估算转子磁体温度的方法和其系统的制作方法_3

文档序号:9711074阅读:来源:国知局
速度数据SD。
[0055] 电流调节模块107(例如,d-q轴电流调节模块)提供电流调节数据,以基于来自 转子磁体温度估算模块104、电流修整模块106和端子电压反馈模块108的输入数据调节直 轴电流命令i d and和正交轴电流命令i q and。
[0056] 例如,电流修整模块106可以基于以下因素中的一个或多个确定正交轴(q轴)电 流命令和直轴(d轴)电流命令的修正值或预先调节值:马达117上的转矩载荷和马达117 的速度。转子磁体温度估算模块104可以基于,例如,转子温度的估算变化生成正交轴电流 命令和直轴电流命令的二次调节值。端子电压反馈模块108可以基于控制器电压命令与电 压极限的关系以向直轴电流和正交轴电流提供三次调节值。
[0057] 在示例性实施例中,马达117可以包括内置式永磁电机(IPM)或同步内置式永磁 电机(IPMSM)。
[0058] 传感器115(例如,轴或转子速度检测器)可以包括以下各项中的一种或多种:直 流马达、光学编码器、磁场传感器(例如,霍耳效应传感器)、磁阻传感器和变压器(例如,无 刷旋转变压器)。在一个配置中,传感器115包括位置传感器,其中原始位置数据和相关联 的时间数据被处理以确定马达轴126的速度或速度数据。在另一配置中,传感器115包括 速度传感器或速度传感器和积分器的组合,以确定马达轴的位置。
[0059] 在又一配置中,传感器115包括辅助的、紧凑的直流发生器,所述直流发生器机械 地连接到马达117的马达轴126,以确定马达轴126的速度,其中直流发生器产生与马达轴 126的旋转速度成比例的输出电压。在再一配置中,传感器115包括具有光源的光学编码 器,所述光学编码器朝连接到马达轴126的转动目标传输信号并且接收在光学检测器处反 射或衍射的信号,其中被接收的信号脉冲(例如,方波)的频率可以与马达轴126的速度成 比例。在其它的配置中,传感器115包括具有第一绕组和第二绕组的变压器,其中第一绕组 被供给交流电,其中在第二绕组中感应的电压随着转子的转动频率而变化。
[0060] 图2是根据示例性实施例的与图1A-1B -致的电子数据处理系统的框图。在图2 中,电子数据处理系统120包括电子数据处理器264、数据总线262、数据存储装置260和一 个或多个数据端口(268、270、272、274和276)。数据处理器264、数据存储装置260和所述 一个或多个数据端口连接到数据总线262以支持数据在数据处理器264、数据存储装置260 和所述一个或多个数据端口之间或之内的通信。
[0061] 在示例性实施例中,数据处理器264可以包括电子数据处理器、微处理器、微控制 器、可编程序逻辑阵列、逻辑电路、运算器、专用集成电路、数字信号处理器、比例积分微分 (PID)控制器或另一数据处理装置。
[0062] 数据存储装置260可以包括任何磁性装置、电子装置或光学装置以用于存储数 据。例如,数据存储装置260可以包括电子数据存储装置、电子存储器、非挥发性电子随机 存储器、一个或多个电子数据寄存器、数据锁存器、磁盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器 等。
[0063] 如图2所示,所述数据端口包括第一数据端口 268、第二数据端口 270、第三数据端 口 272、第四数据端口 274和第五数据端口 276,但是可以使用任何适当数量的数据端口。每 个数据端口都可以包括例如,收发器和缓冲存储器。在示例性实施例中,每个数据端口都可 以包括任何串行的或并行的输入/输出端口。
[0064] 在如图2所示的示例性实施例中,第一数据端口 268连接到车辆数据总线118。车 辆数据总线118又连接到控制器266。在一个配置中,第二数据端口 270可以连接到逆变器 电路188 ;第三数据端口 272可以连接到传感器115 ;第四数据端口 274可以连接到模数转 换器122 ;并且第五数据端口 276可以连接到端子电压反馈模块108。模数转换器122连接 到感测电路124。
[0065] 在电子数据处理系统120的不例性实施例中,转矩命令生成模块105与电子数据 处理系统120的第一数据端口 268相关联或由所述第一数据端口支持。第一数据端口 268 可以连接到车辆数据总线118,如控制器区域网络(CAN)数据总线。车辆数据总线118可以 经由第一数据端口 268向转矩命令生成模块105提供具有转矩命令的数据总线信息。车辆 的操作员可以经由用户接口生成转矩命令,所述用户接口例如为节流阀、踏板、控制器266 或其它控制装置。
[0066] 在一些不例性实施例中,传感器115和主处理模块114可以与电子数据处理系统 120的第三数据端口 272相关联或由所述第三数据端口支持。
[0067] 数据处理器264可以被具体地程控以运行转子磁体温度估算模块104、转矩命令 生成模块105、电流修整模块106、电流调节模块107、端子电压反馈模块108、d_q轴电流生 成管理器109、计算模块110、电流调整控制器111、脉宽调制生成模块112、相位转换器113、 主处理模块114、副处理模块116、加法器119、ADC122、感测电路124、电机端子电压估算模 块127、转矩估算模块129和转矩补偿模块131。
[0068] 环境温度、电机运行速度(PM涡流损耗)、电流调整质量和THD电平、电流强度和电 流持续时间以及电机冷却是影响转子磁体温度并且因此影响bemf常数λ £的因素。
[0069] 随着磁体温度增加和bemf常数λ f减小,电磁转矩也将减小。结果,电机的性能将 下降。当换流器在转矩控制模式下运行时,由于将没有用于改变原始转矩命令的速度或电 压环路,因而电机性能的降低将是最显而易见的。除降低的输出转矩性能,如果在高温下, 则磁体还遭遇不可逆退磁的危险。
[0070] 下文在转子坐标系中示出了 IPMSM电机的稳态定子电压方程。
[0073] 其中r表示转子坐标系,s表示定子,Rs是马达117的相的阻抗,ω 是马达117 的电动速度,Ld是直轴电感,Lq是正交轴电感,?^:是定子的正交轴电流,并且是定子的 直轴电流。换句话说,
[0074] 通过比较方程(1)和(2),bemf常数人£仅存在于正交轴端子电压中。假设电 感L d、Lq仅是电流i d、iq的函数,则由于磁体温度改变而发生的bemf常数λ f的改变将影 响正交轴端子电压·。因此,磁体温度的变化将导致bemf常数λ f的变化,并且bemf常数 λ拍变化将产生正交轴端子电压的改变。
[0075] 在至少一个示例性实施例中,转子磁体温度估算模块104计算在相同运行点(例 如,相同转矩和速度)处运行时间正交轴电压与参考电压值的差值,其中参考电压对于固 定的磁体温度是共同的。因此,直轴电感应该是相同值。因此,通过从参考电压减去运行时 间正交轴电压,直轴电感被移除。此外,当马达117承受负载时,温度可以被估算。
[0076] 图3图示了根据示例性实施例的转子磁体温度估算模块104。
[0077] 如图所示,转子磁体温度估算模块104可以包括用于正交轴特征电压的运转 (motoring)查找表305、用于正交轴特征电压的制动查找表310、选择器315、运行时间转换 模块320、磁链模块325、温度计算模块330和滤波器335。
[0078] 运转查找表305和制动查找表310都接收转矩百分比T%和电压速度比Ratio。查 找表305和310可以根据特征化步骤或程序中生成。在IPM特征化(characterization) 步骤或程序中,对应于每个转矩命令百分比和电压速度比的组合的电机效率数据是可获得 的。类似于正交轴参考电压的运转查找表305和制动查找表310以及d-q轴电流查找表, 效率查找表也根据特征化步骤或程序产生,所述特征化步骤或程序也使用电压速度比和转 矩命令百分比作为输入。考虑到效率查找表和电流查找表具有相同的输入,效率查找表与 id和iq查找表并联连接以共用相同的输入。在单独的运转特征化和制动特征的情况下,具 有用于运转模式和制动模式的两个不同的效率查找表。在特征化步骤或程序期间,每安培 的最大转矩(MTPA)曲线和每伏特的最大转矩(MTPV)曲线被记录以用于数个不同的电机速 度。这三个查找表使用相同的T%命令和直流总线电压速度比作为输入。
[0079] 如本文中所述,查找表可以被存储为或配置为文件、数据库、一组数据记录、关联 的数据记录(例如,关联列表)或位于另一适当的数据结构中。
[0080] 在特征化过程中,针对每个特征点记录正交轴端子电压
和磁 链
> 两种不同的方法用于记录正交轴端子电压.
::和磁 链
[0081] 当马达117在临界速度以下时,在一个总线电压电平处进行特征化。在每个特征 点处,因为控制器已经使用端子电压估算模块127和转子位置Θ计算1?,因此通过控制 器记录正交轴端子电压
换句话说,端子电压估算模块127的输出是 Va和Ve。然后
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