【摘要】：應用小波分析的方法,討論了電動汽車用外轉子無刷直流電機永磁體故障的診斷方法。主要討論了兩類故障的診斷:永磁體排列均勻性和永磁體弱磁檢測。利用小波分解,以電機的霍爾傳感器輸出作為特征信號診斷永磁體的排列均勻性。提取相電流波形的特定頻率分量,利用連續(xù)小波變換計算這些頻率分量的能量比,以判斷電機運行時是否發(fā)生弱磁故障。實驗結果表明,利用該方法,可以獲得永磁體排列不均勻性和弱磁故障的信息。
【圖文】：

基波頻率；Ｐ為轉子極數(shù)；ｋ為整數(shù)。圖４給出了一個有一對磁極發(fā)生弱磁的輪轂電機的相電流波形及其快速傅里葉變換（ＦＦＴ）。雖然通過傅里葉變換可以獲得信號的頻譜從而得到因永磁體弱磁而產(chǎn)生的故障頻率，，但是由于在變換過程中丟失了位置（時間）信息，傅里葉變換無法處理動態(tài)情況。為解決上述問題，可通過對相電流波形進行小波變換以確定特征頻率所在的尺度范圍。最后，通過計算特征頻率所占的信號能量比并與正常電機進行對比，來判斷電機是否發(fā)生弱磁故障。（ａ）相電流波形（ｂ）相電流波形的傅里葉變換圖４相電流波形及其傅里葉變換Ｒｕｉｚ等［５］指出，每個頻率所占的信號能量比可通過下式計算：Ｅｉ＝∑Ｎｊ＝１Ｃ２ｉｊ∑Ｍｉ＝１∑Ｎｊ＝１Ｃ２ｉｊ（７）式中，Ｃｉｊ為指數(shù)為ｊ、尺度為ｉ的小波變換系數(shù)；Ｎ為采樣數(shù)；Ｍ為尺度數(shù)。為簡化計算，只需計及滿足式（５）的頻率所占的能量比。Ｒｉｅｒａ－Ｇｕａｓｐ等［６］指出，信號的小波分解細節(jié)部分Ｄｉ包含了滿足下式的頻率部分：ｆ（Ｄｉ）＝［ｆｓ２ｊ＋１，ｆｓ２ｊ］Ｈｚ（８）在小波分析中，通常采用二進策略，即ｓ＝２ｊ，其中，ｊ為整數(shù)。因此，只有滿足ｆｓ２ｓ＜ｆｆｌｔ＜ｆｓｓ（９）的尺度需要計算。為進一步確定需要計算的尺度，可采用下式確定：ｓ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（１２（ｆｓ２ｆｆｌｔ＋ｆｓｆｆｌｔ））（１０）其中，ｉｎｔｅｇｅｒ（）為取整函數(shù)。如果電機發(fā)生永磁體弱磁故障，則滿足式（５）的頻率所占的能量比將大大高于正常

的實驗臺如圖５所示。利用ＭＡＴＬＡＢ的小波工具箱對霍爾信號進行小波分解以獲得信號的間斷點的準確位置。第一個實驗中，利用霍爾小波對霍爾信號進行小波分解以檢測間斷點。第二個實驗中，利用ｄｂ２４小波對相電流信號進行小波變換，獲得各頻率段的小波系數(shù)。圖５實驗臺與實驗電機２．１永磁體排列間隙檢測實驗圖６給出了鑲嵌在同一定子鐵芯上的兩個霍爾信號的第５層霍爾小波分解。測試電機的基本圖６霍爾Ａ１和霍爾Ａ２經(jīng)過５層分解的細節(jié)部分參數(shù)見表１。從圖６可以明顯看出，經(jīng)過５層分解，可以精確地捕捉到霍爾信號的間斷點。表２給出了間斷點的位置（ｘ１和ｘ２）和測試電機的永磁體間隙距離。在工程應用中，當Δｇ≥τ＝０．０５ｂ＝０．６５ｍｍ（１１）式中，ｂ為永磁體的切向寬度。時，認為永磁體的間隙不合格。根據(jù)表１，當電機轉速為ｎ＝４００ｒ／ｍｉｎ時，相鄰采樣間隔的實際距離δ＝１ｆｓπｒｎ３０＝０．４３ｍｍ（１２）且Δｇ｜ｋ＝９＝１．４６＞τ，故可得知第９和第１０片永磁體之間的間隙不合格。表１測試電機的基本參數(shù)參數(shù)值電機轉速ｎ（ｒ／ｍｉｎ）４００采樣頻率ｆｓ（ｋＨｚ）１０永磁體軸向距離ｒ（ｍｍ）１０３．５永磁體切向寬度ｂ（ｍｍ）１３表２間斷點和永磁體實際間隙（部分）ｋｘ１ｘ２Δｇ７１８９．２１８８．３０．３９８２１８．４２１７．７０．３０９２４７．０２５０．４１．４６１０２７６．１２７７．２０．４７１１３０５．７３０６．７０．４３１２３３４３３５．４０．６０２．２

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