CN111091806A - 电机降噪装置、电机装置以及电机降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电机降噪装置、电机装置以及电机降噪方法，所述电机降噪装置包括信号处理设备以及电风扇；信号处理设备电连接电风扇；电风扇的处于气流流出方向上的端部用于机械连接电机；其中，信号处理设备用于检测电机的噪声信号，根据噪声信号生成对应的电流信号，并基于电流信号驱动电风扇；电风扇在电流信号的驱动下转动，发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号，通过电流信号驱动电风扇发出对应的噪声抵消信号，与噪声信号相互抵消，消除噪声，从而提高了降噪效果，并可实时改变降噪频率特性，进一步的，驱动电风扇还有利于电机的散热。
Description
技术领域
本申请涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机降噪装置、电机装置以及电机降噪方法。
背景技术
伺服系统是机器人的四大核心零部件之一，被广泛地应用于工业机器人行业。伺服电机作为伺服系统的执行部件，在工业机器人中起到非常重要的作用。伺服电机不仅可以应用于工业机器人，还可以应用于各类移动底盘和机器人。
在传统的工业机器人的应用场景中，用户对于噪声的控制要求不太高。但是，对于各类服务机器人，用户对于噪声的控制要求比较高，随之对机器人中的各类核心零部件的噪声要求也提高了，特别是伺服电机这类重要的噪声源。目前，各类伺服电机的降噪方案普遍采用隔音棉的被动降噪方案，但是，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统隔音技术降噪效果差，降噪频率特性无法改变。
发明内容
基于此，有必要针对传统隔音技术降噪效果差，降噪频率特性无法改变的问题，提供一种电机降噪装置、电机装置以及电机降噪方法。
为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种电机降噪装置，包括信号处理设备以及电风扇；
信号处理设备电连接电风扇；电风扇的处于气流流出方向上的端部用于机械连接电机；
其中，信号处理设备用于检测电机的噪声信号，根据噪声信号生成对应的电流信号，并基于电流信号驱动电风扇；
电风扇在电流信号的驱动下转动，发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号。
在其中一个实施例中，信号处理设备包括声学传感器、模拟数字转化器、数字模拟转化器、功率放大器以及处理器；
声学传感器通过模拟数字转化器电连接处理器；
功率放大器通过数字模拟转化器电连接处理器；功率放大器电连接电风扇。
在其中一个实施例中，处理器为数字信号处理器或微控制器。
另一方面，本申请实施例还提供了一种电机装置，包括电机以及上述电机降噪装置；
电机的一端部机械连接电风扇的处于气流流出方向上的端部；
信号处理设备机械连接电风扇。
在其中一个实施例中，还包括防尘罩；
防尘罩机械连接在电风扇的处于气流流入方向上的端部。
在其中一个实施例中，还包括前罩板；
前罩板机械连接电机上远离电风扇的端部。
在其中一个实施例中，电机为伺服电机。
又一方面，本申请实施例还提供了一种电机降噪方法，包括以下步骤：
检测电机的噪声信号；
根据噪声信号，生成对应的电流信号；电流信号用于驱动电风扇发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号。
在其中一个实施例中，根据噪声信号，生成对应的电流信号的步骤中，包括步骤：
分析噪声信号，得到对应的频谱信息；
根据频谱信号中的最大幅值对应的频率，生成对应的控制信号；
对控制信号进行数模转换以及信号放大，得到电流信号。
在其中一个实施例中，分析噪声信号，得到对应的频谱信息的步骤中：
基于快速傅里叶变换算法分析噪声信号，得到对应的频谱信息。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请各实施例提供的电机降噪装置，信号处理设备电连接电风扇；电风扇的处于气流流出方向上的端部用于机械连接电机；其中，信号处理设备用于检测电机的噪声信号，根据噪声信号生成对应的电流信号，并基于电流信号驱动电风扇；电风扇在电流信号的驱动下转动，发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号，采用信号处理设备采集电机的噪声信号，并依据实时采集的噪声信号生成的电流信号，通过电流信号驱动电风扇发出对应的噪声抵消信号，与噪声信号相互抵消，消除噪声，从而提高了降噪效果，并可实时改变降噪频率特性，进一步的，驱动电风扇还有利于电机的散热。
附图说明
图1为一个实施例中电机降噪装置的结构框图；
图2为另一个实施例中电机降噪装置的结构框图；
图3为一个实施例中电机装置的三维视图；
图4为一个实施例中电机装置的三维爆炸图；
图5为一个实施例中电机降噪方法的流程示意图；
图6为一个实施例中形成电流信号的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了解决传统隔音技术降噪效果差，降噪频率特性无法改变的问题，在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电机降噪装置，包括信号处理设备11以及电风扇13；
信号处理设备11电连接电风扇13；电风扇13的处于气流流出方向上的端部用于机械连接电机；
其中，信号处理设备11用于检测电机的噪声信号，根据噪声信号生成对应的电流信号，并基于电流信号驱动电风扇13；
电风扇13在电流信号的驱动下转动，发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号。
需要说明的是，在电机转动过程中，电机会发出噪声，利用信号处理设备采集电机的噪声信号，并根据噪声信号生成对应的电流信号。在一个示例中，生成电流信号的具体过程为：信号处理设备分析噪声信号中携带的频谱信息，查找频谱信号中最大幅值对应的频率，根据该频率生成控制信号，将控制信号转换成模拟信号，并进行信号放大，得到电流信号(该电流信号可用于驱动风扇以相应的转速转动，以发出用于抵消噪声信号的噪声抵消信号)。其中，信号处理设备利用快速傅里叶变换算法分析噪声信号中的频谱信息。
在一个示例中，如图2所示，提供一种信号处理设备，信号处理设备11包括声学传感器111、模拟数字转化器113、数字模拟转化器115、功率放大器117以及处理器119；
声学传感器111通过模拟数字转化器113电连接处理器119；
功率放大器117通过数字模拟转化器115电连接处理器119；功率放大器117电连接电风扇13。
需要说明的是，声学传感器用于感应电机发出的噪声声波，并将噪声声波转换成电压信号；模拟数字转化器用于将电压信号转换成数字信号，得到噪声信号；处理器用于分析噪声信号中携带的频谱信息，并根据频谱信号中最大幅值对应的频率，根据该频率生成控制信号；数字模拟转化器用于控制信号转换成模拟信号；功率放大器用于将数字模拟转化器输出的模拟信号进行放大，得到电流信号，并基于电流信号驱动电风扇。其中，处理器可为数字信号处理器或微控制器。
本申请电机降噪装置的各实施例中，信号处理设备电连接电风扇；电风扇的处于气流流出方向上的端部用于机械连接电机；其中，信号处理设备用于检测电机的噪声信号，根据噪声信号生成对应的电流信号，并基于电流信号驱动电风扇；电风扇在电流信号的驱动下转动，发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号，采用信号处理设备采集电机的噪声信号，并依据实时采集的噪声信号生成的电流信号，通过电流信号驱动电风扇发出对应的噪声抵消信号，与噪声信号相互抵消，消除噪声，从而提高了降噪效果，并可实时改变降噪频率特性，进一步的，驱动电风扇还有利于电机的散热，一改传统被动降噪无法有效地削弱低频噪声，而采用主动降噪有效地削弱低频噪声。
在一个实施例中，如图3所示，还提供了一种电机装置，包括电机15以及上述电机降噪装置；
电机15的一端部机械连接电风扇13的处于气流流出方向上的端部；
信号处理设备11机械连接电风扇13。
需要说明的是，将电风扇安装在电机的一端部(该端部垂直于电机的转动轴)，且电风扇启动时向电机吹风。在一个示例中，采用螺栓将电风扇固定在电机上。在另一个示例中，将电风扇粘接在电机上。在又一个示例中，采用夹具将电风扇固定在电机上。其中，电机为伺服电机。
信号处理设备可安装在电风扇上，当然并不排除将信号处理设备安装在电机上。在一个示例中，采用螺栓将信号处理设备固定在电风扇上。在另一个示例中，将信号处理设备粘接在电风扇上。在又一个示例中，采用夹具将信号处理设备固定在电风扇上。
为了防止灰尘进入电机中，在一个示例中，如图4所示，电机装置还包括防尘罩17；防尘罩17机械连接在电风扇13的处于气流流入方向上的端部。防尘罩安装在电风扇的进气口，用于过滤气流中灰尘。在一个示例中，采用螺栓将防尘罩固定在电风扇上。在另一个示例中，将防尘罩粘接在电风扇上。在又一个示例中，采用夹具将防尘罩固定在电风扇上。进一步的，防尘罩为金属制成的防尘罩或者塑料制成的防尘罩。
为了进一步防止灰尘进入电机内部，在一个示例中，如图4所示，电机装置还包括前罩板19；前罩板19机械连接电机上远离电风扇13的端部。前罩板安装在电机上远离电风扇的一端部(该端部为电机转动轴伸出的一端)。在一个示例中，采用螺栓将前罩板固定在电机上。在另一个示例中，将前罩板粘接在电机上。在又一个示例中，采用夹具将前罩板固定在电机上。
本申请电机装置的各实施例中，克服了大多数传统电机采用隔音棉等多孔吸声材料进行降噪而导致的电机体积大、大幅增加电机的尺寸的问题，相比传统电机，本申请电机装置尺寸更小；克服了隔音棉等多孔吸声材料降噪效果差、隔声量有限和频率范围窄的问题以及隔音棉降噪等多孔吸声材料只能控制单一频段的噪声、一经设计安装、降噪频率特性无法改变的问题，本申请电机装置依据电机的噪声进行主动降噪，实现动态调整，以有效控制动态变化的噪声；还克服了采用隔音棉等多孔的被动降噪装置会使得伺服电机的散热性能变差的问题，本申请电机装置中的电风扇在削弱噪声的同时能够显著的增强电机的散热性能。
在一个实施例中，如图5所示，还提供了一种电机降噪方法，包括以下步骤：
步骤S510，检测电机的噪声信号；
步骤S520，根据噪声信号，生成对应的电流信号；电流信号用于驱动电风扇发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号。
进一步的，在一个示例中，如图6所示，根据噪声信号，生成对应的电流信号的步骤中，包括步骤：
步骤S610，分析噪声信号，得到对应的频谱信息；
步骤S620，根据频谱信号中的最大幅值对应的频率，生成对应的控制信号；
步骤S630，对控制信号进行数模转换以及信号放大，得到电流信号。
进一步的，在一个示例中，分析噪声信号，得到对应的频谱信息的步骤中：
基于快速傅里叶算法分析噪声信号，得到对应的频谱信息。
现以自适应算法为例进行说明：d(k)表示电机辐射的噪声(经声学传感器采集，并经模拟数字转化器采样、量化后转换为噪声信号)，进行FFT(Fast Fourier Transfer，快速傅里叶变换)算法程序计算得出噪声信号中的频谱信息；查找出噪声频谱中幅值最大点对应的频率f，生成一个频率为f的控制信号g(k)，传输给数字模拟转化器；数字模拟转化器将控制信号转换成成模拟信号并传输给功率放大器；功率放大器将数字模拟转化器输出的模拟信号进行电流放大得到电流信号并传输给风扇；风扇转动产生有规律的噪声信号y(k)，y(k)与d(k))叠加、抵消后的噪声信号为e(k)。噪声信号d(k)作为自适应算法的输入信号，e(k)作为自适应算法的误差信号使得自适应算法自动的进行参数调整并改变信号g(k)，最终使得电机噪声信号最小化。
本申请电机降噪方法的各实施例中，能够自动采集噪声信号并进行信号分析，获取主要的频谱信息，并输出电流信号驱动电风扇转动，电风扇转动产生的噪声与电机的噪声互相抵消，从而消除多个频段的噪声，从而实现有效地消除多个不同频段的噪声。
应该理解的是，虽然图5和6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图5和6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种处理装置，包括：
信号检测模块，用于检测电机的噪声信号；
电流信号生成模块，用于根据噪声信号，生成对应的电流信号；电流信号用于驱动电风扇发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号。
在一个实施例中，电流信号生成模块包括：
频谱信息分析单元，用于分析噪声信号，得到对应的频谱信息；
控制信号生成单元，用于根据频谱信号中的最大幅值对应的频率，生成对应的控制信号；
电流信号生成单元，用于对控制信号进行数模转换以及信号放大，得到电流信号。
关于处理装置的具体限定可以参见上文中对于电机降噪方法的限定，在此不再赘述。上述处理装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种处理装置，该处理装置可以是终端。该处理装置包括通过系统总线连接的处理器、存储器。其中，该处理装置的处理器用于提供计算和控制能力。该处理装置的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
检测电机的噪声信号；
根据噪声信号，生成对应的电流信号；电流信号用于驱动电风扇发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
分析噪声信号，得到对应的频谱信息；
根据频谱信号中的最大幅值对应的频率，生成对应的控制信号；
对控制信号进行数模转换以及信号放大，得到电流信号。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
检测电机的噪声信号；
根据噪声信号，生成对应的电流信号；电流信号用于驱动电风扇发出噪声抵消信号；噪声抵消信号用于抵消噪声信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
分析噪声信号，得到对应的频谱信息；
根据频谱信号中的最大幅值对应的频率，生成对应的控制信号；
对控制信号进行数模转换以及信号放大，得到电流信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电机降噪装置，其特征在于，包括信号处理设备以及电风扇；
所述信号处理设备电连接所述电风扇；所述电风扇的处于气流流出方向上的端部用于机械连接电机；
其中，所述信号处理设备用于检测所述电机的噪声信号，根据所述噪声信号生成对应的电流信号，并基于所述电流信号驱动所述电风扇；
所述电风扇在所述电流信号的驱动下转动，发出噪声抵消信号；所述噪声抵消信号用于抵消所述噪声信号。
2.根据权利要求1所述的电机降噪装置，其特征在于，所述信号处理设备包括声学传感器、模拟数字转化器、数字模拟转化器、功率放大器以及处理器；
所述声学传感器通过所述模拟数字转化器电连接所述处理器；
所述功率放大器通过所述数字模拟转化器电连接所述处理器；所述功率放大器电连接所述电风扇。
3.根据权利要求2所述的电机降噪装置，其特征在于，所述处理器为数字信号处理器或微控制器。
4.一种电机装置，其特征在于，包括电机以及权利要求1至3任意一项所述的电机降噪装置；
所述电机的一端部机械连接所述电风扇的处于气流流出方向上的端部；
所述信号处理设备机械连接所述电风扇。
5.根据权利要求4所述的电机装置，其特征在于，还包括防尘罩；
所述防尘罩机械连接在所述电风扇的处于气流流入方向上的端部。
6.根据权利要求5所述的电机装置，其特征在于，还包括前罩板；
所述前罩板机械连接所述电机上远离所述电风扇的端部。
7.根据权利要求4至6任意一项所述的电机装置，其特征在于，所述电机为伺服电机。
8.一种电机降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测电机的噪声信号；
根据所述噪声信号，生成对应的电流信号；所述电流信号用于驱动电风扇发出噪声抵消信号；所述噪声抵消信号用于抵消所述噪声信号。
9.根据权利要求8所述的电机降噪方法，其特征在于，根据所述噪声信号，生成对应的电流信号的步骤中，包括步骤：
分析所述噪声信号，得到对应的频谱信息；
根据所述频谱信号中的最大幅值对应的频率，生成对应的控制信号；
对所述控制信号进行数模转换以及信号放大，得到所述电流信号。
10.根据权利要求9所述的电机降噪方法，其特征在于，分析所述噪声信号，得到对应的频谱信息的步骤中：
基于快速傅里叶变换算法分析所述噪声信号，得到对应的所述频谱信息。
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