EP3763021A1 - Elektrische antriebsvorrichtung mit zustandsüberwachung - Google Patents

Elektrische antriebsvorrichtung mit zustandsüberwachung

Info

Publication number
EP3763021A1
EP3763021A1 EP18728575.4A EP18728575A EP3763021A1 EP 3763021 A1 EP3763021 A1 EP 3763021A1 EP 18728575 A EP18728575 A EP 18728575A EP 3763021 A1 EP3763021 A1 EP 3763021A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive device
condition monitoring
housing
drive
rotor
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.)
Withdrawn
Application number
EP18728575.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes LOSCH
Kersten REIS
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.)
Harmonic Drive Se
Original Assignee
Harmonic Drive Se
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 Harmonic Drive Se filed Critical Harmonic Drive Se
Publication of EP3763021A1 publication Critical patent/EP3763021A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/35—Devices for recording or transmitting machine parameters, e.g. memory chips or radio transmitters for diagnosis
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/03—Machines characterised by the wiring boards, i.e. printed circuit boards or similar structures for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to a drive device according to the preamble of claim 1.
  • Condition Monitoring which is more important to control the state of actuators, eg. B. gear-motor combinations, motors without
  • WO 201 5/04361 9 A1 teaches to measure an electric current flowing through a rotary bearing in order to determine the state of the drive on the basis of a frequency distribution of measured current amplitudes.
  • DE 1 0 201 3 1 02 648 A1 describes an electric motor equipped with a vibration sensor on a ring-shaped stator flange. Ei ne integrated electric motor monitoring with a variety of distributed within the electric motor sensors is known from DE 1 00 49 506 A1.
  • WO 201 5/1 20279 A1 discloses a monitoring system for
  • a monitoring system described in WO 201/1 63035 A2 provides for drives provided with so-called “knots".
  • the nodes contain sensors and wireless transmission means to transmit status data to a receiving device.
  • WO 98/08292 A1 discloses a similar concept.
  • EP 2 21 0 1 55 B1 describes egg nen electric drive for egg n furniture with a measurement data processing device for determining the wear and a wear-dependent egg setting of operating parameters.
  • EP 2 051 086 A2 proposes to store operating data and to make residual life forecasts based thereon.
  • EP 1 489 474 A2 proposes external measuring means for data acquisition of the current spectrum of individual winding currents on an electric drive.
  • US Pat. No. 6,262,550 B1 describes a monitoring system with a motor unit arranged externally on an electric motor and provided with a motor
  • Engine monitoring center communicates.
  • Control are distributed, it is desirable, determined
  • Drive device i ntegr or thus hard-wired control can be factory provided with safeguards that limit, for example, the Motorpan voltage, the motor currents and the motor frequencies with which the drive device is acted upon. A faulty measurement or parameterization in the controller can nevertheless lead to increased wear or premature failure. Furthermore, a change in state of the drive device not from the
  • Control device are interpreted.
  • Electric drive devices in particular those intended for
  • the invention has for its object to provide an improved electric drive device in which the
  • the electric drive device which may be designed in particular as a hollow shaft motor, has at least one in a housing
  • Rotor and / or stator have drive windings for the electromagnetic operation of the rotor.
  • the drive windings si nd to a arranged in the housing interconnecting element for the formation of
  • Coil groups interconnected The coil groups are connected by means provided on the interconnection element connecting means n to a
  • Control device attachable.
  • the control device may be an internal or else an external control device, that is to say a control device arranged outside the housing.
  • the drive device further comprises means according to the invention
  • Circuit element arranged si nd The basic idea of the present invention is, on the one hand, to provide the means for condition monitoring on a component which is in any case an integral part of the drive device. In this case, it can preferably be provided that the motor windings, the
  • condition monitoring can be accommodated in the immediate vicinity of the place of origin of those physical quantities on the basis of which
  • Condition monitoring form a fixed part of the structure of the drive device component and i hre arrangement on the
  • Hierdu rch can the determination of the condition assessment used
  • the sensor contained sensor to collect data and collect n represents a first step, in which first the data collected are compared with the state of the drive device to understand the wear behavior of the drive device under specific conditions of use and to build thereon computational models.
  • Eg algorithm development or adaptation for preventive maintenance or failure prediction requires sound understanding of the respective sensor data.
  • Empirical experiments in various applications can be used for validation If necessary, an evaluation of the sensor data based on limit values can also be carried out in the first step.
  • Self-sufficient ie independent of the external or internal control device, can detect or even detect damage or wear-related state changes.
  • the condition monitoring can on the one hand by the operator of
  • Drive device can be used to optimize the maintenance plan. For example, a maintenance depending on the determined
  • the means for condition monitoring can also be used by the manufacturer or warranty provider of the drive device in order to be able to operate in the
  • the means for state monitoring can comprise, for example, a counter which determines the number of
  • the interconnection element for interconnecting the drive windings is ei ne contained in the drive device anyway assembly, the purpose of which is to electrically drive the individual drive windings so mitei each other
  • the drive windings can be combined into three groups in three-phase alternating current machines and led outwards as "u, v and w" winding connections.
  • the design of the interconnection element is fundamentally subject to the requirement of being as small as possible.
  • the drive device is connected for operation with egg ner control device, which besc marryet the drive windings of the drive device with the required for operating the rotor motor currents.
  • Control device can itself own, to the means for
  • Condition monitoring have separate sensors for measuring and controlling operating parameters. These include, for example, own rotation angle sensors as well as current and voltage measuring devices.
  • the means for condition monitoring have at least one sensor for determining a physical size of the drive device. It has proved to be advantageous
  • the Verschaltungselement can form an integral part of the Antriebsvorrichtu ng, so that subsequent manipulation of the means for
  • the means for r condition monitoring can be provided for measuring or determining different states of the electrical drive device, for example a. for measuring electrical currents and / or voltages and / or the waveform of electrical currents and / or voltages and / or voltages
  • electrical currents and / or voltages and / or the waveform of electrical currents and / or voltages can be monitored or reconstructed in the first place, whether the electric drive devices are driven and loaded with the maximum exciter voltages u and maximum excitation currents provided for their operation. In the presence of too high a motor voltage it can
  • condition monitoring means are designed to measure a temperature and / or at least one spatial and / or temporal temperature profile, the thermal load can be determined
  • the temperature can be a reference point for how much the drive device is loaded.
  • the temporal course of the temperature can, for example. Provide information about whether sufficient cooling of the drive device is given or ei ne thermal overload has taken place.
  • Thermal overloads can occur even with sufficient cooling ku then when the drive device is operated in an inadmissible manner, for example, in continuous operation instead of i m optionally only permissible intermittent operation.
  • the determination of a spatial temperature profile requires the measurement of the temperature at least two spatially separated locations.
  • One of the measuring locations may, for example, be located in the vicinity of components which are thermally loaded with motor currents
  • Temperature history could then provide information, for example, whether the cause of thermal overloading causal in the
  • Temperature window operated wi rd. A continuous or regular storage of measured values could thus be omitted.
  • Mechanical vibrations or vibrations and / or static and / or dynamic accelerations can be deduced, on the one hand, from the state of wear or damage of mechanical components such as, for example, rolling bearings.
  • mechanical components such as, for example, rolling bearings.
  • the moving components present in the drive train cause, for example, ever-increasing mechanical oscillations and / or changes in their frequency and / or vibrations and / or dynamic accelerations.
  • Signatures take place, which can then be assigned to specific wear or damage patterns.
  • Rolling differ. Depending on the recognized signature and the frequency or the conditions under which the signature is recognized, this can be due to internal causes in the drive device or to external, in the
  • Drive device registered causes are closed. For example, an imbalance occurring on the tool operated by the drive device can be measured. Since such an imbalance may only occur with egg nem specific tool, this is then not measurable under all operating conditions, which is why a lying in the drive device itself U cause for the imbalance can be excluded with a certain probability.
  • electrical and / or electromagnetic and / or magnetic fields can be provided to measure the currents and voltages applied to the drive windings or to determine the state of the drive windings.
  • condition monitoring means are designed to detect partial discharges, the state of wear or damage to the drive windings and / or the insulation system can be assessed.
  • Drive device is operated in the intended installation position.
  • it can be determined whether the installation position or the position of the drive device in the room during operation changes in a permissible or impermissible manner.
  • it can be recognized on the one hand whether the drive device is operated with permissible operating parameters with regard to its installation position.
  • damage and / or wear images can be better understood or interpreted.
  • Installation position has relevance for the design of pivot bearings, for example. If, for example, a drive device designed for a horizontal mounting position with small axial forces, this drive device must not be in vertical installation position can be operated, otherwise the pivot bearing could be charged in the drive device in an inadmissible manner. In drive devices, which are formed from a motor-gearbox combination, it can n occurrences that, depending on the installation position another
  • Lubricating concept for the mechanical components must be provided. It is designed for a horizontal mounting position
  • Drive device operated vertically or with highly variable mounting positions, it may, for example, come to m occurrence of lack of lubrication and thus premature wear ß.
  • the means for condition monitoring can be optionally galvanically separated from the drive windings. This ensures that the monitoring or recording of the state of the drive device has virtually no effect on the operation of the rotor.
  • the interconnecting element can be designed annularly in accordance with an embodiment of the invention and substantially coaxial with the device Be aligned axis of rotation of the rotor.
  • the interconnection element can be made particularly space-saving in this way.
  • the wiring element, the stator and the housing can be any type of the wiring element, the stator and the housing.
  • the potting material preferably consists essentially of an epoxy resin material or
  • the means for r condition monitoring can have an evaluation module connected to at least one sensor for evaluating sensor data, which is arranged on the, preferably inner space of the housing, in particular on the interconnection element.
  • the evaluation module is arranged on the interconnection element and in connection with a non on the
  • the collected measured values and / or data of the condition monitoring can already be in the electrical
  • Error codes are processed. By generating secondary values, an interpretation of the determined sensor data can already be carried out.
  • signatures in the evaluation module or in an interface connected to the evaluation module can be used for the individual measured values
  • Memory device are deposited for comparison. It is also conceivable that the stored in the evaluation module signatures of measured values of time to be updated on time so that better detection of wear or damage conditions becomes possible.
  • condition monitoring means it is also possible for the condition monitoring means to have a memory device for recording sensor data and / or secondary data generated by the evaluation module, the memory device being mounted on the housing, preferably in the interior of the housing, is arranged in particular on or on the interconnection element.
  • Condition monitoring including, if necessary, generation of
  • the recording of the sensor data or secondary values can, for example, a subsequent
  • Flight data recorders can support a subsequent reconstruction of the circumstances that cause the error.
  • the memory device can preferably also be designed such that it forms a pre-memory with a data buffer which is continuously overwritten with new data.
  • Occurrence of a wear and / or damage event can be resorted to data from the prestorage memory in order to reconstruct the U mplace immediately before the occurrence of the event can.
  • the means for condition monitoring have a transmission device for transmitting sensor data and / or secondary data determined from sensor data, wherein the
  • n can Transmission device preferably in the nenraum of the housing, in particular on the interconnection element is arranged n can.
  • the condition monitoring means can in addition to egg ner on or on the Verschaltungselement encapsulated configuration, ie inaccessible, as long as the drive device is not disassembled, even with a
  • the generated state information can thus be read out while the drive device is still in the installed operating state or at least not decomposed state.
  • the transmission device is designed for continuous and / or periodic and / or event-based and / or manually triggered data transmission.
  • the sensory ascertained state information can be transmitted continuously and / or periodically to another device, for example to the control station of the system in which the
  • the supervisor may, for example, contact the supplier or manufacturer of the
  • the transmission can also be triggered event-based or manually instead of a continuous or periodic transmission.
  • the transmission device can only be at or after Determining a bearing damage ei ne issue a corresponding error message, so that a repair can be done in good time before ei nem final failure of the Antriebssei device.
  • a manual triggering of the transmission of status data comes into consideration when the state of the drive device is to be read out manually by maintenance personnel.
  • the transmission device is designed for wireless data transmission, so that it can be applied to a
  • Wire connection can be dispensed with.
  • Radio access is to be protected.
  • Transmission equipment may be connected to a standard interface, such as a USB interface or other digital interfaces, so that it can be read using a conventional data cable.
  • a standard interface such as a USB interface or other digital interfaces
  • a separate port for reading out the status information can ensure that the wiring of the drive device with its control device remains unchanged and readout of status information can even take place during operation. It is also conceivable Transmission via the motor cable or encoder cable or as so-called single-cable solution.
  • the interface is accessible from an outside of the housing to facilitate reading the state information.
  • the interface is arranged in the interior of the housing and is accessible only when the housing is open. This makes it difficult for unauthorized persons to read out the
  • the means for condition monitoring at least one further sensor for a measurement of a physical quantity on a component of
  • an additional sensor may be attached to the rotor which acts on the rotor
  • the drive device may preferably have a gear, preferably a gearbox, in particular a gear
  • the input side with the rotor wirkverbu NEN and the output side forms an output of the drive device.
  • the Antriebsvorrichtu ng then forms together with the transmission a structural unit, which, for example, is particularly suitable for applications i n robotics n can.
  • the rotor may be formed as a hollow shaft for the passage of lines.
  • the Verschgli ngselement axially between the drive windings and the transmission or on the transmission to arrange the opposite side, so that the means for
  • Condition monitoring can simultaneously monitor the components of the drive device such as the transmission or the application.
  • engine D side The output side of an electric motor is commonly referred to as "engine D side", the opposite side of the engine as “engine N side”.
  • the arrangement of the interconnection element on the motor N side allows a simpler cable routing of the motor strands to supply r
  • An arrangement of the interconnection element on the engine D side can qualitatively improve the monitoring of the state on the output side, for example the state of a flanged transmission.
  • FIG. 1 shows a drive device according to the invention
  • FIGS. 1 and 4 show a drive device 1 according to the invention with a housing 2 and a rotor 3 arranged therein.
  • the rotor 3 is rotatable in the housing with respect to a stator 4 which is fixedly mounted in the housing 2 and is also shown in FIG 2 stored.
  • a plurality of drive windings 5 distributed over the circumference are provided on the stator 4, which are connected together to form a connection element 6 to form coil groups u, v, w.
  • the connection element 6 is provided with the sensors 7, 8, 9 shown in FIG.
  • These sensors can be used to measure electrical currents and / or
  • the sensor 7 serves to monitor the winding temperature of a drive winding 5.
  • the sensor 8 is used to measure
  • the sensor 9 is used to measure moisture in the inner space 110 of the housing 2.
  • further sensors can be mounted on the housing
  • the interconnection element 6 is designed as a circuit board 1 1, which is placed on the arrangement of the drive windings 5 and thus encapsulated to form an optional encapsulation 1 3.
  • the interconnection element 6 and the arrangement of the drive windings 5 on the stator 4 thus form a unitary assembly.
  • Drive windings 5 are annular.
  • the thus likewise ri ngförmig formed stator 4 is in the inner space 1 0 of the drive device 1 coaxially aligned with a rotation axis 1 2 of the rotor 3.
  • the rotor 3 has either permanent magnets or likewise drive windings 5, which serve as counter elements to the drive windings 5 of the stator 4, around the rotor 3 within the drive device 1
  • Permanent magnets are arranged on the stator 4 and the
  • Drive windings 5 are arranged on the rotor 3 in this case would be the drive windings 5 connected to egg nem loom connected to the rotor 3 interconnection element 6 with each other.
  • the drive device 1 can also be designed as an external rotor with egg nem ri ngförmigen rotor 3 n, the stator 4 u m forum.
  • the rotor 3 is connected to a front side of the housing 2 flanged reduction gear 27, which underpins the movement of the rotor 3 and
  • the reduction gear 27 may alternatively also in the
  • Housing 2 i be integrated.
  • the reduction gear 27 may, for example, a
  • Reduction gear 27 forms the output of the drive device. 1
  • the rotor 3 may be formed as a hollow shaft and fully penetrate the drive device 1 to serve egg nen channel for the passage of cables or lines.
  • Such motors are particularly suitable, for example, for use with industrial robots and machine tools.
  • Encapsulation 1 3 is used for electrical insulation and the
  • Vergusskapselung can, for example, from egg nem epoxy resin or
  • Polyurethane exist.
  • a data transmission line 26 is provided which is in electrical communication with the means n to r
  • the means for condition monitoring are on the interconnection element 6 shown in FIG. 3, the three sensors 7, 8, 9, an evaluation module 14, a memory device 1 5, and a transmission device 1 6.
  • the transmission device 1 6 can either with the
  • Data transmission line 26 are in electrical connection, or be designed as a wireless nikssei device.
  • a power connection 1 9 is provided, i n which the Motor Arthursbü bundle 25 opens, and at which a Steuerei device 22 for Ansteuu ng of the drive device 1 by means of a connecting line 23 can be connected. Furthermore, there is provided an interface 1 7, in which the data transmission line 26 opens. To the interface 1 7 kan n a read-out device 1 8 by means of a Vietnamesesleitu ng 24 are connected to the by the
  • the transmission to the read-out device 118 can also take place wirelessly, if provided on the Verschaltungselement 6
  • Transmission device 1 6 is suitable for wireless transmission.
  • sensors 7, 8, 9 further sensors 21, 28 for direct measurement determim mter physical variables in the housing 2 distributed or arranged on the outer side 20 of the housing 2.
  • sensors 7, 8, 9 further sensors 21, 28 for direct measurement determim mter physical variables in the housing 2 distributed or arranged on the outer side 20 of the housing 2.
  • a sensor 28 for measuring the temperature on the outside 20 of the housing 2 and a sensor 21 for measuring the temperature of the housing 2 on the inside can be provided, so that by means of a difference formation
  • Temperature value of the sensor 28 and the temperature of the sensor 21 can be closed on whether ei ne temperature load of
  • Drive windings 5 can be omitted.
  • the Verschaltungsplati ne 1 unlike the Anordnu shown in Figure 4 can be arranged on the reduction gear 27 side facing the stator 4, the so-called engine D side, so that the sensors arranged on the Verschaltungselement 6 also physical quantities can take, which occur in the transmission gear 27 Ü. These are, for example, bearing damage or damage or
  • a particular advantage of the present invention is that the means for condition monitoring can be completely spatially separated from the excited with the operating voltage components of the drive device 1, so that on the one hand ei ne monitoring the condition of Vorrichtu ng is possible, but a sudwi tion or Eg egg n moral the condition monitoring on the operation of the drive device 1 can be avoided. It is thus possible, for example, to read out the drive device 1 during operation with respect to its status information. Because of the means for r condition monitoring none
  • Clearlysseinrichtu ng 1 6 si nd present formed by a microcontroller, which transmits all the sensor data of the sensors 7, 8, 9, 21, 28 via the present digital interface 1 7 to the Ausleseeinrichtu ng 1 8.
  • preprocessing of the status data stored in the memory module 1 5 can take place, so that the read-out unit 18 can either retrieve sensor raw data for further processing or the result of a calculation already carried out in the evaluation module 14.
  • Such an outcome could be, for example, an error code indicating that a particular component needs to be replaced.
  • the means for r condition monitoring can be functionally separated by the arrangement on the interconnection board for controlling the
  • Drive device 1 for example, are provided galvanically isolated, so that the survey of the Stati nformationen has no effect on the operation of the drive device 1. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung (1) mit in einem Gehäuse (2) angeordneten wenigstens einem Stator (4) sowie einem relativ zum Stator (4) drehbaren Rotor (3), wobei Rotor (3) und/oder Stator (4) Antriebswicklungen (5) zum elektromagnetischen Betreiben des Rotors (3) aufweisen, die Antriebswicklungen (5) an einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Verschaltungselement (6) zur Bildung von Spulengruppen (u, v, w) miteinander verschaltet sind und die Spulengruppen (u, v, w) mittels an dem Verschaltungselement (6) vorgesehenen Motorleitungsbündeln (25) an eine externe Steuereinrichtung anbindbar sind. Der Aufbau der elektrischen Antriebsvorrichtung mit einer Zustandsüberwachung soll dadurch vereinfacht werden, dass die Antriebsvorrichtung (1) Mittel (7, 8, 9,14, 15) zur Zustandsüberwachung aufweist, die zumindest teilweise an dem Verschaltungselement (6) angeordnet sind.

Description

Bezeichnung : Elektrische Antriebsvorrichtung mit Zustandsüberwachung Beschreibung
Die Erfi ndung betrifft ei ne Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Zustandsüberwachung elektrischer Antriebsvorrichtungen, das
sogenan nte Condition Monitoring, wi rd i mmer bedeutender, um den Zustand von Aktuatoren, z. B. Getriebe-Motor-Kombinationen, Motoren ohne
Getriebe, u nd deren Umgebung i m Laufe der Zeit bewerten zu können.
Durch ein verbessertes Verständnis von Maschinenzuständen können
Wartu ngen besser geplant werden. Beispielsweise können präventive
Wartungsmaßnahmen an Lagerbauteilen ei nem unerwarteten Ausfall
Vorbeugen , Strom- oder Spannungsüberwachu ngen können Rückschlüsse auf den Zustand einer Antriebsvorrichtung ermöglichen.
Die WO 201 5/04361 9 A1 lehrt, einen du rch ei n Drehlager fließenden elektrischen Strom zu messen, um anhand ei ner Häufigkeitsverteilung gemessener Stromamplituden auf den Zustand des Antriebs zu schließen.
Die DE 1 0 201 3 1 02 648 A1 beschreibt einen Elektromotor, der mit ei nem Schwi ngungssensor an ei nem ringförmigen Statorflansch ausgestattet ist. Ei ne integrierte Elektromotorüberwachung mit einer Vielzahl von innerhalb des Elektromotors verteilten Sensoren ist aus der DE 1 00 49 506 A1 bekannt.
Neben den vorstehend beispielhaft beschriebenen Direktmessungen si nd auch indirekte Messungen für eine Zustandsbeurteilung verschlei ßbehafteter Bauteile möglich. Der Verschleiß an einem Drehlager eines elektrischen Antriebs kan n z. B. indi rekt durch Auswertu ng der Motorströme festgestellt werden. Die US 5 576 632 A beschreibt beispielsweise ein neuronales Netzwerk, welches Fast-Fourier-Transformationsberechnungen auf Motorstrommessu ngen anwendet, um eine Zustandsklassifizierung des Antriebs vorzunehmen.
Aus der WO 201 5/1 20279 A1 ist ei n Überwachungssystem für
Antriebsmotoren bekannt, das Sensordaten an ein Fernüberwachungssystem übermittelt und Alarme bereitstellt, wenn Reparaturbedürftigkeit besteht.
Ein in der WO 201 1 /1 63035 A2 beschriebenes Überwachungssystem sieht mit sog. "Knoten" versehene Antriebe vor. Die Knoten enthalten Sensorik sowie Drahtlos-Sendemittel , um Zustandsdaten an ei n Empfangsgerät zu übermitteln. Die WO 98/08292 A1 offenbart ein ähnliches Konzept.
Die EP 2 21 0 1 55 B1 beschreibt ei nen Elektroantrieb für ei n Möbel mit einer Messdatenverarbeitungsvorrichtung zur Ermittlung des Verschleißes sowie eine verschleißabhängige Ei nstellung von Betriebsparametern.
Fü r ein AC-Motorsystem schlägt die EP 2 051 086 A2 vor, Betriebsdaten zu speichern und darauf basierende Restlebensdauervorhersagen zu treffen.
Die EP 1 489 474 A2 schlägt externe Messmittel zur Datenerhebu ng des Stromspektrums ei nzel ner Wicklungsströme an ei nem Elektroantrieb vor.
Die Detektion ei nes Ausfalls erfolgt nach der US 2003/01 2441 A1 du rch Vergleich von gemessenem Strom und Referenzstrom für eine Komponente.
Die US 6 262 550 B1 beschreibt ein Überwachu ngssystem mit einer an einem Elektromotor extern angeordneten Motoreinheit, die mit ei nem
Motorüberwachu ngszentrum kommuniziert.
Bei Antriebsvorrichtungen, die ohne integrierte bzw. fest verdrahtete
Steuerung vertrieben werden, ist es wünschenswert, besti mmte
Zustandsgrößen zuverlässig zu erfassen. Denn Verschleiß und unerwartete Schäden an der Antriebsvorrichtung können nicht nur durch deren besti mmungsgemäßen, sondern gerade auch durch unsachgemäßen Gebrauch oder unsachgemäße Ansteuerung erfolgen. Eine in die
Antriebsvorrichtung i ntegrierte oder damit fest verdrahtete Steuerung kann werksseitig mit Schutzvorkehrungen versehen werden, die beispielsweise die Motorspan nung, die Motorstromstärken und die Motorfrequenzen begrenzen, mit denen die Antriebsvorrichtung beaufschlagt wird. Ei ne fehlerhafte Messung oder Parametrieru ng i n der Steuerung kann dennoch zu erhöhtem Verschlei ß oder vorzeitigem Ausfall führen . Weiterhin kann eine Zustandsveränderung der Antriebsvorrichtung nicht von der
Steuereinrichtung interpretiert werden.
Elektrische Antriebsvorrichtungen, i nsbesondere solche, die für
Robotikanwendungen oder als Antriebe fü r Werkzeuge in
Werkzeugmaschi nen oder der Automatisierungstechnik vorgesehen sind, verfügen oftmals über keine eigene Steuerung, sondern werden an eine externe Steuereinrichtung angebunden, die die Bewegungen mehrerer Antriebsvorrichtungen koordiniert. Aus der DE 1 0 2014 1 08 366 A1 ist beispielsweise ein Hohlwellenmotor bekannt, der ei ne ringförmige
Verschaltu ngsplati ne sowie ei ne zweite, in Axial richtung davon abgesetzte Elektronikplatine zur Anbindung an ei ne Steuereinrichtung aufweist.
Hierbei kommt es vor, dass die Steuerei nrichtung die Antriebsvorrichtung außerhalb zulässiger Betriebsparameter betreibt, was zu vorzeitigem Verschleiß oder unerwartetem Ausfall führt. Teilweise kön nen auch besondere Umgebungs- bzw. Einsatzbedingungen derart auf die
Antriebsvorrichtung einwirken, dass es trotz Ein haltung an sich zulässiger Betriebsparameter zu vorzeitigem Verschleiß oder vorzeitigem Ausfall kommt.
Um derartige Umstände ei nerseits besser nachvollziehen und verstehen zu können und andererseits Haftungs- und Gewährleistungsfragen auf einer datenmäßig fundierten Basis klären zu können, ist es wünschenswert, eine von der eigentlichen Steuerungseinrichtung unabhängige u nd weitgehend manipulationssichere Zustandsüberwachung vorzusehen. Die Unterbringu ng der zur Erhebung von Zustandsdaten erforderlichen Sensoren ist weiterhin problematisch, da hierdurch zusätzliche Arbeitsschritte bei der Montage und zusätzlicher Bau raum erforderlich werden. Die bisher bekannten Lösungen zur Zustandsüberwachung si nd entweder zu komplex und großbauend und/oder anfällig fü r Manipulationen .
Vor diesem Hi ntergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Antriebsvorrichtung anzugeben , bei der die
I ntegration der Mittel zur Zustandsüberwachung für eine kompakte Bauweise gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Diese Aufgabe wi rd gelöst mit einer elektrischen Antriebsvorrichtu ng nach Anspruch 1 .
Die elektrische Antriebsvorrichtung, die insbesondere als Hohlwellenmotor ausgebildet sein kann, weist wenigstens einen in einem Gehäuse
angeordneten Stator sowie einen relativ zum Stator drehbaren Rotor auf. Rotor und/oder Stator weisen Antriebswicklungen zum elektromagnetischen Betreiben des Rotors auf. Die Antriebswicklungen si nd an einem in dem Gehäuse angeordneten Verschaltungselement zur Bildung von
Spulengruppen miteinander verschaltet. Die Spulengruppen sind mittels an dem Verschaltungselement vorgesehenen Anschlussmittel n an eine
Steuereinrichtung anbi ndbar. Bei der Steuerei nrichtung kann es sich um eine i nterne oder auch um eine externe Steuereinrichtung, also um ei ne außerhalb des Gehäuses angeordnete Steuerei nrichtung handel n. Die Antriebsvorrichtung weist erfindungsgemäß ferner Mittel zur
Zustandsüberwachung auf, die zumi ndest teilweise an dem
Verschaltu ngselement angeordnet si nd. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt zum einen darin, die Mittel zur Zustandsüberwachung auf einem Bauteil vorzusehen, welches ohnehin zwingend Bestandteil der Antriebsvorrichtung ist. Bevorzugt kann hierbei vorgesehen sein, dass die Motorwicklungen, das
Verschaltungselement sowie Mittel zur Zustandsüberwachung zu ei ner einheitlichen, insbesondere fest zusammenhängenden Montagebaugruppe zusammengefasst si nd. Auf diese Weise lassen sich zusätzlich erforderliche Montageschritte bei der Endmontage der Antriebsvorrichtung einsparen oder sogar vermeiden. Zum anderen lassen sich die Mittel zur
Zustandsüberwachung dennoch i n unmittelbarer Nähe des Entstehungsortes derjenigen physikalischen Größen unterbringen, aufgrund derer
Rückschlüsse über den Zustand der Antriebsvorrichtung getroffen werden sollen.
Vorteil dieses erfindungsgemäßen Aufbaus ist, dass die Mittel zur
Zustandsüberwachung einen fest im Aufbau der Antriebsvorrichtung vorgesehenen Bestandteil bilden u nd durch i hre Anordnung an dem
Verschaltungselement i m I nneren des Gehäuses verborgen sind. Hierdu rch kann die Ermittlung der zur Zustandsbeurteilung herangezogenen
physikalischen G rößen gezielter erfolgen und der erforderliche Bauraum innerhalb des Gehäuses wird nicht oder nur unwesentlich größer.
Die Möglichkeit, auf diese Weise unabhängig von der die
Antriebsvorrichtung betreibenden Steuereinrichtung und der darin
enthaltenen Sensorik Daten zu erfassen und zu sammel n stellt einen ersten Schritt dar, bei welchem zunächst die erhobenen Daten mit dem Zustand der Antriebsvorrichtung verglichen werden, um das Verschleißverhalten der Antriebsvorrichtung unter spezifischen Einsatzbedingungen zu verstehen und darauf rechnerische Modelle zu bilden. Ei ne Algorithmusentwicklung bzw. -anpassung für die vorbeugende Wartung bzw. Ausfallvorhersage setzt nämlich fundiertes Verständnis der jeweiligen Sensordaten voraus.
Empirische Versuche i n verschiedenen Applikationen können zur Validieru ng verwendet werden ggf. kann auch im ersten Schritt eine Auswertung der Sensordaten basierend auf Grenzwerten vorgenommen werden.
Außerdem wird durch die Anordnung der Mittel zur Zustandsüberwachung an dem Verschaltungselement i m I nnenraum der Antriebsvorrichtung eine Manipulation der Zustandsüberwachu ng während des regulären Betriebs erschwert. Die Erfindung ermöglicht es, dass die Antriebsvorrichtung
Schadens- oder verschlei ßbedingte Zustandsänderungen autark, also unabhängig von der externen oder internen Steuereinrichtung, erfassen oder sogar erkennen kann.
Die Zustandsüberwachung kann zum einen von dem Betreiber der
Antriebsvorrichtung zur Optimierung des Wartungsplans genutzt werden. Beispielsweise kann eine Wartung in Abhängigkeit des ermittelten
Zustandes stets so geplant werden, dass unvorhergesehene Ausfälle vermieden werden .
Die Mittel zu r Zustandsüberwachung können auch du rch den Hersteller bzw. Gewährleistungsgeber der Antriebsvorrichtung genutzt werden, um im
Nachhinein Ausfallursachen Zustandsüberwachung erforschen zu können. Dies insbesondere ohne einen Zugriff auf die Steuereinrichtung selbst. I n der ei nfachsten Variante können die Mittel zu r Zustandsüberwachung beispielsweise ei nen Zähler umfassen, der die Anzahl der
Einschaltvorgänge oder der Betriebsstunden ermittelt.
Das Verschaltungselement zum Verschalten der Antriebswicklungen ist ei ne ohnehin in der Antriebsvorrichtung enthaltene Baugruppe, deren Zweck es ist, die einzelnen Antriebswicklungen elektrisch so mitei nander zu
verschalten und zusammenzufassen, dass ei ne geringere Anzahl von
Verbindungsleitungen zu r Steuerei nrichtung gefü hrt werden muss.
Beispielsweise kön nen die Antriebswicklungen bei Dreiphasen- Wechselstrommaschi nen zu drei Gruppen zusammengefasst werden und als „u , v und w“-Wicklungsanschlüsse nach außen geführt werden. Dabei unterliegt die Gestaltung des Verschaltungselementes grundsätzlich der Anforderung, möglichst klein zu bauen.
Die Antriebsvorrichtung wird zum Betrieb mit ei ner Steuereinrichtung verbunden, die die Antriebswicklungen der Antriebsvorrichtung mit den zum Betreiben des Rotors erforderlichen Motorströmen beschältet. Die
Steuereinrichtung kann selbst eine eigene, zu den Mitteln zur
Zustandsüberwachung separate Sensorik zur Messung und Regelung von Betriebsparametern aufweisen. Hierzu gehören beispielsweise eigene Drehwinkelsensoren sowie Strom- und Spannu ngsmessein richtungen.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Zustandsüberwachu ng wenigstens einen Sensor zur Ermittlung einer physikalischen Größe der Antriebsvorrichtung aufweisen. Es hat sich als vorteil haft erwiesen
wenigstens einen Sensor auf dem Verschaltungselement vorzusehen, so dass der Einbau des Sensors i n ei nem Arbeitsschritt mit dem Ei nbau des Verschaltungselementes erfolgt. Ein separater Montageschritt zur
Anbri ngung eines Sensors an einer besonderen Messstelle, bspw. innerhalb einer Antriebswicklung, kann somit entfallen. Da das Verschaltungselement gewöhnlich in unmittelbarer Nähe zu Stator und Rotor der
Antriebsvorrichtung verbaut wird, ist auch ein ausreichend enger räumlicher Bezug zwischen dem Sensor und der durch ihn zu ermittel nden
physikalischen Größe an Stator und Rotor gegeben . Nach der Montage kann das Verschaltungselement einen festen Bestandteil der Antriebsvorrichtu ng bilden, so dass nachträgliche Manipulationen an den Mitteln zur
Zustandserfassung weiter erschwert werden.
Die Mittel zu r Zustandsüberwachung können zur Messu ng bzw. Ermittlung unterschiedlicher Zustände der elektrischen Antriebsvorrichtu ng vorgesehen sein, beispielsweise a. zum Messen elektrischer Ströme und/oder Spannungen und/oder des Signalverlaufes elektrischer Ströme und/oder Span nungen und/oder
b. zum Messen ei ner Temperatur und/oder wenigstens eines
räumlichen und/oder zeitlichen Temperaturverlaufes und/oder c. zum Ermitteln einer Grenztemperaturüber- oder -unterschreitung und/oder
d. zur Messung mechanischer Schwingungen bzw. Vibrationen
und/oder statische und/oder dynamischer Beschleunigungen und/oder
e. zur Messung elektrischer u nd/oder elektromagnetischer und/oder magnetischer Felder und/oder
f. zur Messung des U mgebungsdruckes u nd/oder
g. zur Messung der Luftfeuchtigkeit und/oder
h. zur Ermittlung von Teilentladungen und/oder
i. zur Ermittlung der Einbaulage der Antriebsvorrichtung und/oder eine Änderung ihrer Lage im Raum.
Bei Ausbildung der Mittel zur Zustandsüberwachung zum Messen
elektrischer Ströme und/oder Spannungen und/oder des Signalverlaufes elektrischer Ströme und/oder Spannungen kann in erster Linie überwacht oder nachvollzogen werden, ob die elektrische Antriebsvorrichtungen mit den für ihren Betrieb vorgesehenen maximalen Erregerspannungen u nd maximalen Erregerstromstärken angesteuert und damit belastet wird oder wurden. Bei Vorliegen einer zu hohen Motorspannung kann es
beispielsweise zu ei ner Überlastung des Isolationssystems, zu dessen vorzeitiger Alterung oder gar zu Spannungsdurchschlägen kommen. Bei dem Vorliegen zu hoher Motorströme kann es zu thermischen Überlastungen der elektrischen Leiter sowie deren Isolierung u nd somit zu deren Versagen kommen. Auch unzulässige Kombinationen von Motorstrom und Motorspannu ng außerhalb zulässiger Betriebsparameter kön nen auf eine Überlastung der Antriebsvorrichtung mit einer zu großen Last, eine falsche Ansteuerung oder auf mechanische Schäden im Antriebsstrang hi ndeuten. Die Auswertu ng der Signalverläufe elektrischer Ströme bzw. Spannungen kann Rückschlüsse darauf ermöglichen, um welche Art Schaden es sich handelt. Aus der US 6,262,550 B1 si nd entsprechende Auswertemethoden bekannt.
Bei Ausbildung der Mittel zur Zustandsüberwachung zum Messen einer Temperatur und/oder wenigstens ei nes räumlichen und/oder zeitlichen Temperaturverlaufes kann die thermische Belastung zu besti mmten
Zeitpunkten oder kontinuierlich gemessen werden. Die Temperatur kan n einerseits ein An haltspunkt dafür sei n, wie stark die Antriebsvorrichtung belastet wird. Der zeitliche Verlauf der Temperatur kann bspw. Aufschluss darüber geben, ob eine ausreichende Kühlung der Antriebsvorrichtung gegeben ist oder ei ne thermische Überlastung stattgefunden hat.
Thermische Überlastungen können selbst bei ausreichender Kü hlung dann auftreten, wenn die Antriebsvorrichtung in unzulässiger Weise betrieben wird, beispielsweise im Dauerbetrieb statt i m gegebenenfalls nur zulässigen Aussetzbetrieb.
Die Ermittlung ei nes räumlichen Temperaturverlaufes erfordert die Messung der Temperatur an wenigstens zwei räumlich auseinanderfallenden Orten. Ei ner der Messorte kann beispielsweise in der Nähe von Bauteilen liegen, die mit Motorströmen thermisch belastet si nd. Ein räumlicher
Temperaturverlauf könnte dann beispielsweise darüber Aufschluss geben, ob die Ursache ei ner thermischen Überlastung ursächlich in der
Antriebsvorrichtung oder außerhalb zu verorten ist. Bspw. kann es trotz Ein haltu ng mechanischer und elektrischer Grenzwerte zu einer thermischen Überlastung kommen, wenn die Antriebsvorrichtung bei ei ner zu hohen Umgebungstemperatur betrieben wi rd. Bei Ausbildung der Mittel zur Zustandsüberwachung zum Ermittel n ei ner Grenztemperaturüber- oder -unterschreitung kann der Sensor so
ausgebildet sei n, dass ei n Signal nur dann erzeugt wird, wenn die
Antriebsvorrichtung ober- oder unterhalb eines erlaubten
Temperaturfensters betrieben wi rd. Eine kontinuierliche bzw. regelmäßige Speicherung von Messwerten könnte somit entfallen.
Bei Ausbildung der Mittel zur Zustandsüberwachung zur Messung
mechanischer Schwingungen bzw. Vibrationen u nd/oder statischer und/oder dynamischer Beschleunigungen kann ei nerseits auf den Verschleiß- bzw. Beschädigungszustand mechanischer Komponenten wie beispielsweise Wälzlager und zurückgeschlossen werden . Mit fortschreitendem Verschleiß oder bei Auftreten von Beschädigungen verursachen die i m Antriebsstrang vorhandenen, beweglichen Komponenten bspw. immer stärker werdende oder sich in i hrer Frequenz ändernde mechanische Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder dynamische Beschleunigu ngen. Bei Erkennung dieser Schwingungen, Vibrationen oder Beschleunigungen kann ei nerseits auf den Verschleiß oder Beschädigungen ei nzel ner Komponenten
zurückgeschlossen werden.
Die Erkennung bestimmter Vibrationen oder Beschleunigu ngen kann beispielsweise durch den Abgleich von Messwerten mit bekannten
Signaturen erfolgen, die dann bestimmten Verschlei ß- bzw. Schadensbildern zugeordnet werden können. So kann sich beispielsweise eine für eine Unwucht bekannte Signatu r stark von einer Signatur eines defekten
Wälzlagers unterscheiden. Je nach erkannter Signatur und der Häufigkeit bzw. den Bedingungen unter denen die Signatur erkannt wi rd, kann das auf interne Ursachen in der Antriebsvorrichtung oder auf externe, in die
Antriebsvorrichtung eingetragene Ursachen zurückgeschlossen werden. Beispielsweise kan n eine an dem mit der Antriebsvorrichtung betriebenen Werkzeug auftretende Unwucht gemessen werden. Da eine solche Unwucht möglicherweise nur bei ei nem bestimmten Werkzeug auftritt, ist diese dann nicht unter allen Betriebszuständen messbar, weshalb eine in der Antriebsvorrichtung selbst liegende U rsache fü r die Unwucht mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden kann.
Bei Ausbildung der Mittel zur Zustandsüberwachung zur Messung
elektrischer und/oder elektromagnetischer und/oder magnetischer Felder kann vorgesehen sei n, die an den Antriebswicklungen anliegenden Ströme und Spannungen zu messen bzw. den Zustand der Antriebswicklungen zu ermitteln.
Bei Ausbildung der Mittel zur Zustandsüberwachung zur Messung des Umgebungsdruckes bspw. mittels ei nes Drucksensors oder zur Messung der Luftfeuchtigkeit bspw. mittels eines Feuchtigkeitssensors kann darauf zurückgeschlossen werden, ob die Antriebsvorrichtung unter den für sie vorgesehenen Umgebu ngsbedi ngungen eingesetzt wird oder worden ist.
Bei Ausbildung der Mittel zur Zustandsüberwachung zur Ermittlung von Teilentladungen kan n der Verschleiß- bzw. Beschädigungszustand der Antriebswicklungen und/oder des Isolationssystems beurteilt werden.
I m Falle der Ei nbaulage der Antriebsvorrichtung und/oder einer Änderung ihrer Lage im Raum wird im Wesentlichen ermittelt, ob die
Antriebsvorrichtung in der für sie vorgesehenen Einbaulage betrieben wird. Außerdem kann festgestellt werden , ob sich die Einbaulage bzw. die Lage der Antriebsvorrichtung im Raum während des Betriebs i n zulässiger oder unzulässiger Weise ändert. Hierdurch kann zum einen erkannt werden, ob die Antriebsvorrichtung mit zulässigen Betriebsparametern hinsichtlich i hrer Einbaulage betrieben wi rd. Zum anderen können Schadens- und/oder Verschlei ßbilder besser verstanden bzw. i nterpretiert werden. Die
Einbaulage hat beispielsweise Relevanz für die Auslegung von Drehlagern. Wird etwa eine Antriebsvorrichtung für ei ne horizontale Einbaulage mit klei nen Axialkräften ausgelegt, so darf diese Antriebsvorrichtung nicht in vertikaler Einbaulage betrieben werden, da ansonsten die Drehlager in der Antriebsvorrichtung in unzulässiger Weise belastet werden könnten. Bei Antriebsvorrichtungen , die aus einer Motor-Getriebe-Kombination gebildet sind, kan n es Vorkommen, dass je nach Einbaulage ein anderes
Schmierkonzept für die mechanischen Komponenten vorgesehen werden muss. Wi rd ei ne für eine horizontale Einbaulage ausgelegte
Antriebsvorrichtung vertikal oder mit stark veränderlichen Einbaulagen betrieben, kann es beispielsweise zu m Auftreten von Mangelschmierung und somit zum vorzeitigen Verschlei ß kommen. Als Mittel zur Ermittlung der Einbaulage und/oder ei ner Änderung der Lage der Antriebsvorrichtung i m Raum kommen Lagesensoren zum Ei nsatz.
I n vorteil hafter Weise können die Mittel zur Zustandsüberwachung von den Antriebswicklu ngen optional galvanisch getrennt ausgebildet sein. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Überwachung bzw. Aufzeichnung des Zustands der Antriebsvorrichtung praktisch keine Rückwirkung auf das Betreiben des Rotors hat.
Gemäß ei ner besonders bevorzugten Ausfüh ru ngsform kann das
Verschaltungselement als Verschaltungsplati ne ausgebildet sei n. Eine Ausbildung als Verschaltungsplatine hat den Vorteil , dass das
Verschaltu ngselement einfach herzustellen ist und gleichzeitig ei ne sehr geringe Baugröße aufweist. Zudem hat es sich gezeigt, dass das als Platine ausgebildete Verschaltungselement ohne großen Aufwand mit zusätzlichen elektronischen Bauteilen bestückt werden kann. Die zusätzliche Elektronik in Form von Sensorikbausteinen und gegebenenfalls Speicher- und/oder Auswertemodulen ermöglicht die Erfassung der verschiedenen
physikalischen G rößen in der Antriebsvorrichtung.
Das Verschaltungselement kan n nach ei ner vorteil haften Ausgestaltung der Erfi ndung ringförmig ausgebildet und i m Wesentlichen koaxial mit der Drehachse des Rotors ausgerichtet sein. Das Verschaltungselement lässt sich auf diese Weise besonders raumsparend gestalten.
Das Verschaltungselement, der Stator sowie das Gehäuse können
insbesondere mittels Vergusskapselung, vorzugsweise ei ner Vakuum- Vergusskapselu ng, fest mitei nander verbunden sein. Hierdurch kann ei ne gute elektrische Isolation, eine gute Wärmeableitung sowie ein Schutz vor Feuchtigkeit und Manipulation erreicht werden. Das Vergussmaterial besteht vorzugsweise i m Wesentlichen aus einem Epoxidharzmaterial oder
Polyurethan.
Die Mittel zu r Zustandsüberwachung können ein mit wenigstens ei nem Sensor verbundenes Auswertemodul zum Auswerten von Sensordaten aufweisen, das an dem, vorzugsweise i m I n nenraum des Gehäuses, insbesondere an dem Verschaltungselement angeordnet ist. Möglich ist alternativ auch, dass das Auswertemodul auf dem Verschaltungselement angeordnet ist und in Verbi ndung mit einem nicht auf dem
Verschaltungselement angeordneten Sensor steht.
Mittels eines Auswertemodules können die erhobenen Messwerte und/oder Daten der Zustandsüberwachung bereits i n der elektrischen
Antriebsvorrichtung verarbeitet werden . Auf diese Weise kann die zu speichernde u nd/oder nach außen zu übermittel nde Daten menge verringert werden oder bereits zu aussagekräftigen Sekundärwerten, bspw.
Fehlercodes verarbeitet werden. Durch die Erzeugung von Sekundärwerten kann bereits eine I nterpretation der ermittelten Sensordaten erfolgen.
Hierfü r können für die ei nzelnen Messwerte sogenannte Signaturen in dem Auswertemodul oder i n einer mit dem Auswertemodul verbundenen
Speichereinrichtung zum Abgleich hinterlegt werden. Denkbar ist auch, dass die i n dem Auswertemodul hinterlegten Signaturen von Messwerten von Zeit zu Zeit aktualisiert werden, so dass eine bessere Erkennung von Verschleiß oder Schadenszuständen möglich wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfi ndung ist es ebenso möglich, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung ei ne Speicherein richtung zur Aufzeichnung von Sensordaten und/oder von mittels des Auswertemoduls erzeugten Sekundärdaten aufweisen kann, wobei die Speichereinrichtung am Gehäuse, vorzugsweise i m I nnenraum des Gehäuses, insbesondere an oder auf dem Verschaltungselement angeordnet ist.
Die Vorteile dieser Ausgestaltung liegen darin, dass die Mittel zur
Zustandsüberwachung, ggf. einschließlich der Erzeugung von
Sekundärwerten und der Speicherung der ermittelten Daten in den
I nnenraum der Antriebsvorrichtung i ntegriert si nd. Die Aufzeichnung der Sensordaten bzw. der Sekundärwerte kann bspw. eine nachträgliche
Ermittlung von Ausfallursachen unterstützen, da die Mittel zur
Zustandsüberwachung wie ein KFZ-Fehlerspeicher oder ei n
Flugdatenschreiber ei ne nachträgliche Rekonstruktion der den Fehler bedingenden Umstände unterstützen kön nen.
Auch ei ne graduell fortschreitende Veränderung der in der
Antriebsvorrichtung vorliegenden, physikalischen G rößen kann durch
Aufzeich nung der ermittelten Sensorwerte in einer Speichereinrichtung besser erfolgen. Durch Schaffung einer zeitlich verteilten Datenbasis wird eine individuelle Auswertung der Veränderung physikalischer Größen i n einer Antriebsvorrichtung möglich. Die Speicherei nrichtung kann bevorzugt auch so ausgestaltet sei n, dass sie einen Vorspeicher mit ei nem Datenpuffer bildet, der kontinuierlich mit neuen Daten überschrieben wird. Beim
Auftreten eines Verschleiß- und/oder Schadensereignisses kann auf Daten aus dem Vorspeicher zurückgegriffen werden, um die U mstände unmittelbar vor dem Auftreten des Ereignisses rekonstruieren zu können . Es kann auch vorgesehen sei n, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Sensordaten und/oder aus Sensordaten ermittelte Sekundärdaten aufweisen , wobei die
Übertragungseinrichtung vorzugsweise im I n nenraum des Gehäuses, insbesondere auf dem Verschaltungselement angeordnet sei n kann . Die Mittel zur Zustandsüberwachung können neben ei ner auf bzw. an dem Verschaltungselement gekapselten Ausgestaltung, also unzugänglich, solange die Antriebsvorrichtung nicht zerlegt ist, auch mit einer
Übertragungseinrichtung versehen sein, mittels derer ei n Auslesen der Sensordaten bzw. von Sekundärdaten ohne ein Zerlegen der
Antriebsvorrichtung für einen direkten Zugriff möglich wird. Die generierten Zustandsinformationen können somit ausgelesen werden, während sich die Antriebsvorrichtung noch im eingebauten Betriebszustand bzw. zumi ndest unzerlegten Zustand befindet.
Dabei kann vorgesehen sei n, dass die Übertragungseinrichtung zur konti nuierlichen und/oder periodischen und/oder zur ereignisbasierten und/oder zur manuell ausgelösten Datenübertragung ausgebildet ist.
Beispielsweise können die sensorisch ermittelten Zustandsi nformationen konti nuierlich und/oder periodisch an ei ne andere Einrichtung übertragen werden, etwa an den Steuerstand der Anlage, in welcher die
Antriebsvorrichtung verbaut ist. Möglich ist auch, die Zustandsi nformationen zusätzlich oder alternativ an eine entfernte, externe
Überwachungseinrichtung zu übertragen. Die Überwachu ngsein richtung kann beispielsweise bei dem Lieferanten oder Hersteller der
Antriebsvorrichtung betrieben werden, so dass bei Abweichungen von vorgegebenen Betriebsparametern frühzeitig ein Eingriff seitens des
Herstellers durch Angebot von Wartung oder Reparatur erfolgen kann.
Die Übertragung kann anstelle einer kontinuierlichen bzw. periodischen Übertragung auch ereignisbasiert oder manuell ausgelöst werden .
Beispielsweise kan n die Übertragungsein richtung erst bei oder nach Feststellung eines Lagerschadens ei ne entsprechende Fehlermeldung ausgeben , so dass eine I nstandsetzung rechtzeitig vor ei nem endgültigen Ausfall der Antriebsei nrichtung erfolgen kann. Ei ne manuelle Auslösung der Übertragung von Zustandsdaten kommt dann in Betracht, wenn der Zustand der Antriebsvorrichtung durch Wartungspersonal manuell ausgelesen werden soll .
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Übertragungseinrichtung zu r drahtlosen Datenübertragu ng ausgebildet ist, so dass auf eine
Drahtverbindung verzichtet werden kann.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sei n, dass die
Übertragungseinrichtung zur drahtgebundenen Datenübertragung
ausgebildet ist, wenn die Antriebsvorrichtung beispielsweise in einem funkentstörten Bereich betrieben wi rd oder vor einem unautorisierten
Funkzugriff geschützt werden soll .
Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Mittel zur
Zustandsüberwachung eine mit der Übertragungsei nrichtung verbundene Schnittstelle zum Anschließen ei ner Ausleseei nrichtung aufweist. Die
Übertragungseinrichtu ng kann mit ei ner standardisierten Schnittstelle, bspw. mit einer USB-Schnittstelle oder anderen digitalen Sch nittstellen verbu nden sein, so dass ei n Auslesen mithilfe eines herkömmlichen Datenkabels möglich wi rd.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Schnittstelle getrennt von einem äu ßeren, mit den Spulengruppen elektrisch verbundenen
Leistungsanschluss der Antriebsvorrichtung ausgebildet ist. Ei n eigener Anschluss zum Auslesen der Zustandsi nformationen kann sicherstellen, dass die Verdrahtung der Antriebsvorrichtung mit ihrer Steuerei nrichtung unverändert bleibt und ein Auslesen von Zustandsi nformationen sogar während des laufenden Betriebes erfolgen kann. Denkbar ist auch die Übertragung über die Motorleitung oder Encoderleitung oder als sogenannte Einkabellösung.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Schnittstelle von einer Außenseite des Gehäuses zugänglich ist, um ein Auslesen der Zustandsinformationen zu erleichtern.
I m Gegensatz dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Schnittstelle im I nnenraum des Gehäuses angeordnet ist und nur bei geöffnetem Gehäuse zugänglich ist. Dies erschwert Unbefugten das Auslesen der
Zustandsinformationen der Antriebsvorrichtung.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung wenigstens einen weiteren Sensor für eine Messung einer physikalischen Größe an einer Komponente der
Antriebsvorrichtu ng aufweist. Beispielsweise kön nte ei n zusätzlicher Sensor an dem Rotor angebracht werden, der das auf den Rotor wirkende
Drehmoment direkt am Rotor misst. Auf diese Weise kann die Qualität und Genauigkeit der ermittelten Zustandsinformationen verbessert werden .
Die Antriebsvorrichtung kann vorzugsweise ei n Getriebe aufweisen, vorzugsweise ei n U ntersetzungsgetriebe, i nsbesondere ein
Spannungswellengetriebe bzw. Harmonic- Drive-Getriebe, das eingangsseitig mit dem Rotor wirkverbu nden ist und ausgangsseitig einen Abtrieb der Antriebsvorrichtung bildet. Die Antriebsvorrichtu ng bildet dann zusammen mit dem Getriebe eine Baueinheit, die bspw. besonders für Anwendungen i n der Robotik geeignet sei n kann . Dabei kann der Rotor als Hohlwelle für die Durchführung von Leitungen ausgebildet sein .
Bei einer solchen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung hat es sich als besonders vorteil haft erwiesen, das Verschaltu ngselement axial zwischen den Antriebswicklungen und dem Getriebe oder an der dem Getriebe abgewandten Seite anzuordnen, so dass die Mittel zur
Zustandsüberwachung gleichzeitig die Komponenten der Antriebsvorrichtung wie bspw. des Getriebes oder der Applikation überwachen können.
Die Abtriebsseite ei nes Elektromotors wird üblicherweise als "Motor-D-Seite" bezeichnet, die gegenüberliegende Seite des Motors als "Motor-N-Seite".
Die Anordnung des Verschaltungselementes an der Motor-N-Seite erlaubt eine einfachere Kabelführung der Motorlitzen zu r Versorgung mit
Antriebsenergie. Eine Anordnung des Verschaltungselementes an der Motor- D-Seite kann die Überwachung des Zustandes an der Abtriebsseite, beispielsweise den Zustand eines angeflanschten Getriebes, qualitativ verbessern.
Darstellung der Erfindung
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombi nation den Gegenstand der vorliegenden
Erfi ndung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassu ng in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Dabei zeigen zum Teil schematisch :
Figur 1 eine erfi ndungsgemäße Antriebsvorrichtung,
Figur 2 eine Baugruppe aus Verschaltungsplatine und
Antriebswicklungen der Antriebsvorrichtung gemäß Figur 1 und Figur 3 eine mit Mitteln zur Zustandsüberwachung bestückte
Verschaltungsplatine der Antriebsvorrichtung gemäß Figur 1
Figur 4 ei ne Schnittansicht der Antriebsvorrichtung.
Gleiche oder gleichwirkende Bauteile werden i n den nachfolgend
dargestellten Figuren der Zeichnu ng anhand ei ner Ausführungsform mit Bezugszeichen versehen, u m die Lesbarkeit zu verbessern.
Die Figuren 1 und 4 zeigen eine erfindu ngsgemäße Antriebsvorrichtung 1 mit ei nem Gehäuse 2 und einem darin angeordneten Rotor 3. Der Rotor 3 ist bezüglich eines i n dem Gehäuse 2 drehfest angeordneten Stators 4, der auch i n Figur 2 dargestellt ist, drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert. An dem Stator 4 sind mehrere über den U mfang verteilte Antriebswicklungen 5 vorgesehen, die an einem Verschaltungselement 6 zu Spulengruppen u, v, w zusammengeschaltet si nd. Das Verschaltungselement 6 ist mit den in der Figur 3 dargestellten Sensoren 7, 8, 9 versehen.
Diese Sensoren können zum Messen elektrischer Ströme u nd/oder
Spannungen u nd/oder des Signalverlaufes elektrischer Ströme und/oder Spannungen u nd/oder zum Messen ei ner Temperatur und/oder wenigstens eines räumlichen und/oder zeitlichen Temperaturverlaufes und/oder zum Ermitteln einer Grenztemperaturüber- oder -unterschreitung und/oder zur Messung mechanischer Schwi ngungen bzw. Vibrationen und/oder statische und/oder dynamischer Beschleunigungen u nd/oder zur Messung elektrischer und/oder elektromagnetischer und/oder magnetischer Felder und/oder zur Messung des U mgebungsdruckes und/oder zu r Messung der Luftfeuchtigkeit und/oder zur Ermittlung von Teilentladungen an den Antriebswicklungen 5 sowie zu r Ermittlung der Einbaulage der Antriebsvorrichtung 1 und/oder einer Änderungen i hrer Lage im Raum ausgebildet sein. Vorliegend dient der Sensor 7 zur Überwachung der Wicklungstemperatur einer Antriebswicklung 5. Der Sensor 8 dient der Messung von
Motorströmen, mit denen ei ne der Spulengruppen u, v, w während des Betriebs der i m vorliegenden Beispiel als Dreiphasen- Wechselstrommaschine ausgebildeten Antriebsvorrichtung 1 durchflossen wird. Der Sensor 9 dient der Feuchtigkeitsmessung im I n nenraum 1 0 des Gehäuses 2. Außerdem können weitere Sensoren auf dem
Verschaltungselement 6 vorgesehen werden, um i m I nnenraum 1 0 des Gehäuses 2 vorherrschende und für die Zustandsüberwachung i nteressante physikalische Größen zu messen.
Vorliegend ist das Verschaltu ngselement 6 als Verschaltungsplatine 1 1 ausgebildet, die auf die Anordnung der Antriebswicklungen 5 aufgesetzt und damit unter Ausbildung einer optionalen Vergusskapselung 1 3 vergossen ist. Das Verschaltungselement 6 und die Anordnung der Antriebswicklungen 5 am Stator 4 bilden somit eine einheitliche Baugruppe.
Das Verschaltungselement 6 und auch die Spulenanordnung der
Antriebswicklungen 5 sind ringförmig ausgebildet. Der somit ebenfalls ri ngförmig ausgebildete Stator 4 ist im I nnenraum 1 0 der Antriebsvorrichtung 1 koaxial mit einer Drehachse 1 2 des Rotors 3 ausgerichtet. Der Rotor 3 weist entweder Permanentmagneten oder ebenfalls Antriebswicklungen 5 auf, die als Gegenelemente zu den Antriebswicklungen 5 des Stators 4 dienen, um den Rotor 3 innerhalb der Antriebsvorrichtung 1
elektromagnetisch zu betreiben. Beispielsweise kann die elektrische
Antriebsvorrichtung als Synch ronmaschine bzw. Synchron-Servomotor ausgebildet sei n.
Denkbar ist auch ei ne Variante, bei welcher ein oder mehrere
Permanentmagneten auf dem Stator 4 angeordnet sind und die
Antriebswicklungen 5 auf dem Rotor 3 angeordnet si nd. I n diesem Fall wären die Antriebswicklungen 5 an ei nem drehtest mit dem Rotor 3 verbundenen Verschaltungselement 6 miteinander verschaltet.
Die Antriebsvorrichtung 1 kann auch als Außenläufer mit ei nem ri ngförmigen Rotor 3 ausgebildet sei n, der einen Stator 4 u mgibt.
I n der vorliegend zeichnerisch dargestellten Ausfüh rungsform ist der Rotor 3 mit ei nem stirnseitig des Gehäuses 2 angeflanschten Untersetzungsgetriebe 27 verbunden, welches die Bewegung des Rotors 3 untersetzt und
gleichzeitig das von der Antriebsvorrichtu ng 1 abgegebene Drehmoment erhöht. Das Untersetzungsgetriebe 27 kann alternativ auch mit in das
Gehäuse 2 i ntegriert sein.
Das Untersetzungsgetriebe 27 kann beispielsweise ein
Span nungswellengetriebe, also ei n sogenanntes Harmonie Drive-Getriebe sein, dass die an eingangsseitig anliegende Drehbewegung des Rotors 3 untersetzt. Denkbar ist auch, dass das Untersetzu ngsgetriebe 27 als
Planetengetriebe oder dgl. ausgebildet ist. Ei n Ausgang 29 des
Untersetzungsgetriebes 27 bildet den Abtrieb der Antriebsvorrichtung 1 .
Der Rotor 3 kann als Hohlwelle ausgebildet sein und die Antriebsvorrichtung 1 vollständig durchragen , um ei nen Kanal zur Durchführung von Kabeln oder Leitungen zu dienen. Derartige Motoren eignen sich bspw. besonders für den Einsatz an I ndustrierobotern und Werkzeugmaschi nen.
Die Vergusskapselung 1 3, mit der das Verschaltungselementes 6 und die Anordnung der Antriebswicklungen 5 aneinandergefügt macht die
Antriebswicklungen 5 sowie das Verschaltungselement 6 zu einer
einheitlichen und zerstörungsfrei nicht trennbaren Bauei nheit. Die
Vergusskapselung 1 3 dient der elektrischen Isolation und der
Wärmeableitung und dem Feuchtigkeitsschutz der elektronischen
Komponenten auf dem Verschaltungselement 6. Zum anderen bietet die Vergusskapselung 1 3 einen gewissen Manipulationsschutz für die auf dem Verschaltungselement 6 angeordneten Komponenten, die nur unter
Zerstörung der Vergusskapselung 1 3 zugänglich sind. Die
Vergusskapselung kann beispielsweise aus ei nem Epoxidharz oder
Polyurethan bestehen.
An dem Verschaltungselement 6 ist zudem noch ei n Motorleitungsbündel 25 angebracht, welches eine elektrische Verbi ndung nach außen zur
Kontaktierung der zu Spulengruppen u, v, w zusammengeschalteten
Antriebswicklungen 5 dient. Zusätzlich ist ei ne Datenübertragungsleitung 26 vorgesehen, die in elektrischer Verbindung mit den Mittel n zu r
Zustandsüberwachung auf dem Verschaltungselement 6 steht.
Die Mittel zu r Zustandsüberwachung sind auf dem in Figur 3 gezeigten Verschaltungselement 6 du rch die drei Sensoren 7, 8, 9, ei n Auswertemodul 14, eine Speichereinrichtung 1 5 sowie ei ne Übertragungsein richtung 1 6 gebildet. Die Übertragungseinrichtung 1 6 kann entweder mit der
Datenübertragungsleitung 26 in elektrischer Verbindung stehen , oder aber als Drahtlos-Übertragungsei nrichtung ausgebildet sein.
An dem Gehäuse 2 der Antriebsvorrichtung 1 ist ein Leistungsanschluss 1 9 vorgesehen , i n welchem das Motorleitungsbü ndel 25 mündet, und an welchen eine Steuerei nrichtung 22 zur Ansteueru ng der Antriebsvorrichtung 1 mittels einer Verbindungsleitung 23 anschließbar ist. Ferner ist dort eine Schnittstelle 1 7 vorgesehen, in welcher die Datenübertragungsleitung 26 mündet. An die Schnittstelle 1 7 kan n eine Ausleseeinrichtung 1 8 mittels einer Verbindungsleitu ng 24 angeschlossen werden, um die durch die
Sensoren 7, 8, 9 erhobenen Zustandsdaten an die Ausleseei nrichtung 1 8 zu übertragen.
Alternativ zur Übertragung mittels der drahtgebundenen Sch nittstelle 1 7 kann die Übertragu ng zu r Ausleseeinrichtung 1 8 auch drahtlos erfolgen, wenn die auf dem Verschaltungselement 6 vorgesehene
Übertragungseinrichtu ng 1 6 zur drahtlosen Übertragung geeignet ist.
Zusätzlich zu den auf dem Verschaltungselement 6 angeordneten Sensoren 7, 8, 9 können weitere Sensoren 21 , 28 zur Direktmessung bestim mter physikalischer Größen im Gehäuse 2 verteilt oder auf der Außenseite 20 des Gehäuses 2 angeordnet werden. Beispielsweise kann ei n Sensor 28 zur Messung der Temperatur auf der Außenseite 20 des Gehäuses 2 und ein Sensor 21 zur Messung der Temperatur des Gehäuses 2 auf der I nnenseite vorgesehen werden, so dass mittels einer Differenzbildung aus
Temperaturwert des Sensors 28 und der Temperatur des Sensors 21 darauf geschlossen werden kann, ob ei ne Temperaturbelastung der
Antriebsvorrichtung aufgrund einer i nneren oder äußeren Wärmeentwicklung erfolgt.
Durch die Anordnung der Verschaltungsplati ne 1 1 in unmittelbarer Nähe der Antriebswicklungen 5 können an den Antriebswicklungen 5 vorliegende physikalische Größen mit ausreichender Genauigkeit und Güte gemessen werden, ohne dass der betreffende Sensor di rekt auf oder i n der
Antriebswicklung 5 vorgesehen werden muss. Auf diese Weise vereinfacht sich die Montage der gesamten elektrischen Antriebsvorrichtung deutlich, da eine vorbestückte Verschaltungsplatine 1 1 die gewünschte Sensorik aufweisen kann und ei n zusätzlicher Montageaufwand an den
Antriebswicklungen 5 entfallen kann .
Die Verschaltungsplati ne 1 1 kann im Unterschied zu der i n Figur 4 gezeigten Anordnu ng auf der dem Untersetzungsgetriebe 27 zugewandten Seite des Stators 4, der sogenannten Motor- D-Seite, angeordnet sein , so dass die auf dem Verschaltungselement 6 angeordneten Sensoren auch physikalische Größen aufnehmen können, die in dem U ntersetzungsgetriebe 27 auftreten. Dies sind beispielsweise Lagerschäden oder Beschädigungen bzw.
Verschlei ß an der Verzahnung der Getriebekomponenten. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist derjenige, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung vollständig räumlich von den mit der Betriebsspannung erregten Bauteilen der Antriebsvorrichtung 1 getrennt werden können, so dass zwar einerseits ei ne Überwachung des Zustands der Vorrichtu ng möglich ist, aber eine Rückwi rkung oder Ei nwirkung der Zustandsüberwachung auf den Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 vermieden werden kann. So ist es beispielsweise möglich , die Antriebsvorrichtung 1 während des laufenden Betriebes bzgl. ih rer Zustandsi nformationen auszulesen. Da über die Mittel zu r Zustandsüberwachu ng keine
Ei nflussnahme auf die Erregung der Antriebswicklungen möglich ist, ist eine hohe Betriebssicherheit gegeben.
Das Auswertemodul 1 4, das Speichermodul 1 5 sowie die
Übertragungseinrichtu ng 1 6 si nd vorliegend durch einen Mikrokontroller gebildet, der alle Sensordaten der Sensoren 7, 8, 9, 21 , 28 über die vorliegend digitale Schnittstelle 1 7 an die Ausleseeinrichtu ng 1 8 übermittelt.
I n dem Auswertemodul 14 kann eine Vorverarbeitung der im Speichermodul 1 5 abgespeicherten Zustandsdaten erfolgen, so dass das Auslesegerät 1 8 entweder Sensorrohdaten zur Weiterverarbeitung abrufen kann oder das Ergebnis einer in dem Auswertemodul 14 bereits erfolgten Berechnu ng. Ei n solches Ergebnis könnte beispielsweise ei n Fehlercode sei n, der angibt, dass eine besti mmte Komponente ausgetauscht werden muss.
Die Mittel zu r Zustandsüberwachung können durch die Anordnung auf der Verschaltu ngsplati ne funktionell getrennt zur Ansteueru ng der
Antriebsvorrichtung 1 , bspw. galvanisch getrennt vorgesehen werden, so dass die Erhebung der Zustandsi nformationen keinen Einfluss auf den Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 hat. Bezugszeichenliste
1 Antriebsvorrichtung
2 Gehäuse
3 Rotor
4 Stator
5 Antriebswicklung
6 Verschaltungselement
7 Sensor
8 Sensor
9 Sensor
10 Innenraum
11 Verschaltungsplatine
12 Drehachse
13 Vergusskapselung
14 Auswertemodul
15 Speichereinrichtung
16 Übertragungseinrichtung
17 Schnittstelle
18 Ausleseeinrichtung
19 Leistungsanschluss
20 Außenseite
21 Sensor
22 Steuereinrichtung
23 Verbindungsleitung Antriebssteuerung
24 Verbindungsleitung Zustandsüberwachung
25 Motorleitungsbündel
26 Datenübertragungsleitung
27 Untersetzungsgetriebe
28 Sensor
29 Ausgang
U, V, w Spulengruppen 1, 2, 3

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Antriebsvorrichtu ng (1 ) mit in ei nem Gehäuse (2)
angeordneten wenigstens ei nem Stator (4) sowie einem relativ zum Stator (4) drehbaren Rotor (3), wobei Rotor (3) und/oder Stator (4) Antriebswicklungen (5) zum elektromagnetischen Betreiben des Rotors (3) aufweisen, die Antriebswicklu ngen (5) an einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Verschaltungselement (6) zur Bildu ng von Spulengruppen (u, v, w) mitei nander verschaltet sind und die Spulengruppen (u, v, w) mittels an dem Verschaltungselement (6) vorgesehenen
Motorleitungsbündeln (25) an eine Steuereinrichtung (22) anbindbar sind, dadu rch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (1 ) Mittel (7, 8, 9, 14, 1 5) zur Zustandsüberwachung aufweist, die zumi ndest teilweise an dem Verschaltungselement (6) angeordnet si nd.
2. Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung wenigstens einen Sensor (7, 8, 9) zur Ermittlung einer physikalischen G röße der Antriebsvorrichtung (1 ) aufweisen.
3. Elektrische Antriebsvorrichtung nach ei nem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur
Zustandsüberwachung
a. zum Messen elektrischer Ströme und/oder Spannungen und/oder des Signalverlaufes elektrischer Ströme und/oder Span nungen und/oder b. zum Messen einer Temperatur und/oder wenigstens ei nes räu mlichen und/oder zeitlichen Temperaturverlaufes und/oder
c. zum Ermitteln einer Grenztemperaturüber- oder -unterschreitung
und/oder
d. zur Messung mechanischer Schwi ngungen bzw. Vibrationen u nd/oder statische und/oder dynamischer Beschleunigu ngen u nd/oder e. zur Messung elektrischer und/oder elektromagnetischer und/oder magnetischer Felder und/oder
f. zur Messung des Umgebu ngsdruckes und/oder
g. zur Messung der Luftfeuchtigkeit und/oder
h. zur Ermittlung von Teilentladungen u nd/oder
i. zur Ermittlung der Ei nbaulage der Antriebsvorrichtu ng (1 ) und/oder einer Änderu ng ihrer Lage im Raum
ausgebildet si nd.
4. Antriebsvorrichtung (1 ) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung von den Antriebswicklungen (5) galvanisch getrennt sind.
5. Antriebsvorrichtung (1 ) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschaltungselement (6) als
Verschaltungsplatine (1 1 ) ausgebildet ist.
6. Antriebsvorrichtung (1 ) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschaltungselement (6) ri ngförmig ausgebildet und im Wesentlichen koaxial mit der Drehachse (1 2) des Rotors (3) ausgerichtet ist.
7. Antriebsvorrichtung (1 ) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschaltungselement (6), der Stator (4) sowie das Gehäuse (2) mittels Vergusskapselung ( 1 3), vorzugsweise einer Vakuu m-Vergusskapselung, fest miteinander verbunden sind.
8. Antriebsvorrichtung (1 ) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung ein mit wenigstens ei nem Sensor (7, 8, 9) verbundenes Auswertemodul (14) zum Auswerten von Sensordaten aufweisen, das an dem, vorzugsweise im Innenraum (10) des Gehäuses (2), insbesondere an dem Verschaltungselement (6) angeordnet ist.
9. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung eine Speichereinrichtung (15) zur Aufzeichnung von Sensordaten und/oder von mittels des Auswertemoduls (14) erzeugten Sekundärdaten aufweisen, wobei die Speichereinrichtung am Gehäuse (2),
vorzugsweise im Innenraum (10) des Gehäuses (2), insbesondere an oder auf dem Verschaltungselement (6) angeordnet ist.
10. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung eine Übertragungseinrichtung (16) zur Übertragung von Sensordaten und/oder aus Sensordaten ermittelten Sekundärdaten aufweisen, wobei die Übertragungseinrichtung (16) vorzugsweise im Innenraum (10) des Gehäuses (2), insbesondere auf dem Verschaltungselement (6) angeordnet ist.
11. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (16) zur kontinuierlichen und/oder periodischen und/oder zur ereignisbasierten und/oder zur manuell ausgelösten Datenübertragung ausgebildet ist.
12. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (16) zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenübertragung ausgebildet ist.
13. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur drahtgebundenen Zustandsüberwachung eine mit der Übertragungseinrichtung (16) verbundene Schnittstelle (17) zum
Anschließen einer Ausleseeinrichtung (18) aufweist, vorzugsweise dass die Schnittstelle (17) getrennt von einem äußeren, mit den Spulengruppen elektrisch verbundenen Leistungsanschluss (19) der Antriebsvorrichtung (1) ausgebildet ist.
14. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (17) von einer Außenseite (20) des Gehäuses (2) zugänglich oder im Innenraum (10) des Gehäuses (2) angeordnet und nur bei geöffnetem Gehäuse zugänglich ist.
15. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zustandsüberwachung wenigstens einen weiteren Sensor (21) für eine Messung einer physikalischen Größe an einer Komponente der Antriebsvorrichtung (1) aufweist.
16. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Getriebe, vorzugsweise ein
Untersetzungsgetriebe (27), das eingangsseitig mit dem Rotor (3) wirkverbunden ist und ausgangsseitig einen Abtrieb der
Antriebsvorrichtung (1) bildet.
17. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschaltungselement (6) axial zwischen den
Antriebswicklungen (5) und dem Getriebe oder auf der dem Getriebe gegenüberliegenden Seite des Stators (4) bzw. des Rotors (3) angeordnet ist.
EP18728575.4A 2018-05-25 2018-05-25 Elektrische antriebsvorrichtung mit zustandsüberwachung Withdrawn EP3763021A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/063829 WO2019223882A1 (de) 2018-05-25 2018-05-25 Elektrische antriebsvorrichtung mit zustandsüberwachung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3763021A1 true EP3763021A1 (de) 2021-01-13

Family

ID=62492611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18728575.4A Withdrawn EP3763021A1 (de) 2018-05-25 2018-05-25 Elektrische antriebsvorrichtung mit zustandsüberwachung

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3763021A1 (de)
WO (1) WO2019223882A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019107897A1 (de) * 2019-03-27 2020-10-01 Lock Antriebstechnik Gmbh System mit einer Mehrzahl von Getriebemotoren und wenigstens einem Sensor
EP3893369A1 (de) * 2020-04-08 2021-10-13 Andreas Stihl AG & Co. KG Generator mit einer kommunikationseinrichtung

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576632A (en) 1994-06-30 1996-11-19 Siemens Corporate Research, Inc. Neural network auto-associator and method for induction motor monitoring
US5726911A (en) 1996-08-22 1998-03-10 Csi Technology, Inc. Electric motor monitor
US6529135B1 (en) 1999-10-12 2003-03-04 Csi Technology, Inc. Integrated electric motor monitor
US6262550B1 (en) 1999-12-17 2001-07-17 General Electric Company Electrical motor monitoring system and method
US20030012441A1 (en) 2001-07-02 2003-01-16 Jasc Software, Inc. Detection of lines in images
US7231319B2 (en) 2003-06-18 2007-06-12 Eaton Corporation System and method for proactive motor wellness diagnosis based on potential cavitation faults
US20090096405A1 (en) 2007-10-15 2009-04-16 General Electric Company Method and system for remotely predicting the remaining life of an ac motor system
DE102007054421A1 (de) 2007-11-13 2009-05-14 Dewert Antriebs- Und Systemtechnik Gmbh Elektromotorische Antriebsanordnung
US20110316691A1 (en) 2010-06-24 2011-12-29 Brian Pepin Flat-hierarchy system for condition-based monitoring of distributed equipment
DE102013102648A1 (de) 2013-03-14 2014-09-18 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg "Elektromotor mit Funktionsüberwachung der Motorlager"
WO2015043619A1 (de) 2013-09-24 2015-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur zustandsüberwachung eines eine elektrische antriebseinheit umfassenden antriebssystems
CN105980870A (zh) 2014-02-07 2016-09-28 尼得科电机有限公司 用于电机监视的系统、设备和方法
DE102014108366A1 (de) 2014-06-13 2015-12-17 Dr. Fritz Faulhaber Gmbh & Co. Kg "Modularer Hohlwellenmotor"
CN207835376U (zh) * 2016-03-22 2018-09-07 三菱电机株式会社 电动机以及空调机
US10181774B2 (en) * 2016-04-06 2019-01-15 Regal Beloit America, Inc. NFC antenna for communicating with a motor and method of manufacturing and using same
CN106160354A (zh) * 2016-07-11 2016-11-23 北京理工大学 一种易于集成匹配的新能源车用电机控制器
CN206313622U (zh) * 2016-12-22 2017-07-07 日本电产（东莞）有限公司 电动式马达及包含该电动式马达的电气产品

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019223882A1 (de) 2019-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008025596B4 (de) Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung
EP1502086A2 (de) Schwingungssensor und verfahren zur zustands berwachung von rotierenden bauteilen und lagern
EP2102728B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum diagnostizieren des zustandes eines maschinenbauteils
DE102017103020B4 (de) Gebäudetürsystem für zumindest einen elektromotorisch angetriebenen Türflügel einer Tür und Verfahren zum Erzeugen von Wartungsinformationen für ein Gebäudetürsystem
EP2174097A2 (de) Drehgeber mit überwachung des lagerverschliesses sowie verfahren hierzu
DE102010034749A1 (de) Vorrichtung zur Überwachung eines rotierenden Maschinenteils
EP1902293A1 (de) Schnittstellenmodulvorrichtung für eine elektrische maschine zur lebensdauerberechnung eines lagers
DE102010036096A1 (de) Kugelgewindetrieb
EP2526384B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur frühzeitigen erkennung der entstehung von schäden in einem lager
EP3763021A1 (de) Elektrische antriebsvorrichtung mit zustandsüberwachung
EP3100064B1 (de) Vorrichtung sowie verfahren zur fehlererkennung in maschinen
DE102016224541A1 (de) Sicherheitsverfahren und Sicherheitsvorrichtung
DE102007017708A1 (de) Motor mit Schwingungsaufnehmer
EP3120203B1 (de) Vorrichtung sowie verfahren zur fehlererkennung in maschinen
WO2011069545A1 (de) Condition monitoring system eines motors
DE102009007623A1 (de) Parametrisierung von Windenergieanlagen
DE102017118771B4 (de) Abtriebsstation für die Betätigung einer Klappe an einem Flugzeugflügel und Flugzeug mit solchen Abtriebsstationen
DE102019207546A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers einer elektrischen Maschine und elektrische Maschine
EP4002680B1 (de) Verfahren und system zur zustandsbasierten instandhaltung einer zugangsvorrichtung
WO2023208616A1 (de) Sensorsystem für eine elektrische maschine
DE102019201985B4 (de) Verfahren zum Erkennen eines Fehlers einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug
DE102017000821A1 (de) Elektrische Antriebseinheit mit intelligenter Wartungsbedarfsüberwachung
DE102017108574A1 (de) Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Aufzugsanlage
DE102007053755A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Überwachung einer Läufertemperatur einer permanent erregten elektrischen Maschine
EP3262393A1 (de) Messsystem zur vibrationsmessung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20201006

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20210623

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230530

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20240229