用于监测永久磁体电机的方法和设备的制作方法
【专利摘要】一种用于监测永久磁体电机的由控制器实施的方法包括：基于安装在所述PM电机的转子中的永久磁体的材料性能以及所述永久磁体的温度，来确定与所述永久磁体的不可逆去磁的开始相对应的阈值直轴(d轴)电流。确定与控制PM电机相关联的d轴电流，并且基于阈值d轴电流和监测到的d轴电流来确定PM电机的健康状态。
【专利说明】用于监测永久磁体电机的方法和设备
【技术领域】
[0001] 本公开涉及永久磁体电机。
【背景技术】
[0002] 在该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息。因此，这种陈述并不旨在构 成对现有技术的承认。
[0003] 电机包括转子，其响应于来自定子的电磁励磁在轴上生成扭矩。电机可被构造为 电动机/发电机装置，其作为电动机进行操作以将电能变换为机械能（扭矩），并作为发电 机进行操作以将机械能（扭矩）变换为电能。永久磁体电机通过由激发定子元件所生成的 定子的电磁场与转子的永久磁体磁场的相互作用来在轴上生成扭矩。转子中的永久磁体可 被安装在转子表面上（表面PM转子），或埋入转子内部（内部PM转子）。永久磁体电机提 供具有高扭矩密度和低重量的紧凑形式，且能够在宽范围的速度内提供连续的扭矩，这是 通过低转子惯性、在载荷下的高动态性能、没有磁化电流的高操作效率、以及由于转子中的 电流产生的热的相应的不存在。
[0004] 降低永久磁体电机的使用寿命的一个己知故障是由于转子磁体的去磁而导致的 磁通损失。在机器制造期间，是通过采用高电磁场使磁体饱和来完全磁化磁体的。磁体的 强度在某种程度上特征在于其残余磁通密度。这是磁体的两个端部被无限可渗透材料短路 时的磁体的磁通密度。磁体强度被选择为满足电机的某些性能特性，包括所需的最大扭矩。 磁通可在电机的整个寿命内保持相对不变，除非磁体受到过热和其它去磁应力。对于磁体 残余磁通存在温度依存性，但是效应可在系统设计中得到应对，并且是完全可恢复的，只要 去磁（BH)曲线的拐点未被达到或超过。如果受到过度的热和磁应力，则磁体可遭受不可逆 的磁通损失或去磁。磁通损失负面地影响机器性能和行为。降级的机器行为可能在交通工 具上导致故障，其可能难以诊断和隔离。
【发明内容】
[0005] 一种用于监测永久磁体电机的由控制器实施的方法包括：基于安装在所述PM电 机的转子中的永久磁体的材料性能以及所述永久磁体的温度，来确定与所述永久磁体的不 可逆去磁的开始相对应的阈值直轴（d轴）电流。确定与控制PM电机相关联的d轴电流， 并且基于阈值d轴电流和监测到的d轴电流来确定PM电机的健康状态。
[0006] 本公开还提供以下技术方案： 技术方案书 1. 一种用于监测永久磁体（PM)电机的方法，包括： 基于安装在所述PM电机的转子中的永久磁体的材料性能以及所述永久磁体的温度， 来确定与所述永久磁体的不可逆去磁的开始相对应的阈值直轴（d轴）电流； 监测与控制所述PM电机相关联的d轴电流；以及 基于所述阈值d轴电流和监测到的d轴电流来确定所述PM电机的健康状态。
[0007] 2.如技术方案1所述的方法，其中，监测与控制所述PM电机相关联的d轴电流包 括： 用足以在所述d轴电流中捕捉到可能导致损坏所述永久磁体的动力的监测速率来监 测所述d轴电流；以及 确定用于所述d轴电流的最小值。
[0008] 3.如技术方案2所述的方法，其中，用足以在所述d轴电流中捕捉到可能导致损 坏所述永久磁体的动力的监测速率来监测所述d轴电流包括：以不小于100微秒的取样速 率来监测所述d轴电流。
[0009] 4.如技术方案1所述的方法，其中，基于所述阈值d轴电流和监测到的d轴电流 来确定所述PM电机的健康状态包括依据以下关系来确定品质因数（F0M) :
【权利要求】
1. 一种用于监测永久磁体（PM)电机的方法，包括： 基于安装在所述PM电机的转子中的永久磁体的材料性能以及所述永久磁体的温度， 来确定与所述永久磁体的不可逆去磁的开始相对应的阈值直轴（d轴）电流； 监测与控制所述PM电机相关联的d轴电流；以及 基于所述阈值d轴电流和监测到的d轴电流来确定所述PM电机的健康状态。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，监测与控制所述PM电机相关联的d轴电流包括： 用足以在所述d轴电流中捕捉到可能导致损坏所述永久磁体的动力的监测速率来监 测所述d轴电流；以及 确定用于所述d轴电流的最小值。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，用足以在所述d轴电流中捕捉到可能导致损坏所 述永久磁体的动力的监测速率来监测所述d轴电流包括：以不小于100微秒的取样速率来 监测所述d轴电流。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，基于所述阈值d轴电流和监测到的d轴电流来确 定所述PM电机的健康状态包括依据以下关系来确定品质因数（FOM) :
其中，Id-min是用于所述d轴电流的最小幅度，并且 Id-knee是基于所述永久磁体的材料性能所确定的最小许容d轴电流。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，所述最小许容d轴电流包括基于所述永久磁体的 温度和用于所述PM电机的永久磁体的禀性矫顽力所确定的温度相关去磁电流拐点。
6. 如权利要求4所述的方法，其中，依据关
确定品质因数（FOM)包 括：用足以在所述d轴电流中捕捉到可能使所述永久磁体去磁的动力的监测速率来确定用 于所述d轴电流的最小幅度，以及用足以跟踪永久磁体温度中的预期动力的监测速率来确 定所述温度相关去磁电流拐点。
7. 如权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述PM电机的健康状态来控制所述 PM电机的操作。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，基于所述PM电机的健康状态来控制所述PM电机 的操作包括：下调所述PM电机的扭矩输出。
9. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 生成基于温度的阵列，其包括与所述永久磁体的多个温度窗口相关联的多个温度仓； 以及 基于监测到的d轴电流、所述永久磁体的温度和磁体温度来确定与所述温度仓之一相 关联的PM电机的健康状态，所述磁体温度对应于基于所述永久磁体的温度和所述永久磁 体的材料性能的所述永久磁体的不可逆去磁的开始。
10. 一种用于监测永久磁体（PM)电机的方法，包括： 基于永久磁体的温度和永久磁体的材料性能来确定用于所述PM电机的永久磁体的基 于温度的去磁拐点； 确定与控制所述PM电机相关联的直轴（d轴）电流；以及 基于所述d轴电流和用于所述PM电机的永久磁体的基于温度的去磁拐点来确定所述 PM电机的健康状态。
【文档编号】H02P21/14GK104300865SQ201410343249
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】S.E.舒尔斯, K.M.拉曼, W.D.王 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司