井下电动钻具驱动电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油钻探领域，尤其是一种效率高、结构简单、可靠性高的井下电动钻具驱动电机。
【背景技术】
[0002]在油井钻探过程中，常用的是涡轮、螺杆钻具，但其均存在钻井效率低的缺陷。
[0003]与涡轮、螺杆钻具相比，电动钻具是一种更为有效的驱动方法，它比涡轮、螺杆钻具的效率高20%左右，但现有的用于驱动电动钻具的电机存在无法适应井下高温高压复杂外界环境的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种井下电动钻具驱动电机，其效率高，且能适应井下高温高压复杂的外界环境。
[0005]为达到上述目的，本发明提出一种井下电动钻具驱动电机，包括:外壳，呈筒状；转子轴，具有中心孔，沿轴向穿设于外壳内，且与外壳之间形成密闭的腔室，转子轴伸出腔室外并能连接负载；转子，位于腔室内，且固定在转子轴上；定子，位于腔室内，且套设于外壳与转子之间；活塞，呈环形，能轴向滑动地密封套设于转子轴与外壳之间，活塞位于腔室底部，且能通过滑动平衡腔室内外的压力。
[0006]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，井下电动钻具驱动电机还包括:下端盖，密封套设于转子轴外，且与外壳下端连接，活塞密封套设于下端盖与外壳之间；预压力弹簧，沿轴向夹设在活塞与下端盖之间。
[0007]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，转子为永磁转子，井下电动钻具驱动电机还包括:旋转变压器，套接在转子轴外，且用于检测转子的旋转位置信号；驱动控制系统，包括:驱动电路板，与定子电连接，且用于控制电机的启停及转速；控制电路板，与旋转变压器和驱动电路板电连接，且用于接收旋转位置信号，并依据旋转位置信号产生驱动电路板的换向信号。
[0008]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，井下电动钻具驱动电机还包括:外筒，密封连接在外壳上方；散热器，沿轴向穿设于外筒内，驱动电路板和控制电路板固定在散热器与外筒之间；上端盖，密封盖设于外筒顶部，一贯通孔沿轴向贯穿上端盖和散热器，并与转子轴的中心孔连通。
[0009]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，外筒与外壳之间密封连接有连接盖，转子轴伸入连接盖，且与连接盖之间设有上机械密封；上机械密封为内装式机械密封，上机械密封的静环与连接盖连接，上机械密封的动环与转子轴连接。
[0010]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，转子轴穿过下端盖，且与下端盖之间设有下机械密封；下机械密封为外装式机械密封，下机械密封的静环与下端盖连接，下机械密封的动环与转子轴连接。
[0011]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，外壳与转子轴之间套设有上机械轴承，外壳与上机械轴承之间套设有上轴承固定座，上机械轴承位于转子上方；外壳与转子轴之间套设有下机械轴承，外壳与下机械轴承之间套设有下轴承安装套，下机械轴承位于转子下方，且位于活塞上方。
[0012]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，永磁转子包括固定在转子轴上的磁钢、以及套设固定在磁钢外的护套，磁钢为分块结构，护套与定子之间具有间隙。
[0013]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，定子包括由多个定子叠片叠压形成的定子叠片组、以及缠绕定子叠片组的绕组，定子叠片组固定在外壳内侧。
[0014]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，井下电动钻具驱动电机采用单层短距分数槽绕组，且为12槽10极。
[0015]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，下端盖包括盘形的盖体、以及连接在盖体端面上的环形的连接部，盖体连接在外壳底部，连接部密封套设于转子轴外，活塞密封套设于连接部与外壳之间；预压力弹簧为多个，且围绕连接部的外周壁均匀分布，预压力弹簧的上端抵靠活塞，预压力弹簧的下端抵靠盖体。
[0016]如上所述的井下电动钻具驱动电机，其中，活塞与下端盖之间套设有内环密封，活塞与外壳之间套设有外环密封，内环密封与外环密封均为齿形滑环式组合密封。
[0017]本发明的井下电动钻具驱动电机的特点和优点是:
[0018]1、本发明的井下电动钻具驱动电机，能有效驱动钻具，效率高，由于在外壳内设置了用于填充油液的腔室，在腔室底部设置了活塞，当电机内的油液(如变压器油)受温度影响膨胀或收缩时，活塞能随之上下滑动，活塞的移动能保证电机内部与电机外部的压力基本一致，平衡内外压力，使密封可靠，保证电机在巨大的井下温度和压力下正常工作；
[0019]2、本发明的井下电动钻具驱动电机，由于设置了预压力弹簧，预压力弹簧对活塞有一个预压紧力或推力，使电机内部的压力大于外界井液压力，这样即使转子轴旋转时，与转子轴配合的密封部位泄露，外界的液体也不会进入电机内部，保证电机的绝缘要求，可靠性高，从而能够适应地面和井下巨大的温度差、以及井下巨大的外界压力，进一步保证电机在巨大的温度和环境压力下正常工作；
[0020]3、本发明的井下电动钻具驱动电机，由于采用高效率的永磁电机，效率高，体积小，力矩大，能直接驱动负载，无减速箱，增加了整体系统可靠性，驱动控制系统能同时传送电机的运彳丁状态到地面，有利于提尚钻井效率，能在地面控制井下钻头的性能和破岩，能根据电机电流参数变化判定钻头工作状态，控制钻井过程，并且不受井下循环介质的影响；
[0021]4、本发明的井下电动钻具驱动电机，密封结构可靠，保证电机能正常工作，结构合理、紧凑，便于加工制造。
【附图说明】
[0022]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0023]图1是本发明的井下电动钻具驱动电机的示意图；
[0024]图2是本发明中驱动控制系统的示意图；
[0025]图3是本发明中散热器的示意图；
[0026]图4是本发明中连接盖的剖视图；
[0027]图5是本发明中连接盖的立体图；
[0028]图6是本发明中转子轴和转子组合的示意图；
[0029]图7是本发明中上轴承固定座的立体图；
[0030]图8是本发明中上轴承固定座的剖视图；
[0031]图9是本发明中定子叠片组的示意图；
[0032]图10是本发明中定子叠片组的主视图；
[0033]图11是本发明中外壳的剖视图；
[0034]图12是本发明中外壳的立体图；
[0035]图13是本发明中密封保护装置的立体图；
[0036]图14是本发明中密封保护装置的剖视图；
[0037]图15是本发明中下端盖的立体图；
[0038]图16是本发明中下端盖的剖视图。
[0039]主要元件标号说明:
[0040]I上端盖；2散热器；201安装面；202接触面；3驱动电路板；
[0041]4控制电路板；5外筒；6连接盖；601安装槽；602安装孔；603安装孔；
[0042]7防砂圈；8上机械密封；9转子轴；10旋转变压器；11上轴承固定座；
[0043]1101上机械轴承安装孔；1102定子安装孔；12上机械轴承；13磁钢；
[0044]14护套；15下机械轴承；16下轴承安装套；17下机械密封；
[0045]18定子叠片组；19绕组；20外壳；21压环；22活塞；23外环密封；
[0046]24内环密封；25预压力弹簧；26下端盖；261盖体；262连接部；
[0047]2601静环安装处；2602弹性卡圈安装处；2603外部井液通道；
[0048]2604法兰螺钉安装孔。
【具体实施方式】
[0049]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0050]如图1所示，本发明提供一种井下电动钻具驱动电机，用于驱动钻具进行钻井作业，该井下电动钻具驱动电机包括筒状的外壳20、转子轴9、转子、定子和活塞22，请一并参阅图11、图12 ;
[0051]其中，转子轴9具有中心孔，其沿轴向穿设于外壳20内，且与外壳20之间形成密闭的用于填充油液的腔室，转子轴9伸出腔室外并能连接负载(或钻头)，转子轴9的中心孔用于排出钻井所产生的泥浆，腔室内填充的油液较佳为变压器油，不仅有润滑、散热的作用，还具有绝缘和平衡内外压力的作用；转子位于腔室内，且固定在转子轴9上，定子位于腔