WO2020108693A1 - Verfahren zur laufenden zustandsüberwachung eines elektromotors - Google Patents

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WO2020108693A1
WO2020108693A1 PCT/DE2019/100991 DE2019100991W WO2020108693A1 WO 2020108693 A1 WO2020108693 A1 WO 2020108693A1 DE 2019100991 W DE2019100991 W DE 2019100991W WO 2020108693 A1 WO2020108693 A1 WO 2020108693A1
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motor phase
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Jochen Reith
Tom Huck
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/64—Controlling or determining the temperature of the winding

Definitions

  • the invention relates to a method for continuously monitoring the condition of a
  • DE 10 2010 041 944 A1 describes an electric motor with a sensorless temperature measurement.
  • An estimation module receives a temperature value as well as the three
  • Phase current values of the three-phase electric motor and processes this information to an estimated motor temperature.
  • WO 2015/110107 A2 describes a method for determining a motor temperature of an electric motor, in which the motor temperature is estimated using a motor temperature model as a function of a temperature of the power electronics that control the electric motor.
  • DE 10 2010 038 560 A1 describes a temperature estimation method in order to estimate the stator winding temperature using a thermal impedance model, the engine speed and a measured engine cooling temperature.
  • the total power loss for each phase of the engine is determined.
  • the stator winding temperatures for each motor phase are estimated based on the total power loss in that phase and a combined thermal impedance for that phase.
  • the combined thermal impedance includes a first thermal impedance between the stator winding and the stator core and a second thermal impedance between the stator core and the engine coolant.
  • the object of the present invention is to improve temperature determination in an electric motor.
  • the temperature in an electric motor with asymmetrical phase power should be easy and reliable to estimate.
  • At least one of these tasks is ongoing through a process
  • Condition monitoring of an electric motor with the features of claim 1 solved. Accordingly, a method for continuously monitoring the condition of an electric motor is proposed, comprising a rotor and a stator and at least two motor phases for causing the rotor to rotate relative to the stator, with the first motor phase losing a first energy loss and the second motor phase losing a second energy loss in an operating state of the electric motor is assigned, one
  • Temperature is determined during operation of the electric motor by first carrying out a first temperature calculation to estimate a temperature of the first motor phase, the first temperature calculation being an energy loss estimate the at least one first energy loss value of the first motor phase and a temperature estimate in which one is dependent on the first energy loss value
  • Temperature of the first motor phase is calculated as the first temperature value, and a second temperature calculation is then carried out to estimate a temperature of the second motor phase, in which, depending on the first temperature value and an energy loss difference between the first and second energy losses, a temperature of the second motor phase as the second temperature value is calculated.
  • Computational effort can be reduced. Overloading, for example heating of the components, for example the insulation or the potting, of the electric motor can be prevented.
  • the reliability of the electric motor and the structural unit receiving the electric motor, for example a hybrid module, can be improved.
  • the method makes it possible to detect a failure of the components of the electric motor, in particular in the case of asymmetrical phase powers, and to increase the power limits of the electric motor in short-term operation and in continuous operation.
  • the method enables a non-invasive temperature determination by including an estimate of the electrical power losses of the electric motor during operation of the electric motor, which can be done several times, in particular continuously.
  • the electric motor can have smaller dimensions and take up less space with the same output.
  • the proposed method allows the use of a plurality of
  • Temperature sensors can be dispensed with.
  • the use of temperature sensors in the particularly temperature-critical areas is also not always possible due to the installation space.
  • An asymmetrical phase power can occur due to asymmetrical energization of the electric motor at a standstill or at low speeds of the rotor, or else due to different electrical resistances of the motor phases of the
  • An asymmetrical phase power is based on asymmetrical phase losses, which in turn trigger asymmetrical phase temperatures.
  • Such asymmetrical relationships between the motor phases can lead to a misjudgment of the temperature in one motor phase if only the temperature of one motor phase is monitored and is simply transferred to the other motor phases. For these reasons, a careful and accurate estimate of the respective temperatures of the other engine phases should be sought.
  • the electric motor can be a brushless DC motor.
  • the electric motor can be designed in three phases.
  • the electric motor can be in a drive train of a vehicle be installed.
  • the powertrain can be a hybrid powertrain.
  • the vehicle can be an electric vehicle.
  • the electric motor can be a drive element of the vehicle.
  • the first and second motor phases can be assigned to the stator and the stator
  • Temperature detection can estimate a temperature of the stator.
  • a third motor phase is present, which is associated with a third energy loss in the operating state of the electric motor, with a temperature at the third motor phase being dependent on the first temperature value and an energy loss difference between the first and third in the second temperature calculation Motor phase is calculated.
  • the first motor phase can comprise an electrical line that has a temperature-dependent electrical line resistance.
  • the electrical line can have a copper material, the specific electrical resistance of which is temperature-dependent.
  • the line resistance can also be frequency-dependent, in particular due to skin effects and proximity effects.
  • the line loss can be proportional to the product of the line resistance and the square of the phase current.
  • the electric motor can have permanent magnets and the line loss can also depend on a magnetic field strength of the permanent magnets.
  • Magnetic field strength can be temperature-dependent.
  • the energy loss estimate calculates at least one iron loss of the electric motor at least depending on a measurement of a rotational frequency of the rotor.
  • the iron losses of the electric motor can be
  • the first energy loss value is dependent on the line loss and / or the iron loss.
  • the temperature in the electric motor in particular on the first motor phase or in a region of the first motor phase, is measured by a measurement as a temperature measurement value, and the first temperature calculation takes the temperature measurement value into account when calculating the first temperature value.
  • the calculation bases used to carry out the first temperature calculation are adapted as a function of the first temperature measured value.
  • the second temperature value becomes dependent on the first temperature value and one in the second temperature calculation
  • the existing thermal capacities are taken into account when calculating the second temperature value. This enables a more accurate calculation of the transient temperatures.
  • the temperature difference D ⁇ $ 2 is proportional to the energy loss difference AP>.
  • the proportionality factor can be a previously determined thermal resistance t / 7 , 2.
  • the thermal resistance Rth, 2 can be present between the first and second motor phases.
  • each additional motor phase m (i) in particular the temperature difference A ⁇ 2 of the second motor phase m (2), can be based on the first motor phase m (1) as a reference phase and, depending on the energy loss difference AP, between the respective motor phase m (i) and the first motor phase m (1) can be calculated as follows & Rth P (1)
  • the thermal resistance R t h , i can, for example, during the development of the electric motor before the electric motor is operated, in particular before the electric motor is started up or after completion of the production of the electric motor.
  • the thermal resistance R t t hi can be determined via a calculation and / or measurement.
  • the thermal resistance R t h , i can be determined in advance as a function of a gradient from the temperature difference and the energy loss difference.
  • the time-changing energy loss differences DR / occurring during operation between the first and second motor phase can be used in the calculation of the
  • Temperature difference D #, ⁇ must be taken into account.
  • the temperature difference D # can be calculated using a difference equation taking these dynamic changes into account.
  • Figure 1 A method for the current status monitoring of an electric motor in a special embodiment of the invention.
  • Figure 2 A block diagram of an electric motor, in which a method for
  • ongoing condition monitoring is used in a further special embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a method 100 for the current status monitoring of an electric motor in a special embodiment of the invention.
  • the electric motor has a stator, a rotatable rotor and, in particular, three motor phases, which are characterized by a respective
  • the condition monitoring of the electric motor comprises a temperature determination 102 that takes place during operation of the electric motor
  • Temperature calculation 104 performed to estimate a temperature of the first motor phase.
  • a first energy loss value 108 is an energy loss associated with the first motor phase Energy loss estimate 106 determined.
  • a line loss 109 of the first motor phase is calculated depending on a measurement 110 of a first phase voltage, a first phase current and / or a phase frequency of the first motor phase.
  • an iron loss 112 of the electric motor is calculated at least depending on a measurement 110 of a rotational frequency.
  • the iron loss 112 of the electric motor can include eddy current losses and / or hysteresis losses.
  • the first temperature calculation 104 continues to use one of the first
  • Temperature value 114 calculated by a temperature estimate 116.
  • Temperature estimation 116 can also include a measurement 110 of a temperature in the electric motor, in particular on the first motor phase or in the region of the first
  • the first temperature value 114 is transferred to a subsequent second temperature calculation 118 for estimating a temperature of the second motor phase.
  • the second temperature calculation 118 depending on the first temperature value 114 and an energy loss difference DR between the first and second energy loss
  • Temperature of the second motor phase is calculated as the second temperature value 120.
  • the second temperature value 120 is calculated depending on the first temperature value 114 and a temperature difference D $.
  • the temperature difference D # is proportional to the energy loss difference DR.
  • the proportionality factor is a previously determined thermal resistance Rth present between the first and second motor phases.
  • a temperature of the third motor phase can also be calculated in the second temperature calculation 118 based on the first temperature value 114 and an energy loss difference DR between the first and third energy losses.
  • the temperature determination 102 taking place during the operation of the electric motor can thus be simplified and the computation effort reduced.
  • FIG. 2 is a block diagram of an electric motor 122, in which a method for ongoing status monitoring in a further special embodiment of the
  • the electric motor 122 has a first motor phase m (1), a second motor phase m (2) and a third motor phase m (3). The first time the temperature is calculated, a
  • the first energy loss Pi of the first motor phase m (1) is estimated and a first Energy loss value calculated.
  • the first energy loss comprises a line loss 109 of the first motor phase m (1) and an iron loss 112 assigned to the first motor phase m (1).
  • a subsequent temperature estimate carried out during the first temperature calculation makes a first temperature value of the first motor phase m dependent on the first energy loss value (1) calculated.
  • the temperature of the further motor phases m (i), here the second motor phase m (2) and the third motor phase m (3), can be dependent on this first temperature value and a temperature difference D $ between the respective motor phase m (i) and the first
  • Motor phase m (1) can be calculated.
  • the respective temperature difference D is dependent on a determined energy loss difference DR between an energy loss P, the respective motor phase m (i) and the energy loss Pi first motor phase m (1) and a predetermined thermal resistance Rth, i between the respective motor phase m ( i) and the first motor phase m (1).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur laufenden Zustandsüberwachung eines Elektromotors (122), aufweisend einen Rotor und einen Stator und wenigstens zwei Motorphasen (m(1), m(2)) zur Bewirkung einer Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator, wobei in einem Betriebszustand des Elektromotors der ersten Motorphase (m(1)) ein erster Energieverlust (P1) und der zweiten Motorphase (m(2)) ein zweiter Energieverlust (P2) zugeordnet ist, wobei eine Temperaturermittlung (102) im Betrieb des Elektromotors erfolgt, indem zunächst eine erste Temperaturberechnung (104) zur Abschätzung einer Temperatur der ersten Motorphase (m(1)) durchgeführt wird, wobei die erste Temperaturberechnung (104) eine Energieverlustschätzung (106), bei der wenigstens ein erster Energieverlustwert (108) der ersten Motorphase (m(1)) und eine Temperaturschätzung (116), bei der eine von dem ersten Energieverlustwert (108) abhängige Temperatur der ersten Motorphase (m(1)) als erster Temperaturwert (114) berechnet wird, einbezieht und anschließend eine zweite Temperaturberechnung (118) zur Abschätzung einer Temperatur der zweiten Motorphase (m(2)) durchgeführt wird, bei der abhängig von dem ersten Temperaturwert (114) und einer Energieverlustdifferenz (ΔΡ2) zwischen dem ersten und zweiten Energieverlust (P1, P2) eine Temperatur der zweiten Motorphase (m(2)) als zweiter Temperaturwert (120) berechnet wird.

Description

Verfahren zur laufenden Zustandsüberwachuna eines Elektromotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur laufenden Zustandsüberwachung eines
Elektromotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In DE 10 2010 041 944 A1 ist ein Elektromotor mit einer sensorlosen Temperaturmessung beschrieben. Ein Schätzmodul empfängt einen Temperaturwert sowie die drei
Phasenstromwerte des dreiphasigen Elektromotors und verarbeitet diese Informationen zu einer geschätzten Motortemperatur.
In WO 2015/110107 A2 wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Motortemperatur eines Elektromotors beschrieben, bei dem die Motortemperatur über ein Motortemperaturmodell in Abhängigkeit einer Temperatur der den Elektromotor ansteuernden Leistungselektronik geschätzt wird.
In DE 10 2010 038 560 A1 wird ein Temperaturschätzungsverfahren beschrieben, um die Statorwickeltemperatur über ein thermisches Impedanzmodell, die Motordrehzahl und eine gemessene Motorkühltemperatur zu schätzen. Dabei wird der Gesamtleistungsverlust für jede Phase des Motors bestimmt. Die Statorwickeltemperaturen für jede Motorphase werden basierend auf dem Gesamtleistungsverlust in dieser Phase und einer kombinierten thermischen Impedanz für diese Phase geschätzt. Die kombinierte thermische Impedanz umfasst eine erste thermische Impedanz zwischen der Statorwicklung und dem Statorkern und eine zweite thermische Impedanz zwischen dem Statorkern und dem Motorkühlmittel.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Temperaturermittlung in einem Elektromotor zu verbessern. Die Temperatur in einem Elektromotor mit asymmetrischer Phasenleistung soll einfach und zuverlässig abgeschätzt werden können.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zur laufenden
Zustandsüberwachung eines Elektromotors mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Entsprechend wird ein Verfahren zur laufenden Zustandsüberwachung eines Elektromotors vorgeschlagen, aufweisend einen Rotor und einen Stator und wenigstens zwei Motorphasen zur Bewirkung einer Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator, wobei in einem Betriebszustand des Elektromotors der ersten Motorphase ein erster Energieverlust und der zweiten Motorphase ein zweiter Energieverlust zugeordnet ist, wobei eine
Temperaturermittlung im Betrieb des Elektromotors erfolgt, indem zunächst eine erste Temperaturberechnung zur Abschätzung einer Temperatur der ersten Motorphase durchgeführt wird, wobei die erste Temperaturberechnung eine Energieverlustschätzung, bei der wenigstens ein erster Energieverlustwert der ersten Motorphase und eine Temperaturschätzung, bei der eine von dem ersten Energieverlustwert abhängige
Temperatur der ersten Motorphase als erster Temperaturwert berechnet wird, einbezieht und anschließend eine zweite Temperaturberechnung zur Abschätzung einer Temperatur der zweiten Motorphase durchgeführt wird, bei der abhängig von dem ersten Temperaturwert und einer Energieverlustdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Energieverlust eine Temperatur der zweiten Motorphase als zweiter Temperaturwert berechnet wird.
Dadurch kann der für die Zustandsüberwachung des Elektromotors erforderliche
Berechnungsaufwand verringert werden. Eine Überbeanspruchung, beispielsweise eine Erhitzung der Bauteile, beispielsweise der Isolation oder dem Verguss, des Elektromotors können verhindert werden. Die Zuverlässigkeit des Elektromotors und der den Elektromotor aufnehmende Baueinheit, beispielsweise ein Hybridmodul, kann verbessert werden.
Das Verfahren ermöglicht es, ein Versagen der Bauteile des Elektromotors, insbesondere bei vorhandenen asymmetrischen Phasenleistungen, zu erkennen und die Leistungsgrenzen des Elektromotors im Kurzzeitbetrieb und im Dauerbetrieb zu erhöhen. Durch das Verfahren wird eine nichtinvasive Temperaturermittlung durch Einbeziehung einer Abschätzung der elektrischen Leistungsverluste des Elektromotors im Betrieb des Elektromotors möglich, die mehrmals erfolgen, insbesondere dauernd erfolgen kann. Der Elektromotor kann bei gleicher Leistung geringere Abmessungen aufweisen und einen kleineren Bauraum einnehmen.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann die Anwendung einer Mehrzahl von
Temperatursensoren entbehrlich sein. Auch ist die Anwendung von Temperatursensoren an den besonders temperaturkritischen Bereichen bauraumbedingt nicht immer möglich.
Eine asymmetrische Phasenleistung kann durch eine asymmetrische Bestromung des Elektromotors im Stillstand oder bei geringen Drehzahlen des Rotors auftreten oder aber auch aufgrund unterschiedlicher elektrischer Widerstände der Motorphasen des
Elektromotors. Einer asymmetrischen Phasenleistung liegen asymmetrische Phasenverluste zugrunde, die wiederum asymmetrische Phasentemperaturen auslösen. Derartige asymmetrische Verhältnisse zwischen den Motorphasen können zur Fehleinschätzung der Temperatur in einer Motorphase führen, wenn nur die Temperatur einer Motorphase überwacht wird und auf die anderen Motorphasen einfach übertragen wird. Aus diesen Gründen ist eine sorgfältige und genaue Abschätzung der jeweiligen Temperaturen der weiteren Motorphasen anzustreben.
Der Elektromotor kann ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. Der Elektromotor kann dreiphasig ausgeführt sein. Der Elektromotor kann in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingebaut sein. Der Antriebsstrang kann ein Hybridantriebsstrang sein. Das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug sein. Der Elektromotor kann ein Antriebselement des Fahrzeugs sein.
Die erste und zweite Motorphase können dem Stator zugeordnet sein und die
Temperaturermittlung kann eine Temperatur des Stators abschätzen.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist eine dritte Motorphase vorhanden der in dem Betriebszustand des Elektromotors ein dritter Energieverlust zugeordnet ist, wobei bei der zweiten Temperaturberechnung eine Temperatur an der dritten Motorphase als dritter Temperaturwert abhängig von dem ersten Temperaturwert und einer Energieverlustdifferenz zwischen der ersten und dritten Motorphase berechnet wird.
In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung berechnet die
Energieverlustschätzung einen Leitungsverlust der ersten Motorphase abhängig von einer Messung einer ersten Phasenspannung, eines ersten Phasenstroms und/oder einer Phasenfrequenz jeweils der ersten Motorphase. Die erste Motorphase kann eine elektrische Leitung umfassen, die einen temperaturabhängigen elektrischen Leitungswiderstand aufweist. Die elektrische Leitung kann ein Kupfermaterial aufweisen, dessen spezifischer elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist. Der Leitungswiderstand kann weiterhin frequenzabhängig sein, insbesondere bedingt durch Skin-Effekte und Proximity-Effekte. Der Leitungsverlust kann proportional zu dem Produkt aus dem Leitungswiderstand und dem Quadrat des Phasenstroms sein.
Der Elektromotor kann Permanentmagnete aufweisen und der Leitungsverlust kann weiterhin von einer Magnetfeldstärke der Permanentmagnete abhängen. Die
Magnetfeldstärke kann temperaturabhängig sein.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung berechnet die Energieverlustschätzung wenigstens einen Eisenverlust des Elektromotors wenigstens abhängig von einer Messung einer Drehfrequenz des Rotors. Die Eisenverluste des Elektromotors können
Wirbelstromverluste und/oder Hystereseverluste sein.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der erste Energieverlustwert abhängig von dem Leitungsverlust und/oder dem Eisenverlust.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung wird die Temperatur in dem Elektromotor, insbesondere an der ersten Motorphase oder in einem Bereich der ersten Motorphase, durch eine Messung als Temperaturmesswert gemessen und die erste Temperaturberechnung berücksichtigt den Temperaturmesswert bei der Berechnung des ersten Temperaturwerts. In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung werden die zur Durchführung der ersten Temperaturberechnung getroffenen Berechnungsgrundlagen abhängig von dem ersten Temperaturmesswert angepasst.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird bei der zweiten Temperaturberechnung der zweite Temperaturwert abhängig von dem ersten Temperaturwert und einer
Temperaturdifferenz D# 2 berechnet.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung werden bei der Berechnung des zweiten Temperaturwerts die vorhandenen thermischen Kapazitäten berücksichtigt. Dadurch kann eine genauere Berechnung der transienten Temperaturen ermöglicht werden.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist die Temperaturdifferenz D·$2 proportional zu der Energieverlustdifferenz AP>. Der Proportionalitätsfaktor kann ein vorab ermittelter thermischer Widerstand t/7,2 sein. Der thermische Widerstand Rth, 2 kann zwischen der ersten und zweiten Motorphase vorliegen.
Die Temperaturdifferenz Aϋ, einer jeder weiteren Motorphase m(i), insbesondere die Temperaturdifferenz Aϋ2 der zweiten Motorphase m(2), kann ausgehend von der ersten Motorphase m(1) als Referenzphase und abhängig von der Energieverlustdifferenz AP,- zwischen der jeweiligen Motorphase m(i) und der ersten Motorphase m(1) wie folgt berechnet werden & Rth P (1)
Die Energieverlustdifferenz ist dabei
AP ········ P -- P\ (2) und ist hauptsächlich von den Leitungsverlusten Pi wie folgt abhängig
AP, - Pi j - Pu (3)
Der thermische Widerstand Rth, i kann vor Betrieb des Elektromotors, insbesondere vor Inbetriebnahme des Elektromotors, beispielsweise bei der Entwicklung des Elektromotors oder nach Fertigstellung der Produktion des Elektromotors, bestimmt werden. Der thermische Widerstand Rtthi kann über eine Berechnung und/oder Messung bestimmt werden. Der thermische Widerstand Rth, i kann vorab abhängig von einem Gradienten aus der Temperaturdifferenz und der Energieverlustdifferenz festgelegt werden. Die zwischen der ersten und zweiten Motorphase im Betrieb auftretenden zeitlich sich ändernden Energieverlustdifferenzen DR/ können bei der Berechnung der
Temperaturdifferenz D#,· berücksichtigt werden. Die Temperaturdifferenz D#; kann unter Einbezug dieser dynamischen Änderungen über eine Differenzengleichung berechnet werden. Auch bei zeitinvarianten Energieverlusten oder Energieverlustdifferenzen DR, ergeben sich durch die thermischen Kapazitäten dynamische Temperaturdifferenzen DF,, die über eine Differenzengleichung berechnet werden können.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Ein Verfahren zur laufenden Zustandsüberwachung eines Elektromotors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2: Ein Blockdiagramm eines Elektromotors, bei dem ein Verfahren zur
laufenden Zustandsüberwachung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung angewendet wird.
Figur 1 zeigt ein Verfahren 100 zur laufenden Zustandsüberwachung eines Elektromotors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Elektromotor weist einen Stator, einen drehbaren Rotor und insbesondere drei Motorphasen auf, die durch eine jeweilige
Bestromung mit elektrischer Energie eine Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator bewirken. In einem Betriebszustand des Elektromotors, der sich beispielsweise durch eine bestimmte Drehzahl und eine bestimmte Lastanforderung auszeichnet, ist der ersten Motorphase ein erster Energieverlust, der zweiten Motorphase ein zweiter Energieverlust und der dritten Motorphase ein dritter Energieverlust an elektrischer Energie zugeordnet. Die Zustandsüberwachung des Elektromotors umfasst eine im Betrieb des Elektromotors erfolgende Temperaturermittlung 102. Dabei wird zunächst eine erste
Temperaturberechnung 104 zur Abschätzung einer Temperatur der ersten Motorphase durchgeführt. Bei der ersten Temperaturberechnung 104 wird ein erster Energieverlustwert 108 eines der ersten Motorphase zugeordneten Energieverlusts durch eine Energieverlustschätzung 106 ermittelt. Dabei wird ein Leitungsverlust 109 der ersten Motorphase abhängig von einer Messung 110 einer ersten Phasenspannung, eines ersten Phasenstroms und/oder einer Phasenfrequenz jeweils der ersten Motorphase berechnet. Weiterhin wird ein Eisenverlust 112 des Elektromotors wenigstens abhängig von einer Messung 110 einer Drehfrequenz berechnet. Der Eisenverlust 112 des Elektromotors kann Wirbelstromverluste und/oder Hystereseverluste umfassen.
Bei der ersten Temperaturberechnung 104 wird weiterhin eine von dem ersten
Energieverlustwert 108 abhängige Temperatur der ersten Motorphase als erster
Temperaturwert 114 durch eine Temperaturschätzung 116 berechnet. Die
Temperaturschätzung 116 kann dabei auch eine Messung 110 einer Temperatur in dem Elektromotor, insbesondere an der ersten Motorphase oder im Bereich der ersten
Motorphase, berücksichtigen und davon abhängig das bei der Temperaturschätzung 116 angewandte Temperaturmodell berichtigen und anpassen.
Der erste Temperaturwert 114 wird einer nachfolgenden zweiten Temperaturberechnung 118 zur Abschätzung einer Temperatur der zweiten Motorphase übergeben. Bei der zweiten Temperaturberechnung 118 wird abhängig von dem ersten Temperaturwert 114 und einer Energieverlustdifferenz DR zwischen dem ersten und zweiten Energieverlust eine
Temperatur der zweiten Motorphase als zweiter Temperaturwert 120 berechnet. Dabei wird der zweite Temperaturwert 120 abhängig von dem ersten Temperaturwert 114 und einer Temperaturdifferenz D$ berechnet. Die Temperaturdifferenz D# ist proportional zu der Energieverlustdifferenz DR. Der Proportionalitätsfaktor ist ein vorab ermittelter, zwischen der ersten und zweiten Motorphase vorliegender, thermischer Widerstand Rth.
Analog zu der Abschätzung der Temperatur der zweiten Motorphase kann bei der zweiten Temperaturberechnung 118 auch eine Temperatur der dritten Motorphase ausgehend von dem ersten Temperaturwert 114 und einer Energieverlustdifferenz DR zwischen dem ersten und dritten Energieverlust berechnet werden. Die während des Betriebs des Elektromotors erfolgende Temperaturermittlung 102 kann damit vereinfacht und der Berechnungsaufwand verringert werden.
In Figur 2 ist ein Blockdiagramm eines Elektromotors 122, bei dem ein Verfahren zur laufenden Zustandsüberwachung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der
Erfindung angewendet wird, dargestellt.
Der Elektromotor 122 weist eine erste Motorphase m(1), eine zweite Motorphase m(2) und eine dritte Motorphase m(3) auf. Bei der ersten Temperaturberechnung wird ein
Energieverlust Pi der ersten Motorphase m(1) abgeschätzt und dabei ein erster Energieverlustwert berechnet. Der erste Energieverlust umfasst dabei einen Leitungsverlust 109 der ersten Motorphase m(1) und einen der ersten Motorphase m(1) zugeordneten Eisenverlust 112. Durch eine bei der ersten Temperaturberechnung durchgeführte nachfolgende Temperaturschätzung wird abhängig von dem ersten Energieverlustwert ein erster Temperaturwert der ersten Motorphase m(1) berechnet.
Die Temperatur der weiteren Motorphasen m(i), hier der zweiten Motorphase m(2) und der dritten Motorphase m(3), können abhängig von diesem ersten Temperaturwert und einer Temperaturdifferenz D$, zwischen der jeweiligen Motorphase m(i) und der ersten
Motorphase m(1) berechnet werden. Die jeweilige Temperaturdifferenz D , wird abhängig von einer ermittelten Energieverlustdifferenz DR, zwischen einem Energieverlust P, der jeweiligen Motorphase m(i) und dem Energieverlust Pi ersten Motorphase m(1) und einem vorab festgelegten thermischen Widerstand Rth,i zwischen der jeweiligen Motorphase m(i) und der ersten Motorphase m(1) berechnet.
Bezuqszeichenliste
100 Verfahren
102 Temperaturermittlung
104 erste Temperaturberechnung
106 Energieverlustschätzung
108 erster Energieverlustwert
109 Leitungsverlust
110 Messung
112 Eisenverlust
114 erster Temperaturwert
116 Temperaturschätzung
118 zweite T emperaturberechnung
120 zweiter T emperaturwert
122 Elektromotor m(1) erste Motorphase
m(2) zweite Motorphase
m(3) dritte Motorphase
Aϋ Temperaturdifferenz
P Energieverlust
DR Energieverlustdifferenz
Rth thermischer Widerstand

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (100) zur laufenden Zustandsüberwachung eines Elektromotors (122), aufweisend
einen Rotor und
einen Stator und
wenigstens zwei Motorphasen (m(1), m(2)) zur Bewirkung einer Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator, wobei in einem Betriebszustand des Elektromotors der ersten Motorphase (m(1)) ein erster Energieverlust (Pi) und
der zweiten Motorphase (m(2)) ein zweiter Energieverlust (P2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Temperaturermittlung (102) im Betrieb des Elektromotors erfolgt, indem zunächst
eine erste Temperaturberechnung (104) zur Abschätzung einer Temperatur der ersten Motorphase (m(1)) durchgeführt wird, wobei die erste Temperaturberechnung (104)
eine Energieverlustschätzung (106), bei der wenigstens ein erster Energieverlustwert (108) der ersten Motorphase (m(1)) und
eine Temperaturschätzung (116), bei der eine von dem ersten Energieverlustwert (108) abhängige Temperatur der ersten Motorphase (m(1)) als erster Temperaturwert (114) berechnet wird, einbezieht und anschließend
eine zweite Temperaturberechnung (118) zur Abschätzung einer Temperatur der zweiten Motorphase (m(2)) durchgeführt wird, bei der abhängig von dem ersten Temperaturwert (114) und einer Energieverlustdifferenz (DR2) zwischen dem ersten und zweiten Energieverlust (Pi, P2) eine Temperatur der zweiten Motorphase (m(2)) als zweiter Temperaturwert (120) berechnet wird.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte
Motorphase (m(3)) vorhanden ist, der in dem Betriebszustand des Elektromotors ein dritter Energieverlust (P3) zugeordnet ist, wobei bei der zweiten
Temperaturberechnung (118) eine Temperatur an der dritten Motorphase (m(3)) als dritter Temperaturwert abhängig von dem ersten Temperaturwert (114) und einer Energieverlustdifferenz (DR3) zwischen der ersten und dritten Motorphase (m(1), m(3)) berechnet wird.
3. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverlustschätzung (106) einen Leitungsverlust (109) der ersten Motorphase (m(1)) abhängig von einer Messung (110) einer ersten Phasenspannung, eines ersten Phasenstroms und/oder einer Phasenfrequenz jeweils der ersten Motorphase berechnet.
4. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Energieverlustschätzung (106) wenigstens einen
Eisenverlust (112) des Elektromotors wenigstens abhängig von einer Messung (110) einer Drehfrequenz des Rotors berechnet.
5. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energieverlustwert abhängig von dem Leitungsverlust (109) und/oder dem Eisenverlust (112) ist.
6. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Elektromotor, insbesondere an der ersten Motorphase (m(1)) oder in einem Bereich der ersten Motorphase (m(1)), als Temperaturmesswert durch eine Messung (110) gemessen wird und die erste Temperaturberechnung (104) den Temperaturmesswert bei der Berechnung des ersten Temperaturwerts (114) berücksichtigt.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur
Durchführung der ersten Temperaturberechnung (104) getroffenen
Berechnungsgrundlagen abhängig von dem ersten Temperaturmesswert angepasst werden.
8. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei der zweiten Temperaturberechnung (118) der zweite Temperaturwert (120) abhängig von dem ersten Temperaturwert (114) und einer Temperaturdifferenz (D 2) berechnet wird.
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Temperaturdifferenz (D#2) proportional zu der Energieverlustdifferenz (DR2) ist, der Proportionalitätsfaktor ein vorab ermittelter thermischer Widerstand (Rth,2) ist, der zwischen der ersten und zweiten Motorphase (m(1), m(2)) vorliegt.
10. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des zweiten Temperaturwerts (120) die vorhandenen thermischen Kapazitäten berücksichtigt.
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