CN102035334A - 直驱潜油螺杆泵的开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻电机，包括定子，转子和电动轴，转子固定在电动轴上，定子设置在转子外；电机采用三相6/4结构；定子上设置有三组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，径向相对的两个线圈串接成一项绕组；转子上设置有两组四个转子齿。由于本发明中的开关磁阻电机结构简单，故可通过增加定子和转子轴向长度，或增加串联在一起的由定子和转子组成的发电结构的节数来增加输出功率，这样就可以减小其径向尺寸，可将开关磁阻发电机制成细长结构，以适用于井下作业，改变了在现有技术中普遍认为的由于开关磁阻电机由于径向尺寸大而无法应用于井下作业的偏见。

Description

直驱潜油螺杆泵的开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及一种潜油电机，特别应用于直驱潜油螺杆泵的潜油电机。

背景技术

目前，油田上普遍采用磕头机带动往复泵，进行采油作业，这种方法存在消耗电能过大，损耗较高，电机的利用率不足等缺点。潜油电机发展到今天，已经形成了多个系列，广泛应用在全世界各个不同的油田中。潜油电机驱动潜油离心泵抽取地下的原油，是整个采油系统中结构最复杂的一部分。目前，潜油离心泵应用的电机为二极三相鼠笼式异步电动机。单节长度在1.5-10m之间，大功率采用多节串联连接方式，并可以根据所下入油井套管采用不同系列的电机。

发明内容

本发明公开一种新型开关磁阻潜油电机，该电机更加适用于不同油井温度、压力等工况。并且其结构比鼠笼式感应电动机还要简单，其转子上无绕组和永磁体。一种开关磁阻电机，包括定子，转子和电动轴，转子固定在电动轴上，定子设置在转子外；电机采用三相6/4结构；定子上设置有A、B、C三组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，径向相对的两个线圈串接成一相绕组；转子上设置有两组4个转子齿。

进一步，所述定子和转子均由硅钢片叠压而成。

进一步，所述开关磁阻电机可根据输出功率的需要由串联的若干节组成，所述的节为所述定子和转子组成的发电结构。

本发明中所公开的开关磁阻电机，其运行原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合。其转子无绕组和永磁体，定子极上绕有集中绕组，定子上径向相对的两个绕组串联构成一个二极磁极，可以实现电机低速电流斩波控制和稳态角度控制，这种定子结构简单、性能可靠。其定子齿数和转子齿数采用不同的配合方式，便形成了各种不同的结构方案。并且开关磁阻电机不像异步电机那样，电源的频率决定了电机转速，开关磁阻电机的调速范围非常宽，可以达到1∶20，又由于它的启动转矩大，所以适合低速运行。

本发明中的开关磁阻电机的具体优点为：

1、定转子均由硅钢片叠压而成，不需要永磁体，结构坚固，制造工艺简单。

2.转子无绕组，转子部分不需要进行绕线，不存在高温退磁现象；定子集中绕组，易于冷却；且定子各相独立，系统可缺相运行。

3.转矩方向与定子绕组电流方向无关，从而可最大限度简化功率变换器，降低系统成本。

4.调速范围、功率范围宽，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象；调速方便，可频繁起停及正反转运行。

5.起动电流小，起动转矩大，起动电流为额定电流的30％时，起动转矩可达额定转矩的150％。

6.可以自起动。

7.可以低转速运行，直接驱动螺杆泵系统，取消了减速系统，节约整套采油系统的成本。

附图说明

图1为开关磁阻电机轴向剖面示意图。

图2为，开关磁阻电机定子和转子结构示意图。

具体实施方式

如图1中所示，开关磁阻电机包括，电机壳4，设置在电机壳两端的上接头6和下接头5和设置在电机壳内的定子1、转子2和电动轴3。转子2由若干个分节构成，分节为定子和转子组成的发电结构，本发明中的电机共由8个分节，也就是8分节串接而成。如图2所示，转子2固定在电动轴3上，定子1设置在转子2外。电机采用三相6/4结构，即定子1上设置有A、B、C三组对称设置的定子齿1a，每个定子齿1a上设置有一个集中绕组线圈1b，径向相对的两个线圈串接成一相绕组，转子上设置有两组4个转子齿2a。在转子上无线圈缠绕，也无永磁体。定子1和转子2均由硅钢片叠压而成。

工作时，定子A项通电所建立的磁场将吸引电机转子逆时针旋转，随着电机转子的旋转，通电相适时由A相切换为B相，再由B相切换为C相。若以A-B-C-A相序循环向电机绕组供电，则电机转子将持续沿逆时针方向旋转；而按B-A-C-B相序循环向电机绕组供电，就可使电机转子持续沿顺时针方向旋转，该电机可以正、反转运行，并且切换简单。而且开关磁阻电机的转矩与电流的方向无关，对于给其供电的功率变换器仅需提供单极性的电流即可，因此，每相工作仅需一个开关器件，和同相数其他调速系统相比，逆变器所需总开关器件少，同时开关磁阻电机的绕组与开关器件串联，不会出现直接短路故障，可靠性好，成本也比较低。另外，转子无绕组，转子部分不需要进行绕线，不存在高温退磁现象；定子集中绕组，易于冷却；且定子各相独立，系统可缺相运行。

另外本发明中的电机，由多个节，即定子和转子组成的发电结构串连而成，串联后输出功率大，并且可节约控制成本，由于，多台开关磁阻电机连接，每一台电机都是一个整体，而每一个整体都需要一个位置检测器，而且也需要多个控制单元，对于这样正本会大幅度增加。而把电机分为8节，每节中的定子和转子都与一台电机整体无异，但分成多节，方便电机工艺和现场安装，且位置检测器只用一个，从结构到线路都节约了空间和成本。

由于本发明中的开关磁阻电机结构简单，故可通过增加定子和转子轴向长度，或增加串联在一起的由定子和转子组成的发电结构的节数来增加输出功率，这样就可以减小其径向尺寸，可将开关磁阻发电机制成细长结构，以适用于井下作业，改变了在现有技术中普遍认为的由于开关磁阻电机由于径向尺寸大而无法应用于井下作业的偏见。另外由于本发明中所公开的这种开关磁阻电机其每项工作仅需一个开关器件，所以整个电机的控制变得简单易行，也适合于在井下使用在井上远程控制。

本发明中所公开的开关磁阻电机，由于其结构简，径向尺寸小所以可以将其应用在潜油电泵采油设备上，完全达到了所要求的功能和作用，尤其是可以达到低速旋转结构简单的需求。这一发明是目前将开关磁阻电机应用于直驱螺杆泵的先例。本发明适用于油田潜油螺杆泵，具有推广使用性。

Claims (3)

1.一种开关磁阻电机，包括定子，转子和电动轴，其特征为，转子固定在电动轴上，定子设置在转子外；电机采用三相6/4结构；定子上设置有三组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，径向相对的两个线圈串接成一项绕组；转子上设置有两组四个转子齿。

2.根据权利要求1中所述开关磁阻电机，其特征为，所述定子和转子均由硅钢片叠压而成。

3.根据权利要求1中所述开关磁阻电机，其特征为，所述开关磁阻电机可根据输出功率的需要由串联的若干分节组成，所述的分节为所述定子和转子组成的发电结构。

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