一种具有功率器件新型安装结构的变频器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有功率器件新型安装结构的变频器，包括：能够进入井道的外筒，内套于外筒且能够供井道杆体贯穿的内筒，位于内筒和外筒之间的容腔内的变频器主体，和分别与内筒和外筒密封相连的端盖；其中，端盖具有供井道杆体穿过的通孔；外筒内壁具有安装区；变频器主体包括：设置于安装区的若干功率器件，位于安装区内且与功率器件相连的驱动板。上述变频器，能够随井道杆体进入井道，降低了使用成本，也提高了使用可靠性；将功率器件设置在安装区，驱动板也位于安装区处，合理利用了该变频器的内部空间，使得该变频器的内部结构更加紧凑，体积较小；也有效提高了该变频器的散热性能，使得该变频器能够应用于井下的高温环境。
【专利说明】一种具有功率器件新型安装结构的变频器
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻井设备变频驱动控制【技术领域】，更具体地说，涉及一种具有功率器件新型安装结构的变频器。
【背景技术】
[0002]变频器是变频调速领域内的重要设备，广泛应用于传统工业(如纺织、陶瓷、机床加工等)。目前，普通常见的变频器主要包括:箱体，和位于箱体内的变频器主体；其中变频器主体主要包括功率器件IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)、与功率器件相连的驱动板、与驱动板相连的控制板、电容组件；其中，驱动板和控制板均设置有I/O (input/output)接口。不同功率等级的变频器，大小不同，通常变频器功率越大，其体积也越大。通常变频器的箱体呈长方体状。
[0003]在井下勘探和石油开采应用领域，对矿井设备的变频驱动控制有着广泛的应用前景，存在将变频器应用于矿井设备的需求。在井下勘探和石油开采应用领域，井道的横截面为圆形，矿井设备的井道杆体(例如钻杆、抽油杆、抽水杆等被电机驱动进行旋转运动或反复来回运动的杆体)需要伸入井道内进行工作。例如在石油开采行业，对于井道和井道杆体的直径存在特定标准，通常井道直径为116_，井道杆体直径为64_，现有的变频器箱体呈长方体状，变频器只能放置在井道口的上方(井道外的地面上)，然后通过控制线缆和驱动线缆接到井道内的抽油机上。但是，对于较深的井道，需要较长的控制线缆和驱动线缆接到抽油机的电机上，影响电机的及时响应，导致输出功率的消耗较大，使得变频器的使用成本较高；另外，较长的线缆较易被损坏，导致变频器的使用可靠性较低。
[0004]综上所述，如何降低对电机及时响应的影响，以降低输出功率的消耗，进而降低变频器的使用成本，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有功率器件新型安装结构的变频器，以降低对电机及时响应的影响，降低输出功率的消耗，进而降低变频器的使用成本。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种具有功率器件新型安装结构的变频器，包括:能够进入井道的外筒，内套于所述外筒且能够供井道杆体贯穿的内筒，位于所述内筒和所述外筒之间的容腔内的变频器主体，和分别与所述内筒和所述外筒密封相连的端盖；其中，
[0008]所述端盖具有供所述井道杆体穿过的通孔；所述外筒内壁具有安装区；所述变频器主体包括:设置于所述安装区的若干功率器件，位于所述安装区处且与所述功率器件相连的驱动板。
[0009]优选的，上述变频器中，所述安装区的数目至少为两个，且所述安装区依次沿所述外筒的环向分布；所述驱动板的数目与所述安装区的数目相同，且所述驱动板依次串接。
[0010]优选的，上述变频器中，所述安装区沿所述筒体的轴向延伸，相邻的两个所述功率器件之间具有间隙。
[0011]优选的，上述变频器中，所述功率器件为单管IGBT。
[0012]优选的，上述变频器中，所述单管IGBT通过螺钉固定于所述安装区上，所述单管IGBT通过引脚与所述驱动板相连；所述驱动板通过螺钉或者卡扣与所述外筒的内壁相连。
[0013]优选的，上述变频器中，所述单管IGBT以等间距分布于所述安装区内，且所述单管IGBT紧贴于所述安装区的表面上。
[0014]优选的，上述变频器中，所述外筒为圆筒；所述安装区呈平面状。
[0015]优选的，上述变频器中，所述外筒包括至少两个密封相连的分筒，相连的两个所述分筒的对接面平行于所述外筒的轴线。
[0016]优选的，上述变频器中，所述分筒的数目为两个，分别为第一分筒和第二分筒，所述功率器件和所述驱动板位于所述第一分筒上，且所述安装区环向等分所述第一分筒；所述变频器主体的控制板位于所述第二分筒上。
[0017]优选的，上述变频器中，所述外筒的外壁上对应所述安装区的位置处设置有散热结构。
[0018]本发明提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，具有能够进入井道的外筒以及能够供井道杆体贯穿的内筒，端盖具有供井道杆体穿过的通孔，这样，能够使井道杆体贯穿整个变频器，使得该变频器分布在井道杆体的四周，能够有效利用井道中的空间，从而能够避免井壁对该变频器产生干涉，使得该变频器能够随井道杆体进入井道，则缩短了该变频器与电机的距离，从而缩短了控制线缆和驱动线缆的长度，降低了对电机及时响应的影响，降低了输出功率的消耗，进而降低了该变频器的使用成本；同时，也降低了控制线缆和驱动线缆被损坏的几率，进而提高了该变频器的使用可靠性。
[0019]同时，本发明提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，将功率器件设置在外筒内壁的安装区，同时，驱动板也位于安装区处，这样，使得功率器件与驱动板位于同一位置，沿径向依次分布，充分利用了内筒和外筒之间的容腔，从而合理利用了该变频器的内部空间，使得该变频器的内部结构更加紧凑，使得该变频器的体积较小。
[0020]同时，本发明提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，将功率器件设置在外筒内壁的安装区内，使得功率器件产生的热量直接通过外筒散发出去，有效提高了整个变频器的散热性能；同时，驱动板也位于安装区内，增强了驱动板的散热，从而提高了整个变频器的散热性能。综上，本发明提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，有效提高了其散热性能，使得该变频器能够应用于井下的高温环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器的爆炸示意图；
[0023]图2为图1中A部分的放大示意图；
[0024]图3为本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器的部分结构示意图；
[0025]图4为本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器的横向剖视图；
[0026]图5为本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器的外部结构示
思；
[0027]图6为图5中B部分的放大示意图。
[0028]上图1-6 中:
[0029]I为外筒、11为安装区、12为散热槽、2为内筒、3为电容、4为端盖、41为通孔、5为控制板、6为I/O接口、7为驱动板、8为功率器件。
【具体实施方式】
[0030]本发明实施例提供了一种具有功率器件新型安装结构的变频器，能够随井道杆体进入井道，降低了对电机及时响应的影响，降低了输出功率的消耗，进而降低了该变频器的使用成本。
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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例，都属于本发明保护的范围。
[0032]本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，包括:能够进入井道的外筒1，内套于外筒I且能够供井道杆体贯穿的内筒2，位于内筒2和外筒I之间的容腔内的变频器主体，和分别与内筒2和外筒I密封相连的端盖4 ;其中，端盖4具有供井道杆体穿过的通孔41 ;外筒I的内壁具有安装区11 ;变频器主体包括:设置于安装区11的若干功率器件8，位于安装区11处且与功率器件8相连的驱动板7。
[0033]需要说明的是，井道杆体为钻井设备的井道杆体，井道为石油开采井道、井下勘探井道等地下井道；端盖4的数目为两个，分别位于外筒I的两端，其中一个端盖4上设置有过线孔，以使线缆能够与变频器主体的接线端子连接。当端盖4套在内筒2的外侧时，通孔41能够供内筒2穿过，进而保证供井道杆体穿过。变频器主体的其他部件的连接关系与现有技术的连接关系相同，具体地，电容组件与功率器件8电连接，电容组件包括电容板和设置于电容板上的电容3,电容3设置于电容板上,控制板5与驱动板7相连,驱动板7和控制板5分别设置有I/O接口 6 ;可优先选择，电容板、驱动板7和控制板5均设置于外筒I的内壁上。电容板、电容3、控制板5、I/O接口 6的设置方式根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不做具体地限定。
[0034]本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，具有能够进入井道的外筒I以及能够供井道杆体贯穿的内筒2，端盖4具有供井道杆体穿过的通孔41，这样，能够使井道杆体贯穿整个变频器，使得该变频器分布在井道杆体的四周，能够有效利用井道中的空间，从而能够避免井壁对该变频器产生干涉，使得该变频器能够随井道杆体进入井道，则缩短了该变频器与电机的距离，从而缩短了控制线缆和驱动线缆的长度，降低了对电机及时响应的影响，降低了输出功率的消耗，进而降低了该变频器的使用成本；同时，也降低了控制线缆和驱动线缆被损坏的几率，进而提高了该变频器的使用可靠性。
[0035]同时，本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，将功率器件8设置在外筒I内壁的安装区11，同时，驱动板7也位于安装区11处，这样，使得功率器件8与驱动板7位于同一位置，沿径向依次分布，充分利用了内筒2和外筒I之间的容腔，从而合理利用了该变频器的内部空间，使得该变频器的内部结构更加紧凑，使得该变频器的体积较小。
[0036]同时，本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，将功率器件8设置在外筒I的内壁的安装区11内，使得功率器件8产生的热量直接通过外筒I散发出去，有效提高了整个变频器的散热性能；同时，驱动板7也位于安装区11内，增强了驱动板7的散热，从而提高了整个变频器的散热性能。综上，本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器，有效提高了其散热性能，使得该变频器能够应用于井下的高温环境。
[0037]本发明实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器的安装方法为:将该变频器套设在井道杆体的外侧，变频器与井道杆体固定连接。优先选择变频器位于电机驱动设备的上方且与电机驱动设备的电机电连接，电机驱动设备固定在井道杆体上。实现变频器与井道杆体固定连接，可有多种方式，例如通过变频器通过与电机驱动设备抵接来实现与井道杆体的间接固定连接，或者直接将变频器固定在井道杆体上，变频器与井道杆体可通过螺栓、卡扣或者捆绑绳固定连接。本发明实施例对此不做具体地限定。需要说明的是，电机驱动设备为钻头设备、抽油机或者潜水泵等。当电机驱动设备为潜水泵时，井道杆体主要是起支撑作用，变频器与潜水泵都随井道杆体上下往复，当井道杆体往下走的时候，变频器带动潜水泵吸油；当井道杆体把两者提起来时则控制电机转速不用吸油以起到节省能量的作用。
[0038]优选的，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，安装区11的数目至少为两个，且安装区11依次沿外筒I的环向分布；驱动板7的数目与安装区11的数目相同，且驱动板7依次串接。这样，充分利用了内筒2和外筒I之间的容腔的空间，使得该变频器的内部结构更加紧凑，能够尽可能地减小该变频器的体积；同时，驱动板7与安装区11的数目相同，驱动板7依次串接，使得驱动板7铺设在外筒I的内壁上，驱动板7没有重叠，进一步增强了驱动板7的散热，从而提高了整个变频器的散热性能。优选的，安装区11呈长方形。当然，安装区11也可为其他形状，也可沿外筒I的轴向依次分布，本发明实施例对安装区11的形状和分布不做具体地限定。
[0039]为了有效增加安装区11的面积，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，安装区11沿筒体I的轴向延伸，相邻的两个功率器件8之间具有间隙。这样，能够充分利用变频器的内部空间；同时相邻的功率器件8之间具有间隙，更加便于功率器件8的散热，有利于提高该变频器的散热性能。
[0040]为了使该变频器能够进入井道，则需要尽可能地减小该变频器的横截面积。上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，功率器件8总体分为两类，一类为单管IGBT，另一类为IGBT模块，前者体积较小，后者体积较大且厚度也较大。为了便于功率器件8的安装以及减小该变频器的横截面积，优先选择功率器件8为单管IGBT。单管IGBT体积较小，可以有效利用该变频器的圆环形内部空间，结构紧凑，由于本发明提供的具有功率器件新型安装结构的变频器轴向长度较长，特别适于沿轴向放置若干个单管IGBT、同时可沿圆周分布，满足各种功率段变频器的设计需求，非常合理利用变频器内部的圆环形有限空间。单管IGBT的具体数目，需要根据该变频器的功率等级进行设定，功率等级较大时，增加单管IGBT的数目，功率等级较小时，减小单管IGBT的数目。
[0041]优选的，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，单管IGBT通过螺钉固定于安装区11上，单管IGBT通过引脚与驱动板7相连；驱动板7通过螺钉或者卡扣与外筒I的内壁相连。当然，单管IGBT和驱动板7还可通过其他方式固定，本发明实施例对此不做具体地限定。
[0042]为了有效提高该变频器的散热性能，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，单管IGBT以等间距分布于安装区11内。这样，能够保证单管IGBT的散热较均匀，有效提高整个变频器的散热性能。具体的，单管IGBT的间距需要根据实际具体情况而确定，例如功率大小以及散热性能等。本发明实施例对单管IGBT的分布间距不做具体地限定。
[0043]进一步的，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，单管IGBT紧贴于安装区11的表面上。这样，能够单管ICBT的热量能够快速地传递给外筒1，进一步增强该变频器的散热性能；同时，这样利用充分利用内筒2和外筒I之间的容腔，使得该变频器的内部结构较紧凑，进一步减小该变频器的体积。
[0044]为了便于单管IGBT的安装，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，外筒I为圆筒；安装区11呈平面状。由于单管IGBT的焊接面为平面，所以设置安装区11也为平面状，这样便于单管IGBT的安装。
[0045]为了便于变频器主体的安装，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，外筒I包括至少两个密封相连的分筒，相连的两个分筒的对接面平行于外筒I的轴线。这样，可先将变频器主体安装在每个分筒上，然后在对接分筒形成外筒I，从而便于变频器主体的安装。
[0046]优选的，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，分筒的数目为两个，分别为第一分筒和第二分筒，功率器件8和驱动板7位于第一分筒上，且安装区11环向等分第一分筒；变频器主体的控制板5位于第二分筒上。选择安装区11沿第一分筒的周向等分第一分筒，使得功率器件8的分布较均匀，有效增强了功率器件8的散热，提高了该变频器的散热性能。为了便于功率器件8的设置，优先选择第一分筒和第二分筒关于变频器的中心线对称。当外筒I呈圆筒状时，第一分筒和第二分筒均呈半圆筒状。当然，也可根据变频器主体的分布将外筒I分为两个或者多个大小不等的分筒，或者将外筒I分为多个大小相等的分筒，本发明实施例对此不做具体地限定。
[0047]为了进一步优化上述技术方案，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，外筒I的外壁上设置有散热结构。该散热结构可分布在整个外筒I的外壁上，也可分布在外筒I的部分外壁上，根据实际所需的散热性能而确定。当选择后者时，优先选择外筒I的外壁上对应安装区11的位置处设置有散热结构。因为功率器件8为主要的发热器件。散热结构可为散热槽12也可为散热纹理，即通过增加外筒I的外表面面积来提高外筒I的散热性能，进而提高整个变频器的散热性能。为了最大限度地提高散热性能，优先选择散热结构为散热槽12。具体的，散热槽12可为条形槽，且沿外筒I的轴向延伸；散热槽12也可为环形槽，沿外筒I的周向延伸。
[0048]优选的，上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，外筒I和内筒2均为金属壳体，端盖4为金属端盖，提高外筒1、内筒2和端盖4的散热性能，进而进一步提高整个变频器的散热性能。优选的，外筒1、内筒2和端盖4选择导热率较高的金属。具体的，外筒I和内筒2均为铸铜壳体，端盖4为铸铜端盖。为了降低成本，优先选择外筒I和内筒2为压铸成型筒体，端盖4为压铸成型端盖。
[0049]上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，外筒I和内筒2的形状可为方形筒、圆形筒等其他形状的筒。为了便于该变频器进入井道，优先选择外筒I和内筒2均为圆筒。具体的，外筒I和内筒2均为等径圆筒。
[0050]上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，功率器件8和控制板5均通过紧固螺钉固定在外筒I的内壁上，当然，也可采用其他方式固定在外筒I的内壁上；电容板与外筒I的内壁卡设连接；功率器件8与驱动板7焊接相连；驱动板7通过线缆或者铜排依次串接；控制板5通过软排线与驱动板7相连。
[0051]上述实施例提供的具有功率器件新型安装结构的变频器中，需要根据功率等级而确定驱动板7以及功率器件8的数目。具体的，功率等级较大时，增加驱动板7以及功率器件8的数目，功率等级较小时，减小驱动板7以及功率器件8的数目。
[0052]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种具有功率器件新型安装结构的变频器，其特征在于，包括:能够进入井道的外筒(I)，内套于所述外筒(I)且能够供井道杆体贯穿的内筒(2 )，位于所述内筒(2 )和所述外筒(I)之间的容腔内的变频器主体，和分别与所述内筒(2)和所述外筒(I)密封相连的端盖(4);其中， 所述端盖(4)具有供所述井道杆体穿过的通孔(41);所述外筒(I)的内壁具有安装区(11);所述变频器主体包括:设置于所述安装区(11)的若干功率器件(8)，位于所述安装区(11)处且与所述功率器件(8)相连的驱动板(7)。
2.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述安装区(11)的数目至少为两个，且所述安装区(11)依次沿所述外筒(I)的环向分布；所述驱动板(7)的数目与所述安装区(11)的数目相同，且所述驱动板(7)依次串接。
3.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述安装区(11)沿所述筒体(I)的轴向延伸，相邻的两个所述功率器件(8 )之间具有间隙。
4.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述功率器件(8)为单管IGBT。
5.根据权利要求4所述的变频器，其特征在于，所述单管IGBT通过螺钉固定于所述安装区(11)上，所述单管IGBT通过引脚与所述驱动板(7)相连；所述驱动板(7)通过螺钉或者卡扣与所述外筒(I)的内壁相连。
6.根据权利要求4所述的变频器，其特征在于，所述单管IGBT以等间距分布于所述安装区(11)内，且所述单管IGBT紧贴于所述安装区(11)的表面上。
7.根据权利要求6所述的变频器，其特征在于，所述外筒(I)为圆筒；所述安装区(11)呈平面状。
8.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述外筒(I)包括至少两个密封相连的分筒，相连的两个所述分筒的对接面平行于所述外筒(I)的轴线。
9.根据权利要求8所述的变频器，其特征在于，所述分筒的数目为两个，分别为第一分筒和第二分筒，所述功率器件(8)和所述驱动板(7)位于所述第一分筒上，且所述安装区(11)环向等分所述第一分筒；所述变频器主体的控制板(5 )位于所述第二分筒上。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的变频器，其特征在于，所述外筒(I)的外壁上对应所述安装区(11)的位置处设置有散热结构。
【文档编号】H02M1/00GK103441653SQ201310419481
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】吴建安, 刘春夏, 殷江洪 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司