一種大推力圓筒型直線電的製造方法
2023-05-08 17:28:06
一種大推力圓筒型直線電的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種大推力圓筒形直線電機，包括定子殼、定子及動子，在定子殼內同軸固裝定子，在定子內腔同軸滑動安裝動子，所述定子包括矽鋼片及繞組，矽鋼片與繞組間隔排列並固裝在定子殼上；所述動子包括動子軸、永磁體及導磁環，永磁體與導磁環均布間隔排列在動子軸上，其特徵在於：所述動子軸採用中空的軟磁材料製作，動子外同軸套有一銅管；所述定子由繞組與矽鋼片間隔固裝而成，繞組及矽鋼片與動子的永磁體及導磁環相對應設置。本發明設計巧妙、結構合理、啟動力大、密封性好、運行可靠。
【專利說明】一種大推力圓筒型直線電機
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於電機領域，涉及直線電機，尤其是一種大推力圓筒形直線電機。
技術背景
[0002]目前，在我國的大部分油田，採油設備的能耗已佔油田總能耗的1/3左右，出現了高能耗、低產出的現象，電費支出驚人。原因是油田抽油機負載是獨具特點的時變負載，有動靜負載特性之分。抽油機運行的啟動初始狀態包括抽油機光杆運動克服的各接觸面的靜摩擦力、平衡快的儲能等，這要求拖動電機的啟動力矩是抽油機實際負載力矩的3-4倍，甚至更大，而啟動力矩是抽油機選配電機的重要依據。
[0003]目前油田用電動機的節能方法主要有兩個:一是通過改變電源或進行結構設計上的改進來改變油田用電機的外機械特性，從而改變電機與抽油機的系統配合，提高系統效率，達到節能的目的；二是通過提高電動機的負荷率、功率因數提高電機本身的效率來實現節能。此外，通過對抽油機加裝超越離合器、為遊梁式抽油機配置彈簧等方法實現節能。目前主要採用高轉差(或超高轉差)電動機、可控矽調壓、變頻調速電動機、永磁同步電機、大起動力矩多速電動機等。此外，在採用繞線式異步電機、Y/△轉換電動機、節能蓄能器等實現節能方面也做了大量的研究工作。
[0004]實測結果表明，在我國超高轉差電機節電只在輕載30%以下負載時有節電效果，因為超高轉差電機的節電，首先對象必須是振動載荷比較大的井(在美國超高轉差電機節電率20%，因為其油井的振動載荷慣性載荷都較大)，其次，電機的轉差率要適度，不可過高。而近些年採油工藝的發展日趨大衝程、低衝次，這種工藝本身就最大限度的減少慣性載荷和振動載荷。現在油井的衝次已降到4-6次，超高轉差電機的應用範圍大大減少。可控矽調壓減少了鐵損耗和無功電流損耗，但由此而產生的高次諧波不僅給電網帶來汙染，而且降低了電機的使用壽命。
[0005]我國常用的機械採油系統有杆式泵系統、潛油電泵系統、水力活塞泵系統、螺杆泵系統及氣舉系統，而應用最廣泛的是杆式泵系統。世界上80%以上都是杆式抽油泵系統，而又以遊梁式居多，因其以結構簡單、製造容易、價格低廉為優勢。但遊梁式抽油機由於傳動部件多、機械損耗大而降低了系統效率。
[0006]以上提到的努力都是在原有的遊梁式抽油機的基礎上實施的改良。因而，這些方法不能擺脫其固有的缺點。這些損耗都是由電機的轉動變成上下往復運動造成的。而近年來飛速發展的直線式電機正是克服這一缺點的重要動力設備，這是一種直接將電能轉換成直線運動的電機，中間無需轉換機構。
[0007]現有的直線電磁抽油機的總體結構由機架、橫梁、平衡重物、滾輪、鋼絲繩、大推力直線電機及其驅動控制系統等幾部分組成，在該系統中仍然利用平衡重物的升降來改變位能在系統內部的分配以實現平衡，從而使直線電機在上、下衝程裡的推力幅值的變化幅度減小，也就是通過選擇適當的平衡重使抽油杆自重升降所消耗的能量減少到最小值，這樣就提高了系統的穩定性和效率。此外，針對目前世界上大量使用的遊梁式抽油機，也可以在原有的基礎上進行改造，即採用直線電機進行驅動，而保留原來的旋轉平衡方式和遊梁、驢頭等機構。用電磁力直線驅動抽油杆柱上下往復運動的電磁抽油機，不需旋轉電機、減速器和四連杆機構等。這種電磁抽油機具有結構更簡單、效率較高、成本更低等優良特性，其仍在井上安裝。
[0008]此外，稀土永磁直線同步電動機起動較為困難，在工作中將被置於井下，其工作環境較為惡劣，其密封和防爆等需要解決；另外，井下的工作環境溫度大約100°c，所以設計的電機必須符合這樣的工作環境，以保證系統的可靠運行；井下空間非常有限，在設計中電機本身的尺寸要小，有效提高電機單位體積的功率密度，將使得從而使其用於井下工作成為可能。
[0009]通過檢索，尚未發現與本發明申請相同或者相近的的公開專利文獻。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，提供一種設計巧妙、結構合理、啟動力大、密封性好、運行可靠的大推力圓筒形直線電機。
[0011]本發明實現目的的技術方案是:
[0012]一種大推力圓筒形直線電機，包括定子殼、定子及動子，在定子殼內同軸固裝定子，在定子內腔同軸滑動安裝動子，所述定子包括矽鋼片及繞組，矽鋼片與繞組間隔排列並固裝在定子殼上；所述動子包括動子軸、永磁體及導磁環，永磁體與導磁環均布間隔排列在動子軸上，其特徵在於:所述動子軸採用中空的軟磁材料製作，動子外同軸套有一銅管；所述定子由繞組與矽鋼片間隔固裝而成，繞組及矽鋼片與動子的永磁體及導磁環相對應設置。
[0013]而且，所述動子軸上均布間隔固裝的永磁體及導磁環採用分數槽動磁式結構，三個導磁環為一導磁組,每三組導磁環形成一導磁節,每個導磁節之間的導磁環之間在動子軸上同軸套裝一非導磁過渡環，在每一非導磁過渡環與相鄰的導磁環之間根據需要安裝調整環，七個導磁節相互串聯構成整個動子的導磁部分。
[0014]而且，所述定子的三個繞組構成一節電樞，三個單節電樞構成一電機組，每個電機組的矽鋼片之間同軸安裝有一軸承座，該軸承座的兩側固裝有絕緣墊板，軸承座同軸內套有一直線軸承，七個電機組相互串聯組成42個繞組，由此構成整個直線電機的電樞部分。
[0015]而且，所述定子的每一繞組與定子殼之間均外套有一外絕緣，每一繞組內套有一內絕緣，相鄰的繞組之間通過絕緣層固裝矽鋼片。
[0016]而且，所述銅管的外緣表面及直線軸承的內緣表面均相應鍍有金剛石或者其他硬質塗料。
[0017]而且，在動子軸的後部制有一進油孔，以使動子及與定子之間構成冷卻循環油路。
[0018]本發明的優點和積極效果是:
[0019]1、本發明採用分數槽結構(9槽10極)即與定子槽配合的動磁式結構，導磁環與永磁體之間間隔安裝，稀土永磁體的退磁曲線呈線性，無須進行穩定處理，抗去磁能力強，適於在具有較強去磁的動態條件下工作。
[0020]2、本發明的定子由繞組與矽鋼片間隔固裝而成，與動子的動磁式結構相對應，三個單節電樞構成一電機組，定子的每節電樞之間採用鋼帶進行軸向固定，使得矽鋼片之間的間隙固定、定子軛磁密減小，減少發熱，同時有利於電機軸向尺寸的穩定。
[0021]3、本發明的動子與定子相對應準確設置，以電機組為一節點，並與動子的永磁體相對應，如在軸向上有偏差，則用動子的調整環予以補償。
[0022]4、本發明的七組電機串聯為一節，共六節，為42個電機組，每節之間安裝有直線軸承；定子的相鄰矽鋼片之間的繞組上內壁安裝有絕緣層，可有效保持密封隔離，軸向定位。
[0023]5、本發明的動子軸採用中空的軟磁材料製作，動子永磁體外同軸套有銅管，單位體積的出力較大，同時也提高了啟動力；通過改變直線電機定子與動子相對長度的方法來調整直線電磁抽油機的最大衝程，符合抽油機向長衝程、低衝次方向發展的趨勢。
[0024]6、本發明在動子及與定子之間構成冷卻循環油路，有利於減小動定子之間的摩擦力，有利於發散電機產生的熱量；動子表面以特殊硬質工藝鍍層，可有效提高動子的耐磨性能和壽命；直線電機無專用勵磁繞組，結構簡單，節省了用銅量，降低了能耗，提高了效率和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的結構剖視主視圖；
[0026]圖2為圖1的定子的結構剖視圖；
[0027]圖3為圖1的動子的結構剖視圖；
[0028]圖4為圖2的A部結構放大示意圖；
[0029]圖5為圖3的B部結構放大示意圖。
具體實施例
[0030]下面結合附圖、通過具體實施例對本發明進行進一步詳述。需要說明的是，本實施例是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。
[0031]一種大推力圓筒形直線電機，包括定子殼3、底端堵1、橡膠頂頭2、定子及動子，在定子殼一端同軸固裝底端堵，在定子殼內的底端堵上同軸固裝橡膠頂頭，在定子殼內同軸固裝定子，在定子內腔同軸滑動安裝動子。所述定子包括矽鋼片6及繞組5，矽鋼片與繞組間隔排列並通過上端環4、下端環10固裝在定子殼上；所述動子包括動子軸8、永磁體12及導磁環13,永磁體與導磁環均布間隔排列在動子軸上。
[0032]本發明的創新點在於:
[0033]1、關於動子:
[0034]動子軸採用中空的軟磁材料製作，見圖3、5，動子外同軸套有一銅管7，該銅管的外緣表面鍍有金剛石或者其他硬質塗料。
[0035]在動子軸的後部制有一進油孔11，以使動子及與定子之間構成冷卻油路，見圖1中的箭頭所指。
[0036]動子軸上均布間隔固裝的永磁體及導磁環採用分數槽動磁式結構，三個導磁環為一導磁組，每三組導磁環形成一導磁節，每個導磁節之間的導磁環之間在動子軸上同軸套裝一非導磁過渡環20，在每一非導磁過渡環與相鄰的導磁環之間根據需要安裝調整環19，以使導磁節與定子的電樞節相對應，充磁方式採用軸向充磁及徑向充磁均可。[0037]七個導磁節相互串聯構成整個動子的導磁部分。
[0038]2、關於定子:
[0039]定子由繞組與矽鋼片間隔固裝而成，參見圖2、4，繞組及矽鋼片與動子的永磁體及導磁環相對應設置，三個繞組構成一節電樞，三個單節電樞構成一電機組，定子的每節電樞之間採用鋼帶(圖中沒有標號)進行軸向固定。
[0040]每個電機組的矽鋼片之間同軸安裝有一軸承座9，該軸承座的兩側固裝有絕緣墊板15 ;軸承座同軸內套有一直線軸承18，直線軸承的內緣表面鍍有與動子的銅管相應的金剛石或者其他硬質塗料。
[0041]每一繞組與定子殼之間均外套有一外絕緣16，每一繞組內套有一內絕緣17，相鄰的繞組之間通過絕緣層14固裝矽鋼片。
[0042]七個電機組相互串聯組成42個繞組，由此構成整個直線電機的電樞部分。
[0043]通過本發明所設計的直線電機，可完美實現直線運動。
[0044]試驗結果表明，直線電機在1100V電壓下，行程L 3m，推力約為2t。通過簡單的PLC控制實現每分鐘6?10次衝程。。
[0045]本發明與現有產品的可行性優勢比較:
[0046]
【權利要求】
1.一種大推力圓筒形直線電機，包括定子殼、定子及動子，在定子殼內同軸固裝定子，在定子內腔同軸滑動安裝動子，所述定子包括矽鋼片及繞組，矽鋼片與繞組間隔排列並固裝在定子殼上；所述動子包括動子軸、永磁體及導磁環，永磁體與導磁環均布間隔排列在動子軸上，其特徵在於:所述動子軸採用中空的軟磁材料製作，動子外同軸套有一銅管；所述定子由繞組與矽鋼片間隔固裝而成，繞組及矽鋼片與動子的永磁體及導磁環相對應設置。
2.根據權利要求1所述的大推力圓筒形直線電機，其特徵在於:所述動子軸上均布間隔固裝的永磁體及導磁環採用分數槽動磁式結構，三個導磁環為一導磁組，每三組導磁環形成一導磁節，每個導磁節之間的導磁環之間在動子軸上同軸套裝一非導磁過渡環，在每一非導磁過渡環與相鄰的導磁環之間根據需要安裝調整環，七個導磁節相互串聯構成整個動子的導磁部分。
3.根據權利要求1所述的大推力圓筒形直線電機，其特徵在於:所述定子的三個繞組構成一節電樞，三個單節電樞構成一電機組，每個電機組的娃鋼片之間同軸安裝有一軸承座，該軸承座的兩側固裝有絕緣墊板,軸承座同軸內套有一直線軸承,七個電機組相互串聯組成42個繞組，由此構成整個直線電機的電樞部分。
4.根據權利要求3所述的大推力圓筒形直線電機，其特徵在於:所述定子的每一繞組與定子殼之間均外套有一外絕緣，每一繞組內套有一內絕緣，相鄰的繞組之間通過絕緣層固裝矽鋼片。
5.根據權利要求1所述的大推力圓筒形直線電機，其特徵在於:所述銅管的外緣表面及直線軸承的內緣表面均相應鍍有金剛石或者其他硬質塗料。
6.根據權利要求1所述的大推力圓筒形直線電機，其特徵在於:在動子軸的後部制有一進油孔，以使動子及與定子之間構成冷卻循環油路。
【文檔編號】H02K41/03GK103427587SQ201310342614
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2013年8月7日
【發明者】梁得亮, 畢鑑華, 豐向陽 申請人:天津市騰冠電機製造有限公司