CN112072883A - 用于抽油机的电机 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于抽油机的电机，该电机为直驱异步内转子电机，该电机的电机极数24极，额定频率40Hz，输出同步转速200转/分钟，该电机包括：定子和转子，该转子包括：转子铁心，该转子铁心表面形成有多个斜槽且中部具有中心孔，由转子冲片在轴向叠压而成，该转子冲片轭部设置有通风孔；转子支架，配合设置于该转子铁心内部，包括：外圆筒，外表面配合以及设置于该转子冲片的内表面；内圆筒，内表面配合该电机的电机轴的配合面；以及辐板，用于连接该外圆筒和该内圆筒。该电机相对当前抽油机采用的永磁直驱同步电机，节能、省电、环保，具有较高的可靠性，以及方便维护。

Description

用于抽油机的电机
技术领域
本公开涉及电机技术领域，具体涉及用于抽油机的电机。
背景技术
目前油田中使用的抽油机中的电动机绝大多数为游梁式抽油机，也叫“磕头机”。这个系统为标准异步电动机驱动，也有使用高滑差异步电动机来驱动。经过皮带轮和减速箱、连杆和游梁等多级传动，实现抽油机的往复运动。异步电动机或高滑差异步电动机经过多级变速传动，系统效率只有35％。
为解决以上问题，目前大多采用永磁直驱同步电机，能保持低速大转矩输出，通过取消皮带传动、减速箱和庞大的连杆游梁等中间机构件，使得永磁直驱同步电动机设备体积缩小，效率得到一定提高。
随着永磁直驱同步电机在油田抽油机上的大量使用，申请人经研究后发现，永磁直驱同步电机成本高、带负荷启动困难，随着井下开采层或井况变化，设备负载变化较大，永磁直驱电机长时间处于过载运行状态，容易引起发热和退磁现象，反而相比异步电机更加耗电，不环保。
发明内容
本公开提出了用于抽油机的电机，用以解决抽油机中永磁直驱同步电机耗电不环保的问题。
本公开提供了一种用于抽油机的电机，其特征在于，所述电机为直驱异步内转子电机，所述电机的电机极数24极，额定频率40Hz，输出同步转速200转/分钟，所述电机包括：定子和转子，所述转子包括：转子铁心，所述转子铁心表面形成有多个斜槽且中部具有中心孔，由转子冲片在轴向叠压而成，所述转子冲片轭部设置有通风孔；转子支架，配合设置于所述转子铁心内部，包括：外圆筒，外表面配合以及设置于所述转子冲片的内表面；内圆筒，内表面配合所述电机的电机轴的配合面；以及辐板，用于连接所述外圆筒和所述内圆筒。
在一些可选的实施方式中，所述定子包括：定子铁心，由定子冲片叠压后周边用扣片均布，并在两端与定子压圈压紧后焊接形成为一体；定子绕组线圈，缠绕在所述定子铁心上。
在一些可选的实施方式中，所述电机的额定电压为380伏特，所述定子接法为三相星接，所述定子绕组按24路并联路数引出6根耐高温引出线，所述定子绕组节距为1-6槽，各所述电极的两个端部采用绑扎带包扎。
在一些可选的实施方式中，所述定子绕组线圈为H级防电晕漆包线。
在一些可选的实施方式中，所述定子绕组采用软绕组双叠下线，所述定子的定子槽为平底槽。
在一些可选的实施方式中，所述定子铁心长度为180毫米，所述定子绕组线圈中每个线圈的半匝长度为345毫米，所述定子绕组线圈中漆包线重量为103公斤。
在一些可选的实施方式中，所述转子铁心还包括：端环，具有第一圆环表面和第二圆环表面；至少一个平衡柱，均匀设置在所述第一圆环表面；至少一个风叶，均匀设置于所述第二圆环表面；至少一个转子导条，均匀设置于所述端环外表面，所述端环一体成型；其中，所述转子冲片叠压后设置在所述端环内侧。
在一些可选的实施方式中，所述转子采用铸铝转子结构，离心铸造，所述转子冲片的斜槽内、所述端环内、各所述转子导条之间和所述风叶内填充高纯度AL99.5工业纯铝。
在一些可选的实施方式中，所述转子冲片轭部设置的通风孔为长条形，所述转子的转子槽为梨形槽。
在一些可选的实施方式中，所述电机额定功率45千瓦，最大转矩倍数2.8，绝缘等级H级，电机冷却方式为IC01，防护等级为IP55。
在一些可选的实施方式中，所述定子电密为2.55安培/平方毫米，所述转子导条电密为1.18安培/平方毫米，所述端环电密为0.91安培/平方毫米。
在一些可选的实施方式中，所述电机效率91.6％，功率因数0.70。
在一些可选的实施方式中，所述定子外径990毫米，内径840毫米，所述转子铁心内径640毫米，所述转子和所述定子之间气隙尺寸0.9毫米，所述转子铁心的长度180毫米，所述定子、转子槽配合为144/125。
在一些可选的实施方式中，所述定子电密为2.55安培/平方毫米，所述转子导条电密为1.18安培/平方毫米，所述端环电密为0.91安培/平方毫米。
在一些可选的实施方式中，所述转子由轴线倾斜1个定子齿距，优选地，所述定子齿距为18.3毫米。
在一些可选的实施方式中，所述定子冲片和所述转子冲片为硅钢片。
在一些可选的实施方式中，所述电机采用软性连接。
实践中，申请人还发现，除了耗电不环保的问题，在抽油机中采用永磁直驱同步电机还存在以下问题：第一，启动困难：启动时由于是带负荷启动，而油田的供电距离往往较长，存在严重欠压状态下启动，永磁直驱同步电机的启动电流较大，导致变压器及线路压降更大。压降较大这也直接导致了永磁直驱电动机在抽油机工作状态下启动转矩反而更小，存在启动困难的缺陷。第二，因线路压降低，不同时间段以及不同井况变化，设备负载变化，永磁直驱电机的反电势也在变化，电机会导致跳闸等不能运行的故障。
本公开提供的用于抽油机的电机，通过采用直驱异步内转子电机，可实现包括但不限于以下技术效果：
第一，通过较多极对数，即电机极数24极，额定频率40Hz，来保证电机额定转速满足抽油机所需的输出同步转速200转/分钟的低速运行，相对永磁直驱同步电机，节能、省电、环保，具有较高的可靠性，以及方便维护。
第二，通过在转子铁心表面形成转子斜槽实现提高启动性能和降低噪音。相对于永磁直驱同步电机，通过设置斜槽，提高启动性能，解决了永磁直驱同步电机存在无法启动以及噪音较大的问题。
第三，通过在转子冲片轭部设置通风孔，在转子铁心内部设置转子支架实现减轻电机重量，方便电机吊装。最终可以实现降低采油设备的占地面积，提高采油效率，同时大幅增加采油设备的稳定性和安全性，并有效的降低故障率及维修维护成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本公开的用于抽油机的电机的一个实施例的立体图；
图2是根据本公开的定子铁心的一个实施例的横截面图；
图3是根据本公开的转子的一个实施例的横截面图；
图4是根据本公开的转子铁心的一个实施例的立体图；
图5是根据本公开的转子铁心的一个实施例的横截面图。
符号说明：
1 电机 12 转子支架 27 绑扎带
2 轴线 121 外圆筒
3 气隙 122 内圆筒
10 转子 123 辐板
11 转子铁心 20 定子
111 转子冲片 21 定子铁心
113 平衡柱 22 定子冲片
112 端环 23 扣片
114 风叶 24 定子压圈
115 转子导条 25 定子绕组线圈
116 通风孔 26 耐高温引出线
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
图1根据本公开的用于抽油机的电机的一个实施例的结构示意图。
如图1所示，电机1为直驱异步内转子电机，电机1的电机极数24极，额定频率40Hz，即电机1输出同步转速为200转/分钟。电机1包括转子10和定子20。定子20围绕着转子10。转子10布置在定子20之内，并且例如能够围绕着轴线2旋转。转子10以及定子20例如具有基本上柱形的形状。
在定子20和转子10之间构造了气隙3，因此转子10和定子20在转子10旋转时不接触。此外，在图1中示出了轴向的方向a，该方向借助于方向箭头示出，该方向箭头相应于一种轴线，转子10在电机1运行时围绕着该轴线旋转。此外，在图1中示出了径向的方向r，该径向的方向垂直于轴向的方向a。
可以理解的是，电机1除了包括转子10和定子20，还可以包括其他必要的结构，本公开对此不做具体限定，例如还可以包括电机外壳等。
图2示出了电机1的实施例中定子20的一个实施例的示意性的横截面图。该横截面图穿过电机1的轴向方向a，穿过电机1的径向方向r，以及穿过电机1的定子20。如图2所示，定子20可以包括：定子铁心21，由定子冲片22叠压后周边用扣片23均布，并在两端与定子压圈24压紧后焊接形成为一体。定子绕组线圈25，缠绕在定子铁心21上。
在一些可选的实施方式中，定子冲片22可以为硅钢片，例如，可以为武钢生产的牌号为50WW470的高性能低损耗硅钢片。
在一些可选的实施方式中，定子绕组线圈25可以按24路并联路数引出6根耐高温引出线26(例如，硅橡胶引出线)，定子绕组线圈25的节距为1-6槽，各电极的两个端部采用绑扎带27包扎。
在一些可选的实施方式中，定子绕组线圈25中各线圈可以为H级防电晕漆包线(长期耐温180度)，即可以在定子绕组线圈25崁线后，经过真空压力浸漆并经过沉浸工艺处理，在浸漆时采用H级绝缘漆，使定子绕组线圈25绝缘强度增加，满足H级绝缘等级要求。
在一些可选的实施方式中，定子20的定子槽可以为平底槽。
在一些可选的实施方式中，定子绕组线圈25可以采用软绕组双叠下线，即采用双层叠式绕组，线圈制造简单，绕组崁线容易。基于该可选实施方式，定子绕组线圈25中每个线圈的半匝长度可以为345毫米，定子绕组线圈中漆包线重量可以为103公斤。
在一些可选的实施方式中，定子铁心21长度可以为180毫米(即，可以由定子冲片23叠压180毫米实现)。
在一些可选的实施方式中，为防止电机运行时产生大量的热量，定子20的电密可以为2.55安培/平方毫米。
图1所示的电机1中转子10可以包括转子铁心11和转子支架12，转子铁心11表面形成有多个斜槽且中部具有中心孔，由转子冲片在轴向方向a叠压而成，转子冲片轭部可以设置有通风孔。转子支架12，配合设置于转子铁心11内部。
具体地，请参考图3，图3示出了电机1的实施例中转子10的横截面图。该横截面图穿过电机1的轴向方向a，穿过电机1的径向方向r，以及穿过电机1的转子10。
如图3所示，转子10可以包括转子铁心11和转子支架12。转子支架12设置于转子铁心11内圆部分。转子支架12可以由外圆筒121、辐板123和内圆筒122和共同焊接而成。
其中，可以加工外圆筒121的外表面，使其外表面配合转子铁心中转子冲片111的内表面。可以加工内圆筒122的内表面，使其内表面配合电机1的电机轴的配合面。辐板123，用于连接外圆筒121和内圆筒122。
这里，在转子铁心11内设置转子支架12，与转子铁心11形成一体，可以保证转子10的可靠转动，相对于直接将转子铁心11和电机轴配合大大减少了转子10的自重。
转子铁心11可以包括转子冲片111、端环112和风叶114。
具体请参考图4和图5，图4示出了根据本公开的转子铁心11的一个实施例的立体图。图5示出了根据本公开的转子铁心11的一个实施例的横截面图。该横截面垂直于电机1的轴向方向a，穿过电机1的径向方向r，以及穿过电机1的转子铁心11。
如图4所示和图5，转子铁心11可以包括：转子冲片111、端环112、至少一个平衡柱113、至少一个风叶114、至少一个转子导条115。其中，端环112，具有第一圆环表面和第二圆环表面。至少一个平衡柱113，均匀设置在第一圆环表面。至少一个风叶114，均匀设置于第二圆环表面。至少一个转子导条115，均匀设置于端环112外表面，端环112一体成型。转子冲片111叠压后设置在端环112内侧。
在一些可选的实施方式中，转子铁心11可以采用铸铝转子结构，离心铸造，采用两端不同的铸铝模铸造而成，其中，一端对应风叶114，一端对应平衡柱113。
转子冲片111的斜槽内、端环112内、各转子导条115和各风叶114内可以填充高纯度AL99.5工业纯铝，以减少转子重量。
为降低成本、缩小转子重量以及利于散热通风，转子冲片111轭部可以均匀设置有至少一个通风孔116，在一些可选的实施方式中，通风孔116可以为长条形。相对于现有技术中通常采用的方形孔、梯形孔或圆形孔，可以增加开孔面积，进一步实现：第一，增大通风面积利于散热；第二，降低成本；第三，减少电机重量，进而减少因设备支架较薄和电机之间所产生的共振，以及减少运输成本。
在一些可选的实施方式中，转子10的转子槽可以为梨形槽。
在一些可选的实施方式中，电机1额定功率可以为45千瓦。
在一些可选的实施方式中，电机1的绝缘等级可以为H级(即，长期耐温180度)。
在一些可选的实施方式中，电机1的冷却方式可以为IC01(即，冷却介质为空气，冷却介质从周围介质直接地自由吸入，然后直接返回到周围介质(开路)自由循环，而冷却介质运动的推动方法为：冷却介质运动与电机转速有关，或因转子本身的作用，也可以是由转子拖运的整体风扇或泵的作用，促使介质运动自循环)。
在一些可选的实施方式中，电机1的防护等级可以为IP55(即，防止有害的粉尘堆积以及任何角度低压喷射无影响)。
在一些可选的实施方式中，电机1的额定电压可以为380伏特，定子20的接法可以为三相星接。当定子铁心21接入电源电压为380伏特，频率为40Hz的三相交流电时，定子绕组线圈26中三相对称绕组产生旋转磁场，转子导条115切割旋转磁场，使转子导条115产生感应电动势和感应电流。气隙3磁场和转子导条115中的感应电流经过相互作用产生电磁转矩，使转子10按旋转磁场的方向转动，实现了电机1按照同步转速200转/分钟的运行要求。
在一些可选的实施方式中，为防止电机运行时产生大量的热量，转子10的转子导条115电密可以为1.18安培/平方毫米，端环112电密可以为0.91安培/平方毫米。
在一些可选的实施方式中，电机1的效率可以为91.6％，功率因数可以为0.70。
在一些可选的实施方式中，定子20的外径可以为990毫米，内径可以为840毫米。转子铁心10内径可以为640毫米，转子10和定子20之间气隙尺寸可以为0.9毫米。即，转子10外径为839.1毫米。这里采用较大的转子外径839.1毫米可以保证较大的最大转矩倍数。在一些可选的实施方式中，电机1的最大转矩倍数可以为2.8。
在一些可选的实施方式中，转子铁心11的长度可以为180毫米(即，可以由转子冲片111叠压180毫米实现)。
在一些可选的实施方式中，定子20、转子10之间的槽配合可以为144/125。
在一些可选的实施方式中，转子10可以由轴线倾斜1个定子齿距，可选地，定子20的定子齿距可以为18.3毫米。
在一些可选的实施方式中，定子冲片23和转子冲片111可以为硅钢片。例如，可以为武钢生产的牌号为50WW470的高性能低损耗硅钢片。
在一些可选的实施方式中，电机1可以采用软性连接，即利用一对塑料接头(软连接，也叫靠背轮)各自连接负载及电机01的轴承。相对刚性连接来说，具有结构简单、安装方便、振动更小、保护设备、易于更换等优点，特别适用于现有抽油机的节能升级改造。
本公开所提供的电机由于取消了皮带传动系统，可利用超薄机身，直驱驱动输入轴，高效节能，安全可靠。另外，还可以降低采油设备的占地面积，提高采油效率，同时可以大幅增加采油设备的稳定性和安全性，并有效的降低故障率及维修维护成本。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (17)

1.一种用于抽油机的电机，其特征在于，所述电机为直驱异步内转子电机，所述电机的电机极数24极，额定频率40Hz，输出同步转速200转/分钟，所述电机包括：定子和转子，所述转子包括：
转子铁心，所述转子铁心表面形成有多个斜槽且中部具有中心孔，由转子冲片在轴向叠压而成，所述转子冲片轭部设置有通风孔；
转子支架，配合设置于所述转子铁心内部，包括：
外圆筒，外表面配合以及设置于所述转子冲片的内表面；
内圆筒，内表面配合所述电机的电机轴的配合面；以及
辐板，用于连接所述外圆筒和所述内圆筒。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子包括：
定子铁心，由定子冲片叠压后周边用扣片均布，并在两端与定子压圈压紧后焊接形成为一体；
定子绕组线圈，缠绕在所述定子铁心上。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述电机的额定电压为380伏特，所述定子接法为三相星接，所述定子绕组按24路并联路数引出6根耐高温引出线，所述定子绕组节距为1-6槽，各所述电极的两个端部采用绑扎带包扎。
4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述定子绕组线圈为H级防电晕漆包线。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述定子绕组采用软绕组双叠下线，所述定子的定子槽为平底槽。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述定子铁心长度为180毫米，所述定子绕组线圈中每个线圈的半匝长度为345毫米，所述定子绕组线圈中漆包线重量为103公斤。
7.根据权利要求1-6中任一所述的电机，其特征在于，所述转子铁心还包括：
端环，具有第一圆环表面和第二圆环表面；
至少一个平衡柱，均匀设置在所述第一圆环表面；
至少一个风叶，均匀设置于所述第二圆环表面；
至少一个转子导条，均匀设置于所述端环外表面，所述端环一体成型；
其中，所述转子冲片叠压后设置在所述端环内侧。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述转子采用铸铝转子结构，离心铸造，所述转子冲片的斜槽内、所述端环内、各所述转子导条之间和所述风叶内填充高纯度AL99.5工业纯铝。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述转子冲片轭部设置的通风孔为长条形，所述转子的转子槽为梨形槽。
10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述电机额定功率45千瓦，最大转矩倍数2.8，绝缘等级H级，电机冷却方式为IC01，防护等级为IP55。
11.根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述定子电密为2.55安培/平方毫米，所述转子导条电密为1.18安培/平方毫米，所述端环电密为0.91安培/平方毫米。
12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于，所述电机效率91.6％，功率因数0.70。
13.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，所述定子外径990毫米，内径840毫米，所述转子铁心内径640毫米，所述转子和所述定子之间气隙尺寸0.9毫米，所述转子铁心的长度180毫米，所述定子、转子槽配合为144/125。
14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，所述定子电密为2.55安培/平方毫米，所述转子导条电密为1.18安培/平方毫米，所述端环电密为0.91安培/平方毫米。
15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述转子由轴线倾斜1个定子齿距，优选地，所述定子齿距为18.3毫米。
16.根据权利要求1-6中任一所述的电机，其特征在于，所述定子冲片和所述转子冲片为硅钢片。
17.根据权利要求15所述的电机，其特征在于，所述电机采用软性连接。
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