DE102020205572A1 - Thermal monitoring of stator winding with indirect measurement - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur (Tw) von Wicklungen (6) eines Elektromotors (1) mittels eines Temperatursensors (10), wobei die von dem Temperatursensor (10) gemessene Temperatur (TS) einer Rechnereinheit (12) übergeben wird und wobei die Rechnereinheit (12) aus der vom Temperatursensor (10) gemessene Temperatur (TS) die Wicklungstemperatur (TW) berechnet, wobei der Temperatursensor (10) eine Temperatur im Motorgeber (8) misst.Method for determining and / or monitoring the temperature (Tw) of windings (6) of an electric motor (1) by means of a temperature sensor (10), the temperature (TS) measured by the temperature sensor (10) being transferred to a computer unit (12) and the computer unit (12) calculating the winding temperature (TW) from the temperature (TS) measured by the temperature sensor (10), the temperature sensor (10) measuring a temperature in the motor encoder (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur von Wicklungen eines Elektromotors und einen Elektromotor gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9.The present invention relates to a method for determining and / or monitoring the temperature of windings of an electric motor and an electric motor according to the preambles of claims 1 and 9.

Beim Betrieb von Elektromotoren ist es zum Motorschutz erforderlich zu überwachen, dass die kritischen Teile des Motors im zulässigen Temperaturbereich bleiben. Dies ist beispielsweise insbesondere für die Isolierung der Wicklungen von Bedeutung, da sich die Lebensdauer der Isolierung bei steigender Temperatur erheblich verringert. Zur thermischen Überwachung von Elektromotoren ist es im Stand der Technik üblich, die Temperatur der Motorwicklungen zu überwachen. Üblicherweise erfolgt diese thermische Überwachung der Wicklungstemperatur mittels eines Temperatursensors, der in den Wicklungen angeordnet ist. Eine solche Anordnung des Sensors ist aufgrund der erforderlichen Montage und Verkabelung in den Wicklungen jedoch teuer.When operating electric motors, for motor protection it is necessary to monitor that the critical parts of the motor remain within the permissible temperature range. This is particularly important for the insulation of the windings, for example, since the service life of the insulation is considerably reduced as the temperature rises. For thermal monitoring of electric motors, it is common in the prior art to monitor the temperature of the motor windings. This thermal monitoring of the winding temperature is usually carried out by means of a temperature sensor which is arranged in the windings. Such an arrangement of the sensor is expensive because of the assembly and wiring required in the windings.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur von Wicklungen eines Elektromotors zur Verfügung zu stellen, bei dem auf eine Anordnung eines Temperatursensors in den Wicklungen verzichtet werden kann.The invention is therefore based on the object of providing a method and a device for determining and / or monitoring the temperature of windings of an electric motor, in which there is no need to arrange a temperature sensor in the windings.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur von Wicklungen eines Elektromotors mittels eines Temperatursensors wird eine von dem Temperatursensor gemessene Temperatur einer Rechnereinheit übergeben und die Rechnereinheit berechnet aus der vom Temperatursensor gemessene Temperatur die Wicklungstemperatur.In a method according to the invention for determining and / or monitoring the temperature of windings of an electric motor by means of a temperature sensor, a temperature measured by the temperature sensor is transferred to a computer unit and the computer unit calculates the winding temperature from the temperature measured by the temperature sensor.

Erfindungsgemäß misst der Temperatursensor eine Temperatur im Motorgeber.
Es wird somit vorgeschlagen, dass die Temperatur der Wicklungen indirekt gemessen wird. Eine Messung erfolgt somit nicht unmittelbar an den Wicklungen selbst und es kann folglich auf eine entsprechende Sensorik in den Wicklungen verzichtet werden. Stattdessen wird eine Temperatur im Motorgeber bestimmt. Die Wicklungstemperatur wird mithilfe dieser von einem Temperatursensor gemessen Motorgebertemperatur berechnet. Es wird somit eine messtechnisch gestützte Wicklungstemperaturbestimmung und -überwachung mit indirekter Messung vorgeschlagen.According to the invention, the temperature sensor measures a temperature in the motor encoder.
It is therefore proposed that the temperature of the windings be measured indirectly. A measurement is therefore not carried out directly on the windings themselves and a corresponding sensor system in the windings can consequently be dispensed with. Instead, a temperature is determined in the motor encoder. The winding temperature is calculated using this motor encoder temperature measured by a temperature sensor. A measurement-based winding temperature determination and monitoring with indirect measurement is therefore proposed.

Bei einem vorteilhaften Verfahren wird insbesondere eine Temperatur der Statorwicklungen eines Synchronmotors bestimmt und/oder überwacht. Dabei kann es sich insbesondere auch um die Statorwicklungen eines Synchronservomotors handeln. Insbesondere bei permanentmagneterregten Synchronmotoren sind für Betriebspunkte bei niedriger Drehzahl die Wärme- und Verlustquellen überwiegend im Stator lokalisiert. Aus diesem Grund ist eine thermische Bestimmung und/oder Überwachung der Statorwicklungen besonders vorteilhaft.In an advantageous method, in particular a temperature of the stator windings of a synchronous motor is determined and / or monitored. This can in particular also be the stator windings of a synchronous servo motor. In the case of permanent magnet synchronous motors in particular, the heat and loss sources are predominantly located in the stator for operating points at low speed. For this reason, thermal determination and / or monitoring of the stator windings is particularly advantageous.

Mit steigender Drehzahl treten durch Wirbelstromverluste und Ummagnetisierungsverluste auch im Rotor erhebliche Verlustleistungen auf (Anteil ca. 30-40 % der gesamten Verlustleistung). Da sich die Rotorverluste auch auf die Temperatur im Stator auswirken, sind diese ebenfalls für die Berechnung der Wicklungstemperatur relevant und werden bei einem vorteilhaften Verfahren daher berücksichtigt, um einen Isolationsschaden der Wicklung bei Übertemperatur zu vermeiden.With increasing speed, eddy current losses and magnetic reversal losses also result in considerable power losses in the rotor (proportion approx. 30-40% of the total power loss). Since the rotor losses also affect the temperature in the stator, they are also relevant for the calculation of the winding temperature and are therefore taken into account in an advantageous method in order to avoid insulation damage to the winding in the event of excess temperature.

Es wäre jedoch auch denkbar, bei dem Verfahren vorteilhaft eine Wicklungstemperatur eines Asynchronmotors zu bestimmen und/oder zu überwachen.However, it would also be conceivable to advantageously determine and / or monitor a winding temperature of an asynchronous motor in the method.

Es wäre auch möglich, eine Temperatur der Rotorwicklungen zu bestimmen und/oder zu überwachen. Dabei ist es sowohl denkbar, dass entweder die Temperatur der Statorwicklungen oder die Temperatur der Rotorwicklungen bestimmt und/oder überwacht wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass sowohl die Temperatur der Statorwicklungen als auch die Temperatur der Rotorwicklungen bestimmt und/oder überwacht wird.It would also be possible to determine and / or monitor a temperature of the rotor windings. It is conceivable that either the temperature of the stator windings or the temperature of the rotor windings is determined and / or monitored. However, it is also conceivable that both the temperature of the stator windings and the temperature of the rotor windings are determined and / or monitored.

Bei einem weiter vorteilhaften Verfahren bestimmt die Rechnereinheit die Temperatur der Wicklungen des Elektromotors mittels eines thermischen Simulationsmodells des Elektromotors. Vorteilhaft werden wenigstens die Hauptbauelemente des Elektromotors im Rahmen der thermischen Simulation berücksichtigt, insbesondere wenigstens Rotor und Stator, um eine möglichst präzise Berechnung der Wicklungstemperatur zu ermöglichen. Besonders bevorzugt werden auch Bauelemente wie Lager und Gehäuse in der thermischen Simulation berücksichtigt, da dies eine genauere Berechnung der Wicklungstemperatur erlaubt.In a further advantageous method, the computer unit determines the temperature of the windings of the electric motor by means of a thermal simulation model of the electric motor. At least the main components of the electric motor are advantageously taken into account in the thermal simulation, in particular at least the rotor and stator, in order to enable the winding temperature to be calculated as precisely as possible. Components such as bearings and housings are particularly preferably taken into account in the thermal simulation, since this allows the winding temperature to be calculated more precisely.

Vorteilhaft kann die thermische Simulation über ein thermisches Netzwerkmodell erfolgen. Dies ist vorliegend zum einen deshalb vorteilhaft, weil thermische Netzwerkmodelle schnell erstellt werden können, insbesondere wenn sich die zu simulierenden Maschinen hinsichtlich ihres allgemeinen Aufbaus nur wenig unterscheiden. Dies trifft beispielsweise insbesondere auf permanentmagneterregten Synchronmaschinen zu, so dass hier ein thermisches Netzwerkmodell besonders vorteilhaft ist. Zum anderen zeichnen sich thermische Netzwerke durch eine verhältnismäßig geringe Rechenzeit aus. Vorteilhaft können geeignete thermische Netzwerke aus theoretischen Betrachtungen und/oder empirischer Ermittlung hergeleitet und/oder vereinfacht werden.The thermal simulation can advantageously take place using a thermal network model. In the present case, this is advantageous on the one hand because thermal network models can be created quickly, especially if the machines to be simulated differ only slightly in terms of their general structure. This applies in particular to synchronous machines with permanent magnet excitation, for example, so that a thermal network model is particularly advantageous here. On the other hand, thermal networks are characterized by a relatively short computing time. Advantageous suitable thermal networks can be derived and / or simplified from theoretical considerations and / or empirical determination.

Bei einem weiter bevorzugten Verfahren wird dem thermischen Simulationsmodell neben der vom Temperatursensor gemessene Temperatur zusätzlich die aktuelle Drehzahl und die Phasenströme übergeben. Vorteilhaft geht auch der Wicklungswiderstand abhängig von der aktuellen Wicklungstemperatur in die Berechnung mit ein, da die Kupferverluste abhängig sind vom Wicklungswiderstand.In a further preferred method, in addition to the temperature measured by the temperature sensor, the current speed and the phase currents are also transferred to the thermal simulation model. The winding resistance is also advantageously included in the calculation as a function of the current winding temperature, since the copper losses are dependent on the winding resistance.

Bevorzugt berechnet das thermische Simulationsmodell die aktuelle Wicklungstemperatur in Abhängigkeit von mehreren Eingangsgrößen. Bei den Eingangsgrößen kann es sich insbesondere um Phasenströme, Drehzahl, Wicklungswiderstand, vom Temperatursensor gemessene Temperatur (Gebertemperatur), thermische Zeitkonstanten und/oder vergangene Zeit handeln. Vorteilhaft können diese Eingangsgrößen in einer Speichereinheit abgespeichert, insbesondere zwischengespeichert werden.The thermal simulation model preferably calculates the current winding temperature as a function of several input variables. The input variables can in particular be phase currents, speed, winding resistance, temperature measured by the temperature sensor (transmitter temperature), thermal time constants and / or elapsed time. These input variables can advantageously be stored, in particular temporarily stored, in a memory unit.

Dabei ist es möglich, alle vom thermischen Simulationsmodell verwendeten Eingangsgrößen abzuspeichern. Es ist jedoch auch möglich, nur einige der Eingangsgrößen abzuspeichern. Beispielsweise können einzelne Eingangsgrößen in der Speichereinheit abgespeichert und dort für das thermische Simulationsmodell ausgelesen werden, während andere Eingangsgrößen direkt an das thermische Simulationsmodell weitergeleitet werden. So ist es beispielsweise möglich, dass die jeweils aktuell gemessene Gebertemperatur vom Temperatursensor direkt an das thermische Simulationsmodell weitergeleitet wird, während andere Eingangsgrößen aus einer Speichereinheit ausgelesen werden.It is possible to save all input variables used by the thermal simulation model. However, it is also possible to save just some of the input variables. For example, individual input variables can be stored in the storage unit and read out there for the thermal simulation model, while other input variables are passed directly to the thermal simulation model. For example, it is possible for the currently measured sensor temperature to be forwarded directly from the temperature sensor to the thermal simulation model, while other input variables are read out from a storage unit.

Bei der Speichereinheit kann es sich um eine in den Elektromotor integrierte Speichereinheit handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Speichereinheit um eine im Elektromotor integrierte Elektronikbaugruppe handeln. Es ist jedoch auch möglich, eine externe Speichereinheit vorzusehen.
Bei einem vorteilhaften Verfahren erfolgt die Berechnung der Temperatur der Wicklungen des Elektromotors über ein thermisches Netzwerk mittels Knotenpotentialverfahren. Diese Berechnungsmethode ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil sie eine sehr hohe Genauigkeit aufweist. Diese Berechnungsmethode wird deshalb bevorzugt dann angewandt, wenn die möglichst präzise Temperaturbestimmung im Vordergrund steht. Nachteilig an dieser Berechnungsmethode ist umgekehrt jedoch der relativ hohe hierfür erforderliche Rechenaufwand.The storage unit can be a storage unit integrated in the electric motor. For example, the storage unit can be an electronic assembly integrated in the electric motor. However, it is also possible to provide an external storage unit.
In an advantageous method, the temperature of the windings of the electric motor is calculated via a thermal network using the node potential method. This calculation method is particularly advantageous because it has a very high level of accuracy. This calculation method is therefore preferred when the most precise temperature determination possible is in the foreground. Conversely, however, the disadvantage of this calculation method is the relatively high computing effort required for this.

Bei einer hierzu alternativen Berechnungsmethode erfolgt die Berechnung der Temperatur der Wicklungen des Elektromotors mittels einer empirisch ermittelten Kennlinie. Vorteilhaft setzt die empirisch ermittelte Kennlinie die Wicklungstemperatur und die vom Temperatursensor gemessene Temperatur zueinander in Bezug. Bevorzugt setzt die empirisch ermittelte Kennlinie die Wicklungstemperatur zu mehreren Eingangsgrößen in Bezug. Besonders bevorzugt zeigt die empirisch ermittelte Kennlinie die Abhängigkeit der Wicklungstemperatur in Abhängigkeit von allen Eingangsgrößen, die im Rahmen des thermischen Simulationsmodells berücksichtigt werden sollen.In an alternative calculation method, the temperature of the windings of the electric motor is calculated using an empirically determined characteristic curve. The empirically determined characteristic advantageously relates the winding temperature and the temperature measured by the temperature sensor to one another. The empirically determined characteristic curve preferably relates the winding temperature to several input variables. The empirically determined characteristic curve particularly preferably shows the dependency of the winding temperature as a function of all input variables that are to be taken into account in the context of the thermal simulation model.

Der Vorteil dieser Berechnungsmethode liegt im geringen Rechenaufwand. Nachteilig ist jedoch die geringere Genauigkeit der Berechnung im Vergleich zu einer Berechnung mittels Knotenpotentialverfahren.The advantage of this calculation method lies in the low computational effort. The disadvantage, however, is the lower accuracy of the calculation compared to a calculation using the node potential method.

Vorteilhaft kann die Berechnung mittels eines Regressionsmodells erfolgen, das durch maschinelles Lernen trainiert wurde. Bevorzugt wird hierbei mittels überwachten Lernens eine künstliche Intelligenz angelernt.The calculation can advantageously take place using a regression model that has been trained by machine learning. Artificial intelligence is preferably taught in by means of monitored learning.

Bevorzugt ermöglicht es die thermische Simulation außerdem, abgesehen von der Wicklungstemperatur weitere Temperaturen zu simulieren. Vorteilhaft können beispielsweise neben einer Temperatur der Statorwicklungen auch die Lager-, Rotor- und Umgebungstemperatur simuliert werden. Bei der Simulation dieser Temperaturen kann es sich bevorzugt um Zwischenschritte zur Bestimmung der Wicklungstemperatur handeln. Es ist bevorzugt jedoch auch möglich, aus der Simulation einzelner Temperaturen Rückschlüsse auf Ausfall- und/oder Verschleißursachen zu ziehen.The thermal simulation also makes it possible, apart from the winding temperature, to simulate other temperatures. For example, in addition to the temperature of the stator windings, the bearing, rotor and ambient temperature can also advantageously be simulated. The simulation of these temperatures can preferably be intermediate steps for determining the winding temperature. However, it is preferably also possible to draw conclusions about the causes of failure and / or wear from the simulation of individual temperatures.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor gerichtet, wobei der Stator und/oder der Rotor eine mehrsträngige Wicklung aufweist. Der Elektromotor weist außerdem einen Motorgeber und wenigstens einen Temperatursensor auf. Dem Elektromotor ist weiter eine Rechnereinheit zur Berechnung einer Temperatur der Wicklungen des Elektromotors zugeordnet.The present invention is further directed to an electric motor with a stator and a rotor, the stator and / or the rotor having a multi-strand winding. The electric motor also has a motor encoder and at least one temperature sensor. A computer unit for calculating a temperature of the windings of the electric motor is also assigned to the electric motor.

Erfindungsgemäß ist der Temperatursensor am Motorgeber angeordnet.According to the invention, the temperature sensor is arranged on the motor encoder.

Dabei ist dieser beschriebene Elektromotor insbesondere dazu eingerichtet und dafür vorgesehen, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen, d. h. dass alle für das obig beschriebene Verfahren ausgeführten Merkmale ebenso für den hier beschriebenen Elektromotor offenbart sind und umgekehrt.In this case, this described electric motor is set up and provided in particular to carry out the method described above, i. H. that all features carried out for the method described above are also disclosed for the electric motor described here and vice versa.

Bevorzugt kann es sich bei dem Elektromotor um einen Synchronmotor, insbesondere einen Synchronservomotor handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen permanentmagneterregten Synchronmotoren. Es wäre jedoch auch denkbar, dass es sich bei dem Elektromotor um einen Asynchronmotor handelt.The electric motor can preferably be a synchronous motor, in particular one Act synchronous servo motor. It is particularly preferably a synchronous motor with permanent magnet excitation. However, it would also be conceivable that the electric motor is an asynchronous motor.

Vorteilhaft weist der Stator des Elektromotors eine mehrsträngige Wicklung auf. Besonders bevorzugt weist der Stator eine dreisträngige Wicklung auf. Vorteilhaft ist die Wicklung symmetrisch. Bevorzugt sind die Wicklungen jeweils um 120° räumlich gegeneinander versetzt angeordnet.The stator of the electric motor advantageously has a multi-strand winding. The stator particularly preferably has a three-strand winding. The winding is advantageously symmetrical. The windings are preferably each arranged spatially offset from one another by 120 °.

Bevorzugt trägt der Rotor Permanentmagnete. Es wäre jedoch auch denkbar, dass der Rotor eine mit Gleichstrom gespeiste Erregerwicklung trägt.The rotor preferably carries permanent magnets. However, it would also be conceivable for the rotor to carry an exciter winding fed with direct current.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Temperatursensor einen temperaturabhängigen Widerstand auf. Besonders bevorzugt weist der Temperatursensor einen temperaturabhängigen Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten auf, der somit bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser leitet als bei tiefen Temperaturen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem temperaturabhängigen Widerstand um einen NTC-Widerstand.In a preferred embodiment, the temperature sensor has a temperature-dependent resistor. The temperature sensor particularly preferably has a temperature-dependent resistor with a negative temperature coefficient, which thus conducts the electrical current better at high temperatures than at low temperatures. The temperature-dependent resistor is particularly preferably an NTC resistor.

Bei dem Motorgeber kommen bevorzugt verschiedene Ausführungsformen in Betracht. So kann der Motorgeber vorteilhaft ein kapazitives und/oder optisches Abtastverfahren und/oder magnetisches Verfahren nutzen. Bevorzugt kann die Ausgabe des Motorgebers analog und/oder digital erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt zumindest die Ausgabe der Parameterdaten digital.In the case of the motor encoder, various embodiments are preferred. Thus, the motor encoder can advantageously use a capacitive and / or optical scanning method and / or magnetic method. The output of the motor encoder can preferably be analog and / or digital. Particularly preferably, at least the output of the parameter data takes place digitally.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Elektromotor eine Motorkühlung auf. Dabei ist es denkbar, dass der Motor lediglich über die Selbstkühlung gekühlt wird, eine Abfuhr der Verlustwärme also über natürliche Konvektion und/oder Strahlung an die Umgebungsluft und/oder über Wärmeleitung an die Maschinenkonstruktion erfolgt. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann zusätzlich dazu jedoch auch eine Motorkühlung über Fremdbelüftung und/oder Wasserkühlung vorgesehen sein.In an advantageous embodiment, the electric motor has a motor cooling system. It is conceivable that the motor is only cooled via the self-cooling system, i.e. the dissipated heat is dissipated via natural convection and / or radiation to the ambient air and / or via heat conduction to the machine structure. In an advantageous embodiment, however, engine cooling via external ventilation and / or water cooling can also be provided in addition to this.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:

  • Darin zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Elektromotors;
    • 2 Beispiel für ein thermisches Netzwerk eines Elektromotors.
Further advantages and embodiments emerge from the attached drawings:
  • Show in it:
    • 1 a schematic representation of the electric motor according to the invention;
    • 2 Example of a thermal network of an electric motor.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektromotors 10. Das hierfür gewählte Ausführungsbeispiel zeigt eine an sich bekannte Innenpolmaschine. Zu erkennen sind in 1 der außen liegende Stator 9 und der innen liegende Rotor 3. Der Stator 9 weist drei Wicklungsstränge 5, 6, 7 auf, die jeweils um 120° räumlich versetzt angeordnet sind. 1 shows a schematic representation of an electric motor according to the invention 10 . The embodiment chosen for this shows an inner pole machine known per se. You can see in 1 the external stator 9 and the internal rotor 3 . The stator 9 has three strands of winding 5 , 6th , 7th which are each arranged spatially offset by 120 °.

In 1 ist außerdem der Motorgeber 8 schematisch dargestellt. Am Motorgeber 8 ist der Temperatursensor 11 angeordnet. Der Temperatursensor 11 bestimmt die Temperatur TS am Motorgeber. Ebenfalls lediglich schematisch dargestellt ist die Rechnereinheit 12. Mit Hilfe dieser Rechnereinheit 12 kann aus der vom Temperatursensor 11 gemessenen Temperatur TS berechnet werden, welche Temperatur TW die Wicklungsstränge 5, 6, 7 aufweisen. Schematisch dargestellt ist außerdem der Antriebsregler 13.In 1 is also the motor encoder 8th shown schematically. On the motor encoder 8th is the temperature sensor 11 arranged. The temperature sensor 11 determines the temperature TS on the motor encoder. The computer unit is also shown only schematically 12th . With the help of this computer unit 12th can from the from the temperature sensor 11 measured temperature T S can be calculated, which temperature T W the winding phases 5 , 6th , 7th exhibit. The drive controller is also shown schematically 13th .

2 zeigt ein Beispiel für ein thermisches Netzwerk eines Elektromotors 10. Die Knoten beschreiben dabei jeweils einen Abschnitt des Elektromotors 10, dessen Temperatur simuliert werden soll. Das jeweilige aus der Berechnung folgende, am Knoten anliegende Potential entspricht dabei der Temperatur des modellierten Bauteils. 2 shows an example of a thermal network of an electric motor 10 . The nodes each describe a section of the electric motor 10 whose temperature is to be simulated. The respective potential that follows from the calculation and is present at the node corresponds to the temperature of the modeled component.

In 2 eingezeichnet sind dabei die Knoten, die für die Umgebung 0, das Gehäuse 1, das Lager 2, den Rotor 3, das Blechpaket 4, die drei Wicklungsstränge 5, 6, 7 des Stators 9 und den Motorgeber 8 stehen.In 2 The nodes that are responsible for the environment are shown 0 , the housing 1 , the warehouse 2 , the rotor 3 , the laminated core 4th who have favourited three strands of winding 5 , 6th , 7th of the stator 9 and the motor encoder 8th stand.

T0 steht für den Wert der Temperatur der Umgebung 0 und definiert somit die Bezugstemperatur des Systems.T0 stands for the value of the temperature of the environment 0 and thus defines the reference temperature of the system.

Die Verlustleistung, die im Wesentlichen als Wärmestrom abgegeben wird, der jeweiligen Bauteile wird durch das Formelzeichen P symbolisiert. Die zum Formelzeichen hinzugefügten Zahlen symbolisieren, für welches Bauteil die jeweilige Verlustleistung steht. Somit steht P1 für die vom Gehäuse 1 in das System eingeführte Verlustleistung, P2 für die Verlustleistung des Lagers 2, P3 für die Verlustleistung des Rotors 3, P4 für die Verlustleistung des Blechpakets 4, P5, P6 und P7 für die Verlustleistung des jeweiligen Wicklungsstrangs 5, 6 bzw. 7 und P8 für die Verlustleistung des Motorgebers 8.The power loss, which is essentially given off as heat flow, of the respective components is symbolized by the symbol P. The numbers added to the formula symbol symbolize which component the respective power loss stands for. Thus, P1 stands for from the housing 1 Power dissipation introduced into the system, P2 for bearing power dissipation 2 , P3 for the power loss of the rotor 3 , P4 for the power loss of the laminated core 4th , P5 , P6 and P7 for the power loss of the respective winding phase 5 , 6th respectively. 7th and P8 for the power loss of the motor encoder 8th .

Die thermische Kapazität wird durch das Formelzeichen C symbolisiert und beschreibt die Temperaturänderung eines Körpers in Abhängigkeit von der jeweils zugeführten Wärmeenergie (C = dQ/dT). Die thermische Kapazität spiegelt somit die thermische Trägheit des Motors und insbesondere der Wicklungen wider. Auch bei der thermischen Kapazität drückt die jeweilige hinzugefügte Zahl aus, auf welchen Körper sich die thermische Kapazität bezieht. So steht C1 für die thermische Kapazität des Gehäuses 1, C5 für die thermische Kapazität des Wicklungsstrangs 5, etc.The thermal capacity is symbolized by the symbol C and describes the change in temperature of a body depending on the heat energy supplied (C = dQ / dT). The thermal capacity thus reflects the thermal inertia of the motor and in particular of the windings. In the case of the thermal capacity, too, the number added expresses which body the thermal capacity relates to. C1 stands for the thermal capacity of the housing 1 , C5 for the thermal capacity of the winding phase 5 , Etc.

Vorteilhaft ist die jeweilige thermische Kapazität der drei Wicklungsstränge im Wesentlichen gleich groß.The respective thermal capacitance of the three winding phases is advantageously essentially the same.

Das Formelzeichen R steht für den thermischen Widerstand und beschreibt somit die Güte der Wärmeleitung zwischen zwei Übergangsflächen. Die jeweiligen thermischen Widerstände wurden in 2 jeweils mit zwei Zahlen versehen, um zu verdeutlichen, welcher thermische Übergang von diesem thermischen Widerstand beschrieben wird. So beschreibt beispielsweise der thermische Widerstand R01, der sich zwischen dem Knoten für die Umgebung 0 und dem Knoten für das Gehäuse 1 befindet, die Güte der Wärmeleitung zwischen Gehäuse und Umgebung (meist also der Umgebungsluft).The symbol R stands for the thermal resistance and thus describes the quality of heat conduction between two transition surfaces. The respective thermal resistances were shown in 2 each provided with two numbers to clarify which thermal transition is described by this thermal resistance. This describes, for example, the thermal resistance R01 that is between the node for the environment 0 and the node for the housing 1 the quality of the heat conduction between the housing and the environment (mostly the ambient air).

Die thermischen Widerstände R45, R46 und R47, also die thermischen Widerstände zwischen dem Blechpaket 4 und jeweils einem der drei Wicklungsstränge 5, 6 bzw. 7, sind vorteilhaft im Wesentlichen gleich groß.The thermal resistances R45 , R46 and R47 , i.e. the thermal resistances between the laminated core 4th and one of the three winding phases 5 , 6th respectively. 7th , are advantageously essentially the same size.

Da in der Praxis eine Überhitzung der Motorwicklung verhindert werden soll, sind die thermische Widerstände R45, R46 und R47 bevorzugt möglichst klein. Auch die thermischen Widerstände R14, also der thermische Widerstand zwischen Gehäuse 1 und Blechpaket 4, und R01 sind bevorzugt möglichst klein.Since overheating of the motor winding is to be prevented in practice, the thermal resistances are R45 , R46 and R47 preferably as small as possible. Also the thermal resistances R14 , i.e. the thermal resistance between the housing 1 and laminated core 4th , and R01 are preferably as small as possible.

Bevorzugt sind die thermischen Widerstände R45, R46, R47, R14 und R01 kleiner als beispielsweise der thermische Widerstand R34, also der thermische Widerstand zwischen Rotor und Blechpaket. Vorteilhaft beträgt beispielsweise der Wert der thermischen Widerstände R45, R46, R47 und R14 jeweils maximal die Hälfte des thermischen Widerstands R34, bevorzugt jeweils maximal ein Viertel des thermischen Widerstands R34 und besonders bevorzugt maximal ein Achtel des thermischen Widerstands R34.The thermal resistances are preferred R45 , R46 , R47 , R14 and R01 smaller than, for example, the thermal resistance R34 , i.e. the thermal resistance between the rotor and the laminated core. The value of the thermal resistances is advantageous, for example R45 , R46 , R47 and R14 a maximum of half of the thermal resistance in each case R34 , preferably a maximum of a quarter of the thermal resistance in each case R34 and particularly preferably a maximum of one eighth of the thermal resistance R34 .

Vorteilhaft ist der thermische Widerstand R18, also der thermische Widerstand zwischen Gehäuse 1 und Motorgeber 8, für die Berechnung bekannt.The thermal resistance is advantageous R18 , i.e. the thermal resistance between the housing 1 and motor encoder 8th , known for the calculation.

Der Temperatursensor 11 soll möglichst genau der Temperatur des Gehäuses 1 folgen. Hierdurch ist eine indirekte Messung der Gehäusetemperatur möglich, durch die Rückschlüsse auf die Wicklungstemperatur TW möglich sind. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursensor 11 von der Umgebungstemperatur möglichst ungestört ist. Vorteilhaft ist der Temperatursensor 11 daher so angeordnet, dass er von der Umgebungstemperatur des Elektromotors 10 nicht zu stark beeinflusst wird.The temperature sensor 11 should match the temperature of the housing as closely as possible 1 follow. This enables an indirect measurement of the housing temperature, by means of which conclusions can be drawn about the winding temperature T W. Therefore it is advantageous if the temperature sensor 11 is as undisturbed as possible by the ambient temperature. The temperature sensor is advantageous 11 therefore arranged so that it depends on the ambient temperature of the electric motor 10 is not influenced too much.

Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.The applicant reserves the right to claim all features disclosed in the application documents as essential to the invention, provided that they are new to the state of the art, individually or in combination. It is further pointed out that features have also been described in the individual figures, which can be advantageous in themselves. The person skilled in the art immediately recognizes that a certain feature described in a figure can also be advantageous without the adoption of further features from this figure. Furthermore, the person skilled in the art recognizes that advantages can also result from a combination of several features shown in individual or in different figures.

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur (TW) von Wicklungen (5, 6, 7) eines Elektromotors (10) mittels eines Temperatursensors (11), wobei eine von dem Temperatursensor (11) gemessene Temperatur (Ts) einer Rechnereinheit (12) übergeben wird und wobei die Rechnereinheit (12) aus der vom Temperatursensor (11) gemessene Temperatur (Ts) die Wicklungstemperatur (Tw) berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (11) eine Temperatur im Motorgeber (8) misst.Method for determining and / or monitoring the temperature (T W ) of windings (5, 6, 7) of an electric motor (10) by means of a temperature sensor (11), a temperature (Ts) measured by the temperature sensor (11) being transmitted to a computer unit ( 12) is passed and the computer unit (12) calculates the winding temperature (Tw) from the temperature (Ts) measured by the temperature sensor (11), characterized in that the temperature sensor (11) measures a temperature in the motor encoder (8). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur (TW) der Statorwicklungen eines Synchronmotors bestimmt und/oder überwacht wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a temperature (T W ) of the stator windings of a synchronous motor is determined and / or monitored. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (12) die Temperatur der Wicklungen (5, 6, 7) des Elektromotors (10) mittels eines thermischen Simulationsmodells des Elektromotors bestimmt.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the computer unit (12) determines the temperature of the windings (5, 6, 7) of the electric motor (10) by means of a thermal simulation model of the electric motor. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermischen Simulationsmodell neben der vom Temperatursensor (11) gemessene Temperatur (TS) zusätzlich die aktuelle Drehzahl und die Phasenströmen übergeben werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in addition to the temperature (T S ) measured by the temperature sensor (11), the current speed and the phase currents are also transferred to the thermal simulation model. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungswiderstand abhängig von der aktuellen Wicklungstemperatur in die Berechnung einfließt.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the winding resistance is included in the calculation as a function of the current winding temperature. Verfahren nach zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Temperatur (TW) der Wicklungen (5, 6, 7) des Elektromotors (10) über ein thermisches Netzwerk mittels Knotenpotentialverfahren erfolgt.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that that the calculation of the temperature (T W ) of the windings (5, 6, 7) of the electric motor (10) takes place via a thermal network using the node potential method. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Temperatur (TW) der Wicklungen (5, 6, 7) des Elektromotors (1) mittels einer empirisch ermittelten Kennlinie erfolgt, wobei die Kennlinie die Wicklungstemperatur (TW) und die vom Temperatursensor (11) gemessene Temperatur (TS) in Bezug setzt.Method according to one of the Claims 1 - 5 , characterized in that the temperature (T W ) of the windings (5, 6, 7) of the electric motor (1) is calculated by means of an empirically determined characteristic curve, the characteristic curve being the winding temperature (T W ) and that of the temperature sensor (11) related measured temperature (T S ). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung mittels eines Regressionsmodells erfolgt, das durch maschinelles Lernen trainiert wurde.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the calculation is carried out using a regression model that has been trained by machine learning. Elektromotor (10), insbesondere Synchronmotor, mit einem Stator (9) und einem Rotor (3), wobei der Stator (9) und/oder der Rotor (3) eine mehrsträngige, bevorzugt eine dreisträngige, Wicklung aufweist, wobei der Elektromotor (10) außerdem einen Motorgeber (8) und wenigstens einen Temperatursensor (11) aufweist, wobei dem Elektromotor eine Rechnereinheit (12) zur Berechnung einer Temperatur (TW) der Wicklungen (5, 6, 7) des Elektromotors (10) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (11) am Motorgeber (8) angeordnet ist.Electric motor (10), in particular synchronous motor, with a stator (9) and a rotor (3), the stator (9) and / or the rotor (3) having a multi-strand, preferably a three-strand, winding, the electric motor (10 ) also has a motor encoder (8) and at least one temperature sensor (11), the electric motor being assigned a computer unit (12) for calculating a temperature (T W ) of the windings (5, 6, 7) of the electric motor (10), thereby characterized in that the temperature sensor (11) is arranged on the motor encoder (8). Elektromotor (1) nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (11) einen temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere einen NTC-Widerstand aufweist.Electric motor (1) according to the preceding claim, characterized in that the temperature sensor (11) has a temperature-dependent resistor, in particular an NTC resistor.
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