用于永磁同步马达的永磁磁链确定的制作方法

用于永磁同步马达的永磁磁链确定
1.相关申请的交叉参引
2.本pct国际专利申请要求于2020年3月20日提交的序列号为62/992,179并且题为“permanent magnet flux linkage measurement and estimation method for high performance pmsm control(用于高性能pmsm控制器的永磁磁链测量和估计方法)”的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的全部内容在此通过参引并入。
技术领域
3.本公开总体上涉及永磁强度或磁链的测量，其可以用于检测永磁同步马达(pmsm)中的可逆或不可逆的磁故障以及用于改进性能的马达控制。更具体地，本公开涉及用以在pmsm处于静止状态的情况下测量和估计永磁体的完好状况(soh)和强度以检测退磁的系统和方法。


背景技术：

4.永磁同步电机(pmsm)由于其高功率密度和高效率而广泛地用于电动车辆中。pmsm电机中的永磁(pm)磁通强度会受到在热应力、机械应力、环境应力和电应力下的操作条件的影响。这会导致电机和整个系统的效率、性能和可靠性的劣化。永磁(pm)退磁会导致pmsm的严重故障。pmsm中的pm强度会受到其在热应力、机械应力、环境应力和电应力或这些应力的组合下的操作条件的影响。这会导致整个马达驱动系统的磁拉力不平衡、转矩降低、系统效率和可靠性劣化。退磁会导致pmsm中磁通分布的减少和畸变，这可能会对故障诊断过程产生不利影响。退磁会导致马达的各种机械和电气参数的谐波和/或劣化。pmsm中的pm退磁可能是因高的操作温度、由于老化或/和腐蚀引起的磁体损坏或不合适的电枢电流造成的。


技术实现要素：

5.根据本公开的一个方面，一种用于监测永磁同步电机(pmsm)的方法包括：在pmsm处于静止状态的情况下向pmsm的多个马达引线中的每个马达引线施加相电压；在将相电压施加至多个马达引线中的每个马达引线的同时测量多个马达引线中的每个马达引线中的电流；以及基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的值来确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况(soh)或pm退磁中的至少一者。
6.根据本公开的一个方面，一种用于监测永磁同步电机(pmsm)的系统包括：逆变器，该逆变器配置成在pmsm处于静止状态的情况下向pmsm的多个马达引线中的每个马达引线施加相电压；一个或更多个电流传感器，电流传感器配置成在将相电压施加至多个马达引线中的每个马达引线的同时测量多个马达引线中的每个马达引线中的电流；以及控制器，该控制器配置成基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流值来确定pmsm的磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者。
附图说明
7.根据以下参照相关附图对实施方式示例的描述得出本发明的设计的其他细节、特征以及优点。
8.图1示出了根据本公开的系统的框图；
9.图2示出了第一pmsm的端部剖视图；
10.图3示出了第二pmsm的端部剖视图；
11.图4示出了包括峰通量与电流的曲线以及通量与电感的曲线的组合曲线图；
12.图5示出了当θ＝0
°
时施加的3相电压的曲线图；
13.图6示出了当θ＝0
°
时a相电压和a相电流的曲线图；
14.图7示出了图示当θ＝0
°
时a相均方根电流和峰-峰转矩随初始位置(α)的变化的曲线图；
15.图8示出了具有当θ＝0
°
时对α＝0
°
和α＝15
°
的转矩进行比较的曲线的曲线图；
16.图9示出了具有当θ＝0
°
和α＝15
°
时的a相、b相和c相的磁链的曲线的曲线图；
17.图10示出了具有当θ＝0
°
和α＝15
°
时的d轴电流和q轴电流的曲线的曲线图；
18.图11示出了具有当θ＝0
°
和α＝15
°
时的d轴通量和q轴通量的曲线的曲线图；
19.图12示出了具有对在完好状态和退磁状态下的a相电流的rms值进行比较的曲线的曲线图；
20.图13示出了具有对在完好状态和退磁状态下的b相电流的rms值进行比较的曲线的曲线图；
21.图14示出了具有对在完好状态和退磁状态下的c相电流的rms值进行比较的曲线的曲线图；
22.图15示出了具有对于不同退磁状态的a相电流rms的变化百分比的曲线的曲线图；
23.图16示出了具有对于不同退磁状态的b相电流rms的变化百分比的曲线的曲线图；
24.图17示出了具有对于不同退磁状态的b相电流rms的变化百分比的曲线的曲线图；
25.图18示出了具有在完好状态和退磁状态下的表观电感与d轴电流的曲线的曲线图；
26.图19示出了具有在完好状态和退磁状态下的增量电感与d轴电流的曲线的曲线图；
27.图20示出了具有当θ＝0
°
时并且在完好状态下的相电流的曲线的曲线图；
28.图21示出了具有当θ＝0
°
时并且在完好状态下的转矩的曲线的曲线图；
29.图22示出了具有在两种不同相电阻值下的pm通量减少百分比与rms电流减少百分比的曲线的曲线图；
30.图23示出了具有在完好状态下的pm通量与温度的曲线的曲线图；以及
31.图24示出了具有在三种不同温度下的pmsm的pm通量减少百分比与rms减少百分比的曲线的曲线图。
具体实施方式
32.参照附图，其中贯穿多个视图，相似的附图标记指示对应的部分，一种用于检测诸如电动马达、发电机或马达/发电机之类的永磁同步电机(pmsm)类型的电机中的永磁(pm)
退磁的方法和系统10。退磁可以包括通过pmsm中的一个或更多个永磁体产生的磁通量强度的弱化。例如，与pmsm的磁极相关联的一个或更多个pm可能经历10％的所产生的磁通量强度的降低，这可以被表征为退磁故障。
33.在本公开中提供了一种用以在静止状态下利用电流诊断pm退磁故障的新方法。更具体地，在静止状态下利用逆变器将电压注入到pmsm中，并测量相电流进行分析，以诊断局部和均匀的pm退磁故障。特别考虑了电动车辆(ev)牵引系统环境中的约束。除了pm退磁水平或退磁故障外，所提出的方法还可以确定pm磁链、pm强度、pm完好状态(soh)。
34.所公开的方法和系统的主要目标是使用用于操作电机的同一系统配置来识别pm退磁。也就是说，用于向电机提供ac电力的同一dc源和逆变器也可以用于识别电机的pm退磁。所提出的方法在当转子转速为零时的静止状态下执行。这可以有助于消除或减少可能影响退磁故障诊断的温度变化、负载变化、噪音、诸如偏心故障等机械问题以及与速度有关的参数。
35.系统10的示例在图1中示出。系统10包括逆变器20，该逆变器20也可以称为马达驱动器，因为逆变器能够向永磁同步电机(pmsm)26提供交流(ac)电力。逆变器20包括多个开关晶体管22，多个开关晶体管22将来自dc电源23的dc电力进行转换，以在连接至pmsm 26的定子绕组的马达引线24上产生ac电力。开关晶体管22可以包括场效应晶体管(fet)，然而也可以使用其他装置、比如结型晶体管。dc电源23可以包括电动车辆(ev)中的电池组。然而，dc电源23可以包括其他装置、比如整流器或发电机。
36.电流传感器28监测马达引线24中的每个马达引线中的相电流i1、i2、i3，并将检测到的电流值供应给控制器30，该控制器30配置成控制逆变器20的开关晶体管22的操作。另外地或替代性地，电流传感器28可以通过与控制器30不同的电子控制单元来监测。电流传感器28中的任何或所有电流传感器可以包括任何已知的用于感测电流的硬件和/或软件。例如，电流传感器28可以包括电流互感器、分流电阻器、基于电压和/或基于电流的感测、模数(a/d)转换器等的任意组合。
37.控制器30包括处理器32、比如微处理器或微控制器，该处理器32与机器可读存储存储器34进行功能通信。存储器34保存程序指令36和数据38。
38.图2示出了第一pmsm 26a的端部剖视图，该第一pmsm 26a包括围绕第一转子60a的第一定子50a。第一定子50a限定多个第一槽52a，多个第一槽52a径向向内延伸、以规则间距间隔开并且保持第一定子绕组54a，第一定子绕组54a连接至马达引线24中的对应的马达引线以产生旋转磁场。第一定子60a包括多个平坦凹部62a，多个平坦凹部62a各自周向地延伸并且各自保持第一永磁体64a。
39.图3示出了第二pmsm 26b的端部剖视图，该第二pmsm 26b包括围绕第二转子60b的第二定子50b。第二定子50b限定多个第二槽52b，多个第二槽52b径向向内延伸、以规则间距间隔开并且保持第二定子绕组54b，第二定子绕组54b连接至马达引线24中的对应的马达引线以产生旋转磁场。第二定子60b包括多个v形槽62b，多个v形槽62b各自径向和周向地延伸并且各自保持两个第二永磁体64b。
40.应当理解，第一pmsm 26a和第二pmsm 26b仅是示例，并且本公开的系统10和方法可以与包括内部转子构型或外部转子构型以及具有任何数目的磁极的任何pmsm 26一起使用。
41.本公开提供了一种基于电流的方法，该方法使用相定子电流的均方根(rms)值来监测pmsm 26的永磁(pm)完好状态。本公开的技术可以用于确定达到并包括pmsm 26内的所有磁极的退磁的若干不同类型的退磁故障中的任一种退磁故障。因为故障马达中的磁通量分布不均匀，这影响马达电感波形。根据马达的等效电路，定子电流在这种情况下被影响。事实上，通过对完好马达和故障马达两者的电流波形及其特性进行比较，可以检测到故障并对其进行分类。在磁饱和情况下的等效电感变化取决于定子磁场与转子磁场之间的相对位置。
42.由于退磁，磁通量减少，并且操作点在通量-电流曲线中向下移动。图4示出了包括通量与电流i的曲线102以及通量与电感l的曲线104的组合曲线图100。如图4中所示，由于退磁，操作点a(完好电机)向下移动到操作点b。这意味着磁芯材料较低饱和，并且电感的值较高，这导致通过绕组的电流减少。所提出的方法使用定子相电流的rms值，并将其与完好马达的相同值进行比较。
43.定义了用于退磁故障检测的退磁指数kd。退磁指数kd表示故障电机中的相电流的rms值相对于完好电机中的相电流的rms值的相对变化(％)。退磁故障的严重程度由该指数kd指示。退磁指数kd可以通过以下等式(1)计算：
[0044][0045]
其中，i
rms(完好)
和i
rms(故障)
分别是当pmsm 26为完好和故障时相电流的rms值。
[0046]
在所提出的方法中，使用逆变器20施加相电压集以激励pmsm 26，如下面等式(2)中所示：
[0047][0048][0049][0050]
其中，vm、ω和θ分别是电压幅值、励磁频率和通量矢量角，通量矢量角(θ)可以从0
°
到180
°
变化。
[0051]
逆变器20可以被控制以产生正弦波或空间矢量pwm以产生三相电压。注入电压的幅值和频率基于马达的等效电路参数、比如定子电阻和电感来计算，以获得确保马达饱和的期望电流幅值。马达中的合成磁通量在两个点，即θ与θ+180
°
之间脉动。由于该磁通量，由定子在θ和θ+180
°
处引起的电磁转矩将具有相同的幅值和相反的方向，这导致零平均转矩。因此，转子的速度保持为零。
[0052]
图2上示出的8磁极内部转子pmsm(ipmsm)26a在ansys maxwell fea软件中建模。ipmsm 26a的转子和定子芯由m19g29硅钢制成。ipmsm 26a的磁体是ndfeb 35。在模拟中使用的ipmsm 26a的参数在下面的表1中给出。
[0053]
最大速度1500rpm额定线电压275v额定相电流120a
rms
d轴电感1.021mh
q轴电感1.902mh定子电阻0.024ω
[0054]
表1-模拟马达的额定值和参数
[0055]
在模拟中，vm为80v，ω等于2π
×
200弧度/秒，并且θ以30
°
步长从0
°
到180
°
变化。选择这些值确保芯饱和度。在这些值的情况下，退磁指标足够大以诊断不同级别的故障。在图5至图6中示出了用于一种情况(当θ＝0
°
时)的模拟的结果。具体地，图5示出了分别具有a节点电压110、b节点电压112和c节点电压114的曲线的曲线图。图6示出了具有a节点电压的曲线120和a相电流的曲线122的曲线图。注入电压信号和定子相电流的波形如下：两个信号集都是正弦。在该特定情况下，b相和c相具有相同的幅度和相位，如通过图5上的重叠曲线112、114所表示的。最小转矩振荡的通量矢量角的确定
[0056]
模拟中的另一输入是初始位置。对于随机初始位置，合适的通量矢量角选择对于消除测试期间的转矩振荡问题是重要的。为此目的，在不同的初始位置处测量转矩峰峰值，以得到最小的转矩脉动。
[0057]
由于所提出的故障检测方法是针对马达的静止状态而设计的，因此振荡转矩由注入电流产生，这在测试期间会产生噪音和振动。转矩的峰-峰值可以通过选择合适的通量矢量角(θ)或初始位置(α)来最小化。当初始位置α固定在特定角度时，合适的通量矢量角θ的选择是重要的，因为它不仅影响峰-峰转矩，而且对相电流的rms值有影响。了解这种影响是重要的，因为在所提出的方法中，定子电流的rms值用来计算pm强度。类似地，对于固定的通量矢量角θ，改变初始位置α影响峰-峰转矩和相电流的rms值。在大多数应用中，马达初始位置α是固定的，但在该研究中，通量矢量角θ是固定的。详情如下所说明的：为了研究初始位置α对通量矢量角θ的影响，对初始位置α进行了半个电循环的扫描测试。图7示出了当通量矢量角θ＝0
°
时具有由ipmsm 26a产生的峰-峰转矩的曲线130和a相电流i
a_rms
的均方根(rms)的曲线132的曲线图，每个曲线都作为完好马达的初始位置α(度)的函数。明显的是，当初始位置α＝15
°
时，峰-峰转矩接近于零。由于该第一pmsm 26a在静止状态下工作，因此转子的初始位置影响每个相的电感，并且因此，定子电流在不同的初始位置处是不同的。
[0058]
对每个通量矢量角θ以不同初始位置进行模拟，以获得所产生的转矩接近于零的机械角度。从图7可以看出，初始位置如何由于电感变化而对相电流i
a_rms
有影响。此外，感应转矩的磁阻分量随着转子位置变化而变化。
[0059]
图8示出了具有当通量矢量角θ＝0
°
时分别对于初始位置α＝0
°
和α＝15
°
的转矩的曲线140、142的曲线图。图8对当通量矢量角θ＝0
°
时在两个不同初始位置处具有恒定电源电压的完好的ipmsm的转矩波形进行比较。通过使用15
°
的初始位置，pmsm 26产生接近零的转矩。
[0060]
图9示出了分别具有a相、b相和c相的磁链的曲线150、152、154的曲线图。图10示出了分别具有d轴电流id(amps)和q轴电流iq(amps)的曲线156、158的曲线图。图11示出了分别具有d轴通量(韦伯)和q轴通量(韦伯)的曲线160、162的曲线图。图9至图11一起示出了a、b、c通量、d-q通量和电流在转子60a、60b的合适的初始位置α下如何表现，该初始位置使pmsm 26产生零转矩。转子60a、60b的初始位置α被选择成使得q轴电流和磁链两者都接近零。因此，在这个位置处，只呈现了d轴电流和磁链。因此，根据下面等式(3)中描述的关系，所产生的电磁转矩的瞬时/峰-峰值和平均值接近于零。
[0061][0062]
通量矢量角对定子相电流的影响
[0063]
为了研究相电流的rms值，通量矢量角以30
°
步长从0
°
到360
°
变化。对于每个通量矢量角，选择合适的初始位置角度以保持转矩峰峰值最小。在该部分中，所有的模拟结果均针对ipmsm，其中，vm＝80v，ω等于2π
×
200，并且其中，合适的初始位置被选择成保持转矩峰峰值最小。
[0064]
图12示出了具有对分别在完好状态、10％退磁状态和20％退磁状态下的作为通量矢量角(西塔(θ))的函数的a相电流(amps)的rms值进行比较的曲线170、172、174的曲线图。图13示出了具有对分别在完好状态、10％退磁状态和20％退磁状态下的作为通量矢量角(西塔(θ))的函数的b相电流(amps)的rms值进行比较的曲线176、178、180的曲线图。图14示出了具有对分别在完好状态、10％退磁状态和20％退磁状态下的作为通量矢量角(西塔(θ))的函数的c相电流(amps)的rms值进行比较的曲线182、184、186的曲线图。图12至图14一起示出了ipmsm 26a的在完好状态和故障状态下的a相、b相和c相电流的rms的模拟结果。在完好状态和故障状态下的相电流的rms对于所有三相都遵循相同图案。正如预期的那样，由于较大的电感，增加退磁水平会导致较低的rms值。根据模拟结果，在180
°
至360
°
之间的rms值与在0
°
至180
°
之间的值相同，这使得模拟和测试更容易。另外，不同通量矢量角的故障指标变化较小。
[0065]
分析三种情况以观察在退磁状态下的马达行为以及退磁指标的变化：完好的马达、10％均匀退磁的马达和20％均匀退磁的马达。在均匀退磁中，所有八个磁极都以相同的退磁水平进行了退磁。在该报告中，定子相电流的rms值用来根据等式(1)计算故障指标，并研究退磁的影响。
[0066]
以下的表2、表3和表4示出了从用于在不同状态之间的图比较的模拟中获得的结果。
[0067][0068]
表2-在选择的初始位置下的完好的马达的结果
[0069][0070][0071]
表3-在选择的初始位置下的10％退磁的马达的结果
[0072][0073]
表4-在选择的初始位置下的20％退磁的马达的结果
[0074]
在完好状态和退磁状态下的a相、b相和c相的定子电流的rms值之间的比较在下面的表5中列出并且在图12至图14上示出。
[0075][0076][0077]
表5-ipmsm的相电流的rms值
[0078]
故障状态下的用于三相的故障指标kd的值在表6中呈现并且在图15至图17上示出。
[0079][0080][0081]
表6-在选择的初始位置下的ipmsm的用于a相、b相和c相的kd的值
[0082]
故障分类
[0083]
退磁故障可以分为均匀的和局部的。在均匀退磁中，所有的磁体都被均匀地退磁到相同水平。除均匀情况外的任何退磁都可以称为非均匀退磁或局部退磁。在先前部分中解决了使用故障指标的退磁故障诊断并且在该部分中讨论了退磁故障分类。由于退磁影响马达的磁通链，因此该故障以及其均匀性或非均匀性的任何痕迹在磁通量中都是清晰的。d轴通量λd可以通过等式(4)估计：
[0084]
λd＝λm+ld*idꢀꢀꢀ
(4)
[0085]
其中，λm和ld分别是pm磁链和d轴电感。因此，等式(5)中给出了被称为“表观”d轴电感的d轴电感ld：
[0086][0087]
其中，ld是λd_id特性的斜率，并示出磁通量如何随d轴上的电流变化。它可以用来捕捉在退磁故障的情况下的磁通量的变化。直轴(d轴)差动电感(l’d
)由等式(6)定义：
[0088][0089]
对具有相同总体退磁比的均匀退磁情况和局部退磁情况进行比较。图18至图19示出了在完好状态、均匀故障状态和局部故障状态下的pmsm 26的l
d-id和l’d-id特性。图18示出了具有在完好状态和退磁状态下的表观电感(mh)与d轴电流(amps)的曲线200、202、204、206、208的曲线图。具体地，曲线200示出了在完好状态下的pmsm 26的表观电感与d轴电流；曲线202示出了在均匀的10％退磁情况下的pmsm 26的表观电感与d轴电流；曲线204示出了在均匀的20％退磁情况下的pmsm 26的表观电感与d轴电流；曲线206示出了在局部的40％退磁情况下的pmsm 26的表观电感与d轴电流；以及曲线208示出了在局部的80％退磁情况下的pmsm 26的表观电感与d轴电流。图19示出了具有在完好状态和退磁状态下的增量电感(mh)与d轴电流(amps)的曲线210、212、214、216、218的曲线图。具体地，曲线210示出了在完好状态下的pmsm 26的增量电感与d轴电流；曲线212示出了在均匀的10％退磁情况下的pmsm 26的增量电感与d轴电流；曲线214示出了在均匀的20％退磁情况下的pmsm 26的增量电感与d轴电流；曲线216示出了在局部的40％退磁情况下的pmsm 26的增量电感与d轴电流；以及曲线218示出了在局部的80％退磁情况下的pmsm 26的增量电感与d轴电流。正如预期的那样，表观电感对d轴电流的变化不那么敏感。因此，增量电感被选择成对退磁类型进行分类。
[0090]
从图18至图19清楚地看出，通过增加局部退磁的水平，曲线的峰向左移动。磁通量由于局部退磁的不对称导致不同的l’d-id图案。在局部退磁的情况下，曲线的峰点向左移动。然而，均匀退磁故障遵循完好情况的图案。
[0091]
概述
[0092]
所提出的故障诊断方法中的第一步骤在于找到完好pmsm的相电流的rms值，并将这些rms相电流存储为参考值。然后，可以将待评估的pmsm中的相电流的rms值与那些参考值进行比较。
[0093]
基于获得的结果，可以在测试期间对每个相进行评估。应当注意的是，故障指标仅示出了退磁的严重程度，而不是退磁的确切百分比。
[0094]
从表6可以看出，通过选择最佳初始位置，当ipmsm退磁10％时，kd在4.4％-4.7％之间变化，而对于20％退磁的马达，kd在8％至8.4％之间变化。此外：
[0095]-可以推断出仅需要针对单个通量矢量角θ的一次测试即可诊断故障，因为指标值针对不同通量矢量角θ不具有急剧的变化。
[0096]-应当注意的是，不应选择电流为零的通量矢量角来激励马达进行故障检测。例如，a相中通量矢量角θ＝90
°
，b相中通量矢量角θ＝30
°
，并且c相中通量矢量角θ＝150
°
。
[0097]-仅考虑的是保持相同的测试条件、dc-总线电压、pwm载波频率、注入电压和初始位置。
[0098]-在l’d-id曲线中，选择完好情况的峰点的性质作为参考。在均匀故障中，图案与完好情况下相同并且峰点在较高id处出现。在非均匀故障中，图案与完好情况下不同并且峰点在较低id处出现。
[0099]
第二pmsm 26b的模拟结果
[0100]
在该部分中，对图3中示出的具有第二pmsm 26b构型的pmsm 26进行重复模拟。所提出的方法是针对pmsm 26的静止状态而设计的。示出了转矩的峰-峰值可以通过选择合适的通量矢量角θ或初始转子位置α而被最小化。此外，改变通量矢量角θ或初始位置α影响峰-峰转矩，并且影响相电流的rms值。
[0101]
对于所有马达，通量矢量角θ与初始位置α之间的关系可以提取为等式(7)：
[0102][0103]
其中，δ可以基于等式(8)定义：
[0104][0105]
其中，p是pmsm 26的转子中的磁极的数目。
[0106]
可以使用等式(7)来计算期望的通量矢量角θ，以确保在任何随机初始位置处的峰-峰转矩接近于零。初始转子位置设定成这样的位置：在该位置处，d轴通量与a相通量对准。因此，q轴电流和磁链两者都接近于零，并且因此，在这种情况下产生的电磁转矩近似等于零。
[0107]
常规的3相igbt逆变器20也使用ansys simplorer建模，并且进行联合模拟以与逆变器20一起操作马达26a、26b。可以使用正弦波或空间矢量pwm来产生三相电压。
[0108]
在模拟研究中，dc总线电压设定为100v。然而，dc总线电压可以设定为高于100v的v
dc
的值。使用等式(9)来计算vm：
[0109][0110]
其中，ma是调制指数。在模拟中，ma为1，但可以将其设定为一些其他值，以获得vm＝66.7v并且ω等于2π
×
200rad/s。在这些值的情况下，退磁指标足够大以诊断不同水平的故障。第二pmsm 26b具有48个槽，因此等式(8)可以细化为如下等式(10)：
[0111][0112]
在模拟中，初始位置α为165
°
，因此根据等式(7)，通量矢量角为0
°
。
[0113]
图20至图21中示出了第二pmsm 26b在完好状态下的电流和转矩曲线。图20示出了具有当通量矢量角θ＝0
°
时且在完好状态下的相电流(amps)的曲线220、222、224的曲线图。具体地，曲线220示出了a相电流；曲线222示出了b相电流，并且曲线224示出了c相电流。图21示出了具有当通量矢量角θ＝0
°
时且在完好状态下的转矩(牛顿-米)的曲线226的曲线图。
[0114]
在模拟中模拟了均匀退磁故障。均匀退磁的主要特征在于所有的磁体64b都被均匀地退磁，这导致第二pmsm 26b中的总体磁通链均匀地减小。
[0115]
定子相电阻对pm强度的影响
[0116]
相电阻值被加倍以研究电阻变化对pm通量强度确定的影响。在模拟期间，磁体和绕组的温度在22℃下保持恒定。然后磁体通过逐步降低pm强度来退磁以观察相电流的rms值的变化。图22包括具有示出模拟的结果的曲线230、232的曲线图。曲线230示出了对于2r的第一相电阻值的pm通量减少百分比与rms电流减少百分比。曲线232示出了对于r的第二相电阻值的pm通量减少百分比与rms电流减少百分比，该第二相电阻值是第一相电阻值的一半。如可以观察到的，在退磁水平较低时，两个曲线图之间的差异可以忽略不计。然而，这种差异在更严重的退磁情况中更为明显。
[0117]
温度对pm强度的影响
[0118]
永磁材料的退磁可能是由于温度升高。这主要与永磁材料的温度系数有关。温度通过增强或减弱磁体的吸引力来影响磁性。受热的磁体经历其磁场的减小，因为磁体内的粒子以越来越快和更零星的速率移动。升高温度影响定子电阻和磁体强度两者。在接下来的章节中，讨论了定子相电阻变化的影响，以及然后温度对pm通量减小和a相电流的rms值的影响。
[0119]
进行模拟以分析温度对相电流的rms值的影响。在第一步骤中，温度以20℃的步长从22℃扫略到120℃，并使用空载测试来计算pm强度。应当注意的是，在每组模拟中，相电阻使用下面的等式(12)通过温度而选定：
[0120]
r＝r
ref
[1+0.00393(t-t
ref
)]
ꢀꢀꢀ
(12)
[0121]
其中，t是以摄氏度为单位的导体温度，t
ref
是参考温度，r是温度t下的导体电阻，r
ref
是参考温度下的导体电阻。
[0122]
下面的表7示出了pm通量强度与温度之间的关系几乎是线性的。
[0123][0124]
表7-在完好状态下在不同温度下的pm通量值
[0125]
该关系绘制在图23中，其示出了pm通量强度(韦伯)与温度(摄氏度)的曲线236。
[0126]
在下一步骤中，对在22℃、80℃和120℃温度下具有不同退磁严重程度的故障马达进行建模。
[0127]
[0128][0129]
表8-r
相
＝16.3749毫欧姆、磁体和绕组温度＝22℃
[0130][0131]
表9-r
相
＝20.304876毫欧姆、磁体和绕组温度＝80℃
[0132][0133]
表10-r
相
＝21.1323毫欧姆、磁体和绕组温度＝120℃
[0134]
图24中总结了以上表8至图表10中的数据，图24示出了具有各自表示pm通量减少百分比与a相rms电流减少百分比的曲线240、242、244的曲线图。具体地，曲线240示出了在22摄氏度下的第二pmsm 26b的情况；曲线242示出了在80摄氏度下的第二pmsm 26b的情况；并且曲线244示出了在120摄氏度下的第二pmsm 26b的情况。利用这些曲线图，可以得到退磁后的pm强度。可以针对不同的温度重复模拟，并且可以将结果存储在查找表中。替代性地，可以计算结果。例如，可以使用曲线拟合来确定与实验获得的数据相匹配的数学关系，并且该数学关系可以随后用于计算pm通量。pm通量可以通过知道温度和计算相电流rms来获得。另外地或替代性地，可以训练基于人工神经网络(ann)的算法来估计pm通量。
[0135]
本公开提供了一种用于监测永磁同步电机(pmsm)的pm强度的方法。该方法包括：在pmsm处于静止状态的情况下向pmsm的多个马达引线中的每个马达引线施加相电压；在将相电压施加至pmsm的多个马达引线中的每个马达引线的同时测量pmsm的多个马达引线中的每个马达引线中的电流；以及基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的值来确定以下各者中的至少一者：磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁。
[0136]
在一些实施方式中，确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者的步骤包括将多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流与完好状态下的pmsm的电流值进行比较。在一些实施方式中，确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者的步骤包括将多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流与具有预定退磁量的pmsm的电流值进行比较。在一些实施方式中，确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退
磁是基于通量矢量角的。
[0137]
在一些实施方式中，该方法还包括计算多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的均方根(rms)值；并且多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的值是多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的rms值。
[0138]
在一些实施方式中，向pmsm的多个马达引线中的每个马达引线施加相电压使得pmsm产生零平均转矩。
[0139]
在一些实施方式中，相电压通过以下方式定义：
[0140][0141][0142][0143]
在一些实施方式中，基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的值来确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者还包括将电流的值与对应于不同退磁量的多个预定值中的每个预定值进行比较。
[0144]
在一些实施方式中，确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者包括确定pmsm的仅单个磁极的退磁。在一些实施方式中，确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者包括确定pmsm的两个或更多个磁极的退磁。
[0145]
在一些实施方式中，确定磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者包括基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的减小来确定pm强度的减小。在一些实施方式中，基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的减小来确定pm强度的减小包括使用查找表来确定pm强度的减小。在一些实施方式中，基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的减小来确定pm强度的减小包括使用数学模型来计算pm强度的减小。在一些实施方式中，基于多个马达引线中的至少一个马达引线中的电流的减小来确定pm强度的减小包括使用人工神经网络来确定pm强度的减小。
[0146]
本公开提供了一种用于监测永磁同步电机(pmsm)26的系统10。系统10包括逆变器20，该逆变器20配置成在pmsm 26处于静止状态的情况下向pmsm 26的多个马达引线24中的每个马达引线施加相电压。系统10还包括一个或更多个电流传感器28，电流传感器28配置成在将相电压施加至多个马达引线中的每个马达引线的同时测量多个马达引线中的每个马达引线中的电流。系统10还包括控制器30，控制器30配置成基于多个马达引线28中的至少一个马达引线中的电流值来确定pmsm 26的磁链、永磁(pm)强度、pm完好状况或pm退磁中的至少一者。
[0147]
与现有的在线和离线方法相比，所提供的方法提供了若干优点。在诊断期间不需要额外的硬件或马达拆卸。此外，所提供的方法不受负载变化、机械问题和其他马达参数的影响，因为它是在pmsm处于静止的情况下执行的。
[0148]
可以以硬件、软件或适于特定应用的硬件和软件的任何组合来实现上述系统、方法和/或过程及其步骤。硬件可以包括通用计算机和/或专用计算装置或特定计算装置或特定计算装置的特定方面或部件。这些过程可以以一个或更多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程装置以及内部存储器和/或外部存储器实现。这些过程还可以或替选地以专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑或可以被配
置成处理电子信号的任何其他装置或装置的组合来实施。还将理解的是，可以将过程中的一个或更多个过程实现为能够在机器可读介质上执行的计算机可执行代码。
[0149]
计算机可执行代码可以使用结构化编程语言例如c、面向对象编程语言例如c++或任何其他高级或低级编程语言(包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术)来创建，这些语言可以被存储、编译或解释以在以上装置中的一种装置以及处理器架构的异构组合或不同硬件和软件的组合或能够执行程序指令的任何其他机器上运行。
[0150]
因此，在一方面，上述每种方法及其组合可以以计算机可执行代码实施，该计算机可执行代码当在一个或更多个计算装置上执行时，执行其步骤。在另一方面中，这些方法可以在执行其步骤的系统中被实施，并且可以以多种方式跨装置分布，或者所有功能都可以集成到专用的独立运行的装置或其他硬件中。在另一方面，用于执行与上述过程相关联的步骤的装置可以包括上述硬件和/或软件中的任何一种。所有这样的枚举和组合都旨在落入本公开内容的范围内。
[0151]
前述描述并非意在是穷举的或限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常并不限于该特定实施方式，而是，即使没有具体示出或描述，特定实施方式的各个元件或特征在适用的情况下是可互换的，并且可以在选定实施方式中使用。特定实施方式的各个元件或特征也可以以多种方式变化。这样的变型并不被认为偏离本公开内容，并且所有这样的修改旨在包括在本公开内容的范围内。