基于埋入式探测线圈的电动汽车永磁同步电机故障诊断方法

The security technology of the motor drive system is an important branch of the electric vehicle technology. The drive motor fault diagnosis is one of the key technologies of the electric drive system security research. The complex work conditions, high requirements on accuracy of diagnostic results and harsh hardware restriction are the difficulties for the electric vehicle drive motor fault diagnosis. In this project, a novel permanent magnet synchronous motor fault diagnosis system is proposed. In this system, the detection coils are embedded into the motor to monitor the motor fault. The whole system can be integrated into the drive system. For fault detection, the relationship between the detection coils structure and fault detection capability is researched; the relevant fault characteristic and the fault signal processing method are proposed. For the diagnosis strategy, a new strategy which integrates the online method and offline method is established to reduce the system cost and improve the diagnostic accuracy.

电机驱动系统的安全技术是电动汽车领域的重点发展方向。驱动电机的故障诊断是电驱动系统安全性研究的关键技术之一。电动汽车驱动电机故障诊断技术的难点在于工况复杂多变，对诊断结果的准确性要求高以及对硬件系统的苛刻限制。申请者拟研究一种基于故障探测线圈的永磁同步电机故障诊断系统，将故障探测线圈埋入电机绕组中，并将故障诊断系统与电机驱动系统进行集成。从故障探测方面，课题拟研究探测线圈结构形式与故障探测能力之间的变化规律，提出基于探测线圈端电压的多种典型电机故障的故障特征，并建立相关的故障信号处理方法。从诊断策略方面，课题拟研究在线诊断与离线诊断相互结合的故障诊断策略，提出能够降低运算负荷的电机在线故障诊断方法与具有高准确度的离线诊断方法，形成低成本、高集成度、高准确性的永磁同步电机多故障诊断策略。

电动汽车驱动电机故障诊断技术的难点在于工况复杂多变，对诊断结果的准确性要求高以及对硬件系统的苛刻限制。为此，本项目提出一种基础探测线圈的高精度、低成本的电机驱动系统故障诊断系统。通过研究探测线圈结构形式与故障探测能力之间的变化规律，提出基于探测线圈端电压的多种典型电机故障的故障特征，并建立相关的故障信号处理方法。取得的主要研究成果如下：.（1）提出了一种能够同时监测多种故障、最少化线圈数量的探测线圈结构设计方案，揭示了探测线圈的基本工作原理，建立了带有探测线圈的永磁同步电机有限元仿真模型，搭建了基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统，研究了不同故障对探测线圈电压信号的影响关系，为故障诊断方法的设计提供了理论基础。.（2）为了解决匝间短路故障初期诊断困难和速度变化对诊断干扰的问题，提出了基于探测线圈的PMSM匝间短路故障诊断方法。建立了永磁同步电机的匝间短路故障模型，提出了一种基于高频负序分量法的匝间短路故障诊断方法，这种方法不会受到退磁和偏心故障的干扰。.（3）根据探测线圈的空间结构和开路特点，提出了基于探测线圈的PMSM均匀退磁和局部退磁故障诊断和辨识方法。提出了基于探测线圈磁链估算的均匀退磁故障诊断方法，能够判断永磁体的退磁程度。揭示了磁场分布变化特征和局部退磁故障间的关系，提出了基于谐波磁场对称差异的局部退磁故障诊断方法，利用探测线圈的空间结构特点，有效抑制了基波和三次谐波对诊断的影响，解决了电动汽车复杂工况和早期故障特征不明显对诊断的干扰问题。.（4）根据偏心故障会导致磁场分布发生偏移的特点，提出了基于探测线圈的永磁同步电机静态偏心和动态偏心故障诊断和辨识方法。提出了基于谐波磁场对称差异的偏心故障诊断方法，可以有效捕获转子偏心造成的气隙磁场故障特征谐波，消除基波和三次谐波的影响，提出了基于磁场偏移观测的静态偏心故障诊断方法，能够判断转子的偏心程度。