电机转子测温/发动机转子无线测温技术方案

应用背景

随着新能源汽车的大规模普及和渗透，目前已成为汽车行业发展强有力的引擎。目前，新能源汽车所应用的驱动电机类型以交流异步电机与永磁同步电机为主，其中永磁同步电机应用呈现出逐年升高的趋势。作为新能源汽车的动力来源，永磁同步电机具有能量密度大、运行可靠、调速性能任等特点，相比于其他类型的电机。可在同等质量、体积下提供更大的动力输出，对新能源汽车而言是理想的电机类型。但随着永磁同步电机向着高精度、高功率密度、高转速和一体化等方向发展，由此带来了电机内部发热量急剧增加、有效散热空间严重不足等问题，因此散热问题成为电机系统进一步向高功率密度方向发展的瓶颈。电机内部温升过高不仅会缩短电机内部绝缘材料的寿命，而且会降低电机的运行效率，使得发热量增加，造成电机温度进一步上升，形成恶性循环，严重影响电机寿命和电机运行的安全性。因此，采用可靠的温度在线监测手段和高效的散热系统抑制电机温升是电机向高效率、高稳定性和高可靠性方向发展的关键。

高速电机转子温度是影响电机安全性能的关键数据，转子温度检测一直是测试行业的难点，以10000rpm以上的高速电机为例，在高速旋转时，电机转子承受巨大的离心力，电机转子与气隙高速摩擦，转子表面的造成的摩擦损耗远远大于常规电机，给转子的散热带来很大的困难。但由于转子为高速旋转部件，且受制于内部空间限制，目前行业内在电机设计阶段多采用间接测温手段或者无线遥测技术、高速滑环技术等试验手段验证电机设计。但存在诸多问题，测温技术设备部件结构组成较为复杂，对电机的结构改动较大，设备重量产生较大离心力，影响电机的正常运行。目前存在行业痛点。

技术介绍

声表面波测温技术原理是声表面波元件通过改变其材料性质，可以获得不同的反射频率，同时对环境的物理参数非常敏感，因此声表面波元件越来越多地被用作传感器，并适用于气体、压力、力、温度、应变、辐射等领域，此次的测温系统正是声表面波技术在温度领域的典型应用。该技术传感器具有无源、无线、耐高温、免维护等诸多优势，目前正成为行业内研究的热点。

声表面波测温系统主要构成及工作原理如下图所示，信号处理单元将产生一个低能高频的雷达脉冲，当无线温度探头在运动中经过固定点天线时接受雷达脉冲，探头表面再反射脉冲响应回固定天线并传输至信号处理单元，系统软件根据收到的反射信号进行频谱绘制和分析，最终计算出监测到的温度值并传送至上位机监控系统。该测温系统能够实现电力转子温度的连续实时监控，且组成结构简单，对电子转子的运行状态可以有效进行预判及数据分析。

声表面波测温技术原理

解决方案
如上图所示，声表面波测温系统包括以下几个部分组成：温度传感器、读取天线、读取器、上位机。其中温度传感器内置声表面波谐振器及传输天线，是系统测温的感知前端单元，安装在转子需要测温部位（多在磁钢表面）；读取天线是无线信号传输的通道，安装在和传感器同一空间，并保持无线隔离；读取器负责接收读取天线传递的信号并完成对传感器信号的解析、处理和传输，最终通过通信线缆上传到上位机部分。各个部件在电机内安装位置如下图所示：
转子测温系统各部件安装位置

总结

针对新能源行业汽车电动机转子测温的行业需求，本方案提供了一种基于声表面波的转子测温技术。该方案有效解决了电机转子在高速旋转状态小温度测量不方便的难题。

审核编辑 黄宇