CN114123915A - 一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，包括步骤S1：根据对永磁无刷直流电机输入不同的功率设置不同的电机输出挡位，并且在电机输出挡位中设置低速档位和高速挡位；步骤S2：当电机输出挡位在低速挡位时，通过调节在低速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角，以弱化电机的电磁噪音，步骤S3：当电机输出挡位在高速挡位时，通过调节在高速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角，以提升电机最大效率。本发明公开的一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，用于解决永磁无刷直流电机在低速运转的噪音问题和高速运转的效率问题。
Description
技术领域
本发明属于解决永磁无刷直流电机的噪音和效率技术领域，具体涉及一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法。
背景技术
目前，以变频风扇、变频空气净化器为代表的变频家用电器逐步进入我国消费市场。而且变频家用电器由“交流变频”向“直流变频”转变，已是明显的发展趋势。这种转变实际上就是由过去的单相感应电动机或VVVF装置供电的感应电动机被永磁无刷直流电机及其控制器所取代，使变频家用电器在节能高效、舒适性、智能化等方面都有新的提高。
但是无刷直流电机运行中***产生的振动和噪声，在一定程度上限制了无刷直流电机的应用和推广。目前国内外对电机噪声的研究主要集中在异步电机和电励磁同步电机，针对无刷直流电机振动和噪声的研究却不多。而家用电器中落地扇、空气净化器等对睡眠模式下的噪音要求较高，因此永磁无刷直流电机低速下电磁噪音问题亟待解决，并且永磁无刷直流电机在高速下电机输出的效率不高，做了很多无用功；
如图4所示，电磁噪声主要是电机中周期变化的径向电磁力或不平衡的磁拉力使铁心发生磁致伸缩和振动所引起。在电动机和电动机的铁芯结构中的磁体所产生的非均匀磁场形成了齿槽效应：当转子中的磁体切割定子齿时产生磁力。当磁力从1个齿转到另外1个齿时，磁力帮助或阻止转动，使转子有规律的加速或者减速。不均匀的磁拉力产生的齿槽效应。电动机转动不平稳会引起速度脉动和转矩脉动、效率损耗、振动和噪音。速度脉动是指全过程内的速度变化或者速度波动；而转矩脉动则描述了全过程内的转矩变化，槽中绕铜导线将增加这一效果。而从1个齿到另外1个齿的不平衡拉力也在转子中产生了径向偏差，根据这一个产生的齿槽效应的强弱，相应幅度的电磁振动和电磁噪音将随之出现。整机运行时，电流输入马达线圈以磁场推动磁铁，机械结构运转带动扇叶在机构中形成进与出的气流，此时交互产生的摩擦及抖动频率若进入20Hz～20kHz音频范围，则为听感异音区间。电磁噪声还和定子、转子本身的振动特性有关。当激振力和固有频率共振时，即使电磁力很小也会产生很大的噪声。
因此，针对上述问题，予以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，用于解决永磁无刷直流电机在低速运转的噪音问题和高速运转的效率问题。
为达到以上目的，本发明提供一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，用于解决永磁无刷直流电机在低速运转的噪音问题和高速运转的效率问题，包括以下步骤：
步骤S1：根据对永磁无刷直流电机输入不同的功率设置不同的电机输出挡位，并且在电机输出挡位中设置低速档位和高速挡位(一般定义为：低速挡位下电机的转速为800RPM以下，800-2000RPM属于中高速，高速挡位下电机的转速为2000RPM以上)；
步骤S2：当电机输出挡位在低速挡位时，通过调节在低速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角，以使得在低速挡位下不同电机转速均匹配一个最优选的进角数据，从而使得在低速挡位下不同电机转速均产生与之匹配最小的电磁噪音；
步骤S3：当电机输出挡位在高速挡位时，通过调节在高速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角，以使得在高速挡位下不同电机转速均匹配一个最优选的进角数据，从而使得在高速挡位下不同电机转速均产生与之匹配最高的电机输出效率。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：依次选择低速挡不同的电机转速，并且保持当前选择的电机(工作时的)转速保持不变；
步骤S2.2：通过公式LA＝aglhi+LA_Tb对永磁无刷直流电机运转时的总进角进行调节，其中：
LA代表永磁无刷直流电机运转时的总进角(范围在0-255，以代表电机0-360度的循环)，aglhi代表定值进角，LA_Tb代表进角基值；
步骤S2.3：启动永磁无刷直流电机，以使得永磁无刷直流电机在当前选择的电机转速下运转，(在静音室)并且通过噪音测试装置获得当前选择的电机转速的电磁噪音数据(电机在运行时，电磁噪音与定子、转子、振动特定和齿槽转矩等综合性因素相关，需综合考虑合理选取进角)；
步骤S2.4：重复步骤S2.2和步骤S2.3，在对当前选择的电机转速下进行不同大小的总进角调节，从而获得最小的电磁噪音数据，进而获得当前选择的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S2.5：重复步骤S2.1-步骤S2.4，以获得永磁无刷直流电机在低速挡位下每一个电机转速的最小的电磁噪音数据，进而获得与之匹配的电机转速的最优选的进角数据(在不同的转速下设置其最优选的进角数据即可，从而使得永磁无刷直流电机在任一转速下均产生最小的电磁噪音)；
步骤S2.6：永磁无刷直流电机在低速挡位中选择任一电机转速进行启动，则永磁无刷直流电机的总进角被调节到与当前电机转速匹配的最优选，从而获得最小的电磁噪音。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：依次选择高速挡不同的电机转速，并且保持当前选择的电机(工作时的)转速保持不变；
步骤S3.2：通过公式LA＝aglhi+LA_Tb对永磁无刷直流电机运转时的总进角进行调节，其中：
LA代表永磁无刷直流电机运转时的总进角(范围在0-255，以代表电机0-360度的循环)，aglhi代表定值进角，LA_Tb代表进角基值；
步骤S3.3：启动永磁无刷直流电机，以使得永磁无刷直流电机在当前选择的电机转速下运转，并且通过效率测试装置获得当前选择的电机转速的输出效率数据；
步骤S3.4：重复步骤S3.2和步骤S3.3，在对当前选择的电机转速下进行不同大小的总进角调节，从而获得最高的电机输出效率数据，进而获得当前选择的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S3.5：重复步骤S3.1-步骤S3.4，以获得永磁无刷直流电机在高速挡位下每一个电机转速的最高的电机输出效率数据，进而获得与之匹配的电机转速的最优选的进角数据(在不同的转速下设置其最优选的进角数据即可，从而使得永磁无刷直流电机在任一转速下均产生高的电机输出效率数据)；
步骤S3.6：永磁无刷直流电机在高速挡位中选择任一电机转速进行启动，则永磁无刷直流电机的总进角被调节到与当前电机转速匹配的最优选，从而获得最高的电机输出效率。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，通过调节永磁无刷直流电机对应的进角从而调节电压波形与电流波形的相位差θ，以修正永磁无刷直流电机的相电流波形，将正弦波散化为类方波。
本发明的有益效果在于：
本发明通过保证在同一转速下调节不同进角值，降低电机的齿型转矩Cogging效应，这样电机的噪音问题就可以得到改善，通过此种方式来调节噪音的方式有很大的好处在于可以进行多挡位调节以及多转速调节，尤其是对于电机低挡位低转速下的噪音调节有非常大的优势；
通过调节对应进角值可以极大程度的改善电机效率与噪音问题，1、低转速(800RPM以下)通过进角调节，可以有效降低电机齿槽转矩等因素带来的电磁噪音；2、高转速(2000RPM以上)下通过进角调节，可以有效改善电机各转速下相电流波形，提高电机的效率。
附图说明
图1是本发明的一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法的进角调节的对应关系图。
图2是本发明的一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的调节前的电压波形与电流波形的相位差图。
图3是本发明的一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的调节后的电压波形与电流波形的相位差图。
图4是现有的电磁噪声产生图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的永磁无刷直流电机等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，用于解决永磁无刷直流电机在低速运转的噪音问题和高速运转的效率问题，包括以下步骤：
步骤S1：根据对永磁无刷直流电机输入不同的功率设置不同的电机输出挡位，并且在电机输出挡位中设置低速档位和高速挡位(一般定义为：低速挡位下电机的转速为800RPM以下，800-2000RPM属于中高速，高速挡位下电机的转速为2000RPM以上)；
步骤S2：当电机输出挡位在低速挡位时，通过调节在低速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角(以弱化电机电磁噪音)，以使得在低速挡位下不同电机转速均匹配一个最优选的进角数据，从而使得在低速挡位下不同电机转速均产生与之匹配最小的电磁噪音；
步骤S3：当电机输出挡位在高速挡位时，通过调节在高速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角(以提升电机最大效率)，以使得在高速挡位下不同电机转速均匹配一个最优选的进角数据，从而使得在高速挡位下不同电机转速均产生与之匹配最高的电机输出效率。
具体的是，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：依次选择低速挡不同的电机转速，并且保持当前选择的电机(工作时的)转速保持不变；
步骤S2.2：通过公式LA＝aglhi+LA_Tb(如图1所示)对永磁无刷直流电机运转时的总进角进行调节，其中：
LA代表永磁无刷直流电机运转时的总进角(范围在0-255，以代表电机0-360度的循环)，aglhi代表定值进角，LA_Tb代表进角基值；
步骤S2.3：启动永磁无刷直流电机，以使得永磁无刷直流电机在当前选择的电机转速下运转，(在静音室)并且通过噪音测试装置获得当前选择的电机转速的电磁噪音数据(电机在运行时，电磁噪音与定子、转子、振动特定和齿槽转矩等综合性因素相关，需综合考虑合理选取进角)；
步骤S2.4：重复步骤S2.2和步骤S2.3，在对当前选择的电机转速下进行不同大小的总进角调节，从而获得最小的电磁噪音数据，进而获得当前选择的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S2.5：重复步骤S2.1-步骤S2.4，以获得永磁无刷直流电机在低速挡位下每一个电机转速的最小的电磁噪音数据，进而获得与之匹配的电机转速的最优选的进角数据(在不同的转速下设置其最优选的进角数据即可，从而使得永磁无刷直流电机在任一转速下均产生最小的电磁噪音)；
步骤S2.6：永磁无刷直流电机在低速挡位中选择任一电机转速进行启动，则永磁无刷直流电机的总进角被调节到与当前电机转速匹配的最优选，从而获得最小的电磁噪音。
更具体的是，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：依次选择高速挡不同的电机转速，并且保持当前选择的电机(工作时的)转速保持不变；
步骤S3.2：通过公式LA＝aglhi+LA_Tb对永磁无刷直流电机运转时的总进角进行调节，其中：
LA代表永磁无刷直流电机运转时的总进角(范围在0-255，以代表电机0-360度的循环)，aglhi代表定值进角，LA_Tb代表进角基值；
步骤S3.3：启动永磁无刷直流电机，以使得永磁无刷直流电机在当前选择的电机转速下运转，并且通过效率测试装置获得当前选择的电机转速的输出效率数据；
步骤S3.4：重复步骤S3.2和步骤S3.3，在对当前选择的电机转速下进行不同大小的总进角调节，从而获得最高的电机输出效率数据，进而获得当前选择的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S3.5：重复步骤S3.1-步骤S3.4，以获得永磁无刷直流电机在高速挡位下每一个电机转速的最高的电机输出效率数据，进而获得与之匹配的电机转速的最优选的进角数据(在不同的转速下设置其最优选的进角数据即可，从而使得永磁无刷直流电机在任一转速下均产生高的电机输出效率数据)；
步骤S3.6：永磁无刷直流电机在高速挡位中选择任一电机转速进行启动，则永磁无刷直流电机的总进角被调节到与当前电机转速匹配的最优选，从而获得最高的电机输出效率。
进一步的是，通过调节永磁无刷直流电机对应的进角从而调节电压波形与电流波形的相位差θ，以修正永磁无刷直流电机的相电流波形，将正弦波散化为类方波。
优选地，对于低速挡位的电磁噪音问题：本发明的目的是解决永磁无刷直流电机产生电磁噪音的问题，针对直流无刷马达的物理问题，齿型转矩成份必然存在的情况下，低速低扭矩区容易有此音频或倍频成份，理想的运行控制加入补偿项目有减轻的可能。以及针对整机结构与生产工艺的不理想性，非马达因素所产生的异音，可将音频离散化，产生听感较舒适的谐波分布；
如图2所示，通过调节进角值即电压波形与电流波形的相位差θ值大小，修正电机相电流波形，将正弦波散化为“类方波”(如图3所示)，来降低电机齿槽转矩带来的电磁噪音，大大提高了家电领域中电器使用的舒适度，减少听感不适，更加人性智能化。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的永磁无刷直流电机等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，用于解决永磁无刷直流电机在低速运转的噪音问题和高速运转的效率问题，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据对永磁无刷直流电机输入不同的功率设置不同的电机输出挡位，并且在电机输出挡位中设置低速档位和高速挡位；
步骤S2：当电机输出挡位在低速挡位时，通过调节在低速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角，以使得在低速挡位下不同电机转速均匹配一个最优选的进角数据，从而使得在低速挡位下不同电机转速均产生与之匹配最小的电磁噪音；
步骤S3：当电机输出挡位在高速挡位时，通过调节在高速挡位下不同电机转速的永磁无刷直流电机对应的进角，以使得在高速挡位下不同电机转速均匹配一个最优选的进角数据，从而使得在高速挡位下不同电机转速均产生与之匹配最高的电机输出效率。
2.根据权利要求1所述的一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，其特征在于，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：依次选择低速挡不同的电机转速，并且保持当前选择的电机转速保持不变；
步骤S2.2：通过公式LA＝aglhi+LA_Tb对永磁无刷直流电机运转时的总进角进行调节，其中：
LA代表永磁无刷直流电机运转时的总进角，aglhi代表定值进角，LA_Tb代表进角基值；
步骤S2.3：启动永磁无刷直流电机，以使得永磁无刷直流电机在当前选择的电机转速下运转，并且通过噪音测试装置获得当前选择的电机转速的电磁噪音数据；
步骤S2.4：重复步骤S2.2和步骤S2.3，在对当前选择的电机转速下进行不同大小的总进角调节，从而获得最小的电磁噪音数据，进而获得当前选择的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S2.5：重复步骤S2.1-步骤S2.4，以获得永磁无刷直流电机在低速挡位下每一个电机转速的最小的电磁噪音数据，进而获得与之匹配的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S2.6：永磁无刷直流电机在低速挡位中选择任一电机转速进行启动，则永磁无刷直流电机的总进角被调节到与当前电机转速匹配的最优选，从而获得最小的电磁噪音。
3.根据权利要求2所述的一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，其特征在于，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：依次选择高速挡不同的电机转速，并且保持当前选择的电机转速保持不变；
步骤S3.2：通过公式LA＝aglhi+LA_Tb对永磁无刷直流电机运转时的总进角进行调节，其中：
LA代表永磁无刷直流电机运转时的总进角，aglhi代表定值进角，LA_Tb代表进角基值；
步骤S3.3：启动永磁无刷直流电机，以使得永磁无刷直流电机在当前选择的电机转速下运转，并且通过效率测试装置获得当前选择的电机转速的输出效率数据；
步骤S3.4：重复步骤S3.2和步骤S3.3，在对当前选择的电机转速下进行不同大小的总进角调节，从而获得最高的电机输出效率数据，进而获得当前选择的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S3.5：重复步骤S3.1-步骤S3.4，以获得永磁无刷直流电机在高速挡位下每一个电机转速的最高的电机输出效率数据，进而获得与之匹配的电机转速的最优选的进角数据；
步骤S3.6：永磁无刷直流电机在高速挡位中选择任一电机转速进行启动，则永磁无刷直流电机的总进角被调节到与当前电机转速匹配的最优选，从而获得最高的电机输出效率。
4.根据权利要求3所述的一种解决永磁无刷直流电机电磁噪音和效率的方法，其特征在于，通过调节永磁无刷直流电机对应的进角从而调节电压波形与电流波形的相位差θ，以修正永磁无刷直流电机的相电流波形，将正弦波散化为类方波。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220301 |
|
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