本发明总体上涉及永磁体电机，并且更具体地，涉及用于实现防止此类电机中永磁体消磁的故障后保护方案的系统和方法。
背景技术：
随着时间的推移，在许多工业、商业和运输行业中，电机在各种行业中的使用越来越普遍。在此类行业中常用的一种此类电机是永磁体(pm)电机-其是在电机中/上具有永磁体的电机，以提供磁场，转子磁场与该磁场相互作用而在电机中产生转矩。在大多数标准的pm电机中，即pm同步电机中，永磁体位于转子上，以及或者表面安装在转子的叠片上或嵌入在转子的叠片内部。在定子pm电机中，永磁体和绕组位于定子中，而不是常规的转子永磁体拓扑，其中定子pm电机的示例包括永磁体通量切换电机、磁通反转电机和双凸极永磁体电机。
pm电机的一个缺点是用于形成永磁体的材料的成本过高，因为永磁体通常至少部分地由昂贵的稀土元素形成，其中钕磁体是常见的示例。为了降低成本，可以使用陶瓷永磁体来代替稀土永磁体。陶瓷磁体价格便宜，且可用于提高pm同步电机或定子pm电机的性能。但是，陶瓷永磁体对由电动机绕组的内部故障引起的高消磁磁场产生的消磁阻力很小。一旦磁体消磁后，电机的定子和转子都必须报废。此外，由于这种过程的不受控制的停止，电动机中的突然故障也可能导致与电机相关的过程的损坏。
因此，希望提供一种防止故障后低成本永磁体(例如陶瓷永磁体)消磁的系统和方法。防止这种消磁使得可以在电机连接到其的过程以安全和受控的方式停止时保护电机，从而对电机的损坏因此仅限于其绕组，而绕组相对容易重建。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了用于驱动其中具有一个或多个永磁体的电机的电动机驱动器。电动机驱动器包括其中具有多个开关的逆变器，该多个开关选择性地操作以控制电机中的电流和端电压，以及控制器，该控制器可操作地连接到逆变器并被配置为控制多个开关的切换以控制电机中的电流和端电压。控制器被编程为在一个或多个相上分析提供给电机的电压和电流中的至少一个，以识别电机中的故障，并基于所识别的故障来控制逆变器中的多个开关的切换，以调整电机中的电流和端电压，其中电机中的所调整的电流和端电压防止电机中的一个或多个永磁体消磁。
根据本发明的另一方面，提供了用于实现防止电机中的永磁体消磁的故障后保护技术的方法。该方法包括经由控制器监控供应给电机的电压和电流中的至少一个；经由控制器分析供应给电机的电压和电流中的至少一个，以检测电机中的故障状况；经由控制器基于所分析的电压和电流中的至少一个来确定所检测的故障状况的故障类型；以及经由控制器基于所确定的故障类型在至少一个相上调整供应给电机的电压和电流；其中，调整在至少一个相上供应给电机的电压和电流限制了电机中的故障电流，从而控制电机中的负d轴磁通量并由此防止永磁体的消磁。
根据本发明的又一方面，提供了一种控制器，该控制器被配置为控制逆变器的操作，以控制输出到与逆变器连接的永磁体电机的电流和电压。该控制器包括处理器，该处理器被编程为：接收与在一个或多个相上提供给永磁体电机的电流和电压中的至少一个有关的输入；分析电压和电流中的至少一个以识别永磁体电机中的故障；以及一旦识别到故障，控制逆变器中的多个开关的切换，以基于所识别的故障的类型来调整提供给永磁体电机的电流和电压。提供给永磁体电机的所调整的电流和电压将永磁体电机中的d轴磁通量保持在防止其中一个或多个永磁体消磁的水平。
根据以下详细描述和附图，各种其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
附图示出了当前预期用于实施本发明的优选实施例。
在附图中：
图1和图2是可用于本发明的实施例的永磁体电机的视图。
图3是可用于本发明的实施例的通量切换永磁体电机的示意图。
图4是可用于本发明的实施例的轮辐转子永磁体电机的示意图。
图5是可用于本发明的实施例的表面永磁体电机的示意图。
图6和图7是可用于本发明的实施例的内部永磁体(ipm)电机的一部分的示意图。
图8是可用于本发明的实施例的外转子永磁体电机的示意图。
图9是用于本发明的实施例的电动机驱动器以及相关联的逆变器和控制器的电路示意图。
图10是示出永磁体电机中的匝间故障的电路示意图。
图11是示出根据本发明的实施例的用于防止永磁体电机中的陶瓷永磁体消磁的故障后保护方案的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例针对pm电机，包括但不限于低成本永磁体(例如，陶瓷永磁体)，其中提供了用于控制供应给pm电机的电压和电流的控制方案，该控制方案在检测到电动机中的故障状况时，避免在发生此类故障时使磁体消磁。这样的控制方案可用于永磁体电机中，其中永磁体位于转子或定子上，并且磁体配置可以是包括halbach阵列的spm(表面永磁体)，、ipm(内部永磁体)、xpm(插入式)永磁体)、轮辐pm或其他任何配置。永磁体电机包括陶瓷永磁体(或其他低成本永磁体)(其对因电机故障而产生的高消磁磁场几乎没有抗消磁能力)，或对消磁具有较高抵抗力的其他成本更高的永磁体(例如稀土磁体，如钕或钐磁体)(它们在某些应用中(例如用于大功率高密度电机中)也可能会发生消磁)。为了说明如何实现本发明的实施例，下面的描述主要是指在三相径向磁通旋转电机中发生的匝间故障的特定实施例。然而，已经认识到，不同类型的故障、不同类型的电机(例如，线性电机或轴向磁通电机、三相或其他多相电机等)被认为在本发明的范围内。
参照图1和图2，示出了可以从本发明的实施例中受益的典型的pm电机10。电机10包括定子12(例如，由叠片13形成的叠片铁定子)，该定子在径向方向上围绕转子14并且沿着转子14轴向地延伸，在定子12与转子14之间存在气隙15。定子12还包括多个定子极16，每个定子极16与径向相对的定子极匹配以形成定子极对。定子极对16a和16b缠绕有相绕组18，该相绕组18可以通过控制器22可控制的电源20(例如，受控ac电源)以常规方式被驱动。分开的相绕组18也以类似的方式包括在其他定子极16上。
如图1所示，转子14形成为具有多个凸极片26的凸极转子，尽管已经认识到转子可以具有替代构造(例如，圆形转子)。根据一个实施例，如图2中提供的转子14的视图所示，转子14由堆叠的整体叠片28构成，尽管已经认识到转子芯也可以制成单片-例如，芯是用钢加工而成的，或者是用烧结磁性材料制成的。转子14包括用作凸磁极的多个突起/齿26。转子14的中央部分包括转子孔，驱动轴30可穿过转子孔插入，转子14可绕驱动轴30旋转。
根据本发明的实施例，电机的精确结构可以采取多种形式中的一种。例如，电机可以被配置为包括嵌入定子中的永磁体32(以虚线示出)的定子pm电机(例如，永磁体通量切换电机、永磁体通量反转电机或双凸极永磁体电机)。在这种定子pm电机中，绕组18中的电流与和磁体32相关联的磁场相互作用以使转子14旋转。电机可以替代地被配置为内部永磁体(ipm)电机，其包括固定至转子或嵌入转子中的永磁体32(以虚线示出)。在这样的ipm电机中，绕组18中的电流与和磁体32相关联的磁场相互作用以使转子14旋转。
在图3至图8中示出了可以根据本发明的实施例实现的各种永磁体电机的更具体的示例。首先参考图3，示出了根据本发明的实施例的磁通量切换永磁体电机40的示意性平面图。在磁通量切换永磁体电机40中，示出了相对于转子44定位的定子42，定子42和转子44分别具有各自的齿46、48。永磁体50嵌入在定子叠片42的每个齿上。转子44和定子42具有不同数量的齿，并因此对于转子44相对于定子42的任何取向，某些转子齿相对于最接近的定子齿偏移。当交流电通过定子绕组52时，会产生一个叠加在永磁体50产生的固定磁场上的可变磁场。所得的合成磁场随时间变化，使转子44在定子42内旋转，因为它试图使转子齿48相对于定子齿46处于最小磁阻的位置。
参照图4，示出了包括转子组件56和定子组件58的ipm电机54，其被配置为分段轮辐转子永磁体电机。转子组件56包括设置在转子轴62上的转子芯60，其中转子芯60构造成绕ipm电机54的纵轴旋转。轴62被构造成具有形成在主轴主体66上的多个突起64，其中突起64围绕主轴主体66在圆周方向上并且沿着主轴主体66的轴向长度形成。
如图4所示，转子芯60被构造为由多个单独的凸极转子磁极68形成的分段转子。每个转子磁极68由布置在相应的突起22上的叠片的叠层(未示出)形成。形成转子磁极68的叠片叠层绕轴62沿周向布置(即燕尾形)，从而在相邻的转子磁极68之间形成极间间隙70(即燕尾形凹槽)。永磁体72设置在极间间隙70中，其中永磁体72产生磁场，该磁场被径向地引导到转子56和定子58之间的气隙中。由永磁体72产生的磁场还与定子磁场相互作用以产生转矩。
ipm电机10的定子组件58包括定子芯74，该定子芯74具有沿周向布置的多个定子齿76，以便在定子芯74的中心形成腔78。定子组件58产生磁场并且沿着具有限定腔78的内表面的纵向轴线延伸。如上所述，转子组件56设置在由定子芯40限定的腔78内。定子组件58包括用于在其中接收缠绕在齿76上的分布式绕组82的定子槽80。绕组82可以形成为例如铜线圈，并且当由ac电流激励时，起到在气隙中产生相当正弦形的旋转磁场的作用。
现在参考图5至图7，示出了附加的ipm电机，其结合有大致圆形的转子(即，其上没有凸极转子磁极)。图5示出了具有转子86的ipm电机84，该转子86具有固定/嵌入到其外表面89的表面永磁体88(spm)。图6和图7分别示出了ipm电机90的一部分，该ipm电机90具有转子中(即，在转子叠片的堆叠内)嵌入永磁体94的转子92，其中图6示出了具有以u形图案和v形图案嵌入其中的永磁体94的转子92，以及图7示出了具有以v形图案嵌入其中的永磁体94的转子92。
参照图8，示出了根据另一实施例的外转子永磁体电机95。电机95的构造使得转子96形成电机的外部并且围绕定子97定位。永磁体98设置在转子上与定子97相邻的内表面上，其中，永磁体98产生的磁场被径向引导到转子96和定子97之间的气隙中。由永磁体98产生的磁场还与定子磁场相互作用以产生转矩。
应当认识到，图3至图8仅旨在示出可从结合本发明的实施例中受益的电机的示例。即，本发明的实施例可以在多种不同类型的pm电机中实现，并且因此，本发明的实施例并不意味着仅限于在图3至图8中示出和描述的电机的类型。还可以从中并入本发明的实施例的附加pm电机的非限制性列表(本文未全部详细说明)包括：用作电动机和/或发电机的pm电机；径向磁通、轴向磁通和横向磁通的电机拓扑；以及径向磁通电机的替代品，包括内转子、外转子、双定子或双转子电机。更进一步地，例如，这种pm电机可以结合各种特征/架构，包括：齿绕(集中式)或分布式绕组；成形绕制线圈或散绕线圈；实芯导体或利兹线导体；以及非空心或空心导体。
根据本发明的示例性实施例，图1至图8所示的每个pm电机可具有在其操作期间实现的保护方案，以便防止其中的永磁体在故障发生期间可能发生消磁。在检测到pm电机中的故障(例如，匝间故障、全相等)后，例如，经由检测供应给pm电机的三相电压和电流的变化，控制方案用于选择性地控制向pm电机供应三相电力的逆变器中的切换，从而控制在每一相上提供给pm电机的电压(和相关电流)，从而防止永磁体消磁。
现在参考图9，出于说明本发明的目的，示出了作为向pm电机提供三相电力的电动机驱动器101的一部分操作的逆变器100的示意图。如图9所示，dc链路102提供dc输入电压，该dc输入电压由三相脉冲宽度调制(pwm)逆变器100转换成为pm电机104供电的ac波形。逆变器100包括两个串联连接的每相支路切换装置。例如，装置106和108形成第一相支路，装置110和112形成第二相支路，以及装置114和116形成第三相支路。装置106-116是常规的硅半导体切换装置，诸如，例如igbt、mosfet、scr或igct型装置。二极管118以反平行关系耦合在各个硅切换装置106-116之间。控制器120可操作地连接到切换装置106-116，以控制其在导通接通状态和非导通断开状态之间的切换，以控制提供给pm电机104的三相输出电流和电压。
在操作中，控制器120(和其中的处理器121)操作以实施控制方案，以选择性地控制逆变器100中的切换装置106-116的切换(经由向切换装置提供门控信号)以在每个相122上产生由逆变器100输出的一组电压或电流(通过控制电压直接或间接控制电流)，以便从逆变器100产生与在pm电机104的故障部分中流动的电流相结合的相应输出电流，从而限制了用于使永磁体消磁的峰值磁通量分量，即，限制了通量的负d轴分量。提供给pm电机104的电流组将特定于所识别的故障，即，故障类型、相数等，从而提供针对特定故障的定制解决方案以防止消磁。
关于控制pm电机中的三相电流、电压和磁通量，众所周知，dq0(或dqz)变换是电机分析中的常用工具(其中dq0变换是基础变换)，可以将电机中正弦变化的信号(即电流、电压、磁通量)变换为恒定值，从而使分析更容易执行。对于三相电机，其变换描述为：
其中p是所采用的变换矩阵，并且θ是这种变换的参数，通常假定等于定子和转子参考点之间的相对电气位置，一种常见的选择是假设θ＝0对应于电机某一相的基本磁链峰值的定子-转子相对位置。
对于平衡对称的三相系统，[等式1]得到：
其中ω是磁场基本成分的电速度，以rad/s表示(ω＝2πfsynch，fsynch是电机的同步频率)，以及γ是供应给电机各相的平衡电流组和由转子中的磁体产生的旋转磁场在同一相中感应的平衡反电动势组之间的相移角。
然而，对于其中存在故障状况的pm电机，已经认识到电机中的三相电流、电压和磁通量变得不平衡，并且如果不限制磁通量的负d轴分量，这种不平衡可能会损坏电机中的永磁体。现在参考图10，根据一个示例，出于说明pm电机中的这种不平衡的目的，提供了示出匝间故障的电路示意图。在图10中，通过在短路匝之间连接故障电阻(r_short)来说明a相初级绕组的故障。当pm电机中存在匝间故障时，故障部分实际上表现为第四相，该第四相不是由逆变器直接供应的；因此，可以根据以下条件描述电机中的三相电压va、vb、vc(以及匝间故障状况期间的电压)：
其中，向量和矩阵对应于：
其中e表示旋转磁体在相中感应的随时间变化的反电动势(即开路电压)，以及lj和mj，k分别表示相j的自感和相j与相k之间的互感。潜在地，根据各向异性转子的影响(例如，图8所示的ipm配置)，自感和互感也可以是转子位置的函数。下标ah和af分别表示相绕组的良好和故障部分。最后，术语vaf(0-)是一个数学伪像，代表了感应电压，该感应电压正好在故障发生之前作用在绕组的故障部分上，其中，该术语表示在故障时刻与绕组故障部分相关的电感中存储的能量(作为磁场)。由于此类能量无法立即衰减为零，因此会在故障电路中感应出电流的单极性分量，从而使电流在故障事件发生后立即保持相同的幅度，并随着所存储的能量因绕组电阻中的欧姆损耗而损失，电流会缓慢下降，最终导致故障电流的纯正弦分量。vaf(0-)是dc电压源，而不是正弦波电压源。
在发生匝间故障时，无法控制故障电流iflt，但可以在知道所有其他参数的情况下，通过求解等式3，在每个时刻进行计算。一旦知道电流，a、b、c相(在匝间故障的情况下可能是af)的磁链ψ也可以根据以下公式计算：
其中，ψaf是有故障的相a磁链，而ψah是良好的相a磁链，l是等式3中引入的电感矩阵，且ψ0是开路磁链，它们产生反电动势。从-相磁链中，也可以确定变换后的磁链值ψd、ψq、ψz，其中认识到ψz将不再是恒定的(即不再z＝0)。值得指出的是，当引入第四相时，等式1中所示的转换矩阵不再有效，必须确定针对特定故障状况的新转换矩阵：这可以例如通过采用空间矢量分解方法来完成。新的转换将导致一个新的4维空间，其中通常的d轴和q轴由两个z轴(称为z1和z2)补充，这两个z轴对机电能量转换没有帮助。
根据本发明的实施例，从逆变器100(图9)输出的三相功率(电压和相关电流)被选择性地控制，使得d轴磁通ψd被控制为保持在消磁阈值以下--其中，d轴磁通ψd的变化被保持在确定的水平以下，该水平可以基于pm电机的构造而变化(例如，-0.2伏-秒(v-s))。在示例性实施例中，在故障前状态和故障后状态之间，ψd保持恒定，同时允许ψq、ψz1和ψz2波动/变化，该控制根据以下描述：
公认的是，继续向pm电机供应通常的故障前电压和电流会导致故障电流(if)自然发生，因此，会导致d轴通量ψd随之变化，并可能导致pm电机中的永磁体消磁。然而，根据本发明的实施例，if的演化可能是通过适当控制提供给pm电机的电压/电流而间接地强制/约束的(例如在匝间故障的情况下控制每个三相电压，在单相故障的情况下控制2相电压)，以便限制if的演化并相应地限制负d轴通量ψd的幅度，从而防止pm电机中永磁体的消磁。
除了限制负d轴磁通ψd的变化，从而防止pm电机中的永磁体消磁之外，还期望改变提供给pm电机的电压/电流，使得电机的连续运行被尽可能地优化。也就是说，已经认识到，提供给pm电机的电压/电流-在防止永磁体消磁的同时-还使电机中的损耗最小化，并与故障前的运行条件相比，在机器中产生相同的扭矩、速度和功率(如果不相同，则扭矩/速度/功率应保持尽可能高)。
现在参考图11，并继续参考图1至图9及其中的组件，提供了流程图，该流程图示出了用于防止pm电机中的永磁体消磁的故障后保护方案130，包括对消磁几乎没有抵抗力的低成本(例如陶瓷)和对消磁具有更高抵抗力的较高成本的永磁体(例如稀土磁体，例如钕或钐磁体)。该技术从步骤132开始，检测pm电机中的故障状况。可以通过监控在一相或多相上/跨一相或多相供应给电动机的电压和/或电流以及pm电机中的电压/电流并测量这些电压和/或电流的模式变化来检测pm电机的故障状况。如图9中的传感器126所示，可以通过包括在各个位置处的电压和/或电流传感器的感测系统来提供检测到的电压和/或电流，包括在向pm电机供电的输入相上和/或在pm电机的绕组上。
在检测到pm电机中的故障后，在步骤134确定存在的故障的类型。可以通过控制器(例如图9中所示的控制器120或单独的专用控制器)确定pm电机中存在的故障的类型。控制器120可以具有存储在其中的算法，该算法使用智能电压签名/电流签名识别技术和查找表来识别在pm电机中存在的故障的类型。根据本发明的实施例，该算法可以分析来自感测系统的采样的电压/电流读数，以便确定每个相上的电压/电流值的大小，确定相之间的电压/电流值的差，将电压/电流读数与阈值电压/电流值进行比较，和/或以便识别电压/电流读数中的模式。
在确定每个相上的电压/电流值的大小并确定相之间的电压/电流值的差异时，可以将获取的电压/电流读数与位于查找表内的存储的阈值电压/电流值进行比较，其中，读数高于或低于指示的阈值表示特定的故障类型。在识别电压/电流读数中的模式时，可以在预定的时间段内分析所获取的电压/电流读数，例如5毫秒(作为非限制性示例)；采样频率应根据电动机和应用的特定动态进行相应调整。可以对采集的电流读数进行滤波，使其不受噪声影响，并包括在相关频率窗口内捕获的数据以进行模式检测，然后将其与指示特定故障状况的预定义电流模式进行比较，这可能取决于pm电机的运行特性和规格。根据各种实施例，作为非限制性示例，可以基于感测到的当前数据的建立时间和/或感测到的当前数据内的集成模式来定义指示特定故障状况的电流模式。在一个实施例中，控制器120或其内部存储模块被预编程为许多指示用于各种类型的pm电机的特定故障状况的预定义的电压/电流模式。控制器120可以被配置为访问适合于特定pm电机的配置的预定电压/电流模式。在另一实施例中，控制器120被编程为在学习模式下操作，该学习模式在pm电机的操作期间识别指示特定故障状况的电流/电压模式。当识别出故障时，控制器120运行一种算法，该算法在识别故障状况之前分析从传感系统接收到的感测电流/电压数据内的模式。在本发明的一个实施例中，这些模式被保存在控制器120的存储模块或计算机或耦合到控制器的外部存储装置(未示出)内。控制器120被编程为访问这些存储的模式以在pm电机的后续操作期间识别特定故障。然而，本发明的其他实施例可以利用神经网络和/或深度学习技术来识别故障的类型。
在步骤136确定了pm电机中存在的特定故障类型之后，技术130通过实施基于特定故障类型的适当补救策略来继续。也就是说，如果故障是例如涉及一个单相与多个不同相的匝间故障，则机器中的补救策略将有所不同。在实施特定且适当的补救策略中，技术130进行操作以选择性地控制向pm电机供应三相电力的逆变器中的切换，从而控制由此在每个相上输出的电压/电流。
如图11所示，根据示例性实施例，通过首先在时间t(k)确定在步骤136处提供给pm电机的三相电压来实施补救策略。在步骤138，例如通过使用先前提出的等式3，在时间t(k)处计算故障电流iflt。基于计算出的故障电流iflt，在步骤140中计算在时刻t(k 1)从逆变器供应给pm电机的指令电流，其中，这些电流与在pm电机的故障部分中流动的电流相结合，从而限制了用于使永磁体消磁的峰值磁通量分量，即，限制了磁通量的负d轴分量。然后，技术130循环回到步骤134以在时间t(k 1)继续实施补救策略。
有益地，本发明的实施例因此提供了一种用于实现故障后保护方案的系统和方法，以防止这种电机中的永磁体消磁。基于pm电机的类型和电机遇到的特定故障(即故障类型、相数等)，实现故障后保护方案，通过将供应给pm电机的三相电压和电流调整为已识别的故障类型，从而为特定故障提供了定制的解决方案，以防止消磁。通过控制供应给pm电机的相电压和电流，可以控制磁通量分量的峰值负d轴分量，其中可以认识到，如果磁通量的负d轴分量的值超过某个值，则该磁通量将使永磁体消磁。因此防止了在故障之后永磁体的消磁，同时还允许以安全且受控的方式使由pm电机执行的过程停止。因此，由pm电机故障引起的任何损坏都受限/被限制在其中成本较低的组件上，例如绕组故障仅损坏电机中的绕组(可以相对容易地重构)和/或功率转换器，例如，不会将损坏传播到永磁体。
因此，根据本发明的一个实施例，提供了用于驱动其中具有一个或多个永磁体的电机的电动机驱动器。电动机驱动器包括其中具有多个开关的逆变器，该多个开关选择性地操作以控制电机中的电流和端电压，以及控制器，该控制器可操作地连接到逆变器并被配置为控制多个开关的切换以控制电机中的电流和端电压。控制器被编程为在一个或多个相上分析提供给电机的电压和电流中的至少一个，以识别电机中的故障，并基于所识别的故障来控制逆变器中的多个开关的切换，以调整电机中的电流和端电压，其中电机中的所调整的电流和端电压防止电机中的一个或多个永磁体消磁。
根据本发明的另一个实施例，提供了用于实现防止电机中的永磁体消磁的故障后保护技术的方法。该方法包括经由控制器监控供应给电机的电压和电流中的至少一个；经由控制器分析供应给电机的电压和电流中的至少一个，以检测电机中的故障状况；经由控制器基于所分析的电压和电流中的至少一个来确定所检测的故障状况的故障类型；以及通过控制器基于确定的故障类型在至少一相上调整供应给电机的电压和电流；其中，调整在至少一个相上供应给电机的电压和电流限制了电机中的故障电流，从而控制电机中的负d轴磁通量并由此防止永磁体的消磁。
根据本发明的又一个实施例，提供了控制器，该控制器被配置为控制逆变器的操作，以控制输出到与逆变器连接的永磁体电机的电流和电压。该控制器包括处理器，该处理器被编程为接收与在一个或多个相上供应给永磁体电机的电流和电压中的至少一个有关的输入；分析电压和电流中的至少一个以识别永磁体电机中的故障；以及在识别出故障之后，控制逆变器中的多个开关的切换，以基于识别出的故障的类型来调整提供给永磁体电机的电流和电压。提供给永磁体电机的所调整的电流和电压将永磁体电机中的d轴磁通量保持在防止其中一个或多个永磁体消磁的水平。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最优模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则它们旨在权利要求的范围内。
1.一种用于驱动其中具有一个或多个永磁体的电机的电动机驱动器，所述电动机驱动器包括：
逆变器，所述逆变器具有多个开关，所述多个开关被选择性地操作以控制所述电机中的电流和端电压；以及
控制器，操作地连接至所述逆变器，并被配置为控制所述多个开关的切换以控制所述电机中的所述电流和所述端电压，所述控制器被编程为：
分析在一个或多个相上提供给所述电机的电压和电流中的至少一个，以识别所述电机中的故障；以及
基于所识别的故障，控制所述逆变器中的所述多个开关的切换，以调整所述电机中的电流和端电压，从而防止所述电机中的所述一个或多个永磁体消磁。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，所述一个或多个永磁体包括陶瓷永磁体。
3.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在识别所述电机中的故障状况时，所述控制器还被编程为识别供应给所述电机的所述电压和所述电流中的至少一个的模式的变化。
4.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在识别所述电机中的故障状况时，所述控制器还被编程为：
经由智能签名识别算法分析所述电压和所述电流中的至少一个，从而从中识别电压签名和/或电流签名；以及
经由查找表、神经网络和深度学习技术中的一个或多个，基于所识别的电压签名和/或电流签名来识别所述电机中的故障类型。
5.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电机中的所述电流和所述端电压时，所述控制器还被编程为基于所调整的电流和端电压间接地控制所述电机中的故障电流。
6.根据权利要求5所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电流和端电压并控制所述电机中的所述故障电流时，所述控制器还被编程为将所述电机中的d轴磁通量保持在高于预定阈值，从而防止所述电机中的所述永磁体的消磁。
7.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电机中的所述电流和所述端电压时，所述控制器还被编程为经由供应给所述电机的所调整的电压和电流，将所述电机中的转矩和速度保持在故障前的转矩和速度水平。
8.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，在调整所述电机中的所述电流和所述端电压时，所述控制器还被编程为经由所述电机中的所调整的电流和端电压来最小化所述电机中的损耗。
9.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，所识别的故障包括匝间故障和全相故障中的一个或多个。
10.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机能够作为电动机和/或发电机工作。
11.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机包括径向通量、轴向通量和横向通量电机中的一个，并且其中，所述电机包括内转子电机、外转子电机、双定子电机和双转子电机中的一个。
12.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机包括齿绕绕组和分布式绕组中的一个，并且其中，所述电机包括成形绕制线圈和散绕线圈中的一个。
13.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，由此驱动的所述电机包括形成为实芯线或利兹线或形成为空心导体或非空心导体的导体。
14.根据权利要求1所述的电动机驱动器，其中，所述电机的所述一个或多个永磁体位于所述电机的转子或定子上，其中所述一个或多个永磁体的配置包括spm(表面永磁体)配置、ipm(内部永磁体)配置、xpm(嵌入式永磁体)配置或轮辐永磁体配置。
15.一种用于实现防止电机中的永磁体消磁的故障后保护技术的方法，所述方法包括：
经由控制器监控供应给所述电机的电压和电流中的至少一个；
经由所述控制器分析供应给所述电机的所述电压和所述电流中的至少一个，以检测所述电机中的故障状况；
经由所述控制器基于所分析的电压和电流中的至少一个来确定所检测的故障状况的故障类型；以及
经由所述控制器基于所确定的故障类型在至少一个相上调整供应给所述电机的所述电压和所述电流；
其中，调整在所述至少一个相上供应给所述电机的所述电压和所述电流限制了所述电机中的故障电流，从而控制所述电机中的负d轴磁通量并由此防止所述永磁体的消磁。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，检测所述电机中的故障状况包括识别供应给所述电机的所述电压和所述电流中的至少一个的模式的变化。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，确定所检测的故障状况的故障类型包括：
经由智能签名识别算法分析所述电压和所述电流中的至少一个，从而从中识别电压签名和/或电流签名；以及
经由查找表、神经网络和深度学习技术中的一个或多个，基于所识别的电压签名和/或电流签名来识别所述电机中的所述故障类型。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电机中的所述d轴磁通量被保持在预定阈值之上，以防止所述永磁体消磁。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，在调整供应给所述电机的所述电压和所述电流中，所述方法包括经由供应给所述电机的所调整的电压和电流，将所述电机中的转矩和速度保持在故障前的转矩和速度水平。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，在调整供应给所述电机的所述电压和所述电流中，所述方法包括控制操作地连接到所述电机的电动机驱动器的操作，以控制供应给所述电机的所有可用相的输入电压和电流。
21.一种控制器，被配置为控制逆变器的操作，从而控制输出到与所述逆变器连接的永磁体电机的电流和电压，所述控制器具有处理器，所述处理器被编程为：
接收与在一个或多个相上提供给所述永磁体电机的电流和电压中的至少一个有关的输入；
分析所述电压和所述电流中的至少一个以识别所述永磁体电机中的故障；以及
一旦识别到故障，控制所述逆变器中的多个开关的切换，以基于所识别的故障的类型来调整提供给所述永磁体电机的所述电流和所述电压；
其中，供应给所述永磁体电机的所调整的电流和电压将所述永磁体电机中的d轴磁通量保持在防止其中一个或多个永磁体消磁的水平。
22.根据权利要求21所述的控制器，其中，所述处理器被编程为通过经由智能签名识别算法分析所述电压和所述电流中的至少一个来确定所述故障的所述类型，从而从中识别指示所述故障类型的电压签名和/或电流签名。
23.根据权利要求21所述的控制器，其中，在调整提供给所述永磁体电机的所述电流和所述电压中，所述处理器被编程为基于所调整的电流和电压间接控制所述永磁体电机中的故障电流，由此将所述永磁体电机中的所述d轴磁通量保持在期望水平。
24.根据权利要求21所述的控制器，其中，所述处理器被编程为经由所供应的调整的电压和电流将所述永磁体电机中的转矩和速度维持在故障前的转矩和速度水平。
25.根据权利要求21所述的控制器，其中，基于所述故障类型和出现所述故障的相数来选择性地控制提供给所述永磁体电机的所述电流和电压的所述调整。
技术总结