DE102018111565A1 - Method for detecting brush fire in an electrical machine - Google Patents

Method for detecting brush fire in an electrical machine Download PDF

Info

Publication number
DE102018111565A1
DE102018111565A1 DE102018111565.2A DE102018111565A DE102018111565A1 DE 102018111565 A1 DE102018111565 A1 DE 102018111565A1 DE 102018111565 A DE102018111565 A DE 102018111565A DE 102018111565 A1 DE102018111565 A1 DE 102018111565A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electric machine
feature
measure
brush
time course
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018111565.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Lang
Benjamin Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEG Automotive Germany GmbH
Original Assignee
SEG Automotive Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEG Automotive Germany GmbH filed Critical SEG Automotive Germany GmbH
Priority to DE102018111565.2A priority Critical patent/DE102018111565A1/en
Publication of DE102018111565A1 publication Critical patent/DE102018111565A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/10—Commutator motors, e.g. repulsion motors
    • H02P25/12—Commutator motors, e.g. repulsion motors with shiftable brushes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor wenigstens einen Schleifring aufweist, welcher mit wenigstens einer Bürste wechselwirkt, wobei ein zeitlicher Verlauf (410) einer Stromstärke in einem Erregerkreis der elektrischen Maschine bestimmt wird, der bestimmte zeitliche Verlauf (410) auf ein Merkmal (411) hin untersucht wird, welches Bürstenfeuer charakterisiert, und, wenn das Merkmal (411) erkannt wird, eine vorgegebene Maßnahme durchgeführt wird (204).The invention relates to a method for operating an electric machine having a stator and a rotor, wherein the rotor has at least one slip ring, which interacts with at least one brush, wherein a temporal profile (410) of a current intensity in an excitation circuit of the electric machine is determined, the particular time history (410) is examined for a feature (411) characterizing brush fire, and when the feature (411) is detected, a predetermined action is taken (204).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor wenigstens einen Schleifring aufweist, welcher mit wenigstens einem Schleifkontakt wechselwirkt, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for operating an electric machine with a stator and a rotor, wherein the rotor has at least one slip ring, which interacts with at least one sliding contact, as well as a computing unit and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen kommen z.B. in Kraftfahrzeugen als Starter oder Generatoren oder kombiniert als Startergeneratoren oder sog. Boost-Rekuperations-Maschinen (BRM) zum Einsatz. Sie können beispielsweise eine fremderregte elektrische Maschine mit Läuferwicklung (Erregerwicklung) und Ständerwicklung und als Leistungselektronik einen der Ständerwicklung nachgeschalteten Stromrichter mit Regler (z.B. Generatorregler bzw. Feldregler) aufweisen, der die von der elektrischen Maschine erzeugte Spannung bzw. das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment regelt.Electrical machines come e.g. in motor vehicles as starters or generators or combined as starter generators or so-called. Boost recuperation machines (BRM) are used. They may, for example, a foreign-excited electric machine with rotor winding (exciter winding) and stator winding and power electronics downstream of the stator winding power converter with regulator (eg generator controller or field controller) having the voltage generated by the electric machine or the torque generated by the electric machine regulates.

Fremderregte elektrische Maschinen verfügen häufig über einen Rotor, dessen Wicklung über einen Schleifkontakt bzw. Gleitkontakt, beispielsweise eine Schleifringanordnung, elektrisch kontaktiert wird. Die Schleifringanordnung kann dabei ein Kohleschleifringsystem umfassen, bei welchem als Kohlebürsten ausgebildete Bürsten auf mit dem Rotor verbundenen Schleifringen laufen und den Erregerstrom auf den sich drehenden Rotor übertragen.Externally excited electrical machines often have a rotor whose winding is electrically contacted via a sliding contact or sliding contact, for example a slip ring arrangement. In this case, the slip ring arrangement can comprise a carbon loop system in which brushes designed as carbon brushes run on slip rings connected to the rotor and transmit the exciting current to the rotating rotor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating an electrical machine and a computer unit and a computer program for carrying it out with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor wenigstens einen Schleifring aufweist, welcher mit wenigstens einer Bürste, insbesondere mit wenigstens einer Kohlebürste wechselwirkt. Schleifring und Bürste bilden zusammen einen Gleit- bzw. Schleifkontakt und dienen zweckmäßigerweise dazu, eine Wicklung des Rotors elektrisch zu kontaktieren und einen Erregerstrom auf den sich drehenden Rotor zu übertragen.The electric machine has a stator and a rotor, wherein the rotor has at least one slip ring, which interacts with at least one brush, in particular with at least one carbon brush. Slip ring and brush together form a sliding or sliding contact and are expediently used to electrically contact a winding of the rotor and to transmit an excitation current to the rotating rotor.

Im Rahmen des Verfahrens wird ein zeitlicher Verlauf einer Stromstärke in einem Erregerkreis der elektrischen Maschine bestimmt, insbesondere einer Stromstärke des durch die Wicklung des Rotors fließenden Stroms bzw. Erregerstroms. Dieser bestimmte zeitliche Verlauf wird auf ein Merkmal hin untersucht, welches Bürstenfeuer charakterisiert. Wenn dieses Merkmal erkannt wird, wird eine vorgegebene Maßnahme durchgeführt.Within the scope of the method, a time profile of a current intensity in an exciter circuit of the electrical machine is determined, in particular a current intensity of the current or exciter current flowing through the winding of the rotor. This particular time course is examined for a characteristic that characterizes brushfire. When this feature is detected, a predetermined action is taken.

Als Bürstenfeuer sei in diesem Zusammenhang insbesondere eine Funkenbildung bzw. eine elektrische Entladung in der Schleifringanordnung zwischen Schleifring(en) und Bürste(n) zu verstehen. Zu derartigem Bürstenfeuer bzw. einer derartigen Funkenbildung kann es beispielsweise durch ein teilweises Abheben der Bürste und einen daraus entstehenden Lichtbogen zwischen der Bürste und dem Schleifring kommen. Zu einer derartigen Bewegung der Bürsten kann es beispielsweise aufgrund von Vibrationen in der elektrischen Maschine kommen. Insbesondere sind derartige Bewegungen umso stärker, je kürzer die Bürsten sind.As a brush fire in this context, in particular a sparking or an electrical discharge in the slip ring assembly between slip ring (s) and brush (s) to understand. Such a brush fire or such sparking may occur, for example, by a partial lifting of the brush and a resulting arc between the brush and the slip ring. Such movement of the brushes may occur, for example, due to vibrations in the electric machine. In particular, such movements are stronger, the shorter the brushes are.

Bürstenfeuer kann zu einem Verschleiß der Bürste und/oder des Schleifrings sowie zu einer Hitzeentwicklung in der Schleifringanordnung führen, welche zu einer thermischen Schädigung der Bürste und/oder des Schleifrings und/oder weitere Bauteile, beispielsweise eines Reglers oder eines Gehäuses der Bürste führen kann. Bürstenfeuer kann also die Lebensdauer von Schleifringen und/oder Bürsten erheblich verringern oder gar zu einem sofortigen Ausfall der elektrischen Maschine führen.Brush fire can lead to wear of the brush and / or the slip ring and heat in the slip ring assembly, which can lead to thermal damage to the brush and / or the slip ring and / or other components, such as a regulator or a housing of the brush. Brush fire can thus significantly reduce the life of slip rings and / or brushes or even lead to an immediate failure of the electrical machine.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass sich Bürstenfeuer in der Schleifringanordnung durch charakteristische Merkmale in dem Stromverlauf des Erregerkreises erkennen lässt. Insbesondere kommt es bei Bürstenfeuer durch die elektrische Entladung und Funkenbildung zu einem plötzlichen Einbruch des Erregerstroms, so dass sich der zeitliche Verlauf des Erregerstroms besonders eignet, um frühzeitig Bürstenfeuer zu erkennen. Beispielsweise kann der Erregerstrom mit Hilfe eines Shunt-Widerstands in dem Erregerkreis bestimmt werden.In the context of the invention, it has been recognized that brush fire in the slip ring arrangement can be recognized by characteristic features in the current profile of the exciter circuit. In particular, it comes with brush fire by the electric discharge and sparking to a sudden collapse of the excitation current, so that the time course of the excitation current is particularly suitable to detect early brush fire. For example, the excitation current can be determined by means of a shunt resistor in the excitation circuit.

Durch das Verfahren wird es ermöglicht, Bürstenfeuer frühzeitig zu erkennen und dem Bürstenfeuer durch die vorgegebene Maßnahme entgegenzusteuern. Insbesondere wird durch die Maßnahme verhindert, dass es weiterhin zu Bürstenfeuer kommt. Verschleiß und Beschädigungen der Bürsten und der Schleifringe sowie weiterer Komponenten der elektrischen Maschine durch Bürstenfeuer können durch das Verfahren vermieden oder verringert werden. Die Lebensdauer der Schleifringe und der Bürsten kann erhöht werden und es kann ein Ausfall der elektrischen Maschine aufgrund von Bürstenfeuer verhindert werden.The method makes it possible to detect brush fire early and counteract the brush fire by the predetermined measure. In particular, the measure prevents bristle fire from continuing to occur. Wear and damage to the brushes and slip rings, as well as other components of the electric machine due to brush fire can be avoided or reduced by the process. The life of the slip rings and the brushes can be increased, and failure of the electric machine due to brush fire can be prevented.

Vorteilhafterweise wird der bestimmte zeitliche Verlauf auf einen insbesondere plötzlichen Einbruch der Stromstärke als das Merkmal hin untersucht. Wie oben erläutert, findet beim Auftreten von Bürstenfeuer eine elektrische Entladung statt, wodurch ein insbesondere sichtbarer Funke entsteht und wodurch es zu dem plötzlichen Einbruch der Stromstärke des Erregerstroms kommt. Als ein derartiger Einbruch der Stromstärke sei insbesondere eine Verringerung der Stromstärke mindestens um einen vorgegebenen Wert (z.B. 0,2 A) innerhalb eines vorgegebenen sehr kurzen Zeitintervalls (z.B. 3 ms) zu versehen.Advantageously, the particular time course is examined for a particularly sudden drop in current intensity as the feature. As explained above, when the occurrence of Brush fire an electric discharge instead, whereby a particularly visible spark is produced and which leads to the sudden collapse of the current intensity of the excitation current. In particular, a reduction of the current intensity by at least a predetermined value (eg 0.2 A) within a predetermined, very short time interval (eg 3 ms) should be provided as such a drop in the current intensity.

Vorzugsweise wird die Maßnahme durchgeführt, wenn das Merkmal mit einer vorgegebenen Häufigkeit in dem bestimmten zeitlichen Verlauf erkannt wird. Somit wird verhindert, dass die Maßnahme sofort durchgeführt wird, wenn das Merkmal, insbesondere der Einbruch der Stromstärke beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften Messung oder aufgrund anderer Effekte in dem zeitlichen Verlauf auftaucht. Bevorzugt wird die Maßnahme durchgeführt, wenn das Merkmal mindestens 100 Mal pro Sekunde erkannt wird. Bei einem derartig häufig auftretenden Merkmal kann insbesondere mit hoher Präzision auf Bürstenfeuer rückgeschlossen werden.Preferably, the measure is performed when the feature is detected at a predetermined frequency in the particular time course. Thus, the measure is prevented from being performed immediately if the characteristic, in particular the drop in the current intensity, occurs, for example because of a faulty measurement or due to other effects in the time course. Preferably, the action is taken when the feature is detected at least 100 times per second. In such a frequently occurring feature can be inferred in particular with high precision brush fire.

Vorzugsweise wird als Maßnahme die Stromstärke in dem Erregerkreis reduziert. Insbesondere kann somit die Häufigkeit des Auftretens von Bürstenfeuer verringert werden.As a measure, the current intensity in the exciter circuit is preferably reduced. In particular, thus, the frequency of occurrence of brush fire can be reduced.

Bevorzugt wird als Maßnahme ein maximaler Wert der Stromstärke in dem Erregerkreis reduziert. Insbesondere können somit eine starke Hitzeentwicklung und thermische Schädigungen der Bürsten, der Schleifringe oder weiterer Bauteile der elektrischen Maschine aufgrund von Bürstenfeuer verhindert oder zumindest verringert werden.As a measure, a maximum value of the current intensity in the excitation circuit is preferably reduced. In particular, a strong heat development and thermal damage to the brushes, the slip rings or other components of the electric machine due to brush fire can thus be prevented or at least reduced.

Wenn die Maßnahme durchgeführt wird und das Merkmal weiterhin insbesondere mit einer vorgegebenen Häufigkeit in dem bestimmten zeitlichen Verlauf erkannt wird, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführung eine zweite Maßnahme durchgeführt. Wenn es also trotz durchgeführter Gegenmaßnahme weiterhin zu Bürstenfeuer kommt und Bürstenfeuer somit dauerhaft auftritt, wird eine weitere Maßnahme durchgeführt. Beispielsweise kann es in einem derartigen Fall aufgrund eines Defekts zu dauerhaftem Bürstenfeuer kommen, welches sich nicht durch eine veränderte Ansteuerung der elektrischen Maschine und reduzierten Erregerstrom beheben lässt. Durch die zweite Maßnahme kann insbesondere verhindert werden, dass es zu Schädigungen an der Schleifringanordnung oder anderen Komponenten der elektrischen Maschine aufgrund von dauerhaftem Bürstenfeuer kommt.If the measure is carried out and the feature continues to be recognized in particular with a predetermined frequency in the specific time course, a second measure is carried out according to an advantageous embodiment. Therefore, if there is still fire in the brush despite the countermeasures taken, and brushfire thus occurs permanently, another measure is taken. For example, in such a case, due to a defect, a permanent brush fire may occur, which can not be remedied by changing the control of the electric machine and reducing the exciter current. By the second measure can be prevented in particular that it comes to damage to the slip ring assembly or other components of the electric machine due to permanent brush fire.

Als zweite Maßnahme wird vorzugsweise ein Warnhinweis ausgegeben und/oder ein Fehlereintrag erstellt. Ein Benutzer kann somit zweckmäßigerweise auf dauerhaftes Bürstenfeuer und einen Defekt hingewiesen werden. Wird die elektrische Maschine beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet, kann zweckmäßigerweise ein Eintrag in einem Fehlerspeicher eines übergeordneten Steuergeräts erstellt werden. Zu diesem Zweck können das Steuergerät und die elektrische Maschine beispielsweise über einen LIN-Bus (Local Interconnect Network) oder CAN-Bus (Controller Area Network) vernetzt sein. Alternativ oder zusätzlich wird als zweite Maßnahme eine Wartung und/oder eine Reparatur durchgeführt, insbesondere um dauerhaftes Bürstenfeuer zu beheben.As a second measure, a warning is preferably issued and / or an error entry created. A user can thus be conveniently pointed out to permanent brush fire and a defect. If the electric machine is used, for example, in a motor vehicle, it is expedient to create an entry in a fault memory of a higher-level control device. For this purpose, the control unit and the electrical machine can be networked, for example, via a LIN bus (Local Interconnect Network) or CAN bus (Controller Area Network). Alternatively or additionally, a maintenance and / or a repair is carried out as a second measure, in particular to remedy a permanent brush fire.

Die Erfindung eignet sich besonders vorteilhaft für elektrische Maschinen, die in Kraftfahrzeugen als Generatoren oder sog. Startergeneratoren eingesetzt werden, um einerseits den Verbrennungsmotor im Motorbetrieb der elektrischen Maschine zu starten und andererseits Strom für das Bordnetz und zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen. Derartige elektrische Maschinen können über einen Riemen drehmomentübertragend mit dem Verbrennungsmotor bzw. der Kurbelwelle verbunden sein, beispielsweise über den Keilrippenriemen des Verbrennungsmotors (sog. riemengetriebene Startergeneratoren, RSG).The invention is particularly advantageous for electrical machines that are used in motor vehicles as generators or so-called starter generators, on the one hand to start the engine during engine operation of the electric machine and on the other hand power for the electrical system and for charging the vehicle battery in the generator mode of the electric machine produce. Such electrical machines can be connected via a belt to transmit torque to the internal combustion engine or the crankshaft, for example via the V-ribbed belt of the internal combustion engine (so-called belt-driven starter generators, RSG).

Ein derartiger RSG kann im Generatorbetrieb insbesondere Antriebsmoment aufnehmen und mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln und im Motorbetrieb elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln und somit ein Antriebsmoment erzeugen. Im Zuge des Betriebs eines RSG kann die elektrische Maschine für verschieden Funktionen verwendet werden, insbesondere für eine Rekuperation, also eine Energierückgewinnung beim Bremsen, für eine Drehmomentunterstützung, insbesondere beim Anfahren und Beschleunigen, für eine Start/Stopp-Funktion, im Zuge welcher der Verbrennungsmotor nach einem automatischen Stopp erneut gestartet werden kann, und/oder für einen Segelbetrieb, beispielsweise beim Ausrollen oder leichten Bergabfahren.In the generator mode, such a RSG can, in particular, absorb drive torque and convert mechanical energy into electrical energy and, during engine operation, convert electrical energy into mechanical energy and thus generate a drive torque. In the course of the operation of a RSG, the electric machine can be used for various functions, in particular for a recuperation, ie an energy recovery during braking, for a torque assistance, especially when starting and accelerating, for a start / stop function, in the course of which the internal combustion engine can be restarted after an automatic stop, and / or for a sailing operation, for example, when rolling or light downhill.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Also, the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memories, such as e.g. Hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawing and will be described below with reference to the drawing.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine, die dazu eingerichtet ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben zu werden. 1 schematically shows an electric machine, which is adapted to be operated according to a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm. 2 schematically shows a preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.
  • 3 zeigt schematisch ein Erregerstrom-Zeit-Diagramm und ein Spannungs-Zeit-Diagramm einer elektrischen Maschine ohne auftretendes Bürstenfeuer, welche im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können. 3 schematically shows an excitation current-time diagram and a voltage-time diagram of an electric machine without brush fire, which can be determined in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • 4 zeigt schematisch ein Erregerstrom-Zeit-Diagramm einer elektrischen Maschine bei auftretendem Bürstenfeuer, welches im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann. 4 schematically shows an excitation current-time diagram of an electric machine in the event of brush fire, which can be determined in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • 5 zeigt schematisch ein Erregerstrom-Zeit-Diagramm einer elektrischen Maschine bei dauerhaft auftretendem Bürstenfeuer, welches im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann. 5 schematically shows an excitation current-time diagram of an electric machine with permanently occurring brush fire, which can be determined in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist eine elektrische Maschine schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet.In 1 is an electrical machine shown schematically and designated 100.

Die elektrische Maschine 100 kann vorteilhafterweise als Generator oder sog. Startergenerator in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, beispielsweise um in einem Motorbetrieb einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zu starten und um in einem Generatorbetrieb Strom für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs und zum Laden einer Kraftfahrzeugbatterie zu erzeugen.The electric machine 100 can advantageously be used as a generator or so-called starter generator in a motor vehicle, for example, to start an engine of the motor vehicle in an engine operation and to generate electricity in a generator operation for an electrical system of the motor vehicle and for charging a motor vehicle battery.

Die elektrische Maschine 100 weist einen Rotor 110 und einen Stator 120 auf. Der Rotor 110 weist eine Rotorwelle 111 mit einer Erregerwicklung 112 auf. Ein Schleifkontakt bzw. Gleitkontakt ist beispielsweise als eine Schleifringanordnung 130 ausgebildet und dazu vorgesehen, die Erregerwicklung 112 elektrisch zu kontaktieren. Die Schleifringanordnung 130 weist mit der Rotorwelle 111 verbundene Schleifringe 131 und als Kohlebürsten 132 ausgebildete Bürsten auf, wobei die Kohlebürsten 132 auf den Schleifringen 131 laufen und einen Erregerstrom auf den sich drehenden Rotor 110 bzw. dessen Wicklung 112 übertragen können. Ein Steuergerät 140 ist ferner zum Ansteuern und Betreiben der elektrischen Maschine 100 vorgesehen.The electric machine 100 has a rotor 110 and a stator 120 on. The rotor 110 has a rotor shaft 111 with a field winding 112 on. A sliding contact is, for example, a slip ring arrangement 130 trained and provided, the exciter winding 112 to contact electrically. The slip ring arrangement 130 points with the rotor shaft 111 connected slip rings 131 and as carbon brushes 132 trained brushes on, with the carbon brushes 132 on the slip rings 131 run and a field current on the rotating rotor 110 or its winding 112 can transfer. A control unit 140 is also for driving and operating the electric machine 100 intended.

Es versteht sich, dass die elektrische Maschine 100 noch weitere Komponenten aufweisen kann, beispielsweise Ständerwicklung und als Leistungselektronik einen der Ständerwicklung nachgeschalteten Stromrichter.It is understood that the electric machine 100 may have other components, such as stator winding and power electronics downstream of the stator winding downstream converter.

Beispielsweise aufgrund von Vibrationen in der elektrischen Maschine 100 kann es zu einer Bewegung der Kohlebürsten 132 kommen, so dass diese sich von den Schleifringen 131 abheben. Dabei kann es zu sog. Bürstenfeuer kommen, einer elektrischen Entladung und Funkenbildung zwischen Schleifringen 131 und Kohlebürsten 132.For example, due to vibrations in the electric machine 100 There may be a movement of carbon brushes 132 come, so these are different from the slip rings 131 take off. This can lead to so-called brush fire, electrical discharge and sparking between slip rings 131 and carbon brushes 132 ,

Um Bürstenfeuer erkennen und diesem entgegen wirken zu können, ist das Steuergerät 140, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, welche in 2 schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt ist.To detect brush fire and counteract this is the control unit 140 , in particular programmatically, adapted to perform a preferred embodiment of a method according to the invention, which in 2 is shown schematically as a block diagram.

Dabei wird in Schritt 201 ein zeitlicher Verlauf einer Stromstärke bzw. einer Erregerstromstärke in dem Erregerkreis bzw. der Erregerwicklung 112 bestimmt.This is in step 201 a temporal course of a current or an excitation current in the exciter circuit or the exciter winding 112 certainly.

Dieser bestimmte zeitliche Verlauf wird in Schritt 202 auf ein Merkmal hin untersucht, welches Bürstenfeuer charakterisiert. Bevorzugt wird der zeitliche Verlauf auf einen plötzlichen Einbruch des Erregerstroms als dieses Merkmal hin untersucht. Beispielsweise kann der zeitliche Verlauf daraufhin untersucht werden, ob sich der Erregerstrom innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls von z.B. 3 ms mindestens um einen vorgegebenen Wert von z.B. 0,2 A reduziert. Ferner wird in Schritt 202 vorzugsweise überprüft, ob dieses Merkmal, also der plötzliche Einbruch des Erregerstroms, mit einer vorgegebenen Häufigkeit von beispielsweise mindestens 100 Mal pro Sekunde auftaucht.This particular time course will be in step 202 looking for a feature that characterizes brushfire. Preferably, the time course is examined for a sudden dip in the exciter current as this feature. For example, the time course can be examined to see whether the excitation current within a predetermined time interval of eg 3 ms at least by a predetermined value of, for example, 0.2 A is reduced. Further, in step 202 preferably checks whether this feature, so the sudden collapse of the excitation current, emerges at a predetermined frequency of, for example, at least 100 times per second.

Sofern dies nicht der Fall ist, wird die elektrische Maschine 100 in Schritt 203 regulär weiterbetrieben. Wenn dies hingegen der Fall ist, wird rückgeschlossen, dass Bürstenfeuer in der Schleifringanordnung 130 auftritt, und in Schritt 204 wird eine Maßnahme durchgeführt, um das Auftreten von Bürstenfeuer zu verhindern. Zu diesem Zweck werden in Schritt 204 der aktuelle Wert des Erregerstroms und/oder ein maximal zulässiger Wert des Erregerstroms reduziert.If this is not the case, the electric machine 100 in step 203 continue to operate regularly. If this is the case, however, brush fire is inferred in the slip ring assembly 130 occurs, and in step 204 a measure is taken to prevent the occurrence of brush fire. For this purpose, in step 204 the current value of the excitation current and / or a maximum allowable value of the excitation current reduced.

In Schritt 205 wird daraufhin überprüft, ob das Merkmal noch immer mit einer vorgegebenen Häufigkeit in dem zeitlichen Verlauf des Erregerstroms auftaucht. Wenn dies nicht der Fall ist, deutet dies darauf hin, dass kein Bürstenfeuer mehr auftritt und es werden in Schritt 206 keine weiteren Maßnahmen durchgeführt.In step 205 is then checked whether the feature still appears at a predetermined frequency in the time course of the excitation current. If this is not the case, it indicates that there is no more brushfire and it will be in step 206 no further action was taken.

Wenn hingegen das Merkmal noch immer mit vorgegebener Häufigkeit auftritt, deutet dies auf dauerhaftes Bürstenfeuer beispielsweise aufgrund eines Defekts in der elektrischen Maschine 100 hin. In diesem Fall wird in Schritt 207 eine zweite Maßnahme durchgeführt, beispielsweise wird in dem Steuergerät 140 ein Fehlereintrag erstellt und es kann eine Wartung bzw. Reparatur der elektrischen Maschine 100 vorgenommen werden.On the other hand, if the feature still occurs at a predetermined frequency, it indicates a permanent brush fire due to, for example, a defect in the electric machine 100 out. In this case, in step 207 a second action is performed, for example, in the controller 140 An error entry is created and there may be a maintenance or repair of the electrical machine 100 be made.

In 3 sind schematisch ein Erregerstrom-Zeit-Diagramm 310 und ein Spannungs-Zeit-Diagramm 320 schematisch dargestellt. Das Erregerstrom-Zeit-Diagramm 310 stellt dabei einen zeitlichen Verlauf des Erregerstroms der elektrischen Maschine 100 dar, welcher wie oben erläutert in Schritt 201 bestimmt werden kann, wenn kein Bürstenfeuer auftritt. Entsprechend stellt das Spannungs-Zeit-Diagramm 320 einen zeitlichen Verlauf der Spannung in dem Erregerkreis der elektrischen Maschine 100 ohne Bürstenfeuer dar.In 3 are schematically an excitation current-time diagram 310 and a voltage-time diagram 320 shown schematically. The excitation current-time diagram 310 provides a temporal course of the excitation current of the electric machine 100 which, as explained above in step 201 can be determined when no brush fire occurs. Accordingly, the voltage-time diagram represents 320 a time course of the voltage in the exciter circuit of the electric machine 100 without brush fire dar.

4 zeigt analog zu 3 schematisch ein Erregerstrom-Zeit-Diagramm 410, welches den zeitlichen Verlauf des Erregerstroms der elektrischen Maschine 100 darstellt, wie er beispielsweise in Schritt 201 des Verfahrens bestimmt werden kann. Wie zu erkennen ist, weist der zeitliche Verlauf 410 ein Bürstenfeuer charakterisierendes Merkmal 411 auf, nämlich einen plötzlichen Einbruch des Erregerstroms. 4 shows analogously to 3 schematically an exciter current-time diagram 410 , Which shows the time course of the exciting current of the electric machine 100 represents, for example, in step 201 of the method can be determined. As can be seen, the time course shows 410 a brush fire characterizing feature 411 on, namely a sudden collapse of the exciter current.

Auch 5 zeigt schematisch ein Erregerstrom-Zeit-Diagramm 510 bzw. den zeitlichen Verlauf des Erregerstroms der elektrischen Maschine 100, insbesondere wie er in Schritt 205 des Verfahrens bestimmt werden kann. Wie zu erkennen ist, taucht das Bürstenfeuer charakterisierende Merkmal in diesem Verlauf 510 dauerhaft auf, so dass in diesem Fall wie obig erläutert die zweite Maßnahme durchgeführt wird.Also 5 schematically shows an exciting current-time diagram 510 or the time profile of the excitation current of the electric machine 100 especially as he step in 205 of the method can be determined. As can be seen, the brush fire characterizing feature emerges in this course 510 permanently, so that in this case, as explained above, the second measure is carried out.

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (100) mit einem Stator (120) und einem Rotor (110), wobei der Rotor (110) wenigstens einen Schleifring (131) aufweist, welcher mit wenigstens einer Bürste (132) wechselwirkt, wobei ein zeitlicher Verlauf (310, 410) einer Stromstärke in einem Erregerkreis der elektrischen Maschine (100) bestimmt wird (201), der bestimmte zeitliche Verlauf (310, 410) auf ein Merkmal (411) hin untersucht wird, welches Bürstenfeuer charakterisiert (202), und, wenn das Merkmal (411) erkannt wird, eine vorgegebene Maßnahme durchgeführt wird (204).A method of operating an electric machine (100) having a stator (120) and a rotor (110), the rotor (110) having at least one slip ring (131) interacting with at least one brush (132) a time profile (310, 410) of a current intensity in an excitation circuit of the electric machine (100) is determined (201), the particular time course (310, 410) is examined for a feature (411) which characterizes brush fire (202), and when the feature (411) is detected, a predetermined action is taken (204). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der bestimmte zeitliche Verlauf (310, 410) auf einen plötzlichen Einbruch der Stromstärke als das Merkmal (411) hin untersucht wird (202).Method according to Claim 1 wherein the determined time course (310, 410) is examined for a sudden drop in current intensity as the feature (411) (202). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Maßnahme durchgeführt wird, wenn das Merkmal (411) mit einer vorgegebenen Häufigkeit in dem bestimmten zeitlichen Verlauf (310, 410) erkannt wird (204).Method according to Claim 1 or 2 wherein the action is performed when the feature (411) is recognized (204) at a predetermined frequency in the particular time course (310, 410). Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Maßnahme durchgeführt wird, wenn das Merkmal (411) mindestens 100 Mal pro Sekunde in dem bestimmten zeitlichen Verlauf (310, 410) erkannt wird (204).Method according to Claim 3 wherein the action is performed when the feature (411) is recognized (204) at least 100 times per second in the particular time course (310, 410). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Maßnahme die aktuelle Stromstärke in dem Erregerkreis der elektrischen Maschine (100) reduziert wird (204).Method according to one of the preceding claims, wherein as a measure the current current in the exciter circuit of the electric machine (100) is reduced (204). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Maßnahme ein maximaler Wert der Stromstärke in dem Erregerkreis der elektrischen Maschine (100) reduziert wird (204).Method according to one of the preceding claims, wherein as a measure a maximum value of the current intensity in the exciter circuit of the electric machine (100) is reduced (204). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn die Maßnahme durchgeführt wird und das Merkmal weiterhin insbesondere mit einer vorgegebenen Häufigkeit in dem bestimmten zeitlichen Verlauf (510) erkannt wird (205), eine zweite Maßnahme durchgeführt wird (207).Method according to one of the preceding claims, wherein, if the measure is performed and the feature is further recognized (205) in particular at a predetermined frequency in the determined time course (510), a second measure is performed (207). Verfahren nach Anspruch 7, wobei als zweite Maßnahme ein Warnhinweis ausgegeben wird und/oder ein Fehlereintrag erstellt wird und/oder eine Wartung durchgeführt wird und/oder eine Reparatur durchgeführt wird (207).Method according to Claim 7 in which a warning is issued as a second measure and / or an error entry is created and / or a maintenance is carried out and / or a repair is carried out (207). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (100) ein Startergenerator ist, insbesondere ein riemengetriebener Startergenerator.Method according to one of the preceding claims, wherein the electric machine (100) is a starter generator, in particular a belt-driven starter generator. Recheneinheit (140), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Arithmetic unit (140) adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (140) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (140) ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit (140) to perform a method according to any one of Claims 1 to 9 when executed on the arithmetic unit (140). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11. Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 11 ,
DE102018111565.2A 2018-05-15 2018-05-15 Method for detecting brush fire in an electrical machine Withdrawn DE102018111565A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018111565.2A DE102018111565A1 (en) 2018-05-15 2018-05-15 Method for detecting brush fire in an electrical machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018111565.2A DE102018111565A1 (en) 2018-05-15 2018-05-15 Method for detecting brush fire in an electrical machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018111565A1 true DE102018111565A1 (en) 2019-11-21

Family

ID=68419146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018111565.2A Withdrawn DE102018111565A1 (en) 2018-05-15 2018-05-15 Method for detecting brush fire in an electrical machine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018111565A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3727133A (en) * 1970-12-28 1973-04-10 Gen Electric Detection of commutation defects
DE102017117430A1 (en) * 2016-08-04 2018-02-08 Infineon Technologies Ag Detection of brush fire in power systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3727133A (en) * 1970-12-28 1973-04-10 Gen Electric Detection of commutation defects
DE102017117430A1 (en) * 2016-08-04 2018-02-08 Infineon Technologies Ag Detection of brush fire in power systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60128905T2 (en) CONTROL OF THE MOTOR FUNCTION OF A HYBRID VEHICLE
DE10318848B4 (en) Engine starting system
DE102007013752B4 (en) Electric power generation control system
DE102015213768B3 (en) A method for determining a torque accuracy of a torque transmitted from a belt-driven starter generator of an internal combustion engine to the internal combustion engine, computing unit and machine-readable storage medium
DE102011000665A1 (en) Power supply for vehicles
DE102004008817A1 (en) Method and device for charging a battery with electrical two-voltage systems
EP1152249B1 (en) Device and method for detecting an interruption in the charging line between a generator and a battery of a vehicle
DE102010000679A1 (en) Method for detecting startability
DE102016111888A1 (en) Alternator control with temperature-dependent safety feature
EP0577987A2 (en) Device for controlling the output voltage of an engine-driven generator
DE102007005241A1 (en) Internal combustion engine's starting capability forecasting method, involves classifying start of engine and determining starting speed by comparing maximum torque that is exercisable by electric machine with minimum start drag torque
EP3720733A1 (en) Method for controlling an electrical system of an electrically drivable motor vehicle having a plurality of batteries, and electrical system of an electrically drivable motor vehicle
DE102015211251A1 (en) Method for operating a belt-driven starter generator
DE102018111565A1 (en) Method for detecting brush fire in an electrical machine
DE102020120814A1 (en) Method for checking a fast de-excitation path of an excitation circuit and corresponding excitation circuit
DE102004052019A1 (en) Power control device for a vehicle
DE102018117633A1 (en) METHOD FOR CARRYING OUT A REGENERATIVE BRAKING IN A MILD HYBRID SYSTEM
EP1469586B1 (en) Apparatus for improving a vehicle start-stop operation
EP3822477A1 (en) Method for determining a charge status of a vehicle battery of a vehicle
DE102010016827A1 (en) Control device for vehicle-based power generation
WO2020089044A1 (en) Method and device for detecting a defect in a battery in a low-voltage electrical system of an electric vehicle
DE10223810B4 (en) Method for controlling an electrically operated supercharger
EP1958836A2 (en) Parallel hybrid drive train in a motor vehicle and method for controlling a parallel hybrid drive train
DE102009029526B4 (en) Method for operating a starter system
EP3325790B1 (en) Method for determining the accuracy of a torque transmitted from a belt-driven starter-generator of an internal combustion engine to the internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee