Schutztrennungsmodul für eine elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft ein Schutztrennungsmodul für eine elektrische Maschine, die wenigstens einen Temperatursensor zur Erzeugung eines elektrischen Sensorsignals als Maß für eine Maschinentemperatur der elektrischen Maschine aufweist.

Um die Maschinentemperatur einer elektrischen Maschine zu überwachen, wird häufig ein elektrischer oder elektronischer Temperatursensor verwendet, der in einer Maschinenwicklung der elektrischen Maschine verbaut wird. In einem Fehlerfall kann von der Maschinenwicklung zu dem Stromkreis des Tempera tursensors ein Spannungsüberschlag erfolgen, der eine Über spannung in dem Stromkreis des Temperatursensors verursacht.

Aus der DE 10 2014 203 509 Al ist ein Steuergerät zum Ansteu ern eines Elektromotors bekannt, der mindestens einen Tempe ratursensor aufweist, der eine Motortemperatur erfasst. Das Steuergerät weist eine Motortemperaturmesseinrichtung auf, die einen Oszillator zum Erzeugen eines Oszillatorsignals, einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer von der Primärwicklung galvanisch getrennten Sekundärwicklung aufweist, wobei die Primärwicklung mit dem Oszillatorsignal beaufschlagt ist. Eine Sensoransteuersignalerzeugungseinrich- tung ist dazu ausgebildet ist, aus einem an der Sekundärwick lung anstehenden Signal ein Sensoransteuersignal zu erzeugen. Weiter ist ein Temperatursensoranschluss vorgesehen, an dem das Sensoransteuersignal ausgegeben wird und der zum An schluss des Temperatursensors vorgesehen ist. Eine Auswerte einrichtung ist dazu ausgebildet, einen durch die Primärwick lung fließenden Strom und/oder eine an der Primärwicklung an stehende Spannung zum Messen der Motortemperatur auszuwerten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gefahren für Bedie ner und die Peripherie einer elektrischen Maschine zu redu zieren, die von Überspannungen in einem Stromkreis eines in der elektrischen Maschine verbauten Temperatursensors verur sacht werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schufztrennungsmo- dul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erfindungsgemäßes Schufztrennungsmodul ist für eine elek trische Maschine vorgesehen, die ein Maschinengehäuse und we nigstens einen Temperatursensor zur Erzeugung eines elektri schen Sensorsignals als Maß für eine Maschinentemperatur der elektrischen Maschine aufweist. Das Schufztrennungsmodul ist in das Maschinengehäuse einbaubar und weist eine mit dem we nigstens einen Temperatursensor elektrisch verbindbare Ein gangsschnittstelle zum Empfang des von dem Temperatursensor erzeugten Sensorsignals und eine Ausgangsschnittstelle, die von der Eingangsschnittstelle galvanisch getrennt ist, auf. Über die Ausgangsschnittstelle wird für jedes von der Ein gangsschnittstelle empfangene Sensorsignal ein das Sensorsig nal nachbildende Ausgangssignal ausgegeben.

Das Schufztrennungsmodul ermöglicht über die Ausgangsschnitt stelle die Ausgabe von Ausgangssignalen, die den Sensorsigna len des wenigstens einen Temperatursensors nachgebildet sind. Durch die galvanische Trennung der Eingangsschnittstelle von der Ausgangsschnittstelle ist die Ausgangsschnittstelle von möglichen Spannungsüberschlägen von der Maschinenwicklung der elektrischen Maschine in den Sensorstromkreis des Temperatur sensors elektrisch sicher getrennt. Dadurch, dass die von der Ausgangsschnittstelle ausgegebenen Ausgangssignale den Sen sorsignalen nachgebildet sind, können üblicherweise zum Aus lesen der Sensorsignale verwendete elektrische Verbindungs elemente wie Kabel und Stecker auch zum Auslesen der Aus gangssignale verwendet werden, so dass keine speziellen Ver bindungselemente erforderlich sind. Für einen Benutzer der elektrischen Maschine ist das Schufztrennungsmodul daher transparent, das heißt der Benutzer kann die elektrische Ma schine wie eine herkömmliche elektrische Maschine, die das Schutztrennungsmodul nicht aufweist, verwenden, ohne zusätz liche externe Komponenten zu benötigen oder weitere Maßnahmen durchführen zu müssen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Schutz trennungsmodul wenigstens einen Optokoppler zur galvanischen Trennung der Eingangsschnittstelle und der Ausgangsschnitt stelle und zur Signalübertragung zwischen der Eingangs schnittstelle und der Ausgangsschnittstelle aufweist. Ein Optokoppler ermöglicht die optische Übertragung eines elek trischen Signals zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen und eignet sich daher insbesondere vorteilhaft zur Übertra gung eines Sensorsignals von der Eingangsschnittstelle zu der Ausgangsschnittstelle des Schutztrennungsmoduls bei galvani scher Trennung der beiden Schnittstellen.

Alternativ oder zusätzlich kann das Schutztrennungsmodul we nigstens eine elektronische Schaltung zur galvanischen Tren nung der Eingangsschnittstelle und der Ausgangsschnittstelle und zur Signalübertragung zwischen der Eingangsschnittstelle und der Ausgangsschnittstelle aufweisen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Schutztrennungsmodul eine Versorgungsschnittstelle aufweist, über die das Schutztrennungsmodul aus einer Stromversorgung eines Drehgebers für die elektrische Maschine mit elektri scher Energie versorgbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfin dung nutzt aus, dass viele elektrische Maschinen mit Drehge bern verbindbar sind, und ermöglicht, das Schutztrennungsmo dul aus der Stromversorgung eines Drehgebers für die elektri sche Maschine mit elektrischer Energie zu versorgen. Dadurch wird keine separate beziehungsweise zusätzliche Spannungsver sorgung für das Schutztrennungsmodul benötigt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Eingangsschnittstelle des Schutztrennungsmoduls Eingänge für verschiedene Arten von Temperatursensoren aufweist. Dadurch kann das Schutztrennungsmodul vorteilhaft für verschiedene Arten von Temperatursensoren verwendet und somit flexibel eingesetzt werden.

Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst ein Ma schinengehäuse, wenigstens einen Temperatursensor, insbeson dere wenigstens einen in einer Maschinenwicklung der elektri schen Maschine verbauten Temperatursensor, zur Erzeugung ei nes elektrischen Sensorsignals als Maß für eine Maschinentem peratur der elektrischen Maschine und ein in dem Maschinenge häuse angeordnetes erfindungsgemäßes Schutztrennungsmodul , dessen Eingangsschnittstelle mit dem wenigstens einen Tempe ratursensor elektrisch verbunden ist. Die Vorteile einer der artigen elektrischen Maschine entsprechen den oben bereits genannten Vorteilen eines erfindungsgemäßen Schutztrennungs- moduls und werden daher hier nicht noch einmal wiederholt.

Eine erfindungsgemäße Motorspindel weist einen Elektromotor auf, der als eine erfindungsgemäße elektrische Maschine aus gebildet ist. Motorspindeln weisen häufig eine besonders kom pakte Bauform auf und werden mit hohen Leistungen betrieben. Deshalb muss der Motor einer Motorspindel in der Regel aus reichend gekühlt werden und seine Motortemperatur muss über wacht werden, um eine Überhitzung des Motors zu verhindern. Elektromotoren von Motorspindeln weisen daher häufig Tempera tursensoren zur Überwachung der Motortemperaturen auf. Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine eignet sich daher ins besondere als Elektromotor für eine Motorspindel.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen: FIG 1 ein Blockdiagramm einer mit einer Steuerungselektronik verbundenen elektrischen Maschine und

FIG 2 eine Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen elektrischen Maschine 1. Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm der elektrischen Maschine 1, Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der elektrischen Maschine 1. Figur 1 zeigt zudem eine Steuerungselektronik 3, mit der die elektrische Maschine 1 verbunden ist.

Die elektrische Maschine 1 weist ein Maschinengehäuse 5, ei nen Stator 7, einen Rotor 9, eine Maschinenwelle 11, eine dreiphasige Maschinenwicklung 13, Temperatursensoren 15, 16 und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schutz trennungsmoduls 17 auf. Die elektrische Maschine 1 ist bei spielsweise als ein Elektromotor einer Motorspindel ausgebil det, deren Spindelwelle die Maschinenwelle 11 ist.

Der Stator 7, der Rotor 9 und das Schutztrennungsmodul 17 sind in dem Maschinengehäuse 5 angeordnet. Die Maschinenwel le 11 ragt aus dem Maschinengehäuse 5 heraus und ist durch zwei Wellenlager 19, 20 drehbar an dem Maschinengehäuse 5 ge lagert. Der Rotor 9 verläuft ringförmig um die Maschinenwel le 11 und ist starr mit der Maschinenwelle 11 verbunden. Der Stator 7 weist ein Blechpaket auf, das durch einen Luftspalt 21 von dem Rotor 9 beabstandet ringförmig um den Rotor 9 her um angeordnet ist und (nicht näher dargestellte) Nuten auf weist, durch die die Maschinenwicklung 13 verläuft. Die Ma schinenwicklung 13 ist mit einem Leistungsanschluss 14 der elektrischen Maschine 1 verbunden.

Die Temperatursensoren 15, 16 sind als elektrische oder elek tronische Sensoren zum Erzeugen elektrischer Sensorsignale als Maß für eine Maschinentemperatur der elektrischen Maschi- ne 1 ausgebildet und in der Maschinenwicklung 13 verbaut. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei gleichartige erste Temperatursensoren 15 in einem gemeinsamen ersten Sen sorstromkreis 23 angeordnet. Ein weiterer Temperatursensor 16 ist in einem zweiten Sensorstromkreis 24 angeordnet. Die ers ten Temperatursensoren 15 unterscheiden sich von dem zweiten Temperatursensor 16, beispielsweise hinsichtlich ihrer Mess bereiche. Beispielsweise weisen die Temperatursensoren 15, 16 jeweils einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand auf, wobei sich der Nennwert der elektrischen Widerstände der ersten Temperatursensoren 15 von dem Nennwert des elektri schen Widerstands des zweiten Temperatursensors 16 unter scheidet .

Das Schutztrennungsmodul 17 weist eine mit beiden Sensor stromkreisen 23, 24 elektrisch verbundene Eingangsschnitt stelle 25 zum Empfang der von den Temperatursensoren 15, 16 erzeugten Sensorsignale und eine von der Eingangsschnittstel le 25 galvanisch getrennte Ausgangsschnittstelle 27 auf. Das Schutztrennungsmodul 17 ist dazu ausgebildet, für jedes von der Eingangsschnittstelle 25 empfangene Sensorsignal ein das Sensorsignal nachbildendes Ausgangssignal zu erzeugen und über die Ausgangsschnittstelle 27 auszugeben. Zum galvani schen Trennen der Eingangsschnittstelle 25 und der Ausgangs schnittstelle 27 sowie zum Erzeugen der Ausgangssignale aus den von der Eingangsschnittstelle 25 empfangenen Sensorsigna len weist das Schutztrennungsmodul 17 für jeden Sensorstrom kreis 23, 24 einen Optokoppler 29, 30 auf, der die Eingangs schnittstelle 25 mit der Ausgangsschnittstelle 27 verbindet und das jeweilige Ausgangssignal erzeugt und an die Ausgangs schnittstelle 27 überträgt. Statt Optokopplern 29, 30 können auch andere Baugruppen, beispielsweise elektronische Schal tungen, zur galvanischen Trennung der Eingangsschnittstelle 25 und der Ausgangsschnittstelle 27 und zur Signalübertragung zwischen der Eingangsschnittstelle 25 und der Ausgangs schnittstelle 27 vorgesehen sein. Das Schutztrennungsmodul 17 weist ferner eine Versorgungs schnittstelle 31 auf, über die es mit elektrischer Energie versorgbar ist. Insbesondere kann das Schutztrennungsmodul 17 aus einer Stromversorgung eines Drehgebers für die elektri sche Maschine 1 mit elektrischer Energie versorgbar sein. Die Ausgangsschnittstelle 27 und die Versorgungsschnittstelle 31 sind mit einer Anschlusseinheit 33 der elektrischen Maschi ne 1 elektrisch verbunden, über die die elektrische Maschi ne 1 mit der Steuerungselektronik 3 elektrisch verbindbar ist. Die Steuerungselektronik 3 ist insbesondere dazu ausge bildet, die von der Ausgangsschnittstelle 27 über die An schlusseinheit 33 ausgegebenen Ausgangssignale auszulesen und auszuwerten .

Das Schutztrennungsmodul 17 ermöglicht durch die galvanische Trennung der Eingangsschnittstelle 25 von der Ausgangs schnittstelle 27 eine sichere elektrische Schutztrennung der Ausgangsschnittstelle 27 von möglichen Spannungsüberschlägen von der Maschinenwicklung 13 in die Sensorstromkreise 23, 24. Dadurch, dass die von der Ausgangsschnittstelle 27 ausgegebe nen Ausgangssignale den Sensorsignalen nachgebildet sind, können üblicherweise zum Auslesen der Sensorsignale verwende te elektrische Verbindungselemente wie Kabel und Stecker auch zum Auslesen der von der Ausgangsschnittstelle 27 ausgegebe nen Ausgangssignale verwendet werden, so dass keine speziel len Verbindungselemente erforderlich sind.

Für einen Benutzer der elektrischen Maschine 1 ist das

Schutztrennungsmodul 17 daher transparent, das heißt der Be nutzer kann die elektrische Maschine 1 wie eine herkömmliche elektrische Maschine, die das Schutztrennungsmodul nicht auf weist, verwenden.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.