游梁抽油机摆动能微电源的制作方法

本实用新型涉及抽油机仪表供电技术领域，具体涉及一种游梁抽油机摆动能微电源。

背景技术：

现在游梁抽油机上的无线仪表多采用电池供电或太阳能板供电。采用电池供电时为了降低电耗，数据传输频率不能做的太高，无法满足实时性要求；采用太阳能板供电时发电量受天气情况的限制；因此需要一种即节能又可以用于抽油机上且不受光照影响的供电设备，使其能够为抽油机上或其附件的仪表供电。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种游梁抽油机摆动能微电源，利用游梁的摆动使交流发电机发电，给抽油机上的无线角位移传感器等仪表供电，解决了游梁抽油机上无线仪表的供电问题，使无线仪表的数据传输频率能满足实时监控的要求，相比电池供电更环保。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种游梁抽油机摆动能微电源，包括配重器、交流发电机、发电整流调压系统，所述配重器固定于游梁的顶部，所述配重器与交流发电机连接，所述配重器以游梁的上下摆动带动交流发电机旋转发电，所述交流发电机与发电整流调压系统连接为负载供电，所述配重器包括壳体、固定于壳体内的封闭腔室，所述腔室的顶部外壁上固定有封闭的齿轮箱，所述腔室内填充油液，所述腔室内滑动连接有推板，所述推板将腔室分隔为左腔室和右腔室，所述左腔室和右腔室分别通过一个油液输送管与齿轮箱内部连通，所述推板的一侧壁上固定有推杆，所述推杆的一端贯穿所述腔室侧壁延伸至外侧，所述腔室外侧的推杆上固定有配重球；

所述齿轮箱内设有两个呈上下排列且共同充满齿轮箱内部的齿轮，所述油液输送管位于两个齿轮之间，两个齿轮分别与齿轮箱转动连接，所述交流发电机的输入轴与其中一个齿轮固定连接。

优选的是，所述交流发电机固定于壳体的一侧壁上，所述齿轮箱呈椭圆形结构。

在上述任一方案中优选的是，所述发电整流调压系统包括整流稳压电路、变压输出电路，所述整流稳压电路的输入端与交流发电机的输出端连接，由所述整流稳压电路将所述交流电转换为直流电，所述整流稳压电路的输出端与所述变压输出电路的输入端连接，所述变压输出电路的输出端与至少一个负载连接。

在上述任一方案中优选的是，所述整流稳压电路包括二极管组件、第一电容、可控硅开关元件、电感线圈、第二电容，所述二极管组件与交流发电机的三相电输出端连接，所述二极管组件包括并联的第一二极管组、第二二极管组、第三二极管组，所述二极管组件、第一电容、第二电容依次并联连接，所述第一电容和第二电容之间串联可控硅开关元件和电感线圈，所述可控硅开关元件的一端与第一电容连接，所述电感线圈的一端与第二电容的一端连接。

在上述任一方案中优选的是，所述变压输出电路包括第一电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、滑动变阻器、第二电阻，所述第一电阻的一端与第二电容的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的基极与滑动变阻器的滑动端连接，所述第一三极管、第二三极管的集电极均与第一电阻的一端连接，所述第一三极管的发射极与第二电阻的一端连接，所述第一三极管的基极与第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的基极与第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与第四二极管vd7的负极连接，所述第二电阻的另一端与滑动变阻器的一端连接，所述滑动变阻器的另一端与第四二极管vd7的正极连接，所述第二电阻的一端接所述负载，以输出电压向所述负载供电。

在上述任一方案中优选的是，所述游梁抽油机摆动能微电源还包括保护电路，所述保护电路包括第一电压检测模块、第二电压检测模块、电流检测模块、继电器模块、单片机，所述第一电压检测模块的输入端与二极管组件的输出端连接，所述第二电压检测模块和继电器模块的输入端分别与变压输出电路的输出端连接，所述电流检测模块的输入端与继电器模块的输出端连接，所述第一电压检测模块和第二电压检测模块的电路结构相同，所述可控硅开关元件与单片机连接。

在上述任一方案中优选的是，所述继电器模块包括第一继电器、第二继电器，所述第一继电器和第二继电器的一端均与变压输出电路的输出端连接，所述第一继电器的另一端与第三电阻的一端连接，所述第二继电器的另一端连接电流检测模块的输入端，所述电流检测模块的输出端连接分压负载输出模块，所述单片机的第一输入管脚与第一电压检测模块的输出端连接，所述单片机的第二输入管脚与第二电压检测模块的输出端连接，所述单片机的第三输入管脚与电流检测模块的输出端连接，所述单片机的第一输出管脚与第一继电器连接，所述单片机的第二输出管脚与第二继电器连接。

在上述任一方案中优选的是，所述电流检测模块的输出端连接分压负载输出模块，所述分压负载输出模块包括第一分压电阻、第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端与电流检测模块连接，所述第一分压电阻的另一端与第二分压电阻的一端连接，所述第二分压电阻的另一端与第三电阻的另一端连接，所述第一分压电阻的一端连接一个负载以向负载输出第一电压，所述第一分压电阻和第二分压电阻之间的抽头连接另一个负载以向另一个负载输出第二电压。

在上述任一方案中优选的是，所述电流检测模块包括电流采样电阻、电流放大电路，所述电流采样电阻的一端与第二继电器的另一端连接，所述电流采样电阻的另一端分别与电流放大电路的输入端和负载连接，所述电流放大电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与所述单片机的第二输入管脚连接。

在上述任一方案中优选的是，所述第二电压检测模块包括电压采样电阻、电压跟随隔离电路，所述电压跟随隔离电路包括第二运算放大器，所述电压采样电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述电压采样电阻的另一端与第二运算放大器的输入端连接，所述第二运算放大器的输出端与单片机的第二输入管脚连接；所述第一电压检测模块中的电压采样电阻与第三二极管组的负极连接，所述第一电压检测模块中的第二运算放大器输出端与单片机的第一输入管脚连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的游梁抽油机摆动能微电源具有以下有益效果：

1、通过在游梁上安装配重器，利用游梁的摆动使推板在配重球的推拉下在左腔室和右腔室之间往复移动，从而推动腔室内的油液进入齿轮箱内，利用油液的流动带动齿轮旋转，进而使交流发电机发电，并经发电整流调压系统整流调压，给抽油机上的无线角位移传感器等仪表供电，解决了游梁抽油机上无线仪表的供电问题，通过保护电路的设置，使无线仪表的数据传输频率能满足实时监控的要求，相比电池供电更环保；

2、通过第二电压检测模块、电流检测模块、继电器模块和单片机的设置，将检测电压电流信号传送至单片机，单片机通过与预设阈值进行比较控制继电器模块动作，从而实现了负载较小时输出功率的自动调节，以保证交流发电机的稳定运行，同时通过分压负载输出模块的设置，可以同时输出不同电压，比如直流24v和3.3v两种电压，以适于不同负载，即适用于不同仪表，并且单片机控制继电器模块动作实现电能输出回路的自动投运和断开，防止电流电压过大或过小而损坏负载，对负载起到保护作用；

3、通过第一电压检测模块的设置，检测整流后的初始电压并反馈给单片机，通过与预设阈值进行比较，控制可控硅开关元件进行通断动作，保证了第二电容c2两端的电压，从而使第二电压检测模块的电压范围为23v-24v，通过二极管组件和第二电容的设置，实现了电能的单向流动和暂时存储功能，在可控硅开关元件断开期间，第二电容向电路供电，保证了电路的畅通和负载的正常工作。

附图说明

图1为本实用新型提供的游梁抽油机摆动能微电源一优选实施例的整体结构示意图；

图2为图1所示实施例中推板向左腔室移动的结构示意图；

图3为图1所示实施例中推板向右腔室移动的结构示意图；

图4为图1所示实施例的整体电路图；

图5为图4所示实施例中第一电压检测模块的电路图；

图6为图4所示实施例中电流检测模块的电路图。

图中标注说明：1、交流发电机；2、第一电压检测模块；3、单片机；4、第二电压检测模块；5、电流检测模块；6、配重球；7、壳体；8、齿轮；9、腔室；10、油液输送管；11、推板；12、推杆；13、游梁；14、齿轮箱；15、第二运算放大器；16、第一运算放大器；ua、第一相；ub、第二相；uc、第三相；vd1、第一二极管；vd3、第二二极管；vd5、第三二极管；vd7、第四二极管；c1、第一电容；c2、第二电容；c3、第三电容；c4、第四电容；q1、可控硅开关元件；l1、电感线圈；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第一分压电阻；r5、第二分压电阻；rp、滑动变阻；vt1、第一三极管；vt2、第二三极管；vt3、第三三极管；k1、第一继电器；k2、第二继电器。

具体实施方式

为了更进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
，下面将结合具体实施例详细阐述本实用新型。

如图1-6所示，按照本实用新型提供的游梁抽油机摆动能微电源的一实施例，包括配重器、交流发电机1、发电整流调压系统，所述配重器固定于游梁13的顶部，所述配重器与交流发电机1连接，所述配重器以游梁13的上下摆动带动交流发电机1旋转发电，所述交流发电机1与发电整流调压系统连接为负载供电，所述配重器包括壳体7、固定于壳体7内的封闭腔室9，所述腔室9的顶部外壁上固定有封闭的齿轮8箱，所述腔室9内填充油液，所述腔室9内滑动连接有推板11，所述推板11将腔室9分隔为左腔室9和右腔室9，所述左腔室9和右腔室9分别通过一个油液输送管10与齿轮8箱内部连通，所述推板11的一侧壁上固定有推杆12，所述推杆12的一端贯穿所述腔室9侧壁延伸至外侧，所述腔室9外侧的推杆12上固定有配重球6；

所述齿轮8箱内设有两个呈上下排列且共同充满齿轮8箱内部的齿轮8，所述油液输送管10位于两个齿轮8之间，两个齿轮8分别与齿轮8箱转动连接，所述交流发电机1的输入轴与其中一个齿轮8固定连接，由齿轮8旋转带动交流发电机1旋转发电。游梁13摆动过程中，在配重器重力的作用下推拉推板11，使推板11在腔室9内作往复运动，推拉过程中使油液进入齿轮8箱内推动齿轮8旋转，从而带动交流发电机1旋转发电，再经过发电整流调压系统将发出的电能变成直流3.3v、24v输出给抽油机上的无线角位移传感器等仪表供电，分压负载输出模块将分流形成不同的电压，因此不限于上述两种电压数值。

所述交流发电机1固定于壳体7的一侧壁上，所述齿轮8箱呈椭圆形结构，方便两个齿轮8在齿轮8箱内的上下安装以及充满齿轮8箱，有利于液体流动使有足够的动力推动齿轮8旋转。

所述发电整流调压系统包括整流稳压电路、变压输出电路，所述整流稳压电路的输入端与交流发电机1的输出端连接，由所述整流稳压电路将所述交流电转换为直流电，所述整流稳压电路的输出端与所述变压输出电路的输入端连接，所述变压输出电路的输出端与至少一个负载连接，以向每个所述负载输出对应的供电电压，每个负载安装在抽油机上。

所述整流稳压电路包括二极管组件、第一电容c1、可控硅开关元件q1、电感线圈l1、第二电容c2，所述二极管组件与交流发电机1的三相电输出端连接，所述二极管组件包括并联的第一二极管组、第二二极管组、第三二极管组，所述二极管组件、第一电容c1、第二电容c2依次并联连接，所述第一电容c1和第二电容c2之间串联可控硅开关元件q1和电感线圈l1，所述可控硅开关元件q1的一端与第一电容c1连接，所述电感线圈l1的一端与第二电容c2的一端连接。可控硅开关元件q1的另一端与电感线圈l1的另一端连接。

所述第一二极管组包括两个串联的第一二极管vd1和vd2，交流发电机1的第一相ua连接在两个第一二极管vd1和vd2之间；所述第二二极管组包括两个串联的第二二极管vd3和vd4，交流发电机1的第二相ub连接在两个第二二极管vd3和vd4之间；所述第三二极管组包括两个串联的第三二极管vd5和vd6，交流发电机1的第三相uc连接在两个第三二极管vd5和vd6之间。

所述第一二极管vd1、第二二极管vd3和第三二极管vd5的负极均与第一电容c1的一端连接，所述一二极管vd2、第二二极管vd4和第三二极管vd6的正极均与第一电容c1的另一端连接。

所述变压输出电路包括第一电阻r1、第一三极管vt1、第二三极管、第三三极管vt3、滑动变阻rp器、第二电阻r2，所述第一电阻r1的一端与第二电容c2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端与所述第三三极管vt3的集电极连接，所述第三三极管vt3的基极与滑动变阻rp器的滑动端连接，所述第一三极管vt1、第二三极管的集电极均与第一电阻r1的一端连接，所述第一三极管vt1的发射极与第二电阻r2的一端连接，所述第一三极管的基极与第二三极管vt2的发射极连接，所述第二三极管的基极与第三电容c3的一端连接，所述第三电容c3的另一端与第四二极管vd7的负极连接，所述第二电阻r2的另一端与滑动变阻rp器的一端连接，所述滑动变阻rp器的另一端与第四二极管vd7的正极连接，所述第二电阻r2的一端接所述负载，以输出电压向所述负载供电。

所述游梁13抽油机摆动能微电源还包括保护电路，所述保护电路包括第一电压检测模块2、第二电压检测模块4、电流检测模块5、继电器模块、单片机3，所述第一电压检测模块2的输入端与二极管组件的输出端连接，所述第二电压检测模块4和继电器模块的输入端分别与变压输出电路的输出端连接，所述电流检测模块5的输入端与继电器模块的输出端连接，所述第一电压检测模块2和第二电压检测模块4的电路结构相同。

所述继电器模块包括第一继电器k1、第二继电器k2，所述第一继电器k1和第二继电器k2的一端均与变压输出电路的输出端连接，所述第一继电器k1的另一端与第三电阻r3的一端连接，所述第二继电器k2的另一端连接电流检测模块5的输入端，所述电流检测模块5的输出端连接分压负载输出模块，所述单片机3的第一输入管脚与第一电压检测模块2的输出端连接，所述单片机3的第二输入管脚与第二电压检测模块4的输出端连接，所述单片机3的第三输入管脚与电流检测模块5的输出端连接，所述单片机3的第一输出管脚与第一继电器k1连接，所述单片机3的第二输出管脚与第二继电器k2连接。

所述电流检测模块5的输出端连接分压负载输出模块，所述分压负载输出模块包括第一分压电阻r4、第二分压电阻r5，所述第一分压电阻r4的一端与电流检测模块5连接，所述第一分压电阻r4的另一端与第二分压电阻r5的一端连接，所述第二分压电阻r5的另一端与第三电阻r3的另一端连接，所述第一分压电阻r4的一端连接一个负载以向负载输出第一电压，所述第一分压电阻r4和第二分压电阻r5之间的抽头连接另一个负载以向另一个负载输出第二电压。分压负载输出模块的设置，可以同时输出不同大小的电压，比如24v和3.3v两种不同大小的电压，第一分压电阻r4和第二分压电阻r5串联形成24v电压供其中一个负载使用，第二分压电阻r5单个形成3.3v电压供另一个负载使用。

所述电流检测模块包括电流采样电阻、电流放大电路，所述电流采样电阻的一端与第二继电器的另一端连接，所述电流采样电阻的另一端分别与电流放大电路的输入端和负载连接，所述电流放大电路包括第一运算放大器16，所述第一运算放大器16的输出端与所述单片机3的第二输入管脚连接，电流采样电阻将经过自身的电流转换成微电压，然后输入到包括第一运算放大器16的电流放大电路内进行放大，然后输入单片机3与预设电流值进行比较，单片机3控制第一继电器k1和第二继电器k2动作，如果电流的数值高于预设值2a时，第二继电器k2断开，如果电流的数值在0.3a-2a时，第一继电器k1和第二继电器k2均处于闭合状态，如果电流的数值小于0.3a时，第一继电器k1断开。

所述第二电压检测模块包括电压采样电阻、电压跟随隔离电路，所述电压跟随隔离电路包括第二运算放大器15，所述电压采样电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述电压采样电阻的另一端与第二运算放大器15的输入端连接，所述第二运算放大器15的输出端与单片机3的第二输入管脚连接；所述第一电压检测模块2中的电压采样电阻与第三二极管组的负极连接，所述第一电压检测模块中的第二运算放大器输出端与单片机的第一输入管脚连接。第一电压检测模块2工作时，电压采样电阻将输入端的电压采样输入至电压跟随隔离电路内，经第二运算放大器15放大隔离后由单片机3的第一输入管脚进入单片机3内与预设电压值进行比较，预设电压值为72vdc，如果大于预设电压阈值，单片机3控制可控硅开关元件q1进行通断动作，输出脉冲电流，脉冲电流由电感l1滤波后对第二电感c2进行充电，第二电容c2为储能电容，单片机通过调节流经可控硅开关元件q1的电流脉冲的占空比，来保证第二电容c2两端的电压，从而使第二电压检测模块4的电压范围为23v-24v，第一电容c1也为储能电容，游梁抽油机13在上下摆动时，发电机的转速沿着零速，上升到正最大速，下降到零速，向着反方向增到最大速，降到零速的规律周期变化，发出的电流也随着电机的转速周期变化。当发电机转速为零时，则发电机不输出出电流，当发电机输出的电流较大时，电能输出的同时会有一部分存储到第一电容c1上，当发电机输出的电流较小或不输出电流时，由第一电容c1向后面的电路供电；第二电压检测模块4工作时，电压采样电阻将输入端的电压采样输入至电压跟随隔离电路内，经第二运算放大器15放大隔离后，由单片机3的第二输入管脚进入单片机3内与预设电压阈值进行比较，预设电压阈值的范围为17v-30v，如果电压的数值不在预设电压阈值范围内时，单片机3控制第二继电器k2断开，防止电流电压过大或过小而损坏负载，对负载起到保护作用。

所述可控硅开关元件q1与单片机3连接。所述单片机3的型号为msp430f5438a。所述第一运算放大器16、第二运算放大器15的型号均为lm358。

所述第一继电器k1和滑动电阻之间并联第四电容c4，所述第四电容c4的一端第二电阻r2的一端连接，所述第四电容c4的另一端与第四二极管vd7的负极连接。

本实施例的工作原理：抽油机上的游梁13摆动过程中，使配重器在重力的作用下往复运动，从而使推板11在腔室9内作往复运动，使左腔室9内的油液在推板11挤压下经过齿轮8箱和油液输送管10进入右腔室9，在经过齿轮8箱的过程中推动齿轮8旋转，从而带动交流发电机1旋转发电，或者推板11在配重器的作用下挤压右腔室9，使油液经过齿轮8箱和油液输送管10进入左腔室9内，在经过齿轮8箱的过程中推动齿轮8旋转，从而带动交流发电机1旋转发电，交流发电机1产生的交流电经整流稳压电路转换为直流电，然后经变压输出电路进行调压，第一电压检测模块2工作时，将二极管组件输出端的初始电压经电压采样电阻的采集，然后将采集到的电压信号送入至电压跟随隔离电路，由第二运算放大器15对该信号进行放大，以得到可被单片机3捕捉到的电信号，然后将放大的电压信号发送至单片机3，以与单片机3内的预设电压阈值进行比较，如果大于预设电压阈值，单片机3控制可控硅开关元件q1进行通断动作，输出脉冲电流，脉冲电流由电感l1滤波后对第二电感c2进行充电，第二电容c2为储能电容，单片机通过调节流经可控硅开关元件q1的电流脉冲的占空比，来保证第二电容c2两端的电压，从而使第二电压检测模块4的电压范围为23v-24v，可控硅开关元件q1断开期间，第二电容c2作为电源对后续电路进行供电，第二电容c2为储能电容；

第二电压检测模块4工作时，将变压输出电路输出端的初始电压经电压采样电阻的采集，然后将采集到的电压信号送入至电压跟随隔离电路，由第二运算放大器15对该信号进行放大，以得到可被单片机3捕捉到的电信号。然后将放大的电压信号发送至单片机3，以与单片机3内的预设电压阈值进行比较。

在本实用新型的实施例中，第一电压检测模块2的预设电压阈值为72vdc，第二电压检测模块4的预设电压阈值的区间为17v-30v。需要说明的是，该电压阈值的区间不限于上述举例，还可以根据负载所需的驱动电压进行调整选取，由用户进行设定。

如果单片机3接收到的电压处于17v-30v之间，则判断为正常范围，此时第二继电器k2处于闭合状态；反之，如果单片机3接收到的电压在17v-30v范围之外，则判断该电压数值不符合要求，由单片机3控制第二继电器k2断开，然后由电流检测模块5中电流采样电阻对输入的电流进行采集，再将采集得到的电流发送至第一运算放大器进行放大，然后将放大的电流信号发送至单片机3内与预设电流值进行比较，然后单片机3控制第一继电器k1和第二继电器k2动作，如果电流的数值高于预设值2a时，第二继电器k2断开，整流稳压电路和变压输出电路与负载断开，如果电流的数值在0.3a-2a时，第一继电器k1和第二继电器k2均处于闭合状态，此时，第三电阻r3具有电流分流作用，使电流检测模块5检测的电流数值符合要求，如果电流的数值小于0.3a时，第一继电器k1断开，第三电阻r3无需分流，使交流发电机1产生的电压完全用于为负载供电。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

通过在游梁上安装配重器，利用游梁的摆动使推板在配重球的推拉下在左腔室和右腔室之间往复移动，从而推动腔室内的油液进入齿轮箱内，利用油液的流动带动齿轮旋转，进而使交流发电机发电，并经发电整流调压系统整流调压，给抽油机上的无线角位移传感器等仪表供电，解决了游梁抽油机上无线仪表的供电问题，通过保护电路的设置，使无线仪表的数据传输频率能满足实时监控的要求，相比电池供电更环保。

本领域技术人员不难理解，本实用新型包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。