CN101554980A - 绞车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于升降设施的绞车，特别是用于起重机、缆索操纵式挖掘机以及类似的施工机械的绞车，所述绞车包括：提升卷筒；电机，其用于驱动所述提升卷筒并且收容在所述提升卷筒的内部；以及用于所述电机的电力电子设备和/或控制电子设备，其包括至少一个频率逆变器和/或频率转换器。根据本发明，用于所述电机的电力电子设备和/或控制电子设备至少部分地收容在所述提升卷筒的内部。因此不仅实现了短的布线距离，避免了对电磁兼容性具有消极影响的干扰发射，以及减小了损害所述逆变器以及所述马达的使用寿命的电压过冲，而且还实现了绞车的特别紧凑的构造。

Description

绞车

技术领域

本发明涉及一种用于升降设施的绞车，特别是用于起重机、缆索操纵式挖掘机以及类似的施工机械的绞车，所述绞车包括：提升卷筒；电机，其用于驱动提升卷筒并且收容在提升卷筒的内部；以及用于电机的电力和/或控制电子设备，其包括至少一个频率逆变器和/或频率转换器。

背景技术

由电机驱动的提升绞车是众所周知的，其中，变速器以及马达设置在绞车卷筒的外侧。同样具有这样的提升绞车，其中，行星变速器置于绞车卷筒的内侧，绞车卷筒经由所述行星变速器由在外部定位的马达驱动，参见DE 19 11 195 U1。还已知的是这样的提升绞车，其中，除了一体的行星变速器，电机同样安置在提升绞车卷筒的内侧，参见DE 19752 003 C2，这也是为了实现高载荷需求量的绞车的紧凑构造，其中，异步马达与顺序地覆盖定子和转子的正动液体冷却装置一起使用。在这方面，用于电机的控制电子设备收容在开关柜中，所述开关柜结合于绞车支撑座中并且贴合地装配在轴颈安装于绞车支撑座的两个提升卷筒之间。

但是，对于上述驱动马达的集中由开关柜进行的控制要求长电缆。在这方面，布线工作特别是自逆变器至马达的布线工作是大量的。由于长线而产生了干扰发射，所述干扰发射对于电磁兼容性具有消极影响。长的马达馈线还能够导致反射从而导致电压过冲，这大大地限制了频率逆变器以及马达的使用寿命。

可替换地，已经做出尝试来使用结合于马达中的逆变器以及设置在提升卷筒外侧的非安装电机。但是，后者受限于相对较小的功率。

发明内容

由此，本发明的根本目的是提供一种文中开头所述类型的改进的绞车，其避免了现有技术的缺点并且以有利的方式进一步发展了现有技术。特别地提供了一种强力的用于提升绞车的速度连续可变的电驱动装置，所述电驱动装置具有节省空间的构造、对电磁兼容性没有消极影响并且避免了缩短使用寿命的电压过冲。

根据本发明，该目的通过如下所述的绞车解决。同时，在下文中，还可清楚理解本发明的优选实施方式。

因此，所提出的是，除了所述电机，还将用于所述电机的电力和/或控制电子设备的至少主要部件结合至提升卷筒中，以避免长的布线距离。根据本发明，用于电机的电力和/或控制电子设备至少部分地收容在提升卷筒的内部。因此，不仅实现了短的布线距离，避免了对电磁兼容性造成消极影响的干扰发射，减小了损害逆变器以及马达的使用寿命的电压过冲，而且还实现了绞车的特别紧凑的构造。

为了避免在卷筒内部设置电力和/或控制电子设备的热问题，在本发明的进一步发展中，所述电力和/或控制电子设备借助电子设备冷却设备进行冷却。在这方面，收容在提升卷筒内部的电子部件的冷却借助液体冷却进行，所述液体冷却能够以高效的方式带走电子部件中产生的损耗热量。同时，能够通过电子设备的液体冷却来实现其紧凑的构造，进而简化了电子设备与提升卷筒的结合。

在本发明的进一步发展中，频率逆变器和/或频率转换器或者脉冲控制逆变器特别地设置于提升卷筒的内部并且通过液体冷却。在这方面，频率逆变器有利地基本完全收容在提升卷筒的内部，其中，频率逆变器的接合板或者端子箱能够任选地从卷筒凸出，从而能够实现简单的电缆连接。除了根据本发明的有利实施方式同样能够设置在提升卷筒的内部的接合板或者端子箱，在本发明的进一步发展中，特别是中间电路电容器、控制部分以及电源模块在提升卷筒内侧被设置为逆变器的核心。在这方面，特别地，功率晶体管经由电子设备冷却设备的液体冷却回路进行液体冷却，从而有效地带走所产生的耗散热量。在这方面，冷却液有利地以强制方式循环，从而实现充分的散热。

在这方面，用于频率逆变器的液体冷却回路能够包括冷却夹套和/或冷却盘管，所述冷却夹套和/或冷却盘管设置于逆变器并且/或者与其电子部件顺序地接触。

在这方面，液体冷却通常能够以不同的冷却液工作，例如能够设置油冷却。但是，在本发明优选的进一步发展中，用于冷却频率逆变器的液体冷却回路包括以水为基础的冷却液，特别是水-乙二醇混合物，或者任选地也可以是纯水。这种水冷却具有非常高的热容，从而能够通过中等流量实现有效的冷却能力。此外，由于高的热容，前进循环与返回循环之间产生小的温度差异。这导致在串联回路中，最后冷却的部件获得仍可容许的温度水平。

在本发明有利的进一步发展中，不仅设置在提升绞车中的电力和/或控制电子设备通过液体冷却，而且电机也通过液体冷却。为此目的，马达冷却设备能够具有至少一个用于冷却电机的液体冷却回路，所述液体冷却回路能够包括夹套冷却装置和/或冷却盘管，其中，在本发明优选的进一步发展中，还能够设置空气冷却与液体冷却的混合冷却用于电机。根据本发明的特别有利的实施方式，能够如此设置，使得除了用于定子绕组的冷却夹套，用于电机的液体冷却装置还包括位于端部绕组空间中的冷却盘管，在所述端部绕组空间中，内部空气循环即不利用外部环境空气工作的空气循环借助风扇叶轮产生，并且穿过并且/或者环绕着端部绕组并且任选地还穿过转子穿行，其中，冷却空气放出的热量经由所述冷却盘管由液体回路吸收。但是，根据电机的设计，也能够使用其它马达驱动式冷却设备。例如，替代通常的异步马达，能够使用永磁激励式同步马达，由于因所采用的原理以及高效的结造而在定子中大量产生的耗散，所述永磁激励式同步马达也能够通过例如单独采用夹套冷却形式的液体冷却来进行充分冷却。但是，也能够通过不同的动作原理使用其它类型的电机；例如，在本发明的进一步发展中，能够使用异步马达、导流机或转换磁阻式马达或者也能够使用其混合形式。

在本发明有利的进一步发展中，电机对提升卷筒的驱动经由所置入的变速器进行，所述变速器有利地同样收容在提升卷筒的内部。在这方面，在本发明的进一步发展中，能够特别地设置行星变速器，所述行星变速器能够优选地制成多级。为了排除变速器的区域中出现的耗散热量从而避免卷筒内部的热问题，在本发明的进一步发展中，变速器冷却设备能够与设置在卷筒内部的变速器关联，在本发明的有利实施方式中，所述变速器冷却设备同样包括液体冷却回路。由于所置入的变速器的液体冷却，其耗散热量能够被有效地带出卷筒内部。

电子设备冷却设备、马达冷却设备和/或变速器冷却设备的液体冷却回路通常能够彼此联接，其中，在本发明的进一步发展中，所述液体冷却回路能够彼此串联连接，并且能够设置共用的泵用于冷却剂的循环。因此实现了小尺寸的冷却设备的特别简单的实施方式。

为了能够使冷却更好地匹配不同的容许温度水平以及不同的热时间常数，在本发明的有利的进一步发展中，还能够如此设置，使得电子设备冷却设备、马达冷却设备以及变速器冷却设备的液体冷却回路中的至少一个脱离联接并且/或者与其余液体冷却回路分开。特别地，电子设备冷却设备的液体冷却回路能够制成为与马达冷却设备以及变速器冷却设备的液体冷却回路分开，其中，电子设备冷却回路的独立设计包括至少一个独立的泵，从而能够使用于电子设备冷却装置的冷却液独立地循环。可替换地或者附加地，还能够设置其它的流量控制装置以能够在不同的液体冷却回路中单独地控制冷却剂流量，例如采用控制阀、开关阀或者其它阀设备形式的流量控制装置，借助所述流量控制装置能够对任选地仅来自一个泵的冷却液流量进行有所区别地分流。在这方面，为了能够根据要求提供不同的容积，还能够通过传送流量可变的泵有利地进行工作。

通过液体冷却回路的完全分开设计，还可以任选地在不同的液体冷却回路中以不同的冷却液进行工作从而运行不同的热容。但是，可替换地，还可以在不同的冷却回路中以相同的冷却液进行工作，其中，还可以有利地设置共用的箱，冷却剂从所述共用的箱中获得并且被传送回到所述共用的箱中。

在本发明的进一步发展中，各个冷却回路能够具有其独有的冷却器。可替换地，共用的冷却器也能够用于冷却回路中的至少两个。

根据本发明的有利实施方式，还可以通过部分地结合的冷却回路以及部分地分开的冷却回路的混合形式进行工作。例如，马达冷却装置的冷却回路以及变速器冷却装置的冷却回路能够有利地结合，其中，具有设置在其间的流量控制装置的并联回路设置为影响两个并联支臂之间的流体流量的分配。另一方面，用于电子设备冷却的冷却回路独立地制成，特别地，使得电子设备冷却回路具有独立的泵，所述独立的泵能够独立于用于马达的冷却回路以及用于变速器的冷却回路的泵而被驱动。需要的话，两个冷却回路能够经由共用的冷却器导引，其中，电子设备的单独操作仍可以经由独立的泵进行。一方面，通过冷却回路的这种部分结合可以实现冷却能力对于温度水平以及热时间常数的单独匹配，而另一方面，通过部件的协作使用，能够实现仍然简单的设计。

在本发明的进一步发展中，频率逆变器结合于提升卷筒中，使得其单元或部件能够在使用中被更换。根据本发明的有利实施方式，提升卷筒能够在端面处具有检修开口，通过所述检修开口能够接近并且更换所述频率逆变器。对于已安装的绞车，能够有利地实现频率逆变器或其部件的更换。

在本发明优选的进一步发展中，结合于提升卷筒中的频率逆变器或者电力和/或控制电子设备包括用于馈线的可拆卸的电连接件。电力和/或控制电子设备的电连接件能够有利地制成可以螺接并且/或者能够装配有接合板。对于中等功率，插塞式连接件也是可行的，所述插塞式连接件具有能够排除配线错误的进一步优点。

在本发明的进一步发展中，频率逆变器能够安装于电机的端面处。可替换地，在本发明优选的进一步发展中，频率逆变器也能够设置为在提升卷筒的内部空间的端面端处与马达间隔开，其中能够有利地如此设置，使得电连接件和/或端子箱从提升卷筒的内部空间凸出并且/或者设置在提升卷筒的端面上。在任何情况下，有利地如此设置，使得马达馈线成为短的馈线，从而所发射的电磁辐射减少到最小程度。由于最小的线长，马达连接件处的电压过冲同样最小化。使得绕组绝缘的使用寿命最优化。另外，布线工作量非常小。

通常能够以不同方式提供逆变器的电供应。根据逆变器的类型，具有任何所需相数的用于交流电压的线或者用于中间电路电压的双芯线能够导引至逆变器中，所述逆变器例如能够制成为不具有集成整流器或者还具有集成整流器，所述集成整流器进而以不受控或者受控的形式制成。所述连接线通常能够制成为不具有屏蔽，其中，屏蔽连接线有利地设置于集成的受控整流器。

如果使用不受控整流器，不设置供给网络中的返回电容的馈送。在这种情况下，能够有利地设置用于返回电容电阻器的连接。

在本发明的进一步发展中，能够设置速度传感器和/或旋转编码器，所述速度传感器和/或旋转编码器能够置于提升卷筒的外侧的端面。在本发明可替换的进一步发展中，所述速度传感器和/或旋转编码器同样能够结合于提升卷筒的内部空间中。如果以先前所述的方式提供频率逆变器与马达间隔开的设置，则所述速度传感器和/或旋转编码器能够在提升卷筒的内部空间中有利地设置在马达与频率逆变器之间，并且特别地，能够安置在马达的驱动轴上。因此还使得传感器的布线工作量最小化。此外，能够保护传感器不受大的机械冲击载荷以及磁制动装置的杂散磁场的影响。

为了使马达和逆变器的驱动部件以及绞车的电力要求能够实现简单的彼此匹配，频率逆变器能够有利地具有模块化构造。在本发明的进一步发展中，频率逆变器能够包括多个部分逆变器，所述部分逆变器分别与电机的绕组部分关联。特别地，能够设置对应的绕组部分用于马达中的各个部分逆变器，从而能够更加简单地连接马达绕组并且能够以更加节省空间的方式设计所述马达绕组。有利地，频率逆变器的独立模块能够被独立地拆卸。

附图说明

下文将参照优选的实施方式以及附图更加详细地解释本发明。在附图中：

图1是根据本发明的有利实施方式的提升绞车的示意性纵向剖面图，其中，电力和/或控制电子设备的频率逆变器结合于提升卷筒的内部并且能够通过液体冷却进行冷却；

图2是位于提升卷筒的内部空间中的逆变器及其部件的剖面立体图；

图3是用于冷却电子设备的液体冷却回路的示意图；

图4是用于图1中的提升绞车的电子设备、马达以及变速器的冷却回路的连接的示意图；以及

图5是用于根据本发明可替换的有利实施方式的电子设备、马达以及变速器的冷却回路的设置的示意图，根据所述可替换的有利实施方式，用于马达的冷却回路与用于变速器的冷却回路相结合。

具体实施方式

图1所示的提升绞车1能够有利地用于例如塔式起重机、移动起重机、港口搬运起重机或类似的施工机械的升降设施中。所述提升绞车1包括可转动轴颈安装的提升卷筒2，卷扬绳索3能够以已知的方式卷绕在所述提升卷筒2上。设置在提升卷筒2的内部的电机4经由行星变速器5驱动提升卷筒2，根据所示实施方式，所述行星变速器5同样设置在提升卷筒2的内部并且能够有利地制成两级。制动装置6设置于提升卷筒2的一个端面。

所述电机4经由电力和/或控制电子设备7控制，所述电力和/或控制电子设备7以描述得更加详尽的方式同样设置在提升卷筒2的内部空间中，参见图1。在这方面，所述电机4适于通过频率逆变器8或者脉冲控制逆变器而以速度连续可变方式被操作，从而能够以速度连续可变方式操纵提升绞车。在这方面所述电机4能够制成为异步马达，但是有利地还可以制成为永磁激励式同步马达，所述永磁激励式同步马达在定子中大量产生的热耗散能够借助夹套冷却很好地导出。但是，通常也能够设置例如横流机、转换磁阻式发动机或其混合形式等的其它电机类型。

如图1所示，变速器5以及电机4都为液体冷却，其中，变速器冷却设备9具有冷却夹套10，所述冷却夹套10结合于变速器壳体中，并且合适的冷却剂借助变速器冷却回路11穿过所述冷却夹套10循环。马达冷却设备12也包括具有冷却夹套13的夹套冷却装置，所述冷却夹套13结合于马达壳体中并且在所示实施方式中连接至马达冷却回路14。

为了能够导出电力和/或控制电子设备7的区域中的热耗散，特别是频率逆变器8的区域中的热耗散，尽管它们结合于卷筒内部空间中，但是电子设备，特别是频率逆变器8，也是液体冷却。电子设备冷却设备15包括冷却盘管和/或冷却夹套，所述冷却盘管没有更加详细地示出并且被沿着逆变器部件引导，而所述冷却夹套结合于用于逆变器部件的安装板和/或逆变器壳体中。合适的冷却剂在电子设备冷却回路16中循环。能够有利地使用具有非常高的热容的水或水基混合物，特别是水-乙二醇混合物。在所述冷却回路中循环的冷却剂有利地不被用于变速器或马达轴的润滑。

通常在这方面，所述冷却回路能够以不同的方式彼此连接或者也能够不连接。例如，三个冷却回路能够彼此结合，特别是顺序地串联连接，使得能够仅借助一个冷却剂传送装置实现循环。为了能够实现对用于单独部件的冷却剂流量的单独控制，冷却回路还能够彼此并联连接，其中，合适的流量控制装置设置为能够单独地调节流体流量。例如，所述装置能够是不同的管线直径，但是特别地还能够是并联回路的分支点处的控制阀和/或切换阀。

在本发明的进一步发展中还能够特别地如此设置，使得冷却回路制成为至少部分地彼此分开。在本发明的进一步发展中，如图3所示，能够设置相应的完全分开的冷却回路，即马达冷却回路14、变速器冷却回路11以及电子设备冷却回路16能够如图3所示地分别以分开的方式制成。图3所示的实施方式包括冷却剂泵18，所述冷却剂泵18由马达17驱动并且使冷却剂自箱19穿过例如频率逆变器8等待被冷却的部件循环，并且引导冷却剂穿过热交换器20返回到箱19，同样由马达17驱动的风扇21能够有利地与所述热交换器20关联。

如图4所示，冷却剂回路11、14以及16能够利用共用的冷却剂箱19以及其冷却剂泵的联合驱动。具体地，在图4所示的实施方式中，变速器冷却回路11和马达冷却回路14的冷却剂泵18由共用的马达17驱动，所述马达17还驱动共用的风扇21，所述风扇21冷却变速器冷却回路11以及马达冷却回路14的热交换器20。相比之下，电子设备冷却回路16的冷却剂泵18由独立的马达17驱动，从而能够独立于马达以及变速器的冷却来实施电子设备的冷却。任选地，即，在电子设备的冷却得以保持的同时，能够切断马达以及变速器的冷却，从而实现了关于整体能量平衡的优点。如图4所示，还能够任选地省略电子设备冷却回路16中的热交换器。由于冷却液从共用的箱19中取出并且导回，因此任选地不需要独立的热交换器。

如图5所示，还能够部分地结合冷却回路本身。特别地能够结合马达冷却回路14以及变速器冷却回路11，其中如图5所示设置成使得变速器冷却回路11与马达冷却回路14并联连接。经由例如采用控制阀形式的流量控制装置22能够改变流经并联回路支路的冷却剂量的量。

相比之下，在如图5所示的实施方式中，电子设备冷却回路16同样有利地以分开的方式制成，在这个实施方式中，在电子设备冷却回路16中还设置有热交换器20，共用的风扇21作用于该热交换器20以及结合在一起的马达冷却回路和变速器冷却回路的热交换器20。

如图1所示，电力和/或控制电子设备7能够设置于提升卷筒2的内部空间的端面端，其中，提升卷筒2有利地能够具有端面检修开口23，对于已安装的绞车，能够通过所述端面检修开口23接近、更换和/或保养电子设备7。在这方面，所述检修开口23穿过立体固定绞车轴承座延伸，提升绞车2可转动地轴颈安装于所述绞车轴承座，参见图1。在这方面能够如此设置，使得端子箱24置于提升卷筒的外侧，而电子设备7的实际电子部件收容在提升卷筒内部。

图2示出了提升卷筒2内部中的频率逆变器设置的可能实施方式。在图2所示的实施方式中，频率逆变器8包括接合板25，在所述接合板25上设有全部所需的电连接件。在这方面，接合板25设置为使得具有良好的可接近性，从而允许更换频率逆变器8或其部件。中间电路电容器26同样安装在频率逆变器8中。控制部分27以及电力模块28以紧凑形式结合作为频率逆变器8的核心。功率晶体管经由电子设备冷却回路16进行液体冷却。能够经由传感器29测量马达电流。

频率逆变器8有利地制成模块形式并且包括多个逆变器模块。在电机4中具有用于各个逆变器模块或部分逆变器的对应的绕组部分，使得马达绕组能够更加简单地连接并且能够以更加节省空间的方式制成。通过频率逆变器8的模块化设计，绞车以及马达和逆变器的驱动部件的功率要求能够彼此适配。

频率逆变器8经由短的马达馈线31连接至电机4。根据图2，频率逆变器8能够经由制成可螺接形式的电连接件32并且经由连接至其上的双芯线33而连接至电源。

Claims (18)

1.一种用于升降设施的绞车，特别是用于塔式起重机、移动起重机、港口起重机或者例如缆索操纵式挖掘机等机械的绞车，所述绞车包括：提升卷筒(2)；用于驱动所述提升卷筒(2)并且收容在所述提升卷筒(2)的内部的电机(4)；以及用于所述电机(4)并且包括至少一个频率逆变器(8)和/或频率转换器的电力和/或控制电子设备(7)，所述绞车的特征在于，用于所述电机(4)的所述电力和/或控制电子设备(7)至少部分地收容在所述提升卷筒(2)的内部。

2.如前一项权利要求所述的绞车，其中，设置电子设备冷却设备(15)，用于冷却位于所述提升绞车(2)的内部的所述电力和/或控制电子设备(7)。

3.如前一项权利要求所述的绞车，其中，所述频率逆变器(8)基本完全收容在所述提升卷筒(2)的内部，并且所述电子设备冷却设备(15)具有用于所述频率逆变器(8)的液体冷却装置。

4.如前一项权利要求所述的绞车，其中，所述电子设备冷却设备具有用于冷却所述频率转换器的液体冷却回路。

5.如前一项权利要求所述的绞车，其中，所述电子设备冷却设备(15)的液体冷却回路(16)具有位于所述频率逆变器(8)中或处的冷却夹套和/或冷却盘管。

6.如前两项权利要求中的任一项所述的绞车，其中，所述电子设备冷却设备(15)的液体冷却回路包括以水为基础的冷却液，优选为水或水-乙二醇混合物。

7.如前述权利要求中任一项所述的绞车，其中，设置包括至少一个液体冷却器(14)的马达冷却设备(12)，用于冷却所述电机(4)。

8.如前一项权利要求所述的绞车，其中，所述马达冷却设备(12)的液体冷却回路(14)制成为与所述电子设备冷却设备(15)的液体冷却回路(16)分开。

9.如前一项权利要求所述的绞车，其中，所述马达冷却设备(12)以及所述电子设备冷却设备(15)的冷却回路包括独立的冷却流体传送装置(18)。

10.如权利要求8所述的绞车，其中，所述电子设备冷却设备(15)的液体冷却回路(16)串联或者并联连接至所述马达冷却设备(12)的液体冷却回路(14)。

11.如前述权利要求中任一项所述的绞车，其中，设置包括至少一个液体冷却回路(11)的变速器冷却设备(9)，用于冷却设置在所述提升卷筒(2)的内部的变速器(5)。

12.如前一项权利要求所述的绞车，其中，所述变速器冷却设备(9)的液体冷却回路制成为与所述电子设备冷却设备(15)的冷却回路分开。

13.如前两项权利要求中的任一项所述的绞车，其中，所述变速器冷却设备(9)的液体冷却回路与所述马达冷却设备(12)的液体冷却回路结合，并且特别地与所述马达冷却设备(12)的液体冷却回路串联或者并联连接。

14.如前述权利要求中任一项所述的绞车，其中，所述提升卷筒(2)具有端面检修开口(23)，对于已安装的绞车，通过所述端面检修开口(23)能够接近并且优选地还能够更换所述频率逆变器(8)。

15.如前述权利要求中任一项所述的绞车，其中，所述频率逆变器(8)设置于所述提升卷筒(2)的内部空间的端面端且与所述电机(4)间隔开。

16.如前一项权利要求所述的绞车，其中，速度传感器和/或旋转编码器(30)收容在所述提升卷筒(2)中且位于所述频率逆变器(8)与所述电机(4)之间。

17.如权利要求1至14中任一项所述的绞车，其中，所述频率逆变器(8)安装于所述电机(4)的端面。

18.如前述权利要求中任一项所述的绞车，其中，所述频率逆变器(8)以模块形式制成并且包括多个部分逆变器，所述部分逆变器分别与所述电机(4)的绕组部分关联。

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