CN103633755A - 潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机和制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机和制作方法。所述潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机包括：电机单元，电机单元包括：定子铁芯，所述定子铁芯为分体式结构，定子铁芯由多个带绕组铁芯块组装成圆环形；每个带绕组铁芯块包括：细长铁芯块和绕组铜线；细长铁芯块由T型冲片叠加形成，每个细长铁芯块具有一个定子齿，绕组铜线缠绕在定子齿上。永磁电动机的制作方法包括：将T型冲片叠加形成细长铁芯块，将绕组铜线缠绕在定子齿上形成带绕组铁芯块；将多个带绕组铁芯块沿圆周方向依次连接，组装成圆环形定子铁芯；将圆环形定子铁芯压装到机壳中。本发明带绕组铁芯块绕线工艺容易实现，制造简单。

Description

潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机和制作方法

技术领域

本发明涉及采油领域，具体涉及油田采油机械设备，特别涉及一种永磁同步电动机，即一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机和制作方法。

背景技术

随着油田采油工业的发展，采油螺杆泵的工况越来越复杂，斜井、水平井等新技术的应用，难动用储量的开发，高含砂井、稠油井逐渐增多，传统地面螺杆泵的抽油杆式作业已暴露出诸多弊端。目前，地下潜油螺杆泵的应用备受关注。特别是永磁同步电机直驱系统以低速大转矩著称；但是由于电机套管的细长结构大大降低了潜油螺杆泵的工程实用性。传统潜油螺杆泵普遍采用两极三相鼠笼式异步电动机作为驱动电机，其电机定子铁芯总长度可达7-10米，由于挠度等问题，会产生很大的功率损耗，其超长铁芯也会给电机下线工艺提出更高要求，给维护工作造成困难。

综上所述，现有技术中存在以下问题：现有的永磁电动机在绕线时，定子绕组是通过定子铁芯中的绕线槽按照上下方向从首至尾手工穿线形成，对于电机定子铁芯总长度达7-10米，绕线槽的面积非常狭窄的结构，在这种细长的绕线槽中穿线难度极大，效率极低。

发明内容

本发明提供一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机和制作方法，以解决现有的永磁电动机在绕线时，难度大，效率低的问题。

为此，本发明提出一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，（超细长例如是指电机定子铁芯总长度达7-10米），所述潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机包括：至少一个电机单元，所述电机单元包括：

定子铁芯，所述定子铁芯为分体式结构，所述定子铁芯由多个带绕组铁芯块组装成圆环形；

每个所述带绕组铁芯块包括：细长铁芯块和缠绕在所述细长铁芯块上的绕组铜线；

所述细长铁芯块由T型冲片叠加形成，每个所述细长铁芯块具有一个定子齿，所述绕组铜线缠绕在所述定子齿上，所述定子齿两侧的绕组铜线相互连接。

进一步地，所述潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机包括：多个依次连接的所述电机单元。

进一步地，各所述电机单元通过电气并联和机械串联的方式连接。

进一步地，所述细长铁芯块由T型冲片叠加形成包括：所述细长铁芯块由T型冲片通过铆钉叠压成型或者通过扣片焊接成型。

进一步地，所述绕组铜线通过绕线机直接缠到定子齿上或所述绕组铜线通过手工缠线缠到定子齿上。

进一步地，每个所述带绕组铁芯块的顶部的两侧边缘具有焊接凹槽，每个所述带绕组铁芯块的外侧面具有止口和与所述止口形状相吻合的定位台，相邻所述带绕组铁芯块由所述止口定位，并通过所述焊接凹槽连接。

进一步地，每个所述电机单元还包括：所述定子铁芯上设有定子槽，所述定子槽为开口槽或闭口槽。

进一步地，所述定子铁芯采用真分数槽集中绕组形式，绕组跨距为一个槽，定子槽数与转子极数选择12槽/10极配合，电机效率达85%，功率因数达到0.99。

本发明还提供一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机的制作方法，所述永磁电动机的制作方法包括：先制作一个电机单元，所述电机单元的制作方法包括：

将T型冲片叠加形成细长铁芯块，每个所述细长铁芯块具有一个定子齿，将绕组铜线缠绕在所述定子齿上形成带绕组铁芯块；

将多个所述带绕组铁芯块沿圆周方向依次连接，组装成圆环形定子铁芯；

将所述圆环形定子铁芯压装到机壳中。

进一步地，所述永磁电动机的制作方法还包括：将多个所述电机单元通过电气并联和机械串联方式形成整个潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机。

本发明将定子铁芯设置为分体式结构，定子铁芯由多个带绕组铁芯块组装成圆环形，每个所述带绕组铁芯块包括：细长铁芯块和缠绕在所述细长铁芯块上的绕组铜线；在沿定子铁芯径向方向上，每个细长铁芯块的定子齿的两侧有开放的绕线空间，并且定子齿的端部方向也有开放的绕线空间，这样，在定子齿的两侧和端部的三个区域内，都形成了开放的绕线空间，而传统的定子铁芯的定子齿的两侧为狭窄细长的绕线槽，定子铁芯的端部为容纳转子的有限空间，因此，传统的定子铁芯的定子齿的两侧和端部的三个区域内，都是封闭的有限的绕线空间，本发明通过将定子铁芯设置为分体式结构，实现了绕线方式的改进，增加了绕线空间和自由度，通过在每个细长铁芯块的定子齿上进行绕线，实现了细长铁芯块的连续绕线，使得绕组铜线可以采用机械化方式直接缠到定子齿上，因而降低了绕线难度，提高了效率。

本发明另外的优点及效果：

1、本发明带绕组铁芯块绕线工艺容易实现，制造简单，并利用分数槽集中绕组形式改善电机输出性能，降低振动和噪音。

2、本发明定子铁芯绕组端部紧凑，电机用铜量减少，降低电机制造成本。

3、本发明采用低速大转矩永磁电动机变频控制策略，能够提供高起动转矩，利用低速大转矩永磁同步电动机的优势，取消潜油螺杆泵系统中的减速器环节；有效克服潜油螺杆泵惯性转矩大的弊端。

4、本发明采用分瓣式（分体式的一种）定子铁芯的结构，不仅解决了潜油电机的绕线难题，还通过选用12槽/10极的定子槽数与转子极数配合，能降低电机齿槽转矩，减小电机的振动和噪音。

5、本发明的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机的设计额定转速可低至几十转/分钟，使用于5寸半套管114/116系列潜油电机系统，采用12槽/10极的配合结构，电机效率可达85%，功率因数达到0.99，接近于1；当本发明的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机使用于7寸套管138系列潜油电机系统时，电机效率可达90%，功率因数达到0.99，接近于1；而且，本发明取消减速器，潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机与螺杆泵直接连接，能进一步提高潜油泵系统的效率；对于实行连续工作制的潜油电机具有巨大的节能效果。

附图说明

图1为本发明的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机的径向结构示意图；

图2为本发明定子铁芯的立体结构示意图；

图3为本发明带绕组铁芯块的结构示意图；

图4为本发明细长铁芯块的结构示意图。

附图标号说明：1、定子铁芯，2、机壳，3、转子，4、定子槽，5、带绕组铁芯块，6、焊接凹槽，7、细长铁芯块，8、绕组铜线，9、铆钉，11、止口，12、定子齿，20、连接部，110、定位台，125、绕线空间，127、绕线空间，60、焊点

具体实施方式

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。

根据本发明实施例的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机包括：至少一个电机单元，如图1和图2所示，所述电机单元包括：

定子铁芯1，所述定子铁芯为分体式结构，所述定子铁芯1由多个带绕组铁芯块5组装成圆环形；

如图2和图3，每个所述带绕组铁芯块5包括：细长铁芯块7和缠绕在所述细长铁芯块7上的绕组铜线8；

如图3和图4，所述细长铁芯块7由多个T型冲片叠加形成，每个所述细长铁芯块7具有一个定子齿12和一个连接在定子齿12顶部并与机壳2相邻接的连接部20，也就是，如图1所示，连接部20为T型冲片叠加形成的细长铁芯块7的顶部，各细长铁芯块7的连接部20沿定子铁芯周向设置，各细长铁芯块7的连接部20连接形成圆环形定子。定子齿12可以垂直连接部20设置或沿定子铁芯的径向设置，所述绕组铜线8缠绕在所述定子齿12上，所述定子齿两侧的绕组铜线相互连接。

如图4所示，在沿定子铁芯径向方向上，每个细长铁芯块的定子齿12的两侧有开放的绕线空间125（或绕线槽），并且定子齿的端部（底端）方向也有开放的绕线空间127，在将多个细长铁芯块7组合安装之前，对于单个细长铁芯块7来说，在定子齿的两侧125和端部127的三个区域内，都形成了开放的绕线空间，这三个区域不再有影响绕线的其他结构，使得绕线的作业具有足够的空间。

本发明通过将定子铁芯设置为分体式结构，实现了绕线方式的改进，增加了绕线空间和自由度，通过在每个细长铁芯块的定子齿上进行绕线，实现了细长铁芯块的连续绕线，使得绕组铜线可以采用机械化方式直接缠到定子齿上，因而降低了绕线难度，提高了效率。

进一步地，整个潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机包括：多个依次连接的所述电机单元。每个电机单元的长度尽量做长，例如达到1米，1.5米，并将其作为潜油泵超细长集中绕组永磁电动机设计的重要技术要求，计算出单个电机单元的输出转矩；潜油泵系统根据需要的总转矩选择该电机单元的的台数，各电机单元通过电气并联、机械串联方式最终把转矩传递给上级螺杆泵。

本发明涉及到的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机细长比高达1：50，甚至更高，应用在5寸半油井套管中，电机外径小于116mm，定子内径60mm左右，而电机长度长达10m，本发明在绕线时，能够减少绕组端部长度，节省铜线。

进一步地，所述细长铁芯块由T型冲片叠加形成包括：所述细长铁芯块由T型冲片通过铆钉叠压成型或者通过扣片焊接成型。如图4所示，细长铁芯块由T型冲片通过铆钉9叠压成型，这样结构紧凑。

进一步地，所述绕组铜线通过绕线机直接缠到定子齿上。如图1所示，相邻定子齿之间具有两个分开的绕组铜线8，或相邻定子持之间具有两组不同的绕组铜线8，这样使得绕线方式机械化，效率提高。另外，所述绕组铜线还可通过手工缠线缠到定子齿上，这样，在不能方便使用绕线机的情况下，能够提高手工绕线的速度，仍然提高了绕线效率。

进一步地，如图2和图4，每个所述带绕组铁芯块的顶部的两侧边缘具有焊接凹槽6，每个所述带绕组铁芯块的外侧面具有止口11和与所述止口形状相吻合的定位台110，相邻所述带绕组铁芯块7由所述止口11定位（止口11与相邻带绕组铁芯块的定位台110定位配合），并通过所述焊接凹槽6连接。如图1，各带绕组铁芯块7通过焊点60在焊接凹槽6处连接形成圆环形定子铁芯1，这种方式连接简单方便。

进一步地，如图1所示，每个所述电机单元还包括：设置在所述定子铁芯中的转子3。定子铁芯1上设有定子槽4。定子槽4为开口槽或闭口槽均可，以改善电机性能（作为较佳选择，定子槽4为闭口槽，相对开口槽，能有效的减少电机的机械、表面和脉振损耗以及振动与噪声等问题）。

进一步地，如图2，所述定子铁芯采用真分数槽集中绕组形式，绕组跨距为一个槽。（当每极每相槽数q>1时为假分数槽，而当每极每相槽数q<1时为真分数槽。真分数槽集中绕组永磁同步电动机的定子绕组为真分数槽，采用集中绕组，定子绕组节距为1个齿距，定子铁芯由与定子齿数相同的带绕组铁芯块组合而成，每个带绕组铁芯块可方便实现自动化嵌线）。

本发明还提供一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机的制作方法，所述永磁电动机的制作方法包括：先制作一个电机单元，所述电机单元的制作方法包括：

将T型冲片叠加形成细长铁芯块，每个所述细长铁芯块具有一个定子齿，将绕组铜线缠绕在所述定子齿上形成带绕组铁芯块；

将多个所述带绕组铁芯块沿圆周方向依次连接，组装成圆环形定子铁芯；

将所述圆环形定子铁芯压装到机壳中。

进一步地，所述永磁电动机的制作方法还包括：将多个所述电机单元通过电气并联和机械串联方式形成整个潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机。这样制成的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其绕线方式不是在整个潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机连接后进行穿线或绕线，而是在电机单元形成之前，甚至在定子铁芯的形成之前进行绕线，保证了足够的绕线空间，实现了绕线方式的改进，增加了绕线空间和自由度，实现了绕线方式的改进，增加了绕线空间和自由度，降低了绕线难度，提高了效率。

本发明的具体实现过程为：电机的定子铁芯1，如图2所示，采用分数槽集中绕组形式，绕组跨距为一个槽，定子铁芯1由多个带绕组铁芯块5组装成型；带绕组铁芯块5（如图3所示）为细长结构，由细长铁芯块7（如图4所示）和绕组铜线8组成，每个细长铁芯块7只有一个定子齿12，绕组铜线8采用机械化方式直接缠到定子齿12上，很好的解决了传统潜油电机人工穿线下线工艺瓶颈；细长铁芯块7由T型冲片通过铆钉9叠压成型；相邻带绕组铁芯块5由止口11定位，通过两侧焊接凹槽6连接，组装成圆形定子铁芯1后压装到机壳2中；转子3采用表贴式结构或内置式结构。另外，考虑改善电机性能，定子铁芯1组装成型后，其铁芯内圆形成开口槽或闭口槽均可。

本发明电机的定子铁芯绕线工艺容易实现，制造简单，可以广泛应用到丛式井、定向井及斜井的潜油泵系统中。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，所述潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机包括：至少一个电机单元，所述电机单元包括：

定子铁芯，所述定子铁芯为分体式结构，所述定子铁芯由多个带绕组铁芯块组装成圆环形；

每个所述带绕组铁芯块包括：细长铁芯块和缠绕在所述细长铁芯块上的绕组铜线；

所述细长铁芯块由T型冲片叠加形成，每个所述细长铁芯块具有一个定子齿，所述绕组铜线缠绕在所述定子齿上，所述定子齿两侧的绕组铜线相互连接。

2.如权利要求1所述的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，所述潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机包括：多个依次连接的所述电机单元。

3.如权利要求2所述的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，各所述电机单元通过电气并联和机械串联的方式连接。

4.如权利要求1所述的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，所述细长铁芯块由T型冲片叠加形成包括：所述细长铁芯块由T型冲片通过铆钉叠压成型或者通过扣片焊接成型。

5.如权利要求1所述的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，所述绕组铜线通过绕线机直接缠到定子齿上或所述绕组铜线通过手工缠线缠到定子齿上。

6.如权利要求1所述的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，每个所述带绕组铁芯块的顶部的两侧边缘具有焊接凹槽，每个所述带绕组铁芯块的外侧面具有止口和与所述止口形状相吻合的定位台，相邻所述带绕组铁芯块由所述止口定位，并通过所述焊接凹槽连接。

7.如权利要求1所述的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，所述定子铁芯上设有定子槽，所述定子槽为开口槽或闭口槽。

8.如权利要求1所述的潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机，其特征在于，所述定子铁芯采用真分数槽集中绕组形式，绕组跨距为一个槽，定子槽数与转子极数选择12槽/10极配合，电机效率达85%，功率因数达到0.99。

9.一种潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机的制作方法，其特征在于，所述永磁电动机的制作方法包括：先制作一个电机单元，所述电机单元的制作方法包括：

将T型冲片叠加形成细长铁芯块，每个所述细长铁芯块具有一个定子齿，将绕组铜线缠绕在所述定子齿上形成带绕组铁芯块；

然后将多个所述带绕组铁芯块沿圆周方向依次连接，组装成圆环形定子铁芯；

将所述圆环形定子铁芯压装到机壳中。

10.如权利要求9所述的永磁电动机的制作方法，其特征在于，所述永磁电动机的制作方法还包括：将多个所述电机单元通过电气并联和机械串联方式形成整个潜油泵直驱超细长集中绕组永磁电动机。

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