定子繞組診斷系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及定子繞組診斷系統(tǒng)和方法。提供用于診斷電動馬達中的定子繞組的系統(tǒng)和方法。用于診斷電動馬達中的定子繞組的示例性方法包括：確定在所述電動馬達的電氣周期中跨過所述定子繞組的相位的輸入能量不平衡程度；以及當(dāng)所述輸入能量不平衡程度大于第一閾值時識別故障狀況。在一些實施例中，跨過定子繞組的相位的輸入能量比也針對該電氣周期被確定，其中當(dāng)所述輸入能量比大于第二閾值并且所述輸入能量不平衡程度大于所述第一閾值時，所述故障狀況被識別為相位間短路故障狀況；或替代性地當(dāng)所述輸入能量比小于第二閾值時，所述故障狀況被識別為相位內(nèi)短路故障狀況。
【專利說明】定子繞組診斷系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文描述的主題內(nèi)容的實施例總體上涉及車輛電氣系統(tǒng)，且更具體地涉及在機動車輛的操作期間用于診斷電動馬達的定子繞組中的故障狀況的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，技術(shù)的進步以及一直在發(fā)展的款式品位導(dǎo)致機動車設(shè)計的顯著變化。電動馬達(或電機)正在機動車行業(yè)中找到增長數(shù)量的應(yīng)用，這是由于機動車驅(qū)動系統(tǒng)的電氣化。電動和/或混合動力車輛將電動馬達用作機動車驅(qū)動系統(tǒng)中的主要或補充扭矩源。這些電動馬達預(yù)期在極端操作狀況下高可靠地運行延長時間段。但是，隨著時間的經(jīng)過，施加到電動馬達的操作應(yīng)力可能使得定子繞組的狀況降級。例如，熱應(yīng)力和/或電壓應(yīng)力可能導(dǎo)致絕緣擊穿，這繼而可能導(dǎo)致定子繞組的單獨匝數(shù)的局部短路和/或開路。因此，期望檢測定子繞組的降級，以有利于維護該馬達并且確保在車輛的壽命期間馬達的可靠操作。
[0003]為了診斷定子繞組，一些常見的現(xiàn)有技術(shù)采用電壓注入(或電流注入(injection))，所述電壓注入可能潛在地影響馬達的操作。替代性技術(shù)采用基于傅里葉的分析或其他頻域分析，這需要相對較大量的計算資源和響應(yīng)時間的相應(yīng)延遲。已經(jīng)提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷技術(shù)，但是這些技術(shù)通常受限于馬達的具體類型和/或需要不期望量的時間和/或數(shù)據(jù)來訓(xùn)練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(例如，機器學(xué)習(xí))。因此，期望提供允許定子繞組中的故障狀況被盡可能快地識別而不需要顯著地增加計算資源或者潛在地干擾馬達的在其它方面正常操作的系統(tǒng)和方法。此外，本發(fā)明的其他期望特征和特性從后面的詳細說明和所附權(quán)利要求書結(jié)合附圖以及前述【技術(shù)領(lǐng)域】和【背景技術(shù)】將顯而易見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在各個示例性實施例中的一個中，提供一種用于診斷電動馬達中的定子繞組的方法。在各個實施例中的一個中，所述方法包括:確定在所述電動馬達的電氣周期中跨過所述定子繞組的相位的輸入能量不平衡程度；以及當(dāng)所述輸入能量不平衡程度大于第一閾值時識別故障狀況。
[0005]根據(jù)各個例性實施例中的另一實施例，還提供一種適合用于機動車輛的電氣系統(tǒng)。在一個實施例中，該系統(tǒng)包括:具有定子繞組的電動馬達，每個定子繞組對應(yīng)于所述電動馬達的相應(yīng)相位；逆變器模塊，所述逆變器模塊聯(lián)接到所述定子繞組以響應(yīng)于與所述電動馬達的相位對應(yīng)的電壓指令將指令電壓從能量源提供至所述電動馬達的定子繞組；多個電流傳感器，所述電流傳感器聯(lián)接在所述逆變器模塊和所述定子繞組之間，以獲得通過所述定子繞組的測量電流；以及控制模塊，所述控制模塊聯(lián)接到所述逆變器模塊和所述多個電流傳感器。所述控制模塊基于所述測量電流與指令電流之間的差來產(chǎn)生與所述指令電壓對應(yīng)的電壓指令，基于所述電壓指令和測量電流來確定所述電動馬達的相位之間的輸入能量差，以及基于所述輸入能量差來識別所述定子繞組中的故障狀況。
[0006]方案1.一種用于診斷電動馬達中的定子繞組的方法，所述方法包括: 確定在所述電動馬達的電氣周期中跨過所述定子繞組的相位的輸入能量不平衡程度；
以及
當(dāng)所述輸入能量不平衡程度大于閾值時識別故障狀況。
[0007]方案2.根據(jù)方案I所述的方法，還包括:確定在所述電氣周期中跨過所述定子繞組的相位的輸入能量比，其中，識別故障狀況還包括:當(dāng)所述輸入能量比大于第二閾值并且所述輸入能量不平衡程度大于所述閾值時，識別相位間短路故障狀況。
[0008]方案3.根據(jù)方案I所述的方法，其中，確定所述輸入能量不平衡程度還包括:確定在所述電動馬達的定子繞組的相應(yīng)相位對之間的最大輸入能量差。
[0009]方案4.根據(jù)方案I所述的方法，其中，確定所述輸入能量不平衡程度還包括:確定所述定子繞組的第一相位與所述定子繞組的第二相位之間的輸入能量差。
[0010]方案5.根據(jù)方案4所述的方法，還包括:當(dāng)所述輸入能量差大于所述閾值時確定在所述電氣周期中所述第一相位相對于所述第二相位的輸入能量比，其中，識別故障狀況還包括:當(dāng)所述輸入能量比大于第二閾值時識別相位間短路故障狀況。
[0011]方案6.根據(jù)方案4所述的方法,還包括:確定所述第一相位的第一相位輸入能量相對于所述第二相位的第二相位輸入能量的比，其中，識別故障狀況還包括:
當(dāng)所述輸入能量差大于所述閾值并且所述比大于第二閾值時識別相位間短路故障狀況；以及
當(dāng)所述輸入能量差大于所述閾值并且所述比小于第二閾值時識別相位內(nèi)短路故障狀況。
[0012]方案7.根據(jù)方案I所述的方法，其中，確定所述輸入能量不平衡程度還包括: 確定在所述電氣周期中所述定子繞組的第一相位的第一相位輸入能量量度；
確定在所述電氣周期中所述定子繞組的第二相位的第二相位輸入能量量度；以及 將所述輸入能量不平衡程度確定為所述第一相位輸入能量量度與所述第二相位輸入
能量量度之間的差。
[0013]方案8.根據(jù)方案7所述的方法，其中:
確定所述第一相位輸入能量量度還包括累加在所述電氣周期期間用于所述第一相位的多個第一即時輸入功率值；以及
確定所述第二相位輸入能量量度還包括累加在所述電氣周期期間用于所述第二相位的多個第二即時輸入功率值。
[0014]方案9.根據(jù)方案8所述的方法，其中，累加所述多個第一即時輸入功率值還包括:
基于在所述電氣周期期間第一時間施加到所述第一相位的第一即時電壓以及通過所述第一相位的第一即時電流來計算用于所述第一相位的第一即時輸入功率值；
基于在所述電氣周期期間第二時間施加到所述第一相位的第二即時電壓以及通過所述第一相位的第二即時電流來計算用于所述第一相位的第二即時輸入功率值；以及將所述第一即時輸入功率值和所述第二即時輸入功率值相加。
[0015]方案10.根據(jù)方案8所述的方法，其中，累加所述多個第一即時輸入功率值還包括:
獲得在所述電氣周期期間第一時間施加到所述第一相位的即時電壓； 獲得在所述電氣周期期間第一時間施加到所述第一相位的即時電流；
基于所述即時電壓和所述即時電流來計算用于所述第一相位的即時輸入功率值；以及 將所述即時輸入功率值與先前即時輸入功率值相加以獲得所述第一相位輸入能量量度。
[0016]方案11.根據(jù)方案I所述的方法，還包括:
獲得在所述電氣周期期間第一時間用于所述定子繞組的第一相位的第一電壓指令； 獲得所述第一時間用于所述定子繞組的第二相位的第二電壓指令；
獲得所述第一時間通過所述第一相位的第一測量電流；以及
獲得所述第一時間通過所述第二相位的第二測量電流，其中，確定所述輸入能量不平衡程度還包括:
至少部分地基于所述第一電壓指令和所述第一測量電流來確定用于所述第一相位的第一相位輸入能量量度；
至少部分地基于所述第二電壓指令和所述第二測量電流來確定用于所述第二相位的第二相位輸入能量量度；以及
將所述輸入能量不平衡程度確定為所述第一相位輸入能量量度與所述第二相位輸入能量量度之間的差。
[0017]方案12.—種車輛，所述車輛包括:
具有定子繞組的電動馬達，每個定子繞組對應(yīng)于所述電動馬達的相應(yīng)相位；
逆變器模塊，所述逆變器模塊聯(lián)接到所述定子繞組以響應(yīng)于與所述電動馬達的相位對應(yīng)的電壓指令將指令電壓從能量源提供至所述電動馬達的定子繞組；
多個電流傳感器，所述電流傳感器聯(lián)接在所述逆變器模塊和所述定子繞組之間，以獲得通過所述定子繞組的測量電流；以及
控制模塊，所述控制模塊聯(lián)接到所述逆變器模塊和所述多個電流傳感器，以:
基于所述測量電流與指令電流之間的差來產(chǎn)生與所述指令電壓對應(yīng)的電壓指令； 基于所述電壓指令和測量電流來確定所述電動馬達的相位之間的輸入能量差；以及 基于所述輸入能量差來識別所述定子繞組中的故障狀況。
[0018]方案13.根據(jù)方案12所述的車輛，其中，所述輸入能量差包括在所述電動馬達的相位之間的最大輸入能量差。
[0019]方案14.根據(jù)方案12所述的車輛，其中，當(dāng)所述輸入能量差超過第一閾值時，所述控制模塊識別故障狀況。
[0020]方案15.根據(jù)方案12所述的車輛，其中，所述控制模塊:
基于所述電壓指令和測量電流來確定所述電動馬達的相位之間的輸入能量比；
當(dāng)所述輸入能量差大于第一閾值并且所述輸入能量比大于第二閾值時將所述故障狀況識別為相位間短路故障狀況；以及
當(dāng)所述輸入能量差大于第一閾值并且所述輸入能量比小于第二閾值時將所述故障狀況識別為相位內(nèi)短路故障狀況。
[0021]方案16.根據(jù)方案12所述的車輛，其中，所述控制模塊通過下述方式來確定所述輸入能量差:
確定在所述電動馬達的電氣周期中用于所述相位中的每個相位的輸入能量值，從而得到多個輸入能量值；
識別所述多個輸入能量值中的最大輸入能量值；
識別所述多個輸入能量值中的最小輸入能量值；以及
從所述最大輸入能量值減去所述最小輸入能量值以確定所述輸入能量差。
[0022]方案17.根據(jù)方案12所述的車輛，還包括電子控制單元，所述電子控制單元聯(lián)接到所述控制模塊，以從所述控制模塊接收所述故障狀況的指示并且響應(yīng)于所述故障狀況來啟動補救動作。
[0023]方案18.—種用于診斷電動馬達中的定子繞組的方法，所述方法包括:
通過累加在所述電動馬達的電氣周期期間用于所述電動馬達的定子繞組的第一相位的多個第一即時輸入功率值來針對所述第一相位確定用于所述電氣周期的第一馬達相位輸入能量量度；
通過累加在所述電動馬達的電氣周期期間用于所述電動馬達的定子繞組的第二相位的多個第二即時輸入功率值來針對所述第二相位確定用于所述電氣周期的第二馬達相位輸入能量量度，其中，所述多個第二即時輸入功率值中的每個相應(yīng)即時輸入功率值與所述多個第一即時輸入功率值中的相應(yīng)即時輸入功率值是同時發(fā)生的；以及
當(dāng)所述第一馬達相位輸入能量量度與所述第二馬達相位輸入能量量度之間的差大于閾值時識別短路故障狀況。
[0024]方案19.根據(jù)方案18所述的方法，還包括:響應(yīng)于識別所述短路故障狀況而進行下述操作:
確定所述第一馬達相位輸入能量量度與所述第二馬達相位輸入能量量度之比；
當(dāng)所述比大于第二閾值時識別相位間短路故障狀況；以及 當(dāng)所述比小于所述第二閾值時識別相位內(nèi)短路故障狀況。
[0025]方案20.根據(jù)方案18所述的方法，其中:
確定所述第一馬達相位輸入能量量度還包括:
獲得在所述電氣周期期間第一時間用于所述第一相位的第一電壓指令；
與獲得所述第一電壓指令同時地獲得通過所述第一相位的第一測量電流；
獲得在所述電氣周期期間第二時間用于所述第一相位的第二電壓指令；
與獲得所述第二電壓指令同時地獲得通過所述第一相位的第二測量電流；以及通過將所述第一電壓指令與所述第一測量電流之積和所述第二電壓指令與所述第二測量電流之積相加來確定所述第一馬達相位輸入能量量度；以及確定所述第二馬達相位輸入能量量度還包括:
與獲得所述第一電壓指令同時地獲得用于所述第二相位的第三電壓指令；
與獲得所述第三電壓指令同時地獲得通過所述第二相位的第三測量電流；
與獲得所述第二電壓指令同時地獲得用于所述第二相位的第四電壓指令；
與獲得所述第四電壓指令同時地獲得通過所述第二相位的第四測量電流；以及通過將所述第三電壓指令與所述第三測量電流之積和所述第四電壓指令與所述第四測量電流之積相加來確定所述第二馬達相位輸入能量量度。
【專利附圖】

【附圖說明】[0026]示例性實施例將在下文結(jié)合下述附圖被描述，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件，且其中:
圖1是根據(jù)實施例的適合用于車輛的示例性電氣系統(tǒng)的框圖；以及圖2是示出根據(jù)實施例的適合由圖1的電氣系統(tǒng)實施的示例性定子繞組診斷過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下述詳細說明本質(zhì)上僅僅是描述性的，并且不旨在限制主題內(nèi)容或應(yīng)用的實施例以及這種實施例的使用。如本文所使用的，詞語“示例性”意味著“用作示例、范例或描述”。本文被描述為示例性的任何實施方式都不必被認(rèn)為與其他實施方式相比是優(yōu)選或有利的。此外，并不旨在受在前述【技術(shù)領(lǐng)域】、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或下述詳細說明中呈現(xiàn)的任何明示或暗示的理論約束。
[0028]本文所述的主題內(nèi)容的實施例涉及基于電動馬達的各相位之間的輸入能量不平衡程度來診斷電動馬達的定子繞組中的故障狀況。由此，對于在正常操作期間的健康馬達來說，預(yù)期馬達相電流是平衡且對稱的，使得輸入能量在電氣循環(huán)中在全部馬達相位上應(yīng)當(dāng)是大致相等的。如將在下文更詳細地描述的，在示例性實施例中，通過累加在電氣循環(huán)期間在多個采樣時間確定的每個相應(yīng)相位的即時輸入功率值來針對電動馬達的每個相應(yīng)相位確定電動馬達的電氣循環(huán)中的輸入能量量度(或值)。然后，在該電氣循環(huán)中輸入能量不平衡程度的值被確定為跨過馬達相位的輸入能量之間的最大差，例如通過將在該電氣循環(huán)中的最大馬達相位輸入能量量度減去在該電氣循環(huán)中的最小馬達相位輸入能量量度。當(dāng)輸入能量不平衡程度超過代表健康馬達的額定最大輸入能量不平衡程度的閾值時，檢測到短路定子繞組故障狀況。一旦檢測到短路定子繞組故障狀況，那么該故障狀況可基于最大馬達相位輸入能量量度和最小馬達相位輸入能量量度之間的關(guān)系被識別為相位內(nèi)短路故障狀況或相位間短路故障狀況，如將在下文更詳細地描述的。通過在每個電氣循環(huán)中診斷電氣馬達，可在有限量的時間中識別初期故障狀況，由此允許快速地啟動補救動作，以減輕該故障狀況對電動馬達的影響。
[0029]在示例性實施例中，本文描述的主題內(nèi)容采用由變頻驅(qū)動器控制的三相同步電動馬達，該變頻驅(qū)動器提供對機動車輛中的電動馬達的速度和扭矩的電流調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制，如在圖1的上下文中在下文更詳細地描述的。也就是說，本文所述的主題內(nèi)容不局限于使用同步馬達、三相馬達、變頻和/或電流調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制的馬達、和/或機動車應(yīng)用，并且在實踐中本文所述的主題內(nèi)容可用于在任何應(yīng)用中采用的任何多相電動馬達(例如，具有不止一個相位的定子繞組的電動馬達)。
[0030]如本文所使用的，下標(biāo)和上標(biāo)的含義如下:
下標(biāo)d和q:在d_q坐標(biāo)中的數(shù)量。在笛卡爾坐標(biāo)系中，d_q參考坐標(biāo)與在電動馬達內(nèi)的轉(zhuǎn)子的特征(例如，轉(zhuǎn)子磁通角度)的旋轉(zhuǎn)同步。
[0031]上標(biāo)s:在靜止(或固定)參考坐標(biāo)中電動馬達的定子繞組中的數(shù)量。
[0032]上標(biāo)e:在旋轉(zhuǎn)(同步)參考坐標(biāo)中的數(shù)量。
[0033]上標(biāo)被指令的數(shù)量。
[0034]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖1，適用于機動車輛150的不例性電氣系統(tǒng)100以非限制性的方式包括電子控制單元(E⑶)101、能量源102、逆變器模塊104、電動馬達106、解析器系統(tǒng)108、控制模塊110以及多個電流傳感器112。E⑶101對接收自車輛150的駕駛員(例如，經(jīng)由加速器
踏板)的指令作出響應(yīng)，并且產(chǎn)生相應(yīng)速度( < )和轉(zhuǎn)子磁通()指令以使得車輛
150的電動馬達106以期望的方式操作。控制模塊110聯(lián)接到E⑶101以接收速度和磁通指令，并且繼而產(chǎn)生代表待從能量源102經(jīng)由逆變器模塊104施加到電動馬達106的定子繞組的電壓的相應(yīng)電壓指令，以實現(xiàn)所指令的速度和轉(zhuǎn)子磁通。由此，逆變器模塊104和控制模塊110協(xié)作地構(gòu)造成采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)來調(diào)制逆變器模塊104的相位支路以及將指令電壓從能量源102施加或以其他方式提供至電動馬達106。如在圖2的上下文中將在下文更詳細地描述的，在示例性實施例中，控制模塊110基于被提供給電動馬達106的不同相位的輸入能量之間的差來識別電動馬達106的定子繞組中的故障狀況。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解的是，圖1是用于闡述目的的電氣系統(tǒng)100的簡化示意圖，并且不旨在以任何方式限制本文所述的主題內(nèi)容的范圍或應(yīng)用。由此，雖然圖1將控制模塊110和逆變器模塊104描述為不同且獨立的元件，但是在實踐中控制模塊110可以整體形成(或合并)在逆變器模塊104中，或替代性地，控制模塊110可整體形成(或合并)在E⑶101中。此外，雖然圖1描述為電流傳感器的數(shù)量等于馬達相位的數(shù)量，但是在實踐中相對于馬達相位的數(shù)量來說可采用更少的電流傳感器。例如，兩個電流傳感器可用于三相馬達，三個馬達相電流基于Kirchhoff定律被計算,如本領(lǐng)域所理解的那樣。
[0036]在示例性實施例中，車輛150被實現(xiàn)為機動車，并且取決于實施例，車輛150可以是許多不同類型的機動車中的任一種，例如轎車、貨車、卡車或運動型多功能車(SUV)，并且可以是兩輪驅(qū)動(2WD)(即，后輪驅(qū)動或前輪驅(qū)動)、四輪驅(qū)動(4WD)或全輪驅(qū)動(AWD)的。車輛150還可包括許多不同類型的發(fā)動機的任一種或組合，例如汽油或柴油燃料的燃燒發(fā)動機、“靈活燃料車輛”(FFV)發(fā)動機(B卩，使用汽油和乙醇的混合物)、氣體化合物(例如，氫氣和天然氣)燃料發(fā)動機、燃燒/電動馬達混合動力發(fā)動機、以及電動馬達。在替代性實施例中，車輛150可以是插電式混合動力車輛、純電動車輛、燃料電池車輛(FCV)或其他合適的替代燃料車輛。
[0037]在示例性實施例中，能量源102 (或功率源)能夠提供直流(DC)電壓至逆變器模塊104，以用于操作電動馬達106。取決于實施例，能量源102可被實現(xiàn)為蓄電池、燃料電池、可再充電高壓蓄電池組、超級電容或本領(lǐng)域公知的其他合適能量源。逆變器模塊104被聯(lián)接在能量源102和電動馬達106之間，并且包括功率逆變器，該功率逆變器構(gòu)造成將來自能量源102的DC功率轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動電動馬達106的交流(AC)功率。由此，逆變器模塊104包括多個相位支路，每個相位支路對應(yīng)于電動馬達106的相應(yīng)相位。通常,相位支路的開關(guān)在特定切換頻率下被調(diào)制(斷開或閉合)，以在電動馬達106的定子繞組的相關(guān)相位上產(chǎn)生AC電壓，該AC電壓繼而在這些定子繞組中形成產(chǎn)生扭矩的電流并且操作電動馬達106。
[0038]在一個示例性實施例中，電動馬達106被實現(xiàn)為感應(yīng)馬達，但是本文所述的主題內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為不局限于結(jié)合任何具體類型的電動馬達來使用。在其他實施例中，電動馬達106可被實現(xiàn)為內(nèi)置永磁體(IPM)馬達、同步磁阻馬達、或本領(lǐng)域公知的其他合適馬達。雖然在圖1中未被示出，但是馬達106可包括整體形成在其中的變速器，使得馬達106和變速器通過一個或多個驅(qū)動軸被機械地聯(lián)接到車輛150的至少一些車輪，使得馬達106的速度影響車輛150的速度。
[0039]電動馬達106被實現(xiàn)為具有轉(zhuǎn)子和定子繞組(或線圈)的多相AC電機，其中每組定子繞組對應(yīng)于馬達106的不同電氣相位。在圖1的示出實施例中，馬達106被實現(xiàn)為三相AC馬達，其具有繞組的三相組，包括第一(例如，相A)定子繞組132、第二 (例如，相B)定子繞組134和第三(例如，相C)定子繞組136。應(yīng)當(dāng)理解的是，相A、B和C的標(biāo)記是為了便于描述并且不旨在以任何方式限制主題內(nèi)容，并且此外，該主題內(nèi)容并不局限于三相電機，并且可適于具有任何數(shù)量的相位的電動馬達。在所示實施例中，定子繞組132、134、136以Y形連接構(gòu)造，其中每個繞組的端部連接到其他繞組的端部或者以其他方式端接于公共節(jié)點138。
[0040]仍參考圖1，電氣系統(tǒng)100包括聯(lián)接在逆變器模塊104和電動馬達106之間的電流傳感器112，以測量從逆變器模塊104流動并且通過電動馬達106的定子繞組132、134、136
的相應(yīng)相位的電流。由此，第一相電流傳感器構(gòu)造成測量流經(jīng)相A繞組132的電流(< )





?
(例如，相A馬達電流)，第二相電流傳感器構(gòu)造成測量流經(jīng)相B繞組134的電流(fb )(例
如，相B馬達電流)，第三相電流傳感器構(gòu)造成測量流經(jīng)相C繞組136的電流(ξ )(例如，
相C馬達電流)。在示例性實施例中，解析器系統(tǒng)108包括聯(lián)接到電動馬達106的解析器，解析器的輸出被聯(lián)接到解析器-數(shù)字逆變器。解析器(或類似感測裝置)感測電動馬達106
的轉(zhuǎn)子位置(巧)。解析器- 數(shù)字逆變器將來自解析器的模擬信號轉(zhuǎn)換為被提供至控制模
塊110的數(shù)字信號(例如，數(shù)字轉(zhuǎn)子位置信號)。
[0041]控制模塊110通常代表電氣系統(tǒng)100的硬件，其合適地構(gòu)造成通過控制和/或操作逆變器模塊104以將指令電壓從能量源102提供到電動馬達106來執(zhí)行電動馬達106的磁場定向控制或電流調(diào)節(jié)的控制。由此，控制模塊110聯(lián)接到電流傳感器112以從電流傳感器112獲得通過電動馬達106的定子繞組132、134、136的測量電流，并且控制模塊110通過控制從能量源102提供至馬達106的電壓將通過馬達106的電流調(diào)節(jié)至指令值。因此，指令電壓是電流調(diào)節(jié)電壓，即，構(gòu)造成將電動馬達106的定子繞組132、134、136中的電流調(diào)節(jié)至特定值的電壓。
[0042]取決于實施例，控制模塊110可借助被設(shè)計成執(zhí)行本文所述的功能的通用目的處理器、內(nèi)容可尋址的存儲器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路、可現(xiàn)場編程的門陣列、任何合適可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件部件、或其任何組合來實施或?qū)崿F(xiàn)。由此，控制模塊110可實現(xiàn)為微處理器、控制器、微控制器、狀態(tài)機等。控制模塊110還可實施為計算裝置的組合，例如數(shù)字信號處理器和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個微處理器結(jié)合數(shù)字信號處理器內(nèi)核、或任何其他這種構(gòu)造。實踐中，控制模塊110包括處理邏輯，其可構(gòu)造成實施與電氣系統(tǒng)100的操作相關(guān)的功能、技術(shù)和處理任務(wù)，如將在下文更詳細地描述的。此外，結(jié)合本文所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可在硬件中、在固件中、在由控制模塊110執(zhí)行的軟件模塊中、或其任何實際組合中被直接實施。
[0043]在示例性實施例中，控制模塊110被實施在d_q同步參考坐標(biāo)中，即，參考坐標(biāo)的d-q軸與電動馬達106的轉(zhuǎn)子的參考特征(例如，轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)子磁通角度)相一致地旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)子特征的旋轉(zhuǎn)(或角位移)產(chǎn)生d-q軸的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)(或角位移)。在示例性實施例中，控制模塊110被實施在逆時針同步參考坐標(biāo)中，使得轉(zhuǎn)子特征的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生d-q軸的相應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)。如在圖1的所示實施例中示出的，在感應(yīng)馬達的情況下，同步參考坐標(biāo)相對于轉(zhuǎn)
子磁通角度(θe)被確定。
[0044]在圖1的示出實施例中，控制模塊110包括速度調(diào)節(jié)器114、磁通調(diào)節(jié)器116、電流調(diào)節(jié)器118、電壓轉(zhuǎn)換塊120、第二轉(zhuǎn)換塊122、速度計算器124、磁通估計器126和定子繞組診斷塊128?？刂颇K110的元件合適地構(gòu)造成形成電流調(diào)節(jié)控制回路130 (或替代性地，磁場定向控制回路或電流控制反饋回路)，如將在下文更詳細地描述的。在示例性實施例中，定子繞組診斷塊128聯(lián)接到電壓轉(zhuǎn)換塊120的輸出，以獲得與施加到電動馬達106的相應(yīng)相位的即時電壓對應(yīng)的靜止坐標(biāo)電壓指令，定子繞組診斷塊128還聯(lián)接到電流傳感器112的輸出，以獲得流經(jīng)電動馬達106的相應(yīng)相位的測量靜止坐標(biāo)電流。如在圖2的上下文中在下文將更詳細地描述的，定子繞組診斷塊128確定在馬達106的每個電氣周期(或循環(huán))內(nèi)馬達106的相應(yīng)相位的輸入能量量度，并且基于在該電氣循環(huán)中相應(yīng)相位的輸入能量量度的相對值來檢測或以其他方式識別電動馬達106的定子繞組中的故障狀況。如本文所使用的，電氣周期、電氣循環(huán)或其任何變形應(yīng)當(dāng)被理解為指代這樣的時間周期，其等于施加到定子繞組的AC電壓的頻率的倒數(shù)(例如，馬達電氣頻率的倒數(shù))，其中電動馬達的速
度(ω))是供應(yīng)到定子繞組的AC電壓的電氣頻率的倍數(shù)。在示例性實施例中，控制模塊
110以是電動馬達106的電氣頻率的至少十倍的采樣頻率操作，由此允許定子繞組診斷塊128在馬達106的電氣循環(huán)期間獲得施加到電動馬達106的定子繞組132、134、136的多個
電壓采樣值(V:、VSb*、Vf )以及通過定子繞組132、134、136的測量馬達相電流(ζ
Ts f )
、lh、1C )。
[0045]在所示實施例中，第一相加點113聯(lián)接到E⑶101，以接收代表電動馬達106的轉(zhuǎn)子的期望速度(或指令速度)的速度指令()。第一相加點113還聯(lián)接到速度計算器




f'
124的輸出，該計算器基于轉(zhuǎn)子位置(Θ” )對比時間的變化來計算或以其他方式確定觀察(或測量)的轉(zhuǎn)子速度(@ )。第一相加點113確定速度指令( < )與觀察轉(zhuǎn)子速度(mr )之間的差并且將該差提供至速度調(diào)節(jié)器114。基于速度指令(I?=)與轉(zhuǎn)子速度
(mr )之間的差，速度調(diào)節(jié)器114確定和/或產(chǎn)生q軸同步坐標(biāo)電流指令(ζ* K例如，
產(chǎn)生扭矩的q軸電流指令)。速度調(diào)節(jié)器114可被實現(xiàn)為比例積分(PI)控制器或本領(lǐng)域公知的其他合適元件。[0046]第二相加點117聯(lián)接到E⑶101，以接收代表電動馬達106的期望轉(zhuǎn)子磁通的磁通指令()。第二相加點117也聯(lián)接到磁通估計器126的輸出，該磁通估計器基于同步
馬達電流(ied、l￡J )與同步馬達電壓(V:、V;)之間的關(guān)系來計算或以其他方式估計
轉(zhuǎn)子磁通(尤)，如將在下文更詳細地描述的。第二相加點117確定磁通指令()與估計轉(zhuǎn)子磁通(Λ )之間的差，并且將該差提供至磁通調(diào)節(jié)器116。基于磁通指令與估
計磁通之間的差，磁通調(diào)節(jié)器116確定和/或產(chǎn)生d軸同步坐標(biāo)電流指令(ζ )(例如，
產(chǎn)生磁通的d軸電流指令)。磁通調(diào)節(jié)器116還可被實現(xiàn)為比例積分(PI)控制器或本領(lǐng)域公知的其他合適元件。
[0047]電流調(diào)節(jié)器118通過產(chǎn)生和/或提供與用于電動馬達106的定子繞組的指令電壓對應(yīng)的逆變器模塊104的電壓指令來調(diào)節(jié)通過定子繞組的電流，使得通過定子繞組的測量電流被調(diào)節(jié)至指令馬達電流(或電流指令)或者以其他方式跟蹤該指令馬達電流。在示例性
實施例中，電流調(diào)節(jié)器118被實現(xiàn)為同步坐標(biāo)電流調(diào)節(jié)器，其構(gòu)造成基于指令電流(if、
if )(替代性地，在本文被稱為同步坐標(biāo)電流指令)和測量馬達電流(ι?、< )(替代性?d cI 地，在本文被稱為同步坐標(biāo)馬達電流)之間的差來產(chǎn)生同步參考坐標(biāo)中的電壓指令(vf、
V* )(替代性地，在本文稱為同步坐標(biāo)電壓指令)。由此，根據(jù)一個或多個實施例，第三相加點115聯(lián)接到速度調(diào)節(jié)器114的輸出以及第二轉(zhuǎn)換塊122的輸出，以基于q軸電流指令
(if )和測量q軸馬達電流(f )之間的差來確定q軸電流誤差指令()，第四 qq9 ? srr
相加點119聯(lián)接到磁通調(diào)節(jié)器116的輸出以及第二轉(zhuǎn)換塊122的輸出，以基于d軸電流指令(if )和測量d軸馬達電流(ζ )之間的差來確定d軸電流誤差指令()。電
流調(diào)節(jié)器118基于同步坐標(biāo)電流誤差指令(if)來產(chǎn)生同步坐標(biāo)電壓指令



Gt 一Sfi^ — 6-r /
(vf、vf )，所述同步坐標(biāo)電流誤差指令反映在同步參考坐標(biāo)中表述的指令電流與測量
d €
馬達電流之間的差。由此，電流調(diào)節(jié)器118可實現(xiàn)為比例積分微分(PID)控制器、滯后電流控制器、復(fù)雜矢量電流調(diào)節(jié)器、或本領(lǐng)域公知的其他合適電流調(diào)節(jié)元件。應(yīng)當(dāng)注意的是，在定子繞組132、134、136內(nèi)不存在故障狀況時，電流調(diào)節(jié)器118將馬達相電流調(diào)節(jié)成大致平衡且對稱的。[0048]在示例性實施例中，磁通估計器126基于同步馬達電流(g、ζ )和同步馬達電
壓(V;、V;)之間的關(guān)系來計算或以其他方式估計電動馬達106的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁通角度
d ^
(Oe )。在圖1的示出實施例中，轉(zhuǎn)子磁通角度(θβ )被用作控制環(huán)130的轉(zhuǎn)換角度，sp，
將同步參考坐標(biāo)中的數(shù)量轉(zhuǎn)換和/或變換為靜止參考坐標(biāo)中的對應(yīng)數(shù)量時所使用的角度，并且反之亦然(例如，將‘dqo’或‘dqO’轉(zhuǎn)換為‘a(chǎn)bc’，反之亦然)。在替代性實施例中，轉(zhuǎn)換
角度可包括轉(zhuǎn)子角位置(Θ )或其他合適角位置。磁通估計器126的輸出構(gòu)造成將估計轉(zhuǎn)子磁通角度(Θ。)提供給轉(zhuǎn)換塊120、122。第二轉(zhuǎn)換塊122聯(lián)接到電流傳感器112并


Sr
且構(gòu)造成基于轉(zhuǎn)換角度(即，估計轉(zhuǎn)子磁通角度())將測量定子電流從靜止參考坐標(biāo)(Is、if、Is )轉(zhuǎn)換至同步參考坐標(biāo)(> I" ) O以類似的方式，電壓轉(zhuǎn)換塊120構(gòu)造成
a O €a H
基于估計轉(zhuǎn)子磁通角度(0 e )將來自電流調(diào)節(jié)器118的輸出的同步坐標(biāo)電壓指令(vf
本
、V:)從同步參考坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至靜止參考坐標(biāo)，從而得到與電動馬達106的定子繞組132、
H
134,136的相應(yīng)相位的指令電壓對應(yīng)的三相靜止坐標(biāo)電壓指令(ψ5*、vf > ψ5'* )。


--€?C
[0049]仍參考圖1，逆變器模塊104構(gòu)造成處理靜止坐標(biāo)電壓指令(V#、vf、V'* )，
abc
并且產(chǎn)生用于操作功率逆變器的相位支路的PWM指令信號，以按照常規(guī)方式將所述指令信號提供給定子繞組的相應(yīng)相位。由此，基于逆變器模塊104正在精確地再現(xiàn)跨過定子繞組
132、134、136的指令電壓(、vf、V” )的假定，定子繞組診斷塊128可聯(lián)接到電壓
?-OC
轉(zhuǎn)換塊120的輸出以獲得施加到定子繞組132、134、136的相應(yīng)相位的輸入電壓，從而代替使用電壓傳感器來感測跨過定子繞組132、134、136的電壓或者執(zhí)行其他計算密集的任務(wù)
來獲得馬達電壓。類似地，借助如下事實，同步坐標(biāo)電壓指令(V:*、)可由磁通估計
器126使用以估計轉(zhuǎn)子磁通()和轉(zhuǎn)換角度(& K例如，W《
):同步坐標(biāo)電壓指令(vf、vf )的變化產(chǎn)生靜止坐標(biāo)電壓指令以及因此用于調(diào)制逆變器相位支路的開關(guān)的PWM指令的占空比的相應(yīng)變化。但是應(yīng)當(dāng)注意的是，在替代性實施例中，電氣系統(tǒng)100可包括構(gòu)造成測量跨過馬達106的定子繞組132、134、136的相應(yīng)相位的電壓的電壓傳感器，在該情況下，定子繞組診斷塊128可聯(lián)接到電壓傳感器，以從電壓傳感器獲得施加到定子繞組132、134、136的相應(yīng)相位的輸入電壓，且類似地，磁通估計器126可基于同步馬達電壓來估計轉(zhuǎn)子磁通，通過轉(zhuǎn)換由電壓傳感器測量的靜止坐標(biāo)馬達電壓來計算該同步馬達電壓。
[0050]圖2示出了用于檢測或以其他方式識別電動馬達的定子繞組中的故障狀況的定子繞組診斷過程200的示例性實施例。在示例性實施例中，定子繞組診斷過程200由圖1的電氣系統(tǒng)100中的控制模塊110來執(zhí)行，以檢測或以其他方式識別電動馬達106中的繞組故障狀況。結(jié)合所示過程200執(zhí)行的各種任務(wù)可以由硬件、合適地構(gòu)造的模擬電路、由處理電路執(zhí)行的軟件、可由處理電路執(zhí)行的固件或其任何組合來執(zhí)行。出于描述目的，下述說明可以指代結(jié)合圖1在上文提及的元件。在實踐中，定子繞組診斷過程200的各部分可由電氣系統(tǒng)100的不同元件來執(zhí)行，所述元件例如是ECU 101、控制模塊110、和/或定子繞組診斷塊128。應(yīng)當(dāng)理解的是，定子繞組診斷過程200的實際實施例可包括任何數(shù)量的附加或替代性任務(wù)，所述任務(wù)不必按照所示順序被執(zhí)行和/或所述任務(wù)可以被并行地執(zhí)行，和/或定子繞組診斷過程200可結(jié)合到具有在本文未詳細地描述的附加功能的更復(fù)雜的程序或過程中。此外，在圖2的上下文中示出并描述的一個或多個任務(wù)可從定子繞組診斷過程200的實際實施例被省除，只要旨在的總體功能性保持完好無損即可。
[0051]在示例性實施例中，定子繞組診斷過程200這樣開始，獲得施加到電動馬達的相應(yīng)相位的電壓(在202)和在最初采樣時間中流經(jīng)電動馬達的相應(yīng)相位的電流(在204)。由此，在某個最初時間(t0)，定子繞組診斷塊128從電壓轉(zhuǎn)換塊120的輸出采樣或以其他方式




獲得施加到定子繞組132、134、136的相應(yīng)相位的靜止坐標(biāo)馬達電壓
【權(quán)利要求】
1.一種用于診斷電動馬達中的定子繞組的方法，所述方法包括: 確定在所述電動馬達的電氣周期中跨過所述定子繞組的相位的輸入能量不平衡程度；以及 當(dāng)所述輸入能量不平衡程度大于閾值時識別故障狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:確定在所述電氣周期中跨過所述定子繞組的相位的輸入能量比，其中，識別故障狀況還包括:當(dāng)所述輸入能量比大于第二閾值并且所述輸入能量不平衡程度大于所述閾值時，識別相位間短路故障狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述輸入能量不平衡程度還包括:確定在所述電動馬達的定子繞組的相應(yīng)相位對之間的最大輸入能量差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述輸入能量不平衡程度還包括:確定所述定子繞組的第一相位與所述定子繞組的第二相位之間的輸入能量差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括:當(dāng)所述輸入能量差大于所述閾值時確定在所述電氣周期中所述第一相位相對于所述第二相位的輸入能量比，其中，識別故障狀況還包括:當(dāng)所述輸入能量比大于第二閾值時識別相位間短路故障狀況。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,還包括:確定所述第一相位的第一相位輸入能量相對于所述第二相位的第二相位輸入能量的比，其中，識別故障狀況還包括: 當(dāng)所述輸入能量差大于所述閾值并且所述比大于第二閾值時識別相位間短路故障狀況；以及 當(dāng)所述輸入能量差大于所述閾值并且所述比小于第二閾值時識別相位內(nèi)短路故障狀況。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述輸入能量不平衡程度還包括: 確定在所述電氣周期中所述定子繞組的第一相位的第一相位輸入能量量度； 確定在所述電氣周期中所述定子繞組的第二相位的第二相位輸入能量量度；以及 將所述輸入能量不平衡程度確定為所述第一相位輸入能量量度與所述第二相位輸入能量量度之間的差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中: 確定所述第一相位輸入能量量度還包括累加在所述電氣周期期間用于所述第一相位的多個第一即時輸入功率值；以及 確定所述第二相位輸入能量量度還包括累加在所述電氣周期期間用于所述第二相位的多個第二即時輸入功率值。
9.一種車輛，所述車輛包括: 具有定子繞組的電動馬達，每個定子繞組對應(yīng)于所述電動馬達的相應(yīng)相位； 逆變器模塊，所述逆變器模塊聯(lián)接到所述定子繞組以響應(yīng)于與所述電動馬達的相位對應(yīng)的電壓指令將指令電壓從能量源提供至所述電動馬達的定子繞組； 多個電流傳感器，所述電流傳感器聯(lián)接在所述逆變器模塊和所述定子繞組之間，以獲得通過所述定子繞組的測量電流；以及 控制模塊，所述控制模塊聯(lián)接到所述逆變器模塊和所述多個電流傳感器，以: 基于所述測量電流與指令電流之間的差來產(chǎn)生與所述指令電壓對應(yīng)的電壓指令； 基于所述電壓指令和測量電流來確定所述電動馬達的相位之間的輸入能量差；以及基于所述輸入能量差來識別所述定子繞組中的故障狀況。
10.一種用于診斷電動馬達中的定子繞組的方法，所述方法包括: 通過累加在所述電動馬達的電氣周期期間用于所述電動馬達的定子繞組的第一相位的多個第一即時輸入功率值來針對所述第一相位確定用于所述電氣周期的第一馬達相位輸入能量量度； 通過累加在所述電動馬達的電氣周期期間用于所述電動馬達的定子繞組的第二相位的多個第二即時輸入功率值來針對所述第二相位確定用于所述電氣周期的第二馬達相位輸入能量量度，其中，所述多個第二即時輸入功率值中的每個相應(yīng)即時輸入功率值與所述多個第一即時輸入功率值中的相應(yīng)即時輸入功率值是同時發(fā)生的；以及 當(dāng)所述第一馬達相位輸入 能量量度與所述第二馬達相位輸入能量量度之間的差大于閾值時識別短路故障狀況。
【文檔編號】G01R31/06GK103926505SQ201410011607
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月10日
【發(fā)明者】X.毛, L.郝 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司