DE102019217425A1

DE102019217425A1 - Electric machine

Info

Publication number: DE102019217425A1
Application number: DE102019217425.6A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Lindenthal; Thomas Pawlak; Manfred Ulrich Werder; Claus-Christian Oetting
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Elektrische Maschine mit einer Einrichtung (110) zur Ermittlung einer Temperatur eines Rotors (114), wobei die Einrichtung (110) einen am Stator (118) oder an einem Gehäuse (120) der elektrischen Maschine vorgesehenen Primärkreis (122) mit einer Primärspule (130) und einen am Rotor (114) ausgebildeten Sekundärkreis (124) mit einer Sekundärspule (136) und einer temperaturabhängigen Last (138) umfasst. Die Einrichtung (110) ist eingerichtet, bei einer Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis (122) durch eine induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis (122) und dem Sekundärkreis (124) eine Sekundärspannung in dem Sekundärkreis (124) zu induzieren, wodurch ein durch die temperaturabhängige Last (138) fließender Sekundärstrom Isekundär im Sekundärkreis und infolge des Sekundärstroms Isekundärein rotortemperaturabhängiger Primärstrom Iprimärim Primärkreis (122) bewirkt wird. Die Einrichtung (110) ist weiterhin eingerichtet, mittels der Messvorrichtung (126) den Primärstrom Iprimärund/oder eine Phasenverschiebung zwischen der Signalspannung und dem Primärstrom Iprimärzu erfassen und basierend auf dem Wert des Primärstroms Iprimäroder basierend auf der Phasenverschiebung die Temperatur des Rotors (114) zu ermitteln. Außerdem weist der Primärkreis (122) zwei in Reihe geschaltete Primärspulen (130, 132) und der Sekundärkreis (124) zwei in Reihe geschaltete Sekundärspulen (134, 136) auf, wobei die beiden Primärspulen (130, 132) bezüglich der Wickelrichtung zueinander gegenläufig und die beiden Sekundärspulen (134, 136) bezüglich der Wickelrichtung zueinander gegenläufig gewickelt sind.Electric machine with a device (110) for determining a temperature of a rotor (114), the device (110) having a primary circuit (122) with a primary coil (130) provided on the stator (118) or on a housing (120) of the electric machine ) and a secondary circuit (124) formed on the rotor (114) with a secondary coil (136) and a temperature-dependent load (138). The device (110) is set up to induce a secondary voltage in the secondary circuit (124) when the signal voltage is fed into the primary circuit (122) through an inductive coupling between the primary circuit (122) and the secondary circuit (124), whereby a through the temperature-dependent load (138) secondary current Isecondary flowing in the secondary circuit and as a result of the secondary current Isecondary in rotor temperature-dependent primary current Iprimary in the primary circuit (122). The device (110) is further configured to use the measuring device (126) to detect the primary current Iprimary and / or a phase shift between the signal voltage and the primary current Iprimary and to determine the temperature of the rotor (114) based on the value of the primary current Iprimary or based on the phase shift determine. In addition, the primary circuit (122) has two series-connected primary coils (130, 132) and the secondary circuit (124) has two series-connected secondary coils (134, 136), the two primary coils (130, 132) running in opposite directions to one another with respect to the winding direction the two secondary coils (134, 136) are wound in opposite directions with respect to the winding direction.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on an electrical machine according to the preamble of the main claim.

Im Fall einer permanenterregten Synchronmaschine kann eine zu hohe Rotortemperatur zu einer Entmagnetisierung der Permanentmagnete führen. Die Rotortemperatur ist daher ein begrenzender Parameter für die Dauerleistung der elektrischen Maschine. Zum Schutz der Permanentmagnete muss sichergestellt sein, dass bei einem Erreichen einer kritischen Magnettemperatur Gegenmaßnahmen ergriffen werden, wie zum Beispiel das Reduzieren von Phasenströmen. Je genauer die Rotortemperatur bekannt ist, desto später können diese Maßnahmen getroffen werden und desto höhere Dauerleistungen können erzielt werden.In the case of a permanently excited synchronous machine, too high a rotor temperature can lead to demagnetization of the permanent magnets. The rotor temperature is therefore a limiting parameter for the continuous output of the electrical machine. To protect the permanent magnets, it must be ensured that countermeasures are taken when a critical magnet temperature is reached, such as reducing phase currents. The more precisely the rotor temperature is known, the later these measures can be taken and the higher the continuous output that can be achieved.

In DE 10 2007 062 712 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines ein magnetisches Rotorfeld aufweisenden Rotors einer mit einem feldorientierten Stromregler versehenen permanenterregten Synchronmaschine beschrieben, die einen Stator mit einer aus mindestens zwei Phasenwicklungen bestehenden Statorwicklung aufweist. Es ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschinengleichung für eine quer zur Rotorfeldrichtung verlaufende Komponente (Usq) eines Statorspannungsvektors (Us) in einem feldorientierten Koordinatensystem aufgestellt wird, die einen magnetischen Fluss (Psi) des Rotors enthält. Weiter ist vorgesehen, dass die Komponente (Usq) des Statorspannungsvektors (Us) durch eine Spannungsstellgröße (UsqCC) berechnet und damit der magnetische Fluss (Psi) bestimmt wird. Zudem ist vorgesehen, dass aus dem magnetischen Fluss (Psi) die Temperatur (T) des Rotors bestimmt wird.In DE 10 2007 062 712 A1 describes a method for determining the temperature of a rotor having a magnetic rotor field of a permanent-magnet synchronous machine provided with a field-oriented current regulator and having a stator with a stator winding consisting of at least two phase windings. It is provided that an electrical machine equation for a component (Usq) of a stator voltage vector (Us) running transversely to the rotor field direction is set up in a field-oriented coordinate system that contains a magnetic flux (Psi) of the rotor. It is also provided that the component (Usq) of the stator voltage vector (Us) is calculated by a voltage manipulated variable (UsqCC) and the magnetic flux (Psi) is thus determined. It is also provided that the temperature (T) of the rotor is determined from the magnetic flux (Psi).

In EP 2853873 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Temperatur eines Rotors eines Elektromotors beschrieben, wobei ein dem Elektromotor zugeordneter Resolver als Mittel zur Erfassung der Temperatur des Rotors fungiert.In EP 2853873 A1 a device and a method for detecting a temperature of a rotor of an electric motor is described, wherein a resolver assigned to the electric motor acts as a means for detecting the temperature of the rotor.

Aus dem Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik in der Produktion, Springer-Verlag, 2. Auflage, Seite 84, Kapitel 1.4.2 sind Verfahren für eine Erfassung einer Rotordrehzahl und für eine Messung von dynamischen Aktionsmomenten bekannt, welche induktiv Signale übertragen.From the manual of measurement and automation technology in production, Springer-Verlag, 2nd edition, page 84, chapter 1.4.2, methods for detecting a rotor speed and for measuring dynamic moments of action are known, which inductively transmit signals.

Darüber hinaus sind teure telemetrische Systeme mit drahtloser Signalübertragung bekannt. Diese sind jedoch aufgrund der hohen Kosten für eine Anwendung in einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs nicht geeignet.In addition, expensive telemetric systems with wireless signal transmission are known. However, because of the high costs, these are not suitable for use in an electrical machine of a motor vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass sie zur Messung der Temperatur des Rotors eine drahtlose Übertragung des entsprechenden Signals bzw. der entsprechenden Temperaturinformation umfasst, die mit nur wenigen Standardkomponenten realisierbar und dadurch sehr kostengünstig ist.The electrical machine according to the invention with the features of the main claim has the advantage that it includes wireless transmission of the corresponding signal or the corresponding temperature information to measure the temperature of the rotor, which can be implemented with only a few standard components and is therefore very cost-effective.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Rotor und einer Einrichtung zur Ermittlung einer Temperatur des Rotors vorgeschlagen. Die Einrichtung umfasst mindestens einen Primärkreis. Der Primärkreis ist am Stator oder an einem Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet und befestigt. Der Primärkreis weist mindestens eine Messvorrichtung zum Erfassen eines elektrischen Primärstroms I_primär im Primärkreis oder zum Erfassen einer den Primärstrom I_primär charakterisierenden Größe, einen Signalgenerator zum Erzeugen einer als Wechselspannung ausgebildeten Signalspannung oder zwei Anschlüsse zum Einspeisen einer als Wechselspannung ausgebildeten Signalspannung in den Primärkreis, und mindestens eine Primärspule auf. Weiterhin umfasst die Einrichtung mindestens einen Sekundärkreis. Der Sekundärkreis ist am Rotor ausgebildet. Der Sekundärkreis weist mindestens eine Sekundärspule, die zur induktiven Kopplung mit der Primärspule angeordnet ist, und eine temperaturabhängige elektrische Last auf. Die Einrichtung ist eingerichtet, bei einer Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis durch eine induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis eine Sekundärspannung in dem Sekundärkreis zu induzieren, wodurch ein durch die temperaturabhängige Last fließender Sekundärstrom I_sekundär im Sekundärkreis und infolge des Sekundärstroms I_sekundär ein rotortemperaturabhängiger Primärstrom I_primär im Primärkreis bewirkt wird. Die Einrichtung ist weiterhin eingerichtet, den Primärstrom I_primär im Primärkreis zu erfassen und daraus die Rotortemperatur zu ermitteln, insbesondere über eine in einem Speicher abgelegte Formel, Funktion, Tabelle, Kennfeld oder Kennlinie.In a first aspect of the present invention, an electrical machine with a stator, a rotor and a device for determining a temperature of the rotor is proposed. The device comprises at least one primary circuit. The primary circuit is arranged and fastened on the stator or on a housing of the electrical machine. The primary circuit has at least one measuring device for detecting an electrical primary current I _primary in the primary circuit or for detecting a _{variable that primarily} characterizes the primary current I, a signal generator for generating a signal voltage in the form of an alternating voltage or two connections for feeding a signal voltage in the form of an alternating voltage into the primary circuit, and at least one primary coil. Furthermore, the device comprises at least one secondary circuit. The secondary circuit is formed on the rotor. The secondary circuit has at least one secondary coil, which is arranged for inductive coupling with the primary coil, and a temperature-dependent electrical load. The device is set up, a secondary voltage in the secondary circuit to induce with a supply of the signal voltage into the primary circuit through an inductive coupling between the primary circuit and the secondary circuit, whereby a current flowing through the temperature-dependent load secondary current I _secondarily in the secondary circuit and as a result of the secondary current I _secondarily rotor temperature-dependent primary current I is _primarily caused in the primary circuit. The device is also set up _{to detect the primary current I primarily} in the primary circuit and to determine the rotor temperature therefrom, in particular using a formula, function, table, characteristic diagram or characteristic curve stored in a memory.

Der Primärkreis weist erfindungsgemäß weiterhin zwei in Reihe geschaltete Primärspulen und der Sekundärkreis weist zwei in Reihe geschaltete Sekundärspulen auf. Die beiden Primärspulen sind bezüglich der Wickelrichtung zueinander gegenläufig und die beiden Sekundärspulen sind bezüglich der Wickelrichtung zueinander gegenläufig gewickelt. Dadurch ist ein Stromfluss in den Primärspulen gegenläufig und ein Stromfluss in den Sekundärspulen ist gegenläufig. Das Magnetfeld, das sich zwischen den Spulen einstellt, ist dadurch unempfindlich gegenüber Störungen von außen.According to the invention, the primary circuit also has two primary coils connected in series and the secondary circuit has two secondary coils connected in series. The two primary coils are opposite to one another with respect to the winding direction and the two secondary coils are wound opposite to one another with respect to the winding direction. As a result, a current flow in the primary coils is opposite and a current flow in the secondary coils is opposite. The magnetic field that is established between the coils is therefore insensitive to external interference.

Die Einrichtung kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein, insbesondere für Traktionsanwendungen für elektrische Maschinen. Unter einem „Rotor“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden, welches um mindestens eine Achse rotiert. Beispielsweise kann der Rotor eine Welle sein, beispielsweise eine Welle in einer Antriebsmaschine, beispielsweise eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle. Auch andere Eigenschaften und/oder andere Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein.The device can in particular be set up for use in a motor vehicle, in particular for traction applications for electrical machines. In the context of the present invention, a “rotor” is generally understood to mean any element that rotates about at least one axis. For example, the rotor can be a shaft, for example a shaft in a drive machine, for example a camshaft or a crankshaft. Other properties and / or other combinations of properties can also be detectable.

Die beiden Primärspulen können in zwei voneinander getrennten Spulenaufnahmen angeordnet sein, die an einem gemeinsamen Primärspulenkörper oder an zwei voneinander getrennten Primärspulenkörpern ausgebildet und am Stator befestigt sind.The two primary coils can be arranged in two separate coil receptacles which are formed on a common primary coil body or on two primary coil bodies which are separate from one another and which are fastened to the stator.

Die beiden Sekundärspulen können in zwei voneinander getrennten Spulenaufnahmen angeordnet sein, die an einem gemeinsamen Sekundärspulenkörper oder an zwei voneinander getrennten Sekundärspulenkörper ausgebildet und auf einer Rotorwelle des Rotors vorgesehen sind, wobei die Spulenaufnahmen des Primärspulenkörpers und die Spulenaufnahmen des Sekundärspulenkörpers einander zugewandt sind.The two secondary coils can be arranged in two separate coil receptacles, which are formed on a common secondary bobbin or on two separate secondary bobbins and are provided on a rotor shaft of the rotor, the coil receptacles of the primary coil bobbin and the coil receptacles of the secondary coil bobbin facing each other.

Die Spulenaufnahmen für die beiden Primärspulen können in axialer Richtung bezüglich einer Rotationsachse des Rotors zueinander beabstandet und die Spulenaufnahmen für die beiden Sekundärspulen können in axialer Richtung zueinander beabstandet sein.The coil receptacles for the two primary coils can be spaced apart from one another in the axial direction with respect to an axis of rotation of the rotor and the coil receptacles for the two secondary coils can be spaced apart from one another in the axial direction.

Die Primärspulen und die Sekundärspulen können konzentrisch bezüglich einer Rotationsachse des Rotors angeordnet sein, insbesondere indem der bzw. die Primärspulenkörper und der bzw. die Sekundärspulenkörper konzentrisch bezüglich einer Rotationsachse des Rotors angeordnet sind.The primary coils and the secondary coils can be arranged concentrically with respect to an axis of rotation of the rotor, in particular by the primary coil body (s) and the secondary coil body (s) being arranged concentrically with respect to an axis of rotation of the rotor.

Eine der Primärspulen kann mit einer der Sekundärspulen induktiv gekoppelt sein unter Bildung eines ersten gekoppelten Spulenpaares, wobei die andere Primärspule mit der anderen Sekundärspule induktiv gekoppelt sein kann unter Bildung eines zweiten gekoppelten Spulenpaares.One of the primary coils can be inductively coupled to one of the secondary coils to form a first coupled coil pair, wherein the other primary coil can be inductively coupled to the other secondary coil to form a second coupled coil pair.

Die beiden Spulen des ersten oder zweiten gekoppelten Spulenpaares können in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse eine gleiche oder eine unterschiedliche Spulenlänge aufweisen.The two coils of the first or second coupled coil pair can have the same or a different coil length in the axial direction with respect to the axis of rotation.

Der bzw. die Primärspulenkörper und/oder der bzw. die Sekundärspulenkörper kann bzw. können jeweils einen Magnetkern, insbesondere ein Ferrit- oder Eisenkern, zur Lenkung des Magnetflusses umfassen.The primary coil body (s) and / or the secondary coil body (s) can each include a magnetic core, in particular a ferrite or iron core, for directing the magnetic flux.

Das erste gekoppelte Spulenpaar und das zweite gekoppelte Spulenpaar können bezüglich der Rotationsachse des Rotors axial benachbart angeordnet sein.The first coupled coil pair and the second coupled coil pair can be arranged axially adjacent with respect to the axis of rotation of the rotor.

Das erste gekoppelte Spulenpaar und das zweite gekoppelte Spulenpaar können bezüglich der Rotationsachse des Rotors radial von mindestens einem Magnetkern umgeben sein. Dadurch lässt sich das jeweilige Magnetfeld gezielt führen.The first coupled coil pair and the second coupled coil pair can be surrounded radially by at least one magnetic core with respect to the axis of rotation of the rotor. This allows the respective magnetic field to be guided in a targeted manner.

Das erste gekoppelte Spulenpaar und das zweite gekoppelte Spulenpaar können bezüglich der Rotationsachse des Rotors radial benachbart angeordnet sein. The first coupled coil pair and the second coupled coil pair can be arranged radially adjacent with respect to the axis of rotation of the rotor.

Das erste gekoppelte Spulenpaar und das zweite gekoppelte Spulenpaar können bezüglich der Rotationsachse des Rotors axial von mindestens einem Magnetkern umgeben sein. Dadurch lässt sich das jeweilige Magnetfeld gezielt führen.The first coupled coil pair and the second coupled coil pair can be surrounded axially by at least one magnetic core with respect to the axis of rotation of the rotor. This allows the respective magnetic field to be guided in a targeted manner.

Die Primärspulen und die Sekundärspulen können unterschiedliche Größen aufweisen. Dadurch lässt sich die Feldstärke des jeweiligen Magnetfelds gezielt beeinflussen. Beispielsweise ist mindestens eine der Primärspulen größer als mindestens eine der Sekundärspulen.The primary coils and the secondary coils can have different sizes. This allows the field strength of the respective magnetic field to be influenced in a targeted manner. For example, at least one of the primary coils is larger than at least one of the secondary coils.

Die temperaturabhängige elektrische Last kann ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand, beispielsweise mit einem negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten, sein und ist in elektrischem Kontakt mit der dritten Spule und/oder der vierten Spule. Als temperaturabhängige elektrische Last sind weitere elektrische Bauteile denkbar, die in Abhängigkeit von der Temperatur ihren elektrischen Kennwert, beispielsweise ohmscher Widerstand, Induktivität oder Kapazität, ändern. Auch Bimetallschalter, die bei einem Temperaturschwellwert schalten, wären als temperaturabhängige elektrische Last denkbar.The temperature-dependent electrical load can be a temperature-dependent electrical resistance, for example with a negative or positive temperature coefficient, and is in electrical contact with the third coil and / or the fourth coil. As a temperature-dependent electrical load, further electrical components are conceivable which change their electrical characteristic value, for example ohmic resistance, inductance or capacitance, as a function of the temperature. Bimetal switches that switch at a temperature threshold would also be conceivable as a temperature-dependent electrical load.

Die Amplitude des Stroms I_sekundär kann von der Rotortemperatur abhängig sein.The amplitude of the current I _secondary can depend on the rotor temperature.

Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine sein, bei welcher der Rotor eingerichtet ist, synchron von einem magnetischen Drehfeld des Stators angetrieben zu werden. Die Synchronmaschine kann insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine sein.The electrical machine can be a synchronous machine in which the rotor is set up to be driven synchronously by a rotating magnetic field of the stator. The synchronous machine can in particular be a permanently excited synchronous machine.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß den vorstehenden Ausführungen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Induzieren der Sekundärspannung in dem Sekundärkreis durch die induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis bei einer Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis, wodurch ein durch die temperaturabhängige Last fließender Sekundärstrom I_sekundär im Sekundärkreis und infolge des Sekundärstroms I_sekundär ein rotortemperaturabhängiger Primärstrom I_primär im Primärkreis bewirkt wird;
- Erfassen des Primärstroms I_primär und Ermitteln der Temperatur des Rotors.

In a further aspect of the present invention, a method for determining a temperature of a rotor of an electrical machine according to the above statements is proposed. The procedure consists of the following steps:

- Induction of the secondary voltage in the secondary circuit through the inductive coupling between the primary circuit and the secondary circuit when the signal voltage is fed into the primary circuit, whereby a _{secondary current I secondary} flowing through the temperature-dependent load in the secondary circuit and, as a result of the secondary _{current I secondary,} a rotor temperature-dependent primary current I _primary in the primary circuit is effected;
- Detecting the primary current I _primary and determining the temperature of the rotor.

Die genannten Verfahrensschritte können insbesondere in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden, wobei jedoch auch eine andere Reihenfolge möglich ist. Weiterhin können zwei oder mehrere oder auch alle der genannten Verfahrensschritte zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Weiterhin können einer, mehrere oder auch alle der genannten Verfahrensschritte einmalig, wiederholt oder auch permanent durchgeführt werden. Das Verfahren kann weiterhin einen oder mehrere zusätzliche, nicht genannte Verfahrensschritte umfassen. Für weitere Einzelheiten des Verfahrens kann grundsätzlich auf die obige Beschreibung der Einrichtung verwiesen werden, da das Verfahren insbesondere unter Verwendung der vorgeschlagenen Einrichtung durchgeführt werden kann.The process steps mentioned can in particular be carried out in the order mentioned, although a different order is also possible. Furthermore, two or more or all of the process steps mentioned can be carried out at the same time or overlapping in time. Furthermore, one, several or all of the process steps mentioned can be carried out once, repeatedly or even permanently. The method can furthermore comprise one or more additional method steps not mentioned. For further details of the method, reference can generally be made to the above description of the device, since the method can in particular be carried out using the proposed device.

Die Begriffe „Primärkreis“ und „Sekundärkreis“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von Primärkeisen und/oder Sekundärkreisen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein können. Weiterhin können zusätzliche Kreise vorhanden sein. Die Begriffe „Primärkreis“ und „Sekundärkreis“ können insbesondere jeweils Stromkreise sein. Der Begriff „induktive Kopplung“ bezeichnet grundsätzlich eine gegenseitige magnetische Beeinflussung zweier oder mehrerer räumlich benachbarter elektrischer Stromkreise oder elektrischer Spulen durch eine elektromagnetische Induktion infolge einer Änderung eines magnetischen Flusses. Der Begriff „Spule“ bezeichnet grundsätzlich eine Wicklung oder ein Wickelgut, welches geeignet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen oder zu detektieren. Die Spule kann mindestens einer Wicklung eines Stromleiters, insbesondere aus einem Draht, umfassen. Der Stromleiter kann auf einem Spulenkörper, insbesondere Spulenträger gewickelt sein und zumindest teilweise einen weichmagnetischen Kern aufweisen. Unter einer „Messvorrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Messgröße zu erfassen, die entweder unmittelbar oder mittelbar den zu erfassenden Strom darstellt. Eine direkte Erfassung des Stroms ist beispielsweise mittels eines Multimeters, Amperemeters oder dergleichen realisierbar. Eine mittelbare Erfassung ist über die Erfassung einer den Strom charakterisierenden Größe, wie z.B. Spannung, möglich. In diesem Fall kann der Strom aus der erfassten Spannung und einem Widerstand bekannter Größe ermittelt werden.The terms “primary circuit” and “secondary circuit” are to be regarded as pure descriptions, without specifying an order or ranking and, for example, without excluding the possibility that several types of primary circuits and / or secondary circuits or exactly one type can be provided. There can also be additional circles. The terms “primary circuit” and “secondary circuit” can in particular each be electrical circuits. The term “inductive coupling” basically refers to the mutual magnetic influence of two or more spatially adjacent electrical circuits or electrical coils through electromagnetic induction as a result of a change in a magnetic flux. The term “coil” basically refers to a winding or a winding material that is suitable for generating or detecting a magnetic field. The coil can comprise at least one winding of a current conductor, in particular made of a wire. The current conductor can be wound on a bobbin, in particular a bobbin, and at least partially have a soft magnetic core. A “measuring device” in the context of the present invention is basically to be understood as any device that is set up to acquire at least one measured variable that either directly or indirectly represents the current to be acquired. A direct detection of the current can be implemented, for example, by means of a multimeter, ammeter or the like. Indirect detection is possible by detecting a variable that characterizes the current, such as voltage. In this case, the current can be determined from the detected voltage and a resistance of known magnitude.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. So kann grundsätzlich eine direkte und genaue Temperaturmessung an den Magneten erfolgen. Das Sensorsignal kann grundsätzlich drahtlos übertragen werden. Ein Verschleiß kann somit vermieden werden. Weiterhin ist ein grundsätzlich wenig störanfälliges Verfahren realisierbar, insbesondere gegenüber von Magnetfeldern des Stators. Die Messeinrichtung ist weiterhin grundsätzlich für eine Erfassung von sehr hohen Rotortemperaturen geeignet. Darüber hinaus handelt es sich grundsätzlich um ein kostengünstiges Verfahren. Die Robustheit von Verfahren zur induktiven Signalübertragung gegenüber elektromagnetischen Störfeldern wird erhöht. Die Genauigkeit von Verfahren zur induktiven Signalübertragen wird erhöht, indem die magnetische Kopplung beider Übertragerspulen gegenüber axialer Bewegung konstant gehalten wird. Es wird ein einfacher Aufbau realisiert, da je zwei Wicklungspaare auf einem Wickeldorn gefertigt werden können. Die Anordnung der Spulenpaare zeigt eine gute magnetische Kopplung ohne Störung durch Rotorwelle und Stator-Blechpakete. Die magnetische Kopplung der Spulenpaare wird deutlich verbessert und damit die Qualität der Signalübertragung verbessert.The devices and methods according to the invention have numerous advantages over conventional devices and methods. In this way, a direct and precise temperature measurement can be made on the magnets. In principle, the sensor signal can be transmitted wirelessly. Wear can thus be avoided. Furthermore, a method that is fundamentally less susceptible to interference can be implemented, in particular with regard to magnetic fields from the stator. The measuring device is also basically suitable for recording very high rotor temperatures. In addition, it is basically a cost-effective process. The robustness of methods for inductive signal transmission against electromagnetic interference fields is increased. The accuracy of methods for inductive signal transmission is increased by keeping the magnetic coupling of the two transmitter coils constant with respect to axial movement. A simple structure is implemented, since two winding pairs can be produced on one winding mandrel. The arrangement of the coil pairs shows a good magnetic coupling without interference from the rotor shaft and stator laminated cores. The magnetic coupling of the coil pairs is significantly improved and thus the quality of the signal transmission is improved.

FigurenlisteFigure list

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Einrichtung nach 1,
3 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung,
4 eine weitere Darstellung der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 eine Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 eine Einrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8 eine Einrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
9 eine Einrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Show it:

1 a perspective view of an electrical machine with a device according to a first embodiment of the present invention,
2 a schematic sectional view of part of the device according to FIG 1 ,
3rd an electrical circuit diagram of the device according to the invention,
4th a further illustration of the device according to the first embodiment of the present invention,
5 a device according to a second embodiment of the present invention,
6th a device according to a third embodiment of the present invention,
7th a device according to a fourth embodiment of the present invention,
8th a device according to a fifth embodiment of the present invention and
9 a device according to a sixth embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer Einrichtung 110 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows a perspective view of an electrical machine with a device 110 according to a first embodiment of the present invention.

Die Einrichtung 110 kann insbesondere Teil einer elektrischen Maschine 112, wie beispielsweise einer Synchronmaschine, sein. Die elektrische Maschine 112 umfasst einen Rotor 114, der um eine Rotationsachse 116 rotierbar ist, und einen mit dem Rotor 114 zusammenwirkenden Stator 118.The establishment 110 can in particular be part of an electrical machine 112 , such as a synchronous machine. The electric machine 112 includes a rotor 114 around an axis of rotation 116 is rotatable, and one with the rotor 114 cooperating stator 118 .

Der Rotor 114 weist beispielsweise eine Rotorwelle und einen auf der Rotorwelle angeordneten Rotorkörper auf. Der Rotorkörper kann beispielsweise ein Blechpaket sein. Der Stator 118 kann in einem Gehäuse 120 angeordnet sein. The rotor 114 has, for example, a rotor shaft and a rotor body arranged on the rotor shaft. The rotor body can be a laminated core, for example. The stator 118 can in one housing 120 be arranged.

Die Einrichtung 110 umfasst einen Primärkreis 122 und einen Sekundärkreis 124.The establishment 110 includes a primary circuit 122 and a secondary circuit 124 .

Der Primärkreis 122 ist an dem Stator 118 angeordnet und kann fest mit dem Stator 118 verbunden sein. Insbesondere kann der Primärkreis 122 an dem Stator 118 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig angebracht sein.The primary circle 122 is on the stator 118 arranged and can be fixed to the stator 118 be connected. In particular, the primary circuit 122 on the stator 118 be attached positively, non-positively and / or cohesively.

Der Sekundärkreis 124 ist an dem Rotor 114 ausgebildet. Der Sekundärkreis 124 ist fest, insbesondere drehfest, mit dem Rotor 114 verbunden. Insbesondere kann der Sekundärkreis 124 an dem Rotor 114 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig angebracht sein.The secondary circuit 124 is on the rotor 114 educated. The secondary circuit 124 is fixed, in particular non-rotatable, with the rotor 114 connected. In particular, the secondary circuit 124 on the rotor 114 be attached positively, non-positively and / or cohesively.

2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht der Einrichtung 110 nach 1. 3 zeigt ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung 110. 2 shows a simplified sectional view of the device 110 to 1 . 3rd shows an electrical circuit diagram of the device according to the invention 110 .

Der Primärkreis 122 weist mindestens eine Messvorrichtung 126 zum Erfassen eines elektrischen Primärstroms I_primär im Primärkreis 122 auf.The primary circle 122 has at least one measuring device 126 for detecting an electrical primary current I _primarily in the primary circuit 122 on.

Darüber hinaus weist der Primärkreis 122 einen Signalgenerator 128 zum Erzeugen einer als Wechselspannung ausgebildeten und in den Primärkreis 122 einzuspeisenden Signalspannung auf. Alternativ kann der Primärkreis 122 mindestens zwei Anschlüsse 127 zum Einspeisen einer als Wechselspannung ausgebildeten Signalspannung in den Primärkreis 122 umfassen. Die Signalspannung ist eine Wechselspannung mit einer beliebigen Wellenform, beispielsweise mit einer sinusförmigen, dreieckförmigen, sägezahnförmigen oder rechteckförmigen Wellenform.It also has the primary circuit 122 a signal generator 128 for generating an alternating voltage and in the primary circuit 122 signal voltage to be fed in. Alternatively, the primary circuit 122 at least two connections 127 for feeding a signal voltage designed as an alternating voltage into the primary circuit 122 include. The signal voltage is an alternating voltage with any waveform, for example with a sinusoidal, triangular, sawtooth or rectangular waveform.

Der Primärkreis 122 kann außerdem einen elektrischen Kondensator 129 umfassen. Der Kondensator 129 ist zur Erzeugung eines Schwingkreises im Primärkreis 122 ausgebildet.The primary circle 122 can also use an electrical capacitor 129 include. The condenser 129 is to generate an oscillating circuit in the primary circuit 122 educated.

Zwischen dem Signalgenerator 128 und dem Kondensator 129 ist beispielsweise ein elektrischer Vorwiderstand 135 angeordnet.Between the signal generator 128 and the capacitor 129 is for example an electrical series resistor 135 arranged.

Die Messvorrichtung 126 kann beispielsweise ein Voltmeter sein, das einen Spannungsabfall an dem Vorwiderstand 135 des Primärkreises 122 misst, so dass der Primärstrom I_primär mittels des bekannten elektrischen Widerstandes des Vorwiderstandes 135 und mittels des an dem Vorwiderstand 135 gemessenen Spannungsabfalls ermittelbar ist. Die Spannung des Signalgenerators 128 kann mit einer weiteren Messvorrichtung 126 bestimmt werden oder aufgrund einer Kalibrierung des Signalgenerators 128 bekannt sein.The measuring device 126 can for example be a voltmeter that shows a voltage drop across the series resistor 135 of the primary circuit 122 measures, so that the primary current I _primarily by means of the known electrical resistance of the series resistor 135 and by means of the on the series resistor 135 measured voltage drop can be determined. The voltage of the signal generator 128 can with another measuring device 126 be determined or based on a calibration of the signal generator 128 be known.

Der Primärkreis 122 weist erfindungsgemäß mindestens zwei in Reihe geschaltete Primärspulen 130, 132 auf. Bei den Primärspulen 130,132 kann es sich insbesondere jeweils um eine Wicklung handeln.The primary circle 122 according to the invention has at least two series-connected primary coils 130 , 132 on. At the primary coils 130 , 132 it can in particular be a winding in each case.

Der Sekundärkreis 124 weist erfindungsgemäß mindestens zwei in Reihe geschaltete Sekundärspulen 134, 136 auf. Die Sekundärspulen 134, 136 sind zur induktiven Kopplung mit den Primärspulen 130, 132 angeordnet. Bei den Sekundärspulen 134, 136 kann es sich insbesondere um eine Wicklung handeln.The secondary circuit 124 according to the invention has at least two secondary coils connected in series 134 , 136 on. The secondary coils 134 , 136 are for inductive coupling with the primary coils 130 , 132 arranged. At the secondary coils 134 , 136 it can in particular be a winding.

Die beiden Primärspulen 130,132 und die beiden Sekundärspulen 134,136 erstrecken sich jeweils mit mehreren Windungen um die Rotorwelle des Rotors 114 herum.The two primary coils 130 , 132 and the two secondary coils 134 , 136 each extend with several turns around the rotor shaft of the rotor 114 around.

Die beiden Primärspulen 130, 132 sind in zwei voneinander getrennten Spulenaufnahmen 130.1,132.1 angeordnet, die an einem gemeinsamen Primärspulenkörper 133 oder an zwei voneinander getrennten Primärspulenkörpern 133 ausgebildet und am Stator 118 befestigt sind. Die Spulenaufnahmen 130.1,132.1 für die beiden Primärspulen 130, 132 sind in axialer Richtung bezüglich einer Rotationsachse 116 des Rotors 114 zueinander beabstandet.The two primary coils 130 , 132 are in two separate reel mounts 130.1 , 132.1 arranged on a common primary bobbin 133 or on two separate primary bobbins 133 trained and on the stator 118 are attached. The spool mounts 130.1 , 132.1 for the two primary coils 130 , 132 are in the axial direction with respect to an axis of rotation 116 of the rotor 114 spaced from each other.

Die beiden Sekundärspulen 134, 136 sind in zwei voneinander getrennten Spulenaufnahmen 134.1,136.1 angeordnet, die auf der Rotorwelle des Rotors 114 drehfest vorgesehen und an einem gemeinsamen Sekundärspulenkörper 137 oder an zwei voneinander getrennten Sekundärspulenkörpern 137 ausgebildet sind. Die Spulenaufnahmen 130.1,132.1 des Primärspulenkörpers 133 und die Spulenaufnahmen 134.1,136.1 des Sekundärspulenkörpers 137 sind einander zugewandt.The two secondary coils 134 , 136 are in two separate reel mounts 134.1 , 136.1 arranged on the rotor shaft of the rotor 114 non-rotatably provided and on a common secondary bobbin 137 or on two separate secondary bobbins 137 are trained. The spool mounts 130.1 , 132.1 of the primary bobbin 133 and the spool mounts 134.1 , 136.1 of the secondary bobbin 137 are facing each other.

Die Spulenaufnahmen 130.1,132.1 für die beiden Primärspulen 130, 132 können in axialer Richtung bezüglich einer Rotationsachse 116 des Rotors 114 zueinander beabstandet sein. Ebenso können die Spulenaufnahmen 134.1,136.1 für die beiden Sekundärspulen 134, 136 in axialer Richtung zueinander beabstandet sein.The spool mounts 130.1 , 132.1 for the two primary coils 130 , 132 can in the axial direction with respect to an axis of rotation 116 of the rotor 114 be spaced from each other. The spool mounts can also 134.1 , 136.1 for the two secondary coils 134 , 136 be spaced apart from one another in the axial direction.

Die Primärspulen 130, 132 und die Sekundärspulen 134, 136 können konzentrisch bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 angeordnet sein, insbesondere indem der bzw. die Primärspulenkörper 133 und der bzw. die Sekundärspulenkörper 137 konzentrisch bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 angeordnet sind. Die Primärspulen 130, 132 und die Sekundärspulen 134, 136 haben jeweils eine Spulenachse, die mit der Rotationsachse 116 des Rotors 114 fluchtet.The primary coils 130 , 132 and the secondary coils 134 , 136 can be concentric with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 be arranged, in particular by the primary coil body (s) 133 and the secondary bobbin or bobbins 137 concentric with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 are arranged. The primary coils 130 , 132 and the secondary coils 134 , 136 each have a coil axis that coincides with the axis of rotation 116 of the rotor 114 flees.

Eine der Primärspulen 130, 132 kann mit einer der Sekundärspulen 134, 136 induktiv gekoppelt sein unter Bildung eines ersten gekoppelten Spulenpaares, wobei die andere Primärspule 130, 132 mit der anderen Sekundärspule 134, 136 induktiv gekoppelt ist unter Bildung eines zweiten gekoppelten Spulenpaares. Die mit dem Rotor 114 drehbaren Sekundärspulen 134,136 sind bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 radial innerhalb der Primärspulen 130,132 angeordnet oder umgekehrt, wobei in jeder Drehlage des Rotors 114 eine induktive Kopplung des ersten und zweiten Spulenpaares vorliegt.One of the primary coils 130 , 132 can with one of the secondary coils 134 , 136 be inductively coupled to form a first coupled coil pair, the other primary coil 130 , 132 with the other secondary coil 134 , 136 is inductively coupled to form a second coupled coil pair. The one with the rotor 114 rotatable secondary coils 134 , 136 are with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 radially inside the primary coils 130 , 132 arranged or vice versa, in each rotational position of the rotor 114 there is an inductive coupling of the first and second coil pairs.

Die beiden Spulen des ersten oder zweiten gekoppelten Spulenpaares können in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116 eine gleiche oder eine unterschiedliche Spulenlänge aufweisen.The two coils of the first or second coupled coil pair can move in the axial direction with respect to the axis of rotation 116 have the same or a different coil length.

Der bzw. die Primärspulenkörper 133 und/oder der bzw. die Sekundärspulenkörper 137 kann bzw. können jeweils einen Magnetkern 154, insbesondere ein Ferrit- oder Eisenkern, zur Lenkung des Magnetflusses umfassen.The primary bobbin or bobbins 133 and / or the secondary bobbin or bobbins 137 can or can each have a magnetic core 154 , in particular a ferrite or iron core, to direct the magnetic flux.

Der Sekundärkreis 124 weist eine temperaturabhängige elektrische Last 138 auf, wie beispielsweise einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, auf. Auch andere Ausführungsformen sind jedoch grundsätzlich denkbar. Die temperaturabhängige elektrische Last 138 kann an kritischen Messstellen, wie beispielsweise direkt in Magnettaschen des Rotors 114 zur Messung einer Magnettemperatur, eingebracht sein. Auch andere Anordnungen sind jedoch grundsätzlich denkbar. Die temperaturabhängige elektrische Last 138 ist in elektrischem Kontakt mit den Sekundärspulen 136.The secondary circuit 124 exhibits a temperature-dependent electrical load 138 on, such as a temperature-dependent electrical resistance. However, other embodiments are also fundamentally conceivable. The temperature dependent electrical load 138 can be at critical measuring points, such as directly in the magnet pockets of the rotor 114 to measure a magnet temperature. However, other arrangements are also fundamentally conceivable. The temperature dependent electrical load 138 is in electrical contact with the secondary coils 136 .

Die Signalspannung im Primärkreis 122 induziert über eine induktive Kopplung des ersten und/oder zweiten gekoppelten Spulenpaares eine Sekundärspannung in dem Sekundärkreis 124. Die Signalspannung des Signalgenerators 128 ist eine Wechselspannung, um eine Sekundärspannung im Sekundärkreis 124 aufgrund einer Änderung eines Magnetfeldes zu induzieren und damit die induktive Kopplung der beiden Spulenpaare zu erreichen. Die Wechselspannung ist eine Wechselspannung mit einer beliebigen Wellenform, beispielsweise mit einer sinusförmigen, dreieckförmigen, sägezahnförmigen oder rechteckförmigen Wellenform. Die induzierte Sekundärspannung, die selbstverständlich eine Wechselspannung ist, bewirkt einen durch die temperaturabhängige Last 138 fließenden Sekundärstrom I_sekundär. Die Amplitude des Sekundärstroms I_sekundär wird durch die Temperatur des Rotors 114 bestimmt. Entsprechend ist der Sekundärstrom I_sekundär des Sekundärkreises 124 rotortemperaturabhängig. Infolge des Sekundärstroms I_sekundär wird ein rotortemperaturabhängiger Primärstrom I_primär im Primärkreis 122 bewirkt, der selbstverständlich ein Wechselstrom ist.The signal voltage in the primary circuit 122 induces a secondary voltage in the secondary circuit via an inductive coupling of the first and / or second coupled coil pair 124 . The signal voltage of the signal generator 128 is an alternating voltage to a secondary voltage in the secondary circuit 124 to induce a change in a magnetic field and thus achieve the inductive coupling of the two pairs of coils. The alternating voltage is an alternating voltage with any waveform, for example with a sinusoidal, triangular, sawtooth or rectangular waveform. The induced secondary voltage, which is of course an alternating voltage, is caused by the temperature-dependent load 138 flowing secondary current I _secondary . The amplitude of the secondary current I _secondary is determined by the temperature of the rotor 114 certainly. The secondary current I is correspondingly _{secondary of} the secondary circuit 124 depending on the rotor temperature. _Secondary to the secondary current I a rotor temperature-dependent primary current I is _primarily in the primary circuit 122 causes, which is of course an alternating current.

Temperaturänderungen am Rotor 114 erzeugen eine Widerstandsänderung der temperaturabhängigen Last 138.Temperature changes on the rotor 114 generate a change in resistance of the temperature-dependent load 138 .

Die temperaturabhängige Widerstandsänderung an der temperaturabhängigen Last 138 führt zu einer Änderung der Amplitude des Primärstroms I_primär des Primärkreises 122. Folglich besteht eine Beziehung zwischen der Amplitude des Primärstroms I_primär im Primärkreis 122 und der zu bestimmenden Temperatur des Rotors 114. Die Temperatur des Rotors 114 kann somit basierend auf dem Wert eines mittels der Messvorrichtung 126 gemessenen Primärstroms I_primär ermittelt werden. Dies geschieht beispielsweise mittels einer in dem elektronischen Speicher des Steuergerätes abgelegten Formel, Tabelle, Matrix, Kennfeld oder Kennlinie, wodurch jeweils eine Zuordnung zwischen einem gemessenen Wert des Primärstroms I_primär und einer zugehörigen Temperatur des Rotors 114 vorliegt.The temperature-dependent change in resistance at the temperature-dependent load 138 leads to a change in the amplitude of the primary current I _{primarily of} the primary circuit 122 . Consequently, there is a relationship between the amplitude of the primary current I _primarily in the primary circuit 122 and the temperature of the rotor to be determined 114 . The temperature of the rotor 114 can thus based on the value of a by means of the measuring device 126 measured primary current I are _primarily determined. This is done, for example, by means of a formula, table, matrix, map or characteristic curve stored in the electronic memory of the control unit, whereby an association between a measured value of the primary current I _primary and an associated temperature of the rotor 114 is present.

Die temperaturabhängige Widerstandsänderung an der temperaturabhängigen Last 138 führt außerdem zu einer Phasenverschiebung zwischen der eingespeisten Signalspannung und dem Primärstrom I_primär des Primärkreises 122. Folglich besteht auch eine Beziehung zwischen der Phasenverschiebung im Primärkreis 122 und der zu bestimmenden Temperatur des Rotors 114. Die Temperatur des Rotors 114 kann somit alternativ auch basierend auf der ermittelten Phasenverschiebung zwischen der eingespeisten Signalspannung und dem Primärstrom I_primär ermittelt werden, insbesondere über eine in einem elektronischen Speicher eines elektronischen Steuergerätes abgelegte Formel oder Funktion, insbesondere eine Arkustangensfunktion, oder über eine in dem Speicher abgelegte Tabelle, Kennfeld, Kennlinie oder Matrix. Auf diese Weise liegt jeweils eine Zuordnung zwischen einer ermittelten Phasenverschiebung und der zugehörigen Temperatur des Rotors 114 vor. Zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen der eingespeisten Signalspannung und dem Primärstrom I_primär wird der Primärstrom I_primär mittels der Messvorrichtung 126 gemessen und basierend darauf die Phasenverschiebung ermittelt.The temperature-dependent change in resistance at the temperature-dependent load 138 also leads to a phase shift between the supplied signal voltage and the primary current I _{primary of} the primary circuit 122 . Consequently, there is also a relationship between the phase shift in the primary circuit 122 and the temperature of the rotor to be determined 114 . The temperature of the rotor 114 can thus also be determined alternatively based on the detected phase shift between the injected signal voltage and the primary current I _primarily, in particular via a stored in an electronic memory of an electronic control unit formula or function, in particular an arc tangent function, or a stored in the memory table, characteristic map , Characteristic or matrix. In this way, there is an association between a determined phase shift and the associated temperature of the rotor 114 in front. To determine the phase shift between the signal voltage fed in and the primary current I _primary , the primary current I _{primary is determined} by means of the measuring device 126 measured and based on this the phase shift is determined.

3 zeigt ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung 110 mit den Spulen 130, 132, 134, 136. 3rd shows an electrical circuit diagram of the device according to the invention 110 with the coils 130 , 132 , 134 , 136 .

Erfindungsgemäß sind die beiden Primärspulen 130, 132 bezüglich der Wickelrichtung zueinander gegenläufig gewickelt. Ebenso sind die beiden Sekundärspulen 134, 136 erfindungsgemäß bezüglich der Wickelrichtung zueinander gegenläufig gewickelt.The two primary coils are according to the invention 130 , 132 wound in opposite directions with respect to the winding direction. Likewise are the two secondary coils 134 , 136 according to the invention wound in opposite directions to one another with respect to the winding direction.

Wie in 3 zu erkennen, weisen die Spulen 130, 132, 134, 136 jeweils einen Spulenanfang 140 und ein Spulenende 142 auf.As in 3rd to recognize point the coils 130 , 132 , 134 , 136 one coil beginning each 140 and a coil end 142 on.

Die Spulen 130, 132, 134, 136 sind derart angeordnet bzw. verschaltet, dass eine Spule 130 der Primärspulen 130, 132 mit einer Spule 134 der Sekundärspulen 134, 136 induktiv gekoppelt ist unter Bildung eines ersten gekoppelten Spulenpaares 144. Die andere Spule 132 der Primärspule 130, 132 ist mit der anderen Spule 136 der Sekundärspule 134, 136 induktiv gekoppelt unter Bildung eines zweiten gekoppelten Spulenpaares 146.The spools 130 , 132 , 134 , 136 are arranged or connected in such a way that a coil 130 of the primary coils 130 , 132 with a coil 134 of the secondary coils 134 , 136 is inductively coupled to form a first coupled coil pair 144 . The other coil 132 the primary coil 130 , 132 is with the other coil 136 the secondary coil 134 , 136 inductively coupled to form a second coupled coil pair 146 .

Wie in 3 dargestellt, sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 axial benachbart angeordnet. Mit anderen Worten sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 entlang der Rotationsachse 116 des Rotors 114 axial nebeneinander angeordnet.As in 3rd are the first pair of coils coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 arranged axially adjacent. In other words, are the first pair of coils coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 along the axis of rotation 116 of the rotor 114 arranged axially next to each other.

Das daraus resultierende Magnetfeld ist durch Magnetfeldlinien 148 in 2 veranschaulicht. Die Richtung eines ersten Stromflusses 150 des ersten gekoppelten Spulenpaars 144 verläuft in entgegengesetzter Richtung zu einem zweiten Stromfluss 152 des zweiten gekoppelten Spulenpaars 146 wie in 2 dargestellt. Durch diese Art und Weise der Verschaltung findet eine besonders störungsfreie Übertragung der Signale von der Primärseite 122 zur Sekundärseite 124 statt, da die Störfelder durch das Eigenfeld abgeschottet werden. Des Weiteren wird eine gute und vor allem konstante Kopplung der beiden gekoppelten Spulenpaare 144, 146 gegenüber axialer Bewegung der Spulen 130, 132, 134, 136 zueinander erreicht. Grundsätzlich ist es optional realisierbar, dass die beiden Spulen des ersten oder zweiten gekoppelten Spulenpaares 144, 146 in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116 eine gleiche oder eine unterschiedliche Spulenlänge aufweisen.The resulting magnetic field is through magnetic field lines 148 in 2 illustrated. The direction of a first current flow 150 of the first pair of coils coupled 144 runs in the opposite direction to a second current flow 152 of the second pair of coupled coils 146 as in 2 shown. This type of interconnection ensures that the signals are transmitted from the primary side in a particularly trouble-free manner 122 to the secondary side 124 instead, since the interference fields are sealed off by the self-field. Furthermore, a good and, above all, constant coupling of the two coupled coil pairs is achieved 144 , 146 versus axial movement of the coils 130 , 132 , 134 , 136 reached each other. In principle, it can optionally be implemented that the two coils of the first or second coupled coil pair 144 , 146 in the axial direction with respect to the axis of rotation 116 have the same or a different coil length.

4 zeigt eine weitere Darstellung der Einrichtung 110 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das aus der Anordnung der Primärspulen 130, 132 und der Sekundärspulen 134, 136 resultierende Magnetfeld ist durch Magnetfeldlinien 148 in 4 veranschaulicht. Optional kann bzw. können der bzw. die Primärspulenkörper 133 und/oder der bzw. die Sekundärspulenkörper 137 jeweils einen Magnetkern 154, insbesondere ein Ferrit- oder Eisenkern, zur Lenkung des Magnetflusses umfassen. 4th shows a further representation of the device 110 according to the first embodiment of the present invention. That from the arrangement of the primary coils 130 , 132 and the secondary coils 134 , 136 resulting magnetic field is through magnetic field lines 148 in 4th illustrated. Optionally, the primary coil body (s) can 133 and / or the secondary bobbin or bobbins 137 one magnetic core each 154 , in particular a ferrite or iron core, to direct the magnetic flux.

5 zeigt eine Einrichtung 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Einrichtung 110 der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Einrichtung 110 der zweiten Ausführungsform weisen die Primärspulen 130, 132 und die Sekundärspulen 134, 136 unterschiedliche Größen auf. Insbesondere weisen die Primärspulen 130, 132 in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116 eine größere Spulenlänge auf als die Sekundärspulen 134, 136. 5 shows a facility 110 according to a second embodiment of the present invention. Only the differences to the setup are shown below 110 the first embodiment described and the same or comparable components are provided with the same reference numerals. When setting up 110 the second embodiment have the primary coils 130 , 132 and the secondary coils 134 , 136 different sizes. In particular, the primary coils 130 , 132 in the axial direction with respect to the axis of rotation 116 a larger coil length than the secondary coils 134 , 136 .

6 zeigt eine Einrichtung 110 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Einrichtung 110 der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Einrichtung 110 der dritten Ausführungsform sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 radial benachbart angeordnet. Mit anderen Worten sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 entlang einer radialen Richtung bzw. senkrecht zu der Rotationsachse 116 des Rotors 114 nebeneinander angeordnet. Dabei umgibt die eine Spule 130 die andere der Spule 132 der Primärspulen 130, 132 in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 116 des Rotors 114 gesehen. Analog umgibt die eine Spule 134 der die andere Spule 136 der Sekundärspulen 134, 136 in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 116 des Rotors 114 gesehen. 6th shows a facility 110 according to a third embodiment of the present invention. Only the differences to the setup are shown below 110 the first embodiment and the same or comparable components are provided with the same reference numerals. When setting up 110 of the third embodiment are the first pair of coils coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 arranged radially adjacent. In other words, are the first pair of coils coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 along a radial direction or perpendicular to the axis of rotation 116 of the rotor 114 arranged side by side. One coil surrounds it 130 the other of the coil 132 of the primary coils 130 , 132 in the circumferential direction around the axis of rotation 116 of the rotor 114 seen. Analog surrounds one coil 134 the the other coil 136 of the secondary coils 134 , 136 in the circumferential direction around the axis of rotation 116 of the rotor 114 seen.

7 zeigt eine Einrichtung 110 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Einrichtung 110 der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Einrichtung 110 der vierten Ausführungsform sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 radial von mindestens einem Magnetkern 154 umgeben. Dadurch lässt sich das jeweilige Magnetfeld gezielt führen. Beispielsweise sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 radial innen und außen jeweils von einem Magnetkern 154 umgeben. 7th shows a facility 110 according to a fourth embodiment of the present invention. Only the differences to the setup are shown below 110 the first embodiment described and the same or comparable components are provided with the same reference numerals. When setting up 110 of the fourth embodiment are the first pair of coils coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 radially from at least one magnetic core 154 surround. This allows the respective magnetic field to be guided in a targeted manner. For example, the first pair of coils are coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 radially inside and outside each from a magnetic core 154 surround.

8 zeigt eine Einrichtung 110 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Einrichtung 110 der zweiten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Einrichtung 110 der fünften Ausführungsform sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 radial von mindestens einem Magnetkern 154 umgeben. Dadurch lässt sich das jeweilige Magnetfeld gezielt führen. Beispielsweise sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 radial innen und außen jeweils von einem Magnetkern 154 umgeben. 8th shows a facility 110 according to a fifth embodiment of the present invention. Only the differences to the setup are shown below 110 the second embodiment described and the same or comparable components are provided with the same reference numerals. When setting up 110 of the fifth embodiment are the first pair of coils coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 radially from at least one magnetic core 154 surround. This allows the respective magnetic field to be guided in a targeted manner. For example, the first pair of coils are coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 radially inside and outside each from a magnetic core 154 surround.

9 zeigt eine Einrichtung 110 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Einrichtung 110 der dritten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder vergleichbare Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Einrichtung 110 der sechsten Ausführungsform sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 bezüglich der Rotationsachse 116 des Rotors 114 axial von mindestens einem Magnetkern 154 umgeben. Dadurch lässt sich das jeweilige Magnetfeld gezielt führen. Beispielsweise sind das erste gekoppelte Spulenpaar 144 und das zweite gekoppelte Spulenpaar 146 entlang der Rotationsachse 116 des Rotors 114 axial außen gesehen bzw. auf einander abgewandten Seiten von einem Magnetkern 154 umgeben. 9 shows a facility 110 according to a sixth embodiment of the present invention. Only the differences to the setup are shown below 110 the third embodiment described and the same or comparable components are provided with the same reference numerals. When setting up 110 of the sixth embodiment are the first coupled coil pair 144 and the second pair of coupled coils 146 with respect to the axis of rotation 116 of the rotor 114 axially of at least one magnetic core 154 surround. This allows the respective magnetic field to be guided in a targeted manner. For example, the first pair of coils are coupled 144 and the second pair of coupled coils 146 along the axis of rotation 116 of the rotor 114 seen axially on the outside or on opposite sides of a magnetic core 154 surround.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102007062712 A1 [0003]
EP 2853873 A1 [0004]

Claims

Electrical machine with a stator (118), a rotor (114) and a device (110) for determining a temperature of the rotor (114), the device (110) comprising: one on the stator (118) or on a housing (120) of the electrical machine provided primary circuit (122), a device (126) for detecting an electrical primary current I _primarily in the primary circuit (122) or for detecting a _{variable primarily} characterizing the primary current I, - a signal generator (128) for generating a signal voltage to be fed into the primary circuit (122) or two connections (127) for feeding a signal voltage into the primary circuit (122), the signal voltage being an alternating voltage, - having at least one primary coil (130); - in particular has a capacitor (132) for generating an oscillating circuit in the primary circuit (122); - A secondary circuit (124) formed on the rotor (114) which - has at least one secondary coil (134) which is arranged for inductive coupling with the at least one primary coil (130), wherein - the secondary circuit (124) has a temperature-dependent electrical load ( 138), in particular a temperature-dependent electrical resistance, - the device (110) is set up, when the signal voltage is fed into the primary circuit (122) through an inductive coupling between the primary circuit (122) and the secondary circuit (124), a secondary voltage in the To induce secondary circuit (124), whereby a secondary current Isecondary flowing through the temperature-dependent load (138) in the secondary circuit (124) and as a result of the secondary current Isecondary a rotor temperature-dependent primary current I _primary in the primary circuit (122) is effected, - the device (110) continues to be set up is, by means of the measuring device (126) the primary current I _primary and / or a phase shift between hen the signal voltage and the primary current I _primary and based on the value of the primary current I _primary or based on the phase shift to determine the temperature of the rotor (114), in particular using a formula, function, table, matrix, map stored in a memory or characteristic curve, and - the primary circuit (122) has two series-connected primary coils (130, 132) and the secondary circuit (124) has two series-connected secondary coils (134, 136), the two primary coils (130, 132) with respect to the winding direction in opposite directions to one another and the two secondary coils (134, 136) are wound in opposite directions with respect to the winding direction.

Electric machine after Claim 1 , wherein the two primary coils (130, 132) are arranged in two separate coil receptacles which are formed on a common primary coil body or on two primary coil bodies which are separate from one another and are fastened to the stator (118).

Electrical machine according to the preceding claim, wherein the two secondary coils (134, 136) are arranged in two separate coil receptacles, which are formed on a common secondary coil body or on two separate secondary coil bodies and are provided on a rotor shaft of the rotor (114), the Coil holders of the primary bobbin and the coil holders of the secondary bobbin face one another.

Electrical machine according to the preceding claim, wherein the coil receptacles for the two primary coils (130, 132) are spaced apart in the axial direction with respect to an axis of rotation (116) of the rotor (114) and the coil receptacles for the two secondary coils (134, 136) in the axial direction are spaced from each other.

Electrical machine according to the preceding claim, wherein the primary coils (130, 132) and the secondary coils (134, 136) are arranged concentrically with respect to an axis of rotation (116) of the rotor (114), in particular by the primary coil body (s) and the Secondary bobbins are arranged concentrically with respect to an axis of rotation (116) of the rotor (114).

Electrical machine according to the preceding claim, wherein one of the primary coils (130, 132) is inductively coupled to one of the secondary coils (134, 136) to form a first coupled coil pair (144), the other primary coil (130, 132) to the other Secondary coil (134, 136) is inductively coupled to form a second coupled coil pair. (146)

Electric machine after Claim 6 , wherein the two coils of the first or second coupled coil pair (144, 146) have the same or a different coil length in the axial direction with respect to the axis of rotation (116).

Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the primary coil body (s) and / or the secondary coil body (s) each comprise a magnetic core, in particular a ferrite or iron core, for directing the magnetic flux.

Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the temperature-dependent load (138) is a temperature-dependent resistor or a bimetal switch.

Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the electrical machine is a synchronous machine, the rotor being set up to be driven synchronously by a rotating magnetic field of the stator (118).

Method for determining a temperature of a rotor (114) of an electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the method comprises the following steps: inducing a secondary voltage in the secondary circuit (124) by the inductive coupling between the primary circuit (122) and the secondary circuit (124) when the signal voltage is fed into the primary circuit (122), whereby a _{secondary current I secondary} flowing through the temperature-dependent electrical load (138) in the secondary circuit and, as a result of the secondary _{current I secondary,} a rotor temperature-dependent primary current I _primary in the primary circuit; and - detecting the primary current I _primary and determining the temperature of the rotor (114).