WO2018234440A1 - Steuergerät zum ansteuern eines elektromotors, elektromotor und system mit steuergerät und elektromotor - Google Patents

Steuergerät zum ansteuern eines elektromotors, elektromotor und system mit steuergerät und elektromotor Download PDF

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WO2018234440A1
WO2018234440A1 PCT/EP2018/066565 EP2018066565W WO2018234440A1 WO 2018234440 A1 WO2018234440 A1 WO 2018234440A1 EP 2018066565 W EP2018066565 W EP 2018066565W WO 2018234440 A1 WO2018234440 A1 WO 2018234440A1
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electric motor
temperature
control unit
temperature sensor
monitoring
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PCT/EP2018/066565
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Andreas Burgermeister
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Schmidhauser Ag
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors

Definitions

  • Control unit for controlling an electric motor, electric motor and system with control unit
  • the invention relates to a control device for driving an electric motor, an electric motor and a system having such a control device and such an electric motor.
  • a control device for driving an electric motor with an electric motor is connected to a system, it is usually necessary to set in the control unit, the control-relevant parameters of the electric motor.
  • the invention has for its object to provide a control device for driving an electric motor, an electric motor and a system with such a control unit and such an electric motor available that allow the simplest and most cost-effective parameterization of the control unit in response to an electric motor to be controlled ,
  • the invention solves this problem by a control device for driving an electric motor according to claim 1, an electric motor according to claim 8 and a system having such a control device and such an electric motor according to claim 14.
  • the control device according to the invention is used to drive an electric motor.
  • the electric motor may be, for example, a three-phase motor, for example a synchronous motor or an asynchronous motor.
  • the control unit according to the invention generates, for example, suitable phase voltages and / or phase currents such that a desired speed and / or a desired torque are set.
  • the control unit may be, for example, a frequency converter or a servo converter.
  • the control unit has a temperature sensor interface, which is designed to connect an external temperature sensor.
  • the temperature sensor is provided for monitoring the temperature of the electric motor.
  • the control unit further has a monitoring unit, for example in the form of a microcontroller and associated peripherals, which is designed to evaluate at least one temperature-dependent property of the temperature sensor, for example its temperature-dependent resistance, for temperature monitoring of the electric motor.
  • the monitoring unit is further adapted, regardless of the temperature monitoring and in addition to the temperature monitoring data exchange via the temperature sensor interface with the electric motor, in particular to exchange bidirectional.
  • the temperature sensor interface thus has a dual function. On the one hand, it serves conventionally for connecting the temperature sensor, on the other hand, it simultaneously serves to exchange data with the electric motor so that it can, for example, transmit its engine-specific parameters to the control unit via the temperature sensor interface, so that these parameters can be set manually on the control unit can be omitted.
  • the monitoring unit is configured to output a voltage (or a voltage pattern) and / or a current (or a current pattern) at the temperature sensor interface during certain time intervals or permanently.
  • the monitoring unit is designed to evaluate an electrical resistance of the temperature sensor for monitoring the temperature of the electric motor.
  • the monitoring unit is designed to output a predetermined pulse pattern or voltage pattern or current pattern at the temperature sensor interface for initiation or initiation of a data exchange with the electric motor. For example, after being switched on, the monitoring unit can first output a one-level at the temperature sensor interface in order to supply and start operating power to a control unit of the electric motor. After a waiting time, the control unit can generate one or more level changes of the voltage output at the temperature sensor interface, so that the control unit of the electric motor can recognize that a communication-capable control unit is present, so that a data transmission can begin.
  • the monitoring unit is designed to evaluate a signal curve or voltage curve which adjusts itself to the temperature sensor interface for the decoding of data that is transmitted from the electric motor to the control unit.
  • the temperature sensor interface may form an open-drain or open-collector output at which a constant high-level voltage is output through a pull-up resistor during data reception.
  • the control unit of the electric motor can measure the voltage output at the temperature sensor interface by means of a switching means, for example a field-effect transistor, against a reference potential, for example Mass, pull, so that sets the reference potential at the temperature sensor interface as a result. In this way, the control unit of the electric motor can generate a desired voltage pulse sequence at the temperature sensor interface, whereby the data can be transmitted in binary coded form to the control unit.
  • the temperature sensor interface is a 2-wire interface.
  • the controller has a conventional motor drive interface for connecting, for example, three phase strings of the electric motor.
  • the electric motor according to the invention has a temperature monitoring interface, which is intended to be connected to the temperature sensor interface of the control unit for signal exchange.
  • the electric motor further includes a temperature sensor electrically connected to the temperature monitoring interface.
  • the electric motor further has a control unit, for example in the form of a microcontroller, which is connected to the temperature monitoring interface and which is designed to exchange data via the temperature monitoring interface with a control device, in particular bidirectionally.
  • a control unit for example in the form of a microcontroller, which is connected to the temperature monitoring interface and which is designed to exchange data via the temperature monitoring interface with a control device, in particular bidirectionally.
  • control unit in particular exclusively, is supplied with electrical operating energy via the temperature monitoring interface.
  • the electric motor has a controllable by the control unit switch, for example in the form of a controllable semiconductor switching means, for example in the form of a thyristor, wherein the switch and the temperature sensor are serially looped between terminal poles of the temperature monitoring interface.
  • the control unit is designed in this case to close the switch in a temperature measuring mode and to open the switch in a data transmission mode.
  • a control unit connected to the temperature monitoring interface only sees the temperature sensor, ie the control unit can conventionally measure an engine temperature. Therefore, conventional control devices that are not designed for data exchange with the engine can be connected to the electric motor according to the invention or its temperature monitoring interface.
  • the electric motor or its control unit can recognize, for example, a conventional control unit from the fact that the control unit initiates no data exchange, ie keeps the level at the temperature monitoring interface constant. In this case, the switch is closed and the electric motor behaves at its interfaces like a conventional electric motor.
  • the closing of the switch can cause a power supply of the control unit is interrupted. However, this is irrelevant because the conventional electric motor does not require a function of the control unit.
  • a switching state of the switch may initially be opened by default after the start of supplying the control unit with electrical energy in order to ensure a supply of operating energy to the control unit.
  • the temperature sensor is a temperature-dependent resistor.
  • the electric motor has a memory whose contents can be read out and / or written to via the temperature monitoring interface. Information which characterizes the electric motor in its properties can be stored in the memory. Further, for example, an operating hours counter, service data, etc. for the electric motor may be stored in the memory.
  • the system according to the invention has a control unit described above and an electric motor described above.
  • the control unit is designed to read out the memory of the electric motor, in particular after switching on, power-on or reset, and to control the electric motor as a function of the data read out.
  • the invention realizes an electronic nameplate in an electric motor, which can be read out via the already existing interface for the engine temperature evaluation.
  • the invention enables automated reading / writing of the electrical and mechanical properties of an electric motor without additional wiring between the engine and the control unit. Since there is already at least one cable connection between the control unit and the electric motor, this is used according to the invention as a transmission path for data exchange.
  • frequency converters and electric motors for example, already have an interface or connection line for engine temperature monitoring. According to the invention, this is used to read both the motor temperature (analog voltage) and to read out or optionally store digital data from the electric motor.
  • control unit In the electric motor, for example, in the terminal box or connection area, the control unit is provided for example in the form of a microcontroller, which receives its operating power via the temperature monitoring interface from the temperature sensor interface of the controller. In normal operation, or if the control unit does not have the electronic nameplate control logic, the control unit is inactive.
  • the temperature sensor is in this case between terminal poles of the temperature monitoring interface of the electric motor.
  • the temperature sensor is decoupled and the control unit of the electric motor becomes active.
  • the control unit can generate at its temperature sensor interface a specific pulse pattern, which in turn is detected and returned by the control unit of the electric motor. Then the data transfer starts.
  • the controller may conclude that it is a standard electric motor without an electronic nameplate.
  • control unit of the electric motor according to the invention can switch the switching means after the lack of initiation of the data exchange or a start edge, so that only the engine temperature monitoring is active.
  • Fig. 1 shows a system with a control unit and an electric motor, which is controlled by means of the control unit.
  • control unit 1 shows a system with a control unit 1 in the form of a frequency converter and a three-phase motor 2, which is controlled by means of the control unit 1.
  • control unit 1 conventionally has a motor drive interface 6 for connecting phase strands u, v, w of the electric motor 2.
  • motor drive interface 6 for connecting phase strands u, v, w of the electric motor 2.
  • the control unit 1 further has a temperature sensor interface 3 for connecting a temperature sensor 4 arranged in the electric motor 2 in the form of a PTC resistor or thermocontact.
  • the temperature sensor 4 is conventionally used for monitoring the temperature of the electric motor 2.
  • the electric motor 2 has a temperature monitoring interface 7, wherein a semiconductor switch 9 and the temperature sensor 4 are serially connected between terminal poles 7a, 7b of the temperature monitoring interface 7.
  • the interfaces 3 and 7 are each 2-wire interfaces.
  • the temperature sensor interface 3 of the control unit 1 and the temperature monitoring interface 7 of the electric motor 2 are electrically connected to each other by means of associated wires of a multi-core connection cable 1 1.
  • Corresponding wires of the connecting cable 1 1 are further used for electrically connecting the motor drive interface 6 of the control unit 1 with the phase strands u, v, w of the electric motor 2.
  • the control unit 1 further comprises a monitoring unit 5, which is designed to conventionally a resistance of Temperature sensor 4 for temperature monitoring of the electric motor 2 evaluate.
  • the monitoring unit 5 is further configured to exchange data with the electric motor 2 independently of and in addition to the temperature monitoring via the temperature sensor interface 3, which will be described in more detail below.
  • the electric motor 2 has a control unit 8, which is also connected to the temperature monitoring interface 7 and which is designed to exchange data via the temperature monitoring interface 7 bidirectionally with the control unit 1.
  • the control unit 8 controls the semiconductor switch 9 in such a way that it is closed in a temperature measuring mode and is opened in a data transmission mode.
  • the monitoring unit 5 of the control unit 1 outputs at the temperature sensor interface 3, a voltage which serves to supply voltage to the control unit 8, as long as the switch 9 is opened.
  • the control unit 1 After the control unit 1 is supplied with energy, the control unit 1 starts up and outputs a voltage, for example, at a level of 3.3 V at its temperature sensor interface 3.
  • the output driving the temperature sensor interface 3 may be, for example, an open-drain output or an open-collector output.
  • this voltage charges a buffer capacitor 12 of the electric motor 2 via a decoupling diode 13, wherein the control unit 8 is supplied from the buffer capacitor 12 with energy. As soon as a voltage level adjusting at the capacitor 12 is sufficient to supply the control unit 8, the control unit 8 continuously checks a voltage profile at the temperature monitoring interface 7.
  • the monitoring unit 5 To initiate a data exchange with the electric motor 2 or its control unit 8, the monitoring unit 5 generates a defined voltage pulse pattern at the temperature sensor interface 3 for a predetermined period of time. This voltage pulse pattern is detected by the control unit 8 and for synchronization or initiation used for data transmission.
  • the control unit 8 For data transmission from the control unit 8 in the direction of the monitoring unit 5, the control unit 8 on a non-illustrated semiconductor switching means, wherein in the open state of this semiconductor switching means, for example, about 3.3 V at the temperature sensor Set interface 3 and set in the closed state of the semiconductor switching means about 0 V, so that the control unit 8 can generate a pulse train by means of the semiconductor switching means, which is used to encode the data to be transmitted.
  • this semiconductor switching means for example, about 3.3 V at the temperature sensor Set interface 3 and set in the closed state of the semiconductor switching means about 0 V
  • the monitoring unit 5 For data transmission from the monitoring unit 5 in the direction of the control unit 8, the monitoring unit 5 generates a suitable voltage pulse pattern at the temperature sensor interface 3 for coding the data to be transmitted.
  • control unit 8 closes the switching means 9, whereby it shuts itself off and between the terminal poles 7a and 7b only the temperature sensor 9 remains visible.
  • control unit 1 does not generate the defined voltage pulse pattern at the temperature sensor interface 3 for starting the data transmission after power-up within the predetermined period of time, the control unit 8 closes the switching means 9, turning itself off and between the terminal poles 7a and 7b only the temperature sensor 9 remains visible. Therefore, the electric motor 2 according to the invention can also be used with conventional control devices that do not have the option for data transmission via their temperature sensor interface 3.
  • a control device 1 according to the invention is used with a conventional electric motor which does not have the possibility for data transmission via its temperature monitoring interface 7, the control device 1 recognizes that no reaction to the temperature sensor interface 3 is received after the data transmission has been initiated , Therefore, the control unit 1 according to the invention can also be used with conventional electric motors that do not have the possibility for data transmission via their temperature monitoring interface 7.
  • the electric motor 2 has a non-volatile memory 10, the content of which can be read out and / or written to via the temperature monitoring interface 7.
  • information is stored, which characterize the electric motor 2 in its properties.
  • a serial number, an operating hours number, etc. may be stored in the memory 10
  • the control unit 1 is designed to at least partially read the memory 10 of the electric motor 2 and to control the electric motor 2 as a function of the data read out.
  • a nominal power, a current-carrying capacity, electrical parameters, etc. which have an influence on the drive voltages / drive currents generated by the control unit 1, can be stored in the memory 10.

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Abstract

Steuergerät (1) zum Ansteuern eines Elektromotors (2), wobei das Steuergerät (1) aufweist: - eine Temperatursensor-Schnittstelle (3) zum Anschließen eines externen Temperatur- sensors (4), wobei der Temperatursensor (4) zur Überwachung der Temperatur des Elektromotors (2) vorgesehen ist, und - eine Überwachungseinheit (5), die dazu ausgebildet ist, mindestens eine temperaturabhängige Eigenschaft des Temperatursensors (4) zur Temperaturüberwachung des Elektromotors (2) auszuwerten und unabhängig von und zusätzlich zu der Temperaturüberwachung Daten über die Temperatursensor-Schnittstelle (3) mit dem Elektromotor (2) auszutauschen.

Description

Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors, Elektromotor und System mit Steuergerät und
Elektromotor
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors, einen Elektromotor und ein System mit einem solchen Steuergerät und einem solchen Elektromotor. Wenn ein Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors mit einem Elektromotor zu einem System verbunden wird, ist es in der Regel notwendig, in dem Steuergerät die ansteuerrelevanten Parameter des Elektromotors einzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors, einen Elektromotor und ein System mit einem solchen Steuergerät und einem solchen Elektro- motor zur Verfügung zu stellen, die eine möglichst einfache und kostengünstige Parametrierung des Steuergerätes in Abhängigkeit von einem anzusteuernden Elektromotor ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors nach Anspruch 1 , einen Elektromotor nach Anspruch 8 und ein System mit einem solchen Steuergerät und einem solchen Elektromotor nach Anspruch 14. Das erfindungsgemäße Steuergerät dient zum Ansteuern eines Elektromotors. Der Elektromotor kann beispielsweise ein Drehstrommotor sein, beispielsweise ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor. Das erfindungsgemäße Steuergerät erzeugt beispielweise geeignete Phasenspannungen und/oder Phasenströme derart, dass sich eine gewünschte Drehzahl und/oder ein gewünschtes Drehmoment einstellen. Das Steuergerät kann beispielsweise ein Frequenzumrichter bzw. ein Servoumrichter sein.
Das Steuergerät weist eine Temperatursensor-Schnittstelle auf, die zum Anschließen eines externen Temperatursensors ausgebildet ist. Der Temperatursensor ist zur Überwachung der Temperatur des Elektromotors vorgesehen.
Das Steuergerät weist weiter eine Überwachungseinheit auf, beispielsweise in Form eines Mik- rocontrollers und zugehöriger Peripherie, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine temperaturabhängige Eigenschaft des Temperatursensors, beispielsweise seinen temperaturabhängigen Widerstand, zur Temperaturüberwachung des Elektromotors auszuwerten. Die Überwachungseinheit ist weiter dazu ausgebildet, unabhängig von der Temperaturüberwachung und zusätzlich zu der Temperaturüberwachung Daten über die Temperatursensor- Schnittstelle mit dem Elektromotor auszutauschen, insbesondere bidirektional auszutauschen. Die Temperatursensor-Schnittstelle hat folglich eine Doppelfunktion. Einerseits dient sie her- kömmlich zum Anschließen des Temperatursensors, andererseits dient sie gleichzeitig zum Datenaustausch mit dem Elektromotor, so dass dieser beispielsweise bei Bedarf seine motorspezifischen Parameter an das Steuergerät über die Temperatursensor-Schnittstelle übertragen kann, so dass eine manuelle Einstellung dieser Parameter am Steuergerät unterbleiben kann.
In einer Ausführungsform ist die Überwachungseinheit dazu ausgebildet, während bestimmter Zeitintervalle oder dauerhaft eine Spannung (oder ein Spannungsmuster) und/oder einen Strom (oder ein Strommuster) an der Temperatursensor-Schnittstelle auszugeben.
In einer Ausführungsform ist die Überwachungseinheit dazu ausgebildet, einen elektrischen Widerstand des Temperatursensors zur Temperaturüberwachung des Elektromotors auszuwerten. In einer Ausführungsform ist die Überwachungseinheit dazu ausgebildet, zur Initiierung bzw. Einleitung eines Datenaustausches mit dem Elektromotor ein vorgegebenes Impulsmuster bzw. Spannungsmuster oder Strommuster an der Temperatursensor-Schnittstelle auszugeben. Beispielsweise kann die Überwachungseinheit nach ihrem Einschalten zunächst einen Eins-Pegel an der Temperatursensor-Schnittstelle auszugeben, um eine Steuereinheit des Elektromotors mit Betriebsenergie zu versorgen und zu starten. Nach einer Wartezeit kann das Steuergerät einen oder mehrere Pegelwechsel der an der Temperatursensor-Schnittstelle ausgegebenen Spannung erzeugen, so dass die Steuereinheit des Elektromotors erkennen kann, dass eine kommunikationsfähige Steuereinheit vorhanden, so dass eine Datenübertragung beginnen kann. In einer Ausführungsform ist die Überwachungseinheit dazu ausgebildet, einen sich an der Temperatursensor-Schnittstelle einstellenden Signalverlauf bzw. Spannungsverlauf zur Deko- dierung von Daten auszuwerten, die von dem Elektromotor an das Steuergerät übertragen werden. Beispielsweise kann die Temperatursensor-Schnittstelle einen Open-Drain-Ausgang oder Open-Collector-Ausgang bilden, an dem während eines Datenempfangs eine konstante Span- nung mit einem High-Pegel über einen Pull-Up-Widerstand ausgeben wird. Zur Kodierung der vom Elektromotor an das Steuergerät zu übertragenden Daten kann die Steuereinheit des Elektromotors die an der Temperatursensor-Schnittstelle ausgegebene Spannung mittels eines Schaltmittels, beispielsweise eines Feldeffekttransistors, gegen ein Bezugspotential, beispiels- weise Masse, ziehen, so dass sich im Ergebnis an der Temperatursensor-Schnittstelle das Bezugspotential einstellt. Auf diese Weise kann die Steuereinheit des Elektromotors eine gewünschte Spannungs-Impulsfolge an der Temperatursensor-Schnittstelle erzeugen, wodurch die Daten binär kodiert an das Steuergerät übertragen werden können. In einer Ausführungsform ist die Temperatursensor-Schnittstelle eine 2-Leiter-Schnittstelle.
In einer Ausführungsform weist das Steuergerät eine herkömmliche Motoransteuer-Schnittstelle zum Anschließen von beispielsweise drei Phasensträngen des Elektromotors auf.
Der erfindungsgemäße Elektromotor weist eine Temperaturüberwachung-Schnittstelle auf, die dazu vorgesehen ist, mit der Temperatursensor-Schnittstelle des Steuergeräts zum Signalaus- tausch verbunden zu werden.
Der Elektromotor weist weiter einen mit der Temperaturüberwachung-Schnittstelle elektrisch verbundenen Temperatursensor auf.
Der Elektromotor weist weiter eine Steuereinheit auf, beispielsweise in Form eines Microcontrollers, die mit der Temperaturüberwachung-Schnittstelle verbunden ist und die dazu ausgebildet ist, Daten über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle mit einem Steuergerät, insbesondere bidirektional, auszutauschen.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit, insbesondere ausschließlich, über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle mit elektrischer Betriebsenergie versorgt.
In einer Ausführungsform weist der Elektromotor einen mittels der Steuereinheit ansteuerbaren Schalter auf, beispielsweise in Form eines ansteuerbaren Halbleiterschaltmittels, beispielsweise in Form eines Thyristors, wobei der Schalter und der Temperatursensor seriell zwischen Anschlusspole der Temperaturüberwachung-Schnittstelle eingeschleift sind. Die Steuereinheit ist für diesen Fall dazu ausgebildet, in einem Temperaturmessmodus den Schalter zu schließen und in einem Datenübertragungsmodus den Schalter zu öffnen. Bei geschlossenem Schalter sieht ein an der Temperaturüberwachung-Schnittstelle angeschlossenes Steuergerät lediglich den Temperatursensor, d.h. das Steuergerät kann eine Motortemperatur herkömmlich messen. Daher können auch herkömmliche Steuergeräte, die nicht zum Datenaustausch mit dem Motor ausgebildet sind, an den erfindungsgemäßen Elektromotor bzw. dessen Temperaturüberwachung-Schnittstelle angeschlossen werden. Der Elektromotor bzw. dessen Steuereinheit kann beispielsweise ein herkömmliches Steuergerät daran erkennen, dass das Steuergerät keinen Datenaustausch initiiert, d.h. den Pegel an der Temperaturüberwachung-Schnittstelle konstant hält. Für diesen Fall wird der Schalter geschlossen und der Elektromotor verhält sich an seinen Schnittstellen wie ein herkömmlicher Elektromotor.
Das Schließen des Schalters kann bewirken, dass eine Energieversorgung der Steuereinheit unterbrochen wird. Dies ist jedoch unerheblich, da der herkömmliche Elektromotor eine Funktion der Steuereinheit nicht voraussetzt.
Ein Schaltzustand des Schalters kann nach dem Beginn des Versorgens der Steuereinheit mit elektrischer Energie zunächst standardmäßig geöffnet sein, um eine Versorgung der Steuereinheit mit Betriebsenergie sicher zu stellen.
In einer Ausführungsform ist der Temperatursensor ein temperaturabhängiger Widerstand.
In einer Ausführungsform weist der Elektromotor einen Speicher auf, dessen Inhalt über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle auslesbar und/oder beschreibbar ist. In dem Speicher können Informationen gespeichert sein, die den Elektromotor in seinen Eigenschaften charakterisieren. Weiter können beispielsweise ein Betriebsstundenzähler, Servicedaten etc. für den Elektromotor in dem Speicher gespeichert sein.
Das erfindungsgemäße System weist ein oben beschriebenes Steuergerät und einen oben beschriebenen Elektromotor auf. In einer Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgebildet, den Speicher des Elektromotors, insbesondere nach einem Einschalten, Power-On bzw. Reset, auszulesen und den Elektromotor in Abhängigkeit von den ausgelesenen Daten anzusteuern.
Die Erfindung realisiert ein elektronisches Typenschild in einem Elektromotor, das über die bereits vorhandene Schnittstelle für die Motortemperaturauswertung auslesbar ist. Die Erfindung ermöglicht ein automatisiertes Auslesen/Beschreiben der elektrischen und mechanischen Eigenschaften eines Elektromotors ohne zusätzliche Verdrahtung zwischen Motor und Steuergerät. Da zwischen Steuergerät und Elektromotor bereits mindestens eine Kabelverbindung besteht, wird diese erfindungsgemäß als Übertragungsstrecke zum Datenaustausch mit verwendet. Herkömmlich weisen beispielsweise Frequenzumrichter und Elektromotoren bereits eine Schnittstelle bzw. Anschlussleitung zur Motortemperaturüberwachung auf. Diese wird nun erfin- dungsgemäß dazu verwendet, sowohl die Motortemperatur (analoge Spannung) auszulesen als auch digitale Daten aus dem Elektromotor auszulesen oder optional dort zu speichern.
Im Elektromotor, beispielsweise in dessen Klemmenkasten bzw. Anschlussbereich, ist die Steuereinheit beispielsweise in Form eines Microcontrollers vorgesehen, der seine Betriebsenergie über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle aus der Temperatursensor- Schnittstelle des Steuergeräts bezieht. Im Normalbetrieb, oder falls das Steuergerät nicht über die Ansteuerlogik für das elektronische Typenschild verfügt, ist die Steuereinheit inaktiv. Der Temperatursensor liegt für diesen Fall zwischen Anschlusspolen der Temperaturüberwachung- Schnittstelle des Elektromotors.
Wenn ein Datenaustausch zwischen Steuergerät und Elektromotor erfolgen soll, wird der Tem- peratursensor abgekoppelt und die Steuereinheit des Elektromotors wird aktiv. Dazu kann das Steuergerät an seiner Temperatursensor-Schnittstelle ein spezifisches Pulsmuster erzeugen, das wiederum durch die Steuereinheit des Elektromotors erkannt und erwidert wird. Danach startet die Datenübertragung.
Wenn das Steuergerät keine Reaktion über seine Temperatursensor-Schnittstelle erhält, kann das Steuergerät darauf schließen, dass es sich um einen Standardelektromotor ohne elektronisches Typenschild handelt.
Falls ein herkömmliches Steuergerät ohne Typenschildansteuerlogik zusammen mit einem erfindungsgemäßen Motor mit elektronischem Typenschild verwendet wird, kann die Steuereinheit des erfindungsgemäße Elektromotors das Schaltmittel nach dem Ausbleiben der Initiierung des Datenaustausches bzw. einer Startflanke durchschalten, so dass lediglich die Motortemperaturüberwachung aktiv ist.
Erfindungsgemäß kann vermieden werden, dass Motordaten von Hand programmiert werden müssen. Auf diese Weise können Fehler vermieden werden, bei denen falsche Motordaten im Steuergerät verwendet werden. Dies führt auch zu einer Zeiteinsparung bei einer Installation und Inbetriebnahme des Systems. Aufgrund des gepulsten Datenübertragungsverfahrens kann ein Kurzschluss einer Leitung erkannt werden, die die Temperatursensor-Schnittstelle des Steuergeräts mit der Temperaturüberwachung-Schnittstelle des Elektromotors verbindet.
Die Erfindung wird nachfolgende detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 ein System mit einem Steuergerät und einem Elektromotor, der mittels des Steuergeräts angesteuert wird.
Fig. 1 zeigt ein System mit einem Steuergerät 1 in Form eines Frequenzumrichters und einem Drehstrom-Motor 2, der mittels des Steuergeräts 1 angesteuert wird. Hierzu weist das Steuerge- rät 1 herkömmlich eine Motoransteuer-Schnittstelle 6 zum Anschließen von Phasensträngen u, v, w des Elektromotors 2 auf. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Das Steuergerät 1 weist weiter eine Temperatursensor-Schnittstelle 3 zum Anschließen eines im Elektromotor 2 angeordneten Temperatursensors 4 in Form eines PTC-Widerstands oder Thermokontaktes auf. Der Temperatursensor 4 dient herkömmlich zur Überwachung der Tem- peratur des Elektromotors 2.
Korrespondierend zur Temperatursensor-Schnittstelle 3 des Steuergeräts 1 weist der Elektromotor 2 eine Temperaturüberwachung-Schnittstelle 7 auf, wobei ein Halbleiter-Schalter 9 und der Temperatursensor 4 seriell zwischen Anschlusspole 7a, 7b der Temperaturüberwachung- Schnittstelle 7 eingeschleift sind. Die Schnittstellen 3 und 7 sind jeweils 2-Leiter-Schnittstellen. Die Temperatursensor-Schnittstelle 3 des Steuergeräts 1 und die Temperaturüberwachung- Schnittstelle 7 des Elektromotors 2 sind mittels zugehöriger Adern eines mehradrigen Anschlusskabels 1 1 elektrisch miteinander verbunden. Korrespondierende Adern des Anschlusskabels 1 1 dienen weiter zum elektrischen Verbinden der Motoransteuer-Schnittstelle 6 des Steuergeräts 1 mit den Phasensträngen u, v, w des Elektromotors 2. Das Steuergerät 1 weist weiter eine Überwachungseinheit 5 auf, die dazu ausgebildet ist, herkömmlich einen Widerstand des Temperatursensors 4 zur Temperaturüberwachung des Elektromotors 2 auszuwerten. Die Überwachungseinheit 5 ist weiter dazu ausgebildet, unabhängig von und zusätzlich zu der Temperaturüberwachung Daten über die Temperatursensor-Schnittstelle 3 mit dem Elektromotor 2 auszutauschen, was nachfolgend näher beschrieben werden wird.
Um Daten bidirektional mit dem Steuergerät 1 austauschen zu können, weist der Elektromotor 2 eine Steuereinheit 8 auf, die ebenfalls mit der Temperaturüberwachung-Schnittstelle 7 verbunden ist und die dazu ausgebildet ist, Daten über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle 7 bidirektional mit dem Steuergerät 1 auszutauschen. Die Steuereinheit 8 steuert hierzu den Halbleiter-Schalter 9 derart an, dass dieser in einem Temperaturmessmodus geschlossen ist und in einem Datenübertragungsmodus geöffnet ist. Die Überwachungseinheit 5 des Steuergeräts 1 gibt an der Temperatursensor-Schnittstelle 3 eine Spannung aus, die zur Spannungsversorgung der Steuereinheit 8 dient, solange der Schalter 9 geöffnet ist.
Nachfolgend sei ein Einschalten des Systems 1 beschrieben.
Nachdem das Steuergerät 1 mit Energie versorgt ist, fährt das Steuergerät 1 hoch und gibt eine Spannung beispielsweise mit einem Pegel von 3,3 V an seiner Temperatursensor-Schnittstelle 3 aus. Der die Temperatursensor-Schnittstelle 3 treibende Ausgang kann beispielsweise ein Open-Drain-Ausgang bzw. ein Open-Collector-Ausgang sein.
Bei geöffnetem Schalter 9 lädt diese Spannung einen Pufferkondensator 12 des Elektromotors 2 über eine Entkopplungsdiode 13 auf, wobei die Steuereinheit 8 aus dem Pufferkondensator 12 mit Energie versorgt wird. Sobald ein sich am Kondensator 12 einstellender Spannungspegel zur Versorgung der Steuereinheit 8 ausreicht, prüft die Steuereinheit 8 fortlaufend einen Spannungsverlauf an der Temperaturüberwachung-Schnittstelle 7.
Um einen Datenaustausch mit dem Elektromotor 2 bzw. dessen Steuereinheit 8 anzustoßen, erzeugt die Überwachungseinheit 5 für eine vorgegebene Zeitdauer ein definiertes Spannungs- Impulsmuster an der Temperatursensor-Schnittstelle 3. Dieses Spannungs-Impulsmuster wird von der Steuereinheit 8 erkannt und zur Synchronisierung bzw. Einleitung der Datenübertragung verwendet.
Zur Datenübertragung von der Steuereinheit 8 in Richtung der Überwachungseinheit 5 weist die Steuereinheit 8 ein nicht dargestelltes Halbleiter-Schaltmittel auf, wobei sich bei geöffnetem Zustand dieses Halbleiter-Schaltmittels beispielsweise ca. 3,3 V an der Temperatursensor- Schnittstelle 3 einstellen und bei geschlossenem Zustand des Halbleiter-Schaltmittels ca. 0 V einstellen, so dass die Steuereinheit 8 mittels des Halbleiter-Schaltmittels eine Impulsfolge erzeugen kann, die zur Kodierung der zu übertragenden Daten dient.
Zur Datenübertragung von der Überwachungseinheit 5 in Richtung der Steuereinheit 8 erzeugt die Überwachungseinheit 5 ein geeignetes Spannungs-lmpulsmuster an der Temperatursensor- Schnittstelle 3 zur Kodierung der zu übertragenden Daten.
Nachdem alle erforderlichen Daten zwischen dem Steuergerät 1 bzw. der Überwachungseinheit 5 und der Steuereinheit 8 übertragen worden sind, schließt die Steuereinheit 8 das Schaltmittel 9, wodurch sie sich selbst abschaltet und zwischen den Anschlusspolen 7a und 7b lediglich der Temperatursensor 9 sichtbar bleibt.
Wenn das Steuergerät 1 nach dem Hochfahren innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer das definierte Spannungs-lmpulsmuster an der Temperatursensor-Schnittstelle 3 zum Anstoßen der Datenübertragung nicht erzeugt, schließt die Steuereinheit 8 das Schaltmittel 9, wodurch sie sich selbst abschaltet und zwischen den Anschlusspolen 7a und 7b lediglich der Temperatur- sensor 9 sichtbar bleibt. Daher ist der erfindungsgemäße Elektromotor 2 auch mit herkömmlichen Steuergeräten verwendbar, die nicht über die Möglichkeit zur Datenübertragung über ihre Temperatursensor-Schnittstelle 3 verfügen.
Wenn ein erfindungsgemäßes Steuergerät 1 mit einem herkömmlichen Elektromotor verwendet wird, der nicht über die Möglichkeit zur Datenübertragung über seine Temperaturüberwachung- Schnittstelle 7 verfügt, erkennt dies das Steuergerät 1 daran, dass nach dem Anstoßen der Datenübertragung keine Reaktion auf der Temperatursensor-Schnittstelle 3 empfangen wird. Daher ist das erfindungsgemäße Steuergerät 1 auch mit herkömmlichen Elektromotoren verwendbar, die nicht über die Möglichkeit zur Datenübertragung über ihre Temperaturüberwachung- Schnittstelle 7 verfügen. Der Elektromotor 2 weist einen nicht-flüchtigen Speicher 10 auf, dessen Inhalt über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle 7 auslesbar und/oder beschreibbar ist. In dem Speicher 10 sind Informationen gespeichert sind, die den Elektromotor 2 in seinen Eigenschaften charakterisieren. Zusätzlich können eine Seriennummer, eine Betriebsstundenanzahl, etc. in dem Speicher 10 gespeichert sein Das Steuergerät 1 ist dazu ausgebildet ist, den Speicher 10 des Elektromotors 2 zumindest teilweise auszulesen und den Elektromotor 2 in Abhängigkeit von den ausgelesenen Daten anzusteuern.
Beispielsweise können in dem Speicher 10 eine Nennleistung, eine Strombelastbarkeit, elektrisch Parameter, etc. gespeichert sein, die Einfluss auf die vom Steuergerät 1 erzeugten Ansteuerspannungen/Ansteuerströme haben.

Claims

Patentansprüche
1 . Steuergerät (1 ) zum Ansteuern eines Elektromotors (2), wobei das Steuergerät (1 ) aufweist:
eine Temperatursensor-Schnittstelle (3) zum Anschließen eines externen Temperatursensors (4), wobei der Temperatursensor (4) zur Überwachung der Temperatur des Elektromotors (2) vorgesehen ist, und
eine Überwachungseinheit (5), die dazu ausgebildet ist, mindestens eine temperaturabhängige Eigenschaft des Temperatursensors (4) zur Temperaturüberwachung des Elektromotors (2) auszuwerten,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungseinheit (5) weiter dazu ausgebildet ist, unabhängig von und zusätzlich zu der Temperaturüberwachung Daten über die Temperatursensor-Schnittstelle (3) mit dem Elektromotor (2) auszutauschen.
2. Steuergerät (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, eine Spannung oder einen Strom an der Temperatursensor-Schnittstelle (3) auszugeben.
3. Steuergerät (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Widerstand des Temperatursensors (4) zur Temperaturüberwachung des Elektromotors (2) auszuwerten.
4. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, zur Initiierung eines Datenaustausches mit dem Elektromotor (2) ein vorgegebenes Impulsmuster an der Temperatursensor- Schnittstelle (3) auszugeben.
5. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, einen sich an der Temperatursensor- Schnittstelle (3) einstellenden Signalverlauf zur Dekodierung von Daten auszuwerten, die von dem Elektromotor (2) an das Steuergerät (1 ) übertragen werden.
6. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensor-Schnittstelle (3) eine 2-Leiter-Schnittstelle ist.
7. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (1 ) aufweist:
eine Motoransteuer-Schnittstelle (6) zum Anschließen von Phasensträngen (u, v, w) des Elektromotors (2).
8. Elektromotor (2), aufweisend:
eine Temperaturüberwachung-Schnittstelle (7) und
einen mit der Temperaturüberwachung-Schnittstelle (7) verbundenen Temperatursensor (4),
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) weiter aufweist:
eine Steuereinheit (8), die mit der Temperaturüberwachung-Schnittstelle (7) verbunden ist und die dazu ausgebildet ist, Daten über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle (7) mit einem Steuergerät (1 ) auszutauschen.
9. Elektromotor (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (8) über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle (7) mit elektrischer Betriebsenergie versorgt ist.
10. Elektromotor (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor (2) einen mittels der Steuereinheit (8) ansteuerbaren Schalter (9) aufweist, wobei der Schalter (9) und der Temperatursensor (4) seriell zwischen Anschlusspole (7a, 7b) der Temperaturüberwachung-Schnittstelle (7) eingeschleift sind,
wobei die Steuereinheit (8) dazu ausgebildet ist, in einem Temperaturmessmodus den Schalter (9) zu schließen und in einem Datenübertragungsmodus den Schalter (9) zu öffnen.
1 1 . Elektromotor (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperatursensor (4) ein temperaturabhängiger Widerstand oder ein Thermokontakt ist.
12. Elektromotor (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor (2) einen Speicher (10) aufweist, dessen Inhalt über die Temperaturüberwachung-Schnittstelle (7) auslesbar und/oder beschreibbar ist.
13. Elektromotor (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Speicher (10) Informationen gespeichert sind, die den Elektromotor (2) in seinen Eigenschaften charakterisieren.
14. System, aufweisend:
ein Steuergerät (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und
einen Elektromotor (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (1 ) dazu ausgebildet ist, den Speicher (10) des Elektromotors (2) auszulesen und den Elektromotor (2) in Abhängigkeit von den ausgelesenen Daten anzusteuern.
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