БЛОК ДВИГАТЕЛЯ
ENGINE MODULE

Изобретение относится к блоку двигателя, который включает в себя двигатель, теплообменник и преобразователь частоты переменного тока (инвертор) для двигателя.
В настоящее время низковольтные двигатели выполняются главным образом как машины с ребристыми охладителями. Подобные машины используются в сетевом питании или в инверторе.
Инвертор представляет собой чаще всего шкафный прибор, который стационарно позиционирован более или менее удаленно от двигателя. Во многих случаях требуются очень длинные провода от инвертора до двигателя. Эти случаи из-за возникающих отражений в кабелях нагружаются очень высокими выбросами напряжения. Подобные выбросы напряжения могут, например, вести к проблемам с изоляцией обмоток и к проблемам с токами в опорах.
Кроме того, для высоковольтных двигателей известно, что теплообменник размещается в стороне от двигателя. Тем самым обеспечивается лучшее охлаждение двигателя.
Задачей настоящего изобретения является предоставить компактный, экономичный блок двигателя.
В соответствии с изобретением эта задача решается устройством согласно пункту 1 формулы, то есть блоком двигателя, который включает в себя двигатель, теплообменник и преобразователь частоты переменного тока (инвертор) для двигателя, причем теплообменник выполнен таким образом, чтобы охлаждать как двигатель, так и инвертор.
За счет того, что только один теплообменник охлаждает как двигатель, так и инвертор, отпадает требуемое в ином случае отдельное охлаждение инвертора или двигателя. В частности, инвертор, который предпочтительно включает в себя блок управления и мощный модуль, может за счет соответствующего расположения или встраивания в предусмотренный для двигателя теплообменник совместно охлаждаться.
Двигатель, теплообменник и инвертор образуют, следовательно, компактный блок двигателя, который уже при его изготовлении может выполняться полностью с электрическим монтажом и параметризироваться. Преимуществом при этом является то, что двигатель, а также теплообменник и инвертор могут после изготовления полностью тестироваться и не должны обычным образом только у потребителя снабжаться кабельной проводкой и тестироваться. Выполняемая специалистом кабельная разводка инвертора с двигателем полностью отпадает для конечного потребителя. Другое преимущество состоит в том, что конечному потребителю может предлагаться компактный и настроенный блок двигателя, и тем самым конечному потребителю может гарантироваться оптимальный режим работы, а также оптимальное охлаждение двигателя и инвертора.
За счет встраивания инвертора в двигатель, кроме того, возможно децентрализованное регулирование числа оборотов на стороне потребителя.
За счет подобного блока двигателя, потребителю может предлагаться оптимально настроенный блок двигателя, и для потребителя отпадает необходимость в требующей высоких затрат работе по кабельной разводке инвертора и двигателя. Кроме того, конечный пользователь, за счет компактного блока двигателя, может достичь экономии пространства для размещения, так как не требуется предусматривать отдельного пространства для инвертора, а также его охлаждения. За счет параллельного охлаждения двигателя, а также инвертора с помощью теплообменника может быть предоставлен чрезвычайно компактный блок двигателя.
В предпочтительной форме выполнения изобретения между двигателем и инвертором размещен теплообменник, соединенный с двигателем и инвертором.
Посредством размещения теплообменника между двигателем и инвертором может гарантироваться оптимальное охлаждение двигателя, а также инвертора. Связь теплообменника с двигателем и инвертором осуществляется при этом предпочтительно непосредственно, так что может осуществляться максимально хорошая теплопередача между двигателем и теплообменником, а также между инвертором и теплообменником.
В другой предпочтительной форме выполнения изобретения корпус теплообменника включает в себя инвертор.
Следовательно, корпус теплообменника непосредственно соединен с корпусом двигателя. За счет встраивания инвертора в корпус теплообменника может, в частности, быть реализована компактная конструкция.
В другой предпочтительной форме выполнения изобретения теплообменник включает в себя первое отверстие для подачи охладителя внутрь теплообменника и второе отверстие для отвода охладителя изнутри теплообменника.
При этом охладитель может быть газообразным, жидким или, если происходит переход фаз, газообразным/жидким. При жидком охладителе, например водяном охлаждении, охлаждение осуществляется через теплообменник предпочтительно посредством вставляемого водяного клапана. Также возможно, что теплообменник реализуется посредством вытяжной вентиляции согласно IP23 с помощью соответствующих охлаждающих насадок.
Охладитель теплообменника направляется через первое отверстие во внутреннюю полость теплообменника и через второе отверстие - из теплообменника. Охладитель, следовательно, направляется через теплообменник, так что внутри теплообменника осуществляется охлаждение. При этом предпочтительно охлаждается вся внутренняя полость теплообменника.
Предпочтительным образом теплообменник образует для охладителя, за исключением первого и второго отверстия, замкнутый блок, так что только через первое и второе отверстия охладитель может поступать в блок двигателя и выходить из него. При этом отверстие может быть образовано, например, посредством сетчатой структуры корпуса.
С помощью теплообменника может гарантироваться оптимальное охлаждение блока двигателя. Предпочтительно инвертор так соединен с теплообменником, что со стороны инвертора тепловыделяющие компоненты по возможности непосредственно подсоединяются к теплообменнику. Также теплообменник должен вступать в контакт с критическими с точки зрения тепла местами двигателя.
В другой предпочтительной форме выполнения изобретения охладитель является газообразным.
При этом теплообменник предпочтительно реализован посредством воздушного охлаждения. Предпочтительно теплообменник имеет вентилятор, так что целенаправленно может генерироваться воздушный поток через внутреннюю часть теплообменника. Посредством вентилятора может также регулироваться мощность охлаждения теплообменника. Тем самым может осуществляться целенаправленное управление теплообменником в отношении имеющейся загрузки двигателя. Также может целенаправленно осуществляться охлаждаемый инвертор.
В другой предпочтительной форме выполнения изобретения двигатель и теплообменник выполнены таким образом, что части охладителя направляются как непосредственно через внутреннюю полость теплообменника, так и через теплообменник частично через внутреннюю полость двигателя.
Следовательно, часть охладителя непосредственно через внутреннюю полость теплообменника направляется к второму отверстию, другая часть через внутреннюю полость теплообменника частично направляется во внутреннюю полость корпуса двигателя. Охладитель во внутренней полости корпуса двигателя предпочтительно направляется целенаправленно в генерирующие тепло места, так что может выполняться оптимальное охлаждение.
За счет того, что охладитель частично направляется через внутреннюю полость двигателя, может осуществляться подача охладителя посредством вентилятора вала двигателя. Таким способом автоматически формируется поток внутри теплообменника, за счет чего можно сэкономить на отдельном вентиляторе для теплообменника. Охладитель, который теперь поступает внутрь двигателя, может, таким образом, гарантировать оптимальное охлаждение двигателя.
В другой предпочтительной форме выполнения изобретения инвертор выполнен таким образом и размещен по отношению к теплообменнику таким образом, что часть охладителя направляется через инвертор.
Следовательно, инвертор размещен непосредственно в или на теплообменнике таким образом, что часть охладителя направляется через инвертор. При этом инвертор предпочтительно выполнен таким образом, что часть охладителя почти полностью протекает через инвертор. Для того чтобы инвертор мог обтекаться охладителем, он имеет для этого соответствующие отверстия.
За счет этого может быть реализована особенно компактная конструкция, а также очень эффективное охлаждение.
В другой предпочтительной форме выполнения изобретения теплообменник включает в себя воздушно-водяной теплообменник.
Тем самым может осуществляться особенно эффективное охлаждение блока двигателя, и может быть выполнен особенно компактный блок двигателя. Циркуляция охладителя для воздушно-водяного теплообменника может осуществляться как внутри блока двигателя, так и вне блока двигателя.
Посредством охлаждения блока двигателя с помощью воздушно-водяного теплообменника может, кроме того, обеспечиваться замкнутый корпус теплообменника и, тем самым, повышаться надежность блока двигателя. Также возможно, что корпус, особенно корпус теплообменника имеет отверстия, так что может осуществляться дополнительное охлаждение посредством воздуха.
Двигатель блока двигателя предпочтительно представляет собой низковольтный двигатель. С помощью соответствующего изобретению блока двигателя является возможным выполнять электрический монтаж между двигателем и инвертором уже в заводских условиях и выполнить полную сдачу в эксплуатацию системы в заводских условиях. Это обеспечивает экономию для потребителя на трудоемких операциях по сдаче в эксплуатацию, за счет чего потребитель получает существенные преимущества по времени и затратам.
За счет того, что блок двигателя может тестироваться уже в заводских условиях, следует ожидать меньших проблем, связанных с качеством. Кроме того, может отсутствовать клеммная коробка двигателя, так как электрический монтаж инвертора может осуществляться уже в охладителе. Далее изобретение и формы выполнения изобретения более подробно описываются и поясняются на примерах, представленных на чертежах, на которых показано следующее:
Фиг.1 - первая форма выполнения схематично представленного блока двигателя,
Фиг.2 - вторая форма выполнения схематично представленного блока двигателя,
Фиг.3 - третья форма выполнения блока двигателя, которая визуализирует протекание охладителя,
Фиг.4 - четвертая форма выполнения блока двигателя, причем теплообменник имеет вентилятор,
Фиг.5 - пятая форма выполнения блока двигателя, причем теплообменник включает в себя воздушно-водяной теплообменник.
Компоненты одинакового назначения снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг.1 показывает первую форму выполнения схематично представленного блока 5 двигателя. При этом видно, что теплообменник 2 размещен между инвертором 3 и двигателем 1. Двигатель 1 имеет вал 4 двигателя. За счет того, что теплообменник 2 размещен между инвертором 3 и двигателем 1, с помощью этого теплообменника 2 может охлаждаться как инвертор 3, так и двигатель 1. Тем самым обеспечивается возможность чрезвычайно компактной конструкции блока 5 двигателя. Другое преимущество состоит в том, что за счет изготовления блока 5 двигателя в заводских условиях, может осуществляться кабельная разводка инвертора 3 с двигателем 1. К тому же может уже в заводских условиях осуществляться полная сдача в эксплуатацию блока 5 двигателя. Проблемы качества для потребителя могут быть, следовательно, устранены.
Размещение теплообменника 2 и инвертора 3 может осуществляться гибким образом, см., например, фиг.2. Фиг.2 показывает вторую форму выполнения схематично представленного блока 5 двигателя. В этом блоке 5 двигателя теплообменник 2, а также инвертор 5 размещены сбоку от двигателя 1. По каналу 11 для охладителя может также двигатель 1 снабжаться охладителем теплообменника 2. Теплообменник 2 может, таким образом, обеспечивать охлаждение инвертора 3, а также двигателя 1. За счет бокового расположения теплообменника 2 и инвертора 3 могут, в частности, учитываться специальные пожелания потребителя, например, при ограниченных условиях размещения.
Фиг.3 показывает третью форму выполнения блока 5 двигателя, которая визуализирует протекание охладителя 12. Блок 5 двигателя содержит при этом двигатель 1, теплообменник 2, а также корпус 13 теплообменника 2. Корпус 13 теплообменника 2 включает также инвертор 3. Корпус 13 теплообменника 2 непосредственно соединен и теплотехнически связан с двигателем 1. Двигатель 1 имеет вал 4 двигателя, а также ротор 14. Корпус 13 теплообменника 2 имеет первое отверстие 7 и второе отверстие 8. Через первое отверстие 7 охладитель 12, в данном примере воздух, может поступать во внутреннюю полость 10 теплообменника 2. Охладитель 12 протекает, с одной стороны, через внутреннюю полость 10 теплообменника 2 частично мимо внешней стороны инвертора 3, пока он не выйдет через второе отверстие 8 из корпуса 13 теплообменника 2. Кроме того, охладитель 12 может протекать непосредственно через внутреннюю полость 15 инвертора 3. К тому же охладитель 12 через дополнительное отверстие между теплообменником 2 и корпусом двигателя 1 может поступать во внутреннюю полость 9 двигателя 1. Охладитель 12 протекает через область ротора 14 и охлаждает, следовательно, ротор 14, а также другие компоненты двигателя 1. Через другое отверстие между двигателем 1 и корпусом 13 теплообменника 2 нагретый охладитель 12 выходит из внутренней полости 9 двигателя во внутреннюю полость 10 теплообменника 2. Нагретый охладитель 12 может теперь через второе отверстие 8 выходить из внутренней полости 10 теплообменника 2.
Инвертор 3 может иметь несколько впускных и выпускных отверстий для охладителя 12, так что может осуществляться оптимальный теплообмен посредством охладителя 12 между инвертором 3 и теплообменником 2.
На фиг.3 часть охладителя 12 непосредственно через внутреннюю полость 10 теплообменника 2 и другая часть охладителя 12 через внутреннюю полость 15 инвертора 3 направляется к второму отверстию 8. Второе отверстие 8, которое имеет сетчатую структуру, продолжается при этом до выходов охладителя 12 на торцевой стороне инвертора 3. Посредством циркуляции охладителя через инвертор 3 и через теплообменник 2, в частности, охлаждаются инвертор 3 и теплообменник 2, а также, через инвертор 3 и теплообменник 2, и двигатель 1. Кроме того, часть охладителя может поступать во внутреннюю полость 9 двигателя 1, и при этом выполняется непосредственное охлаждение компонентов двигателя 1, например, статора или ротора 14. За счет такого выполнения блока 5 двигателя может, следовательно, посредством теплообменника 2 оптимально охлаждаться как двигатель 1, так и инвертор 3. При таком выполнении блока 5 двигателя может осуществляться оптимальное охлаждение инвертора 3, теплообменника 2, а также двигателя 1. При этом необходимо только обеспечивать, чтобы поток охладителя 12 проходил через блок 5 двигателя. Целенаправленное управление потоком охладителя 12 может, например, осуществляться с помощью вентилятора.
Преимущество подобного выполнения блока 5 двигателя состоит в том, что вентилятор вала двигателя 1 обеспечивает поток охладителя 12 внутри двигателя 1, а также между первым отверстием 7 и вторым отверстием 8 теплообменника 2. Охладитель 12, следовательно, направляется через теплообменник 2, так что может осуществляться охлаждение инвертора 3 и двигателя 1. Другое преимущество этого блока 5 двигателя состоит во встраивании инвертора 3 в корпус 13 теплообменника 2. За счет встраивания инвертора 3 в корпус 13 может уже в заводских условиях осуществляться кабельная разводка между инвертором 3 и двигателем 1. Оптимальное согласование обоих компонентов друг с другом может осуществляться, и к тому же уже в заводских условиях может тестироваться надлежащее функционирование этих компонентов или блока 5 двигателя.
Фиг.4 показывает четвертую форму выполнения блока 5 двигателя, причем теплообменник 2 имеет вентилятор 6. Посредством этого вентилятора 6 может управляться циркуляция охладителя 12 внутри теплообменника 2 и, следовательно, во внутренней полости 10 самого теплообменника 2, во внутренней полости 15 инвертора 3 и во внутренней полости 9 двигателя 1. Охладитель 12, который в этом примере является воздухом окружающей среды, посредством вентилятора 6 всасывается в первое отверстие 7. Охладитель 12 поступает, следовательно, в корпус 13 теплообменника 2. При этом часть охладителя 12 протекает, с одной стороны, непосредственно через внутреннюю полость 15 инвертора 3 к второму отверстию 8, которое размещено соответственно выходам охладителя инвертора 3. Кроме того, часть охладителя 12 протекает во внутреннюю полость 10 теплообменника 2 и при этом протекает частично непосредственно к второму отверстию 8 теплообменника 2, а также частично через два находящихся между корпусом 13 теплообменника 2 и двигателем 1 отверстия во внутренней полости 9 двигателя 1. Тем самым может осуществляться охлаждение ротора 14 или вала 4, а также других компонентов двигателя 1.
С помощью вентилятора 6 может, таким образом, в зависимости от загрузки двигателя 1 или инвертора 3, гарантироваться оптимальное охлаждение блока 5 двигателя. Если имеет место высокая загрузка двигателя 1 и тем самым возрастание тепла внутри двигателя 1, так что посредством регулирования в сторону увеличения вентилятора 6 может повышаться охлаждение посредством охладителя 12 для двигателя 1.
Посредством встраивания инвертора 3 в корпус 13 теплообменника 2 и непосредственного соединения корпуса 13 теплообменника 2 с корпусом 13 двигателя 1 может обеспечиваться чрезвычайно компактный блок 5 двигателя. Обычно необходимых затрат на установку со стороны конечного потребителя, за счет подобного предварительно установленного и параметризированного блока 5 двигателя, можно избежать для конечного потребителя. Это обеспечивает крайне льготные условия для конечного потребителя.
Фиг.5 показывает пятую форму выполнения блока 5 двигателя, причем теплообменник 2 включает в себя воздушно-водяной теплообменник 16. Воздушно-водяной теплообменник 16 при этом размещен внутри теплообменника 2 между двигателем 1 и инвертором 3, так что он может непосредственно охлаждать их. Инвертор 3 размещен внутри корпуса 13 теплообменника 2. Воздушно-водяной теплообменник 16 имеет первое отверстие 17 для подачи жидкого охладителя, например воды. Кроме того, теплообменник 16 имеет второе отверстие 18 для оттока жидкого охладителя. Охлаждение жидкого охладителя воздушно-водяного теплообменника 16 может при этом осуществляться как вне блока 5 двигателя, так и внутри блока 5 двигателя, в частности, внутри теплообменника 2.
За счет воздушно-водяного теплообменника 16 обеспечивается чрезвычайно эффективное охлаждение теплообменника 2 и, в частности, расположенных рядом двигателя 1 и инвертора 3, так что обеспечивается чрезвычайно компактная конструкция блока 5 двигателя. При охлаждении инвертора 3 и двигателя 1 посредством воздушно-водяного теплообменника 16 возникают первично два охлаждающих контура, а именно: охлаждающий контур для внутренней полости 15 инвертора 3 и охлаждающий контур для внутренней полости 9 двигателя 1. Соответствующие охлаждающие контура визуализированы посредством стрелок охладителя 12. Охладителем 12 является при этом воздух. Но также возможно, что соответствующий охлаждающий контур двигателя 1 и инвертора 3 реализуется посредством водяного охлаждения. Это водяное охлаждение может либо непосредственно выполняться посредством имеющегося воздушно-водяного теплообменника 16, либо быть связанным с ним.
Корпус 13 теплообменника 2 может быть выполнен открытым, то есть воздухопроницаемым, или замкнутым, то есть воздухонепроницаемым. Если корпус 13 теплообменника 2 выполнен открытым, то дополнительно может осуществляться охлаждение посредством воздуха, как, например, показано в форме выполнения по фиг.3 или 4. В случае замкнутого корпуса 13, напротив, может повышаться надежность.
Существенное преимущество применения воздушно-водяного теплообменника 16 состоит в том, что он по сравнению воздушно-воздушными теплообменниками обеспечивает высокие мощности охлаждения при очень малой занимаемой площади.