應用背景

隨著新能源汽車的大規(guī)模普及和滲透，目前已成為汽車行業(yè)發(fā)展強有力的引擎。目前，新能源汽車所應用的驅動電機類型以交流異步電機與永磁同步電機為主，其中永磁同步電機應用呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢。作為新能源汽車的動力來源，永磁同步電機具有能量密度大、運行可靠、調速性能任等特點，相比于其他類型的電機?？稍谕荣|量、體積下提供更大的動力輸出，對新能源汽車而言是理想的電機類型。但隨著永磁同步電機向著高精度、高功率密度、高轉速和一體化等方向發(fā)展，由此帶來了電機內部發(fā)熱量急劇增加、有效散熱空間嚴重不足等問題，因此散熱問題成為電機系統(tǒng)進一步向高功率密度方向發(fā)展的瓶頸。電機內部溫升過高不僅會縮短電機內部絕緣材料的壽命，而且會降低電機的運行效率，使得發(fā)熱量增加，造成電機溫度進一步上升，形成惡性循環(huán)，嚴重影響電機壽命和電機運行的安全性。因此，采用可靠的溫度在線監(jiān)測手段和高效的散熱系統(tǒng)抑制電機溫升是電機向高效率、高穩(wěn)定性和高可靠性方向發(fā)展的關鍵。

高速電機轉子溫度是影響電機安全性能的關鍵數據，轉子溫度檢測一直是測試行業(yè)的難點，以10000rpm以上的高速電機為例，在高速旋轉時，電機轉子承受巨大的離心力，電機轉子與氣隙高速摩擦，轉子表面的造成的摩擦損耗遠遠大于常規(guī)電機，給轉子的散熱帶來很大的困難。但由于轉子為高速旋轉部件，且受制于內部空間限制，目前行業(yè)內在電機設計階段多采用間接測溫手段或者無線遙測技術、高速滑環(huán)技術等試驗手段驗證電機設計。但存在諸多問題，測溫技術設備部件結構組成較為復雜，對電機的結構改動較大，設備重量產生較大離心力，影響電機的正常運行。目前存在行業(yè)痛點。

技術介紹

聲表面波測溫技術原理是聲表面波元件通過改變其材料性質，可以獲得不同的反射頻率，同時對環(huán)境的物理參數非常敏感，因此聲表面波元件越來越多地被用作傳感器，并適用于氣體、壓力、力、溫度、應變、輻射等領域，此次的測溫系統(tǒng)正是聲表面波技術在溫度領域的典型應用。該技術傳感器具有無源、無線、耐高溫、免維護等諸多優(yōu)勢，目前正成為行業(yè)內研究的熱點。

聲表面波測溫系統(tǒng)主要構成及工作原理如下圖所示，信號處理單元將產生一個低能高頻的雷達脈沖，當無線溫度探頭在運動中經過固定點天線時接受雷達脈沖，探頭表面再反射脈沖響應回固定天線并傳輸至信號處理單元，系統(tǒng)軟件根據收到的反射信號進行頻譜繪制和分析，最終計算出監(jiān)測到的溫度值并傳送至上位機監(jiān)控系統(tǒng)。該測溫系統(tǒng)能夠實現(xiàn)電力轉子溫度的連續(xù)實時監(jiān)控，且組成結構簡單，對電子轉子的運行狀態(tài)可以有效進行預判及數據分析。

聲表面波測溫技術原理

解決方案
如上圖所示，聲表面波測溫系統(tǒng)包括以下幾個部分組成：溫度傳感器、讀取天線、讀取器、上位機。其中溫度傳感器內置聲表面波諧振器及傳輸天線，是系統(tǒng)測溫的感知前端單元，安裝在轉子需要測溫部位（多在磁鋼表面）；讀取天線是無線信號傳輸的通道，安裝在和傳感器同一空間，并保持無線隔離；讀取器負責接收讀取天線傳遞的信號并完成對傳感器信號的解析、處理和傳輸，最終通過通信線纜上傳到上位機部分。各個部件在電機內安裝位置如下圖所示：
轉子測溫系統(tǒng)各部件安裝位置

總結

針對新能源行業(yè)汽車電動機轉子測溫的行業(yè)需求，本方案提供了一種基于聲表面波的轉子測溫技術。該方案有效解決了電機轉子在高速旋轉狀態(tài)小溫度測量不方便的難題。

審核編輯 黃宇