DE102005032965A1 - Static converter motor has stator winding which has bar shaped conductor whereby first front side of bar shaped conductor of stator winding is electroconductively connected with junction of two interruptible semiconductor switches - Google Patents

Static converter motor has stator winding which has bar shaped conductor whereby first front side of bar shaped conductor of stator winding is electroconductively connected with junction of two interruptible semiconductor switches Download PDF

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Abstract

Static converter motor has stator winding which has a bar shaped conductor (6). The first front side (8) of every bar shaped conductor of the stator winding is electroconductively connected with a junction (12) of two interruptible semiconductor switches (14,16) which are electrically connected in series. The power connections are electroconductively connected with a direct voltage controller (18,20). A trigger circuit of each semiconductor switch is arranged on a front side of the circular printed circuit board that is arranged within the motor housing.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromrichtermotor.The The invention relates to a power converter motor.

Die Integration eines Umrichters, insbesondere eines Frequenzumrichters, in ein vorhandenes Motorgehäuse ist ein wesentliches Merkmal der dezentralen Antriebstechnik. Wegen des Platzbedarfs und der Forderung nach Kompaktheit sowie des Kostendrucks ist dabei gefordert, möglichst wenig oder preisgünstige Aufbautechniken zu generieren. Bei im Handel erhältlichen Umrichtermotoren wird entweder die axiale oder die radiale Aufbauweise umgesetzt. Dabei wird die Geometrie des Motors nicht speziell auf die Anforderungen angepasst. Es werden in der Regel Motoren aus dem Standardsortiment des jeweiligen Herstellers verwendet.The Integration of an inverter, in particular a frequency converter, in an existing engine housing is an essential feature of decentralized drive technology. Because of the space requirement and the demand for compactness and cost pressure is required, if possible little or cheap Generate construction techniques. For commercially available inverter motors implemented either the axial or the radial structure. there The geometry of the engine is not specific to the requirements customized. There are usually engines from the standard range used by the manufacturer.

Bei einem radialen Aufbau wird der Umrichter, der in einem separaten Gehäuse untergebracht ist, statt einem Klemmenkasten auf dem Motor befestigt. Dabei erfolgt die Kühlung des Umrichters je nach Anbieter durch reine Selbstkühlung oder durch Zwangskühlung. Für die Zwangsbelüftung ist entweder der Motor mit einem Motorwellenlüfter versehen oder weist einen Fremdlüfter auf.at a radial structure is the inverter, which in a separate casing is housed instead of a terminal box mounted on the engine. The cooling takes place of the inverter depending on the supplier by pure self-cooling or by forced cooling. For the forced ventilation either the engine is provided with a motor shaft fan or has one External fan on.

Ein auf dem Motor aufgesetzter Umrichter widerspricht der Kompaktheit. Er baut in der Regel sehr hoch auf, was nicht nur ungünstige Auswirkungen auf den Raumbedarf hat, sondern auch eine schwingungstechnisch ungünstige Konstellation ist. Da die Leistungselektronik des Umrichters in der Regel in Sandwich-Bauweise gestapelt ist, erfolgt in den Zwischenräumen keine bzw. nur ungenügende Kühlung, wodurch ein Wärmestau auftreten kann. Interne Lüfter könnten dieses Problem beheben, die weitgehend wegen des Aufwands eines Austausches von Kunden abgelehnt werden.One On the motor mounted inverter contradicts the compactness. He usually builds up very high, which is not only unfavorable effects on the space needs, but also a vibrationally unfavorable constellation is. As the power electronics of the inverter usually in sandwich construction Is stacked, takes place in the interstices no or only insufficient cooling, thereby a heat accumulation can occur. Internal fan could fix this problem, largely because of the overhead of a Exchanges are rejected by customers.

Im Fall eines axialen Aufbaus wird der Umrichter in axialer Richtung am Motor angebracht. Ein derartiger Umrichtermotor baut sehr lang, vor allem bei Getriebeanwendungen wird die Gesamtlänge inakzeptabel. Die Entwärmung des Motors verschlechtert sich, da dieser mit der vom Umrichter vorgewärmten Kühlluft umspült wird. Außerdem steht die Oberfläche der Stirnfläche (B-seitiges Lagerschild), an welcher der Umrichter angeflanscht ist, nicht als Kühlfläche zur Verfügung. Ein weiterer Nachteil dieses axialen Aufbaus besteht darin, dass kein handelsüblicher Umrichter mit einem handelsüblichen Motor kombiniert werden kann, sondern dass nur ein für den axialen Aufbau vorgesehener Umrichter verwendet werden kann. Bei einem derartigen Umrichter wird die Leistungselektronik auf eine Vielzahl von Leiterplatten verteilt, die auch noch mittels Stecker und/oder Flachkabel miteinander elektrisch leitend verbunden werden müssen. Dadurch verschlechtert sich die Nutzung der Leiterplattenfläche. Ebenfalls leitet die Steifigkeit des Umrichtermotors.in the Case of an axial structure, the inverter is in the axial direction attached to the engine. Such a converter motor builds very long, especially in gear applications, the overall length becomes unacceptable. The heat dissipation of the motor deteriorates, as this with the inverter preheated cooling air bathes becomes. Furthermore stands the surface the face (B-side end shield) to which the inverter is flanged is not as a cooling surface to Available. Another disadvantage of this axial structure is that no commercial Inverter with a standard motor can be combined, but that only one intended for the axial structure Inverter can be used. In such a converter is the power electronics distributed on a variety of circuit boards, which also by means of plugs and / or flat cable with each other electrically need to be connected conductively. This will worsen the use of the PCB surface. Also leads the rigidity of the inverter motor.

Die Erfindung wird nun die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Stromrichtermotor anzugeben, bei dem der speisende Stromrichter im Motorgehäuse dieses Motors integriert ist.The Invention is now based on the object, a power converter motor specify at which the feeding power converter in the motor housing this Motors is integrated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Dadurch, dass bei einem Motor Spulen seiner Ständerwicklung durch stabförmige Leiter ersetzt werden, entsteht im Motorgehäuse dieses Motors jeweils stirnseitig durch Wegfall der Wickelköpfe ein freiverfügbarer Raum. Dieser Raum wird für die Integration des speisenden Stromrichters in das Motorgehäuse des Motors genutzt. Durch die Verwendung von stabförmigen Leitern in der Ständerwicklung weist jeder stabförmige Leiter stirnseitig eine Anschlussfläche auf. Mit dieser Anschlussfläche eines jeden stabförmigen Leiters wird ein Verbindungspunkt zweier elektrisch in Reihe geschalteter abschaltbarer Halbleiterschalter elektrisch leitend verbunden, wobei diese Halbleiterschalter außerdem jeweils mit einem Gleichspan nungsleiter elektrisch leitend verbunden sind. Jeder abschaltbare Halbleiterschalter weist eine Ansteuerschaltung auf, die erfindungsgemäß auf einer kreisringförmigen Leiterplatte angeordnet sind. Diese kreisringförmige Leiterplatte ist im Stirnbereich vor den stirnseitigen Anschlussflächen der stabförmigen Leiter der Ständerwicklung des Motors angeordnet, und damit im Motorgehäuse untergebracht. Dieser erfindungsgemäße Stromrichtermotor weist gegenüber einem herkömmlichen Motor anstelle von drei Anschlüssen für eine dreiphasige Ständerwicklung nur noch zwei Anschlüsse, jeweils einen für einen Gleichstromleiter, am Motorgehäuse auf.Thereby, that in a motor coils its stator winding by rod-shaped conductors be replaced, arises in the engine housing of this engine each end face by omission of the winding heads a free available Room. This room will be for the integration of the feeding power converter into the motor housing of the Motors used. By the use of rod-shaped conductors in the stator winding has each rod-shaped Conductor on the front side a connection surface. With this interface of each rod-shaped Conductor becomes a connection point of two electrically connected in series switchable semiconductor switch electrically conductively connected, wherein these semiconductor switches as well each electrically connected to a DC voltage conductor are. Each turn-off semiconductor switch has a drive circuit auf, according to the invention on a annular Printed circuit board are arranged. This annular circuit board is in the forehead area in front of the end faces of the rod-shaped conductors the stator winding of the Engine arranged, and thus housed in the motor housing. This converter motor according to the invention points opposite a conventional one Engine instead of three connections for one three-phase stator winding only two connections, one for each a DC conductor on the motor housing.

Somit ist ein speisender Stromrichter, der funktionell als Wechselrichter betrieben wird, vollständig in dem Motorgehäuse des vom Stromrichter gespeisten Motors integriert. Durch diese erfindungsgemäße Integration des Stromrichters in das Motorgehäuse, verteilen sich die Bauelemente des Stromrichters stirnseitig auf einer kreisringförmigen Leiterplatte. D.h., der Stromrichter als solches ist nicht als ganzes in das Motorgehäuse integriert, sonders ist vor der Integration in seine Bestandteile aufgelöst worden. Das gilt insbesondere für die abschaltbaren Halbleiterschalter, von denen bei einem herkömmlichen Stromrichter mit dreiphasiger Last, sechs abschaltbare Halbleiterschalter benötigt werden, die vorteilhafter Weise in einem Brückenmodul verpackt sind.Consequently is a feeding power converter that functions as an inverter is operated, completely in the motor housing the motor fed by the converter integrated. By this integration according to the invention of the power converter into the motor housing, the components are distributed the converter on the front side on an annular circuit board. That is, the power converter as such is not integrated as a whole in the motor housing, especially it has been dissolved before its integration into its components. This is especially true for the turn-off semiconductor switches, of which in a conventional Power converter with three-phase load, six semiconductor switches which can be switched off needed which are advantageously packed in a bridge module.

Beim erfindungsgemäßen Stromrichtermotor ist jeweils eine Stirnseite eines stabförmigen Leiters mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten abschaltbarem Halbleiterschalter elektrisch leitend verbunden. D.h., bei einer Ständerwicklung mit achtzehn stabförmigen Leitern werden sechsunddreißig abschaltbare Halbleiterschalter benötigt, die mit zugehörigen Ansteuerschaltungen auf einer stirnseitig angeordneten kreisringförmigen Leiterplatte angeordnet sind.In the power converter motor according to the invention In each case one end face of a rod-shaped conductor is electrically conductively connected to two turn-off semiconductor switches which are electrically connected in series. That is, in a stator winding with eighteen rod-shaped conductors thirty-six turn-off semiconductor switches are required, which are arranged with associated drive circuits on an end face arranged annular circuit board.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Stromrichtermotors sind mehrere Aufbauvarianten möglich:
Eine erste Variante ist die direkte Bestromung aller stabförmigen Leiter der Ständerwicklung des Stromrichtermotors. Bei dieser direkten Bestromung werden beide stirnseitigen Flächen eines jeden stabförmigen Leiters mit einer Reihenschaltung zweier abschaltbarer Halbleiterschalter elektrisch leitend verbunden. Dadurch kann eine Spannung in beiden Richtungen an jeden stabförmigen Leiter der Ständerwicklung angelegt werden, wodurch ein Strom in beide Richtungen eingeprägt werden kann. Diese abschaltbaren Halbleiterschalter werden dann derart angesteuert, dass eine sinusförmige Stromverteilung entlang des Umfangs des Stromrichtermotors sich annähernd einstellt. Dadurch entsteht eine sehr gleichförmige Drehmomententwicklung.In this embodiment of a converter motor according to the invention, several construction variants are possible:
A first variant is the direct energization of all rod-shaped conductor of the stator winding of the converter motor. In this direct energization both frontal surfaces of each rod-shaped conductor are electrically connected to a series circuit of two turn-off semiconductor switch. Thereby, a voltage in both directions can be applied to each rod-shaped conductor of the stator winding, whereby a current can be impressed in both directions. These turn-off semiconductor switches are then controlled such that a sinusoidal current distribution along the circumference of the power converter motor is approaching. This results in a very uniform torque development.

Bei einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors werden die stirnseitigen Flächen der stabförmigen Leiter der Ständerwicklung des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors, wie bereits erläutert, mit abschaltbaren Halbleiterschaltern versehen, wogegen die gegenüberliegenden stirnseitigen Flächen dieser stabförmigen Leiter mittels eines Leiters, insbesondere eines kreisförmigen Leiters, kurzgeschlossen werden. Deshalb wird ein derartiger kreisringförmiger Leiter auch als Kurzschlussring bezeichnet. Diese Variante verhält sich wie ein mehrsträngiger Motor in Sternschaltung. Entsprechend werden auch die abschaltbaren Halbleiterschalter angesteuert. Aus Symmetriegründen kann bei dieser Variante auch jeder stabförmige Leiter mit jeder gewünschten Spannungs- und Stromrichtung beaufschlagt werden. Gegenüber der ersten Variante des Stromrichtermotors wird bei dieser Variante die Hälfte an abschaltbaren Halbleiterschaltern eingespart.at a second variant of the converter motor according to the invention the frontal surfaces the rod-shaped Head of the stator winding of the power converter motor according to the invention, as already explained, provided with turn-off semiconductor switches, whereas the opposite frontal surfaces this rod-shaped Conductor by means of a conductor, in particular a circular conductor, be shorted. Therefore, such an annular conductor also referred to as short-circuit ring. This variant behaves like a multi-stranded one Motor in star connection. Accordingly, the turn off Semiconductor switch controlled. For reasons of symmetry can in this variant also every rod-shaped Ladder with each one you want Voltage and current direction are applied. Opposite the first variant of the converter motor is in this variant the half Saved on turn-off semiconductor switches.

Bei einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors werden wenigstens jeweils zwei stabförmige Leiter der Ständerwicklung auf der einen Stirnseite des Stromrichtermotors mittels eines Ringsegments elektrisch zusammengeschaltet, wogegen auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Stromrichtermotors diese stabförmigen Leiter mittels eines Leiters, insbesondere eines kreisringförmigen Leiters, kurzgeschlossen sind. Dadurch werden die abschaltbaren Halbleiterschalter nicht mehr mit den stirnseitigen Flächen eines jeden stabförmigen Leiters, sondern mit einem Ringsegment elektrisch leitend verbunden. Gegenüber der zweiten Variante verringert sich die Anzahl von abschaltbaren Halbleiterschaltern abhängig von der Anzahl der stabförmigen Leiter pro Ringsegment. Ein derartig ausgebildeter Stromrichtermotor entspricht prinzipiell einer in sterngeschalteten Spulenwicklung eines herkömmlichen Motors.at a third variant of the power converter motor according to the invention at least two rod-shaped Head of the stator winding on the one end face of the power converter motor by means of a ring segment electrically interconnected, whereas on the opposite Front side of the power converter motor, this rod-shaped conductor by means of a conductor, in particular an annular Ladder, shorted. This will turn off the Semiconductor switch no longer with the frontal surfaces of a every rod-shaped Conductor, but electrically connected to a ring segment. Across from The second variant reduces the number of turn-off semiconductor switches dependent from the number of rod-shaped Conductor per ring segment. Such a trained power converter motor corresponds in principle to a star-connected coil winding a conventional one Engine.

An Stelle des Kurzschlussringes auf einer Stirnseite des erfindungsgemäßen Motors, können auch mehrere Ringsegmente verwendet werden. Dadurch werden die stabförmigen Leiter der Ständerwicklung des Stromrichtermotors in mehrere Gruppen unterteilt. Damit entspricht diese Variante der ersten Variante, wobei die Anzahl der abschaltbaren Halbleiterschalter wesentlich geringer ist.At Location of the short-circuit ring on a front side of the motor according to the invention, can also several ring segments are used. This will be the rod-shaped ladder the stator winding of the converter motor divided into several groups. This corresponds this variant of the first variant, wherein the number of turn-off semiconductor switch is much lower.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Stromrichtermotors sind als abschaltbarer Halbleiterschalter Halbleiterchips vorgesehen. Durch die Verwendung von Halbleiterchips können diese direkt auf die stirnseitigen Flächen der stabförmigen Leiter der Ständerwicklung aufgelötet werden.at an advantageous embodiment the converter motor are as turn-off semiconductor switch Semiconductor chips provided. Through the use of semiconductor chips can this directly on the frontal surfaces of the rod-shaped conductor the stator winding soldered become.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Stromrichtermotors weist die kreisringförmige Leiterplatte jeweils im Bereich einer stirnseitigen Fläche eines stabförmigen Leiters der Ständerwicklung jeweils eine Ausnehmung auf. Dadurch vereinfacht sich die Verdrahtung der auf jeder stirnseitigen Fläche aufgelöteten Halbleiterchips mit Schaltungsteilen auf der Leiterplatte.at a further advantageous embodiment of the converter motor has the annular Printed circuit board in each case in the region of an end face of a rod-shaped Head of the stator winding in each case a recess. This simplifies the wiring on each frontal surface soldered Semiconductor chips with circuit parts on the circuit board.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Stromrichtermotors sind die abschaltbaren Halbleiterschalter aus Siliziumkarbid. Durch die Verwendung von Siliziumkarbid können die verwendeten abschaltbaren Halbleiterschalter bei einer höheren Temperatur betrieben werden, dass keine zusätzli chen Maßnahmen zur Entwärmung dieser abschaltbaren Halbleiterschalter vorgesehen werden müssen.at a further advantageous embodiment of the converter motor are the turn-off semiconductor switches made of silicon carbide. By the Use of silicon carbide can the turn-off semiconductor switches used at a higher temperature operated, that no additional chen activities for cooling this turn-off semiconductor switch must be provided.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Stromrichtermotors bilden die beiden Gleichspannungsleiter und die kreisringförmige Leiterplatte eine Baueinheit. D.h., diese beiden Gleichspannungsleiter sind in der Entflechtung der kreisringförmigen Leiterplatte integriert. Dadurch vereinfacht sich die Montage dieses erfindungsgemäßen Stromrichtermotors und die Verdrahtung der abschaltbaren Halbleiterschalter mit einem Gleichspannungsleiter erheblich.at a further advantageous embodiment of the converter motor form the two DC voltage conductors and the circular circuit board a structural unit. That is, these two DC voltage conductors are in the unbundling of the circular PCB integrated. This simplifies the assembly of this inventive converter motor and the wiring of the turn-off semiconductor switch with a DC conductor considerably.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen 10 bis 17 zu entnehmen.Further advantageous embodiments are the dependent claims 10 to 17 can be seen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Stromrichtermotors schematisch veranschaulicht sind.to explanation The invention is referred to the drawing, in which several embodiments a power converter motor according to the invention are illustrated schematically.

1 zeigt ein Ständerblechpaket einer ersten Variante eines Stromrichtermotors nach der Erfindung, die 1 shows a stator core of a first variant of a converter motor according to the invention, the

2 zeigt einen Ausschnitt aus einer elektrischen Schaltung einer ersten Variante eines Stromrichtermotors nach der Erfindung, in der 2 shows a section of an electrical circuit of a first variant of a converter motor according to the invention, in which

3 ist ein stabförmiger Leiter einer ersten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung dargestellt, die 3 is a rod-shaped conductor of a first variant of the power converter motor according to the invention is shown, the

4 zeigt ein Ständerblechpaket einer zweiten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung, die 4 shows a stator core of a second variant of the converter motor according to the invention, the

5 zeigt einen Ausschnitt aus einer elektrischen Schaltung einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors, in der 5 shows a section of an electrical circuit of a second variant of the converter motor according to the invention, in the

6 ist ein stabförmiger Leiter einer zweiten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung veranschaulicht, die 6 is a rod-shaped conductor of a second variant of the power converter motor according to the invention illustrated, the

7 zeigt ein Ständerblechpaket einer dritten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung, die 7 shows a stator core of a third variant of the converter motor according to the invention, the

8 zeigt einen Ausschnitt aus einer elektrischen Schaltung einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors und in der 8th shows a section of an electrical circuit of a third variant of the power converter motor according to the invention and in the

9 ist eine Gruppe von stabförmigen Leitern einer dritten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung dargestellt. 9 a group of rod-shaped conductors of a third variant of the converter motor according to the invention is shown.

In der 1 ist wegen der Übersichtlichkeit nur ein Ständerblechpaket 2 einer ersten Variante eines Stromrichtermotors nach der Erfindung perspektivisch dargestellt. Dieses Ständerblechpaket 2 weist eine Ständerwicklung 4 auf, die eine Vielzahl von stabförmigen Leitern 6 aufweist. In dieser Darstellung sind als stabförmige Leiter 6 massive Stäbe aus leitendem Material, insbesondere aus Kupfer, vorgesehen. Die stabförmigen Leiter 6 können auch aus mehreren Drahtleitern oder aus mehreren Litzen zusammengesetzt sein. Dabei weisen die stirnseitigen Enden dieser mehreren Drahtleiter bzw. Litzen ein elektrisch leitendes Verbindungselement auf. Als Verbindungselement kann eine Platte oder eine Hülse vorgesehen sein. Mittels dieses Verbindungselementes werden die räumlich parallel verlaufenden Drahtleiter bzw. Litzen elektrisch parallel geschaltet. Gegenüber der Fertigung von stabförmigen Leitern für handelsübliche Motoren existieren keine Unterschiede. Stabförmige Leiter, insbesondere massive Stäbe, werden bei handelsüblichen Motoren überwiegend in Läufern von Asynchronmotoren verwendet. Bei herkömmlichen Motoren weist die Ständerwicklung mehrere Wickelspulen auf, wodurch stirnseitig Wickelköpfe entstehen, die in axialer Richtung des Motors einen nicht zu vernachlässigenden Raum beanspruchen. Durch den Wegfall dieser Wickelköpfe gewinnt man nicht nur den vorher beanspruchten Raum, sondern durch die Verwendung von stabförmigen Leitern, insbesondere massiven Kupferstäben, vereinfacht sich die Herstellung einer Ständerwicklung 4 erheblich.In the 1 is for clarity only a stator core 2 a perspective view of a first variant of a converter motor according to the invention. This stator core 2 has a stator winding 4 on which a variety of rod-shaped ladders 6 having. In this illustration are as rod-shaped conductors 6 massive rods of conductive material, in particular copper, provided. The rod-shaped ladder 6 can also be composed of several wire conductors or multiple strands. In this case, the front ends of these multiple wire conductors or strands on an electrically conductive connecting element. As a connecting element, a plate or a sleeve may be provided. By means of this connecting element, the spatially parallel wire conductors or strands are electrically connected in parallel. Compared to the production of rod-shaped conductors for commercially available engines, there are no differences. Rod-shaped conductors, in particular solid rods, are used in commercially available motors predominantly in runners of asynchronous motors. In conventional motors, the stator winding has a plurality of winding coils, whereby end windings are formed, which claim a not negligible space in the axial direction of the motor. By eliminating this winding heads not only gains the previously claimed space, but by the use of rod-shaped conductors, in particular solid copper rods, simplifies the production of a stator winding 4 considerably.

In der 2 ist ein Querschnitt aus einer elektrischen Schaltung einer ersten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung veranschaulicht. Dieser Ausschnitt umfasst we gen der Übersichtlichkeit drei stabförmige Leiter 6 der Ständerwicklung 4 des Stromrichtermotors nach der Erfindung. Ein vollständiges Bild dieser Schaltung umfasst alle stabförmigen Leiter 6 der Ständerwicklung 4, die gemäß der 1 achtzehn stabförmige Leiter 6 aufweist. Bei der ersten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung sind beide stirnseitigen Flächen 8 und 10 eines stabförmigen Leiters 6 jeweils mit einem Verbindungspunkt 12 zweier elektrisch in Reihe geschalteter abschaltbarer Halbleiterschalter 14 und 16 elektrisch leitend verbunden. Jeder dieser beiden elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterschalter 14 und 16 ist mit einem weiteren Leistungsanschluss (Kollektor bzw. Emitter) mit einem Gleichspannungsleiter 18 und 20 elektrisch leitend verbunden. Der Gleichspannungsleiter 18 weist eine positive Gleichspannung DC+ und der Gleichspannungsleiter 20 weist eine negative Gleichspannung DC– auf. Die Gleichspannung die zwischen diesen beiden Gleichspannungsleitern 18 und 20 an jeder Reihenschaltung zweier abschaltbarer Halbleiterschalter 14 und 16 ansteht, ist eine Zwischenkreisspannung UZW eines Spannungszwischenkreis-Umrichters. D.h., diese Gleichspannung UZW wird von außen an den erfindungsgemäßen Stromrichtermotor mittels zweier Gleichspannungs-Anschlüsse angelegt. Dadurch weist dieser erfindungsgemäße Stromrichtermotor gegenüber einem herkömmlichen Motor nur zwei anstelle von drei Anschlüssen auf. Außerdem handelt es sich bei diesen Anschlüssen nicht um Wechselspannungs-, sondern um Gleichspannungsanschlüsse.In the 2 is a cross section of an electrical circuit of a first variant of the power converter motor according to the invention illustrated. This section includes, for clarity, three rod-shaped conductors 6 the stator winding 4 the converter motor according to the invention. A complete picture of this circuit includes all rod-shaped conductors 6 the stator winding 4 according to the 1 Eighteen rod-shaped ladder 6 having. In the first variant of the converter motor according to the invention, both frontal surfaces 8th and 10 a rod-shaped conductor 6 each with a connection point 12 two turn-off semiconductor switches connected electrically in series 14 and 16 electrically connected. Each of these two electrically connected in series semiconductor switch 14 and 16 is with another power connection (collector or emitter) with a DC conductor 18 and 20 electrically connected. The DC voltage conductor 18 has a positive DC voltage DC + and the DC voltage conductor 20 has a negative DC voltage DC-. The DC voltage between these two DC voltage conductors 18 and 20 at each series connection of two turn-off semiconductor switches 14 and 16 is present, is a DC link voltage U ZW of a voltage source inverter. That is, this DC voltage U ZW is applied from the outside to the power converter motor according to the invention by means of two DC voltage connections. As a result, this converter motor according to the invention has only two instead of three connections compared to a conventional motor. In addition, these terminals are not AC voltage but DC terminals.

Ein mit herkömmlichen Mitteln aufgebauter Stromrichtermotor bzw. ein stromrichtergespeister Motor, weist einen lastseitigen dreiphasigen Stromrichter, beispielsweise einen Spannungszwischenkreis-Umrichter, ein dreiphasiges Anschlusskabel und einen dreiphasigen Motor auf. Da beim erfindungsgemäßen Stromrichtermotor der lastseitige Stromrichter eines Spannungszwischenkreis-Umrichters in das Innere des Motorgehäuses integriert ist, schrumpft das dreiphasige Anschlusskabel auf eine Länge eines Bonddrahtes 22, der den Verbindungspunkt 12 mit einer stirnseitigen Fläche 8 bzw. 10 eines stabförmigen Leiters 6 elektrisch leitend verbindet. Diese räumliche Ver schmelzung von abschaltbaren Halbleiterschalter 14, 16 und stabförmigen Leiter 6 verringert die Problematik von Spannungsüberhöhungen durch Reflexionen und die damit verbundene mögliche Schädigung der Motorhauptisolation erheblich.A power converter motor constructed by conventional means or a power converter-fed motor includes a load-side three-phase power converter such as a power source inverter, a three-phase power cable, and a three-phase motor. Since the rectifier motor according to the invention, the load-side Inverters of a voltage source inverter is integrated in the interior of the motor housing, the three-phase connection cable shrinks to a length of a bonding wire 22 that's the connection point 12 with a frontal surface 8th respectively. 10 a rod-shaped conductor 6 electrically conductive connects. This spatial fusion of turn-off semiconductor switches 14 . 16 and rod-shaped conductor 6 Reduces the problem of excess voltage due to reflections and the associated possible damage to the main motor insulation.

Die 3 zeigt einen stabförmigen Leiter 6 der ersten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung. Auf die stirnseitigen Flächen 8 und 10 dieses stabförmigen Leiters 6 sind die abschaltbaren Halbleiterschalter 14 und 16 aufgelötet. Eine zugehörige Ansteuerschaltung 24 dieser beiden abschaltbaren Halbleiterschalter 14 und 16 ist auf einer kreisringförmigen Leiterplatte 26 bzw. 28 angeordnet. Im Bereich der stirnseitigen Flächen 8 bzw. 10 des stabförmigen Leiters 6 weist diese kreisringförmige Leiterplatte 26 bzw. 28 eine Ausnehmung 30 bzw. 32 auf. Die Steueranschlüsse 34 und 36 der beiden abschaltbaren Halbleiterschalter 14 und 16 sind in dieser Darstellung mittels Bonddrähte 38 und 40 mit Steuerausgängen 42 und 44 der Ansteuerschaltung 24 elektrisch leitend verbunden. Ein weiterer Leistungs-Anschluss 46 bzw. 48 des abschaltbaren Halbleiterschalters 14 bzw. 16 ist mittels mehrerer Bonddrähte mit dem Gleichspannungsleiter 18 bzw. 20 elektrisch leitend verbunden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieser ersten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors sind diese Gleichspannungsleiter 18 und 20 Bestandteil der kreisringförmigen Leiterplatte 26, 28. D.h., diese beiden Gleichspannungsleiter 18 und 20 werden jeweils durch Leiterbahnen der Leiterplatte 26, 28 realisiert. Dadurch vereinfacht sich eine Verdrahtung der abschaltbaren Halbleiterschalter 14 und 16 erheblich.The 3 shows a rod-shaped conductor 6 the first variant of the converter motor according to the invention. On the frontal surfaces 8th and 10 this rod-shaped conductor 6 are the turn-off semiconductor switches 14 and 16 soldered. An associated drive circuit 24 of these two turn-off semiconductor switch 14 and 16 is on a circular circuit board 26 respectively. 28 arranged. In the area of the frontal surfaces 8th respectively. 10 of the rod-shaped conductor 6 has this annular circuit board 26 respectively. 28 a recess 30 respectively. 32 on. The control connections 34 and 36 the two turn-off semiconductor switch 14 and 16 are in this illustration by means of bonding wires 38 and 40 with control outputs 42 and 44 the drive circuit 24 electrically connected. Another power connection 46 respectively. 48 the turn-off semiconductor switch 14 respectively. 16 is by means of several bonding wires with the DC conductor 18 respectively. 20 electrically connected. In an advantageous embodiment of this first variant of the converter motor according to the invention these DC conductors are 18 and 20 Part of the circular circuit board 26 . 28 , That is, these two DC conductors 18 and 20 are each through printed conductors of the circuit board 26 . 28 realized. This simplifies wiring of the turn-off semiconductor switch 14 and 16 considerably.

Als abschaltbare Halbleiterschalter 14 und 16 werden gemäß der elektrischen Schaltung gemäß 2 Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT) verwendet. Da jeder stabförmige Leiter 6 wenigstens an einer Stirnseite bestromt wird, und die abschaltbaren Halbleiterschalter 14 und 16 direkt mit einer stirnseitigen Fläche 8 bzw. 10 elektrisch leitend verbunden werden, werden abschaltbare Halbleiter-Chips, insbesondere IGBT-Chips, verwendet. Bei im Handel erhältlichen IGBT- Chips bildet ein Leistungsanschluss des IGBT-Chips eine Lötseite des IGBT-Chips. Dieser Leistungsanschluss ist beispielsweise der Kollektoranschluss. Gemäß der elektrischen Schaltung gemäß 2 wird der abschaltbare Halbleiterschalter 16 mit seinem Kollektoranschluss, aber der abschaltbare Halbleiterschalter 14 mit seinem Emitteranschluss mit der stirnseitigen Fläche 8 bzw. 10 des stabförmigen Leiters 6 elektrisch leitend verbunden. D.h., der IGBT-Chip des abschaltbaren Halbleiterschalters 16 wird direkt mit seiner Lötseite auf diese stirnseitigen Flächen des stabförmigen Leiters 6 gelötet. Zwischen der Lötseite des IGBT-Chips des abschaltbaren Halbleiterschalters 14 und der stirnseitigen Fläche 8 bzw. 10 des stabförmigen Leiters 6 muss eine beidseitige kupferkaschierte Isolier-Zwischenlage, insbesondere eine Keramik-Zwischenlage, zur Isolierung dieses IGBT-Chips angeordnet sein. Bei diesem IGBT-Chip wird mittels Bonddrähte die stirnseitige Fläche 8 bzw. 10 des stabförmigen Leiters 6 mit dem Emitteranschluss auf der Oberseite dieses IGBT-Chips elektrisch leitend verbunden. Sind jedoch im Handel IGBT-Chips erhältlich, bei denen entweder der Kollektor- oder der Emitteranschluss eine Lötseite darstellt, so kann auf die Keramik-Zwischenlage verzichtet werden und beide IGBT-Chips können dann direkt auf die stirnseitige Fläche 8 bzw. 10 aufgelötet werden. Eine weitere prinzipielle Alternative ist ein bidirektional leit- und sperrfähiger Halbleiterschalter.As turn-off semiconductor switch 14 and 16 be according to the electrical circuit according to 2 Insulated gate bipolar transistors (IGBT) used. Because every rod-shaped ladder 6 is energized at least on one end face, and the turn-off semiconductor switch 14 and 16 directly with a frontal surface 8th respectively. 10 be connected electrically conductive, turn-off semiconductor chips, in particular IGBT chips are used. In commercially available IGBT chips, a power terminal of the IGBT chip forms a solder side of the IGBT chip. This power connection is, for example, the collector connection. According to the electrical circuit according to 2 becomes the turn-off semiconductor switch 16 with its collector terminal, but the turn-off semiconductor switch 14 with its emitter terminal with the frontal surface 8th respectively. 10 of the rod-shaped conductor 6 electrically connected. That is, the IGBT chip of the turn-off semiconductor switch 16 is directly with its Lötseite on these frontal surfaces of the rod-shaped conductor 6 soldered. Between the solder side of the IGBT chip of the turn-off semiconductor switch 14 and the frontal surface 8th respectively. 10 of the rod-shaped conductor 6 a double-sided copper-clad insulating intermediate layer, in particular a ceramic intermediate layer, must be arranged to insulate this IGBT chip. With this IGBT chip, the frontal surface is created by means of bonding wires 8th respectively. 10 of the rod-shaped conductor 6 electrically connected to the emitter terminal on top of this IGBT chip. However, if commercially available IGBT chips are available in which either the collector or the emitter terminal is a solder side, then the ceramic intermediate layer can be dispensed with and both IGBT chips can then be applied directly to the front surface 8th respectively. 10 be soldered. Another principal alternative is a bidirectionally conductive and lockable semiconductor switch.

Anstelle des bekannten Bondens der abschaltbaren Halbleiterschalter 14 und 16 mit der kreisringförmigen Leiterplatte 26 bzw. 28, kann auch das bekannte Verfahren der planaren Verbindungstechnologie verwendet werden. Bei dieser planaren Verbindungstechnologie werden planare Folien verwendet, die im Vakuum auflaminiert werden. Ein Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass der Strom über große Leiterquerschnitte geführt wird.Instead of the known bonding of the turn-off semiconductor switch 14 and 16 with the annular circuit board 26 respectively. 28 , the known method of planar connection technology can also be used. This planar interconnect technology uses planar films that are vacuum-laminated. An advantage of this technology is that the current is conducted over large conductor cross sections.

Aufgrund der sehr niedrigen Induktivität des stabförmigen Leiters 6, insbesondere des massiven Stabes, ist es erforderlich, dass die abschaltbaren Halbleiterschalter 14, 16 mit ei ner sehr hohen Schaltfrequenz gepulst werden. Dadurch kann der Strom durch einen abschaltbaren Halbleiterschalter 14 bzw. 16 keine für diesen abschaltbaren Halbleiterschalter 14 bzw. 16 gefährliche Amplitude erreichen. Außerdem treten an diesen stabförmigen Leitern 6 der Ständerwicklung 4 des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors hohe Temperaturen auf. Wegen dieser beiden Faktoren werden bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Stromrichtermotors abschaltbare Halbleiterschalter 14, 16 aus Siliziumkarbid verwendet. Es können jedoch auch abschaltbare Halbleiterschalter 14, 16 aus Silizium verwendet werden. Bei der letztgenannten Materialwahl muss die Entwärmung dieser abschaltbaren Halbleiterschalter 14, 16 erfolgen, wie die Entwärmung der Wickelköpfe bei einem herkömmlichen Motor.Due to the very low inductance of the rod-shaped conductor 6 In particular, the solid rod, it is necessary that the turn-off semiconductor switch 14 . 16 be pulsed with a very high switching frequency. This allows the current through a turn-off semiconductor switch 14 respectively. 16 none for this turn-off semiconductor switch 14 respectively. 16 reach dangerous amplitude. In addition, occur on these rod-shaped conductors 6 the stator winding 4 the converter motor according to the invention high temperatures. Because of these two factors switchable semiconductor switches are in an advantageous embodiment of the power converter motor 14 . 16 used in silicon carbide. However, it can also be switched off semiconductor switch 14 . 16 made of silicon. In the latter choice of material, the cooling of these turn-off semiconductor switch 14 . 16 done, such as the cooling of the winding heads in a conventional engine.

Die 4 zeigt ein Ständerblechpaket 2 einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Stromrichtermotors. Dieses Ständerblechpaket 2 unterscheidet sich von dem Ständerblechpaket 2 der ersten Variante des erfindungsgemäßen Motors gemäß 1 dadurch, dass die stabförmigen Leiter 6 mittels eines Leiters 50, der die stirnseitigen Flächen 10 eines jeden stabförmigen Leiters 6 miteinander elektrisch leitend verbindet, kurzgeschlossen werden. Ein derartiger Leiter 50 wird auch als Kurzschlussring bezeichnet. Durch diesen Kurzschlussring 50 verhält sich der erfindungsgemäße Stromrichtermotor wie ein mehrsträngiger Motor in Sternschaltung.The 4 shows a stator core 2 a second variant of a converter motor according to the invention. This stator core 2 differs from the stator core 2 the first variant of the engine according to the invention 1 in that the rod-shaped ladder 6 by means of a conductor 50 , the frontal surfaces 10 of each rod-shaped conductor 6 interconnects electrically, short-circuited. Such a leader 50 is also referred to as a short-circuit ring. Through this short-circuit ring 50 The converter motor according to the invention behaves like a multi-stranded motor in star connection.

In der 5 ist eine zugehörige elektrische Schaltung Ausschnittsweise dargestellt. Diese elektrische Schaltung unterscheidet sich von der elektrischen Schaltung gemäß 2 dadurch, dass nur eine stirnseitige Fläche 8 eines jeden stabförmigen Leiters 6 mit einem Verbindungspunkt zweier elektrisch in Reihe geschalteter Halbleiterschalter 14, 16 elektrisch leitend verbunden ist. Die stirnseitigen Flächen 10 eines jeden stabförmigen Leiters 6 sind mittels des Kurzschlussringes 50 miteinander elektrisch leitend verbunden. Ein Vergleich dieser beiden elektrischen Schaltungen der Variante 1 (2) und der Variante 2 (5) zeigt, dass die Hälfte an abschaltbaren Halbleiterschaltern 14, 16 eingespart wird.In the 5 an associated electrical circuit is shown in sections. This electrical circuit differs from the electrical circuit according to 2 in that only one front surface 8th of each rod-shaped conductor 6 with a connection point of two electrically connected in series semiconductor switch 14 . 16 is electrically connected. The frontal surfaces 10 of each rod-shaped conductor 6 are by means of the short-circuit ring 50 electrically connected to each other. A comparison of these two electrical circuits of variant 1 ( 2 ) and variant 2 ( 5 ) shows that half of turn-off semiconductor switches 14 . 16 is saved.

Die 6 zeigt einen stabförmigen Leiter 6 der zweiten Variante des Stromrichtermotors nach der Erfindung. Bei dieser Variante entspricht die Stirnseite des Stromrichtermotors, die die stirnseitigen Flächen 8 aufweist, der entsprechenden Stirnseite der ersten Variante des Stromrichtermotors gemäß 3. Der Unterschied besteht darin, dass auf der gegenüberliegenden Stirnseite nun bei der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors nur noch ein Leiter 50 vorgesehen ist, der alle stirnseitigen Flächen 10 der stabförmigen Leiter 6 elektrisch miteinander verbindet.The 6 shows a rod-shaped conductor 6 the second variant of the converter motor according to the invention. In this variant corresponds to the front side of the power converter motor, which is the frontal surfaces 8th has, the corresponding end face of the first variant of the power converter motor according to 3 , The difference is that on the opposite end now in the second variant of the power converter motor according to the invention only one conductor 50 is provided, the all frontal surfaces 10 the rod-shaped ladder 6 connects electrically with each other.

Bei einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors sind gemäß 7 wenigstens jeweils zwei stabförmige Leiter 6 der Ständerwicklung 4 auf der einen Stirnseite des Motors mittels Ringsegmenten 52 elektrisch miteinander verbunden. In dieser 7 ist ein Ständerblechpaket 2 dieser dritten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors näher dargestellt. Dabei ist ebenfalls wie bei der zweiten Variante gemäß 4 auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Motors die stabförmigen Leiter 6 mittels eines Leiters 50, insbesondere eines kreisringförmigen Leiters, kurzgeschlossen. Bei der Darstellung gemäß 7 sind jeweils drei stabförmige Leiter 6 mittels eines Ringsegmentes 52 elektrisch miteinander verbunden.In a third variant of the converter motor according to the invention are according to 7 at least two rod-shaped conductors each 6 the stator winding 4 on the one end of the engine by means of ring segments 52 electrically connected to each other. In this 7 is a stator core 2 this third variant of the power converter motor according to the invention shown in detail. It is also as in the second variant according to 4 on the opposite end of the engine, the rod-shaped ladder 6 by means of a conductor 50 , in particular a circular conductor, short-circuited. In the presentation according to 7 are each three rod-shaped conductors 6 by means of a ring segment 52 electrically connected to each other.

Die zugehörige elektrische Schaltung ist in der 8 Ausschnittsweise dargestellt. Diese elektrische Schaltung unterscheidet sich von der elektrischen Schaltung gemäß 5 dadurch, dass nicht jede stirnseitige Fläche 8 eines jeden stabförmigen Leiters 6 mit einer Reihenschaltung zweier abschaltbarer Halbleiterschalter 14, 16 elektrisch leitend verbunden ist, sondern nur noch jeder dritte stabförmige Leiter 6. Gemäß der Darstellung des Ständerblechpakets 4 gemäß 7 sind jeweils drei stabförmige Leiter 6 mittels eines Ringsegmentes 52 elektrisch leitend miteinander verbunden. Aus die sem Grund sind in der elektrischen Schaltung die stirnseitigen Flächen 8 von drei stabförmigen Leitern 6 mittels einer Leitung 52 miteinander elektrisch leitend verbunden. Diese Leitung 52 in der elektrischen Schaltung entspricht einem Ringsegment 52 in der Darstellung des Ständerblechpaketes 2 gemäß 7. Da bei dieser Ausführungsform beispielsweise drei stabförmige Leiter auf einer Stirnseite miteinander elektrisch leitend verbunden sind, wird anstelle von drei Reihenschaltungen zweier abschaltbarer Halbleiterschalter 14, 16 nur noch eine Reihenschaltung benötigt. Somit wird die Anzahl der verwendeten abschaltbaren Halbleiterschalter 14, 16 gemäß der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors auf ein Drittel in der dritten dargestellten Variante reduziert.The associated electrical circuit is in the 8th Shown in detail. This electrical circuit differs from the electrical circuit according to 5 in that not every frontal surface 8th of each rod-shaped conductor 6 with a series connection of two turn-off semiconductor switches 14 . 16 electrically connected, but only every third rod-shaped conductor 6 , As shown by the stator core 4 according to 7 are each three rod-shaped conductors 6 by means of a ring segment 52 electrically connected to each other. For this reason, the frontal surfaces are in the electrical circuit 8th of three rod-shaped ladders 6 by means of a line 52 electrically connected to each other. This line 52 in the electrical circuit corresponds to a ring segment 52 in the representation of the stator core 2 according to 7 , In this embodiment, for example, three rod-shaped conductors are electrically conductively connected to one another on one end side, instead of three series connections, two semiconductor switches which can be switched off are used 14 . 16 only one series connection needed. Thus, the number of turn-off semiconductor switches used will be 14 . 16 reduced according to the second variant of the converter motor according to the invention to one third in the third variant shown.

Eine entsprechende Realisierung dieser dritten Variante gemäß der 7 und 8 ist in der 9 schematisch dargestellt. In dieser Darstellung ist das Ringsegment 52 sehr deutlich zu sehen. Auf diesem Ringsegment 52 ist ein korrespondierendes Segment 54 einer kreisringförmigen Leiterplatte 26 angeordnet. Die Verbindung zwischen diesen Leiterplattensegmenten 54 wird mittels der beiden Gleichspannungsleitungen 18 und 20 hergestellt. Ein Vergleich der dritten Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors gemäß 9 gegenüber der ersten Variante gemäß 3 zeigt, dass der Elektronikanteil sich auf sechs Leiterplattensegmenten und sechs Reihenschaltungen zweier abschaltbarer Halbleiterschalter 14, 16 beschränkt. Jede Reihenschaltung zweier abschaltbarer Halbleiterschalter 14 und 16 werden nun direkt auf ein Ringsegment 52 gelötet. Anschließend wird das zugehörige Leiterplattensegment 54 mit seiner Ausnehmung 30 derart auf das Ringsegment 52 platziert, dass die beiden abschaltbaren Halbleiterschalter 14, 16 wenigstens mit ihrer Anschlussebene durch diese Ausnehmung 30 ragen. Die elektrischen Verbindungen dieser Leiterplattensegmente 54 erfolgt am einfachsten dadurch, dass jeweils eine im Leiterplattensegment 54 integrierte Gleichspannungsleitung 18 bzw. 20 mittels einer Verbindungsleitung miteinander verbunden werden. Somit weist diese Variante des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors den geringsten Aufwand auf.A corresponding realization of this third variant according to the 7 and 8th is in the 9 shown schematically. In this illustration, the ring segment 52 to see very clearly. On this ring segment 52 is a corresponding segment 54 a circular circuit board 26 arranged. The connection between these PCB segments 54 is by means of the two DC voltage lines 18 and 20 produced. A comparison of the third variant of the power converter motor according to the invention 9 according to the first variant according to 3 shows that the electronics share on six PCB segments and six series connections of two turn-off semiconductor switches 14 . 16 limited. Each series connection of two turn-off semiconductor switches 14 and 16 are now directly on a ring segment 52 soldered. Subsequently, the associated circuit board segment 54 with its recess 30 such on the ring segment 52 placed that the two turn-off semiconductor switches 14 . 16 at least with its connection level through this recess 30 protrude. The electrical connections of these PCB segments 54 The easiest way is that each one in the PCB segment 54 integrated direct voltage line 18 respectively. 20 be connected by means of a connecting line. Thus, this variant of the converter motor according to the invention has the least effort.

Die genannte Aufbautechnik dieses erfindungsgemäßen Stromrichtermotors bietet zahlreiche Vorteile:

  • – Sehr kompakte Aufbauformen durch dem Wegfall der Wickelköpfe und der mechanischen Trennung zwischen Motor und Umrichter.
  • – Die Ständernuten haben einen Füllfaktor von 1 (im Gegensatz zu ca. 65% bei normalen Wicklungen), was einen geringeren Nutenquerschnitt und infolge dessen unter der Voraussetzung konstanter Einzelquerschnitte eine Verkleinerung der Maschine erlaubt.
  • – Die Aufbautechnik erlaubt den gewohnten Anbau aller A- und B-seitigen Optionen am Motor (Bremsen, Fremdlüfter).
  • – Durch den Einsatz eines massiven Stabes können steile Schaltflanken der abschaltbaren Halbleiterschalter die Windungsisolation nicht schädigen, da eine solche nicht existiert.
  • – Die räumliche Verschmelzung von Schalter und stabförmigen Leiter verringert die Problematik von Spannungsüberhöhungen durch Reflexionen und die damit verbundene mögliche Schädigung der Motorhauptisolation drastisch.
  • – Die Durchflutungen werden bei der ersten und zweiten Variante des Stromrichtermotors besser der Sinusform angenähert als dies mit normalen Wicklungen möglich ist, was zu deutlich verbesserter Drehmoment-Qualität führt.
  • – Bei der ersten und zweiten Variante des Stromrichtermotors sind prinzipiell ungerade Stabzahlen möglich, was zur Vermeidung von Rastmomenten aufgrund der Nutung führt.
  • – Bei der ersten und zweiten Variante des Stromrichtermotors ist eine Art Polumschaltung realisierbar, in dem bei geeigneter Anzahl von Stäben eine unterschiedliche Anzahl von Stäben zusammen bestromt werden. Diese realisiert entweder hohes Drehmoment und niedrige Drehzahl oder umgekehrt, also eine Art elektrisches Getriebe.
  • – Die Entwärmung der abschaltbaren Halbleiterschalter über die Stäbe ist sehr gut, da die Kühlfläche Ständerstab sehr gut thermisch angebunden ist. Als Einschränkung verbleibt das absolut gesehen hohe Temperaturniveau.
The mentioned construction technique of this power converter motor according to the invention offers numerous advantages:
  • - Very compact design due to the omission of the winding heads and the mechanical separation between motor and inverter.
  • - The stator slots have a fill factor of 1 (as opposed to approximately 65% for normal windings), resulting in a smaller slot cross section and As a result, under the condition of constant individual cross-sections allows a reduction of the machine.
  • - The construction technique allows the accustomed mounting of all A- and B-side options on the engine (brakes, external fan).
  • - By using a solid rod steep switching edges of turn-off semiconductor switches can not damage the winding insulation, since such does not exist.
  • - The spatial fusion of switch and rod-shaped conductor drastically reduces the problem of excess voltage due to reflections and the associated possible damage to the main motor insulation.
  • - The flooding are better approximated in the first and second variant of the converter motor of the sinusoidal shape than is possible with normal windings, resulting in significantly improved torque quality.
  • - In the first and second variants of the power converter motor in principle odd numbers of rods are possible, which leads to the avoidance of cogging torques due to grooving.
  • - In the first and second variants of the power converter motor, a kind of pole switching can be realized, in which a suitable number of bars together a different number of bars are energized together. This realizes either high torque and low speed or vice versa, so a kind of electric transmission.
  • - The cooling of the turn-off semiconductor switch on the rods is very good, since the cooling surface stand rod is very well thermally connected. As a restriction, the absolute high temperature level remains.

Claims (17)

Stromrichtermotor, dessen Ständerwicklung (4) stabförmige Leiter (6) aufweist, wobei eine erste Stirnseite (8) eines jeden stabförmigen Leiters (6) dieser Ständerwicklung (4) jeweils mit einem Verbindungspunkt (12) zweier elektrisch in Reihe geschalteter abschaltbarer Halbleiterschalter (14, 16) elektrisch leitend verbunden ist, deren weitere Leistungsanschlüsse jeweils mit einem Gleichspannungsleiter (18, 20) elektrisch leitend verbunden sind, und wobei eine Ansteuerschaltung (24) eines jeden Halbleiterschalters (14, 16) auf einer stirnseitig im Motorgehäuse angeordneten kreisringförmigen Leiterplatte (26) angeordnet sind.Power converter motor whose stator winding ( 4 ) rod-shaped conductors ( 6 ), wherein a first end face ( 8th ) of each rod-shaped conductor ( 6 ) of this stator winding ( 4 ) each with a connection point ( 12 ) of two switchable semiconductor switches ( 14 . 16 ) is electrically conductively connected, the further power terminals each with a DC conductor ( 18 . 20 ) are electrically conductively connected, and wherein a drive circuit ( 24 ) of each semiconductor switch ( 14 . 16 ) on a front side in the motor housing arranged annular circuit board ( 26 ) are arranged. Stromrichtermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Stirnseite (10) eines jeden stabringförmigen Leiters (6) der Ständerwicklung (4) jeweils mit einem Verbindungspunkt (12) einer weiteren Reihenschaltung zweier abschaltbarer Halbleiterschalter (14, 16) elektrisch leitend verbunden ist, deren weitere Leistungsanschlüsse jeweils mit einem Gleichspannungsleiter (18, 20) elektrisch leitend verbunden sind, und wobei eine Ansteuerschaltung (24) eines jeden Halbleiterschalters (14, 16) einer jeden weiteren Reihenschaltung auf einer weiteren stirnseitig im Motorgehäuse angeordneten kreisringförmigen Leiterplatte (28) angeordnet sind.Power converter motor according to claim 1, characterized in that a second end face ( 10 ) of each rod-shaped conductor ( 6 ) of the stator winding ( 4 ) each with a connection point ( 12 ) of a further series connection of two turn-off semiconductor switches ( 14 . 16 ) is electrically conductively connected, the further power terminals each with a DC conductor ( 18 . 20 ) are electrically conductively connected, and wherein a drive circuit ( 24 ) of each semiconductor switch ( 14 . 16 ) of each further series connection on a further end face in the motor housing arranged annular circuit board ( 28 ) are arranged. Stromrichtermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Stirnseite (10) eines jeden stabförmigen Leiters (6) der Ständerwicklung (4) mit einem Leiter (50) elektrisch leitend verbunden sind.Power converter motor according to claim 1, characterized in that a second end face ( 10 ) of each rod-shaped conductor ( 6 ) of the stator winding ( 4 ) with a ladder ( 50 ) are electrically connected. Stromrichtermotor, dessen Ständerwicklung (4) stabförmige Leiter (6) aufweist, wobei eine erste Stirnseite (8) wenigstens zweier stabförmiger Leiter (6) mittels eines Ringsegmentes (52) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei jedes Ringsegment (52) mit einem Verbindungspunkt (12) zweier elektrisch in Reihe geschalteter abschaltbarer Halbleiterschalter (14, 16) elektrisch leitend verbunden sind, deren weitere Leistungsanschlüsse jeweils mit einem Gleichspannungsleiter (18, 20) elektrisch leitend verbunden sind, wobei eine Ansteuerschaltung (24) eines jeden abschaltbaren Halbleiterschalters (14, 16) auf ein stirnseitig im Motorgehäuse angeordneten Leiterplattensegment (54) angeordnet sind, und wobei eine zweite Stirnseite (10) eines jeden stabförmigen Leiters (6) mittels eines Leiters (50) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.Power converter motor whose stator winding ( 4 ) rod-shaped conductors ( 6 ), wherein a first end face ( 8th ) at least two rod-shaped conductors ( 6 ) by means of a ring segment ( 52 ) are electrically conductively connected to each other, wherein each ring segment ( 52 ) with a connection point ( 12 ) of two switchable semiconductor switches ( 14 . 16 ) are electrically connected, the other power terminals each with a DC conductor ( 18 . 20 ) are electrically conductively connected, wherein a drive circuit ( 24 ) of each turn-off semiconductor switch ( 14 . 16 ) on a front side in the motor housing arranged PCB segment ( 54 ) are arranged, and wherein a second end face ( 10 ) of each rod-shaped conductor ( 6 ) by means of a conductor ( 50 ) are electrically connected to each other. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als abschaltbarer Halbleiterschalter (14, 16) ein Halbleiter-Chip vorgesehen ist.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that as turn-off semiconductor switch ( 14 . 16 ) A semiconductor chip is provided. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisringförmige Leiterplatte (26, 28) im Bereich einer Stirnseite (8, 10) eines stabförmigen Leiters (6) jeweils eine Ausnehmung (30, 32) aufweist.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that the annular circuit board ( 26 . 28 ) in the region of a front side ( 8th . 10 ) of a rod-shaped conductor ( 6 ) each have a recess ( 30 . 32 ) having. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abschaltbaren Halbleiterschalter (14, 16) jeweils aus Siliziumkarbid sind.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that the turn-off semiconductor switches ( 14 . 16 ) are each made of silicon carbide. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsleiter (18, 20) und die kreisringförmige Leiterplatte (26, 28) eine Baueinheit bilden.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage conductors ( 18 . 20 ) and the circular circuit board ( 26 . 28 ) form a structural unit. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Lötseite eines abschaltbaren Halbleiterschalters (14, 16) einer jeden Reihenschaltung und einer Stirnseite (8, 10) eines stabförmigen Leiters (6) der Ständerwicklung (4) eine beidseitig kaschierte Isolier-Zwischenlage angeordnet ist.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that between a solder side of a turn-off semiconductor switch ( 14 . 16 ) of each series circuit and a front side ( 8th . 10 ) of a rod-shaped conductor ( 6 ) of the stator winding ( 4 ) An insulating intermediate layer laminated on both sides is arranged. Stromrichtermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolier-Zwischenlage eine Keramik-Zwischenlage ist.Power converter motor according to Claim 9, characterized the insulating intermediate layer is a ceramic intermediate layer. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster abschaltbarer Halbleiterschalter (14, 16) einer jeden Reihenschaltung auf seiner Lötseite einen Kollektor-Anschluss und ein zweiter abschaltbarer Halbleiterschalter (14, 16) einer jeden Reihenschaltung auf seiner Lötseite einen Emitter-Anschluss aufweisen.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that a first switchable semiconductor switch ( 14 . 16 ) of each series circuit on its Lötseite a collector terminal and a second turn-off semiconductor switch ( 14 . 16 ) of each series circuit on its Lötseite have an emitter terminal. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als stabförmiger Leiter (6) ein massiver Stab aus elektrisch leitenden Material vorgesehen ist.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that as a rod-shaped conductor ( 6 ) is provided a solid rod made of electrically conductive material. Stromrichtermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als stabförmiger Leiter (6) ein Leiter aus wenigstens zwei Drahtleitern vorgesehen ist, deren stirnseitigen Enden jeweils mit einem elektrisch leitenden Verbindungselement versehen sind.Power converter motor according to one of claims 1 to 11, characterized in that as a rod-shaped conductor ( 6 ) is provided a conductor of at least two wire conductors, whose front ends are each provided with an electrically conductive connecting element. Stromrichtermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als stabförmiger Leiter (6) ein Leiter aus wenigstens zwei Litzen vorgesehen ist, deren stirnseitigen Enden jeweils mit einem elektrisch leitenden Verbindungselement versehen sind.Power converter motor according to one of claims 1 to 11, characterized in that as a rod-shaped conductor ( 6 ) is provided a conductor of at least two strands, whose front ends are each provided with an electrically conductive connection element. Stromrichtermotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselement eine Hülse aus elektrisch leitendem Material vorgesehen ist.Power converter motor according to claim 13 or 14, characterized characterized in that as a connecting element, a sleeve is provided electrically conductive material. Stromrichtermotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselement eine Platte aus elektrisch leitendem Material vorgesehen ist.Power converter motor according to claim 13 or 14, characterized characterized in that the connecting element is a plate made of electrical is provided conductive material. Stromrichtermotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils als abschaltbarer Halbleiterschalter (14, 16) ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor vorgesehen ist.Power converter motor according to one of the preceding claims, characterized in that in each case as turn-off semiconductor switch ( 14 . 16 ) an insulated gate bipolar transistor is provided.
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