CN201345582Y - 多级串联交流伺服电机 - Google Patents

Abstract

多级串联交流伺服电机，属于交流伺服电动机设备领域，应用于抽油井地下作业环境。包括驱动泵电机(32)、中间电机(33)、尾部电机(34)和驱动电路(35)，驱动泵电机(32)一端与泵体连接，另一端与中间电机(33)连接，中间电机(33)的另一端与尾部电机(34)连接，尾部电机(34)另一端与驱动电路(35)连接。该交流伺服电机效率高，电机功率密度大，输出转矩大；电机体积小重量轻，具有较高的过载能力；启动工作时对电网冲击小；电机的控制电路部分和电机本体连接成一起，抗干扰能力强；交流伺服系统采用全数字位置控制系统，调速方便准确，节能降耗。

Description

多级串联交流伺服电机

技术领域

多级串联交流伺服电机，属于交流伺服电动机设备领域，应用于抽油井、加油站等地下作业环境。

背景技术

现在油田抽油井上普遍采用的抽油设备主要有两种：一种是游梁式抽油机电机，驱动部分采用三相感应电动机，虽发展历史优久，生产工艺成熟，但是该电机体积大、效率低，而且占用大量能源，井上的铁架(俗称磕头虫)不但浪费大量黑色金属，还占用相当可观面积的土地，由于三相感应电动机的转速较高，与之相配用的减速器体积庞大，且需要经常维护和维修，电机一般不能调速；

另一种是采用交流电机的抽油机电机，虽然直径可以做的较小，但功率因数较低，由于定子铁心较长，内径较小，所以定子绕线比较困难，在实际应用中也存在对电网造成冲击大，功率密度偏低、效率不高，调速困难的缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有交流电机的抽油机电机存在的问题，设计一种对电网冲击小，功率密度大、效率高，易调速的多级串联交流伺服电机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该多级串联交流伺服电机，其特征在于：包括驱动泵电机、中间电机、尾部电机和驱动电路，驱动泵电机一端与泵体连接，另一端与中间电机连接，中间电机的另一端与尾部电机连接，尾部电机另一端与驱动电路连接。

中间电机可以采用一级、两级或多级串联。

驱动泵电机包括铠装电缆、联轴器、法兰、O型圈、转接端盖、电机、轴承盖、引接线和后法兰，法兰和转接端盖安装在电机机壳上，在转子上安装O型圈，铠装电缆固定在法兰上，并与引接线连接，引接线从定子与机壳之间穿过，联轴器固定在电机轴上，联轴器和法兰与抽油泵体连接，后法兰上安装轴承盖，通过螺钉固定在电机机壳上。

中间电机包括联轴器、法兰、轴承盖、引接线、电机、轴承盖、后法兰和联轴器，法兰和后法兰分别安装轴承盖和轴承盖，通过螺钉紧固在电机机壳上，电机轴两端分别安装联轴器和联轴器，引接线从定子与机壳之间穿过，联轴器与驱动泵电机轴连接，引接线与驱动泵电机引接线连接，联轴器与尾部电机轴连接。

尾部电机包括法兰、轴承盖、引接线、电机、后法兰、第一密封件、第二密封件、绝缘密封组合、隔磁罩、编码器和磁环，法兰和后法兰分别安装轴承盖后，通过螺钉固定在电机机壳上，并通过电机轴、法兰、引接线与中间电机的联轴器、法兰、引接线连接，电机长轴端粘接磁环，放在隔磁罩内，隔磁罩装在第二密封件)内，中间为绝缘密封组合，隔磁罩外部安装编码器，编码器与驱动电路连接，第二密封件通过第一密封件安装在后法兰上。

驱动电路包括筒、电路板、后盖，后盖安装在筒一端，电路板安装在筒内，筒的另一端固定在尾部电机的第二密封件上，电气上驱动电路与尾部电机引接线和编码器相连。

多级串联交流伺服电机，在抽油井下工作环境较为复杂，一是环境温度较高；二是井下含有腐蚀性液体和气体，要求电机整体的密封性好，为此采取了驱动泵电机出轴动密封，电缆密封，级与级之间端面密封。系统的驱动和控制部分密封是在金属壳体内用环氧树脂整体灌封，达到防压、防水、防污染的目的，电机内部充有变压器油作为绕组的冷却介质，在井下可以保持电机内外压的平衡。

工作原理：驱动泵电机连接中间电机，再连接尾部电机，再连接驱动电路，由结构类似的交流伺服电动机组成多级串联交流伺服电机，驱动泵电机连接抽油泵，电机驱动电路控制多级串联交流伺服电机工作，根据抽油泵出油率控制抽油泵转速。

与现有技术相比，本实用新型多级串联交流伺服电机所具有的有益效果是：该多级串联交流伺服电机的励磁采用高磁性能的永磁体，定子、转子损耗小，电机效率高，电机功率密度大，在相同的电机体积下，可以输出更大转矩；与同功率的三相感应电动机相比，具有体积小重量轻、具有较高的过载能力、功率因数高，启动工作时对电网冲击小、控制电路部分和电机本体连接成一起，抗干扰能力强；采用全数字位置控制系统，调速方便准确，可以根据油井的实际出油情况，调整电机的出轴转速，做到因地适宜，达到节能降耗的目的；该电机外形细、长，最大特点是可以多级串联，在某种程度上可以不受负载的限制，适当增减电机串联的级数，达到适应不同负载的功能；该电机应用于小口径抽油井的作业，可节省大量黑色金属，节约占地面积，具有较为广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型多级串联交流伺服电机驱动泵电机示意图；

图2是本实用新型多级串联交流伺服电机中间电机示意图；

图3是本实用新型多级串联交流伺服电机尾部电机示意图；

图4是本实用新型多级串联交流伺服电机驱动电路示意图；

图5是4级串联交流伺服电机结构示意图。

其中：1.铠装电缆 2.联轴器 3.法兰 4.O型圈 5.转接端盖 6.电机 7.轴承盖 8.引接线 9.后法兰 10.联轴器 11.法兰 12.轴承盖 13.引接线14.电机 15.轴承盖 16.后法兰 17.联轴器 18.法兰 19.轴承盖 20.引接线21.电机 22.后法兰 23.第一密封件 24.第二密封件 25.绝缘密封组合26.隔磁罩 27.编码器 28.磁环 29.筒 30.电路板 31.后盖 32.驱动泵电机33.中间电机 34.尾部电机 35.驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图1-5对本实用新型多级串联交流伺服电机做进一步说明：

参照图5：

中间电机33为2级串联交流伺服电机，由驱动泵电机32、中间电机33、尾部电机34、驱动电路35组成。驱动泵电机32一端与抽油泵体连接，其另一端与中间电机33连接，中间电机33的另一端与尾部电机34连接，尾部电机34另一端与驱动电路35连接。

根据设计要求中间电机33还可以采用1级、3级、4级或多级串联。

参照图1：

驱动泵电机32，由铠装电缆1、联轴器2、法兰3、O型圈4、转接端盖5、电机6、轴承盖7、引接线8和后法兰9组成，其中电机包括机壳、磁瓦、定子、转子、轴承。定子压入机壳内，磁瓦粘接在转子上，转子两端安装轴承后装入定子内腔中。在与抽油泵体连接的一端，法兰3和转接端盖5固定在电机6机壳上，并在转子上安装O型圈4，铠装电缆1固定在法兰3上，与引接线8连接，引接线8从定子与机壳之间穿过，联轴器2固定在电机6轴上，联轴器2和法兰3与抽油泵体连接，法兰9上安装轴承盖，并通过螺钉固定在电机机壳上。装配时，铠装电缆1焊接在法兰3上，并用环氧树脂灌封，保证电机6的密封，联轴器2与电机6轴连接，电机6与抽油泵体连接端的出轴用O型圈4进行动密封，由于是直接驱动，电机6额定负载时的转速只有200r/min左右，转速很低。

参照图2：

中间电机33，由联轴器10、法兰11、轴承盖12、引接线13、电机14、轴承盖15、后法兰16和联轴器17组成。法兰11和后法兰16分别安装轴承盖12和轴承盖15，用螺钉分别固定在电机14机壳上，电机14轴两端分别安装联轴器10和联轴器17，联轴器10与驱动泵电机32轴连接，联轴器17与尾部电机34轴连接，引接线13由定子与机壳之间穿过，引接线13与驱动泵电机32引接线8连接。在实际应用中，可以根据电机的输出功率来决定中间电机的串联级数，以满足不同井深的性能要求，根据计算，在2000米(相当于6KW)井下工作时需要2级，3000米(相当于9KW)井下工作时需要本级4级串联才能保证相同出油量。

参照图3：

尾部电机34，串联交流伺服系统位置信号的采集部分安装在此级，级后面还要连接驱动电路，为此特别设计了编码器支承座。尾部电机34由法兰18、轴承盖19、引接线20、电机21、后法兰22、第一密封件23、第二密封件24、绝缘密封组合25、隔磁罩26、编码器27和磁环28组成。法兰18和后法兰22分别安装轴承盖，用螺钉固定在电机机壳上，并通过电机21轴、法兰18、引接线20与中间电机33联轴器17、后法兰16、引接线13连接，电机21转子长轴端粘接磁环28，放在隔磁罩26内。编码器支承座由第一密封件23、第二密封件24、绝缘密封组合25和隔磁罩26组成，隔磁罩26装在第二密封件24内，中间为绝缘密封组合25，隔磁罩26外部安装编码器27，编码器27与驱动电路35连接，第二密封件24经第一密封件23安装在后法兰22上。

参照图4：

驱动电路35，由筒29、电路板30、后盖31组成，后盖31安装在筒29一端，电路板30安装在筒29内，筒29的另一端安装在尾部电机34的第二密封件24上。

图5的2级串联交流伺服系统的组装：

左端是与抽油泵体连接的驱动泵电机32，中间是2级中间电机33，后面是尾部电机34，右端是电机的驱动电路35；工作时左端的驱动泵电机32在井的最上端，电机的驱动电路35在井的最下端，直接沉入油井，4级串联交流伺服系统带动泵工作，省却了庞大的井上部分，节省了大量材料。

多级串联交流伺服电机由结构类似的交流伺服电动机组成，可以根据实际负载的情况，适当增加、减少中间电机33，保留与抽油泵体连接的驱动泵电机32和尾部电机34。级与级的连接用法兰止口定位，用花键联轴器进行连接，并考虑端面之间的密封。级与级的定子绕组与转子恒定磁场在空间上保持一致，整体上作为一台电机工作，这样只要保证驱动信号的正确，就可以输出有效转矩。编码器采用磁电式编码器，它的抗振动性、抗冲击性强，抗污染能力强，相同等级输出时机械尺寸小，绝对输出分辨率达到16位。能够适应井下的工作环境的性能要求。电机的驱动和控制部分作为一个单元，密封在金属壳体内，并用环氧树脂整体灌封，达到防压、防水、防污染的目的；并且由于控制驱动部分紧接在电机的后端，信号控制线和驱动电源线可以做的较短，有效减少了干扰，所以能有效防止误驱动，从而保证了电机的正常工作。

抽油井下的环境较为复杂，一是环境温度较高；二是井下含有腐蚀性液体和气体；要求电机整体的密封性好，这也是多级串联伺服系统的难点，为此充分考虑了电机的端面密封、电缆密封、出轴的动密封。电机的内部充有变压器油作为绕组的冷却介质，在井下还可以保持电机内外压的平衡。电机的转速很低，负载转速只有200r/min，进一步减小了整机的机械损耗和铁损。

Claims (6)

1、多级串联交流伺服电机，其特征在于：包括驱动泵电机(32)、中间电机(33)、尾部电机(34)和驱动电路(35)，驱动泵电机(32)一端与泵体连接，另一端与中间电机(33)连接，中间电机(33)的另一端与尾部电机(34)连接，尾部电机(34)另一端与驱动电路(35)连接。

2、根据权利要求1所述的多级串联交流伺服电机，其特征在于：中间电机(33)可以采用一级、两级或多级串联。

3、根据权利要求1所述的多级串联交流伺服电机，其特征在于：驱动泵电机(32)包括铠装电缆(1)、联轴器(2)、法兰(3)、0型圈(4)、转接端盖(5)、电机(6)、轴承盖(7)、引接线(8)和后法兰(9)，法兰(3)和转接端盖(5)安装在电机(6)机壳上，在转子上安装O型圈(4)，铠装电缆(1)固定在法兰(3)上，并与引接线(8)连接，引接线(8)从定子与机壳之间穿过，联轴器(2)固定在电机(6)轴上，联轴器(2)和法兰(3)与抽油泵体连接，后法兰(9)上安装轴承盖(7)，通过螺钉固定在电机(6)机壳上。

4、根据权利要求1所述的多级串联交流伺服电机，其特征在于：中间电机(33)包括联轴器(10)、法兰(11)、轴承盖(12)、引接线(13)、电机(14)、轴承盖(15)、后法兰(16)和联轴器(17)，法兰(11)和后法兰(16)分别安装轴承盖(12)和轴承盖(15)，通过螺钉紧固在电机(14)机壳上，电机(14)轴两端分别安装联轴器(10)和联轴器(17)，引接线(13)从定子与机壳之间穿过，联轴器(10)与驱动泵电机(32)轴连接，引接线(13)与驱动泵电机(32)引接线(8)连接，联轴器(17)与尾部电机(34)轴连接。

5、根据权利要求1所述的多级串联交流伺服电机，其特征在于：尾部电机(34)包括法兰(18)、轴承盖(19)、引接线(20)、电机(21)、后法兰(22)、第一密封件(23)、第二密封件(24)、绝缘密封组合(25)、隔磁罩(26)、编码器(27)和磁环(28)，法兰(18)和后法兰(22)分别安装轴承盖后，通过螺钉固定在电机(21)机壳上，并通过电机(21)轴、法兰(18)、引接线(20)与中间电机(33)的联轴器(17)、法兰(16)、引接线(13)连接，电机(21)长轴端粘接磁环(28)，放在隔磁罩(26)内，隔磁罩(26)装在第二密封件(24)内，中间为绝缘密封组合(25)，隔磁罩(26)外部安装编码器(27)，编码器(27)与驱动电路(35)连接，第二密封件(24)通过第一密封件(23)安装在后法兰(22)上。

6、根据权利要求1所述的多级串联交流伺服电机，其特征在于：驱动电路(35)包括筒(29)、电路板(30)、后盖(31)，后盖(31)安装在筒(29)一端，电路板(30)安装在筒(29)内，筒(29)的另一端固定在尾部电机(34)的第二密封件(24)上，电气上驱动电路(35)与尾部电机(34)引接线(20)和编码器(27)相连。

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