石油抽油机用外转子永磁电机设计与有限元分析

第 1期 ( 总 第 1 9 4期 ) 2 0 1 6年 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG & AUT0MAT1 0N N O ．1 F e b ． 文 章 编 号 ： 1 6 7 2 - 6 4 1 3 ( 2 0 1 6 ) 0 1 — 0 0 8 8 — 0 3 石油抽油机用 外转子永磁 电机设计 与有 限元分析 冯晓鹏 ，李 昕涛 ，贡德 鹏 ( 1 ．太原科 技大学 机械 工程 学院，山西 太原 0 3 0 0 2 4 ；2 ．太 原科技 大学 电子信息工程 学院 ，山西 太原 0 3 0 0 2 4 ) 摘要 ：结合石 油抽 油机 的工况 ，设计 了一种外转子永磁 同步 电机 ，该 电机具有低 转速 、大转矩 、直驱 式的特 点，解决 了传统石油抽油机效率低 的问题。运用 AN S YS Ma x we l l 软件建 立 了分析模 型，对电机空载特性进 行 了仿 真计算 ，分析气 隙磁 密波形对 电机性能 的影响 ，并对 电机 设计进行 了优 化。 关键词 ：外转子永磁 电机 ；设计 ；有限元计算；气隙磁 密 中图 分 类 号 ：T M3 5 1： TP 3 9 1 ． 7 文献 标 识 码 ：A 0 引 言 抽油 机 主要分 为游梁 式和 无游梁 式两 种 。游梁式 抽 油机 俗称 “ 磕 头机 ” ， 是 目前 主要 的抽 油设备 ， 其 主要 特 点是结 构 简单 、 便 于维 护 ， 但 是 结 构笨 重 ， 在 抽 油 的 一 个 冲次 中负载不 均衡 ， 电动 机 输 出功 率 有 7 0 是 无 用 功 ， 耗 能大 。无游 梁式 抽油 机主要 有皮 带传 动式 、 链 条传动式等 ， 其中， 直线电机传动和液压传动实现了直 驱 式 ， 但 成本 高 ， 维 护 不 便口 ] 。针 对此 现 象 ， 笔 者 研 究 了一种 新型 的外转 子 永 磁 电机 ， 将 该 电机应 用 在 塔 式 抽 油机 上 ， 实 现低 转速 、 大转 矩 、 直 驱式 的抽 油过程 ， 与 游 梁式 抽油 机 相 比 ， 抽 油 效 率 提 高 了 5 0 ， 节 约 电能 4 O 。 1 外转子 永磁 电机 电磁 方案 的确定 外转 子永磁 电机 在塔式 抽 油机上 的应 用如 图 1 所 示 。 电机外 形呈 圆盘 状 ， 在 电机 两侧 ， 卷筒 与外转 子通 过螺 纹连接 固定 在一 起 ； 抽 油 杆 皮 带 和配 重 皮 带 分别 以......