CN112311297A - 变频一体机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变频一体机，其可以包括：电机，其具有轴伸端和与轴伸端相对的非轴伸端，所述电机的轴伸端设置有进风护网，所述电机的非轴伸端的顶部设置有通风口；变频装置，其设置在所述电机的顶部上并且与所述电机电连接；进线箱，其设置在所述变频装置的下方并且位于所述电机的一侧，所述进线箱与所述变频装置电连接；以及冷却风机，其设置在所述电机的顶部上，所述冷却风机具有进风口，所述进风口与所述电机的通风口连接，使得空气从所述进风护网流入电机并且经过电机的定子和转子从所述通风口排出。本发明的变频一体机具有重量轻，占用空间小，以及控制方便，冷却效率高的优点。

Description

变频一体机

技术领域

本公开一般地涉及电机结构领域。更具体地，本公开涉及一种变频一体机。

背景技术

油田固井设备是根据不同油田的地理位置变化而需要经常移动的设备，通常固井设备会安装在固井车上，以便于经常随车移动。由于固井车具有有限的载重能力和容纳空间，因此固井设备应当尽可能占用较小空间并且具有较轻的重量，避免增加无必要的设备。

电机是固井设备常用的动力源也是固井设备的重要部分，传统的电机及其控制部分占用的空间较大，使得固井设备的体积较大而且占用空间较大。因此，需要研发一种电机，以改善传统的电机占用空间较大的问题。

发明内容

本公开的目的在于提供一种变频一体机，以改善传统的电机占用空间较大的问题。

具体地，根据本公开的示例性的实施方式的变频一体机可以包括：电机，其具有轴伸端和与轴伸端相对的非轴伸端，所述电机的轴伸端设置有进风护网，所述电机的非轴伸端的顶部设置有通风口；变频装置，其设置在所述电机的顶部上并且与所述电机电连接；进线箱，其设置在所述变频装置的下方并且位于所述电机的一侧，所述进线箱与所述变频装置电连接；以及冷却风机，其设置在所述电机的顶部上，所述冷却风机具有进风口，所述进风口与所述电机的通风口连接，使得空气从所述进风护网流入电机并且经过电机的定子和转子从所述通风口排出。

在一个示例性的实施方式中，所述变频装置可以包括：壳体，其具有上部开口的箱体形状并且包括底板和侧壁，所述壳体的侧壁上形成有窗口；散热装置，其设置在所述壳体的侧壁的窗口处，所述散热装置包括外壳和多个散热片，所述外壳具有沿竖直方向布置的方形形状，所述多个散热片布置在所述外壳的内部并且沿水平方向间隔开；以及散热风扇，其相对于所述散热装置布置，以向所述散热装置送风。

在一个示例性的实施方式中，所述变频装置中的部分发热元件可以设置在所述散热装置的靠近所述窗口的表面上，以便进行散热；所述散热风扇布置于所述散热装置的下方，使得空气从散热装置的下方向上流过散热片。

在一个示例性的实施方式中，所述散热装置可以由金属材料制成，所述发热元件包括整流桥和/或IGBT模块。

在一个示例性的实施方式中，所述变频装置进一步可以包括：上盖，其覆盖在所述壳体的顶部，所述上盖包括金属盖板和与金属盖板结合的第一加强筋，以加强上盖的强度，所述壳体包括由金属板件构成的箱体和连接在金属板件之间的第二加强筋，以加强箱体的强度；所述上盖与所述壳体之间通过密封圈密封，其中所述壳体和上盖均具有L形形状，所述冷却风机布置在L形壳体的拐角内侧处。

在一个示例性的实施方式中，所述变频装置可以包括沿所述壳体的周向方向依次布置在所述壳体内部的电源进线、接触器、整流单元、逆变单元和电机进线。

在一个示例性的实施方式中，所述逆变单元可以包括：电容模块，其设置在所述壳体的底板上；IGBT模块，其通过所述窗口设置于所述散热装置的靠近所述窗口的表面；以及母排，其形成为具有L形形状并且包括水平部和竖直部，所述水平部与所述电容模块连接，所述竖直部与所述IGBT模块连接，使得所述IGBT模块、母排以及电容模块在竖直平面中呈L形布置。

在一个示例性的实施方式中，所述逆变单元进一步可以包括：控制单元，其布置在所述母排的水平部上。

在一个示例性的实施方式中，所述电机可以具有机壳，所述机壳包括圆筒和多个第三加强筋，所述多个第三加强筋沿圆筒的纵向方向布置于圆筒的内周面，以加强所述圆筒的强度。

在一个示例性的实施方式中，所述变频一体机进一步可以包括一个或多个密封圈和/或密封条，其中所述密封圈用于将电机与变频装置之间连接的部分进行密封和/或用于将所述散热装置与所述壳体之间连接的部分进行密封，而所述密封条用于将变频装置与进线箱之间连接的部分进行密封。

本公开的变频一体机具有高度集成的结构，重量轻，占用空间小，而且变频一体机的电机冷却部分和变频装置冷却部分分别采用不同的风机进行散热，彼此互不干涉，独立实施，控制方便，冷却效率高。此外，变频装置的壳体和上盖采用金属薄板与加强筋结合的方式构成，不仅可以保证所需强度，而且可以减少材料用量，减轻变频一体机的重量。另外，逆变单元的电容模块、母排以及IGBT模块在空间上呈“L”形布置，方便装配、拆卸和维修。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的主视图；

图2是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的立体图；

图3是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的壳体和电机的机壳的俯视图；

图4是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的壳体和电机的机壳的立体图；

图5是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的上盖的立体图；

图6是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置内部的功能模块的布置方式的视图；

图7是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的逆变单元的主视图；以及

图8是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的逆变单元的立体图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施方式中的附图，对本公开实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。

下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。

图1是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的主视图，图2是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的立体图。

具体地，如图1和2所示，根据本公开的示例性的实施方式的变频一体机可以包括：电机100，其具有轴伸端和与轴伸端相对的非轴伸端，所述电机100的轴伸端设置有进风护网110，所述电机100的非轴伸端的顶部设置有通风口；变频装置200，其设置在所述电机100的顶部上并且与所述电机100电连接；进线箱300，其设置在所述变频装置200的下方并且位于所述电机100的一侧，所述进线箱300与所述变频装置200电连接；以及冷却风机400，其设置在所述电机100的顶部上，所述冷却风机400具有进风口，所述进风口与所述电机100的通风口连接，使得空气从所述进风护网110流入电机100并且经过电机100的定子和转子从所述通风口排出。

具体而言，如图1和2所示，变频装置200可以通过螺钉固定在电机100的顶部上，并且通过进线腔将电机引线从电机100引入到变频装置200中，进线腔与电机100连接的部分由密封圈密封。进线箱300可以固定在变频装置200的底板上，两者之间连接的部分可以由密封条实现密封。冷却风机400可以用于冷却电机100，冷却风机400可以固定在电机100顶部预留的通风口，冷却风机400在工作时抽吸空气，电机100外部的空气通过进风护网110进入电机100，通过电机100内部的定子和转子部分，最后经由电机100的通风孔从冷却风机400的出风口排出，实现冷却电机100的目的。

在本示例性的实施方式中，如图1和2所示，电机100、变频装置200、进线箱300和冷却风机400高度集成，可以使变频一体机占用较小的空间。具体地，进线箱300和变频装置200与电机的机壳120之间直接连接，可以减少总占地面积，其中进线箱300与变频装置200之间连接的部分以及变频装置200与电机100之间连接的部分均可以由密封圈进行密封，使得外部的电源线经过进线箱300底部的进线口连接到进线箱300内部的铜排上，通过铜排短接后，电缆通过变频装置200的进线口进入变频装置200内部，经过变频装置200内部的功能模块后，再经过电机穿线板进入电机100内部，以此控制电机100运转，实现变频效果，因此可以使控制线、电缆等器件在内部联控，不受外界因素的干扰。此外，螺钉与密封圈组合使用的方式可以很好的实现密封效果。

另外，本公开的变频一体机使用风冷的方式对电机100进行冷却，相比使用水冷的方式对电机100进行冷却，可以避免使用过多的设备，因此具有重量轻、占地面积小以及结构紧凑的优点，从而可以满足固井车的空间和载重要求。

图3是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的壳体和电机的机壳的俯视图，图4是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的壳体和电机的机壳的立体图。

在一个示例性的实施方式中，如图2、3和4所示，所述变频装置200可以包括：壳体210，其具有上部开口的箱体形状并且包括底板和侧壁，所述壳体210的侧壁上形成有窗口211；散热装置220，其设置在所述壳体210的侧壁的窗口211处，所述散热装置220包括外壳221和多个散热片222，所述外壳221具有沿竖直方向布置的方形形状，所述多个散热片222布置在所述外壳221的内部并且沿水平方向间隔开；以及散热风扇230，其相对于所述散热装置220布置，以向所述散热装置220送风。

在一个示例性的实施方式中，如图2、3和4所示，所述变频装置200中的部分发热元件可以设置在所述散热装置220的靠近所述窗口211的表面上，以便进行散热；所述散热风扇230可以布置于所述散热装置220的下方，使得空气从散热装置220的下方向上流过散热片222。

在一个示例性的实施方式中，所述散热装置220可以由金属材料(例如铝)制成，所述发热元件包括整流桥和/或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor：IGBT)模块。具体而言，散热装置220由铝材料的板材制成。由于铝材料的导热和散热性能好，变频装置200中容易产生热量的IGBT模块和整流桥等可以安装在散热装置220的内部表面上。在一个实现场景中，散热装置220可以通过螺钉固定在变频装置200的壳体210的法兰板上，且散热装置220与变频装置200的壳体210之间连接的位置有密封圈密封。散热风扇230可以位于散热装置220的底部下方向上送风，从而实现对散热装置220上的电气件的冷却。

在上述各个示例性的实施方式中，冷却风机400通过进风护网110处吸风，使冷却空气可以通过电机100的内部，并且带走电机100的定子和转子产生的热量，实现对电机100的冷却；散热风扇230和散热装置220均位于变频装置200的壳体210外部，通过对散热装置220进行冷却，可以实现对安装在散热装置220上电气件的冷却。因此，根据本公开的示例性实施方式的变频一体机采用双风冷的方式进行冷却，电机100的冷却部分和变频装置200的冷却部分分别采用不同的风机进行散热，彼此互不干涉，独立实施，控制方便，从而可以改善冷却效率。此外，风冷散热使用空气作为冷却介质，不需要外接其他设备，因此本公开的变频一体机还具有重量轻、占用空间小的优点。

图5是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的上盖的立体图。

在一个示例性的实施方式中，如图2、4和5所示，所述变频装置200进一步可以包括：上盖240，其覆盖在所述壳体210的顶部，所述上盖240包括金属盖板和与金属盖板结合的第一加强筋，以加强上盖的强度，所述壳体210包括由金属板件构成的箱体和连接在金属板件之间的第二加强筋，以加强箱体的强度；所述上盖240与所述壳体210之间通过密封圈密封，其中所述壳体210和上盖240均具有L形形状，所述冷却风机400布置在L形壳体210的拐角内侧处。

在本示例性的实施方式中，变频装置200的壳体210和上盖240可以采用金属薄板与加强筋结合的方式构成，特别地，变频装置200的上盖240不使用传统的厚板与法兰结合的结构，而是采用钣金折弯板与加强筋结合的方式构成，这种结构的壳体210和上盖240不仅可以保证所需强度，而且可以减少材料用量，减轻变频一体机的重量。

图6是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置内部的功能模块的布置方式的视图。

在一个示例性的实施方式中，如图6所示，所述变频装置200可以包括沿所述壳体210的周向方向依次布置在所述壳体210内部的电源进线250、接触器260、整流单元270、逆变单元280和电机进线290。具体而言，变频装置200主要功能是交流电整流和直流电逆变。如图6所示，变频装置200内部功能模块的整体布局按照沿逆时针方向依次布置电源进线250、接触器260、整流单元270、逆变单元280以及电机进线290的方式设计，从而在平面布置上形成图中所示的布置关系。可以看出，本公开通过合理的利用变频装置的内部空间，可以将各模块按照功能走势铺开布局，从而形成一条清晰的、合理的布局。通过这样的布局，本公开的方案有利于变频装置内部的安装和维护。另外，本领域技术人员也可以理解，图中所示的逆时针方向的布局仅仅是示例性的而非限制性的。例如，除了上述的逆时针方向布置外，变频装置内的多个功能模块的整体布局还可以沿顺时针方向来设计。进一步，本领域技术人员根据本公开的构思还可以进行各种其他类型的修改。因此，除了沿逆时针或顺时针方向依次布置上述多个组件或单元外，还可以在变频装置内部替代或合并上述的多个组件或单元中的一个或多个。

图7是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的逆变单元的主视图，图8是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的变频装置的逆变单元的立体图。

在一个示例性的实施方式中，如图7和8所示，所述逆变单元280可以包括：电容模块281，其设置在所述壳体210的底板上；IGBT模块282，其通过所述窗口211设置于所述散热装置220的靠近所述窗口211的表面。进一步，本公开的逆变单元280还可以包括母排283，其形成为具有呈L形的形状并且包括水平部和竖直部。作为示例，所述水平部与所述电容模块281连接，所述竖直部与所述IGBT模块282连接，使得所述IGBT模块282、母排283以及电容模块281在竖直平面中呈L形布置。在一个示例性的实施方式中，如图7和8所示，所述逆变单元280进一步可以包括控制单元284，其布置在所述母排283的水平部上。

通过上述结合图7和图8的描述，本领域技术人员可以理解本公开的逆变单元280的电气件可以按照电容模块281、母排283和IGBT模块282的流向来排列，并且控制单元284可以布置在母排283上面。由于各电气件在空间上呈“L”形布置，因而方便操作人员的装配、拆卸和维修。此外，由于控制单元284是各电气件端信号传递转换的器件，本公开将其布置在母排283的上方，从而有利于监视和排查信号的输入和输出。

在一个示例性的实施方式中，如图3和4所示，所述电机100具有机壳120，所述机壳120可以包括圆筒121和与所述圆筒121连接的多个第三加强筋122，所述多个第三加强筋122沿圆筒121的纵向方向布置在圆筒121的内部，以加强所述圆筒121的强度。在一个示例性的实施方式中，本公开的所述变频一体机进一步可以包括一个或多个密封圈和/或密封条，其中所述密封圈用于将电机与变频装置之间连接的部分进行密封和/或用于将所述散热装置与所述壳体之间连接的部分进行密封，而所述密封条用于将变频装置与进线箱之间连接的部分进行密封。具体到图3和图4所示内容而言，电机100与变频装置200之间连接的部分可以通过密封圈密封，而变频装置200与进线箱300之间连接的部分可以通过密封条密封。进一步，所述散热装置220可以通过例如螺钉来安装至变频装置200的壳体210的法兰板上，并且所述散热装置220与所述壳体210之间连接的部分可以通过密封圈密封。

本公开的变频一体机采用双风冷模式，电机100的风冷却是在冷却风机400的作用下，使空气从电机100的轴伸端进入，经过电机100内部的定子和转子，把电机100内部的热量从风机的出风口带出，从而实现对电机100的冷却。在变频装置200中，整流单元和逆变单元280的冷却是通过安装在变频装置200的壳体210外部的铝制散热装置220和散热风扇230实现的。在散热操作中，风向可以由下至上，从而将热风向上输送。

基于上述结构和布置，本公开的电机风冷和变频装置风冷的风向可以实现互不干涉而独立地运行，从而方便对于风向的控制。进一步，由于本开的电机风冷和变频装置风冷均使用风机来实现，并且以空气作为冷却介质，从而不需要借助于其他的辅助设备就可以完成冷却的目的，由此也减小设备操作过程中的散热成本。此外，由于本公开的冷却风机和散热风扇均安装在变频一体机的外部，因此也方便起吊和运转。同时，这样的布置还可以改善转配和转运困难的问题，从而特别适合于固井车这种空间小且经常需要变换工作现场的设备。

综上所述，本公开的变频一体机具有高度集成的结构，重量轻且占用空间小。另外，本公开的变频一体机的电机冷却部分和变频装置冷却部分分别采用不同的风机进行散热，彼此独立实施而互不干涉，控制起来相对简便，而同时又能实现冷却效率高的优势。进一步，本公开的变频装置的壳体和上盖采用金属薄板与加强筋结合的方式构成，这样不仅可以保证所需强度，而且还可以减少材料用量，由此进一步减轻变频一体机的重量。另外，本公开通过将逆变单元的电容模块、母排以及IGBT模块在空间上呈“L”形布置，也方便和简化了装配、拆卸和维修等各类人工操作。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本公开的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本公开方案的限制。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本公开的多个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本公开思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本公开的过程中，可以采用对本文所描述的本公开实施方式的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本公开的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (10)

1.一种变频一体机，包括：

电机，其具有轴伸端和与轴伸端相对的非轴伸端，所述电机的轴伸端设置有进风护网，所述电机的非轴伸端的顶部设置有通风口；

变频装置，其设置在所述电机的顶部上并且与所述电机电连接；

进线箱，其设置在所述变频装置的下方并且位于所述电机的一侧，所述进线箱与所述变频装置电连接；以及

冷却风机，其设置在所述电机的顶部上，所述冷却风机具有进风口，所述进风口与所述电机的通风口连接，使得空气从所述进风护网流入电机并且经过电机的定子和转子从所述通风口排出。

2.根据权利要求1所述的变频一体机，其中所述变频装置包括：

壳体，其具有上部开口的箱体形状并且包括底板和侧壁，所述壳体的侧壁上形成有窗口；

散热装置，其设置在所述壳体的侧壁的窗口处，所述散热装置包括外壳和多个散热片，所述外壳具有沿竖直方向布置的方形形状，所述多个散热片布置在所述外壳的内部并且沿水平方向间隔开；以及

散热风扇，其相对于所述散热装置布置，以向所述散热装置送风。

3.根据权利要求2所述的变频一体机，其中所述变频装置中的部分发热元件设置在所述散热装置的靠近所述窗口的表面上，以便进行散热；所述散热风扇布置于所述散热装置的下方，使得空气从散热装置的下方向上流过散热片。

4.根据权利要求3所述的变频一体机，其中所述散热装置由金属材料制成，所述发热元件包括整流桥和/或IGBT模块。

5.根据权利要求2所述的变频一体机，其中所述变频装置进一步包括：上盖，其覆盖在所述壳体的顶部，所述上盖包括金属盖板和与金属盖板结合的第一加强筋，以加强上盖的强度，所述壳体包括由金属板件构成的箱体和连接在金属板件之间的第二加强筋，以加强箱体的强度；所述上盖与所述壳体之间通过密封圈密封，其中所述壳体和上盖均具有L形形状，所述冷却风机布置在L形壳体的拐角内侧处。

6.根据权利要求2所述的变频一体机，其中所述变频装置包括沿所述壳体的周向方向依次布置在所述壳体内部的电源进线、接触器、整流单元、逆变单元和电机进线。

7.根据权利要求6所述的变频一体机，其中所述逆变单元包括：

电容模块，其设置在所述壳体的底板上；

IGBT模块，其通过所述窗口设置于所述散热装置的靠近所述窗口的表面；以及

母排，其形成为具有L形形状并且包括水平部和竖直部，所述水平部与所述电容模块连接，所述竖直部与所述IGBT模块连接，使得所述IGBT模块、母排以及电容模块在竖直平面中呈L形布置。

8.根据权利要求7所述的变频一体机，其中所述逆变单元进一步包括：控制单元，其布置在所述母排的水平部上。

9.根据权利要求1所述的变频一体机，其中所述电机具有机壳，所述机壳包括圆筒和多个第三加强筋，所述多个第三加强筋沿圆筒的纵向方向布置于圆筒的内周面，以加强所述圆筒的强度。

10.根据权利要求2所述的变频一体机，进一步包括一个或多个密封圈和/或密封条，其中所述密封圈用于将电机与变频装置之间连接的部分进行密封和/或用于将所述散热装置与所述壳体之间连接的部分进行密封，而所述密封条用于将变频装置与进线箱之间连接的部分进行密封。

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