25.05.2021 – Kategorie: Konstruktion & Engineering

Prüfstand und Fahrbetrieb: Temperaturmesstechnik für Elektromotoren

Temperaturmesstechnik für ElektromotorenQuelle: Manner Sensortelemetrie GmbH

Die Leistungsdichte aktueller Elektroantriebe für Fahrzeuge stellt hohe Anforderungen an die Temperaturmesstechnik im Rotor. Mit einer präzisen Erfassung des Temperaturprofils im Motor können Konstrukteure sicherstellen, dass Entwickler und Konstrukteure sicherstellen, dass in keinem Fahrzustand kritische Temperaturen erreicht werden.

  • Ob Prüfstand oder Fahrbetrieb, die Leistungsdichte moderner Elektroantriebe für Hybrid- und rein elektrisch betriebene Fahrzeuge stellt hohe Anforderungen an die Temperaturmesstechnik im Rotor.
  • Sie dient der präzisen und zuverlässigen Erfassung des Temperaturprofils des Motors in allen Betriebssituationen.
  • Auf Basis dieser Daten können Entwickler und Konstrukteure sicherstellen, dass in allen Fahrzuständen keine kritischen Temperaturen erreicht werden.

Beim Einsatz von Temperaturmesstechnik im „Herzen“ des Elektromotors kommen Faktoren zusammen, die höchste Ansprüche an die Mess- und Übertragungstechnik stellen. Hohe Temperaturen, hohe Drehzahlen, starke elektromagnetische Einflüsse und nicht zuletzt ein eng begrenzter Bauraum gehören dazu. Hier kommen beispielsweise die Stärken der Manner Sensortelemetrie zum Tragen. Temperaturfestigkeit bis 200°C, hohe elektromagnetische Robustheit, Ölfestigkeit und hohe Bauformgestaltungsfreiheit in Verbindung mit kompaktem Aufbau und höchste Drehzahlen bis zu 30’000 U/min die so nur aus der Luftfahrtindustrie bekannt waren.

Vom Anfahren über die Beschleunigung bis hin zu Bergfahrten, die Temperaturkontrolle ist mit entscheidend für die Betriebssicherheit in der späteren Serienproduktion. Denn die Permanentmagnetisierung moderner, auf Seltene-Erden-Magneten basierender Elektroantriebe, darf zu keiner Zeit durch Überschreitung des Curie-Punktes gefährdet werden. Die Erfassungseinheit und die Telemetrie-Bausteine von Manner messen unter härtesten Einsatzbedingungen zuverlässig und präzise auf 1°C genau — nach Wunsch sogar digital kompensiert auf <0,2 °C Abweichung vom Messwert.

Temperaturmesstechnik: Sensor und Datenübertragung

Für die Temperaturmesstechnik in E-Antrieben können wahlweise jegliche Thermoelemente (Typ J, K etc.) oder alternativ auch Pt100-Temperaturfühler, zum Einsatz kommen. Zur Verwendung kommen in der Regel nur 0,5 mm starke, biegsamen Thermoelemente. Der notwendige Bohrungsdurchmesser für die Verkabelung hat eine vernachlässigbare Rückwirkung auf den Antriebsprozess. Die Verkabelung bis zum gewünschten Messpunkt im Inneren des Antriebs wird von Manner ausgeführt. Das verspricht hohe Zuverlässigkeit.

Applizierte Temperaturrotortelemetrie 6-kanalig mit integrierter Rotorantenne in-Situ beim Elektromotor. Bildquelle: Manner Sensortelemetrie GmbH

Die Rotortelemetrie ist robust gegen EMV und je nach Kundenwunsch für Drehzahlen bis 30’000 U/min ausgelegt. Besonders hervorzuheben ist auch das flexible und kompakte Design der Telemetrie. Je enger der Bauraum, der für die Applikation zur Verfügung steht, desto bedeutsamer ist die passgenaue und raumsparende Konstruktion des Telemetriegehäuses. Die Miniaturtelemetriebausteine, Technologien und Systeme von Manner erlauben die modulare Integration der Telemetrie in Rotoren jeglicher Geometrie. Damit das Gehäuse optimal an jeden Rotor und jede Einbausituation angepasst werden kann, konstruiert Manner jedes Gehäuse bei Bedarf applikationsspezifisch.

Die Messdaten werden noch in der Rotortelemetrie digitalisiert und mit dem Telemetriedatenübertragsverfahren von Manner zur miniaturisierten Statoreinheit übergeben. Bislang wurden mehr als 500 Messtelemetrien für die Temperaturerfassung im Elektromotor namhafter Automobilhersteller und Zulieferer nach kundenspezifischen Anforderungen konstruiert, produziert und getestet. Das System löst die Messaufgabe egal ob in Situ verbaut oder direkt am Wickelkopf des Elektromotors.

Datenerfassung und Auswertung

Die Messsignale des Thermoelements werden berührungslos erfasst und zur stationären Seite übertragen. Diese Messdaten können klassisch als Analogsignal mit 0 … ±10 V; 4…20mA oder auch als Digitalsignal über das CAN-Interface, EtherCAT oder Ethernet an das Datenerfassungssystem übergeben werden. Alle verwendeten Telemetrie-Bausteine sind temperaturfest bis 200°C.
Auf Wunsch kann das Messignal direkt als Temperaturwert ausgegeben werden und somit die komfortable und nahtlose Interpretation des Messlaufs realisiert werden.

Miniaturisierte, modulare Komponenten eröffnen dem Engineering-Team von Manner hohe Gestaltungsfreiheit beim Formfaktor des Sensorsignalverstärkers für die Integration des Verstärkergehäuses an seinem Einbauort im Rotor. Typisch für die Form des Gehäuses sind ring- oder patronenförmige Ausführungen.

Bild oben: Applizierte Temperaturrotortelemetrie 6-kanalig mit integrierter Rotorantenne in-Situ beim Elektromotor. Bildquelle: Manner Sensortelemetrie GmbH

Weitere Informationen: https://www.sensortelemetrie.de/

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