CN108141110A - 驱动单元和具有冷却器的机组 - Google Patents

Abstract

公开了一种变频器，具有用于电动机的冷却器，该电动机驱动静压泵。冷却通过由泵输送的工作压力介质实现。在此所述冷却器的通道可以形成液压回路的区段，该液压回路由泵供给，或者从储箱取出工作压力介质，并且输送到额外的冷却回路管道。

Description

驱动单元和具有冷却器的机组

技术领域

本发明涉及一种驱动单元，具有静压泵、电动机和被冷却的变频器。本发明还涉及一种具有这种驱动单元的机组。

背景技术

由现有技术已知，通过电动机驱动静压泵，它通过液压回路供给液压负载，例如马达或液压缸。在电源与电动机之间设有变频器，它产生废热。大部分废热在功率电子装置装置上或者说在具有绝缘栅极的这个或这些双极晶体管（IGBT）上以及在整流器上产生。为了最佳地传导废热到冷却体上，大多直接将变频器或IGBT和/或整流器拧接在冷却体上。冷却体由高导热率的材料、例如铝制成。为了最佳地传热，在变频器或IGBT和/或整流器与冷却体之间设有导热膏。

其它废热在变频器内室中的其它电容器上产生。因为它们小得多，所以在那里无需通过冷却体冷却。废热或者通过自然对流或者通过强制对流借助于外壳风扇传递到环境空气。

替代地，由现有技术已知，通过专门的冷却液、例如水通流冷却体。这通过冷却体的内室中的孔或缺口导引。在水冷的冷却体中IGBT和/或整流器也通过导热膏直接与冷却体拧接，用于实现良好的热传递。由于水的较高的热传递或较高的热容量，具有水冷却的冷却体大多具有较大的冷却功率。

这种具有电动机的驱动单元的缺陷是用于水循环回路的设备技术上的费用，该电动机的变频器通过被水冷却的冷却体冷却。

发明内容

与之相对地，本发明的目的是，创造一种驱动单元和一种具有冷却器的机组，其冷却功率可以与水冷的冷却功率相当，其中要减少设备技术上的费用。

这个目的通过具有权利要求1特征的、具有泵和电动机和被冷却的变频器的驱动单元得以实现。

按照本发明的驱动单元具有电动机，该电动机为了驱动静压泵可以耦联或者优选被耦联在该静压泵上。所述电动机与变频器电连接，该变频器通过冷却装置冷却。所述冷却装置可以由工作压力介质冷却、尤其是可以被通流，所述工作压力介质或者直接位于由泵运行的工作循环回路里面，或者至少从这个工作循环回路中取出工作压力介质。

此外所述目的通过具有液压泵的机组得以实现，该泵可以通过电动机驱动，该电动机与变频器电连接，其中，所述变频器通过冷却装置冷却。所述冷却装置可以由工作压力介质冷却、尤其是可以被通流，所述工作压力介质或者直接位于由泵运行的工作循环回路里面，或者至少从这个工作循环回路中取出工作压力介质。

通过按照本发明以工作压力介质冷却变频器，能够在设备技术上简单但是有效地冷却变频器和尤其是其功率电子装置和其具有绝缘栅极的双极晶体管（IGBT’）和/或整流器，无需具有专门的冷却剂的专门的冷却剂回路。

如果所述工作压力介质是液压油，则可以利用其防腐蚀的作用。

本发明的其它有利的扩展结构在从属权利要求中描述。

如果所述变频器具有外壳，由此可以实现防止灰尘和/或溅水和/或提高防护等级。由此能够实现至少IP54的防护等级。

此外尤其在具有外壳的改进方案中，所述变频器不必容纳在控制柜里面，而是可以在空间上附属于按照本发明的驱动单元或者按照本发明的机组。由此能够形成模块化的紧凑的驱动单元或者模块化的紧凑机组。此外避免变频器将其废热排到控制柜里面，又必需费事地冷却控制柜。

最好将变频器的最大的热生成的段，例如功率电子装置、或者具有绝缘栅极的双极晶体管（（IGBT）和/或整流器直接布置在冷却体附近。

在优选的扩展结构中，所述冷却体是冷却板或者冷板。这个冷却板可以是圆盘形的，由此当储箱和外壳也是圆柱形的时候，能够形成紧凑的机组。

为了排出由冷却体接收的热量，按照第一改进方案可以补充地设置内部的冷却水通道。

为了排出由冷却体接收的热量给环境空气，按照第二改进方案可以设置其它的散热片和至少一风扇或者风机。通过其它的散热片也能够将由电动机产生的热量排到环境空气。

所述变频器最好导热地固定在冷却体的部位上（例如具有设置在其间的导热膏），在该部位中也将用于工作压力介质的通道引到冷却体里面。在通道与变频器或IGBT和/或整流器之间的壁厚应该最小化。

在按照本发明的驱动单元的第一特别优选的变型中，用于工作压力介质的通道形成回路的回流管的至少一区段，通过该区段可以由泵供给负载。在按照本发明的机组的相应的特别优选的第一变型中，用于工作压力介质的通道形成从机组的低压侧负载接头到机组的储箱的回流管的至少一区段。

在按照本发明的驱动单元的优选的第二变型中，用于工作压力介质的通道形成在泵上游布置的抽吸管的至少一区段。在按照本发明的机组的相应的优选的第二变型中，用于工作压力介质的通道形成在泵上游布置的抽吸管的至少一区段，该抽吸管将储箱与泵连接。

在按照本发明的驱动单元的优选的第三变型中，用于工作压力介质的通道形成在泵下游布置的输入管或压力管道的至少一区段。在按照本发明的机组的相应的优选的第三变型中，用于工作压力介质的通道形成在泵下游布置的输入管或压力管道的至少一区段，输入管使泵与高压侧的负载接头连接。

在按照本发明的机组的优选的第四变型中，用于工作压力介质的通道形成额外的冷却回路管道或旁路的至少一区段，冷却回路管道或旁路在入口端和出口端与储箱连接。

在此所述冷却回路管道或旁路具有冷却泵和/或过滤器和/或油冷却器。所述油冷却器可以是油-空气热交换器。

在一个特别优选的改进方案中，所述机组是紧凑机组，其中在冷却板的第一侧面（顶面）上固定变频器，而在冷却板的第二侧面（底面）上固定电动机。

如果在第一侧面上布置用于变频器的外壳，由此可以实现防止灰尘和/或溅水和/或提高保护等级。此外，可以这样设计外壳，使风扇的空气通过散热片组导引并且防止空气的侧面逸出。

在此在第二侧面（底面）的区域中，-最好在背离冷却板的电动机一侧上-也可以布置泵。

在此在第二侧面（底面）区域中也可以布置储箱。

在紧凑机组的一个特别优选的扩展结构中，所述储箱完全包围电动机和/或泵。

所述储箱最好具有与壁体一体形成的圆环形底部并且被冷却板封闭。

为了冷却工作压力介质，它按照本发明吸收变频器的废热，特别优选的是，在储箱里面布置散热片，它们导热地通过热管与冷却板连接。通过这一点所述压力介质可以在进入时流到储箱里面，并且放出-尤其先前由变频器吸收的-热量。

由于造型技术和加工技术上的原因，优选的是，所述紧凑机组的冷却板、电动机、泵和储箱相互间是同心的。

所述机组可以具有调频器。在此通过压力传感器测量输入管或压力管道中的压力，并且传输信号给变频器，其具有用于恒压调节的组合的PID调节器。这个调节器现在调节电动机的电源的频率。由此实现，根据在输入管中的体积流，它通过液压系统确定，使输入管中的压力保持恒定。如果负载需要更多的体积流，例如因为液压缸必需非常快速地移动，变频器相应于调节回路（压力传感器-变频器-电动机-泵）加速电动机并且保持压力恒定。

附图说明

在附图中示出按照本发明的、具有按照本发明的驱动单元的机组的多个实施例。现在利用该附图的图示详细解释本发明。

附图示出

图1按照本发明的机组的按照第一实施例的方框图，

图2按照本发明的机组的按照第二实施例的方框图，

图3按照本发明的机组的按照第三实施例的方框图，

图4按照本发明的机组的按照第四实施例的方框图，和

图5图1中的机组的立体剖面图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的机组的按照第一实施例的方框图。该机组具有驱动单元，其具有电动机M和静压泵1。驱动单元的电动机M通过变频器2运行。此外，该机组具有用于压力介质、例如液压油的储箱T。

变频器2连接在电源4与电导线6之间，由此通过电导线6在调节频率下并由此在调节转速下对电动机M供电。由此通过轴8由电动机M转速变化地驱动泵1。在此泵1通过抽吸管10由储箱T抽吸压力介质，并且通过输入管12输送压力介质到机组的高压侧的负载接头14。在这个负载接头14上通过阀门连接负载，该负载例如可以是缸。负载与阀门一起只象征性地示出并且以附图标记16表征。

通过低压侧的负载接头18压力介质从负载16流回到机组中。更准确地说，压力介质从负载接头18通过回流管20流到储箱T。

按照本发明，回流管20完全或者局部地由通道22形成，通道在冷却板24的内部中构成。在冷却板24上这样拧接变频器2，，使其功率电子装置28通过具有绝缘栅极的双极晶体管（IGBT）定位紧紧靠近在冷却板24且尤其是通道22的附近。在按照图1的第一实施例中，变频器2且尤其是其功率电子装置28通过从负载16回流的工作压力介质冷却。

变频器2和其功率电子装置28具有外壳，它尽可能密封地与冷却板24连接，由此达到保护等级IP54。

在按照图1的第一实施例中进行恒定压力调节。为此在输入管12上设有压力传感器30，其信号通过信号导线传递到变频器2。这个变频器根据压力信号调节用于电导线6和用于电动机M的频率。

图2示出按照本发明的机组的按照第二实施例的方框图。在此与按照图1的第一实施例的主要不同之处在于，在冷却板24里面形成的通道22形成输入管12或者输入管12的区段。由此使变频器2且尤其是其功率电子装置28被压力介质冷却，，压力介质被泵1输送到高压侧的负载接头14并由此通过阀门输送到负载（公共的附图标记16）。

图3示出按照本发明的机组的按照第三实施例的方框图。在此与上面两个实施例的主要不同之处在于，在冷却板24里面形成的通道22形成抽吸管10或抽吸管10的区段，抽吸管使储箱T与泵1的入口连接。由此通过从储箱T流到泵1的压力介质冷却变频器2且尤其是其功率电子装置28。

在按照图1至3的前三个实施例中，变频器2分别通过压力介质冷却，压力介质直接在按照本发明的机组的工作回路里面流动，而按照图4的第四实施例示出原理上与其不同的解决方案。更准确地说，设置了具有用于冷却回路30的专门的驱动单元的专门的冷却回路30，它仍然由电动机和泵组成。驱动单元32的泵直接由储箱T抽吸用于冷却变频器2和其功率电子装置28的压力介质并且将其直接送回到储箱T里面。在此压力介质由驱动单元32的泵首先通过热交换器34、然后通过过滤器36并最后通过冷却板24的通道22流动，在通道上固定变频器2且尤其是其功率电子装置28。

图5以立体剖面图示出图1的紧凑机组的结构上的设计方案。它具有基本圆柱形的外圆周面，其中在中间部位里面设有圆盘形的冷却板24。在冷却板24的第一侧面（在图5中的顶面）上固定具有功率电子装置28的长形变频器2。通道22沿着变频器2的长边，通过该长边变频器顶靠在冷却板24上，在冷却板24的内部中从低压侧的负载接头18一直延伸到回流过滤器38，在通流该通道时，回流的压力介质吸收变频器2且尤其是其功率电子装置28的废热。

在冷却板24的第二侧面（在图5中的底面）上同心地通过缓冲元件40布置电机M并且在电机的背离缓冲元件40的一侧上布置泵1。由电动机M和泵1组成的驱动单元在外圆周面上同心地被储箱T包围，储箱同样固定在冷却板24的第二侧面（在图5中的底面）上。在此冷却板24封闭储箱T的端面，而储箱T的另一端面被与两个圆柱形壁体一体形成的圆盘形底部42封闭。

在储箱T的内部中设有两个相互对置的散热片组44，在图5中只示出两个散热片组中的一个散热片组44。每个散热片组44由许多大致半圆形的单独散热片组成。每个散热片组44的散热片通过多个热管46导热地与其它的散热片组48连接，它们设置在冷却板24的第一侧面（在图5中的顶面上）上。

由低压侧的负载接头18流回的压力介质通流冷却板24的通道22，并且在此情况下吸收变频器2且尤其是其功率电子装置28的废热。然后压力介质由于重力通过两个散热片组44在向着储箱T底部42的方向上流动，同时放出热量到两个散热片组44。从两个散热片组44热量通过热管46在冷却板24的顶面上传导到另外的散热片组48，它将热量释放到环境空气。

驱动单元位于紧凑机组的中心。驱动单元被储箱T包围，储箱含有压力介质。储箱T的盖由冷却板24构成。冷却板24由良好导热的材料、例如铝制成。

在冷却板24上装配变频器2。因为在这里使用的变频器2只具有保护等级IP22，变频器被外壳26包围。外壳提高用于变频器的保护等级到＞IP54。

在这里利用热管冷却器冷却回流的压力介质。热管冷却器由穿过储箱T的散热片组44组成，并且吸收压力介质的热能。热管44最好由热虹抽吸管构成，并且与重力方向相反地输运热能到另外的散热片组48，它将热量释放到环境空气。为了提高从另外的散热片组48到环境空气的热传递，附加地安装（未示出的）风扇。

尽管冷却板24由良好导热的材料、例如铝制成，但是热阻对于变频器2可能还是太大（从IGBT通过冷却板24到热管并最后到外部的散热片组48的热阻）。因此使用回流的压力介质，用于吸收并排出变频器2的热能。回流的压力介质（在图5中从右侧）在变频器2底面上通过冷却板24流入通道22中和流入回流过滤器38中，回流过滤器组合在冷却板24里面。不必一定安装回流过滤器38，压力介质可以直接在通流冷却板24以后从上面进入到储箱T里面。

电动机M也利用热管冷却器冷却。在其外壳里面，一些孔被组合在重力方向上，在孔里面良好导热地、例如通过导热膏插入（未示出的）热管。热管输运电动机M的热能到另外的散热片组50，在那里热量被释放到环境空气。

用于回流的压力介质的通道22最好非常靠近变频器2的功率电子装置28（IGBT）。因此进一步减小热阻并且提高冷却功率，或防止变频器2过热。

公开了一种变频器，其具有用于电动机的冷却器，电动机驱动静压泵。冷却通过由泵输送的工作压力介质来实现。在此所述冷却器的通道可以形成液压回路的区段，该液压回路由泵供给，或者从储箱中取出工作压力介质，并且输送到额外的冷却回路管道。

附图标记清单

1 泵

2 变频器

4 电源

6 电导线

8 轴

10 抽吸管

12 输入管

14 高压侧的负载接头

16 具有阀门的负载

18 低压侧的负载接头

20 回流管

22 通道

24 冷却板

26 外壳

28 功率电子装置

30 压力传感器

31 冷却回路

32 驱动单元

34 热交换器

36 过滤器

38 回流过滤器

40 缓冲元件

42 底部

44 散热片组

46 热管

48 另外的散热片组

50 另外的散热片组

M 电动机

T 储箱

Claims (16)

1.一种驱动单元，具有电动机（M），该电动机为了驱动静压泵（1）耦联在该静压泵上，其中，所述电动机（M）与变频器（2）电连接，该变频器通过用冷却液冷却的冷却体冷却，其特征在于，所述冷却液是泵（1）的工作压力介质。

2.如权利要求1所述的驱动单元，其中，所述变频器（2）具有外壳（26）。

3.如权利要求1或2中任一项所述的驱动单元，其中，所述冷却体是冷却板（24）。

4.如上述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中，所述冷却体具有内部的冷却水通道。

5.如上述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中，在所述冷却体上布置散热片（48,50）和至少一风扇。

6.如上述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中，在所述冷却体里面设有用于工作压力介质的通道（22），该通道形成回流管（20）。

7.如权利要求1至5中任一项所述的驱动单元，其中，在所述冷却体里面设有用于工作压力介质的通道（22），该通道形成用于泵（1）的抽吸管（10）。

8.如权利要求1至5中任一项所述的驱动单元，其中，在所述冷却体里面设有用于工作压力介质的通道（22），该通道形成在泵（1）下游布置的输入管（12）。

9.一种具有如权利要求1至5中任一项所述的驱动单元的机组，其中，在冷却体里面设有用于工作压力介质的通道（22），该通道形成冷却回路（31）的管道，该冷却回路在入口侧和出口侧与储箱（T）连接。

10.如权利要求9所述的机组，其中，所述冷却回路（31）具有冷却泵和/或热交换器（34）和/或过滤器（36）。

11.一种具有如权利要求3或引用权利要求3的权利要求所述的驱动单元的机组，该机组是紧凑机组，其中，在冷却板（24）的第一侧面上固定变频器（2），并且其中在冷却板（24）的第二侧面上固定电动机（M）。

12.如权利要求11所述的机组，其中，所述冷却板（24）通过工作压力介质冷却，该工作压力介质通过回流过滤器（38）流回到储箱（T）。

13.如权利要求11或12所述的机组，其中，在第二侧面上布置泵（1）。

14.如权利要求11至13中任一项所述的机组，其中，在第二侧面上布置储箱（T）。

15.如权利要求14所述的机组，其中，所述储箱（T）完全包围电动机（M）和/或泵（1）。

16.如权利要求14或15所述的机组，其中，在所述储箱（T）里面布置散热片（44），它们导热地通过热管（46）与冷却板或与另外的散热片（48）连接。