WO2019154801A1 - Steuergerät zum ansteuern eines elektromotors - Google Patents

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WO2019154801A1
WO2019154801A1 PCT/EP2019/052763 EP2019052763W WO2019154801A1 WO 2019154801 A1 WO2019154801 A1 WO 2019154801A1 EP 2019052763 W EP2019052763 W EP 2019052763W WO 2019154801 A1 WO2019154801 A1 WO 2019154801A1
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winding
voltage
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Dirk Düsterberg
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Lenze Automation GmbH
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/04—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31125—Signal, sensor adapted interfaces build into fielddevice

Definitions

  • the invention relates to a control device for driving an electric motor.
  • a control unit electric motors may have a measuring resistor whose resistance value is evaluated by the control unit for temperature monitoring of the electric motor.
  • conventional control devices typically have a dedicated two-pole analog interface to which the measuring resistor, typically a PTC resistor, is connected.
  • digital encoders or sensors which digitally transmit their measured value, for example an angular position of the motor, to the control unit.
  • the conventional control devices usually have a dedicated digital interface.
  • the invention has for its object to provide a control device available that allows the most flexible connection possible different sensors.
  • the invention solves this problem by a control device according to claim 1.
  • the control unit is used to drive an electric motor, for example a synchronous motor or an asynchronous motor.
  • the control unit has a, in particular exactly, two-pole interface with a first connection pole and a second connection pole.
  • the interface is designed both for connecting a measuring resistor and for connecting a digital encoder.
  • the sense resistor and the digital encoder can not be coupled simultaneously with the interface, i. At one time, either the measuring resistor or the digital encoder can be coupled or coupled to the interface.
  • the control unit is designed to evaluate a resistance value of the measuring resistor for monitoring the temperature of the electric motor when or as long as the measuring resistor is connected to the interface. For example, an overtemperature of the electric motor can be determined when or as soon as the resistance value exceeds a threshold value.
  • the controller is further adapted to receive digital data from the digital encoder at or over the interface as and when the digital encoder is connected to the interface.
  • the control unit has a power supply with an input terminal and an output terminal, which is galvanically isolated from the input terminal.
  • the power supply may, for example, generate an output voltage at its output voltage terminal from an input voltage at its input terminal, for example a DC voltage at a level in a range between 5 V and 48 V.
  • the control unit in this case has a (constructive) element with controllable resistance, wherein the element with controllable resistance is connected between the output terminal of the galvanically isolating power supply and the first terminal pole.
  • the element can be controlled in such a way that a minimal or, ideally, vanishing resistance value is effected when the digital encoder is connected to the interface.
  • the element can, for example, be controlled in such a way that a defined, non-zero resistance value is effected.
  • the self-adjusting resistor then forms a voltage divider together with the measuring resistor, wherein the voltage setting at the center tap of the voltage divider is a measure of the resistance value of the measuring resistor.
  • controllable resistance element is a field effect transistor.
  • the controller further includes a comparator having a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal.
  • the first input terminal is supplied with a reference voltage of a defined level.
  • the second input terminal is supplied with a measuring voltage, wherein the measuring voltage depends on the resistance value of the measuring resistor.
  • an output voltage is generated by means of the comparator whose level is dependent on whether the measuring voltage is greater or smaller than the reference voltage.
  • the controller further comprises an optocoupler having an input terminal and an output terminal, wherein the input terminal of the optocoupler is connected to the output terminal of the comparator.
  • the output terminal of the photocoupler has a state that depends on whether the measurement voltage is larger or smaller than the reference voltage, that is, depends on whether a temperature of the measurement resistor exceeds a threshold value.
  • the controller further includes a transformer having a first winding and a second winding, wherein the second winding is electrically isolated from the first winding.
  • a first coil is provided, which is looped between the element with controllable resistance and the first terminal pole. Accordingly, a second coil is provided, which is looped between the second terminal pole and a reference potential.
  • a first capacitor is provided, which is looped between the first terminal pole and a first terminal of the first winding. Accordingly, a second capacitor is provided, which is looped between the second terminal pole and a second terminal of the first winding.
  • the coils are used for AC decoupling and the capacitors are used for DC decoupling of signals that are present at the interface poles.
  • control unit further has a transmission driver, which is designed to apply a voltage profile to the second winding, which is dependent on data to be sent to the digital encoder.
  • a receive amplifier is provided, which is designed to extract from a pending on the second winding voltage waveform or waveform data that are sent from the digital encoder to the controller and received at the interface.
  • control unit is designed to receive digital data from the digital encoder at the interface according to the Hiperface DSL standard, the SCS open link standard or the BISS line standard, if an encoder according to one of the said standards is connected to the interface is.
  • the controller is a frequency converter.
  • FIG. 1 shows an inventive control device for driving an electric motor.
  • 1 shows an inventive control device 1 in the form of a frequency converter for driving an electric motor.
  • the control unit 1 has an interface 3 with a first connection pole 3a and a second connection pole 3b.
  • the interface has two areas A and B, which are galvanically isolated from each other.
  • the interface serves both to connect a measuring resistor 4, here by way of example in the form of a PTC resistor (PTC: Positive Temperature Coefficient), and to connect a digital (single-cable) encoder (encoder) 5.
  • PTC Positive Temperature Coefficient
  • encoder digital (single-cable) encoder
  • the digital encoder 5 can be, for example, a digital rotary encoder with a Hiperface DSL interface, an SCS open link interface or a BISS line interface.
  • the digital encoder can transmit several different measured variables digitally, for example a rotational angle position and additionally an engine temperature.
  • control unit 1 evaluates a resistance value of the measuring resistor 4 for temperature monitoring of the electric motor or receives digital data from the digital encoder 5.
  • the control unit 1 or its interface 3 further has a power supply 6 with an input terminal 6a and an output terminal 6b, which is galvanically isolated from the input terminal 6a.
  • an element 7 with controllable resistance in the form of a field-effect transistor (FET) is provided, wherein the FET 7 is looped together with a first coil 10 between the output terminal 6b of the galvanically isolating power supply 6 and the first connection pole 3a.
  • the FET is a resistor 18 connected in parallel.
  • a resistance value of the FET 7 is adjusted by means of a low-active signal / PTC, which is transmitted via an optocoupler 17 to a gate terminal of the FET 7.
  • the signal / PTC is selected such that the drain-source path of the FET 7 has a high-resistance value.
  • the resulting resistance is defined in this case by the resistance of the resistor 18.
  • the signal / PTC is selected such that the drain-source path of the FET 7 is ideally short-circuited.
  • the control unit 1 further comprises a transformer 14 having a first winding 14a and a second winding 14b, which is galvanically isolated from the first winding 14a.
  • the control unit 1 further comprises a second coil 11, which is looped between the second connection pole 3b and a reference potential, for example ground.
  • the control unit 1 further has a first capacitor 12, which is looped in between the first terminal pole 3a and a first terminal of the first winding 14a.
  • the control unit 1 further has a second capacitor 13, which is looped between the second connection pole 3b and a second terminal of the first winding 14a.
  • the control unit 1 or its interface 3 further has a comparator 8 with a first input terminal 8a, a second input terminal 8b and an output terminal 8c.
  • the first input terminal 8a is supplied with a reference voltage Vx
  • the second input 8b is supplied with a measurement voltage Vm
  • an output voltage Vo is output at the output terminal 8c, the level of which depends on whether the measurement voltage Vm is larger or smaller than the reference voltage Vx ,
  • the measuring voltage Vm depends on the resistance value of the measuring resistor 4, since the FET 7 or its drain-source path is high-impedance and the resistor 18 connected in parallel with the FET 7 forms a voltage divider with the measuring resistor 4, so that the Level of the measuring voltage Vm depends on the temperature of the measuring resistor 4.
  • the control unit 1 or its interface 3 further has an optocoupler 9 with an input terminal 9a and an output terminal 9b, wherein the input terminal 9a of the optocoupler 9 is connected to the output terminal 8c of the comparator 8.
  • a state of an output signal PTC_ERR at the output terminal 9b of the photocoupler 9 thus depends on whether the temperature of the measuring resistor 4 is smaller or larger than a temperature threshold corresponding to the reference voltage Vx.
  • the control unit further has a transmission driver 15, which is designed to apply a voltage curve to the second winding 14b, which depends on data Tx to be transmitted.
  • the transmission driver 15 is enabled by means of an enable signal TxEN.
  • a receive amplifier 16 is provided, which is adapted to extract from a voltage waveform applied to the second winding 14b from the digital encoder 5 data RX, which are received via the interface 3.
  • Conventional control devices have a dedicated analog interface, to which a measuring resistor, if present in the electric motor, can be connected.
  • a single-channel encoder, if present in the electric motor, is connected to a separate from the analog interface, digital interface of the conventional control unit. According to the invention, only one single interface 3 is provided instead for both applications, to which both analog measuring resistors 4 and digital (single-cable) encoders 5 can be connected.
  • the digital encoder 5, if connected, is powered by the power supply 6 isolated from the area A of the interface 3 with operating power.
  • the data transmission takes place via the insulated transformer or transformer 14.
  • the capacitors 12 and 13 and the coils or inductors 10 and 11 separate supply and data from one another.
  • the digital encoder 5 can be connected.
  • An evaluation of the measuring resistor 4, if connected, is also galvanically isolated by means of insulated power supply 6, comparator 8 and optocoupler 9. Alternatively, this can be done by inductive power supply and measurement of a primary current of the transformer 14.
  • the non-conductive FET 7 in this case ensures that the high-resistance load resistor 18 is effective, which forms a voltage divider with the measuring resistor 4 and enables the evaluation of the measuring resistor 4 via the comparator 8.
  • the changeover of the operating modes "resistance measurement” or “digital encoder” takes place by means of the low-active signal / PTC.
  • the signal / PTC When the signal / PTC is not active, the circuit of the sensor 5 is activated by means of the optocoupler 17 by the FET 7 is turned on.
  • the signal TxEN can also be evaluated, since data is only sent in "digital encoder" operating mode.
  • the signal TxEN is constant, i. the signal / PTC can be derived from the signal TxEN.
  • control unit 1 or the frequency converter in addition to the interface 3 shown in FIG. 1, can also have further components, for example a H6 Bridge circuit for generating drive signals for the electric motor 2, analog and digital circuits, other sensors, etc.
  • H6 Bridge circuit for generating drive signals for the electric motor 2, analog and digital circuits, other sensors, etc.
  • the digital encoder 5 may be a so-called single-cable encoder. In that regard, reference is also made to the relevant technical literature.
  • control unit 1 may have further interfaces for driving the electric motor 2, for example interfaces for outputting phase voltages, etc.
  • the measuring resistor 4 and / or the digital encoder 5 can not be part of it of the engine 2, ie be executed separately from the engine 2, but are in operative connection with the motor 2.

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Abstract

Steuergerät (1) zum Ansteuern eines Elektromotors (2), aufweisend: eine Schnittstelle (3) mit einem ersten Anschlusspol (3a) und einem zweiten Anschlusspol (3b), wobei die Schnittstelle (3) zum Anschluss eines Messwiderstands (4) und zum Anschluss eines digitalen Gebers (5) ausgebildet ist, wobei das Steuergerät (1) dazu ausgebildet ist, einen Widerstandswert des Messwiderstands (4) zur Temperaturüberwachung des Elektromotors (2) auszuwerten, wenn der Messwiderstand (4) an der Schnittstelle (3) angeschlossen ist, und wobei das Steuergerät (1) dazu ausgebildet ist, digitale Daten von dem digitalen Geber (5) an der Schnittstelle (3) zu empfangen, wenn der digitale Geber (5) an der Schnittstelle (3) angeschlossen ist.

Description

Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors.
Herkömmliche, mittels eines Steuergeräts angesteuerte Elektromotoren können einen Messwiderstand aufweisen, dessen Widerstandswert von dem Steuergerät zur Temperaturüberwachung des Elektromotors ausgewertet wird. Hierzu weisen herkömmliche Steuergeräte typisch eine dedizierte zweipolige analoge Schnittstelle auf, an die der Messwiderstand, typisch ein PTC-Widerstand, angeschlossen wird.
Weiter sind digitale Geber bzw. Sensoren bekannt, die ihren Messwert, beispielsweise eine Drehwinkelstellung des Motors, digital an das Steuergerät übertragen. Zum Anschluss dieser digitalen Geber weisen die herkömmlichen Steuergeräte üblicherweise eine dedizierte digitale Schnittstelle auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät zur Verfügung zu stellen, das einen möglichst flexiblen Anschluss unterschiedlicher Sensoren ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Steuergerät nach Anspruch 1. Das Steuergerät dient zum Ansteuern eines Elektromotors, beispielsweise eines Synchronmotors oder eines Asynchronmotors.
Das Steuergerät weist eine, insbesondere genau, zweipolige Schnittstelle mit einem ersten Anschlusspol und einem zweiten Anschlusspol auf.
Die Schnittstelle ist sowohl zum Anschluss eines Messwiderstands als auch zum Anschluss eines digitalen Gebers ausgebildet. Bevorzugt sind der Messwiderstand und der digitale Geber nicht gleichzeitig mit der Schnittstelle koppelbar, d.h. zu einem Zeitpunkt ist entweder der Messwiderstand oder der digitale Geber mit der Schnittstelle koppelbar bzw. gekoppelt.
Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, einen Widerstandswert des Messwiderstands zur Temperaturüberwachung des Elektromotors auszuwerten, wenn bzw. solange der Messwiderstand an der Schnittstelle angeschlossen ist. Beispielsweise kann eine Übertemperatur des Elektromotors ermittelt werden, wenn bzw. sobald der Widerstandswert einen Schwellenwert überschreitet. Das Steuergerät ist weiter dazu ausgebildet, digitale Daten von dem digitalen Geber an der bzw. über die Schnittstelle zu empfangen, wenn bzw. solange der digitale Geber an der Schnittstelle angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Steuergerät ein Netzteil mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss auf, der galvanisch vom Eingangsanschluss getrennt ist. Das Netzteil kann aus einer Eingangsspannung an seinem Eingangsanschluss beispielsweise eine Ausgangsspannung an seinem Ausgangsspannungsanschluss erzeugen, beispielsweise eine Gleichspannung mit einem Pegel in einem Bereich zwischen 5 V und 48 V. Das Steuergerät weist für diesen Fall ein (Bau-) Element mit steuerbarem Widerstand auf, wobei das Element mit steuerbarem Widerstand zwischen den Ausgangsanschluss des galvanisch trennenden Netzteils und den ersten Anschlusspol eingeschleift ist. Das Element kann beispielsweise derart angesteuert werden, dass ein minimaler bzw. im Idealfall verschwindender Widerstandswert bewirkt wird, wenn der digitale Geber an der Schnittstelle angeschlossen ist. Wenn der Messwiderstand an der Schnittstelle angeschlossen ist, kann das Element beispielsweise derart angesteuert werden, dass ein definierter, von Null verschiedener Widerstandswert bewirkt wird. Der sich einstellende Widerstand bildet dann gemeinsam mit dem Messwiderstand einen Spannungsteiler, wobei die sich am Mittenabgriff des Spannungsteilers einstellende Spannung ein Maß für den Widerstandswert des Messwiderstands ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Element mit steuerbarem Widerstand ein Feldeffekttransistor.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Steuergerät weiter einen Komparator mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss auf. Der erste Eingangsanschluss ist mit einer Referenzspannung mit definiertem Pegel beaufschlagt. Der zweite Eingangsanschluss ist mit einer Messspannung beaufschlagt, wobei die Messspannung von dem Widerstandswert des Messwiderstands abhängt. An dem Ausgangsanschluss wird mittels des Komparators eine Ausgangsspannung erzeugt, deren Pegel davon abhängig ist, ob die Messspannung größer oder kleiner als die Referenzspannung ist. Gemäß dieser Ausführungsform weist das Steuergerät weiter einen Optokoppler mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss auf, wobei der Eingangsanschluss des Optokopplers mit dem Ausgangsanschluss des Komparators verbunden ist. Der Ausgangsanschluss des Optokopplers weist daher einen Zustand auf, der davon abhängt, ob die Messspannung größer oder kleiner als die Referenzspannung ist, d.h. der davon abhängt, ob eine Temperatur des Messwiderstands einen Schwellenwert überschreitet. Gemäß einer Ausführungsform weist das Steuergerät weiter einen Transformator mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung auf, wobei die zweite Wicklung von der ersten Wicklung galvanisch getrennt ist. Weiter ist eine erste Spule vorgesehen, die zwischen das Element mit steuerbarem Widerstand und den ersten Anschlusspol eingeschleift ist. Entsprechend ist eine zweite Spule vorgesehen, die zwischen den zweiten Anschlusspol und ein Bezugspotential eingeschleift ist. Weiter ist ein erster Kondensator vorgesehen, der zwischen den ersten Anschlusspol und einen ersten Anschluss der ersten Wicklung eingeschleift ist. Entsprechend ist ein zweiter Kondensator vorgesehen, der zwischen den zweiten Anschlusspol und einen zweiten Anschluss der ersten Wicklung eingeschleift ist. Die Spulen dienen der AC-Entkopplung und die Kondensatoren dienen der DC-Entkopplung von Signalen, die an den Schnittstellenpolen anstehen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Steuergerät weiter einen Sende-Treiber auf, der dazu ausgebildet ist, die zweite Wicklung mit einem Spannungsverlauf zu beaufschlagen, der von an den digitalen Geber zu sendenden Daten abhängig ist. Entsprechend ist ein Empfangs- Verstärker vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, aus einem an der zweiten Wicklung anstehenden Spannungsverlauf bzw. Signalverlauf Daten zu extrahieren, die von dem digitalen Geber an das Steuergerät gesendet werden und an der Schnittstelle empfangen werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuergerät dazu ausgebildet, digitale Daten von dem digitalen Geber an der Schnittstelle gemäß dem Hiperface DSL Standard, dem SCS open link Standard bzw. dem BISS Line Standard zu empfangen, wenn ein Geber gemäß einem der genannten Standards an der Schnittstelle angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuergerät ein Frequenzumrichter.
Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Steuergerät zum Ansteuern eines Elektromotors.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Steuergerät 1 in Form eines Frequenzumrichters zum Ansteuern eines Elektromotors 2.
Das Steuergerät 1 weist eine Schnittstelle 3 mit einem ersten Anschlusspol 3a und einem zweiten Anschlusspol 3b auf. Die Schnittstelle weist zwei Bereich A und B auf, die voneinander galvanisch getrennt sind.
Die Schnittstelle dient sowohl zum Anschluss eines Messwiderstands 4, hier exemplarisch in Form eines PTC-Widerstands (PTC: Positive Temperature Coefficient), als auch zum Anschluss eines digitalen (Einkabel-) Gebers (Encoder) 5. An der Schnittstelle 3 ist zu einem Zeitpunkt entweder der Messwiderstand 4 oder der digitale Geber 5 angeschlossen.
Bei dem digitalen Geber 5 kann es sich beispielsweise um einen digitalen Drehgeber mit einer Hiperface DSL Schnittstelle, einer SCS open link Schnittstelle oder einer BISS Line Schnittstelle handeln. Der digitale Geber kann mehrere unterschiedliche Messgrößen digital übertragen, beispielsweise eine Drehwinkelstellung und zusätzlich eine Motortemperatur.
An Abhängigkeit davon, ob der Messwiderstand 4 oder der digitale Geber 5 an der Schnittstelle 3 angeschlossen sind, wertet das Steuergerät 1 einen Widerstandswert des Messwiderstands 4 zur Temperaturüberwachung des Elektromotors aus bzw. empfängt digitale Daten von dem digitalen Geber 5.
Das Steuergerät 1 bzw. dessen Schnittstelle 3 weist weiter ein Netzteil 6 mit einem Eingangsanschluss 6a und einem Ausgangsanschluss 6b auf, der galvanisch vom Eingangsanschluss 6a getrennt ist.
Weiter ist ein Element 7 mit steuerbarem Widerstand in Form eines Feldeffekttransistors (FET) vorgesehen, wobei der FET 7 zusammen mit einer ersten Spule 10 zwischen den Ausgangsanschluss 6b des galvanisch trennenden Netzteils 6 und den ersten Anschlusspol 3a eingeschleift ist. Dem FET ist ein Widerstand 18 parallel geschaltet.
Ein Widerstandswert des FET 7 wird mittels eines lowaktiven Signals /PTC eingestellt, das über einen Optokoppler 17 an einen Gate-Anschluss des FET 7 übertragen wird. Solange der Messwiderstand 4 an der Schnittstelle 3 angeschlossen ist, wird das Signal /PTC derart gewählt, dass die Drain-Source-Strecke des FET 7 einen hochohmigen Widerstandswert aufweist. Der sich ergebende Widerstand wird in diesem Fall von dem Widerstandswert des Widerstands 18 definiert. Solange der digitale Geber 5 an der Schnittstelle 3 angeschlossen ist, wird das Signal /PTC derart gewählt, dass die Drain-Source-Strecke des FET 7 idealisiert kurzgeschlossen ist.
Das Steuergerät 1 weist weiter einen Transformator 14 mit einer ersten Wicklung 14a und einer zweiten Wicklung 14b auf, die von der ersten Wicklung 14a galvanisch getrennt ist. Neben der ersten Spule 10, die zwischen den FET 7 und den ersten Anschlusspol 3a eingeschleift ist, weist das Steuergerät 1 weiter eine zweite Spule 11 auf, die zwischen den zweiten Anschlusspol 3b und ein Bezugspotential, beispielsweise Masse, eingeschleift ist.
Das Steuergerät 1 weist weiter einen ersten Kondensator 12 auf, der zwischen den ersten Anschlusspol 3a und einen ersten Anschluss der ersten Wicklung 14a eingeschleift ist. Das Steuergerät 1 weist weiter einen zweiten Kondensator 13 auf, der zwischen den zweiten Anschlusspol 3b und einen zweiten Anschluss der ersten Wicklung 14a eingeschleift ist.
Das Steuergerät 1 bzw. dessen Schnittstelle 3 weist weiter einen Komparator 8 mit einem ersten Eingangsanschluss 8a, einem zweiten Eingangsanschluss 8b und einem Ausgangsanschluss 8c auf. Der erste Eingangsanschluss 8a ist mit einer Referenzspannung Vx beaufschlagt, der zweite Eingang 8b ist mit einer Messspannung Vm beaufschlagt und an dem Ausgangsanschluss 8c wird eine Ausgangsspannung Vo ausgegeben, deren Pegel davon abhängig ist, ob die Messspannung Vm größer oder kleiner als die Referenzspannung Vx ist.
Die Messspannung Vm ist bei angeschlossenem Messwiderstand 4 von dem Widerstandswert des Messwiderstands 4 abhängig, da der FET 7 bzw. dessen Drain-Source-Strecke hochohmig ist und der dem FET 7 parallel geschaltete Widerstand 18 mit dem Messwiderstand 4 einen Spannungsteiler bildet, so dass der Pegel der Messspannung Vm von der Temperatur des Messwiderstands 4 abhängt.
Das Steuergerät 1 bzw. dessen Schnittstelle 3 weist weiter einen Optokoppler 9 mit einem Eingangsanschluss 9a und einem Ausgangsanschluss 9b auf, wobei der Eingangsanschluss 9a des Optokopplers 9 mit dem Ausgangsanschluss 8c des Komparators 8 verbunden ist. Ein Zustand eines Ausgangssignal PTC_ERR am Ausgangsanschluss 9b des Optokopplers 9 hängt folglich davon ab, ob die Temperatur des Messwiderstands 4 kleiner oder größer als ein Temperaturschwellenwert ist, der der Referenzspannung Vx entspricht.
Das Steuergerät weist weiter einen Sende-Treiber 15 auf, der dazu ausgebildet ist, die zweite Wicklung 14b mit einem Spannungsverlauf zu beaufschlagen, der von zu sendenden Daten Tx abhängig ist. Der Sende-Treiber 15 wird mittels eines Freigabesignals TxEN freigegeben.
Entsprechend ist ein Empfangs-Verstärker 16 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, aus einem an der zweiten Wicklung 14b anstehenden Spannungsverlauf von dem digitalen Geber 5 gesendete Daten RX zu extrahieren, die über die Schnittstelle 3 empfangen werden. Herkömmliche Steuergeräte weisen eine dedizierte analoge Schnittstelle auf, an die ein Messwiderstand, sofern im Elektromotor vorhanden, angeschlossen werden kann. Ein Einkanal-Geber, sofern im Elektromotor vorhanden, wird an eine von der analogen Schnittstelle getrennte, digitale Schnittstelle des herkömmlichen Steuergeräts angeschlossen. Erfindungsgemäß ist stattdessen für beide Anwendungsfälle lediglich eine einzelne Schnittstelle 3 vorgesehen, an die sowohl analoge Messwiderstände 4 als auch digitale (Einkabel-) Geber 5 anschließbar sind.
Der digitale Geber 5, sofern angeschlossen, wird mittels des Netzteils 6 isoliert vom Bereich A der Schnittstelle 3 mit Betriebsenergie versorgt. Die Datenübertragung erfolgt über den isolierten Übertrager bzw. Transformator 14. Die Kondensatoren 12 und 13 und die Spulen bzw. Induktivitäten 10 und 1 1 trennen Versorgung und Daten voneinander. Über die beiden Anschlusspole 3a und 3b, die einen zweipoligen Stecker bilden können, kann der digitale Geber 5 angeschlossen werden.
Eine Auswertung des Messwiderstands 4, sofern angeschlossen, erfolgt ebenfalls galvanisch getrennt mittels isoliertem Netzteil 6, Komparator 8 und Optokoppler 9. Alternativ kann dies per induktiver Speisung und Messung eines Primärstroms des Transformators 14 erfolgen.
Der in diesem Fall nicht leitende FET 7 sorgt für das wirksam werden des hochohmigen Arbeitswiderstands 18, der mit dem Messwiderstand 4 einen Spannungsteiler bildet und die Auswertung des Messwiderstands 4 über den Komparator 8 ermöglicht.
Die Umschaltung der Betriebsmodi„Widerstandsmessung“ bzw.„digitaler Geber“ erfolgt mittels des lowaktiven Signals /PTC. Bei nicht aktivem Signal /PTC wird mittels des Optokopplers 17 der Kreis des Gebers 5 aktiviert, indem der FET 7 durchgeschaltet wird. Zur Umschaltung lässt sich auch das Signal TxEN auswerten, da Daten nur im Betriebsmodus „digitaler Geber“ gesendet werden. Beim Betriebsmodus„Widerstandsmessung“ ist das Signal TxEN konstant, d.h. das Signal /PTC kann aus dem Signal TxEN abgeleitet werden.
Aufgrund der dynamisch umschaltbaren Betriebsmodi ist eine hohe Integrationsdichte erzielbar, da nur ein einzelner Stecker am Steuergerät 1 für beide Betriebsmodi notwendig ist. Weiterhin sind keine Varianten vorzuhalten, da beide Betriebsmodi mittels desselben Steuergeräts realisierbar sind. Beide Betriebsmodi können über eine Motorleitung realisiert werden.
Es versteht sich, dass das Steuergerät 1 bzw. der Frequenzumrichter neben der in Fig. 1 gezeigten Schnittstelle 3 noch weitere Komponenten aufweisen kann, beispielsweise eine H6- Brückenschaltung zur Erzeugung von Ansteuersignalen für den Elektromotor 2, analoge und digitale Schaltkreise, weitere Sensoren usw. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Bei dem digitalen Geber 5 kann es sich um einen sogenannten Einkabel-Geber handeln. Insoweit sei ebenfalls auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Es versteht sich, dass das Steuergerät 1 weitere Schnittstellen zum Ansteuern des Elektromotors 2 aufweisen kann, beispielsweise Schnittstellen zum Ausgeben von Phasenspannungen, usw. Anders als in Fig. 1 dargestellt, kann/können der Messwiderstand 4 und/oder der digitale Geber 5 nicht Bestandteil des Motors 2 sein, d.h. getrennt vom Motor 2 ausgeführt sein, jedoch mit dem Motor 2 in Wirkverbindung stehen.

Claims

Patentansprüche
1. Steuergerät (1 ) zum Ansteuern eines Elektromotors (2), aufweisend:
eine Schnittstelle (3) mit einem ersten Anschlusspol (3a) und einem zweiten Anschlusspol (3b),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schnittstelle (3) zum Anschluss eines Messwiderstands (4) und zum Anschluss eines digitalen Gebers (5) ausgebildet ist, wobei das Steuergerät (1 ) dazu ausgebildet ist, einen Widerstandswert des Messwiderstands (4) zur Temperaturüberwachung des Elektromotors (2) auszuwerten, wenn der Messwiderstand (4) an der Schnittstelle (3) angeschlossen ist, und wobei das Steuergerät (1 ) dazu ausgebildet ist, digitale Daten von dem digitalen Geber (5) an der Schnittstelle (3) zu empfangen, wenn der digitale Geber (5) an der Schnittstelle (3) angeschlossen ist.
2. Steuergerät (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) weiter aufweist:
ein Netzteil (6) mit einem Eingangsanschluss (6a) und einem Ausgangsanschluss (6b), der galvanisch vom Eingangsanschluss (6a) getrennt ist, und
ein Element (7) mit steuerbarem Widerstand,
wobei das Element (7) mit steuerbarem Widerstand zwischen den Ausgangsanschluss (6b) des galvanisch trennenden Netzteils (6) und den ersten Anschlusspol (3a) eingeschleift ist.
3. Steuergerät (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Element (7) mit steuerbarem Widerstand ein Feldeffekttransistor ist.
4. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) weiter aufweist:
einen Komparator (8) mit einem ersten Eingangsanschluss (8a), der mit einer Referenzspannung (Vx) beaufschlagt ist, einem zweiten Eingangsanschluss (8b), der mit einer Messspannung (Vm) beaufschlagt ist, wobei die Messspannung (Vm) von dem Widerstandswert des Messwiderstands (4) abhängig ist, und einem Ausgangsanschluss (8c), an dem eine Ausgangsspannung (Vo) ansteht, deren Pegel davon abhängig ist, ob die Messspannung (Vm) größer oder kleiner als die Referenzspannung (Vx) ist, und einen Optokoppler (9) mit einem Eingangsanschluss (9a) und einem Ausgangsanschluss (9b), wobei der Eingangsanschluss (9a) des Optokopplers (9) mit dem Ausgangsanschluss (8c) des Komparators (8) verbunden ist.
5. Steuergerät (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) weiter aufweist:
einen Transformator (14) mit einer ersten Wicklung (14a) und einer zweiten Wicklung (14b), die von der ersten Wicklung (14a) galvanisch getrennt ist,
eine erste Spule (10), die zwischen das Element (7) mit steuerbarem Widerstand und den ersten Anschlusspol (3a) eingeschleift ist,
eine zweite Spule (1 1 ), die zwischen den zweiten Anschlusspol (3b) und ein Bezugspotential eingeschleift ist,
einen ersten Kondensator (12), der zwischen den ersten Anschlusspol (3a) und einen ersten Anschluss der ersten Wicklung (14a) eingeschleift ist, und
einen zweiten Kondensator (13), der zwischen den zweiten Anschlusspol (3b) und einen zweiten Anschluss der ersten Wicklung (14a) eingeschleift ist.
6. Steuergerät (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) weiter aufweist:
einen Sende-Treiber (15), der dazu ausgebildet ist, die zweite Wicklung (14b) mit einem Spannungsverlauf zu beaufschlagen, der von zu sendenden Daten abhängig ist, und einen Empfangs-Verstärker (16), der dazu ausgebildet ist, aus einem an der zweiten Wicklung (14b) anstehenden Spannungsverlauf von dem digitalen Geber (5) gesendete Daten zu extrahieren, die über die Schnittstelle (3) empfangen werden.
7. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) dazu ausgebildet ist, digitale Daten von dem digitalen Geber (5) an der Schnittstelle (3) gemäß dem Hiperface DSL Standard, dem SCS open link Standard und/oder dem BISS Line Standard zu empfangen, wenn der Geber (5) an der Schnittstelle (3) angeschlossen ist.
8. Steuergerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (1 ) ein Frequenzumrichter ist.
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