电机控制装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 高空无人机、空间环境飞行器、南北极探险机器人相继出现。电机作为执行机构， 广泛用于这些领域。这些应用领域的共同特点是：需要电机装置在低温环境工作。
[0003] 电机装置一般由电机本体和驱动控制器构成。由于电机本体中的轴承润滑油及油 脂工作温度的限制，一般情况下，其工作温度一般不能低于_60°C左右（也有工作温度更低 的润滑油或油脂）；而驱动控制器电子元器件的工作温度通常需要在_40°C以上（也有耐温 度更低的电子元器件）。在这种情况下为了保证电机润滑和电子元器件的正常工作，在低于 允许环境温度时，一般需要额外增加加热装置确保电机装置的环境温度满足材料要求的 工作温度。但是，增加加热装置增加系统的复杂性，带来体积和重量的上升，给系统运行带 来一定负担。
[0004] 由于电机本体以及驱动用功率器件（即驱动控制器功率器件）在正常工作时都会 产生热能，所以，如果能够有效控制和利用好这些热能，使其为轴承（润滑油脂）以及电子 元器件等提供合适的环境温度，则可以不用或少用加热装置，实现电机装置的低温工作，进 而降低电机装置的体积和重量，提高系统的可靠性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种电机控制装置及方法，以利用电机本体及驱动用功率 器件等产生的热能为轴承及其他电子元器件提供合适的环境温度。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供的电机控制装置的技术方案如下：
[0007] 一种电机控制装置，其包括：电机温度传感器，用于检测电机本体的温度；驱动控 制器温度传感器，用于检测驱动控制器功率器件的环境温度；温度控制器，与所述电机温度 传感器、驱动控制器温度传感器连接，用于接收温度控制指令及电机本体的温度、驱动控制 器功率器件的环境温度，在电机本体的温度或驱动控制器功率器件的环境温度低于设定温 度时，向电机的驱动控制器发送控制指令使电机工作于低效率驱动模式，否则，向电机的驱 动控制器发送控制指令使电机工作于高效率驱动模式；其中，高效率驱动模式为提高电机 效率、减少电机本体和驱动控制器功率器件发热的驱动模式；低效率驱动模式为降低电机 效率，使电机本体和驱动控制器功率器件发热以加热电机本体和驱动控制器的驱动模式。
[0008] 根据所述电机控制装置的一种优选实施方式，还包括：电流分配器，与所述温度控 制器连接，用于接收所述温度控制器发送的控制指令，将电机电流指令分解为与旋转磁场 平行的直轴电流指令和与旋转磁场正交的交轴电流指令，并接入电机的驱动控制器；其中， 在高效率驱动模式时，所述电流分配器选择电机效率最高的直轴/交轴电流比例进行控 制；在低效率驱动模式时，所述电流分配器改变该直轴/交轴电流比例，增加电机的发热。
[0009] 根据所述电机控制装置的一种优选实施方式，还包括：电压控制器，与所述温度控 制器连接，用于接收所述温度控制器发送的控制指令，生成交流电压幅值和频率指令并接 入电机的驱动控制器；其中，在尚效率驱动t旲式时，选择电机效率最尚的交流电压幅值和频 率指令控制；在低效率驱动模式时，采用电机效率低的交流电压幅值和频率指令控制，增加 电机的发热。
[0010] 为了实现上述目的，本发明提供的电机控制方法的技术方案如下：
[0011] -种电机控制方法，其包括以下步骤：将电机设置为至少两种驱动模式：高效率 驱动模式和低效率驱动模式；其中，高效率驱动模式为提高电机效率，减少电机本体和驱动 控制器功率器件发热的驱动模式；低效率驱动模式为降低电机效率，使电机本体和驱动控 制器功率器件发热以加热电机本体和驱动控制器的驱动模式；采集电机本体及驱动控制器 的环境温度；将采集的电机本体及驱动控制器的环境温度与设定的目标温度进行比较；在 电机本体的温度及驱动控制器的环境温度达到设定的目标温度时，采用高效率驱动控制模 式；否则，采用低效率工作模式。
[0012] 根据所述电机控制方式的一种优选实施方式，在将电机设置为高效率驱动模式和 低效率驱动模式的步骤中，将电机电流分解为与旋转磁场平行的直轴电流和与旋转磁场正 交的交轴电流，以进行电流控制。
[0013] 根据所述电机控制方式的一种优选实施方式，在高效率驱动模式时，选择电机效 率最高的直轴/交轴电流比例进行控制；在低效率驱动模式时，改变该直轴/交轴电流比 例，增加电机的发热。
[0014] 根据所述电机控制方式的一种优选实施方式，在高效率驱动模式时，选择电机效 率最高的电压指令控制方式；在低效率驱动模式时，采用电机效率低的电压指令控制方式， 增加电机的发热。
[0015] 根据所述电机控制方式的一种优选实施方式，电机本体的温度、驱动控制器的环 境温度通过一个或多个温度传感器获得，或者采用间接推算的方式获得。
[0016] 分析可知，本发明可以应用于低温环境下工作的电机装置上，无需额外的加热装 置，通过改变电机驱动模式，解决电机润滑材料及电子元器件等在低温环境下工作导致的 一些技术问题。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明装置实施例应用于一电机的原理示意图；
[0018] 图2为本发明装置实施例应用于一永磁同步电机的详细结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0020] 如图1所示，电机一般而言包括电机本体7、驱动控制器6。电机本体7的电机绕组 由电机外壳及散热器8包裹着，具有相对封闭的热交换环境，电机绕组热源可以有效的传 导到整个电机内部。驱动控制器6的驱动控制器功率器件3由驱动控制器外壳及散热器1 包裹着，也具有相对封闭的热交换环境，驱动控制器功率器件3是一热源，其发热可以有效 的传导到其它发热较少的元器件上。为了分别检测电机本体7的温度、驱动控制器功率器 件3的环境温度，如图2所示，本发明的装置实施例10包括电机温度传感器4和驱动控制器 温度传感器2。为了接收并处理温度控制指令（温度指令）及电机本体7的温度、驱动控制 器功率器件3的环境温度，本实施例10还包括温度控制器9和电流分配器12,温度控制器9 用以判断电机本体所处的温度、驱动控制器的环境温度，针对性的控制电机的绕组电流，实 现低温下电机的有效控制，该温度控制指令包括设定的温度或设定的目标温度。电流分配 器12则用于将温度控制器9发送的控制指令接入驱动控制器6的电路，如图2所示，电流 分配器12接入驱动控制器6的速度调节器和电流调节器之间。具体而言，温度控制器9的 调节过程就是在电机本体7的温度或驱动控制器功率器件3的环境温度低于设定温度时， 驱动控制器6向电机本体7发送控制指令使电机工作于低效率驱动模式，否则，向电机本体 7发送控制指令使电机工作于高效率驱动模式。高效率驱动模式为提高电机效率，减少电机 本体7和驱动控制器功率器件3发热的驱动模式。低效率驱动模式为降低电机效率，使电 机本体7和驱动控制器功率器件3发热以加热电机本体7和驱动控制器6的驱动模式。 [0021 ] 本领域技术人员周知，温度不同的系统之间发生热量的传递，直到系统的温度相 等。在热量交换的过程中，遵从能量转化和守恒定律。温度平衡方程为：Qa=Qft。具体到 图1、图2所示，Qa主要为电机与外界热交换能量损失，Qft主要为电机把电能转换为电机动 能的过程中，损耗产生的热能。
[0022] 具体地，电机本体7产生的热能：
[0023] Q吸电机=P铜损+P铁损+P机械损。
[0024] P 铜损=3Ia2R。
[0025] Ia为电机绕组电流，R为电机绕组电阻。其中铜损一般占30%-90%，因此调整电 机电流能够改变电机损耗产生的热量。
[0026] 驱动控制器6产生的热能：
[0027] Q吸驱动