電機控制裝置及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電機技術領域，特別涉及一種電機控制裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 高空無人機、空間環境飛行器、南北極探險機器人相繼出現。電機作為執行機構， 廣泛用于這些領域。這些應用領域的共同特點是：需要電機裝置在低溫環境工作。
[0003] 電機裝置一般由電機本體和驅動控制器構成。由于電機本體中的軸承潤滑油及油 脂工作溫度的限制，一般情況下，其工作溫度一般不能低于_60°C左右（也有工作溫度更低 的潤滑油或油脂）；而驅動控制器電子元器件的工作溫度通常需要在_40°C以上（也有耐溫 度更低的電子元器件）。在這種情況下為了保證電機潤滑和電子元器件的正常工作，在低于 允許環境溫度時，一般需要額外增加加熱裝置確保電機裝置的環境溫度滿足材料要求的 工作溫度。但是，增加加熱裝置增加系統的復雜性，帶來體積和重量的上升，給系統運行帶 來一定負擔。
[0004] 由于電機本體以及驅動用功率器件（即驅動控制器功率器件）在正常工作時都會 產生熱能，所以，如果能夠有效控制和利用好這些熱能，使其為軸承（潤滑油脂）以及電子 元器件等提供合適的環境溫度，則可以不用或少用加熱裝置，實現電機裝置的低溫工作，進 而降低電機裝置的體積和重量，提高系統的可靠性。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種電機控制裝置及方法，以利用電機本體及驅動用功率 器件等產生的熱能為軸承及其他電子元器件提供合適的環境溫度。
[0006] 為了實現上述目的，本發明提供的電機控制裝置的技術方案如下：
[0007] 一種電機控制裝置，其包括：電機溫度傳感器，用于檢測電機本體的溫度；驅動控 制器溫度傳感器，用于檢測驅動控制器功率器件的環境溫度；溫度控制器，與所述電機溫度 傳感器、驅動控制器溫度傳感器連接，用于接收溫度控制指令及電機本體的溫度、驅動控制 器功率器件的環境溫度，在電機本體的溫度或驅動控制器功率器件的環境溫度低于設定溫 度時，向電機的驅動控制器發送控制指令使電機工作于低效率驅動模式，否則，向電機的驅 動控制器發送控制指令使電機工作于高效率驅動模式；其中，高效率驅動模式為提高電機 效率、減少電機本體和驅動控制器功率器件發熱的驅動模式；低效率驅動模式為降低電機 效率，使電機本體和驅動控制器功率器件發熱以加熱電機本體和驅動控制器的驅動模式。
[0008] 根據所述電機控制裝置的一種優選實施方式，還包括：電流分配器，與所述溫度控 制器連接，用于接收所述溫度控制器發送的控制指令，將電機電流指令分解為與旋轉磁場 平行的直軸電流指令和與旋轉磁場正交的交軸電流指令，并接入電機的驅動控制器；其中， 在高效率驅動模式時，所述電流分配器選擇電機效率最高的直軸/交軸電流比例進行控 制；在低效率驅動模式時，所述電流分配器改變該直軸/交軸電流比例，增加電機的發熱。
[0009] 根據所述電機控制裝置的一種優選實施方式，還包括：電壓控制器，與所述溫度控 制器連接，用于接收所述溫度控制器發送的控制指令，生成交流電壓幅值和頻率指令并接 入電機的驅動控制器；其中，在尚效率驅動t旲式時，選擇電機效率最尚的交流電壓幅值和頻 率指令控制；在低效率驅動模式時，采用電機效率低的交流電壓幅值和頻率指令控制，增加 電機的發熱。
[0010] 為了實現上述目的，本發明提供的電機控制方法的技術方案如下：
[0011] -種電機控制方法，其包括以下步驟：將電機設置為至少兩種驅動模式：高效率 驅動模式和低效率驅動模式；其中，高效率驅動模式為提高電機效率，減少電機本體和驅動 控制器功率器件發熱的驅動模式；低效率驅動模式為降低電機效率，使電機本體和驅動控 制器功率器件發熱以加熱電機本體和驅動控制器的驅動模式；采集電機本體及驅動控制器 的環境溫度；將采集的電機本體及驅動控制器的環境溫度與設定的目標溫度進行比較；在 電機本體的溫度及驅動控制器的環境溫度達到設定的目標溫度時，采用高效率驅動控制模 式；否則，采用低效率工作模式。
[0012] 根據所述電機控制方式的一種優選實施方式，在將電機設置為高效率驅動模式和 低效率驅動模式的步驟中，將電機電流分解為與旋轉磁場平行的直軸電流和與旋轉磁場正 交的交軸電流，以進行電流控制。
[0013] 根據所述電機控制方式的一種優選實施方式，在高效率驅動模式時，選擇電機效 率最高的直軸/交軸電流比例進行控制；在低效率驅動模式時，改變該直軸/交軸電流比 例，增加電機的發熱。
[0014] 根據所述電機控制方式的一種優選實施方式，在高效率驅動模式時，選擇電機效 率最高的電壓指令控制方式；在低效率驅動模式時，采用電機效率低的電壓指令控制方式， 增加電機的發熱。
[0015] 根據所述電機控制方式的一種優選實施方式，電機本體的溫度、驅動控制器的環 境溫度通過一個或多個溫度傳感器獲得，或者采用間接推算的方式獲得。
[0016] 分析可知，本發明可以應用于低溫環境下工作的電機裝置上，無需額外的加熱裝 置，通過改變電機驅動模式，解決電機潤滑材料及電子元器件等在低溫環境下工作導致的 一些技術問題。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明裝置實施例應用于一電機的原理示意圖；
[0018] 圖2為本發明裝置實施例應用于一永磁同步電機的詳細結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明。
[0020] 如圖1所示，電機一般而言包括電機本體7、驅動控制器6。電機本體7的電機繞組 由電機外殼及散熱器8包裹著，具有相對封閉的熱交換環境，電機繞組熱源可以有效的傳 導到整個電機內部。驅動控制器6的驅動控制器功率器件3由驅動控制器外殼及散熱器1 包裹著，也具有相對封閉的熱交換環境，驅動控制器功率器件3是一熱源，其發熱可以有效 的傳導到其它發熱較少的元器件上。為了分別檢測電機本體7的溫度、驅動控制器功率器 件3的環境溫度，如圖2所示，本發明的裝置實施例10包括電機溫度傳感器4和驅動控制器 溫度傳感器2。為了接收并處理溫度控制指令（溫度指令）及電機本體7的溫度、驅動控制 器功率器件3的環境溫度，本實施例10還包括溫度控制器9和電流分配器12,溫度控制器9 用以判斷電機本體所處的溫度、驅動控制器的環境溫度，針對性的控制電機的繞組電流，實 現低溫下電機的有效控制，該溫度控制指令包括設定的溫度或設定的目標溫度。電流分配 器12則用于將溫度控制器9發送的控制指令接入驅動控制器6的電路，如圖2所示，電流 分配器12接入驅動控制器6的速度調節器和電流調節器之間。具體而言，溫度控制器9的 調節過程就是在電機本體7的溫度或驅動控制器功率器件3的環境溫度低于設定溫度時， 驅動控制器6向電機本體7發送控制指令使電機工作于低效率驅動模式，否則，向電機本體 7發送控制指令使電機工作于高效率驅動模式。高效率驅動模式為提高電機效率，減少電機 本體7和驅動控制器功率器件3發熱的驅動模式。低效率驅動模式為降低電機效率，使電 機本體7和驅動控制器功率器件3發熱以加熱電機本體7和驅動控制器6的驅動模式。 [0021 ] 本領域技術人員周知，溫度不同的系統之間發生熱量的傳遞，直到系統的溫度相 等。在熱量交換的過程中，遵從能量轉化和守恒定律。溫度平衡方程為：Qa=Qft。具體到 圖1、圖2所示，Qa主要為電機與外界熱交換能量損失，Qft主要為電機把電能轉換為電機動 能的過程中，損耗產生的熱能。
[0022] 具體地，電機本體7產生的熱能：
[0023] Q吸電機=P銅損+P鐵損+P機械損。
[0024] P 銅損=3Ia2R。
[0025] Ia為電機繞組電流，R為電機繞組電阻。其中銅損一般占30%-90%，因此調整電 機電流能夠改變電機損耗產生的熱量。
[0026] 驅動控制器6產生的熱能：
[0027] Q吸驅動