CN106612096A - 估计电动机中的永久磁铁的温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种估计电动机中的永久磁铁的温度的方法，其能够精确估计电动机中所包括的永久磁铁的温度且能够阻止磁铁退磁。具体地，该估计电动机中的永久磁铁的温度的方法能够通过分析永久磁铁温度的变化和基于实际测得的值的每电动机操作条件的转子损耗之间的相互关系导出传热系数，且使用其来构建永久磁铁的热模型以估计永久磁铁的温度，并且，由此能够基于电动机的操作条件精确估计永久磁铁的实时温度。

Description

估计电动机中的永久磁铁的温度的方法
技术领域
本发明涉及估计电动机中的永久磁铁的温度的方法。更具体地，其涉及估计电动机中的永久磁铁的温度的方法，所述方法能够精确估计包括在电动机中的永久磁铁的温度，从而阻止磁铁的退磁。
背景技术
由于取决于操作条件而在永久磁铁中发生的涡流损耗，过量的热可从环保型车辆中安装的内置式永磁同步电动机(IPMSM)生成，其结果是磁铁可退磁。
此外，永久磁铁的退磁可引发问题，诸如电动机性能的下降以及用于保护电动机控制中逆变器的功率模块的耐压的控制性能的下降。
因此，有必要提供基于电动机的操作条件实时估计磁铁的温度的方法。
在常规的永久磁铁估计方法中，转子侧上的永久磁铁的温度使用安装到电动机的定子线圈的温度传感器估计。
更具体地，在常规的永久磁铁估计方法中，安装到电动机的定子线圈的温度传感器测量定子线圈的温度，且测得的定子线圈的温度被视为永久磁铁的温度(定子线圈的温度＝永久磁铁的温度)。
被估计的永久磁铁的温度用于构建电流图，此外，用作每磁铁温度的Id/Iq电流控制因素并作为功率模块的耐压的规范。
然而，常规的永久磁铁估计方法有以下问题。
第一，取决于电动机的操作状态，永久磁铁中出现涡流损耗。如果由于涡流损耗，热从永久磁铁生成，使用温度传感器测得的定子线圈的温度和永久磁铁的温度之间出现差异，如图1所示。结果，精确测量基于电动机的操作条件的永久磁铁的温度是不可行的。
第二，由于定子线圈和永久磁铁之间的温度差异，每磁铁温度的Id/Iq电流控制因素可能不精确，其结果是用于电动机控制的逆变器的电流控制性能降低，使得难以确立用于保护功率模块的耐压的控制规范。
第三，不能精确估计永久磁铁的温度，其结果是由于永久磁铁的退磁，电动机的输出性能降低。
以上在背景部分中公开的信息仅为了提高对本发明的背景技术的理解，因此这些信息可包含不形成已为本国普通技术人员所知的现有技术的信息。
发明内容
本发明是为了解决现有技术相关的上述问题而提出的，且本发明的目的是提供估计电动机中的永久磁铁的温度的方法，其能够通过分析通过永久磁铁温度的变化和基于实际测得的值的每电动机操作条件的转子损耗之间的相互关系导出传热系数，并使用其构建永久磁铁的热模型以估计永久磁铁的温度。因此，能够基于电动机的操作条件精确估计永久磁铁的实时温度。
一方面，本发明提供一种估计电动机中的永久磁铁的温度的方法，所述方法包括将电动机转矩/速度代入到转子铁损图中以获得基于电动机转矩/速度的转子铁损，且使用获得的转子铁损和基于电动机速度的变化不同地导出的传热系数估计永久磁铁的温度。
在一些形式中，转子铁损图在实际测量每电动机速度/转矩的所述转子铁损之后基于每电压的效率图数据而构建，所述每电压的效率图数据基于电动机转矩/速度而得到。
在另一形式中，在转子铁损的获得中，基于电动机的驱动的电动机转矩/速度被代入到转子铁损图中，以便通过每电压的图插值获得基于电动机转矩/速度的转子铁损。
在另一形式中，传热系数通过分析实际测得的转子铁损和所述永久磁铁的温度的增加值之间的相互关系导出。
在另一形式中，永久磁铁的温度使用下列方程式估计：Y＝Ct(Ax+B)，其中Y表示被估计的所述永久磁铁的温度，Ct表示时间常数，x表示转子铁损，且A和B表示传热系数，该传热系数是被估计的系数。
以下讨论本发明的其它方面和形式。
应该理解，如本文所用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，如包括运动型多用途车(SUV)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的客用汽车，包括各种小船、轮船的船只，飞机等等，且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆，氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源于非石油资源的燃料)。如本文所指的混合动力车辆是有两种或多种动力源的车辆，例如以汽油动力和电动力为动力源的车辆。
以下讨论本发明的上述和其它特征。
附图说明
本发明的以上和其他特点现将参照通过附图示出的示例性实施来详细描述，该附图仅通过说明的方式在下文中给出，因此不是对本发明进行限制，且其中：
图1是示出在电动机的负载操作期间一段时间内永久磁铁和定子线圈之间的温度差异的图表；
图2是示意性示出估计电动机中的永久磁铁的温度的方法的视图，尤其是分析基于实际测量的转子铁损和永久磁铁温度之间的相互关系的过程；
图3是示出估计电动机中的永久磁铁的温度的方法的控制图，尤其是估计基于电动机的操作条件的永久磁铁温度的过程；
图4是示出使用估计永久磁铁的温度的方法估计的永久磁铁温度和实际测得的温度之间的比较的图表；且
图5是示出当电动机的操作条件变化时使用估计电动机中的永久磁铁的温度的方法估计的永久磁铁温度和实际测得的温度之间的比较的图表。
应该理解，附图不一定按比例绘制，而是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、取向、位置以及形状)将部分通过特定的预期应用和使用环境来确定。
在图中，遍及附图中若干图形的参考数字指的是本发明相同或等同的部件。
具体实施方式
以下将详细参考本发明的各种形式，其实例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性形式描述本发明，应该理解，本描述不旨在将本发明限制到那些示例性形式。正相反，本发明旨在不仅涵盖示例性形式，而且涵盖可包括在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代物、修改、等效物和其它形式。
如前所述，由于基于电动机的操作条件，定子线圈和永久磁铁之间的温度偏差，电流图参考误差和永久磁铁的高温退磁可发生。
定子线圈和永久磁铁之间的温度差异由损失热而不是对流热引起，损失热是由于涡流损耗，其是电动机在负载操作条件下的转子铁损的部分，所述对流热是由于由定子线圈生成的热。因此，本发明的特征在于构建热模型，其能够实时估计由涡流损耗引起的热损耗。
换句话说，本发明的特征在于提供估计电动机中的永久磁铁的温度的方法，其能够基于每电压的效率图数据构建转子离子图，该每电压的效率图数据基于应用到电动机的每电压的转矩/速度而得，并且，通过分析永久磁铁温度的变化和基于实际测得的值的每电动机操作条件的转子铁损之间的相互关系，导出磁铁温度估计方程式，并使用导出的磁铁温度估计方程式，实时估计基于电动机的操作条件的永久磁铁的温度。
图2是示意性示出估计电动机中的永久磁铁的温度的方法的视图，尤其是分析基于实际测量的转子铁损和永久磁铁温度之间的相互关系的过程；图3是示出估计电动机中的永久磁铁的温度的方法的控制图，尤其是基于电动机的操作条件估计永久磁铁温度的过程。
在估计电动机中的永久磁铁的温度的方法中，首先实际测量基于电动机的负载操作的每电动机速度/转矩的转子铁损Protor_iron_loss。
随后，构建转子铁损图以用于每电动机速度/转矩的实际测得的转子铁损的数据化。
转子铁损图在实际测量每电动机速度/转矩的所述转子铁损之后基于每电压的效率图数据而构建，所述每电压的效率图数据基于电动机转矩/速度而得到。
因此，实际测量每电动机速度/转矩的转子铁损以构建基于电动机转矩/速度的每电压的转子铁损图。
此外，分析实际测得的转子铁损Protor_iron_loss和永久磁铁温度的增加值ΔTmag之间的相互关系以导出永久磁铁的传热系数。
如可从图2的图表中看出，实际测得的转子铁损Protor_iron_loss随电动机速度变化而变化，且永久磁铁温度的增加值ΔTmag随实际测得的转子铁损变化而变化。因此，能够导出基于电动机速度的变化的永久磁铁的传热系数。
如可从图3的表格中看出，永久磁铁的传热系数(其为被估计的系数)基于电动机速度的变化不同地导出。使用所导出的传热系数基于转子铁损的磁铁温度估计方程式可由下面的方程式1限定。
方程式1
Y＝Ct(Ax+B)其中Y表示被估计的永久磁铁的温度，Ct表示时间常数，x表示转子铁损，且A和B表示传热系数(被估计的系数)。
以下将参考图3详细描述估计电动机中的永久磁铁的温度的方法。
首先，基于电动机的驱动的电动机转矩(Te)/速度(rpm)被代入到转子铁损图中以便通过每电压的图插值获得基于电动机转矩/速度的转子铁损。
随后，获得的转子铁损Protor_iron_loss和电动机速度被输入到永久磁铁估计计算单元。
永久磁铁估计计算单元使用转子铁损和基于电动机速度的变化不同地导出的传热系数估计永久磁铁温度。
即，转子铁损x、基于电动机速度变化的传热系数A和B，以及时间常数Ct(其为电动机操作时间)被代入到方程式1：Y＝Ct(Ax+B)中，以便获得永久磁铁温度Y(Y＝Pmtemp＝Mag_Temp(Est))。
获得的永久磁铁温度可基于电动机的实时操作条件实时估计，且可用于保护逆变器中的功率模块的耐压并阻止永久磁铁的退磁。
在电动机的相同操作点处，在一段时间内比较获得的永久磁铁温度与实际测得的值(通过实际实验测得的永久磁铁的温度)。图4中示出结果。
如可从图4中看出，由于在一段时间内由电动机损耗引起的热的产生，永久磁铁的实际测得的值Mag_Temp(Exp)沿饱和曲线变化，且实际测得的值Mag_Temp(Exp)非常类似于永久磁铁温度的估计值Mag_Temp(Est)。
此外，基于电动机的实时操作条件的变化比较获得的永久磁铁温度与永久磁铁温度的实际测得的值。图5中示出结果。
如可从图5中看出，使用热模型基于每电动机的实时操作条件的转子损耗的变化的永久磁铁温度的估计值Mag_Temp(Est)类似于永久磁铁温度的实际测得的值Mag_Temp(Exp)，能够甚至当电动机的操作条件实时变化时精确估计永久磁铁温度。
从上述描述中显而易见的是，本发明具有以下效果。
第一，能够通过构建永久磁铁的热模型精确估计基于电动机的操作条件的永久磁铁的实时温度。
第二，能够通过提高永久磁铁的实时温度估计的精确度阻止永久磁铁的退磁。
第三，能够通过任意超温保护逻辑的增强提高逆变器中功率模块的耐压的保护性能并通过提高永久磁铁的温度估计的精确度提高电动机控制性能。
已参考本发明的形式详细描述本发明。然而，本领域技术人员应该清楚，在不偏离本发明的原理和精神的情况下可对这些形式进行改变，其范围限定在所附权利要求及它们的等效物中。

Claims (5)

1.一种估计电动机中的永久磁铁的温度的方法，所述方法包括：
将电动机转矩/速度代入到转子铁损图中以获得基于所述电动机转矩/速度的转子铁损；且
使用所获得的转子铁损和基于所述电动机速度的变化不同地导出的传热系数估计所述永久磁铁的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述转子铁损图在实际测量每电动机速度/转矩的所述转子铁损之后基于每电压的效率图数据而构建，所述每电压的效率图数据基于所述电动机转矩/速度而得到。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述转子铁损的获得中，基于所述电动机的驱动的所述电动机转矩/速度被代入到所述转子铁损图中，以便通过每电压的图插值获得基于所述电动机转矩/速度的所述转子铁损。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述传热系数通过分析实际测得的转子铁损和所述永久磁铁的温度的增加值之间的相互关系导出。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述永久磁铁的温度使用下列方程式估计：
Y＝Ct(Ax+B)，
其中Y表示被估计的所述永久磁铁的温度，Ct表示时间常数，x表示转子铁损，且A和B表示传热系数，该传热系数是被估计的系数。
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