电机的监视装置、电机的控制装置及监视电机的方法
【专利说明】电机的监视装置、电机的控制装置及监视电机的方法 【技术领域】
[0001] 本发明设及到一电机的监视装置、电机的控制装置和对于电机的监视方法。 【【背景技术】】
[0002] 现有电机具有许多不同用途。由于不存在换向刷受磨损的问题，无刷电机高可用 性和长使用寿命在某些应用中是有优势的。
[0003] 例如，上述类型的电机可用于车辆中，例如作为车辆空调的风扇电机等。
[0004] 在电机运行过程中，电机转子可能由于电机本身缺陷或外界影响堵转。电机转子 堵转时需由电子驱动装置检测出，此时需切断电机供电，W避免对用电设备或电机造成永 久性损坏。
[0005] 现今有各种检测电机转子堵转的手段。鉴于此，检测转子堵转时最好无需另设位 置传感器，W避免增加系统的复杂性和成本。
[0006] 例如，堵转情况可根据一使用于电机控制的卡尔曼化alman)滤波器的转速检测 出，然而，此种检测方式精确性很差，且可能因此导致电机转子堵转情况的漏检。
[0007] 可替换地，还可用基于模型（model-based)的方法检测电机转子堵转。然而，由于 在电机低转速范围时可测量的反电动势化ackEM巧非常低，运些方法仅在电机处于高转速 范围时可靠。 【
【发明内容】
】
[000引本发明解决了检测电机转子堵转的问题，提供一种可供选择的简单方法。
[0009] 因此，本发明依据权利要求1掲露一种监视装置，依据权利要求7掲露一种控制装 置，依据权利要求9掲露一种方法。
[0010] 因此，有W下内容：
[0011] 一种电机的监视装置包括：一用于检测供给所述电机的电功率的第一检测装置、 一用于基于所述电机的换相检测所述电机所输出的理论机械功率的第二检测装置、一用于 根据测得的电功率及理论机械功率计算得出所述电机的效率，并在效率大于1时发出一报 错信号的计算装置。
[0012] 进一步地，有如下内容：
[0013] 一电机的控制装置，包括用于基于一预设转速驱动所述电机的电子驱动装置，W及包括本发明的监视装置，其中当所述监视装置发出一报错信号时所述电子驱动装置断开 所述电机的电压和/或电流。
[0014] 最后，有如下内容：
[0015] 一种监视电机的方法：包括检测供给所述电机的电功率、基于所述电机的换相检 测所述电机输出的理论机械功率、根据测得的电功率及理论机械功率计算出所述电机的效 率，在计算的效率大于1时发出一报错信号。
[0016] 本发明优点
[0017] 本发明的理论基础为：对于一电机的堵转转子而言，电功率和理论机械功率的值 不一致。
[0018] 在此，理论机械功率指：至少W转速或基于所述电机的换相（commutation)所预 设的转速为基础理论计算出的机械功率。
[0019] 本发明的概念主要在于考虑到上述的理论并基于电机的电功率和理论机械功率 的差异提供了一种检测电机转子堵转的选项。
[0020] 因此，本发明提供了一种监视装置，此监视装置中有检测供给所述电机的电功率 的第一检测装置和检测所述电机输出的理论机械功率的第二检测装置。
[0021] 根据本发明，一计算装置是基于检测得到的电功率及理论机械功率计算出所述电 机的效率，并在所述效率大于1时发出一报错信号。 阳02引本发明中采用的方法特别适用于无刷电机，例如永磁同步电动机（PMSM)。
[0023] 即使电机转子堵转时，驱动电机的电子驱动装置仍可继续所述电机的换相，本发 明即利用了此原理。
[0024]因此，如果所述电机的转子发生堵转，计算的理论机械功率值高于电功率，会导致 电机的效率大于1。
[0025] 本发明的控制装置中，所述监视装置联接在电子驱动装置上，所述电子驱动装置 基于报错信号切断电机的电压和/或电流，即上述电子驱动装置终止电机的驱动。
[00%] 优选实施例及相关改进见于从属权利要求和附图的详细说明。
[0027] 在一实施例中，所述第一检测装置基于供给电机的电压及电流计算所述电机的电 功率，W此方法计算电机的电功率非常简便。
[0028] 在一实施例中，所述第一检测装置包括：一检测供给电机电压的电压传感器。因 此，此检测装置可直接测量供给电机的电压。
[0029] 在一实施例中，所述第一检测装置包括：一检测供给电机的电流的电流传感器。因 此，此检测装置可直接测量供给电机的电流。
[0030] 在一实施例中，所述第一检测装置包括一测量数据接口，W此测量数据接口检测 供给电机电压和/或电流。因此，控制装置电子驱动装置中已测得的供给电机的电压和电 流数据结果可重复使用，不必单独检测。
[0031] 在一实施例中，所述第二检测装置W电机转矩和基于电机的换相预设的转速，计 算电机输出的理论机械功率。此方法使机械功率的计算简单有效。
[0032] 例如，机械功率可用W下公式计算： 阳0；33]Pmach= 2* 31 *M*n
[0034] M为转矩，n为转速。转速是由电机的换相预设。电机在无磁场减弱的情况下运转 时，转矩可W由W下公式进行计算：
[0036] 其中，I为转子-固定（rotor-fixed)坐标系q轴电流，W为磁通量。
[0037] 在一实施例中，所述计算装置是在一预设时间段内计算效率，并在此时间段内于 计算得出的效率大于1时，发出所述报错信号。因此，电机不会因为轻微堵转或所述计算装 置故障发生计算错误而停机。
[0038] 在一实施例中，电子驱动装置至少包括：一检测供给电机电压的电压传感器，并向 监视装置传输此检测电压值。因此，在电子驱动装置中已有的电压传感器也可用于此监视 装置中。
[0039] 在一实施例中，电子驱动装置至少包括：一检测电机电流的电流传感器，并向监视 装置传输此检测电流值。因此，在电子驱动装置中已有的电流传感器也可用于此监视装置 中。
[0040] 在可行的前提下，W上实施例及改进的实施例可W分别按需组合。本发明包含更 多的实施例、改进例及应用例，可WW各种形式实现本公开而不应被运里阐述的实施例所 限制。特别地，本领域技术人员可在本发明的基本形式上添加其他方面，对本发明进行改进 或补充。 【【附图说明】】
[0041] W下附图对本发明的基本实施例各个细节进行了详细描述。在附图中：
[0042] 图1为根据本发明一实施例的监视装置的方块示意图；
[0043] 图2为根据本发明一实施例的控制装置的方块示意图；
[0044] 图3为根据本发明一实施例的方法流程图；及 W45] 图4为显示一电机的机械功率和电功的变化曲线图。
[0046] W上所有图中，除另有說明外，相似和功能上相似的元件和装置皆采用相同标号。
[0047] 其中，部件编号列表为： W48] 1 监视装置 W例 2 电机
[0050] 3 第一检测装置 W51] 4 电功率 阳05引 5 第二检测装置
[0053] 6 理论机械功率
[0054] 7 计算装置 阳〇5引 8 电机效率
[0056] 9 报错信号
[0057] 10 电压 阳05引 11电流
[0059] 12电压传感器 W60] 13电流传感器
[OOW] 14测量数据接口 [00创 15预设时间段 W63] 16控制装置 W64] 17电子驱动装置 W65] 18预设转速
[0066] 19 开关
[0067] to,tl时间点
[0068] SI-S4本方法步骤 【【具体实施方式】】 W例图1为根据本发明一实施例的监视装置1的方块示意图。
[0070] 图1中的监视装置1包括：一第一检测装置3,检测供给受控的所述电机2(电机2 未显示在图1中）的电功率4。
[0071] 为此，在一实施例中，所述第一检测装置3能够检测供给所述电机2的电压10及 电流11。见图2。
[0072] 进一步地，所述监视装置1包括：一第二检测装置5,检测供给所述电机2的机械 功率6。在一实施例中，所述第二检测装置5可WW下公式为基础计算所述机械功率6 :
[0073] Pmach= 2* 31 *M*n
[0074] M为转矩，n为转速18,转速18是由所述电机2的换相预设。
[00巧]在一实施例中，所述电机2在无磁场减弱情况下运转时，转矩M可W由W下公式进 行计算：
[0077] 其中，I为转子-固定坐标系q轴电流，W为磁通量。
[0078] 如果所述电机2在有磁场减弱情况下运转时，转矩M由W下公式计算：
[0080] 其中，Iq为转子-固定坐标系q轴电流；Ld及Lq分别为电感系数。所述第一检测 装置3向所述监视装置1的计算装置7提供电功率4的值。而所述第二检测装置5向所述 计算装置7提供所述电机2的理论机械功率6的值。
[0081] 所述计算装置7根据4和6两个功率值计算电机的效率8。在一实施例中，此效率 值可用电功率4除W机械功率6进行计算。
[0082] 当出现故障即所述电机2转子堵转时，所述第二检测装置5仍会根据所述电机2 的换相所预设的转速计算所述电机2的机械功率6。因此造成机械功率6会比所述电机2 实际输出的机械功率大。
[0083] 如果此时再由电功率4和机械功率6计算所述效率8,由于机械功率6增大，所得 效率8的值将会大于1。然而，效率大于1是不符合实际的，所W可根据此效率8推断所述 电机2发生了转子堵转。
[0084] 在运种情况下，所述计算装置7发出一报错信号9,可用所述电机2的电机控制系 统进行评估。
[00化]在一实施例中，所述监视装置1可设计为一单独的控制单元。在此种实施例中，所 述监视装置1可联接在所述电机2的电机控制系统上，例如可用总线系统（例如CAN总线） 进行联接。
[0086] 而在另一实施例中，所述监视装置1可W作为所述电机2的控制装置16的一部 分。
[0087] 为此，可将所述监视装置1设计为一程序模块，由控制装置16的处理器执行程序。 此程序模块可与其他所需