專利名稱：低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種抽油機(jī)專用電機(jī)，確切的說是一種通過多極化，結(jié)構(gòu)緊湊來實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩的交流永磁同步電機(jī)。該種電機(jī)及其配套設(shè)備主要應(yīng)用于低沖次長沖程的油田抽油機(jī)上。
背景技術(shù)：
隨著老油田油井的注水開發(fā)，油田已開始進(jìn)入高含水采油期，不斷提高產(chǎn)量，以液保油，成為油田原油穩(wěn)產(chǎn)的必然趨勢，這種開采特點(diǎn)要求增大抽油機(jī)沖程，降低沖次，使在塔式抽油機(jī)的機(jī)型偏小，而要增大塔式抽油機(jī)的沖程，需要更大電機(jī)轉(zhuǎn)矩。目前我國相繼出現(xiàn)了 45種新型抽油機(jī)，抽油機(jī)采油技術(shù)正在向多品種，高水平，高節(jié)能，大型化，通用化和長沖程無油梁抽油機(jī)方向發(fā)展。目前廣泛應(yīng)用的油田抽油機(jī)電機(jī)為異步電機(jī)，缺點(diǎn)是體積大、功率因數(shù)低，可控性差、啟動電流大、不適用于頻繁正反轉(zhuǎn)。因此擺脫現(xiàn)有抽油機(jī)的缺點(diǎn)，研制新型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)油田需要任重道遠(yuǎn)。近年來，永磁同步電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得制造出低速大轉(zhuǎn)矩電機(jī)成為可能，綜合同步電機(jī)變頻控制技術(shù)，即可使傳統(tǒng)抽油機(jī)從死板且復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動進(jìn)化到實(shí)時控制的隨機(jī)運(yùn)動，打破傳統(tǒng)的機(jī)械動力無法隨機(jī)改變姿態(tài)的約束，可以根據(jù)抽油井的特征，實(shí)時控制保持事先優(yōu)選的最佳參數(shù)運(yùn)行。并有效地杜絕地面動力和井下設(shè)備因運(yùn)動不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的動態(tài)干擾，可以大大提高產(chǎn)液量，也勢必延長抽油機(jī)壽命，降低折舊率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種特別適用于塔式抽油機(jī)的低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)。本實(shí)用新型的目的可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分，所述定子部分采用標(biāo)準(zhǔn)同機(jī)座號的Y2系列異步電機(jī)機(jī)殼、端蓋等，定子沖片的槽形尺寸和標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)相同，為了減少齒槽效應(yīng)，所述定子部分中定子鐵心的極槽配合采用分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)，即電機(jī)每極每相槽數(shù)q為分?jǐn)?shù)，其中q=Z/(2pm)，Z為電機(jī)槽數(shù)，ρ為電機(jī)極對數(shù)，m為電機(jī)相數(shù)； 所述轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵心和環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面以均布設(shè)置的若干個N、S極呈交替排列的永久磁鋼；所述轉(zhuǎn)子鐵心采用沖片疊壓而成；所述永久磁鋼下半部穿裝在環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面上加工出的軸向燕尾形通槽內(nèi)，并通過粘結(jié)劑固結(jié)。本實(shí)用新型中所述電機(jī)采用無碼盤矢量控制裝置控制，其基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機(jī)的銘牌參數(shù)，按照轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式分別對作為基本控制量的勵磁電流(或者磁通) 和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測，并通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流(或者磁通) 和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。電機(jī)軸伸端采用圓柱滾子軸承，非軸伸端采用調(diào)心球軸承，且電機(jī)軸伸端直徑大于非軸伸端直徑，在電機(jī)輸出軸上安裝有鼓式電磁制動器。
3[0008]本實(shí)用新型的有益效果在于該電機(jī)充分考慮利用成熟異步電機(jī)工藝，考慮性價比，利用異步電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零部件，減少電機(jī)成本，加快電機(jī)生產(chǎn)流程，考慮異步電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)沖片極數(shù)少的局限性，我們自行設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)。充分利用電機(jī)有限空間，最大發(fā)揮電機(jī)性能。通過更換電機(jī)內(nèi)部軸承，有效的配合了電機(jī)輸出大轉(zhuǎn)矩的特性，通過加粗加長電機(jī)輸出軸，將電磁制動器和皮帶輪連為一體，大大減少了整個塔上平臺的空間，降低了機(jī)械系統(tǒng)的成本。采用鼓式電磁制動器，響應(yīng)速度快，能夠保證電機(jī)及時啟停，這種制動器還具有防高溫、防凍、防水的功能，很適合油田氣候惡劣的環(huán)境。該電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)以低速大轉(zhuǎn)矩方式運(yùn)轉(zhuǎn)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)異步電機(jī)加減速器方式，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)效率，縮小了系統(tǒng)體積。這種電機(jī)本身還具有負(fù)載特性優(yōu)異、低速性能好、起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小，不會對電網(wǎng)造成沖擊，速度連續(xù)可調(diào)等特點(diǎn)，電機(jī)在整個速度范圍內(nèi)高速運(yùn)行，這與異步電機(jī)(只在額定點(diǎn)附近效率高)相比有質(zhì)的提高。

圖1是本實(shí)用新型的低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)在塔式抽油機(jī)上的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。圖中序號1電機(jī)，2鼓式電磁制動器，3支撐軸承，4小皮帶輪，5大皮帶輪，6滾筒， 7配重，8連接抽油桿的寬皮帶，9抽油桿導(dǎo)向輪，10抽油桿。圖2為本實(shí)用新型低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)主視圖。圖中序號11電機(jī)軸伸端，12軸承，13電機(jī)線圈，14定子鐵心，15電機(jī)機(jī)殼，16永久磁鋼，17轉(zhuǎn)子鐵心，18電機(jī)端蓋。圖3為圖2的側(cè)視圖。圖中序號19電機(jī)基座，20電機(jī)接線盒。圖4為電機(jī)定子鐵心沖片圖。整個定子鐵心由多個定子沖片疊壓而成，21為定子軛部，22為定子槽。定子沖片與同機(jī)座號的國家標(biāo)準(zhǔn)Y2系列異步電機(jī)尺寸相同。圖5為電機(jī)轉(zhuǎn)子主視圖。電機(jī)轉(zhuǎn)子由永久磁鋼16、固定轉(zhuǎn)子鐵心的壓圈23、轉(zhuǎn)子鐵心17和軸11組成；永久磁鋼16呈燕尾形，在轉(zhuǎn)子鐵心外圓上，開有燕尾形通槽，將槽內(nèi)涂上磁鋼膠以后，直接插入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，插入的厚度為磁鋼的二分之一左右。圖6為圖5的側(cè)視圖。將永久磁鋼16全部插入轉(zhuǎn)子鐵心17后，用兩個不銹鋼圈 23加以固定轉(zhuǎn)子兩端，用螺栓M壓緊轉(zhuǎn)子鐵心。圖7為開有燕尾槽的轉(zhuǎn)子沖片圖。圖中25為燕尾槽形，燕尾槽傾斜的角度為50°飛0°最佳。圖8為永久磁鋼16的結(jié)構(gòu)示意圖。磁鋼插入轉(zhuǎn)子燕尾槽內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)，安裝方便， 磁鋼穩(wěn)定性高。圖9為鼓式電磁制動器主視圖。
具體實(shí)施方式
[0026]本實(shí)用新型以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述如圖1所示，本實(shí)用新型的低速大轉(zhuǎn)矩電機(jī)位于抽油塔上，電機(jī)1通過加長的輸出軸11將鼓式電磁制動器2和皮帶輪4連接在一起。為了保證電機(jī)受力平衡和電機(jī)內(nèi)部軸承的使用是壽命，制動器和皮帶輪之間加一支撐軸承3。電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩給小皮帶輪4，小皮帶輪4把轉(zhuǎn)矩傳遞給連接抽油機(jī)滾筒6的大皮帶輪5。抽油機(jī)滾筒6兩端的配重7和抽油桿10通過寬皮帶8連接，寬皮帶8通過前置導(dǎo)向輪9連接抽油桿10，抽油桿和配重之間有2 3噸的載荷差，由變頻器靈活控制抽油桿的啟停。如圖2、3所示，本實(shí)用新型的低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分，定子部分主要有定子鐵心14、定子線圈13、電機(jī)機(jī)殼15、電機(jī)端蓋18組成，轉(zhuǎn)子部分主要由電機(jī)軸11、軸承12、轉(zhuǎn)子鐵心17和永久磁鋼16組成。本實(shí)用新型的電機(jī)轉(zhuǎn)速在 80 300r/min，額定轉(zhuǎn)矩在 1000 4000N. m。如圖3所示，所述定子部分采用標(biāo)準(zhǔn)同機(jī)座號的Y2系列異步電機(jī)機(jī)殼15、端蓋18 等，定子沖片的槽形尺寸和標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)相同，為了減少齒槽效應(yīng)，所述定子部分中定子鐵心14的極槽配合采用分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)，即電機(jī)每極每相槽數(shù)q為分?jǐn)?shù)，其中q=Z/(2pm)，Z為電機(jī)槽數(shù)，P為電機(jī)極對數(shù)，m為電機(jī)相數(shù)；如圖5、6、7、8所示，所述轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵心17 和環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面以均布設(shè)置的若干個N、S極呈交替排列的永久磁鋼16 ；所述轉(zhuǎn)子鐵心采用沖片疊壓而成；所述永久磁鋼下半部(二分之一左右)穿裝在環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面上加工出的軸向燕尾形通槽內(nèi)，并通過粘結(jié)劑固結(jié)。本實(shí)用新型中所述電機(jī)采用無碼盤矢量控制裝置控制，其基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機(jī)的銘牌參數(shù)，按照轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式分別對作為基本控制量的勵磁電流(或者磁通) 和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測，并通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流(或者磁通) 和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。本實(shí)用新型中所述電機(jī)軸伸端采用圓柱滾子軸承，非軸伸端采用調(diào)心球軸承，且電機(jī)軸伸端直徑大于非軸伸端直徑，在電機(jī)輸出軸上安裝有鼓式電磁制動器(參見圖9)，該鼓式電磁制動器由支架27、剎車輪觀、剎車片四和推力器30組成；剎車輪觀與電機(jī)軸11 通過平鍵連接。更具體講為了充分利用異步電機(jī)成熟的電機(jī)工藝和降低電機(jī)成本，本實(shí)用新型電機(jī)采用Y2系列異步電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼、端蓋、軸、軸承。這些零部件都有專門廠家提供。針對不同工況需要，在確定電機(jī)體積后，找到與之匹配的同機(jī)座號常規(guī)異步電機(jī)，利用其現(xiàn)有的定子沖片、機(jī)殼、端蓋、軸等零部件，在確定電機(jī)磁鋼極數(shù)后，即可對定子進(jìn)行嵌線、浸漆工藝。然后將帶有線圈的定子鐵心壓入定子機(jī)殼。電機(jī)轉(zhuǎn)子永久磁鋼16為內(nèi)嵌式，轉(zhuǎn)子鐵心為沖片疊壓而成，沖片外圓開有燕尾形通槽25，永久磁鋼16在涂過膠后半嵌入即可。本實(shí)用新型的低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)中的各部件的加工和制作過程在工廠內(nèi)完成的，現(xiàn)場安裝時，首先將本實(shí)用新型的永磁同步電機(jī)的定子線圈13、定子鐵心14和電動機(jī)的殼體15按照要求組裝好，將轉(zhuǎn)子鐵心17熱套在軸11上，在裝好軸的轉(zhuǎn)子上，將電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心外圓涂上磁鋼膠后，可用專用工具將磁鋼慢慢插入磁鋼槽25內(nèi)即可，用壓圈23 固定轉(zhuǎn)子鐵心兩端。完成電機(jī)轉(zhuǎn)子的裝配。然后分別將電機(jī)軸伸端的軸承12、電機(jī)端蓋18 裝上；用螺栓把軸承外蓋、端蓋、軸承內(nèi)蓋連接起來，擰緊，待轉(zhuǎn)子鐵心上的磁鋼膠完全固化后，認(rèn)真清理殘留在磁鋼上的膠、鐵屑等，讓轉(zhuǎn)子鐵心保持干凈；把吊環(huán)螺釘安裝到電機(jī)軸伸端預(yù)留的螺栓孔上；用吊車通過吊環(huán)螺釘把電機(jī)轉(zhuǎn)子垂直吊起；把事先準(zhǔn)備好的電機(jī)定子(已經(jīng)壓入外殼)垂直立起；把轉(zhuǎn)子用吊車緩慢放入定子內(nèi)，將前端蓋與外殼用螺栓連接， 用吊車把電機(jī)吊起，放平；依次把電機(jī)非軸伸端的軸承內(nèi)蓋、軸承、后端蓋、軸承外蓋裝上， 用螺栓把軸承外蓋、端蓋、軸承內(nèi)蓋連接起來；把后端蓋與外殼用螺栓連接；把軸承蓋上的螺栓擰緊；完成本實(shí)用新型的永磁同步電機(jī)的裝配。 整個電機(jī)傳動系統(tǒng)的裝配過程是電機(jī)裝好后，將鼓式電磁制動器2的剎車輪觀套在電機(jī)伸出軸11上，然后套上支撐軸承3的軸承，通過平鍵把小皮帶輪4固定在電機(jī)輸出軸的最外端。塔上部分裝好后，安裝塔下部分的控制柜，將控制柜引出的電纜線和電磁屏蔽線分別接于電機(jī)1和制動器2上。完成整個系統(tǒng)的裝配和連接。
權(quán)利要求1.一種低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)，包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分，其特征在于所述定子部分中定子鐵心的極槽配合采用分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)，即電機(jī)每極每相槽數(shù)q為分?jǐn)?shù)，其中 q=Z/(2pm)，Z為電機(jī)槽數(shù)，ρ為電機(jī)極對數(shù)，m為電機(jī)相數(shù)；所述轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵心和環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面以均布設(shè)置的若干個N、S極呈交替排列的永久磁鋼；所述轉(zhuǎn)子鐵心采用沖片疊壓而成；所述永久磁鋼下半部穿裝在環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面上加工出的軸向燕尾形通槽內(nèi)，并通過粘結(jié)劑固結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)，其特征在于所述電機(jī)采用無碼盤矢量控制裝置控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)，其特征在于電機(jī)軸伸端采用圓柱滾子軸承，非軸伸端采用調(diào)心球軸承，且電機(jī)軸伸端直徑大于非軸伸端直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)，其特征在于電機(jī)輸出軸上安裝有鼓式電磁制動器。
專利摘要一種低速大轉(zhuǎn)矩交流永磁同步電機(jī)，包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分，其特征在于所述定子部分中定子鐵心的極槽配合采用分?jǐn)?shù)槽結(jié)構(gòu)，即電機(jī)每極每相槽數(shù)q為分?jǐn)?shù)，其中q=Z/(2pm)，Z為電機(jī)槽數(shù)，p為電機(jī)極對數(shù)，m為電機(jī)相數(shù)；所述轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵心和環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面以均布設(shè)置的若干個N、S極呈交替排列的永久磁鋼；所述轉(zhuǎn)子鐵心采用沖片疊壓而成；所述永久磁鋼下半部穿裝在環(huán)繞轉(zhuǎn)子鐵心外圓面上加工出的軸向燕尾形通槽內(nèi)，并通過粘結(jié)劑固結(jié)。所述電機(jī)轉(zhuǎn)速在80~300r/min，額定轉(zhuǎn)矩在1000~4000N.m，控制系統(tǒng)采用無碼盤矢量控制技術(shù)，可根據(jù)油田工況智能調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖程、沖次、操作方便、自動化程度高。
文檔編號H02K15/00GK202260938SQ20112042041
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉凱, 劉雙霞, 康燕琴, 黃世鑫 申請人:鄭州新大方電力能源有限公司