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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Sicherung der Gültigkeit und Verwaltung von motorspezifischen Daten. Aus dem Stand der Technik bei Antrieben ist es bekannt, bei Verwendung eines Drehzahlgebers dort einen programmierbaren Speicher (EEPROM) vorzusehen, in den motorspezifische Daten geschrieben werden. Diese Daten sind dann bei der Initialisierung des Systems abrufbar und die entsprechende Antriebssteuerung bzw. Antriebsregelung ist damit in der Lage, das System optimal zu betreiben. Zu diesen Daten gehören Motorparameter wie z. B. Leistung, Drehzahl, Strom, Spannung, Induktivität, etc., weiterhin Verwaltungsdaten wie z. B. Bauteilnummer, Motornummer usw. Es sind dort aber auch spezifische Daten des einzelnen Motors, z. B. von einem Synchronmotor die Offsetwinkel zwischen der Lage der Ständerwicklungen und dem magnetischen Fluss des Rotors sowie zwischen Ruhelage und der Nullage des Rotorlagegebers abgelegt. Diese Winkel werden dem Stand der Technik entsprechend zu einem Offsetwinkel zusammengefaßt, der vor der Erstinbetriebnahme des Antriebs bestimmt und dann im EEPROM des Rotorlagegebers abgelegt wird. Zur Bestimmung dieses Winkels muß bei der Inbetriebnahme der Motor ohne Last sein und entsprechend eines bestimmten Verfahrens bestromt werden. Der dabei bestimmte Offsetwinkel wird im EEPROM des Rotorlagegebers abgelegt und steht dem Steuergerät bzw. der Regelung zur Verfügung.
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Ist nun im Servicefall beispielsweise der Austausch eines Rotorlagegebers erforderlich, ist es notwendig die Daten die auf dem EEPROM abgespeichert sind auf das neue EEPROM zu überschreiben. Dieses erfordert einen hohen Zeitaufwand und zusätzlich eine sorgfältige Arbeitsweise, um zu verhindern, dass falsche Daten in das EEPROM abgelegt werden. Außerdem muß der individuelle Offsetwinkel neu bestimmt werden, was das Abkoppeln der Last vom Motor erfordert. Alternativ zu dieser Neubestimmung ist aus
DE 41 20 023 C1 eine Vorrichtung bekannt, womit ein definierter Winkel zwischen Rotorlagegeber und Ständer des Motors eingestellt werden kann.
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Diese Vorrichtung sorgt allerdings nicht dafür, dass die auf dem EEPROM des Rotorlagegebers befindlichen Daten wieder in das neue EEPROM überschrieben werden. Außerdem muss die Lage des Rotorlagegebers zum Motorgehäuse individuell justiert werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 198 31 931 A1 geht eine Antriebseinrichtung mit einem Servomotor mit einem vorgeschalteten Steuermodul zu dessen Stromversorgung hervor, wobei das Steuermodul dem Servomotor vorgegebene Sollwerte regelt. Im Gehäuse des Servomotors ist ein nichtflüchtiger Speicher ausgebildet, in dem motorspezifische Daten abgelegt sind. Im Motorgehäuse befindet sich neben dem Servomotor auch ein Winkelsensor sowie der nichtflüchtige Speicher, welcher als EEPROM ausgeführt sein kann. Der Winkelsensor ist dabei so angeordnet, dass er die Motorwelle erfasst und entsprechende Messwerte ausgibt. Das Steuermodul ist getrennt vom Motorgehäuse angeordnet und verfügt jeweils über eigene Speichereinrichtungen für Steuereinheiten und Umrichter, wobei die Speichereinrichtungen zur Aufnahme von Kenndaten zur Charakterisierung der jeweiligen Einrichtung ausgebildet sind.
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Die Offenlegungsschrift
DE 198 12 966 A1 zeigt eine Ansteuerelektronik für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, wobei die Ansteuerelektronik mit den mechanischen Motorkomponenten unmittelbar gekoppelt ist und einen Speicher zum Abspeichern der individuellen Eigenschaften eines Polradlagegebers des Motors aufweist. Weiterhin ist eine Korrektureinrichtung zur Korrektur des von dem Polradlagegeber abgegebenen Positionssignals in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Polradlagegebers vorgesehen.
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Aus dem Gebrauchsmuster
DE 299 00 312 U1 geht eine elektrische Maschine mit einem elektronischen Datensystem hervor, welches durch Eingabe der Signaleingänge Daten entgegennehmen und in Speichermitteln ablegen kann. Diese Daten betreffen insbesondere Informationen über den Hersteller, die Fabrikationsnummer, das Baujahr und Daten, welche zur Wartung und zum Betrieb der Maschine benötigt werden. Weiterhin können auch Messdaten von Sensoren abgespeichert werden.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0 355 255 A2 geht ein elektrisch angetriebenes Pumpenaggregat mit einem in einem Gehäuse angeordneten Elektromotor und einer Pumpe sowie ein mit einer Messvorrichtung für die elektrischen bzw. hydraulischen Betriebsgrößen von Motor oder Pumpe verbundener Anschlussbaustein hervor. Auf dem Anschlussbaustein ist außen ein lösbar verbundener weiterer Baustein befestigt, der eine Registriervorrichtung umfasst, mittels derer die Betriebsgrößen von Motor und Pumpe abspeicherbar sind. Der Speicher der Registriervorrichtung ist als elektronischer Speicher, insbesondere als batteriegepufferter Speicher mit wahlfreiem Zugriff ausgebildet.
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Die Patentanmeldung
US 5 473 237 A zeigt einen Winkelsensor, welcher über ein Kabel mit einem elektronischen Schaltkreis zur Auswertung der Winkelsignale verbunden ist. Der Winkelsensor kann dabei wenigstens zwei mit unterschiedlichen Auflösungen arbeitende Sensoren enthalten, so dass Winkelsignale unterschiedlicher Auflösung produziert werden können. Die Signale der Sensoren werden mit einem Multiplexer des Winkelsensors verarbeitet und über das Kabel an den elektronischen Schaltkreis übertragen. Der elektronische Schaltkreis wertet dabei die Winkelsignale der unterschiedlichen Sensoren aus, so dass eine redundante Verarbeitung der Signale der unterschiedlichen Winkelsensoren vorgenommen wird. Da beide Sensoren die gleiche Motorwelle abtasten, kann so eine redundante Verarbeitung sichergestellt werden. Der elektronische Schaltkreis weist dabei einen Speicher auf, um die Winkelsignale der Sensoren des Winkelgebers zwischenzuspeichern.
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Aus dem Gebrauchsmuster
DE 295 05 426 U1 geht eine Vorrichtung zur Drehrichtungserkennung und Plausibilitätsprüfung bei absoluten Winkellagermessgebern mit serieller Übertragung erfasster Lageistwerte hervor. Diese Vorrichtung verfügt über einen Speicher, in dem Daten des Winkellagermessgebers abgelegt sind. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit auf, welche Lageistwerte mit den abgespeicherten Daten vergleicht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu verbessern und ein Verfahren zu schaffen, wodurch die Austauschbarkeit einer Komponente oder einer Teilkomponente des Antriebssystems vereinfacht wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung schlägt zur Beseitigung des Problems vor, die motorspezifischen Daten wieder in das ausgetauschte EEPROM zu schreiben, indem mindestens ein weiteres außerhalb des Rotorlagegebers befindliches EEPROM angeordnet wird, in welchem die motorspezifischen Daten redundant gehalten werden. Dieses EEPROM kann beispielsweise auf der Platine der Steuereinrichtung oder auf dem Antriebssteuergerät angeordnet sein. Es ist aber nicht erforderlich das EEPROM an einer bestimmten Stelle zu platzieren. Erfindungsgemäß bleibt beim Austausch einer Komponente oder Teilkomponente eines Antriebsystems die motorspezifischen Daten in einem der beiden EEPROMs vorhanden und können nach dem Austausch der Komponente in das neu hinzugekommene EEPROM überschrieben werden. Eine Komponente kann dabei der Rotorlagegeber, das Antriebssteuergerät, die Steuereinrichtung oder ähnliches sein. Als Teilkomponente kann auch das EEPROM an sich betrachtet werden, falls es einen Defekt aufweist und deshalb getauscht werden muss. Eine Steuereinrichtung überprüft jeweils in der Initialisierungphase ob die Datensätze der beiden EEPROMs übereinstimmen oder nicht. Ist nun ein Austausch eines Rotorlagegebers bzw. des dazugehörigen EEPROMs erfolgt, können die Daten von dem außerhalb des Rotorlagegebers befindlichen EEPROM auf das EEPROM des Rotorlagegebers überschrieben werden ohne dass der Servicemann eine entsprechende Eingabe der Daten vornehmen muß. Selbiges gilt auch für den umgekehrten Fall, dass beispielsweise das außerhalb des Rotorlagegebers befindliche EEPROM ausgetauscht wird, wenn beispielsweise ein defektes Antriebssteuergerät getauscht werden muss.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass vor dem Austausch einer Komponente oder Teilkomponente die motorspezifischen Daten redundant gehalten werden. Die redundante Datenhaltung kann entweder in einem wie oben beschriebenen zweiten EEPROM erfolgen, oder die motorspezifischen Daten können auch in eine Speichereinrichtung einer übergeordneten Maschinensteuerung oder dergleichen abgelegt werden. Nach dem Austausch einer Komponente oder Teilkomponente wird eine Überprüfung der Datenredundanz vorgenommen und bei Datenungleichheit die gültigen motorspezifischen Daten in die ausgetauschte Komponente oder Teilkomponente geschrieben. Die Auswahl der gültigen Daten kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine zusätzliche Speichereinheit einen dritten Datensatz zur Verfügung stellt wodurch dann anhand einer 2- aus 3-Entscheidung die richtigen Daten ermittelt und überschrieben werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor der Inbetriebnahme drei Möglichkeiten vor, die bei Nichtübereinstimmung der Daten in den beiden EEPROMs angewendet werden:
- a) Enthält ein EPROM keine oder korrupte Daten (Checksummenfehler, etc.) wird der Inhalt mit den Daten des anderen EEPROMs neu überschrieben. Dieses kann z. B. der Fall sein, wenn ein Rotorlagegeber getauscht worden ist.
- b) Enthalten beide EEPROMs gültige, aber nicht übereinstimmende Daten wird der Bediener aufgefordert über das Steuergerät eine eindeutige Kennung (z. B. Motornummer) am Steuergerät einzugeben anhand derer der gültige Datensatz ausgewählt werden kann. Das jeweils andere EEPROM wird dann mit diesem Datensatz beschrieben, so dass die Datenredundanz wieder hergestellt ist. Dieses kann dann der Fall sein, wenn beispielsweise ein Rotorlagegeber im Austauschverfahren installiert wird und das dort befindliche EEPROM einen Datensatz eines anderen Motors enthält. Die Eingabe eines eindeutigen Datums, beispielsweise der Motornummer bringt dann die Klarheit darüber, welcher Datensatz der richtige ist.
- c) Sind drei Datensätze vorhanden, wird der doppelt vorhandene Datensatz als der richtige anerkannt und auf diesen Datenträger überschrieben, welcher die dadurch als falsch definierten Daten enthält.
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Die Eingangs beschriebene Justiervorrichtung aus der
DE 41 200 23 C1 geht von der Überlegung aus, dass der zweigeteilte Justagering bei der Erstinbetriebnahme des Motors entsprechend optimaler Motorbedingung manuell justiert wird. Durch die formschlüssige Zweiteilung kann dann der Rotorlagegeber leicht getauscht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das zugehörige Verfahren schlägt zur Vereinfachung vor, den Justagering einstückig so auszugestalten, dass eine Fixierung direkt bei der Montage vorgenommen werden kann, ohne dass bis dahin auf die optimale Winkellage geachtet werden muss. Die Bestimmung des Winkels zwischen Rotor und Ständerfeld (Feldspulen) wird dann durch eine Bestromung der Feldspulen vorgenommen. Dabei ist der Elektromotor lastfrei. Nun stellt sich am Rotorlagegeber ein bestimmter Winkelwert ein, der im EEPROM im Rotorlagegebers bzw. auch des zweiten EEPROMs hinterlegt wird. Ein Austausch des Rotorlagegebers erfordert jetzt nur noch die exakte Weitergabe des erstmalig ermittelten Winkelwertes. Es ergibt sich dadurch der Vorteil, dass bei der erstmaligen Justage ein geringerer Aufwand als bisher erforderlich ist, dass ein einfacher Justagering für den Rotorlagegeber verwendet werden kann und dass eine einheitliche Lösung für alle Elektromotorarten damit möglich ist.
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Zur Anwendung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens ist es darüber hinaus notwendig zwischen den folgenden Komponenten eindeutige reproduzierbare Lagezuordnungen zu gewährleisten, die bei einem Austausch wieder hergestellt werden können.
- 1. Zwischen dem Rotor des Motors und der Tachoscheibe des Rotorlagegebers. Dafür sorgt beispielsweise eine aus dem Stand der Technik bekannte Verstiftung.
- 2. Zwischen der Tachoscheibe und dem Rotorlagegebergehäuse. Dieses wird durch den Hersteller des Rotorlagegebers gewährleistet.
- 3. Zwischen dem Rotorlagegebergehäuse und dem Motorgehäuse. Hierfür kann eine gemäß dem Stand der Technik bekannte formschlüssige Fixierungseinrichtung sorgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1, den schematischen Aufbau eines Synchronmotors,
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2 einen auf die Motorachse aufgesteckten Rotorlagegeber,
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3 die verschiedenen Komponenten, die zum Betrieb des Synchronmotors erforderlich sind.
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1 zeigt einen Elektromotor 1 auf den die erfindungsgemässe Vorrichtung bzw. das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar ist. In einem Motorgehäuse 10 befinden sich Feldspulen u, v, w welche das sogenannte Drehfeld erzeugen. Diese Wicklungen sind in einem bestimmten Winkelabstand zueinander angeordnet, welcher hier beispielsweise 120° aufweist. Abhängig von der Anzahl der Feldspulen sind auch kleinere Winkelabschnitte möglich. Innerhalb des Drehfeldes ist ein Rotor 2 dargestellt auf dem Permanentmagnete angeordnet sind. Der Rotor 2 dreht sich dabei um die Achse 3. Die Feldwicklungen u, v, w sind dann in das Motorgehäuse 10 montiert, wobei die Lage der Feldwicklungen gegenüber dem Motorgehäuse 10 je nach Toleranzen und Montage motorspezifisch unterschiedlich sein kann. Um eine optimale Bestromung der Feldwicklungen u, v, w zu gewährleisten muss die Lage des Rotors 2 gegenüber der Feldwicklungen u, v, w bekannt sein. Diese kann durch einen in 2 dargestellten Rotorlagegeber 4 ermittelt werden. Dieser Rotorlagegeber 4 ist mittels Fixierungseinrichtungen 5 formschlüssig am Motorgehäuse 10 des Motors 1 befestigt.
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Innerhalb des Rotorlagegeber existiert eine eindeutige Zuordnung eines Nullimpulses und einer geberinternen Positionscodierung wodurch die absolute Lageinformation möglich ist. Auf der Achse 3 ist eine Tachospur 6 drehfest mittels Verstiftung 7 angebracht. Die Tachospur 6 dreht sich an einer optischen Abtastvorrichtung 8 vorbei, wobei dann in der optischen Abtastvorrichtung 8 Signale erzeugt werden, die repräsentativ sind für die Lage des Rotors 2. Die in der optischen Abtastvorrichtung 8 erzeugten Signale können über eine Signalleitung 9 abgegriffen werden. Über eine serielle Verbindung, eine Nullimpulsspur oder einen Analogkanal können die Signale analog oder digital abgegriffen werden.
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Um wie bereits erwähnt eine optimale Bestromung der Feldspulen u, v, w zu gewährleisten wird der Rotor 2 bezüglich der Feldspulen u, v, w in eine elektrisch exakt definierte Position gebracht. Dieses geschieht dadurch, dass beispielsweise die Feldspulen u und v gleichermaßen bestromt werden, wodurch sich der Rotor 2 in eine Mittelposition gemäss 1 zwischen den Feldspulen u und v positioniert. Welcher Winkellage diese Position entspricht kann durch den in 2 dargestellten Rotorlagegeber 4 ermittelt werden. Es sei hierbei noch erwähnt, dass diese Vorgehensweise nur dann möglich ist wenn der Motor keine Last anzutreiben hat. Dadurch wird auch erkennbar, dass das Abkuppeln der Last im Servicefall einen sehr hohen Aufwand bedeutet. Wie bereits erwähnt, ist der Rotorlagegeber 4 mittels Fixierungseinrichtung 5 formschlüssig mit dem Motorgehäuse 10 verbunden. Dabei können die Fixierungseinrichtungen 5 so ausgestaltet sein, dass eine exakte Position, beispielsweise durch eine Passung, des Rotorlagegebers 4 gegenüber dem Motorgehäuse 10 möglich ist. Es bleibt allerdings durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen ein Problem, die Feldspulen u, v, w in eine exakte Lage zum Motorgehäuse 10 zu bringen. Die nun erfolgte Bestromung der Feldspulen u und v bringen den Rotor 2 in die definierte Lage und der Rotorlagegeber 4 ermittelt hierzu die exakte Winkelposition. Diese somit ermittelte motorindividuelle Winkelposition wird in den in 3 dargestellten EEPROMs 11 im Rotorlagegeber 4 und in der Steuereinrichtung 14 zusammen mit weiteren Motorparametern abgelegt.
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In 3 ist der Elektromotor 1 mit dem Rotorlagegeber 4, welcher in definierter Lage mit dem Motorgehäuse 10 verbunden ist dargestellt. Der Elektromotor 1 verfügt weiterhin über eine Abtriebswelle 12 die zur Justierung des Motors lastfrei ist. Der Rotorlagegeber 4 ist mittels einer Signalleitung 13 mit einer Steuereinrichtung 14 verbunden. Die Steuereinrichtung 14 übernimmt im eigentlichen Betriebsfall die Funktion den Elektromotor 1 auf eine exakte Winkelposition, Drehzahl bzw. Moment zu regeln. Mittels einer Signalleitung 15 ist an die Steuereinrichtung 14 ein Antriebssteuergerät 16 angeschlossen, der wiederum durch die Motorzuleitung 17 mit dem Elektromotor 1 verbunden ist. Die nun für den Motor erforderlichen Parameter wie sie bereits einleitend erwähnt wurden, im speziellen die exakte Winkelposition, werden in den EEPROMs 11 am Rotorlagegeber 4 des Elektromotors 1 bzw. auf der Steuereinrichtung 14 in einem dort befindlichen EEPROM 11 abgelegt. Das außerhalb des Rotorlagegebers 4 befindliche EEPROM 11 kann an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein. Weiterhin ist der Steuereinrichtung 14 eine Eingabeeinrichtung zugeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- u, v, w
- Feldspulen
- 2
- Rotor
- 3
- Achse
- 4
- Rotorlagegeber
- 5
- Fixierungseinrichtung
- 6
- Tachospur
- 7
- Verstiftung
- 8
- optische Abtastvorrichtung
- 9
- Signalleitung
- 10
- Motorgehäuse
- 11
- EEPROM
- 12
- Abtriebswelle
- 13
- Signalleitung
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Signalleitung
- 16
- Antriebssteuergerät
- 17
- Motorzuleitung
- 18
- Eingabeeinrichtung
