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Patent Searching and Data


Title:
ELECTROMOTIVE DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/108498
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromotive drive having a frequency converter, which is connected to a power supply (31) on the mains side, and having an electric motor (37), which is connected to the frequency converter. According to the invention, the drive is designed for an AC supply voltage present at the power supply (31) of 3 to 5 kV, preferably 3.3 to 4.16 kV. The frequency converter and the electric motor (37) are arranged in a common housing. The frequency converter preferably has two series-connected intermediate circuit capacitors (33, 34), substantially half the intermediate circuit voltage falling across each of the intermediate circuit capacitors (33, 34). Each of the intermediate circuit capacitors (33, 34) is preferably parallel-connected to one of two series-connected, controlled inverters (35, 36). Each of the inverters (35, 36) supplies one of two winding sets (38, 39) of the electric motor (37). The invention also relates to a rectifier diode arrangement (40) having a stack-like construction, wherein at least one disc-shaped semiconductor diode, at least one terminal saddle (44) and at least one disc (47) made of electrically insulating material are arranged one above the other in a stack, which is clamped on one side against a thermally conductive plate (43), preferably a copper plate.

Inventors:
DAHLMANN UWE (DE)
OHM DIRK (DE)
MEUSER EIKE (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/050369
Publication Date:
July 17, 2014
Filing Date:
January 10, 2014
Export Citation:
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Assignee:
BREUER MOTOREN GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H02P27/06; H02M5/458
Foreign References:
US5905642A1999-05-18
EP0913918A21999-05-06
DE202004013341U12006-02-02
EP1473822A22004-11-03
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ISFORT, Olaf (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Elektromotorischer Antrieb mit einem an eine netzseitige Einspeisung (31 ) angeschlossenen Frequenzumformer und einem an den Frequenzumformer angeschlossenen Elektromotor (37),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Antrieb für eine an der Einspeisung (31 ) anliegende Netzwechselspannung von 3 bis 5 kV, vorzugsweise 3,3 bis 4,16 kV ausgelegt ist.

2. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Frequenzumformer und Elektromotor (37) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

3. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (37) ein Asynchronmotor ist.

4. Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer einen an die netzseitige

Einspeisung (31 ) angeschlossenen 6-pulsigen Gleichrichter (32) aufweist.

5. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren (33, 34) aufweist, wobei über jedem der Zwischenkreiskondensatoren (33, 34) im Wesentlichen die halbe Zwischenkreisspannung abfällt.

6. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer zwei in Reihe geschaltete, gesteuerte Wechselrichter (35, 36) aufweist, wobei die Wechselrichter (35, 36) und die Zwischenkreiskondensatoren (33, 34) paarweise parallel geschaltet sind.

7. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (35, 36) Zweipunktwechselrichter sind.

8. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (37) zwei Wicklungssätze (38, 39) aufweist, wobei jeder Wicklungssatz (38, 39) an die Ausgangsphasen eines der beiden Wechselrichter (35, 36)angeschlossen ist.

9. Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Wasserkühlung zur Kühlung des Elektromotors (37) und des Frequenzumformers. 10. Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Sensorik zur Messung von Temperatur und/oder Kühlwasserfluss und/oder Kühlwasserdruck und/oder Netzwechselspannung und/oder Stromfluss und/oder Motordrehzahl.

1 1 . Gleichrichterdiodenanordnung (40) mit stapeiförmigem Aufbau, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine scheibenförmige Halbleiterdiode (46), wenigstens eine Anschlusslasche (44) und zumindest eine Scheibe (47) aus elektrisch isolierendem Material in einem Stapel übereinander angeordnet sind, der einseitig gegen eine wärmeleitende Platte (43), bevorzugt eine Kupferplatte, verspannt ist. 12. Gleichrichterdiodenanordnung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (47) aus elektrisch isolierendem Material aus Aluminiumnitrid, Keramik oder Kunststoff besteht.

13. Gleichrichterdiodenanordnung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Scheiben eine Silikonnaht im Randbereich aufweisen.

14. Gleichrichterdiodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Platte (43) wenigstens einen herausgearbeiteten Vorsprung, vorzugsweise in Form eines Kegelstumpfes, aufweist, der in den Scheibenstapel eingreift.

15. Gleichrichterdiodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis

14, gekennzeichnet durch ein Federelement (45), bevorzugt eine Schrauben- oder Tellerfeder, das sich an einem mit der wärmeleitenden Platte (43) verbundenen Halteelement (49, 50) abstützt und den Stapel an die wärmeleitende Platte (43) presst.

16. Gleichrichterdiodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Platte (43) Temperatursensoren (48) aufweist.

17. Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Gleichrichterdiodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16.

Description:
Elektromotorischer Antrieb Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Antrieb mit einem an eine netzseitige Einspeisung angeschlossenen Frequenzumformer und einem an den Frequenzumformer angeschlossenen Elektromotor. Ferner betrifft die Erfindung eine Gleichrichterdiode.

Elektromotorische Antriebe der genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden z.B. im Steinkohlebergbau an Bandanlagen, Förderanlagen und Hobeln eingesetzt. Der Leistungsbereich erstreckt sich von etwa 250 kW bis 1000 kW. Ein Beispiel eines solchen herkömmlichen elektromotorischen Antriebs ist schematisch in der Figur 1 gezeigt. Zur Ermöglichung einer variablen Drehzahl des Elektromotors ist ein Frequenzumformer vorgesehen, der mit einer Gleichspannung in einem Zwischenkreis arbeitet. Dabei wird ein Zwischenkreiskondensator aus einem 12- pulsigen Gleichrichter gespeist. Die netzseitige Einspeisung erfolgt über einen externen Sondertransformator. Der Zwischenkreiskondensator ist mit einem 6- pulsigen Zweipunktwechselrichter verbunden, dessen Ausgangsphasen an die Motorwicklungen angeschlossen sind, wie in Figur 1 gezeigt. Die sechs Schalter des Wechselrichters, bei denen es sich üblicherweise um Bipolartransistoren mit isolierter Gate- Elektrode (IGBTs) handelt, werden von einer in der Figur 1 nicht näher dargestellten elektronischen Steuerung angesteuert, um am Ausgang des Wechselrichters eine dreiphasige Wechselspannung geeigneter Frequenz zu erzeugen. Bei dem in der Figur 1 gezeigten herkömmlichen elektromotorischen Antrieb sind sämtliche Komponenten, d.h. Frequenzumformer, Elektromotor und zugehörige Steuerung, in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dieses Konzept ist jedoch nur einsetzbar bei einer Netzwechselspannung im Bereich von 1 kV (in der Praxis 1 ,14 kV), wobei die Motorleistung im Bereich von maximal 1 MW liegt.

Im Sinne höherer Motorleistungen bei gleichzeitig möglichst geringen Kabelquerschnitten ist es wünschenswert, bei einer Netzwechselspannung im Bereich von 3 bis 5 kV (in der Praxis 3,3 bis 4,16 kV) zu arbeiten. In diesem sogenannten Mittelspannungsbereich ist jedoch das in der Figur 1 gezeigte Antriebskonzept nicht einsetzbar, da bisher ein hinreichend kompakter Aufbau mit Frequenzumformer und Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse bei ausreichender Spannungsfestigkeit im Mittelspannungsbereich nicht realisierbar war. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektromotorischen Antrieb für den Mittelspannungsbereich bereitzustellen, bei dem möglichst Frequenzumformer und Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und so eine kompakte Einheit bilden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem elektromotorischen Antrieb der eingangs genannten Art dadurch, dass der Antrieb für eine an der Einspeisung anliegende Netzwechselspannung von 3 bis 5 kV, vorzugsweise 3,3 bis 4,16 kV ausgelegt ist.

Ferner wird die Aufgabe durch eine Gleichrichterdiodenanordnung mit stapeiförmigem Aufbau gelöst, wobei wenigstens eine scheibenförmige Halbleiterdiode, wenigstens eine Anschlusslasche und zumindest eine Scheibe aus elektrisch isolierendem Material in einem Stapel übereinander angeordnet sind, der einseitig gegen eine wärmeleitende Platte, bevorzugt eine Kupferplatte, verspannt ist. Die erfindungsgemäße Gleichrichterdiodenanordnung kommt bevorzugt in dem erfindungsgemäßen elektromotorischen Antrieb zum Einsatz. Der erfindungsgemäße Antrieb weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass er bei geringen Kabelquerschnitten direkt an das Mittelspannungsnetz angeschlossen werden kann und zudem eine sehr kompakte Bauform aufweist. Die Begriffe Frequenzumformer und Frequenzumrichter werden im Sinne der Erfindung synonym verwendet.

Bevorzugt befinden sich der Frequenzumformer und der Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse und bilden so eine kompakte Einheit.

Bei dem Elektromotor handelt es sich bevorzugt um einen Asynchronmotor, dessen Drehzahl durch die Frequenz der von dem Frequenzumformer erzeugten Wechselspannung bestimmt ist.

Weiter bevorzugt weist der Frequenzumformer des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs einen an die netzseitige Einspeisung angeschlossenen 6-pulsigen Gleichrichter auf. Durch Einsatz eines nur 6- pulsigen Gleichrichters kann auf einen Sondertransformator zum netzseitigen Anschluss verzichtet werden. Der erfindungsgemäße elektromotorische Antrieb kann direkt an die Mittelspannung angeschlossen werden. Der Einsatz eines 6- pulsigen Gleichrichters an Stelle des herkömmlich eingesetzten 12-pulsigen Gleichrichters macht den erfindungsgemäßen elektromotorischen Antrieb außerdem einfacher und damit kostengünstiger herstellbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden geeignete Maßnahmen getroffen, um eine hinreichende Spannungsfestigkeit im Zwischenkreis sicherzustellen. Hierzu kann mit Vorteil die erfindungsgemäße Gleichrichterdiodenanordnung verwendet werden, die aus wenigstens einem Scheibenstapel mit geeignet dotierten Halbleiterscheiben aufgebaut ist.

Zur Stromleitung im Zwischenkreis kann eine teilentladungsfreie Verschienung verwendet werden, die durch eine mehrschichtige Anordnung aus Kupferplatten realisiert wird. Die Spannung wird durch die im Stapel angeordneten Kupferplatten geführt, wobei die Kupferplatten in ein elektrisch isolierendes Material einlaminiert sind. Zum Anschluss an den Gleichrichter einerseits und den Wechselrichter andererseits können Durchkontaktierungen im Plattenstapel einfach realisiert werden. Diese Durchkontaktierungen können als Steckkontakte ausgebildet sein, um die Komponenten von Gleich- und Wechselrichter mit den jeweiligen Kupferplatten zu verbinden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Frequenzumformer des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs zwei in Reihe geschaltete Zwischenkreiskondensatoren auf, wobei über jedem der Zwischen- kreiskondensatoren im Wesentlichen die halbe Zwischenkreisspannung abfällt. Somit erfolgt eine Teilung der Gleichspannung im Zwischenkreis. Diese Teilung ist Grundlage dafür, dass im nachgeschalteten Wechselrichter kommerziell verfügbare Standard-Halbleiterbauelemente verwendet werden können, die im Mittelspannungsbereich ansonsten nicht unmittelbar einsetzbar wären. Hierzu weist der Frequenzumformer vorzugsweise zwei in Reihe geschaltete, gesteuerte Wechselrichter auf, wobei die Wechselrichter und die Zwischenkreiskondensatoren paarweise parallel geschaltet sind. Dies bedeutet, mit anderen Worten, dass einer der beiden in Reihe geschalteten Wechselrichter aus einem der beiden in Reihe geschalteten Zwischenkreis- kondensatoren gespeist wird, während der andere Wechselrichter aus dem anderen der beiden in Reihe geschalteten Zwischenkreiskondensatoren gespeist wird. Jeder Wechselrichter wird somit nur mit der halben Zwischenkreisspannung beaufschlagt, was eine Voraussetzung für die Realisierbarkeit des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs im Mittelspannungsbereich ist.

Bevorzugt kommen als Wechselrichter herkömmliche Zweipunktwechselrichter zum Einsatz. Jeder der Zweipunktwechselrichter weist typischerweise sechs Halbleiterschalter auf, um eine dreiphasige Ausgangswechselspannung variabler Frequenz zu erzeugen. Derartige Zweipunktwechselrichter sind einfach aufgebaut, robust und einfach ansteuerbar. Auf dieser Basis lässt sich der erfindungsgemäße elektromotorische Antrieb kostengünstig realisieren. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Elektromotor des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs zwei Wicklungssätze auf, wobei jeder Wicklungssatz an die Ausgangsphasen eines der beiden Wechselrichter angeschlossen ist. Dies bedeutet, anders ausgedrückt, dass einer der beiden in Reihe geschalteten Wechselrichter einen der beiden Wicklungssätze des Elektromotors speist, während der andere Wechselrichter den anderen Wicklungssatz des Elektromotors speist. Somit werden die beiden Wicklungssätze jeweils nur mit der halben Zwischenkreisspannung gespeist. Dies ist eine weitere Voraussetzung für die Realisierbarkeit des elektromotorischen Antriebs gemäß der Erfindung im Mittelspannungsbereich.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der elektromotorische Antrieb gemäß der Erfindung eine Wasserkühlung auf, die sowohl den Elektromotor als auch den Frequenzumformer kühlt. Da Frequenzumformer und Elektromotor bei dem erfindungsgemäßen elektromotorischen Antrieb bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, reicht ein Wasserkühlkreislauf aus, um sowohl den Elektromotor als auch den Frequenzumformer zu kühlen.

Weiterhin bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen elektromotorischen Antrieb eine Sensorik zur Messung von Temperatur und/oder Kühlwasserfluss und/oder Kühlwasserdruck und/oder Netzwechselspannung und/oder Stromfluss und/oder Motordrehzahl vorgesehen. Die Überwachung der Netzwechselspannung mittels der Sensorik umfasst auch die Überwachung eines möglichen Phasenausfalls an der netzseitigen Einspeisung des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs. Der erfindungsgemäße Antrieb weist bevorzugt eine Steuerung auf, die idealerweise im Antriebsgehäuse integriert ist. Die Steuerung ist insbesondere zur Ansteuerung des Frequenzumformers und damit zur Drehzahlsteuerung vorgesehen. Diese Steuerung kann eine feldorientierten Regelung aufweisen. Sie kann sowohl geberlos wie auch geberbehaftet arbeiten. Idealerweise kann die Steuerung über ein geeignetes Bussystem mit externen Komponenten verbindbar sein, so dass der Antrieb in ein übergeordnetes automationstechnisches System eingebunden werden kann. Der Antrieb ist bevorzugt derart ausgebildet, dass er alle gängigen internationalen Standard- und Bergbaunormen einhält, ohne dass externe Komponenten verwendet werden müssen.

Ferner betrifft die Erfindung, wie oben erwähnt, eine Gleichrichter- diodenanordnung, die bevorzugt in dem Gleichrichter des Frequenzumformers des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs zum Einsatz kommt. Die Anordnung umfasst wenigstens eine scheibenförmige Halbleiterdiode, wenigstens eine Anschlusslasche und zumindest eine Scheibe aus elektrisch isolierendem Material, die in einem Stapel übereinander angeordnet sind. Der so gebildete Stapel ist einseitig gegen eine wärmeleitende Platte, bevorzugt eine Kupferplatte, verspannt. Die Scheibe aus elektrisch isolierendem Material verhindert effektiv Teilentladungen aus dem Stapel in die Umgebung, insbesondere zu der wärmeleitenden Platte hin. Bevorzugt besteht die isolierende Scheibe aus Aluminiumnitrid, Keramik oder Kunststoff. Insbesondere durch Aluminiumnitridscheiben, die sich durch eine gute Wärmeleitung auszeichnen, erfolgt eine effektive elektrische Isolation bei gleichzeitig guter Wärmeleitung. Durch die Anordnung auf der wärmeleitenden Platte erfolgt die Wärmeableitung durch den Scheibenstapel hindurch zur Kupferplatte hin. Die Verspannung des Stapels gegen die Platte sorgt für einen guten Wärmeübergang.

Im Randbereich wenigstens einiger der Scheiben können Silikonnähte zur Beeinflussung des elektrischen Feldes vorgesehen sein. Hierdurch wird die Teilentladungsfreiheit weiter verbessert.

Die wärmeleitende Platte kann idealerweise aus dem Vollmaterial herausgearbeitete Vorsprünge, beispielsweise in Form von Kegelstümpfen, aufweisen, die in den Scheibenstapel der Dioden eingreifen. Dadurch ergeben sich möglichst große Luftstrecken zwischen den spannungsführenden Teilen, ohne weitere Wärmeübergangswiderstände zu schaffen.

Bevorzugt weist die Gleichrichterdiodenanordnung ein Federelement, vorzugsweise eine Schrauben- oder Tellerfeder, auf, das sich an einem mit der wärmeleitenden Platte verbundenen Halteelement abstützt und den Stapel an die wärmeleitende Platte presst. Das Federelement bewirkt auf konstruktiv einfache und effektive Weise die Verspannung des Stapels gegen die wärmeleitende Platte.

Die wärmeleitende Platte kann bevorzugt an eine Wasserkühlung angebunden sein. Bei elektromotorischen Antrieben der erfindungsgemäßen Art wird die Kühlung z.B. durch einen im Gehäuse angeordneten Stahlkörper (z.B. Stahlplatte) realisiert, der Kühlwasserkanäle aufweist. Ein derartiger Stahlkörper kann hinreichend druckfest (30 bis 40 bar) ausgebildet werden, um die hohen Anforderungen für den Einsatz im Bergbaubereich zu erfüllen. Die Kupferplatte wird in diesem Fall wärmeleitend mit dem Stahlkörper verbunden. Idealerweise sind in der Kupferplatte Temperatursensoren angeordnet, bevorzugt handelt es sich um galvanisch getrennte, digitale Temperatursensoren.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Unteransprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind. Es zeigen:

Figur 1 herkömmlicher elektromotorischer Antrieb;

Figur 2 erfindungsgemäßer elektromotorischer Antrieb als Blockdiagramm;

Figur 3 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs;

Figur 4 mechanischer Aufbau der Gleichrichterdioden des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs; Figur 5 Illustration der Zwischenkreisstromver- schienung über im Stapel angeordnete Kupferplatten;

Figur 6 Darstellung des Kupferplattenstapels

Zwischenkreisstromverschienung.

Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs schematisch als Blockdiagramm. Der Antrieb umfasst einen Frequenzumformer FU, der an einer netzseitigen Einspeisung über einen Standardtransformator an Hochspannung (10 kV) angeschlossen ist. An den Frequenzumformer ist ein Elektromotor (in der Figur 2 als„Motor" bezeichnet) angeschlossen. Der Frequenzumformer und der Elektromotor sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Antrieb ist für eine an der Einspeisung anliegenden Netzwechselspannung von 3,3 kV (Mittelspannung) ausgelegt. Bei dem Elektromotor handelt es sich um einen Asynchronmotor. Weiterhin ist in der Figur 2 zu erkennen, dass in das Antriebsgehäuse eine elektronische Steuerung integriert ist, die sämtliche Steuerungs- und Regelungsaufgaben übernimmt. Insbesondere ist die Steuerung zur Ansteuerung des Frequenzumformers und damit zur Drehzahlsteuerung vorgesehen. Außerdem ist die Steuerung mit einer ebenfalls in das Antriebsgehäuse integrierten Sensorik verbunden. Über diese Sensorik können verschiedenste Temperaturwerte erfasst werden, bis hin zur Temperatur individueller Komponenten des Antriebs. Weiterhin ermöglicht die Sensorik die Messung des Kühlwasserflusses und des Kühlwasserdrucks. Der Kühlwasserkreislauf ist in der Figur 2 gestrichelt angedeutet. Die Sensorik ermöglicht zudem die Überwachung der Spannungseinspeisung einschließlich der Kontrolle eines Phasenausfalls. Außerdem werden der Stromfluss und die Motordrehzahl erfasst. Die elektronische Steuerung des Motors wertet sämtliche Sensordaten aus und steuert den Motor entsprechend. Bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte der über die Sensorik erfassten Messwerte leitet die Steuerung automatisch entsprechende Maßnahmen ein, angefangen von einer Störungsmeldung bis zur vollständigen Notabschaltung des Antriebs. Die Steuerung ist über ein geeignetes Bussystem mit externen Komponenten verbindbar, so dass der Antrieb, je nach Anwendungsfall, in ein übergeordnetes automationstechnisches System eingebunden werden kann. Der daraus resultierende Datenverkehr ist durch den Pfeil in der Figur 2 angedeutet. Die Anbindung an den Datenbus macht gleichzeitig eine Fernabfrage der Betriebsdaten des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs jederzeit möglich. Der Datenverkehr erfolgt zweckmäßigerweise über Lichtwellenleiter. Lichtwellenleiter können zweckmäßig auch innerhalb des Antriebs für die Signalübertragung verwendet werden, z.B. für die (zeitkritische) Ansteuerung der Wechselrichter.

In Figur 3 ist der Aufbau des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs detaillierter dargestellt. Der Antrieb weist eine netzseitige Einspeisung 31 auf. Diese umfasst Anschlussklemmen für den Anschluss an die drei Phasen der Netzwechselspannung von 3,3 kV oder 4,16 kV bei z.B. 50 Hz. Weiterhin sind Netzdrosseln vorgesehen. Außerdem umfasst die netzseitige Einspeisung 31 ein Schütz, das es ermöglicht, den Antrieb galvanisch vom Netz zu trennen. Ein 6-pulsiger Gleichrichter 32 ist an die netzseitige Einspeisung 31 angeschlossen. Der Gleichrichter 32 erzeugt eine Gleichspannung in einem Zwischenkreis. Diese Gleichspannung liegt an zwei in Reihe geschalteten Zwischen- kreiskondensatoren 33 und 34 an, wobei über jedem der Zwischen- kreiskondensatoren 33, 34 im Wesentlichen die halbe Zwischenkreisspannung abfällt. Des Weiteren sind zwei in Reihe geschaltete, gesteuerte Wechselrichter 35 und 36 vorgesehen, die paarweise mit den Zwischenkreiskondensatoren 33 und 34 parallel geschaltet sind. Die Wechselrichter 35 und 36 sind Zweipunktwechselrichter, die jeweils sechs Halbleiterschalter in Form von IGBTs umfassen. Der Wechselrichter 35 wird aus dem Zwischenkreis- kondensator 33 gespeist, während der Wechselrichter 36 aus dem Zwischenkreiskondensator 34 gespeist wird. Somit wird jeder der beiden Wechselrichter 35, 36 mit der halben Zwischenkreisspannung beaufschlagt. Wie in Figur 3 des Weiteren zu erkennen ist, sind zur Sicherstellung einer symmetrischen Aufteilung der Zwischenkreisspannung auf die beiden Wechselrichter 35 und 36 insgesamt vier in Reihe geschaltete Entladewiderstände parallel zu den beiden in Reihe geschalteten Zwischenkreiskondensatoren 33, 34 geschaltet. Die Mitte der Reihenschaltung jeweils zweier Entladewiderstände ist mit einer der drei Ausgangsphasen des jeweiligen Wechselrichters 35 bzw. 36 verbunden. Durch geeignete Ansteuerung eines der Halbleiterschalter des jeweiligen Wechselrichters 35 bzw. 36 ist es möglich, gezielt eine Veränderung der effektiv wirksamen Entladewiderstände einzustellen, um so die Spannungssymmetrie herzustellen. Die symmetrische Spannungsteilung kann somit durch die elektronische Steuerung des erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebs überwacht und geregelt werden. Die symmetrische Spannungsteilung ist vorteilhaft, damit die elektronischen Schalter der Wechselrichter 35, 36 nicht mit Überspannung beaufschlagt werden, was zur Zerstörung von Komponenten führen könnte. Des Weiteren ist in der Figur 3 zu erkennen, dass der Elektromotor 37 zwei Wicklungssätze 38 bzw. 39 aufweist, wobei jeder Wicklungssatz 38, 39 an die Ausgangsphasen eines der beiden Wechselrichter 35, 36 angeschlossen ist. Das bedeutet, dass der Wicklungssatz 38 an die Ausgangsphasen des Wechselrichters 35 angeschlossen ist, während der Wicklungssatz 39 an die Ausgangsphasen des Wechselrichters 36 angeschlossen ist.

Die Figur 4 illustriert den mechanischen Aufbau der erfindungsgemäß eingesetzten Gleichrichterdiodenanordnung 40, wobei die Figur 4 ein Diodenpaar zeigt. Die einzelnen Diodenanordnungen 41 , 42 sind aus Scheibenstapeln aufgebaut, die gegen eine Grundplatte 43 aus Kupfer verspannt sind. Jeder Stapel weist eine scheibenförmige Halbleiterdiode 46 auf. Bestandteile jedes Stapels sind außerdem elektrische Anschlusslaschen 44. Die elektrische Isolation erfolgt über Aluminiumnitridscheiben 47 (nach unten, d.h. gegen die Kupferplatte 43) und Kunststoff- oder Keramikisolierkörper 48 (nach oben). Die zwischen Halbleiterdiode 46 und Kupferplatte 43 jeweils angeordnete Aluminiumnitridscheibe 47 zeichnet sich durch eine gute Wärmeleitung aus. Eine Silikonnaht im Randbereich der Scheiben (nicht dargestellt) beeinflusst das elektrische Feld und sorgt somit für eine gute Teilentladungsfreiheit. Die Verspannung auf der Kupferplatte 43 sorgt für eine gute Wärmeübertragung. Die Wärmeleitung erfolgt bei jeder Diodenanordnung 41 , 42 durch den Scheibenstapel hindurch zur Kupferplatte 43. Die Kupferplatte 43 kann Vorsprünge, beispielsweise in Form von Kegelstümpfen aufweisen. Auf diese Weise werden große Luftstrecken erzeugt bei gleichzeitig gutem Wärmeübergang. In die Kupferplatte 43 sind Temperatursensoren 48 integriert, um die Temperatur zu erfassen. Jede Diodenanordnung 41 , 42 weist ein Federelement 45 auf, eine Schrauben- oder Tellerfeder, das sich an einem mit der Kupferplatte 43 verbundenen Halteelement abstützt und den jeweiligen Stapel an die Kupferplatte 43 presst. Jedes Halteelement besteht aus einer Platte 49, die über jeweils vier Stangen 50 mit der Kupferplatte 43 verbunden ist.

Figur 5 zeigt den Aufbau eines Wechselrichtermoduls des erfindungsgemäßen Antriebs. Die Stromleitung im Zwischenkreis erfolgt über im Stapel angeordnete Kupferplatten 51 , die voneinander beabstandet in ein elektrisch isolierendes Kunststoffmaterial einlaminiert sind, so dass die Kupferplatten gegeneinander und gegenüber der Umgebung teilentladungsfrei isoliert sind. Das Kunststoffmaterial umschließt dabei auch die Kanten der Kupferplatten. Die elektrische Kontaktierung erfolgt durch entsprechende Durchkontaktierungs- bohrungen im Schichtenstapel (nicht dargestellt). Eine zur Wärmeableitung verwendete Kupfergrundplatte 52 bildet die Basis des dargestellten Wechselrichtermoduls. Die IGBTs des Wechselrichters sind direkt auf der Kupfergrundplatte 52 montiert und werden so gekühlt. Darüber befindet sich, durch auf der Kupfergrundplatte 52 montierte Stützen 53 gehalten, der zur Stromleitung im Zwischenkreis verwendete Kupferplattenstapel 51 . Wiederum über dem Kupferplattenstapel 51 befinden sich die Zwischenkreiskondensatoren 54, die an die Kupferplatten des Stapels 51 von oben her angeschlossen sind. Die Zwischenkreiskondensatoren 54 werden ebenfalls durch die Stützen 53 gehalten. Zu erkennen sind weiterhin Anschlüsse 55 zur Verbindung der Kupferplatten des Stapels 51 mit dem Gleichrichter sowie Steueranschlüsse 56 zur Ansteuerung der IGBTs. Im Vordergrund sind auf der Kupfergrundplatte 52 montierte Hilfsnetzteile 57 zur Versorgung der (nicht dargestellten) Treiberschaltungen des Wechselrichters dargestellt.

Figur 6 zeigt den für die Stromverschienung im Zwischenkreis verwendeten Stapel 51 aus einlaminierten Kupferplatten, wobei das die Kupferplatten umhüllende, elektrisch isolierende Material nicht dargestellt ist. Zu erkennen sind Durchkontaktierungsbohrungen 61 . Zu erkennen sind weiterhin, neben den Anschlüssen 55 zum Anschluss an den Gleichrichter, Anschlüsse 62, die Bestandteil des Kupferplattenstapels 51 sind und die zum Anschluss der Ausgangsphasen des Wechselrichters an die Motorwicklungen dienen.