内嵌式永磁同步电机转子永磁体的温度估算方法技术

一种内嵌式永磁同步电机转子永磁体的温度估算方法，通过仿真的方式得到包括仿真的永磁体温度及各种损耗，并将这些损耗制作为表格，当电机运行于不同的工况下时，通过查表的方式将这些损耗作为输入传递给温度估算算法，通过算法计算得到永磁体的实时温度。本发明专利技术能够在永磁体温度变化时准确得到永磁体的磁通量，使电机输出的实时扭矩计算更精确。使电机输出的实时扭矩计算更精确。使电机输出的实时扭矩计算更精确。

【技术实现步骤摘要】
内嵌式永磁同步电机转子永磁体的温度估算方法


[0001]本专利技术涉及的是一种电机领域的技术，具体是一种内嵌式永磁同步电机转子永磁体的温度估算方法。

技术介绍

[0002]为了达到电机输出扭矩控制精度的要求，以及扭矩安全目标ASIL等级的需求，需要对电机输出的实时扭矩进行计算。由于电机长时间运行，电流产生的热量经热传递会使永磁体的Flux产生不同程度的减弱，导致电机实际输出扭矩下降，因此，采用永磁体温度估算的方法可以在永磁体温度变化时，准确得到永磁体的磁通量，使电机输出的实时扭矩计算更加精确。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种内嵌式永磁同步电机转子永磁体的温度估算方法，能够在永磁体温度变化时准确得到永磁体的磁通量，使电机输出的实时扭矩计算更精确。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术提供了一种内嵌式永磁同步电机转子永磁体的温度估算方法，其包括以下步骤：
[0006]1)将三相Y型绕组链接的内嵌式永磁同步电机与三相逆变控制器系统中释放热量和带走热量的部件等效为节点，等效节点包括：定子绕阻(Winding)、定子鄂部(Yoke)、定子齿部(Tooth)、冷却水(Coolant)和永磁体(Magnet)，将节点通过热阻、热容连接起来，得到电机及三相逆变控制器系统的热传递等效节点网络模型。
[0007]所述的电机为内嵌式三相永磁同步电机，三相永磁同步电机定子中绕组采用多层绕组设计，定子绕组采用Y型链接，定子绕组不同部位安装有三个温度传感器，三相永磁同步电机转子永磁体带有斜极。
[0008]所述的热传递等效节点网络模型是指：对电机与三相逆变控制器系统中的主要热相关部件进行等效，依据电机控制器系统内部的的热量传递规律，对电机主要部件建立的等效节点热平衡方程网路模型。
[0009]2)运用类似节点电流法得出各节点热平衡方程：Winding节点的热平衡方程为Yoke节点的热平衡方程为节点的热平衡方程为Tooth节点的热平衡方程为Tooth节点的热平衡方程为Magnet节点的热平衡方程为
其中：R1、R2、R3、R4、R5和R6为等效热阻，Cp
winding
、Cp
yoke
、Cp
tooth
和Cp
magnet
为等效传热系数，T
winding
为绕组温度，T
yoke
为颚部温度，T
tooth
为齿部温度，T
magnet
为永磁体温度，T
coolant
为冷却水温度，Q
CuLoss
为铜损，Q
YokeLoss
为颚部损耗，Q
ToothLoss
为齿部损耗，Q
CoreLoss
为铁损，从而生成热网络模型。
[0010]3)得到电机定子绕组电阻与绕组温度的关系函数R＝fun(R0,t)，其中：R0为初始温度下的相电阻阻值，t为当前温度，通过公式Q
CuLoss
＝I2×
R，计算定子绕组热损耗；
[0011]4)通过仿真的方式得到电机在不同转速和电流工况下的定子鄂部热损耗Q
YokeLoss
、定子齿部热损耗Q
ToothLoss
、转子涡流铁损耗Q
RotorCoreLoss
，并且针对电机的不同工作点，将电机不同工作点下的工作转速(单位RPM)和永磁同步电机定子绕组电流有效值Is(单位A)作为输入，并将电机的不同损耗作为表格的内容，制作成以转速和电流为输入，损耗为输出的二维表格(单位W)。
[0012]所述的仿真的方式是指使用MaxWell仿真软件，通过设定电机的工作转速和定子相电流，得到在不同转速和电流工作点下的电机损耗：定子鄂部热损耗Q
YokeLoss
、定子齿部热损耗Q
ToothLoss
、转子涡流铁损耗Q
RotorCoreLoss
、定子绕组热损耗Q
CuLoss
。
[0013]5)采用负温度系数热敏电阻测量电机冷却液入水口冷却液温度T
Coolant
，简化步骤2中的节点热平衡方程，得状态空间方程：
[0014][0014][0014]其中：T1＝T
winding
，T2＝T
yoke
，T3＝T
tooth
，T4＝T
magnet
，C1＝C
pwinding
，C2＝C
pyoke
，C3＝C
ptooth
，C4＝C
pmagnet
；
[0015]6)对状态空间方程进行周期离散化，即以不同计算时刻表示的离散方程，通过Matlab中的Simulink建模，利用EmbeddedCoder生成代码，在周期为T的任务中执行函数，得到可以在硬件数字控制器(如DSP)上执行的软件，当电机运行于不同的工况下时，通过该软件计算得到永磁体的实时温度。
[0016]所述的离散化是指：以指定永磁体温度估算法在数字控制器中的执行周期为T；运用MATLAB提供的函数命令进行离散化，得到离散化系数矩阵[G,H]＝c2d(factor_Vector_A,factor_Vector_B,T)，其中：
[0017][0017][0018]所述的周期离散化是指：对于用连续控制系统的概念设计的控制系统，使用不同的离散化方法，将连续控制系统转化为可以在数字控制器上以不同执行周期运行的离散系统的方法。
[0019]所述的建模，建立得到的模型是：用离散化方程表示的，带有指定执行周期的，可以实现永磁体温度估算功能，并可用以仿真和代码生成的Simulink模型。
[0020]本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：连续时间系统模块、输入信号采集模块、MaxWell仿真模块、MotorCAD仿真模块、连续时间系统离散化模块、Simulink模型搭建及代码生成模块、实验测试模块以及仿真与实验结果对比模块，其中：连续时间系统模块完成连续时间系统模型建立，输入信号采集模块采集模型输入信号，MaxWell仿真模块计算损耗，MotorCAD模块仿真得到永磁体温度，连续时间系统离散化模块得到可以在DSP等数字处理器上运行的离散化模型，Simulink模型搭建及代码生成模块得到可以实现仿真与代码生成的Simulink模型，实验测试模块得到永磁体估算温度，仿真结果与实验对比模块得到优化后的模型系数。技术效果
[0021]与现有技术相比，本专利技术采用永磁体温度估算方法能够在永磁体温度变化时，准确得到永磁体的磁通量，不受由于电机长时间运行所导致的永磁体磁通量下降的影响，能够实时计算电机输出的扭矩以满足对电机输出扭矩计算精度的要求。
附图说明
[0022]图1为热传递等效节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内嵌式永磁同步电机转子永磁体的温度估算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将三相Y型绕组链接的内嵌式永磁同步电机与三相逆变控制器系统中释放热量和带走热量的部件等效为节点，等效节点包括：定子绕阻、定子鄂部、定子齿部、冷却水和永磁体，将节点通过热阻、热容连接起来，得到电机及三相逆变控制器系统的热传递等效节点网络模型；2)运用节点电流法得出各节点热平衡方程：Winding节点的热平衡方程为Yoke节点的热平衡方程为Tooth节点的热平衡方程为Magnet节点的热平衡方程为其中：R1、R2、R3、R4、R5和R6为等效热阻，Cp
winding
、Cp
yoke
、Cp
tooth
和Cp
magnet
为等效传热系数，T
winding
为绕组温度，T
yoke
为颚部温度，T
tooth
为齿部温度，T
magnet
为永磁体温度，T
coolant
为冷却水温度，Q
CuLoss
为铜损，Q
YokeLoss
为颚部损耗，Q
ToothLoss
为齿部损耗，Q
CoreLoss
为铁损，从而生成热网络模型；3)得到电机定子绕组电阻与绕组温度的关系函数R＝fun(R0,t)，其中：R0为初始温度下的电阻阻值，t为当前绕组温度，通过公式Q
CuLoss
＝I2×
R，计算定子绕组热损耗；4)通过仿真的方式得到电机在不同转速和电流工况下的定子鄂部热损耗Q
YokeLoss
、定子齿部热损耗Q
ToothLoss
、转子涡流铁损耗Q
RotorCoreLoss
，并且针对电机的不同工作点，将电机不同工作点下的工作转速和永磁同步电机定子绕组电流有效值Is作为输入，并将电机的不同损耗作为表格的内容，制作成以转速和电流为输入，损耗为输出的二维表格；5)采用负温度系数热敏电阻测量电机冷却液入水口冷却液温度T
Coolant
，简化步骤2中的节点热平衡方程，得状态空间方程：节点热平衡方程，得状态空间方程：节点热平衡方程，得状态空间方程：其中：T1＝T
winding
，T2＝T
yoke
，T3＝T
tooth
，T4＝T
magnet
，C1＝C
pwinding
，C2＝C
pyoke
，C3＝C
ptooth
，C4＝C
pmagnet
；6...

【专利技术属性】
技术研发人员：任凯，罗继涛，李育，
申请(专利权)人：上海汽车变速器有限公司，
类型：发明
国别省市：