專利名稱：電動(dòng)馬達(dá)定子繞組溫度估計(jì)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，且更具體地涉及用于估計(jì)電動(dòng)馬達(dá)中的定子繞組的溫度的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)通常包括由直流(DC)功率源(例如電池)驅(qū)動(dòng)的交流 (AC)電動(dòng)馬達(dá)。電動(dòng)馬達(dá)的定子繞組可被聯(lián)接到功率逆變器模塊，功率逆變器模塊執(zhí)行快速切換功能，以便將DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)，繼而驅(qū)動(dòng)HEV傳動(dòng)系的軸。馬達(dá)定子繞組的溫度是重要的參數(shù)并且可用于各種目的。例如，定子繞組溫度可為各種馬達(dá)控制算法中的輸入，特定算法使用定子電阻作為控制變量。另外，定子繞組溫度也可以用于檢測(cè)高馬達(dá)溫度以防止過熱。通常，定子繞組溫度由溫度測(cè)量傳感器測(cè)量，例如安置或安裝在一個(gè)定子繞組中的熱敏電阻或熱電偶。然而，在一些系統(tǒng)中，在溫度傳感器和定子繞組的高溫區(qū)域之間可能有非常大的溫度梯度，這會(huì)導(dǎo)致不精確的問題。盡管每個(gè)額外傳感器增加了放置、成本、可靠性、維修和維護(hù)帶來的問題，可使用多于一個(gè)傳感器。為了減少對(duì)溫度傳感器的需要或甚至消除對(duì)溫度傳感器的需要，也已經(jīng)開發(fā)了無傳感器定子繞組溫度估計(jì)技術(shù)。這些溫度估計(jì)技術(shù)可采用基于電機(jī)幾何形狀及熱和電屬性的復(fù)雜馬達(dá)熱模型。然而，在很多情況下，關(guān)于這種馬達(dá)幾何形狀或者熱或電屬性的信息可不會(huì)容易地可用，并且產(chǎn)生的假設(shè)可導(dǎo)致不精確。已經(jīng)開發(fā)出對(duì)于零或低速溫度估計(jì)(例如，低于75rpm)工作良好的其它無傳感器定子繞組溫度估計(jì)技術(shù)；然而，這些技術(shù)在較高馬達(dá)速度下可不會(huì)產(chǎn)生精確結(jié)果。因此，期望提供一種以提高的精度在整個(gè)馬達(dá)速度操作范圍(即，低操作速度和高操作速度)內(nèi)估計(jì)定子繞組溫度的方法和系統(tǒng)。此外本發(fā)明的其它期望特征和特性將從隨后的詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求結(jié)合附圖以及前述技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)而變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施例，電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)包括電動(dòng)馬達(dá)，其包括具有繞組的定子和配置成以馬達(dá)速度操作的轉(zhuǎn)子；冷卻系統(tǒng)，其包括配置成冷卻所述轉(zhuǎn)子和所述定子的冷卻劑，所述冷卻劑具有冷卻劑流速和冷卻劑溫度；逆變器模塊，其聯(lián)接到所述電動(dòng)馬達(dá)并配置成基于逆變器控制信號(hào)提供電流到所述繞組；電流調(diào)節(jié)扭矩控制器，其聯(lián)接到所述逆變器模塊并配置成響應(yīng)于降低的扭矩指令產(chǎn)生所述逆變器控制信號(hào)；以及溫度估計(jì)控制器，其聯(lián)接到所述電流調(diào)節(jié)扭矩控制器并配置成基于初始扭矩指令和估計(jì)的定子繞組溫度產(chǎn)生所述降低的扭矩指令。所述溫度估計(jì)控制器配置成基于所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速來估計(jì)所述估計(jì)的定子繞組溫度。根據(jù)示例性實(shí)施例，提供了一種用于估計(jì)馬達(dá)中定子繞組溫度的方法，所述馬達(dá)具有帶有多個(gè)繞組的定子和配置成以馬達(dá)速度操作的轉(zhuǎn)子。所述馬達(dá)進(jìn)一步配置成被處于冷卻劑流速的冷卻劑冷卻。所述方法包括將所述馬達(dá)速度與速度閾值相比較；產(chǎn)生所述電動(dòng)馬達(dá)的估計(jì)的總功率損失；基于所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速計(jì)算所述多個(gè)繞組和所述冷卻劑之間的組合熱阻抗；以及當(dāng)馬達(dá)速度大于所述速度閾值時(shí)，基于所述組合熱阻抗和所述總功率損失，估計(jì)所述多個(gè)定子繞組中的每個(gè)的第一估計(jì)的定子繞組溫度。本發(fā)明還提供了以下方案 1. 一種電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，包括
電動(dòng)馬達(dá)，其包括具有繞組的定子和配置成以馬達(dá)速度操作的轉(zhuǎn)子； 冷卻系統(tǒng)，其包括配置成冷卻所述轉(zhuǎn)子和所述定子的冷卻劑，所述冷卻劑具有冷卻劑流速和冷卻劑溫度；
逆變器模塊，其聯(lián)接到所述電動(dòng)馬達(dá)并配置成基于逆變器控制信號(hào)提供電流到所述繞
組；
電流調(diào)節(jié)扭矩控制器，其聯(lián)接到所述逆變器模塊并配置成響應(yīng)于降低的扭矩指令產(chǎn)生所述逆變器控制信號(hào)；以及
溫度估計(jì)控制器，其聯(lián)接到所述電流調(diào)節(jié)扭矩控制器并配置成基于初始扭矩指令和估計(jì)的定子繞組溫度產(chǎn)生所述降低的扭矩指令，
所述溫度估計(jì)控制器配置成基于所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速來估計(jì)所述估計(jì)的定子繞組溫度。2.根據(jù)方案1所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成將所述馬達(dá)速度與閾值馬達(dá)速度相比較，所述溫度估計(jì)控制器進(jìn)一步配置成當(dāng)所述馬達(dá)速度等于或大于所述閾值馬達(dá)速度時(shí)，將所述定子繞組溫度估計(jì)為高速定子繞組溫度，并且當(dāng)所述馬達(dá)速度低于所述閾值馬達(dá)速度時(shí)，將所述定子繞組溫度估計(jì)為低速定子繞組溫度。3.根據(jù)方案2所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述馬達(dá)速度等于或大于所述閾值馬達(dá)速度時(shí)，所述溫度估計(jì)控制器配置成
確定定子繞組電阻；
基于所述定子繞組電阻和均方根(RMS)定子電流來確定定子繞組功率損失； 基于所述定子繞組功率損失和鐵芯功率損失來確定所述電動(dòng)馬達(dá)的總功率損失； 基于所述總功率損失、所述馬達(dá)速度和組合熱阻抗來產(chǎn)生溫度變化；以及基于所述溫度變化、所述冷卻劑溫度和所述冷卻劑流速來估計(jì)所述定子繞組溫度。4.根據(jù)方案3所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述定子進(jìn)一步包括定子鐵芯，以及其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成基于所述定子繞組和所述定子鐵芯之間的第一熱阻
抗以及所述定子鐵芯和所述馬達(dá)冷卻劑之間的第二熱阻抗確定所述組合熱阻抗。5.根據(jù)方案3所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成確定所述鐵芯功率損失，所述鐵芯功率損失是所述馬達(dá)速度、定子繞組電流和DC總線電壓的函數(shù)。6.根據(jù)方案3所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器包括多個(gè)查詢表，所述查詢表將所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速與自然阻尼頻率、阻尼因數(shù)和熱阻抗相關(guān)聯(lián)。7.根據(jù)方案6所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成基于所述多個(gè)查詢表產(chǎn)生所述溫度變化。8. 一種用于估計(jì)馬達(dá)中定子繞組溫度的方法，所述馬達(dá)具有帶有多個(gè)繞組的定子和配置成以馬達(dá)速度操作的轉(zhuǎn)子，所述馬達(dá)進(jìn)一步配置成被處于冷卻劑流速的冷卻劑冷卻，所述方法包括以下步驟
將所述馬達(dá)速度與速度閾值相比較； 產(chǎn)生所述電動(dòng)馬達(dá)的估計(jì)的總功率損失；
基于所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速計(jì)算所述多個(gè)繞組和所述冷卻劑之間的組合熱阻抗；以及
當(dāng)馬達(dá)速度大于所述速度閾值時(shí)，基于所述組合熱阻抗和所述總功率損失，估計(jì)所述多個(gè)定子繞組中的每個(gè)的第一估計(jì)的定子繞組溫度。9.根據(jù)方案8所述的方法，其中，產(chǎn)生步驟包括將定子繞組功率損失和鐵芯功率損失組合以產(chǎn)生所述總功率損失。10.根據(jù)方案9所述的方法，其中，所述產(chǎn)生步驟進(jìn)一步包括基于定子繞組電阻和均方根(RMS)定子電流確定所述定子繞組功率損失。11.根據(jù)方案8所述的方法，其中，確定所述定子繞組功率損失的步驟包括 確定交流(AC)均方根(RMS)定子電流；以及
基于所述交流(AC)均方根(RMS)定子電流確定所述定子繞組功率損失。12.根據(jù)方案8所述的方法，其中，所述計(jì)算步驟包括基于所述總功率損失、所述馬達(dá)速度和所述組合熱阻抗產(chǎn)生相溫度變化。13.根據(jù)方案8所述的方法，其中，所述估計(jì)步驟進(jìn)一步包括基于相溫度變化和所述冷卻劑溫度來估計(jì)所述定子繞組溫度。14.根據(jù)方案8所述的方法，其中，所述組合熱阻抗包括所述定子繞組和定子鐵芯之間的第一熱阻抗，以及定子鐵芯和所述冷卻劑之間的第二熱阻抗。15.根據(jù)方案8所述的方法，其中，所述計(jì)算步驟包括以查詢表確定所述組合熱阻抗。16.根據(jù)方案8所述的方法，其中，所述計(jì)算步驟包括以查詢表確定所述組合熱阻抗，所述查詢表將所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速與自然阻尼頻率、阻尼因數(shù)和熱阻抗相關(guān)聯(lián)。17.根據(jù)方案8所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 響應(yīng)于所述第一估計(jì)的定子繞組溫度降低扭矩指令。18. 一種方法，包括以下方法
基于所述定子繞組的溫度和所述定子繞組的電阻的溫度系數(shù)來確定馬達(dá)的定子繞組的定子繞組電阻；
基于所述定子繞組電阻來確定定子繞組功率損失；
基于所述定子繞組功率損失和鐵芯功率損失來確定總功率損失；
基于所述總功率損失、馬達(dá)速度、冷卻劑流速和組合熱阻抗模型來確定相溫度變化；以
及
基于所述相溫度變化和馬達(dá)冷卻劑溫度來估計(jì)定子繞組溫度。19.根據(jù)方案18所述的方法，其中，確定所述相變化的步驟包括基于所述總功率損失、所述馬達(dá)速度和所述組合熱阻抗產(chǎn)生所述相溫度變化。20.根據(jù)方案18所述的方法，其中，所述估計(jì)步驟進(jìn)一步包括基于所述相溫度變化和所述馬達(dá)冷卻劑溫度來估計(jì)所述多個(gè)定子繞組中的每個(gè)的所述定子繞組溫度。


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(biāo)記表示相同的元件，其中
圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)的框圖； 圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的與圖1系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的熱阻抗模型的電路圖示； 圖3是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)的高速溫度估計(jì)模塊的框圖； 圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖3的高速溫度估計(jì)模塊的高速定子繞組溫度估計(jì)器的框
圖5是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)的低速溫度估計(jì)模塊的框圖；和圖6是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的系統(tǒng)的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式下述詳細(xì)說明本質(zhì)上僅為示例性的且不旨在限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和使用。 作為示例性的本文描述的任何實(shí)施例不必須被限制為比其他實(shí)施例優(yōu)選或有利，并且僅用作例子、舉例或說明。該詳細(xì)說明中描述的所有實(shí)施例是提供用于使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明的示例性實(shí)施例，而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定。此外，并不旨在受約束于前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下述詳細(xì)說明中闡述的任何明示或暗示的理論。本文討論的示例性實(shí)施例涉及用于估計(jì)電動(dòng)馬達(dá)中的定子繞組溫度的方法和系統(tǒng)。所公開的方法和系統(tǒng)可在需要在低速和高速估計(jì)定子繞組溫度的操作環(huán)境中實(shí)施，包括在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)的混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛功率系統(tǒng)中。例如，該系統(tǒng)和方法估計(jì)高速定子繞組溫度，其對(duì)于相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)更精確的估計(jì)來說是馬達(dá)速度和冷卻劑流速的函數(shù)。圖1示出了可以在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)中實(shí)施的三相電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)100架構(gòu)的簡(jiǎn)化框圖。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括三相AC電動(dòng)馬達(dá)110、三相脈寬調(diào)制 (PWM)逆變器模塊120、DC功率源140、流調(diào)節(jié)扭矩控制器150、冷卻劑溫度傳感器156、冷卻劑流速傳感器158、轉(zhuǎn)子位置傳感器160和溫度估計(jì)控制器170。如下面更詳細(xì)地描述，在操作期間，系統(tǒng)100基于例如來自駕駛員的輸入來接收扭矩指令(T*)。因?yàn)樯邷囟葧?huì)導(dǎo)致馬達(dá)110的不希望的問題，并且馬達(dá)110的溫度部分基于扭矩，溫度估計(jì)控制器170基于馬達(dá)110的估計(jì)的溫度來降低或限制扭矩指令(T*)以產(chǎn)生降低的扭矩指令(T**)。該降低的扭矩指令(T**)對(duì)應(yīng)于給定扭矩指令(T*)和馬達(dá)110的電流溫度的馬達(dá)110的可接受扭矩輸出。電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150接收降低的扭矩指令(T**)并且響應(yīng)地控制逆變器模塊 120以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110。馬達(dá)110在HEV的驅(qū)動(dòng)軸(未示出)上產(chǎn)生扭矩?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述系統(tǒng)100。馬達(dá)110通常包括具有定子繞組115、116、117的定子，其當(dāng)被供給交流電時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使得轉(zhuǎn)子(未示出)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生扭矩。在所示示例性實(shí)施例中，三個(gè)定子繞組115、116、117限定三相馬達(dá)。通常，馬達(dá)110可為永磁同步電動(dòng)機(jī)，其包括內(nèi)置式永磁電動(dòng)機(jī)；感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；同步磁阻電動(dòng)機(jī)；或任何其他類型的適合電動(dòng)馬達(dá)。
逆變器模塊120驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110的操作。逆變器模塊120通常包括電容器180和三個(gè)逆變器子模塊122、123、124，其每個(gè)對(duì)應(yīng)于分別聯(lián)接到定子繞組115、116、117的開關(guān)裝置。 每個(gè)開關(guān)裝置122、123、1M包括兩個(gè)開關(guān)(例如，晶體管，如絕緣柵雙極晶體管(IGBT))，其以與反平行二極管(未示出)交替的方式操作，從而使當(dāng)?shù)亻_關(guān)輸入電壓并且提供馬達(dá)110 的定子繞組115、116、117的三相激勵(lì)。逆變器模塊120被連接在供給DC輸入電壓(Vdc)的DC功率源140 (例如，一個(gè)或多個(gè)電池或燃料電池)的直流(DC)總線135之間。如上所述，開關(guān)裝置122、123、1M基于DC輸入電壓(Vdc)供給交流電(Ia、Ib、I。)以各種速度驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)于馬達(dá)110的定子繞組 115、116、117的三相，并且控制來自電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150的信號(hào)。電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150的另外細(xì)節(jié)可見2009年9月觀日提交的且受讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利申請(qǐng) 12/568，002，其通過引用全文并入本文。具有冷卻劑(例如馬達(dá)油)的冷卻系統(tǒng)155環(huán)繞馬達(dá)110且在操作期間冷卻馬達(dá) 110。冷卻劑溫度傳感器156確定冷卻劑的溫度并提供冷卻劑溫度的數(shù)字信號(hào)表示(T&_)。 另外，冷卻劑流速傳感器158確定轉(zhuǎn)子和/或定子中冷卻劑的流速(Q&ra)。如下面更詳細(xì)討論的，冷卻劑溫度(T 和冷卻劑流速(Q 被提供到溫度估計(jì)控制器170來用于估計(jì)定子繞組115、116、117的溫度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，冷卻劑流速(Q可被直接測(cè)量。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，冷卻劑流速可作為流動(dòng)壓、冷卻劑和馬達(dá)溫度、馬達(dá)扭矩和馬達(dá)速度的函數(shù)導(dǎo)出。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，冷卻劑流速傳感器158可為變速器控制模塊和/或混合動(dòng)力控制處理器的一部分或與之連通。轉(zhuǎn)子位置傳感器160定位成產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的機(jī)械角(θ r)和轉(zhuǎn)子的角速度或速率(ωΓ)的絕對(duì)角位置信息和/或角速度信息。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子位置傳感器160可實(shí)施為分解器和分解器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，但是通?？梢允侨魏晤愋偷奈锢砦恢脗鞲衅骰蜃儞Q器，或者其虛擬軟件應(yīng)用，包括霍爾效應(yīng)傳感器或感測(cè)轉(zhuǎn)子的角位置或角速度的任何其它類似感測(cè)裝置或編碼器(未示出)。轉(zhuǎn)子位置傳感器160提供角位置(θ r)和速度 (ωΓ)到電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150和溫度估計(jì)控制器170。溫度估計(jì)控制器170包括依賴于溫度的扭矩指令降低塊172、高速溫度估計(jì)模塊 174、低速溫度估計(jì)模塊176和變換模塊180。高速溫度估計(jì)模塊174在高速下從電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150接收同步坐標(biāo)電流(IdUtl)且估計(jì)定子繞組115、116、117的相溫度(TaH、TbH、 T。H)。如下面更詳細(xì)討論的，估計(jì)的溫度(TaH、TbH、T。H)基于同步坐標(biāo)電流(ΙρΙ,)、轉(zhuǎn)子速度 (ωΓ), DC電壓(VDe)、冷卻劑溫度(IV_)和冷卻劑流速(Q_。產(chǎn)生。低速溫度估計(jì)模塊 176接收所檢測(cè)電流值(Ia、Ib、I。)且基于電流值(Ia、Ib、I。)和冷卻劑溫度來在低溫下估計(jì)定子繞組115、116、117的相溫度(TapTR、ΤΛ)。來自于高速溫度估計(jì)模塊174的估計(jì)的相溫度(TaH、TbH、T。H)和低速溫度估計(jì)模塊176的估計(jì)的相溫度(ΤΛ、TbL, Tcl)提供給變換模塊180。根據(jù)轉(zhuǎn)子速度(ω》，變換模塊 180將一組估計(jì)的相溫度(Ta、Tb、Tc)提供給依賴于溫度的扭矩指令降低塊172。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，雖然高速和低速之間的閾值選擇可變化，高速對(duì)應(yīng)于大于75 rpm的轉(zhuǎn)子速度(ω》，而低速對(duì)應(yīng)于小于75 rpm的轉(zhuǎn)子速度(ω」。如上所述，依賴于溫度的扭矩指令降低塊172響應(yīng)于所選擇組的相溫度(Ta、Tb、 Tc)而修正扭矩指令(T*)，以產(chǎn)生溫度降低的扭矩指令(Τ**)。電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150控制逆變器模塊120的操作，并由此控制馬達(dá)110的操作，從而基于降低的扭矩指令(T**)產(chǎn)生輸出扭矩。因此，操作控制信號(hào)將由溫度降低的扭矩控制信號(hào)(T**)表示的增益應(yīng)用于施加到逆變器模塊120的指令信號(hào)。因而，每個(gè)定子繞組115、116、117處的電流由電流調(diào)節(jié)扭矩控制器150接收并響應(yīng)于溫度降低的扭矩控制信號(hào)(T**)修正，以提供合適的增益給操作控制信號(hào)，同時(shí)在所有速度下將依賴于溫度的扭矩降低集成到控制結(jié)構(gòu)中。每個(gè)定子繞組115、116、117的溫度的精確估計(jì)且可防止馬達(dá)110過熱同時(shí)提供有效操作。圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的熱阻抗模型200的電路圖示。熱阻抗模型200可以用于根據(jù)示例性實(shí)施例的高速溫度估計(jì)模塊174以在高速下確定估計(jì)的繞組溫度(TaH、TbH、 圖2所示的熱阻抗模型200可以用方程(1)表示，如下
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，包括電動(dòng)馬達(dá)，其包括具有繞組的定子和配置成以馬達(dá)速度操作的轉(zhuǎn)子； 冷卻系統(tǒng)，其包括配置成冷卻所述轉(zhuǎn)子和所述定子的冷卻劑，所述冷卻劑具有冷卻劑流速和冷卻劑溫度；逆變器模塊，其聯(lián)接到所述電動(dòng)馬達(dá)并配置成基于逆變器控制信號(hào)提供電流到所述繞組；電流調(diào)節(jié)扭矩控制器，其聯(lián)接到所述逆變器模塊并配置成響應(yīng)于降低的扭矩指令產(chǎn)生所述逆變器控制信號(hào)；以及溫度估計(jì)控制器，其聯(lián)接到所述電流調(diào)節(jié)扭矩控制器并配置成基于初始扭矩指令和估計(jì)的定子繞組溫度產(chǎn)生所述降低的扭矩指令，所述溫度估計(jì)控制器配置成基于所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速來估計(jì)所述估計(jì)的定子繞組溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成將所述馬達(dá)速度與閾值馬達(dá)速度相比較，所述溫度估計(jì)控制器進(jìn)一步配置成當(dāng)所述馬達(dá)速度等于或大于所述閾值馬達(dá)速度時(shí)，將所述定子繞組溫度估計(jì)為高速定子繞組溫度，并且當(dāng)所述馬達(dá)速度低于所述閾值馬達(dá)速度時(shí)，將所述定子繞組溫度估計(jì)為低速定子繞組溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述馬達(dá)速度等于或大于所述閾值馬達(dá)速度時(shí)，所述溫度估計(jì)控制器配置成確定定子繞組電阻；基于所述定子繞組電阻和均方根(RMS)定子電流來確定定子繞組功率損失； 基于所述定子繞組功率損失和鐵芯功率損失來確定所述電動(dòng)馬達(dá)的總功率損失； 基于所述總功率損失、所述馬達(dá)速度和組合熱阻抗來產(chǎn)生溫度變化；以及基于所述溫度變化、所述冷卻劑溫度和所述冷卻劑流速來估計(jì)所述定子繞組溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述定子進(jìn)一步包括定子鐵芯，以及其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成基于所述定子繞組和所述定子鐵芯之間的第一熱阻抗以及所述定子鐵芯和所述馬達(dá)冷卻劑之間的第二熱阻抗確定所述組合熱阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成確定所述鐵芯功率損失，所述鐵芯功率損失是所述馬達(dá)速度、定子繞組電流和DC總線電壓的函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器包括多個(gè)查詢表， 所述查詢表將所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速與自然阻尼頻率、阻尼因數(shù)和熱阻抗相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，其中，所述溫度估計(jì)控制器配置成基于所述多個(gè)查詢表產(chǎn)生所述溫度變化。
8.一種用于估計(jì)馬達(dá)中定子繞組溫度的方法，所述馬達(dá)具有帶有多個(gè)繞組的定子和配置成以馬達(dá)速度操作的轉(zhuǎn)子，所述馬達(dá)進(jìn)一步配置成被處于冷卻劑流速的冷卻劑冷卻，所述方法包括以下步驟將所述馬達(dá)速度與速度閾值相比較； 產(chǎn)生所述電動(dòng)馬達(dá)的估計(jì)的總功率損失；基于所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速計(jì)算所述多個(gè)繞組和所述冷卻劑之間的組合熱阻抗；以及當(dāng)馬達(dá)速度大于所述速度閾值時(shí)，基于所述組合熱阻抗和所述總功率損失，估計(jì)所述多個(gè)定子繞組中的每個(gè)的第一估計(jì)的定子繞組溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，產(chǎn)生步驟包括將定子繞組功率損失和鐵芯功率損失組合以產(chǎn)生所述總功率損失。
10.一種方法，包括以下方法基于所述定子繞組的溫度和所述定子繞組的電阻的溫度系數(shù)來確定馬達(dá)的定子繞組的定子繞組電阻；基于所述定子繞組電阻來確定定子繞組功率損失；基于所述定子繞組功率損失和鐵芯功率損失來確定總功率損失；基于所述總功率損失、馬達(dá)速度、冷卻劑流速和組合熱阻抗模型來確定相溫度變化；以及基于所述相溫度變化和馬達(dá)冷卻劑溫度來估計(jì)定子繞組溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動(dòng)馬達(dá)定子繞組溫度估計(jì)系統(tǒng)和方法。具體地，電動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)包括電動(dòng)馬達(dá)，其包括具有繞組的定子和配置成以馬達(dá)速度操作的轉(zhuǎn)子；冷卻系統(tǒng)，其包括配置成冷卻所述轉(zhuǎn)子和所述定子的冷卻劑，所述冷卻劑具有冷卻劑流速和冷卻劑溫度；逆變器模塊，其聯(lián)接到所述電動(dòng)馬達(dá)并配置成基于逆變器控制信號(hào)提供電流到所述繞組；電流調(diào)節(jié)扭矩控制器，其聯(lián)接到所述逆變器模塊并配置成響應(yīng)于降低的扭矩指令產(chǎn)生所述逆變器控制信號(hào)；以及溫度估計(jì)控制器，其聯(lián)接到所述電流調(diào)節(jié)扭矩控制器并配置成基于初始扭矩指令和估計(jì)的定子繞組溫度產(chǎn)生所述降低的扭矩指令。溫度估計(jì)控制器配置成基于所述馬達(dá)速度和所述冷卻劑流速估計(jì)所述估計(jì)的定子繞組溫度。
文檔編號(hào)H02K11/00GK102255435SQ201110122349
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者葉 C-C., E. 舒爾茨 S. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司