直驅潛油螺杆泵的開關磁阻電機的製作方法

2024-03-24 22:52:05

專利名稱：直驅潛油螺杆泵的開關磁阻電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種潛油電機，特別應用於直驅潛油螺杆泵的潛油電機。
技術背景
目前，油田上普遍採用磕頭機帶動往復泵，進行採油作業，這種方法存在消耗電能 過大，損耗較高，電機的利用率不足等缺點。潛油電機發展到今天，已經形成了多個系列，廣 泛應用在全世界各個不同的油田中。潛油電機驅動潛油離心泵抽取地下的原油，是整個採 油系統中結構最複雜的一部分。目前，潛油離心泵應用的電機為二極三相鼠籠式異步電動 機。單節長度在1. 5-10m之間，大功率採用多節串聯連接方式，並可以根據所下入油井套管 採用不同系列的電機。發明內容
本發明公開一種新型開關磁阻潛油電機，該電機更加適用於不同油井溫度、壓力 等工況。並且其結構比鼠籠式感應電動機還要簡單，其轉子上無繞組和永磁體。一種開關 磁阻電機，包括定子，轉子和電動軸，轉子固定在電動軸上，定子設置在轉子外；電機採用三 相6/4結構；定子上設置有A、B、C三組徑向相對設置的定子齒，每個定子齒上設置有一個 集中繞組線圈，徑向相對的兩個線圈串接成一相繞組；轉子上設置有兩組4個轉子齒。
進一步，所述定子和轉子均由矽鋼片疊壓而成。
進一步，所述開關磁阻電機可根據輸出功率的需要由串聯的若干節組成，所述的 節為所述定子和轉子組成的發電結構。
本發明中所公開的開關磁阻電機，其運行原理遵循「磁阻最小原理」——磁通總 是要沿磁阻最小的路徑閉合。其轉子無繞組和永磁體，定子極上繞有集中繞組，定子上徑 向相對的兩個繞組串聯構成一個二極磁極，可以實現電機低速電流斬波控制和穩態角度控 制，這種定子結構簡單、性能可靠。其定子齒數和轉子齒數採用不同的配合方式，便形成了 各種不同的結構方案。並且開關磁阻電機不像異步電機那樣，電源的頻率決定了電機轉速， 開關磁阻電機的調速範圍非常寬，可以達到1 20，又由於它的啟動轉矩大，所以適合低速 運行。
本發明中的開關磁阻電機的具體優點為
1、定轉子均由矽鋼片疊壓而成，不需要永磁體，結構堅固，製造工藝簡單。
2.轉子無繞組，轉子部分不需要進行繞線，不存在高溫退磁現象；定子集中繞組， 易於冷卻；且定子各相獨立，系統可缺相運行。
3.轉矩方向與定子繞組電流方向無關，從而可最大限度簡化功率變換器，降低系 統成本。
4.調速範圍、功率範圍寬，低速性能好，無感應電動機在起動時所出現的衝擊電流 現象；調速方便，可頻繁起停及正反轉運行。
5.起動電流小，起動轉矩大，起動電流為額定電流的30%時，起動轉矩可達額定轉矩的150%。
6.可以自起動。
7.可以低轉速運行，直接驅動螺杆泵系統，取消了減速系統，節約整套採油系統的 成本。


圖1為開關磁阻電機軸向剖面示意圖。
圖2為，開關磁阻電機定子和轉子結構示意圖。
具體實施方式
如圖1中所示，開關磁阻電機包括，電機殼4，設置在電機殼兩端的上接頭6和下接 頭5和設置在電機殼內的定子1、轉子2和電動軸3。轉子2由若干個分節構成，分節為定 子和轉子組成的發電結構，本發明中的電機共由8個分節，也就是8分節串接而成。如圖2 所示，轉子2固定在電動軸3上，定子1設置在轉子2外。電機採用三相6/4結構，即定子1 上設置有A、B、C三組對稱設置的定子齒la，每個定子齒Ia上設置有一個集中繞組線圈lb， 徑向相對的兩個線圈串接成一相繞組，轉子上設置有兩組4個轉子齒加。在轉子上無線圈 纏繞，也無永磁體。定子1和轉子2均由矽鋼片疊壓而成。
工作時，定子A項通電所建立的磁場將吸引電機轉子逆時針旋轉，隨著電機轉子 的旋轉，通電相適時由A相切換為B相，再由B相切換為C相。若以A-B-C-A相序循環向電 機繞組供電，則電機轉子將持續沿逆時針方向旋轉；而按B-A-C-B相序循環向電機繞組供 電，就可使電機轉子持續沿順時針方向旋轉，該電機可以正、反轉運行，並且切換簡單。而且 開關磁阻電機的轉矩與電流的方向無關，對於給其供電的功率變換器僅需提供單極性的電 流即可，因此，每相工作僅需一個開關器件，和同相數其他調速系統相比，逆變器所需總開 關器件少，同時開關磁阻電機的繞組與開關器件串聯，不會出現直接短路故障，可靠性好， 成本也比較低。另外，轉子無繞組，轉子部分不需要進行繞線，不存在高溫退磁現象；定子集 中繞組，易於冷卻；且定子各相獨立，系統可缺相運行。
另外本發明中的電機，由多個節，即定子和轉子組成的發電結構串連而成，串聯後 輸出功率大，並且可節約控制成本，由於，多臺開關磁阻電機連接，每一臺電機都是一個整 體，而每一個整體都需要一個位置檢測器，而且也需要多個控制單元，對於這樣正本會大幅 度增加。而把電機分為8節，每節中的定子和轉子都與一臺電機整體無異，但分成多節，方 便電機工藝和現場安裝，且位置檢測器只用一個，從結構到線路都節約了空間和成本。
由於本發明中的開關磁阻電機結構簡單，故可通過增加定子和轉子軸向長度，或 增加串聯在一起的由定子和轉子組成的發電結構的節數來增加輸出功率，這樣就可以減小 其徑向尺寸，可將開關磁阻發電機製成細長結構，以適用於井下作業，改變了在現有技術中 普遍認為的由於開關磁阻電機由於徑向尺寸大而無法應用於井下作業的偏見。另外由於本 發明中所公開的這種開關磁阻電機其每項工作僅需一個開關器件，所以整個電機的控制變 得簡單易行，也適合於在井下使用在井上遠程控制。
本發明中所公開的開關磁阻電機，由於其結構簡，徑向尺寸小所以可以將其應用 在潛油電泵採油設備上，完全達到了所要求的功能和作用，尤其是可以達到低速旋轉結構簡單的需求。這一發明是目前將開關磁阻電機應用於直驅螺杆泵的先例。本發明適用於油 田潛油螺杆泵，具有推廣使用性。
權利要求
1.一種開關磁阻電機，包括定子，轉子和電動軸，其特徵為，轉子固定在電動軸上，定子 設置在轉子外；電機採用三相6/4結構；定子上設置有三組徑向相對設置的定子齒，每個定 子齒上設置有一個集中繞組線圈，徑向相對的兩個線圈串接成一項繞組；轉子上設置有兩 組四個轉子齒。
2.根據權利要求1中所述開關磁阻電機，其特徵為，所述定子和轉子均由矽鋼片疊壓 而成。
3.根據權利要求1中所述開關磁阻電機，其特徵為，所述開關磁阻電機可根據輸出功 率的需要由串聯的若干分節組成，所述的分節為所述定子和轉子組成的發電結構。
全文摘要
一種開關磁阻電機，包括定子，轉子和電動軸，轉子固定在電動軸上，定子設置在轉子外；電機採用三相6/4結構；定子上設置有三組徑向相對設置的定子齒，每個定子齒上設置有一個集中繞組線圈，徑向相對的兩個線圈串接成一項繞組；轉子上設置有兩組四個轉子齒。由於本發明中的開關磁阻電機結構簡單，故可通過增加定子和轉子軸向長度，或增加串聯在一起的由定子和轉子組成的發電結構的節數來增加輸出功率，這樣就可以減小其徑向尺寸，可將開關磁阻發電機製成細長結構，以適用於井下作業，改變了在現有技術中普遍認為的由於開關磁阻電機由於徑向尺寸大而無法應用於井下作業的偏見。
文檔編號H02K1/14GK102035334SQ20101061469
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者劉建宏, 吳數, 張慶生 申請人:萬奧普(北京)石油工程技術開發研究院有限公司, 大慶德美特爾泵業製造有限公司