一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法及系统，属于永磁电机散热技术领域，用于解决在高速磁悬浮永磁电机正常运行过程中，无法获取各部件的实时运行温度，无法实时监控电机各部件温度并采取相应的降温措施的技术问题

【技术实现步骤摘要】
一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法及系统


[0001]本专利技术涉及永磁电机散热
，尤其涉及一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法及系统
。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，工业界对电动机的转速要求越来越高
。
由于转速高
、
功率密度大
、
无励磁损耗等优点，高速磁悬浮永磁电机逐渐受到工业界的广泛关注，得到了较大范围的应用
。
高速磁悬浮永磁电机中采用的磁悬浮轴承借助于永久磁铁或可控电磁铁产生的磁力，使得转子实现稳定悬浮
。
通过永磁与电磁相结合的磁悬浮技术，能够大大降低转子与轴承之间的摩擦损耗，使高速磁悬浮永磁电机的转速达到普通电机几倍甚至十几倍的速度
。
但高速磁悬浮永磁电机的高转速特点也导致了电机在运行时，定子和转子的产生的热量显著增加
。
如果转子温度过高，可能会导致转子永磁体的不可逆失磁，对高速磁悬浮永磁电机性能造成严重影响，直接影响高速磁悬浮永磁电机的寿命和运行的可靠性
。
[0003]由于电机内部结构复杂，对于非旋转部件，目前一般采用嵌入温度传感器的方式实时测量温度，但这种方式不仅增加了电机设计成本，在温度传感器损坏时还需要将电机取出拆卸，换入新的温度传感器，增加了冗余工作量
。
而对于转子这种旋转部件，则无法通过嵌入温度传感器的方式进行温度测量
。
因此在高速磁悬浮永磁电机正常运行过程中，获取各部件实时运行温度的方式多数为预测方式
。
较为常用的方式是通过一些前处理软件构建电机的网络模型，通过输入参数进行温度估计，但这种方式中，各部件的热阻参数会随着运行工况及温度的变化而变化，在温度预测中误差随时间不断累积，最终会影响温度预测的精度，进而影响降低对磁悬浮永磁电机的温度监控效果和预警作用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法及系统，用于解决如下技术问题：现有的高速磁悬浮永磁电机温度预测方法，工况和温度变化带来了较大的误差累积，导致随着时间的推移，温度预测精度越来越低，无法持续有效地预测电机各部分温度值
。
[0005]本专利技术实施例采用下述技术方案：一方面，本专利技术实施例提供了一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法，方法包括：提取高速磁悬浮永磁电机的关键结构，构建对应的等效热传递模型；在电机启动后的预设时间段内，根据所述高速磁悬浮永磁电机的实时运行参数，确定各部件的实时损耗参数；将所述实时损耗参数输入所述等效热传递模型，得到所述预设时间段内，电机各部位的实时温度预测值；将所述预设时间段内的实时温度预测值序列输入预训练的时序温度预测模型中，得到下一预设时间段内的温度提前预测值序列；
将所述实时温度预测值序列与所述温度提前预测值序列以曲线形式展示在中控屏幕中，并进行超温预警
。
[0006]在一种可行的实施方式中，提取高速磁悬浮永磁电机的关键结构，构建对应的等效热传递模型，具体包括：提取所述高速磁悬浮永磁电机的关键结构；其中，所述关键结构包括定子铁心
、
转子铁心
、
绕组
、
永磁体以及轴承；根据所述关键结构，构建若干个建模节点；确定所述若干个建模节点之间的热传递关系，并通过热阻表示相邻两建模节点之间的热传递值；根据所述热传递关系以及两两建模节点之间的所述热阻，构建所述高速磁悬浮永磁电机的等效热传递模型；其中，所述等效热传递模型中每个建模节点的热源以节点损耗表示
。
[0007]在一种可行的实施方式中，在电机启动后的预设时间段内，根据所述高速磁悬浮永磁电机的实时运行参数，确定各部件的实时损耗参数，具体包括：在所述预设时间段内，获取所述高速磁悬浮永磁电机在各个时刻的实时运行参数；其中，所述实时运行参数至少包括：转子转速
、
转子转矩
、
电机输入电流以及摩擦力矩；根据所述实时运行参数，计算所述预设时间段内每一时刻各部件的实时损耗参数；其中，所述各部件的实时损耗参数为：定子铁心损耗
、
转子风摩擦损耗
、
绕组铜损耗
、
永磁体涡流损耗以及轴承损耗
。
[0008]在一种可行的实施方式中，将所述实时损耗参数输入所述等效热传递模型，得到所述预设时间段内，电机各部位的实时温度预测值，具体包括：根据各关键结构的密度
、
体积以及比热容，计算所述等效热传递模型中各建模节点的热容参数；根据所述两两建模节点之间的热阻，构建所述等效热传递模型的系统矩阵；根据所述各建模节点的热容参数，构建所述等效热传递模型的输入矩阵；根据所述系统矩阵以及所述输入矩阵，建立所述等效热传递模型的热平衡方程：；其中，为第
i
个建模节点的温升状态变量；
A
为所述系统矩阵，
B
为所述输入矩阵；为第
i
个建模节点的工作温度构成的状态向量；为第
i
个建模节点的损耗参数构成的输入向量；为
t
时刻的水冷散热功率，水冷散热结构未开启时，
=1
；
[0009]将所述系统矩阵
、
所述输入矩阵以及所述实时损耗参数均输入所述热平衡方程中，得到
t
时刻第
i
个建模节点对应的关键结构的温升状态变量；根据每一时刻各关键结构的所述温升状态变量，计算每一时刻各关键结构的实时温度预测值
。
[0010]在一种可行的实施方式中，在根据每一时刻各关键结构的所述温升状态变量以及初始温度，计算每一时刻各关键结构的实时温度预测值之后，所述方法还包括：根据，对所述实时温度预测值进行更新，得到
t
时刻的最优温度预测值；其中，为
t
时刻的实时温度预测值，为卡尔曼增益，为
t
时刻的量测矩阵，为雅可比矩阵；
[0011]将所述实时温度预测值更新为所述最优温度预测值
。
[0012]在一种可行的实施方式中，在将所述预设时间段内的实时温度预测值序列输入预训练的时序温度预测模型中之前，所述方法还包括：获取各种工况下，高速磁悬浮永磁电机随运行时间变化而产生的运行参数及对应的各部件温度数据，作为模型训练数据集；其中，所述运行参数中包含实时水冷散热功率；构建第一时序预测模型以及第二时序预测模型；根据，确定第一时序预测模型的预测结果在总预测结果中所占的权重；
[0013]其中，为权重变化率，取值范围为
[0
，
1]；为所述第一时序预测模型的预测序列与真实序列的均方误差；为所述第二时序预测模型的预测序列与真实序列的均方误差；
t
表示当前时刻为
t
时刻，
n
为预测序列时长；为上一时刻，第一时序预测模型的预测结果在总预测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法，其特征在于，所述方法包括：提取高速磁悬浮永磁电机的关键结构，构建对应的等效热传递模型；在电机启动后的预设时间段内，根据所述高速磁悬浮永磁电机的实时运行参数，确定各部件的实时损耗参数；将所述实时损耗参数输入所述等效热传递模型，得到所述预设时间段内，电机各部位的实时温度预测值；将所述预设时间段内的实时温度预测值序列输入预训练的时序温度预测模型中，得到下一预设时间段内的温度提前预测值序列；将所述实时温度预测值序列与所述温度提前预测值序列以曲线形式展示在中控屏幕中，并进行超温预警
。2.
根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法，其特征在于，提取高速磁悬浮永磁电机的关键结构，构建对应的等效热传递模型，具体包括：提取所述高速磁悬浮永磁电机的关键结构；其中，所述关键结构包括定子铁心
、
转子铁心
、
绕组
、
永磁体以及轴承；根据所述关键结构，构建若干个建模节点；确定所述若干个建模节点之间的热传递关系，并通过热阻表示相邻两建模节点之间的热传递值；根据所述热传递关系以及两两建模节点之间的所述热阻，构建所述高速磁悬浮永磁电机的等效热传递模型；其中，所述等效热传递模型中每个建模节点的热源以节点损耗表示
。3.
根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法，其特征在于，在电机启动后的预设时间段内，根据所述高速磁悬浮永磁电机的实时运行参数，确定各部件的实时损耗参数，具体包括：在所述预设时间段内，获取所述高速磁悬浮永磁电机在各个时刻的实时运行参数；其中，所述实时运行参数至少包括：转子转速
、
转子转矩
、
电机输入电流以及摩擦力矩；根据所述实时运行参数，计算所述预设时间段内每一时刻各部件的实时损耗参数；其中，所述各部件的实时损耗参数为：定子铁心损耗
、
转子风摩擦损耗
、
绕组铜损耗
、
永磁体涡流损耗以及轴承损耗
。4.
根据权利要求2所述的一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法，其特征在于，将所述实时损耗参数输入所述等效热传递模型，得到所述预设时间段内，电机各部位的实时温度预测值，具体包括：根据各关键结构的密度
、
体积以及比热容，计算所述等效热传递模型中各建模节点的热容参数；根据所述两两建模节点之间的热阻，构建所述等效热传递模型的系统矩阵；根据所述各建模节点的热容参数，构建所述等效热传递模型的输入矩阵；根据所述系统矩阵以及所述输入矩阵，建立所述等效热传递模型的热平衡方程：；其中，为第
i
个建模节点的温升状态变量；
A
为所述系统矩阵，
B
为所述输入矩阵；为第
i
个建模节点的工作温度构成的状态向量；为第
i
个建模节点的损耗参数构成的输入向量；为
t
时刻的水冷散热功率，水冷散热结构未开启时，
=1
；将所述系统矩阵
、
所述输入矩阵以及所述实时损耗参数均输入所述热平衡方程中，得到
t
时刻第
i
个建模节点对应的关键结构的温升状态变量；根据每一时刻各关键结构的所述温升状态变量，计算每一时刻各关键结构的实时温度预测值
。5.
根据权利要求4所述的一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法，其特征在于，在根据每一时刻各关键结构的所述温升状态变量以及初始温度，计算每一时刻各关键结构的实时温度预测值之后，所述方法还包括：根据，对所述实时温度预测值进行更新，得到
t
时刻的最优温度预测值；其中，为
t
时刻的实时温度预测值，为卡尔曼增益，为
t
时刻的量测矩阵，为雅可比矩阵；将所述实时温度预测值更新为所述最优温度预测值
。6.
根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮永磁电机的温度监控方法，其特征在于，在将所述预设时间段内的实时温度预测值序列输入预训练的时序温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国栋，陈晓旭，
申请(专利权)人：潍坊顺宝电机有限公司，
类型：发明
国别省市：