Hoppe, Thomas (Ringstrasse 11b, Schwabhausen/Stetten, 85247, DE)
| 1. | Vorrichtung zum Messen von Temperatur an einem mit Wicklungen (20) verse henen Bauteil eines Elektromotors, gekennzeichnet durch ein längliches Meßelement aus Material mit einer temperaturabhängigen Materialeigen schaft, wobei das Meßelement über einen Abschnitt entlang mindestens einer Wicklung verläuft, und einer Detektorvorrichtung, die eine Änderung der Materialeigenschaft er faßt. |
| 2. | Vorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement ein Stab ist und das die Materialeigenschaft die Längenausdeh nung des Stabes ist. |
| 3. | Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, daß das Material Glas oder Kunststoff ist. |
| 4. | Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, daß die Detektorvorrichtung optische Materialeigenschaften des Mate rials erfaßt. |
| 5. | Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement eine Zusatzleitung (30) aus einheitlichem elektrisch leitfähigem Material ist, die über einen Abschnitt entlang mindestens einer Wicklung (20) verläuft und deren Enden zur Außenseite des Motors geführt sind. |
| 6. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, daß das Meßelement (30) auf die Wicklung (20) aufgelegt ist. |
| 7. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, daß das Meßelement in die Wicldung (20) eingebettet ist. |
| 8. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzleitung ein isolierter Ein zeldraht ist. |
| 9. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, daß der Abschnitt in einem Bereich eines Wicklungskerns (12) liegt. |
| 10. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, daß das Meßelement in dem Abschnitt eine einseitig kurzgeschlossene Doppelleitung ist. |
| 11. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß der Abschnitt mehrere Teilabschnitte aufweist, die im wesentlichen den gesamten Bereich der Wicklung abdecken, der innerhalb des Wick lungskerns liegt. |
| 12. | Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß der Durchmesser des Meßelementes etwa dem Durch messer der Wicldungsdrähte entspricht. |
| 13. | Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß der Abschnitt um einen Wicldungszahn (12) gewickelt ist. |
| 14. | Linearoder Rotationsmotor mit einer Temperaturmeßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche. |
| 15. | Verfahren zur Ermittlung der Temperatur im Bereich von Wicklungen eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Betriebs des Elektromotors die elektrischen Eigenschaften zumindest einer Spule über wacht und den momentanen Spulenwiderstand ermittelt und daß man aus dem Spu lenwiderstand die Temperatur im Bereich der Wicklung ermittelt. |
| 16. | Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß man mehrere Spulen überwacht. |
Beim Betrieb eines mit Wicklungen versehenen Bauteils (Primärteil) eines Elektromo- tors entsteht Abwärme, die zu einer Temperaturerhöhung innerhalb des Bauteils führt.
Um ein übermäßiges Ansteigen der Temperatur, was zu Beschädigungen der Wick- lungsisolierungen und zur dauerhaften Beschädigung des Bauteils führen kann, zu ver- hindern, sollte bei Elektromotoren, insbesondere bei Hochleistungsmotoren, die Tempe- ratur überwacht werden, damit gegebenenfalls Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
Zur Temperaturmessung ist es bekannt, ein Thermoelement als Thermofühler im Be- reich der Wicklungen anzubringen. Wegen der starken Isolierung sind jedoch Thermo- elemente relativ träge und die Positionierung von Thermoelementen mit punktueller Messung ist nicht optimal reproduzierbar, was zu einem Meßfehler von 10°C führen kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßvor- richtung für Elektromotoren anzugeben, die einfach eingesetzt werden kann und genaue und zuverlässige Ergebnisse liefert. Des weiteren soll ein Verfahren zur Temperatur- messung angegeben werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 ; die abhängigen Ansprü- che betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, mindestens ein Meßelement aus einem Material mit temperaturabhängigen Materialeigenschaften zu verwenden, wobei das Meßelement sich über einen Abschnitt entlang mindestens einer Wicklung erstreckt und über eine Detektorvorrichtung Änderungen der Materialeigenschaften erfaßt werden.
Dazu kann das Meßelement beispielsweise als Stab ausgebildet sein, dessen tempera- turabhängige Längenänderung erfaßt werden kami, indem geeignete Wegmesser an ei- nem oder an beiden Enden des Stabes angreifen. Grundsätzlich kann diese Erfassung auch auf optischem Wege erfolgen.
Des weiteren können optische Eigenschaften von Gläsern oder Kunststoffen, die tempe- raturabhängig sind, ausgewertet werden, wobei in diesem Fall das Meßelement als Stab oder als Glas bzw. Kunststoff-Faser ausgebildet ist und beispielsweise als Lichtleiter verwendet werden kann.
Vorzugsweise ist das Meßelement aus einem einheitlichen Material im Bereich des Ab- schnittes ausgebildet.
Da erfindungsgemäß das Meßelement über einen Abschnitt mindestens einer Wicklung verläuft, erwärmt sich das Material des Meßelementes in diesem Abschnitt, so daß sich die temperaturabhängige Materialeigenschaft entsprechend ändert und aus dieser Ände- rung auf die Temperatur zurückgeschlossen werden kann.
Erfindungsgemäß kann als Meßelement eine Zusatzleitung aus einheitlichem, elektrisch leitfähigem Material verwendet werden, die über einen Abschnitt entlang mindestens einer Wicklung verläuft und deren Enden zur Außenseite des Motors geführt sind. Er- findungsgemäß wird dabei die Tatsache ausgenutzt, daß die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes, eines bekannten Materials in der Regel bekannt sind oder in einfacher Weise gemessen werden können. Da erfin- dungsgemäß die Zusatzleitung über einen Abschnitt mindestens einer Wicklung ver- läuft, erwärmt sich das Material der Zusatzleitung in diesem Abschnitt, so daß sich der Widerstand entsprechend ändert und aus dieser Änderung auf die Temperatur zurückge- schlossen werden kann.
Dieser Effekt wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt, in dem vor- geschlagen wird, den Gleichstrom-Widerstandswert mindestens einer Spule oder
Wicklung während des Betriebs zu überwachen und aus dem Widerstandswert auf die Temperatur zurückzuschließen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Meßelement bzw. die Zusatzleitung auf eine Wicklung aufgelegt sein oder, vorzugsweise, in eine Wicklung eingebettet sein, so daß die Temperatur im Inneren der Wicklung ermittelt werden kann.
Vorzugsweise ist die Zusatzleitung als isolierter Einzeldraht ausgeführt.
Da normalerweise die höchsten Temperaturen in den Bereichen der Wicklungen auftre- ten, die innerhalb eines Wicklungskörpers oder-kerns liegen, wird der Abschnitt des Meßelementes ebenfalls in diesem Bereich angeordnet, insbesondere so, daß der Ab- schnitt den gesamten Bereich der Wicklung abdeclct, der innerhalb des Wicklungslcerns liegt, wobei der Abschnitt in mehrere Teilabschnitte unterteilt sein kann.
Um den Abschnitt der Zusatzleitung zur Messung einer Widerstandsänderung lang aus- zugestalten, kann die Zusatzleitung als isolierte Doppelleitung mit einem kurzgeschlos- senen Ende ausgebildet sein ; auch ist es möglich, die Zusatzleitung im Bereich der Wicklung als Spule zu wickeln.
Das Meßelement läßt sich insbesondere dann einfach in den Wicklungsaufbau integrie- ren, wenn der Durchmesser des Meßelementes etwa genauso groß ist wie der Durch- messer der die Wicklungen bildenden Wicklungsdrähte.
Schließlich sei darauf verwiesen, daß die erfindungsgemäße Temperaturmeßvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für elektrische Rotationsmotoren als auch für elektrische Linearmotoren geeignet sind.
Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Stirnansicht eines Primärteils eines Linearmotors und Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Draufsicht auf den Primärteil von Fig. 1.
Der in den Figuren dargestellte Primärteil eines Linearmotors hat grundsätzlich einen konventionellen Aufbau aus einem Wiclzlungskem 10 mit Wicklungszähnen 12, auf die Wicklungen 20 aufgebracht sind. Da der weitere Aufbau eines Primärteils eines Line- armotors bekannt ist, wird hier auf eine Erläuterung verzichtet.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Bauteilen umfaßt der erfindungsgemäße Primär- teil mindestens eine Zusatzleitung 30 mit einem Abschnitt, der in mindestens eine Wicklung eingebettet ist. Im dargestellten Fall umfaßt die Leitung 30 zwei Teilab- schnitte 32 und 36, die in Form einer isolierten Doppelleitung mit einem isolierten kurzgeschlossenen Ende 34 in die Spulen so eingebettet sind, daß sie im wesentlichen den gesamten Bereich der Spulen oder Wicklungen 20 zwischen den Wicldungszähnen 12 abdecken. Die Teilabschnitte 32 und 36 sind über eine Brücke 38 miteinander ver- bunden. Die Anschlüsse der Zusatzleitung 30 sind aus dem Primärteil herausgeführt und können außerhalb mit erforderlichen elektrischen Schaltungen zum Messen des Wider- standes verbunden werden.
In der Zeichnung sind drei Zusatzleitungen 30 dargestellt, die jeweils einer Spule 20 zugeordnet sind. Diese drei Zusatzleitungen können separat zur Temperaturmessung in den einzelnen Wicklungen betrieben werden, so daß bei Betrieb mit Dreiphasenwech- selstrom jede Phase, U, V, W einzeln geregelt werden kann.
Der elektrische Widerstand der Zusatzleitung 30 wird durch geeignete Verfahren, die allgemein bekannt sind und deshalb nicht näher erläutert werden, gemessen und mit Widerstandswerten verglichen, die aus den Abmessungen der Leitungen und den tempe- raturabhängigen Materialeigenschaften berechnet werden und/oder durch Kalibrierung der Zusatzleitung ermittelt werden.
Als Materialien für die Zusatzleitungen können beliebige elektrisch leitfähige Materiali- en mit einer geeigneten Temperaturabhängigkeit verwendet werden. Die Leiter der Zu- satzleitungen sollten zumindest im Bereich des Abschnittes an den Wicklungen aus ei- nem"einheitlichen"Material bestehen, d. h. aus einem einzigen Material. Dadurch wer- den Spannungseffekte an Kontaktstellen vermieden und die Ermittlung des Wider- standswerts ist vereinfacht.
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Spulen oder Wicklungen 20 selbst zur Ermittlung der Temperatur zu verwenden. Da auch hier Materialeigenschaften temperaturabhängig sind, kann durch eine Messung elektrischer Größen auf den Widerstand bzw. auf Wi- derstandsänderungen zurückgeschlossen werden. Derartige Messungen können bei- spielsweise bei einer einzelnen Spule vorgenommen werden oder bei allen zu einer Pha- se gehörigen Spulen durch eine geeignete Kalibrierung des Primärteils, beispielsweise indem Widerstandswerte abhängig von einer eingestellten Temperatur aufgenommen werden, kann eine Tabelle zur Ermittlung der Widerstandswerte und damit der Tempe- raturwerte erstellt werden.