本发明实施例属于电机领域，尤其涉及一种电机、采用该电机的电机控制系统和无人飞行器，以及应用于该电机的一种电机测温方法。
背景技术：
电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置，广义上包括电动机、发电机以及变压器，其根据结构又可分为各种电机例如永磁电机、感应电机等。
电机作为电和机械能转换的仪器，根据热力学第二定律的熵增原理，不存在转换效率为100％的能量转换过程，因此电机在工作时会产生能量损耗，损耗的能量通过转换成热量的方式释放，并导致电机的温度上升，温度是影响电机寿命的主要因素，当温度过高时，可能导致电机故障烧毁，因此需要对电机内部的温度进行监测，传统的测温模式采用植入多个温度传感器到电机绕组中的方式，例如植入热电偶、热敏电阻等传感器，然而这种植入式温度传感器能够测量的范围有限，当电机内部温升不均匀时，可能存在监测滞后的现象，因此可靠性较低，此外植入多个温度传感器也导致成本较高。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明实施例提出一种新型的电机，该电机能够实现电机内部全局的温度监测，可有效解决现有植入温度传感器的方式在电机内部温升不均匀时由于监测滞后而存在延时报警的问题，以降低了电机故障烧毁的可能性；此外本发明实施例还提供了一种应用于该电机的电机测温方法，以及采用该电机的电机控制系统和无人飞行器。
一方面，本发明实施例提供的电机包括转子和定子，所述转子包括转子铁芯和设置在所述转子铁芯上的磁性元件，所述定子包括定子铁芯和设置在所述定子铁芯上的定子绕组，其中，所述电机内部还设置有附加绕组，所述附加绕组绕设于所述定子铁芯上，通过所述附加绕组的电参数变化显示所述电机的温度异常。
本发明提供的电机中，当所述附加绕组的电参数发生变化时可认为电机内部发生了温度变化，由于所述附加绕组绕设在定子铁芯上，当电机内部任意一处发生温度变化时，均可通过该附加绕组均可监测到，从而可以实现对电机内部进行全局的温度监测，采用附加绕组的测温方式，可以降低现有多温度传感器监测方式所带来的监测接口压力，同时可降低设备成本。
另一方面，本发明还提供一种电机控制方法，应用于本发明内容中上述的电机，包括：
获取所述附加绕组的电参数；
将所述附加绕组的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果；
根据所述比对结果确定所述电机是否超出正常工作温度范围。
本发明提供的电机控制方法通过获取附加绕组的电参数，并将电参数与预设的参数曲线进行比对以获得比对结果，最终根据比对结果确定电机内部的温度状况，由于所述附加绕组绕设在定子铁芯上，当电机内部任意一处发生温度变化时，均可通过该附加绕组均可监测到，从而可以实现对电机内部进行全局的温度监测。
另一方面，本发明还提供一种电机控制系统，其包括控制器及本发明内容中上述的电机，所述控制器包括处理单元和电机控制单元；
所述处理单元用于实时获取所述电机的所述附加绕组的电参数，并将所述附加绕组的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果至所述电机控制单元；所述电机控制单元用于在所述比对结果为所述附加绕组的电参数偏离所述标准预设参数曲线超过预设阈值时发出电机温度异常警报。
另一方面，本发明还提供一种无人飞行器，所述无人飞行器包括机身、由机身向外延伸的多个机臂、设置于所述机臂上的动力装置、以及设置于所述机身内部的控制器，其中，所述动力装置包括本发明内容中上述的电机，所述电机连接所述控制器；
所述控制器包括处理单元和电机控制单元；
所述处理单元用于实时获取所述电机的所述附加绕组的电参数，并将所述附加绕组的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果至所述电机控制单元；所述电机控制单元用于在所述比对结果为所述附加绕组的电参数偏离所述预设参数曲线超过预设阈值时发出电机温度异常警报。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电机的示意图；
图2为图1所示的电机的定子铁芯的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种电机的示意图；
图4为本发明实施例提供的附加绕组的一种绕线方式；
图5为本发明实施例提供的附加绕组的另一种绕线方式；
图6为本发明实施例提供的附加绕组的另一种绕线方式；
图7为本发明实施例提供的附加绕组的另一种绕线方式；
图8为本发明实施例提供的电机测温方法的流程图；
图9为本发明实施例提供的负载-电阻曲线示意图；
图10为本发明实施例提供的无人飞行器的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的电机控制系统的结构框图。
附图标记说明：
10转子
11转子铁芯
12磁性元件
20定子
21定子铁芯
211铁芯槽
212铁芯柱
22定子绕组
23附加绕组
231第一子附加绕组
232第二子附加绕组
233第三子附加绕组
30机身
31机臂
32动力装置
321电机
33控制器
331处理单元
332电机控制单元
333标定单元
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明实施例提供一种新型电机，其包括转子和定子，所述转子包括转子铁芯和设置在所述转子铁芯上的磁性元件，所述定子包括定子铁芯和设置在所述定子铁芯上的定子绕组，其中，所述电机内部还设置有附加绕组，所述附加绕组绕设于所述定子铁芯上，通过所述附加绕组的电参数变化显示所述电机的温度异常。
基于上述电机，本发明还提供一种电机控制方法，包括：
获取所述附加绕组的电参数；
将所述附加绕组的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果；
根据所述比对结果确定所述电机是否超出正常工作温度范围。
基于上述电机，本发明还提供一种电机控制系统，其包括控制器及电机，所述控制器包括处理单元和电机控制单元；
所述处理单元用于实时获取所述电机的所述附加绕组的电参数，并将所述附加绕组的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果至所述电机控制单元；所述电机控制单元用于在所述比对结果为所述附加绕组的电参数偏离所述标准预设参数曲线超过预设阈值时发出电机温度异常警报。
基于上述电机，本发明还提供一种无人飞行器，其包括机身、由机身向外延伸的多个机臂、设置于所述机臂上的动力装置、以及设置于所述机身内部的控制器，其中，所述动力装置包括电机，所述电机连接所述控制器；
所述控制器包括处理单元和电机控制单元；
所述处理单元用于实时获取所述电机的所述附加绕组的电参数，并将所述附加绕组的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果至所述电机控制单元；所述电机控制单元用于在所述比对结果为所述附加绕组的电参数偏离所述预设参数曲线超过预设阈值时发出电机温度异常警报。
下面结合附图详细说明本发明的一些具体实施方式。
电机广义上划分为电动机、发电机和变压器，在本实施例中，所述电机主要以电动机为例进行说明，特别地，以外转子电动机为例进行说明，需要说明的是，尽管以外转子电动机为例进行说明，本发明实施例中所阐述的技术原理可以适用于内转子电动机，或者是发电机、变压器等其他电机领域中，更进一步地，本发明实施例中所阐述的技术原理尤其适用于多相电机，特别是微型电机领域，例如消费类无人飞行器的动力电机、云台电机等。
请参阅图1，图示为本发明实施例提供的一种电机的示意图，其为一种三相外转子电动机的结构，包括转子10和定子20；
转子10包括转子铁芯11和设置在转子铁芯11上的磁性元件12；
定子20包括定子铁芯21和设置在定子铁芯21上的定子绕组22，电机内部还设置有附加绕组23，附加绕组23绕设于定子铁芯21上，通过附加绕组23的电参数变化显示电机的温度异常。
其中，磁性元件12形成成对的磁极，磁性元件12可以是转子绕组或磁铁；定子铁芯21上设置有铁芯槽211，相邻两个铁芯槽211之间形成铁芯柱212，如图2所示，铁芯槽211和铁芯柱212交替设置，定子绕组22绕设在铁芯柱212上，相对应的，附加绕组23也绕设在铁芯柱212上，由于设置有多个铁芯柱212，因此，可以包括多个定子绕组22；在具体方案中，不对磁性元件12的数量进行限定，同时也不对定子铁芯21上铁芯槽211的数量、以及定子绕组22的数量进行限定，即不对电机的级数进行限定。
在本实施例中，前述电参数具体为附加绕组23在工作状态下的电阻值，其中，附加绕组23的电阻值通过已知的工作电压和在工作电压下测得的附加绕组23的工作电流获得，附加绕组23的电阻值的变化对应电机的温度变化，当附加绕组23的电阻值的变化量超出预设阈值时，则说明电机的温度异常；在具体的实施例中，附加绕组23选用不同的材质时，由于不同材质电阻温度系数的不同(电阻温度系数包括负温度系数、正温度系数以及在某一特定温度下电阻只会发生突变的临界温度系数)，附加绕组23的电阻值随温度的变化会有不同的变化，可能变大或者变小或者变化幅度不同，比如当附加绕组23选用金属(非合金)时，当温度升高时，附加绕组23的电阻值将升高，又比如当附加绕组23选用半导体材料时，当温度升高时，附加绕组23的电阻值将变小，因此，当附加绕组23的电阻值变大或者减小的变化量超出预设阈值时，则说明电机的温度过高，此时电机可能已经出现故障需要关闭电机，或者电机未出现故障，但温度过高可能导致电机故障需要降低输出功率或者关闭电机；当然，在其他实施例中，前述电参数也可以是附加绕组23其他可以随温度变化的物理参数，在此不作限定；此外，在本实施例中，附加绕组23的电阻值变化的预设阈值具有较多影响因素，包括附加绕组23的材料、电机工作环境、电机负载情况等，因此需要综合多因素来确定该预设阈值。
在本发明一些实施例中，附加绕组23由单根绝缘导线在定子铁芯21的铁芯柱212上绕制而成，重新参阅图1，图示定子铁芯21包括三个铁芯柱212，附加绕组23由单根绝缘导线依次在这三个铁芯柱212上绕设，最终引出的两个接头接入相应的控制器，由控制器和附加绕组23配合进行温度监测；在其他实施例中，当定子铁芯21包括多个铁芯柱212时，附加绕组23由单根绝缘导线依次在该多个铁芯柱212上绕设。
在本发明另一些实施例中，附加绕组23可以是由至少两根绝缘导线分段在定子铁芯21的铁芯柱212上绕制而成，如图3所示，图示定子铁芯21包括三个铁芯柱212，附加绕组23包括由三根绝缘导线分别在三个铁芯柱212上绕制的第一子附加绕组231、第二子附加绕组232和第三子附加绕组233，形成的三组接头分别接入相应的控制器，由控制器和第一子附加绕组231、第二子附加绕组232和第三子附加绕组233配合进行温度监测，其中，第一子附加绕组231、第二子附加绕组232和第三子附加绕组233对定子20进行分段温度检测，互相配合实现电机内部全局的温度监测，由于第一子附加绕组231、第二子附加绕组232和第三子附加绕组233各自进行局部温度监测，当其中任一一个子附加绕组监测到温度异常时，可以快速定位电机温度异常的位置，便于快速检修；在其他实施例中，以全局温度监测为原则，在平衡成本节约和检修便利性等因素的前提下，可以根据需要设置附加绕组23所包含的子附加绕组数量，在此不作限定。
进一步地，在本发明其他实施例中，附加绕组23可以以不同的绕线方式绕制在定子铁芯21上。
在一些实施例中，附加绕组23的绝缘导线设置在定子绕组22的绝缘导线之间，图4和图5示意了两种不同的绕线方式，其中图4中附加绕组23的绝缘导线与定子绕组22的绝缘导线交替设置，图5中附加绕组23相邻的绝缘导线之间设置两条定子绕组22的绝缘导线，图4和图5的绕线方式使得附加绕组23可以监测任意一条定子绕组22的绝缘导线的温度，其监测的精确度较高；在其他实施例中，可以在附加绕组23相邻的绝缘导线之间设置两条以上定子绕组22的绝缘导线，这样在实现全局温度监测的前提下，可以减少附加绕组23的用线量，尽量节省设备成本。
在另一些实施例中，如图6所示，定子绕组22缠绕于附加绕组23外，使得附加绕组23位于定子铁芯21与定子绕组22之间，如此附加绕组23可以直接监测铁芯柱212与定子绕组22的温度。
在另一些实施例中，如图7所示，附加绕组23缠绕于定子绕组22外，使得定子绕组22位于定子铁芯21与附加绕组23之间，如此附加绕组23可以直接监测定子绕组22和铁芯槽211的温度。
需要说明的是，图1、图3、图4和图5中附加绕组23和定子绕组22的绝缘导线的粗细差异仅仅为了在图中区分附加绕组23和定子绕组22，并不对附加绕组23和定子绕组22的绝缘导线的相对粗细构成限定；同时，图6和图7中附加绕组23和定子绕组22的绝缘导线的横截面直径差异仅仅为了在图中区分附加绕组23和定子绕组22，并不对附加绕组23和定子绕组22的绝缘导线的横截面直径的相对大小构成限定；即附加绕组23和定子绕组22的绝缘导线的粗细/横截面直径可以相同，也可以不同。
当然，在一些实施例，可以采用混合绕线方式将附加绕组23绕设在定子铁芯21上，具体的，可以将图4至图7的绕线方式进行组合，选用两种或两种以上的绕线方式，根据绕线位置的不同选择适配的绕线方式，如此有助于提高温度监测的准确性和实时性；附加绕组23的绕线原则是实现电机内部温度的全局监测，因此，只要满足这一绕线原则，还可以根据需要选用图4至图7所示绕线方式以外的其他绕线方式，在此不再展开说明。
相比于现有的电机，本发明上述实施例中提供的电机至少具有如下优点：
(1)当所述附加绕组23的电参数发生变化时可认为电机内部发生了温度变化，由于所述附加绕组23绕设在定子铁芯21上，当电机内部任意一处发生温度变化时，均可通过该附加绕组23均可监测到，从而可以实现对电机内部进行全局的温度监测；
(2)采用附加绕组23的测温方式，可以降低现有多温度传感器监测方式所带来的监测接口压力，传统放置多个温度传感器的方式中，每个温度传感器都需要一个独立的信号接收端口，增大了控制器硬件上端口的需求数量，而本发明实施例采用的附加绕组23的测温方式可以降低对控制器上端口的要求；此外，由于无需采用成本较高的温度传感器，可降低设备成本；
(3)通过对附加绕组23采用适配的绕线方式，可以提高温度监测的准确性和实时性，以及提高对于故障工况的监测鲁棒性，在一些例如单相短路、单相断路等工况下电机内存在温度上升不均匀的情况，通过附加绕组23可及时监测到，以及时发出警报，规避了现有多温度传感器监测方式在温度不均匀的情况下存在警报失效或警报延迟的情况发生。
基于上述实施例提供的电机，本发明实施例还提供一种电机测温方法，参阅图8所示的流程图，方法包括：
s1、获取电机的附加绕组23的电参数；
s2、将附加绕组23的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果；
s3、根据比对结果确定电机是否超出正常工作温度范围；当比对结果为附加绕组23的电参数偏离预设参数曲线超过预设阈值时，判定电机超出正常工作温度范围。
进一步地，本发明实施例的电机测温方法还包括标定电机在正常工作情况下的参数曲线，得到步骤s2中的预设参数曲线。
可选的，步骤s1中的电参数为附加绕组23的电阻值，步骤s2中的预设参数曲线为负载-电阻曲线。下面对上述方法过程进行详细说明。
如图9示例性的负载-电阻曲线的示意图，其中横坐标为电机的负载、纵坐标为附加绕组23的电阻值，曲线c为负载-电阻曲线，需要说明，这里曲线c的形状仅仅是示例性的，在不同电机的工作过程中，该负载-电阻曲线的形状存在差异；结合图9说明步骤s2和步骤s3的具体过程，假如电机工作在负载l下，当电机正常工作时，根据负载-电阻曲线，附加绕组23在该负载l下的标准电阻值为r；在对电机的温度监测过程中，控制器不断获取附加绕组23的电阻值，并将该电阻值与标准电阻值r进行比较，输出比较结果，如果在某一时刻，监测到附加绕组23的电阻值发生了变化，从r变为r'，其变化量为r'与r的绝对值，若该变化量小于预设阈值，则认为电机温度在正常范围以内，若该变化量超出预设阈值，则认为电机超出正常工作温度范围，说明电机发生了故障，或者说明电机存在发生故障的风险，需要关闭电机或者降低电机的输出功率。
进一步地，以标定负载-电阻曲线为例说明标定电机在正常工作情况下的参数曲线以得到预设参数曲线的过程，具体地，重新参阅图9，使电机在不同的负载下工作，测量在各个负载下附加绕组23的电阻值，形成多组负载-电阻值，每一组负载-电阻值对应一个标定点，比如标定点b1，多个标定点组成图9中所示曲线c即为负载-电阻曲线，如果标定点够多，相邻的两标定点可认为满足线性关系，如果电机在实际工作时，在某一负载下附加绕组23的电阻值偏离标定的负载-电阻曲线超过预设阈值，则说明电机工作温度出现异常，比如电机在负载l下对应的标定点为b1，当实际测定点为b2时，说明附加绕组23的电阻值发生了变化，进一步地，若测定点b2偏离标定点b1的偏移量(即附加绕组23的电阻值的变化量)超出预设阈值，说明电机工作温度出现异常。
本发明提供的电机控制方法通过获取附加绕组23的电参数，并将电参数与预设的参数曲线进行比对以获得比对结果，最终根据比对结果确定电机内部的温度状况，由于附加绕组23绕设在定子铁芯21上，当电机内部任意一处发生温度变化时，该附加绕组23均可监测到，从而可以实现对电机内部进行全局的温度监测。
基于上述实施例提供的电机，本发明实施例还提供一种无人飞行器，如图10所示，无人飞行器包括机身30、由机身30向外延伸的多个机臂31、设置于机臂31上的动力装置32、以及设置于机身30内部的控制器33；
其中，动力装置32包括电机321，电机321连接控制器33，本实施例中的电机321的相关技术内容可参考前述实施例中相关描述，在此不再赘述；
控制器33包括处理单元331和电机控制单元332，处理单元331用于实时获取电机321的附加绕组23的电参数，并将附加绕组23的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果至电机控制单元332；电机控制单元332用于在比对结果为附加绕组23的电参数偏离预设参数曲线超过预设阈值时发出电机温度异常警报，或者控制电机321关闭，或者控制电机321降低输出功率。可选的，在本实施例中，附加绕组23的电参数为附加绕组23的电阻值，预设参数曲线为负载-电阻曲线。本发明实施例中处理单元331的处理过程可参考前述方法实施例中的相关技术内容，在此不再赘述。
可选的，电机控制单元332控制电机321降低输出功率后，如果电机321继续运行一定时间后附加绕组23的电参数偏离预设参数曲线未超出预设阈值时，电机控制单元332重新控制电机321提高输出功率至标准输出功率。
在另一些实施例中，控制器33还包括标定单元333，标定单元333用于标定电机321在正常工作情况下的参数曲线，得到预设参数曲线；本实施例中预设参数曲线的标定过程可参考前述实施例中相关技术内容，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例提供的无人飞行器还包括用于存储预设参数曲线中的参数的存储器(图未示)，可以是只读存储器(read-onlymemory，rom)或者随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)。
本发明提供的无人飞行器，通过获取附加绕组23的电参数，并将电参数与预设的参数曲线进行比对以获得比对结果，最终根据比对结果确定电机321内部的温度状况，由于附加绕组23绕设在定子铁芯21上，当电机321内部任意一处发生温度变化时，均可通过该附加绕组23均可监测到，从而在无人飞行器的飞行过程中可以实现对电机321内部进行全局的温度监测，当监测到电机321工作温度异常时，可及时控制无人飞行器返航，降低因电机321故障导致的坠机风险。
基于上述实施例提供的电机，本发明实施例还提供一种电机控制系统，如图11所示，包括控制器33及电机321，本实施例中的电机321的相关技术内容可参考前述实施例中有关电机的描述，在此不再赘述；
控制器33包括处理单元331和电机控制单元332；
处理单元331用于实时获取电机321的附加绕组23的电参数，并将附加绕组23的电参数与预设参数曲线进行比对，输出比对结果至电机控制单元332；电机控制单元332用于在比对结果为附加绕组23的电参数偏离标准预设参数曲线超过预设阈值时发出电机温度异常警报，或者控制电机321关闭，或者控制电机321降低输出功率。可选的，在本实施例中，附加绕组23的电参数为附加绕组23的电阻值，预设参数曲线为负载-电阻曲线。本发明实施例中处理单元331的处理过程可参考前述方法实施例中的相关技术内容，在此不再赘述。
可选的，电机控制单元332控制电机321降低输出功率后，电机321运行一定时间后附加绕组23的电参数偏离预设参数曲线未超出预设阈值时，电机控制单元332重新控制电机321提高输出功率至标准输出功率。
在另一些实施例中，控制器33还包括标定单元333，标定单元333用于标定电机321在正常工作情况下的参数曲线，得到预设参数曲线。本实施例中预设参数曲线的标定过程可参考前述实施例中相关技术内容，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例提供的电机321控制系统还包括用于存储预设参数曲线中的参数的存储器(图未示)，可以是只读存储器(read-onlymemory，rom)或者随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)。
本发明提供的电机321控制系统，通过控制器33获取电机321的附加绕组23的电参数，并将电参数与预设的参数曲线进行比对以获得比对结果，最终根据比对结果确定电机321内部的温度状况，由于附加绕组23绕设在定子铁芯21上，当电机321内部任意一处发生温度变化时，均可通过该附加绕组23均可监测到，从而可以实现对电机321内部进行全局的温度监测。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。