2010,37(1研究与设计ξEMCA直驱式高效节能复式永磁电机的研发与应用叶云岳,范承志,卢琴芬,黄明星(浙江大学电气学院,浙江杭州310027摘要:一种直驱复式三维永磁电动机,它充分利用了电机的三维空间,通过三个驱动单元合力输出力矩,从而使电机能够高功率密度输出和高效率运行。由该电机的输出端与抽油杆直接连接抽油,无需传统抽油机中庞大的游梁、驴头、连杆、齿轮减速箱及皮带轮等,其系统效率要比传统游梁式提高60%以上。对直驱式高效节能复式永磁电机的研发背景、意义,复式永磁电机的基本原理、结构形式及其在油田所产生的明显经济效益作一简单介绍。关键词:直驱;高效节能;复式;永磁电机中图分类号:TM351文献标识码:A文章编号:1673220102ResearchandiEfficientMagnetMotorYEYun2FANGCheng2zhi,LUQin2fen,HUANGMing2xing(CollegeofElectrical,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,ChinaAbstract:Adirect2drivedouble2Dpermanentmagnetmotor,whichmakefulluseofthemotorthree2dimensionalspace,throughthethreeoutputtorquedriveunittogether,resultinginmotorswithhighpowerdensityoutputandhighefficiencyoperation.Outputbythemotordirectlyconnectedwiththesuckerrodpumpingoil,itdoesnotneedatradi2tionalwalkingbeampumpingunitinalarge,donkeyhead,connectingrod,gearboxesandpulleys,withitssystemefficiencygreaterthantheconventionalbeamfor60%.Forthedirect2drivetypepermanentmagnetmotor,theenergyefficientdoubletheR&Dbackground,meaning,thebasicprinciplesofcompoundpermanentmagnetmotor,thestructureformsaswellastheobviouseconomicbenefitsgeneratedbyoilfieldarepresented.Keywords:direct2drive;highenergyefficient;double2Dpermanentmagnetmotor0引言据国际电工委员会(IEC统计,工业用电动机消耗全世界发电量的39%~40%,中国大于40%,是世界排名第二的一次能源消耗国。我国能源资源不足,人均占有量大大低于世界平均水平。随着工业化、城镇化加速发展,能源消耗总量不断增加,石油和电力供应紧张已成为制约经济发展的一个重要因素。尽管近几年节油节电工作已取得了一定进展,但是能源消费不合理、利用效率低的状况仍然比较严重。据统计,我国电机系统运行效率比国外先进水平低10%~20%,低效电机及相关设备仍在大量使用。目前我国约有10亿台电机在运营,耗电量占电网总负荷的60%,占整个工业用电的70%。受制于能源短缺的瓶颈,我国目前约有6成电机在低于设计额定负荷60%的状态下运行,导致高达30%的用电被浪费掉。我国电机安装总功率约5亿kW,若电机系统运行效率提高20%,则可减少电力装机约1亿kW,是超过5个三峡工程的装机容量。从电机产品的整个生命周期来看,电费的支出是采购支出的100倍,如果节能或者说产品效率比较高的话,那么它在未来能够给用户带来的经济效益是相当可观的。目前油田中所使用的抽油机绝大部分是传统的游梁式抽油机(“俗称磕头机”,见图1。这种抽油机由普通旋转电机(异步电动机或同步电动机驱动,经多级减速箱并经连杆和游梁作每分钟6~10次的往复运动。由于传统的游梁式抽油机机械结构复杂,电机驱动需经多级减速箱和连—1—研究与设计ξEMCA2010,37(1杆机构输出,使得抽油机的效率很低,一般系统整体效率只有30%~40%。传统的游梁式抽油机能耗大、难维修,已经不能很好地适应油井需要。仅大庆油田,传统抽油机一年的耗电费用就是几百亿kW・h。因此研制开发高效节能的新型油田抽油机对于节能降耗具有非常重要的意义。1.电动机;2.;3.齿轮减速器;4.曲柄;5.曲柄销;6.支架;7.曲柄平衡块;8.连杆;9.游梁;10.驴头;11.悬绳器;12.底座。图1游梁式抽油机结构图为从根本上解决抽油机系统效率低下的问题,需开发一种新型高效节能电机,使电机可以在低速情况下输出大扭矩,直接驱动抽油泵进行工作,从而实现电动机对抽油泵的直接驱动(直驱式抽油机系统。如果采用了直接驱动结构方式,可取消传统抽油机的多级中间传动机构,这样不仅可省去庞大的游梁、驴头和复杂齿轮减速箱,使得结构大为简化,体积大大减小,同时使整机效率大大提高,达到有效节能的目的。直驱式抽油机系统的主要核心是低...