电机故障检测的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开总地涉及检测电机中的电气故障的系统，更具体地涉及施加选定的驱动信 号以在电机中产生旋转磁场，所述旋转磁场的旋转频率大于电机的最大机械响应频率。
【背景技术】
[0002] 已知为交通工具配备电驱动致动器或电机以将转矩提供至引擎/传动系/轮子， 并有当机械驱动时选择地发电。电机的各种故障模式包括电机各相的内部短路或开路。在 电机由交通工具使用之前，较为有利的是测试电机而不实际地运作该电机。另外，较为有利 的是在重大故障发生前跟踪关键电机随时间的特性以检测劣化。已提出许多检测开路和短 路的技术，这些技术使电机运作（例如尝试产生转矩）并随后检测故障，所述故障例如是与 缺乏电机控制相关的过电流、控制器故障，或者对相等且相反或指示开路相的全零的两电 流作合理性检查。这些故障可能具有与电机中的故障无关联的多种潜在原因。例如，相等 且相反的两电流是每六十度旋转发生的自然状态并且在停转期间可能持续存在。控制器故 障可关联于未能正确工作的电流传感器或门信号。此外，这些检查缺乏可信度并使得机器 劣化直到重大故障发生为止未能被正确地识别，这可能导致交通工具的操作者处于窘境。
【发明内容】
[0003] 根据一个实施例，提供了一种检测电机中的故障的系统。该系统包括驱动电路、检 测电路和控制器。驱动电路被配置成将驱动信号施加至电机。检测电路被配置成检测当驱 动信号被施加至电机时产生的响应信号。控制器被配置成基于响应信号与被施加至电机的 驱动信号的预期信号的比较来确定电机故障。驱动信号被选择以在电机中产生旋转磁场， 该旋转磁场具有大于电机的最大机械响应频率的旋转频率。
[0004] 在另一实施例中，提供了一种检测电机中的故障的方法。该方法包括步骤：将驱动 信号施加至电机。该方法还包括步骤：检测当驱动信号被施加至电机时引起的响应信号。 该方法还包括步骤：基于响应信号与被施加至电机的驱动信号的预期信号的比较来确定电 机故障。驱动信号被选择以在电机中产生旋转磁场，该旋转磁场具有大于电机的最大机械 响应频率的旋转频率。
[0005] 在阅读优选实施例的下列详细描述后，进一步的特征和优势将更清楚地表现，这 些优选实施例只是借助非限定例子和结合附图给出的。
【附图说明】
[0006] 现在将参考附图借助示例来描述本发明，在附图中：
[0007] 图1是根据一个实施例用于检测电机中的故障的系统的图；
[0008] 图2是根据一个实施例图1的系统中出现的信号的曲线图；
[0009] 图3是根据一个实施例图1的系统中出现的信号的曲线图；
[0010] 图4是根据一个实施例图1的系统中出现的信号的曲线图；以及
[0011] 图5是根据一个实施例的操作图1的系统的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012] 图1示出用于检测电机（下文中称其为电机12)中的故障的系统10的一个非限 制性例子。构思了本文描述的系统10同时研发出用于测试诸如汽车之类的交通工具中的 电机的多种方法。然而，已发现本文描述的系统10可用于诸如工业应用的非汽车应用。电 机12被图示为类似于三相无刷电机，可能具有永磁转子。然让，本文给出的教义可适用于 其它类型的电机，例如感应式电机、同步磁阻电机以及绕组场同步电机，具有三个相之外的 数个相的电机，如本领域内技术人员所理解的那样。
[0013] 系统10包括被配置成将驱动信号16施加至电机12的驱动电路14。典型地，驱 动电路14是能够将正和负差分电压施加至电机12的各个相26 (PA、PB和PC)的全波式驱 动。替代地，驱动电路14可以是控制电流式驱动，其被配置成将要求的电流注入到每个相 26,而不是将电压施加至每个相26。
[0014] 系统10包括检测电路20,该检测电路20被配置成检测当将驱动信号16施加至电 机12时引起的响应信号18。作为示例而非限制，响应信号18在本例中是分别流入相PA、 PB和PC的电流IA、IB和1C。替代地，如果驱动电路14是控制电流式驱动，则检测电路20 可优选地被配置成确定对每个相命令或施加的电压（例如VA、VB和VC)。如果检测电路20 被配置成确定电流，例如IA、IB和1C，则检测电路20可包括例如用于每个相的小值电流感 测电阻器或霍尔效应式电流传感器，如本领域内技术人员了解的那样。
[0015] 系统10包括控制器22,其被配置成基于响应信号18与被施加至电机12的驱动 信号16的预期信号24的比较来确定电机故障。响应信号18如图所示通过检测电路20被 报告至控制器22,并且驱动信号16响应于来自控制器22的控制信号通过驱动电路14被 输出。控制器22可包括处理器（未示出），例如微处理器或其它控制电路，比如包括用于 处理数据的专用集成电路（ASIC)的模拟和/或数字控制电路，如本领域内技术人员熟知的 那样。控制器22可包括存储器，其包括非易失性存储器，例如用于存储一个或多个例程、阈 值、捕获数据和预期信号24的电可擦除可编程只读存储器（EEPR0M)。一个或多个例程可由 处理器执行以执行步骤：确定由控制器22接收的信号是否指示电机12存在故障（即功能 问题），如本文描述的那样。可经由例如显示在驾驶员信息中心上的消息或通过使交通工具 的仪表盘上的图标发光而向交通工具的操作者指示电机故障。
[0016] 系统10可包括转子角位置传感器（下文中称其为角度传感器30)，其被配置成将 角度信号28提供至控制器22,该角度信号28指示电机12的转子（未示出）相对于电机 12的绕组（未示出）或定子（未示出）的角度，如本领域内技术人员了解的那样。角度信 号28可用于确定或补偿预期信号24,该预期信号24可由控制器22从存储器调用或者通 过控制器22因变于角度信号28地确定（例如估算或计算）。也就是说，响应于正被施加 至电机12的驱动信号16产生的响应信号18受电机12的转子相对于电机12的绕组或定 子的角位置影响。因而，角信号28有益于调整预期信号24应当是什么，并由此为通过控制 器22与响应信号18的比较提供更好的基准。替代地，可使用角位置计算响应信号以形成 对于不同转子位置固定的响应信号并由此与恒定的预期结果比较。此外，检测电路可将信 号提供给控制器22,所述信号可在对预期结果24作出比较之前被进一步修正。
[0017] 本文描述的系统10通过在使用电机12以产生任何实质转矩之前执行诊断测试而 克服了执行电机测试的之前尝试的缺点。本文描述的诊断测试可例如在系统10的最初加 电期间被执行。一般来说，诊断测试较为有利地将正常工作电压（例如来自325V供电的30V PWM)而不是现有技术中建议的相对低电压/电流测试信号（例如5V)施加至电机12。施 加正常工作电压是有利的，因为高电压和电流能更好地揭示电机12绕组中的介电绝缘击 穿和/或更好地揭示由电机12的绕组或端子的线中的断裂疲劳造成的局部高阻。然而，为 了避免电机的运动，诊断测试以相对短的时间间隔执行并使用不使电机转动的驱动信号。
[0018] 当运作电机12以产生典型转矩水平时，电机12内磁场转动的转速等于转子的转 速，并相对于转子的场处于一特定相位，该特定相位由要求的转矩、要求的效率和电机特性 规定。如果转子不转动（即不运动）并且具有显著高转速的旋转磁场被施加于电机12,则 平均转矩将基本为零，具有很小甚至没有转子运动，因为机械惯性将有效地滤除转矩的交 变分量。因而，如果选择驱动信号16以在电机12中产生旋转频率202 (图2)大于电机12 的最大机械响应频率的旋转磁场，则可执行测试。在本文中，术语"旋转频率"指通过将相 同频率的AC电压施加至电机的每个相而由电机绕组产生的磁场旋转的频率，由于电机的 设计，该频率可能与转子的转速不同。此外，最大机械响应频率是旋转频率202(图2)的一 个值，在该值下，电机12的任何增