專利名稱：監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸軸承溫度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸軸承溫度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
對于發(fā)動機、尤其是電發(fā)動機經(jīng)常需要監(jiān)控該發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機軸的軸承的溫度，以避免對軸承造成損壞和對該發(fā)動機軸造成損壞。
在圖1中示意性示出市場上常見的用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸軸承溫度的方法。在圖1中示例性示出的發(fā)動機包括兩個用于支撐旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機軸的軸承1a和1b以及一個外殼5。發(fā)動機具有兩面，在圖1中分別用A和B表示。當(dāng)然該發(fā)動機還包括其它元件，但是由于它們對理解本發(fā)明并不重要，因此未在圖1中示出。
為了測量發(fā)動機軸關(guān)于零點的位置、也就是角位置和/或為了測量轉(zhuǎn)速，發(fā)動機還具有一個電感式工作的、旋轉(zhuǎn)變壓器(Resolver)3形式的位置發(fā)送器。該旋轉(zhuǎn)變壓器3除其它對于理解本發(fā)明不重要而未示出的部件之外還具有定子繞組4。旋轉(zhuǎn)變壓器3的定子繞組4與交流電壓源UAC連接。該交流電壓源UAC在旋轉(zhuǎn)變壓器3的定子繞組4中產(chǎn)生交流電流IAC，其在旋轉(zhuǎn)變壓器的未示出的轉(zhuǎn)子線圈中產(chǎn)生一個通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動進行調(diào)制的信號。借助這樣調(diào)制的信號來確定發(fā)動機軸2的位置。
為了測量B面軸承1b的溫度，在軸承1b上設(shè)置了溫度傳感器17，該傳感器將軸承1b的溫度Ts傳遞給外部的分析單元6。該分析單元6主要包括一個極限值報警器，其在超過最大容許的軸承溫度時發(fā)出報警信號AL。由于從B面軸承1b的溫度Ts基本上可以推斷出A面軸承1a的溫度，因此在很多情況下不單獨進行對A面軸承1a溫度的監(jiān)控。
這種常見的軸承溫度監(jiān)控存在若干缺點。因為一方面必須設(shè)置溫度傳感器17，另一方面常見地要將用于實現(xiàn)溫度監(jiān)控的外部分析單元6與溫度傳感器5連接。該外部分析單元6在此是單獨的設(shè)備，而不是反正要存在的用于控制和/或調(diào)節(jié)發(fā)動機的控制或調(diào)節(jié)裝置的部件。上述缺陷導(dǎo)致上述常見的用于監(jiān)控發(fā)動機軸承的溫度的方法很昂貴而且很費事。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸軸承溫度的方法和裝置，其中不需要溫度傳感器來監(jiān)控溫度。
該技術(shù)問題是通過一種用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸的軸承的溫度的方法解決的，其中，將旋轉(zhuǎn)變壓器設(shè)置在軸承附近，向旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加測量電流，借助該測量電流和由于該測量電流流過定子繞組和該導(dǎo)線而產(chǎn)生的電壓降來確定由該定子繞組的歐姆電阻和導(dǎo)向該定子繞組的電導(dǎo)線的歐姆電阻組成的歐姆總電阻，如果由該歐姆總電阻和/或由歐姆總電阻確定的旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度超過極限值，則認(rèn)為軸承過熱。
此外該技術(shù)問題還通過一種用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸軸承溫度的裝置解決，其中旋轉(zhuǎn)變壓器設(shè)置在軸承附近，該裝置包括用于向旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組施加測量電流的裝置，用于確定由該定子繞組的歐姆電阻和導(dǎo)向該定子繞組的電導(dǎo)線的歐姆電阻組成的歐姆總電阻的裝置，其中對測量電流和由于該測量電流流過定子繞組和該導(dǎo)線而產(chǎn)生的電壓降進行分析，用于監(jiān)控該歐姆總電阻是否超過極限值的裝置，其中在超過極限值時認(rèn)為軸承過熱，和/或用于監(jiān)控由歐姆總電阻確定的旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度是否超過極限值的裝置，其中在超過極限值時認(rèn)為軸承過熱。
本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方式的特征在于，測量電流具有直流電流分量，其中借助該直流電流分量和由于該直流電流分量流過定子繞組和導(dǎo)線而產(chǎn)生的電壓降來確定歐姆總電阻。通過采用測量電流的直流電流分量，可以特別簡單地確定歐姆總電阻。
此外優(yōu)選的是，根據(jù)關(guān)系式
來由歐姆總電阻來確定旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T，其中RG是由定子繞組的歐姆電阻和在運行期間導(dǎo)向該定子繞組的電導(dǎo)線的歐姆電阻組成的歐姆總電阻，RL是該電導(dǎo)線的電阻，R20是旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組在20℃時的電阻，α是涉及20℃的溫度系數(shù)。由此可以特別準(zhǔn)確地確定旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T。
此外優(yōu)選的是，這樣選擇所述極限值，使得該極限值等于最大容許的軸承溫度減去旋轉(zhuǎn)變壓器溫度和軸承溫度之間的溫度落差。由此也考慮了旋轉(zhuǎn)變壓器和軸承之間的溫度落差。
另外具有優(yōu)點的是，所述軸實施為發(fā)動機的發(fā)動機軸。對于發(fā)動機軸尤其經(jīng)常需要監(jiān)控發(fā)動機軸的軸承的溫度。
此外優(yōu)選的是，本發(fā)明的裝置實施為用于控制和/或調(diào)節(jié)發(fā)動機的控制和/調(diào)節(jié)裝置。
此外優(yōu)選的是，具有用于本發(fā)明裝置的計算機程序產(chǎn)品，其包含可以執(zhí)行本發(fā)明方法的代碼段。
裝置的優(yōu)選實施方式與方法的優(yōu)選實施方式類似，反之亦然。


本發(fā)明的實施例在附圖中示出并在下面詳細(xì)解釋。在此圖1示出按照現(xiàn)有技術(shù)的對軸承溫度的監(jiān)控，圖2以發(fā)動機軸為例示出本發(fā)明的用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸軸承溫度的裝置和方法。
具體實施例方式
在圖2中以實施例的形式按照本發(fā)明的方法和裝置。圖2示出的發(fā)動機其基本結(jié)構(gòu)基本上對應(yīng)于圖1所描述的發(fā)動機。因此在圖2中相同的元件具有與圖1相同的附圖標(biāo)記。發(fā)動機的唯一一個重要區(qū)別在于，圖2的發(fā)動機沒有圖1的溫度傳感器7。當(dāng)然該發(fā)動機還包括其它由于對理解本發(fā)明不重要而未在圖2中示出的元件。
按照本發(fā)明，為了監(jiān)控發(fā)動機軸的軸承1b的溫度而利用旋轉(zhuǎn)變壓器3的定子繞組4的發(fā)熱。用于測量發(fā)動機軸的位置和/或轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)變壓器3在發(fā)動機中通常優(yōu)選與發(fā)動機軸2的兩個軸承直接相鄰，從而軸承的溫度轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)變壓器3的溫度T，并因此傳遞給旋轉(zhuǎn)變壓器3的定子繞組4。在該實施例中，在發(fā)動機B面上的旋轉(zhuǎn)變壓器3直接固定在B面軸承1b的軸承座上，從而保證軸承1b和旋轉(zhuǎn)變壓器3之間良好的熱量傳遞。
由于旋轉(zhuǎn)變壓器3與軸承1b直接相鄰，因此軸承1b和旋轉(zhuǎn)變壓器3之間的溫度下降很小。作為旋轉(zhuǎn)變壓器3的集成部件，如上面提到的旋轉(zhuǎn)變壓器3具有定子繞組4，其通過軸承1b按照與整個旋轉(zhuǎn)變壓器3相同的程度發(fā)熱。由于定子繞組4的發(fā)熱，定子繞組4的歐姆電阻升高，按照本發(fā)明將這一點用于監(jiān)控軸承的溫度。
為了確定由定子繞組的歐姆電阻Rs和導(dǎo)向定子繞組4的導(dǎo)線13的歐姆電阻RL的相加而形成的歐姆總電阻RG—也就是說歐姆總電阻RG由定子繞組的歐姆電阻Rs和導(dǎo)向定子繞組的導(dǎo)線的歐姆電阻RL組成，借助電壓測量計10測量在導(dǎo)線13(在圖2中較粗的導(dǎo)線)和定子繞組4上降落的電壓降Umess，并借助電流測量計9測量流過定子繞組4和導(dǎo)線13的測量電流Imess。施加在旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組4上的測量電流，一方面通過對于旋轉(zhuǎn)變壓器3的直接運行所必需的交流電壓源7產(chǎn)生，該交流電壓源7還產(chǎn)生交流電壓UAC，另一方面通過另一個直流電壓源8產(chǎn)生，該直流電壓源8還產(chǎn)生直流電壓UDC。由此測量電流Imess由直流電壓源8產(chǎn)生的直流電流分量IDC和由交流電壓源7產(chǎn)生的交流電分量IAC相加而成。
下面借助由電壓源8產(chǎn)生的測量電流Imess的直流電流分量IDC和由于該測量電流Imess流過定子繞組4和導(dǎo)向該定子繞組4的導(dǎo)線1 3而產(chǎn)生的電壓降Umess來確定歐姆總電阻RG。為此將電壓降Umess作為輸入變量輸入濾波器11b，將電流Imess作為輸入變量輸入濾波器11a。濾波器11b從電壓Umess中濾出直流電壓分量UDC，濾波器11a從測量電流Imess中濾出由直流電壓源8產(chǎn)生的直流電流分量IDC。為此濾波器11a和11b例如可以作為濾除各交流分量的低通濾波器的形式存在。
接著直流電流分量IDC和直流電壓分量UDC作為輸入變量輸入電阻確定單元14，該單元通過將直流電壓分量UDC除以直流電流分量IDC來確定歐姆總電阻RG作為輸出變量。
將總電阻RG作為輸入變量輸入溫度確定單元15，該單元確定定子繞組的溫度，并由此非常近似地確定處旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T。溫度確定單元15在此優(yōu)選根據(jù)關(guān)系式
來由歐姆總電阻RG來確定旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T，其中RG是由定子繞組的歐姆電阻和在運行期間導(dǎo)向該定子繞組的電導(dǎo)線的歐姆電阻組成的歐姆總電阻，RL是該電導(dǎo)線的電阻，R20是旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組在20℃時的電阻，α是涉及20℃的溫度系數(shù)。
電導(dǎo)線13的電阻在此可以事先例如通過在啟動發(fā)動機時測量或者通過由導(dǎo)線13的橫截面、導(dǎo)線13的材料和導(dǎo)線13的長度并借助下面的關(guān)系式來計算RL=lχ*A---(2)]]>其中l(wèi)導(dǎo)線的長度(去線和回線的總長度)A導(dǎo)線的截面χ＝導(dǎo)線材料的具體電導(dǎo)率。
旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組在額定溫度為20℃時的電阻R20可以通過測量在環(huán)境溫度為20℃時在靜止?fàn)顟B(tài)下的旋轉(zhuǎn)變壓器來獲得。但通常旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組的電阻R20也由旋轉(zhuǎn)變壓器的制造商直接給出。
溫度系數(shù)α在一般公知的物理表格中列出，并且例如對于銅來說大約是1/2551/開氏溫度。
這樣確定的旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T作為輸入變量輸入極限值報警器16。如果從歐姆總電阻RG確定的旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T超過極限值，則認(rèn)為軸承過熱，并且極限值報警器16產(chǎn)生報警信號AL。優(yōu)選這樣選擇該極限值，即該極限值等于最大容許的軸承溫度減去旋轉(zhuǎn)變壓器溫度和軸承溫度之間的溫度落差。如果如上所述選擇極限值，則也考慮了旋轉(zhuǎn)變壓器溫度和軸承溫度之間出現(xiàn)的通常較低的溫度落差，從而非常精確地監(jiān)控軸承的溫度。
可替代地，還可以考慮不從歐姆總電阻RG來獲得旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T，而是將歐姆總電阻RG如圖1虛線所示的那樣作為輸入變量直接輸入極限值報警器16。如果歐姆總電阻RG超過極限值，則認(rèn)為軸承過熱，并且極限值報警器16產(chǎn)生報警信號AL。
但還可以考慮這樣構(gòu)成極限值報警器16，使得監(jiān)控歐姆總電阻RG和旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T是否分別超過各自的對應(yīng)極限值，并且在超過時認(rèn)為軸承過熱并產(chǎn)生報警信號AL。
此外當(dāng)然還可以考慮不設(shè)置直流電壓源8，而是為了執(zhí)行本發(fā)明的方法只采用反正都存在的、旋轉(zhuǎn)變壓器運行所必需的交流電壓源7。然后通過確定總阻抗ZG的實部來確定歐姆總電阻RG，該總阻抗由定子繞組的阻抗和導(dǎo)線的阻抗相加而成，其中總阻抗ZG由在這種情況下不包含直流分量而只含有交流分量的測量電壓Umess和測量電流Imess確定?？傋杩筞G及其實部的確定是在電阻確定單元14中進行的。在本發(fā)明的該實施方式中可以去掉濾波器11a和11b。
特別具有優(yōu)點的是，本發(fā)明的裝置實施為用于控制和/或調(diào)節(jié)發(fā)動機的控制和/或調(diào)節(jié)裝置，因為反正要設(shè)置這種控制和/或調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)和/或控制發(fā)動機。由此可以去掉圖1中的另一個用于按照現(xiàn)有技術(shù)監(jiān)控軸承溫度的外部分析單元6。
此外優(yōu)選的是，具有例如按照磁盤、硬盤、致密盤、閃存卡或其它存儲介質(zhì)形式的計算機程序產(chǎn)品，其包含可以用于由本發(fā)明的裝置執(zhí)行本發(fā)明方法的代碼段。
此外還要指出，直流電壓源8也可以按照經(jīng)過調(diào)節(jié)的直流電壓源的形式存在，由此可以作為產(chǎn)生恒定直流電流分量IDC的直流電流源運行。
由于一般從B面軸承1b的溫度也可以推斷出A面軸承1a的溫度，因此通過本發(fā)明的方法和裝置通常還可以同時監(jiān)控A面軸承1a。
此外在此還要注意，本發(fā)明的方法和裝置當(dāng)然不僅適用于監(jiān)控發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)發(fā)動機軸軸承的溫度，還完全可以用于監(jiān)控其它旋轉(zhuǎn)軸如發(fā)電機的軸的軸承溫度。
此外還要注意，軸承1a和1b例如還可以構(gòu)成為滾動軸承。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸(2)的軸承(1b)的溫度的方法，其中，將旋轉(zhuǎn)變壓器(3)設(shè)置在該軸承(1b)附近，向旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的定子繞組(4)施加測量電流(Imess)，借助所述測量電流(Imess)和借助由于該測量電流(Imess)流過定子繞組(4)和該導(dǎo)線(13)而產(chǎn)生的電壓降(Umess)來確定由該定子繞組(4)的歐姆電阻和導(dǎo)向該定子繞組(4)的電導(dǎo)線(13)的歐姆電阻(RL)組成的歐姆總電阻(RG)，如果該歐姆總電阻(RG)和/或由該歐姆總電阻(RG)確定的旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的溫度(T)超過極限值，則識別為軸承(1b)過熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量電流(Imess)具有直流電流分量(IDC)，其中借助所述直流電流分量(IDC)和由于該直流電流分量(IDC)流過定子繞組和導(dǎo)線而產(chǎn)生的電壓降(Umess)來確定所述歐姆總電阻(RG)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)關(guān)系式 來由歐姆總電阻來確定旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度T，其中RG是由定子繞組的歐姆電阻和在運行期間導(dǎo)向該定子繞組的電導(dǎo)線的歐姆電阻組成的歐姆總電阻，RL是該電導(dǎo)線的電阻，R20是旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組在20℃時的電阻，α是涉及20℃的溫度系數(shù)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，這樣選擇所述極限值，使得該極限值等于最大容許的軸承溫度減去旋轉(zhuǎn)變壓器溫度(T)和軸承溫度之間的溫度落差。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述軸(2)實施為發(fā)動機的發(fā)動機軸。
6.一種用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸軸承溫度的裝置，其中旋轉(zhuǎn)變壓器(3)設(shè)置在該軸承(1b)附近，其中該裝置包括用于向旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的定子繞組(4)施加測量電流(Imess)的裝置，用于確定由該定子繞組的歐姆電阻和導(dǎo)向該定子繞組的電導(dǎo)線(13)的歐姆電阻(RL)組成的歐姆總電阻(RG)的裝置，其中對所述測量電流(Imess)和由于該測量電流(Imess)流過定子繞組(4)和該導(dǎo)線(13)而產(chǎn)生的電壓降(Umess)進行分析，用于監(jiān)控該歐姆總電阻(RG)是否超過極限值的裝置，其中在超過極限值時認(rèn)為軸承(1b)過熱，和/或用于監(jiān)控由歐姆總電阻(RG)確定的旋轉(zhuǎn)變壓器的溫度(T)是否超過極限值的裝置，其中在超過極限值時認(rèn)為軸承(1b)過熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，該裝置實施為用于控制和/或調(diào)節(jié)發(fā)動機的控制和/或調(diào)節(jié)裝置。
8.一種用于一種裝置的計算機程序產(chǎn)品，其包含可以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述方法的代碼段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控旋轉(zhuǎn)軸(2)的軸承(1b)的溫度的方法和裝置，其中，將旋轉(zhuǎn)變壓器(3)設(shè)置在軸承(1b)附近，向旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的定子繞組(4)施加測量電流(I
文檔編號G01M13/04GK101084421SQ200580043630
公開日2007年12月5日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月19日
發(fā)明者卡爾-海因茨·菲爾布里 申請人:西門子公司