三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，屬于機電一體化應用新領域。該機包括置于機架底座中央或頂平臺上的三維四向直驅(qū)電機，置于機架頂平臺上的卸載掛抽輔助裝置和前導向輪、后導向輪以及置于機架底座四周的電動移機裝置，置于機架下部外接位置傳感器的智能控制器，其中三維四向直驅(qū)電機外轉(zhuǎn)子殼體表面披復驅(qū)動繩，驅(qū)動繩一端懸掛油井載荷或經(jīng)前導向輪通過前動滑輪懸掛油井載荷，另一端懸掛平衡重或經(jīng)后導向輪通過后動滑輪懸掛平衡重。該機具有同體積電機扭矩倍增、節(jié)能增效、安全環(huán)保、智能調(diào)參、作業(yè)讓位和卸載掛抽方便的明顯技術(shù)優(yōu)勢，是天平平衡立式抽油機理想的方向性換代機型。
【專利說明】三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明為一種三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，屬機電一體化應用新領域。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)外機械采油的主要手段是傳統(tǒng)四連桿游梁式抽油機和各類天平平衡立式抽油機。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界目前有油井約200萬口，其中抽油機機械采油約占95%以上。
[0003]傳統(tǒng)四連桿游梁式抽油機已逾120多年應用歷史，具有疲實可靠、經(jīng)久耐用、作業(yè)讓位簡單、卸載掛抽方便、失載保護可靠的的優(yōu)點。該機型雖不斷改進，不斷創(chuàng)新，但其結(jié)構(gòu)和原理萬變不離其宗，至今仍占機械采油的90 %左右，成為機械采油的主導機型。
[0004]隨著人類對低碳、環(huán)保的需求越來越迫切，各類節(jié)能高效、不停機智能調(diào)參的電機直驅(qū)天平平衡立式抽油機相繼誕生。與傳統(tǒng)四連桿游梁式抽油機相比，電機直驅(qū)天平平衡立式抽油機具有節(jié)能30-70 %，省材30-60 %，不停機智能調(diào)參提高工效大于1000倍，適于長沖程、低沖次的工作制度，維護工作量減少60%以上的明顯技術(shù)優(yōu)勢。但是，電機直驅(qū)天平平衡立式抽油機由于簡化了 90%以上的傳動環(huán)節(jié)，傳動效率的提高也隨之帶來諸多不便:
[0005]1.依靠電機自身動力難以提升平衡重，卸載掛抽往往借助吊車，給現(xiàn)場造成不必要的麻煩；
[0006]2.失載保護成為制約其發(fā)展的難題；
[0007]3.單靠電機扭矩難以解決非額定工況的超載難題，提高電機扭矩又加大了電機的成本，限制了其規(guī)?；茝V應用。
[0008]如何在相同體積或更少用料的情況下使電機出力成倍翻番，解決上述諸多難題，是發(fā)明研究的主要目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]針對上述立式抽油機直驅(qū)電機存在的技術(shù)難題，本發(fā)明在兼顧短鏈傳動、作業(yè)讓位、卸載掛抽、失載保護等技術(shù)環(huán)節(jié)優(yōu)化的同時，從機械傳動互相嚙合的齒輪突發(fā)靈感，設計出三維四向直驅(qū)電機，不但使定、轉(zhuǎn)子鐵心軸向里外兩個配合面多組齒極同時做功，而且定、轉(zhuǎn)子鐵心徑向左右兩個配合面多組扇面齒極同時更大出力地做功，實現(xiàn)了低速大扭矩電機設計的重大突破，為天平平衡立式抽油機規(guī)?；瘧锰峁┝死硐氲膿Q代機型。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0011]所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機包括置于機架(6)底座中央或頂平臺上的三維四向直驅(qū)電機(2)，置于機架(6)頂平臺上的卸載掛抽輔助裝置(13)和前導向輪
(7)、后導向輪(8)以及置于機架(6)底座四周的電動移機裝置(I)，置于機架(6)下部外接位置傳感器(11)的智能控制器(3)，其中三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體表面披復驅(qū)動繩(5)，驅(qū)動繩(5) —端懸掛油井載荷或經(jīng)前導向輪(7)通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端懸掛平衡重(10)或經(jīng)后導向輪(8)通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)。[0012]所述的三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體兼做驅(qū)動輪，其驅(qū)動繩(5)為鋼絲繩或強力纖維帶，與驅(qū)動輪的懸掛驅(qū)動方式為以下四種類型之一:
[0013]第一種為外轉(zhuǎn)子殼體披復強力纖維帶，強力纖維帶一端懸掛油井載荷，另一端懸掛平衡重(10)的一級減載摩擦傳動；
[0014]第二種為外轉(zhuǎn)子殼體鑲嵌耐磨填料的繞繩槽內(nèi)披復鋼絲繩，鋼絲繩一端通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)的二級減載摩擦傳動；
[0015]第三種為外轉(zhuǎn)子殼體鑲嵌耐磨填料的繞繩槽內(nèi)披復鋼絲繩，鋼絲繩一端經(jīng)前導向輪(7)通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端經(jīng)后導向輪(8)通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)的二級減載摩擦傳動；
[0016]第四種為兩組鋼絲繩或兩組強力纖維帶各一端呈相反方向固定在三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體上，另一端分別懸掛油井載荷和平衡重(10)的一級減載同步傳動；或者一組鋼絲繩另一端通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，第二組鋼絲繩另一端通過后動滑輪
(9)懸掛平衡重(10)的二級減載同步傳動。
[0017]所述的三維四向直驅(qū)電機(2)的外轉(zhuǎn)子(14)和內(nèi)定子(15)鐵心凸凹極對應嵌套，其通電相為雙面閉合超短磁路(16)定、轉(zhuǎn)子鐵心齒圓周面和扇面四向重合,非通電相定子鐵心齒與轉(zhuǎn)子鐵心齒為雙齒交錯四向微重合，相繞組為嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心凹槽內(nèi)三相環(huán)式繞組(17)，其中嵌套式內(nèi)定子(15)通過空心軸、鍵、軸承、密封端蓋固定于嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)空腔內(nèi)，其鐵心鑲嵌套外圓面圓周上均布偶數(shù)條軸向外鍵槽，臺階凹型嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心分三段錯齒1-6°嵌入外鍵槽內(nèi)；嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)內(nèi)圓面圓周上均布與嵌套式內(nèi)定子(15)對應的軸向內(nèi)鍵槽，條型嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)鐵心凸極嵌套入三組嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心間隔槽內(nèi)，其條型平面嵌套入軸向內(nèi)鍵槽內(nèi)，并用螺栓緊固；空心軸軸頭和密封端蓋上設置檢測轉(zhuǎn)速和外轉(zhuǎn)子(14)齒相對位置的磁性霍爾電機內(nèi)置傳感器
[18]或無線遙感傳感器。
[0018]所述的電動移機裝置⑴包括固定在機架(6)底座四周騎在基礎預埋軌道上的設有螺桿或千斤頂微升降機構(gòu)的限位滾輪、電動減速裝置，其中限位主動滾輪由萬向軸連接電動減速裝置，并預設斷電棘輪或螺桿手動牽弓I裝置。
[0019]所述的卸載掛抽輔助裝置(13)包括置于機架(6)頂平臺上的卸載掛抽支架和懸掛于該支架上的微型電動提升裝置。
[0020]所述的防墜落緊急制動裝置(12)包括基礎平衡重與其上部的吊耳，以及用吊耳銷軸固定的帶長銷孔和活動剎車塊的對稱剎車臂，該對稱剎車臂與基礎平衡重內(nèi)設置的預緊彈簧三線匯于一點與驅(qū)動繩(5)懸掛，并與電磁剎車互相聯(lián)動構(gòu)成雙保險保護裝置。
[0021]采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明不但比傳統(tǒng)四連桿游梁機具有節(jié)能增效、安全環(huán)保、智能調(diào)參的明顯技術(shù)優(yōu)勢，而且比其它電機直驅(qū)立式抽油機電機出力倍增，同時克服了立式抽油機作業(yè)讓位、卸載掛抽、失載保護諸多制約瓶頸，是總結(jié)百多年管式泵機械采油理論和經(jīng)驗發(fā)明創(chuàng)新的更理想的方向性換代機型。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為圖1的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機頂驅(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖3為圖1的三維四向直驅(qū)電機四向直驅(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為圖1的三維四向直驅(qū)電機鐵心繞組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中:1.電動移機裝置；2.三維四向直驅(qū)電機；3.智能控制器；4.前動滑輪；
5.驅(qū)動繩；6.機架；7.前導向輪；8.后導向輪；9.后動滑輪；10.平衡重；11.位置傳感器；12.防墜落緊急制動裝置；13.卸載掛抽輔助裝置；14.外轉(zhuǎn)子；15.內(nèi)定子；16.雙向閉合超短磁路；17.環(huán)式繞組；18.電機內(nèi)置傳感器；19.轉(zhuǎn)子鑲嵌齒鐵心；20.徑向剖面繞組；21.定子鑲嵌齒鐵心。
【具體實施方式】:
[0027]實施例1:
[0028]如圖1所示:本發(fā)明三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機包括置于機架(6)底座中央的三維四向直驅(qū)電機(2)，置于機架(6)頂平臺上的前導向輪(7)、后導向輪⑶以及置于機架(6)底座四周的電動移機裝置(I)，置于機架(6)下部外接位置傳感器(11)的智能控制器(3)，其中三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體表面披復驅(qū)動繩(5)，驅(qū)動繩(5) —端經(jīng)前導向輪(7)通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端經(jīng)后導向輪(8)通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)。
[0029]所述的三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體兼做驅(qū)動輪，其驅(qū)動繩(5)為鋼絲繩，與驅(qū)動輪的懸掛驅(qū)動方式為外轉(zhuǎn)子殼體鑲嵌耐磨填料的繞繩槽內(nèi)披復鋼絲繩，鋼絲繩一端經(jīng)前導向輪(7)通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端經(jīng)后導向輪(8)通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)的二級減載摩擦傳動。
[0030]所述的三維四向直驅(qū)電機(2)的外轉(zhuǎn)子(14)和內(nèi)定子(15)鐵心凸凹極對應嵌套，其通電相為雙面閉合超短磁路(16)定、轉(zhuǎn)子鐵心齒圓周面和扇面四向重合,非通電相定子鐵心齒與轉(zhuǎn)子鐵心齒為雙齒交錯四向微重合，相繞組為嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心凹槽內(nèi)三相環(huán)式繞組(17)，其中嵌套式內(nèi)定子(15)通過空心軸、鍵、軸承、密封端蓋固定于嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)空腔內(nèi)，其鐵心鑲嵌套外圓面圓周上均布偶數(shù)條軸向外鍵槽，臺階凹型嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心分三段錯齒1-6°嵌入外鍵槽內(nèi)；嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)內(nèi)圓面圓周上均布與嵌套式內(nèi)定子(15)對應的軸向內(nèi)鍵槽，條型嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)鐵心凸極嵌套入三組嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心間隔槽內(nèi)，其條型平面嵌套入軸向內(nèi)鍵槽內(nèi)，并用螺栓緊固；空心軸軸頭和密封端蓋上設置檢測轉(zhuǎn)速和外轉(zhuǎn)子(14)齒相對位置的磁性霍爾電機內(nèi)置傳感器(18)或無線遙感傳感器。
[0031]所述的電動移機裝置(I)包括固定在機架(6)底座四周騎在基礎預埋軌道上的設有螺桿或千斤頂微升降機構(gòu)的限位滾輪、電動減速裝置，其中限位主動滾輪由萬向軸連接電動減速裝置，并預設斷電棘輪或螺桿手動牽弓I裝置。
[0032]所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機設計參數(shù)為:
[0033]最大提升載荷:80kn ；電動機功率:15kw ；
[0034]沖程:l-3m無級調(diào)節(jié)；沖次:0-5r/min無級調(diào)節(jié)；
[0035]整機重量:5000kg;外型尺寸:2.0X1.2X6 (m)。
[0036]實施例2:
[0037]如圖2所示:本發(fā)明三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機包括置于機架(6)頂平臺上的三維四向直驅(qū)電機(2)、卸載掛抽輔助裝置(13)以及置于機架(6)底座四周的電動移機裝置(I)，置于機架(6)下部外接位置傳感器(11)的智能控制器(3)，其中三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體表面披復驅(qū)動繩(5)，驅(qū)動繩(5) —端通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)。
[0038]所述的三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體兼做驅(qū)動輪，其驅(qū)動繩(5)為鋼絲繩，與驅(qū)動輪的懸掛驅(qū)動方式為兩組鋼絲繩各一端呈相反方向固定在三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體上，其中一組鋼絲繩另一端通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，第二組鋼絲繩另一端通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)的二級減載同步傳動。
[0039]所述的三維四向直驅(qū)電機(2)的外轉(zhuǎn)子(14)和內(nèi)定子(15)鐵心凸凹極對應嵌套，其通電相為雙面閉合超短磁路(16)定、轉(zhuǎn)子鐵心齒圓周面和扇面四向重合,非通電相定子鐵心齒與轉(zhuǎn)子鐵心齒為雙齒交錯四向微重合，相繞組為嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心凹槽內(nèi)三相環(huán)式繞組(17)，其中嵌套式內(nèi)定子(15)通過空心軸、鍵、軸承、密封端蓋固定于嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)空腔內(nèi)，其鐵心鑲嵌套外圓面圓周上均布偶數(shù)條軸向外鍵槽，臺階凹型嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心分三段錯齒1-6°嵌入外鍵槽內(nèi)；嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)內(nèi)圓面圓周上均布與嵌套式內(nèi)定子(15)對應的軸向內(nèi)鍵槽，條型嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)鐵心凸極嵌套入三組嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心間隔槽內(nèi)，其條型平面嵌套入軸向內(nèi)鍵槽內(nèi)，并用螺栓緊固；空心軸軸頭和密封端蓋上設置檢測轉(zhuǎn)速和外轉(zhuǎn)子(14)齒相對位置的磁性霍爾電機內(nèi)置傳感器
(18)或無線遙感傳感器。
[0040]所述的電動移機裝置(I)包括固定在機架(6)底座四周騎在基礎預埋軌道上的設有螺桿或千斤頂微升降機構(gòu)的限位滾輪、電動減速裝置，其中限位主動滾輪由萬向軸連接電動減速裝置，并預設斷電棘輪或螺桿手動牽弓I裝置。
[0041]所述的卸載掛抽輔助裝置(13)包括置于機架(6)頂平臺上的卸載掛抽支架和懸掛于該支架上的微型電動提升裝置。
[0042]所述的防墜落緊急制動裝置(12)包括基礎平衡重與其上部的吊耳，以及用吊耳銷軸固定的帶長銷孔和活動剎車塊的對稱剎車臂，該對稱剎車臂與基礎平衡重內(nèi)設置的預緊彈簧三線匯于一點與驅(qū)動繩(5)懸掛，并與電磁剎車互相聯(lián)動構(gòu)成雙保險保護裝置。
[0043]所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機設計參數(shù)為:
[0044]最大提升載荷:140kn ；電動機功率:45kw ；
[0045]沖程:l-6m無級調(diào)節(jié)；沖次:0_5r/min無級調(diào)節(jié)；
[0046]整機重量:12000kg;外型尺寸:2.5X1.4X9 (m)。
[0047]采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明不但比傳統(tǒng)四連桿游梁機具有節(jié)能增效、安全環(huán)保、智能調(diào)參的明顯技術(shù)優(yōu)勢，而且比其它電機直驅(qū)立式抽油機電機出力倍增，同時克服了立式抽油機作業(yè)讓位、卸載掛抽、失載保護諸多制約瓶頸，是總結(jié)百多年管式泵機械采油理論和經(jīng)驗發(fā)明創(chuàng)新的更理想的方向性換代機型。
【權(quán)利要求】
1.一種三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，其特征在于:該機包括置于機架(6)底座中央或頂平臺上的三維四向直驅(qū)電機(2)，置于機架(6)頂平臺上的卸載掛抽輔助裝置(13)和前導向輪(7)、后導向輪⑶以及置于機架(6)底座四周的電動移機裝置(1)，置于機架(6)下部外接位置傳感器(11)的智能控制器(3)，其中三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體表面披復驅(qū)動繩(5)，驅(qū)動繩(5) —端懸掛油井載荷或經(jīng)前導向輪(7)通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端懸掛平衡重(10)或經(jīng)后導向輪(8)通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，其特征在于:所述的三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體兼做驅(qū)動輪，其驅(qū)動繩(5)為鋼絲繩或強力纖維帶，與驅(qū)動輪的懸掛驅(qū)動方式為以下四種類型之一: 第一種為外轉(zhuǎn)子殼體披復強力纖維帶，強力纖維帶一端懸掛油井載荷，另一端懸掛平衡重(10)的一級減載摩擦傳動； 第二種為外轉(zhuǎn)子殼體鑲嵌耐磨填料的繞繩槽內(nèi)披復鋼絲繩，鋼絲繩一端通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，另一端通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)的二級減載摩擦傳動； 第三種為外轉(zhuǎn)子殼體鑲嵌耐磨填料的繞繩槽內(nèi)披復鋼絲繩，鋼絲繩一端經(jīng)前導向輪(7)通過前動滑輪(4) 懸掛油井載荷，另一端經(jīng)后導向輪(8)通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)的二級減載摩擦傳動； 第四種為兩組鋼絲繩或兩組強力纖維帶各一端呈相反方向固定在三維四向直驅(qū)電機(2)外轉(zhuǎn)子殼體上，另一端分別懸掛油井載荷和平衡重(10)的一級減載同步傳動；或者一組鋼絲繩另一端通過前動滑輪(4)懸掛油井載荷，第二組鋼絲繩另一端通過后動滑輪(9)懸掛平衡重(10)的二級減載同步傳動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，其特征在于:所述的三維四向直驅(qū)電機(2)的外轉(zhuǎn)子(14)和內(nèi)定子(15)鐵心凸凹極對應嵌套，其通電相為雙面閉合超短磁路(16)定、轉(zhuǎn)子鐵心齒圓周面和扇面四向重合，非通電相定子鐵心齒與轉(zhuǎn)子鐵心齒為雙齒交錯四向微重合，相繞組為嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心凹槽內(nèi)三相環(huán)式繞組(17)，其中嵌套式內(nèi)定子(15)通過空心軸、鍵、軸承、密封端蓋固定于嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)空腔內(nèi)，其鐵心鑲嵌套外圓面圓周上均布偶數(shù)條軸向外鍵槽，臺階凹型嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心分三段錯齒1-6°嵌入外鍵槽內(nèi)；嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)內(nèi)圓面圓周上均布與嵌套式內(nèi)定子(15)對應的軸向內(nèi)鍵槽，條型嵌套式外轉(zhuǎn)子(14)鐵心凸極嵌套入三組嵌套式內(nèi)定子(15)鐵心間隔槽內(nèi)，其條型平面嵌套入軸向內(nèi)鍵槽內(nèi)，并用螺栓緊固；空心軸軸頭和密封端蓋上設置檢測轉(zhuǎn)速和外轉(zhuǎn)子(14)齒相對位置的磁性霍爾電機內(nèi)置傳感器(18)或無線遙感傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，其特征在于:所述的電動移機裝置(I)包括固定在機架(6)底座四周騎在基礎預埋軌道上的設有螺桿或千斤頂微升降機構(gòu)的限位滾輪、電動減速裝置，其中限位主動滾輪由萬向軸連接電動減速裝置，并預設斷電棘輪或螺桿手動牽弓丨裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，其特征在于:所述的卸載掛抽輔助裝置(13)包括置于機架(6)頂平臺上的卸載掛抽支架和懸掛于該支架上的微型電動提升裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維四向直驅(qū)電機拖動立式抽油機，其特征在于:所述的防墜落緊急制動裝置(12)包括基礎平衡重與其上部的吊耳，以及用吊耳銷軸固定的帶長銷孔和活動剎車塊的對稱剎車臂，該對稱剎車臂與基礎平衡重內(nèi)設置的預緊彈簧三線匯于一點與驅(qū)動繩(5)懸 掛，并與電磁剎車互相聯(lián)動構(gòu)成雙保險保護裝置。
【文檔編號】E21B43/00GK104033131SQ201310069869
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】王穎, 王建武 申請人:王穎, 王建武