DE102016122404A1

DE102016122404A1 - Bestimmung der rotorermüdung in einer elektromotorbaugruppe

Info

Publication number: DE102016122404A1
Application number: DE102016122404.9A
Authority: DE
Inventors: Chad A. FREITAS; Matthew D. Laba; Steven L. Hayslett
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-06-01
Also published as: CN106816995B; US9847701B2; US20170155307A1; CN106816995A

Abstract

Eine Elektromotorbaugruppe beinhaltet einen Elektromotor mit einem Stator und einen Rotor. Eine Steuerung ist operativ mit dem Elektromotor verbunden und konfiguriert, einen Drehmomentbefehl zu empfangen. Der Rotor ist konfiguriert, mit einer Rotordrehzahl (ω) zu rotieren, die zumindest teilweise auf dem Drehmomentbefehl beruht. Die Steuerung hat einen Prozessor und einen physischen, nichtflüchtigen Speicher, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer kumulativen Rotorermüdung (FC) aufgezeichnet sind, die zumindest teilweise auf der Rotordrehzahl beruhen. Die Steuerung ist operativ, mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors zumindest teilweise auf der Grundlage der kumulierten Rotorermüdung (FC) zu steuern. Die Steuerung ist entsprechend konfiguriert, in chronologischer Reihenfolge entsprechende Vorkommnisse aufzuzeichnen, wo der Rotorbelastungswert die jeweiligen vorgegebenen Belastungsniveaus überschreitet, um einen Zyklusdatensatz zu bilden, sodass der Zyklusdatensatz eine Zeitfolge der jeweiligen Ereignisse konserviert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Bestimmung der Rotorermüdung in der Baugruppe eines Elektromotors.
HINTERGRUND
Ein Elektromotor, wie beispielsweise eine Maschine mit eingebettetem Dauermagneten, beinhaltet einen Rotor mit einer Vielzahl von Magneten wechselnder Polarität. Der Rotor ist innerhalb eines Stators drehbar, der im Allgemeinen mehrere Statorwicklungen und magnetische Pole wechselnder Polarität beinhaltet. Zur Verbesserung von Leistung und Effizienz können Rotoren bei höheren Drehzahlen rotieren, was aber die Belastung des Rotors erhöhen kann.
KURZDARSTELLUNG
Eine Elektromotorbaugruppe beinhaltet einen Elektromotor mit einem Rotor. Eine Steuerung ist operativ mit dem Elektromotor verbunden und so konfiguriert oder programmiert, dass sie einen Drehmomentbefehl empfängt. Der Rotor ist konfiguriert, mit einer Rotordrehzahl (ω) zu rotieren, die zumindest teilweise auf dem Drehmomentbefehl beruht. Die Steuerung hat einen Prozessor und einen physischen, nichtflüchtigen Speicher, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer kumulativen Rotorermüdung (F_C) aufgezeichnet sind, die zumindest teilweise auf der Rotordrehzahl beruhen. Die Steuerung ist operativ, mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors zumindest teilweise auf der Grundlage der kumulierten Rotorermüdung (F_C) zu steuern.
Ein Drehzahlsensor kann operativ mit der Steuerung verbunden und konfiguriert sein, die Rotordrehzahl zu messen. Die Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor veranlasst die Steuerung, einen Absolutwert der Rotordrehzahl unter Verwendung vorgegebener Werte aus einer Nachschlagtabelle in einen Rotorbelastungswert umzuwandeln. Die Steuerung ist konfiguriert, in chronologischer Reihenfolge entsprechende Vorkommnisse aufzuzeichnen, wo der Rotorbelastungswert die jeweiligen vorgegebenen Belastungsniveaus überschreitet, um einen Zyklusdatensatz zu bilden, sodass der Zyklusdatensatz eine Zeitfolge der jeweiligen Ereignisse konserviert.
Die Steuerung kann konfiguriert sein, den Zyklusdatensatz in eine Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) umzuwandeln, von denen jeder durch einen jeweiligen Belastungsbereich (R_i) eine jeweilige mittlere Belastung (M_i) und eine jeweilige Anzahl von Ereignissen (n_i) gekennzeichnet ist. Die Steuerung kann konfiguriert sein, festzustellen, ob ein letzter aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) Null ist. Ist der letzte aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) nicht Null, dann ist die Steuerung konfiguriert, den letzten aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) durch einen vordefinierten Maximalwert zu ersetzen.
Die Steuerung kann konfiguriert sein, einen jeweiligen Ermüdungswert (V_i) für jeden aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) zu ermitteln, zumindest teilweise beruhend auf dem jeweiligen Belastungsbereich (R_i), der jeweiligen mittleren Belastung (M_i) und der jeweiligen Anzahl von Ereignissen (n_i) sowie einer ersten vordefinierten Konstante (C1), einer zweiten vordefinierten Konstante (C2) und einer dritten vordefinierten Konstante (C3). Der jeweilige Ermüdungswert (V_i) ist als ein Verhältnis der jeweiligen Anzahl von Ereignissen (n_i) und eines ersten Parameters (n_i) definiert, wobei der erste Parameter (n_i) definiert ist als: n_i = [C1·R_i/(1 – (C2·M_i)]^C3.
Ein Zyklus-Ermüdungsfaktor (F₁) wird als Aufsummierung (F₁ = _iΣV_i) der jeweiligen Ermüdungswerte (V_i) von jeder der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) gewonnen. Die Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) repräsentiert einen einzelnen aus einer Vielzahl von Zyklen. Die Steuerung ist konfiguriert, entsprechende Zyklus-Ermüdungsfaktoren (F₁ ... F_n) für jede aus der Vielzahl von Zyklen zu gewinnen. Die Steuerung ist konfiguriert, eine kumulative Rotorermüdung (CF) als Aufsummierung (CF = _nΣF) der jeweiligen Zyklus-Ermüdungsfaktoren (F₁ ... F_n) zu gewinnen.
Der Elektromotor kann einen Stator mit Statorwicklungen beinhalten. Eine strombegrenzende Vorrichtung kann operativ mit der Steuerung verbunden und konfiguriert ist, einen elektrischen Strom an den Statorwicklungen selektiv zu begrenzen. Die Steuerung kann konfiguriert sein, festzustellen, ob die kumulierte Rotorermüdung (F_C) über einer vordefinierten Ermüdungsschwelle liegt. Liegt die Rotorermüdung (F_C) oberhalb des Schwellenwerts, dann ist die Steuerung konfiguriert, zumindest einen Parameter des Elektromotors zu ändern, um die Drehzahl des Rotors zu begrenzen, beispielsweise durch Aktivieren der strombegrenzenden Vorrichtung.
Die oben genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische fragmentarische Teilschnittdarstellung einer Elektromotor-Baugruppe mit einem Elektromotor, der einen Rotor hat;
2 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bestimmung der Ermüdung des Rotors aus 1;
3 ist ein Beispiel eines Graphen, wie er im Verfahren von 2 eingesetzt werden kann, welcher Rotorbelastungswerte in der vertikalen Achse und die Rotordrehzahl in der horizontalen Achse zeigt;
4 ist ein Beispiel eines Graphen, wie er im Verfahren von 2 eingesetzt werden kann, welcher die vordefinierten Drehzahlschwellen in der vertikalen Achse und die Zeit in der horizontalen Achse zeigt; und
5 ist ein Beispiel eines Histogramms, wie es im Verfahren von 2 eingesetzt werden kann, welches den Belastungsbereich in der vertikalen Achse und die mittlere Belastung in der horizontalen Achse zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin sich die gleichen Referenznummern auf die gleichen Komponenten beziehen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Elektromotorbaugruppe 10. Baugruppe 10 beinhaltet einen Elektromotor 12. Baugruppe 10 kann ein Bauteil einer Vorrichtung 11 sein. Die Vorrichtung 11 kann eine Beförderungs-Vorrichtung mit einem oder mehreren Rädern sein, wie ein Fahrrad, Personenkraftwagen, Nutzfahrzeug, Militärfahrzeug oder Industriefahrzeug. Die Vorrichtung 11 kann ein Roboter, ein landwirtschaftliches Gerät, Sportausrüstung oder eine andere Art Vorrichtung sein.
Bezugnehmend auf 1 beinhaltet der Elektromotor 12 einen Stator 14 und einen Rotor 16. Der Rotor 16 kann einen ersten Dauermagneten 18 und einen zweiten Dauermagneten 20 wechselnder Polarität um den äußeren Umfang eines Rotorkerns 22 beinhalten. Der Rotor 16 kann eine beliebige Anzahl von Dauermagneten beinhalten; zur Vereinfachung sind nur zwei dargestellt. Der Rotor 16 ist bei einer Rotordrehzahl (ω) im Stator 14 drehbar. Während die Ausführungsform in 1 einen dreiphasigen Motor mit einem Polpaar (also mit zwei Polen) darstellt, versteht sich, dass eine beliebige Anzahl von Phasen oder Polpaaren eingesetzt werden kann. Der Elektromotor 12 kann viele verschiedene Formen annehmen und mehrere und/oder alternierende Komponenten und Einrichtungen beinhalten. Während der in den Figuren dargestellte Elektromotor 12 als Beispiel dient, sollen die in den Figuren gezeigten Komponenten keinerlei Einschränkung darstellen. Tatsächlich können zusätzliche oder alternative Komponenten und/oder Ausführungen verwendet werden.
Bezugnehmend auf 1 beinhaltet der Stator 14 einen Statorkern 24, der zylindrisch mit einem hohlen Innenraum geformt sein kann. Der Statorkern 24 kann eine Vielzahl von nach innen ragenden Statorzähnen 26A–F beinhalten, die durch Schlitze 28 voneinander getrennt sind. In der in 1 gezeigten Ausführungsform können die Statorwicklungen 30A–F operativ mit dem Statorkern 24 verbunden sein, sie können beispielsweise um die Statorzähne 26A–F gewickelt sein. Der Betrieb des Elektromotors 10 hängt von der Interaktion zwischen mehreren Magnetfeldern ab. In der gezeigten Ausführungsform entstehen diese Magnetfelder durch den in den Statorwicklungen 30A–F fließenden Strom und durch die Permanentmagneten 18, 20. Der Strom in den Statorwicklungen 30A–F erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, welches eine elektromotorische Kraft in den Rotor 16 induziert, wodurch dieser sich um eine Mittelachse (durch Nullpunkt 32) dreht. Der Rotorkern 22 definiert einen inneren Radius 34 und einen äußeren Radius 36.
Bezugnehmend auf 1 beinhaltet die Baugruppe 10 eine Steuerung 40, die operativ mit dem Elektromotor 12 verbunden ist oder in elektronischer Kommunikation mit ihm steht. Bezugnehmend auf 1 beinhaltet die Steuerung 40 mindestens einen Prozessor 42 und mindestens einen Speicher 44 (oder ein anderes nicht flüchtiges, greifbares und computerlesbares Speichermedium), auf dem Anweisungen zur Umsetzung des in 2 gezeigten Verfahrens 100 zur Ermittlung einer kumulativen Rotorermüdung (F_C) aufgezeichnet sind. Der Speicher 44 kann von der Steuerung ausführbare Anweisungssätze speichern, und der Prozessor 42 kann den auf dem Speicher 44 gespeicherten und von der Steuerung ausführbaren Anweisungssatz ausführen. Die Steuerung 40 ist operativ, mindestens einen Betriebsparameter von Elektromotor 12 zumindest teilweise auf Grundlage der kumulierten Rotorermüdung (F_C) zu steuern.
Die Steuerung 40 aus 1 ist konfiguriert, d. h. eigens programmiert, die Schritte aus Verfahren 100 (unten mit Bezug auf 2 genauer besprochen) auszuführen, und kann Eingaben verschiedener Sensoren empfangen. Bezugnehmend auf 1 kann die Baugruppe 10 einen Drehzahlsensor 50 beinhalten, der in Kommunikation (z. B. elektronischer Kommunikation) mit der Steuerung 40 steht und in der Lage ist, die Drehzahl des Rotors 16 zu messen. Die Baugruppe 10 kann einen ersten Temperatursensor 46 (wie ein Thermistor oder Thermoelement) beinhalten, der in Kommunikation mit der Steuerung 40 steht, wie in 1 dargestellt. Der erste Temperatursensor 46 ist in der Lage, die Temperatur der Statorwicklungen 30A–F zu bestimmen und Eingabesignale an die Steuerung 40 zu senden. Der erste Temperatursensor 46 kann auf einer der Statorwicklungen 30 installiert oder montiert sein. Ein zweiter Temperatursensor 48 kann in Kommunikation mit der Steuerung 40 stehen und konfiguriert sein, die Temperatur des Rotors 16 zu messen. Ein Magnetflusssensor 51 kann in Kommunikation mit der Steuerung 40 stehen und konfiguriert sein, den vom Elektromotor 12 ausgehenden Magnetfluss zu messen.
Die Steuerung 40 ist zum Empfang eines Drehmomentbefehls (T*) konfiguriert. Der Drehmomentbefehl (T*) kann von der Steuerung 40 als Reaktion auf einer Bediener-Eingabe oder einen von der Steuerung 40 überwachten automatisch gelieferten Eingabezustand empfangen werden. Wenn die Vorrichtung 11 ein Fahrzeug ist, kann die Steuerung 40 den Drehmomentbefehl (T*) basierend auf Eingabesignalen von einem Fahrzeugführer durch ein Gaspedal 52 und ein Bremspedal 54 bestimmen, wie in 1 dargestellt. Der Rotor 16 ist konfiguriert, mit einer Rotordrehzahl zu rotieren, die zumindest teilweise auf dem Drehmomentbefehl (T*) beruht.
Nun bezugnehmend auf 2 wird ein Flussdiagramm des Verfahrens 100 abgebildet, das auf der Steuerung 40 aus 1 gespeichert und von dieser ausgeführt werden kann. Verfahren 100 muss nicht in der bestimmten, hierin genannten Reihenfolge ausgeführt werden, beispielsweise kann Block 108 vor oder nach Block 110 durchgeführt werden. Ferner versteht sich, dass einige Blöcke entfernt werden können. Der Start und das Ende des Verfahrens 100 sind jeweils durch „S“ und „E“ gekennzeichnet. Bezugnehmend auf 2 kann das Verfahren 100 mit Block 102 beginnen, wobei die Steuerung 40 programmiert oder konfiguriert ist, die Rotordrehzahl zu ermitteln. In einer Ausführungsform wird die Rotordrehzahl über den Drehzahlsensor 50 aus 1 gewonnen. Zusätzlich kann die Steuerung 40 programmiert werden, die Rotordrehzahl auf Grundlage anderer Verfahren zu bestimmen, ohne den Einsatz von Sensoren, wie mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) oder mit jedem anderen Fachleuten bekannten Verfahren oder Mechanismus.
In Block 104 von 2, ist die Steuerung 40 konfiguriert, einen Absolutwert der Rotordrehzahl unter Verwendung vorbestimmter Nachschlagwerte in einen Rotorbelastungswert umzuwandeln. Die vorbestimmten Nachschlagwerte können aus einer Nachschlagtabelle, Gleichungen, einem Diagramm oder einer Kombination dieser und weiterer Elemente stammen. Bezugnehmend auf 3 wird ein exemplarisches Diagramm 200 zur Gewinnung der Nachschlagwerte dargestellt. In 3 stellt die horizontale Achse 204 die Rotordrehzahl (in U/min) und die vertikale Achse 202 die Nachschlagwerte dar. Um die Nachschlagwerte zu gewinnen, können in einer Prüfzelle oder einem Labor Kennzeichnungsdaten bei verschiedenen Rotordrehzahlen zu einer Ausgangstemperatur genommen werden. Das Nachschlagwerte für einen bestimmte Rotor 16 können durch Verwendung der Finite-Elemente-Methode und der physikalischen Eigenschaften der Materialien des Rotors 16 gewonnen werden.
In Block 106 von 2 ist die Steuerung 40 konfiguriert, in chronologischer Reihenfolge, in vordefinierten Klassen, entsprechende Vorkommnisse aufzuzeichnen, wo der Rotorbelastungswert die jeweiligen vordefinierten Belastungsniveaus überschreitet, um einen Zyklusdatensatz zu bilden, sodass der Zyklusdatensatz eine Zeitfolge der jeweiligen Ereignisse konserviert. Bezugnehmend auf 4 wird ein exemplarisches Diagramm 300 dargestellt, wo die horizontalen Achse 304 die Zeit wiedergibt und die vertikale Achse 302 die vordefinierten Belastungsniveaus (in Megapascal), versetzt von einem Referenz-Belastungsniveau 306. Das Punkt 308 entsprechende Vorkommnis überschreitet beispielsweise das Niveau von 1 Megapascal (relativ zum Referenz-Belastungsniveau 306) und wird in der Klasse aufgezeichnet, der diesem Niveau entspricht. Das Punkt 310 entsprechende Vorkommnis überschreitet jedes der Niveaus von 1, 2 und 3 Megapascal (relativ zum Referenz-Belastungsniveau 306) und wird in jeder diesbezüglichen Klasse aufgezeichnet. Desgleichen wird das Punkt 312 entsprechende Vorkommnis in der Klasse –1 Megapascal (relativ zum Referenz-Belastungsniveau 306) aufgezeichnet. Der Zyklusdatensatz kann in einer Warteschlange mit einer FIFO-Datenstruktur (first-in-first-out) festgehalten werden. In einer FIFO-Datenstruktur ist das erste Element, das der Warteschlange hinzugefügt wird, auch das erste, das entfernt wird. Dies entspricht der Anforderung, dass, wenn einmal ein neuer Punkt hinzugefügt wird, alle vorher hinzugefügten Punkte entfernt werden müssen, ehe der neue Punkt entfernt werden kann. Der Zyklusdatensatz kann in Form von FIFO-komprimierten Belastungsklassen akkumuliert werden.
Die Steuerung 40 ist konfiguriert, die Aufzeichnung von Vorkommnissen in den vordefinierten Klassen fortzuführen, bis die Baugruppe 10 abgestellt wird (z. B. Vorrichtung 11 abgeschaltet wird) oder die vordefinierten Klassen für jeden Zyklus voll sind. Die Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) kann einen einzigen Zyklus repräsentieren, d. h., vom Ein- bis zum Abschalten der Vorrichtung 11.
In Block 108 von 2 ist die Steuerung 40 konfiguriert, den Zyklusdatensatz in eine Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) umzuwandeln, deren jeder durch einen jeweiligen Belastungsbereich (R_i), eine jeweilige mittlere Belastung (M_i) und eine entsprechende Anzahl von Ereignissen (n_i) gekennzeichnet ist. In einem Beispiel wird ein Rainflow-Zählungs-Verfahren verwendet, um den Zyklusdatensatz in die Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) umzuwandeln. Wie Fachleuten bekannt, reduziert das Rainflow-Zählungs-Verfahren den Zeitablauf in eine Folge von Spannungsspitzen und Dehnungstälern und zählt die Anzahl der Halbzyklen in der Zeitfolge.
In Block 110 von 2 ist die Steuerung 40 konfiguriert zu bestimmen, ob ein letzter aus einer der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) Null ist. Ist der letzte aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) nicht Null, dann ist die Steuerung 40 konfiguriert, den letzten aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) durch einen vordefinierten Maximalwert zu ersetzen und zu Block 106 zurückzukehren, wie durch Linie 109 angezeigt. Der vordefinierte Maximalwert kann als der vorherige maximale Belastungswert in der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) festgesetzt werden. Ist der letzte aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) Null (was anzeigt, dass der Zyklus beendet ist), so geht das Verfahren 100 zu Block 112 über, wie durch Linie 111 angezeigt.
Bezugnehmend auf 5 wird ein exemplarisches Histogramm 400 dargestellt, das die Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) zeigt. In 5 repräsentiert die horizontale Achse 404 die mittlere Belastung (M_i) und die vertikale Achse 402 repräsentiert den Belastungsbereich (R_i). Die entsprechende Anzahl von Ereignissen (n_i) kann mit einer Vielzahl von Legenden wiedergegeben werden, wie die in 5 gezeigten erste, zweite, dritte und vierte Legende 408, 410, 412, 414. Jeder Zyklus kann ein Histogramm mit zahlreichen Werten des Belastungsbereichs, der mittleren Belastung und einer entsprechenden Anzahl von Ereignissen (n) erzeugen. In einem Beispiel repräsentieren die erste, zweite, dritte und vierte Legende 408, 410, 412, 414 jeweils eine Million, 500.000, 300.000 und 150.0000 Ereignisse. Es versteht sich, dass die Diagramme 200, 300 und 400 als nicht einschränkende Beispiele präsentiert werden.
In Block 112 von 2 ist die Steuerung 40 konfiguriert, einen jeweiligen Ermüdungswert (V_i) für jeden aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) zu gewinnen, zumindest teilweise basierend auf dem jeweiligen Belastungsbereich (R_i), der jeweiligen mittleren Belastung (M_i), der jeweiligen Anzahl der Ereignisse (n_i), einer ersten vordefinierten Konstante (C1), einer zweiten vordefinierten Konstante (C2) und einer dritten vordefinierten Konstante (C3). Der jeweilige Ermüdungswert (V_i) ist als ein Verhältnis der jeweiligen Anzahl von Ereignissen (n_i) und eines ersten Parameters (N_i) definiert, wobei der erste Parameter (N_i) definiert ist als: N_i = ( C1·R / [1 – (C2·M)])^C3
Die Werte der ersten vordefinierten Konstante (C1), der zweiten vordefinierten Konstante (C2) und der dritten vordefinierten Konstante (C3) können empirisch in einer Versuchszellen- oder Laboranordnung gewonnen werden. Die Werte können auch durch die Finite-Elemente-Methode oder jedes andere Fachleuten bekannte Verfahren gewonnen werden. In einem Beispiel sind, vorausgesetzt der Belastungsbereich und die mittlere Belastung werden in Einheiten von MPa oder Megapascal angegeben, die Werte von C1, C2, C3 jeweils 7 × 10⁸, 1,4 × 10⁹ und –8,3.
In Block 114 von 2 ist die Steuerung 40 konfiguriert, einen Zyklus-Ermüdungsfaktor (F₁) durch Aufsummierung (F₁ = _iΣV_i) der entsprechenden Ermüdungswerte (V_i) von jedem aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i), d. h. von jedem Punkt des exemplarischen Histogramms 400 aus 5, zu gewinnen.
In Block 116 von 2 ist die Steuerung 40 konfiguriert, die kumulative Rotorermüdung (CF) durch Aufsummierung (CF = _nΣF) einer Vielzahl von Zyklen zu gewinnen. Der Zyklus-Ermüdungsfaktor (F₁) ist einer aus einer Vielzahl von Zyklen (F₁ ... F_n). Somit wird die Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) verwendet, um eine aktuelle Zyklus-Ermüdung zu gewinnen, die zu nachfolgenden (oder vorhergehenden) Zyklus-Ermüdungen hinzuaddiert wird, um eine kumulative Ermüdung zu gewinnen.
In Block 118 von 2 ist die Steuerung 40 konfiguriert zu bestimmen, ob die kumulative Rotorermüdung (F_C) über einer vordefinierten Ermüdungsschwelle liegt. Liegt die kumulative Rotorermüdung (F_C) oberhalb der vordefinierten Ermüdungsschwelle, dann geht das Verfahren 100 zu Block 120 über, wo die Steuerung 40 konfiguriert ist, mindestens einen Parameter des Elektromotors 12 zu ändern, um die Drehzahl des Rotors 16 zu begrenzen, wie beispielsweise durch Aktivieren einer strombegrenzenden Vorrichtung, die nur einen maximalen Strom durch die Statorwicklungen 30 fließen lässt. Dies verringert die Belastung von Rotor 16. Bezugnehmend auf 1 ist die strombegrenzende Vorrichtung in der dargestellten Ausführungsform ein Widerstand 56. Jede Art dem Fachmann bekannte strombegrenzende Vorrichtung kann verwendet werden. Der Widerstand 56 kann einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) beinhalten, der einen durchfließenden Strom auf einen Maximalwert ansteigen und dann abflachen lässt. Der JFET ist eine dreipolige Halbleiter-Vorrichtung, die als spannungsgesteuerte Diode verwendet werden kann. Die Steuerung 40 kann konfiguriert sein, den Widerstand 56 durch einen Schalter (nicht dargestellt) oder eine andere Fachleuten bekannte Vorrichtung zu aktivieren.
Liegt die Rotorermüdung (F_C) nicht über der vordefinierten Ermüdungsschwelle, schleift das Verfahren 100 zu Block 102, wie durch Linie 122 angezeigt. Wie oben angegeben kann die Steuerung 40 von 1 eine Rechnervorrichtung mit Betriebssystem oder Prozessor 42 und Speicher 44 zur Speicherung und Ausführung von computerausführbaren Anweisungen beinhalten. Computerausführbare Anweisungen können aus Computerprogrammen zusammengestellt oder interpretiert werden, unter Anwendung verschiedener Programmiersprachen bzw. -technologien, darunter ohne Einschränkung, entweder einzeln oder in Kombination: Java^TM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl usw. Im Allgemeinen erhält ein Prozessor 42 (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen beispielsweise von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw. und führt diese Anweisung in einem oder mehreren Prozessen aus, einschließlich eines oder mehrere der hierin beschriebenen Prozesse. Die besagten Anweisungen, sowie andere Daten können unter Verwendung einer Vielzahl von computerlesbaren Medien gespeichert und übertragen werden.
Ein computerlesbares Medium (auch als ein prozessorlesbares Medium bezeichnet) umfasst jedes nichtflüchtige (z. B. physische) Medium, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer gelesen werden können (z. B. durch den Prozessor eines Computers). Ein solches Medium kann in einem beliebigen Format vorliegen, einschließlich aber nicht beschränkt auf nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Disketten und andere persistente Speicher sein. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) umfassen, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden, einschließlich der Drähte, die einen mit dem Prozessor gekoppelten Systembus beinhalten. Einige Formen von einem Computer lesbarer Medien beinhalten beispielsweise eine Floppy Disk, eine flexible Platte, Festplatte, Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein anderes physisches Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen PROM, einen EPROM, einen FLASH-EEPROM, einen anderen Speicherchip oder eine Speicherkassette oder ein anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere hier beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zur Speicherung, zum Zugriff und zum Abrufen verschiedener Arten von Daten beinhalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher kann in einem Computergerät beinhaltet sein, das ein Computerbetriebssystem, wie beispielsweise eines der vorstehend aufgeführten, einsetzt und auf das über ein Netzwerk in einer oder mehreren der Vielzahl von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann durch ein Computerbetriebssystem zugänglich sein und Dateien beinhalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Prozeduren, wie beispielsweise die oben aufgeführte PL/SQL-Sprache, die Structured Query Language (SQL) einsetzen.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, der Umfang der Offenbarung wird jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert. Während einige der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.

Claims

Elektromotor, Folgendes umfassend: einen Elektromotor, der einen Rotor beinhaltet; eine Steuerung, die operativ mit dem Elektromotor verbunden und konfiguriert ist, einen Drehmomentbefehl zu empfangen; worin der Rotor entsprechend konfiguriert ist, mit einer Rotordrehzahl zu rotieren, die zumindest teilweise auf dem Drehmomentbefehl basiert; worin die Steuerung einen Prozessor und einen physischen, nichtflüchtigen Speicher hat, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zum Bestimmen einer kumulativen Rotorermüdung (CF) aufgezeichnet sind, die zumindest teilweise auf der Rotordrehzahl beruhen; worin die Steuerung operativ ist, um mindestens einen Betriebsparameter des Elektromotors zumindest teilweise auf der Grundlage der kumulierten Rotorermüdung (CF) zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren Folgendes umfassend: einen Drehzahlsensor, der operativ mit der Steuerung verbunden und konfiguriert ist, die Rotordrehzahl zu gewinnen; worin der Elektromotor einen Stator mit Statorwicklungen beinhaltet; und einen Widerstand, der operativ mit der Steuerung verbunden und konfiguriert ist, selektiv einen elektrischen Strom an den Statorwicklungen zu begrenzen.
Baugruppe nach Anspruch 1, worin das Ausführen der Anweisungen durch den Prozessor die Steuerung veranlasst: einen Absolutwert der Rotordrehzahl unter Verwendung vorgegebener Nachschlagwerte in einen Rotorbelastungswert umzuwandeln; und in chronologischer Reihenfolge entsprechende Vorkommnisse aufzuzeichnen, wo der Rotorbelastungswert die jeweiligen vordefinierten Belastungsniveaus überschreitet, um einen Zyklusdatensatz zu bilden, sodass der Zyklusdatensatz eine Zeitfolge der jeweiligen Vorkommnisse konserviert.
Baugruppe nach Anspruch 3, worin die Steuerung konfiguriert ist, um: den Zyklusdatensatz in eine Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) umzuwandeln, deren jeder durch einen jeweiligen Belastungsbereich (R_i), eine jeweilige mittlere Belastung (M_i) und eine entsprechende Anzahl von Ereignissen (n_i) gekennzeichnet ist.
Baugruppe nach Anspruch 4, worin die Steuerung konfiguriert ist, um: zu bestimmen, ob ein letzter aus einer der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) Null ist; den letzten aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) durch einen vordefinierten Maximalwert zu ersetzen, wenn der letzte aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) nicht Null ist.
Baugruppe nach Anspruch 4, worin die Steuerung konfiguriert ist, um: einen jeweiligen Ermüdungswert (V_i) für jeden aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) zu gewinnen, zumindest teilweise basierend auf dem jeweiligen Belastungsbereich (R_i), der jeweiligen mittleren Belastung (M_i), der jeweiligen Anzahl der Ereignisse (n_i), einer ersten vordefinierten Konstante (C1), einer zweiten vordefinierten Konstante (C2) und einer dritten vordefinierten Konstante (C3).
Baugruppe nach Anspruch 6, worin der jeweilige Ermüdungswert (V_i) als ein Verhältnis der jeweiligen Anzahl von Ereignissen (n_i) und eines ersten Parameters (N_i) definiert ist, wobei der erste Parameter (N_i) definiert ist als: N_i = ( C1·R / [1 – (C2·M)])^C3
Baugruppe nach Anspruch 7, worin die Steuerung entsprechend konfiguriert ist, um: einen Zyklus-Ermüdungsfaktor (F₁) durch Aufsummierung (F₁ = _iΣV_i) der entsprechenden Ermüdungswerte (V_i) von jedem aus der Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) zu gewinnen, wobei die Vielzahl von Bezugspunkten (D_i) einen aus einer Vielzahl von Zyklen repräsentiert.
Baugruppe nach Anspruch 8, worin: die Steuerung so konfiguriert ist, entsprechende Zyklus-Ermüdungsfaktoren (F₁ ... F_n) für jede aus der Vielzahl von Zyklen zu gewinnen; und die Steuerung entsprechend konfiguriert ist, eine kumulative Rotorermüdung (CF) als Aufsummierung (CF = _nΣF) der jeweiligen Zyklus-Ermüdungsfaktoren (F₁ ... F_n) zu gewinnen.
Verfahren zum Bestimmen einer kumulativen Rotorermüdung (CF) in einer Elektromotorbaugruppe, die einen Elektromotor mit einem Rotor und einer Steuerung hat, welche einen Prozessor und einen physischen, nichtflüchtigen Speicher hat, wobei die Steuerung entsprechend konfiguriert ist, einen Drehmomentbefehl zu empfangen, sodass sich der Rotor mit einer Rotordrehzahl dreht, die zumindest teilweise auf dem Drehmomentbefehl basiert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Umwandeln über die Steuerung eines Absolutwerts der Rotordrehzahl in einen Rotorbelastungswert unter Verwendung vorgegebener Nachschlagwerte; das Aufzeichnen entsprechender Vorkommnisse, wo der Rotorbelastungswert die jeweiligen vordefinierten Belastungsniveaus überschreitet, in chronologischer Reihenfolge über die Steuerung, zur Bildung eines Zyklusdatensatzes, sodass der Zyklusdatensatz eine Zeitfolge der jeweiligen Ereignisse konserviert; und das Steuern des Elektromotors, basierend zumindest teilweise auf der kumulierten Rotorermüdung (CF).