CN115419570A - 一种用于油冷压缩机的变频调速一体机及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油冷压缩机的变频调速一体机及***。该变频调速一体机包括：油冷电机、变频装置、油冷压缩机和供油装置；所述油冷电机设置在变频装置的底部，通过与变频装置电连接，接收变频装置将来自外部的交流电进行频率转换后输出的交流电；所述油冷压缩机设置在油冷电机的输出端，油冷电机的转轴与油冷压缩机的传动轴相连接；油冷电机内设置有第一冷却油道，变频装置内设置有第二冷却油道，供油装置与所述第一冷却油道、第二冷却油道以及所述油冷压缩机形成冷却油的循环回路。该变频调速一体机集成合理，便于组装和拆分，提高了空间利用率，能够高效地对整个一体机中的各装置进行循环冷却。

Description

一种用于油冷压缩机的变频调速一体机及***

技术领域

本发明一般地涉及变频电动机技术领域，尤其涉及一种用于油冷压缩机的变频调速一体机及***。

背景技术

压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是压缩***的心脏。随着工业化的发展，对于大型的压缩机存在一定的市场需求，以用于满足大型制冷***及压缩各类工业气体需求，如天然气、甲烷、氟利昂等。作为压缩机的动力源，变频器和驱动电机通常采用与压缩机分离的布置方式。然而，这样的布置方式使得设备整体需要占用很大的电气安装空间，且需要特殊的降温防护措施，这就给现场使用人员造成较高的投入成本。

此外，压缩机、变频器和驱动电机在工作时需要非常大的功率，随之产生的是大量的热量。这些热量如果不能及时的散发到外界，会影响设备的工作效率，并且在严重的情况下可能会烧坏设备。鉴于此种情况，压缩机、变频器和驱动电机中的每个装置都需要配置冷却***。然而，每个装置配备各自独立的冷却***会带来一系列的负面影响。例如，这样的独立冷却***将使得整个设备占用的空间更大，***整合性差，工作效率低，并且冷却效果也并不理想。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明通过将油冷电机、变频装置和油冷压缩机进行整合、集成，使其结构更加紧凑；并且通过对各个装置的冷却通道进行优化和整合，从而获得具有更好的冷却效果的用于油冷压缩机的变频调速一体机及***。

在第一方面中，本发明提供了一种用于油冷压缩机的变频调速一体机，包括：油冷电机、变频装置、油冷压缩机和供油装置；所述油冷电机设置在所述变频装置的底部，通过与所述变频装置电连接，接收所述变频装置将来自外部的交流电进行频率转换后输出的交流电；所述油冷压缩机设置在所述油冷电机的输出端，所述油冷电机的转轴与所述油冷压缩机的传动轴相连接；所述油冷电机内设置有第一冷却油道，所述变频装置内设置有第二冷却油道，所述供油装置与所述第一冷却油道、所述第二冷却油道以及所述油冷压缩机形成冷却油的循环回路。

在一个实施例中，所述第一冷却油道为设置在所述油冷电机的机壳内壁上的凹槽与所述油冷电机的定子的外壁围成的通道，用于使冷却油在所述通道内流动，以便对所述定子进行冷却。

在一个实施例中，所述第一冷却油道的起始端设置有贯通所述机壳侧壁的注油孔，以用于向所述第一冷却油道内输送冷却油；所述第一冷却油道的末端设置有贯通所述机壳侧壁的排油孔，以用于从所述第一冷却油道排出冷却油。

在一个实施例中，所述第二冷却油道设置在位于所述变频装置底部的底板内；所述第二冷却油道的入口与所述供油装置的相连通，所述第二冷却油道的出口与所述注油孔相连通。

在一个实施例中，所述冷却油的循环回路为所述供油装置将冷却油输送至所述第二冷却油道，然后通过所述注油孔流入所述第一冷却油道，再从所述排油孔排出，并进入所述油冷压缩机，最后从所述油冷压缩机返回至所述供油装置。

在一个实施例中，所述油冷电机的转轴与所述油冷压缩机的传动轴通过花键结构相连接。

在一个实施例中，所述油冷压缩机与所述油冷电机之间设置有连接端盖，所述连接端盖设置有凹槽，以用于容纳和保护所述花键结构。

在一个实施例中，所述机壳的壳壁和连接端盖内设置有连通所述注油孔和所述油冷电机的输出端的第一支路，用于将冷却油输送至所述油冷电机的输出端，以便对位于所述油冷电机的输出端处的轴承进行冷却；所述机壳的壳壁和电机端盖内设置有连通所述排油孔与所述油冷电机的端盖端的第二支路，用于将冷却油输送至所述油冷电机的端盖端，以便对位于所述油冷电机的电机端盖内的轴承进行冷却。

在一个实施例中，所述油冷电机与所述变频装置通过连接端子电连接，所述连接端子以可拆卸的方式设置在所述变频装置底板上。

在第二方面中，本发明提供了一种用于油冷压缩机的变频一体机***，包括：上述的用于油冷压缩机的变频调速一体机，其配置为通过变频装置控制油冷电机的转速，以便驱动油冷压缩机工作；以及上位机，其被配置为对所述用于油冷压缩机的变频调速一体机进行控制。

本发明提供的用于油冷压缩机的变频调速一体机及***通过将油冷电机、变频装置和油冷压缩机进行合理的集成，结构简单，降低了整体重量，便于组装和拆分，易于运输；并且提高了空间利用率，减少了占用空间。通过简单的管路连接，在油冷电机、变频装置和油冷压缩机形成冷却油的循环回路，能够高效地对整个一体机中的各装置进行循环冷却。油冷电机与变频装置和油冷压缩机之间密封连接，防止吸入油冷压缩机气体进入油冷电机和变频装置，满足防爆的设计要求。油冷电机与变频装置通过连接端子进行电连接，不需要外接通讯，提高了控制***的稳定性，便于***集成。油冷电机与油冷压缩机通过花键结构连接，便于两部分快速组装，并且连接稳固。

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为本发明实施例中的用于油冷压缩机的变频调速一体机的整体结构的纵向截面图；

图2为本发明实施例中的用于油冷压缩机的变频调速一体机的横向截面图；

图3为本发明实施例中的用于油冷压缩机的变频调速一体机的第二冷却油道的结构示意图；

图4为本发明实施例中的用于油冷压缩机的变频调速一体机的连接端子的结构示意图；

图5为本发明实施例中的用于油冷压缩机的变频调速一体机的外花键的纵向截面图和横向截面图；

图6为本发明实施例中的用于油冷压缩机的变频调速一体机的内花键的纵向截面图。

附图标记为：

1、油冷电机，11、转轴，12、第一冷却油道，13、机壳，131、凹槽，132、注油孔，133、排油孔，134、第一支路，135、第二支路，136、卸油口，14、定子，15、转子，16、电机端盖，2、变频装置，21、第二冷却油道，22、底板，3、油冷压缩机，31、传动轴，32、压缩机冷却油入口，33、压缩机冷却油出口，34、进气口4、连接端盖，41、凹槽，5、连接端子，6、花键结构，61、外花键，62、内花键。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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例，都属于本公开保护的范围。

在此本公开说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本公开。如在本公开说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其他情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本公开说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1和图2所示，本发明的实施例提供一种用于油冷压缩机的变频调速一体机，包括：油冷电机1、变频装置2、油冷压缩机3和供油装置(仅为了简明目的，图中未示出)。

具体来说，油冷电机1设置在变频装置2的底部，即，变频装置2放置在油冷电机1的顶部，变频装置2的底面与油冷电机1的顶面相接，并且变频装置2与油冷电机1以拆卸的方式连接在一起，例如，通过螺栓连接。可以看出，这样的可拆卸连接可以便于根据需要将变频装置2与油冷电机1连接在一起或拆分开。进一步，油冷电机1通过与变频装置2电连接，接收变频装置2将来自外部的交流电进行频率转换后输出的交流电。

在一个实施例中，油冷电机1与变频装置2通过连接端子5电连接。连接端子5以可拆卸的方式设置在变频装置2底板上。为此，可以在变频装置2底板上设置连接端子5的位置开设一个安装孔，该安装孔的形状与连接端子5的外轮廓形状相同，尺寸略小于连接端子5与其相配合部位的外形尺寸，使得连接端子5以过盈配合的方式与该安装孔配合，从而卡接在该安装孔中。连接端子5的一端朝向变频装置2内部，另一端朝向油冷电机1。通过连接端子5将变频装置2内部的相关线路与油冷电机1内的相关线路相连接，从而实现变频装置2对油冷电机1的电流的控制。

在一个实施场景中，为了使连接端子5与安装孔之间的密封性更好，可以在安装孔的边缘上设置密封件。例如，在安装孔的边缘上贴一圈密封条，卡接上密封圈。为了便于连接端子5的安装和拆卸，可以将连接端子5设计成横截面为阶梯形，如图1和图4所示出的阶梯圆台。该阶梯圆台形的连接端子5的柱状部51(横截面半径小的部分)***到安装孔中，底座部52(横截面半径大的部分)罩盖在安装孔上，并且与变频装置2的外壁相抵接。通过前述这样的结构设置，可以有助于进一步提高连接端子5与安装孔装配的密封性。

如图2所示，油冷压缩机3设置在油冷电机1的输出端，油冷电机1的转轴11与油冷压缩机3的传动轴31相连接，使得油冷电机1驱动进行工作。油冷电机1可以包括：转轴11、定子14、转子15、轴承和电机端盖16。其中，定子14上可以缠绕有三相绕组，其用于连接变频装置2输出的三相交流电。当变频装置2工作时，三相交流电在定子14的铁芯上产生旋转磁场，该旋转磁场对转子15产生电磁转矩，使得转子15绕转轴11进行旋转，从而驱动油冷压缩机3进行运转。

如图1和图2所示，油冷电机1内设置有第一冷却油道12，变频装置2内设置有第二冷却油道21，供油装置与第一冷却油道12、第二冷却油道21以及油冷压缩机3形成冷却油的循环回路。其中，第一冷却油道12为设置在油冷电机1的机壳13内壁上的凹槽131与油冷电机1的定子14的外壁围成的通道，用于使冷却油在通道内流动，以便对定子14进行冷却。可以根据需要设置凹槽131的横截面形状和尺寸，例如，凹槽131的横截面形状为半圆形，或者矩形，本发明实施例对此不作具体限定。也可以根据需要设定第一冷却油道12的形状和长度，例如，第一冷却油道12为有在机壳13内壁上螺旋设置的凹槽131与定子14的外壁围成的，绕着定子14外壁的螺旋形通道，本发明实施例对此不作具体限定。第一冷却油道12的起始端设置有贯通机壳13侧壁的注油孔132，以用于向第一冷却油道12内输送冷却油。注油孔132通过管路与第二冷却油道21的出口相连。第一冷却油道12的末端设置有贯通机壳13侧壁的排油孔133，以用于从第一冷却油道12排出冷却油。排油孔133通过管路与供油装置相连。冷却油从第二冷却油道21经由管路通过注油孔132进入第一冷却油道12，冷却油在流经第一冷却油道12的过程中对定子14进行冷却，然后从排油孔133流出第一冷却油道12，在经由管路输送至油冷压缩机3。在不使用时，注油孔132和排油孔133可以被封堵住。

具体来说，第二冷却油道21设置在位于变频装置2底部的底板22内；第二冷却油道21的入口通过管路与供油装置相连接，第二冷却油道21的出口通过管路与注油孔132相连通。第二冷却油道21可以是通过在底板22内设置隔板形成的蛇形通道，如图3所示。也可以根据需要将第二冷却油道21设置成其他形状，本发明实施例对此不作具体限定。还可以根据需要设定第二冷却油道21横截面的形状和尺寸，以及第二冷却油道21的长度，本发明实施例对此不作具体限定。将变频装置2中的主要发热元件，例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，电抗器等直接设置在底板22上。供油装置经由管路将冷却油从第二冷却油道21的入口输送至第二冷却油道21中。冷却油在流经第二冷却油道21的过程中对设置在底板22上的主要发热元件进行冷却。既保证了变频装置2内部主要发热元件的散热，又能保证变频装置2内部整个腔体的散热。然后，冷却油从第二冷却油道21的出口流出经由管路输送至第一冷却油道12的注油孔132。

如图1和图2所示，冷却油在整个变频调速一体机中的循环回路为供油装置通过管路将冷却油输送至第二冷却油道21的入口，进入第二冷却油道21对变频装置2内部进行冷却，再由第二冷却油道21的出口流出；通过管路输送注油孔132进入第一冷却油道12，对油冷电机1中的定子14进行冷却，然后从排油孔133排出，并进入油冷压缩机3，对油冷压缩机3内部进行冷却，最后从油冷压缩机3排出返回至供油装置。排油孔133与位于油冷压缩机3底部的压缩机冷却油入口32通过管路连接，然后通过设置在油冷压缩机3内的冷却油道对油冷压缩机3内的设定部件进行冷却，最后从位于油冷压缩机3顶部的压缩机冷却油出口33流出，通过管路返回至供油装置。

如图1和图2所示，油冷电机1的转轴11与油冷压缩机3的通过花键结构6连接。在转轴11与传动轴31相对连接的轴端部，各设置有一个外花键61(如图5A和图5B所示)，再通过内花键62(如图6所示)与两个外花键61相联结，从而将转轴11与传动轴31相对连接在一起。采用花键结构6的连接方式，能够实现快速地将油冷电机1的转轴11与油冷压缩机3的传动轴31相连接和分离开。并且，花键结构联结可靠，强度高，可以传递较大的转矩，并且孔、轴的定心精度高和导向精度高。

如图2所示，油冷压缩机3与油冷电机1之间设置有连接端盖4，连接端盖4设置有凹槽41，以用于容纳和保护花键结构。连接端盖4的左端与油冷压缩机3的传动轴31端相接，右端与油冷电机1的输出端相连接，可以通过螺栓将连接端盖4与油冷压缩机3和油冷电机1可拆卸的固定连接在一起。油冷电机1的转轴11穿过开设在凹槽41底部的孔，伸入凹槽41内，并在凹槽41中与油冷压缩机3的传动轴31通过花键结构6相连接。

由于油冷压缩机3从进气口34吸入的冷媒或天然气等气体进入油冷压缩机3后通过连接端盖4会进入油冷电机1。将连接端盖4设计成内凹式，不仅能对处于凹槽41中连接转轴11与传动轴31的花键结构6起到保护作用；还可以在转轴11穿过凹槽41底部的孔处设置密封装置，例如，通过止口结构密封，从而防止气体进入油冷电机1。

如图2所示，机壳13的壳壁和连接端盖4内设置有连通注油孔132和油冷电机1的输出端的第一支路134，用于将冷却油输送至油冷电机1的输出端，以便对位于油冷电机1的输出端处的轴承进行冷却，例如，对设置在凹槽41底部的孔处的轴承进行冷却。当冷却油从注油孔132进入第一冷却油道12时，冷却油也进入并流过第一支路134，流至油冷电机1的输出端。机壳13的壳壁和电机端盖16内设置有连通排油孔133与油冷电机1的端盖端的第二支路135，用于将冷却油输送至油冷电机1的端盖端，以便对位于油冷电机1的电机端盖16内的轴承进行冷却。当冷却油从排油孔133流出第一冷却油道12时，冷却油也进入并流过第二支路135，流至油冷电机1的端盖处。通过设置第一支路134和第二支路135，能够实现通过第一冷却油道12对油冷电机1的定子14冷却的同时，也对油冷电机1的轴承进行冷却。

在一个实施例中，在油冷电机1的底部也存储有一定量的冷却油，使得定子14的一部分浸泡在冷却油中。并且在不妨碍转子15转动的情况下，使得转子15的一部分也浸入冷却油中，从而使得通过转子15的转动带动冷却油，以飞溅的模式给没有浸入在冷却油中的定子的其余部分和转子15进行冷却，降温。由于冷却油的绝缘性，使其可以深入到油冷电机1的定子14和转子15的内部进行更完全的热交换。一方面，通过第一冷却油道12对定子14进行冷却；另一方面，通过冷却油的浸泡降温以及通过转子15高速旋转时甩油到定子端部绕组内壁面，进一步对定子14进行冷却。优选地，冷却油的油面高度不超过油冷电机1壳体直径的1/3。可以在油冷电机1的底部设置卸油口136，以便在需要时，通过卸油口136将油冷电机1中的冷却油排出。防止油冷电机1中冷却油的油面过高，影响转子15的转动。

油冷的优势在于绝缘性能良好、冷却油沸点比水高、凝点比水低，使得冷却油在低温下不易结冰、高温下不易沸腾。油冷电机对端部裸露面积更大的扁线绕组电机的冷却效果更明显，能够主动冷却到内部转子部件，因此，在冷却效果方面，油冷电机具有更大的优势。

本发明的实施例还提供了一种用于油冷压缩机的变频一体机***，包括上述的用于油冷压缩机的变频调速一体机，其被配置为通过变频装置2控制油冷电机1的转速，以便驱动油冷压缩机3工作；以及上位机，其被配置为对用于油冷压缩机的变频调速一体机进行控制。

本发明提供的用于油冷压缩机的变频调速一体机及***通过将油冷电机、变频装置和油冷压缩机进行合理的集成，结构简单，降低了整体重量，便于组装和拆分，易于运输；并且提高了空间利用率，减少了占用空间。通过简单的管路连接，在油冷电机、变频装置和油冷压缩机形成冷却油的循环回路，能够高效地对整个一体机中的各装置进行循环冷却。油冷电机与变频装置和油冷压缩机之间密封连接，防止吸入油冷压缩机气体进入油冷电机和变频装置，满足防爆的设计要求。油冷电机与变频装置通过连接端子进行电连接，不需要外接通讯，提高了控制***的稳定性，便于***集成。油冷电机与油冷压缩机通过花键结构连接，便于两部分快速组装，并且连接稳固。

应当理解，本公开的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本公开的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

虽然本发明的实施例如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上做任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于油冷压缩机的变频调速一体机，其特征在于，包括：油冷电机(1)、变频装置(2)、油冷压缩机(3)和供油装置；

所述油冷电机(1)设置在所述变频装置(2)的底部，通过与所述变频装置(2)电连接，接收所述变频装置(2)将来自外部的交流电进行频率转换后输出的交流电；

所述油冷压缩机(3)设置在所述油冷电机(1)的输出端，所述油冷电机(1)的转轴(11)与所述油冷压缩机(3)的传动轴(31)相连接；

所述油冷电机(1)内设置有第一冷却油道(12)，所述变频装置(2)内设置有第二冷却油道(21)，所述供油装置与所述第一冷却油道(12)、所述第二冷却油道(21)以及所述油冷压缩机(3)形成冷却油的循环回路。

2.根据权利要求1所述的变频调速一体机，其特征在于，所述第一冷却油道(12)为设置在所述油冷电机(1)的机壳(13)内壁上的凹槽(131)与所述油冷电机(1)的定子(14)的外壁围成的通道，用于使冷却油在所述通道内流动，以便对所述定子(14)进行冷却。

3.根据权利要求1所述的变频调速一体机，其特征在于，

所述第一冷却油道(12)的起始端设置有贯通所述机壳(13)侧壁的注油孔(132)，以用于向所述第一冷却油道(12)内输送冷却油；

所述第一冷却油道(12)的末端设置有贯通所述机壳(13)侧壁的排油孔(133)，以用于从所述第一冷却油道(12)排出冷却油。

4.根据权利要求3所述的变频调速一体机，其特征在于，

所述第二冷却油道(21)设置在位于所述变频装置(2)底部的底板(22)内；

所述第二冷却油道(21)的入口与所述供油装置相连接，所述第二冷却油道(21)的出口与所述注油孔(132)相连通。

5.根据权利要求4所述的变频调速一体机，其特征在于，所述冷却油的循环回路为所述供油装置将冷却油输送至所述第二冷却油道(21)，然后通过所述注油孔(132)流入所述第一冷却油道(12)，再从所述排油孔(133)排出，并进入所述油冷压缩机(3)，最后从所述油冷压缩机(3)返回至所述供油装置。

6.根据权利要求5所述的变频调速一体机，其特征在于，所述油冷电机(1)的转轴(11)与所述油冷压缩机(3)的传动轴(31)通过花键结构(6)相连接。

7.根据权利要求7所述的变频调速一体机，其特征在于，所述油冷压缩机(3)与所述油冷电机(1)之间设置有连接端盖(4)，所述连接端盖(4)设置有凹槽(41)，以用于容纳和保护所述花键结构(6)。

8.根据权利要求7所述的变频调速一体机，其特征在于，

所述机壳(13)的壳壁和连接端盖(4)内设置有连通所述注油孔(132)和所述油冷电机(1)的输出端的第一支路(134)，用于将冷却油输送至所述油冷电机(1)的输出端，以便对位于所述油冷电机(1)的输出端处的轴承进行冷却；

所述机壳(13)的壳壁和电机端盖(16)内设置有连通所述排油孔(133)与所述油冷电机(1)的端盖端的第二支路(135)，用于将冷却油输送至所述油冷电机(1)的端盖端，以便对位于所述油冷电机(1)的电机端盖(16)内的轴承进行冷却。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的变频调速一体机，其特征在于，所述油冷电机(1)与所述变频装置(2)通过连接端子(5)电连接，所述连接端子(5)以可拆卸的方式设置在所述变频装置(2)底板上。

10.一种用于油冷压缩机的变频一体机***，其特征在于，包括：

根据权利要求1～9中任一项所述的用于油冷压缩机的变频调速一体机，其配置为通过变频装置(2)控制油冷电机(1)的转速，以便驱动油冷压缩机(3)工作；以及

上位机，其被配置为对所述用于油冷压缩机的变频调速一体机进行控制。

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