本實(shí)用新型涉及鉆機(jī)動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)主要由變頻控制器、電機(jī)以及液力變矩器組成。這種變頻動(dòng)力系統(tǒng)從節(jié)能效果和使用成本上比電機(jī)直驅(qū)和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)要有優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛使用。但在使用過程中，會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況，對(duì)于使用者來(lái)說不僅不方便，而且?guī)?lái)安全隱患。具體表現(xiàn)在：1.低速時(shí)扭矩較??；2.依然需要使用液力變矩器，傳動(dòng)效率低；3.與柴油機(jī)并機(jī)非常復(fù)雜且容易停機(jī)；4.沒有位置限定，可能出現(xiàn)頂天車的惡性事故；5.短時(shí)間內(nèi)加入大扭矩時(shí)可能造成停機(jī)。

這主要是因?yàn)樽冾l器是一種電機(jī)速度控制器，只能對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速或頻率實(shí)現(xiàn)控制，對(duì)于其他參數(shù)，例如扭矩和位置等無(wú)法形成有效控制，更不能形成閉環(huán)控制，所以諸多功能不能實(shí)現(xiàn)。液力變矩器的功能是轉(zhuǎn)換電機(jī)的轉(zhuǎn)速使之與聯(lián)動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速一致，同時(shí)還可以將沖擊性負(fù)荷吸收，以熱能的方式釋放出來(lái)。雖然吸收了沖擊性負(fù)荷，但是最終卻沒有加以利用而是浪費(fèi)掉了。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有的鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)低速時(shí)扭矩小，傳動(dòng)效率低，容易熄火以及容易出現(xiàn)出現(xiàn)頂天車的惡性事故的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，所述裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)包括電機(jī)、減速機(jī)以及用于控制所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服控制器和用于存儲(chǔ)動(dòng)能的飛輪動(dòng)力系統(tǒng)，所述伺服控制器與所述電機(jī)電連接，所述電機(jī)的主軸通過傳動(dòng)軸與所述飛輪動(dòng)力系統(tǒng)連接，所述減速機(jī)的動(dòng)力輸入端通過傳動(dòng)軸與所述電機(jī)的主軸或者所述飛輪動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力輸出端連接，所述減速機(jī)的動(dòng)力輸出端與鉆機(jī)的動(dòng)力輸入軸連接。

優(yōu)選的，所述伺服控制器包括：傳感器、控制模塊以及驅(qū)動(dòng)模塊，所述傳感器安裝在所述電機(jī)主軸上用于監(jiān)測(cè)所述電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送給所述控制模塊；所述控制模塊與所述傳感器電連接，用于接收所述傳感器發(fā)送的電信號(hào)并根據(jù)該電信號(hào)控制所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)模塊與所述控制模塊電連接，用于根據(jù)所述控制模塊驅(qū)動(dòng)指令驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選的，所述伺服控制器還包括用于將所控制模塊發(fā)送的電信號(hào)發(fā)送給用戶終端的數(shù)據(jù)傳輸模塊。

優(yōu)選的，所述飛輪動(dòng)力系統(tǒng)包括：行星齒輪機(jī)構(gòu)、飛輪以及調(diào)速電機(jī)，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)與所述電機(jī)連接；所述飛輪與所述行星齒輪機(jī)構(gòu)連接存儲(chǔ)動(dòng)能并在所述電機(jī)扭矩不足時(shí)，通過釋放自身存儲(chǔ)的動(dòng)能增加所述電機(jī)扭矩；所述調(diào)速電機(jī)用于控制所述飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選的，所述飛輪為圓盤形飛輪。

優(yōu)選的，所述電機(jī)為異步交流電機(jī)或同步交流電機(jī)。

優(yōu)選的，所述伺服控制器為異步伺服控制器或同步伺服控制器。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型通過伺服控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，由轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力輸出給減速機(jī)和飛輪動(dòng)力系統(tǒng)，經(jīng)過減速機(jī)減速和增加扭矩之后將動(dòng)力輸出給鉆機(jī)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪動(dòng)力系統(tǒng)自身存儲(chǔ)一定的動(dòng)能并在電機(jī)輸出扭矩不足時(shí)短時(shí)間內(nèi)釋放自身存儲(chǔ)的動(dòng)能，增加了電機(jī)輸出的扭矩，從而使得裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)輸出的扭矩更加充足。本實(shí)用新型具有傳動(dòng)效率高，扭矩大，安全性高的特點(diǎn)?？朔爽F(xiàn)有的鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)低速時(shí)扭矩小，傳動(dòng)效率低，容易熄火的缺點(diǎn)，同時(shí)解決了頂天車等惡性事故的問題。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型伺服控制器的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為實(shí)施例2裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。

實(shí)施例1

如圖1和2所示，該裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)包括：電機(jī)1、減速機(jī)2、伺服控制器6以及飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3。本實(shí)用新型通過伺服控制器6控制電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)，由轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)1提供轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力輸出給減速機(jī)2和飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3，經(jīng)過減速機(jī)2減速和增加扭矩之后將動(dòng)力輸出給鉆機(jī)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3由于自身存儲(chǔ)一定的動(dòng)能并在電機(jī)1輸出扭矩不足時(shí)短時(shí)間內(nèi)釋放自身存儲(chǔ)的動(dòng)能，增加了電機(jī)1輸出的扭矩，從而使得裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)輸出的扭矩更加充足。本實(shí)用新型具有傳動(dòng)效率高，扭矩大，安全性高的特點(diǎn)?？朔爽F(xiàn)有的鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)低速時(shí)扭矩小，傳動(dòng)效率低，容易熄火的缺點(diǎn)，同時(shí)避免出現(xiàn)頂天車的惡性事故的問題。

在本實(shí)施例中，該電機(jī)1為異步交流電機(jī)，可以理解的，也可是與同步伺服控制器配合使用的同步交流電機(jī)。高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)1用于輸出轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，電機(jī)主軸的一端通過傳動(dòng)軸5與飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3連接，帶動(dòng)飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3轉(zhuǎn)動(dòng)，飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3動(dòng)力輸出端又通過傳動(dòng)軸將動(dòng)力輸出給減速機(jī)2，經(jīng)過減速機(jī)2降低轉(zhuǎn)速和提高扭矩之后，減速機(jī)2通過鉆機(jī)動(dòng)力輸入軸將動(dòng)力輸出給鉆機(jī)，飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3包括：行星齒輪機(jī)構(gòu)、飛輪以及調(diào)速電機(jī)。行星齒輪機(jī)構(gòu)連接減速機(jī)2與飛輪，轉(zhuǎn)動(dòng)的行星齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)了飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，該飛輪為大型圓盤飛輪，飛輪質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪存儲(chǔ)了大量的動(dòng)能，當(dāng)電機(jī)1輸出扭矩減小時(shí)，由于飛輪依然保持原來(lái)轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)動(dòng)，因此飛輪通過行星齒輪機(jī)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)向電機(jī)主軸釋放較大的動(dòng)能，增加了電機(jī)1輸出的扭矩，從而使得裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)輸出的扭矩更加充足。當(dāng)在飛輪啟動(dòng)或者釋放動(dòng)能后轉(zhuǎn)速較低時(shí)，為了使得慣性較大的飛輪盡快達(dá)到與行星齒輪機(jī)構(gòu)匹配的轉(zhuǎn)速，本實(shí)用新型還設(shè)置了調(diào)速電機(jī)，通過的調(diào)速電機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)的共同配合帶動(dòng)飛輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，使得飛輪短時(shí)間內(nèi)達(dá)到與行星齒輪機(jī)構(gòu)匹配的轉(zhuǎn)速。在本實(shí)施例中，飛輪為圓盤形飛輪，可以理解的，飛輪也可是圓柱形或者其他形狀的飛輪，飛輪的質(zhì)量可以根據(jù)所需存儲(chǔ)的動(dòng)能大小確定。

為了精確控制電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)，本實(shí)用新型的電機(jī)1是由伺服控制器6控制，伺服控制器6與電機(jī)1電連接。該伺服控制器6包括：傳感器61、控制模塊62、數(shù)據(jù)傳輸模塊64以及驅(qū)動(dòng)模塊63。傳感器61安裝在電機(jī)主軸的另一端，通過傳感器61監(jiān)測(cè)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送給控制模塊62，控制模塊62程序中內(nèi)置電動(dòng)機(jī)模型，控制模塊62接收傳感器61發(fā)送過來(lái)包含有電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置參數(shù)的電信號(hào)，并根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置參數(shù)進(jìn)行比較和計(jì)算，計(jì)算出下一時(shí)刻電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置參數(shù)并將其生成驅(qū)動(dòng)指令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)模塊63，驅(qū)動(dòng)模塊63按照驅(qū)動(dòng)指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在伺服控制器6的控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)1轉(zhuǎn)速、扭矩以及位置三個(gè)參數(shù)的閉環(huán)控制。同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊64將控制模塊62送的電信號(hào)發(fā)送給用戶終端，用戶可以通過終端查看電機(jī)1各種參數(shù)隨時(shí)了解電機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)情況。如果電機(jī)1的轉(zhuǎn)速和扭矩和鉆機(jī)4所需的轉(zhuǎn)速和扭矩相差較大的時(shí)，在伺服控制器6的控制下電機(jī)1自動(dòng)增加或減小轉(zhuǎn)速和扭矩。在本實(shí)施例中，伺服控制器6為異步伺服控制器，可以理解的，也可以是同步伺服控制器。由于本實(shí)用新型裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)輸出給鉆機(jī)4的動(dòng)力可以精確控制，使得鉆機(jī)4的泥漿泵之間轉(zhuǎn)動(dòng)的角度差值更精確，泥漿泵的泵沖均勻錯(cuò)開，鉆井液脈沖更加平滑，同時(shí)使得鉆機(jī)4具有防止井下鉆具與井壁粘卡的功能。由于傳感器61監(jiān)測(cè)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度位置參數(shù)，通過給鉆機(jī)設(shè)定一個(gè)最高限位點(diǎn)，限制電機(jī)1將鉆具提升的高度，從而避免了頂天車等事故的發(fā)生。

實(shí)施例2

如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3安裝在電機(jī)主軸的另一端，電機(jī)1通過傳動(dòng)軸5與減速機(jī)2動(dòng)力輸入端直接連接。本實(shí)施例中裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)除了與實(shí)施例1中的裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)除了飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3不同，其他組件和功能完全相同，因此在此不再詳細(xì)介紹。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，本實(shí)施例電機(jī)1通過轉(zhuǎn)向齒輪和傳動(dòng)軸5將飛輪動(dòng)力系統(tǒng)3與減速機(jī)2共同連接在電機(jī)1的一端，這就大大減小了整個(gè)裝配飛輪的異步伺服電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的長(zhǎng)度。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作了詳盡的描述，但在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實(shí)用新型精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。