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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Störgeräuschen eines Elektromotors, wobei durch den Elektromotor verursachte Störbewegungen durch eine Kompensationseinrichtung zumindest teilweise kompensiert werden.
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Auch Elektromotoren verursachen Bewegungen, die durch ihren Übertrag in den Antriebsstrang als Störbewegungen Störgeräusche verursachen. Zur Verringerung dieser Störgeräusche können passive Bauelemente zur Dämpfung der Bewegungen verwendet werden.
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Alternativ können auch aktive Kompensationsvorrichtungen benutzt werden, die mittels destruktiver Interferenz die Schwingungen bzw. Bewegungen des Antriebsstrangs verringern. Um die akustisch störenden Schwingungen in einem Bereich zwischen 50 und 15.000 Hz zu erfassen werden hochwertige Sensoren und hohe Abtastraten benötigt. Die so erfassten Amplituden können dann durch Reproduktion der Schwingung mit invertierter Phase kompensiert werden.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Unterdrückung von Störgeräuschen eines Elektromotors anzugeben, das kostengünstiger darstellbar ist.
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Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Störbewegung des Elektromotors anhand wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors bestimmt wird.
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Dies bietet den Vorteil, dass die durch den Elektromotor verursachte Störbewegung nicht mehr durch einen hochwertigen Sensor erfasst werden muss, sondern dass die Störbewegung stattdessen berechnet wird. Anstatt eines Sensors benötigt man also nur etwas Rechenkapazität.
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Ein Elektromotor kann auf verschiedene Arten und Weisen Störgeräusche verursachen. Diese können durch Tangentialkräfte, Radialkräfte und andere Ursachen entstehen. Je nachdem wie viele Betriebsgrößen des Elektromotors erfasst werden oder wie viele Störbewegungen des Elektromotors über Modelle aus der oder den Betriebsgrößen ermittelt werden können, kann bei Berücksichtigung einer Betriebsgröße entweder der Sensor vereinfacht und kostengünstiger benutzt werden oder der Sensor kann komplett eingespart werden.
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Bevorzugt werden so viele Betriebsgrößen des Elektromotors erfasst, dass alle Störbewegungen ermittelt werden können. Je nach Ankopplung des Elektromotors an dem Antriebsstrang und die Ausgestaltung des Elektromotors verursachen Betriebsgrößen wie der Strom unterschiedliche Störbewegungen im Antriebsstrang. Der Begriff Störbewegungen ist also nicht auf Bewegungen des Elektromotors beschränkt. Diese pflanzen sich vielmehr im Antriebsstrang fort.
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Jedoch hängen die Störbewegungen im weiteren Verlauf des Antriebsstranges von den Bewegungen des Elektromotors ab. Dabei können die Störbewegungen an jeder Stelle des Antriebsstranges kompensiert werden. Je näher die Kompensation am Elektromotor stattfindet, desto weniger Störbewegungen werden im Rest des Antriebsstranges fortgepflanzt. Kann man Geräusche verursachende Bewegungen des Elektromotors direkt am Elektromotor verhindern, so benötigt man keine weiteren Einrichtungen im restlichen Antriebsstrang. Ein bevorzugter Ort für die Kompensationseinrichtung ist daher das Gehäuse des Elektromotors. So können Bewegungen des Elektromotors, die sich bereits am Elektromotorgehäuse als Störbewegungen fortpflanzen direkt an der Quelle verringert oder vollständig ausgelöscht werden.
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Dabei kann die Kompensationseinrichtung vorzugsweise ein Piezoelement aufweisen. Piezoelemente sind mittels elektrischer Größen steuerbar und können so definierte Gegenbewegungen ausführen.
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Alternativ kann die Kompensationseinrichtung wenigstens einen magnetostriktiven und/oder elektrodynamischen und/oder elektromagnetischen Aktuator aufweisen. Je nach Frequenzbereich und benötigter Kompensationsenergie können diese unterschiedlich ausgelegt werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Ansteuergröße des Wechselrichters des Elektromotors verwendet werden, um die Störbewegung zu bestimmen. Im Laufe des Betriebs führt der Elektromotor zwar eine Vielzahl von Bewegungen aus, die in einer Vielzahl von Störbewegungen resultieren. Kompensiert wird aber an und für sich immer eine einzelne Störbewegung. Ändert sich beispielsweise die Bestromung des Elektromotors, so ändern sich auch die durch den Elektromotor verursachten Störbewegungen. Die durch die Kompensationseinrichtung zu erzeugenden Kompensationsbewegungen sind also zeitlich variabel. Dementsprechend führt auch eine Betriebsgröße des Elektromotors zu einem festen Zeitpunkt zu einer Kompensationsbewegung, das die Kompensationseinrichtung zu diesem oder zu einem späteren Zeitpunkt erzeugt. Bleibt die Betriebsgröße des Elektromotors gleich, so kann die Anzahl, Phase und Amplitude der Kompensationsbewegungen ebenfalls gleichbleibend sein, es kann aber auch ein Einschwingverhalten des Elektromotors oder ähnliches berücksichtigt werden. Ändert sich die Betriebsgröße des Elektromotors, so ändert sich üblicherweise auch die Kompensationsbewegung. Eine zu einem bestimmten Zeitpunkt anliegende Betriebsgröße verursacht also bei dieser Sichtweise eine Störbewegung, die durch eine Kompensationsbewegung kompensiert wird. Dies beinhaltet auch, dass durch das Anliegen einer Betriebsgröße eine bestimmte Abfolge von Störbewegungen erzeugt wird.
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Der Elektromotor weist eine Vielzahl an Betriebsgrößen auf. Verwendet man eine Ansteuergröße des Wechselrichters des Elektromotors, so lassen sich eine Vielzahl an Betriebsgrößen daraus ableiten. Auch die durch den Elektromotor verursachten Störbewegungen können dadurch bestimmt werden.
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Vorzugsweise kann aus der wenigstens einen Betriebsgröße die Phasenlage des Elektromotors und/oder die Frequenz des Elektromotors und/oder das abgegebene Drehmoment des Elektromotors ermittelt werden. Diese Größen sind wichtig, um die Kompensationsbewegung zum richtigen Zeitpunkt und mit der richtigen Amplitude, d. h. Stärke, vornehmen zu können.
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Vorteilhafterweise kann die Steuerungseinrichtung des Elektromotors auch die Kompensationseinrichtung ansteuern. Dadurch kann erreicht werden, dass noch vor oder mit der Abgabe der Steuerungssignale an den Elektromotor auch die Kompensationseinrichtung mit Informationen versorgt wird. Dadurch ergibt sich ein erheblicher Zeitvorteil gegenüber einem Aufbau, bei dem mittels eines Sensors bereits vorhandene Störbewegungen detektiert werden. Das Vorhandensein der Störbewegung ist dann bereits vor ihrem Entstehen bekannt, weswegen die Kompensationseinrichtung rechtzeitiger auf die Störbewegungen eingestellt werden kann. Insbesondere kann auf diese Art und Weise eine komplette Kompensation der Störbewegungen erreicht werden.
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Daneben betrifft die Erfindung einer Steuerungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie zum Durchführen des Verfahrens wie beschrieben ausgebildet ist.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Steurungseinrichtung. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungseinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise weist das Kraftfahrzeug einen Elektromotor auf. Weiter bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug eine Kompensationseinrichtung zur Kompensation von Störbewegungen des Elektromotors. Vorzugsweise sind der Elektromotor und die Kompensationseinrichtung im Gehäuse des Elektromotors angeordnet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelhandel der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug,
- 2 eine schematische Darstellung eines Elektromotors, und
- 3 eine Darstellung der Steuerung eines Elektromotors.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebsstrang 2 und einer daran angeschlossenen bzw. dazugehörigen Elektromotoranordnung. Die Elektromotoranordnung umfasst dabei den eigentlichen Elektromotor wie auch weitere Komponenten, beispielsweise die beschriebene Kompensationseinrichtung. Weitere Bestandteile des Kraftfahrzeugs 1 werden der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Antriebsstrang zwar grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein kann. Beispielsweise kann der Antriebsstrang 2 einen Verbrennungsmotor aufweisen. Der Antriebsstrang 2 kann also hybridisiert sein. Die Elektromotoranordnung 3 kann dabei an beliebigen Stellen an den Antriebsstrang 2 angekoppelt bzw. in diesen integriert sein. Insbesondere kann die Elektromotoranordnung 3 in einer sogenannten P1, oder P2 oder P3 oder P4 - Anordnung angebunden sein.
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Das Kraftfahrzeug 1 kann aber auch als Elektrofahrzeug ausgebildet sein, die Elektromotorenanordnung 3 kann dabei die einzige Antriebseinrichtung sein. Daneben ist es aber auch möglich, dass sich weitere Elektromotoranordnungen im Kraftfahrzeug befinden.
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2 zeigt eine Elektromotoranordnung 3 im Detail. Die Elektromotoranordnung 3 umfasst einen Elektromotor 4, eine Kompensationseinrichtung 5, eine Steuerungseinrichtung 6 und das Gehäuse 7. In dieser Ausgestaltung sind der Elektromotor 4, die Kompensationseinrichtung 5 und die Steuerungseinrichtung 6 innerhalb des Gehäuses der Elektromotoranordnung angeordnet. Insbesondere die Steuerungseinrichtung 6 kann aber auch außerhalb des Gehäuses 7 angeordnet werden und lediglich über eine Verkabelung mit dem Elektromotor 4 und der Kompensationseinrichtung 5 verbunden sein. Auch kann sich die Kompensationseinrichtung 5 ohne nachteilige Auswirkung auf der Außenseite des Gehäuses 7 befinden. Auf der Außenseite des Gehäuses 7 befinden sich eine oder mehrere Anbindungsstellen 8 an den Antriebsstrang 2. Es handelt sich zum Einen um die Anbindung des Gehäuses 7 zum Lagern der Elektromotoranordnung 3, aber auch um die Anbindung der Ausgangswelle des Elektromotors 4 an dem Antriebsstrang zur Drehmomentübertragung. Diese sind alle über die Anbindungsstellen 8 abstrahiert dargestellt.
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Dadurch, dass die Steuerungseinrichtung 6 sowohl den Elektromotor 4 als auch die Kompensationseinrichtung 5 ansteuert, kann die Kompensationseinrichtung 5 bestmöglich gesteuert werden, so dass Störbewegungen, die durch den Elektromotor 4 erzeugt werden, bestmöglich von dem Gehäuse 7 kompensiert werden.
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3 zeigt eine Darstellung der Steuerung des Elektromotors 4. Neben der Steuerungseinrichtung 6 sind dabei eine HV-Batterie 9, ein Wechselrichter 10, eine PMSM 12, ein Geber 14 sowie eine Signalquelle 16 vorhanden.
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Die Steuerungseinrichtung 6 erhält dabei Signale 18, 20, 22 und 24 über Betriebsgrößen und gibt selbst das Signal 26 an den Wechselrichter 10 ab. Weiterhin erhält die Steuerungseinrichtung 6 Sollwerte 28 über die Signalquelle 16. Da die Steuerungseinrichtung 6 den Wechselrichter 10 selbst mit einer oder mehreren Betriebsgrößen 26 versorgt, ist es möglich, dass sie auch die Kompensationseinrichtung 5 mit Steuersignalen 30 versorgt. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung 6 anhand der an den Wechselrichter 10 abgegebenen Betriebsgrößen 26 die durch den Elektromotor 4 erzeugten Störbewegungen ermitteln und daraus die Steuersignale 30 ableiten, mit denen die Kompensationseinrichtung 5 die Störbewegung kompensieren kann. Dadurch ist eine optimale Kompensation der Störbewegungen möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Elektromotoranordnung
- 4
- Elektromotor
- 5
- Kompensationseinrichtung
- 6
- Steuerungseinrichtung
- 7
- Gehäuse
- 8
- Anbindungsstelle
- 9
- HV-Batterie
- 10
- Wechselrichter
- 12
- PMSM
- 14
- Geber
- 16
- Signalquelle
- 18
- Betriebsgröße
- 20
- Betriebsgröße
- 22
- Betriebsgröße
- 24
- Betriebsgröße
- 26
- Betriebsgröße
- 28
- Sollwert
- 30
- Steuersignal
