一种永磁同步电机的谐波注入方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别是指一种永磁同步电机的谐波注入方法、装置及设备。

背景技术

永磁同步电机由两个关键部件组成，即一个多极化永磁转子和带有适当设计绕组的定子。当三相电流通入永磁同步电机定子的三相对称绕组中时，电流产生的磁动势合成一个幅值大小不变的圆形旋转磁动势，圆形旋转磁动势产生的旋转磁场与转子磁场，在定子与转子之间的气隙中形成一个合成磁场，它与转子主磁场发生相互作用，产生了一个推动或者阻碍电机旋转的电磁转矩。永磁同步电机的转速恒为同步转速，因此转子主磁场和定子旋转磁动势产生的旋转磁场保持相对静止。

现有永磁同步电机的电磁方案中，采用5次、7次谐波模型，由于会引起明显的切向振动，所以会产生较高的振动和噪声。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机的谐波注入方法、装置及设备，降低永磁同步电机的振动和噪声。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种永磁同步电机的谐波注入方法，包括：

确定永磁同步电机的稳态电压方程；

在稳态电压含有5次和7次谐波电压的情况下，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程；所述目标稳态电压方程中的稳态电压含有6次谐波电压；

根据所述目标稳态电压方程，确定含有6次谐波电流的目标谐波电流方程；

按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入。

可选的，所述稳态电压包括：d轴的稳态电压u

其中，所述d轴的稳态电压u

所述q轴的稳态电压u

可选的，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程，包括：

将所述d轴的稳态电压u

可选的，所述目标稳态电压包括：d轴的目标稳态电压u

其中，所述d轴的目标稳态电压u

所述q轴的目标稳态电压u

可选的，所述目标谐波电流包括：d轴的目标谐波电流i

其中，所述d轴的目标谐波电流i

所述q轴的目标谐波电流i

可选的，按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入，包括：

转速和扭矩对应关系图中，在谐波注入能力范围内等间隔标定目标工况点；

在所述目标工况点直接进行6次谐波电流注入。

可选的，永磁同步电机的谐波注入方法，还包括：在所述目标工况点之间的谐波注入能力范围，采用差值方式进行6次谐波电流注入。

可选的，所述目标工况点通过以下调试过程确定：

根据永磁同步电机的振动阶次确定所需要注入的电流阶次；

从较低的电压幅值作为起始，调整电压相位0～2π范围内取整数进行调试，将永磁同步电机振动最低值所对应的相位记录，再调节幅值使其降至最低，记录注入的谐波电流；转速不变化，调整扭矩，在上一个记录的相位、幅值点基础上先对相位进行增加和减少以确定最优相位，再对幅值进行调整，得到注入的谐波电流幅值。

本发明的实施例还提供一种永磁同步电机的谐波注入装置，包括：

确定模块，用于确定永磁同步电机的稳态电压方程；

处理模块，用于在稳态电压含有5次和7次谐波电压的情况下，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程；所述目标稳态电压方程中的稳态电压含有6次谐波电压；根据所述目标稳态电压方程，确定含有6次谐波电流的目标谐波电流方程；按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入。

本发明的实施例还提供一种处理设备，包括：处理器、存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，执行如上所述的方法。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，通过获取永磁同步电机的稳态电压方程；在稳态电压含有5次和7次谐波电压的情况下，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程；所述目标稳态电压方程中的稳态电压含有6次谐波电压；根据所述目标稳态电压方程，确定含有6次谐波电流的目标谐波电流方程；按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入；解决永磁同步电机切向电磁力主要阶次的振动和噪声问题，改善整车运行过程中，中低车速电机的噪声表现。

附图说明

图1是本发明的永磁同步电机的谐波注入方法的流程示意图；

图2是本发明的实施例中永磁同步电机的谐波数学模型示意图；

图3是本发明的实施例中调试工况选点示意图；

图4是谐波注入前的电机的振动、噪声数据频域上的示意图；

图5是谐波注入后的电机的振动、噪声数据频域上的示意图；

图6是谐波注入前的电机的振动、噪声数据时域上的示意图；

图7是谐波注入后的电机的振动、噪声数据时域上的示意图；

图8是本发明的实施例中永磁同步电机的谐波注入前后永磁同步电机的振动变化趋势对比；

图9是本发明的实施例中永磁同步电机的谐波注入前后永磁同步电机的噪声变化趋势对比；

图10是本发明的永磁同步电机的谐波注入装置的模块示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明的实施例提出一种永磁同步电机的谐波注入方法，包括：

步骤11，确定永磁同步电机的稳态电压方程；

步骤12，在稳态电压含有5次和7次谐波电压的情况下，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程；所述目标稳态电压方程中的稳态电压含有6次谐波电压；

步骤13，根据所述目标稳态电压方程，确定含有6次谐波电流的目标谐波电流方程；

步骤14，按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入。

本发明的该实施例，通过获取永磁同步电机的稳态电压方程；在稳态电压含有5次和7次谐波电压的情况下，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程；所述目标稳态电压方程中的稳态电压含有6次谐波电压；根据所述目标稳态电压方程，确定含有6次谐波电流的目标谐波电流方程；按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入；解决永磁同步电机切向电磁力主要阶次的振动和噪声问题，改善整车运行过程中中低车速电机的噪声表现。

如图2所示的电机谐波数学模型中，A、B、C永磁同步电机的三相位，X、Y、Z为坐标系，为本发明的一可选的实施例中，所述稳态电压包括：d轴的稳态电压u

其中，所述d轴的稳态电压u

所述q轴的稳态电压u

具体实现时，所述稳态电压方程为：

其中，u

假设稳态电压中含有5次和7次谐波电压，表示如下：

其中，u

本发明的一可选的实施例中，步骤12中，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程，包括：

将所述d轴的稳态电压u

该实施例中，所述目标稳态电压包括：d轴的目标稳态电压u

其中，所述d轴的目标稳态电压u

所述q轴的目标稳态电压u

具体实现时，将所述稳态电压方程进行park变换(abc到dq0)，得到含有6次谐波的目标稳态电压方程，所述目标稳态电压方程为：

其中，u

三相静止坐标系下的5次、7次谐波分量在基波dq同步旋转坐标系下表现为6次谐波，谐波电压导致谐波电流含有同样的谐波分量，同样表现为6次谐波，所述目标谐波电流包括：d轴的目标谐波电流i

其中，所述d轴的目标谐波电流i

所述q轴的目标谐波电流i

具体实现时，所述目标谐波电流方程为：

其中，i

因此，针对5、7次谐波电流产生的振动和噪声问题，可对电机注入6次谐波电流，控制幅值和相位来降低24阶振动和噪声。

本发明的一可选的实施例中，步骤14可以包括：

步骤141，转速和扭矩对应关系图中，在谐波注入能力范围内等间隔标定目标工况点；

步骤142，在所述目标工况点直接进行6次谐波电流注入。

如图3所示的转速、扭矩图在谐波注入能力范围内等间隔进行标定，以便后期进行查表，进行主动谐波注入。

具体的，方法还可以进一步包括：在所述目标工况点之间的谐波注入能力范围，采用差值方式进行6次谐波电流注入。

本发明的一可选的实施例中，所述目标工况点通过以下调试过程确定：

步骤21，根据永磁同步电机的振动阶次确定所需要注入的电流阶次；

步骤22，从较低的电压幅值作为起始，调整电压相位0～2π范围内取整数进行调试，将永磁同步电机振动最低值所对应的相位记录，再调节幅值使其降至最低，此时记录幅值；

步骤23，转速不变化，调整扭矩，在上一个记录的相位、幅值点基础上先对相位进行增加和减少以确定最优相位，再对幅值进行调整，得到目标工况点，如此可减少所使用的时间。

基于上述方法，对永磁同步电机进行振动和噪声测试，在测试振动和噪声的软件中实时进行振动和噪声(以电机上的5个麦克风测点的能量平均值)的提取、观察，以振动数据为主要参考：

如图4和图5所示，图4是没有进行谐波注入之前的振动和噪声的频域上的变化，图5是使用本发明的方法进行谐波注入后的振动和噪声，使用spectrum方式显示，在测试的转速下计算出相应的阶次频率，频率窗口设置宽度为以目标频率为中心±10Hz；可以看出图5所示的本发明的谐波注入方法可以降低永磁同步电机进行振动和噪声。

如图6和图7所示，图6是没有进行谐波注入之前的振动和噪声的时域上的变化，图7是使用本发明的方法进行谐波注入后的振动和噪声，在线提取所测试的阶次，在时域图表中体现出振动和噪声的量级，可以看出图7所示的本发明的谐波注入方法可以降低永磁同步电机进行振动和噪声。

本发明的上述实施例中，标定完所有的工况点后，对所标定出的数据表格进行检查，幅值和相位趋势需有连续性，否则需要对所标定的数据进行重新标定和修改，确保数据趋势连续性。

对软件的谐波注入算法进行规定，相同扭矩，相邻转速点的谐波幅值采用线性差值的形式，谐波相位则采用循环差值的形式。

如图8和图9所示，可以看出，本次谐波注入调试后可见对于电机24阶振动和噪声都有明显改善，本体振动在2500rpm内降低5～10dB，辐射噪声降低3～12dBA。

本发明的上述方法，可简化谐波注入的过程，仅针对一个谐波阶次进行注入，便可达到降低其相邻电流谐波影响电机产生振动、噪声的效果；本发明可用于任意阶次谐波电流引起的电机振动、噪声问题；使用直观的振动数据为主作为效果评判的依据更为可靠，并针对谐波注入调试过程中较为消耗人力物力的过程进行了总结；本发明以结果作为导向，无繁琐的仿真试验进行对照，可以快速进行工程验证，缩短开发应用周期，可针对多个噪声阶次进行实际控制，同时效果明显；

本发明采用谐波注入的方法降低电机因电流谐波所产生的振动和噪声，相比于重新设计电磁方案，所需周期短，工程效果好；同时降低谐波注入的复杂程度，只针对一个谐波阶次进行注入即可实现较好的效果；使用振动数据作为主要效果参考，可以更好指示谐波注入的效果，防止低频噪声不能通过此方法很好的确认效果，而通过振动传导至车内的情况。

如图10所示，本发明的实施例还提供一种永磁同步电机的谐波注入装置100，包括：

确定模块101，用于确定永磁同步电机的稳态电压方程；

处理模块102，用于在稳态电压含有5次和7次谐波电压的情况下，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程；所述目标稳态电压方程中的稳态电压含有6次谐波电压；根据所述目标稳态电压方程，确定含有6次谐波电流的目标谐波电流方程；按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入。

可选的，所述稳态电压包括：d轴的稳态电压u

其中，所述d轴的稳态电压u

所述q轴的稳态电压u

可选的，将所述稳态电压方程变换为目标稳态电压方程，包括：

将所述d轴的稳态电压u

可选的，所述目标稳态电压包括：d轴的目标稳态电压u

其中，所述d轴的目标稳态电压u

所述q轴的目标稳态电压u

可选的，所述目标谐波电流包括：d轴的目标谐波电流i

其中，所述d轴的目标谐波电流i

所述q轴的目标谐波电流i

可选的，按照所述目标谐波电流方程，在目标工况点进行6次谐波电流注入，包括：

转速和扭矩对应关系图中，在谐波注入能力范围内等间隔标定目标工况点；

在所述目标工况点直接进行6次谐波电流注入。

可选的，所述处理模块102还用于在所述目标工况点之间的谐波注入能力范围，采用差值方式进行6次谐波电流注入。

可选的，所述目标工况点通过以下调试过程确定：

根据永磁同步电机的振动阶次确定所需要注入的电流阶次；

从较低的电压幅值作为起始，调整电压相位0～2π范围内取整数进行调试，将永磁同步电机振动最低值所对应的相位记录，再调节幅值使其降至最低，记录注入的电流幅值；转速不变化，调整扭矩，在上一个记录的相位、幅值点基础上先对相位进行增加和减少以确定最优相位，再对幅值进行调整，得到注入的电流幅值。

需要说明的是，该装置是与上述方法对应的装置，上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。

本发明的实施例还提供一种处理设备，包括：处理器、存储有计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，执行如上所述的方法。上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。