[发明专利]包括预加电诊断的机械系统

说明书

技术领域

示例性实施例涉及例如电动和混合动力车辆和设备领域中的用于实时失效检测的逆变器供电的电机系统的预加电诊断。

背景技术

对于电动或混合动力车辆的驱动系统而言，已知的是具有发动机(例如，内燃机)、被连接到发动机的发电机、直流(DC)总线、和电动机。DC总线被电连接于发电机和电动机之间，用于驱动一个或多个车辆元件。转换器被电连接在发电机和DC总线之间并且被控制以在发电机的发电过程中将交流(AC)电转化为直流电，并且在电动机的驱动过程中将直流电转化为交流电。电动机可以是开关磁阻式(SR)电动机、永磁体(PM)AC电动机、或感应AC电动机。

在逆变器供电的驱动系统中，功率逆变器被电连接于DC总线和电动机之间并且被控制以在电动机的驱动过程中将来自DC总线的直流电转换为交流电并且在电动机的电制动过程中将交流电转化为直流电。在具有再生制动的车辆中，逆变器还从电动机获取动力(现在用作发电机)并将其存储在电池中。电压传感器被电连接到DC总线以感测DC总线电压并输出指示该电压的DC总线电压信号。电流传感器感测电动机的相电流并输出指示该相电流的相电流信号。控制系统被电连接到电压传感器和电流传感器以接收来自与系统操作有关的传感器的信号。

在逆变器供电的驱动系统中，可以理解，各种失效可能发生在系统中所使用的各种功率和控制构件中，例如，逆变器中的绝缘栅双极晶体管(IGBT)、逆变器中的二极管、电机、电动机绕组、DC总线电容器、逆变器与电机之间的电力电缆。

发明内容

示例性实施例提出了一种用于逆变器供电的电机系统的新型的监控和控制技术。电机在低压电平时的预加电诊断能够在系统在完全动力下工作之前检测初始的失效，显著地降低了维护成本和在高压时意外失效的风险。在示例性实施例中，失效可包括断路或故障并且并仅限于这两种类型的失效。

示例性实施例公开了可用于系统的预加电诊断的至少两种不同的方法。可用于PM式、感应式、或SR式电动机的第一方法利用了感测到的信号电平的测量值去确定是否在系统中存在失效。应当理解，“信号电平”可以涉及测得的相电压或测得的相电流。可以通过跨导放大器或互阻放大器(例如，可操作的放大器外加电阻器)将测得的相电压转化为测得的相电流。为了简洁起见，第一方法是使用测得的相电流作为信号电流而加以描述的。然而，应当理解，第一方法也可以通过使用测得的相电压而得以实施。

用于具有PM、感应或SR电动机的系统的第二方法利用了在相对于负DC总线的逆变器引线中的高侧和低侧装置之间测得的AC中点电压处感测到的电压的测量结果去确定系统中是否存在失效。感测到的电压在被构造成控制系统的门驱动器的模数转换器(ADC)中处理。该数据被认为是ADC计数数据。该方法将ADC计数数据与装置的开关信号相比较，以识别和定位系统中的失效。

此外，之前已存在的用于标识操作的控制系统和逆变器中的电压和电流传感器意味着用于预加电诊断的条件监控算法可用非常小的增量成本加以执行，并且通常除了软件升级或加装软件子程序之外不需要其他成本。

通过依赖由预加电监控和诊断提供的信息去评估机器的状况和识别失效，可以避免系统中的未来的失效、连串的失效或灾难性的失效，从而节省大量的钱并防止系统停机。

由于高开关频率产生的噪音，逆变器驱动的电机中的失效的检测是挑战性的。然而，检测和防止灾难性失效的成本节约使得开发出预加电诊断方法是值得的。

至少一个示例性实施例提供了一种驱动系统，包括：电机，该电机包括多个相并且被配置为基于多个相电流产生动力，各个相电流分别与所述多个相关联；和直流(DC)总线，该DC总线可操作地连接到所述电机。DC总线包括：高侧线，低侧线，和逆变器，该逆变器包括被可操作地连接于所述高侧线和低侧线之间的多个开关系统，所述多个开关系统中的每一个都被配置为输出所述多个相电流中的相应的一个。驱动系统还包括控制器，该控制器被可操作地连接到所述DC总线和所述电机，该控制器被配置为基于所述多个相电流和DC总线电压确定在所述驱动系统中是否存在失效，其中所述DC总线电压是跨越所述高侧线和所述低侧线的电压。