Погружной электродвигатель
Изобретение относится к области электротехники и машиностроения, в частности, к погружным электродвигателям для подъема пластовой жидкости. Предлагаемый погружной электродвигатель содержит статор с зубчатым магнитопроводом и размещенный внутри него ротор. На внутренней поверхности зубцов статора в аксиальном направлении выполнены равномерно расположенные по окружности пазы, число которых равно трем, либо кратное трем. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в обеспечении уменьшения реактивного момента, что способствует снижению вибрации и улучшению пусковых свойств погружных двигателей. 1 з. п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области электротехники и машиностроения, в частности к погружным электродвигателям для подъема пластовой жидкости.
Известен погружной электродвигатель, содержащий статор с зубчатым магнитопроводом, на внутренней поверхности которого выполнены в аксиальном направлении пазы, и размещенный внутри него ротор (авторское свидетельство СССР №255397, Н02К 5/12, опубл. 31.03.1970).
Недостатком данной конструкции является повышенный реактивный момент, обусловленный наличием в расточке двигателя двух диаметрально расположенных пазов, которые служат для фиксации подшипников.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является погружной электродвигатель, содержащий статор с зубчатым магнитопроводом, на внутренней поверхности которого выполнены в аксиальном направлении один или два паза, и размещенный внутри него ротор (патент RU 2192700 C1, H02K 5/16, F04D 13/08, опубл. 10.11.2002).
Известный двигатель имеет повышенный реактивный момент, обусловленный тем, что при вращении магнитного поля, из-за неравномерной магнитной проводимости зазора, возникают пульсации магнитного потока. Реактивный момент приводит к увеличению амплитуды вибрации и ухудшает надежность пуска.
В погружных двигателях с возбуждением от постоянных магнитов влияние реактивного момента проявляется сильнее, чем в асинхронных электродвигателях. Для снижения реактивного момента в асинхронных электродвигателях применяют угловое смещение пакетов ротора на половину зубцового деления статора, а в электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов - дополнительно угловое смещение магнитов в пакете. Однако реактивный момент этими техническими решениями не устраняется в должной мере.
Задачей настоящего изобретения является снижение вибрации и улучшение пусковых свойств погружных двигателей за счет уменьшения реактивного момента.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в погружном электродвигателе, содержащем статор с зубчатым магнитопроводом, на внутренней поверхности которого выполнены в аксиальном направлении пазы, и размещенный внутри него ротор, на внутренней поверхности статора выполнено три либо кратное трем число пазов, равномерно расположенных по окружности внутренней поверхности статора.
Кроме того, в частном случае реализации, в погружном двигателе с возбуждением от постоянных магнитов ротор выполнен со смещением магнитов пакета.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен разрез предлагаемого погружного электродвигателя с тремя пазами; на фиг.2 - разрез погружного электродвигателя с 12 пазами; на фиг.3 - пакет ротора с постоянными магнитами; на фиг.4 - пакет ротора, выполненный со смещением магнитов пакета; на фиг.5 - график зависимости удельного (на единицу длины активной части электродвигателя) реактивного момента от углового положения ротора при числе пазов 1, 2 и 3 на внутренней поверхности статора; на фиг.6 - график зависимости удельного реактивного момента от углового положения ротора при числе пазов 2, 6 и 12 на внутренней поверхности статора; на фиг.7 - график зависимости удельного реактивного момента от углового положения ротора при числе пазов 1, 2 и 3 на внутренней поверхности статора для двигателя, ротор которого выполнен со смещением магнитов пакета; на фиг.8 - график зависимости удельного реактивного момента от углового положения ротора при числе пазов 2, 6 и 12 на внутренней поверхности статора для двигателя, пакеты магнитов ротора которого выполнены со смещением.
Погружной электродвигатель содержит статор 2 и ротор 3. На внутренней поверхности статора 2 имеются пазы 1, равномерно расположенные на его окружности (фиг.1, 2). Пазы 1, выполненные в аксиальном направлении, предназначены для предохранения внешнего кольца подшипника от поворота и используются при сборке пакета статора. Число пазов равно или кратно трем. В зависимости от количества пазов меняется максимальная величина реактивного момента.
Конструкции подшипников скольжения, применяемые в погружных асинхронных двигателях и двигателях с возбуждением от постоянных магнитов, аналогичны.
В двигателях с возбуждением от постоянных магнитов (фиг.3) половина магнитов 4 пакета смещена на половину зубцового деления статора (фиг.4).
Предложенное техническое решение позволяет при минимальном изменении конструкции резко уменьшить реактивный момент.
| Таблица 1 | |||
| Число пазов | Полезный момент, Нм/м | Реактивный момент без смещения полюсов, Нм/м | Реактивный момент со смещением полюсов, Нм/м |
| 1 | 156.4 | 1.53 | 1.11 |
| 2 | 156.2 | 3.02 | 1.93 |
| 3 | 156.1 | 0.96 | 0.32 |
| 6 | 155.6 | 1.02 | 0.45 |
| 12 | 154.7 | 1.17 | 0.90 |
В таблице 1 приведены расчетные типовые соотношения полезного и реактивного моментов при равных токах в обмотке якоря для разного числа пазов на внутренней поверхности статора (фиг.1, 2) для различных конструкций ротора (фиг.3 и 4). Из таблицы 1 и графиков на фиг.5, 6, 7, 8 следует, что в двигателе с числом пазов до 3N, где N=1, 2, 3…, на внутренней поверхности статора величина реактивного момента снижается. Но с увеличением числа пазов снижается и величина полезного момента, что объясняется увеличением эквивалентного магнитного зазора. Оптимальный, с точки зрения соотношения величин реактивного и полезного моментов, результат достигается при трех пазах на внутренней поверхности статора.
В таблице 2 приведены расчетные типовые соотношения в процентах полезного и реактивного моментов при равных токах в обмотке якоря для разного числа пазов на внутренней поверхности статора, для электродвигателя с 7 парами полюсов на роторе, выполненном без смещения магнитов пакета. В качестве исходной для сравнения выбрана конструкция с двумя диаметрально расположенными пазами на внутренней поверхности статора и 7 парами полюсов на роторе. Как и в предыдущем случае, оптимальный результат достигается при трех пазах на внутренней поверхности статора.
| Таблица 2 | ||
| Число пазов | Полезный момент в % от момента прототипа | Реактивный момент в % от полезного момента |
| 1 | 100.8 | 8.02 |
| 2 | 100.0 | 15.11 |
| 3 | 99.2 | 2.80 |
| 6 | 97.6 | 4.49 |
| 12 | 92.6 | 0.70 |
Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает уменьшение реактивного момента, что способствует снижению вибрации и улучшению пусковых свойств погружных двигателей.
1. Погружной электродвигатель, содержащий статор с зубчатым магнитопроводом, на внутренней поверхности которого выполнены в аксиальном направлении пазы, и размещенный внутри него ротор, отличающийся тем, что на внутренней поверхности статора выполнено три либо кратное трем число пазов, равномерно расположенных по окружности.
2. Погружной двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен с пакетами постоянных магнитов, расположенных со смещением по окружности.
