CN104201824B - 用于油田抽油机的微型电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于油田抽油机的微型电源装置，所述微型电源装置包括：通过所述抽油机上下往复运动所产生的风力推动，并吸收风能以及将所述风能转化为机械能的风桨；通过传动轴连接所述风桨，将所述机械能传递给微型发电机的传动机构；连接所述传动机构，将所述传动机构传递过来的机械能转换成电能并输出的微型发电机；输入端连接所述微型发电机的升压式功率因数校正电路；与所述升压式功率因数校正电路输出端并联连接的超级电容电路；以及输入端与所述升压式功率因数校正电路输出端相并联的DC‑DC变换电路；本发明节约能源，供电稳定方便，持续时间长，可随时应用。

Description

用于油田抽油机的微型电源装置
技术领域
本发明涉及一种微型电源装置，具体为一种用于油田抽油机的微型电源装置。
背景技术
为了满足人们生产生活能源的需要，油田采油机日益增多，但油井之油并非取之不尽的能源，同时抽油过程中会出现不同的情况如卡杆、稠油等，因此，在油田抽油机实际应用时需要测量油井井下的各种数据并发送到监控中心部门，故需要在抽油机上加装一种数据测量及发送设备，众所周知，这种设备需要工作电源供给；利用太阳能或风能发电方式，不能保证长时间稳定供电，实现困难；采用蓄电池供电方式，需要定期更换电池，成本高，处理不便；采用市电有线供电，用电设备在抽油机上上下往复运动，电源线易折断，且无法防盗。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种用于油田抽油机的微型电源装置。
本发明的技术手段如下：
一种用于油田抽油机的微型电源装置，所述微型电源装置包括：
通过所述抽油机上下往复运动所产生的风力推动，并吸收风能以及将所述风能转化为机械能的风桨；
通过传动轴连接所述风桨，将所述机械能传递给微型发电机的传动机构；
连接所述传动机构，将所述传动机构传递过来的机械能转换成电能并输出的微型发电机；
输入端连接所述微型发电机的升压式功率因数校正电路；
与所述升压式功率因数校正电路输出端并联连接的超级电容电路；
以及输入端与所述升压式功率因数校正电路输出端相并联的DC-DC变换电路；
进一步地，所述传动机构包括：套设于所述传动轴上的齿轮Ⅰ、与所述齿轮Ⅰ啮合连接的齿轮Ⅱ、与所述齿轮Ⅱ同轴连接的齿轮Ⅲ、以及与所述齿轮Ⅲ啮合连接的齿轮Ⅳ；所述齿轮Ⅳ通过转轴连接所述微型发电机转子；
进一步地，所述升压式功率因数校正电路包括：与所述微型发电机输出端相连接的整流桥和与所述整流桥输出端相连接的升压电路；
进一步地，所述超级电容电路包括至少一个超级电容；
进一步地，所述风桨、传动轴、传动机构、微型发电机和升压式功率因数校正电路共同构成风电能量转换部分；所述超级电容电路和所述DC-DC变换电路共同构成电能汇集部分；
进一步地，所述风电能量转换部分有多个，多个所述风电能量转换部分均与所述电能汇集部分相连接；
进一步地，所述微型电源装置还包括用于承载所述风电能量转换部分和所述电能汇集部分，并与所述抽油机的抽油杆相连接的支架；
进一步地，所述支架包括一连接部和与所述连接部相连接的多个承载部；所述连接部具有套设于所述抽油杆上的套筒结构，并通过卡具固定到所述抽油杆上；每一承载部用于承载一所述风电能量转换部分。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的用于油田抽油机的微型电源装置，能够充分抽油机的上下往复运动，通过风桨和传动结构的设置，实现风能的吸收和机械能的转化，并采用微型发电机将机械能转换为电能，同时通过升压式功率因数校正电路、超级电容电路和DC-DC变换电路实现电能变换，从而提供工作电源给数据测量及发送设备，便于油田抽油机实际应用时各种抽油状态数据的测量，节约能源，供电稳定方便，持续时间长，可随时应用，采用超级电容，不需定期更换，微型发电装置置于抽油杆上，且不存在外部引线，不会出现由于抽油机上下往复运动造成的引线损坏问题。
附图说明
图1是本发明所述微型电源装置的结构框图；
图2是本发明所述微型电源装置的主视图；
图3是本发明所述微型电源装置的俯视图；
图4是本发明所述风电能量转换部分的结构示意图；
图5是本发明所述升压式功率因数校正电路的电路原理图；
图6是本发明所述超级电容电路和所述DC-DC变换电路的电路原理图。
图中：1、抽油杆，2、风桨，3、传动轴，4、传动机构，5、微型发电机，6、连接部，7、承载部，8、卡具，9、磁性部件，10、电路板，41、齿轮Ⅰ，42、齿轮Ⅱ，43、齿轮Ⅲ，44、齿轮Ⅳ，45、转轴。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示的一种用于油田抽油机的微型电源装置，所述微型电源装置包括：通过所述抽油机上下往复运动所产生的风力推动，并吸收风能以及将所述风能转化为机械能的风桨2；通过传动轴3连接所述风桨2，将所述机械能传递给微型发电机5的传动机构4；连接所述传动机构4，将所述传动机构4传递过来的机械能转换成电能并输出的微型发电机5；输入端连接所述微型发电机5的升压式功率因数校正电路；与所述升压式功率因数校正电路输出端并联连接的超级电容电路；以及输入端与所述升压式功率因数校正电路输出端相并联的DC-DC变换电路；进一步地，所述传动机构4包括：套设于所述传动轴3上的齿轮Ⅰ41、与所述齿轮Ⅰ41啮合连接的齿轮Ⅱ42、与所述齿轮Ⅱ42同轴连接的齿轮Ⅲ43、以及与所述齿轮Ⅲ43啮合连接的齿轮Ⅳ44；所述齿轮Ⅳ44通过转轴45连接所述微型发电机5转子；进一步地，所述升压式功率因数校正电路包括：与所述微型发电机5输出端相连接的整流桥和与所述整流桥输出端相连接的升压电路；进一步地，所述超级电容电路包括至少一个超级电容；进一步地，所述风桨2、传动轴3、传动机构4、微型发电机5和升压式功率因数校正电路共同构成风电能量转换部分；所述超级电容电路和所述DC-DC变换电路共同构成电能汇集部分；进一步地，所述风电能量转换部分有多个，多个所述风电能量转换部分均与所述电能汇集部分相连接；进一步地，所述微型电源装置还包括用于承载所述风电能量转换部分和所述电能汇集部分，并与所述抽油机的抽油杆1相连接的支架；进一步地，所述支架包括一连接部6和与所述连接部6相连接的多个承载部7；所述连接部6具有套设于所述抽油杆1上的套筒结构，并通过卡具8固定到所述抽油杆1上；每一承载部7用于承载一所述风电能量转换部分；所述连接部6在安装到抽油杆1上之前可通过磁性部件9进行定位，当定位之后通过卡具8锁紧到抽油杆1上，以保证长时间运行时不会发生位移。所述承载部7至少有2个，其数量可根据实际功率需求进行调整，并保持抽油杆1平衡，多个承载部7呈发散状排列，任一承载部7所承载的风电能量转换部分包括的风桨2位于该承载部7下方，并通过与所述抽油杆1平行的传动轴3连接至所述承载部7底部；所述风电能量转换部分和所述电能汇集部分可以集成到电路板10上，所述电路板10放置于承载部7上。
本发明能够稳定地给数据测量及发送设备供电，持续时间长，随时用随时有，为了提高效率，在风电能量转换部分加入功率因数校正，使得发电的每一个周期均能够得到充分的利用，多个所述风电能量转换部分均与所述电能汇集部分相连接，可实现2组、3组、…或7组风电能量转换，且只需一电能汇集部分，多个风电能量转换部分完成积木化的连接，即升压式功率因数校正电路的输出端相互并联，且为防止倒灌，所述升压式功率因数校正电路的输出正端串接有二极管D9，采用微型发电机，其重量很轻，通常选用发出电压为8V左右的三相交流电，经升压式功率因数校正电路后输出直流30V，并采用超级电容电路替代蓄电池，本发明能够充分抽油机的上下往复运动，通过风桨和传动结构的设置，实现风能的吸收和机械能的转化，并采用微型发电机将机械能转换为电能，同时通过升压式功率因数校正电路、超级电容电路和DC-DC变换电路实现电能变换，从而提供工作电源给数据测量及发送设备，便于油田抽油机实际应用时各种抽油状态数据的测量，节约能源，供电稳定方便，持续时间长，可随时应用，采用超级电容，不需定期更换，微型发电装置置于抽油杆上，且不存在外部引线，不会出现由于抽油机上下往复运动造成的引线损坏问题。
图5示出了本发明所述升压式功率因数校正电路的电路原理图，如图5所示，所述升压式功率因数校正电路包括：与所述微型发电机输出端相连接的整流桥和与所述整流桥输出端相连接的升压电路；所述升压电路包括：电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7，电容C1、C4，变压器T1，二极管D7、D8、D9，开关管Q1，以及PWM芯片U1；所述变压器T1的初级线圈作为储能电感，与所述开关管Q1、二极管D8、以及电容C4共同构成Boost电路；所述电阻R1、R2，电容C1，以及PWM芯片U1共同构成PWM驱动电路；所述变压器T1的次级线圈一端接地，另一端经由二极管D7和电阻R4给所述PWM芯片U1提供工作电源；所述电阻R6和电阻R7串联构成的分压支路接在所述电容C4两端，构成输出取样电路，电阻R6、R7的串接点与所述PWM芯片U1的引脚VFB相连接；所述电阻R1和电阻R2相互串联接在所述整流桥输出端，所述电容C1并联在所述电阻R2两端，所述电阻R1、R2的串接点与所述PWM芯片U1的引脚RT/CT相连接；所述PWM芯片U1的引脚VO的连接所述开关管Q1的栅极；所述PWM芯片U1可采用UC3842，或低功耗芯片TPS40200D。
图6示出了本发明所述超级电容电路和所述DC-DC变换电路的电路原理图，如图6所示，当所述超级电容电路包括多个超级电容时，图6中所示超级电容电路包括超级电容C5、C6和C7；上述超级电容之间相互串联并接在Boost电路的输出端；所述DC/DC变换电路包括变压器T2，PWM芯片U2，二极管D11、电容C8、电感L1和电容C11构成的第一整流滤波电路，二极管D12、电容C9、电感L2和电容C12构成的第二整流滤波电路，二极管D13和电容C10构成的第三整流滤波电路；所述变压器T2具有一初级绕组和三个次级绕组，所述第一整流滤波电路、第二整流滤波电路和第三整流滤波电路分别与一次级绕组并联；所述PWM芯片U2可采用TOP221G；所述DC/DC变换电路还包括电阻R8、R9、R10、R11、R12，电容C13、C14，光耦U3，以及稳压源U4；所述稳压源U4采用TL431。
本发明当抽油机上下往复运动时，带动空气流如图4中的箭头方向进行相应的上下流动，进而带动风桨旋转，所述传动机构可实现两级增速。风桨吸收风能转化为机械能，微型发电机将机械能转换为电能，所述微型发电机采用微型永磁发电机，其发出的交流电经整流电路和升压电路变成直流电，进一步地，该直流电给超级电容充电，然后经由DC-DC变换电路变成稳定的直流电，进而能够实现数据测量及发送设备的工作电源供给，所述DC-DC变换电路可输出不同的多路电压，如图6中示出了两路不同电压的输出；通过风桨可将抽油杆的上下运动转化为水平转动的机械运动，同时也将频率较低的上下运动转化为频率较高的转动；所述风桨最少可包括三个叶片；风桨与传动轴之间紧固连接；当风桨转动时，传动轴随之转动，进而所述齿轮Ⅰ转动，所述齿轮Ⅰ通过啮合连接带动所述齿轮Ⅱ转动，设定齿轮Ⅰ与所述齿轮Ⅱ之间的传动比为1：10，则风桨转一周，所述齿轮Ⅱ转10周；进一步地，所述齿轮Ⅱ通过同轴连接带动所述齿轮Ⅲ转动，所述齿轮Ⅲ的直径为所述齿轮Ⅱ直径的3倍，所述齿轮Ⅲ与所述齿轮Ⅳ之间的传动比为1:5；进而，风桨转动一周，则齿轮Ⅳ转动50周，从而，微型发电机转子转动50周。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于，所述微型电源装置置于抽油杆上，且包括：
通过所述抽油机上下往复运动所产生的风力推动，并吸收风能以及将所述风能转化为机械能的风桨(2)；
通过传动轴(3)连接所述风桨(2)，将所述机械能传递给微型发电机(5)的传动机构(4)；
连接所述传动机构(4)，将所述传动机构(4)传递过来的机械能转换成电能并输出的微型发电机(5)；
输入端连接所述微型发电机(5)的升压式功率因数校正电路；
与所述升压式功率因数校正电路输出端并联连接的超级电容电路；
以及输入端与所述升压式功率因数校正电路输出端相并联的DC-DC变换电路。
2.根据权利要求1所述的一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于所述传动机构(4)包括：套设于所述传动轴(3)上的齿轮Ⅰ(41)、与所述齿轮Ⅰ(41)啮合连接的齿轮Ⅱ(42)、与所述齿轮Ⅱ(42)同轴连接的齿轮Ⅲ(43)、以及与所述齿轮Ⅲ(43)啮合连接的齿轮Ⅳ(44)；所述齿轮Ⅳ(44)通过转轴(45)连接所述微型发电机(5)转子。
3.根据权利要求1所述的一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于所述升压式功率因数校正电路包括：与所述微型发电机(5)输出端相连接的整流桥和与所述整流桥输出端相连接的升压电路。
4.根据权利要求1所述的一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于所述超级电容电路包括至少一个超级电容。
5.根据权利要求1所述的一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于所述风桨(2)、传动轴(3)、传动机构(4)、微型发电机(5)和升压式功率因数校正电路共同构成风电能量转换部分；所述超级电容电路和所述DC-DC变换电路共同构成电能汇集部分。
6.根据权利要求5所述的一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于所述风电能量转换部分有多个，多个所述风电能量转换部分均与所述电能汇集部分相连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于所述微型电源装置还包括用于承载所述风电能量转换部分和所述电能汇集部分，并与所述抽油机的抽油杆(1)相连接的支架。
8.根据权利要求7所述的一种用于油田抽油机的微型电源装置，其特征在于所述支架包括一连接部(6)和与所述连接部(6)相连接的多个承载部(7)；所述连接部(6)具有套设于所述抽油杆(1)上的套筒结构，并通过卡具(8)固定到所述抽油杆(1)上；每一承载部(7)用于承载一所述风电能量转换部分。
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