[发明专利]一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法

说明书

一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法，涉及电机故障诊断领域，为待测永磁同步电机布置探测线圈、获得待测永磁同步电机样机；建立待测永磁同步电机样机的静态偏心故障电磁仿真模型；获取探测线圈的电压；获取探测线圈特征频率幅值；定义静态偏心故障的诊断指标并构建静态偏心故障特征库；BP神经网络结构的确定；BP神经网络节点传递函数和训练函数的选择；BP神经网络训练集的确定。获取待测永磁同步电机样机的探测线圈电压；获取诊断指标；静态偏心故障的诊断；所述的探测线圈在待测永磁同步电机定子的圆周方向上均匀分布；诊断结果更精准。本发明具有诊断精度高、通用性高，操作简单方便、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及电机故障诊断领域，具体是指一种永磁同步电机静态偏心故障的诊断方法。

背景技术

永磁同步电机具有工作效率高、调速范围广、转矩密度高、鲁棒性好等显著优点，符合全球能源变革发展趋势，在新能源汽车领域被广泛应用。然而，由于制造公差、装配误差、运行工况差等原因，永磁同步电机可能发生静态偏心故障。静态偏心故障是指电机的旋转中心O_r和转子中心O_R重合，与定子中心O_S分离的情况，如图1所示，图中，e为偏心距，γ为偏心圆周角。静态偏心故障会使轴承状况恶化，使电机产生剧烈振动，进而使电机性能降低、使用寿命缩短。如果可在永磁同步电机故障初期诊断出静态偏心故障，就可以尽早对其进行维修。因此，静态偏心故障诊断对于维护永磁同步电机的稳定运行具有重要意义。

一般地，静态偏心故障诊断方法分为以下四类:

(1)电压/电流诊断法。这种方法的诊断信号主要包含三相电压、三相电流、定子绕组电压、d轴电感、单元电机空载反电动势以及探测线圈电压等。三相电压、三相电流、定子绕组电压、d轴电感容易获取且不易受外界干扰，但对于非单元电机的诊断，三相电压、三相电流和d轴电感失效，而定子绕组电压只适用于感应电机。单元电机空载反电动势可以准确的诊断静态偏心故障，但单元电机引线困难，反电动势难以获取。例如专利CN110703091A中提出了一种基于单元电机空载反电动势的静态偏心故障诊断方法，较为准确的诊断了静态偏心率和静态偏心圆周角，但并未解决引线问题。探测线圈电压信号可以准确的诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，且线圈布置简单。专利CN210072012U沿定子轭部均匀布置了四个探测线圈，揭示了探测线圈电压基波幅值的变化趋势和静态偏心圆周角的关系，但未诊断静态偏心率和静态偏心圆周角。专利CN103713261B在定子齿三个不同轴面分别均匀布置了6个探测线圈，分析了偏心类型、静态偏心圆周角与探测线圈电压的关系，但并未定量诊断静态偏心率和静态偏心圆周角。专利CN109541461B在12个定子齿上布置探测线圈，获取12个探测线圈的电压，根据电压信号估算定子齿磁通，根据磁通诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，但诊断所需的探测线圈数量多、后处理过程复杂。

(2)气隙磁场诊断法。这种方法的诊断信号为气隙磁通密度，该方法可以准确诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，但只能进行线下诊断，且会损坏电机。专利CN110501640A提出了一种利用特斯拉计直接采集磁通信号，进而利用磁通随静态偏心的变化规律来进行偏心故障诊断的方法。该方法可以诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，但破坏了电机。

(3)振动信号诊断法。这种方法诊断信号为振动加速度或振动位移，这种方法不会对电机造成损坏，但振动信号易受外界干扰。专利CN110531259B利用加速度传感器采集了诊断点的轴向和切向振动，诊断了静态率、动态偏心率，但精度较低，且未诊断静态偏心圆周角。

(4)机械故障相关性诊断法。这种方法利用电机静态偏心故障和机械故障(轴承松动等)的模糊关系，通过诊断电机的机械故障，利用模糊算法来诊断静态偏心故障。这种方法操作便捷，但只能粗略地区分电机故障类型，用若干等级来表征故障的程度。

综上所述，现有能够同时诊断静态偏心率和静态偏心圆周角的技术多利用探测线圈电压信号进行诊断，但现有技术布置探测线圈数量多且后处理复杂，难以低成本、高精度地对静态偏心故障进行诊断。