DE102020003341A1

DE102020003341A1 - System with an electric motor fed by a converter and method for operating a system

Info

Publication number: DE102020003341A1
Application number: DE102020003341.5A
Authority: DE
Inventors: Helmut Belz; Nico Mayer
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-12-17

Abstract

System mit einem von einem Umrichter gespeisten Elektromotor und Verfahren zum Betreiben eines Systems,wobei der Umrichter eine Signalelektronik (8) aufweist,wobei die Signalelektronik (8) des Umrichters eine Kommunikationsschnittstelle und eine Motorführung, insbesondere ein Motorführungsmittel, aufweist,wobei der Elektromotor eine Signalelektronik (2) aufweist, welche eine Kommunikationsschnittstelle und einen nichtflüchtigen Speicher aufweist.System with an electric motor fed by a converter and a method for operating a system, the converter having signal electronics (8), the signal electronics (8) of the converter having a communication interface and a motor guide, in particular a motor guide means, the electric motor having signal electronics (2), which has a communication interface and a non-volatile memory.

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit einem von einem Umrichter gespeisten Elektromotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Systems.The invention relates to a system with an electric motor fed by a converter and a method for operating a system.

Es ist allgemein bekannt, dass ein als Drehstrommotor ausgeführter Elektromotor von einem Umrichter gespeist wird, indem der Umrichter dem Elektromotor ein Drehspannungssystem zur Verfügung stellt.It is generally known that an electric motor designed as a three-phase motor is fed by a converter in that the converter makes a three-phase voltage system available to the electric motor.

Aus der DE 198 31 931 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Antriebseinrichtung bekannt.From the DE 198 31 931 A1 a drive device is known as the closest prior art.

Aus der DE 10 2015 013 290 A1 ist ein Antrieb, aufweisend einen von einem Umrichter über erste elektrische Leitungen gespeisten Elektromotor, und eine Bremse bekannt.From the DE 10 2015 013 290 A1 a drive comprising an electric motor fed by a converter via first electrical lines and a brake is known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem von einem Umrichter gespeisten Elektromotor einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.The invention is therefore based on the object of ensuring safe operation of an electric motor fed by a converter.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is achieved in the system according to the features specified in claim 1 and in the method according to the features specified in claim 10.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System mit einem von einem Umrichter gespeisten Elektromotor sind, dass der Umrichter eine Signalelektronik aufweist,
wobei die Signalelektronik des Umrichters eine Kommunikationsschnittstelle und eine Motorführung, insbesondere ein Motorführungsmittel, aufweist,
insbesondere wobei die Motorführung pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für Halbleiterschalterschalter eines Wechselrichters des Umrichters erzeugt,
wobei der Elektromotor eine Signalelektronik aufweist, welche eine Kommunikationsschnittstelle und einen nichtflüchtigen Speicher aufweist.Important features of the invention in the system with an electric motor fed by a converter are that the converter has signal electronics,
wherein the signal electronics of the converter have a communication interface and a motor guide, in particular a motor guide means,
in particular where the motor guidance generates pulse-width-modulated control signals for semiconductor switches of an inverter of the converter,
wherein the electric motor has signal electronics which have a communication interface and a non-volatile memory.

Von Vorteil ist dabei, dass der als Drehstrommotor ausgeführte Elektromotor von einem Umrichter speisbar ist, indem der Umrichter dem Elektromotor ein Drehspannungssystem zur Verfügung stellt, wobei der Elektromotor in einem nichtflüchtigen Speicher wichtige Betriebsdaten, wie Nennwerte von physikalischen Größen und/oder Identifizierungsinformation, aufweist. Somit ist dem Umrichter eine einfache automatische und sichere Inbetriebnahme ermöglicht. Denn bei der Herstellung des Motors werden die wichtigen und ihn eindeutig zugeordneten Daten in dem Speicher ablegbar, so dass der Umrichter über die Kommunikationsschnittstelle diese Daten bei Inbetriebnahme auszulesen in der Lage ist. Auf diese Weise ist manuelle und somit fehlerhafte Dateneingabe bei der Inbetriebnahme vermieden. Die Daten dürfen aber auch Parameter aufweisen, die für eine Signalelektronik des Motors selbst notwendig sind. Beispielsweise ist der Motor mit verschiedenen Bremsen und somit unterschiedlichen Spulen ausstattbar, deren Nennspannung in dem Speicher hinterlegbar ist. Somit ist die Signalelektronik des Umrichters mit Hilfe der Kommunikationsschnittstelle in der Lage diesen Wert aus dem Speicher des Elektromotors auszulesen und abhängig von den gelesenen Daten pulsweitenmoduliert einen Steller, also eine erste Subkomponente, anzusteuern, der den entsprechenden Sollwert bereitstellt.The advantage here is that the electric motor designed as a three-phase motor can be fed by a converter, in that the converter provides the electric motor with a three-phase voltage system, with the electric motor having important operating data, such as nominal values of physical quantities and / or identification information, in a non-volatile memory. This enables the converter to be commissioned automatically and safely. This is because when the motor is manufactured, the important data that are uniquely assigned to it can be stored in the memory so that the converter is able to read out this data via the communication interface when it is commissioned. In this way, manual and thus incorrect data entry during commissioning is avoided. However, the data may also have parameters that are necessary for signal electronics of the motor itself. For example, the motor can be equipped with different brakes and thus different coils, the nominal voltage of which can be stored in the memory. Thus, the signal electronics of the converter are able to read this value from the memory of the electric motor with the help of the communication interface and, depending on the data read, control an actuator, i.e. a first subcomponent, with pulse width modulation, which provides the corresponding setpoint.

Der Elektromotor ist erfindungsgemäß mit einer höheren Sicherheit betrieben, da die Inbetriebnahme des den Elektromotor speisenden Umrichters mit den bei Herstellung in dem Elektromotor hinterlegten Daten ausführbar ist. Beispielsweise enthalten die Daten den Widerstandswert eines Kurzschlusskäfigs oder den Widerstandswert der Statorwicklung.According to the invention, the electric motor is operated with a higher degree of reliability, since the converter feeding the electric motor can be started up with the data stored in the electric motor during manufacture. For example, the data contain the resistance value of a squirrel cage or the resistance value of the stator winding.

Darüber hinaus sind durch Sensoren am Motor erfasste Werte über die Kommunikationsschnittstelle an den Umrichter übertragbar und von der dortigen Motorführung und/oder Steuerung berücksichtigbar. Die Steuerung des Umrichters gibt der Motorführung einen Sollwerteverlauf vor, beispielsweise einen Drehzahlsollwerteverlauf. Dieser Sollwerteverlauf ist durch die erfassten Werte der Sensoren beeinflussbar. Wenn beispielsweise die in der Statorwicklung des Elektromotors erfasste Temperatur einen Schwellwert überschreitet, ist es der Steuerung ermöglicht, den Sollwerteverlauf zu verändern, beispielsweise reduzierte Drehzahlsollwerte der Motorführung vorzugeben.In addition, values recorded by sensors on the motor can be transmitted to the converter via the communication interface and can be taken into account by the motor management and / or control there. The control of the converter specifies a setpoint profile for the motor control, for example a speed setpoint profile. This setpoint curve can be influenced by the values recorded by the sensors. If, for example, the temperature detected in the stator winding of the electric motor exceeds a threshold value, it is possible for the controller to change the setpoint curve, for example to specify reduced speed setpoints for the motor control.

Wichtig ist also bei der Erfindung, dass über die Kommunikationsschnittstelle zwischen Umrichter und Elektromotor nicht nur von den Sensoren erfasste Werte, sondern auch Daten des Speichers übertragbar sind und somit eine automatische Inbetriebnahme ausführbar ist und nachfolgend ein geregelter Betrieb in Abhängigkeit der von den Sensoren erfassten Werte.It is therefore important with the invention that not only values recorded by the sensors, but also data from the memory can be transmitted via the communication interface between the converter and the electric motor, so that automatic commissioning can be carried out and, subsequently, regulated operation depending on the values recorded by the sensors .

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind im Elektromotor Sensoren angeordnet, deren Signale jeweils zu einem jeweiligen Analog/Digital-Wandler der Signalelektronik des Elektromotors geleitet werden,
wobei die Wandler die Signale in einen digitalen Datenstrom wandeln und der digitale Datenstrom von der Kommunikationsschnittstelle des Elektromotors zu der Kommunikationsschnittstelle des Umrichters geleitet wird, insbesondere durch ein Koaxialkabel. Von Vorteil ist dabei, dass die erfassten Werte in den Datenstrom der Kommunikationsschnittstelle einmischbar sind. Über die bidirektional nutzbare Kommunikationsschnittstelle werden also aus dem Speicher gelesene Daten und von den Sensoren erfasste Istwerte übertragen und andererseits auch Steuerbefehle von der Steuerung des Umrichters an die Signalelektronik, insbesondere Slave-Komponente, des Elektromotors. Hierbei bedeutet bidirektional, dass der übertragenen Datenstrom in einer Richtung und später in der entgegengesetzten Richtung übertragbar ist. Die Schnittstelle insgesamt ist jedoch nach Art einer Master-Slave-Topologie aufgebaut.In an advantageous embodiment, sensors are arranged in the electric motor, the signals of which are each passed to a respective analog / digital converter of the signal electronics of the electric motor,
wherein the converter converts the signals into a digital data stream and the digital data stream is passed from the communication interface of the electric motor to the communication interface of the converter, in particular through a coaxial cable. The advantage here is that the recorded values can be mixed into the data stream of the communication interface. The bidirectional communication interface means that data read from the memory and actual values recorded by the sensors and, on the other hand, also control commands from the controller of the converter to the signal electronics, in particular slave components, of the electric motor. Here bidirectional means that the transmitted data stream can be transmitted in one direction and later in the opposite direction. However, the interface as a whole is structured in the manner of a master-slave topology.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Signalelektronik des Umrichters eine Steuerung auf, welche einen Sollwerteverlauf der Motorführung des Umrichters zuleitet,
wobei der Sollwerteverlauf von den Signalen, insbesondere von den Signalen eines Temperatursensors, abhängig ist,
insbesondere wobei die Kommunikationsschnittstelle des Umrichters mit der Motorführung und der Steuerung zur Datenübertragung verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass bei Übertemperatur oder bei aufgrund der Körperschalemission erkanntem Verschleiß eines Lagers des Elektromotors der Sollwerteverlauf änderbar ist.In an advantageous embodiment, the signal electronics of the converter have a control that feeds a setpoint curve to the motor control of the converter,
wherein the setpoint curve depends on the signals, in particular on the signals of a temperature sensor,
In particular, the communication interface of the converter is connected to the motor management and the control for data transmission. The advantage here is that the setpoint curve can be changed in the event of excess temperature or if wear of a bearing of the electric motor is detected on the basis of the body shell emission.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Signalelektronik des Umrichters eine Steuerung auf, welche Steuersignale erzeugt, welche von der Steuerung über die Kommunikationsschnittstelle des Umrichters zur Kommunikationsschnittstelle des Elektromotors geleitet werden,
wobei die Signalelektronik einen Steller, insbesondere also eine erste Subkomponente, aufweist, der in Abhängigkeit von aus dem nichtflüchtigen Speicher ausgelesenen Daten, insbesondere Nennspannung der Spule der Bremse, und in Abhängigkeit von den Steuersignalen eine Spannung erzeugt, die einer Spule zur Verfügung gestellt wird,
insbesondere wobei die Steuersignale ein Deaktivieren oder ein Aktivieren beinhalten. Von Vorteil ist dabei, dass die Ansteuerung der Bremse vom Umrichter aus erfolgen darf, wobei aber die jeweils vorgeschriebene Nennspannung der Bremsspule von der Signalelektronik des Elektromotors bereitgestellt wird. Dabei sind wahlweise unterschiedliche Bremsen im Elektromotor vorsehbar und von derselben Signalelektronik versorgbar, da die individuellen Daten der Bremse im Speicher bei Herstellung hinterlegbar sind und beim Betrieb von der Signalelektronik der Umrichters mit Hilfe der Kommunikationsschnittstelle aus dem Speicher des Motors auslesbar sind und davon abhängig ein Sollspannungswert über die Kommunikationsschnittstelle an die Signalelektronik des Motors, insbesondere die Slave-Komponente des Elektromotors, übertragbar ist und davon abhängig von der ersten Subkomponente, insbesondere also Steller, der Signalelektronik des Motors die Versorgungsspannung bereit stellbar ist. Vorzugsweise wird der Staller aus einer separaten Versorgungsspannung gespeist oder alternativ weist der Elektromotor zusätzlich einen 24 Volt-Anschluss auf, aus dem die Spannung für die Bremse bereit stellbar ist. Die Statorwicklung des Elektromotors wird jedoch aus einem vom Umrichter bereit gestellten Drehspannungssystem gespeist.In an advantageous embodiment, the signal electronics of the converter have a controller which generates control signals which are passed from the controller to the communications interface of the electric motor via the communications interface of the converter,
the signal electronics having an actuator, in particular a first subcomponent, which generates a voltage that is made available to a coil as a function of data read out from the non-volatile memory, in particular the nominal voltage of the coil of the brake, and as a function of the control signals,
in particular wherein the control signals contain a deactivation or an activation. The advantage here is that the brake can be controlled from the converter, but the respectively prescribed nominal voltage of the brake coil is provided by the signal electronics of the electric motor. Different brakes can optionally be provided in the electric motor and supplied by the same signal electronics, since the individual data of the brake can be stored in the memory during manufacture and can be read out from the motor memory during operation by the signal electronics of the converter with the aid of the communication interface and a setpoint voltage value is dependent thereon can be transmitted via the communication interface to the signal electronics of the motor, in particular the slave component of the electric motor, and the supply voltage can be made available therefrom depending on the first subcomponent, in particular the actuator, of the signal electronics of the motor. The staller is preferably fed from a separate supply voltage or, alternatively, the electric motor also has a 24 volt connection from which the voltage for the brake can be provided. However, the stator winding of the electric motor is fed from a three-phase voltage system provided by the converter.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt die Motorführung Ansteuersignale für steuerbare Halbleiterschalter des Umrichters derart, dass die Drehzahl oder das Drehmoment des Elektromotors auf den Sollwert hin geregelt wird. Von Vorteil ist dabei, dass Drehzahl und/oder Drehmoment des Elektromotors regelbar sind.In an advantageous embodiment, the motor management generates control signals for controllable semiconductor switches of the converter in such a way that the speed or the torque of the electric motor is regulated towards the target value. The advantage here is that the speed and / or torque of the electric motor can be regulated.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der nichtflüchtige Speicher ein EEPROM, ein Flash oder ein FRAM. Von Vorteil ist dabei, dass die Daten bei Herstellung einspeicherbar sind.In an advantageous embodiment, the non-volatile memory is an EEPROM, a Flash or an FRAM. The advantage here is that the data can be stored during manufacture.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Signalelektronik des Elektromotors in einem Anschlusskasten des Elektromotors angeordnet,
insbesondere wobei

- ein Sensor zur Erfassung der Temperatur in der Statorwicklung des Elektromotors,
- ein Sensor zur Erfassung von Schwingungen, insbesondere wie Körperschall, an einem Lagerflansch des Elektromotors und
- ein Winkelsensor mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden ist angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass im Anschlusskasten und somit in mechanisch geschützter Umgebung eine Signalelektronik anordenbar ist. Auf diese Weise ist Intelligenz dezentral in den Elektromotor verschiebbar und die zentrale Intelligenz, insbesondere auch der Umrichter, entlastet.

In an advantageous embodiment, the signal electronics of the electric motor are arranged in a connection box of the electric motor,
especially where

- a sensor for detecting the temperature in the stator winding of the electric motor,
- A sensor for detecting vibrations, in particular such as structure-borne noise, on a bearing flange of the electric motor and
- An angle sensor is non-rotatably connected to the rotor of the electric motor. The advantage here is that signal electronics can be arranged in the connection box and thus in a mechanically protected environment. In this way, intelligence can be shifted decentrally into the electric motor and the central intelligence, in particular also the converter, is relieved.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt eine oder die Slave-Komponente alternativ oder zusätzlich pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für einen Steller, welcher für eine Primärwicklung eine Wechselspannung bereit stellt, so dass ein Wechselstrom durch die Primärwicklung fließt,
insbesondere wobei die Primärwicklung drehfest verbunden ist mit dem Gehäuse des als fremderregter Synchronmotor ausgeführten Elektromotors,
wobei eine zur Primärwicklung koaxial ausgerichtete, mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbundene Sekundärwicklung induktiv gekoppelt ist an die Primärwicklung,
wobei aus der Sekundärwicklung über einen drehfest mit dem Rotor verbundenen Gleichrichter eine auf dem Rotor angeordnete, ebenfalls drehfest mit dem Rotor verbundene Erregerwicklung versorgt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Aufmagnetisierung des fremderregten Synchronmotors steuerbar ist und somit ein davon abhängiges Drehmoment steuerbar ist. Hierdurch ist auch eine Reduktion der Verlustleistungen des Motors erreichbar.In an advantageous embodiment, one or the slave component alternatively or additionally generates pulse-width-modulated control signals for an actuator which provides an alternating voltage for a primary winding, so that an alternating current flows through the primary winding,
in particular where the primary winding is non-rotatably connected to the housing of the electric motor designed as a separately excited synchronous motor,
wherein a secondary winding which is coaxially aligned with the primary winding and non-rotatably connected to the rotor of the electric motor is inductively coupled to the primary winding,
wherein an exciter winding which is arranged on the rotor and is likewise connected to the rotor in a rotationally fixed manner is supplied from the secondary winding via a rectifier connected non-rotatably to the rotor. The advantage here is that the magnetization of the separately excited synchronous motor can be controlled and thus a torque dependent thereon can be controlled. This also makes it possible to reduce the power loss of the motor.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Systems sind, dass das System einen von einem Umrichter speisbaren Elektromotor aufweist,
insbesondere wobei der Elektromotor eine Signalelektronik aufweist, welche eine Kommunikationsschnittstelle und einen nichtflüchtigen Speicher aufweist,
wobei bei Inbetriebnahme von einer Signalelektronik des Umrichters Daten von einer Slave-Komponente des Elektromotors angefordert werden, insbesondere über eine serielle Kommunikationsschnittstelle zwischen Elektromotor und Umrichter,
wonach diese Daten aus einem nichtflüchtigen Speicher des Elektromotors mit Hilfe der Kommunikationsschnittstelle, insbesondere über die serielle Schnittstelle, von der Signalelektronik des Umrichters ausgelesen, insbesondere empfangen, werden,
wonach eine Motorführung den geregelten Betrieb durchführt unter Verwendung der Daten, insbesondere wobei die Motorführung steuerbare Halbleiterschalter des Umrichters derart ansteuert, dass dem Elektromotor ein derartige Drehspannungssystem zur Verfügung gestellt wird, dass der Istwert einer physikalischen Größe auf einen Sollwert hin geregelt wird,
insbesondere wobei die physikalische Größe die Drehzahl oder das Drehmoment des Elektromotors ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit erhöht ist, da bei Herstellung Daten im Motor selbst abspeicherbar sind und bei Inbetriebnahme Fehler vermeidbar sind. Außerdem ist die Inbetriebnahme automatisch ausführbar.Important features of the method for operating a system are that the system has an electric motor that can be fed by a converter,
in particular wherein the electric motor has signal electronics which have a communication interface and a non-volatile memory,
data is requested from a slave component of the electric motor during commissioning of signal electronics of the converter, in particular via a serial communication interface between the electric motor and converter,
according to which these data are read out, in particular received, from the signal electronics of the converter from a non-volatile memory of the electric motor with the aid of the communication interface, in particular via the serial interface,
according to which a motor control performs the regulated operation using the data, in particular the motor control activating controllable semiconductor switches of the converter in such a way that the electric motor is provided with a three-phase voltage system such that the actual value of a physical variable is controlled towards a setpoint
in particular where the physical variable is the speed or the torque of the electric motor. The advantage here is that safety is increased, since data can be stored in the motor itself during manufacture and errors can be avoided during commissioning. Commissioning can also be carried out automatically.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liest die Signalelektronik des Umrichters Daten aus dem nichtflüchtigen Speicher aus und stellt davon abhängig über die Kommunikationsschnittstelle einer Subkomponente der Signalelektronik des Motors einen Nennspannungswert für eine Spule einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse zur Verfügung,
insbesondere indem die Slave-Komponente einen Steller pulsweitenmoduliert ansteuert, insbesondere derart ansteuert, dass die an der Spule anliegende Spannung auf einen in den Daten enthaltenen Sollwert hingesteuert wird. Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur Daten für die Inbetriebnahme des Umrichters sondern auch Daten für die Inbetriebnahme des Motors selbst bereitstellbar sind. Vorzugsweise weist die Slave-Komponente einen FPGA auf, welcher den Steller für die Bereitstellung der Versorgungsspannung der Bremsspule pulsweitenmoduliert ansteuert.In an advantageous embodiment, the signal electronics of the converter reads data from the non-volatile memory and, depending on this, provides a nominal voltage value for a coil of an electromagnetically actuated brake via the communication interface of a subcomponent of the signal electronics of the motor,
in particular in that the slave component controls an actuator in a pulse-width-modulated manner, in particular controls it in such a way that the voltage applied to the coil is directed towards a setpoint value contained in the data. The advantage here is that not only data for commissioning the converter but also data for commissioning the motor itself can be provided. The slave component preferably has an FPGA which controls the actuator in a pulse-width-modulated manner to provide the supply voltage to the brake coil.

Statt eines FPGA ist auch ein Mikrocontroller verwendbar.A microcontroller can also be used instead of an FPGA.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden der Slave-Komponente die Signale von einem oder mehreren Sensoren zugeführt,
wobei die Slave-Komponente auf Anforderung der Signalelektronik des Umrichters die in einen digitalen Datenstrom umgewandelten Signale über die Kommunikationsschnittstelle, insbesondere serielle Schnittstelle, an den Umrichter sendet. Von Vorteil ist dabei, dass die Slave-Komponente als Datenknoten fungiert, insbesondere zwischen den Sensoren, dem Speicher und der zum Umrichter hin gerichteten Kommunikationsschnittstelle.In an advantageous embodiment, the signals from one or more sensors are fed to the slave component,
wherein the slave component sends the signals converted into a digital data stream to the converter via the communication interface, in particular the serial interface, at the request of the converter signal electronics. The advantage here is that the slave component functions as a data node, in particular between the sensors, the memory and the communication interface directed towards the converter.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt die Signalelektronik, insbesondere Steuerung, des Umrichters Steuersignale, welche über die serielle Schnittstelle zum Elektromotor übertragen werden und die Slave-Komponente abhängig von den Steuersignalen die Bremse ansteuert, insbesondere die Spule der Bremse bestromt. Von Vorteil ist dabei, dass die Slave-Komponente einerseits als Datenknoten und andererseits auch als Ansteuerung für die Bremse fungiert, wobei die Steuerbefehle der Steuerung des Umrichters befolgt werden, aber die in dem Speicher hinterlegten Werte, insbesondere Versorgungsspannung der Bremse, berücksichtigt werden, indem die Signalelektronik des Umrichters abhängig von diesen Daten und über die Kommunikationsschnittstelle die erste Subkomponente ansteuert, insbesondere indem sie einen entsprechenden Wert liefert.In an advantageous embodiment, the signal electronics, in particular the controller, of the converter generate control signals which are transmitted via the serial interface to the electric motor and the slave component controls the brake depending on the control signals, in particular energizes the coil of the brake. The advantage here is that the slave component functions on the one hand as a data node and on the other hand also as a control for the brake, the control commands of the controller of the converter being followed, but the values stored in the memory, in particular the supply voltage of the brake, being taken into account by the signal electronics of the converter control the first subcomponent as a function of this data and via the communication interface, in particular by supplying a corresponding value.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages result from the subclaims. The invention is not restricted to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, there are further meaningful possible combinations of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or the figures, in particular from the task and / or the task posed by comparison with the prior art.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System schematisch dargestellt.

The invention will now be explained in more detail with reference to schematic figures:

In the 1 a system according to the invention is shown schematically.

Wie in 1 gezeigt, weist das System einen Umrichter 7 auf, der einen Elektromotor 1 speist.As in 1 shown, the system has an inverter 7th on having an electric motor 1 feeds.

Hierzu erzeugt der Umrichter 7 eine Drehspannung, welche dem Elektromotor 1 zugeführt wird. Die Drehspannung wird von einem Wechselrichter erzeugt, dessen steuerbare Halbleiterschalter pulsweitenmoduliert angesteuert werden. Die zugehörigen Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter werden von einer Signalelektronik 8 des Umrichters 7 erzeugt, die auch eine Regelvorrichtung aufweist, welche die Ansteuersignale derart erzeugt, dass ein Istwert einer physikalischen Größe auf einen Sollwert hin geregelt wird. Als physikalische Größe ist die Drehzahl des Elektromotors 1 oder dessen Drehmoment verwendbar. Der Sollwert ist optional als zeitlich veränderlicher Sollwerteverlauf vorgebbar.To do this, the converter generates 7th a three-phase voltage, which the electric motor 1 is fed. The three-phase voltage is generated by an inverter, the controllable semiconductor switches of which are controlled with pulse width modulation. The associated control signals for the controllable semiconductor switches are provided by signal electronics 8th of the converter 7th generated, which also has a control device which generates the control signals in such a way that an actual value of a physical variable is regulated towards a target value. The speed of the electric motor is a physical quantity 1 or its torque can be used. The setpoint can optionally be specified as a time-variable setpoint curve.

Diese Regelvorrichtung, die als Motorführung 19 bezeichnet und in 1 als Teil der Signalelektronik 8 des Umrichters 7 dargestellt ist, benötigt Daten 4, insbesondere Parameter, welche spezifisch für den Elektromotor 1 sind.This control device acting as a motor guide 19th designated and in 1 as part of the signal electronics 8th of the converter 7th requires data 4th , in particular parameters that are specific to the electric motor 1 are.

Der Motorführung 19 werden auch von einem Winkelsensor des Elektromotors 1 erfasste Istwerte zugeführt und von der Motorführung 19 verwendet.The engine guide 19th are also from an angle sensor of the electric motor 1 recorded actual values fed and from the engine management 19th used.

Diese Daten 4, insbesondere also der Parametersatz, sind in einem langzeitstabilen Speicher 3, insbesondere Flash, EEPROM und/oder FRAM, gespeichert, wobei dieser Speicher 3 im Elektromotor 1, insbesondere in dessen Anschlusskasten, angeordnet ist. Dort ist auch eine Signalelektronik 2 angeordnet, die nicht nur den Speicher 3 umfasst, sondern auch eine Slave-Komponente, die eine Rechnereinheit, wie Mikroprozessor oder FPGA, aufweist. Außerdem ist auf derselben Leiterplatte, auf welcher die Rechnereinheit bestückt ist, auch ein Analog/DigitalWandler angeordnet, dem die Sensorsignale des Winkelsensors zugeführt werden. Der digitale Datenstrom des Analog/Digital-Wandlers wird einer Kommunikationsschnittstelle 6 zugeführt, der auch die Daten 4 zugeführt wurden. Von der vorzugsweise seriellen Kommunikationsschnittstelle 6 werden die Daten seriell übertragen zum Umrichter 7, insbesondere zu dessen Kommunikationsschnittstelle 10. Für diese Übertragung 12 ist ein Koaxialkabel vom Umrichter 7 zum Elektromotor 1, insbesondere zu dessen Anschlusskasten geführt.These dates 4th , especially the parameter set, are in a long-term stable memory 3 , in particular Flash, EEPROM and / or FRAM, stored, this memory 3 in the electric motor 1 , in particular in its junction box, is arranged. There is also signal electronics there 2 arranged not just the memory 3 includes, but also a slave component that has a computer unit such as a microprocessor or FPGA. In addition, an analog / digital converter, to which the sensor signals from the angle sensor are fed, is also arranged on the same circuit board on which the computer unit is fitted. The digital data stream of the analog / digital converter becomes a communication interface 6th fed to the data 4th were fed. From the preferably serial communication interface 6th the data are transmitted serially to the inverter 7th , in particular to its communication interface 10 . For this transfer 12 is a coaxial cable from the converter 7th to the electric motor 1 , in particular to its junction box.

Die Daten 4 werden bei Inbetriebnahme von einem Mittel 9 zur Integration des Elektromotors 1 angefordert. Diese Anforderung 11 wird vom Mittel 9 über die Kommunikationsschnittstelle 10 des Umrichters 7 und die Kommunikationsschnittstelle 6 übermittelt, welche die Daten 4aus dem nichtflüchtigen Speicher 3 ausliest und die so erhaltenen Daten 4 über die serielle Schnittstelle übertragen werden an den Umrichter 7, insbesondere an die Kommunikationsschnittstelle 10 des Umrichters 7 und von dort an das Mittel 9 zur Integration des Motors 9.The data 4th are started up by a means 9 for the integration of the electric motor 1 requested. This requirement 11 becomes of the means 9 via the communication interface 10 of the converter 7th and the communication interface 6th transmitted, which the data 4 from the non-volatile memory 3 and the data obtained in this way 4th are transmitted to the inverter via the serial interface 7th , especially to the communication interface 10 of the converter 7th and from there to the means 9 to integrate the motor 9 .

Ein Mittel 17 zur automatischen Inbetriebnahme ist in der Signalelektronik8 des Umrichters 7 angeordnet. Dieses Mittel 17 liest die Daten 4 aus dem Mittel 9 zur Integration des Elektromotors aus, nachdem diese eingetroffen sind über die Kommunikationsschnittstelle 10 des Umrichters 7.A means 17th for automatic commissioning is in the signal electronics8 of the converter 7th arranged. This means 17th reads the data 4th from the mean 9 for integration of the electric motor after they have arrived via the communication interface 10 of the converter 7th .

Die Parametrierung 16 der Motorführung 19 wird somit vom Mittel 17 ausgeführt, indem die Daten 4 vom Mittel 17 an die Motorführung 19 übertragen werde,The parameterization 16 the engine management 19th thus becomes of the means 17th executed by the data 4th from the mean 17th to the engine guide 19th will be transferred,

Mittels der Daten 4 parametriert das Mittel 17 auch die Steuerung 18 von Komponenten, wie Bremse oder Sensor.Using the data 4th parameterizes the agent 17th also the controls 18th of components such as brakes or sensors.

Mittels der Steuerung 18 ist ein Ablauf steuerbar, welcher beispielsweise das Aktivieren und Deaktivieren der Bremse umfasst sowie einen Sollwerteverlauf für die Motorführung 19 enthält, welcher der Motorführung 19 vorgegeben wird und in Abhängigkeit von erfassten Temperaturwerten verändert wird.By means of the control 18th a sequence can be controlled, which includes, for example, the activation and deactivation of the brake and a setpoint curve for the motor control 19th contains which of the motor guide 19th is specified and changed depending on the recorded temperature values.

Die Daten 4 enthalten außerdem Informationen, die nur für die Slave-Komponente 5 selbstbestimmt sind. Beispielsweise enthalten die Daten 4 die Information über die Nennspannung der Bremsspule der am Elektromotor 1 angeordneten Bremse. Die Slave-Komponente 5 erzeugt pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für einen Steller, welcher die Spule, insbesondere Bremsspule, der Bremse mit der Nennspannung versorgt, wenn sie deaktiviert, also gelüftet werden soll. Zum Aktivieren ist keine Versorgungsspannung an der Spule angelegt.The data 4th also contain information that is unique to the slave component 5 are self-determined. For example, the data contain 4th the information about the nominal voltage of the brake coil on the electric motor 1 arranged brake. The slave component 5 generates pulse-width-modulated control signals for an actuator that supplies the coil, in particular the brake coil, of the brake with the nominal voltage when it is to be deactivated, that is to say released. No supply voltage is applied to the coil for activation.

Der Elektromotor 1 weist als Sensoren einen Winkelsensor zur Detektion der Winkellage des Rotors des Elektromotors 1 auf und einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Statorwicklung des Elektromotors 1. Optional weist der Elektromotor 1 auch einen Körperschallsensor auf, welcher zur Überwachung der Lager auf Verschleiß im Elektromotor 1 angeordnet ist.The electric motor 1 has an angle sensor as sensors for detecting the angular position of the rotor of the electric motor 1 and a temperature sensor for detecting the temperature of the stator winding of the electric motor 1 . Optionally, the electric motor 1 also has a structure-borne noise sensor, which monitors the bearings for wear in the electric motor 1 is arranged.

Der Winkelsensor codiert die Winkellage in zwei Signalleitungen, die auch als Sinus-Spur und Cosinus-Spur, bezeichenbar sind.The angle sensor encodes the angular position in two signal lines, which can also be referred to as a sine track and a cosine track.

Die Sensorsignale werden jeweiligen Analog/Digital-Wandlern der Slave-Komponente zugeführt und in den digitalen Datenstrom von der Kommunikationsschnittstelle 6 des Elektromotors 1 zur Kommunikationsschnittstelle 10 des Umrichters 7 übertragen.The sensor signals are fed to the respective analog / digital converters of the slave components and are incorporated into the digital data stream from the communication interface 6th of the electric motor 1 to the communication interface 10 of the converter 7th transfer.

Somit sind die durch die Sensoren erfassten Werte der jeweiligen physikalischen Größen von der Motorführung 19 und/oder Steuerung 18 verwendbar.Thus, the values of the respective physical quantities recorded by the sensors are from the engine management 19th and / or control 18th usable.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen erzeugt die Slave-Komponente 5 alternativ oder zusätzlich pulsweitenmodulierte Ansteuersignale für einen Steller, welcher für eine Primärwicklung eine Wechselspannung bereit stellt, so dass ein Wechselstrom durch die Primärwicklung fließt.In further exemplary embodiments according to the invention, the slave component generates 5 alternatively or in addition, pulse-width-modulated control signals for an actuator which provides an alternating voltage for a primary winding, so that an alternating current flows through the primary winding.

Die Primärwicklung ist dabei drehfest verbunden mit dem Gehäuse des beispielsweise als fremderregter Synchronmotor ausgeführten Elektromotors 1.The primary winding is non-rotatably connected to the housing of the electric motor, for example designed as an separately excited synchronous motor 1 .

Eine zur Primärwicklung koaxial ausgerichtete, mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbundene Sekundärwicklung ist induktiv gekoppelt an die Primärwicklung. Aus der Sekundärwicklung wird über einen ebenfalls drehfest mit dem Rotor verbundenen Gleichrichter eine auf dem Rotor angeordnete, ebenfalls drehfest mit dem Rotor verbundene Erregerwicklung versorgt.A secondary winding which is aligned coaxially to the primary winding and connected to the rotor of the electric motor in a rotationally fixed manner is inductively coupled to the primary winding. An exciter winding which is arranged on the rotor and is likewise connected to the rotor in a rotationally fixed manner is supplied from the secondary winding via a rectifier which is also connected non-rotatably to the rotor.

Auf diese Weise ist der von der Erregerwicklung erzeugte Magnetfluss steuerbar.In this way, the magnetic flux generated by the excitation winding can be controlled.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: ElektromotorElectric motor
22: SignalelektronikSignal electronics
33: nichtflüchtiger Speicher, insbesondere Flash, EEPROM und/oder FRAMnon-volatile memory, especially Flash, EEPROM and / or FRAM
44th: Daten, insbesondere Parametersatz, für InbetriebnahmeData, especially the parameter set, for commissioning
55: Slave-KomponenteSlave component
66th: digitale Kommunikationsschnittstelledigital communication interface
77th: UmrichterConverter
88th: SignalelektronikSignal electronics
99: Mittel zur Integration des Elektromotors 1 Means for integrating the electric motor 1
1010: digitale Kommunikationsschnittstelledigital communication interface
1111: Anforderung der Daten 4 Request the data 4th
1212: Übertragung der DatenTransfer of the data
1313: Auslesen der DatenReading out the data
1414th: Auslesen der DatenReading out the data
1515th: Parametrierung der KomponentenParameterization of the components
1616: Parametrierung der MotorführungParameterization of the motor control
1717th: Mittel zur automatischen InbetriebnahmeMeans for automatic commissioning
1818th: Steuerung für Komponenten, wie Bremsensteuerung oder Sensor zur Erfassung der TemperaturControl for components such as brake control or sensors for recording the temperature
1919th: MotorführungEngine guide

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 19831931 A1 [0003]
DE 102015013290 A1 [0004]

Claims

System with an electric motor fed by a converter, wherein the converter has signal electronics (8), the signal electronics (8) of the converter having a communication interface and a motor guide, in particular a motor guide, in particular wherein the motor guide has pulse-width-modulated control signals for semiconductor switches of an inverter Inverter generated, characterized in that the electric motor has signal electronics (2) which has a communication interface and a non-volatile memory.

System according to Claim 1 , characterized in that sensors are arranged in the electric motor, the signals of which are each passed to a respective analog / digital converter of the signal electronics of the electric motor, the converter converting the signals into a digital data stream and the digital data stream from the communication interface of the electric motor to the Communication interface of the converter is conducted, in particular through a coaxial cable.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the signal electronics of the converter have a controller which feeds a setpoint curve to the motor control of the converter, the setpoint curve being dependent on the signals, in particular on the signals of a temperature sensor, in particular where the communication interface of the Inverter is connected to the motor management and the control for data transmission.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the signal electronics of the converter have a controller which generates control signals which are passed from the controller via the communication interface of the converter to the communication interface of the electric motor, the signal electronics having an actuator as a first subcomponent that as a function of data read out from the non-volatile memory and transmitted via the communication interface to the signal electronics of the converter, in particular the nominal voltage of the coil of the brake and / or the target current of an exciter winding that is non-rotatably connected to the rotor of the electric motor, and as a function of the control signals of the signal electronics of the converter generates a voltage which is made available to a coil, in particular wherein the control signals include a deactivation or an activation.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the motor management generates control signals for controllable semiconductor switches of the converter in such a way that the speed or the torque of the electric motor is regulated towards the setpoint.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the non-volatile memory is an EEPROM, a Flash or an FRAM.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the communication interface of the signal electronics of the electric motor is connected by means of signal lines both to the non-volatile memory of the motor and to further subcomponents and by means of a coaxial cable to the signal electronics of the converter.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the signal electronics of the electric motor are arranged in a connection box of the electric motor, in particular wherein - a sensor for detecting the temperature in the stator winding of the electric motor, - a sensor for detecting vibrations, in particular such as structure-borne noise, is arranged on a bearing flange of the electric motor and - an angle sensor is non-rotatably connected to the rotor of the electric motor.

System according to one of the preceding claims, characterized in that one or the slave component alternatively or additionally generates pulse-width-modulated control signals for an actuator which provides an alternating voltage for a primary winding arranged in the electric motor, so that an alternating current flows through the primary winding, in particular where The primary winding is non-rotatably connected to the housing of the separately excited synchronous motor 1, a secondary winding that is coaxially aligned with the primary winding and non-rotatably connected to the rotor of the electric motor is inductively coupled to the primary winding, with the secondary winding being connected to the rotor via a rectifier that is non-rotatable an excitation winding which is arranged on the rotor and is also connected non-rotatably to the rotor is supplied.

Method for operating a system, in particular according to one of the preceding claims, the system has an electric motor that can be fed by a converter, in particular wherein the electric motor has signal electronics (2) which have a communication interface and a non-volatile memory, characterized in that when starting up a signal electronics of the converter data are requested from a slave component of the electric motor, in particular via a serial communication interface between the electric motor and converter, after which this data from a non-volatile memory of the electric motor with the aid of the communication interface, in particular via the serial interface, from the signal electronics of the converter read out, in particular received, after which a motor management system carries out the regulated operation using the data, in particular the motor management system being controllable semiconductor switches of the converter in this way controls that such a three-phase voltage system is made available to the electric motor that the actual value of a physical variable is regulated towards a target value, in particular the physical variable being the speed or the torque of the electric motor.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the slave component sends the signals converted into a digital data stream to the converter via the communication interface, in particular the serial interface, at the request of the signal electronics of the converter. The advantage here is that the slave component functions as a data node, in particular between the sensors, the memory and the communication interface directed towards the converter, in particular in that the slave component controls an actuator in a pulse-width-modulated manner, in particular in such a way that the one applied to the coil Voltage is steered towards a setpoint contained in the data.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the slave component is supplied with the signals from one or more sensors, the slave component converting the signals into a digital data stream and sending this digital data stream to the converter via the serial interface.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal electronics, in particular the controller, of the converter generate control signals which are transmitted via the serial interface to the electric motor and the slave component controls the brake depending on the control signals, in particular energizes the coil of the brake .

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the slave component is a brake coil winding