一種大推力圓筒型直線電機(jī)的動子的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種大推力圓筒形直線電機(jī)的動子，所述動子包括動子軸、永磁體及導(dǎo)磁環(huán)，永磁體與導(dǎo)磁環(huán)均布間隔排列在動子軸上，所述動子軸采用中空的軟磁材料制作，動子外同軸套有一銅管。本實(shí)用新型的動子軸采用中空的軟磁材料制作，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(jī)定子與動子相對長度的方法來調(diào)整直線電磁抽油機(jī)的最大沖程，符合抽油機(jī)向長沖程、低沖次方向發(fā)展的趨勢。
【專利說明】一種大推力圓筒型直線電機(jī)的動子
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電機(jī)領(lǐng)域，涉及直線電機(jī)，尤其是一種大推力圓筒形直線電機(jī)的動子。
技術(shù)背景
[0002]目前，在我國的大部分油田，采油設(shè)備的能耗已占油田總能耗的1/3左右，出現(xiàn)了高能耗、低產(chǎn)出的現(xiàn)象，電費(fèi)支出驚人。原因是油田抽油機(jī)負(fù)載是獨(dú)具特點(diǎn)的時變負(fù)載，有動靜負(fù)載特性之分。抽油機(jī)運(yùn)行的啟動初始狀態(tài)包括抽油機(jī)光桿運(yùn)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(jī)的啟動力矩是抽油機(jī)實(shí)際負(fù)載力矩的3-4倍，甚至更大，而啟動力矩是抽油機(jī)選配電機(jī)的重要依據(jù)。
[0003]目前油田用電動機(jī)的節(jié)能方法主要有兩個:一是通過改變電源或進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)來改變油田用電機(jī)的外機(jī)械特性，從而改變電機(jī)與抽油機(jī)的系統(tǒng)配合，提高系統(tǒng)效率，達(dá)到節(jié)能的目的；二是通過提高電動機(jī)的負(fù)荷率、功率因數(shù)提高電機(jī)本身的效率來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。此外，通過對抽油機(jī)加裝超越離合器、為游梁式抽油機(jī)配置彈簧等方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。目前主要采用高轉(zhuǎn)差(或超高轉(zhuǎn)差)電動機(jī)、可控硅調(diào)壓、變頻調(diào)速電動機(jī)、永磁同步電機(jī)、大起動力矩多速電動機(jī)等。此外，在采用繞線式異步電機(jī)、Y/△轉(zhuǎn)換電動機(jī)、節(jié)能蓄能器等實(shí)現(xiàn)節(jié)能方面也做了大量的研究工作。
[0004]實(shí)測結(jié)果表明，在我國超高轉(zhuǎn)差電機(jī)節(jié)電只在輕載30%以下負(fù)載時有節(jié)電效果，因?yàn)槌咿D(zhuǎn)差電機(jī)的節(jié)電，首先對象必須是振動載荷比較大的井(在美國超高轉(zhuǎn)差電機(jī)節(jié)電率20%，因?yàn)槠溆途恼駝虞d荷慣性載荷都較大)，其次，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率要適度，不可過高。而近些年采油工藝的發(fā)展日趨大沖程、低沖次，這種工藝本身就最大限度的減少慣性載荷和振動載荷。現(xiàn)在油井的沖次已降到4-6次，超高轉(zhuǎn)差電機(jī)的應(yīng)用范圍大大減少。可控硅調(diào)壓減少了鐵損耗和無功電流損耗，但由此而產(chǎn)生的高次諧波不僅給電網(wǎng)帶來污染，而且降低了電機(jī)的使用壽命。
[0005]我國常用的機(jī)械采油系統(tǒng)有桿式泵系統(tǒng)、潛油電泵系統(tǒng)、水力活塞泵系統(tǒng)、螺桿泵系統(tǒng)及氣舉系統(tǒng)，而應(yīng)用最廣泛的是桿式泵系統(tǒng)。世界上80%以上都是桿式抽油泵系統(tǒng)，而又以游梁式居多，因其以結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低廉為優(yōu)勢。但游梁式抽油機(jī)由于傳動部件多、機(jī)械損耗大而降低了系統(tǒng)效率。
[0006]以上提到的努力都是在原有的游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上實(shí)施的改良。因而，這些方法不能擺脫其固有的缺點(diǎn)。這些損耗都是由電機(jī)的轉(zhuǎn)動變成上下往復(fù)運(yùn)動造成的。而近年來飛速發(fā)展的直線式電機(jī)正是克服這一缺點(diǎn)的重要動力設(shè)備，這是一種直接將電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動的電機(jī)，中間無需轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
[0007]現(xiàn)有的直線電磁抽油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)由機(jī)架、橫梁、平衡重物、滾輪、鋼絲繩、大推力直線電機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng)等幾部分組成，在該系統(tǒng)中仍然利用平衡重物的升降來改變位能在系統(tǒng)內(nèi)部的分配以實(shí)現(xiàn)平衡，從而使直線電機(jī)在上、下沖程里的推力幅值的變化幅度減小，也就是通過選擇適當(dāng)?shù)钠胶庵厥钩橛蜅U自重升降所消耗的能量減少到最小值，這樣就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。此外，針對目前世界上大量使用的游梁式抽油機(jī)，也可以在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，即采用直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，而保留原來的旋轉(zhuǎn)平衡方式和游梁、驢頭等機(jī)構(gòu)。用電磁力直線驅(qū)動抽油桿柱上下往復(fù)運(yùn)動的電磁抽油機(jī)，不需旋轉(zhuǎn)電機(jī)、減速器和四連桿機(jī)構(gòu)等。這種電磁抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)更簡單、效率較高、成本更低等優(yōu)良特性，其仍在井上安裝。
[0008]此外，稀土永磁直線同步電動機(jī)起動較為困難，在工作中將被置于井下，其工作環(huán)境較為惡劣，其密封和防爆等需要解決；另外，井下的工作環(huán)境溫度大約100°c，所以設(shè)計(jì)的電機(jī)必須符合這樣的工作環(huán)境，以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行；井下空間非常有限，在設(shè)計(jì)中電機(jī)本身的尺寸要小，有效提高電機(jī)單位體積的功率密度，將使得從而使其用于井下工作成為可能。
[0009]通過檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本實(shí)用新型申請相同或者相近的的公開專利文獻(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)合理、啟動力大、密封性好、運(yùn)行可靠的大推力圓筒形直線電機(jī)的動子。
[0011]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)目的的技術(shù)方案是:
[0012]一種大推力圓筒形直線電機(jī)的動子，所述動子包括動子軸、永磁體及導(dǎo)磁環(huán)，永磁體與導(dǎo)磁環(huán)均布間隔排列在動子軸上，其特征在于:所述動子軸采用中空的軟磁材料制作，動子外同軸套有一銅管。
[0013]而且，所述動子軸上均布間隔固裝的永磁體及導(dǎo)磁環(huán)采用分?jǐn)?shù)槽動磁式結(jié)構(gòu)，三個導(dǎo)磁環(huán)為一導(dǎo)磁組,每三組導(dǎo)磁環(huán)形成一導(dǎo)磁節(jié)，每個導(dǎo)磁節(jié)之間的導(dǎo)磁環(huán)之間在動子軸上同軸套裝一非導(dǎo)磁過渡環(huán)，在每一非導(dǎo)磁過渡環(huán)與相鄰的導(dǎo)磁環(huán)之間根據(jù)需要安裝調(diào)整環(huán)，七個導(dǎo)磁節(jié)相互串聯(lián)構(gòu)成整個動子的導(dǎo)磁部分。
[0014]而且，在動子軸的后部制有一進(jìn)油孔，以使動子及與定子之間構(gòu)成冷卻油路。
[0015]而且，所述銅管的外緣表面鍍有金剛石或者其他硬質(zhì)涂料。
[0016]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0017]1、本實(shí)用新型所構(gòu)成的電機(jī)采用分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)(9槽10極)即與定子槽配合的動磁式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)磁環(huán)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(jìn)行穩(wěn)定處理，抗去磁能力強(qiáng)，適于在具有較強(qiáng)去磁的動態(tài)條件下工作。
[0018]2、本實(shí)用新型與定子相對應(yīng)準(zhǔn)確設(shè)置，以電機(jī)組為一節(jié)點(diǎn)，并與動子的永磁體相對應(yīng)，如在軸向上有偏差，則用動子的調(diào)整環(huán)予以補(bǔ)償。
[0019]3、本實(shí)用新型的動子軸采用中空的軟磁材料制作，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(jī)定子與動子相對長度的方法來調(diào)整直線電磁抽油機(jī)的最大沖程，符合抽油機(jī)向長沖程、低沖次方向發(fā)展的趨勢。
[0020]4、本實(shí)用新型與定子之間構(gòu)成冷卻循環(huán)油路，有利于減小動定子之間的摩擦力，有利于發(fā)散電機(jī)產(chǎn)生的熱量；動子表面以特殊硬質(zhì)工藝鍍層，可有效提高動子的耐磨性能和壽命；直線電機(jī)無專用勵磁繞組，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省了用銅量，降低了能耗，提高了效率和可靠性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖視主視圖；
[0022]圖2為圖1的動子的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0023]圖3為圖2的A部結(jié)構(gòu)放大示意圖。
具體實(shí)施例
[0024]下面結(jié)合附圖、通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳述。需要說明的是，本實(shí)施例是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0025]一種大推力圓筒形直線電機(jī)的動子，所涉及的直線電機(jī)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(nèi)的底端堵上同軸固裝橡膠頂頭，在定子殼內(nèi)同軸固裝定子，在定子內(nèi)腔同軸滑動安裝動子。所述定子包括硅鋼片6及繞組5，硅鋼片與繞組間隔排列并通過上端環(huán)4、下端環(huán)10固裝在定子殼上；所述動子包括動子軸8、永磁體12及導(dǎo)磁環(huán)13,永磁體與導(dǎo)磁環(huán)均布間隔排列在動子軸上。
[0026]本實(shí)用新型的創(chuàng)新點(diǎn)在于:
[0027]所述動子軸采用中空的軟磁材料制作，見圖2、3，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(zhì)涂料。
[0028]在動子軸的后部制有一進(jìn)油孔11，以使動子及與定子之間構(gòu)成冷卻油路，見圖1中的箭頭所指。
[0029]動子軸上均布間隔固裝的永磁體及導(dǎo)磁環(huán)采用分?jǐn)?shù)槽動磁式結(jié)構(gòu)，三個導(dǎo)磁環(huán)為一導(dǎo)磁組，每三組導(dǎo)磁環(huán)形成一導(dǎo)磁節(jié)，每個導(dǎo)磁節(jié)之間的導(dǎo)磁環(huán)之間在動子軸上同軸套裝一非導(dǎo)磁過渡環(huán)15，在每一非導(dǎo)磁過渡環(huán)與相鄰的導(dǎo)磁環(huán)之間根據(jù)需要安裝調(diào)整環(huán)14，以使導(dǎo)磁節(jié)與定子的電樞節(jié)相對應(yīng)，充磁方式采用軸向充磁及徑向充磁均可。
[0030]七個導(dǎo)磁節(jié)相互串聯(lián)構(gòu)成整個動子的導(dǎo)磁部分。
[0031]本實(shí)用新型所涉及的直線電機(jī)的定子由繞組與硅鋼片間隔固裝而成，參見圖1，繞組及硅鋼片與動子的永磁體及導(dǎo)磁環(huán)相對應(yīng)設(shè)置，三個繞組構(gòu)成一節(jié)電樞，三個單節(jié)電樞構(gòu)成一電機(jī)組，定子的每節(jié)電樞之間采用鋼帶(圖中沒有標(biāo)號)進(jìn)行軸向固定。
[0032]每個電機(jī)組的硅鋼片之間同軸安裝有一軸承座9，直線軸承的內(nèi)緣表面鍍有與動子的銅管相應(yīng)的金剛石或者其他硬質(zhì)涂料。
[0033]七個電機(jī)組相互串聯(lián)組成42個繞組，由此構(gòu)成整個直線電機(jī)的電樞部分。
[0034]通過本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的直線電機(jī)，可完美實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動。
[0035]試驗(yàn)結(jié)果表明，直線電機(jī)在1100V電壓下，行程1.3m，推力約為2t。通過簡單的PLC控制實(shí)現(xiàn)每分鐘6?10次沖程。
[0036]本實(shí)用新型與現(xiàn)有產(chǎn)品的可行性優(yōu)勢比較:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種大推力圓筒形直線電機(jī)的動子，所述動子包括動子軸、永磁體及導(dǎo)磁環(huán)，永磁體與導(dǎo)磁環(huán)均布間隔排列在動子軸上，其特征在于:所述動子軸采用中空的軟磁材料制作，動子外同軸套有一銅管； 所述動子軸上均布間隔固裝的永磁體及導(dǎo)磁環(huán)采用分?jǐn)?shù)槽動磁式結(jié)構(gòu)，三個導(dǎo)磁環(huán)為一導(dǎo)磁組，每三組導(dǎo)磁環(huán)形成一導(dǎo)磁節(jié)，每個導(dǎo)磁節(jié)之間的導(dǎo)磁環(huán)之間在動子軸上同軸套裝一非導(dǎo)磁過渡環(huán)，在每一非導(dǎo)磁過渡環(huán)與相鄰的導(dǎo)磁環(huán)之間根據(jù)需要安裝調(diào)整環(huán)，七個導(dǎo)磁節(jié)相互串聯(lián)構(gòu)成整個動子的導(dǎo)磁部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大推力圓筒形直線電機(jī)的動子，其特征在于:在動子軸的后部制有一進(jìn)油孔，以使動子及與定子之間構(gòu)成冷卻油路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大推力圓筒形直線電機(jī)的動子，其特征在于:所述銅管的外緣表面鍍有金剛石或者其他硬質(zhì)涂料。
【文檔編號】H02K41/02GK203482071SQ201320481929
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】梁得亮, 畢鑒華, 豐向陽 申請人:天津市騰冠電機(jī)制造有限公司