CN111211719B - 一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法，包括：根据获取到的电机运行参数，利用预设的转子损耗模型得到当前转子发热量；获取定子绕组温度信息、电机转速信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值，基于此，利用预设的转子散热模型得到当前转子散热量；根据当前转子发热量和当前转子散热量得到转子当前实际损耗量，基于此，利用预设的转子磁钢温升模型得到转子当前温度变化量，进一步得到转子温度累积变化量；获取电机的定子铁芯温度信息，根据转子温度累积变化量和定子铁芯温度得到当前转子磁钢实际温度值。本发明提高了转子温度的估算精度，有效预防了永磁体磁钢过温造成的退磁现象，提高了电机的可靠性和利用率。

Description

一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其是涉及一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法及系统。

背景技术

随着电动汽车的广泛应用，越来越多的汽车采用电动驱动方案。电机作为电动汽车的动力源，其性能好坏直接决定着车辆的驾驶感受。为了获得更高的续航里程，电机、电池、电控的功率密度越做越大，同时也对整个系统的热管理提出了更高的要求。其中，永磁同步电机的磁钢作为热敏感材料，其磁能积曲线与温度相关，因此磁钢温度的变化往往导致扭矩精度变差，并且当温度达到一定值时，磁钢还会出现不可逆的退磁现象，造成电机的永久损坏。

磁钢一般嵌在电机的转子上，使得难以通过一般的温度传感器直接进行测量，使得电机转子的热管理变得困难重重。

在现有的关于永磁同步电机转子磁钢温度在线估算方法中，常采用如下三种方式进行估算：其一，利用通过建立转子损耗模型、定子损耗模型、转子热模型，在电机运行过程中对电机转子温度进行实时计算，但这种方法未将转子运行过程中的散热情况考虑到转子的实际损耗能量中，这样对电机转子温度的影响非常大，尤其影响转子温度在高温区的情况，严重影响估算精度；其二，基于感应电机转子电阻进行转子温度观测，但对于永磁同步电机来说，不存在转子电阻，使得这种方法无法扩展到永磁同步电机上；其三，根据电机电压方程模型计算磁链反推转子温度，但实际上电机模型是多耦合非线性的一个系统，电机在不同的运行状态电机模型都会发生较大的改变，因此，仅通过简单的电压方程对转子磁链进行计算，这样推算出的转子温度的误差较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法，包括：步骤一、根据获取到的电机运行参数，利用预设的转子损耗模型得到当前转子发热量；步骤二、获取定子绕组温度信息、电机转速信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值，基于此，利用预设的转子散热模型得到当前转子散热量；步骤三、根据所述当前转子发热量和所述当前转子散热量得到转子当前实际损耗量，基于此，利用预设的转子磁钢温升模型得到转子当前温度变化量，进一步得到转子温度累积变化量；步骤四、获取电机的定子铁芯温度信息，根据所述转子温度累积变化量和所述定子铁芯温度信息得到当前转子磁钢实际温度值。

优选地，所述方法还包括：根据所述当前转子磁钢实际温度值确定电机当前磁链信息，进一步得到相应的电机转矩信息。

优选地，在所述步骤二中，根据所述电机转速信息确定转速修正系数；将所述定子绕组温度信息和所述上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值进行差值运算，得到当前定转子温度差；根据所述转速修正系数和所述当前定转子温度差，并结合转子气隙宽度、转子表面积和空气热传导系数得到所述当前转子散热量。

优选地，所述方法还包括：检测所述当前转子磁钢实际温度值，将所述当前转子磁钢实际温度值分别与预设的过温降功率预警阈值和过温停机阈值进行对比，根据对比结果输出表征当前温度监测结果的指示信号，其中，若所述当前转子磁钢实际温度值达到或超过所述过温降功率预警阈值，并且低于所述过温停机阈值，则生成有效的降功率指示信号。

优选地，若所述当前转子磁钢实际温度值超过所述过温停机阈值，则生成有效的停机保护指示信号。

优选地，在所述步骤三中，根据历史电机运行参数，得到不同工况下的转子运行损耗量；根据所述不同工况下的转子运行损耗量得到相应的转子磁钢瞬态升温曲线；将所述转子磁钢瞬态升温曲线进行线性拟合构建出所述转子磁钢温升模型。

优选地，在所述步骤一中，获取电机不同工况下的历史电机运行参数和损耗信息，提取电机运行频率、电流、功率信息对应的损耗数据，得到频率损耗关系曲线、电流损耗关系曲线和功率损耗关系曲线，进一步构建出表征电机运行参数与转子发热量关系的所述转子损耗模型。

优选地，在所述步骤四中，根据所述电机运行参数和所述定子绕组温度信息，利用预设的定子绕组热模型得到定子绕组发热损耗，进一步得到所述定子铁芯温度信息。

另一方面，本发明还提出了一种永磁同步电机转子磁钢温度估算系统，包括：转子发热量生成模块、其配置为根据获取到的电机运行参数，利用预设的转子损耗模型得到当前转子发热量；转子散热量生成模块、其配置为获取定子绕组温度信息、电机转速信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值，基于此，利用预设的转子散热模型得到当前转子散热量；转子实际变化温度生成模块、其配置为根据所述当前转子发热量和所述当前转子散热量得到转子当前实际损耗量，基于此，利用预设的转子磁钢温升模型得到转子当前温度变化量，进一步得到转子温度累积变化量；转子实际温度生成模块、其配置为获取电机的定子铁芯温度信息，根据所述转子温度累积变化量和所述定子铁芯温度信息得到当前转子磁钢实际温度值。

优选地，所述系统还包括：转矩修正模块、其配置为根据所述当前转子磁钢实际温度值确定电机当前磁链信息，进一步得到相应的电机转矩信息。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提出了一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法及系统，该方法和系统将转子热量的产生与消散进行的解耦分离，从而得到精确的转子实际温度值。进一步，利用估算结果，对转矩进行修正，有效提高了电机温度升高时的转矩输出精度。另外，利用当前转子实际温度值对电机进行热保护，对于不同程度的转子磁钢温升情况对电机进行预警提示、降功率运行和停机保护控制，这样有效预防了永磁电机磁钢温度过高造成的退磁现象，提高了电机的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的永磁同步电机转子磁钢温度在线估算方法的步骤图。

图2为本申请实施例的永磁同步电机转子磁钢温度在线估算方法的原理示意图。

图3为本申请实施例的永磁同步电机转子磁钢温度在线估算系统的模块框图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了克服上述背景技术中存在的问题，本申请实施例提出了一种用于永磁同步电机的转子磁钢温度在线估算方法及系统，该方法和系统通过预先构建的转子损耗模型和转子散热模型分别得到转子当前的发热量和散热量，通过这种方式实现了转子热量产生与热量消散的解耦分离，并将这两种热量进行差值运算得到转子当前的实际损耗量，再利用预设的转子磁钢温升模型得到最终的转子当前实际升温情况，进一步计算出精确的转子实际温度值。而后，利用当前转子实际温度值，对转矩进行修正，有效提高了电机温度升高时的转矩输出精度。另外，还可利用当前转子实际温度值对电机进行热保护，对于不同程度的转子磁钢温升情况对电机进行预警提示、降功率运行和停机保护控制，这样有效预防了永磁电机磁钢温度过高造成的退磁现象，提高了电机的可靠性。

在实际应用过程中，本发明实施例中所涉及的方法和系统可集成于电机控制器中，随着电机的实时运行过程，该方法和系统按照预设的温度估算时间间隔进行转子磁钢温度的实时估算。在每个估算(计算)周期内均按照相同的方式实施上述转子磁钢温度在线估算方法所涉及的步骤，并按照上述转子磁钢温度在线估算系统所涉及的模块运行。

实施例一

图1为本申请实施例的永磁同步电机转子磁钢温度在线估算方法的步骤图。图2为本申请实施例的永磁同步电机转子磁钢温度在线估算方法的原理示意图。下面结合图1和图2对本发明实施例中的用于永磁同步电机的转子磁钢温度在线估算方法进行说明。

在步骤S110中，获取电机运行参数，根据实时获取到的电机运行参数，利用预设的转子损耗模型，得到当前转子发热量。其中，电机运行参数至少包括：电流信息、电压信息、频率信息和功角信息。转子在旋转过程中产生的损耗主要是鉄耗，这种损耗能量的大小与电机的输出电流、输出电压、运行频率以及电流谐波相关。其中，通过理论分析计算，利用ANSYS仿真软件、功率分析仪等仿真、测量手段，能够获得不同输出电流、输出电压、电流频率、功角下的损耗数据，进一步，通过提取的数据进行制表即可得到较为准确的转子损耗模型。

其中，转子损耗模型按照如下方式进行构建。首先，需要获取电机不同工况下的历史电机运行参数和损耗信息。利用ANSYS仿真软件、功率分析仪等仿真、测量手段，获取电机的MAP图、包括不同输出电流、输出电压、电流频率和功角等不同工况下的电机运行参数及每种工况下对应的转子损耗能量。然后，提取电机运行频率、电流信息、电压信息和功角信息等参数对应的损耗数据，得到频率损耗关系曲线、电流损耗关系曲线和功率损耗关系曲线。也就是通过对电机处于不同频率、不同输出电流的情况下的损耗进行实验和仿真计算，提取得到频率、电流、功角因素对应的损耗的数据，并利用曲线拟合的方式，得到频率-损耗、电流-损耗、功率因素-损耗的关系曲线。最后，基于上述得到的各类关系曲线构建出表征电机运行参数与转子发热量关系的转子损耗模型。

这样，利用转子损耗模型能够根据电机的当前运行参数，实时计算出对应当前工况下的转子的当前损耗能量，也就是转子当前发热量。

在步骤S120中，获取定子绕组温度信息、电机转速信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢温度信息，基于此，利用预设的转子散热模型，得到当前转子磁钢温度计算周期内的当前转子散热量。需要说明的是，在转子发热，导致温度上升的同时，会对外通过辐射、传导的方式向外散发热量，最终发热量和散热量均衡时，即达到热平衡。转子的散热主要为旋转过程中气隙传导散热以及轴承到端盖的传导散热。因此，转子在旋转过程中所消散的热量(散热量)只与定子绕组温度、电机转速和转子实际温度相关，旋转的过程中电机转子带动气隙中的空气进行流动，形成风冷效果，转速越高，风速越快，散热效果越明显。这样，在对转子实际温度进行估算时，需要考虑转子旋转的散热量，尤其是在转子温度处于高温区间的情况下，转子散发的热量对于转子的实际温度值的估算影响较大。

具体地，参考图3，在计算转子当前的散热量时，首先，需要根据实时的电机转速信息来确定转速修正系数。然后，将得到的当前的定子绕组温度信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值进行差值运算，得到当前的定转子温度差。接着，根据转速修正系数和上述当前定转子温度差，并结合转子气隙宽度、转子表面积和空气热传导系数，从而得到当前转子散热量。其中，当前的定子绕组温度信息可根据安装在定子绕组处的温度传感器得到。

进一步的，转子散热模型用如下公式(1)表示：

式(1)中，

表示转子当前的散热功率，λ表示空气的热传导系数，dT表示定转子温度差，dx表示气隙宽度，dS表示转子表面积，Kv表示转速修正系数。其中，根据电机的实际运转情况，在不同的电机转速情况下，需要调整转速修正系数参数，以获得更为准确的转子散热量计算结果。

在确定出转子当前的发热量和散热量后，进入到步骤S130中。在步骤S130中，根据上述当前转子发热量和当前转子散热量得到转子当前实际损耗量，基于此，利用预设的转子磁钢温升模型得到转子当前温度变化量，进一步得到转子温度累积变化量。

在实际应用过程中，若转子产生的损耗能量大于消散的热量，则转子温度上升。若转子产生的损耗能量小于消散的热量，则转子温度降低。此时，两者的差值才是作用在转子上实时增加或减少的热能，也就是说，上述差值能量才是使得转子产生温度变化的输入能量，进一步得到当前转子的实时温度变化值。

具体地，参考图2，首先，将当前转子发热量和当前转子散热量作差值运算，得到转子当前实际损耗量。然后，将转子当前实际损耗量作为上述转子磁钢温升模型的输入，以得到与转子当前损耗量匹配的转子当前温度变化量。

接着，再次参考图2，获取上一转子磁钢温度计算周期内的转子温度累积变化量，将当前转子磁钢温度计算周期内得到的转子当前温度变化量与上一转子磁钢温度计算周期内的转子温度累积变化量相加，得到当前转子磁钢温度计算周期内的转子温度累积变化量。其中，转子温度累积变化量是相较于转子基准温度而言的，此处的温度累积变化量是经过在每个转子磁钢温度计算周期计算出转子当前温度变化量后，累积得到的温度变化量，使得在获得转子基准温度的情况下，将转子基准温度与转子温度累计变化量相加后即可得到转子的实际温度值。

例如：在当前转子磁钢温度计算周期内的转子当前温度变化量为+2℃，若上一转子磁钢温度计算周期内的转子温度累积变化量相较于转子基准温度而言是+1℃(也就是高于基准温度1℃)，则当前转子磁钢温度计算周期内的转子温度累积变化量为+3℃，表示高于基准温度3℃。

其中，在电机材料和结构已知的情况下，通过有限元仿真软件，施加一个阶跃信号，其中，该阶跃信号的幅值与所输入的损耗能量匹配，进一步计算得到针对该阶跃信号的瞬态温升曲线数据，再通过线性拟合的方式获得其等效的三阶或四阶的Foster等效模型，进一步利用实验手段，通过对电机反电势的测量，对上述Foster等效模型进行修正，从而得到本发明实施例中的转子磁钢温升模型。

具体地，转子磁钢温升模型按照如下方式进行构建。首先，根据历史电机运行参数，得到不同工况下的转子运行损耗量。然后，根据所述不同工况下的转子运行损耗量得到相应的转子磁钢瞬态升温曲线。通过ANSYS热仿真软件，在转子上施加一个表征转子运行损耗量的阶跃信号，便得到了不同工况下的转子温升随时间变化的曲线，进一步，将每条温升曲线上的数值除以施加的阶跃损耗数值，便生成相应的瞬态热阻抗曲线(转子磁钢瞬态升温曲线)。

接着，将上述转子磁钢瞬态升温曲线进行线性拟合构建出步骤S130所需的转子磁钢温升模型。具体地，将上述多条转子磁钢瞬态升温曲线进行曲线拟合，得到一个三阶的Foster等效模型，即仿真得到的热模型。由于仿真模型和实际模型存在一定的偏差，故还需要通过实验对该仿真模型进行修正，并将修正结果作为转子磁钢温升模型。其中，上述仿真模型修正过程为：利用对拖台架，将电机运行于2000rpm，额定输出功率下待热稳定后，将电机控制器停止输出并保持在2000rpm,通过功率分析仪实时采样电机反电势并保存；通过测量电机反电势可以得到磁链变化的曲线，再通过永磁体磁钢的特性参数反推电机转子的温度变化曲线；通过对比仿真得到的瞬态热阻抗曲线和实验测得的转子温升变化曲线，对仿真结果进行验证、修正。

需要说明的是，上述转子磁钢温升模型还可以通过建立电机转子的温升模型，再通过实验测出在不同的工况条件下的电机转子温度变化量，建立温升-工况表格，在实际运行过程中通过查表的方式计算转子当前温度变化量，本发明对此不作具体限定。

这样，通过上述方式得到了相对于转子基准温度的转子当前的温度累积变化量，从而进入到步骤S140中。

参考图1，在步骤S140中，获取电机的定子铁芯温度信息，根据转子温度累积变化量和定子铁芯温度得到当前转子磁钢实际温度值。在转子的实际旋转过程中，由于电机转子的散热路径是转子绕组--气隙--定子铁芯--冷却水，因此，将定子铁芯的温度作为上述所述的转子基准温度，从而估算出较为精确的转子磁钢实际温度。其中，根据电机运行参数和定子绕组温度信息，利用预设的定子绕组热模型得到定子绕组发热损耗，进一步得到定子铁芯温度信息。

需要说明的是，通常，定子温度是通过安装在电机定子绕组处的温度传感器实时采集到的定子绕组温度信息，当有电流流过定子绕组时，定子绕组便会产生相应的热量，使得定子绕组的温度和定子铁芯的温度相差很大，因此，需要构建出可估算出定子绕组发热损耗的模型，计算出这种情况下的定子绕组的发热损耗量。进一步，将采集到的实时定子绕组温度信息(电机定子的稳态温度信息)所产生的热量与通过定子绕组热模型计算出的定子绕组的发热损耗量作差值运算后，便得到当前的定子铁芯所获得的能量，也就得到了当前的定子铁芯温度信息。

其中，上述定子绕组热模型按照如下方式进行构建。首先，通过ANSYS热仿真软件，在定子绕组上施加不同幅度的阶跃信号，以获得电机定子瞬态升温随时间变化曲线。然后，利用ANSYS仿真软件、功率分析仪等仿真、测量手段，对不同电流工况下的定子损耗进行仿真和测试，得到相应的不同工况下的电流与定子绕组损耗关系曲线。接着，将上述多条电机定子瞬态升温随时间变化曲线与不同工况下的电流与定子绕组损耗关系曲线进行结合，得到电机定子瞬态热阻曲线。最后，将通过线性拟合方法确定出电机定子的热阻热容参数，从而得到了定子绕组热模型。这样，便能够利用定子绕组热模型，根据实时采集到的定子绕组温度，得到当前温度下的定子绕组电阻，进而得到了相应的电机定子绕组损耗。

实施例二

再次参考图1和图2，在通过上述步骤S110～步骤S140得到当前转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值后，进入到步骤S150中。

在步骤S150中，根据当前转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值确定电机当前磁链信息，进一步得到相应的电机转矩信息。具体地，根据转子磁钢材料确定对应的磁能积曲线，进一步确定根据该磁能积曲线对应的预设的温度磁链变化关系曲线；根据转子磁钢实际温度值，利用该温度磁链变化关系曲线，得到电机当前磁链信息，进一步得到电机转矩信息。

进一步的，由于电机转子磁钢材料的不同，使得不同材料在实时温度值相同时，会导致磁链信息不同。因此，需要根据多种电机转子磁钢的常用材料，针对每种常用材料所对应的磁能积曲线，通过电机运行仿真软件，建立针对不同种材料的温度磁链变化关系曲线。

这样，在确定了转子磁钢材料的情况下，能够通过获取实时的转子磁钢实际温度值得到对应的磁链信息，以输出准确的电机转矩信息。具体地，通过转子磁钢材料确定这种材料对应的磁能积曲线，进一步确定根据该磁能积曲线所构建的温度磁链变化关系曲线。然后，在计算出当前转子磁钢温度的情况下，通过与当前转子磁钢材料对应的温度磁链变化关系曲线中，得到与当前转子磁钢温度匹配的磁链信息。最后，根据转矩等于电流乘以磁链的关系，由计算出的磁链信息，得到当前需要输出的电机转矩信息。

需要说明的是，转子磁钢作为热敏感材料，其磁能积曲线与实时的温度有关，当转子磁钢温度发生变化时，相应的会导致转子输出的磁链发生变化，若此时电机的输出扭矩不随之进行调整，那么当前的电机的输出扭矩与实际情况相差较大，使得扭矩精度变差。

例如：对于同种转子磁钢材料，在100℃时的磁链比在25℃时降低了5％，此时，我们在电机控制时，若没有考虑到磁链的变化，依旧按照25℃时的磁链进行控制，则输出的转矩将比目标转矩低约5％，从而达不到输出转矩精度的要求。而如果我们根据实时估算到的转子磁钢实际温度值，通过查询温度磁链变化关系曲线，得到当前磁链信息，从而对输出电流及时进行调整，则可以达到输出转矩精度补偿的作用。

实施例三

再次参考图1和图2，在通过上述步骤S110～步骤S140得到当前转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值后，还进一步进入到步骤S160中。在步骤S160中，检测当前转子磁钢实际温度值，将当前转子磁钢实际温度值分别与预设的过温预警阈值、过温降功率预警阈值和过温停机阈值进行对比，根据对比结果，输出表征当前温度监测结果的指示信号。进一步，将相应的指示信号向电机控制器内的电机驱动装置发送，以控制电机驱动装置结合上述指示信号来运转。更进一步的，通过与电机控制器连接的相关指示灯或显示器等装置来进行安全运行指示、或过温预警、或过温降功率预警、或过温停机。

具体地，在第一个实施例中，若当前转子磁钢实际温度值低于过温预警阈值，则生成无效的预警指示信号。同时，将无效的预警指示信号向电机控制器内的电机驱动装置发送，以控制电机驱动装置驱动电机继续按照当前方式进行运转，进一步通过与电机控制器连接的安全指示灯或显示器等装置，来提示相关检修人员当前电机转子磁钢实际温度处于安全范围内。

在第二个实施例中，若当前转子磁钢实际温度值达到或超过过温预警阈值，并且低于过温降功率预警阈值，则生成有效的预警指示信号。同时，将有效的预警指示信号向电机控制器内的电机驱动装置发送，以控制电机驱动装置驱动电机进入降功率模式并按照预设的第一保护功率来运转，进一步通过与电机控制器连接的第一警告指示灯或显示器等装置，来提示相关检修人员当前电机转子磁钢实际温度已超过过温预警阈值，需要对该电机进行检修。

在第三个实施例中，若当前转子磁钢实际温度值达到或超过过温降功率预警阈值，并且低于过温停机阈值，则生成有效的降功率指示信号。同时，将有效的降功率指示信号向电机控制器内的电机驱动装置发送，以控制电机驱动装置驱动电机按照预设的第二保护功率来运转，进一步通过与电机控制器连接的第二警告指示灯或显示器等装置，来提示相关检修人员当前电机转子磁钢实际温度已超过过温降功率预警阈值。其中，第二保护功率低于上述第一保护功率。

在第四个实施例中，若当前转子磁钢实际温度值超过过温停机阈值，则生成有效的停机保护指示信号。同时，将有效的停机保护指示信号向电机控制器内的电机驱动装置发送，以控制电机驱动装置驱动电机停止运转，进一步通过与电机控制器连接的第三警告指示灯或显示器等装置，来提示相关检修人员当前电机转子为过温故障，并且实际温度值已超过过温停机阈值。

例如：电机采用的磁钢温度最高在120℃并将该温度设置为过温停机阈值，将过温降功率预警阈值设置为110℃，将过温预警阈值设置为100℃。在检测到电机转子磁钢实际温度达到100℃时，驱动电机开始进入降功率模式并提示转子过温预警；当检测到转子磁钢实际温度超过110℃时，驱动电机的运行功率降低到额定功率的80％(第二保护功率)；当检测到估算实际温度达到120℃时，驱动电机输出功率进一步降低至0，并提示转子过温故障。

这样，通过检测估算得到的转子实际温度值的方式，对转子进行过温故障预警、过温降功率和过温停机等保护，提高了电机的可靠性。

实施例四

另一方面，本发明还提出了一种永磁同步电机转子磁钢温度估算系统。图3为本申请实施例的永磁同步电机转子磁钢温度在线估算系统的模块框图。下面参考图3，对永磁同步电机转子磁钢温度估算系统中的组成及功能进行说明。

如图3所示，该系统包括：转子发热量生成模块31、转子散热量生成模块32、转子实际变化温度生成模块33、转子实际温度生成模块34、转矩修正模块35和温度检测模块36。

其中，转子发热量生成模块31按照上述步骤S110所述的方式实施，配置为根据获取到的电机运行参数，利用预设的转子损耗模型得到当前转子发热量。转子散热量生成模块32按照上述步骤120所述的方式实施，配置为获取定子绕组温度信息、电机转速信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值，基于此，利用预设的转子散热模型得到当前转子散热量。转子实际变化温度生成模块33按照上述步骤S130所述的方式实施，配置为根据当前转子发热量和当前转子散热量得到转子当前实际损耗量，基于此，利用预设的转子磁钢温升模型得到转子当前温度变化量，进一步得到转子温度累积变化量。转子实际温度生成模块34按照上述步骤S140所述的方式实施，配置为获取电机的定子铁芯温度信息，根据上述计算得到的转子温度累积变化量和定子铁芯温度信息得到当前转子磁钢实际温度值。

进一步的，上述永磁同步电机转子磁钢温度估算系统还包括：转矩修正模块35。转矩修正模块35按照上述步骤S150所述的方式实施，配置为根据当前转子磁钢实际温度值确定电机当前磁链信息，进一步得到相应的电机转矩信息。

另外，上述永磁同步电机转子磁钢温度估算系统还包括：温度检测模块36。温度检测模块36按照上述步骤S160所述的方式实施，配置为检测估算出的当前转子磁钢实际温度值，将转子磁钢实际温度值分别与预设的过温预警阈值、过温降功率预警阈值和过温停机阈值进行对比，根据对比结果输出表征当前温度监测结果的指示信号。

由于永磁同步电机转子磁钢温度估算系统内的各模块与上述永磁同步电机转子磁钢温度估算方法中相应的步骤所对应，故在此不作赘述。

本发明提出了一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法及系统。该方法和系统通过将电机转子磁钢的发热量与散热量的平衡关系引入到预设的转子磁钢温升模型中，从而估算出较为准确的转子磁钢的实际温度值。进一步，通过估算结果对电机磁链进行修正，有效提高了电机温度升高时的输出转矩精度。另外，本发明还能够根据当前转子磁钢估算温度进行温度保护，有效预防了永磁体磁钢过温造成的退磁现象，提高了电机的可靠性，进一步提高了电机的利用率。通过这种永磁电机转子磁钢温度监控方式，解决了旋转体难以实时热管理的难题，无需增加任何硬件电路，便于修正与调整。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机转子磁钢温度估算方法，包括：

步骤一、根据获取到的电机运行参数，利用预设的转子损耗模型得到当前转子发热量；

步骤二、获取定子绕组温度信息、电机转速信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值，基于此，利用预设的转子散热模型得到当前转子散热量，在所述步骤二中，

根据所述电机转速信息确定转速修正系数；

将所述定子绕组温度信息和所述上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值进行差值运算，得到当前定转子温度差；

根据所述转速修正系数和所述当前定转子温度差，并结合转子气隙宽度、转子表面积和空气热传导系数，从而利用如下所示的转子散热模型得到所述当前转子散热量：

其中，

表示转子当前的散热功率，λ表示空气的热传导系数，dT表示定转子温度差，dx表示气隙宽度，dS表示转子表面积，Kv表示转速修正系数；

步骤三、根据所述当前转子发热量和所述当前转子散热量得到转子当前实际损耗量，基于此，利用预设的转子磁钢温升模型得到转子当前温度变化量，进一步得到转子温度累积变化量；

步骤四、获取用来表征转子基准温度的电机的定子铁芯温度信息，根据所述转子温度累积变化量和所述定子铁芯温度信息得到当前转子磁钢实际温度值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述当前转子磁钢实际温度值确定电机当前磁链信息，进一步得到相应的电机转矩信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测所述当前转子磁钢实际温度值，将所述当前转子磁钢实际温度值分别与预设的过温降功率预警阈值和过温停机阈值进行对比，根据对比结果输出表征当前温度监测结果的指示信号，其中，

若所述当前转子磁钢实际温度值达到或超过所述过温降功率预警阈值，并且低于所述过温停机阈值，则生成有效的降功率指示信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

若所述当前转子磁钢实际温度值超过所述过温停机阈值，则生成有效的停机保护指示信号。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，

根据历史电机运行参数，得到不同工况下的转子运行损耗量；

根据所述不同工况下的转子运行损耗量得到相应的转子磁钢瞬态升温曲线；

将所述转子磁钢瞬态升温曲线进行线性拟合构建出所述转子磁钢温升模型。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，

获取电机不同工况下的历史电机运行参数和损耗信息，提取电机运行频率、电流、功率信息对应的损耗数据，得到频率损耗关系曲线、电流损耗关系曲线和功率损耗关系曲线，进一步构建出表征电机运行参数与转子发热量关系的所述转子损耗模型。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，

根据所述电机运行参数和所述定子绕组温度信息，利用预设的定子绕组热模型得到定子绕组发热损耗，进一步得到所述定子铁芯温度信息。

8.一种永磁同步电机转子磁钢温度估算系统，包括：

转子发热量生成模块、其配置为根据获取到的电机运行参数，利用预设的转子损耗模型得到当前转子发热量；

转子散热量生成模块、其配置为获取定子绕组温度信息、电机转速信息和上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值，基于此，利用预设的转子散热模型得到当前转子散热量，其中，所述转子散热量生成模块还配置为根据所述电机转速信息确定转速修正系数，而后将所述定子绕组温度信息和所述上一转子磁钢温度计算周期内的转子磁钢实际温度值进行差值运算，得到当前定转子温度差，最后根据所述转速修正系数和所述当前定转子温度差，并结合转子气隙宽度、转子表面积和空气热传导系数，从而利用如下所示的转子散热模型得到所述当前转子散热量：

其中，

表示转子当前的散热功率，λ表示空气的热传导系数，dT表示定转子温度差，dx表示气隙宽度，dS表示转子表面积，Kv表示转速修正系数；

转子实际变化温度生成模块、其配置为根据所述当前转子发热量和所述当前转子散热量得到转子当前实际损耗量，基于此，利用预设的转子磁钢温升模型得到转子当前温度变化量，进一步得到转子温度累积变化量；

转子实际温度生成模块、其配置为获取电机的定子铁芯温度信息，根据所述转子温度累积变化量和所述定子铁芯温度信息得到当前转子磁钢实际温度值。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

转矩修正模块、其配置为根据所述当前转子磁钢实际温度值确定电机当前磁链信息，进一步得到相应的电机转矩信息。

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