CN205070725U - 潜油直驱永磁同步电机、潜油泵以及采油装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及采油设备，提供一种潜油直驱永磁同步电机，包括外壳体，于外壳体内设置有多个单节电机，各电机沿轴向依次排列，每一单节电机包括定子和转子，定子的线槽中设置有线圈绕组，转子的圆柱形表面上均匀设置有永磁体，相邻两个单节电机的转子通过同轴连接器固定连接，且于外壳体的外侧设置有变频器，变频器电连接各定子的线圈绕组；本实用新型还提供一种潜油泵，包括上述同步电机；本实用新型还提供一种采油装置，包括上述潜油泵。本实用新型中各单节电机均为永磁电机，在变频器的作用下控制各单节电机同步工作，不但控制方便，且启动扭矩较大，转速低，可直接驱动螺杆泵，两者之间无需进行机械减速，传动效率非常高，能够降低采油成本。

Description

潜油直驱永磁同步电机、潜油泵以及采油装置

技术领域

本实用新型涉及采油设备，尤其涉及一种潜油直驱永磁同步电机、潜油泵以及采油装置。

背景技术

随着油田系统采油成本的降低，潜油泵采油已成为油田稳产的重要手段之一，潜油泵的数量和能耗均较为可观，潜油泵的安装作业比较复杂，每次作业的费用也十分昂贵。目前潜油螺杆泵普遍采用细长结构的四级三相鼠笼式异步电机，必须通过减速器降低转速，达到螺杆泵允许使用的最高转速300转/分钟。由于异步电机都需要有减速器，效率和功率因数都比较低，耗电量大，导致油田电费开支庞大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种潜油直驱永磁同步电机，旨在用于解决现有的潜油泵采用异步电机驱动，启动转速较大，需进行机械减速的问题。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种潜油直驱永磁同步电机，包括外壳体，于所述外壳体内设置有多个单节电机，各所述电机沿轴向依次排列，每一所述单节电机包括定子和转子，所述定子的线槽中设置有线圈绕组，所述转子的圆柱形表面上均匀设置有永磁体，相邻两个所述单节电机的所述转子通过同轴连接器固定连接，且于所述外壳体的外侧设置有变频器，所述变频器电连接各所述定子的所述线圈绕组。

进一步地，各所述单节电机相同一相的所述线圈绕组串联在一起，所述变频器电连接至其中一所述线圈绕组。

具体地，每一所述定子的所述线槽均为分数槽，且呈斜槽状，所述线圈绕组为单层分数槽集中绕组。

具体地，所述永磁体为NdFeB永磁瓦片，每一所述单节电机包括有16个所述永磁体。

进一步地，所述外壳体呈长条状。

具体地，所述外壳体的直径为114mm，长度为7.5m。

具体地，每一所述单节电机的所述转子的转速为50-375转/分。

本实用新型实施例还提供一种潜油泵，包括螺杆泵，还包括上述的潜油直驱永磁同步电机，所述螺杆泵与所述潜油直驱永磁同步电机通过柔性轴连接。

进一步地，于所述外壳体上还设置有保护器，柔性轴与所述保护器连接。

本实用新型实施例还提供一种采油装置，包括设置于井上的电源，还包括上述的潜油泵，所述潜油泵伸入油井内，且与所述电源电连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的同步电机中包括有多个单节电机，而每一单节电机的定子上设置线圈绕组，转子上设置永磁体，即每一单节电机均为永磁电机，且每一单节电机的转子通过连接器同轴设置，在变频器的控制作用下各单节电机均同步旋转，采用一根轴解决各单节电机工作同步问题，控制比较方便，且同步电机整体具有低转速，启动扭矩较大的优点，另外通过变频器使得电源频率保持稳定，同步电机的转速不随负载的大小而改变，过载能力比较大。将上述的同步电机应用于潜油泵中，同步电机与螺杆泵配合作用，两者之间无需机械减速，传动效率比较高，在进行采油工作时，也无需抽油泵，能耗低，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的潜油直驱永磁同步电机的结构示意图；

图2为图1的潜油直驱永磁同步电机的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的潜油泵的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1以及图2，本实用新型实施例提供一种潜油直驱永磁同步电机，包括外壳体11以及设置于外壳体11内的多个单节电机12，各单节电机12均沿轴向依次排列设置，细化单节电机12的结构，每一单节电机12包括定子121与转子122，在定子121的线槽中缠绕有线圈绕组123，而在转子122的圆柱形表面上均匀设置有若干永磁体124，每一单节电机12中的各永磁体124与线圈绕组123对应，将相邻两个单节电机12的转子122通过同轴连接器13进行固定连接，具体为两个转子122的转轴采用连接器13连接，从而使得外壳体11内的各单节电机12的转子122同轴，在外壳体11的外侧还设置有变频器(图中未示出)，该变频器电连接至各定子121的线圈绕组123，以控制各单节电机12的工作电压。本实用新型中，通电后在每一单节电机12的内部通过线圈绕组123产生一个旋转磁场，该旋转磁场与转子122永磁体124产生的固有磁场或感生磁场相互作用，因而转子122将沿着旋转磁场的方向转动，从而实现电能转变为机械能的目的，即每一单节电机12均为永磁电机，其转速由变频器来控制，对此在工作过程中只需采用变频器控制电源频率的稳定，单节电机12的转速均不会随负载的增大而发生改变，过载能力比较强，另外由于各转子122的转轴由连接器13固定连接形成同轴，即通过一轴可以起到控制各单节电机12同步的作用，控制比较方便，且采用这种结构的同步电机1，其启动时的扭矩比较大，转速较小，在与螺杆泵2配合使用时无需采用减速机调节输出转速。通常在变频器的控制作用下，每一单节电机12的转子122转速为50-375转/分，可以满足直接驱动螺杆泵2，无需减速器。

优化上述实施例，将各单节电机12相同一相的线圈绕组123串联在一起，而变频器则电连接至其中一线圈绕组123。本实施例中，相邻的两个单节电机12之间除了上述的机械连接同轴之外，还进行电性连接，使得同相的线圈绕组123依次进行串联，对此变频器只需电连接至其中一线圈绕组123，其不但方便变频器对各单节电机12的控制，通常定子121中线圈绕组123的电压为660v，同时简化了外壳体11内的结构，安装维修都比较方便。

参见图2，进一步地，每一单节电机12中，定子121的线槽为分数槽，且均呈斜槽状，线圈绕组123采用单层分数槽集中绕组。本实施例中，细化了每一单节电机12中线圈绕组123的绕线方式，采用分数槽的形式绕组可以减少对各永磁体124的脉振损耗，然后采用斜槽的形式缠绕能够减少电机的谐波磁场，从而降低电机的振动和噪声，通常每一定子121上线槽的数量为16-20个，优选为18个。对于永磁体124可采用NdFeB(钕铁硼)粉粘接制成，牌号可选择N38UH，其具有较高的永磁性能。各永磁体124均呈瓦片状，采用嵌入式的方式安装于转子122上，嵌入方式是径向排列或切向排列，两者均具有良好的动力特性，对于每一单节电机12中，永磁体124的个数为12-20个，优选方案为16个。

优化上述实施例，将外壳体11设置为长条状，各单节电机12沿外壳体11的长度方向依次排列，即同步电机1整体也呈长条状。采油时可将这种结构的同步电机1放置在井下，形成下驱动，与螺杆泵2连接时无须抽油杆，无须机械减速装置，提高了系统效率，降低了能耗，节约了生产成本。在优选方案中，外壳体11呈圆柱状，其直径为长度为7.5m，同步电机1整体的尺寸比较小。

参见图1以及图3，本实用新型实施例还提供一种潜油泵，包括螺杆泵2以及上述的同步电机1，螺杆泵2与同步电机1之间通过柔性轴3连接。本实施例中，将上述的同步电机1应用于潜油泵中，同步电机1与螺杆泵2配合作用，同步电机1驱动螺杆泵2转子122旋转，且采用柔性轴3进行传动，可以实现同步电机1的同心转动变换为螺杆泵2的偏心转动，两者之间的传动功率大于90％，可以降低同步电机1的驱动功率，系统的功率因数保持在0.95以上。采用这种驱动方式的潜油泵，效率高、功率因数高、节能，其效率特性曲线具有高而平的特点，在同步电机1轻载时节能效果更为明显。优化上述实施例，在同步电机1的外壳体11上还设置有保护器4，柔性轴3与保护器4连接。保护器4通常采用1～2级胶囊和一级沉降的复合式结构，其内腔充有绝缘油并与同步电机1的外壳体11连通，它可以起到使外壳体11与保护器4内腔之间保持压力平衡和在运行中为同步电机1补充电机油的作用。

本实用新型实施例还提供一种采油装置，包括设置于井上的电源(图中未示出)以及设置于井下的上述潜油泵，潜油泵与电源电连接。本实施例中，将上述的潜油泵应用于采油装置中，电源电连接至同步电机1的变频器，一般在，电源处还设置有信号处理器，信号处理器接收外部的指令信号和传感信号，经处理后控制变频器输出电压的频率，以满足负荷的工作要求，外部指令信号是操作者的运行、停止以及调速等指令信号。传感信号是同步电机1的运行工况反馈信号，包括：电压、电流、转速、温度，以及来自油井的其它系统的相关信号。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种潜油直驱永磁同步电机，包括外壳体，于所述外壳体内设置有多个单节电机，各所述电机沿轴向依次排列，其特征在于：每一所述单节电机包括定子和转子，所述定子的线槽中设置有线圈绕组，所述转子的圆柱形表面上均匀设置有永磁体，相邻两个所述单节电机的所述转子通过同轴连接器固定连接，且于所述外壳体的外侧设置有变频器，所述变频器电连接各所述定子的所述线圈绕组。

2.如权利要求1所述的潜油直驱永磁同步电机，其特征在于：各所述单节电机相同一相的所述线圈绕组串联在一起，所述变频器电连接至其中一所述线圈绕组。

3.如权利要求2所述的潜油直驱永磁同步电机，其特征在于：每一所述定子的所述线槽均为分数槽，且呈斜槽状，所述线圈绕组为单层分数槽集中绕组。

4.如权利要求1所述的潜油直驱永磁同步电机，其特征在于：所述永磁体为NdFeB永磁瓦片，每一所述单节电机包括有16个所述永磁体。

5.如权利要求1所述的潜油直驱永磁同步电机，其特征在于：所述外壳体呈长条状。

6.如权利要求5所述的潜油直驱永磁同步电机，其特征在于：所述外壳体的直径为114mm，长度为7.5m。

7.如权利要求1所述的潜油直驱永磁同步电机，其特征在于：每一所述单节电机的所述转子的转速为50-375转/分。

8.一种潜油泵，包括螺杆泵，其特征在于：还包括如权利要求1-7任一项所述的潜油直驱永磁同步电机，所述螺杆泵与所述潜油直驱永磁同步电机通过柔性轴连接。

9.如权利要求8所述的潜油泵，其特征在于：于所述外壳体上还设置有保护器，柔性轴与所述保护器连接。

10.一种采油装置，包括设置于井上的电源，其特征在于：还包括如权利要求8或9所述的潜油泵，所述潜油泵伸入油井内，且与所述电源电连接。