一种随钻盘式结构悬浮电机的制作方法

1.本发明涉及一种随钻电机，属于钻探技术领域，具体是涉及一种随钻盘式结构悬浮电机。


背景技术：

2.近些年，深孔定向钻进技术得到迅速发展，已在石油钻探、地质勘探、煤炭瓦斯抽放、地下水灾害治理等领域得到广泛使用。现阶段，随着市场需求和技术进步，深孔定向钻进装备向智能化、自动化、信息化方向发展，随钻测量系统以及具备数据采集和传输功能的智能钻头、钻具成为深孔定向钻进技术的核心装备。智能钻具及测量系统依靠各类传感器采集钻进工况信息和地层信息，目前，为孔底测量装置及传感仪器提供稳定工作用电的方式有两种：一是采用内置于孔底钻具中的蓄电池供电，二是通过有线电缆从孔口供电。
3.采用蓄电池供电时，受钻具几何尺寸限制，电池体积较小，并且当前技术下电池储能密度普遍较低，因此电池储存的电能有限，导致在深孔定向钻进过程需要多次停工提钻更换电池，致使施工无法连续作业，增加了施工工作量，降低了钻进施工效率，影响工程进度。采用有线方式供电时，需要特制的钻具，但这种钻具价格昂贵，大大增加了企业施工成本。上述两种供电方式均已无法满足深孔定向钻进技术的发展需求，因此，亟需一种满足钻孔不间断施工，连续稳定供电且成本较低的钻杆内腔供电装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种盘式结构的悬浮电机，解决了现有技术中存在的电机定转子是在径向方向布置，由于钻杆的外径和中间通孔从尺寸限制，导致径向空间有限，因此电机不能做小，只适用于大直径钻杆，使用局限性很大的问题。
5.本发明所采用的技术方案是，
6.一种随钻盘式结构悬浮电机，包括：
7.防爆外壳，可与钻杆相连的且随钻杆转动；
8.转子总成，与所述防爆外壳固定连接且可随所述防爆外壳转动；
9.定子总成，与所述防爆外壳连接且可相对于所述防爆外壳径向转动，其上设置有配重块；
10.线圈绕组和磁铁体，所述线圈绕组和磁铁体相对设置，且分别位于所述转子总成和定子总成上。
11.优选的，上述的一种随钻盘式结构悬浮电机，所述防爆外壳包括一密闭的腔体结构，所述腔体结构的两端分别设置有转子总成，所述转子总成上设置有多组铜线圈；所述定子通过轴承与防爆外壳相连，所述定子两端设置有强磁铁，所述强磁铁与铜线圈面对面布置。
12.优选的，上述的一种随钻盘式结构悬浮电机，所述防爆外壳为一中空的圆柱体结构，所述腔体结构为一位于所述圆柱体结构内部的截面为环形的腔体结构；所述定子通过
轴承与所述防爆外壳的内壁位于环形腔体的一侧连接。
13.优选的，上述的一种随钻盘式结构悬浮电机，所述防爆外壳内部设置有一电路腔体，所述线圈绕组和磁铁体与所述电路腔体内的电路模块相连。
14.优选的，上述的一种随钻盘式结构悬浮电机，所述电路包括一电压判断单元，所述电压判断单元在判断所述线圈绕组和磁铁体旋转产生的电流是未达到一阈值时，所述电压判断单元启动一电池模块为外部电路供电。
15.本发明的有益效果是：1、轴向空间不受限，在钻杆外径和中心孔径一定的情况下可根据需要电量在轴向增加(减少)线圈与磁铁来改变发电量的大小。2、在发电量一定的情况下中心孔径可以做的更大，最大限度的减少钻井液的压降及堵塞的可能性。3、电机为全封闭结构，中间通孔可利用钻井液或风降温，安全性更高。4、利用钻杆的转速来实现发电，适用于风钻或有钻井液的钻孔施工，局限性小。5、通过电压判断单元来决定电机直接输出供电或者电池输出供电。
附图说明
16.图1是一种盘式悬浮电机结构简图(剖视)；
17.图2是一种盘式悬浮电机结构图；
18.图3是图2中a的局部放大图,也是一种盘式悬浮电机盘状定转子布置结构图局部放大图；
19.图4是一种盘式悬浮电机放在钻杆里的结构图(三维)，显示了电机与钻杆的装配关系；
20.图5是一种盘式悬浮电机内部定转子布置结构图(三维)，显示了盘式结构；其中，a为立体视图，b为a的内部剖视图。
21.图6是一种盘式悬浮电机供电电路逻辑示意图。
22.图中，防爆外壳1，钻杆2，控制电路3，铜线圈4，强磁铁5，配重铅块6，定子7，轴承8。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
24.图1是一种随钻盘式悬浮电机结构简图(剖视)，该电机包括：防爆外壳、转子总成、定子总成、线圈绕组和磁铁体。其中，防爆外壳可与钻杆相连的且随钻杆转动；转子总成与所述防爆外壳固定连接且可随所述防爆外壳转动；定子总成与所述防爆外壳连接且可相对于所述防爆外壳径向转动，其上设置有配重块；所述线圈绕组和磁铁体相对设置，且分别位于所述转子总成和定子总成上。
25.图2是本实施例的盘式悬浮电机与钻杆连接时的结构示意图。工作时，钻杆在钻机的带动下旋转，并带动电机防爆外壳旋转，从而使铜线圈旋转，定子在铅块的重力作用下静止，其上面的强磁铁与铜线圈形成相对运动，从而铜线圈产生电流。
26.图3是图2中a的局部放大图,也是一种盘式悬浮电机盘状定转子布置结构图局部放大图，两侧铜线圈产生的电流通过导线在控制电路腔内稳压整流后输出。
27.采用上述结构后，本实施的发电动力来源为钻杆传递给钻杆的转矩，发电机在使用时嵌入(可以用胶、紧定螺钉)在钻杆内部以保证钻杆可以带动电机防爆外壳一起旋转，
防爆外壳内部两端设置有多组铜线圈，铜线圈的对数和绕制圈数可以改变；定子通过两个轴承与防爆外壳相连，内圈与防爆外壳粘连，外圈与定子转轴粘连，定子两端设置有强磁铁，与铜线圈面对面布置。定子上装有一定的配重铅块，通过铅块的重量克服磁场力以保证在钻杆在旋转过程中，定子始终处在静止状态，这样就形成了磁铁不转线圈转动的转速差，铜线圈产生电流进入电控腔内的整流电路稳压输出。
28.如图4所示，本实施例中，盘式悬浮电机是中空环状全封闭结构，使用时嵌入在钻杆内部，防爆外壳内部两端设置有多组铜线圈；定子通过轴承与防爆外壳相连，定子两端设置有强磁铁，与铜线圈面对面布置。定子上装有配重铅块。防爆外壳一端设有控制电路腔，里面安装控制电路。
29.整个发电机的零部件都包裹在防爆外壳内，形成密闭空间，同时发电机转速不高(60-200r/min),不会产生高温，且电路被封闭在单独的电控腔里。整个电机是中空环状全封闭结构，中间的通孔可以使钻井液或风畅通无阻，钻杆越大，电机中间的通孔就越大，不会像涡轮发电机一样降低钻井液压力从而影响钻进效率。
30.如图6所示，所述防爆外壳内部设置有一电路腔体，所述线圈绕组和磁铁体与所述电路腔体内的电路模块相连。
31.配重方式使定子静止有一个问题，就是线圈和磁铁的转速差一般同步于钻机转速，钻机额定转速在60-200r/min之间，因此，如何在电机体积一定的情况下实现低转速(100r/min)稳定供电是一个难题。因而，本实施例电路包括一电压判断单元，所述电压判断单元在判断所述线圈绕组和磁铁体旋转产生的电流是未达到一阈值时，所述电压判断单元启动一电池模块为外部电路供电。在电路板上设置带一定电量的电池，在电路上设计两路电流输出，一路是电池输出，一路是发电机产生的电流输出，当发电机产生的电压低于设定值时，使用电池供电，当电机产生的电压达到设定值时使用发电机的电流。这样能大大提高供电时间和效率。
32.注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。