專利名稱：用于檢測(cè)永磁同步電機(jī)中的不足相電流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于動(dòng)態(tài)檢測(cè)永磁同步電機(jī)(motor)中的缺少的或不 足(insufficient)的相電流的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在三相電感應(yīng)電機(jī)中，通過電機(jī)的固定部分的繞組傳導(dǎo)的電流產(chǎn)生 變化的磁場(chǎng)，該變化的磁場(chǎng)進(jìn)而致使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在永i茲同步電機(jī)中，永 磁體附著到轉(zhuǎn)子的不同部分。把三相交流(AC)電壓施加到定子繞組上 使得在轉(zhuǎn)子周圍感應(yīng)出變化的磁場(chǎng)，7JC磁體的逆磁場(chǎng)(opposing magnetic field)的力致使轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)。然后，例如通過把轉(zhuǎn)子軸選擇 性地連接到車輛的變速器輸出軸，由旋轉(zhuǎn)軸提供的轉(zhuǎn)矩能夠根據(jù)需要加 以利用和引導(dǎo)以便在系統(tǒng)內(nèi)做有用機(jī)械功。
尤其在混合動(dòng)力車輛(hybrid vehicle)變速器中， 一個(gè)或多個(gè)電 動(dòng)/發(fā)電機(jī)(electric motor/generator)能夠單獨(dú)使用或者選擇性地 與內(nèi)燃機(jī)、燃料電池或其他能源結(jié)合使用以便推動(dòng)車輛。這樣的電動(dòng)/ 發(fā)電機(jī)一般由相對(duì)較高的AC電壓電平來供電。為了確保電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的 正確操作以及為了優(yōu)化車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性，提供電機(jī)控制器，其能夠?qū)?車輛上的電氣系統(tǒng)和機(jī)4成系統(tǒng)進(jìn)行各種測(cè)量和/或診斷。然而， 一般的 電機(jī)控制方法對(duì)于檢測(cè)某些只有多相AC電機(jī)(比如永磁同步電機(jī))才 有的性能問題而言可能達(dá)不到最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供了 一種用于動(dòng)態(tài)沖企測(cè)三相永磁同步電機(jī)中的不足或缺少 的相電流的方法，所述三相永;茲同步電機(jī)例如能夠用于選擇性地推動(dòng)混 合動(dòng)力車輛。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的，不足或缺少AC電流可能
的，所述電機(jī)失靈(malfunction)因封裝電機(jī)線圈或繞組的導(dǎo)線的絕 緣材料的逐漸老化或損壞所致。該方法有助于確保電機(jī)的正常工作同時(shí) 還確保一旦;f全測(cè)到不足或缺少的相電流就可以采取正確的校正動(dòng)作，從而有助于降低維修或維護(hù)時(shí)間和/或保修成本。
特別地，該方法包括當(dāng)出現(xiàn)至少一個(gè)預(yù)定電機(jī)條件時(shí)測(cè)量電機(jī)內(nèi) 的相電流；以及然后確定電流矢量位置，即電機(jī)中AC電流的組合相關(guān) 于電機(jī)內(nèi)的固定部分或參考架(比如定子架)的合成旋轉(zhuǎn)電流矢量。給 矢量位置分配扇區(qū)編號(hào)，以及比4支相電流的絕對(duì)值和與該扇區(qū)編號(hào)對(duì)應(yīng) 的校準(zhǔn)閾值。該方法然后包括當(dāng)該扇區(qū)的相電流的絕對(duì)值小于校準(zhǔn)閾值 電流時(shí)執(zhí)行響應(yīng)，比如生成適當(dāng)?shù)南?、激活指示器裝置和/或設(shè)定故 障碼或車輛診斷碼，并且可包括利用車輛遠(yuǎn)程信息處理單元把信息發(fā)送
給遠(yuǎn)程位置。
還提供了一種車輛，該車輛具有直流(DC)能量存儲(chǔ)裝置(ESD); 一個(gè)或多個(gè)三相AC電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，其可操作用于推動(dòng)車輛；DC-AC電壓 逆變器(voltage inverter);以及電壓總線，用于才巴DC電流/人ESD 傳送到該逆變器。該車輛包括控制器，該控制器具有用于檢測(cè)電動(dòng)/發(fā) 電機(jī)內(nèi)的不足或缺少的相電流的算法，其中所述控制器測(cè)量AC相電流， 并且然后確定相對(duì)于電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的固定部分或參考架的合成矢量位 置。然后，當(dāng)測(cè)量的相電流的絕對(duì)值小于校準(zhǔn)閾值相電流時(shí)，該控制器 #1^亍一個(gè)或多個(gè)維護(hù)響應(yīng)。
通過以下對(duì)用于實(shí)施該發(fā)明的最佳模式的詳細(xì)描述同時(shí)結(jié)合附圖， 容易明白本發(fā)明的上述特征及優(yōu)點(diǎn)以及其他特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖l是依據(jù)本發(fā)明的具有三相電機(jī)和控制器的車輛的示意圖2是描述用于檢測(cè)圖1的三相電機(jī)中的缺少或不足相電流的方法 或算法的流程圖；和
圖3是供圖2的方法使用的各個(gè)扇區(qū)標(biāo)記的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，其中在幾個(gè)附圖中相同的參考數(shù)字對(duì)應(yīng)于相同或相似的 部件，并從圖1開始，車輛10包括具有方法或算法100的控制器30, 所述方法或算法100用于檢測(cè)三相AC電機(jī)(比如電動(dòng)/發(fā)電機(jī)20和22 ) 中的不足或缺少相電流，并且用于當(dāng)確定這樣的條件時(shí)生成適當(dāng)?shù)捻?應(yīng)，如將在下面參照?qǐng)D2描述的。如圖1所示的車輛IO被配置成混合動(dòng)力車輛，并且包括具有輸出構(gòu)件的發(fā)動(dòng)機(jī)(E) 12,該輸出構(gòu)件用作 變速器(T) 14的輸入構(gòu)件28。
車輛10還包括電存儲(chǔ)裝置(ESD) 16和一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī) (motor/generator) 20、 22 (分另'j為M/G A和M/G B),每個(gè)電動(dòng)/發(fā) 電機(jī)都可選擇性地單獨(dú)或組合地連接到變速器(T) 14。最后的驅(qū)動(dòng)組 件(FD) 18可操作地連接到輸出軸或驅(qū)動(dòng)軸2 3和一組驅(qū)動(dòng)輪(W) 15 用于推動(dòng)車輛IO。然而，在該發(fā)明的范圍內(nèi)也可用其他動(dòng)力源來推動(dòng)車 輛10,比如燃料電池(未示出)，或者如果車輛IO被配置為純電動(dòng)車 輛(PEV)，車輛IO可專門經(jīng)由電存儲(chǔ)裝置(ESD) 16以及電動(dòng)/發(fā)電機(jī) 20、 22來推動(dòng)，該電存儲(chǔ)裝置(ESD) 16能夠被配置為電池或其他適當(dāng) 的電或電化學(xué)裝置。
在圖1的混合動(dòng)力車輛實(shí)施例中，ESD 16經(jīng)由高壓DC總線17和本 領(lǐng)域已知類型的DC-AC逆變器(I) 25而被電連接到電動(dòng)/發(fā)電機(jī)20、 22。當(dāng)作為電動(dòng)才幾在其容量中(in their capacity)工作時(shí)每個(gè)電動(dòng)/ 發(fā)電機(jī)20和22能夠從ESD 16中汲取電能，同樣當(dāng)作為發(fā)電機(jī)工作時(shí) 每個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)能夠給ESD 16生成電能以存儲(chǔ)到ESD 16內(nèi)。每個(gè)電 動(dòng)/發(fā)電機(jī)20、 22具有各自的定子架40、 42,為清楚起見在圖1中每個(gè) 還都標(biāo)為S。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解的，這些架40、 42對(duì)算法 100來說視為是固定構(gòu)件或另外可用于確定其內(nèi)AC電流的每個(gè)相的電 流矢量位置。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，每個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)20、22被配置為三相交流(AC) 電機(jī)裝置，比如本領(lǐng)域已知類型的永磁同步電機(jī)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員會(huì)理解的，在給AC電機(jī)裝置供給能量(energize)的三相電流中， 這三個(gè)相電流中的每個(gè)都能夠利用已知的傳感器來仔細(xì)測(cè)量、檢測(cè)或以 其他方式單獨(dú)地確定，并且因而通過正確配置的控制器(比如控制器30) 能夠進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控，如由駐留在控制器30內(nèi)或可由控制器30訪問的 算法100確定的?？刂破?0適于對(duì)任何檢測(cè)的不足或缺少的相電流執(zhí) 行一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)。例如，故障碼或車輛診斷碼能夠被生成并存儲(chǔ)在控 制器內(nèi)以供維護(hù)技術(shù)員、遠(yuǎn)程源、車輛10的用戶訪問。車輛10還可以 配備有本領(lǐng)域已知類型的車輛遠(yuǎn)程信息處理單元(VTU) 31, VTU 31能 夠向遠(yuǎn)程位置(RL ) 32發(fā)送生成的診斷碼或另 一消息以促進(jìn)遠(yuǎn)程診斷或 校正動(dòng)作確定。或者，控制器30能夠激活車輛10內(nèi)的指示器裝置(i )
650，比如報(bào)警燈和/或聲音警報(bào)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以設(shè)想其他響應(yīng)。
參照?qǐng)D2,圖1的算法100被更詳細(xì)地示出并始于步驟102。在步 驟102,各種電機(jī)控制參數(shù)、值或條件被測(cè)量或以其他方式進(jìn)行驗(yàn)證或 確定。例如，電機(jī)條件可以包括期望的電機(jī)控制狀態(tài)，比如指示來自控 制器30的有效轉(zhuǎn)矩命令的正常運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)條件還可以包括在DC總 線17處所測(cè)量或檢測(cè)的DC總線電壓(見圖1 )，以及其他電機(jī)控制信 號(hào)或參數(shù)。
由算法100可用的典型的電機(jī)控制參數(shù)可以包括h和iq命令，即在 電動(dòng)/發(fā)電才幾20、 22內(nèi)的命令的》茲通電流(flux current) (id)和轉(zhuǎn) 矩電流(iq)的相應(yīng)可測(cè)量值，這些術(shù)語會(huì)被電機(jī)控制領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員所理解。就是說，在已知的d-q軸模型中，d-軸與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)20、 22的永i茲體的磁鏈(flux linkage)矢量對(duì)準(zhǔn)，而q-軸與得到的反電 動(dòng)勢(shì)矢量正交對(duì)準(zhǔn)。 一旦完成步驟1G2，算法IOG進(jìn)行到步驟104。
在步驟104,算法IOO把在步驟102確定的每個(gè)電機(jī)條件與期望值 或閾值相比較，并且然后只有當(dāng)所有期望值或閾值都已達(dá)到、被正確驗(yàn) 證或超過時(shí)算法100才繼續(xù)到步驟105。按照此方式，步驟104確?？?制器30通過了所有其基本電路診斷并且正主動(dòng)地從被診斷的特定電動(dòng)/ 發(fā)電機(jī)命令(command)轉(zhuǎn)矩，其中所述控制器30可被配置成單個(gè)單元
或與分離的混合變速器控制器(未示出)組合。也就是說，在電動(dòng)/發(fā) 電機(jī)20、 22內(nèi)穩(wěn)定且足夠大的三相AC電流應(yīng)當(dāng)是可容易檢測(cè)的。 一旦 完成步驟104并出現(xiàn)所有閾值條件，算法IOO就進(jìn)行到步驟105。
在步驟105，算法100測(cè)量組合的三相電流的每一相A、 B和C,并 且把這些值暫時(shí)記錄在控制器18 (見圖1)或另一可容易訪問的存儲(chǔ)器 位置。在測(cè)量這些值之后，算法IOO進(jìn)行到步驟106。
在步驟106，算法100確定數(shù)學(xué)上表示在步驟105測(cè)量的三相電流 的組合的旋轉(zhuǎn)合成矢量的位置以及基于電動(dòng)/發(fā)電機(jī)20、 22的轉(zhuǎn)子位置 的該合成矢量的對(duì)應(yīng)扇區(qū)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解的，三相電流 作為組合的電流不能有效地測(cè)量，因此如上所解釋的，在步驟105單獨(dú) 測(cè)量電流的每一相以便確定有效的"組合"相電流從而確定合成矢量位 置。該合成矢量表示三相的聯(lián)合或組合效應(yīng)。這樣的合成矢量能夠設(shè)置 在相對(duì)于電動(dòng)/發(fā)電機(jī)20、 22的固定部分區(qū)分的對(duì)應(yīng)扇區(qū)內(nèi)，所述固定部分比如定子架40、 42 (見圖1)。本文所用的術(shù)語"扇區(qū)"指的是在 沿A、 B和C相中的每一相的相應(yīng)+ /-相電流軸的+ /-30度內(nèi)的合成矢 量的位置，如圖3所示。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解的，在ABC相圖 中合成矢量的角度能夠通過將電流命令角度和檢測(cè)的轉(zhuǎn)子位置角度相 加來確定。
簡(jiǎn)單參照?qǐng)D3,相交的A、 B和C相軸的每個(gè)扇區(qū)58被分配0和5 之間的整數(shù)數(shù)字。如果合成矢量的扇區(qū)落在扇區(qū)2或5內(nèi)，則算法100 進(jìn)行到步驟108A,指示三相AC波形的第一或"A"相。如果扇區(qū)是l或 4,則算法100進(jìn)行到步驟108B，指示三相AC波形的第二或"B，，相。 如果扇區(qū)是0或3，則算法100進(jìn)行到步驟108C,指示三相AC波形的 第三或"C"相。
再次參照?qǐng)D2,在步驟108A、 108B和108C,相A、 B和C的計(jì)數(shù)器 值(在圖2中分別標(biāo)為FAIL—COUNT X)通過把其他兩相的對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器值 設(shè)為零來初始化。例如，在對(duì)應(yīng)于A相的步驟108A,相B和C的計(jì)數(shù)器 值被設(shè)為零，對(duì)于步驟108B(B相)，相A和C的計(jì)數(shù)器值被設(shè)為零， 而對(duì)于步驟108C(C相)，相A和B的計(jì)數(shù)器值;故設(shè)為零。然后算法100 根據(jù)該相進(jìn)行到步驟IIOA、 110B和110C。
在步驟IIOA、 IIOB和110C,將測(cè)量的相電流的絕對(duì)值(見步驟105 ) 與對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)的閾值進(jìn)行比較，該閾值是被測(cè)量相的校準(zhǔn)最小可接受電 流值。如果測(cè)量的各個(gè)相電流的任一個(gè)的絕對(duì)值小于對(duì)應(yīng)的閾值，則算 法IOO根據(jù)該相進(jìn)行到步驟112A、 U2B和112C。否則，算法100進(jìn)行 到步驟114。
在步驟112A、 112B和112C，算法100遞增與被診斷的相對(duì)應(yīng)的計(jì) 數(shù)器。例如，在對(duì)應(yīng)于相A的步驟112A,相A的計(jì)數(shù)器(比如 FAIL—C(HJNT_A)纟皮遞增。然后算法IOO進(jìn)行到步驟114。
在步驟114,將計(jì)數(shù)器的值與校準(zhǔn)的閾值計(jì)數(shù)或數(shù)字進(jìn)行比較。如 果計(jì)數(shù)器的值超過閾值數(shù)字，則算法100進(jìn)行到步驟116,否則返回到 步驟102。
在步驟116,在步驟114確定了計(jì)數(shù)器值超過預(yù)定的閾值計(jì)數(shù)或數(shù) 字后，算法IOO執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)。這樣的響應(yīng)可以包括而不限于 在控制器30(見圖1 )的可訪問部分內(nèi)設(shè)定故障碼，指示缺少的相電流， 點(diǎn)亮車輛10內(nèi)的指示燈，生成和/或發(fā)送消息到車輛內(nèi)部或遠(yuǎn)離車輛的位置，或者其他適當(dāng)?shù)木S護(hù)、診斷或信息響應(yīng)。
雖然已詳細(xì)描述了用于實(shí)施該發(fā)明的最佳才莫式，但是本發(fā)明涉及的 領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的用于實(shí)現(xiàn)該發(fā) 明的各種可選設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)由三相交流(AC)供電的電機(jī)中的不足相電流的方法，該方法包括一旦發(fā)生多個(gè)預(yù)定電機(jī)條件就測(cè)量該電機(jī)內(nèi)的該三相AC的每一相的各個(gè)相電流從而確定組合的相電流；確定該組合的相電流相對(duì)于該電機(jī)的固定部分的合成矢量位置；給該合成矢量位置分配扇區(qū)編號(hào)；比較各個(gè)相電流的每一個(gè)的絕對(duì)值和各個(gè)相電流的每一個(gè)的校準(zhǔn)閾值電流，所述校準(zhǔn)閾值電流對(duì)應(yīng)于所分配的扇區(qū)編號(hào)；和當(dāng)相電流的絕對(duì)值小于所述校準(zhǔn)閾值電流時(shí)，執(zhí)行至少一個(gè)響應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)預(yù)定電機(jī)條件包括預(yù)定 電機(jī)控制狀態(tài)、閾值電壓和閾值電機(jī)控制信號(hào)值。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行至少一個(gè)響應(yīng)包括設(shè)定診斷 碼、生成消息和激活指示器裝置中的至少一個(gè)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定電流矢量位置是相對(duì)于電機(jī)的定子部分確定的。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 當(dāng)相電流的絕對(duì)值小于閾值時(shí)，遞增整數(shù)計(jì)數(shù)器；和 當(dāng)計(jì)數(shù)器值超過閾值計(jì)數(shù)器數(shù)字時(shí)，執(zhí)行所述至少一個(gè)響應(yīng)。
6. —種用于檢測(cè)混合動(dòng)力車輛的三相AC永磁同步電機(jī)中的不足相 電流的方法，該方法包4舌檢測(cè)預(yù)定電機(jī)控制狀態(tài)；比較至少 一個(gè)電機(jī)控制參數(shù)和對(duì)應(yīng)的閾值；當(dāng)檢測(cè)到所述預(yù)定電機(jī)控制狀態(tài)并且所述至少 一 個(gè)電機(jī)控制參數(shù) 超過所述對(duì)應(yīng)的閾值時(shí)，測(cè)量該電機(jī)內(nèi)的三相AC的每一相的各個(gè)相電 流從而確定組合的相電 流;確定該組合的相電流相對(duì)于該電機(jī)的固定部分的合成矢量位置；給該合成矢量位置分配扇區(qū)編號(hào)；比較各個(gè)相電流的每 一 個(gè)的絕對(duì)值和該扇區(qū)編號(hào)的對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)閾 值5 和當(dāng)扇區(qū)的各個(gè)相電流的任 一 個(gè)的絕對(duì)值小于對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)闊值電流 時(shí)，扭^于至少一個(gè)維護(hù)響應(yīng)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中比較至少一個(gè)電機(jī)控制參數(shù)和對(duì) 應(yīng)的閾值包括比較測(cè)量的轉(zhuǎn)矩電流和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩電流閾值以及比4交測(cè) 量的》茲通電流和對(duì)應(yīng)的,茲通電流閾值。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中比較至少一個(gè)電機(jī)控制參數(shù)和對(duì) 應(yīng)的閾值進(jìn)一步包括比較測(cè)量的DC總線電壓和對(duì)應(yīng)的電壓閾值。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中分配扇區(qū)編號(hào)包括分配0和5之 間的整數(shù)值。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中執(zhí)行至少一個(gè)維護(hù)響應(yīng)包括以 下之一把車輛診斷碼存儲(chǔ)到控制器內(nèi)和把診斷碼發(fā)送到遠(yuǎn)程位置從而 促進(jìn)車輛維護(hù)。
11. 一種車輛，包括 能量存儲(chǔ)裝置(ESD );至少一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，其用于推動(dòng)車輛，所述至少一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電 機(jī)被配置成能夠用三相交流(AC)供給能量的永磁同步電機(jī)； DC-AC電壓逆變器；DC總線，用于^巴DC電流^v該ESD傳送到該逆變器；和 控制器，用于檢測(cè)所述至少一個(gè)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)中的不足相電流； 其中所述控制器適于測(cè)量該三相AC中的每一相的各個(gè)相電流、給 該三相AC的合成矢量位置分配扇區(qū)編號(hào)以及當(dāng)各個(gè)相電流的任一個(gè)的 絕對(duì)值小于該扇區(qū)編號(hào)的對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)閾值相電流時(shí)執(zhí)行至少 一個(gè)車輛 維護(hù)響應(yīng)。
12. 如權(quán)利要求11所述的車輛，其中所述至少一個(gè)車輛維護(hù)響應(yīng)包 括生成診斷碼。
13. 如權(quán)利要求11所述的車輛，其中所述固定部分是定子架。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)永磁同步電機(jī)中的不足相電流的方法和設(shè)備。提供了一種用于檢測(cè)永磁同步電機(jī)中的不足或缺少的相電流的方法。該方法包括確定組合的三相相電流相對(duì)于電機(jī)的固定部分的合成矢量位置以及給該位置分配扇區(qū)。該方法包括比較相電流和與該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)閾值電流以及當(dāng)絕對(duì)值小于閾值時(shí)執(zhí)行響應(yīng)。車輛包括能量存儲(chǔ)裝置(ESD)；電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，其被配置成永磁同步電機(jī)；電壓逆變器；和用于把DC電流從ESD傳送到逆變器的總線?？刂破鳈z測(cè)不足相電流、確定三相AC的電流矢量位置、給該位置分配扇區(qū)以及當(dāng)相電流的絕對(duì)值小于校準(zhǔn)閾值時(shí)執(zhí)行響應(yīng)。
文檔編號(hào)G01R19/17GK101566646SQ20091013215
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者S·E·格利森, S·T·韋斯特, W·D·王 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司