专利名称：螺杆泵用空心立轴式永磁同步驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种螺杆泵用空心立轴式永磁同步驱动装置，属于油田机械式采
油地面驱动装置。
背景技术：
目前油田螺杆泵地面驱动设备有三种方式，一、采用卧式水平轴三项异步电机， 电机输出轴的皮带轮与锥齿轮减速机换向减速，其公认的缺陷是传动效率低，漏油、能 耗高，机械磨损大和检修频繁。二、发明专利螺杆泵用直驱式永磁同步电动机(专利号 200610155454)，存在下列缺陷1、推力调心滚子轴承置于电机外的支撑座里，电机与支撑座 构成一体，加大了传动轴的长度和电机的安装难度，2、需要磁敏式位移传感器安装在电机 内，检测转子转速，将检测信号反馈给变频器，才能实现转速转矩的控制，这样做，制造成本 和安装难度增大，3、不能添加、更换润滑油，在野外长期不间断运转，轴承润滑油得不到及 时更新，使用寿命大打折扣。三、永磁同步无齿轮驱动螺杆泵式采油机(ZL2007200310802) 需要安装电磁制动器、抱闸臂和光电旋转编码器，增大了加工难度和增多了故障点。
发明内容本实用新型的目的是克服现有三种驱动技术所存在的缺陷，提供一种节能环保、 传递效率高、控制、操作简便和使用寿命长的油田螺杆泵用空心立轴式永磁同步驱动装置， 启动、调速、增减速、停车等功能不受任何影响，由于采用了大扭矩、低转速、恒转矩的永磁 同步电机直接驱动，舍弃了电机和减速机间的皮带轮及传动带，同时也舍弃了锥齿轮减速 机，提高了传动效率，采用开环控制，舍弃了磁敏式位移传感器，变频器直接控制电机转速 和转矩，实现了在运行过程中无级调速，使控制和操作简单方便，舍弃了电磁制动器、舍弃 了抱闸臂和光电旋转编码器，同样使控制功能智能化，实现了出现井下意外事故，如断杆， 会瞬间自动断电、井下传递扭矩的光杆积聚的反向旋转扭矩处于自由释放状态，此时永磁 同步电动机转化为永磁同步发电机，在额定的转速下，逐渐释放能量，不会像异步电机那 样，出现反转失控，因此也不需要安装机械式限制反转的离合器。 本实用新型的具体技术内容是一种螺杆泵用空心立轴式永磁同步驱动装置，包 括永磁同步电动机部件，还包括油田用螺杆泵部分部件，其特征在于永磁同步电机传动轴 其轴心为空腔结构、其外观为阶梯结构，空心阶梯结构传动轴在直径较大的一端装有承受 轴向力的轴承、直径较小的一端装有承受径向力的轴承，电机壳与轴承之间设有油槽、外露 的油孔用封堵盖封堵将灰尘隔离，及时更换、清洗和添加轴承油脂，承载轴向力的轴承可外 置于机壳下端盖内，机壳下端盖与油井井口三通法兰直接联结，承载径向力的轴承可外置 于机壳的上端盖内，光杆与空心阶梯结构传动轴通过卡瓦和联轴器固定在一起，另一种为 内置式其结构是，装有承受轴向力的轴承和装有承受径向力的轴承置于机壳内，所述的 永磁同步驱动装置为永磁同步电机、无刷直流电机或开关磁阻电机，所述的承载轴向力轴 承可以是推力球轴承、调心滚子轴承，承载径向力轴承可以是双封深沟球轴承、圆锥磙子轴承、角接触球轴承。 本实用新型相比现有技术具有以下积极效果。 1、根据不同点的受力情况，阶梯状主轴上的直径大小，配备了相应功能和孔径不 等的轴承，发挥材料的最佳功能。推力调心滚子轴承解决了径向受力问题，深沟滚子轴承解 决了径向受力问题。 2、省去了皮带传动和齿轮减速机，永磁同步电机直接驱动，没有齿轮啮合，避免了 盘根的渗漏油，提高了功率因数。 3、采用开环控制，取掉了磁敏式位置传感器布置在定子的端面作适时检测，同样 实现转矩和转速的控制精度。 4、机壳和轴承中间设有油槽、油孔及封堵盖，可方便更换、清洗、添加油脂，延长了 轴承的使用寿命。 5、当出现故障时(如井下断杆时)，载荷发生变化，会立即控制断电，井下光杆出 现反向扭矩，此时同步电动机转变为同步发电机做功，消耗反向能量，不会出现反向失控现象。
图1为本实用新型轴承外置式结构示意图； 图2为本实用新型轴承内置式结构示意图； 图3为本实用新型安装结构示意具体实施方式图中标示100、空心阶梯结构传动轴，210、推力调心滚子轴承(承载轴向力轴 承)，220、双密封深沟轴承(承载径向力轴承)，300、电机壳，310、电机下端盖，320、电机上 端盖，410、411、油槽，420、421油孔，430、431、封堵盖，500、旋转光杆，510、卡瓦，520、联轴 器，600 、下支撑座，610 、井口三通法兰，620 、螺杆泵
以下结合附图进一步描述本实用新型详细技术内容和实施方式。 本实用新型的螺杆泵用空心立轴式永磁同步驱动装置，包括永磁同步电动机部 件，如电动机机壳、定子、转子、轴、轴承、支撑座组成，还包括油田用螺杆泵部分部件，旋转 光杆510 —端连接井下的螺杆泵620另一端穿过空心阶梯结构传动轴100，通过卡瓦510和 联轴器520将旋转光杆500和空心阶梯结构传动轴100固定在一起，将电磁扭矩通过旋转 光杆510传递给井下螺杆泵620，转换为机械扭矩，其特征在于永磁同步电机传动轴100 其轴心腔为空心结构、其外观为阶梯结构，空心阶梯结构传动轴100直径较大的一端装有 承受轴向力轴承210、直径较小的一端装有承受径向力轴承220。电机壳300与轴承210之 间设有油槽410、油孔420、封堵盖430，用于轴承更换油脂，承受轴向力轴承210可外置于机 壳下端盖310内，机壳下端盖310与油井井口三通法兰直接联结，承受径向力轴承220可外 置于机壳的上端盖320内，旋转光杆500与空心阶梯结构传动轴100通过卡瓦510和联轴 器520固定在一起，另一种为内置式其结构是，装有承受轴向力轴承210和装有承受径向 力轴承220置于机壳300内，所述的永磁同步驱动装置为永磁同步电机、无刷直流电机或开 关磁阻电机，所述的承受轴向力轴承210可以是推力球轴承、调心滚子轴承，承受径向力轴
4承220可以是双封深沟球轴承、圆锥磙子轴承、角接触球轴承。 如图1、3所示，为轴承外置式结构，永磁同步电机的磁钢、硅钢片、漆包线构成的 定子、转子放在电机壳300内，装有推力球轴承210放在电机下端盖310内，直接承受轴向 力，电机下端盖310与井口三通法兰610连接，装有双封深沟球轴承220放在电机上端盖 320内，承受径向力，空心阶梯结构传动轴100直径大的放在下端，旋转光杆500 —端连接井 下的螺杆泵620另一端穿过地面上本装置的空心阶梯结构传动轴100的轴心空腔，由卡瓦 510和联轴器520将旋转光杆500和空心阶梯结构传动轴100固定在一起，电机下端盖310 与轴承210之间设有油槽410、油孔420、封堵盖430，电机上端盖320与轴承220之间设有 油槽411、油孔421、封堵盖431，用于轴承清洗更换油脂。 如图2、3所示，为轴承内置式结构，除永磁同步电机的磁钢、硅钢片、漆包线构成 的定子、转子放在电机壳300内，装有推力球轴承210和装有双封深沟球轴承220也放在电 机壳300内，永磁同步电机坐在下支撑座600上，与井口三通法兰610连接，旋转光杆500 地面最上端从空心阶梯结构传动轴100的轴心空腔穿过，经联轴器和卡瓦使其连接一起， 传递转矩给井下螺杆泵，因驱动螺杆泵旋转，不要求毫米级精度，本实用新型不需要磁敏式 位置传感器，也不需要光电旋转编码器，来检测信号再输入到变频器中来实现控制，而是采 用永磁同步电机的开环控制，直接通过频率的调整来调节输出电流大小，控制转速和输出 扭矩。并设有载荷的突然变化，控制器自动切断电源功能，在断电情况下，井下反向力矩将 机械能传递给本装置，在额定转速下，本装置转换为发电机，逐渐消耗反向能量，因此，不需 要安装机械式离合器来限制反转速度。
权利要求一种空心立轴式油田螺杆泵用永磁同步驱动装置，包括永磁同步电动机部件，其特征在于永磁同步电机的传动轴其轴心腔为空心、其外观为阶梯结构，空心阶梯结构传动轴(100)直径较大的一端装有承受轴向力轴承(210)直径较小的一端装有承受径向力轴承(220)，轴承(210、220)与电机壳(300)之间设有油槽(410、411)，电机壳(300)设有加油孔(420、421)，加油孔设有封堵盖。
2. 据权利要求1所述的空心立轴式油田螺杆泵用永磁同步驱动装置，其特征在于装 有承载轴向力轴承(210)可外置于电机机壳(300)的机壳下端盖(310)内，机壳下端盖 (310)与油井井口三通法兰(610)直接联结，装有承受径向力轴承(220)可外置于电机机壳 (300)的上端盖(320)内。光杆(500)与空心阶梯结构传动轴(100)通过卡瓦(510)和联 轴器(520)固定在一起。
3. 据权利要求1所述的空心立轴式油田螺杆泵用永磁同步驱动装置，其特征在于装 有承载轴向力轴承(210)和装有承载径向力轴承(220)可内置于电机机壳(300)内。
4. 据权利要求1所述的空心立轴式油田螺杆泵用永磁同步驱动装置，其特征在于所 述的永磁同步驱动装置为永磁同步电机、无刷直流电机或开关磁阻电机。
5. 据权利要求1所述的空心立轴式油田螺杆泵用永磁同步驱动装置，其特征在于所 述的承载轴向力轴承(210)可以是推力球轴承、调心滚子轴承，承载径向力轴承(220)可以 是双封深沟球轴承、圆锥磙子轴承、角接触球轴承。
专利摘要本实用新型涉及一种螺杆泵用空心立轴式永磁同步驱动装置，属于油田机械式采油地面驱动设备。其特点是驱动电机为直接驱动式同步电机，电机轴为立式空心结构，光杆从中穿过并与轴通过卡瓦和联轴器连接固定，当电机旋转，同步带动光杆旋转，最终带动井下的螺杆泵旋转，将油提升上来，省去了皮带传动和减速机，采用开环控制，取掉了磁敏式位置传感器，在电机内的轴承与机壳间开设油槽孔，可及时更换、清洗、添加油脂，延长了轴承长期处于不间断工作状态的使用寿命。
文档编号H02K7/08GK201496240SQ20082022828
公开日2010年6月2日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者崔钢都, 徐建宁, 陆健 申请人:崔钢都;徐建宁;陆健