WO2015185261A1 - Electric machine having a rotary-disk capacitor for conducting away hf disturbing currents - Google Patents

Electric machine having a rotary-disk capacitor for conducting away hf disturbing currents Download PDF

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WO2015185261A1
WO2015185261A1 PCT/EP2015/058688 EP2015058688W WO2015185261A1 WO 2015185261 A1 WO2015185261 A1 WO 2015185261A1 EP 2015058688 W EP2015058688 W EP 2015058688W WO 2015185261 A1 WO2015185261 A1 WO 2015185261A1
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WO
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housing
disc
rotor
machine according
gap
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Application number
PCT/EP2015/058688
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German (de)
French (fr)
Inventor
Dennis BURGER
Shinichiro Nishizawa
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/083Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/40Structural association with grounding devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/0094Structural association with other electrical or electronic devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
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    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/161Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine, in particular an example, pulse inverter-driven electric machine in which high-frequency (RF) interference currents occur in a rotor.
  • RF radio frequency
  • Electric machines are used as motors or generators for a variety of purposes.
  • electric machines are used in electric or hybrid vehicles as a motor for driving or as a generator for Rekuper Schl kinetic energy. Electric machines are also used for other, especially industrial purposes.
  • Electrical machines are usually powered by an inverter. Especially when using pulse inverters can steep
  • Voltage edges occur and induce high-frequency interference currents within a rotor of the electrical machine.
  • the interference currents can typically occur in a frequency range of 10 kHz to 20 MHz. Such interference currents will flow outside the electrical machine and may interfere with adjacent electrical or electronic systems. These interference currents (common mode) should therefore be derived from the rotor, for example, to the electric machine housing serving as the electrical ground.
  • Automotive sector are to be used and should therefore be operated within a wide temperature range of, for example, -40 ° C to +120 ° C, problems arise in that a lubricating effect of the grease used in the highly conductive ball bearing can subside and it can lead to bearing damage, for example , When using multiple carbon brushes can result in an unavoidable wear and thus necessary replacement of the carbon brushes considerable costs.
  • carbon fibers to dissipate the RF interference currents, it has been observed that a parasitic effect can decrease at high frequencies above 500 kHz.
  • Interference currents which may occur within the rotor, can be dissipated to the surrounding housing.
  • the interference currents can thereby be dissipated to the surrounding housing.
  • an electric machine configured to:
  • the housing surrounds the stator and the rotor.
  • the rotor is rotatable relative to the stator. In the center of the rotor is the
  • the electrical machine is characterized in that a disc made of an electrically conductive material is arranged on the rotor shaft in a region projecting beyond the rotor.
  • the disc is dimensioned in this case and arranged so close to an opposite surface of the housing, that via a
  • Gap between the disc and the housing high-frequency electrical Interference currents that occur within the rotor can be transferred capacitively.
  • Measures for deriving high-frequency interference currents in an electrical machine can be associated with different disadvantages.
  • These conventional approaches have in common that an electrical discharge of the interference currents is achieved via a mechanical contact between parts of the rotor and parts of the surrounding housing.
  • a mechanical contact can lead to wear and / or disadvantages in the storage of the rotor, for example due to unavoidable friction occurring.
  • the interference currents in electrical machines typically have high frequencies above 10 kHz, in particular they can also be transmitted capacitively.
  • the rotor disk is held on the rotor shaft or coupled therewith, so that it can rotate with the rotor during operation of the electric machine.
  • This disk can form part of a capacitor, by means of which the electrical currents transmitted to the rotor via the rotor shaft can be capacitively transmitted to the adjacent housing.
  • the disc and the opposite surface of the housing can act much like a plate capacitor.
  • the interference currents occurring in the rotor can lead to a temporary shift of electrical charges towards the disk or out of the disk, charges accumulated in the disk due to the small distance between them the disc and the opposite surface of the housing in the
  • Housing in turn can lead to a charge shift, so that it can effectively come across the lying between the disc and the housing gap across a high-frequency electric current. Since the disc arranged on the rotor shaft can rotate together with the rotor during the operation of the electric machine, in this context it is also referred to as a rotary disc capacitor.
  • the disk In order to be able to sufficiently dissipate interference currents from the rotor, it can be particularly advantageous to dimension the disk in such a way and to arrange it close to an opposite surface of the housing and a medium within the gap between the disk and the disk
  • parameters that affect the capacitance of the variable capacitor formed between the disc and the housing may be suitably selected so that the variable capacitor has a capacitance of at least 1 nF, preferably at least 5 nF.
  • These parameters include, but are not limited to, the size of the surface of the disk facing a corresponding surface of the housing with only a small gap therebetween.
  • Plate capacitor takes the capacity of the thus formed
  • Rotary disc condenser with the surface of the disc too.
  • the pane such that its
  • Cross-sectional area is greater than the cross-sectional area of the rotor shaft.
  • Diameter of the disc be greater than half the diameter of the rotor.
  • the disc may be with two or more
  • Rotary capacitor increases. Suitable high capacities for sufficient dissipation of interference currents can be obtained if the width of the gap is less than 4 mm, preferably less than 2 mm, and more preferably less than 1 mm.
  • the gap should not be less than 0.1 mm, preferably not smaller than 0.3 mm.
  • variable capacitor is also influenced by the medium, that is, the material which is located within the gap between the disc and the opposite housing surface.
  • an electrically insulating material must be arranged within the gap.
  • a layer of a dielectric For example, within the gap, a layer of a dielectric
  • the dielectric material may be a solid material.
  • the dielectric material may have a permittivity that is substantially greater than the permittivity of gases, especially air.
  • a liquid dielectric material may be disposed within the gap.
  • a water-based dielectric can be used.
  • the gap may preferably be completely filled with dielectric material, thus maximizing a capacity of the variable capacitor, on the other hand, friction losses may occur between the capacitor rotating disk and the stationary housing wall are minimized.
  • a liquid dielectric material may be, for example, a water-based cooling medium of the electric machine or, alternatively, also, for example, windscreen wiper water in a motor vehicle.
  • Water-based dielectric can typically have a very high relative
  • Dielectric constant of between 50 and 100 have.
  • an inlet and an outlet for supplying and discharging the liquid dielectric material may be provided in the housing of the electric machine, an inlet and an outlet for supplying and discharging the liquid dielectric material. Further, suitable seals may be provided between the shaft and the housing.
  • Dielectric constant is greater than 5, preferably more than 25, have.
  • the dielectric material may be a ceramic material or a polymeric material, which typically has permittivity numbers in the range 5 to 10.
  • the dielectric material may also be diamond, ruby,
  • Germanium or the like which typically have permittivity numbers in the range of 10 to 20.
  • the dielectric material may also be provided as paper impregnated with glycerol (eg, structural formula C 3 H 8 0 3 ), which typically has a permittivity number of about 30 and may entail the advantage of low cost.
  • the dielectric material may also be provided as oxidized metal, which may typically have permittivity numbers in the range of 30 to 60.
  • the layer of dielectric material may substantially, for example, more than 50% or more than 80%, but preferably not complete, ie less than 99% or less than 95% of the gap between the disc and the opposite surface of the housing. fill out.
  • a predominant portion of the gap may be filled with the dielectric layer, but it should preferably continue to remain only with gas, in particular air, filled residual gap between the rotatable disc and the stationary surface of the housing, so that the disc during operation of the electric Machine can rotate largely frictionless.
  • the described embodiments of an electrical machine may be particularly advantageous for electrical machines which are designed to be operated by means of a pulse-controlled inverter.
  • Such electrical machines are often used e.g. designed as synchronous machines for use in electric or hybrid vehicles.
  • the electric machine is operated via the modern pulse-controlled inverter with a high voltage of, for example, 200 to 600 V at a clock frequency of 10 to 30 kHz and a slope of 100 to 200 ns.
  • the high clocked high voltage can couple to the rotor shaft and generate high frequency noise currents, which can have frequencies in the range of 10 kHz to 30 MHz.
  • Such interference currents can, if they are not short (low resistance) are derived against the engine housing (mass), a vehicle electronics such as electronics in a controller or a radio significantly disturb.
  • Figure 1 shows in cross section an electric machine according to a
  • FIG. 2 shows a frequency behavior of interference currents within an electrical machine (rotating rotor).
  • FIG. 3 shows details of an electrical machine according to another
  • Embodiment of the present invention with liquid dielectric Embodiment of the present invention with liquid dielectric.
  • FIG. 1 shows an electrical machine 1 according to one embodiment of the invention
  • the electric machine 1 has a stator 3, a rotor 5, a rotor shaft 7 and a housing 9.
  • the stator 3 is fixedly connected to the housing 9, wherein the housing 9 surrounds both the stator 3 and the rotor 5.
  • the housing 9 is formed in two parts in the example shown with a housing pot 13 and a lid 15 which can be screwed to an end face of the electric machine 1 to the housing pot 13.
  • the housing 9, in particular its lid 15, consist of an electrically conductive material, preferably of metal.
  • the rotor 5 is composed of a laminated core 1 1 and magnets 32, in whose
  • Speed sensor a speed or a current angular orientation of the rotor 5 is determined and used for example to control the electric machine 1.
  • a disc 21 is arranged made of an electrically conductive material.
  • the disk 21 is formed for example as a metal, thin circular disk and is electrically galvanic with the
  • the disc 21 has Typically, for example, if the entire rotor 5 has a diameter of several centimeters, for example about 10 cm, the diameter of the disc 21 may be selected to be similarly large, for example in FIG range from 5 to 15 cm. The disc 21 can only do less
  • Millimeters for example, between 1 mm and 20 mm thick.
  • the disc 21 is formed and arranged on the rotor shaft 7, that only a narrow gap 25 remains between this disc 21 and an opposite surface 23 of the lid 15 of the housing 9.
  • Gap may have a width of less than 4 mm, preferably even less than 1 mm. Due to the small spacing of the disk 21 to the opposite surface 23 of the housing 9, there is a significant capacitive coupling between these two electrically conductive
  • the housing 9 can thus act as a turntable condenser and capacitively couple the standing with the disc 21 in electrical connection rotor shaft 7 with the housing 9, which in turn is grounded via a ground 29.
  • a layer 27 of a dielectric material may be provided within the gap 25.
  • This layer can, for example, with a small thickness of 0.5 to 1 mm, for example, on the inside of the lid 15 of the
  • a dielectric layer may also be formed on a surface of the disk 21 directed toward the inside of the housing.
  • the layer 27 may be made of, for example, ceramic or of a paper impregnated with glycerin oil.
  • a liquid dielectric material may be provided to the capacity of the disc 21 and the opposite
  • Case surface formed to increase rotary capacitor The liquid dielectric material may be supplied via inlets and outlets (not shown) to and be removed and continuously replaced or circulated during operation, for example, to avoid local overheating.
  • inwardly projecting projections 31 may be provided on the housing 9, in particular on the cover 15, in a region radially adjacent to the disk 21
  • projections 31 may be formed as a circular ring and enclose the disc 21 annular radially outside, so that also here only a narrow gap remains. Also, this narrow gap may be at least partially filled with a dielectric material.
  • the turntable capacitor formed thereby capacitance values of significantly more than 1 nF, preferably in the range of about 10 nF, have.
  • the rotor shaft 7 can be capacitively coupled to the grounded housing 9 via the turntable capacitor of sufficient capacity.
  • High-frequency interference currents which are generated during operation of the electric machine 1 in the rotor 5 and transmitted to the rotor shaft 7, can thus be derived to the housing 9.
  • Voltage Noise UR (English: noise voltage) as a function of the frequency v generated high frequency noise.
  • Turning disk capacitor takes place on the housing 9 and, for example, a capacity of this turntable capacitor is greater than 1 nF, preferably even greater than 5 nF. For capacities of more than 5 nF is a remaining voltage noise only slightly higher than one
  • FIG. 3 shows details of an electrical machine 1 according to another
  • a disc 21 is provided on the rotor shaft 7.
  • the disc 21 is designed in two parts in this case, i. consists of two partial discs 20, 22, which are held together by means of screw 37. Between the part discs 20, 22 is an air pocket 24. Around the disc 21 is around a
  • Electrode 33 is provided which is electrically connected to the housing 9 of the machine 1 to ground 39.
  • the electrode 33 surrounds the disk 21 such that a gap 25 is formed between it and the disk 21.
  • a dielectric of liquid material 26 is filled in this gap 25, for example a water-based dielectric.

Abstract

The invention relates to an electric machine, wherein high-frequency disturbing currents, which can occur, for example, in the case of control by means of a pulse-width-modulated inverter, are advantageously conducted away. The electric machine (1) comprises a stator (3), a rotor (5), a rotor shaft (7), and a housing (9). A disk (21) composed of an electrically conductive material is arranged on the rotor shaft (7) in a region (19) protruding beyond the rotor (5). Said disk is dimensioned in such a way and arranged near a surface (23) of the housing (9) facing the disk in such a way that high-frequency disturbing electric currents can be transmitted via a gap (25) between the disk (21) and the housing (9) similarly to the case of a rotary-disk capacitor. Disturbing currents in a frequency range of 10 kHz to 30 MHz can be conducted away without friction and thus without wear in this way.

Description

Beschreibung  description
Elektrische Maschine mit Drehscheibenkondensator zur Ableitung von HF- Störströmen Electric machine with turntable condenser for the discharge of HF interference currents
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine beispielsweise pulswechselrichterbetriebene elektrische Maschine, bei der in einem Rotor hochfrequente (HF) Störströme auftreten. The present invention relates to an electrical machine, in particular an example, pulse inverter-driven electric machine in which high-frequency (RF) interference currents occur in a rotor.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Maschinen werden als Motoren oder Generatoren für vielfältige Zwecke eingesetzt. Beispielsweise werden elektrische Maschinen bei Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen als Motor zum Antrieb oder als Generator zum Rekuperieren von kinetischer Energie eingesetzt. Elektrische Maschinen werden aber auch für andere, insbesondere industrielle Zwecke eingesetzt. Electric machines are used as motors or generators for a variety of purposes. For example, electric machines are used in electric or hybrid vehicles as a motor for driving or as a generator for Rekuperieren kinetic energy. Electric machines are also used for other, especially industrial purposes.
Elektrische Maschinen werden meist mithilfe eines Wechselrichters betrieben. Insbesondere beim Einsatz von Pulswechselrichtern können steile Electrical machines are usually powered by an inverter. Especially when using pulse inverters can steep
Spannungsflanken (Nanosekunden-Bereich) auftreten und innerhalb eines Rotors der elektrischen Maschine hochfrequente Störströme induzieren. Die Störströme können dabei typischerweise in einem Frequenzbereich von 10 kHz bis 20 MHz auftreten. Solche Störströme werden außerhalb der elektrische Maschine fließen und können eventuell benachbarte elektrische oder elektronische Systeme stören. Diese Störströme (Gleichtakt) sollten daher von dem Rotor beispielsweise an das als elektrische Masse dienende Gehäuse der elektrischen Maschine abgeleitet werden. Voltage edges (nanosecond range) occur and induce high-frequency interference currents within a rotor of the electrical machine. The interference currents can typically occur in a frequency range of 10 kHz to 20 MHz. Such interference currents will flow outside the electrical machine and may interfere with adjacent electrical or electronic systems. These interference currents (common mode) should therefore be derived from the rotor, for example, to the electric machine housing serving as the electrical ground.
Um Störströme innerhalb einer elektrischen Maschine von dem Rotor an das Gehäuse abzuleiten, werden herkömmlich beispielsweise hoch leitfähige Kugellager oder mehrfache Kohlebürsten oder Kohlefasern eingesetzt. Allerdings können insbesondere bei elektrischen Maschinen, die im To dissipate interference currents within an electrical machine from the rotor to the housing, conventionally, for example, highly conductive ball bearings or multiple carbon brushes or carbon fibers are used. However, especially in electrical machines that are in the
Automotivebereich eingesetzt werden sollen und die daher innerhalb eines weiten Temperaturbereichs von beispielsweise -40 °C bis +120 °C betrieben werden sollen, Probleme dahingehend auftreten, dass ein Schmiereffekt des in dem hoch leitfähigen Kugellager verwendeten Fettes nachlassen kann und es beispielsweise zu Lagerschäden kommen kann. Bei einer Verwendung mehrfacher Kohlebürsten können bei einem unvermeidbaren Verschleiß und einem dadurch notwendigen Austausch der Kohlebürsten erhebliche Kosten entstehen. Bei einer Verwendung von Kohlefasern zur Ableitung der HF- Störströme wurde beobachtet, dass ein Entstöreffekt bei hohen Frequenzen oberhalb von 500 kHz nachlassen kann. Automotive sector are to be used and should therefore be operated within a wide temperature range of, for example, -40 ° C to +120 ° C, problems arise in that a lubricating effect of the grease used in the highly conductive ball bearing can subside and it can lead to bearing damage, for example , When using multiple carbon brushes can result in an unavoidable wear and thus necessary replacement of the carbon brushes considerable costs. When using carbon fibers to dissipate the RF interference currents, it has been observed that a parasitic effect can decrease at high frequencies above 500 kHz.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische With embodiments of the present invention is an electrical
Maschine vorgeschlagen, bei der in vorteilhafter Weise hochfrequente Machine proposed in which advantageously high-frequency
Störströme, die innerhalb des Rotors auftreten können, an das umgebende Gehäuse abgeleitet werden können. Die Störströme können dabei Interference currents, which may occur within the rotor, can be dissipated to the surrounding housing. The interference currents can thereby
vorteilhafterweise derart abgeleitet werden, dass die elektrische Maschine innerhalb eines weiten Temperaturbereichs betrieben werden kann, eine be advantageously derived such that the electric machine can be operated within a wide temperature range, a
Lagerung des Rotors im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird, eine Ableitung der Störströme im Wesentlichen berührungsfrei und somit verschleißfrei erfolgen kann und / oder Störströme innerhalb eines großen Frequenzbereichs bis hin zu beispielsweise 30 MHz abgeleitet werden können. Storage of the rotor is substantially unaffected, a derivative of the interference currents substantially non-contact and thus can be carried out wear-free and / or interference currents within a large frequency range can be derived up to, for example, 30 MHz.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine According to one aspect of the invention, an electric machine
vorgeschlagen, welche einen Stator, einen Rotor, eine Rotorwelle und ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse umgibt den Stator und den Rotor. Der Rotor ist relativ zu dem Stator drehbar. Im Zentrum des Rotors befindet sich die proposed, which has a stator, a rotor, a rotor shaft and a housing. The housing surrounds the stator and the rotor. The rotor is rotatable relative to the stator. In the center of the rotor is the
Rotorwelle, um die herum sich der Rotor gelagert drehen kann. Die elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass an der Rotorwelle in einem über den Rotor abragenden Bereich eine Scheibe aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet ist. Die Scheibe ist dabei derart dimensioniert und derart nahe zu einer gegenüber liegenden Fläche des Gehäuses angeordnet, dass über einen Rotor shaft around which the rotor can rotate. The electrical machine is characterized in that a disc made of an electrically conductive material is arranged on the rotor shaft in a region projecting beyond the rotor. The disc is dimensioned in this case and arranged so close to an opposite surface of the housing, that via a
Spalt zwischen der Scheibe und dem Gehäuse hochfrequente elektrische Störströme, die innerhalb des Rotors auftreten, kapazitiv übertragen werden können. Gap between the disc and the housing high-frequency electrical Interference currents that occur within the rotor can be transferred capacitively.
Ideen zu Ausführungsformen der vorgeschlagenen elektrischen Maschine können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden: Ideas for embodiments of the proposed electric machine may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below:
Es wurde erkannt, dass die einleitend beschriebenen herkömmlichen It has been recognized that the conventional ones described in the introduction
Maßnahmen zum Ableiten von hochfrequenten Störströmen in einer elektrischen Maschine mit unterschiedlichen Nachteilen verbunden sein können. Diesen herkömmlichen Ansätzen ist gemein, dass eine elektrische Ableitung der Störströme über einen mechanischen Kontakt zwischen Teilen des Rotors und Teilen des umgebenden Gehäuses erreicht wird. Ein solcher mechanischer Kontakt kann jedoch beispielsweise aufgrund unvermeidbar auftretender Reibung zu Verschleiß und/oder zu Nachteilen bei der Lagerung des Rotors führen. Measures for deriving high-frequency interference currents in an electrical machine can be associated with different disadvantages. These conventional approaches have in common that an electrical discharge of the interference currents is achieved via a mechanical contact between parts of the rotor and parts of the surrounding housing. However, such a mechanical contact can lead to wear and / or disadvantages in the storage of the rotor, for example due to unavoidable friction occurring.
Es wurde daher nach einer Möglichkeit gesucht, Störströme aus dem Rotor reibungsarm oder vorzugsweise berührungslos an das umgebende Gehäuse abzuleiten. It was therefore sought after a way to derive interference currents from the rotor friction or preferably without contact to the surrounding housing.
Da die Störströme bei elektrischen Maschinen typischerweise hohe Frequenzen oberhalb von 10 kHz aufweisen, können sie insbesondere auch kapazitiv übertragen werden. Um eine ausreichende kapazitive Ableitung der Störströme aus dem Rotor zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, an der Rotorwelle in einem über den Rotor überstehenden Bereich eine zusätzliche Scheibe vorzusehen. Die Rotorscheibe ist dabei an der Rotorwelle gehalten bzw. mit dieser gekoppelt, sodass sie sich im Betrieb der elektrischen Maschinemit deren Rotor mitdrehen kann. Diese Scheibe kann einen Teil eines Kondensators bilden, mithilfe dessen die an dem Rotor über die Rotorwelle an die Scheibe übertragenen elektrischen Ströme kapazitiv an das angrenzende Gehäuse übertragen werden können. Die Scheibe und die dieser gegenüber liegende Fläche des Gehäuses können dabei ähnlich wie ein Plattenkondensator wirken. Die in dem Rotor auftretenden Störströme können zu einer temporären Verlagerung von elektrischen Ladungen hin zu der Scheibe beziehungsweise aus der Scheibe heraus führen, wobei in der Scheibe akkumulierte Ladungen aufgrund des geringen Abstandes zwischen der Scheibe und der gegenüber liegenden Fläche des Gehäuses in dem Since the interference currents in electrical machines typically have high frequencies above 10 kHz, in particular they can also be transmitted capacitively. In order to enable a sufficient capacitive derivative of the interference currents from the rotor, it is proposed to provide an additional disk on the rotor shaft in a region projecting beyond the rotor. The rotor disk is held on the rotor shaft or coupled therewith, so that it can rotate with the rotor during operation of the electric machine. This disk can form part of a capacitor, by means of which the electrical currents transmitted to the rotor via the rotor shaft can be capacitively transmitted to the adjacent housing. The disc and the opposite surface of the housing can act much like a plate capacitor. The interference currents occurring in the rotor can lead to a temporary shift of electrical charges towards the disk or out of the disk, charges accumulated in the disk due to the small distance between them the disc and the opposite surface of the housing in the
Gehäuse wiederum zu einer Ladungsverschiebung führen können, so dass es effektiv über den zwischen der Scheibe und dem Gehäuse liegenden Spalt hinweg zum Fließen eines hochfrequenten elektrischen Stromes kommen kann. Da die an der Rotorwelle angeordnete Scheibe zusammen mit dem Rotor während des Betriebes der elektrischen Maschine rotieren kann, wird in diesem Zusammenhang auch von einem Drehscheibenkondensator gesprochen. Housing in turn can lead to a charge shift, so that it can effectively come across the lying between the disc and the housing gap across a high-frequency electric current. Since the disc arranged on the rotor shaft can rotate together with the rotor during the operation of the electric machine, in this context it is also referred to as a rotary disc capacitor.
Um Störströme von dem Rotor ausreichend ableiten zu können, kann es insbesondere vorteilhalft sein, die Scheibe derart zu dimensionieren und derart nahe an einer gegenüber liegenden Fläche des Gehäuses anzuordnen sowie ein Medium innerhalb des Spaltes zwischen der Scheibe und der In order to be able to sufficiently dissipate interference currents from the rotor, it can be particularly advantageous to dimension the disk in such a way and to arrange it close to an opposite surface of the housing and a medium within the gap between the disk and the disk
gegenüberliegenden Gehäusefläche derart zu wählen, dass mit der Scheibe und der gegenüber liegenden Fläche des Gehäuses ein Kondensator mit einer Kapazität von wenigstens 1 nF, vorzugsweise wenigstens 5 nF, gebildet wird. opposite housing surface to be selected such that with the disc and the opposite surface of the housing, a capacitor having a capacity of at least 1 nF, preferably at least 5 nF, is formed.
Mit anderen Worten können Parameter, die die Kapazität des zwischen der Scheibe und dem Gehäuse gebildeten Drehkondensators beeinflussen, geeignet gewählt werden, so dass der Drehkondensator eine Kapazität von wenigstens 1 nF, vorzugsweise wenigstens 5 nF aufweist. In other words, parameters that affect the capacitance of the variable capacitor formed between the disc and the housing may be suitably selected so that the variable capacitor has a capacitance of at least 1 nF, preferably at least 5 nF.
Zu diesen Parametern gehört unter anderem die Größe der Oberfläche der Scheibe, welche einer entsprechenden Fläche des Gehäuses mit nur einem kleinen dazwischen liegenden Spalt gegenüber liegt. Wie bei einem These parameters include, but are not limited to, the size of the surface of the disk facing a corresponding surface of the housing with only a small gap therebetween. Like one
Plattenkondensator nimmt die Kapazität des derart gebildeten Plate capacitor takes the capacity of the thus formed
Drehscheibenkondensators mit der Oberfläche der Scheibe zu. Es kann zum Beispiel vorteilhalft sein, die Scheibe derart zu wählen, dass ihre Rotary disc condenser with the surface of the disc too. For example, it may be advantageous to choose the pane such that its
Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche der Rotorwelle. Wenn von einer kreisförmigen Scheibe und einer zylindrischen Rotorwelle Cross-sectional area is greater than the cross-sectional area of the rotor shaft. When of a circular disc and a cylindrical rotor shaft
ausgegangen wird, bedeutet dies, dass der Durchmesser der Scheibe größer sein kann als der Durchmesser der Rotorwelle. Insbesondere kann der is assumed, this means that the diameter of the disc can be greater than the diameter of the rotor shaft. In particular, the
Durchmesser der Scheibe größer sein als die Hälfte des Durchmessers des Rotors. Diameter of the disc be greater than half the diameter of the rotor.
In einer speziellen Ausgestaltung kann die Scheibe mit zwei oder mehr In a particular embodiment, the disc may be with two or more
Teilscheiben ausgestaltet sein, die zusammen eine Gesamtscheibe bilden, höhere Kapazitätswerte zu erreichen. Anders ausgedrückt können anstatt einer einzelnen großen Scheibe zwei oder mehrere kleine Scheiben für die Ausbildung des Drehscheibenkondensators eingesetzt werden. Als weiterer, die Kapazität des Drehkondensators beeinflussender Parameter kann die Breite des zwischen der Scheibe und der gegenüber liegenden Fläche des Gehäuses ausgebildeten Spaltes geeignet gewählt werden. Im Allgemeinen gilt, dass mit kleiner werdender Breite des Spaltes die Kapazität des Teilscheiben be configured, which together form a total disc, to achieve higher capacity values. In other words, instead of a single large disk, two or more small disks may be used to form the turntable condenser. As a further, the capacity of the variable capacitor influencing parameters, the width of the gap formed between the disc and the opposite surface of the housing can be suitably selected. In general, as the width of the gap becomes smaller, the capacity of the gap increases
Drehkondensators zunimmt. Geeignet hohe Kapazitäten zur ausreichenden Ableitung von Störströmen können erhalten werden, wenn die Breite des Spaltes kleiner als 4 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm und stärker bevorzugt kleiner als 1 mm ist. Um z.B. jedoch nicht sehr genaue Toleranzen einhalten zu müssen oder Risiko zu laufen, dass die Scheibe während der Betriebs der elektrischen Maschine beispielsweise bei Auftreten von Vibrationen oder Rütteln an der gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuse schleift, sollte der Spalt möglichst nicht kleiner als 0,1 mm, vorzugsweise nicht kleiner als 0,3 mm, sein. Rotary capacitor increases. Suitable high capacities for sufficient dissipation of interference currents can be obtained if the width of the gap is less than 4 mm, preferably less than 2 mm, and more preferably less than 1 mm. For example, but not to have to comply with very accurate tolerances or run the risk that the disc during operation of the electric machine, for example, when vibrations or shaking on the opposite surface of the housing grind, the gap should not be less than 0.1 mm, preferably not smaller than 0.3 mm.
Ferner wird die Kapazität des Drehkondensators auch beeinflusst durch das Medium, das heißt das Material, welches sich innerhalb des Spaltes zwischen der Scheibe und der gegenüber liegenden Gehäuseoberfläche befindet. ImFurthermore, the capacity of the variable capacitor is also influenced by the medium, that is, the material which is located within the gap between the disc and the opposite housing surface. in the
Gegensatz zu den Materialien der Scheibe und des Gehäuses, welche elektrisch leitfähig sein und beispielsweise aus Metall bestehen sollen, muss innerhalb des Spaltes ein elektrisch isolierendes Material angeordnet sein. Beispielsweise kann innerhalb des Spaltes eine Schicht aus einem dielektrischenContrary to the materials of the disc and the housing, which are to be electrically conductive and to be made of metal, for example, an electrically insulating material must be arranged within the gap. For example, within the gap, a layer of a dielectric
Material angeordnet sein. Das dielektrische Material kann dabei ein festes Material sein. Insbesondere kann das dielektrische Material eine Permittivität haben, die wesentlich größer ist als die Permittivität von Gasen, insbesondere von Luft. Material arranged. The dielectric material may be a solid material. In particular, the dielectric material may have a permittivity that is substantially greater than the permittivity of gases, especially air.
Alternativ kann innerhalb des Spaltes ein flüssiges dielektrisches Material angeordnet sein. Beispielsweise kann ein wasserbasiertes Dielektrikum eingesetzt werden. Durch eine Verwendung eines flüssigen dielektrischen Materials kann einerseits der Spalt vorzugsweise vollständig mit dielektrischem Material gefüllt werden und somit eine Kapazität des Drehkondensators maximiert werden, andererseits können Reibungsverluste zwischen der rotierenden Scheibe und der stationären Gehäusewand minimiert werden. Bei einem solchen flüssigen dielektrischen Material kann es sich beispielsweise um ein wasserbasiertes Kühlmedium der elektrischen Maschine oder alternativ auch z.B. um Scheibenwischwasser in einem Kraftfahrzeug handeln. Ein Alternatively, a liquid dielectric material may be disposed within the gap. For example, a water-based dielectric can be used. By using a liquid dielectric material, on the one hand, the gap may preferably be completely filled with dielectric material, thus maximizing a capacity of the variable capacitor, on the other hand, friction losses may occur between the capacitor rotating disk and the stationary housing wall are minimized. Such a liquid dielectric material may be, for example, a water-based cooling medium of the electric machine or, alternatively, also, for example, windscreen wiper water in a motor vehicle. One
wasserbasiertes Dielektrikum kann typischerweise eine sehr hohe relativeWater-based dielectric can typically have a very high relative
Dielektrizitätszahl von zwischen 50 und 100 haben. Dielectric constant of between 50 and 100 have.
Um flüssiges dielektrisches Material in der elektrischen Maschine und somit innerhalb des Spaltes zikulieren zu können, beispielsweise um eine In order to be able to cube liquid dielectric material in the electrical machine and thus within the gap, for example around one
ausreichende Kühlung desselben bewirken zu können, kann in dem Gehäuse der elektrischen Maschine ein Einlass und ein Auslass zum Zu- und Abführen des flüssigen dielektrischen Materials vorgesehen sein. Ferner können zwischen der Welle und dem Gehäuse geeignete Dichtungen vorgesehen sein. To be able to cause sufficient cooling of the same, may be provided in the housing of the electric machine, an inlet and an outlet for supplying and discharging the liquid dielectric material. Further, suitable seals may be provided between the shaft and the housing.
Ausreichend hohe Kapazitätswerte für den Drehscheibenkondensator lassen sich beispielsweise mit dielektrischen Materialien erreichen, die eine Sufficiently high capacitance values for the rotating disk capacitor can be achieved, for example, with dielectric materials which have a high capacitance
Permittivitätszahl, welche teilweise auch als relative Permittivität oder Permittivitätszahl, which partly as relative permittivity or
Dielektrizitätszahl bezeichnet wird, von mehr als 5, vorzugsweise mehr als 25, aufweisen. Dielectric constant is greater than 5, preferably more than 25, have.
Beispielsweise kann das dielektrische Material ein Keramikmaterial oder ein Polymermaterial sein, welche typischerweise Permittivitätszahlen im Bereich 5 bis 10 aufweisen. Das dielektrische Material kann auch Diamant, Rubin, For example, the dielectric material may be a ceramic material or a polymeric material, which typically has permittivity numbers in the range 5 to 10. The dielectric material may also be diamond, ruby,
Germanium oder ähnliches sein, welche typischerweise Permittivitätszahlen im Bereich von 10 bis 20 aufweisen. Vorteilhalfterweise kann das dielektrische Material auch als mit Glyzerin (z.B., Strukturformel C3H803) getränktes Papier bereitgestellt werden, welches typischerweise eine Permittivitätszahl von etwa 30 aufweist und den Vorteil niedriger Kosten mit sich bringen kann. Alternativ kann das dielektrische Material auch als oxidiertes Metall bereitgestellt werden, welches typischerweise Permittivitätszahlen im Bereich von 30 bis 60 aufweisen kann. Germanium or the like, which typically have permittivity numbers in the range of 10 to 20. Advantageously, the dielectric material may also be provided as paper impregnated with glycerol (eg, structural formula C 3 H 8 0 3 ), which typically has a permittivity number of about 30 and may entail the advantage of low cost. Alternatively, the dielectric material may also be provided as oxidized metal, which may typically have permittivity numbers in the range of 30 to 60.
Die Schicht aus dielektrischem Material kann den Spalt zwischen der Scheibe und der gegenüber liegenden Fläche des Gehäuses weitgehend, das heißt beispielsweise zu mehr als 50% oder mehr als 80%, vorzugsweise aber nicht vollständig, d.h. weniger als 99% oder weniger als 95%, ausfüllen. Mit anderen Worten kann ein überwiegender Anteil des Spaltes mit der dielektrischen Schicht ausgefüllt sein, es soll aber vorzugsweise weiterhin ein lediglich mit Gas, insbesondere Luft, gefüllter Restspalt zwischen der rotierfähigen Scheibe und der stationären Fläche des Gehäuses verbleiben, so dass die Scheibe sich beim Betrieb der elektrischen Maschine weitestgehend reibungsfrei drehen kann. The layer of dielectric material may substantially, for example, more than 50% or more than 80%, but preferably not complete, ie less than 99% or less than 95% of the gap between the disc and the opposite surface of the housing. fill out. With others In words, a predominant portion of the gap may be filled with the dielectric layer, but it should preferably continue to remain only with gas, in particular air, filled residual gap between the rotatable disc and the stationary surface of the housing, so that the disc during operation of the electric Machine can rotate largely frictionless.
Die beschriebenen Ausführungsformen einer elektrischen Maschine, zwischen deren Rotorwelle und deren Gehäuse ein Drehscheibenkondensator ausgebildet ist, können insbesondere für elektrische Maschinen vorteilhaft sein, die dazu ausgelegt sind, mittels eines Pulswechselrichters betrieben zu werden. Solche elektrischen Maschinen werden häufig z.B. als Synchronmaschinen für einen Einsatz in Elektro- oder Hybridfahrzeugen konzipiert. Dabei wird die elektrische Maschine über den modernen Pulswechselrichter mit einer Hochspannung von beispielsweise 200 bis 600 V bei einer Taktfrequenz von 10 bis 30 kHz und einer Flankensteilheit von 100 bis 200 ns betrieben. Die hoch getaktete Hochspannung kann auf die Rotorwelle koppeln und hochfrequente Störströme erzeugen, welche Frequenzen im Bereich von 10 kHz bis 30 MHz aufweisen können. The described embodiments of an electrical machine, between whose rotor shaft and its housing a rotary disk condenser is formed, may be particularly advantageous for electrical machines which are designed to be operated by means of a pulse-controlled inverter. Such electrical machines are often used e.g. designed as synchronous machines for use in electric or hybrid vehicles. In this case, the electric machine is operated via the modern pulse-controlled inverter with a high voltage of, for example, 200 to 600 V at a clock frequency of 10 to 30 kHz and a slope of 100 to 200 ns. The high clocked high voltage can couple to the rotor shaft and generate high frequency noise currents, which can have frequencies in the range of 10 kHz to 30 MHz.
Solche Störströme können, sofern sie nicht kurz (niederohmig) gegen das Maschinengehäuse (Masse) abgeleitet werden, eine Fahrzeugelektronik wie beispielsweise eine Elektronik in einem Steuergerät oder einem Radio erheblich stören. Such interference currents can, if they are not short (low resistance) are derived against the engine housing (mass), a vehicle electronics such as electronics in a controller or a radio significantly disturb.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von erfindungsgemäßen elektrischen Maschinen hierin mit Bezug auf It should be noted that possible features and advantages of electrical machines according to the invention are described herein with reference to FIG
unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind. Eindifferent embodiments of the invention are described. One
Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert beziehungsweise ersetzt werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. A person skilled in the art recognizes that the features can be suitably combined or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings, wherein neither the description nor the
Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Figur 1 zeigt im Querschnitt eine elektrische Maschine gemäß einer Drawings are to be construed as limiting the invention. Figure 1 shows in cross section an electric machine according to a
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Embodiment of the present invention.
Figur 2 zeigt ein Frequenzverhalten von Störströmen innerhalb einer elektrischen Maschine (drehende Rotor). FIG. 2 shows a frequency behavior of interference currents within an electrical machine (rotating rotor).
Figur 3 zeigt Details einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren FIG. 3 shows details of an electrical machine according to another
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit flüssigem Dielektrikum. Embodiment of the present invention with liquid dielectric.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. The figures are only schematic and not to scale.
Ausführungsformen der Erfindung Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 gemäß einer Ausführungsform derDETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows an electrical machine 1 according to one embodiment of the invention
Erfindung. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 3, einen Rotor 5, eine Rotorwelle 7 und ein Gehäuse 9 auf. Der Stator 3 ist fest mit dem Gehäuse 9 verbunden, wobei das Gehäuse 9 sowohl den Stator 3 als auch den Rotor 5 umschließt. Das Gehäuse 9 ist im gezeigten Beispiel zweiteilig ausgebildet mit einem Gehäusetopf 13 und einem Deckel 15, welcher an einer Stirnseite der elektrischen Maschine 1 an den Gehäusetopf 13 angeschraubt werden kann. Das Gehäuse 9, insbesondere dessen Deckel 15, bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall. Der Rotor 5 ist aus einem Blechpaket 1 1 und Magneten 32 aufgebaut, in derenInvention. The electric machine 1 has a stator 3, a rotor 5, a rotor shaft 7 and a housing 9. The stator 3 is fixedly connected to the housing 9, wherein the housing 9 surrounds both the stator 3 and the rotor 5. The housing 9 is formed in two parts in the example shown with a housing pot 13 and a lid 15 which can be screwed to an end face of the electric machine 1 to the housing pot 13. The housing 9, in particular its lid 15, consist of an electrically conductive material, preferably of metal. The rotor 5 is composed of a laminated core 1 1 and magnets 32, in whose
Zentrum eine Ausnehmung vorgesehen ist, in die die Rotorwelle 7 eingreift, welche in einem Kugellager 30 gelagert ist. An einem überstehenden Bereich der Rotorwelle 7 ist ein Drehzahlsensor 17 angeordnet. Mit Hilfe dieses Center is provided a recess into which the rotor shaft 7 engages, which is mounted in a ball bearing 30. At a projecting portion of the rotor shaft 7, a speed sensor 17 is arranged. With the help of this
Drehzahlsensors kann eine Drehzahl oder eine aktuelle Winkelorientierung des Rotors 5 ermittelt und beispielsweise zum Steuern der elektrischen Maschine 1 verwendet werden. Speed sensor, a speed or a current angular orientation of the rotor 5 is determined and used for example to control the electric machine 1.
An einem Ende der Rotorwelle 7 ist eine Scheibe 21 aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet. Die Scheibe 21 ist beispielsweise als metallene, dünne Kreisscheibe ausgebildet und wird elektrisch galvanisch mit der At one end of the rotor shaft 7, a disc 21 is arranged made of an electrically conductive material. The disk 21 is formed for example as a metal, thin circular disk and is electrically galvanic with the
Rotorwelle verbunden, zum Beispiel verschraubt. Die Scheibe 21 weist typischerweise einen Durchmesser auf, der wesentlich größer ist, als der Durchmesser der Rotorwelle 7. Wenn beispielsweise der gesamte Rotor 5 einen Durchmesser von mehreren Zentimetern aufweist, zum Beispiel etwa 10 cm, so kann der Durchmesser der Scheibe 21 ähnlich groß gewählt sein, beispielsweise in einem Bereich von 5 bis 15 cm liegen. Die Scheibe 21 kann nur wenigerRotor shaft connected, for example screwed. The disc 21 has Typically, for example, if the entire rotor 5 has a diameter of several centimeters, for example about 10 cm, the diameter of the disc 21 may be selected to be similarly large, for example in FIG range from 5 to 15 cm. The disc 21 can only do less
Millimeter, beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm, dick sein. Millimeters, for example, between 1 mm and 20 mm thick.
Die Scheibe 21 ist derart ausgebildet und an der Rotorwelle 7 angeordnet, dass zwischen dieser Scheibe 21 und einer gegenüber liegenden Fläche 23 des Deckels 15 des Gehäuses 9 lediglich ein schmaler Spalt 25 verbleibt. DieserThe disc 21 is formed and arranged on the rotor shaft 7, that only a narrow gap 25 remains between this disc 21 and an opposite surface 23 of the lid 15 of the housing 9. This
Spalt kann eine Breite von weniger als 4 mm, vorzugsweise sogar weniger als 1 mm aufweisen. Durch die geringe Beabstandung der Scheibe 21 zu der gegenüber liegenden Fläche 23 des Gehäuses 9 kommt es zu einer signifikanten kapazitiven Kopplung zwischen diesen beiden elektrisch leitfähigen Gap may have a width of less than 4 mm, preferably even less than 1 mm. Due to the small spacing of the disk 21 to the opposite surface 23 of the housing 9, there is a significant capacitive coupling between these two electrically conductive
Komponenten. Die Anordnung aus Scheibe 21 und gegenüber liegender FlächeComponents. The arrangement of disc 21 and opposite surface
23 des Gehäuses 9 kann somit wie ein Drehscheibenkondensator wirken und die mit der Scheibe 21 in elektrischer Verbindung stehende Rotorwelle 7 kapazitiv mit dem Gehäuse 9 koppeln, welches seinerseits über eine Erdung 29 auf Masse liegt. 23 of the housing 9 can thus act as a turntable condenser and capacitively couple the standing with the disc 21 in electrical connection rotor shaft 7 with the housing 9, which in turn is grounded via a ground 29.
Um die Kapazität des Drehscheibenkondensators weiter zu steigern, kann innerhalb des Spaltes 25 eine Schicht 27 aus einem dielektrischen Material vorgesehen sein. Diese Schicht kann beispielsweise mit einer geringen Dicke von 0,5 bis 1 mm beispielsweise an der Innenseite des Deckels 15 des In order to further increase the capacity of the rotating disk capacitor, a layer 27 of a dielectric material may be provided within the gap 25. This layer can, for example, with a small thickness of 0.5 to 1 mm, for example, on the inside of the lid 15 of the
Gehäuses 9, das heißt auf der der Scheibe 21 gegenüber liegenden Fläche desHousing 9, that is on the disc 21 opposite surface of the
Gehäuses 9, aufgebracht sein. Alternativ oder ergänzend kann eine dielektrische Schicht auch an einer zu der Gehäuseinnenseite gerichteten Oberfläche der Scheibe 21 ausgebildet sein. Die Schicht 27 kann zum Beispiel aus Keramik oder aus einem mit Glyzerinöl getränkten Papier bestehen. Housing 9, be applied. Alternatively or additionally, a dielectric layer may also be formed on a surface of the disk 21 directed toward the inside of the housing. The layer 27 may be made of, for example, ceramic or of a paper impregnated with glycerin oil.
Alternativ oder ergänzend kann in dem Gehäuse 9 und insbesondere im Bereich des Spaltes 25 ein flüssiges dielektrisches Material vorgesehen sein, um die Kapazität des von der Scheibe 21 und der gegenüberliegenden Alternatively or additionally, in the housing 9 and in particular in the region of the gap 25, a liquid dielectric material may be provided to the capacity of the disc 21 and the opposite
Gehäuseoberfläche gebildeten Drehkondensators zu steigern. Das flüssige dielektrische Material kann über Ein- und Auslässe (nicht dargestellt) zu und abgeführt werden und während des Betriebs kontinuierlich ausgetauscht bzw. umgewälzt werden, um z.B. lokale Überhitzungen vermeiden zu können. Case surface formed to increase rotary capacitor. The liquid dielectric material may be supplied via inlets and outlets (not shown) to and be removed and continuously replaced or circulated during operation, for example, to avoid local overheating.
Um die Kapazität des Drehscheibenkondensators weiter zu erhöhen, können an dem Gehäuse 9, insbesondere an dem Deckel 15 in einem Bereich radial angrenzend an die Scheibe 21 nach innen abragende Vorsprünge 31 In order to further increase the capacity of the rotary disk condenser, inwardly projecting projections 31 may be provided on the housing 9, in particular on the cover 15, in a region radially adjacent to the disk 21
vorgesehen sein. Diese Vorsprünge 31 können als Kreisring ausgebildet sein und die Scheibe 21 ringförmig radial außerhalb umschließen, so dass auch hier lediglich ein schmaler Spalt verbleibt. Auch dieser schmale Spalt kann zumindest teilweise mit einem dielektrischen Material ausgefüllt sein. be provided. These projections 31 may be formed as a circular ring and enclose the disc 21 annular radially outside, so that also here only a narrow gap remains. Also, this narrow gap may be at least partially filled with a dielectric material.
Je nachdem, wie groß die Scheibe 21 ist, das heißt, wie groß die Fläche ist, mit der die Scheibe 21 an die gegenüber liegende Fläche 23 des Gehäuses 9 angrenzt, wie breit der Spalt 25 ist und welche Permittivität ein eventuell in dem Spalt 25 vorgesehenes dielektrisches Material aufweist, kann der hierdurch gebildete Drehscheibenkondensator Kapazitätswerte von deutlich mehr als 1 nF, vorzugsweise im Bereich von ca. 10 nF, aufweisen. Depending on how large the disc 21 is, that is, how large is the area at which the disc 21 is adjacent to the opposite surface 23 of the housing 9, how wide the gap 25 is and what permittivity possibly in the gap 25th has provided dielectric material, the turntable capacitor formed thereby capacitance values of significantly more than 1 nF, preferably in the range of about 10 nF, have.
Über den Drehscheibenkondensator derart ausreichender Kapazität kann die Rotorwelle 7 kapazitiv an das geerdete Gehäuse 9 angekoppelt werden. The rotor shaft 7 can be capacitively coupled to the grounded housing 9 via the turntable capacitor of sufficient capacity.
Hochfrequente Störströme, die während des Betriebes der elektrischen Maschine 1 in dem Rotor 5 erzeugt werden und auf die Rotorwelle 7 übertragen werden, können somit an das Gehäuse 9 abgeleitet werden. High-frequency interference currents, which are generated during operation of the electric machine 1 in the rotor 5 and transmitted to the rotor shaft 7, can thus be derived to the housing 9.
Dies ist in dem Graphen aus Figur 2 veranschaulicht. Der Graph gibt ein This is illustrated in the graph of FIG. The graph enters
Spannungsrauschen UR (englisch: noise voltage) in Abhängigkeit von der Frequenz v erzeugter hochfrequenter Störströme an. Voltage Noise UR (English: noise voltage) as a function of the frequency v generated high frequency noise.
Wie aus Figur 2 zu erkennen, ist bei fehlender kapazitiver Ankopplung des Rotors 5 an das Gehäuse 9, das heißt bei einer Kapazität des As can be seen from Figure 2, in the absence of capacitive coupling of the rotor 5 to the housing 9, that is at a capacity of
Drehscheibenkondensators von 0 nF, ein Spannungsrauschen UR im gesamten Frequenzbereich von 10 kHz bis 30 MHz deutlich höher als bei einem Fall, bei dem eine signifikante Ankopplung des Rotors 5 über einen Turntable capacitor of 0 nF, a voltage noise U R in the entire frequency range of 10 kHz to 30 MHz significantly higher than in a case in which a significant coupling of the rotor 5 via a
Drehscheibenkondensator an das Gehäuse 9 stattfindet und beispielsweise eine Kapazität dieses Drehscheibenkondensators größer als 1 nF, vorzugsweise sogar größer als 5 nF ist. Bei Kapazitäten von mehr als 5 nF ist ein verbleibendes Spannungsrauschen lediglich geringfügig höher als ein Turning disk capacitor takes place on the housing 9 and, for example, a capacity of this turntable capacitor is greater than 1 nF, preferably even greater than 5 nF. For capacities of more than 5 nF is a remaining voltage noise only slightly higher than one
Hintergrundrauschniveau UR0. Die elektrische Maschine erscheint somit über den gesamten Frequenzbereich ausreichend entstört. Figur 3 zeigt Details einer elektrischen Maschine 1 gemäß einer weiterenBackground noise level U R0 . The electrical machine appears thus sufficiently suppressed over the entire frequency range. FIG. 3 shows details of an electrical machine 1 according to another
Ausführungsform. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist an der Rotorwelle 7 eine Scheibe 21 vorgesehen. Die Scheibe 21 ist in diesem Fall zweiteilig ausgestaltet, d.h. besteht aus zwei Teilscheiben 20, 22, welche mittels Schraubverbindungen 37 zusammengehalten sind. Zwischen den Teilscheiben 20, 22 befindet sich ein Lufteinschluss 24. Um die Scheibe 21 herum ist eineEmbodiment. As in the embodiment described above, a disc 21 is provided on the rotor shaft 7. The disc 21 is designed in two parts in this case, i. consists of two partial discs 20, 22, which are held together by means of screw 37. Between the part discs 20, 22 is an air pocket 24. Around the disc 21 is around a
Elektrode 33 vorgesehen, welche über das Gehäuse 9 der Maschine 1 elektrisch auf Masse 39 liegt. Die Elektrode 33 umgibt die Scheibe 21 derart, dass zwischen ihr und der Scheibe 21 ein Spalt 25 gebildet wird. In der beschriebenen Ausführungsform ist in diesen Spalt 25 ein Dielektrikum aus flüssigem Material 26 eingefüllt, beispielsweise ein wasserbasiertes Dielektrikum. Gegenüber derElectrode 33 is provided which is electrically connected to the housing 9 of the machine 1 to ground 39. The electrode 33 surrounds the disk 21 such that a gap 25 is formed between it and the disk 21. In the described embodiment, a dielectric of liquid material 26 is filled in this gap 25, for example a water-based dielectric. Opposite the
Rotorwelle 7 ist die Elektrode mittels Dichtungen 35 abgedichtet, um ein Rotor shaft 7, the electrode is sealed by means of seals 35 to a
Austreten des flüssigen Dielektrikums zu vermeiden. To avoid leakage of the liquid dielectric.

Claims

Ansprüche claims
Elektrische Maschine (1 ), aufweisend: Electric machine (1), comprising:
einen Stator (3),  a stator (3),
einen Rotor (5),  a rotor (5),
eine Rotorwelle (7),  a rotor shaft (7),
ein Gehäuse (9), welches den Stator (3) und den Rotor (5) umgibt;  a housing (9) surrounding the stator (3) and the rotor (5);
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
an der Rotorwelle (7) in einem über den Rotor (5) abragenden Bereich (19) eine Scheibe (21 ) aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet ist, wobei die Scheibe (21 ) derart dimensioniert ist und derart nahe zu einer gegenüberliegenden Fläche (23) des Gehäuses (9) angeordnet ist, dass über einen Spalt (25) zwischen der Scheibe (21 ) und dem Gehäuse (9) hochfrequente elektrische Störströme, die innerhalb des Rotors (5) auftreten, kapazitiv übertragen werden können.  a disc (21) of an electrically conductive material is arranged on the rotor shaft (7) in a region (19) projecting beyond the rotor (5), the disc (21) being dimensioned in such a way and being close to an opposite surface (23 ) of the housing (9) is arranged, that over a gap (25) between the disc (21) and the housing (9) high-frequency electrical interference currents that occur within the rotor (5) can be transmitted capacitively.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , wobei die Scheibe (21 ) derart dimensioniert ist und derart nahe zu einer gegenüberliegenden Fläche (23) des Gehäuses (9) angeordnet ist und ein Medium innerhalb des Spaltes (25) derart gewählt ist, dass mit der Scheibe (21 ) und der gegenüberliegenden Fläche (23) des Gehäuses (9) ein Drehscheibenkondensator mit einer Kapazität von wenigstens 1 nF, vorzugsweise wenigstens 5 nF, gebildet wird. Electric machine according to claim 1, wherein the disc (21) is dimensioned in such a way and is arranged so close to an opposite surface (23) of the housing (9) and a medium within the gap (25) is selected such that with the disc ( 21) and the opposite surface (23) of the housing (9) a rotary disc capacitor having a capacity of at least 1 nF, preferably at least 5 nF, is formed.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Spalt (25) eine Schicht (27) aus einem dielektrischen Material angeordnet ist. Electric machine according to claim 1 or 2, wherein in the gap (25) a layer (27) of a dielectric material is arranged.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Spalt (25) flüssiges dielektrisches Material (26) angeordnet ist. An electric machine according to claim 1 or 2, wherein liquid dielectric material (26) is disposed in the gap (25).
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei das flüssige dielektrische Material (26) ein wasserbasiertes Dielektrikum ist. The electric machine of claim 4, wherein the liquid dielectric material (26) is a water-based dielectric.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Spalt (25) mittels Dichtungen (35) gegen die Rotorwelle (7) abgedichtet ist. 6. Electrical machine according to claim 4 or 5, wherein the gap (25) by means of seals (35) against the rotor shaft (7) is sealed.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei in dem Gehäuse ein Einlass und ein Auslass zum Zu- und Abführen des flüssigen dielektrischen7. Electrical machine according to claim 4, 5 or 6, wherein in the housing an inlet and an outlet for supplying and discharging the liquid dielectric
Materials (26) vorgesehen ist. Material (26) is provided.
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das 8. Electrical machine according to one of claims 3 to 7, wherein the
dielektrische Material eine Permittivitätszahl von mehr als 5, vorzugsweise mehr als 25, aufweist.  dielectric material has a permittivity number greater than 5, preferably greater than 25.
9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Spalt (25) kleiner als 4mm, vorzugsweise kleiner als 2mm, ist. 10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Scheibe9. Electrical machine according to one of claims 1 to 8, wherein the gap (25) is smaller than 4mm, preferably smaller than 2mm. 10. Electrical machine according to one of claims 1 to 9, wherein the disc
(21 ) einen größeren Durchmesser aufweist als die Rotorwelle (7). (21) has a larger diameter than the rotor shaft (7).
1 1 . Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die 1 1. Electric machine according to one of claims 1 to 10, wherein the
Scheibe (21 ) einen Durchmesser größer als der halbe Durchmesser des Rotors (5) aufweist.  Disc (21) has a diameter greater than half the diameter of the rotor (5).
12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die 12. Electrical machine according to one of claims 1 to 1 1, wherein the
Scheibe (21 ) aus mehreren Teilscheiben zusammengesetzt ist. 13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die  Disc (21) is composed of several part discs. 13. Electrical machine according to one of claims 1 to 12, wherein the
Scheibe (21 ) und/oder das Gehäuse (9) aus Metall besteht.  Washer (21) and / or the housing (9) consists of metal.
14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die 14. Electrical machine according to one of claims 1 to 13, wherein the
Störströme bei Gleichtakt Frequenzen im Bereich von 10 kHz bis 30 MHz aufweisen.  Interference currents at common mode frequencies in the range of 10 kHz to 30 MHz.
15. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die 15. Electrical machine according to one of claims 1 to 14, wherein the
elektrische Maschine (1 ) dazu ausgelegt ist, mittels eines  electrical machine (1) is designed by means of a
Pulswechselrichters betrieben zu werden.  Pulse inverter to be operated.
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