用于电动马达的带有故障检测功能的方法和控制器技术

对于控制器(11)的每个相(80、180、280)，半导体开关包括高压侧开关(81、181、281)和低压侧开关(82、182、282)。直流电压总线(64、66)将电能提供到半导体开关(81、82、181、182、281、282)。测量电路(32、34)适于测量控制器(11)的每个半导体开关的集电极-发射极电压或源漏电压。如果特定的半导体开关的被测量的集电极-发射极电压或被测量的源漏电压低于最小阈值，以及如果与该特定的半导体开关关联的观测电流具有与正常的操作极性相反的极性，则数据处理器(10)确定在该特定的半导体开关中存在短路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电动马达的带有故障检测功能的方法和控制器
本专利技术涉及用于电动马达的带有故障检测功能的方法和控制器。
技术介绍
电动马达可以以定子和具有永磁体的转子为特征，例如内部永磁体(IPM)马达或IPM同步马达。根据某些现有技术，逆变器或马达控制器包括支持为电动马达的一个或多个相提供交流输出的半导体开关。在一个半导体开关的输出端上出现的短路可能导致不对称的电流在电动马达的线圈中流动。不对称电流使得马达易受损坏，例如马达(例如，或它的转子)中的一个或多个永磁体的退磁。因此，电动马达需要改进的、带有故障检测功能的方法和控制器。
技术实现思路
根据一个实施例，提出了一种方法和系统，用于电动马达的控制器中的故障检测或预防。对于控制器的每个相，一对半导体开关包括高压侧开关和低压侧开关。直流电压总线将电能(例如，经由直流电源开关可切换地)提供到半导体开关。测量电路适于测量控制器的每个半导体开关的集电极-发射极电压或源漏电压。数据处理器在特定的半导体开关的被测量的集电极-发射极电压或被测量的源漏电压低于最小的阈值(例如，在特定的半导体开关的受控关断状态期间或在逆变器驱动器信号的至少一个完整的周期或波形期间)时，以及在与特定的半导体开关关联的观测电流具有与正常的操作极性相反的极性时，确定在所述特定的半导体开关中存在短路。驱动器同时触发具有相同的直流电输入极性的、连接到电动马达的其他相线圈的配对开关，而不是触发所述特定的半导体开关，以保护电动马达免受与不对称电流流动关联的潜在损坏(例如，防止电动马达中永磁体退磁)。附图说明图1是用于电动马达的带有故障检测功能的方法和控制器的一个实施例的方框图。图2是用于电动马达的带有故障检测功能的方法和控制器的另一个实施例的方框图。图3是控制电动马达的带有故障检测功能的方法的第一实施例的流程图。图4是控制电动马达的带有故障检测功能的方法的第二实施例的流程图。图5是控制电动马达的带有故障检测功能的方法的第三实施例的流程图。图6是控制电动马达的带有故障检测功能的方法的第四实施例的流程图。图7是控制电动马达的带有故障检测功能的方法的第五实施例的流程图。图8是控制电动马达的带有故障检测功能的方法的第六实施例的流程图。图9是半导体开关的电压状态、相输出节点的对应的输出电流、检测到的对应的故障、和对应的矫正动作的说明性表格。具体实施方式在马达45的绕组(44、46、和48)中不对称的电流流动指来自一个或多个直流端(64、66)的直流电流(例如，正电流或负电流)或直流偏移电流被连续施加到马达45的仅一个绕组(44、46、或48)或一个相。不对称的电流流动可以称为不平衡的电流流动。例如，不对称的电流流动可以由逆变器或控制器的单个的半导体开关中的故障或短路引起。对于某些马达45设计，不对称的电流流动或不平衡的电流流动可以将一个或多个马达绕组(44、46、或48)置于热应力下，可以在整个延长的周期时间内对马达45的永磁体进行部分消磁，或可以使得马达45容易减少寿命。例如，连续输入直流电流或直流偏移电流到绕组(44、46、或48)可以引起通常被规定或设计用于交流电输入或电能的不连续输入的绕组(44、46、或48)的热应力或损坏。进一步，因为一个相绕组(44、46、或48)具有与施加到其它相的交流电的频率不协调的、从其它相绕组偏离的直流偏移电流，所以直流偏移电流可以损坏马达45或电动机，或随着时间流逝将它的永磁体消磁。根据一个实施例，图1公开用于控制电动马达45的系统、逆变器或控制器11，其中控制器11能够进行故障检测和采取预防措施。电动马达45可以包括内部永磁体(IPM)马达45或另一种交流电机器。如图所示，除马达45之外，该系统可以指具有故障检测功能的逆变器或马达控制器11。在图1中，数据处理器10连接到驱动器12。驱动器12包括驱动或控制半导体开关(81、82、181、182、281、或282)的半导体驱动电路，以产生用于逆变器电路的控制信号。逆变器电路(80、180和280)将来自直流总线(64、66)的直流输入信号转换为输出端(24、124、和224)处的一个或多个交流输出信号。直流总线(64、66)向控制器或逆变器、包括它的半导体开关提供电能。依次地，逆变器电路连接到马达45或马达绕组(44、46、48)。虽然为了说明目的，马达绕组(44、46、和48)被描绘为具有中心接地连接件49的Y字形(Y)馈送构造，但是其他的布置是可能的并且落入权利要求的范围内。在图1中，用于多个相(例如，第一相80、第二相180和第三相280)的半导体开关(81、82、181、182、281、或282)共同地形成逆变器电路，其中输入至逆变器电路的直流电流被变换或转换成一个或多个交流输出信号，以施加到电动马达45的对应的相或绕组(44、46、或48)。逆变器电路包括用于产生、修改和控制施加到马达45的脉宽调制信号或其他的交流信号(例如，脉冲、方波、正弦波、或其他的波形)的功率电子器件，例如开关半导体(81、82、181、182、281、或282)。逆变器电路的输出级提供脉宽调制信号或其他的交流信号，用于控制马达45。对于每个输出相(80、180、和280)，控制器11或逆变器包括一对半导体开关(81、82、181、182、281、或282)。在一个实施例中，半导体开关(81、82、181、182、281、或282)可以包括绝缘栅双极晶体管(ISBT)、场效应晶体管、功率晶体管、或其他的半导体器件。第一，控制器11或逆变器包括用于控制器11的第一相80的第一对半导体开关(81、82)，包括高压侧开关(81)和低压侧开关(82)。在第一相80中，高压侧开关(81)可以称为高压侧开关，是因为它的被切换的输出端中的一个(例如，输出端(14、24)中的集电极14或漏极)可以连接到直流总线的正的直流端64。低压侧开关(82)可以称为低压侧开关，是因为它的被切换的输出端中的一个(例如，输出末端(16、26)中的发射极26或源极)可以连接到直流总线的负的直流端66。第二，控制器11或逆变器包括用于控制器的第二相(180)的第二对半导体开关(181、182)，包括高压侧开关(181)和低压侧开关(182)。在第二相(180)中，高压侧开关(181)可以称为高压侧开关，是因为它的被切换的输出端中的一个(例如，输出端(114、124)中的集电极114或漏极)可以连接到直流总线的正的直流端64。低压侧开关(182)可以称为低压侧开关，是因为它的被切换的输出端(例如，输出端中的一个(116、126)中的发射极126或源极)可以连接到直流总线的负直流端66。第三，控制器或逆变器包括用于控制器的第二相的第二对半导体开关，包括高压侧开关和低压侧开关。在第三相280中，高压侧开关(281)可以称为高压侧开关，是因为它的被切换的输出端中的一个(例如，输出端(214、224)中的集电极214或漏极)可以连接到直流总线的正的直流端64。低压侧开关(282)可以称为低压侧开关，是因为它的被切换的输出端中的一个(例如，输出端(216、226)中的发射极226或源极)可以连接到直流总线的负的直流端66。虽然图1和图2每个描绘用于控制电动马达45的三相控制器，但是控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于为电动马达的控制器提供故障保护功能的方法，该方法包括下述步骤：测量控制器的每个半导体开关的集电极‑发射极电压或源漏电压；如果特定的半导体开关的被测量的集电极‑发射极电压或源漏电压在该特定的半导体开关的受控关断状态期间小于最小阈值，以及如果与该特定的半导体开关相关的观测电流具有与正常的操作极性相反的极性，则确定在该特定的半导体开关中存在短路；和如果确定存在短路，则同时触发连接到电动马达的其他相绕组的、具有相同直流输入极性的配对开关，而不是触发所述特定的半导体开关，以保护电动马达免受与它的绕组中的非对称电流流动相关的损坏。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.22 US 13/477,4601.一种用于为电动马达的控制器提供故障保护功能的方法，该方法包括下述步骤：测量控制器的每个半导体开关的集电极-发射极电压或源漏电压；如果特定的半导体开关的被测量的集电极-发射极电压或源漏电压在该特定的半导体开关的受控关断状态期间小于最小阈值，以及如果与该特定的半导体开关相关的观测电流具有与正常的操作极性相反的极性，则确定在该特定的半导体开关中存在短路；和如果确定存在短路，则同时触发连接到电动马达的其他相绕组的、具有相同直流输入极性的配对开关，而不是触发所述特定的半导体开关，以保护电动马达免受与它的绕组中的非对称电流流动相关的损坏。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定的半导体开关中短路的是控制器的一个相的高压侧开关，并且其中具有相同直流输入极性的被触发的配对开关包括控制器的输出的其它的一个相或多个相的高压侧开关。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定的半导体开关中短路的是控制器的一个相的低压侧开关，并且其中具有相同直流输入极性的被触发的配对开关包括控制器的输出的其他的一个相或多个相的低压侧开关。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：验证所述特定的半导体开关中的短路是在所述特定的半导体开关保持在断开状态中的情况下存在的，其中在该断开状态中没有偏置电压或静态偏置电压被提供到所述特定的半导体开关的基极或栅极。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：验证所述特定的半导体开关中的短路是在所述特定的半导体开关未进入由超过最大阈值的集电极-发射极电压或源漏电压指示的开路状态的情况下存在的，其中没有偏置电压或静态偏置电压被提供到所述特定的半导体开关的基极或栅极。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：当检测到故障时，发送信号以将至控制器的直流总线电力移除。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：同时触发连接到电动马达的其他相绕组的、具有相同直流输入极性的配对开关，而不是触发所述特定的半导体开关，以防止对电动马达中的一个或多个绕组的热损坏或一个或多个永磁体的退磁，直至电力完成周期循环为止。8.根据权利要求1所述的方法，其中触发步骤进一步包括：在数据存储装置中存储用于检索的每个相的高压侧和低压侧的故障状态、对应的集电极-发射极电压和对应的受控开关状态的数据结构，所述检索用于确定响应于在所述特定的半导体开关中检测到的短路或故障触发哪个开关。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述数据结构包括目录、查找表、文件、倒排文件或数据库。10.根据权利要求1所述的方法，其中确定在该特定的半导体开关中存在短路的步骤进一步包括：如果所述特定的半导体开关的被测量的集电极-发射极电压或源漏电压在逆变器驱动器信号的至少一个完整的周期或波形期间低于最小阈值，则确定在所述特定的半导体开关中存在短路。11.一种为电动马达的控制器提供故障保护功能的系统，该系统包括：第一对半导体开关，所述第一对半导体开关包括用于控制器的第一相的高压侧开关和低压侧开关；第二对半导体开关，所述第二对半导体开关包括用于控制器的第二相的高压侧开关和低压侧开关；直流电压总线，所述直流电压总线连接到半导体开关的集电极和发射极端或源极和漏极端；测量电路，所述测量电路用于测量控制器的每个半导体开关的集电极-发射极电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯·J·崔木耳，埃里克·维拉尔，
申请(专利权)人：迪尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US