Погружной электродвигатель с постоянными магнитами

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано для добычи нефти и других пластовых жидкостей. Технической задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей вентильного электродвигателя для работы в качестве погружного и упрощение технологии изготовления обмотки беспазового статора за счет применения каркасной конструкции обмотки. Сущность изобретения: в электродвигателе, содержащем статор с обмоткой и явнополюсный ротор с постоянными магнитами, обмотка статора выполнена гладкой беспазовой и уложена в немагнитном каркасе беспазового пакета статора с немагнитными кольцами, который запрессован в корпус электродвигателя. Способ изготовления погружного электродвигателя с постоянными магнитами включает шихтовку и запрессовку беспазового пакета статора в корпус электродвигателя, укладку гладкой беспазовой обмотки статора в немагнитный каркас, размещаемый внутри шихтованного пакета беспазового статора, и установку ротора с постоянными магнитами. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве погружных насосов, предназначенных для добычи нефти из глубинных скважин.

Известен погружной двигатель, выполненный на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, например типа ПЭД, и предназначенный для работы с глубинными центробежными насосами с постоянной частотой вращения (А.А.Богданов. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти, М., 1968 г., с. 131). Однако для оптимальной нефтедобычи в разные периоды времени необходимо, чтобы приток нефти из скважины соответствовал ее откачке, т.е. частоту вращения двигателя необходимо регулировать. Регулировать частоту вращения высоковольтных погружных асинхронных двигателей достаточно сложно и дорого.

Известен также вентильный двигатель с тиристорным коммутатором, в котором переключение тиристоров инвертора осуществляется за счет электродвижущей силы обмотки двигателя. (Овчинников И.Е. Теория вентильных электрических двигателей, М., Наука, 1985 г., стр. 22). Регулировать частоту вращения данного двигателя сравнительно дешевле и проще. Но из-за больших индуктивных параметров снижается вращающий момент машины на 25-30%, что не позволяет использовать преимущества вентильного двигателя по сравнению с асинхронным при регулировании частоты вращения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является электрическая машина с беспазовым статором и с высококоэрцитивными постоянными магнитами. (Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами, М., Энергоиздат, 1985 г., стр.27, 136, рис. 2.7.,5.5). Недостатком данной машины является сложная технология изготовления и укладки обмотки на гладкий пакет статора. Нужны два технологических шаблона и две оправки для формирования обмотки, необходима механическая обработка на станке после компаундирования обмотки. Если проводники обмотки имеют большой диаметр, технология изготовления обмотки усложняется дополнительно. Кроме того, данная технология пригодна только для изготовления машин с относительно коротким пакетом статора и неприемлема в производстве погружных двигателей.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей вентильного электродвигателя для работы в качестве погружного и упрощение технологии изготовления обмотки беспазового статора за счет применения каркасной конструкции обмотки.

Поставленная задача решается тем, что в электродвигателе, содержащем беспазовый статор с обмоткой и явнополюсный ротор с высококоэрцитивными постоянными магнитами, обмотка якоря уложена в немагнитном каркасе, который вставлен внутрь пакета статора. Причем в способе изготовления погружного электродвигателя с постоянными магнитами, включающем шихтовку кольцевого пакета статора, запрессовку его в корпус двигателя, укладку обмотки статора и установку ротора с постоянными магнитами, обмотка статора укладывается в немагнитный каркас, который размещается внутри шихтованного пакета статора.

Конструкция погружного электродвигателя с постоянными магнитами представлена на фиг. 1-4, где фиг. 1 - погружной вентильный электродвигатель с постоянными магнитами, фиг. 2 - каркас из немагнитного материала, фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2. фиг. 4 - кольцо из немагнитного материала, вид сверху.

Погружной электродвигатель с постоянными магнитами содержит стальной корпус 1, в который запрессован шихтованный кольцевой пакет статора 2. С двух сторон пакета статора запрессованы немагнитные кольца 3, например, из пластмассы с пазами 4. В шихтованном кольцевом пакете статора 2 размещен выполненный в виде цилиндров немагнитный каркас 5 со шлицами 6. В немагнитном каркасе 5 уложена впротяжку беспазовая обмотка 7. В подшипниковых щитах 8 погружного электродвигателя вращается вал 9, на котором закреплен ротор, выполненный в виде магнитопроводящей втулки 10 с наклеенными на нее высококоэрцитивными постоянными магнитами 11, например неодим - железо - боровыми и немагнитными балансировочными кольцами 12.

Погружной электродвигатель с постоянными магнитами работает следующим образом.

Постоянные магниты 11, установленные на роторе, создают магнитный поток, который проходит через обмотку 7 статора 2, уложенную в немагнитном каркасе 5, через шихтованный статор 2, и воздушный зазор. Благодаря тому что обмотка 7 вынесена из пазов статорного железа, ее индуктивное сопротивление значительно снижается по сравнению с пазовой машиной. Поэтому длительность коммутации тока при переключении полярности обмоток незначительная. Это повышает полезный момент двигателя.

Способ изготовления погружного вентильного электродвигателя с постоянными магнитами осуществляется следующим образом.

Шихтуется кольцевой беспазовый пакет статора 2, с двух сторон пакета статора запрессовываются немагнитные кольца 3 с пазами 4. В корпус двигателя 1 запрессовывается пакет статора 2, устанавливается ротор с постоянными магнитами 11. В запрессованный пакет статора 2 с правой и левой сторон надеваются, например склеиваются, две половинки каркаса 5, шлицы 6 которых заходят в пазы 4 немагнитных колец 3 и тоже, например, склеиваются. В установленный таким образом немагнитный каркас 5 укладывается впротяжку гладкая обмотка статора, что не требует дополнительной пазовой изоляции.

Благодаря беспазовой конструкции статора индуктивные сопротивления X_d и X_q снижаются в 2-2,5 раза по сравнению с двигателем с обмоткой, уложенной в пазы статорного железа. В результате углы коммутации при переключении тиристорным коммутатором обмоток двигателя снижаются в 2-2,5 раза, что приводит к увеличению момента машины.

Предлагаемое изобретение позволяет использовать вентильный электродвигатель с пониженными индуктивными сопротивлениями по осям для работы в качестве погружного электродвигателя, а новый способ упрощает технологию его изготовления.

Формула изобретения

1. Погружной электродвигатель, содержащий беспазовый статор с обмоткой и явнополюсный ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена гладкой беспазовой и уложена в немагнитном каркасе беспазового пакета статора с немагнитными кольцами, который запрессован в корпус электродвигателя.

2. Способ изготовления погружного электродвигателя с постоянными магнитами, включающий шихтовку пакета беспазового статора, установку ротора с постоянными магнитами и укладку обмотки статора, отличающийся тем, что обмотку статора выполняют гладкой беспазовой укладкой ее в немагнитный каркас, размещают каркас внутри шихтованного пакета беспазового статора с немагнитными кольцами, который запрессовывают в корпус электродвигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4