本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种压裂泵直驱用直线电机。
背景技术：
当今社会的高速发展对能源的需求越来越大，而常规化石能源如煤、石油和天然气的储量反而逐渐减少，因此人们又陆续发现了许多新的能源如可燃冰、页岩气等资源来替代传统的化石能源。页岩气是一种非常规的天然气资源，我国已经实现了页岩气的规模生产，成为全球第三大页岩气生产国。
页岩气的开采需要用到水力压裂技术，该技术主要通过高压压裂泵将高压压裂液通入到页岩层，利用高压液体的挤压使岩石产生裂缝，再加入填充剂将裂缝支撑，这样页岩气就能从裂缝中流出。该技术的核心就是能够将低压液体转变为高压液体的压裂泵。常规压裂泵主要由动力端和液力端两部分构成，原动机通过减速齿轮带动曲轴旋转，通过曲轴连杆结构的传导带动柱塞做往复直线运动从而实现液体的吸入和排除。常规压裂泵由于减速齿轮箱和曲轴连杆结构等机械结构的存在，导致运行时噪声大、可靠性低，同时曲轴连杆结构存在输出流量不均匀和压力波动大的固有缺点。
为了解决常规压裂泵存在的问题，公布号为cn103208903a的发明专利公开了一种泵用直线电机。该直线电机和柱塞直接相连，通过直线电机带动柱塞做往复直线运动，可以解决上述的一系列问题。其技术特征为：采用双边平板型结构，动子由永磁体和铁芯两部分构成，定子为双边结构即含有两个相同的定子，由定子铁芯和三相绕组构成，通过对三相绕组通入三相交流电即可在气隙中形成行波磁场，该行波磁场和永磁体产生的磁场作用产生稳定的推力。该技术存在的缺陷为：中高压大流量柱塞泵一般需要很大的推力，对于电机而言，输出的推力越大，电机的体积越大，由于该电机仅为双边平板型结构，因此会存在电机长度过长的问题，电机长度太长会导致加工困难，同时加大了运输和安装的难度。同时由于该结构存在铁芯开断的情况，导致铁芯端部和永磁体之间存在端部力从而产生推力波动。并且因为三相绕组在空间上的不对称导致三相反电势不对称，从而使得负载情况下产生很大的推力波动。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种压裂泵直驱用直线电机，由此解决常规压裂泵因机械环节过多存在的噪声大、可靠性低、因曲轴连杆结构带来的输出流量不均匀和压力波动大、电机过长以及推力波动大的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种压裂泵直驱用直线电机，包括依次排列的第一定子、第一动子、第二定子、第二动子、第三定子、第三动子和第四定子，
所述第一定子和第四定子的结构相同，第二定子和第三定子的结构相同；
所述第一动子、第二动子和第三动子的两端分别通过连接杆进行连接；第一动子、第二动子和第三动子均包括两个动子铁芯、多个永磁体和一个磁障，磁障位于两个动子铁芯之间，多个永磁体位于两个动子铁芯的外壁。
进一步地，第一动子的两个动子铁芯由上至下依次为第一动子铁芯和第二动子铁芯，第二动子的两个动子铁芯由上至下依次为第三动子铁芯和第四动子铁芯，第三动子的两个动子铁芯由上至下依次为第五动子铁芯和第六动子铁芯，
所述第一动子铁芯与第六动子铁芯外壁上的永磁体排列相同，第一动子铁芯和第二动子铁芯外壁上的永磁体排列位置相差λ，第二动子铁芯和第四动子铁芯外壁上的永磁体排列位置相差λ，第二动子铁芯和第三动子铁芯外壁上的永磁体磁化方向相反，第四动子铁芯和第五动子铁芯外壁上的永磁体磁化方向相反。
进一步地，λ＝2mτp±2/3τp，其中，τp为永磁体极距，m为正整数。
进一步地，第一定子、第二定子、第三定子和第四定子均包括定子铁芯和三相绕组。
进一步地，第一定子和第四定子的三相绕组轴线重合。
进一步地，第一定子、第二定子、第三定子的三相绕组轴线互不重合。
进一步地，三相绕组为环形绕组、单层叠绕组或双层叠绕组。
进一步地，磁障的材料为非导磁材料，所述永磁体的材料为钕铁硼、钐钴、铝镍钴或者铁氧体，所述永磁体在动子铁芯上的安装方式为表贴式、内嵌式或交替极式。
进一步地，第一动子、第二动子和第三动子的运动方向和速度时刻保持相同，第一动子、第二动子和第三动子工作时以三角波或梯形波的速度规划曲线运动。
进一步地，直线电机应用于压裂泵时，直线电机的动子直接驱动压裂泵的柱塞做往复直线运动。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明电机为三动子结构，相对于常规的双边平板型单动子结构能够缩短电机的长度，使电机更容易加工、安装和运输。本发明电机采用永磁体励磁，能够提高电机效率和功率因数，同时电机绕组位于定子上，便于冷却和三相电缆的接入。
(2)本发明通过改变三个动子的永磁体的相对位置，使三个动子产生的端部齿槽力存在相位差，从而能够削弱总体的端部力。本发明三相绕组在空间上对称分布，三相反电势对称，能够减小推力波动。
(3)本发明通过直线电机动子直接驱动压裂泵的柱塞做往复直线运动，可以去除减速齿轮和曲轴连杆机构，从而提高系统效率和可靠性，同时降低噪声。本发明动子正常工作时以三角波或梯形波速度规划曲线运动，当采用多台直线电机单元按照一定的相位差运行时，理论上可以保证输出流量均匀和压力恒定。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种压裂泵直驱用直线电机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种压裂泵直驱用直线电机中三个动子结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1为第一定子，2为第二定子，3为第三定子，4为第三定子，5为第一动子，6为第二动子，7为第三动子，8为绕组，9为永磁体，10为第一动子铁芯，11为第二动子铁芯，12为第三动子铁芯，13为第四动子铁芯，14为第五动子铁芯，15为第六动子铁芯，16为磁障，17为第一连接杆，18为第二连接杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提出了一种压裂泵直驱用直线电机，该电机可直接驱动压裂泵的柱塞做直线往复运动，省去了多余的机械结构，可以提高系统的运行效率和可靠性。该电机的特殊结构可以减小电机长度，便于加工、安装和运输。同时该电机通过改变动子永磁体的相对位置以及定子绕组换位可以减小电机推力波动，从而使输出流量更为均匀。
如图1所示，本发明提供了一种压裂泵直驱用直线电机，包括依次排列的第一定子1、第一动子5、第二定子2、第二动子6、第三定子3、第三动子7和第四定子4，
所述第一定子和第四定子的结构相同，第二定子和第三定子的结构相同；所述第一动子、第二动子和第三动子的两端分别通过第一连接杆17和第二连接杆18进行连接；第一动子、第二动子和第三动子均包括两个动子铁芯、多个永磁体9和一个磁障16，磁障位于两个动子铁芯之间，防止两边磁场相互影响。通过改变永磁体的相对位置，使每个动子产生的端部齿槽力存在一定的相位差，导致产生的总体端部齿槽力最小。多个永磁体位于两个动子铁芯的外壁。动子和两个定子之间的气隙长度相等。
如图2所示，第一动子的两个动子铁芯由上至下依次为第一动子铁芯10和第二动子铁芯11，第二动子的两个动子铁芯由上至下依次为第三动子铁芯12和第四动子铁芯13，第三动子的两个动子铁芯由上至下依次为第五动子铁芯14和第六动子铁芯15，
所述第一动子铁芯与第六动子铁芯外壁上的永磁体排列相同，第一动子铁芯和第二动子铁芯外壁上的永磁体排列位置相差λ，第二动子铁芯和第四动子铁芯外壁上的永磁体排列位置相差λ，第二动子铁芯和第三动子铁芯外壁上的永磁体磁化方向相反，第四动子铁芯和第五动子铁芯外壁上的永磁体磁化方向相反。λ＝2mτp±2/3τp，其中，τp为永磁体极距，m为正整数。
第一定子、第二定子、第三定子和第四定子均包括定子铁芯和绕组8，对四个定子中的三相绕组进行换位，第一定子和第四定子的三相绕组轴线重合，第一定子、第二定子、第三定子的三相绕组轴线互不重合。第二定子中的a、b、c相绕组轴线分别和第一定子中的b、c、a相绕组轴线重合，第三定子中的a、b、c相绕组轴线分别和第一定子中的c、a、b相绕组轴线重合。通过换位处理，四个定子中对应的相绕组产生的反电势相位相同。再将四个定子中的a相绕组a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8进行串联，b相绕组b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7和b8进行串联，c相绕组c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7和c8进行串联。通过换位和串联，三相绕组在空间上分布对称，因此能够产生对称的三相反电势，进一步的减小推力波动。
三相绕组为环形绕组、单层叠绕组或双层叠绕组。磁障的材料为非导磁材料如铝、铜等，所述永磁体的材料为钕铁硼、钐钴、铝镍钴或者铁氧体，所述永磁体在动子铁芯上的安装方式为表贴式、内嵌式或交替极式。定子铁芯和动子铁芯的材料为导磁材料如硅钢片。
第一动子、第二动子和第三动子的运动方向和速度时刻保持相同，第一动子、第二动子和第三动子工作时以三角波或梯形波的速度规划曲线运动。直线电机应用于压裂泵时，直线电机的动子直接驱动压裂泵的柱塞做往复直线运动。
通过将定子的三相绕组串联之后，该电机只有一套三相绕组，只需要一台变频器对其供电。当给电机通入三相电流之后，电枢绕组会在气隙中形成行波磁场，该行波磁场和永磁体形成的磁场互相作用形成推力，通过调节变频器输出电流的大小和频率可以控制电机输出推力和动子运动速度。运行时需保持三个动子的运行速度和位置保持一致，通过变频器控制动子以三角波或梯形波速度规划曲线运动，当保证多个直线电机单元能够以一定的相位差运行时即能实现压裂泵输出流量均匀。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。