CN110557079A - 基于马达运转区域的随机脉冲宽度调制 - Google Patents

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Abstract

本公开提供“基于马达运转区域的随机脉冲宽度调制”。一种车辆包括：牵引马达，其具有谐振频率区域；逆变器，其包括布置成驱动所述牵引马达的开关；和控制器。所述控制器仅在指定的载波频率组内操作所述开关，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述谐振频率区域之外。

Description

基于马达运转区域的随机脉冲宽度调制
技术领域
本公开涉及对机动车辆电动马达的控制。
技术背景
混合动力电动车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV)可以依靠牵引电池来为牵引马达供电以用于推进，并且在其间的功率逆变器将直流(DC)功率转换成交流(AC)功率。典型的AC牵引马达是由三个正弦信号供电的三相马达，每一个正弦信号用120度相分离进行驱动，但是其他配置也是可能的。
虽然在混合动力车辆中使用牵引马达可以相对于常规的内燃发动机车辆改善燃料经济性和排放性能，但是它们可能产生不希望的噪声。一个噪声源来自开关功率转换器的脉冲宽度调制(PWM)。尽管可以改变PWM载波频率，使得窄带噪声转换成较低幅度的宽带噪声，但是这可能增加所产生的机电扭矩/力激励系统谐振频率的可能性，这可能导致声学发射的瞬间增加。
发明内容
一种车辆包括：牵引马达；逆变器，其包括布置成驱动所述牵引马达的开关；和控制器。所述控制器仅在指定的载波频率组内操作所述开关，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述牵引马达的谐振频率区域之外。
一种车辆控制系统包括控制器，所述控制器操作布置成仅在指定的载波频率组内驱动牵引马达的逆变器的开关，所述指定的载波频率组取决于所述牵引马达的转速，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述牵引马达的谐振频率区域之外。
一种用于操作牵引马达的方法包括通过控制器操作布置成仅在指定的载波频率组内驱动所述牵引马达的逆变器的开关，所述指定的载波频率组取决于所述牵引马达的转速，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述牵引马达的谐振频率区域之外。
附图说明
图1是展现声学噪声主要频率(马达转速与频率)的曲线图。
图2是示出基于运转区域的随机PWM(RPWM)设计的示例的表。
图3是示出系统谐振频率(马达转速与频率)的示例的曲线图。
图4A和图4B是示出用于谐振避免的基于运转区域的RPWM设计的示例的曲线图。
图5是车辆的示意图。
具体实施方式
本文描述了本公开的各种实施例。然而，所公开的实施例仅仅是示例性的，并且其他实施例可以采用未明确示出或描述的各种形式和替换形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域普通技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考任何一个附图示出并描述的各个特征可以组合一个或多个其他附图中示出的特征以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实现方式，可能需要与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改。
引言
牵引马达发出的噪声带来了新的挑战。当马达由脉冲宽度调制(PWM)或方波供电时，一个声学噪声源来自电磁相互作用。降低噪声的常用方法是改变PWM载波频率，使得窄带噪声转换成宽带噪声。(随机PWM(RPWM)因其实现方式简单而被广泛使用。)问题是频域的宽范围可能激发系统谐振频率，增加声学噪声和振动。
人耳听不见的高PWM载波频率可以用于避免谐振频率并降低声学噪声。然而，由于逆变器硬件加热限制、逆变器开关损耗和电动干扰问题，高载波频率可能是不可行的。在此，提出基于马达运转区域的RPWM用于谐振频率避免和系统性能改进。
声学噪声边带频率
本章节描述了声学噪声边带频率，其进一步应用于选择PWM载波频率，以用于后面章节中的谐振避免。对于利用PWM控件的转换器馈电电源，3相线间电压或3相电流的主要电谐波fk可以表示为
fk＝fc±(2×n)×fe (1)
fk＝2*fc±(2×m-1)×fe (2)
其中n＝1、2，并且m＝1、3。m＝2处的谐波在平衡的3相线间电压中被抵消。fc是PWM转换器载波频率，且fe是计算为以下项的调制信号基频
fe＝(马达转速[rpm])/60)×极对 (3)
其中此示例中的极对等于4。
所有马达相的瞬时伏安之和的频谱是对声学发射频谱的模拟。频谱可以经由完善的分析和模拟技术确定。使用这些方法，可以识别每个潜在马达转速下最重要的频率分量。
功率＝ia*ua+ib*ub+ic*uc＝ib*uba+ic*uca... (4)
其中功率是马达的输入功率，ii是相电流，ui是相电压，并且uij是线间电压。
从方程式(1)，功率或声学发射的主要频率分量由电流基频和电压第二谐波，或者电压基频和电流第二谐波形成。因此，主要声学噪声频率为fn为
fn＝fc±(3×fe) (5)
从方程式(2)，主要声学噪声频率为
fn＝2×fc (6)
使用具有4个极对的内置式永磁同步机(IPMSM)对方程式(5)和(6)进行验证，如图1所示。使用具有4.75kHz固定载波频率的PWM，并且马达在50Nm下运行，转速从0增加到8000rpm。
基于区域的RPWM
可以开发一种新颖的基于区域的RPWM方案，其中马达转速和扭矩的运转范围被分成多个区域。为每个区域分配一组载波频率。使用基于马达运转区域的RPWM技术的可能优点是实现优化设计，因为在马达转速和扭矩运转绘图中不同区域之间不存在相互作用。RPWM是指任何类型的随机PWM，诸如离散随机PWM、连续随机PWM、伪随机PWM等。
图2示出了基于马达运转区域的RPWM设计，其中单元内容(1、2)代表包含PWM载波频率组(fc1i和fc2i)的马达运转区域。例如，对于离散的RPWM或伪RPWM，区域1包含3kHz、3.51kHz、4.2kHz的载波频率，并且区域2包含4.9kHz、5.5kHz、6.2kHz的载波频率。对于连续的RPWM，区域1包含(3.6kHz+rand())×1kHz的载波频率，并且区域2包含(5kHz+rand())×0.75kHz的载波频率，其中rand()从-1到1中生成随机数。
用于谐振避免的载波频率选择
可以通过经由功率转换器注入大的宽带电流(诸如扫描正弦或随机信号)并测量振动和/或声学发射来检测动力传动系和/或车辆的结构谐振。在不同的方法中，所测量的振动和/或声音的频谱分析将揭示具有对激励的增加响应的频率。在图3中示出这种分析，其中应用了载波频率为4.75kHz+/-2kHz的RPWM，并且马达在50Nm下运行，转速从0增加到8000rpm。在2.2kHz和5.5kHz处出现的峰值dB值周围识别出两个谐振频率区域。定义边界(由竖直的粗虚线指示)的频率值包含峰值dB值周围±10％的dB下降。当然，其他边界频率值可以用作设计要求规定。例如，边界值可以被识别为对应于峰值dB值的频率的百分比差(例如，15％)等。
如方程式(5)和(6)所示，主要声学噪声频率是马达转速和PWM载波频率的函数。为了避免激励开关噪声，选择PWM载波频率，使得噪声边带NSB不落入谐振频率区域：
NSB＝fci±3*fe (7)
图4A和图4B示出了载波频率选择的方法，其中基于马达转速选择了两个区域。选择了载波频率fc1i和fc2i，使得噪声边带(fc1i±3*fe和fc2i±3*fe)不落入由竖直的粗虚线识别的谐振区域，以避免放大声学噪声。在区域1处，选择较小的载波频率以减少开关损耗。在区域2中，图4A有利于开关损耗降低，并且图4B有利于谐波降低。
方程式(7)揭示了与大约3.85kHz的载波频率相关联的噪声边带将避免马达转速小于约3500rpm的结构谐振区域。因为根据方程式(3)，fe随着马达转速的增加而增加，所以噪声边带将遇到马达转速大于约3500rpm的两个结构谐振区域。因此，在该示例中将区域1与区域2分离的马达转速选择为3500rpm。可以根据噪声边带和结构谐振区域之间的所需分离来选择较低的马达转速。例如，可以指定在结构谐振区域的边界和对应的噪声边带的最大值之间存在至少300Hz等。
方程式(7)还揭示了与大约为5.5kHz和8.3kHz的载波频率相关联的噪声边带将避免马达转速大于约3500rpm的结构谐振区域。这在图4A和图4B的示例中，对于马达转速小于3500rpm，驱动马达的逆变器的开关的载波频率将大约为3.85kHz，并且对于马达转速大于3500rpm，所述载波频率将大约为5.5kHz或8.3kHz。
总之，提出了一种新颖的基于区域的RPWM方案，其中马达扭矩和转速运转绘图被分成多个区域，并且在每个区域处选择最佳PWM载波频率以实现系统优化，诸如谐振避免、燃料经济性改进、逆变器加热减少以及电磁干扰减少。此外，导出声学开关噪声频率并提出PWM载波频率选择方法，以避免激励车辆系统结构谐振。
上面讨论的控制技术可以在车辆的模块内实现。例如，图5描绘了具有这种模块的电动化车辆10。电动化车辆10包括机械耦接到混合动力变速器14的一个或多个电机12。电机12可以作为马达或发电机运行。另外，混合动力变速器14机械地耦接到发动机16和驱动轴18，所述驱动轴18机械地耦接到车轮20。
牵引电池或电池组22存储可以由电机12使用的能量。车辆电池组22可以提供高压直流(DC)输出。牵引电池22可以电气耦合到一个或多个电力电子模块24。一个或多个接触器26还可以在断开时将牵引电池22与其他部件隔离并且在闭合时将牵引电池22连接到其他部件。电力电子模块24包括具有开关的逆变器，所述开关布置成利用来自牵引电池22的电力驱动电机12。因此，电力电子模块24提供在牵引电池22和电机12之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池22可以提供DC电压，而电机12可以利用交流(AC)操作以起作用。电力电子模块24可以将DC电压转换成AC电流以操作电机12。在再生模式中，电力电子模块24可以将来自充当发电机的电机12的AC电流转换成与牵引电池22相兼容的DC电压。
车辆10可以包括电气耦合在牵引电池22和电力电子模块24之间的可变电压转换器(VVC)(未示出)。VVC可以是DC/DC升压转换器，所述DC/DC升压转换器被配置成增加或升高由牵引电池22提供的电压。通过增加电压，可以降低电流要求，从而导致电力电子模块24和电机12的布线大小减小。此外，电机12可以以更好的效率和更低的损耗操作。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池22还可以提供用于其他车辆电气系统的能量。车辆10可以包括DC/DC转换器模块40，所述DC/DC转换器模块将牵引电池22的高压DC输出转换成与低压车辆负载29兼容的低压DC电源。DC/DC转换器模块28的输出可以电气耦合到辅助电池30(例如，12V电池)，以用于对辅助电池30充电。低压系统可以电气耦合到辅助电池30。一个或多个电气负载32可以耦合到高压总线。电气负载32可以具有相关联的控制器，所述控制器在适当时操作和控制电气负载32。电气负载32的示例可以包括风扇、电加热元件和/或空气调节压缩机。
在某些配置中，电动化车辆10可以被配置成从外部电源34对牵引电池22再充电。外部电源34可以是到电源插座的连接件。外部电源34可以电气耦合到充电器或电动车辆供电装备(EVSE)36。外部电源34可以是由电力公司提供的配电网络或输电网。EVSE 36可以提供用于调节和管理电源34和车辆10之间的能量传输的电路和控件。外部电源34可以向EVSE36提供DC或AC电力。EVSE 36可以具有用于插入车辆10的充电端口40中的充电连接器38。充电端口40可以是被配置成将电力从EVSE 36传输到车辆10的任何类型的端口。EVSE连接器38可以具有与充电端口40的对应凹口配合的引脚。可替代地，被描述为电气耦合或连接的各种部件可以使用无线电感耦合件来传输电力。
在一些配置中，电动化车辆10可以被配置成向外部负载提供电力。例如，电动化车辆可以被配置成作为备用发电机或电源插座操作。在这种应用中，负载可以连接到EVSE连接器38或其他插座。电动化车辆10可以被配置成将电力返回到电源34。例如，电动化车辆10可以被配置成向电网提供交流(AC)电力。由电动化车辆供应的电压可以与电力线同步。
车辆10中的电子模块可以经由一种或多种车辆网络进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线，诸如控制器局域网(CAN)。车辆网络的信道中的一个可以包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802系列标准定义的以太网网络。车辆网络的额外信道可以包括模块之间的离散连接并且可以包括来自辅助电池30的电力信号。可以通过车辆网络的不同信道传输不同的信号。例如，视频信号可以通过高速信道(例如，以太网)传输，而控制信号可以通过CAN或离散信号传输。车辆网络可以包括有助于在模块之间传输信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未示出，但是可以暗含车辆网络可以连接到车辆10中存在的任何电子模块。可以存在车辆系统控制器(VSC)42以协调各种部件的操作。
车辆10还包括DC/DC转换器模块28，以用于将高压总线的电压转换成适合于辅助电池30和低压负载29(例如，约12伏特)的电压电平。车辆10还可以包括额外的开关、接触器和电路，以选择性地选择牵引电池22到DC/DC转换器28之间的功率流。
一个或多个控制器42可以与车辆10的各种模块(包括电力电子模块24)通信和/或对其进行命令。因此，对于马达转速小于3500rpm，一个或多个控制器42可以命令电力电子模块24的逆变器的开关在约3.85kHz的载波频率下操作，并且对于马达转速大于3500rpm，在约5.5kHz或8.3kHz的载波频率下操作，以避免噪声运行。
所公开的过程、方法、逻辑或策略可以被传送到处理装置、控制器或计算机和/或通过处理装置、控制器或计算机来实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述过程、方法、逻辑或策略可以以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于持久地存储在各种类型的制品上的信息，所述制品可以包括持久性不可写存储介质(诸如ROM装置)；以及可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、CD、RAM装置以及其他磁介质和光学介质)上的信息。所述过程、方法、逻辑或策略也可以在软件可执行对象中实现。可替代地，它们可以使用合适的硬件部件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置)或者硬件、软件和固件部件的组合被整体或部分地实现。
在说明书中使用的词语是描述词语而非限制词语，并且应当理解，可以在不脱离公开内容和权利要求的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所描述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的其他实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个所期望的特性方面相较其他实施例或现有技术实现方式来说提供优点或是优选的，但是本领域的普通技术人员将认识到，一个或多个特征或特性可以折衷以实现所期望的总体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维修性、重量、可制造性、易组装性等。同样，被描述为就一个或多个特性方面相较其他实施例或现有技术实现方式来说不太期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用来说可能是期望的。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：牵引马达，其具有谐振频率区域；逆变器，其包括布置成驱动所述牵引马达的开关；和控制器，其被配置成仅在指定的载波频率组内操作所述开关，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述谐振频率区域之外。
根据实施例，所述指定的组取决于所述牵引马达的转速。
根据实施例，所述载波频率的至少一些落在所述谐振频率区域之内。
根据实施例，所述噪声边带的频率随着所述牵引马达的转速变化而变化。
根据实施例，所述噪声边带的频率是所述牵引马达的转速的函数。
根据实施例，所述噪声边带的频率由调制信号基频限定。
根据实施例，所述调制信号基频是所述牵引马达的转速的函数。
根据本发明，提供了一种车辆控制系统，所述车辆控制系统具有控制器，其被配置成操作逆变器的开关，所述开关布置成仅在指定的载波频率组内驱动牵引马达，所述指定的载波频率组取决于所述牵引马达的转速，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述牵引马达的谐振频率区域之外。
根据实施例，所述载波频率的至少一些落在所述谐振频率区域之内。
根据实施例，所述噪声边带的频率随着所述牵引马达的转速变化而变化。
根据实施例，所述噪声边带的频率是所述牵引马达的转速的函数。
根据实施例，所述噪声边带的频率由调制信号基频限定。
根据本发明，一种用于操作具有谐振频率区域的牵引马达的方法包括通过控制器操作逆变器的开关，所述开关布置成仅在指定的载波频率组内驱动所述牵引马达，所述指定的载波频率组取决于所述牵引马达的转速，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述谐振频率区域之外。
根据实施例，所述载波频率的至少一些落在所述谐振频率区域之内。
根据实施例，所述噪声边带的频率随着所述牵引马达的转速变化而变化。
根据实施例，所述噪声边带的频率是所述牵引马达的转速的函数。
根据实施例，所述噪声边带的频率由调制信号基频限定。
根据实施例，所述调制信号基频是所述牵引马达的转速的函数。

Claims (15)

1.一种车辆，其包括：
牵引马达，其具有谐振频率区域；
逆变器，其包括布置成驱动所述牵引马达的开关；和
控制器，其被配置成仅在指定的载波频率组内操作所述开关，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述谐振频率区域之外。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述指定的组取决于所述牵引马达的转速。
3.如权利要求1所述的车辆，其中所述载波频率的至少一些落在所述谐振频率区域之内。
4.如权利要求1所述的车辆，其中所述噪声边带的频率随着所述牵引马达的转速变化而变化。
5.如权利要求1所述的车辆，其中所述噪声边带的频率是所述牵引马达的转速的函数。
6.如权利要求1所述的车辆，其中所述噪声边带的频率由调制信号基频限定。
7.如权利要求6所述的车辆，其中所述调制信号基频是所述牵引马达的转速的函数。
8.一种车辆控制系统，其包括：
控制器，其被配置成操作逆变器的开关，所述开关布置成仅在指定的载波频率组内驱动牵引马达，所述指定的载波频率组取决于所述牵引马达的转速，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述牵引马达的谐振频率区域之外。
9.如权利要求8所述的车辆控制系统，其中所述载波频率的至少一些落在所述谐振频率区域之内。
10.如权利要求8所述的车辆控制系统，其中所述噪声边带的频率随着所述牵引马达的转速变化而变化。
11.如权利要求8所述的车辆控制系统，其中所述噪声边带的频率由调制信号基频限定。
12.一种用于操作牵引马达的方法，所述牵引马达具有谐振频率区域，所述方法包括：
通过控制器操作逆变器的开关，所述开关布置成仅在指定的载波频率组内驱动所述牵引马达，所述指定的载波频率组取决于所述牵引马达的转速，使得对应于所述载波频率的噪声边带落在所述谐振频率区域之外。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述载波频率的至少一些落在所述谐振频率区域之内。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述噪声边带的频率随着所述牵引马达的转速变化而变化。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述噪声边带的频率是所述牵引马达的转速的函数。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111439132A (zh) * 2020-06-15 2020-07-24 江苏时代新能源科技有限公司 永磁电机的控制方法、装置、动力系统及电动汽车
CN112671277A (zh) * 2021-01-15 2021-04-16 河北工业大学 基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法
CN113078853A (zh) * 2021-05-14 2021-07-06 黑龙江瑞鑫永磁电机制造有限公司 一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110313126B (zh) * 2017-03-29 2023-03-31 株式会社爱信 旋转电机控制装置
JP7260275B2 (ja) * 2018-10-03 2023-04-18 日立Astemo株式会社 モータ制御装置および電動車両システム
DE102018009408A1 (de) * 2018-11-27 2020-05-28 Sbs-Feintechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Ansteuerung eines Antriebsmotors eines Aktuators sowie Antriebsmotor eines Aktuators
TWI799742B (zh) * 2020-10-12 2023-04-21 茂達電子股份有限公司 降低電磁干擾電路
US11509253B2 (en) * 2021-02-25 2022-11-22 GM Global Technology Operations LLC Electric drive assembly with dynamic control of pulse width modulation switching
US12049138B2 (en) 2022-06-14 2024-07-30 Ford Global Technologies, Llc Active traction motor harmonic masking using random switching frequency process
DE102022212018A1 (de) 2022-11-14 2024-05-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stromrichters

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003219691A (ja) * 2002-01-17 2003-07-31 Meidensha Corp 永久磁石式同期モータの駆動システム及びその試験方法
JP4798075B2 (ja) 2007-06-26 2011-10-19 トヨタ自動車株式会社 モータ駆動システム
JP5172286B2 (ja) 2007-11-16 2013-03-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 モータ制御装置およびハイブリッド自動車用制御装置
DE102008033639A1 (de) * 2008-07-17 2010-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Schienenfahrzeug, das als Antriebsmotor einen permanenterregten Synchronmotor aufweist
US8289033B2 (en) * 2009-01-23 2012-10-16 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for detecting resonance on a direct current voltage bus
CN102113204B (zh) 2009-04-13 2013-06-19 松下电器产业株式会社 同步电动机驱动系统
JP6043045B2 (ja) * 2010-06-28 2016-12-14 株式会社東芝 車両用制御システム
US8907604B2 (en) * 2012-02-07 2014-12-09 Ford Global Technologies, Llc PWM frequency pattern optimization for NVH
JP5673629B2 (ja) * 2012-08-29 2015-02-18 株式会社豊田自動織機 Ｌｃフィルタの保護装置
US10184917B2 (en) * 2016-09-08 2019-01-22 Linestream Technologies Method for automatically identifying resonance
US10027262B2 (en) * 2016-09-13 2018-07-17 Ford Global Technologies, Llc Pseudorandom PWM variation based on motor operating point

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111439132A (zh) * 2020-06-15 2020-07-24 江苏时代新能源科技有限公司 永磁电机的控制方法、装置、动力系统及电动汽车
CN111439132B (zh) * 2020-06-15 2020-11-17 江苏时代新能源科技有限公司 永磁电机的控制方法、装置、动力系统及电动汽车
WO2021253694A1 (zh) * 2020-06-15 2021-12-23 江苏时代新能源科技有限公司 永磁电机的控制方法、装置、动力系统及电动汽车
US11309826B2 (en) 2020-06-15 2022-04-19 Jiangsu Contemporary Amperex Technology Limited Method and apparatus for controlling permanent magnet motor, power system and electric vehicle
CN112671277A (zh) * 2021-01-15 2021-04-16 河北工业大学 基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法
CN112671277B (zh) * 2021-01-15 2022-05-27 河北工业大学 基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法
CN113078853A (zh) * 2021-05-14 2021-07-06 黑龙江瑞鑫永磁电机制造有限公司 一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置

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