CN212649313U - 电动压裂车泵用一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电动压裂车泵用一体机，包括有：第一壳体，在所述第一壳体内设置有变频器主体；第二壳体，设置在所述第一壳体的下方且与所述第一壳体固定连接，在所述第二壳体内设置有永磁同步磁阻电机，永磁同步磁阻电机与变频器主体通讯连接，永磁同步磁阻电机包括有：定子，与第二壳体固定连接；转子，设置在定子内部并能够相对定子转动，在所述转子上设有沿转子的铁芯轴向方向开设的贯穿铁芯两端的装配槽，所述装配槽设置有多个，沿所述铁芯的周向方向开设，相邻的装配槽之间具有间距；永磁体，设置有多个，分别插装在所述装配槽内。通过本实用新型解决了现有技术驱动压裂泵采用分体式结构重量大且能量损失严重的问题。

Description

电动压裂车泵用一体机

技术领域

本实用新型涉及电机设备技术领域，具体涉及一种电动压裂车泵用一体机结构的改进。

背景技术

现有电动压裂车的压裂泵的驱动采用的都是大功率三相异步电动机,并通过变频器驱动三相异步电机，通过三相异步电机和变频器组合来实现驱动，而大功率三相异步电动机仅仅针对单个频率点设计，在变频调速状况下各个状态效率不佳，尤其是在低频率段效率大幅下降，而这恰恰是压裂车用泵力矩最大的状态，能量损失更为严重。

采用上述两种结构组合来驱动压裂泵，由于分体式变频器还包括有较大的变频柜，三相异步电动机的重量也较大，两者组合使用不仅体积庞大，重量重，而且大大增加了压裂车的载重。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本实用新型针对现有技术中对压裂泵驱动采用分体式变频电动机结构重量大且能量损失严重的问题，本实用新型提出一种电动压裂车泵用一体机，不仅减小了重量体积，而且还可以实现节能。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

本实用新型提供一种电动压裂车泵用一体机，包括有：

第一壳体，在所述第一壳体内设置有变频器主体；

第二壳体，设置在所述第一壳体的下方且与所述第一壳体固定连接，在所述第二壳体内设置有永磁同步磁阻电机，所述永磁同步磁阻电机与所述变频器主体通讯连接，所述永磁同步磁阻电机包括有：

定子，与所述第二壳体固定连接；

转子，设置在所述定子内部并能够相对所述定子转动，在所述转子上设有沿转子的铁芯轴向方向开设的贯穿铁芯两端的装配槽，所述装配槽设置有多个，沿所述铁芯的周向方向开设，相邻的装配槽之间具有间距；

永磁体，设置有多个，分别插装在所述装配槽内。

进一步的，所述变频器主体包括有整流模块、逆变模块和控制模块，所述逆变模块、整流模块和所述控制模块并行排列设置在所述第一壳体内并分别通过螺栓和第一壳体的顶部固定连接。

进一步的，在所述第一壳体底部设置有第一水冷板，在第一水冷板内部成型有第一水冷通道，在所述第二壳体外侧面上成型有第二水冷通道，所述第一水冷通道和所述第二水冷通道通过连接管连通。

进一步的，所述第二水冷通道包括有多个沿第二壳体的轴向方向布置的轴向冷却水道，多个所述轴向冷却水道依次连通，在其中任一所述轴向冷却水道上设有入水口和出水口。

进一步的，所述第一水冷通道包括有对逆变模块进行冷却的逆变水冷通道和对所述整流模块进行冷却的整流水冷通道，所述逆变水冷通道包括有多根并行排列设置的第一纵向水冷通道和连接所述第一纵向水冷通道的第一横向水冷通道；

所述整流水冷通道包括有入水通道、第二纵向水冷通道、第二横向水冷通道和出水通道，所述入水通道一端与第二壳体上的其中一轴向冷却水道的出口连接，另一端和所述第二横向水冷通道连通，所述第二横向水冷通道至少设置有2根，所述第二纵向水冷通道连接在相邻的第二横向水冷通道之间，所述出水通道两端分别和位于其中一端的第一纵向水冷通道的入口和所述第二横向水冷通道出口连通，位于其中另一端的第一纵向水冷通道和其中一轴向冷却水道的入口连接。

为实现第一壳体和第二壳体的连接，本实施例对应在所述第一壳体的底部设置有平行于第一壳体底面设置的第一连接板，在所述第二壳体的顶部设置有平行于第二壳体顶面设置的第二连接板，在连接时，将所述第一连接板和所述第二连接板相贴合，并在贴合后通过第一锁紧件将第一连接板和第二连接板锁紧固定以实现第一壳体和第二壳体之间的连接。

进一步的，所述定子上设置有绕线槽，在所述绕线槽内缠绕设置有线圈。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提出的电动压裂车泵用一体机，在设置时将永磁同步磁阻电机和变频器主体集成在一起，使其成为一体机，减少了整机重量和体积；

同时，本实施例中的永磁同步磁阻电机结构相对现有技术中采用的三相异步电动机，对电网的冲击降低，更加节能。根据变频器特性，低频起动时，三相异步电动机中主磁场低、功率因数低、起动电流虽然大、起动转矩却较小。永磁同步磁阻电机的主磁场恒定，定子电流几乎全部为有功电流，起动电流小，起动转矩大。这样可实现小电流输入大转矩输出，且由于压裂泵基本处于低转速低压力下工作，本实施例中的电动压裂车泵用一体机只需要较小的电流即可满足泵的工作需要，在实现了泵的工作要求的前提下更加节能。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例电动压裂车泵用一体机的立体结构图；

图2为本实用新型实施例电动压裂车泵用一体机的内部结构图；

图3为本实用新型实施例电动压裂车泵用一体机的外部结构图；

图4为本实用新型实施例电动压裂车泵用一体机的永磁同步磁阻电机的转子和定子配合的结构图；

图5为本实用新型实施例电动压裂车泵用一体机的逆变模块的冷却水道结构图；

图6为图5的A-A向剖视图；

图7为本实用新型实施例电动压裂车泵用一体机的整流模块的冷却水道结构图；

图8为图7的B-B向剖视图；

图9为本实用新型实施例电动压裂车的泵体工作曲线图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型提供一种电动压裂车泵用一体机的实施例，其结构包括有：

第一壳体100，在所述第一壳体100内设置有变频器主体200；

第二壳体300，设置在所述第一壳体100的下方且与所述第一壳体100固定连接，在所述第二壳体300内设置有永磁同步磁阻电机400，所述永磁同步磁阻电机400与所述变频器主体200通讯连接，所述永磁同步磁阻电机400包括有：

定子410，与所述第二壳体300固定连接；

转子420，设置在所述定子410内部并能够相对所述定子410转动，如图4所示，在所述转子420上设有沿转子420的铁芯轴向方向开设的贯穿铁芯两端的装配槽430，所述装配槽430设置有多个，沿所述铁芯的周向方向开设，相邻的装配槽430之间具有间距，永磁体440，设置有多个，分别插装在所述装配槽430内。

优选的，本实施例中的所述装配槽430为V型，所述永磁体440形状与所述装配槽430的形状适配，其插装在所述装配槽430内。采用V型的装配槽430和V型永磁体440配合的设置方式与现有技术中采用一字型的永磁体440方式相比可以在保证励磁效果的前提下，减小占用空间，进而进一步减小整个一体机的体积。

同时，本实施例中由于在转子420上嵌设永磁体440，永磁体的导磁性能接近空气，沿转子420铁芯的径向方向，插入的永磁体440的位置处气隙长度对应为定子410和转子420之间的气隙与永磁体440的厚度气隙之和，插入有永磁体440的地方相当于增加了径向气隙长度，而未插装有永磁体440的部分对应的气隙还是定子410和转子420之间的气隙，由于插入的永磁体440造成交直轴气隙长度不等，进而引起交轴和直轴电感不同，从而产生磁阻转矩，增强了磁阻转矩，从而可在较小的电流输入状态下获得较大输出转矩。

如图9所示，为本实施例中电动压裂车的转速排量曲线图，泵在最高工作压力90％以上的合理工作时间只占全部工作时间的5％，在最高工作压力 80％以上的合理工作时间只占全部工作时间的 25 ％，在最高转速90%以上工作时间只占全部工作时间的10%。综上所述，电动压裂车在高转速高压力的合理工作时间占全部工作时间较少，也就是说，泵在大部分时间都工作在低转速低压力下，即连续工作区域是压裂泵连续工作的区域，可以看出，这段区域要求的转矩、压力和转速、排量均不是很大，但是在这个区域，三相异步电动机的效率低，永磁电机的效率高；而本实施例中的永磁同步磁阻电机400可以在低转速下可以保持较好的输出特性，在满足泵的工作需要的前提下更加节能。

本实施例提出的电动压裂车泵用一体机，在结构设置上，将变频器主体200设在永磁同步磁阻电机400的下方，并且将用于容纳变频器主体200和永磁同步磁阻电机400的第一壳体100和第二壳体300也呈上下方式设置使其固定连接在一起，实现了变频器主体200和永磁同步磁阻电机400结构的一体化，减小了整体的重量和体积，同时也减小了电动压裂车的载重。

同时，由于变频器主体200和永磁同步磁阻电机400采用上下设置的方式，还可以进一步减少对外部空间的占用。

在连接上，将位于上方的变频器主体200通过通讯线对应和永磁同步磁阻电机400连接即可实现变频器主体200和永磁同步磁阻电机400之间的通讯，在使用时，可通过变频器主体200对应的控制永磁同步磁阻电机400动作，永磁同步磁阻电机400和压裂车泵连接，对应的控制压裂泵工作。

具体的，本实施例中的所述变频器主体200包括有整流模块210、逆变模块220和控制模块230，所述逆变模块220、整流模块210、控制模块230并行排列设置在所述第一壳体100内并分别通过螺栓和第一壳体100的顶部固定连接。在连接时，可将逆变模块220、整流模块210和控制模块230通过通讯线连接。

为实现输入和输出功能，本实施例中还可以对应设置输入接口和输出接口，输入接口对应和外部三相电连接，输出接口对应将变频器主体200和永磁同步磁阻电机400连接。通过输入接口和输出接口用于实现通讯连接。

本实施例中的逆变模块220、整流模块219可采用现有技术中变频器已有的模块结构，在此不做一一赘述。

为实现对整个一体机的散热，本实施例还对应的在所述第一壳体100底部设置第一水冷板，在第一水冷板内部成型有第一水冷通道，在所述第二壳体300外侧面上成型有第二水冷通道310，所述第一水冷通道和所述第二水冷通道310通过连接管连通。通过第一水冷通道可对应的变频器主体200进行散热，通过第二水冷通道310可对应的对永磁同步磁阻电机400进行散热。

具体的，本实施例中的所述第二水冷通道310包括有多个沿第二壳体300的轴向方向布置的轴向冷却水道311，多个所述轴向冷却水道311依次连通，在其中任一所述轴向冷却水道311上设有入水口312和出水口313。所述第一水冷通道包括有对逆变模块220进行冷却的逆变水冷通道240和对所述整流模块210进行冷却的整流水冷通道250，所述逆变水冷通道240包括有多根并行排列设置的第一纵向水冷通道241和连接所述第一纵向水冷通道241的第一横向水冷通道242，在相邻的第一纵向水冷通道241之间设置有所述第一横向水冷通道242，在设置时，第一纵向水冷通道241可设置成双排水冷通道。

所述整流水冷通道250包括有入水通道251、第二纵向水冷通道252、第二横向水冷通道253和出水通道254，所述入水通道251一端与第二壳体300上的其中一轴向冷却水道311的出口连接，另一端和所述第二横向水冷通道253连通，所述第二横向水冷通道253至少设置有2根，所述第二纵向水冷通道252连接在相邻的第二横向水冷通道253之间，所述出水通道254两端分别和位于其中一端部的第一纵向水冷通道241的入口和所述第二横向水冷通道253出口连通，位于其中另一端的第一纵向水冷通道241和其中一轴向冷却水道311的入口连接。

水冷通道的循环流通流程为：水流先通过入水口312进入到位于第二壳体300上的其中一个轴向水冷通道内，然后依次流经过各个轴向水冷通道，并从轴向水冷通道的出口进入到入水通道251、第二横向水冷通道253，然后进入第二纵向水冷通道252、第二横向水冷通道253后从出水通道254进入到第一纵向水冷通道241、在第一纵向水冷通道241和第一横向水冷通道242之间循环流动后从位于另一端的第一纵向水冷通道241出口经过连接管进入到其中一轴向水冷通道内，并通过出水口313向外排出。

具体的，本实施例中的所述转子420还包括转轴，转子420的铁芯通过多个转子冲片依次层叠连接形成，在转子420的铁芯上设有装配孔，所述转轴插装在所述装配孔内，在所述转轴的其中一端装配有散热风扇500，在所述第二壳体300上设置有进风口320和出风口330，所述进风口320靠近所述散热风扇500设置。通过设置的散热风扇500，还可以对应的实现对电机的风冷散热，散热风扇500运转时，可将气流从进风口320吸入，流经过电机上的定子410、转子420等部件对其散热后从出风口330吹出，实现了风冷散热。

为实现第一壳体100和第二壳体300的连接，本实施例对应在所述第一壳体100的底部设置有平行于第一壳体100底面设置的第一连接板（图中未示出），在所述第二壳体300的顶部设置有平行于第二壳体300顶面设置的第二连接板（图中未示出），在连接时，将所述第一连接板（图中未示出）和所述第二连接板（图中未示出）相贴合，并在贴合后通过第一锁紧件将第一连接板（图中未示出）和第二连接板（图中未示出）锁紧固定以实现第一壳体100和第二壳体300之间的连接。

进一步的，所述定子410上设置有绕线槽411，在所述绕线槽411内缠绕设置有线圈。

本实施例中的永磁同步磁阻电机400还包括有电机前端盖和电机后端盖，所述电机前端盖和电机后端盖分别固定在第二壳体300的两端，在所述电机前端盖上设置有前轴承外盖和前轴承内盖，所述前轴承外盖和所述前轴承内盖之间形成轴承腔，所述轴承设置在所述轴承腔内，所述转轴与所述轴承转动连接且从所述电机前端盖中伸出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电动压裂车泵用一体机，其特征在于，包括有：

第一壳体，在所述第一壳体内设置有变频器主体；

第二壳体，设置在所述第一壳体的下方且与所述第一壳体固定连接，在所述第二壳体内设置有永磁同步磁阻电机，所述永磁同步磁阻电机与所述变频器主体通讯连接，所述永磁同步磁阻电机包括有：

定子，与所述第二壳体固定连接；

转子，设置在所述定子内部并能够相对所述定子转动，在所述转子上设有沿转子的铁芯轴向方向开设的贯穿铁芯两端的装配槽，所述装配槽设置有多个，沿所述铁芯的周向方向开设，相邻的装配槽之间具有间距；

永磁体，设置有多个，分别插装在所述装配槽内。

2.根据权利要求1所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，所述变频器主体包括有整流模块、逆变模块和控制模块，所述逆变模块、整流模块和所述控制模块并行排列设置在所述第一壳体内并分别通过螺栓和第一壳体的固定连接。

3.根据权利要求2所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，在所述第一壳体底部设置有第一水冷板，在第一水冷板内部成型有第一水冷通道，在所述第二壳体外侧面上成型有第二水冷通道，所述第一水冷通道和所述第二水冷通道通过连接管连通。

4.根据权利要求3所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，所述第二水冷通道包括有多个沿第二壳体的轴向方向布置的轴向冷却水道，多个所述轴向冷却水道依次连通，在其中任一所述轴向冷却水道上设有入水口和出水口。

5.根据权利要求3所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，所述第一水冷通道包括有对逆变模块进行冷却的逆变水冷通道和对所述整流模块进行冷却的整流水冷通道，所述逆变水冷通道包括有多根并行排列设置的第一纵向水冷通道和连接所述第一纵向水冷通道的第一横向水冷通道；

所述整流水冷通道包括有入水通道、第二纵向水冷通道、第二横向水冷通道和出水通道，所述入水通道一端与第二壳体上的其中一轴向冷却水道的出口连接，另一端和所述第二横向水冷通道连通，所述第二横向水冷通道至少设置有2根，所述第二纵向水冷通道连接在相邻的第二横向水冷通道之间，所述出水通道两端分别和位于其中一端的第一纵向水冷通道的入口和所述第二横向水冷通道出口连通，位于其中另一端的第一纵向水冷通道和其中一轴向冷却水道的入口连接。

6.根据权利要求1所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，所述转子包括有转轴，在所述转轴的其中一端装配有散热风扇，在所述第二壳体上设置有进风口和出风口，所述进风口靠近所述散热风扇设置。

7.根据权利要求1所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，在所述第一壳体的底部设置有平行于第一壳体底面设置的第一连接板，在所述第二壳体的顶部设置有平行于第二壳体顶面设置的第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板贴合并通过第一锁紧件锁紧固定。

8.根据权利要求1所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，所述装配槽为V型，所述永磁体形状与所述装配槽的形状适配，其插装在所述装配槽内。

9.根据权利要求1所述的电动压裂车泵用一体机，其特征在于，所述定子上设置有绕线槽，在所述绕线槽内缠绕设置有线圈。

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