[发明专利]轴向磁通游标电机

说明书

本发明公开了一种轴向磁通游标电机，包括定子和转子，定子上设有绕组，转子上设置永磁体；转子包括至少一级转子单元，转子单元包括转子铁芯和永磁体，永磁体设置于转子铁芯的端部，至少有一级转子单元的转子铁芯的两端均设有永磁体，相邻分布的永磁体充磁方向相反。本发明在潜油深井的工作环境约束下能提供更大的转矩，且机械强度高。

技术领域

本发明涉及电机领域，更具体的说，它涉及磁场调制电机。

背景技术

我国石油行的主要采油方式是机械采油。对原油进行开采时，传统游梁式采油抽油泵在砂含量较高的油井中会出现光杆、砂卡、下行困难的情况，而潜油螺杆泵采用系统在粘度和砂含量都较高的稠油中具有更强的灵活性、可靠性，而且潜油螺杆泵杆柱磨损小、管理方便、高效节能。

潜油螺杆泵的驱动方式分为两种，第一种是地面驱动，制约这种驱动方式的主要原因是抽油杆容易折断导致检泵周期短。第二种是油井下方驱动，包括传统的液压驱动和井下电机驱动，其中井下液压驱动对产品的制造工艺要求较高，能耗较大。而由潜油电机驱动的潜油螺杆泵不仅解决了应用抽油杆时对螺杆泵工作稳定性限制，并且还克服了液压驱动的缺点，因此设计专用潜油电机变得尤为重要。

潜油电机的工作环境恶劣，因此对潜油电机的性能要求非常苛刻。首先油井口径较小，因此潜油电机的外径也不能太大，其外形必须是细长的。其次电机在浸油环境中工作，对转子强度有很高的要求。此外潜油电机与螺杆泵同轴连接，对其进行驱动，如果转速匹配则可以直驱，转速不匹配就需要用减速器过渡。目前使用最多的是感应电机，其问题在于效率低，产生的转矩不大，而且转子转速较快，需要使用减速器。

目前，永磁体安装于转子上的方式包括1、表面贴装式：在转子A的柱面粘贴永磁体B（图1a）；2、插入式：转子A柱面具有凹进去的部分，永磁体B插入凹进去的部分（图1b）；3、径向内嵌式：永磁体B嵌入转子A内部，磁通方向为径向（图1c）；4、切向内嵌式：永磁体B嵌入转子A内部，磁通方向为切向（图1d）。但是上述电机均存在一些缺点，表面贴装式和插入式中的永磁体处于定子C与转子A之间，加大了气隙长度，既增加了电机体积，又减弱了气隙磁密，限制出力，径向内嵌式和切向内嵌式会影响转子的机械强度，并且需要辅助磁桥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴向磁通游标电机，在潜油深井的工作环境约束下能提供更大的转矩，且机械强度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：轴向磁通游标电机，包括定子和转子，定子上设有绕组，转子上设置永磁体；转子包括至少一级转子单元，转子单元包括转子铁芯和永磁体，永磁体设置于转子铁芯的端部，至少有一级转子单元的转子铁芯的两端均设有永磁体，相邻分布的永磁体充磁方向相反。这样，磁通的泄露更少，电机转矩更大。

作为优选的方案，转子只有一级转子单元。转子铁芯的两端分别设置有永磁体，两个永磁体的充磁方向相反，磁力线沿电机轴向形成闭合磁路。

或者，转子有多级转子单元，转子单元沿轴向级联。当由两级转子单元级联时，只在转子铁芯的首部或尾部设置永磁体，或者，转子铁芯的首尾均设置永磁体。当由三级或三级以上的转子单元轴向级联时，转子铁芯的首尾均无需设置永磁体，或者，只在转子铁芯的首部或尾部设置永磁体，或者，转子铁芯的首尾均设置永磁体。当电机需要更大的转矩时，通过轴向增加转子单元来实现。而且，如果其中一个转子单元失效，其他转子单元依然可以工作。可以理解的是，转子单元的设置数量根据需要设定。

优选的，永磁体为圆盘，中心开有通孔。通孔用于电机转轴穿过。需要说明的是，永磁体的形状和尺寸不限，还可以是方形或者不规则的形状，只要永磁体的形状不干涉转子的转动即可，当然，最优形状为圆盘状，此时，永磁体受到的阻力小，电机的机械强度高，这是因为在潜油环境下，电机浸没于油里工作，黏度很大的油会阻止永磁体的转动，圆盘状有利于减小阻力。