利用间接测量对定子绕组的热监控的制作方法

1.本发明涉及根据权利要求1和9的前序部分的用于确定和/或监控电动马达的绕组的温度的方法和电动马达。


背景技术：

2.在电动马达运行时，为了马达保护需要监控马达的关键的部件是否保持在允许的温度范围内。这例如尤其对于绕组的绝缘件来说是重要的，因为绝缘件的使用寿命随着温度的升高而明显减少。为了电动马达的热监控，在现有技术中常见的是，监控马达绕组的温度。通常，借助布置在绕组中的温度传感器对绕组温度进行热监控。然而，基于在绕组中的需要的安装和布线，传感器的这样的布置是昂贵的。


技术实现要素：

3.因此，本发明的任务是，提供用于确定和/或监控电动马达的绕组的温度的方法和设备，其中可以放弃温度传感器在绕组中的布置。
4.在根据本发明的用于借助温度传感器确定和/或监控电动马达的绕组的温度的方法中，由温度传感器测量的温度被传递至计算机单元，并且计算机单元从由温度传感器测量的温度计算出绕组温度。
5.根据本发明，温度传感器测量马达信号发生器（motorgeber）中的温度。因此提出的是，间接测量绕组的温度。因此不直接在绕组本身上进行测量，并且因此可以放弃绕组中的相应的传感装置。替代地，确定马达信号发生器中的温度。绕组温度借助由温度传感器测量的马达信号发生器温度计算出。因此，提出利用间接测量以测量技术支持的方式确定和监控绕组温度。
6.在有利的方法中，尤其确定和/或监控同步电机的定子绕组的温度。在此，定子绕组尤其也可以是同步伺服电机的定子绕组。尤其在永磁激励的同步电机中，针对在低的转速中的运行点，热源和损耗源大多位于定子中。由于该原因，对定子绕组的热确定和/或监控是特别有利的。
7.随着转速升高，通过涡流损耗和和磁反转损耗，在转子中也会出现明显的损耗功率（总损耗功率的大约30
‑
40%份额）。因为转子损耗也影响定子中的温度，所以对于绕组温度的计算来说，转子损耗同样是重要的，并且因此在有利的方法中予以考虑，以便避免在温度过高的情况下对绕组的绝缘损坏。
8.然而也可想到的是，在该方法中有利地确定和/或监控异步电机的绕组温度。
9.也可能的是，确定和/或监控转子绕组的温度。在此可想到的是，要么确定和/或监控定子绕组的温度，要么确定和/或监控转子绕组的温度。然而也可想到的是，确定和/或监控定子绕组的温度和转子绕组的温度。
10.在进一步有利的方法中，计算机单元借助电动马达的热模拟模型确定电动马达的绕组的温度。有利地，在热模拟的范围内至少考虑电动马达的主结构元件，尤其至少考虑转
子和定子，以便能够实现尽可能精密地计算绕组温度。特别优选地，在热模拟中还考虑到结构元件、如轴承和壳体，因为这允许更精确地计算出绕组温度。
11.有利地可以通过热网络模型进行热模拟。这当前一方面因此是有利的，因为可以快速建立热网络模型，尤其当要模拟的电机在其常见的结构方面仅稍微不同时。这例如尤其适用于永磁激励的同步电机，从而在此，热网络模型是特别有利的。另一方面，热网络的特征在于比较少的计算时间。有利地，适当的热网络可以从理论考虑和/或经验获知来推导出和/或被简化。
12.在进一步优选的方法中，除了由温度传感器测量的温度以外，还附加地传递当前的转速和相电流至热模拟模型。有利地，绕组电阻也取决于当前的绕组温度被包括在计算中，因为铜损耗取决于绕组电阻。
13.优选地，热模拟模型根据多个输入参量计算出当前的绕组温度。输入参量尤其可以是相电流、转速、绕组电阻、由温度传感器测量的温度（信号发生器温度）、热时间常数和/或流逝的时间。有利地，输入参量可以存储、尤其临时存储（zwischenspeichern）在存储单元中。
14.在此可能的是，存储所有由热模拟模型使用的输入参量。然而也可能的是，存储仅其中一些输入参量。各个输入参量例如可以存储在存储单元中，并且在那里针对热模拟模型被读出，而其他的输入参量直接进一步传导至热模拟模型。因此例如可能的是，当前分别测量的信号发生器温度由温度传感器直接进一步传导至热模拟模型，而从存储单元读出其他的输入参量。
15.存储单元可以是整合在电动马达中的存储单元。存储单元例如可以是整合在电动马达中的电子结构组件。然而也可能的是，设置外部的存储单元。
16.在有利的方法中，通过热网络借助节点电势方法（knotenpotentialverfahren）计算电动马达的绕组的温度。该计算方法因此尤其是有利的，因为其具有非常高的精度。当尽可能精密的温度确定是很重要的时，因此优选使用该计算方法。然而相反地，在该计算方法中不利的是相对高的为此需要的计算耗费。
17.在为此备选的计算方法中，借助根据经验获知的特性曲线计算电动马达的绕组的温度。有利地，根据经验获知的特性曲线使绕组温度和由温度传感器测量的温度相互关联。优选地，根据经验获知的特性曲线将绕组温度与多个输入参量相关联。特别优选地，根据经验获知的特性曲线示出绕组温度依赖于在热模拟模型的范围内应该被考虑的所有输入参量的依赖关系。
18.计算方法的优点在于很小的计算耗费。然而不利的是该计算的与借助节点电势方法的计算相比更小的精度。
19.有利地可以借助通过机器学习已被训练的回归模型进行计算。在此优选地，借助被监控的学习来学习人工智能。
20.优选地，热模拟此外能够实现，除了绕组温度以外还模拟另外的温度。有利地，除了定子绕组的温度以外，还例如可以模拟轴承、转子和环境温度。温度的模拟优选可以是用于确定绕组温度的中间步骤。然而优选也可能的是，从各个温度的模拟推断出故障和/或磨损原因。
21.本发明此外涉及一种具有定子和转子的电动马达，其中定子和/或转子具有多股
线绕组。电动马达此外具有马达信号发生器和至少一个温度传感器。此外给电动马达分配用于计算电动马达的绕组的温度的计算机单元。
22.根据本发明，温度传感器布置在马达信号发生器上。
23.在此，所描述的电动马达尤其设定和设置用于实施上述的方法，即所有针对上述的方法实施的特征同样对于在此描述的电动马达来说是公开的，反之亦然。
24.优选地，电动马达可以是同步电机，尤其是同步伺服电机。特别优选地涉及永磁激励的同步电机。然而也可想到的是，电动马达是异步电机。
25.有利地，电动马达的定子具有多股线绕组。特别优选地，定子具有三股线绕组。有利地，绕组是对称的。优选地，绕组分别在空间上相互错开120
º
地布置。
26.优选地，转子承载永磁体。然而也可想到的是，转子承载被供应直流电流的励磁绕组。
27.在优选的实施方式中，温度传感器具有取决于温度的电阻。特别优选地，温度传感器具有取决于温度的具有负温度系数的电阻，该电阻因此在高的温度中、比在低的温度中更好地传导电流。特别优选地，取决于温度的电阻是ntc电阻。
28.在马达信号发生器中，优选考虑到不同的实施方式。因此，马达信号发生器有利地可以使用电容式的和/或光学的扫描方法和/或磁方法。优选可以模拟地和/或数字地实现马达信号发生器的输出。特别优选地，至少数字地输出参数数据。
29.在有利的实施方式中，电动马达具有马达冷却装置。在此可想到的是，马达仅通过自冷却装置被冷却，即通过自然对流和/或辐射到环境空气中和/或通过将热量传导至机器结构实现损耗热量的导出。然而在有利的实施方式中，附加地为此也可以设置通过外部通风的马达冷却装置和/或水冷却装置。
附图说明
30.另外的优点和实施方式由附图得到。在其中：图1示出了根据本发明的电动马达的示意图；图2示出了用于电动马达的热网络的示例。
具体实施方式
31.图1示出了根据本发明的电动马达10的示意图。为此选择的实施例示出了自身已知的内极电机。在图1中可看到外置的定子9和内置的转子3。定子9具有三个绕组线5、6、7，绕组线分别在空间上错开120
º
地布置。
32.此外，在图1中示意性示出了马达信号发生器8。温度传感器11布置在马达信号发生器8上。温度传感器11确定马达信号发生器上的温度ts。同样仅示意性示出了计算机单元12。借助计算机单元12，可以从由温度传感器11测量的温度t
s
计算出，绕组线5、6、7具有什么样的温度t
w
。此外示意性示出了驱动调节器13。
33.图2示出了用于电动马达10的热网络的示例。节点在此分别描述电动马达10的区段，其温度应该被模拟。相应的从计算得到的在节点上的电势在此相应于模型化构件的温度。
34.在此，在图2中画出了节点，节点代表环境0、壳体1、轴承2、转子3、叠片组4、定子9
的三个绕组线5、6、7和马达信号发生器8。
35.t0代表环境0的温度的值，并且因此定义系统的参考温度。
36.相应的构件的基本上作为热流被输出的损耗功率用符号p进行象征表示。添加至符号的数字象征表示相应的损耗功率代表哪个构件。因此，p1代表从壳体1导入系统中的损耗功率，p2代表轴承2的损耗功率，p3代表转子3的损耗功率，p4代表叠片组4的损耗功率，p5、p6和p7代表相应的绕组线5、6、7的损耗功率，并且p8代表马达信号发生器8的损耗功率。
37.热容量用符号c象征表示，并且描述了主体的根据分别输送的热能的温度改变（c=dq/dt）。热容量因此反映马达和尤其绕组的热惯性。在该热容量中，相应的要添加的数字也表示热容量与哪个主体有关。因此，c1代表壳体1的热容量，c5代表绕组线5的热容量等。
38.有利地，三个绕组线的相应的热容量基本上是一样大的。
39.符号r代表热阻并且因此描述两个过渡面之间的导热的品质。相应的热阻在图2中分别设有两个数字，以便说明该热阻描述哪个热过渡。因此，在用于环境0的节点和用于壳体1的节点之间的热阻r01例如描述壳体和环境（大多情况下是环境空气）之间的导热的品质。
40.热阻r45、r46和r47、即叠片组4和三个绕组线5、6或7中各一个绕组线之间的热阻有利地基本上是一样大的。
41.因为在实践中应该阻止马达绕组过热，所以热阻r45、r46和r47优选是尽可能小的。热阻r14、即壳体1和叠片组4之间的热阻和r01优选也是尽可能小的。
42.优选地，热阻r45、r46、r47、r14和r01小于例如热阻r34、即转子和叠片组之间的热阻。有利地，热阻r45、r46、r47和r14的值例如分别最大是热阻r34的一半、优选分别最大是热阻r34的四分之一，并且特别优选最大是热阻r34的八分之一。
43.有利地，热阻r18、即壳体1和马达信号发生器8之间的热阻对于计算来说是已知的。
44.温度传感器11应该尽可能精确地跟踪壳体1的温度。由此，壳体温度的间接的测量是可能的，通过壳体温度可以推断出绕组温度t
w
。因此有利的是，温度传感器11尽可能不受环境温度的干扰。有利地，温度传感器11因此布置为，使得其不会受到电动马达10的环境温度的太大的影响。
45.申请人保留要求将所有在申请文件中公开的特征作为对于本发明来说基本的特征，只要它们单独或组合地相对于现有技术具备新颖性。此外指出的是，在各个附图中还描述了本身可能被看作有利的特征。本领域技术人员直接识别的是，特定的在附图中描述的特征也可以在不采用该图的另外的特征的情况下是有利的。此外，本领域技术人员识别的是，优点也可以由在单独的或不同的附图中示出的多个特征的组合产生。