DE102017207418A1 - Geräuscharme Ansteuerung eines Elektromotors durch aktive Nenndrehzahlmodulation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geräuscharmen Ansteuerung eines Elektromotors (1), wobei der Elektromotor (1) mit einer Nenndrehzahl betrieben wird, wobei die Nenndrehzahl gezielt Drehzahlschwankungen (31, 32, 33) unterworfen wird

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur geräuscharmen Ansteuerung eines Elektromotors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
• Stand der Technik
• Elektromotoren, insbesondere elektronisch kommutierte Elektromotoren (BLDC-Motoren, bürstenloser Gleichstrommotor) können als elektromechanische Wandler zur Erzeugung von rotierenden und translatorischen Bewegungen vielfältig verwendet werden, z.B. zum Antrieb von rotierenden Arbeitsmaschinen und Fluid-Förderpumpen, hier insbesondere von Kraftstoffförderpumpen.
• Beim Betrieb der Elektromotoren werden drehzahlabhängige Schwingungen angeregt, die zu deutlich ausgeprägten tonalen Schwingungs- und Geräuschkomponenten führen. Diese sogenannten Drehzahlharmonischen, auch Drehzahlordnungen genannt, sind ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl (Harmonische), ein ganzzahliger Teil der Drehzahl (Subharmonische) oder ein krummzahliges Verhältnis zur Drehzahl (Zwischenharmonische). Durch Kenntnis der Drehfrequenz (Grundfrequenz) sind implizit alle Drehzahlharmonischen festgelegt.
• Die Amplituden bestimmter Drehzahlharmonischer können eindeutig Maschinen- und Motorenkenngrößen zugeordnet werden. So wird die Amplitude der ersten Ordnung durch die Rotorunwucht geprägt und die Exzentrizität beeinflusst die Größe der zweiten Ordnung. Bei einer Pumpe mit der Schaufelanzahl n ist durch den Schaufeldurchlauf die n-te Drehzahlharmonische deutlich ausgeprägt. Weiterhin entstehen durch das Antriebskonzept des Elektromotors (elektronische oder mechanische Kommutierung) Drehmomentschwankungen aufgrund der Kraftwelligkeit. Diese sog. Kommutierungsordnungen sind ebenfalls Höherharmonische der Motordrehzahl, wobei die erste Kommutierungsordnung durch das kleinste gemeinsame Vielfache der Polzahl und Nutzahl des Elektromotors gegeben ist.
• Diese vom Elektromotor verursachten Schwingungskomponenten sind tonal, d.h. die Schwingungsenergie konzentriert sich auf wenige, diskrete Frequenzkomponenten bei der Drehfrequenz und den Höherharmonischen. Sie dominieren das charakteristische Frequenzspektrum der rotierenden Maschine. Eine Absenkung der Amplituden dieser Frequenzkomponenten führt zu einer deutlichen Reduktion der Hörbarkeit und Lästigkeit.
• Wenn man im Motorregelungskonzept eines Elektromotors im Steuergerät eine fest vorgegebene zeitinvariante Nenndrehzahl (Solldrehzahl) einregelt, dominieren einzelne tonale Komponenten der Kommutierungsordnungen im Geräuschspektrum.
• Wird der Motor in geräuschsensitiver Umgebung appliziert (z.B. in einer Kraftstoffförderpumpe in einem Kfz mit Verbrennungsmotor), stellen die tonalen Geräuschkomponenten der Motorkommutierung die dominierende Geräuschquelle dar und verlangen kosten- und materialintensive Geräuschminderungsmaßnahmen. Insbesondere wird in Anwendungsfällen gefordert, dass diese tonalen Kommutierungsgeräuschkomponenten soweit vermindert werden, dass sie durch ein Hintergrundgeräusch (z.B. eines Verbrennungsmotors) maskiert werden oder nicht mehr wahrnehmbar sind (Schallpegel unterhalb der Wahrnehmungsschwelle).
• Nachteilig bei tonalen Geräuschquellen ist die psychoakustische Wahrnehmung des menschlichen Gehörs. So werden harmonische Frequenzkomponenten deutlich unangenehmer empfunden, als wenn sich die Schallenergie auf nichtharmonische Frequenzkomponenten mit gleichen Amplituden verteilt.
• In DE 37 08 336 A1 ist offenbart, dass zur Absenkung der Harmonischen bei einem Laufrad mit Schaufeln die Winkelabstände der Schaufeln variiert werden. Ähnliches ist auch in DE 10 2004 001 845 A1 offenbart.
• Offenbarung der Erfindung
• Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur geräuscharmen Motoransteuerung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
• Die Erfindung basiert auf der Idee, die Nenndrehzahl, also den Drehzahlsollwert für einen Elektromotor, gezielt Drehzahlschwankungen zu unterwerfen und damit zu variieren. Diese können periodisch oder (pseudo-)zufällig sein. Die Drehzahlschwankungen führen über die damit verbundene Frequenzspreizung zu einer Amplitudenreduzierung von drehzahlabhängigen Schwingungs- oder Geräuschkomponenten, da sich die Schwingungs- und Schallenergie auf einen größeren Frequenzbereich verteilt. Der Gesamtschallpegel bleibt hierbei nahezu unverändert, jedoch werden die Amplitudenspitzen abgesenkt und dadurch die psychoakustische Wahrnehmung wesentlich verbessert.
• Vorteilhaft können zur Realisierung der Drehzahlschwankungen verschiedene lineare oder nichtlineare Modulationsverfahren eingesetzt werden, insbesondere eine periodische Nenndrehzahlmodulation, ein diskretes Verschieben der Nenndrehzahl in (pseudo-)zufälligen Abständen oder eine andere zeitliche Nenndrehzahlvariation. Bei allen diesen Verfahren beeinflussen ein oder mehrere Parameter oder Parameterkombinationen die Psychoakustik der Maschine. Ein optimaler Parametersatz kann z.B. auf Basis einer Monte-Carlo-Simulation ermittelt werden. Hierfür werden beispielsweise eine Anzahl erfolgversprechender Parameterkombinationen experimentell und/oder simulativ untersucht und daraus ein optimaler und robuster Parametersatz festgelegt.
• Wie erwähnt, kann eine Drehzahlschwankung vorteilhaft durch eine periodische Nenndrehzahlmodulation erreicht werden. Dabei ist eine periodische Nenndrehzahlvariation durch Winkelmodulation (Frequenzmodulation oder Phasenwinkelmodulation) vorteilhaft.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Nenndrehzahl n₁ (Sollwert) des Elektromotors durch eine zeitabhängige Modulationsfunktion Δn(t) moduliert: $$n\left(t\right)=n_1+\mathrm{\Delta }n\left(t\right)$$

  
• Bei den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Anwendungsfällen ist die Nenndrehzahl n₁ üblicherweise im Wesentlichen konstant. Für die zugehörige Nenn-Drehfrequenz f₁ = n₁ sowie die zugehörige Zeitfunktion Δf(t) der Modulierung folgt: $$f\left(t\right)=f_1+\mathrm{\Delta }f\left(t\right)$$

  
• Weiterhin ist die momentane Frequenz f(t) eines harmonischen Signals $$S\left(t\right)=\text{cos}\theta \left(t\right)$$

  

  als die Ableitung der momentanen Phase θ(t) nach der Zeit definiert, $$f\left(t\right)=\frac{1}{2\pi }\frac{d\theta \left(t\right)}{dt}$$

  
• Hieraus kann die momentane Phase des Drehzahlsignals bei beliebiger zeitlich modulierter Drehfrequenz ermittelt werden: $$\theta \left(t\right)=2\pi {\displaystyle \int f\left(t\right)dt}$$

  
• Die weiteren Betrachtungen beziehen sich auf die drehzahlabhängigen Frequenzkomponenten S_i im Geräusch- oder Vibrationssignal einer Maschine, die durch ihren zeitlichen Verlauf $$S_i\left(t\right)=A_i\text{cos}\left(2\pi f_{i}t+{\phi }_i\right)$$

  

  beschrieben werden können, wenn der Elektromotor bei konstanter Nenndrehzahl n₁ mit der zugehörigen Grundfrequenz f₁=n₁ betrieben wird. Hierbei bezeichnet i die Ordnungszahl, A_i die Amplitude, f₁= if₁ die Frequenz und φ_i die Phase der i-ten Schwingungsharmonischen. Es geht nun bei der Modulation darum, die Amplituden dieser Harmonischen zu reduzieren.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform ist der frequenzmodulierte Betrieb des Motors mit einer harmonisch bzw. sinusförmig modulierten Nenn-Drehfrequenzfi. Deren zeitlicher Verlauf lässt sich mit $$f\left(t\right)=f_1+A_m\text{cos}\left(2\pi f_{m}t\right)$$

  

  beschreiben, wobei A_m den Frequenzhub und f_m die Modulationsfrequenz der sinusförmigen Frequenzmodulationsfunktion bezeichnet. Mit Gleichung (5) nehmen die in Gleichung (6) beschriebenen Schwingungsordnungen die Form $$S_i\left(\text{t}\right)=A_i\text{cos}\left(2\pi f_{i}t+{\beta }_i\text{sin}\left(2\pi {\text{f}}_{m}t\right)+{\phi }_i\right)$$

  

  an, wenn die Nenn-Drehfrequenz mittels der sinusförmigen Frequenzmodulationsfunktion frequenzmoduliert ist. Hierbei wird mit $${\beta }_i=i\frac{A_m}{f_m}$$

  

  der Modulationsindex für eine Schwingungsordnung i eingeführt. Die Schwingungsordnungen in Gleichung (8) können als Fourier-Reihe $$S_i\left(t\right)=A_i{\displaystyle \sum _{n=-\infty }^{\infty }{J}_n\left({\beta }_i\right)\text{cos}\left(2\pi \left(f_i+n{f}_m\right)t\right)}$$

  

  entwickelt werden, wobei J_n die Bessel-Funktionen erster Art der Ordnung n beschreiben (siehe 4). Wird die Gleichung (10) Fourier-transformiert, können die aus der Frequenzmodulation resultierenden Spektrallinien einer Schwingungsordnung S_i bestimmt werden: $$S_i\left(\text{f}\right)=\frac{A_i}{2}{\displaystyle \sum _{n=-\infty }^{\infty }{J}_n\left({\beta }_i\right)\left[\delta \left(\text{f}-{\text{f}}_i-n{f}_m\right)+\delta \left(\text{f}-{\text{f}}_i+n{f}_m\right)\right]}$$

  
• Durch die Frequenzmodulation treten bei f =f_i + nf_m sowie bei f =f_i - nf_m zusätzliche Seitenfrequenzen in Abständen von ganzzahligen Vielfachen n der Modulationsfrequenz f_m im Geräuschspektrum auf. Die Amplituden dieser Spektrallinien werden durch die Koeffizienten J_n(β_i) bestimmt (siehe 5b). Die Besselfunktion J₀ bestimmt bei gegebenen β_i die Amplitudenwerte der Harmonischen i, J₁(β_i) die Amplitudenwerte des ersten Seitenlinienpaares, J₂(β_i) die Amplitudenwerte des zweiten Seitenlinienpaares usw.
• Die Spektrallinien werden für große Ordnungszahlen n der Bessel-Funktion sehr schnell klein. Zur Abschätzung der Bandbreite, in der Spektrallinien bis auf 10% der Schwingungsamplitude A_i liegen, kann die Carson-Bandbreite $$B_i\approx 2\left(i{A}_M+f_m\right)$$

  

  verwendet werden. Die Anzahl und die Amplituden der Seitenspektrallinien einer Schwingungskomponente der Ordnung i sind somit durch den Frequenzhub A_m sowie die Modulationsfrequenz f_m festgelegt. Für ein vorliegendes Geräuschspektrum mit einer typischen Verteilung von Frequenzkomponenten kann ein optimaler Parametersatz von A_m und f_m bestimmt werden, um die dominanten Geräuschkomponenten gezielt absenken zu können. Liegen beispielsweise zwei dominante Frequenzkomponenten nahe beieinander, kann durch eine Verringerung des Modulationsindexes verhindert werden, dass sich die bei der Frequenzmodulation auftretenden Seitenspektrallinien konstruktiv überlagern.
• Aus den Kurvenverläufen der Besselfunktionen können der Amplitudenwert der Motorharmonischen S_i sowie die Amplitudenwerte der Seitenspektrallinien in Abhängigkeit vom Modulationsindex β_i bestimmt werden. Beispielsweise hat J₀ für β=2,4 einen Nulldurchgang: Wird nun β₂₌2,4/2 gewählt, kann beispielsweise die zweite Motorharmonische gezielt entfernt werden, da J₀ (β₂) in Gleichung (11) den Wert Null annimmt. Die zweite Motorordnung kann somit komplett entfernt werden.
• Ebenso bestimmen die höheren Ordnungen der Besselfunktion J₁ , J₂ , ... die Amplitudenwerte der entsprechenden Seitenlinienpaare in Abhängigkeit vom Modulationsindex. Durch eine geeignete Wahl des Modulationsindex kann dadurch eine geräuschoptimierte Amplitudenverteilung von Frequenzkomponenten erreicht werden.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die zeitabhängige Modulationsfunktion dadurch erhalten, dass gemäß einer aus Nullen und Einsen bestehenden pseudozufälligen Maximalfolge beim Auftreten einer Null die Nenndrehzahl bzw. Nennfrequenz um einen Wert Δf/2 erhöht und beim Auftreten einer Eins die Nenndrehzahl bzw. Nennfrequenz um einen Wert Δf/2 erniedrigt wird oder umgekehrt. Zur aktiven Drehzahlvariation wird gemäß diesem weiteren Verfahren die Nenndrehzahl also durch eine sog. Maximalfolge, eine pseudozufällige binäre Folge variiert. Die pseudozufällige Maximalfolge ist spektral flach, wodurch ein weißes Rauschen approximiert werden kann mit dem Ziel, die Schallenergie innerhalb eines Frequenzbereiches gleichzuverteilen. Primäres Ziel dieses Verfahrens ist somit die spektrale Gleichverteilung von Schallenergie und nicht die gezielte Entfernung von dominanten Geräuschharmonischen, wie sie bei dem oben vorgestellten Verfahren der Frequenzmodulation erreicht werden kann.
• Die binäre Maximalfolge wird vorteilhafterweise durch ein primitives Modulo-2-Polynom erzeugt. Die Maximalfolge mit der Polynomordnung n ist periodisch und hat eine Periode von 2ⁿ-1. Eine Periode besteht aus 2^n-1 Einsen und 2^n-1-1 Nullen. Analog zu dem vorgestellten Verfahren der Frequenzmodulation kann eine geräuschoptimierte Amplitudenverteilung der Frequenzkomponenten über die Parameter
• - Periodendauer T einer Maximalfolge,
• - Frequenzhub Δ/f,
• - Polynomordnung n,
erzielt werden. Vorteilhaft kann auch der Frequenzhub innerhalb einer Maximalfolge randomisiert werden.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die zeitabhängige Modulationsfunktion dadurch erreicht wird, dass die Nenndrehzahl durch eine periodische Zirpe (Chirp) zeitlich geändert wird, z.B. linear oder exponentiell über eine Bandbreite. Als ein Chirp (englisch chirp „Zwitschern“) oder eine Zirpe wird in der Signalverarbeitung ein Signal bezeichnet, dessen Frequenz sich zeitlich ändert.
• Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Elektromotors, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
• Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
• Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
• Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• Figurenliste
• 1 zeigt einen Elektromotor mit Steuergerät in einer schematischen Ansicht.
• 2 zeigt ein typisches Frequenzspektrum einer Beschleunigungsmessung an einer Kleinpumpe.
• 3 zeigt Methoden zur Drehzahlvariation, wobei jeweils ein Verlauf der Drehzahl über die Zeit aufgetragen ist.
• 4 zeigt Bessel-Funktionen erster Art der Ordnungen n.
• 5 zeigt den Zusammenhang zwischen den Werten der Bessel-Funktionen und den Amplitudenwerten der Seitenlinien harmonischer Frequenzkomponenten bei einer frequenzmodulierten Motoransteuerung.
• 6 zeigt ein Frequenzspektrum von Motorschwingungen und ein Frequenzspektrum bei gezielter Drehzahlvariation über eine Frequenzmodulation.
• 7 zeigt ebenfalls ein Frequenzspektrum von Motorschwingungen und ein Frequenzspektrum bei gezielter Drehzahlvariation über eine Frequenzmodulation.
• Ausführungsform(en) der Erfindung
• In 1 ist schematisch ein Elektromotor 1 dargestellt, der einen Rotor 11 mit Permanentmagneten sowie einen Stator mit Magnetwicklungen 12 aufweist. Der Elektromotor 1 ist mit einem Steuergerät 2 verbunden. Der Elektromotor ist insbesondere ein BLDC-Motor (bürstenloser Gleichstrommotor). Beim Betrieb des Motors werden die Magnetwicklungen 12 zeitlich versetzt angesteuert, um ein Drehfeld entstehen zu lassen, welches ein Drehmoment am Rotor verursacht. In diesem Fall ist der Elektromotor 1 mit drei Phasen ausgeführt.
• Vorteilhaft wird ein vereinfachter Frequenzumrichter mit Blockkommutierung eingesetzt, bei dem ein Zwischenkreis direkt mit einer variablen Gleichspannung gespeist werden kann und auf diese Weise die Drehzahl des Elektromotors 1 steuert. Dieser Prozess wird von dem Steuergerät 2 gesteuert. Auf diese Weise kann das Steuergerät 2 die Drehzahl variieren und gezielt Drehzahlschwankungen in den Motorenbetrieb einspeisen.
• Das Verfahren ist nicht auf BLDC-Motoren beschränkt. So ist auch eine Verwendung von Bürstenmotoren und Elektromotoren mit sensorgesteuerter Kommutierung denkbar. Wichtig, ist, dass das Steuergerät 2 derart mit dem Elektromotor 1 verbunden ist, dass eine gezielte Drehzahlvariation möglich ist.
• 2 zeigt ein typisches Frequenzspektrum einer Beschleunigungsmessung der Gehäuseschwingungen an einer Kleinpumpe. Auf der Abszisse ist die Frequenz f aufgetragen, auf der Ordinate ist die Beschleunigung a aufgetragen, die beispielsweise mit einem am Gehäuse angebrachten Beschleunigungssensor gemessen wird.
• Ein großer Peak 2 wird durch die Rotorexzentrität verursacht. Dies entspricht der Drehzahl. Etwa bei der halben Frequenz wird ein Peak 1 durch die Rotorunwucht gebildet. Darunter bilden sich in geringem Maße Subharmonische 20 aus. Bei höheren Frequenzen zwischen Peak 8 und Peak 16 sind die Schwingungen für die Motorkommutierung 23 ausgebildet.
• Die Figur zeigt sehr schön, dass die Amplituden bestimmter Drehzahlharmonischer eindeutig Maschinen- und Motorenkenngrößen zugeordnet werden können und dass die sogenannten Drehzahlordnungen ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl, ein ganzzahliger Teil der Drehzahl oder ein krummzahliges Verhältnis zur Drehzahl sind.
• 3 zeigt den Drehzahlverlauf eines Elektromotors für beispielhafte Verfahren zur Drehzahlvariation zur Reduzierung tonaler Geräuschkomponenten. Dabei ist jeweils die Drehzahl n gegen die Zeit t aufgetragen. Die Nenndrehzahl ist mit n₀ bezeichnet.
• Dabei ist zunächst der Drehzahlverlauf für eine konstante, zeitinvariante Drehzahl 30 abgebildet. Ein solcher Drehzahlverlauf führt dazu, dass einzelne tonale Komponenten der Kommutierungsordnungen im Geräuschspektrum dominieren.
• Danach ist der Drehzahlverlauf für eine frequenzmodulierte Drehzahl 31 abgebildet. Insbesondere wird dabei die Nenndrehzahl n₀ durch eine sinusförmige Modulationsfunktion Δn(t) frequenzmoduliert.
• Danach ist der Drehzahlverlauf 32 für eine Modulationsfunktion Δn(t) auf Basis einer aus Nullen und Einsen bestehenden pseudozufälligen Maximalfolge (pseudozufällige Binärfolge) abgebildet, wobei die Nenndrehzahl bei Auftreten einer Eins um einen Frequenzhub Δf/2erhöht und bei Auftreten einer Null um den Frequenzhub Δf/2 erniedrigt ist. Dies führt zu einer diskreten Frequenzmodulation.
• Darunter ist der Verlauf einer linearen Zirpe 33 als Drehzahlvariation gezeigt. Dabei wird die Frequenz abwechselnd linear und (quasi-)kontinuierlich erhöht und wieder erniedrigt.
• 4 zeigt die Bessel-Funktionen J_n (β) erster Art der Ordnungen n. Diese ergeben sich, wenn die Schwingungsordnungen in Gleichung (8) gemäß Gleichung (10) als Fourier-Reihe entwickelt werden. Um die Bedeutung der sinusförmigen Frequenzmodulation für die Amplitudenwerte der sich ergebenden Frequenzlinien zu verdeutlichen, soll der Verlauf der Bessel-Funktionen an dieser Stelle graphisch dargestellt werden. Dabei ist unter anderem auch zu sehen, dass J₀ für β=2,4 einen Nulldurchgang hat.
• 5 zeigt den Zusammenhang zwischen den Werten der Bessel-Funktion und den Amplitudenwerten der Seitenlinien harmonischer Frequenzkomponenten bei einer frequenzmodulierten Motoransteuerung. Die Besselfunktion J₀ bestimmt bei gegebenem β die Amplitudenwerte der Harmonischen i, J₁(β) die Amplitudenwerte des ersten Seitenlinienpaare, J₂ (β) die Amplitudenwerte des zweiten Seitenlinienpaares usw.
• Dabei zeigt 5A ebenfalls die Bessel-Funktionen aus 4. Jedoch sind zusätzlich die Werte von J0, J1,..., J6 für beispielsweise β=3 abgegriffen. Wie bereits oben erläutert, stellen diese Werte die Amplituden der Seitenlinienpaare für das gegebene β dar. Dies ist in 5B abgebildet. Somit lässt sich aus den Besselfunktionen ablesen, wie stark welche Frequenz im Frequenzspektrum vertreten ist.
• 6A zeigt ein beispielhaftes Frequenzspektrum eines Elektromotors, bei dem die Nenndrehzahl nicht moduliert wird. Dies führt dazu, dass einzelne tonale Komponenten der Kommutierungsordnungen, der Rotorexzentrität und der Rotorunwucht im Geräuschspektrum dominieren. Es sind sehr deutliche Linien bei Frequenzen von etwa 50 Hz, etwa 100 Hz, etwa 400 Hz und etwa 800 Hz sichtbar. 6A ist als Referenzsignal aufgeführt, um einen Vergleich mit einer gezielten Drehzahlvariation durchführen zu können.
• 6B zeigt das Frequenzspektrum bei gezielter Drehzahlvariation über eine Frequenzmodulation gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Man sieht, dass das Spektrum ausdifferenziert ist. Es gibt für jede Frequenz aus dem Referenzsignal Seitenlinienpaare, die um die dominanten Frequenzen herum verteilt sind, während die dominanten Frequenzlinien in ihrer Amplitude gegenüber dem Referenzsignal deutlich abgeschwächt sind.
• 7A zeigt ebenfalls ein beispielhaftes Frequenzspektrum, bei dem die Nenndrehzahl nicht moduliert wird. Genau wie in 6A sind sehr deutliche Linien bei Frequenzen von etwa 50 Hz, etwa 100 Hz, etwa 400 Hz und etwa 800 Hz sichtbar.
• 7B zeigt das Frequenzspektrum bei einer Drehzahlmodulation gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart, dass die zweite Motorharmonische durch geeignete Wahl des Modulationsindex entfernt wird. Im Vergleich zu 6B sind die einzelnen Frequenzlinien noch kleiner, während eine größere Anzahl von Seitenlinienpaaren entsteht.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 3708336 A1 [0009]
• DE 102004001845 A1 [0009]

Claims (13)

1. Verfahren zur geräuscharmen Ansteuerung eines Elektromotors (1), wobei der Elektromotor (1) mit einer Nenndrehzahl betrieben wird, wobei die Nenndrehzahl gezielt Drehzahlschwankungen (31, 32, 33) unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehzahlschwankungen periodisch und/oder (pseudo-)zufällig sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nenndrehzahl gezielt Drehzahlschwankungen (31, 32, 33) unterworfen wird, indem die Nenndrehzahl durch eine zeitabhängige Modulationsfunktion moduliert wird (31).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zeitabhängige Modulationsfunktion eine sinusförmige Frequenzmodulationsfunktion ist (31).
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die sinusförmige Frequenzmodulationsfunktion derart gewählt wird, dass die zweite Motorharmonische entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die sinusförmige Frequenzmodulationsfunktion A_m cos (2πf_mt) ist, wobei A_m den Frequenzhub und f_m die Modulationsfrequenz bezeichnet, wobei als ein Modulationsindex ${\beta }_2=2\frac{A_m}{f_m}=\frac{\mathrm{2,4}}{2}$

   

   vorgegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zeitabhängige Modulationsfunktion dadurch erreicht wird, dass gemäß einer aus Nullen und Einsen bestehenden Maximalfolge beim Auftreten einer Eins die Nenndrehzahl um einen Frequenzhub Δf/2 erhöht und beim Auftreten einer Null die Nenndrehzahl um einen Frequenzhub Δf/2 erniedrigt wird (32) oder umgekehrt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Maximalfolge durch ein primitives Modulo-2-Polynom erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zeitabhängige Modulationsfunktion dadurch erreicht wird, dass die Nenndrehzahl durch eine periodische Zirpe zeitlich geändert wird (33).
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (1) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
11. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
12. Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12.

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