CN203405562U - 一种电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，属于永磁同步电机故障诊断领域，包括霍尔电压传感器和转速传感器，以及信号调理模块、模数转换模块、中央处理器、信号采集模块、存储器、显示装置，其中所述霍尔电压传感器、转速传感器分别与信号调理模块连接；所述信号调理模块与模数转换模块、中央处理器依次连接；所述中央处理器与存储器相互连接；所述中央处理器还分别与信号采集模块、显示装置连接；所述信号采集模块与模数转换模块连接。本系统能及时发现故障，提高故障诊断的准确度且做出准确及时地处理，可有效、准确诊断电动汽车永磁同步电机失磁故障，有效保证电机及整车系统的安全稳定运行。

Description

一种电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，属于永磁同步电机故障诊断领域。

背景技术

随着全球对节能环保意识的逐渐增强，新能源汽车尤其是电动汽车将逐渐代替内燃机汽车成为最终发展方向。而永磁同步电机因其结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、工作可靠和噪声低等性能特点，具有电动汽车驱动的最优综合指标，是电动汽车驱动电机的最佳选择。但电动汽车运行环境复杂（如振动、高低温、湿度、粉尘等）、频繁起动、加速、减速、制动等，这些都不利于电机的安全运行，均有可能诱发电机故障，使电机故障率上升。尤其是转子永磁体受到电、磁、热、机械等应力会产生退磁，一旦永磁体发生不可逆退磁故障，会导致永磁电机性能指标下降、发热、转矩性能变差、电机振动加剧和噪声增大，严重情况下电机可能失控和报废，甚至影响整车系统的安全，可能危及乘客的生命安全。

目前国内专门针对永磁同步电机故障诊断的研究较常规电机故障诊断的研究还相对较少，主要研究在国外，但大多仅停留在理论论证阶段，比较完善的监测和诊断失磁故障系统在实际应用中还非常少，且还不成熟。因此，迫切需要采取有效的手段，实时对电动汽车永磁同步电机失磁故障进行监测和诊断，且根据相应的故障级别做出准确及时地处理，不仅可以提高电机及整车系统的稳定性、可靠性和安全性，而且延长电机的使用寿命以及避免影响整车系统安全和乘客人身安全。

由于永磁同步电机失磁故障与多个参量联系紧密，例如电机的电流、温度、转速、电机控制器的温度，对这些多个参量分析、对照、综合判断，有利于隐患的发现和故障的诊断，可以对整个永磁同步电机系统的运行状态进行综合评估，为故障诊断提供必要的依据。现有的系统或装置主要有以下不足之处：监测的状态参数单一不够全面，往往仅是针对永磁同步电机的定子电流进行监测，不能进行综合、全面的数据分析、处理、诊断；只检测永磁同步电机的电气参量，从而忽视了与电机运行状态紧密联系的一些电机控制器的状态参量；只能对所监测的永磁同步电机的当前状态参数进行诊断，不能结合状态的历史数据进行诊断。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，能够及时发现故障，提高故障诊断的准确度且根据相应的故障级别做出准确及时地处理。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，包括用于获取电机三相定子电压的霍尔电压传感器和用于检测电机转速的转速传感器，以及信号调理模块、模数转换模块、中央处理器、信号采集模块、存储器、显示装置，其中所述霍尔电压传感器、转速传感器分别与信号调理模块连接；所述信号调理模块与模数转换模块、中央处理器依次连接；所述中央处理器与存储器相互连接；所述中央处理器还分别与信号采集模块、显示装置连接；所述信号采集模块与模数转换模块连接。 

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括用于获取电机三相定子电流的霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器与信号调理模块连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括用于检测电机温度及电机控制器温度的温度传感器，所述温度传感器与信号调理模块连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括数据服务器，所述中央处理器与数据服务器相互连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括报警器，所述中央处理器与报警器连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括用于产生驱动信号的驱动模块，所述中央处理器与驱动模块连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述转速传感器、霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、温度传感器、中央处理器均设置在与电机的连接的电机控制器内；所述中央处理器与电机控制器通过CAN总线连接。

本实用新型中，霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、温度传感器、转速传感器分别将采集到的电机定子电流、定子电压、电机温度和电机控制器温度、电机转速以电信号的形式送到信号调理模块，信号调理模块对其进行处理后送至模数转换模块；信号采集模块与模数转换模块相连，就可以控制信号的采样频率及采样时长，这样，将采样信号发送到中央处理器，由中央处理器进行计算处理，初步分析得到电流电压信号的时域特征、频域特征值，融合检测到的温度、转速信号，初步判断是否发生故障，然后进一步利用故障诊断方法(如小波变换、神经网络、希尔伯特黄变换等)找到故障特征量并与相应预定的报警值比较，确定故障发生与否及故障的严重等级，生成故障信息，再根据故障信息进行相应的处理，如显示故障信息、警报响起等。在上述过程中，数据服务器能够保存并上传中央处理器所接受的数据及数据处理后的得到的信息、各种条件下的报警值等。

本实用新型采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本实用新型的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，通过各传感器采集数据，能够及时发现故障，提高故障诊断的准确度且根据相应的故障级别做出准确及时地处理。因此，本实用新型可有效、准确诊断电动汽车永磁同步电机失磁故障，可以有效保证电机及整车系统的安全稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统结构框图。

图2为本实用新型电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统的工作原理图。

图3为本实用新型电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统的故障处理流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型作详细的描述。

如图1所示，本实用新型的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，包括用于获取电机三相定子电压的霍尔电压传感器和用于检测电机转速的转速传感器，以及信号调理模块、模数转换模块、中央处理器、信号采集模块、存储器、显示装置，其中所述霍尔电压传感器、转速传感器分别与信号调理模块连接；所述信号调理模块与模数转换模块、中央处理器依次连接；所述中央处理器与存储器相互连接；所述中央处理器还分别与信号采集模块、显示装置连接；所述信号采集模块与模数转换模块连接。

还包括用于获取电机三相定子电流的霍尔电流传感器和用于检测电机温度及电机控制器温度的温度传感器，霍尔电流传感器、温度传感器分别与信号调理模块连接。还包括数据服务器、报警器、驱动模块，所述中央处理器与数据服务器相互连接，中央处理器分别与报警器、驱动模块连接。

下面为本实用新型的实施过程，首先利用电源为系统供电，本系统中将电源与中央处理器连接。再利用霍尔电流传感器、霍尔电压传感器获取电机定子电流和电压信号，温度传感器检测电机温度和电机控制器温度，转速传感器检测电机的转速。其中，转速传感器采用永磁同步电机自带的编码器。各传感器连接信号调理模块，从而将电信号输出到信号调理模块。这里的信号调理模块起到对电信号进行滤波、放大的作用。信号调理模块与模数转换模块连接，将已滤波、放大的电信号输送到模数转换模块。信号采集模块内置有数据采集程序，控制数据的采集频率和采集时长。中央处理器与信号采集模块相连，发送采集指令给信号采集模块。信号采集模块与模数转换模块连接，按照设置好的采集频率和采集时长采集信号，再输送到中央处理器，使得输入中央处理器的为经过筛选和过滤的数字信号。中央处理器对采集到的信号计算处理，运用故障诊断方法，如小波变换、神经网络、希尔伯特黄变换等确定故障发生与否及故障的严重等级。中央处理器将采集到的所有信号及计算处理结果存入存储器，在需要使用时调取出。同时将故障信息发送到显示装置显示，另外还可以发送至报警器进行警报。

中央处理器与数据服务器连接建立通信，将中央处理器采集到的所有信号及计算处理结果上传至数据服务器，以通过数据服务器提供给其他通信设备使用。另外，中央处理器与驱动模块相连，以驱动整车系统的其他系统进行动作，如故障严重时，中央处理器给动力系统发送指令减小或停止出力以保证电动汽车系统安全。

霍尔电流传感器的型号可为CSM100AP和霍尔电压传感器的型号可为VSM400D，它们采集电机的三相交流电信号输出电流电压模拟量，温度传感器的型号可为MF58-50K采集电机及电机控制器的温度信号输出电压模拟量，转速传感器的型号可为S25-L2N200C2采集电机的转速信号输出电压模拟量，传感器的输出与信号调理模块的型号可为AD620的信号输入端相连，信号调理模块的信号输出端与模数转换模块的型号可为AD7606的信号输入端相连，模数转换模块的信号输出端与中央处理器的数字信号输入端相连，中央处理器的型号可为TMS320F2812，是基于代码兼容的C28x内核的新型高性能32位定点数字信号处理器，保证装置有足够的运算能力，信号处理能力强。中央处理器的控制信号端与信号采集模块的控制信号输入端连接，信号采集模块的型号可为MAX1270，信号采集模块是信号输出端与模数转换模块的对应信号输入端连接，中央处理器的电源输入端与电源输出端相连，电源的型号可为LM1117-33/18。另外，中央处理器分别与存储器、报警器、显示装置、驱动模块以及数据服务器连接，存储器的型号可为IS42S16800A-10T，报警器的型号可为YT1412，显示装置的型号可为AT070TN83。

由于电机A、B、C三相电源线与电机控制器的输出端相连，霍尔电压电流传感器、温度传感器以及转速传感器都可安设在电机控制器内，将中央处理器也设置在电机控制器内，可以节省空间；方便将传感器采集到的信号与电机控制器的保护系统进行共享，例如温度、转速信号；可省去一些不必要的传感器，节省了成本；可节省通信的时间，及时根据故障等级进行相应的处理。电机控制器与诊断系统内的中央处理器通过CAN总线连接，可相互之间进行通信。

图2出了本实用新型电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统的工作原理图，对于本系统中采集到的信号较多，包括定子电流电压、电机温度、电机控制器温度以及转速。通过多个传感器在规定的采用时间内采集数据，然后对采集的数据进行放大、滤波处理，并

可采用多种故障诊断方法对这些信号进行处理，再将分析结果进行融合找出故障特征量，

当无故障特征量时，控制多个传感器继续采样。然后对故障特征量的大小进行估计，按照故障严重的等级系统给出相应的故障处理，整个过程循环直到在转速小于或等于零的时候停止。

图3给出了本实用新型电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统的故障处理的流程。本实用新型对故障进行处理的步骤为：首先判断故障等级，故障等级分为轻微、一般、严重和致命三级。本流程中按依次判断严重或致命、一般、轻微为顺序。当故障等级为严重或致命时，中央处理器控制显示装置显示故障并通过报警器报警，并且中央处理器通过驱动模块与整车系统的其他系统进行连接通信，如给动力系统发送指令减小或停止出力。当故障等级不满足严重或致命故障时，再判断是否为一般故障。当故障等级为一般时，中央处理器控制显示装置显示故障并通过报警器报警。当故障等级不满足一般故障时，判断是否满足轻微故障，当故障等级为轻微时，中央处理器控制显示装置显示故障，当不满足轻微故障时，中央处理器表示出未检测到失磁故障。

由此可见，本实用新型的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，通过各传感器采集数据，能够及时发现故障，提高故障诊断的准确度且根据相应的故障级别做出准确及时地处理，可有效、准确诊断电动汽车永磁同步电机失磁故障，可以有效保证电机及整车系统的安全稳定运行。

Claims (7)

1.一种电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，其特征在于：包括用于获取电机三相定子电压的霍尔电压传感器和用于检测电机转速的转速传感器，以及信号调理模块、模数转换模块、中央处理器、信号采集模块、存储器、显示装置，其中所述霍尔电压传感器、转速传感器分别与信号调理模块连接；所述信号调理模块与模数转换模块、中央处理器依次连接；所述中央处理器与存储器相互连接；所述中央处理器还分别与信号采集模块、显示装置连接；所述信号采集模块与模数转换模块连接。

2. 根据权利要求1所述的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，其特征在于：还包括用于获取电机三相定子电流的霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器与信号调理模块连接。

3. 根据权利要求2所述的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，其特征在于：还包括用于检测电机温度及电机控制器温度的温度传感器，所述温度传感器与信号调理模块连接。

4. 根据权利要求1所述的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，其特征在于：还包括数据服务器，所述中央处理器与数据服务器相互连接。

5. 根据权利要求1所述的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，其特征在于：还包括报警器，所述中央处理器与报警器连接。

6. 根据权利要求1所述的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，其特征在于：还包括用于产生驱动信号的驱动模块，所述中央处理器与驱动模块连接。

7. 根据权利要求3所述的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断系统，其特征在于：所述转速传感器、霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、温度传感器、中央处理器均设置在与电机的连接的电机控制器内；所述中央处理器与电机控制器通过CAN总线连接。

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