DE102020124887A1

DE102020124887A1 - "Motorsystem mit geschaltetem Motor"

Info

Publication number: DE102020124887A1
Application number: DE102020124887.3A
Authority: DE
Inventors: Robert Frielinghaus
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN114257133A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsystem, aufweisend einen geschalteten Motor und eine Schalteinrichtung zum Anregen des Motors, wobei das Motorsystem mindestens eine Störschwingung (1) mit jeweils einer Störfrequenz (fE) aufweist. Die Schalteinrichtung kann den Motor zu Schaltzeitpunkten (4), welche abhängig von einer regelbaren Schaltfrequenz (fs) sind, anregen, wobei die Schaltfrequenz (fs) der Schalteinrichtung abhängig von einem für den Motor zu erzielenden Leistungsbedarf geregelt ist. Die Schaltzeitpunkte (4) der Schalteinrichtung sind zusätzlich abhängig von zumindest einer Störfrequenz (fE) des Motorsystems geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorsystem. Dieses Motorsystem weist einen geschalteten Motor und eine Schalteinrichtung zum Anregen des Motors auf. Weiterhin weist das Motorsystem mindestens eine Störschwingung mit jeweils einer Störfrequenz auf, wobei die Schalteinrichtung den Motor zu Schaltzeitpunkten, welche abhängig von einer regelbaren Schaltfrequenz sind, anregen kann. Hierbei ist die Schaltfrequenz der Schalteinrichtung abhängig von einem für den Motor zu erzielenden Leistungsbedarf geregelt.
Bei dem Motorsystem der oben genannten Art können sowohl Elektromotoren, insbesondere Reluktanzmotoren, als auch Verbrennungsmotoren verwendet werden. Die Anregung des Motors erfolgt dabei insbesondere schubweise jeweils zum Schaltzeitpunkt. Die Schaltzeitpunkte sind dabei herkömmlich in der Schaltfrequenz zeitlich beabstandet, wobei die Schaltfrequenz abhängig von dem Leistungsbedarf des Motors bzw. von den an den Motor gestellten Leistungsanforderungen ist. Herkömmlich sind die Schaltzeitpunkte dabei lediglich an die Schaltfrequenz und die Leistungsanforderungen an den Motor angepasst, so dass der Motor leistungsabhängig angeregt wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung Motorsysteme, welche in der Haushaltstechnik, z. B. bei stationären, handgeführten oder automatisierten Küchengeräten oder Reinigungsgeräten, wie z. B. Staubsauger, eingesetzt werden.
In derartigen Motorsystemen treten häufig Störschwingungen auf. Insbesondere handelt es sich bei zumindest einer Störschwingung um eine Eigenschwingung des Motors. Weiterhin können die Störschwingungen auch mit einer Störfrequenz von einer externen Quelle auf den Motor übertragen werden. Insbesondere gehen derartig extern erzeugte Schwingungen von einem zweiten Motorsystem aus, z. B. bei einem automatisierten Staubsauger (Saugroboter) mit mehr als einem Motor zum Saugen und Bewegen, oder bei einem Gerät mit einer Kühlung z. B. von einem Kühlgebläse. Die Störschwingungen verursachen insbesondere eine gesteigerte Materialbelastung und eine höhere Geräuschentwicklung, die es zu vermeiden gilt, da sie die Lebensdauer und den Anwendungskomfort beeinträchtigen.
Um die Geräuschentwicklung und die Materialbelastung zu reduzieren, existieren im Stand der Technik zahlreiche Strategien zur Geräuschreduktion von Motoren. Sie gruppieren sich in passive und aktive Lösungen. Passive Lösungen betreffen dabei vorrangig Dämpfungselemente. Zu den aktiven Lösungen zählen insbesondere aktive Gegenschallmaßnahmen, wie „Active Noise Cancellation“ (ANC) Maßnahmen.
Dabei hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass die passiven Lösungen einen hohen Bauraumbedarf haben und insbesondere die Handhabung und den Einsatz von Motorsystemen einschränken. Weiterhin haben die aktiven Lösungen den Nachteil, dass diese sehr aufwändig sind, zusätzlichen Bauraum und zumeist auch zusätzliche Sensoren benötigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Motorsystem der bekannten Art derart zu verbessern, dass es eine hohe Lebensdauer und einen hohen Anwendungskomfort aufweist, insbesondere indem die Geräuschentwicklung und die Materialbelastung reduziert sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Schaltzeitpunkte der Schalteinrichtung zusätzlich abhängig von zumindest einer Störfrequenz des Motorsystems geregelt sind, können vorteilhaft die Schaltzeitpunkte bzw. kann die Anregung des Motors systematisch dafür genutzt werden, die Störschwingung im Motorsystem zu beeinflussen. Insbesondere können dabei die Schaltzeitpunkte von der leistungsabhängigen Schaltfrequenz geringfügig abweichen, so dass die Schaltzeitpunkte an mindestens eine Störfrequenz, insbesondere zumindest an die Eigenfrequenz des Motors angepasst sind. Vorzugsweise wird dabei die erzielte Leistung des Motors nicht oder nur geringfügig, insbesondere aber in einem für die jeweilige Anwendung des Motorsystems nicht relevanten Maße beeinträchtigt. Dadurch wird ein besonders vorteilhafter Kompromiss zwischen Laufruhe, Geräuschentwicklung, Materialbelastung und Leistung erzielt.
Dem liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass, sobald der Motor von der Schalteinrichtung angeregt wird, die Störschwingung im Motorsystem beeinflusst wird. Diese Beeinflussung entspricht dabei einer Anregung einer Amplitude der Störschwingung und ist am Motorsystem messbar. Messungen an einem Motorsystem, in dem die Schaltzeitpunkte lediglich leistungsabhängig, d. h. in der Schaltfrequenz und von der Störfrequenz des Motors unabhängig geregelt sind, haben ergeben, dass diese Anregung der Störschwingung aber mitunter ausbleibt, schwächer oder auch besonders stark ist. Der Grund ist, dass der Motor bei jeder Anregung in dieselbe Richtung angeregt wird. Schwingt die Störschwingung in selbige Richtung wie die Anregung zum Schaltzeitpunkt, kommt es zu einer konstruktiven, im gegenteiligen Fall zu einer destruktiven Interferenz der Schwingungen. Dementsprechend wird bei einer Anregung die Störschwingung verstärkt oder abgeschwächt.
Insbesondere handelt es sich bei der Störschwingung um die Eigenschwingung des Motors. Diese Eigenschwingung beginnt insbesondere mit der ersten Anregung des Motors durch die Schalteinrichtung. Da der Motor vorzugsweise in seiner Eigenfrequenz schwingt, ist in diesem Fall insbesondere die Art der Interferenz determiniert vom Schaltzeitpunkt der jeweiligen Anregung bzw. der Schaltzeitpunkte.
Sofern der Schaltzeitpunkt in ein ganzzahliges Vielfaches der Störfrequenz des Motorsystems fällt, kommt es zu einer konstruktiven Interferenz, und die Amplitude der Störschwingung wird deutlich erhöht. Im gegenteiligen Fall, wenn der Schaltzeitpunkt in ein halbzahliges Vielfaches der Störfrequenz fällt, entsteht eine destruktive Interferenz, und die Amplitude der Störschwingung wird verringert.
Erfindungsgemäß sind daher die Schaltzeitpunkte zusätzlich zu der leistungsabhängigen Schaltfrequenz des Motorsystems derart abhängig von der Störfrequenz des Motorsystems geregelt, dass die Leistungsanforderungen an den Motor nahezu unverändert erfüllt werden. Die Störschwingung kann dabei sowohl die Eigenschwingung des Motors, als auch eine von außen wirkende Schwingung sein. Insbesondere treten im Motorsystem mehrere Störschwingungen auf, z. B. sowohl die Eigenschwingung des Motors, als auch eine von einem zweiten Motorsystem erzeugte Schwingung, welche auf den Motor des ersten Motorsystems übertragen wird. In diesem Fall können vorteilhaft die Schaltzeitpunkte auf eine spezielle Störschwingung optimiert werden. Weiterhin können die Schaltzeitpunkte bei mehreren Störschwingungen kompromisshaft auf jede Störschwingung abgestimmt werden, indem die Schaltzeitpunkte bzw. die Anregung lediglich in bestimmten zeitlichen Freigabebereichen oder zu definierten zeitlichen Freigabepunkten zugelassen sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Schalteinrichtung ein Zeitmessmittel auf. Insbesondere startet das Zeitmessmittel zu jedem Schaltzeitpunkt eine Zeitmessung und vergleicht die gemessene Zeit mit den Zeitpunkten der folgenden ganzzahligen und/oder halbzahligen Vielfachen mindestens einer Störfrequenz.
Insbesondere wenn zumindest eine Störfrequenz bekannt ist, kann mittels der Zeitmessung die aktuelle Phaseninformation der jeweiligen Störschwingung bestimmt werden. Daraufhin können die Schaltzeitpunkte in Abhängigkeit von der bestimmten Phaseninformation an die Störfrequenz angepasst werden. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführung, wenn die zu beeinflussende Störschwingung die Eigenschwingung des Motors ist, da die Eigenschwingung des Motors mit der ersten Anregung des Motors beginnt.
Die Zeitmesseinrichtung ist dabei insbesondere entweder in bereits verfügbaren Motorsystemen vorhanden und kann leicht auf die erfindungsgemäßen Motorsystemanforderungen angepasst werden, oder sie kann vorteilhaft ohne große konstruktive Änderungen in ein bereits bestehendes oder zu fertigendes Motorsystem nachgerüstet werden.
Die Störschwingung kann weiterhin insbesondere dadurch bestimmt werden, dass die Schalteinrichtung ein Schwingungsmessmittel aufweist, welches eine aktuelle Störschwingung erfasst und deren aktuelle Störfrequenz und/oder Amplitude und/oder Phaseninformation bestimmt. Dieses Schwingungsmessmittel ist besonders vorteilhaft bei Schwingungen, welche von externen Quellen auf den Motor übertragen werden und dadurch die Phaseninformation nicht mathematisch bzw. mittels einer Zeitmessung bestimmt werden kann.
Die Eigenfrequenz des Motors ergibt sich insbesondere aus dem mechanischen Aufbau und ist grundsätzlich für alle Motoren eines Gerätemodells einer Serienfertigung gleich. Sollte es innerhalb einer Serie fertigungsbedingt zu starken Abweichungen kommen, kann die Eigenfrequenz auch einmalig bei der Produktion bestimmt werden. Diese Bestimmung kann dabei z. B. durch eine simple mechanische Anregung entsprechend dem Prinzip bei einer Stimmgabel durchgeführt werden.
Insbesondere handelt es sich bei dem Motor des Motorsystems um einen geschalteten Elektromotor, insbesondere einen Reluktanzmotor. Vorteilhaft wird zum Anregen des Motors ein Strom an den geregelten Schaltzeitpunkten in den Elektromotor eingeprägt. Der Elektromotor ist für das erfindungsgemäße Motorsystem von besonderem Vorteil, da dieser ein schnelles und konstantes Anregungsverhalten aufweist und dadurch die Schaltzeitpunkte leicht auf die Eigenfrequenz des Motors abgestimmt bzw. festgelegt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Motorsystems ist der Motor ein Verbrennungsmotor und die Schaltzeitpunkte sind Zündzeitpunkte des Verbrennungsmotors. Hierbei werden vorzugsweise die Zündzeitpunkte über regelbare Zündwinkel des Verbrennungsmotors justiert. Praktisch hat der Verbrennungsmotor den Vorteil, dass die durch die erfindungsgemäße Ausführung zu erreichende Wirkung größer ist. Der Verbrennungsmotor weist insbesondere mehr oszillierende Massen auf als beispielsweise ein Elektromotor, weshalb insbesondere die Schwingungsamplituden bei dem Verbrennungsmotor zumeist auch größer sind als bei einem vergleichbaren Elektromotor. Die Wirkung der auf die Eigenfrequenz des Motors gezielt abgestimmten Schaltzeitpunkte ist daher beim Verbrennungsmotor unter Umständen größer.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung und den abhängigen Unteransprüchen.
Es zeigt:

1 eine beispielhafte Illustration eines Verhältnisses zwischen einer Schaltfrequenz einer Schalteinrichtung und einer Eigenschwingung eines Motors in einem Motorsystem.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen.
Zu der anschließenden Beschreibung wird beansprucht, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr ist jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels von Bedeutung für den Gegenstand der Erfindung.
1 zeigt eine Illustration eines Verhältnisses zwischen einer Schaltfrequenz einer Schalteinrichtung und einer Eigenschwingung eines Motors eines Motorsystems. Das Motorsystem weist einen geschalteten Motor und eine Schalteinrichtung zum Anregen des Motors auf. Weiterhin weist der Motor zumindest eine Störschwingung 1 mit einer Schwingungsdauer t_E der Störfrequenz f_E auf. Insbesondere entspricht die Störfrequenz f_E gemäß der Frequenzformel dem Kehrwert der Schwingungsdauer 1/t_E. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Motorsystem eine Störschwingung 1 auf, welche der Eigenfrequenz des Motors entspricht.
Das Motorsystem schwingt mit der Störschwingung 1, wobei eine Amplitude 3 dieser Störschwingung 1 wegen der durch sie erzeugten Geräuschentwicklung und Materialbelastung vorzugsweise geringgehalten werden sollte.
Die Schalteinrichtung kann in dem Motorsystem den Motor zu Schaltzeitpunkten 4, welche abhängig von einer regelbaren Schwingungsdauer ts der Schaltfrequenz fs sind, anregen. Dabei entspricht die Schaltfrequenz fs gemäß der Frequenzformel dem Kehrwert der Schwingungsdauer 1/t_S Insbesondere kommt es, wie in 1 dargestellt, beim Anregen des Motors zu einer Interferenz der Anregung und der Störschwingung 1 bzw. der Eigenfrequenz des Motors.
Erfindungsgemäß sind die Schaltzeitpunkte 4 der Schalteinrichtung zusätzlich abhängig von der Störfrequenz f_E geregelt. 1 zeigt dabei beispielhaft mögliche Auslegungsfaktoren, nach welchen Kriterien die Schaltzeitpunkte 4 auf die Störfrequenz f_E bzw. die Eigenfrequenz des Motorsystems eingestellt werden können, und wie sich die Schaltzeitpunkte 4 demgemäß auf die Störschwingung 1 des Motorsystems, insbesondere die Amplitude 3 der Störschwingung 1, auswirkt.
Besonders vorteilhaft können mittels der erfindungsgemäßen Ausführung die Schaltzeitpunkte 4 zeitlich von der Schaltfrequenz fs derart differenziert und von zumindest einer Störfrequenz f_E des Motorsystems abhängig geregelt werden, dass die Leistungsanforderungen an den Motor nahezu unverändert erfüllt werden. Dabei ist die Schaltfrequenz fs von dem für den Motor zu erzielenden Leistungsbedarf abhängig. Hierbei beeinflussen die Schaltzeitpunkte 4 gleichzeitig die jeweilige Störschwingung 1 des Motorsystems vorteilhaft. Die Beeinflussung zumindest einer Störschwingung 1 des Motorsystems kann dabei dafür genutzt werden, die jeweilige Amplitude 3 der Störschwingung 1 des Motorsystems konstruktiv zu verstärken oder destruktiv zu verringern.
Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel in 1 kann zumindest eine Störschwingung 1 zusätzlich oder ausschließlich auch durch externe Schwingungen auf den Motor übertragen werden. Vorzugsweise sind die Schaltzeitpunkte 4 in diesem Fall abhängig von mindestens einer Störschwingung 1 mit jeweils einer Störfrequenz f_E geregelt. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist keine von außen einwirkende Störschwingung 1 dargestellt.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung weist die Schalteinrichtung einen Frequenzspeicher auf. Zweckmäßig sind in dem Frequenzspeicher eine oder mehrere Störfrequenzen f_E hinterlegt. Im Besonderen ist dadurch zumindest ein Schwingungsverlauf einer Störschwingung 1 im Motorsystem bekannt, wodurch keine Echtzeitmessung der jeweiligen Störschwingung 1 notwendig ist. Die Schaltzeitpunkte 4 können dadurch vorteilhaft abhängig von der von dem für den Motor zu erzielenden Leistungsbedarf, d. h. abhängig von der Schaltfrequenz 1/ts und abhängig von zumindest einer Störfrequenz f_E, zeitlich im Voraus geregelt bzw. bestimmt werden.
Eine mögliche Störfrequenz f_E, insbesondere die Eigenfrequenz des Motors, ergibt sich insbesondere aus dem mechanischen Aufbau und ist im Grundsatz für alle Motorsysteme bzw. Geräte einer Serie gleich. Die Eigenfrequenz des Motors kann daher einmalig für eine Geräteserie oder alternativ für jedes Gerät und/oder jeden Gerätetyp bestimmt werden. Die Bestimmung der Eigenfrequenz kann diesbezüglich z. B. durch eine simple mechanische Anregung entsprechend dem Prinzip einer Stimmgabel durchgeführt werden.
In einer besonderen Ausführung des Motorsystems weist die Schalteinrichtung ein Zeitmessmittel auf. Dieses Zeitmessmittel startet insbesondere zu jedem Schaltzeitpunkt 4 eine Zeitmessung. Die gemessene Zeit wird zweckmäßig von dem Zeitmessmittel mit den Zeitpunkten eines folgenden ganzzahligen und/oder halbzahligen Vielfachen mindestens einer Störfrequenz f_E verglichen.
Insbesondere tritt ein Amplitudenmaximum der jeweiligen Störschwingung 1 an dem ganzzahligen Vielfachen der Störfrequenz f_E auf, wobei ein Amplitudenminimum der jeweiligen Störschwingung 1 an dem halbzahligen Vielfachen der Störfrequenz f_E auftritt.
Insbesondere wenn zumindest eine Störfrequenz f_E bekannt ist und zumindest eine Phaseninformation zu dieser vorliegt, kann mittels des Zeitmessmittels die aktuelle Phaseninformation bestimmt werden. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn die zumindest eine Störfrequenz f_E die Eigenfrequenz des Motors ist, da der Motor mit der ersten Anregung beginnt, in seiner Eigenfrequenz zu schwingen.
Die Zeitmesseinrichtung ist dabei insbesondere entweder in bereits verfügbaren Motorsystemen vorhanden und kann leicht an die erfindungsgemäßen Motorsystemanforderungen angepasst werden, oder sie kann vorteilhaft ohne große konstruktive Äderungen in ein bereits bestehendes oder zu fertigendes Motorsystem nachgerüstet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die Schaltzeitpunkte 4 geregelt, indem die Schalteinrichtung mindestens eine Störfrequenz f_E mit der Schaltfrequenz fs vergleicht und abhängig von einem Verhältnis zwischen der jeweiligen Störfrequenz f_E und der Schaltfrequenz fs und/oder einer Phaseninformation der jeweiligen Störfrequenz f_E regelt.
Insbesondere wenn die Phaseninformation und/oder Störfrequenz f_E und/oder Amplitude 3 der Störschwingung 1 nicht mathematisch durch eine Zeitmessung und anderweitig bestimmt werden können, bietet sich eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung an, wonach die Schalteinrichtung ein Schwingungsmessmittel aufweist. Zweckmäßig erfasst das Schwingungsmessmittel eine aktuelle Störschwingung 1 und bestimmt deren aktuelle Störfrequenz f_E und/oder Amplitude 3 und/oder Phaseninformation.
In 1 ist auf der T-Achse ein Zeitverlauf dargestellt und auf der A-Achse ist das Ausmaß einer Anregung 6 der Störschwingung 1 des Motorsystems dargestellt. Aus der 1 ist ersichtlich, dass die Störfrequenz f_E beziehungsweise Eigenfrequenz und die Schaltfrequenz fs keine Phasenverschiebung zueinander aufweisen, da die Anregung 6 durch die Schaltzeitpunkte 4 den Verlauf der Störschwingung 1 bzw. der Eigenschwingung des Motors maßgeblich bestimmen.
Je nach vorliegendem Fall und abhängig von den an den Motor gestellten Leistungsanforderungen gilt es, die Schaltzeitpunkte 4 anzupassen. Daraus resultieren unterschiedliche vorteilhafte Anwendungsszenarien und Ausbildungen für das Motorsystem. Hierbei sollten die Schaltzeitpunkte 4 möglichst nahe an der leistungsabhängigen Schaltfrequenz fs orientiert sein, um einen optimalen Kompromiss zwischen Leistungsentfaltung, Materialbelastung, Laufruhe und Komfort zu ermöglichen.
Insbesondere sind die Schaltzeitpunkte 4, wie im zweiten Abschnitt 8 und dritten Abschnitt 9 von 1 dargestellt, derart geregelt, dass der Motor zu einem Schaltzeitpunkt 4 ungleich einem ganzzahligen Vielfachen der Störfrequenz f_E beziehungsweise Eigenfrequenz angeregt wird. Insbesondere verzögert die Schalteinrichtung dafür den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt 4 auf einen Zeitpunkt ungleich einem ganzzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz f_E, oder zieht den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt 4 auf einen Zeitpunkt ungleich einem ganzzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz f_E vor.
Durch diese Ausbildung wird vorteilhaft eine maximale Amplitudenspitze der jeweiligen Störschwingung 1 des Motorsystems verringert. Diese minimale Anforderung kann auch als ein Verbot des Anregens des Motors bei einem ganzzahligen Vielfachen einer oder mehrerer Störfrequenzen f_E ausgedrückt werden. Insbesondere wird diese Ausführung dann angewandt, wenn eine direkte geregelte Anregung zu einem Zeitpunkt eines halbzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz f_E nicht möglich ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Leistungseinbußen eine für die Anwendung des Motorsystems notwendige Leistung unterschreiten würden. Insbesondere wird diese Ausführung verwendet, wenn die jeweilige Störfrequenz f_E unter 150 % der Schaltfrequenz fs liegt. Weiterhin wird diese Ausführung verwendet, um einen vorteilhaften Kompromiss zu erzeugen, wenn die Anzahl der Störschwingungen 1 und deren jeweilige Störfrequenzen f_E eine direkte Anregung eines halbzahligen Vielfachen einer ausgewählten Störfrequenz f_E nicht möglich macht, ohne dass eine andere Störschwingung 1 durch diese Anregung über ein zulässiges Maß verstärkt wird.
Insbesondere wenn die jeweilige Störfrequenz f_E des Motorsystems und die für den Leistungsbedarf notwendige Schaltfrequenz fs innerhalb derselben Größenordnung liegen, werden vorzugsweise die Schaltzeitpunkte 4, entsprechend dem dritten Abschnitt 9 gemäß 1, vorgezogen. In diesem Abschnitt 9 ist dargestellt, welche Auswirkung der Schaltzeitpunkt 4 kurz nach einem halbzahligen Vielfachen der Störfrequenz f_E des Motorsystems auf die Störschwingung 1 des Motorsystems hat. Durch das Vorziehen der Schaltzeitpunkte 4 ist zwar eine konstruktive Anregung 6 der Amplitude 3 der jeweiligen Störschwingung 1 nicht ausgeschlossen, jedoch erfolgt eine vorteilhafte Dämpfung im Vergleich zu dem im ersten Abschnitt 7 gemäß 1 dargestellten Fall. Im ersten Abschnitt 7 gemäß 1 ist dargestellt, welche Auswirkung die Anregung 6 auf die Störschwingung 1 hat, wenn der Schaltzeitpunkt 4 in ein ganzzahliges Vielfaches der jeweiligen Störfrequenz f_E fällt.
Besonders vorteilhaft kann eine destruktive Anregung 6 zumindest einer Störschwingung 1, wie im zweiten Abschnitt 8 gemäß 1 dargestellt, erfolgen, wenn die Schaltzeitpunkte 4 derart geregelt sind, dass der Motor lediglich zu einem halbzahligen Vielfachen der Störfrequenz f_E beziehungsweise der Eigenfrequenz des Motors angeregt wird. Insbesondere ist diese Ausbildung möglich, wenn die Störfrequenz f_E des Motors viel höher als die Schaltfrequenz fs ist, vorzugsweise wenn die Störfrequenz f_E mindestens doppelt so hoch wie die Schaltfrequenz fs ist. Vorteilhaft verzögert die Schalteinrichtung den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt 4 auf einen Zeitpunkt des nachfolgenden halbzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz f_E.
In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung verzögert die Schalteinrichtung den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt 4 auf einen Zeitpunkt des nächstliegenden halbzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz f_E oder zieht den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt 4 auf einen Zeitpunkt des nächstliegenden halbzahligen Vielfachen vor. Insbesondere wird diese Ausführung, wonach der Schaltzeitpunkt 4 jeweils auf das näherliegende halbzahlige Vielfache geregelt wird, angewandt, wenn die Störfrequenz in einem Bereich von 150 % bis unter 200 % der Schaltfrequenz fs liegt. Vorteilhaft kann dadurch der Schaltzeitpunkt aus der leistungsabhängigen Schaltfrequenz fs an ein nächstliegendes Amplitudenminimum der jeweiligen Störschwingung 1 verschoben werden, wodurch die jeweilige Störschwingung 1 besonders vorteilhaft gedämpft wird und gleichzeitig die Leistungseinbußen im Vergleich zu einem Schaltzeitpunkt 4 in der Schaltfrequenz fs geringgehalten werden.
Insbesondere wenn eine Schaltzeitpunktverschiebung wie zuvor beschrieben zu Leistungseinbußen führen würde, welche den jeweiligen Leistungsbedarf des Motors über ein zulässiges Maß beeinflussen würden, kann in einer alternativen Ausführung die Schalteinrichtung den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt 4 auf einen Zeitpunkt des nachfolgenden halbzahligen Vielfachen eines Obertons der jeweiligen Störfrequenz f_E verzögern oder vorziehen.
Insbesondere ist der Motor des Motorsystems ein geschalteter Elektromotor. 1 illustriert die Erfindung an einer besonders bevorzugten Ausführung, gemäß welcher der Elektromotor ein Reluktanzmotor ist. Bevorzugt wird zum Anregen des Motors ein Strom in den geregelten Schaltzeitpunkten 4 in den Elektromotor eingeprägt. Anschauungshalber ist in 1 der eingeprägte Strom über eine mechanische Antwort des Motorsystems, d. h. eine Störschwingung 1, insbesondere die Eigenschwingung des Motors, abgebildet.
Der Elektromotor ist für das erfindungsgemäße Motorsystem von besonderem Vorteil, da dieser ein schnelles und konstantes Anregungsverhalten aufweist und dadurch die Schaltfrequenz fs leicht auf die Störfrequenz f_E des Motorsystems abgestimmt bzw. festgelegt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Motorsystems ist der Motor ein Verbrennungsmotor, und die Schaltzeitpunkte sind Zündzeitpunkte des Verbrennungsmotors. Hierbei sind vorzugsweise die Zündzeitpunkte geregelt und werden über einen regelbaren Zündwinkel des Verbrennungsmotors justiert. Der Verbrennungsmotor weist insbesondere eine größere oszillierende Masse auf als beispielsweise ein Elektromotor, weshalb insbesondere die Amplituden 3 der Störschwingung 1 bei dem Verbrennungsmotor zumeist auch größer sind als bei einem vergleichbaren Elektromotor. Die Wirkung der auf die Störschwingung 1 des Motorsystems gezielt abgestimmten Schaltzeitpunkte 4 ist daher beim Verbrennungsmotor größer.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Es wird ausdrücklich betont, dass die Ausführungsbeispiele nicht auf alle Merkmale in Kombination beschränkt sind, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal auch losgelöst von allen anderen Teilmerkmalen für sich eine erfinderische Bedeutung haben. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die in den Ansprüchen 1 und 8 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der Ansprüche 1 und 8 weggelassen beziehungsweise durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Störschwingung
fE: Störfrequenz
tE: Schwingungsdauer der Störfrequenz
3: Amplitude der Störschwingung
4: Schaltzeitpunkt
fs: Schaltfrequenz
ts: Schwingungsdauer der Schaltfrequenz
6: Anregung
7: Erster Abschnitt
8: Zweiter Abschnitt
9: Dritter Abschnitt
T: Zeitverlaufsachse
A: Amplitudenachse

Claims

Motorsystem, aufweisend einen geschalteten Motor und eine Schalteinrichtung zum Anregen des Motors, wobei das Motorsystem mindestens eine Störschwingung (1) mit jeweils einer Störfrequenz (f_E) aufweist, wobei die Schalteinrichtung den Motor zu Schaltzeitpunkten (4), welche abhängig von einer regelbaren Schaltfrequenz (fs) sind, anregen kann, wobei die Schaltfrequenz (fs) der Schalteinrichtung abhängig von einem für den Motor zu erzielenden Leistungsbedarf geregelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzeitpunkte (4) der Schalteinrichtung zusätzlich abhängig von zumindest einer Störfrequenz (f_E) des Motorsystems geregelt sind.
Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Störschwingung (1) eine Eigenschwingung des Motors ist oder durch externe Schwingungen auf den Motor übertragen wird.
Motorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Frequenzspeicher aufweist, in dem eine oder mehrere Störfrequenzen (f_E) hinterlegt sind.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein Zeitmessmittel aufweist, welches zu jedem Schaltzeitpunkt (4) eine Zeitmessung startet und die gemessene Zeit mit den Zeitpunkten der folgenden ganzzahligen und/oder halbzahligen Vielfachen mindestens einer Störfrequenz (f_E) vergleicht.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung mindestens eine Störfrequenz (f_E) mit der Schaltfrequenz (fs) vergleicht und die Schaltzeitpunkte (4) abhängig von einem Verhältnis zwischen der jeweiligen Störfrequenz (f_E) und der Schaltfrequenz (fs) und/oder einer Phaseninformation der jeweiligen Störfrequenz (f_E) regelt.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein Schwingungsmessmittel aufweist, welches eine aktuelle Störschwingung (1) erfasst und deren aktuelle Störfrequenz (f_E) und/oder Amplitude (3) und/oder Phaseninformation bestimmt.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt (4) auf einen Zeitpunkt des nachfolgenden halbzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz (f_E) verzögert.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt (4) auf einen Zeitpunkt des nächstliegenden halbzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz (f_E) verzögert oder vorzieht.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt (4) auf einen Zeitpunkt ungleich einem ganzzahligen Vielfachen der jeweiligen Störfrequenz (f_E) verzögert oder vorzieht.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung den jeweils nächsten Schaltzeitpunkt (4) auf einen Zeitpunkt des nachfolgenden halbzahligen Vielfachen eines Obertons der jeweiligen Störfrequenz (f_E) verzögert oder vorzieht.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein geschalteter Elektromotor, insbesondere ein geschalteter Reluktanzmotor ist und ein Strom zum Anregen des Elektromotors an den geregelten Schaltzeitpunkten (4) eingeprägt wird.
Motorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Verbrennungsmotor ist und die Schaltzeitpunkte (4) Zündzeitpunkte des Verbrennungsmotors sind, wobei die Zündzeitpunkte geregelt und über regelbare Zündwinkel des Verbrennungsmotors justiert werden.