(57)【要約】  本発明は、回転する軸（２）の軸受（１ｂ）の温度を監視するための方法および装置であって、リゾルバ（３）が軸受（１ｂ）の近傍に配置されており、リゾルバ（３）の固定子巻線（４）が測定電流（Ｉmess）を付加され、固定子巻線（４）のオーム抵抗と固定子巻線（４）に至る導線（１３）のオーム抵抗（ＲL）とからなる総オーム抵抗（ＲG）が、測定電流（Ｉmess）と、測定電流（Ｉmess）によって固定子巻線（４）および導線（１３）上に現れる電圧降下（Ｕmess）とによって算定され、総オーム抵抗（ＲG）、および／または総オーム抵抗（ＲG）から求められるリゾルバ（３）の温度（Ｔ）が限界値を上まわるとき、軸受（１ｂ）の過熱が検知される方法および装置に関する。本発明は、温度を監視するのに温度センサが必要とされない、回転する軸（２）の軸受（１ｂ）の温度を監視するための方法および装置を提供する。【選択図】      図２
2008517225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する軸（２）の軸受（１ｂ）の温度を監視するための方法であって、
リゾルバ（３）が軸受（１ｂ）の近傍に配置されており、
リゾルバ（３）の固定子巻線（４）が測定電流（Ｉmess）により付勢され、
固定子巻線（４）のオーム抵抗と固定子巻線（４）に至る導線（１３）のオーム抵抗（ＲL）とからなる総オーム抵抗（ＲG）が、測定電流（Ｉmess）と、測定電流（Ｉmess）によって固定子巻線（４）および導線（１３）上に現れる電圧降下（Ｕmess）とによって算定され、
総オーム抵抗（ＲG）、および／または総オーム抵抗（ＲG）から求められるリゾルバ（３）の温度（Ｔ）が限界値を上まわるとき、軸受（１ｂ）の過熱が検知されることを特徴とする方法。
【請求項２】
測定電流（Ｉmess）が直流電流成分（ＩDC）を有し、総オーム抵抗（ＲG）が直流電流成分（ＩDC）と、直流電流成分（ＩDC）によって固定子巻線および導線上に現れる電圧降下（Ｕmess）とによって算定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
リゾルバの温度Ｔが総オーム抵抗から関係式
Ｔ＝（ＲG−Ｒ20−ＲL）／（Ｒ20・α）＋２０℃
に従って求められ、式中ＲGが作動中の固定子巻線のオーム抵抗と固定子巻線に至る導線のオーム抵抗とからなる総オーム抵抗、ＲLが導線の抵抗、Ｒ20が２０℃におけるリゾルバの固定子巻線の抵抗、αが２０℃に関係した温度係数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
限界値が、軸受の最大許容温度からリゾルバの温度（Ｔ）と軸受の温度との間の温度勾配を引いたものに一致するように選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
軸（２）がモータのモータ軸として構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
回転する軸の軸受の温度を監視するための装置であって、リゾルバ（３）が軸受（１ｂ）の近傍に配置されており、
リゾルバ（３）の固定子巻線（４）に測定電流（Ｉmess）を付加するための手段を有し、
固定子巻線のオーム抵抗と固定子巻線に至る導線（１３）のオーム抵抗（ＲL）とからなる総オーム抵抗（ＲG）を算定するための手段を有し、測定電流（Ｉmess）と、測定電流（Ｉmess）によって固定子巻線（４）および導線（１３）上に現れる電圧降下（Ｕmess）が評価され、
総オーム抵抗（ＲG）が限界値を上まわるか否かを監視するための手段を有し、限界値を上まわるとき、軸受（１ｂ）の過熱が検知され、および／または
総オーム抵抗（ＲG）から求められたリゾルバの温度（Ｔ）が限界値を上まわるか否かを監視するための手段を有し、限界値を上まわるとき軸受（１ｂ）の過熱が検知される装置。
【請求項７】
装置がモータを制御ないし調節するための制御器ないし調節器として構成されている請求項６記載の装置。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方法を実施することのできる装置用のコード領域を含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する軸の軸受の温度を監視するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ、特に電気モータではしばしば、軸受の損傷およびモータ軸の損傷を避けるために、モータの回転軸の軸受温度を監視する必要がある。
【０００３】
回転するモータ軸の軸受温度を監視するための一般的方法が図１に図式化して示してある。図１に例示的に示したモータは回転するモータ軸２を支承するための２つの軸受１ａ、１ｂとハウジング５とを含む。モータが２つの側を有し、これらの側が図１で符号Ａ、Ｂとされている。当然にモータはなお他の要素を含むが、しかしそれらは本発明を理解するのに重要でないので図１には図示されていない。
【０００４】
基準点に関してモータ軸の位置、すなわち角度位置を測定するために、および／または回転数を測定するために、モータはさらにリゾルバ３の態様の誘導式位置検出器を有する。リゾルバ３は、本発明を理解するうえで重要でないことから理解し易いよう図示されていない別の構成要素の他に、固定子巻線４を有する。リゾルバ３の固定子巻線４は交流電圧源ＵACに接続されている。交流電圧源ＵACがリゾルバ３の固定子巻線４内に生成する交流電流ＩACは、リゾルバ回転子の図示しない回転子巻線内に信号を発生し、この信号は回転子の回転運動によって変調される。このように変調された信号によってモータ軸２の位置が算定される。
【０００５】
Ｂ側軸受１ｂの温度を測定するために軸受１ｂに取付けられた温度センサ１７が軸受１ｂの温度ＴSを外部評価ユニット６に転送する。評価ユニット６は実質的に、最大許容軸受温度を上まわるとき警報信号ＡＬを出力する限界値モニタを含む。Ｂ側軸受１ｂの温度ＴSから一般にＡ側軸受１ａの温度を推定できるので、多くの場合Ａ側軸受１ａの温度を個別に監視することは行われない。
【０００６】
一般的に利用されるこの軸受温度の監視は幾つかの欠点を有する。一方で温度センサ１７を設けねばならず、他方で温度監視を実現するために一般に外部評価ユニット６が温度センサ５に接続される。外部評価ユニット６は個別の機器であり、モータを制御（シーケンス制御）ないし調節（フィードバック制御）するため元々設けられている制御器または調節器の構成要素ではない。指摘した諸欠点から、モータ軸受の温度を監視するための一般的に実施される前記方法は高価で手間のかかるものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、温度を監視するのに温度センサを必要としない、回転する軸の軸受の温度を監視するための方法および装置を明示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、回転する軸の軸受の温度を監視するための方法であって、
リゾルバが軸受の近傍に配置されており、
リゾルバの固定子巻線が測定電流を付加され、
固定子巻線のオーム抵抗と固定子巻線に至る導線のオーム抵抗とからなる総オーム抵抗が、測定電流と、測定電流によって固定子巻線および導線上に現れる電圧降下とによって算定され、
−総オーム抵抗、および／または総オーム抵抗から求められるリゾルバの温度が限界値を上まわるとき、軸受の過熱が検知される方法によって解決される。
【０００９】
さらにこの課題は、回転する軸の軸受の温度を監視するための装置であって、リゾルバが軸受の近傍に配置されており、
リゾルバの固定子巻線に測定電流を付加するための手段を有し、
固定子巻線のオーム抵抗と固定子巻線に至る導線のオーム抵抗とからなる総オーム抵抗を算定するための手段を有し、測定電流と、測定電流によって固定子巻線および導線上に現れる電圧降下が評価され、
総オーム抵抗が限界値を上まわるか否かを監視するための手段を有し、限界値を上まわるとき、軸受の過温度が検知され、および／または
総オーム抵抗から求められたリゾルバ温度が限界値を上まわるか否かを監視するための手段を有し、限界値を上まわるとき軸受の過熱が検知される装置によって解決される。
【００１０】
本発明の有利な第１構成は、測定電流が直流電流成分を有し、総オーム抵抗が直流電流成分と、直流電流成分によって固定子巻線および導線上に現れる電圧降下とによって算定されることを特徴としている。測定電流の直流電流成分を使用することによって特別簡単な仕方で総オーム抵抗を算定することができる。
【００１１】
さらに、リゾルバの温度Ｔが総オーム抵抗から関係式
Ｔ＝（ＲG−Ｒ20−ＲL）／（Ｒ20・α）＋２０℃
に従って求められ、式中ＲGが作動中の固定子巻線のオーム抵抗と固定子巻線に至る導線のオーム抵抗とからなる総オーム抵抗、ＲLが導線の抵抗、Ｒ20が２０℃におけるリゾルバの固定子巻線の抵抗、αが２０℃に関係した温度係数であると有利であることが実証されている。これにより、リゾルバの温度Ｔを特別精確に求めることが可能となる。
【００１２】
さらに、限界値が、軸受の最大許容温度からリゾルバ温度と軸受温度との間の温度勾配を引いたものに一致するように選択されると有利であることが実証されている。これにより、リゾルバと軸受との間の温度勾配も考慮される。
【００１３】
さらに、軸がモータのモータ軸として構成されていると有利であることが実証されている。殊にモータ軸の場合しばしばモータ軸の軸受の温度監視が不可欠である。
【００１４】
さらに、本発明に係る装置がモータを制御および／または調節するための制御器および／または調節器として構成されていると有利であると実証される。
【００１５】
さらに、本発明に係る方法を実施することのできる本発明に係る装置用のコード領域を含むコンピュータプログラム製品が設けられていることが有利であると示される。
【００１６】
装置の有利な諸構成は方法の有利な諸構成と同様に生じ、またその逆である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の１実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。
【００１８】
図２に実施例の態様で本発明に係る方法および本発明に係る装置が示してある。図２に示すモータは、先に図１に示したモータと基本構造が実質的に同一である。それゆえに図２において同じ要素には図１と同じ符号が付けてある。モータに関する唯一の本質的違いは、図２によるモータが図１による温度センサ７を持たないことにある。当然にモータはなお他の要素を含むが、しかしそれらは本発明を理解するうえで重要でないので図２に図示されていない。
【００１９】
本発明によれば、モータ軸の軸受１ｂの温度監視のためにリゾルバ３の固定子巻線４の加熱が利用される。モータ軸の位置および／または回転速度を測定するためのリゾルバ３はモータの場合ふつう有利にはモータ軸２の両方の軸受のうちの一つのすぐ近くに配置されており、軸受温度はリゾルバ３の温度Ｔに伝わり、それとともにリゾルバ３の固定子巻線４に伝わる。実施例においてリゾルバ３はモータのＢ側でＢ側軸受１ｂの端板に直接固着されており、軸受１ｂとリゾルバ３との間で良好な熱伝達が保証されている。
【００２０】
リゾルバ３が軸受１ｂのすぐ近くに配置されているので軸受１ｂとリゾルバ３との間の温度勾配は小さい。リゾルバ３の一体な構成要素としてリゾルバ３は既に上で述べたように固定子巻線４を有し、この固定子巻線は軸受１ｂによってリゾルバ３全体と同程度に加熱される。固定子巻線４の加熱によって固定子巻線４のオーム抵抗が高まり、そのことが本発明によれば軸受温度の監視に利用される。
【００２１】
固定子巻線ＲSのオーム抵抗と固定子巻線４に至る導線１３のオーム抵抗ＲLとを加算してなる総オーム抵抗ＲG、すなわち固定子巻線のオーム抵抗ＲSと固定子巻線に至る導線のオーム抵抗ＲLとからなる総オーム抵抗ＲGを求めるために、導線１３（導線が図２では多少太く記されている）および固定子巻線４上で低下する電圧降下Ｕmessが電圧計１０によって測定され、固定子巻線４および導線１３を流れる測定電流Ｉmessが電流計９によって測定される。リゾルバの固定子巻線４に付加される測定電流Ｉmessは一方で、リゾルバ３の直接的作動用に不可欠な、交流電圧ＵACを発生する交流電圧源７によって発生され、他方で直流電圧ＵDCを発生する付加的直流電圧源８によって発生される。それとともに測定電流Ｉmessは、直流電圧源８によって発生される直流電流成分ＩDCと交流電圧源７によって発生される交流電流成分ＩACとから加算的に構成される。
【００２２】
電圧源８によって発生される測定電流Ｉmessの直流電流成分ＩDCと、測定電流Ｉmessの結果として固定子巻線４と固定子巻線４に至る導線１３とに現れる電圧降下Ｕmessとに基づいて、以下で総オーム抵抗ＲGが求められる。このため電圧降下Ｕmessが入力量としてフィルタ１１ｂに供給され、電流Ｉmessが入力量としてフィルタ１１ａに供給される。フィルタ１１ｂは電圧Ｕmessから直流電圧成分ＵDCを取り出し、フィルタ１１ａは測定電流Ｉmessから、直流電圧源８によって発生される直流電流成分ＩDCを取り出す。フィルタ１１ａ、１１ｂはこのため例えば、各交流成分を取り出す低域通過フィルタの態様で設けることができる。
【００２３】
直流電流成分ＩDCと直流電圧成分ＵDCは引き続き入力量として抵抗検出ユニット１４に供給され、抵抗検出ユニットは直流電圧成分ＵDCを直流電流成分ＩDCで除算することによって総オーム抵抗ＲGを出力量として求める。
【００２４】
総抵抗ＲGは入力量として温度検出ユニット１５に供給され、温度検出ユニットは固定子巻線の温度を求め、それとともに十分な近似でリゾルバの温度Ｔを求める。温度検出ユニット１５は有利にはリゾルバの温度Ｔを総オーム抵抗ＲGから関係式
Ｔ＝（ＲG−Ｒ20−ＲL）／（Ｒ20・α）＋２０℃        （１）
に従って求め、式中ＲGはモータ作動中の固定子巻線のオーム抵抗と固定子巻線に至る導線のオーム抵抗とからなる総オーム抵抗、ＲLは導線の抵抗、Ｒ20は２０℃におけるリゾルバ固定子巻線の抵抗、αは２０℃に関係した温度係数である。
【００２５】
導線１３の抵抗ＲLは予め例えばモータの運転開始時の測定によって、または導線１３の横断面積と導線１３の材料と導線１３の長さとから関係式
ＲL＝ｌ／（χ*Ａ）        （２）
ｌ：導線の長さ（往線路と復線路との総長）
Ａ：導線の横断面積
χ＝導線の材料の導電率
に従って計算することによって求めることができる。定格温度２０℃におけるリゾルバ固定子巻線の抵抗Ｒ20は２０℃の周囲温度で休止状態においてリゾルバを測定することによって測定することができる。しかしリゾルバ固定子巻線の抵抗Ｒ20はしばしばリゾルバ製造業者によって直接明示されることもある。
【００２６】
温度係数αは一般に知られた物理テーブルに作表されており、例えば銅の場合１／２５５（１／ケルビン）である。
【００２７】
このように求められたリゾルバ温度Ｔは入力量として限界値モニタ１６に供給される。総オーム抵抗ＲGから求められるリゾルバ温度Ｔが限界値を上まわると、軸受の過温度が検知され、限界値モニタ１６が警報信号ＡＬを発生する。限界値は有利には、軸受の最大許容温度からリゾルバ温度と軸受温度との間に現れる温度勾配を引いたものに一致するように選択される。限界値がこうして上記のように選択されると、軸受温度とリゾルバ温度との間に現れるふつう僅かな温度勾配も考慮され、軸受温度の監視がきわめて精確となる。
【００２８】
しかし選択的に、総オーム抵抗ＲGからリゾルバの温度Ｔを求めるのでなく、図２に破線で示唆したように総オーム抵抗ＲGを入力量として限界値モニタ１６に直接供給することも考えられる。総オーム抵抗ＲGが限界値を上まわる場合、それは軸受の過熱（過温度）として検知され、限界値モニタ１６が警報信号ＡＬを発生する。
【００２９】
しかし、総オーム抵抗ＲGもリゾルバ温度Ｔも同時にそれぞれ付属する限界値を上まわるか否かを監視され、こうして軸受の過熱が検知されて警報信号ＡＬが発生されるように限界値モニタ１６を構成することも考えられる。
【００３０】
さらに、直流電圧源８を設けるのでなく、本発明に係る方法を実施するのに、リゾルバ機能にとって不可欠な元々設けられる交流電圧源７のみを利用することも当然に考えられる。その場合、総オーム抵抗ＲGの算定は、固定子巻線のインピーダンスと導線のインピーダンスとから加算的に与えられる総インピーダンスＺGの実部を算定することによって行われる。総インピーダンスＺGは測定電圧Ｕmessと測定電流Ｉmessとから算定され、測定電圧と測定電流はこの場合直流成分ではなく専ら交流成分のみを含む。総インピーダンスＺGおよびその実部の算定は抵抗検出ユニット１４において行われる。本発明のこの構成において両方のフィルタ１１ａ、１１ｂは省かれる。
【００３１】
本発明に係る装置がモータを制御ないし調節するための制御器ないし調節器として構成されていると、このような制御器ないし調節器はいずれにしてもモータを調節ないし制御するために設けられているので、特別有利である。それとともに、先行技術による軸受温度を監視するための図１による付加的外部評価ユニット６は省くことができる。
【００３２】
さらに、本発明に係る方法を本発明に係る装置で実施することのできるようにする、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、コンパクトディスク、フラッシュカードまたは別の記憶媒体の態様の、符号区域を含むコンピュータプログラム製品を設けると有利である。
【００３３】
さらに指摘しておくなら、直流電圧源８は調節された直流電圧源の態様で設けておくこともでき、こうして、一定した直流電流成分ＩDCを発生する直流電流源として作動することができる。
【００３４】
Ｂ側軸受１ｂの温度から一般にＡ側軸受１ａの温度を推定できるので、本発明に係る方法および本発明に係る装置によって一般にＡ側軸受１ａの監視は同時に実施されもする。
【００３５】
さらに、ここで明確に付記しておくなら、本発明に係る方法および本発明に係る装置は当然に回転するモータ軸の軸受温度の監視だけでなく、ごく一般に、例えば発電機の軸等の別の回転する軸において軸受温度を監視するのにも適している。
【００３６】
さらにここで付記しておくなら、軸受１ａ、１ｂは例えば転がり軸受として構成しておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】先行技術による軸受の温度監視を示す。
【図２】モータの軸を例として、回転する軸の軸受温度を監視するための本発明に係る装置および方法を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ，１ｂ  軸受
２  軸
３  リゾルバ
４  固定子巻線
６  評価ユニット
７  交流電圧源
８  直流電圧源
９  電流計
１０  電圧計
１３  導線
１４  抵抗検出ユニット
１５  温度検出ユニット
１６  限界値モニタ
ＡＬ  警報信号
ＩAC  交流電流成分
ＩDC  直流電流成分
Ｉmess  測定電流
ＲG  総オーム抵抗
ＲL  導線のオーム抵抗
ＲS  固定子巻線のオーム抵抗
Ｔ  温度
ＵDC  直流電圧
Ｕmess  電圧降下
ＺG  総インピーダンス
【図１】
2008517225.tif 000003
【図２】
2008517225.tif 000004
【国際調査報告】
2008517225.tif 000005
2008517225.tif 000006
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2008517225.tif 000008
2008517225.tif 000009
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