抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机，属于抽油用直线电机的技术领域。
【背景技术】
[0002]游梁式抽油机利用电能转换为旋转运动，减速后再经四连杆机构转换为直线往复运动，其传动系统能量损失高达28%，加上旋转特性造成启动转矩大，系统效率一般不超过30 %。直线电机抽油机将电能直接转换为直线往复运动，简化了机械传动过程，有效地提高了效率，而且加大冲程时整机外形尺寸和重量都增加得很少，特别是抽汲参数可无级调整，为实现自动控制及满足采油工艺要求提供了条件，是一种很有发展前途的新型抽油机。
[0003]与直线感应电机相比，永磁同步直线电机的力能指标高、体积小、重量轻，因此，在直线电机抽油机采油中，永磁同步直线电机得到了较多的应用研究。
[0004]中国专利CN2668844和CN100535382公开的“一种直线电机驱动的游梁式抽油机”，中国专利CN201212466公开的“直流步进永磁直线电机驱动的潜油采油栗”等提到的直线电机中永磁体和电枢绕组分别安装在次级和初级，由于采用长次级结构，永磁体的用量很大，这无疑导致系统成本增加。中国专利CN101783573公开的“多相长定子初级永磁直线电机”和中国专利CN102013786公开的“模块化互补型初级永磁直线电机及由其构成的电机模组”借鉴双凸极永磁电机或磁通切换永磁电机的工作原理和定子永磁型结构得到的将永磁体和电枢绕组均置于初级、次级长定子仅由导磁材料组成的初级永磁直线电机则很好地解决了永磁体用量大的问题。此外，中国专利CN104052238公开的“一种双边初级永磁游标直线电机”也采用了初级永磁型结构，且能够利用游标电机的磁齿轮增速效应实现能量转换，但是多极对永磁体贴装在电枢齿的表面，极间漏磁大且永磁体利用率低，导致电机功率因数和推力密度都较低。目前，国际上研究比较热点的场调制永磁电机利用基波磁场和谐波磁场的共同作用，能够实现更高的功率密度。因此，本专利借鉴初级永磁直线电机的结构特点并基于磁场调制原理，提出一种新型结构的初级永磁型场调制直线电机，该电机结构简单、可靠性高、加工成本低，且具有较强输出推力、较高推力密度以及较小推力波动，十分适用于诸如直线电机抽油机采油的长定子应用场合。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机。本发明为了解决现有的直线电机抽油机采油采用的永磁同步直线电机次级长定子结构中永磁体用量大，加工成本高的问题，并借鉴场调制电机的磁场调制作用带来的高功率密度特性，提供了一种将电枢绕组和永磁体均置于初级的双边长次级初级永磁型场调制直线电机拓扑结构。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]—种抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机，包括对称相对设置的2个长次级定子、设置在所述2个长次级定子之间的短初级动子和设置在所述短初级动子与所述长次级定子之间的气隙；
[0008]所述短初级动子包括沿运动方向等距间隔排列的初级铁心、嵌入设置在相邻初级铁心之间的初级永磁体、所述初级铁心的宽度大于初级永磁体的宽度以在所述初级铁心的宽度方向两侧形成初级齿，在所述初级齿上嵌套设置有电枢绕组。所述凸出于初级铁心宽度方向两侧的初级齿朝向所述长次级定子。
[0009]根据本发明优选的，所述长次级定子包括平板形次级铁心和在所述平板形次级铁心内表面等距设置的次级凸极，所述次级凸极与所述初级齿相对设置。
[0010]根据本发明优选的，单侧所述初级齿的个数:NP、电枢绕组绕制的极对数:pw、单侧相邻所述初级齿的中心距离:τρ和相邻所述次级凸极的中心距离:τ s，满足以下关系式(I):
[0011]Νρ.τρ= (Np/2+pw).ts (I)
[0012]在式⑴中，Np= 6k，k为正整数；所述初级永磁体的块数为N p+l0
[0013]根据本发明优选的，所述初级永磁体沿所述短初级动子运动方向充磁，且相邻所述初级永磁体充磁方向相反。
[0014]根据本发明优选的，在所述短初级动子沿运动方向两端的初级永磁体端面上分别设置有平衡齿。此处设计的优点在于，用于平衡短初级动子端部磁路，得到对称的相绕组磁链。
[0015]根据本发明优选的，所述平衡齿的宽度与所述初级铁心的宽度相等。
[0016]根据本发明优选的，所述2个平板形次级铁心内表面分别设置的次级凸极彼此呈对齐设置。
[0017]根据本发明优选的，所述2个平板形次级铁心内表面分别设置的次级凸极彼此呈交错设置。
[0018]根据本发明优选的，所述2个平板形次级铁心内表面分别设置的次级凸极彼此呈交错设置，交错的尺寸差:不大于相邻所述次级凸极的中心距离ts的二分之一。此处设计的优点在于，减小短初级动子推力波动。
[0019]根据本发明优选的，所述次级凸极端面宽度占相邻所述次级凸极中心距离τ s的比例 0.4-0.6。
[0020]根据本发明优选的，所述初级齿的宽度小于次级凸极的宽度。
[0021]本发明的有益效果:
[0022]本发明提供了一种抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机，与现有的直线电机抽油机采油采用的长定子型永磁同步直线电机相比，具有以下优点:
[0023]1.本发明的场调制直线电机，永磁体和电枢绕组均置于短初级动子，长次级定子仅为由导磁材料构成的凸极平板结构，具有结构简单、可靠性高、加工成本低的特点；
[0024]2.本发明的场调制直线电机基于磁场调制原理工作，利用次级凸极引起的气隙磁导变化对初级磁场调制实现机电能量转换，能够实现更高的推力密度；
[0025]3.本发明的场调制直线电机，电枢绕组设计均采用集中绕组形式，绕组绕制简单，易于实现模块化下线和动子模块化加工，机械装配更加方便；
[0026]4.本发明的场调制直线电机采用双边次级结构，初级动子不受单边侧拉力的影响，而且双边次级凸极可以相对错开一定角度安排，能够有效减小动子推力波动。
【附图说明】
[0027]图1为本发明抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机的结构示意图；
[0028]图1中:1、长次级定子；11、次级铁心；12、次级凸极；
[0029]2、短初级动子；21、初级铁心；22、初级永磁体；23、初级齿；24、电枢绕组；25、平衡齿;
[0030]3、气隙。
[0031]在图1中所示箭头代表初级永磁体充磁方向。
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0033]如图1所示。
[0034]实施例1、
[0035]一种抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机，包括对称相对设置的2个长次级定子1、设置在所述2个长次级定子1之间的短初级动子2和设置在所述短初级动子2与所述长次级定子1之间的气隙3 ;
[0036]所述短初级动子2包括沿运动方向等距间隔排列的初级铁心21、嵌入设置在相邻初级铁心21之间的初级永磁体22、所述初级铁心21的宽度大于初级永磁体22的宽度以在所述初级铁心21的宽度方向两侧形成初级齿23，在所述初级齿23上嵌套设置有电枢绕组24。
[0037]所述长次级定子1包括平板形次级铁心11和在所述平板形次级铁心11内表面等距设置的次级凸极12，所述次级凸极12与所述初级齿23相对设置。
[0038]所述初级永磁体22沿所述短初级动子2运动方向充磁，且相邻所述初级永磁体22充磁方向相反。
[0039]实施例2、
[0040]如实施例1所述的一种抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机，其区别在于，单侧所述初级齿23的个数:NP、电枢绕组24绕制的极对数:pw、单侧相邻所述初级齿23的中心距离:τ ρ和相邻所述次级凸极12的中心距离:τ s，满足以下关系式(I):
[0041]Νρ.τρ= (Np/2+pw).ts (I)
[0042]在式⑴中，Np= 6k，k为正整数；所述初级永磁体22的块数为N P+1。
[0043]实施例3、
[0044]如实施例1、2所述的一种抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机，其区别在于，在所述短初级动子2沿运动方