电动机-发电机系统和用于控制电动机-发电机的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动机-发电机系统和用于控制电动机-发电机、以避免电动机-发 电机永磁体的消磁的方法。
【背景技术】
[0002] 永磁体电动机_发电机可将电功率转换为机械扭矩。一些永磁体电动机_发电机 可以是多相内部永磁体（IPM)电动机-发电机，其包括埋入转子芯部中且与旋转轴线纵向 对准的永磁体。定子包括环形定子芯部和多个电绕组。定子芯部包括多个径向内向突出的 齿元件，所述齿元件平行于电动机-发电机的纵向轴线，且限定定子的内周。邻近的径向内 向突出的齿元件形成径向取向的纵向槽道。电绕组用合适的导电材料的股线制造，例如铜 或铝，且被编织或以其他方式布置为线圈组，所述线圈组插入到齿元件之间的径向取向的 槽道中。电绕组围绕定子芯部圆周以圆形方式电串联布置，每一个电绕组与电动机-发电 机的单个相相关。电绕组的每一个线圈组提供电动机操作的单个相的单个极。在定子芯部 中径向取向的槽道的量基于用于电动机-发电机的电配线绕组的极和相的量确定。由此， 三相两极电动机通常具有配置为六个线圈组的电绕组。流动通过电绕组的电流用于产生旋 转磁场，所述旋转磁场作用在转子上，以在转子的轴上感应出扭矩。
[0003] 用于永磁体电动机-发电机的转子包括附接到限定旋转轴线的旋转轴的转子芯 部，且具有在转子芯部外表面附近的围绕圆周定位的多个转子磁体，每一个转子磁体与旋 转轴线纵向对准。
[0004] 电动机-发电机包括在定子的齿元件和转子的外表面之间的空气隙。空气隙为设 计特征，其实体上将转子和定子部分分开，以适应制造公差且有助于组装，且应对其他已知 因素。空气隙优选被最小化，因为增加的空气隙与电动机-发电机的减小的磁通量和相关 的减小的输出扭矩有关。
[0005] 在电流流过定子绕组时，沿电绕组感应出磁场，以作用在转子元件的转子磁体上。 磁场在转子的旋转轴上感应出扭矩。在磁场感应足够的扭矩以克服轴承摩擦和轴上的任何 感应扭矩载荷时，转子使得轴旋转。
[0006] 永磁体电动机_发电机（包括IPM电动机）可以用在车辆推进应用中。电动机-发 电机可以根据期望载荷分布而设置大小，例如车辆的工作循环和总的效率和功率损耗。永 磁体电动机-发电机的运行温度（例如绕组温度）取决于实际运行的载荷和工作循环。在 包括于峰值输出功率下的延长运行的工况下，电动机-发电机会过热。过热会使得永磁体 消磁，由此使得电动机性能变差且降低电动机_发电机的寿命。除了过热，不常见地高的定 子电流会使得电动机-发电机中的永磁体消磁。因此有利的是开发一种方法和系统，其能 控制电动机-发电机，以便避免由于高定子电流和永磁体过热而造成永磁体的消磁。
【发明内容】
[0007] 本发明涉及电动机-发电机的控制方法以便避免电动机_发电机中永磁体的消 磁。电动机-发电机包括定子和转子。转子包括永磁体且可旋转地联接到定子。在一实施 例中，方法包括下列步骤：(a)经由控制模块接收扭矩命令输入；(b)至少部分地基于定子 中的电流幅值和转子温度经由控制模块确定电动机-发电机的可用扭矩；（c)至少部分地 基于可用扭矩和扭矩命令输入经由控制模块确定扭矩命令；和（d)经由控制模块命令电动 机-发电机根据扭矩命令产生扭矩，以便避免永磁体的消磁。
[0008] 本发明还涉及电动机-发电机系统。在一实施例中，电动机-发电机系统包括具有 定子和转子的电动机-发电机。转子具有永磁体且可旋转地联接到定子。电动机-发电机 系统进一步包括配置为供应电能的能量存储装置和电连接到能量存储装置和电动机-发 电机的逆变器模块。逆变器模块配置为将直流电（DC)变为交流电（AC)且包括控制模块。 控制模块编程且配置为执行以下指令：(a)接收扭矩命令输入；(b)至少部分地基于转子温 度和定子中的电流幅值确定电动机-发电机的可用扭矩；（c)至少部分地基于可用扭矩和 扭矩命令输入确定扭矩命令；和（d)命令电动机-发电机根据扭矩命令产生扭矩以便避免 永磁体的消磁。
[0009] 根据一实施例，本发明提出一种控制电动机-发电机的方法，电动机-发电机包括 定子和具有永磁体且可旋转地联接到定子的转子，方法包括：经由控制模块接收扭矩命令 输入；至少部分地基于定子中的电流幅值和转子温度经由控制模块确定电动机-发电机的 可用扭矩；至少部分地基于可用扭矩和扭矩命令输入经由控制模块确定扭矩命令；和经由 控制模块命令电动机-发电机根据扭矩命令产生扭矩，以便避免永磁体的消磁。
[0010] 优选地，其中确定可用扭矩包括：确定电动机-发电机的运行模式，电动机-发电 机能运行在电动模式或再生模式。
[0011] 优选地，其中确定可用扭矩包括：至少部分地基于转子温度确定用于电动机-发 电机的均方根（RMS)电流极限。
[0012] 优选地，其中确定可用扭矩包括：至少部分地基于RMS电流极限确定第一和第二 降低扭矩极限，其中第一降低扭矩极限与电动模式有关且第二降低扭矩极限与再生模式有 关。
[0013] 优选地，其中确定第一和第二降低扭矩极限包括：至少部分地基于电动机-发电 机的绝对电动机速度确定经比例换算的绝对电动机速度。
[0014] 优选地，其中确定第一和第二降低扭矩极限包括：至少部分地基于经比例换算的 绝对电动机速度、DC总线电压、参考DC总线电压和最大电动机速度确定电压比例换算因 数，其中DV总线电压是能量存储装置和逆变器模块之间的DC总线线路两侧的电压。
[0015] 优选地，其中第一和第二降低扭矩极限至少部分地基于电压比例换算因数和经比 例换算的绝对电动机速度。
[0016] 优选地，其中确定可用扭矩包括：至少部分地基于定子中的电流幅值确定扭矩极 限调整。
[0017] 优选地，其中确定扭矩极限调整包括：接收指示定子中电流的方波电流信号。
[0018] 优选地，其中确定扭矩极限调整包括：用比截止频率更高的频率衰减方波电流信 号，以便产生经滤波的方波电流信号。
[0019] 优选地，其中确定扭矩极限调整包括：至少部分地基于经滤波的方波电流信号确 定RMS电流。
[0020] 优选地，其中确定扭矩调整值包括：通过将RMS电流极限从RMS电流减去而确定 RMS电流误差。
[0021] 优选地，其中确定扭矩调整值包括：使用RMS电流调节器朝向RMS电流极限降低 RMS电流，以便确定扭矩调整值，其中RMS电流调节器包括比例-积分（PI)控制器。
[0022] 优选地，其中PI控制器包括抗饱卷机制。
[0023] 优选地，其中确定可用扭矩包括：至少部分地基于电动机-发电机的原始电动扭 矩容量和第一降低扭矩极限确定第一经调整扭矩极限；和至少部分地基于电动机-发电机 的原始再生扭矩容量和第二降低扭矩极限确定第二经调整扭矩极限。
[0024] 优选地，其中确定可用扭矩包括：基于电动机-发电机的运行模式在第一经调整 扭矩极限和第二经调整扭矩极限之间选择，以便确定被选择的扭矩极限，其中可用扭矩基 于被选择的扭矩极限和扭矩极限调整。
[0025] 根据另一实施例，本发明提出一种电动机-发电机系统，包括：电动机_发电机，包 括定子和转子，转子具有永磁体且可旋转地联接到定子；能量存储装置，配置为供应电能； 逆变器模块，电连接到能量存储装置和电动机_发电机，逆变器模块配置为将直流电（DC) 变为交流电（AC)，逆变器模块包括控制模块，其中控制模块编程为：接收扭矩命令输入；至 少