直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法和装置，包括根据线圈组中线圈个数，确定所述探测线圈的配置组合，进而确定探测线圈的安装位置；当发生匝间短路故障时，提取所有探测线圈组中探测线圈间的反电势差值，根据反电势差值确定短路线圈组，再根据短路线圈组中的探测线圈反电势残差确定短路线圈。本发明专利技术所采用的探测线圈根据电机绕组分布与连接方式仅需安装在一些特定的定子齿上，减小了探测线圈的数量，降低了对电机的侵入性与故障诊断设备的成本，且不需要任何电机结构参数，只需要根据故障特征量之间的逻辑关系即可判断出短路线圈位置，方法的普适性好，可以适用于任何极槽配合、绕组连接的直驱永磁同步电机。永磁同步电机。永磁同步电机。

【技术实现步骤摘要】
直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法和装置


[0001]本专利技术涉及直驱永磁同步电机
，尤其涉及一种直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法和装置。

技术介绍

[0002]直驱永磁同步电机(driect
‑
drive permanent magnet synchronous motor，DDPMSM)因其高转矩/惯量比、高效率、结构紧凑等优点，被广泛应用于高端制造装备、电动汽车、航空航天、国防军工等领域。在电动汽车和工业机器人等大功率应用中，多支路并联直驱永磁同步电机(DDPMSM with multiple branches parallel winding，MB
‑
DDPMSM)得到了广泛的应用。然而，MB
‑
DDPMSM在长期的运行中受热应力、电应力、机械应力等因素影响，定子绕组易发生匝间短路故障(interturn short
‑
circuit fault，匝间短路故障)。如果早期匝间短路故障未被发现并采取相应措施，故障会迅速发展成更严重的短路故障，甚至可能引发重大安全事故。及时检测出早期匝间短路故障并采取有效措施能够有效防止故障恶化，预防灾难性故障发生。若能进一步诊断出短路线圈的位置，不仅能为故障后的运行策略和容错策略制定提供重要信息，还能极大的减少MB
‑
DDPMSM的维修时间和成本。因此，开展早期匝间短路故障的检测与定位研究具有重要的理论研究价值与工程应用价值。
[0003]近些年来，国内外学者针对匝间短路故障开展了广泛而深入的研究，并取得了大量的研究成果。电流信号分析法和电压信号分析法因其侵入性小成为主流的匝间短路故障诊断方法。该类方法通常利用傅里叶变换、小波变换、希尔伯特
‑
黄变换等信号处理方法提取信号的时频信息用于匝间短路故障的检测。除上述信号外，转矩、温度和振动等信号也被用于诊断匝间短路故障。然而，上述方法利用电机的外部信号诊断匝间短路故障，因此方法灵敏度较低且难以检测短路线圈位置。
[0004]为了实现短路线圈的定位，一些学者提出了基于磁信号的匝间短路故障诊断方法。精准检测故障位置处的磁信号是该类方法的关键。有的利用隧穿磁阻测量漏磁通，并根据漏磁通的故障特征谐波诊断匝间短路故障。该方法虽然可以定位匝间短路故障位置，但漏磁通的大小易受外部电磁信号干扰，因此该方法的诊断精度不高。为了克服这一问题，研究人员提出了基于气隙磁通的匝间短路故障在线诊断方法。该方法利用霍尔传感器测量电机不同位置处的气隙磁通，通过比较电机正常和故障状态下磁通的变化诊断短路线圈的位置。霍尔传感器测量结果易受环境温度的影响，且安装霍尔传感器需要较大的气隙空间，故该方法一般应用于容量较大的电机。
[0005]除了上述利用外部传感器测量磁通的方法外，探测线圈也常用来测量磁通。可以在每个定子齿上安装的探测线圈来测量定子齿的磁通。研究人员又提出利用定子齿磁通中的高次谐波实现了匝间短路故障定位。电机运行时，由于探测线圈上的感应电势可反映对应的定子齿磁通。研究人员利用感应电势的基波与三次谐波分量实现了匝间短路故障检测与定位。上述这些匝间短路故障定位方法由于采用FFT等谐波分析方法，导致定位算法计算量比较大。故有人提出提取故障前后每个定子齿上的探测线圈反电势幅值，并绘制相应的
雷达图，通过比较故障前后雷达图的变化来确定匝间短路故障位置。这种定位方法不需要任何先进的信号分析方法，降低了故障定位算法的复杂性。然而上述方法需要在每个定子齿上安装的探测线圈，对电机的侵入性较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法和装置。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]一种直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法，包括：
[0009]根据线圈组中线圈个数和探测线圈配置规则，确定所述线圈组的所有预配置探测线圈配置组合(N
T
‑
I
，N
T
‑
II
)，并从所有所述预配置探测线圈配置组合中选取所需探测线圈数量最少的所述预配置探测线圈配置组合，作为所述线圈组的探测线圈配置组合，其中N
T
‑
I
是以第一探测线圈布置方式Type
‑
I型安装的探测线圈的数量，N
T
‑
II
是以第二探测线圈布置方式Type
‑
II型安装的所述探测线圈的数量，其中所述线圈组包括同一相中彼此相邻的串联的定子线圈；
[0010]利用探测线圈安装配置表和所述探测线圈配置组合，确定所述探测线圈的安装位置；
[0011]当发生匝间短路故障时，提取所有探测线圈组中所述探测线圈间的反电势差值，并根据所述探测线圈间的反电势差值，确定短路线圈组，所述探测线圈组中包括所述线圈组中X相上所有支路具有同一编号的定子线圈所在定子齿上的探测线圈，X＝A、B、C、...M；
[0012]提取当发生匝间短路故障时与所述短路线圈组中定子线圈在同一定子齿上的探测线圈的反电势为第一反电势，提取当直驱永磁同步电机健康状态时与所述短路线圈组中定子线圈在同一定子齿上的探测线圈的反电势是第二反电势，根据所述第一反电势和所述第二反电势，确定短路线圈。
[0013]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0014]进一步地，所述根据线圈组中线圈个数和探测线圈配置规则，确定所述线圈组的所有预配置探测线圈配置组合(N
T
‑
I
，N
T
‑
II
)，具体包括：
[0015]当所述线圈组中的线圈个数＞1时，利用所述探测线圈配置规则N
coil
＝3N
T
‑
I
+2N
T
‑
II
，得到所有所述预配置探测线圈配置组合(N
T
‑
I
，N
T
‑
II
)，其中，N
coil
是所述线圈组中的定子线圈个数；
[0016]所述Type
‑
I型是当所述线圈组中有3个线圈时，将所述探测线圈安装在所述线圈组的第二个线圈所在的定子齿上；
[0017]所述Type
‑
II型是当所述线圈组中有2个线圈时，将所述探测线圈安装在其中任意一个线圈所在定子齿上。
[0018]进一步地，所述利用探测线圈安装配置表和所述探测线圈配置组合，确定所述探测线圈的安装位置，具体包括：
[0019]第一安装型是只安装Type
‑
I型，即N
T
‑
I
＞0，N
T
‑
II
＝0，且将探测线圈绕本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法，其特征在于，包括：根据线圈组中线圈个数和探测线圈配置规则，确定所述线圈组的所有预配置探测线圈配置组合(N
T
‑
I
，N
T
‑
II
)，并从所有所述预配置探测线圈配置组合中选取所需探测线圈数量最少的所述预配置探测线圈配置组合，作为所述线圈组的探测线圈配置组合，其中N
T
‑
I
是以第一探测线圈布置方式Type
‑
I型安装的探测线圈的数量，N
T
‑
II
是以第二探测线圈布置方式Type
‑
II型安装的所述探测线圈的数量，其中所述线圈组包括同一相中彼此相邻的串联的定子线圈；利用探测线圈安装配置表和所述探测线圈配置组合，确定所述探测线圈的安装位置；当发生匝间短路故障时，提取所有探测线圈组中所述探测线圈间的反电势差值，并根据所述探测线圈间的反电势差值，确定短路线圈组，所述探测线圈组中包括所述线圈组中X相上所有支路具有同一编号的定子线圈所在定子齿上的探测线圈，X＝A、B、C、...M；提取当发生匝间短路故障时与所述短路线圈组中定子线圈在同一定子齿上的探测线圈的反电势是第一反电势，提取当直驱永磁同步电机健康状态时与所述短路线圈组中定子线圈在同一定子齿上的探测线圈的反电势是第二反电势，根据所述第一反电势和所述第二反电势，确定短路线圈。2.根据权利要求1所述的直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法，其特征在于，所述根据线圈组中线圈个数和探测线圈配置规则，确定所述线圈组的所有预配置探测线圈配置组合(N
T
‑
I
，N
T
‑
II
)，具体包括：当所述线圈组中的线圈个数＞1时，利用所述探测线圈配置规则N
coil
＝3N
T
‑
I
+2N
T
‑
II
，得到所有所述预配置探测线圈配置组合(N
T
‑
I
，N
T
‑
II
)，其中，N
cojl
是所述线圈组中的定子线圈个数；所述Type
‑
I型是当所述线圈组中有3个线圈时，将所述探测线圈安装在所述线圈组的第二个线圈所在的定子齿上；所述Type
‑
II型是当所述线圈组中有2个线圈时，将所述探测线圈安装在其中任意一个线圈所在定子齿上。3.根据权利要求2所述的直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法，其特征在于，所述利用探测线圈安装配置表和所述探测线圈配置组合，确定所述探测线圈的安装位置，具体包括：第一安装型是只安装Type
‑
I型，即N
T
‑
I
＞0，N
T
‑
II
＝0，且将探测线圈绕制在第i条支路上的编号3k
‑
1的定子线圈X
i(3k
‑
1)
所在的定子齿上；第二安装型是只安装Type
‑
II型，即N
T
‑
I
＝0，N
T
‑
II
＞0，且将探测线圈绕制在第i条支路上的编号2k的定子线圈X
i(2k)
所在的定子齿或第i条支路上的编号2k
‑
1的定子线圈X
i(2k
‑
1)
所在的定子齿上；第三安装型是同时安装Type
‑
I型和Type
‑
II型，即N
T
‑
I
＞0，N
T
‑
II
＞0，且将探测线圈绕制在第i条支路上的编号5k
‑
3的定子线圈X
i(5k
‑
3)
所在的定子齿上和在第i条支路上的编号5k
‑
1的定子线圈X
i(5k
‑
1)
所在的定子齿上，或，
将探测线圈绕制在第i条支路上的编号5k
‑
3的定子线圈X
i(5k
‑
3)
所在的定子齿上和在第i条支路上的编号5k的定子线圈X
i(5k)
所在的定子齿上，或，将探测线圈绕制在第i条支路上的编号5k
‑
4的定子线圈X
i(5k
‑
4)
所在的定子齿上和在第i条支路上的编号5k
‑
1的定子线圈X
i(5k
‑
1)
所在的定子齿上；其中，X
ij
是X相第i条支路上的编号j的定子线圈，X＝A、B、C、...M，i、j和k均是整数，且i≤n，j≤m，k≥1，n是X相的支路数量，m是X相第i条支路上定子线圈数量；将所述探测线圈配置组合归类为所述第一安装型、所述第二安装型或所述第三安装型中的一种安装类型，并根据所述安装类型，确定所述探测线圈的安装位置。4.根据权利要求3所述的直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法，其特征在于，所述提取所有探测线圈组中所述探测线圈间的反电势差值，并根据所述探测线圈间的反电势差值，确定短路线圈组，具体包括：提取所有所述探测线圈组中探测线圈的反电势；计算同一所述探测线圈组中探测线圈间的反电势差值；若所述探测线圈组中探测线圈和所述中位于其他支路的探测线圈的反电势差值是所有所述探测线圈组中探测线圈间的反电势差值的最大值时，得到所述短路线圈组；当所述所在线圈组是所述Type
‑
I型时，所述短路线圈组中的定子线圈包括X
i(j
′‑
1)
、X
ij
′
和X
i(j
′
+1)
；当所述所在线圈组是所述Type
‑
II型时，则所述短路线圈组中的定子线圈包括X
i(j
′‑
1)
和X
ij
′
，2≤j
′
≤m，其中，所述是装在定子线圈X
ij
′
所在的定子齿上的探测线圈，所述中包括X相上所有支路具有编号j
′
的定子线圈所在定子齿上的探测线圈。5.根据权利要求4所述的直驱永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法，其特征在于，所述根据所述第一反电势和所述第二反电势差值，确定短路线圈，具体包括：当所述短路线圈组的定子线圈包括X
i(j
′‑
1)
、X
ij
′
和X
i(j
′
+1)
时，计算与所述短路线圈组中定子线圈在同一定子齿上的探测线圈的第一反电势e
SC(Xij
′
)
和所述第二反电势e
SC(Xij
′
)
‑
H
的差值，即残差Δe
SC(Xij
′
)
；当所述残差Δe
SC(Xij
′
)
＜0时，则所述短路线圈是所述短路线圈组中的定子线圈X
ij
′
；否则，计算所述第一反电势e
SC(Xij
′
)
的相角Φ(e
SC(Xij
′
)
)；若所述相角Φ(e
SC(Xij
′
)
)＞Φ
thd
时，则所述短路线圈是所述短路线圈组中的定子线圈X
i(j
′‑
i)
，Φ
thd
是相角阈值；否则，所述短路线圈是所述短路线圈组中的定子线圈X
i(j
′
+1)
；或，当所述短路线圈组的定子线圈包括X
i(j
′‑
1)
和X
ij
′
，计算与所述短路线圈组中定子线圈在同一定子齿上的探测线圈的第一反电势e
SC(Xij
′
)
和所述第二反电势e
SC(Xij
′
)
‑
H
的差值，
即残差Δe
SC(Xij
′
)
；当所述残差Δe
SC(Xij
′
)
＜0时，则所述短路线圈是所述短路线圈组中的定子线圈X
ij
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊，陈会峰，金英淑，张楠，王欣，桑晓晨，高彩霞，许孝卓，封海潮，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：