專利名稱：用于熱監(jiān)測永磁電動(dòng)機(jī)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及電動(dòng) 機(jī)及其熱監(jiān)測。
背景技術(shù)：
本節(jié)中的陳述僅提供與本公開有關(guān)的背景信息并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。已知的電動(dòng)機(jī)包括將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械轉(zhuǎn)矩的永磁電動(dòng)機(jī)和其它感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。永磁電動(dòng)機(jī)可以是多相內(nèi)置式永磁(IPM)電動(dòng)機(jī),多相內(nèi)置式永磁電動(dòng)機(jī)包括埋在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)且與旋轉(zhuǎn)軸線縱向?qū)?zhǔn)的永磁體。已知的定子包括環(huán)形的定子鐵芯和多個(gè)電繞組。已知的定子鐵芯包括多個(gè)徑向向內(nèi)突出的齒元件，這些齒元件平行于電動(dòng)機(jī)的縱軸線并且限定定子的內(nèi)圓周。相鄰的徑向向內(nèi)突出的齒元件形成了徑向取向的縱向槽。電繞組是由合適導(dǎo)電材料(例如銅或鋁)的股線所構(gòu)成并且織造或以其它方式布置成線圈組，這些線圈組插入各齒元件之間的徑向取向的槽中。電繞組以環(huán)周方式環(huán)繞定子鐵芯的圓周電串聯(lián)地布置，每個(gè)電繞組與電動(dòng)機(jī)的一相相關(guān)聯(lián)。電繞組的每個(gè)線圈組提供電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的一相的一個(gè)極。定子鐵芯中徑向取向槽的數(shù)量取決于電動(dòng)機(jī)電線繞組的相數(shù)和極數(shù)。因此，三相二極電動(dòng)機(jī)將具有配置成六個(gè)線圈組的電繞組。利用流經(jīng)電繞組的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場作用于轉(zhuǎn)子從而在轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。已知的永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯并且具有環(huán)繞靠近轉(zhuǎn)子鐵芯外表面的圓周定位的多個(gè)轉(zhuǎn)子磁體，所述轉(zhuǎn)子鐵芯附接到限定旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)軸，各轉(zhuǎn)子磁體與旋轉(zhuǎn)軸線縱向?qū)?zhǔn)。已知的電動(dòng)機(jī)包括處在定子齒元件與轉(zhuǎn)子外表面之間的氣隙。氣隙是一種設(shè)計(jì)特征，其將轉(zhuǎn)子零件與定子零件物理隔開從而適應(yīng)制造公差并使組裝容易，并且應(yīng)對其它的已知因素。優(yōu)選地使氣隙最小化，因?yàn)闅庀对龃笈c磁通量下降及相關(guān)的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降有關(guān)。當(dāng)電流流經(jīng)定子繞組時(shí)沿著電繞組感應(yīng)出磁場，磁場作用于轉(zhuǎn)子元件的轉(zhuǎn)子磁體。磁場在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸上引起轉(zhuǎn)矩。當(dāng)磁場引起的轉(zhuǎn)矩足以克服軸承摩擦和在軸上所產(chǎn)生的任何轉(zhuǎn)矩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)子使軸旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)包括與磁學(xué)、力學(xué)、熱力學(xué)、電子學(xué)、聲學(xué)和材料科學(xué)有關(guān)的因素。已知的是性能要求、包裝限制和成本對電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)施加影響設(shè)計(jì)特征的限制。已知的性能要求包括最大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、和齒槽轉(zhuǎn)矩(cogging torque),其會影響電動(dòng)機(jī)的噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度性能。已知的永磁電動(dòng)機(jī)具有由永磁體和電樞磁動(dòng)勢導(dǎo)致的、相對于轉(zhuǎn)子角度位置是非正弦的磁通分布。包括內(nèi)置式永磁電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的永磁電動(dòng)機(jī)由于具有高效率和高功率密度因而可用于車輛推進(jìn)用途?？筛鶕?jù)預(yù)計(jì)的負(fù)荷曲線(例如車輛的占空比以及總效率和功率損失)來設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的尺寸。永磁電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度(例如繞組溫度)取決于實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷和占空比。在包括以峰值輸出功率進(jìn)行的長時(shí)間運(yùn)行在內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)會過熱。過熱會加速定子繞組上的絕緣老化和劣化并且使永磁體消磁，因而降低電動(dòng)機(jī)的性能并且減小電動(dòng)機(jī)的壽命。已知的內(nèi)置式永磁電動(dòng)機(jī)可利用直接測量系統(tǒng)來監(jiān)測繞組溫度，例如通過在定子繞組內(nèi)安裝熱電偶或熱敏電阻裝置。溫度測量系統(tǒng)增加了部件，增大了線束復(fù)雜性并且需要信號監(jiān)測的硬件和軟件。已知的熱模型可利用電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)來估計(jì)繞組溫度并具有相關(guān)的估計(jì)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法，包括以與電動(dòng)機(jī)控制頻率同步的頻率將交流電流注入定子繞組的D軸電流；確定直流相電流；確定與直流相電流和施加電壓相對應(yīng)的定子繞組的電阻；以及根據(jù)定子繞組的電阻確定電動(dòng)機(jī)溫度。本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。方案I. 一種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法，包括
以與所述電動(dòng)機(jī)的控制頻率同步的頻率將交流電流注入定子繞組的D軸電流；
確定直流相電流；
確定與所述直流相電流和施加電壓相對應(yīng)的所述定子繞組的電阻；以及 根據(jù)所述定子繞組的電阻來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。方案2.如方案I所述的方法，其中，將交流電流僅注入所述定子繞組的D軸電流。方案3.如方案I所述的方法，其中，不將交流電流注入所述定子繞組的Q軸電流。方案4.如方案I所述的方法，其中，還根據(jù)所述定子繞組的材料的溫度系數(shù)來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。方案5.如方案I所述的方法，其中，確定直流相電流包括監(jiān)測并過濾所述電動(dòng)機(jī)的測量的相電流。方案6.如方案I所述的方法，其中，通過監(jiān)測電性聯(lián)接到逆變器模塊的高電壓直流電源的電壓而確定所述施加電壓，所述逆變器模塊被配置成操作所述電動(dòng)機(jī)。方案7. —種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法,包括
以與所述電動(dòng)機(jī)的控制頻率同步的頻率將交流電流注入定子繞組的D軸電流；
監(jiān)測所述電動(dòng)機(jī)的相電流從而確定直流相電流；
確定施加電壓；
確定與所述直流相電流和所述施加電壓相對應(yīng)的所述定子繞組的電阻；以及 根據(jù)所述定子繞組的電阻來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。方案8.如方案7所述的方法，其中，將交流電流僅注入所述定子繞組的D軸電流。方案9.如方案8所述的方法，其中，不將交流電流注入所述定子繞組的Q軸電流。方案10.如方案7所述的方法，其中，還根據(jù)所述定子繞組的材料的溫度系數(shù)來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。方案11.如方案7所述的方法，其中，確定直流相電流包括監(jiān)測所述電動(dòng)機(jī)的測量的相電流。方案12.如方案7所述的方法，其中，確定施加電壓包括監(jiān)測電性聯(lián)接到逆變器模塊的高電壓直流電源的電壓，所述逆變器模塊被配置成操作所述電動(dòng)機(jī)。方案13. —種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法，包括將交流電流僅注入定子繞組的D軸電流并且不將交流電流注入定子繞組的Q軸電流； 確定相應(yīng)的直流相電流；
計(jì)算與所述直流相電流和施加電壓相對應(yīng)的所述定子繞組的電阻；以及 根據(jù)所述定子繞組的電阻來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。方案14.如方案13所述的方法，其中，確定相應(yīng)的直流相電流包括監(jiān)測所述電動(dòng)機(jī)的測量的相電流。方案15.如方案13所述的方法，其中，將交流電流僅注入D軸電流并且不將交流電流注入Q軸電流包括與所述電動(dòng)機(jī)的電流控制頻率同步地將交流電流注入D軸。


現(xiàn)在將通過例子并參照附圖來描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。
圖I示意性地示出了根據(jù)本公開的電性連接到逆變器模塊的電動(dòng)機(jī)的剖視圖，所述逆變器模塊電性連接到高電壓直流電源。圖2是根據(jù)本公開的用于監(jiān)測永磁電動(dòng)機(jī)溫度的過程的流程圖。圖3是根據(jù)本公開的溫度與逝去時(shí)間的數(shù)據(jù)圖，該數(shù)據(jù)圖繪出了作為逝去的運(yùn)行時(shí)間的函數(shù)的測量的定子溫度和相應(yīng)的估計(jì)的定子溫度。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中各附圖僅以說明某些示例性實(shí)施例為目的而不是以限制其為目的，圖I示意性地示出了電性連接到逆變器模塊20的永磁電動(dòng)機(jī)10的剖視圖，逆變器模塊20電性連接到高電壓直流電源40。永磁電動(dòng)機(jī)10包括安裝在軸13上的轉(zhuǎn)子12。軸13的中心線限定縱軸線，該縱軸線是轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)軸線15。轉(zhuǎn)子12包括多個(gè)永磁體16，永磁體16安裝到或以其它方式附接到轉(zhuǎn)子12的外表面或者外表面附近。轉(zhuǎn)子12插入同軸的中空圓柱形定子14中。定子14包括以多相方式布置的多個(gè)定子繞組19。永磁電動(dòng)機(jī)10包括具有端蓋的外殼，轉(zhuǎn)子12的軸13可旋轉(zhuǎn)地安裝在端蓋的支承表面上。圖示的永磁電動(dòng)機(jī)10的剖視圖正交于轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)軸線15。適當(dāng)?shù)匕惭b旋轉(zhuǎn)位置傳感器36來監(jiān)測轉(zhuǎn)子12的角度位置37從而測定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。可理解的是，永磁電動(dòng)機(jī)10可被感應(yīng)電機(jī)、繞線同步電機(jī)、或者具有類似效果的另一種合適的電動(dòng)機(jī)代替。逆變器模塊20包括多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器(gate drive) 22和相關(guān)的控制模塊30。各對柵極驅(qū)動(dòng)器22與永磁電動(dòng)機(jī)10的定子繞組19的選定部分相對應(yīng)，通過以合適的方式布置各對柵極驅(qū)動(dòng)器22來控制永磁電動(dòng)機(jī)10的各個(gè)相。如圖所示，存在布置成三對的六個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器22，用于在三個(gè)相中控制流向永磁電動(dòng)機(jī)10的電功率流。柵極驅(qū)動(dòng)器22可包括IGBT或其它合適裝置。逆變器模塊20使用一定數(shù)量的與所述多個(gè)定子繞組19相對應(yīng)的電引線電性連接到永磁電動(dòng)機(jī)10，這些電引線包括與相A、B和C相對應(yīng)的電引線24、26和28。電流監(jiān)測傳感器32和34被配置成分別監(jiān)測流經(jīng)用于相A和相B的引線24和26的電流，因而產(chǎn)生被控制模塊30監(jiān)測的相應(yīng)的電流信號33和35。在運(yùn)行中，控制模塊30按順序啟動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器22從而將來自高電壓直流電源40的電流輸送給定子繞組19的各相中的一個(gè)相。電流在定子繞組19中感應(yīng)出磁場，磁場作用于永磁體16并引起軸13上的轉(zhuǎn)子12圍繞旋轉(zhuǎn)軸線15旋轉(zhuǎn)。用旋轉(zhuǎn)位置傳感器36監(jiān)測轉(zhuǎn)子12的角度位置37，并且用電流監(jiān)測傳感器32和34監(jiān)測電流流量33和35?？刂破?0控制柵極驅(qū)動(dòng)器22啟動(dòng)的定時(shí)從而控制永磁電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出。圖2以流程圖形式示出了用于監(jiān)測永磁電動(dòng)機(jī)溫度的過程100。過程100是針對參考圖I所述的永磁電動(dòng)機(jī)10和逆變器模塊20來描述的。因此，應(yīng)理解的是當(dāng)以本文中所描述方式執(zhí)行過程100時(shí)它能夠僅利用電氣布線配置來監(jiān)測永磁電動(dòng)機(jī)10的溫度，可利用所述電氣布線配置來控制永磁電動(dòng)機(jī)10而無需附加的硬件(例如溫度傳感器)以及相關(guān)線束和信號處理硬件。過程100包括以與電動(dòng)機(jī)10控制頻率同步的頻率將交流電流注入電動(dòng)機(jī)10的D 軸電流。將交流電流注入永磁電動(dòng)機(jī)10的D軸電流等同于將直流相電流和二階諧波電流注入電機(jī)相電流。通過監(jiān)測相應(yīng)的直流輸出而確定永磁電動(dòng)機(jī)10的定子繞組19的直流電阻。直流電阻與定子繞組的溫度有關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地周期性地反復(fù)由控制器30執(zhí)行過程100從而估計(jì)永磁電動(dòng)機(jī)10的溫度。由于熱慣性和發(fā)熱，永磁電動(dòng)機(jī)10的熱時(shí)間常數(shù)可處于秒或分鐘的量級。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，周期性地每10秒執(zhí)行一次過程100?？梢源_定用于執(zhí)行過程100的其它合適時(shí)間周期。以與參照圖2所述的過程100相關(guān)的索引表的形式給出表1，其中用數(shù)字標(biāo)注的方框和相應(yīng)功能展示如下
表I
權(quán)利要求
1.一種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法，包括 以與所述電動(dòng)機(jī)的控制頻率同步的頻率將交流電流注入定子繞組的D軸電流； 確定直流相電流； 確定與所述直流相電流和施加電壓相對應(yīng)的所述定子繞組的電阻；以及 根據(jù)所述定子繞組的電阻來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，將交流電流僅注入所述定子繞組的D軸電流。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，不將交流電流注入所述定子繞組的Q軸電流。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，還根據(jù)所述定子繞組的材料的溫度系數(shù)來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，確定直流相電流包括監(jiān)測并過濾所述電動(dòng)機(jī)的測量的相電流。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，通過監(jiān)測電性聯(lián)接到逆變器模塊的高電壓直流電源的電壓而確定所述施加電壓，所述逆變器模塊被配置成操作所述電動(dòng)機(jī)。
7.一種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法，包括 以與所述電動(dòng)機(jī)的控制頻率同步的頻率將交流電流注入定子繞組的D軸電流； 監(jiān)測所述電動(dòng)機(jī)的相電流從而確定直流相電流； 確定施加電壓； 確定與所述直流相電流和所述施加電壓相對應(yīng)的所述定子繞組的電阻；以及 根據(jù)所述定子繞組的電阻來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，將交流電流僅注入所述定子繞組的D軸電流。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，不將交流電流注入所述定子繞組的Q軸電流。
10.一種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法，包括 將交流電流僅注入定子繞組的D軸電流并且不將交流電流注入定子繞組的Q軸電流； 確定相應(yīng)的直流相電流； 計(jì)算與所述直流相電流和施加電壓相對應(yīng)的所述定子繞組的電阻；以及 根據(jù)所述定子繞組的電阻來確定所述電動(dòng)機(jī)的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于熱監(jiān)測永磁電動(dòng)機(jī)的方法和裝置，具體提供了一種用于確定包括定子繞組的電動(dòng)機(jī)的溫度的方法，包括以與電動(dòng)機(jī)控制頻率同步的頻率將交流電流注入定子繞組的D軸電流；確定直流相電流；確定與直流相電流和施加電壓相對應(yīng)的定子繞組的電阻；以及根據(jù)定子繞組的電阻確定電動(dòng)機(jī)溫度。
文檔編號G01K7/16GK102809440SQ201210178050
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者L.郝, Y.張, S.程 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司