防止电机中的永磁体消磁的系统和方法技术方案

一种用于驱动永磁体电机的电动机驱动器，包括：逆变器，其具有被选择性地操作以控制电机中的电流和端电压的开关；以及控制器，其可操作地连接到逆变器，以控制开关的切换，以控制电机中的电流和端电压。控制器接收与在一个或多个相上提供给电机的电流和电压中的至少一个有关的输入，分析电压和电流以识别电机中的故障，并控制逆变器中的多个开关的切换以基于所识别的故障来调整电机中的电流和端电压，其中电机中所修改的电流和端电压可防止电机中的永磁体消磁。

System and method to prevent demagnetization of permanent magnet in motor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】防止电机中的永磁体消磁的系统和方法
本专利技术总体上涉及永磁体电机，并且更具体地，涉及用于实现防止此类电机中永磁体消磁的故障后保护方案的系统和方法。
技术介绍
随着时间的推移，在许多工业、商业和运输行业中，电机在各种行业中的使用越来越普遍。在此类行业中常用的一种此类电机是永磁体(PM)电机-其是在电机中/上具有永磁体的电机，以提供磁场，转子磁场与该磁场相互作用而在电机中产生转矩。在大多数标准的PM电机中，即PM同步电机中，永磁体位于转子上，以及或者表面安装在转子的叠片上或嵌入在转子的叠片内部。在定子PM电机中，永磁体和绕组位于定子中，而不是常规的转子永磁体拓扑，其中定子PM电机的示例包括永磁体通量切换电机、磁通反转电机和双凸极永磁体电机。PM电机的一个缺点是用于形成永磁体的材料的成本过高，因为永磁体通常至少部分地由昂贵的稀土元素形成，其中钕磁体是常见的示例。为了降低成本，可以使用陶瓷永磁体来代替稀土永磁体。陶瓷磁体价格便宜，且可用于提高PM同步电机或定子PM电机的性能。但是，陶瓷永磁体对由电动机绕组的内部故障引起的高消磁磁场产生的消磁阻力很小。一旦磁体消磁后，电机的定子和转子都必须报废。此外，由于这种过程的不受控制的停止，电动机中的突然故障也可能导致与电机相关的过程的损坏。因此，希望提供一种防止故障后低成本永磁体(例如陶瓷永磁体)消磁的系统和方法。防止这种消磁使得可以在电机连接到其的过程以安全和受控的方式停止时保护电机，从而对电机的损坏因此仅限于其绕组，而绕组相对容易重建。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了用于驱动其中具有一个或多个永磁体的电机的电动机驱动器。电动机驱动器包括其中具有多个开关的逆变器，该多个开关选择性地操作以控制电机中的电流和端电压，以及控制器，该控制器可操作地连接到逆变器并被配置为控制多个开关的切换以控制电机中的电流和端电压。控制器被编程为在一个或多个相上分析提供给电机的电压和电流中的至少一个，以识别电机中的故障，并基于所识别的故障来控制逆变器中的多个开关的切换，以调整电机中的电流和端电压，其中电机中的所调整的电流和端电压防止电机中的一个或多个永磁体消磁。根据本专利技术的另一方面，提供了用于实现防止电机中的永磁体消磁的故障后保护技术的方法。该方法包括经由控制器监控供应给电机的电压和电流中的至少一个；经由控制器分析供应给电机的电压和电流中的至少一个，以检测电机中的故障状况；经由控制器基于所分析的电压和电流中的至少一个来确定所检测的故障状况的故障类型；以及经由控制器基于所确定的故障类型在至少一个相上调整供应给电机的电压和电流；其中，调整在至少一个相上供应给电机的电压和电流限制了电机中的故障电流，从而控制电机中的负d轴磁通量并由此防止永磁体的消磁。根据本专利技术的又一方面，提供了一种控制器，该控制器被配置为控制逆变器的操作，以控制输出到与逆变器连接的永磁体电机的电流和电压。该控制器包括处理器，该处理器被编程为：接收与在一个或多个相上提供给永磁体电机的电流和电压中的至少一个有关的输入；分析电压和电流中的至少一个以识别永磁体电机中的故障；以及一旦识别到故障，控制逆变器中的多个开关的切换，以基于所识别的故障的类型来调整提供给永磁体电机的电流和电压。提供给永磁体电机的所调整的电流和电压将永磁体电机中的d轴磁通量保持在防止其中一个或多个永磁体消磁的水平。根据以下详细描述和附图，各种其他特征和优点将变得显而易见。附图说明附图示出了当前预期用于实施本专利技术的优选实施例。在附图中：图1和图2是可用于本专利技术的实施例的永磁体电机的视图。图3是可用于本专利技术的实施例的通量切换永磁体电机的示意图。图4是可用于本专利技术的实施例的轮辐转子永磁体电机的示意图。图5是可用于本专利技术的实施例的表面永磁体电机的示意图。图6和图7是可用于本专利技术的实施例的内部永磁体(IPM)电机的一部分的示意图。图8是可用于本专利技术的实施例的外转子永磁体电机的示意图。图9是用于本专利技术的实施例的电动机驱动器以及相关联的逆变器和控制器的电路示意图。图10是示出永磁体电机中的匝间故障的电路示意图。图11是示出根据本专利技术的实施例的用于防止永磁体电机中的陶瓷永磁体消磁的故障后保护方案的流程图。具体实施方式本专利技术的实施例针对PM电机，包括但不限于低成本永磁体(例如，陶瓷永磁体)，其中提供了用于控制供应给PM电机的电压和电流的控制方案，该控制方案在检测到电动机中的故障状况时，避免在发生此类故障时使磁体消磁。这样的控制方案可用于永磁体电机中，其中永磁体位于转子或定子上，并且磁体配置可以是包括Halbach阵列的SPM(表面永磁体)，、IPM(内部永磁体)、XPM(插入式)永磁体)、轮辐PM或其他任何配置。永磁体电机包括陶瓷永磁体(或其他低成本永磁体)(其对因电机故障而产生的高消磁磁场几乎没有抗消磁能力)，或对消磁具有较高抵抗力的其他成本更高的永磁体(例如稀土磁体，如钕或钐磁体)(它们在某些应用中(例如用于大功率高密度电机中)也可能会发生消磁)。为了说明如何实现本专利技术的实施例，下面的描述主要是指在三相径向磁通旋转电机中发生的匝间故障的特定实施例。然而，已经认识到，不同类型的故障、不同类型的电机(例如，线性电机或轴向磁通电机、三相或其他多相电机等)被认为在本专利技术的范围内。参照图1和图2，示出了可以从本专利技术的实施例中受益的典型的PM电机10。电机10包括定子12(例如，由叠片13形成的叠片铁定子)，该定子在径向方向上围绕转子14并且沿着转子14轴向地延伸，在定子12与转子14之间存在气隙15。定子12还包括多个定子极16，每个定子极16与径向相对的定子极匹配以形成定子极对。定子极对16a和16b缠绕有相绕组18，该相绕组18可以通过控制器22可控制的电源20(例如，受控AC电源)以常规方式被驱动。分开的相绕组18也以类似的方式包括在其他定子极16上。如图1所示，转子14形成为具有多个凸极片26的凸极转子，尽管已经认识到转子可以具有替代构造(例如，圆形转子)。根据一个实施例，如图2中提供的转子14的视图所示，转子14由堆叠的整体叠片28构成，尽管已经认识到转子芯也可以制成单片-例如，芯是用钢加工而成的，或者是用烧结磁性材料制成的。转子14包括用作凸磁极的多个突起/齿26。转子14的中央部分包括转子孔，驱动轴30可穿过转子孔插入，转子14可绕驱动轴30旋转。根据本专利技术的实施例，电机的精确结构可以采取多种形式中的一种。例如，电机可以被配置为包括嵌入定子中的永磁体32(以虚线示出)的定子PM电机(例如，永磁体通量切换电机、永磁体通量反转电机或双凸极永磁体电机)。在这种定子PM电机中，绕组18中的电流与和磁体32相关联的磁场相互作用以使转子14旋转。电机可以替代地被配置为内部永磁体(IPM)电机，其包括固定至转子或嵌入转子中的永磁体32(以虚线示出)。在这样的IPM电机中，绕组18中的电流与和磁体32相关联的磁场相互作用以使转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于驱动其中具有一个或多个永磁体的电机的电动机驱动器，所述电动机驱动器包括：/n逆变器，所述逆变器具有多个开关，所述多个开关被选择性地操作以控制所述电机中的电流和端电压；以及/n控制器，操作地连接至所述逆变器，并被配置为控制所述多个开关的切换以控制所述电机中的所述电流和所述端电压，所述控制器被编程为：/n分析在一个或多个相上提供给所述电机的电压和电流中的至少一个，以识别所述电机中的故障；以及/n基于所识别的故障，控制所述逆变器中的所述多个开关的切换，以调整所述电机中的电流和端电压，从而防止所述电机中的所述一个或多个永磁体消磁。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171023 US 15/790,2511.一种用于驱动其中具有一个或多个永磁体的电机的电动机驱动器，所述电动机驱动器包括：
逆变器，所述逆变器具有多个开关，所述多个开关被选择性地操作以控制所述电机中的电流和端电压；以及
控制器，操作地连接至所述逆变器，并被配置为控制所述多个开关的切换以控制所述电机中的所述电流和所述端电压，所述控制器被编程为：
分析在一个或多个相上提供给所述电机的电压和电流中的至少一个，以识别所述电机中的故障；以及
基于所识别的故障，控制所述逆变器中的所述多个开关的切换，以调整所述电机中的电流和端电压，从而防止所述电机中的所述一个或多个永磁体消磁。


2.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，所述一个或多个永磁体包括陶瓷永磁体。


3.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在识别所述电机中的故障状况时，所述控制器还被编程为识别供应给所述电机的所述电压和所述电流中的至少一个的模式的变化。


4.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在识别所述电机中的故障状况时，所述控制器还被编程为：
经由智能签名识别算法分析所述电压和所述电流中的至少一个，从而从中识别电压签名和/或电流签名；以及
经由查找表、神经网络和深度学习技术中的一个或多个，基于所识别的电压签名和/或电流签名来识别所述电机中的故障类型。


5.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电机中的所述电流和所述端电压时，所述控制器还被编程为基于所调整的电流和端电压间接地控制所述电机中的故障电流。


6.根据权利要求5所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电流和端电压并控制所述电机中的所述故障电流时，所述控制器还被编程为将所述电机中的d轴磁通量保持在高于预定阈值，从而防止所述电机中的所述永磁体的消磁。


7.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电机中的所述电流和所述端电压时，所述控制器还被编程为经由供应给所述电机的所调整的电压和电流，将所述电机中的转矩和速度保持在故障前的转矩和速度水平。


8.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电机中的所述电流和所述端电压时，所述控制器还被编程为经由所述电机中的所调整的电流和端电压来最小化所述电机中的损耗。


9.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，所识别的故障包括匝间故障和全相故障中的一个或多个。


10.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机能够作为电动机和/或发电机工作。


11.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机包括径向通量、轴向通量和横向通量电机中的一个，并且其中，所述电机包括内转子电机、外转子电机、双定子电机和双转子电机中的一个。


12.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机包括齿绕绕组和分布式绕组中的一个，并且其中，所述电机包括成形绕制线圈和散绕线圈中的一个。


13.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机包括形成为实芯线或利兹线或形成为空心导体或非空心导体的导体。


14.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，所述电机的所述一个或多个永磁体位于所述电机的转子或定子上，其中所述一个或多个永磁体的配置包括SPM(表面永磁体)配置、IPM(内部永磁体)配置、X...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗切斯科·帕皮尼，蒂齐亚纳·贝尔通切利，穆罕默德·奥萨马，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US