DE3818722A1 - Temperaturueberwachungsvorrichtung fuer einen kurzzeit-betriebsmotor mit feldwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Tempe­ ratur eines Feldwicklungsmotors und insbesondere eine solche Vorrichtung, die keiner zusätzlichen Leiter zwischen dem Feldwicklungsmotor und der Motorsteuerung bedarf.

Bei Motorsteuerungen ist die Kenntnis der Motortemperatur oft erwünscht zur Stromvorgabe und/oder zum Überlastungs­ schutz. Allgemein gibt es zwei Verfahren, eine Temperaturan­ zeige zu erhalten: Die tatsächliche Messung und eine Schät­ zung.

Das erste Verfahren, die tatsächliche Messung, wird mit einem auf Temperatur ansprechendem Gerät wie einem Thermi­ stor durchgeführt. Das auf Temperatur ansprechende Gerät ist typischerweise im Gehäuse des Feldwicklungsmotors unterge­ bracht und gibt dadurch eine zuverlässige und relativ genaue Anzeige der Temperatur. Jedoch werden durch diese Lösung die Installationskosten beträchtlich erhöht, da ein zusätzliches Leiterpaar für diesen Zweck erforderlich ist, um das auf Tem­ peratur ansprechende Element mit der Motorsteuerung zu ver­ binden. Die Verwendung eines zusätzlich nötigen Leiterpaares erfordert einen zusätzlichen Motorsteuerungs-Eingang und grö­ ßere Verbinder.

Das zweite Verfahren, die Schätzung, basiert auf einem theo­ retisch oder empirisch abgeleiteten Modell des Feldwicklungs­ motors und erfordert typischerweise eine Kenntnis des Motor­ stromes, der Umgebungstemperatur und der Wärmeableitungsfä­ higkeit des Feldwicklungsmotors. Diese Lösung beeinflußt die Installationskosten nicht beträchtlich, jedoch ist die sich ergebende Temperaturbewertung nur so zuverlässig und genau, wie es das Modell zuläßt.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Vorrich­ tung zum Überwachen der Temperatur eines Feldwicklungs- Gleichstrommotors für Kurzzeitbetrieb gerichtet. Zu diesem Zweck wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale charakterisiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt eine Temperaturanzei­ ge mit im wesentlichen der gesamten Zuverlässigkeit und Ge­ nauigkeit einer tatsächlichen Temperaturmessung, jedoch ohne die zusätzlichen mit dem Anbringen eines getrennten dafür eingesetzten Leiterpaares anfallenden Kosten.

Die Erfindung wird in Verbindung mit einer Motorsteuerung ausgeführt, die dazu ausgelegt ist, getrennt die Anker- und Feldwicklungen des Feldwicklungsmotor über ein Ankerleiter­ paar und über ein Feldleiterpaar zu beaufschlagen. Ein zwei Anschlußklemmen aufweisendes auf Temperatur ansprechendes Bauelement, wie ein Thermistor, wird zwischen einem Leiter des Ankerleiterpaares und einem Leiter des Feldleiterpaares angeschlossen. Das auf Temperatur ansprechende Bauelement ist an dem Feldwicklungsmotor in Bezug auf ein Motorelement, dessen Temperatur zu überwachen erwünscht ist, angebracht. Beispielsweise kann die Ankertemperatur erfaßt werden durch Anbringen des auf Temperatur ansprechenden Bauelementes an einem stationären, jedoch thermisch darauf bezogenen Ele­ ment, wie einem Bürstenhalter.

Die Motorsteuerung enthält einen Überwachungsmechanismus, wie einen Spannungsteiler, um die Spannung zwischen den an den auf Temperatur ansprechenden Bauelement angeschlossenen Leitern zu messen. Jedesmal, wenn der Strom sowohl in der Feld- wie in der Ankerwicklung im wesentlichen Null ist, wird ein derartiger Spannungswert als eine Anzeige für die Temperatur des Motorelementes abgetastet. In Abhängigkeit davon, wie oft ein Zustand mit Stromwert Null (ausgeschal­ tet) auftritt, kann die Temperaturanzeige selbst, oder wie in der dargestellten Ausführung, in Verbindung mit einem Tem­ peraturschätzungsprogramm verwendet werden. Bei der gezeig­ ten Lösung wird die abgetastete Temperatur zum Aktualisieren des geschätzten Temperaturwertes benutzt. Bei jeder Lösung ist jedoch kein zusätzliches Leiterpaar für diesen Zweck und kein zugehöriger zusätzlicher Steueranschluß mit Verbindern erforderlich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert, in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung einschließlich einer Computersteuereinheit zum Ausführen der Motorsteuerung und der Temperaturüberwa­ chung, und

Fig. 2, 3 Flußdiagramme, die Computerprogrammbefehle darstellen, wie sie durch die Computer-Steu­ ereinheit nach Fig. 1 bei Durchführung der Motorsteuerfunktionen und der Temperatur­ überwachungsfunktionen erfindungsgemäß aus­ geführt werden.

In Fig. 1 ist in dem gestrichelt umschlossenen Gebiet 10 schematisch ein Feldwicklungs-Gleichstrommotor dargestellt mit einer Feldwicklung 12, einer Ankerwicklung 14 und einer Bürstenanordnung 16, durch welche der Ankerwicklung 14 Strom zugeführt wird. Eine Motorsteuerung ist in dem gestrichelt umschlossenen Gebiet 18 enthalten, und diese ist dazu ausge­ legt, die Ankerwicklung 14 und die Feldwicklung 12 mit Strom von einer entsprechenden Quelle wie einer Gleichstrom-Spei­ cherbatterie 20 zu versorgen. Die Feldwicklung 12 wird über ein Feldwicklungs-Leiterpaar mit den Leitern 22 und 24 beauf­ schlagt, und die Ankerwicklung 14 über ein Ankerwicklungslei­ terpaar, das die Leiter 26 und 28 enthält.

Ein Thermistor 30 bildet zusammen mit den Widerständen 32 und 34 einen Thermistorkreis zur Erfassung der Temperatur in dem Feldwicklungs-Gleichstrommotor 10. Der Widerstand des Thermistors 30 ändert sich in Abhängigkeit von seiner Tempe­ ratur, und der Parallelwiderstand 32 dient dazu, die Wider­ standveränderung in ein gewisses Abhängigkeitsmaß zu brin­ gen. Der Serienwiderstand 34 verringert die Selbsterhitzung des Thermistors 30 durch Begrenzung des Stromdurchflusses während des Normalbetriebs des Feldwicklungs-Gleichstrom­ motors 10.

Eine Klemme des Thermistorkreises ist an dem Leiter 24 des Feldwicklungs-Leiterpaares und die andere Klemme des Thermi­ storkreises an dem Leiter 26 des Ankerwicklungs-Leitungspaa­ res angeschlossen.

Der Thermistor 30 ist an dem Feldwicklungs-Gleichstrommotor 10 in Verbindung mit einem Motorelement angebracht, dessen Temperatur zu überwachen erwünscht ist. Bei der bevorzugten Ausführung ist es erwünscht, die Temperatur des Ankers zu überwachen, und der Thermistor 30 ist an einem stationären Element der Bürstenanordnung 16 befestigt, die thermisch auf den Anker bezogen ist.

Bei der dargestellten Ausführung ist die Motorsteuerung 18 um eine Steuereinheit 36 auf Mikrocomputergrundlage aufge­ baut und enthält Feld- und Anker-Steuerkreise 38 bzw. 40, welche die Steuereinheit 36 auf Mikrocomputergrundlage mit der Feldwicklung 12 bzw. der Ankerwicklung 14 verbinden. Of­ fensichtlich kann statt der Steuereinheit 36 auf Mikrocompu­ terbasis auch eine Analog-Steuereinheit eingesetzt werden.

Die Steuereinheit 36 auf Mikrocomputerbasis schreibt die Be­ aufschlagungs-Einschaltzyklen D C _F und DC _A für die Feld- und Ankerwicklungen 12 bzw. 14 in Abhängigkeit von einer Anzahl von Eingangssignalen vor, die bedarfsbezogen sein können. Der Ankerwicklungs-Einschaltzyklus D C _A ist auch in Bezug auf eine Ankertemperaturanzeige, wie später beschrieben, festge­ legt. Elektrische Darstellungen der Feldwicklungs- und Anker­ wicklungs-Einschaltzyklen D C _F und DC _A werden den Feld- und Anker-Steuerkreisen 38 bzw. 40 über Leitungen 42 bzw. 44 zu­ geleitet. Die Feld- und Ankersteuerkreise 38 bzw. 40 beauf­ schlagen wiederum die Feld- bzw. Ankerwicklungen 12 und 14 mit Strom von der Gleichstrom-Speicherbatterie 20 während der festgelegten Einschaltzyklen. Zu diesem Zweck ist die Gleichstrom-Speicherbatterie 20 mit verschiedenen Elementen der Motorsteuerung verbunden, wie schematisch durch die gestrichelten Linien 46 und 48 angezeigt. Die Feld- bzw. An­ ker-Steuerkreise 38, 40 enthalten Strommeßmittel wie Nebenwi­ derstände (nicht dargestellt) und ergeben elektrische Dar­ stellungen I _F und I _A der Feld- bzw. Ankerströme über Ein­ gangsleitungen 50 bzw. 52 zu der Steuereinheit 36 auf Mikro­ computerbasis.

Der Thermistorkreis aus dem Thermistor 30 und den Widerstän­ den 32 und 34 liegt in Reihe mit einem Widerstand 54 und der Gleichstrom-Speicherbatterie 20 über Leitungen 56, 60, 58 zur Bildung eines Spannungsteilers. Die Verbindungsstelle 62 zwischen dem Thermistorkreis und dem Widerstand 54 ist als Eingang über Leitung 64 an die Steuereinheit 36 auf Mikrocom­ puterbasis gelegt. Durch den Spannungsteilerbetrieb ändert sich die Spannung der Leitung 64 umgekehrt zur Widerstandsän­ derung des Thermistorkreises und ergibt so eine Anzeige der Motortemperatur für die Steuereinheit 36 auf Mikrocomputerba­ sis, sobald keine Anker- bzw. Feld-Wicklungsbeaufschlagung vorliegt.

Fig. 2 und 3 zeigen Flußdiagramme, die Computerprogrammin­ struktionen darstellen, welche durch die Steuereinheit 36 auf Mikrocomputerbasis bei Ausführung der Motorsteuerfunktio­ nen und der erfindungsgemäßen Temperaturüberwachungsfunktio­ nen befolgt werden. Das Flußdiagramm in Fig. 2 ist ein Hauptschleifenprogramm, während das Flußdiagramm nach Fig. 3 ein Hilfsprogramm oder Unterprogramm zur Aktualisierung eines Temperaturschätz-Programmes ist.

Die Hauptschleife in Fig. 2 geht nach der Initialisierung 70 zum Schritt 72 und führt einige Befehle aus, wie sie bei jedem Motorbetriebsablauf für Initialisierung der verschiede­ nen Anschlüsse und Register der Steuereinheit 36 auf Mikro­ computerbasis ausgeführt werden. Insbesondere dient Schritt 72 dazu, die Spannunganleitung 64 als eine Anzeige der an­ fänglichen Motortemperatur abzutasten und diese Anzeige (TEMP EING) in einem Temperaturzähler TEMP CTR zu speichern. Danach werden die Schritte 74 bis 80 nacheinander wiederholt ausgeführt, wie es die Flußdiagrammlinien zeigen, um die Mo­ torsteuerungs- und Temperaturüberwachungsfunktionen auszufüh­ ren.

Die Schritte 74 bis 78 gehören zur Steuerung des Feldwick­ lungs-Gleichstrommotors 10. Der Schritt 74 dient dazu, die verschiedenen anderen Eingangssignale außer der Temperaturan­ zeige an Leitung 64 zu lesen. Wie bereits angeführt, gehören dazu die Feld- bzw. Anker-Stromsignale I _F und I _A an den Ein­ gangsleitungen 50 und 52, wie auch andere bedarfsbezogene Signale. Auf Grundlage der verschiedenen Eingangssignale werden dann die Schritte 76 und 78 ausgeführt, um die Feld- und Anker-Einschaltzyklen D C _F und DC _A festzusetzen und elek­ trische Darstellungen derselben an die Feld- bzw. Anker-Steuerkreise 38 und 40 über Leitungen 42 bzw. 44 abzu­ geben. Wie im Schritt 76 angezeigt, wird der Ankerwick­ lungs-Einschaltzyklus DC in partieller Abhängigkeit von der im TEMP CTR gespeicherten Temperaturanzeige festgesetzt.

Der Schritt 80 zeigt die Ausführung des TEMP CTR-Aktualisie­ rungs-Hilfsprogramms, wie es das Flußdiagramm in Fig. 3 zeigt. Wie hier angezeigt, werden zunächst die Entscheidungs­ schritte 82, 84 ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Anker- und Feldströme I _A bzw. I _F im wesentlichen Null sind. Falls das der Fall ist, werden die Schritte 86 und 88 ausgeführt, um die Temperaturanzeige TEMP-EING zu lesen und diese Anzei­ ge in TEMP CTR, wie oben angeführt, zu speichern, womit das Hilfsprogramm abgeschlossen ist.

Falls einer der Entscheidungsschritte 82 oder 84 mit Nein beantwortet wird, ist die Spannung an der Leitung 64 nicht notwendigerweise für die Motortemperatur bezeichnend, infol­ ge des Einflusses der Feld- bzw. Anker-Wicklungsspannungen, und es wird dann der Flußdiagrammabschnitt ausgeführt, der allgemein mit Bezugszeichen 90 bezeichnet ist, um die in TEMP CTR gespeicherte Temperaturanzeige auf Grundlage des An­ kerstromes I _A zu aktualisieren. Das ist für die dargestellte Ausführung angemessen, da das zu überwachende Motorelement der Anker ist.

In diesem Flußdiagrammabschnitt 90 werden ein oder mehrere Entscheidungsschritte 92 bis 100 ausgeführt, um die Größe des Ankerstromes I _A relativ zu sechs vorbestimmten Strombe­ reichen zu bestimmen. Die Strombereiche beziehen den Anker­ strom auf die sich ergebenden Änderungen der Ankertempera­ tur, und werden für eine bestimmte Einrichtung empirisch be­ stimmt.

Falls der Ankerstrom I _A kleiner oder gleich 5 A ist, wird die in TEMP CTR gespeicherte Anzeige um einen Zählwert abge­ zählt, wie im Schritt 102 dargestellt. Falls der Ankerstrom I _A größer als 5 A ist, jedoch kleiner als 20 A, wird die An­ zeige in TEMP CTR entsprechend Linie 104 nicht geändert. Falls der Ankerstrom I _A mindestens 20 A, jedoch weniger als 30 A beträgt, wird die in TEMP CTR gespeicherte Anzeige um einen Zählwert gemäß Schritt 106 aufgezählt. Falls der Anker­ strom I _A mindestens 30 A, jedoch weniger als 50 A beträgt, wird die in TEMP CTR gespeicherte Anzeige um 3 Zählschritte aufgezählt, wie im Schritt 108 gezeigt. Falls der Ankerstrom I _A mindestens 50 A, jedoch weniger als 70 A beträgt, wird die in TEMP CTR gespeicherte Anzeige um fünf Zählschritte aufgezählt, wie in Schritt 110 gezeigt. Falls der Ankerstrom I _A größer oder gleich 70 A ist, wird die Anzeige in TEMP CTR um zehn Zählschritte aufgezählt, wie im Schritt 112 gezeigt.

Die Genauigkeit der in TEMP CTR gespeicherten Temperaturan­ zeige hängt zu einem beträchtlichen Teil davon ab, wie oft der Feld- und der Ankerstrom I _F und I _A auf Null abfallen. Selbstverständlich ist es umso besser, je öfter das der Fall ist. Bei einer Mechanisierung dieser Erfindung im wesentli­ chen wie hier dargestellt, bei der der Feldwicklungs-Gleich­ strommotor 10 als Hilfsleistungsquelle für ein Kraftfahrzeug­ lenksystem benutzt wurde, ergab sich die in TEMP CTR gespei­ cherte Temperaturanzeige als eine zuverlässige und genaue Darstellung der Motoranker-Temperatur.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Überwachen der Temperatur eines Feldwick­ lungsmotors (10) mit Anker- (14) und Feld- (12) Wicklun­ gen und einer zur getrennten Zuführung von Strom zu der Anker- und der Feldwicklung über ein Anker-Leiterpaar (26, 28) und ein Feld-Leiterpaar (22, 24) ausgelegten Mo­ torsteuerung, wobei die Vorrichtung ein auf Temperatur ansprechendes Mittel (30, 32, 34) umfaßt, das in dem Feldwicklungsmotor angeordnet ist, das auf Temperatur an­ sprechende Mittel einen sich mit der Temperatur eines auf Temperatur ansprechenden Bauelementes (30) desselben ändernden meßbaren Parameter besitzt, das auf Temperatur ansprechende Bauelement in Bezug auf ein Motorelement an­ gebracht ist, dessen Temperatur zu überwachen gewünscht ist, so daß der meßbare Parameter sich mit Bezug auf die Temperatur des Motorelementes ändert, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Temperatur ansprechende Mittel (30) zwischen einem Leiter (26) des Anker-Leiterpaares (26, 28) und einem Leiter (24) des Feldleiterpaares (22, 24) ange­ schlossen ist und daß in der Motorsteuerung (18) ein Überwachungsmittel (36, 54) angeordnet und mit dem auf Temperatur ansprechenden Mittel (30, 32, 34) durch den einen Leiter (26) des Ankerleiterpaares (26, 28) und den einen Leiter (24) des Feldleiterpaares (22, 24) verbun­ den ist, wobei das Überwachungsmittel immer dann, wenn der Ankerwicklungsstrom und der Feldwicklungsstrom im we­ sentlichen Null sind, wirksam ist, eine Abtastung des meßbaren Parameters des auf Temperatur ansprechenden Mit­ tels als eine Anzeige der Motorelementtemperatur zu er­ halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Temperatur ansprechende Bauelement ein Ther­ mistor (30) und der meßbare Parameter der Widerstands­ wert des auf Temperatur ansprechenden Mittels ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldwicklungsmotor (10) eine Bürstenanordnung (16) enthält, um den Ankerstrom zu der Ankerwicklung (14) zu richten, daß die Bürstenanordnung thermisch auf den Motoranker bezogen ist, und daß das auf Temperatur ansprechende Bauelement (30) an der Bürstenanordnung an­ gebracht ist, wodurch die Abtastung des meßbaren Parame­ ters für die Ankertemperatur bezeichnend ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Motorsteuerung (18) eine Temperatur-Schätzein­ richtung enthalten ist mit Mitteln (72) zum Speichern einer Motortemperatur-Anzeige, Mitteln (90) zum Nachstel­ len des Wertes der gespeicherten Temperaturanzeige ent­ sprechend einem auf die Temperatur des Motorelementes be­ zogenen Motorbetriebsparameters, und Mittel (86, 88), um die gespeicherte Motortemperaturanzeige durch den durch das Überwachungsmittel (36, 54) jedesmal, wenn der Anker­ wicklungsstrom und der Feldwicklungsstrom im wesentli­ chen Null sind, erzielten Abtastwert des meßbaren Parame­ ters zu ersetzen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsmittel (36, 54) einen Meßwert des meßbaren Parameters des auf Temperatur ansprechenden Mit­ tels (30, 32, 34) als eine Anzeige der Motorelementtempe­ ratur erzielt.