永磁直线电机及其控制方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种永磁直线电机及其控制方法、装置和系统。该永磁直线电机包括：第一电压信号发生器和第二电压信号发生器，设置于永磁直线电机定子的两端，用于当永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着永磁直线电机定子的径向发生运动时，分别产生第一感应电动势和第二感应电动势，其中，第一感应电动势和第二感应电动势用于对永磁直线电机进行控制。通过本发明专利技术，解决了对永磁直线电机控制效果差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制
，具体而言，涉及一种永磁直线电机及其控制方法、装置和系统。
技术介绍
近年来，由于油田电动潜油柱塞泵举升工艺技术中取消了长达千米的抽油杆，开始采用直线电机直接驱动柱塞泵，使得机械效率得到了进一步提高。永磁直线电机(例如，圆筒式永磁直线电机)是在油田电动潜油柱塞泵上应用较多的直线电机。由于永磁直线电机安装在地面以下一、两千米的油井内，其无论是应用的环境条件还是控制方式、策略，都与普通永磁直线电机有很大的区别。永磁直线电机如果要达到良好的控制性能，最佳解决方案就是进行闭环控制，即与普通旋转电机相似，在电机本体上安装速度、位置传感器，电机伺服控制器根据传感器信号对电机的运行状态进行判断并控制电机按要求正常运行。永磁直线电机由于安装在深达千米的井下，一方面，由于电缆过长、传输距离太远，线损已直接影响到了电机的正常运行。如果采用传统的光栅尺或霍尔传感器，其需要外加直流电源才能正常工作，但是所加的直流电大部分损耗发生在导线上，因此往往导致传感器无法正常工作；另外，长距离传输导致的信号衰减，使得从地面采集到的信号无法真实反映电机的运行状态，即无法作为传感器信号使用。另一方面，无论是光栅传感器还是霍尔传感器，均对应用环境要求较高，将这种传感器安装在深达地下千米的电机本体上，本身也增加了电机的故障点，严重削弱了电机运行的可靠性，使电机安全运行周期缩短，增加了维修和维护费用，进而增加了采油成本。因此，现今在油田安装和使用的永磁直线电机几乎都采用了无传感器的开环控制方式。但这种所谓的开环控制方式实际是一种基于感应电机而非永磁电机的硬性驱动方式，即无论电机实际状态和磁极位置如何，给定子绕组强加一定的电压，用外加磁场强行推动动子运行。从表面上看，该驱动方式确实使电机在通电的情况下“运行”起来，但是实际上这种运行的效率极低、效果极差。从实验数据可以看出，在这种控制方式下电机的空载电流约为额定电流的50％～60％，大大高于2％～5％的永磁电机空载电流的要求。过高比例的空载电流将严重削弱电机的正常推力指标，从而影响电机的正常使用。另外，在这种控制方式下，一旦电机因负载过大而发生“堵转”现象，电机很容易出现失控现象，轻者电机无法运行，重者甚至出现“飞车”现象，从而对设备造成严重损坏。针对相关技术中对永磁直线电机的控制效果差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种永磁直线电机及其控制方法、装置和系统，以解决对永磁直线电机的控制效果差的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种永磁直线电机。根据本专利技术的永磁直线电机包括：第一电压信号发生器和第二电压信号发生器，设置于永磁直线电机定子的两端，用于当永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着永磁直线电机定子的径向发生运动时，分别产生第一感应电动势和第二感应电动势，其中，第一感应电动势和第二感应电动势用于对永磁直线电机进行控制。进一步地，第一电压信号发生器和第二电压信号发生器均包括：金属芯和缠绕在金属芯上的多匝线圈，其中，永磁直线电机定子和金属芯由同一材料制成。进一步地，该永磁直线电机还包括：第一信号检测电路，与第一电压信号发生器相连接，用于检测第一感应电动势；第二信号检测电路，与第二电压信号发生器相连接，用于检测第二感应电动势；第一信号处理电路，与第一信号检测电路相连接，用于对第一感应电动势进行处理并将处理结果输出至伺服控制器；以及第二信号处理电路，与第二信号检测电路相连接，用于对第二感应电动势进行处理并将处理结果输出至伺服控制器，其中，伺服控制器用于根据第一信号处理电路的处理结果和第二信号处理电路的处理结果对永磁直线电机进行控制。进一步地，第一信号检测电路和第一信号处理电路之间、第二信号检测电路和第二信号处理电路之间均采用光耦隔离方式进行隔离。为了实现上述目的，根据本专利技术的另一方面，提供了一种永磁直线电机的控制方法。永磁直线电机包括永磁直线电机定子和永磁直线电机动子，永磁直线电机动子设置于永磁直线电机定子内。根据本专利技术的永磁直线电机的控制方法包括：检测第一感应电动势，其中，第一感应电动势为永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着永磁直线电机定子的径向发生运动时第一电压信号发生器产生的感应电动势，第一电压信号发生器为设置在永磁直线电机定子的一端的电压信号发生器；检测第二感应电动势，其中，第二感应电动势为永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着永磁直线电机定子的径向发生运动时第二电压信号发生器产生的感应电动势，第二电压信号发生器为设置在永磁直线电机定子的另一端的电压信号发生器；以及根据第一感应电动势和第二感应电动势对永磁直线电机进行控制。进一步地，根据第一感应电动势和第二感应电动势对永磁直线电机进行控制包括：根据第一感应电动势和第二感应电动势确定永磁直线电机动子的运行位置；根据第一感应电动势和第二感应电动势确定永磁直线电机动子的运行方向；以及根据第一感应电动势和第二感应电动势确定永磁直线电机动子的运行速度，其中，根据运行位置、运行方向以及运行速度对永磁直线电机进行控制。进一步地，根据第一感应电动势和第二感应电动势对永磁直线电机进行控制包括：根据第一感应电动势和第二感应电动势对永磁直线电机中的电流进行控制。为了实现上述目的，根据本专利技术的另一方面，提供了一种永磁直线电机的控制装置。永磁直线电机包括永磁直线电机定子和永磁直线电机动子，永磁直线电机动子设置于永磁直线电机定子内。根据本专利技术的永磁直线电机的控制装置包括：第一检测单元，用于检测第一感应电动势，其中，第一感应电动势为永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着永磁直线电机定子的径向发生运动时第一电压信号发生器产生的感应电动势，第一电压信号发生器为设置在永磁直线电机定子的一端的电压信号发生器；第二检测单元，用于检测第二感应电动势，其中，第二感应电动势为永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着永磁直线电机定子的径向发生运动时第二电压信号发生器产生的感应电动势，第二电压信号发生器为设置在永磁直线电机定子的另一端的电压信号发生器；以及控制单元，用于根据第一感应电动势和第二感应电动势对永磁直线电机进行控制。进一步地，控制单元包括：第一确定模块，用于根据第一感应电动势和第二感应电动势确定永磁直线电机动子的运行位置；第二确定模块，用于根据第一感应电动势和第二感应电动势确定永磁直线电机动子的运行方向；以及第三确定模块，用于根据第一感应电动势和第二感应电动势确定永磁直线电机动子的运行速度，其中，控制单元根据第一确定模块、第二确定模块和第三确定模块对永磁直线电机进行控制。为了实现上述目的，根据本专利技术的另一方面，提供了一种永磁直线电机的控制系统，用于对永磁直线电机进行控制。永磁直线电机包括永磁直线电机定子和永磁直线电机动子，永磁直线电机动子设置于永磁直线电机定子内。根据本专利技术的永磁直线电机的控制系统包括：第一电压信号发生器和第二电压信号发生器，设置于永磁直线电机定子的两端，用于当永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着永磁直线电机定子的径向发生运动时，分别产生第一感应电动势和第二感应电动势；以及伺服控制器，用于根据第一感应电动势和第二感应电动势对永磁直线电机进行控制。通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁直线电机，包括永磁直线电机定子和永磁直线电机动子，所述永磁直线电机动子设置于所述永磁直线电机定子内，其特征在于，所述永磁直线电机还包括：第一电压信号发生器和第二电压信号发生器，设置于所述永磁直线电机定子的两端，用于当所述永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着所述永磁直线电机定子的径向发生运动时，分别产生第一感应电动势和第二感应电动势，其中，所述第一感应电动势和所述第二感应电动势用于对所述永磁直线电机进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种永磁直线电机，包括永磁直线电机定子和永磁直线电机动子，所述永磁直线电机动子设置于所述永磁直线电机定子内，其特征在于，所述永磁直线电机还包括：第一电压信号发生器和第二电压信号发生器，设置于所述永磁直线电机定子的两端，用于当所述永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着所述永磁直线电机定子的径向发生运动时，分别产生第一感应电动势和第二感应电动势，其中，所述第一感应电动势和所述第二感应电动势用于对所述永磁直线电机进行控制。2.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述第一电压信号发生器和所述第二电压信号发生器均包括：金属芯和缠绕在所述金属芯上的多匝线圈，其中，所述永磁直线电机定子和所述金属芯由同一材料制成。3.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述永磁直线电机还包括：第一信号检测电路，与所述第一电压信号发生器相连接，用于检测所述第一感应电动势；第二信号检测电路，与所述第二电压信号发生器相连接，用于检测所述第二感应电动势；第一信号处理电路，与所述第一信号检测电路相连接，用于对所述第一感应电动势进行处理并将处理结果输出至伺服控制器；以及第二信号处理电路，与所述第二信号检测电路相连接，用于对所述第二感应电动势进行处理并将处理结果输出至所述伺服控制器，其中，所述伺服控制器用于根据所述第一信号处理电路的处理结果和所述第二信号处理电路的处理结果对所述永磁直线电机进行控制。4.根据权利要求3所述的永磁直线电机，其特征在于，所述第一信号检测电路和所述第一信号处理电路之间、所述第二信号检测电路和所述第二信号处理电路之间均采用光耦隔离方式进行隔离。5.一种永磁直线电机的控制方法，所述永磁直线电机包括永磁直线电机定子和永磁直线电机动子，所述永磁直线电机动子设置于所述永磁直线电机定子内，其特征在于，包括：检测第一感应电动势，其中，所述第一感应电动势为所述永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着所述永磁直线电机定子的径向发生运动时第一电压信号发生器产生的感应电动势，所述第一电压信号发生器为设置在所述永磁直线电机定子
\t的一端的电压信号发生器；检测第二感应电动势，其中，所述第二感应电动势为所述永磁直线电机动子在磁场力驱动下沿着所述永磁直线电机定子的径向发生运动时第二电压信号发生器产生的感应电动势，所述第二电压信号发生器为设置在所述永磁直线电机定子的另一端的电压信号发生器；以及根据所述第一感应电动势和所述第二感应电动势对所述永磁直线电机进行控制。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述第一感应电动势和所述第二感应电动势对所述永磁直线电机进行控制包括：根据所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凤山，师国臣，王林，王国庆，张凤武，吴宁，甄威，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，大庆油田有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11