CN208508668U - 用于减小有害轴承电压的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于减小有害轴承电压的装置，其用于减小由中间电路的中间电路电压供电的电机中的有害轴承电压，所述电机包括具有绕组(7)且对地(GND)绝缘的定子(3)以及转子(2)和电机轴，其中进一步地，转子侧轴承(LAR)和定子侧轴承(LAS)分别被构建为对地(GND)绝缘，且其中所述转子(2)和所述定子(3)通过具有预定电容量的旁路电容(C旁路)彼此电性相连。

Description

用于减小有害轴承电压的装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于减小具有绝缘轴承和绝缘定子叠片的电机中的非期望的轴承电压的装置。
背景技术
目前，变速电动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非期望的轴承电压，而这又会致使电动机的轴承中产生有害的轴承电流。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。
在不具有绝缘定子叠片的电动机中，例如设有有助于减小轴承电压的集电环或轴电容器(Wellenkondensator)。集电环或轴电容器连接在接地壳体与转子的轴体之间。借助集电环或轴电容器可以在转子与地电位之间建立电容性连接。
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 016738 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。
作为替代性补救措施，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。然而，在考虑到高频未明确连接的定子的情况下而使用绝缘轴承和同时绝缘的、特别是经绝缘性挤压包封处理的定子叠片时，仍存在需要避免的非期望的轴承电压。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的是克服上述问题并提供一种能够在具有绝缘轴承和同时绝缘的定子叠片的电机中有效减小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用于减小有害轴承电压的装置，用于减小由中间电路的中间电路电压供电的电机(M) 中的有害轴承电压，电机(M)包括具有绕组(7)且对地(GND)绝缘的定子(3)以及转子(2)和电机轴，其中进一步地，转子侧轴承(LAR)和定子侧轴承(LAS)分别被构建为对地(GND)绝缘，且其中转子(2)和定子 (3)通过具有预定电容量的旁路电容(C旁路)彼此电性相连。
在本实用新型的优选技术方案中，旁路电容(C旁路)在数量级上是轴承电容的数倍。
在本实用新型的优选技术方案中，旁路电容(C旁路)是通过在转子 (2)与定子(3)之间设置旁路电容器而实现。
在本实用新型的优选技术方案中，旁路电容(C旁路)是通过在转子 (2)与定子(3)之间设置电介质而实现。
在本实用新型的优选技术方案中，借助采用离散设计的电容器实现旁路电容(C旁路)。
在本实用新型的优选技术方案中，一或数个旁路电容器通过集电环或电刷电性连接至电机轴。
在本实用新型的优选技术方案中，具有足够的绝缘强度的Y-电容器在其中一侧连接至定子(3)的定子组合件，并且，轴接触环或轴电容器连接在定子(3)的定子组合件的另一侧。
进一步有利地，设置轴接触环或轴电容器被配置为其同样具有到电机轴的电容。
本实用新型的基本构思是，针对性地在转子与定子或轴承外圈之间连接阻抗，该阻抗在数量级上是轴承电容的数倍，其中轴承外圈和定子采用绝缘设计。
较之现有技术，将转子与定子叠片连接的方案(其中轴承外圈采用与定子叠片绝缘的设计，因而对地绝缘)能够更好地保护绝缘轴承。
现代的制造方法优选对小功率电动机的定子叠片实施挤压包封处理。借此实现电动机的定子叠片相对于轴承外圈(LA)的绝缘。定子叠片上因此而存在的电位由于电动机端子上的共模变化而相对于地电位明显上升。
其中，转子自身同样具有对地电容耦合。对定子所实施的挤压包封仅轻微改变该电容耦合，因此转子继续保持其电位。对于转子上的高电容附加结构而言，明显小于定子电位的转子电位此时接近地电位。
本实用新型提出：减小转子与定子之间的阻抗，例如通过设于二者之间的旁路电容。在尺寸适当的情况下，这项措施能使定子与转子之间的电位相等，且能使转子侧轴承和定子侧轴承上的电压下降。
此时若提高轴承外圈与轴体或者与轴体导电连接的转子之间的旁路电容器的电容，电动机的BVR比(bearing voltage ratio，轴承电压比)在定子叠片接外壳(即连接外壳)或接地的情况下就会明显增大。而若电动机具有绝缘的或经挤压包封处理的定子叠片，BVR 就会减小，从而达到减小轴承电压的目的。此处是以轴承座相对于转子或定子叠片绝缘为前提。
由于电动机的应用十分广泛，转子对地电容(CRE)相应呈现明显变化。在转子上设有金属附加结构的应用实例中，存在较高的转子对地电容(CRE)，而在例如包含塑料或绝缘材料的附加结构中，则存在较低的转子对地电容(CRE)。
在本实用新型的有利技术方案中，设置如下：借助采用离散设计的电容器以及借助到轴体的连接来实现旁路电容器的配置。
相关的优选实现方案为：上述电容器通过集电环或电刷电性连接至轴体，因为集电环或电刷旋转时不会形成干扰性的电耦合，而是仅形成电容耦合。
为了保持电动机的绝缘特性，可设想的是：具有足够的绝缘强度的Y-电容器在其中一侧与定子组合件(Statorpaket)电性连接，该电容器的另一侧则连接至轴接触环(Wellenkontaktring)或轴电容器。其中，例如可以通过接触在轴体上滑动的微纤维电刷来建立轴接触。为了实现与轴体的接触，既可存在微纤维电刷的导电连接，又可存在微纤维电刷的电容性连接(基于自由滑动过程 (Freischleifvorgang))。
在本实用新型的另一有利实施方式中，优选在应用于外转子电动机时，也可以借助绝缘定子与轴体之间的电介质来实现旁路电容器。
在本实用新型的同样有利的实施方式中，可设置如下：通过提高轴承与地之间的寄生耦合，优化所述方法以实现更大的转子对地电容 (CRE)。
关于本实用新型其他有利的改进方案，在下文与对本实用新型的优选的实施方案的描述一起参照附图予以详细说明。
附图说明
其中：
图1为用于本实用新型的例示性实施方式的电容网络的等效电路图；
图2为转子侧轴承和定子侧轴承分别针对浮动定子、接外壳定子(gemassterStator)和接地定子(geerdeter Stator)的BVR视图；及
图3为转子对地电容(Rotor-Erd-)变化时的BVR比，左侧视图未设旁路电容器，右侧视图设有旁路电容器。
具体实施方式
下面借助优选实施例并参照图1至图3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示出关于本实用新型的例示性实施方式所提供的电动机的等效电路图。所示等效电路图代表用于相应实施方案的电容网络，包括系统相关的电容Cws、CW-LAs、CW-LAr、CWR、CBS、CBR、CRS、CRE、CSE、CY、 CS-LAS、CS-LAr，分别例示性地代表W＝绕组、LA＝轴承外圈(r＝转子侧，s＝定子侧)、R＝转子与S＝定子之间的电容以及电动机的相关部件之间的其他电容，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，以及地基准电位GND和共模电压UCM。电动机绕组用附图标记7标示。
根据本实用新型，转子2和定子3通过旁路电容C旁路彼此电性相连，使得转子2与定子3之间的电位相匹配，其结果是转子侧轴承 LAR和定子侧轴承LAS上的电压分别下降。
为了评估旁路电容器的效果，如图2所示，首先使旁路电容器的电容在1pF与10nF之间变化，并且既为转子侧轴承LAR又为定子侧轴承LAS测定BVR(Bearing Voltage Ratio，轴承电压比)，即所施加的共模电压UCM与轴承上的电压之比。图中的实线为针对转子侧轴承LAR的测定结果，虚线为针对定子侧轴承LAS的测定结果。因此，如果提高相关轴承LAR、LAS与电机轴或者与电机轴导电连接的转子2 之间的旁路电容器C旁路，接外壳定子和接地定子3的BVR就会明显增大，其中，具有绝缘轴承座的转子2的BVR在旁路电容器C旁路足够大的情况下明显减小，从而达到减小轴承电压的目的。
图3示出转子对地电容CRE变化时的BVR比的关系，左侧视图未设旁路电容器C旁路，右侧视图设有旁路电容器C旁路。

Claims (8)

1.一种用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，用于减小由中间电路的中间电路电压供电的电机中的有害轴承电压，所述电机包括具有绕组(7)且对地(GND)绝缘的定子(3)以及转子(2)和电机轴，其中进一步地，转子侧轴承(LAR)和定子侧轴承(LAS)分别被构建为对地(GND)绝缘，且其中所述转子(2)和所述定子(3)通过具有预定电容量的旁路电容(C旁路)彼此电性相连。
2.根据权利要求1所述的用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，所述旁路电容(C旁路)在数量级上是轴承电容的数倍。
3.根据权利要求1或2所述的用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，所述旁路电容(C旁路)是通过在所述转子(2)与所述定子(3)之间设置旁路电容器而实现。
4.根据权利要求1或2所述的用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，所述旁路电容(C旁路)是通过在所述转子(2)与所述定子(3)之间设置电介质而实现。
5.根据权利要求1或2所述的用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，借助采用离散设计的电容器实现所述旁路电容(C旁路)。
6.根据权利要求1或2所述的用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，一或数个旁路电容器通过集电环或电刷电性连接至所述电机轴。
7.根据权利要求1或2所述的用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，具有足够的绝缘强度的Y-电容器在其中一侧连接至所述定子(3)的定子组合件，并且，轴接触环或轴电容器连接在所述定子(3)的定子组合件的另一侧。
8.根据权利要求7所述的用于减小有害轴承电压的装置，其特征在于，所述轴接触环或轴电容器被配置为其同样具有到所述电机轴的电容。
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