[發明專利]一種基于雜散磁場的永磁電機靜態偏心檢測方法

有效

• 申請號: 202110367107.X
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113094952B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 馬琮淦;李佳銘;李瓊瑤;王明宇;張星星;李鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08;G01R31/34
• 代理公司: 威海聚睿知識產權代理事務所(普通合伙) 37352
• 代理人: 丁宏斌

本申請公開了一種基于雜散磁場的永磁電機靜態偏心檢測方法，包括步驟1：利用電磁有限元仿真軟件獲取待測電機雜散磁場數據，建立靜態偏心檢測神經網絡模型；步驟2：采集待測電機的雜散磁場信號并對雜散磁場信號進行數據處理；步驟3：判斷是否僅存在靜態偏心；步驟4：僅存在靜態偏心時，將步驟2中試驗數據輸入到步驟1的靜態偏心檢測神經網絡模型得出待測永磁電機靜態偏心率ε_SE和偏心圓周角γ。本發明是一種非侵入式的永磁電機靜態偏心故障檢測方法，其使用方便、檢測精度高，可廣泛應用于各類徑向磁通永磁電機的靜態偏心診斷中。

技術領域

本發明屬于電機故障診斷領域，涉及電機的靜態偏心診斷，具體涉及一種基于雜散磁場的永磁電機靜態偏心檢測方法。

背景技術

旋轉電機的氣隙偏心，是定、轉子之間氣隙不均勻的一種現象。輕度偏心會引起電機振動與噪聲增加，重度偏心會使電機壽命大幅下降，而極端情況下的偏心會導致電機定轉子刮擦掃膛甚至立即報廢，造成嚴重的經濟損失或人員傷亡。因此，電機的偏心檢測是相當重要的。

在研究中，常常把定子10、轉子20橫截面視為理想的圓形，按照轉子20 的運動特點將偏心分為靜態偏心、動態偏心以及混合偏心3種情況。其中，靜態偏心是指轉子圓心O_R相對定子圓心O_S靜止且偏離定子圓心O_S的情況，如圖 1所示。靜態偏心時，線段O_RO_S的長度，定義為靜態偏心距e_SE。理想情況下，靜態偏心可以用靜態偏心的程度和方向來進行描述。靜態偏心的程度用靜態偏心率ε_SE＝e_SE/g₀來定量表示，其中g₀為電機無偏心時的氣隙長度；而靜態偏心的方向用偏心圓周角γ來定量表示，如圖1所示，γ為轉子圓心O_R偏離定子圓心 O_S的方向與極坐標軸的夾角。

傳統的利用定子繞組電壓來進行靜態偏心診斷的方法，在某些情況下并不適用。比如在多單元電機的情況下定子繞組電壓易被多個單元電機的繞組電壓所平均，掩蓋偏心電壓特征。除了利用定子繞組電壓外，電機靜態偏心檢測主要集中于利用偏心后變化的電機氣隙磁場及直接受其影響的物理量。如中國專利CN 104965175A一種發電機氣隙靜態偏心故障方位及故障程度的檢測方法，在發電機氣隙內布置了4個探測線圈，通過比較各個探測線圈的電壓幅值來判斷偏心的程度和方向。但這種方法需要在電機氣隙內布置探測線圈，對于許多氣隙狹小的電機，如電動車用永磁同步電機來說并不合適。中國專利CN109541461 A一種基于磁場分布監測的永磁同步電機偏心故障診斷方法，克服了該缺點，通過在永磁同步電機的每個定子齒上纏繞線圈的方式，先計算各定子齒磁通的基波幅值，再進行偏心檢測。然而，這兩種方法均必須在電機內部布置探測線圈，是一種需要改變電機機構的侵入式檢測方法，增加了電機的生產成本，不利于大規模推廣。還有一些方法是利用電機的振動和噪聲信號做靜態偏心檢測，這些方法屬于非侵入式檢測方法，雖然不需要改變電機機構，但受電機的材料、安裝方式以及環境的影響較大，靜態偏心檢測精度不高。

發明內容

本發明的目的是克服上述永磁電機靜態偏心故障檢測方法的缺點，提供一種使用方便、檢測精度高且非侵入式的永磁電機靜態偏心故障檢測方法，可適用于各類徑向磁通永磁電機的靜態偏心診斷。

本發明為解決技術問題，所采用的技術方案是：

一種基于雜散磁場的永磁電機靜態偏心檢測方法，包括以下步驟：步驟1：利用電磁有限元仿真軟件獲取待測電機雜散磁場數據，建立靜態偏心檢測神經網絡模型；步驟2：采集待測電機的雜散磁場信號并對雜散磁場信號進行數據處理；步驟3：判斷是否僅存在靜態偏心；步驟4：僅存在靜態偏心時，將步驟 2中試驗數據輸入到步驟1的靜態偏心檢測神經網絡模型得出待測永磁電機靜態偏心率ε_SE和偏心圓周角γ。

所述步驟1的具體操作如下：

1.1建立電磁有限元模型并進行仿真，導出數據