CN101566646B - 用于检测永磁同步电机中的不足相电流的方法和设备 - Google Patents

用于检测永磁同步电机中的不足相电流的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于检测永磁同步电机中的不足相电流的方法和设备。提供了一种用于检测永磁同步电机中的不足或缺少的相电流的方法。该方法包括确定组合的三相相电流相对于电机的固定部分的合成矢量位置以及给该位置分配扇区。该方法包括比较相电流和与该扇区对应的校准阈值电流以及当绝对值小于阈值时执行响应。车辆包括：能量存储装置(ESD)；电动/发电机，其被配置成永磁同步电机；电压逆变器；和用于把DC电流从ESD传送到逆变器的总线。控制器检测不足相电流、确定三相AC的电流矢量位置、给该位置分配扇区以及当相电流的绝对值小于校准阈值时执行响应。

Description

用于检测永磁同步电机中的不足相电流的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于动态检测永磁同步电机(motor)中的缺少的或不足(insufficient)的相电流的方法和系统。
背景技术
在三相电感应电机中，通过电机的固定部分的绕组传导的电流产生变化的磁场，该变化的磁场进而致使转子旋转。在永磁同步电机中，永磁体附着到转子的不同部分。把三相交流(AC)电压施加到定子绕组上使得在转子周围感应出变化的磁场，永磁体的逆磁场(opposingmagnetic field)的力致使转子轴旋转。然后，例如通过把转子轴选择性地连接到车辆的变速器输出轴，由旋转轴提供的转矩能够根据需要加以利用和引导以便在系统内做有用机械功。
尤其在混合动力车辆(hybrid vehicle)变速器中，一个或多个电动/发电机(electric motor/generator)能够单独使用或者选择性地与内燃机、燃料电池或其他能源结合使用以便推动车辆。这样的电动/发电机一般由相对较高的AC电压电平来供电。为了确保电动/发电机的正确操作以及为了优化车辆的燃料经济性，提供电机控制器，其能够对车辆上的电气系统和机械系统进行各种测量和/或诊断。然而，一般的电机控制方法对于检测某些只有多相AC电机(比如永磁同步电机)才有的性能问题而言可能达不到最优。
发明内容
因此，提供了一种用于动态检测三相永磁同步电机中的不足或缺少的相电流的方法，所述三相永磁同步电机例如能够用于选择性地推动混合动力车辆。如本领域普通技术人员理解的，不足或缺少AC电流可能是由于例如电机故障以及电机的不当或不完全组装和/或安装而造成的，所述电机失灵(malfunction)因封装电机线圈或绕组的导线的绝缘材料的逐渐老化或损坏所致。该方法有助于确保电机的正常工作同时还确保一旦检测到不足或缺少的相电流就可以采取正确的校正动作，从而有助于降低维修或维护时间和/或保修成本。
特别地，该方法包括：当出现至少一个预定电机条件时测量电机内的相电流；以及然后确定电流矢量位置，即电机中AC电流的组合相关于电机内的固定部分或参考架(比如定子架)的合成旋转电流矢量。给矢量位置分配扇区编号，以及比较相电流的绝对值和与该扇区编号对应的校准阈值。该方法然后包括当该扇区的相电流的绝对值小于校准阈值电流时执行响应，比如生成适当的消息、激活指示器装置和/或设定故障码或车辆诊断码，并且可包括利用车辆远程信息处理单元把信息发送给远程位置。
还提供了一种车辆，该车辆具有：直流(DC)能量存储装置(ESD)；一个或多个三相AC电动/发电机，其可操作用于推动车辆；DC-AC电压逆变器(voltage inverter)；以及电压总线，用于把DC电流从ESD传送到该逆变器。该车辆包括控制器，该控制器具有用于检测电动/发电机内的不足或缺少的相电流的算法，其中所述控制器测量AC相电流，并且然后确定相对于电动/发电机的固定部分或参考架的合成矢量位置。然后，当测量的相电流的绝对值小于校准阈值相电流时，该控制器执行一个或多个维护响应。
通过以下对用于实施该发明的最佳模式的详细描述同时结合附图，容易明白本发明的上述特征及优点以及其他特征及优点。
附图说明
图1是依据本发明的具有三相电机和控制器的车辆的示意图；
图2是描述用于检测图1的三相电机中的缺少或不足相电流的方法或算法的流程图；和
图3是供图2的方法使用的各个扇区标记的示意图。
具体实施方式
参照附图，其中在几个附图中相同的参考数字对应于相同或相似的部件，并从图1开始，车辆10包括具有方法或算法100的控制器30，所述方法或算法100用于检测三相AC电机(比如电动/发电机20和22)中的不足或缺少相电流，并且用于当确定这样的条件时生成适当的响应，如将在下面参照图2描述的。如图1所示的车辆10被配置成混合动力车辆，并且包括具有输出构件的发动机(E)12，该输出构件用作变速器(T)14的输入构件28。
车辆10还包括电存储装置(ESD)16和一个或多个电动/发电机(motor/generator)20、22(分别为M/G A和M/G B)，每个电动/发电机都可选择性地单独或组合地连接到变速器(T)14。最后的驱动组件(FD)18可操作地连接到输出轴或驱动轴23和一组驱动轮(W)15用于推动车辆10。然而，在该发明的范围内也可用其他动力源来推动车辆10，比如燃料电池(未示出)，或者如果车辆10被配置为纯电动车辆(PEV)，车辆10可专门经由电存储装置(ESD)16以及电动/发电机20、22来推动，该电存储装置(ESD)16能够被配置为电池或其他适当的电或电化学装置。
在图1的混合动力车辆实施例中，ESD 16经由高压DC总线17和本领域已知类型的DC-AC逆变器(I)25而被电连接到电动/发电机20、22。当作为电动机在其容量中(in their capacity)工作时每个电动/发电机20和22能够从ESD 16中汲取电能，同样当作为发电机工作时每个电动/发电机能够给ESD 16生成电能以存储到ESD 16内。每个电动/发电机20、22具有各自的定子架40、42，为清楚起见在图1中每个还都标为S。如本领域普通技术人员会理解的，这些架40、42对算法100来说视为是固定构件或另外可用于确定其内AC电流的每个相的电流矢量位置。
在本发明的范围内，每个电动/发电机20、22被配置为三相交流(AC)电机装置，比如本领域已知类型的永磁同步电机。如本领域普通技术人员会理解的，在给AC电机装置供给能量(energize)的三相电流中，这三个相电流中的每个都能够利用已知的传感器来仔细测量、检测或以其他方式单独地确定，并且因而通过正确配置的控制器(比如控制器30)能够进行连续的监控，如由驻留在控制器30内或可由控制器30访问的算法100确定的。控制器30适于对任何检测的不足或缺少的相电流执行一个或多个响应。例如，故障码或车辆诊断码能够被生成并存储在控制器内以供维护技术员、远程源、车辆10的用户访问。车辆10还可以配备有本领域已知类型的车辆远程信息处理单元(VTU)31，VTU 31能够向远程位置(RL)32发送生成的诊断码或另一消息以促进远程诊断或校正动作确定。或者，控制器30能够激活车辆10内的指示器装置(i)50，比如报警灯和/或声音警报。在本发明的范围内还可以设想其他响应。
参照图2，图1的算法100被更详细地示出并始于步骤102。在步骤102，各种电机控制参数、值或条件被测量或以其他方式进行验证或确定。例如，电机条件可以包括期望的电机控制状态，比如指示来自控制器30的有效转矩命令的正常运行状态。电机条件还可以包括在DC总线17处所测量或检测的DC总线电压(见图1)，以及其他电机控制信号或参数。
由算法100可用的典型的电机控制参数可以包括id和iq命令，即在电动/发电机20、22内的命令的磁通电流(flux current)(id)和转矩电流(iq)的相应可测量值，这些术语会被电机控制领域的普通技术人员所理解。就是说，在已知的d-q轴模型中，d-轴与电动/发电机20、22的永磁体的磁链(flux linkage)矢量对准，而q-轴与得到的反电动势矢量正交对准。一旦完成步骤102，算法100进行到步骤104。
在步骤104，算法100把在步骤102确定的每个电机条件与期望值或阈值相比较，并且然后只有当所有期望值或阈值都已达到、被正确验证或超过时算法100才继续到步骤105。按照此方式，步骤104确保控制器30通过了所有其基本电路诊断并且正主动地从被诊断的特定电动/发电机命令(command)转矩，其中所述控制器30可被配置成单个单元或与分离的混合变速器控制器(未示出)组合。也就是说，在电动/发电机20、22内稳定且足够大的三相AC电流应当是可容易检测的。一旦完成步骤104并出现所有阈值条件，算法100就进行到步骤105。
在步骤105，算法100测量组合的三相电流的每一相A、B和C，并且把这些值暂时记录在控制器18(见图1)或另一可容易访问的存储器位置。在测量这些值之后，算法100进行到步骤106。
在步骤106，算法100确定数学上表示在步骤105测量的三相电流的组合的旋转合成矢量的位置以及基于电动/发电机20、22的转子位置的该合成矢量的对应扇区。如本领域普通技术人员会理解的，三相电流作为组合的电流不能有效地测量，因此如上所解释的，在步骤105单独测量电流的每一相以便确定有效的“组合”相电流从而确定合成矢量位置。该合成矢量表示三相的联合或组合效应。这样的合成矢量能够设置在相对于电动/发电机20、22的固定部分区分的对应扇区内，所述固定部分比如定子架40、42(见图1)。本文所用的术语“扇区”指的是在沿A、B和C相中的每一相的相应+/-相电流轴的+/-30度内的合成矢量的位置，如图3所示。如本领域普通技术人员会理解的，在ABC相图中合成矢量的角度能够通过将电流命令角度和检测的转子位置角度相加来确定。
简单参照图3，相交的A、B和C相轴的每个扇区58被分配0和5之间的整数数字。如果合成矢量的扇区落在扇区2或5内，则算法100进行到步骤108A，指示三相AC波形的第一或“A”相。如果扇区是1或4，则算法100进行到步骤108B，指示三相AC波形的第二或“B”相。如果扇区是0或3，则算法100进行到步骤108C，指示三相AC波形的第三或“C”相。
再次参照图2，在步骤108A、108B和108C，相A、B和C的计数器值(在图2中分别标为FAIL_COUNT X)通过把其他两相的对应计数器值设为零来初始化。例如，在对应于A相的步骤108A，相B和C的计数器值被设为零，对于步骤108B(B相)，相A和C的计数器值被设为零，而对于步骤108C(C相)，相A和B的计数器值被设为零。然后算法100根据该相进行到步骤110A、110B和110C。
在步骤110A、110B和110C，将测量的相电流的绝对值(见步骤105)与对应的存储的阈值进行比较，该阈值是被测量相的校准最小可接受电流值。如果测量的各个相电流的任一个的绝对值小于对应的阈值，则算法100根据该相进行到步骤112A、112B和112C。否则，算法100进行到步骤114。
在步骤112A、112B和112C，算法100递增与被诊断的相对应的计数器。例如，在对应于相A的步骤112A，相A的计数器(比如FAIL_COUNT_A)被递增。然后算法100进行到步骤114。
在步骤114，将计数器的值与校准的阈值计数或数字进行比较。如果计数器的值超过阈值数字，则算法100进行到步骤116，否则返回到步骤102。
在步骤116，在步骤114确定了计数器值超过预定的阈值计数或数字后，算法100执行一个或多个响应。这样的响应可以包括而不限于：在控制器30(见图1)的可访问部分内设定故障码，指示缺少的相电流，点亮车辆10内的指示灯，生成和/或发送消息到车辆内部或远离车辆的位置，或者其他适当的维护、诊断或信息响应。
虽然已详细描述了用于实施该发明的最佳模式，但是本发明涉及的领域的技术人员会意识到在所附权利要求书的范围内的用于实现该发明的各种可选设计和实施例。

Claims (12)

1.一种用于检测由三相交流(AC)供电的电机中的不足相电流的方法，该方法包括：
一旦发生多个预定电机条件就测量该电机内的该三相交流的每一相的各个相电流从而确定组合的相电流；
确定该组合的相电流相对于该电机的固定部分的合成矢量位置；
给该合成矢量位置分配扇区编号；
比较各个相电流的每一个的绝对值和各个相电流的每一个的校准阈值电流，所述校准阈值电流对应于所分配的扇区编号；和
当相电流的绝对值小于所述校准阈值电流时，执行至少一个响应。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个预定电机条件包括预定电机控制状态、阈值电压和阈值电机控制信号值。
3.如权利要求1所述的方法，其中执行至少一个响应包括设定诊断码、生成消息和激活指示器装置中的至少一个。
4.如权利要求1所述的方法，其中确定电流矢量位置是相对于电机的定子部分确定的。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
当相电流的绝对值小于阈值时，递增整数计数器；和
当计数器值超过阈值计数器数字时，执行所述至少一个响应。
6.一种用于检测混合动力车辆的三相AC永磁同步电机中的不足相电流的方法，该方法包括：
检测预定电机控制状态；
比较至少一个电机控制参数和对应的阈值；
当检测到所述预定电机控制状态并且所述至少一个电机控制参数超过所述对应的阈值时，测量该电机内的三相AC的每一相的各个相电流从而确定组合的相电流；
确定该组合的相电流相对于该电机的固定部分的合成矢量位置；
给该合成矢量位置分配扇区编号；
比较各个相电流的每一个的绝对值和与该扇区编号对应的校准阈值；和
当扇区的各个相电流的任一个的绝对值小于对应的校准阈值电流时，执行至少一个维护响应。
7.如权利要求6所述的方法，其中比较至少一个电机控制参数和对应的阈值包括比较测量的转矩电流和对应的转矩电流阈值以及比较测量的磁通电流和对应的磁通电流阈值。
8.如权利要求7所述的方法，其中比较至少一个电机控制参数和对应的阈值进一步包括比较测量的DC总线电压和对应的电压阈值。
9.如权利要求6所述的方法，其中分配扇区编号包括分配0和5之间的整数值。
10.如权利要求6所述的方法，其中执行至少一个维护响应包括以下之一：把车辆诊断码存储到控制器内和把诊断码发送到远程位置从而促进车辆维护。
11.一种车辆，包括：
能量存储装置(ESD)；
至少一个电动/发电机，其用于推动车辆，所述至少一个电动/发电机被配置成能够用三相交流(AC)供给能量的永磁同步电机；
DC-AC电压逆变器；
DC总线，用于把DC电流从该能量存储装置传送到该逆变器；和
控制器，用于检测所述至少一个电动/发电机中的不足相电流；
其中所述控制器适于测量该三相交流中的每一相的各个相电流、给该三相交流的合成矢量位置分配扇区编号以及当各个相电流的任一个的绝对值小于与该扇区编号对应的校准阈值相电流时执行至少一个车辆维护响应。
12.如权利要求11所述的车辆，其中所述至少一个车辆维护响应包括生成诊断码。
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