[发明专利]具有异常扭矩反转检测器的驱动逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电动机及其控制。更具体地，本发明涉及用于驱动此类电动机的逆变器。

本发明特别地适用于采用电动机的机动车辆的领域，其中该电动机被特别地用于执行牵引功能。本发明特别地涉及具有机动化车轮的道路车辆或者具有中央电动机的道路车辆。

背景技术

已知的是，同步电动机(例如用在机动车辆中的同步电动机)在定子上包括用于导电并能够生成定子磁通的磁路和导线绕组，并且在转子上包括永磁体或者电磁体和生成转子磁通的磁路；此类电动机被配备了旋转变压器，该旋转变压器给出转子相对于定子的位置。此类电动机往往与逆变器相关联，以便于确保对所述电动机的驱动。本领域技术人员应当知晓，在实践中此类电动机是可逆的，换言之，它可以用作交流发电机。在下文提及电动机的地方，如此提及是为了便于引用，并且应当理解，在本发明的上下文中，不必在作为电动机的操作和作为交流发电机的操作之间区分。

在非常大量的应用中，特别是在机动车辆中，电能源是直流电源，例如电池或燃料电池，通过DC电力母线来输送能量。在这种情况下，用于驱动电动机的逆变器包括将DC信号转换为具有适合该电动机的操作设定点的幅度和频率的AC信号。关联于永磁同步电动机的三相逆变器的作用是利用馈送的DC功率来在电动机的输出轴处产生期望的机械扭矩。

在大多数的要求大功率的应用中，使用三相电机。操作原理如下：绕组中的电流创建的电动机定子磁场与磁体创建的转子磁场之间的交互产生机械扭矩。利用DC供应电压并且借助由功率晶体管构成的三个分支，逆变器产生具有适当幅度、适当频率以及相对于转子场的适当相位的三相电流系统，以便馈入给电动机的三相。为了控制电流的幅度，逆变器具有电流传感器，该电流传感器使得获知电动机的各个相的电流成为可能。为了控制电流的频率和相位，逆变器接收旋转变压器的信号，该旋转变压器测量转子相对于定子的位置。

基于电动机的扭矩-电流建模，逆变器确定电动机的相电流的设定点并且借助于它的调节器来实现这些设定点。因此，逆变器不控制扭矩而是控制电动机的电流，这可能阻碍对特定故障的检测。例如，在逆变器或电动机中存在故障部件的情况下，因此可能是逆变器认为电流被正确地控制，但在电动机轴上没有产生预期的扭矩。

在电动机执行牵引功能的情况下，逆变器-电动机系统遵循驾驶员的意图而无不受控制的响应是很重要的，特别是在有故障的情况下，这可能导致不合时宜的加速扭矩或制动扭矩的生成。在具有机动车轮的机动车辆且该机动车辆包括至少两个各配备有电动机的车轮的特定情况下，保证电动机的操作以避免车轮的不当行为是特别重要的，该不当行为可能会导致车轮之间的不期望有的扭矩差和驾驶员对车辆的失控。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出一种可以检测任意电动机故障或逆变器故障的驱动逆变器。本发明的另一目的是提出一种可以校正这些潜在故障的驱动逆变器。

一种用于驱动安装在道路车辆中的电动机的逆变器，所述逆变器包括：

-至少一个传感器，用于测量逆变器内的电压和电流，

-存储模块，用于记录在电动机的机械旋转期间测量的值，

-用于在电气旋转之后计算瞬时电功率和基于所记录的值的平均电功率的模块，

-用于基于所述瞬时电功率和所述平均电功率来计算差的平均值的模块，

-用于在所述差的值比预定阈值大的情况下校正扭矩波动的模块。

本发明的目标是检测扭矩波动是否异常，换言之，它是否超出了可接受的波动阈值。为此，可以使用许多值。例如，可以计算瞬时电功率与平均电功率之间的差的平均值的绝对值，并且可以以百分数的形式表述该绝对值。也可以将电功率除以电动机的旋转速度，并且可以计算出因此获得的扭矩之间的差的平均值的绝对值。

在特定实施例中，该逆变器包括用于计算波动幅度的模块。在该特定实施例中，用于校正扭矩波动的模块基于所确定的幅度来动作。

本发明的另一方面涉及一种用于驱动安装在道路车辆中的电动机的逆变器，所述逆变器包括：

-至少一个传感器，用于测量逆变器内的至少一个电压和至少一个电流，

-存储模块，用于记录在电动机的电气旋转期间测量的值，

-用于在电气旋转后基于所记录的值来计算平均电功率的模块，

-用于利用电气旋转期间的平均电功率和电动机的旋转速度来计算在电动机输出轴处产生的扭矩的模块，

-用于确定产生的扭矩与逆变器的设定点扭矩之间的偏差的模块，以及