CN114174776A - 用于估计电机中有效的电磁力的方法和装置 - Google Patents
用于估计电机中有效的电磁力的方法和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114174776A CN114174776A CN201980098643.5A CN201980098643A CN114174776A CN 114174776 A CN114174776 A CN 114174776A CN 201980098643 A CN201980098643 A CN 201980098643A CN 114174776 A CN114174776 A CN 114174776A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electric machine
- motor
- tot
- electromagnetic force
- force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 18
- 230000006399 behavior Effects 0.000 claims description 16
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 13
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 12
- 230000004044 response Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000013024 troubleshooting Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
- G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
总体上,本发明涉及用于估计电机中有效的电磁力的方法和装置。该方法包括以下步骤:当电机(20)在至少一个运行条件下运行时,测量(S1)电机(20)的至少一个第一运行参数(Ytot),并且通过将测得的至少一个第一运行参数(Ytot)与由存储的结构/振动声学模型(M)提供的相应的第二运行参数相乘,估计(S2)在电机(20)运行期间在电机(20)中有效的电磁力(Ftot)。由于本发明,可以测量电机内的电磁力,特别是电机的定子与转子之间的气隙中的电磁力并且可以识别和消除由电磁力引起的干扰噪声和/或振动。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于估计电机中有效的电磁力的方法和装置。
背景技术
抑制由电机,特别是由旋转电机引起的不良噪声和振动一直是汽车工业的一个重要研究问题。这是由于乘用车内部的电气化部件越来越普遍。电机中的电磁力可能导致高振动和/或噪声,这可能对乘客或电机周围的任何其他人造成声学干扰。减少高振动和/或噪声需要预测电磁力,特别是在它们发生的区域。
通过常见的传感技术测量旋转电机中的电磁(EM)力是不可行的。电磁力出现在电机的定子与转子之间,特别是转子齿与定子齿之间。一种用于测量电磁力的常用传感技术称为“力换能器”。在电机中确定的力具有十分之几千牛顿的量级。为此,换能器的尺寸大于30mm,而定子和转子之间的气隙通常在0.3mm至3mm之间,这是使用的第一限制。这些常见传感的第二限制来自于由于它们的工作原理(电阻器形成应变计),它们对在气隙处生成的磁场敏感,在这些旋转电机的气隙处该磁场非常高,并将显著影响传感器输出。
图2示出了包括定子St和转子Ro的示例性电机。在定子中,形成定子齿St_Te。在转子中,形成转子齿Ro_Te。在定子齿与转子齿之间形成气隙。气隙尺寸通常在0.3mm至3mm之间。
由于上述原因,从未测量过电磁力。最终,有时用于估计电磁力的一种方法是测量多相电流,这些电流将为电磁有限元模型提供用于静态磁场分析。然而,使用此过程,物理输出,例如这种估计的力的振动与物理输入例如电流无关,使得电磁力的估计不完全可靠也没有验证。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种改进的和有效的方法和装置,其允许预测在电机中有效的电磁力。
根据本发明的第一方面,该目的通过一种用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的方法来实现,该方法包括权利要求1的特征。
根据第一方面,本发明提供一种用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的方法,该方法包括以下步骤:
当电机在至少一个运行条件下运行时测量电机的至少一个第一运行参数,以及
通过将测量的至少一个第一运行参数与由存储的结构/振动声学模型提供的相应的第二运行参数相乘来估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力。
结合本发明,电机可被用于电动车辆的牵引。在其它装置中,电机可以包括车辆的辅助设备,诸如空气压缩机、混合增压器等。本发明的方法和装置还可被用于估计高速电机内的电磁力。
结合本发明,“在电机运行期间”包括电机以具体转速和具体扭矩值运行,这取决于运行任务和连接到电机的负载。电机可以在多个可配置的转速值和/或多个可配置的扭矩值下运行。
在我们的环境中可以看到的大部分相互作用都是由电磁力引起的。电磁力将电子保持在它们围绕原子核的轨道上。这些电子与其他电子相互作用,以在元素之间形成电子键并产生分子,并最终产生可见物质。电磁力,也称为洛伦兹力,解释了移动和静止的带电粒子如何相互作用。电磁力包括以前截然不同的电力和磁力。
结合本发明,“结构/振动声学模型”可被理解为一种抽象模型,其组织数据元素并且标准化这些元素如何相互关联以及如何与电机的特性相关。它可以以具体方式描述与电机相关的数据集,并且包括描述和/或指定电机的功能和/或关系的数据。特别地,结构/振动声学模型包括可被更新的数据。结构/振动声学模型可在存储在本地或中央计算机上的数据库中实现。该数据库可被进一步存储在分布式服务器系统或云系统上的分布式数据库中。
利用根据本发明的方法和装置,可以在不依赖于未更新的电磁模型的情况下估计电机中出现的力。此外,所提出的技术速度快并且允许电机的系统级集成发出呜呜声模拟并且然后在实时环境中实现状态监测目的。
此外,本发明允许通过估计电机中的力来监控电机的运行状况并在电机内检测到未知和/或不期望的电磁力的情况下进行故障排除。
此外,本发明可以支持一致性相当重要的应用。例如,在汽车工业中,电磁力和/或力的形状对恼人的噪声分量的贡献最大,可以被检测到。如果检测到或识别出这些,则可以应用多种控制策略来监控这些电磁力,并且可以重新考虑、修改和/或重新设计引起电磁力的部件和/或电机的结构。对于检测到或识别出的电磁力,可以使用结构的修改来消除共振或将共振转移到更高的频率。
通过本发明,可以检测哪种电磁力影响哪种频率。作为电机的关系。特别地,结构/振动声学模型包括可以更新的数据。结构/振动声学模型可以在存储在本地或中央计算机上的数据库中实现。该数据库可以进一步存储在分布式服务器系统或云系统上的分布式数据库中。
利用根据本发明的方法和装置,可以在不依赖于未更新的电磁模型的情况下估计电机中出现的力。此外,所提出的技术速度快并且允许电机的系统级集成发出呜呜声模拟并且然后在实时环境中实现状态监测目的。
此外,本发明通过估计电机中的力允许监控电机的运行状况并在电机内检测到未知和/或不期望的电磁力的情况下进行故障排除。
此外,本发明可以支持一致性相当重要的应用。例如,在汽车工业中,电磁力和/或力的形状对恼人的噪声分量的贡献最大,可以被检测到。如果检测到或识别出这些,则可以应用多种控制策略来监控这些电磁力,并且可以重新考虑、修改和/或重新设计引起电磁力的部件和/或电机的结构。对于检测到或识别出的电磁力,可以使用结构的修改来消除共振或将共振转移到更高的频率。
通过本发明,可以检测哪种电磁力影响哪种频率。在另一可能的实施例中,至少一个单元力被施加到结构/振动声学模型并且至少一个单元力对应于电机的相应的至少一种固有行为。更新的结构/振动声学模型与代表电机典型负载的单元力波结合使用,以获得归一化的振动/声学输出。力波是手动生成的。所有的力波代表一个特定的形状分量,它们都被放在一起并形成总力波。力波的每个力振幅被归一化以针对宽带频谱的每个频率线生成一个单位的能量负载。因此,将这些力施加于更新后的模型,就可以获得每个力形状的振动/声学输出。
在另一个可能的实施例中,运行条件包括电机的多个特定扭矩参数和/或电机的多个特定速度参数。通过这种方式,在测试阶段,从运行中的电机在运行条件下测量数据以接收真实数据。接收到的真实数据提供了电机的特定扭矩参数和/或特定速度参数内的噪声和/或振动信息。可以检测和分析具体的噪声或振动,并且可以识别和补救由检测到的噪声或振动引起的结构缺陷和干扰。运行条件可以是可配置的或包括静态值。
在另一个可能的实施例中,运行条件可通过使用加速或减速功能来配置。通过这种方式,运行条件可通过加速或减速改变速度来动态配置。
在另一个可能的实施例中,至少第一运行参数至少包括由电机加速引起的声压和/或振动值。可以测量由电机加速引起的声压和振动值。加速度可以是可配置的,诸如可以测量引起声压和振动的每个加速度值。
在另一个可能的实施例中,至少第一运行参数至少包括由电机速度引起的声压和/或振动值。可以测量由电机速度引起的声压和振动值。速度可以是可配置的,诸如可以测量引起声压和振动的每个加速度值。
在另一个可能的实施例中,至少第一运行参数至少包括由电机位移引起的声压和/或振动值。可以测量由电机位移引起的声压和振动值。通过这种方式,可以测量由电机位移引起的声压和振动。
在另一个可能的实施例中,加速度计被用于测量振动值。加速度计是一种测量其加速度的传感器。这通常通过确定作用在测试质量上的惯性力来完成。因此,例如,可以确定速度是增加还是减少。加速度估计可能取决于加速度计技术。通常使用压电(PE)加速度计,并利用PE元件上的瞬时应力(由加速度变化生成)产生与加速度成正比的电荷这一事实。该电荷进入传感器的电气端子,从而提供电压以测量数字信号。通过这种方式,可以测量加速度并将其作为数字信号提供。
在另一个可能的实施例中,使用麦克风来测量声压。麦克风是一种声音换能器,可将空气传播的声音作为声压振荡转换为作为麦克风信号的对应电压变化。通过这种方式,可以测量声压并将其作为数字信号提供。
在另一个可能的实施例中,结构/振动声学模型包括电机的形状。形状可以是模态振型并且可以指形状和固有频率。通常,通过求解系统(电机)的所谓运动方程来获得形状和固有频率。它们形成了数学系统的特征向量和特征频率。
在另一个可能的实施例中,结构/振动声学模型包括电机的结构。该结构描述了组装在一起的电机部件(定子、转子、绕组、壳体等)。它们是独立建模还是一起建模,具体取决于所使用的模型。模型还需要每个部件的材料机械特性(刚度、质量、阻尼)。
在另一个可能的实施例中,结构/振动声学模型包括来自电机的结构压力。机器的振动会引起其周围介质(通常是空气)的振动,从而产生压力波动,最终导致噪声。然后声压模型需要周围介质的特性,并且通常在远离机器的地方计算。
在另一个可能的实施例中,实验模态分析包括对电机施加外部物理力。通过这种方式,可以观察和测量电机特别是对外部物理力的反应。外部物理力可以是由锤子或振动器对电机造成的物理应力。实验模态分析处理技术与环境之间的功能关系。实验模态分析用于描述、解释、预测和控制行为。行为可以通过行为的功能和行为发生的上下文来理解。
在另一个可能的实施例中,实验模态分析包括对电机的单个部件施加外部物理力。通过这种方式,可以测量特别是电机的单个部件由于外部物理力引起的影响而产生的反作用力。
在另一个可能的实施例中,实验模态分析包括测量电机的振动/声学输出。实验模态分析被用于更新存储的结构/振动声学模型。在实验模态分析中,两个方面(实验和模型)之间的形状和频率是相关的。
此外,存储的结构/振动声学模型与单元力结合使用以获得归一化的振动/声学输出。通过将单元力施加于存储的结构/振动声学模型,可以获得每个力形状的振动/声学输出。
在另一个可能的实施例中,实验模态分析包括估计电机的固有行为。每个结构都具有任何不依赖于力的固有行为。固有行为可用于更新存储的结构/振动声学模型。
在另一可能的实施例中,至少一个单元力表示电机的特定负载。这些单元力包括一牛顿振幅的力。这些单元力以特定形状来生成并被施加于存储的结构/振动声学模型。通过这种方式,对于每个施加的单元力,提供对应于具体力形状的一个振动响应。可以从具体力形状重建电磁力。
到现在为止,已经关于要求保护的方法描述了本发明。本文的特征、优点或替代实施例可以分配给其他要求保护的对象(例如计算机程序或设备,即装置或计算机程序产品),反之亦然。换句话说,可以利用在方法的上下文中描述或要求保护的特征来改进关于设备要求保护或描述的主题,反之亦然。在这种情况下,该方法的功能特征分别由系统的结构单元实施,反之亦然。通常,在计算机科学中,软件实现方式和对应的硬件实现方式是等效的。因此,例如,用于“存储”数据的方法步骤可以用存储单元和相应的指令来执行以将数据写入到存储中。为避免冗余,虽然该装置也可以用于参考该方法描述的替代实施例中,但是不再针对该装置明确描述这些实施例。
根据第二方面,本发明进一步提供了一种用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的装置,该装置包括权利要求13的特征。
根据第二方面,本发明进一步提供了一种用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的装置,包括:
测量单元,适于在电机在至少一个运行条件下运行时测量电机的至少一个第一运行参数,以及
估计单元,适于通过将测量的至少一个第一运行参数与由存储的结构/振动声学模型提供的相应的第二运行参数相乘,估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力。
根据第三方面,本发明进一步提供了一种用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的系统,该系统包括权利要求13的特征。
根据第三方面,本发明进一步提供了一种用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的系统,包括:
-电机,其中该电机包括由直流电源或交变电流供电的电动机;以及
-根据权利要求13的装置。
根据第四方面,本发明进一步提供了一种用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的计算机程序产品,该计算机程序产品包括权利要求15的特征。
在第四方面,本发明涉及一种包括计算机程序的计算机程序产品,该计算机程序能够被加载到计算单元的存储器单元中,包括程序代码部分,当在计算单元中执行计算机程序时,该程序代码部分使计算单元执行根据本发明的第一方面的用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的方法。
并非该方法的所有步骤都必须在同一部件或计算机实例上执行,而是也可以在不同的计算机实例上执行,这是本发明的一部分。
此外,作为分布式系统,上述方法的各个步骤可以在一个单元中执行,而其余部件在另一个单元中执行。
根据以下描述和实施例,上述本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式变得更清楚和更容易理解,将在附图的上下文中更详细地描述这些描述和实施例。以下描述并不将本发明限制于所包含的实施例。相同的部件或零件在不同的图中可以标以相同的附图标记。通常,这些附图不是按比例绘制的。应当理解,本发明的优选实施例还可以是从属权利要求或上述实施例与各自独立权利要求的任意组合。
附图说明
参考下文描述的实施例,本发明的这些和其他方面将变得显而易见并被阐明。
在下文中,参考附图更详细地描述了本发明的不同方面的可能的实施例。
图1示出了用于估计电机运行期间在电机中有效的电磁力的方法的可能示例性实施例的流程图。
图2示出了电机的示例性框图。
图3示出了用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的装置的可能示例性实施例的框图。
图4示出了用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的系统的可能示例性实施例的框图。
图5示出了用于说明估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的方法和装置的操作的具体示例的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于估计在电机运行期间在电机中有效的电磁力的方法的可能示例性实施例的流程图。有效的电磁力必须理解为在电机20处于电流和电压下以及在运动中并且因此在运行中时出现的力。该运行可以在有或没有连接到电机20的负载的情况下进行。
在所示的示例性实施例中,该方法包括几个主要步骤。在第一步骤S1中,当电机20在至少一个运行条件下运行时,测量电机20的至少一个第一运行参数Ytot。取决于频率ω的至少一个第一运行参数Ytot描述了振动响应,包括例如加速度、速度、位移或声学响应,例如在电机20的运行下在电机20的外表面上和电机20周围测量的压力。频率ω是评估根据本发明的方法的测量和模拟的频率(以rad/s为单位)。
在进一步的步骤S2中,通过将测量的至少一个第一运行参数Ytot与由存储的结构/振动声学模型M提供的相应的第二运行参数相乘,估计在电机20运行期间在电机20中有效的电磁力Ftot。由存储的结构/振动声学模型M提供的第二运行参数可以包括从使用所施加的单元力Fu,I和存储的结构/振动声学模型M执行的振动声学分析获得的振动或声学响应。施加的单元力Fu,I也取决于频率ω。单元力Fu,I是施加到存储的结构/振动声学模型M上幅度为1N的单元力,模型分别对应于具有1、2、3、...瓣的空间形状。电磁力Ftot包括在运行条件下施加的总估计力。
图3示意性地示出了用于估计在电机20的运行期间在电机20中有效的电磁力的装置10的可能示例性实施例的框图。
从图3的框图可以看出,装置10被用于估计在电机20运行期间在电机20中有效的电磁力Ftot。
在所示实施例中,装置10包括测量单元11和估计单元12。测量单元11适于在电机20在至少一个运行条件下运行时测量电机20的至少一个第一运行参数Ytot。估计单元12适于通过将测量的至少一个第一运行参数Ytot与由存储的结构/振动声学模型M提供的相应的第二运行参数相乘来估计在电机20运行期间在电机20中有效的电磁力Ftot。
用于估计在电机20运行期间在电机20中有效的电磁力Ftot的装置可以是计算机、个人计算机或计算机网络中的工作站,并且包括中央处理单元、系统存储器和系统总线,该装置包括中央处理单元、系统存储器和系统总线,该系统总线将包括系统存储器在内的各种系统部件耦合到中央处理单元。系统总线可以是多种类型的总线结构中的任何一种,包括存储器总线或存储器控制器、外围总线和使用多种总线架构中的任何一种的本地总线。系统存储器可以包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)。基本输入/输出系统(BIOS)可以存储在ROM中,它包含有助于在个人计算机内的元件之间传输信息(诸如在启动期间)的基本例程。计算机还可包括用于从硬盘读取和向硬盘写入的硬盘驱动器。硬盘驱动器可以通过硬盘驱动器接口与系统总线耦合。驱动器及其关联的存储介质为计算机提供机器可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性存储。尽管本文描述的示例性环境使用硬盘,但本领域技术人员将理解,除了上面介绍的存储设备之外,还可以使用其他类型的存储介质,诸如闪存卡、数字视频磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和类似的存储设备或代替上面介绍的存储设备。硬盘、ROM或RAM上可以存储多个程序模块,诸如操作系统、一个或多个应用程序,例如用于估计的方法和/或其他程序模块和/或程序数据。
测量单元11和估计单元12可以在中央处理单元上被实现为单个实例或不同的实例。在又一示例中,测量单元11和估计单元12可以在计算机的不同中央处理单元上和/或在适于并入测量单元11和估计单元12的芯片上实现。
在进一步的实施例中,装置10可以包括接口,该接口适于连接加速度计以测量振动值和/或连接麦克风以测量声压。
在进一步的实施例中,装置10可以包括用于存储结构/振动声学模型M的存储器。
图4示出了用于估计在电机20的运行期间在电机20中有效的电磁力的系统100的可能示例性实施例的框图。
从图4的框图可以看出,系统100被用于估计在电机20运行期间在电机20中有效的电磁力Ftot。
系统100包括电机20。在一个实施例中,电机20包括由直流电源供电的电动机。在一个替代实施例中,电机20包括由交变电流供电的电动机。系统100进一步包括根据本发明的装置10。
图5示出了用于说明在电机20的运行期间估计在电机20中有效的电磁力的方法1和装置10的操作的具体示例的示意图。
在图5中,示出了根据本发明的方法1的包括四个操作步骤a到d的操作。根据本发明的方法结合了测试阶段和模拟阶段。测试阶段包括操作步骤a和b,并且模拟阶段包括操作步骤c。根据测试阶段和模拟阶段的结果,可以在操作步骤d中估计电磁力Ftot。如果需要,操作步骤a到c的顺序可以改变。
在操作步骤a中,针对至少一种运行条件通过实验收集针对待评估的电机20的振动数据和/或声学数据。运行条件可以包括电机20的多个特定扭矩参数和/或电机20的多个特定速度参数。操作步骤a用运行的电机在电流和电压下执行,其中运行条件是可配置的并且可以通过使用加速或减速功能来配置。有利地,操作步骤a可以提供来自电机20的真实数据。在执行操作步骤a的同时,可以测量至少一个第一运行参数Ytot。至少一个第一运行参数Ytot可以至少包括声压和/或振动值。第一运行参数Ytot取决于频率ω。第一运行参数Ytot(ω)是在运行中的机器外表面和电机周围测量的振动响应(加速度、速度、位移)或声学响应(压力)。频率ω是评估测量和模拟的频率(以rad/s为单位)。声压和/或振动值可由电机20的加速度、电机20的速度和/或电机20的位移中的至少一者引起。可以例如通过加速度计测量电机的加速度并且可以例如通过放置在电机20周围的麦克风来测量声压。在操作步骤a中,执行包括改变电机20的速度和扭矩的测试以找到具有干扰的振动和噪声的所需运行点。操作步骤a可以在方法步骤S1中执行。
在操作步骤b中,执行实验模态分析。关于实验模态分析,生成和/或更新结构/振动声学模型M。结构/振动声学模型M通过使用在实验模态分析内确定的电机20的至少一种固有行为来生成。在电机20处于静止状态时进行实验模态分析。在实验模态分析中,测试了不取决于任何力的结构(电机20)的固有行为。固有行为描述了在机器处于静止状态的同时,电机20在具体条件下的具体行为。在静止状态下,电机20没有电流和电压,也没有任何运动。具体条件(在图5中由闪光表示)可以包括例如由锤子引起的结构上的物理应力。可以使用进一步的工具和/或动作来检测电机的固有行为。在例如用锤子撞击电机或结构之后,可以检测和收集由电机产生的振动数据和/或压力数据。软件和分析算法可被用于确定检测和收集的振动数据和/或压力数据的对应形状(椭圆形圆)。形状是在不同频率ω下确定的。形状和频率ω被用于进行更新。结构/振动声学模型M可被存储在本地或集中的数据库中。
在操作步骤c中,执行结构/振动声学模型M更新(圆圈箭头),使得结构/振动声学模型M准确地拟合在操作步骤b中测量的数据。正确的形状和频率ω,特别是在操作步骤b中测量的结构的固有频率被嵌入到结构/振动声学模型M中。此外,在操作步骤c中,单元力Fu,I(ω)被施加到结构/振动声学模型M。单元力Fu,I(ω)通过与操作步骤b中生成的相似形状相对应的确定形状手动生成。单元力Fu,I(ω)是施加到结构/振动声学模型M的振幅为1N的单元力,它对应于空间形状。例如,如果确定了形状1、2和3,则将三个单元力Fu,1(ω)、Fu,2(ω)和Fu,3(ω)施加于结构/振动声学模型M。
在操作步骤c中,更新的结构/振动声学模型M与代表电机20的典型负载的单元力波Fu,I(ω)结合使用以获得归一化的振动/声学输出。手动生成的力波代表一个确定的形状分量,它们放在一起形成总力波。这意味着可以从形状重建力。每个力的振幅都被归一化,以针对宽带频谱的每个频率ω线生成一个单位的能量负载。因此,将单元力Fu,I(ω)施加于更新后的结构/振动声学模型M,可以针对每个力形状获得振动/声学输出Yu,I(ω)。因此,根据形状的数量,提供了对应的振动或声学响应Yu,1(ω)、Yu,2(ω)、...、Yu,I(ω)。Yu,I(ω)是从使用单元力Fu,I(ω)和存储的结构/振动声学模型M执行的振动声学分析中获得的振动或声学响应。
在操作步骤d中,通过将振动/声学输出Yu,I(ω)乘以包括操作步骤a的第一运行参数Ytot的运行负载,可以估计电磁力Ftot,分别反算。Ftot(ω)作为在运行条件下施加的总估计力可以通过使用以下等式执行逆振动合成来估计:
Ytot(ω)=FK(ω)×Yu,I(ω)。
FK(ω)是在运行条件下施加的形状K的估计力分量。从方程中,振动响应可以从估计的力与每个力形状的振动或声学响应的总和来估计。逆矩阵可被用于收集Ftot(ω)=ΣFK(ω)。为了确保矩阵的可逆性来估计电磁力Ftot(ω),需要特别注意用Ytot(ω)的大小表示的测量的输出的数量。
总之,本发明涉及用于估计电机中有效的电磁力的方法和装置。该方法包括以下步骤:
当电机(20)在至少一个运行条件下运行时,测量(S1)电机(20)的至少一个第一运行参数(Ytot),并且通过将测量的至少一个第一运行参数(Ytot)和由存储的结构/振动声学模型(M)提供的相应的第二运行参数相乘,估计(S2)在电机(20)运行期间在电机(20)中有效的电磁力(Ftot)。
由于本发明,可以测量电机内的电磁力,特别是电机的定子和转子之间的气隙中的电磁力并且可以识别和消除由电磁力引起的干扰噪声和/或振动。
Claims (15)
1.一种用于估计在电机(20)运行期间在所述电机(20)中有效的电磁力(Ftot)的方法(1),所述方法包括以下步骤:
-在所述电机(20)在至少一个运行条件下运行时,测量(S1)所述电机(20)的至少一个第一运行参数(Ytot),以及
-通过将测量的至少一个第一运行参数(Ytot)与由存储的结构/振动声学模型(M)所提供的相应的第二运行参数相乘,估计在电机(20)运行期间(S2)在电机(20)中有效的电磁力(Ftot)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述存储的结构/振动声学模型(M)是通过使用在实验模态分析中确定的所述电机(20)的至少一种固有行为来生成和/或调整的。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,当所述电机(20)处于静止状态时,对所述电机(20)进行所述实验模态分析。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其中,至少一个单元力(Fu,i)被施加到所述结构/振动声学模型(M)并且所述至少一个单元力(Fu,i)对应于所述电机(20)的相应的所述至少一种固有行为。
5.根据前述权利要求1至4中的任一项所述的方法,其中,所述运行条件包括所述电机(20)的多个特定扭矩参数和/或所述电机(20)的多个特定速度参数。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述运行条件能通过使用加速或减速功能来配置。
7.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的方法,其中,至少所述第一运行参数(Ytot)至少包括由以下中的至少一个引起的声压和/或振动值:
-所述电机(20)的加速度;
-所述电机(20)的速度,和/或
-所述电机(20)的位移。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,加速度计被用于测量所述振动值。
9.根据权利要求7所述的方法,其中,麦克风被用于测量所述声压。
10.根据前述权利要求1至9中的任一项所述的方法,其中,所述结构/振动声学模型(M)包括所述电机(20)的形状和/或结构和/或来自所述电机(20)的结构的压力。
11.根据前述权利要求2至10中的任一项所述的方法,其中,所述实验模态分析包括对所述电机(20)和/或对所述电机(20)的单个部件施加外部物理力和/或测量振动/声学输出和/或估计所述电机(20)的所述固有行为。
12.根据前述权利要求4至11中的任一项所述的方法,其中,所述至少一个单元力表示所述电机(20)的特定负载。
13.一种用于估计在电机(20)运行期间在所述电机(20)中有效的电磁力(Ftot)的装置(10),包括:
-测量单元(11),适于在所述电机(20)在至少一个运行条件下运行时测量所述电机(20)的至少一个第一运行参数(Ytot),以及
-估计单元(12),适于通过将测量的至少一个第一运行参数(Ytot)与由存储的结构/振动声学模型(M)所提供的相应的第二运行参数相乘,估计在电机(20)运行期间在所述电机(20)中有效的电磁力(Ftot)。
14.一种用于估计在电机(20)运行期间在所述电机(20)中有效的电磁力(Ftot)的系统(100),包括:
-电机(20),其中,所述电机(20)包括由直流电源或由交变电流供电的电动马达;以及
-根据权利要求13所述的装置(10)。
15.一种计算机程序产品,包括程序元素,当所述程序元素被加载到电子设备的存储器中时,所述程序元素促使所述电子设备根据前述方法权利要求中的任一项来执行用于估计电磁力的方法的步骤。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2019/069670 WO2021013331A1 (en) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | Method and apparatus for estimating electromagnetic forces active in an electric machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114174776A true CN114174776A (zh) | 2022-03-11 |
CN114174776B CN114174776B (zh) | 2024-09-17 |
Family
ID=67620375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201980098643.5A Active CN114174776B (zh) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | 用于估计电机中有效的电磁力的方法和装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11913826B2 (zh) |
EP (1) | EP3980735B1 (zh) |
JP (1) | JP7318103B2 (zh) |
CN (1) | CN114174776B (zh) |
WO (1) | WO2021013331A1 (zh) |
Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11160145A (ja) * | 1997-11-27 | 1999-06-18 | Suzuki Motor Corp | 音響評価システム |
JP2003066967A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Kinden Corp | 騒音低減構造 |
US20090204355A1 (en) * | 2006-06-27 | 2009-08-13 | Ata Engineering, Inc. | Methods and apparatus for modal parameter estimation |
US20090276197A1 (en) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | Karl Hans Bert Janssens | Transfer path analysis |
CN102089633A (zh) * | 2008-07-08 | 2011-06-08 | 布鲁尔及凯尔声音及振动测量公司 | 用于重建声学场的方法 |
US20120048026A1 (en) * | 2010-05-31 | 2012-03-01 | Van Der Linden Petrus Johannes Gerardes | Method and system for determining static and/or dynamic, loads using inverse dynamic calibration |
JP2012228138A (ja) * | 2011-04-22 | 2012-11-15 | Toyota Motor Corp | 車両駆動装置 |
US20130298690A1 (en) * | 2010-11-01 | 2013-11-14 | Ray Bond | Entropy-based impact load identification |
CN104362918A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-18 | 芜湖杰诺瑞汽车电器系统有限公司 | 汽车交流发电机降噪优化设计方法 |
CN104833914A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-08-12 | 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 | 一种工作状态下电机振动特性预测模块及试验方法 |
CN105588675A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-05-18 | 西门子工业软件公司 | 用于识别车辆接口中的力的系统以及方法 |
CN106715892A (zh) * | 2014-10-01 | 2017-05-24 | 阿尔斯通再生能源技术公司 | 旋转机器以及包括所述机器的用于转换能量的装置 |
WO2018225401A1 (ja) * | 2017-06-07 | 2018-12-13 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 聴覚モデルを用いたシミュレーション装置 |
RU2676218C1 (ru) * | 2017-10-10 | 2018-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ оценки адгезионной прочности изоляционного покрытия электродвигателей и устройство для его реализации |
CN109214125A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-15 | 华中科技大学 | 一种电机电磁振动噪声的计算方法 |
JP2019114114A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 車両のパネル部材の振動解析装置 |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54160287A (en) * | 1978-06-08 | 1979-12-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Torsional vibration monitoring apparatus of revolving shaft systems |
US7630869B2 (en) * | 2003-05-27 | 2009-12-08 | University Of Washington | Method for predicting vibrational characteristics of rotating structures |
EP1574830A1 (en) * | 2004-03-08 | 2005-09-14 | BALANCE SYSTEMS S.p.A. | Precision sensor assembly for rotating members in a machine tool |
US7298110B2 (en) * | 2005-09-28 | 2007-11-20 | Caterpillar Inc. | Integrated motor monitoring system |
US8893550B2 (en) * | 2005-12-02 | 2014-11-25 | Wayne State University | Non-invasive vibro-acoustic analysis |
JP4971039B2 (ja) * | 2007-06-07 | 2012-07-11 | 本田技研工業株式会社 | モータ制御装置 |
US8453764B2 (en) * | 2010-02-01 | 2013-06-04 | Aps Technology, Inc. | System and method for monitoring and controlling underground drilling |
US9484791B2 (en) * | 2012-08-08 | 2016-11-01 | Infineon Technologies Ag | Remote rotor parameter sensor for electric drives |
US8913344B1 (en) * | 2013-10-25 | 2014-12-16 | Seagate Technology Llc | Dynamically adjustable fluid dynamic bearing stiffness |
US9160215B2 (en) * | 2014-02-19 | 2015-10-13 | Christopher David Brown | Monitoring the operating conditions of electric generators and motors by partial measurements |
US10005317B2 (en) * | 2014-04-04 | 2018-06-26 | Superpedestrian, Inc. | Devices and methods of thermal management for a motorized wheel |
US10423730B2 (en) * | 2014-10-02 | 2019-09-24 | Siemens Industry Software Nv | Contact modeling between objects |
US10684193B2 (en) * | 2015-06-08 | 2020-06-16 | Pioneer Engineering Company | Strain based systems and methods for performance measurement and/or malfunction detection of rotating machinery |
US10072992B2 (en) * | 2015-09-29 | 2018-09-11 | Siemens Industry Software Nv | System and method for monitoring machine condition and force measurement in a stator of an electrical machine |
US9841278B2 (en) * | 2015-09-30 | 2017-12-12 | Siemens Industry Software Nv | System and method for resolving information about a rotor comprising a measuring device for measuring and recording in a fixed rotor state without vibration due to rotation |
KR20180024334A (ko) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 한국수력원자력 주식회사 | 로터-베어링-파운데이션 모델을 이용한 회전설비 진단방법 |
EP3615899B1 (en) * | 2017-04-26 | 2024-10-09 | Augury Systems Ltd. | Systems and methods for monitoring of mechanical and electrical machines |
US11078978B2 (en) * | 2017-09-29 | 2021-08-03 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Motor brake system |
JPWO2019102545A1 (ja) | 2017-11-22 | 2020-11-19 | 三菱電機株式会社 | 設備の劣化診断装置 |
CN112204362B (zh) * | 2018-05-30 | 2022-10-04 | 西门子工业软件公司 | 检测机械系统中的振动和/或声学传递的方法和装置 |
EP3654041B1 (en) * | 2018-11-16 | 2022-10-19 | Siemens Industry Software NV | Volume acceleration sensor calibration |
-
2019
- 2019-07-22 WO PCT/EP2019/069670 patent/WO2021013331A1/en active Search and Examination
- 2019-07-22 CN CN201980098643.5A patent/CN114174776B/zh active Active
- 2019-07-22 JP JP2022503583A patent/JP7318103B2/ja active Active
- 2019-07-22 US US17/628,672 patent/US11913826B2/en active Active
- 2019-07-22 EP EP19752929.0A patent/EP3980735B1/en active Active
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11160145A (ja) * | 1997-11-27 | 1999-06-18 | Suzuki Motor Corp | 音響評価システム |
JP2003066967A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-05 | Kinden Corp | 騒音低減構造 |
US20090204355A1 (en) * | 2006-06-27 | 2009-08-13 | Ata Engineering, Inc. | Methods and apparatus for modal parameter estimation |
US20090276197A1 (en) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | Karl Hans Bert Janssens | Transfer path analysis |
CN102089633A (zh) * | 2008-07-08 | 2011-06-08 | 布鲁尔及凯尔声音及振动测量公司 | 用于重建声学场的方法 |
US20110172936A1 (en) * | 2008-07-08 | 2011-07-14 | Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S | Method for reconstructing an acoustic field |
US20120048026A1 (en) * | 2010-05-31 | 2012-03-01 | Van Der Linden Petrus Johannes Gerardes | Method and system for determining static and/or dynamic, loads using inverse dynamic calibration |
US20130298690A1 (en) * | 2010-11-01 | 2013-11-14 | Ray Bond | Entropy-based impact load identification |
JP2012228138A (ja) * | 2011-04-22 | 2012-11-15 | Toyota Motor Corp | 車両駆動装置 |
CN106715892A (zh) * | 2014-10-01 | 2017-05-24 | 阿尔斯通再生能源技术公司 | 旋转机器以及包括所述机器的用于转换能量的装置 |
US20170306919A1 (en) * | 2014-10-01 | 2017-10-26 | Alstom Renwable Technologies | Rotating machine and installation for converting energy comprising such a machine |
CN105588675A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-05-18 | 西门子工业软件公司 | 用于识别车辆接口中的力的系统以及方法 |
CN104362918A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-18 | 芜湖杰诺瑞汽车电器系统有限公司 | 汽车交流发电机降噪优化设计方法 |
CN104833914A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-08-12 | 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 | 一种工作状态下电机振动特性预测模块及试验方法 |
WO2018225401A1 (ja) * | 2017-06-07 | 2018-12-13 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 聴覚モデルを用いたシミュレーション装置 |
RU2676218C1 (ru) * | 2017-10-10 | 2018-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ оценки адгезионной прочности изоляционного покрытия электродвигателей и устройство для его реализации |
JP2019114114A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 車両のパネル部材の振動解析装置 |
CN109214125A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-15 | 华中科技大学 | 一种电机电磁振动噪声的计算方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
KAWASE, Y: "Finite element analysis of electromagnetic force in case of off-center of rotor in permanent-magnet motor", NON-LINEAR ELECTROMAGNETIC SYSTEMS - ISEM \'99, 31 December 2000 (2000-12-31) * |
ONODERA, S: "ELECTROMAGNETIC VIBRATION ANALYSIS OF A SQUIRREL-CAGE INDUCTION-MOTOR", IEEE INTERNATIONAL MAGNETICS CONFERENCE, 30 November 1993 (1993-11-30) * |
张鲁: "同心式绕组永磁同步平面电机的基础研究", 中国博士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑), 15 February 2016 (2016-02-15) * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7318103B2 (ja) | 2023-07-31 |
JP2022542029A (ja) | 2022-09-29 |
US20220260412A1 (en) | 2022-08-18 |
CN114174776B (zh) | 2024-09-17 |
EP3980735C0 (en) | 2024-06-12 |
EP3980735A1 (en) | 2022-04-13 |
WO2021013331A1 (en) | 2021-01-28 |
US11913826B2 (en) | 2024-02-27 |
EP3980735B1 (en) | 2024-06-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Di Maio et al. | Development of a test planning methodology for performing experimental model validation of bolted flanges | |
Zhang et al. | Investigation on vibration source and transmission characteristics in power transformers | |
Larkin et al. | A review on vibrating beam-based micro/nano-gyroscopes | |
Ghemari et al. | A piezoelectric sensor with high accuracy and reduced measurement error | |
Hosseini et al. | Free vibration analysis of rotating piezoelectric/flexoelectric microbeams | |
CN114174776B (zh) | 用于估计电机中有效的电磁力的方法和装置 | |
WO2008129561A2 (en) | Real-time system and method for designing structures | |
Ling et al. | Decoupling loading effect in simultaneous sensing and actuating for dynamic measurement | |
Clappier et al. | Experimental investigation of structural damping of laminated stacks of electrical machine rotors | |
JP6408564B2 (ja) | アクティブ制振装置および設計方法 | |
El-Kafrawy | Crack detection by modal analysis in 3D beams based on FEM | |
Duvigneau et al. | Vibration analysis of an electric wheel hub motor at stationary operating points | |
de Medeiros et al. | Experimental analyses of metal-composite bonded joints: damage identification | |
Mabilia et al. | Nonlinear forced response of a composite fan blade actuated by piezoelectric patches: Simulation and testing | |
Maga et al. | FE Analysis of a Vibration Measuring Stand for Energy Harvester | |
Ghemari et al. | Enhancing the piezoelectric accelerometer for effective monitoring and diagnosis of engineering structures | |
WO2021144593A1 (en) | Vibro-electric condition monitoring | |
Banks et al. | Parameter estimation in a structural acoustic system with fully nonlinear coupling conditions | |
Mironov et al. | Piezoelectric Films Application for Vibration Diagnostics | |
Szabó et al. | Comparative analysis of stiffness measurement methods for lamination stacks in electric machines | |
Virtanen | Validation of electric motor’s laminate rotor stack characteristics for finite element modelling | |
Rahai et al. | Experimental Damage Identification Using SVD-Based Sensitivities of Truncated Transfer Function | |
Musinana et al. | A Novel Approach to Predict Reed Critical Frequency of Vertical Motors | |
Mastrodicasa et al. | DIC Using Low Speed Cameras on a Scaled Wind Turbine Blade | |
Kuroda | Study on Operational Energy Model Construction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |