[發(fā)明專利]軸向磁通游標(biāo)電機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010008851.6
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111049345B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方攸同;許博文;馬吉恩;吳立建;邱麟;張健
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K16/02;H02K21/16;H02K1/2713
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 杜放

本發(fā)明公開了一種軸向磁通游標(biāo)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子上設(shè)有繞組，轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁體；轉(zhuǎn)子包括至少一級轉(zhuǎn)子單元，轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體，永磁體設(shè)置于轉(zhuǎn)子鐵芯的端部，至少有一級轉(zhuǎn)子單元的轉(zhuǎn)子鐵芯的兩端均設(shè)有永磁體，相鄰分布的永磁體充磁方向相反。本發(fā)明在潛油深井的工作環(huán)境約束下能提供更大的轉(zhuǎn)矩，且機(jī)械強(qiáng)度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，更具體的說，它涉及磁場調(diào)制電機(jī)。

背景技術(shù)

我國石油行的主要采油方式是機(jī)械采油。對原油進(jìn)行開采時，傳統(tǒng)游梁式采油抽油泵在砂含量較高的油井中會出現(xiàn)光桿、砂卡、下行困難的情況，而潛油螺桿泵采用系統(tǒng)在粘度和砂含量都較高的稠油中具有更強(qiáng)的靈活性、可靠性，而且潛油螺桿泵桿柱磨損小、管理方便、高效節(jié)能。

潛油螺桿泵的驅(qū)動方式分為兩種，第一種是地面驅(qū)動，制約這種驅(qū)動方式的主要原因是抽油桿容易折斷導(dǎo)致檢泵周期短。第二種是油井下方驅(qū)動，包括傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動和井下電機(jī)驅(qū)動，其中井下液壓驅(qū)動對產(chǎn)品的制造工藝要求較高，能耗較大。而由潛油電機(jī)驅(qū)動的潛油螺桿泵不僅解決了應(yīng)用抽油桿時對螺桿泵工作穩(wěn)定性限制，并且還克服了液壓驅(qū)動的缺點(diǎn)，因此設(shè)計專用潛油電機(jī)變得尤為重要。

潛油電機(jī)的工作環(huán)境惡劣，因此對潛油電機(jī)的性能要求非常苛刻。首先油井口徑較小，因此潛油電機(jī)的外徑也不能太大，其外形必須是細(xì)長的。其次電機(jī)在浸油環(huán)境中工作，對轉(zhuǎn)子強(qiáng)度有很高的要求。此外潛油電機(jī)與螺桿泵同軸連接，對其進(jìn)行驅(qū)動，如果轉(zhuǎn)速匹配則可以直驅(qū)，轉(zhuǎn)速不匹配就需要用減速器過渡。目前使用最多的是感應(yīng)電機(jī)，其問題在于效率低，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不大，而且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較快，需要使用減速器。

目前，永磁體安裝于轉(zhuǎn)子上的方式包括1、表面貼裝式：在轉(zhuǎn)子A的柱面粘貼永磁體B（圖1a）；2、插入式：轉(zhuǎn)子A柱面具有凹進(jìn)去的部分，永磁體B插入凹進(jìn)去的部分（圖1b）；3、徑向內(nèi)嵌式：永磁體B嵌入轉(zhuǎn)子A內(nèi)部，磁通方向?yàn)閺较颍▓D1c）；4、切向內(nèi)嵌式：永磁體B嵌入轉(zhuǎn)子A內(nèi)部，磁通方向?yàn)榍邢颍▓D1d）。但是上述電機(jī)均存在一些缺點(diǎn)，表面貼裝式和插入式中的永磁體處于定子C與轉(zhuǎn)子A之間，加大了氣隙長度，既增加了電機(jī)體積，又減弱了氣隙磁密，限制出力，徑向內(nèi)嵌式和切向內(nèi)嵌式會影響轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，并且需要輔助磁橋。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種軸向磁通游標(biāo)電機(jī)，在潛油深井的工作環(huán)境約束下能提供更大的轉(zhuǎn)矩，且機(jī)械強(qiáng)度高。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：軸向磁通游標(biāo)電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子上設(shè)有繞組，轉(zhuǎn)子上設(shè)置永磁體；轉(zhuǎn)子包括至少一級轉(zhuǎn)子單元，轉(zhuǎn)子單元包括轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體，永磁體設(shè)置于轉(zhuǎn)子鐵芯的端部，至少有一級轉(zhuǎn)子單元的轉(zhuǎn)子鐵芯的兩端均設(shè)有永磁體，相鄰分布的永磁體充磁方向相反。這樣，磁通的泄露更少，電機(jī)轉(zhuǎn)矩更大。

作為優(yōu)選的方案，轉(zhuǎn)子只有一級轉(zhuǎn)子單元。轉(zhuǎn)子鐵芯的兩端分別設(shè)置有永磁體，兩個永磁體的充磁方向相反，磁力線沿電機(jī)軸向形成閉合磁路。

或者，轉(zhuǎn)子有多級轉(zhuǎn)子單元，轉(zhuǎn)子單元沿軸向級聯(lián)。當(dāng)由兩級轉(zhuǎn)子單元級聯(lián)時，只在轉(zhuǎn)子鐵芯的首部或尾部設(shè)置永磁體，或者，轉(zhuǎn)子鐵芯的首尾均設(shè)置永磁體。當(dāng)由三級或三級以上的轉(zhuǎn)子單元軸向級聯(lián)時，轉(zhuǎn)子鐵芯的首尾均無需設(shè)置永磁體，或者，只在轉(zhuǎn)子鐵芯的首部或尾部設(shè)置永磁體，或者，轉(zhuǎn)子鐵芯的首尾均設(shè)置永磁體。當(dāng)電機(jī)需要更大的轉(zhuǎn)矩時，通過軸向增加轉(zhuǎn)子單元來實(shí)現(xiàn)。而且，如果其中一個轉(zhuǎn)子單元失效，其他轉(zhuǎn)子單元依然可以工作。可以理解的是，轉(zhuǎn)子單元的設(shè)置數(shù)量根據(jù)需要設(shè)定。

優(yōu)選的，永磁體為圓盤，中心開有通孔。通孔用于電機(jī)轉(zhuǎn)軸穿過。需要說明的是，永磁體的形狀和尺寸不限，還可以是方形或者不規(guī)則的形狀，只要永磁體的形狀不干涉轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動即可，當(dāng)然，最優(yōu)形狀為圓盤狀，此時，永磁體受到的阻力小，電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度高，這是因?yàn)樵跐撚铜h(huán)境下，電機(jī)浸沒于油里工作，黏度很大的油會阻止永磁體的轉(zhuǎn)動，圓盤狀有利于減小阻力。