EP3571749A1 - Winding temperature monitoring - Google Patents

Winding temperature monitoring

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Publication number
EP3571749A1
EP3571749A1 EP18701135.8A EP18701135A EP3571749A1 EP 3571749 A1 EP3571749 A1 EP 3571749A1 EP 18701135 A EP18701135 A EP 18701135A EP 3571749 A1 EP3571749 A1 EP 3571749A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
sensor
arrangement
winding
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18701135.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Lipp
Werner Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Original Assignee
Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG filed Critical Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Publication of EP3571749A1 publication Critical patent/EP3571749A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H6/00—Emergency protective circuit arrangements responsive to undesired changes from normal non-electric working conditions using simulators of the apparatus being protected, e.g. using thermal images

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for monitoring the winding temperature of a motor, as well as a motor which is formed with such a temperature monitoring arrangement.
  • an electric motor with a rotor and a stator with a winding package is known and with a temperature measuring device for detecting the temperature or temperature change of the winding package.
  • the temperature measuring device has a bifilar temperature sensor which extends at least in sections on the circumference of the winding package.
  • a device for monitoring the temperature of an electric motor is known.
  • a signal processing generates a corrected temperature signal, which is used to monitor the electric motor for thermal overload, in response to an output signal of a temperature sensor arranged in the vicinity of the electric motor.
  • the signal processing also generates the corrected temperature signal in response to a past output of the temperature sensor.
  • stators of an electrical machine are known, with electrical coils and with a temperature sensor for detecting the temperature at one of the electric coils, wherein the temperature sensor is provided in the region between two coils on a sensor carrier and a sensor element and at least one connected to the sensor element Sensor cable includes.
  • the disadvantage is that the sensor element of the temperature sensor is not securely contacted with the coils.
  • the temperature measurement is improved by the sensor carrier having a spring element which presses the sensor element against one of the coils.
  • the current drawn by the electric motor is monitored. If the motor current exceeds the permissible continuous current for a longer period of time, the motor is switched off via the motor-protective circuit-breaker or in the case of variable-speed three-phase motors via the frequency inverter.
  • thermoswitches are inserted in the winding before the press-fitting process and the connecting leads are connected to a printed circuit board. If the temperature determined in this way reaches a predetermined, maximum permissible limit value in the vicinity of the motor winding, the electric motor is also switched off here.
  • a signal processing is provided which generates a corrected temperature signal as a function of the output signal and of at least one output signal of the temperature sensor lying in the past.
  • thermocouple or sensor in the winding results in a high assembly cost and the need for an early shutdown of the engine in case of failure due to a large temperature difference between the affected winding and the circuit board, which in turn leads to a load problem of the engine due to low utilization , - -
  • the basic idea of the invention is to detect the temperature not at the winding but at a position spaced apart from the winding and to provide corresponding sensor mounting spaces in order to carry out an indirect temperature measurement.
  • a space for accommodating or integrating a temperature sensing element can be provided according to the invention on or in the stator.
  • the detected temperature outside the winding inside is corrected via a correction element with evaluation electronics to the temperature value in the windings.
  • an arrangement for the indirect detection of the winding temperature of the windings or tooth windings (concentrated winding / single tooth winding) of an electric motor which is designed with a stator packet comprising at least one sensor mounting space within the stator core, the respective sensor mounting space being offset from the windings of the motor.
  • Detet is arranged and for detecting the respective local temperature TL with at least one temperature sensor, which is arranged in a sensor space and a correction member for determining the winding temperature Tw from the respective detected by a temperature sensor local temperature TL and a correction value KL.
  • the respective correction element or the correction value KL can be defined as a factor, as an equation or as a measured set of curves.
  • the senor or the sensor spaces as a recess (s), bore (s) or punched (s) are provided in the stator.
  • Temperature sensors are already taken into account in the punching of the stator laminated core, which causes no additional costs and thus enables cost-effective implementation.
  • At least one sensor mounting space is arranged in the packet yoke of the stator core.
  • At least one sensor mounting space is arranged in the packet tooth of the stator packet.
  • At least one sensor mounting space in the plastic shaft of the stator is arranged, preferably in a longitudinal groove in the plastic shaft with a depth to the stator.
  • an evaluation electronics is provided, which is connected to the or the temperature sensors and is designed to calculate the temperature of the windings from the local measured temperature.
  • correction value KL in the correction element is adjustable or manually changeable.
  • the correction value KL in the correction element is adjustable or manually changeable.
  • the real measured variable is fed to the evaluation electronics. This corrects with the correction term the outer indirect temperature value to the winding temperature value.
  • the actual temperature value can also be compared with a desired value. Exceeds e.g. the actual value is the setpoint, the electronics switches the motor winding de-energized via switching elements.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for indirectly detecting the winding temperature of the windings or tooth windings of an electric motor with an arrangement as described above with the following - -
  • the method is designed so that at least one temperature gradient ATL is detected at the location of a temperature sensor and the correction factor is automatically adjusted as a function of the temperature gradient ATL.
  • the evaluation electronics are each further supplied with a desired value specification for one or more of the windings or is / are stored in a nominal value memory and this is compared individually with the calculated actual temperature Tw of the windings, wherein a shutdown device is activated as soon as a calculated actual temperature Tw of one of the windings exceeds a defined desired value.
  • Another aspect of the present invention relates to an electric motor having an arrangement as described above for indirectly detecting the winding temperature of the windings of the electric motor.
  • FIG. 1 shows a partial sectional view through a stator of an electric motor with a temperature monitoring device according to the invention
  • FIG. 1 shows a partial sectional view through an arrangement 1 with a stator core 4 of an electric motor 3 (see also the illustration of FIG. 3) for the indirect detection of the winding temperature of the tooth windings 2 of the electric motor 3.
  • a sensor mounting space 5 is arranged merely by way of example in the plastic shaft 6 of the stator core 4.
  • the sensor areas 5 are not all in the immediate vicinity of the windings 2. Rather, each sensor space 5 is arranged at a distance from the windings 2 of the motor 3.
  • a temperature sensor 10 is arranged in each case in the sensor areas 5.
  • the sensor spaces 5 in the stator 4 are formed in this embodiment as a punched.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an arrangement 1 according to the invention.
  • a correction element 20 is also provided.
  • the winding temperature Tw can be calculated from the respective detected by a temperature sensor 10 local temperature TL.
  • Different (individually adjustable) correction values KL can also be stored for the different sensor positions.
  • the winding temperature Tw of a specific winding is determined from the superimposed values of two or more of the sensors 10 by dividing the determined temperatures and / or temperature gradients into contributions from the respective temperature sensor 10, which are determined from the absolutely measured localization.
  • the temperature gradient over time can be determined in addition to the temperature TL at a specific point in time, as shown in FIG.
  • the temperature rises much faster than in the lower curve (b).
  • a setpoint specification for one or more of the windings 2 be predetermined or stored in a setpoint memory and these are compared with the calculated actual temperature Tw of the respective windings to be monitored 2, wherein a shutdown device 40 is activated as soon as a calculated actual temperature Tw exceeds a desired value.

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Abstract

The invention relates to an arrangement (1) for indirectly detecting the winding temperature of the tooth windings (2) of an electric motor (3) formed with a stator core (4) comprising at least one sensor installation space (5) within the stator core (4), wherein the respective sensor installation space (5) is arranged at a distance from the windings (2) of the motor (3) for the purpose of detecting the respectively local temperature TL using at least one temperature sensor (10) which is arranged in a sensor installation space (5), and also a correction element (20) for ascertaining the winding temperature Tw from the respective local temperature TL, which is detected by a temperature sensor (10), and a correction value KL.

Description

Wicklungstemperaturüberwachung  Winding temperature monitoring
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung der Wickiungstemperatur eines Motors, sowie einen Motor, der mit einer solchen Temperaturüberwachungsanordnung ausgebildet ist. The invention relates to an arrangement for monitoring the winding temperature of a motor, as well as a motor which is formed with such a temperature monitoring arrangement.
In elektrischen Antrieben und Motoren ist es nahezu unvermeidlich, dass im Motor Wärmeverluste auftreten. Für den Elektromotor gibt es demzufolge eine kritische obere Grenztemperatur. Sobald diese Grenztemperatur überschritten wird, kann der Motor beschädigt werden oder z. B. aufgrund eines Isolationsversagens der Wicklung ausfallen. - - In electric drives and motors, it is almost inevitable that heat losses occur in the engine. As a result, there is a critical upper limit temperature for the electric motor. Once this limit temperature is exceeded, the engine may be damaged or z. B. fail due to an insulation failure of the winding. - -
Es kann infolge von Betriebsstörungen an einer Antriebseinheit oder auch am Elektromotor selbst, zu einer unzulässig hohen Temperatur im Elektromotor kommen. Solche Fälle treten bei vorgesehenen hohen Belastungen der Maschine auf, wie bei Schwergängigkeiten oder z. B. bei Blockade der Mechanik. Auch verschmutzte Belüftungsgitter am Elektromotor können unerwünschte Temperaturerhöhungen nach sich ziehen. Überschreitet die Wicklung des Motors die zulässige Temperatur, nimmt der Elektromotor möglicherweise einen nicht behebbaren Schaden, was den Ausfall der gesamten Maschine nach sich ziehen kann. Insofern ist die Ermittlung der Wicklungstemperatur erforderlich. It can come as a result of malfunction of a drive unit or on the electric motor itself, to an inadmissibly high temperature in the electric motor. Such cases occur at intended high loads on the machine, as in binding or z. B. in blockade of mechanics. Even dirty ventilation grilles on the electric motor can cause unwanted temperature increases. If the motor winding exceeds the allowable temperature, the electric motor may sustain irreparable damage, which may result in the failure of the entire machine. In this respect, the determination of the winding temperature is required.
Darüber hinaus ist man bei der Auslegung des Motors gezwungen, einen Kompro- miss zwischen Baugröße und Lastmoment einzugehen. Insbesondere dann, wenn der Motor praktisch dauerhaft unterhalb seines Nennmomentes betrieben wird und nur kurzzeitige Lastspitzen oberhalb auftreten, ist es wirtschaftlich sinnvoll, den Motor nicht auf die Lastspitzen, sondern auf den zu erwartenden Mittelwert zuzüglich Sicherheitsreserve auszulegen. Um eine unnötige Überdimensionierung zu vermeiden, ist es auch aus diesem Grund erforderlich, die Motortemperatur zu ermitteln o- der jedenfalls die obere Grenztemperatur zu überwachen. In addition, when designing the motor, it is necessary to compromise the size and the load torque. In particular, when the engine is operated practically permanently below its rated torque and only short-term peak loads occur above, it makes economic sense not to interpret the engine on the peak loads, but on the expected mean plus safety reserve. In order to avoid unnecessary oversizing, it is also necessary for this reason to determine the engine temperature or in any case to monitor the upper limit temperature.
Aus der DE 199 25 699 C1 ist ein Elektromotor mit einem Rotor und einen Stator mit einem Wicklungspaket bekannt sowie mit einer Temperaturmeßeinrichtung zum Erfassen der Temperatur oder Temperaturänderung des Wicklungspakets. Um bei derartigen Elektromotoren die Temperatur oder Temperaturänderung besser erfassen zu können, ist vorgesehen, dass die Temperaturmeßeinrichtung einen bifilaren Temperatursensor aufweist, der sich zumindest abschnittsweise am Umfang des Wicklungspakets erstreckt. From DE 199 25 699 C1 an electric motor with a rotor and a stator with a winding package is known and with a temperature measuring device for detecting the temperature or temperature change of the winding package. In order to better detect the temperature or temperature change in such electric motors, it is provided that the temperature measuring device has a bifilar temperature sensor which extends at least in sections on the circumference of the winding package.
Aus der DE 199 39 997 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Temperatur eines Elektromotors bekannt. Eine Signalverarbeitung erzeugt in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines in der Nähe des Elektromotors angeordneten Temperatursensors ein korrigiertes Temperatursignal, das zur Überwachung des Elektromotors auf thermische Überlastung herangezogen wird. Die Signalverarbeitung erzeugt das korrigierte Temperatursignal außerdem in Abhängigkeit von einem in der Vergangenheit liegenden Ausgangssignal des Temperatursensors. Es sind ferner schon Statoren einer elektrischen Maschine bekannt, mit elektrischen Spulen und mit einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur an einer der elektrischen Spulen, wobei der Temperatursensor im Bereich zwischen zwei Spulen an einem Sensorträger vorgesehen ist und ein Sensorelement und zumindest ein mit dem Sensorelement verbundenes Sensorkabel umfasst. Nachteilig ist, dass das Sensorelement des Temperatursensors nicht sicher mit den Spulen kontaktiert. Damit wird nicht sicher die Temperatur der Spule, sondern unter Umständen die Temperatur im Spalt zwischen den Spulen gemessen. Die Temperaturmessung ist daher nicht zuverlässig. Bei der Lösung in der DE 10 2010 063 581 A wird die Temperaturmessung verbessert indem der Sensorträger ein Federelement aufweist, das das Sensorelement gegen eine der Spulen drückt. From DE 199 39 997 A1 a device for monitoring the temperature of an electric motor is known. A signal processing generates a corrected temperature signal, which is used to monitor the electric motor for thermal overload, in response to an output signal of a temperature sensor arranged in the vicinity of the electric motor. The signal processing also generates the corrected temperature signal in response to a past output of the temperature sensor. Furthermore, stators of an electrical machine are known, with electrical coils and with a temperature sensor for detecting the temperature at one of the electric coils, wherein the temperature sensor is provided in the region between two coils on a sensor carrier and a sensor element and at least one connected to the sensor element Sensor cable includes. The disadvantage is that the sensor element of the temperature sensor is not securely contacted with the coils. This is not sure the temperature of the coil, but possibly the temperature measured in the gap between the coils. The temperature measurement is therefore not reliable. In the solution in DE 10 2010 063 581 A, the temperature measurement is improved by the sensor carrier having a spring element which presses the sensor element against one of the coils.
Bei anderen bekannten Verfahren, die ohne einen Temperaturfühler auskommen, wird der vom Elektromotor gezogene Strom überwacht. Überschreitet der Motorstrom über einen längeren Zeitraum hinweg den zulässigen Dauerstrom, erfolgt die Abschaltung des Motors über Motorschutzschalter oder bei drehzahlregelbaren Drehstrommotoren über den Frequenzumrichter. In other known methods, which do not require a temperature sensor, the current drawn by the electric motor is monitored. If the motor current exceeds the permissible continuous current for a longer period of time, the motor is switched off via the motor-protective circuit-breaker or in the case of variable-speed three-phase motors via the frequency inverter.
Weitere bekannte Verfahren zum Schutz eines Elektromotors gegen Überhitzung sehen eine Temperaturmessung mittels eines Temperatursensors vor, der vornehmlich in die Motorwicklung eingebaut wird. So werden bei bekannten Ausführungsformen von Motoren mit umpressten Statoren z. B. Thermoschalter vor dem Umpress- vorgang in die Wicklung eingesetzt und die Anschlusslitzen mit einer Leiterplatte verbunden. Erreicht die auf diese Weise ermittelte Temperatur im Nahbereich der Motorwicklung einen vorgegebenen, höchstzulässigen Grenzwert, wird auch hierbei die Abschaltung des Elektromotors veranlasst. Ein derartiges Verfahren ist aus der Offenlegungsschrift DE 199 39 997 A1 bekannt, bei dem der Überlastungsschutz des Elektromotors insbesondere hinsichtlich des Zeitverhaltens verbessert werden soll. Dazu ist eine Signalverarbeitung vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal und von zumindest einem in der Vergangenheit liegenden Ausgangssignals des Temperatursensors ein korrigiertes Temperatursignal erzeugt. Other known methods for protecting an electric motor against overheating provide a temperature measurement by means of a temperature sensor, which is mainly installed in the motor winding. Thus, in known embodiments of motors with umstressten stators z. For example, thermoswitches are inserted in the winding before the press-fitting process and the connecting leads are connected to a printed circuit board. If the temperature determined in this way reaches a predetermined, maximum permissible limit value in the vicinity of the motor winding, the electric motor is also switched off here. Such a method is known from the published patent application DE 199 39 997 A1, in which the overload protection of the electric motor is to be improved, in particular with regard to the time response. For this purpose, a signal processing is provided which generates a corrected temperature signal as a function of the output signal and of at least one output signal of the temperature sensor lying in the past.
Bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen, bei denen der Termperatur- wächter direkt in der Wicklung verschaltet ist oder in den Nuten zwischen den Wiek- - - In the case of the solutions known in the prior art, in which the termperature monitor is connected directly in the winding or in the slots between the weighing elements. - -
lungen platziert wird, bedarf es eines hohen Montageaufwands, was eine kostengünstige Herstellung verhindert. Ferner wurde festgestellt, dass auch bei direkter Kontaktierung der Sensoren mit den Wicklungen große Streuungen, insbesondere abhängig von der genauen Position des Sensors als auch abhängig von den gewählten Materialien auftreten. Ob der Sensor direkt an der Motorwicklung anliegt, ist ferner abhängig von Toleranz des Wickeldrahts, dem Prozess beim Wickeln und dem Nutfüllfaktor. Lung is placed, it requires a high installation cost, which prevents cost-effective production. Furthermore, it has been found that even with direct contacting of the sensors with the windings, large variations occur, in particular depending on the exact position of the sensor and also on the materials selected. Whether the sensor rests directly on the motor winding also depends on the tolerance of the winding wire, the winding process and the slot fill factor.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren besitzen daher eine Reihe von Nachteilen, aus denen sich in der Praxis Probleme ergeben. Bei Verwendung eines Temperatursensors ist zur elektrischen Isolierung zwischen diesem und der Wicklung eine ausreichende Isolierschicht erforderlich. Diese Isolierschicht stellt zugleich eine thermische Isolierung dar, weswegen sich insbesondere bei Überlast mit hohen Strömen eine Temperaturdifferenz zwischen dem elektrisch aktiven Teil der Wicklung selbst und dem Temperatursensor ergibt. Eine verzögerte Abschaltung des Elektromotors bei bereits vorliegender Überhitzung der Motorwicklung ist die Folge. Dieser Effekt wird durch erhöhte Anforderungen an die elektrische Isolierung für den Personenschutz noch verstärkt. Über einen in die Wicklung eingebauten Temperatursensor wird überdies die Temperatur nur an einer einzigen Stelle der Wicklung erfasst. The known from the prior art devices and methods therefore have a number of disadvantages that arise in practice problems. When using a temperature sensor, a sufficient insulating layer is required for electrical insulation between it and the winding. This insulating layer also represents a thermal insulation, which is why, especially in overload with high currents, a temperature difference between the electrically active part of the winding itself and the temperature sensor results. A delayed shutdown of the electric motor with existing overheating of the motor winding is the result. This effect is exacerbated by increased requirements for electrical insulation for personal protection. Moreover, the temperature is detected only at a single point of the winding via a temperature sensor built into the winding.
Vor allem beim Betrieb an einem Frequenzumrichter mit kleinen Speisefrequenzen kann sich eine stark unterschiedliche Erwärmung der Wicklungsteile ergeben. Hierbei kann die heißeste Stelle der Wicklung, an der bereits eine Überhitzung vorliegt, nicht mit Sicherheit erfasst werden. Weiter störend ist die kapazitive Kopplung zwischen dem Temperatursensor und der Motorwicklung vor allem bei frequenzgesteuerten Motoren, weil Koppelströme über die Temperatursensorleitung übertragen werden. Especially when operating on a frequency converter with small supply frequencies can result in a very different heating of the winding parts. In this case, the hottest point of the winding, on which there is already overheating, can not be detected with certainty. Also disturbing is the capacitive coupling between the temperature sensor and the motor winding, especially in frequency-controlled motors, because coupling currents are transmitted via the temperature sensor line.
Ferner ergeben sich bei der Integration eines Thermofühlers oder Sensors in die Wicklung ein hoher Montageaufwand und die Notwendigkeit einer im Fehlerfalle frühen Abschaltung des Motors aufgrund einer großen Temperaturdifferenz zwischen der betroffenen Wicklung und der Leiterplatte, was wiederum zu einem Lastproblem des Motors aufgrund zu geringer Auslastung führt. - - Furthermore, the integration of a thermocouple or sensor in the winding results in a high assembly cost and the need for an early shutdown of the engine in case of failure due to a large temperature difference between the affected winding and the circuit board, which in turn leads to a load problem of the engine due to low utilization , - -
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors bereitzustellen, die kostengünstig realisierbar ist, den gesamten Montageaufwand reduziert und eine unzulässige Temperaturen der Wicklungen des Elektromotors zuverlässig erfasst, um eine rechtzeitige Motorabschaltung bei bzw. vor einer thermischen Überlastung vornehmen zu können. It is therefore an object of the present invention to overcome said disadvantages and to provide an arrangement and a method for monitoring the temperature of an electric motor which can be realized inexpensively, reduces the total assembly effort and reliably detects impermissible temperatures of the windings of the electric motor in order to ensure a timely engine shutdown at or to be able to carry out thermal overloading.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by an arrangement according to claim 1.
Grundgedanke der Erfindung ist es die Temperatur nicht an der Wicklung, sondern an einer zur Wicklung beabstandeten Position zu erfassen und entsprechende Sensorbauräume vorzusehen, um eine indirekte Temperaturmessung durchzuführen. The basic idea of the invention is to detect the temperature not at the winding but at a position spaced apart from the winding and to provide corresponding sensor mounting spaces in order to carry out an indirect temperature measurement.
Hierzu kann erfindungsgemäß am oder im Statorpaket ein Bauraum zur Aufnahme bzw. Integration eines Temperaturerfassungselements bereitgestellt werden. Die er- fasste Temperatur außerhalb des Wicklungsinneren wird über ein Korrekturglied mit einer Auswerte-Elektronik auf den Temperaturwert in den Wicklungen korrigiert. For this purpose, a space for accommodating or integrating a temperature sensing element can be provided according to the invention on or in the stator. The detected temperature outside the winding inside is corrected via a correction element with evaluation electronics to the temperature value in the windings.
Erfindungsgemäß wird daher eine Anordnung zur indirekten Erfassung der Wicklungstemperatur der Wicklungen bzw. Zahnwicklungen (konzentrierte Wicklung / Einzelzahnwicklung) eines Elektromotors vorgeschlagen, der ausgebildet ist mit einem Statorpaket umfassend wenigstens einen Sensorbauraum innerhalb des Statorpakets, wobei der jeweilige Sensorbauraum zu den Wicklungen des Motors beabstan- detet angeordnetet ist und zwar zur Erfassung der jeweils lokalen Temperatur TL mit wenigstens einem Temperatursensor, der in einem Sensorbauraum angeordnet ist sowie einem Korrekturglied zur Ermittlung der Wicklungstemperatur Tw aus der jeweiligen von einem Temperatursensor erfassten lokalen Temperatur TL und einem Korrekturwert KL. According to the invention, therefore, an arrangement is proposed for the indirect detection of the winding temperature of the windings or tooth windings (concentrated winding / single tooth winding) of an electric motor which is designed with a stator packet comprising at least one sensor mounting space within the stator core, the respective sensor mounting space being offset from the windings of the motor. Detet is arranged and for detecting the respective local temperature TL with at least one temperature sensor, which is arranged in a sensor space and a correction member for determining the winding temperature Tw from the respective detected by a temperature sensor local temperature TL and a correction value KL.
Das jeweilige Korrekturglied bzw. der Korrekturwert KL kann dabei als Faktor, als Gleichung oder gemessene Punkteschar festgelegt werden. The respective correction element or the correction value KL can be defined as a factor, as an equation or as a measured set of curves.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der oder die Sensorbauräume als Ausnehmung(en), Bohrung(en) oder Ausstanzung(en) im Statorpaket vorgesehen sind. Die Bohrungen oder Nuten zur Befestigung des Tem- - - In a preferred embodiment of the invention it is provided that the sensor or the sensor spaces as a recess (s), bore (s) or punched (s) are provided in the stator. The holes or grooves for fixing the - -
peratursensors werden bereits bei der Stanzung des Stator-Blechpakets berücksichtigt, was keine Mehrkosten verursacht und somit eine kostengünstige Realisierung ermöglicht wird. Temperature sensors are already taken into account in the punching of the stator laminated core, which causes no additional costs and thus enables cost-effective implementation.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensorbauraum im Paket-Joch des Statorpakets angeordnet ist. In a first advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least one sensor mounting space is arranged in the packet yoke of the stator core.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensorbauraum im Paket-Zahn des Statorpakets angeordnet ist. In another advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least one sensor mounting space is arranged in the packet tooth of the stator packet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensorbauraum im Kunststoffschaft des Statorpakets angeordnet ist, vorzugsweise in einer Längsnut im Kunststoffschaft mit einer Tiefe bis zum Statorpaket. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least one sensor mounting space in the plastic shaft of the stator is arranged, preferably in a longitudinal groove in the plastic shaft with a depth to the stator.
Erfindungsgemäß kann weiter mit Vorteil vorgesehen sein, dass eine Auswerte- Elektronik vorgesehen ist, die mit dem bzw. den Temperatursensoren verbunden ist und ausgebildet ist die Temperatur der Wicklungen aus der lokalen gemessenen Temperatur zu berechnen. According to the invention can be further provided with advantage that an evaluation electronics is provided, which is connected to the or the temperature sensors and is designed to calculate the temperature of the windings from the local measured temperature.
Weiter bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der der Korrekturwert KL im Korrekturglied einstellbar bzw. manuell veränderbar ist. Auf diese Weise können bei unterschiedlichen Erwärmungsgeschwindigkeiten, verursacht z. B. von zu hohem Kraftbedarf des Motors (z. B. Lagerschäden, Windungsschluss) entsprechend einstellbare Kennwerte als passende Korrekturwerte berücksichtigt werden. Further preferred is an embodiment in which the correction value KL in the correction element is adjustable or manually changeable. In this way, at different heating speeds, caused z. B. from too high power requirement of the motor (eg bearing damage, short circuit) corresponding adjustable characteristic values are considered as appropriate correction values.
Die reale erfasste Messgröße wird der Auswerte-Elektronik zugeführt. Diese korrigiert mit dem Korrekturglied den äußeren mittelbaren Temperaturwert auf den Wicklungstemperaturwert. In der Elektronik kann ferner der Ist-Temperaturwert mit einem Sollwert verglichen werden. Überschreitet z.B. der Istwert den Sollwert, schaltet die Elektronik über Schaltelemente die Motorwicklung stromlos. The real measured variable is fed to the evaluation electronics. This corrects with the correction term the outer indirect temperature value to the winding temperature value. In electronics, the actual temperature value can also be compared with a desired value. Exceeds e.g. the actual value is the setpoint, the electronics switches the motor winding de-energized via switching elements.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur indirekten Erfassung der Wicklungstemperatur der Wicklungen bzw. Zahnwicklungen eines Elektromotors mit einer wie zuvor beschriebenen Anordnung mit den folgenden - - A further aspect of the present invention relates to a method for indirectly detecting the winding temperature of the windings or tooth windings of an electric motor with an arrangement as described above with the following - -
Schritten: a. Erfassen wenigstens einer zur Wicklungstemperatur unterschiedlichen lokalen Temperatur TL innerhalb des Statorpakets mittels eines Temperatursensors; b. Zuführen der erfassten Temperatur TL an eine Auswerte-Elektronik; c. Berechnung der Temperatur(en) Tw der Wicklungen aus der jeweiligen von dem Temperatursensor erfassten lokalen Temperatur TL und einem im Korrekturglied jeweils für diese Wicklung hinterlegten Korrekturwert KL mittels der Auswerte-Elektronik. Steps: a. Detecting at least one different to the winding temperature local temperature TL within the stator by means of a temperature sensor; b. Supplying the detected temperature TL to an evaluation electronics; c. Calculation of the temperature (s) Tw of the windings from the respective local temperature TL detected by the temperature sensor and a correction value KL stored in the correction element for this winding in each case by means of the evaluation electronics.
Mit Vorteil ist das Verfahren so ausgebildet, dass wenigstens ein Temperaturgradient ATL am Ort eines Temperatursensors erfasst wird und der Korrekturfaktor abhängig von dem Temperaturgradienten ATL automatisch angepasst wird. Advantageously, the method is designed so that at least one temperature gradient ATL is detected at the location of a temperature sensor and the correction factor is automatically adjusted as a function of the temperature gradient ATL.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Auswerte-Elektronik ferner jeweils eine Sollwert- Vorgabe für eine oder mehrere der Wicklungen zugeführt wird oder in einem Sollwert-Speicher hinterlegt ist bzw. sind und diese mit der berechneten Ist-Temperatur Tw der Wicklungen individuell verglichen wird, wobei eine Abschaltvorrichtung aktiviert wird, sobald einer berechnete Ist-Temperatur Tw einer der Wicklungen einen definierten Soll-Wert übersteigt. It is furthermore advantageous if the evaluation electronics are each further supplied with a desired value specification for one or more of the windings or is / are stored in a nominal value memory and this is compared individually with the calculated actual temperature Tw of the windings, wherein a shutdown device is activated as soon as a calculated actual temperature Tw of one of the windings exceeds a defined desired value.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer wie zuvor beschriebenen Anordnung zur indirekten Erfassung der Wicklungstemperatur der Wicklungen des Elektromotors. Another aspect of the present invention relates to an electric motor having an arrangement as described above for indirectly detecting the winding temperature of the windings of the electric motor.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS.
Es zeigen: Show it:
Fig.1 eine Teil-Schnittansicht durch einen Stator eines Elektromotors mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Temperaturüberwachung ; - - 1 shows a partial sectional view through a stator of an electric motor with a temperature monitoring device according to the invention; - -
Fig.2 eine Darstellung unterschiedlicher Temperaturgradienten und A representation of different temperature gradients and
Fig.3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung. A schematic representation of an inventive arrangement.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle oder funktionale Merkmale hinweisen. The invention will be described below with reference to Figures 1 to 3 with reference to an exemplary embodiment, wherein like reference numerals refer to the same structural or functional features.
Die Fig. 1 zeigt eine Teil-Schnittansicht durch eine Anordnung 1 mit einem Statorpaket 4 eines Elektromotors 3 (siehe hierzu auch die Darstellung der Figur 3) zur indirekten Erfassung der Wicklungstemperatur der Zahnwicklungen 2 des Elektromotors 3. 1 shows a partial sectional view through an arrangement 1 with a stator core 4 of an electric motor 3 (see also the illustration of FIG. 3) for the indirect detection of the winding temperature of the tooth windings 2 of the electric motor 3.
In dem Statorpaket 4 sind mehrere Sensorbauräume 5 innerhalb des Statorpakets 4 vorgesehen. Ferner ist ein Sensorbauraum 5 lediglich beispielhaft im Kunststoffschaft 6 des Statorpakets 4 angeordnet. Wie in der Figur 1 gut zu erkennen, sind die Sensorbauräume 5 allesamt nicht in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Wicklungen 2. Vielmehr ist jeder Sensorbauraum 5 zu den Wicklungen 2 des Motors 3 beabstan- detet angeordnetet. Zur Erfassung der jeweils lokalen Temperatur TL ist jeweils ein Temperatursensor 10 in den Sensorbauräumen 5 angeordnet. Die Sensorbauräume 5 im Statorpaket 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Ausstanzungen ausgebildet. In the stator 4 more Sensorbauräume 5 are provided within the stator 4. Furthermore, a sensor mounting space 5 is arranged merely by way of example in the plastic shaft 6 of the stator core 4. As can be clearly seen in FIG. 1, the sensor areas 5 are not all in the immediate vicinity of the windings 2. Rather, each sensor space 5 is arranged at a distance from the windings 2 of the motor 3. For detecting the respective local temperature TL, a temperature sensor 10 is arranged in each case in the sensor areas 5. The sensor spaces 5 in the stator 4 are formed in this embodiment as a punched.
In der Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 gezeigt. Neben einer Auswerte-Elektronik 30 ist ferner ein Korrekturglied 20 vorgesehen. Mittels der Auswerte-Elektronik 30 und einem Korrekturwert KL, der im Korrekturglied 20 hinterlegt ist, kann die Wicklungstemperatur Tw aus der jeweiligen von einem Temperatursensor 10 erfassten lokalen Temperatur TL errechnet werden. Es können dabei für die unterschiedlichen Sensorpositionen auch unterschiedliche (individuell anpassbare) Korrekturwerte KL hinterlegt sein. Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Wicklungstemperatur Tw einer bestimmten Wicklung aus den überlagerten Werten zweier oder mehrerer der Sensoren 10 bestimmt wird indem die ermittelten Temperaturen und/oder Temperaturgradienten in Beiträge des jeweiligen Temperatursensors 10 aufgeteilt werden, die sich aus der absolut gemessenen loka- - - FIG. 3 shows a schematic representation of an arrangement 1 according to the invention. In addition to an evaluation electronics 30, a correction element 20 is also provided. By means of the evaluation electronics 30 and a correction value KL, which is stored in the correction member 20, the winding temperature Tw can be calculated from the respective detected by a temperature sensor 10 local temperature TL. Different (individually adjustable) correction values KL can also be stored for the different sensor positions. It can further be provided that the winding temperature Tw of a specific winding is determined from the superimposed values of two or more of the sensors 10 by dividing the determined temperatures and / or temperature gradients into contributions from the respective temperature sensor 10, which are determined from the absolutely measured localization. - -
len Temperatur und den Temperaturänderungen ergeben. len temperature and the temperature changes.
Auf diese Weise kann eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden. In this way, a particularly high measurement accuracy can be achieved.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass neben der Temperatur TL zu einem bestimmten Zeitpunkt der Temperaturgradient über die Zeit ermittelt wird, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. In der oberen Kurve (a) steigt die Temperatur wesentlich schneller an als in der unteren Kurve (b). Mittels dieser jeweils erfassbaren Temperaturgradienten lässt sich mit Hilfe der Auswerte-Elektronik und den Korrekturfaktoren die Temperatur Tw an den Wicklungen ermitteln. In principle, provision can be made for the temperature gradient over time to be determined in addition to the temperature TL at a specific point in time, as shown in FIG. In the upper curve (a) the temperature rises much faster than in the lower curve (b). By means of these respectively detectable temperature gradients, the temperature Tw at the windings can be determined with the aid of the evaluation electronics and the correction factors.
Wie in der Figur 3 ersichtlich wird zunächst mittels eines Temperatursensors 10 einer zur Wicklungstemperatur unterschiedliche lokale Temperatur TL im Statorpaket 4 er- fasst. Dann wird diese erfasste Temperatur T_. an die Auswerte-Elektronik 30 übertragen, von der eine Berechnung der Temperatur Tw einer Wicklung 2 erfolgt unter Berücksichtigung eines im Korrekturglied 20 hinterlegten Korrekturwert KL. As can be seen in FIG. 3, firstly a temperature sensor 10 of a different local temperature TL in the stator core 4 relative to the winding temperature is detected. Then, this detected temperature becomes T_. transmitted to the evaluation electronics 30, from which a calculation of the temperature Tw of a winding 2 takes place taking into account a stored in the correction element 20 correction value KL.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr kann z. B. wie ebenfalls in der Figur 3 dargestellt, eine Sollwert-Vorgabe für eine oder mehrere der Wicklungen 2 vorgegeben sein oder in einem Sollwert-Speicher hinterlegt sein und diese mit der berechneten Ist-Temperatur Tw der jeweiligen zu überwachenden Wicklungen 2 verglichen werden, wobei eine Abschaltvorrichtung 40 aktiviert wird, sobald einer berechnete Ist-Temperatur Tw einen Soll-Wert übersteigt. The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, z. B. as also shown in Figure 3, a setpoint specification for one or more of the windings 2 be predetermined or stored in a setpoint memory and these are compared with the calculated actual temperature Tw of the respective windings to be monitored 2, wherein a shutdown device 40 is activated as soon as a calculated actual temperature Tw exceeds a desired value.
k k k k k k k k k k

Claims

Ansprüche claims
1. Anordnung (1 ) zur indirekten Erfassung der Wicklungstemperatur der Zahnwicklungen (2) eines Elektromotors (3) ausgebildet mit einem Statorpaket (4) umfassend wenigstens einen Sensorbauraum (5) innerhalb des Statorpakets (4) wobei der jeweilige Sensorbauraum (5) zu den Wicklungen (2) des Motors (3) beabstandetet angeordnetet ist zur Erfassung der jeweils lokalen Temperatur TL mit wenigstens einem Temperatursensor (10), der in einem Sensorbauraum (5) angeordnet ist sowie einem Korrekturglied (20) zur Ermittlung der Wicklungstemperatur Tw aus der jeweiligen von einem Temperatursensor (10) erfassten lokalen Temperatur TL und einem Korrekturwert KL. 1. arrangement (1) for the indirect detection of the winding temperature of the tooth coils (2) of an electric motor (3) formed with a stator (4) comprising at least one sensor space (5) within the stator (4) wherein the respective sensor space (5) to the Windings (2) of the motor (3) spaced apart arranged for detecting the respective local temperature TL with at least one temperature sensor (10) which is arranged in a sensor space (5) and a correction member (20) for determining the winding temperature Tw from the respective from a temperature sensor (10) detected local temperature TL and a correction value KL.
2. Anordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sensorbauräume (5) als Ausnehmung(en), Bohrung(en) oder Ausstan- zung(en) im Statorpaket (4) vorgesehen sind. 2. Arrangement (1) according to claim 1, characterized in that the sensor or the spaces (5) as a recess (s), bore (s) or Ausstan- tion (s) in the stator (4) are provided.
3. Anordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensorbauraum (5) im Paket-Joch des Statorpakets (4) angeordnet ist. 3. Arrangement (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at least one sensor mounting space (5) in the packet yoke of the stator (4) is arranged.
4. Anordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensorbauraum (5) im Paket-Zahn des Statorpakets (4) angeordnet ist. 4. Arrangement (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at least one sensor mounting space (5) in the package tooth of the stator (4) is arranged.
5. Anordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensorbauraum (5) im Kunststoffschaft (6) des Statorpakets (4) angeordnet ist. 5. Arrangement (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at least one sensor mounting space (5) in the plastic shaft (6) of the stator core (4) is arranged.
6. Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Auswerte-Elektronik (30) vorgesehen ist, die mit dem bzw. den Temperatursensoren (10) verbunden ist. 6. Arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that further comprises an evaluation electronics (30) is provided which is connected to the or the temperature sensors (10).
7, Anordnung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert KL im Korrekturglied (20) einstellbar bzw. manuell veränderbar ist. 7, arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the correction value KL in the correction member (20) is adjustable or manually changeable.
8. Verfahren zur indirekten Erfassung der Wicklungstemperatur der Zahnwicklungen (2) eines Elektromotors (3) mit einer Anordnung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, mit den folgenden Schritten: a. Erfassen wenigstens einer zur Wicklungstemperatur unterschiedlichen lokalen Temperatur TL im Statorpaket (4) mittels eines Temperatursensors (10); b. Zuführen der erfassten Temperatur TL an eine Auswerte-Elektronik (30); c. Berechnung der Temperatur(en) Tw der Wicklungen (2) aus der jeweiligen von dem Temperatursensor (10) erfassten lokalen Temperatur TL und einem im Korrekturglied (20) hinterlegten Korrekturwert KL mittels der Auswerte-Elektronik (30). 8. A method for the indirect detection of the winding temperature of the tooth coils (2) of an electric motor (3) with an arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 7, comprising the following steps: a. Detecting at least one different to the winding temperature local temperature TL in the stator (4) by means of a temperature sensor (10); b. Supplying the detected temperature TL to evaluation electronics (30); c. Calculation of the temperature (s) Tw of the windings (2) from the respective local temperature TL detected by the temperature sensor (10) and a correction value KL stored in the correction element (20) by means of the evaluation electronics (30).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei wenigstens ein Temperaturgradient ATL am Ort eines Temperatursensors ( 0) erfasst wird und der Korrekturfaktor abhängig von dem Temperaturgradienten ATL automatisch angepasst wird. 9. The method of claim 8, wherein at least one temperature gradient ATL at the location of a temperature sensor (0) is detected and the correction factor is automatically adjusted depending on the temperature gradient ATL.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Auswerte-Elektronik (30) ferner jeweils eine Sollwert-Vorgabe für eine oder mehrere der Wicklungen (2) zugeführt wird oder in einem Sollwert-Speicher hinterlegt ist und diese mit der berechneten Ist-Temperatur Tw der Wicklungen (2) verglichen wird, wobei eine Abschaltvorrichtung aktiviert wird, sobald einer berechnete Ist-Temperatur Tw einen Soll-Wert übersteigt. 10. The method of claim 8 or 9, wherein the evaluation electronics (30) further each a setpoint specification for one or more of the windings (2) is supplied or stored in a setpoint memory and this with the calculated actual temperature Tw of the windings (2) is compared, wherein a shutdown device is activated when a calculated actual temperature Tw exceeds a target value.
11. Elektromotor (3) mit einer Anordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7. 11. Electric motor (3) with an arrangement (1) according to one of claims 1 to 7.
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