CN112467899A - 电机、变频一体机和固井装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机、变频一体机和固井装置，所述电机可以包括：定子，其具有沿其轴向方向贯穿所述定子的定子通风道；转子，其设置于所述定子的径向内侧，所述转子具有在所述电机的轴向方向上延伸的转轴以及安装于所述转轴的转子铁芯，所述转子铁芯具有沿其轴向方向贯穿所述转子铁芯的转子通风道；散热风扇，其安装于所述转轴并且随转轴转动，其中所述散热风扇、定子通风道和转子通风道组成循环风道。本公开的电机和变频一体机采用风冷和水冷结合的散热方式，可以改善散热效果。此外，本公开的固井装置具有紧凑的整体结构，可以减小整体体积，进而可以减小固井车的整体体积，便于固井车在多个油田井场之间转场作业。

Description

电机、变频一体机和固井装置

技术领域

本公开一般地涉及电机结构领域。更具体地，本公开涉及一种电机、变频一体机和固井装置。

背景技术

随着全球石油消耗的日益增加，使得对石油钻采专用设备的需求快速增长，行业市场规模迅速扩大。传统的用于油田井场的固井车一般采用柴油驱动，然而随着全球对节能减排这一目标的推进，使用电机驱动代替传统柴油驱动已经逐渐成为一种行业发展的趋势。

因此，需要研发一种用于固井车设备的电机、变频一体机和固井装置，以至少改善柴油驱动难以满足节能减排方面要求的问题。

发明内容

本公开的一个目的在于提供一种电机，其具有改进的散热结构。本公开的另一个目的在于提供一种用于固井装置的变频一体机，以改善变频装置的散热效果。本公开的又一个目的在于提供一种固井装置，以至少改善柴油驱动难以满足节能减排要求的问题。

在第一方面中，本公开的示例性的实施方式提供一种电机，其可以包括：定子，其具有沿其轴向方向贯穿所述定子的定子通风道；转子，其设置于所述定子的径向内侧，所述转子具有在所述电机的轴向方向上延伸的转轴以及安装于所述转轴的转子铁芯，所述转子铁芯具有沿其轴向方向贯穿所述转子铁芯的转子通风道；散热风扇，其安装于所述转轴并且随转轴转动，其中，所述散热风扇、定子通风道和转子通风道组成循环风道。

在一个示例性的实施方式中，所述散热风扇可以包括：内圈；外圈，其套设在所述内圈的径向外部；以及风扇隔板，其设置在所述外圈与所述内圈之间，以在所述外圈与内圈之间形成用于允许冷却气体通过的风扇风道。

在一个示例性的实施方式中，所述电机进一步可以包括：水冷机壳，其外周面布置有机壳水道，所述机壳水道包括沿所述水冷机壳的轴向方向延伸的多个子水道，所述多个子水道由水道隔板分隔，相邻的子水道在子水道的两端交替地连通，以使得冷却水以折返的方式流过电机机壳的外周面；以及水冷端盖，其与所述水冷机壳的端部连接，所述水冷端盖中形成有端盖水道，所述端盖水道具有环形形状并且具有第一水口和第二水口，其中所述端盖水道的第一水口和第二水口分别通过形成于水冷机壳的连通孔与机壳水道的两端连通，使得机壳水道中的冷却水通过第一水口流入端盖水道并且通过第二水口流回机壳水道。

在第二方面中，本公开的示例性的实施方式提供一种变频一体机，其可以包括：如上第一方面及其多个实施方式中所描述的电机；以及变频装置，其设置在所述电机的顶部并且与所述电机电连接。

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，所述开口的边缘形成有向内延伸的凸缘，所述凸缘上形成有凸台；以及上盖，其覆盖在所述壳体上，其中所述上盖具有形成于其下表面的沟槽，所述沟槽的位置与壳体的凸台的位置相对应，使得壳体的凸台插入到上盖的沟槽中，以便进行防水。

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：水冷散热板，其设置在所述壳体的底部，用于对变频装置中的发热元件进行散热。

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：散热内扇，其设置在所述变频装置的壳体内部，用于对变频装置中的发热元件进行散热。

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：除湿装置，其设置在所述变频装置的壳体内部，以用于对所述变频装置进行除湿。

在第三方面中，本公开的示例性的实施方式提供一种固井装置，其可以包括：如上第二方面及其多个实施方式中所描述的变频一体机；以及固井泵，其与所述变频一体机的电机连接，以使电机驱动所述固井泵。

在一个示例性的实施方式中，所述固井装置进一步可以包括：固井车撬，所述变频一体机和所述固井泵布置在所述固井车撬上；水冷散热器，其布置在所述固井车撬上，并且与所述电机的机壳水道和/或所述变频装置的水冷散热板连接；以及配电装置，所述配电装置布置在所述固井车撬上并且与所述变频装置电连接。

本公开的电机以及变频一体机的变频装置均通过使用风冷和水冷结合的方式进行散热，从而可以改善散热效果。另外，本公开的固井装置通过将变频一体机、配电装置以及固井泵集成在固井车撬上而形成紧凑的整体结构，从而可以减小固井装置的整体体积，进而可以减小固井车的整体体积，以便于固井车在多个油田井场之间转场作业。

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电机的剖视图；

图2是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的转子与散热风扇的组装视图；

图3是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的定子的视图；

图4是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的散热风扇的第一立体图；

图5是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的散热风扇的第二立体图；

图6是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的前平衡盘的视图；

图7是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的后平衡盘的视图；

图8是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的水冷机壳的立体图；

图9是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的水冷端盖的剖视图；

图10是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的视图；

图11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剖视图；

图12是示出根据本公开的示例性实施方式的固井装置的立体图；

图13是示出根据本公开的示例性实施方式的固井装置的主视图；以及

图14是示出根据本公开的示例性实施方式的固井装置的变频一体机与水冷散热器的立体图。

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电机的剖视图，图2是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的转子与散热风扇的组装视图，图3是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的定子的视图。

在第一方面中，如图1、图2和图3所示，本公开的示例性的实施方式提供一种电机100，其可以包括：定子110，其具有沿其轴向方向贯穿该定子110的定子通风道111；转子120，其设置于定子110的径向内侧，该转子120具有在电机100的轴向方向上延伸的转轴121以及安装于该转轴121的转子铁芯122，该转子铁芯122具有沿其轴向方向贯穿转子铁芯122的转子通风道123；散热风扇130，其安装于转轴121并且随转轴121转动，其中散热风扇130、定子通风道111和转子通风道123组成循环风道。

具体而言，如图1、图2和图3所示，根据本示例性的实施方式的电机100可以包括：定子110、转子120以及散热风扇130，所述定子110形成有沿其轴向方向贯穿该定子110的多个定子通风道111；所述转子120以可旋转的方式设置于定子110的径向内侧并且包括在电机100的轴向方向上延伸的转轴121以及安装于该转轴121的转子铁芯122，转子铁芯122形成有沿其轴向方向贯穿该转子铁芯122的多个转子通风道123；所述散热风扇130安装于转轴121并且位于转子铁芯122的轴向前方，散热风扇130随转轴121一起转动，其中散热风扇130、定子通风道111和转子通风道123组成循环风道。

图4是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的散热风扇的第一立体图，图5是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的散热风扇的第二立体图。

在一个示例性的实施方式中，如图4和图5所示，散热风扇130可以包括：内圈131；外圈132，其套设在内圈131的径向外部；以及风扇隔板133，其设置在外圈132与内圈131之间，以在外圈132与内圈131之间形成用于允许冷却气体通过的风扇风道134。具体而言，如图4和图5所示，散热风扇130可以包括：内圈131、外圈132以及多个风扇隔板133，所述内圈131大体上具有截头圆锥形形状，内圈131的后端(半径较小的端部)具有与转轴121连接的风扇套筒135，风扇套筒135例如可以通过热套的方式或者通过键连接的方式套设于转轴121；所述外圈132具有与内圈131相对应的截头圆锥形形状并且套设在风扇内圈131的径向外部；所述多个风扇隔板133设置在外圈132与内圈131之间并且沿外圈132的周向方向间隔开，风扇隔板133的上边缘和下边缘分别与外圈132和内圈131结合，以形成用于允许冷却气体通过的多个风扇风道134，风扇风道134的位置与转子通风道123的位置相对应。在一个实施方式中，散热风扇130的后端(内圈131或外圈132半径较小的端部)靠近转子铁芯122并且前端(内圈131或外圈132半径较大的端部)远离转子铁芯122。

图6是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的前平衡盘的视图，图7是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的后平衡盘的视图。

在一个示例性的实施方式中，如图6和图7所示，所述转子120进一步可以包括用于调节转子动平衡的前平衡盘124和后平衡盘125，前平衡盘124安装于转轴121并且位于散热风扇130与转子铁芯122之间，后平衡盘125安装于转轴121并且位于转子铁芯122的轴向后方，前平衡盘124和后平衡盘125分别具有沿轴向方向贯穿该前平衡盘124和后平衡盘125的通风孔126、127，通风孔126、127的位置与转子通风道123的位置相对应。

图8是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的水冷机壳的立体图，图9是示出根据本公开的示例性实施方式的电机的水冷端盖的剖视图。

在一个示例性的实施方式中，如图1、图8和图9所示，所述电机100进一步可以包括：水冷机壳140，其外周面布置有机壳水道141，机壳水道141包括沿所述水冷机壳140的轴向方向延伸的多个子水道141a，所述多个子水道141a由水道隔板分隔，相邻的子水道141a在子水道141a的两端交替地连通，以使得冷却水以折返的方式流过电机机壳的外周面；以及水冷端盖150，其与所述水冷机壳140的端部连接，所述水冷端盖中形成有端盖水道151，所述端盖水道151具有环形形状并且具有第一水口1511和第二水口1512，其中所述端盖水道151的第一水口1511和第二水口1512分别通过形成于水冷机壳140的连通孔与机壳水道141的两端连通，使得机壳水道141中的冷却水通过第一水口1511流入端盖水道151并且通过第二水口1512流回机壳水道141。在图9所示的示例性的实施方式中，水冷端盖150中的冷却水沿顺时针方向流动仅仅是一种示例，本领域技术人员应当理解，冷却水的流动方向包括但不限于图9所示的顺时针方向，还可以沿逆时针方向等流动。

在本示例性的实施方式中，如图8所示，机壳水道141可以包括：水道端板1411、多个第一水道隔板1412a、多个第二水道隔板1412b、第三水道隔板1412c以及多个水道盖板(未示出)，所述水道端板1411具有环形形状，并且套设在所述水冷机壳140的两端；所述多个第一水道隔板1412a、多个第二水道隔板1412b和第三水道隔板1412c沿水冷机壳140的轴向间隔地布置在水冷机壳140的外周面上，其中第一水道隔板1412a和第二水道隔板1412b的长度小于水冷机壳140两端的水道端板1411之间的最小距离，而第三水道隔板1412c的长度等于水冷机壳140两端的水道端板1411之间的距离。特别地，如图8所示，多个第一水道隔板1412a和多个第二水道隔板1412b交替地布置，第一水道隔板1412a的前端与设置在水冷机壳140前端的水道端板1411连接，第二水道隔板1412b的后端与设置在水冷机壳140后端的水道端板1411连接，第三水道隔板1412c的两端分别与设置在水冷机壳140的两端的水道端板1411连接；所述多个水道盖板分别覆盖在相邻的两个水道隔板上，以在多个水道隔板之间形成子水道141a，使得相邻的子水道141a在子水道141a的两端交替地连通，从而形成使冷却水以折返的方式流过水冷机壳140外周面的折返水道。

在一个实施方式中，如图8所示，机壳水道141还可以包括设置在机壳水道141第一端1413的入水口和设置在机壳水道141第二端1414的出水口，其中机壳水道141的第一端1413通过形成于水道端板1411的第一连通孔142与端盖水道151的第一水口1511连通，而机壳水道141的第二端1414通过形成于水道端板1411的第二连通孔143与端盖水道151的第二水口1512连通。在一个实施方式中，可以使用水冷散热器为机壳水道141供应循环冷却水，或者可以使用胶管直接将机壳水道141的入水口连接至供水设备。

本公开的电机内部设置有散热风扇，并且定子、转子以及平衡盘设计有通风道或通风孔，通过该散热风扇、定子通风道、转子通风道和平衡盘的通风孔可以形成内部风冷散热循环，从而可以改善电机的散热效果。此外，本公开的电机通过将机壳水道和端盖水道连通而形成水冷散热循环，可以改善电机的散热效果，并且机壳水道和端盖水道可以通过与外部的水冷散热器串联而形成密闭的水冷散热循环，这样可以形成紧凑的水冷电机结构，以便于使用在需要经常移动的固井装置中。

图10是示出根据本公开的示例性实施方式的变频一体机的视图，图11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剖视图。

在第二方面中，如图10所示，本公开的示例性的实施方式提供一种变频一体机10，其可以包括：如上第一方面及其多个实施方式中所描述的电机100；以及变频装置300，其设置在电机100的顶部并且与电机100电连接。

在一个示例性的实施方式中，如图11所示，变频装置300可以包括：壳体310，其具有上部开口的箱体形状，开口的边缘形成有向内延伸的凸缘，凸缘上形成有凸台311；以及上盖320，其覆盖在壳体310上，其中上盖320具有形成于其下表面的沟槽321，沟槽321的位置与壳体310的凸台311的位置相对应，使得壳体310的凸台311插入到上盖320的沟槽321中，以便进行防水。在本示例性的实施方式中，变频一体机10的变频装置300采用凸台311与沟槽321配合的防护设计，可以改善变频装置300的防护效果。

在一个示例性的实施方式中，如图11所示，变频装置300进一步可以包括：水冷散热板330，其设置在壳体310的底部，用于对变频装置300中的发热元件360进行散热。在本示例性的实施方式中，可以根据图11所示的方式将水冷散热板330与壳体310的底板结合，但是不限于此，例如水冷散热板330也可以直接作为壳体310的底板使用，并且将变频装置300的发热元件360直接布置在水冷散热板330上，因此本领域技术人员可以理解，本实施方式包括但不限于将水冷散热板330与壳体310的底板结合。

在一个示例性的实施方式中，如图11所示，变频装置300进一步可以包括：散热内扇340，其设置在变频装置300的壳体310内部，用于对变频装置300中的发热元件360进行散热。在一个示例性的实施方式中，如图11所示，变频装置300进一步可以包括：除湿装置350，其设置在变频装置300的壳体310内部，以用于对所述变频装置300进行除湿。在一个实施方式中，除湿装置350可以包括干燥剂和/或防凝露装置。

本公开的变频一体机的变频装置采用风冷和水冷组合的方式进行散热，主要发热元件安装在水冷散热板上，并且水冷散热板与水冷散热器可以形成密闭的水冷散热循环，因此可以改善散热效果，而且还可以形成紧凑的散热结构，便于使用在需要经常移动的固井装置中。此外，变频装置的内部还设计有散热内扇和除湿装置(例如干燥剂和防凝露装置)，从而可以改善散热效果，而且可以改善变频装置内的干燥程度。

图12是示出根据本公开的示例性实施方式的固井装置的立体图，图13是示出根据本公开的示例性实施方式的固井装置主视图，图14是示出根据本公开的示例性实施方式的固井装置的变频一体机与水冷散热器的立体图。

在第三方面中，如图12和图13所示，本公开的示例性的实施方式提供一种固井装置1，其可以包括：如上第二方面及其多个实施方式中所描述的变频一体机10；以及固井泵20，其与所述变频一体机10的电机100连接，以使电机100驱动该固井泵20。

在一个示例性的实施方式中，如图12、图13和图14所示，固井装置1进一步可以包括：固井车撬30，变频一体机10和固井泵20布置在该固井车撬30上；水冷散热器40，其布置在固井车撬30上，并且与电机100的机壳水道141和/或变频装置300的水冷散热板330连接，以向机壳水道141和水冷散热板330供应冷却水，并且接收从机壳水道141和水冷散热板330排出的冷却水并对排出的冷却水进行散热；以及配电装置50，其布置在固井车撬30上并且位于电机100的非轴伸端，该配电装置50与变频装置300电连接，以为变频装置300供电。在一个实施方式中，配电装置50可以是配电柜。

具体而言，在本示例性的实施方式中，如图12、图13和图14所示，变频一体机10、固井泵20、水冷散热器40以及配电装置50可以紧凑地布置在固井车撬30上，以形成一体的固井装置1，并且整个固井装置1可以安装在固井车上随固井车一起移动。考虑到固井车在工作时需要经常在多个油田井场之间转场，本公开的固井装置1采用了一体化设计，可以减少固井装置1的拆装次数，并且可以减少布线及管路的长度，从而可以节约安装时间，并因此改善固井作业的效率。

本公开的变频一体机的电机和变频装置均采用风冷和水冷结合的散热方式，使得可以改善变频一体机的散热效果。此外，本公开的变频一体机及其配电装置与固井泵紧凑地布置在固井车撬上，这样可以减小固井装置的整体体积，从而可以减小固井车的整体体积，便于固井车在多个井场之间转场作业。

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)

1.一种电机，包括：

定子，其具有沿其轴向方向贯穿所述定子的定子通风道；

转子，其设置于所述定子的径向内侧，所述转子具有在所述电机的轴向方向上延伸的转轴以及安装于所述转轴的转子铁芯，所述转子铁芯具有沿其轴向方向贯穿所述转子铁芯的转子通风道；

散热风扇，其安装于所述转轴并且随转轴转动，

其中，所述散热风扇、定子通风道和转子通风道组成循环风道。

2.根据权利要求1所述的电机，所述散热风扇包括：

内圈；

外圈，其套设在所述内圈的径向外部；以及

风扇隔板，其设置在所述外圈与所述内圈之间，以在所述外圈与内圈之间形成用于允许冷却气体通过的风扇风道。

3.根据权利要求1所述的电机，进一步包括：

水冷机壳，其外周面布置有机壳水道，所述机壳水道包括沿所述水冷机壳的轴向方向延伸的多个子水道，所述多个子水道由水道隔板分隔，相邻的子水道在子水道的两端交替地连通，以使得冷却水以折返的方式流过电机机壳的外周面；以及

水冷端盖，其与所述水冷机壳的端部连接，所述水冷端盖中形成有端盖水道，所述端盖水道具有环形形状并且具有第一水口和第二水口，

其中所述端盖水道的第一水口和第二水口分别通过形成于水冷机壳的连通孔与机壳水道的两端连通，使得机壳水道中的冷却水通过第一水口流入端盖水道并且通过第二水口流回机壳水道。

4.一种变频一体机，包括：

根据权利要求1-3中任一项所述的电机；以及

变频装置，其设置在所述电机的顶部并且与所述电机电连接。

5.根据权利要求4所述的变频一体机，所述变频装置包括：

壳体，其具有上部开口的箱体形状，所述开口的边缘形成有向内延伸的凸缘，所述凸缘上形成有凸台；以及

上盖，其覆盖在所述壳体上，

其中所述上盖具有形成于其下表面的沟槽，所述沟槽的位置与壳体的凸台的位置相对应，使得壳体的凸台插入到上盖的沟槽中，以便进行防水。

6.根据权利要求5所述的变频一体机，其中所述变频装置进一步包括：

水冷散热板，其设置在所述壳体的底部，用于对变频装置中的发热元件进行散热。

7.根据权利要求5所述的变频一体机，其中所述变频装置进一步包括：

散热内扇，其设置在所述变频装置的壳体内部，用于对变频装置中的发热元件进行散热。

8.根据权利要求5所述的变频一体机，其中所述变频装置进一步包括：

除湿装置，其设置在所述变频装置的壳体内部，以用于对所述变频装置进行除湿。

9.一种固井装置，其包括：

根据权利要求4-8中任一项所述的变频一体机；以及

固井泵，其与所述变频一体机的电机连接，以使电机驱动所述固井泵。

10.根据权利要求9所述的固井装置，进一步包括：

固井车撬，所述变频一体机和所述固井泵布置在所述固井车撬上；

水冷散热器，其布置在所述固井车撬上，并且与所述电机的机壳水道和/或所述变频装置的水冷散热板连接；以及

配电装置，所述配电装置布置在所述固井车撬上并且与所述变频装置电连接。

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