用于电力驱动系统的性能监视系统的制作方法

本公开涉及电动马达和电力驱动系统，并且更具体地涉及用于电力驱动系统的性能监视系统。

背景技术：

使用连续交流(ac)功率的假设来分析当前的无刷直流(dc)电动马达。该分析方法使用现有的功率计，其太大而不能永久地安装在交通工具或其他系统上用于适当的测量，并且导致不包括负载和效率的不准确监视。

技术实现要素：

根据一个示例，用于电力驱动系统的性能监视系统包括速度控制器，该速度控制器被配置为将电源可操作地耦合到电动马达。电力驱动系统的性能监视系统还包括多个传感器，以测量与电源、速度控制器和电动马达相关联的性能指标。电力驱动系统的性能监视系统还包括健康状况/性能监视系统，其包括处理器和数据存储装置。健康状况/性能监视系统被配置为基于测量的性能指标确定电力驱动系统的运行效率和健康状况。

根据另一示例，用于电力驱动系统的性能监视系统包括电动马达、控制电动马达的速度的速度控制器，以及提供用于驱动电动马达的电力的电源。性能监视系统还包括用于测量与电动马达相关联的一个或更多个性能指标的传感器和用于测量与速度控制器相关联的一个或更多个性能指标的另一传感器。性能监视系统还包括健康状况/性能监视系统。健康状况/性能监视系统包括处理器和数据存储装置。健康状况/性能监视系统被配置为接收从电源供应的电流和电压的测量值，从速度控制器供应给电动马达的电流和电压的测量值，以及电动马达的速度的测量值。健康状况/性能监视系统还被配置为使用电动马达的电流和电压的测量值以及速度的测量值来确定电力驱动系统的运行效率和健康状况。

根据另一示例，一种用于多马达飞行器的性能监视系统，包括安装到多马达飞行器的多个电力驱动系统。每个电力驱动系统包括电动马达和速度控制器。电源提供用于驱动每个电动马达的电力。每个速度控制器将电源可操作地耦合到相关联的电动马达。性能监视系统还包括多个传感器，用于测量与电源、每个速度控制器和每个电动马达相关联的性能指标。性能监视系统还包括健康状况/性能监视系统，其包括处理器和数据存储装置。健康状况/性能监视系统被配置为接收从电源供应的电流和电压的测量值，从每个速度控制器供应给相关联的电动马达的电流和电压的测量值，以及每个电动马达的速度的测量值。健康状况/性能监视系统还被配置为使用每个电动马达的电流和电压的测量值以及速度的测量值来确定每个电力驱动系统的运行效率和健康状况。基于每个电力驱动系统的运行效率和健康状况来控制每个电动马达的输出。

根据另一示例，一种用于监视电力驱动系统的方法包括接收由电源供应给速度控制器的电力的电流和电压的测量值，以及接收驱动电动马达的电力的电流和电压的测量值。速度控制器将电源可操作地耦合到电动马达以提供电力来驱动电动马达。该方法还包括测量电动马达的速度，以及使用电动马达的电流和电压的测量值以及速度的测量值由健康状况/性能监视系统确定电力驱动系统的运行效率和健康状况。

根据一个示例和任何前述示例，多个传感器包括用于测量从电源供应的电流和电压的传感器以及用于测量从速度控制器供应给电动马达的电流和电压的传感器。传感器还包括用于测量电动马达的速度的传感器。

根据一个示例和任何前述示例，健康状况/性能监视系统被配置为接收从电源供应的电流和电压的测量值，从速度控制器供应给电动马达的电流和电压的测量值，和电动马达的速度的测量值。健康状况/性能监视系统或健康状况/性能监视系统的处理器被配置为使用电流和电压的测量值和速度的测量值来确定电力驱动系统的运行效率和健康状况。

根据一个示例和任何前述示例，多个传感器还包括用于测量与电动马达相关联的温度的传感器和用于测量与电动马达相关联的振动的传感器。

根据一个示例和任何前述示例，多个传感器还包括与电动马达分开的用于测量振动的其他传感器，其用于将电动马达特有的振动与交通工具或其他系统可能经历的其他振动区分开。多个传感器还包括与电动马达分开的用于测量温度的其他传感器，其用于将电动马达特有的温度与交通工具或系统可能经历的其他温度区分开。

根据一个示例和任何前述示例，健康状况/性能监视系统被配置为接收从电源供应的电流和电压的测量值，从速度控制器供应给电动马达的电流和电压的测量值，电动马达的速度的测量值，以及与电动马达相关联的温度的测量值和振动的测量值，其中健康状况/性能监视系统或处理器被配置为使用电流和电压的测量值、速度的测量值以及与电动马达相关联的温度的测量值和振动的测量值来确定电力驱动系统的运行效率和健康状况。

根据一个示例和任何前述示例，处理器被配置为执行功能组，包括记录(logging)与电动马达和/或电力驱动系统相关联的功率和效率数据；记录与电动马达相关联的温度数据；记录与电动马达相关联的振动数据；并且响应于超过预设限制的任何数据执行预定动作。

根据一个示例和任何前述示例，预定动作包括以下中的至少一个：生成警报消息；发送包括推荐的动作过程的消息；以及从使用电动马达或电力驱动系统切换到冗余马达或系统。

根据一个示例和任何前述示例，性能监视系统还包括用于呈现警报消息和/或包括推荐的动作过程的消息的接口。

根据一个示例和任何前述示例，其中健康状况/性能监视系统包括微功率计。微功率计包括被配置为接收性能指标测量值的模拟前端。

根据一个示例和任何前述示例，其中模拟前端包括多个可编程模拟块，其可编程以接收不同类型的测量信号。模拟前端还被配置为执行模拟信号滤波和模数转换。

根据一个示例和任何前述示例，其中速度控制器经由连接在速度控制器和电动马达之间的三相电导体向电动马达提供三相电力。用于测量由速度控制器提供的电压和电流的传感器包括耦合到三相电导体的每个相的单独的电压和电流测量传感器。

根据一个示例和任何前述示例，电动马达包括无刷直流(dc)电动马达。

根据一个示例和任何前述示例，速度控制器被配置为将来自电源的源电压转换为三相斩波dc方波。每个波包括的方波频率比电动马达的换向频率高预定数量的数量级。

根据一个示例和任何前述示例，速度控制器被配置为对三相斩波dc方波中的每一个进行脉冲宽度调制，以在供应给电动马达的三相电力的每个相上提供近似正弦的相位信号。

根据一个示例和任何前述示例，性能监视系统在交通工具上，并且性能监视系统还包括与健康状况/性能监视系统进行信号通信的交通工具控制器。交通工具控制器被配置为执行功能组，包括向速度控制器提供节气门(throttle)控制信号；记录与电动马达和/或电力驱动系统相关联的功率和效率数据；记录与电动马达和/或电力驱动系统相关联的健康状况数据；并且响应于超过预设限制的任何数据执行预定动作。

根据一个示例和任何前述示例，其中交通工具是飞行器或航天器。

根据一个示例和任何前述示例，其中性能监视系统在飞行器上。该飞行器包括多个电力驱动系统。每个电力驱动系统包括电动马达和与每个电动马达相关联的速度控制器。多个传感器包括与每个电动马达相关联的传感器和与每个速度控制器相关联的传感器，以测量与每个电动马达和每个速度控制器相关联的性能指标。基于每个电力驱动系统的运行效率和健康状况来控制每个电动马达的输出。

已经讨论的特征、功能和优点可以在各种示例中独立地实现，或者可以在其他示例中组合地实现，其进一步的细节可以参考以下描述和附图看出。

附图说明

图1是包括根据本公开的示例的性能监视系统的电力驱动系统的示例的方框示意图。

图2是包括根据本公开另一示例的性能监视系统的电力驱动系统的示例的方框示意图。

图3是包括根据本公开另一示例的性能监视系统的多马达交通工具或飞行器的示例的方框示意图。

图4a和图4b是根据本公开的示例的用于监视电力驱动系统的方法的示例的流程图。

图5是根据本公开的示例的用于驱动无刷dc马达的三相斩波dc方波波形的示例的图示。

图6是根据本公开的示例的dc方波波形的脉冲宽度调制(pwm)的示例的图示，以提供用于驱动无刷dc马达的近似正弦的相位信号。

具体实施方式

以下对示例的详细描述参考附图，附图示出了本公开的具体示例。具有不同结构和操作的其他示例不脱离本公开的范围。相同的附图标记可以指代不同附图中的相同元件或组件。

图1是包括根据本公开的示例的性能监视系统101的电力驱动系统100的示例的方框示意图。电力驱动系统100包括速度控制器102和电动马达106。速度控制器被配置为将电源104可操作地耦合到电动马达106。速度控制器102可以是电子速度控制器(esc)。电力驱动系统100和/或性能监视系统101还包括多个传感器108，以测量与电源104、速度控制器102和电动马达106相关联的性能指标110。电力驱动系统100和/或性能监视系统101还包括健康状况/性能监视系统112，其包括处理器114或中央处理单元(cpu)和数据存储装置116。健康状况/性能监视系统112被配置为基于测量的性能指标110确定电力驱动系统100的运行效率118和健康状况120或机械状况。

根据一个示例，多个传感器108包括用于测量从电源104供应给速度控制器102的电流和电压(i，v)的传感器108a以及用于测量从速度控制器102供应给电动马达106的电流和电压(i，v)的一个传感器108b或多个传感器108b。多个传感器108还包括用于测量电动马达106的速度的传感器108c。速度的测量值122可以是每分钟转数(rpm)。感测电动马达106的速度检测速度控制器102未命令改变的任何失速或漂移。电动马达106机械地耦合到或驱动任何类型的负载124或机械设备。

根据一个示例，多个传感器108还包括用于测量与电动马达106相关联的温度的传感器108d和用于测量与电动马达106相关联的振动的传感器108e。根据不同的示例，用于测量与电动马达106相关联的温度和振动的传感器108d和108e包括位于电动马达106内、电动马达106上或电动马达106内部和外部的传感器108d和108e。

根据一个示例，多个传感器108另外包括与电动马达106分开的用于测量振动的其他传感器108e，其用于将电动马达106特有的振动与交通工具156或系统可能经历的其他振动区分开。多个传感器108还可以包括与电动马达106分开的用于测量温度的其他传感器108d，其用于将电动马达106特有的温度与交通工具156或系统可能经历的其他温度区分开。

健康状况/性能监视系统112被配置为接收从电源104供应给速度控制器102的电流和电压的测量值(i，v)，从速度控制器102供应给电动马达106的电流和电压的测量值(i，v)，以及电动马达106的速度的测量值122。健康状况/性能监视系统112或处理器114被配置为执行功能组126。该功能组包括使用电流和电压的测量值(i，v)和速度的测量值122确定电力驱动系统100的运行效率118和健康状况120。根据一个示例，健康状况/性能监视系统112还被配置为接收与电动马达106相关联的温度的测量值128、振动的测量值130以及用于确定电动马达106的运行效率118和健康状况120的任何其他测量值132或数据。健康状况/性能监视系统112或健康状况/性能监视系统112的处理器114被配置为使用电流和电压的测量值(i，v)、速度的测量值122以及与电动马达106相关联的温度的测量值128和振动的测量值130来确定电力驱动系统100的运行效率118和健康状况120。温度的测量值128、振动的测量值130和任何其他测量值132或数据可以被存储在数据存储装置116上。

健康状况/性能监视系统112的处理器114被配置为执行功能组126，其包括记录与电力驱动系统100或电动马达106相关联的功率和效率数据134；记录与电动马达106相关联的温度的测量值128或数据；并且记录与电动马达106相关联的振动的测量值130或数据以及任何其他测量值132或数据。功能组126还包括响应于超过预设限制的任何数据执行预定动作136，如本文中参考图图4a和图4b中的示例性方法400更详细地描述的。根据一个示例，功率和效率数据134、温度的测量值128、振动的测量值130和其他测量值132被存储在与健康状况/性能监视系统112相关联的数据存储装置116上。在图1的示例中，数据存储装置116是健康状况/性能监视系统112的组件。

健康状况/性能监视系统112或处理器114被配置为使用电动马达106的电流和电压的测量值(i，v)和速度的测量值122来确定电力驱动系统100的运行效率118和健康状况120。电力驱动系统100或电动马达106的运行效率118可以被定义为由电动马达106产生的机械能或功(work)的量除以供应给电动马达106的电能或功率(power)的比率。电力驱动系统100或电动马达106的健康状况120或机械状况可以通过运行参数来确定，例如温度、振动或其他参数，这些参数指示电力驱动系统100或电动马达106的健康状况120或机械状况处在正常运行范围或限制或基线测试数据内。正常运行范围或限制或基线测试数据可以由特定电动马达的制造商提供。

根据一个示例并且如关于图4a和图4b更详细地描述的那样，预定动作136或多个动作包括以下中的至少一个：生成警报消息；发送包括推荐的动作过程的消息；并且从使用电力驱动系统100或电动马达106切换到冗余系统或马达。提供用户接口138用于呈现警报消息和/或包括推荐的动作过程的消息。

根据一个示例，健康状况/性能监视系统112包括微功率计140。微功率计140可以是可编程片上系统或相似电子装置。微功率计140提供构建在可部署系统中的微型化功率计方案，可部署系统提供电动力传动系的实时或接近实时的运行效率和健康状况监视。电动力传动系可以被定义为电源104、速度控制器102、将电流转换为扭矩的电动马达106，以及将电动马达106耦合到负载124的任何齿轮装置或其他机械设备。微功率计140允许对速度控制器102的输入端处和在紧凑封装中与速度控制器102一起安装的电动马达106供电的三相导体148a-148c中的每个处的电流和电压的准确测量。微功率计140包括被配置为接收性能指标110或测量值的模拟前端142。模拟前端142包括多个可编程模拟块144，其可编程以接收不同类型的测量信号或数据。模拟前端142还包括用于执行模拟信号滤波的滤波器(图3中未示出)和用于模数转换的模数转换器(图3中未示出)。微功率计140被配置为将来自传感器108的模拟测量值或信号转换为数字数据，将数字数据与基线或正常运行数据进行比较，并将运行效率和健康状况数据或信号157报告给系统或交通工具控制器158，如本文所述。根据另一示例，系统或交通工具控制器158是如本文所述的飞行器的飞行控制器。

根据一个示例，电动马达106包括无刷直流(dc)电动马达。速度控制器102经由连接在速度控制器102和电动马达106之间的三相电导体148a-148c向电动马达106提供三相电力146。用于测量由速度控制器102供应的电压和电流的传感器108b包括耦合到三相电导体148a-148c的每个相的单独的电压和电流测量传感器108b。虽然已经关于三相电力146描述了图1中的示例性示例，但是本文描述的示例的特征可配置用于任何类型的电力驱动系统，包括具有多于三相或小于三相的电力驱动系统。

根据一个示例，速度控制器102被配置为将来自电源104的源电压150转换为三相斩波dc方波波形152。每个波形152包括的方波频率比电动马达106的换向频率高预定数量的数量级。参见图5，图5是根据本公开的示例用于驱动无刷dc马达的三相斩波dc方波波形500a、500b和500c的示例的示意图。三相斩波dc波形500a、500b和500c可以用于波形152。

根据另一示例，速度控制器102被配置为对三相斩波dc方波波形152中的每一个进行脉冲宽度调制154，以在供应给电动马达106的三相电力146的每个相上提供近似正弦的相位信号。参见图6，图6是根据本公开的示例的dc方波波形602的脉冲宽度调制(pwm)600的示例的图示，以提供用于驱动无刷dc马达的近似正弦的相位信号604。

根据一个示例，电力驱动系统100在交通工具156上，并且电力驱动系统100和性能监视系统101还包括与健康状况/性能监视系统112进行信号通信的交通工具控制器158。根据如图1所示的示例，交通工具控制器158包括处理器160或中央处理单元(cpu)和数据存储装置162。交通工具控制器158或处理器160被配置为执行功能组164，包括提供节气门控制信号166至速度控制器102；记录与电力驱动系统100和/或电动马达106相关联的功率和效率数据134；记录与电力驱动系统100和/或电动马达106相关联的健康状况数据120；并且响应于超过预设限制的任何数据执行预定动作136。因此，数据存储装置162可以存储与数据存储装置116相似的测量值或数据。

根据一个示例，交通工具156是飞行器或航天器。将参考图3更详细地描述在包括多个电力驱动系统的飞行器中实施的性能监视系统(例如性能监视系统101)的另一示例。

图2是根据本公开另一示例的包括性能监视系统201的电力驱动系统200的示例的方框示意图。电力驱动系统200与图1中的电力驱动系统100基本相同。除了健康状况/性能监视系统112体现在交通工具控制器158’中之外，性能监视系统201相似于图1中的性能监视系统201。相应地，交通工具控制器158’被配置为执行功能组164’，其包括关于图1中的关于健康状况/性能监视系统112描述的功能组126以及图1中的交通工具控制器158的功能组164。

图3是根据本公开另一示例的包括性能监视系统301的多马达交通工具或飞行器300的示例的方框示意图。性能监视系统301与图1中的性能监视系统101或图2中的性能监视系统201基本相同或相似。在一个示例中，飞行器300是多旋翼/转子飞行器或无人机(drone)。飞行器300包括安装到飞行器300的多个电力驱动系统302。每个电力驱动系统302包括电动马达304和速度控制器或电子速度控制器(esc)306。一个或更多个电源308提供用于驱动电动马达304的电力。每个速度控制器或esc306将电源308或至少一个电源308可操作地耦合到相关联的电动马达304。根据一个示例，每个esc306和相关联的电动马达304定义推力发生器310，其被可操作地连接到螺旋桨或转子(未示出)，以向飞行器300提供升力和/或推力。性能监视系统301另外包括多个传感器312，用于测量与电源308、每个速度控制器或esc306和每个电动马达304相关联的性能指标。传感器312与参考图1和图2描述的传感器108相似或相同，并且传感器312位于与参考图1和图2描述的或者如图1和图2所示的位置相似的位置。

性能监视系统301还包括健康状况/性能监视系统314。根据图3中的示例性示例，健康状况/性能监视系统314是飞行控制器316的组件。在其他示例中，健康状况/性能监视系统314是飞行器处理器318的组件，或者健康状况/性能监视系统314是通信地耦合到飞行控制器316或飞行器处理器318或耦合到两者的单独的组件。健康状况/性能监视系统314与参考图1和图2描述的健康状况/性能监视系统112相同或相似，并且被配置为执行相同或相似的功能。相应地，健康状况/性能监视系统314被配置为接收从电源308或多个电源供应的电流和电压的测量值、从每个esc306供应给相关联的电动马达304的电流和电压的测量值，以及每个电动马达304的速度的测量值。健康状况/性能监视系统314还被配置为使用每个电动马达304的电流和电压的测量值以及速度的测量值来确定每个电力驱动系统302或电动马达304的运行效率和健康状况。基于每个电力驱动系统302或电动马达304的运行效率和健康状况，经由相关联的速度控制器或esc306来控制每个电动马达304的输出，相似于先前描述的并且如图4a和图4b中的示例性方法400中所述。

图3还示出了用于飞行器300的示例性飞行控制系统320的框图。飞行控制系统320可以被配置为控制飞行器300的各种组件和功能。如图所示，飞行控制系统320包括一个或更多个飞行器处理器318，其与至少一个存储器装置322、飞行控制器316、无线收发器324和导航系统326通信地耦合。飞行器处理器318可以被配置为至少部分地基于指令(例如，软件)和存储到存储器装置322(例如，硬盘驱动器，闪存等)的一个或更多个数据库，执行一个或更多个操作。飞行器300还可以包括其他期望的服务，例如与天线328耦合的无线收发器324，以在飞行控制系统320和远程设备330(例如，便携式电子设备，诸如智能电话、平板电脑、膝上型计算机)或(例如，在基站处)其他控制器之间通信数据。例如，飞行控制系统320还可以经由无线收发器324与另一个飞行器300通信，从而促进协作运行。

在某些方面，飞行控制系统320可以通过网络332与远程设备330和/或另一个飞行器300通信数据(处理的数据、未处理的数据等)。在某些方面，无线收发器324可以被配置为使用一个或更多个无线标准进行通信，例如蓝牙(例如，在从2.4至2.485ghz的工业、科学和医学(ism)频段中的短波长、超高频(uhf)无线电波)、近场通信(nfc)、wi-fi(例如，电气和电子工程师协会(ieee)802.11标准)等。远程设备330可以促进监视和/或控制飞行控制系统320及其(一个或更多个)有效载荷，包括智能、监督和侦察(isr)有效载荷334。

远程设备330为用户提供控制和通信接口。远程设备330可以被配置为用作管理器，该管理器使用户能够监视、指导和控制飞行器300上的系统。远程设备330可以用于使用户能够输入任务、约束、修改任务分配列表、升级软件/固件等。远程设备330可以包括触摸屏图形用户接口(“gui”)和/或语音识别系统。远程设备330可以采用例如平板计算机、膝上型计算机，智能电话或其组合。远程设备330用作飞行员和飞行器300上的系统之间的主要通信通道，使用户能够命令任务并接收反馈或指令。远程设备330可以给出视觉和听觉警报以将飞行员的注意力引导到特定警报。

飞行器处理器318可以可操作地耦合到飞行控制器316以响应于来自操作员、自动驾驶仪、导航系统326或经由无线收发器324的其他高级系统的命令，来控制各种致动器336的操作(例如，控制任何飞行表面的移动和锁定的那些，例如可移动飞行控制表面、电动马达304(例如，经由电子速度控制器(esc)306)。在某些方面，飞行器处理器318和飞行控制器316可以集成在单个组件或电路中。在运行中，飞行控制器316可以通过esc306在飞行的各个阶段期间动态地(即，实时地或接近实时地)并且独立地调节推力以控制飞行器300的侧倾、俯仰或偏航。当使用具有转子叶片(例如，螺旋桨)的转子时，飞行控制器316可以改变转子的每分钟转数(rpm)和/或在需要时改变转子叶片的俯仰。例如，可以通过调节从电源308(例如，电池包或电池组)经由esc306供应给每个电动马达304的电力来控制电动马达304。

飞行器处理器318可以可操作地耦合到导航系统326，导航系统326可以包括与惯性导航系统(ins)326b和/或惯性测量单元(imu)326c通信地耦合的全球定位系统(gps)326a，其可包括一个或更多个陀螺仪和加速度计。gps326a给出绝对无漂移位置值，该值可用于重置ins解决方案或者可以通过使用诸如卡尔曼滤波器的数学算法与ins解决方案混合。导航系统326尤其可以将惯性稳定数据通信到飞行器处理器318。

为了收集数据和/或监视区域，飞行控制系统320可以配备有附加的感测装置338，例如isr有效载荷334，包括，例如一个或更多个相机334a(例如，用于记录或捕获图像和/或视频的光学仪器，包括光检测和测距(lidar)装置)、音频装置334b(例如，麦克风、回波定位传感器等)，以及其他传感器装置334c，以促进isr功能并提供isr数据(例如，照片、视频、音频、传感器测量值等)。isr有效载荷334可操作地耦合到飞行器处理器318，以促进isr有效载荷334与飞行器处理器318之间的isr数据(传感器数据)的通信。isr数据可用于导航飞行器300和/或以其他方式控制飞行控制系统320。在某些方面，isr有效载荷334可以经由万向节系统被可旋转地且可枢转地耦合到例如飞行器300的机身的下侧表面(或另一个结构组件，例如飞行器300的转子臂架(boom)或者机翼)，使isr有效载荷334能够更容易地被向下定向以监视下方和/或地面上的物体。数据可以经由无线收发器324通过网络332从飞行控制系统320被动态地或周期性地通信到远程设备330，或者存储到存储器装置322以供稍后访问或处理。

图4a和图4b是根据本公开的示例的用于监视电动马达的方法400的示例的流程图。根据一个示例，方法400体现在图1中的性能监视系统101或图2中的性能监视系统201和图3中的性能监视系统301中并由其执行。

在框402中，接收由电源供应给速度控制器或esc的电力的电流和电压的测量值。在框404中，接收来自驱动电动马达的每个相的电流和电压的测量值。根据一个示例，速度控制器提供三相电力以驱动电动马达。以比马达的换向频率快得多的频率来执行或采样电流和电压测量。以比换向频率快得多的频率来执行或采样电流和电压测量，以准确地捕获任何尖峰和脉冲到马达。

在框406中，接收温度的测量值和任何其他参数或性能指标(例如振动等)的测量值，以用于确定马达的健康状况或机械状况和马达的运行效率。

在框408中，测量和接收马达的速度。感测马达的速度检测速度控制器未命令改变的任何失速或漂移。在框410中，使用电流和电压的测量值、速度的测量值以及与马达的运行相关联的任何其他测量参数或指标，由健康状况/性能监视系统来确定马达的运行效率和健康状况。根据一个示例，将测量值与基线测试结果或正常运行参数进行比较，以确定马达的健康状况或机械状况。通过将输出机械能或功与输入电能进行比较，或通过确定输出机械能或功除以输入电能或功率的比率来确定运行效率。可以基于由电动马达驱动的负载的特性从电动马达的速度确定输出机械能或功。

在框412中，确定马达是否有效地运行。如果输出机械能或功除以输入电能或功率的比率超过特定马达的预设阈值，则马达有效地运行。可以由马达制造商为特定马达确定并提供预设阈值。如果马达没有有效地运行，则方法400前进到框414。在框414中，生成电动马达低效运行的警报或消息并将其发送到用户接口或其他设备。与预设阈值的偏差量可以包括在消息中。

在框416中，响应于马达低效运行而执行一个或更多个预定动作。一个或更多个预定动作的示例包括但不必限于生成警报或消息、发送推荐的动作过程、或切换到冗余马达或系统。该方法或系统可以自动地切换到冗余马达或系统，或者推荐飞行员或操作员切换到冗余马达或系统。

在框412中，如果马达有效地运行，则方法400前进到框418。在框418中，确定框402-408中的测量值是否在马达或基线限制的正常运行限制内。如果任何测量值不在正常运行限制或基线测量值内，则方法400前进到框420。在框420中，生成测量值或特定测量值在限制或基线之外和/或马达不在正常运行限制或参数内运行的消息并将其发送到用户接口或其他设备。例如，如果马达的运行温度超过正常运行范围或限制，或者振动的测量值超过正常运行参数或基线测量值，则生成消息并将其传输到用户接口。消息中还可以包括与正常运行限制或基线的偏差量。

在框422中，响应于任何测量值在正常运行限制或基线测量值之外，执行一个或更多个预定动作。一个或更多个预定动作的示例包括但不必限于生成警报或消息，发送推荐的动作过程，或切换到冗余马达或系统。

在框418中，如果测量值在正常运行限制内，则方法400前进到框424。在框424中，确定当前命令设置(速度或节气门设置等)是否将驱动马达或系统在正常运行限制之外或超出正常运行限制。如果当前命令设置将不会驱动马达或系统超出正常运行限制，则方法400前进到框426。在框426中，生成系统正常运行或在限制内的消息并将其发送到用户接口或其他设备。

在框428中，估计性能余量。性能余量可以被定义为当前运行状态和性能限制之间的差异。在框430中，存储性能余量并将其作为系统特性发送到用户接口。从框430，方法400可以返回到框402，并且方法400可以如先前所描述的那样行进以继续监视马达。

返回到框424，如果当前命令将驱动马达或系统在正常运行限制之外或超出正常运行限制，则方法400前进到框432。在框432中，生成消息并将其发送到用户接口，该消息推荐一个或更多个较低的运行设置。在框434中，设置警告并将消息发送到用户接口或其他设备。方法400或系统响应于设置警告，将在预设时间段之后检查一个或更多个电力设置中的变化。

在框436中，基于一个或更多个电力设置中的变化确定马达和/或系统是否趋向于回到正常运行限制内。如果马达和/或系统没有趋向于回到正常运行限制内，则方法400前进到框420，并且方法400的行进相似于先前关于框420和422描述。

在框436中，如果马达和/或系统趋向于回到正常运行限制内，则方法400前进到框438。在框438中，估计马达和/或系统返回到限制内的恢复特性。恢复特性的示例包括但不必限于传热系数的温度变化率、速度偏差恢复(在偏差之后速度如何平滑或归一化的特性或速度样本的导数做什么的特性)，对于绕组电阻变化的功率输入与温度、速度控制器温度与功率电阻的变化(例如，在过热和冷却后恢复到正常运行温度的效率，或者速度控制器和/或马达在更高负载下运行是否受到损坏和/或永久性效率损失？)。在框440中，存储估计的恢复特性。响应于马达和/或系统返回到正常运行限制，生成消息并将其发送到用户接口或其他设备。然后，方法400可以返回到框402，并且方法400可以如前所述行进以继续监视马达。

附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种示例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段或指令的一部分，其包括用于实现指定的一个或更多个逻辑功能的一个或更多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中提到的功能可以不按图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由基于专用硬件的系统来实现，其执行指定的功能或动作，或实现专用硬件和计算机指令的组合。

这里使用的术语仅用于描述特定示例的目的，并不旨在限制本公开的示例。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在或添加。

所附权利要求中的所有装置或步骤加上功能元件的相应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合如具体要求保护的其他要求保护的元件来执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本示例的描述，但是并不旨在穷举或限于所公开的形式的示例。在不脱离示例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是明显的。

此外，本公开包括根据以下实施例的示例：

实施例1.一种用于电力驱动系统(100)的性能监视系统(101)，其包括：

速度控制器(102)，其被配置为将电源(104)可操作地耦合到电动马达(106)；

多个传感器(108)，用于测量与电源(104)、速度控制器(102)和电动马达(106)相关联的性能指标(110)；和

健康状况/性能监视系统(112)，其包括处理器(114)和数据存储装置(116)，其中健康状况/性能监视系统(112)被配置为基于测量的性能指标(110)确定电力驱动系统(100)的运行效率(118)和健康状况(120)。

实施例2.根据实施例1所述的性能监视系统(101)，其中多个传感器(108)包括：

传感器(108a)，用于测量从电源(104)供应的电流和电压；

传感器(108b)，用于测量从速度控制器(102)供应给电动马达(106)的电流和电压；和

传感器(108c)，用于测量电动马达(106)的速度。

实施例3.根据实施例1或2所述的性能监视系统(101)，其中健康状况/性能监视系统(112)被配置为接收从电源(104)供应的电流和电压的测量值(i，v)，从速度控制器(102)供应给电动马达(106)的电流和电压的测量值(i，v)，以及电动马达(106)的速度的测量值(122)，其中健康状况/性能监视系统(112)或处理器(114)被配置为使用电流和电压的测量值(i，v)和速度的测量值(122)来确定电动马达(106)的运行效率(118)和健康状况(120)。

实施例4.根据实施例1-3中任一项所述的性能监视系统(101)，其中多个传感器(108)还包括：

传感器(108d)，用于测量与电动马达(106)相关联的温度(128)；和

传感器(108e)，用于测量与电动马达(106)相关联的振动(130)。

实施例5.根据实施例1-4中任一项所述的性能监视系统(101)，其中健康状况/性能监视系统(112)被配置为接收从电源(104)供应的电流和电压的测量值(i，v)，从速度控制器(102)供应给电动马达(106)的电流和电压的测量值(i，v)，电动马达(106)的速度的测量值(122)，以及与电动马达(106)相关联的温度的测量值(128)和振动的测量值(130)，其中健康状况/性能监视系统(112)或处理器(114)被配置为使用电流和电压的测量值(i，v)、速度的测量值(122)以及与电动马达(106)相关联的温度的测量值和振动的测量值(128,130)，来确定电力驱动系统(100)的运行效率(118)和健康状况(120)。

实施例6.根据实施例1-5中任一项所述的性能监视系统(101)，其中处理器(114)被配置为执行功能组(126，164，164’)，包括：

记录与电动马达(106)和/或电力驱动系统(100)相关联的功率和效率数据(134)；

记录与电动马达(106)相关联的温度数据(128)；

记录与电动马达(106)相关联的振动数据(130)；和

响应于超过预设限制的任何数据(128，130，134)执行预定动作(136，416)。

实施例7.根据实施例6所述的性能监视系统(101)，其中预定动作(136，416)包括以下中的至少一个：

生成警报消息(416)；

发送包括推荐的动作过程的消息(416)；和

从使用电动马达(106)或电力驱动系统(100)切换到冗余马达或系统。

实施例8.根据实施例1-7中任一项所述的性能监视系统(101)，还包括用于呈现警报消息和/或包括推荐的动作过程的消息(416)的接口(138)。

实施例9.根据实施例1-8中任一项所述的性能监视系统(101)，其中健康状况/性能监视系统(112)包括微功率计(140)，该微功率计(140)包括被配置为接收该性能指标(110)测量值的模拟前端(142)。

实施例10.根据实施例9所述的性能监视系统(101)，其中模拟前端(142)包括多个可编程模拟块(144)块，其可编程以接收不同类型的测量信号。

实施例11.根据实施例1-10中任一项所述的性能监视系统(101)，其中速度控制器(102)经由连接在速度控制器(102)和电动马达(106)之间的三相电导体(148a-148c)向电动马达(106)提供三相电力(146)，并且其中用于测量由速度控制器(102)供应的电压和电流(i，v)的传感器(108)包括耦合到三相电导体(148a-148c)的每个相的单独的电压和电流测量传感器(108b)。

实施例12.根据实施例1-11中任一项所述的性能监视系统(101)，其中电动马达(106)包括无刷直流(dc)电动马达。

实施例13.根据实施例1-12中任一项所述的性能监视系统(101)，其中速度控制器(102)被配置为将来自电源(104)的源电压(150)转换为三相斩波dc方波(500a-500c)，每个波包括的方波频率比电动马达(106)的换向频率高预定数量的数量级。

实施例14.根据实施例13所述的性能监视系统(101)，其中速度控制器(102)被配置为对三相斩波dc方波(500a-500c)中的每一个进行脉冲宽度调制(154)以在供应给电动马达(106)的三相电力(146)的每个相上提供近似正弦的相位信号(604)。

实施例15.根据实施例1-14中任一项所述的性能监视系统(101)，其中电动马达(106)性能监视系统(101)在交通工具(156)上，并且性能监视系统(101)还包括交通工具控制器(158)，其与健康状况/性能监视系统(112)进行信号通信，交通工具控制器(158)被配置为执行功能组(164，164’)，包括：

提供节气门控制信号(166)给速度控制器(102)；

记录与电动马达(106)相关联的功率和效率数据(134)；

记录与电动马达(106)相关联的健康状况数据(120)；和

响应于超过预设限制的任何数据(120，134)执行预定动作(136)。

实施例16.根据实施例1-15中任一项所述的性能监视系统(101)，其中交通工具(156)是飞行器(302)或航天器。

实施例17.根据实施例1-16中任一项所述的性能监视系统(101)，其中性能监视系统(101)在飞行器(300)上，该飞行器(300)包括多个电力驱动系统(302)，每个电力驱动系统包括：

电动马达(304)；和

与每个电动马达(304)相关联的速度控制器(306)，其中多个传感器(312)包括与每个电动马达(304)相关联的传感器(312)和与每个速度控制器(306)相关联的传感器(312)，以测量与每个电动马达(304)和每个速度控制器(306)相关联的性能指标(110)，并且其中基于每个电力驱动系统(302)的运行效率(118)和健康状况(120)控制每个电动马达(304)的输出。

实施例18.一种用于电力驱动系统(100)的性能监视系统(101)，包括：

电动马达(106)；

速度控制器(102)，其控制电动马达(106)的速度；

电源(104)，其提供用于驱动电动马达(106)的电力；

传感器(108)，其用于测量与电动马达(106)相关联的一个或更多个性能指标(110)；

另一传感器(108)，其用于测量与速度控制器(102)相关联的一个或更多个性能指标(110)；和

健康状况/性能监视系统(112)，其包括处理器(114)和数据存储装置(116，162)，该健康状况/性能监视系统(112)被配置为接收从电源(104)供应的电流和电压的测量值(i，v)，从速度控制器(102)供应给电动马达(106)的电流和电压的测量值(i，v)，以及电动马达(106)的速度的测量值(122)，其中该健康状况/性能监视系统(112)还被配置为使用电流和电压的测量值(i，v)和电动马达(106)的速度的测量值(122)来确定电力驱动系统(100)的运行效率(118)和健康状况(120)。

实施例19.一种用于多马达(304)飞行器(300)的性能监视系统(301)，包括：

安装到多马达飞行器(300)的多个电力驱动系统(302)，每个电力驱动系统(302)包括电动马达(304)和速度控制器(306)；

电源(308)，其提供用于驱动电动马达(304)的电力，其中每个速度控制器(306)将电源(308)可操作地耦合到相关联的电动马达(304)；

多个传感器(312)，用于测量与电源(308)和每个电动马达(304)相关联的性能指标(110)；和

健康状况/性能监视系统(314)，其包括处理器(114)和数据存储装置(162)，该健康状况/性能监视系统(314)被配置为接收从电源(308)供应的电源和电压的测量值(i，v)，从每个速度控制器(306)供应给相关联的电动马达(304)的电流和电压的测量值(i，v)，以及每个电动马达(304)的速度的测量值(122)，其中该健康状况/性能监视系统(314)还被配置为使用每个电动马达(304)的电流和电压的测量值(i，v)和速度的测量值(122)来确定每个电力驱动系统(302)的运行效率(118)和健康状况(120)，并且其中基于每个电力驱动系统(302)的运行效率(118)和健康状况(120)来控制每个电动马达(304)的输出。

实施例20.一种用于监视电力驱动系统(100，302)的方法(400)，该方法包括：

接收由电源(104，308)供应给速度控制器(102，306)的电力的电流和电压的测量值；

接收(402)驱动电动马达(106，304)的电力(146)的电流和电压的测量值，其中速度控制器将电源可操作地耦合到电动马达以提供电力来驱动电动马达；

测量(408)电动马达的速度；和

使用电动马达(106，304)的电流和电压的测量值(i，v)和速度的测量值(122)，由健康状况/性能监视系统(112，314)确定(410)电力驱动系统(100，302)的运行效率(118)和健康状况(120)。

尽管本文已说明和描述了具体示例，但所属领域的普通技术人员应了解，经计算以实现相同目的的任何布置可替代所展示的具体示例且示例在其它环境中具有其它应用。本申请旨在涵盖任何适应或变化。所附权利要求绝不旨在将本公开的示例的范围限制于本文描述的具体示例中。