DE102017220967A1

DE102017220967A1 - Integrierte Motorelektronik

Info

Publication number: DE102017220967A1
Application number: DE102017220967.4A
Authority: DE
Inventors: Gerd Ebelt; Boris JANJIC; Jochen Mades; Federico Di Santo
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2019-05-23
Also published as: WO2019101562A1; BR112020010311A2; JP2021505111A; EP3714533A1; CN111357175A; BR112020010311B1; US20200373813A1; CN111357175B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Motor mit einem Frequenzumrichter, wobei die Bauelemente der Elektronik des Frequenzumrichters auf mehrere Module verteilt sind, wobei die Module elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die einzelnen Module radial am Motor angeordnet sind und jeweils im montierten Zustand ein einzelnes abgeschlossenes Gehäuse besitzen.

Description

Die Erfindung betrifft integrierte Elektronik bei einem Elektromotor, sowie einen Baukasten, bestehend aus einzelnen Elektronikkomponenten zur Integration bei einem Elektromotor.
Elektromotoren der erfindungsgemäßen Bauart finden beispielsweise Anwendung bei Fördervorrichtungen, Kreiselpumpen und/oder Bearbeitungsvorrichtungen. Diese wiederum spielen in Produktionsanlagen eine bedeutende Rolle. Innerhalb solcher Anlagen können die erfindungsgemäßen Elektromotoren an unterschiedlichen Stellen zum Einsatz kommen, wobei die Zugänglichkeit teilweise sehr eingeschränkt möglich ist.
Zur energieeffizienten Betriebsweise werden die oben genannten Anwendungen durch geregelte Elektromotoren angetrieben. Die Regelung der Antriebe erfordert zusätzlichen Bauraum in einer Anlage oder aufwändige Schaltschränke in der näheren Umgebung der Anlage.
Die DE 10 2005 032 964 A1 zeigt einen Umrichtermotor, der die komplette Leistungselektronik innerhalb des Moorgehäuses angeordnet hat.
Die DE 10 2005 032 966 A1 zeigt ebenfalls einen Umrichtermotor, wobei für die Entwärmung ein Fremdlüfter vorgesehen ist.
Umrichtermotoren mit Elektronikbauteilen, die im oder am Gehäuse des Motors vorgesehen sind, sind hinlänglich bekannt. Alle Motoren haben eine feste Anordnung der einzelnen Komponenten und vorgesehene Einbaurichtungen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Umrichtermotor weiterzuentwickeln, der einfach und kostengünstig herstellbar ist und bei dem die Flexibilität deutlich erhöht ist.
Diese Aufgabe löst ein elektrischer Motor mit einem Frequenzumrichter gemäß Anspruch 1, bei dem die Bauelemente der Elektronik des Frequenzumrichters auf mehrere Module verteilt angeordnet sind, wobei die einzelnen Module elektrisch verbunden sind, wobei an dem elektrischen Motor ein Lüfter vorgesehen ist, wobei die Elektronikplatinen der verschiedenen Module sich in mehreren getrennten Gehäusen befinden, wobei jedes Gehäuse radial am Außenumfang des elektrischen Motors angeordnet ist, dass der Kühlluftstrom eines Lüfters Module und Motor entwärmt.
Jedes Modul für sich bildet eine eigene abgeschlossene Einheit umfassend ein Elektronikbauteil, beispielsweise eine Leiterplatte in einem Gehäuse, das mit elektrischen Anschlüssen versehen ist. Ein Modul ist elektrisch mit den anderen Modulen verbunden. Durch die Anordnung am Außenumfang des Motorgehäuses ist einerseits gewährleistet, dass die einzelnen Module ausreichend entwärmt werden können, andererseits sind die Module gut zugänglich, so dass im Falle eines benötigten Service einfach darauf zugegriffen werden kann. Insbesondere lassen sich die Module flexibel anordnen, so kann ein Modul mit speziellen Eigenschaften beispielsweise in einer Anlage an einem Motor so angeordnet werden, dass ein direkter Zugriff auf das Modul möglich ist.
Die Erfindung kann so ausgestaltet sein, dass die Module beispielsweise eine motorseitige Leistungselektronik, eine netzseitige Leistungselektronik oder eine Mensch Maschine Schnittstelle umfasst, also modular aufgebaut ist. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Module auf dem äußeren Umfang des Motors flexibel angeordnet werden können. Beispielsweise kann das Modul mit der Mensch Maschine Schnittstelle so angeordnet werden, dass eine einfache Benutzung möglich ist. Weiter kann ein Modul mit einem Leistungselement, in dem eventuell verstärkt Abwärme anfällt, an einer Stelle vorgesehen werden, an der eine Entwärmung vereinfacht stattfinden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die abgeschlossenen Gehäuse der einzelnen Leiterplatten unabhängig von ihrem Inhalt in ihrer äußeren Gestalt einheitlich. Dies vereinfacht das modulare Konzept zusätzlich, indem die einzelnen Module bei gleichen äußeren Abmessungen beliebig vertauschbar sind. Besonders vorteilhaft ist die elektrische Verbindung dergestalt vorgesehen, dass die Module sogar bei einem fertig konfektionierten Umrichtermotor jederzeit beliebig tauschbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Gehäuse des elektrischen Motors Bereiche zur Anbringung der Gehäuse umfassend einer oder mehrere Leiterplatten vorgesehen, bevorzugt drei Bereiche, wobei zwischen den Bereichen Kühlrippen zur Entwärmung des Stators des elektrischen Motors vorgesehen sein können. Zur Aufnahme der einzelnen Module sind diese Bereiche identisch so zu gestalten, dass das Modul räumlich integriert werden kann, dass eine thermische Anbindung an den Motor stattfinden kann, wobei der Wärmeeintrag des Motors und des jeweiligen Moduls berücksichtigt werden muss.
Der elektrische Motor ist in einer weiteren Ausgestaltung von einer Motorabdeckung abgedeckt. Diese dient unter anderem zur Führung eines Kühlluftstromes zur Entwärmung des Motors und der Module. Beispielsweise kann diese Motorabdeckung mindestens die Bereiche in denen der Motor mit Kühlrippen ausgestattet ist überdecken. Diese Kühlrippen können bei dem erfindungsgemäßen Umrichtermotor eher großzügig ausgestaltet sein, da der Motor durch die Module ein gering größeres Bauvolumen benötigt als ein netzbetriebener Motor. Weiter ist auch möglich, die Motorabdeckung derart auszugestalten, dass die Module darunter liegen, wobei entsprechende Revisionsöffnungen vorzusehen sind.
Die Motorabdeckung ihrerseits kann derart ausgestaltet sein, dass der Luftstrom bevorzugt zu bestimmten Bereichen geführt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
Dabei zeigt:

1 eine erste Ansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors,
2 eine zweite Ansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors und
3 eine dritte Ansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors.

1 zeigt eine erste Ansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors in axialer Draufsicht. Der elektrische Motor 4 weist eine Flanschverbindungsmöglichkeit auf, die in der 1 angedeutet ist im Zentrum dieser ist die Antriebswelle 5 mit einer Passfeder dargestellt. Um den Stator des elektrischen Motors 4 herum radial angeordnet sind die einzelnen Module der Motorelektronik, ein Modul umfassend eine Mensch Maschine Schnittstelle (Human Machine Interface - HMI) 1, ein weiteres Modul umfassend die motorseitige Leistungselektronik 2 und ein drittes Modul umfassend die Netzseitige Leistungselektronik 3.
Die 1 zeigt weiter Teile der Motorabdeckung 6, die in dieser Darstellung einige Kühlrippen des Motorgehäuses abdecken, und die Gehäusefüße 7, mit denen der elektrische Motor 4 in einer Anlage befestigbar ist.
Als HMI 1 eignet sich für jeden erfindungsgemäßen Motor z. B. ein einfaches Display, welches Motordaten wie die Parametrierung des Umrichtermotors oder aktuelle Messwerte am laufenden Motor anzeigt. Es können hierzu auch Einflussnahmemöglichkeiten durch Schalter vorgesehen sein, insbesondere durch ein berührungsempfindliches Display. Weiter kann aber auch eine Schnittstelle zu einem entfernt liegenden Anzeige und / oder Einflussnahmegerät vorgesehen sein. Hierfür eignen sich neben Kabelverbindungen auch Infrarot- oder Funkverbindungen.
Die 2 zeigt eine Schrägsicht auf das gesamte Motoraggregat, umfassend den elektrischen Motor 4, die Module der Motorelektronik 1, 2 und 3, die Antriebswelle des Motors 5, die Motorabdeckung 6, die Gehäusefüße 7 und einen Lüfter 8. Der Lüfter 8 kann als motorwellenmontierter Lüfter oder als Fremdlüfter ausgeführt sein. An der Mensch Maschine Schnittstelle 1 ist ein Display 9 dargestellt, worüber Informationen an den Nutzer ausgegeben werden können. Bei einem berührungsempfindlichen Display 9 könnten weiter noch Eingaben zur Beeinflussung der Funktion des Motoraggregats vorgenommen werden.
An dem geschlossenen Gehäuse des Moduls für die Mensch Maschine Schnittstelle 1 sind verschiedene Leitungsdurchführungen vorgesehen. An diesen lassen sich auch Steckverbindungen vorsehen.
Die 3 zeigt das Motoraggregat aus den beiden vorigen Figuren aus einer weiteren Perspektive. Die jetzt vorneliegende netzseitige Leistungselektronik 3 verfügt über ein festes Gehäuse in dem verschiedene Leitungsdurchführungen vorgesehen sind, wobei durch eine solche Durchführung der Netzanschluss erfolgt. Weiterhin lassen sich Leitungen von zusätzlichen externen Quellen in die Module einführen, beispielsweise Sensoren oder Steuerleitungen, insbesondere Bus-Leitungen, oder auch Versorgungsleitungen für weitere Aktoren, insbesondere Fremdlüfter, die vom Motoraggregat mitgesteuert werden können. An den Leitungsdurchführungen lassen sich ebenfalls Steckverbinder vorsehen.
Die Trennung von netzseitiger und motorseitiger Leistungselektronik ermöglicht eine modulare Anpassung auf die jeweiligen Bedarfe einer Anwendung. So lassen sich unterschiedliche Netzspannungen oder Frequenzen durch unterschiedliche Module ebenso abbilden wie die motorseitige Ansteuerung unterschiedlicher Motorentypen. Außerdem sind sämtliche Feldbussysteme in den Modulen einfach abbildbar.
Für die Einrichtung einer Anlage ist es besonders servicefreundlich, wenn sich einzelne Module an die lokalen Gegebenheiten beliebig anpassen lassen.
Da die Module 1, 2 und 3 über einen einheitlichen Aufbau und Anschlussdesign verfügen, ist das Modul, das die motorseitige Leistungselektronik 2 umfasst, ebenfalls in einem geschlossenen Gehäuse vorgesehen, wobei dieses über mehrere Leitungsdurchführungen verfügt.
Bezugszeichenliste

1: Mensch Maschine Schnittstelle
2: motorseitige Leistungselektronik
3: netzseitige Leistungselektronik
4: elektrischer Motor
5: Antriebswelle
6: Motorabdeckung
7: Gehäusefüße
8: Lüfter
9: Display

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005032964 A1 [0004]
DE 102005032966 A1 [0005]

Claims

Elektrischer Motor mit einem Frequenzumrichter, wobei die Bauelemente der Elektronik des Frequenzumrichters auf mehrere Module verteilt sind, wobei die Module elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module radial am Motor angeordnet sind und jeweils im montierten Zustand ein einzelnes abgeschlossenes Gehäuse besitzen.
Elektrischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module im unmontierten Zustand bereits abgeschlossene Gehäuse besitzen.
Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Elektronik der Module mit Steckverbindungen verbunden wird.
Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Entwärmung der Gehäuse über die Gehäuseoberfläche derart vorgesehen ist, dass der Kühlluftstrom eines Lüfters über die Gehäuseoberfläche geführt ist.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Modul eine motorseitige Leistungselektronik 2 umfasst.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Modul eine netzseitige Leistungselektronik 3 umfasst.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Modul eine Mensch Maschine Schnittstelle 1 umfasst.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschlossenen Gehäuse der einzelnen Leiterplatten unabhängig von ihrem Inhalt in ihrer äußeren Gestalt einheitlich sind.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse des elektrischen Motors 4 Bereiche zur Anbringung der Gehäuse umfassend mindestens je eine Leiterplatte vorgesehen sind, bevorzugt drei Bereiche.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Bereichen zur Anbringung der Gehäuse Kühlrippen zur Entwärmung des Stators des elektrischen Motors 4 vorgesehen sind.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des Motorgehäuses mit Kühlrippen von einer Motorabdeckung 6 abgedeckt sind.
Elektrischer Motor 4 mit einem Frequenzumrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Entwärmung des Motors und der Module über eine oder mehrere gekoppelte Heatpipes erfolgt