[发明专利]一种全电控钻井顶部驱动装置

说明书

本发明的目的是发明一种全电控钻井顶部驱动装置，它有较大的低速驱动力矩特性，并可以很方便地控制改变工况，无电刷，有较好的防爆性能，机械结构简单。

本发明如附图1所示。它有吊环1、钻杆连接器2、减速器3、电动机壳体4、定子5、定子线圈6、转子7和转子支承8，其特征在于：转子7为稀土永磁材料制造的永磁转子，定子线圈6接有可变频电源变换器9，在钻台上有标准工业控制介面10，该标准工业控制介面10通过标准串行通讯接口与可和其它设备共有的中央控制计算机11相连，在标准工业控制介面10中插有与可变频电源变换器9的控制端相连并对其进行控制的控制适配模块12。

附图1为本发明的结构示意图。

在本发明中，吊环1、钻杆连接器2、减速器3、电动机壳体4、定子5、定子线圈6都可以利用现在已有的直流电机顶部驱动装置的现有设计，甚至可以直接使用现有设备进行改装。转子7使用稀土永磁材料制造。在使用时，当定子线圈6中通入一定频率的交流电后，在定子5内形成一个旋转的磁场，该旋转磁场与稀土永磁材料制造的转子7的永磁场相互作用，从而使得转子7做旋转运动。转子7的旋转运动通过减速器3减速后，带动钻杆连接器2转动，进而带动钻杆转动，完成钻进功能。在使用中，钻杆驱动的工况由可和其它设备共有的中央控制计算机11控制，在需要改变驱动工况时，中央控制计算机11通过标准串行通讯接口发出选通与可变频电源变换器9的控制端相连并对其进行控制的控制适配模块12的地址选通信号。标准工业控制介面10在接收到地址选通信号后，选通相应的控制适配模块12。在选通好后，中央控制计算机11给出新的驱动工况所对应的转子速度数值，由控制适配模块12锁存并变换后驱动可变频电源变换器9。改变可变频电源变换器9的输出频率，从而改变了电动机的工况。本发明使用稀土永磁材料制造的转子替代了原来的由电刷供电的线绕转子，不仅免去了易磨损和打火的电刷系统，其防爆性好，维护简单。而且由于稀土永磁材料制造的磁体的磁能积和剩余磁场强度都很高，在相同转子尺寸下有更大的驱动力矩，并且具有和直流电机一样的低速驱动力矩特性。使用可共有的中央控制计算机控制可变频电源变换器的输出频率，从而控制驱动工况。控制方便、并为使用复杂的控制策略打下了基础。本发明的稀土永磁材料制造的转子结构简单，可以实现更高的驱动功率和转速。

在本发明中，转子7为稀土永磁材料制造的永磁转子，可以选用钕铁硼材料或是铈铁硼材料，可以是整体式的，在内部嵌入一金属输出轴，也可以是把稀土永磁材料制造成磁体，固定于转子输出轴表面。

在本发明中，吊环1、钻杆连接器2、减速器3等都可以利用现有的直流电顶驱装置的现成设计，或直接用其改装。在改型设计时，可以利用稀土永磁材料适应高转速的特点，加大减速器的减速比。

本发明中使用的可变频电源变换器9可以是一套整流器件如可控频逆变器，结构如专利号为CN89214316的专利或专利号为CN89209067的专利。也可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆变器。

在本发明中，标准工业控制介面10可以选用美国  ME公司(MECHATRONICEQUIPMENT.INC.)的I/O32，或是美国OPTO22公司的PB16AH。中央控制计算机11可以选用美国OPTO22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块12可选用OPTO22公司的DA3或类似的D/A转换模块。