CN109510393B - 一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，包括壳体机架、定子、转子、方补心、方瓦和钻机转轴；定子包括第一铁芯、第二铁芯和缠绕在第一铁芯、第二铁芯上的绕组线圈，第一铁芯呈圆筒状，第二铁芯呈圆环状并位于在第一铁芯下方；转子包括转筒、第一磁钢基板、第二磁钢基板，转筒上部粗下部细，若干第一磁钢基板呈弧形瓦片状并包裹在转筒的上部侧壁上，第二磁钢基板呈圆环状并贴在转筒中部的台阶面上，第一磁钢基板、第二磁钢基板分别与第一铁芯、第二铁芯上的绕组线圈对应；壳体机架的下方与转筒通过上下设置的主轴承和副轴承衔接。这种采用2组铁芯和磁钢基板的方式，其电机动力更强，响应更迅速，精度更高。

Description

一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘

技术领域

本发明属于涉及石油钻探设备领域，尤其涉及一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘。

背景技术

传统的石油钻机转盘是由动力装置(柴油机或液力或电动机)驱动减速机，再由减速机驱动角传动减速机，由角减速机驱动钻杆，以实现地面钻进。这种转盘经过几次减速，效率低下。齿轮减速机需经常更换润滑油，维护工作量大，维护成本高。特别是在制造过程中需加工大量齿轮，加工困难，另外占地面积大，使钻机设备布置困难。

现有技术中,例如专利号为200910073790.5的专利“机电一体化石油钻机转盘”，其采用永磁同步电动机直接驱动钻杆，但其动力方面存在不足，响应慢；定子的线圈通电后发热量过大，各零部件之间长时间运转也产生了大量热量，对零部件产生较大损耗。

发明内容

本发明为提高石油钻机钻盘的响应速度和动力，同时尽快降低线圈通电及其他零部件长期运转的发热对零件的损耗，提高设备使用寿命，提供了一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，具体通过以下技术方案实现。

一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，包括壳体机架、定子、转子、方补心、方瓦和钻机转轴，所述壳体机架包围并固定在所述定子外部；

所述定子包括第一铁芯、第二铁芯和缠绕在所述第一铁芯、第二铁芯上的绕组线圈，所述第一铁芯呈圆筒状，所述第二铁芯呈圆环状并位于在所述第一铁芯下方；

所述转子包括转筒、第一磁钢基板、第二磁钢基板，所述转筒上部粗下部细，所述第一磁钢基板呈薄壁圆筒状并套在所述转筒的上部侧壁上，所述第二磁钢基板呈圆环状并贴在所述转筒中部的台阶面上，所述第一磁钢基板与所述第一铁芯的绕组线圈对应，所述第二磁钢基板与所述第二铁芯上的绕组线圈对应；

所述壳体机架的下方与所述转筒通过主轴承衔接；所述方补心固定在所述转筒内部，所述方瓦固定在所述方补心内部，所述钻机转轴固定在方瓦内。

上述石油钻机转盘上，在旋转时，第一铁芯和第二铁芯的绕组线圈均产生电流，转子的磁钢基板的磁场作用下产生磁力，根据作用力与反作用力原理，转子相对于定子开始旋转，这种通过具有两组铁芯和绕组线圈的永磁同步电机直驱钻头的方式，动力更强，精度更高，响应更快。

优选地，所述主轴承的下方还设有副轴承。副轴承能够分担壳体机架对转筒的重力。

更优选地，所述主轴承竖直倾斜向内，副轴承的承力方向竖直倾斜向外。此时，主轴承和副轴承既能在竖直方向上承载转筒的重力，同时能够水平方向上产生相互夹持力，使转筒和壳体机架之间更加稳定，防止转筒在壳体机架内左右晃动。

优选地，所述石油钻机转盘上设有冷却润滑系统。定子的绕组线圈长时间通电时，会产生大量的热量，主轴承、副轴承在长时间转动时，也容易摩擦产生大量热量，这都加速了零部件的磨损和老化，因此，需要设置对整个转盘的冷却润滑系统，降低整个转盘的温度，并降低主轴承、副轴承的磨损。

更优选地，所述壳体机架的下方向内卷起呈“U”形，卷起后的所述壳体机架末端与所述转筒底部侧壁重叠在一起且之间留有缝隙。壳体机架下方向内卷起后，其末端卷起上升呈竖直状态，与转筒的底部侧壁对应。

进一步优选地，卷起后的所述壳体机架末端与所述转筒底部侧壁重叠的部分设有密封橡胶。

更进一步优选地，所述冷却润滑系统具体为：所述壳体机架为导热金属材质，所述主轴承与第二铁芯之间用环形隔板隔开，所述环形隔板与所述转筒之间设有密封凹槽，所述壳体机架顶部设有环形沟槽，所述环形沟槽上方密封设有环形盖板，所述壳体机架内均匀设有若干油管；所述油管的两端分别与所述环形沟槽和所述主轴承附近的空腔连通；所述壳体机架上开有进油孔并与所述环形沟槽连通，卷起后的所述壳体机架底面设有出油孔，另设一油泵与进油孔和出油孔连接。

上述优选的冷却润滑系统，采用冷却润滑油作为冷却和润滑的介质，冷却润滑油通过油泵被缓慢运输到环形沟槽中，从环形沟槽逐渐向下流入壳体机架内均匀分布的油管中，由于壳体机架是导热金属材质的，绕组线圈通电产生的热量因热传导作用被冷却润滑油吸收，然后冷却润滑油流出油管，依次进入主轴承、副轴承附近的空腔中，浸润主轴承、副轴承，最后进入所述壳体机架卷起后在底面形成的环形腔中，一方面能够储存部分冷却润滑油，一方面吸收热量后的冷却润滑油从出油孔进入油泵进行下一次循环。这种方式有效实现了转盘降温、防磨损、提高寿命的目的。

进一步优选地，所述壳体机架内壁上设有液面传感器，且所述液面传感器对应于所述壳体机架卷起后形成的“U”形的空腔，所述壳体机架的外壁上设有警示灯，所述液面传感器、警示灯电连接。

上述优选方式，能够预先设置一定的液面高度，当“U”形的空腔内的冷却润滑油的液面低于一定位置时，警示灯会亮起，提示需要添加或更换新的冷却润滑油。

优选地，所述定子还包括有定子基座；所述定子基座固定安装于壳体机架上；所述第一铁芯和第二铁芯安装于所述定子基座上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过两组铁芯、绕组线圈和磁钢基板，使整个永磁同步电机的马力大大增强，且精度更高，响应速度更快；

2、在转盘中加入循环的冷却润滑系统，能有效减少电机转动时各零部件的磨损和发热问题，延长了使用寿命。

附图说明

图1为实施例1所述一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘的结构示意图；

图2为实施例1所述一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘的第一磁钢基板的结构示意图；

图3为实施例1所述一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘的第二磁钢基板的结构示意图；

图4为实施例2所述一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘的的结构示意图；

图中：1、壳体机架；2、方补心；3、方瓦；4、钻机转轴；5、第一铁芯；6、第二铁芯；7、转筒；8、第一磁钢基板；9、第二磁钢基板；10、主轴承；11、副轴承；12、密封橡胶；13、环形隔板；14、环形沟槽；15、环形盖板；16、油管；17、进油孔；18、出油孔；19、密封凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1～3所示，本实施例提供的永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，包括壳体机架1、定子、转子、方补心2、方瓦3和钻机转轴4，所述壳体机架1包围并固定在所述定子外部；所述定子包括第一铁芯5、第二铁芯6和缠绕在所述第一铁芯5、第二铁芯6上的绕组线圈，所述第一铁芯5呈圆筒状，所述第二铁芯6呈圆环状并位于在所述第一铁芯5下方；

所述转子包括转筒7、第一磁钢基板8、第二磁钢基板9，所述转筒7上部粗下部细，所述第一磁钢基板8呈薄壁圆筒状并套在所述转筒7的上部侧壁上，所述第二磁钢基板9呈圆环状并贴在所述转筒7中部的台阶面上，所述第一磁钢基板8与所述第一铁芯5的绕组线圈对应，所述第二磁钢基板9与所述第二铁芯6上的绕组线圈对应；

所述壳体机架1的下方与所述转筒7通过主轴承10衔接；所述方补心2固定在所述转筒7内部，所述方瓦3固定在所述方补心2内部，所述钻机转轴4固定在方瓦内。

实施例二

如图4所示，本实施例提供的永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，包括壳体机架1、定子、转子、方补心2、方瓦3和钻机转轴4；所述壳体机架为导热金属材质，所述壳体机架1包围并固定在所述定子外部；所述定子包括第一铁芯5、第二铁芯6和缠绕在所述第一铁芯5、第二铁芯6上的绕组线圈，所述第一铁芯5呈圆筒状，所述第二铁芯6呈圆环状并位于在所述第一铁芯5下方；

所述转子包括转筒7、第一磁钢基板8、第二磁钢基板9，所述转筒7上部粗下部细，所述第一磁钢基板8呈薄壁圆筒状并套在所述转筒7的上部侧壁上，所述第二磁钢基板9呈圆环状并贴在所述转筒7中部的台阶面上，所述第一磁钢基板8与所述第一铁芯5的绕组线圈对应，所述第二磁钢基板9与所述第二铁芯6上的绕组线圈对应；所述壳体机架1的下方与所述转筒7通过上下设置的主轴承10和副轴承11衔接；所述方补心2固定在所述转筒7内部，所述方瓦3固定在所述方补心2内部，所述钻机转轴4固定在方瓦内；

另设一冷却润滑系统，所述壳体机架1的下方向内卷起呈“U”形，，卷起后的所述壳体机架1末端与所述转筒7底部侧壁重叠在一起且之间留有缝隙，且缝隙处设有密封橡胶12；所述主轴承10与第二铁芯6之间用环形隔板13隔开，所述环形隔板13与所述转筒7之间设有密封凹槽19，所述壳体机架1顶部设有环形沟槽14，所述环形沟槽14上方密封设有环形盖板15，所述壳体机架1内均匀设有若干油管16；所述油管16的两端分别与所述环形沟槽14和所述主轴承10附近的空腔连通；所述壳体机架1上开有进油孔17并与所述环形沟槽14连通，卷起后的所述壳体机架1底面设有出油孔18，另设一油泵与进油孔17和出油孔18连接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，包括壳体机架、定子、转子、方补心、方瓦和钻机转轴，所述壳体机架包围并固定在所述定子外部；

其特征在于，所述定子包括第一铁芯、第二铁芯和缠绕在所述第一铁芯、第二铁芯上的绕组线圈，所述第一铁芯呈圆筒状，所述第二铁芯呈圆环状并位于在所述第一铁芯下方；

所述转子包括转筒、第一磁钢基板、第二磁钢基板，所述转筒上部粗下部细，所述第一磁钢基板呈薄壁圆筒状并套在所述转筒的上部侧壁上，所述第二磁钢基板呈圆环状并贴在所述转筒中部的台阶面上，所述第一磁钢基板与所述第一铁芯的绕组线圈对应，所述第二磁钢基板与所述第二铁芯上的绕组线圈对应；

所述壳体机架的下方与所述转筒通过主轴承衔接；所述方补心固定在所述转筒内部，所述方瓦固定在所述方补心内部，所述钻机转轴固定在方瓦内；

所述石油钻机转盘上设有冷却润滑系统，所述冷却润滑系统具体为：所述壳体机架为导热金属材质，所述主轴承与第二铁芯之间用环形隔板隔开，所述环形隔板与所述转筒之间设有密封凹槽，所述壳体机架顶部设有环形沟槽，所述环形沟槽上方密封设有环形盖板，所述壳体机架内均匀设有若干油管；所述油管的两端分别与所述环形沟槽和所述主轴承附近的空腔连通；所述壳体机架上开有进油孔并与所述环形沟槽连通，卷起后的所述壳体机架底面设有出油孔，另设一油泵与进油孔和出油孔连接；

所述定子还包括有定子基座；所述定子基座固定安装于壳体机架上；所述第一铁芯和第二铁芯安装于所述定子基座上。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，其特征在于，所述主轴承的下方还设有副轴承。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，其特征在于，所述主轴承竖直倾斜向内，副轴承的承力方向竖直倾斜向外。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，其特征在于，所述壳体机架的下方向内卷起呈“U”形，卷起后的所述壳体机架末端与所述转筒底部侧壁重叠在一起且之间留有缝隙。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，其特征在于，卷起后的所述壳体机架末端与所述转筒底部侧壁重叠的部分设有密封橡胶。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机直驱的石油钻机转盘，其特征在于，所述壳体机架内壁上设有液面传感器，且所述液面传感器对应于所述壳体机架卷起后形成的“U”形的空腔，所述壳体机架的外壁上设有警示灯，所述液面传感器、警示灯电连接。