DE102011108382A1 - Electric machine - Google Patents
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Abstract
Elektrische Maschine (1), insbesondere Elektromotor, umfassend einen Rotor (2) und einen Stator, wobei wenigstens ein am Rotor (2) angeordnetes Element vorgesehen ist, dessen Absorptionsgrad für einfallende Photonen sich in Abhängigkeit der Temperatur ändert und dass eine zugeordnete lichtoptische Erfassungseinrichtung (5) vorgesehen ist, die ein vom momentanen Absorptionsgrad des Elements abhängiges Messsignal (7) ermittelt, das ein Maß für die Elementtemperatur darstellt.Electric machine (1), in particular electric motor, comprising a rotor (2) and a stator, wherein at least one element arranged on the rotor (2) is provided, whose absorption coefficient for incident photons changes as a function of the temperature, and in that an associated light-optical detection device ( 5) is provided, which determines a dependent on the instantaneous absorption of the element measurement signal (7), which is a measure of the element temperature.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, umfassend einen Rotor und einen Stator.The invention relates to an electric machine, in particular an electric motor, comprising a rotor and a stator.
Bei elektrischen Maschinen sind die Permanentmagnete des Rotors üblicherweise die temperaturempfindlichsten Bauteile, weil eine auch nur kurzzeitige Überschreitung der Curie-Temperatur des verwendeten Magnetmaterials zur Schädigung der Magnete, insbesondere dem Verlust ihrer Magnetisierung, führt. Zum Schutz der Permanentmagnete ist daher eine Temperaturermittlung respektive eine Temperaturüberwachung des Rotors zweckmäßig. Bei elektrischen Maschinen findet die Erfassung der Rotortemperatur zumeist in einer Prüfstandsumgebung mittels Temperatursensoren statt. Des Weiteren kann die Erfassung der Rotortemperatur anhand Berechnungsmethoden, Simulationsmethoden, numerischen Modellbildungen oder aus den von der elektrischen Maschine ermittelten Betriebsgrößen erfolgen.In electric machines, the permanent magnets of the rotor are usually the most temperature-sensitive components, because even a short-term exceeding the Curie temperature of the magnetic material used to damage the magnets, in particular the loss of their magnetization leads. To protect the permanent magnets therefore a temperature determination respectively a temperature monitoring of the rotor is appropriate. In electrical machines, the detection of the rotor temperature usually takes place in a test bench environment by means of temperature sensors. Furthermore, the determination of the rotor temperature can be carried out using calculation methods, simulation methods, numerical modeling or from the operating variables determined by the electrical machine.
Nachteilig ist dabei jedoch, dass bei den oben genannten Methoden als auch bei den numerischen Modellbildungen keine allein ausreichende Vorhersage über den tatsächlichen thermischen Zustand des Rotors ermittelt werden kann. Dementsprechend – aufgrund der unzureichenden Genauigkeit bei der Erfassung der Rotortemperatur – wird ein Sicherheitsfaktor bzw. ein Temperaturpuffer gegen die Ungenauigkeit der erfassten Rotortemperatur verwendet. Dies hat zur Folge, dass elektrische Maschinen größer ausgelegt werden, was sich in Hinblick auf Materialkosten, höhere Bauraumbeanspruchung etc. als nachteilig erweist. Auch bei ermittelten Betriebsgrößen der elektrischen Maschine, beispielsweise einer von der magnetischen Flussverkettung abhängenden Rotortemperatur, besteht ein Problem, da es bei einer zu heißen elektrischen Maschine zu einer Entmagnetisierung der Magnete des Rotors und damit zu einer Änderung des magnetischen Flusses kommt, was zu einer falschen Berechnung der Rotortemperatur führt.The disadvantage here, however, is that in the above-mentioned methods as well as in the numerical model formations can not be determined alone sufficient prediction of the actual thermal state of the rotor. Accordingly, due to the insufficient accuracy in detecting the rotor temperature, a safety factor or a temperature buffer is used against the inaccuracy of the detected rotor temperature. This has the consequence that electrical machines are designed to be larger, which proves to be disadvantageous in terms of material costs, higher space stress, etc. There is also a problem with determined operating variables of the electric machine, for example a rotor temperature dependent on the magnetic flux linkage, since demagnetization of the magnets of the rotor and thus a change in the magnetic flux occurs when the electric machine is too hot, which leads to a false one Calculation of the rotor temperature leads.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine anzugeben, mit der kostengünstig und mit hoher Genauigkeit die Erfassung der Rotortemperatur qualitativ und quantitativ möglich ist.The invention is therefore based on the object to provide an electrical machine, with the cost and high accuracy, the detection of the rotor temperature is qualitatively and quantitatively possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß ein am Rotor angeordnetes Element vorgesehen, dessen Absorptionsgrad für einfallende Photonen sich in Abhängigkeit der Temperatur ändert, sowie eine zugeordnete lichtoptische Erfassungseinrichtung, die ein vom momentanen Absorptionsgrad des Elements abhängiges Messsignal ermittelt, das ein Maß für die Elementtemperatur darstellt.In order to achieve this object, according to the invention, an element arranged on the rotor is provided in an electrical machine of the type whose absorption coefficient for incident photons changes as a function of temperature, and an associated light-optical detection device which determines a measurement signal dependent on the instantaneous absorption coefficient of the element. which represents a measure of the element temperature.
Die Erfindung beruht auf der Idee, dass lediglich das von einem angeordneten Element, dessen Absorptionsgrad für einfallende Photonen sich in Abhängigkeit der Temperatur ändert, reflektierte Erfassungssignal von einer optischen Erfassungseinrichtung erfasst und ausgewertet wird. Da sich das Absorptionsvermögen von Photonen eines temperaturabhängigen Elements mit Temperaturanstieg erhöht, ändert sich infolge dessen das reflektierte Licht respektive das Erfassungssignal charakteristisch in Abhängigkeit zu diesem Temperaturanstieg. Dabei stammt das auf das Element gerichtete Licht von wenigstens einer Lichtquelle, wobei das erfasste, reflektierte Licht respektive Signal ein Maß für die Elementtemperatur und demnach ein Maß für die Rotortemperatur darstellt. Da es sich hierbei um optische Vorgänge handelt, kann die zeitliche Auflösung im Gegensatz zu den herkömmlichen Sensoren wie beispielsweise Temperatursensoren deutlich erhöht werden. Zusätzlich ist der Einfluss von elektromagnetischen Feldern, hervorgerufen durch die in den elektrischen Maschinen angeordneten Magneten und Spulen, auf das reflektierende Signal vernachlässigbar, was sich gerade im aktiven Bereich einer elektrischen Maschine als vorteilhaft in Hinblick auf die Messgenauigkeit erweist.The invention is based on the idea that only the detection signal reflected by an arranged element whose absorption coefficient for incident photons changes as a function of the temperature is detected and evaluated by an optical detection device. As a result, as the absorbance of photons of a temperature-dependent element with temperature rise increases, the reflected light or the detection signal characteristically changes in response to this temperature rise. In this case, the light directed to the element originates from at least one light source, the detected, reflected light or signal representing a measure of the element temperature and therefore a measure of the rotor temperature. Since these are optical processes, the temporal resolution can be significantly increased in contrast to the conventional sensors such as temperature sensors. In addition, the influence of electromagnetic fields caused by the magnets and coils arranged in the electrical machines is negligible on the reflective signal, which proves to be advantageous in terms of measurement accuracy, especially in the active region of an electrical machine.
Das verwendete Element kann nach einer ersten Alternative ein Halbleiterelement sein. Die Funktion der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine beruht darauf, dass während des Betriebs einer elektrischen Maschine Wärme entsteht, worauf sich die Bandlücke (Energielücke), die den Bereich zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband eines betreffenden, angeordneten Halbleiterelements angibt, charakteristisch zu Temperaturerhöhungen respektive Temperaturerniedrigungen ändert. Mit zunehmender Temperatur werden immer mehr Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband angehoben, womit eine merkliche Änderung der elektrischen Leitfähigkeit hervorgerufen wird. Nachdem die Absorption eines Photons mit der Anregung eines Elektrons vom Valenzband in das Leitungsband verbunden ist, kann hieraus ein Zusammenhang mit der elektrischen Leitfähigkeit hergestellt werden, wobei dieser widerum von der Temperatur abhängig ist. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Energie eines Photons die der Bandlücke übertreffen muss, da ansonsten das Photon nicht absorbiert werden kann. Unter Berücksichtigung geeigneter Auswertealgorithmen wie der Varshni-Formel und dem Debye-Modell lässt sich somit, ausgehend von dem von dem Halbleiterelement reflektierten Erfassungssignal, die Rotortemperatur ermitteln.The element used may be a semiconductor element according to a first alternative. The function of the electric machine according to the invention is based on the fact that during operation of an electrical machine heat is generated, whereupon the band gap (energy gap), which indicates the area between the conduction band and the valence band of a relevant, arranged semiconductor element, characteristically changes to temperature increases respectively temperature decreases. As the temperature increases, more and more electrons are raised from the valence band into the conduction band, causing a noticeable change in electrical conductivity. After the absorption of a photon is connected to the excitation of an electron from the valence band into the conduction band, a connection with the electrical conductivity can be established, which in turn depends on the temperature. However, it should be noted that the energy of a photon must surpass that of the band gap, otherwise the photon can not be absorbed. Taking into account suitable evaluation algorithms such as the Varshni formula and the Debye model, the rotor temperature can thus be determined on the basis of the detection signal reflected by the semiconductor element.
Gemäß einer weiteren Alternative kann anstelle eines Halbleiters ein thermochromer Stoff, beispielsweise anorganische Metalloxide oder Polymerblends verwendet werden, wobei dessen Moleküle bei wechselnder Temperaturänderung einen bestimmten, für jedes Material, charakteristischen Molekülzustand aufweisen. Kommt es nun in Folge eines laufenden Betriebs der elektrischen Maschine zu einer Temperaturerhöhung des Rotors, ändern sich die betreffenden Moleküle der thermochromen Schicht derart, dass in bestimmten Temperaturbereichen ein struktureller Phasenübergang auftritt, welcher dazu führt, dass ein anderer Bereich des Spektrums absorbiert wird. Das verbleibende reflektierte Licht respektive temperaturabhängige Erfassungssignal setzt sich nun zu einem neuen Spektrum zusammen, welches von einem thermochromen Temperatursensor erfasst werden kann, wobei dies ebenfalls ein Maß für die Rotortemperatur darstellt.According to a further alternative, instead of a semiconductor, a thermochromic substance, For example, inorganic metal oxides or polymer blends can be used, the molecules of which have a specific, for each material, characteristic molecular state with changing temperature change. If an increase in the temperature of the rotor occurs as a result of ongoing operation of the electric machine, the relevant molecules of the thermochromic layer change in such a way that a structural phase transition occurs in certain temperature ranges, which causes a different region of the spectrum to be absorbed. The remaining reflected light or temperature-dependent detection signal is now combined to form a new spectrum, which can be detected by a thermochromic temperature sensor, which also represents a measure of the rotor temperature.
Somit wird durch die erfindungsgemäße elektrische Maschine auf einfache Weise die Rotortemperatur einer elektrischen Maschine kostengünstig und genau ermittelt.Thus, the rotor temperature of an electrical machine is determined inexpensively and accurately by the electric machine according to the invention in a simple manner.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine wird es bevorzugt, dass das Element ein Halbleiterelement ist, wobei Halbleiterelemente eine Bandlücke im Bereich von 0 bis ca. 3 eV besitzen. Die halbleitenden Materialien können aus Elementen, Verbindungen und Legierungen bestehen, wobei die Elementhalbleiter in der IV. Hauptgruppe des Periodensystems stehen, wie beispielsweise C, Si oder Ge. Ferner denkbar sind ebenfalls Verbindungshalbleiter, zu denen Elemente der III. und V. Hauptgruppe, wie GaAS oder InSb, zählen. Weitere Halbleiterarten sind denkbar.In the electric machine according to the invention, it is preferable that the element is a semiconductor element, wherein semiconductor elements have a band gap in the range of 0 to about 3 eV. The semiconducting materials may consist of elements, compounds and alloys, wherein the element semiconductors are in the IV. Main group of the periodic table, such as C, Si or Ge. Also conceivable are compound semiconductors, to which elements of the III. and V. main group, such as GaAS or InSb. Other semiconductor types are conceivable.
Weiterhin kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass das Halbleiterelement wenigstens eine ebene Reflexionsfläche aufweist, sodass eine gute Reflexion gegeben ist, wobei andere Oberflächenstrukturen ferner denkbar sind, solange sie das von einer Lichtquelle stammende Licht reflektieren.Furthermore, it can be provided in the invention that the semiconductor element has at least one flat reflection surface, so that a good reflection is given, wherein other surface structures are also conceivable, as long as they reflect the light originating from a light source.
Eine besonders gute Funktion der elektrischen Maschine ergibt sich, wenn das Halbleiterelement als Dünnschicht oder als geometrisches Bauteil, beispielsweise in Form eines Trapezes, einer Pyramide oder eines Prismas ausgebildet ist. Die Geometrie des Halbleiterelements ist frei wählbar und sollte wenigstens einen Teil des von einer Lichtquelle stammenden Lichts, z. B. von einer LED, reflektieren. Da im Bereich zwischen einem Rotor und einem Stator oftmals nur wenig Platz besteht, ist es zweckmäßig, das Halbleiterelement als Dünnschicht auf den Rotor aufzubringen. Dabei kann die Schicht über herkömmliche Prozesse, wie beispielsweise aus der Halbleitertechnik bekannt, mittels einem Trägermaterial wie etwa einem Kunststoffklebeband, aufgetragen und so am Rotor angeordnet werden.A particularly good function of the electrical machine results when the semiconductor element is formed as a thin film or as a geometric component, for example in the form of a trapezoid, a pyramid or a prism. The geometry of the semiconductor element is arbitrary and should be at least a portion of the light originating from a light source, e.g. B. from an LED, reflect. Since in the area between a rotor and a stator often only little space, it is expedient to apply the semiconductor element as a thin film on the rotor. In this case, the layer can be applied by conventional processes, such as known from semiconductor technology, by means of a carrier material, such as a plastic adhesive tape, and thus arranged on the rotor.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann wie beschrieben vorgesehen sein, dass das Element eine temperatursensitive Beschichtung ist, vorzugsweise eine thermochrome Polymerfolie, die am Außenumfang eines Bereichs eines Rotors aufgebracht ist. Zu den typischen Materialien zählen dabei Flüssigkeitskristalle mit thermochromen Eigenschaften, die beim Erwärmen nicht direkt vom kristallinen in den flüssigen Zustand übergehen, somit anorganische Metalloxide und Polymerblends. Zu den anorganischen Metalloxiden zählen etwa Zinkoxid, Vanadiumoxid oder Kupferoxid, zu den Polymerblends beispielsweise Polypropylenoxid. Diese Materialien können unter anderem mit einer Klebeverbindung auf den Rotor angebracht werden. Auch sind seit längerer Zeit Lacksysteme mit thermochromen wirkenden Eigenschaften auf dem Markt verfügbar, die in Pulverform oder in flüssiger Form erhältlich sind und ebenfalls angewandt werden können. Diese sind durch Streichen oder Rollen auf einen Rotor auftragbar. Hierbei ist es ebenfalls wie bei den Halbleiterelementen zweckdienlich, dass eine temperatursensitive Schicht eine reflektierende Oberfläche aufweist, sodass das von einer Lichtquelle stammende Licht reflektiert und von einer optischen Erfassungseinrichtung erfasst werden kann.According to one embodiment of the invention can be provided as described that the element is a temperature-sensitive coating, preferably a thermochromic polymer film, which is applied to the outer periphery of a portion of a rotor. The typical materials include liquid crystals with thermochromic properties, which do not change directly from the crystalline to the liquid state upon heating, thus inorganic metal oxides and polymer blends. The inorganic metal oxides include, for example, zinc oxide, vanadium oxide or copper oxide, to the polymer blends, for example, polypropylene oxide. Among other things, these materials can be attached to the rotor with an adhesive bond. Also, coating systems having thermochromic acting properties have been available on the market for a long time, which are available in powder or liquid form and can also be used. These can be applied to a rotor by brushing or rolling. Here, as in the case of the semiconductor elements, it is also expedient for a temperature-sensitive layer to have a reflecting surface, so that the light originating from a light source can be reflected and detected by an optical detection device.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann das Halbleiterelement oder die temperatursensitive Beschichtung am Außenumfang eines Rotors und/oder auf der Rotorstirnfläche angeordnet sein. Aufgrund konstruktiver Bedingungen ist das Halbleiterelement oder die temperatursensitive Beschichtung bevorzugt am Außenumfang angeordnet, sodass mit dieser Anordnung des Halbleiterelements oder der temperatursensitiven Beschichtung ein Anleuchten mittels einer Lichtquelle gut umsetzbar ist. Selbstverständlich kann das Halbleiterelement oder die temperatursensitive Beschichtung auch auf der Rotorstirnfläche angeordnet sein. Dies erscheint jedoch nur in Ausnahmefällen als sinnvoll, da generell die Rotorstirnfläche in einem Rotorgehäuse angeordnet ist und somit diese für die Lichtquelle und das davon stammende Licht nur schwer zugänglich ist. Ebenfalls ist es denkbar, dass zwei Lichtquellen, wobei die erste Lichtquelle den ersten Bereich, nämlich die Rotorstirnfläche, infolgedessen die zweite Lichtquelle den zweiten Bereich, den Außenumfang, anstrahlen. Dadurch ist mit mehreren Lichtquellen eine Erfassung der zeitgleich ermittelten Signale aufgrund einer Temperaturveränderung an mehreren, in Umfangsrichtung auf der Außenfläche oder in Längsrichtung auf der Rotorstirnfläche, angeordneten Stellen betreffend der Halbleiterelemente respektive der temperatursensitiven Beschichtungen, möglich. Dies kann vor allem dann zweckmäßig sein, falls eine zum Halbleiterelement oder zur temperatursensitiven Beschichtung ausgerichtete Lichtquelle aufgrund eines technischen Defekts ausfällt. Sonach kann eine Ermittlung der Rotortemperatur weiterhin bestehen. Natürlich sind beliebige Verteilungen der Halbleiterelemente bzw. der temperatursensitiven Beschichtungen auf dem ersten und/oder zweiten Bereich des Rotors der elektrischen Maschine möglich. Des Weiteren ist es somit denkbar, die von den zwei Lichtquellen stammenden Erfassungssignale als Referenzwerte zu verwenden, um damit eine Plausibilitätskontrolle betreffend einer Rotortemperatur durchzuführen.In the case of the electric machine according to the invention, the semiconductor element or the temperature-sensitive coating can be arranged on the outer circumference of a rotor and / or on the rotor end face. Due to constructive conditions, the semiconductor element or the temperature-sensitive coating is preferably arranged on the outer circumference, so that with this arrangement of the semiconductor element or the temperature-sensitive coating, an illumination by means of a light source is well implemented. Of course, the semiconductor element or the temperature-sensitive coating can also be arranged on the rotor end face. However, this only appears to be expedient in exceptional cases, since generally the rotor end face is arranged in a rotor housing and thus this is difficult to access for the light source and the light originating therefrom. It is likewise conceivable for two light sources, the first light source, to illuminate the first region, namely the rotor end face, as a result the second light source illuminate the second region, the outer circumference. As a result, it is possible with a plurality of light sources to detect the signals determined at the same time as a result of a temperature change at a plurality of locations in the circumferential direction on the outer surface or in the longitudinal direction on the rotor end face, concerning the semiconductor elements or the temperature-sensitive coatings. This can be expedient in particular if a light source oriented toward the semiconductor element or the temperature-sensitive coating fails due to a technical defect. Accordingly, a determination of the rotor temperature can continue to exist. Of course, any distributions of the semiconductor elements or the temperature-sensitive coatings on the first and / or second region of the rotor of the electric machine are possible. Furthermore, it is thus conceivable to use the detection signals originating from the two light sources as reference values in order to carry out a plausibility check relating to a rotor temperature.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass zwei Halbleiterelemente oder zwei temperatursensitive Beschichtungen gegenüberliegend am Außenumfang des Rotors und/oder gegenüberliegend auf der Rotorstirnfläche angeordnet sind. Selbstverständlich können auch weitere Variationen vorliegen, beispielsweise sind Halbleiterelemente jeweils zueinander um 90° versetzt am Außenumfang des Rotors und/oder auf der Rotorstirnfläche angeordnet. Natürlich sind auch andere Winkelbereiche, beispielsweise 45°, 30° etc., denkbar.Furthermore, it can be provided that two semiconductor elements or two temperature-sensitive coatings are arranged opposite to the outer circumference of the rotor and / or opposite to the rotor end face. Of course, other variations may be present, for example, semiconductor elements are each offset by 90 ° to the outer circumference of the rotor and / or arranged on the rotor end face. Of course, other angular ranges, for example, 45 °, 30 °, etc., conceivable.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass am Rotor eine der Erfassung der Drehlage des Rotors mittels der lichtoptischen Erfassungseinrichtung dienende Strukturierung ausgebildet ist. Dabei wird es besonders bevorzugt, dass die Strukturierung reflektierende Flächen aufweist, wobei mit dem von der Strukturierung modulierten, reflektierten Licht respektive den Erfassungssignalen auf eine Rotorlage geschlossen werden kann. Demnach ersetzt die Strukturierung digitale, optische Inkrementalgeber, die aktuell für eine Erfassung einer Rotorlage eingesetzt werden. Des Weiteren kann mit der Strukturierung auf Resolver, welche einen hohen Platzbedarf in Anspruch nehmen, aufwendig zu fertigen sind und den EMV-Anforderungen (Elektromagnetische Verträglichkeit) nur bedingt gerecht werden, ebenfalls verzichtet werden. Dabei kann bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die Strukturierung beispielsweise mit Vertiefungen und Erhöhungen ausgebildet sein, wobei diese z. B. äquidistante Winkel zueinander aufweisen.It is also within the scope of the invention that on the rotor one of the detection of the rotational position of the rotor is formed by means of the light-optical detection device structuring. In this case, it is particularly preferred that the structuring has reflective surfaces, it being possible to conclude with the reflected light modulated by the structuring or the detection signals to a rotor position. Accordingly, the structuring replaces digital, optical incremental encoders, which are currently used for detecting a rotor position. Furthermore, with the structuring on resolvers, which take up a large amount of space, are complex to manufacture and the EMC requirements (electromagnetic compatibility) only partially meet, also be waived. In this case, in the electrical machine according to the invention, the structuring may be formed, for example, with depressions and elevations, wherein these z. B. equidistant angle to each other.
Auch kann es bei der elektrischen Maschine bevorzugt sein, dass die Strukturierung und das Halbleiterelement oder die temperatursensitive Beschichtung im gleichen von der Lichtquelle befeuchteten Bereich des Rotors angeordnet sind. Demnach ist es zweckmäßig, dass ein Bereich des Rotors, in dem die Strukturierung und das Halbleiterelement oder die temperatursensitive Beschichtung angeordnet sind, beleuchtet wird. Aufgrund dessen läuft bei jeder Umdrehung des Rotors die Strukturierung und das Halbleiterelement oder die temperatursensitive Beschichtung durch den Lichtkegel hindurch. Dabei kann die Bestrahlung beispielsweise stationär oder pulsförmig erfolgen.It may also be preferred in the case of the electrical machine that the structuring and the semiconductor element or the temperature-sensitive coating are arranged in the same area of the rotor moistened by the light source. Accordingly, it is expedient that a region of the rotor in which the structuring and the semiconductor element or the temperature-sensitive coating are arranged is illuminated. Due to this, the structuring and the semiconductor element or the temperature-sensitive coating pass through the light cone with each revolution of the rotor. The irradiation can be done, for example, stationary or pulsed.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine umfassend einen Rotor und einen Stator und eine optische Erfassungseinrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle der vorstehend beschriebenen Art, wobei in Abhängigkeit des von der optischen Erfassungseinrichtung ermittelten, vom momentanen Absorptionsgrad des Elements abhängigen Messsignals eine Rotortemperatur und des von der Strukturierung modulierten Erfassungssignals eine Rotorlage seitens der optischen Erfassungseinrichtung ermittelbar sind. Beispielsweise ist eine genaue Kenntnis der Rotorlage für den Betrieb eines Elektromotors von entscheidender Bedeutung, um einen Motor ohne Hinzunahme eines Hilfsmotors starten zu können. Die Erfassung der Rotortemperatur ist hinsichtlich eines Schadens einer elektrischen Maschine zweckdienlich, da ein Benutzer des Fahrzeugs die Maschine ausschalten kann, bevor diese überlastet und die damit verbundenen Schäden eintreten, wie eine Beschädigung von Einheiten, Lagern oder im schlimmsten Fall die Zerstörung der elektrischen Maschine. Somit kann eine längere Lebensdauer der elektrischen Maschine ermöglicht werden. Beispielhaft kann über eine in Kraftfahrzeugen übliche Anzeigevorrichtung, beispielsweise einem Display, die Auswertung der erfassten Signale optisch respektive visuell dargestellt werden, um einen Benutzer von einer zu hohen Rotortemperatur zu warnen, sodass dieser angemessen reagieren kann.Furthermore, the invention relates to a motor vehicle, comprising an electric machine comprising a rotor and a stator and an optical detection device with at least one light source of the type described above, wherein depending on the determined by the optical detection means, dependent on the instantaneous absorption of the element measurement signal, a rotor temperature and of the modulated by the structuring detection signal, a rotor position can be determined by the optical detection means. For example, a precise knowledge of the rotor position for the operation of an electric motor of crucial importance to start a motor without the addition of an auxiliary motor can. Detecting the rotor temperature is useful in terms of damage to an electric machine because a user of the vehicle can turn off the machine before it overloads and incurs the associated damage such as damage to units, bearings or, in the worst case, destruction of the electrical machine. Thus, a longer life of the electric machine can be made possible. By way of example, the evaluation of the detected signals can be visually or visually displayed via a display device, for example a display, which is common in motor vehicles, in order to warn a user of an excessively high rotor temperature, so that the latter can react appropriately.
Es ist ferner alternativ denkbar, von der entfernt zum Rotor angeordneten optischen Erfassungseinrichtung wenigstens eine Lichtleiterfaser, insbesondere eine Glasfaser, zum Rotor zu führen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Lichtquelle und die optische Erfassungseinrichtung beliebig zum Rotor entfernt sein können, womit der von der elektrischen Maschine vorhandene Bauraum optimal ausgenutzt werden kann.Furthermore, it is alternatively conceivable to guide at least one optical fiber, in particular a glass fiber, to the rotor from the optical detection device which is remote from the rotor. The advantage of this embodiment is that the light source and the optical detection device can be arbitrarily removed from the rotor, whereby the available space of the electric machine can be optimally utilized.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die optische Erfassungseinrichtung eine Speichereinheit zum auslesbaren Speichern von Daten auf. Vorteilhafterweise kann das Speichern der erfassten und ausgewerteten Erfassungssignale, d. h. der Daten wie beispielsweise Datum, Drehzahl, Betriebszustand, Rotortemperatur etc. auf einen geeigneten Datenträger, wie z. B. auf einen Festplattenlaufwerk oder auf Flashspeichergeräten, gespeichert werden. Die Archivierung der Daten kann in einen in dem Datenträger vorher eigens dafür partitionierten Bereich abgespeichert und beispielsweise bei Service-Checks von elektrischen Maschinen als Datensatz für eine Diagnose/Auswertung herangezogen werden.In a further embodiment of the invention, the optical detection device has a memory unit for the readable storage of data. Advantageously, the storing of the detected and evaluated detection signals, i. H. the data such as date, speed, operating condition, rotor temperature, etc. on a suitable disk, such. On a hard disk drive or flash memory devices. The archiving of the data can be stored in an area previously specially partitioned for this purpose in the data carrier and, for example, used in service checks of electrical machines as a data record for a diagnosis / evaluation.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:
Ebenfalls ist auf dem Außenumfang des Rotors
Die optische Erfassungseinrichtung
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung können der Spektralsensor
Im Unterschied zur
In
Selbstverständlich ist es ferner denkbar, sofern eine Rotorlage des Rotors
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