一种直驱式顶驱电机的制作方法

本实用新型涉及石油开采设备技术领域，尤其涉及一种直驱式顶驱电机。

背景技术：

石油行业领域中，普通电动顶驱采用齿轮减速系统、密封和润滑等方面存在许多问题，随着近年来国内外企业不断研发出新型顶驱，在这些装备中就有一种是为了减少齿轮箱的顶部驱动钻井装置，称为直驱顶驱，钻井装备直驱顶驱，采用单台电动机直接驱动。现有的普通顶驱其现场操作的可靠性低、整机结构不紧凑、空间尺寸大，存在减速箱传动机构，故障点多、故障率高、可靠性低。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出一种直驱式顶驱电机。

具体的， 一种直驱式顶驱电机，包括机座、主轴、设置在机座下端的下端盖和设置在机座上端的提升箱体，机座内设置有定子和转子，所述的主轴穿设于转子内，并与转子固定连接；主轴的两端分别穿过提升箱体和下端盖，主轴的下部通过轴承A与下端盖连接，提升箱体内从上至下依次设置有轴承B和轴承C，且主轴分别与轴承B和轴承C连接。

所述的转子连接有转子支架，主轴上设置有中心管，转子支架通过胀套与中心管连接。

所述的轴承A为圆锥滚子轴承，轴B为圆柱滚子轴承，轴承C为推力圆锥滚子轴承。

所述的转子和定子上端分别设置有转子压圈和定子压圈。

所述定子的定子冲片、定子压圈均设置有轴向通风孔和径向通风沟。

所述转子的转子冲片、转子压圈均设置轴向通风孔和径向通风沟。

所述的机座上设置有风机。

所述的下端盖设置有进风口。

所述转子的转子端环采用弧形片，拼成的整圆结构。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型不需要机械减速装置实现0-220rpm的运行转速，且与普通中高速交流变频电动顶驱相比、直驱电机驱动顶驱具有钻井性能好、启动平稳、取消了变速箱，过载能力强等独特优势，同时具有简化结构、指标先进、适应性强、经济性好、可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中1-风机、2-轴承B、3-主轴、4-转子压圈、5-定子压圈、6-机座、7-转子支架、8-中心管、9-导条、10-转子端环、11-定子线圈、12-下端盖、13-轴承A、14-胀套螺钉、15-胀套、16-转子铁心、17-定子、18-转子、19-接线盒、20-提升箱体、21-轴承C。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

电机的体积和有效材料用量是和转矩成正比的，所以采用把电机本体与顶驱本体通过空间融合、结构融合、功能融合的设计理念来缩小体积降低重量。针对这种低速大转矩直驱电机的特点，对电机本体结构提出了更的设计要求。主要体现为以下几点：

（1）电机与顶驱本体结构融合设计

如图1所示，一种直驱式顶驱电机，包括机座6、设置在机座6下端的下端盖12和设置在机座6上端的提升箱体20。采用直驱可以对称的利用顶驱主轴周围整个圆周方向的空间；然后将顶驱提升箱体和电机的上端盖统一集成化设计；电机的转轴与顶驱主轴共轴,上端接冲管总成，下端接钻柱；其次是利用井架的大开档，充分进行空间整合利用，这样电机的单位重量可以做出更大的转矩，提高电机的转矩密度。另外由于采用直驱电机其体积重量比传统的电机大很多，所以机械强度的裕量很大，热容量也很大，电机的过载能力就很强。产生蹦扣所需的过转矩就不需增加制造成本。并且，机座6上设置有风机1，其设有两个。

（2）直驱顶驱电机的轴承装配结构

如图1所示，该电机还包括主轴3，机座6内设置有定子17、定子17内设置有转子18，转子18和定子17上端分别设置有转子压圈4和定子压圈5。所述的主轴3穿设于转子18内，并与转子18连接；主轴3的两端分别穿过提升箱体20和下端盖12，主轴3的下部通过轴承A13与下端盖12连接，提升箱体20内从上至下依次设置有轴承B2和轴承C21，且主轴3分别与轴承B2和轴承C21连接。所述的轴承A13为防跳轴承，具体的，轴承A13为圆锥滚子轴承；轴承B2为顶驱的扶正轴承，具体的，轴承B2为圆柱滚子轴承；轴承C21为推力轴承，传递钻柱重量，具体的，轴承C21为推力圆锥滚子轴承。

（3）电机转子支架与转轴的胀紧联接套联接结构

如图1所示，所述的转子18连接有转子支架7，主轴3上设置有中心管8，转子支架7通过胀套15与中心管8连接。胀套15采用外置安装结构，内套、外套在轴向设置的胀套螺钉14预紧力的作用下，圆锥配合面产生的正压力使转子中心管收缩压紧主轴，并依靠静摩擦力传递扭矩。

（4）转子采用一种降低异步电动机鼠笼转子温升的端环结构

转子散热结构的研究，由于电机转速降低，转子的散热能力下降，必须创新设计鼠笼结构。降低鼠笼温度，提高鼠笼强度。新结构转子端环采用弧形片分层结构，采用齿槽交错分布的弧形片，拼成的整圆结构，共计4层，即通过四个圆弧片堆积并拼成一个整圆。增大了鼠笼散热面积，有效降低了转子温升。

主要零部件结构：

1）定子

定子绕组为成型的双层迭绕组。成型的定子线圈11嵌进定子槽中。为了得到足够的机械强度、良好的电气性能与优良的热稳定性，定子绕组端部用绑绳绑扎，电机整体真空压力浸漆VPI，整个电机的绝缘等级为H级。电机浸漆后，三相绕组用铜排引出至接线盒18，接线盒18固定于机座6。

1.1定子铁心、机座

定子铁芯17由0.5mmDW470-50(W18)优质冷轧硅钢板冲制的整圆片叠制而成。定子冲片和定子压圈5开有轴向通风孔和径向通风沟。铁心背部用16根拉杆拉紧后热套于机座6内。机座6为钢板焊接结构。

1.2电枢线圈

每个线圈11由5匝规格为2-2.15×9.5的F46薄膜导线绕制而成，直线部分用亚胺薄膜半迭包，端部用亚胺薄膜和粉云母带半迭包，外包绝缘采用无碱玻璃丝带平包。

2下端盖

下端盖12为铸钢ZG230-450，端盖开设有通风孔，冷却空气从端盖进风孔进入电机内部，经过定转子通风气道，最终经由风机1出风口排除。

3转子

转子采用纯铜梯排导条9，四层铜板焊接端环10，有效的扩大了整个鼠笼的散热面积。可降低鼠笼温度，提高其强度，延长其使用寿命。

3.1转子铁心

转子铁心16由0.5mmDW470-50(W18)优质冷轧硅钢片叠压而成，转子铁心16背部用8根拉杆拉紧后热套于转子支架7上。为了改善转子的散热，转子压圈4和冲片上均开有轴向通风孔和径向通风沟，大大提高了转子散热能力。

3.2转子鼠笼绕组

转子鼠笼绕组采用梯形铜合金导条9，转子导条9插入槽后，将导条涨紧并固定在槽内。转子导条9与4层转子端环10用TIG焊接牢靠，形成鼠笼式转子。

电机采用强迫通风冷却，两个风机1立式安装于机座6表面上，在定子联线端出风孔位置。冷却空气由下端盖12的进风孔进入，通过定子17背部、气隙、定转子径向通风沟和轴向通风孔流入电机上端，由风机1出风口流出。电机的外壳防护等级IP44，冷却方式IC06。

电机的主轴3与顶驱主轴3共轴，上端轴承C21装在提升箱体20内，传递钻柱重量，电机下端盖12安装有轴承A13共同支撑电机转子18，转子18通过胀套15与主轴3固定联接并传递转矩，驱动钻杆直接钻进。该电机是为直驱式变频调速三相异步鼠笼式电动机。采用柴油发电机组等供电设备供电，经变流器整流逆变输出电压频率可调的三相交流电供给该电机使用，该直驱顶驱电机直接驱动主轴钻进，电机在运转过程中随游车上下移动。电机的主轴3与顶驱主轴共轴，上端接冲管总成，下端接钻柱，取消了减速箱，采用无机械变速传动机构。