Beschreibung

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine.

Bei Elektromotoren und anderen elektrischen Maschinen, die über ein Getriebe mit einem Rotor gekoppelt sind, kann es insbesondere bei Lastwechseln zu Vibrationen kommen. Derartige Vibrationen können zum einen störend sein, beispielsweise für Passagiere eines Fahrzeugs, insbesondere Luftfahrzeugs, mit der elektrischen Maschine. Ferner können solche Vibrationen auch zu erhöhtem Verschleiß und einer beschleunigten Alterung des Getriebes, der elektrischen Maschine oder weiterer Komponenten führen. Des Weiteren ist es generell oft wünschenswert, Lärmemissionen, die insbesondere eine Folge von Vibrationen sein können, so weit wie möglich zu reduzieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Vibrationen im Betrieb von über Getriebe mit Rotoren gekoppelten elektrischen Maschinen zu reduzieren.

Gemäß einem Aspekt wird ein System bereitgestellt, das eine elektrische Maschine, einen Rotor, ein Getriebe, über welches der Rotor und die elektrische Maschine miteinander gekoppelt sind, und eine Steuerungseinheit umfasst. Die Steuerungseinheit umfasst einen Rechner (z.B. in Form eines Leistungsrechners), der dazu eingerichtet ist, Werte angeforderter Drehmomente und für Drehzahlen indikative Messwerte des Systems zu erfassen und daraus Leistungswerte (als Ausgangs- oder Ausgabewerte) zu berechnen. Ferner umfasst die Steuerungseinheit einen Änderungsratenbegrenzer, der dazu eingerichtet ist, die berechneten Leistungswerte zu erhalten und eine zeitliche Veränderung der berechneten Leistungswerte auf einen Maximalwert zu begrenzen, um einen änderungsratenbegrenzten Leistungswert zu erhalten. Dabei ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, die elektrische Maschine basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Leistungswert zu steuern.

Alternativ oder zusätzlich umfasst die Steuerungseinheit einen Rechner (z.B. in Form eines Drehmomentrechners), der dazu eingerichtet ist, Werte angeforderter Leistungen und für Drehzahlen indikative Messwerte des Systems zu erfassen und daraus Drehmomentwerte (als Ausgangs- oder Ausgabewerte) zu berechnen. Ferner umfasst die Steuerungseinheit dann einen Änderungsratenbegrenzer, der dazu eingerichtet ist, die berechneten Drehmomentwerte zu erhalten und eine zeitliche Veränderung der berechneten Drehmomentwerte auf einen Maximalwert zu begrenzen, um einen änderungsratenbegrenzten Drehmomentwert zu erhalten. Dabei ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, die elektrische Maschine basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Drehmomentwert zu steuern.

Das basiert auf der Erkenntnis, dass Vibrationen besonders effektiv entgegengewirkt werden kann, indem ein z.B. über eine Schubhebelstellung angefordertes Drehmoment zunächst anhand der Drehzahl in eine angeforderte Leistung, z.B. Motorleistung, umzurechnen. Der fortlaufend (z.B. mit einer vorgegebenen Frequenz oder kontinuierlich) gemessenen Drehzahl (oder allgemein einem dafür indikativen Wert, z.B. einer Winkelgeschwindigkeit oder dergleichen) sind Schwingungen, insbesondere Torsionsschwingungen, aufgeprägt. Indem also die Messwerte der Drehzahl als Feedbacksignal herangezogen werden, kann auf diese Weise die elektrische Maschine mit einem zu den Vibrationen durch die Messung phasenverschobenen Schwingungssignal beaufschlagt werden, wodurch eine wirksame Reduktion der Schwingungen ermöglicht wird. In der Folge können auch Lärmemissionen reduziert werden. Die Steuerungseinheit arbeitet insbesondere fortlaufend und ermittelt die berechneten Leistungswerte (bzw. Drehmomentwerte) z.B. mit einerfestgelegten Frequenz von beispielsweise 1 Hz oder weniger, 10 Hz oder weniger, 100 Hz oder weniger, 1 kHz oder weniger oder mehr als 1 kHz. Übersteigt die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden berechneten Leistungswerten den Maximalwert, dann wird z.B. der änderungsratenbegrenzte Leistungswert der Summe aus dem vorherigen berechneten Leistungswert und dem Maximalwert gleichgesetzt. Liegt die Differenz darunter, dann wird der änderungsratenbegrenzte Leistungswert z.B. dem neuen berechneten Leistungswert gleichgesetzt. Das System kann eine geschlossene Regelschleife umfassen.

Das System kann einen Drehzahlmesser zum Erfassen der Messwerte der Drehzahl umfassen. Der Drehzahlmesser misst also Drehzahl und stellt entsprechende Messwerte bereit.

Beispielsweise misst der Drehzahlmesser die Drehzahl der elektrischen Maschine oder des Rotors.

Die elektrische Maschine ist beispielsweise in Form eines Elektromotors ausgebildet, insbesondere in Form eines Antriebsmotors eines Fahrzeugs, etwa eines Luftfahrzeugs. Alternativ (oder zusätzlich) ist die elektrische Maschine in Form eines Generators ausgebildet und/oder im System eingerichtet, als ein solcher betrieben zu werden. Beispielsweise ist das System Teil einer Windkraftanlage.

Der Rotor umfasst beispielsweise eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Propeller. Am Rotor sind z.B. Rotorblätter oder Schaufeln montiert.

Optional umfasst die Strömungsmaschine Rotorblätter oder Schaufeln mit einstellbarem Anstellwinkel. Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen der Richtung des anströmenden Fluids und der Sehne eines Profils von jedem der Rotorblätter bzw. von jeder der Schaufeln. Beispielsweise ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, den Anstellwinkel vorzugeben. So kann die Drehzahl (im Mittel, also abgesehen von der aufgeprägten Variation infolge der Vibrationen) etwa konstant gehalten, während ein Schub und ein zugehöriges Drehmoment über den Anstellwinkel eingestellt wird. Beispielsweise ist das Getriebe ein Untersetzungsgetriebe. Das Getriebe kann eine höhere Drehzahl der elektrischen Maschine in eine im Vergleich dazu niedrigere Drehzahl des Rotors übersetzen.

Der Änderungsratenbegrenzer ist z.B. dazu eingerichtet, die zeitliche Veränderung eines berechneten Leistungswerts jeweils durch einen Vergleich mit zumindest einem zuvor berechneten Leistungswert zu ermitteln.

Die Steuerungseinheit kann ferner einen Divisor umfassen, der dazu eingerichtet ist, basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Leistungswert und den Messwerten der Drehzahl einen modifizierten Drehmomentwert zu berechnen. Dieser kann, z.B. durch die Steuerungseinheit, in eine elektrische Stromstärke umgerechnet werden, mit der die elektrische Maschine sodann betrieben wird.

Die Steuerungseinheit kann ferner einen Extremwertbegrenzer umfassen, der beispielsweise dazu eingerichtet ist, den jeweils berechneten Ausgangswert (z.B. Leistungswert) vom (Leistungs-)Rechner zu erhalten, jeweils durch einen maximalen Ausgangswert und/oder einen minimalen Ausgangswert zu beschränken und den jeweils beschränkten Ausgangswert an den Änderungsratenbegrenzer auszugeben. So kann verhindert werden, dass der Absolutwert der Leistung/des Drehmoments einen zu großen oder zu kleinen (insbesondere im Generatorbetrieb) Wert annimmt.

Der Maximalwert der zeitlichen Veränderung eines jeweiligen der berechneten Leistungswerte des Änderungsratenbegrenzers kann auf einem oder mehreren zuvor berechneten änderungsratenbegrenzten Leistungswert(en) basieren. Auf diese Weise kann z.B. ein maximaler relativer Anstieg oder Abfall der Leistung implementiert werden. Das erlaubt eine besonders gute Reduktion von Vibrationen bei gleichzeitig guter Systemperformance.

Ferner kann die Steuerungseinheit einen Multiplikator umfassen, der dazu eingerichtet ist, einen jeweiligen änderungsratenbegrenzten Leistungswert vom Änderungsratenbegrenzer zu erhalten und mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Faktor zu multiplizieren. Der so erhaltene Wert ist z.B. der der Maximalwert der zeitlichen Veränderung. Der Faktor kann für alle berechneten Leistungswerte gleich sein.

Beispielsweise ist der vorgegebene Faktor kleiner als 1. Zum Beispiel beträgt der vorgegebene Faktor 10 % oder weniger.

Gemäß einem Aspekt wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug angegeben, umfassend das System nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung, insbesondere als Antriebssystem. Hinsichtlich der Vorteile wird auf die obigen Angaben zum System Bezug genommen. Bei dem Fahrzeug kann es sich auch um Landfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug handeln, beispielsweise um ein Unterseeboot. Ferner kann das System in einer Windkraftanlage eingesetzt werden. Dort können transiente Betriebsbedingungen sowohl durch Änderungen der Windbedingungen als auch durch Änderungen in der Lastaufnahme, die sich direkt auf das Generatordrehmoment auswirkt, hervorgerufen werden.

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer über ein Getriebe mit einem Rotor gekoppelten elektrischen Maschine angegeben. Das Verfahren umfasst das Erfassen, mittels einer Steuerungseinheit, von Werten angeforderter Drehmomente (oder Leistungen) und von für Drehzahlen indikativen Messwerten, das Berechnen, mittels der Steuerungseinheit, von Leistungswerten (oder Drehmomentwerten) aus den Werten angeforderter Drehmomente (oder Leistungen) und den für die Drehzahlen indikativen Messwerten. Ferner umfasst das Verfahren das Begrenzen, mittels der Steuerungseinheit, einer zeitlichen Veränderung der berechneten Leistungswerte (oder Drehmomentwerte) auf einen Maximalwert, um einen änderungsratenbegrenzten Leistungswert (oder Drehmomentwert) zu erhalten, und das Steuern, mittels der Steuerungseinheit, der elektrischen Maschine basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Leistungswert (oder Drehmomentwert). Hinsichtlich der Vorteile wird wiederum auf die obigen Angaben zum System Bezug genommen.

Die bei dem Verfahren eingesetzte elektrische Maschine, der Rotor, das Getriebe und die Steuerungseinheit können Teil des Systems nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung sein. Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:

Figur 1 ein Luftfahrzeug in Form eines Flugzeugs mit einem System zur

Steuerung einer elektrischen Maschine des Luftfahrzeugs;

Figur 2 ein Blockdiagramm einer Steuerungseinheit des Systems gemäß

Figur 1 ;

Figur 3 ein Diagramm von gegen eine Motordrehzahl aufgetragenen

Drehmomenten bei einer Beschleunigung aus dem Stand mit und ohne Aktivierung einer Steuerung mittels der Steuerungseinheit gemäß Figur 2; und

Figur 4 das Ergebnis einer Frequenzanalyse mit und ohne Aktivierung einer Steuerung mittels der Steuerungseinheit gemäß Figur 2.

Figur 1 zeigt ein Luftfahrzeug 2 in Form eines elektrisch angetriebenen Flugzeugs. Das Luftfahrzeug 2 umfasst ein System 1 mit einer elektrischen Maschine 10, einem Rotor 11 und einem Getriebe 12.

Die elektrische Maschine 10 ist als Elektromotor betreibbar (alternativ oder zusätzlich als Generator) und über das Getriebe 12 mit dem Rotor 11 wirkverbunden. Vorliegend treibt die elektrische Maschine 10 den Rotor 11 über das Getriebe 12 an.

Das Getriebe 12 weist eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle auf. Die Eingangswelle ist mit der elektrischen Maschine 10 gekoppelt. Die Ausgangswelle ist mit dem Rotor 11 gekoppelt. Das Getriebe 12 ist ein Untersetzungsgetriebe und übersetzt eine vorgegebene Drehzahl der Eingangswelle in eine niedrigere Drehzahl der Ausgangswelle um. Das Getriebe 12 umfasst mehrere Getriebeelemente, insbesondere Zahnräder. Beispielsweise ist das Getriebe 12 in Form eines Planetengetriebes ausgebildet. Beispielsweise treibt die elektrische Maschine ein Sonnendrad des Getriebes 12 an, welches über Planetenräder mit einem Hohlrad gekoppelt ist. Der Rotor 11 ist z.B. drehfest mit dem Hohlrad oder einem Planetenträger verbunden. Am Planetenträger sind die Planetenräder drehbar montiert.

Der Rotor 11 umfasst einen Propeller 110 mit mehreren Rotorblättern. Die Rotorblätter weisen einen veränderbaren Anstellwinkel auf, wobei die Rotorblätter auch fest an einer Nabe montiert sein können.

Das System 1 umfasst ferner eine Energiequelle, hier in Form einer elektrischen Batterie 14. Die elektrische Maschine 10 wird durch die Batterie 14 mit Energie versorgt. Optional umfasst das System 1 ferner einen Generator 16 und z.B. eine Gasturbine 15 zum Antrieb des Generators 16. Der Generator 16 speist die Batterie 14 mit elektrischer Energie. Alternativ oder zusätzlich stellt der Generator 16 elektrische Energie direkt an die elektrische Maschine 10 bereit.

Ferner umfasst das System 1 eine Steuerungseinheit 13. Die Steuerungseinheit 13 kann aus einem Modul bestehen oder in mehrere Module aufgeteilt sein, die am selben Ort und/oder mit Abstand zueinander angeordnet sein und z.B. kommunikativ in Verbindung miteinander stehen können. Die Steuerungseinheit 13 ist mit der elektrischen Maschine 10 (z.B. einer Stromversorgungseinheit davon) kommunikativ verbunden. Im gezeigten Beispiel ist die Steuerungseinheit 13 auch mit dem Rotor 11 kommunikativ verbunden, und zwar zur Einstellung eines Anstellwinkels der Rotorblätter. Optional ist die Steuerungseinheit 13 auch mit der Batterie 14, der Gasturbine 15 und/oder dem Generator 16 kommunikativ verbunden. Die kommunikativen Verbindungen sind z.B. über entsprechende Kabelverbindungen und/oder drahtlos aufgebaut.

Des Weiteren umfasst das System 1 einen (oder mehrere) Drehzahlmesser 17. Der Drehzahlmesser 17 ist so angeordnet, dass er Messwerte erfasst, die eine Drehzahl der elektrischen Maschine 10 angeben. Beispielsweise misst der Drehzahlmesser 17 die Drehzahl einer Welle, z. B. einer Ausgangswelle, der elektrischen Maschine 10 oder der Eingangswelle des Getriebes 12. Alternativ oder zusätzlich kann der Drehzahlmesser 17 (oder ein weiterer Drehzahlmesser) an einem anderen Ort angeordnet sein, z.B. an einer Ausgangswelle des Getriebes 12 zur Messung der Drehzahl dieser Ausgangswelle oder am Rotor 11 zur Messung der Drehzahl des Rotors 11. Der (oder die) Drehzahlmesser 17 ist (sind) mit der Steuerungseinheit 13 kommunikativ verbunden.

Figur 2 veranschaulicht einige Komponenten der Steuerungseinheit 13. Insbesondere umfasst die Steuerungseinheit 13 einen Rechner in Form eines Leistungsrechners 130, der dazu eingerichtet ist, Werte angeforderter Drehmomente und für Drehzahlen indikative Messwerte, die sind, zu erfassen und daraus Leistungswerte zu berechnen, und einen Änderungsratenbegrenzer 131 , der dazu eingerichtet ist, die berechneten Leistungswerte zu erhalten und eine zeitliche Veränderung der berechneten Leistungswerte (insbesondere eine Änderung der Leistungswerte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rechenzyklen) auf einen Maximalwert zu begrenzen, um einen änderungsratenbegrenzten Leistungswert zu erhalten. Sie Steuerungseinheit 13 ist dabei dazu eingerichtet, die elektrische Maschine 10 basierend auf dem änderungsratenbegrenzten Leistungswert zu steuern.

Erfordert z.B. eine Motorsteuerung der elektrischen Maschine 10 die Bereitstellung eines Leistungssignals als Steuergröße, können in der anhand von Figur 2 beschriebenen Berechnung Drehmomentwerte und Leistungswerte vertauscht werden.

Dabei werden die Werte der angeforderten Drehmomente an einem Eingang E1 der Steuerungseinheit 13 eingegeben. Beispielsweise werden die Werte der angeforderten Drehmomente von einem Schubhebel am Eingang E1 bereitgestellt.

Die für Drehzahlen indikative Messwerte werden an einem Eingang E2 der Steuerungseinheit 13 eingegeben und an den Leistungsrechner 130 bereitgestellt. Diese Messwerte werden durch den Drehzahlmesser 17 am Eingang E2 bereitgestellt. Vom Eingang E2 werden diese Messwerte (optional) an einen Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 bereitgestellt. Der Multiplikator 134 multipliziert die Messwerte (optional) mit einer Konstanten, z.B. pi/30, zur nachfolgenden Bestimmung der angeforderten Wellenleistung in Watt. Das Multiplikationsergebnis des Multiplikators 134 wird an einen (optionalen) Maximalwertselektor 135 des Leistungsrechners 130 bereitgestellt. Dieser erhält ferner eine Konstante, z.B. den Wert 1. Der Maximalwertselektor 135 wählt aus den beiden gleichzeitig bereitgestellten Werten den größeren aus. Hierdurch wird eine Division durch Null vermieden, z.B. wenn der Schubhebel in einer keinen Schub und damit kein Drehmoment anfordernden Stellung steht.

Der durch den Maximalwertselektor 135 ausgewählte Wert wird an einen Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 bereitgestellt, ebenso das am Eingang E1 bereitgestellte angeforderte Drehmoment. Dieser Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 multipliziert diese beiden Werte und errechnet so die dem angeforderten Drehmoment entsprechende Leistung, d.h. einen Leistungswert.

Der durch den Leistungsrechner 130 berechnete Leistungswert wird an einen (optionalen) Extremwertbegrenzer 133 bereitgestellt. Dieser erhält ferner am Eingang E3 einen Wert für eine maximale abgegebene Leistung der elektrischen Maschine 10 im Motorbetrieb und am Eingang E4 einen Wert für eine maximale aufgenommene Leistung der elektrischen Maschine 10 im Generatorbetrieb. Überschreitet der berechnete Leistungswert die maximale abgegebene Leistung oder unterschreitet der berechnete Leistungswert die maximale aufgenommene Leistung (die Aufnahme der Leistung wird hier beispielhaft mit einem negativen Vorzeichen betrachtet), so gibt der Extremwertbegrenzer 133 den Wert der maximalen abgegebenen Leistung bzw. der maximalen aufgenommenen Leistung aus. Andernfalls gibt der Extremwertbegrenzer 133 den durch den Leistungsrechner 130 berechneten Leistungswert aus.

Der berechnete Leistungswert (optional durch den Extremwertbegrenzer 133 begrenzt) wird an den Änderungsratenbegrenzer 131 bereitgestellt. Der Änderungsratenbegrenzer 131 umfasst einen Pufferspeicher, in welchem mindestens ein vorheriger berechneter Leistungswert gespeichert ist. Überschreitet die Differenz zwischen dem aktuell berechneten und am Eingang des Änderungsratenbegrenzers 131 anliegenden Leistungswert und dem gespeicherten Leistungswert einen Maximalwert, dann gibt der Änderungsratenbegrenzer 131 die Summe aus dem gespeicherten Leistungswert und dem Maximalwert aus. Unterschreitet die Differenz zwischen dem aktuell berechneten und am Eingang des Änderungsratenbegrenzers 131 anliegenden Leistungswert und dem gespeicherten Leistungswert den Maximalwert (mit umgekehrtem Vorzeichen), dann gibt der Änderungsratenbegrenzer 131 die Summe aus dem gespeicherten Leistungswert und dem Maximalwert (wiederum mit umgekehrtem Vorzeichen) aus. Andernfalls gibt der Änderungsratenbegrenzer 131 den anliegenden, aktuell berechneten Leistungswert aus.

Der Maximalwert wird dabei jeweils relativ berechnet. Der Ausgang des Änderungsratenbegrenzers 131 ist hierzu über einen (optionalen) Verzögerer 136 an einen Multiplikator 134 bereitgestellt. Dieser Multiplikator 134 erhält ferner einen vorbestimmten Wert einer maximalen relativen zeitlichen Veränderung, der an einem Eingang E5 anliegt. Dieser vorgegebene Faktor beträgt z.B. 1 % (also 0,01 ) oder weniger, 5% (also 0,05) oder weniger, 10% (also 0,1 ) oder weniger oder 20% (0,2) oder weniger. Im gezeigten Beispiel beträgt der am Eingang E5 bereitgestellte Wert 10%. Der Eingang E5 kann auch einen internen Speicher der Steuerungseinheit 13 darstellen. Der Multiplikator 134 berechnet somit einen Anteil (z.B. 10%) des am Ausgang des Änderungsratenbegrenzers 131 ausgegebenen änderungsratenbegrenzten Leistungswerts und stellt diesen als Maximalwert an den Änderungsratenbegrenzers 131 für den darauffolgenden Rechenzyklus bereit. Ein optional dazwischengeschalteter Maximalwertselektor 135 wählt aus diesem Wert und einer Konstanten den größeren, z.B. um ein Anfahren aus dem Stillstand zu ermöglichen. Ein Vorzeichenwechsler 137 gibt den Maximalwert der zeitlichen Veränderung mit umgekehrtem Vorzeichen an einen weiteren Eingang des Änderungsratenbegrenzers 131 zum Vergleich bei abfallenden Leistungswerten.

Der Änderungsratenbegrenzer 131 kann ferner über einen Eingang E6 mit einem Reset-Signal beaufschlagt werden, um den Pufferspeicher zu löschen und ein Anfahren aus dem Stillstand zu ermöglichen.

Der auch bereits an den Multiplikator 134 des Leistungsrechners 130 bereitgestellte, auf dem für die Drehzahl indikativen Messwert basierende Wert wird ebenfalls an einen Divisor 132 bereitgestellt. An den Divisor 132 wird ferner der am Ausgang des Änderungsratenbegrenzers 131 ausgegebene Wert bereitgestellt. Der Divisor 132 errechnet daraus durch Division einen modifizierten Wert des angeforderten Drehmoments. Dieser wird an einem Ausgang A bereitgestellt und z.B. an eine Motorsteuerung der elektrischen Maschine 10 ausgegeben (welche in die Steuerungseinheit 13 integriert oder separat dazu ausgebildet sein kann). Basierend auf diesem Wert wird die elektrische Maschine 10 betrieben. Beispielsweise wird die elektrische Maschine 10 mit einer diesem Wert entsprechenden Stromstärke beaufschlagt.

Da die Vibration in Form von Torsionsschwingungen an den für die Drehzahlen indikativen Messwerte enthalten ist, wird mit dieser Steuerung eine Korrektur vorgenommen, die der Vibration entgegenwirkt.

Figur 3 zeigt das Ergebnis einer Messung wobei parallel zwei Antriebssysteme betrieben wurden, eines ohne die in Figur 2 gezeigten Komponenten der Steuerungseinheit 13 (Kurven K1 bis K4) und eines mit der Steuerungseinheit 13 gemäß Figur 2 (Kurven K5 bis K8). Die Drehmomentwerte der jeweils vier verschiedenen Kurven wurden gegen die Motordrehzahl gleichermaßen mittels Dehnungsmessstreifen an denselben Positionen zwischen jeweils zwei Bauteilen des Getriebes 12 gemessen. Deutlich ersichtlich sind die wesentlich glatter verlaufenden Kurven K5-K8 der Messung mit der aktivierten Steuerungseinheit 13 gemäß Figur 2. Zur besseren Veranschaulichung wurde hierbei jeweils eine Spulenwicklung der elektrischen Maschinen 10 deaktiviert. Ersichtlich konnte selbst eine derartige Störung durch die Steuerungseinheit 13 gemäß Figur 2 geglättet werden. Somit kann die vorgeschlagene Lösung der leistungsratenbegrenzten Drehmomentregelung selbst bei einem Ausfall einzelner Spulenwicklungen die Vibrationen kontrollieren.

Figur 4 zeigt das Ergebnis einer Frequenzanalyse (mittels FFT, schneller Fouriertransformation) beider Antriebssysteme. Die linke Hälfte spiegelt das Ergebnis des Antriebssystems ohne die in Figur 2 gezeigten Komponenten der Steuerungseinheit 13 wieder, die rechte Hälfte das Ergebnis des Antriebssystems mit den in Figur 2 gezeigten Komponenten der Steuerungseinheit 13. Besonders bei der ersten Schwingungsmode (mittels Kreisen hervorgehoben) ist eine Reduktion um 20 dBm ersichtlich.

Es sei angemerkt, dass eine Reduktion der Vibrationen insbesondere in einem transienten Betriebszustand (z.B. einer Beschleunigung oder Verzögerung) zu tragen kommt, aber z.B. auch in stationären Betriebszuständen, in denen die Schwingungen selbst Änderungen in der Drehgeschwindigkeit hervorrufen. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Es sei beispielsweise angemerkt, dass die in Figur 2 gezeigten Blöcke in Form von Hardware und/oder in Form von Software umgesetzt werden können.

Ferner ist es möglich, anstelle eines vollelektrischen Antriebs oder eines seriell hybridelektrischen Antriebs einen parallel-hybriden Antrieb einzusetzen, worin eine Gasturbine oder eine andere Verbrennungsmaschine und eine elektrische Maschine beide mechanisch antreiben.

Bezugszeichenliste

1 System

10 elektrische Maschine

11 Rotor

110 Propeller

12 Getriebe

13 Steuerungseinheit

130 Leistungsrechner

131 Änderungsratenbegrenzer

132 Divisor

133 Extremwertbegrenzer

134 Multiplikator

135 Maximalwertselektor

136 Verzögerer

137 Vorzeichenwechsler

14 Batterie

15 Gasturbine

16 Generator

17 Drehzahlmesser

2 Luftfahrzeug

A Ausgang

E1-E6 Eingang

K1-K8 Kurve