车用永磁同步电机电磁振动噪声仿真和试验研究

研究了全负荷工况下8极48槽车用永磁同步电机电磁振动噪声仿真建模方法,并通过消声室台架试验验证了研究方法的有效性。首先,建立考虑材料各向异性特性的定子铁芯和系统模型,分析各向异性材料参数灵敏度,并利用激振器模态敲击试验验证仿真模型;其次,针对永磁同步电机和电驱动桥二合一系统,建立电磁-结构-声学多物理场耦合模型,基于三维分布式电磁力激励,仿真再现了全负荷加速工况下电机电磁辐射噪声,并分析电磁噪声特征;最后,利用消声室台架试验结果,验证了永磁同步电机电磁-结构-声学多物理场耦合模型的准确性,重点阐明2 000 r/min附近48阶噪声峰值点产生机理,研究成果可进一步用于车用永磁同步电机设计开发和电磁振动噪声产生机理研究。     

分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算

针对分布式驱动电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—外转子表贴式永磁同步电机6k阶（ ）转矩波动,提出了一种分布式驱动用永磁同步电机电磁转矩的解析计算方法。基于永磁同步电机磁场畸变,对永磁磁极在均匀气隙中的径向分量进行了傅里叶级数分解,通过磁链、电压的计算,最终得到电磁转矩的解析解,为永磁同步电机的阶次振动与振源识别提供了理论基础。当不考虑电流谐波的影响时,对电磁转矩做了阶次分析,论证了由永磁体磁场谐波引起的电磁转矩波动频率是电源频率的6k倍频。最后,通过有限元计算验证了该解析计算结果。     

车用永磁同步电机电磁噪声分析研究

以电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,从作用于电机定子表面的电磁力波和电机定子结构的动态特性两个方面对电动汽车驱动用永磁同步电机空载工况的电磁噪声展开研究.通过研究永磁同步电机产生电磁力波的机理,推导了空载工况电磁力波的解析分析方法,结合电磁仿真的手段,精确计算了电机在空载工况下电磁力波的波次、频率和幅值;通过建立电机定子结构的有限元仿真模型及有限元模态仿真计算,得到了定子结构的模态频率和振型.发现：电机定子结构的前6阶模态频率较低,电机空载工况在调速过程中所激发的电磁力容易引起电机定子结构的共振.该研究为电动汽车驱动用永磁同步电机的减振降噪提供了指导.     

电动汽车驱动电机电磁噪声的仿真分析

为研究某型电动汽车驱动电机的电磁噪声,以一台8极48槽电动汽车用永磁同步电机为研究对象,通过电磁场有限元分析软件得到电机在正弦波供电下的气隙径向电磁力的阶次特征以及频率特征。对电机定子机壳的模态进行仿真,得到电机前五阶的模态振型及固有频率。在此基础上,运用声学仿真软件建立电机的声学有限元网格,将电机的电磁力与电机模态网格进行耦合求解电机的电磁振动与噪声,得到电机电磁噪声在不同频率下的声场声压分布。并对电机在某一工况下的稳态噪声进行台架试验,得到电机噪声的频谱图。分析过程对预测不同类型的电动汽车驱动电机的电磁噪声具有借鉴意义。     

考虑时间谐波电流的永磁同步电机电磁噪声阶次特征分析

针对分布式驱动电动汽车主要噪声源-永磁同步电机电磁噪声,通过噪声测试实验测得了电机噪声信号,实验结果表明:电磁噪声具有明显的阶次特征,主要阶次不仅包含了偶数阶、开关频率附近阶次,还包含了大量奇数阶,甚至以往研究中被当做信号毛刺而忽略的分数阶。为解释该实验现象,通过磁势磁导法得到考虑时间谐波电流的气隙磁场分布,应用麦克斯韦张量法获得了电磁径向力波,并沿外转子内表面应用复合柯特斯公式对径向力波积分,求得了具有6阶代数精度的电磁径向集中力,进而应用圆柱壳体理论建立了一种考虑时间谐波电流的永磁同步电机电磁噪声数学预测模型,预测了变频器供电时永磁同步电机电磁噪声的特征阶次:2hi、2hj、2(2μ-1)、(hi±hj)、(2μ-1±hi)、(2μ-1±hj)[hi、hj为时间谐波电流阶次,μ∈N*]。当hi或hj是分数时,电磁噪声将出现分数阶特征频率。经过与实验结果对比,本模型能精确预测和解释永磁同步电机电磁噪声的特征阶次。     

基于EMD与AR谱的轧机主传动系统故障诊断研究

针对轧机故障信号的非线性、非平稳特征,研究了一种基于经验模态分解和AR模型功率谱相结合的分析方法。该方法首先对轧机主传动系统的故障信号进行EMD分解,然后通过选取含有故障信息的IMF分量进行AR模型的功率谱分析,从而提取出故障频率,判断引起故障的原因。通过仿真信号和实例验证了该方法的有效性。     

基于EMD和功率谱的齿轮故障诊断研究

提出了一种基于经验模态分解EMD（Empirical Mode Decomposition）的齿轮裂纹故障诊断的新方法。EMD方法具有自适应的信号分解和降噪能力，EMD是先把时间序列信号，分解成不同特征时间尺度的固有模态函数（Intrinsic Mode Function，简称IMF），然后通过选取表征齿轮裂纹故障的IMF分量进行功率谱分析，就可提取齿轮故障振动信号的特征。齿轮故障实验信号的研究结果表明：该方法能有效地识别齿轮的齿根裂纹故障。     

油田用永磁同步电机及控制器优化选型方法

利用永磁同步电机矢量控制理论及抽油机输出功率变化范围大,平均功率小等特点,推导出相电流和电机功率、转子转速之间可量化计算的关系式。通过对相电流、电磁转矩和转子转速在不同工况下的参数匹配,完成永磁同步电机及控制器功率优化的目的。试验证明,经优化选型后的电机及控制器能够满足抽油机的实际需求,节省控制系统的尺寸和成本。     

基于VMD-SVM的三相异步电机故障诊断方法

针对三相异步电机信号的不稳定性及故障特征提取困难问题,提出一种基于变分模态分解（VMD）与支持向量机（SVM）相融合的电机故障诊断方法。该方法首先将采集的信号通过VMD分解得到IMF分量;其次,计算各个IMF分量的能量,再将其构成特征向量;最后对每种状态随机选取400 组输入SVM模型训练,将剩余每种状态100 组用于测试,通过预测标签与实际标签的比较来判断电机的故障状态。采用该方法对4 种不同的电机状态进行故障诊断,结果表明与完全自适应噪声集合经验模态分解（CEEMDAN）、变分模态分解（VMD）提取各IMF 能量特征相比,基于VMD-SVM的三相异步电机故障诊断方法更具优越性。     

滚动轴承故障诊断的实验研究

滚动轴承故障诊断的方法有多种,并且各有其适用场合。本文结合实验对滚动轴承三种典型故障（内圈裂纹、外圈裂纹、滚动体裂纹）的振动信号进行了研究分析,分别应用了功率谱分析和倒频谱分析技术。实验证明,在滚动轴承故障诊断中,倒频谱分析比功率谱分析更加切实可行,具有实用价值。本文还对三种故障轴承的噪声进行了比较,对滚动轴承故障诊断具有一定的参考意义。     

基于多尺度信号调节自编码器的永磁电机故障诊断研究EI北大核心CSCD

永磁电机在工业自动化及新能源汽车等领域具有重要的应用,电机故障诊断对于保障运动控制精度和避免停机损失具有十分重要的意义。现代信号处理方法和人工智能技术被广泛应用于电机故障诊断,然而在强噪声干扰情况下如何精确识别电机故障类型仍是一个挑战。该研究设计一种新的多尺度信号调节自编码器,首先采集电机的振动信号并通过小波变换分解得到信号的多尺度特征,研究各个尺度特征对自编码器分类精度的影响,随后根据多尺度特征对应的精度进行原信号的调节和重构,再将调节信号输入自编码器中,最终提升电机故障类型识别的精度。试验结果表明,该方法相比于传统方法,在强背景噪声干扰情况下能够有效识别电机的8种健康或故障状态,并且具有良好的抗噪性和稳定性。     

小波包降噪与LMD相结合的滚动轴承故障诊断方法

局部均值分解(Local mean decomposition,简称LMD)方法是一种新的自适应时频分析方法,并成功运用于滚动轴承故障诊断中,但对噪声比较敏感。为消除噪声对诊断结果的影响,提出了一种小波包降噪与LMD相结合的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先利用小波包去除信号中的噪声,然后,进行LMD分解,并将分解后PF分量与分解前信号的相关系数作为判断标准,剔除多余低频PF分量,最后,选取有效PF集进行功率谱分析,提取故障特征。通过仿真数据和真实滚动轴承数据的故障诊断实验,其结果验证了本文方法的有效性。     

永磁直线同步电机矢量控制系统建模与实现

针对永磁直线同步电机（PMLSM）的特点，建立PMLSM在dq两相坐标系下的数学模型。介绍了永磁直线同步电机矢量控制系统并给出了硬件和软件的设计思想。通过对控制电流以及电机位置的实验分析，验证了所研究的基于矢量控制的永磁直线同步电机矢量控制方法的有效性。     

一种基于冗余小波变换等效功率谱的故障特征提取方法

为了提取信号中较弱的故障特征频率分量,以正交小波为基函数,在对振动信号实施冗余小波变换分解的基础上,提出了一种等效的功率谱分析方法。该方法利用冗余小波变换分解提供的多分辨信息,先剔除高频噪声分量,在获得其他尺度的功率谱后,对其进行归一化处理。由于每个分解频带的分析频率相同,因此叠加归一化的功率谱得到信号的等效功率谱,使被淹没信号中的微弱频率分量在功率谱上显现出来。采用这种方法有效地提取了烟汽轮机汽封与转子之间摩擦故障的特征信息。     

基于LCD-LLTSA的电动汽车电机轴承故障特征频率提取

为有效提取出电动汽车电机轴承故障特征频率,将局部特征尺度分解、线性局部切空间排列和包络分析进行结合,用于电动汽车电机轴承的故障特征频率的提取。首先利用局部特征尺度分解对电动汽车电机轴承故障信号进行分解,得到若干个内禀尺度分量;然后利用线性局部切空间排列对由内禀尺度分量构成的矩阵进行降维处理,得到低维矩阵并以此进行信号重构;最后对重构信号进行包络谱分析,获得故障特征频率。仿真信号和实验信号的实验结果验证了方法的有效性。     

永磁同步电机故障诊断研究综述

永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点,广泛应用于不同领域。在永磁同步电机使用过程中,不可避免地会出现各种故障,例如退磁故障、电路故障、转子偏心故障和轴承故障等。基于永磁同步电机的结构和工作原理,对其各类故障的产生原因和诊断方法进行总结,并分析了模型构建和信号处理在故障诊断中的优势。研究结果为永磁同步电机故障诊断提供了一定的理论依据。     

电动车用永磁同步电机的转矩阶次特征分析

针对电动汽车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—永磁同步电机的转矩波动,首先通过转矩测量试验测得了电机24阶以内的动态、高阶转矩信号,分析与揭示了永磁同步电机转矩信号的阶次特性现象;为解释该试验现象,从理论上建立了一种考虑非正弦永磁磁场分布、开槽、时间谐波电流的永磁同步电机转矩波动数学模型,获得了谐波转矩的解析解,预测了转矩波动的阶次与频率,进而提出了试验测量动态、高阶转矩信号的转速判据。试验研究和理论研究表明：永磁同步电机的转矩具有明显的阶次波动特征,主要阶次有h-1、2（h-1）、6i+h-1、 6i-h+1阶（h∈N,且由变频器决定;i∈N）;h次时间谐波电流将单独引起h-1、2（h-1）阶的转矩波动,h次时间谐波电流、非正弦永磁磁场分布、开槽将共同引起6i+h-1、6i-h+1阶的转矩波动。     

匝间短路故障对永磁同步电机失磁影响的分析与研究

目的 研究不同相带第1匝发生短路故障对永磁电机失磁的影响。方法 利用有限元法, 在对电机的设计参数及绕组结构进行介绍的基础上, 运用ansoft软件建立了永磁电机模型, 并计算了不同故障类型对永磁电机的失磁影响; 提取了不同故障下, 永磁电机短路线圈的电流变化波形和磁密矢量分布图; 从绕组分布的2个不同方面,讨论了不同相带的第1匝发生短路故障时, 去磁磁场的大小、 失磁区域的大小和失磁区域分布之间的关系。结果 失磁区域的大小和分布与短路线圈的空间位置有关。结论 该研究结果可以作为判断短路线圈与永磁体失磁位置的依据, 也为永磁同步电机的设计提供了技术参考。     

基于经验模式分解的滚动轴承故障诊断方法

针对水泵电机轴承故障振动信号噪声大和非平稳性的特点,提出了基于经验模态分解的诊断方法;通过对原始信号进行经验模态分解,得到包含故障特征的固有模态分量,从而可以提取出故障频率.该方法应用于外圈、内圈和滚动体故障诊断,取得了很好效果.     

MCKD和RSSD在滚动轴承早期故障诊断中的应用

由于干扰噪声较强,共振稀疏分解在滚动轴承早期故障阶段并不能有效提取瞬态冲击成分。针对此问题提出基于最大相关峭度解卷积（Maxim Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD）和共振稀疏分解(Resonance Sparse Signal Decomposition,RSSD)相结合的故障特征提取方法。该方法首先利用MCKD对振动冲击信号进行处理,有效降噪并突出故障信号尖脉冲,然后使用共振稀疏分解将信号分解成包含谐波信号的高共振分量与包含瞬态冲击信号的低共振分量,最后利用包络功率谱根据低共振分量提取故障特征频率。通过仿真和试验验证了该方法可以准确提取故障特征频率,凸显故障特征。