РАСЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА РАСЧЕТНЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2018 года по МПК G01K13/00 H02K9/19 B60K6/26 

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к расчетному устройству и системе расчетных устройств, которые рассчитывают температуру обмотки статора электрической вращающейся машины, охлаждаемой охлаждающим маслом.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Электрическая вращающаяся машина, которая является электродвигателем или генератором, включает в себя обмотку статора. В такой электрической вращающейся машине чрезмерное увеличение температуры обмотки статора может привести к снижению эксплуатационных характеристик электрической вращающейся машины. Поэтому возможно охлаждать обмотку статора с использованием охлаждающего масла. Кроме того, температура обмотки измеряется температурным датчиком. Например, в электрическом транспортном средстве или гибридном транспортном средстве, включающем в себя приводной электродвигатель, датчик прикреплен рядом с обмоткой статора электродвигателя, а температура обмотки статора измеряется датчиком.

[0003] В публикации японской патентной заявки №2010-28887 (JP 2010-28887 А) описана следующая конфигурация. При подаче охлаждающего масла в статор электрической роторной машины через выбранный один из множества проточных каналов, охлаждающее масло капает в направлении центральной оси, по существу, практически над электрической вращающейся машиной в вертикальном направлении электрической вращающейся машины независимо от наклонного состояния кузова транспортного средства, на котором установлена электрическая вращающаяся машина.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] При такой конфигурации, в которой температура обмотки измеряется температурным датчиком, прикрепленным к обмотке статора, если масло падает на температурный датчик, температурный датчик может измерять температуру, близкую к температуре масла. Таким образом, выходной сигнал температурного датчика изменяется в зависимости от того, падает ли масло на температурный датчик, поэтому он может не очень точно рассчитывать температуру обмотки. По этой причине, когда ток обмотки контролируется, требуется с высоким коэффициентом надежности защитить обмотку. Даже когда температура обмотки достигает температуры, которая значительно ниже, чем физически допустимая верхняя предельная температура обмотки статора, мощность электродвигателя уменьшается за счет уменьшения тока обмотки из-за коэффициента надежности. Таким образом, можно оказаться невозможным эффективное обеспечение выходной мощности электрической вращающейся машины.

[0005] С другой стороны, в конфигурации, описанной в JP 2010-28887 А, можно измерить температуру обмотки электрической вращающейся машины с использованием температурного датчика. В этом случае способ, которым охлаждающее масло падает на температурный датчик, может быть постоянным независимо от наклона кузова транспортного средства, на котором установлен электродвигатель. Однако при такой конфигурации конструкция проточного канала становится значительно сложнее.

[0006] Изобретением предложены расчетное устройство и система расчетных устройств, которые способны с высокой точностью рассчитывать температуру обмотки электрической вращающейся машины без сложной конструкции проточного канала электрической вращающейся машины, охлаждаемой охлаждающим маслом.

[0007] Первый объект изобретения относится к расчетному блоку, сконфигурированному для расчета температуры обмотки статора электрической вращающейся машины. Электрическая вращающаяся машина охлаждается охлаждающим маслом. Расчетное устройство включает в себя электронный блок управления и датчик измерения сигнала коррекции. Электронный блок управления включает в себя модельный блок, сконфигурированный для вычисления количественного параметра состояния с использованием входного сигнала и реляционного выражения, которое выражает целевую модель. Датчик измерения сигнала коррекции сконфигурирован для измерения сигнала коррекции для коррекции количественного параметра состояния. Электронный блок управления дополнительно включает в себя блок коррекции, сконфигурированный для вывода значения для коррекции количественного параметра состояния на основе сигнала коррекции на модельный блок, и блок изменения модели, сконфигурированный для изменения модельного блока в соответствии со значением, связанным с потоком масла, который относится к изменению потока охлаждающего масла. Датчик измерения сигнала коррекции устроен так, чтобы находиться в контакте с металлическим элементом, который включает в себя проводящий провод обмотки, который представляет собой обмотку статора, клемму, соединенную с проводящим проводом обмотки, и линию электропитания, подключенную между проводящим проводом обмотки и клеммой, в точке, в которой не падает охлаждающее масло.

[0008] Второй объект изобретения обеспечивает систему расчетных устройств. Система расчетных устройств включает в себя множество расчетных устройств и средств выбора. Каждое из множеств расчетных устройств сконфигурировано для расчета температуры обмотки статора электрической вращающейся машины. Электрическая вращающаяся машина охлаждается охлаждающим маслом. Каждое из множества расчетных устройств включает в себя электронный блок управления и датчик измерения сигнала коррекции. Каждый электронный блок управления включает в себя модельный блок, сконфигурированный для вычисления количественного параметра состояний с использованием входного сигнала и реляционного выражения, которое выражает целевую модель. Датчик измерения сигнала коррекции сконфигурирован для измерения сигнала коррекции для коррекции количественного параметра состояния. Каждый электронный блок управления дополнительно включает в себя блок коррекции, сконфигурированный для выдачи значения для коррекции количественного параметра состояния на основе сигнала коррекции на модельный блок, и блок изменения модели, сконфигурированный для изменения модельного блока в соответствии со значением, связанным с потоком масла, которое относится к изменению потока охлаждающего масла. Датчик измерения сигнала коррекции устроен так, чтобы находиться в контакте с металлическим элементом, который включает в себя проводящий провод обмотки, который представляет собой обмотку статора, клемму, соединенную с проводящим проводом обмотки, и линию электропитания, подключенную между проводом обмотки и клеммой, в точке, в которой не падает охлаждающее масло. Средство выбора сконфигурировано так, чтобы выбирать максимальную температуру обмотки статора из температур обмотки статора, соответственно рассчитываемых с помощью множества расчетных устройств.

[0009] С помощью расчетного устройства и системы расчетных устройств в соответствии с объектами изобретения, можно с высокой точностью рассчитать температуру обмотки без сложной конструкции проточного канала электрической вращающейся машины, охлаждаемой охлаждающим маслом. В результате, не требуется защищать обмотку статора с высоким коэффициентом надежности. Поэтому, например, когда электрическая вращающаяся машина является электродвигателем, можно генерировать выходную мощность электродвигателя до температуры, близкой к верхней предельной температуре, которая физически допускается обмоткой статора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость иллюстративных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:

Фиг. 1 представляет собой вид, показывающий местоположение, в котором датчик измерения сигнала коррекции, образующий расчетное устройство, закреплен в электродвигателе, в котором использовано расчетное устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую обработку сигнала, которая выполняется в расчетном устройстве согласно варианту осуществления;

Фиг. 3 представляет собой концептуальный вид устройства наблюдения, являющегося расчетным устройством в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг. 4 представляет собой вид, который показывает первый пример модели теплового сопротивления обмоток, которая используется в расчетном устройстве согласно варианту осуществления;

Фиг. 5 представляет собой схематический вид, который показывает влияние продольного ускорения транспортного средства на поток масла, охлаждающего электродвигатель;

Фиг. 6 представляет собой схематический вид, который показывает влияние угла наклона относительно продольного направления транспортного средства на поток масла;

Фиг. 7 представляет собой диаграмму, показывающую результаты эксперимента, в котором получена взаимосвязь между наклоном транспортного средства и максимальной температурой обмоток;

Фиг. 8А показывает взаимосвязь между функцией когерентности и крутящим моментом электродвигателя, а фиг. 8В показывает взаимосвязь между функцией когерентности и расходом масла, где функция когерентности указывает на корреляцию между температурой в положении, при котором температура является максимальной в обмотках, и конечной температурой клеммной колодки;

Фиг. 9 представляет собой вид, который показывает другой пример модели теплового сопротивления обмоток, используемой в расчетном устройстве согласно варианту осуществления;

Фиг. 10 представляет собой диаграмму, которая показывает результаты эксперимента, в котором получают отношение ошибок в рассчитанных значениях температуры обмоток в расчетном устройстве согласно варианту осуществления к ошибкам в рассчитанных значениях температуры обмоток в расчетном устройстве температуры согласно сравнительному варианту осуществления, где ошибки в рассчитанных значениях температуры обмоток в расчетном устройстве температуры согласно сравнительному варианту осуществления составляют 1;

Фиг. 11А показывает результаты эксперимента, в которых проиллюстрирована взаимосвязь между ошибкой в расчете температуры обмотки и крутящего момента электродвигателя в расчетном устройстве согласно варианту осуществления, а фиг. 11В показывает результаты эксперимента, в которых проиллюстрирована взаимосвязь между погрешностью в расчете температуры обмоток и расходом масла в расчетном устройстве согласно варианту осуществления;

Фиг. 12 представляет собой вид, который показывает конфигурацию системы расчетных устройств в соответствии с вариантом осуществления изобретения; а также

Фиг. 13 представляет собой вид, показывающий множество диапазонов, в которых множество расчетных устройств, которые составляют систему расчетных устройств, соответственно, расположены в электродвигателе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСВЛЕНИЯ

[0011] Ниже будет описан вариант осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Модель, материальные средства и количественные показатели, которые будут описаны ниже, используются в иллюстративных целях и могут быть изменены по мере необходимости в соответствии со спецификациями расчетного устройства и системы расчетных устройств. Когда в нижеследующем описании представлены несколько вариантов осуществления, альтернативных вариантов осуществления и т.п., то при необходимости они могут быть объединены. В нижеследующем описании одинаковые ссылочные позиции обозначают эквивалентные компоненты на всех чертежах. В нижеследующем описании, когда это необходимо, используются ссылочные позиции, упомянутые ранее. Дальнейшем описание выполнено, исходя из того, что электрическая вращающаяся машина является двигателем; в качестве альтернативы электрическая вращающаяся машина может быть генератором.

[0012] Фиг. 1 представляет собой изображение, на котором показано местоположение, в котором датчик 12 коррекции закреплен в электродвигателе 50. Электродвигатель 50 служит в качестве электрической вращающейся машины, на которой использовано расчетное устройство 10 в соответствии с этим вариантом осуществления. Датчик 12 коррекции используется как датчик измерения сигнала коррекции, который представляет собой расчетное устройство 10. Сначала будет описан электродвигатель 50. Электродвигатель 50 включает в себя статор 52 и ротор (не показаны). В статоре 52 трехфазные обмотки 54u, 54v, 54w статора намотаны на кольцевой сердечник 53 статора.

[0013] Часть каждой из трехфазных обмоток 54u, 54v, 54w статора выведена наружу от сердечника 53 статора и образует соответствующую одну из трех линий 56u, 56v, 56w электропитания. В дальнейшем линии 56u, 56v, 56w электропитания совместно называются линиями 56 электропитания. Обмотки 54u, 54v, 54w статора совместно называются обмотками 54. Клемма 58 закреплена на одном конце каждой из линий 56 электропитания при помощи обжимной части клеммы 58 так, что клемма 58 находится в тесном контакте с соответствующей линией 56 электропитания. Таким образом, тепловое сопротивление между каждой линией 56 электропитания и соответствующей клеммой 58 достаточно низкое. Каждая линия электропитания и соответствующая клемма могут быть скреплены друг с другом путем приведения каждой линии электропитания в тесный контакт с соответствующей клеммой при достаточно низком состоянии теплового сопротивления посредством сварки или пайки. Каждая из клемм 58 закреплена на клеммной колодке (не показана) и соединена с соответствующим одним из трехфазных электрических проводов (не показаны), соединенных с инвертором источника питания через клеммную колодку.

[0014] Ротор устроен так, что обращен радиально к внутренней стороне статора 52. Ротор прикреплен радиально к внешней поверхности вращающегося вала (не показан). Ротор включает в себя магниты, размещенные в нескольких местоположениях в окружном направлении сердечника ротора. Когда двигатель представляет собой асинхронный двигатель, на сердечнике ротора установлена обмотка ротора. Электродвигатель 50 генерирует магнитное поле в статоре при запитывании обмоток статора, и вращает ротор посредством магнитного взаимодействия между статором и магнитами ротора.

[0015] Кольцевой торец 59 обмотки сформирован на осевом торце статора. В электродвигателе 50, как показано стрелкой а на фиг. 1, из капельного участка 60 капает охлаждающее масло. Таким образом, обеспечивается протекание охлаждающего масла по поверхности конца 59 обмотки, как показано стрелкой (3 на фиг. 1. Капельный участок 60 расположен на верхней стороне относительно осевого торца электродвигателя 50. Таким образом, электродвигатель 50 охлаждается. Охлаждающее масло, которое течет вдоль поверхности конца 59 обмотки, извлекается из масляного резервуара с нижней стороны (не показан), проходит через масляный канал (не показан) и возвращается в капельный участок 60.

[0016] Выполненный таким образом электродвигатель 50 устанавливается и используется на транспортном средстве, таком как электромобиль и гибридный автомобиль. Гибридное транспортное средство включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель в качестве приводных источников для колес. Например, электродвигатель 50 является приводным двигателем. Колеса приводятся в движение путем передачи мощности от приводного электродвигателя к колесам.

[0017] В выполненном таким образом электродвигателе 50, в качестве сравнительного варианта осуществления можно предположить, что датчик для расчета температуры обмотки, обозначенный на фиг. 1 штрихпунктирной линией G, закреплен в местоположении вблизи обмоток, ином чем силовые линии. В сравнительном варианте осуществления измеренный сигнал датчика передается на контроллер, и контроллер рассчитывает максимальную температуру обмоток. В этом сравнительном варианте осуществления масло может капать на датчик, и каким способом масло капает, может варьироваться в зависимости от наклона транспортного средства, продольного ускорения транспортного средства или тому подобного. Например, местоположение, в котором температура обмотки обозначает максимальную температуру в обмотках, может изменяться в зависимости от режима возбуждения электродвигателя 50 или режима движения транспортного средства. Таким образом, точность расчета расчетной температуры обмоток с использованием этого датчика может понизиться. С другой стороны, может оказаться целесообразным закрепление датчика в местоположении, значительно удаленном от обмоток, вблизи сердечника 53 статора, так, что нет капель масла на катушках, для того, чтобы капли масла не влияли на расчет температуры обмоток. В этом случае температура рассчитывается в местоположении, значительно удаленном от обмоток, поэтому точность расчета температуры обмотки может снизиться.

[0018] Расчетное устройство 10 согласно варианту осуществления включает в себя контрольное устройство 22 (фиг. 2, фиг. 3). Контрольное устройство 22 имеет реляционное выражение, которое выражает модель теплового сопротивления обмоток 54, внутри контрольного устройства 22, и рассчитывает температуру обмотки путем вычисления. При этом, контрольному устройству 22 постоянно необходим корректирующий сигнал для исправления ошибки, например, ошибки моделирования и ошибки датчика. Корректирующий сигнал не может использоваться в контрольное устройство 22, если корректирующий сигнал не коррелирует с температурой обмотки. Для получения сигнала, имеющего высокую корреляцию, возможно, что температура участка вблизи обмоток будет использоваться в качестве корректирующего сигнала; однако в этом случае маслу легче капать на температурный датчик. Автором изобретения исследовано местоположение, которое коррелирует с температурой обмотки, посредством фактических измерений, включая местоположение, в котором путь теплопередачи отличается. В результате было обнаружено, что клемма и линия электропередачи, удаленные от обмоток, также имеют высокую корреляцию по температуре относительно обмоток. Далее будет описан случай, когда корректирующий сигнал, который обозначает температуру, измеренную на металлическом материале, из которого выполнена одна из клемм, используется в качестве контрольного устройства 22 в соответствии с вариантом осуществления. Может использоваться корректирующий сигнал, обозначающий температуру местоположения, в котором масло не падает на линии 56 электропитания.

[0019] Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую обработку сигнала в расчетном устройстве 10. Фиг. 3 представляет собой концептуальный вид контрольного устройства 22, которое представляет собой расчетное устройство 10.

[0020] Расчетное устройство 10 рассчитывает температуру обмоток 54, например, максимальную температуру обмоток 54. Расчетное устройство 10 включает в себя контроллер (электронный блок управления) 20 и датчик 12 коррекции (фиг. 1, фиг. 2). Датчик 12 коррекции служит в качестве датчика измерения сигнала коррекции. Контроллер 20 включает в себя контрольное устройство 22. Контрольное устройство 22 включает в себя модельный блок 23, блок 24 коррекции и блок 26 расчета точки каплепадения масла. Блок 26 расчета точки каплепадения масла представляет собой блок изменения модели. На фиг. 3, блок изменения модели обозначен прямой стрелкой Н.

[0021] Модельный блок 23 вычисляет расчетную максимальную температуру Tm обмотки и расчетную температуру Tr клеммы в качестве количественных параметров состояния, используя входные сигналы и реляционное выражение, которое выражает целевую модель. Расчетная максимальная температура Tm обмотки является расчетной величиной максимальной температуры обмоток 54. Расчетная температура Tr клеммы является расчетным значением сигнала коррекции.

[0022] Конкретный пример модели теплового сопротивления, которая является целевой моделью, будет описан со ссылкой на фиг. 4. На фиг. 4 показан один пример модели теплового сопротивления обмоток 54, которая используется в расчетном устройстве 10. Модель теплового сопротивления включает в себя обмотки 54 и клемма 58, которые соединены друг с другом посредством теплового сопротивления Rr. Клемма 58 является частью, подлежащей обнаружению. Обмотки 54 имеют расчетную максимальную температуру Tm обмотки. Клемма 58 имеет расчетную температуру Tr в качестве расчетного значения сигнала коррекции. Часть, которая имеет атмосферную температуру Та, соединена с обмотками 54 через тепловое сопротивление Ra, и часть, которая имеет атмосферную температуру Та, соединена с клеммой 58 через тепловое сопротивление Rb. Охлаждающее масло, которое имеет температуру То, соединено с обмотками 54 через тепловое сопротивление Ro. Потери RI² в меди и потери KeI²ω² в железе сообщаются в качестве удельного расхода тепла участку, который генерирует предполагаемую максимальную температуру Tm обмотки. Потери в меди R_cI² сообщаются в качестве удельного расхода тепла клемме 58.

[0023] Модель теплового сопротивления, показанная на фиг. 4, обозначается следующими реляционными выражениями (1) и (2).

[0024] В математических выражениях (1) и (2): C_t - теплоемкость обмоток 54, R - электрическое сопротивление обмоток 54, I - ток электродвигателя, который является током, протекающим через обмотки, K_e представляет собой коэффициент потерь в железе, который является коэффициентом потери на вихревые токи, а ω - число оборотов электродвигателя. C_r - теплоемкость клеммы 58, a R_c - электрическое сопротивление клеммы 58. В математическом выражении (1) потери в железе могут быть оценены как K_hI²ω исходя из того, что коэффициент потерь на гистерезис обозначен K_h в случае, когда материал имеет большие потери на гистерезис.

[0025] В приведенной выше модели теплового сопротивления, как можно понять из математического выражения (1), проводящий провод, который образует обмотки 54, увеличивает температуру из-за тепла, которое генерируется из-за потерь RI² в меди, связанных с током электродвигателя, и потерей в железе KeI²ω² сердечника 53 статора из-за изменения магнитного поля. С другой стороны, как можно понять из математического выражения (2), клемма 58 увеличивает температуру фактически не под влиянием изменения магнитного поля, а под значительным влиянием потерь меди R_cI².

[0026] Как показано на фиг. 4, температура тепловой массы обмоток 54 и клеммы 58 в качестве проводника увеличивается из-за тепла, выделяющегося в проводящем проводе, и тому подобное. С другой стороны, обмотки 54 охлаждаются маслом, и теплота обмоток 54 удаляется маслом. В то же время, тепло передается в машинное отделение через сердечник 53 статора, корпус электродвигателя (не показан), к которому прикреплен статор 52, и тому подобное. По этой причине температура Та атмосферы увеличивается. Происходит также обмен тепла через проводники и т.п. между тепловой массой обмоток 54 и тепловой массой клеммы 58. В это время температура каждой тепловой массы определяется в результате тепловыделения и теплообмена.

[0027] В математических формулах (1) и (2) в качестве входных сигналов вводятся ток I электродвигателя, число оборотов ω электродвигателя, температура То масла и температура Та атмосферы, а также расчетная максимальная температура Tm обмотки и расчетная температура Tr клеммы.

[0028] Как видим опять же из фиг. 2, один или несколько сигналов, выбранных из числа температуры То масла охлаждающего масла, тока I электродвигателя, числа оборотов ω электродвигателя, несущей частоты fc, которая используется для управления электродвигателем 50, и модельная температуры Та атмосферы, вводятся в модельный блок 23 в качестве входных сигналов. Например, в случае модели теплового сопротивления, показанной на фиг. 4, температура То масла, ток I электродвигателя, число оборотов ω электродвигателя и модельная температура Та атмосферы вводятся в модельный блок 23 в качестве входных сигналов.

[0029] В частности, расчетное устройство 10 включает в себя датчик 30 температуры масла, датчик 31 тока электродвигателя, датчик 32 числа оборотов электродвигателя и датчик 33 температуры атмосферы. Датчик 30 температуры масла является средством определения температуры охлаждающего масла. Датчик 30 температуры масла определяет температуру охлаждающего масла. Датчик 31 тока электродвигателя определяет величину тока, которая подается на обмотки. Датчик 32 числа оборотов электродвигателя определяет число оборотов ротора в единицу времени. Датчик 33 температуры атмосферы определяет модельную температуру Та атмосферы, которая является температурой атмосферы целевой модели. Выявленные сигналы датчика 30 температуры масла, датчика 31 тока электродвигателя, датчика 32 числа оборотов электродвигателя и датчика 33 температуры атмосферы вводятся в модельный блок 23. Датчик 32 числа оборотов электродвигателя может быть заменен датчиком скорости вращения электродвигателя, который определяет скорость вращения ротора.

[0030] Датчик 12 коррекции является температурным датчиком, который измеряет температуру Tra клеммы, обозначенную сигналом коррекции. Датчик 12 коррекции устроен так, чтобы находиться в контакте с металлическим элементом, который образует клеммы 58 (фиг. 1), соединенные с проводящими проводами обмоток, образующими обмотки 54, в точке, в которой не падает охлаждающее масло. Датчик 12 коррекции выдает корректирующий сигнал в блок 24 коррекции.

[0031] Блок 24 коррекции корректирует количественные параметры состояния на основе сигнала коррекции, который показывает температуру Tra клеммы. Количественные параметры состояния представляют собой расчетную максимальную температуру Tm обмотки, которая является расчетной величиной максимальной температуры обмоток 54, а также расчетную температуру Tr клеммы, которая является расчетной величиной сигнала коррекции.

[0032] Датчик 12 коррекции не ограничивается случаем, когда датчик 12 коррекции расположен на клеммах 58. Например, датчик 12 коррекции может быть расположен так, чтобы контактировать с металлическим элементом, который образует проводящие провода обмотки, в точке, в которой не падает охлаждающее масло. При этом часть проводящих проводов обмоток может составлять соответствующие линии электропитания.

[0033] Когда линии электропитания соответственно подсоединены в качестве других элементов между проводящими проводами обмотки и клеммами 58, датчик 12 коррекции может быть размещен так, чтобы быть в контакте с металлическим элементом, который образует линии электропередачи, в точке, в которой не капает охлаждающее масло.

[0034] Модельный блок 23 выдает расчетную максимальную температуру Tm обмотки и расчетную температуру Tr клеммы. Из них расчетная температура Tr клеммы находится в блоке 24 коррекции. Температура Tra клеммы, обозначенная сигналом коррекции, также вводится в блок 24 коррекции, и разность температур обмотки, которая вычисляется в соответствии с разностью между температурой Tra клеммы и расчетной температурой Tr, вводится в модельный блок 23. Разность используется для корректировки количественных параметров состояния. Модельный блок 23, а также обычное контрольное устройство 22, корректирует расчетную максимальную температуру Tm обмотки и расчетную температуру Tr клеммы, используя коэффициент усиления, соответствующий разнице температур обмотки. Таким образом, блок 24 коррекции корректирует расчетную максимальную температуру Tm обмотки и расчетную температуру Tr клеммы в качестве количественных параметров состояния путем вывода значения, соответствующего разнице между температурой Tra клеммы и расчетной температурой Tr клеммы, на модельный блок 23 через сигнал коррекции.

[0035] Расчетное устройство 10 включает в себя блок 26 расчета точки каплепадения масла в качестве модуля изменения модели. В дальнейшем блок 26 расчета точки каплепадения масла именуется блоком 26 расчета масляной точки. Блок 26 расчета масляной точки изменяет модельный блок 23 в соответствии с величиной, относящейся к потоку масла, связанной с изменением потока охлаждающего масла. Например, блок 26 расчета масляной точки изменяет модельный блок 23 в соответствии с одним или двумя, или более наклонов транспортного средства относительно продольного направления транспортного средства, продольного ускорения, которое представляет собой продольное ускорение транспортного средства, и расхода охлаждающего масла в качестве значений расхода масла.

[0036] На фиг. 2 расчетное устройство 10 включает в себя датчик 35 угла наклона и датчик 36 продольного ускорения. Датчик 35 угла наклона определяет угол наклона транспортного средства относительно продольного направления транспортного средства. Датчик продольного ускорения 36 определяет продольное ускорение транспортного средства. Выявленные сигналы датчика 35 угла наклона и датчика 36 продольного ускорения вводятся в блок 26 расчета масляной точки. Блок 26 расчета масляной точки изменяет модельный блок 23 в соответствии с комбинацией наклона транспортного средства и ускорения транспортного средства на основании выявленных сигналов датчика 35 угла наклона и датчика 36 продольного ускорения. В частности, блок 26 расчета масляной точки рассчитывает точку каплепадения масла на основе комбинации наклона транспортного средства и ускорения транспортного средства. Блок 26 расчета масляной точки изменяет коэффициент реляционного выражения, который выражает модельный блок 23, например, тепловое сопротивление Ro, используя предварительно определенное соотношение или карту на основе расчетной точки падения. Таким образом, модельный блок 23 изменяется.

[0037] Фиг. 5 представляет собой схематический вид, показывающий влияние продольного ускорения транспортного средства 70 на поток масла, который охлаждает электродвигатель. Фиг. 6 представляет собой схематический вид, который показывает влияние угла наклона транспортного средства относительно продольного направления транспортного средства на поток масла. На фиг. 5, направление, в котором масло, упавшее из капельного участка 60 (фиг. 1), течет в то время, когда транспортное средство ускоряется в направлении движения вперед (направление стрелки γ на фиг. 5), схематично обозначено стрелкой Р1. Как видно из фиг. 5, масло течет наклонно назад во время переднего ускорения. Таким образом, точка каплепадения масла изменяется. Как показано на фиг. 6, когда транспортное средство 70 наклонно, как в случае, когда транспортное средство 70 установлено на холме, масло течет наклонно назад относительно транспортного средства 70 (направление стрелки Р2). Таким образом, точка каплепадения масла также изменяется.

[0038] Фиг. 7 представляет собой диаграмму, показывающую результаты эксперимента, в котором получена взаимосвязь между наклоном транспортного средства и максимальной температурой обмоток. На фиг. 7, ток электродвигателя, число оборотов электродвигателя, расход масла и температура масла постоянны. Как показано на фиг. 7, когда транспортное средство наклоняется в состоянии, в котором масло падает сверху электродвигателя 50, максимальная температура обмоток изменяется с изменением угла наклона, поэтому понятно, что существует высокая корреляция между углом наклона и максимальной температурой.

[0039] На основе взаимосвязей, описанных со ссылкой на фиг. 5-7, блок 26 расчета масляной точки рассчитывает точку каплепадения масла, используя комбинацию наклона транспортного средства и ускорения транспортного средства, и изменяет модельный блок 23 в соответствии с расчетной точкой.

[0040] На фиг. 2 блок 26 расчета масляной точки используется в качестве блока изменения модели; тем не менее, может быть использована и другая конфигурация. Например, расчетное устройство 10 может включать в себя датчик 37 расхода масла (фиг. 2), который определяет расход масла, а модельный блок 23 может быть изменен на основании выявленного сигнала датчика 37 расхода масла. Блок изменения модели может быть выполнен с возможностью изменения модели модельного блока 23 на основе комбинации наклона транспортного средства, ускорения транспортного средства и расхода охлаждающего масла.

[0041] С помощью описанного выше расчетного устройства 10 можно очень точно рассчитать температуру обмоток. В результате этого не требуется защищать обмотки 54 с высоким коэффициентом надежности. Поэтому, например, можно генерировать выходную мощность электродвигателя 50 до температуры, близкой к верхней предельной температуре, которая физически допускается обмотками 54. С расчетным устройством 10, отличным от конфигурации, описанной в JP 2010-28887 А, конструкция проточного канала электродвигателя 50, который охлаждается маслом, не является сложной.

[0042] Причина, по которой расчетное устройство 10 может очень точно рассчитывать температуру обмотки, основывается на местоположении датчика 12 коррекции, который представляет собой температурный датчик, и изменении модели. Во-первых, что касается местоположения датчика 12 коррекции, когда температурный датчик расположен вблизи обмоток, в отличие от варианта осуществления, существует высокая вероятность того, что масло упадет на температурный датчик. Если масло падает на температурный датчик, выявленная температура температурного датчика будет ближе к температуре масла, чем к температуре обмотки, поэтому сложно с точностью рассчитать температуру обмотки.

[0043] С другой стороны, когда датчик 12 коррекции, который является температурным датчиком, как описано выше, устроен так, что он находится в контакте с металлом, который образует клеммы 58, расположенные в точке, где масло не падает и удалено от обмоток 54, понятно, что корреляция между температурой обмоток 54 и температурой клемм является высокой. Таким образом, контрольное устройство 22 способно очень точно рассчитывать температуру обмоток, используя температуру клемм 58, на которые не падает масло.

[0044] Фиг. 8А представляет собой диаграмму, показывающую взаимосвязь между функцией когерентности и крутящим моментом электродвигателя. Функция когерентности выражает корреляцию между температурой точки, в которой температура максимальна в обмотках, и температурой клемм клеммной колодки. На фиг. 8В представлена диаграмма, которая показывает взаимосвязь между функцией когерентности и расходом масла для температуры клемм.

[0045] Функцию когерентности получают путем деления квадрата абсолютной величины взаимного спектра на спектр мощности каждого из измеренных входных сигналов и выходной мощности системы. Взаимный спектр усредняется путем умножения заранее определенных частотных составляющих спектров сигналов температуры обмотки и температуры клеммы друг с другом. Высокая функция когерентности показывает, что корреляция между температурой обмотки и температурой клемм является высокой.

[0046] Из результатов, показанных на фиг. 8А и фиг. 8В, когда крутящий момент электродвигателя и расход масла используются также в качестве параметров, функция когерентности является высокой и существенно выше или равна 0,8 независимо от изменения крутящего момента электродвигателя и расхода масла. Таким образом, было проверено, что температура клеммы применима для контрольного устройства 22.

[0047] Что касается изменения модели, то, согласно способу охлаждения обмоток каплями масла, степень охлаждения обмоток в значительной мере зависит от состояния потока масла. Самый большой фактор, который доминирует в состоянии потока масла - это наклон электродвигателя относительно продольного направления электродвигателя из-за тангажа транспортного средства. В этом варианте осуществления модельный блок изменяется с использованием наклона транспортного средства в качестве параметра, что позволяет повысить точность расчета температуры обмотки.

[0048] На фиг. 9 показан другой пример модели теплового сопротивления обмоток, которая используется в расчетном устройстве 10 согласно варианту осуществления. В другом примере, показанном на фиг. 9, путь теплопередачи от температуры атмосферы до клеммы 58 исключен из модели, показанной на фиг. 4. Модель, показанная на фиг. 9, эффективно применима к случаю, когда передача тепла в машинное отделение через сердечник 53 статора (фиг. 1), корпус электродвигателя и т.п., невелика. По этой причине, реляционные выражения, которые выражают модель, показанную на фиг. 9, получены путем исключения из математических выражений (1) и (2) слагаемых, включающих в себя температуру Та атмосферы и тепловое сопротивление Ra, Rb. На фиг. 2, датчик 33 температуры атмосферы опущен. Оставшаяся конфигурация и функционирование аналогичны конфигурации, показанной на фиг. 1 - фиг. 4.

[0049] На фиг. 10, фиг. 11А и фиг. 11В показаны результаты проверки точности расчета температуры обмоток согласно варианту осуществления. Фиг. 10 представляет собой диаграмму, показывающую результаты эксперимента, в котором получают отношение ошибок в расчетных значениях температуры обмоток в расчетном устройстве согласно варианту осуществления к ошибкам в расчетных значениях температуры обмотки в расчетном устройстве температуры согласно сравнительному варианту осуществления, где ошибки в расчетных значениях температуры обмотки в расчетном устройстве температуры согласно сравнительному варианту осуществления составляют 1. На оси абсцисс на фиг. 10 представлены ссылочные позиции множества экспериментальных образцов. В сравнительном варианте осуществления местоположение температурного датчика располагается в положении, обозначенном чередующимися длинными и короткими штриховыми линиями G на фиг. 1, и температура обмотки рассчитывается по температуре, определяемой температурным датчиком. В варианте осуществления конфигурация, показанная на фиг. 1-3. На фиг. 10 широкая линия С1 указывает на сравнительный вариант осуществления, а узкая линия С2 обозначает вариант осуществления. Как видно из результатов, показанных на фиг. 10, ошибки в расчете температуры обмотки были значительно уменьшены в варианте осуществления по сравнению со сравнительным вариантом осуществления.

[0050] Фиг. 11А представляет собой диаграмму, которая показывает результаты эксперимента, в котором взаимосвязь между ошибкой в расчете температуры обмотки и крутящего момента электродвигателя получают в расчетном устройстве 10 согласно варианту осуществления. Фиг. 11В представляет собой диаграмму, показывающую результаты эксперимента, в котором получена взаимосвязь между погрешностью в расчете температуры обмотки и расходом масла. Как видно из результатов, показанных на фиг. 11А и фиг. 11В, в варианте осуществления, даже когда крутящий момент электродвигателя или расход масла изменяется, можно уменьшить погрешность в расчете температуры обмотки.

[0051] На фиг. 12 представлен вид, который показывает конфигурацию системы 40 расчетных устройств в соответствии с вариантом осуществления. На фиг. 13 показан вид, который показывает множество диапазонов, в которых множество расчетных устройств 41, 42, 43, 44, которые составляют систему 40 расчетных устройств, соответственно, расположены в электродвигателе 50.

[0052] Система 40 расчетных устройств включает в себя четыре расчетных устройства 41, 42, 43, 44 и средство 45 выбора. Конфигурация каждого из четырех расчетных устройств 41, 42, 43, 44 аналогична расчетному устройству 10, показанному на фиг. 1-3. Как показано на фиг. 13, статорные обмотки электродвигателя 50 можно подразделить на множество тепловых масс диапазонами J1, J2, J3, J4, каждый из которых имеет одинаковую длину в направлении по окружности. Множество расчетных устройств 41, 42, 43, 44 соответственно рассчитывают максимальные температуры T1, Т2, Т3, Т4 множества тепловых масс. В частности, четыре расчетные устройства 41, 42, 43, 44 соответственно рассчитывают максимальные температуры четырех тепловых масс J1, J2, J3, J4 обмоток. Каждое из расчетных устройств 41, 42, 43, 44 может иметь другую тепловую модель. Рассчитанные максимальные температуры Т1, Т2, Т3, Т4 вводятся в средство 45 выбора.

[0053] Средство 45 выбора выбирает максимальную температуру обмоток из рассчитанных максимальных температур T1, Т2, Т3, Т4 обмоток, соответственно рассчитанных четырьмя расчетными устройствами 41, 42, 43, 44. Таким образом, электродвигатель 50 служит в качестве модели, которая выражает распределение тепла, и может быть получено распределение тепла в обмотках. В это время в математических выражениях (1) и (2) теплоемкость Ct обмоток, расчетная максимальная температура Tm обмотки и тепловое сопротивление Rr, Ra образуют матрицу.

[0054] С помощью сконфигурированной таким образом системы 40 расчетных устройств можно получить распределение температуры обмоток путем увеличения количественного параметра состояния модельного блока 23, поэтому можно обеспечить управление, которое учитывает локальное повышение температуры. Таким образом, можно уменьшить ухудшение эксплуатационных характеристик электродвигателя 50 из-за нагрева.

[0055] В вышеописанное математическое выражение (1) можно включить потери в железе, которые учитывают несущую частоту fc, которая используется для управления электродвигателем. Потери в этом случае получают путем использования neIc²fc² в качестве потери на вихревые токи с использованием тока Iс пульсации из-за несущей, константы ne пропорциональности и несущей частоты fc вместо KeI²ω² в математическом выражении (1), либо путем использования nhIc²fc в качестве потерь на гистерезис с использованием константы nh пропорциональности. В это время несущая частота fc, вычисленная блоком 38 вычисления несущей частоты (фиг. 2), может использоваться в качестве входного сигнала, который используется в контрольном устройстве 22. Соответственно, входной сигнал, который используется в расчетном устройстве 10, может представлять собой сигнал, который обозначает одну или несколько температур То масла, ток I электродвигателя, число оборотов электродвигателя ω, несущую частоту fc и температуру Та атмосферы.

[0056] Изобретение может быть определено следующим образом. Расчетное устройство, выполненное с возможностью расчета температуры обмотки статора электрической вращающейся машины, при этом электрическая вращающаяся машина сконфигурирована для охлаждения посредством охлаждающего масла, расчетное устройство включает в себя: электронный блок управления, выполненный с возможностью вычисления количественного параметра состояния с использованием входного сигнала и реляционного выражения, выражающего целевую модель; а также датчик измерения сигнала коррекции, выполненный с возможностью измерения сигнала коррекции для коррекции количественного параметра состояния, электронный блок управления сконфигурирован для выдачи значения для коррекции количественного параметра состояния на основе сигнала коррекции и изменения реляционного выражения, которое выражает целевую модель, в соответствии со значением, связанным с масляным потоком, которое относится к изменению расхода охлаждающего масла, причем датчик измерения сигнала коррекции устроен таким образом, что датчик измерения сигнала коррекции находится в контакте с металлическим элементом, который включает в себя проводящий провод обмотки, который образует обмотку статора, клемму, соединенную с проводящим проводом обмотки, и линию электропитания, подключенную между проводящим проводом обмотки и клеммой, в точке, в которой не падает охлаждающее масло. Система расчетных устройств, содержащая: множество расчетных устройств, каждое из которых сконфигурировано для расчета температуры обмотки статора электрической вращающейся машины, при этом электрическая вращающаяся машина сконфигурирована для охлаждения охлаждающим маслом, причем множество расчетных устройств, каждое из которых включает в себя электронный блок управления, сконфигурированный для вычисления количественного параметра состояния с использованием входного сигнала и реляционного выражения, выражающего целевую модель, а также датчик измерения сигнала коррекции, выполненный с возможностью измерения сигнала коррекции для коррекции количественного параметра состояния, причем каждый электронный блок управления сконфигурирован для выдачи значения для корректировки количественного параметра состояния на основе сигнала коррекции и изменения реляционного выражения, выражающего целевую модель, в соответствии со значением, связанным с масляным потоком, которое относится к изменению потока охлаждающего масла, притом датчик измерения сигнала коррекции устроен таким образом, что датчик измерения сигнала коррекции находится в контакте с металлическим элементом, который включает в себя проводящий провод обмотки, представляющий собой обмотку статора, клемму, соединенную с проводящим проводником обмотки, и линию электропитания, подключенную между проводящим проводником обмотки и клеммой, в точке, в которой не падает охлаждающее масло; а также средство выбора, сконфигурированное для выбора максимальной температуры обмотки статора из числа температур обмотки статора, соответственно рассчитываемых с помощью множества расчетных устройств.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения температуры обмотки статора электрической вращающейся машины, охлаждаемой охлаждающим маслом. Расчетное устройство включает в себя модельный блок, который вычисляет количественный параметр состояния с использованием входного сигнала и реляционного выражения, которое выражает целевую модель, датчик измерения сигнала коррекции, который измеряет корректирующий сигнал для корректирования количественного параметра состояния, блок коррекции, который выдает значение для корректировки количественного параметра состояния на основе сигнала коррекции на модельный блок, и блок изменения модели, который изменяет модельный блок в соответствии со значением, связанным с потоком масла, которое относится к изменению расхода охлаждающего масла. Датчик измерения сигнала коррекции выполнен с возможностью контакта с металлическим элементом, который включает в себя проводящий провод обмотки, которая образует обмотку статора, клемму, соединенную с проводящим проводником обмотки, и линию электропитания, подключенную между проводящим проводом обмотки и клеммой, в точке, в которой не падает охлаждающее масло. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Расчетное устройство, выполненное с возможностью расчета температуры обмотки статора электрической вращающейся машины, при этом электрическая вращающаяся машина сконфигурирована для охлаждения охлаждающим маслом, причем расчетное устройство содержит:

электронный блок управления, сконфигурированный для вычисления количественного параметра состояния с использованием входного сигнала и реляционного выражения, которое выражает целевую модель; а также

датчик измерения сигнала коррекции, выполненный с возможностью измерения сигнала коррекции для корректирования количественного параметра состояния,

причем электронный блок управления выполнен с возможностью

выдачи значения для корректирования количественного параметра состояния на основе сигнала коррекции и

изменения реляционного выражения, выражающего целевую модель, в соответствии со значением, связанным с потоком масла, которое относится к изменению потока охлаждающего масла,

при этом датчик измерения сигнала коррекции устроен таким образом, что датчик измерения сигнала коррекции находится в контакте с металлическим элементом, который включает в себя проводящий провод обмотки, который представляет собой обмотку статора, клемму, соединенную с проводящим проводом обмотки, и линию электропитания, подключенную между проводящим проводом обмотки и клеммой, в точке, на которую не капает охлаждающее масло.

2. Расчетное устройство по п. 1, в котором

датчик измерения сигнала коррекции расположен на клемме, которая служит в качестве металлического элемента, и

электронный блок управления сконфигурирован с возможностью изменения реляционного выражения, выражающего целевую модель, в соответствии, по меньшей мере, с одним из следующего: угол наклона транспортного средства, на котором установлена электрическая вращающаяся машина, ускорение транспортного средства и расход охлаждающего масла, в качестве значения, связанного с масляным потоком.

3. Расчетное устройство по п. 1 или 2, в котором

входной сигнал представляет собой сигнал, который обозначает одно или несколько из следующего: температура охлаждающего масла, ток, протекающий через электрическую вращающуюся машину, число оборотов электрической вращающейся машины, несущую частоту, которая используется для управления электрической вращающейся машиной, и температура атмосферы, целевой модели.

4. Система расчетных устройств, содержащая:

множество расчетных устройств, каждое из которых выполнено с возможностью расчета температуры обмотки статора электрической вращающейся машины, при этом электрическая вращающаяся машина сконфигурирована для охлаждения охлаждающим маслом, при этом

множество расчетных устройств, каждое из которых включает в себя

электронный блок управления, сконфигурированный для вычисления количественного параметра состояния с использованием входного сигнала и реляционного выражения, которое выражает целевую модель, и

датчик измерения сигнала коррекции, выполненный с возможностью измерения сигнала коррекции для корректирования количественного параметра состояния,

каждый электронный блок управления выполнен с возможностью

выдачи значения для корректирования количественного параметра состояния на основе сигнала коррекции, и

изменения реляционного выражения, выражающего целевую модель, в соответствии со значением, связанным с масляным потоком, которое относится к изменению расхода охлаждающего масла,

причем датчик измерения сигнала коррекции устроен таким образом, что датчик измерения сигнала коррекции находится в контакте с металлическим элементом, который включает в себя проводящий провод обмотки, который представляет собой обмотку статора, клемму, соединенную с проводящим проводом обмотки, и линию электропитания, подключен между проводящим проводом обмотки и клеммой, в точке, на которую не капает охлаждающее масло; а также

средство выбора, сконфигурированное для выбора максимальной температуры обмотки статора из числа температур обмотки статора, рассчитываемых соответственно с помощью множества расчетных устройств.