专利名称：用于潜油螺杆泵的链式稀土永磁同步电动机驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明属于油田采油机械设备技术领域，特别涉及一种用于潜油螺杆泵的链式稀土永磁同步电动机驱动装置。
背景技术：
目前国际上普遍采用的潜油螺杆泵中的电动机一般为细长结构的两极三相鼠笼式异步电动机。这种细长结构的两极三相鼠笼式异步电动机的定子采用电工钢组成的长度为320-450mm的分级式定子铁心，各级之间是由非磁性物隔开，压装在无缝钢管外壳中；两极定子绕组，采用人工穿线的办法通长下线；转子也由多级组成，每一级的长度与定子铁心长度一致，每级转子形成一个闭合电路，并且不与装在主轴上的其它各级转子电路相连；各级转子之间装有中间滚动轴承，它支靠在定子的非磁性物上，以防止定子和转子接触。长期的生产实践表明，传统潜油泵的异步电动机存在如下问题(1)各级转子功率分配不均问题，异步电动机存在转差率，各级转子的转差率会由于制造上的偏差而不同。当共同驱动同轴负载时，不可避免地存在各级电动机由于转差率的不同，而负载分配不均匀。因此，可能会造成电动机局部过热，缩短电机寿命。(2)转差功率损耗及其散热问题，由于整个电动机工作在地下几千米的深层处，电动机的散热是一个非常重要的问题。异步电动机转子的转差功率损耗是其最主要的损耗，其散发主要通过在密闭的电机气隙空间中的辐射和对流，散热条件及其不利，严重影响着电机使用寿命。(3)异步电动机定子绕组下线问题，异步电动机的定子是非磁性物隔开的多级磁性铁心组成，两级定子绕组，采用沿轴向通长下线的工艺制造。由于此类电机的细长结构，电机下线只能采用人工穿线的方法下线，制造工艺相当复杂，不便于规模化生产，并且在维修时比较困难。由于异步电动机驱动方式存在的上述主要问题，人们一直在寻求解决方案。专利号为98239542.6的“低速双向潜油螺杆泵”，发明了一种低速双向潜油螺杆泵，该项发明由于采用了井下潜油电机直接驱动螺杆泵，取消了现有技术中作为传动轴的抽油杆柱，因此避免了抽油杆断脱造成的生产事故，并且下井深度不受限制，能在斜井和定向井中使用，但是该项发明属于有齿轮减速的潜油泵。无论是低速双向潜油螺杆泵还是异步电动机都需要有减速器，效率和功率因数都比较低，耗电量较大，导致油田电费开支庞大。随着油田系统采油成本的降低，潜油泵采油已成为油田稳产的重要手段之一。潜油泵的数量和能耗均较为可观。潜油泵的安装作业比较复杂，每次作业的费用也十分昂贵。改善潜油泵驱动电机的性能指标，提高潜油泵驱动电动机的使用寿命和运行效率，从而更好地实现节能增效，改善电网的供电状况，对潜油泵行业的发展起着举足轻重的作用。潜油电机的运转寿命的长短，对采油成本和工作量影响相当严重，在石油价格国际化的今天，给石油企业的利润带来巨大的影响。
发明内容
本发明为解决上述存在的问题，提供一种用于潜油螺杆泵的链式稀土永磁同步电动机驱动装置，它是采用链式结构，通过变频器控制调速，以驱动潜油螺杆泵来完成抽油做功。
本发明是由多个稀土永磁同步电动机组成潜油螺杆泵的驱动装置。整个装置包括有多级功率单元，各级功率单元为相对独立的稀土永磁同步电动机功率单元，各个单元采用链式结构连接，置于壳体中，即各功率单元定子下完线后依次压装于无缝钢管壳体中，各相邻功率单元之间安装有支撑盘，其支撑盘为非磁性、非导电性物质，可为塑料或尼龙材质，在各个定子上沿外圆侧开有凹槽或半圆孔，各相邻单元的定子绕组在电路上并联连接，各单元电源线通过凹槽或半圆孔引入，各单元定子绕组的电源线接头置于支撑盘上，各相邻功率单元的转子轴通过中间滚动轴承连接在各相邻定子之间的支撑盘上，用于各功率单元转子的分段支撑。各转子轴两端分别为相配合的十字形槽和楔结构，各个单元转子轴通过端部的槽和楔相互嵌套构成一个整体。
本发明的电气控制是通过微电子-电力电子变频器-引线电缆为链式稀土永磁同步电动机供电。外部控制信号通过微电子处理，将信号输入给变频器，变频器通过引线为电动机提供需要的电压和电流。
本发明是由变频调速控制稀土永磁同步电动机，组成低速大转矩传动系统，取消潜油螺杆泵的所有减速机构，来实现抽油系统的无齿轮传动。本发明可以从根本上克服传统潜油螺杆泵异步电动机传动效率低、运行功率因数低、负载分布不均匀、维护工作量大等不利因素；使潜油螺杆泵的传动效率大于90％，降低了驱动电动机的功率，系统的功率因数保持在0.95以上；转速不随负载而变化，运行稳定性高。在运行过程中，只要电源频率一定，稀土永磁同步电动机的转速不随负载的大小而改变，因而其过载能力比相应的异步电动机大。稀土永磁同步电动机的体积和重量比同容量、同极数的异步电动机小。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中转子轴端面结构示意图，图3为本发明中定子截面结构示意图；图中1.壳体，2.功率单元，3.转子轴，4.支撑盘，5.槽或楔，6.转子，7.定子，8.凹槽。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述实施例本发明的机械结构，如图1所示，整个装置包括有多级功率单元，各级功率单元2为相对独立的稀土永磁同步电动机，功率单元2的额定功率可以在5kW～15kW，串接的功率单元2级数依负载的要求而定，各功率单元2之间采用链式结构，安装于壳体1中，壳体1为钢管，即各功率单元2的定子7下完线后依次压装于无缝钢管壳体1中，各相邻功率单元2之间安装有支撑盘4，其支撑盘4为非磁性、非导电性物质，本例中采用塑料材质，在各个定子7上沿外圆侧开有凹槽8，各相邻功率单元2的定子7的绕组在电路上并联连接，各单元电源线通过凹槽或半圆孔引入，各单元定子绕组的电源线接头置于支撑盘上；各相邻功率单元2的转子轴3通过中间滚动轴承连接在各相邻定子7之间的支撑盘4上，其转子轴3两端分别为相配合的十字形槽和楔结构，各个功率单元2通过转子轴3端部的槽和楔相互嵌套构成一个整体。
本发明的这种链式连接结构，使得各功率单元2的转子轴3固定连接在一起，在工作过程中，各功率单元2同步运转。电气控制是通过微电子信号处理器、变频器为本发明的装置提供需要的电压和电流。微电子信号处理器接收外部的指令信号和传感信号，经处理后控制变频器输出电压的频率，以满足负荷的工作要求。外部指令信号是操作者的运行、停止以及调速等指令信号。传感信号是本项发明装置的运行工况反馈信号，包括电流、温度、转速，以及来自油井的其它系统的相关信号。
权利要求
1.一种用于潜油螺杆泵的链式稀土永磁同步电动机驱动装置，其特征在于包括有多级功率单元，各级功率单元为相对独立的稀土永磁同步电动机功率单元，各个功率单元采用链式结构连接，置于壳体中，各相邻功率单元之间安装有支撑盘，各相邻功率单元的定子绕组在电路上并联连接，各相邻功率单元的转子轴通过中间滚动轴承连接在各相邻定子之间的支撑盘上。
2.根据权利要求1所述的用于潜油螺杆泵的链式稀土永磁同步电动机驱动装置，其特征在于所述的各转子轴两端分别为相配合的十字形槽和楔结构；在各个定子上沿外圆侧开有凹槽或半圆孔，各功率单元电源线通过凹槽或半圆孔引入，各功率单元定子绕组的电源线接头置于支撑盘上。
3.根据权利要求1所述的用于潜油螺杆泵的链式稀土永磁同步电动机驱动装置，其特征在于所述的各相邻的定子之间置有的支撑盘为非磁性、非导电性物质。
全文摘要
一种用于潜油螺杆泵的链式稀土永磁同步电动机驱动装置，属于油田采油机械设备技术领域。其结构包括有多级功率单元，各级功率单元为相对独立的稀土永磁同步电动机功率单元，各个功率单元采用链式结构连接，置于壳体中，各相邻功率单元之间安装有支撑盘，各相邻功率单元的定子绕组在电路上并联连接，各相邻功率单元的转子轴通过中间滚动轴承连接在各相邻定子之间的支撑盘上。本发明可以使潜油螺杆泵的传动效率大于90％，降低了驱动电动机的功率，系统的功率因数保持在0.95以上；转速不随负载而变化，运行稳定性高。在运行过程中，只要电源频率一定，稀土永磁同步电动机的转速不随负载的大小而改变，因而各功率单元负载分配均匀，且本装置整体的体积比相应的异步电动机小5％以上。
文档编号H02K5/22GK1858972SQ20061004667
公开日2006年11月8日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者张炳义, 宫兆海, 冯桂宏 申请人:沈阳工大新新科技开发有限公司