DE102019217418A1 - Electric machine - Google Patents

Abstract

Elektrische Maschine mit einer Einrichtung (110) zur Ermittlung einer Temperatur eines Rotors (114), wobei die Einrichtung (110) einen am Stator (118) oder an einem Gehäuse (120) der elektrischen Maschine vorgesehenen Primärkreis (122) mit einer Primärspule (130) und einen am Rotor (114) ausgebildeten Sekundärkreis (124) mit einer Sekundärspule (136) und einer temperaturabhängigen Last (138) umfasst. Die Einrichtung (110) ist eingerichtet, bei einer Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis (122) durch eine induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis (122) und dem Sekundärkreis (124) eine Sekundärspannung in dem Sekundärkreis (124) zu induzieren, wodurch ein durch die temperaturabhängige Last (138) fließender Sekundärstrom Isekundärim Sekundärkreis und infolge des Sekundärstroms Isekundärein rotortemperaturabhängiger Primärstrom Iprimärim Primärkreis (122) bewirkt wird. Die Einrichtung (110) ist weiterhin eingerichtet, den Primärstrom Iprimärmittels der Messvorrichtung (126) und eine Phasenverschiebung zwischen der Signalspannung und dem Primärstrom Iprimärzu erfassen und basierend auf der Phasenverschiebung die Temperatur des Rotors (114) zu ermitteln.Electric machine with a device (110) for determining a temperature of a rotor (114), the device (110) having a primary circuit (122) with a primary coil (130) provided on the stator (118) or on a housing (120) of the electric machine ) and a secondary circuit (124) formed on the rotor (114) with a secondary coil (136) and a temperature-dependent load (138). The device (110) is set up to induce a secondary voltage in the secondary circuit (124) when the signal voltage is fed into the primary circuit (122) through an inductive coupling between the primary circuit (122) and the secondary circuit (124), whereby a through the temperature-dependent load (138) secondary current Isecondary flowing in the secondary circuit and as a result of the secondary current Isecondary in rotor temperature-dependent primary current Iprimary in the primary circuit (122). The device (110) is further configured to detect the primary current Iprimär by means of the measuring device (126) and a phase shift between the signal voltage and the primary current Iprimär and to determine the temperature of the rotor (114) based on the phase shift.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on an electrical machine according to the preamble of the main claim.

Im Fall einer permanenterregten Synchronmaschine kann eine zu hohe Rotortemperatur zu einer Entmagnetisierung der Permanentmagnete führen. Die Rotortemperatur ist daher ein begrenzender Parameter für die Dauerleistung der elektrischen Maschine. Zum Schutz der Permanentmagnete muss sichergestellt sein, dass bei einem Erreichen einer kritischen Magnettemperatur Gegenmaßnahmen ergriffen werden, wie zum Beispiel das Reduzieren von Phasenströmen. Je genauer die Rotortemperatur bekannt ist, desto später können diese Maßnahmen getroffen werden und desto höhere Dauerleistungen können erzielt werden.In the case of a permanently excited synchronous machine, too high a rotor temperature can lead to demagnetization of the permanent magnets. The rotor temperature is therefore a limiting parameter for the continuous output of the electrical machine. To protect the permanent magnets, it must be ensured that countermeasures are taken when a critical magnet temperature is reached, such as reducing phase currents. The more precisely the rotor temperature is known, the later these measures can be taken and the higher the continuous output that can be achieved.

In DE 10 2007 062 712 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines ein magnetisches Rotorfeld aufweisenden Rotors einer mit einem feldorientierten Stromregler versehenen permanenterregten Synchronmaschine beschrieben, die einen Stator mit einer aus mindestens zwei Phasenwicklungen bestehenden Statorwicklung aufweist. Es ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschinengleichung für eine quer zur Rotorfeldrichtung verlaufende Komponente (Usq) eines Statorspannungsvektors (Us) in einem feldorientierten Koordinatensystem aufgestellt wird, die einen magnetischen Fluss (Psi) des Rotors enthält. Weiter ist vorgesehen, dass die Komponente (Usq) des Statorspannungsvektors (Us) durch eine Spannungsstellgröße (UsqCC) berechnet und damit der magnetische Fluss (Psi) bestimmt wird. Zudem ist vorgesehen, dass aus dem magnetischen Fluss (Psi) die Temperatur (T) des Rotors bestimmt wird.In DE 10 2007 062 712 A1 describes a method for determining the temperature of a rotor having a magnetic rotor field of a permanent-magnet synchronous machine provided with a field-oriented current regulator and having a stator with a stator winding consisting of at least two phase windings. It is provided that an electrical machine equation for a component (Usq) of a stator voltage vector (Us) running transversely to the rotor field direction is set up in a field-oriented coordinate system that contains a magnetic flux (Psi) of the rotor. It is also provided that the component (Usq) of the stator voltage vector (Us) is calculated by a voltage manipulated variable (UsqCC) and the magnetic flux (Psi) is thus determined. It is also provided that the temperature (T) of the rotor is determined from the magnetic flux (Psi).

In EP 2853873 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Temperatur eines Rotors eines Elektromotors beschrieben, wobei ein dem Elektromotor zugeordneter Resolver als Mittel zur Erfassung der Temperatur des Rotors fungiert.In EP 2853873 A1 a device and a method for detecting a temperature of a rotor of an electric motor is described, wherein a resolver assigned to the electric motor acts as a means for detecting the temperature of the rotor.

Aus dem Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik in der Produktion, Springer-Verlag, 2. Auflage, Seite 84, Kapitel 1.4.2 sind Verfahren für eine Erfassung einer Rotordrehzahl und für eine Messung von dynamischen Aktionsmomenten bekannt, welche induktiv Signale übertragen.From the manual of measurement and automation technology in production, Springer-Verlag, 2nd edition, page 84, chapter 1.4.2, methods for detecting a rotor speed and for measuring dynamic moments of action are known, which inductively transmit signals.

Darüber hinaus sind teure telemetrische Systeme mit drahtloser Signalübertragung bekannt. Diese sind jedoch aufgrund der hohen Kosten für eine Anwendung in einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs nicht geeignet.In addition, expensive telemetric systems with wireless signal transmission are known. However, because of the high costs, these are not suitable for use in an electrical machine of a motor vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass sie zur Messung der Temperatur des Rotors eine drahtlose Übertragung des entsprechenden Signals bzw. der entsprechenden Temperaturinformation umfasst, die mit nur wenigen Standardkomponenten realisierbar und dadurch sehr kostengünstig ist.The electrical machine according to the invention with the features of the main claim has the advantage that it includes wireless transmission of the corresponding signal or the corresponding temperature information to measure the temperature of the rotor, which can be implemented with only a few standard components and is therefore very cost-effective.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Rotor und einer Einrichtung zur Ermittlung einer Temperatur des Rotors vorgeschlagen. Die Einrichtung umfasst mindestens einen Primärkreis. Der Primärkreis ist am Stator oder an einem Gehäuse der elektrischen Maschine vorgesehen. Der Primärkreis weist mindestens eine Messvorrichtung zum Erfassen eines elektrischen Stroms I_primär im Primärkreis oder zum Erfassen einer den Strom I_primär charakterisierenden Größe, einen Signalgenerator zum Erzeugen einer Signalspannung oder zwei Anschlüsse zum Einspeisen der Signalspannung in den Primärkreis oder mindestens zwei Anschlüsse zum Einspeisen der Signalspannung in den Primärkreis, mindestens eine Primärspule und einen Kondensator zur Erzeugung eines Schwingkreises im Primärkreis auf. Weiterhin umfasst die Einrichtung mindestens einen Sekundärkreis. Der Sekundärkreis ist am Rotor ausgebildet. Der Sekundärkreis weist mindestens eine Sekundärspule, die zur induktiven Kopplung mit der mindestens einen Primärspule angeordnet ist, und eine temperaturabhängige Last auf. Die Einrichtung ist eingerichtet, bei einer Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis durch eine induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis eine Sekundärspannung in dem Sekundärkreis zu induzieren, wodurch ein durch die temperaturabhängige Last fließender Sekundärstrom I_sekundär im Sekundärkreis und infolge des Sekundärstroms I_sekundär ein rotortemperaturabhängiger Primärstrom I_primär im Primärkreis bewirkt wird. Die Einrichtung ist weiterhin eingerichtet, den Primärstrom I_primär mittels der Messvorrichtung und eine Phasenverschiebung zwischen der Signalspannung und dem Primärstrom I_primär zu erfassen und basierend auf der Phasenverschiebung die Temperatur des Rotors zu ermitteln, insbesondere über eine in einem Speicher abgelegte Formel, Funktion, Tabelle, Kennfeld oder Kennlinie.In a first aspect of the present invention, an electrical machine with a stator, a rotor and a device for determining a temperature of the rotor is proposed. The device comprises at least one primary circuit. The primary circuit is provided on the stator or on a housing of the electrical machine. The primary circuit has at least one measuring device for detecting an electrical current I _primary in the primary circuit or for detecting a _{variable that primarily} characterizes the current I, a signal generator for generating a signal voltage or two connections for feeding the signal voltage into the primary circuit or at least two connections for feeding the signal voltage in the primary circuit, at least one primary coil and a capacitor for generating a resonant circuit in the primary circuit. Furthermore, the device comprises at least one secondary circuit. The secondary circuit is formed on the rotor. The secondary circuit has at least one secondary coil, which is arranged for inductive coupling with the at least one primary coil, and a temperature-dependent load. The device is set up, a secondary voltage in the secondary circuit to induce with a supply of the signal voltage into the primary circuit through an inductive coupling between the primary circuit and the secondary circuit, whereby a current flowing through the temperature-dependent load secondary current I _secondarily in the secondary circuit and as a result of the secondary current I _secondarily rotor temperature-dependent primary current I is _primarily caused in the primary circuit. The device is also set up _{to detect the primary current I primarily} by means of the measuring device and a phase shift between the signal voltage and the primary current I _primary and to determine the temperature of the rotor based on the phase shift, in particular using a formula, function, table stored in a memory , Map or characteristic curve.

Die temperaturabhängige Last kann ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten sein. Alternativ kann die temperaturabhängige Last ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten sein. Als temperaturabhängige elektrische Last sind weitere elektrische Bauteile möglich, die in Abhängigkeit von der Temperatur ihren elektrischen Kennwert, beispielsweise ohmscher Widerstand, Induktivität oder Kapazität, ändern. Auch Bimetallschalter, die bei einem Temperaturschwellwert schalten, wären als temperaturabhängige elektrische Last verwendbar.The temperature-dependent load can be a temperature-dependent electrical resistance with a negative temperature coefficient. Alternatively, the temperature-dependent load can be a temperature-dependent electrical resistance with a positive temperature coefficient. As a temperature-dependent electrical load, other electrical components are possible which, depending on the temperature, have their electrical characteristic value, for example, ohmic resistance, inductance or capacitance change. Bimetal switches that switch at a temperature threshold could also be used as a temperature-dependent electrical load.

Sehr vorteilhaft ist, wenn die Primärspule und die Sekundärspule nach einer ersten und zweiten Ausführung derart angeordnet sind, dass die induktive Kopplung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule einmal pro Umdrehung des Rotors ausschließlich in einem bestimmten Drehlagenbereich des Rotors erreicht wird. Der bestimmte Drehlagenbereich ist dabei selbstverständlich kleiner als 360 Grad. Diese Ausführungen haben den Vorteil, dass die Primärspule und die Sekundärspule jeweils sehr klein bzw. kompakt gebaut werden können und dadurch wenig Bauraum beanspruchen.It is very advantageous if the primary coil and the secondary coil are arranged according to a first and second embodiment in such a way that the inductive coupling between the primary coil and the secondary coil is achieved once per revolution of the rotor exclusively in a certain rotational position range of the rotor. The specific rotational position range is of course less than 360 degrees. These designs have the advantage that the primary coil and the secondary coil can each be made very small or compact and therefore take up little space.

Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Primärspule und die Sekundärspule sich nach der ersten und zweiten Ausführung in Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse nur über einen bestimmten Teilbereich von 360 Grad erstrecken und wenn beide Spulen mit ihren Spulenachsen in axialer Richtung oder in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse ausgerichtet sind. Auf diese Weise können die Primärspule und die Sekundärspule jeweils sehr klein bzw. kompakt gebaut werden und beanspruchen dadurch wenig Bauraum.It is also advantageous if, according to the first and second embodiment, the primary coil and the secondary coil extend in the circumferential direction with respect to the axis of rotation only over a certain partial area of 360 degrees and when both coils are aligned with their coil axes in the axial direction or in the radial direction with respect to the axis of rotation . In this way, the primary coil and the secondary coil can each be made very small or compact and therefore require little installation space.

Vorteilhaft ist, wenn die Primärspule und die Sekundärspule nach einer dritten Ausführung sich jeweils mit mehreren Windungen um eine Rotorwelle des Rotors herum erstrecken, wobei eine der beiden Spulen bezüglich der Rotationsachse des Rotors derart radial innerhalb der anderen Spule angeordnet ist, dass in jeder Drehlage des Rotors eine induktive Kopplung der beiden Spulen erreicht ist. Dazu stehen sich die Primärspule und die Sekundärspule in jeder Drehlage gegenüber, jeweils mit einer Umfangsfläche. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen unabhängig von der Drehlage des Rotors stets gleichbleibt. Die Signalübertragung ist bei stillstehendem Motor ebenso wie bei hoher Motordrehzahl möglich. Ebenso wird das übertragene Signal nicht durch eine variierende induktive Kopplung beeinflusst.It is advantageous if, according to a third embodiment, the primary coil and the secondary coil each extend with several turns around a rotor shaft of the rotor, one of the two coils being arranged radially inside the other coil with respect to the axis of rotation of the rotor in such a way that in each rotational position of the Rotor an inductive coupling of the two coils is achieved. For this purpose, the primary coil and the secondary coil face each other in each rotational position, each with a circumferential surface. This embodiment has the advantage that the inductive coupling between the two coils always remains the same regardless of the rotational position of the rotor. Signal transmission is possible when the engine is at a standstill and when the engine speed is high. The transmitted signal is also not influenced by a varying inductive coupling.

Nach der dritten Ausführung können die Primärspule und die Sekundärspule vorteilhafterweise konzentrisch zueinander angeordnet sein, wobei die Primärspule und die Sekundärspule jeweils eine Spulenachse aufweisen, die jeweils mit der Rotationsachse des Rotors fluchtet.According to the third embodiment, the primary coil and the secondary coil can advantageously be arranged concentrically to one another, the primary coil and the secondary coil each having a coil axis which is aligned with the axis of rotation of the rotor.

Die Einrichtung kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein, insbesondere für Traktionsanwendungen für elektrische Maschinen.The device can in particular be set up for use in a motor vehicle, in particular for traction applications for electrical machines.

Die Formel, Funktion, Tabelle, Kennfeld bzw. Kennlinie kann eine Zuordnung der Phasenverschiebung zu einer bestimmten Temperatur darstellen, wobei die Zuordnung sich ergibt aus den Formeln: $$\phi Z_{ges}\left(j\omega \right)=\text{arctan}\frac{-\alpha \omega L_s+\omega L_p-\frac{1}{\omega C}}{\alpha \left(R_{L_s}+R_{NTC}\right)+\left(R_v+R_{L_p}\right)}$$

mit Faktor $\alpha ={\frac{{\left(\omega k\right)}^2{L}_1{L}_2}{{\left(R_{L_2}+R_{NTC}\right)}^2+{\left(\omega L_2\right)}^2}}_{\text{.}}$

The formula, function, table, map or characteristic curve can represent an assignment of the phase shift to a specific temperature, the assignment being derived from the formulas: $$\phi Z_{Ges}\left(j\omega \right)=\text{arctan}\frac{-\alpha \omega {\mathrm{L.}}_s+\omega {\mathrm{L.}}_p-\frac{1}{\omega \mathrm{C.}}}{\alpha \left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_s}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)+\left({\mathrm{R.}}_v+{\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_p}\right)}$$

with factor $\alpha ={\frac{{\left(\omega k\right)}^2{\mathrm{L.}}_1{\mathrm{L.}}_2}{{\left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_2}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)}^2+{\left(\omega {\mathrm{L.}}_2\right)}^2}}_{\text{.}}$

Der Kondensator kann derart ausgelegt sein, dass die Formel, Funktion, Tabelle, Matrix, Kennfeld bzw. Kennlinie zur Bestimmung der Temperatur des Rotors eine maximale Auflösung in einem bestimmten Temperaturbereich aufweist. Der bestimmte Temperaturbereich kann beispielsweise ein Temperaturbereich nahe unterhalb einer sicherheitsrelevanten Temperaturschwelle sein, um beispielsweise Magnete eines Rotors vor einer Entmagnetisierung zu schützen.The capacitor can be designed in such a way that the formula, function, table, matrix, characteristic field or characteristic curve for determining the temperature of the rotor has a maximum resolution in a specific temperature range. The specific temperature range can be, for example, a temperature range close to a safety-relevant temperature threshold in order to protect, for example, magnets of a rotor from demagnetization.

Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine sein. Der Rotor ist eingerichtet, synchron von einem magnetischen Drehfeld des Stators angetrieben zu werden. Die Synchronmaschine kann insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine sein. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß den vorstehenden Ausführungen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• Induzieren einer Sekundärspannung in dem Sekundärkreis durch die induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis bei Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis, wodurch der durch die temperaturabhängige Last fließende Strom I_sekundär im Sekundärkreis und infolge des Sekundärstroms I_sekundär der rotortemperaturabhängige Primärstrom I_primär im Primärkreis bewirkt wird; und
• Erfassen des Primärstroms I_primär mittels der Messvorrichtung und der Phasenverschiebung zwischen der Signalspannung und dem Primärstrom I_primär und Ermitteln der Temperatur des Rotors basierend auf der Phasenverschiebung, insbesondere über eine in einem Speicher abgelegte Formel, Funktion, Tabelle, Matrix, Kennfeld oder Kennlinie.

The electrical machine can be a synchronous machine. The rotor is set up to be driven synchronously by a rotating magnetic field of the stator. The synchronous machine can in particular be a permanently excited synchronous machine. In a further aspect of the present invention, a method for determining a temperature of a rotor of an electrical machine according to the above statements is proposed. The procedure consists of the following steps:

• Induce a secondary voltage in the secondary circuit through the inductive coupling between the primary circuit and the secondary circuit for supplying the signal voltage into the primary circuit, whereby the current flowing through the temperature-dependent load current I _{secondary primarily} effected in the secondary circuit and as a result of the secondary current I _secondary rotor the temperature-dependent primary current I in the primary circuit becomes; and
• Detecting the primary current I _primarily by means of the measuring device and the phase shift between the signal voltage and the primary current I _primary and determining the temperature of the rotor based on the phase shift, in particular using a formula, function, table, matrix, map or characteristic curve stored in a memory.

Die genannten Verfahrensschritte können insbesondere in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden, wobei jedoch auch eine andere Reihenfolge möglich ist. Weiterhin können zwei oder mehrere oder auch alle der genannten Verfahrensschritte zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Weiterhin können einer, mehrere oder auch alle der genannten Verfahrensschritte einmalig, wiederholt oder auch permanent durchgeführt werden. Das Verfahren kann weiterhin einen oder mehrere zusätzliche, nicht genannte Verfahrensschritte umfassen. Für weitere Einzelheiten des Verfahrens kann grundsätzlich auf die obige Beschreibung der Einrichtung verwiesen werden, da das Verfahren insbesondere unter Verwendung der vorgeschlagenen Einrichtung durchgeführt werden kann.The process steps mentioned can in particular be carried out in the order mentioned, although a different order is also possible. Furthermore, two or several or all of the process steps mentioned are carried out overlapping in time or at the same time. Furthermore, one, several or all of the process steps mentioned can be carried out once, repeatedly or even permanently. The method can furthermore comprise one or more additional method steps not mentioned. For further details of the method, reference can in principle be made to the above description of the device, since the method can in particular be carried out using the proposed device.

Die Begriffe „Primärkreis“ und „Sekundärkreis“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von Primärkreisen und/oder Sekundärkreisen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein können. Weiterhin können zusätzliche Kreise vorhanden sein. Die Begriffe „Primärkreis“ und „Sekundärkreis“ können insbesondere jeweils Stromkreise sein. Der Begriff „induktive Kopplung“ bezeichnet grundsätzlich eine gegenseitige magnetische Beeinflussung zweier oder mehrerer räumlich benachbarter elektrischer Stromkreise oder elektrischer Spulen durch eine elektromagnetische Induktion infolge einer Änderung eines magnetischen Flusses. Der Begriff „Spule“ bezeichnet grundsätzlich eine Wicklung oder ein Wickelgut, welches geeignet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen oder zu detektieren. Die Spule kann mindestens einer Wicklung eines Stromleiters, insbesondere aus einem Draht, umfassen. Der Stromleiter kann auf einem Spulenkörper, insbesondere Spulenträger gewickelt sein und zumindest teilweise einen weichmagnetischen Kern aufweisen. Unter einer „Messvorrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Messgröße zu erfassen, die entweder unmittelbar oder mittelbar den zu erfassenden Strom darstellt. Eine direkte Erfassung des Stroms ist beispielsweise mittels eines Multimeters, Amperemeters oder dergleichen realisierbar. Eine mittelbare Erfassung ist über die Erfassung einer den Strom charakterisierenden Größe, wie z.B. Spannung, möglich. In diesem Fall kann der Strom aus der erfassten Spannung und einem Widerstand bekannter Größe ermittelt werden.The terms "primary circuit" and "secondary circuit" are to be regarded as pure descriptions, without specifying a sequence or ranking and, for example, without excluding the possibility that several types of primary and / or secondary circuits or exactly one type can be provided. There can also be additional circles. The terms “primary circuit” and “secondary circuit” can in particular each be electrical circuits. The term “inductive coupling” basically refers to the mutual magnetic influence of two or more spatially adjacent electrical circuits or electrical coils through electromagnetic induction as a result of a change in a magnetic flux. The term “coil” basically refers to a winding or a winding material that is suitable for generating or detecting a magnetic field. The coil can comprise at least one winding of a current conductor, in particular made of a wire. The current conductor can be wound on a bobbin, in particular a bobbin, and at least partially have a soft magnetic core. A “measuring device” in the context of the present invention is basically to be understood as any device that is set up to acquire at least one measured variable that either directly or indirectly represents the current to be acquired. A direct detection of the current can be implemented, for example, by means of a multimeter, ammeter or the like. Indirect detection is possible by detecting a variable that characterizes the current, such as voltage. In this case, the current can be determined from the detected voltage and a resistance of known magnitude.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist eine geschickte Manipulation des natürlichen Systemverhaltens einer induktiven Übertragungstrecke zwischen zwei Spulen zur drahtlosen Übermittlung. Dies wird durch Hinzufügen eines zusätzlichen Kondensators im Primärkreis erreicht. Ein Temperatursensor (z.B. NTC) im Sekundärkreis dient zur temperaturabhängigen Widerstandänderung. Diese temperaturabhängige Widerstandsänderung führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im Primärkreis. Folglich besteht eine Beziehung zwischen der gemessenen Phasenverschiebung im Primärkreis und der zu bestimmenden Temperatur. Diese Phasenverschiebung wird ermittelt und daraus die Temperatur am Messelement des Rotors bestimmt. A basic idea of the present invention is a skillful manipulation of the natural system behavior of an inductive transmission path between two coils for wireless transmission. This is achieved by adding an additional capacitor in the primary circuit. A temperature sensor (e.g. NTC) in the secondary circuit is used for the temperature-dependent change in resistance. This temperature-dependent change in resistance leads to a phase shift between current and voltage in the primary circuit. Consequently, there is a relationship between the measured phase shift in the primary circuit and the temperature to be determined. This phase shift is determined and the temperature at the measuring element of the rotor is determined from it.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. So werden nur wenige Standardkomponenten benötigt, ein einfacher Aufbau realisiert und diese haben einen geringen Platzbedarf. Weiterhin sind diese günstig und eine Serienfertigung ist möglich. Weiterhin sind diese störunempfindlich und robust. Außerdem erlauben diese eine einfache Auswertung.The devices and methods according to the invention have numerous advantages over conventional devices and methods. Only a few standard components are required, a simple structure is implemented and these have little space requirements. Furthermore, these are inexpensive and series production is possible. Furthermore, these are insensitive to interference and robust. They also allow easy evaluation.

FigurenlisteFigure list

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen:

• 1A eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• 1B eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• 1C eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
• 2 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung nach 1A bis 1C,
• 3A zwei Verläufe der Phasenverschiebung im Primärkreis der erfindungsgemäßen Einrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur des Rotors,
• 3B zwei Verläufe der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur des Rotors,
• 4 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung für eine Modellbildung mit transformiertem Widerstand,
• 5 einen Verlauf einer Arkustangens-Funktion,
• 6A einen Verlauf der Phasenverschiebung im Primärkreis der erfindungsgemäßen Einrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur für zwei verschiedene Systemauslegungen und
• 6B einen Verlauf der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur für die zwei verschiedenen Systemauslegungen nach 6A.

Show it:

• 1A a schematic view of an electrical machine with a device according to a first embodiment of the present invention,
• 1B a schematic view of an electrical machine with a device according to a second embodiment of the present invention,
• 1C a schematic view of an electrical machine with a device according to a third embodiment of the present invention,
• 2 an electrical circuit diagram of the device according to the invention 1A to 1C ,
• 3A two curves of the phase shift in the primary circuit of the device according to the invention as a function of the temperature of the rotor,
• 3B two courses of the sensitivity of the device according to the invention as a function of the temperature of the rotor,
• 4th an equivalent circuit diagram of the device according to the invention for modeling with transformed resistance,
• 5 a course of an arctangent function,
• 6A a curve of the phase shift in the primary circuit of the device according to the invention as a function of the temperature for two different system designs and
• 6B a course of the sensitivity of the device according to the invention as a function of the temperature for the two different system designs 6A .

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1A bis 1C zeigen eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit einer Einrichtung 110 zur Ermittlung einer Temperatur eines Rotors der elektrischen Maschine gemäß drei möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The 1A to 1C show a schematic view of an electrical machine with a device 110 for determining a temperature of a rotor of the electrical machine according to three possible embodiments of the present invention.

Die Einrichtung 110 kann insbesondere Teil einer elektrischen Maschine 112, wie beispielsweise einer Synchronmaschine, sein. Die elektrische Maschine 112 umfasst einen Rotor 114, der um eine Rotationsachse 116 rotierbar ist, und einen mit dem Rotor 114 zusammenwirkenden Stator 118.The establishment 110 can in particular be part of an electrical machine 112 , such as a synchronous machine. The electric machine 112 includes a rotor 114 around an axis of rotation 116 is rotatable, and one with the rotor 114 cooperating stator 118 .

Der Rotor 114 weist beispielsweise eine Welle und einen auf der Welle angeordneten Rotorkörper auf. Der Rotorkörper kann beispielsweise ein Blechpaket sein. Der Stator 118 kann in einem Gehäuse 120 angeordnet sein.The rotor 114 has, for example, a shaft and a rotor body arranged on the shaft. The rotor body can be a laminated core, for example. The stator 118 can in one housing 120 be arranged.

2 zeigt ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung 110 nach 1A bis 1C. 2 shows an electrical circuit diagram of the device according to the invention 110 to 1A to 1C .

Die Einrichtung 110 umfasst einen elektrischen Primärkreis 122 und einen elektrischen Sekundärkreis 124.The establishment 110 includes a primary electrical circuit 122 and a secondary electrical circuit 124 .

Der Primärkreis 122 ist am Gehäuse 120 oder am Stator 118 ausgebildet und dort befestigt. Insbesondere kann der Primärkreis 122 am Gehäuse 120 oder am Stator 118 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig angebracht sein.The primary circle 122 is on the housing 120 or on the stator 118 trained and attached there. In particular, the primary circuit 122 on the housing 120 or on the stator 118 be attached positively, non-positively and / or cohesively.

Der Sekundärkreis 124 ist am Rotor 114 ausgebildet und ist fest, insbesondere drehfest, mit dem Rotor 114 verbunden. Beispielsweise ist der Sekundärkreis 124 an einer Stirnseite des Rotorkörpers des Rotors 114 und/oder an der Welle des Rotors 114 angeordnet oder befestigt. Insbesondere kann der Sekundärkreis 124 an dem Rotor 114 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig angebracht sein.The secondary circuit 124 is on the rotor 114 and is fixed, in particular non-rotatable, with the rotor 114 connected. For example is the secondary circuit 124 on one end face of the rotor body of the rotor 114 and / or on the shaft of the rotor 114 arranged or attached. In particular, the secondary circuit 124 on the rotor 114 be attached positively, non-positively and / or cohesively.

Der Primärkreis 122 weist mindestens eine Messvorrichtung 126 zum Erfassen eines elektrischen Primärstroms I_primär im Primärkreis 122 auf.The primary circle 122 has at least one measuring device 126 for detecting an electrical primary current I _primarily in the primary circuit 122 on.

Darüber weist der Primärkreis 122 einen Signalgenerator 128 zum Erzeugen einer in den Primärkreis 122 einzuspeisenden Signalspannung auf. Alternativ kann der Primärkreis 122 mindestens zwei Anschlüsse 127 zum Einspeisen einer Signalspannung in den Primärkreis 122 umfassen.This is what the primary circle points out 122 a signal generator 128 to generate one in the primary circuit 122 signal voltage to be fed in. Alternatively, the primary circuit 122 at least two connections 127 for feeding a signal voltage into the primary circuit 122 include.

Der Primärkreis 122 weist weiterhin mindestens eine Primärspule 130 und beispielsweise einen Kondensator 132 auf. Bei der Primärspule 130 kann es sich insbesondere um eine Wicklung handeln. Der Kondensator 132 ist zur Erzeugung eines Schwingkreises im Primärkreis 122 ausgebildet. Zwischen dem Signalgenerator 128 und dem Kondensator 132 ist beispielsweise ein elektrischer Vorwiderstand 134 angeordnet.The primary circle 122 furthermore has at least one primary coil 130 and for example a capacitor 132 on. At the primary coil 130 it can in particular be a winding. The condenser 132 is to generate an oscillating circuit in the primary circuit 122 educated. Between the signal generator 128 and the capacitor 132 is for example an electrical series resistor 134 arranged.

Die Messvorrichtung 126 kann beispielsweise ein Voltmeter sein, das einen Spannungsabfall an dem Vorwiderstand 136 des Primärkreises 122 misst, so dass der Primärstrom I_primär mittels des bekannten elektrischen Widerstandes des Vorwiderstandes 136 und mittels des an dem Vorwiderstand 136 gemessenen Spannungsabfalls ermittelbar ist. Die Spannung des Signalgenerators 128 kann mit einer weiteren Messvorrichtung 126 bestimmt werden oder aufgrund einer Kalibrierung des Signalgenerators 128 bekannt sein.The measuring device 126 can for example be a voltmeter that shows a voltage drop across the series resistor 136 of the primary circuit 122 measures, so that the primary current I _primarily by means of the known electrical resistance of the series resistor 136 and by means of the on the series resistor 136 measured voltage drop can be determined. The voltage of the signal generator 128 can with another measuring device 126 be determined or based on a calibration of the signal generator 128 be known.

Der Sekundärkreis 124 weist mindestens eine Sekundärspule 136 und eine temperaturabhängige elektrische Last 138 auf. Die Sekundärspule 136 ist zur induktiven Kopplung mit der Primärspule 130 angeordnet. Bei der Sekundärspule 136 kann es sich insbesondere um eine elektrische Wicklung handeln. Die temperaturabhängige elektrische Last 138 dient als Messelement und kann ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand sein. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die temperaturabhängige elektrische Last 138 ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. ein sogenannter NTC (negative temperature coefficient). Auch andere Ausführungsformen sind jedoch grundsätzlich denkbar, wie beispielsweise ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, d.h. ein sogenannter PTC (positive temperature coefficient). Die temperaturabhängige elektrische Last 138 ist an einer bestimmten Position des Rotors 114 angeordnet, beispielsweise in einer Permanentmagnete aufnehmenden Magnettasche des Rotorkörpers, um dort die Temperatur des Rotors 114 zu erfassen. Die temperaturabhängige elektrische Last 138 ist in elektrischem Kontakt mit der Sekundärspule 136.The secondary circuit 124 has at least one secondary coil 136 and a temperature dependent electrical load 138 on. The secondary coil 136 is for inductive coupling with the primary coil 130 arranged. At the secondary coil 136 it can in particular be an electrical winding. The temperature dependent electrical load 138 serves as a measuring element and can be a temperature-dependent electrical resistance. In the embodiment shown, the temperature-dependent electrical load is 138 a temperature-dependent electrical resistance with a negative temperature coefficient, ie a so-called NTC (negative temperature coefficient). However, other embodiments are also fundamentally conceivable, such as, for example, a temperature-dependent electrical resistance with a positive temperature coefficient, ie a so-called PTC (positive temperature coefficient). The temperature dependent electrical load 138 is at a certain position on the rotor 114 arranged, for example in a permanent magnet receiving magnet pocket of the rotor body, to the temperature of the rotor there 114 capture. The temperature dependent electrical load 138 is in electrical contact with the secondary coil 136 .

Die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 weisen jeweils eine Spulenachse auf, um die die jeweilige Wicklung gewickelt ist.The primary coil 130 and the secondary coil 136 each have a coil axis around which the respective winding is wound.

Die Signalspannung im Primärkreis 122 induziert über eine induktive Kopplung der Primärspule 130 mit der Sekundärspule 136 eine Sekundärspannung in dem Sekundärkreis 124. Die induzierte Sekundärspannung, die selbstverständlich eine Wechselspannung ist, bewirkt einen durch die temperaturabhängige Last 138 fließenden Sekundärstrom I_sekundär. Die Amplitude des Sekundärstroms I_sekundär wird durch die Temperatur des Rotors 114 bestimmt. Entsprechend ist der Sekundärstrom I_sekundär des Sekundärkreises 124 rotortemperaturabhängig. Infolge des Sekundärstroms I_sekundär wird ein rotortemperaturabhängiger Primärstrom I_primär im Primärkreis 122 bewirkt, der selbstverständlich ein Wechselstrom ist. Der Primärstrom I_primär in dem Primärkreis 122 wird mittels der Messvorrichtung 126 erfasst, beispielsweise direkt oder indirekt über eine den Primärstrom I_primär charakterisierende Größe, wie beispielsweise einer Spannung.The signal voltage in the primary circuit 122 induced via an inductive coupling of the primary coil 130 with the secondary coil 136 a secondary voltage in the secondary circuit 124 . The induced secondary voltage, which of course is a AC voltage is caused by the temperature-dependent load 138 flowing secondary current I _secondary . The amplitude of the secondary current I _secondary is determined by the temperature of the rotor 114 certainly. The secondary current I is correspondingly _{secondary of} the secondary circuit 124 depending on the rotor temperature. _Secondary to the secondary current I a rotor temperature-dependent primary current I is _primarily in the primary circuit 122 causes, which is of course an alternating current. The primary current I _primary in the primary circuit 122 is by means of the measuring device 126 detected, for example directly or indirectly via a _{variable that primarily} characterizes the primary current I, such as a voltage.

Im Falle einer in den Primärkreis 122 eingespeisten Wechselspannung bewirkt die Wechselspannung entsprechend dem Induktionsgesetz einen wechselnden magnetischen Fluss, dieser induziert in der mit der Primärseite 122 magnetisch gekoppelten Sekundärspule 136 die Sekundärspannung. Wird statt der Wechselspannung eine Gleichspannung in den Primärkreis eingespeist, muss der Kondensator 132 im Primärkreis 122 entfallen. In dem Fall der eingespeisten Gleichspannung wird dann nach dem Generatorprinzip in der Sekundärwicklung 136 die Sekundärspannung erzeugt.In the case of one in the primary circuit 122 The alternating voltage that is fed in causes the alternating voltage to generate an alternating magnetic flux in accordance with the law of induction, which induces in the one with the primary side 122 magnetically coupled secondary coil 136 the secondary voltage. If a direct voltage is fed into the primary circuit instead of the alternating voltage, the capacitor must 132 in the primary circuit 122 omitted. In the case of the fed-in DC voltage, then according to the generator principle in the secondary winding 136 the secondary voltage generated.

Die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 können nach der ersten Ausführung nach 1A und nach der zweiten Ausführung nach 1B derart angeordnet sein, dass die induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen 130, 136 bezüglich der Rotationsachse 116 ausschließlich in einem bestimmten Teilbereich von 360 Grad einmal pro Umdrehung des Rotors 114 erfolgt. Um dies zu erreichen, erstrecken sich die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 in Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse 116 nur über einen bestimmten Teilbereich von 360 Grad, so dass die mit dem Rotor 114 drehende Sekundärspule 136 einmal pro Umdrehung des Rotors 114 an der feststehenden Primärspule 130 vorbeibewegt wird. Beim Vorbeibewegen stehen sich die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 kurzzeitig gegenüber. Während der Vorbeibewegung wird durch induktive Kopplung eine Sekundärspannung in der Sekundärspule 136 induziert. Die magnetische Kopplung der beiden Spulen 130,136 ist bei der Ausführung nach 1A und 1B abhängig von der Drehlage der beiden Spulen 130,136 zueinander und wird maximal, wenn die Spulenachsen der beiden Spulen 130,136 zueinander fluchten.The primary coil 130 and the secondary coil 136 can after the first run 1A and after the second execution after 1B be arranged such that the inductive coupling between the two coils 130 , 136 with respect to the axis of rotation 116 only once per revolution of the rotor in a certain sub-range of 360 degrees 114 he follows. To achieve this, the primary coil is extended 130 and the secondary coil 136 in the circumferential direction with respect to the axis of rotation 116 only over a certain sub-range of 360 degrees, so that with the rotor 114 rotating secondary coil 136 once per revolution of the rotor 114 on the fixed primary coil 130 is moved past. When moving past, the primary coils stand still 130 and the secondary coil 136 briefly opposite. As it moves past, inductive coupling creates a secondary voltage in the secondary coil 136 induced. The magnetic coupling of the two coils 130 , 136 is when running after 1A and 1B depending on the rotational position of the two coils 130 , 136 to each other and is maximal when the coil axes of the two coils 130 , 136 align with each other.

Gemäß der ersten Ausführung nach 1A sind die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116 zueinander beabstandet und in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116 in einem gemeinsamen radialen Bereich vorgesehen, der eine induktive Kopplung erlaubt. Beispielsweise sind die Spulenachsen von Primärspule 130 und Sekundärspule 136 auf dem gleichen Radius bezüglich der Rotationsachse 116 angeordnet und fluchten damit zueinander, wenn sich die beiden Spulen 130,136 beim Vorbeibewegen mit minimalem Abstand gegenüberstehen. Zumindest ist jedoch eine Überlappung der radialen Erstreckungen von Primärspule 130 und Sekundärspule 136 gegeben, wenn sich die beiden Spulen 130,136 beim Vorbeibewegen mit minimalem Abstand gegenüberstehen.According to the first run after 1A are the primary coil 130 and the secondary coil 136 in the axial direction with respect to the axis of rotation 116 spaced from each other and in the radial direction with respect to the axis of rotation 116 provided in a common radial area which allows inductive coupling. For example, the coil axes are from the primary coil 130 and secondary coil 136 on the same radius with respect to the axis of rotation 116 arranged and thus aligned with each other when the two coils 130 , 136 face each other at a minimal distance when moving past. However, there is at least an overlap of the radial extensions of the primary coil 130 and secondary coil 136 given when the two coils 130 , 136 face each other at a minimal distance when moving past.

Gemäß der zweiten Ausführung nach 1B sind die Spulenachsen der Primärspule 130 und der Sekundärspule 136 in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116 ausgerichtet, wobei eine der beiden Spulen 130,136, beispielsweise die Primärspule 130, radial weiter außerhalb als die andere Spule 130,136 angeordnet ist. Beispielsweise fluchten die Spulenachsen der beiden Spulen 130,136 zueinander, wenn sich die beiden Spulen 130,136 beim Vorbeibewegen mit minimalem Abstand gegenüberstehen. Zumindest ist jedoch eine Überlappung der axialen Erstreckungen von Primärspule 130 und Sekundärspule 136 gegeben, wenn sich die beiden Spulen 130,136 beim Vorbeibewegen mit minimalem Abstand gegenüberstehen.According to the second embodiment after 1B are the coil axes of the primary coil 130 and the secondary coil 136 in the radial direction with respect to the axis of rotation 116 aligned with one of the two coils 130 , 136 , for example the primary coil 130 , radially further out than the other coil 130 , 136 is arranged. For example, the coil axes of the two coils are aligned 130 , 136 to each other when the two coils 130 , 136 face each other at a minimal distance when moving past. However, there is at least an overlap of the axial extensions of the primary coil 130 and secondary coil 136 given when the two coils 130 , 136 face each other at a minimal distance when moving past.

Gemäß der ersten und zweiten Ausführung in 1A und 1B kann die Signalspannung des Signalgenerators 128 eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein, um eine Sekundärspannung im Sekundärkreis 124 aufgrund einer Änderung eines Magnetfeldes zu induzieren und damit die induktive Kopplung der beiden Spulen 130, 136 zu erreichen.According to the first and second embodiments in 1A and 1B can be the signal voltage of the signal generator 128 be a direct voltage or an alternating voltage to a secondary voltage in the secondary circuit 124 due to a change in a magnetic field to induce and thus the inductive coupling of the two coils 130 , 136 to reach.

Falls vorgesehen, ist die Wechselspannung eine Wechselspannung mit einer beliebigen Wellenform, beispielsweise mit einer sinusförmigen, dreieckförmigen, sägezahnförmigen oder rechteckförmigen Wellenform.If provided, the alternating voltage is an alternating voltage with any waveform, for example with a sinusoidal, triangular, sawtooth or rectangular waveform.

Alternativ können die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 gemäß einer dritten Ausführung nach 1C derart angeordnet sein, dass die induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen 130, 136 unabhängig von einer Drehung des Rotors 114 über 360 Grad bezüglich der Rotationsachse 116 vorliegt. Um dies zu erreichen, verlaufen die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 jeweils mit mehreren Windungen um eine Rotorwelle des Rotors 114 herum. Dabei liegt eine der beiden Spulen 130,136, beispielsweise die Sekundärspule 136, bezüglich der Rotationsachse 116 radial innerhalb der anderen Spule 130,136, beispielsweise der Primärspule 130. Außerdem sind die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 beispielsweise konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Primärspule 130 und die Sekundärspule 136 jeweils eine Spulenachse aufweisen, die mit der Rotationsachse 116 des Rotors 114 fluchtet.Alternatively, the primary coil 130 and the secondary coil 136 according to a third embodiment 1C be arranged such that the inductive coupling between the two coils 130 , 136 regardless of a rotation of the rotor 114 over 360 degrees with respect to the axis of rotation 116 is present. To achieve this, the primary coil runs 130 and the secondary coil 136 each with several turns around a rotor shaft of the rotor 114 around. One of the two coils lies here 130 , 136 , for example the secondary coil 136 , with respect to the axis of rotation 116 radially inside the other coil 130 , 136 , for example the primary coil 130 . Also are the primary coil 130 and the secondary coil 136 for example arranged concentrically to one another, the primary coil 130 and the secondary coil 136 each have a coil axis that coincides with the axis of rotation 116 of the rotor 114 flees.

Bei dieser dritten Ausführung kann die Signalspannung des Signalgenerators 128 nur eine Wechselspannung sein, um eine Sekundärspannung im Sekundärkreis 124 zu induzieren. Die Wechselspannung ist eine Wechselspannung mit einer beliebigen Wellenform, beispielsweise mit einer sinusförmigen, dreieckförmigen, sägezahnförmigen oder rechteckförmigen Wellenform.In this third embodiment, the signal voltage of the signal generator 128 only be an alternating voltage to a secondary voltage in the secondary circuit 124 to induce. The alternating voltage is an alternating voltage with any waveform, for example with a sinusoidal, triangular, sawtooth or rectangular waveform.

Temperaturänderungen am Rotor 114 erzeugen eine Widerstandsänderung der temperaturabhängigen Last 138. Diese temperaturabhängige Widerstandsänderung an der temperaturabhängigen Last 138 führt zu einer Phasenverschiebung zwischen der eingespeisten Signalspannung und dem Primärstrom I_primär des Primärkreises 122. Folglich besteht eine Beziehung zwischen der Phasenverschiebung im Primärkreis 122 und der zu bestimmenden Temperatur des Rotors 114. Daher wird erfindungsgemäß die Phasenverschiebung zwischen der eingespeisten Signalspannung und dem Primärstrom I_primär ermittelt und daraus die Temperatur des Rotors 114 bestimmt. Die ermittelte Temperatur ist die Temperatur an der Position der temperaturabhängigen Last 138. Die Berechnung bzw. Ermittlung der Temperatur des Rotors 114 kann insbesondere über eine in einem elektronischen Speicher eines elektronischen Steuergerätes abgelegte Formel oder Funktion, insbesondere eine Arkustangensfunktion, oder über eine in einem elektronischen Speicher eines elektronischen Steuergerätes abgelegte Tabelle, Kennfeld, Kennlinie oder Matrix erfolgen, wodurch jeweils eine Zuordnung zwischen einer Phasenverschiebung und der zugehörigen Temperatur des Rotors 114 vorliegt. Zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen der eingespeisten Signalspannung und dem Primärstrom I_primär wird der Primärstrom I_primär mittels der Messvorrichtung 126 gemessen und basierend darauf die Phasenverschiebung ermittelt.Temperature changes on the rotor 114 generate a change in resistance of the temperature-dependent load 138 . This temperature-dependent change in resistance at the temperature-dependent load 138 leads to a phase shift between the signal voltage fed in and the primary current I _{primary of} the primary circuit 122 . Hence, there is a relationship between the phase shift in the primary circuit 122 and the temperature of the rotor to be determined 114 . Therefore, according to the invention, the phase shift between the signal voltage fed in and the primary current I is _primarily determined and the temperature of the rotor is determined therefrom 114 certainly. The determined temperature is the temperature at the position of the temperature-dependent load 138 . The calculation or determination of the temperature of the rotor 114 can in particular take place via a formula or function stored in an electronic memory of an electronic control unit, in particular an arctangent function, or via a table, characteristic field, characteristic curve or matrix stored in an electronic memory of an electronic control unit, whereby an assignment between a phase shift and the associated Rotor temperature 114 is present. To determine the phase shift between the signal voltage fed in and the primary current I _primary , the primary current I _{primary is determined} by means of the measuring device 126 measured and based on this the phase shift is determined.

Das elektronische Steuergerät kann ein Steuergerät der elektrischen Maschine oder ein externes Steuergerät sein.The electronic control device can be a control device of the electrical machine or an external control device.

Erfindungsgemäß erfolgt also eine kabellose Signalübertragung. Das Signal, welches übertragen werden kann, ist die Temperatur des Rotors 114. Die Temperatur-Information ist indirekt Teil des Sekundärstroms bzw. über die induktiv gekoppelten Spulen 130,136 auch Teil des Primärstroms. Selbstverständlich erfolgt die Signalübertragung nur bei Einspeisen der Signalspannung.According to the invention, there is therefore a wireless signal transmission. The signal that can be transmitted is the temperature of the rotor 114 . The temperature information is indirectly part of the secondary current or via the inductively coupled coils 130 , 136 also part of the primary stream. Of course, the signal is only transmitted when the signal voltage is fed in.

Der Kondensator 132 verändert das Übertragungssystem der Einrichtung 110 und somit das Systemverhalten, was zur Einstellung der Messgenauigkeit der Einrichtung 110 verwendet werden kann.The condenser 132 changes the facility's transmission system 110 and thus the system behavior, leading to the adjustment of the measurement accuracy of the device 110 can be used.

3A zeigt zwei beispielhafte Verläufe der Phasenverschiebung im Primärkreis 122 der erfindungsgemäßen Einrichtung 110 in Abhängigkeit von der Temperatur des Rotors. Auf der X-Achse ist die Temperatur ϑ in [°C] aufgetragen. Auf der Y-Achse ist die Phasenverschiebung φ in [°] aufgetragen. 3A shows two exemplary curves of the phase shift in the primary circuit 122 the device according to the invention 110 depending on the temperature of the rotor. The temperature ϑ in [° C] is plotted on the X axis. The phase shift φ in [°] is plotted on the Y-axis.

Die Kurve 140 zeigt den Verlauf der Phasenverschiebung im Primärkreis 122 ohne einen Kondensator 132 und die Kurve 142 zeigt den Verlauf der Phasenverschiebung mit dem erfindungsgemäßen Vorsehen des Kondensators 132 im Primärkreis 122.The curve 140 shows the phase shift in the primary circuit 122 without a capacitor 132 and the curve 142 shows the profile of the phase shift with the provision of the capacitor according to the invention 132 in the primary circuit 122 .

Aus dem Vergleich der beiden Kurven 140,142 ist ersichtlich, dass aus einer geringen Phasenverschiebung von beispielsweise -87° bis -82° gemäß der Kurve 140 im Temperaturbereich von 20°C bis 180°C eine Phasenverschiebung von - 70° bis +45° gemäß der Kurve 142 erreicht wird. Die Änderung der Phasenverschiebung über der Temperatur wird somit durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Kondensators 132 im Primärkreis 122 von 5° auf 115° vergrößert. Dies beruht auf einer Überlagerung von kapazitiven und induktiven Anteilen.From the comparison of the two curves 140 , 142 it can be seen that from a small phase shift of for example -87 ° to -82 ° according to the curve 140 in the temperature range from 20 ° C to 180 ° C a phase shift of - 70 ° to + 45 ° according to the curve 142 is achieved. The change in the phase shift over the temperature is thus due to the provision of the capacitor according to the invention 132 in the primary circuit 122 enlarged from 5 ° to 115 °. This is based on a superposition of capacitive and inductive components.

3B zeigt zwei beispielhafte Verläufe der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur des Rotors. Die beiden Verläufe der Empfindlichkeit ergeben sich jeweils direkt aus dem Verlauf der Steigung der jeweiligen Kurven 140,142 nach 3A. 3B shows two exemplary curves of the sensitivity of the device according to the invention as a function of the temperature of the rotor. The two courses of the sensitivity result directly from the course of the slope of the respective curves 140 , 142 to 3A .

Auf der X-Achse ist die Temperatur ϑ in [°C] aufgetragen. Auf der Y-Achse ist die Empfindlichkeit, also die Änderung der Phasenverschiebung Δ(φ/°C in [°] aufgetragen. Die Empfindlichkeit gibt an, um wie viel Grad sich die Phasenverschiebung pro 1°C Temperaturunterschied ändert.The temperature ϑ in [° C] is plotted on the X axis. The sensitivity, i.e. the change in the phase shift Δ (φ / ° C in [°]) is plotted on the Y-axis. The sensitivity indicates by how many degrees the phase shift changes per 1 ° C temperature difference.

Die Kurve 144 zeigt den Verlauf der Empfindlichkeit ohne Kondensator 132 im Primärkreis 122 und die Kurve 146 zeigt den Verlauf der Empfindlichkeit mit dem erfindungsgemäßen Vorsehen des Kondensators 132 im Primärkreis 122. Durch das Vorsehen des Kondensators 132 im Primärkreis 122 wird also die Empfindlichkeit des Übertragungssystems auf eine Temperaturänderung erhöht.The curve 144 shows the course of the sensitivity without a capacitor 132 in the primary circuit 122 and the curve 146 shows the course of the sensitivity with the provision of the capacitor according to the invention 132 in the primary circuit 122 . By providing the capacitor 132 in the primary circuit 122 the sensitivity of the transmission system to a change in temperature is thus increased.

Das Übertragungssystem der Einrichtung wird beispielsweise derart ausgelegt, beispielsweise durch entsprechendes Auslegen des Kondensators 132, dass die maximale Empfindlichkeit des Übertragungssystems in einem bestimmten Temperaturbereich liegt, in dem die Genauigkeit der Temperaturmessung am höchsten sein soll und der im folgenden als Hauptmessbereich der Einrichtung 110 bezeichnet wird. Beispielsweise liegt die maximale Empfindlichkeit des Übertragungssystems in der Mitte des Hauptmessbereichs der Einrichtung 110.The transmission system of the device is designed, for example, in this way, for example by appropriately designing the capacitor 132 that the maximum sensitivity of the transmission system lies in a certain temperature range, in which the accuracy of the temperature measurement should be highest and which in the following as the main measuring range of the device 110 referred to as. For example, the maximum sensitivity of the transmission system is in the middle of the main measuring range of the device 110 .

Die Zuordnung zwischen einer messbaren Phasenverschiebung im Übertragungssystem und der zugehörigen Temperatur kann mittels einer Arkustangens-Funktion ermittelt werden, die nachfolgend genannt wird.The association between a measurable phase shift in the transmission system and the associated temperature can be determined by means of an arctangent function, which is mentioned below.

4 zeigt ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung für eine Modellbildung mit transformiertem Widerstand. In dem Ersatzschaltbild der 4 sind im Vergleich zu dem Schaltbild der 2 die Primärspule 130 zusätzlich mit einem ersten Leitungswiderstand 148 und die Sekundärspule 136 zusätzlich mit einem zweiten Leitungswiderstand 150 abgebildet. Die Leitungswiderstände 148, 150 geben insbesondere die Kupferwiderstandswerte der Spulen 130, 136 an. Weiterhin ist im Primärkreis 122 ein transformierter Widerstand Z_trans zur einfacheren Auslegung eingezeichnet. 4th shows an equivalent circuit diagram of the device according to the invention for modeling with a transformed resistance. In the equivalent circuit diagram of 4th are compared to the circuit diagram of the 2 the primary coil 130 additionally with a first line resistance 148 and the secondary coil 136 additionally with a second line resistance 150 pictured. The line resistances 148 , 150 give in particular the copper resistance values of the coils 130 , 136 at. Furthermore is in the primary circuit 122 a transformed resistance Z _{trans is shown} for ease of interpretation.

Der transformierte Widerstand Z_trans kann wie folgt ermittelt werden: $$\begin{array}{l}{Z}_{trans\text{'}}\left(s\right){\text{|}}_{s=j\omega }=\frac{{\left(\omega k\right)}^2{L}_1{L}_2}{\left(R_{L_2}+R_{NTC}\right)+j\omega L_2}\\ =\underset{\alpha }{\underbrace{\frac{{\left(\omega k\right)}^2{L}_1{L}_2}{{\left(R_{L_2}+R_{NTC}\right)}^2+{\left(\omega L_2\right)}^2}}}\left[\left(R_{L_2}+R_{NTC}\right)-j\omega L_2\right]\\ =\alpha \left[{\left(R_{L_2+R_{NTC}}\right)}^2-\text{ j}\omega L_2\right]\end{array}$$

mit Faktor $$\mathrm{\alpha }=\frac{{\left(\omega k\right)}^2{L}_1{L}_2}{{\left(R_{L_2}+R_{NTC}\right)}^2+{\left(\omega L_2\right)}^2}$$

The transformed resistance Z _trans can be determined as follows: $$\begin{array}{l}{Z}_{trans\text{'}}\left(s\right){\text{|}}_{s=j\omega }=\frac{{\left(\omega k\right)}^2{\mathrm{L.}}_1{\mathrm{L.}}_2}{\left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_2}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)+j\omega {\mathrm{L.}}_2}\\ =\underset{\alpha }{\underbrace{\frac{{\left(\omega k\right)}^2{\mathrm{L.}}_1{\mathrm{L.}}_2}{{\left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_2}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)}^2+{\left(\omega {\mathrm{L.}}_2\right)}^2}}}\left[\left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_2}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)-j\omega {\mathrm{L.}}_2\right]\\ =\alpha \left[{\left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_2+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}}\right)}^2-\text{j}\omega {\mathrm{L.}}_2\right]\end{array}$$

with factor $$\mathrm{\alpha }=\frac{{\left(\omega k\right)}^2{\mathrm{L.}}_1{\mathrm{L.}}_2}{{\left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_2}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)}^2+{\left(\omega {\mathrm{L.}}_2\right)}^2}$$

Dabei ist ω die Übertagungsfrequenz, k der Kopplungsfaktor zwischen Primärspule 130 und Sekundärspule 136, L₁ die Induktivität der Primärspule 130, L₂ die Induktivität der Sekundärspule 136, R_L2 der Leitungswiderstand der Sekundärspule 136 und R_NTC der Widerstand der temperaturabhängigen Last 138, die hier ein NTC ist.Here, ω is the transmission frequency, k is the coupling factor between the primary coil 130 and secondary coil 136 , L _{1 is} the inductance of the primary coil 130 , L _{2 is} the inductance of the secondary coil 136 , R _{L2 is} the line resistance of the secondary coil 136 and R _{NTC is} the resistance of the temperature dependent load 138 that is an NTC here.

Damit ergibt sich folgende Arkustangensfunktion: $$\phi Z_{ges}\left(j\omega \right)=\text{arctan}\frac{-\alpha \omega L_s+\omega L_p-\frac{1}{\varpi C}}{\alpha \left(R_{L_s}+R_{NTC}\right)+\left(R_v+R_{L_p}\right)}$$

This results in the following arctangent function: $$\phi Z_{Ges}\left(j\omega \right)=\text{arctan}\frac{-\alpha \omega {\mathrm{L.}}_s+\omega {\mathrm{L.}}_p-\frac{1}{\varpi \mathrm{C.}}}{\alpha \left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_s}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)+\left({\mathrm{R.}}_v+{\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_p}\right)}$$

Dabei ist L_p die Induktivität der Primärspule 130, L_s die Induktivität der Sekundärspule 136, R_LS der Leitungswiderstand der Sekundärspule 136, R_p der Leitungswiderstand der Primärspule 130, R_v der Leitungswiderstand des Vorwiderstands 134, C die Kapazität des Kondensators 132 und R_NTC der Widerstand der temperaturabhängigen Last 138, die hier ein NTC ist.L _{p is} the inductance of the primary coil 130 , L _{s is} the inductance of the secondary coil 136 , R _{LS is} the line resistance of the secondary coil 136 , R _{p is} the line resistance of the primary coil 130 , R _{v is} the line resistance of the series resistor 134 , C is the capacitance of the capacitor 132 and R _{NTC is} the resistance of the temperature dependent load 138 that is an NTC here.

Mittels dieser Arkustangens-Funktion kann die Zuordnung zwischen einzelnen Werten der Phasenverschiebung und der zugehörigen Temperatur ermittelt werden. Die Arkustangens-Funktion kann als Funktion in dem elektronischen Speicher abgelegt sein und zur Berechnung der Temperatur des Rotors verwendet werden. Alternativ können mittels der Arkustangens-Funktion berechnete Zuordnungspaare bestehend aus Phasenverschiebung und zugeordneter Temperatur in einer Tabelle, einem Kennfeld oder einer Matrix im Speicher eines Steuergerätes abgelegt sein.This arctangent function can be used to determine the association between individual values of the phase shift and the associated temperature. The arctangent function can be stored as a function in the electronic memory and used to calculate the temperature of the rotor. Alternatively, assignment pairs calculated using the arctangent function, consisting of phase shift and assigned temperature, can be stored in a table, a characteristic diagram or a matrix in the memory of a control device.

Eine mathematische Arkustangens-Funktion hat im allgemeinen einen Bereich der größten Steigung, der nach 5 um einen Nullpunkt herum liegt. Zur Erzielung einer optimalen Auflösung im Bereich des Hauptmessbereichs der Einrichtung 110 wird der Kondensator 132 daher beispielsweise derart ausgelegt, dass die größte Steigung der erfindungsgemäßen Arkustangens-Funktion im Hauptmessbereich liegt. Die Temperatur des Rotors kann dadurch im Hauptmessbereich genauer ermittelt werden.A mathematical arctangent function generally has a region of greatest slope, which is after 5 is around a zero point. To achieve an optimal resolution in the area of the main measuring range of the device 110 becomes the capacitor 132 therefore designed, for example, in such a way that the greatest slope of the arctangent function according to the invention lies in the main measuring range. The temperature of the rotor can thus be determined more precisely in the main measuring range.

Das Übertragungssystem der Einrichtung 110 kann durch Variierung der Einflussgrößen der zuvor genannten Formeln für die Arkustangensfunktion spezifisch ausgelegt werden, insbesondere hinsichtlich der Empfindlichkeit, der Auflösung und des Hauptmessbereichs. Insbesondere sind dafür die nachfolgenden Parameter geeignet:

• - Koppelfaktor k zwischen der Spule oder den Spulen des Primärkreises 122 und der Spule oder den Spulen des Sekundärkreises 124
• - Induktivitäten L_p, L_s der Spulen des Primärkreises 122 und des Sekundärkreises 124,
• - Kupferwiderstandswerte R_Lp, R_Ls der Spulen des Primärkreises 122 und des Sekundärkreises 124,
• - Übertragungsfrequenz ω,
• - Widerstandskennline R_NTC der Last 138,
• - Kapazität C des Kondensators 132.

The facility's transmission system 110 can be designed specifically for the arctangent function by varying the influencing variables of the aforementioned formulas, in particular with regard to sensitivity, resolution and the main measuring range. The following parameters are particularly suitable for this:

• - Coupling factor k between the coil or the coils of the primary circuit 122 and the coil or coils of the secondary circuit 124
• - Inductances L _p , L _{s of} the coils of the primary circuit 122 and the secondary circuit 124 ,
• - Copper resistance values R _Lp , R _{Ls of} the coils of the primary circuit 122 and the secondary circuit 124 ,
• - transmission frequency ω,
• - Resistance characteristic R _{NTC of} the load 138 ,
• - Capacitance C of the capacitor 132 .

6A zeigt einen Verlauf der Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Temperatur für zwei verschiedene Systemauslegungen. 6A shows a curve of the phase shift as a function of the temperature for two different system designs.

Auf der X-Achse ist die Temperatur ϑ in [°C] aufgetragen. Auf der Y-Achse ist die Phasenverschiebung φ in [°] aufgetragen.The temperature ϑ in [° C] is plotted on the X axis. The phase shift φ in [°] is plotted on the Y-axis.

Die Kurve 158 in 6A zeigt eine erste Systemauslegung für die Einrichtung 110 mit einer maximalen Empfindlichkeit bei 130°C, wie aus der Kurve 162 in 6B ersichtlich. Die Kurve 160 in 6A zeigt eine zweite Systemauslegung für die Einrichtung 110 mit einer maximalen Empfindlichkeit bei 100°C, wie aus der Kurve 164 in 6B ersichtlich.The curve 158 in 6A shows a first system layout for the facility 110 with a maximum sensitivity at 130 ° C, as from the Curve 162 in 6B evident. The curve 160 in 6A Figure 3 shows a second system layout for the facility 110 with a maximum sensitivity at 100 ° C, as shown in the curve 164 in 6B evident.

6B zeigt einen Verlauf der Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur für die zwei Systemauslegungen nach 6A. In 6B ist also der Verlauf der Steigung der Kurven nach 6A dargestellt. Auf der X-Achse ist die Temperatur ϑ in [°C] aufgetragen. Auf der Y-Achse ist die Änderung der Phasenverschiebung Δ(φ/°C in [°] aufgetragen. 6B shows a course of the sensitivity as a function of the temperature for the two system designs 6A . In 6B is therefore the course of the slope of the curves after 6A shown. The temperature ϑ in [° C] is plotted on the X axis. The change in the phase shift Δ (φ / ° C in [°]) is plotted on the Y-axis.

Die Kurve 162 zeigt den Verlauf der Empfindlichkeit der ersten Systemauslegung und die Kurve 164 den Verlauf der Empfindlichkeit der zweiten Systemauslegung.The curve 162 shows the course of the sensitivity of the first system design and the curve 164 the course of the sensitivity of the second system design.

Aus den beispielhaften Systemauslegungen in 6A und 6B wird nochmals deutlich, dass die maximale Empfindlichkeit der Einrichtung in den gewünschten Hauptmessbereich der Einrichtung 110 gelegt werden kann.From the exemplary system designs in 6A and 6B it becomes clear again that the maximum sensitivity of the device is in the desired main measuring range of the device 110 can be laid.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• DE 102007062712 A1 [0003]DE 102007062712 A1 [0003]
• EP 2853873 A1 [0004]EP 2853873 A1 [0004]

Claims (10)

Elektrische Maschine (112) mit einem Stator (118), einem Rotor (114) und einer Einrichtung (110) zur Ermittlung einer Temperatur des Rotors (114), wobei die Einrichtung (110) umfasst: - einen am Stator (118) oder an einem Gehäuse (120) der elektrischen Maschine vorgesehenen Primärkreis (122), der - eine Messvorrichtung (126) zum Erfassen eines elektrischen Primärstroms I_primär im Primärkreis (122) oder zum Erfassen einer den Primärstrom I_primär charakterisierenden Größe, - einen Signalgenerator (128) zum Erzeugen einer in den Primärkreis (122) einzuspeisenden Signalspannung oder zwei Anschlüsse (127) zum Einspeisen der Signalspannung in den Primärkreis (122), - mindestens eine Primärspule (130) und - insbesondere einen Kondensator (132) zur Erzeugung eines Schwingkreises im Primärkreis (122) aufweist; - einen am Rotor (114) ausgebildeten Sekundärkreis (124), der - mindestens eine Sekundärspule (136) aufweist, die zur induktiven Kopplung mit der mindestens einen Primärspule (130) angeordnet ist, wobei - der Sekundärkreis (124) mindestens eine temperaturabhängige elektrische Last (138) aufweist, insbesondere einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, - die Einrichtung (110) eingerichtet ist, bei einer Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis (122) durch eine induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis (122) und dem Sekundärkreis (124) eine Sekundärspannung in dem Sekundärkreis (124) zu induzieren, wodurch ein durch die temperaturabhängige Last (138) fließender Sekundärstrom I_sekundär im Sekundärkreis und infolge des Sekundärstroms I_sekundär ein rotortemperaturabhängiger Primärstrom I_primär im Primärkreis (122) bewirkt wird, - die Einrichtung (110) weiterhin eingerichtet ist, den Primärstrom I_primär mittels der Messvorrichtung (126) und eine Phasenverschiebung zwischen der Signalspannung und dem Primärstrom I_primär zu erfassen und basierend auf der Phasenverschiebung die Temperatur des Rotors (114) zu ermitteln, insbesondere über eine in einem Speicher abgelegte Formel, Funktion, Tabelle, Matrix, Kennfeld oder Kennlinie. Electrical machine (112) having a stator (118), a rotor (114) and a device (110) for determining a temperature of the rotor (114), the device (110) comprising: one on the stator (118) or on a housing (120) of the electrical machine provided primary circuit (122), which - a measuring device (126) for detecting an electrical primary current I _primarily in the primary circuit (122) or for detecting a _{variable primarily} characterizing the primary current I, - a signal generator (128) for generating a signal voltage to be fed into the primary circuit (122) or two connections (127) for feeding the signal voltage into the primary circuit (122), - at least one primary coil (130) and - in particular a capacitor (132) for generating an oscillating circuit in the primary circuit ( 122); - A secondary circuit (124) formed on the rotor (114) which - has at least one secondary coil (136) which is arranged for inductive coupling with the at least one primary coil (130), wherein - the secondary circuit (124) has at least one temperature-dependent electrical load (138), in particular a temperature-dependent electrical resistance, - the device (110) is set up, when the signal voltage is fed into the primary circuit (122) through an inductive coupling between the primary circuit (122) and the secondary circuit (124), a secondary voltage in to induce the secondary circuit (124), whereby a current flowing through the temperature-dependent load (138) secondary current I in the secondary circuit and as a result of the secondary current I _secondarily a rotor temperature-dependent primary current I _primarily in the primary circuit (122) causes _secondary, - the means (110) further adapted is, the primary current I _primarily by means of the measuring device (126) and a phase shift between rule of the signal voltage and the primary current I _primarily to detect and to the phase shift to determine the temperature of the rotor (114) based, in particular via a stored in a memory formula, function, table, matrix, map or the characteristic curve. Elektrische Maschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die temperaturabhängige Last (138) ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand mit einem negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten ist.Electrical machine according to the preceding claim, wherein the temperature-dependent load (138) is a temperature-dependent electrical resistance with a negative or positive temperature coefficient. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärspule (130) und die Sekundärspule (136) derart angeordnet sind, dass die induktive Kopplung zwischen der Primärspule (130) und der Sekundärspule (136) einmal pro Umdrehung des Rotors (114) ausschließlich in einem bestimmten Drehlagenbereich des Rotors (114) erreicht wird.Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the primary coil (130) and the secondary coil (136) are arranged such that the inductive coupling between the primary coil (130) and the secondary coil (136) once per revolution of the rotor (114) exclusively in a certain rotational position range of the rotor (114) is reached. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die Primärspule (130) und die Sekundärspule (136) sich in Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse (116) nur über einen bestimmten Teilbereich von 360 Grad erstrecken und wobei beide Spulen (130,136) mit ihren Spulenachsen in axialer Richtung oder in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (116) ausgerichtet sind.Electric machine after Claim 3 , wherein the primary coil (130) and the secondary coil (136) extend in the circumferential direction with respect to the axis of rotation (116) only over a certain partial area of 360 degrees and with both coils (130, 136) with their coil axes in the axial direction or in the radial direction with respect to the Axis of rotation (116) are aligned. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Primärspule (130) und die Sekundärspule (136) sich jeweils mit mehreren Windungen um eine Rotorwelle des Rotors (114) herum erstrecken, wobei eine der beiden Spulen (130,136) bezüglich der Rotationsachse (116) des Rotors (114) derart radial innerhalb der anderen Spule (130,136) angeordnet ist, dass in jeder Drehlage des Rotors (114) eine induktive Kopplung der beiden Spulen (130,136) erreicht ist.Electric machine after Claim 1 or 2 , wherein the primary coil (130) and the secondary coil (136) each extend with several turns around a rotor shaft of the rotor (114), wherein one of the two coils (130, 136) with respect to the axis of rotation (116) of the rotor (114) so radially is arranged inside the other coil (130,136) that in each rotational position of the rotor (114) an inductive coupling of the two coils (130,136) is achieved. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei die Primärspule (130) und die Sekundärspule (136) konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Primärspule (130) und die Sekundärspule (136) jeweils eine Spulenachse aufweisen, die mit der Rotationsachse (116) des Rotors (114) fluchtet.Electric machine after Claim 5 , wherein the primary coil (130) and the secondary coil (136) are arranged concentrically to one another, the primary coil (130) and the secondary coil (136) each having a coil axis which is aligned with the axis of rotation (116) of the rotor (114). Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formel, Funktion, Tabelle, Matrix, Kennfeld bzw. Kennlinie eine Zuordnung der Phasenverschiebung zu einer bestimmten Temperatur darstellt, wobei die Zuordnung sich ergibt aus den Formeln: $$\phi Z_{ges}\left(j\omega \right)=\text{arctan}\frac{-\alpha \omega L_s+\omega L_p-\frac{1}{\omega C}}{\alpha \left(R_{L_s}+R_{NTC}\right)+\left(R_v+R_{L_p}\right)}$$

mit Facktor $$\alpha =\frac{{\left(\omega k\right)}^2{L}_1{L}_2}{{\left(R_{L_2}+R_{NTC}\right)}^2+{\left(\omega L_2\right)}^2}$$

Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the formula, function, table, matrix, characteristic field or characteristic curve represents an assignment of the phase shift to a specific temperature, the assignment being derived from the formulas: $$\phi Z_{Ges}\left(j\omega \right)=\text{arctan}\frac{-\alpha \omega {\mathrm{L.}}_s+\omega {\mathrm{L.}}_p-\frac{1}{\omega \mathrm{C.}}}{\alpha \left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_s}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)+\left({\mathrm{R.}}_v+{\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_p}\right)}$$

with a torch $$\alpha =\frac{{\left(\omega k\right)}^2{\mathrm{L.}}_1{\mathrm{L.}}_2}{{\left({\mathrm{R.}}_{{\mathrm{L.}}_2}+{\mathrm{R.}}_{NT\mathrm{C.}}\right)}^2+{\left(\omega {\mathrm{L.}}_2\right)}^2}$$

Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator (132) derart ausgelegt ist, dass die Formel, Funktion, Tabelle, Kennfeld bzw. Kennlinie zur Bestimmung der Temperatur des Rotors (114) eine maximale Auflösung in einem bestimmten Temperaturbereich aufweist.Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the capacitor (132) is designed such that the formula, function, table, characteristic diagram or characteristic curve for determining the temperature of the rotor (114) has a maximum resolution in a specific temperature range. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine eine Synchronmaschine (112) ist, wobei der Rotor (114) eingerichtet ist, synchron von einem magnetischen Drehfeld des Stators (118) angetrieben zu werden.Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the electrical machine is a synchronous machine (112), wherein the rotor (114) is set up to be driven synchronously by a rotating magnetic field of the stator (118). Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur eines Rotors (114) einer elektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Induzieren einer Sekundärspannung in dem Sekundärkreis (124) durch die induktive Kopplung zwischen dem Primärkreis (122) und dem Sekundärkreis (124) bei Einspeisung der Signalspannung in den Primärkreis (122), wodurch der durch die temperaturabhängige Last (138) fließende Strom I_sekundär im Sekundärkreis (124) und infolge des Sekundärstroms I_sekundär der rotortemperaturabhängige Primärstrom I_primär im Primärkreis (122) bewirkt wird; und Erfassen des Primärstroms I_primär mittels der Messvorrichtung (126) und der Phasenverschiebung zwischen der Signalspannung und dem Primärstrom I_primär und Ermitteln der Temperatur des Rotors (114) basierend auf der Phasenverschiebung, insbesondere über eine in einem Speicher abgelegte Formel, Funktion, Tabelle, Kennfeld oder Kennlinie.Method for determining a temperature of a rotor (114) of an electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the method comprises the following steps: inducing a secondary voltage in the secondary circuit (124) by the inductive coupling between the primary circuit (122) and the secondary circuit ( 124) when the signal voltage is fed into the primary circuit (122), as a result of which the current I _secondary flowing through the temperature-dependent load (138) is effected in the secondary circuit (124) and, as a result of the secondary _{current I secondary,} the rotor temperature-dependent primary current I is _primarily effected in the primary circuit (122); and detecting the primary current I _primarily by means of the measuring device (126) and the phase shift between the signal voltage and the primary current I _primary and determining the temperature of the rotor (114) based on the phase shift, in particular using a formula, function, table stored in a memory, Map or characteristic curve.

Images