电动机定子绕组温度估算.pdf

本发明涉及电动机定子绕组温度估算，具体而言提供一种控制扭矩指令以防止永磁体电动机多个相位中的一个或更多相位过热的温度估算控制器和方法。温度估算控制器包括低速温度估算模块、过渡模块和依赖于温度的扭矩指令降低方块。低速温度估算模块响应于多个相位中的每个相位相对于热中性点测量的第一热阻抗确定永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。过渡模块连接到低速温度估算模块，且当永磁体电动机的检测速度小于第一预定速度时输出由低速温度估算模块确定的永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。依赖于温度的扭矩指令降低方块连接到过渡模块，且响应于所述多个相位中的一个或更多相位的定子温度降低扭矩指令。

1.  一种控制扭矩指令以防止永磁体电动机多个相位中的一个或更多相位过热的方法，所述方法包括以下步骤：
确定永磁体电动机的检测速度是否小于第一预定速度；
当永磁体电动机的检测速度小于第一预定速度时，响应于所述多个相位中的每个相位相对于热中性点测量的第一热阻抗估算所述多个相位中的每个相位的定子温度；和
响应于所述多个相位中的一个或更多相位的定子温度降低扭矩指令。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：估算所述多个相位中的每个相位的定子温度的步骤包括步骤：响应于所述多个相位中的每个相位的铜耗计算永磁体电动机多个相位中的每个相位的第一热阻抗。

3.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于：计算多个相位中的每个相位的第一热阻抗的步骤包括以下步骤：
计算永磁体电动机多个相位中的每个相位的交流均方根电流；
响应于测量的交流均方根电流计算永磁体电动机多个相位中的每个相位的铜耗；和
响应于所述多个相位中的每个相位的铜耗计算第一热阻抗。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：估算所述多个相位中的每个相位的定子温度的步骤包括以下步骤：
计算热中性点相对于冷却剂温度的第二热阻抗；和
响应于冷却剂温度、由于相应第一热阻抗引起的第一温度升高和由于第二热阻抗引起的第二温度升高，估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

5.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：
确定永磁体电动机的检测速度是否大于第二预定速度；和
当永磁体电动机的检测速度大于第二预定速度时，响应于由连接到永磁体电动机多个相位之一的热敏电阻器测量的温度估算多个相位中的每个相位的定子温度。

6.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：当永磁体电动机的检测速度大于第一预定速度且小于第二预定速度时，响应于第一热阻抗和由热敏电阻器测量的温度两者估算多个相位中的每个相位的定子温度。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当永磁体电动机的检测速度大于第一预定速度且小于第二预定速度时，估算多个相位中的每个相位的定子温度的步骤包括以下步骤：
响应于检测速度计算比例系数；和
当永磁体电动机的检测速度大于第一预定速度且小于第二预定速度时，响应于第一热阻抗、由热敏电阻器测量的温度和所述比例系数估算多个相位中的每个相位的定子温度。

8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于：响应于第一热阻抗、由热敏电阻器测量的温度和比例系数估算多个相位中的每个相位的定子温度的步骤包括步骤：响应于第一热阻抗与比例系数的乘积以及由热敏电阻器测量的温度与1和比例系数之间的差的乘积的总和估算多个相位中的每个相位的定子温度。

9.  一种用于永磁体电动机的温度估算控制器，包括：
低速温度估算模块，所述低速温度估算模块响应于永磁体电动机多个相位中的每个相位相对于热中性点计算的第一热阻抗，来估算所述永磁体电动机的多个相位中的每个相位的定子温度；
过渡模块，所述过渡模块连接到所述低速温度估算模块，且当永磁体电动机的检测速度小于第一预定速度时输出所述低速温度估算模块确定的永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度；和
依赖于温度的扭矩指令降低方块，所述依赖于温度的扭矩指令降低方块连接到所述过渡模块，且响应于所述多个相位中的一个或更多相位的定子温度降低扭矩指令。

10.  根据权利要求9所述的温度估算控制器，其特征在于：所述低速温度估算模块接收冷却剂温度信号，并计算热中性点相对于冷却剂温度信号的第二热阻抗，所述低速温度估算模块响应于冷却剂温度信号、由于相应第一热阻抗引起的第一温度升高和由于第二热阻抗引起的第二温度升高来估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

11.  根据权利要求9所述的温度估算控制器，其特征在于还包括高速温度估算模块，用于响应于连接到永磁体电动机多个相位之一的热敏电阻器来估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度，其中，过渡模块还连接到高速温度估算模块，且在永磁体电动机的检测速度大于第二预定速度时输出所述高速温度估算模块计算的永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

12.  根据权利要求11所述的温度估算控制器，其特征在于：当永磁体电动机的检测速度大于第一预定速度且小于第二预定速度时，过渡模块输出由低速温度估算模块和高速温度估算模块的组合输出确定的永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

13.  根据权利要求12所述的温度估算控制器，其特征在于还包括比例系数计算器，用于响应于永磁体电动机的检测速度计算比例系数，其中，过渡模块连接到比例系数计算器以从其接收比例系数，且当永磁体电动机的检测速度大于第一预定速度且小于第二预定速度时，响应于比例系数输出永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

14.  一种电动机系统，包括：
包括多个相位的永磁体电动机；
逆变器，所述逆变器连接到永磁体电动机的多个相位且为其提供电力控制；
连接到永磁体电动机的冷却剂，用于降低操作期间电动机的温度；
连接到永磁体电动机的解析器，用于检测电动机速度并响应于永磁体电动机的速度产生检测速度信号；
连接到所述多个相位中的一个的热敏电阻器，用于确定该相位的温度，并响应于所述多个相位中的所述一个的温度产生相位温度信号；
连接到冷却剂的冷却剂温度检测器，以确定冷却剂温度；和
连接到逆变器和解析器的温度估算控制器，用于响应于多个相位中的每个相位相对于热中性点测量的第一热阻抗估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度，并在检测速度信号小于第一预定速度时，响应于多个相位中的一个或更多相位的定子温度降低扭矩指令以产生降低的扭矩指令，
其中，逆变器响应于降低的扭矩指令为永磁体电动机多个相位提供电力控制。

15.  根据权利要求14所述的电动机系统，其特征在于：温度估算控制器还连接到冷却剂温度检测器，且确定热中性点相对于从冷却剂温度检测器接收的冷却剂温度信号的第二热阻抗，所述温度估算控制器响应于冷却剂温度信号、由于相应第一热阻抗引起的第一温度升高和由于第二热阻抗引起的第二温度升高而估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

16.  根据权利要求14所述的电动机系统，其特征在于：温度估算控制器还连接到热敏电阻器，且在检测速度信号大于第二预定速度时，响应于相位温度信号估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

17.  根据权利要求16所述的电动机系统，其特征在于：当检测速度信号大于第一预定速度且小于第二预定速度时，温度估算控制器响应于相位温度信号和第一热阻抗估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

18.  根据权利要求17所述的电动机系统，其特征在于：温度估算控制器包括连接到解析器的比例系数计算器，用于响应于检测速度信号计算比例系数，其中，当检测速度信号大于第一预定速度且小于第二预定速度时，温度估算控制器响应于相位温度信号、第一热阻抗和比例系数估算永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。

19.  根据权利要求14所述的电动机系统，其特征在于：永磁体电动机是交流同步电动机。

20.  根据权利要求14所述的电动机系统，其特征在于：逆变器包括连接到温度估算控制器的多个绝缘栅双极晶体管，所述多个绝缘栅双极晶体管响应于降低的扭矩指令控制永磁体电动机的操作。

电动机定子绕组温度估算
技术领域
[0001]本发明总体上涉及电动机系统，更具体地涉及用于估算电动机中定子绕组的温度的方法和装置。
背景技术
[0002]在永磁体电动机的定子绕组的温度过热时，电动机系统中的永磁体电动机可能损坏。通常，定子绕组的温度由安装在电动机定子绕组一个相位上的温度测量传感器测量，如热敏电阻器。假设平衡的三相电流在定子绕组中流动，单个温度测量传感器可以适当地估算所有三个相位的温度。然而，在处于或接近0速度时，可能没有电流在安装有传感器的电动机定子绕组的相位中流动，或在某些速度时，不平衡的电流可能在定子绕组的三个相位中流动。在这些状况下，单个温度测量传感器将不能正确地报告电动机的实际温度，因而电动机可能由于过热损坏。
[0003]因而，希望提供一种防止电动机定子绕组过热损坏的方法和装置。此外，希望提供在包括处于或接近0速度的所有速度时的电动机的温度感测。另外，本发明的其它希望特征和特性从随后的详细描述和所附权利要求结合附图以及前述技术领域和背景技术将变得显而易见。
发明内容
[0004]提供一种防止永磁体电动机定子绕组过热损坏的温度估算控制器。所述温度估算控制器包括低速温度估算模块、过渡(转变)模块和依赖于温度的扭矩指令降低方块(command derater block)。所述低速温度估算模块响应于多个相位中的每个相位相对于热中性点(thermal neutral)测量的第一热阻抗确定永磁体电动机的所述多个相位中的每个相位的定子温度。所述过渡模块连接到所述低速温度估算模块，且当永磁体电动机的检测速度小于第一预定速度时输出所述低速温度估算模块确定的永磁体电动机多个相位中的每个相位的定子温度。所述依赖于温度的扭矩指令降低方块连接到所述过渡模块，且响应于所述多个相位中的一个或更多相位的定子温度降低扭矩指令。
[0005]提供一种控制扭矩指令以防止永磁体电动机多个相位中的一个或更多相位过热的方法。所述方法包括步骤：确定永磁体电动机的检测速度是否小于第一预定速度；当永磁体电动机的检测速度小于第一预定速度时响应于所述多个相位中的每个相位相对于热中性点测量的第一热阻抗确定所述多个相位中的每个相位的定子温度；和响应于所述多个相位中的一个或更多相位的定子温度降低扭矩指令。
附图说明
[0006]本发明将在下文结合以下附图描述，其中相同的附图标记表示相同的元件，且
[0007]图1示出了根据本发明实施例的电动机系统的框图；
[0008]图2示出了根据本发明实施例的低速温度估算算法的电路图；
[0009]图3示出了根据本发明实施例的图1的电动机系统的温度估算控制器的更详细的示图；
[0010]图4示出了根据本发明实施例的图3的电动机系统的温度估算控制器的过渡模块的操作流；
[0011]图5示出了根据本发明实施例的图3的电动机系统的过渡模块的操作曲线图；
[0012]图6示出了根据本发明实施例的图3的电动机系统的温度估算控制器的操作流程图；和
[0013]图7示出了在采用根据本发明实施例的图3的电动机系统的机动车辆操作期间产生的波形。
具体实施方式
[0014]以下详细说明性质上仅为示范性的，且并不打算限定本发明或其应用及用途。另外，并非打算受限于前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明确的或隐含的理论。
[0015]参考图1，根据本发明实施例的电动机系统100包括三相交流(AC)同步电机110，如同步磁阻电机或永磁体电动机，电机110响应于来自逆变器120的信号操作。为电动机110提供电力控制的逆变器120连接在功率源140的直流(DC)总线135之间。逆变器120包括晶体管122-127，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)，且响应于从电流调节扭矩控制器150到其栅极的信号进行操作，以提供电压给电动机110的每个相位115，每个晶体管对122/125，123/126和124/127形成逆变器120的相脚。热敏电阻器118连接到一个相位115，以测量该相位115的绕组的温度。冷却剂155，如机油，环绕电动机110并在电动机110操作期间冷却电动机110，温度信号发生器156从冷却剂155内的热电偶157确定冷却剂155的温度，并提供表示线路158上冷却剂155的温度的数字信号。
[0016]解析器160(或类似感测设备)连接到电动机110，以测量转子位置并检测其速度。解析器-数字转换器165将来自解析器160的信号转换为数字信号，且将AC同步电动机110的转子的角位置和检测速度的这些数字表示提供给电流调节扭矩控制器150。电流调节扭矩控制器150的输出连接到每个晶体管122-127的每个的栅极，以提供电动机控制信号给逆变器120作为晶体管122-127的操作控制信号。
[0017]根据该实施例，温度估算控制器170包括依赖于温度的扭矩指令降低方块172、高速温度估算模块174、低速温度估算模块176、比例系数计算器178和过渡模块180。
[0018]高速温度估算模块174从电流调节扭矩控制器150接收同步坐标电流I_d，I_q，并响应于同步坐标电流和热敏电阻器118测量的一个相位115的温度而估算相位115的绕组的相位温度(T_a，T_b，T_c)。低速温度估算模块176接收检测的电流值I_a，I_b，I_c，并响应于电流值和线路158上提供的冷却剂155的温度而估算相位115的绕组的相位温度(T_a，T_b，T_c)。
[0019]比例系数计算器178从解析器-数字转换器165接收表示电动机110的检测速度的数字信号，且计算比例系数，如下文更详细地描述的那样。比例系数从计算器178连同来自于高速温度估算模块174和低速温度估算模块176的估算相位温度(T_a，T_b，T_c)一起提供给过渡模块180。过渡模块180根据比例系数修正估算相位温度(T_a，T_b，T_c)，以获得相位温度(T_a，T_b，T_c)，以便提供给依赖于温度的扭矩指令降低方块172的第一输入端。
[0020]扭矩控制信号(扭矩指令T^*)提供给依赖于温度的扭矩指令降低方块172的第二输入端。依赖于温度的扭矩指令降低方块172响应于相位温度(T_a，T_b，T_c)修正扭矩指令，以产生温度降低的扭矩控制信号。电流调节扭矩控制器150从电动机110的每个相位115接收电流信号，且根据本实施例响应于从依赖于温度的扭矩指令降低方块172接收的温度降低的扭矩控制信号而修正电动机110相位115处的电流，以产生提供给逆变器120的操作控制信号。
[0021]因而，操作控制信号将由温度降低的扭矩控制信号表示的增益应用于施加给晶体管122-127的栅极的指令信号/电压。因而，根据本实施例，每个相位115处的电流由电流调节扭矩控制器150接收并响应于温度降低的扭矩控制信号修正，以提供合适的增益给操作控制信号，同时在所有速度时将依赖于温度的扭矩降低并入控制结构，包括在接近于0速的速度时通过由从比例系数计算器178提供给过渡模块180的系数换算的、由低速温度估算方块176产生的比例相位温度而修正扭矩指令。
[0022]通常，仅一个温度测量传感器(例如，热敏电阻器118)安装在电动机定子绕组的三个相位115之一上。在0速时，如果电流在没有安装热敏电阻器118的相位115中流动，这些相位115的实际温度将不会正确地报告给常规电动机控制器以保护这些相位115不受过热。因而，估算每个相位115的定子温度和将该定子温度与预定温度阀值比较以降低扭矩指令能够防止在0速时定子绕组的过热。
[0023]参考图2，根据本发明实施例用于低速温度估算的电动机热网200的电路图确定电动机110每个相位115(即，Φ_a，Φ_b，Φ_c)处的温度T_a，T_b和T_c。
[0024]在电动机110处于和接近0速时定子相位绕组115的温度通过计算每个相位115和热中性点202之间的热阻抗(R_th)(即：第一相位Φ_a的温度T_a和热中性点202之间的热阻抗204(R_than)、第二相位Φ_b的温度T_b和热中性点202之间的热阻抗206(R_thbn)、和第三相位Φ_c的温度T_c和热中性点202之间的热阻抗208(R_thcn))和热中性点202和冷却剂155(具有由热电偶157(图1)测量的温度T_Coolant)的温度之间的热阻抗(R_thnc)来测量。
[0025]由于铜耗和铁耗引起的电动机的功率消耗能够分别使用方程(1)和(2)表示。
Pcu=RDCI2,RDC=NcNlturnAturnσcu---(1)]]>
其中：R_DC是每个相位的DC电阻；
      N_c是串联线圈的数量；
      N是匝数；
      l_turn是一匝的长度；
      A_turn是一匝的面积；且
      σ_cu是铜的导电率。
Piron=Ph+Pe=ϵh(ffn)Bmα+ϵe(ffn)2B2---(2)]]>
其中：P_h是由于磁滞损失引起的功率消耗；且
      P_e是由于涡流损失引起的功率消耗。
[0026]如本领域技术人员从方程(1)和(2)推出的那样，在0和低操作速度时定子绕组中产生的热大部分是由于铜耗引起。因而，根据本实施例，由于铁耗引起的定子绕组中产生的热被忽略不计。由于铜耗引起的定子绕组中产生的热能够使用如上述方程(1)所示的定子电流和热阻抗计算。
[0027]三个相位115中的每个的温度升高使用热网200和计算的每个相应相位115中的铜耗估算。参考简化的电动机热力模型200，三相AC电动机110的定子相位绕组115中的温度升高能够使用以下各项估算：(a)热阻抗R_than204，(b)热阻抗R_thbn206，(c)热阻抗R_thcn208，(d)热阻抗R_thnc210，和(e)由安装在相位C绕组中的热敏电阻器118测量的温度。每个相位中的铜耗作为定子RMS电流(均方根电流)I_a，I_b，I_c和定子相位电阻的函数计算。因此，在低速时的温度估算由低速温度估算模块176使用方程(3)，(4)和(5)计算。
Tsa=Rthan(1+Tzas1+2ξaTwas+(Twa)2)RsaIa2+(Rthncτthncs+1)Σi=a,b,cRsiIi2+Tcoolant---(3)]]>
Tsb=Rthbn(1+Tzbs1+2ξbTwbs+(Twb)2)RsbIb2+(Rthncτthncs+1)Σi=a,b,cRsiIi2+Tcoolant---(4)]]>
Tsc=Rthcn(1+Tzcs1+2ξcTwcs+(Twc)2)RscIc2+(Rthncτthncs+1)Σi=a,b,cRsiIi2+Tcoolant---(5)]]>
[0028]方程(3)，(4)和(5)中的第一项表示由于每个相位204，206，208相对于热中性点202的热阻抗引起的温度升高，而方程(3)，(4)和(5)中的第二项表示由于热中性点202和冷却剂155之间的热阻抗210引起的温度升高。
[0029]参考图3，描绘了根据本实施例用于执行计算和其它功能的示范性电路块。AC电流I_a，I_b和I_c分别提供给低速温度估算模块176的组合器302，304，306。通过提供电流I_a，I_b和I_c给两个输入端中的每个，组合器302，304，306产生与每个相位115的AC RMS电流等价的波形，且分别提供AC RMS电流给方块308，310和312。
[0030]方块308响应于相位a的定子布线的温度T_a计算相位a(相位204)的定子布线的定子相位电阻R_sa，且将它与来自于组合器302的输出端的定子电流I_a²的AC RMS值相乘，从而提供其乘积的数字值给方块314以用于计算由于相位204的热阻抗Z_{θ_an}引起的温度升高。类似地，方块310和312分别从相位b和c(相位206，208)的定子布线的温度T_b和T_c计算定子相位电阻R_sb和R_sc，且将它们与组合器304，306的相应输出相乘。方块310和312的输出分别作为数字值提供给方块316和318，以用于计算由于相位206和208的热阻抗Z_{θ_bn}，Z_{θ_cn}引起的温度升高。
[0031]方块308，310和312的输出也提供给方块320的输入，以计算由于热中性点202和冷却剂155之间的热阻抗Z_{θ_nc}210引起的温度升高。方块314，316，318和320的输出以及表示线路158上冷却剂155的温度T_Coolant的数字信号提供给低速定子相位温度估算器325的输入端，以响应于根据方程(3)，(4)和(5)计算的三个相位115中的铜耗而估算电动机110的三个相位115的温度T_a，T_b和T_c。
[0032]现在转到高速温度估算模块174，三个相位115的温度计算大约每10毫秒执行一次，且以该高基本频率取样AC电流信号将降低铜耗计算的准确性。因此，同步坐标数字电流信号I_d和I_q(即，d和q轴电流)用于计算铜耗。而且，当电动机110旋转时，假设三个相位115的三个定子绕组之间的热分布是几乎相等的，且由安装在三个绕组之一中的热敏电阻器118测量的温度应当代表所有三个相位115中的正确温度升高。因而，定子相位电阻R_sa，R_sb和R_sc使用热敏电阻器测量结果来计算。同步坐标数字电流信号I_d和I_q从电流调节扭矩控制器150提供给高速温度估算模块174的定子电流平方量计算器330。定子电流平方量计算器330计算电流I_s²的RMS值且提供电流RMS给方块332，334和336。
[0033]方块332，334和336响应于由相位115定子布线之一的热敏电阻器118测量的T_Thermistor计算相位115定子布线的定子相位电阻R_sa，R_sb和R_sc且将它与来自定子电流平方量计算器330的输出的定子电流I_s²的RMS值相乘。方块332，334和336的输出分别提供给方块340，342和344，以计算由于相位206和208的热阻抗Z_{θ_an}，Z_{θ_bn}，Z_{θ_cn}引起的温度升高。方块332，334和336的输出也提供给方块346的输入，以计算由于热中性点202和冷却剂155之间的热阻抗Z_{θ_nc} 210引起的温度升高。
[0034]方块340，342，344和346的输出以及表示线路158上冷却剂155的温度T_Coolant的数字信号和来自热敏电阻器118的信号T_Thermistor提供给高速定子相位温度估算器348的输入端，以响应于根据方程(3)，(4)和(5)计算的三个相位115中的铜耗估算电动机110的三个相位115的温度T_a，T_b和T_c。
[0035]由高速定子相位温度估算器348和低速定子相位温度估算器325计算的表示三个相位115的绕组的定子绕组温度的估算值的输出T_a，T_b和T_c提供给过渡模块180的输入端。如上所述，比例系数计算器178从解析器-数字转换器165接收表示电动机110检测速度的数字信号并计算比例系数。比例系数从计算器178提供给过渡模块180，且过渡模块180根据比例系数修正所估算的相位温度(T_a，T_b，T_c)，以获得相位温度(T_a，T_b，T_c)以便提供给依赖于温度的扭矩指令降低方块172的输入端。
[0036]电流调节扭矩控制模块150包括三相-两相转换方块350，该三相-两相转换方块350采用来自三个相位115的电流产生静止参考坐标中的两相电流I_α和I_β，静止-同步转换方块352将电流I_α和I_β转换成同步参考坐标中的电流值I_ds^e和I_qs^e(更简单地，表示为I_d和I_q)，其中DC电流值便于更容易地根据本实施例计算操作控制信号。如上所述，同步参考坐标数字电流值I_d和I_q提供给定子电流平方量计算器330。此外，同步参考坐标数字电流值I_d和I_q分别提供给d和q相位求和器356和358。
[0037]扭矩指令T^*提供给依赖于温度的扭矩指令降低方块172，以响应于来自过渡模块180的相位温度(T_a，T_b，T_c)产生降低的扭矩指令信号T^**，从而防止相位115的定子绕组的过热损坏。根据本实施例，依赖于温度的扭矩指令降低方块172响应于检测到多个相位中一个或更多相位的定子温度高于预定温度而降低(即，下降)扭矩指令T^*。
[0038]电流调节扭矩控制模块150的最佳电流指令确定方块354从降低的扭矩指令信号T^**产生同步参考坐标中的两个电流指令和并分别将电流指令和与d和q相位求和器356和358处的电流值I_d和I_q结合，以产生电流误差信号。同步坐标电流调节器360产生具有电压和的同步坐标操作信号。
[0039]同步-静止转换方块365将同步坐标操作信号和转换成两个静止坐标操作信号V_α^*和V_β^*。两相-三相转换方块370将这两个静止坐标操作信号V_α^*和V_β^*转换为三相电压操作信号V_α^*，V_b^*和V_c^*，以提供给逆变器120的相应三个相腿122/125，123/126和124/127。由此，逆变器120的操作控制信号响应于降低的扭矩信号T^**产生，以保护AC同步电动机110的相位115的过热，甚至在低速时也是如此。
[0040]参考图4，根据本实施例的温度估算控制器170的过渡模块180的操作流400包括三种操作模式：模式零402、模式一404和模式二406。当电动机启动时(即，打开)410时，过渡模块180以模式零402操作。模式零402在处于和接近0速(例如，低于大约75转每分(rpm))时有效。在模式零402期间，过渡模块180提供由低速温度估算模块176计算的估算定子温度T_a，T_b和T_c给依赖于温度的扭矩指令降低方块172，以降低扭矩指令T^*。
[0041]因此，扭矩指令T^*响应于估算定子温度T_a，T_b和T_c降低，估算定子温度T_a，T_b和T_c响应于多个相位中的每个相位测量的热阻抗通过确定每个相位115中的铜耗计算，其中，铜耗响应于AC RMS电流I_a²，I_b²或I_c²和每个相应相位115的定子相位电阻R_sa，R_sb或R_sc计算，估算温度T_a，T_b或T_c用于计算相应定子相位电阻R_sa，R_sb或R_sc。
[0042]当电动机110的速度变得大于第一预定速度时，其中，根据本实施例第一预定速度是大约75rpm的速度，过渡模块180从模式零402切换操作412至模式一404。在模式一404期间，过渡模块180提供由高速温度估算模块174计算的估算定子温度和低速温度估算模块176计算的估算定子温度两者结合而计算的估算定子温度T_a，T_b和T_c给依赖于温度的扭矩指令降低方块172，以降低扭矩指令T^*。换句话说，在模式一404期间，依赖于温度的扭矩指令降低方块172响应于由高速温度估算模块174计算的多个相位115的定子温度(响应于由热敏电阻器118测量的一个相位的温度)和低速温度估算模块176计算的多个相位115的定子温度(响应于多个相位的热阻抗通过确定每个相位115中的铜耗(即，AC RMS电流I_a²，I_b²或I_c²))降低扭矩指令T^*。
[0043]当电动机110的速度变得大于第二预定速度时，其中根据本实施例第二预定速度是大约150rpm的速度，过渡模块180从模式一404切换操作414至模式二406。在模式二406期间，过渡模块180提供由高速温度估算模块174计算的估算定子温度T_a，T_b和T_c给依赖于温度的扭矩指令降低方块172，以降低扭矩指令T^*。因而，在模式二406期间，依赖于温度的扭矩指令降低方块172响应于由高速温度估算模块174计算的多个相位115的定子温度(响应于由热敏电阻器118测量的一个相位的温度)降低扭矩指令T^*。
[0044]类似地，当电动机110的速度下降到低于第二预定速度时，过渡模块180的操作从模式二406切换416到模式一404，且电动机110的速度下降到低于第一预定速度时，过渡模块180的操作从模式一404切换418到模式零402。
[0045]根据本实施例，比例系数计算器178响应于电动机110的速度计算比例系数，以允许过渡模块180在模式一404期间在模式零402和模式二406之间平滑地过渡。参考图5，描绘了根据本发明实施例响应于比例系数计算器178操作过渡模块180的曲线图500。
[0046]在曲线图500的y轴上可以看出，由比例系数计算器计算的比例系数在从0到1的范围内。过渡模块180将由高速温度估算模块174计算的估算定子温度乘以线502上绘出的第一比例系数，将由低速温度估算模块176计算的估算定子温度乘以线504上绘出的第二比例系数，且提供其总和给依赖于温度的扭矩指令降低方块172。
[0047]低于第一预定速度506，由比例系数计算器178提供给过渡模块的第一比例系数502是0，且由比例系数计算器178提供给过渡模块的第二比例系数504是1，从而通过比例系数换算的由高速和低速温度估算模块174，176提供的估算定子温度的总和等于由低速温度估算模块176计算的估算定子温度。高于第二预定速度508，由比例系数计算器178提供给过渡模块的第一比例系数502是1，且由比例系数计算器178提供给过渡模块的第二比例系数504是0，从而通过比例系数换算的由高速和低速温度估算模块174，176提供的估算定子温度的总和等于由高速温度估算模块174计算的估算定子温度。
[0048]在模式一404的过渡期间，过渡模块180提供由高速温度估算模块174计算的估算定子温度的一部分和低速温度估算模块176计算的估算定子温度的一部分结合计算的估算定子温度T_a，T_b和T_c给依赖于温度的扭矩指令降低方块172，以降低扭矩指令T^*。线502和504上的比例系数的线性斜率提供在模式零402和模式二406之间的温度估算的线性过渡。虽然图5的曲线图500中示出了线性过渡，但是过渡模块180可以采用其它非线性函数，以在模式零402和模式二406之间过渡，而不偏离本发明的精神，比例系数计算器的设计/程序化控制模式间过渡的线性或非线性。
[0049]虽然图1示出了温度估算控制器170，包括可识别的模块和方块，如高和低速温度估算模块174，176、比例系数计算器178、过渡模块180和依赖于温度的扭矩指令降低方块172，但是温度估算控制器170的操作可以可替换地表示为软件步骤。参考图6，图示了根据本发明实施例的电动机系统100的温度估算控制器170的操作流程图600。
[0050]当电动机110打开602时，过程开始。在过程确定电动机110打开602之后，对于电动机110的多个相位115中的每个计算604交流(AC)均方根(RMS)电流值。接着，电动机110的多个相位115中的每个的铜耗响应于其AC RMS电流值而被计算606，且电动机110的多个相位115中的每个的第一热阻抗响应于多个相位115中的每个在步骤606计算的铜耗而被计算608。
[0051]过程然后确定610由于在步骤608计算的相应第一热阻抗引起的每个相位115的定子绕组中的温度升高。在此之后，感测612表示冷却剂155温度的线158上的信号，且确定614由于热中性点的第二热阻抗引起的温度升高，热中性点的第二热阻抗相对于冷却剂155的温度计算。然后，响应于由在步骤610计算的相应第一热阻抗(针对所述多个相位中的每个相位相对于热中性点)引起的每个相位的温度升高、由在步骤614计算的热中性点的第二热阻抗引起的第二温度升高和在步骤612感测的冷却剂155的温度，估算616每个相位115的低速定子温度。
[0052]随后，过程确定电动机110的速度是否大于第一预定速度618，且当速度小于(即，不大于)第一预定速度618时，设定620定子温度T_a，T_b和T_c等于从步骤616估算的低速定子温度。扭矩指令T^*然后降低622，以防止电动机110的多个相位115中的一个或更多相位的过热，且过程返回到步骤602。
[0053]当确定618速度大于第一预定速度时，响应于由热敏电阻器118测量的温度估算624多个相位中的每个相位的高速定子温度，过程确定626电动机110的速度是否大于第二预定速度，其中第一和第二预定速度如关于图5讨论的那样选择。当速度大于第二预定速度626时，定子温度T_a，T_b和T_c设定等于从步骤624估算的高速定子温度。扭矩指令T^*然后降低622，且过程返回到步骤602。
[0054]当电动机110的速度大于第一预定速度618而小于第二预定速度626时，响应于电动机110的速度计算630的比例系数值。然后，定子温度T_a，T_b和T_c通过将(a)估算的高速定子温度(来自步骤624)和比例系数值的乘积以及(b)估算的低速定子温度(来自步骤616)和1与比例系数之间的差的乘积求和而计算632。扭矩指令T^*然后降低622，且过程返回到步骤602。
[0055]虽然流程图600提出操作温度估算控制器170的软件表示，根据本发明的操作不必具有如图1所示的两个单独控制器150，170。本发明的可替换实施例可以在单个控制器或处理器中实现两个控制器150，170的功能。此外，上文讨论的一些或全部操作可以在较高级别的控制器中实现，如本领域技术人员公知的控制器，以产生扭矩指令T^*。
[0056]参考图7，曲线图700图示了在根据本发明的电动机系统100的操作期间产生的波形。时间以秒为单位沿x轴示出，而y轴示出了单位为摄氏度的温度、单位为牛顿米的扭矩或单位为转每分(rpm)的电动机110速度中任何一个。迹线702示出了在根据本发明实施例降低之前提供给电动机110的扭矩指令T^*，迹线704示出了电动机110的速度。从迹线704可以看出，电动机操作在或接近0速(即，处于低速)，直到大约486790秒，且其后电动机增加速度至低于75rpm的另一低速(例如，25rpm)。在0速和低速(25rpm)时、以及在高速时提供不同扭矩指令值702。
[0057]迹线706示出了电动机110的温度，同时在迹线708上示出了一个相位115的测量温度，在迹线710上示出了根据本实施例估算的一个相位115的估算温度。可以看出，尽管电动机速度(迹线704上)和/或扭矩指令T^*(迹线702上)变化，这些温度(在迹线706，708和710上)大约相等。
[0058]在迹线712上示出了冷却剂155的温度，在迹线714上示出了热中性点202的温度。应当注意，在电动机操作持续存在时这些温度增加。然而，即使这些值增加，根据本实施例降低扭矩指令T^*也保护相位定子绕组不受过热引起的损坏。此外，本实施例提供温度估算的稳定方法，其中电动机110的每个相位115的温度能够准确地估算，而不用在每个相位115中设置热敏电阻器，即使在处于或接近电动机110的0速时也是如此。
[0059]虽然在前述具体实施方式中已经阐述了至少一个示范性实施例，但是应当理解的是，存在大量的变型。也应当理解，示范性实施例仅仅是示例，且不旨在以任何方式限制本发明的范围、可应用性或构造。相反，前述具体实施方式将提供本领域技术人员实施示范性实施例的便利途径。应当理解的是，可以对元件的功能和布置进行各种变化，而不偏离由所附权利要求及其合法等价物所阐述的本发明的范围。