BR112013021505B1 - Método e sistema para controlar um motor elétrico - Google Patents
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Abstract
método e sistema para controlar um motor elétrico é divulgado um módulo de estimativa de temperatura (104) que estima uma mudança na temperatura dos ímãs associados com o rotor do motor (117) com base em uma intensidade do fluxo magmético operacional que é comparada com uma intensidade do fluxo magnético de referência determinada em uma temperatura ambiente conhecida e para uma faixa operacional predeterminada do motor. o módulo de estimativa de temperatura (104) ou o sistema (120) estabelecem uma relação entre a mudança estimada na temperatura e um componente de torque magnético de um torque de saída alvo do motor (117) consistente com a faixa operacional predeterminada. o módulo de ajuste de corrente (107) ou o sistema (120) ajustam um comando (por exemplo, comando de corrente do eixo geométrico da quadratura) para o motor (117) para compensar a variação do torque do eixo associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida.
Description
[001] Esta invenção se refere a um método e a um sistema para controlar um motor elétrico com compensação de temperatura.
[002] Um motor elétrico pode apresentar um rotor com ímãs permanentes e um estator, tais como um motor com ímã permanente interior (IPM) ou motor síncrono com IPM. Um motor com ímã permanente interior (IPM) ou uma máquina síncrona com IPM podem ter intensidade do campo magnético variada em virtude de uma mudança de temperatura nos ímãs associados com o rotor. Por sua vez, se a intensidade do campo magnético diminuir, o torque de saída e a eficiência operacional do motor tendem a diminuir. Certos motores não têm sensores de temperatura diretos que medem a temperatura dos ímãs no rotor, em oposição ao alojamento do estator ou aos enrolamentos do estator. Adicionalmente, a temperatura do ímã do rotor pode ter uma relação fracamente definida, errática ou inconsistente com a temperatura do enrolamento do estator ou a temperatura do agente refrigerante em diferentes regiões de velocidade do motor. Assim, há uma necessidade de melhores método e sistema para controlar um motor elétrico com compensação de temperatura.
[003] De acordo com uma modalidade, o método e o sistema para controlar um motor elétrico compreendem um rotor com ímãs associados do rotor e um estator. Um módulo de estimativa de temperatura estima uma mudança na temperatura dos ímãs associados com o rotor do motor com base em uma intensidade do fluxo magnético operacional que é comparada com uma intensidade do fluxo magnético de referência determinada em uma temperatura ambiente conhecida e para uma faixa operacional predeterminada do motor. O módulo de estimativa de temperatura ou o sistema estabelecem uma relação entre a mudança estimada na temperatura e um componente de torque magnético de um torque de saída alvo do motor consistente com a faixa operacional predeterminada. O módulo de ajuste de corrente ou o sistema de processamento de dados ajustam um comando (por exemplo, comando de corrente do eixo geométrico da quadratura ou a corrente do eixo geométrico de quadratura) para o motor para compensar a variação do torque do eixo associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida.
[004] A figura 1 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema para controlar um motor elétrico com compensação de temperatura.
[005] A figura 2 é um diagrama de blocos de um sistema eletrônico de processamento de dados consistente com a figura 1.
[006] A figura 3 é um diagrama de blocos que mostra uma parte do sistema com mais detalhes que a figura 1.
[007] A figura 4 é um fluxograma de uma primeira modalidade de um método para controlar um motor elétrico com compensação de temperatura.
[008] A figura 5 é um fluxograma de uma segunda modalidade de um método para controlar um motor elétrico com compensação de temperatura.
[009] A figura 6 é um fluxograma de uma terceira modalidade para controlar um motor elétrico com compensação de temperatura.
[0010] De acordo com uma modalidade, a figura 1 divulga sistema para controlar um motor 117 (por exemplo, um motor com ímã permanente interior (IPM)) ou uma outra máquina de corrente alternada. Em uma modalidade, o sistema, ao lado do motor 117, pode ser referido como um inversor ou um controlador do motor.
[0011] O sistema compreende módulos eletrônicos, módulos de SOFTWARE ou ambos. Em uma modalidade, o controlador do motor compreende um sistema eletrônico de processamento de dados 120 para suportar armazenamento, processamento ou execução de instruções de SOFTWARE de um ou mais módulos de SOFTWARE. O sistema eletrônico de processamento de dados 120 é indicado pelas linhas tracejadas na figura 1 e é mostrado com mais detalhes na figura 2.
[0012] O sistema de processamento de dados 120 é acoplado em um circuito inversor 188. O circuito inversor 188 compreende um circuito de acionamento de semicondutor que aciona ou controla semicondutores de comutação (por exemplo, transistores bipolares de porta isolados (IGBT) ou outros transistores de energia) para transmitir sinais de controle para o motor 117. Por sua vez, o circuito inversor 188 é acoplado no motor 117. O motor 117 é associado com um sensor 115 (por exemplo, um sensor de posição, um resolver ou sensor de posição do codificador) que é associado com o eixo do motor 126 ou o rotor. O sensor 115 e o motor 117 são acoplados no sistema de processamento de dados 120 para prover dados de realimentação (por exemplo, dados de realimentação da corrente, tais como ia, ib, ic), sinais de posição brutos, entre outros dados ou sinais de realimentação possíveis, por exemplo. Outros dados de realimentação possíveis incluem, mas sem limitações, leituras de temperatura do enrolamento, leituras de temperatura do semicondutor do circuito inversor 188, dados de voltagem trifásica ou outra informação térmica ou de desempenho para o motor 117.
[0013] Em uma modalidade, o módulo de geração de comando de torque 105 é acoplado em um gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 (por exemplo, tabelas de busca de geração de corrente do eixo geométrico d-q). Corrente do eixo geométrico d-q relaciona-se à corrente do eixo geométrico direto e à corrente do eixo geométrico de quadratura como aplicáveis no contexto de máquinas de corrente alternada controladas por vetor, tal como o motor 117. A saída do gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 e a saída de um módulo de ajuste de corrente 107 (por exemplo, módulo de ajuste da corrente do eixo geométrico d-q 107) são alimentadas em um somador 119. Por sua vez, uma ou mais saídas (por exemplo, dados da corrente do eixo geométrico direto (id*) e dados da corrente do eixo geométrico de quadratura (iq*)) do somador 119 são providas ou acopladas em um controlador de regulação de corrente 111.
[0014] O controlador de regulação de corrente 111 é capaz de comunicar com o módulo de geração de modulação por largura de pulso (PWM) 112 (por exemplo, módulo de geração de PWM do vetor de espaço). O controlador de regulação de corrente 111 recebe respectivos comandos de corrente do eixo geométrico d-q (por exemplo, id* e iq*) e correntes reais do eixo geométrico d-q (por exemplo, id e iq) e transmite correspondentes comandos de voltagem do eixo geométrico d-q (por exemplo, comandos vd* e vq*) para inserção no módulo de geração de PWM 112.
[0015] Em uma modalidade, o módulo de geração de PWM 112 converte os dados de voltagem do eixo geométrico direto e os dados de voltagem do eixo geométrico de quadratura de representações de dados bifásicos para representações trifásicas (por exemplo, representações de voltagem trifásica, tais como va*, vb* e vc*) para controle do motor 117, por exemplo. Saídas do módulo de geração de PWM 112 são acopladas no inversor 188.
[0016] O circuito inversor 188 compreende componentes eletrônicos de energia, tais como semicondutores de comutação para gerar, modificar e controlar sinais modulados por largura de pulso ou outros sinais de corrente alternada (por exemplo, pulso, onda quadrada, senoidal ou outras formas de onda) aplicados no motor 117. O módulo de geração de PWM 112 provê entradas a um estágio acionador no circuito inversor 188. Um estágio de saída do circuito inversor 188 provê uma forma de onda de voltagem modulada por largura de pulso ou outro sinal de voltagem para controle do motor. Em uma modalidade, o inversor 188 é energizado por um barramento de voltagem em corrente contínua (CC).
[0017] O motor 117 é associado com um sensor 115 (por exemplo, um resolver, codificador, sensor de velocidade ou um outro sensor de posição ou sensores de velocidade) que estima pelo menos uma de uma posição angular do eixo do motor 126, de uma velocidade ou de uma velocidade do eixo do motor 126 e de uma direção de rotação do eixo do motor 126. O sensor 115 pode ser montado no eixo do motor 126, ou ser integral com ele. A saída do sensor 115 é capaz de comunicar com o módulo de processamento primário 114 (por exemplo, módulo de processamento de posição e velocidade). Em uma modalidade, o sensor 115 pode ser acoplado em um conversor analógico para digital (não mostrado) que converte dados de posição ou dados de velocidade analógicos para dados de posição ou de velocidade digitais, respectivamente. Em outras modalidades, o sensor 115 (por exemplo, codificador de posição digital) pode prover uma saída de dados digitais dos dados de posição ou dos dados de velocidade para o eixo do motor 126 ou o rotor.
[0018] Uma primeira saída (por exemplo, dados de posição e dados de velocidade para o motor 117) do módulo de processamento primário 114 é comunicada ao conversor de fase 113 (por exemplo, módulo de transformada de PARK de corrente trifásica para bifásica) que converte respectivas representações digitais trifásicas da corrente medida em correspondentes representações digitais bifásicas da corrente medida. Uma segunda saída (por exemplo, dados de velocidade) do módulo de processamento primário 114 é comunicada ao módulo de cálculo 110 (por exemplo, módulo de razão de voltagem por velocidade ajustada).
[0019] Uma entrada de um circuito sensor 124 é acoplada em terminais do motor 117 para perceber pelo menos as correntes trifásicas medidas e um nível de voltagem do barramento de corrente contínua (CC) (por exemplo, barramento CC em alta voltagem que pode prover energia CC ao circuito inversor 188). Uma saída do circuito sensor 124 é acoplada em um conversor analógico para digital 122 para digitalizar a saída do circuito sensor 124. Por sua vez, a saída digital do conversor analógico para digital 122 é acoplada no módulo de processamento secundário 116 (por exemplo, barramento de corrente contínua (CC) e módulo de processamento de corrente trifásica). Por exemplo, o circuito sensor 124 é associado com o motor 117 para medir correntes trifásicas (por exemplo, corrente aplicada nos enrolamentos do motor 117, contra EMF induzida nos enrolamentos ou ambas).
[0020] Certas saídas do módulo de processamento primário 114 e do módulo de processamento secundário 116 alimentam o conversor de fase 113. Por exemplo, o conversor de fase 113 pode aplicar uma transformada de PARK ou outras equações de conversão (por exemplo, certas equações de conversão que são adequadas são conhecidas pelos versados na técnica) para converter as representações trifásicas medidas da corrente em representações bifásicas da corrente com base nos dados de corrente trifásica digitais provenientes do módulo de processamento secundário 116 e nos dados de posição provenientes do sensor 115. A saída do módulo conversor de fase 113 é acoplada no controlador de regulação de corrente 111.
[0021] Outras saídas do módulo de processamento primário 114 e do módulo de processamento secundário 116 podem ser acopladas em entradas do módulo de cálculo 110 (por exemplo, módulo de cálculo da razão de voltagem por velocidade ajustada). Por exemplo, o módulo de processamento primário 114 pode prover dados de velocidade (por exemplo, revoluções por minuto do eixo do motor 126), enquanto que o módulo de processamento secundário 116 pode prover um nível medido da voltagem em corrente contínua (por exemplo, no barramento de corrente contínua (CC) de um veículo). O nível de voltagem em corrente contínua no barramento CC que supre ao circuito inversor 188 energia elétrica pode flutuar ou variar em virtude de vários fatores, incluindo, mas sem limitações, temperatura ambiente, condição da bateria, estado de carga da bateria, resistência ou reatância da bateria, estado da célula de combustível (se aplicável), condições de carga do motor, respectivo torque do motor e correspondente velocidade operacional, e carga elétrica do veículo (por exemplo, compressor de condicionamento de ar eletricamente acionado). O módulo de cálculo 110 é conectado como um intermediário entre o módulo de processamento secundário 116 e o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico dq 109. A saída do módulo de cálculo 110 pode ajustar ou impactar comandos de corrente gerados pelo gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 para compensar a flutuação ou a variação na voltagem do barramento de corrente contínua, entre outras coisas.
[0022] O módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104, o módulo de modelagem de corrente 106 e o módulo de realimentação de voltagem do terminal 108 são acoplados no módulo de ajuste de corrente do eixo geométrico dq 107, ou são capazes de comunicar com ele. Por sua vez, o módulo de corrente do eixo geométrico d-q 107 pode comunicar com o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico dq ou com o somador 119.
[0023] O módulo de temperatura do ímã do rotor 104 estima ou determina a temperatura do ímã ou dos ímãs permanentes do rotor. Em uma modalidade, o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 pode estimar a temperatura dos ímãs do rotor a partir do cálculo de variáveis de controle internas, um ou mais sensores localizados no estator, em comunicação térmica com o estator ou presos no alojamento do motor 117. Por exemplo, o módulo de temperatura do ímã do rotor pode estimar ou facilitar a determinação da temperatura do rotor ou um ajuste de corrente com base na temperatura estimada pela observação de uma mudança na intensidade do campo magnético ou torque disponível do motor 117 em uma temperatura ambiente ou de referência em função de uma temperatura operacional elevada real.
[0024] Em uma modalidade alternativa, o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 pode ser substituído por um ou mais sensores localizados no estator, em comunicação térmica com o estator ou presos no alojamento do motor 117, ou pode estimar a temperatura dos ímãs do rotor a partir deles.
[0025] Em uma outra modalidade alternativa, o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 pode ser substituído por um detector de temperatura (por exemplo, um termistor ou um sensor térmico infravermelho acoplados no transmissor sem fios) montado no rotor ou no ímã, em que o detector provê um sinal (por exemplo, sinal sem fios) indicativo da temperatura do ímã ou dos ímãs.
[0026] Em uma modalidade, o método ou o sistema podem operar da seguinte maneira. O módulo de geração de comando de torque 105 recebe uma mensagem de dados do controle de entrada, tais como uma mensagem de dados de controle de velocidade, uma mensagem de dados de controle de voltagem ou uma mensagem de dados de controle de torque, através de um barramento de dados do veículo 118. O módulo de geração de comando de torque 105 converte a mensagem de controle de entrada recebida em dados de comando do controle de torque 316.
[0027] O gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 seleciona ou determina os dados de comando da corrente do eixo geométrico direto e os dados de comando da corrente do eixo geométrico de quadratura associados com respectivos dados de comando do controle de torque e respectivos dados de velocidade do eixo do motor 126 detectados. Por exemplo, o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 seleciona ou determina o comando de corrente do eixo geométrico direto ou o comando de corrente do eixo geométrico de quadratura pelo acesso a um ou mais dos seguintes: (1 ) uma tabela de busca, base de dados ou outra estrutura de dados que relacionam respectivos comandos de torque a correspondentes correntes dos eixos geométricos direto e de quadratura, (2) um conjunto de equações quadráticas ou equações lineares que relacionam respectivos comandos de torque a correspondentes correntes dos eixos geométricos direto e de quadratura, ou (3) um conjunto de regras (por exemplo, regras se - então) que relacionam respectivos comandos de torque a correspondentes correntes dos eixos geométricos direto e de quadratura. O sensor 115 no motor 117 facilita a provisão dos dados de velocidade detectados para o eixo do motor 126, em que o módulo de processamento primário 114 pode converter dados de posição providos pelo sensor 115 em dados de velocidade.
[0028] O módulo de ajuste de corrente 107 (por exemplo, módulo de ajuste da corrente do eixo geométrico d-q) provê dados de ajuste de corrente para ajustar os dados de comando da corrente do eixo geométrico direto e os dados de comando da corrente do eixo geométrico de quadratura com base nos dados de entrada provenientes do módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104, do módulo de modelagem de corrente 106 e do módulo de realimentação de voltagem do terminal 108.
[0029] O módulo de modelagem de corrente 106 pode determinar uma correção ou ajuste preliminar do comando de corrente do eixo geométrico de quadratura (eixo geométrico q) e do comando de corrente do eixo geométrico direto (eixo geométrico d) com base em um ou mais dos seguintes fatores: carga de torque no motor 117 e velocidade do motor 117, por exemplo. O módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 pode gerar um ajuste secundário do comando de corrente do eixo geométrico q e do comando de corrente do eixo geométrico d com base em uma mudança estimada na temperatura do rotor ou em uma mudança estimada na intensidade do campo magnético dos ímãs do rotor em relação a uma temperatura do rotor ou uma intensidade do campo magnético caracterizadas em uma temperatura ambiente conhecida sob condições operacionais conhecidas, por exemplo. O módulo de realimentação de voltagem do terminal 108 pode prover um terceiro ajuste ao comando de corrente do eixo geométrico d e ao comando de corrente do eixo geométrico q com base em um comando de voltagem do controlador em função de uma voltagem limite. O módulo de ajuste de corrente 107 pode prover um ajuste de corrente agregado que considera o ajuste preliminar, um do ajuste secundário e do terceiro ajuste.
[0030] Em uma modalidade, o motor 117 pode compreender uma máquina com ímã permanente interior (IPM) ou uma máquina com IPM síncrona (IPMSM). Uma IPMSM tem muitas vantagens favoráveis, se comparada com máquinas de indução convencionais ou máquinas PM montadas na superfície (SMPM), tais como alta eficiência, alta densidade de energia, ampla região operacional de energia constante, sem manutenção, por exemplo.
[0031] Se o motor 117 compreender uma IPMSM, o torque de saída consiste em dois componentes, torque magnético e torque de relutância, como segue:
[0032] Na Equação 1, Tshaft é o torque total do motor, Tmag é o componente de torque magnético, Trel é o componente do torque de relutância, pp é o número de pares de polos do motor ou da máquina, Àf é a ligação de fluxo máxima por fase, id é a corrente do eixo geométrico direto, iq é a corrente do eixo geométrico de quadratura, Ld é a indutância do eixo geométrico direto e Lq é a indutância do eixo geométrico de quadratura.
[0033] Na Equação 1, a ligação de fluxo máxima por fase (Àf) pode ser determinada pela intensidade do ímã e pelo nível de saturação magnética. Ld e Lq são indutâncias do eixo geométrico d-q da máquina, que variam dependendo do nível de saturação magnética. Com o propósito de simplicidade, as seguintes considerações se aplicam à Equação 1:1. Àf é diretamente proporcional à intensidade do ímã, como é o componente de torque magnético Tmag;2. Ld e Lq são funções de id e iq somente, embora a mudança de Àf tenha ligeiro impacto em Ld e Lq, em que Ld e Lq podem ser derivados a partir de simulações com base em análise de elemento finito; e3. (Ld - Lq) tem mudança desprezível quando a corrente do eixo geométrico d-q (id, iq) variar ligeiramente, e o componente do torque de relutância Trel tem uma mudança desprezível com a ligeira variação da corrente do eixo geométrico d-q.
[0034] Sem ajustar comandos de corrente, a flutuação da intensidade do ímã devida à mudança da temperatura do ímã ocasionará uma correspondente mudança percentual no componente de torque magnético Tmag. Entretanto, a mudança percentual líquida no torque de saída total ainda depende da ponderação de cada componente de torque, que varia em relação às condições operacionais.
[0035] Na operação em estado estacionário de uma IMPSM (por exemplo, motor 117), a saída do controlador de regulação de corrente 111 provê que voltagens do terminal do eixo geométrico d-q podem ser expressadas como segue:
[0036] Nas Equações 2 e 3, vd é a voltagem ou o comando do eixo geométrico direto, Vq é a Voltagem ou o comando do eixo geométrico de quadratura, rs é a resistência do estator do motor ou da máquina, id é a corrente do eixo geométrico direto, iq é a corrente do eixo geométrico de quadratura, Me é a Velocidade elétrica rotacional do rotor em relação ao estator, Xf é a ligação de fluxo máxima por fase, Ld é a indutância do eixo geométrico direto.
[0037] Nas Equações 2 e 3, se resistência desprezíVel do estator (rs) mudar em relação à temperatura do enrolamento do estator, e considerando que Ld e Lq são funções da corrente do eixo geométrico d-q (id, iq) somente, a mudança da temperatura do ímã que ocasiona flutuação da ligação de fluxo (Xf) não tem efeito no comando de Voltagem do terminal do eixo geométrico d Vd. A Velocidade elétrica rotacional (Me) do rotor pode ser proporcional à Velocidade mecânica rotacional do rotor, por exemplo. Entretanto, o comando de Voltagem do terminal do eixo geométrico q Vq Variará desta maneira para acomodar a flutuação Xf.
[0038] O sensor 115 (por exemplo, detector de velocidade do eixo ou do rotor) pode compreender um ou mais dos seguintes: um motor de corrente contínua, um codificador ótico, um sensor de campo magnético (por exemplo, sensor de efeito HALL), sensor magnetorresistivo e um resolver (por exemplo, um resolver sem escovas). Em uma configuração, o sensor 115 compreende um sensor de posição, em que dados de posição e dados de tempo associados são processados para determinar a velocidade ou os dados de velocidade para o eixo do motor 126. Em uma outra configuração, o sensor 115 compreende um sensor de velocidade, ou a combinação de um sensor de velocidade e um integrador, para determinar a posição do eixo do motor.
[0039] Em uma ainda outra configuração, o sensor 115 compreende um gerador de corrente contínua compacto auxiliar que é acoplado mecanicamente no eixo de motor 126 do motor 117 para determinar a velocidade do eixo do motor 126, em que o gerador de corrente contínua produz uma voltagem de saída proporcional à velocidade rotacional do eixo do motor 126. Em uma ainda outra configuração, o sensor 115 compreende um codificador ótico com uma fonte ótica que transmite um sinal na direção de um objeto rotativo acoplado no eixo 126 e recebe um sinal refletido ou difratado em um detector ótico, em que a frequência dos pulsos de sinal recebidos (por exemplo, ondas quadradas) pode ser proporcional a uma velocidade do eixo do motor 126. Em uma configuração adicional, o sensor 115 compreende um resolver com um primeiro enrolamento e um segundo enrolamento, em que o primeiro enrolamento é alimentado com uma corrente alternada, em que a voltagem induzida no segundo enrolamento varia com a frequência da rotação do rotor.
[0040] Na figura 2, o sistema eletrônico de processamento de dados 120 compreende um processador eletrônico de dados 264, um barramento de dados 262, um dispositivo de armazenamento de dados 260 e uma ou mais portas de dados (268, 270, 272, 274 e 276). O processador de dados 264, o dispositivo de armazenamento de dados 260 e as uma ou mais portas de dados são acoplados no barramento de dados 262 para suportar comunicações de dados entre o processador de dados 264, o dispositivo de armazenamento de dados 260 e as uma ou mais portas de dados.
[0041] Em uma modalidade, o processador de dados 264 pode compreender um processador eletrônico de dados, um microprocessador, um microcontrolador, um arranjo lógico programável, um circuito lógico, uma unidade lógica aritmética, um circuito integrado específico de aplicação, um processador de sinal digital, um controlador proporcional-integral-derivado (PID) ou um outro dispositivo de processamento de dados.
[0042] O dispositivo de armazenamento de dados 260 pode compreender qualquer dispositivo magnético, eletrônico ou ótico para armazenar dados. Por exemplo, o dispositivo de armazenamento de dados 260 pode compreender um dispositivo eletrônico de armazenamento de dados, uma memória eletrônica, memória de acesso aleatório eletrônica não volátil, um ou mais registros de dados eletrônicos, serializadores de dados, uma unidade de disco magnético, uma unidade de disco rígido, uma unidade de disco ótico ou congêneres.
[0043] Da forma mostrada na figura 2, as portas de dados compreendem uma primeira porta de dados 268, uma segunda porta de dados 270, uma terceira porta de dados 272, uma quarta porta de dados 274 e uma quinta porta de dados 276, embora qualquer número adequado de portas de dados possa ser usado. Cada porta de dados pode compreender um transceptor e memória em armazenamento temporário, por exemplo. Em uma modalidade, cada porta de dados pode compreender qualquer porta de entrada/saída serial ou paralela.
[0044] Em uma modalidade ilustrada na figura 2, a primeira porta de dados 268 é acoplada no barramento de dados do veículo 118. Por sua vez, o barramento de dados do veículo 118 é acoplado no controlador 266. Em uma configuração, a segunda porta de dados 270 pode ser acoplada no circuito inversor 188; a terceira porta de dados 272 pode ser acoplada no sensor 115; a quarta porta de dados 274 pode ser acoplada no conversor analógico para digital 122; e a quinta porta de dados 276 pode ser acoplada no módulo de realimentação de voltagem do terminal 108. O conversor analógico para digital 122 é acoplado no circuito sensor 124.
[0045] Em uma modalidade do sistema de processamento de dados 120, o módulo de geração de comando de torque 105 é associado com a primeira porta de dados 268 do sistema eletrônico de processamento de dados 120, ou suportado por ela. A primeira porta de dados 268 pode ser acoplada em um barramento de dados do veículo 118, tal como um barramento de dados da rede de área do controlador (CAN). O barramento de dados do veículo 118 pode prover mensagens do barramento de dados com comandos de torque ao módulo de geração de comando de torque 105 por meio da primeira porta de dados 268. O operador de um veículo pode gerar os comandos de torque por meio de uma interface de usuário, tais como um acelerador, um pedal, um controlador 266 ou outro dispositivo de controle.
[0046] Em certas modalidades, o sensor 115 e o módulo de processamento primário 114 podem ser associados com uma terceira porta de dados 272 do sistema de processamento de dados 120, ou suportados por ela.
[0047] Em uma modalidade, quando um motor elétrico (por exemplo, 117) compreender um rotor com ímãs associados e um estator, um sistema para controlar o motor (por exemplo, 117) compreende um processador de dados 264 para estimar uma mudança na temperatura dos ímãs associados com o rotor do motor (por exemplo, 117) com base em uma intensidade do fluxo magnético operacional que é comparada com uma intensidade do fluxo magnético de referência determinada em uma temperatura ambiente conhecida e para uma faixa operacional predeterminada do motor. Um módulo de estimativa de temperatura 104 é adaptado para estabelecer uma relação entre a mudança estimada na temperatura e um componente de torque magnético de um torque de saída alvo do motor consistente com a faixa operacional predeterminada. Por exemplo, em uma configuração, um módulo de estimativa de temperatura 104 compreende instruções de SOFTWARE (por exemplo, armazenadas no dispositivo de armazenamento de dados 260 de forma permanente ou não temporária) para que o processador de dados 264 estabeleça uma relação entre a mudança estimada na temperatura e um componente de torque magnético de um torque de saída alvo do motor consistente com a faixa operacional predeterminada. Um módulo de ajuste de corrente 107 é adaptado para ajustar um comando para que o motor compense a variação do torque do eixo associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida. Por exemplo, em uma configuração, o módulo de ajuste de corrente 107 compreende instruções de SOFTWARE (por exemplo, armazenadas no dispositivo de armazenamento de dados 260 de forma permanente ou não temporária) para que o processador de dados 264 compense a variação do torque do eixo associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida.
[0048] Em uma modalidade, o processador de dados 264 é arranjado para derivar a intensidade do fluxo magnético operacional a partir de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura operacional e em que o processador de dados 264 é arranjado para derivar a intensidade do fluxo magnético de referência a partir de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura de referência. O processador de dados 264 é adaptado para executar instruções de SOFTWARE do módulo de estimativa de temperatura 104 para estabelecer a relação, em que a relação compreende o componente de torque magnético do torque de saída alvo em função da intensidade do fluxo magnético de referência, um comando de corrente do eixo geométrico direto, um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura, indutância do eixo geométrico direto e indutância do eixo geométrico da quadratura.
[0049] O módulo de ajuste de corrente 107 ou o processador de dados 264 podem gerar o comando de acordo com vários exemplos, que podem ser aplicados de forma alternativa ou cumulativa. Em um primeiro exemplo, o comando compreende um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura. Em um segundo exemplo, o comando compreende um respectivo aumento em um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura em resposta a um correspondente aumento na temperatura. Em um terceiro exemplo, o comando compreende um ajuste em um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura com base na mudança estimada na temperatura e em um componente de torque magnético do torque de saída alvo.
[0050] No geral, o processador de dados 264 pode executar, determinar, calcular ou resolver quaisquer equações ou expressões matemáticas apresentadas neste documento, ou variações destas que caem no escopo das reivindicações, no auxílio da provisão do comando ou outra compensação de mudança de temperatura ou mudança de intensidade do fluxo magnético nos ímãs do rotor.
[0051] A figura 3 ilustra uma possível configuração exemplar do módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104, do módulo de ajuste de corrente 107 e do gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 com mais detalhes que a figura 1. Em uma configuração, a tabela de busca da ponderação do componente de torque magnético 3D (tridimensional) 304 recebe um comando de torque 316 (por exemplo, expressado em percentual) e razão de voltagem por velocidade ajustada 318 como entradas. A tabela de busca da ponderação do componente de torque magnético 3D (tridimensional) 304 provê uma ponderação interpolada do componente de torque magnético (por exemplo, WCmag) como uma saída. A tabela de busca de torque magnético 3D (tridimensional) 304 define uma primeira relação entre uma respectiva combinação dos dados de comando de torque inseridos 316, os dados da razão de voltagem por velocidade ajustada inseridos 318 e uma correspondente ponderação interpolada transmitida do componente de torque magnético (por exemplo, WCmag).
[0052] Os dados de comando de torque 316 e os dados da razão de voltagem por velocidade ajustada 318 são inseridos em uma tabela de busca da corrente do eixo geométrico da quadratura 3D (Iq) 302, uma tabela de busca da corrente do eixo geométrico direto 3D (Id) 308 e uma tabela de busca da ligação de fluxo real 3D 306. A tabela de busca da corrente do eixo geométrico da quadratura 3D (Iq) 302 define uma segunda relação entre uma respectiva combinação do comando de torque inserido 316, a razão de voltagem por velocidade ajustada inserida 318 e um correspondente comando de corrente do eixo geométrico da quadratura interpolado transmitido (por exemplo, i*q). A tabela de busca da corrente do eixo geométrico da quadratura 3D (Id) 308 define uma terceira relação entre uma respectiva combinação do comando de torque inserido 316, a razão de voltagem por velocidade ajustada inserida 318 e um correspondente comando de corrente do eixo geométrico direto interpolado transmitido (por exemplo, i*d). A tabela de busca da ligação de fluxo real 3D define uma quarta relação entre uma respectiva combinação do comando de torque inserido 316, a razão de voltagem por velocidade ajustada inserida 318 e um correspondente nível de ligação de fluxo real interpolado transmitido (por exemplo, Vq*C/OeC ou quando Vq*C for um média).
[0053] O nível de ligação de fluxo real interpolado é inserido no estimador 314 para desvio da temperatura magnética de caracterização. O estimador 314 também insere valores armazenados da intensidade do fluxo magnético (por exemplo, Vq*0 ou sua média) em temperatura ambiente e correspondente velocidade elétrica rotacional (por exemplo, coe') em temperatura ambiente ou em uma temperatura de referência conhecida para o rotor. Os valores armazenados da intensidade do fluxo magnético e correspondente velocidade rotacional são armazenados no dispositivo de armazenamento de dados 260 ou registro de memória não volátil, por exemplo. O estimador 314 transmite uma mudança na temperatura do ímã (por exemplo, ΔTmagnet). O calculador 312 para calcular um coeficiente de ajuste do comando de corrente do eixo geométrico q calcula um ajuste de corrente do eixo geométrico q com base na mudança recebida na temperatura do ímã e na ponderação interpolada do componente de torque magnético. Em um multiplicador 319 ou um somador auxiliar 119, o coeficiente de ajuste do comando de corrente do eixo geométrico da quadratura interpolado (eixo geométrico q) (por exemplo, Jq) é multiplicado ou de outra forma combinado com o comando do eixo geométrico de quadratura interpolado (por exemplo, comando iq interpolado ou iq*) para produzir um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura ajustado (por exemplo, i*q_adjusted).
[0054] O gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109 armazena caracterizações das curvas de torque operacional em função da velocidade operacional do rotor em uma faixa de velocidades operacionais. O movimento médio do comando de voltagem do eixo geométrico q é gravado no dispositivo de armazenamento de dados 260 durante uma caracterização do motor 117 ou definição de pontos operacionais do motor 117 ou da curva de torque operacional de saída em função da velocidade. O motor 117 (por exemplo, IPMSM) precisa ser cuidadosamente caracterizado, de maneira tal que melhores trajetórias operacionais possam ser determinadas em diferentes velocidades operacionais. Durante a caracterização, melhores ângulos de controle são selecionados para um lote de magnitudes de corrente em uma velocidade de motor específica do eixo do motor. Além da gravação do torque de saída em cada ponto operacional, o comando de voltagem do terminal do eixo geométrico de quadratura (eixo geométrico q) calculado a partir do controlador 111 também deve ser gravado.
[0055] No sistema de processamento de dados 120 ou no controlador de regulação de corrente 111, o comando vq é atualizado em cada ciclo de modulação por largura de pulso (PWM) ou em um outro intervalo de atualização, como segue:
[0056] em que a primeira expressão (de Gcq(S) * (i*q - iq)) é a saída integral proporcional (PI) de regulação de corrente e a expressão restante (de we * Ld * i*d + we * XRf) se refere à alimentação de itens à frente, o que reflete o acoplamento cruzado de eixo geométrico dq e efeito de força contra- eletromotriz (EMF). Em virtude de XfR ser o nível de ligação do fluxo de referência em temperatura ambiente (por exemplo, recinto), o item de integração de iq regulador integral proporcional (PI) será ajustado em relação ao valor apropriado, de maneira tal que o nível de ligação de fluxo real possa ser compensado.
[0057] Devido à ação de regulação integral proporcional (PI), a voltagem do eixo geométrico de quadratura gerada (vf*) realmente flutua ligeiramente ao redor de um valor médio mesmo em condição de estado estacionário. A fim de refletir precisamente o verdadeiro nível da ligação de fluxo máxima por fase (Xf) durante a caracterização, um movimento médio de v>', \ o comando de voltagem do eixo geométrico de quadratura médio, deve ser gravado correspondente a cada ponto operacional durante a caracterização.
[0058] Finalmente, em um ponto operacional específico, seu verdadeiro nível de ligação de fluxo durante a caracterização pode ser calculado como segue:
em que Xfc é o verdadeiro nível de ligação de fluxo calculado por fase durante a caracterização (por exemplo, sob várias condições operacionais conhecidas e correspondentes temperaturas), XRf é o nível de ligação de fluxo por fase em uma condição operacional de referência e em uma correspondente temperatura ambiente de referência, ’ é o movimento médio do comando de voltagem do terminal do eixo geométrico da quadratura gravado durante a ccaracterização, e é a velocidade elétrica rotacional do rotor durante a caracterização. Em uma configuração, XCf ou XRf também pode incluir alguma compensação para imprecisa indutância do eixo geométrico direto (por exemplo, parâmetro Ld) na alimentação de item à frente (por exemplo, ΔLd • i*d). No fim da caracterização de um motor em particular 117, três tabelas de busca 3D devem ser construídas, da forma ilustrada no bloco 302, no bloco304 e no bloco 306 da figura 3, por exemplo.
[0059] O módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 estima odesvio da temperatura do ímã em tempo de execução de um nível decaracterização (por exemplo, condições operacionais de referência). Enquantoo motor 117 (por exemplo, IPMSM) estiver operando, a razão de voltagempor velocidade ajustada 318 e o percentual do comando de torque 316 determinarão os comandos ^’'Pa partir das tabelas de busca 3D. Então, o valor de movimento médio do comando de voltagem do terminal do eixogeométrico q pode ser continuamente calculado durante a operação em tempode execução. Portanto, o nível da ligação de fluxo real durante a operação emtempo de execução pode ser calculado como segue:
é o valor de movimento médio do comando de voltagem doterminal do eixo geométrico q calculado no tempo de execução, coeO é ovelocidade elétrica rotacional do motor real. Em virtude da variação da voltagem CC no barramento, o mesmo conjunto de comandos pode estar em execução em uma velocidade do motor diferente da correspondente velocidade de caracterização, a menos que a compensação da variação da voltagem CC no barramento seja provida pelo módulo de cálculo 110 ou de outra forma pelo sistema de processamento de dados 120.
[0060] Com base na Equação (5) e na Equação (6), o desvio na ligação de fluxo no tempo de execução distante do estágio de caracterização para o mesmo conjunto de comandos de corrente do eixo geométrico d-q pode ser calculado como segue:
[0061] Similar a XfC, f também pode incluir alguma compensação para Ld impreciso. Entretanto, (f - XfC) deve remover a dependência na compensação de Ld. A correspondente mudança na temperatura do ímã do rotor, ΔTmagnet, pode ser calculada como segue:
em que ^ é um coeficiente de temperatura negativo para o material de ímã permanente, ΔXf é a mudança no fluxo magnético por fase, XfR é o fluxo magnético por fase em uma temperatura de referência (por exemplo, temperatura ambiente) ou em condições operacionais de referência. Um valor positivo de ΔTmagnet significa maior temperatura do ímã, enquanto um valor negativo de ATmagnet significa menor temperatura do ímã.
[0062] Na figura 3, a ponderação do componente de torque magnético é calculada para produzir a tabela de busca da ponderação do componente de torque magnético3D, por exemplo. O procedimento de caracterização IPMSM determina a melhor trajetória operacional em relação à faixa de velocidade completa. Para um conjunto específico de comando correspondentes componente de torque magnético e componente do torque de relutância podem ser calculados usando dados parâmetros de máquina. Portanto, o percentual de ponderação nominal do componente de torque magnético, do torque de saída total, pode ser calculado como segue:
em que WCmag é a ponderação do componente de torque magnético, pp é o número de pares de polos do motor ou da máquina, f é a ligação de fluxo máxima por fase na temperatura ou condição operacional de referência, id* é o comando de corrente do eixo geométrico direto, iq* é o comando de corrente do eixo geométrico de quadratura, Ld é a indutância do eixo geométrico direto e Lq é a indutância do eixo geométrico de quadratura.
[0063] A ponderação do componente de torque magnético calculada é obtida usando parâmetros nominais da máquina (por exemplo, pares de polos e indutâncias) e será ligeiramente diferente da verdadeira ponderação do torque magnético durante o estágio de caracterização. A diferença na ponderação de torque pode ocasionar, potencialmente, alguma imprecisão no estágio de compensação de torque, de maneira tal que o sistema de processamento de dados 120 possa aplicar compensação adicional na ponderação de torque com base em testes complementares ou empíricos. Depois deste cálculo de pós- caracterização OFFLINE, pode-se gerar a quarta tabela de busca 3D, da forma ilustrada no bloco 304 da figura 3.
[0064] A figura 4 divulga um método para controlar um motor elétrico 117 (por exemplo, um motor com ímã permanente interior, motor de indução ou outra máquina de corrente alternada) com compensação de temperatura. O método da figura 4 começa na etapa S200.
[0065] Na etapa S200, um módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 ou um sistema eletrônico de processamento de dados 120 estimam uma mudança na temperatura de um ou mais ímãs associados com um rotor de um motor 117. Por exemplo, o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104 ou um sistema eletrônico de processamento de dados 120 estimam uma mudança na temperatura de um ou mais ímãs com base em uma intensidade do fluxo magnético operacional que é comparada com uma intensidade do fluxo magnético de referência determinada em uma temperatura ambiente conhecida (por exemplo, temperatura ambiente) para uma faixa operacional predeterminada (por exemplo, revoluções por minuto e carga de torque) do motor 117. Temperatura ambiente pode ser definida em qualquer temperatura de referência adequada na faixa de temperatura operacional, mas é preferível definir na temperatura ambiente, ou próximo dela, ou no meio do faixa de temperatura operacional (por exemplo, 40 graus Celsius negativos até 150 graus Celsius).
[0066] A intensidade magnética do rotor permanente tem um significativo coeficiente de temperatura negativo, de cerca de 0,09 % até cerca de 0,12 % por grau Celsius (C), em relação à mudança da temperatura do ímã. Na prática, a temperatura do ímã pode variar facilmente de 40 graus Celsius negativos em partida a frio até 150 graus Celsius em operação de torque completa em alta velocidade, particularmente, quando o motor 117 for usado em um veículo ao ar livre. A intensidade do ímã pode variar até aproximadamente vinte (20) porcento e ocasionar correspondente mudança no torque de saída no eixo do motor 126 na ausência da compensação de torque provida de acordo com os métodos da figura 4 até figura 6, inclusive.
[0067] Em uma modalidade, a intensidade do fluxo magnético operacional é derivada de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura operacional e a intensidade do fluxo magnético de referência é derivada de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura de referência. A faixa operacional (por exemplo, faixa operacional predeterminada) do motor 117 pode ser determinada ou expressada em função de um ou mais dos seguintes fatores: a velocidade operacional da máquina (por exemplo, velocidade rotacional do eixo do motor 126), a carga de torque no motor 117 (por exemplo, da forma indicada pela magnitude de corrente ou extração de corrente), a duração operacional do motor 117 (por exemplo, operação contínua em função da intermitente), e a vazão e a temperatura do agente refrigerante (se aplicável).
[0068] Em uma modalidade alternativa, o sistema de processamento de dados 120 determina se o motor 117 está operando em uma velocidade do eixo do motor abaixo de um limite inferior. Se o motor 117 estiver operando em uma velocidade do eixo do motor abaixo do limite inferior, o sistema de processamento de dados 120 pode complementar a determinação de temperatura do ímã do rotor com um sensor de temperatura do enrolamento do estator 115, um sensor de temperatura do agente refrigerante 115 ou ambos.
[0069] Na etapa S202, o módulo de estimativa de temperatura do ímã do rotor 104, o módulo de ajuste da corrente do eixo geométrico d-q 107 ou o sistema de processamento de dados 120 estabelecem uma relação entre a mudança estimada na temperatura e um componente de torque magnético de um torque de saída alvo do motor 117 consistente com a faixa operacional predeterminada. De acordo com um primeiro exemplo para executar a etapa S202, o estabelecimento da relação compreende determinar o componente de torque magnético do torque de saída alvo em função da intensidade do fluxo magnético de referência, um comando de corrente do eixo geométrico direto, um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura, indutância do eixo geométrico direto e indutância do eixo geométrico da quadratura. De acordo com um segundo exemplo para executar a etapa S202, a relação é determinada de acordo com a seguinte equação:
em que Jq é o coeficiente de ajuste para o comando de corrente do eixo geométrico q, WCmag é a ponderação do torque magnético, ΔTmagnet é a mudança de temperatura do ímã calculada, ^ é um coeficiente de temperatura negativo para o material de ímã permanente dos ímãs do rotor, ΔXf é a mudança no fluxo magnético por fase, ΔfR é o fluxo magnético por fase em uma temperatura de referência (por exemplo, temperatura ambiente) ou em condições operacionais de referência. A equação exposta pode considerar que a diferença de indutância entre a indutância do eixo geométrico direto e a indutância do eixo geométrico da quadratura (Ld - Lq) tem mudança desprezível com ligeira variação nos comandos de corrente do eixo geométrico d-q (id, iq).
[0070] Na etapa S204, o módulo de ajuste da corrente do eixo geométrico d-q 107, o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109, o somador 119 ou o sistema de processamento de dados 120 ajustam um comando (por exemplo, para a corrente do eixo geométrico de quadratura) para que o motor 117 compense a variação no torque do eixo 126 associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida. A Etapa S204 pode ser realizada de acordo com várias técnicas que podem ser aplicadas de forma alternada ou cumulativa. De acordo com uma primeira técnica, o ajuste do comando compreende ajustar adicionalmente um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura. De acordo com uma segunda técnica, o comando é determinado de acordo com as seguintes equações:
em que i*q_adjusted é o produto do comando de corrente do eixo geométrico quadrático e do coeficiente de ajuste Jq, Jq é o coeficiente de ajuste para o comando de corrente do eixo geométrico q, ΔTmagnet é a mudança de temperatura do ímã calculada, ^ é um coeficiente de temperatura negativo para o material de ímã permanente dos ímãs do rotor, WCmag é a ponderação do torque magnético, ΔXf é a mudança no fluxo magnético por fase, ΔfR é o fluxo magnético por fase em uma temperatura de referência (por exemplo, temperatura ambiente) ou em condições operacionais de referência.
[0071] A equação exposta considera que a diferença de indutância (Ld - Lq) tem mudança desprezível com ligeira variação nos comandos (id, iq). Em uma modalidade, o coeficiente de ajuste (Jq) facilita a manutenção de um torque de saída que fica em aproximadamente cinco porcento (5 %) do comando de torque por toda a íntegra da faixa operacional do motor 117. Sem os ajustes apropriados expostos dos comandos de corrente do controlador do sistema de processamento de dados 120, se a intensidade do ímã ficar mais fraca a partir de um aumento na temperatura do ímã, o torque de saída e a eficiência operacional do motor 117 cairão. Similarmente, quando a intensidade do ímã ficar mais forte a partir de uma diminuição na temperatura do ímã, o torque de saída do motor 117 aumentará para usar exageradamente a voltagem do terminal ou tenderá a ocasionar instabilidade na regulação de corrente (por exemplo, do controlador de regulação de corrente 111).
[0072] O método da figura 5 é similar ao método da figura 4, exceto em que o método da figura 5 substitui a etapa S204 pela etapa S206. Números de referência iguais na figura 4 e na figura 5 indicam procedimentos ou etapas iguais.
[0073] Na etapa S206, o módulo de ajuste da corrente do eixo geométrico d-q 107, o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109, o somador 119, o multiplicador 310 ou o sistema de processamento de dados 120 ajustam um comando (por exemplo, para a corrente do eixo geométrico de quadratura) para que o motor 117 compense a variação no torque do eixo 126 associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida, em que o ajuste do comando compreende aumentar um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura em resposta a um aumento na temperatura dos ímãs do rotor do motor 117.
[0074] O método da figura 6 é similar ao método da figura 4, exceto em que o método da figura 6 substitui a etapa S204 pela etapa S208. Números de referência iguais na figura 4 e na figura 5 indicam procedimentos ou etapas iguais.
[0075] Na etapa S208, o módulo de ajuste da corrente do eixo geométrico d-q 107, o gerenciador de geração de corrente do eixo geométrico d-q 109, o somador 119 ou o sistema de processamento de dados 120 ajustam um comando (por exemplo, para a corrente do eixo geométrico de quadratura) para que o motor 117 compense a variação no torque do eixo 126 associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida, em que o ajuste do comando compreende ajustar um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura com base na mudança estimada na temperatura e em um componente de torque magnético do comando de saída alvo. A Etapa S208 pode ser executada de acordo com vários procedimentos que podem ser aplicados de forma alternativa ou cumulativa. Em um primeiro procedimento, a mudança estimada na temperatura é determinada de acordo com a seguinte equação:
em que ΔTmagnet é a mudança na temperatura do ímã, com valores positivos de ΔTmagnet indicando um aumento na temperatura e valores negativos de ΔTmagnet indicando uma diminuição na temperatura, ΔXf é a mudança no fluxo magnético por fase, XfR é o fluxo magnético por fase em uma temperatura de referência (por exemplo, temperatura ambiente) ou em condições operacionais de referência, e ^ é um coeficiente de temperatura negativo para o material de ímã permanente.
[0076] Em um segundo procedimento, o componente de torque magnético é determinado de acordo com a seguinte equação:
em que WCmag é o percentual de ponderação nominal do componente de torque magnético do torque de saída total, pp compreende o número de pares de polos do motor, f é a ligação de fluxo máxima por fase na temperatura de referência ou condição operacional, id* é o comando de corrente do eixo geométrico direto respectivo, iq* é o comando de corrente do eixo geométrico de quadratura correspondente, Ld é a indutância do eixo geométrico direto e Lq é a indutância do eixo geométrico de quadratura. Na equação exposta, é um conjunto específico ou par correspondente de comandos de corrente do eixo geométrico d-q (por exemplo, para um ciclo de pulso do sinal PWM).
[0077] O método e o sistema aqui divulgados são bem adequados para alcançar torque do motor 117 uniforme em uma tolerância adequada (por exemplo, mais ou menos cinco porcento) de um torque alvo, independente da variação na temperatura dos ímãs do rotor. Por exemplo, a temperatura dos ímãs do rotor pode variar em virtude de uma mudança na temperatura ambiente em relação a condições climáticas ou em virtude do ciclo de trabalho (por exemplo, contínuo contra intermitente) de um veículo ou máquina nos quais o motor opera. Adicionalmente, o método e o sistema aqui divulgados são bem adequados para melhorar a eficiência operacional da máquina em diversas condições de intensidade do ímã.
[0078] Tendo descrito a modalidade preferida, ficará aparente que várias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção definido nas reivindicações anexas.
Claims (15)
1. Método para controlar um motor (117) elétrico que compreende um rotor com ímãs associados e um estator, caracterizado pelo fato de compreender:durante uma caracterização do motor (117), registrar um nível de ligação de fluxo magnético de referência (XR) em uma condição operacional de referência à temperatura ambiente;estimar uma mudança na temperatura dos ímãs associados com o rotor do motor (117) com base em um nível de ligação de fluxo magnético operacional (XO) que é comparado ao nível de ligação de fluxo magnético de referência (XR) registrado;estabelecer uma relação entre a mudança estimada na temperatura e um componente de torque magnético de um torque de saída alvo do motor (117) consistente com a velocidade de operação do motor (117); o torque de saída alvo compreendendo um componente de torque magnético e um componente de torque de relutância; eajustar um comando para que o motor (117) compense a variação do torque do eixo associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nível de ligação de fluxo magnético operacional (XO) é derivado de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura operacional e o nível de ligação do fluxo magnético de referência (XR) é derivado de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura de referência.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estabelecimento da relação compreende determinar o componente de torque magnético do torque de saída alvo em função do nível de ligação do fluxo magnético de referência (XR), um comando de corrente do eixo geométrico direto, um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura, indutância do eixo geométrico direto e indutância do eixo geométrico da quadratura.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ajuste do comando compreende ajustar adicionalmente um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ajuste do comando compreende adicionalmente aumentar um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura em resposta a um aumento na temperatura.
6. Sistema para controlar um motor (117) elétrico, em que o motor (117) compreende um rotor com ímãs associados e um estator, caracterizado pelo fato de compreender:um processador de dados (264) configurado para armazenar um nível de ligação do fluxo magnético de referência (XR) em uma condição de operação de referência na gravação de temperatura ambiente durante uma caracterização do motor (117), e para estimar uma mudança na temperatura dos ímãs associados com o rotor do motor (117) com base em um nível de ligação de fluxo magnético operacional (XO) que é comparado ao nível de ligação do fluxo magnético de referência (XR) registrado; um módulo de estimativa de temperatura (104) configurado para estabelecer uma relação entre a mudança estimada na temperatura e um componente de torque magnético de um torque de saída alvo do motor (117) consistente com a velocidade de operação do motor (117); o torque de saída de alvo compreendendo um componente de torque magnético e um componente de torque de relutância; eum módulo de ajuste de corrente (107) configurado para ajustar um comando para que o motor (117) compense a variação do torque do eixo associada com a mudança estimada na temperatura em conformidade com a relação estabelecida.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o processador de dados (264) é arranjado para derivar nível de ligação de fluxo magnético operacional (XO) a partir de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura operacional e o processador de dados (264) é arranjado para derivar o nível de ligação do fluxo magnético de referência (XR) a partir de um comando de voltagem do eixo geométrico da quadratura de referência.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o processador de dados é adaptado para executar instruções de SOFTWARE do módulo de estimativa de temperatura (104) para estabelecer a relação, em que a relação compreende o componente de torque magnético do torque de saída alvo em função do nível de ligação do fluxo magnético de referência (XR), um comando de corrente do eixo geométrico direto, um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura, uma indutância do eixo geométrico direto e uma indutância do eixo geométrico da quadratura.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o comando compreende um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o comando compreende um respectivo aumento em um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura em resposta a um correspondente aumento na temperatura.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o comando compreende um ajuste em um comando de corrente do eixo geométrico da quadratura com base na mudança estimada na temperatura e em um componente de torque magnético do torque de saída alvo.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a mudança na mudança estimada na temperatura é determinada pelo processador de dados (264) de acordo com a seguinte equação:
em que ΔTmagnet é a mudança na temperatura do ímã ou dos ímãs, com valores positivos de ΔTmagnet indicando um aumento na temperatura e valores negativos de ΔTmagnet indicando uma diminuição na temperatura, ^ é um coeficiente de temperatura negativo para os ímãs do rotor, ΔXf é a mudança no fluxo magnético por fase, XfR é o fluxo magnético por fase na temperatura ambiente conhecida e para uma faixa operacional predeterminada do motor (117).
13. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o componente de torque magnético é determinado pelo processador de dados (264) de acordo com a seguinte equação:
em que WCmag é uma ponderação do componente de torque magnético, pp é o número de pares de polos do motor (117), XfR é uma ligação de fluxo máxima por fase na temperatura ambiente conhecida sob a faixa operacional predeterminada, id* é um comando de corrente do eixo geométrico direto respectivo, iq* é um comando de corrente do eixo geométrico de quadratura correspondente, Ld é a indutância do eixo geométrico direto e Lq é a indutância do eixo geométrico de quadratura.
14. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a relação é determinada pelo processador de dados (264) de acordo com a seguinte equação:
em que Jq é um coeficiente de ajuste para o comando de corrente do eixo geométrico q, WCmag é uma ponderação do torque magnético, ΔTmagnet é a mudança de temperatura do ímã calculada, ^ é um coeficiente de temperatura negativo para o material de ímã permanente dos ímãs, ΔXf é a mudança no fluxo magnético por fase, XfR é o fluxo magnético por fase na temperatura ambiente conhecida sob a faixa operacional predeterminada.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o comando é determinado pelo processador de dados (264) de acordo com as seguintes equações:
em que i*q_adjusted é um produto do comando de corrente do eixo geométrico quadrático e do coeficiente de ajuste Jq, Jq é o coeficiente de ajuste para o comando de corrente do eixo geométrico q, ΔTmagnet é a mudança de temperatura do ímã calculada, ^ é um coeficiente de temperatura negativo para o material de ímã permanente dos ímãs, WCmag é a ponderação do torque magnético, ΔXf é uma mudança no fluxo magnético por fase, ΔfR é o fluxo magnético por fase na temperatura ambiente conhecida sob a faixa operacional predeterminada.
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