Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Elektromotors.

Aktuierte Komponenten, zum Beispiel zum automatischen Öffnen und Schlie- ßen von Fahrzeugtüren, sind in der Regel mit Elektromotoren und anderen Komponenten ausgestattet, die eine hohe Leistungsaufnahme haben und da- her entsprechend starke Wärmeentwicklungen aufweisen. Die Temperatur an diesen Komponenten hat einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit. So verlie- ren zum Beispiel Gleichstromelektromotoren (DC-Elektromotoren) mit steigen- den Temperaturen deutlich an Leistung. Zudem gibt es eine kritische Tempe- ratur, bei der irreversible Schädigungen eintreten können. So kann beispiels- weise der Spulenlack verdampfen oder sich verflüssigen, was in einer Spulen- wicklung zum Kurzschlussführt. Die verbauten Komponenten, die direkt am Kraftschluss oder der Kraftübertragung beteiligt sind, besitzen typischerweise keinen Schutz gegen Beschädigungen durch zu hohe Temperaturen.

Eine Temperaturüberwachung dieser Komponenten und entsprechende Algo- rithmen zum Schutz der Komponenten sind daher unverzichtbar. Aus Gründen der begrenzten Anzahl an Signaleingängen an für solche Komponenten ver- wendeten Steuergeräten (ECUs), maximalen Gewichts- und Größenvorgaben und aus Kostengründen werden hierbei in der Regel keine dedizierten Tem- peratursensoren verbaut. Die Temperaturüberwachung muss also auf einem anderen Wege stattfinden.

Die DE 10 2020 112 200 A1 beschreibt ein Verfahren zur Temperaturberech- nung an einer elektrischen Antriebseinheit, die einen einen Stator und einen Rotor aufweisenden Elektromotor umfasst. Eine Temperatur wird als Modell- ausgangsgröße in Abhängigkeit von einer Eingangsgröße mittels eines auf ei- nem Zustandsraummodell aufbauenden Temperaturmodell berechnet. Die Eingangsgröße ist für einen Wärmeeintrag in die elektrische Antriebseinheit kennzeichnend und kann eine Leistung, eine Spannung und/oder ein Wärme- fluss sein. Dabei wird das Luenberger-Beobachtermodell angewandt, in dem ein System beobachter eine Zustandsgröße abhängig von einer Ausgangsgrö- ßendifferenz zwischen einer Messgröße und der Modellausgangsgröße regelt und eine Ausgabe der Modellzustandsgröße bewirkt. Die Messgröße ent- spricht dabei einer Ist-Temperatur an wenigstens einer Position der elektri- schen Antriebseinheit und ist über einen entsprechenden Sensor ermittelbar. Die Modellzustandsgröße wird derart geregelt, dass die Ausgangsgrößendif- ferenz minimal ist. Das Temperaturmodell wird also fortlaufend durch die Ist- Temperatur getestet. Die Minimierung der Ausgangsgrößendifferenz liefert eine Temperaturvorhersage für die elektrische Antriebseinheit in Gänze, so dass ein Vergleich mit der Ist-Temperatur an einem Messpunkt ein Maß für den Fehler des Zustandsraummodells darstellt. Ein Erfassungszustandssignal kann eine Störung und einen Regelbetrieb des Sensors anzeigen, so dass zwischen einem Regelungsbetrieb, bei dem die Modellzustandsgröße abhän- gig von der Ausgangsgrößendifferenz geregelt wird, und einem Durchgangs- betrieb umschaltbar ist, bei dem die Modellzustandsgröße von der Messgröße unabhängig berechnet wird.

Die DE 10 2019 105 081 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Wicklungstemperatur einer mit einem Stator und einem Rotor ausgebildeten Drehfeldmaschine. Dazu wird der Skin-Effekt zur Ermittlung der Wicklungs- temperatur bei hochfrequenten Strömen genutzt. Ein Stromregler prägt einer Wicklungsspannung ein hochfrequentes Spannungssignal auf, woraus ein Wicklungsstrom mit einem hochfrequent überlagertem Stromanteil für die Wicklung erhalten wird. Dieser wird dann einem Kalman-Filter zugeführt, wel- cher als Widerstandsschätzer im Hochfrequenzmodell dient. Der geschätzte Widerstand wird genutzt, um mittels eines Rechenmoduls die Wicklungstem- peratur zu ermitteln.

Die DE 10 2019 101 163 B3 beschreibt ein Verfahren zur Temperaturberech- nung in einer elektrischen Antriebseinheit. Die elektrische Antriebseinheit ist in mindestens zwei Temperaturerfassungsbereiche aufgeteilt, wobei ein erstes Berechnungsmodul einen ersten, von einem ersten Eingangswert abhängigen Temperaturwert sowie einen zweiten, von einem zweiten Eingangswert ab- hängigen Temperaturwert berechnet. Die Eingangswerte können jeweils den Wärmeverlustleistungen entsprechen und können von einem elektrischen Strom abhängen. Diese Abhängigkeit kann über eine Lookup-Tabelle und/oder über eine analytische Funktion zugeordnet werden. Mit einem zwei- ten Berechnungsmodul werden schließlich Nichtlinearitäten berücksichtigt, die aufgrund wärmetechnischer Kopplungen, wie Wärmewiderstände, zwischen den Temperaturerfassungsbereichen auftreten.

Die DE 10 2018 130 495 A1 beschreibt ein Verfahren zur laufenden Zustand- süberwachung eines Elektromotors, aufweisend wenigstens zwei Elektromo- torphasen zum Bewirken einer Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator, wobei in einem Betriebszustand des Elektromotors der ersten Elektro- motorphase ein erster Energieverlust und der zweiten Elektromotorphase ein zweiter Energieverlust zugeordnet ist, wobei eine Temperaturermittlung im Be- trieb des Elektromotors erfolgt, indem zunächst eine erste Temperaturberech- nung zur Abschätzung einer Temperatur der ersten Elektromotorphase durch- geführt wird, wobei die erste Temperaturberechnung eine Energieverlust- schätzung, bei der wenigstens ein erster Energieverlustwert der ersten Elekt- romotorphase und eine Temperaturschätzung, bei der eine von dem ersten Energieverlustwert abhängige Temperatur der ersten Elektromotorphase als erster Temperaturwert berechnet wird, einbezieht und anschließend eine zweite Temperaturberechnung zur Abschätzung einer T emperatur der zweiten Elektromotorphase durchgeführt wird, bei der abhängig von dem ersten Tem- peraturwert und einer Energieverlustdifferenz zwischen dem ersten und zwei- ten Energieverlust eine Temperatur der zweiten Elektromotorphase als zweiter Temperaturwert berechnet wird.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der Erfindung, Temperaturen, die in einem zum Beispiel zum automatischen Öffnen und Schließen von Fahrzeugtüren eingesetzten Elektromotor vorherrschen, ohne dedizierten Ein- satz eines Temperatursensoren auf einfache und effiziente Weise zu bestim- men.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur ei- nes Elektromotors bereitgestellt, das die folgenden Verfahrensschritte um- fasst:

Ermitteln der aktuell außerhalb des Elektromotors herrschenden Außentemperatur und der aktuellen Verlustleistung des Elektromotors,

Bereitstellen einer Transferfunktion, die auf die die Eingabe der au- ßerhalb des Elektromotors herrschenden Außentemperatur und der Verlust- leistung des Elektromotors die Temperatur des Elektromotors liefert,

Eingeben der ermittelten aktuell außerhalb des Elektromotors herr- schenden Außentemperatur und der ermittelten aktuellen Verlustleistung des Elektromotors in die Transferfunktion und

Berechnen der Temperatur des Elektromotors mittels der Transfer- funktion.

Es ist somit ein maßgeblicher Aspekt der Erfindung, eine Bestimmung der Temperatur des Rotors bzw. des Stators des Elektromotors auf der Grundlage von solchen Signalen durchzuführen, die typischerweise bereits in einem Mo- torsteuergerät für den Elektromotor zur Verfügung stehen bzw. aus diesen Sig- nalen abgeleitet werden können. Solche Signale sind z.B. die außerhalb des Elektromotors herrschende Außentemperatur und die Verlustleistung des Elektromotors, die erfindungsgemäß zur Bestimmung des Rotors bzw. des Stators des Elektromotors verwendet werden. Das Vorsehen eines dedizierten Temperatursensors am bzw. im Elektromotor kann auf diese Weise vermieden werden, was vorteilhaft im Hinblick auf Baugrößenbeschränkungen und unter Kostenaspekten ist.

Grundsätzlich ist es möglich, die Verlustleistung des Elektromotors in Abhän- gigkeit von unterschiedlichen Werten zu bestimmten. Gemäß einer bevorzug- ten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Verlustleis- tung des Elektromotors in Abhängigkeit der Eingangsspannung des Elektro- motors, des Eingangsstroms des Elektromotors und der Elektromotorge- schwindigkeit des Elektromotors ermittelt wird. Dies sind Werte, die typischer- weise bereits im Motorsteuergerät (ECU) für den Elektromotor zur Verfügung stehen, so dass ihre Bestimmung keinen zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung gilt weiterhin, dass die Verlustleistung des Elektromotors in Abhängigkeit der aktuellen Rotortempe- ratur ermittelt wird, wozu die aktuell ermittelte Rotortemperatur in die Ermitt- lung der Verlustleistung zurückgespeist wird. Dass die aktuellen Rotortempe- ratur für die Ermittlung der Verlustleistung des Elektromotors verwendet wird, ist insofern unproblematisch, als dass die Rotortemperatur immer bekannt ist. Mit der Inbetriebnahme des Elektromotors entspricht die Rotortemperatur nämlich der Umgebungstemperatur, die vorliegend auch als Außentemperatur bezeichnet wird. Ausgehend davon wird die Rotortemperatur mittels des erfin- dungsgemäßen Verfahrens laufend ermittelt, so dass sie - ebenfalls laufend - in den Prozess zur Ermittlung der Verlustleistung des Elektromotors zurück- gespeist werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgese- hen, dass die Verlustleistung des Elektromotors in Abhängigkeit wenigstens eines vorab bestimmten Wertes ermittelt wird, der sich aus der Kennlinie des Elektromotors ergeben hat. Dies bedeutet, dass der Elektromotor bzw. ein Elektromotor des in Rede stehenden Typs vorab im Hinblick auf seine Kennli- nie getestet wird. Dabei wird vorzugsweise die Drehzahlkonstante des Elekt- romotors und/oder die Elektromotorkonstante des Elektromotors ermittelt, so dass die Verlustleistung des Elektromotors in Abhängigkeit der Drehzahlkon- stante des Elektromotors und/oder der Elektromotorkonstante des Elektromo- tors ermittelt wird.

Die Elektromotorkonstante bezeichnet das Verhältnis zwischen dem Drehmo- ment des Elektromotors und der Quadratwurzel der Verlustleistung des Elekt- romotors und beschreibt damit im Wesentlichen das Vermögen des Elektro- motors, elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln. Die Drehzahlkonstante, auch spezifische Drehzahl genannt, bezeichnet das Ver- hältnis der Drehzahl des Elektromotors zu der in der Wicklung induzierten Spannung.

Wie zuvor schon angesprochen, kann die Verlustleistung im Rahmen der vor- liegenden Erfindung grundsätzlich auf unterschiedliche Weisen berechnet werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Ver- lustleistung P _v des Elektromotors jedoch mit folgender Formel berechnet: wobei

U die Eingangsspannung des Elektromotors,

I der Eingangsstrom des Elektromotors, k _t die Drehzahlkonstante des Elektromotors, km die Elektromotorkonstante des Elektromotors,

T _R die Rotortemperatur des Elektromotors und v die Elektromotorgeschwindigkeit ist.

Auch als Transferfunktion kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich unterschiedliche Funktionen in Betracht. Gemäß einer bevor- zugten Weiterbildung der Erfindung wird als Transferfunktion jedoch die fol- gende Formel verwendet:

-obei

T _R die Rotortemperatur des Elektromotors, T _s die Statortemperatur des Elektromotors, T _a die Außentemperatur und P _v die Verlustleistung ist.

Die ermittelten Temperaturen von Stator und Rotor können nun im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Weisen genutzt werden. So ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, den Elektromotor abzuschalten, sobald die Statortemperatur eine vorbestimmte erste Statortemperaturschwelle und/oder die Rotortemperatur eine vorbe- stimmte erste Rotortemperaturschwelle überschritten hat. Ist also vorab be- stimmt worden, was für eine Temperatur des Stators bzw. des Rotors als kri- tisch angesehen wird, so kann der Betrieb des Elektromotors oberhalb dieser kritischen Temperatur, nämlich oberhalb der vorbestimmten ersten Statortem- peraturschwelle bzw. oberhalb der vorbestimmten ersten Rotortemperatur- schwelle eingestellt werden, damit es zu keinen Beschädigungen des Elektro- motors kommt.

Vorzugsweise erfolgt ein Wiederanschalten des Elektromotors nicht sofort dann, wenn die vorbestimmte erste Statortemperaturschwelle bzw. die vorbe- stimmte erste Rotortemperaturschwelle wieder unterschritten worden ist. Viel- mehr ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass ein Wiederanschalten des Elektromotors erst dann erfolgt, wenn die Statortemperatur eine vorbestimmte zweite Statortemperaturschwelle bzw. die Rotortemperatur eine vorbestimmte zweite Rotortemperaturschwelle unter- schritten hat, wobei die erste Statortemperaturschwelle einer größeren Tem- peratur entspricht als die zweite Statortemperaturschwelle und die erste Rotortemperaturschwelle einer größeren Temperatur entspricht als die zweite Rotortemperaturschwelle. Die Reaktivierung der Motorfunktion erfolgt also erst nach ausreichender Abkühlung unter eine Temperatur, die geringer ist als die Temperatur, bei der der Elektromotor abgeschaltet worden ist, um ein Pen- deln des Betriebs des Elektromotors um den Abschaltschwellwert zu vermei- den.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Leistung des Elektromotors in Abhängigkeit der aktuell berech- neten Rotortemperatur und/oder der aktuell berechneten Statortemperatur an- gepasst wird, wobei dazu die Leistung des Elektromotors reduziert wird, so- bald eine dritte Rotortemperaturschwelle bzw. eine dritte Statortemperatur- schwelle überschritten worden ist. Gemäß dieser Ausgestaltung wird der Elektromotor bei steigender Temperatur also nicht direkt abgestellt. Vielmehr wird er mit geringerer Leistung weiter betrieben, wobei die Leistung immer ge- ringer wird, je höher die Temperatur steigt.

Dies Ausgestaltung ist mit der zuvor genannten Ausgestaltung kombinierbar, dass der Elektromotor ab einer bestimmten Temperatur vollständig ausge- schaltet wird. Es erfolgt also erst ein Betrieb mit geringerer Leistung, bevor der Elektromotor abgeschaltet wird. Genauso ist die vorliegende Ausgestaltung damit kombinierbar, dass der Elektromotor erst wieder eingeschaltet wird, wenn die Temperatur unter eine Temperatur gefallen ist, die geringer ist als die Temperatur, bei der der Elektromotor ausgeschaltet worden ist.

Im Übrigen ist bei der vorliegenden Ausgestaltung des Verfahrens vorzugs- weise vorgesehen, dass die Leistung des Elektromotors oberhalb der dritten Rotortemperaturschwelle bzw. der dritten Statortemperaturschwelle kontinu- ierlich reduziert wird. Mit steigender Temperatur wird also auch die Leistung des Elektromotors immer weiter reduziert bis er ggf. ganz ausgeschaltet wird. Nachfolgend wir die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an- hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter im Detail erläutert.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein thermisches Ersatzschaltbild für den in Fig. 2 dargestellten Elektromotor,

Fig. 2 schematisch einen Gleichstromelektromtor im Schnitt,

Fig. 3 ein Berechnungsschema gemäß einem bevorzugten Ausführungs- beispiel der Erfindung und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Grundidee der vorliegenden Erfindung liegt darin, aus Signalen, die an einem Steuergerät (ECU) für einen Elektromotor bereits verfügbar sind, eine Temperaturbestimmung für den Rotor und den Stator des Elektromotors durchzuführen. Auf diese Weise kann das Vorsehen eines dedizierten Tem- peratursensors für Komponenten des Elektromotors vermieden werden. Die Temperaturbestimmung für den Rotor und den Stator des Elektromotors kann für eine Thermoschutzfunktion verwendet werden, um den Elektromotor vor irreversiblen thermischen Schäden, wie Überhitzung der Magnete oder Ver- brennen der Spulenlackierung, zu bewahren.

Das in Fig. 1 dargestellt thermische Ersatzschaltbild zeigt eine vereinfachte thermische Energieausbreitung in einem solchen Elektromotor 1 , wie er sche- matisch in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist. Der Elektromotor ist eine Gleich- strommotor, der mit zwei Magneten 2 (N, S) ausgestattet ist, innerhalb derer sich der mit entsprechenden Wicklungen 6 versehene Rotor 7 dreht. Der Strom wird über zwei Anschlüsse 8 zugeführt, die zu zwei Bürsten 3 führen. Der Stator 4 stellt gleichzeitig das Gehäuse des Elektromotors 1 dar und umgibt die Magneten 2 und den Rotor 7. Mit dem Rotor 7 ist eine in Fig. 2 nicht weiter dargestellte Welle verbunden.

Dabei sind in dem thermischen Ersatzschaltbild in Fig. 1

R ₁ der thermische Übergangswiderstand zwischen Rotor und Stator,

C ₁ die thermische Kapazität des Rotors,

R ₂ der thermische Übergangswiderstand zwischen Stator und Umgebung,

C ₂ die thermische Kapazität des Stators,

T _R die Rotortemperatur,

T _s die Statortemperatur,

T _a die Außentemperatur,

ΔT _R die Differenz zwischen T _R und T _a ,

ΔT _S die Differenz zwischen T _S und T _a und

P _v die thermische Verlustleistung.

Es sei darauf hingewiesen, dass in dem vorliegenden Modell die Verlustleis- tung ausschließlich am Rotor 7 auftritt.

Die Bestimmung der thermischen Parameter des Elektromotors erfolgt nun wie nachfolgend beschrieben: In einer Testvorrichtung wird der zu untersuchende Elektromotor 1 eingespannt und mit einer Konstantstromquelle betrieben. Der Elektromotor ist dabei mit mehreren Thermokopplern im Inneren ausgestattet, um möglichst alle Temperaturzustände während seines Betriebs aufzuzeich- nen. Der Elektromotor 1 wird nun in mehreren Tests sowohl mit geblockter Welle als auch mit kontrollierter Bremsung und konstanter Rotationsgeschwin- digkeit betrieben. Dabei werden Strom, Spannung, Drehzahl (entsprechend der Elektromotorgeschwindigkeit) und eine Mehrzahl von Temperaturen an verschiedenen Stellen in und am Elektromotor 1 sowie die Außentemperatur außerhalb des Elektromotors 1 aufgezeichnet. Diesen verschiedenen Stellen zur Aufzeichnung der jeweiligen Temperatur in und am Elektromotor 1 sind z.B. an der Außenseite des Stators 4, an der Innenseite des Stators 4, an den Magneten 2, im Bereich der Bürsten 3 und an den Wicklungen 6.

Für die Parameteridentifikation lassen sich aus dieser Aufzeichnung nun die thermischen Widerstände und die thermischen Kapazitäten der jeweiligen Bauteile identifizieren. Hierzu muss die Verlustleistung P _v bekannt sein. Diese ergibt sich aus der Differenz der Eingangsleistung P _I und der mechanischen Ausgangsleistung P _o

P _v = P _I - P _o

Für die Eingangsleistung P _I gilt:

P _I = U * I mit der Eingangsspannung U und dem Eingangsstrom /.

Die mechanische Ausgangsleistung ergibt sich zu:

Dabei sind M das Drehmoment und k _m (T) und k _t (T) die Elektromotor- konstante bzw. die Drehzahlkonstante in Abhängigkeit von der Temperatur. Diese Werte lassen sich aus der Kennlinie des Elektromotors bestimmen. Das Drehmoment M kann aus den Elektromotorkenndaten berechnet werden, wenn Drehzahl, Außentemperatur, Spannung und Strom bekannt sind.

Hiermit können nun in bekannter Weise die thermischen Widerstände und Ka- pazitäten ermittelt werden. Es werden in Summe zwei Parametersätze identi- fiziert: Für einen bewegten Elektromotor mit der maximal zu erwartenden Geschwindigkeit und für einen geblockten Elektromotor. Dies ist vorteilhaft, da sich der Elektromotor in beiden Fällen thermisch unterschiedlich verhält.

Eine In-Situ-Berechnung der Elektromotortemperatur erfolgt nun wie folgt: Da zum Rotor 6 als auch zum Stator 4 verschiedene Einzelkomponenten gehören, wird vorliegend so vorgegangen, dass alle Komponenten, die zum Rotor 6 ge- hören, über eine gemeinsame über diese Komponenten gemittelte Rotortem- peratur erfasst werden. Entsprechend wird für die Statortemperatur vorgegan- gen.

Nun, da die thermischen Eigenschaften und der Temperaturfluss durch Rotor 6 und Stator 4 ermittelt wurden, kann das Model als an sich bekannte Zu- standsraumdarstellung mit den Matrizen A , B, C und D erstellt werden:

Damit ergibt sich eine Transferfunktion zur Bestimmung der Rotor- und Stator- temperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur und der Verlustleistung:

Für diese Transferfunktion muss also neben der Außentemperatur T _a die Ver- lustleistung P _v bekannt sein. Die In-Situ-Berechnung der Verlustleistung erfolgt dabei wie folgt: Als Eingangswerte dienen die Eingangsspannung, der Ein- gangsstrom, die Elektromotorgeschwindigkeit (die proportional zur Drehzahl ist) und die Außentemperatur. Diese Werte sind in einem Fall, in dem der Elektromotor eine elektrische Schiebetüre eines Kraftfahrzeugs antreibt, oh- nehin in der ECU des Elektromotors 1 verfügbar.

Es gilt nun: v ist die Elektromotorgeschwindigkeit und bekannt, da der Elektromotor 1 vor- liegend mit einem Hallsensor ausgestattet ist. M(T) ist das Drehmoment des Elektromotors 1. Es kann bestimmt werden durch

Da k _t abhängig ist von der Rotortemperatur T _R , ist auch M abhängig von T _R . Daraus ergibt sich zur Berechnung der Verlustleistung die folgende Formel VF:

In dieser Formel taucht auch die Rotortemperatur T _R auf. Das heißt, dass in der Gesamtfunktion die ermittelte Rotortemperatur T _R zurückgespeist werden muss, um das Drehmoment M, die Elektromotorkonstante k _t und Drehzahlkon- stante k _m zu ermitteln.

Im Ergebnis ergibt sich damit eine Berechnungsschema wie schematisch in Fig. 3 dargestellt: Mittels einer Transferfunktion TF, die als Eingangsgrößen die Verlustenergie P _v des Elektromotors 1 und die Umgebungstemperatur T _a des Elektromotors 1 erhält, lassen sich die Rotortemperatur T _R und die Stator- temperatur T _S berechnen. Während die Umgebungstemperatur T _a des Elektromotors 1 einfach messbar ist und in der ECU des Elektromotors 1 zur Verfügung steht, muss die Verlustleistung P _v des Elektromotors 1 noch be- stimmt werden, und zwar mittels der zuvor genannten Formel VF, die als Ein- gangswerte die Eingangsspannung U, den Eingangsstrom /, die Elektromotor- geschwindigkeit v und die Rotortemperatur T _R erhält. Die Rotortemperatur T _R ist aber nur als Ergebnis der Transferfunktion TF bekannt, so dass sie in die Formel VF zurückgespeist werden muss.

Da auf diese Weise können die Rotortemperatur T _R und die Statortemperatur T _S im Betrieb des Elektromotors 1 jederzeit sehr genau bestimmt werden, so dass mit Hilfe dieser Informationen eine Temperaturreglung zum Schutz des Elektromotors 1 vor thermischen Schäden erfolgen kann. Eine Möglichkeit ist dabei die komplette Elektromotorabschaltung ab einem kritischen Tempera- turschwellwert für die Rotortemperatur und/oder die Statortemperatur. Die Re- aktivierung der Elektromotorfunktion erfolgt dann nach ausreichender Abküh- lung unter einen anderen Temperaturschwellwert (Hysterese), der einer nied- rigeren Temperatur entspricht, als der Temperaturschwellwert, bei dem die Abschaltung des Elektromotors 1 erfolgt ist, um ein Pendeln um den Abschalt- schwellwert zu vermeiden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Leistung je nach Elektromotortem- peratur zu drosseln. Somit können ein längerer Betrieb ermöglicht und Leis- tungsspitzen verhindert werden. Dieser Modus ist mit dem zuvor genannten kombinierbar, so dass auch hier der Elektromotor 1 ganz abgeschaltet wird, wenn die Rotortemperatur oder die Statortemperatur einen kritischen Tempe- raturschwellwert übersteigt.

Der Ablauf eines Verfahrens nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt sich dann beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. 4 wie folgt dar: In Schritt S1 wird die aktuell außerhalb des Elektromotors 1 herrschenden Au- ßentemperatur T _a und die aktuelle Verlustleistung P _v des Elektromotors 1 be- stimmt. Dann werden in Schritt S2 die ermittelte aktuell außerhalb des Elekt- romotors herrschenden Außentemperatur T _a und die ermittelte aktuellen Ver- lustleistung P _v des Elektromotors 1 in die Transferfunktion TF eingegeben, und es erfolgt in Schritt S3 ein Berechnen der Rotortemperatur T _R und der Stator- temperatur T _S mittels der Transferfunktion TF sowie in Schritt S4 ein Ausgeben der berechneten Rotortemperatur T _R und der berechneten Statortemperatur T _S an eine Motorschutzschaltung. Wie mit dem Pfeil zwischen Schritt S3 und dem Schritt S1 angedeutet, wiederholt sich dieser Prozess kontinuierlich, um eine kontinuierliche Überwachung der Motortemperaturen zu ermöglichen.

An Schritt S4 schließt sich nun in der Motorschutzschaltung ein Schritt S5 an, in dem ein Anpassen der Leistung des Elektromotors 1 in Abhängigkeit der aktuell berechneten Rotortemperatur T _R und der aktuell berechneten Stator- temperatur T _s erfolgt, wobei die Leistung des Elektromotors 1 reduziert wird, sobald eine vorbestimmte Rotortemperaturschwelle bzw. eine vorbestimmte Statortemperaturschwelle überschritten worden ist. Dabei wird die Leistung des Elektromotors 1 oberhalb der Rotortemperaturschwelle bzw. der Stator- temperaturschwelle kontinuierlich reduziert. Wird in Schritt S4 allerdings fest- gestellt, dass die Statortemperatur T _s sogar eine vorbestimmte maximale Statortemperaturschwelle oder die Rotortemperatur T _R eine vorbestimmte ma- ximale Rotortemperaturschwelle überschritten hat, erfolgt ein vollständiges Abschalten des Elektromotors 1. In Schritt S5 schließlich erfolgt ein Wieder- anschalten des Elektromotors 1 erst, sobald die Statortemperatur T _s eine vor- bestimmte niedrigere Statortemperaturschwelle bzw. die Rotortemperatur T _R eine vorbestimmte niedrigere Rotortemperaturschwelle unterschritten hat, wobei die niedrigere Statortemperaturschwelle unterhalb der Statortempera- turschwelle liegt, bei der der Elektromotor l ausgeschaltet worden ist, und die niedrigere Rotortemperaturschwelle unterhalb der der Rotortemperatur- schwelle liegt, bei der der Elektromotor 1 ausgeschaltet worden ist. Bezugszeichenliste

1 Elektromotor

2 Magnete

3 Bürsten

4 Stator

5 Kommutator

6 Wicklungen

7 Rotor

8 Anschlüsse

R ₁ thermischer Übergangswiderstand zwischen Rotor und Stator

C ₁ thermische Kapazität des Rotors

R ₂ thermischer Übergangswiderstand zwischen Stator und Umgebung

C ₂ thermische Kapazität des Stators

T _R Rotortemperatur T _S Statortemperatur

ΔT _R Differenz zwischen T _R und T _a

ΔT _S Differenz zwischen T _S und T _a

T _a Außentemperatur P _v thermische Verlustleistung

U Eingangsspannung des Elektromotors

I Eingangsstrom des Elektromotors k _t Drehzahlkonstante des Elektromotors k _m Elektromotorkonstante des Elektromotors v Elektromotorgeschwindigkeit

M Drehmoment des Elektromotors