通过电气传动控制的变速箱降噪的制作方法

专利名称：通过电气传动控制的变速箱降噪的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及降噪，更具体地涉及电气传动装置(electrical drive)中噪声的降低。
背景技术：
关于低频噪声对人体影响的研究有许多。虽然研究的结果相对于这 种噪声的影响有些主观，但逐渐增长的趋势是在任何可能的地方降低来 自工业源的噪声的影响，以与终端用户和公众保持友好。如本文中使用 的术语低频是指位于从大约20Hz到几百赫兹的可听频率范围内的噪声。 作为参考，大多数人的听力范围通常是大约20Hz-20KHz，称为可听频率 范围。
作为参考，由安默斯特分校机械工业工程系的再生能源实验室 (2002年6月)撰写的名为"附M7W6/"e JcowW/c AAo/W的文章中描述 了噪声和声音的一^殳原理。当各种电气系统、机电系统和机械系统以集 成方式操作时，比如风轮机，4艮难准确地确认任何可听噪声(audible noise)的确切来源，这时就出现了复杂性。
这种工业噪声的来源有很多，但是通常认为低频噪声的一个这样的 来源来自电气系统和机电系统的传动系(drive train)。如在本文中 使用的，变速箱(gearbox )或传动系(也称为变速器(transmission )) 指的是使用某种形式的组件的系统，所述组件用于结合一个或多个轴来 传递和/或转换转矩和速度。传动系通常用于包括航空、海运、运输、 工业和能源的各种领域的实施中。例如，变速箱用于直升机上的旋翼、 船只上的螺旋桨轴、风轮机轴，车辆变速器以及与发动机、马达(motor) 和发电机相关的各种类型的耦合装置(coupling)。电气传动系通常传 递转矩，并且示例包括将转矩传递到负荷的马达和使用旋转轴产生电功 率的发电机。
已经使用各种形式的无源和有源噪声消除方案来降低或消除低频 噪声，但成就有限且通常设计复杂。因此需要解决尚未得以圆满解决的 噪声问题。

发明内容
一个实施例是用于使来自传动系的可听噪声衰减(damp)的系统， 所述系统使用来自传动系的振动(vibration)或噪声信号，其中集成 的阻尼(damping)电路产生阻尼转矩信号。阻尼转矩是噪声信号的相 移且放大的版本。电机耦合到传动系，其中阻尼转矩信号被施加到该电 机的气隙转矩信号(air-gap torque signal)从而降低可听噪声。
噪声信号可以是恒定值、估计值和测量值中的至少一个。在一个示 例中，噪声信号可以由至少一个传感器测量,其中该传感器可以是麦克 风、加速计、应变计和表面声波装置中的至少一个。
另外，阻尼电路可以选自由滤波器、移相器、放大器、加法器、和 限制器(limiter)组成的组中的至少一个。移相器在一个示例中是延 时电路。阻尼转矩在一个实施例中相对于噪声信号具有大约90度的相 移。
传动系可以选自由变速箱、静液压传动装置(hydrostatic transmission)、 动液压传动装置(hydrodynamic transmission)、 链条传动装置、皮带传动装置和万向耦合装置(Cardan coupling)组 成的组中的至少一个。
该系统可以包4舌耦合到发电才几的转换器(converter),其中该转 换器将阻尼转矩信号与气隙转矩信号组合。而且，转矩接口 (torque
在一个方p面!将阻尼转矩引入到与高速轴最近的发电机，但可:斤噪
声主要由低速轴造成。另一个特征包括实时衰减可听噪声。
阻尼转矩不一定要持续施加，而是可以间断地施加给气隙转矩信
号。在一个示例中，阻尼信号具有接近于噪声信号频率的调制频率。 一个实施例是用于衰减来自传动系的可听噪声的方法，包括处理来
自传动系的具有噪声频率的噪声信号，产生校正阻尼信号，其中该校正
阻尼信号具有相移且具有大约等于噪声频率的频率，用校正阻尼信号调
制转矩信号以产生调制的转矩校正信号，并把该调制的转矩校正信号施
加给耦合到传动系的电机从而降低可听噪声。
该相移可以有大约90度的滞后，且根据一个示例可以在30度到150
度的范围内。处理、产生、调制和施加可以是间断的。所述方法还可以包括为至 少一个附加的噪声信号重复处理、产生、调制和施加的步骤。
所述方法还可以包括过滤、放大和限制校正阻尼信号中的至少一
个。传动系可以包括齿4仑组件(gear assembly),其中来自传动系的 噪声包括齿轮啮合噪声。
所述系统的 一 个技术效果是降低了传动系的可听噪声。 一 个方面包 括具有本文指出的特征的用于降低传动系上的可听噪声的计算机程序产品。
本文描述的特征和优点并不是全部的，特别地，根据附图、说明书 和权利要求书，许多其他的特征和优点对于本领域普通技术人员来说是 显而易见的。而且，应该注意到，说明书中使用的语言原则上是为了阅 读和指导性目的而选择的，并不用于限制本发明主题的范围。


图1是示出根据一个实施例配置的噪声阻尼系统的基本框图。 图2A是示出根据一个实施例配置的噪声阻尼系统的基本框图。 图2B是示出根据一个实施例配置的噪声阻尼系统的基本框图。 图3是示出根据一个实施例配置的噪声阻尼系统的基本框图。 图4是示出根据一个实施例配置的转矩接口的基本框图。 图5是示出直接转矩接口的实施例的框图。
图6是示出仿真噪声信号和发电机的响应的曲线图，由功率电子器 件施加到发电机的校正信号表示，产生良好衰减的噪声信号。
图7是示出根据 一 个实施例的噪声阻尼系统的处理流程的流程图。
具体实施例方式
通常，本发明的某些实施例为使用传动系的系统提供了减小噪声问 题。传动系的示例涉及使用变速箱的那些系统。如在本文所用的，变速 箱应包括经历噪声和振动问题的各种形式的变速器和传动系。
根据一个实施例，通过使用用于传动系统的降噪控制电路抑制诸如 齿轮啮合激励之类的噪声激励(noise excitation)的影响实现降噪。 降噪电路产生与噪声信号具有相同频率但处于不同相位的动态转矩反 馈信号，其中该反馈信号被反馈到诸如电动机或发电机的系统的气隙转矩。如在本文中使用的，电机应指能耦合到传动系的各种马达和发电机。 许多电气传动装置工作在可变频率，比如变速传动装置或风轮机传
动系(wind turbine drive train)。在某些速度时，这些系统可能在 声共振动点的频率处造成振动。如果产生的振动频率在人的可听频率范 围之内，尤其是如果超过工程标准要求的噪声水平或接近要求的标准， 这些小的振动振幅在有限的情况下能对环境产生影响。在风轮机的某 些速度时，基于包括共振效应的传动系元件的复杂交互作用，噪声急剧 增力口。
参考图1,其描述了降噪系统5的一个概括实施例。传动系10可以 是具有相关的轴和耦合装置的变速箱以及传递转矩的其它形式的齿轮 组件和变速器。传动系IO通常耦合到某种形式的供给转矩传递的装置， 比如此例中的发电机20。虽然为了说明性的目的本文使用齿轮组件，还 有其他形式的变速器(或转矩转换器)，包括静液压传动装置、动液压 传动装置、链条传动装置、皮带传动装置和万向耦合装置。在其他实施 例中，马达(未示出)可耦合到传动系。 一方面包括是变速箱并且产生 由啮合齿轮造成的噪声激励的传动系。
耦合到传动系IO的是从传动系30中提取噪声或振动信号的至少一 个传感器30。传感器30可以是声学的、机械的或电的，且包括用来处 理声能的麦克风、用来提取振动能的加速计和其他装置，以及用来提取 电能的表面声波装置。
在一个示例中，该传感器由测量类别限定，所述测量类别比如力、 加速度、灵敏度、带宽、分辨率、精确度、线性、方向性、环境依赖性 (如温度和压力)、尺寸、应用、安装。来自该传感器的一个(或多个) 输出被传送到解释测量的传感器信号的控制部分。
在一个实施例中，振动频率可以是该系统所关注的预定的音调区域 (tonal region)或频率或者其可以是测量的频率。在一个实施例中该 传感器仅获得频率测量，而在另一个实施例中该传感器获得噪声水平和 频率测量。 一个方面包括随后在反馈电路中使用的噪声水平和频率测
否需要阻尼，'其中只^r当需要时;降低噪声。P、 、'
在另 一个实施例中，该系统用某个测量的频率-响应和自调相位滞后进行操作。在这个示例中，从测量中获得振动频率，且只需要处理阻 尼转矩所需的相位滞后。
根据一个示例，传感器30是声传感器，并且在一个方面该传感器
是麦克风。宽带麦克风也许不能正确地分辨出低频信号，而诸如低通滤 波器或带通滤波器的某种滤波则能够限制通过麦克风接收的频率范围。
寸言号的方文大也在本系统的范围和^口识内。在Commtest Instruments Ltd. 撰写的论文"Vibration Analysis of the Windflow Turbine Gearbox" 中描述了使用麦克风来测量变速箱噪声的一个示例。
用于测量的另 一个机制包括使用测量结构振动的加速计。另 一个传 感器测量实施例是经由能够感测变形的应变计。在一个实施例中，使用 表面声波(SAW)装置、体声波(BAW)装置和微机电系统(MEMS)装置 实现感测。
再参考图1,感测部分30耦合到阻尼控制电路40。阻尼电路40通 常集成到传动系电子器件或发电机电子器件，比如与转换器控制器一块 集成。传感器30通常最接近于或耦合到传动系10,并能够通过有线或 无线技术传输测量的信号。
传送来自传感器30的信息以由控制或阻尼电路40进行处理，所述 控制或阻尼电路40使用测量的噪声信号来产生相移的校正信号以衰减 噪声。根据设计准则，从传感器30感测的信号可以包括噪声频率和噪 声功率，或者仅包括频率或仅包括噪声功率。而且，感测可以是连续的、 周期性的、或基于某个人工或自动事件。在通常意义上，传感器测量信 号而控制部分执行随后的处理。
阻尼电路4 0的输出是通常耦合到发电机转换器电子器件5 5的转矩 信号的动态转矩信号(ATw)。有多种方式将动态转矩或噪声阻尼信号 覆盖在该转换器的控制回路信号内。根据一个实施例，通过动态转矩信 号调制转换器电子器件的转矩信号，其中动态转矩信号的调制频率和造 成噪声放大问题的激励源大致相同，但具有不同的相位。在一个实施例 中，存在转矩接口，用于调节随后引入到转换器控制电路55的转矩信 号以及发电机20或其他电机的气隙转矩。在一个示例中，动态转矩接 口能够处理来自阻尼电路40的信号，从而产生输入到转换器55并接着制的校正信号。
转换器或转换器控制器55将校正信号施加到发电机40的气隙转
矩。在某些实施例中，存在被校正信号调制的转矩信号，比如直流信号
电平，其中该调制以噪声信号的频率进行。阻尼电路40、转矩接口和/ 或转换器55是已有的转换器控制器部分的一部分。
在另一个方面，动态转矩和产生噪声效应的转矩具有相同的频率但 具有不同的相位，且该动态转矩被传送到发电机20以实现对噪声的衰 减。在一个实施例中，气隙转矩使用由动态转矩(AT^ )调制的信号来 衰减变速箱噪声。
随着转子的转动,在转子上产生转矩，其通过位于转子和定子之间的气 隙起作用，该转矩是由与定子绕组的电磁场交互产生的。也称为气隙转 矩的该转矩与发电机以恒定的转子角速度所产生的电功率成比例。磁场 与定子电枢绕组交互以产生随后可以供应给负荷的电压和电流。对本领 域技术人员来说，气隙转矩的使用和电机处理过程中各种气隙转矩的计 算是已知的。
根据一个实施例，相移的噪声阻尼信号50在一个实施例中与发电 机20的气隙转矩叠加或以其他方式与发电机20的气隙转矩组合。将噪 声阻尼信号引入到电机中可以通过几种方式实现，其中有些方式在美国 专利号7， 173, 399和已公开的专利申请号US 2006/0244425中已有描 述。
有多种选择来处理动态转矩信号以便衰减噪声信号。 一个实施例在 图2A中示出，其中噪声信号205输入到改变噪声信号的相位的移相器 215。噪声信号205可以来自图1中的传感器，并包括频率和/或噪声功 率电平中的至少一个。在一个实施例中噪声信号是测量的噪声频率和噪 声水平，并在反馈阻尼电路中用来产生转矩信号。
在一方面，只要反馈信号被相移约T/4的延时以进行大约90度滞 后的相移，就能达到令人满意的衰减。相移量可以在约(KKT/2的范围 内，造成的0。〈Phi〈180。将适于对传动系施加阻尼行为。在某些方面， 可能希望具有安全裕度。阻尼的相应效果与sin (Phi )成比例，使得与 更4青确的相移相比，利用纯调整的相移(pure adjusted phase shift) 实现相同的结果需要更多的转矩。根据 一个实施例，用关于噪声频率的 一定公差来进行动态转矩的处
理。例如，如果噪声信号是70Hz的分量并有+/-5Hz的变化，则反馈电 路不会受到不利影响。在作为说明性示例的更多细节中，如果将系统理 想地调整到90°6) 70Hz,那么5。的频率变化造成6. 43。的相移变化并且 增益降低到O. 99 ( sin(83. 57。)，而不是1. 00 (sin(90。)。这比大部 分对噪声频率具有高灵敏度的有源噪声消除方法稳健得多。
可以通过包括相移电路和延时模块的许多方式来实现相移。
除了模拟技术，相移还能通过数字方案实现，所述数字方案包括软 件配置的硬件，比如现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP), 可编程逻辑器件(PLD)和包括使用诸如查找表的存储元件的复杂可编 程逻辑器件(CPLD)。
在某些方面，反馈电路的稳健性质允许移相器有固定值或恒定值， 而不是测量值。所述固定值或恒定值可以是例如预定值、工厂值 (factory value)、间断测量值或它们的某种组合。
考虑相移的另一种方式是在时域中。例如，70Hz的噪声信号的周期 为(T) =1/频率=1/70&=14. 29ms。延时沖莫块可以;故设定为把70Hz信号 的相位延时l/4周期(T) /4,表示延时=3. 57 ms (大约)。这个计算的 总时间延迟包括由转换器控制或传动系机械装置造成的时间延迟，其中 延时模块延迟了剩余的差值，例如，t延时-3. 57ras-(t转换器-t机械)。3. "ms 的延时对于65Hz或75Hz的噪声信号，或70Hz+/-5Hz的波段来说也是 可以接受的。如果由于大的时间常数，比如转换器的时间常数超过 3.57ms,不能实现3.57ms的延时，那么可以采用相似的阻尼行为施加 与90度+360度(或360度的倍数)成比例的且大致等于17. 86ms的时 间延迟。
根据一个方面，然后通过比如放大器的增益级220放大相移信号以 将阻尼信号升高到足够的电平从而适当地消除噪声或将其降低到可接 受的水平。该增益级可以是反馈电路的一部分，该反馈电路使用某个测 量的或估计的噪声水平来提供阻尼信号的电平的某种指示。在到达令人 满意的水平之前，可能有阻尼信号的一次或多次校正迭代。该相移的校 正信号(Tw) 225然后用作转矩接口以及转换器控制系统的输入来衰减 噪声信号。在一个方面，增益水平取决于系统的总闭环增益，包括如噪 声测量、有效控制回路增益、和轴的机械"增益"等的特征。在 一 个方面，该系统使用传感器测量噪声/振动的水平并可以确定 是否已经满足可接受的水平。可以测量声压水平或噪声信号的强度，并 且只有当噪声高于某一阈值，才会发生阻尼。如果没有适当地减轻阻尼 效果，则可以执行阻尼信号的进一 步迭代和/或放大。
参考图2B，其描述了处理阻尼信号的另一个实施例。在这个示例中， 可以处理一个或多个噪声信号240， 235以衰减多于单个低频噪声或振 动信号。例如，该噪声可能来自两个或更多个频率信号且需要相应地衰 减。可以有 一 个或多个传感器耦合到提供 一 个多个噪声信号的传动系。
在该实施例中，阻尼电路包括通过一个或多个滤波器255， 280对 感测的信号230, 235进行滤波以聚焦在感兴趣的振动频率上。例如， 带通滤波器可以用于隔离低频信号区域内的频带。因此，比如通过带通 滤波器或低通滤波器，可以任选地过滤噪声信号230, 235，从而根据某 些因素，比如需要的感兴趣的信号、信号强度和噪声或干扰，来排除干 扰信号。
然后，相移部分260, 285可以把该一个或多个过滤的噪声信号移 位从而产生相移的校正噪声信号。如提及的，只要反馈信号被相移了大 约90度滞后或T/4的延时，就能实现令人满意的阻尼，但相移可以在 大约0<T<T/2的范围内。
然后，相移的4交正噪声信号可以纟皮一个或多个增益级265, 290任 选地放大。用加法器270对产生的一个或多个相移的噪声消除信号求和， 然后用任选的限制器275对其进一步处理。出于安全原因，可使用限制 器275以避免产生的信号损害人员或设备。然后，噪声阻尼相移信号 (Tref) 2 8 0被用作控制系统的输入以处理噪声信号。
来自风力系纟克的结构p桑声(structure—borne noise)通常是与力 相关的来自可以;故动力(dynamic force )激励的风轮才几4展动结构(比 如叶片、塔、发动机舱(nacelle))的辐射噪声，所述动力由传动系 功率转换部件(比如发电机和变速箱)产生。根据一个实施例，发电机 和功率电子器件被用于通过在噪声频率处产生具有不同相位的转矩脉 动以4氐消潜在的"^喿声问题，来主动衰减这个音调效应(tonality effect)。当存在一定的噪声水平时，该系统的一个实施例有效地衰减 噪声，而不是试图连续地消除齿轮啮合噪声。通过作用在轴上的转矩信 号实现阻尼，在与造成噪声放大的激励源相同的频率处用不同的相位对转矩信号进行调制。例如，衰减由齿轮啮合激励在不同速度造成的噪声 放大。 一个方面是通过经由发电机绕组(高速轴)引入阻尼转矩来避免 共振峰，即使噪声本身可能是在低速轴上造成的。以全功率转换的风轮 机包括现有的转换器，所述转换器能用来施加校正转矩信号且仅有较小 改动。低功率阻尼信号校正噪声问题，而没有过度的功率消耗。
参考图3, —个方面涉及风力转换器(wind converter) 300,其中 降噪系统抑制由风轮机的传动系产生的噪声影响。风力转换器300通常 具有若干随风力转动的叶片310。转动叶片310使得低速轴315以相对 低的速度转动但具有大转矩。变速箱320耦合到低速轴315并将转动能 量传递给高速轴325。在此例中，传动系包括低速轴315、变速箱320 和高速轴325。高速轴325耦合到发电机330,发电机330产生的功率 可以被调节并电耦合到某个电栅(未示出)。
一个或多个传感器350可关于传动系定位在可听噪声可能成问题的 位置处。感测噪声和振动的位置可以位于变速箱转矩臂、变速箱外壳、 转子轴(低速轴)、承载转子轴的主轴承、发动机舱的底座，或塔。当 沿诸如变速箱320的传动系元件存在不同的固有频率时，多个传感器类 型和位置可能是有用的。例如，传感器350能感测到在最靠近传动系的 位置处比如由转矩臂产生的振动或声学噪声信号，从而检测该噪声信号 的频率和/或功率。
在一个实施例中，阻尼控制器360产生气隙转矩调制信号，所述气
隙转矩调制信号被施加到发电机330的控制器340从而与传动系的高速
轴交互以便抑制在传动系的低速轴处产生的通过齿轮啮合激励的转矩
分量。理想地，发电机330适合于通过转换器控制来激励或衰减交变的
转矩分量，因此可以将校正信号引入到发电机电子器件中。根据一个实
施例，通过将模拟或数字校正信号添加到给定的转矩参考信号接口，将 转矩信号引入到发电机电子器件中，其中该转矩信号是正常电流/速度
控制回路的一部分。
根据一个实施例，存在单独的转换器控制器340和阻尼控制器360, 而在另一个实施例中，阻尼控制器360与现有的发电机控制器340集成， 从而使得传感器测量被传送到集成的转换器/阻尼控制器。
根据一个方面，气隙转矩频率对应于噪声频率，但具有不同的相位。 在一个实施例中，为了对激励噪声的转矩分量实现电子可调整的衰减，总相移相当于大约T/4。动态转矩相移的校正信号可以被叠加到发电机 的气隙转矩信号
参考图4,其描述了把阻尼信号引入到发电机的一个实施例。更详 细地，相移的调制阻尼信号440 AT^是电流控制器450的输入。电流 控制器450具有电流参考415，电流控制器450使用该电流参考建立适 当的系统操作条件。根据一个实施例，阻尼信号440是调制的信号并与 电流参考415组合。电流控制器450控制转矩建立电流(torque bu i Iding current)从而使得调制的输出信号475通过坐标变换输入到调制器和 转换器490。该转换器将修改的参考信号475施加给发电机，该参考信 号具有相移的噪声阻尼信号分量440。
图5是用于引入阻尼信号的系统的又一实施例，示出了降低系统噪 声。在一个实施例中，直接转矩控制器500耦合到转换器585,转换器 585耦合到发电机590。
存在许多输入信号，比如提供发电机转矩的指示的转矩参考505。 转矩参考505可以基于估计或测量。还有速度参考510,其是比例积分 微分控制器(PID控制器)的输入。该PID用于校正速度参考510和实 际速度512之间的误差。实际速度512可以从传感器得到且也可来自于 自适应模型(未示出)。
转矩参考5 05是转矩参考控制器525的输入。转矩参考控制器525 还使用来自PID的速度输出以产生输入到转矩/通量(flux)比较器540 的转矩命令信号。转矩比较器将内部转矩参考信号与实际转矩信号相比 较。还有通量比较器，其将内部通量参考与实际通量信号相比较。
在一个实施例中，用调制的相移的噪声阻尼信号550改进来自参考 转矩控制器525的转矩信号。在另一个实施例中，阻尼信号550被添加 到转矩/通量比较器540的输出。
转矩/通量比较器的输出包括转矩状态、转矩控制信号和通量状态。 处理器570的最佳脉冲选择器575用这些信号产生随后被施加给转换器 585的最佳直接转矩控制信号。
比较器540的输出是执行处理功能的处理单元的输入。该处理单元 广义地定义为能够执行某种计算的任何计算设备或处理器。
参考图6，描述了发电机的仿真响应图，用两条曲线a和b表示 &=发电机阻尼转矩分量，b-导致噪声的振荡转矩分量。在此曲线图中，页
转矩或噪声信号610激励该结构以辐射可听噪声。在这方面，转矩和可
听噪声可以被看作是相关的方面。与传动系相关的转矩通常采用反作用 力来保持系统平衡，对变速箱而言，此反作用力通常经由转矩臂。将调
制的阻尼信号620施加给气隙转矩，而且如图所示，极大的降低了该结
构(或变速器)产生的噪声响应610。
根据 一 个示例，噪声信号可以是本文详细描述的来自传感器技术的
测量，并且可以不必是转矩测量。带有反馈信号的发电机可以被理解为 与转矩参考信号组合的输入到发电机电子器件的转矩校正信号。
图7是示出阻尼系统的一个方面的流程图，示出了实时处理的阻尼 电路的闭环。在一个实施例中，过程开始于处理噪声信号705。该噪声 信号可被测量、间断地测量或估计。在一个示例中，通过传感器测量声 信号或振动信号，其中传感器测量可以在传动系的转矩臂处进行。
在某些实施方式中，可以过滤和放大该噪声信号以获得改进的噪声 信号。该噪声信号然后被相移710。相移的一种方式是通过延时，根据 一个实施例，移相器把延时移位了大约T/4或滞后90度。还有其他的 示例，比如与直升才几传动装置(helicopter drive )有关的大约90 + 360 度的相移，所述直升机传动装置具有耦合到传动系的发电机并有相应的 控制发电机的功率电子器件。
随后调制相移的阻尼信号以产生调制的转矩信号715。调制可以是 频率接近噪声频率的正弦波。在一个实施例中，把调制的转矩信号施加 给转换器72 0的控制系统。
任选步骤是如果测量的噪声信号高于某一阈值，则周期性地(或 在某个事件发生后)测量噪声信号并提供校正阻尼信号725。该阔值可 依赖于某些条件，总的结果是把环境噪声降低到安全水平。可进行多次 迭代重复，直到实现令人满意的衰减。
一方面，风轮机变速箱的降噪系统是使用标准感测设备和电子器件 的低成本解决方案。这种系统可以被集成为新产品的特征、或具有"有 噪"变速箱的风轮机的改进，或处于必须尽可能保持低的噪声水平的附 近区域中的风轮才几的改进。该系统也可以应用于其他有噪声问题的传动 系应用，尤其是当涉及到变速箱时。
如本文详细描述地， 一个实施例提供了应用电子消声器或降噪系
统，而不需要对造成噪声信号的原因有任何先验知识。由于很难提取实了升高的可听噪声并不重要，比如70Hz的 分量。所有需要的是对声音或振动信号的一些知识。
一方面，比如用位于转矩臂处的传感器测量噪声信号。可处理噪声 信号以得到更好限定的噪声频率分量。例如，信号在相移之前会被放大 和/或过滤。随后，相移的噪声频率信号被用于借助于安装的电压源转 换器(voltage-source converter)来调制发电机气隙转矩。电压源转 换器在一个示例中通常具有转矩控制器。
当前的风轮机系统是实用且有效的可再生能源。该系统的改进提高 了效率且造成需求增加。另外，通过风电场、或来自家庭或公司场所的 安装，风轮机场地的位置离居民越来越近。为了使公众继续支持风轮 机，风力发电产业解决可能出现的任何噪声问题并具有足够的补救措 施。
与风轮机有关的变速箱相对复杂，因为气动波动造成大的转矩变 化。随着风轮机尺寸的增加，变速箱变得更大更复杂。更大的变速箱可 能更易于导致产生机械噪声的问题。这种变速箱包括可以通过多齿轮组 提供多功率路径的多发电机传动系。
在风轮机的示例中，本文详细描述的降噪系统允许降低传动系(比 如变速箱)中的噪声。利用电气传动系统的降噪电路，通过以与噪声激 励(比如齿轮啮合激励)相关的频率增加结构的阻尼行为，可以实现降 噪。降噪电路产生可以叠加到电发电机的气隙转矩的动态转矩，其中该 动态转矩具有与噪声信号相同的频率(例如，在40 - 70Hz的范围内) 但具有不同的相位。
另 一个实施例涉及实施用于直升机的消声器系统。 一直有许多努力 试图降低飞行器，尤其是比如直升机的旋翼式飞行器上的振动和声负 荷，因为直升机中的主要噪声源来自主转子系统。直升机的主转子系统 包括安装在从变速箱突出的竖直轴上的转子叶片。变速箱包括许多齿 轮，该齿轮把直升机的发动机的旋转速度降低到慢得多的主转子叶片的 旋转速度。本文详细描述的降噪系统能与直升机变速箱一起实施，从而 比如使用90+ 360度的相移来移位噪声频率的相位。
本文详细描述的降噪系统的好处是用最小的功率消耗降低了噪声。 另 一个特征是其可以被实施为现有系统的改进，从而使得只有要求较低 噪声要求的那些系统才需要改进或工厂安装。虽然与传动系相关的噪声问题是复杂的，本系统并不局限于单个信 号源。相反，本系统的一个实施例并不关注噪声的来源，而是使用测量 的声信号或振动信号来产生被相移且施加给发电机的气隙转矩的噪声 消除信号。存在来自传动系的多个噪声输出以及一个或多个校正阻尼信 号。
应该易于理解的是，本文的降噪系统和方法可以类似方式适用于不 同的电机，包括马达和发电机，而且关于发电机的附图的图示旨在用于 解释的目的。
本文的降噪系统的 一 个优点是，它能与其它有源和无源降噪实施方 式共存且与之结合操作。它试图降低系统中已有的噪声。它可以针对可
能以其他方式存在的特定音频波l殳(tonal frequency)。
对本发明实施例的上述描述是为了图示和说明的目的。其并不打算 是穷尽性的，也不打算把本发明限制为所公开的精确形式。根据此公开， 许多改变和变型都是可能的。本发明的范围不应当被该详细描述所限 制，而应当由随附的权利要求书所限定。
权利要求
1.一种用于衰减来自传动系的可听噪声的系统，所述系统的特征在于来自所述传动系的噪声信号；产生阻尼转矩的阻尼电路，其中所述阻尼转矩是所述噪声信号的相移放大版本；和耦合到所述传动系的电机，其中所述阻尼转矩被施加给所述电机的气隙转矩从而降低所述可听噪声。
2. 根据权利要求1所述的系统，特征在于存在至少一个所述噪声 信号且其选自恒定值、估计值和测量值中的至少 一 个。
3. 根据权利要求1所述的系统，特征在于所述噪声信号由至少一 个传感器测量，其中所述传感器是麦克风、加速计、应变计和表面声波 装置中的至少一个。
4. 根据权利要求1所述的系统，特征在于所述阻尼电路包括选自 由延时电路、滤波器、移相器、放大器、加法器和限制器组成的组中的至少一个的元件。
5. 根据前述任一权利要求所述的系统，特征在于转换器耦合到所 述电机，其中所述转换器施加所述阻尼转矩给所述气隙转矩。
6. —种用于衰减来自传动系的可听噪声的方法，所述方法的特征 在于处理来自所述传动系的具有噪声频率的噪声信号； 产生校正阻尼信号，其中所述校正阻尼信号具有相移且其频率大致 等于所述噪声频率；用所述校正阻尼信号调制转矩信号从而产生调制的转矩校正信号；和把所述调制的转矩校正信号施加给耦合到所述传动系的电机从而 降低所述可听噪声。
7. 根据权利要求6所述的方法，特征在于过滤、放大和限制所述 校正阻尼信号中的至少一个。
8. 根据权利要求6所述的方法，特征在于实时或间断地完成所述 衰减。
9. 根据权利要求1所述的系统或权利要求6所述的方法，特征在于所述阻尼转矩或信号具有接近所述噪声信号的频率的调制频率。
10.根据权利要求1所述的系统或权利要求6所述的方法，特征在于所述相移在30度到150度的范围内，优选地大约为90度。
全文摘要
本发明涉及通过电气传动控制的变速箱降噪。用于衰减来自传动系(10)的可听噪声的系统。一个实施例是具有来自传动系的可听噪声信号(30)的系统，其中阻尼电路(40)产生阻尼转矩，所述阻尼转矩是该噪声信号的相移和放大版本并有效地降低可听噪声，所述噪声信号被施加给与传动系(10)耦合的发电机(20)或马达的气隙转矩。
文档编号F16H57/00GK101493142SQ20081018371
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者C·斯勒, J·赫梅曼恩, R·罗斯纳, S·施拉姆 申请人:通用电气公司