WO2023030661A1 - Electronically commutated electric motor - Google Patents

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WO2023030661A1
WO2023030661A1 PCT/EP2021/074497 EP2021074497W WO2023030661A1 WO 2023030661 A1 WO2023030661 A1 WO 2023030661A1 EP 2021074497 W EP2021074497 W EP 2021074497W WO 2023030661 A1 WO2023030661 A1 WO 2023030661A1
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rotor
side switch
switch element
stator
switch
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Application number
PCT/EP2021/074497
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Schneider
Matthias Boutros-Mikhail
Mladen TERZIC
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators

Definitions

  • the present invention relates to an electronically commutated electric motor (EC motor for short) comprising a rotatable permanent-magnetic motor rotor, a stationary electromagnetic motor stator with at least one stator coil, and power electronics for energizing the at least one stator coil with a drive current, comprising a large number of semiconductor switches for electronic commutation of the drive current.
  • EC motor electronically commutated electric motor
  • Electronically commutated electric motors are also referred to as brushless DC motors (BLDC motors for short), since the drive current in these electric motors is not commutated via wear-prone sliding contacts with brush elements, as is the case with conventional DC motors, but electronically via semiconductor switches.
  • Such electric motors therefore generally have a relatively long service life compared to mechanically commutated electric motors.
  • Electronically commutated electric motors typically include special control electronics that switch the semiconductor switches depending on a current angle of rotation of the motor rotor in order to commutate the drive current depending on the current angle of rotation.
  • At least one magnetic field sensor which detects the rotor magnetic field generated by the permanent magnet motor rotor, is typically used to detect the current angle of rotation of the motor rotor.
  • the current angle of rotation of the motor rotor can also be determined without sensors by evaluating electrical parameters of the motor stator (e.g. via the counter-electromotive force, in short: Back EMF) can be determined.
  • the control electronics are generally relatively complex and therefore expensive.
  • the electronically commutated electric motor comprises a mechanical switch arrangement for switching the multiplicity of semiconductor switches in the power electronics, the switch arrangement having a number of switch devices corresponding to the number of semiconductor switches in the power electronics.
  • the switch arrangement is designed in such a way that each semiconductor switch of the power electronics is assigned a specific switch device, which is electrically connected to a control input of the respective semiconductor switch, so that a power supply to a control input of the respective semiconductor switch can be switched on and off via the switch device.
  • Each switch device is thus designed to switch one of the semiconductor switches on or off by energizing the control input or by interrupting the power supply to the control input.
  • each switch device comprises a rotor-side switch element, which is connected in a rotationally fixed manner to the motor rotor, and a stator-side switch element, which is arranged in a stationary manner.
  • the rotor-side switch elements are typically arranged on a rotor shaft of the motor rotor and the stator-side switch elements are typically radially adjacent to the motor rotor in a housing of the arranged electric motor.
  • the switch elements on the rotor side and the switch elements on the stator side are arranged and designed in such a way that they interact mechanically—i.e. via a physical contact between the switch element on the rotor side and the switch element on the stator side—to switch on the power supply to the control input of the corresponding semiconductor switch as a function of a motor rotor rotation angle or turn off.
  • the switch devices can be designed, for example, in such a way that the rotor-side switch elements and the stator-side switch elements each have electrically conductive elements that are in direct mechanical/physical contact with one another for defined motor rotor rotation angles and thereby create an electrically conductive connection to the control input of the corresponding semiconductor switch, and which are not in contact with each other for other defined motor rotor rotation angles and thus interrupt the electrically conductive connection to the control input of the corresponding semiconductor switch.
  • the rotor-side switch elements or the stator-side switch elements have a special surface contour that defines areas with different radial heights in the circumferential direction of the motor rotor, and the other switch elements have a scanning element that mechanically scans the surface contour and depending on the radial height the surface contour actuates a switch through which the power supply to the control input of the respective semiconductor switch can be switched on and off.
  • the switch arrangement according to the invention allows through targeted positioning and design of the rotor-side switch elements and of the stator-side switch elements with respect to the circumference of the motor rotor, a motor rotor rotation angle-dependent commutation of the drive current, for which neither complex control electronics nor a magnetic field sensor for detecting the motor rotor rotation angle is required. This creates an inexpensive electronically commutated electric motor.
  • the rotor-side switch element or the stator-side switch element is designed as a slip ring with at least one electrically conductive section and at least one electrically non-conductive section, and the respective other switch element is designed as a brush element that is in touching contact with the rotor-side switch element and is designed is to slide along the rotor-side switch element upon rotation of the motor rotor.
  • the rotor-side switch element and the stator-side switch element of the switch device consequently form what is known as a sliding contact, with the switch device enabling current to be supplied to the control input of the corresponding semiconductor switch when the stator-side switch element is in contact with an electrically conductive section of the rotor-side switch element, and current to the control input of the corresponding one Semiconductor switch interrupts when the stator-side switch element is in contact with an electrically non-conductive portion of the rotor-side switch element.
  • the circumferential extent and circumferential position of the at least one electrically conductive section and the at least one electrically non-conductive section can consequently be defined in a simple manner for which motor rotor rotation angle the corresponding semiconductor switch should be switched on (control input energized) and for which motor rotor rotation angle the corresponding semiconductor switch should be switched on switched off (control input not energized).
  • the electrical switching energy required to switch the semiconductor switch is - very low, especially in comparison to the drive energy of the electric motor, so that wear of the brush elements and/or the slip rings due to switching sparks and/or electrical heating is only relatively low.
  • This configuration of the switch device can be implemented relatively easily and consequently inexpensively and enables the semiconductor switches to be controlled reliably as a function of the motor rotor angle of rotation.
  • At least two of the switch devices have a common rotor-side switch element, such that the stator-side switch elements of these at least two switch devices are all in touching contact with the common rotor-side switch element and are each designed, when the motor rotor rotates along the to slide common rotor-side switch element. Because at least two of the switch devices consequently use a common slip ring, the total number of slip rings required for the multiplicity of switch devices and thus the installation space required for the slip rings can be significantly reduced. It is also conceivable that all switch devices have only a single common switch element on the rotor side, ie a single common slip ring.
  • a switching voltage is advantageously permanently present at all rotor-side switch elements during operation of the electric motor, so that by creating an electrically conductive contact between the rotor-side switch elements and the corresponding stator-side switch elements, current can be supplied to the control input of the corresponding semiconductor switch in a simple manner.
  • the switching voltage is here via a correspondingly designed sliding contact on a rotor shaft of the Motor rotor applied and the electrically conductive areas of the slip rings of the rotor-side switch elements or the brush elements of the rotor-side switch elements are each electrically conductively connected to the rotor shaft.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an electronically commutated electric motor according to the invention
  • Figure 2 shows a schematic representation of a switch arrangement of the electronically commutated electric motor from Figure 1,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the positions and extents of rotor-side and stator-side switch elements of the switch arrangement from FIG. 2 in relation to a circumference of a motor rotor of the electronically commutated electric motor from FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the positions and extents of rotor-side and stator-side switch elements of an alternative switch arrangement for the electronically commutated electric motor from FIG.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the positions and extents of rotor-side and stator-side switch elements of a further alternative switch arrangement for the electronically commutated electric motor from FIG.
  • Figure 6 shows a schematic representation of an alternative electronically commutated electric motor according to the invention
  • Figure 7 shows a schematic representation of a switch arrangement of the electronically commutated electric motor from Figure 6
  • Figure 8 is a schematic representation of positions and dimensions of rotor-side and stator-side switch elements Switch arrangement from FIG. 7 in relation to a circumference of a motor rotor of the electronically commutated electric motor from FIG. 6, and
  • FIG. 9 shows a schematic representation of positions and extensions of rotor-side and stator-side switch elements of an alternative switch arrangement for the electronically commutated electric motor from FIG.
  • Figure 1 shows an electronically commutated electric motor 100 with a rotatably mounted motor rotor 102, a stationary motor stator 104, power electronics 106 and a mechanical switch assembly 108.
  • the motor rotor 102 includes a permanent-magnetic rotor body 110, which has a single magnetic north pole N and a single magnetic south pole S in the present exemplary embodiment.
  • the motor rotor 102 further includes a rotor shaft 112 which is made of an electrically conductive material and to which the rotor body 110 is fixed.
  • the motor stator 104 comprises six electromagnetic stator coils 114a-f, which are electrically connected to the power electronics 106 in order—in a manner well known from the prior art—to be supplied with a three-phase drive current.
  • the stator coils 114a,d are electrically connected to a first drive current phase U, the stator coils 114b,e to a second drive current phase V and the stator coils 114c,f to a third drive current phase W .
  • the power electronics 106 comprises a three-phase inverter with four semiconductor switches 116a-d and two capacitors 118a, b (English: four-switch three-phase inverter, FSTPI), which--as shown schematically in FIGS. 1 and 2--are arranged in a so-called bridge circuit with three half-bridges.
  • FSTPI four-switch three-phase inverter
  • the switch arrangement 108 comprises four switch devices 122a-d.
  • the number of switch devices always corresponds to the number of semiconductor switches in the power electronics.
  • Each switch device 122a-d includes a rotor-side switch element 124a-d and a stator-side switch element 126a-d.
  • switch arrangement 108 also includes a rotor shaft contacting device 128 with a rotor-side contacting element 130 and a stator-side contacting element 132.
  • rotor-side switch elements 124a-d and rotor-side contacting element 130 are each designed as a slip ring, which is arranged on the radial outside of rotor shaft 112 and radially encloses rotor shaft 112, and are stator-side switch element 126a-d and the stator-side contacting element 132 are each formed as a brush element which is arranged in such a way that it is in touching contact with the corresponding slip ring regardless of the current angle of rotation of the motor rotor 102 and slides along the corresponding slip ring when the motor rotor 102 rotates.
  • FIG. 3 schematically shows what is known as a development of the switch arrangement 108, the x-axis corresponding to the circumferential direction of the rotor shaft 112 and the y-axis corresponding to the axial direction of the rotor shaft 112--as shown in FIG.
  • the rotor-side switch elements 124a-d each have an electrically conductive section 134a-d and an electrically non-conductive section 136a-d, with the electrically conductive section 134a-d being in electrically conductive contact with the rotor shaft 112 in each case.
  • the electrically conductive sections 134a-d of the individual rotor-side switch elements 124a-d all have essentially the same circumferential extent, but are arranged at different circumferential positions of the rotor shaft 112 (different x-coordinates).
  • the electrically conductive section 134a of the first rotor-side switch element 124a extends over a circumferential range of 0° to 120°
  • the electrically conductive section 134b of the second rotor-side switch element 124b extends over a circumferential range of 60° to 180°
  • the electrically conductive portion 134c of the third rotor-side switch element 124c over a circumferential range of 180° to 300°
  • the electrically conductive portion 134d of the fourth rotor-side switch element 124d extends over a circumferential range of 240° to 360°.
  • the rotor-side contacting element 130 is designed to be completely electrically conductive and is in electrically conductive contact with the rotor shaft 112. The rotor-side contacting element 130 is thus electrically connected via the rotor shaft 112 to the electrically conductive sections 134a-d of the rotor-side switch elements 124a-d.
  • the stator-side contacting element 132 is electrically connected to a switching potential SP of 12 V, for example.
  • the switching potential SP is consequently—independent of the current angle of rotation of the motor rotor 102—at the rotor-side contacting element 130 and thus at the electrically conductive sections 134a-d of the rotor-side switch elements 124a-d.
  • the stator-side switch elements 126a-d are each electrically connected to the control input 120a-d of one of the semiconductor switches 116a-d.
  • the first stator-side switch element 126a is connected to the control input 120a of the first semiconductor switch 116a
  • the second stator-side switch element 126b is connected to the control input 120b of the second semiconductor switch 116b
  • the third stator-side switch element 126c is connected to the control input 120c of the third semiconductor switch 116c
  • the fourth stator-side switch element 126d is connected to the control input 120d of the fourth semiconductor switch 116d.
  • stator-side switch elements 126a-d touch the electrically conductive section 134a-d of the corresponding rotor-side switch element 124a-d, the switching potential SP is consequently present at the control input 120a-d of the corresponding semiconductor switch 116a-d, so that the latter is switched on.
  • the switching potential SP is not at the control input 120a-d of the corresponding semiconductor switch 116a-d so that it is switched off.
  • the switch arrangement 108 consequently switches the semiconductor switches 116a-d on and off when the motor rotor 102 rotates at defined angles of rotation of the motor rotor 102.
  • the switching rotation angles of the individual semiconductor switches 116a-d can be easily defined via the circumferential positions and the circumferential extension of the corresponding stator-side switch element 126a-d and the electrically conductive section 134a-d of the corresponding rotor-side switch element 122a-d.
  • FIG. 4 shows a schematic development of an alternative switch arrangement 208 according to the invention for the electronically commutated electric motor 100, the corresponding reference number from FIGS.
  • first switch device 222a and second switch device 222b have a first common rotor-side switch element 224ab
  • third switch device 222c and fourth switch device 222d have a second common rotor-side switch element 224cd.
  • first common rotor-side switch element 224ab forms both the rotor-side switch element of the first switch device 222a and the rotor-side switch element of the second switch device 222b
  • the second common rotor-side switch element 224cd forms both the rotor-side switch element of the third switch device 222c and the rotor-side switch element of the fourth Switch device 222d forms.
  • the common rotor-side switch elements 224ab, 224cd and the rotor-side contacting element 230 are each designed as a slip ring, and the stator-side switch elements 226a-d and the stator-side contacting element 232 are each designed as a brush element that slides along the corresponding slip ring when the motor rotor 102 rotates .
  • stator-side switch element 226a of the first switch device 222a and the stator-side switch element 226b of the second switch device 222b are arranged in such a way that they each touch the first common rotor-side switch element 224ab and the stator-side switch element 226c of the third switch device 222c and the stator-side switch element 226d of the fourth switch device 222d are arranged such that they each touch the second common rotor-side switch element 224cd.
  • the electrically conductive portion 234ab of the first common rotor-side switch element 224ab extends over a circumferential range of 0° to 120°
  • the electrically conductive portion 234bc of the second common rotor-side switch element 224bc extends over a circumferential range of 60° to 180°.
  • stator-side switch element 226a of the first switch device 222a and the stator-side switch element 226d of the fourth switch device 222d are each arranged at a circumferential position of 180°, and are the switch element 226b of the second switch device 222b and the stator-side switch element 226c of FIG third switch device 222c are each arranged at a circumferential position of 0°.
  • FIG. 5 shows a schematic development of a further alternative switch arrangement 308 according to the invention for the electronically commutated electric motor 100, with the corresponding reference numerals from Figures 2 to 4 having a leading 3 instead of a leading to designate features already known from the switch arrangement 108 or the switch arrangement 208 1 or 2 is used.
  • all four switch devices 322a-d have a single common rotor-side switch element 324.
  • the only common rotor-side switch element 324 thus forms the rotor-side switch element of all four switch devices 322a-d.
  • the only common rotor-side switch element 324 and the rotor-side contacting element 330 are each designed as a slip ring, and the stator-side switch element 326a-d and the stator-side contacting element 332 are each designed as a brush element that slides along the corresponding slip ring when motor rotor 102 rotates.
  • the stator-side switch elements 326a-d of all switch devices 322a-d are arranged in such a way that they each touch the single common rotor-side switch element 324.
  • the electrically conductive section 334 of the single common rotor-side switch element 324 extends over a circumferential range of 0° to 120°.
  • the stator-side switch element 226a of the first switch device 222a is arranged at a circumferential position of 180°
  • the stator-side switch element 226b of the second switch device 222b is arranged at a circumferential position of 0°
  • the stator-side switch element 226c of the third switch device 222c is arranged at a circumferential position of 300°
  • the stator-side switching element 226d of the fourth switching device 222d is arranged at a circumferential position of 120°.
  • FIG. 6 shows an alternative electronically commutated electric motor 400 according to the invention, the corresponding reference number from FIG.
  • the electronically commutated electric motor 400 differs from the electronically commutated electric motor 100 in that the power electronics 406 includes six semiconductor switches 416a-f, each of which has a control input 420a-f.
  • the switch arrangement 408 of the electronically commutated electric motor 400 consequently comprises six switch devices 422a-f, each of which has a rotor-side switch element 424a-f connected non-rotatably to the motor rotor 402 and a stationary stator-side switch element 426a-f.
  • the switch arrangement 408 is essentially analogous to of the already described switch arrangement 108 from FIGS.
  • Figure 7 shows a schematic representation of switch arrangement 408
  • Figure 8 shows a schematic development of switch arrangement 408, with analogous to Figures 3 to 5 the x-axis being the circumferential direction of rotor shaft 412 of motor rotor 402 of electronically commutated electric motor 400 and the y-axis corresponds to the axial direction of the rotor shaft 412 .
  • FIG. 9 shows a schematic development of an alternative switch arrangement 508 according to the invention for the electronically commutated electric motor 400, the corresponding reference number from FIGS. 7 and 8 with a leading 5 instead of a leading 4 being used to designate features already known from the switch arrangement 408.
  • the first switch device 522a and the second switch device 522b have a first common rotor-side switch element 524ab
  • the third switch device 522c and the fourth switch device 522d have a second common rotor-side switch element 524cd
  • the fifth switch device 522e and the sixth switch device have 522f has a third common rotor-side switch element 524ef.
  • stator-side switch element 526a of the first switch device 522a, the stator-side switch element 526c of the third switch device 522c, and the stator-side switch element 526e of the fifth switch device 522e each at a circumferential position of 0°
  • the switch element 526b of the second switch device 522b, the stator-side switch element 526d of the fourth switch device 522d and the stator-side switch element 526f of the sixth switch device 522f are each arranged at a circumferential position of 180°.
  • the switch arrangement 508 is constructed essentially analogously to the already described switch arrangement 208 from FIG.
  • stator-side switch elements 126; 226; 326; 426; 526 stator-side switch elements
  • stator-side contacting element 132; 232; 332; 432; 532 stator-side contacting element

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Electronically commutated electric motors (100; 400) comprising a power electronics system (106; 406) with a large number of semiconductor switches (116; 416) for electronically commutating a drive current are known. According to the invention, a mechanical switch arrangement (108; 208; 308; 408; 508) for switching the large number of semiconductor switches (116; 416) of the power electronics system (106; 406) is provided, wherein the switch arrangement (108; 208; 308; 408; 508) comprises a number of switch devices (122; 222; 322; 422; 522) which corresponds to the number of semiconductor switches (116; 416) of the power electronics system (106; 406), the switch devices each having a rotor-side switch element (124; 224; 324; 424; 524), which is connected for conjoint rotation to a motor rotor (102; 402), and a stationary stator-side switch element (126; 226; 326; 426; 526), and wherein the rotor-side switch element (124; 224; 324; 424; 524) and the stator-side switch element (126; 226; 326; 426; 526) of the switch devices (122; 222; 322; 422; 522) are designed to mechanically interact in order to connect and disconnect a power supply to/from a control input (120; 420) of one of the semiconductor switches (116; 516). The switch arrangement (108; 208; 308; 408; 508) according to the invention allows simple motor rotor rotation angle-dependent commutation of the drive current and therefore provides a cost-effective electronically commutated electric motor (100; 400).

Description

B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION
Elektronisch kommutierter Elektromotor Electronically commutated electric motor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Elektromotor (englisch: electronically commutated motor, kurz: EC-Motor) umfassend einen drehbaren permanentmagnetischen Motorrotor, einen feststehenden elektromagnetischen Motorstator mit mindestens einer Statorspule, und eine Leistungselektronik zur Bestromung der mindestens einen Statorspule mit einem Antriebsstrom, umfassend eine Vielzahl von Halbleiterschaltern zur elektronischen Kommutierung des Antriebsstroms. The present invention relates to an electronically commutated electric motor (EC motor for short) comprising a rotatable permanent-magnetic motor rotor, a stationary electromagnetic motor stator with at least one stator coil, and power electronics for energizing the at least one stator coil with a drive current, comprising a large number of semiconductor switches for electronic commutation of the drive current.
Elektronisch kommutierte Elektromotoren werden auch als bürstenlose Gleichstrommotoren (englisch: brushless DC motor, kurz BLDC-Motor) bezeichnet, da der Antriebsstrom bei diesen Elektromotoren nicht wie bei konventionellen Gleichstrommotoren über verschleißanfällige Schleifkontakte mit Bürstenelementen, sondern elektronisch über Halbleiterschalter kommutiert wird. Derartige Elektromotoren weisen daher gegenüber mechanisch kommutierten Elektromotoren im Allgemeinen eine relativ lange Lebensdauer auf. Electronically commutated electric motors are also referred to as brushless DC motors (BLDC motors for short), since the drive current in these electric motors is not commutated via wear-prone sliding contacts with brush elements, as is the case with conventional DC motors, but electronically via semiconductor switches. Such electric motors therefore generally have a relatively long service life compared to mechanically commutated electric motors.
Elektronisch kommutierte Elektromotoren umfassen typischerweise eine spezielle Steuerelektronik, die die Halbleiterschalter in Abhängigkeit eines aktuellen Drehwinkels des Motorrotors schaltet, um den Antriebsstrom in Abhängigkeit des aktuellen Drehwinkels zu kommutieren. Zur Erfassung des aktuellen Drehwinkels des Motorrotors wird typischerweise mindestens ein Magnetfeldsensor verwendet, der das von dem permanentmagnetischen Motorrotor erzeugte Rotormagnetfeld erfasst. Alternativ kann der aktuelle Drehwinkels des Motorrotors auch sensorlos durch Auswertung von elektrischen Parametern des Motorstators (beispielsweise über die Gegen-Elektromotorische-Kraft, kurz: Gegen-EMK) bestimmt werden. In jedem Fall ist die Steuerelektronik im Allgemeinen relativ komplex und somit kostenintensiv. Electronically commutated electric motors typically include special control electronics that switch the semiconductor switches depending on a current angle of rotation of the motor rotor in order to commutate the drive current depending on the current angle of rotation. At least one magnetic field sensor, which detects the rotor magnetic field generated by the permanent magnet motor rotor, is typically used to detect the current angle of rotation of the motor rotor. Alternatively, the current angle of rotation of the motor rotor can also be determined without sensors by evaluating electrical parameters of the motor stator (e.g. via the counter-electromotive force, in short: Back EMF) can be determined. In any case, the control electronics are generally relatively complex and therefore expensive.
Es stellt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, einen kostengünstigen elektronisch kommutierten Elektromotor zu schaffen. Against this background, the task arises of creating a cost-effective electronically commutated electric motor.
Diese Aufgabe wird durch einen elektronisch kommutierten Elektromotor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. This problem is solved by an electronically commutated electric motor with the features of main claim 1 .
Erfindungsgemäß umfasst der elektronisch kommutierte Elektromotor eine mechanische Schalteranordnung zum Schalten der Vielzahl von Halbleiterschaltern der Leistungselektronik, wobei die Schalteranordnung eine der Anzahl der Halbleiterschalter der Leistungselektronik entsprechende Anzahl Schaltervorrichtungen aufweist. Die Schalteranordnung ist im Speziellen derart ausgebildet, dass jedem Halbleiterschalter der Leistungselektronik eine spezifische Schaltervorrichtungen zugeordnet ist, die elektrisch mit einem Steuereingang des jeweiligen Halbleiterschalters verbunden ist, sodass über die Schaltervorrichtung eine Stromzufuhr zu einem Steuereingang des jeweiligen Halbleiterschalters einschaltbar und ausschaltbar ist. Jede Schaltervorrichtung ist also ausgebildet, durch Bestromen des Steuereingangs beziehungsweise durch Unterbrechen der Stromversorgung des Steuereingangs einen der Halbleiterschalter einzuschalten beziehungsweise auszuschalten. According to the invention, the electronically commutated electric motor comprises a mechanical switch arrangement for switching the multiplicity of semiconductor switches in the power electronics, the switch arrangement having a number of switch devices corresponding to the number of semiconductor switches in the power electronics. In particular, the switch arrangement is designed in such a way that each semiconductor switch of the power electronics is assigned a specific switch device, which is electrically connected to a control input of the respective semiconductor switch, so that a power supply to a control input of the respective semiconductor switch can be switched on and off via the switch device. Each switch device is thus designed to switch one of the semiconductor switches on or off by energizing the control input or by interrupting the power supply to the control input.
Jede Schaltervorrichtung umfasst hierbei ein rotorseitiges Schalterelement, das drehfest mit dem Motorrotor verbunden ist, und ein statorseitiges Schalterelement, das feststehend angeordnet ist. Die rotorseitigen Schalterelement sind typischerweise an einer Rotorwelle des Motorrotors angeordnet und die statorseitigen Schalterelemente sind typischerweise radial benachbart zum Motorrotor in einem Gehäuse des Elektromotors angeordnet. In jedem Fall sind die rotorseitigen Schalterelemente und die statorseitigen Schalterelemente derart angeordnet und ausgebildet, dass diese mechanisch - also über einen physischen Kontakt zwischen rotorseitigem Schalterelement und statorseitigem Schalterelement - Zusammenwirken, um die Stromzufuhr zu dem Steuereingang des entsprechenden Halbleiterschalters in Abhängigkeit eines Motorrotor-Drehwinkels einzuschalten oder auszuschalten. In this case, each switch device comprises a rotor-side switch element, which is connected in a rotationally fixed manner to the motor rotor, and a stator-side switch element, which is arranged in a stationary manner. The rotor-side switch elements are typically arranged on a rotor shaft of the motor rotor and the stator-side switch elements are typically radially adjacent to the motor rotor in a housing of the arranged electric motor. In any case, the switch elements on the rotor side and the switch elements on the stator side are arranged and designed in such a way that they interact mechanically—i.e. via a physical contact between the switch element on the rotor side and the switch element on the stator side—to switch on the power supply to the control input of the corresponding semiconductor switch as a function of a motor rotor rotation angle or turn off.
Die Schaltervorrichtungen können beispielsweise derart ausgebildet sein, dass die rotorseitigen Schalterelemente und die statorseitigen Schalterelemente jeweils elektrisch leitende Elemente aufweisen, die für definierte Motorrotor-Drehwinkel in direktem mechanischem/physischem Kontakt miteinander sind und dadurch eine elektrisch leitende Verbindung zum Steuereingang des entsprechenden Halbleiterschalters schaffen, und die für andere definierte Motorrotor-Drehwinkel nicht in Kontakt miteinander sind und dadurch die elektrisch leitende Verbindung zum Steuereingang des entsprechenden Halbleiterschalters unterbrechen. The switch devices can be designed, for example, in such a way that the rotor-side switch elements and the stator-side switch elements each have electrically conductive elements that are in direct mechanical/physical contact with one another for defined motor rotor rotation angles and thereby create an electrically conductive connection to the control input of the corresponding semiconductor switch, and which are not in contact with each other for other defined motor rotor rotation angles and thus interrupt the electrically conductive connection to the control input of the corresponding semiconductor switch.
Alternativ ist auch vorstellbar, dass die rotorseitigen Schalterelemente oder die statorseitigen Schalterelemente eine spezielle Oberflächenkontur aufweisen, die in Umfangsrichtung des Motorrotors Bereiche mit unterschiedlichen radialen Höhen definiert, und die jeweils anderen Schalterelemente ein Abtastelement aufweisen, das die Oberflächenkontur mechanisch abtastet und in Abhängigkeit der radialen Höhe der Oberflächenkontur einen Schalter betätigt, durch den die Stromzufuhr zum Steuereingang des jeweiligen Halbleiterschalters einschaltbar und ausschaltbar ist. Alternatively, it is also conceivable that the rotor-side switch elements or the stator-side switch elements have a special surface contour that defines areas with different radial heights in the circumferential direction of the motor rotor, and the other switch elements have a scanning element that mechanically scans the surface contour and depending on the radial height the surface contour actuates a switch through which the power supply to the control input of the respective semiconductor switch can be switched on and off.
Die erfindungsgemäße Schalteranordnung ermöglicht durch gezielte Positionierung und Ausbildung der rotorseitigen Schalterelemente sowie der statorseitigen Schalterelemente bezüglich des Umfangs des Motorrotors eine Motorrotor-Drehwinkel-abhängige Kommutierung des Antriebsstroms, für die weder eine komplexe Steuerelektronik noch ein Magnetfeldsensor zur Erfassung des Motorrotor-Drehwinkels erforderlich ist. Dies schafft einen kostengünstigen elektronisch kommutierten Elektromotor. The switch arrangement according to the invention allows through targeted positioning and design of the rotor-side switch elements and of the stator-side switch elements with respect to the circumference of the motor rotor, a motor rotor rotation angle-dependent commutation of the drive current, for which neither complex control electronics nor a magnetic field sensor for detecting the motor rotor rotation angle is required. This creates an inexpensive electronically commutated electric motor.
Vorzugsweise ist das rotorseitige Schalterelement oder das statorseitige Schalterelement als ein Schleifring mit mindestens einem elektrisch leitenden Abschnitt und mindestens einem elektrisch nicht-leitenden Abschnitt ausgebildet, und ist das jeweils andere Schalterelement als ein Bürstenelement ausgebildet, das in berührendem Kontakt mit dem rotorseitigen Schalterelement steht und ausgebildet ist, bei einer Drehung des Motorrotors entlang des rotorseitigen Schalterelements zu gleiten. Das rotorseitige Schalterelement und das statorseitige Schalterelement der Schaltervorrichtung bilden folglich einen sogenannten Schleifkontakt, wobei die Schaltervorrichtung eine Stromzufuhr zum Steuereingang des entsprechenden Halbleiterschalters ermöglicht, wenn das statorseitige Schalterelement mit einem elektrisch leitenden Abschnitt des rotorseitigen Schalterelements in Kontakt steht, und die Stromzufuhr zum Steuereingang des entsprechenden Halbleiterschalters unterbricht, wenn das statorseitige Schalterelement mit einem elektrisch nicht-leitenden Abschnitt des rotorseitigen Schalterelements in Kontakt steht. Über die Umfangsausdehnung und Umfangsposition des mindestens einen elektrisch leitenden Abschnitts und des mindestens einen elektrisch nichtleitenden Abschnitts kann folglich auf einfache Weise definiert werden, für welche Motorrotor-Drehwinkel der entsprechende Halbleiterschalter eingeschaltet (Steuereingang bestromt) werden soll und für welche Motor- Rotordrehwinkel der entsprechende Halbleiterschalter ausgeschaltet (Steuereingang nicht bestromt) werden soll. Die zum Schalten des Halbleiterschalters benötigte elektrische Schaltenergie ist hierbei - insbesondere im Vergleich zur Antriebsenergie des Elektromotors - sehr gering, sodass ein Verschleiß der Bürstenelemente und/oder der Schleifringe auf Grund von Schaltfunken und/oder elektrischer Erhitzung nur relativ gering ist. Diese Ausgestaltung der Schaltervorrichtung kann relativ einfach und folglich kostengünstig realisiert werden und ermöglicht eine zuverlässige Motorrotor-Drehwinkel-abhängige Ansteuerung der Halbleiterschalter. Preferably, the rotor-side switch element or the stator-side switch element is designed as a slip ring with at least one electrically conductive section and at least one electrically non-conductive section, and the respective other switch element is designed as a brush element that is in touching contact with the rotor-side switch element and is designed is to slide along the rotor-side switch element upon rotation of the motor rotor. The rotor-side switch element and the stator-side switch element of the switch device consequently form what is known as a sliding contact, with the switch device enabling current to be supplied to the control input of the corresponding semiconductor switch when the stator-side switch element is in contact with an electrically conductive section of the rotor-side switch element, and current to the control input of the corresponding one Semiconductor switch interrupts when the stator-side switch element is in contact with an electrically non-conductive portion of the rotor-side switch element. The circumferential extent and circumferential position of the at least one electrically conductive section and the at least one electrically non-conductive section can consequently be defined in a simple manner for which motor rotor rotation angle the corresponding semiconductor switch should be switched on (control input energized) and for which motor rotor rotation angle the corresponding semiconductor switch should be switched on switched off (control input not energized). The electrical switching energy required to switch the semiconductor switch is - very low, especially in comparison to the drive energy of the electric motor, so that wear of the brush elements and/or the slip rings due to switching sparks and/or electrical heating is only relatively low. This configuration of the switch device can be implemented relatively easily and consequently inexpensively and enables the semiconductor switches to be controlled reliably as a function of the motor rotor angle of rotation.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weisen mindestens zwei der Schaltervorrichtungen ein gemeinsames rotorseitiges Schalterelement auf, derart, dass die statorseitigen Schalterelemente dieser mindestens zwei Schaltervorrichtungen alle in berührendem Kontakt mit dem gemeinsamen rotorseitigen Schalterelement stehen und jeweils ausgebildet sind, bei einer Drehung des Motorrotors entlang des gemeinsamen rotorseitigen Schalterelements zu gleiten. Dadurch, dass folglich mindestens zwei der Schaltervorrichtungen einen gemeinsamen Schleifring nutzen, kann die Anzahl der insgesamt für die Vielzahl von Schaltervorrichtungen benötigten Schleifringe und somit der für die Schleifringe benötigte Bauraum signifikant reduziert werden. Es ist auch vorstellbar, dass alle Schaltervorrichtungen nur ein einziges gemeinsames rotorseitiges Schalterelement, also einen einzigen gemeinsamen Schleifring, aufweisen. In a preferred embodiment of the present invention, at least two of the switch devices have a common rotor-side switch element, such that the stator-side switch elements of these at least two switch devices are all in touching contact with the common rotor-side switch element and are each designed, when the motor rotor rotates along the to slide common rotor-side switch element. Because at least two of the switch devices consequently use a common slip ring, the total number of slip rings required for the multiplicity of switch devices and thus the installation space required for the slip rings can be significantly reduced. It is also conceivable that all switch devices have only a single common switch element on the rotor side, ie a single common slip ring.
Vorteilhafterweise liegt an allen rotorseitigen Schalterelementen im Betrieb des Elektromotors dauerhaft eine Schaltspannung an, sodass durch das Schaffen eines elektrisch leitenden Kontakts zwischen den rotorseitigen Schalterelementen und den entsprechenden statorseitigen Schalterelementen auf einfache Weise eine Stromzufuhr zu dem Steuereingang des entsprechenden Halbleiterschalters realisiert werden kann. Typischerweise wird die Schaltspannung hierbei über einen entsprechend ausgebildeten Schleifkontakt an eine Rotorwelle des Motorrotors angelegt und sind die elektrisch leitenden Bereiche der Schleifringe der rotorseitigen Schalterelemente beziehungsweise die Bürstenelemente der rotorseitigen Schalterelemente jeweils elektrisch leitend mit der Rotorwelle verbunden. A switching voltage is advantageously permanently present at all rotor-side switch elements during operation of the electric motor, so that by creating an electrically conductive contact between the rotor-side switch elements and the corresponding stator-side switch elements, current can be supplied to the control input of the corresponding semiconductor switch in a simple manner. Typically, the switching voltage is here via a correspondingly designed sliding contact on a rotor shaft of the Motor rotor applied and the electrically conductive areas of the slip rings of the rotor-side switch elements or the brush elements of the rotor-side switch elements are each electrically conductively connected to the rotor shaft.
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten Elektromotors werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei Embodiments of an electronically commutated electric motor according to the invention are described below with reference to the attached figures, where
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten Elektromotors zeigt, Figure 1 shows a schematic representation of an electronically commutated electric motor according to the invention,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Schalteranordnung des elektronisch kommutierten Elektromotors aus Figur 1 zeigt, Figure 2 shows a schematic representation of a switch arrangement of the electronically commutated electric motor from Figure 1,
Figur 3 eine schematische Darstellung von Positionen und Ausdehnungen von rotorseitigen und statorseitigen Schalterelementen der Schalteranordnung aus Figur 2 bezogen auf einen Umfang eines Motorrotors des elektronisch kommutierten Elektromotors aus Figur 1 zeigt, 3 shows a schematic representation of the positions and extents of rotor-side and stator-side switch elements of the switch arrangement from FIG. 2 in relation to a circumference of a motor rotor of the electronically commutated electric motor from FIG. 1,
Figur 4 eine schematische Darstellung von Positionen und Ausdehnungen von rotorseitigen und statorseitigen Schalterelementen einer alternativen Schalteranordnung für den elektronisch kommutierten Elektromotor aus Figur 1 zeigt, FIG. 4 shows a schematic representation of the positions and extents of rotor-side and stator-side switch elements of an alternative switch arrangement for the electronically commutated electric motor from FIG.
Figur 5 eine schematische Darstellung von Positionen und Ausdehnungen von rotorseitigen und statorseitigen Schalterelementen einer weiteren alternativen Schalteranordnung für den elektronisch kommutierten Elektromotor aus Figur 1 zeigt, FIG. 5 shows a schematic representation of the positions and extents of rotor-side and stator-side switch elements of a further alternative switch arrangement for the electronically commutated electric motor from FIG.
Figur 6 eine schematische Darstellung eines alternativen erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten Elektromotors zeigt, Figur 7 eine schematische Darstellung einer Schalteranordnung des elektronisch kommutierten Elektromotors aus Figur 6 zeigt, Figure 6 shows a schematic representation of an alternative electronically commutated electric motor according to the invention, Figure 7 shows a schematic representation of a switch arrangement of the electronically commutated electric motor from Figure 6,
Figur 8 eine schematische Darstellung von Positionen und Ausdehnungen von rotorseitigen und statorseitigen Schalterelementen der Schalteranordnung aus Figur 7 bezogen auf einen Umfang eines Motorrotors des elektronisch kommutierten Elektromotors aus Figur 6 zeigt, und Figure 8 is a schematic representation of positions and dimensions of rotor-side and stator-side switch elements Switch arrangement from FIG. 7 in relation to a circumference of a motor rotor of the electronically commutated electric motor from FIG. 6, and
Figur 9 eine schematische Darstellung von Positionen und Ausdehnungen von rotorseitigen und statorseitigen Schalterelementen einer alternativen Schalteranordnung für den elektronisch kommutierten Elektromotor aus Figur 6 zeigt. FIG. 9 shows a schematic representation of positions and extensions of rotor-side and stator-side switch elements of an alternative switch arrangement for the electronically commutated electric motor from FIG.
Figur 1 zeigt einen elektronisch kommutierten Elektromotor 100 mit einem drehbar gelagerten Motorrotor 102, einem feststehend angeordneten Motorstator 104, einer Leistungselektronik 106 und einer mechanischen Schalteranordnung 108. Figure 1 shows an electronically commutated electric motor 100 with a rotatably mounted motor rotor 102, a stationary motor stator 104, power electronics 106 and a mechanical switch assembly 108.
Der Motorrotor 102 umfasst einen permanentmagnetischen Rotorkörper 110, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen einzigen magnetischen Nordpol N und einen einzigen magnetischen Südpol S aufweist. Der Motorrotor 102 umfasst ferner eine Rotorwelle 112, die aus einem elektrisch leitenden Material besteht und an der der Rotorkörper 110 befestigt ist. The motor rotor 102 includes a permanent-magnetic rotor body 110, which has a single magnetic north pole N and a single magnetic south pole S in the present exemplary embodiment. The motor rotor 102 further includes a rotor shaft 112 which is made of an electrically conductive material and to which the rotor body 110 is fixed.
Der Motorstator 104 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs elektromagnetische Statorspulen 114a-f, die elektrisch mit der Leistungselektronik 106 verbunden sind, um - auf aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannte Weise - mit einem dreiphasigen Antriebsstrom bestromt zu werden. Im speziellen sind die Statorspulen 114a, d mit einer ersten Antriebsstromphase U, die Statorspulen 114b, e mit einer zweiten Antriebsstromphase V und die Statorspulen 114c, f mit einer dritten Antriebsstromphase W elektrisch verbunden. In the present exemplary embodiment, the motor stator 104 comprises six electromagnetic stator coils 114a-f, which are electrically connected to the power electronics 106 in order—in a manner well known from the prior art—to be supplied with a three-phase drive current. In particular, the stator coils 114a,d are electrically connected to a first drive current phase U, the stator coils 114b,e to a second drive current phase V and the stator coils 114c,f to a third drive current phase W .
Die Leistungselektronik 106 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen dreiphasigen Wechselrichter mit vier Halbleiterschalter 116a-d und zwei Kondensatoren 118a, b (englisch: four-switch three-phase inverter, FSTPI), die - wie in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt - in einer sogenannten Brückenschaltung mit drei Halbbrücken angeordnet sind. Das grundlegende Funktionsprinzip derartiger Inverter ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Für die vorliegende Erfindung ist lediglich relevant, dass jeder der Halbleiterschalter 116a-d einen Steuereingang 120a-d aufweist, über den der jeweilige Halbleiterschalter 116a-d bedarfsweise eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann. In the present exemplary embodiment, the power electronics 106 comprises a three-phase inverter with four semiconductor switches 116a-d and two capacitors 118a, b (English: four-switch three-phase inverter, FSTPI), which--as shown schematically in FIGS. 1 and 2--are arranged in a so-called bridge circuit with three half-bridges. The basic operating principle of such inverters is well known from the prior art and is therefore not explained in more detail here. It is only relevant for the present invention that each of the semiconductor switches 116a-d has a control input 120a-d via which the respective semiconductor switch 116a-d can be switched on and off as required.
Die Schalteranordnung 108 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Schaltervorrichtungen 122a-d. Grundsätzlich entspricht die Anzahl der Schaltervorrichtungen erfindungsgemäß immer der Anzahl von Halbleiterschaltern der Leistungselektronik. Jede Schaltervorrichtung 122a-d umfasst ein rotorseitiges Schalterelement 124a-d und ein statorseitiges Schalterelement 126a-d. Die Schalteranordnung 108 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner eine Rotorwellenkontaktierungsvorrichtung 128 mit einem rotorseitigen Kontaktierungselement 130 und einem statorseitigen Kontaktierungselement 132. In the present exemplary embodiment, the switch arrangement 108 comprises four switch devices 122a-d. In principle, according to the invention, the number of switch devices always corresponds to the number of semiconductor switches in the power electronics. Each switch device 122a-d includes a rotor-side switch element 124a-d and a stator-side switch element 126a-d. In the present exemplary embodiment, switch arrangement 108 also includes a rotor shaft contacting device 128 with a rotor-side contacting element 130 and a stator-side contacting element 132.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die rotorseitigen Schalterelemente 124a-d sowie das rotorseitige Kontaktierungselement 130 jeweils als ein Schleifring ausgebildet, der auf der radialen Außenseite der Rotorwelle 112 angeordnet ist und die Rotorwelle 112 radial umschließt, und sind die statorseitigen Schalterelement 126a-d sowie das statorseitige Kontaktierungselement 132 jeweils als ein Bürstenelement ausgebildet, das derart angeordnet ist, dass es in unabhängig vom aktuellen Drehwinkel des Motorrotors 102 in berührendem Kontakt mit dem entsprechenden Schleifring steht und bei einer Drehung des Motorrotors 102 entlang des entsprechenden Schleifrings gleitet. Figur 3 zeigt schematisch eine sogenannte Abwicklung der Schalteranordnung 108, wobei - wie in Figur 2 eingezeichnet - die x-Achse der Umfangsrichtung der Rotorwelle 112 und die y-Achse der axialen Richtung der Rotorwelle 112 entspricht. In the present exemplary embodiment, rotor-side switch elements 124a-d and rotor-side contacting element 130 are each designed as a slip ring, which is arranged on the radial outside of rotor shaft 112 and radially encloses rotor shaft 112, and are stator-side switch element 126a-d and the stator-side contacting element 132 are each formed as a brush element which is arranged in such a way that it is in touching contact with the corresponding slip ring regardless of the current angle of rotation of the motor rotor 102 and slides along the corresponding slip ring when the motor rotor 102 rotates. FIG. 3 schematically shows what is known as a development of the switch arrangement 108, the x-axis corresponding to the circumferential direction of the rotor shaft 112 and the y-axis corresponding to the axial direction of the rotor shaft 112--as shown in FIG.
Die rotorseitigen Schalterelemente 124a-d weisen jeweils einen elektrisch leitenden Abschnitt 134a-d und einen elektrisch nicht-leitenden Abschnitt 136a-d auf, wobei der elektrisch leitende Abschnitt 134a-d jeweils in elektrisch leitendem Kontakt mit der Rotorwelle 112 ist. Die elektrisch leitenden Abschnitte 134a-d der einzelnen rotorseitigen Schalterelemente 124a-d weisen alle eine im Wesentlichen gleiche Umfangsausdehnung auf, sind jedoch an verschiedenen Umfangspositionen der Rotorwelle 112 (unterschiedliche x-Koordinaten) angeordnet. The rotor-side switch elements 124a-d each have an electrically conductive section 134a-d and an electrically non-conductive section 136a-d, with the electrically conductive section 134a-d being in electrically conductive contact with the rotor shaft 112 in each case. The electrically conductive sections 134a-d of the individual rotor-side switch elements 124a-d all have essentially the same circumferential extent, but are arranged at different circumferential positions of the rotor shaft 112 (different x-coordinates).
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der elektrisch leitende Abschnitt 134a des ersten rotorseitigen Schalterelements 124a über einen Umfangsbereich von 0° bis 120°, erstreckt sich der elektrisch leitende Abschnitt 134b des zweiten rotorseitigen Schalterelements 124b über einen Umfangsbereich von 60° bis 180°, erstreckt sich der elektrisch leitende Abschnitt 134c des dritten rotorseitigen Schalterelements 124c über einen Umfangsbereich von 180° bis 300°, und erstreckt sich der elektrisch leitende Abschnitt 134d des vierten rotorseitigen Schalterelements 124d über einen Umfangsbereich von 240° bis 360°. In the present exemplary embodiment, the electrically conductive section 134a of the first rotor-side switch element 124a extends over a circumferential range of 0° to 120°, the electrically conductive section 134b of the second rotor-side switch element 124b extends over a circumferential range of 60° to 180°, the electrically conductive portion 134c of the third rotor-side switch element 124c over a circumferential range of 180° to 300°, and the electrically conductive portion 134d of the fourth rotor-side switch element 124d extends over a circumferential range of 240° to 360°.
Das rotorseitige Kontaktierungselement 130 ist vollständig elektrisch leitend ausgebildet und ist in elektrisch leitendem Kontakt mit der Rotorwelle 112. Das rotorseitige Kontaktierungselement 130 ist somit über die Rotorwelle 112 elektrisch mit den elektrisch leitenden Abschnitten 134a-d der rotorseitigen Schalterelemente 124a-d verbunden. Das statorseitige Kontaktierungselement 132 ist elektrisch an ein Schaltpotential SP von beispielsweise 12 V angeschlossen. Das Schaltpotential SP liegt folglich - unabhängig vom aktuellen Drehwinkel des Motorrotors 102 - an dem rotorseitigen Kontaktierungselement 130 und somit an den elektrisch leitenden Abschnitten 134a-d der rotorseitigen Schalterelemente 124a-d an. The rotor-side contacting element 130 is designed to be completely electrically conductive and is in electrically conductive contact with the rotor shaft 112. The rotor-side contacting element 130 is thus electrically connected via the rotor shaft 112 to the electrically conductive sections 134a-d of the rotor-side switch elements 124a-d. The stator-side contacting element 132 is electrically connected to a switching potential SP of 12 V, for example. The switching potential SP is consequently—independent of the current angle of rotation of the motor rotor 102—at the rotor-side contacting element 130 and thus at the electrically conductive sections 134a-d of the rotor-side switch elements 124a-d.
Die statorseitigen Schalterelemente 126a-d sind jeweils elektrisch mit dem Steuereingang 120a-d eines der Halbleiterschalter 116a-d verbunden. Im Speziellen ist das erste statorseitige Schalterelement 126a mit dem Steuereingang 120a des ersten Halbleiterschalters 116a verbunden, ist das zweite statorseitige Schalterelement 126b mit dem Steuereingang 120b des zweiten Halbleiterschalters 116b verbunden, ist das dritte statorseitige Schalterelement 126c mit dem Steuereingang 120c des dritten Halbleiterschalters 116c verbunden, und ist das vierte statorseitige Schalterelement 126d mit dem Steuereingang 120d des vierten Halbleiterschalters 116d verbunden. The stator-side switch elements 126a-d are each electrically connected to the control input 120a-d of one of the semiconductor switches 116a-d. In particular, the first stator-side switch element 126a is connected to the control input 120a of the first semiconductor switch 116a, the second stator-side switch element 126b is connected to the control input 120b of the second semiconductor switch 116b, the third stator-side switch element 126c is connected to the control input 120c of the third semiconductor switch 116c, and the fourth stator-side switch element 126d is connected to the control input 120d of the fourth semiconductor switch 116d.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die statorseitigen Schalterelemente 126a-d alle an der gleichen Umfangsposition (hier: x=0°), also bezogen auf die axiale Richtung des Motorrotors 102 übereinanderliegend angeordnet. In the present exemplary embodiment, the stator-side switch elements 126a-d are all arranged at the same circumferential position (here: x=0°), ie one above the other in relation to the axial direction of the motor rotor 102.
Wenn die statorseitigen Schalterelemente 126a-d den elektrisch leitenden Abschnitt 134a-d des entsprechenden rotorseitigen Schalterelements 124a-d berühren liegt folglich das Schaltpotential SP an dem Steuereingang 120a-d des entsprechenden Halbleiterschalters 116a-d an, sodass dieser eingeschaltet ist. Wenn die statorseitigen Schalterelemente 126a-d den elektrisch nicht-leitenden Abschnitt 134a-d des entsprechenden rotorseitigen Schalterelements 124a-d berühren liegt das Schaltpotential SP hingegen nicht an dem Steuereingang 120a-d des entsprechenden Halbleiterschalters 116a-d an, sodass dieser ausgeschaltet ist. When the stator-side switch elements 126a-d touch the electrically conductive section 134a-d of the corresponding rotor-side switch element 124a-d, the switching potential SP is consequently present at the control input 120a-d of the corresponding semiconductor switch 116a-d, so that the latter is switched on. On the other hand, if the stator-side switch elements 126a-d touch the electrically non-conductive section 134a-d of the corresponding rotor-side switch element 124a-d, the switching potential SP is not at the control input 120a-d of the corresponding semiconductor switch 116a-d so that it is switched off.
Durch die Schalteranordnung 108 werden die Halbleiterschalter 116a-d folglich bei einer Drehung des Motorrotors 102 jeweils bei definierten Drehwinkeln des Motorrotors 102 eingeschalten und ausgeschaltet. Die Schaltdrehwinkel der einzelnen Halbleiterschalter 116a-d können hierbei auf einfache Weise über die Umfangspositionen und die Umfangsausdehnung des entsprechenden statorseitigen Schalterelements 126a-d sowie des elektrisch leitenden Abschnitts 134a-d des entsprechenden rotorseitigen Schalterelements 122a-d definiert werden. The switch arrangement 108 consequently switches the semiconductor switches 116a-d on and off when the motor rotor 102 rotates at defined angles of rotation of the motor rotor 102. The switching rotation angles of the individual semiconductor switches 116a-d can be easily defined via the circumferential positions and the circumferential extension of the corresponding stator-side switch element 126a-d and the electrically conductive section 134a-d of the corresponding rotor-side switch element 122a-d.
Figur 4 zeigt eine schematische Abwicklung einer alternativen erfindungsgemäßen Schalteranordnung 208 für den elektronisch kommutierten Elektromotor 100, wobei zur Bezeichnung von bereits von der Schalteranordnung 108 bekannten Merkmalen das entsprechende Bezugszeichen aus den Figuren 2 und 3 mit einer führenden 2 statt einer führenden 1 verwendet wird. FIG. 4 shows a schematic development of an alternative switch arrangement 208 according to the invention for the electronically commutated electric motor 100, the corresponding reference number from FIGS.
Bei der Schalteranordnung 208 weisen die erste Schaltervorrichtung 222a sowie die zweite Schaltervorrichtung 222b ein erstes gemeinsames rotorseitiges Schalterelement 224ab auf, und weisen die dritte Schaltervorrichtung 222c sowie die vierte Schaltervorrichtung 222d ein zweites gemeinsames rotorseitiges Schalterelement 224cd auf. Dies bedeutet, dass das erste gemeinsame rotorseitige Schalterelement 224ab sowohl das rotorseitige Schalterelement der ersten Schaltervorrichtung 222a als auch das rotorseitige Schalterelement der zweiten Schaltervorrichtung 222b bildet und das zweite gemeinsame rotorseitige Schalterelement 224cd sowohl das rotorseitige Schalterelement der dritten Schaltervorrichtung 222c als auch das rotorseitige Schalterelement der vierten Schaltervorrichtung 222d bildet. Die gemeinsamen rotorseitigen Schalterelemente 224ab,224cd sowie das rotorseitige Kontaktierungselement 230 sind jeweils als ein Schleifring ausgebildet, und die statorseitigen Schalterelement 226a-d sowie das statorseitige Kontaktierungselement 232 sind jeweils als ein Bürstenelement ausgebildet, das bei einer Drehung des Motorrotors 102 entlang des entsprechenden Schleifrings gleitet. In switch arrangement 208, first switch device 222a and second switch device 222b have a first common rotor-side switch element 224ab, and third switch device 222c and fourth switch device 222d have a second common rotor-side switch element 224cd. This means that the first common rotor-side switch element 224ab forms both the rotor-side switch element of the first switch device 222a and the rotor-side switch element of the second switch device 222b, and the second common rotor-side switch element 224cd forms both the rotor-side switch element of the third switch device 222c and the rotor-side switch element of the fourth Switch device 222d forms. The common rotor-side switch elements 224ab, 224cd and the rotor-side contacting element 230 are each designed as a slip ring, and the stator-side switch elements 226a-d and the stator-side contacting element 232 are each designed as a brush element that slides along the corresponding slip ring when the motor rotor 102 rotates .
Hierbei sind das statorseitige Schalterelement 226a der ersten Schaltervorrichtung 222a sowie das statorseitige Schalterelement 226b der zweiten Schaltervorrichtung 222b derart angeordnet sind, dass sie jeweils das erste gemeinsame rotorseitige Schalterelement 224ab berühren und das statorseitige Schalterelement 226c der dritten Schaltervorrichtung 222c sowie das statorseitige Schalterelement 226d der vierten Schaltervorrichtung 222d derart angeordnet sind, dass sie jeweils das zweite gemeinsame rotorseitige Schalterelement 224cd berühren. The stator-side switch element 226a of the first switch device 222a and the stator-side switch element 226b of the second switch device 222b are arranged in such a way that they each touch the first common rotor-side switch element 224ab and the stator-side switch element 226c of the third switch device 222c and the stator-side switch element 226d of the fourth switch device 222d are arranged such that they each touch the second common rotor-side switch element 224cd.
Der elektrisch leitende Abschnitt 234ab des ersten gemeinsamen rotorseitigen Schalterelements 224ab erstreckt sich über einen Umfangsbereich von 0° bis 120°, und der elektrisch leitende Abschnitt 234bc des zweiten gemeinsamen rotorseitigen Schalterelements 224bc erstreckt sich über einen Umfangsbereich von 60° bis 180°. The electrically conductive portion 234ab of the first common rotor-side switch element 224ab extends over a circumferential range of 0° to 120°, and the electrically conductive portion 234bc of the second common rotor-side switch element 224bc extends over a circumferential range of 60° to 180°.
Um die gleichen Schaltdrehwinkel für die Halbleiterschalter 116a-d wie bei der Schalteranordnung 108 zu erzielen, sind bei der Schalteranordnung 208 das statorseitige Schalterelement 226a der ersten Schaltervorrichtung 222a sowie das statorseitige Schalterelement 226d der vierten Schaltervorrichtung 222d jeweils an einer Umfangsposition von 180° angeordnet, und sind das Schalterelement 226b der zweiten Schaltervorrichtung 222b sowie das statorseitige Schalterelement 226c der dritten Schaltervorrichtung 222c jeweils an einer Umfangsposition von 0° angeordnet. In order to achieve the same switching rotation angles for the semiconductor switches 116a-d as in the switch arrangement 108, in the switch arrangement 208 the stator-side switch element 226a of the first switch device 222a and the stator-side switch element 226d of the fourth switch device 222d are each arranged at a circumferential position of 180°, and are the switch element 226b of the second switch device 222b and the stator-side switch element 226c of FIG third switch device 222c are each arranged at a circumferential position of 0°.
Figur 5 zeigt eine schematische Abwicklung einer weiteren alternativen erfindungsgemäßen Schalteranordnung 308 für den elektronisch kommutierten Elektromotor 100, wobei zur Bezeichnung von bereits von der Schalteranordnung 108 oder der Schalteranordnung 208 bekannten Merkmalen das entsprechende Bezugszeichen aus den Figuren 2 bis 4 mit einer führenden 3 statt einer führenden 1 oder 2 verwendet wird. Figure 5 shows a schematic development of a further alternative switch arrangement 308 according to the invention for the electronically commutated electric motor 100, with the corresponding reference numerals from Figures 2 to 4 having a leading 3 instead of a leading to designate features already known from the switch arrangement 108 or the switch arrangement 208 1 or 2 is used.
Bei der Schalteranordnung 308 weisen alle vier Schaltervorrichtungen 322a-d ein einziges gemeinsames rotorseitiges Schalterelement 324 auf. Das einzige gemeinsame rotorseitige Schalterelement 324 bildet also das rotorseitige Schalterelement aller vier Schaltervorrichtungen 322a-d. In the switch arrangement 308, all four switch devices 322a-d have a single common rotor-side switch element 324. The only common rotor-side switch element 324 thus forms the rotor-side switch element of all four switch devices 322a-d.
Das einzige gemeinsame rotorseitige Schalterelemente 324 sowie das rotorseitige Kontaktierungselement 330 sind jeweils als ein Schleifring ausgebildet, und die statorseitigen Schalterelement 326a-d sowie das statorseitige Kontaktierungselement 332 sind jeweils als ein Bürstenelement ausgebildet, das bei einer Drehung des Motorrotors 102 entlang des entsprechenden Schleifrings gleitet. Hierbei sind die statorseitigen Schalterelemente 326a-d aller Schaltervorrichtungen 322a-d derart angeordnet, dass sie jeweils das einzige gemeinsame rotorseitige Schalterelement 324 berühren. The only common rotor-side switch element 324 and the rotor-side contacting element 330 are each designed as a slip ring, and the stator-side switch element 326a-d and the stator-side contacting element 332 are each designed as a brush element that slides along the corresponding slip ring when motor rotor 102 rotates. The stator-side switch elements 326a-d of all switch devices 322a-d are arranged in such a way that they each touch the single common rotor-side switch element 324.
Der elektrisch leitende Abschnitt 334 des einzigen gemeinsamen rotorseitigen Schalterelements 324 erstreckt sich über einen Umfangsbereich von 0° bis 120°. The electrically conductive section 334 of the single common rotor-side switch element 324 extends over a circumferential range of 0° to 120°.
Um die gleichen Schaltdrehwinkel für die Halbleiterschalter 116a-d wie bei der Schalteranordnung 108 und bei der Schalteranordnung 208 zu erzielen, ist bei der Schalteranordnung 308 das statorseitige Schalterelement 226a der ersten Schaltervorrichtung 222a an einer Umfangsposition von 180° angeordnet, das statorseitige Schalterelement 226b der zweiten Schaltervorrichtung 222b an einer Umfangsposition von 0° angeordnet, das statorseitige Schalterelement 226c der dritten Schaltervorrichtung 222c an einer Umfangsposition von 300° angeordnet, und das statorseitige Schalterelement 226d der vierten Schaltervorrichtung 222d an einer Umfangsposition von 120° angeordnet. In order to have the same switching rotation angles for the semiconductor switches 116a-d as in the case of the switch arrangement 108 and in the case of the switch arrangement 208 achieve, in the switch arrangement 308 the stator-side switch element 226a of the first switch device 222a is arranged at a circumferential position of 180°, the stator-side switch element 226b of the second switch device 222b is arranged at a circumferential position of 0°, the stator-side switch element 226c of the third switch device 222c at a circumferential position of 300°, and the stator-side switching element 226d of the fourth switching device 222d is arranged at a circumferential position of 120°.
Figur 6 zeigt einen alternativen erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten Elektromotor 400, wobei zur Bezeichnung von bereits von dem elektronisch kommutierten Elektromotor 100 bekannten Merkmalen das entsprechende Bezugszeichen aus der Figur 1 mit einer führenden 4 statt einer führenden 1 verwendet wird. FIG. 6 shows an alternative electronically commutated electric motor 400 according to the invention, the corresponding reference number from FIG.
Der elektronisch kommutierte Elektromotor 400 unterscheidet sich von dem elektronisch kommutierten Elektromotor 100 dadurch, dass die Leistungselektronik 406 sechs Halbleiterschalter 416a-f umfasst, die jeweils einen Steuereingang 420a-f aufweisen. The electronically commutated electric motor 400 differs from the electronically commutated electric motor 100 in that the power electronics 406 includes six semiconductor switches 416a-f, each of which has a control input 420a-f.
Erfindungsgemäß umfasst die Schalteranordnung 408 des elektronisch kommutierten Elektromotors 400 folglich sechs Schaltervorrichtungen 422a-f, die jeweils ein drehfest mit dem Motorrotor 402 verbundenes rotorseitiges Schalterelement 424a-f und ein feststehendes statorseitiges Schalterelement 426a-f aufweisen. According to the invention, the switch arrangement 408 of the electronically commutated electric motor 400 consequently comprises six switch devices 422a-f, each of which has a rotor-side switch element 424a-f connected non-rotatably to the motor rotor 402 and a stationary stator-side switch element 426a-f.
Abgesehen von der Anzahl der Schaltervorrichtungen 122a-d;422a-f und den jeweiligen Umfangspositionen und Umfangsausdehnungen der elektrisch leitenden Abschnitte 134a-d;434a-f und der elektrisch nichtleitenden Abschnitte 136a-d;436a-f der rotorseitigen Schalterelemente 124a-d;424a-f ist die Schalteranordnung 408 im Wesentlichen analog zu der bereits beschriebenen Schalteranordnung 108 aus den Figuren 2 und 3 aufgebaut. Apart from the number of switch devices 122a-d; 422a-f and the respective circumferential positions and circumferential extents of the electrically conductive sections 134a-d; 434a-f and the electrically non-conductive sections 136a-d; 436a-f of the rotor-side switch elements 124a-d; 424a -f the switch arrangement 408 is essentially analogous to of the already described switch arrangement 108 from FIGS.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der Schalteranordnung 408 und Figur 8 zeigt eine schematische Abwicklung der Schalteranordnung 408, wobei analog zu den Figuren 3 bis 5 die x-Achse der Umfangsrichtung der Rotorwelle 412 des Motorrotors 402 des elektronisch kommutierter Elektromotors 400 und die y-Achse der axialen Richtung der Rotorwelle 412 entspricht. Figure 7 shows a schematic representation of switch arrangement 408 and Figure 8 shows a schematic development of switch arrangement 408, with analogous to Figures 3 to 5 the x-axis being the circumferential direction of rotor shaft 412 of motor rotor 402 of electronically commutated electric motor 400 and the y-axis corresponds to the axial direction of the rotor shaft 412 .
Figur 9 zeigt eine schematische Abwicklung einer alternativen erfindungsgemäßen Schalteranordnung 508 für den elektronisch kommutierten Elektromotor 400, wobei zur Bezeichnung von bereits von der Schalteranordnung 408 bekannten Merkmalen das entsprechende Bezugszeichen aus den Figuren 7 und 8 mit einer führenden 5 statt einer führenden 4 verwendet wird. FIG. 9 shows a schematic development of an alternative switch arrangement 508 according to the invention for the electronically commutated electric motor 400, the corresponding reference number from FIGS. 7 and 8 with a leading 5 instead of a leading 4 being used to designate features already known from the switch arrangement 408.
Bei der Schalteranordnung 508 weisen die erste Schaltervorrichtung 522a sowie die zweite Schaltervorrichtung 522b ein erstes gemeinsames rotorseitiges Schalterelement 524ab auf, weisen die dritte Schaltervorrichtung 522c sowie die vierte Schaltervorrichtung 522d ein zweites gemeinsames rotorseitiges Schalterelement 524cd auf, und weisen die fünfte Schaltervorrichtung 522e sowie die sechste Schaltervorrichtung 522f ein drittes gemeinsames rotorseitiges Schalterelement 524ef auf. In the switch arrangement 508, the first switch device 522a and the second switch device 522b have a first common rotor-side switch element 524ab, the third switch device 522c and the fourth switch device 522d have a second common rotor-side switch element 524cd, and the fifth switch device 522e and the sixth switch device have 522f has a third common rotor-side switch element 524ef.
Um die gleichen Schaltdrehwinkel für die Halbleiterschalter 426a-d wie bei der Schalteranordnung 408 zu erzielen, sind bei der Schalteranordnung 508 das statorseitige Schalterelement 526a der ersten Schaltervorrichtung 522a, das statorseitige Schalterelement 526c der dritten Schaltervorrichtung 522c, sowie das statorseitige Schalterelement 526e der fünften Schaltervorrichtung 522e jeweils an einer Umfangsposition von 0° angeordnet, und sind das Schalterelement 526b der zweiten Schaltervorrichtung 522b, das statorseitige Schalterelement 526d der vierten Schaltervorrichtung 522d sowie das statorseitige Schalterelement 526f der sechsten Schaltervorrichtung 522f jeweils an einer Umfangsposition von 180° angeordnet. In order to achieve the same switching rotation angles for the semiconductor switches 426a-d as in the switch arrangement 408, in the switch arrangement 508 the stator-side switch element 526a of the first switch device 522a, the stator-side switch element 526c of the third switch device 522c, and the stator-side switch element 526e of the fifth switch device 522e each at a circumferential position of 0°, and the switch element 526b of the second switch device 522b, the stator-side switch element 526d of the fourth switch device 522d and the stator-side switch element 526f of the sixth switch device 522f are each arranged at a circumferential position of 180°.
Abgesehen von der Anzahl der Schaltervorrichtungen 222a-d;522a-f und den jeweiligen Umfangspositionen und Umfangsausdehnungen der elektrisch leitenden Abschnitte 234ab-cd;534ab-ef und der elektrisch nicht-leitenden Abschnitte 236ab-cd;536ab-ef der rotorseitigen Schalterelemente 224ab-cd;524ab-ef ist die Schalteranordnung 508 im Wesentlichen analog zu der bereits beschriebenen Schalteranordnung 208 aus Figur 4 aufgebaut. Apart from the number of switch devices 222a-d; 522a-f and the respective circumferential positions and circumferential extents of the electrically conductive sections 234ab-cd; 534ab-ef and the electrically non-conductive sections 236ab-cd; 536ab-ef of the rotor-side switch elements 224ab-cd ;524ab-ef, the switch arrangement 508 is constructed essentially analogously to the already described switch arrangement 208 from FIG.
Bezugszeichenliste Reference List
100;400 elektronisch kommutierter Elektromotor100;400 electronically commutated electric motor
102;402 Motorrotor 102;402 motor rotor
104;404 Motorstator 104;404 motor stator
106;406 Leistungselektronik106;406 power electronics
108;208;308;408;508 Schalteranordnung 108;208;308;408;508 switch arrangement
110;410 Rotorkörper 110;410 rotor body
112;412 Rotorwelle 112;412 rotor shaft
114;414 Statorspulen 114;414 stator coils
116;416 Halbleiterschalter 116;416 semiconductor switches
118 Kondensatoren 118 capacitors
120;420 Steuereingänge120;420 control inputs
122;222;322;422;522 Schaltervorrichtungen122;222;322;422;522 switch devices
124;224;324;424;524 rotorseitige Schalterelemente124;224;324;424;524 rotor side switch elements
126;226;326;426;526 statorseitige Schalterelemente126; 226; 326; 426; 526 stator-side switch elements
128;228;328;428;528 Rotorwellenkontaktierungsvorrichtung128;228;328;428;528 rotor shaft contacting device
130;230;330;430;530 rotorseitiges Kontaktierungselement130; 230; 330; 430; 530 rotor-side contacting element
132;232;332;432;532 statorseitiges Kontaktierungselement132; 232; 332; 432; 532 stator-side contacting element
134;234;334;434;534 elektrisch leitende Abschnitte134;234;334;434;534 electrically conductive sections
136;236;336;436;536 elektrisch nicht-leitende Abschnitte 136;236;336;436;536 electrically non-conductive sections
N magnetischer Nordpol N magnetic north pole
S magnetischer Südpol S magnetic south pole
SP Schaltpotential SP switching potential
U,V,W Antriebsstromphasen U,V,W drive current phases

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Elektronisch kommutierter Elektromotor (100;400) umfassend P A T E N T L A N G A N G E S Electronically commutated electric motor (100; 400) comprising
- einen drehbaren permanentmagnetischen Motorrotor (102;402),- a rotatable permanent magnet motor rotor (102; 402),
- einen feststehenden elektromagnetischen Motorstator (104;404) mit mindestens einer Statorspule (114;414), und - a fixed electromagnetic motor stator (104;404) having at least one stator coil (114;414), and
- eine Leistungselektronik (106;406) zur Bestromung der mindestens einen Statorspule (114;414) mit einem Antriebsstrom, umfassend eine Vielzahl von Halbleiterschaltern (116;416) zur elektronischen Kommutierung des Antriebsstroms, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Schalteranordnung (108;208;308;408;508) zum Schalten der Vielzahl von Halbleiterschaltern (116;416) der Leistungselektronik (106;406) vorhanden ist, wobei die Schalteranordnung (108;208;308;408;508) eine der Anzahl der Halbleiterschalter (116;416) der Leistungselektronik (106;406) entsprechende Anzahl Schaltervorrichtungen (122;222;322;422;522) umfasst, die jeweils ein drehfest mit dem Motorrotor (102;402) verbundenes rotorseitiges Schalterelement (124;224;324;424;524) und ein feststehendes statorseitiges Schalterelement (126;226;326;426;526) aufweisen, und wobei das rotorseitige Schalterelement (124;224;324;424;524) und das statorseitige Schalterelement (126;226;326;426;526) der Schaltervorrichtungen (122;222;322;422;522) jeweils ausgebildet sind, mechanisch zusammenzuwirken, um eine Stromzufuhr zu einem Steuereingang (120;420) eines der Halbleiterschalter (116;416) einzuschalten und auszuschalten. Elektronisch kommutierter Elektromotor (100;400) nach Anspruch 1, wobei das rotorseitige Schalterelement (124;224;324;424;524) oder das statorseitige Schalterelement der Schaltervorrichtungen (122;222;322;422;522) als ein Schleifring mit mindestens einem elektrisch leitenden Abschnitt (134;234;334;434;534) und mindestens einem elektrisch nicht-leitenden Abschnitt (136;236;336;436;536) ausgebildet ist, und wobei das jeweils andere Schalterelement (126;226;326;426;526) als ein Bürstenelement ausgebildet ist, das in berührendem Kontakt mit dem rotorseitigen Schalterelement (124;224;324;424;524) beziehungsweise dem statorseitigen Schalterelement steht und ausgebildet ist, bei einer Drehung des Motorrotors (102;402) entlang des rotorseitigen Schalterelements (124;224;324;424;524) beziehungsweise des statorseitigen Schalterelements zu gleiten. Elektronisch kommutierter Elektromotor (100;400) nach Anspruch 2, wobei mindestens zwei der Schaltervorrichtungen (222;322;522) ein gemeinsames rotorseitiges Schalterelement (224;324;524) aufweisen, derart, dass die statorseitigen Schalterelemente (226;326;526) dieser mindestens zwei Schaltervorrichtungen (222; 322; 522) alle in berührendem Kontakt mit dem gemeinsamen rotorseitigen Schalterelement (224;324;524) stehen und jeweils ausgebildet sind, bei einer Drehung des Motorrotors (102;402) entlang des gemeinsamen rotorseitigen Schalterelements (224;324;524) zu gleiten. Elektronisch kommutierter Elektromotor (100;400) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei an allen rotorseitigen Schalterelementen (124;224;324;424;524) im Betrieb dauerhaft ein Schaltpotential (SP) anliegt. - Power electronics (106; 406) for energizing the at least one stator coil (114; 414) with a drive current, comprising a large number of semiconductor switches (116; 416) for electronic commutation of the drive current, characterized in that a mechanical switch arrangement (108; 208 ;308;408;508) for switching the plurality of semiconductor switches (116;416) of the power electronics (106;406), the switch arrangement (108;208;308;408;508) being one of the number of semiconductor switches (116; 416) of the power electronics (106; 406) corresponding number of switch devices (122; 222; 322; 422; 522), each of which has a rotor-side switch element (124; 224; 324; 424; 524 ) and a stationary stator-side switch element (126;226;326;426;526), and wherein the rotor-side switch element (124;224;324;424;524) and the stator-side switch element (126;226;326;426;526) the switch devices (122;222;322; 422; 522) are each designed to interact mechanically in order to switch on and off a power supply to a control input (120; 420) of one of the semiconductor switches (116; 416). Electronically commutated electric motor (100; 400) according to claim 1, wherein the rotor-side switch element (124; 224; 324; 424; 524) or the stator-side switch element of the switch devices (122;222;322;422;522) as a slip ring with at least one electrically conductive section (134;234;334;434;534) and at least one electrically non-conductive section (136;236;336;436;536) is formed, and wherein the respective other switch element (126; 226; 326; 426; 526) is formed as a brush element which is in touching contact with the rotor-side switch element (124; 224; 324; 424; 524) or the stator-side switch element and is designed to slide along the rotor-side switch element (124; 224; 324; 424; 524) or the stator-side switch element when the motor rotor (102; 402) rotates. Electronically commutated electric motor (100; 400) according to claim 2, wherein at least two of the switch devices (222; 322; 522) have a common rotor-side switch element (224; 324; 524) such that the stator-side switch elements (226; 326; 526) of these at least two switch devices (222; 322; 522) are all in touching contact with the common rotor-side switch element (224; 324; 524) and are each designed to rotate along the common rotor-side switch element (224 ;324;524) to slide. Electronically commutated electric motor (100; 400) according to one of Claims 2 or 3, a switching potential (SP) being permanently applied to all switch elements (124; 224; 324; 424; 524) on the rotor side during operation.
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