DE102016000368B4

DE102016000368B4 - Temperaturschätzvorrichtung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102016000368B4
Application number: DE102016000368.5A
Authority: DE
Inventors: Yasunori Sugimoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2036-01-16
Also published as: CN105823571A; US10340774B2; DE102016000368A1; US20160218600A1; JP2016133493A; JP5952438B1; CN105823571B

Abstract

Temperaturschätzvorrichtung (10), eingerichtet zum Schätzen einer tatsächlichen Temperatur eines Messzielgegenstandes (54) eines Elektromotors (30), wobei die Temperaturschätzvorrichtung (10) aufweist:eine Temperaturdetektionseinrichtung (12), die zum Gewinnen einer detektierten Temperatur eingerichtet ist, welche durch einen Temperatursensor (34) detektiert wird, welcher an dem Messzielgegenstand (54) des Elektromotors (34) angebracht ist;eine Speichereinrichtung (14), die eingerichtet ist zum sukzessiven Abspeichern der mit der Temperaturdetektionseinrichtung (12) gewonnenen detektierten Temperatur gemäß einer vorgegebenen Prüfperiode; undeine Temperaturschätzeinrichtung (16), die eingerichtet ist,eine erste geschätzte Temperatur zu berechnen, durch Gewichten der in der Speichereinrichtung (14) gespeicherten detektierten Temperatur auf Basis eines Betrages der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit oder eines Mittelwerts von Beträgen der Änderung davon und eines Koeffizienten, der derart vorbestimmt ist, dass eine geschätzte Temperatur des Messzielgegenstands (54) sich der tatsächlichen Temperatur des Messzielgegenstands (54) annähert, und fernereine zweite geschätzte Temperatur zu berechnen, durch Gewichten der ersten geschätzten Temperatur auf Basis des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit oder des Mittelwerts von Beträgen der Änderung davon und des Koeffizienten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Temperaturschätzvorrichtung, eingerichtet zum Schätzen der Temperatur eines Elektromotors.
Zum Stand der Technik
Gemäß einem bekannten Verfahren zum Detektieren oder Abschätzen der Temperatur eines Elektromotors wird ein Verlust abgeschätzt aus dem in den Elektromotor eingespeisten Strom und der mit dieser Abschätzung gewonnene Verlust wird als Basis herangezogen zur Berechnung der Temperatur des Elektromotors. Gemäß einer anderen Temperaturschätzmethode wird ein im Inneren des Elektromotors vorgesehener Temperatursensor eingesetzt. Ein Temperatursensor wird im Allgemeinen nahe der Hauptwärmequelle des Elektromotors angeordnet, d.h. der Windung. Damit ist es möglich, den Zustand der Wärmeerzeugung im Elektromotor zu überwachen.
8 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Temperatursensors 100. Der Temperatursensor 100 ist mit einem Temperaturdetektionselement 102 und einer Zuführung 104 versehen, die mit dem Temperaturdetektionselement 102 verbunden ist. Das Temperaturdetektionselement 102 ist mit einem Kunststoff 106 abgedeckt, um so die Isolation und den Wärmewiderstand zu verbessern. Da bei einem solchen Temperatursensor 100 die Wärmekapazität des Kunststoffes 106 relativ groß ist, wird die durch die Windung erzeugte Wärme bisweilen nicht zum Temperaturdetektionselement 102 hinreichend schnell übertragen. Deshalb kann die mit dem Temperatursensor 100 detektierte Temperatur nicht mit Änderungen der momentanen Temperatur des Elektromotors (Windung) mithalten und im Ergebnis wird die Temperatur des Elektromotors nicht mehr genau detektiert. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn der Betrag der Temperaturänderung der Windung in der Zeit relativ groß ist.
9 zeigt eine mit dem Temperatursensor 100 gewonnene detektierte Temperatur und die tatsächliche Temperatur der Windung. Die durchgezogene Linie in der Figur zeigt die detektierte Temperatur, während die gestrichelte Linie die Windungstemperatur zeigt. Gemäß der Figur ist im Bereich X der Betrag der Änderung der Windungstemperatur in der Zeit relativ groß. Damit ist nachvollziehbar, dass die Differenz zwischen der detektierten Temperatur und der Windungstemperatur groß ist. Andererseits ist im Bereich Y der Betrag der Änderung der Windungstemperatur mit der Zeit relativ klein und somit die Differenz zwischen der detektierten Temperatur und der Windungstemperatur klein.
Beim Verfahren zum Abschätzen der Temperatur eines Elektromotors aufgrund des Verlustes im Elektromotor ist der Aufbau für die Schätzung der Temperatur relativ aufwändig. Andererseits ist es beim Verfahren mit Verwendung eines Temperatursensors, wie oben erläutert, schwierig, genau die Temperatur eines Elektromotors zu detektieren.
Das Dokument JP S62 - 082 692 A beschreibt ein Kochgerät mit Induktionsheizung, wobei ein Betrag der Leistung, welche einer Heizwindung zugeführt wird, entsprechend der Änderungsrate der detektierten Temperatur mit der Zeit gesteuert wird zum Zwecke des Verhinderns einer Überhitzung des Kochgerätes. Das Dokument JP S62 - 082 692 A zeigt aber keine Abschätzung der Temperatur eines zu vermessenden Objektes.
Das Dokument JP S62 - 203 578 A zeigt ein Verfahren zum Steuern des Anfahrens eines elektrischen Induktionsmotors mit Vorhersage einer Temperaturänderung einer Windung und einer Warnung an eine Bedienungsperson sowie einer Einschränkung des Anfahrens des Elektromotors, wenn vorhergesagt wird, dass die Windungstemperatur einen vorgegebenen Temperaturwert erreicht oder überschreitet. Die in dem Dokument S62 - 203 578 A beschriebene Erfindung gibt zwar eine Windungstemperatur beim Betrieb aufgrund der Windungstemperatur, die vor dem Start des Elektromotors detektiert wurde, an, kann jedoch nicht die momentane Temperatur des Elektromotors genau detektieren.
Das Dokument DE 10 2013 016 911 A1 offenbart eine Temperaturschätzvorrichtung mit einer Verlustrecheneinheit zum Berechnen des Verlusts eines Motors in einer Zeitspanne, einer Erfassungseinheit zum sequentiellen Erfassen einer Messtemperatur, die mittels einer Temperaturmesseinrichtung über die Zeitspanne gemessen wurde und einer Einheit zum Erfassen des Werts eines Koeffizienten.
Der Koeffizient stellt eine Beziehung zwischen einer von dem Motor erzeugten Wärmemenge, der Höhe einer Temperaturschwankung des Motors und einer Anordnungsposition der Temperaturmesseinrichtung unter Verwendung des errechneten Verlusts, der Messtemperatur und der Umgebungstemperatur des Motors dar. Eine Temperaturschätzeinheit der Temperaturschätzvorrichtung dient dem Abschätzen einer Temperatur des Motors auf der Grundlage des Werts des Koeffizienten, eines voreingestellten Bezugswerts für den Koeffizienten, der erfassten Messtemperatur und der Umgebungstemperatur.
Das Dokument DE 10 2009 030 206 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der Abgastemperatur eines Fahrzeugmotors mittels eines Temperaturfühlers, der einen Temperatursensor und ein den Temperatursensor umgebendes Schutzrohr, das in einen Abgasstrom hineinragt, aufweist, wobei mit dem Temperaturfühler eine Serie von Temperaturmesswerten erzeugt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass aus mehreren Temperaturmesswerten, die zeitlich aufeinanderfolgen, unter Verwendung einer Kenngröße der thermischen Trägheit des Temperaturfühlers ein korrigierter Temperaturwert berechnet wird.
Das Dokument DE 196 34 368 C2 offenbart ein Sensorsystem mit einem Messelement mit PT1-Verhalten. Dem Messelement ist hierbei eine Messwertauswerteeinheit nachgeschaltet, die zu den vom Messelement gelieferten Messwerten einen Korrekturwert addiert, der gleich dem Produkt einer Messelement-Zeitkonstante mit einem gleitenden Steigungsmittelwert der nacheinander aufgenommenen Messwerte ist.
Das Dokument DE 10 2010 019 113 A1 offenbart ein Verfahren zur näherungsweisen Berechnung der Temperatur eines Raumes aus einer gemessenen Temperatur des Raumes, wobei die Raumtemperatur in einem Messabschnitt gemäß einer Rechenvorschrift aus der Summe der gemessenen Temperatur und der mit einem Faktor gewichteten Steigung der gemessenen Temperatur berechnet wird.
Das Dokument US 4 836 442 A betrifft eine Kompensationsvorrichtung zur Kompensation von aufgrund einer Sensornacheilung entstehenden Erfassungsfehlern einer Sensoranordnung.
Es besteht deshalb ein Bedarf an einer Temperaturschätzvorrichtung, welche die Temperatur eines Elektromotors in einfacher Weise genau schätzen (bestimmen) kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist durch den Hauptanspruch definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche definiert.
Gemäß einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung wird eine Temperaturschätzvorrichtung bereitgestellt, die eingerichtet ist zur Schätzung (Bestimmung) einer Temperatur eines Elektromotors, wobei die Temperaturschätzvorrichtung aufweist: eine Temperaturdetektionseinrichtung, eingerichtet zum Gewinnen einer detektierten Temperatur, die detektiert ist durch einen Temperatursensor, welcher am Elektromotor angebracht ist; eine Speichereinrichtung, eingerichtet zum sukzessiven Speichern der detektierten Temperatur, welche durch die Temperaturdetektionseinrichtung gemäß vorgegebenen Abfrageperioden gewonnen wird; und eine Temperaturschätzeinrichtung, die eingerichtet ist, die in der Speichereinrichtung gespeicherte detektierte Temperatur, ein Verhältnis des Änderungsbetrages der detektierten Temperatur über der Zeit und einen Koeffizienten als Basis zum Schätzen der Temperatur eines Messzielgegenstandes des Elektromotors einzusetzen.
Gemäß einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung wird eine Temperaturschätzvorrichtung entsprechend der ersten Variante bereitgestellt, wobei das Verhältnis des Betrags der Änderung der detektierten Temperatur mit der Zeit ein Mittelwert ist aus einer Mehrzahl von Verhältnissen des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur über der Zeit, gewonnen durch die in der Speichereinrichtung gespeicherten detektierten Temperaturen.
Gemäß einer dritten Variante der Erfindung wird eine Temperaturschätzvorrichtung in Übereinstimmung mit den ersten und zweiten Varianten der Erfindung bereitgestellt, wobei der Koeffizient bestimmt wird auf Basis der Wärmekapazität des Temperatursensors und der Wärmekapazität des Messzielgegenstandes.
Gemäß einer vierten Variante der Erfindung wird eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß den ersten bis dritten Varianten bereitgestellt, wobei die Speichereinrichtung eingerichtet ist, eine geschätzte Temperatur des Messzielgegenstandes, geschätzt durch die Temperaturschätzeinrichtung, abzuspeichern und wobei die Temperaturschätzeinrichtung eingerichtet ist, die Temperatur des Messzielgegenstandes abzuschätzen entsprechend Wiederholverhältnissen einschließlich der abgeschätzten Temperatur des Messzielgegenstandes, wie in der Speichereinrichtung abgespeichert, und des Verhältnisses des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur mit der Zeit und des Koeffizienten.
Gemäß einer fünften Variante der Erfindung wird eine Temperaturschätzvorrichtung in Übereinstimmung mit den ersten bis vierten Varianten bereitgestellt, wobei die Temperaturschätzvorrichtung weiterhin eine Koeffizientenänderungseinrichtung aufweist, eingerichtet zum Ändern des Koeffizienten, wobei die Koeffizientenänderungseinrichtung eingerichtet ist, den Koeffizienten zu ändern auf Basis des Vorhandenseins oder Fehlens einer Ausrüstung des Elektromotors mit einer Kühleinrichtung, wobei dann, wenn der Elektromotor mit einer Kühleinrichtung versehen ist, die Kühlleistung der Kühleinrichtung berücksichtigt wird.
Gemäß einer sechsten Variante der Erfindung wird eine Temperaturschätzvorrichtung in Übereinstimmung mit den ersten bis fünften Varianten bereitgestellt, wobei die Temperaturschätzvorrichtung weiterhin eine Überhitzungsprüfeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Verwendung der abgeschätzten Temperatur des Messzielgegenstandes, wie durch die Temperaturschätzeinrichtung abgeschätzt, als Basis zur Prüfung, ob der Elektromotor in einem Überhitzungszustand ist oder nicht.
Obige sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher angesichts der Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Einzelnen, die in den Figuren illustriert sind.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Aufbaus eines Elektromotors, der zusammen mit einer Temperaturschätzeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel einsetzbar ist.
2 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Temperaturschätzeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 zeigt einen Graphen einer geschätzten Temperatur einer Windung, geschätzt durch eine Temperaturschätzeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 ist ein Graph zur Darstellung einer geschätzten Temperatur einer Windung, geschätzt durch eine Temperaturschätzeinrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Graph einer geschätzten Temperatur einer Windung, geschätzt durch eine Temperaturschätzeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Temperaturschätzvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
7A zeigt Graphen einer detektierten Temperatur und einer Windungstemperatur, wenn ein Elektromotor nicht mit einer Kühleinrichtung versehen ist.
7B ist ein Graph einer detektierten Temperatur und einer Windungstemperatur, wenn ein Elektromotor mit einer Kühlvorrichtung versehen ist.
8 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus eines Temperatursensors.
9 zeigt Graphen einer detektierten Temperatur und einer Windungstemperatur.

BESCHREIBUNG IM EINZELNEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Die grundlegenden Komponenten der dargestellten Ausführungsbeispiele sind zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung hinsichtlich der Skalierung geändert. Gleiche oder einander entsprechende grundlegende Komponenten haben in den Figuren die gleichen Bezugszeichen.
1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Aufbaus eines Elektromotors, welcher zusammen mit einer Temperaturschätzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einsetzbar ist. Der Elektromotor 30 hat einen Rotor 40 mit einer Rotationsachse 42, welche um eine Rotationsachsenlinie O drehbar ist, und einen Stator 50, der konzentrisch mit dem Rotor 40 in Radialrichtung außerhalb des Rotors 40 angeordnet ist. Der Stator 50 hat einen Statorkern 52 mit im Wesentlichen zylinderförmiger Gestalt und eine Windung 54, die auf dem Statorkern 52 angebracht ist. Weiterhin hat der Elektromotor 30 einen mit ihm verbundenen Antriebsverstärker 32. Der Antriebsverstärker 32 liefert Strom in die Windung 54.
Der Elektromotor 30 ist weiterhin versehen mit einem Temperatursensor 34, der an der Windung 54 angebracht ist, und mit einer Temperaturschätzvorrichtung 10, welche die mit dem Temperatursensor 34 detektierte Temperatur als Basis benutzt zum Abschätzen der Temperatur des Elektromotors 30. Die Temperaturschätzvorrichtung 10 ist ein digitaler Rechner mit bekanntem Aufbau einschließlich einer CPU, einem ROM, einem RAM und einer Schnittstelle zum Senden und Empfangen von Daten und Signalen bezüglich unterschiedlicher externer Einrichtungen. Die Temperaturschätzvorrichtung 10 kann in eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) eingebaut sein, die eingerichtet ist zum Steuern des Elektromotors 30, oder sie kann separat von der Steuervorrichtung vorgesehen sein.
Der Temperatursensor 34 ist beispielsweise ein Thermistor mit bekanntem Aufbau, wie oben in Bezug auf 8 beispielhaft beschrieben ist. Der Temperatursensor 34 ist eingerichtet zum Detektieren einer Änderung des Widerstandswertes des Thermistors, wie er mit einer Änderung der Temperatur der Windung 54 einhergeht, und gibt das Ergebnis als Temperaturdetektionssignal ab. Eine Fachperson erkennt aber, dass andere Typen von Temperatursensoren in entsprechender Weise für die Erfindung einsetzbar sind.
2 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Temperaturschätzvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie dargestellt, ist die Temperaturschätzvorrichtung 10 mit einer Temperaturdetektionseinrichtung 12, einer Speichereinrichtung 14 und einer Temperaturschätzeinrichtung 16 versehen.
Die Temperaturdetektionseinrichtung 12 gewinnt den mit dem Temperatursensor 34 gewonnenen Temperaturwert. Der Temperatursensor 34 ist so angeordnet, dass er mit der Windung 54 (1) in Kontakt ist oder zumindest hinreichend nahe bei der Windung 54 angeordnet ist. Die Erfindung ist aber nicht auf einen solchen speziellen Aufbau beschränkt. Der Temperatursensor 34 kann auch an jedem Messzielgegenstand eines Elektromotors 30 vorgesehen sein, wo eine Temperatur zu detektieren gewünscht wird. Die detektierte Temperatur, wie durch die Temperaturdetektionseinrichtung 12 gewonnen, wird durch die Speichereinrichtung 14 ausgelesen.
Die Speichereinrichtung 14 wirkt beispielsweise zusammen mit dem RAM der Temperaturschätzvorrichtung 10 oder einem anderen Speicher zum Speichern der detektierten Temperatur, wie von der Temperaturdetektionseinrichtung 12 gewonnen. Die Speichereinrichtung 14 ist eingerichtet, sukzessive die detektierte Temperatur über eine vorgegebene Messzeit zu vorgegebenen Messzyklen zu speichern. Eine Fachperson ist in der Lage, geeignete Messzeiten und geeignete Abfrageperioden bezüglich der Temperatur in Abhängigkeit vom Typ des Elektromotors und den Betriebsbedingungen desselben zu bestimmen.
Die Temperaturschätzeinrichtung 16 verwendet die in der Speichereinrichtung 14 gespeicherten detektierten Temperaturen, die Verhältnisse der Beträge der Änderung dieser detektierten Temperaturen in Bezug auf die Zeit (das heißt, den Betrag der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit), und einen vorgegebenen Koeffizienten als Basis zur Abschätzung der Temperatur eines Messzielgegenstandes des Elektromotors 30, d.h. beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Temperatur der Windung 54. Nachfolgend wird der Einfachheit halber der Beispielsfall beschrieben, bei dem die „Windung 54“ der Messzielgegenstand ist.
Wie oben anhand der 9 beschrieben ist, steigt die Differenz zwischen der mit dem Temperatursensor 34 detektierten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur der Windung 54 an oder fällt ab in Abhängigkeit von dem Betrag der Änderung der Temperatur der Windung 54 pro Zeiteinheit. Deshalb ist gemäß der Temperaturschätzvorrichtung 10 des Ausführungsbeispieles die Temperaturschätzeinrichtung 16 eingerichtet, die detektierte Temperatur des Temperatursensors 34 in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Betrages der Änderung des detektierten Temperaturwertes in Bezug auf die Zeit, welche zuletzt abgespeichert worden ist, zu wichten und so die Temperatur der Windung 54 zu bestimmen (Schätzen). Das Verhältnis A des Betrags der Änderung der detektierten Temperatur in Bezug auf die Zeit in einem Intervall von der Zeit t₁ zu der Zeit t₂ ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung (1): $A = \frac{T_{2} - T_{1}}{t_{2} - t_{1}}$
wobei T₁ die zur Zeit t₁ detektierte Temperatur ist und T₂ die zur Zeit t₂ detektierte Temperatur ist.
Weiterhin ergibt sich die geschätzte Temperatur T_C2 der Windung zum Zeitpunkt t₂ aus der nachfolgenden Gleichung (2): $T_{c 2} = T_{2} + K \cdot A = T_{2} + K \cdot (\frac{T_{2} - T_{1}}{t_{2} - t_{1}})$
wobei K ein vorgegebener Koeffizient ist. Der Koeffizient K kann entsprechend der Wärmekapazität des Temperatursensors 34 und der Wärmekapazität der Windung 54 bestimmt werden. Insbesondere kann der Koeffizient K mit Tests bestimmt werden unter Verwendung der gegebenen Ausrüstung oder durch Simulation, so dass die geschätzte Temperatur T_C2 der tatsächlichen Temperatur der Windung 54 nahe liegt.
3 ist eine graphische Darstellung der detektierten Temperatur der Windung 54, wie durch die Temperaturdetektionseinrichtung 12 gewonnen, und der geschätzten Temperatur der Windung 54, wie durch die Temperaturschätzeinrichtung 16 geschätzt. In 3 zeigt die durchgezogene Linie die detektierte Temperatur der Windung 54, während die gestrichelte Linie die geschätzte Temperatur der Windung 54 zeigt, berechnet gemäß Gleichung (2). Je größer das Verhältnis des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur der Windung 54 in Bezug auf die Zeit ist (das heißt, je größer die Größe der Neigung der durchgezogenen Linie in 3 ist), um so größer ist der Betrag der Korrektur ΔT (zweiter Term auf der rechten Seite in Gleichung (2)), bezogen auf die detektierte Temperatur, und im Ergebnis nähert sich die geschätzte Temperatur der tatsächlichen Temperatur der Windung 54 an.
Bei der Temperaturschätzvorrichtung 10 dieses Ausführungsbeispieles wird die detektierte Temperatur korrigiert durch eine Wichtung entsprechend dem Verhältnis des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur des Messzielgegenstandes des Elektromotors 30 in Bezug auf die Zeit. Deshalb kann auch dann, wenn die detektierte Temperatur aufgrund der Differenz in den Wärmekapazitäten nicht einer Änderung der tatsächlichen Temperatur hinreichend schnell folgen kann, die Temperatur des Messzielgegenstandes genau abgeschätzt werden.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet die Temperaturschätzeinrichtung 10 als Verhältnis des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur in Bezug auf die Zeit zum Finden der geschätzten Temperatur der Windung 54 den Mittelwert A_avr einer Mehrzahl von Verhältnissen der Beträge der Änderung der detektierten Temperatur mit Bezug auf die Zeit. Der Mittelwert A_avr kann mit der nachfolgenden Gleichung (3) gefunden werden: $A_{a v r} = \frac{1}{n - 1} \sum_{n = 2}^{n} \frac{T_{n} - T_{n - 1}}{t_{n} - t_{n - 1}}$
wobei T_n die detektierte Temperatur ist, welche mit der Temperaturdetektionseinrichtung 12 zur Zeit Temperatur_n gewonnen wurde (wobei „n“ eine ganze Zahl gleich 2 ist oder größer).
Durch Substitution von A_avr in „A“ in Gleichung (2) wird die geschätzte Temperatur T_Cn der Windung zur Zeit T_n gewonnen. $T_{c n} = T_{n} + K \cdot A_{a v r} = T_{n} + K \cdot (\frac{1}{n - 1} \sum_{n = 2}^{n} \frac{T_{n} - T_{n - 1}}{t_{n} - t_{n - 1}})$
4 zeigt eine Schätztemperatur der Windung 54, gewonnen mit Gleichung (4) unter Verwendung des Mittelwertes A_avr einer Anzahl von „n-1“-Verhältnissen des Betrages der Änderung der detektierten Temperaturen in Bezug auf die Zeit während einer Messperiode von t₁ bis t_n. Mit diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise auch dann, wenn die mit dem Temperatursensor 34 gewonnene detektierte Temperatur in kurzer Zeit stark anfällt oder abfällt, wie in 4 mit durchgehender Linie gezeigt, die Schätztemperatur der Windung 54 stabil und genau gefunden werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Speichereinrichtung 14 eingerichtet, sukzessive die geschätzte Temperatur der Windung 54, wie durch die Temperaturschätzeinrichtung 16 geschätzt, abzuspeichern. Weiterhin ist die Temperaturschätzeinrichtung 16 eingerichtet, die Temperatur der Windung 54 entsprechend einer Wiederholrate zu schätzen (Gleichung (6) weiter unten) unter Berücksichtigung der zuletzt geschätzten Temperatur der Windung 54, wie in der Speichereinrichtung 14 abgespeichert, des Verhältnisses des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur in Bezug auf die Zeit und einem Koeffizienten.
Das Verhältnis A(n) des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur in Bezug auf die Zeit während der Zeitspanne von t_n-1 bis t_n kann mit der nachfolgenden Gleichung (5) gefunden werden: $A (n) = \frac{T_{n} - T_{n - 1}}{t_{n} - t_{n - 1}}$
wobei „n“ eine ganze Zahl gleich 2 oder größer ist.
Weiterhin kann die geschätzte Temperatur T_Cn zur zeit t_n gemäß der nachfolgenden Gleichung (6) gewonnen werden durch Substitution von „A(n)“ in „A“ in Gleichung (2). $T_{c n} = T_{n} + K \cdot A (n) = T_{n} + K \cdot (\frac{T_{n} - T_{n - 1}}{t_{n} - t_{n - 1}})$
Weiterhin kann die Schätztemperatur T_cn+1 zum Zeitpunkt t_n+1 mit der nachfolgenden Gleichung unter Verwendung der Schätztemperatur Tcn nach Gleichung (6) ermittelt werden. $T_{c n + 1} = T_{c n} + K \cdot A (n + 1) = T_{c n} + K \cdot (\frac{T_{n + 1} - T_{n}}{t_{n + 1} - t_{n}})$
5 zeigt die geschätzte Temperatur der Windung, wie sie durch die obige Wiederholratengleichung (Gleichung (7)) zu bestimmen ist. Wie dargestellt, wird mit der Temperaturschätzeinrichtung 16 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die geschätzte Temperatur der Windung 54 gewonnen durch Wichtung der detektierten Temperatur entsprechend dem Verhältnis des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur, wie durch den Temperatursensor 34 in Bezug auf die Zeit detektiert wird.
Deshalb kann in gleicher Weise wie bei der Temperaturschätzvorrichtung 10 gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel die Temperatur der Windung 54 und damit die Temperatur des Elektromotors 30 genau geschätzt werden.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Temperaturschätzvorrichtung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Wie sich aus einem Vergleich mit 2 ergibt, ist die Temperaturschätzvorrichtung 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich versehen mit einer Koeffizientenänderungseinrichtung 18 und einer Überhitzungsprüfeinrichtung 20.
Die Koeffizientenänderungseinrichtung 18 ändert den bei der Schätzung der Temperatur der Windung 54 verwendeten Koeffizienten unter Berücksichtigung, ob der Elektromotor 30 mit einer Kühleinrichtung (nicht dargestellt) versehen ist, wobei dann, wenn eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, die Kühlleistung der Kühleinrichtung berücksichtigt wird.
7A zeigt die detektierte Temperatur der Windung 54 und die tatsächliche Temperatur der Windung 54, wenn der Elektromotor 30 nicht mit einer Kühleinrichtung versehen ist. Die 7B zeigt die detektierte Temperatur der Windung 54 und die tatsächliche Temperatur der Windung 54, wenn der Elektromotor 30 mit einer Kühleinrichtung versehen ist. Wie sich aus einem Vergleich der 7A und 7B ergibt, ist dann, wenn der Elektromotor 30 mit einer Kühleinrichtung versehen ist, die Differenz zwischen der detektierten Temperatur der Windung 54, wie durch den Temperatursensor 34 detektiert, und der tatsächlichen Temperatur der Windung 54 relativ größer. Dies ist insbesondere bemerkenswert, wenn der Elektromotor 30 ein Gebläse oder eine andere Kühleinrichtung mit starker Kühlwirkung hat.
Wenn deshalb der Elektromotor 30 mit einer Kühleinrichtung versehen ist, ist der Koeffizient zur Abschätzung der Temperatur der Windung 54 so zu ändern, dass er größer wird im Vergleich zu einem Elektromotor 30 ohne Kühleinrichtung, so dass die mit der Temperaturschätzeinrichtung 16 abgeschätzte Temperatur näher am tatsächlichen Temperaturwert der Windung 54 liegt. In gleicher Weise wird der Koeffizient dahingehend geändert, dass er mit anwachsender Kühlleistung der Kühleinrichtung größer wird, so dass die abgeschätzte Temperatur möglichst nahe an der tatsächlichen Temperatur der Windung 54 liegt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Koeffizientenänderungseinrichtung 18 eingerichtet, den für die Abschätzung der Temperatur der Windung 54 durch die Temperaturschätzeinrichtung 16 verwendeten Koeffizienten entsprechend der Kühlwirkung bezüglich des Elektromotors 30 zu ändern. Insbesondere wird die Korrelation zwischen der Kühlleistung der Kühleinrichtung und einem passenden Koeffizienten bestimmt durch experimentelle Tests oder Simulationen und die Ergebnisse werden verwendet für die Anfertigung einer Tabelle bezüglich Parameter und Beziehungswerten im Voraus. Die Koeffizientenänderungseinrichtung 18 verwendet die Parameter- oder Referenztabelle zur Änderung des Koeffizienten. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann unabhängig davon, ob eine Kühleinrichtung vorgesehen ist oder welche Kühlwirkung vorliegt, die abgeschätzte Temperatur der Windung 54 und damit die Temperatur des Elektromotors 30 genau ermittelt werden.
Die Überhitzungsprüfeinrichtung 20 vergleicht die durch die Temperaturschätzeinrichtung 16 geschätzte Temperatur und einen vorgegebenen Schwellenwert, um zu bestimmen, ob der Elektromotor 30 in einem Überhitzungszustand ist oder nicht. Ergibt die Prüfung durch die Überhitzungsprüfungseinrichtung 20, dass der Elektromotor 30 in einem Überhitzungszustand ist, wird beispielsweise ein Alarmton erzeugt oder eine Alarmmitteilung wird auf einer Anzeigeeinrichtung oder dergleichen angezeigt. Auf diese Weise kann eine Bedienungsperson in einfacher Weise feststellen, wenn der Elektromotor 30 in einem Überhitzungszustand ist.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Bei der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der Erfindung wird das Verhältnis des Betrages der Änderung der mit einem Temperatursensor detektierten Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit als Basis benutzt zum Wichten der detektierten Temperatur. Auf diese Weise kann die Temperatur des Elektromotors genau bestimmt werden. Weiterhin ist es mit der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der Erfindung möglich, die Temperatur eines Elektromotors mit einem einfachen Aufbau zu schätzen, im Vergleich zu bekannten Verfahren mit Überwachung des in einen Elektromotor eingespeisten Stromes und Abschätzung des durch den Strom bedingten Verlustes.

Claims

Temperaturschätzvorrichtung (10), eingerichtet zum Schätzen einer tatsächlichen Temperatur eines Messzielgegenstandes (54) eines Elektromotors (30), wobei die Temperaturschätzvorrichtung (10) aufweist: eine Temperaturdetektionseinrichtung (12), die zum Gewinnen einer detektierten Temperatur eingerichtet ist, welche durch einen Temperatursensor (34) detektiert wird, welcher an dem Messzielgegenstand (54) des Elektromotors (34) angebracht ist; eine Speichereinrichtung (14), die eingerichtet ist zum sukzessiven Abspeichern der mit der Temperaturdetektionseinrichtung (12) gewonnenen detektierten Temperatur gemäß einer vorgegebenen Prüfperiode; und eine Temperaturschätzeinrichtung (16), die eingerichtet ist, eine erste geschätzte Temperatur zu berechnen, durch Gewichten der in der Speichereinrichtung (14) gespeicherten detektierten Temperatur auf Basis eines Betrages der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit oder eines Mittelwerts von Beträgen der Änderung davon und eines Koeffizienten, der derart vorbestimmt ist, dass eine geschätzte Temperatur des Messzielgegenstands (54) sich der tatsächlichen Temperatur des Messzielgegenstands (54) annähert, und ferner eine zweite geschätzte Temperatur zu berechnen, durch Gewichten der ersten geschätzten Temperatur auf Basis des Betrages der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit oder des Mittelwerts von Beträgen der Änderung davon und des Koeffizienten.
Temperaturschätzvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Koeffizientenänderungseinrichtung (18), welche eingerichtet ist zum Ändern des Koeffizienten, wobei die Koeffizientenänderungseinrichtung (18) eingerichtet ist, dann, wenn der Elektromotor (18) mit einer Kühleinrichtung versehen ist, den Koeffizienten so zu ändern, dass der Koeffizient größer wird als in dem Fall, wenn der Elektromotor (18) keine Kühleinrichtung aufweist, und den Koeffizienten so zu ändern, dass der Koeffizient größer wird, wenn eine Kühlleistung der Kühleinrichtung ansteigt.
Temperaturschätzvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend eine Überhitzungsprüfeinrichtung (20), die eingerichtet ist, zu prüfen, ob der Elektromotor (30) in einem Überhitzungszustand ist oder nicht, durch Vergleichen der zweiten geschätzten Temperatur und einem vorgegebenen Schwellenwert.
Temperaturschätzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Messzielgegenstand (54) eine Windung des Elektromotors (30) ist und wobei der Temperatursensor (34) ein Temperaturdetektionselement und einen das Temperaturdetektionselement abdeckenden Kunststoff umfasst.
Temperaturschätzvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Temperaturschätzeinrichtung (16) die erste geschätzte Temperatur Tcn zu einem Zeitpunkt t_n unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: $T_{c n} = T_{n} + K \cdot A (n) = T_{n} + K \cdot (\frac{T_{n} - T_{n - 1}}{t_{n} - t_{n - 1}})$
wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, T_n die detektierte Temperatur des Messzielgegenstands (54) zu dem Zeitpunkt t_n ist, K der Koeffizient ist, t_n-1 der Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t_n ist, A(n) der Betrag der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit während einer Zeitdauer von dem Zeitpunkt t_n-1 bis zu dem Zeitpunkt t_n ist, und T_n-1 die detektierte Temperatur des Messzielgegenstands (54) zu dem Zeitpunkt t_n-1 ist, und wobei die Temperaturschätzeinrichtung (16) ferner die zweite geschätzte Temperatur T_cn+1 zu einem Zeitpunkt t_n+1 unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: $T_{c n + 1} = T_{c n} + K \cdot A (n + 1) = T_{c n} + K \cdot (\frac{T_{n + 1} - T_{n}}{t_{n + 1} - t_{n}})$
wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, t_n+1 ein Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt t_n ist, A(n+1) der Betrag der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit während einer Zeitdauer von dem Zeitpunkt t_n bis zu dem Zeitpunkt t_n+1 ist, und T_n+1 die detektierte Temperatur des Messzielgegenstands (54) zu dem Zeitpunkt t_n+1 ist.
Temperaturschätzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperaturschätzeinrichtung (16) die erste geschätzte Temperatur Tcn zu einem Zeitpunkt t_n unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: $T_{c n} = T_{n} + K \cdot A_{a v r} = T_{n} + K \cdot (\frac{1}{n - 1} \sum_{n = 2}^{n} \frac{T_{n} - T_{n - 1}}{t_{n} - t_{n - 1}})$
wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, T_n die detektierte Temperatur des Messzielgegenstands (54) zu dem Zeitpunkt t_n ist, K der Koeffizient ist, t_n-1 der Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t_n ist, A_avr Mittelwert der Beträge der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit ist, und T_n-1 die detektierte Temperatur des Messzielgegenstands (54) zu dem Zeitpunkt t_n-1 ist, und wobei die Temperaturschätzeinrichtung (16) ferner die zweite geschätzte Temperatur T_cn+1 zu einem Zeitpunkt t_n+1 unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: $T_{c n + 1} = T_{c n} + K \cdot A (n + 1) = T_{c n} + K \cdot (\frac{T_{n + 1} - T_{n}}{t_{n + 1} - t_{n}})$
wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, t_n+1 ein Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt t_n ist, A(n+1) der Betrag der Änderung der detektierten Temperatur pro Zeiteinheit während einer Zeitdauer von dem Zeitpunkt t_n bis zu dem Zeitpunkt t_n+1 ist, und T_n+1 die detektierte Temperatur des Messzielgegenstands (54) zu dem Zeitpunkt t_n+1 ist.