使用状态观测器确定同步电机中内部温度的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种使用状态观测器确定同步电机⑷中内部温度（2)(线圈和磁体温度）的方法，状态观测器用于线圈的电阻和磁体的磁通量。本发明还涉及一种诊断方法、控制方法和系统（3)，用于根据由此确定的内部温度控制同步电机。图1将被公布。
【专利说明】使用状态观测器确定同步电机中内部温度的方法和系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及同步电机的控制和诊断范围，尤其是用于机动车辆。
【背景技术】
[0002] 同步电机包括旋转的部件，转子，以及静止的部件，定子。该转子可由永磁铁或DC 供电的线圈以及磁电路（被称为电磁铁）组成。定子包括三相，每一相连接有至少一个线圈 (也称为绕组），并且这三个线圈被供以功率和电压。外力被用于旋转转子：定子线圈（绕 组）中的交变电流感应出的磁场导致转子旋转。该旋转磁场的速度被称为"同步转速"。
[0003] 为了控制和诊断这种电机，重要的是了解电机的内部。实际上，可以以电机转矩矢 量控制的常规方式使用温度信息。因此，关于温度上升的电机性能变化可以被考虑：例如， 磁通量强度和线圈阻抗不是恒定的，它们随着温度变化。称为矢量控制是因为，对于产生应 用所需转矩的机器，在其中流通的电流必须保持同相并且与转子的位置同步。因此，控制电 机的装置将电压施加到电机的端子上，这些电压由转矩控制算法提供。
[0004] 电机的内部温度对应于线圈的温度以及集成在转子中的磁体（或电磁体）的温 度。此外，电机框架的温度也可以被用于控制和诊断。所谓框架包括定子的铁磁材料，用作 支撑件并包括线圈。
[0005] 设置在电机中的温度检测器可以用于确定这些温度。然而，这类检测器不能设置 在旋转的转子上，因此磁体的温度不是已知的。此外，检测器仅允许测量线圈或框架表面上 的温度，而不是材料中的温度。此外，这种设备包括其他缺点，例如不准确的测量、存在测量 噪声，检测器故障风险、高成本等。
[0006] 此外，已经开发了算法，根据电机上执行的测量来确定内部温度。在现有技术中描 述的算法单独地重构磁体的温度或线圈的温度，根据随这些温度变化的物理量的电测量来 估算它们。然而，它们可分为两大类：
[0007] ?基于特定信号的输入，其需要在电机的端子上施加特定电压，从而可以提取有关 内部温度的电机物理参数，
[0008] ?在电机输入端不需要特定信号，它们仅基于其性能的（实时估算器或观测器）数 学描述。
[0009] 此外，这些解决方案仅被用于监测电机，而非控制它。
[0010] 因此，没有可以同时且精确地确定线圈和磁体的温度的材料或算法的方案。
[0011] 为了克服这些问题，本发明涉及一种使用状态检测器确定内部温度（线圈和磁体 温度）的方法，状态观测器用于线圈的电阻和磁体的磁通量。因此，可以精确地确定电机的 所有部件的温度。本发明还涉及一种诊断方法、控制方法和系统，用于根据由此确定的内部 温度控制电机。
【发明内容】
[0012] 本发明涉及一种确定同步电机中的内部温度的方法，所述同步电机包括定子和转 子，定子由三相组成，每一相连接有至少一个线圈，转子包括至少一个磁体，所述线圈的磁 场使所述转子旋转，该方法中测量了所述转子的速度Ωπ，以及所述相的电流im和电压um。 该方法执行以下步骤：
[0013] a)根据所述测量，通过线圈的阻抗及的状态观测器估算所述线圈的阻抗A，所述阻 抗取决于所述线圈的温度--，
[0014] b)根据所述测量，通过磁体的磁通量的强度^的状态观测器，估算所述磁体的磁通 量的强度^，所述磁通量强度取决于磁体的温度T ai。
[0015] c)通过线圈的阻抗及的所述估算值，确定所述线圈的温度Teu，以及 [0016] d)通过磁体的磁通量的强度^的所述估算值，确定所述磁体的温度Tai。
[0017] 根据本发明，线圈的所述阻抗及通过执行以下步骤来估算：
[0018] i)通过所测量的电压和电流乜的变换，在Park's参考系中确定电压ud,q和电 流?"，
【权利要求】
1. 一种确定同步电机（4)中的内部温度的方法，所述同步电机（4)包括定子和转子，定 子由三相组成，每一相连接有至少一个线圈，转子包括至少一个磁体，所述线圈的磁场使所 述转子旋转，该方法中测量了所述转子的速度Ω π，以及所述相的电流im和电压um，其特征 在于执行以下步骤： a) 根据所述测量，通过线圈的阻抗^的状态观测器估算所述线圈的阻抗及，所述阻抗取 决于所述线圈的温度Τευ， b) 根据所述测量，通过磁体的磁通量的强度0的状态观测器，估算所述磁体的磁通量的 强度^，所述磁通量强度取决于磁体的温度T ai， c) 通过线圈的阻抗及的所述估算值，确定所述线圈的温度ΤΜ，以及 d) 通过磁体的磁通量的强度^的所述估算值，确定所述磁体的温度Tai。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，线圈的所述阻抗左通过执行以下步骤来估 算： i) 通过所测量的电压um和电流im的变换，在Park's参考系中确定电压ud, q和电流id, ii) 通过以下类型的方程估算电流?,和电流ζ :
.以及 iii) 通过所述测量和所述电流ζ:和ζ，估算线圈的所述阻抗及，所述电流^和&是通过 以下形式的状态观测器估算的：
其中：Ld :所述电机的直接电感， Lq:所述电机的正交电感， kd，b，kp，k0:校准变量， P :电机的极对的数量。
3. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，磁体的所述磁通量强度0通过执行 以下步骤来估算： i) 通过所测量的电压um和电流im的变换，在Park's参考系中确定电压ud, q和电流id, q? ii) 通过以下类型的方程估算电流^和电流& :
;以及 iii) 通过所述测量和所述电流^和^，估算磁体的所述磁通量强度$，所述电流^和匕是 通过以下形式的状态观测器估算的：
其中：Ld :所述电机的直接电感， Lq:所述电机的正交电感， kd，b，kp，k0:校准变量， P :电机的极对的数量。
4. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述线圈的所述温度是通过以下 形式的方程确定的：
，其中&是所述线圈在参考温度TMf下的参考阻抗， α是所述线圈的恒定温度阻抗参数。
5. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述磁体的所述温度Tai是通过以下 形式的方程确定的
，其中0()是所述磁体在参考温度T Mf下的参考磁通 量强度，β是所述磁体的恒定温度阻抗参数。
6. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，方法包括在估算线圈阻抗和磁体的 磁通量强度的步骤之前预处理电气量的步骤。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电气量y的预处理是通过将 测量的电信号7">分解成余弦和正弦函数之和来实现的，这取决于所测量的转子位 置Θ m，
，系数ap h是由标识确定的，然后保存第一项：yf = aiCos) Θ m)( Θ m)。
8. 如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过线圈的所述温度和磁体的Tai 以及所述电机的能量损耗，确定所述电机框架的温度Tf"。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述框架的所述温度Tf"是通过以下类型的 方程确定的：
，P (Pfer' Pjoules' Pm )，Pf"对应于所述电机的 铁损耗，^对应于所述电机的焦耳损耗，Pm对应于所述电机的机械损耗，K是增益，A是 热模型的恒定矩阵，
且C= [0 1 1]。
10. -种同步电机的诊断方法，其特征在于执行以下步骤： -根据前述权利要求之一确定所述电机的所述内部温度，以及 -根据所述确定的温度诊断所述同步电机的过热。
11. 一种同步电机的控制方法，其特征在于执行以下步骤： -根据权利要求1至9之一确定所述电机的所述内部温度，以及 -根据所述确定的温度控制所述同步电机的转矩。
12. -种同步电机的控制系统，其特征在于，它适于实施如权利要求11所述的控制方 法。
13. -种电动车辆，其包括至少一个同步电机（4)，其特征在于，它还包括如权利要求 12所述的控制系统（1)。
【文档编号】H02P21/14GK104218863SQ201410310162
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】W·迪布, N·亨伍德 申请人:Ifp新能源公司