一种永磁同步电机相电压重构的方法及系统与流程

1.本发明涉及轴承测试技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机相电压重构的方法及系统。


背景技术：

2.永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子由叠片叠压而成以减少电动机运行时产生的铁耗，其中装有三相交流绕组，称作电枢。转子可以制成实心的形式，也可以由叠片压制而成，其上装有永磁体材料。根据电机转子上永磁材料所处位置的不同，永磁同步电机可以分为突出式与内置式两种结构形式。电枢绕组可采用集中整距绕组的，也可采用分布短距绕组和非常规绕组。内置式转子的磁路结构主要有径向式、切向式和混合式3种，它们之间的区别主要在于永磁体磁化方向与转子旋转方向关系的不同。
3.永磁同步电机以其高功率密度和轻量化的优点，广泛应用于新能源汽车的电子泵中，现代汽车对于空间要求较高，由于空间的局限性，为了节省空间和降低成本，安装额外的电压传感器来检测电机的相电压则无法达到节省空间和降低成本的目的。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种永磁同步电机相电压重构的方法及系统，为了提高电机控制系统的可靠性，无需安装额外的电压传感器就可以检测电机的相电压，实现对驱动器进行保护的同时，达到节省空间和降低成本的目的。
5.本发明一种永磁同步电机相电压重构的方法及系统，具体的包括以下技术方案：
6.一种永磁同步电机相电压重构的方法，包括步骤：
7.s1：采样轴承电压，并根据采样的轴承电压通过预设第一算法得到电机的共模电压；
8.s2：通过位置传感器获取电机角度信息，根据预设第二算法进行相电压重构以获得电机的三相电压；
9.s3：将重构后的三相电压经过滤波器传送给电机主控芯片；
10.s4：通过电机主控芯片内的预设判断流程，得到相电压的过压信号。
11.进一步地，所述预设第一算法为：
[0012][0013]
其中，v
b
表示轴承电压；c
wr
表示定子绕组和转子铁心之间的等效电容；c
rf
表示转子铁心和机壳间的等效电容；c
b,nde
和c
b,de
均表示轴承形成的等效电容；v
com
表示电机的共模电压；
[0014]
轴承电压v
b
是电机形成的共模电压v
com
的分量。
[0015]
进一步地，所述预设第二算法为：
[0016][0017][0018]
其中，v
an
，v
bn
，v
cn
均表示三相绕组电压；θ表示电机角度。
[0019]
进一步地，所述预设判断流程为：
[0020]
判断重构的三相电压是否大于阈值电压，若是，则输出相电压的过压信号；若否，则结束判断流程。
[0021]
一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如所述的永磁同步电机相电压重构的方法。
[0022]
一种永磁同步电机相电压重构的系统，包括：
[0023]
采样模块：用于采样轴承电压；
[0024]
第一计算模块：根据采样的轴承电压通过预设第一算法得到电机的共模电压；
[0025]
获取模块：用于获取电机角度信息；
[0026]
第二计算模块：根据预设第二算法进行相电压重构以获得电机的三相电压；
[0027]
传送模块：用于将重构后的三相电压经过滤波器传送给电机主控芯片；
[0028]
判断模块：通过电机主控芯片内的预设判断流程，得到相电压的过压信号。
[0029]
进一步地，所述预设第一算法为：
[0030][0031]
其中，v
b
表示轴承电压；c
wr
表示定子绕组和转子铁心之间的等效电容；c
rf
表示转子铁心和机壳间的等效电容；c
b,nde
和c
b,de
均表示轴承形成的等效电容；v
com
表示电机的共模电压；
[0032]
轴承电压v
b
是电机形成的共模电压v
com
的分量。
[0033]
进一步地，所述预设第二算法为：
[0034][0035][0036]
其中，v
an
，v
bn
，v
cn
均表示三相绕组电压；θ表示电机角度。
[0037]
进一步地，所述预设判断流程为：
[0038]
判断重构的三相电压是否大于阈值电压，若是，则输出相电压的过压信号；若否，则结束判断流程。
[0039]
本发明采用上述技术方案包括以下有益效果：
[0040]
本发明利用接触电刷实时检测电机轴电压，通过永磁同步电机相电压重构的方法
来实现电机相电压的重构功能，从而实现对驱动器的保护。根据电机轴电压的波形，实时检测电机轴承性能的好坏，进一步提高电机系统的可靠性。实现对驱动器进行保护的同时，达到节省空间和降低成本的目的。
附图说明
[0041]
图1为本发明实施例一提供的永磁同步电机相电压重构的方法流程图；
[0042]
图2为本发明实施例一提供的永磁同步电机相电压重构的方法的永磁同步电机的结构示意图；
[0043]
图3为本发明实施例一提供的永磁同步电机相电压重构的方法的永磁同步电机的剖视图；
[0044]
图4为本发明实施例一提供的永磁同步电机相电压重构的方法的轴承电压和电机共模电压的等效电路图；
[0045]
图5为本发明实施例一提供的永磁同步电机相电压重构的方法的相电压过压检测框图；
[0046]
图6为本发明实施例二提供的永磁同步电机相电压重构的系统结构框图；
[0047]
图中各个附图标记的对应的部件名称是：1为电机绕组接线端，2为电机机壳端盖，3为电机轴承，4为电机轴，5为电机底座，6为石墨碳刷夹，7为螺丝，8为信号引出线。
具体实施方式
[0048]
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0049]
实施例一
[0050]
本实施例提供了一种永磁同步电机相电压重构的方法，如图1所示，本方法包括步骤：
[0051]
s1：采样轴承电压，并根据采样的轴承电压通过预设第一算法得到电机的共模电压；
[0052]
s2：通过位置传感器获取电机角度信息，根据预设第二算法进行相电压重构以获得电机的三相电压；
[0053]
s3：将重构后的三相电压经过滤波器传送给电机主控芯片；
[0054]
s4：通过电机主控芯片内的预设判断流程，得到相电压的过压信号。
[0055]
其中，预设第一算法为：
[0056][0057]
其中，v
b
表示轴承电压；c
wr
表示定子绕组和转子铁心之间的等效电容；c
rf
表示转子铁心和机壳间的等效电容；c
b,nde
和c
b,de
均表示轴承形成的等效电容；v
com
表示电机的共模电压；轴承电压v
b
是电机形成的共模电压v
com
的分量。
[0058]
其中，预设第二算法为：
[0059]
[0060][0061]
其中，v
an
，v
bn
，v
cn
均表示三相绕组电压；θ表示电机角度。
[0062]
参阅图2和图3，图2为永磁同步电机的结构示意图，图3为永磁同步电机的剖视图。其中1为电机绕组接线端，2为电机机壳端盖，3为电机轴承，4为电机轴，5为电机底座，6为石墨碳刷夹，7为固定在电机机壳的螺丝，8为信号引出线。石墨碳刷夹6具有导电性，安装在电机轴4上，同时不能与电机机壳接触，螺丝7需固定在电机机壳上，信号引出线8需两根，一根接在石墨碳刷夹6上，另一根接在螺丝7上，从而检测出电机轴上对地的电压。
[0063]
参阅图4，c
wr
为定子绕组和转子铁心之间的等效电容；c
rf
为转子铁心和机壳间的等效电容；c
b,nde
和c
b,de
均为轴承形成的等效电容。轴承电压v
b
是电机形成的共模电压v
com
的分量，所以通过检测v
b
，便可以推算出电机共模电压v
com
。
[0064]
具体的，电容的参数大小是由电机尺寸决定的，根据现有电机，一种方法可以通过其尺寸计算出上述等效电容值，另一种方式是直接提供测量来得到上述等效电容值。根据上述电容值，可以直接计算出电机共模电压v
com
。电机角度θ是根据位置传感器得到的，所以根据电机共模电压v
com
便可以重构出三相绕组电压v
an
，v
bn
，v
cn
。
[0065]
参阅图5，具体的，重构出的三相电压可经过滤波器之后传给电机主控芯片，经过内部的一个阈值比较得到过压信号，从而实现相电压的过压保护，提升电机驱动器的可靠性。
[0066]
轴承电压信号可以反映出电机轴承性能的优劣，电机轴承若完好无损，则等效电容值不会发生变化，而电机的共模电压只与电机相电压有关，同一工况下相电压是不会变化的，所以轴承电压信号也不会发生明显变化；而当电机轴承发生故障时，等效电容值会发生明显变化，若轴承油膜被击穿，还会引起较大的轴承电流，所以此时检测到的轴承电压信号将产生较大的突变，利用这一突变信号，电机主控芯片可以对其进行判断，识别是否发生轴承故障，从而可以进一步提升电机系统可靠性。
[0067]
其中，预设判断流程为：判断重构的三相电压是否大于阈值电压，若是，则输出相电压的过压信号；若否，则结束判断流程。
[0068]
本方法利用接触电刷实时检测电机轴电压，通过永磁同步电机相电压重构的方法来实现电机相电压的重构功能，从而实现对驱动器的保护。根据电机轴电压的波形，实时检测电机轴承性能的好坏，进一步提高电机系统的可靠性。实现对驱动器进行保护的同时，达到节省空间和降低成本的目的。
[0069]
对应上述实施例一，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质。
[0070]
本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其中当该程序被处理器执行时，可实现本发明上述实施例一提出的永磁同步电机相电压重构的方法。
[0071]
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行其存储的计算机程序，能够通过电机的相电压来对驱动器进行保护，从而提高电机控制系统的可靠性。
[0072]
实施例二
[0073]
本实施例提供了一种永磁同步电机相电压重构的系统，如图6所示，本系统包括：
[0074]
采样模块：用于采样轴承电压；第一计算模块：根据采样的轴承电压通过预设第一算法得到电机的共模电压；获取模块：用于获取电机角度信息；第二计算模块：根据预设第二算法进行相电压重构以获得电机的三相电压；传送模块：用于将重构后的三相电压经过滤波器传送给电机主控芯片；判断模块：通过电机主控芯片内的预设判断流程，得到相电压的过压信号。
[0075]
具体的，提供采用模块采样轴承电压，由第一算法模块得到电机的共模电压；结合获取模块获取的电机角度信息通过第二计算模块进行计算得到重构后的电机的三相电压，由传送模块将重构后的三相电压经过滤波器传送给电机主控芯片，最后由判断模块来判断过滤后的三相电压是否大于阈值电压，从而得到相电压的过压信号。
[0076]
具体的，轴承电压信号可以反映出电机轴承性能的优劣，电机轴承若完好无损，则等效电容值不会发生变化，而电机的共模电压只与电机相电压有关，同一工况下相电压是不会变化的，所以轴承电压信号也不会发生明显变化；而当电机轴承发生故障时，等效电容值会发生明显变化，若轴承油膜被击穿，还会引起较大的轴承电流，所以此时检测到的轴承电压信号将产生较大的突变，利用这一突变信号，电机主控芯片可以对其进行判断，识别是否发生轴承故障，从而可以进一步提升电机系统可靠性。
[0077]
其中，预设第一算法为：
[0078][0079]
其中，v
b
表示轴承电压；c
wr
表示定子绕组和转子铁心之间的等效电容；c
rf
表示转子铁心和机壳间的等效电容；c
b,nde
和c
b,de
均表示轴承形成的等效电容；v
com
表示电机的共模电压；
[0080]
轴承电压v
b
是电机形成的共模电压v
com
的分量。
[0081]
其中，预设第二算法为：
[0082][0083][0084]
其中，v
an
，v
bn
，v
cn
均表示三相绕组电压；θ表示电机角度。
[0085]
其中，预设判断流程为：
[0086]
判断重构的三相电压是否大于阈值电压，若是，则输出相电压的过压信号；若否，则结束判断流程。
[0087]
本系统利用接触电刷实时检测电机轴电压，通过永磁同步电机相电压重构的方法来实现电机相电压的重构功能，从而实现对驱动器的保护。根据电机轴电压的波形，实时检测电机轴承性能的好坏，进一步提高电机系统的可靠性。实现对驱动器进行保护的同时，达到节省空间和降低成本的目的。
[0088]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替
代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。