专利名称：大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油机械技术领域，确切地说它是一种大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵。
背景技术：
目前，在石油工业系统，采油装置主要有潜油电泵、螺杆泵及柱塞泵等，使用这些泵采油各有其优其缺点，潜油泵排量大，操作管理简单，但初期投资高，耗能也高；螺杆泵初期投入少，适应性广泛，但泵的寿命短，故障率高。目前，采用柱塞泵的普通游梁式抽油机采油仍占主导地位，技术成熟、装置耐用、故障率低，但结构复杂，需要地面上的抽油机和上千米长的抽油杆，系统效率低，特别是耗能较高。
随着井深和产量的增加，同时随着油井开采条件的复杂化(如高粘、多砂、多气、水淹和强腐蚀性等)，有杆抽油设备的缺点愈来愈明显，抽油机的重量增大，抽油杆的事故增加，而抽油泵的排量下降。
为了减轻抽油机的重量，减少抽油杆的事故和免除抽油泵排量下降的特点，必须彻底改变有杆抽油设备的工作方式，发展无杆抽油设备。无杆抽油设备的特点是取消抽油杆，把电动机移到井下，直接带动泵抽油。这样，就较好地解决抽油杆的偏磨现象，降低抽油设备的故障率，提高采油效率。中国专利号200320129410.3公开了一种名称为“圆筒形稀土永磁直线电动机驱动的节能潜油电泵采油装置”的实用新型专利，它由柱塞泵和直线电动机两部分组成，柱塞泵置于直线电机下端，直线电机是圆筒形同步稀土永磁直线电机。中国专利号200420040122.5公开了一种名称为“一种电磁驱动装置”的实用新型装置，它将电磁驱动直线电机壳体采用注塑密封，以保证在高温高压地下溶液中不腐蚀、不渗漏，机体上部连接出油管，其直线电机轴杆采用空心圆管，作为抽油通道，在机体底部和轴杆上下两端，装有单向向上的进、出油阀门。中国专利号200410023948.5公开了一种名称为“潜式永磁直线往复泵”，它的具体结构同上述实用新型的结构基本相同。即采用一个柱塞泵安装在电机的下方。
发明内容
本发明的目的是提供一种大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵，它是一种无杆抽油设备，具有更高的效率，并且结构简单，特别是具有显著的节能效果。
本发明是这样实现的，采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统，配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成。它包括柱塞泵和大功率潜油直线步进电机，其特征在于在潜油直线永磁步进电机3的上方和下方分别装有双作用柱塞泵1(上泵)和4(下泵)，在双作用柱塞泵1和直线永磁步进电机3之间装有保护器2。
潜油直线永磁步进电动机3为圆柱形结构，内部有装有绕组的定子及作往复运动的空心永磁动子(永磁动子是由稀土永磁体及极靴构成)，直线永磁步进电机产生纵向步进磁通，利用金属屏蔽密封。使其定子与永磁动子间隔离；纵向步进磁通作用永磁动子，使其产生往复运动，带动双作用柱塞泵，实现抽油，同时由两个泵(上、下泵)的依次工作来保证井下机组的无冲击工作，同时增加了该系统的采油效果，节省了大量的能源。被抽取的液体通过空心的导杆排出，经采油树传送到地面。
图1为本发明的结构示意图。
图2为三相永磁式直线步进电机的原理结构示意图。
图3为三相永磁式直线步进电机的三相绕组的连接示意图。
图4为τt、和P之间的关系示意图。
τt为定子齿距，P为动子的极距。
具体实施例方式本发明首次采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统，配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成。由于大功率直线永磁步进电机驱动力很大，发热量小，系统效率高，由其构成的大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵系统，见附图1。直线步进电动机简称LPM，是一种将输入的电脉冲信号转换成微步直线运动的驱动装置。当这种电机外加一个电脉冲时，就会直线地运动一步并准确地锁定在所希望的位置上。因为其运动形式是直线步进的，因而称为直线步进电动机。直线步进电动机可广泛地应用于各种精密设备，如自动绘图仪、计算机设备、智能仪器仪表、机器人、电子设备及各种自动化检测、控制等领域当中。
开环的直线步进电机可以提供位置控制最经济的解决方案。输入直线的电流脉冲信号，可由数字控制器或微软处理机来提供。直线步进电机在不需要闭环控制系统的条件下，能够提供一定精度且可靠的位置和速度控制，这是一般直线电机所不能做到的。直线步进电动机结构简单，可动部分重量轻、惯性小、无漂移、无累积定位误差、驱动力大，且在开环控制条件下，就能够做到高速、高定位精度。在一些高要求的控制系统中，这是一种理想的直线驱动装置。
永磁式直线步进电动机内部的磁场力，仅由通过各相绕组的脉冲电流产生。这种步进电动机至少有三组绕组。当某一相或两相绕组有脉冲电流通过时，这些相绕组磁势产生的磁通，总是往磁阻最小的路径跑。根据磁力线具有力图缩短磁通路径以减少磁组增大磁导的本性，电机定、动子间将存在着一种使磁通通路磁阻尽量变小倾向的磁力，拉着电机动子到达该磁通对应的磁路磁阻最小的位置，因而使电机动子产生步进运动。附图2是三相永磁式直线步进电动机的原理结构图。定子部分通常是一圆型片叠片铁心，上下两边开有很多均匀分布绕组的平行槽。动子是一对N、S交替布局的磁钢组成，均匀地安装在圆管动子支撑架上。三相绕组的连接如附图3所示，被绕组包围的铁心部分称为电机动子的磁极，每个磁极表面通常开有和定子齿距τt相同若干齿槽，动子上的三个铁心柱之间的距离称为动子的极距Pt，它和定子齿距τt之间的关系如附图4所示，必须满足下列关系式
Pt＝(M+1/3)τt式中M——任意整数。
当A相绕组通入脉冲电流，而其他相绕组电流为零时，A相铁心柱中的磁通最大，所受的磁力最大，因此电机动子的位置主要由A相的磁极齿对齐定子齿的位置来决定。因为此时A相磁通对应的磁路磁阻最小。如果三相绕组按A→B→C→A顺序轮流流通电励时，则动子就以τt/3的步距作步进移动。所谓步距，就是每通一次电脉冲，动子就移动一步，俗称运行一拍。如果运行m1拍后，动子正好移动一个齿距，则该步进电动机的步距分辨率便为R＝τt/m1。当三相步进电动机以三相三拍运行时，我们就说它获得τt/3分辨率。若采用A→(A+B)→B→(B+C)→C→(C+A)→A的方式顺序通电，此时该电动机就可以获得τt/6的分辨率。
大功率直线永磁步进电机可以定做或外购，柱塞泵外购或自行生产，柱塞泵和电机的连接方式与现有技术相同，可通过连接杆与步进电机配合连接，但应在步进电机的上、下都装有柱塞泵，泵的上方安装有出油阀、出油管和压力表及出油开关等常用的附件，当空心轴杆往复运动时，原油在上、下柱塞泵作用下源源不断地进入油管被抽出。
权利要求
1.大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵，它包括柱塞泵和大功率潜油直线步进电机，其特征在于采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统，配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成，潜油直线永磁步进电机(3)的上方和下方分别装有双作用柱塞泵(1)和(4)。
2.根据权力要求1所述的大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵，其特征在于在双作用柱塞泵(1)和直线永磁步进电机(3)之间装有保护器(2)。
3.根据权力要求1所述的大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵，其特征在于潜油直线永磁步进电机(3)为圆柱形结构，内部有装有绕组的定子及作往复运动的空心永磁动子，永磁动子是由稀土永磁体及极靴构成，直线永磁步进电机产生纵向步进磁通，利用金属屏蔽密封。使其定子与永磁动子间隔离；纵向步进磁通作用永磁动子，使其产生往复运动，带动双作用柱塞泵，实现抽油，步进电动机至少有三组绕组，定子部分通常是一圆型片叠片铁心，上下两边开有很多均匀分布绕组的平行槽，动子是一对N、S交替布局的磁钢组成，均匀地安装在圆管动子支撑架上，被绕组包围的铁心部分称为电机动子的磁极，每个磁极表面通常开有和定子齿距τt相同若干齿槽，动子上的三个铁心柱之间的距离称为动子的极距Pt，它和定子齿距τt之间的关系必须满足下列关系式Pt＝(M+1/3)τt式中M——任意整数如果三相绕组按A→B→C→A顺序轮流流通电励时，则动子就以τt/3的步距作步进移动，若采用A→(A+B)→B→(B+C)→C→(C+A)→A的方式顺序通电，此时该电动机就可以获得τt/6的分辨率。
全文摘要
本发明是一种大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵，它具有节省能源和效率高的特点。它采用大功率直线永磁步进电机作为动力系统，配上双作用柱塞抽油泵及电机保护器构成，潜油直线永磁步进电机的上方和下方分别装有双作用柱塞泵。在双作用柱塞泵和直线永磁步进电机之间装有保护器。潜油直线永磁步进电机为圆柱形结构，内部有装有绕组的定子及作往复运动的空心永磁动子，永磁动子是由稀土永磁体及极靴构成，步进电动机每个磁极表面通常开有和定子齿距τ
文档编号E21B43/00GK101050765SQ20061004742
公开日2007年10月10日 申请日期2006年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者纪雪冬, 郭仁祥 申请人:纪雪冬