电机中的振动和噪声控制策略制造技术

本发明专利技术涉及电机中的振动和噪声控制策略。具体地，公开了一种电机装置，该电机装置包括电机和电联接到所述电机的转换器。所述电机的构造产生所述电机中的第一振动分量，并且所述转换器产生所述电机中的第二振动分量。所述电机和所述转换器彼此被适配成使得所述第一振动分量和所述第二振动分量至少部分地相消干涉。进一步地，公开了相应的用于控制转换器或操作转换器的方法和计算机程序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及诸如发电机或电动机的电机领域。
技术介绍
电机中的特别是电机气隙中的麦克斯韦力根据电机的拓扑会产生外部结构例如转子或定子的高频(高达6000 Hz)振动。这会造成强烈的振动和噪声水平。J. Le Besnerais、V. Lanfranchi、Μ. Hecquet、P. Brochet 在 IEEE Trans on Ind. Elecj η 99，Aug 2009 上的一篇论文“Characterization and reduction of audible magnetic noise due to PWM supply in induction machines，，提及了主要来源于气隙径向麦克斯韦力的可听噪声，其中气隙径向麦克斯韦力在可听范围(磁噪声)内激励定子。分析显示，通过适当选择PWM开关频率，可避免PWM激励力的谐振和相应定子模式， 因而可减少磁噪声。然而，这种噪声减少处理了谐振问题，但还是没能处理强迫振动。鉴于上述情况，需要一种改进的技术，其能够提供有效的电机，同时基本上避免或至少减少一个或更多上述问题。
技术实现思路
这一需求可通过独立权利要求的主题得以实现。本申请公开主题的有利实施例通过各从属权利要求进行描述。根据本专利技术的第一方面，提供了一种包括电机的电机装置，其中所述电机具有产生所述电机中的第一振动分量的构造。进一步地，所述电机装置包括用于转换电力的转换器，所述转换器被电联接到所述电机。所述转换器产生所述电机中的第二振动分量。进一步地，所述电机和所述转换器的构造彼此被适配成使得所述第一振动分量和所述第二振动分量至少部分地发生相消干涉。本专利技术的该方面基于下述思想如果由所述电机的构造产生的主要振动分量被来源于电联接到所述电机的转换器的振动分量至少部分地抵消(或者反之亦然)，则振动因而由电机产生的整体噪声水平可被降低。降低的噪声水平可提供更大的声舒适度，并可减少与强烈振动相关的问题，例如材料疲劳。一般地，在此，术语“电机的构造”可指的是电机的几何结构(例如，磁极、槽、绕组的构造)至材料结构(例如，用于构造电机的材料)等待。根据第一方面的实施例，所述第一振动分来分量为磁力振动。在此，术语“磁力振动”表示由于电机中的磁力引起的振动。根据进一步的实施例，所述第二振动分量为磁力振动。因而，根据一个实施例，所述第一振动分量和/或所述第二振动分量为磁力振动。例如，在实施例中，磁力为麦克斯韦力。根据一个实施例，术语“所述电机和所述转换器的构造彼此适应”包括使所述转换器适应于所述电机。根据另一实施例，所引用的术语包括改变所述电机和所述转换器。根据一个实施例，所述电机包括转子、定子和在所述转子与所述定子之间的气隙。在此情况下，根据一个实施例，所述第一振动分量由沿着所述电机的所述气隙的磁阻变化或与基波电流联系的其他谐波产生，特别地包括转子和定子mmf空间谐波的相互作用。根据一个实施例，所述第一振动分量由于与基波电流联系的麦克斯韦力产生。这种麦克斯韦力在对所述电机供应非正弦电流时保持不变。因而，这种麦克斯韦力和合成的谐波读克斯韦力谐波)包括由气隙磁阻空间谐波产生的所有力谐波，其例如受到磁体形状、极数量、槽形状和数量的至少一个影响，并包括由转子和定子磁通势(mmf)空间谐波形成的力谐波。根据一个实施例，用于相消干涉的所述第一振动分量是在所有其他第一振动分量中，即由于所述电机的构造引起的振动分量中具有最大振幅的振动分量。然而，根据其他实施例，可使用其他第一振动分量。例如，根据各实施例，所述第一振动分量由于下述中的至少一个引起 (i)由于槽中的定子和转子的离散化引起的磁通势(mmf)谐波；( )由于开槽效应引起的气隙磁导谐波；(iii)由于饱和效应引起的气隙磁导谐波；(iv)由于动态和偏心效应引起的气隙磁导谐波。所有这些谐波被包括在本文所用术语“开槽谐波”或与基波电流联系的谐波中。根据进一步的实施例，所述第二振动分量由所述转换器的脉宽调制(PWM)操作产生。脉宽调制经常与变速电机结合使用，并特别地与发电机和电动机结合使用。将诸如发电机或电动机的电机与因脉宽调制增大时间谐波的转换器联接，可导致强烈的振动和噪声水平。根据进一步的实施例，所述转换器被配置为利用调谐的开关频率产生用于所述脉宽调制操作的脉冲，使得所述第二振动分量的一个频率等于所述第一振动分量的一个频率。例如，根据进一步的实施例，所述转换器被配置为利用使PWM电流谐波频率中的一个等于所述第一振动分量的频率(PWM和载波频率的模式，也被称为开关频率，根据电压谐波频率和振幅作用于电压光谱，并随后同样根据频率和振幅作用于电机中的电流光谱)的频率产生用于所述脉宽调制操作的脉冲。例如，根据一个实施例，所述电机和所述转换器被适应，使得最强PWM振动的频率与由于基波电流引起的振动的频率，即实施例中的开槽振动的频率相匹配。根据一个实施例，为了在所述第一振动分量与所述第二振动分量之间产生相消干涉，振动必须反相，即相移大约180°。根据进一步的实施例，所述第一振动分量具有0或2p的空间频率(空间级数，为了简便起见在下文中表示为“阶(或称级数)”)，其中P为所述电机的极对的数量。在实施例中，最大脉宽调制(PWM)激励为O和2p阶，其中P为上述提到的极对的数量。因而，对于来源于所述电机的几何构造的最大振动，例如开槽振动具有0或2p阶的电机而言，因此，通过调节PWM电流谐波的频率和相位角可以形成相消干涉。在示例性实施例中，频率和/或相位角的调节由PWM载波的相应调节执行。根据一个实施例，所述第一振动分量与所述第二振动分量之间的相移由所述电机装置的几何和电参数预先固定地确定(即，在操作期间不修改)。例如，根据一个实施例，所述电机装置并不包括用于调节相移的有源控制回路，因而独立于该有源控制回路。最佳相移，例如根据一个实施例可以通过模拟获得。根据其他实施例，最佳相移用实验方法获得。为了获得有效的相消干涉，除了上述提及的频率匹配和所述第一振动分量与所述第二振动分量之间的反相位角，在实施例中需要空间级数匹配，其中所述第一振动分量的空间级数(空间频率)与所述第二振动分量的空间级数匹配。根据一个实施例，所述电机为自然提供空间级数匹配的同步电机。根据其他实施例，所述电机为异步电机，例如感应电机，其中空间级数匹配在设计阶段通过适当选择电机的槽数量和极数量而获得。根据进一步的实施例，所述电机和所述转换器彼此被适配成使得所述第一振动分量和所述第二振动分量的波形至少类似或相同。根据一个实施例，所述第一振动分量与所述第二振动分量之间至少部分的相消干涉使得至少一个振动分量被衰减至少20%，即，与没有相消干涉的情况相比，该至少一个振动分量的合成振幅被减少至少20%。根据其他实施例，衰减至少为30%或至少为50%。百分比与线性标度有关。根据本申请公开主题的第二方面，提供一种方法，该方法包括使电机和电联接到所述电机的转换器彼此被适配成使得由所述电机的构造产生的第一振动分量和由所述转换器产生的第二振动分量至少部分地发生相消干涉。根据第二方面的各实施例，所述电机、所述转换器和/或所述电机与所述转换器的彼此适应根据第一方面的各实施例和各示例被构造。根据本申请公开主题的第三方面，提供一种操作转换器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种电机装置（１００），包括：电机（１０１）；所述电机（１０１）具有产生所述电机（１０１）中的第一振动分量的构造；用于转换电力的转换器（１０８），所述转换器被电联接到所述电机（１０１）；所述转换器（１０８）产生所述电机（１０１）中的第二振动分量；其中，所述电机（１０１）和所述转换器（１０８）的构造彼此被适配成使得所述第一振动分量和所述第二振动分量至少部分地相消干涉。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JL贝纳雷，
申请(专利权)人：JL贝纳雷，
类型：发明
国别省市：DE