一种转子外置的低速大扭矩潜油永磁同步电机

技术领域

本发明涉及潜油电机技术领域，具体为一种转子外置的低速大扭矩潜油永磁同步电机。

背景技术

潜油电机作为螺杆泵的动力源，需提供给螺杆泵足够的扭矩以支持其在特定井深、排量的情况下进行采油作业。油井套管内径一般较小，潜油电机直径受此限制，为了获得足够的扭矩，一般通过增大长度的方式来提高潜油电机扭矩，所以潜油电机均设计成长度大直径小的细长结构。潜油电机长度的增加会产生更多的摩擦、电磁损耗，降低电机效率，且直接增大了在生产、加工过程中的难度，同时过大的长径比使潜油电机在加工、组装、运输、吊装、运行等过程中会发生挠曲变形，使机械结构出现暗伤，进一步提高了潜油电机出现故障的概率。

常规电机的结构是定子在外转子在内的，因定子绕组线的空间需求，定子需占用较多的电机圆截面的径向尺寸，与之相反的，不需要占用太多径向尺寸的转子为了使磁钢获得足够的力臂需用大截面的铁芯来支撑磁钢，如此，不但形成巨大的空间及材料浪费，且限制的电机的扭矩极限。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种转子外置的低速大扭矩潜油永磁同步电机，以解决长径比过大给潜油螺杆泵电机带来的性能、可靠性等方面的诸多不利影响。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种转子外置的低速大扭矩潜油永磁同步电机，包括电机壳，所述电机壳的两端分别设有电机头和电机尾，所述电机壳内设有转子结构，所述转子结构内设有定子结构；

所述定子结构包括定子轴，所述定子轴与电机尾相固定，所述定子轴的外壁固定安装有多个单节定子；

所述转子结构包括转子铁芯，且转子铁芯设置在单节定子外，两个所述单节定子间与两个所述转子铁芯间通过一个扶正轴承相连接，所述转子铁芯内设有磁钢。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提出了一种低速大扭矩潜油永磁同步电机结构，结构紧凑、加工精度要求低，释放了常规设计中的无用空间，直接提高了潜油电机扭矩，相同扭矩下可长度更短，相同长度下可扭矩更大。定子不再深埋于电机壳内，使工作量占比较大的嵌线流程实施难度降低，提高作业效率。

通过将转子置于定子外侧，转子所需径向厚度较小，较之于定子在外转子在内的电机结构，磁钢的径向位置可沿半径方向外移，力臂增大，电机的扭矩极限得到提高。同时定转子均采用分节结构，节与节间设置扶正轴承，以提高定转子的径向定位精度，避免扫膛。

定子由定子铁芯、绕组线、扶正轴承内圈及固定轴组成，定子铁芯、扶正轴承内圈固定于固定轴上，绕组线嵌于定子铁芯、扶正轴承内圈的线槽内。由于释放了常规设计中转子铁芯占用的空间，定子有了充足的空间容纳电磁线，同时，定子铁芯完全裸露在外，不再深埋于电机壳内，极大的提高了定子嵌线作业的操作性。

附图说明

图1为本发明的结构局剖主视示意图。

图2为本发明的定子结构示意图。

图3为本发明的转子结构示意图。

图4为本发明的单节转子间插接结构示意图。

1-电机头；2-电机壳；3-定子结构；4-转子结构；5-电机尾；31-定子轴；32-护线套；33-单节定子；34-内圈；41-转子轴；42-推力轴承；43-过渡短节；44-转子铁芯；45-外圈；46-中圈连接机构；47-磁钢。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种转子外置的低速大扭矩潜油永磁同步电机，包括电机壳2，电机壳2的两端分别设有电机头1和电机尾5，电机壳2内设有转子结构4，转子结构4内设有定子结构3，将转子结构4置于定子结构3外侧，这样转子所需径向厚度较小，较之于定子在外转子在内的电机结构，磁钢的径向位置可沿半径方向外移，力臂增大，电机的扭矩极限得到提高。

定子结构3包括定子轴31，定子轴31与电机尾5相固定，定子轴31的外壁固定安装有多个单节定子33。

转子结构4包括转子铁芯44，且转子铁芯44设置在单节定子33外，两个单节定子33间与两个转子铁芯44间通过一个扶正轴承相连接，转子铁芯44内设有磁钢47。定转子均采用分节结构，且节与节间设置扶正轴承，以提高定转子的径向定位精度，避免扫膛。

扶正轴承包括

内圈34，内圈34与定子轴31的外壁过盈连接，且两个单节定子33之间通过内圈34相连接，单节定子33和内圈34内设有线槽，且线槽内设有绕组线(绕组线未示出)；

中圈连接机构46，中圈连接机构46连接于两侧转子铁芯44之间；中圈连接机构46与内圈34间形成摩擦副；

外圈45，外圈45与电机壳2的内壁过盈连接，外圈45与中圈连接机构46间形成摩擦副。扶正轴承仅中圈连接机构46为运动部件，外圈45和内圈34均相对电机壳2不旋转。

中圈连接机构46包括矩形齿和矩形齿槽，矩形齿和矩形齿槽分别设置在相邻的两个转子铁芯44上，且矩形齿与矩形齿槽相互配合，用于传递节间力矩，矩形齿顶部的定位台用于保证节与节之间的同心度。

转子结构4的两端设有推力轴承42，用于限制各节轴向窜动，避免中圈连接机构46的矩形齿脱开；一侧推力轴承42上设有转子轴41，且转子轴41穿过电机头1。转子结构4与推力轴承42之间设有过渡短节43，实现连接效果。

定子结构3的两端设有护线套32，用于保护绕组线的端部。

工作原理：潜油螺杆泵采油系统适用于海上平台和粘油区的采油作业，井下机组由潜油永磁同步电机及其保护器、联轴器、螺杆泵组成，地面控制柜通过潜油电缆给潜油永磁同步电机供电，潜油永磁同步电机定子产生旋转磁场驱动转子旋转运动，电能转化为动能，潜油永磁同步电机转子通过保护器轴、联轴器驱动螺杆泵转子连续转动，螺杆泵将原油从井下输送到地面，实现采油作业。

本发明由电机头1、电机壳2、定子结构3、转子结构4、电机尾5组成，电机头1、电机壳2、电机尾5为电机的骨架结构，定子结构3与电机尾5固定连接，定子结构3的绕组线通入三相电流后产生旋转磁场，转子结构4在旋转磁场的作用下发生旋转运动，多节单节定子33产生的转矩在转子结构4上叠加并经转子轴41输出，作为螺杆泵工作的动力；内圈34、外圈45、中圈连接机构46共同为定子结构3、转子结构4提供径向定位，避免扫膛；推力轴承42为转子结构4提供轴向定位，保证中圈连接机构46的插接状态，避免脱节；电机头1用于连接井下机组及动力电源；电机尾5用于固定定子结构3及连接锚定器、井下传感器等附属件。

本发明还提供另一种技术方案，与上述技术方案不同的是：中圈连接机构46包括内花键和外花键，内花键和外花键别设置在相邻的两个转子铁芯44上，且内花键和外花键相互配合。花键可选为矩形内外花键或渐开线内外花键，其余技术特征不变。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。