CN105863566A - 永磁复合电机直驱游梁式抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机。该直驱游梁式抽油机包括永磁复合电机及其控制柜，曲柄、连杆、平衡块、游梁及驴头。除地表驱动***（感应电机、皮带、齿轮箱）外，永磁复合电机直驱的游梁式抽油机与传统游梁式抽油机的基础等结构完全相同。由于永磁复合电机具有高效率、低发热、高转矩密度、低噪声等特点，特别是同转矩规格的永磁复合电机体积与减速齿轮箱相当。使得永磁复合电机可以不改变原抽油机结构尺寸的基础上取代传统感应电机、皮带、减速齿轮箱，使直驱游梁式抽油机得以实现。

Description

永磁复合电机直驱游梁式抽油机

技术领域

本发明涉及石油采油设备制造领域。具体是一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机。

背景技术

传统游梁式抽油机通过曲柄、连杆将减速箱的旋转运动转变为抽油杆的往复直线运动。其中减速箱一般由感应电机经过皮带连接。由于游梁式抽油机工作可靠，使用方便，是目前油田采油设备中应用最广泛的一种设备。

尽管各种新型的螺杆泵抽油机、塔架往复式抽油机，直线电机抽油机等相继出现，但终因各种缺陷，始终未能改变游梁式抽油机在采油设备中的主体地位。

虽然已经有人针对游梁式抽油机的地表驱动环节进行直驱改造，但由于减速箱机皮带的减速比超过150倍，因此想用传统电机来取代传统游梁式抽油机的感应电机、皮带及减速箱极其困难。因为其体积大大超过减速箱，***节能也非常有限，因此，采用传统电机直驱的游梁式抽油机很难有实际应用价值。

最近，本发明人发明了一种永磁复合电机，它具有双转子结构，其中低速转子能输出大转矩，转矩密度达到每立方米80千牛米以上。采用这种新颖永磁复合电机作为游梁式抽油机的直驱电机，其体积与传统游梁式抽油机的同转矩规格减速箱相当。为此，该发明使新颖永磁复合电机构成的直驱游梁式抽油机可以顺利实现。而且该种直驱游梁式抽油机具有高效率、低噪声、免维护、小体积、低温升等突出优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，克服现有技术所存在的不足。为了实现上述目的，本发明设计一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，由永磁复合电机102，控制柜101，曲柄103，连杆104，平衡块105，游梁106，驴头107及光杆108组成，其特征在于：永磁复合电机的低速转子由双端输出主轴连接曲柄103的末端，曲柄103的顶端连接有平衡块105，曲柄103的中部由轴销连接连杆104的下端。连杆104上端由轴销连接游梁106后端，游梁106的中部由轴销连接在支架顶端，游梁106的前端连接驴头107，驴头107上连接光杆108。永磁复合电机具两个转子，一个是低速转子201，另一个是高速转子202，双端输出主轴203的两端由轴承连接安装在机座（定子）上，机座（定子）内侧安装有永磁体，低速转子201与双端输出主轴203固定连接，在低速转子201的内腔内设置有高速转子202，高速转子202由轴承与位于低速转子201内腔内的双端输出主轴203连接，双端输出主轴203与曲柄103连接。低速转子201的硅钢片的内侧圆弧采用薄片连接的形式。高速转子202由转子磁钢301与环形冲片304构成，在环形冲片的圆周边缘上开设有凹槽305，若干块转子磁钢301环绕环形冲片的外圆，凹槽305位于相邻转子磁钢301之间，在转子磁钢301之间设置有弹性填块302，弹性填块302的底部位于凹槽内，弹性填块302上沿轴向开设有孔，孔中插有金属棒303。转子磁钢301为等半径偏心气隙磁钢。

本发明的主要优点是通过使用一种高效高转矩密度的新型永磁复合电机直接驱动游梁式抽油机，不需要皮带及减速箱，减少了驱动环节，提高了***可靠性，降低了维护量，提高了***效率。特别是永磁复合电机自身的特点解决了传统永磁同步旋转电机难以达到的小体积、高效率的问题。

附图说明

图1是本发明的实施例的永磁复合电机直驱游梁式抽油机的结构示意图。

图2是本发明的实施例的永磁复合电机的机械结构原理示意图。

图3是本发明的实施例的永磁复合电机的低速转子剖面示意图。

图4是本发明的实施例的永磁复合电机的高速转子剖面示意图。

具体实施方式

一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，由永磁复合电机102，控制柜101，曲柄103，连杆104，平衡块105，游梁106，驴头107及光杆108组成，其特征在于：永磁复合电机的低速转子由双端输出主轴连接曲柄103的末端，曲柄103的顶端连接有平衡块105，曲柄103的中部由轴销连接连杆104的下端。连杆104上端由轴销连接游梁106后端，游梁106的中部由轴销连接在支架顶端，游梁106的前端连接驴头107，驴头107上连接光杆108。永磁复合电机具两个转子，一个是低速转子201，另一个是高速转子202，双端输出主轴203的两端由轴承连接安装在机座（定子）上，机座（定子）内侧安装有永磁体，低速转子201与双端输出主轴203固定连接，在低速转子201的内腔内设置有高速转子202，高速转子202由轴承与位于低速转子201内腔内的双端输出主轴203连接，双端输出主轴203与曲柄103连接。低速转子201的硅钢片的内侧圆弧采用薄片连接的形式。高速转子202由转子磁钢301与环形冲片304构成，在环形冲片的圆周边缘上开设有凹槽305，若干块转子磁钢301环绕环形冲片的外圆，凹槽305位于相邻转子磁钢301之间，在转子磁钢301之间设置有弹性填块302，弹性填块302的底部位于凹槽内，弹性填块302上沿轴向开设有孔，孔中插有金属棒303。转子磁钢301为等半径偏心气隙磁钢。

实施例：

该直驱游梁式抽油机具备永磁复合电机102，控制柜101，曲柄103，连杆104，平衡块105，游梁106，驴头107和光杆108。

所述的永磁复合电机102由控制柜101控制，控制柜101由电网供电，控制柜101通过变频控制永磁复合电机102的高速转子202，高速转子202经磁场减速后带动永磁复合电机102的低速转子201，永磁复合电机102的低速转子201与永磁复合电机的双出主轴203刚性连接，从而驱动游梁式抽油机的曲柄103作旋转运动，曲柄103通过连杆104与游梁106的尾部连接，游梁106的头部装有驴头107，驴头107通过钢丝绳驱动光杆108作上下往复动作，最终实现采油作业。

所述的永磁复合电机101的机座204内包含两个转子，一个是低速转子201，另一个是高速转子202，高速转子202旋转后产生一个高速旋转磁场，该磁场经过调制产生一个低速谐波磁场，该谐波磁场使得永磁复合电机102的低速转子201同步旋转，并通过永磁复合电机的双端输出主轴203输出低速大扭矩驱动曲柄103旋转。205为电枢绕组（或者定子铁芯）。

所述的永磁复合电机101的由硅钢片叠压而成的低速转子201的剖面示意图如图3所示，低速转子201采用底部连片形式，既起到增强机械强度，便于整冲片加工叠压，又起到减小转矩脉动，降低高速内转子表面损耗的作用。

所述的永磁复合电机101的高速转子202的剖面示意图如图4所示，它由环形冲片304叠压而成，在环形冲片304的表面装有弧形的转子磁钢301，采用等半径不同心磁钢，既提高了磁钢的利用率，又优化了电势波形。环形冲片304采用凹槽305设计，凹槽305位于相邻转子磁钢301之间，在相邻转子磁钢301之间放入高强度弹性填块302，在高强度弹性填块302的孔中***金属棒303，使高强度弹性填块302扩张，牢固地把转子磁钢301固定在环形冲片304表面。既保证了磁性能，又避免了电磁振荡。

所述的永磁复合电机101直驱的游梁式抽油机与传统游梁式抽油机相比具有如下几个方面的特点：

一、驱动效率

现有的游梁式抽油机的驱动***由原动机（一般为6极或8极的感应电机）、皮带、减速箱构成。虽然三个环节的额定效率较高，但是由于抽油机的载荷是从最小到最大变化的，平均载荷较低，使得驱动***的平均负载率也较低，远低于额定负载，因此感应电机、皮带、减速箱的平均效率较低。永磁复合电机直驱抽油机只有永磁复合电机一个驱动环节，驱动效率有着先天优势。并且永磁复合电机自身的效率较高，25%以上负载范围内的平均效率约为80~85%，因此可以有效提高整个***的效率。以本发明人设计的世界上第一台永磁复合电机直驱抽油机现场实测数据（大庆油田采油三厂）为例，***效率提高20%左右，百米吨液有功耗电节电近20%。

二、维护保养

现有的游梁式抽油机的驱动***的维护保养主要是减速箱和皮带：减速箱需要每半年更换一次润滑油，且油田大都处于环境恶劣地区，温差高，油封容易老化漏油，不及时处理将严重影响减速箱寿命。皮带虽然成本较低，但是属于易耗品，短则数天，长则两三个月就要更换，工作量较大。永磁复合电机直驱抽油机属于免维护产品，电机本体唯一需要保养的就是每三年加一次黄油，维护成本极低。

三、使用寿命

现有的游梁式抽油机的驱动***的减速箱的寿命在数年，取决于维护保养质量及载荷率。皮带属于易耗品，感应电机的寿命亦在数年左右，主要取决于载荷。永磁复合电机型式试验的温升（最大载荷连续运行）只有23K左右，现场试验的温升将更低，远低于国家规定的B级绝缘温升不超过80K的标准。除此之外，复合电机的轴承是大轴承，低转速，理论寿命近100年，综上所述永磁复合电机的寿命远超过普通感应电机，寿命在15年以上。

Claims (5)

1.一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，由永磁复合电机（102），控制柜（101），曲柄（103），连杆（104），平衡块（105），游梁（106），驴头（107）及光杆（108）组成，其特征在于：永磁复合电机的低速转子由双端输出主轴连接曲柄（103）的末端，曲柄（103）的顶端连接有平衡块（105），曲柄（103）的中部由轴销连接连杆（104）的下端。连杆（104）上端由轴销连接游梁（106）后端，游梁（106）的中部由轴销连接在支架顶端，游梁（106）的前端连接驴头（107），驴头（107）上连接光杆（108）。

2.根据权利要求1所述的一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，其特征在于：永磁复合电机具两个转子，一个是低速转子（201），另一个是高速转子（202），双端输出主轴（203）的两端由轴承连接安装在机座（定子）上，机座（定子）内侧安装有永磁体，低速转子（201）与双端输出主轴（203）固定连接，在低速转子（201）的内腔内设置有高速转子（202），高速转子（202）由轴承与位于低速转子（201）内腔内的双端输出主轴（203）连接，双端输出主轴（203）与曲柄（103）连接。

3.根据权利要求2所述的一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，其特征在于：低速转子（201）的硅钢片的内侧圆弧采用薄片连接的形式。

4.根据权利要求2所述的一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，其特征在于：高速转子（202）由转子磁钢（301）与环形冲片（304）构成，在环形冲片的圆周边缘上开设有凹槽（305），若干块转子磁钢（301）环绕环形冲片的外圆，凹槽（305）位于相邻转子磁钢（301）之间，在转子磁钢（301）之间设置有弹性填块（302），弹性填块（302）的底部位于凹槽内，弹性填块（302）上沿轴向开设有孔，孔中插有金属棒（303）。

5.根据权利要求4所述的一种永磁复合电机直驱的游梁式抽油机，其特征在于：转子磁钢（301）为等半径偏心气隙磁钢。