CN112970192A - 一种用于监测电动机连续状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测电动机(122)连续状态的方法(100)，所述电动机具有转子和定子以及至少两个电机相(m(1)、m(2))，所述至少两个电机相用于引起所述转子相对于所述定子的旋转运动，其中在所述电动机的一种操作模式中，第一能量损耗(P1)与所述第一电机相(m(1))相关联，且第二能量损耗(P2)与所述第二电机相(m(2))相关联，并且通过以下步骤测定在所述电动机的操作期间的温度(102)：首先执行第一温度计算(104)以估计所述第一电机相(m(1))的温度，所述第一温度计算(104)结合能量损耗估计(106)，其中计算所述第一电机相(m(1))的至少一个第一能量损耗值(108)，以及温度估计(116)，其中将所述第一电机相(m(1))相对于所述第一能量损耗值(108)的温度计算为第一温度值(114)；然后执行第二温度计算(118)以估计所述第二电机相(m(2))的温度，在所述计算中，根据所述第一温度值(114)以及所述第一能量损耗与所述第二能量损耗(P1、P2)之间的能量损耗差值(ΔP2)将所述第二电机相(m(2))的温度计算为第二温度值(120)。

Description

一种用于监测电动机连续状态的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于监测电动机连续状态的方法。
背景技术
DE 10 2010 041 944 A1描述了一种具有无传感器温度测量的电动机。估计模块接收三相电动机的温度值和三相电流值，并且将该信息处理成估计的电机温度。
WO 2015/110107 A2描述了一种用于测定电动机的电机温度的方法，其中使用相对于控制电动机的功率电子器件的温度的电机温度模型来估计电机温度。
DE 10 2010 038 560 A1描述了一种温度估计方法，以经由热阻抗模型、发动机速度和测量的发动机冷却温度来估计定子绕组温度。测定电机的每相的总功率损耗。基于该相中的总功率损耗和该相的组合热阻抗来估计每个电机相的定子绕组温度。该组合热阻抗包括定子绕组和定子芯之间的第一热阻抗以及定子芯和发动机冷却剂之间的第二热阻抗。
发明内容
本发明的目的是改进电动机中的温度测定。具有不对称相功率的电动机中的温度应当能够容易地和可靠地估计。
这些目的中的至少一个目的通过具有权利要求1的特征的用于监测电动机连续状态的方法来实现。因此，提出了一种用于监测电动机连续状态的方法，电动机具有转子和定子以及至少两个电机相，所述至少两个电机相用于引起转子相对于定子的旋转运动，其中在电动机的一种操作模式中，第一能量损耗与第一电机相相关联，且第二能量损耗与第二电机相相关联，并且通过以下步骤测定电动机操作期间的温度：首先执行第一温度计算以估计第一电机相的温度，第一温度计算结合能量损耗估计，其中计算第一电机相的至少一个第一能量损耗值以及温度估计，其中将第一电机相相对于第一能量损耗值的温度计算为第一温度值；然后执行第二温度计算以估计第二电机相的温度，在计算中，根据第一温度值以及第一能量损耗与第二能量损耗之间的能量损耗差值将第二电机相的温度计算为第二温度值。
因此，可以减少用于监测电动机连续状态所需的计算量。可以防止电动机的过载，例如部件的加热，例如绝缘或灌封。可以提高电动机和容纳电动机的结构化单元例如混合模块的可靠性。
该方法使得可以检测电动机的部件的故障，特别是当存在不对称相功率时，并且可以增加电动机在短期操作和连续操作中的功率极限。该方法通过包括在电动机操作期间对电动机的电功率损耗的估计实现非侵入式的温度测定，该估计可能出现多次，特别地连续地出现。在相同功率的情况下，电动机可以具有更小的尺寸，并且占用更小的安装空间。
利用所提出的方法，不需要使用多个温度传感器。另外，由于结构空间的原因，在特别温度关键的区域中使用温度传感器并不总是可能的。
不对称相功率可能由于在转子的静止或低旋转速度下电动机的不对称通电而出现，或者还由于电动机的电机相的不同电阻而出现。不对称相功率基于不对称相损耗，这又触发不对称相温度。如果仅监测一个电机相的温度并简单地将其传递到其他电机相，则电机相之间的这种不对称比率可导致一个电机相的温度的不正确估计。由于这些原因，应该以其他电机相的相应温度的仔细和精确的估计为目标。
电动机可以是无刷直流电机。电动机可以具有三相设计。电动机可以安装在车辆的动力传动系中。动力传动系可以是混合动力的动力传动系。车辆可以是电动车辆。电动机可以是车辆的驱动元件。
第一电机相和第二电机相可以与定子关联，并且温度测定可以估计定子的温度。
在本发明的特别的实施例中，具有第三电机相，在电动机的操作模式中，第三能量损耗与第三电机相相关联，其中在第二温度计算期间，相对于第一温度值以及第一电机相与第三电机相之间的能量损耗差值，将第三电机相上的温度计算为第三温度值。
在本发明的另一特别实施例中，能量损耗估计相对于在每种情况下对第一电机相的第一相电压、第一相电流和/或相频率的测量来计算第一电机相的线路损耗。第一电机相可以具有电线，该电线具有温度相关的电线电阻。电线可以具有铜材料，其电阻率是温度相关的。线路电阻也可以是频率相关的，特别是由于集肤效应和邻近效应。线路损耗可以与线路电阻和相电流的平方的乘积成比例。
电动机可以具有永磁体，并且线路损耗此外可相对于永磁体的磁场强度。磁场强度可以是温度相关的。
在本发明的有利实施例中，能量损耗估计至少相对于转子的旋转频率的测量来计算电动机的至少一个铁损。电动机的铁损可以是涡流损耗和/或磁滞损耗。
在本发明的优选实施例中，第一能量损耗值相对于线路损耗和/或铁损。
在本发明的特别的实施例中，通过测量将电动机中的温度，特别是第一电机相上或第一电机相区域中的温度测量为温度测量值，并且第一温度计算在计算第一温度值时将温度测量值纳入考量范畴。
在本发明的另一特别的实施例中，相对于第一温度值来调整为执行第一温度计算而制定的计算基值。
在本发明的优选实施例中，在第二温度计算期间，相对于第一温度值和温度差值来计算第二温度值Δθ2。
在本发明的特别的实施例中，在计算第二温度值时将现有热容量纳入考量范畴。这使得能够更精确地计算瞬态温度。
在本发明的特别的实施例中，温度差值Δθ2与能量损耗差值ΔP2成正比。比例系数可以是先前确定的热阻Rth，2。热阻Rth，2可以在第一电机相和第二电机之间。
每个另外的电机相m(i)的温度差值Δθi，特别是第二电机相m(2)的温度差值Δθ2，可以基于作为参考相的第一电机相m(1)并相对于相应的电机相m(i)和第一电机相m(1)之间的能量损耗差值ΔPi计算如下：
Δθi＝Rth，i·ΔPi (1)
能量损耗差值为
ΔPi＝Pi-P1 (2)
并且主要相对于线路损耗Pl，如下所示：
ΔPi＝PI，i-PI，1 (3)
在电动机操作之前，特别是在电动机投入操作之前，例如在电动机的开发期间或者在电动机的制造完成之后，可以确定热阻Rth，i。热阻Rth，i可以经由计算和/或测量来确定。热阻Rth，i可以相对于来自温度差值和能量损耗差值的梯度提前确定。
在计算温度差值Δθi时，可以将在操作期间在第一电机相和第二电机相之间随时间变化的能量损耗差值ΔPi纳入考量范畴。可以使用差分方程计算包括这些动态变化的温度差值Δθi。即使存在时不变的能量损耗或能量损耗差值ΔPi，热容量也会导致动态温度差值Δθi，其可以使用差分方程来计算。
附图说明
本发明的其他优点和有利的实施例由对数字和附图的说明得出。
下面参考附图详细描述本发明。具体地：
图1：示出了在本发明的特殊实施例中用于监测电动机连续状态的方法。
图2：示出了电动机的框图，其中在本发明的另一个具体实施例中应用连续状态监测方法。
具体实施方式
图1示出了在本发明的特殊实施例中用于监测电动机连续状态的方法100。电动机具有定子、可旋转的转子以及特别地三个电机相，通过向三个电机相供应电能，引起转子相对于定子的旋转运动。在电动机的例如以特定速度和特定负载需求为特征的操作模式中，第一电能能量损耗与第一电机相相关联，第二电能能量损耗与第二电机相相关联，并且第三电能能量损耗与第三电机相相关联。
电动机的状态监测包括在电动机的操作期间发生的温度测定102。首先，执行第一温度计算104以估计第一电机相的温度。在第一温度计算104中，与第一电机相相关联的能量损耗的第一能量损耗值108由能量损耗估计106确定。在这种情况下，相对于在每种情况下对第一电机相的第一相电压、第一相电流和/或相频率的测量110来计算第一电机相的线路损耗109。此外，至少相对于旋转频率的测量110来计算电动机的铁损112。电动机的铁损112可以包括涡流损耗和/或磁滞损耗。
在第一温度计算104中，第一电机相的相对于第一能量损耗值108的温度也通过温度估计116计算为第一温度值114。温度估计116还可以将电动机中的温度的测量110，特别是在第一电机相处或在第一电机相的区域中的温度的测量纳入考量范围，并且校正和调整在温度估计116中使用的相对于其的温度模型。
第一温度值114被传递到随后的第二温度计算118，以用于估计第二电机相的温度。在第二温度计算118期间，相对于第一温度值114以及第一能量损耗和第二能量损耗之间的能量损耗差值ΔP，将第二电机相的温度计算为第二温度值120。第二温度值120相对于第一温度值114和温度差值Δθ来计算。温度差值Δθ与能量损耗差值ΔP成比例。比例系数是先前确定的第一电机相和第二电机相之间的热阻Rth。
类似于第二电机相的温度的估计，在第二温度计算118期间，还能够基于第一温度值114以及第一能量损耗与第三能量损耗之间的能量损耗差值ΔP来计算第三电机相的温度。因此，可以简化在电动机操作期间进行的温度测定102并且减少计算量。
图2示出了电动机122的框图，其中在本发明的另一个特殊实施例中使用连续状态监测方法。
电动机122具有第一电机相m(1)、第二电机相m(2)和第三电机相m(3)。在第一温度计算中，估计第一电机相m(1)的能量损耗P1，从而计算第一能量损耗值。第一能量损耗包括第一电机相m(1)的线路损耗109和与第一电机相m(1)相关联的铁损112。借助于在第一温度计算期间执行的随后的温度估计，相对于第一能量损耗值计算第一电机相m(1)的第一温度值。
相对于该第一温度值以及相应的电机相m(i)和第一电机相m(1)之间的温度差值Δθi，可以计算另外的电机相m(i)这里是第二电机相m(2)和第三电机相m(3)的温度。相对于相应的电机相m(i)的能量损耗Pi和第一电机相m(1)的能量损耗P1之间的确定的能量损耗差值ΔPi以及相应的电机相m(i)和第一电机相m(1)之间的预先确定的热阻Rth，i来计算相应的温度差值Δθi。
附图标记列表
100方法 102温度测定 104第一温度计算 106能量损耗估计 108第一能量损耗值109线路损耗 110测量 112铁损 114第一温度值 116温度估计 118第二温度计算 120第二温度值 122电动机m(1) 第一电机相m(2) 第二电机相m(3) 第三电机相 Aθ温度差值 P能量损耗 ΔP能量损耗差值 Rth热阻

Claims (10)

1.一种用于监测电动机(122)连续状态的方法(100)，所述电动机具有：
转子；以及
定子；以及
至少两个电机相(m(1)、m(2))，所述至少两个电机相用于引起所述转子相对于所述定子的旋转运动，其中在所述电动机的一种操作模式中，
第一能量损耗(P1)与所述第一电机相(m(1))相关联，且
第二能量损耗(P2)与所述第二电机相(m(2))相关联，
其特征在于，
通过以下步骤测定所述电动机操作期间的温度(102)：
首先，执行第一温度计算(104)以估计所述第一电机相(m(1))的温度，其中所述第一温度计算(104)结合能量损耗估计(106)，其中计算所述第一电机相(m(1))的至少一个第一能量损耗值(108)，以及
温度估计(116)，其中将所述第一电机相(m(1))相对于所述第一能量损耗值(108)的温度计算为第一温度值(114)，然后
执行第二温度计算(118)以估计所述第二电机相(m(2))的温度，其中根据所述第一温度值(114)以及所述第一能量损耗与所述第二能量损耗(P1、P2)之间的能量损耗差值(ΔP2)将所述第二电机相(m(2))的温度计算为第二温度值(120)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，具有第三电机相(m(3))，在所述电机的所述操作模式中，第三能量损耗(P3)与所述第三电机相相关联，其中在所述第二温度计算(118)期间，根据所述第一温度值(114)以及所述第一电机相与所述第三电机相(m(1)、m(3))之间的能量损耗差值(ΔP3)，将所述第三电机相(m(3))上的温度计算为所述第三温度值。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其特征在于，所述能量损耗估计(106)根据对所述第一电机相的第一相电压、第一相电流和/或相频率的测量(110)来计算所述第一电机相(m(1))的线路损耗(109)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其特征在于，所述能量损耗估计(106)至少根据对所述转子的旋转频率的测量(110)来计算所述电动机的至少一个铁损(112)。
5.根据权利要求3或4中的一项所述的方法(100)，其特征在于，所述第一能量损耗值相对于所述线路损耗(109)和/或所述铁损(112)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其特征在于，通过测量(110)将所述电动机中的温度，特别是所述第一电机相(m(1))处或所述第一电机相(m(1))区域中的温度测量为温度测量值，并且所述第一温度计算(104)在计算所述第一温度值(114)时将所述温度测量值纳入考量范畴。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其特征在于，根据所述第一温度测量值来调整为执行所述第一温度计算(104)而制定的计算基值。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其特征在于，在所述第二温度计算(118)期间，根据所述第一温度值(114)和温度差值(Δθ2)来计算所述第二温度值(120)。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其特征在于，所述温度差值(Δθ2)与所述能量损耗差值(ΔP2)成比例，比例系数为先前确定的所述第一电机相与所述第二电机相(m(1)、m(2))之间的热阻(Rth，2)。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，其特征在于，所述第二温度值(120)的计算将现有热容量纳入考量范畴。
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