ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
BOREHOLE MOTOR

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.