用于电驱动装置的远程转子参数传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于电驱动装置的远程转子参数传感器。转子参数传感器可用于电力驱动装置。电动引擎或电动机的转子由感应一个或多个物理可观察量或操作参数的传感器来监测。而且，可使用方法和系统监测在电动或混合驱动车辆中使用的电动引擎或电动机。
【专利说明】用于电驱动装置的远程转子参数传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电动车辆或电动列车的电力驱动装置、电动引擎或引擎以及车辆驱动装置的转子。具体来说，本发明涉及用于电力驱动装置的远程转子参数传感器。
【背景技术】
[0002]由于车辆在燃料经济性方面的改进，燃料电池车辆和混合驱动车辆已经引起了广泛的兴趣。混合驱动车辆包括作为其组件的汽油引擎、传动装置、反相器、电池组、电动机以及其控制器。这种车辆需要高可靠性、高效、每分钟转速可变及控制优良的电动机。
[0003]环保要求(如:减少二氧化碳的排放)需要各种驱动车辆改进燃料经济性并强化电机。电动机械及其作为电动车辆或混合驱动车辆中的动力源或附加动力源的用途已广为人知。
[0004]现有的具有电力驱动装置的车辆包括具有旋转转子的电动引擎(例如:内部永磁同步电动机或具有所述内部永磁同步电动引擎上安装转子的旋转电动引擎)和车辆驱动装置。典型地，电动引擎的转子包括含具有圆柱支承结构用于接收磁通量生成及磁通量引导组件的转子载体。
[0005]存在能胜任不同的操作模式电机，一种电机载驱动模式用于生成驱动车辆的转矩或驱动功率；一种电机在转换模式将车辆的动能转换成电能。在驱动模式下，为了使车辆加速或减速，转子通过与电动引擎的定子的磁相互作用生成驱动力功率或制动转矩。在转换模式下，转子通过机动车的运动旋转并通过与电动引擎的定子的磁相互作用生成电能以输送至车辆电力供应装置。
[0006]在两种操作模式下，转子产生的或施加于转子的转矩须从承载转子的支承结构和轴承承受，所述支承结构和轴承需要能够处理机械负载(尤其是在两种操作模式间转换而出现负荷变化时)的结构构造。
[0007]在汽车领域，电动和混合驱动汽车正在大量发展。通常的方法包括至少一个到四个强有力的功率在几千瓦至200kW范围内的电动机以给车辆提供功率。由于这些引擎直接影响车辆的驱动，所以是安全性的关键。因此，需要用于电动机的诊断系统。然而，电动引擎或电动机的转子现不存在任何具体的诊断系统。
[0008]电动引擎或电动机的转子可能遇到各种各样的错误或故障情况，例如:异步感应电动机的断条或金属部件的附加功率损耗，这可能导致电动机中的磁通量生成组件和/或磁通量引导组件的磁体去磁。
【发明内容】
[0009]本发明目的在于提供用于在电动或混合驱动车辆的电动引擎或电动机中使用的转子的诊断系统。该目的可通过本发明所附独立权利要求的内容来实现。本发明的另外的实施方式分别由从属权利要求限定。
[0010]根据本发明的基本理念，提供的系统用于监测和/或诊断电动引擎或电动机，具体来说，用于监测和/或诊断电动或混合驱动车辆中使用的电动引擎或电动机的转子，其中，所述转子由感测一个或多个物理可观察量或操作参数的至少一个传感器监测。本发明可应用于包括转子的任何一种电动弓I擎或电动机。
[0011]本发明一方面存在于这种观测:通过转子的温度升高可发现和检测电动机的至少一些错误或故障情况。根据本发明的实施方式，使用适于感测或测量转子中的温度的温度传感器可监测转子的运行状况。在通过高温或超过转子温度检测出错误或故障的情况下，可将电动机带入安全操作模式，因此可保护电动机以免完全失效。因此，可避免由电动机故障引起的机动车不安全的情况。此外，通过本发明可避免由检测出的错误或故障情形引起的更严重的破坏或电动机彻底崩溃。
[0012]根据本发明的另一实施方式，使用适于监测转子的转动频率的加速度传感器。加速度传感器被布置为适于感测转子相对于转子的中心或旋转轴在轴向和/或径向上的加速度或振动。
[0013]根据本发明的另一实施方式，使用适于监测转子位置的转子位置传感器。通过转子位置传感器，可检测转子的径向位置。在在转子的某个位置检测到转子的加速运动或振动的情况下，可通过转子位置传感器确定转子相应的径向位置。
[0014]加速度传感器布置在转子的一个方向，使得其可用于判定转子位置的径向角度。上侧/下侧传感器的组合允许检查转子位置传感器且避免使用具有360°角分辨率的传感器的必要性；因此，可使用仅有180°角分辨率的传感器。
[0015]仍根据本发明的另一实施方式，第一传感器的测量结果用于监测第二传感器的功能性。因此，一个传感器的测量结果可用于确定或监测另一传感器的功能性。
[0016]根据本发明的另一实施方式，适于监测在转子处的磁场和/或磁通磁场的磁场传感器和/或天线布置在转子中。例如，可使用该磁场传感器的测量结果激活传感器系统，传感器系统对转子和/或电动机执行进一步的传感器测量。
[0017]根据本发明的另一实施方式，至少一个或多个的传感器配有无线发射器，所述无线发射器能够向布置在转子和/或电动机外部或与转子和/或电例如，无线发射器和无线接收器可实现为感应信号传输系统或无线电波传输。无线接收器适于通过有线或无线连接来给任何分析或判断组件提供接收到的传感器信号。上述的分析或诊断组件适于分析关于转子和/或电动机的运行状态的接收到的传感器信号，以及发现或检测转子和/或电动机的任何错误或故障情况。
[0018]使用根据本发明的具有传感器测量的诊断系统，通过避免临界运行情况、临界温度或暂时的增加性能，可扩展转子和/或电动引擎的工作范围或延长寿命。对于感应电动机，本发明提供了效率最优化的可能性，由于通过测量到的转子温度可更好地估算转子电阻，借此可改进电动机整体性能。
[0019]根据本发明的另一实施方式，一个或多个无线传感器优选布置在电动引擎的转子处用于感测温度、加速度和/或转子内的磁场。由于转子中可能出现强磁场，通过从转子运动获取的能量可获取用于传感器的电力供应。这可通过产生感应能源和从转子运动获取电能实现。本发明的无线传输系统不需要或仅需要少量维护，且可容易地集成到电动机中。
[0020]关于本发明的另一方面，轮胎压力传感器的测量能力可用于判定电动机的转子的运行状况。因此，在本发明的另一个实施方式中，Infineon的轮胎压力传感器(TPMS SP37/SP40)可用作转子传感器，该转子传感器可提供以下功能中的一个或多个:温度测量、加速度测量、无线射频(RF)接口和接收器接口。
[0021]根据本发明的另一实施方式，Infineon的轮胎压力传感器(PMA5110)被用作转子传感器，该转子传感器不包括加速计，但是包括连接到其他的传感器的外部模数转换器。
[0022]根据本发明的另一方面，能够无线发射测量数据信号(RF传输)的RF传感器布置在电动机的转子上用于感应转子的温度、加速运动、加速度的方向和/或转子中的磁场。因此，例如，TPMS传感器可安装在转子上，TPMS传感器测量转子的加速度和温度并提供温度信号的RF传输和加速度信号的评估作为位置信号。此外，可测量电动机的电磁场以及测量结果可用于分析和诊断转子和电动引擎的整体功能。
[0023]根据本发明的另一方面，提供的诊断系统包含控制单元。根据本发明的另一方面，控制单元可适于考虑转子和/或电动机的限制条件，诸如每分钟转速、轮转速、温度的正常范围等。如果超出转子和/或电动机的预定限制条件，控制单元可生成相应警报信号给使用者或所述控制单元会生成控制信号以更改转子和/或电动机的运行状况，使得运行状况处于上述限制条件范围内。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]包含的附图用于进一步理解使本发明，附图被并入此说明书中构成说明书的一部分。附图示出了本发明的实施方式并与描述一起用于说明本发明的原理。本发明的其他实施方式和本发明的多个预期优点通过参考本描述变得更好理解。附图中的元件不必相对于彼此按比例绘制。
[0025]因为本发明实施方式的组件可以位于多个不同的方位，所以方向性术语旨在用于说明而决非限制。应当理解，在不偏离本发明的范围的条件下，可采用其他实施方式且可在结构上或逻辑上做出改变。因此，以下具体描述不具有限制意义，本发明的范围由所附权利要求限定。
[0026]图1示出了根据本发明的示例性实施方式的电动机的截面示意图。
[0027]因为本发明可应用于任意类型的电动引擎或电动机，图中仅示出有助于描述本发明的电动弓I擎或电动机的部分或组件。
【具体实施方式】
[0028]图中所示的电动机的部分包括通过轴承或轴2支撑的定子I。根据电动引擎或电动机的种类，可固定或支撑定子使得定子可绕轴2旋转。定子部分至少部分地包围通过轴承或轴4支撑的转子3，使得转子3可在定子I中旋转。
[0029]定子I的形状大致上类似于有外部和内部圆周表面的开柱，其相对于中心或旋转轴A (如虚线所示)大致轴对称。一个或多个电磁场生成组件或线圈6布置在定子I的外圆周圆柱表面。
[0030]电磁场生成组件或线圈6被布置为适于在电力作用下生成感应地影响定子I内部的转子3的电磁场。因此，定子I用作转子3的载体，定子I具有收纳磁通量生成和磁通量引导或磁通量灵敏组件5和6的圆柱支承结构。
[0031]定子I包括从定子I的内圆周圆柱表面径向凸出的肋5。转子3也有类似具有外部和内部圆周表面且相对于中心或旋转轴A大致轴对称的开柱的形状。肋5从转子3的外圆周圆柱表面径向凸出。因此，转子3包括用于容纳磁通量引导或磁通量灵敏组件5的圆柱支承结构。
[0032]从定子I的内圆周圆柱表面凸出的肋5和从转子3的外圆周圆柱表面凸出的肋5交迭并彼此啮合，以在给电磁场生成组件6提供电力时使能够在定子I和转子3间产生感应相互作用并维持该感应相互相用。由于这种感应相互相用，迫使转子3在定子I内移动并绕中心或旋转轴A旋转。转子3产生的转矩或旋转作为电动引擎或电动机M的驱动力或动能使用并通过轴4传输。
[0033]根据本发明的一方面，电动机M的转子3由感测一个或多个物理可观察量或操作参数的至少一个传感器监控。因此，如图中的示例性实施方式所示，转子3配有感测一个或多个物理可观察量或操作参数的至少一个传感器S。
[0034]至少一个传感器S被布置为适于测量影响电动机M操作或受电动机M操作影响的一个或多个物理可观察量或操作参数。影响电动机M操作或受电动机M操作影响的这种物理可观察量或操作参数例如为:旋转频率或rpm、振动、转子位置的径向角度、温度、沿转子3径向和/或轴向的加速度和运动。
[0035]如图所示，例如，一个或多个传感器S可布置在转子3的轴4处距中心或旋转轴A一定径向距离的位置。同样如图所示，例如:所述一个或多个传感器S可替代地设置在转子3的前侧相对于中心或旋转轴A的中心位置。在这个位置，传感器S可测量旋转频率或rpm、振动、转子位置的径向角度、温度、转子3的径向和/或轴向加速度和运动、感应率和/或电动引擎M的感应场生成组件的电阻。
[0036]温度传感器S可用于感测或测量转子3内的温度。因此，通过转子3的温度升高至少可发现和检测电动机的一些错误或故障情况。在由高温或超过转子3的温度检测到错误的情况下，可将电动机带入安全操作模式，例如:通过降低功率、限制每分钟转速(rpm)或甚至断开电动机M。因此，可避免由电动机故障引起的机动车不安全的情况。此外，通过本发明可避免由于检测出的错误或故障状况引起的更严重的破坏或电动机完全崩溃。
[0037]加速度传感器S可用于测量和监控转子3的转动频率。加速度传感器S可进一步适于感测转子3在轴向和/或径向上的加速运动或振动。此外或可替代地，转子位置传感器S可用于测量和监测转子3在径向或轴向上的位置。
[0038]磁场传感器S可用于监测转子3中的磁场和/或磁通量。在使用多于一个的传感器S的情况下，一个传感器S的测量结果可用于确定或监测另一传感器S的功能性。
[0039]至少一个传感器S生成与该传感器S测量的物理可观察量对应的电信号。可将此传感器信号提供给分析或诊断组件(未示出)以用于分析，例如:判定相应的物理可观察量在预定范围内还是已经超出某个阈值。
[0040]传感器信号可通过有线连接或通过无线传输来传输。因此，至少一个或多个传感器S可连接至或配有无线发射器(未示出)，该无线发射器能够将传感器信号或测量结果无线传输至无线接收器，该无线接收器耦接至布置在转子3和/或电动机M的外部或与转子3和/或电动机M分离的一个或多个分析或诊断组件。因此，可将天线布置在转子3或电动机M内以无线传输传感器信号。所述分析或诊断组件适于分析关于转子3和/或电动机M的运行状况的接收到的传感器信号以及发现或检测转子3和/或电动机M的任何错误或故障情况。
[0041]结合本发明的不同方面，能够通过RF传输无线发射测量信号的RF传感器(例如:TPMS传感器)可布置在转子3上用于感测温度、加速度、加速度的方向和/或磁场。
[0042]传感器S布置在驱动电动机M的磁场区域范围内。因此，传感器S可配有能够从转子3的运动获得能量或从电动机M产生的磁场获取能量的感应元件。
[0043]尽管已结合示出了转子和定片的组合的附图对本发明的示例性实施方式进行描述，但本发明可应用于任何一种包括转子的电动引擎或电动机。
[0044]虽然所讨论的配置和布置非常具体，应当理解的是这仅用于示例性说明的目的。在不偏离本发明的实质和范围下，本领域技术人员将意识到可使用其他的配置和布置。对本领域技术人员显而易见的是本发明也可应用于各种其他的应用。
[0045]尽管上文描述了本发明不同的实施方式，应当理解提出的这些实施方式仅是示例而不用于限制。对本领域技术人员显而易见，在不偏离本发明的实质和范围的条件下，可对其中的形式和细节做出不同的改变。因此，本发明的宽度及范围仅受所附权利要求及其等效物的限定而不受上述示例性实施方式限制。
【权利要求】
1.一种用于监测和/或诊断在电动或混合驱动车辆中使用的电动机的系统，所述系统包括被构造为感测物理可观察量或操作参数的传感器，其中，电动引擎或电动机的转子由所述传感器监测。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器被构造为测量一个或多个物理可观察量或操作参数，所述物理可观察量或操作参数影响所述电动机的操作或受所述电动机的操作的影响。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器包括被构造为测量旋转频率、振动、转子位置的径向角度、温度、所述转子在径向和/或轴向的加速度和运动、感应率和/或所述电动机的感应场生成组件的电阻中的至少一个的一个或多个传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括与所述传感器相关联的无线发射器，所述无线发射器被构造为向诊断系统的无线接收器无线发射所述传感器的测量结果或信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器布置在所述转子处或所述转子中。
6.一种用于监测和/或诊断电动引擎或电动机的方法，所述方法包括通过传感器感测物理可观察量或操作参数来监测所述电动引擎或电动机的转子。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括诊断所述物理可观察量或操作参数。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述监测包括利用温度传感器感测或测量所述转子处的温度。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述监测包括使用适于感测或测量所述转子在所述转子的中心或旋转轴的轴向和/或径向的加速度和/或振动的加速度传感器。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述监测包括使用适于监测所述转子的轴向和/或径向位置的转子位置传感 器。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述监测包括使用适于感测或测量所述转子处的感抗、磁场和/或磁通量的磁场传感器和/或天线。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述监测包括使用第一传感器以监测第一物理可观察量或操作参数以及使用第二传感器以监测第二物理可观察量或操作参数，其中，所述第一传感器的测量结果用于监测所述第二传感器的功能性。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一传感器的所述测量结果用于激活所述第二传感器。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用测量结果激活诊断系统。
15.一种用于监测在电动或混合驱动车辆中使用的电力驱动装置或电动机的系统，所述系统包括: 用于测量在所述电动引擎或电动机的转子处的一个或多个物理可观察量或操作参数的装置；以及 用于分析所述一个或多个物理可观察量或操作参数的测量结果以监测所述转子的运行状况的装置。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述用于测量的装置包括至少一个传感器，所述至少一个传感器布置在所述转子的轴处距所述转子的中心或旋转轴半径距离的位置和/或所述转子的前侧相对于所述转子的中心或旋转轴的中心位置。
17.一种用于监测在电动或混合驱动车辆中使用的电动引擎或电动机的诊断系统，所述系统包括: 用于测量所述电动引擎或电动机的转子处的一个或多个物理可观察量或操作参数的装置； 用于分析所述一个或多个物理可观察量或操作参数的测量结果的装置；以及 用于诊断所述电动引擎或电动机的运行状况的装置。
18.根据权利要求17所述的诊断系统，其中，所述用于测量的装置包括布置在所述电动引擎的所述转子处的多个无线传感器，所述多个无线传感器用于感测所述转子处的温度、加速度、磁阻和/或磁场。
19.根据权利要求17所述的诊断系统，其中，所述用于测量的装置包括多个无线传感器，所述无线传感器被构造为通过感应能量生成或从所述转子的运动和/或所述转子处的磁场获取电能来获得电力供应。
20.根据权利要求17所述的诊断系统，其中，所述用于测量的装置包括被构造为无线传输测量信号的射频传感器，所述传感器被布置在所述转子处，用于感测所述转子的温度、加速度、所述加速度的方向和/或所述转子中的磁场。
21.根据权利要求17所述的诊断系统，进一步包括被构造为考虑所述转子和/或所述电动机的限制条件的控制单元。
22.根据权利要求21所述的诊断系统，其中，所述控制单元生成相应警报信号给用户和/或所述控制单元生成控制信号以控制或变更所述电动机的运行状况，使得所述运行状况处于所述限制条件之内。
【文档编号】H02K11/00GK103580389SQ201310343917
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】菲利普·乔治·布罗克霍夫, 马蒂亚斯·韦尔波纳 申请人:英飞凌科技股份有限公司