WO2009013153A1 - Rotor-stator-einheit mit berührungsfreier zustandserfassung, entsprechende auswertungseinrichtung und computerprogramm für eine softwareprogrammierbare auswertungseinrichtung - Google Patents

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WO2009013153A1
WO2009013153A1 PCT/EP2008/059098 EP2008059098W WO2009013153A1 WO 2009013153 A1 WO2009013153 A1 WO 2009013153A1 EP 2008059098 W EP2008059098 W EP 2008059098W WO 2009013153 A1 WO2009013153 A1 WO 2009013153A1
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rotor
electrical
evaluation device
stator unit
stator
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Matthias Braun
Klaus Greubel
Rolf Vollmer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
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    • H02K11/225—Detecting coils
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2217/00—Temperature measurement using electric or magnetic components already present in the system to be measured

Definitions

  • the present invention relates to a rotor-stator unit
  • the rotor-stator unit has a stator and a rotor rotatable about a rotation axis relative to the stator
  • the rotor-stator unit comprises a feed transformer having a primary winding arranged on the stator and a secondary winding arranged on the rotor, wherein the rotor-stator unit has an outfeed transformer which has a primary winding arranged on the rotor and at least one has secondary winding arranged on the stator,
  • the rotor-stator unit has a feed device which, during operation of the rotor-stator unit, feeds into the primary winding of the feed transformer an electrical primary change quantity and thus indirectly induces an electrical secondary change in the at least one secondary winding of the exit transformer;
  • the rotor-stator unit has an evaluation device which receives the electrical secondary change quantity during operation of the rotor-stator unit and evaluates the electrical secondary change quantity.
  • the present invention further relates to a corresponding evaluation device and a computer program that contains machine code that is directly executable by a corresponding software programmable evaluation device, wherein the execution of the machine code by the Evaluation device causes the evaluation device operates as described above.
  • Rotor-stator units of the type described above and the associated evaluation devices and the corresponding computer programs for the evaluation devices are well known.
  • the exit transformer is generally designed as a so-called resolver.
  • the exit transformer on two secondary windings.
  • the primary winding and the secondary windings of the Ausspeiseschreibtragers are arranged transversely to the axis of rotation.
  • the secondary windings of the Ausspeiseschreibtragers are in this case 90 ° offset from each other electrically.
  • the evaluation device receives an electric secondary change quantity from each of the secondary windings of the exit transformer and, based on the two electrical secondary change quantities, determines a rotational position of the rotor. For example, reference is made to DE 10 2005 005 024 A1 for this type of evaluation.
  • the rotor-stator unit is usually designed as an electrical machine.
  • the rotor and the stator correspond to the corresponding components in the electrical engineering sense.
  • the present invention is not limited to electric machines.
  • the stator is a stationary element and the rotor can rotate relative to the stator about an axis of rotation.
  • a transmission shaft of a transmission could correspond to the rotor and a transmission housing to the stator of a rotor-stator unit.
  • the control quality depends on various parameters of the motor. Some of these parameters - such as the magnetic flux, the voltage constant, the torque constant and the coercive field strength - are dependent on the temperature of the magnetic material, which is usually housed on the rotor. With regard to the direct measurement of the temperature, the same problems arise as with the measurement of the rotor temperature of asynchronous machines.
  • the lifetime of the storage of motors depends, among other things, on the storage temperature.
  • the most critical part of the bearing here is the bearing inner ring, so the rotating part, which is arranged on the rotor.
  • the temperature of the bearing outer ring is usually detected and indirectly closed to the temperature of the bearing inner ring. The direct measurement of the state of the rotor is thus problematic in the prior art.
  • the object of the present invention is to provide opportunities to enable contact-free detection of a rotor-related state in a simple, reliable and cost-effective manner.
  • the object is achieved by a rotor-stator unit having the features of claim 1, an evaluation device having the features of claim 12 and a computer program having the features of claim 21. Furthermore, the object is achieved by a data carrier on which such a computer program is stored.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims 2 to 11, 13 to 20 and 22 to 28.
  • the rotor-stator unit of the type described above is designed such that the secondary winding of the feed-in transformer with the primary winding of
  • Ausspeiseübertragers and an electrical component forms a series circuit.
  • the electrical component is arranged on the rotor.
  • An electrical resistance of the electrical component depends on a state prevailing in the vicinity of the electrical component.
  • the evaluation device determines on the basis of the electrical secondary change quantity a phase position of the electrical secondary change quantity relative to the primary electrical change quantity. Based the phase position determines the evaluation device the prevailing in the environment of the electrical component state.
  • the computer program causes a corresponding programming of the evaluation device.
  • the prevailing in the vicinity of the electrical component state can be of any nature in principle.
  • a pressure can be detected, an incident light amount or the like.
  • the state prevailing in the vicinity of the electrical component is the temperature.
  • the primary winding and the secondary winding of the Einspeiseübertragers are preferably arranged concentrically to the axis of rotation. Because of this, the feed is independent of the rotational position of the rotor.
  • the primary winding and the secondary winding of the Ausspeiseübertragers are arranged onsachse concentric to the axis of rotation.
  • the outfeed is independent of the rotational position of the rotor. This results in a self-sufficient system for non-contact detection of the prevailing in the environment of the electrical component state.
  • the exit transformer has two secondary windings, the primary winding and the secondary windings of the Ausspeise diligenttragers are arranged transversely to the axis of rotation, the secondary windings of the Ausspeiseüber- tragers by 90 ° are electrically offset from each other and the evaluation device during operation of the rotor-stator unit of each the secondary windings of the Ausspeiseübertragers each accepts an electrical secondary change size and determined based on the two electrical secondary variables a rotational position of the rotor.
  • both secondary electrical alternating variables are always required.
  • the evaluation device determines the state of a single of the two secondary electrical alternating variables or based on both electrical secondary alternating magnitudes together. If the evaluation device determines the state on the basis of a single one of the two electrical secondary change quantities, the evaluation device preferably uses the currently larger of the two secondary electrical change variables to determine the state.
  • the evaluation device determines the phase angle based on two detected on both sides of a zero crossing (in particular symmetrical to the zero crossing) of the electrical secondary change size electrical secondary change quantities. This procedure allows a particularly accurate determination of the phase position.
  • the rotor-stator unit is designed as an electric machine. It is therefore possible that the evaluation device is designed as a control device for the electric machine, which controls the electric machine. The control can be effected in dependence on the determined state.
  • a typical example of one Control device for an electric machine is in the context of the present invention, a converter unit.
  • the evaluation device is designed as a software programmable evaluation device. In this
  • FFIIGG 22 is an electrical block diagram
  • FIGS. 5 and 6 functional relationships
  • FIG. 7 shows a flowchart, FFIGG 88 a possible embodiment of a feed and an Ausspeiseübertragers,
  • FIG. 9 and 10 are views of FIG. 8 corresponding to lines IX-IX and X-X of FIG. 8, respectively;
  • FIG. 11 shows schematically another possible embodiment of a feed and an exit
  • FIGS 12 and 13 views according to the lines XII-XII and XIII-
  • FIG. 14 is an electrical block diagram
  • FIG. 15 is a flowchart
  • FIG. 16 is a timing diagram
  • FIG. 17 is a flowchart.
  • a rotor-stator unit has a stator 1 and a rotor 2.
  • the rotor 2 is mounted with respect to the stator 1 in bearings 3, so that it is rotatable about a rotation axis 4.
  • the rotor-stator unit has - see Figure 2 a feed-5.
  • the feed transformer 5 has a primary winding 6 and a secondary winding 7.
  • the primary winding 6 is arranged on the stator 1, the secondary winding 7 on the rotor 2.
  • a primary electrical change variable Ul for example, an AC voltage Ul
  • the electrical primary change quantity U1 varies according to FIG. 3 with the time t, as a rule sinusoidally.
  • a period T of the primary electrical change variable U1 is generally between 50 ⁇ s and 1 ms, for example between 100 ⁇ s and 500 ⁇ s.
  • the rotor-stator unit on a Ausspeiseübertrager 9 has a primary winding 10 and at least one - according to the embodiment of FIG 2 exactly one - secondary winding 11.
  • the primary winding 10 is disposed on the rotor 2, the secondary winding 11 on the stator first
  • an electrical component 12 is arranged on the rotor 2 in addition to the secondary winding 7 of the feed-in transformer 5 and the primary winding 10 of the outfeed transformer 9.
  • the electrical component 12 forms, together with the secondary winding 7 of the Einspeiseübertragers 5 and the primary winding 10 of the Ausspeiseübertragers 9 a series circuit.
  • An electrical resistance R of the electrical component 12 depends on a state Z, which prevails in the vicinity of the electrical component 12.
  • the state Z may be, for example, the temperature.
  • the arrangement of the electrical component 12 can be selected as needed.
  • the electrical component 12 may be arranged such that it detects the rotor temperature of the rotor-stator unit. In the case of the embodiment as an electrical machine, for example, the
  • Temperature of the magnetic material or the rotor temperature can be detected.
  • a temperature of an inner ring of one of the bearings 3 can be detected.
  • the induced electrical secondary change quantity U2 is fed to an evaluation device 13, which receives the secondary electrical change quantity U2 according to FIG. 4 in a step S1.
  • the electrical secondary change quantity U2 has a phase angle ⁇ compared to the primary electrical change quantity U1.
  • the evaluation device determines according to FIG 4 in a step S2, the phase angle ⁇ .
  • the resistor R in turn is characteristic of the state Z, which prevails in the vicinity of the electrical component 12 according to FIG.
  • the evaluation device 13 is therefore able to determine the state Z prevailing in the surroundings of the electrical component 12 in accordance with FIG. 4 in a step S3 on the basis of the phase position ⁇ .
  • the evaluation device 13 is designed as a control device for an electric machine and the rotor-stator unit corresponds to the electric machine, however, it is additionally possible, accordingly
  • step S4 to control the electric machine in response to the determined state Z.
  • the drive state can be corrected as a function of a detected rotor temperature.
  • a maximum overload torque with which the electric machine can be operated for a short time can be determined.
  • step S4 is only optional and therefore shown in dashed lines in FIG.
  • phase angle ⁇ For the determination of the phase angle ⁇ different approaches are possible. For example, it is possible to detect the secondary electric change quantity U2 for a plurality of times t and then to select that of the detected secondary electric change quantities U2 which is the smallest in absolute value. The time t corresponding to the selected electrical secondary change quantity U2 corresponds in this case to the zero crossing of the electrical secondary change quantity U2.
  • the corresponding zero crossing of the electrical primary change quantity U1 can be known to the evaluation device 13 in various ways.
  • the evaluation device 13 controls the feed device 8.
  • the zero crossings of the electrical primary change quantity Ul of the evaluation device 13 are known per se.
  • the evaluation device 13, the primary electrical change variable Ul are supplied.
  • the evaluation device 13 determine the corresponding zero crossing of the electrical primary change quantity U1 in the same way as it determines the zero crossing of the electrical secondary change quantity U2.
  • the determination of the zero crossing of the electrical secondary change quantity U2 is preferably carried out as follows:
  • the evaluation device 13 initially determines two times t1, t2 in a step S6.
  • the time t1 corresponds, according to FIG. 3, to the point in time at which the electrical secondary change quantity U2 has a first value U2a.
  • the evaluation device 13 determines in step S6 the time t2 as the time at which the electrical secondary change quantity U2 has the second value U2b.
  • the values U2a, U2b are appreciably different from zero in magnitude. They have different signs from each other. Your amounts can be the same.
  • a step S7 the evaluation device 13 determines by linear interpolation the sought zero crossing of the electrical secondary change quantity U2.
  • the evaluation device 13 determines a time offset ⁇ T to the corresponding zero crossing of the primary electrical change variable U1.
  • the evaluation device 13 determines the sought phase position ⁇ based on the generally known relationship
  • the evaluation device 13 can be implemented by circuitry (hardwired). Preferably, however, the evaluation device 13 according to FIG. 1 is designed as a software-programmable evaluation device 13. The mode of operation of the evaluation device 13 is therefore determined by a computer program 14.
  • the computer program 14 contains machine code 15, which is directly executable by the evaluation device 13. The execution of the machine code 15 by the evaluation device 13 causes the evaluation device 13 carries out the above-described procedure.
  • the computer program 14 can be supplied to the evaluation device 13, for example by means of a data carrier 16, on which the computer program 14 is stored.
  • the primary winding 6 and the secondary winding 7 of the Einspeiseübertragers 5 are arranged concentrically to the axis of rotation 4.
  • the primary winding 6 and the secondary winding 7 of the Einspeiseschreibtragers 5 thus have turns 17 which run concentrically around the rotation axis 4. Due to this configuration, the feeding of the primary electric change quantity U L is independent of a rotational position ⁇ of the rotor 2 about the rotation axis 4.
  • the exit conveyor 9 furthermore has a single secondary winding 11.
  • the primary winding 10 and the secondary winding 11 of the Ausspeiseübertragers 9 are - also arranged concentrically to the rotation axis 4 - analogous to the configuration of the Einspeiseübertragers 5.
  • the outfeed of the electrical secondary change quantity U2 is thus independent of the rotational position ⁇ of the rotor 2.
  • FIGS. 8 to 10 The embodiment according to FIGS. 8 to 10 is of course possible. However, a configuration which is explained in more detail below in conjunction with FIGS. 11 to 14 is preferred.
  • the exit transformer 9 has two secondary windings 11 ', 11 ".
  • the secondary windings 11', 11" of the exit transformer 9 are arranged transversely to the axis of rotation 4, as shown in FIGS.
  • the primary winding 10 of the Ausspeiseübertragers 9 is arranged transversely to the axis of rotation 4 as shown in FIGS 11 and 13.
  • the secondary windings 11 ', 11 "of the outfeed transformer 9 are electrically offset from one another by 90 °, for example, they can be geometrically rotated by 90 ° relative to one another (see FIG.
  • the above-described construction of the Ausspeiseübertragers 9 corresponds to the structure which is well known for so-called resolver.
  • Each of the two secondary windings 11 ', 11 "of the Ausspeiseschreibtragers 9 therefore provides its own electrical secondary change size U2', U2".
  • the evaluation device 13 can thus - compare FIG. 14 and a step S in FIG. 15 - accept both secondary electrical variables U 2 ', U 2 "and then in a step S 12 in a manner known per se based on the two electrical secondary change quantities U 2', U 2" determine the rotational position ⁇ of the rotor 2.
  • the methods for determining the rotational position ⁇ are generally known to those skilled in the art. By way of example, reference is made to the already mentioned DE 10 2005 005 024 A1.
  • Both electrical secondary change quantities U2 ', U2 “must always be used to determine the rotational position ⁇ , whereas for determining the phase position ⁇ , it is sufficient to use a single one of the two electrical secondary change quantities U2', U2". Alternatively, however, it is of course also possible to determine the phase angle ⁇ and thus the state Z prevailing in the vicinity of the electrical component 12 based on the two electrical secondary change quantities U2 ', U2 "(compare step S13 in FIG. 15).
  • the evaluation device 13 After determining the phase angle ⁇ , the evaluation device 13 performs steps S14 and S15 according to FIG. The steps S14 and S15 correspond to the steps S3 and S4 of FIG. 4.
  • the two electrical secondary change quantities U2 ', U2 " are generally not the same size, as shown in FIG 16. In particular, their amplitude is modulated with the rotational position ⁇ of the rotor 2. This is generally known to those skilled in the art If only one of the electrical secondary change quantities U2 ', U2 "is used, step S13 of FIG. 15 is preferably configured according to the procedure of FIG. 17, the evaluation device 13 determines in a step S16 which of the two electrical secondary change quantities U2 ', U2 "is currently the larger one. For example, the evaluation device 13 can determine and compare the amplitudes of the two electrical secondary change quantities U2', U2".
  • the evaluation device 13 can decide on the basis of the rotational position ⁇ of the rotor 2 which of the two secondary electrical variables U2 ', U2 "it uses to determine the phase position ⁇ .
  • a change in the applied secondary electrical variable U2', U2" may hysteresis for reasons of stability be.
  • This secondary change quantity U2 ', U2 then draws the evaluation device 13 as part of a step S17 for determining the phase position ⁇ .
  • the evaluation device 13 determines the phase angle ⁇ together based on the two electrical secondary change quantities U2 ', U2 ", it is possible, for example, for the evaluation device 13 to add the two secondary electrical change quantities and the sign of the resulting sum to be calculated using one of the two electrical secondary change quantities U2'. , U2 "determined. Preferably, the momentarily larger of the two secondary electrical variables U2 ', U2 "is used again for this purpose.
  • the present invention has many advantages. In particular, it can be retrofitted with very little effort even with existing rotor-stator units.

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Abstract

Ein Rotor (2) ist relativ zum Stator (1) um eine Rotationsachse (4) rotierbar. Ein Einspeiseübertrager (5) weist eine auf dem Stator (1) angeordnete Primärwicklung (6) und eine auf dem Rotor (2) angeordnete Sekundärwicklung (7) auf. Ein Ausspeiseübertrager (9) weist eine auf dem Rotor (2) angeordnete Primärwicklung (10) und mindestens eine auf dem Stator (1) angeordnete Sekundärwicklung (11, 11', 11') auf. Die Sekundärwicklung (7) des Einspeiseübertragers (5) bildet mit der Primärwicklung (10) des Ausspeiseübertragers (9) und einem elektrischen Bauelement (12) eine Reihenschaltung. Das elektrische Bauelement (12) ist auf dem Rotor (2) angeordnet. Sein elektrischer Widerstand (R) hängt von einem in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) ab. Eine Einspeiseeinrichtung (8) speist in die Primärwicklung (6) des Einspeiseübertragers (5) eine elektrische Primärwechselgröße (Ul) ein. Sie induziert so indirekt in der mindestens einen Sekundärwicklung (11, 11', 11') des Ausspeiseübertragers (9) eine elektrische Sekundärwechselgröße (U2, U2',U2'). Eine Auswertungseinrichtung (13) ermittelt anhand der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2') eine Phasenlage (φ) der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2,U2', U2') relativ zur elektrischen Primärwechselgröße (Ul) und anhand der Phasenlage (φ) den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z).

Description

Beschreibung
Rotor-Stator-Einheit mit berührungsfreier Zustandserfassung, entsprechende Auswertungseinrichtung und Computerprogramm für eine softwareprogrammierbare Auswertungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotor-Stator-Einheit,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Stator und einen relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor aufweist,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Einspeiseübertrager aufweist, der eine auf dem Stator angeordnete Primärwicklung und eine auf dem Rotor angeordnete Sekundärwicklung aufweist, - wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Ausspeiseübertrager aufweist, der eine auf dem Rotor angeordnete Primärwicklung und mindestens eine auf dem Stator angeordnete Sekundärwicklung aufweist,
- wobei die Sekundärwicklung des Einspeiseübertragers mit der Primärwicklung des Ausspeiseübertragers eine Reihenschaltung bildet,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit eine Einspeiseeinrichtung aufweist, die im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit in die Primärwicklung des Einspeiseübertragers eine elektrische Primärwechselgröße einspeist und so indirekt in der mindestens einen Sekundärwicklung des Ausspeiseübertragers eine elektrische Sekundärwechselgröße induziert,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit eine Auswertungseinrichtung aufweist, welche im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit die elektrische Sekundärwechselgröße entgegen nimmt und die elektrische Sekundärwechselgröße auswertet.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Auswertungseinrichtung sowie ein Computerprogramm, das Maschinencode enthält, der von einer entsprechenden softwareprogrammierbaren Auswertungseinrichtung unmittelbar ausführbar ist, wobei die Ausführung des Maschinencodes durch die Auswertungseinrichtung bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung wie obenstehend beschrieben arbeitet.
Rotor-Stator-Einheiten der obenstehend beschriebenen Art und die zugehörigen Auswertungseinrichtungen sowie die entsprechenden Computerprogramme für die Auswertungseinrichtungen sind allgemein bekannt.
Bei der Rotor-Stator-Einheit des Standes der Technik ist der Ausspeiseübertrager in der Regel als sogenannter Resolver ausgebildet. Bei einer derartigen Ausgestaltung weist der Ausspeiseübertrager zwei Sekundärwicklungen auf. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklungen des Ausspeiseübertragers sind quer zur Rotationsachse angeordnet. Die Sekundärwicklun- gen des Ausspeiseübertragers sind hierbei um 90° elektrisch gegeneinander versetzt. Die Auswertungseinrichtung nimmt im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit von jeder der Sekundärwicklungen des Ausspeiseübertragers je eine elektrische Sekundärwechselgröße entgegen und ermittelt anhand der beiden elekt- rischen Sekundärwechselgrößen eine Drehstellung des Rotors. Beispielhaft wird für diese Art der Auswertung auf die DE 10 2005 005 024 Al verwiesen.
Die Rotor-Stator-Einheit ist in der Regel als elektrische Ma- schine ausgebildet. In diesem Fall entsprechen der Rotor und der Stator den entsprechenden Komponenten im elektrotechnischen Sinne. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf elektrische Maschinen beschränkt. Entscheidend ist lediglich, dass der Stator ein ortsfestes Element ist und der Rotor sich relativ zum Stator um eine Rotationsachse drehen kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung könnte daher - rein beispielhaft - eine Getriebewelle eines Getriebes dem Rotor und ein Getriebegehäuse dem Stator einer Rotor-Stator-Einheit entsprechen .
In vielen technischen Anwendungen ist es erforderlich bzw. von Vorteil, einen Zustand zu erfassen, der im Bereich des Rotors auftritt. Dies sei nachfolgend anhand mehrerer Beispiele erläutert.
Um Asynchronmotoren drehzahlgeregelt betreiben zu können, werden im Stand der Technik verschiedene Regelungskonzepte verwendet. Die besten Regelkonzepte arbeiten hierbei im Stand der Technik beispielsweise mit einer flussorientierten Regelung. Diese Regelung bedingt jedoch, dass die Temperatur des Läufers bekannt ist. Es ist daher erforderlich, direkt oder indirekt die Läufertemperatur zu erfassen und die Regelung des Asynchronmotors entsprechend vorzunehmen. Die direkte Messung der Temperatur ist im Stand der Technik nicht einfach möglich. Im Stand der Technik wird daher beispielsweise die Läufertemperatur meist nur geschätzt (insbesondere anhand der ohne weiteres erfassbaren Ständerwicklungstemperatur) . Diese Abschätzung eignet sich jedoch nur für stationäre, zeitlich unveränderliche Belastungen. Bei Erwärmung beispielsweise im Überlastbetrieb führt die Abschätzung zu suboptimalen Ergebnissen .
Bei permanent erregten Motoren hängt die Regelgüte von verschiedenen Parametern des Motors ab. Einige dieser Parameter - beispielsweise der magnetische Fluss, die Spannungskonstante, die Drehmomentkonstante und die Koerzitivfeidstärke - sind von der Temperatur des Magnetmaterials abhängig, welches meist auf dem Rotor untergebracht ist. Bezüglich der direkten Messung der Temperatur stellen sich die gleichen Probleme wie bei der Messung der Läufertemperatur von Asynchronmaschinen.
Die Lebensdauer der Lagerung von Motoren hängt unter anderem von der Lagertemperatur ab. Der kritischste Teil des Lagers ist hierbei der Lagerinnenring, also das drehende Teil, welches auf dem Rotor angeordnet ist. Bezüglich der direkten Messung der Temperatur stellen sich die gleichen Probleme wie bei der Messung der Läufertemperatur von Asynchronmaschinen. Für die Lagerung von Motoren wird daher meistens die Temperatur des Lageraußenrings erfasst und indirekt auf die Temperatur des Lagerinnenrings geschlossen. Die direkte Messung des Zustands des Rotors ist im Stand der Technik somit problematisch.
Theoretisch wäre es möglich, auf dem Rotor einen Sensor anzu- bringen, der über Schleifringe oder dergleichen mit der Auswertungseinrichtung verbunden ist. Diese Vorgehensweise ist jedoch zum einen fehlerträchtig, zum anderen verschleißbehaftet.
Weiterhin ist es möglich, eine Funkverbindung einzurichten.
Diese Vorgehensweise ist jedoch kostenaufwändig und nicht immer realisierbar. Ferner können sich EMV-Probleme ergeben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög- lichkeiten zu schaffen, auf einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise eine berührungslose Erfassung eines rotorbezogenen Zustands zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch eine Rotor-Stator-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Auswertungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch einen Datenträger gelöst, auf dem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist. Vorteilhafte Ausgestal- tungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11, 13 bis 20 und 22 bis 28.
Erfindungsgemäß ist die Rotor-Stator-Einheit der eingangs beschriebenen Art derart ausgestaltet, dass die Sekundärwick- lung des Einspeiseübertragers mit der Primärwicklung des
Ausspeiseübertragers und einem elektrischen Bauelement eine Reihenschaltung bildet. Das elektrische Bauelement ist auf dem Rotor angeordnet. Ein elektrischer Widerstand des elektrischen Bauelements hängt von einem in der Umgebung des elektrischen Bauelements herrschenden Zustand ab. Die Auswertungseinrichtung ermittelt anhand der elektrischen Sekundärwechselgröße eine Phasenlage der elektrischen Sekundärwechselgröße relativ zur elektrischen Primärwechselgröße. Anhand der Phasenlage ermittelt die Auswertungseinrichtung den in der Umgebung des elektrischen Bauelements herrschenden Zustand. Das Computerprogramm bewirkt eine entsprechende Programmierung der Auswertungseinrichtung.
Der in der Umgebung des elektrischen Bauelements herrschende Zustand kann prinzipiell beliebiger Natur sein. Beispielsweise kann ein Druck erfasst werden, eine einfallende Lichtmenge oder dergleichen mehr. In der Regel ist der in der Umgebung des elektrischen Bauelements herrschende Zustand jedoch die Temperatur .
Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Einspeiseübertragers sind vorzugsweise konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet. Denn dadurch ist die Einspeisung unabhängig von der Drehstellung des Rotors.
Es ist möglich, dass auch die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Ausspeiseübertragers konzentrisch zur Rotati- onsachse angeordnet sind. In diesem Fall ist auch die Ausspeisung unabhängig von der Drehstellung des Rotors. Es ergibt sich somit ein autarkes System zur berührungslosen Erfassung des in der Umgebung des elektrischen Bauelements herrschenden Zustands.
Bevorzugt ist jedoch, dass der Ausspeiseübertrager zwei Sekundärwicklungen aufweist, die Primärwicklung und die Sekundärwicklungen des Ausspeiseübertragers quer zur Rotationsachse angeordnet sind, die Sekundärwicklungen des Ausspeiseüber- tragers um 90° elektrisch gegeneinander versetzt sind und die Auswertungseinrichtung im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit von jeder der Sekundärwicklungen des Ausspeiseübertragers je eine elektrische Sekundärwechselgröße entgegen nimmt und anhand der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen eine Dreh- Stellung des Rotors ermittelt.
Denn in diesem Fall kann ein oftmals bereits vorhandenes Re- solversystem für die erfindungsgemäße Rotor-Stator-Einheit genutzt werden. Es ist gegenüber dem Stand der Technik lediglich erforderlich, das obenstehend erwähnte elektrische Bauelement in die Reihenschaltung aus Einspeiseübertrager und Ausspeiseübertrager einzuschleifen und die Auswertungsein- richtung entsprechend auszugestalten, so dass sie zusätzlich zur Drehstellung des Rotors auch den in der Umgebung des elektrischen Bauelements herrschenden Zustand ermittelt. Im Falle einer softwareprogrammierbaren Auswertungseinrichtung reduziert sich hierbei die Ausgestaltung der Auswertungsein- richtung auf eine entsprechende Umprogrammierung.
Zur Ermittlung der Drehstellung des Rotors sind stets beide elektrische Sekundärwechselgrößen erforderlich. Bezüglich der Ermittlung der Phasenlage und damit des in der Umgebung des elektrischen Bauelements herrschenden Zustands hingegen ist es alternativ möglich, dass die Auswertungseinrichtung den Zustand anhand einer einzigen der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen oder anhand beider elektrischer Sekundärwechselgrößen zusammen ermittelt. Wenn die Auswertungsein- richtung den Zustand anhand einer einzigen der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen ermittelt, zieht die Auswertungseinrichtung zur Ermittlung des Zustands vorzugsweise die momentan größere der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen heran.
Vorzugsweise ermittelt die Auswertungseinrichtung die Phasenlage anhand zweier beidseits eines Nulldurchgangs (insbesondere symmetrisch zum Nulldurchgang) der elektrischen Sekundärwechselgröße erfasster elektrischer Sekundärwechselgrößen. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung der Phasenlage.
In vielen Fällen ist die Rotor-Stator-Einheit als elektrische Maschine ausgebildet. Es ist daher möglich, dass die Auswer- tungseinrichtung als Steuereinrichtung für die elektrische Maschine ausgebildet ist, welche die elektrische Maschine steuert. Das Steuern kann hierbei in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand erfolgen. Ein typisches Beispiel einer Steuereinrichtung für eine elektrische Maschine ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Umrichtereinheit.
Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung als softwarepro- grammierbare Auswertungseinrichtung ausgebildet. In diesem
Fall ist insbesondere eine einfache Modifizierung und Funktionserweiterung möglich, sofern eine derartige Maßnahme erforderlich sein sollte.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung
FIG 1 schematisch eine Rotor-Stator-Einheit, FFIIGG 22 ein elektrisches Blockschaltbild,
FIG 3 ein Zeitdiagramm,
FIG 4 ein Ablaufdiagramm,
FIG 5 und 6 funktionale Beziehungen,
FIG 7 ein Ablaufdiagramm, FFIIGG 88 eine mögliche Ausgestaltung eines Einspeise- und eines Ausspeiseübertragers,
FIG 9 und 10 Ansichten von FIG 8 entsprechend Linien IX-IX bzw. X-X von FIG 8,
FIG 11 schematisch eine weitere mögliche Ausgestal- tung eines Einspeise- und eines Ausspeise
Übertragers, FIG 12 und 13 Ansichten gemäß den Linien XII-XII bzw. XIII-
XIII von FIG 11,
FIG 14 ein elektrisches Blockschaltbild, FIG 15 ein Ablaufdiagramm, FIG 16 ein Zeitdiagramm und FIG 17 ein Ablaufdiagramm.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den FIG 1 bis 7 zunächst auf die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung näher eingegangen . Gemäß FIG 1 weist eine Rotor-Stator-Einheit einen Stator 1 und einen Rotor 2 auf. Der Rotor 2 ist bezüglich des Stators 1 in Lagern 3 gelagert, so dass er um eine Rotationsachse 4 rotierbar ist.
Die Rotor-Stator-Einheit weist - siehe FIG 2 einen Einspeiseübertrager 5 auf. Der Einspeiseübertrager 5 weist eine Primärwicklung 6 und eine Sekundärwicklung 7 auf. Die Primärwicklung 6 ist auf dem Stator 1 angeordnet, die Sekundärwick- lung 7 auf dem Rotor 2. In die Primärwicklung 6 des Einspeiseübertragers 5 wird im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit mittels einer Einspeiseeinrichtung 8 eine elektrische Primärwechselgröße Ul eingespeist, beispielsweise eine Wechselspannung Ul. Die elektrische Primärwechselgröße Ul variiert gemäß FIG 3 mit der Zeit t, in der Regel sinusförmig. Eine Periode T der elektrischen Primärwechselgröße Ul liegt hierbei in der Regel zwischen 50 μs und 1 ms, beispielsweise zwischen 100 μs und 500 μs .
Weiterhin weist die Rotor-Stator-Einheit einen Ausspeiseübertrager 9 auf. Der Ausspeiseübertrager 9 weist eine Primärwicklung 10 und mindestens eine - gemäß der Ausgestaltung von FIG 2 genau eine - Sekundärwicklung 11 auf. Die Primärwicklung 10 ist auf dem Rotor 2 angeordnet, die Sekundärwicklung 11 auf dem Stator 1.
Auf dem Rotor 2 ist gemäß den FIG 1 und 2 zusätzlich zur Sekundärwicklung 7 des Einspeiseübertragers 5 und der Primärwicklung 10 des Ausspeiseübertragers 9 ein elektrisches Bau- element 12 angeordnet. Das elektrische Bauelement 12 bildet zusammen mit der Sekundärwicklung 7 des Einspeiseübertragers 5 und der Primärwicklung 10 des Ausspeiseübertragers 9 eine Reihenschaltung. Ein elektrischer Widerstand R des elektrischen Bauelements 12 hängt von einem Zustand Z ab, der in der Umgebung des elektrischen Bauelements 12 herrscht. Der Zustand Z kann beispielsweise die Temperatur sein. Die Anordnung des elektrischen Bauelements 12 kann nach Bedarf gewählt werden. Beispielsweise kann das elektrische Bauelement 12 derart angeordnet werden, dass es die Läufertemperatur der Rotor-Stator-Einheit erfasst. Im Falle der Ausge- staltung als elektrische Maschine kann beispielsweise die
Temperatur des Magnetmaterials oder die Läufertemperatur erfasst werden. Alternativ kann beispielsweise eine Temperatur eines Innenrings eines der Lager 3 erfasst werden.
Auf Grund des Umstands, dass die Sekundärwicklung 7 des
Einspeiseübertragers 5 und die Primärwicklung 10 des Ausspeiseübertragers 9 in einen gemeinsamen Stromkreis eingebunden sind, bewirkt das Einspeisen der elektrischen Primärwechselgröße Ul in die Primärwicklung 6 des Einspeiseübertragers 5 indirekt, dass in der Sekundärwicklung 11 des Ausspeiseübertragers 9 eine elektrische Sekundärwechselgröße U2 induziert wird.
Die induzierte elektrische Sekundärwechselgröße U2 wird einer Auswertungseinrichtung 13 zugeführt, welche die elektrische Sekundärwechselgröße U2 gemäß FIG 4 in einem Schritt Sl entgegen nimmt.
Die elektrische Sekundärwechselgröße U2 weist gemäß FIG 3 ge- genüber der elektrischen Primärwechselgröße Ul eine Phasenlage φ auf. Die Auswertungseinrichtung ermittelt gemäß FIG 4 in einem Schritt S2 die Phasenlage φ.
Der elektrische Widerstand R des elektrischen Bauelements 12 beeinflusst gemäß FIG 5 die Phasenlage φ der elektrischen Sekundärwechselgröße U2 gegenüber der elektrischen Primärwechselgröße Ul. Der Widerstand R seinerseits ist gemäß FIG 6 charakteristisch für den Zustand Z, der in der Umgebung des elektrischen Bauelements 12 herrscht. Die Auswertungseinrich- tung 13 ist daher in der Lage, gemäß FIG 4 in einen Schritt S3 anhand der Phasenlage φ den in der Umgebung des elektrischen Bauelements 12 herrschenden Zustand Z zu ermitteln. Je nach Lage des Einzelfalls kann es ausreichen, den Zustand Z nur zu ermitteln und gegebenenfalls eine Meldung nach außen (sei es an eine Bedienperson, sei es an eine übergeordnete Steuereinrichtung) auszugeben. Beispielsweise kann eine Alarmmeldung ausgegeben werden, wenn eine auf die beschriebene Weise ermittelte Temperatur eine Grenztemperatur übersteigt. In dem Fall, dass die Auswertungseinrichtung 13 als Steuereinrichtung für eine elektrische Maschine ausgebildet ist und die Rotor-Stator-Einheit der elektrischen Maschine entspricht, ist es jedoch zusätzlich möglich, entsprechend
FIG 4 in einem Schritt S4 die elektrische Maschine in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand Z anzusteuern. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von einer erfassten Läufertemperatur der Ansteuerzustand korrigiert werden. Auch kann in Ab- hängigkeit von der erfassten Temperatur ein maximales Überlastmoment, mit dem die elektrische Maschine kurzzeitig betrieben werden kann, bestimmt werden. Der Schritt S4 ist jedoch nur optional und daher in FIG 4 gestrichelt dargestellt.
Für die Ermittlung der Phasenlage φ sind verschiedene Vorgehensweisen möglich. Beispielsweise ist es möglich, die elektrische Sekundärwechselgröße U2 für eine Vielzahl von Zeiten t zu erfassen und dann diejenige der erfassten elektrischen Sekundärwechselgrößen U2 auszuwählen, welche betragsmäßig am kleinsten ist. Die mit der ausgewählten elektrischen Sekundärwechselgröße U2 korrespondierende Zeit t entspricht in diesem Falle dem Nulldurchgang der elektrischen Sekundärwechselgröße U2.
Der korrespondierende Nulldurchgang der elektrischen Primärwechselgröße Ul kann der Auswertungseinrichtung 13 auf verschiedene Art und Weise bekannt sein. Beispielsweise ist es möglich, dass die Auswerteeinrichtung 13 die Einspeiseeinrichtung 8 ansteuert. In diesem Fall sind die Nulldurchgänge der elektrischen Primärwechselgröße Ul der Auswertungseinrichtung 13 per se bekannt. Alternativ kann der Auswertungseinrichtung 13 die elektrische Primärwechselgröße Ul zugeführt werden. In diesem Fall kann die Auswertungseinrichtung 13 den korrespondierenden Nulldurchgang der elektrischen Primärwechselgröße Ul auf die gleiche Art und Weise ermitteln, auf welche sie den Nulldurchgang der elektrischen Sekundärwechselgröße U2 ermittelt.
Gemäß den FIG 3 und 7 wird zum Ermitteln des Nulldurchgangs der elektrischen Sekundärwechselgröße U2 vorzugsweise wie folgt vorgegangen:
Die Auswertungseinrichtung 13 ermittelt in einem Schritt S6 zunächst zwei Zeitpunkte tl, t2. Der Zeitpunkt tl entspricht hierbei gemäß FIG 3 dem Zeitpunkt, zu dem die elektrische Sekundärwechselgröße U2 einen ersten Wert U2a aufweist. In analoger Weise ermittelt die Auswertungseinrichtung 13 im Schritt S6 den Zeitpunkt t2 als den Zeitpunkt, zu dem die elektrische Sekundärwechselgröße U2 den zweiten Wert U2b aufweist. Die Werte U2a, U2b sind betragsmäßig nennenswert von Null verschieden. Sie weisen voneinander verschiedene Vorzeichen auf. Ihre Beträge können gleich sein.
In einem Schritt S7 ermittelt die Auswertungseinrichtung 13 durch lineare Interpolation den gesuchten Nulldurchgang der elektrischen Sekundärwechselgröße U2. In einem Schritt S8 ermittelt die Auswertungseinrichtung 13 einen Zeitversatz δT zum korrespondierenden Nulldurchgang der elektrischen Primärwechselgröße Ul. In einem Schritt S9 schließlich ermittelt die Auswertungseinrichtung 13 die gesuchte Phasenlage φ anhand der allgemein bekannten Beziehung
φ = 2π
T
Die Auswertungseinrichtung 13 kann schaltungstechnisch realisiert sein (hardwired) . Vorzugsweise jedoch ist die Auswertungseinrichtung 13 gemäß FIG 1 als softwareprogrammierbare Auswertungseinrichtung 13 ausgebildet. Die Wirkungsweise der Auswertungseinrichtung 13 wird daher durch ein Computerprogramm 14 bestimmt. Das Computerprogramm 14 enthält Maschinen- code 15, der von der Auswertungseinrichtung 13 unmittelbar ausführbar ist. Die Ausführung des Maschinencodes 15 durch die Auswertungseinrichtung 13 bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung 13 die obenstehend beschriebene Vorgehensweise ausführt. Das Computerprogramm 14 kann der Auswertungseinrichtung 13 beispielsweise mittels eines Datenträgers 16 zugeführt werden, auf dem das Computerprogramm 14 gespeichert ist .
In Verbindung mit den FIG 8 bis 10 wird nachfolgend eine typische Ausgestaltung des Einspeiseübertragers 5 beschrieben. Weiterhin wird in Verbindung mit den FIG 8 bis 10 eine mögliche Ausgestaltung des Ausspeiseübertragers 9 beschrieben.
Gemäß den FIG 8 und 9 sind die Primärwicklung 6 und die Sekundärwicklung 7 des Einspeiseübertragers 5 konzentrisch zur Rotationsachse 4 angeordnet. Die Primärwicklung 6 und die Sekundärwicklung 7 des Einspeiseübertragers 5 weisen also Windungen 17 auf, die konzentrisch um die Rotationsachse 4 um- laufen. Auf Grund dieser Ausgestaltung ist die Einspeisung der elektrischen Primärwechselgröße Ul unabhängig von einer Drehstellung α des Rotors 2 um die Rotationsachse 4.
Gemäß den FIG 8 und 10 weist weiterhin der Ausspeiseübertra- ger 9 eine einzige Sekundärwicklung 11 auf. Die Primärwicklung 10 und die Sekundärwicklung 11 des Ausspeiseübertragers 9 sind - analog zur Ausgestaltung des Einspeiseübertragers 5 - ebenfalls konzentrisch zur Rotationsachse 4 angeordnet. Auch die Ausspeisung der elektrischen Sekundärwechselgröße U2 ist somit unabhängig von der Drehstellung α des Rotors 2.
Die Ausgestaltung gemäß den FIG 8 bis 10 ist selbstverständlich möglich. Bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, die nachfolgend in Verbindung mit den FIG 11 bis 14 näher erläutert wird.
Bei der Ausgestaltung gemäß den FIG 11 bis 14 bleibt die Ausgestaltung des Einspeiseübertragers 5, wie sie obenstehend in Verbindung mit den FIG 8 und 9 erläutert wurde, unverändert. Sie wird daher nicht nochmals erläutert. Es wird lediglich auf die modifizierte Ausgestaltung des Ausspeiseübertragers 9 näher eingegangen.
Gemäß den FIG 11 und 12 weist der Ausspeiseübertrager 9 zwei Sekundärwicklungen 11', 11" auf. Die Sekundärwicklungen 11', 11" des Ausspeiseübertragers 9 sind hierbei gemäß den FIG 11 und 12 quer zur Rotationsachse 4 angeordnet. Auch die Primärwicklung 10 des Ausspeiseübertragers 9 ist gemäß den FIG 11 und 13 quer zur Rotationsachse 4 angeordnet. Weiterhin sind die Sekundärwicklungen 11', 11" des Ausspeiseübertragers 9 um 90° elektrisch gegeneinander versetzt. Beispielsweise können sie (siehe FIG 12) um 90° geometrisch gegeneinander verdreht sein .
Der obenstehend beschriebene Aufbau des Ausspeiseübertragers 9 entspricht dem Aufbau, der für sogenannte Resolver allgemein bekannt ist. Jede der beiden Sekundärwicklungen 11', 11" des Ausspeiseübertragers 9 liefert daher eine eigene elektri- sehe Sekundärwechselgröße U2', U2". Die Auswertungseinrichtung 13 kann somit - vergleiche FIG 14 und einen Schritt Sil in FIG 15 - beide elektrische Sekundärwechselgrößen U2', U2" entgegen nehmen und sodann in einem Schritt S12 in an sich bekannter Weise anhand der beiden elektrischen Sekundärwech- selgrößen U2', U2" die Drehstellung α des Rotors 2 ermitteln. Die Verfahren zum Ermitteln der Drehstellung α sind Fachleuten hierbei allgemein bekannt. Beispielhaft wird auf die bereits erwähnte DE 10 2005 005 024 Al verwiesen.
Zum Ermitteln der Drehstellung α müssen stets beide elektrische Sekundärwechselgrößen U2', U2" herangezogen werden. Für das Ermitteln der Phasenlage φ ist es hingegen hinreichend, eine einzige der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen U2 ' , U2" heranzuziehen. Alternativ ist es jedoch selbstver- ständlich auch möglich, die Phasenlage φ und damit den in der Umgebung des elektrischen Bauelements 12 herrschenden Zustand Z anhand beider elektrischer Sekundärwechselgrößen U2', U2" zusammen zu ermitteln (vergleiche Schritt S13 in FIG 15) . Nach der Ermittlung der Phasenlage φ führt die Auswertungseinrichtung 13 gemäß FIG 15 Schritte S14 und S15 aus. Die Schritte S14 und S15 korrespondieren mit den Schritten S3 und S4 von FIG 4.
Die beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen U2', U2" sind - siehe FIG 16 - in der Regel nicht gleich groß. Insbesondere ist ihre Amplitude mit der Drehstellung α des Rotors 2 moduliert. Dies ist Fachleuten allgemein bekannt. In dem Fall, dass zum Ermitteln der Phasenlage φ nur eine einzige der elektrischen Sekundärwechselgrößen U2', U2" verwendet wird, ist der Schritt S13 von FIG 15 vorzugsweise gemäß der Vorgehensweise von FIG 17 ausgestaltet. Gemäß FIG 17 ermittelt die Auswertungseinrichtung 13 in einem Schritt S16, welche der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen U2', U2" momentan die größere ist. Beispielsweise kann die Auswertungseinrichtung 13 die Amplituden der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen U2', U2" ermitteln und miteinander vergleichen. Alternativ kann die Auswertungseinrichtung 13 anhand der Dreh- Stellung α des Rotors 2 entscheiden, welche der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen U2', U2" sie zum Ermitteln der Phasenlage φ heranzieht. Ein Wechsel der herangezogenen elektrischen Sekundärwechselgröße U2', U2" kann gegebenenfalls aus Stabilitätsgründen hysteresebehaftet sein. Diese Sekundärwechselgröße U2', U2" zieht die Auswertungseinrichtung 13 sodann im Rahmen eines Schrittes S17 zur Ermittlung der Phasenlage φ heran.
Wenn die Auswertungseinrichtung 13 die Phasenlage φ anhand beider elektrischer Sekundärwechselgrößen U2', U2" zusammen ermittelt, ist es beispielsweise möglich, dass die Auswertungseinrichtung 13 die beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen betragsmäßig addiert und das Vorzeichen der resultierenden Summe anhand einer der beiden elektrischen Sekundär- wechselgrößen U2', U2" bestimmt. Vorzugsweise wird hierzu wieder die momentan größere der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen U2', U2" herangezogen. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist sie mit sehr geringem Aufwand auch bei bestehenden Rotor-Stator-Einheiten nachrüstbar .
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor-Stator-Einheit,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Stator (1) und einen relativ zum Stator (1) um eine Rotationsachse (4) rotierbaren Rotor (2) aufweist,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Einspeiseübertrager
(5) aufweist, der eine auf dem Stator (1) angeordnete Primärwicklung (6) und eine auf dem Rotor (2) angeordnete Se- kundärwicklung (7) aufweist,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Ausspeiseübertrager
(9) aufweist, der eine auf dem Rotor (2) angeordnete Primärwicklung (10) und mindestens eine auf dem Stator (1) angeordnete Sekundärwicklung (11, 11', 11") aufweist, - wobei die Sekundärwicklung (7) des Einspeiseübertragers (5) mit der Primärwicklung (10) des Ausspeiseübertragers (9) und einem elektrischen Bauelement (12) eine Reihenschaltung bildet,
- wobei das elektrische Bauelement (12) auf dem Rotor (2) an- geordnet ist und ein elektrischer Widerstand (R) des elektrischen Bauelements (12) von einem in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) abhängt,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit eine Einspeiseeinrichtung (8) aufweist, die im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit in die Primärwicklung (6) des Einspeiseübertragers (5) eine elektrische Primärwechselgröße (Ul) einspeist und so indirekt in der mindestens einen Sekundärwicklung (11, 11', 11") des Ausspeiseübertragers (9) eine elektrische Sekundärwech- selgröße (U2,U2',U2") induziert,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit eine Auswertungseinrichtung
(13) aufweist, welche im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit die elektrische Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2") entgegen nimmt, anhand der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2, U2',U2") eine Phasenlage (φ) der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2") relativ zur elektrischen Primärwechselgröße (Ul) ermittelt und anhand der Phasenlage (φ) den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) ermittelt.
2. Rotor-Stator-Einheit nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschende Zustand (Z) die Temperatur ist.
3. Rotor-Stator-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Primär¬ wicklung (6) und die Sekundärwicklung (7) des Einspeise Übertragers (5) konzentrisch zur Rotationsachse (4) angeord¬ net sind.
4. Rotor-Stator-Einheit nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Primärwicklung (10) und die Sekundärwicklung (11) des Ausspeiseübertragers (9) konzentrisch zur Rotationsachse (4) angeordnet sind.
5. Rotor-Stator-Einheit nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ausspeiseübertrager (9) zwei Sekundärwicklungen (11', 11") aufweist, dass die Pri¬ märwicklung (10) und die Sekundärwicklungen (H', 11") des Ausspeiseübertragers (9) quer zur Rotationsachse (4) angeord- net sind, dass die Sekundärwicklungen (H', 11") des Ausspei¬ seübertragers (9) um 90° elektrisch gegeneinander versetzt sind und dass die Auswertungseinrichtung (13) im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit von jeder der Sekundärwicklungen (H', 11") des Ausspeiseübertragers (9) je eine elektrische Sekun- därwechselgröße (U2',U2") entgegen nimmt und anhand der bei¬ den elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") eine Drehstellung (α) des Rotors (2) ermittelt.
6. Rotor-Stator-Einheit nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrich¬ tung (13) im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit den in der Um¬ gebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) anhand einer einzigen der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2', U2") ermittelt.
7. Rotor-Stator-Einheit nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrichtung (13) im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) anhand der momentan größeren der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") ermittelt.
8. Rotor-Stator-Einheit nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrichtung (13) im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) anhand beider elektrischer Sekundärwechselgrößen (U2', U2") zusammen ermittelt.
9. Rotor-Stator-Einheit nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aus- Wertungseinrichtung (13) im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit die Phasenlage (φ) anhand zweier beidseits eines Nulldurchgangs der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2") er- fasster elektrischer Sekundärwechselgrößen (U2a,U2b) ermittelt.
10. Rotor-Stator-Einheit nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie als elektrische Maschine ausgebildet ist und dass die Auswertungseinrichtung (13) im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit die elektrische Maschine in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand (Z) steuert.
11. Rotor-Stator-Einheit nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aus- Wertungseinrichtung (13) als softwareprogrammierbare Auswertungseinrichtung (13) ausgebildet ist.
12. Auswertungseinrichtung für eine Rotor-Stator-Einheit,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Stator (1) und einen relativ zum Stator (1) um eine Rotationsachse (4) rotierbaren Rotor (2) aufweist, - wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Einspeiseübertrager
(5) aufweist, der eine auf dem Stator (1) angeordnete Primärwicklung (6) und eine auf dem Rotor (2) angeordnete Sekundärwicklung (7) aufweist,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit einen Ausspeiseübertrager (9) aufweist, der eine auf dem Rotor (2) angeordnete Primärwicklung (10) und mindestens eine auf dem Stator (1) angeordnete Sekundärwicklung (11, 11', 11") aufweist,
- wobei die Sekundärwicklung (7) des Einspeiseübertragers (5) mit der Primärwicklung (10) des Ausspeiseübertragers (9) und einem elektrischen Bauelement (12) eine Reihenschaltung bildet,
- wobei das elektrische Bauelement (12) auf dem Rotor (2) angeordnet ist und ein elektrischer Widerstand (R) des elektrischen Bauelements (12) von einem in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) abhängt,
- wobei die Rotor-Stator-Einheit eine Einspeiseeinrichtung
(8) aufweist, die im Betrieb der Rotor-Stator-Einheit in die Primärwicklung (6) des Einspeiseübertragers (5) eine elektrische Primärwechselgröße (Ul) einspeist und so indirekt in der mindestens einen Sekundärwicklung (11, 11', 11") des Ausspeiseübertragers (9) eine elektrische Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2") induziert,
- wobei die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb die elektrische Sekundärwechselgröße
(U2,U2',U2") entgegen nimmt, anhand der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2") eine Phasenlage (φ) der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2") relativ zur e- lektrischen Primärwechselgröße (Ul) ermittelt und anhand der Phasenlage (φ) den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) ermittelt.
13. Auswertungseinrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschende Zustand (Z) die Temperatur ist.
14. Auswertungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ausspeiseübertrager (9) der Rotor-Stator-Einheit zwei Sekundärwicklungen (H', 11") aufweist, dass die Primärwicklung (10) und die Sekundärwicklungen (H', 11") des Ausspeiseübertragers (9) quer zur Rotationsachse (4) angeordnet sind, dass die Sekundärwicklungen (H', 11") des Ausspeiseübertragers (9) um 90° elektrisch gegeneinander versetzt sind und dass die Auswertungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb von jeder der Sekundärwicklungen (H', H") des Ausspeiseübertragers (9) je eine elektrische Sekundärwechselgröße (U2', U2") entgegen nimmt und anhand der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") eine Drehstellung (α) des Rotors (1) ermittelt.
15. Auswertungseinrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zu- stand (Z) anhand einer einzigen der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") ermittelt.
16. Auswertungseinrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrich- tung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) anhand der momentan größeren der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") ermittelt.
17. Auswertungseinrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zu- stand (Z) anhand beider elektrischer Sekundärwechselgrößen (U2',U2") ermittelt.
18. Auswertungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb die Phasenlage (φ) anhand zweier beidseits eines Nulldurchgangs der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2, U2',U2") erfasster elektrischer Sekundärwechselgrößen (U2a, U2b) ermittelt.
19. Auswertungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis
18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrichtung als Steuereinrichtung für eine als elektrische Maschine ausgebildete Rotor-Stator-Einheit ausgebildet ist und dass die Auswertungseinrichtung im Betrieb die elektrische Maschine in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand (Z) steuert.
20. Auswertungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis
19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertungseinrichtung als softwareprogrammierbare Auswertungseinrichtung ausgebildet ist.
21. Computerprogramm, das Maschinencode (15) enthält, der von einer softwareprogrammierbaren Auswertungseinrichtung (13) unmittelbar ausführbar ist, wobei die Ausführung des Maschinencodes (15) durch die Auswertungseinrichtung (13) bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung (13) - mindestens eine elektrische Sekundärwechselgröße (U2,U2', U2") entgegen nimmt, die durch Einspeisen einer elektrischen Primärwechselgröße (Ul) in einen Einspeiseübertrager (5) einer Rotor-Stator-Einheit in mindestens einer Sekundärwicklung (11, 11', 11") eines Ausspeiseübertragers (9) der Rotor-Stator-Einheit induziert ist,
- anhand der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2, U2', U2") eine Phasenlage (φ) der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2, U2', U2") relativ zur elektrischen Primärwechselgröße (Ul) ermittelt und - anhand der Phasenlage (φ) einen in der Umgebung eines elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) er- mittelt, wobei das elektrische Bauelement (12) mit einer
Sekundärwicklung (7) des Einspeiseübertragers (5) und einer Primärwicklung (10) des Ausspeiseübertragers (9) eine Reihenschaltung bildet und ein elektrischer Widerstand (R) des elektrischen Bauelements (12) von dem in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) abhängt .
22. Computerprogramm nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der in der Umgebung des e- lektrischen Bauelements (12) herrschende Zustand (Z) die Temperatur ist.
23. Computerprogramm nach Anspruch 21 oder 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ausspeiseübertrager (9) der Rotor-Stator-Einheit zwei Sekundärwicklungen (11', 11") aufweist, dass die Primärwicklung (10) des Ausspeiseübertragers (9) auf einem Rotor (2) der Rotor-Stator-Einheit quer zu dessen Rotationsachse (4) angeordnet sind, dass die Sekundärwicklungen (H', 11") des Ausspeiseübertragers (9) auf einem Stator (1) der Rotor-Stator-Einheit quer zur Rotationsachse (4) des Rotors (2) angeordnet sind, dass die Sekundärwicklungen (H', 11") des Ausspeiseübertragers (9) um 90° elektrisch gegeneinander versetzt sind und dass die Ausführung des Maschinencodes (15) durch die Auswertungseinrichtung (13) bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung (13) von jeder der Sekundärwicklungen (H', H") des Ausspeiseübertragers (9) je eine elektrische Sekundärwechselgröße (U2',U2") entgegen nimmt und anhand der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") eine Drehstellung (α) des Rotors (2) ermit- telt.
24. Computerprogramm nach Anspruch 23, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , dass die Ausführung des Maschi- nencodes (15) durch die Auswertungseinrichtung (13) bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung (13) den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) anhand einer einzigen der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") ermittelt.
25. Computerprogramm nach Anspruch 24, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , dass die Ausführung des Maschinencodes (15) durch die Auswertungseinrichtung (13) bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung (13) den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) anhand der momentan größeren der beiden elektrischen Sekundärwechselgrößen (U2',U2") ermittelt.
26. Computerprogramm nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausführung des Maschinencodes (15) durch die Auswertungseinrichtung (13) bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung (13) den in der Umgebung des elektrischen Bauelements (12) herrschenden Zustand (Z) anhand beider elektrischer Sekundärwechselgrößen (U2',U2") zusammen ermittelt .
27. Computerprogramm nach einem der Ansprüche 21 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aus- führung des Maschinencodes (15) durch die Auswertungseinrichtung (13) bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung (13) die Phasenlage (φ) anhand zweier beidseits eines Nulldurchgangs der elektrischen Sekundärwechselgröße (U2,U2',U2") erfasster elektrischer Sekundärwechselgrößen (U2a,U2b) ermittelt.
28. Computerprogramm nach einem der Ansprüche 21 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausführung des Maschinencodes (15) durch die Auswertungseinrichtung (13) bewirkt, dass die Auswertungseinrichtung (13) eine als elektrische Maschine ausgebildete Rotor-Stator-Einheit in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand (Z) steuert.
29. Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Computerprogramm (14) nach einem der Ansprüche 21 bis 28.
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