DE19939997C2

DE19939997C2 - Device for monitoring an electric motor for thermal overload

Info

Publication number: DE19939997C2
Application number: DE19939997A
Authority: DE
Inventors: Olaf Kunz; Alfred Punzet
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: ITMI20001896A0; CH695254A5; ITMI20001896A1; IT1318773B1; DE19939997A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Überwachung eines Elektromotors auf thermische Überlastung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der WO 93/23904 A1 ist bereits ein Verfahren zur Überwachung eines Elektromotors auf thermische Überlastung bekannt, bei dem die Überschreitung einer zulässigen Temperaturgrenze anhand der errechneten Verlustleistung bestimmt wird. Die Verlustleistung oder eine hierzu proportionale Größe wird anhand gemessener Motordaten wie Drehzahl und Klemmenspannung berechnet und dann integriert. Der Integrationswert wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen und bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellenwerts das Motorabschaltsignal generiert. Auf einen Temperatursensor, auf dessen Verwendung beim Stand der Technik aus der WO 93/23904 A1 verwiesen wird, kann hierbei verzichtet werden. Dies trägt jedoch unter Umständen zu Ungenauigkeiten bei, die sich insbesondere bei dynamischen Belastungsfällen bemerkbar machen.The invention is based on a monitoring device of an electric motor on thermal overload after the Genre of independent claim. From WO 93/23904 A1 already a method for monitoring an electric motor known for thermal overload, in which the Exceeding a permissible temperature limit based on the calculated power loss is determined. The Power dissipation or a quantity proportional to it based on measured engine data such as speed and Terminal voltage calculated and then integrated. The Integration value is with a predetermined threshold compared and when reaching or exceeding the Threshold generates the engine shutdown signal. On one Temperature sensor, on its use in the prior art is referred from WO 93/23904 A1, can be omitted here. This carries however, may cause inaccuracies especially noticeable in dynamic load cases do.

Die JP 5-316637 A offenbart eine Überwachungsvorrichtung für einen Motor mit einem Temperatursensor. Dabei werden Referenzwerte unter Zuhilfenahme des Temperatursensors erzeugt, wobei als Referenzwerte Stromwerte dienen, die anhand der Temperatur korrigiert werden. Die so erhaltenen, temperaturkorrigierten Strommuster des Motors werden als Referenzwert zur Detektierung eines nicht ordnungsgemäßen Betriebszustandes verwendet.JP 5-316637 A discloses a monitoring device for an engine with a Temperature sensor. Reference values are determined with the help of the Temperature sensor generated, current values serving as reference values, the be corrected based on the temperature. The temperature corrected so obtained Current patterns of the motor are not used as a reference value to detect a proper operating condition used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den thermischen Überlastschutz zu verbessern, insbesondere was das Zeitverhalten betrifft. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. The invention has for its object the thermal To improve overload protection, especially what that Time behavior concerns. The task is characterized by the characteristics of the independent claim.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung eines Elektromotors auf thermische Überlastung weist einen Temperatursensor auf, der in der Nähe des Elektromotors angeordnet ist. Es ist eine Signalverarbeitung vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal und von zumindest einem in der Vergangenheit liegenden Ausgangssignal des Temperatursensors ein korrigiertes Temperatursignal erzeugt, das zur Überwachung des Elektromotors auf thermische Überlastung herangezogen wird. Mit Hilfe der Signalverarbeitung können die thermischen Konstanten des Gesamtsystems Elektromotor-Temperatursensor kompensiert werden. Das korrigierte Temperatursignal nähert sich der tatsächlichen Temperatur in der Motorwicklung an. Das korrigierte Temperatursignal ist somit eine verläßlichere Überwachungsgröße als das Ausgangssignal des Temperatursensors. Die Überlastung wird rechtzeitig erkannt, so daß frühzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Insbesondere die Temperaturdifferenz und/oder die Temperaturkrümmung gehen in das korrigierte Temperatursignal ein. Dadurch werden Änderungstendenzen berücksichtigt. Bei einer digitalen Realisierung kann auf einen Algorithmus zurückgegriffen werden, der sich durch geringe Rechenzeit auszeichnet.The inventive device for monitoring a Electric motor indicates a thermal overload Temperature sensor on that near the electric motor is arranged. Signal processing is provided which depending on the output signal and at least an output signal of the Temperature sensor generates a corrected temperature signal, to monitor the electric motor for thermal Overload is used. With the help of Signal processing can change the thermal constants of the Entire system electric motor temperature sensor compensated become. The corrected temperature signal approaches actual temperature in the motor winding. The corrected temperature signal is therefore a more reliable one Monitoring variable as the output signal of the Temperature sensor. The overload is recognized in good time, so that appropriate countermeasures are initiated at an early stage can be. In particular the temperature difference and / or the temperature curvature go into the corrected Temperature signal on. This will change tendencies considered. In the case of a digital implementation, an algorithm that can be used low computing time.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Signalverarbeitung das korrigierte Temperatursignal in Abhängigkeit von mindestens einem den Temperatursensor beschreibenden Streckenparameter bereitstellt. Das zeitverzögernde Übertragungsverhalten eines Temperatursensors wird dadurch kompensiert. In an appropriate training it is provided that the Signal processing the corrected temperature signal in Dependence on at least one of the temperature sensors provides descriptive route parameters. The delayed transmission behavior of a This compensates for the temperature sensor.

Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Appropriate further training results from further dependent claims and from the description.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.

Es zeigen die Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung zur Überwachung eines Elektromotors auf thermische Überlastung, die Fig. 2 einen möglichen Aufbau der Signalverarbeitung, die Fig. 3a sich ohne Korrektur und die Fig. 3b sich mit Korrektur einstellende zeitabhängige Temperaturverläufe.They show: Fig. 1 the basic structure of the apparatus for monitoring an electric motor on thermal overload, Fig. 2 a possible construction of the signal processing, Figs. 3a without correction, and Fig. 3b, adjusting with correcting time-dependent temperature profiles.

Description of the embodiment

Ein Temperatursensor 10 erfaßt die Temperatur eines Elektromotors 12. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 10 wird als Meßtemperatur T_mi von einer Signalverarbeitung 16 zu einem korrigierten Temperatursignal T_ki weiterverarbeitet. Ein Komparator 18 vergleicht das korrigierte Temperatursignal T_ki mit einem Grenzwert G und steuert eine Schalteinheit 14 an. Die Schalteinheit 14 beeinflußt die Bestromung des Elektromotors 12.A temperature sensor 10 detects the temperature of an electric motor 12 . The output signal of the temperature sensor 10 is further processed as a measuring temperature T _mi by a signal processing unit 16 to a corrected temperature signal T _ki . A comparator 18 compares the corrected temperature signal T _ki with a limit value G and controls a switching unit 14 . The switching unit 14 influences the energization of the electric motor 12 .

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 gelangt die Meßtemperatur T_mi des Temperatursensors 10 an einen ersten Summierer 21, an einen vierten Summierer 24 und an den Eingang eines ersten Verzögerungsgliedes 26. Die Ausgangsgröße des ersten Verzögerungsgliedes 26 wird mit negativem Vorzeichen dem ersten Summierer 21 zugeführt. Das erste Verzögerungsglied 26 und der erste Summierer 21 bilden einen ersten Differenzierer 25. Die Ausgangsgröße des ersten Summierers 21 dient einem zweiten Verzögerungsglied 28, einem zweiten Summierer 22 und einem dritten Summierer 23 als Eingangsgröße. Das Ausgangssignal des zweiten Verzögerungsglieds 28 wird mit negativem Vorzeichen dem zweiten Summierer 22 zugeführt. Das zweite Verzögerungsglied 28 und der zweite Summierer 22 bilden einen zweiten Differenzierer 27. Das Ausgangssignal des zweiten Summierers 22 wird in dem dritten Summierer 23 mit dem Ausgangssignal des ersten Summierers 21 addiert. Das Ausgangssignal des dritten Summierers 23 wird mit einer Konstante 30 multipliziert und dem vierten Summierer 24 zugeführt. Als Ausgangsgröße des vierten Summierers 24 steht das korrigierte Temperatursignal T_ki am Ausgang der Signalverarbeitung 16 zur Verfügung.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the measurement temperature T _{mi of} the temperature sensor 10 reaches a first summer 21 , a fourth summer 24 and the input of a first delay element 26 . The output variable of the first delay element 26 is fed to the first summer 21 with a negative sign. The first delay element 26 and the first summer 21 form a first differentiator 25 . The output variable of the first summer 21 serves as input variable for a second delay element 28 , a second summer 22 and a third summer 23 . The output signal of the second delay element 28 is fed to the second summer 22 with a negative sign. The second delay element 28 and the second summer 22 form a second differentiator 27 . The output signal of the second summer 22 is added to the output signal of the first summer 21 in the third summer 23 . The output signal of the third summer 23 is multiplied by a constant 30 and fed to the fourth summer 24 . The corrected temperature signal T _ki at the output of signal processing 16 is available as the output variable of fourth summer 24 .

Bei einem Verfahren ohne Korrektur der Meßtemperatur T_mi des Temperatursensors 10 stellen sich die in der Fig. 3a gezeigten zeitlichen Temperaturverläufe ein. Der Temperatursensor 10 erfaßt die tatsächliche Motortemperatur 32 nur mit einem gewissen Fehler. Erreicht die Meßtemperatur T_mi des Temperatursensors 10 den Grenzwert G, erfolgt die Abschaltung des Elektromotors 12. Die Motortemperatur 32 ist zum Abschaltzeitpunkt ta in Folge der Verzögerung beziehungsweise Trägheit des Temperatursensors 10 deutlich überhöht. Die Trägheit des Temperatursensors macht sich in einem weiteren Anstieg der Meßtemperatur T_mi - trotz Abschaltung - nach dem Abschaltzeitpunkt ta bemerkbar.In a method without correction of the measurement temperature T _{mi of} the temperature sensor 10 , the temperature profiles over time are shown in FIG. 3a. The temperature sensor 10 detects the actual engine temperature 32 only with a certain error. If the measuring temperature T _{mi of} the temperature sensor 10 reaches the limit value G, the electric motor 12 is switched off . The engine temperature 32 at the switch-off time ta is significantly increased due to the delay or inertia of the temperature sensor 10 . The inertia of the temperature sensor manifests itself in a further increase in the measuring temperature T _mi - despite the switch-off - after the switch-off time ta.

Bei der erfindungsgemäßen Korrektur hingegen nähert sich der zeitabhängige Temperaturverlauf des korrigierten Temperatursignals T_ki (gestrichelt gezeichnet) sehr stark an die tatsächliche Motortemperatur 32 an. Die Meßtemperatur T_mi liegt deutlich unter den beiden Kurven. Zum Abschaltzeitpunkt ta erreicht das korrigierte Temperatursignal T_ki den Grenzwert G und bewirkt damit eine Abschaltung des Elektromotors 12. With the correction according to the invention, however, the time-dependent temperature profile of the corrected temperature signal T _ki (shown in dashed lines) very closely approximates the actual engine temperature 32 . The measuring temperature T _mi is clearly below the two curves. At the switch-off time ta, the corrected temperature signal T _{ki reaches} the limit value G and thus switches off the electric motor 12 .

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung stellt den thermischen Überlastschutz von Motorwicklungen des Elektromotors 12 sicher. Als Temperatursensor 10 dient ein NTC-Glied, das je nach Bauart des Elektromotors 12 in unmittelbarer Nähe der Motorwicklung angeordnet ist. Das NTC-Glied weist im wesentlichen ein PT2-Verhalten auf. Dieses ist jedoch zu träge, um zuverlässig die tatsächliche Motortemperatur 32 anzuzeigen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das von der Signalverarbeitung 16 korrigierte Temperatursignal T_ki beispielsweise in einem Komparator 18 auszuwerten. Überschreitet das korrigierte Temperatursignal T_ki den Grenzwert G, gibt der Komparator 18 ein Schaltsignal für die Schalteinheit 14 ab. Die Schalteinheit 14 unterbricht beispielsweise die Energieversorgung des Elektromotors 12, damit eine weitere Erhitzung der Motorwicklungen vermieden wird und es zu keiner Zerstörung des Elektromotors 12 kommt. Das analoge Ausgangssignal des Temperatursensors 10 wandelt ein nicht näher gezeigter A/D-Wandler in eine zeitdiskrete Meßtemperatur T_mi um. Der Index i bezeichnet den aktuellen Abtastzeitpunkt, der Index i - 1 den unmittelbar vorangegangenen Abtastzeitpunkt etc. der Meßtemperatur T_mi und des korrigierten Temperatursignals T_ki.The arrangement shown in FIG. 1 ensures the thermal overload protection of motor windings of the electric motor 12 . An NTC element is used as the temperature sensor 10 and, depending on the design of the electric motor 12 , is arranged in the immediate vicinity of the motor winding. The NTC element essentially has a PT2 behavior. However, this is too slow to reliably indicate the actual engine temperature 32 . According to the invention, the temperature signal T _ki corrected by the signal processing 16 is evaluated, for example, in a comparator 18 . If the corrected temperature signal T _{ki exceeds} the limit value G, the comparator 18 outputs a switching signal for the switching unit 14 . The switching unit 14 interrupts the power supply to the electric motor 12 , for example, so that further heating of the motor windings is avoided and the electric motor 12 is not destroyed. The analog output signal of the temperature sensor 10 converts an A / D converter (not shown in more detail) into a time-discrete measuring temperature T _mi . The index i denotes the current sampling time, the index i-1 the immediately preceding sampling time etc. of the measuring temperature T _mi and the corrected temperature signal T _ki .

Die Signalverarbeitung 16 erzeugt ein korrigiertes Temperatursignal T_ki, welches im wesentlichen den in Fig. 3b gezeigten Verlauf besitzt. Der Elektromotor 12 wurde mit dem Maximalstrom beaufschlagt, der den Verlauf der tatsächlichen Motortemperatur 32 zur Folge hatte. Das korrigierte Temperatursignal T_ki entspricht ungefähr der tatsächlichen Motortemperatur 32. Erreicht das korrigierte Temperatursignal T_ki den Grenzwert G, unterbricht die Schalteinheit 14 sofort den Motorstrom. Da das korrigierte Temperatursignal T_ki der wahren Motortemperatur 32 entspricht, ist sichergestellt, daß ein Überschreiten der maximal zulässigen Höchsttemperatur des Elektromotors 12 verhindert wird.The signal processing 16 generates a corrected temperature signal T _ki , which essentially has the course shown in FIG. 3b. The electric motor 12 was subjected to the maximum current, which resulted in the course of the actual motor temperature 32 . The corrected temperature signal T _ki approximately corresponds to the actual engine temperature 32 . If the corrected temperature signal T _{ki reaches} the limit value G, the switching unit 14 immediately interrupts the motor current. Since the corrected temperature signal T _ki corresponds to the true motor temperature 32 , it is ensured that the maximum permissible maximum temperature of the electric motor 12 is prevented from being exceeded.

In Fig. 2 ist eine mögliche Realisierung der Signalerfassung 16 näher dargestellt. In das korrigierte Temperatursignal T_ki geht die Meßtemperatur T_mi in vollem Umfang ein. Die Trägheit des Temperatursensors 10 wird jedoch durch einen zusätzlichen Anteil kompensiert, der, mit der Konstante 30 multipliziert, dem vierten Summierer 24 zugeführt wird. In diesem zweiten Zweig gehen die Temperaturdifferenz, gebildet aus dem ersten Differenzierer 25, enthaltend erstes Verzögerungsglied 26 und ersten Summierer 21, und die Temperaturkrümmung als Ableitung der Temperaturdifferenz, gebildet von dem zweiten Differenzierer 27, bestehend aus zweitem Verzögerungsglied 28 und zweitem Summierer 22, ein. Die Verzögerungsglieder 26, 28 stellen zum Zeitpunkt i jeweils den Eingangswert zum Zeitpunkt i - 1 zur Verfügung und dienen damit als Zwischenspeicher.A possible implementation of the signal detection 16 is shown in more detail in FIG. 2. The measurement temperature T _{mi is} fully incorporated into the corrected temperature signal T _ki . However, the inertia of the temperature sensor 10 is compensated for by an additional component, which, multiplied by the constant 30 , is fed to the fourth summer 24 . In this second branch, the temperature difference, formed from the first differentiator 25 , containing the first delay element 26 and the first summer 21 , and the temperature curvature as a derivative of the temperature difference, formed by the second differentiator 27 , consisting of the second delay element 28 and the second summer 22 , are included , The delay elements 26 , 28 each provide the input value at time i-1 at time i and thus serve as a buffer.

Aus dem in Fig. 2 dargestellten Korrekturnetzwerk läßt sich die Übertragungsfunktion ermitteln, die über die Z- Transformation in eine entsprechende Differenzengleichung überführt werden kann. Das aktuelle korrigierte Temperatursignal T_ki greift bei einer zeitdiskreten Realisierung auf zwei in der Vergangenheit liegende Meßtemperatursignale T_mi-1, T_mi-2 sowie auf die aktuelle Meßtemperatur T_mi zurück. Die zugehörige Differenzengleichung mit K als Konstante 30 lautet:
From the correction network shown in FIG. 2, the transfer function can be determined, which can be converted into a corresponding difference equation via the Z transformation. In the case of a time-discrete implementation, the current corrected temperature signal T _ki uses two measurement temperature signals T _mi-1 , T _mi-2 in the past and the current measurement temperature T _mi . The associated difference equation with K as constant 30 is:

T_ki = T_mi + K.(2T_mi - 3T_mi-1 + T_mi-2)T _ki = T _mi + K. (2T _mi - 3T _mi-1 + T _mi-2 )

Die Konstante 30 wird nun so gewählt, daß sich ein für die Überwachungsfunktion geeigneter Verlauf einstellt. Hierbei wird die Konstante 30 vorzugsweise so festgelegt, daß das korrigierte Temperatursignal T_ki der tatsächlichen Motortemperatur 32 entspricht.The constant 30 is now chosen so that a suitable course for the monitoring function is established. Here, the constant 30 is preferably set such that the corrected temperature signal T _ki corresponds to the actual engine temperature 32 .

Das in der Signalverarbeitung 16 realisierte Korrekturnetzwerk muß an das jeweilige Übertragungsverhalten des verwendeten Temperatursensors 10 angepaßt werden. Bei einem PT2-Verhalten sind vorzugsweise zwei Differenzierer beziehungsweise zwei Verzögerungsglieder zu verwenden. Bei einem Übertragungsverhalten n-ter Ordnung wären entsprechend n Differenzierer vorzusehen.The correction network implemented in the signal processing 16 must be adapted to the respective transmission behavior of the temperature sensor 10 used. In the case of a PT2 behavior, two differentiators or two delay elements should preferably be used. With an nth order transmission behavior, n differentiators would have to be provided accordingly.

Die Signalerfassung 16 könnte auch in Analogtechnik realisiert werden. Eine A/D-Wandlung der Meßtemperatur des Temperatursensors 10 wäre dann nicht notwendig. Das Ausgangssignal des ersten beziehungsweise zweiten Summiereres 21, 22 wird jeweils über einen Differenzierer gebildet. An der grundsätzlichen Funktionsweise ändert sich jedoch nichts.The signal detection 16 could also be implemented in analog technology. An A / D conversion of the measuring temperature of the temperature sensor 10 would then not be necessary. The output signal of the first and second summer 21 , 22 is formed via a differentiator. However, nothing changes in the basic mode of operation.

Claims

1. Device for monitoring an electric motor for thermal overload, with a signal processing ( 16 ) which generates a corrected temperature signal (T _ki ) as a function of an output signal (T _mi ) of a temperature sensor ( 10 ) arranged in the vicinity of the electric motor ( 12 ) which is used to monitor the electric motor (12) on thermal overload, characterized in that the signal processing (16) the corrected temperature signal (T _ki) in response to a lying in the past output signal (T _mi- _1, T _mi-2 ) of the temperature sensor ( 10 ).

2. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing ( 16 ) provides the corrected temperature signal (T _ki ) as a function of at least one route parameter describing the temperature sensor ( 10 ).

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the corrected temperature signal (T _ki ) is generated as a function of the temperature change in the measuring temperature (T _mi ) of the temperature sensor ( 10 ).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the corrected temperature signal (T _ki ) is generated as a function of the temperature curvature of the measuring temperature (T _mi ) of the temperature sensor ( 10 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the corrected temperature signal (T _ki ) depends on a signal formed by summation, the summation of a signal dependent on the temperature change of the measuring temperature (T _mi ) of the temperature sensor ( 10 ) a signal dependent on the measuring temperature (T _mi ) is formed.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a PTC thermistor is used as the temperature sensor ( 10 ).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor ( 10 ) is arranged in the vicinity of at least one motor winding of the electric motor ( 12 ).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a comparator ( 18 ) is provided which compares the corrected temperature signal (T _ki ) with a limit value (G).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a switching unit ( 14 ) which influences the energy supply to the electric motor ( 12 ) is driven as a function of the corrected temperature signal (T _ki ).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply to the electric motor ( 12 ) is interrupted when the corrected temperature signal (T _ki ) reaches or exceeds the limit value (G).

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing ( 16 ) provides the corrected temperature signal (T _ki ) as a function of the transmission behavior of the temperature sensor ( 10 ).