DE3818722C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen der Temperatur eines Elektromotors nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 32 25 280 bekannt.

Bei Motorsteuerungen ist die Kenntnis der Motortemperatur oft zur Stromvorgabe und/oder zum Überlastungsschutz er­ wünscht. Allgemein gibt es zwei Verfahren, eine Temperaturan­ zeige zu erhalten: Die Messung und die Simulation.

Das erste Verfahren, die Messung, wie es z.B. aus der US 32 25 280 bekannt ist, wird mit einem auf Temperatur an­ sprechenden Bauelement wie einem Thermistor durchgeführt. Das auf Temperatur ansprechende Bauelement ist typischerweise im Gehäuse des Elektromotors untergebracht und gibt dadurch eine zuverlässige und relativ genaue Anzeige der Temperatur. Jedoch werden durch diese Lösung die Installationskosten be­ trächtlich erhöht, da ein zusätzliches Leiterpaar für diesen Zweck erforderlich ist, um das auf Temperatur ansprechende Element mit der Motorsteuerung zu verbinden. Die Verwendung eines zusätzlich nötigen Leiterpaares erfordert einen zusätz­ lichen Motorsteuerungs-Eingang.

Aus der US 36 46 396 ist ferner als Temperaturschutzelement ein Thermoschalter im Gehäuse des Elektromotors vorgesehen. Der Thermoschalter ist dabei in eine Leitung zwischen einer Wechselstromquelle und einen den Ankerstrom liefernden Gleichrichter eingeschaltet.

Auch bei diesem bekannten Elektromotor ist ein zusätzliches Leiterpaar für den Thermoschalter erforderlich, da der von der Wechselspannungsquelle gelieferte Strom zunächst zum Thermoschalter im Motor und wieder zurück zum Gleichrichter geführt werden muß.

Das zweite Verfahren, die Simmulation, basiert auf einem theoretisch oder empirisch abgeleiteten Modell des Elektromo­ tors und erfordert üblicherweise die Kenntnis des Motor­ stroms, der Umgebungstemperatur und der Wärmeableitungsfähig­ keit des Elektromotors. Diese Lösung beeinflußt die Installa­ tionskosten nicht beträchtlich, jedoch ist die sich ergeben­ de Temperaturbewertung nur so zuverlässig und genau, wie es das Modell zuläßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art unter besonderer Berücksichtigung einer Verwendung bei einem Elektromotor für Kurzzeitbetrieb zu vereinfachen. Die Zuverlässigkeit und die Meßgenauigkeit soll hierbei nicht vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhän­ gigen Ansprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines auf Temperaturän­ derungen ansprechenden Bauelements, bei der für die Ermitt­ lung von Temperaturmeßwerten Leiter der Anker- und Feldstrom­ zuführung verwendet werden, wird erreicht, daß eine zuverläs­ sige und genaue Messung der tatsächlichen Temperatur des Elektromotors durchgeführt werden kann, ohne daß für die Tem­ peraturmessung ein gesondertes Leiterpaar erforderlich ist. Aufgrund des Fehlens eines zusätzlichen Leiterpaares sind auch keine zugehörigen zusätzlichen Steueranschlüsse mit ent­ sprechenden Verbindern an der Motorsteuerung erforderlich.

Die Erfindung ermöglicht somit eine Temperaturmessung am Motor ohne die zusätzlichen mit dem Anbringen eines getrenn­ ten dafür eingesetzten Leiterpaares anfallenden Kosten.

Die Erfindung wird nachfolgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung einschließlich einer Computersteuereinheit zum Ausführen der Motorsteuerung und der Temperaturüberwa­ chung und

Fig. 2, 3 Flußdiagramme zur Erläuterung der durch die Computer-Steuereinheit durchgeführten Motor­ funktionen und der Temperaturüberwachungs­ funktionen.

In Fig. 1 ist in dem gestrichelt umschlossenen Gebiet 10 schematisch ein Gleichstrommotor dargestellt mit einer Feld­ wicklung 12, einer Ankerwicklung 14 und einer Bürstenanord­ nung 16, durch welche der Ankerwicklung 14 Strom zugeführt wird. Eine Motorsteuerung ist in dem gestrichelt umschlosse­ nen Gebiet 18 enthalten, und diese ist dazu ausgelegt, die Ankerwicklung 14 und die Feldwicklung 12 mit Strom von einer entsprechenden Quelle wie einer Speicherbatterie 20 zu ver­ sorgen. Die Feldwicklung 12 ist über die Leiter 22 und 24 und die Ankerwicklung 14 über die Leiter 26 und 28 mit der Motorsteuerung verbunden.

Ein Thermistor 30 bildet zusammen mit den Widerständen 32 und 34 einen Thermistorkreis zur Erfassung der Temperatur im Gleichstrommotor 10. Der Widerstand des Thermistors 30 ändert sich in Abhängigkeit von seiner Temperatur, und der Parallelwiderstand 32 dient dazu, die Widerstandsveränderung zu linearisieren. Der Serienwiderstand 34 verringert die Selbsterhitzung des Thermistors 30 durch Begrenzung des Stromdurchflusses während des Normalbetriebs des Gleichstrom­ motors 10.

Eine Klemme des Thermistorkreises ist am Leiter 24 und die andere Klemme des Thermistorkreises am Leiter 26 angeschlos­ sen.

Der Thermistor 30 ist an einem Element des Gleichstrommotors 10 angebracht, dessen Temperatur überwacht werden soll. Bei einer Ausgestaltung soll die Temperatur des Ankers überwacht werden. Der Thermistor 30 ist deshalb an einem stationären Element der Bürstenanordnung 16 befestigt.

Bei der dargestellten Ausführung weist die Motorsteuerung 18 eine Steuereinheit 36 in Form eines Microcomputers und Feld- und Ankeransteuerkreise 38 bzw. 40 auf, welche von der Steu­ ereinheit 36 angesteuert werden. Die Steuereinheit 36 kann ggfs. auch analog aufgebaut sein.

Die Arbeitsweise der Steuereinheit 36 wird nachfolgend be­ schrieben:

Die Steuereinheit 36 gibt die Einschaltzylken D C _F und DC _A für die Feld- und Ankerwicklungen 12 bzw. 14 in Abhängigkeit von einer Anzahl von Eingangssignalen vor, wobei der Anker­ wicklungseinschaltzyklus D C _A auch durch die Ankertemperatur festgelegt ist. In Abhängigkeit von diesen Einschaltzyklen D C _F und DC _A werden durch die Feld- und Anker-Steuerkreise 38 bzw. 40 über Leitungen 42 bzw. 44 die Feld- bzw. Ankerwicklungen 12 und 14 mit der Speicherbatterie 20 verbunden. Die elektrische Verbindung von Speicherbatterie 20 und Motorsteu­ erung 18 ist durch die gestrichelten Linien 46 und 48 ange­ deutet. Die Feld- bzw. Anker-Steuerkreise 38, 40 enthalten Strommeßmittel wie Nebenwiderstände (nicht dargestellt) und geben Meßsignale I _F und I _A der Feld- bzw. Ankerströme über Eingangsleitungen 50 bzw. 52 an die Steuereinheit 36.

Der Thermistorkreis aus dem Thermistor 30 und den Widerstän­ den 32 und 34 liegt in Reihe mit einem Widerstand 54 und der Speicherbatterie 20 (Leitungen 56, 60, 58), so daß ein Span­ nungsteiler gebildet wird. Die Verbindungsstelle 62 zwischen dem Thermistorkreis und den Widerstand 54 ist über die Leit­ ung 64 mit der Steuereinheit 36 verbunden. Die Spannung an der Verbindungsstelle 62 ändert sich umgekehrt zur Wider­ standsänderung des Thermistorkreises und ergibt so eine An­ zeige der Motortemperatur für die Steuereinheit 36, sobald kein Anker- bzw. Feldstrom vorhanden ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Flußdiagramme der Computerprogramme, welche in der Steuereinheit 36 bei Ausführung der Motorsteu­ erfunktionen und der Temperaturüberwachungsfunktionen ablauf­ en. Das Flußdiagramm in Fig. 2 ist ein Hauptschleifenpro­ gramm, während das Flußdiagramm nach Fig. 3 ein Unterpro­ gramm zur Aktualisierung eines Temperatursimulationsprogram­ mes ist.

Die Hauptschleife in Fig. 2 geht nach der Initialisierung 70 zum Schritt 72 und führt einige Befehle aus, wie sie bei jedem Motorbetriebsablauf zur Initialisierung der verschiede­ nen Anschlüsse und Register in einem Microcomputer ausge­ führt werden. Insbesondere dient Schritt 72 dazu, die Span­ nung an der Verbindungsstelle 62 abzutasten, um einen Wert als anfängliche Motortemperatur zu erhalten, und diesen Wert TEMP EING in einem Temperaturzähler TEMP CTR zu spei­ chern. Danach werden die Schritte 74 bis 80 nacheinander wie­ derholt ausgeführt, wie es die Flußdiagrammlinien zeigen, um die Motorsteuerungs- und Temperaturüberwachungsfunktionen auszuführen.

Die Schritte 74 bis 78 gehören zur Steuerung des Gleichstrom­ motors 10. Der Schritt 74 dient dazu, die verschiedenen ande­ ren Eingangssignale außer dem Temperaturwert zu lesen. Wie bereits angeführt, gehören dazu z.B. die Meßsignale I _F und I _A für den Feld- und den Ankerstrom (Eingangsleitungen 50 und 52). Auf Grundlage der verschiedenen Eingangssignale werden dann die Schritte 76 und 78 ausgeführt, um die Ein­ schaltzyklen DC _F und DC _A für den Feld- und den Ankerstrom festzusetzen und Steuersignale an die Feld- bzw. Anker-Steu­ erkreise 38 und 40 über Leitungen 42 bzw. 44 abzugeben. Im Schritt 76 wird der Einschaltzyklus DC in Abhängigkeit von dem im TEMP CTR gespeicherten Temperaturwert festgesetzt.

Der Schritt 80 zeigt die Ausführung des TEMP CTR-Aktualisie­ rungs-Unterprogramms, wie es das Flußdiagramm in Fig. 3 zeigt. Wie hier dargestellt, werden zunächst die Entschei­ dungsschritte 82, 84 ausgeführt, um zu bestimmen, ob der Anker- und Feldstrom angenähert Null sind. Trifft dies zu, werden die Schritte 86 und 88 ausgeführt, um den Temperatur­ wert TEMP EING zu lesen und diesen Wert in TEMP CTR, wie oben angeführt, zu speichern, womit das Unterprogramm abge­ schlossen ist.

Falls einer der Entscheidungsschritte 82 oder 84 mit nein beantwortet wird, ist die Spannung am Verbindungspunkt 62 nicht der Motortemperatur proportional, infolge des Einflus­ ses der Feld- bzw. Anker-Wicklungsspannungen, und es wird dann der Flußdiagrammabschnitt ausgeführt, der allgemein mit Bezugszeichen 90 bezeichnet ist, um den in TEMP CTR gespei­ cherten Temperaturwert z.B. aufgrund Lage des Ankerstromes zu aktualisieren.

In diesem Flußdiagrammabschnitt 90 werden ein oder mehrere Entscheidungsschritte 92 bis 100 ausgeführt, um die Größe des Ankerstroms relativ zu sechs vorbestimmten Stromberei­ chen zu bestimmen. Die Strombereiche beziehen den Ankerstrom auf die sich ergebenden Änderungen der Ankertemperatur und werden für eine bestimmte Einrichtung empirisch bestimmt.

Falls der Ankerstrom kleiner oder gleich 5 A ist, wird der in TEMP CTR gespeicherte Wert um einen Zählwert erniedrigt, wie im Schritt 102 dargestellt. Falls der Ankerstrom größer als 5 A ist, jedoch kleiner als 20 A, wird der Wert in TEMP CTR entsprechend Linie 104 nicht geändert. Falls der Anker­ strom mindestens 20 A, jedoch weniger als 30 A beträgt, wird der in TEMP CTR gespeicherte Wert um einen Zählwert gemäß Schritt 106 erhöht. Falls der Ankerstrom mindestens 30 A, jedoch weniger als 50 A beträgt, wird der in TEMP CTR gespei­ cherte Wert um drei Zählschritte erhöht, wie im Schritt 108 gezeigt. Falls der Ankerstrom mindestens 50 A, jedoch weni­ ger als 70 A beträgt, wird der in TEMP CTR gespeicherte Wert um fünf Zählschritte erhöht, wie in Schritt 110 gezeigt. Falls der Ankerstrom größer oder gleich 70 A ist, wird der Wert in TEMP CTR um zehn Zählschritte erhöht, wie in Schritt 112 gezeigt.

Die Genauigkeit der in TEMP CTR gespeicherten Temperaturwer­ te hängt zu einem beträchtlichen Teil davon ab, wie oft der Feld- und der Ankerstrom auf Null abfallen. Selbstverständ­ lich ist es umso besser, je öfter das der Fall ist. Bei einem Einsatz der Erfindung, bei dem der Gleichstrommotor 10 als Hilfsleistungsquelle für ein Kraftfahrzeuglenksystem be­ nutzt wurde, ergab sich der in TEMP CTR gespeicherte Tempera­ turwert als eine zuverlässige und genaue Darstellung der Mo­ toranker-Temperatur.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Überwachen der Temperatur eines Anker- (14) und Feldwicklung (12) aufweisenden Elektromotors (10)

• - mit einem auf Temperaturänderungen ansprechenden Bau­ element (30), das im Elektromotor (10) angeordnet ist und das auf eine den Strom in der Anker- (14) und Feld­ wicklung (12) regelnden Motorsteuerung (18) einwirkt, dadurch gekennzeichnet,
• - daß das Bauelement (30) zwischen einem Leiter (26) der Ankerstromzuführung (26, 28) und einem Leiter (24) der Feldstromzuführung (22, 24) angeschlossen ist,
• - daß die Motorsteuerung (18) eine Einrichtung zur Tempera­ turüberwachung (36, 54) aufweist und mit dem Bauelement (30) durch den einen Leiter (26) der Ankerstromzuführung (26, 28) und den einen Leiter (24) der Feldstromzufüh­ rung (22, 24) verbunden ist und
• - daß die Einrichtung zur Temperaturüberwachung (36, 54) immer dann, wenn der Anker- und der Feldstrom angenähert Null sind, Temperaturmeßwerte ermittelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Temperatur ansprechende Bauelement ein Thermi­ stor (30) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Elektromotor (10) eine Bürstenanordnung (16) zur Führung des Ankerstroms (14) enthält und
• - daß das auf Temperatur ansprechende Bauelement (30) an der Bürstenanordnung (16) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Temperaturüberwachung (36, 54) aus gespeicherten Temperaturmeßwerten, die nach jeder Messung durch die ermittelten Temperaturmeßwerte ersetzt werden, abhängig von Motorparametern Temperaturwerte er­ rechnet.