用于減小和/或避免電機中的有害的軸承電流的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于減少并且特別是避免電機、例如EC(電子換向)電機中的有害的軸承電流的裝置，以及配備有這種裝置的電機。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠改變轉(zhuǎn)數(shù)的電機如今主要由中間電路變頻器電壓供電。然而，中間電路變頻器電壓的供電導(dǎo)致電機軸承中的軸承電流。
[0003]這種通過軸承的電流在具有滾動軸承和滑動軸承的電機中可能導(dǎo)致?lián)p壞甚至完全故障。在電源運行中可能出現(xiàn)所謂的軸電壓，該軸電壓在導(dǎo)體回路中感應(yīng)產(chǎn)生，該導(dǎo)體回路由軸、兩個軸承、軸承蓋和外殼構(gòu)成。
[0004]在文獻中大量描述了軸電壓的背景和物理原因。簡單地說，由于磁路的不對稱性而在電機內(nèi)部產(chǎn)生相加不為“零”的磁流，該磁流引起所述的磁性環(huán)流。
[0005]為了生成所需的電流形式，應(yīng)用逆變器電路(逆變器Inverter)，該逆變器電路借助位于中間的PWM在EC電機上施加有電壓，從而調(diào)整為希望的電流形式。該逆變器在此通常以可聽區(qū)域以外的開關(guān)頻率(> 16kHz)工作。
[0006]當由脈沖逆變器對電機供電時形成第二種軸承電負荷，即電容耦合的軸承電壓。通過逆變器的接通脈沖模式在逆變器的輸出端獲得相對于接地電壓以逆變器的開關(guān)頻率改變的共模電壓(common mode voltage)。該共模電壓通過電容的親合電網(wǎng)也傳遞到軸承上。這種軸承電壓的物理原因是逆變器輸出端上的電壓變化(其通過快速的開關(guān)過程而形成)以及脈沖逆變器的調(diào)節(jié)過程(該過程與共模電壓common mode voltage直接相關(guān))。
[0007]由此在軸承內(nèi)環(huán)和軸承外環(huán)以及在絕緣油膜上移動的軸承球體之間形成電壓，其中在軸承內(nèi)環(huán)和軸承外環(huán)之間的油膜在電學(xué)上可以看作為電容。如果此時由于油膜的絕緣強度不夠或者由于過高的軸承電壓而產(chǎn)生絕緣體的擊穿，那么油膜電容就進行放電并且在軸承內(nèi)環(huán)和軸承外環(huán)之間形成軸承載體的平衡(放電加工，electric dischargemachining)。
[0008]根據(jù)電機的不同設(shè)計，這種軸承電流可能導(dǎo)致軸承提前發(fā)生故障，這導(dǎo)致在軸承工作面上形成溝槽并且導(dǎo)致軸承潤滑脂的分解。
[0009]作為補救，過去為此采用電流絕緣的軸承，例如在外環(huán)上具有陶瓷絕緣體的軸承或者具有陶瓷滾動體的混合軸承。然而，因為這種軸承非常昂貴，所以這種解決方案不能以理想的方式適合于批量生產(chǎn)。
[0010]由現(xiàn)有技術(shù)已知其它的補救措施。文獻EP 1 445 850 A1或DE 10 2004 016 738B3教導(dǎo)了使用一種用于保護電機軸承的裝置，該裝置設(shè)有用于形成對通過軸承的干擾電流進行補償?shù)难a償電流的補償電路或補償裝置。
[0011]—個替換的解決方案通過軸承環(huán)之間的有針對性的短路而實現(xiàn)。us20080088187A1例如教導(dǎo)了在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)置連接并且在轉(zhuǎn)子和定子之間通過彈簧實現(xiàn)短路。為此還已知這樣的替換方案，其中在軸承之間采用旁路部件(例如旁路電容器)。
[0012]在此的缺陷特別在于，定子和轉(zhuǎn)子相互導(dǎo)電連接。因此必須增強線圈和定子之間所必需的絕緣。此外在滑動觸點上產(chǎn)生磨損，并且額外的旁路部件還導(dǎo)致額外的費用。
[0013]另一個已知的措施在于對軸的絕緣和對定子的包封。通過在軸和定子之間額外的絕緣層而減少了絕緣層上的一部分軸承電壓。這里的缺陷在于，產(chǎn)生的軸承電壓仍然可能足夠的高以至于導(dǎo)致不希望的軸承電流。
[0014]例如由US 2011/0234026 A1已知一種例如軸承蓋的阻抗匹配的解決方案，該解決方案僅適合于設(shè)置有完全導(dǎo)電的軸承蓋的實施方式。
[0015]由S.Schroth、D.Bortis、J.ff.Kolar 所著的公開文獻“Impact of StatorGrounding in Low Power Single-Phase ECMotors， Proceedings of the 29th AppliedPower Electronics Conference and Exposit1n(APEC 2014)，Texas，Houston，USA，March16-20，2014) ”已知一種解決方案，其中定子構(gòu)造為絕緣并且定子以電容的方式連接在接地電位上。在此的問題在于，因為同時減小了相對于接地電壓的阻抗，所以定子在接地電位上的連接對EMV濾波器的濾波性能具有影響并且造成EMV性能明顯變差。這導(dǎo)致明顯增大的濾波容量。這意味著，在各情況下必須對電機分別進行調(diào)整，因而這種解決方案同樣不能夠廣泛應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0016]因此本實用新型的目的在于，提供一種解決方案，通過該解決方案能夠有效地減少或者完全避免不期望的軸承電流，其中不會出現(xiàn)前述的缺陷并且能夠廣泛應(yīng)用。
[0017]借助一種用于避免電機中的有害軸承電流的、具有技術(shù)方案1特征的裝置以及一種具有技術(shù)方案1特征的電機來實現(xiàn)該目的。
[0018]本實用新型的基本構(gòu)思在于，通過將定子連接到在高頻相對于接地電位穩(wěn)定的電位、優(yōu)選為電子裝置電位來保護軸承不產(chǎn)生不期望的軸承電流，其中，或者直接作為短路連接而進行連接，或者替換性地通過電容或阻抗進行連接，由此，通過引入的阻抗同時確保了對于防接觸保護所需的絕緣路線。
[0019]因此，定子通過任意的阻抗電連接到穩(wěn)定的電子裝置電位可以以電阻的方式、電感的方式、電容的方式或者通過結(jié)合整個電源結(jié)構(gòu)的方式來實現(xiàn)。
[0020]為了實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)數(shù)變化的運行，通過變頻器以相應(yīng)高的時鐘頻率對電機供電。具有直流電壓中間電路的典型變流器(也稱為U變頻器)通常由整流器、具有恒定電壓的中間電路和逆變器構(gòu)成，其中由恒定的中間電路電壓形成三相的電壓系統(tǒng)。中間電路電壓通過整流器和/或EMV濾波器而與接地電位相關(guān)聯(lián)。由于脈沖而在接地電位和電機線路之間形成電壓，該電壓對應(yīng)于中間電路電壓的一半(土UZK/2)。該電壓在所有三個線路中形成為相同相位的共模電壓(common mode voltage)。
[0021]根據(jù)本實用新型，前述的電子裝置的穩(wěn)定電位(定子與該電位電連接)是不同于接地電位的、優(yōu)選為U變頻器的濾波后的電位。因此，可以與中間電路的中間電路電位DC+、電子裝置的外殼電位或DC-、整流器電路的整流器之前或之后的電位、EMV濾波器的電位相連接，或者替換性地也與低壓供電或開關(guān)電源部件的輸出電位相連接。
[0022]因此，根據(jù)本實用新型提出一種用于減少和/或避免電機中的有害的軸承電流的裝置，該電機具有轉(zhuǎn)子和絕緣構(gòu)造的定子，其中在轉(zhuǎn)子和定子之間設(shè)有至少一個軸承外環(huán)和軸承內(nèi)環(huán)，所述裝置包括用于連接電機的接口電子裝置，其中定子通過電氣連接在接口電子裝置的電位分接頭上與電子裝置電位連接，所述電子裝置電位在高頻相對于接地電位不同且相對于接地電位穩(wěn)定的。
[0023]在本實用新型的一個優(yōu)選的實施方式中設(shè)置成所述電機是三相電子換向電機。在定子和電子裝置電位之間，通過連接在中間的電容或者通過連接在中間的任意的阻抗形成電連接。
[0024]替換性地可以設(shè)置成，在定子和電子裝置電位之間的電連接形成為電學(xué)短路連接。因此，在電機運行過程中定子直接處于電子裝置電位上。
[0025]在根據(jù)本實用新型的裝置的另一個有利的實施方式中設(shè)置成，接口電子裝置至少包括整流器、中間電路和逆變器，并且用于連接定子的電位分接頭在接口電子裝置中這樣設(shè)置或布置:即，連接到定子的電子裝置電位對應(yīng)于下述電位中的一個:
[0026]-中間電路的電位，優(yōu)選中間電路正電位(DC+)
[0027]-中間電路15的外殼電位，
[0028]-中間電路15的中間接口15’的電位或者
[0029]-中間電路負電位(DC-)。
[0030]替換性地用于使定子和電子裝置電位相連接的電位分接頭也可以是緊接在整流器之前或之后的接口。在這種情況下，在本實用新型的一個擴展方案中可以設(shè)置成，在軸承電壓的頻率范圍內(nèi)減小阻抗的電網(wǎng)與整流器的一個、多個或所有二極管并聯(lián)相連接。
[0031]在本實用新型的另一個替換方案中，接口電子裝置在輸入側(cè)還具有EMV濾波器，并且用于定子的電位分接頭是EMV濾波器內(nèi)部的接口。
[0032]另外，替換性地可以設(shè)置成，如果將接口電子裝置連接在低壓供電器或者開關(guān)電源部件上，那么用于定子的電位分接頭設(shè)置成在低壓供電器或開關(guān)電源部件的輸出端上的接口。
[0033]本實用新型的另一方面涉及一種電機，優(yōu)選為EC電機，該電機設(shè)置有如前所述的
目.ο
【附圖說明】
[0034]本實用新型的其它有利的擴展方案在從屬權(quán)利要求中標出并且接下來根據(jù)附圖結(jié)合本實用新型優(yōu)選設(shè)計的描述詳細說明。
[0035]其中:
[0036]圖1示出了當定子連接在電子裝置電位上時的整個系統(tǒng)的視圖，
[0037]圖2示出了電容型電網(wǎng)的模型，
[0038]圖3示出了寄生軸承電容的等效電路圖和軸承電流的主要電流路徑，
[0039]圖4示出了當定子與使接地電流隨之改變流向的寄生軸承電容相連時的等效電路圖，
[0040]圖5示出了根據(jù)圖3的設(shè)計用于測定軸承電壓的示意性的簡化等效電路圖，
[0041]圖6示出了共模電壓和軸承電壓的測量曲線比較(不連接定子和連接有定子)，
[0042]圖7示出了根據(jù)本實用新型的裝置的一個替換實施方式，
[0043]圖8示出了根據(jù)本實用新型的裝置以第二變體的另一個替換實施方式，
[0044]圖9示出了根據(jù)本實用新型的裝置以第二變體的第二替換實施方式，
[0045]圖10示出了根據(jù)本實用新型的裝置以第二變體的第三替換實施方式，
[0046]圖11示出了根據(jù)本實用新型的裝置以第二變體的第四替換實施方式，
[0047]圖12示出了根據(jù)本實用新型的裝置以第三變體的另一替換實施方式，