DE102018117262A1

DE102018117262A1 - Motorenidentifikation

Info

Publication number: DE102018117262A1
Application number: DE102018117262.1A
Authority: DE
Inventors: Malte Pils; Alex Schneider
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-01-23
Also published as: WO2020015996A1; EP3824542A1; CN112335172A; KR20210031859A; US20210218318A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) an einer Leistungselektronik (2) mit den folgenden Schritten: Erfassen elektrischer Motorgrößen durch Messen mit einer Messvorrichtung (3), Erstellen einer Parameterdatei (6) mit Motorparameter (4) anhand der gemessenen Motorgrößen oder Auslesen der Motorparameter (4) aus einem Datenspeicher (7), wobei eine Regelungsvorrichtung (5) den Elektromotor (1) betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motorparameter (4) aus der Parameterdatei (6) steuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors an einer Leistungselektronik.
Aus der DE102014005706 A1 und der DE10119201A1 ist bekannt, dass verschiedene Verfahren mit indirekten oder direkten Maßnahmen elektrische Parameter eines Elektromotors ermitteln. Mittels der gewonnenen Informationen werden die thermischen oder elektrischen Modelle der Verfahren kalibriert oder vervollständigt, damit die Motortemperatur im Stillstand oder im laufenden Betrieb ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann der Motor vor einer drohenden Überhitzung geschützt werden, indem durch ein Eingreifen in die Steuerung/Regelung und über eine Sollwertveränderung der Arbeitspunkt des Motors so verändert wird, dass dieser sich wieder abkühlen kann oder bei einem weiteren Anstieg der Motortemperatur die Kommutierung komplett unterbrochen werden kann.
Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass die Auswertungen ausschließlich die Motortemperaturen als solche betrachten. Ferner ergibt sich eine verminderte Funktionssicherheit, da durch eine falsche, für den entsprechenden Motor nicht geeignete oder jedenfalls nicht optimale Parametrisierung von Arbeitspunkten der Motor lediglich bei thermischer Überlast abgeschaltet wird. Außerdem resultiert durch eine falsche Parametrisierung von Arbeitskennlinien des Elektromotors im Stör- bzw. Schadensfall ein erhöhter Aufwand bei der Fehlerfindung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung vorbesagte Nachteile zu überwinden und ein System sowie ein Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors an einer Leistungselektronik bereit zu stellen, das neben den elektrischen Parameter für die Kalibrierung und Vervollständigung der Motortemperaturerfassung auch die Zuweisung bzw. Ermittlung von geeigneten Motor-Betriebs-Parameter ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors an einer Leistungselektronik vorgeschlagen, das elektrische Motorgrößen durch Messen mit einer Messvorrichtung erfasst und eine Parameterdatei mit Motorparameter anhand der gemessenen Motorgrößen erstellt oder die Motorparameter aus einem Datenspeicher ausliest. Dabei steuert eine Regelungsvorrichtung den Elektromotor betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motorparameter aus der Parameterdatei. Dabei ist günstig, dass zusätzliche Motorparameter erfasst und diese in Form der Parameterdatei gespeichert werden. Dadurch können bereits aufgetretene Betriebspunkte optimal geregelt werden und kritische Bereiche werden frühzeitig erkannt. Dies führt zu einer Lebendauerverlängerung von zu kommutierenden Komponenten durch eine Überlastungsvermeidung. Ferner ist es von Vorteil, dass das Verfahren parallel zur Temperaturermittlung läuft.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die jeweils weiteren Motorparameter des betreffenden Elektromotors die Drehzahl, die Motorspannung, die Stromstärke und/oder eine Leistung des Motors sind. Da diese spezifischen Motorparameter den wesentlichen Einfluss auf die Temperaturentwicklung beim Betrieb des Elektromotors besitzen, optimiert die Überwachung dieser Kenngrößen die temperaturabhängige Regelung des Elektromotors.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung und die Regelungsvorrichtung des oder der Elektromotoren in der Leistungselektronik vorhanden ist bzw. sind oder zwischen der Leistungselektronik und dem Elektromotor geschalten sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn je nach Anwendungsfall flexibel die optimale Schaltung ausgewählt werden kann.
Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungsvorrichtung zentral auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Vorteilhaft daran ist, dass die Komponentenanzahl deutlich reduziert ist, was den Montage- bzw. Wartungsaufwand merklich reduziert.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungsvorrichtung ganz bzw. teilintegriert in der Elektromotoreinheit des jeweiligen Elektromotors -somit dezentral- angeordnet sind. Dadurch wird die Steuerung mehrerer unabhängig voneinander betriebenen Elektromotoren deutlich vereinfacht, da sich die Leistungselektronik nur jeweils auf die Parameter des jeweils einen Elektromotors beziehen muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in einer Ausführungsvariante ausgebildet, dass der wenigstens eine Elektromotor als ein Lüfter oder ein Kompressor ausgebildet ist. Dadurch ist das Verfahren für mehrere verschiedene Anwendungsfälle geeignet und die Einsatzmöglichkeiten werden somit erhöht.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn aus den ermittelten Motorparametern ein Wicklungswiederstand und/oder eine Wicklungsinduktivität für den jeweiligen Elektromotor ermittelt werden und aus dem jeweiligen Wicklungswiederstand und/oder der Wicklungsinduktivität die Elektromotorauslegung anhand hinterlegter Parameterkennfelder oder über einen hinterlegten Rechenalgorithmus erfolgt. Dies hat zur Folge, dass die funktionale Sicherheit gesteigert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die ermittelten Motorparameter ferner für hinterlegte Motor- oder Temperaturmodelle herangezogen, die in die Regelung des jeweiligen Elektromotors einfließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorzugsweise, dass in einem Störfall bzw. einem Schadensfall eine Fehlerauswertung anhand der Motorparameter bzw. der Parameterdatei gezielt erfolgen kann, wobei alle erfassten Parameter unmittelbar oder mittelbar in die Auswertung einfließen können. Dies hat zur Folge, dass die Fehlerauswertung optimiert wird, da im Schadensfall die kritischen Motorparameter genau identifiziert werden können.
Vorzugsweise umfasst ein erfindungsgemäßes System wenigstens zwei Elektromotoren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben der Elektromotoren die Leistungselektronik mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren. Dabei weist jeder Elektromotor eine Endstufe und einen EMV-Filter auf und die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungsvorrichtung sind zentral auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das System aus wenigstens zwei Elektromotoren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben der Elektromotoren die Leistungselektronik mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren umfasst. Dabei weist jeder Elektromotor eine Endstufe und einen EMV-Filter auf und die Leistungselektronik und die Messvorrichtung sowie die Regelungsvorrichtung sind für jeden Elektromotor ganz bzw. teilintegriert in der jeweiligen Elektromotoreinheit angeordnet.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 eine Systemanordnung für das Verfahren mit drei Elektromotoren mit jeweils integrierter Leistungs- bzw. Messvorrichtung,
2 eine Systemanordnung für das Verfahren mit drei Elektromotoren mit einer zentralen Leistungs- bzw. Messvorrichtung auf einer Leiterplatte.

1 zeigt eine Systemanordnung für das Verfahren mit einem Elektromotor 1, einem Lüfter 9 und einem Kompressor 10 mit ganz- bzw. teilintegrierter Leistungs- bzw. Messvorrichtung 2, 3. Jeder dieser Elektromotoren 1, 9, 10 weist eine separate Leistungselektronik 2 auf. Die Leistungselektronik 2 ist mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren 1 verbunden. Dabei weist jeder Elektromotor 1 eine DC/AC-Endstufe und einen EMV-Filter auf, die wie die Messvorrichtung 3 und die Regelungsvorrichtung 5 der Elektromotoren 1 in der Leistungselektronik 2 angeordnet sind. Die Leistungselektronik 2 und die Messvorrichtung 3 sowie die Regelungsvorrichtung 5 sind integriert in der Elektromotoreinheit angeordnet.
Die elektrischen Motorgrößen werden durch Messen mit der Messvorrichtung 3 erfasst und es wird eine Parameterdatei 6 mit Motorparameter 4 anhand der gemessenen Motorgrößen erstellt oder die entsprechenden Motorparameter 4 werden aus dem Datenspeicher 7 ausgelesen.
Ferner steuert die Regelungsvorrichtung 5 den Elektromotor 1 betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motorparameter 4 aus der Parameterdatei 6 bzw. der Parameterkennfelder 11.
2 zeigt eine Systemanordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Elektromotor 1, einem Lüfter 9 und einem Kompressor 10 mit zentraler Leistungs- 2 bzw. Messvorrichtung 3. Dabei unterscheidet sich der Systemaufbau lediglich darin, dass sich die Leistungselektronik 2, die Messvorrichtung 3 und der Datenspeicher 7 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 8 angeordnet sind. Im Übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die 1 verwiesen, soweit es sich um gleiche Bezugszeichen handelt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014005706 A1 [0002]
DE 10119201 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) an einer Leistungselektronik (2) mit den folgenden Schritten: a. Erfassen elektrischer Motorgrößen durch Messen mit einer Messvorrichtung (3); b. Erstellen einer Parameterdatei (6) mit Motorparameter (4) anhand der gemessenen Motorgrößen oder Auslesen der Motorparameter (4) aus einem Datenspeicher (7), wobei eine Regelungsvorrichtung (5) den Elektromotor (1) betreffend wenigstens der Temperatur als Motorparameter anhand der weiteren Motorparameter (4) aus der Parameterdatei (6) steuert.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils weiteren Motorparameter (4) des betreffenden Elektromotors (1) die Drehzahl, die Motorspannung, die Stromstärke und/oder eine Leistung des Motors sind.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) und die Regelungsvorrichtung (5) des oder der Elektromotoren (1) in der Leistungselektronik (2) vorhanden ist bzw. sind oder zwischen der Leistungselektronik (2) und dem Elektromotor (1) geschalten sind.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Regelungsvorrichtung (5) zentral auf einer gemeinsamen Leiterplatte (8) angeordnet sind.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Regelungsvorrichtung (5) ganz bzw. teilintegriert in der Elektromotoreinheit angeordnet sind.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Elektromotor (1) als ein Lüfter (9) oder ein Kompressor (10) ausgebildet ist.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten Motorparametern (4) ein Wicklungswiderstand und/oder eine Wicklungsinduktivität für den jeweiligen Elektromotor (1) ermittelt werden und aus dem jeweiligen Wicklungswiderstand und/oder der Wicklungsinduktivität die Elektromotorauslegung anhand hinterlegter Parameterkennfelder (11) oder über einen hinterlegten Rechenalgorithmus erfolgt.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Motorparameter (4) ferner für hinterlegte Motor- oder Temperaturmodelle herangezogen werden, die in die Regelung des jeweiligen Elektromotors (1) einfließen.
Verfahren zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben wenigstens eines Elektromotors (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Störfall bzw. einem Schadensfall eine Fehlerauswertung anhand der Motorparameter (4) bzw. der Parameterdatei (6) erfolgt.
System aus wenigstens zwei Elektromotoren (1) zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben der Elektromotoren (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, das System umfassend: a. Leistungselektronik (2) mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren; b. wobei jeder Elektromotor eine Endstufe und einen EMV-Filter aufweist und die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Regelungsvorrichtung (5) zentral auf einer gemeinsamen Leiterplatte (8) angeordnet sind.
System aus wenigstens zwei Elektromotoren (1) zum Überwachen wenigstens der Motortemperatur als Motorparameter beim Betreiben der Elektromotoren (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, das System umfassend: a. Leistungselektronik (2) mit einem Zwischenkreis und einem an einem Zwischenkreis-Kondensator bereit gestellte Zwischenkreisspannung zur Versorgung der Elektromotoren; b. wobei jeder Elektromotor eine Endstufe und einen EMV-Filter aufweist und die Leistungselektronik (2) und die Messvorrichtung (3) sowie die Regelungsvorrichtung (4) ganz bzw. teilintegriert in einer jeweiligen Elektromotoreinheit des Elektromotors (1) angeordnet sind.