CN202260938U - 低速大转矩交流永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

一种低速大转矩交流永磁同步电机，包括定子部分和转子部分，其特征在于：所述定子部分中定子铁心的极槽配合采用分数槽结构，即电机每极每相槽数q为分数，其中：q=Z/(2pm)，Z为电机槽数，p为电机极对数，m为电机相数；所述转子部分包括转子铁心和环绕转子铁心外圆面以均布设置的若干个N、S极呈交替排列的永久磁钢；所述转子铁心采用冲片叠压而成；所述永久磁钢下半部穿装在环绕转子铁心外圆面上加工出的轴向燕尾形通槽内，并通过粘结剂固结。所述电机转速在80~300r/min，额定转矩在1000~4000N.m，控制系统采用无码盘矢量控制技术，可根据油田工况智能调节抽油机冲程、冲次、操作方便、自动化程度高。

Description

低速大转矩交流永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及一种抽油机专用电机，确切的说是一种通过多极化，结构紧凑来实现低速大转矩的交流永磁同步电机。该种电机及其配套设备主要应用于低冲次长冲程的油田抽油机上。

背景技术

随着老油田油井的注水开发，油田已开始进入高含水采油期，不断提高产量，以液保油，成为油田原油稳产的必然趋势，这种开采特点要求增大抽油机冲程，降低冲次，使在塔式抽油机的机型偏小，而要增大塔式抽油机的冲程，需要更大电机转矩。目前我国相继出现了45种新型抽油机，抽油机采油技术正在向多品种，高水平，高节能，大型化，通用化和长冲程无油梁抽油机方向发展。目前广泛应用的油田抽油机电机为异步电机，缺点是：体积大、功率因数低，可控性差、启动电流大、不适用于频繁正反转。因此摆脱现有抽油机的缺点，研制新型抽油机结构形式，以适应油田需要任重道远。

近年来，永磁同步电机技术的发展，使得制造出低速大转矩电机成为可能，综合同步电机变频控制技术，即可使传统抽油机从死板且复杂的机械运动进化到实时控制的随机运动，打破传统的机械动力无法随机改变姿态的约束，可以根据抽油井的特征，实时控制保持事先优选的最佳参数运行。并有效地杜绝地面动力和井下设备因运动不协调而产生的动态干扰，可以大大提高产液量，也势必延长抽油机寿命，降低折旧率。

发明内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种特别适用于塔式抽油机的低速大转矩交流永磁同步电机。

    本实用新型的目的可通过下述技术措施来实现：

本实用新型的低速大转矩交流永磁同步电机包括定子部分和转子部分，所述定子部分采用标准同机座号的Y2系列异步电机机壳、端盖等，定子冲片的槽形尺寸和标准异步电机相同，为了减少齿槽效应，所述定子部分中定子铁心的极槽配合采用分数槽结构，即电机每极每相槽数q为分数，其中：q=Z/(2pm)，Z为电机槽数，p为电机极对数，m为电机相数；所述转子部分包括转子铁心和环绕转子铁心外圆面以均布设置的若干个N、S极呈交替排列的永久磁钢；所述转子铁心采用冲片叠压而成；所述永久磁钢下半部穿装在环绕转子铁心外圆面上加工出的轴向燕尾形通槽内，并通过粘结剂固结。

本实用新型中所述电机采用无码盘矢量控制装置控制，其基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。电机轴伸端采用圆柱滚子轴承，非轴伸端采用调心球轴承，且电机轴伸端直径大于非轴伸端直径，在电机输出轴上安装有鼓式电磁制动器。　　　

　　本实用新型的有益效果在于：该电机充分考虑利用成熟异步电机工艺，考虑性价比，利用异步电机标准零部件，减少电机成本，加快电机生产流程，

考虑异步电机标准冲片极数少的局限性，我们自行设计转子磁极数。充分利用电机有限空间，最大发挥电机性能。

通过更换电机内部轴承，有效的配合了电机输出大转矩的特性，通过加粗加长电机输出轴，将电磁制动器和皮带轮连为一体，大大减少了整个塔上平台的空间，降低了机械系统的成本。

采用鼓式电磁制动器，响应速度快，能够保证电机及时启停，这种制动器还具有防高温、防冻、防水的功能，很适合油田气候恶劣的环境。

该电机驱动系统以低速大转矩方式运转，代替传统异步电机加减速器方式，简化了系统结构，提高了系统响应速度，提高了系统效率，缩小了系统体积。这种电机本身还具有负载特性优异、低速性能好、起动转矩大、起动电流小，不会对电网造成冲击，速度连续可调等特点，电机在整个速度范围内高速运行，这与异步电机（只在额定点附近效率高）相比有质的提高。

附图说明

图1是本实用新型的低速大转矩永磁同步电机在塔式抽油机上的应用结构示意图。

图中序号：1电机，2鼓式电磁制动器，3支撑轴承，4小皮带轮，5大皮带轮，6滚筒，7配重，8连接抽油杆的宽皮带，9 抽油杆导向轮，10抽油杆。

图2为本实用新型低速大转矩永磁同步电机主视图。

图中序号：11电机轴伸端，12 轴承，13电机线圈，14定子铁心，15电机机壳，16永久磁钢，17转子铁心，18电机端盖。

图3为图2的侧视图。

图中序号：19电机基座，20电机接线盒。

图4 为电机定子铁心冲片图。整个定子铁心由多个定子冲片叠压而成，21为定子轭部，22为定子槽。定子冲片与同机座号的国家标准Y2系列异步电机尺寸相同。

图5为电机转子主视图。电机转子由永久磁钢16、固定转子铁心的压圈23、转子铁心17和轴11组成；永久磁钢16呈燕尾形，在转子铁心外圆上，开有燕尾形通槽，将槽内涂上磁钢胶以后，直接插入转子槽内，插入的厚度为磁钢的二分之一左右。

图6为图5的侧视图。将永久磁钢16全部插入转子铁心17后，用两个不锈钢圈23加以固定转子两端，用螺栓24压紧转子铁心。

图7为开有燕尾槽的转子冲片图。

图中25为燕尾槽形，燕尾槽倾斜的角度为50°~60°最佳。

图8为永久磁钢16的结构示意图。磁钢插入转子燕尾槽内，这种结构，安装方便，磁钢稳定性高。

图9为鼓式电磁制动器主视图。

具体实施方式

本实用新型以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图１所示，本实用新型的低速大转矩电机位于抽油塔上，电机1通过加长的输出轴11将鼓式电磁制动器2和皮带轮4连接在一起。为了保证电机受力平衡和电机内部轴承的使用是寿命，制动器和皮带轮之间加一支撑轴承3。电机输出转矩给小皮带轮4，小皮带轮4把转矩传递给连接抽油机滚筒6的大皮带轮5。抽油机滚筒6两端的配重7和抽油杆10通过宽皮带8连接，宽皮带8通过前置导向轮9连接抽油杆10，抽油杆和配重之间有2~3吨的载荷差，由变频器灵活控制抽油杆的启停。

如图2、3所示，本实用新型的低速大转矩交流永磁同步电机包括定子部分和转子部分，定子部分主要有定子铁心14、定子线圈13、电机机壳15、电机端盖18组成，转子部分主要由电机轴11、轴承12、转子铁心17和永久磁钢16组成。本实用新型的电机转速在80~300r/min，额定转矩在1000~4000N.m。

如图3所示，所述定子部分采用标准同机座号的Y2系列异步电机机壳15、端盖18等，定子冲片的槽形尺寸和标准异步电机相同，为了减少齿槽效应，所述定子部分中定子铁心14的极槽配合采用分数槽结构，即电机每极每相槽数q为分数，其中：q=Z/(2pm)，Z为电机槽数，p为电机极对数，m为电机相数；如图5、6、7、8所示，所述转子部分包括转子铁心17和环绕转子铁心外圆面以均布设置的若干个N、S极呈交替排列的永久磁钢16；所述转子铁心采用冲片叠压而成；所述永久磁钢下半部（二分之一左右）穿装在环绕转子铁心外圆面上加工出的轴向燕尾形通槽内，并通过粘结剂固结。

本实用新型中所述电机采用无码盘矢量控制装置控制，其基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。

本实用新型中所述电机轴伸端采用圆柱滚子轴承，非轴伸端采用调心球轴承，且电机轴伸端直径大于非轴伸端直径，在电机输出轴上安装有鼓式电磁制动器（参见图9），该鼓式电磁制动器由支架27、刹车轮28、刹车片29和推力器30组成；刹车轮28与电机轴11通过平键连接。

更具体讲：为了充分利用异步电机成熟的电机工艺和降低电机成本，本实用新型电机采用Y2系列异步电机标准机壳、端盖、轴、轴承。这些零部件都有专门厂家提供。针对不同工况需要，在确定电机体积后，找到与之匹配的同机座号常规异步电机，利用其现有的定子冲片、机壳、端盖、轴等零部件，在确定电机磁钢极数后，即可对定子进行嵌线、浸漆工艺。然后将带有线圈的定子铁心压入定子机壳。

电机转子永久磁钢16为内嵌式，转子铁心为冲片叠压而成，冲片外圆开有燕尾形通槽25，永久磁钢16在涂过胶后半嵌入即可。

   本实用新型的低速大转矩永磁同步电机中的各部件的加工和制作过程在工厂内完成的，现场安装时，首先将本实用新型的永磁同步电机的定子线圈13、定子铁心14和电动机的壳体15按照要求组装好，将转子铁心17热套在轴11上，在装好轴的转子上，将电机转子铁心外圆涂上磁钢胶后，可用专用工具将磁钢慢慢插入磁钢槽25内即可，用压圈23固定转子铁心两端。完成电机转子的装配。然后分别将电机轴伸端的轴承12、电机端盖18装上；用螺栓把轴承外盖、端盖、轴承内盖连接起来，拧紧，待转子铁心上的磁钢胶完全固化后，认真清理残留在磁钢上的胶、铁屑等，让转子铁心保持干净；把吊环螺钉安装到电机轴伸端预留的螺栓孔上；用吊车通过吊环螺钉把电机转子垂直吊起；把事先准备好的电机定子（已经压入外壳）垂直立起；把转子用吊车缓慢放入定子内，将前端盖与外壳用螺栓连接，用吊车把电机吊起，放平；依次把电机非轴伸端的轴承内盖、轴承、后端盖、轴承外盖装上，用螺栓把轴承外盖、端盖、轴承内盖连接起来；把后端盖与外壳用螺栓连接；把轴承盖上的螺栓拧紧； 完成本实用新型的永磁同步电机的装配。

整个电机传动系统的装配过程是：电机装好后，将鼓式电磁制动器2的刹车轮28套在电机伸出轴11上，然后套上支撑轴承3的轴承，通过平键把小皮带轮4固定在电机输出轴的最外端。塔上部分装好后，安装塔下部分的控制柜，将控制柜引出的电缆线和电磁屏蔽线分别接于电机1和制动器2上。完成整个系统的装配和连接。

Claims (4)

1.一种低速大转矩交流永磁同步电机，包括定子部分和转子部分，其特征在于：所述定子部分中定子铁心的极槽配合采用分数槽结构，即电机每极每相槽数q为分数，其中：q=Z/(2pm)，Z为电机槽数，p为电机极对数，m为电机相数；所述转子部分包括转子铁心和环绕转子铁心外圆面以均布设置的若干个N、S极呈交替排列的永久磁钢；所述转子铁心采用冲片叠压而成；所述永久磁钢下半部穿装在环绕转子铁心外圆面上加工出的轴向燕尾形通槽内，并通过粘结剂固结。

2.根据权利要求1所述的低速大转矩交流永磁同步电机，其特征在于：所述电机采用无码盘矢量控制装置控制。

3.根据权利要求1所述的低速大转矩交流永磁同步电机，其特征在于：电机轴伸端采用圆柱滚子轴承，非轴伸端采用调心球轴承，且电机轴伸端直径大于非轴伸端直径。

4.根据权利要求1所述的低速大转矩交流永磁同步电机，其特征在于：电机输出轴上安装有鼓式电磁制动器。

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