專利名稱：電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有液體冷卻的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及一種用于對(duì)此類電機(jī)的定子繞組進(jìn)行液體冷卻的方法。
背景技術(shù)：
電機(jī)中必須使用介質(zhì)對(duì)定子繞組進(jìn)行冷卻，以避免不允許的高運(yùn)行溫度。在最簡(jiǎn)單的情況中，將空氣用作冷卻介質(zhì)。但使用液體冷卻在更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)了更高的功率。 因此，特別地在中等和較高的功率下經(jīng)常通過冷卻液體來冷卻電機(jī)的定子繞組，所述冷卻液體借助于泵通過冷卻回路泵送。通常使用油，特別是使用絕緣油作為冷卻液體。泵使冷卻液體在馬達(dá)和包括換熱器的封閉冷卻回路內(nèi)循環(huán)。根據(jù)使用領(lǐng)域，電機(jī)以及用于其冷卻的絕緣油可能處于很低的環(huán)境溫度下。示例是用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電機(jī)，所述壓縮機(jī)用于輸送、運(yùn)輸和處理天然氣。用于油氣市場(chǎng)的壓縮機(jī)經(jīng)常使用在例如極地或海底(海下)的極限位置。也經(jīng)常出現(xiàn)的情況是用于驅(qū)動(dòng)所使用的壓縮機(jī)的電機(jī)在此可能處于極低的溫度下。低環(huán)境溫度導(dǎo)致絕緣油的很高的粘性，使得絕緣油可能不能從泵通過冷卻回路被泵送。在此情況中，在泵接通前，必須將油事先借助于另外的加熱器來預(yù)熱，所述加熱器與馬達(dá)和冷卻器分開地作為另外的設(shè)備提供在冷卻回路內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于盡可能節(jié)約成本地實(shí)現(xiàn)液體冷卻的電動(dòng)機(jī)在很低的環(huán)境溫度下的使用。此技術(shù)問題通過一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決，所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶有-電機(jī)，-用于對(duì)電機(jī)的定子繞組進(jìn)行液體冷卻的冷卻回路，-用于將冷卻液體泵送通過冷卻回路的泵，-用于為定子繞組供電的換向器，和-控制裝置，該控制裝置用于這樣地控制換向器，使得換向器在泵接通前向定子繞組內(nèi)供入加熱電流以用于加熱冷卻液體。此外，此技術(shù)問題通過一種用于以冷卻回路來對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)的定子繞組進(jìn)行液體冷卻的方法加以解決，其中，使用泵將冷卻液體泵送通過冷卻回路，且在泵接通前由換向器向定子繞組供入加熱電流以加熱冷卻液體。本發(fā)明的有利的實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中得到。通用的可變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)器通常由換向器供電。換向器主要包括輸入整流器和逆變器，所述整流器將電網(wǎng)側(cè)的交流電壓轉(zhuǎn)化為中間電路直流電壓或?qū)㈦娋W(wǎng)側(cè)交流電流轉(zhuǎn)化為中間電路直流電流，所述逆變器將中間電路直流電壓或中間電路直流電流施加在電機(jī)上或注入電機(jī)內(nèi)。逆變器在此由控制裝置這樣地控制，使得由所述逆變器產(chǎn)生的電學(xué)量產(chǎn)生了預(yù)先給定的馬達(dá)轉(zhuǎn)速或預(yù)先給定的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。例如，控制裝置在此包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器由轉(zhuǎn)速額定值與轉(zhuǎn)速實(shí)際值的差異計(jì)算出定子繞組內(nèi)應(yīng)注入的額定電流，且由此預(yù)先給出對(duì)于逆變器的功率半導(dǎo)體的相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)。以上所述的運(yùn)行對(duì)應(yīng)于一般已知的可變轉(zhuǎn)速電驅(qū)動(dòng)器的常規(guī)運(yùn)行。本發(fā)明現(xiàn)在基于如下獲知，即所述的部件-控制單元、換向器和定子繞組除其用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的任務(wù)外也可用于加熱冷卻液體。以此方式，可節(jié)約用于加熱冷卻液體的外部加熱器。以此，可降低電驅(qū)動(dòng)單元的成本且最小化其結(jié)構(gòu)體積。為提供粘性足夠低的冷卻液體，僅將相應(yīng)的加熱電流從換向器供入到定子繞組內(nèi)，所述加熱電流將為冷卻定子繞組所提供的冷卻液體加熱到要求的溫度。僅當(dāng)超過此閾值溫度時(shí)冷卻液體的粘性才低到足以通過泵在冷卻回路中循環(huán)。本發(fā)明尤其在冷卻液體是油的實(shí)施形式中是有利的。因?yàn)橛驮诤艿偷臏囟认路浅Ｕ吵?，所以在此可通過借助于定子繞組以很簡(jiǎn)單的方式將油加熱來實(shí)現(xiàn)此冷卻介質(zhì)的循環(huán)。為避免電機(jī)在加熱階段期間產(chǎn)生仍不希望的轉(zhuǎn)矩，在本發(fā)明的有利構(gòu)造中加熱電流是直流電流。通過在定子繞組內(nèi)注入直流電流，在電機(jī)的氣隙內(nèi)產(chǎn)生了靜止磁場(chǎng)，此靜止磁場(chǎng)并不驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。直流電流的使用此外具有的優(yōu)點(diǎn)是在電機(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)不能產(chǎn)生渦電流和磁滯損失。但在本發(fā)明的替代實(shí)施例中也可通過如下方式防止轉(zhuǎn)矩的建立，S卩加熱電流是以其在電機(jī)的氣隙內(nèi)產(chǎn)生交變場(chǎng)的交流電流。為防止產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，決定性的僅是避免氣隙內(nèi)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。但在將交流電流用作加熱電流時(shí)，不可完全避免具有渦電流和磁滯形式的轉(zhuǎn)子損失。但不導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的交流電流能夠以最小的結(jié)構(gòu)成本通過已描述的換向器產(chǎn)生，因?yàn)樗鰮Q向器為了其常規(guī)的使用已設(shè)置在定子繞組內(nèi)以供入電交流量。在本發(fā)明的有利構(gòu)造中，在低環(huán)境溫度下電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)可通過如下方式而很大程度上被自動(dòng)化，即使得電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有用于檢測(cè)表征冷卻液體粘性的測(cè)量量的測(cè)量裝置，其中形成用于在低于粘性閾值時(shí)產(chǎn)生泵接通指令的控制裝置。在此，在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接通時(shí)，連續(xù)監(jiān)測(cè)冷卻液體的粘性。這例如也可通過冷卻液體的溫度測(cè)量來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槔鋮s液體的溫度允許了對(duì)冷卻液體粘性的推定。只要由控制裝置確定粘性低到足以實(shí)現(xiàn)冷卻液體通過泵的循環(huán)，則由控制裝置向泵送出相應(yīng)的接通信號(hào)。在此類實(shí)施形式中，有利的方式是將控制裝置形成為使其從低于粘性閾值時(shí)起自動(dòng)控制換向器以供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電。在此，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從冷卻液體加熱直至電動(dòng)馬達(dá)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的整個(gè)接通過程被自動(dòng)化。前述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施形式可很好地與用于壓縮天然氣的壓縮機(jī)組合為馬達(dá)-壓縮機(jī)單元，所述馬達(dá)-壓縮機(jī)單元特別地適合于使用在極低的外部溫度下。此類馬達(dá)-壓縮機(jī)單元的有利的使用范圍例如在設(shè)置為用于海下使用的實(shí)施形式中給出。在此， 特別地可構(gòu)思在極地區(qū)域的天然氣輸送和處理。


在下文中根據(jù)在附圖中圖示的實(shí)施例進(jìn)一步描述和解釋本發(fā)明。各圖為圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施的示意圖，和
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造的馬達(dá)-壓縮機(jī)單元。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造的示意性圖示。此電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心組成部分是具有液體冷卻的定子繞組的電機(jī)1。此定子繞組由換向器4以交流電供電，所述交流電產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子所要求的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)。控制裝置5產(chǎn)生用于換向器4的功率半導(dǎo)體的控制指令。此控制指令取決于馬達(dá)的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩與電機(jī)1的預(yù)先給定的轉(zhuǎn)矩額定值的差異通過合適的調(diào)節(jié)算法生成。電機(jī)1的轉(zhuǎn)矩為此可被測(cè)量或由對(duì)電機(jī)1的定子電流的測(cè)量通過計(jì)算確定，且然后作為實(shí)際值提供到控制裝置5。從換向器4指向控制裝置5的箭頭意味著實(shí)際的定子電流的反饋，以此為基礎(chǔ)控制裝置5確定了電機(jī)1的轉(zhuǎn)矩。此外，檢測(cè)電機(jī)1的冷卻液體的溫度，且如需要將其聯(lián)接到控制裝置5。這也通過從電機(jī)1指向控制裝置5的箭頭示出。為冷卻定子繞組所提供的冷卻液體在此示例中是絕緣油，所述絕緣油被泵3泵送通過包括換熱器8的冷卻回路2，絕緣油可通過所述換熱器8釋放其熱量。如果圖示的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在很低的環(huán)境溫度下使用，則可能存在的情況是絕緣油過于粘稠而使得不能由泵3通過冷卻回路2循環(huán)。在此運(yùn)行情況下，泵3首先關(guān)斷。同樣，電機(jī)1也停機(jī)且由電機(jī)1不再產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。作為替代，首先由控制裝置5產(chǎn)生用于換向器4的功率半導(dǎo)體的控制指令，所述控制指令導(dǎo)致向電機(jī)1的繞組內(nèi)供入直流電流。在此可以的是為電機(jī)1的每個(gè)相施加以直流電流。但也可以為此僅使用一個(gè)相或兩個(gè)相。借助于此直流電流將定子繞組加熱，使得定子繞組的熱量可釋放到冷卻液體。直流電流的大小在此當(dāng)然選擇為僅高至不導(dǎo)致定子繞組的過熱。在此加熱過程期間監(jiān)測(cè)冷卻液體的溫度，冷卻液體的溫度可推定冷卻液體的粘性。從一定的粘性閾值和與之相關(guān)聯(lián)的冷卻液體的溫度閾值起，由控制裝置5向泵3發(fā)送接通指令。此接通指令然后開始使得泵3將冷卻液體在冷卻回路2內(nèi)循環(huán)。此外，換向器 4也由直流運(yùn)行切換為交流運(yùn)行，使得為電機(jī)1的定子繞組以交流電供電，所述交流電產(chǎn)生電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)所需的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)。在此所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了液體冷卻的電動(dòng)馬達(dá)在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)需要另外的加熱設(shè)備以加熱冷卻液體的極限使用條件下的使用。所述的系統(tǒng)幾乎無(wú)需另外的硬件部件，且可因此特別廉價(jià)且緊湊地實(shí)現(xiàn)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造的馬達(dá)-壓縮機(jī)單元。在此圖示的馬達(dá)-壓縮機(jī)單元6適合于提供為壓縮天然氣且用于海底(海下)使用。在氣密性殼體內(nèi)布置了多級(jí)壓縮機(jī)7和適合于驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)的帶有定子9和轉(zhuǎn)子10的電機(jī)。定子9被液體冷卻。使用絕緣油作為冷卻液體，所述絕緣油在存在低環(huán)境溫度的海下使用時(shí)傾向于具有很高的粘性。為使得絕緣油可被在此未圖示的循環(huán)泵泵送通過冷卻回路，首先如在圖1中所述將絕緣油借助于注入到定子繞組內(nèi)的直流電流或交流電流加熱到具有充分低粘性的溫度。在此不要求另外的加熱系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶有-液體冷卻的電機(jī)(1)-用于對(duì)電機(jī)(1)的定子繞組進(jìn)行液體冷卻的冷卻回路0)，-用于將冷卻液體泵送通過冷卻回路⑵的泵(3)，-用于為定子繞組供電的換向器，和-控制單元(5)，該控制單元用于這樣地控制換向器，使得換向器在泵(3)接通前向定子繞組內(nèi)供入加熱電流以用于加熱冷卻液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中冷卻液體是油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中加熱電流是直流電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中加熱電流是交流電流，通過所述交流電流在電機(jī)(1)的氣隙內(nèi)產(chǎn)生交變場(chǎng)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶有用于檢測(cè)表征冷卻液體的粘性的測(cè)量量的測(cè)量裝置，其中控制裝置( 設(shè)計(jì)為在低于粘性閾值時(shí)生成用于泵⑶的接通指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中控制裝置(5)這樣地設(shè)計(jì)，使得從低于粘性閾值起控制裝置(5)自動(dòng)控制換向器以供入驅(qū)動(dòng)電機(jī)(1)的交流電。
7.—種馬達(dá)-壓縮機(jī)單元(6)，該馬達(dá)-壓縮機(jī)單元包括用于壓縮天然氣的壓縮機(jī)(7) 和根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的馬達(dá)-壓縮機(jī)單元(6)，其中，馬達(dá)-壓縮機(jī)單元設(shè)計(jì)為海下使用。
9.一種用于通過冷卻回路( 對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)(1)的定子繞組進(jìn)行液體冷卻的方法，其中，使用泵C3)將冷卻液體泵送通過冷卻回路O)，且在接通泵C3)前由換向器(4) 向定子繞組供入加熱電流以加熱冷卻液體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中冷卻液體是油。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中供入直流電流作為加熱電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中供入交流電流作為加熱電流，通過所述交流電流在電機(jī)(1)的氣隙內(nèi)產(chǎn)生交變場(chǎng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，檢測(cè)表征冷卻液體的粘性的測(cè)量量，且在低于粘性閾值時(shí)自動(dòng)生成用于泵(3)的接通指令。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中從低于粘性閾值起自動(dòng)地以換向器向定子繞組內(nèi)供入驅(qū)動(dòng)電機(jī)(1)的交流電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有液體冷卻的電機(jī)(1)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及此類電機(jī)(1)的定子繞組的液體冷卻的方法。為盡可能廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)在很低的環(huán)境溫度下的使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于液體冷卻電機(jī)(1)的定子繞組的冷卻回路(2)、用于將冷卻液體泵送通過冷卻回路(2)的泵(3)、用于為定子繞組供電的換向器(4)和控制單元(5)，所述控制單元用于這樣地控制換向器，使得換向器在泵(3)接通前向定子繞組內(nèi)供入加熱電流以用于加熱冷卻液體。
文檔編號(hào)H02K9/19GK102498643SQ201080020877
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者A.莫勒, E.梅爾, G.馬希森, M.布思, S.弗魯克特尼克特 申請(qǐng)人:西門子公司