开关磁阻电机控制系统在冷却系统中的应用的利记博彩app

专利名称：开关磁阻电机控制系统在冷却系统中的应用的利记博彩app
技术领域：
本发明一般性地涉及开关磁阻电机在冷却系统中的应用的方法。 更具体地，本发明涉及一种包括一种用于开关磁阻电机的高频开关磁 阻变速驱动装置的冷却系统，所述开关磁阻电机对冷却系统的压缩机 供电。
背景技术：
过去，用于驱动冷却系统中的压缩机的感应电机,皮设计成通过标 准线电压(主)电压和频率来运行，这些标准线电压和频率是可以从 电机运行处的工厂的配电系统处获取的。由于电机被限制在一个运行 速度下，该运行速度基于电机输入频率，因此使用线电压和频率通常 要求压缩机使用 一些用于调节性能的效率低的机械装置(如用于离心 压缩机的进口导叶，以及用于螺旋式压缩机的滑阀)。此外，如果电 机的运行速度不同于期望的压缩机的运行速度，则在电机和压缩机之 间插入一个"增速"或"减速"齿轮箱，以获得期望的压缩机运行速 度。而且，那些要求自带控制器或电子驱动的电机，如，开关磁阻电 机，不能用于这些冷却系统中，因为这种电机不能直接运行在标准(主) 电压和频率下。
接着，开发了可以改变被提供给冷却系统的感应电机的频率和/
或电压的变速驱动装置(VSD)。这种可以改变^皮提供给电机的输入频 率和电压的能力导致了以下一种感应电机，该感应电机能够对冷却系 统的相应压缩机提供可变的输出速度和电力。电机(以及压缩机)的 这种变速运行使得冷却系统能够利用在压缩机的部分负载期间发生的 效率，此时期望以低于满负栽设计速度的速度来运行。除了之前那些 可以直接通过三相电线来运行的电机，如感应电机或同步电机之外， 利用变速驱动装置还使得可以在冷却系统中使用要求自带电子驱动的 其他类型电机，如开关磁阻电机。
现有的感应电机类型VSD的一个限制是，VSD的输出电压的幅度
不能大于对VSD的输入或有效(utility)线电压的幅度。输出电压上 的限制是因为VSD的整流器只提供了一个其幅度是提供给VSD的线间 交流电压的均方根(rms )值的1. 3倍的直流电压。变速驱动装置上的 输出电压的限制将常规感应电机的最大速度限制在某一速度上，该速 度对应于线电压下运行的电机的速度(因为常规感应电机要求恒定的 伏特/赫兹的比值)。为了获取更大的压缩机速度，必须在电机和压缩 机之间加入"增速"齿轮配置，以增加驱动压缩机的电机的输出旋转 速度。可替代地，我们可以使用一个额定电压较低的电机并且在高于 其额定电压和频率的电压和频率下运行该电机，以获取更高的最大旋 转速度，前提是电机本身具有这种高速运行能力。在这方面，开关磁 阻电机比感应电机具有明显的优势，因为开关磁阻电机由于其电机转
子结构本身的简单性，能够以更高的旋转速度运行。
此外，VSD输出电压上的限制限制了冷却系统中包括高速开关磁 阻电机在内的高速电机的运行速度的范围。用于在没有"增速"齿轮 的配置下获取更快的压缩机速度的高速电机是有限的，因为当只可获 取一有限的电压范围时，设计一个有效的而又合算的电机是更加困难 的。冷却系统中高速开关磁阻电机是合乎需要的，因为它们比其他类 型的电机具有更高的效率、改进的可靠性以及更低的成本。此外，开 关磁阻电机转子结构本身的筒单性使其具有更高程度的机械坚固性， 可方便将其提供到高速应用中。
现有开关磁阻机器由于其高速运行而导致的另一限制是，因气流 引起效率损失。高速运行的电机因为电机的凸极结构，以及由电机转 子旋转而造成的空气动力摩擦损失，而产生明显的热。通常利用电机 的空气冷却，以将电机温度维持在一个可接受的环境运行范围内。然 而，流过电机的空气产生涡流，或者气流，导致额外的电机损耗。由 气流引起的损耗降低了开关磁阻电机在效率上的总体改进，而效率上 的改进是开关磁阻电机的期望的特征。气流损耗可以减少，但它们不 能被消除。
因此，所需要的是一种用于冷却系统压缩机的、具有辅助冷却以 增加该冷却系统的运行效率的开关磁阻电机。
还需要的是一种在冷却系统中可以提供高速开关磁阻电机的合
算、高效及易于实现的运行的用于高速开关磁阻电机的变速驱动装置。

发明内容
本发明涉及一种在冷却系统中应用开关磁阻电机的系统。在一个 优选实施方案中， 一种冷却系统包括开关磁阻电机、压缩机、冷凝器 以及蒸发器，它们被连接在一个封闭的制冷剂环路内。该开关磁阻电 机连接到压缩机以驱动压缩机。该开关磁阻电机包括转子部分以及定 子部分。该转子部分和定子部分限定了位于转子部分和定子部分之间 的空气间隙。该转子部分包括第一端和第二端。 一个变速驱动装置电 连接到该开关磁阻电机。变速驱动装置有热交换部分，并且被构造来 接收一固定输入交流电压和一固定输入频率下的输入交流电，并对开 关磁阻电机提供一可变电压和可变频率下的输出电。将一个电机冷却 装置安装到开关磁阻电机定子部分上。将一对屏障部分放置在转子的 第 一端和第二端处，用于限制湍流流体穿过开关磁阻电机的空气间隙。 还提供了一个开关磁阻电机和压缩机置于其内的气密室。 一个驱动轴 使压缩机和开关磁阻电机相互连接。该电机冷却装置包括夹套
(jacket)部分，该夹套部分具有至少一个放置在开关磁阻电机定子 部分上的用于使流体从中流过的管道。该夹套部分和冷凝器流体回路 连接，并和其处于流体导通中，用于循环冷凝器流体通过夹套部分， 以冷却开关磁阻电机。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种冷却系统，该冷却系统具 有开关磁阻电机、压缩机、冷凝器以及蒸发器，它们被连接在一个封 闭的制冷剂环路内。该压缩机被放置在气密室内，并具有一个连接到 耦合装置的轴，该耦合装置用于将压缩机轴耦接到开关磁阻电机以驱 动压缩机。该开关磁阻电机包括转子部分以及定子部分，它们限定了 位于转子部分和定子部分之间的空气间隙，以及该转子部分包括第一 和第二端。 一个变速驱动装置电连接到该开关磁阻电机，该变速驱动 装置有热交换部分，并且被构造来接收一固定输入交流电压和一固定 输入频率下的输入交流电，并对开关磁阻电机提供一可变电压和可变
频率下的输出电。将一个电机冷却装置安装到开关磁阻电机上。将一 对屏障部分放置在转子的第一端和第二端处，用于限制湍流流体穿过
开关磁阻电机的空气间隙。该冷却装置包括一个夹套部分，该夹套部 分具有至少一个放置在开关磁阻电机定子部分上的用于使流体从中流 过的管道，该夹套部分和冷凝器流体回路连接，并和其处于流体导通 中，用于循环冷凝器流体通过夹套部分，以冷却开关磁阻电机。该系 统还可以包括一个连接压缩机的吸入腔到空气间隙的管道，用于减少 电机中相对于大气压力的空气压力。
可替代地，冷却装置可以包括一个将冷却系统的制冷剂环路的液 体一侧和电机相互连接的管道，以及一个处于该管道中的用于将来自 制冷剂环路的液体制冷剂蒸发、以及用于将蒸发的制冷剂提供到开关 磁阻电机的空气间隙中的膨胀阀。
由于通过使用冷凝器水来冷却部件，降低电机和VSD中的运行温 度，因而本发明的一个优点是改进的整体系统效率。
通过略去电机和压缩机之间的齿轮，本发明的又一个优点是增强 的系统效率以及潜在的成本降低。
本发明的又一个优点是冷却系统的改进的可靠性，这是由于开关 磁阻电机的坚固设计。
本发明的又一个优点是通过减少电机中的气流以及摩擦损耗来实 现的改进的系统效率。
本发明的又一个优点是电机的更高的最大运行速度以及更快的动 态响应。
结合以实例的方式来示出本发明的原理的附图，通过以下对优选 实施方案的更为详细的描述，本发明的其他特征和优点将会显而易见。


图1示意性地示出了本发明的总体系统结构。 图2示意性地示出了本发明的变速驱动装置的一个实施方案。 图3示意性地示出了可以用于本发明的一种制冷系统。 图4示出了本发明变速驱动装置的一个实施方案的电路图。 图5示出了开关磁阻电机/单级压缩机配置的一个实施方案的横 截面视图。
图6示出了开关磁阻电机/两级压缩机配置的一个实施方案的横截面视图。
图7示出了开关磁阻电机/两级压缩机配置的另一个实施方案的 横截面视图。
图8示出了一个空气冷却开关磁阻电机通过磁耦合器直接驱动压 缩机的实施方案的横截面图。
尽可能地，在整个附图中使用了相同的参考标记来表示相同或相 4以的部分。
具体实施例方式
图1总体地示出了本发明的系统结构。交流电源102对变速驱动 装置(VSD) 104供电，该VSD驱动开关磁阻(SR)电机106。在本发 明的又一个实施方案中，变速驱动装置104可以驱动一个以上的开关 磁阻电机106。该SR电机106优选地用来驱动制冷或冷却系统(大致 参见图3)的相应的压缩机。该交流电源102通过某一位置处的交流 电力网或分布式系统对VSD 104提供单相或多相(如三相)的、电压 固定和频率固定的交流电。才艮据相应的交流电力网，该交流电源102 优选地可以对VSD 104提供AC电压或200V、 230V、 380V、 460V或600V 的线性电压，以50 Hz或60 Hz的线性频率。
该VSD 104从交流电源102接收具有某一特定的固定线电压和固 定线频率的交流电，并且以期望电压和期望频率对SR电机106供电， 所述电压和频率都可以改变，以满足特定的需求。电以电压和电流脉 冲的方式传送给SR电机106。电压脉冲由施加在SR电机绕组上的正 电压组成，并且还可以包括施加在SR电机绕组上的负电压的一部分。 电流脉冲只包括流过SR电机绕组的正电流。电压和电流脉冲的实际形 状依赖于用于SR电机106的逆变器的类型，以及依赖于这种逆变器是 如何被控制的。电流和电压脉冲的频率一般与SR电机106旋转的速度 成比例，但其确切值依赖于SR电机106内部定子相和转子磁极的个数。
图2示出了本发明的VSD 104—个实施方案。该VSD 104可以具 有三个级变换器级202、直流链路级(DC Link stage) 204以及具有 逆变器的输出级206。该变换器202将来自交流电源102的固定线频 率和固定线电压交流电转换成直流电。该直流链路204过滤来自变换器2 02的直流电以及提供能量存储部件。该直流链路204可以由电容 器和电感线圏组成，它们是无源设备，表现出非常高的可靠性和非常 低的故障率。该逆变器206将来自直流链路204的直流电转换到用于 SR电机106的可变频率和可变电压的电。逆变器206可以是电源模块， 它可以包括功率晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)电开关以及反向 二极管。而且，应该理解VSD 104的直流链路2(H以及逆变器206可 以包括与上述部件不同的部件，只要VSD 104的直流链路204和逆变 器206可以提供合适的输出电压波形给SR电机106。
如图3所示，HVAC、制冷或液体冷却系统300包括压缩机302、 冷凝器配置304、液体冷却器或蒸发器配置306,以及控制面板308。 压缩才几302由SR电机106来驱动，SR电机106由VSD 104来供电。 该VSD 104从交流电源102接收具有某一固定的线电压和固定的线频 率的交流电，并对SR电机106提供期望电压和期望频率的电，期望电 压和频率都可以改变，以满足特定的需要。控制面板308可以包括各 种不同的部件，如模数(A/D)变换器、微处理器、非易失性存储器以 及接口板，以控制冷却系统300的运行。控制面板308还可以用来控 制VSD 104以及冷却系统300的其他部件的运^f亍。
用于系统300中的SR电机106可以是任何适当类型的高效开关磁 阻电机。此外，SR电机106应该具有一个相对较平的效率-负载曲线， 因为不存在任何磁化电流，该磁化电流可能存在于其他类型的电机中。 相对较平的效率-负载曲线指示了 SR电机106的效率不随负载的变化 而显著变化。而且，SR电机106中的每个定子相都与SR电机106中 其他定子相独立。SR电机中独立的定子相使得如果其中一个定子相失 效，SR电机能够继续在一个降低的功率下运行，从而增加了冷却系统 的可靠性。
再参考图3，压缩机302压缩制冷剂蒸汽以及通过排放管将蒸汽 传送给冷凝器304。该压缩机302优选地是一个离心压缩机。然而， 应该理解，压缩机302可以是任何适当类型的压缩机，如螺旋式压缩 机、活塞压缩机和涡巻压缩机等。由压缩机302传送给冷凝器304的 制冷剂蒸汽和流体发生热交换，并通过和流体的热交换而发生相转变, 转变到制冷剂液体。优选地，本发明中所用的流体是水。还可以提供
一个次级热交换器310,该次级热交换器包括和冷凝器水进行热交换 的中间液体。来自冷凝器304的经冷凝的液体制冷剂流过膨胀设备(没 有示出)进入蒸发器306。
蒸发器306包括一些用于冷却负载的供给管和回流管的连接件。 次级液体，如水、乙烯、氯化钾盐溶液或氯化钠盐溶液，通过回流管 进入蒸发器306以及经过供给管离开蒸发器306。蒸发器306中的液 体制冷剂和次级液体发生热交换，以降低次级液体的温度。该蒸发器 306中的制冷剂液体由于和次级液体发生热交换而发生相转变，转变 成制冷剂蒸汽。该蒸发器306中的蒸汽制冷剂从蒸发器306出来并通 过一个吸入管回到压缩机302，以完成循环。可以理解，任何合适的 蒸发器306结构都可以被用于该系统300中，条件是可以获取蒸发器 306中制冷剂的合适的相转变。
HVAC、制冷或液体冷却系统300可以包括没有显示在图3中的很 多其他特征。这些特征已被有意识地略去，以简化便于图解的附图。 而且，虽然图3示出了 HVAC、制冷或液体冷却系统300具有一个连接 在单个制冷剂回路中的压缩机，可以理解，系统300可以具有多个压 缩机，它们由连接到一个或多个制冷剂回路的每一个中的单个VSD或 多个VSD来供电。
再参考图2,为了从VSD 104获取一个大于VSD 104的输入电压 的输出电压，变换器202可以是一个耦接到P衡升压直流/直流变换器 的二极管或可控硅整流器，以对直流链路204提供一个升高的直流电 压。在另一个例子中，变换器202可以是一个具有绝缘栅双极晶体管 (IGBT)的脉宽调制的升压整流器，以对直流链路204提供一个升高 的直流电压，以从VSD 104获取一个大于VSD 104的输入电压的输出 电压。该VSD 104可以以如下的频率提供输出电压脉沖，所述频率可 使电机速度至少是感应电机速度的两倍，所述感应电机直接运行在 50Hz或60Hz的公用事业管线下。升高的直流链路204为SR电机提供 了比常规电机驱动更高的最大运行频率、更好的动态响应以及更低的 电机和驱动损耗。为了能够更有效地使用来自VSD104的升高的电压， SR电机106优选地具有一个大于来自交流电源102的固定线电压的额 定电压。然而，SR电机106也可以具有一个等于或小于来自交流电源
102的固定线电压的额定电压。
除了对直流链路204提供一个升高的直流电压外，变换器202可 以控制从交流电源102提取的电流波形的形状和相位角，以提高VSD 104的输入电的质量。而且，可以利用变换器202来提高交流输入电 压下降过程中(也称为电压骤降)VSD104的跨越能力(ride-through capability)。
图4示出了用于一个VSD 104实施方案的电路图。在该VSD 104 的实施方案中，来自三相交流电源102的输入线连接到电感线團434， 该电感线圏用来平滑VSD 104的相应线路中的电流。然后每个电感线 圏434的输出被提供给变换器202，以将输入交流电的每个相转换到 直流电。此外，VSD104可以包括图4中没有示出的位于电感线圏434 上游的附加的部件。如，可以包括一个断路器，在一个过电流、电压 或功率,皮施加到VSD 104上时，该断路器可以将VSD 104从交流电源 102处断开。断路器可以连接到一个可选择的自耦变压器上。该自耦 变压器被使用时优选地用来将来自交流电源102的输入电压调整(提 高或者降低)到一个期望的输入电压。最后，可以使用用于每根线的 保险丝，以响应于该线中的过电流而断开VSD 104的输入相或线路。
该VSD 104也可以包括一个预充电系统(没有示出)，该预充电 系统可以将直流链路电压的升幅控制在OV到额定电压，以避免大的冲 击电流，所述大的沖击电流可能破环VSD 104的部件。该预充电系统 可以包括一个预充电触头(contactor),该触头用来连接位于输入交 流电源102和变换器202之间的，或者有时也位于输入交流电源102 和直流链路204之间的预充电电阻器。这些预充电电阻器将沖击电流 限制在一个可管理的水平上。预充电完成后，通过打开预充电触头， 将预充电电阻器从电路中排除，以及通过接合另一个触头(称为供给 触头)将输入交流电源102直接连接到变换器202。该供给触头在系 统运行过程中保持接合。
变换器模块202包括三对(每个输入相有一对)电开关或晶体管 430。该变换器模块202也包括相应的控制连接件(出于简化没有示 出)，以控制电开关430的切换。在变换器模块202的一个优选实施 方案中，该电开关是一些IGBT电开关，它们由脉宽调制技术来控制，
以产生用于直流链路的期望输出电压。优选地，该变换器模块202可 以作为一个升压整流器来运行，以对直流链路204提供一个升高的直 流电压，即一个大于输入交流电压的峰值的电压，以从VSD 104获取 一个大于VSD 104的输入电压的输出电压。
和变换器202的输出并联的是直流链路204。该直流链路204在 该实施方案中包括电容器432以及电阻器(没有示出)，以过滤直流 电和存储来自直流总线412的能量。该电阻器可以充当电压平衡设备， 以在电容器组间维持一个基本相等的直流链路电压。该电阻器还可以 充当电荷耗尽设备(charge depleting device )， 以便在电从交流电 源102断开时，"除去"存储在电容器组中的电压。还被连接到直流 总线412的是逆变器部分206，这些逆变器将直流总线412上的直流 电转换到用于SR电机106的电。在图4所示的实施方案中，利用一个 三相逆变器部分或模块206来驱动三相SR电机。然而，每个逆变器模 块中可以有不同个数的相，这取决于SR电机中的相的个数。而且，附 加的逆变器模块206 (用于驱动附加的SR电机)可以被添加到图4所 示的逆变器模块206中，以并可以具有与其相似的电路表示。
该逆变器模块206的一个实施方案包括三对(每个输出相有一对) 绝缘栅双极晶体管(IGBT)电开关430，以及二极管。用于SR电机106 的每个定子相绕组被连接在一个逆变器支路中的上和下IGBT电开关 之间。同一逆变器支路中的二极管确保在IGBT开关关闭时，SR电机 绕组中所建立的正电流有一个流动路径。每个逆变器206支路中的两 个IGBT开关和SR电机106的相绕组的串联连接防止发生逆变器贯通， 所述逆变器贯通是一种如下的情形，即IGBT电开关对中的两个IGBT 电开关430同时导电，被直接连接在直流链路上，导致逆变器206中 的过电流。该逆变器模块206还可以包括相应的控制连接件(出于简 化没有示出)，以控制IGBT电开关430的切换。如SR电机领域所已 知的，存在其他一些可能用于SR的逆变器实施方案，其中开关和二极 管的数量不同，并以一种不同于上面所述的方式连接，它们可用于替 代图4所示的逆变器206。
通过使用调制方案选择性地将逆变器模块206中的每个IGBT电开 关430在"开"或激活位置和"关"或失活位置之间切换，以从逆变
器模块206中获取一期望频率下的期望电压脉冲，逆变器206将直流 总线412上的直流电转换到SR电机所需的电。基于调制方案，通过控 制面板308对IGBT电开关430提供选通信号或开关信号，以将IGBT 电开关430在"开"位置和"关"位置之间切换。当开关信号是"高" 的时候，即逻辑l的时候，IGBT电开关430优选地处于"开"的位置， 以及当开关信号是"低"的时候，即逻辑O的时候，处于"关"的位 置。然而，可以理解，IGBT电开关430的激活和失活可以基于开关信 号的相反状态。
SR电机106的控制的一个方面涉及在给定时间点发送控制信号后 尽快地在SR电机106的定子相绕组中建立电流。然而，SR电机106 的定子相绕组类似于电感线圏地运行，即它在电流被建立到定子相绕 组中时对抗定子相绕组中的电流的上升。VSD 104以及具体而言逆变 器206对SR电机106提供升高的电压的能力，使得可以在一个更高的 最大速度下运行电机，并且相比于那些没有接收升高的电压的电机可 以提供更好的SR电机106的动态响应。对SR电机106施加一个升高 的电压可以使定子相绕组中的电流升高和降低的更快(电流升高的速 率与所用的电压脉冲的幅度成比例)，以及因此使SR电机中的定子绕 组和转子磁极之间所形成的运动力矩更快地建立以及消退。这导致SR 电机106的更高的最大运行速度以及改进的和更快的控制，即更好的 动态响应(如，更快的加速/减速)。
通过借助逆变器206对SR电机106提供一个升高的输出电压，电 机电流的RMS值的幅度降低，对于一给定的电机额定功率，该电机电 流近似与输出电压成反比。该电机电流的减少使SR电机106的电机损 耗减少，该电机损耗近似与电机电流的幅度的平方成比例。所述的SR
电机106中的电机损耗的减少使冷却系统300的效率增加。
类似地，通过借助于变换器202对直流链路204提供一个升高的 直流电压，进入逆变器206中的直流电流的幅度减少，对于一给定的
系统额定功率，该逆变器电流近似与逆变器206的直流输入电压成反
比。所述的逆变器电流中的减少使VSD 104的逆变器损耗减少。VSD 104
中逆变器损耗的减少使冷却系统300的效率增加。
VSD 104独立于线性电压而升高直流链路电压的能力〗吏得VSD 104
可以运行在各种国外和国内的电力网下，而无需针对不同的电源去改
变SR电机106。
接着参考图5，优选地，SR电机106可以使用来自冷却系统300 的冷凝器水进行辅助的水冷却。该辅助的冷却系统使用一个夹套512， 该夹套可以被;故置在外表面或铸到电机壳体内。该辅助冷却系统也可 以使用一个次级热交换器310 (大致参见图3)。热交换器310包括一 个中间液体，该中间液体和冷凝器水发生热交换。在一个优选的实施 方案中，该VSD 104还可以包括水作为中间液体——即，水-水夹套， 以4吏冷凝器冷却水回路与VSD冷却回路隔离开，以及与电机冷却系统 隔离开。两个冷却回路经由次级热交换器310与冷凝器的分离，为VSD 104、 SR电机106或两者提供了压力隔绝和清洁的专用的冷却介质。
在一个优选的实施方案中，VSD 104放置在一个罩内，该罩直接 安装在电机106上，直接位于含有电机输入端子的电机壳体凸台
(boss) 522上，以便就地在VSD输出端子和电机输入端子之间进行 电布线连接(power wiring connection )，从而排除任何对电力管道
(power conduit)和线路的需求。VSD 104对电机106的实体上的接 近使得由电力管道引起的电压降最小化，排除了和具有长的电缆长度 的VSD相关的反射电压波现象，以及提供了一个更紧凑的系统。控制 面板308还优选地安装在VSD 104附近，安装在冷凝器304上或蒸发 器壳306上，以进一步将冷却系统300所需的空间最小化。
一个示范性的单级压缩机302由开关磁阻电机106供电。该压缩 机302也可以是两级压缩机，该两级压缩机4皮配置在与SR电机106共 用的一个轴上，如图6所示，或者SR电机106放置在两个级之间，如 图7所示。再参考图5中的单级实施方案，该SR电机106包括具有多 个凸磁极的定子502，以及也具有多个磁极506的转子504。在横截面 视图中，只示出了一对用于定子502和转子504中的每一个的磁极， 尽管SR电机106正常情况下在定子502和转子504中的每一个上具有 多个磁极对，但是定子502通常具有比转子504多的磁极个数。转子 504连接到轴508上，该轴508被连接到推进器510并驱动推进器510。
多个电接头518连接定子502的磁极，以将转动作用到转子504和推 进器510上。
通过采用电4几冷却系统以减少SR电机106中的定子损耗，可以实 现冷却系统效率的改进。由于SR电机106中的多数损耗出现在定子 502中，通过将定子502中产生的热转移到水夹套512中的液体上， 只有非常小的定子热损耗从定子502引入到制冷剂回路中。这样，整 个冷却器效率提高了。夹套部分5U要么具有铸到电机壳体内的通路 或者安装在定子502外部上的通路，以吸收定子502的绕组中产生的 热。图5中，SR电机106显示为处于气密室516内，该气密室封闭了 压缩机302以及它的相关联部件。然而，在另一个可能的实施方案中， 该SR电机106被构造成使电机106完全处于气密室516的外部。
在图8示意性示出的另一可能实施方案中，SR电机106通过磁耦 合器804耦接到压缩机302的轴上。该电机轴802止于磁耦合器804 的电机毂(hub)部分806,并通过一个气密室屏障部分801和压缩机 分开，该气密室屏障部分和耦合器804的压缩机毂部分808整体连接。 电机配接器部分814连接到压缩机配接器部分812，该配接器部分812、 814共同形成一个围绕耦合器804的壳。
图8所示实施方案中的空气冷却电机106也可以采用通过将电机 的热排入冷凝器的辅助冷却。这通过图5所示的结构来实现，其中夹 套部分512安装在定子502的外部。该夹套部分512包括一个布置在 一个用于流体流动的连续路径上的管道514。该夹套部分512将热从 定子502转移到流体上，该流体在流经该夹套部分时吸收热。应该注 意，用于流体的管道可以被纳入定子502自身中，或者和外部夹套部 分512组合使用。夹套512和供给管519流体流通，通过该供给管， 流体4皮供应到夹套部分512。优选地，所述流体是一种中间液体，该 液体通过与冷凝器水直接热交换而被冷却，尽管冷凝器水可以直接循 环到夹套部分512中，以直接冷却定子502。
在本发明的一个替代实施方案中，也可以采用来自冷却器系统 300的液体制冷剂或制冷剂蒸汽以冷却电机106。在这种情况下，制冷 剂通过一个膨胀阀(没有示出)膨胀进入电机腔以及所得的制冷剂气 体流过电机通道，以及围绕转子504和定子502之间的间隙循环。虽 然利用冷却器系统制冷剂，通过减少定子502中的损耗而提高了电机 的效率，但也由于连接到系统300的附加冷却负载而使冷却系统中的
效率降低。因此，优选的方法是使用冷凝器水或一种由冷凝器水冷却
的中间液体，以对电机106提供冷却液体。
屏障盘541安装在电机转子504的任一端，以限制空气或制冷剂 气体进入电机转子541中的通道。该屏障盘514和转子外直径上的套 筒一起发挥作用，以减少电机106内的空气或气体湍流，从而减少气 流损耗。
可选择地，电机106可以维持在一个比连接压缩机302到蒸发器 306的吸入管524中的吸入制冷剂压力低的压力下，以进一步减少气 流损耗。电机106和大气压力隔开，并通过一个管道542和吸入管524 流体流通，以及通过管道526通向压缩机腔528(图5示意性地示出)。 由于气体进入推进器543的中心(eye)的文丘里效应(venturi effect),该压缩机腔528被维持在一个低于吸入压力的压力下。管 道526和电机通道530流体流通，该电机通道处于转子504和定子502 之间。电机内部的气体，如冷却剂蒸汽，从电机通道530抽入压缩机 腔528中，从而在电机106内部形成一个更低的压力。
在又一个实施方案中，该电机106处于气密室的外部，如图8所 示。该电机106通过空气以及辅助冷却装置来冷却，该辅助冷却装置 包括一个位于定子外直径上的夹套，冷凝器水在该夹套中流动。尽管 电机是在气密室外部，但该电机腔可以通过被固定在电机轴上的管道 风扇而维持在一个低于大气压力的压力下。可替代的实施方案可以包
括如下的组合，由此液体制冷剂被膨胀进入冷却夹套512中，而不是 冷凝器水；该电机被构造在气密室内部，而不是该室的外部；以及其 中没有维持一个降低的压力。
虽然已经参考优选实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员 应该理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行各种修改，以 及可以用等同物来代替其中的元件。此外，在不偏离其本质范围的情 况下，可以进行很多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导。因 此，意图在于本发明不限于作为实现本发明的最佳方式公开的特定实 施方案，而是本发明将包括所有落入所附权利要求范围内的实施方案。
权利要求
1.一种冷却系统，包括压缩机、冷凝器以及蒸发器，它们被连接在一个封闭的制冷剂环路内；开关磁阻电机，该开关磁阻电机连接到压缩机以驱动压缩机，该开关磁阻电机包括转子部分、定子部分，以及转子部分和定子部分之间的空气间隙，并且该转子部分包括第一端和第二端；电连接到该开关磁阻电机的变速驱动装置，该变速驱动装置被构造来接收一固定输入交流电压和一固定输入频率下的输入交流电，并对开关磁阻电机提供一可变电压和可变频率下的输出电；冷却电机的冷却系统，该电机冷却系统放置在开关磁阻电机的定子部分的附近；以及一对屏障部分，该屏障部分被放置在转子的第一端和第二端处，用于限制湍流流体流过开关磁阻电机的空气间隙。
2. 根据权利要求1的系统，还包括 一个气密室，该开关磁阻电 机和该压缩机放置在该室内；以及一个使压缩机和开关磁阻电机相互 连接的驱动轴。
3. 根据权利要求2的系统，其中，冷凝器包括一个流体回路，以 和制冷剂交换热；并且所述电机冷却系统包括一个夹套部分，该夹套 部分包括至少一个放置在开关磁阻电机定子部分上的用于使流体从中 流过的管道，该夹套部分和冷凝器流体回路连接，并和其处于流体导 通中，以使流体从冷凝器流体穿过夹套部分循环，以冷却开关磁阻电 机。
4. 根据权利要求3的系统，还包括一个将压缩机的吸入腔连接到 该开关磁阻电机的空气间隙的管道，以減少开关磁阻电机中相对于大 气压力的空气压力。
5. 根据权利要求2的系统，其中电机冷却系统包括， 一个连接含 有液体制冷剂的冷却系统的制冷剂环路的管道； 一个夹套部分，该夹 套部分包括至少一个放置在开关磁阻电机定子部分上的用于使流体从 中流过的管道，并且该夹套部分和制冷剂环路连接，并和其处于流体 导通中；以及进一步包括和制冷剂环路流体导通的膨胀阀，以蒸发制冷剂，并使蒸发的制冷剂在夹套部分中和开关磁阻电机的空气间隙中 循环。
6. 根据权利要求5的系统，还包括一个将压缩机的吸入腔连接到 开关磁阻电机的空气间隙的管道，以减少电机中相对于大气压力的空 气压力。
7. 根据权利要求3的系统，其中该变速驱动装置包括一个热交换 器回路；并且该冷凝器流体回路被连接到变速驱动装置的热交换回路， 以使冷凝器流体穿过热交换器部分循环，以冷却变速驱动装置。
8. 根据权利要求7的系统，其中该冷凝器包括一个流体回路，以 和制冷剂进行热交换；并且该电机冷却系统包括一个中间流体回路， 以和冷凝器流体回路进行热交换，以及一个夹套部分，该夹套部分包 括至少一个放置在开关磁阻电机定子部分上的用于使流体从中流过的 管道，该夹套和中间流体回路连接，并和其处于流体导通中，以使来 自中间流体回路的流体穿过夹套部分循环，以冷却开关磁阻电机。
9. 根据权利要求1的系统，其中变速驱动装置还包括 连接到提供输入交流电的交流电源的变换器级，该变换器级被构造来将固定输入交流电压转换到一个升高的直流电压，该升高的直流 电压大于固定输入交流电压；连接到变换器级的直流链路，该直流链路被构造来过滤升高的直 流电压并且存储来自变换器级的能量；以及连接到直流链路的逆变器级，该逆变器级被构造来将来自直流链 路的升高的直流电压转换成具有可变电压和可变频率的输出电。
10. —种冷却系统，包括压缩机、冷凝器以及蒸发器，它们被连接在一个封闭的制冷剂环 路内；开关磁阻电才几，该开关磁阻电机连接到压缩机，该压缩机被放置 在气密室内，并具有一个连接到耦合装置的轴，该耦合装置用于将压 缩机轴耦接到开关磁阻电机以驱动压缩机，该开关磁阻电机包括连接 到电机轴的转子部分、定子部分，以及转子部分和定子部分之间的空 气间隙，并且该转子部分包括第一端和第二端；电连接到该开关磁阻电机的变速驱动装置，该变速驱动装置被构造来接收一 固定输入交流电压和一 固定输入频率下的输入交流电，并对开关磁阻电机提供一可变电压和可变频率下的输出电;冷却系统，以冷却电机，该电机冷却系统放置在开关磁阻电机的定子部分的附近；以及一对屏障部分，该屏障部分被放置在转子的第一端和第二端处，以限制湍流流体穿过开关磁阻电机的空气间隙。
11. 根据权利要求10的系统，冷凝器包括一个流体回路，以和制 冷剂交换热；并且该电机冷却系统包括一个夹套部分，该夹套部分包 括至少一个放置在开关磁阻电机定子部分上的用于使流体从中流过的 管道，该夹套和冷凝器流体回路连接，并和其处于流体导通中，以使 来自冷凝器流体回路的流体穿过夹套部分循环，以冷却开关磁阻电机。
12. 根据权利要求10的系统，还包括一个将压缩机的吸入腔连接 到开关磁阻电机的空气间隙的管道，以减少开关磁阻电机中相对于大 气压力的空气压力。
13. 根据权利要求11的系统，还包括一个将压缩机的吸入腔连接 到开关磁阻电机的空气间隙的管道，以减少开关磁阻电机中相对于大 气压力的空气压力。
14. 根据权利要求10的系统，其中该冷却系统包括一个连接含有 液体制冷剂的冷却系统的制冷剂环路的管道，以及一个和封闭的制冷 剂环路流体导通的膨胀阀，以蒸发液体制冷剂，并使蒸发的制冷剂在 开关磁阻电机的空气间隙中循环。
15. 根据权利要求10的系统，其中电机冷却系统包括， 一个连接 含有液体制冷剂的冷却系统的制冷剂环路的管道， 一个夹套部分，该 夹套部分包括至少一个放置在开关磁阻电机定子部分上的用于使流体 从中流过的管道，该夹套部分和制冷剂环路连接，并和其处于流体导 通中，以及进一步包括和制冷剂环路流体导通的膨胀阀，以蒸发制冷 剂，并使蒸发的制冷剂在夹套部分中和开关磁阻电机的空气间隙中循 环。
16. 根据权利要求10的系统，其中该变速驱动装置包括一个热交 换器回路；并且该冷凝器流体回路被连接到变速驱动装置的热交换器 回路，以使冷凝器流体穿过热交换器部分循环，以冷却变速驱动装置。
17. 根据权利要求15的系统，其中该冷凝器包括一个流体回路， 以和制冷剂进行热交换；并且该电机冷却系统包括一个中间流体回路， 以和冷凝器流体回路进行热交换，以及一个夹套部分，该夹套部分包 括至少一个放置在开关磁阻电机定子部分上的用于使流体从中流过的 管道，该夹套部分和中间流体回路连接，并和其处于流体导通中，以 使来自中间流体回路的流体穿过夹套部分循环，以冷却开关磁阻电机。
18. 根据权利要求10的系统，其中变速驱动装置还包括 连接到提供输入交流电的交流电源的变换器级，该变换器级被构造来将固定的输入交流电压转换到一个升高的直流电压，该升高的直 流电压大于固定输入交流电压；连接到变换器级的直流链路，该直流链路被构造来过滤升高的直 流电压以及存储来自变换器级的能量；以及连接到直流链路的逆变器级，该逆变器级被构造来将来自直流链路的升高的直流电压转换到具有可变电压和可变频率的输出电。
19. 根据权利要求10的系统，其中该耦合装置是一个磁耦合器。
20. 根据权利要求19的系统，其中该磁耦合器包括一个连接到压 缩机轴上的第一毂部分以及一个安装到转子轴上的第二彀部分，以及一个放置在第一和第二彀部分之间的间隙内的气密屏障部分，该气密 屏障部分被密封地安装到邻近开关磁阻电机的压缩机的一端，该第一 和第二彀部分可以磁性地操作，以驱动压缩机轴。
全文摘要
一种冷却系统包括一个用于驱动该冷却系统的压缩机的开关磁阻电机。一个带有升压变换器的变速驱动装置对开关磁阻电机提供一个升高的电压。该开关磁阻电机和压缩机可以放置在同一个气密室内并由共同的驱动轴来驱动。通过冷凝器水回路中的冷凝器水，或通过被来自冷凝器回路的水冷却的中间流体来对变速驱动装置和开关磁阻电机进行冷却。通过置于电机内的屏障，以及通过在开关磁阻电机内维持一个降低的压力，降低气流损耗。
文档编号F25B49/02GK101346595SQ200680049137
公开日2009年1月14日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年11月15日
发明者H·R·施奈茨卡, I·杰德瑞克, S·H·史密斯 申请人:约克国际公司