Способ подавления радиочастотных излучений от электропривода, электропривод и электродвигатель

 

В электроприводе и в способе подавления радиочастотных излучений от электропривода, содержащего электродвигатель, электронный контроллер с быстродействующим средством переключения, генерирующим высокочастотную энергию, использован электрический экран для приема радиочастотной энергии, соединенный обратной связью с входом быстродействующего средства переключения. Технический результат заключается в возможности плавного управления выходной мощностью или моментом электродвигателя без значительных потерь электрической энергии при низком радиочастотном излучении. 3 с. и 19 з.п.ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к способу подавления излучения радиочастотной энергии от электропривода, содержащего электронный контроллер и электрический двигатель, и к электроприводу, предназначенному для работы в соответствии с изобретением.

Управление рабочими характеристиками, например скоростью или моментом электрического двигателя, обычно осуществляется с использованием электронного контроллера, содержащего полупроводниковые или твердотельные компоненты, предназначенные для работы в режиме быстродействующего переключения. Примером электронного контроллера такого типа может служить инвертор широтно-импульсной модуляции.

Указанные быстродействующие переключающие устройства используются в электроприводах различных типов, например для управления инверторными приводами переменного тока с электродвигателями с постоянным магнитом, асинхронным и реактивным синхронным электродвигателями, сервоприводами с электродвигателями переменного и постоянного тока, а также с переключаемыми реактивными синхронными электродвигателями. С использованием контроллера с высокой скоростью переключения можно обеспечить получение различных полезных рабочих характеристик, например плавного управления выходной мощностью или моментом электродвигателя без значительных потерь электрической энергии.

Преимущество гибкости управления электродвигателем, которое может быть достигнуто при использовании электронных устройств с высокой скоростью переключения, приводит, однако, к генерации радиочастотной энергии высокого уровня, которая может распространяться в окружающей среде и обусловить недопустимые помехи работе оборудования. В некоторых случаях такие помехи могут вызвать потенциально опасные последствия. Это обстоятельство привело к введению обязательных норм регулирования, в частности, директивы по электромагнитной совместимости 89/336/ЕЕС, которые введены в настоящее время для обеспечения того, чтобы вновь создаваемое оборудование и его монтаж не приводили в результате к потенциально опасным уровням радиочастотных излучений.

Пример использования быстродействующего переключающего устройства для управления электродвигателем, а также экранирования наведенных помех, генерируемых этим двигателем, приведен в US-A-5021725. В нем говорится, что корпус двигателя постоянного тока соединен с позицией заземления, которая является общей с боковым выводом заземления источника питания постоянного тока.

Снижение радиочастотных излучений до уровня, при котором они находятся в допустимых пределах, может быть обеспечено использованием электрического фильтра, однако соответствующий фильтр является обычно неприемлемо дорогостоящим или громоздким. Кроме того, в случае питания энергией переменного тока фильтр обуслoвливает появление тока утечки на "землю", что характеризует собой проблему электробезопасности и может вызвать преждевременное срабатывание защитных устройств. Другие обычные методы, такие как снабжение цепей, способных генерировать радиочастотные излучения, заземлением или заземленным экраном, либо невозможны, либо неэффективны в мощных цепях, для которых заземление и мощный каскад из соображений электробезопасности должны быть разделены.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа подавления радиочастотных излучений от электропривода, а также электропривода, предназначенного для функционирования согласно способу, соответствующему изобретению.

В соответствии с одним из аспектов изобретения предложен способ подавления радиочастотных излучений от электропривода, содержащего электронный контроллер, включающий в себя быстродействующее средство переключения, генерирующее высокочастотную энергию, и электродвигатель, к которому прикладывается энергия от источника электрической энергии через упомянутый электронный контроллер, причем этот способ предусматривает использование электрического экрана для приема радиочастотной энергии, которая излучается по меньшей мере от части электропривода при его работе, и соединение электрического экрана с входом средства переключения.

Способ может предусматривать использование электрического экрана, который по существу полностью окружает по меньшей мере часть электропривода, от которой излучается радиочастотная энергия. Предпочтительнее используется электрический экран, который по меньшей мере существенно полностью окружает по меньшей мере часть электродвигателя.

Изобретение также предусматривает электропривод, содержащий электронный контроллер, включающий в свой состав быстродействующее средство переключения, которое генерирует высокочастотную энергию, и электродвигатель, на который подается энергия от источника электрической энергии через упомянутый электронный контроллер, в котором радиочастотная энергия, излучаемая при его использовании, по меньшей мере, от части электропривода, принимается электрическим экраном, который соединен с входом средства переключения.

Предпочтительнее, электрический экран, соединенный с входом средства переключения, служит по меньшей мере для приема радиочастотной энергии, которая излучается по меньшей мере частью электродвигателя. Дополнительно, более предпочтительно, он может служить также для приема радиочастотной энергии, излученной электронным контроллером.

По меньшей мере в данном аспекте настоящее изобретение может рассматриваться как относящееся к электроприводу в виде системы, в которой имеет место двустороннее взаимодействие между электродвигателем и электронным контроллером, содержащим быстродействующее средство переключения, причем двигатель функционирует за счет управляемой подачи электрической энергии, принимаемой от электронного контроллера в соответствии с работой быстродействующего средства переключения, а радиочастотная энергия, излученная от электродвигателя и принятая электрическим экраном, связанным с двигателем, подается назад к электронному контроллеру, на вход быстродействующего средства переключения.

Электрический экран может быть образован обычной частью электродвигателя, например статором и/или рамой, и/или ротором, и/или обычной частью электронного контроллера, при условии, что отсутствие соединения с "землей" упомянутой части не вызывает неудобств при практическом использовании и допустимо с точки зрения техники безопасности. Например, электрические обмотки могут располагаться в элементе конструкции (например, сердечнике статора или ротора), который может быть лишен промежуточного экрана и может быть использован, по меньшей мере, частично, в качестве электрического экрана. Как вариант, электрический экран может быть образован дополнительным элементом, предусмотренным в составе электропривода или иным образом функционально связанным с ним для приема радиочастотной энергии, по меньшей мере, от части этого привода. Таким образом, электрический экран может служить экраном и также выполнять другую функцию, необходимую для работы электропривода, либо он может содержать структуру, которая предусмотрена для функционирования исключительно в качестве электрического экрана.

Изобретение предусматривает электропривод, содержащий электродвигатель, в котором одна или несколько частей двигателя и/или один или несколько дополнительных элементов предусмотрены для выполнения функции экранирования либо по отдельности, либо в комбинации с одной или несколькими другими из упомянутых обычных частей и дополнительных элементов, для обеспечения экранирования обмоток двигателя.

Изобретение предусматривает, что электрический экран должен иметь обратную связь с источником питания контроллера или с электронным контроллером в точке, которая находится на входной стороне устройства, генерирующего высокочастотную энергию в контроллере, и вследствие этого паразитный радиочастотный ток, отводимый на экран и возвращаемый к электронному контроллеру или источнику тока, не протекает в источник питания или в систему заземления.

Радиочастотная энергия рециркулирует через контроллер, и обеспечивается исключение или, по меньшей мере, снижение необходимости в обычных средствах фильтрации.

Изобретение, кроме того, предусматривает, что в электроприводе, содержащем электронный контроллер и электродвигатель, по меньшей мере, электродвигатель не имеет заземленного экрана. Электронный контроллер также может быть лишен заземленного экрана. Любые средства взаимных соединений, например, выходной кабель контроллера, предусмотренные между электронным контроллером и электродвигателем, также могут быть лишены заземленного экрана. Предпочтительно любое такое средство взаимного соединения, а также электродвигатель (и дополнительно, по мере необходимости, электронный контроллер) снабжены экраном, выполненным так, что радиочастотный ток может отводиться назад от экрана к источнику питания или электронному контроллеру в точке, которая расположена на входной стороне устройства в контроллере, которое генерирует высокочастотную энергию.

Электропривод может содержать множество секций экрана. Секции могут быть взаимосвязаны последовательно или параллельно для соединения с входом быстродействующего средства переключения; может использоваться комбинация последовательных и параллельных взаимных соединений. Одна или более секций экрана могут быть снабжены множеством соединений с другой частью экрана.

Между упомянутым электрическим экраном и электронным контроллером или между внешним источником питания и упомянутым контроллером может быть включен конденсатор для обеспечения того, чтобы электрический экран не был соединен непосредственно с внешним источником питания или любой другой точкой, находящейся под электрическим напряжением. Конденсатор может быть частью схемы, образующей электронный контроллер, или он может быть внешним по отношению к ней. В любом случае он служит в качестве блокирующего средства, предотвращающего передачу на экран высокого потенциала от мощного каскада и обеспечивающего свободное протекание токов высокой частоты.

Величина емкости указанного конденсатора предпочтительно выбирается из условия создания им низкого импеданса на частотах высокочастотных излучений и высокого импеданса на частоте внешнего источника питания. Дополнительный нагрузочный резистор, соединенный с "землей", может быть соединен с указанным конденсатором, так, чтобы наведенный потенциал на частоте питающей мощности на электрическом экране поддерживался малым и чтобы любой значительный ток высокой частоты блокировался от прямого прохождения на "землю".

Изобретение, в частности, особенно полезно для подавления радиочастотных излучений в диапазоне от 150 кГц до 1 ГГц, но может быть использовано для подавления высокочастотных излучений в более широком диапазоне, например от 9 кГц до 2 ГГц и выше.

Быстродействующее средство переключения может иметь время переключения в типовом случае в пределах от 50 нс до 2 мкс и частоту переключения в диапазоне от 300 Гц до 20 кГц. Однако также могут быть использованы быстродействующие средства переключения с временем переключения вне указанного диапазона, например вплоть до 20 нс и даже 10 нс, и более высокие рабочие частоты переключения, например 25 кГц и вплоть до 100 кГц и выше.

Высокочастотная энергия, генерируемая быстродействующим средством переключения, в типовом случае будет более высокочастотной по сравнению с частотой, внутренне присущей и преднамеренно генерируемой схемами электронного контроллера. Эта высокая частота будет находиться в широком диапазоне частот, который включает радиочастоты. Высокочастотная энергия может генерироваться на частотах, являющихся гармониками частоты переключения быстродействующего средства переключения, например вследствие несинусоидального характера изменения направления и тока.

Электронный контроллер может иметь каскад промежуточной частоты, который может представлять собой каскад напряжения постоянного тока.

В случае электронного контроллера, имеющего два или более каскадов, из которых первый не генерирует высокочастотную энергию, экран может иметь обратную связь с точкой, которая находится между этими каскадами, на входной стороне каскада (каскадов), который генерирует высокочастотную энергию.

В частности, если рама двигателя не может быть использована в качестве по меньшей мере части электростатического экрана, например вследствие необходимости ее заземления, экран может быть образован электропроводным слоем, введенным между обмотками двигателя и по меньшей мере частью конструкции двигателя, такой как рама, сердечник статора, или часть ротора двигателя, относительно которой размещены упомянутые обмотки двигателя, причем введенный электропроводный слой изолирован от упомянутых обмоток и соответствующих частей конструкции двигателя. При этом в соответствии с изобретением отвод радиочастотной энергии от обмоток двигателя к раме двигателя (т.е. заземленной раме) подавляется существенным образом в сравнении с обычной конфигурацией, лишенной подобного электропроводного слоя в указанном местоположении.

Электрический экран между обмоткой двигателя и частью электрического двигателя может иметь слоистую структуру. Он может состоять из слоя электропроводного материала, размещенного между двумя слоями изолирующего материала.

В поперечном сечении в плоскости, перпендикулярной длине обмотки двигателя, электрический экран предпочтительно выполнен с возможностью окружения этой обмотки двигателя полностью. Обмотка и упомянутый экран могут располагаться полностью в пределах паза в двигателе. Обмотки в каждом из множества пазов в статоре или другой части двигателя предпочтительно окружены электрическим экраном. Экраны для обмоток в пазах могут быть электрически соединены между собой, например, посредством по меньшей мере части каждого экрана, продолжающегося в продольном направлении за пределы конца паза, так что открытая часть одного экрана находится в электрическом контакте с открытой частью другого экрана. В результате нет необходимости в соединительных проводах для обеспечения взаимных соединений.

Может быть предусмотрен экран торцевой части обмоток для обеспечения экранирования торцевой обмотки от рамы и/или других частей двигателя, например ротора.

Каждая из обмоток двигателя в пазах статора или ротора может быть окружена экраном, например в форме гильзы. Гильза может быть изготовлена из слоистого материала, содержащего электропроводный слой, расположенный рядом со слоем изолирующего материала или между двумя слоями изолирующего материала. Как вариант обмотки могут быть экранированы имеющейся частью конструкции двигателя и дополнительно введенным элементом. Обмотки в пазах статора или ротора могут быть экранированы частично конструкцией статора или сердечника ротора и частично накрывающим экраном лентообразной формы, продолжающимся по той части обмоток, которая не находится рядом с пазом двигателя. Такой накрывающий экран может находиться в электрическом контакте со статором или сердечником ротора, посредством которого он может иметь обратную связь с входной стороной быстродействующего средства переключения или может иметь отдельное соединение. Накрывавший экран может иметь слоистую конструкцию, как описано выше для экрана в форме гильзы, и может быть закреплен в месте установки посредством клина, вводимого в паз. В другом варианте клин, вводимый в паз, может быть выполнен из электропроводного материала и обеспечивать выполнение функции экранирования.

Из описанного выше должно быть ясно, что настоящее изобретение предусматривает, без каких-либо ограничений, электродвигатель, в котором электрический экран размещен между обмотками и по меньшей мере частью остальной конструкции двигателя, например рамой или статором, или частью ротора двигателя. В соответствии с вышеописанными аспектами изобретения такой электрический экран предпочтительно соединен с электронным контроллером, предназначенным для управления работой двигателя.

С учетом того, что трехфазные индукционные двигатели переменного тока находят широкое применение, настоящее изобретение может быть применено к двигателям этого типа, однако изобретение не ограничено применением для какого-то конкретного типа двигателя переменного или постоянного тока. Таким образом, оно может быть применено, например, к другим типам двигателей, таким как электродвигатели переменного тока с постоянным магнитом или реактивные синхронные электродвигатели.

Изобретение может быть применено к электродвигателю и к электроприводу с электродвигателем, работающим от источника питания переменного тока с любым числом фаз или источника постоянного тока. Оно применимо в любой ситуации, когда источник питания имеет отдельное заземление, которое нельзя соединять с полюсом (позицией или выводом) источника питания в оборудовании, т.е. источника питания в электрическом приводе.

Электропривод, соответствующий изобретению, может содержать электронный контроллер, в котором предусмотрен электрический экран (далее называемый экраном контроллера), размещенный в непосредственной близости от быстродействующего средства переключения контроллера, для приема радиочастотной энергии, генерируемой средством переключения, причем экран контроллера соединен с входной стороной средства переключения. Электронный контроллер имеет управляющие позиции. Под управляющей позицией электронного контроллера подразумевается также соединение полюсов или выводов, к которым подсоединяется источник питания.

В частности, предпочтительно, что экран контроллера размещен в непосредственной близости от выводов быстродействующего средства переключения, т. е. расположен между любыми такими выводами и "землей".

Быстродействующее средство переключения может представлять собой твердотельное устройство. Оно может быть снабжено радиатором, и в этом случае в настоящем изобретении предусматривается, что экран контроллера должен размещаться между быстродействующим средством переключения и радиатором.

В случае электронного контроллера, в котором быстродействующее средство переключения электрически изолировано от радиатора слоем изолирующего материала, экран контроллера может представлять собой слой электропроводного материала, нанесенного на этот слой изолирующего материала или размещенного между этим слоем и дополнительным слоем изолирующего материала. Контроллер такого типа может иметь электропроводный корпус для быстродействующего средства переключения, и этот корпус может быть соединен с выводом, например с входным выводом подачи питания, контроллера.

Быстродействующее средство переключения может иметь плату основания, которая электрически изолирована изнутри от той части быстродействующего средства переключения, которая генерирует радиочастотную энергию. В этом случае экран контроллера может быть образован упомянутой платой основания. Слой электроизолирующего материала может быть предусмотрен между экраном, образованным платой основания, и радиатором. Как вариант экран контроллера может представлять собой слой электропроводного материала, нанесенного на слой изолирующего материала, предусмотренного внутри между платой основания и частью быстродействующего средства переключения, которая в процессе его использования генерирует радиочастотную энергию, или может представлять собой слой электропроводного материала, размещенного между упомянутым слоем изолирующего материала и дополнительным слоем изолирующего материала.

Экран контроллера может быть выполнен в виде барьерного слоя, создающего физический барьер для прямого прохождения радиочастотной энергии от быстродействующего средства переключения к радиатору или, например, к другому, обычно заземленному, компоненту. Как вариант экран контроллера может быть выполнен с возможностью окружения быстродействующего средства переключения, т.е. по существу может полностью заключать его в себе.

Электронный контроллер может предусматривать непосредственное соединение быстродействующего средства переключения с радиатором, так что радиатор может находиться под напряжением. В случае электронного контроллера такого типа настоящее изобретение предусматривает, что быстродействующее средство переключения должно быть изолировано электрически от радиатора и что радиатор должен быть соединен с входом подачи питания средства переключения таким образом, что радиатор действует как экран контроллера.

Настоящее изобретение, кроме того, предусматривает, что экран контроллера должен быть соединен с электронным контроллером в точке, которая находится на стороне подачи питания быстродействующего средства переключения. Такое соединение может быть обеспечено с входным выводом подачи питания контроллера, который использует непосредственное переключение от линии подачи питания, или с одним полюсом линии постоянного тока в случае электронного контроллера, который использует выпрямитель с инвертором.

Соединение между экраном контроллера и входом подачи питания электронного контроллера может быть осуществлено посредством конденсатора, емкость которого выбрана для обеспечения низкого импеданса для рассматриваемых радиочастот и высокого импеданса для частоты питания электрического двигателя. Между экраном контроллера и "землей" может быть включен резистор, препятствующий нарастанию статического потенциала.

Конденсатор может быть введен между входной стороной быстродействующего средства переключения и двумя или более секциями, содержащими электрический экран электропривода, например секциями, связанными с одним или несколькими из таких компонентов, как контроллер, двигатель и любой соединительный кабель, и аналогично одной или более секциями из секций экрана двигателя, если он выполнен из множества частей.

Изобретение будет пояснено на примерах осуществления со ссылками на иллюстрирующие чертежи, на которых представлено следующее: фиг. 1 - упрощенный вид электропривода, соответствующего первому варианту выполнения изобретения; фиг. 2 - вид в продольном разрезе двигателя по фиг. 1; фиг. 3 - упрощенный вид в поперечном сечении по линии 3-3, показанной на фиг. 2; фиг. 4 - поперечное сечение обмоток статора в двигателе по фиг. 1; фиг. 5 - детальный вид электрического экрана, показанного на фиг. 4; фиг. 6 - сечение по линии 6-6, показанной на фиг. 4; фиг. 7 - детальный вид конца части статорного сердечника двигателя по фиг. 1; фиг. 8 - вариант выполнения одной из секций экрана, использованного в примере выполнения на фиг. 1-7; фиг. 9 - вариант взаимного соединения для электропривода по фиг. 1;
фиг. 10 - упрощенный вид электропривода, соответствующего второму варианту выполнения изобретения;
фиг. 11 - упрощенный вид электропривода, соответствующего третьему варианту выполнения изобретения;
фиг. 12 - быстродействующее переключающее устройство, предназначенное для использования в электроприводе, соответствующем изобретению;
фиг. 13 - электронный контроллер, использующий переключающее устройство по фиг. 12;
фиг. 14-15 - возможные варианты переключающих устройств, предназначенных для использования в контроллере по фиг. 13;
фиг. 16 - другой пример электронного контроллера, в котором может быть использовано устройство по фиг. 12, 14 или 15;
фиг. 17 - возможный вариант взаимных соединений для устройств, показанных на фиг. 12, 14 и 15;
фиг. 18 - упрощенный вид электропривода, соответствующего другому варианту выполнения изобретения;
фиг. 19 - упрощенный вид электропривода, соответствующего еще одному варианту осуществления изобретения.

Электропривод 10 (см. фиг. 1) содержит в данном примере осуществления изобретения трехфазный индукционный двигатель 11 переменного тока, имеющий ротор 22, скорость которого регулируется электронным контроллером 12, который может быть выполнен известным образом. Контроллер 12 соединен с внешним трехфазным источником питания 17.

Двигатель 11 имеет специальную конструкцию, в которой использован электрический экран, детально описываемый ниже.

В отличие от известной конструкции, в которой в типовом случае рама электродвигателя соединена непосредственно с "землей", что приводит к отводу токов высоких частот на "землю", в данном примере осуществления настоящего изобретения двигатель 11 может иметь соединение с "землей" для обеспечения электробезопасности, но любое такое соединение не передает токов высоких частот. Вместо этого двигатель имеет внутри рамы двигателя электрический экран 9, который соединен с электрическим контроллером 12 посредством соединения 13, при этом паразитный радиочастотный ток, отводимый к экрану, возвращается к контроллеру и блокируется от протекания в систему заземления. Подсоединение соединения осуществлено на вход подачи питания контроллера и тем самым с входной стороной быстродействующего переключающего устройства, которое образует по меньшей мере часть этого контроллера.

Электрический экран 9 двигателя содержит три секции двигателя - все внутри рамы 8 двигателя (фиг. 2); в числе этих секций
1) узел 14 экрана для обмоток 23, размещенных в пазах 19 в сердечнике 24 статора;
2) слоистые торцевые экраны 15 для торцов сердечника статора;
3) проводящие экраны 16 торцевых крышек обмоток.

Узел экрана 14 (см. фиг. 4 и 5) содержит гильзообразные элементы 18, которые полностью окружают обмотки 23 в пазах 19 сердечника статора и проходят вдоль всей длины каждого паза.

Как показано на фиг. 5, каждый экран 14 имеет слоистую структуру, включающую слой электропроводного материала 20, размещенный между двумя слоями изолирующего материала 21. Этот экран 14 используется вместо (а не как дополнительный) обычного одиночного слоя изолирующего материала, обычно предусмотренного в качестве внутреннего покрытия в пазах статора.

Каждый экран 14 проходит в продольном направлении за пределы концов соответствующих пазов 19, так что концы соседних экранов 14 могут быть электрически взаимно соединены так, как показано на фиг. 6. Таким образом, у конца пары соседних пазов 19 вне пазов на соседних частях 25a, 25b боковых частей экранов 14 слой изолирующего материала 21 удален, и выступает слой проводящего материала 20. Изолирующий слой 21, ближайший к обмотке 23, удален с одной (25b) из пары соседних боковых стенок, а изолирующий слой 21 - самый дальний от обмотки 23 - удален с другой боковой стороны (25a) упомянутой пары стенок. Таким образом, когда непокрытые концы боковых стенок загибают с прилеганием к торцевой поверхности 26 сердечника статора, то на этой торцевой поверхности образуется слоистая конфигурация из двух слоев проводящего материала 20 в непосредственном контакте, расположенных между изолирующим слоем 21 одной боковой стенки 25a и изолирующим слоем 21 другой боковой стенки 25b соседней пары стенок.

На фиг. 7 показана часть одной из пары экранированных торцевых пластин 15, каждая из которых предназначена для обеспечения экранирования между сердечником статора и торцевой обмоткой. Пластина 15 может иметь электрический экран, выполненный, так, как описано выше со ссылками на фиг. 5. В зависимости от требований к изоляции слой проводящего материала 20 может быть размещен на одной поверхности пластины или может быть введен в структуру пластины.

Каждый проводящий экран 16 торцевой крышки обмотки (см. фиг. 2 и 3) также может быть выполнен, как описано выше со ссылками на фиг. 5. В зависимости от требований к изоляции проводящая пленка может быть размещена на одной поверхности крышки или может быть введена в ее структуру как внутренний слой. Экраны 16 торцевой крышки обеспечивают экранирование между торцевыми обмотками и рамой 8 двигателя.

В вышеописанной конструкции каждая из секций экрана образована компонентом, который является либо дополнительным к стандартным обычным компонентам двигателя, либо заменяющим компонентом, как в случае узлов 14 экранов для обмоток 23, которые предусмотрены вместо стандартного одиночного слоя изолирующего материала между обмотками и сердечником статора.

В другом варианте выполнения, иллюстрируемом фиг. 8, стандартная обычная часть двигателя используется дал создания, по меньшей мере частично, одной из экранных секций. Двигатель имеет конструкцию, по существу сходную с конструкцией двигателя 11, описанной со ссылками на фиг. 1-7. Однако вместо снабжения каждой обмотки в пазу сердечника статора экраном 14 (см. фиг. 4) в виде слоистой гильзообразной структуры сердечник 24 статора используется для создания части такой экранной секции, и обычный изолирующий материал (не показан) предусмотрен между обмотками и сердечником статора.

Как в случае двигателя 11, изоляция предусмотрена между сердечником статора и рамой, причем рама в типовом случае соединена с "землей". Экраны также предусмотрены над торцевыми обмотками соответственно экранам 16, показанным на фиг. 2. За счет соединения сердечника статора с входной стороной быстродействующего переключающего устройства контроллера 12 основание и боковые стенки каждого паза 19, как показано в поперечном сечении на фиг. 8, служат для экранирования трех сторон каждой обмотки. Четвертая радиально внутренняя сторона каждой обмотки 23, ближняя к входному отверстию соответствующего паза 19, экранирована проводящим экраном 27 полосковой формы, находящимся своими продольными кромками в электрическом контакте с соответствующими боковыми стенками паза. Экран 27 удерживается в своем положении с помощью пазового клина 28, изолированного обычным образом от обмотки 23. Экран 27 имеет соединение обратной связи с контроллером посредством сердечника статора, и тем самым все четыре стороны обмоток, как видно из фиг. 8, экранированы.

Если электронный контроллер 12 размещен не непосредственно рядом с электродвигателем 11, так что соединительный кабель 30 (фиг. 1) имеет существенную длину и может излучать радиочастотную энергию, такой соединительный кабель должен быть снабжен экраном. Соединение такого экрана с "землей" обычным образом привело бы к возникновению емкости между проводниками питания кабеля 30 и экраном, приводящей к тому же эффекту увеличения радиочастотного излучения от провода, что и емкость между обмотками двигателя и заземленной частью двигателя. Для исключения или уменьшения этого эффекта экран вокруг кабеля 30 предпочтительно соединен с той же частью контроллера 12, с которой соединен экран 9 двигателя. Он может быть соединен посредством вышеупомянутого соединительного элемента, например посредством вышеописанного соединительного элемента 13.

Вместо непосредственного соединения электрический экран двигателя 11 и/или любого соединительного кабеля 30 может соединяться с контроллером 12 через конденсатор. Соответствующее устройство показано на фиг. 9. Конденсатор 31 введен в соединительный элемент 13. Дополнительно может быть предусмотрен вспомогательный нагрузочный резистор 32, включенный между "землей" и обкладкой конденсатора, связанной с экраном, чтобы обеспечить состояние, при котором потенциал частоты питания на экране имеет малую величину; величина резистора выбрана так, чтобы не допустить утечки значительных токов высоких частот на "землю". Величина конденсатора 31 выбрана так, чтобы обеспечить низкий импеданс на частотах радиочастотных излучений и высокий импеданс на частоте питания.

Во втором варианте осуществления изобретения электронный контроллер 40 (см. фиг. 10) содержит каскад промежуточной частоты (напряжения постоянного тока), который содержит конденсатор 45 (или два конденсатора, соединенные последовательно, вместо одного конденсатора 45, если это более предпочтительно с учетом соответствующих соображений, например, номинального напряжения). Первая часть 41 контроллера действует как выпрямитель для питания 39, а вторая часть 42 содержит матрицу мощных транзисторов или других мощных переключающих устройств, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток для возбуждения двигателя переменного тока 43. В двигателе 43 предусмотрен электрический экран 9' по существу такой же, как описано выше, имеющий обратную связь с контроллером посредством соединительного элемента 44, который, как показано на чертеже, является элементом соединения по постоянному току между частями 41, 42 и образует вход для быстродействующего средства переключения, образованного частью 42.

Соединительный элемент 44 может обеспечить непосредственную связь между двигателем 43 и контроллером 40, как показано на фиг. 10. Как вариант соединительный элемент 44 может содержать конденсатор (не показан) аналогично тому, как конденсатор 31 (фиг. 9) введен в соединительный элемент 13 (фиг. 1). Конденсатор, введенный в элемент связи 44, показанный на фиг. 10, может также иметь значение емкости, выбранное из условия обеспечения низкого импеданса на частоте радиочастотных излучений и высокого импеданса на частоте питания. Дополнительно может быть предусмотрен вспомогательный нагрузочный резистор (также не показан), включенный между "землей" и связанной с экраном обкладкой конденсатора, включенного в элемент связи 44, аналогично тому, как это имеет место для вспомогательного резистора 32 в устройстве по фиг. 9.

Другой вариант устройства по фиг. 10 представлен на фиг. 11. Единственный конденсатор 45 инвертора по фиг. 10 заменен двумя конденсаторами (45'), соединенными последовательно в контроллере 40' с точкой между этими двумя конденсаторами 45'. Это позволяет получить преимущества, обеспечиваемые конденсатором 31 в устройстве по фиг. 9, при этом не требуя вводить дополнительный конденсатор исключительно для этой цели.

В дополнение к обеспечению того, что экран 9 двигателя и дополнительно также экран соединительного кабеля 30 имеют обратную связь с контроллером (12, 40), как описано выше, контроллер может также содержать быстродействующее переключающее устройство, так же экранированное от "земли" посредством экрана, называемого экраном контроллера, который соединен с контроллером на входе быстродействующего переключающего устройства.

Быстродействующее переключающее устройство может содержать полупроводниковый элемент 50 (фиг. 12), смонтированный на плате 51 основания, которая извне изолирована электрически от радиатора 52 обычным способом посредством промежуточного изолирующего слоя 53. В соответствии с настоящим изобретением электрический экран 54 предусмотрен между платой 51 основания и радиатором 52. Экран контроллера электрически изолирован от платы 51 основания посредством обычного изолирующего слоя 53 и изолирован от радиатора, который может быть заземлен посредством дополнительного слоя 55 электроизолирующего материала.

Контроллер 12 может использовать непосредственное переключение из линии подачи питания, в этом случае (см. фиг. 13) экран 54 контроллера может быть соединен посредством элемента связи 56 с входным выводом подачи питания 57 контроллера.

Если быстродействующее переключающее устройство выполнено как переключающее устройство с внутренней изоляцией, в котором полупроводник 60 изолирован от платы 61 основания посредством промежуточного слоя 62 электрической изоляции (см. фиг. 14), плата основания может быть использована в качестве экрана контроллера, и дополнительный слой 63 электрической изоляции может быть предусмотрен для изоляции экрана контроллера от радиатора 64.

В другой конструкции быстродействующего переключающего устройства с внутренней изоляцией (фиг. 15) плата 70 основания может быть смонтирована непосредственно на радиаторе 71, а обычный одиночный слой электрической изоляции между полупроводниковым устройством 72 и платой основания может быть заменен слоистой структурой из двух слоев 73, 74 электрической изоляции, между которыми размещен одиночный слой 75 экрана.

В вариантах по фиг. 14 и 15 соответствующие экраны 61, 75 контроллера могут быть соединены посредством элемента связи 56 с входным выводом 57 подачи питания, как описано выше со ссылками на фиг. 12 и 13.

Контроллер может быть выполнен так, как описано со ссылками на фиг. 10, т. е. содержать выпрямительный блок 41, за которым следует инверторный блок 42. В этом случае соответствующие экраны 54, 61, 75 быстродействующих переключающих устройств по фиг. 12, 14 и 15 могут быть соединены с одним полюсом линии постоянного тока, как показано на фиг. 16.

Экран 54, 61, 75 контроллера может быть соединен непосредственно с входом быстродействующего переключающего устройства, как показано на фиг. 13 и 16, или может быть взаимосвязан посредством конденсатора. На фиг. 17 показана схема соединения с использованием конденсатора 81. Конденсатор 81 включен между элементом связи 80 с экраном 83 контроллера и элементом связи 84 с входом быстродействующего устройства переключения (не показано). Конденсатор 81 имеет величину емкости, выбранную из условия обеспечения низкого импеданса на частотах радиочастотных излучений и высокого импеданса на частоте питания. Вспомогательный нагрузочный резистор 82 включен между элементом связи 80 и "землей" и служит для исключения формирования статического потенциала.

Обычно исходя из требований электробезопасности по меньшей мере рама двигателя должна быть соединена с "землей". Однако в этом нет необходимости в случаях, когда практичным является обеспечение достаточной электрической изоляции для всех доступных частей двигателя. В таких случаях настоящее изобретение предусматривает, что не всегда необходимо обеспечивать вышеописанное дополнительное экранирование (14, 15, 16) в двигателе и что конструкция двигателя или соответствующие ее части, например статор и/или рама, и/или ротор, могут быть соединены с контроллером, чтобы паразитные токи высоких частот, наведенные в этой конструкции двигателя, отводились назад к контроллеру. Такое соединение может быть непосредственным, например таким, как описано со ссылками на фиг. 1 или фиг. 10, или косвенным, например через конденсатор, как описано со ссылками на фиг. 9.

На фиг. 18 представлен пример электропривода, в котором все обычные части, конструкции двигателя 90 использованы в качестве экрана, имеющего обратную связь (91) с входом быстродействующего средства переключения. Электрическая изоляция 92 изолирует двигатель от "земли"; выходной вал 93 также снабжен секцией 94, представляющей собой электрический изолятор.

На фиг. 19 показан электропривод 100, в котором электродвигатель 101 и электронный контроллер 102 взаимосвязаны кабелем 103. Двигатель, контроллер и кабель снабжены соответствующими экранирующими секциями 101', 102', 103', и три экранные секции взаимосвязаны элементом связи 104, который соединен с входом 105 подачи питания контроллера. В типовом случае экранная секция 101' двигателя может содержать множество компонентов экрана (например, для обмоток в пазах сердечника и для торцевых обмоток) или может быть образована по меньшей мере конструкцией рамы двигателя. В альтернативном варианте ясно, что соединительный элемент 104 может быть соединен с промежуточным каскадом контролера 102.

Степень подавления радиочастотных излучений, обеспечиваемая настоящим изобретением, позволит либо исключить фильтр, либо использовать фильтры намного меньших габаритов, т.е. более экономичные и/или с меньшими токами утечки на "землю", чем это требовалось до настоящего времени.

Формула изобретения

1. Способ подавления радиочастотных излучений от электропривода, содержащего электронный контроллер, который содержит быстродействующее средство переключения, генерирующее высокочастотную энергию, и электродвигатель, к которому питание от источника электрической энергии подается через быстродействующее средство упомянутого электронного контроллера, при этом способ основан на использовании электрического экрана для приема радиочастотной энергии, излучаемой по меньшей мере частью электропривода при его использовании, отличающийся тем, что осуществляют электрическое соединение обратной связи упомянутого электрического экрана с незаземленной точкой на входной стороне средства переключения.

2. Электропривод, содержащий электронный контроллер, включающий в себя быстродействующее средство переключения, генерирующее высокочастотную энергию, электрический экран для приема радиочастотной энергии, которая излучается, по меньшей мере, частью электродвигателя при его использовании, и электродвигатель, на который подается питание от источника электроэнергии через входную сторону средства переключения электронного контроллера, имеющую незаземленную точку, отличающийся тем, что электрический экран имеет соединение обратной связи с упомянутой незаземленной точкой на входной стороне средства переключения.

3. Электропривод по п.2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, электродвигатель и выходной кабель контроллера или другие подобные средства взаимных соединений, предусмотренные между электронным контроллером и электродвигателем, лишены заземленного экрана.

4. Электропривод по п.2, отличающийся тем, что содержит средство соединения для передачи энергии от контроллера к двигателю, причем средство соединения, контроллер и двигатель снабжены соответствующим экраном для приема радиочастотной энергии, излучаемой по меньшей мере частью соответствующего средства соединения, контроллера и двигателя, причем каждый из экранов соединен с незаземленной точкой на входной стороне быстродействующего средства переключения.

5. Электропривод по любому из пп.2 - 4, отличающийся тем, что электрический экран образован частью электродвигателя, которая не соединена с заземлением.

6. Электропривод по п.5, отличающийся тем, что электрический экран образован частью конструкции электропривода.

7. Электропривод по любому из пп.2 - 6, отличающийся тем, что электрический экран состоит из экрана для обмоток, размещенных в пазах статора, торцевых экранов сердечника статора, торцевых крышек обмоток и экрана полосковой формы.

8. Электропривод по любому из пп.2 - 7, отличающийся тем, что по меньшей мере электрический экран по существу полностью окружает по меньшей мере часть электродвигателя, от которой при использовании привода излучается радиочастотная энергия.

9. Электропривод по любому из пп.2 - 8, отличающийся тем, что электродвигатель включает электрический экран, образованный по меньшей мере одним из таких компонентов двигателя, как рама, сердечник статора и ротор, и размещенный с обеспечением приема радиочастотной энергии, излучаемой электрическими обмотками двигателя.

10. Электропривод по любому из пп.2 - 9, отличающийся тем, что содержит конденсатор, включенный между электрическим экраном и электронным контроллером или внешним источником питания контроллера, причем конденсатор предназначен для исключения непосредственной связи электрического экрана с внешним источником питания или любой другой точкой под напряжением, при этом конденсатор имеет величину емкости, выбранную из условия обеспечения низкого импеданса на частотах радиочастотных излучений и высокого импеданса на частоте внешнего источника питания.

11. Электропривод по любому из пп.2 - 10, отличающийся тем, что электронный контроллер имеет по меньшей мере два каскада, из которых первый каскад не генерирует высокочастотную энергию, а упомянутый электрический экран имеет обратную связь с незаземленной точкой между этими двумя каскадами на входной стороне каскада (каскадов), который (ые) генерирует (ют) высокочастотную энергию.

12. Электропривод по любому из пп.2 - 11, отличающийся тем, что электрический экран выполнен в виде электропроводного слоя слоистой структуры, включающей слой электропроводного материала, непосредственно рядом по меньшей мере с одной поверхностью которого имеется слой изолирующего материала, при этом упомянутый электрический экран размещен, по меньшей мере частично, между обмотками (23) двигателя и связанным с ними статором.

13. Электропривод по любому из пп.2 - 12, отличающийся тем, что электрический экран включает экран контроллера, размещенный в непосредственной близости от быстродействующего средства переключения, для приема радиочастотной энергии, генерируемой упомянутым средством переключения, причем упомянутый экран контроллера соединен с незаземленной точкой на входной стороне средства переключения.

14. Электропривод по п.13, отличающийся тем, что упомянутый экран контроллера размещен между заземленной точкой и выводами быстродействующего средства переключения.

15. Электропривод по п.13 или 14, отличающийся тем, что быстродействующее средство переключения смонтировано на радиаторе, а экран контроллера размещен между быстродействующим средством переключения и радиатором для обеспечения физического барьера для прямой передачи радиочастотной энергии от быстродействующего средства переключения к радиатору.

16. Электропривод по любому из пп.13 - 15, отличающийся тем, что экран контроллера по существу полностью заключает в себе быстродействующее средство переключения.

17. Электродвигатель, содержащий обмотки двигателя, раму двигателя, отличающийся тем, что упомянутый двигатель содержит электрический экран, размещенный между обмотками двигателя и рамой двигателя для приема радиочастотной энергии, излученной обмотками двигателя, изолирующий материал между электрическим экраном и рамой двигателя, а незаземленное электропроводящее соединение соединено с электрическим экраном для соединения экрана с источником питания двигателя так, чтобы радиочастотный ток мог быть отведен назад к источнику питания.

18. Электродвигатель по п.17, отличающийся тем, что обмотки двигателя размещены в пазах и каждый из пазов имеет электрический экран, связанный с ним и выполненный с возможностью окружения обмоток в данном пазу.

19. Электродвигатель по п.18, отличающийся тем, что каждый паз содержит по меньшей мере один электрический экран, который окружает обмотки двигателя в этом пазу.

20. Электродвигатель по п.19, отличающийся тем, что каждый экран выполнен в виде слоистого экрана, содержащего слой электропроводного материала, расположенный между двумя слоями изолирующего материала.

21. Электродвигатель по п.18, отличающийся тем, что конструкция каждого паза служит в качестве части электрического экрана, связанного с данным пазом.

22. Электродвигатель по п.21, отличающийся тем, что в области входного отверстия паза имеется экран полосковой формы, который находится в электрическом контакте с соответствующими боковыми стенками паза.

Приоритет по пунктам:
08.03.94 - по пп.1, 2, 3, 5 - 12, 17 - 21;
09.09.94 - по пп.4, 13 - 16;
22.02.95 - по пп.22.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19