CN213185804U - 一种电机驱动器和电机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电机驱动器和电机系统，所述电机驱动器包括：壳体；驱动电路，设于所述壳体内部，所述驱动电路上设有功率电子器件；声音传感器组件，包括安装架和至少部分设置在所述安装架上的多个声音传感器，多个所述声音传感器配置为接收所述功率电子器件在运行时发出的声音，并根据所述声音产生一声音信号；处理器，连接至多个所述声音传感器，所述处理器配置为使用经训练的神经网络模型对所述声音信号进行处理，生成一故障诊断结果；驱动控制器，连接至所述处理器，所述驱动控制器配置为根据所述故障诊断结果向所述驱动电路输出一控制信号。与现有技术相比，本实用新型的电机驱动器可以避免电磁干扰，实现对电机驱动器的内部状态监控。

Description

一种电机驱动器和电机系统

技术领域

本实用新型主要涉及电机领域，尤其涉及一种电机驱动器和电机系统。

背景技术

电机和电机驱动器广泛应用于工业领域，并且在工业领域中扮演重要角色。对电机系统中的电机驱动器进行状态监控可以降低维护成本以及消除故障风险。为了进行状态监控，电机驱动器上布置有不同类型的传感器用于采集信号，采集到信号经过信号处理之后提取特征量，根据特征量进行故障诊断。

现有技术中，电机驱动器的状态监控主要有两种方式。一种是根据电流信号进行状态监控，此方式对电流传感器采集的采样电流进行频谱分析，以得到故障诊断故障预测结果。然而，电流信号容易受到电磁干扰，使得故障诊断的结果准确性不高。

另一种是使用振动信号进行状态监控，此方式在电机驱动器外布置振动传感器，对振动传感器采集的振动信号进行分析，以得到故障诊断故障预测结果。然而，振动传感器布置在电机驱动器的外部，无法对电机驱动器的内部结构进行状态监控。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种电机驱动器和电机系统，以使状态监控不受电磁干扰，提高了状态监控的准确性，同时可以对电机驱动器的内部结构进行状态监控。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种电机驱动器，所述电机驱动器包括：壳体；驱动电路，设于所述壳体内部，所述驱动电路上设有功率电子器件；声音传感器组件，包括安装架和至少部分设置在所述安装架上的多个声音传感器，多个所述声音传感器配置为接收所述功率电子器件在运行时发出的声音，并根据所述声音产生一声音信号；处理器，连接至多个所述声音传感器，所述处理器配置为使用经训练的神经网络模型对所述声音信号进行处理，生成一故障诊断结果；驱动控制器，连接至所述处理器，所述驱动控制器配置为根据所述故障诊断结果向所述驱动电路输出一控制信号。为此，通过声音传感器接收电机驱动器内部的功率电子器件在运行时产生的声音，并使用经训练的神经网络模型对声音信号进行声学分析，采用了通过空气传播的声音，避免了电磁干扰，并且声音传感器位于电机驱动器的内部，实现了对电机驱动器的内部状态监控。

在本实用新型的一实施例中，多个所述声音传感器包括第一声音传感器和第二声音传感器，所述第一声音传感器设置在所述安装架上，所述第二声音传感器设置在所述安装架之外。为此，实现了多个声音传感器在安装架上的布置。

在本实用新型的一实施例中，所述安装架为环形支架。为此，通过设计环形的安装架，可以尽可能多的布置声音传感器。

在本实用新型的一实施例中，所述第一声音传感器均匀地布置在所述环形支架上，所述第二声音传感器设置在所述环形支架的圆心位置。为此，通过对声音传感器组件的此种结构设计，可以均匀地接收到功率电子器件产生的噪声，从而提高状态监控的准确性。

在本实用新型的一实施例中，所述第一声音传感器的数量大于所述第二声音传感器的数量。如此，可以实现声音传感器的立体收音。

在本实用新型的一实施例中，所述安装架设置在所述壳体的内壁上。为此，无需采用额外的结构固定安装架，可以简化电机驱动器的结构。

在本实用新型的一实施例中，所述声音传感器为微机电系统麦克风。为此，可以减小声音传感器的体积，使得电机驱动器更加紧凑。

在本实用新型的一实施例中，所述处理器通过集成电路内置音频总线连接至多个所述声音传感器。为此，可以实现处理器和声音传感器的声学连接。

在本实用新型的一实施例中，所述功率电子器件包括绝缘栅双极型晶体管。为此，可以实现对绝缘栅双极型晶体管的状态监控。

本实用新型还提出了一种电机系统，所述电机系统包括如上所述的电机驱动器，还包括连接至所述电机驱动器的电机，所述电机在所述电机驱动器的驱动下运转。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

其中，

图1是根据本实用新型的一实施例的一种电机系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型的一实施例的一种声音传感器组件的结构示意图；

图3是根据本实用新型的一实施例的一种电机驱动器的功能框图。

附图标记说明

10 电机驱动器

11 壳体

12 驱动电路

12a 功率电子器件

13 声音传感器组件

131 安装架

132 声音传感器

132a 第一声音传感器

132b 第二声音传感器

14 处理器

15 驱动控制器

20 电机

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

图1是根据本实用新型的一实施例的一种电机系统的结构示意图。如图1所示，电机系统包括电机20和连接至电机20的电机驱动器10，电机20在电机驱动器10的驱动下运转。电机20可以是低压交流电机。电机20包括壳体，壳体内设有定子和可相对于定子绕旋转中心周向旋转的转子，转子连接至一旋转轴，旋转轴可以输出一扭矩。

电机驱动器10包括壳体11，驱动电路12，声音传感器组件13，处理器14和驱动控制器15。

壳体11位于电机驱动器10的外部，具有一内部空间，用于容纳电机驱动器10的内部部件。驱动电路12设于壳体11的内部，驱动电路12用于为电机20提供输出电流或输出电压。驱动电路12可以设置在印刷电路板上。驱动电路12上设有功率电子器件12a，功率电子器件12a可以是功率开关，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

功率电子器件12a在正常运行和异常运行时产生的声音具有不同的声学特征，通过对功率电子器件12a在运行时的声音进行声学分析，可以实现对电机驱动器10的状态监控。以绝缘栅双极型晶体管为例，某个桥臂发生故障时，该桥臂与其它桥臂的声音的频谱和成分有差异，通过对声音进行频谱和成分分析，可以确定有桥臂发生故障，并且可以通过声源位置分析对发生故障的桥臂进行定位。

声音传感器组件13，包括安装架131和至少部分设置在安装架131上的多个声音传感器132，多个声音传感器132配置为接收功率电子器件12a在运行时发出的声音，功率电子器件12a发出的声音通过空气传播至多个声音传感器132，多个声音传感器132根据声音产生一声音信号。作为非限制性的示例，声音传感器132可以为微机电系统(MEMS)麦克风。可选地，多个声音传感器132可以包括第一声音传感器132a和第二声音传感器132b，第一声音传感器132a设置在安装架131上，第二声音传感器132b设置在安装架131之外。可选地，第一声音传感器132a的数量大于第二声音传感器132b的数量。

在一些实施例中，安装架131设置在壳体10的内壁上。为此，无需采用额外的结构固定安装架，可以简化电机驱动器的结构。

图2是根据本实用新型的一实施例的一种声音传感器组件13的结构示意图。如图2所示，安装架131为环形支架，六个第一声音传感器132a均匀地布置在环形支架的12点钟、2点钟、4点钟、6点钟、8点钟、10点钟位置，第二声音传感器132b设置在环形支架的圆心位置。为此，通过对声音传感器组件的此种结构设计，可以均匀地接收到功率电子器件12a产生的噪声，从而提高状态监控的准确性。

处理器14连接至多个声音传感器132，配置为使用经训练的神经网络模型对声音信号进行处理，生成一故障诊断结果。优选地，处理器14通过集成电路内置音频总线(Inter-IC Sound，I2S总线)连接至多个声音传感器132。处理器14可以是专用集成电路(ASIC)，专用集成电路中集成有神经处理单元(NPU)，神经处理单元中加载有经过训练的神经网络模型，利用该神经网络模型可以提取输入的声音信号的故障特征和位置，声音信号的故障特征和位置作为处理器14生成的故障诊断结果。

驱动控制器15连接至处理器14，配置为根据故障诊断结果向驱动电路12输出一控制信号。驱动控制器15接收处理器14输出的故障诊断结果，例如声音信号的故障特征和位置，根据该故障诊断结果输出一控制信号至驱动电路12，驱动信号12根据控制信号执行对应的操作，例如旁路故障的桥臂。在一些实施例中，驱动控制器15还可以发出报警信号或者故障处理信号，以提醒用户电机驱动器当前状态异常。

图3是根据本实用新型的一实施例的一种电机驱动器10的功能框图。下面结合图3，以IGBT的桥臂故障为例，对本实用新型中的电机驱动器10的状态监控过程和原理进行说明。

IGBT的某个桥臂发生故障时，该桥臂与其它桥臂的声音的频谱和成分有差异，故障桥臂和正常桥臂运行时产生的声音通过空气传播至声音传感器132，声音传感器132将接收到的声音转换生成声音信号，处理器14接收到声音传感器132输出的声音信号，使用经训练的神经网络模型对声音信号进行频谱和成分分析，可以确定有桥臂发生故障，并且可以通过声源位置分析对发生故障的桥臂进行定位，驱动控制器15在接收到故障诊断结果之后，向驱动电路12输出一控制信号，以旁路发生故障的桥臂。

本实用新型的实施例提供了一种电机驱动器，通过声音传感器接收电机驱动器内部的功率电子器件在运行时产生的声音，并使用经训练的神经网络模型对声音信号进行声学分析，采用了通过空气传播的声音，避免了电磁干扰，并且声音传感器位于电机驱动器的内部，实现了对电机驱动器的内部状态监控。

本实用新型还提出一种电机系统，电机系统包括电机驱动器10，还包括连接至电机驱动器10的电机20，电机20在电机驱动器10的驱动下运转。电机驱动器10的结构可参考上文，此处不再赘述。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种电机驱动器(10)，其特征在于，所述电机驱动器(10)包括：

壳体(11)；

驱动电路(12)，设于所述壳体(11)内部，所述驱动电路(12)上设有功率电子器件(12a)；

声音传感器组件(13)，包括安装架(131)和至少部分设置在所述安装架(131)上的多个声音传感器(132)，多个所述声音传感器(132)配置为接收所述功率电子器件(12a)在运行时发出的声音，并根据所述声音产生一声音信号；

处理器(14)，连接至多个所述声音传感器(132)，所述处理器(14)配置为使用经训练的神经网络模型对所述声音信号进行处理，生成一故障诊断结果；

驱动控制器(15)，连接至所述处理器(14)，所述驱动控制器(15)配置为根据所述故障诊断结果向所述驱动电路(12)输出一控制信号。

2.根据权利要求1所述的电机驱动器(10)，其特征在于，多个所述声音传感器(132)包括第一声音传感器(132a)和第二声音传感器(132b)，所述第一声音传感器(132a)设置在所述安装架(131)上，所述第二声音传感器(132b)设置在所述安装架(131)之外。

3.根据权利要求2所述的电机驱动器(10)，其特征在于，所述安装架(131)为环形支架。

4.根据权利要求3所述的电机驱动器(10)，其特征在于，所述第一声音传感器(132a)均匀地布置在所述环形支架上，所述第二声音传感器(132b)设置在所述环形支架的圆心位置。

5.根据权利要求2所述的电机驱动器(10)，其特征在于，所述第一声音传感器(132a)的数量大于所述第二声音传感器(132b)的数量。

6.根据权利要求1所述的电机驱动器(10)，其特征在于，所述安装架(131)设置在所述壳体(11)的内壁上。

7.根据权利要求1所述的电机驱动器(10)，其特征在于，所述声音传感器(132)为微机电系统麦克风。

8.根据权利要求1所述的电机驱动器(10)，其特征在于，所述处理器(14)通过集成电路内置音频总线连接至多个所述声音传感器(132)。

9.根据权利要求1所述的电机驱动器(10)，其特征在于，所述功率电子器件(12a)包括绝缘栅双极型晶体管。

10.一种电机系统，其特征在于，所述电机系统包括如权利要求1-9任一项所述的电机驱动器(10)，还包括连接至所述电机驱动器(10)的电机(20)，所述电机(20)在所述电机驱动器(10)的驱动下运转。

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