(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011246555.6
(22)申请日 2020.11.10
(71)申请人 中国科学院宁波材料技术与工程研
究所
地址 315201 浙江省宁波市镇海区中官西
路1219号
(72)发明人 高云鹏 张驰 陈进华 王冬杰
蒋哲
(74)专利代理机构 杭州天勤知识产权代理有限
公司 33224
代理人 刘诚午
(51)Int.Cl.
H02P 29/50(2016.01)
H02P 23/04(2006.01)
(54)发明名称一种电机主动降噪的方法及系统(57)摘要本发明公开了一种电机主动降噪方法，包括：实时采集电机运行时的噪声；将所述噪声进行数据分析处理，得到运行时所述噪声的频谱特性，实时取得特征噪声的频率；运算生成与所述特征噪音的频率相同的噪声抑制信号，将所述噪声抑制信号叠加 输入到波形发生器中；实时调节波形发生器，输出所述噪声抑制信号的频率电流幅值与相位，经功率放大后输出到噪声抑制绕组；通过所述噪声抑制绕组生成与转子磁场相互作用的电磁力，产生与电机噪声相互抵消的振动，从噪声产生的源头进行控制，实现了电机的低噪声运行。本发明还公开了基于上述电机主动降噪方法的系统，可实现不同电机的全频段范围内的噪声抑制，
不局限于特定的高频噪声。权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 112311300 A 2021.02.02
C N 112311300
A
1.一种电机主动降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时采集电机运行时的噪声；
将所述噪声进行数据分析处理，得到运行时所述噪声的频谱特性，实时取得特征噪声的频率；
运算生成与所述特征噪音的频率相同的噪声抑制信号，将所述噪声抑制信号叠加输入到波形发生器；
实时调节波形发生器，输出所述噪声抑制信号的频率电流幅值与相位，经功率放大输出到噪声抑制绕组；
通过所述噪声抑制绕组生成与转子磁场相互作用的电磁力，产生与电机噪声相互抵消的振动，抑制电机的噪声。
2.根据权利要求1所述的电机主动降噪方法，其特征在于，所述实时采集的噪声还包括实时采集电机的振动。
3.根据权利要求1或2所述的电机主动降噪方法，其特征在于，所述对噪声进行数据分析处理，包括通过对所述噪声的时域信号进行短时傅里叶分解转化为频域信号，提取所述噪声的频率成分及对应的幅值大小，得到电机运行时的噪声频谱特性，实时取得所述特征噪声的频率。
4.根据权利要求1所述的电机主动降噪方法，其特征在于，所述的电机主动降噪的方法采用闭环噪声控制，通过PID的调节方式实时调节波形发生器。
5.一种采用1-4任一权利要求所述的电机主动降噪方法的电机主动降噪系统，包括以下模块：
噪声采集模块，用于实时采集电机运行时的噪声；
数据处理模块，将采集到的噪声通过短时傅里叶分解，得到电机运行时的噪声频谱特性，实时取得所述特征噪声的频率；
噪声抑制MCU和波形生成模块，通过对所述特征噪声的频率进行MCU运算控制波形生成模块输出噪声抑制信号；
功率放大模块，将所述噪声抑制信号进行功率放大后输出相应的电流；
噪声抑制绕组，通过所述电流形成与特征噪音相互抵消的振动，所述的噪声抑制绕组位于电机的定子槽内。 6.根据权利要求5所述的电机主动降噪系统，其特征在于，所述的噪声采集模块包括噪声信号传感器或振动信号传感器。
7.根据权利要求5所述的电机主动降噪系统，其特征在于，所述的数据处理模块包括DSP信号处理器。
8.根据权利要求5所述的电机主动降噪系统，其特征在于，所述的噪声抑制MCU和波形生成模块，包括噪声抑制MCU和所述噪声抑制MCU控制的波形生成器。
9.根据权利要求8所述的电机主动降噪系统，其特征在于，所述的功率放大模块包括功率放大器，通过对所述波形发生器产生的噪声抑制信号进行功率放大。
10.根据权利要求5所述的电机主动降噪系统，其特征在于，所述的噪声抑制绕组包括环绕于电机定子相邻的定子槽之间的电磁线。
权 利 要 求 书1/1页CN 112311300 A
一种电机主动降噪的方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机主动降噪的方法及系统。
背景技术
[0002]现阶段随着新能源汽车行业、航空航天和海洋装备研发等各方面的快速发展，对电机的噪声控制提出了越来越高的要求。当前电机大多采用PWM(脉宽调制)逆变器进行控制，其噪声频谱特征普遍存在与电机转频相关的倍频噪声线谱和与电力电子器件开关形成的开关噪声线谱成分。
[0003]目前噪声控制的主要方法有两种：通过控制电机本身谐波磁场大小的方式来抑制转频倍频线谱成分，例如优化电机转子磁场、电机极槽配合等；减小开关噪声，例如提高PWM 开关频率、随机PWM调制、增加滤波器等。
[0004]公开号为CN107070367A的说明书公开了一种电机主动降噪方法及系统，包括依据变流器的供电参数、变流器供电的电机的电机参数与所述参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的
对应关系；获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；根据当前供电参数、当前电机参数及对应关系确定电机当前产生的噪音；生成与电机当前产生的噪音的幅值及频率相同、相位相反的声音，以抵消电机当前产生的噪音。该发明主要针对变流器谐波对电机噪音的影响，从源头上进行降噪。但其使用到了发声机构，还需考虑所述发声机构的安装及维护。
[0005]公开号为CN106357054A的说明书公开了一种无外接滤波电感的抑制高频振动噪声的电机，其包括定子铁芯、定子主绕组、转子永磁体、转子铁芯和转轴；所述定子铁芯的内圆上开设有定子槽，相邻两所述定子槽之间形成定子齿；位于所述定子槽内设置有所述定子主绕组，所述转子永磁体安装在所述转子铁心上，所述转子铁心安装在所述转轴上，所述转轴通过轴承安装在机座上。所述的电机还包括定子滤波绕组；所述定子滤波绕组为在每个所述定子齿上绕制形成的线圈，各个所述定子滤波绕组相互独立。该发明采用定子槽内布置的滤波电感和电路板上的电容形成滤波振荡电路从而形成环流，产生高频磁场抑制主电路中的高频电流产生的磁场，主要针对电机开关噪声进行抑制。
[0006]公开号为CN105577059A的说明书公开了一种船用异步电机系统的噪声抑制方法，主要从抑制电机转矩波动的角度进行抑制电机噪声，对电机中主要噪声来源的径向磁场产生的噪声无太大作用。
[0007]公开号为CN103269197A的说明书公开了一种抑制低压大功率多相变频电机高频振动系统及方法，用两台三相控制器控制一台中性点隔离的双Y三相电机，通过调节两台控制器的高频谐波相位实现
高频振动噪声的抑制。后三种方法均是基于噪声被动抑制技术，无法保证不同运行工况下的噪声抑制效果。
发明内容
[0008]本发明的目的在于提供了一种电机主动降噪的方法，该方法针对电机全频段范围
内的噪声成分进行抑制，从而降低电机运行时产生的噪声。
[0009]一种电机主动降噪方法，包括：
[0010]实时采集电机运行时的噪声；
[0011]将所述噪声进行数据分析处理，得到运行时所述噪声的频谱特性，实时取得特征噪声的频率，所述特征噪声是指基于特征工程所选取的若干个噪声成分；
[0012]运算生成与所述特征噪音的频率相同的噪声抑制信号，将所述噪声抑制信号叠加输入到波形发生器中；
[0013]实时调节波形发生器，输出所述噪声抑制信号的频率电流幅值与相位，经功率放大后输出到噪声抑制绕组；
[0014]通过所述噪声抑制绕组生成与转子磁场相互作用的电磁力，产生与电机噪声相互抵消的振动，抑制电机的噪声。
[0015]实时采集电机运行时的噪声，经数据分析处理运算，产生噪声抑制信号的频率电流幅值与相位。通过功率放大，所述电流输入所述噪声抑制绕组，产生实时的电磁力，通过所述电磁力生成与电机噪声相互抵消的振动。
[0016]按照麦克斯韦定律，由气隙磁场产生并作用于定子铁芯的内表面单位面积上的径向电磁力数值和分布正比于磁通密度的平方，所述电磁力的大小由径向电磁力密度计算公式计算：
[0017]
[0018]式中b u、b v分别表示气隙中转子径向电磁力密度和定子电磁力密度，μ0为真空磁导率。
[0019]通过功率放大器实时调节所述噪声抑制绕组的电流大小和相位，就可以控制所述噪声抑制绕组产生力。所述电磁力作用在定子铁芯处，与电机的定子绕组产生的电磁力大小相同、频率相同、相位相反，从而抵消了噪声的振动，实现抑制噪声的目的。
[0020]所述实时采集的噪声既可以采集电机的实时噪声，也可以采集电机的实时振动，由于振动是产生噪声的根本原因，直接采集电机的实时振动的方法也可以实现本发明。[0021]所述对噪声进行数据分析处理，包括通过对所述噪声的时域信号进行短时傅里叶分解转化为频域信号，提取所述噪声的频率成分及对应的幅值大小，得到电机运行时的噪声频谱特性，实时取得所述特征噪声的频率。
[0022]所述的电机主动降噪的方法采用闭环噪声控制，实时监测电机噪声的频谱特性，针对需要抵消的特征噪声进行指向性抑制。所述闭环噪声控制包括采用PID实时调节波形发生器，保证所述噪声抑制绕组实时产生与所述特征噪声频率相同、相位相反的振动以减小或消除噪声。
[0023]如果通过功率放大后输出的电流产生的抑制噪声的相位没有与所述特征噪声反相，则导致电机输出的噪声增大。
[0024]采用实时采集、检测噪声，通过PID实时调节波形发生器，保证功率放大后输出的电流进入所述噪声抑制绕组可以产生抵消所述的特征噪声的振动，形成对噪声的闭合循环实时调节控制。
[0025]本发明还提供了一种电机主动降噪的系统，该电机主动降噪的系统采用上述的电
机主动降噪的方法，有效地降低了电机运行时产生的噪声。
[0026]一种电机主动降噪的系统，包括：
[0027]噪声采集模块，用于实时采集电机运行时的噪声；
[0028]数据处理模块，将采集到的噪声通过短时傅里叶分解，得到电机运行时的噪声频谱特性，实时取得所述特征噪声的频率；
[0029]噪声抑制MCU和波形生成模块，通过对所述特征噪声的频率进行MCU运算控制波形生成模块输出噪声抑制信号；
[0030]功率放大模块，将所述噪声抑制信号进行功率放大后输出相应的电流；
[0031]噪声抑制绕组，通过所述电流形成与特征噪音相互抵消的振动，所述的噪声抑制绕组位于电机的定子槽内。
[0032]所述的噪声采集模块包括噪声信号传感器或振动信号传感器，其中噪声信号传感器采集电机的实时噪声，例如麦克风、水听器等；振动信号传感器采集电机的实时振动，例如振动加速度计。所述的噪声采集模块用于噪声的实时采集，实现闭环噪声控制。[0033]优选地，所述的数据处理模块采用DSP信号处理器，通过短时傅里叶分解对采集的实时噪声进行信号处理。
[0034]所述噪声抑制MCU和波形生成模块，包括噪声抑制MCU和噪声抑制MCU控制的波形生成器；所述噪声抑制MCU对所述数据处理模块输出的信号进行计算，并控制波形生成器输出实时的噪声抑制信
号。
[0035]所述功率放大模块，包括功率放大器，通过对所述波形发生器产生的噪声抑制信号进行功率放大，输出到噪声抑制绕组。
[0036]所述噪声抑制绕组包括环绕于电机定子相邻的定子槽之间的电磁线，所述电磁线的线径与环绕圈数由电机的电磁特性和功率放大器输出电流决定。所述噪声抑制绕组环绕在定子槽内，从噪声产生的源头进行抑制。
[0037]电机运行时，信号传感器采集电机运行中的噪声，通过信号处理器对采集到的信号进行短时傅里叶分解，得到所述电机噪声的频谱特性；针对需要抑制的特征噪声，通过振动噪声控制MCU对波形发生器进行控制，使波形发生器产生特定频率叠加的噪声抑制信号；经功率放大器输入电流至噪声抑制绕组中；所述噪声抑制绕组形成特定的电磁力，与所述特征噪声的振动进行抵消，抑制所述电机的噪声。
[0038]相比现有技术，本发明的优点在于：
[0039]1、基于主动噪声控制技术，通过在电机定子铁芯槽内增加噪声抑制绕组，从噪声产生的源头进行噪声控制，从而实现电机的低噪声运行。
[0040]2、根据不同电机的固有频率特性对噪声抑制绕组的环绕圈数及布置方式进行调整，以实现针对不同电机的主动降噪；
[0041]3、通过特征信号的实时采集，实现电机的全频段范围内的噪声抑制，不局限于特定的高频噪声。
附图说明
[0042]图1为本发明电机主动降噪方法的流程示意图；
[0043]图2为本发明电机主动降噪系统的模块结构示意图；
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