CN112514239A - 设置有电流传感器和诊断模块的旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及旋转电机(10)，包括：转子(12)，其设置有转子绕组(13)；定子(11)，其设置有包括多个相的绕组(14)；转换器(16)，其包括与所述定子(11)的相连接的整流部件(17)；调压器(24)，其可以根据输出电压(Liait)与参考电压之间的差适配施加到所述转子绕组(13)的励磁电流(lexc)；至少一个电流传感器(27)，其被设置在所述旋转电机(10)的输出处或所述旋转电机(10)的至少一个相上；以及诊断模块(30)，其能够基于所述电流传感器(27)提供的电流测量值检测所述旋转电机(10)的故障。

Description

设置有电流传感器和诊断模块的旋转电机
技术领域
本发明涉及一种设置有电流传感器和诊断模块的旋转电机。本发明在装备机动车辆的交流发电机和交流发电机-起动器方面具有特别有利的应用。
背景技术
已知的是，旋转电机包括两个同轴部分，即转子和围绕转子主体的定子。转子可以与驱动轴和/或从动轴成一体，并且可以属于交流发电机形式的旋转电机，例如文献EP0803962和WO02/093717中所描述的，或者属于文献EP0831580中所描述的电机。旋转电机可以是可逆的，例如文献WO01/69762、WO2004/040738、WO2006/129030和FR3005900中所描述的。这种类型的同步可逆旋转电机被称为交流发电机-起动器。
在交流发电机模式中，电机将机械能转换为电能，以便具体地向耗电体(consumer)供电和/或给电池充电。
为了基本上减少在认证周期(homologation cycles)或周期之外，即在机动车的实际行驶寿命期间的污染物颗粒的排放，电机以交流发电机模式运行，尤其是在非常频繁的再生制动阶段(recuperative braking phases)。因此，电机及其子组件经受了(taxedto)其运行极限。
因此存在实现保护以在保持高水平的可靠性的同时最大化电机的性能水平的需求。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种旋转电机满足该需求，所述旋转电机包括：
-转子，其设置有转子绕组；
-定子，其设置有包括多个相的绕组；
-转换器，其包括与所述定子的相连接的整流部件；
-调压器，其可以根据所述旋转电机的输出电压与参考电压之间的差适配施加到所述转子绕组的励磁电流，
其中，所述旋转电机还包括：
-至少一个电流传感器，其被设置在所述旋转电机的输出处或所述旋转电机的至少一个相上；以及
-诊断模块，其可以基于从所述电流传感器获得的电流测量值检测所述旋转电机的故障。
因此，由于使用了所述电流传感器和所述诊断模块，本发明使得可以检测旋转电机的性能水平中的任何故障和/或偏差并将其通知给发动机控制。
根据一实施例，所述诊断模块集成在所述调压器中。
根据一实施例，所述诊断模块是相对于所述调压器的外部模块。
根据一实施例，借助于所述整流部件的端子处的电压降的变化定律，所述诊断模块可以估计所述整流部件的结点温度。
根据一实施例，所述诊断模块可以限制所述结点温度，以便保护所述整流部件。
根据一实施例，所述诊断模块可以基于从所述电流传感器获得的电流测量值检测所述旋转电机的相的故障。
根据一实施例，所述诊断模块可以确定所述旋转电机的理论输出，并将其与参考输出进行比较，以便由此推断出代表所述旋转电机性能水平下降的任何偏差。
根据一实施例，所述诊断模块可以测量所述旋转电机的输出电流的波动，并在所述输出电流的整个周期内电流的变化超过参考值的情况下检测所述旋转电机的故障。
根据一实施例，所述诊断模块可以基于所述旋转电机的输出电流测量值和所述激励电流的测量值建立所述旋转电机的运行诊断。
根据一实施例，所述诊断模块可以基于在所述整流部件的给定电流下电压降的测量值检测所述整流部件的性能水平的偏差。
附图说明
通过参阅下面的描述并查看所附的附图，将会更好地理解本发明。这些附图仅以举例说明的方式提供，绝非限制本发明。
-图1a是具有用于交流发电机的输出电流传感器和结合在调压器中的诊断模块的本发明的第一实施例的示意图；
-图1b是具有外部诊断模块的变型实施例的示意图；
-图2a是具有用于交流发电机的相的电流传感器和结合在调压器中的诊断模块的本发明的第二实施例的示意图；
-图2b是具有外部诊断模块的变型实施例的示意图；
-图3是使得可以针对给定的励磁电流基于旋转电机的旋转速度确定扭矩的制图的图形表示；
-图4是输出电流变化的图形表示，使得可以借助于根据本发明的电流传感器的输出电流测量值检测电机的故障；
-图5是使得可以检测电机的故障的在交流发电机电流/励磁电流平面上测得和预期获得的曲线的图形表示；
-图6是使得可以确定处于导通状态的整流部件的电压降的相电压的示意图；
-图7是存储在调压器或外部诊断模块中的使得可以确定二极管形式的整流部件的温度的变化定律；
-图8是示出了诊断模块对性能水平的偏差的检测的图示，性能水平的偏差可以通过整流部件的电压和电流测量值而检测；
在这些附图中，相同、相似或类似的元件保留了相同的附图标记。
具体实施方式
图1和图1b示意性地示出了交流发电机形式的旋转电机10，其包括定子11和设置有绕组13的转子12。转子12可以产生与定子11相互作用的磁通量。
定子11包括绕组14，绕组14具有连接到AC/DC转换器16的多个相Ph1-PhN。在附图中，以非限制性的方式示例地示出了具有三相Ph1-Ph3的定子11。实际上，显然定子11可以一般地包括更多的N个相，N是整数。例如，对于三相定子，N可以等于3，对于五相定子，N可以等于5，对于六相定子，N可以等于6，对于七相定子，N可以等于7，N可以等于任何整数。
AC/DC转换器16通常由整流部件17形成，在这种情况下，整流部件17由二极管表示，但是也可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)类型的晶体管的形式。在这种情况下，AC/DC转换器16是可逆的，以便将电池19的直流电压转换成交流电压，该交流电压向绕组的相Ph1-PhN供电，以使机器以电机模式运行。
在交流发电机10的操作期间，在端子B+和地之间测得的输出电压Ualt可以通过转换器16由定子11提供给电池19。更具体地，在定子11的绕组的相Ph1-PhN的每个中都存在电动势，并且电动势被转换器16处理，以产生输出电压Ualt。
类似地，在通过转换器16进行处理之后，可以通过定子11将输出电流lalt提供给电池19和充电器(electrical charges)22。在这种情况下，充电器22与电池19并联连接。
交流发电机10还包括调压器24，使得可以使输出电压Ualt受制于(subject to)通常由车辆的发动机计算机25提供的参考电压。为此目的，调压器24根据交流发电机10的输出电压Ualt与参考电压之间的差适配励磁电流lexc，该励磁电流lexc通过脉冲宽度调制施加到定子绕组13。
另外，如图1a和图1b所示，电流传感器27可以在端子B+处的交流发电机10的输出处设置。作为变型，电流传感器27至少设置在交流发电机10的相Ph1-PhN上。在所示的示例中，每个相使用一个传感器27，但是，作为变型，可以在单个相上使用传感器27，并根据该传感器的测量值推导出其他相的信号。传感器27可以是霍尔效应传感器或被称为分流器(shunt)的电阻传感器的形式。
诊断模块30可以基于从至少一个电流传感器27获得的电流测量值检测交流发电机10的故障。
诊断模块30可以被结合在调压器24中，如图1a和图2a所示。在这种情况下，调压器24例如通过LIN或CAN类型的通信总线将与交流发电机10的操作有关的信息传送至发动机计算机25。
可替换地，诊断模块30是外部模块，如图1b和图2b所示。这使得可以方便调压器24的创建，其随后具有较少的集成功能。在这种情况下，在调压器24与诊断模块30之间，在调压器24与发动机计算机25之间提供通信，并且在诊断模块30与发动机计算机25之间提供通信。这些通信也可以通过LIN或CAN类型的通信总线建立。
诊断模块30可以基于以下公式确定交流发电机10的理论输出n：
n＝Pelec/Pmeca＝(Ualt x lalt)/(C xΩ)；
-Pelec是交流发电机的电功率，Pmeca是交流发电机的机械功率；
-Ualt是由调压器24测量的交流发电机10的输出电压；
-lalt是由电流传感器27测量的交流发电机10的输出电流；
-Ω是通过施加在调压器24的输入端上的相的频率确定的旋转速度；
-C是交流发电机10的扭矩，是从先前在实验室中进行的测量值制图得出的，并结合在诊断模块30或调压器24中。在图3中给出了该制图的图形表示，使得可以基于交流发电机10的旋转速度Ω和施加到转子12的励磁电流lexc提供扭矩数据C以计算输出n。
然后将理论输出n与参考输出进行比较，以便由此推断出代表交流发电机10的性能下降的任何偏差。
如图4所示，诊断模块30可以测量交流发电机10的输出电流Δlalt的波动，并且在输出电流的周期内电流Δlalt的变化超过参考值的情况下检测故障。特别地，如果在与每个整流部件17的切换相对应的周期中，电流波动Δlalt变得大于参考值，则诊断模块30向发动机计算机25发出警报信号。
如图5所示，诊断模块30还可以基于交流发电机10的输出电流测量值和励磁电流lexc的测量值建立交流发电机10的运行诊断。为此，在基于电流lalt和lexc的多次测量获得的测量值曲线Cmes与存储在诊断模块30或发动机计算机25的存储器中的期望曲线Cth之间比较差异。在差异太大的情况下，模块30向发动机计算机25发出警报信号。
另外，可以通过使在整流部件17上实现的电压测量值Vd_mes与电流测量值ld_mes相关联估计部件的结点温度，整流器部件17采用MOSFET类型的二极管或晶体管的形式。
实际上，可以确定在相电压U_Ph(参见图6)的负交变期间处于导通状态的整流部件17的电压Vd以及相应的电流ld。
基于这两个值，根据图7所示的温度，二极管形式的整流部件17的端子处的电压降的变化规律使得可以估计结点温度T。该变化定律可以存储在诊断模块30或调压器24中。
然后，诊断模块30可以限制该结点温度T以保护部件17，特别是通过限制交流发电机10的输出电流，以便在组件17的结点处保持最大允许温度的同时向车辆提供最大功率。
诊断模块30还可以基于在给定电流ld_mes下的电压降Vd_mes的测量值检测整流部件17的性能水平的偏差。
例如，如果在给定温度下电流ld_mes/电压Vd_mes对与曲线Cref的期望值具有过大的差异E，则诊断模块30由此推断出组件17的性能水平已经劣化。
然后，诊断模块30通过向车辆的通信总线发送相应的警报消息向发动机计算机25警报一个或多个组件17的状态变化。
如果热力发动机及其部件在环境温度下具有热平衡，则可以实现诊断模块30所使用的测量值。例如，当环境温度和发动机温度非常接近时，例如大约为正负5℃的差，可以由发动机计算机25发送测量命令。另外，可以设想将该温度传递给调压器24或诊断模块30，以便比较调压器24的芯片的温度，并确保存在稳定和冷却的热状态。
因此，当热机启动并且发电机10产生电流时，诊断模块30可以启动对整流部件17的状态的诊断。
本发明也可以通过交流发电机-起动器或仅在电机模式下运行的电机来实现。
应当理解，上述描述仅是通过示例的方式提供的，并且不限制本发明的领域，通过以任何其他等同方式替换不同的要素也不会构成对本发明的偏离。
另外，本发明的不同特性、变型和/或实施例可以根据各种组合彼此关联，只要它们不是不兼容或互斥的即可。

Claims (10)

1.旋转电机(10)，包括：
-转子(12)，其设置有转子绕组(13)；
-定子(11)，其设置有包括多个相(Ph1-PhN)的绕组(14)；
-转换器(16)，其包括与所述定子(11)的相(Ph1-PhN)连接的整流部件(17)；
-调压器(24)，其能够根据所述旋转电机(10)的输出电压(Ualt)与参考电压之间的差适配施加到所述转子绕组(13)的励磁电流(lexc)，
其特征在于，所述旋转电机(10)还包括：
-至少一个电流传感器(27)，其被设置在所述旋转电机(10)的输出处或所述旋转电机(10)的至少一个相(Ph1-PhN)上；以及
-诊断模块(30)，其能够基于从所述电流传感器(27)获得的电流测量值检测所述旋转电机(10)的故障。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)集成在所述调压器(24)中。
3.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)是相对于所述调压器(24)的外部模块。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其特征在于，借助于所述整流部件(17)的端子处的电压降的变化定律，所述诊断模块(30)能够估计所述整流部件(17)的结点温度。
5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)能够限制所述结点温度，以保护所述整流部件(17)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)能够基于从所述电流传感器(27)获得的电流测量值检测所述旋转电机(10)的相的故障。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)能够确定所述旋转电机(10)的理论输出(n)，并将其与参考输出进行比较，以便由该比较推断出代表所述旋转电机(10)的性能水平下降的任何偏差。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)能够测量所述旋转电机(10)的输出电流的波动(Δlalt)，并在所述输出电流的整个周期内电流的变化(Δlalt)超过参考值的情况下检测所述旋转电机(10)的故障。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)能够基于所述旋转电机(10)的输出电流测量值(lalt)和所述激励电流(lexc)的测量值建立所述旋转电机(10)的运行诊断。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述诊断模块(30)能够基于在所述整流部件(17)的给定电流(ld)下电压降(Vd)的测量值检测所述整流部件(17)的性能水平的偏差。
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