DE102020117821B3 - Steuereinheit zum Erzeugen von PWM-Pulsen für einen Wechselrichter, insbesondere für einen Wechselrichter eines Antriebsstranges, Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine, Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges, Kraftfahrzeug - Google Patents

Steuereinheit zum Erzeugen von PWM-Pulsen für einen Wechselrichter, insbesondere für einen Wechselrichter eines Antriebsstranges, Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine, Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges, Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Es wird eine Steuereinheit (1) zum Erzeugen von PWM-Pulsen für einen Wechselrichter (2), insbesondere einen Wechselrichter (2) eines Antriebsstrangs (10), mit einer Geräuschreduktionseinrichtung (3) zur Erzeugung eines Gegensignals zur aktiven Geräuschreduktion vorgeschlagen, wobei die Geräuschreduktionseinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die Phasenlage (ΔθPWM) des Gegensignals in Abhängigkeit von einer vorgegebenen PWM-Frequenz (F) und/oder einer Drehzahl (ωm) einzustellen. Weiterhin werden ein Antriebsstrang (10), ein Kraftfahrzeug (100) und ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges (10) vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit zum Erzeugen von PWM-Pulsen für einen Wechselrichter, insbesondere für einen Wechselrichter eines Antriebsstranges, einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine, ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges sowie ein Kraftfahrzeug.
  • Elektrische Maschinen in Kraftfahrzeugen werden typischerweise mit einem dreiphasigen Wechselstrom, also mit drei Phasenströmen, gespeist. Zum Speisen der elektrischen Maschine mit den Phasenströmen stellt ein Wechselrichter Wechselspannungen zur Verfügung, welche in Phasenströmen resultieren. Die Wechselspannungen werden dabei vom Wechselrichter aus einer Gleichspannung generiert, welche von einem Energiespeicher zur Verfügung gestellt wird.
  • Zum Umrichten der Gleichspannung in die Wechselspannungen weist der Wechselrichter typischerweise schnell schaltende Halbleiterschalter auf. Mit diesen werden die gewünschten resultierenden Amplituden und Frequenzen der Phasenströme eingestellt.
  • Geregelt werden die Halbleiterschalter dabei beispielsweise mit Pulsweitenmodulation (PWM). Die PWM-Frequenz des Wechselrichters wird dabei üblicherweise so gewählt, dass betriebspunktabhängig die Summe der Verluste aus Wechselrichter und elektrischer Maschine minimal werden.
  • Zur Verbesserung des Fahrkomforts eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine ist es sinnvoll, Geräusche zu reduzieren. Neben Dämmmaßnahmen werden dazu Maßnahmen zur aktiven Geräuschreduktion ergriffen. Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, ein Gegensignal zu erzeugen und dieses bei der Regelung der Halbleiterschalter zur Geräuschreduzierung zu verarbeiten. Das Gegensignal wird dabei üblicherweise für eine vorgegebene, feste PWM-Frequenz bestimmt. Bei einem Wechsel der PWM-Frequenz ergibt sich in der Praxis aber eine verschlechterte Geräuschreduzierung oder sogar eine Geräuschverstärkung.
  • Verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zu Geräuschbeeinflussung und insbesondere zur Geräuschreduktion bei elektrischen Maschinen, die auf unterschiedliche Art jeweils Kompensations- bzw. Gegensignale im Rahmen der Motorregelung oder Speisung verwenden, zeigen DE 10 2017 208 769 A1 , DE 10 2018 202 967 A1 , DE 10 2014 007 502 A1 und US 2020 / 0 014 318 A1 .
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinheit zum Erzeugen von PWM-Pulsen für einen Wechselrichter bereitzustellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern eine verbesserte verlässliche Geräuschreduzierung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinheit zum Erzeugen von PWM-Pulsen für einen Wechselrichter, insbesondere einen Wechselrichter eines Antriebsstrangs, mit einer Geräuschreduktionseinrichtung zur Erzeugung eines Gegensignals zur aktiven Geräuschreduktion, wobei die Geräuschreduktionseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Phasenlage des Gegensignals in Abhängigkeit von einer vorgegebenen PWM-Frequenz einzustellen.
  • Durch das Gegensignal werden zu den bestehenden Tangential- und Radialkräften gezielt zusätzliche Kräfte in der elektrischen Maschine erzeugt. Es hat sich überraschend gezeigt, dass es, wenn das Gegensignal allein auf eine PWM-Frequenz abgestimmt wird, zu Abweichungen der optimalen Phasenlagen kommt, wenn sich die PWM-Frequenz ändert. Die in der elektrischen Maschine erzeugten Kräfte verlaufen zu den bestehenden Tangential- und Radialkräften höherer Ordnung nicht mehr exakt gegenphasig, womit sich die Kräfte somit nicht vollständig auslöschen oder sogar verstärken. Durch die Einstellung der Phasenlage des Gegensignals wird dies korrigiert und eine Gegenphasigkeit der Kräfte, der Drehmomentwelligkeit und somit des Schalls und des Antischalls sichergestellt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geräuschreduktionseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Phasenlage des Gegensignals zusätzlich in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Drehzahl, insbesondere einer Drehzahl einer elektrischen Maschine des Antriebsstranges, und/oder einer Ordnung des Gegensignals einzustellen. Dies erlaubt eine sehr exakte Anpassung der Phasenlage an die vorliegenden Gegebenheiten.
  • Die Ordnung des Gegensignals im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein Vielfaches der Frequenz einer physikalischen Größe wie beispielsweise ein Vielfaches der Grundschwingung des elektrischen Phasenstroms der elektrischen Maschine. Denkbar ist, dass für jede Ordnung zu der die Gegenfunktion erzeugt wird, die Phasenlage eingestellt wird. Denkbar ist, dass die Phasenlage der zweiten Ordnung auf Grundlage der Einstellung der Phasenlage der ersten Ordnung eingestellt wird. Denkbar ist ferner, dass die Phasenlage der dritten Ordnung auf Grundlage der Einstellung der Phasenlage der zweiten Ordnung eingestellt wird. Denkbar ist also, abstrakter formuliert, dass die Phasenlage einer Ordnung auf Grundlage der Einstellung der Phasenlage einer niedrigeren Ordnung eingestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geräuschreduktionseinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz und vorzugsweise der Ordnung des Gegensignals eine Steigung der Phasenabweichung mit der Drehzahl, insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, zu ermitteln. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Einstellung der Phasenlage. Eine Look-Up-Tabelle, auch LUT abgekürzt, im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Umsetzungstabelle.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geräuschreduktionseinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz und vorzugsweise der Ordnung des Gegensignals einen Offset-Winkel, insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, zu ermitteln. Durch die Berücksichtigung eines Offset-Winkels lässt sich die Phasenlage des Gegensignals genauer einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geräuschreduktionseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Phasenlage des Gegensignals zu ermitteln als Δ θ P W M = θ o f f + α P W M ⋅ p ⋅ ω m ,
    Figure DE102020117821B3_0001
    wobei ΔθPWM der Korrekturwinkel der Phasenlage des Gegensignals ist, θoff der Offset-Winkel ist, αPWM die Steigung der Phasenabweichung mit der Drehzahl, ωm die mechanische Drehzahl vorzugsweise des Rotors der elektrischen Maschine und p die Poolpaarzahl, vorzugsweise der elektrischen Maschine ist. Der dargestellten Vorschrift folgend ist eine sehr genaue und schnelle Einstellung der Phasenlage möglich. Dadurch wird eine hoch effektive Geräuschreduktion erreicht. Wahlweise kann auch eine andere mathematische Beschreibung zur Anpassung der Phasenlage des Gegensignals in Abhängigkeit der Drehzahl, der PWM-Frequenz, der Ordnungszahl und der Polpaarzahl der elektrischen Maschine hinterlegt ΔθPWM (ω_m,f_PWM, µ,p) werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Antriebstrang mit einer elektrischen Maschine, einem Wechselrichter und einer erfindungsgemäßen Steuereinheit. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise dreiphasig ausgeführt. Der Wechselrichter weist vorzugsweise SiC-Halbleiter und/oder GaN-Halbleiter auf.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebstranges mit einer elektrischen Maschine, einem Wechselrichter und einer Steuereinheit, die PWM-Pulse für den Wechselrichter erzeugt, wobei eine Geräuschreduktionseinrichtung der Steuereinheit ein Gegensignal zur aktiven Geräuschreduktion erzeugt, wobei die Geräuschreduktionseinrichtung die Korrektur der Phasenlage des Gegensignals in Abhängigkeit von einer vorgegebenen PWM-Frequenz einstellt. Durch die Einstellung der Phasenlage des Gegensignals wird dies korrigiert und eine Gegenphasigkeit von Schall und Antischall sichergestellt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Phasenlage des Gegensignals zusätzlich in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Drehzahl, insbesondere einer Drehzahl der elektrischen Maschine, und/oder einer Ordnung des Gegensignals eingestellt wird. Dies erlaubt eine sehr exakte Anpassung der Phasenlage an die vorliegenden Gegebenheiten. Denkbar ist, dass die Phasenlage einer Ordnung auf Grundlage der Einstellung der Phasenlage einer niedrigeren Ordnung eingestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Steigung der Phasenabweichung mit der Drehzahl in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz und vorzugsweise der Ordnung des Gegensignals, insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, ermittelt wird. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Einstellung der Phasenlage.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Offset-Winkel in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz und vorzugsweise der Ordnung des Gegensignals, insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, ermittelt wird. Durch die Berücksichtigung eines Offset-Winkels lässt sich die Phasenlage des Gegensignals genauer einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Phasenlage des Gegensignals als Δ θ P W M = θ o f f + α P W M ⋅ p ⋅ ω m ,
    Figure DE102020117821B3_0002
    ermittelt wird, wobei ΔθPWM die Korrektur der Phasenlage des Gegensignals ist, θoff der Offset-Winkel ist, αPWM die Steigung der Phasenabweichung mit der Drehzahl, ωm die Drehzahl und p die Polpaarzahl der elektrischen Maschine ist. Der dargestellten Vorschrift folgend ist eine sehr genaue und schnelle Einstellung der Phasenlage möglich. Dadurch wird eine hoch effektive Geräuschreduktion erreicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eine vorstehend als erfindungsgemäß beschriebene Steuereinheit ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Kraftfahrzeug aufweisend einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
  • Alle zuvor im Zusammenhang mit der Steuereinheit offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf den erfindungsgemäßen Antriebsstrang, das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • 1 illustriert schematisch einen Antriebsstrang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Steuereinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 illustriert schematisch das Einstellen der Phasenlage bei einem Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 ist schematisch ein Antriebsstrang 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Steuereinheit 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Antriebsstrang 10 weist beispielsweise eine dreiphasige elektrische Maschine 4 auf, welche mit Phasenströmen von einem Wechselrichter 2 gespeist wird. Der Wechselrichter 2 wandelt dazu eine Gleichspannung, welche von einem Energiespeicher 5 zur Verfügung gestellt wird, in Wechselspannungen um, deren Anlegen an Klemmen der elektrischen Maschine 4 in den Phasenströmen resultiert.
  • Dazu weist der Wechselrichter 2 mehrere Halbleiterschalter, vorzugsweise SiC- und/oder GaN-Halbleiterschalter auf. Die Halbleiterschalter werden von einer Steuereinrichtung 1 mittels Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert. Im Betrieb der elektrischen Maschine 4 entsteht typischerweise eine unangenehme Geräuschkulisse. Um diese zu verringern, weist die Steuereinheit 1 eine Geräuschreduktionseinrichtung 3 auf. Die Geräuschreduktionseinrichtung 3 dient der Erzeugung eines Gegensignals zur aktiven Geräuschreduktion. Bei der aktiven Geräuschreduktion wird entstehender Schall durch die Erzeugung von Antischall reduziert oder unterdrückt. Der Antischall entsteht hier durch das einbringen zusätzlicher Kräfte in die elektrische Maschine. Der Antischall entspricht dabei idealerweise in Frequenz und Amplitude dem Schall mit einem Phasenversatz von 180°.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, das Gegensignal für feste PWM-Frequenzen zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass beim Wechsel der PWM-Frequenz nicht nur die Frequenz und Amplitude des Gegensignals geändert werden muss. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Geräuschreduktionseinrichtung 3 eine Phasenlage (siehe 2) des Gegensignals in Abhängigkeit der PWM-Frequenz einstellt. Dies erlaubt eine deutlich effizientere Geräuschunterdrückung durch das erzeugte Gegensignal.
  • In 2 ist schematisch das Einstellen der Phasenlage ΔθPWM bei einem Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dazu wird anhand der PWM-Frequenz F und der Ordnung O des Gegensignals eine Steigung αPWM der Phasenabweichung, in einer Look-Up-Tabelle LUT nachgeschlagen. Weiterhin wird anhand der PWM-Frequenz F und der Ordnung O des Gegensignals ein Offset-Winkel Θoff, in einer weiteren Look-Up-Tabelle LUT nachgeschlagen.
  • Die Steigung αPWM der Phasenabweichung wird mit einer proportional zur Polpaarzahl p der elektrischen Maschine verstärkten Drehzahl wm des Rotors der elektrischen Maschine 4 multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation wird mit zu dem Offset-Winkel Θoff addiert und ergibt die Phasenlage ΔθPWM des Gegensignals.
  • 3 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 100 weist einen Antriebsstrang 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf.

Claims (13)

  1. Steuereinheit (1) zum Erzeugen von PWM-Pulsen für einen Wechselrichter (2), insbesondere einen Wechselrichter (2) eines Antriebsstrangs (10), mit einer Geräuschreduktionseinrichtung (3) zur Erzeugung eines Gegensignals zur aktiven Geräuschreduktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschreduktionseinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die Phasenlage (ΔθPWM) des Gegensignals in Abhängigkeit von einer vorgegebenen PWM-Frequenz (F) einzustellen.
  2. Steuereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschreduktionseinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die Phasenlage (ΔθPWM) des Gegensignals zusätzlich in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Drehzahl, insbesondere einer Drehzahl (ωm) einer elektrischen Maschine (4) des Antriebsstranges (10), und/oder einer Ordnung (O) des Gegensignals einzustellen.
  3. Steuereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschreduktionseinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz (F) und vorzugsweise der Ordnung (O) des Gegensignals eine Steigung (αPWM) der Phasenabweichung mit der Drehzahl (ωm), insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, zu ermitteln.
  4. Steuereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschreduktionseinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz (F) und vorzugsweise der Ordnung (O) des Gegensignals einen Offset-Winkel (Θoff), insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, zu ermitteln.
  5. Steuereinheit (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschreduktionseinrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die Phasenlage (ΔθPWM) des Gegensignals zu ermitteln als Δ θ P W M = θ o f f + α P W M ⋅ p ⋅ ω m ,
    Figure DE102020117821B3_0003
    wobei ΔθPWM die Korrektur der Phasenlage des Gegensignals ist, θoff der Offset-Winkel ist, αPWM die Steigung der Phasenabweichung mit der Drehzahl, ωm die mechanische Drehzahl vorzugsweise des Rotors der elektrischen Maschine und p die Poolpaarzahl, vorzugsweise der elektrischen Maschine (4) ist.
  6. Antriebstrang (10) mit einer elektrischen Maschine (4), einem Wechselrichter (2) und einer Steuereinheit (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Antriebstranges (10) mit einer elektrischen Maschine (4), einem Wechselrichter (2) und einer Steuereinheit (1), die PWM-Pulse für den Wechselrichter (2) erzeugt, wobei eine Geräuschreduktionseinrichtung (3) der Steuereinheit (1) ein Gegensignal zur aktiven Geräuschreduktion erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschreduktionseinrichtung (3) die Korrektur der Phasenlage (ΔθPWM) des Gegensignals in Abhängigkeit von einer vorgegebenen PWM-Frequenz (F) einstellt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (ΔθPWM) des Gegensignals zusätzlich in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Drehzahl (ωm), insbesondere einer Drehzahl (ωm) der elektrischen Maschine (4), und/oder einer Ordnung (O) des Gegensignals eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steigung (αPWM) der Phasenabweichung mit der Drehzahl (ωm) in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz (F) und vorzugsweise der Ordnung (O) des Gegensignals, insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, ermittelt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Offset-Winkel (Θoff) in Abhängigkeit von der PWM-Frequenz (F) und vorzugsweise der Ordnung (O) des Gegensignals, insbesondere mittels einer Look-Up-Tabelle, ermittelt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (ΔθPWM) des Gegensignals als Δ θ P W M = θ o f f + α P W M ⋅ p ⋅ ω m ,
    Figure DE102020117821B3_0004
    ermittelt wird, wobei ΔθPWM die Korrektur der Phasenlage des Gegensignals ist, θoff der Offset-Winkel ist, αPWM die Steigung der Phasenabweichung mit der Drehzahl, ωm die Drehzahl und p die Polpaarzahl der elektrischen Maschine (4) ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) eine Steuereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.
  13. Kraftfahrzeug (100) aufweisend einen Antriebsstrang (10) nach Anspruch 6.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023110449B3 (de) 2023-04-25 2024-08-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Geräuschunterdrückung bei einem modularen Pulswechselrichter

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021102266B3 (de) * 2021-02-01 2022-03-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Geräuschreduktion einer drehstromgetriebenen elektrischen Maschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014007502A1 (de) 2014-05-23 2015-11-26 Hochschule München Verfahren zur Geräuschminderung und Geräuschmodulation eines Elektromotors
DE102017208769A1 (de) 2017-05-23 2018-11-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung der akustischen Abstrahlung einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeuges
DE102018202967A1 (de) 2018-02-28 2019-08-29 Robert Bosch Gmbh Steuereinheit für eine elektrische Maschine
US20200014318A1 (en) 2018-07-09 2020-01-09 Ford Global Technologies, Llc Electric machine noise attenuation

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610806A (en) * 1995-06-19 1997-03-11 Allen-Bradley Company, Inc. Pulse width modulation method for driving three phase power inverter/converter switches with balanced discontinuous phase commands
US5850132A (en) * 1997-07-02 1998-12-15 Allin-Bradley Company, Llc Apparatus used with AC motors for compensating for turn on delay errors
US7190135B2 (en) * 2002-06-26 2007-03-13 Delphi Technologies, Inc. Method of inverter linearization in electric machines through secondary modulation
US7265514B1 (en) * 2006-03-23 2007-09-04 Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. Frequency-variable pulse-width-modulation motor drive circuit capable of operating under different PWM frequencies
JP5973856B2 (ja) * 2012-09-18 2016-08-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動パワーステアリング装置および電動パワーステアリング装置の制御装置
US20140266488A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Douglas Arthur Bors Pulse Width Modulation (PWM) Utilizing Stored Signals Having Stochastic Characteristics
US9853590B1 (en) * 2016-06-20 2017-12-26 Nidec Motor Corporation System and method for improving the operation of electronically controlled motors
US10547262B2 (en) * 2017-01-05 2020-01-28 Infineon Technologies Austria Ag Estimating rotor speed and rotor angle
CN106899252A (zh) * 2017-04-12 2017-06-27 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种电机主动降噪方法及系统
CN110702971B (zh) * 2019-09-10 2021-11-26 天津大学 自动跟踪换能器串联谐振频率的超声驱动电源

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014007502A1 (de) 2014-05-23 2015-11-26 Hochschule München Verfahren zur Geräuschminderung und Geräuschmodulation eines Elektromotors
DE102017208769A1 (de) 2017-05-23 2018-11-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung der akustischen Abstrahlung einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeuges
DE102018202967A1 (de) 2018-02-28 2019-08-29 Robert Bosch Gmbh Steuereinheit für eine elektrische Maschine
US20200014318A1 (en) 2018-07-09 2020-01-09 Ford Global Technologies, Llc Electric machine noise attenuation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023110449B3 (de) 2023-04-25 2024-08-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Geräuschunterdrückung bei einem modularen Pulswechselrichter

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