DE202006019888U1

DE202006019888U1 - Electric motor e.g. repulsion motor, has mechanical commutation system, and integrated operating electronics that comprises wear indicator for evaluating wear level of commutation system based on operating hours

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Publication number: DE202006019888U1
Application number: DE202006019888U
Authority: DE
Original assignee: GEFEG NECKAR ANTRIEBSSYSTEME G; GEFEG-NECKAR ANTRIEBSSYSTEME GmbH
Current assignee: GEFEG NECKAR ANTRIEBSSYSTEME G; GEFEG-NECKAR ANTRIEBSSYSTEME GmbH
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2016-02-29

Abstract

The motor (M) has a mechanical commutation system that consists of a self rotating commutator and two brushes, where the commutator is connected with a motor shaft. The motor is connected with a diode (D) and a power switch (T). An integrated operating electronics comprises a wear indicator for evaluating a wear level of the system based on operating hours. The electronics outputs a warning using a light emitting diode, if the wear level in the system exceeds a predefined threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutatormotor mit integrierter Betriebselektronik. Alle Motoren mit mechanischem Kommutator haben eine konstruktiv bedingte Lebensdauer, welche durch den Verschleiß der Kollektorlamellen, durch die Kohlebürstenreibung und die Funkenentwicklung der Kommutierung bestimmt wird. Diese Motoren müssen deshalb rechtzeitig gewartet oder ausgetauscht werden, damit es nicht zum Betriebstörung mit eventuell hohem wirtschaftlichem Schaden kommt. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Motor zu schaffen, der mit Hilfe seiner integrierten Betriebselektronik einen Schätzwert für den Verschleißgrad im mechanischen Kommutierungssystem berechnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gibt der Motor anhand dieses Schätzwertes selbsttätig eine rechtzeitige Warnung aus, falls die voraussichtliche Lebensdauer des mechanischen Kommutierungssystems abzulaufen droht.The The invention relates to a commutator motor with integrated operating electronics. All motors with mechanical commutator have a constructive conditional life, which by the wear of the collector fins, by the carbon brush friction and the spark development of the commutation is determined. These Engines must therefore be serviced or exchanged in good time, so it does not have to malfunction comes with possibly high economic damage. The present Invention is therefore based on the object to provide a motor, with the help of its integrated operating electronics an estimate for the degree of wear in the calculated mechanical commutation. In an advantageous Embodiment of the invention gives the engine based on this estimate automatic a timely warning if the expected life of the mechanical commutation system threatens to expire.

Die Lebensdauer eines Kommutatormotors (Gleichstrom-Nebenschlussmotor, Reihenschlussmotor, Doppelschlussmotor, permanentmagneterregter Gleichstrommotor, Universalmotor oder Repulsionsmotor) wird hauptsächlich vom Kommutator und vom Bürstensystem begrenzt. Bürsten und Kommutator bilden zusammen einen schleifenden mechanischen Schalter, der mit hoher Schaltfrequenz, dem Produkt aus Drehzahl des Motors und Lamellenzahl des Kommutators, arbeitet. Nicht nur die Kohlebürsten, sondern auch die Kommutatoren sind dem Verschleiß unterworfen. Die Verschleißgeschwindigkeit ist jedoch bei störungsfreiem Lauf um einige Größenordnungen kleiner als die entsprechenden Bürstenverschleißwerte. Die Lebensdauer des Bürsten- Kommutatorkomplexes ist von zahlreichen Einflüssen abhängig. Zum einen sind es durch die Konstruktion und das Fertigungsverfahren bestimmte Werte, wie die Zusammensetzung des Bürstenmaterials, der Bürstenanpressdruck, die Oberflächenrauhigkeit und die Rundheit des Kommutators sowie der Lamellensprung, d.h. die unterschiedliche radiale Höhe aufeinander folgender Lamellen. Zum anderen wird die Lebensdauer durch Betriebsbedingungen wie Drehzahl, Motorspannung, Motorstrom, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Schmutzungsgrad bestimmt.The Life of a commutator motor (DC shunt motor, series motor, Double-fault motor, permanent-magnet DC motor, universal motor or Repulsionsmotor) is mainly from the commutator and the brush system limited. to brush and commutator together form a sliding mechanical switch, the high switching frequency, the product of the speed of the motor and lamella number of the commutator, works. Not just the carbon brushes, but the commutators are also subject to wear. The wear rate is but with trouble-free Run by a few orders of magnitude smaller than the corresponding brush wear values. The life of the brush commutator complex is of many influences dependent. Firstly, it is the design and the manufacturing process certain values, such as the composition of the brush material, the brush contact pressure, the surface roughness and the roundness of the commutator and the lamellar jump, i. the different radial height successive lamellae. On the other hand, the lifetime by operating conditions such as speed, motor voltage, motor current, Temperature, humidity and degree of contamination determined.

Für Gleichstromanwendungen mit hohen Betriebszeiten werden bevorzugt bürstenlose Gleichstrommotoren eingesetzt. Bei diesen Motoren entfällt der mechanische Kommutator, stattdessen wird der Motor elektronisch kommutiert. Hier sind nur die Lager Verschleißteile, die jedoch auf die gesamte Lebensdauer geschmiert und gekapselt werden können. Trotz dieser Vorteile werden die herkömmlichen, mechanisch kommutierten Gleichstrommotoren weiterhin für kostenoptimierte Anwendungen außerordentlich vielfältig eingesetzt. Auf ähnliche Weise werden auch Kommutatormotoren für kostensensitive Wechselstromanwendungen benutzt. Hier werden in erster Linie Universalmotoren verwendet, aber in kleineren Stückzahlen für spezielle Anwendungen werden auch weiterhin drehzahlveränderbare Repulsionsmotoren gebaut.For DC applications with high operating times are preferred brushless DC motors used. These motors eliminate the mechanical commutator, instead, the engine is commutated electronically. Here are only the bearing wear parts, however, lubricated and encapsulated for life can be. Despite these advantages, the conventional, mechanically commutated DC motors continue for cost-optimized applications greatly diverse used. On similar In the same way commutator motors are used for cost-sensitive AC applications used. Here are used universal motors, but in smaller quantities for special Applications will continue to be variable speed repulsion motors built.

Für die Steuerung eines Motors wird oft eine elektronische Einheit verwendet. Diese Elektronik kann den Motor nach Bedarf ein- und ausschalten, oder auch die Drehzahl steuern oder regeln. Diese Elektronik kann extern, zum Beispiel in einem Schaltschrank untergebracht werden. Immer öfter wird jedoch die Elektronik im Motor integriert. Damit erreicht man eine kompakte antriebstechnische Einheit. Man benötigt keinen Platz mehr für die externe Elektronik im Schaltschrank und die aufwendige Verdrahtung der externen Elektronik zum Motor entfällt. Dadurch wird das System nicht nur kostengünstiger sondern auch zuverlässiger. Kommutatormotoren, die geeignet für die Integration von Steuer- und Leistungselektronik geeignet sind, sind zum Beispiel aus DE 101 33 767 A1 bekannt.An electronic unit is often used to control an engine. This electronics can turn the engine on and off as needed, or control or regulate the speed. This electronics can be located externally, for example in a control cabinet. More and more often, however, the electronics are integrated in the engine. This achieves a compact drive engineering unit. You no longer need space for the external electronics in the control cabinet and the complex wiring of the external electronics to the motor is eliminated. This not only makes the system less expensive, but also more reliable. Commutator motors, which are suitable for the integration of control and power electronics are, for example DE 101 33 767 A1 known.

Erfindungsgemäß wird die integrierte Betriebselektronik so erweitert, dass sie in der Lage ist, den Verschleiß im mechanischen Kommutierungssystem abzuschätzen. Bei einer externen Steuer- oder Leistungselektronik ist die Zuordnung zum Motor oft nicht gewährleistet. Da aber im Falle eines Motors mit integrierter Elektronik der Motor und die Elektronik eine untrennbare Einheit bilden, ist es sichergestellt, dass der von der Betriebselektronik erfasste Verschleißwert dem entsprechenden Motor gehört.According to the invention integrated operating electronics so expanded that they are able is the wear in the estimate the mechanical commutation system. In an external control or Power electronics, the assignment to the engine is often not guaranteed. But since in the case of a motor with integrated electronics, the engine and the electronics form an inseparable unit, it is ensured that the wear value detected by the operating electronics corresponds to the corresponding engine heard.

Der Verschleißindikator kann durch einen programmierbaren Baustein, wie Mikroprozessor, Mikrocontroller, digitaler Signalprozessor (DSP), FGA oder ähnliches realisiert werden. Die Schaltung kann aber auch in einen applikationsspezifischen Baustein (ASIC) integriert werden. Zum Speichern des aktuellen Verschleißgrades beziehungsweise zum Speichern eines oder mehrerer Betriebswerte, die zum Berechnen des geschätzten Verschleißgrades benötigt werden, braucht die integrierte Betriebselektronik einen nichtflüchtigen Speicher, damit die Betriebselektronik nach Ausschalten der Versorgungsspannung diese Werte nicht vergisst. Dieser Speicher kann zum Beispiel ein EEPROM, Flash, MRAM, FRAM oder ein batteriegepufferter, statischer RAM sein. Der besagte Speicher kann ein separater Baustein sein, kann aber auch in einem anderen elektronischen Baustein, wie zum Beispiel in einem Mikrocontroller, integriert werden.Of the wear indicator can be controlled by a programmable device, such as a microprocessor, Microcontroller, digital signal processor (DSP), FGA or similar will be realized. The circuit can also be in an application-specific Component (ASIC) to be integrated. To save the current degree of wear or for storing one or more operating values, to calculate the estimated wear degree needed the integrated operating electronics need a non-volatile Memory, so that the operating electronics after switching off the supply voltage do not forget these values. This memory can be for example EEPROM, Flash, MRAM, FRAM or a battery-backed, static Be RAM. Said storage may be a separate building block But it can also be in another electronic device, such as Example in a microcontroller, to be integrated.

In einer einfachen Ausführung der Erfindung wird ein Betriebsstundenzähler in der integrierten Betriebselektronik realisiert. Da es aber bekannt ist, dass die Lebensdauer des Kommutierungssystems auch durch Betriebsparameter wie Drehzahl, Motorspannung, Motorstrom, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird, können diese Parameter zum verbesserten Schätzverfahren des Verschleißgrades zugefügt werden.In a simple embodiment of the invention, an operating hours counter is implemented in the integrated operating electronics. However, since it is known that the life of the commutation system Also affected by operating parameters such as speed, motor voltage, motor current, temperature or humidity, these parameters can be added to the improved estimation method of the degree of wear.

Für Anwendungen, bei denen die Drehzahl geregelt wird, ist ein Drehzahlistwert vorhanden. Diese Drehzahlinformation wird entweder von einem Drehgeber (Tachogenerator, optischer oder magnetischer Impulsgeber, Resolver, usw.) geliefert oder durch ein Schätzverfahren aus elektrischen Größen abgeleitet. Solche Verfahren zur Drehzahlerfassung eines Gleichstrommotors ohne Drehgeber sind zum Beispiel aus DE 199 15 875 A1 , DE 199 15 877 A1 und DE 102 42 406 A1 bekannt.For applications in which the speed is controlled, an actual speed value is available. This speed information is either provided by a rotary encoder (tachogenerator, optical or magnetic pulser, resolver, etc.) or derived from electrical quantities by an estimation method. Such methods for speed detection of a DC motor without encoders are, for example DE 199 15 875 A1 . DE 199 15 877 A1 and DE 102 42 406 A1 known.

Der Motorstrom wird in vielen Fällen gemessen, um eine Überbelastung des Motors und/oder der Leistungselektronik zu vermeiden. Deshalb steht dieser Wert ohne Zusatzaufwand auch zur Beurteilung des Verschleißgrades im mechanischen Kommutierungssystem zur Verfügung. Die Motorspannung kann relativ kostengünstig unmittelbar erfasst werden. Falls die Versorgungsspannung bekannt ist und die Motordrehzahl mit Pulsweitenmodulation (PWM) beeinflusst wird, kann die Betriebselektronik die wirksame Motorspannung auch ohne eine direkte Messung, anhand des PWM-Faktors und der gemessenen oder angenommenen Versorgungsspannung, berechnen.Of the Motor current is in many cases measured to overload to avoid the engine and / or power electronics. Therefore this value is also without additional effort to assess the degree of wear in the mechanical commutation system. The motor voltage can relatively inexpensive be recorded immediately. If the supply voltage known and the engine speed is influenced by pulse width modulation (PWM) The operating electronics can also have the effective motor voltage without a direct measurement, based on the PWM factor and the measured or assumed supply voltage.

Die Kohletemperatur ist meistens nicht direkt messbar, es steht aber oft die Wicklungstemperatur, die für den Schutz gegen Überhitzung des Motors verwendet wird, der Betriebselektronik zur Verfügung. Ansonsten kann die Lufttemperatur mit kostengünstigen Temperatursensoren (z.B. PTC, NTC, oder integrierter Sensorschaltung wie LM335 von National Semiconductor) erfasst werden. Ähnliches gilt auch für die Luftfeuchtigkeit. Hier können zum Beispiel monolithisch integrierte Feuchtigkeitssensoren, wie der Baustein HIH-3605 von Honeywell, verwendet werden.The Coal temperature is usually not directly measurable, but it is often the winding temperature, which is for protection against overheating the motor is used, the operating electronics available. Otherwise Can the air temperature with low-cost temperature sensors (e.g., PTC, NTC, or integrated sensor circuitry such as LM335 of National Semiconductor). The same applies to the humidity. here we can for example, monolithically integrated moisture sensors, such as the HIH-3605 device from Honeywell.

Wie sich diese einzelnen, relativ einfach messbaren Parameter auf die zu erwartende Lebensdauer des mechanischen Kommutierungssystems auswirken, kann abhängig von der Konstruktion, von den verwendeten Materialien und vom konkreten Anwendungsgebiet stark variieren. Die Zusammenhänge können bei einem konkreten Fall empirisch untersucht werden. Es können aber auch betriebsinterne Erfahrungswerte und/oder Angaben in der Fachliteratur herangezogen werden. Beispiele zur weiterführenden Literatur:

[1] W. Volkmann: Kohlebürsten. Untersuchungsergebnisse, Erfahrungen, Empfehlungen. Brühlsche Universitätsdruckerei, Gießen 1980
[2] T. Köder, W. Schinköthe: Untersuchungen zur Zuverlässigkeit und Lebensdauer von DC-Kleinstmotoren und Positioniersystemen. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, Ilmenau 2005

How these single, relatively easily measurable parameters affect the expected lifetime of the mechanical commutation system, can vary greatly depending on the design, the materials used and the specific field of application. The relationships can be examined empirically in a specific case. However, it is also possible to use in-house empirical values and / or information in the specialist literature. Examples for further literature:

[1] W. Volkmann: Carbon Brushes. Findings, experiences, recommendations. Bruehl University Printing, casting 1980
[2] T. Köder, W. Schinköthe: Studies on the reliability and service life of DC micromotors and positioning systems. International Scientific Colloquium, Ilmenau 2005

In letzterem ist zum Beispiel zu lesen (s. Seite 11), dass die Belastung für das mechanische Kommutierungssystem im Dauerbetrieb mit konstanter Drehrichtung deutlich höher sei als im Reversierbetrieb (unter jeweils gleicher Last betrieben). Zudem wird behauptet, dass der Drehzahleinfluss und damit der rein mechanische Verschleiß eine untergeordnete Rolle spielen. Wenn das für den konkreten Fall stimmt, ist es sinnvoll, statt der Drehzahl nur die Drehrichtung bzw. die Häufigkeit von Drehrichtungsänderungen zu betrachten. Weiterhin wurde in [2] festgestellt, dass die Lebensdauer mit abnehmender Belastung steige. Mit steigender Belastungshöhe werden dagegen die Unterschiede geringer. Diese Daten lassen darauf schließen, dass gewisse Belastungsbereiche mit ähnlichen Lebensdauererwartungen vorliegen und darüber hinaus dann ein Sprungverhalten beobachtet werden kann (s. Seite 12-13).In The latter can be read, for example (see page 11), that the load for the mechanical commutation system in continuous operation with constant direction of rotation significantly higher be as in reversing (operated under the same load). In addition, it is claimed that the speed input and thus the pure mechanical wear one play a minor role. If that's true for the specific case, It makes sense, instead of the speed only the direction of rotation or the frequency of changes of direction consider. Furthermore, it was found in [2] that the lifetime climb with decreasing load. With increasing load height on the other hand, the differences are smaller. These data suggest that certain load ranges with similar Lifespan expectations are present and then beyond a jump behavior can be observed (see page 12-13).

Was die Auswirkung der Luftfeuchtigkeit betrifft, findet man zum Beispiel in der Literatur [1] einen Hinweis (Seite 105). Demnach nehme der Bürstenverschleiß bei Lauf in trockener Luft sehr hohe Werte an.What The effect of humidity, for example, can be found in the literature [1] a note (page 105). Accordingly, take the Brush wear during operation very high values in dry air.

Besonders kritisch sei ein atmosphärischer Feuchtegehalt unter 1-2 g/m³. Können solche Bedingungen auftreten, kann die Luftfeuchtigkeit in das Schätzverfahren zum Verschleißgrad im mechanischen Kommutierungssystem herangezogen werden. Über die Auswirkung der Lufttemperatur findet man den Hinweis, dass der Bürstenverschleiß in einer Untersuchung bei einer Lufttemperatur von 90°C etwa viermal größer war als bei 22°C.Particularly critical is an atmospheric moisture content below 1-2 g / m ³ . If such conditions can occur, the humidity can be used in the estimation method for the degree of wear in the mechanical commutation system. The effect of air temperature indicates that brush wear in an investigation at an air temperature of 90 ° C was about four times greater than at 22 ° C.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden deshalb die Betriebsstunden in Abhängigkeit des Motorstromes, der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur gewichtet und zwar so, dass die Gewichtung bei höheren Strömen, bei trockener Luft und bei hoher Lufttemperatur zunimmt. Die Gewichtung der Betriebszeit kann durch eine Tabelle, durch eine einfache mathematische Gleichung (z. B. exponentialische Gewichtung des Stromes entsprechend Bild 35 in [1]) oder durch logische Funktionen (z.B. 1 bei normaler Luftfeuchtigkeit und ein höherer Wert unter einem bestimmten Luftfeuchtigkeitswert) definiert werden.In An advantageous embodiment of the invention will therefore be the Operating hours depending on weighted by the motor current, the humidity and the air temperature in such a way that the weighting at higher currents, in dry air and increases at high air temperature. The weighting of the operating time can through a table, through a simple mathematical equation (eg exponential weighting of the current according to picture 35 in [1]) or by logical functions (e.g., 1 at normal humidity and a higher value below a certain humidity level).

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrische Aufnahmeleistung des Motors gemessen oder aus Motorspannung und Motorstrom berechnet (P₁ = U_motI_mot). Der Verschleißindikator wird dann abhängig von der elektrischen Aufnahmeleistung des Motors bestimmt. Die Betriebszeit für die Berechnung des Verschleißgrades im mechanischen Kommutierungssystem wird abhängig von dieser besagten Aufnahmeleistung gewichtet, und zwar bei höherer elektrischer Aufnahmeleistung werden höhere Gewichtungswerte benutzt. Im einfachsten Fall wird die gemessene oder berechnete Aufnahmeleistung periodisch aufaddiert und als Verschleißindikator benutzt.In a further embodiment of the invention, the electrical power consumption of the motor is measured or calculated from motor voltage and motor current (P ₁ = U _mot I _mot ). The wear indicator is then determined depending on the electrical input power of the engine. The operating time for the calculation of the degree of wear in mechani The weight of the commutation system is weighted as a function of said recording power, and higher weighting values are used for higher electrical recording power. In the simplest case, the measured or calculated recording power is periodically added up and used as a wear indicator.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann statt der elektrischen Aufnahmeleistung die mechanische Abgabeleistung des Motors (Wellenleistung) benutzt werden. Dazu muss die Wellenleistung gemessen oder berechnet werden. Die Wellenleistung ist das Produkt der Drehzahl und des Drehmoments. Das Drehmoment ist mit guter Näherung proportional zum Motorstrom. Deshalb kann auch das Produkt des Motorstromes und der Drehzahl als Gewichtfaktor für die Berechnung des Verschleißgrades benutzt werden. Für eine genauere Berechnung kann es sinnvoll sein, aus dem Motorstrom den Leerlaufstrom abzuziehen.In a further embodiment of the invention may instead of the electrical Recording power The mechanical power output of the motor (shaft power) to be used. For this, the shaft power must be measured or calculated become. The shaft power is the product of the speed and the torque. The torque is with good approximation proportional to the motor current. That's why the product of the motor current can also be used and the speed as a weight factor for the calculation of the degree of wear to be used. For a more accurate calculation, it may be useful from the motor current subtract the no-load current.

Die besagte Gewichtung der Betriebszeit wird periodisch, anhand der Messwerte ausgewertet, die von den vorher beschriebenen Sensoren geliefert werden. Die Periodenzeit für diese Rechnungen kann in Abhängigkeit der freien Rechenkapazität des verwendeten Bausteins (z.B. Mikrocontroller) und des Typs des nichtflüchtigen Speichers gewählt werden. Bei einigen Speichern, wie z.B. bei batteriegepufferten RAMs spielt die Zahl der Schreibzyklen keine beschränkende Rolle. Bei anderen Speichertypen, wie z.B. bei EEPROMs, ist die maximale Zahl von Schreibzyklen definiert und soll nicht überschritten werden.The said weighting of the operating time is periodically based on the Measured values evaluated by the previously described sensors to be delivered. The period for these calculations can be in dependence the free computing capacity the type of device used (e.g., microcontroller) and type of nonvolatile Memory selected become. For some memories, such as with battery-backed RAMs does not play a limiting role in the number of write cycles. For other types of storage, such as with EEPROMs, the maximum is Number of write cycles defined and should not be exceeded.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gibt der Motor selbsttätig eine Warnung aus, falls der geschätzte Verschleißgrad im mechanischen Kommutierungssystem einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Dazu kann die im Motor integrierte Betriebselektronik einen digitalen Ausgang enthalten. Das digitale Warnsignal kann dann von einer übergeordneten externen Steuerung verarbeitet werden. Die im Motor integrierte Betriebselektronik kann aber auch Mittel zum Ausgeben eines optischen Warnsignals enthalten. Die Warnung kann ein einfaches Lichtsignal sein, zum Beispiel ausgegeben von einer Leuchte oder einer Leuchtdiode (LED). Die Elektronik kann aber auch eine aufwendigere Anzeige enthalten wie es oft bei Frequenzumrichtern der Fall ist. In diesem Fall kann die Warnung in verschiedenen Sprachen im Klartext erscheinen. Es ist aber auch möglich, mit einem entsprechenden Mittel, zum Beispiel mit einem Summer, ein akustisches Warnsignal auszugeben.In an advantageous embodiment of the invention, the engine is automatically one Warning off, if the estimated degree of wear exceeds a predefined limit in the mechanical commutation system. For this purpose, the integrated in the engine operating electronics a digital Output included. The digital warning signal can then be from a parent external control are processed. The integrated in the engine However, operating electronics can also be means for outputting an optical warning signal contain. The warning may be a simple light signal, for Example issued by a light or a light emitting diode (LED). The electronics can also contain a more complex display as is often the case with frequency converters. In this case can the warning in different languages appear in clear text. It but it is also possible with an appropriate means, for example a buzzer, to issue an audible warning.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Betriebselektronik Mittel zur Buskommunikation. Für diesen Zweck kommen verschiedene, handelsübliche Kommunikationssysteme in Frage (CAN-Bus, Profibus, Ethernet, Interbus-S, LON, DeviceNet, usw.). Entweder fragt die übergeordnete, externe Steuerung den Verschleißgrad im mechanischen Kommutierungssystem des Motors ab, oder sendet der Motor selbsttätig ein Warntelegramm aus, falls der Verschleißgrad einen festen oder programmierbaren, vordefinierten Grenzwert überschreitet. Mit entsprechender Ausgestaltung ist es aber auch möglich, dass die im Motor integrierte Betriebselektronik bei einer Grenzwertüberschreitung eine E-Mail oder ein SMS sendet. Für die Sendung einer SMS benötigt die Betriebselektronik ein entsprechendes Mittel, zum Beispiel ein GSM-Interface.In In another embodiment of the invention, the operating electronics include means to the bus communication. For This purpose is achieved by various commercial communication systems Question (CAN bus, Profibus, Ethernet, Interbus-S, LON, DeviceNet, etc.). Either the parent asks, external control the degree of wear in the mechanical commutation system of the engine, or sends the Engine automatically a warning telegram if the degree of wear is a fixed or programmable, exceeds predefined limit. With appropriate design, but it is also possible that the operating electronics integrated in the motor when the limit value is exceeded an e-mail or sends an SMS. For the transmission of an SMS is required the operating electronics a corresponding means, for example a GSM interface.

Die folgenden Zeichnungen veranschaulichen die bevorzugten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigen:The The following drawings illustrate the preferred embodiments. Showing:

1 bis 5: Beispiele für die elektronischen Schaltungen, mit denen die Drehzahl eines Kommutatormotors beeinflusst werden kann 1 to 5 : Examples of the electronic circuits with which the speed of a commutator motor can be influenced

6 bis 7: Ausführungsbeispiele für den Ablauf, wie die Berechnung des Verschleißindikators und seine Auswertung durchgeführt werden können. 6 to 7 Embodiments for the process, how the calculation of the wear indicator and its evaluation can be performed.

1 zeigt die Schaltung eines Gleichspannungsstellers, bestehend aus einem steuerbaren Leistungsschalter T (z.B. IGBT oder MOSFET) und einer Diode D. Die Drehzahl des Motors M wird durch die Beeinflussung der Motorspannung gesteuert. Die wirksame Motorspannung wird durch entsprechende Steuerung, wie z.B. eine Pulsweitenmodulierung (PWM) vorgegeben. Mit dieser Schaltung kann nur ein 1-Q Betrieb realisiert werden, da weder die Spannungspolarität, noch die Stromrichtung verändert werden kann. 1 shows the circuit of a DC voltage controller, consisting of a controllable power switch T (eg IGBT or MOSFET) and a diode D. The speed of the motor M is controlled by the influence of the motor voltage. The effective motor voltage is specified by appropriate control, such as a pulse width modulation (PWM). With this circuit, only a 1-Q operation can be realized, since neither the voltage polarity, nor the current direction can be changed.

2 zeigt eine H-Brückeschaltung bestehend aus vier Leistungsschaltern (T₁ bis T₄) für ein 4-Q Betrieb. 2 shows an H-bridge circuit consisting of four circuit breakers (T ₁ to T ₄ ) for a 4-Q operation.

3 zeigt eine entsprechende Schaltung für Wechselstromanspeisung. Die Diodenbrücke zusammen mit dem Pufferkondensator erzeugt aus der Wechselspannung eine Gleichspannung. Für den Bremsbetrieb ist eine Bremsschaltung, bestehend aus einem Bremstransistor T_B und aus einem Bremswiderstand R_B, vorgesehen. Bei Bedarf kann die Schaltung mit einer Stromfaktorkorrekturschaltung (PFC) ergänzt werden. 3 shows a corresponding circuit for AC supply. The diode bridge together with the buffer capacitor generates a DC voltage from the AC voltage. For the braking operation, a brake circuit, consisting of a brake transistor T _B and a braking resistor R _B , is provided. If necessary, the circuit can be supplemented with a power factor correction circuit (PFC).

Die veränderbare Gleichspannung für die Motorspeisung kann aus einem Wechselspannungsnetz oder aus einem Drehstromnetz durch einen gesteuerten Gleichrichter erzeugt werden. 4 zeigt als Beispiel einen halbgesteuerten Einphasengleichrichter, bestehend aus zwei Thyristoren Th₁ und Th₂, sowie aus zwei Dioden D₁ und D₂.The variable DC voltage for the motor supply can be generated from an AC voltage network or from a three-phase network by a controlled rectifier. 4 shows as an example a half-controlled single-phase equation Richter, consisting of two thyristors Th ₁ and Th ₂ , as well as two diodes D ₁ and D ₂ .

5 zeigt eine Phasenanschnittsteuerung, bestehend aus einem Triac, zur Drehzahlstellung eines Universalmotors. 5 shows a phase control, consisting of a triac, for speed setting of a universal motor.

All diese Schaltungen können erfindungsgemäß mit einem Verschleißindikator ergänzt werden. In einer einfachen Ausführung werden die Betriebstunden gezählt, in denen der Motor freigegeben wurde. Den Ablauf zeigt 6. Dieser Ablauf kann z.B. durch einen programmierbaren Baustein wie einen Mikrocontroller realisiert werden. Der im Bild dargestellte Ablauf wird periodisch, z.B. jede Minute einmal, durchgeführt. Der Zählerwert N_V, der den Verschleißgrad des Kommutatorsystems abschätzt, wird bei jedem Ablauf um einen erhöht, falls der Motor freigegeben ist. Überschreitet der Zählerwert N_V einen vorgegebenen Grenzwert N_Grenze, wird eine Warnung ausgegeben.All of these circuits can be supplemented according to the invention with a wear indicator. In a simple design, the operating hours are counted in which the engine was released. The process shows 6 , This process can be realized, for example, by a programmable component such as a microcontroller. The sequence shown in the picture is carried out periodically, eg once every minute. The counter value N _V , which estimates the degree of wear of the commutator system, is increased by one each time the motor is enabled. If the counter value N _V exceeds a predetermined limit value N _limit , a warning is output.

7 zeigt den Ablauf, falls einige Betriebsparameter bei der Einschätzung des Verschleißgrades herangezogen werden. So können zum Beispiel Drehzahl- (n), Spannung- (U), Strom- (I), Temperatur- (T) und Luftfeuchtigkeitswerte (F) gemessen und eingelesen werden. Der Zählwert wird hier mit einem Faktor f(n, U, I, T, F) erhöht, wobei dieser Faktor von den genannten Betriebsparametern abhängen kann. 7 shows the process, if some operating parameters are used in the assessment of the degree of wear. For example, speed (n), voltage (U), current (I), temperature (T) and humidity (F) values can be measured and read. The count value is increased here by a factor f (n, U, I, T, F), which factor may depend on the mentioned operating parameters.

Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen.The Invention is not limited to the illustrated and described embodiments limited, but also includes all the same in the context of the invention Versions.

Claims

Electric motor with a mechanical commutation system, consisting of a connected to the motor shaft, rotating commutator and at least two brushes, and integrated with an operating electronics in the engine, characterized in that the integrated operating electronics includes means for estimating the degree of wear in the mechanical commutation.

Motor according to claim 1, characterized in that the integrated operating electronics issue a warning if the estimated degree of wear exceeds a predefined limit in the mechanical commutation system.

Motor according to claim 1 or 2, characterized that the degree of wear in the mechanical commutation system on the basis of hours worked estimated becomes.

Motor according to claim 1 or 2, characterized that for the assessment of the degree of wear in the mechanical commutation system as well as the operating hours too one or more other operating parameters, such as voltage, current, speed, Winding temperature, ambient temperature and / or humidity, to be used.

Motor according to claim 4, characterized in that the motor current is measured by the operating electronics and the Weighting of the operating time for the calculation of the degree of wear in the mechanical commutation system from the measured motor current value depends and at higher motor currents become higher Weight values used.

Motor according to claim 4, characterized in that the winding and / or the ambient temperature of the operating electronics measured and the weighting of the operating time for the calculation the degree of wear in the mechanical commutation system of the measured temperature values depends and at higher Temperature values become higher Weight values used.

Motor according to claim 4, characterized in that the humidity with a suitable sensor from the operating electronics measured and the weighting of the operating time for the calculation the degree of wear in the mechanical commutation system of the measured humidity value depends At low humidity higher weighting values are used.

Motor according to claim 4, characterized in that the electrical input power of the motor measured or from motor voltage and motor current is calculated and the weighting of the operating time for the Calculation of the degree of wear in mechanical commutation system of the electric power consumption depends on the engine, and indeed at higher electrical recording power higher weighting values are used.

Motor according to claim 4, characterized in that the mechanical power output of the engine is measured or taken from the Rotor speed and from the motor current is calculated and the weighting of Operating time for the calculation of the degree of wear in the mechanical commutation system of the mechanical power output depends on the engine, and at higher mechanical power output, higher weighting values are used.

Motor according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation of the degree of wear in the mechanical commutation by a programmable construction such as microprocessor, microcontroller, DSP, FPGA or similar happens.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the evaluation of the degree of wear in the mechanical commutation system by an application-specific Module (ASIC) happens.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the operating electronics non-volatile Memory such as Flash, EEPROM, FRAM, MRAM or battery-backed RAM for storing the current degree of wear in the mechanical commutation system and / or for storing one or more operating values for estimating this wear degree contains.

Motor according to claims 10 and 12, characterized that the non-volatile Memory is integrated in the programmable module.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the integrated operating electronics a digital Output for issuing a warning message contains.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the integrated operating electronics means for Issuing an audible or visual warning signal contains.

Motor according to claim 15, characterized in that Issue the warning by a lamp or by a light emitting diode becomes.

Motor according to claim 15, characterized in that the warning appears by a clear text message.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the integrated operating electronics means for Bus communication contains.

Motor according to claim 18, characterized in that the communication system is a CAN bus.

Motor according to claim 18 or 19, characterized that a parent, external control by the bus communication the degree of wear in the can query mechanical commutation.

Motor according to one of Claims 18 to 20, characterized that the integrated operating electronics automatically by the bus system Warntelegramm sends, if the degree of wear in the mechanical commutation exceeds a predefined limit.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the integrated operating electronics means for Sending a text message contains.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the integrated operating electronics means for Sending an e-mail contains.

Motor according to one of the preceding claims characterized characterized in that the motor is a DC motor, a universal motor or a repulsion motor.