用于减小和/或避免电机中的有害的轴承电流的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于减少并且特别是避免电机、例如EC(电子换向)电机中的有害的轴承电流的装置，以及配备有这种装置的电机。
【背景技术】
[0002]能够改变转数的电机如今主要由中间电路变频器电压供电。然而，中间电路变频器电压的供电导致电机轴承中的轴承电流。
[0003]这种通过轴承的电流在具有滚动轴承和滑动轴承的电机中可能导致损坏甚至完全故障。在电源运行中可能出现所谓的轴电压，该轴电压在导体回路中感应产生，该导体回路由轴、两个轴承、轴承盖和外壳构成。
[0004]在文献中大量描述了轴电压的背景和物理原因。简单地说，由于磁路的不对称性而在电机内部产生相加不为“零”的磁流，该磁流引起所述的磁性环流。
[0005]为了生成所需的电流形式，应用逆变器电路(逆变器Inverter)，该逆变器电路借助位于中间的PWM在EC电机上施加有电压，从而调整为希望的电流形式。该逆变器在此通常以可听区域以外的开关频率(> 16kHz)工作。
[0006]当由脉冲逆变器对电机供电时形成第二种轴承电负荷，即电容耦合的轴承电压。通过逆变器的接通脉冲模式在逆变器的输出端获得相对于接地电压以逆变器的开关频率改变的共模电压(common mode voltage)。该共模电压通过电容的親合电网也传递到轴承上。这种轴承电压的物理原因是逆变器输出端上的电压变化(其通过快速的开关过程而形成)以及脉冲逆变器的调节过程(该过程与共模电压common mode voltage直接相关)。
[0007]由此在轴承内环和轴承外环以及在绝缘油膜上移动的轴承球体之间形成电压，其中在轴承内环和轴承外环之间的油膜在电学上可以看作为电容。如果此时由于油膜的绝缘强度不够或者由于过高的轴承电压而产生绝缘体的击穿，那么油膜电容就进行放电并且在轴承内环和轴承外环之间形成轴承载体的平衡(放电加工，electric dischargemachining)。
[0008]根据电机的不同设计，这种轴承电流可能导致轴承提前发生故障，这导致在轴承工作面上形成沟槽并且导致轴承润滑脂的分解。
[0009]作为补救，过去为此采用电流绝缘的轴承，例如在外环上具有陶瓷绝缘体的轴承或者具有陶瓷滚动体的混合轴承。然而，因为这种轴承非常昂贵，所以这种解决方案不能以理想的方式适合于批量生产。
[0010]由现有技术已知其它的补救措施。文献EP 1 445 850 A1或DE 10 2004 016 738B3教导了使用一种用于保护电机轴承的装置，该装置设有用于形成对通过轴承的干扰电流进行补偿的补偿电流的补偿电路或补偿装置。
[0011]—个替换的解决方案通过轴承环之间的有针对性的短路而实现。us20080088187A1例如教导了在转子和定子之间设置连接并且在转子和定子之间通过弹簧实现短路。为此还已知这样的替换方案，其中在轴承之间采用旁路部件(例如旁路电容器)。
[0012]在此的缺陷特别在于，定子和转子相互导电连接。因此必须增强线圈和定子之间所必需的绝缘。此外在滑动触点上产生磨损，并且额外的旁路部件还导致额外的费用。
[0013]另一个已知的措施在于对轴的绝缘和对定子的包封。通过在轴和定子之间额外的绝缘层而减少了绝缘层上的一部分轴承电压。这里的缺陷在于，产生的轴承电压仍然可能足够的高以至于导致不希望的轴承电流。
[0014]例如由US 2011/0234026 A1已知一种例如轴承盖的阻抗匹配的解决方案，该解决方案仅适合于设置有完全导电的轴承盖的实施方式。
[0015]由S.Schroth、D.Bortis、J.ff.Kolar 所著的公开文献“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) ”已知一种解决方案，其中定子构造为绝缘并且定子以电容的方式连接在接地电位上。在此的问题在于，因为同时减小了相对于接地电压的阻抗，所以定子在接地电位上的连接对EMV滤波器的滤波性能具有影响并且造成EMV性能明显变差。这导致明显增大的滤波容量。这意味着，在各情况下必须对电机分别进行调整，因而这种解决方案同样不能够广泛应用。
【实用新型内容】
[0016]因此本实用新型的目的在于，提供一种解决方案，通过该解决方案能够有效地减少或者完全避免不期望的轴承电流，其中不会出现前述的缺陷并且能够广泛应用。
[0017]借助一种用于避免电机中的有害轴承电流的、具有技术方案1特征的装置以及一种具有技术方案1特征的电机来实现该目的。
[0018]本实用新型的基本构思在于，通过将定子连接到在高频相对于接地电位稳定的电位、优选为电子装置电位来保护轴承不产生不期望的轴承电流，其中，或者直接作为短路连接而进行连接，或者替换性地通过电容或阻抗进行连接，由此，通过引入的阻抗同时确保了对于防接触保护所需的绝缘路线。
[0019]因此，定子通过任意的阻抗电连接到稳定的电子装置电位可以以电阻的方式、电感的方式、电容的方式或者通过结合整个电源结构的方式来实现。
[0020]为了实现电机的转数变化的运行，通过变频器以相应高的时钟频率对电机供电。具有直流电压中间电路的典型变流器(也称为U变频器)通常由整流器、具有恒定电压的中间电路和逆变器构成，其中由恒定的中间电路电压形成三相的电压系统。中间电路电压通过整流器和/或EMV滤波器而与接地电位相关联。由于脉冲而在接地电位和电机线路之间形成电压，该电压对应于中间电路电压的一半(土UZK/2)。该电压在所有三个线路中形成为相同相位的共模电压(common mode voltage)。
[0021]根据本实用新型，前述的电子装置的稳定电位(定子与该电位电连接)是不同于接地电位的、优选为U变频器的滤波后的电位。因此，可以与中间电路的中间电路电位DC+、电子装置的外壳电位或DC-、整流器电路的整流器之前或之后的电位、EMV滤波器的电位相连接，或者替换性地也与低压供电或开关电源部件的输出电位相连接。
[0022]因此，根据本实用新型提出一种用于减少和/或避免电机中的有害的轴承电流的装置，该电机具有转子和绝缘构造的定子，其中在转子和定子之间设有至少一个轴承外环和轴承内环，所述装置包括用于连接电机的接口电子装置，其中定子通过电气连接在接口电子装置的电位分接头上与电子装置电位连接，所述电子装置电位在高频相对于接地电位不同且相对于接地电位稳定的。
[0023]在本实用新型的一个优选的实施方式中设置成所述电机是三相电子换向电机。在定子和电子装置电位之间，通过连接在中间的电容或者通过连接在中间的任意的阻抗形成电连接。
[0024]替换性地可以设置成，在定子和电子装置电位之间的电连接形成为电学短路连接。因此，在电机运行过程中定子直接处于电子装置电位上。
[0025]在根据本实用新型的装置的另一个有利的实施方式中设置成，接口电子装置至少包括整流器、中间电路和逆变器，并且用于连接定子的电位分接头在接口电子装置中这样设置或布置:即，连接到定子的电子装置电位对应于下述电位中的一个:
[0026]-中间电路的电位，优选中间电路正电位(DC+)
[0027]-中间电路15的外壳电位，
[0028]-中间电路15的中间接口15’的电位或者
[0029]-中间电路负电位(DC-)。
[0030]替换性地用于使定子和电子装置电位相连接的电位分接头也可以是紧接在整流器之前或之后的接口。在这种情况下，在本实用新型的一个扩展方案中可以设置成，在轴承电压的频率范围内减小阻抗的电网与整流器的一个、多个或所有二极管并联相连接。
[0031]在本实用新型的另一个替换方案中，接口电子装置在输入侧还具有EMV滤波器，并且用于定子的电位分接头是EMV滤波器内部的接口。
[0032]另外，替换性地可以设置成，如果将接口电子装置连接在低压供电器或者开关电源部件上，那么用于定子的电位分接头设置成在低压供电器或开关电源部件的输出端上的接口。
[0033]本实用新型的另一方面涉及一种电机，优选为EC电机，该电机设置有如前所述的
目.ο
【附图说明】
[0034]本实用新型的其它有利的扩展方案在从属权利要求中标出并且接下来根据附图结合本实用新型优选设计的描述详细说明。
[0035]其中:
[0036]图1示出了当定子连接在电子装置电位上时的整个系统的视图，
[0037]图2示出了电容型电网的模型，
[0038]图3示出了寄生轴承电容的等效电路图和轴承电流的主要电流路径，
[0039]图4示出了当定子与使接地电流随之改变流向的寄生轴承电容相连时的等效电路图，
[0040]图5示出了根据图3的设计用于测定轴承电压的示意性的简化等效电路图，
[0041]图6示出了共模电压和轴承电压的测量曲线比较(不连接定子和连接有定子)，
[0042]图7示出了根据本实用新型的装置的一个替换实施方式，
[0043]图8示出了根据本实用新型的装置以第二变体的另一个替换实施方式，
[0044]图9示出了根据本实用新型的装置以第二变体的第二替换实施方式，
[0045]图10示出了根据本实用新型的装置以第二变体的第三替换实施方式，
[0046]图11示出了根据本实用新型的装置以第二变体的第四替换实施方式，
[0047]图12示出了根据本实用新型的装置以第三变体的另一替换实施方式，