一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机制造技术

一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机，由永磁系统、电枢和气隙组成，永磁极形成的主磁场磁通为径向；电枢绕组为多相对称集中绕组，电枢铁心的齿距ｔ与永磁极的极距τ之间满足关系式：ｍｋｔ＝（ｍｋ±ｃ）τ／ｄ，其中ｄ取１或２，当ｄ＝１时，２≤ｃ≤０．１５ｍｋ；当ｄ＝２时，１≤ｃ≤０．１５ｍｋ，ｍ＝３ｎ，ｍ为电机的相数，电枢铁心的齿数Ｚ＝ｍｋ，永磁极的极数２Ｐ＝（ｍｋ±ｃ）／ｄ，其中２Ｐ≥１６，ｎ、ｋ、ｃ、Ｐ选取自然数，各相中的ｋ个线圈分成ｃ组下线，每组平均ｋ／ｃ个线圈，本发明专利技术提供的电机材料利用率较高，绕组端部较短，体积较小，重量较轻，效率较高，在低转速运行时，较平稳，传递的转矩可达万牛米以上，可更好的满足大型低转速直驱式抽油机的需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油井的抽油设备，具体说是一种用于直驱式抽油机中的大力矩永磁低转速电机。
技术介绍
石油作为国民经济运行的主要能源已成为国家发展的命脉，而石油开采技术的提高成为我国解决能源危机的主要课题。目前，该行业采用的传统抽油机都需要利用减速器大速比减速，而大力矩齿轮减速箱的结构非常复杂，整机寿命短，重量大，设备维护成本高，无功损耗大，能量转换效率低。为解决上述问题，现有技术已经提出一些解决办法，如国家知识产权局2006年12月20日，公开的CN2849221Y号技术专利，公开了一种复式永磁电机抽油机，它包括电机、机轴、机架、配重块、泵杆和控制装置，其特征在于所说的电机为复式永磁电机，在复式永磁电机转子的径向筒面绕有牵引用钢缆，钢缆一个绳端a连接抽油泵的泵杆，另一端b接一个配重箱，由电机转子往复运动带动泵杆上下提拉动作。但所述抽油机未公开电机的生产技术。另外国家专利局2007年1月17日公开的CN2858941Y号技术专利，公开了一种永磁盘面电机直接驱动式抽油机，它包括电机、机座、配重块、泵杆和控制装置，其电机为双联式对称结构的永磁盘面电机，电机的定子和转子均为扁平的盘式结构，转子、定子相互平行并设有气隙，盘面垂直安装于转子的主轴上；该电机的主轴上设有绞筒，绞筒上设有绞绳，绞绳的一端连接泵杆，另一端连接配重块，由电机的主轴直接带动绞筒工作。所述抽油机电机去掉了减速箱等机械结构，从简化结构出发，縮短了传动链，提高了整机效率。但是，盘面电机的永磁磁钢沿盘 面圆周分布，主磁场磁通为轴向，磁钢利用率较低，整机重量大，成本 高，限制了推广。
技术实现思路
本专利技术一方面解决了传统抽油机由于结构复杂引起的整机工作可靠 性低和设备维护成本高，以及现有技术中磁钢利用率低，整机重量大的 问题；另一方面，解决了传统永磁电机绕组端部长，铜耗大，绝缘结构 复杂，成本高的问题，提供了一种整机工作可靠性高和设备维护成本低 的大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机。按照本专利技术提供的一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机，包括 永磁系统、电枢和气隙，所述永磁系统包括永磁极和永磁极极轭，所述 电枢包括电枢铁心和电枢绕组，所述电枢铁心包括电枢铁心轭、电枢铁 心齿和两个电枢铁心齿之间的容置槽，所述电枢绕组为多相对称集中绕 组，每相绕组有k个线圈，每个线圈绕在电枢铁心的一个或两个齿上，电 枢铁心的齿距t与永磁系统的永磁极的极距t之间满足关系mkt=(mk±c) t /d，(式l)其中，d取l或2;当d二l时，2《c《0.15mk 当d二2时，l《c《0. 15mk 式l中m-3n， m为电机的相数，n选取自然数；所述电枢铁心的齿 数Z^k;所述永磁极的极数2P二 (mk土c) /d，其中2P》16，式l中的k、 c、 P选取自然数，将每一相绕组中的k个线圈分成c组下线，每组平均 k/c个线圈，其中k>6，各组内的相邻线圈反向串联，同一相的各组线 圈再串联，构成多相对称集中绕组中的一相。按照本专利技术提供的一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机还具有 如下附属技术特征-所述永磁极形成的主磁场磁通为径向。所述电枢绕组的有效长度占总长度的85%—95% 。所述气隙的大小S与所述永磁极的磁体厚度h之间的关系为2 S《h《7S 。所述永磁极的极弧宽度b为15mm—80mm。采用内转式结构，所述电枢与所述壳体相固定连接，共同构成电机 的定子；所述永磁系统连接有转动输出轴，共同构成电机的转子。采用外转式结构，包括支架和与所述支架相连接的固定轴，所述电 枢固定在支架上，共同构成电机的定子，所述永磁极极轭即为电机的壳 体，永磁系统为电机的转子。所述固定轴为空心结构，其内设置有散热片。所述永磁极极轭的外表面有凹槽。采用的磁钢为外置式或内置式。按照本专利技术提供的一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机与现有 技术相比具有如下优点首先，本专利技术将齿距、极距以及齿数、极数之 间按照上述公式进行设置，不仅大大减少了电机绕组端部的长度，节省 了材料、降低了成本、简化了绝缘结构，还减小了电机的重量，提高了 电机的效率，使电机在低转速运行时，更加平稳，能够达到万牛米以上 的转矩，更好的满足大型低转速直驱式抽油机的需要；其次，按照本发 明设计的电机，避免了磁钢利用率低的问题，大大提高了整机的工作效 率，在机壳外径和工作条件一致的情况下，电机体积较小，重量较轻， 效率较高，输出转矩较大。附图说明图1是本专利技术中的磁钢外置式内转电机的结构示意图； 图2是本专利技术中的磁钢内置式内转电机的结构示意图； 图3是本专利技术中的磁钢外置式内转电机的半剖示意图； 图4是本专利技术中的磁钢外置式外转电机的剖示图； 图5是本专利技术中的磁钢外置式外转电机的横断面图； 图6是本专利技术的各相分组示意7是本专利技术的局部结构示意图。具体实施例方式参见图l、图3、图6和图7，本专利技术提供的一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机的实施例，包括永磁系统l、电枢2和气隙3，所述永磁系统1包括永磁极11和永磁极极轭12，所述电枢2包括电枢铁心21和电枢绕组22，所述电枢铁心21又包括电枢铁心轭211、电枢铁心齿212和两个电枢铁心齿之间的容置槽213。本专利技术所谓的大力矩电机是指直径在400mm以上的电机，而低转速电机是指转速在1-100转/分左右的电机，直驱是指电动机不经过变速机构直接与负载耦合，驱动其工作。本专利技术主要适用的电机也就是针对上述类型的电机，该种电机的结构和工作状况与一般电机存在本质不同。本专利技术与现有技术的不同之处在于，所述电枢绕组22为多相对称集中绕组，每相绕组有k个线圈，每个线圈绕在电枢铁心21的一个齿212或两个齿212上，电枢铁心21的齿距t与永磁系统永磁极ll的极距t之间满足关系mkt=(mk±c) t /d (式l)其中，d取l或2;当cNl时，2《c《0. 15mk当d二2时，l《c《0. 15mk式l中m二3n， m为电机的相数，n选取自然数，在这里限定的电机的相数是3的倍数，例如电机的相数m为3、 6、 9等，本实施例为m二3。所述电枢铁心21的齿数Z二mk;所述永磁极ll的极数2P二(mk士c)/d，其中2P》16，式l中的k、 c、 P选取自然数，将其中一相绕组中的k个线圈分成c组下线，每组平均k/c个线圈，其中k>6， k/c最好为整数，也可以为分数，各组内的相邻线圈反向串联，同一相的各组线圈再串联,构成多相对称集中绕组中的一相，其它两相绕组的构成相同。上述式1中的d=l是指每个线圈绕在电枢铁心21的一个齿212上；d二2是指每个线圈绕在电枢铁心21的两个齿212上。所述永磁系统永磁极11的极数在16至200之间，而k的取值则在6至70之间。本专利技术通过将电枢铁心21的齿距t、永磁极11的极距T、齿数Z、极数2P以及每相绕组中的线圈个数k按照上述条件进行约束，从而使电机绕组下线简单、方便，既节省了下线时间，提高了工作效率，又节约了材料，降低了成本，使得电机体积更小，重量更轻，电机在低转速运行时，更加平稳，传递扭矩更大。在本专利技术给出的上述实施例中，所述永磁系统永磁极11的极数2P最好为50 — 150之间。具体数值可以选用80、 98、 IOO等等。而k的取值最好为18 — 52之间，具体数值可以选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机，包括永磁系统（１）、电枢（２）和气隙（３），所述永磁系统（１）包括永磁极（１１）和永磁极极轭（１２），所述电枢（２）包括电枢铁心（２１）和电枢绕组（２２），所述电枢铁心（２１）包括电枢铁心轭（２１１）、电枢铁心齿（２１２）和两个电枢铁心齿之间的容置槽（２１３），其特征在于：所述电枢绕组（２２）为多相对称集中绕组，每相绕组有ｋ个线圈，每个线圈绕在电枢铁心（２１）的一个或两个齿上，电枢铁心（２１）的齿距ｔ与永磁系统的永磁极（１１）的极距τ之间满足关系：ｍｋｔ＝（ｍｋ±ｃ）τ／ｄ，（式１）其中，ｄ取１或２；当ｄ＝１时，２≤ｃ≤０．１５ｍｋ当ｄ＝２时，１≤ｃ≤０．１５ｍｋ式１中ｍ＝３ｎ，ｍ为电机的相数，ｎ选取自然数；所述电枢铁心（２１）的齿数Ｚ＝ｍｋ；所述永磁极（１１）的极数２Ｐ＝（ｍｋ±ｃ）／ｄ，其中２Ｐ≥１６，式１中的ｋ、ｃ、Ｐ选取自然数，将每一相绕组中的ｋ个线圈分成ｃ组下线，每组平均ｋ／ｃ个线圈，其中ｋ≥６，各组内的相邻线圈反向串联，同一相的各组线圈再串联，构成多相对称集中绕组中的一相。

【技术特征摘要】
1、一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机，包括永磁系统(1)、电枢(2)和气隙(3)，所述永磁系统(1)包括永磁极(11)和永磁极极轭(12)，所述电枢(2)包括电枢铁心(21)和电枢绕组(22)，所述电枢铁心(21)包括电枢铁心轭(211)、电枢铁心齿(212)和两个电枢铁心齿之间的容置槽(213)，其特征在于所述电枢绕组(22)为多相对称集中绕组，每相绕组有k个线圈，每个线圈绕在电枢铁心(21)的一个或两个齿上，电枢铁心(21)的齿距t与永磁系统的永磁极(11)的极距τ之间满足关系mkt＝(mk±c)τ/d，(式1)其中，d取1或2；当d＝1时，2≤c≤0.15mk当d＝2时，1≤c≤0.15mk式1中m＝3n，m为电机的相数，n选取自然数；所述电枢铁心(21)的齿数Z＝mk；所述永磁极(11)的极数2P＝(mk±c)/d，其中2P≥16，式1中的k、c、P选取自然数，将每一相绕组中的k个线圈分成c组下线，每组平均k/c个线圈，其中k≥6，各组内的相邻线圈反向串联，同一相的各组线圈再串联，构成多相对称集中绕组中的一相。2、 如权利要求l所述的一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机， 其特征在于所述永磁极(11)形成的主磁场磁通为径向。3、 如权利要求l所述的一种大力矩永磁低转速直驱式抽油机电机， 其特征在于所述电枢绕组(22)的有效长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：温学敏，
申请(专利权)人：包头市永磁电机研究所，
类型：发明
国别省市：15[中国|内蒙]