ПОГРУЖНОЙ СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК H02K19/10 H02K19/36 H02K1/06 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам электродвигателей с большим отношением длины к диаметру, и может быть использовано при конструировании электродвигателей, используемых в качестве привода в погружных насосных установках для добычи пластовой жидкости из скважин.

Известен синхронный электродвигатель по авторскому свидетельству SU 1345291 (МПК Н02К 19/02, опубл. 15.10.87), содержащий статор с трехфазной обмоткой, выполненный с явно выраженными полюсами, и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов, а катушки обмотки статора, принадлежащие одной фазе и расположенные на полюсах, включены встречно.

Известно техническое решение синхронного электродвигателя по патенту RU 2145460 (МПК Н02К 19/10, Н02К 19/06, Н02К 19/20, опубл. 10.02.02), согласно которому в синхронном электродвигателе расположен статор с явно выраженными полюсами, внешняя поверхность которых гладкая или снабжена радиальными зубцами, безобмоточный ротор, на внешней поверхности которого выполнены радиальные зубцы, а на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные катушки, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и катушки. Пазы ротора и статора заполнены антифрикционным материалом и образуют совместно с внешней поверхностью полюсов поверхность подшипника скольжения, служащего радиальной опорой ротора, при этом ротор установлен с возможностью осевого перемещения, а упругой опорой ротора в осевом направлении являются электромагнитные силы притяжения.

Недостатком известного двигателя является недостаточная надежность, что обусловлено увеличенным отношением длины электродвигателя к диаметру. На цельный, длинный ротор, не разделенный на пакеты и подшипники, при вращении действуют силы упругой деформации, изгибающие его, из-за чего при использовании указанного электродвигателя происходит затирание ротора о статор, что может привести к выходу электродвигателя из строя.

Также известен погружной синхронный электродвигатель (по патенту RU 2321141, МПК Н02К 19/10, Н02К 19/06, опубл. 27.03.08), принятый за прототип.Электродвигатель содержит статор, в корпусе которого установлен шихтованный магнитопровод с зубцами на внутренней поверхности и установленный внутри статора ротор, на внешней поверхности которого имеется гарантированный зазор.

Недостатком данного двигателя является нетехнологичность и сложность изготовления, являющаяся следствием использования магнитопровода с открытыми пазами, в которые укладывается обмотка электродвигателя, которая, таким образом, не имеет защиты со стороны вращающегося ротора. Обмотка электродвигателя может быть повреждена как при втягивании ротора, так и при работе электродвигателя.

Технической задачей изобретения является повышение технологичности изготовления электродвигателя за счет установки шлицов с пазовыми клиньями в статоре, сборки диодов в выпрямительном блоке статора, повышение надежности работы и увеличение срока эксплуатации электродвигателя за счет получения жесткой конструкции ротора, а именно разбивка магнитопровода ротора на пакеты, разделенные подшипниками.

Конструкция погружного синхронного электродвигателя, обеспечивающего достижение указанного выше технического результата, во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, может быть охарактеризована следующей совокупностью существенных признаков. В погружном синхронном электродвигателе, содержащим статор, в корпусе которого установлен шихтованный магнитопровод с радиальными зубцами на внутренней поверхности, внутри статора установлен ротор, состоящий из m-наборных пакетов, разделенныхмежду собой промежуточными подшипниками, на внешней поверхности ротора также расположены зубцы, между ротором и статором имеется гарантированный зазор, а на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные катушки, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и катушки, диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение, согласно изобретению, каждый полюс статора имеет два шлица, в которых расположен пазовый клин, выполненный из диэлектрического материала, диоды собраны в выпрямительный блок, установленный в статоре, число промежуточных подшипников ротора составляет m+1, а ротор зафиксирован в статоре за счет установки подшипников с натягом.

Кроме того, в электродвигателе размещен фильтр для очистки масла.

Кроме того, в основании электродвигателя установлен магнит.

Кроме того, в головке и/или основании электродвигателя размещены термоиндикаторы.

Кроме того, в электродвигателе установлен циркуляционный насос для обеспечения циркуляции масла.

Применение фильтра и магнита для очистки масла в полости электродвигателя предотвращает загрязнение узлов в электродвигателе, что влияет на повышение ресурса его работы.

Применение циркуляционного насоса позволяет улучшить тепловой обмен между узлами электродвигателя.

Применение термоиндикаторов позволяет контролировать нагрев электродвигателя в процессе работы.

На фиг.1 изображен погружной синхронный электродвигатель, продольный разрез; на фиг.2 поперечное сечение погружного синхронного электродвигателя.

Погружной синхронный электродвигатель по предлагаемому техническому решению содержит корпус 1, выполненный из трубы, в которую запрессован статор - шихтованный магнитопровод 2 с радиальными зубцами на внутренней поверхности. Листы статора выполнены с открытыми пазами. Шихтованный магнитопровод 2 по наружной поверхности имеет пазы, в которые укладываются шпонки прямоугольного сечения для предотвращения проворота магнитопровода 2 в корпусе 1. Статор выполнен магнитомягким по всей длине. Статор содержит n явно выраженных полюсов 3, где n≥4. Поверхность полюсов гладкая или снабжена зубцовой зоной. На всех полюсах статора намотаны идентичные индуктивные катушки 4, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и катушки, причем диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение. Диоды собраны в отдельно вынесенный выпрямительный блок 5, установленный в статор. Один вывод фазы подключен к нулевому входу электродвигателя, другой - к источнику переменного синусоидального напряжения. Выводы фаз, соединенные к нулевому выходу, образуют звезду. Звезда располагается в статоре со стороны головки электродвигателя. Каждый полюс 3, кроме того, снабжен одним или двумя магнитными шунтами, внешняя поверхность которых идентична с поверхностью полюсов. Каждый полюс 3 статора имеет два шлица 6, в которых располагается пазовый клин 7, выполненный из диэлектрического материала.

Внутри статора размещается ротор 8, который состоит из m-наборных пакетов 9, выполненных из магнитомягкого материала, разделенных между собой промежуточными подшипниками 10 и последовательно надетыми на вал. Число подшипников равняется m+1. Корпусы подшипников 10 выполнены из немагнитного материала. Пакеты ротора 8 набраны из листовой электротехнической стали. На внешней поверхности ротора расположены зубцы 11. Число зубцов на два меньше, чем на статоре. На внутренней поверхности ротора имеются пазы для фиксации на валу посредством шпоночного соединения. Вал ротора выполнен пустотелым для обеспечения циркуляции масла. Между статором и ротором 8 имеется гарантированный зазор. Фиксация ротора 8 в статоре достигается за счет установки с некоторым натягом подшипников 10 во внутреннюю расточку статора. На валу электродвигателя со стороны низ размещен фильтр 12 для очистки масла.

Основание 13 электродвигателя может иметь встроенный магнит 14, служащий для притягивания металлических частиц, образующихся вследствие работы электродвигателя.

В головке 15 и основании 13 электродвигателя размещены термоиндикаторы 16, предназначенные для контроля рабочей температуры внутри электродвигателя.

Электродвигатель также содержит циркуляционный насос 17, служащий для циркуляции масла внутри электродвигателя.

Погружной синхронный электродвигатель работает следующим образом.

При подключении двигателя к источнику переменного синусоидального напряжения на каждую фазу двигателя подается напряжение одной фазы источника. Поскольку напряжение на обмотки каждой фазы подается через диоды, включенные в противоположных направлениях, то на обмотки одной ветви фазы поступают только положительные полуволны напряжения, а на обмотки другой ветви фазы - только отрицательные. Так поочередно на обмотки фаз каждой пары ветвей поступают в виде полуволн импульсы напряжения.

Соответственно, под действием каждого импульса напряжения в обмотках одной ветви фазы формируется импульс тока, который, в свою очередь, создает магнитные потоки в полюсах статора и вызывает силы магнитного притяжения между зубцами полюсов и шунтов статора и зубцами ротора.

Под действием крутящего момента ротор 8 стремится поворачивать винтовой насос (на фиг. не показан), соединенный с ним. Это является для двигателя нагрузкой в виде крутящего момента, направленного противоположно моменту электродвигателя. Вал ротора 8 начнет вращаться под действием крутящего момента, при этом промежуточные подшипники 10, установленные на роторе 8, препятствуют изгибанию ротора и затиранию его о статор, тем самым предотвращая деформацию ротора. Пазовые клинья 7, установленные в шлицы 6 магнитопровода 2 защищают индуктивные катушки 4 (обмотку электродвигателя) от повреждений в процессе сборки и работы электродвигателя (вращение ротора).

Таким образом, предлагаемая конструкция погружного синхронного электродвигателя позволяет получить жесткую конструкцию ротора, стойкую к упругим деформациям, возникающим при работе электродвигателя, предотвращающую затирание ротора о статор, а также конструкцию статора, в котором обмотка электродвигателя защищена от повреждений со стороны ротора, что повышает технологичность изготовления электродвигателя и надежность его работы, влияет на увеличение срока эксплуатации электродвигателя.

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электродвигателям с большим отношением длины к диаметру, и может быть использовано при конструировании электродвигателей, используемых в качестве привода в погружных насосных установках для добычи пластовой жидкости из скважин. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в повышении надежности работы и увеличении срока эксплуатации электродвигателя, а также повышении технологичности процесса его изготовления. Предлагаемый погружной синхронный электродвигатель содержит статор, в корпусе которого установлен шихтованный магнитопровод с радиальными зубцами на внутренней поверхности, внутри статора установлен ротор, состоящий из m наборных пакетов, разделенных между собой промежуточными подшипниками, на внешней поверхности ротора также расположены зубцы, между ротором и статором имеется гарантированный зазор, а на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные катушки, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и катушки, диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение. При этом, согласно изобретению, каждый полюс статора имеет два шлица, в которых расположен пазовый клин, выполненный из диэлектрического материала, диоды собраны в выпрямительный блок, установленный в статоре, число промежуточных подшипников ротора составляет m+1, а ротор зафиксирован в статоре за счет установки подшипников с натягом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Погружной синхронный электродвигатель, содержащий статор, в корпусе которого установлен шихтованный магнитопровод с радиальными зубцами на внутренней поверхности, внутри статора установлен ротор, состоящий из m наборных пакетов, разделенных между собой промежуточными подшипниками, на внешней поверхности ротора также расположены зубцы, между ротором и статором имеется гарантированный зазор, а на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные катушки, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и катушки, причем диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение, отличающийся тем, что каждый полюс статора имеет два шлица, в которых расположен пазовый клин, выполненный из диэлектрического материала, диоды собраны в выпрямительный блок, установленный в статоре, число промежуточных подшипников ротора составляет m+1, а ротор зафиксирован в статоре за счет установки подшипников с натягом.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в нем размещен фильтр для очистки масла.

3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в его основании установлен магнит.

4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в его головке и/или основании размещены термоиндикаторы.

5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в нем установлен циркуляционный насос для обеспечения циркуляции масла.