电机转子的变形测量方法及系统、存储介质

技术领域

本申请涉及电机控制技术，尤其涉及一种电机转子的变形测量方法及系统、存储介质。

背景技术

由于高速永磁电机具有功率密度高、工作效率高、体积重量小、动态响应快等优势，所以，其在新能源汽车驱动电机领域受到广泛重视。然而，由于对功率密度的极致追求，驱动电机的转速迅速提高，从而导致高速电机出现有效散热面积小、散热困难等问题，进而导致电机在高速高温环境下因巨大离心力和热膨胀等因素产生转子发生明显变形的问题。而变形量过大，将会大幅增加电机的扫膛风险，从而危害电机的安全运行。因此，测量电机转子在高速高温环境下的变形量是有必要的。

发明内容

有鉴于此，本申请提供的电机转子的变形测量方法及系统、介质，能够实现转子在旋转过程中的实时变形量的测量。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种电机转子的变形测量方法，所述方法包括：利用四个位移传感器，测量转子在旋转过程中表面分别与所述四个位移传感器的距离；其中，所述四个位移传感器均匀分布在O点的正交方向上，所述O点是指所述转子处于静止状态下且未发生变形时的圆心；根据所述转子处于静止状态下且未发生变形时的第一半径、所述转子处于静止状态下且未发生变形时表面与所述四个位移传感器的距离以及测量得到的所述距离，确定所述转子在旋转过程中的第二半径；根据所述第一半径和所述第二半径，确定所述转子在旋转过程中的变形量。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种电机转子的变形测量系统，所述系统包括：四个位移传感器和处理器；其中，所述四个位移传感器均匀分布在O点的正交方向上，所述O点是指转子处于静止状态下且未发生变形时的圆心；所述四个位移传感器，用于测量所述转子在旋转过程中表面分别与所述四个位移传感器的距离；所述处理器，用于根据所述转子处于静止状态下且未发生变形时的第一半径、所述转子处于静止状态下且未发生变形时表面与所述四个位移传感器的距离以及测量得到的所述距离，确定所述转子在旋转过程中的第二半径；以及根据所述第一半径和所述第二半径，确定所述转子在旋转过程中的变形量。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例提供的所述的方法。

在本申请实施例中，提供一种电机转子的变形测量方法，通过在两个正交方向上均匀布置的四个位移传感器，测量转子在旋转过程中的振动位移(即旋转的转子表面与位移传感器的距离)，基于此实现对转子变形量的实时测量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

图1为本申请实施例提供的一种电机转子的变形测量系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电机转子的变形测量的实现流程示意图；

图3为本申请实施例中位移传感器的分布图，转子实时变形计算示意图；

图4为本申请实施例中位移传感器的分布图，转子实时变形计算示意图；

图5为本申请实施例中沿任一径向方向都对称的转子结构示意图；

图6为本申请实施例中沿任一径向方向并非都都对称的转子结构示意图；

图7为本申请实施例中转子沿径向非均匀变形时的变形量曲线示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”、“本实施例”、“本申请实施例”以及举例等等，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

本申请实施例中出现的“第一、第二、第三”等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本申请实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本申请实施例的任何限制。

可以理解，电机转子在高速运行中如果变形量过大，将会大幅增加电机的扫膛风险，从而危害电机的安全运行。因此，对电机在高速高温环境下的变形规律和影响因素进行研究，并开展试验验证工作是十分必要的。

在相关方案中，测试高速电机或高速旋转机械转子变形的方法主要为塑性变形观测法，控制转子在高转速下运行，待转子发生肉眼可见的明显塑性变形时停止运行，并记录此时的转子转速作为电机的最高设计转速。使用塑性变形观测法主要存在以下不足：

(1)难以获取不同转速下转子在运行过程中的实时变形量，且存在较大的安全风险。

(2)难以测量转子在高温、负载或冲击等复杂运行条件下的实时变形量，无法对高速电机转子的强度设计提供有效验证手段。

基于上述分析，本申请实施例提供一种电机转子的变形测量系统，图1为本申请实施例提供的电机转子的变形测量系统的结构示意图，如图1所示，电机转子的变形测量系统10包括四个位移传感器101、102、103和104和处理器105；其中，四个位移传感器101、102、103和104均匀分布在O点的正交方向上，所述O点是指转子处于静止状态下且未发生变形时的圆心，即图1所示的虚线圆106的圆心，虚线圆106是指处于静止状态下且未发生变形时的转子示意图；

四个位移传感器101、102、103和104用于测量在旋转过程中的转子(即图1所示的实线圆107)的表面分别与其的距离，即图1所示的h

处理器105，用于根据转子处于静止状态下且未发生变形时的第一半径R

在实施的过程中，四个位移传感器101、102、103和104可以为电涡流位移传感器或激光位移传感器等具有精度高、灵敏度高、采样速度快和线性测量范围宽等优势的非接触位移传感器，处理器105可以为AI加速引擎(如NPU等)、GPU、中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)等等。

基于上述变形测量系统10，本申请实施例提供一种电机转子的变形测量方法，图2为本申请实施例提供的电机转子的变形测量方法的实现流程示意图，如图2所示，该方法可以包括以下步骤201至步骤203：

步骤201，利用四个位移传感器，测量转子在旋转过程中表面分别与所述四个位移传感器的距离；其中，所述四个位移传感器均匀分布在O点的正交方向上，所述O点是指所述转子处于静止状态下且未发生变形时的圆心；

步骤202，根据所述转子处于静止状态下且未发生变形时的第一半径、所述转子处于静止状态下且未发生变形时表面与所述四个位移传感器的距离以及测量得到的所述距离，确定所述转子在旋转过程中的第二半径；

步骤203，根据所述第一半径和所述第二半径，确定所述转子在旋转过程中的变形量。

在本申请实施例中，提供一种电机转子的变形测量方法，在该方法中，通过在两个正交方向上均匀布置的四个位移传感器，测量转子在旋转过程中的振动位移(即旋转的转子表面与位移传感器的距离)，基于此实现对转子变形量的实时测量。

本申请实施例提供的电机转子的变形测量方法能够实现转子在旋转过程中的变形量的实时测量/在线测量，一方面，相比于塑性变形观测法，安全风险较小，有益于便捷地获取不同转速下转子在运行过程中的实时变形量；另一方面，本申请实施例提供的变形测量方法是一种在线测量方法，即在转子高速运行的过程中无需停止运行即可实现测量，因此，有益于测量转子在高温、负载或冲击等复杂运行条件下的实时变形量，从而为高速电机转子的强度设计提供有效验证手段；又一方面，该方法还有益于实现对转子健康状态的在线监测和故障诊断。

以下分别对上述各个步骤的进一步的可选的实施方式以及相关名词等进行说明。

在步骤201中，利用四个位移传感器，测量转子在旋转过程中表面分别与所述四个位移传感器的距离；其中，所述四个位移传感器均匀分布在O点的正交方向上，所述O点是指所述转子处于静止状态下且未发生变形时的圆心。

在本申请实施例中，对于位移传感器不做限定，可以为电涡流位移传感器，也可以为激光位移传感器，或者其他具有精度高、灵敏度高、采样速度快和线性测量范围宽等优势的非接触式位移传感器。

可以理解，在本申请实施例中，四个位移传感器与静止状态且未发生变形时的转子表面的距离均大于0，即该四个位移传感器为非接触式的位移传感器。在本申请实施例中，对四个位移传感器与O点的距离的关系不做限定，即h

在一些实施例中，如图3所示(其中处理器105未示出)，四个位移传感器101至104均匀分布在距离O点不同长度的正交方向上，即，h

在另一些实施例中，如图4所示(其中处理器105未示出)，四个位移传感器101至104均匀分布在距离O点相同长度的正交方向上，即h

可以理解，四个位移传感器101至104与O点的距离相同，如此，一方面，有益于简化转子在旋转过程中的变形量的计算方式，从而节约计算开销；另一方面，设置四个位移传感器101至104与O点的距离相同，有益于提高变形量的测量精度。

在一种可能的实现方式中，在电机转子的周围设置一个支架，四个位移传感器均固定在支架上且均匀分布在O点的正交方向上，其中四个位移传感器的探头对准转子表面。在一些实施例中，利用所述四个位移传感器，在同一时刻测量所述转子在旋转过程中表面分别与所述四个位移传感器的距离。

在本申请实施例中，测量同一时刻述转子在旋转过程中表面分别与四个位移传感器的距离，即采用实时测量的方式，能够获取当前时刻的上述的距离，基于此，得到的转子在旋转过程中的第二半径更为准确，进而有益于获得更精确的变形量。在步骤202中，根据所述转子处于静止状态下且未发生变形时的第一半径、所述转子处于静止状态下且未发生变形时表面与所述四个位移传感器的距离以及测量得到的所述距离，确定所述转子在旋转过程中的第二半径；

对于图3所示的位移传感器与转子的位置关系而言，在一些实施例中，可以这样实现步骤202：根据如下公式(1)，确定所述转子在旋转过程中的第二半径：

其中，R

需要说明的是，R

具体地，如图3所示，图3中虚线圆表示处于静止状态下未发生变形时的转子轮廓，其圆心为O，半径为R

联合式(2)和式(3)得

联合式(4)和式(5)得

由式(2)得转子变形后的半径R

将式(6)和式(7)代入式(8)中得

需要说明的是，对于确定第二半径的计算方法不做限定，可以先确定x和y，然后带入公式(8)计算得到第二半径，也可以直接使用公式(9)得到第二半径。总之，使用上述公式中的一个或多个公式的组合获得转子在旋转过程中的变形量，都属于本申请的保护范围。

而对于图4所示的位移传感器与转子的位置关系而言，在一些实施例中，可以这样实现步骤202：根据如下公式(10)，确定所述转子在旋转过程中的第二半径：

其中，R

需要说明的是，R

具体地，如图4所示，图4中虚线圆表示处于静止状态下未发生变形时的转子轮廓，其圆心为O，半径为R

联合式(11)和式(12)得

联合式(13)和式(14)得

由式(11)得转子变形后的半径R

将式(15)和式(16)代入式(17)中得

需要说明的是，对于确定第二半径的计算方法不做限定，可以先确定x和y，然后带入公式(17)计算得到第二半径，也可以直接使用公式(18)得到第二半径。总之，使用上述公式中的一个或多个公式的组合获得转子在旋转过程中的变形量，都属于本申请的保护范围。

在步骤203中，根据所述第一半径和所述第二半径，确定所述转子在旋转过程中的变形量。

具体地，在一些实施例中，可以这样实现步骤203：根据所述第一半径与所述第二半径的差值，确定所述转子在旋转过程中的变形量。

示例性地，对于图3所示的位移传感器与转子的位置关系而言，在一些实施例中，可以根据如下公式(19)，计算转子在旋转过程中的变形量δ：

示例性地，对于图4所示的位移传感器与转子的位置关系而言，在一些实施例中，可以根据如下公式(20)，计算转子在旋转过程中的变形量δ：

下面将说明本申请实施例在一个实际的应用场景中的示例性应用。

在本申请实施例中，提供一种高速电机电机转子在实际运行过程中的实时变形测量方法，并给出一种由在正交方向上分布的四个非接触式位移传感器与处理器组成的测量系统。测量系统中四个非接触式位移传感器均匀分布在距O点相同长度的正交方向上，如图4所示，图4中虚线圆表示处于静止状态下未发生变形时的转子轮廓(此处的转子轮廓可以理解为前文中的处于静止状态下且未发生变形时的转子)，其圆心为O，半径为R

联合式(21)和式(22)得

联合式(23)和式(24)得

由式(21)得转子变形后的半径R

将式(25)和式(26)代入式(27)中得

于是，转子的实时变形量δ可表示为

需要说明的是，h

如果电机转子结构沿其任一径向方向均对称(例如图5所示的实心转子501或表贴式永磁同步电机转子502等转子结构)，则可以认为转子沿径向方向发生均匀变形，变形后的转子轮廓仍为一个圆，变形量δ基本上是一个常量。

而如果转子结构沿其任意径向方向并非都对称(例如图6所示的一型602和V型601等内置式永磁同步电机转子结构)，或转子结构沿其任意径向方向均对称但在转子材料分布或热变形不均匀、安装不完全对称等，则转子沿径向方向并非均匀变形，变形后的转子轮廓不是一个圆，变形量δ是一条如图7所示的随时间变化的曲线。曲线上变形值δ

在本申请实施例中，在两个正交方向均匀布置四个非接触式位移传感器组成一个位移测量系统，测量转子在高速旋转过程中的四个振动距离h

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等；或者，将不同实施例中步骤组合为新的技术方案。

以上测量系统实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请测量系统实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得测量系统执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的方法中的步骤。

本申请实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法实施例提供的方法中的步骤。

这里需要指出的是：以上存储介质和设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请存储介质、存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如对象A和/或对象B，可以表示：单独存在对象A，同时存在对象A和对象B，单独存在对象B这三种情况。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本申请上述测量系统如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得测量系统执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。本申请所提供的几个方法测量系统实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例测量系统实施例。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。