[发明专利]PSM的与温度相关的降额

说明书

本发明涉及一种用于保护永磁同步电机(PSM)的永磁体免于退磁的方法和一种设备。

技术领域

本发明涉及一种用于保护永磁同步电机(PSM)的永磁体免于退磁的方法和一种设备。

背景技术

与工业驱动装置相反，机动车中的电机不仅在额定点中运行而且也在宽的运行范围中，在转速、转矩和功率方面变化。为了能够短时地、例如在10秒内提供更好的行驶性能，电机在过载下运行，也就是说，能比在持续运行中提供更大的转矩。为了在这种过载的运行中不会例如由于定子绕组中的过高温度而损坏电机的构件，在电机的调节中使用所谓的降额功能。在此，根据定子绕组的测量的或计算的温度，限制由电机调节允许的转矩和功率。通过限制功率，导致损耗功率的降低并且由此导致生热的减少或者甚至导致电机的冷却。

在永磁同步电机(PSM)中，特别是保护转子中的磁体免受过高的温度，因为磁体可能在与高反向场的组合中被退磁，这持久地降低电机的效率。因此，在设计永磁同步电机时要注意的是，所使用的永磁体具有足够高的退磁强度。因此，磁体材料的矫顽磁场强度/矫顽磁力Hcj的数值在预期的最大运行温度下必须大于预期的反向场的场强度。这既适用于常规运行又适用于故障情况。

在故障情况下，在具有永磁同步电机的驱动装置中，特别是在较高转速的情况下，将主动短路(AKS)选择为安全状态。因为电机的相在此通过功率电子设备/电力电子设备中的功率半导体被短路，所以不会出现高电压。然而，在这种情况下短路电流流动，该短路电流直接在从正常运行过渡为AKS时可能短时间地形成非常高的值(最大电流的1.5倍至3倍)。该大电流在PSM中短时间地产生强的反向场，该反向场又可以使磁体退磁。该瞬时短路电流的振幅以及由此电机中的反向场取决于运行状态，在该运行状态中，电机即将以AKS的方式运行。在最大的转矩值范围内以电动机和发电机的方式的运行中，同时在高转速、所谓的角点的情况下需要最高的矫顽磁场强度。

根据当前的现有技术，基于预期的最大的构件温度和在最坏情况下的运行点、即以发电机运行的角点中随着AKS的切换出现故障情况的组合来进行磁体选择。

许多磁体材料——如特别是在用于动力设备应用的PSM中使用的NdFeB磁体——通过高温和高反向场的组合而被退磁。由此对于磁体材料产生对矫顽磁场强度Hcj的高要求。通常，通过将重稀土元素镝和铽添加到合金中来实现该要求。因此，磁体变得昂贵。

由文献DE 10 2015 218 302 A1已知了一种具有改进的短路强度的电机。电机设计为用于车辆的永磁同步电机，其具有永磁体，永磁体这样设计，使得在短路时降低退磁的危险。特别地，使用具有不同磁特性的分离式磁体。

文献DE 10 2017 220 685 A1公开了一种用于运行用于输出预定的转矩和预定的转速的电机的方法和一种设备。该方法用于测量电机的温度，并且如果超过温度阈值，则就此触发主动短路。在超过温度阈值时，通过减小最大转矩免于使电机的磁体退磁。

文献WO 01/10 001 A2描述了一种抗退磁的、永磁的船驱动装置。船驱动装置包括永磁电机，测量该永磁电机的温度和电流，其中，保护电机免受过电流和过热，并且通过限制短路电流防止在短路情况下发生退磁。

发明内容

在这种背景下，本发明的目的在于，提供一种方法和一种设别，即使在磁体具有低矫顽磁场强度时利用该方法和设备也能有效地防止PSM的永磁体退磁。

根据本发明，所述目的通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求6的特征的设备来实现。本发明的设计方案和改进方案由从属权利要求和说明书中得出。

根据本发明，根据从规定的转速起的转子温度限制PSM的最大允许的转矩，从该规定的转速起AKS将引起退磁。因此实现了一种取决于转子温度的降额，用于在故障状态AKS中进行保护免于退磁。