control unit |
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