技术领域本发明实施例涉及石油开采技术，尤其涉及一种开关磁阻电机直驱采油装置。
背景技术：
进行石油开采时，因为原油一般深埋在地下，所以需要利用专门的采油设备，将原油从地下采出。具体为将从储层流到井底的油气资源通过各种手段将其抽汲至油井井口。当前，在进行采油时，可以分为有杆采油和无杆采油两种方法。抽油机是有杆采油系统的地面驱动设备。图1是现有技术中抽油机的结构示意图。如图1所示，现有的抽油机1主要包括电动机11、皮带12、减速箱13和四连杆结构14。当电动机11转动时，带动皮带12进行转动，皮带12将转矩通过减速箱13传递到四连杆结构14，四连杆结构14再驱动抽油机的抽油机构做往复运动，以开采地下原油。其中，电动机11利用皮带12传动，主要是利用皮带12与皮带轮之间的摩擦力进行传动，因此在负载过大时，皮带12可以相对于皮带轮产生一定的位移，即过载打滑，以防止电动机因负载过大而烧掉。然而，现有的采油装置采用直流电动机或交流电动机作为动力，并以皮带作为电动机与减速箱之间的传动装置，这样当电动机负荷增加或遇雨雪天气时，皮带易发生打滑、丢转、断脱等现象，且运行时输出轴受径向皮带拉力的作用，增加了机械损耗和能量损耗，从而影响了采油装置的可靠性。同时，皮带因易损坏，需要经常更换，增加了员工劳动强度，操作成本高，降低了生产时率。
技术实现要素：
本发明提供一种开关磁阻电机直驱采油装置，以通过开关磁阻电机通过联轴器与抽油机减速箱直接连接，省去了皮带传动机构，提高采油装置驱动的传动效率。第一方面，本发明提供一种开关磁阻电机直驱采油装置，包括：底座、支架、开关磁阻电机、联轴器、变向机构、抽油机构和电机控制器；支架设置在底座上；变向机构和抽油机构设置在支架上；开关磁阻电机的输出端和联轴器一端相连，联轴器另一端和变向机构相连，以将开关磁阻电机的输出转矩传递给变向机构；变向机构用于在联轴器输出转矩的驱动下带动抽油机构运动；抽油机构用于在变向机构的驱动下进行往复采油运动；电机控制器和开关磁阻电机电连接，用于控制开关磁阻电机的转速。进一步的，变向机构可以包括曲柄和连杆，曲柄在联轴器的带动下绕旋转轴旋转，连杆一端和曲柄相连，另一端和抽油机构相连，这样当曲柄在联轴器的带动下绕旋转轴旋转时，连杆在曲柄的带动下驱动抽油机构做上下往复运动。进一步的，变向机构还包括减速箱，减速箱一端和联轴器相连，另一端和曲柄相连。进一步的，曲柄与连杆相连的一端设置有平衡装置。进一步的，抽油机构包括游梁和驴头，游梁设置在支架上，游梁一端和变向机构连接，另一端和驴头连接，且以游梁与支架之间的连接点为转轴绕支架旋转。进一步的，驴头上设置有悬绳器，悬绳器用于连接抽油载荷。进一步的，游梁上还设置有配重块。进一步的，开关磁阻电机控制器内设置有制动保护器，用来保护电机安全运行。进一步的，电机控制器具体用于根据开关磁阻电机的负载控制开关磁阻电机的转速。本发明提供的开关磁阻电机直驱采油装置包括底座、支架、开关磁阻电机、联轴器、变向机构、抽油机构和电机控制器，支架设置在底座上，变向机构和抽油机构设置在支架上，开关磁阻电机的输出端和联轴器一端相连，联轴器另一端和变向机构相连，以将开关磁阻电机的输出转矩传递给变向机构，变向机构用于在开关磁阻电机输出转矩的驱动下带动抽油机构运动；抽油机构用于在变向机构的驱动下进行往复采油运动，电机控制器和开关磁阻电机连接，用于控制开关磁阻电机的转速。这样通过开关磁阻电机和减速箱的直接连接，提高了采油装置驱动的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术中抽油机的结构示意图；图2是本发明实施例一提供的开关磁阻电机直驱采油装置的结构示意图；图3是本发明实施例二提供的开关磁阻电机直驱采油装置的结构示意图；图4是本发明实施例二提供的开关磁阻电机与联轴器的连接示意图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一图2是本发明实施例一提供的开关磁阻电机直驱采油装置的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的开关磁阻电机直驱采油装置包括：底座21、支架22、开关磁阻电机23、联轴器24、变向机构25、抽油机构26和电机控制器27；具体的，抽油机底座21一般安装在待采油井的井口处，并且通常为固定式。支架22固定在底座21上，变向机构25和抽油机构26设置在支架22上，这样变向机构25和抽油机构26可以在开关磁阻电机23的驱使下进行联动，抽油机构26即可在油井井口处进行往复运动，以实现对油井井口加压的操作或者是将油井底部的原油抽采到地面上。开关磁阻电机23的输出端和联轴器24一端相连，联轴器24另一端和变向机构25相连，以将开关磁阻电机23的输出转矩传递给变向机构25。开关磁阻电机23是利用磁阻最小原理，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合的。这样具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的主轴线重合。当定子极励磁时，所产生的磁力会力图使转子旋转到转子极轴线与定子极轴线重合的位置，并使励磁绕组的电感最大。因此可以根据上述原理，将电机做成各磁路的磁阻随转子位置而改变的形式，并保证在电机的转子旋转时，磁路的磁阻要有尽可能大的变化。若以定、转子所对的位置作为起始位置，然后依次给线圈绕组通电，转子会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转：反之，则转子会沿顺时针方式转动。一般的，开关磁阻电机23多采用凸极定子与凸极转子的双凸极结构，且定子和转子的极数不同。开关磁阻电机23的定子和转子都是凸极式齿槽结构，且定、转子的铁芯均由硅钢片冲压成一定形状及规格的齿槽，然后叠压而成。定子绕组可根据需要采用串联、并联或串并联结合的形式在相应的极上得到径向磁场，转子带有位置检测器以提供转子位置信号，使定子绕组按一定的顺序通断，保持电机的连续运行。电机磁阻随着转子磁极与定子磁极的中心线对准或错开而变化，因为电感与磁阻成反比，当转子磁极在定子磁极中心线位置时，相绕组电感最大；当转子极间中心线对准定子磁极中心线时，相绕组电感最小。开关磁阻电机23当负载较大的时候，其转速会随负载的增大而下降，从而保持最大功率的输出，这样不会出现电机的过流现象，在转速为零一直到最高转速范围内均可带负荷长期运转。因此开关磁阻电机23的调速范围很宽，且在转速较低及转速不均匀的情况下仍然可以长期带负荷运转，从而具有较强的工况适应能力。具体的，开关磁阻电机23和联轴器24相连，以将开关磁阻电机23的输出转矩通过联轴器24的传递输出至采油装置的执行机构，如变向机构25和抽油机构26中，以完成采油动作。联轴器24是用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。联轴器24一般由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。按照被连接两轴的相对位置和位置的变动情况，联轴器24可以分为：(1)固定式联轴器。主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。(2)可移式联轴器。主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方。具体的，根据补偿位移的方法，可移式联轴器又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器等。刚性可移式联轴器利用联轴器工作零件间构成的动连接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，弹性可移式联轴器(简称弹性联轴器)利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能。具体的，和开关磁阻电机23的输出端相连的联轴器24可以为任意形式，并不局限于固定式联轴器或者可移式联轴器。因为开关磁阻电机23的转速可以根据负载的变化而自我调整，因此可以选用呈刚性连接的固定式联轴器进行连接，连接时只要保证联轴器23主动轴和从动轴之间有较高的机械效率，且主动轴和从动轴之间不发生较大的窜动即可。同时也可以根据实际的工况需要，选用对轴的连接要求较为宽松的可移式联轴器进行连接，以保证整个系统的运行稳定性，避免动力进行传递时出现不稳定的现象。一般的，可以采用固定式联轴器和开关磁阻电机23进行连接，因为固定式联轴器的结构较为简单，安装精度要求较低，所以使用时的稳定性、耐用性均较佳，且实施成本也大大减少。同时，因为采用了开关磁阻电机23和联轴器24相结合的动力输出方式，其传动过程简单，且因为开关磁阻电机23的工作特性，其对联轴器24的要求较低，所以联轴器24的结构可以较为简单，且相较于传统的皮带传动装置而言，尺寸大为减少，这样可以减小整个采油装置的整体尺寸，并避免传统的皮带传动装置因皮带裸露而造成的安全隐患。具体的，开关磁阻电机23通过联轴器24输出转矩之后，变向机构25用于在开关磁阻电机23输出转矩的驱动下带动抽油机构26运动；抽油机构26用于在变向机构25的驱动下进行往复采油运动。具体的，因为联轴器24输出的多为一个平行方向的转矩，变向机构25必须改变该转矩的方向，以使开关磁阻电机24的驱动力矩可以推动抽油机构26运动。变向机构25可以为连杆机构等形式，可以将联轴器24中从动轴的旋转运动转化为连杆的摆动或者转动等运动形式。而抽油机构26即可在变向机构的驱动下进行往复的采油运动。抽油机构26的具体实现形式可以和现有的采油机的形式相同，或者为其它新的结构形式。电机控制器27和开关磁阻电机23电连接，用于控制开关磁阻电机23的转速。具体的，电机控制器27可以根据开关磁阻电机23的负载控制开关磁阻电机23的转速。因为开关磁阻电机23的转速可以在较为宽泛的范围内进行调整，因此可以利用电机控制器27根据开关磁阻电机23的负载情况对开关磁阻电机23的转速进行控制，以保证开关磁阻电机23在负载较大的时候可以维持较低的转速，以实现开关磁阻电机23的转速调整。本实施例中，开关磁阻电机直驱采油装置包括底座、支架、开关磁阻电机、联轴器、变向机构、抽油机构和电机控制器，支架设置在底座上，变向机构和抽油机构设置在支架上，开关磁阻电机的输出端和联轴器一端相连，联轴器另一端和变向机构相连，变向机构用于在联轴器输出转矩的驱动下带动抽油机构运动；抽油机构用于在变向机构的驱动下进行往复采油运动，电机控制器和开关磁阻电机电连接，用于控制开关磁阻电机的转速。这样通过开关磁阻电机和联轴器的直接连接，提高了采油装置驱动的可靠性。实施例二图3是本发明实施例二提供的开关磁阻电机直驱采油装置的结构示意图。本实施例在前述实施例一的基础上，详细提供了开关磁阻电机直驱采油装置的详细组成。如图3所示，本实施例提供的开关磁阻电机直驱采油装置同样包括底座21、支架22、开关磁阻电机23、联轴器24、变向机构25、抽油机构26和电机控制器27。其中，开关磁阻电机直驱采油装置的底座21安装在待采油井的井口处，并且通常为固定式。支架22设置在底座21上，变向机构25和抽油机构26设置在支架22上，变向机构25和抽油机构26可以在开关磁阻电机23的驱使下进行联动，抽油机构26即可在油井井口处进行往复运动。具体的，支架22可以为一独立的塔式支架，以将变向机构25和抽油机构26设置于其上。支架22应具有足够的高度，以满足抽油机构26的工作行程需要。具体的，变向机构25可以包括曲柄251和连杆252，曲柄251在联轴器24的带动下绕旋转轴旋转，连杆252一端和曲柄251相连，另一端和抽油机构26相连，当曲柄251在联轴器24的带动下绕旋转轴旋转时，连杆252在曲柄251的带动下驱动抽油机构26做往复运动。具体的，抽油机构26包括游梁261和驴头262，游梁261设置在支架22上，游梁261一端和变向机构25连接，另一端和驴头262连接，且以游梁261与支架22之间的连接点为转轴绕支架22旋转。这样，在上述具体结构中，当联轴器24输出旋转转矩时，变向机构25可以使曲柄251在联轴器24的旋转带动下绕旋转轴旋转，因为曲柄251和连杆252一端相连，所以可以带动连杆252进行运动。因为抽油机构26的游梁261设置在支架22上，且可以绕支架22旋转，因此当连杆252运动时，抽油机构26的游梁261可以以游梁261和支架22之间的连接点为转轴进行转动，从而游梁261和连杆252连接的一端降下时，游梁261另一端升起，或者和连杆252连接的一端升起时，游梁261另一端降下。这样随着变向机构25中曲柄251的旋转，抽油机构26中的游梁261的远离连杆252的一端不停做升起——降下的往复运动，以实现具体的抽油操作。具体的，变向机构25还可以包括有减速箱253，减速箱253的一端通过联轴器24与开关磁阻电机23相连，另一端和曲柄251相连。减速箱253可以进一步降低联轴器24所输出的转速，一方面因为开关磁阻电机23的转速较高，而开关磁阻电机直驱采油装置的抽油机构26的运动速度较慢，所以减速箱253可以使开关磁阻电机23所输出的转速降低为变向机构25的运转速度，另一方面，因为抽油机构26一般尺寸、重量都较大，所以减速箱253加大了联轴器24的输出扭矩，使得扭矩较小的电机也可以驱动质量较大的抽油机构26运动。此外，减速箱253还可以改变联轴器24输出转矩的方向，如利用斜齿轮等机构使输出转矩的方向和原先方向垂直，从而使开关磁阻电机23与联轴器24的布置位置更加自由、灵活。具体的，在曲柄251进行旋转的时候，还可以在曲柄251与连杆252相连的一端设置平衡装置(图中未示出)。该平衡装置可以减少在抽油机构26做往复运动时所引起的整个装置的摆动，从而提高开关磁阻电机直驱采油装置的稳定性，并降低装置运行的噪音。具体的，也可以在游梁261上设置配重块(图中未示出)，来进行装置运动时的平衡。具体的，可以在游梁261与连杆252连接的一端装设配重块。游梁261上装设配重块之后，游梁261一端配重块形成的载荷扭矩与抽油机构26的抽油载荷形成的扭矩相等，此时只需要很小的驱动力，即可控制抽油机构26的游梁261做平衡运动，以维持驴头262的升降。具体的，抽油装置26的驴头262为弧形，驴头262上设置有悬绳器263，该悬绳器263用于连接抽油载荷，当驴头262随游梁261不断上下摆动时，因为驴头262为弧形，所以悬绳器263可以始终保持在竖直方向上下运动。这样可以使悬绳器263连接的抽油载荷，例如光杆维持在油井的井口的中心位置，防止光杆等抽油载荷和油井侧壁相碰。具体的，开关磁阻电机23的输出端和联轴器24一端相连，联轴器24另一端和变向机构25相连。图4是本发明实施例二提供的开关磁阻电机与联轴器的连接示意图。如图4所示，开关磁阻电机23的输出端与联轴器24的主动轴241相连接，联轴器24的从动轴241再连接至变向机构25的减速箱253上，从而完成开关磁阻电机23的动力传动功能。可选的，开关磁阻电机23可以设置有制动保护器(图中未示出)，如果当开关磁阻电机直驱采油装置的负荷超过一定阈值，或者电机的驱动电流过大时，制动保护器均可停止开关磁阻电机的运转，以保护装置。制动保护器也可以由操作人员手动进行控制，这样当出现紧急情况时，即可人工启动制动保护器，停止开关磁阻电机23的运转。开关磁阻电机23还配置有电机控制器27。电机控制器27和开关磁阻电机23电连接，用于控制开关磁阻电机23的转速。具体的，电机控制器27可以集成在计算机中，计算机可以监测开关磁阻电机23当前的负载载荷，并利用最优控制策略，根据当前载荷控制开关磁阻电机23的转速。本实施例中，以具体的开关磁阻电机直驱采油装置为例，该开关磁阻电机直驱采油装置包括底座、支架、开关磁阻电机、联轴器、变向机构、抽油机构和电机控制器，支架设置在底座上，变向机构和抽油机构设置在支架上，开关磁阻电机的输出端和联轴器一端相连，联轴器另一端和变向机构相连，变向机构可以包括曲柄和连杆，曲柄在联轴器的带动下绕旋转轴旋转，连杆一端和曲柄相连，另一端和抽油机构相连，当曲柄在联轴器的带动下绕旋转轴旋转时，连杆在曲柄的带动下驱动抽油机构做往复运动；抽油机构包括游梁和驴头，游梁一端和变向机构连接，另一端和驴头连接，且可绕支架旋转，用于在变向机构的驱动下进行往复采油运动，电机控制器和开关磁阻电机电连接，用于控制开关磁阻电机的转速。这样通过开关磁阻电机和联轴器的直接连接，提高了采油装置驱动的可靠性。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。