用于控制電機的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于控制電機的系統(tǒng)和方法。根據示例性實施例的一方面，提供一種用于控制電機的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：數據存儲單元，與電機的熱等效電路相關的數據存儲在數據存儲單元中；溫度測量單元，測量進入冷卻流動路徑部的冷卻流體的溫度；轉速測量單元，測量轉子的轉速；驅動電流測量單元，測量電機的驅動電流；永磁體溫度估算單元，估算轉子的永磁體部的溫度；以及驅動控制器，控制電機的驅動。
【專利說明】用于控制電機的系統(tǒng)和方法
[0001] 本申請要求于2013年7月2日提交到韓國知識產權局的第10-2013-0077299號 韓國專利申請和于2014年5月22日提交到韓國知識產權局的第10-2014-0061796號韓國 專利申請的權益，這兩個申請公開的全部內容通過引用被包含于此。

【技術領域】
[0002] -個或更多個不例性實施例涉及一種用于控制電機的系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0003] 由于當產生驅動力的電機被驅動時所產生的電動勢及渦流損耗的一些原因，在電 機中出現熱耗散。
[0004] 由于電機中產生的熱造成電機的壽命縮短并影響性能，因此用于冷卻電機的一些 裝置是公知的。
[0005] 具體地講，由于在定子中產生大量的熱，因此通過使定子中產生的熱消散而冷卻 電機的一些技術是公知的。第2010-0033857號韓國專利特許公開公開了一種使用水冷卻 法來冷卻定子的技術。


【發(fā)明內容】

[0006] -個或更多個示例性實施例包括一種用于控制電機的系統(tǒng)和方法，由此來估算設 置在轉子處的永磁體部的溫度并控制電機。
[0007] 其它的方面將在下面的描述中進行部分闡述，部分將通過描述而明顯，或者可通 過給出的實施例的實踐而了解。
[0008] 根據不例性實施例的一方面，提供一種用于控制電機的系統(tǒng)，該電機包括：定子； 轉子，在氣隙介于定子和轉子之間的狀態(tài)下設置，并且包括永磁體部；殼體，容納定子和轉 子；以及冷卻流動路徑部，設置在殼體處并且其中設置有冷卻流體，所述系統(tǒng)包括：數據存 儲單元，與電機的熱等效電路相關的數據存儲在數據存儲單元中；溫度測量單元，測量進入 冷卻流動路徑部的冷卻流體的溫度；轉速測量單元，測量轉子的轉速；驅動電流測量單元， 測量電機的驅動電流；永磁體溫度估算單元，使用存儲在數據存儲單元中的數據、由溫度測 量單元測量的冷卻流體的溫度值、由轉速測量單元測量的轉子的轉速值以及由驅動電流測 量單元測量的電機的驅動電流值來估算轉子的永磁體部的溫度；以及驅動控制器，控制電 機的驅動。
[0009] 所述定子可包括：定子芯；線圈，圍繞所述定子芯纏繞；以及隔離構件，設置在定 子芯和線圈之間。
[0010] 在熱等效電路中，定子芯、線圈和永磁體部可構成主熱源。
[0011] 在熱等效電路中，轉子、氣隙、定子芯、隔離構件、殼體和冷卻流體可構成熱阻。 [0012] 永磁體溫度估算單元可使用電機的驅動電流值得到電機的參考扭矩值，可使用電 機的參考扭矩值和轉子的轉速值得到電機的效率值，可由電機的效率值得到電機的總的損 失熱，可使用電機的總的損失熱得到從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值，并可使 用從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值和熱阻的值估算永磁體部的溫度值。
[0013] 永磁體溫度估算單元可使用電機的驅動電流值和轉子的轉速值得到電機的效率 值，可由電機的效率值得到電機的總的損失熱，可使用電機的總的損失熱得到從冷卻流動 路徑部排放的冷卻流體的溫度值，并可使用從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值和 熱阻的值估算永磁體部的溫度值。
[0014] 所述系統(tǒng)還可包括扭矩估算單元，所述扭矩估算單元使用由永磁體溫度估算單元 估算的溫度值估算電機的扭矩值。
[0015] 所述驅動控制器可使用估算的電機的扭矩值控制電機的驅動。
[0016] 驅動控制器可限定永磁體部的安全溫度，如果估算的永磁體部的溫度值達到安全 溫度，那么驅動控制器可控制輸入到電機的驅動電流。
[0017] 永磁體部的安全溫度可與永磁體部的永磁體的退磁程度相關。
[0018] 根據另一不例性實施例的一方面，提供一種控制電機的方法，該電機包括：定子； 轉子，在氣隙介于定子和轉子之間的狀態(tài)下設置，并且包括永磁體部；殼體，容納定子和轉 子；以及冷卻流動路徑部，設置在殼體處并且其中設置有冷卻流體，所述方法包括下述步 驟：構造電機的熱等效電路；檢測進入冷卻流動路徑部的冷卻流體的溫度值、轉子的轉速 值以及電機的驅動電流值；使用熱等效電路、進入冷卻流動路徑部的冷卻流體的溫度值、轉 子的轉速值和電機的驅動電流值估算轉子的永磁體部的溫度值；以及控制電機的驅動。
[0019] 所述定子可包括：定子芯；線圈，圍繞所述定子芯纏繞；以及隔離構件，設置在定 子芯和線圈之間。
[0020] 在構造電機的熱等效電路的步驟中，定子芯、線圈和永磁體部可構成主熱源。
[0021] 在構造電機的熱等效電路的步驟中，轉子、氣隙、定子芯、隔離構件、殼體和冷卻流 體可構成熱阻。
[0022] 估算轉子的永磁體部的溫度值的步驟可包括：使用電機的驅動電流值得到電機的 參考扭矩值；使用電機的參考扭矩值和轉子的轉速值得到電機的效率值；由電機的效率值 得到電機的總的損失熱；使用電機的總的損失熱得到從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的 溫度值；使用從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值和熱阻的值估算永磁體部的溫度 值。
[0023] 估算轉子的永磁體部的溫度值的步驟可包括：使用電機的驅動電流值和轉子的轉 速值得到電機的效率值；由電機的效率值得到電機的總的損失熱；使用電機的總的損失熱 得到從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值；使用從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體 的溫度值和熱阻的值估算永磁體部的溫度值。
[0024] 所述方法還可包括使用估算的永磁體部的溫度值估算電機的扭矩值。
[0025] 控制電機的驅動的步驟可包括使用估算的電機的扭矩值控制電機的驅動。
[0026] 控制電機的驅動的步驟可包括：限定永磁體部的安全溫度；以及如果估算的永磁 體部的溫度值達到安全溫度，那么控制輸入到電機的驅動電流。
[0027] 永磁體部的安全溫度可與永磁體部的永磁體的退磁程度相關。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 通過下面結合附圖對實施例的描述，這些和/或其它方面將會變得明顯并更易于 理解，在附圖中：
[0029] 圖1是示出根據示例性實施例的電機的示意性構造的剖視圖；
[0030] 圖2是示出沿圖1的II-II線截取的剖視圖的一部分的視圖；
[0031] 圖3是圖2的一部分的放大視圖，其為了說明的目的而示意性地示出了熱傳遞路 徑；
[0032] 圖4示出了圖1中所示的電機的熱等效電路的示例；
[0033] 圖5是示出圖1的電機的參考扭矩、每分鐘轉速（rpm)和效率的曲線圖。

【具體實施方式】
[0034] 現在將對實施例進行詳細地描述，實施例的示例在附圖中示出，附圖中，相同的標 號始終指示相同的元件。在這方面，本實施例可以具有不同的形式而不應該被解釋為局限 于闡述于此的描述。因此，僅在下面參考附圖對實施例進行描述以解釋本描述的各方面。另 夕卜，在說明書和附圖中，本質上具有相同構造的相同的元件參考相同的標號，并且因此，將 省略對這些元件的多余的描述。
[0035] 圖1是示出根據示例性實施例的電機的示意性構造的剖視圖，圖2是示出沿圖1 的II-II線截取的剖視圖的一部分的視圖。
[0036] 如圖1和圖2所示，根據示例性實施例的電機100具有永磁體嵌入在轉子120中 的內置式永磁同步電機（IPMSM)的結構，并且電機100包括定子110、轉子120、殼體130和 冷卻流動路徑部140。
[0037] 定子110包括定子芯111、圍繞定子芯111纏繞的線圈112和設置在定子芯111和 線圈112之間的隔離構件113。
[0038] 如果向定子110供電，那么定子110與轉子120相互作用并產生使轉子120旋轉 的旋轉力。
[0039] 根據當前實施例的用于定子芯111的材料可以是鐵磁材料，例如鐵（Fe)。
[0040] 雖然根據當前實施例的定子芯111由單個構件構造，但是實施例不限于此。即，根 據示例性實施例的定子芯111可具有多個鋼板堆疊的形狀。在這種情況下，可減少渦電流。
[0041] 如圖2到圖4所示，定子芯111包括具有圓環(huán)形狀的軛111a和從軛111a沿圓的中 心方向突出的多個齒111b。軛111a和多個齒111b可以利用模具同時形成。另外，齒111b 包括從齒111b的端部延伸的一對鞋狀物（shoe) lllb_l。
[0042] 線圈112圍繞定子芯111的齒111b纏繞。在電機【技術領域】中，通常用于定子的纏 繞部分的材料可用于線圈112。
[0043] 隔離構件113可設置在定子芯111和線圈112之間。隔離構件113可被構造為絕 緣構件，例如，通常用于電機【技術領域】中的絕緣紙。
[0044] 轉子120可包括永磁體部121和旋轉軸122。轉子120通過氣隙D與定子芯111 分隔開。
[0045] 永磁體部121具有多個永磁體并設置在轉子120中。
[0046] 旋轉軸122是轉子120的旋轉中心并通過使用軸承135安裝在殼體130處。
[0047] 根據當前實施例的旋轉軸122具有實心軸的形狀。然而，實施例不限于此。即，根 據示例性實施例的旋轉軸122可具有中空軸的形狀。
[0048] 除了以上描述的轉子120的構造外，轉子120可具有其它構造。其它構造可以是 在幾種類型的電機中使用的公知的轉子的構造。因此，將省略對其的詳細描述。
[0049] 殼體130容納定子110和轉子120。安裝轉子120的轉子安裝空間S存在于殼體 130 中。
[0050] 冷卻流動路徑部140設置在殼體130處，并且冷卻流體流過冷卻流動路徑部140。
[0051] 由于冷卻流動路徑部140接觸殼體130的外表面，因此冷卻流動路徑部140將殼 體130的熱傳遞到內部的冷卻流體，由此帶走殼體130的熱。為此，冷卻流動路徑部140包 括流體入口部141和流體排放部142,新的低溫冷卻流體被引入流體入口部141中，被傳遞 了熱的冷卻流體通過流體排放部142被排出。
[0052] 根據當前實施例的冷卻流動路徑部140被構造為接觸殼體130的外表面。然而， 實施例不限于此。即，根據示例性實施例的冷卻流動路徑部140也可安裝在殼體130的內 側。
[0053] 根據當前的實施例，水用作設置在冷卻流動路徑部140中的冷卻流體。然而，實施 例不限于此。即，根據示例性實施例，除了水之外的其它材料（例如，冷卻油）可用作冷卻 流體。
[0054] 根據當前實施例的用于控制電機的系統(tǒng)200是用于控制電機100的驅動的系統(tǒng)， 系統(tǒng)200包括數據存儲單元210、溫度測量單元220、轉速測量單元230、驅動電流測量單元 240、永磁體溫度估算單元250、扭矩估算單元260和驅動控制器270。
[0055] 諸如與電機100的熱等效電路相關的公式和函數、關于電機100的表、永磁體極性 常數、感應系數、參考交鏈磁通（magnetic flux of interlinkage)以及溫度系數的數據可 存儲在數據存儲單元210中。如果必要的話，驅動電機100所需要的操作程序也可以存儲 在數據存儲單元210中。如果必要的話，永磁體溫度估算單元250、扭矩估算單元260和驅 動控制器270被構造為有權訪問數據存儲單元210并產生期望的數據。
[0056] 通常被廣泛用于數據存儲的裝置（例如，具有各種格式的數據記錄裝置，諸如隨 機存取存儲器（RAM)、只讀存儲器（ROM)和硬盤）可用作數據存儲單元210而沒有限制。
[0057] 如上所述，與熱等效電路相關的數據存儲在數據存儲單元210中。熱等效電路的 形狀根據電機100的內部結構和制圖者的編制意圖來確定。即，通常，隨著電機100的內 部結構變復雜，熱等效電路變得更加復雜。然而，即使當電機1〇〇的內部結構復雜時，如果 設計者認為計算的可行性比熱等效電路的精確性重要，那么熱等效電路仍可被更簡單地構 造。
[0058] 為了方便說明，將參照圖3和圖4描述按照根據當前實施例的電機100的結構而 定的熱等效電路的示例。
[0059] 圖3是圖2的一部分的放大視圖，其示意性地示出了熱傳遞路徑，圖4示出了圖1 中所示的電機的熱等效電路的示例。圖3和圖4中示出了電機100的元件的熱阻和熱路徑。
[0060] 在圖3中，當電機100被驅動時，電機100的三個元件構成主熱源。S卩，永磁體部 121、線圈112和定子芯111被選擇作為主熱源。在永磁體部121中產生損失熱，在線圈 112中產生損失熱Q 2，在定子芯111中產生損失熱Q3。
[0061] 在圖4的熱等效電路中，損失熱％、Q2和Q3經過電機100的元件中的熱路徑并被傳 遞到冷卻流動路徑部140的冷卻流體。熱路徑可被指示為匕、Ρρ P2、P3和P4，如圖4所示。 在這種情況下，假設熱被傳遞到除了 P〇以外的其它熱路徑Pi、^、己和匕。
[0062] 電機100的熱經其在熱路徑上傳遞的元件可被表示為熱阻。根據熱傳遞方法，電 機100的元件的熱阻可被分為熱傳導型熱阻和對流傳熱型熱阻。
[0063] 熱傳導型熱阻Rk可通過傅里葉熱傳導定律由下面的公式1指示。

【權利要求】
1. 一種用于控制電機的系統(tǒng)，該電機包括：定子；轉子，在氣隙介于定子和轉子之間的 狀態(tài)下設置，并且包括永磁體部；殼體，容納定子和轉子；以及冷卻流動路徑部，設置在殼 體處并且其中設置有冷卻流體，所述系統(tǒng)包括： 數據存儲單元，與電機的熱等效電路相關的數據存儲在數據存儲單元中； 溫度測量單元，測量進入冷卻流動路徑部的冷卻流體的溫度； 轉速測量單元，測量轉子的轉速； 驅動電流測量單元，測量電機的驅動電流； 永磁體溫度估算單元，使用存儲在數據存儲單元中的數據、由溫度測量單元測量的冷 卻流體的溫度值、由轉速測量單元測量的轉子的轉速值以及由驅動電流測量單元測量的電 機的驅動電流值來估算轉子的永磁體部的溫度；以及 驅動控制器，控制電機的驅動。
2. 如權利要求1所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，所述定子包括： 定子芯； 線圈，圍繞所述定子芯纏繞；以及 隔離構件，設置在定子芯和線圈之間。
3. 如權利要求2所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，在熱等效電路中，定子芯、線圈和 永磁體部構成主熱源。
4. 如權利要求3所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，在熱等效電路中，轉子、氣隙、定子 芯、隔離構件、殼體和冷卻流體構成熱阻。
5. 如權利要求4所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，永磁體溫度估算單元使用電機的 驅動電流值得到電機的參考扭矩值，使用電機的參考扭矩值和轉子的轉速值得到電機的效 率值，由電機的效率值得到電機的總的損失熱，使用電機的總的損失熱得到從冷卻流動路 徑部排放的冷卻流體的溫度值，并使用從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值和熱阻 的值估算永磁體部的溫度值。
6. 如權利要求4所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，永磁體溫度估算單元使用電機的 驅動電流值和轉子的轉速值得到電機的效率值，由電機的效率值得到電機的總的損失熱， 使用電機的總的損失熱得到從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值，并使用從冷卻流 動路徑部排放的冷卻流體的溫度值和熱阻的值估算永磁體部的溫度值。
7. 如權利要求1所述的用于控制電機的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括扭矩估算單元，所述扭 矩估算單元使用由永磁體溫度估算單元估算的溫度值估算電機的扭矩值。
8. 如權利要求7所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，所述驅動控制器使用估算的電機 的扭矩值控制電機的驅動。
9. 如權利要求1所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，驅動控制器限定永磁體部的安全 溫度，如果估算的永磁體部的溫度值達到安全溫度，那么驅動控制器控制輸入到電機的驅 動電流。
10. 如權利要求9所述的用于控制電機的系統(tǒng)，其中，永磁體部的安全溫度與永磁體部 的永磁體的退磁程度相關。
11. 一種控制電機的方法，該電機包括：定子；轉子，在氣隙介于定子和轉子之間的狀 態(tài)下設置，并且包括永磁體部；殼體，容納定子和轉子；以及冷卻流動路徑部，設置在殼體 處并且其中設置有冷卻流體，所述方法包括下述步驟： 構造電機的熱等效電路； 檢測進入冷卻流動路徑部的冷卻流體的溫度值、轉子的轉速值以及電機的驅動電流 值； 使用熱等效電路、進入冷卻流動路徑部的冷卻流體的溫度值、轉子的轉速值和電機的 驅動電流值估算轉子的永磁體部的溫度值；以及 控制電機的驅動。
12. 如權利要求11所述的控制電機的方法，其中，所述定子包括： 定子芯； 線圈，圍繞所述定子芯纏繞；以及 隔離構件，設置在定子芯和線圈之間。
13. 如權利要求12所述的控制電機的方法，其中，在構造電機的熱等效電路的步驟中， 定子芯、線圈和永磁體部構成主熱源。
14. 如權利要求13所述的控制電機的方法，其中，在構造電機的熱等效電路的步驟中， 轉子、氣隙、定子芯、隔離構件、殼體和冷卻流體構成熱阻。
15. 如權利要求14所述的控制電機的方法，其中，估算轉子的永磁體部的溫度值的步 驟包括： 使用電機的驅動電流值得到電機的參考扭矩值； 使用電機的參考扭矩值和轉子的轉速值得到電機的效率值； 由電機的效率值得到電機的總的損失熱； 使用電機的總的損失熱得到從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值； 使用從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值和熱阻的值估算永磁體部的溫度值。
16. 如權利要求14所述的控制電機的方法，其中，估算轉子的永磁體部的溫度值的步 驟包括： 使用電機的驅動電流值和轉子的轉速值得到電機的效率值； 由電機的效率值得到電機的總的損失熱； 使用電機的總的損失熱得到從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值； 使用從冷卻流動路徑部排放的冷卻流體的溫度值和熱阻的值估算永磁體部的溫度值。
17. 如權利要求11所述的控制電機的方法，所述方法還包括使用估算的永磁體部的溫 度值估算電機的扭矩值。
18. 如權利要求17所述的控制電機的方法，其中，控制電機的驅動的步驟包括使用估 算的電機的扭矩值控制電機的驅動。
19. 如權利要求11所述的控制電機的方法，其中，控制電機的驅動的步驟包括： 限定永磁體部的安全溫度；以及 如果估算的永磁體部的溫度值達到安全溫度，那么控制輸入到電機的驅動電流。
20. 如權利要求19所述的控制電機的方法，其中，永磁體部的安全溫度與永磁體部的 永磁體的退磁程度相關。
【文檔編號】H02P23/14GK104283483SQ201410310155
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權日:2013年7月2日
【發(fā)明者】吳榮植 申請人:三星泰科威株式會社