CN106300879B - 一种泥浆脉冲器用驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泥浆脉冲器用驱动装置。该装置中饼式线圈固定在铁心槽内，永磁体固定于轴上，通过二者间能量耦合将电能转化为机械能，实现轴的直线运动，铁心内孔及侧壁均开有过线孔，外接线通过过线孔进入与饼式线圈相连，上端盖、下端盖均与铁心固定为一体，并通过二者结构实现轴的轴向固定及限位，永磁体及导磁块放置于轴上，通过压紧块实现轴向固定及周向防转功能，防转块固定于轴上，通过与上端盖结构合理设计实现轴的周向防转功能，同时为了保证散热，在上滑动轴承内圈、下滑动轴承内圈及上端盖均预留散热通道，流体从该通道进入装置内部带走热量，本发明可提高传动精度及传动效率，极大地延长产品使用寿命，并适合高温环境长时工作。

Description

一种泥浆脉冲器用驱动装置
技术领域
本发明涉及一种泥浆脉冲器用驱动装置，属于石油工业、航空航天、电力技术领域。
背景技术
随着石油工业的发展，井下智能工具得到了大面积的推广，泥浆脉冲器作为其代表也得到越来越广泛的应用。目前井下泥浆脉冲器对于活塞推拉力的需求主要靠电磁铁加弹簧的方式实现，该结构传动部件多，工作效率低，推力精度及可靠性都较差，同时受弹簧本身特性影响，在长时反复使用后性能降低，影响泥浆脉冲器使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种泥浆脉冲器用驱动装置，该泥浆脉冲器用驱动装置可以将电能直接转换成直线运动的机械能，在能量传递过程中不需要任何中间转换机构，可提高传动精度及传动效率，极大地延长产品使用寿命，并适合高温环境长时工作。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种泥浆脉冲器用驱动装置，包括上端盖、上滑动轴承组件、防转块、线圈、铁心、永磁体、导磁块、轴、下滑动轴承组件和下端盖，其中铁心为圆环结构，内壁面沿轴向均匀分布N个环形开槽，所述环形开槽内放置线圈，线圈与外部电源连接，铁心的一端与上端盖同轴安装，另一端与下端盖同轴安装，轴穿过铁心；永磁体和导磁块均为圆环结构，安装在轴上，每2个永磁体间设置1个导磁块，上滑动轴承组件安装于轴)上，位于永磁体和导磁块上部，一端紧贴上端盖端面，限制轴向上运动；防转块分别与上端盖和上滑动轴承组件连接，起到轴的防转功能；下滑动轴承组件安装于轴下端并固定，且下滑动轴承组件下端面与下端盖端面之间留有间隙，该间隙为驱动装置的行程；
其中N为正整数，且N为3的倍数。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，还包括压紧块，所述压紧块将永磁体、导磁块与轴压紧固定，上滑动轴承组件紧贴压紧块安装于轴上，另一端紧贴上端盖端面，限制轴向上运动。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述铁心的内壁面还均匀开设M个过线槽，所述过线槽从铁心的一端延伸到另一端，将N个环形开槽连通，用于放置线圈之间的引线；所述铁心上部还开设M个第一过线孔，第一过线孔的位置与过线槽的位置对应一致，外接线通过第一过线孔进入铁心内的过线槽，与线圈的引线连接，提供动力来源，其中M为正整数，且M为3的倍数。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述上端盖的外表面均匀分布M个第二过线孔，所述第二过线孔的位置与铁心的第一过线孔的位置相对应，与外部电源连接的外接线依次通过第二过线孔、第一过线孔后与线圈的引线连接。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述上端盖内壁面上均匀设置四个槽，其中两个为第一通流槽，两个为防转槽，两个第一通流槽对称设置，与上滑动轴承组件中的两个第二通流槽配合安装，实现通流散热功能；两个防转槽对称设置，与防转块的防转键配合安装，实现轴的防转功能。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述防转块为环形结构，环形结构外壁面均匀分布两个防转键，环形结构端面靠近内壁面且与防转键位置对应处设置一个定位键,安装时两个防转键伸入上端盖的防转槽内，定位键伸入上滑动轴承组件的定位槽内。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述上滑动轴承组件包括上滑动轴承内圈和上滑动轴承外圈，其中上滑动轴承外圈套装于上滑动轴承内圈的外表面，上滑动轴承内圈外壁面均匀分布两个第二通流槽，安装时所述第二通流槽与上端盖的第一通流槽位置对应，一起构成通流散热通道，上滑动轴承内圈的端面靠近内壁面处设置有一个定位槽，所述定位槽与第二通流槽垂直，保证安装时第二通流槽与上端盖的第一通流槽位置重合，且定位槽与防转块的定位键配合。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述第二通流槽为弧形槽，弧形槽宽度为5-10mm，深度为1-2mm，弧度为40°-50°。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述下滑动轴承组件包括下滑动轴承内圈与下滑动轴承外圈,其中下滑动轴承外圈套装于下滑动轴承内圈的外表面，所述下滑动轴承内圈一端紧贴轴的轴挡下表面，另一端通过锁紧螺母固定，下滑动轴承内圈外壁面均匀分布若干个第三通流槽，所述第三通流槽与上滑动轴承内圈的第二通流槽一起构成散热通道。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述第三通流槽为弧形槽，弧形槽宽度为4-10mm，深度为1-2mm，弧度为30°-45°。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述下滑动轴承内圈下端面与下端盖端面之间的间隙为2-5mm。
在上述泥浆脉冲器用驱动装置中，所述上端盖中第一通流槽的位置与上滑动轴承内圈的第二通流槽对应，且第一通流槽的宽度及深度大于上滑动轴承内圈的第二通流槽。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明泥浆脉冲器用驱动装置代替现有结构，该驱动装置主要依靠电磁耦合完成动力传输，其可以将电能直接转换成直线运动的机械能，在能量传递过程中不需要任何中间转换机构，可提高传动精度及传动效率，极大地延长产品使用寿命；
(2)、本发明基于电磁耦合原理，提出了一种泥浆脉冲器用驱动装置，该装置中饼式线圈固定在铁心槽内，永磁体固定于轴上，通过二者间能量耦合将电能转化为机械能，最终实现轴的直线运动，该驱动装置作为泥浆脉冲器推拉力传输单元，完全可取代现有产品，具有较好的应用前景；
(3)、本发明提出的驱动装置通过结构设计，克服了现有泥浆脉冲器采用电磁铁结构的固有缺陷，为泥浆脉冲器提供动力单元，可广泛应用于泥浆脉冲器，并在狭小空间内提供平稳的推拉力，同时通过改变供电电流即可实现平稳推拉力大小及方向精确可控；
(4)、本发明通过该驱动装置的使用，取消现有结构必不可少的弹簧，极大提高了产品寿命及可靠性；
(5)、本发明通过该驱动装置的使用，极大提高了能量传输效率，较现有方式更省电；
(6)、本发明通过合理的通流散热通道的设计，可有效带走多余热量，可适合高温环境长时工作。
(7)、本发明通过内部机械限位结构，可精确有效控制该驱动装置行程，同时改变限位结构位置亦可实现行程精确可调。
附图说明
图1为本发明泥浆脉冲器用驱动装置结构图；
1—上端盖，2—防转块，3—上滑动轴承内圈，4—上滑动轴承外圈，5—压紧块，6—饼式线圈，7—铁心，8—永磁体，9—导磁块，10—轴，11—下滑动轴承内圈，12—下滑动轴承外圈，13—下端盖，14—锁紧螺母，15—上端盖固定螺钉，16—下端盖固定螺钉；
图2为本发明铁心结构图，其中图2a为主视图剖面，图2b为左视图；
图3为本发明上端盖结构图，其中图3a为主视图剖面，图3b为左视图；
图4为本发明下端盖结构图；
图5为本发明上滑动轴承内圈结构图；
图6为本发明防转块结构图；
图7为本发明下滑动轴承内圈结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为本发明泥浆脉冲器用驱动装置结构图，由图可知本发明驱动装置包括上端盖1、上滑动轴承组件、防转块2、压紧块5、饼式线圈6、铁心7、永磁体8、导磁块9、轴10、下滑动轴承组件、下端盖13、锁紧螺母14、上端盖固定螺钉15和下端盖固定螺钉16。其中上滑动轴承组件包括上滑动轴承内圈3和上滑动轴承外圈4，下滑动轴承组件包括下滑动轴承内圈11和下滑动轴承外圈12。
如图2所示为本发明铁心结构图，其中图2a为主视图剖面，图2b为左视图；铁心7材料选择高导磁性硅钢片，保证磁能最大效率传输。铁心7为圆环结构，内壁面沿轴向均匀分布N个环形开槽7-1，环形开槽7-1内放置饼式线圈6，饼式线圈6与外部电源连接，铁心7的一端与上端盖1同轴安装，另一端与下端盖13同轴安装，轴10穿过铁心7。
如图2a所述所示，本实施例中在铁心7内部均匀分布9个等宽、等深环形开槽7-1，饼式线圈6放置在开槽7-1内。在铁心内孔120°均匀分布3个过线槽7-2，过线槽7-2从铁心7的一端延伸到另一端，将9个环形开槽7-1连通，用于放置线圈6之间的引线。在铁心7上部120°均匀分布3个第一过线孔7-3，第一过线孔7-3与过线槽7-2位置一致，在铁心7内构成联通的通道，外接线通过第一过线孔7-3进入铁心7内的过线槽7-2，与饼式线圈6的引线相连，最终提供动力来源。在铁心7上部及下部均有120°均匀分布的3个螺钉孔7-8，通过该螺钉孔7-8分别与上端盖1、下端盖13相连。铁心7中靠近上端面7-4处为上止口7-6，靠近下端面7-5处为下止口7-7。
如图3所示为本发明上端盖结构图，其中图3a为主视图剖面，图3b为左视图；上端盖1的止口1-5与图2中的铁心7的上止口7-6紧密贴合，保证上端盖1与铁心7同轴安装。在圆周方向有120°均匀分布的3个螺钉孔1-6，通过固定螺钉保证上端盖1与铁心7成一体。在上端盖1沿圆周方向有120°均匀分布的3个第二过线孔1-1，该孔位置与图2中铁心7的第一过线孔7-3位置一致，给饼式线圈6供电的连接线从铁心7伸出后，通过上端盖3个第二过线孔1-1引出与电源连接。
上端盖1内壁面上均匀设置四个槽，其中两个大槽为第一通流槽1-2，两个小槽为防转槽1-3，两个第一通流槽1-2对称设置，与上滑动轴承组件中的两个第二通流槽3-1配合安装，实现通流散热功能；两个防转槽1-3对称设置，与防转块2的防转键2-1配合安装，实现轴的防转功能。上滑动轴承外圈4安装于端面处的座孔内，一端由端面1-4限位，另一端由图2所示的铁心7的上端面7-4限位。
上端盖1中第一通流槽1-2的位置应与上滑动轴承内圈3的第二通流槽3-1对应，且第一通流槽1-2的宽度及深度应大于上滑动轴承内圈3的第二通流槽3-1；上端盖1中两个防转槽1-3应与防转块2的防转键2-1对应安装。
如图4所示为本发明下端盖结构图，止口13-1与图2中铁心7的下止口7-7紧密贴合，保证下端盖13与铁心7同轴安装。在圆周方向有120°均匀分布的3个螺钉孔13-2，通过固定螺钉保证下端盖13与铁心7成一体。下滑动轴承外圈12安装于端面13-3处的座孔内，一端由端面限位，另一端由图2所示的铁心7的下端面7-5限位。
永磁体8及导磁块9安装如图1所示，永磁体8和导磁块9均为圆环结构形状均为圆环形，本实施例中12个永磁体8均匀安装在轴10上，每两个永磁体8间均有1个导磁块9，共有13个导磁块。二者组合安装后用压紧块5将其与轴10压紧固定，保证紧固无松动后将压紧块5与轴10焊接在一起，使其成为一个整体。
如图5所示为本发明上滑动轴承内圈结构图，上滑动轴承组件包括上滑动轴承内圈3和上滑动轴承外圈4，上滑动轴承外圈4套装于上滑动轴承内圈3的外表面，由图可知上滑动轴承内圈3紧贴压紧块5安装于轴10上，另一端紧贴图3所示的上端盖1的端面1-4，通过该结构限制轴10向上运动。上滑动轴承内圈3外壁面均匀分布两个第二弧形通流槽3-1，安装时第二弧形通流槽3-1与上端盖1的第一通流槽1-2位置对应，一起构成通流散热通道，上滑动轴承内圈3的端面且靠近内壁面处设置有一个定位槽3-2，定位槽3-2与第二弧形通流槽3-1垂直，保证安装时第二弧形通流槽3-1与上端盖1的第一通流槽1-2位置重合，且定位槽3-2与防转块2的定位键2-2配合。
第二弧形通流槽3-1的弧形槽宽度为5-10mm，深度为1-2mm，弧度为40°-50°。
如图6所示为本发明防转块结构图，由图可知防转块2为环形结构，环形结构外壁面均匀分布两个防转键2-1，环形结构端面靠近内壁面且与防转键2-1位置对应处设置一个定位键2-2,安装时两个防转键2-1伸入上端盖1的防转槽1-3内，起到整个轴的防转功能。定位键2-2伸入上滑动轴承内圈3的定位槽3-2内。如前所述，上滑动轴承内圈3的定位槽与通流槽垂直，上端盖1防转槽与通流槽垂直，通过该结构保证了上滑动轴承内圈3通流槽与上端盖1通流槽位置一致，通流散热通道畅通。
如图7所示为本发明下滑动轴承内圈结构图，下滑动轴承组件包括下滑动轴承内圈11与下滑动轴承外圈12,其中下滑动轴承外圈12套装于下滑动轴承内圈11的外表面，下滑动轴承内圈11一端紧贴轴10的轴挡下表面，另一端通过锁紧螺母14固定，保证其与轴10成一体。下滑动轴承内圈11外壁面沿轴向有120°均匀分布的3个第三弧形通流槽11-1，第三通流槽11-1与上滑动轴承内圈3的第二通流槽3-1一起构成散热通道。安装完成后下滑动轴承内圈11下端面与下端盖13的端面13-3(图4所示)有固定距离，该距离即为本发明驱动装置的行程，通过调节该距离即可调节本装置行程。本实施例中该距离为2-5mm。
第三弧形通流槽11-1的弧形槽宽度为4-10mm，深度为1-2mm，弧度为30°-45°。
轴10的安装如图1所示，锁紧螺母14后端即为输出段。
本发明基于电磁耦合原理，提出了一种泥浆脉冲器用驱动装置。该装置中，饼式线圈固定在铁心槽内，永磁体固定于轴上，通过二者间能量耦合将电能转化为机械能，最终实现轴的直线运动。铁心内孔及侧壁均开有过线孔，外接线通过过线孔进入与饼式线圈相连。上端盖、下端盖均采用螺钉与铁心固定为一体，并通过二者结构实现轴的轴向固定及限位。永磁体及导磁块放置于轴上，通过压紧块实现轴向固定及周向防转功能。防转块固定于轴上，通过其与上端盖结构合理设计实现轴的周向防转功能。同时，为了保证散热，在上滑动轴承内圈、下滑动轴承内圈及上端盖均预留散热通道，流体可从该通道进入装置内部带走热量。
本发明驱动装置的工作原理如下：
饼式线圈通电后，与永磁体产生的轴向磁场通过电磁耦合形成轴向电磁力，驱动轴运动。当轴到达行程后，下滑动轴承内圈与下端盖轴向限位机构接触，停止向前运动。此时给饼式线圈反向供电，其与永磁体产生的轴向磁场通过电磁耦合形成反向电磁力，将轴反向拉回，当轴到达行程后，上滑动轴承内圈与上端盖轴向限位机构接触，停止反向运动。如上所述，通过改变通电顺序即可实现该装置前进后退，改变通电电流大小即可实现推拉力调节。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (12)

1.一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：包括上端盖(1)、上滑动轴承组件、防转块(2)、线圈(6)、铁心(7)、永磁体(8)、导磁块(9)、轴(10)、下滑动轴承组件和下端盖(13)，其中铁心(7)为圆环结构，内壁面沿轴向均匀分布N个环形开槽(7-1)，所述环形开槽(7-1)内放置线圈(6)，线圈(6)与外部电源连接，铁心(7)的一端与上端盖(1)同轴安装，另一端与下端盖(13)同轴安装，轴(10)穿过铁心(7)；永磁体(8)和导磁块(9)均为圆环结构，安装在轴(10)上，每2个相邻的永磁体(8)间设置1个导磁块(9)，上滑动轴承组件安装于轴(10)上，位于永磁体(8)和导磁块(9)上部，一端紧贴上端盖(1)端面，限制轴向上运动；防转块(2)分别与上端盖(1)和上滑动轴承组件连接，起到轴(10)的防转功能；下滑动轴承组件安装于轴(10)下端并固定，且下滑动轴承组件下端面与下端盖(13)端面之间留有间隙，该间隙为驱动装置的行程；
其中N为正整数，且N为3的倍数。
2.根据权利要求1所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：还包括压紧块(5)，所述压紧块(5)将永磁体(8)、导磁块(9)与轴(10)压紧固定，上滑动轴承组件的一端紧贴压紧块(5)安装于轴(10)上，上滑动轴承组件的另一端紧贴上端盖(1)端面，限制轴向上运动。
3.根据权利要求1所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述铁心(7)的内壁面还均匀开设M个过线槽(7-2),所述过线槽(7-2)从铁心(7)的一端延伸到另一端，将N个环形开槽(7-1)连通，用于放置线圈(6)之间的引线；所述铁心(7)上部还开设M个第一过线孔(7-3)，第一过线孔(7-3)的位置与过线槽(7-2)的位置对应一致，外接线通过第一过线孔(7-3)进入铁心(7)内的过线槽(7-2)，与线圈(6)的引线连接，提供动力来源，其中M为正整数，且M为3的倍数。
4.根据权利要求3所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述上端盖(1)的外表面均匀分布M个第二过线孔(1-1)，所述第二过线孔(1-1)的位置与铁心(7)的第一过线孔(7-3)的位置相对应，与外部电源连接的外接线依次通过第二过线孔(1-1)、第一过线孔(7-3)后与线圈(6)的引线连接。
5.根据权利要求1所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述上端盖(1)内壁面上均匀设置四个槽，其中两个为第一通流槽(1-2)，两个为防转槽(1-3)，两个第一通流槽(1-2)对称设置，与上滑动轴承组件中的两个第二通流槽(3-1)配合安装，实现通流散热功能；两个防转槽(1-3)对称设置，与防转块(2)的防转键(2-1)配合安装，实现轴的防转功能。
6.根据权利要求1-5之一所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述防转块(2)为环形结构，环形结构外壁面均匀分布两个防转键(2-1)，环形结构端面靠近内壁面且与防转键(2-1)位置对应处设置一个定位键(2-2),安装时两个防转键(2-1)伸入上端盖(1)的防转槽(1-3)内，定位键(2-2)伸入上滑动轴承组件的定位槽(3-2)内。
7.根据权利要求1-5之一所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述上滑动轴承组件包括上滑动轴承内圈(3)和上滑动轴承外圈(4)，其中上滑动轴承外圈(4)套装于上滑动轴承内圈(3)的外表面，上滑动轴承内圈(3)外壁面均匀分布两个第二通流槽(3-1)，安装时所述第二通流槽(3-1)与上端盖(1)的第一通流槽(1-2)位置对应，一起构成通流散热通道，上滑动轴承内圈(3)的端面靠近内壁面处设置有一个定位槽(3-2)，所述定位槽(3-2)与第二通流槽(3-1)垂直，保证安装时第二通流槽(3-1)与上端盖(1)的第一通流槽(1-2)位置重合，且定位槽(3-2)与防转块(2)的定位键(2-2)配合。
8.根据权利要求7所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述第二通流槽(3-1)为弧形槽，弧形槽宽度为5-10mm，深度为1-2mm，弧度为40°-50°。
9.根据权利要求1-5之一所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述下滑动轴承组件包括下滑动轴承内圈(11)与下滑动轴承外圈(12),其中下滑动轴承外圈(12)套装于下滑动轴承内圈(11)的外表面，所述下滑动轴承内圈(11)一端紧贴轴(10)的轴挡下表面，另一端通过锁紧螺母(14)固定，下滑动轴承内圈(11)外壁面均匀分布若干个第三通流槽(11-1)，所述第三通流槽(11-1)与上滑动轴承内圈(3)的第二通流槽(3-1)一起构成散热通道。
10.根据权利要求9所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述第三通流槽(11-1)为弧形槽，弧形槽宽度为4-10mm，深度为1-2mm，弧度为30°-45°。
11.根据权利要求9所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述下滑动轴承内圈(11)下端面与下端盖(13)端面之间的间隙为2-5mm。
12.根据权利要求1-5之一所述的一种泥浆脉冲器用驱动装置，其特征在于：所述上端盖(1)中第一通流槽(1-2)的位置与上滑动轴承内圈(3)的第二通流槽(3-1)对应，且第一通流槽(1-2)的宽度及深度大于上滑动轴承内圈(3)的第二通流槽(3-1)。
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