本实用新型涉及一种用于减小电机如EC电机中非期望的轴承电压的装置和电机。
背景技术：
目前，变速电机主要由电压中间电路变换器供电。然而，通过电压中间电路变换器进行供电会产生轴承电压，而这又会致使电机的轴承中产生轴承电流。对于具有滚动轴承和滑动轴承的电机来说，轴承中的这种电流会导致电机损坏直至完全失效。
作为补救，以往使用电流绝缘或者说电绝缘的轴承，例如外圈上具有陶瓷绝缘的轴承或具有陶瓷滚动体的混合轴承。但由于这些轴承很贵，这样一种解决方案并非是适用于批量制造的理想解决方案。
由现有技术已知其他的补救措施。公开案EP 1 445 850 A1和DE 10 2004 016 738 B3提出使用用于保护电机轴承的装置，该装置设有可产生补偿电流以补偿轴承中的干扰电流的补偿配置或补偿装置。
用脉冲控制逆变器为电机供电时，会产生电容耦合轴承电压。通过逆变器的被接通的脉冲波形，逆变器输出端上产生以逆变器的开关频率跃变的对地共模电压(CMV)。
DE 20 2015 103902 U研究的是由此而产生的问题，即，在轴承内圈和轴承外圈与在绝缘油膜上运动的轴承滚珠之间形成电压。如果由于油膜的绝缘强度不够或者说由于轴承电压过高而导致绝缘被击穿，油膜电容和整体结构中其他的并联寄生电容就会放电，并且轴承内圈与轴承外圈之间会发生电荷载流子的平衡(electric discharge machining，放电加工)，这可能会损伤轴承。
为此，DE 20 2015 103902 U建议设置一电容，该电容经选择而明显大于网络其余部分中以寄生方式形成的电容器。基于这项措施，定子在相关的频率范围内几乎与地电位(GND)连接。地电位与保护线之间的连接主要通过安装在EMV滤波器中的Y-电容器而建立。对于那些PWM频率(PWM Taktung)会引发轴承电压的频率范围而言，上述连接由于EMV滤波器的电容较大而几乎可被视作短路。尽管如此，所存在的其他电容仍会使轴承外圈和转子或与转子导电连接的轴承内圈上形成电压，因此，DE 20 2015 103902 U提出的解决方案只是部分解决了本实用新型所面对的技术难题。
进一步地，假设定子在相关频率范围内的连接存在于地电位上。在此情况下，对于定子侧轴承的轴承外圈上的电压来说，绕组与轴承外圈之间的寄生电容与轴承外圈与定子之间的寄生电容之比是至关重要的。在此，绕组与轴承外圈之间的寄生电容与轴承外圈与定子之间的电容之比典型地为1:1至1:5。如果假设转子上不存在其他电容，就会产生大小约为轴承外圈上的中间电路电压的16％-50％的电位。
对于转子侧轴承外圈的电位来说，绕组与转子侧轴承外圈之间的电容以及定子与转子侧轴承外圈之间的电容是重要的。其基本比例与定子侧轴承上的基本比例相似。
转子上的电位主要取决于绕组与转子之间的电容比，以及取决于转子的对地电容或转子相对于保护线电位的电容，并且取决于转子相对于定子的电容。定子侧轴承和转子侧轴承的电容以及其他更小的寄生电容使得上述电位进一步失谐。如果轴承外圈与轴承内圈或与轴承内圈导电连接的转子之间存在的电压超过工作面与滚珠之间的润滑膜的绝缘强度，就会造成击穿并导致工作面变得粗糙。
技术实现要素：
因此，本实用新型的目的是克服上述难题并提供一种能有效减小或彻底抑制非期望的轴承电压以及由此而产生的轴承电流的解决方案。
本实用新型用以达成这一目的的解决方案是一种具有以下特征的装置。
本实用新型的基本构思是，通过调整电机或电机的电容网络，将轴承外圈和轴承内圈的电位调整至同样的值，例如借助绕组-轴承外圈-地电位和绕组-轴承内圈-地电位这两个分压器。为此，对电机或电机的电容网络的出现于定子绕组与轴承之间的电容进行专门调整。
据此，本实用新型提出一种用于减小电机中的有害轴承电压的装置，所述电机具有转子和定子，其中在所述转子与所述定子之间设有转子侧轴承外圈和定子侧轴承外圈以及各一轴承内圈，所述装置进一步包括用于连接所述电机的电子连接设备，其中设有补偿配置，以便将所述转子侧轴承外圈和定子侧轴承外圈和各自所对应的所述轴承内圈上的轴承电压的电位调整至同样的值。
因此，为了实现良好的轴承电压补偿，转子和轴承外圈的电位具有同样的值。这一点例如通过如下方式而达成：将具有较高或较低电位的共模电压以电容方式耦合到轴承外圈上。
下面将要详细说明的解决方案适于用来实现本实用新型的构思。
在本实用新型的优选实施方式中，在定子接地的情况下，通过阻抗实现轴承电压的补偿。在此进一步提出，所述补偿配置包括将所述定子通过明确的电容耦合至所述电子连接设备的地基准电位。
与现有技术不同的是，本实用新型并不调整阻抗，而是针对性地调整对地电位或轴承上的电压。结合将定子耦合至电子换向设备的地基准电位这一措施，不但能减小轴承电压，还能通过恒定的、不接地的定子电位来改善电磁兼容性，因为共模所引起的漏电流并不流过地线，而是直接回流到电子设备中。
借助电容将定子组合件(Statorpaket)拉到低于转子电位的对地电位上。如此一来，由于绕组与轴承外圈之间以及轴承外圈与定子之间的电容所组成的分压器，存在于轴承外圈上的电位高于定子和转子上的电位。这是以下内容的前提：通过设置附加阻抗，绕组、轴承外圈与定子之间的电容的分压器的分压程度(Spannungsteilungsmaβ)减小，并且轴承外圈上的电位下降，直至轴承上的剩余电压达到非临界值。
再者，例如通过干预几何尺寸，例如通过增大绕组到轴承的距离，可以改变绕组与轴承外圈之间的电容和轴承外圈与定子之间的电容所组成的分压器。同样地，例如通过减小轴承外圈到定子的距离，可以提高定子与轴承外圈之间的电容。
本实用新型相对于已知解决方案所具有的优点在于，在改变转子附加装置(Rotoranbauten)，从而改变转子与保护用地线之间的电位时，通过改变相对于地基准电位的电容，可以实现补偿，这样就不必改变电机中的几何尺寸。
此外，通过设置从轴承外圈到定子的阻抗，可以实现电位均衡，而不必实施显著的几何变化。
另外，尤其在外转子电机中极易实现所述连接，因为轴承外圈和定子是固定的且相互紧邻布置。尤其可对电机的具有空隙的轴承座加以利用，以便例如借助卡夹或具有期望阻抗的夹子在轴承外圈与定子叠片之间建立连接。
因此，在本实用新型的优选技术方案中提出，所述补偿配置形成阻抗，所述阻抗由所述定子与所述转子侧轴承外圈之间的第一(匹配) 阻抗和所述定子与所述定子侧轴承外圈之间的第二(匹配)阻抗组成。
进一步优选地，所述两个阻抗中的至少一者设于轴承座中或者设于所述定子与所述轴承外圈之间的电连接配置中的空腔中。
在根据本实用新型的构思的另一可能的解决方案中提出，所述补偿配置为改变所述轴承电压而在所述电机绕组、所述转子侧轴承外圈和/或所述定子侧轴承外圈与所述定子之间设置至少一个轴承屏蔽。
在此有利的是，所述轴承屏蔽作为屏蔽环插入所述轴承外圈周围的轴承槽中。
优点在于，生产时可将屏蔽环制作成嵌件，并且不要求将其直接电性连接至轴承外圈。如此一来，轴承外圈与屏蔽环之间不必存在电接触，而电接触随着时间的推移会被腐蚀或者通过机械接触压力对轴承造成影响。此外避免轴承应变，并且无需干预轴承座的机械系统。
屏蔽环被置入绕组与轴承外圈之间的电场中且可选地通过电容连接至定子。
特别有利的是，设有用于所述转子侧轴承外圈的第一轴承屏蔽，并且设有用于所述定子侧轴承外圈的(与之分离的)第二轴承屏蔽，所述第二轴承屏蔽与所述第一轴承屏蔽之间至少存在关于分压比的区别，其中所述轴承外圈上经调节的电位相对于地电位(PE)彼此不同。
在根据本实用新型的构思的另一可能的解决方案中提出，在彼此绝缘的定子叠片上实现所述补偿配置。新式的方法例如通过为定子叠片涂布烤漆或者借助绝缘材料，来针对性地断开叠片之间的电接触。这种绝缘可被针对性地用来减小轴承电压。
如果为此观察轴承电压等效电路图，则定子叠片之间的绝缘使得定子与轴承外圈之间的电容并非作为单个电容发生变化，而是作为数个电容的组合而发生变化。现在，如果绕组上存在共模电压，就会由于到绕组的电容耦合而在每个叠片上或者越过各叠片形成对地(PE) 电位。在此，各叠片的电位不一定是一样的。然而，鉴于定子叠片之间的电容较大，可以认为直接相邻的叠片的电位仅具有较小差异。
据此，在本实用新型的优选技术方案中提出，借助所述定子的至少一定数目的定子叠片实现所述定子到所述地基准电位的所述耦合，所述定子叠片与所述定子的其他定子叠片绝缘，以便将所述轴承外圈的电位与所述转子的电位匹配。
如此一来，轴承外圈的电位主要地不再仅通过单独一个叠片得到保持，而是通过各叠片的电位的加权得到保持，并且根据各叠片到轴承外圈的电容耦合而被加权，也就是说，通过将各定子叠片针对性地接地，将轴承外圈的电位与转子的电位匹配。轴承外圈附近接地的叠片越多，对地电位的下降幅度越大。反之，未连接至地基准电位的叠片则会提高轴承外圈相对于地电位的电位。
这个解决方案的决定性优点是，可以分别针对定子侧轴承和转子侧轴承单独地调整绕组、轴承外圈与定子之间的电容的分压器，这样就能将轴承电压调整至最小值。
此外，通过数个相互电性连接的叠片的轴承之间针对性的绝缘，可形成叠片组(Blechgruppe)。叠片组内部的电位是一样的。通过从属于一个叠片组的叠片的数目，以及通过对接地叠片组的选择，可形成期望的电位。
作为连接至地基准电位的替代方案，也可以接地。其原理相似。各叠片到地电位的连接例如可借助销钉而实现，该销钉贯穿叠片组合件(Blechpaket)。在此，如果不需要连接各叠片或叠片组合件，就须在销钉的贯穿部位上设置空隙或绝缘，使得销钉不会导电接触相关叠片。
因此有利的是，耦合至所述地基准电位或所述地电位的所述定子叠片通过贯穿所述定子叠片的导电销钉而彼此电性连接。
在根据本实用新型的构思的另一可能的解决方案中提出，通过转子接地和轴承接地并结合所述定子的接地实现所述补偿配置，这对于在导电液体中的应用场景来说特别有利。
为此，本实用新型提出一种装置，其中所述转子通过导电液体电性连接所述地电位(PE)，并且所述转子侧轴承外圈和所述定子侧轴承外圈通过沿所述定子设置或贯穿所述定子的电连接彼此相连。
特别有利的是，所述定子侧轴承外圈还连接所述地电位(PE)。
优选的是，通过电容和阻抗的组合对所述轴承电压进行调节。
在此有利的是，通过借助电容将定子电位预调整至低于或高于所述轴承内圈的电位的电位，定子侧轴承外圈上的电位的关于分压器的公差的灵敏度减小，其中分压器由所述电容和阻抗组成。
本实用新型的另一方面涉及一种电机，优选EC电机，配置有如上所述的装置。
因此本实用新型能够有效减小或彻底抑制非期望的轴承电压以及由此而产生的轴承电流。
本实用新型的又一方面还涉及一种调整所述装置以适应改变了的应用条件的方法，其中根据所述转子的电位将所述轴承外圈上的电位调节至相应更低的值，借此相对于所述地基准电位减小所述转子的电位。
据此，为能对轴承电压进行尽可能宽的补偿以实现广泛应用，有利的是，将轴承外圈调节至低于转子电位的电位。在此情况下，如果应用时减小转子的对地电位，例如借助转子附近的附加导电物体，则轴承上的电压首先会变小。只有当转子对地的电容耦合非常大时，轴承电压才会升高至临界值。
关于本实用新型其他有利改进方案的特征请参阅本说明书的其他方面，下面参照附图并结合本实用新型的优选实施方案予以详细说明。
附图说明
图1为根据本实用新型第一实施方式的电机剖面图，
图2为用于图1所示实施方案的电容网络的等效电路图，
图3为本实用新型具有轴承屏蔽的第二实施例视图；
图4为用于图3所示实施方式的电容网络的等效电路图；
图5为用于图3所示的第二实施方式的电容网络的等效电路图的细节；
图6为用于本实用新型另一实施方式的电容网络的等效电路图；
图7为用于图6所示实施方式的电容网络的等效电路图的细节；及
图8为本实用新型另一实施例视图。
具体实施方式
下面借助优选实施例并参照图1至图8对本实用新型进行详细说明，其中相同的附图标记指向相同的功能特征和/或结构特征。
图1示出根据本实用新型第一实施方式的电机M的剖面图，该电机具有用于减小轴承4r、4s、4i上的有害轴承电压的装置。
电机M具有转子2和定子叠片3i所组成的定子3。在转子2与定子3之间分别设有转子侧轴承外圈4r和定子侧轴承外圈4s以及各一轴承内圈4i。图中进一步示出电机M的轴6和绕组7。在此，轴承在外圈4r、4s上通过绝缘5与其他的金属部件电绝缘。
此外设有补偿配置20，以便将轴承外圈4r、4s和各自所对应的轴承内圈4i上的轴承电压的电位调整至同样的值。如图2中的等效电路图所示，补偿配置20包括将定子3通过明确的电容Ca耦合至电子连接设备的地基准电位GND。这个等效电路图代表用于图1所示实施方案的电容网络，包括两个主动设置的阻抗ZKOMP,R、ZKOMP,S以及系统相关的电容Cws、CW-LAs、CW-LAr、CWR、CBS、CBR、CRS、CRE、 CSE、CY、CS-LAS、CS-LAr，但关于这些电容，本文不赘述。另外还示出网络中的保护用地线的电位PE。
借助阻抗ZKOMP实现补偿配置20，该阻抗由定子3与转子侧轴承外圈4r之间的第一阻抗ZKOMP,R和定子3与定子侧轴承外圈4s之间的第二阻抗ZKOMP,S组成。
再者，如图2所示，补偿配置20可具有转子侧轴承外圈4r与定子侧轴承外圈4s之间的电连接20i。
下面借助图3至图5介绍本实用新型具有轴承屏蔽21的实施例，其中图4示出电容网络的等效电路图，该等效电路图的详细细节由图 5示出。电机M的这个补偿配置20用于借助轴承屏蔽21来改变轴承电压，该轴承屏蔽设置在电机绕组7、转子侧轴承外圈4r和/或定子侧轴承外圈4s与定子3之间。定子3在此实施为封装定子。轴承屏蔽21作为屏蔽环插入轴承外圈4r周围的轴承槽22中。
下面借助定子侧轴承4s、4i上的屏蔽环并参照图4和图5的等效电路图详细介绍这个补偿配置20的工作原理。屏蔽环被置入绕组7 与轴承外圈4s之间的电场中且通过电容Cs-x连接定子3。根据已插入的屏蔽环的重叠面积，保持原始电容CW-LAs(无屏蔽环)的从绕组7到轴承外圈4s的剩余电容αCW-LA。电容的剩余部分划分成电容CW-SR和电容W-LAs。定子3与轴承外圈4s之间产生相同效果。在此，无屏蔽环时所存在的电容CS-LA,s划分成屏蔽环上方的两个电容CS-SR和 CSR-LA,1。
如果通过屏蔽环将轴承外圈4s的电位与转子2的电位匹配，轴承电压就会减小。然而，如果需要进一步调整轴承电压的电位(因为仅借助屏蔽环所取得的效果不够)，就可以通过设置附加电容CS-X来进一步调整屏蔽环相对于定子3的电位的电位差。如果相对于绕组7 接通CS-X，相对于绕组7的电位差就会减小。在此，电容CS-X不必实施为如图4中所示的分立元件，而是也可替代性地借助寄生电容通过机械结构或电介质的选择来加以调整。
也可为转子侧轴承4r设置屏蔽环。电性作用机制是一样的。然而，轴承外圈4r的电位调整也会引起转子电位的变化，且反之亦然，因而在使用两个屏蔽环的情况下，须分开进行匹配。
此外，两个轴承外圈4r、4s可以通过连接线彼此电性连接，这样就能用一个屏蔽环进行补偿。在此，屏蔽环可直接被置入电机M 或者被挤压包封。另一种可能性是将屏蔽环实施为连接夹并定位于轴承座的空腔(例如轴承槽22)中。
下面借助等效电路图并参照图6和图7介绍另一实施例。在此，借助彼此绝缘的定子叠片3i实现补偿配置20。定子叠片3i之间的绝缘被针对性地用来减小轴承电压。图7的轴承电压等效电路图示出定子叠片3i之间的绝缘所产生的如下影响：电容CS-LA并非作为单个电容，而是由数个电容组成。因此，图7以如下方式示出电容。CW-S,s-x代表绕组7相对于定子3的各单个电容，就这些电容而言，第x个相关定子叠片3i同样具有到定子侧轴承外圈4s的高耦合。CW-S,r-x代表绕组7相对于定子3的各单个电容，就这些电容而言，相关定子叠片 3i同样具有到转子侧轴承外圈4r的高耦合。CW-S,x代表绕组7相对于相关定子叠片3i的各单个电容，就这些电容而言，定子叠片3i与轴承外圈4s、4r不具有耦合或者仅具有可忽略不计的耦合。CBL-BL,x表示两个叠片3i之间的电容，并且CRS由数个电容组成，这些电容具有定子叠片3i到转子2的耦合。
定子3与定子侧轴承外圈4s和转子侧轴承外圈4r之间的电容 CS-LA,s-x和CS-LA,r-x代表第x个定子叠片3i相对于相应的轴承外圈的耦合电容。
现在，如果绕组7上存在共模电压UCM，就会由于到绕组7的电容耦合而在每个定子叠片3i上或者越过各定子叠片3i形成对地(PE) 电位。各叠片3i通过电容接地，从而形成如图7所示的由数个电容组成的分压器。
图8示出本实用新型另一实施例的视图。在转子2在导电、接地(geerdet)或接地(gemasst)的介质中运转的应用场景中，转子2的对地 PE电位减小。在极端情况下，即在高导电情况下，转子2以同样的方式具有地电位PE。通过从绕组7到轴承外圈4r、4s到定子3的电容的分压器，轴承外圈4r、4s上形成剩余电位。在此，轴承上的电压由于转子2接地而升高。
这个实施方案在两个轴承外圈4r、4s之间使用导电连接20i。这个连接分布在定子3中，其中对轴6与定子3之间的空间加以利用。除了两个轴承的连接20i外，定子侧轴承外圈4s还通过连接20j接地 PE。借此可在轴承内圈4i、转子2(通过地)与导电液体之间实现短路。如果供转子2或转子的轴6在其中旋转的介质具有过低的导电性，则可以借助电极或者通过加盐的方式来改善导电性。