一种筒形变频器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种筒形变频器，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，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；变频器主体包括：至少两个依次串接的驱动板，与驱动板相连的功率器件，电容组件，与驱动板相连的控制板；其中，驱动板和控制板均设置有I/O接口。本发明提供的筒形变频器，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；同时，将变频器主体设置在外筒和内筒之间，将驱动板拆分，充分利用该筒形变频器的内部空间，使得该筒形变频器的内部结构更加紧凑，体积较小，从而便于该筒形变频器应用于钻井设备。
【专利说明】一种筒形变频器
【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，涉及一种筒形变频器。【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筒形变频器，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]—种筒形变频器，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，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；所述变频器主体包括:至少两个依次串接的驱动板，与所述驱动板相连的功率器件，电容组件，与所述驱动板相连的控制板；其中，所述驱动板和所述控制板均设置有I/o接口。
[0009]优选的，上述筒形变频器中，所述驱动板沿所述外筒的轴向延伸，或者沿所述外筒的环向延伸；所述控制板沿所述外筒的轴向延伸。
[0010]优选的，上述筒形变频器中，所述驱动板依次沿所述外筒的环向分布设置。
[0011]优选的，上述筒形变频器中，所述驱动板和所述控制板均与所述外筒的内壁固定相连。
[0012]优选的，上述筒形变频器中，所述驱动板通过线缆或者铜排依次串接；所述驱动板通过软排线与所述控制板相连。
[0013]优选的，上述筒形变频器中，所述功率器件的数目为多个，所述功率器件与所述驱动板对应设置。
[0014]优选的，上述筒形变频器中，所述外筒为圆筒；所述外筒的内壁具有平面区，所述功率器件位于所述平面区上。
[0015]优选的，上述筒形变频器中，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，上述筒形变频器中，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，所述控制板位于所述第二分筒上。
[0017]优选的，上述筒形变频器中，所述电容组件设置于所述容腔内远离所述I/O接口的一端，所述电容组件通过铜排与所述驱动板相连。
[0018]优选的，上述筒形变频器中，所述I/O接口的输入动力端子和输出动力端子为铜排，所述输入动力端子和输出动力端子均焊接于所述驱动板上；所述I/o接口的控制端子为光纤端子，所述控制端子焊接于所述控制板上。
[0019]本发明提供的筒形变频器，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筒形变频器，使得该筒形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筒形变频器产生干涉，使得该筒形变频器能够随井道杆体进入井道，则缩短了筒形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，进而降低了筒形变频器的使用成本；同时，也降低了控制线缆和驱动线缆被损坏的几率，进而提高了该筒形变频器的使用可靠性。
[0020]同时，本发明提供的筒形变频器，将变频器主体设置在外筒和内筒之间，同时具有至少两个依次串接的驱动板，即将驱动板拆分，充分利用该筒形变频器的内部空间，使得该筒形变频器的内部结构更加紧凑，体积较小，从而便于该筒形变频器应用于钻井设备。
【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筒形变频器的爆炸示意图；
[0023]图2为本发明实施例提供的筒形变频器中变频器主体的结构示意图；
[0024]图3为本发明实施例提供的筒形变频器的横向剖视图。
[0025]上图1-3 中:
[0026]I为外筒、11为第一分筒、12为第二分筒、2为驱动板、3为内筒、4为电容、5为I/O接口、6为端盖、61为通孔、7为电容板、8为控制板、9为IGBT。【具体实施方式】
[0027]本发明实施例提供了 一种筒形变频器，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，进而降低了该筒形变频器的使用成本。
[0028]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。
[0029]本发明实施例提供的筒形变频器，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3，位于内筒3和外筒I之间的容腔内的变频器主体，和分别与内筒3和外筒I密封相连的端盖6 ;其中，端盖6具有供井道杆体穿过的通孔61 ;变频器主体包括:至少两个依次串接的驱动板2，与驱动板2相连的功率器件9，电容组件，与驱动板2相连的控制板8 ;其中，驱动板2和控制板8均设置有I/O接口 5。
[0030]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6的数目为两个，分别位于外筒I的两端，其中一个端盖6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。电容组件需要与功率器件9电连接。当端盖6套在内筒3的外侧时，通孔61能够供内筒3穿过，进而供井道杆体穿过。
[0031]本发明实施例提供的筒形变频器，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3，端盖6具有供井道杆体穿过的通孔61，这样，能够使井道杆体贯穿整个筒形变频器，使得该筒形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筒形变频器产生干涉，使得该筒形变频器能够随井道杆体进入井道，则缩短了筒形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，进而降低了筒形变频器的使用成本；同时，也降低了控制线缆和驱动线缆被损坏的几率，进而提高了该筒形变频器的使用可靠性。
[0032]同时，本发明实施例提供的筒形变频器，将变频器主体设置在外筒I和内筒3之间，同时具有至少两个依次串接的驱动板2，即将驱动板2拆分，充分利用该筒形变频器的内部空间，使得该筒形变频器的内部结构更加紧凑，体积较小，从而便于该筒形变频器应用于钻井设备。
[0033]本发明实施例提供的筒形变频器的安装方法为:将该筒形变频器套设在井道杆体的外侧，筒形变频器与井道杆体固定连接。优先选择筒形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。实现筒形变频器与井道杆体固定连接，可有多种方式，例如通过筒形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，或者直接将筒形变频器固定在井道杆体上，筒形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，筒形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，筒形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。
[0034]优选的，上述实施例提供的筒形变频器中，驱动板2沿外筒I的轴向延伸，或者沿外筒I的环向延伸；控制板8沿外筒I的轴向延伸。为了便于功率器件9的安装，优先选择驱动板2沿外筒I的轴向延伸。这样，能够充分利用该筒形变频器的内部空间，使得该筒形变频器的内部结构更加紧凑，有利于减小该筒形变频器的体积。
[0035]进一步的，上述实施例提供的筒形变频器中，驱动板2依次沿外筒I的环向分布设置。这样，可充分利用内筒2和外筒I之间的环形容腔，增强内部结构的紧凑性，能够进一步减小该筒形变频器的体积。当然，驱动板2也可依次沿外筒I的轴向分布设置，本发明实施例对此不做具体地限定。
[0036]为了增强可靠性，上述实施例提供的筒形变频器中，驱动板2和控制板8均与外筒I的内壁固定相连。这样，可保证驱动板2和控制板8的稳固性，同时有利于增强驱动板2和控制板8的散热，进而提高该筒形变频器的散热性能。优选的，驱动板2通过螺钉或者卡扣与外筒I的内壁固定相连；控制板8通过螺钉或者卡扣与外筒I的内壁固定相连。当然，驱动板2、控制板8还可通过其他方式实现与外筒I的固定，本发明实施例对此不做具体地限定。
[0037]上述实施例提供的筒形变频器中，驱动板2至少为两个，优先选择驱动板2通过线缆或者铜排依次串接。驱动板2的具体数目，需要根据该筒形变频器的功率等级进行设定，功率等级较大时，增加驱动板2的数目，功率等级较小时，减小驱动板2的数目。
[0038]优选的，上述实施例提供的筒形变频器中，驱动板2通过软排线与控制板8相连。
[0039]为了使该筒形变频器能够进入井道，则需要尽可能地减小该筒形变频器的横截面积。上述实施例提供的筒形变频器中，功率器件9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9的安装以及减小该筒形变频器的横截面积，优先选择功率器件9为单管IGBT。单管IGBT体积较小，可以有效利用该筒形变频器的环形内部空间，结构紧凑，由于本发明提供的筒形变频器轴向长度较长，特别适于沿轴向放置若干个单管IGBT、同时可沿环向分布，满足各种功率段变频器的设计需求，非常合理利用筒形变频器内部的环形有限空间。单管IGBT的具体数目，需要根据该筒形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。
[0040]为了合理利用该筒形变频器的内部空间，上述实施例提供的筒形变频器中，功率器件9的数目为多个，该功率器件9与驱动板2对应设置。这样，能够有效利用该筒形变频器的环形内部空间，有利于减小该筒形变频器的体积，从而便于该筒形变频器应用于钻井设备。需要说明的是，功率器件9的具体数目，需要根据该筒形变频器的功率等级进行设定，功率等级较大时，增加功率器件9的数目，功率等级较小时，减小功率器件9的数目。
[0041]上述实施例提供的筒形变频器中，外筒I可为方筒，也可为圆筒。为了便于该筒形变频器进入井道，优先选择外筒I为圆筒。当选用单管IGBT时，由于单管IGBT的焊接处为平面，为了实现单管IGBT的焊接，优先选择外筒I的内壁具有平面区，功率器件9设置于平面区上。同时，控制板8和驱动板2也位于平面区内。上述筒形变频器中，内筒3可为方筒，也可为圆筒，内筒3和外筒I可均为圆筒，也可其中一个为圆筒，另一个为方筒，也可两个均为方筒。
[0042]为了便于变频器主体的安装，上述实施例提供的筒形变频器中，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1，从而便于变频器主体的安装。[0043]优选的，上述实施例提供的筒形变频器中，分筒的数目为两个，分别为第一分筒11和第二分筒12,功率器件9和驱动板2位于第一分筒11上，控制板8位于第二分筒12上。这样，便于该筒形变频器的安装，也便于提高该筒形变频器的安装效率。优选的，第一分筒11和第二分筒12关于外筒I的中心线对称。当外筒I呈圆筒状时，第一分筒11和第二分筒12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。
[0044]为了便于该筒形变频器的使用，上述实施例提供的筒形变频器中，电容组件设置于容腔内远离I/O接口 5的一端，电容组件通过铜排与驱动板2相连。这样，电容组件通过驱动板2与功率器件9间接电连接，便于电容组件的安装。
[0045]为了便于变频器应用于钻井设备，上述实施例提供的筒形变频器中，I/O接口 5的输入动力端子和输出动力端子为铜排，输入动力端子和输出动力端子均焊接于驱动板2上；I/O接口 5的控制端子为光纤端子，控制端子焊接于控制板8上。其中，I/O接口 5还具有用于与驱动电机相连的接线端子，光线端子用于输出控制信号给外接电机。
[0046]上述实施例提供的筒形变频器中，选择I/O接口 5位于驱动板2的一端，电容组件位于驱动板2的另一端，具有穿线孔的端盖6和I/O接口 5位于外筒I的同一端。电容组件包括电容板7和设置与电容板7上的电容4，电容4焊接在电容板7上，电容板7与外筒I的内壁卡接；电容板7通过铜排与驱动板2相连；控制板8上为弱电，选择控制板8通过软排线与驱动板2相连。
[0047]鉴于井下的地热导致的高温环境，要求筒形变频器具有较好的散热性能。优选的，上述实施例提供的筒形变频器中，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的外壁上对应于功率器件9的位置处设置有散热结构。因为功率器件9为主要的发热器件。散热结构可为散热槽也可为散热纹理，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，进而提高整个筒形变频器的散热性能。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。具体的，散热槽可为条形槽，且沿外筒I的轴向延伸；散热槽也可为环形槽，沿外筒I的周向延伸。
[0048]为了进一步优化上述技术方案，上述实施例提供的筒形变频器中，外筒I和内筒3均为金属壳体，端盖6为金属端盖，提高外筒1、内筒3和端盖6的散热性能，进而进一步提高整个筒形变频器的散热性能。优选的，外筒1、内筒3和端盖6选择导热率较高的金属。具体的，外筒I和内筒3均为铸铜壳体，端盖6为铸铜端盖。为了降低成本，优先选择外筒I和内筒3为压铸成型筒体，端盖6为压铸成型端盖。
[0049]为了便于该筒形变频器进入井道，上述实施例提供的筒形变频器中，优先选择外筒I和内筒3均为等径圆筒。为了便于该筒形变频器随井道杆体进入井道，优先选择内筒3的内径为62-72mm，外筒I的外径为107_117mm。当然，对于不同的井道和井道杆体，外筒I和内筒3还可为其他尺寸，在实际应用过程中，根据井道和井道杆体的具体尺寸而设定。
[0050]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】
1.一种筒形变频器，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(3)，位于所述内筒(3)和所述外筒(I)之间的容腔内的变频器主体，分别与所述内筒(3)和所述外筒(I)密封相连的端盖(6);其中， 所述端盖(6)具有供所述井道杆体穿过的通孔(61);所述变频器主体包括:至少两个依次串接的驱动板(2)，与所述驱动板(2)相连的功率器件(9)，电容组件，与所述驱动板(2)相连的控制板(8);其中，所述驱动板(2)和所述控制板(8)均设置有I/O接口(5)。
2.根据权利要求1所述的筒形变频器，其特征在于，所述驱动板(2)沿所述外筒(I)的轴向延伸，或者沿所述外筒(I)的环向延伸；所述控制板(8)沿所述外筒(I)的轴向延伸。
3.根据权利要求2所述的筒形变频器，其特征在于，所述驱动板(2)依次沿所述外筒(1)的环向分布设置。
4.根据权利要求1所述的筒形变频器，其特征在于，所述驱动板(2)和所述控制板(8)均与所述外筒(I)的内壁固定相连。
5.根据权利要求1所述的筒形变频器，其特征在于，所述驱动板(2)通过线缆或者铜排依次串接；所述驱动板(2)通过软排线与所述控制板(8)相连。
6.根据权利要求1所述的筒形变频器，其特征在于，所述功率器件(9)的数目为多个，所述功率器件(9)与所述驱动板(2)对应设置。
7.根据权利要求1所述的筒形变频器，其特征在于，所述外筒(I)为圆筒；所述外筒(O的内壁具有平面区，所述功率器件(9)设置于所述平面区上。
8.根据权利要求1所述的筒形变频器，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所述的筒形变频器，其特征在于，所述分筒的数目为两个，分别为第一分筒(11)和第二分筒(12)，所述功率器件(9)和所述驱动板(2)位于所述第一分筒(11)上，所述控制板(8 )位于所述第二分筒(12 )上。
10.根据权利要求1所述的筒形变频器，其特征在于，所述电容组件设置于所述容腔内远离所述I/o接口(5)的一端，所述电容组件通过铜排与所述驱动板(2)相连。
11.根据权利要求1所述的筒形变频器，其特征在于，所述I/O接口(5)的输入动力端子和输出动力端子为铜排，所述输入动力端子和所述输出动力端子均焊接于所述驱动板(2)上；所述I/O接口(5)的控制端子为光纤端子，所述控制端子焊接于所述控制板(8)上。
【文档编号】H02M1/00GK103441655SQ201310419496
【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】刘春夏, 吴建安, 殷江洪 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司