專利名稱：電動機定子繞組溫度估算的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電動機系統(tǒng)，更具體地涉及用于估算
電動機中定子繞組的溫度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在永/磁體電動才幾的定子繞組的溫度過熱時，電動才幾系統(tǒng)
中的永磁體電動機可能損壞。通常，定子繞組的溫度由安裝在電動機 定子繞組一個相位上的溫度測量傳感器測量，如熱敏電阻器。假設平 衡的三相電流在定子繞組中流動，單個溫度測量傳感器可以適當?shù)毓?算所有三個相位的溫度。然而，在處于或接近0速度時，可能沒有電 流在安裝有傳感器的電動機定子繞組的相位中流動，或在某些速度時， 不平衡的電流可能在定子繞組的三個相位中流動。在這些狀況下，單 個溫度測量傳感器將不能正確地報告電動機的實際溫度，因而電動機 可能由于過熱損壞。提供 一 種防止永磁體電動機定子繞組過熱損壞的溫度估
算控制器。所述溫度估算控制器包括低速溫度估算模塊、過渡(轉(zhuǎn)變) 才莫塊和依賴于溫度的扭矩指令降低方塊(command demter block )。所 述低速溫度估算模塊響應于多個相位中的每個相位相對于熱中性點 (thermal neutral)測量的第 一熱阻抗確定永磁體電動機的所述多個相 位中的每個相位的定子溫度。所述過渡模塊連接到所述低速溫度估算 模塊，且當永磁體電動機的檢測速度小于第 一預定速度時輸出所述低 速溫度估算模塊確定的永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度。所述依賴于溫度的扭矩指令降低方塊連接到所述過渡模塊，且響 應于所述多個相位中的 一個或更多相位的定子溫度降低扭矩指令。 提供 一 種控制扭矩指令以防止永磁體電動機多個相位中 的一個或更多相位過熱的方法。所述方法包括步驟確定永磁體電動 機的檢測速度是否小于第一預定速度；當永磁體電動機的檢測速度小 于第一預定速度時響應于所述多個相位中的每個相位相對于熱中性點 測量的第一熱阻抗確定所述多個相位中的每個相位的定子溫度；和響 應于所述多個相位中的一個或更多相位的定子溫度降低扭矩指令。


本發(fā)明將在下文結(jié)合以下附圖描述，其中相同的附圖標 記表示相同的元件，且 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電動機系統(tǒng)的框圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖3的電動機系統(tǒng)的過
渡模塊的操作曲線圖； 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖3的電動機系統(tǒng)的溫 度估算控制器的操作流程圖；和圖7示出了在采用根據(jù)本發(fā)明實施例的圖3的電動機系
統(tǒng)的機動車輛操作期間產(chǎn)生的波形。
具體實施例方式
以下詳細說明性質(zhì)上僅為示范性的，且并不打算限定本 發(fā)明或其應用及用途。另外，并非打算受限于前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技 參考圖1,根據(jù)本發(fā)明實施例的電動機系統(tǒng)100包括三相 交流(AC )同步電機110，如同步磁阻電機或永磁體電動機，電機110
7響應于來自逆變器120的信號操作。為電動機110提供電力控制的逆 變器120連接在功率源140的直流(DC)總線135之間。逆變器120 包括晶體管122 - 127,如絕緣柵雙極晶體管(IGBT),且響應于從電 流調(diào)節(jié)扭矩控制器150到其柵極的信號進行操作，以提供電壓給電動 機110的每個相位115，每個晶體管對122/125,23/126和124/127形 成逆變器120的相腳。熱敏電阻器118連接到一個相位115，以測量該 相位115的繞組的溫度。冷卻劑155，如機油，環(huán)繞電動機110并在電 動機110操作期間冷卻電動機110,溫度信號發(fā)生器156從冷卻劑155 內(nèi)的熱電偶157確定冷卻劑155的溫度，并提供表示線;洛158上冷卻 劑155的溫度的數(shù)字信號。 解析器160 (或類似感測設備)連接到電動機110,以測 量轉(zhuǎn)子位置并檢測其速度。解析器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器165將來自解析器160 的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，且將AC同步電動機110的轉(zhuǎn)子的角位置和檢 測速度的這些數(shù)字表示提供給電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150。電流調(diào)節(jié)扭矩 控制器150的輸出連接到每個晶體管122-127的每個的柵極，以提供電 動機控制信號給逆變器120作為晶體管122-127的操作控制信號。 根據(jù)該實施例，溫度估算控制器170包括依賴于溫度的 扭矩指令降低方塊172、高速溫度估算模塊174、低速溫度估算模塊176、 比例系數(shù)計算器178和過渡模塊180。 高速溫度估算模塊174從電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150接收 同步坐標電流Id， Iq,并響應于同步坐標電流和熱壽丈電阻器118測量的 一個相位115的溫度而估算相位115的繞組的相位溫度(Ta, Tb, Tc)。 低速溫度估算模塊176接收檢測的電流值Ia, Ib, Ie,并響應于電流值和 線路158上提供的冷卻劑155的溫度而估算相位115的繞組的相位溫 度(Ta, Tb, Tc)。 比例系數(shù)計算器178從解析器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器165接收表示 電動機110的檢測速度的數(shù)字信號，且計算比例系數(shù)，如下文更詳細 地描述的那樣。比例系數(shù)從計算器178連同來自于高速溫度估算模塊 174和低速溫度估算模塊176的估算相位溫度(Ta, Tb, Te) —起提供給 過渡模塊180。過渡模塊180根據(jù)比例系數(shù)修正估算相位溫度(Ta, Tb, I),以獲得相位溫度(Ta,Tb,Tc)，以便提供給依賴于溫度的扭矩指 令降低方塊172的第一輸入端。
76計算的估算定子溫度。高于第二預定速度508，由比例系數(shù)計算器178提供給過渡模塊的第一比例系數(shù)502是1,且由比例系數(shù)計算器178提供給過渡模塊的第二比例系數(shù)504是0,從而通過比例系數(shù)換算的由高速和低速溫度估算模塊174, 176提供的估算定子溫度的總和等于由高速溫度估算模塊174計算的估算定子溫度。 在沖莫式一 404的過渡期間，過渡模塊180提供由高速溫度估算模塊174計算的估算定子溫度的一部分和低速溫度估算模塊176計算的估算定子溫度的一部分結(jié)合計算的估算定子溫度Ta， Tb和Tc給依賴于溫度的扭矩指令降低方塊172，以降低扭矩指令『*。線502和504上的比例系數(shù)的線性斜率提供在模式零402和模式二 406之間的溫度估算的線性過渡。雖然圖5的曲線圖500中示出了線性過渡，但是過渡模塊180可以采用其它非線性函數(shù)，以在模式零402和模式二406之間過渡，而不偏離本發(fā)明的精神，比例系數(shù)計算器的設計/程序化控制模式間過渡的線性或非線性。 過程然后確定610由于在步驟608計算的相應第一熱阻抗引起的每個相位115的定子繞組中的溫度升高。在此之后，感測612表示冷卻劑155溫度的線158上的信號，且確定614由于熱中性點的第二熱阻抗引起的溫度升高，熱中性點的第二熱阻抗相對于冷卻劑155的溫度計算。然后，響應于由在步驟610計算的相應第一熱阻抗(針對所述多個相位中的每個相位相對于熱中性點)引起的每個相位的溫度升高、由在步驟614計算的熱中性點的第二熱阻抗引起的第二溫度升高和在步驟612感測的冷卻劑155的溫度，估算616每個相位115的低速定子溫度。 隨后，過程確定電動機110的速度是否大于第一預定速度618,且當速度小于(即，不大于)第一預定速度618時，設定620定子溫度Ta, Tb和Te等于從步驟616估算的低速定子溫度。扭矩指令"然后降低622,以防止電動機110的多個相位115中的一個或更多相位的過熱，且過程返回到步驟602。 當確定618速度大于第一預定速度時，響應于由熱敏電阻器118測量的溫度估算624多個相位中的每個相位的高速定子溫度，過程確定626電動機110的速度是否大于第二預定速度，其中第一和第二預定速度如關(guān)于圖5討論的那樣選擇。當速度大于第二預定速度626時，定子溫度Ta, 1\和Te設定等于從步驟624估算的高速定子溫度。扭矩指令"然后降低622,且過程返回到步驟602。 當電動機110的速度大于第一預定速度618而小于第二預定速度626時，響應于電動機110的速度計算630的比例系數(shù)值。然后，定子溫度Ta, Tb和Te通過將(a)估算的高速定子溫度(來自步驟624 )和比例系數(shù)值的乘積以及(b)估算的低速定子溫度(來自步驟616)和1與比例系數(shù)之間的差的乘積求和而計算632。扭矩指令"然后降低622，且過程返回到步驟602。 雖然流程圖600提出操作溫度估算控制器170的軟件表示，根據(jù)本發(fā)明的操作不必具有如圖1所示的兩個單獨控制器150， 170。
150, 170的功能。此外，上文討論的一些或全部操作可以在較高級別
16的控制器中實現(xiàn)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的控制器，以產(chǎn)生扭矩指令
『* 參考圖7，曲線圖700圖示了在根據(jù)本發(fā)明的電動機系統(tǒng) 100的操作期間產(chǎn)生的波形。時間以秒為單位沿x軸示出，而y軸示出 了單位為攝氏度的溫度、單位為牛頓米的扭矩或單位為轉(zhuǎn)每分(rpm) 的電動機110速度中任何一個。跡線702示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例 降低之前提供給電動機110的扭矩指令『*,跡線704示出了電動沖幾110 的速度。從跡線704可以看出，電動機操作在或接近0速(即，處于 低速)，直到大約486790秒，且其后電動機增加速度至低于75rpm的 另一低速(例如，25rpm)。在0速和低速(25rpm )時、以及在高速 時提供不同扭矩指令值702。 跡線706示出了電動機110的溫度，同時在跡線708上 示出了一個相位115的測量溫度，在跡線710上示出了根據(jù)本實施例 估算的一個相位115的估算溫度?？梢钥闯觯M管電動機速度(跡線 704上)和/或扭矩指令r*(跡線702上)變化，這些溫度(在跡線706, 708和710上)大約相等。 雖然在前述具體實施方式
中已經(jīng)闡述了至少一個示范性 實施例，但是應當理解的是，存在大量的變型。也應當理解，示范性 實施例僅僅是示例，且不旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍、可應用 性或構(gòu)造。相反，前述具體實施方式
將提供本領(lǐng)域技術(shù)人員實施示范 性實施例的便利途徑。應當理解的是，可以對元件的功能和布置進行 各種變化，而不偏離由所附權(quán)利要求及其合法等價物所闡述的本發(fā)明 的范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制扭矩指令以防止永磁體電動機多個相位中的一個或更多相位過熱的方法，所述方法包括以下步驟確定永磁體電動機的檢測速度是否小于第一預定速度；當永磁體電動機的檢測速度小于第一預定速度時，響應于所述多個相位中的每個相位相對于熱中性點測量的第一熱阻抗估算所述多個相位中的每個相位的定子溫度；和響應于所述多個相位中的一個或更多相位的定子溫度降低扭矩指令。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于估算所述多個相位中 的每個相位的定子溫度的步驟包括步驟響應于所述多個相位中的每 個相位的銅耗計算永/磁體電動機多個相位中的每個相位的第 一熱阻抗。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于計算多個相位中的每 個相位的第 一熱阻抗的步驟包括以下步驟計算永磁體電動機多個相位中的每個相位的交流均方根電流；響應于測量的交流均方根電流計算永磁體電動機多個相位中的每 個相位的銅^^;和響應于所述多個相位中的每個相位的銅耗計算第一熱阻抗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于估算所述多個相位中 的每個相位的定子溫度的步驟包括以下步驟計算熱中性點相對于冷卻劑溫度的第二熱阻抗；和響應于冷卻劑溫度、由于相應第一熱阻抗引起的第一溫度升高和由 于第二熱阻抗引起的第二溫度升高，估算永磁體電動機多個相位中的 每個相位的定子溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于還包括步驟 確定永磁體電動機的檢測速度是否大于第二預定速度；和當永磁體電動機的檢測速度大于第二預定速度時，響應于由連接到 永磁體電動機多個相位之一的熱敏電阻器測量的溫度估算多個相位中 的每個相位的定子溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于還包括以下步驟當永磁體電動機的檢測速度大于第一預定速度且小于第二預定速度時，響 應于第一熱阻抗和由熱敏電阻器測量的溫度兩者估算多個相位中的每 個相位的定子溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于當永磁體電動機的檢測速度大于第一預定速度且小于第二預定速度時，估算多個相位中的 每個相位的定子溫度的步驟包括以下步驟 響應于檢測速度計算比例系數(shù)；和當永磁體電動機的檢測速度大于第 一預定速度且小于第二預定速 度時，響應于第一熱阻抗、由熱敏電阻器測量的溫度和所述比例系數(shù)估算多個相位中的每個相位的定子溫度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于響應于第一熱阻抗、 由熱敏電阻器測量的溫度和比例系數(shù)估算多個相位中的每個相位的定 子溫度的步驟包括步驟響應于第 一 熱阻抗與比例系數(shù)的乘積以及由 熱敏電阻器測量的溫度與1和比例系數(shù)之間的差的乘積的總和估算多 個相位中的每個相位的定子溫度。
9. 一種用于永磁體電動機的溫度估算控制器，包括 低速溫度估算模塊，所述低速溫度估算模塊響應于永磁體電動機多個相位中的每個相位相對于熱中性點計算的第一熱阻抗，來估算所述 永磁體電動機的多個相位中的每個相位的定子溫度；過渡模塊，所述過渡模塊連接到所述低速溫度估算模塊，且當永磁 體電動機的檢測速度小于第一預定速度時輸出所述低速溫度估算模塊 確定的永》茲體電動4幾多個相位中的每個相位的定子溫度；和依賴于溫度的扭矩指令降低方塊，所述依賴于溫度的扭矩指令降低 方塊連接到所述過渡模塊，且響應于所述多個相位中的一個或更多相 位的定子溫度降低扭矩指令。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫度估算控制器，其特征在于所述低 速溫度估算模塊接收冷卻劑溫度信號，并計算熱中性點相對于冷卻劑 溫度信號的第二熱阻抗，所述低速溫度估算模塊響應于冷卻劑溫度信 號、由于相應第一熱阻抗引起的第一溫度升高和由于第二熱阻抗引起 的第二溫度升高來估算永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫 度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫度估算控制器，其特征在于還包括高速溫度估算才莫塊，用于響應于連接到永磁體電動才幾多個相位之一的熱 敏電阻器來估算永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度，其 中，過渡模塊還連接到高速溫度估算模塊，且在永磁體電動機的檢測 速度大于第二預定速度時輸出所述高速溫度估算模塊計算的永磁體電 動機多個相位中的每個相位的定子溫度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的溫度估算控制器，其特征在于當永磁 體電動機的檢測速度大于第一預定速度且小于第二預定速度時，過渡 模塊輸出由低速溫度估算模塊和高速溫度估算模塊的組合輸出確定的 永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的溫度估算控制器，其特征在于還包括比 例系數(shù)計算器，用于響應于永磁體電動機的檢測速度計算比例系數(shù)， 其中，過渡模塊連接到比例系數(shù)計算器以從其接收比例系數(shù)，且當永 磁體電動機的檢測速度大于第 一預定速度且小于第二預定速度時，響 應于比例系數(shù)輸出永》茲體電動才幾多個相位中的每個相位的定子溫度。
14. 一種電動才幾系統(tǒng)，包4舌 包括多個相位的永》茲體電動才幾；逆變器，所述逆變器連接到永磁體電動機的多個相位且為其提供電 力控制；連接到永磁體電動機的冷卻劑，用于降低操作期間電動機的溫度；連接到永磁體電動機的解析器，用于檢測電動機速度并響應于永磁 體電動機的速度產(chǎn)生檢測速度信號；連接到所述多個相位中的一個的熱敏電阻器，用于確定該相位的溫 度，并響應于所述多個相位中的所述一個的溫度產(chǎn)生相位溫度信號；連接到冷卻劑的冷卻劑溫度檢測器，以確定冷卻劑溫度；和連接到逆變器和解析器的溫度估算控制器，用于響應于多個相位中 的每個相位相對于熱中性點測量的第 一 熱阻抗估算永f茲體電動機多個 相位中的每個相位的定子溫度，并在檢測速度信號小于第一預定速度 時，響應于多個相位中的一個或更多相位的定子溫度降低扭矩指令以 產(chǎn)生降低的扭矩指令，其中，逆變器響應于降低的扭矩指令為永磁體電動機多個相位提供 電力控制。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機系統(tǒng)，其特征在于溫度估算控制器還連接到冷卻劑溫度檢測器，且確定熱中性點相對于從冷卻劑溫 度檢測器接收的冷卻劑溫度信號的第二熱阻抗，所述溫度估算控制器 響應于冷卻劑溫度信號、由于相應第一熱阻抗引起的第一溫度升高和 由于第二熱阻抗引起的第二溫度升高而估算永磁體電動機多個相位中 的每個相位的定子溫度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機系統(tǒng)，其特征在于溫度估算控 制器還連接到熱敏電阻器，且在檢測速度信號大于第二預定速度時， 響應于相位溫度信號估算永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度o
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電動機系統(tǒng)，其特征在于當檢測速度 信號大于第一預定速度且小于第二預定速度時，溫度估算控制器響應 于相位溫度信號和第一熱阻抗估算永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電動機系統(tǒng)，其特征在于溫度估算控 制器包括連接到解析器的比例系數(shù)計算器，用于響應于檢測速度信號 計算比例系數(shù)，其中，當檢測速度信號大于第一預定速度且小于第二 預定速度時，溫度估算控制器響應于相位溫度信號、第一熱阻抗和比 例系數(shù)估算永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機系統(tǒng)，其特征在于永磁體電動機是交流同步電動才幾。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機系統(tǒng)，其特征在于逆變器包括 連接到溫度估算控制器的多個絕緣柵雙極晶體管，所述多個絕緣柵雙 極晶體管響應于降低的扭矩指令控制永磁體電動機的操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動機定子繞組溫度估算，具體而言提供一種控制扭矩指令以防止永磁體電動機多個相位中的一個或更多相位過熱的溫度估算控制器和方法。溫度估算控制器包括低速溫度估算模塊、過渡模塊和依賴于溫度的扭矩指令降低方塊。低速溫度估算模塊響應于多個相位中的每個相位相對于熱中性點測量的第一熱阻抗確定永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度。過渡模塊連接到低速溫度估算模塊，且當永磁體電動機的檢測速度小于第一預定速度時輸出由低速溫度估算模塊確定的永磁體電動機多個相位中的每個相位的定子溫度。依賴于溫度的扭矩指令降低方塊連接到過渡模塊，且響應于所述多個相位中的一個或更多相位的定子溫度降低扭矩指令。
文檔編號H02H7/08GK101494372SQ20091000599
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者N·R·帕特爾, S·E·舒爾茨, S·希蒂, Y·C·森 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司