DE102010055484B4

DE102010055484B4 - Elektrisches Antriebssystem mit gezielter Führung der dominanten Common-Mode-Ströme

Info

Publication number: DE102010055484B4
Application number: DE102010055484.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Krompaß; Herbert Liebl
Original assignee: AVL TRIMERICS GmbH
Current assignee: AVL Software and Functions GmbH
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: DE102010055484A1; DE102010055484C5; WO2012085243A2; WO2012085243A3

Abstract

Elektrisches Antriebssystem mit umzuleitenden Common-Mode-Strömen, umfassend: – mindestens eine elektrische Maschine (39), – mindestens eine Frequenzumrichteinrichtung (30) – mindestens eine Spannungsversorgungseinrichtung (41), – Spannungsversorgungsleitungen (42) zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung (41) und der Frequenzumrichteinrichtung (30), wobei die elektrische Maschine (39) einen Rotor (25) und einen diesen umgebenden Stator (26) mit einer Vielzahl von um eine Maschinenachse (37) verteilten Magnetpolen und in Hohlräumen aufgenommenen Wicklungen (27) sowie in den Hohlräumen (16) angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle (61) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumrichteinrichtung (30) und die elektrische Maschine (39) innerhalb eines gemeinsamen, in sich geschlossenen Gehäuses (24) aus Metall angeordnet sind und zumindest der Stator (26) gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist, wobei eine mit den Kühlkanälen (61) verbundene Kühlungseinrichtung (29) innerhalb des Gehäuses (24) elektrisch isoliert gegenüber dem Gehäuse (39) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem mit darin auftretenden Common-Mode-Strömen, welches mindestens eine elektrische Maschine, mindestens eine Frequenzumrichteinrichtung, eine Spannungsversorgungseinrichtung und Spannungsversorgungsleitungen zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und der Frequenzumrichteinrichtung aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die elektrische Maschine weist einen Rotor und einen diesen umgebenden Stator mit einer Vielzahl von um eine Maschinenachse verteilten Magnetpolen und in Hohlräumen aufgenommene Wicklungen sowie in Hohlräumen angeordnete von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle auf.
Eine derartige elektrische Maschine, wie eine Synchronmaschine, eine Asynchronmaschine oder eine Gleichstrommaschine umfasst einen die Wicklung aufweisenden Stator und einen von dem Stator umschlossenen Rotor. Zur Erhöhung der Leistung der elektrischen Maschine ist es bereits bekannt, dass an der dem Rotor zugewandten Innenfläche des den Rotor umschließenden Stators bzw. an der Innenfläche des Stator-Blechpaketes ein sogenanntes Spaltrohr vorgesehen ist, d. h. einen kreiszylinderförmigen Wandabschnitt anzuordnen, der die im Blechpaket ausgebildeten und zum Rotor hin offenen Nuten für die Aufnahme der Abschnitte oder Leiter der Statorwicklung zum Maschinenspalt zwischen dem Stator und dem Rotor abdichtet. Ein von den elektrischen Leitern der Wicklung nicht eingenommener Teil jeder Nut kann, wie in der DE 10 2004 013 721 A1 gezeigt, als Kanal eines Kühlkanalsystems verwendet werden, welches von einem geeigneten, elektrisch nicht leitenden Kühlmedium durchströmt wird.
Derartige elektrische Motoren beziehungsweise Maschinen erfordern häufig eine Frequenzumrichteinrichtung bzw. eine Frequenzkonvertereinrichtung zwischen einer Strom- und Spannungsversorgungseinrichtung und dem elektrischen Motor beziehungsweise der Maschine.
Wie in 1 dargestellt, ist in einer elektrischen Schaltung eine Spannungs- und Stromversorgungseinrichtung 1 über Spannungs- und Stormversorgungsleitungen 2 mit einem Frequenzumrichter bzw. Frequenzkonvertergehäuse 6 eines Frequenzumrichters 3 bzw. eines Frequenzkonverters verbunden. Über Leitungen in einem Motorleitungsabschnitt 7 ist der Frequenzumrichter 3, welcher verschiedenste Bauelemente, wie in dieser Figur als offenbart dargestellt, enthalten kann, mit dem elektrischen Motor 4, der innerhalb eines Motorgehäuses 5 untergebracht ist, welches getrennt von dem Konvertergehäuse 6 angeordnet ist, verbunden.
Sowohl die Motorleitungen in dem Motorleitungsabschnitt 7 als auch der elektrische Motor mit einem Stator 11 und einem Rotor sind mit verschiedenen hier teilweise dargestellten Symbolen für parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten dargestellt. Parasitäre Kapazitäten sind für den Betrieb nicht benötigte Kapazitäten, die zum Beispiel durch parallele Leiterführung in Kabeln und Leitungen sowie auf Leiterplatten entstehen. Ableitströme werden über betriebsbedingte Kapazitäten, wie zum Beispiel Y-Kondensatoren von Filtern, über parasitäre Kapazitäten und physikalisch vorhandene Isolationswiderstände der angeschlossenen elektrischen Betriebsmittel zum Schutzleiter beziehungsweise zum Potenzialausgleich geleitet.
Bei einem derartigen Aufbau mindestens eines Frequenzumrichters, eines elektrischen Motors, einem Motorleitungsabschnitt, einen Versorgungsleitungsabschnitt und einer Spannungsquelle 1 treten in der Regel parasitäre Kapazitäten auf, wie sie durch die gestrichelt eingezeichneten Kondensatoren 9, 11, 12, 13 und 14 dargestellt werden. Diese parasitären Kapazitäten erzeugen bei Schaltvorgängen des Frequenzumrichters 3 mit hohen Spannungs-Zeit-Veränderungen dU/dt sogenannte Ableitströme bzw. Common-Mode-Ströme. Hierbei dominieren für eine derartige Erzeugung vorrangig die parasitären Kapazitäten 11 zwischen der einer Wicklung des elektrischen Motors und dem Stator. Der auftretende dominante Common-Mode-Strom ist mittels Bezugszeichen dargestellt und fließt über Erde bzw. Masse 16 und 8 als Strompfad zurück zu seiner ursprünglichen Erzeugungsquelle, nämlich dem Zwischenkreis.
Bei derartig auftretenden Common-Mode-Strömen bzw. Ableitströmen besteht das Problem und die Gefahr einer EMV(Elektromagnetische Verträglichkeit)-Störaussendung, der Störung von Signalleitungen und Messgeräten, die sich in der Umgebung von einer derartigen Schaltung befinden, der Verursachung von Lagerströmen sowie der Beeinträchtigung von weiteren Schutzeinrichtungen wie RCD/RCM und Isolationswächtern.
Gemäß der DE 103 23 255 A1 ist die Aufgabe dargelegt, ein elektrisches Antriebssystem zu entwickeln, welches betriebssicher, platzsparend und für verschiedene Antriebskonzepte verwendbar ist. Allerdings weist die dazugehörige Anordnung Optimierungsbedarf hinsichtlich der erfolgreichen Ableitung von Common-Mode-Strömen und der effizienten Anordnung der beteiligten Komponenten auf.
Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem mit darin auftretenden Common-Mode-Strömen zur Verfügung zu stellen, welches bei miteinander verbundenen Frequenzumrichter und elektrischen Motor eine Vermeidung des Auftretens von Common-Mode-Strömen gegenüber Masse beziehungsweise Erde ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist es, dass bei Antriebssystemen mit elektrischen Maschinen, die eine direkte Kühlung, wie es beispielsweise in der DE 10 2004 013 721 A1 , welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zeigt, dargestellt ist, aufweisen, ein Stator von dem Gehäuse elektrisch und gegebenenfalls wärmeleitend isoliert ist, sodass die von dem Stator in elektrischen Maschinen vorrangig ausgehenden dominanten Ableitströme (Common-Mode-Ströme) nicht in Richtung Erde/Masse verlaufen beziehungsweise ableitbar sind. Somit soll ein elektrisches Antriebssystem zur Verfügung gestellt werden, welches unerwünscht auftretende Common-Mode-Ströme reduziert. Hierfür weist das Antriebssystem mindestens eine elektrische Maschine, mindestens eine Frequenzumricht-Einrichtung, mindestens eine Spannungsversorgungseinrichtung, Spannungsversorgungsleitungen zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und der Frequenzumricht-Einrichtung sowie einen Rotor und den diesen umgebenden Stator mit einer Vielzahl von um eine Maschinenachse verteilte Magnetpole und in Hohlräumen aufgenommene Wicklungen sowie in den Hohlräumen angeordnete, von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle auf, wobei sowohl die Kühlkanäle als auch die Magnetpole, der Rotor und der Stator sowie die Hohlräume und die Wicklungen innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind die Frequenzumricht-Einrichtung und die elektrische Maschine innerhalb eines gemeinsamen, in sich geschlossenen Gehäuses aus Metall angeordnet und zumindest der Stator ist gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert, wobei eine mit den Kühlkanälen verbundene Kühlungseinrichtung innerhalb des Gehäuses elektrisch isoliert gegenüber dem Gehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass unerwünscht auftretende Common-Mode-Ströme, die bisher gegenüber der Masse/Erde abgeflossen sind, umgeleitet und somit nach außen hin reduziert oder sogar vollständig vermieden werden.
Durch ein derartiges gemeinsames in sich geschlossenes Gehäuse aus Metall wird vorteilhaft erreicht, dass die elektrische Maschine und der Frequenzumrichter hinsichtlich der drohenden aufzutretenden parasitären Kapazitäten eine gemeinsame Einheit bilden, in der zwischen dem Frequenzumrichter und der elektrischen Maschine liegende Motorphasenleitungen nicht nach außerhalb des Metallgehäuses geführt werden.
Zusätzlich wird erfindungsgemäß mindestens eine mit den Kühlkanälen verbundene Kühlungseinrichtung innerhalb des Gehäuses gegenüber dem Gehäuse der elektrischen Maschine elektrisch isoliert angeordnet.
Diese Kühleinrichtung kann ein Wechselrichterkühlkörper darstellen und ist insbesondere mit dem Stator der elektrischen Maschine elektrisch leitend verbunden. Hierfür werden der Stator und Kühlkörper mittels Kapazitäten mit dem Zwischenkreis (DC+ und DC–) verbunden. Hierdurch wird zusammen mit der gemeinsamen Anordnung des Frequenzumrichters und des elektrischen Motors innerhalb eines Metallgehäuses erreicht, dass ein separates inneres Potenzial innerhalb des Gehäuses gegenüber einer Masse/Erde einer restlichen Chassis, also einer äußeren Gehäusemasse, erzeugt wird. Dies hat zur Folge, dass auftretende Common-Mode-Ströme über parasitäre Kapazitäten zwischen einer Wicklung des elektrischen Motors und dessen Stator sowie zwischen den Wechselrichtermodulen und dem Kühlkörper über dieses Gehäuse interne Potenzial zurück zum Zwischenkreis geleitet werden und nicht auf das Gehäuse gelangen.
Es sollen somit niederimpendante Stromkreise innerhalb des gemeinsamen Gehäuses geschaffen werden.
Die Common-Mode-Ströme werden also auf gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliertem Wege innerhalb des Gehäuses auf möglichst kurzen Leitungen geführt, worauf sich niederimpendante Stromverbindungen zwischen dem Stator und der Frequenz-Umricht-Einrichtung ergeben. Daraus resultiert, dass eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des gesamten elektrischen Antriebssystems und somit eine nahezu störungsfrei Funktion von Signalleitungen und Messgeräten, die mit dem Antriebssystem verbunden sind, erreicht wird.
Auch Lagerströme können hierdurch nicht entstehen und Schutzeinrichtungen, wie z. B. Isolationswächter, des Antriebssystems werden hierdurch nicht beeinträchtigt. Somit liegt eine bezüglich der auftretenden Common-Mode-Ströme mechanisch optimierte Ausgestaltung des elektrischen Antriebsystems vor.
Bei Vorliegen mehrerer Antriebssysteme, die miteinander verbunden sind, ist ein gemeinsamer Kühlmittelverteiler, der außerhalb der Antriebssysteme angeordnet ist, angeordnet. Dieser Kühlmittelverteiler ist mit allen Antriebssystemen über Hydraulikschläuche, die vorzugsweise eine Metallummantelung aufweisen, elektrisch verbunden, sodass mit den Gehäusen der Antriebssysteme ein geschlossenes System geschaffen wird. Dies stellt ein gemeinsames Potenzial beziehungsweise eine gemeinsame Masse zwischen dem Kühlmittelverteiler und den einzelnen Antriebssystemen sicher.
Die Kühlungseinrichtung ist kapazitiv mittels Kondensatoren mit weiteren Komponenten innerhalb des Gehäuses oder innerhalb eines Gehäuses eines weiteren Antriebsystems verbunden. Dies bewirkt ebenso eine niederinduktive Anbindung der Kühlungseinrichtung und beispielsweise des Stators an dem Zwischenkreis, welches eine Rückführung der Common-Mode-Ströme zu ihren Entstehungsorten bewirken soll.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spannungsversorgungsleitungen und gegebenenfalls weitere Spannungs- oder Signalleitungen innerhalb eines hydraulisch beanspruchbaren Schlauches mit einer geschlossenen Metall- oder Metallgitterummantelung angeordnet, wobei der Schlauch im Bereich von Öffnungen des Gehäuses zur Bildung einer gemeinsamen Gehäusemasse mit dem Gehäuse angeschlossen ist. Dieser Metall- oder Metallgitterummantelung ist mechanisch und geschlossen mit dem Gehäuse verbunden und ergibt hierdurch eine zusammenhängende Ummantelung des gesamten Antriebsystems sowohl mechanisch als auch elektrisch, wodurch die Metall- oder Metallgitterummantelung zusammen mit dem Gehäuse und somit die Gehäuse aller angeschlossenen Komponenten auf einer gemeinsamen Masse liegen.
Um die Kühlungseinrichtung elektrisch isoliert von dem Gehäuse anzuordnen, sind Isolationselemente an einem zwischen der Kühlungseinrichtung und dem elektrischen Motor bzw. Stator inneren Wandelement des Gehäuses beidseitig angeordnet. Somit kann der Stator von der einen Seite und die Kühlungseinrichtung von der anderen Seite gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert werden, welches zu einem geringen Abstand zwischen Stator und Kühleinrichtung führt. Zugleich dient das Wandelement zur Durchführung zwischen dem Stator und der Frequenzumrichteeinrichtung.
Das Kühlmedium außerhalb des Gehäuses wird in Kühlverteilerelementen und den Kühlkanälen zu den einzelnen elektrischen Motoren verteilt, wobei die Kühlverteilerelemente und die Kühlungseinrichtung aus Metall bestehen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung eine elektrische Schaltung für ein elektrisches Antriebssystem gemäß dem Stand der Technik;
2 in einer schematischen Darstellung ein elektrisches Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Schaltung für das elektrische Antriebssystem gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
4 in einer schematischen Darstellung einen elektrischen Motor zur Verwendung in dem Erfindungsgemäßen Antriebssystem.
In 2 ist in einer schematischen Darstellung das elektrische Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Obgleich das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem mit darin auftretenden auf gegenüber dem Gehäuse elektrisch isolierte Weise geführten umzuleitenden dominanten Common-Mode-Strömen auch nur für einen elektrischen Motor mit nur einer Frequenzumrichteinrichtung und nur einer Kühlungseinrichtung innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses realisiert werden kann, sind in der Darstellung gemäß 2 zwei miteinander verbundenen Einheiten mit jeweils einen elektrischen Motor, einer Frequenzumricht-Einrichtung und einer Kühlungseinrichtung gemäß dem Bezugszeichen 21 und 22 dargestellt. Jede dieser Einheiten erweist das erfindungsgemäße gemeinsame Gehäuse 24 aus Metall auf, welche über eine Kühlmittelverteilerleitung mit einem Kühlmittelverteiler im Bereich 23 verbunden sind. Da der Kühlmittelverteiler ebenfalls ein metallisches Gehäuse besitzt, hat das komplette Antriebssystem mit der Kühlmittelverteilerleitung ein gemeinsames Gehäuse-Potenzial.
Innerhalb des Gehäuses 24 ist ein Rotor 25 und ein Stator 26, der den Rotor 25 zumindest teilweise umgibt, angeordnet. Der Stator 26 weist Wicklungen 27 auf und ist mittels elektrischer Isolationselemente, die flächenhaft ausgebildet sein können, gegenüber dem Gehäuse und einem mit dem Gehäuse verbundenen Wandelement 28 elektrisch isoliert. Dies wird durch die Bezugszeichen 34 und 38 wiedergegeben. Sofern der Stator zylinderförmig ausgebildet ist, weisen selbstverständlich die elektrischen Isolationselemente 34 und 38 ebenso eine zylinderförmige Form zur Anpassung an den Stator und zur Anpassung an die Gehäusewände 24 und 28 auf.
Das Wandelement 28 ist ebenso wie das Gehäuse 24 vorzugsweise aus Aluminium oder Stahl.
Eine Kühlungseinrichtung 29, die flächenartig, zylinderförmig oder jede andere platzsparende Form aufweisen kann, ist mittels weiterer Isolationselemente 35, die ebenso flächenartig, stangenartig oder rahmenförmig ausgebildet sein können, gegenüber dem Wandelement 28 elektrisch isoliert.
Eine Frequenzumrichteinrichtung 30 ist mittels Motor Verbindungsleitungen 31 mit den Wicklungen des Stators 26 verbunden und ist ebenso innerhalb de Gehäuses 24 angeordnet.
Durch einen derartigen Aufbau wird ein elektrisch isolierter Einbau des Stators und der Kühlungseinrichtung, die ein IGBT-Kühlkörper umfassen kann, zur Verfügung gestellt. Verbindungsleitungen zwischen dem elektrischen Motor 39 und dem Frequenzumrichter 30, wie durch das Bezugszeichen angezeigt, müssen Erfindungsgemäß nicht von einem Frequenzumrichtungsgehäuse zu einem Motorgehäuse geleitet werden und weisen somit eine kurze Länge auf. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die auftretenden Common-Mode-Ströme aus.
Eine niederinduktive Anbindung des Stators und der Kühlungseinrichtung 29 findet mittels mindestens zweier Kondensatoren 32 an den Zwischenkreis DC+ und DC– statt.
Die Spannungsversorgungsleitungen 33 sind mit Hydraulikschläuchen mit einem Metallgeflecht 33a, vorzugsweise ein Stahlgeflecht, vollständig umgeben, wobei das Geflecht mechanisch im Bereich von Öffnungen 24a des Gehäuses 24 vollständig zur Bildung einer gemeinsamen Gehäusemasse mit dem Gehäuse 24 angeschlossen sind.
Mittels spezieller Lagerungen 36 ist eine Motorachse 37, mit dem Rotor 25 verbunden. Die Motorachse 37 dreht sich um eine Längsachse 37a.
Durch einen derartigen Aufbau, wie in 2 gezeigt wird, ist eine komplette Abschirmung hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit und auftretender Common-Mode-Ströme gegenüber außerhalb des Antriebssystems liegenden Bauelementen, Messgeräten und dergleichen möglich, da beide Gehäuse 24 der Kühlmittelverteiler und die Hydraulikschläuche 33 einen vollständig geschlossenen Schirm bilden.
In 3 wird eine Schaltung für das elektrische Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Eine Spannungsquelle 41 ist über Spannungsversorgungsleitungen in einem Abschnitt 42 mit dem eigentlichen Gehäuse 24 verbunden. Die Versorgungsleitungen sind erfindungsgemäß mit Schläuchen 33 aus einem Stahlgeflecht umgeben, wodurch die parasitäre Kapazität der Spannungsversorgungsleitungen 42a in dem Leitungsabschnitt 42 auf die Schläuche und damit auf die Masse des Gehäuses 24 sowie ein Gehäuse 43 der Spannungsversorgungseinrichtung abgeleitet werden kann. Dies wird durch die Bezugszeichen 44 mit einem angedeuteten Kondensator wiedergegeben. Hierdurch entsteht eine zwischen dem Gehäuse 24 und dem Gehäuse 43 sowie den Schläuchen 33 in Verbindung mit einer gehäuseexternen Masse 45 eine Common-Mode-Strom-Schleife, in der Common-Mode-Ströme 47a und 47b auftreten können. Zugleich dient das Stahlgeflecht zur Abschirmung der Leitungen, um Störaussendungen elektromagnetischer Natur zu reduzieren.
In 3 ist das gemeinsame Gehäuse 24 als Schirmgehäuse mit dem Frequenzumrichter 30 und dem elektrischen Motor 39 dargestellt. Aufgrund des vorhandenen Gehäuses und bereits beschriebener elektrischer Isolationen werden nach extern reichende Common-Mode-Strom-Schleifen wesentlich verkleinert und schließen sich intern innerhalb des Schirmgehäuses 24 auf einer virtuellen Masse 48. Somit können parasitäre Kapazitäten 49a, wie sie innerhalb des elektrischen Motors auftreten, nicht einen Einfluss nach außen als außerhalb des Gehäuses, haben. Sie werden auf die virtuelle Masse 48 umgeleitet und lassen ein gehäuseinternes Potenzial hierdurch entstehen.
Durch den elektrisch isolierten Einbau des Stators und der Kühlungseinrichtung, wie in Verbindung mit 2 beschrieben und die gemeinsame Anordnung des Frequenzumrichters und des elektrischen Motors innerhalb eines Gehäuses 24 findet also die Schaffung eines separaten, inneren bzw. gehäuseinternen Potenzials statt, welches elektrisch isoliert gegenüber einer weiteren gehäuseexternen Masse 45 erzeugt wird. Die erzeugten parasitären Kapazitäten 49 werden somit auf dieses innere Potenzial gelegt, welches niederinduktiv mittels Y-Kondensatoren 51 mit einem Zwischenkreis verbunden ist. Somit können die über die Kapazitäten 49 fließenden Common-Mode-Ströme zum Zwischenkreis zurückgelangen, also der Zwischenkreis verbleibt, ohne nach außen zu einer gehäuseexternen Masse 45, die beispielsweise die Masse eines mit dem elektrischen Antriebsystem angetriebenen Fahrzeuges sein kann, zu gelangen. Dies reduziert die Anzahl der zuvor vorhandenen Common-Mode-Stromschleifen außerhalb des Gehäuses, erheblich.
Mittels des elektrisch isoliert eingebauten Stators bezüglich dem Gehäuse 24 und der Kühlungseinrichtung 29 bewirkt ein Isolationsfehler der Wicklung des elektrischen Motors mit dem Windungsanschluss zum Stator keinen Isolationsfehler bezüglich dem gesamten Antriebsystem und somit keine Funktionsstörung. Die betroffene Komponente mit dem Stator kann den Isolationsfehler selbst erkennen, wodurch eine gesteigerte Verfügbarkeit und einfache Diagnose hinsichtlich des Fehlers sichergestellt wird. Das metallische Gehäuse 24 wird aufgrund der mechanischen Verbindung mit dem Metallgeflecht der Spannungsversorgungsleitungen und mit weiteren Gehäusen weiterer Motoreinheiten eine vollständige Schirmung hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit für die Frequenzumrichter-elektrische Motor-Einheit in Verbindung mit der Kühlungseinrichtung zur Verfügung stellen. Eine Unterbrechung dieser Schirmfunktion ist somit nicht gegeben. Dies ermöglicht eine geringe Störanfälligkeit und Störabstrahlung hinsichtlich elektrischer und magnetischer Effekte.
In 4 ist in einer einfachen Darstellung ein elektrischer Motor, wie er für das elektrische Antriebssystem verwendet werden kann, dargstellt. Der elektrische Motor weist ein Motorgehäuse 62 sowie einen konzentrisch um eine Gehäuselängsachse 37a angeordneten Stator 63 auf. Der Stator 63 ist seinerseits im Wesentlichen von einem Blechpaket 64 und einer Wicklung 65 gebildet, deren Leiter- oder Wicklungsabschnitte in zur Achse 37a hin offenen und sich parallel zu dieser Achse erstreckenden Nuten 60 aufgenommen ist.
Die Nuten 60 sind hierbei so ausgebildet, dass sie zu dem von dem Stator 63 umschlossenen und zur Aufnahme des Rotors 68 dienenden Raum 67 jeweils über einen über die gesamte Länge des Blechpakets 64 parallel zur Achse 37a erstreckenden Schlitz 61 hin offen sind, der eine im Vergleich zum restlichen Bereich 70 jeder Nut 60 deutlich reduzierte Breite aufweist.
Die Wicklung 65 bildet an beiden Enden des Bleckpaketes 64 über diese Enden wegstehende Wickelköpfe.
Die dem Raum 67 bzw. dem Spalt zwischen dem Blechpaket 64 und dem Rotor 68 zugewandte Innenfläche des Blechpaketes 64 ist von einem rohrförmigen Wandabschnitt 69 (Spaltrohr) umschlossen, welcher unter anderem auch sämtliche Nuten 60 an ihrem Schlitz 61 zum Raum 67 bzw. Rotor 68 hin abdichtet.
An den beiden Enden geht der Wandabschnitt 69 jeweils abgedichtet in ein Ende des Motorgehäuses über.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination miteinander gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1: Spannungs- und Stromversorgungseinrichtung
2: Spannungs- und Stromversorgungsleitungen
3: Frequenzumrichter
4: elektrischer Motor
5: Motorgehäuse
6: Konvertergehäuse
7: Motorleitungsabschnitt
8: Masse
9, 10, 11, 12, 13, 14: Kondensatoren
15: Stromschleife
16: Hohlräume
24: Gehäusewand
24a: Öffnung der Gehäusewand
25: Rotor
26: Stator
27: Wicklung
28: Gehäusewand
29: Kühlungseinrichtung
30: Frequenzumrichteinrichtung
31: Verbindungsleitung
32: Kondensator
33: Hydraulikschläuche
33a: Schläuche
34: Isolationselement
34a: Metallgeflecht
35: Isolationselement
36: Lagerung
37: Motorachse
37a: Längsachse
38: Isolationselement
39: Elektrischer Motor
41: Spannungsversorgungseinrichtung
42: Leitungsabschnitt
42a: Spannungsversorgungsleitung
43: Gehäuse
44: Kondensator
45: gehäuseexterne Masse
47a, 47b: Common-Mode-Ströme
48, 48a: virtuelle Masse
49a: parasitäre Kapazitäten
50: Motorverbindungsleitung
51: Y-Kondensator
60: Nuten
61: Schlitz
62: Motorgehäuse
63: Stator
64: Blechpaket
65: Wicklung
66: Kühlkanäle
67: Raum
68: Rotor
69: Wandabschnitt
70: Bereich

Claims

Elektrisches Antriebssystem mit umzuleitenden Common-Mode-Strömen, umfassend: – mindestens eine elektrische Maschine (39), – mindestens eine Frequenzumrichteinrichtung (30) – mindestens eine Spannungsversorgungseinrichtung (41), – Spannungsversorgungsleitungen (42) zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung (41) und der Frequenzumrichteinrichtung (30), wobei die elektrische Maschine (39) einen Rotor (25) und einen diesen umgebenden Stator (26) mit einer Vielzahl von um eine Maschinenachse (37) verteilten Magnetpolen und in Hohlräumen aufgenommenen Wicklungen (27) sowie in den Hohlräumen (16) angeordneten, von einem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle (61) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumrichteinrichtung (30) und die elektrische Maschine (39) innerhalb eines gemeinsamen, in sich geschlossenen Gehäuses (24) aus Metall angeordnet sind und zumindest der Stator (26) gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist, wobei eine mit den Kühlkanälen (61) verbundene Kühlungseinrichtung (29) innerhalb des Gehäuses (24) elektrisch isoliert gegenüber dem Gehäuse (39) angeordnet ist.
Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungsleitungen (33) und gegebenenfalls weitere Spannungs- oder Signalleitungen jeweils innerhalb eines hydraulisch beanspruchbaren Schlauches (33a) mit einer geschlossenen Metall- oder Metallgitterummantelung angeordnet sind, wobei der Schlauch (33a) im Bereich von Öffnungen (24a) des Gehäuses (24) zur Bildung einer gemeinsamen Gehäusemasse mit dem Gehäuse (24) angeschlossen ist.
Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (33a) mit dem Gehäuse (24) aus Metall direkt sowohl mechanisch als auch elektrisch verbunden sind.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungseinrichtung (29) und die elektrische Maschine (39) über vorzugsweise flächenartig ausgebildete, Isolationselemente (34, 35) an einem zwischen der Kühlungseinrichtung (29) und der elektrischen Maschine (39) inneren Wandelement (28) des Gehäuses (24) für eine elektrische Isolation angrenzen.
Antriebssysteme nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium innerhalb des Gehäuses (24) in Kühlkanälen (61) zu den einzelnen Bauteilen der elektrischen Maschine (39) verteilbar ist, wobei die Kühlungseinrichtung (29) aus Metall besteht.
Antriebssysteme nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24) lediglich zwei Öffnungen (24a) für den Ein- und Ausgang der Spannungsversorgungsleitungen (33, 42) und gegebenenfalls Kühlmittel-Leitungen aufweist.