电机中永磁磁通量的测定制造技术

技术编号:15394551 阅读:225 留言:0更新日期:2017-05-19 06:24
一种电机总成具有电机,该电机具有定子和转子。转子具有转子温度并且配置为以转子速度(ω)旋转。定子具有定子绕组温度(t

【技术实现步骤摘要】
电机中永磁磁通量的测定
本专利技术主要涉及电机总成中永磁磁通量的测定
技术介绍
诸如内部永磁电机等电机包括具有多个极性交替的永久磁铁的转子。转子可在定子内旋转,定子通常包括多个定子绕组和极性交替的磁极。在正常运行过程中,永磁体的磁通量随转子温度而变化。
技术实现思路
电机总成具有电机,该电机具有定子和转子。转子具有转子温度并且配置为以转子速度(ω)旋转。定子具有处于定子绕组温度(tS)的定子绕组,并且电机限定多个极对(P)。控制器可操作地连接到电机并且配置为接收转矩命令(T*)。控制器具有处理器和有形的非暂时性存储器,存储器上记录有用于执行测定作为转子温度的函数的总永磁磁通量(ψT)的方法的指令。处理器执行指令使得控制器测定高速磁通量因子(ψH)和低速磁通量因子(ψL)。控制器可操作以至少部分地基于总永磁磁通量(ψT)来控制电机的至少一个操作参数,从而提高性能和/或效率。总永磁磁通量(ψ总)至少部分地基于加权因子(k)、高速磁通量因子(ψH)和低速磁通量因子(ψL),即:ψ总=[k*ψH+(1-k)*ψL]且0<k<1。当转子速度(ω)高于预定的高速阈值时,加权因子(k)为1。当转子速度(ω)低于预定的低速阈值时,加权因子(k)为0。第一温度传感器可以可操作地连接到控制器并且配置为测量定子绕组温度(tS)。第二温度传感器可以可操作地连接到控制器并且配置为测量转子温度。该方法利用两次独立的转矩估算,例如使用基于电流的(通量图)和基于有源功率的估算值。测定总永磁磁通量(ψT)包括:通过控制器获得第一函数(F1),其作为查找因子和转矩命令(T*)的乘积,其中查找因子至少部分地基于转子速度(ω)、定子绕组温度(tS)和特征转矩误差。特征转矩误差可以被定义为由电机产生的转矩的两次独立估算值之间的差。可以通过控制器获得第二函数(F2),其作为第一函数(F1)、转子温度下所实现的转矩(Ta)和预定的第一常数(Y)之和,即:F2=(F1+Ta+Y)。可以至少部分地基于第二函数(F2)、基线温度下的磁通量(ψC)、基线温度下所实现的转矩(TC)、第三函数(F3)和第四函数(F4)获得低速磁通因子(ψL),即:ψL=ψC–[(2*(TC–F2)*F3)/(3*F4)]。第三函数(F3)是基线温度下的定子绕组电阻(rC)与定子绕组温度(tS)下的定子绕组电阻(rts)的比率,即:F3=(rC/rts)。第四函数(F4)是极对(P)和命令电流(id*)的乘积,即:F4=[P*iq*]。可以至少部分地基于第二函数(F2)、基线温度下的磁通量(ψC)、定子绕组温度(rts)下的定子绕组电阻(tS)、第五函数(F5)和第六函数(F6)获得高速磁通量因子(ψH),即:ψL=ψC+{2*[F5-(rts*F2)]/(3*F6)}。第五函数(F5)是基线温度下的定子绕组电阻(rC)和基线温度下所实现的转矩(TC)的乘积,即:F5=(rC*TC)。第六函数(F6)是极对(P)、转子速度(ω)、命令电流(id*)和电感因子(Ld0)的乘积,即:F6=[P*ω*id**Ld0]。磁通量的实时精确估算值是用于改善电机的操作的许多特征的关键因素。该方法还包括基于总永磁磁通量(ψT)通过控制器控制或调整电机的操作参数,以提高性能和/或效率。例如,可以基于转子温度改变用于电机的电流命令,以最大限度地提高效率。可以基于总永磁磁通量(ψT)控制电机,以实现改善的高速电流控制和改善的电动机转矩线性度。控制器可以配置为基于总永磁磁通量(ψT)调整电机的操作参数以进一步实现各种目标,包括但不限于,监测永磁体的状态健康(例如测定疲劳/消磁相关的特征)以及增强诊断/电动机故障响应策略(例如估算三相短路电流)。结合附图,从以下对用于实施本专利技术的最佳模式的详细描述中,本专利技术的上述特征和优点以及其他特征和优点易于变得显而易见。附图说明图1是设有具有定子和转子的电机的电机总成的示意性局部部分剖视图;图2是用于测定图1的机器的总永磁磁通量的方法的流程图;图3是用于获得图2的方法中使用的查找因子的示例图;图4是图1的总成的示例性转矩-机器速度图。具体实施方式参照附图,其中相同的附图标记表示相同的部件,图1示意性地示出了电机总成10。总成10包括电机12。总成10可以是装置11的部件。装置11可以是具有一个或多个轮子的运输装置,例如自行车、客车、性能车、军用车、工业车辆。装置11可以是机器人、农机具、运动相关设备或任何其他类型的装置。参照图1,电机12包括定子14和转子16。转子16可以包括在转子芯22外周周围的极性交替的第一永磁体18和第二永磁体20。转子16可以包括任何数量的永磁体;为了简单起见,仅示出两个永磁体。转子16可在定子14内以转子速度(ω)旋转。虽然图1所示的实施例示出了三相单极对(即两极)机器,但应当理解的是,可以采用任何数量的相或极对。定子14包括定子芯24,其可以是具有中空内部的圆柱形。定子芯24可以包括由间隙或狭槽28隔开的多个向内突出的定子齿26A-F。在图1所示的实施例中,定子绕组30可以可操作地连接到定子芯24,例如,缠绕在定子齿26A-F上。电机12可以采用许多不同形式,并且包括多个和/或替代的部件和设施。虽然在附图中示出了示例性电机12,但附图所示的部件并不旨在是限制性的。事实上,可以使用额外的或替代的部件和/或实现方式。定子绕组30中流动的电流在定子14中产生旋转磁场。参照图1,定子绕组30可以包括六组绕组;每组用于三相中的每一相(通过定子绕组30A和30D的第一相,通过定子绕组30B和30E的第二相以及通过定子绕组30C和30F的第三相)。或者,可以采用滑环和电刷(未示出)。参照图1,示出了正交(q)磁轴32和直接(d)磁轴34。第一永磁体18和第二永磁体20产生磁场和磁通量。当转子角度36为零时,第一永磁体18和第二永磁体20的磁通线对齐。如前所述,电机12可以是任何类型的电机,包括但不限于感应电机和同步电机。参照图1,总成10包括可操作地连接到电机12或与电机12电子通信的控制器40。控制器40配置为接收转矩命令(T*)。参照图1,控制器40包括至少一个处理器42和至少一个存储器44(或任何非暂时性有形计算机可读存储介质),存储器上记录有用于执行图2所示的方法100的指令,该方法用于测定总永磁磁通量(ψ总),包括获得高速磁通量因子(ψH)和低速磁通量因子(ψL)。存储器44可以存储控制器可执行指令集,并且处理器42可以执行存储在存储器44中的控制器可执行指令集。许多参数估算方法使用最小二乘法/回归模型或基于观察者的方法,这些模型或方法影响了计算吞吐量并需要大量的校准工作。另外,基于磁通量-观察者的方法在低速的情况下具有局限性并增加了计算资源。其他方法使用基于FEA的磁通量-温度查找表,然而,这些方法不包括基于制造的公差,并且为了评估准确性,需要在不同温度下进行若干反电动势(BEMF)测试。图1的控制器40被特别编程为执行方法100的步骤(如以下参照图2详细讨论的),并且可以接收来自各种传感器的输入。参照图1,总成10可以包括与控制器40通信(例如,电子通信)的第一温度传感器46(例如,热敏电阻或热电偶)。第一温度传感器本文档来自技高网...
电机中永磁磁通量的测定

【技术保护点】
一种电机总成,其包括:包括定子和转子的电机,所述转子具有转子温度并且配置为以转子速度(ω)旋转;其中所述定子具有定子绕组温度(t

【技术特征摘要】
2015.11.04 US 14/9326031.一种电机总成,其包括:包括定子和转子的电机,所述转子具有转子温度并且配置为以转子速度(ω)旋转;其中所述定子具有定子绕组温度(tS)下的定子绕组,并且所述电机限定多个极对(P);控制器,其可操作地连接到所述电机并且配置为接收转矩命令(T*);其中所述控制器具有处理器和有形的非暂时性存储器,在所述存储器上记录有用于执行用于测定作为转子温度的函数的总永磁磁通量(ψT)的方法的指令,所述处理器执行所述指令以使得所述控制器测定高速磁通量因子(ψH)和低速磁通量因子(ψL);并且其中所述控制器可操作以至少部分地基于所述总永磁磁通量(ψT)来控制所述电机的至少一个操作参数。2.如权利要求1所述的总成,其中:所述总永磁磁通量(ΨT)至少部分地基于加权因子(k)、高速磁通量因子(ψH)和低速磁通量因子(ψL),即:ψT=[k*ψH+(1-k)*ψL]且0<k<1;当所述转子速度(ω)大于预定的高速阈值时,所述加权因子(k)为1;并且当所述转子速度(ω)小于预定的低速阈值时,所述加权因子(k)为0。3.如权利要求1所述的总成,其中测定所述总永磁磁通量(ΨT)包括:经由所述控制器获得第一函数(F1),其作为查找因子和所述转矩命令(T*)的乘积,其中所述查找因子至少部分地基于所述转子速度(ω)、所述定子绕组温度(tS)和特征转矩误差;并且其中所述特征转矩误差被定义为由所述电机产生的转矩的两个独立估算值之间的差。4.如权利要求3所述的总成,其中测定所述总永磁磁通量(ψT)包括:通过所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·V·西米利J·张
申请(专利权)人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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