CN109861452A - 一种海底钻井用永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底钻井用永磁电机，涉及永磁电机技术领域，包括下电机头、电机组件、中空转轴、止推轴承、上电机头和变径接头；下电机头的一端通过止推轴承与电机组件的一端连接，另一端与钻头连接，下电机头位于中空转轴的一端，为中空结构；上电机头的一端通过止推轴承与电机组件的另一端连接，另一端与变径接头的一端连接，上电机头位于中空转轴的另一端，为中空结构；变径接头的另一端与连续油管连接，变径接头为中空结构。本发明具有体积小、结构简单、能匹配不同尺寸钻头和连续油管的优点。
Description
技术领域
本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种海底钻井用永磁电机。
背景技术
随着永磁材料、绝缘材料、电力电子和电机控制技术等相关专业的快速发展，永磁电机技术有了长足的进步和发展。在我国，永磁电机如永磁同步电机和永磁无刷直流电机在航空航天等国防领域以及电力系统、数控机床等工业应用领域有着广泛的应用。但是，目前较为缺乏能够适应不同尺寸钻头和连续油管的、适用于海底钻井使用的永磁电机。
对永磁电机的优化设计，转子结构方面一般由转轴、导磁铁芯和磁极三大部分组成。其中，铁芯材料多为导磁性能良好的硅钢片或其他钢材，永磁体为稀土永磁材料制成。将铁芯套装在转子轴上，其工艺往往为热装，然后将磁极用胶粘接在铁芯外表面，高温固化。可见，这种永磁电机转子不仅结构复杂、体积大、制造成本高，转子铁芯的存在增大了转子转动惯量，影响电机动态性能，转子铁芯内部也存在涡流损耗等缺陷降低了电机整体运行效率，并且不适应于海底钻机使用。
发明内容
因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的永磁电机无法匹配不同尺寸钻头和连续油管。
本发明实施例要解决的另一技术问题在于现有技术中的永磁电机结构复杂、体积大。
为此，本发明实施例的一种海底钻井用永磁电机，包括：下电机头、电机组件、中空转轴、止推轴承、上电机头和变径接头；
下电机头的一端通过止推轴承与电机组件的一端连接，另一端与钻头连接，下电机头位于中空转轴的一端，为中空结构；
上电机头的一端通过止推轴承与电机组件的另一端连接，另一端与变径接头的一端连接，上电机头位于中空转轴的另一端，为中空结构；
变径接头的另一端与连续油管连接，变径接头为中空结构。
优选地，所述电机组件包括：至少两节的单节小电机和扶正轴承，至少两节的单节小电机和扶正轴承均连接位于电机外壳内；
单节小电机为中空结构，套接在中空转轴上，相邻单节小电机之间通过扶正轴承连接。
优选地，所述单节小电机包括：定子组件和转子组件；
定子组件固定连接在电机外壳上，包括具有分段结构的定子铁芯段；
转子组件固定连接在中空转轴上。
优选地，所述定子铁芯段由硅钢片叠压而成。
优选地，所述定子组件还包括具有分段结构的定子隔磁段；
定子隔磁段连接位于相邻定子铁芯段之间。
优选地，所述定子隔磁段由与定子铁芯段形状相同的铜片叠压而成。
优选地，所述定子铁芯段和定子隔磁段内部均开设有贯通孔，贯通孔沿中空转轴中心轴线方向延伸。
优选地，所述定子组件还包括定子绕组；
定子绕组连接位于贯通孔内。
优选地，所述转子组件包括转子套筒和永磁体；
转子套筒为中空结构，套接在中空转轴上，转子套筒外圆表面铣有永磁体安装面，永磁体直接表贴于转子套筒外圆表面上，永磁体为分块结构。
本发明实施例的技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供的海底钻井用永磁电机，通过设置上、下电机头连接在电机组件两端部，能分别适应不同尺寸的钻头和连续管，能够快速、可靠连接；通过电机组件旋转提供动力进行钻井作业。通过设置中空转轴为中空结构，能够满足钻井时钻井液循环要求。
2.本发明实施例提供的海底钻井用永磁电机，通过设置分段结构的定子铁芯段、隔磁段，优化了磁路。通过将分块永磁体表贴于转子套筒外圆表面构成转子组件，减小了转子体积，简化了转子结构，从而减小了永磁电机的整体尺寸，使其更加适用于海底钻井作业。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中海底钻井用永磁电机的一个具体示例的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1中电机组件的一个具体示例的剖视图；
图3为本发明实施例1中单节小电机的一个具体示例的三维结构示意图；
图4为本发明实施例1中定子组件分段结构的一个具体示例的结构示意图。
附图标记：1-下电机头，2-电机组件，3-单节小电机，31-定子组件，311-定子铁芯段，312-定子隔磁段，313-定子绕组，32-转子组件，321-转子套筒，322-永磁体，4-中空转轴，5-止推轴承，6-扶正轴承，7-上电机头，8-变径接头。
具体实施方式
下面将结合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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种海底钻井用永磁电机，可作为海底钻机井下动力装置，开展井下作业。如图1所示，该永磁电机包括：下电机头1、电机组件2、中空转轴4、止推轴承5、上电机头7和变径接头8。
下电机头1的一端通过止推轴承5与电机组件2的一端连接，另一端与钻头连接，可匹配各种尺寸的钻头，下电机头1位于中空转轴4的一端，为中空结构。上电机头7的一端通过止推轴承5与电机组件2的另一端连接，另一端与变径接头8的一端连接，上电机头7位于中空转轴4的另一端，为中空结构。上、下电机接头与中空转轴4之间采用动密封，既保证电机上下接头与中空转轴之间相对运动，又不让外界井筒介质进入电机内部。变径接头8的另一端与连续油管连接，变径接头8为中空结构。变径接头8的与连续油管连接的端部设有电缆插头插孔，连续油管里面过来的电缆通过耐压密封插头便捷地插到上电机头的插孔内，为电机提供动力电。。此处的连接均可为轴连接。电机组件2用于驱动钻头转动，钻头和连续油管之间的钻井液通过中空转轴4传输。永磁电机整体为细长结构，从而有利于在海底钻井作业。优选地，上、下电机头可为一种中间连接件，用于起到连接其两端待连接部件的作用。
上述海底钻井用永磁电机，通过设置上、下电机头连接在电机组件两端部，能分别适应不同尺寸的钻头和连续管，能够快速、可靠连接；通过电机组件旋转提供动力进行钻井作业。通过设置中空转轴为中空结构，能够满足钻井时钻井液循环要求。
优选地，电机组件2包括：至少两节的单节小电机3和扶正轴承6，至少两节的单节小电机3和扶正轴承6均连接位于电机外壳内。
单节小电机3为中空结构，套接在中空转轴4上，相邻单节小电机3之间通过扶正轴承6连接。通过在相邻单节小电机之间安装扶正轴承，确保了细长的转子结构同轴心运转，防止中空转轴产生过大的挠度变形，电机是细长结构，如果不加多个支撑，转轴变形太大，无法工作。
一种优选地驱动方式，单节小电机3对中空转轴4的转动驱动控制可以为同步驱动，即分成的多节小电机是同时工作的。另一种优选地驱动方式，单节小电机3对中空转轴4的转动驱动控制也可以为分频分时驱动，增加了转动控制方式。例如，一种分频分时驱动的方式为包括以下步骤：
S1、每节单节小电机3按照转动时长和暂停时长交替进行工作，即单节小电机3先按照转动时长进行工作以驱动钻头转动，再按照暂停时长暂停工作，此时钻头的转动或是依靠惯性或是由其他单节小电机驱动，如此循环往复。转动时长和暂停时长根据所需驱动转动的中空转轴重量和其所受阻力等值所确定，若其值较大，则设置转动时长大于暂停时长，若其值较小，则设置转动时长小于或者等于暂停时长。
S2、相邻单节小电机3的转动按照相隔间隔时长进行工作，即正在工作以驱动钻头转动的单节小电机按照转动时长工作结束后，等待间隔时长后，与其一侧相邻的单节小电机再启动工作，按照上述步骤S1进行，实现分配分时转动控制。间隔时长的设置是以保证钻头按照预设速度转动为准。优选地，单节小电机的工作顺序为按图1所示的从右至左顺次进行。由于转动惯性的存在，与单一驱动相比，可大大减少转动时长，从而极大地降低了能耗。
优选地，如图2和图3所示，单节小电机3包括：定子组件31和转子组件32。定子组件31固定连接在电机外壳上，包括具有分段结构的定子铁芯段311。转子组件32固定连接在中空转轴4上。定子铁芯段311由硅钢片叠压而成。
定子组件31还包括具有分段结构的定子隔磁段312。定子隔磁段312连接位于相邻定子铁芯段311之间，优选地，如图4所示，定子隔磁段312和定子铁芯段311间隔设置，扶正轴承6连接位于两定子隔磁段312之间。定子隔磁段312由与定子铁芯段311形状相同的铜片叠压而成。
定子铁芯段311和定子隔磁段312内部均开设有贯通孔，贯通孔沿中空转轴4中心轴线方向延伸。
定子组件31还包括定子绕组313。定子绕组313连接位于贯通孔内。
转子组件32包括转子套筒321和永磁体322。转子套筒321为中空结构，套接在中空转轴4上，转子套筒321外圆表面铣有永磁体安装面，永磁体322直接表贴于转子套筒321外圆表面上，永磁体322为分块结构。
上述海底钻井用永磁电机，通过设置分段结构的定子铁芯段、隔磁段，优化了磁路。通过将分块永磁体表贴于转子套筒外圆表面构成转子组件，减小了转子体积，简化了转子结构，从而减小了永磁电机的整体尺寸，使其更加适用于海底钻井作业。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种海底钻井用永磁电机，其特征在于，包括：下电机头(1)、电机组件(2)、中空转轴(4)、止推轴承(5)、上电机头(7)和变径接头(8)；
下电机头(1)的一端通过止推轴承(5)与电机组件(2)的一端连接，另一端与钻头连接，下电机头(1)位于中空转轴(4)的一端，为中空结构；
上电机头(7)的一端通过止推轴承(5)与电机组件(2)的另一端连接，另一端与变径接头(8)的一端连接，上电机头(7)位于中空转轴(4)的另一端，为中空结构；
变径接头(8)的另一端与连续油管连接，变径接头(8)为中空结构。
2.根据权利要求1所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述电机组件(2)包括：至少两节的单节小电机(3)和扶正轴承(6)，至少两节的单节小电机(3)和扶正轴承(6)均连接位于电机外壳内；
单节小电机(3)为中空结构，套接在中空转轴(4)上，相邻单节小电机(3)之间通过扶正轴承(6)连接。
3.根据权利要求2所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述单节小电机(3)包括：定子组件(31)和转子组件(32)；
定子组件(31)固定连接在电机外壳上，包括具有分段结构的定子铁芯段(311)；
转子组件(32)固定连接在中空转轴(4)上。
4.根据权利要求3所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯段(311)由硅钢片叠压而成。
5.根据权利要求3或4所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述定子组件(31)还包括具有分段结构的定子隔磁段(312)；
定子隔磁段(312)连接位于相邻定子铁芯段(311)之间。
6.根据权利要求5所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述定子隔磁段(312)由与定子铁芯段(311)形状相同的铜片叠压而成。
7.根据权利要求6所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯段(311)和定子隔磁段(312)内部均开设有贯通孔，贯通孔沿中空转轴(4)中心轴线方向延伸。
8.根据权利要求7所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述定子组件(31)还包括定子绕组(313)；
定子绕组(313)连接位于贯通孔内。
9.根据权利要求3-8任一项所述的海底钻井用永磁电机，其特征在于，所述转子组件(32)包括转子套筒(321)和永磁体(322)；
转子套筒(321)为中空结构，套接在中空转轴(4)上，转子套筒(321)外圆表面铣有永磁体安装面，永磁体(322)直接表贴于套筒(321)外圆表面上，永磁体(322)为分块结构。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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