一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机设计方法技术

本发明专利技术公开了一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机，属于永磁电机技术领域，包括机壳，所述机壳的内部设置有带绕组定子铁芯，所述带绕组定子铁芯的内部设置有转子，所述转子包括转轴、支撑轴承、永磁体和隔磁板，其中，所述带绕组定子铁芯的内部设置有永磁体，所述永磁体的内部设置有隔磁板，所述隔磁板的内部设置有转轴，所述机壳的内部对应转轴设置有支撑轴承；本发明专利技术还公开了一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机设计方法，本发明专利技术中的设计方法确定在高温环境温度，对电机磁性材料的影响；并在高温下进行量化，能准确的计算出高温稀土永磁电机的定、转子槽型尺寸和永磁体体积；设计方法简单易行。设计方法简单易行。设计方法简单易行。

【技术实现步骤摘要】
一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机设计方法


[0001]本专利技术属于永磁电机
，具体涉及一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机设计方法。

技术介绍

[0002]我国是石油资源匮乏国家，国内各大油田都在致力于加大开采力度。应用广泛的采油设备有以下四类：地面驱动螺杆泵、游梁式抽油机、潜油电动离心泵和潜油电动螺杆。随着我国的石油资源的开采形势逐渐发展到中后期开采油井深度的增加，传统地面驱动螺杆泵，游梁式抽油机采油装备不适用的斜井、水平井和定向井等。潜油螺杆泵作为一种可以实现无杆采油的石油机械装备，可以有效地避免传统采油装备中油管与抽油杆的磨损问题，可以广泛含气井、稠油井和含砂井的采油环境下。潜油电动离心泵广泛的应用在复杂的井况类型中，如斜井、定向井甚至水平井，与潜油螺杆泵一样都是油田采油的发展趋势和方向。
[0003]现有技术存在以下问题：
[0004]1、异步电机一般被设计为2极，同步转速为3000r/min。并且潜油螺杆泵还需要通过齿轮减速器驱动。所以潜油泵存在整个采油系统的工作效率低下，油田的采油成本高问题；
[0005]2、异步电机存在转差的问题，如果几节单元电机的转速度不同，会带来内部的应力分布不均，同时对控制系统的精度也会产生影响；
[0006]3、外形结构呈长筒形，造成总体结构细长，需要电机转子的同心度等级需达到3级以上，以便抑制累计误差引起同心度偏大引起潜油泵系统振动大问题，所以在加工制造上存在一定的风险。

技术实现思路

[0007]为解决上述背景技术中提出的问题。本专利技术提供了一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机，具有转速温升稳定、使用寿命长和工作效率高的特点。
[0008]本专利技术还提供了一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机设计方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机，包括机壳，所述机壳的内部设置有带绕组定子铁芯，所述带绕组定子铁芯的内部设置有转子，所述转子包括转轴、支撑轴承、永磁体和隔磁板，其中，所述带绕组定子铁芯的内部设置有永磁体，所述永磁体的内部设置有隔磁板，所述隔磁板的内部设置有转轴，所述机壳的内部对应转轴设置有支撑轴承。
[0010]在本专利技术中进一步的；所述带绕组定子铁芯中设置有24个闭口的圆底梨形槽，所述闭口圆底梨形槽省去了传统电机槽楔零件。
[0011]在本专利技术中进一步的；所述闭口圆底梨形槽省内放有双层或单层电磁铜线，所述定子电磁铜线采用成型绕组，采用矢量控制。
[0012]在本专利技术中进一步的；所述转轴的一端还连接有泵叶轮，所述隔磁板用于对永磁体进行隔磁，同时防止永磁体轴向窜动。
[0013]在本专利技术中进一步的；所述永磁体极数为4，且所述永磁体设置为瓦片形，所述永磁体可采用铷铁硼、钐钴等高性能、耐高温的稀土材料。
[0014]在本专利技术中进一步的；所述带绕组定子铁芯和转子由低损耗的硅钢片叠压而成，所述的硅钢片的叠压系数不低于0.92。
[0015]在本专利技术中进一步的；所述设备的主要参数为：额定功率37
‑
110kW，额定转速3000r/min，定子外径104.8mm，内径62mm。
[0016]一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机设计方法，包括以下步骤：
[0017]①
确定在高温180
‑
250℃环境温度，对电机磁性材料包含绕组电阻与永磁体的剩磁的影响；并进行高温下进行量化，寻找其变化规律，
[0018]高温与常温时电机磁性材料包含绕组电阻与永磁体的剩磁进行量化为：
[0019][0020]其中：R2s和B2r分别表示为高温t2下定子绕组电阻和永磁体的剩磁密度；t2表示为工作高温值；t1表示常温，B1r表示常温t1下的永磁体的剩磁密度；R1s表示常温t1下的定子绕组电阻，αB1r表示B1r的可逆温度系数；IL表示为Br不可逆损失率；
[0021]②
根据高温与常温下电机空载反电势幅值基本一致的原则，设计永磁体的体积；
[0022]根据高温与常温下电机空载反电势幅值基本一致的原则，设计永磁体的体积如下：
[0023][0024]其中：E0∝
VB
r
表示为通用公式；E0表示为通用的空载反电势；Br表示为通用的永磁体的剩磁密度；E10和E20分别表示为常温和高温下空载反电势；V1和V2分别表示为常温和高温下的永磁体体积；hM表示为永磁体磁化方向长度；bM表示为永磁体宽度；LM表示为永磁体轴向长度；
[0025]③
根据高温与常温下定子绕组电阻值基本一致的原则，设计出绕组的截面积和定子槽面积；
[0026]高温与常温下定子绕组电阻值基本一致的原则，定子槽面积如下：
[0027][0028]其中：S1和S2分别表示为常温和高温下定子槽面积；ρCu1和ρCu2分别表示为常温
和高温下的定子绕组电阻率；Ns表示为每相串联匝数；L表示为绕组半匝长。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]1、本专利技术中的设计方法确定在高温环境温度，对电机磁性材料(包含绕组电阻率与永磁体的剩磁)的影响；并在高温下进行量化，在传统的常温异步电机外径不变的基础上，能准确的计算出高温稀土永磁电机的定、转子槽型尺寸和永磁体体积；设计方法简单易行，保证稀土永磁电机结构能高效运行于深井高温环境下的潜油泵；
[0031]2、本专利技术中的电机结构包含带绕组的定子铁心和带永磁体的转子铁心，定、转子由低损耗的硅钢片叠压而成，定子电磁铜线采用成型绕组，采用矢量控制；带永磁体的转子铁心泵叶轮共用一根转轴，转子内嵌入高性能、耐高温的稀土永磁体，电机具有效率高、体积小、功率密度大和抗高温能力好的特点；
[0032]3、本专利技术设计的高温长筒形稀土永磁电机与额定参数相同的异步电机比，功率密度由0.922kW/kg升高至1.41kW/kg，电机体积更小，重量更轻，工作效率更高。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术的电机永磁体结构示意图；
[0035]图3为本专利技术的电机定子槽结构示意图；
[0036]图4为本专利技术的永磁电机与额定参数相同的异步电机对比示意图；
[0037]图5为本专利技术的设计流程图。
[0038]图中：1、机壳；2、带绕组定子铁芯；3、转子；31、转轴；32、支撑轴承；33、永磁体；34、隔磁板。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]请参阅图1
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5，本专利技术提供以下技术方案：一种深井本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机，包括机壳(1)，其特征在于：所述机壳(1)的内部设置有带绕组定子铁芯(2)，所述带绕组定子铁芯(2)的内部设置有转子(3)，所述转子(3)包括转轴(31)、支撑轴承(32)、永磁体(33)和隔磁板(34)，其中，所述带绕组定子铁芯(2)的内部设置有永磁体(33)，所述永磁体(33)的内部设置有隔磁板(34)，所述隔磁板(34)的内部设置有转轴(31)，所述机壳(1)的内部对应转轴(31)设置有支撑轴承(32)。2.根据权利要求1所述的一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机，其特征在于：所述带绕组定子铁芯(2)中设置有24个闭口的圆底梨形槽，所述闭口圆底梨形槽省去了传统电机槽楔零件。3.根据权利要求2所述的一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机，其特征在于：所述闭口圆底梨形槽省内放有双层或单层电磁铜线，所述定子电磁铜线采用成型绕组，采用矢量控制。4.根据权利要求1所述的一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机，其特征在于：所述转轴(31)的一端还连接有泵叶轮，所述隔磁板(34)用于对永磁体(33)进行隔磁，同时防止永磁体(33)轴向窜动。5.基于权利要求1
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4任意所述的一种深井潜油泵用高温长筒形稀土永磁电机设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
①
确定在高温(180
‑
250℃)环境温度，对电机磁性材料(包含绕组电阻与永磁体(33)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭超，
申请(专利权)人：湖南骏盟电机有限公司，
类型：发明
国别省市：