中國科學院深圳先進技術研究院汽車電子研究中心孫天夫團隊在單節(jié)點電機轉子溫度主動控制方面的研究取得進展。相應成果“Active motor rotor temperature management based on onenode thermal network model predictive control(基于單節(jié)點熱網絡模型預測控制方法的電機轉子溫度主動控制)”于 2020 年 3 月 10 日發(fā)表在IEEE Transactions on Power Electronics上。

電機是機器人、電動汽車、無人機等產品的核心器件，其性能直接決定了上述產品的性能。在實際應用中，上述產品往往需要電機具有短時過載的能力，以應對不常出現(xiàn)的峰值功率需求，并減小機體的重量。目前國內外對于電機可以過載運行的程度和時間只能依靠經驗大致估算，這會導致電機的過載能力被高估或被低估，甚至導致電機損壞。而電機工作環(huán)境溫度的變化進一步加劇了精確估算電機過載能力的困難。近年來，研究者正在探索基于電機實時運動狀態(tài)對電機過載能力進行估測的方法，即電機溫度主動控制的方法。其中，相應方法主要針對電機定子溫度的主動控制，而關于電機轉子溫度主動控制方法的研究仍基本處于空白。同時，過高的轉子溫度會導致永磁同步電機轉子永磁體退磁，或導致直流電機電樞損壞等一系列嚴重問題。此外，現(xiàn)有的基于模型預測控制的電機溫度主動控制需要依賴復雜的模型，運算量很大，難以在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)。

該文提出了一種簡單且有效的單節(jié)點電機轉子溫度模型，并基于該模型實現(xiàn)了電機轉子溫度模型預測控制。具體地，通過紅外溫度傳感器實時探測電機轉子溫度，基于嵌入式系統(tǒng)對所提出的單節(jié)點電機轉子溫度模型預測控制進行了實驗驗證，實現(xiàn)了電機轉子溫度的主動控制。

結果顯示，在電機轉子溫度較低時，所提出的控制方法可以實現(xiàn)大幅度的過載運行。當電機轉子溫度升高時，可根據電機轉子溫度實時自適應估算電機過載運行的能力，進而對電機過載程度進行主動限制，防止電機過熱損壞。當電機溫度降低時，又可以根據電機運行狀態(tài)放寬對電機過載程度的限制，從而實現(xiàn)自適應調節(jié)電機過載能力。實驗結果表明，該技術可以精確地將電機轉子溫度限制在所設定的最高溫度以下，同時盡可能地利用電機的轉矩和功率潛力。

該研究提供了一種電機轉子溫度主動控制技術，可以根據電機運行工況實時預測電機的最大過載能力，并自適應條件電機的過載限值。該技術一方面實現(xiàn)了對電機轉矩和功率潛力的充分挖掘，另一方面實現(xiàn)了對電機轉子溫度的有效管控，起到了功能安全的作用。該研究可廣泛應用于機器人、電動汽車、無人機和工業(yè)自動化等領域。

實驗設備[1]

[1] Sun TF, Rang R, Li H, et al. Active motor rotor temperature management based on one-node thermal network model predictive control [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, 35(10): 11213-11221.