專利名稱：潛油伺服拖動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拖動系統(tǒng)，尤其是一種潛油伺服拖動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前我國和世界其它產(chǎn)油國家，油田上都廣泛使用潛油電機來驅(qū)動潛油電泵來汲 取原油，傳統(tǒng)的潛油電泵系統(tǒng)，其動力源主要是二極三相異步電動機，現(xiàn)有的采油系統(tǒng)在采 油工藝配套中存在如下三個問題一是與離心潛油泵配套時因電機轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速、電機效率和功率因數(shù)偏低。二是與潛油螺桿泵配套上時，轉(zhuǎn)速過高很難經(jīng)過轉(zhuǎn)速器將速度降低到與螺桿泵相 適應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即使采用減速器也大大的提高了采油成本和降低了系統(tǒng)的效率，若采用變頻 調(diào)速裝置，使電機長期處于低頻工作狀態(tài)又容易引起電機的溫升加快，引起電機故障。系統(tǒng) 不能實現(xiàn)靈活控制，效率低。三是傳統(tǒng)的潛油電泵系統(tǒng)即使采用變頻控制，其電機控制柜往往置于地面其交流 電在傳輸至電機時由于是遠距離傳輸，能量損耗嚴(yán)重，進一步降低了系統(tǒng)的效率。隨著新技術(shù)的發(fā)展，伺服技術(shù)的逐漸成熟，伺服潛油抽油系統(tǒng)成為潛油抽油系統(tǒng) 的一種發(fā)展趨勢。公開號為CN228745Y的文獻提出了一種稀土永磁潛油電動機，但它總得 來說只是在原有異步潛油電機的基礎(chǔ)上通過在轉(zhuǎn)子上嵌入永磁體來改善同步轉(zhuǎn)速的問題， 極限于電機本體，沒有解決轉(zhuǎn)速可調(diào)，在低速場合的應(yīng)用仍然很困難，效率也不是很高。公 開號為CN2627715Y的文獻也公開了一中稀土永磁同步潛油電機，不足依然是在其節(jié)能以 及速度調(diào)上的缺乏。雖然結(jié)合變頻控制器使用仍然存在節(jié)能率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種潛油伺服抽油系 統(tǒng)，以永磁同步伺服電機作為動力源，利用伺服系統(tǒng)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制，調(diào)速范圍 大，功率因數(shù)高，提高了系統(tǒng)的可控性和節(jié)能率，實現(xiàn)了油井的柔性生產(chǎn)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種潛油伺服拖動系統(tǒng)，包括泵，泵通過保護器和伺服電機系統(tǒng)相連；地面控制 裝置通過電纜與地面電源相連，該電纜與伺服電機系統(tǒng)相連；地面電源通過地面控制裝置 控制對伺服電機和泵的供電，其特征在于，伺服電機系統(tǒng)由伺服電機和伺服控制器組成，伺 服電機的電機軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置將檢測到的位置信號輸出給伺服控制 器，伺服控制器控制伺服電機的運轉(zhuǎn)；位置檢測裝置通過密封裝置固定在伺服控制器上。優(yōu)選地，泵和保護器之間還設(shè)有油氣分離器。優(yōu)選地，潛油伺服拖動系統(tǒng)中的位置檢測裝置為旋轉(zhuǎn)變壓器或磁敏式電阻編碼器 或潛油編碼器?？蛇x地，位置檢測裝置主要包括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，傳感器 本體包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件；導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上，由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙；磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)；磁鋼環(huán)設(shè)置在 不銹鋼罩的內(nèi)腔中，固定在電機轉(zhuǎn)軸上；不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定； 當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信 號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的伺服控制器。優(yōu)選地，導(dǎo)磁環(huán)由兩段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段和3/4弧段，對 應(yīng)的磁感應(yīng)元件為2個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/3弧段，對 應(yīng)的磁感應(yīng)元件為3個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由四段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段，對 應(yīng)的磁感應(yīng)元件為4個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/6弧段，對 應(yīng)的磁感應(yīng)元件為6個。優(yōu)選地，導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而 形成的倒角。優(yōu)選地，位置檢測裝置還包括骨架，用于固定所述導(dǎo)磁環(huán)；所述導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在骨架 成型模具上，在所述骨架一體成型時與骨架固定在一起。本發(fā)明還提供了一種潛油伺服拖動系統(tǒng)的位置檢測裝置的信號處理裝置，其包括 A/D轉(zhuǎn)換模塊、合成模塊、角度獲取模塊、存儲模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊對位置檢測裝置中磁感應(yīng) 元件發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；合成模塊對位置檢測 裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理得到基準(zhǔn)信號D ；角度獲取模塊根據(jù) 該基準(zhǔn)信號D，在標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇與其相對的角度作為偏移角度0 ；存儲模塊用于存儲 標(biāo)準(zhǔn)角度表和修正數(shù)據(jù)表。優(yōu)選地，在A/D轉(zhuǎn)換模塊和合成模塊之間還包括溫度補償模塊，用于消除溫度對 位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號的影響；所述合成模塊的輸出信號還包括信號R ；所述溫 度補償模塊包括系數(shù)矯正模塊和乘法器，所述系數(shù)矯正模塊對所述合成模塊的輸出的信號 R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號禮進行比較得到輸出信號K;所述乘法器為多個，每一 所述乘法器將從位置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯正模 塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給合成模塊。優(yōu)選地，如果位置檢測裝置發(fā)送來的一個電壓信號為2或3的倍數(shù)，則在所述溫度 補償模塊之前還包括差分模塊，對用于抑制溫度和零點漂移，并提高數(shù)據(jù)精度。可選地，位置檢測裝置主要包括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，傳感器 本體包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)，其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼 環(huán)分別固定在電機軸上，設(shè)置在不銹鋼罩的內(nèi)腔中，所述第一磁鋼環(huán)被均勻地磁化為N[N <=2n(n = 0，1,2-n)]對磁極，并且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為 N，其磁序按照特定磁序算法確定；在不銹鋼罩上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心 為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m為2或3的整數(shù)倍)個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；對應(yīng) 于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2丨11)個呈一定 角度分布的磁感應(yīng)元件；磁感應(yīng)元件設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上；不銹鋼罩外部通過密封裝 置與外殼密封并固定；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?信號，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。優(yōu)選地，對應(yīng)于所述的第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為360° /
優(yōu)選地，關(guān)于對應(yīng)于所述的第一磁鋼環(huán)相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2 或4時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為90° /N，當(dāng)m為3時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件 之間的夾角為120° /N;當(dāng)m為6時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /N。優(yōu)選地，位置檢測裝置還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓心、同半 徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)?？蛇x地，位置檢測裝置主要包括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，傳感器 本體包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)，其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼 環(huán)分別固定在電機軸上，設(shè)置在不銹鋼罩的內(nèi)腔中，對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中 心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2丨11)個均勻分布的磁感應(yīng)元件，所述第二磁鋼環(huán) 的磁極總數(shù)與以n為位數(shù)排成的、相鄰兩位只有一位不同的格雷碼的個數(shù)相同，磁極的極 性為格雷碼的首位為“0”對應(yīng)于“N”極，首位為“ 1，，對應(yīng)于“S”極；在不銹鋼罩上，對應(yīng)于 第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有有m(m為2或3的整數(shù)倍)個 呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相 等，并且相鄰兩極的極性相反；磁感應(yīng)元件設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上；不銹鋼罩外部通過 密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變 為電壓信號，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。優(yōu)選地，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時， 該夾角為90° /g;當(dāng)m為3時，該夾角為120° /g;當(dāng)m為6時，該夾角為60° /g，其中，g 為第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)。優(yōu)選地，位置檢測裝置還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓心、同半 徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)。本發(fā)明還提供了一種潛油伺服拖動系統(tǒng)的位置檢測裝置的信號處理裝置，其包括 A/D轉(zhuǎn)換模塊、相對偏移角度算模塊、絕對偏移量92計算模塊、角度合成及輸出模塊、 存儲模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號；相對偏移角度e工計算模塊用于計算位置檢測裝置中對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁 感應(yīng)元件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內(nèi)的相對偏移量e1;絕對偏移量e2計算 模塊根據(jù)位置檢測裝置中對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計 算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量0 2 ；角度合成及輸出模塊用 于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2相加，合成所述第一電壓信號所代表的在該時刻 的旋轉(zhuǎn)角度0 ；存儲模塊用于存儲數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述信號處理裝置還包括信號放大模塊，用于在A/D轉(zhuǎn)換模塊進行A/D 轉(zhuǎn)換之前，對來自于位置檢測裝置的電壓信號進行放大。優(yōu)選地，相對偏移角度e i計算模塊包括第一合成單元和第一角度獲取單元，所述 第一合成單元對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理，得到一基 準(zhǔn)信號D ；所述第一角度獲取單元根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在第一標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其 相對的角度作為偏移角度9 1;相對偏移角度計算模塊還包括溫度補償單元，用于消除 溫度對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號的影響；所述第一合成單元的輸出還包括信號R ； 所述溫度補償單元包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正模塊對所述合成模塊的輸出的 信號R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號R。進行比較得到輸出信號K;所述乘法器為多個，每一所述乘法器將從位置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓信號與所述系數(shù)矯 正模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給第一合成單元。優(yōu)選地，絕對偏移量0 2計算模塊包括第二合成單元和第二角度獲取單元，第二合 成單元用于對對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的第二電壓信號進行合成，得到一 信號E ；第二角度獲取單元根據(jù)該信號E在第二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角度作為 第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量02。優(yōu)選地，以上各位置檢測裝置中所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。可選地，密封裝置包括密封裝置本體和穿設(shè)在其中的導(dǎo)線，不銹鋼罩和密封連接 法蘭、密封殼體組成密封裝置本體，密封連接法蘭與密封殼體相連，不銹鋼罩穿設(shè)在兩者之 間，密封殼體內(nèi)設(shè)有第一絕緣擋板，第一絕緣擋板、不銹鋼罩和密封殼體圍設(shè)成密封空間； 第一絕緣擋板和密封殼體上分別開設(shè)有出線口，導(dǎo)線從密封連接法蘭穿入該密封裝置本體 的密封空間中，從出線口穿出；密封空間中充滿密封填充物。優(yōu)選地，密封空間內(nèi)還設(shè)有第二絕緣擋板，其上開設(shè)有出線口 ；第二絕緣擋板的設(shè) 置數(shù)量為一個以上，將密封空間分割為多級密封空間?？蛇x地，密封裝置包括密封裝置本體，不銹鋼罩和連接法蘭、密封殼體組成密封裝 置本體，連接法蘭與密封殼體相連，不銹鋼罩穿設(shè)在兩者之間，密封殼體內(nèi)腔的兩端分別設(shè) 有密封塊和第一絕緣板，密封塊、第一絕緣板、不銹鋼罩和密封殼體圍設(shè)成密封空間，密封 塊與連接法蘭之間設(shè)有壓緊塊；密封塊、第一絕緣板和密封殼體上分別開設(shè)有通孔，第一銅 棒從密封殼體的通孔穿入該密封裝置本體的密封空間中，從第一絕緣板穿出；密封空間中 充滿密封填充物。優(yōu)選地，第一銅棒為階梯狀，設(shè)置在其中部的臺階柱外徑大于兩端的銅棒外徑，該 臺階柱的下臺階面與第一絕緣板抵頂接觸；所述的第一銅棒的末端設(shè)有連接插頭。優(yōu)選地，第一絕緣板和密封塊之間還設(shè)有第二絕緣板，第二絕緣板與密封塊圍設(shè) 的密封空間內(nèi)穿設(shè)第二銅棒；第一銅棒從密封殼體的通孔穿入該密封裝置本體的密封空間 中，從第一絕緣板穿出，并穿過第二絕緣板與第二銅棒首尾相接；第二銅棒從密封塊的通孔 穿出。優(yōu)選地，第一絕緣板和第二絕緣板之間還設(shè)有支承板，其上開設(shè)有通孔；所述的密 封殼體的內(nèi)腔上設(shè)有凸臺，支承板固設(shè)在凸臺上。優(yōu)選地，第二絕緣板和第二銅棒的設(shè)置數(shù)量為一個以上，將密封空間分割為多級 密封空間。優(yōu)選地，第二銅棒為階梯狀，一端設(shè)置為臺階柱，柱體外徑大于另一端的第二銅棒 外徑，該臺階柱的下臺階面與第二絕緣板抵頂接觸；所述的第二銅棒的末端設(shè)有連接插頭?？蛇x地，電纜從伺服電機的殼體外部，經(jīng)過密封裝置，通過電纜連接頭進入伺服控 制器與電路板相連，電路板輸出電機動力線穿過密封裝置為伺服電機提供動力，輸出信號 線控制位置檢測裝置?？蛇x地，電纜從伺服電機的殼體內(nèi)部，電纜接頭從殼體內(nèi)部頂端輸入，通過線束穿 過密封裝置，與伺服控制器中的電路板相連，電路板分別輸出電機動力線為伺服電機提供 動力，輸出信號線控制位置檢測裝置。可選地，伺服控制器包括伺服控制器殼體，在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有控制器轉(zhuǎn)接件，該轉(zhuǎn)接件與密封裝置的密封殼體相連，使伺服控制器與電機連接成一體?？蛇x地，控制器殼體上設(shè)有散熱片，該散熱片與轉(zhuǎn)接件連接。優(yōu)選地，控制器殼體內(nèi)腔中灌封導(dǎo)熱膠便于控制器內(nèi)腔散熱?？蛇x地，控制器殼體的下方還設(shè)有散熱腔，其內(nèi)部充滿散熱液體，該散熱液體可以 采用任何不具腐蝕性、不可燃的液體，如水、45#液壓油等；散熱腔的腔壁開設(shè)有通孔，散熱 片的末端延伸并從通孔插入所述的散熱腔內(nèi)；通孔處設(shè)有密封圈?？蛇x地，伺服控制器包括伺服控制器殼體，控制器殼體內(nèi)腔中也灌封導(dǎo)熱膠，便于 控制器內(nèi)腔散熱。所述的導(dǎo)熱膠為環(huán)氧樹脂灌封膠、硅橡膠灌封膠、聚氨酯灌封膠、UV灌封膠、熱熔 性灌封膠或有機硅灌封膠。優(yōu)選地，伺服電機為多節(jié)伺服電機，相鄰的兩節(jié)電機的轉(zhuǎn)子軸通過聯(lián)軸器連接；相 鄰的兩節(jié)電機上設(shè)置的電機轉(zhuǎn)子的N極對應(yīng)在一條直線上，S極對應(yīng)在一條直線上；電機定 子的U、V、W三相繞組分別對應(yīng)在一條直線上。優(yōu)選地，多節(jié)伺服電機相鄰的兩節(jié)電機之間還設(shè)有扶正軸承，對電機進行支撐。綜上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、系統(tǒng)采用永磁同步伺服電機，伺服電機本省就有效率高的優(yōu)點。永磁同步電機 的轉(zhuǎn)子由永磁體勵磁，出功大，功率密度高，使得電機轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)高，節(jié)能 率高，更省電。2、伺服系統(tǒng)可以實現(xiàn)電機的靈活調(diào)速，滿足多種應(yīng)用場合。尤其在低速場合目前 的潛油系統(tǒng)很難實現(xiàn)，中間不得不另加減速器，而采用伺服系統(tǒng)則可以根據(jù)實際的需要調(diào) 整轉(zhuǎn)速。3、油田的出油情況處于變化當(dāng)中，或者根據(jù)生產(chǎn)的需要，需要油井的產(chǎn)油量發(fā)生 變化，采用伺服抽油系統(tǒng)可以根據(jù)油井的出油情況靈活的調(diào)整潛油電泵機組的出油量，實 現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。4、潛油伺服系統(tǒng)采用雙控制箱形式，電機主要控制箱置于井下信號傳輸線路短， 衰減小，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)對電機的有效控制，信號傳遞干擾少。地面控制箱用于實現(xiàn)交流到 直流的轉(zhuǎn)換，以及地面同井下控制箱的通信。通過地面控制箱可以了解井下的情況和電機 的運行情況，實現(xiàn)對井下控制器參數(shù)的靈活修改，增強了系統(tǒng)的靈活性，減少了作業(yè)成本。5、控制箱的供電由地面交流變直流裝置，直接把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后同伙 電纜進入井下的控制箱，避免了交流電在長距離的傳輸過程當(dāng)中能量的大量損耗，節(jié)約了 用電。6、在螺桿泵等速度要求低速的場合，伺服系統(tǒng)可以實現(xiàn)與之相適應(yīng)的低速，從而 省去中間的減速結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率的同時，也降低了設(shè)備成本。7、過載能力強，一般來說，短時間可以達到三倍過載，在抽油機啟動時可以提供大 轉(zhuǎn)矩，并與軟啟動結(jié)合，解決以往抽油機電機“大馬拉小車”問題，降低抽油機選配電機的功率。8、潛油抽油伺服系統(tǒng)充分利用原有潛油抽油系統(tǒng)的工藝和結(jié)構(gòu)，在提升自己性能 的同時，實現(xiàn)了操作簡單，模塊化設(shè)計。


圖1是潛油伺服抽油系統(tǒng)安裝示意圖；圖2是潛油伺服系統(tǒng)的一種連接圖；圖3是潛油伺服電機的另一種走線圖；圖4A和圖4B是電機頭部法蘭示意圖；圖5是潛油伺服系統(tǒng)的框架示意圖；圖6-圖10是表示控制器的連接方式及散熱結(jié)構(gòu)圖；圖11是單節(jié)永磁同步伺服潛油電機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12到圖14是多節(jié)永磁同步伺服潛油電機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的立體圖；圖16是磁電式位置檢測裝置在潛油伺服電機上的整體安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是磁電式位置檢測裝置安裝結(jié)構(gòu)分解圖；圖18是磁電式位置檢測裝置中的磁鋼環(huán)的示意圖；圖19A與圖19B是磁感應(yīng)元件與導(dǎo)磁環(huán)的布置示意圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有兩個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有兩個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有三個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有三個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有四個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖；圖25是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有四個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有六個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖；圖27是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有六個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖；圖28A到圖28D是導(dǎo)磁環(huán)的倒角設(shè)計的示意圖；圖29是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的位置檢測裝置方案的關(guān)鍵部件的分解立體 圖；圖30是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的位置檢測裝置方案的安裝示意圖；圖31是第二實施例中的與第一磁鋼環(huán)對應(yīng)的兩個磁感應(yīng)元件的布置示意圖；圖32是第二實施例中的第一磁鋼環(huán)均勻磁化為六對極時磁感應(yīng)元件的布置示意 圖；圖33是第二實施例中的第二磁鋼環(huán)所對應(yīng)的磁感應(yīng)元件個數(shù)為三個時所得到的 編碼；
圖34是第二實施例中的第二磁鋼環(huán)的充磁順序；圖35是第二實施例中的第二磁鋼環(huán)所對應(yīng)的磁感應(yīng)元件布置示意圖；圖36是第二實施例的位置檢測裝置的一個信號處理裝置的框圖；圖37是磁感應(yīng)元件采用表貼式安裝的位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖38是根據(jù)第三實施例的位置檢測裝置的分解立體圖；圖39是確定磁鋼環(huán)303的磁序的算法流程圖；圖40是由圖39得到的磁鋼環(huán)的充磁結(jié)構(gòu)圖以及磁感應(yīng)元件的排布順序的一個示 例；圖41是根據(jù)第三實施例的位置檢測裝置的信號處理裝置的框圖；圖42是本發(fā)明的一種密封裝置的剖視圖；圖43是本發(fā)明的另一種密封裝置的剖視圖；圖44為一種密封裝置中第一銅棒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖45為一種密封裝置中第二銅棒的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖46為一種密封裝置的安裝整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖47和圖48分別是旋轉(zhuǎn)變壓器和磁敏式電阻編碼器的剖面圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖具體描述本發(fā)明的實施例，以使本領(lǐng)域的技術(shù)本人員更加明白和容 易實現(xiàn)本發(fā)明。圖1是潛油伺服抽油系統(tǒng)安裝示意圖。潛油電泵機組一般置于井下2000多米處， 整個伺服潛油電泵機組主要由地面控制箱2、潛油電泵6、分離器(未標(biāo)示)、保護器7、潛油 永磁同步伺服電機8、井下伺服控制箱、引接電纜12、1等組成，各個部分通過相關(guān)的法蘭等 連接件連接。其它附圖標(biāo)記表示分別為油管3、套管4、出口接頭5、位置檢測裝置及密封 裝置9、潛油伺服系統(tǒng)11以及井口裝置13。圖1中潛油永磁同步伺服電機5和井下伺服控 制箱6是潛油伺服抽油系統(tǒng)11的伺服核心模塊，潛油永磁同步伺服電機8是潛油伺服抽油 系統(tǒng)11的動力拖動源，伺服控制箱內(nèi)的伺服控制器10則是整個潛油伺服抽油系統(tǒng)11的控 制核心。地面控制箱2，潛油永磁同步伺服電機8，井下伺服控制箱構(gòu)成了潛油伺服系統(tǒng)的 伺服動力系統(tǒng)。其中，伺服電機的電機軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置將檢測到的位 置信號輸出給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機的運轉(zhuǎn)；位置檢測裝置通過密封裝置 固定在伺服控制器上。優(yōu)選地，泵和保護器之間還可以設(shè)有油氣分離器。傳統(tǒng)的潛油異步機系統(tǒng)，三相交流電經(jīng)過地面控制柜后，直接進入潛油異步電機， 使得電機轉(zhuǎn)動，潛油電機的轉(zhuǎn)動通過電機保護器和分離器，將動力傳至電泵帶動電泵汲取 原油。在潛油伺服系統(tǒng)中，地面控制箱2的作用與傳統(tǒng)不同，其主要負責(zé)將外接的三相 電流轉(zhuǎn)換為直流電輸送給井下控制箱中的伺服控制器10，同時也實現(xiàn)地面同井下伺服控制 器的通信，通過地面控制箱2可以對井下控制器10的控制參數(shù)進行修改，從而起到控制潛 油伺服電機8的目的。地面控制箱2與井下控制箱靠地面電纜1、潛油電纜12以及電機內(nèi) 的導(dǎo)線連通。井下伺服控制器根據(jù)用戶設(shè)定的要求，發(fā)出信號，實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)動，從而帶動電泵抽油，伺服控制器通過位置檢測裝置反饋電機的轉(zhuǎn)速、位置等信號實現(xiàn)對電機的閉環(huán)控制， 同時也可以感知壓力傳感器等其它傳感器的反饋信號對系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)實現(xiàn)有效調(diào)節(jié)。整個系統(tǒng)由井下伺服控制器10控制電機8的運轉(zhuǎn)，有永磁伺服電動機8拖動整個 潛油系統(tǒng)。電機8內(nèi)部灌有電機油，保護器7用于平衡潛油電機的內(nèi)外壓力，保證電機的密 封性，分離器是把油井生產(chǎn)出的原油和伴生天然氣分離開來的一種裝置。油氣分離器置于 潛油離心泵和保護器之間，將井液中的游離氣體與井液分離，液體送給潛油電泵，氣體釋放 到油管和套管的環(huán)形空間，潛油電泵6是抽油裝置，將原油輸送到地面。在潛油伺服電機的 尾部和井下控制箱之間通過高壓穿線密封裝置連接，該密封裝置實現(xiàn)了對井下控制箱的密 封和磁電式位置檢測裝置的安裝，同時通過密封裝置將控制器和電機導(dǎo)通。圖2是潛油伺服系統(tǒng)的一種連接圖。潛油伺服電機8包括電機軸14、電機頭部法蘭 15、定子16、轉(zhuǎn)子17、電機尾軸18、電機外壁36、軸承37、38、線束39、40等；潛油伺服電機8 通過連接法蘭19與位置檢測裝置及密封裝置9連接，位置檢測裝置及密封裝置9包括磁鋼 環(huán)20、位置檢測裝置21、位置檢測裝置信號線22、接線柱23、密封膠24、隔板25、密封件外 壁26、密封套27等；伺服控制器10包括電機動力線28、電路板30、控制器外壁31、密封端 蓋32、散熱片33、控制器連接件35等。潛油伺服電機8的電機尾軸18上安裝有用于產(chǎn)生 位置檢測裝置21所需正弦磁場的磁鋼環(huán)20，在井下控制箱中安裝有電流傳感器、伺服控制 器10，高壓密封裝置上安裝有位置檢測裝置21，高壓密封裝置兩側(cè)有導(dǎo)通的導(dǎo)線插頭。從 圖1中可以看到地面電纜1與地面控制箱2連接，再與潛油電纜12連接，潛油電纜12引入 潛油伺服電機8內(nèi)部。如圖2所示，在潛油伺服電機8內(nèi)部，與相應(yīng)的導(dǎo)線連接，導(dǎo)線從電 機定子上的開槽或者殼體上的槽，由電機內(nèi)部經(jīng)過高壓穿線密封裝置，進入控制器10。潛油 電纜12和電機8內(nèi)的導(dǎo)線傳輸井下控制器所需的電流，以及傳輸井下控制箱和地面控制箱 之間的信號流，達到連通地面控制箱和井下控制箱的目的。井下控制箱與地面控制箱是通 過潛油電纜以及通過電機的導(dǎo)線連通的。同時控制器提供給伺服電機的三相電也經(jīng)由密封裝置供給電機的三相繞組，控制 電機的運轉(zhuǎn)。密封裝置上即電機尾部的位置檢測裝置用于反饋電機的速度、位置等信息，其 通過密碼器線與控制箱連接，因此形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。在這里看到提供給井下控制 箱電源的是直流電，伺服控制器給電機的交流電經(jīng)過的路程很短，在減少電磁干擾的同時 也減少了損耗。在潛油異步機系統(tǒng)中，潛油電纜的導(dǎo)線往往是3根，在潛油伺服系統(tǒng)中，為了滿足 系統(tǒng)需要，電纜中含有導(dǎo)線的根數(shù)根據(jù)實際情況定的，這其中包含有井下伺服控制器所需 的動力線和以及用于和地面控制箱實現(xiàn)通信的信號線。圖3是潛油伺服電機的另一種走線圖。潛油伺服電機8包括電機軸14、電機頭部 法蘭15、定子16、轉(zhuǎn)子17、電機尾軸18等；潛油伺服電機8通過連接法蘭19與位置檢測裝 置及密封裝置9連接，位置檢測裝置及密封裝置9包括磁鋼環(huán)20、位置檢測裝置21、位置檢 測裝置信號線22、接線柱23、密封膠24、隔板25、密封件外壁26、密封套27等；伺服控制器 10包括電機動力線28、電纜連接頭29、電路板30、控制器外壁31、密封端蓋32、散熱片33、 電機動力線34、控制器連接件35等。與圖2從潛油伺服電機頭部進入電機不同，圖3中的 潛油電纜12直接引入井下控制箱，與伺服控制器連接。也就是說這中情況下通過高壓穿線 密封裝置的導(dǎo)線只有提供給潛油伺服電機的電流的導(dǎo)線。包含井下控制器動力線和信號線的電纜被直接引入到井下控制箱。圖4A和圖4B是電機頭部法蘭示意圖。圖4A是電纜從電機頭部接入時的法蘭立 體圖，42表示電纜接入孔，圖4B是電纜直接連接控制器時的法蘭立體圖。從圖中可以看出， 由于走線方案不同，電機頭部的結(jié)構(gòu)不一樣。圖5是潛油伺服系統(tǒng)的框架示意圖。潛油伺服系統(tǒng)的控制部分包括地面控制器和 井下控制器。地面控制器包括MCU1、整流濾波電路和控制面板等，地面控制器的功能是為井 下控制器提供直流電，同時設(shè)定井下控制器的控制參數(shù)和控制模式。井下控制器包括MCU2、 IPM和電流傳感器等，井下控制器的功能是根據(jù)地面控制器設(shè)定的控制參數(shù)和控制模式，控 制潛油伺服電機運行。地面控制器和井下控制器通過電纜連接，電纜為多芯電纜，包括地面 控制器MCU1與井下控制器MCU2通訊用的通訊線和給IPM提供功率電即輸送直流電的線。 操作人員通過控制面板操作地面控制器，設(shè)定相應(yīng)的控制參數(shù)和控制模式。地面控制器的 MCU1通過通訊線與井下控制器MCU2通訊，將操作人員設(shè)定的控制參數(shù)和控制模式傳遞給 井下控制器。外部三相交流電輸入地面控制器，通過整流濾波電路，將三相交流電轉(zhuǎn)換為直 流電，然后通過電纜輸送給井下控制器的IPM，直流電的正、負極分別接入IPM的P、N極。地 面控制的MCU1同時會進行電壓檢測，包括三相交流電壓檢測和直流電壓檢測，確保輸送到 井下控制器的直流電正常，如果不正常則會發(fā)出報警信號。井下控制器MCU2根據(jù)地面控制 器MCU1設(shè)定的控制參數(shù)和控制模式，以及電流傳感器和位置檢測裝置的反饋信號，運行控 制程序，產(chǎn)生PWM信號控制IPM。IPM根據(jù)PWM信號，產(chǎn)生三相電壓給交流伺服電機。整個 系統(tǒng)是一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)，控制周期短(一個控制周期只有幾十個微秒)，響應(yīng)快，精度 尚o圖6到圖10是表示控制器的連接方式及散熱結(jié)構(gòu)圖，圖中附圖標(biāo)記表示為線束 43,44,控制器轉(zhuǎn)接件35、散熱片33、電機動力線28、位置檢測裝置信號線22、控制器外壁 31、電路板30、密封端蓋32、導(dǎo)熱膠45、密封件外壁26、散熱部件47、散熱液體46、密封圈 48。圖6和圖7中采用的是轉(zhuǎn)接件的連接方式，圖6除了轉(zhuǎn)接件之外，還包括散熱片； 圖6除了轉(zhuǎn)接件之外，還包括散熱片和導(dǎo)熱膠?？刂破魍ㄟ^控制器轉(zhuǎn)接件35連接到密封件 外壁上，從而與電機連為一個整體。控制箱轉(zhuǎn)接件與密封件外壁的連接方式為法蘭連接或 者螺紋連接；控制器外壁31與控制器轉(zhuǎn)接件35的連接方式為法蘭連接或者螺紋連接。散 熱片33固定在控制器轉(zhuǎn)接件35上，電路板30固定在散熱片33上。散熱片33緊貼控制器 外壁31，便于將控制器內(nèi)部的熱量散出去。如圖7所示，控制器內(nèi)部可以選擇用導(dǎo)熱膠45 灌封，導(dǎo)熱膠45例如可以為導(dǎo)熱硅脂等，以增強散熱效果。圖8和圖9為控制器直接與密封件外壁連接的方案的結(jié)構(gòu)圖。圖8中還設(shè)有散熱 片33，而圖9中不使用散熱片?？刂破髦苯优c密封件外壁26連接，中間不使用轉(zhuǎn)接件。控 制器內(nèi)部用導(dǎo)熱膠45灌封。也可以如圖9所示的那樣，將散熱片去掉，控制器內(nèi)部用導(dǎo)熱 膠45灌封。導(dǎo)熱膠45可以采用環(huán)氧樹脂灌封膠、硅橡膠灌封膠、聚氨酯灌封膠、UV灌封膠、 熱熔性灌封膠或有機硅灌封膠。圖10所示的是另一散熱結(jié)構(gòu)?？刂破魍ㄟ^控制器轉(zhuǎn)接件35連接到密封件外壁上， 從而與電機連為一個整體?？刂葡滢D(zhuǎn)接件與密封件外壁的連接方式為法蘭連接或者螺紋連 接；控制器外壁31與控制器轉(zhuǎn)接件35的連接方式為法蘭連接或者螺紋連接。散熱片33固定在控制器轉(zhuǎn)接件35上，電路板30固定在散熱片33上。散熱片33緊貼控制器外壁31，便 于將控制器內(nèi)部的熱量散出去。在控制器的一端接有散熱部件47，連接方式為法蘭連接或 者螺紋連接。散熱部件47內(nèi)部充滿散熱液體46，散熱片33伸入散熱部件47腔內(nèi)，與散熱 液體46接觸，增強散熱效果。在散熱片33與散熱部件47連接處有密封圈48密封，防止散 熱部件的散熱液體46進入到控制器內(nèi)部。散熱液體46可以采用任何不具有腐蝕性、不可 燃的液體，如水或45#液壓油。永磁同步伺服電機可以采用單節(jié)，為了提供更大的功率也可以采用多節(jié)的形式。 圖11是單節(jié)永磁同步伺服潛油電機的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖標(biāo)記表示為電機頭49、電機本體 50、下法蘭51、電機尾軸52。單節(jié)電機時，電機只有一節(jié)，在尾部直接與高壓穿線密封裝置 連接節(jié)。圖12到圖14是以四節(jié)為例的多節(jié)電機裝配結(jié)構(gòu)示意圖，附圖標(biāo)記為首節(jié)電機 53、電機殼體54、螺紋法蘭55、58、下法蘭56、上法蘭57、中間節(jié)電機59、末節(jié)電機60、轉(zhuǎn)子 軸61、聯(lián)軸器62、上螺紋法蘭63、下螺紋法蘭64、寬螺母65、窄螺母66。潛油伺服電機由多 節(jié)組成時，每兩節(jié)電機中間通過法蘭螺紋和螺栓連接相結(jié)合的形式。如圖12所示，轉(zhuǎn)子軸 用花鍵聯(lián)軸器連接。螺紋法蘭與電機殼通過螺紋連接，上、下法蘭再通過螺栓與螺紋法蘭連 接，上、下法蘭之間通過螺栓連接。這種形式主要是適合于電機殼較薄時的情況。潛油伺服 電機由多節(jié)組成時，沒兩節(jié)電機中間通過螺栓連接的形式。轉(zhuǎn)子軸用花鍵聯(lián)軸器連接。如 圖13所示，上、下法蘭再通過螺栓與電機殼體連接，上、下法蘭之間通過螺栓連接。這種形 式主要是適合于電機殼較厚度足夠可以擰上螺栓時的情況。潛油伺服電機由多節(jié)組成時， 每兩節(jié)電機中間通過螺栓連接的形式。轉(zhuǎn)子軸用花鍵聯(lián)軸器連接。如圖14所示，上、下螺 紋法蘭與電機殼體通過螺紋連接，兩個法蘭之間通過螺栓連接，同時在上螺紋法蘭上安裝 有兩個可動的螺母，總裝時調(diào)整好各節(jié)電機的位置后，通過擰緊兩個螺母完成電機的總裝。 螺母擰緊后可以防止每節(jié)電機之間的轉(zhuǎn)動。對于多節(jié)伺服電機，相鄰的兩節(jié)電機的轉(zhuǎn)子軸通過聯(lián)軸器連接；相鄰的兩節(jié)電機 上設(shè)置的電機轉(zhuǎn)子的N極對應(yīng)在一條直線上，S極對應(yīng)在一條直線上；電機定子的U、V、W三 相繞組分別對應(yīng)在一條直線上。如果潛油電機長度比較長，就需要扶正軸承，扶正軸承可以是滑動軸承等，其作用 是起支撐作用，防止軸由于過長彎曲。當(dāng)電機較短時不需要扶正軸承，潛油電機通過聯(lián)軸器 與保護器連接或者泵連接，聯(lián)軸器可以是花鍵聯(lián)軸器等。圖15是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的立體圖，如圖 15所示，轉(zhuǎn)子磁鋼63是分節(jié)設(shè)置的，當(dāng)潛油電機的長度比較長時，在相鄰的兩節(jié)轉(zhuǎn)子磁鋼 63之間設(shè)置扶正軸承64，軸端設(shè)有用于聯(lián)接的花鍵65。以下以優(yōu)選實施例具體說明本發(fā)明的位置檢測裝置及密封裝置的設(shè)計。圖16是磁電式位置檢測裝置在潛油伺服電機700上的整體安裝結(jié)構(gòu)示意圖。磁 電式位置檢測裝置系統(tǒng)由磁電式位置檢測裝置電路板701、磁感應(yīng)元件702、磁鋼環(huán)703、導(dǎo) 磁環(huán)704、高壓穿線密封裝置705、位置檢測裝置線706、不銹鋼罩708及外殼(未圖示)等 組成，磁電式位置檢測裝置電路板701由電路板和磁感應(yīng)元件702組成，磁感應(yīng)元件例如是 霍爾元件。磁鋼環(huán)安裝703在潛油伺服電機的尾軸707上，它的位置要同不銹鋼罩708外 的導(dǎo)磁環(huán)704對應(yīng)，跟隨電機轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生正弦磁場。導(dǎo)磁環(huán)704被分成幾個磁 環(huán)塊，導(dǎo)磁環(huán)704的方案要根據(jù)整個位置檢測裝置磁感應(yīng)元件個數(shù)方案來確定。導(dǎo)磁環(huán)704安裝在不銹鋼罩708的臺階上，構(gòu)成一周，每兩個導(dǎo)磁環(huán)之間留有狹縫，磁感應(yīng)元件702處 在兩個導(dǎo)磁環(huán)的狹縫當(dāng)中。磁感應(yīng)元件702的管腳直接接在磁電式位置檢測裝置的電路板 701上，由電路板伸出，使得磁感應(yīng)元件到達兩個導(dǎo)磁環(huán)之間，電路板701上有CPU等電子元 器件，電路板701用于處理磁感應(yīng)元件702產(chǎn)生的信號，反饋信號經(jīng)過位置檢測裝置線706 傳入井下控制箱709中的伺服控制器。圖16中以位置檢測裝置第一實施例為例，其中磁鋼 環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)以及磁感應(yīng)元件只有一套，磁鋼環(huán)為單對磁極，然而本發(fā)明不限于此，磁鋼環(huán)、導(dǎo) 磁環(huán)以及磁感應(yīng)元件可以有兩套，磁鋼環(huán)可以有多對極，后面將會結(jié)合實施例對多對極的 情況加以描述。磁電式位置檢測裝置系統(tǒng)分兩處安裝，產(chǎn)生正弦磁場的磁鋼環(huán)703安裝在電機尾 軸707上，剩下的部分與高壓穿線密封件705構(gòu)成一體，成組件化安裝。安裝磁電式位置檢 測裝置的高壓穿線密封件705的鋼罩，材料要選為不導(dǎo)磁材料，所以可以采用不銹鋼材料， 也就是不銹鋼罩708，既滿足了密封強度要求，又滿足了磁電式位置檢測裝置系統(tǒng)對磁路的 要求。需要說明的是除了不銹鋼罩，其它不導(dǎo)磁、強度滿足密封強度要求的材料也可以選 用。磁鋼環(huán)主要是產(chǎn)生正弦磁場；導(dǎo)磁環(huán)起聚磁作用，磁鋼環(huán)產(chǎn)生的磁通通過導(dǎo)磁環(huán)。 電路板是固定磁感應(yīng)元件并且輸出六路信號線。磁感應(yīng)元件把通過導(dǎo)磁環(huán)的磁場轉(zhuǎn)換成電 壓信號，電壓信號直接進入主控板芯片。由主控板上芯片對電壓信號進行處理，最后得到角 位移。磁電式位置檢測裝置是利用霍爾效應(yīng)來檢測電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置等信息的位置檢 測裝置，磁感應(yīng)元件能感應(yīng)磁場的變化，把通過導(dǎo)磁環(huán)的磁場轉(zhuǎn)換成電壓信號，磁鋼環(huán)轉(zhuǎn)動 一周產(chǎn)生一個或多個周期的正弦磁場，在不同的角度產(chǎn)生不同的磁場，磁感應(yīng)元件感應(yīng)出 不同的電壓信號，電路板通過接插件，將每個磁感應(yīng)元件的電壓信號傳遞給CPU，CPU根據(jù) 電壓信號計算出轉(zhuǎn)軸的角度位置。磁感應(yīng)元件優(yōu)選地為霍爾感應(yīng)元件?；魻柛袘?yīng)元件模塊 的成本低，因為磁感應(yīng)元件、磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)成本低，電路板只是將磁感應(yīng)元件的感應(yīng)電壓 傳遞給CPU，因此總成本也低。這種位置檢測裝置的安裝結(jié)構(gòu)既達到了位置檢測裝置密封性的要求，要使得磁電 式位置檢測裝置在在惡劣的潛油伺服電機環(huán)境中得以正常工作。電機旋轉(zhuǎn)時帶動磁鋼環(huán)旋 轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在不銹鋼罩外表面上的導(dǎo)磁環(huán)導(dǎo)通磁場，在兩個導(dǎo)磁環(huán)間隙之間磁 感應(yīng)元件感應(yīng)磁場的變化，產(chǎn)生電壓信號，這些變化的信號在磁電式位置檢測裝置電路板 上被處理，并將處理后的信號傳遞給控制箱，從而獲得電機的轉(zhuǎn)子位置、速度等信號。圖17是磁電式位置檢測裝置安裝結(jié)構(gòu)的立體分解示意圖，其中以與圖16相同的 附圖標(biāo)記表示相同的部件。由圖17可以看到，整個安裝結(jié)構(gòu)成組件化設(shè)計，位置檢測裝置 電路板701、磁感應(yīng)元件702、導(dǎo)磁環(huán)704與高壓密封裝置705安裝為一體可以單獨成立為 一個組件。這使得這種磁電式位置檢測裝置在潛油伺服電機中的應(yīng)用安裝方便可靠。圖18是磁電式位置檢測裝置中的磁鋼環(huán)的示意圖。磁鋼環(huán)安裝在電機的尾軸上， 隨著電機轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，形成磁電式位置檢測裝置系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)變化的正弦磁場，磁鋼 環(huán)的充磁方式和方向與相應(yīng)的磁電式位置檢測裝置系統(tǒng)的要求對應(yīng)。在第一實施例中，磁 鋼環(huán)為一對磁極；在第二實施例中，磁鋼環(huán)為多對磁極，該多對磁極均勻排列；在第三實施 例中，磁鋼環(huán)為多對磁極，該多對磁極按一定角度排列。
圖19A與圖19B是以兩個磁感應(yīng)元件的方案為例解釋磁感應(yīng)元件與導(dǎo)磁環(huán)的布置 的示意圖。如圖19A所示，磁感應(yīng)元件100、101采用表面貼的方式，即在圓環(huán)形定子102內(nèi) 側(cè)壁布置，103為磁鋼環(huán)，在兩個磁感應(yīng)元件的方案中，兩個磁感應(yīng)元件100、101相隔90° 布置。在圖19B中，兩個磁感應(yīng)元件109、110夾于導(dǎo)磁環(huán)的兩個或多個同心安裝的弧段(此 處為兩個弧段111、112)之間，113為磁鋼環(huán)。盡管此處以兩個磁感應(yīng)元件的方案為例加以 解釋，然而本發(fā)明不限于此，每列磁感應(yīng)元件的數(shù)目可以是三個、四個、六個，對應(yīng)的導(dǎo)磁環(huán) 的弧段也相應(yīng)地為三個、四個、六個。而且可以采用兩列磁感應(yīng)元件和兩個磁鋼環(huán)的方案， 此時第二個導(dǎo)磁環(huán)的弧段也相應(yīng)地有所變化，而不局限于1/4弧段與3/4弧段的方案或均 勻分段的方案。本發(fā)明還提供了一種基于上述結(jié)構(gòu)的位置檢測裝置的信號處理裝置，包括A/D 轉(zhuǎn)換模塊、合成模塊、角度獲取模塊和存儲模塊，其中，A/D轉(zhuǎn)換模塊對位置檢測裝置中磁 感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對應(yīng)于磁感應(yīng)元 件的個數(shù)，該模塊中具有多個A/D轉(zhuǎn)換器，分別用于對每個磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號 進行A/D轉(zhuǎn)換；所述合成模塊對經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理，得到基準(zhǔn)信號D ； 所述角度獲取模塊，根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在角度存儲表中選擇與其相對的角度作為偏移角度 0 ；所述存儲模塊用于存儲數(shù)據(jù)。上述各個模塊可以構(gòu)成一 MCU。以下通過實施例詳細描述本發(fā)明的位置檢測裝置 及其信號處理裝置與方法。第一實施例圖20是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有兩個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖。位置檢測裝置包括感應(yīng)元件710、電路板711、導(dǎo)磁環(huán)712、不銹鋼罩713、磁 鋼環(huán)715及外殼(未圖示)等部分，磁鋼環(huán)715安裝于電機尾軸716上，其余部分可安裝于 高壓穿線密封裝置714的不銹鋼罩713上。本方案的特征之處在于，位置檢測裝置有兩個 磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)712也由兩部分組成，一個是1/4的磁環(huán)，一個是3/4的磁環(huán)。兩個不 完整的磁環(huán)形成兩個狹縫，用于同兩個磁感應(yīng)元件配合使用。圖21是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有兩個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖。磁感應(yīng)元件氏和H2的輸出信號接MCU的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸 入口，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號接乘法器1、2，系數(shù)矯正器7的輸出信號K接乘法器1、2 的輸入端，乘法器1、2的輸出信號接合成器3的輸入端，合成器3輸出信號D和R，系數(shù)矯正 器7接收合成器3輸出的信號D和R，通過運算得到信號K，通過使磁感應(yīng)元件&和H2的信 號與該信號K進行相乘，以此來進行溫度補償，消除溫度對信號的影響。存儲器4中存儲有 一角度存儲表，MCU根據(jù)信號D在角度存儲表中選擇與其相對的角度作為偏移角度0。在存儲模塊中存儲有一標(biāo)準(zhǔn)角度表，其中存儲了對應(yīng)于一系列的碼，每一個碼對 應(yīng)于一個角度。該表是通過標(biāo)定得到的，標(biāo)定方法是，利用本施例的檢測裝置和一高精度 位置傳感器，將本施例中的磁感應(yīng)元件輸出的信號和該高精度位置傳感器輸出的角度進行 一一對應(yīng)，以此建立出一磁感應(yīng)元件輸出的信號與角度之間的關(guān)系表。另外，在存儲模塊中還存儲了一些數(shù)據(jù)修正表，這些表中包括一個信號R與其標(biāo) 準(zhǔn)狀態(tài)下的信號Ro的對應(yīng)表，通過合成模塊，即合成器3得到的信號R，通過查表可以得到 一信號禮，通過將信號禮和信號R進行比較，如除法運算，得到信號K。
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其中對信號的處理，即合成器3對信號的處理原則是比較兩個信號的數(shù)值的大 小，數(shù)值小的用于輸出的信號D，信號D的結(jié)構(gòu)為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合 位，較小數(shù)值的信號的數(shù)值位}。以本實施例為例，說明如下約定當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對值)，即去除符號位剩下數(shù)據(jù)位。如果 A_D>=B_DD = {A_0 ；B_0 ;B_D}R—A2+B2 ；否則D = {A_0 ;B_0 ;A_D}R= ylA2+B2。圖22是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有三個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖。其各部分組件的安裝方式與兩個磁感應(yīng)元件的方案的相似，故在此不再重 復(fù)。本方案的特征之處在于，位置檢測裝置有三個磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)也由三部分組成，每 兩個不完整的磁環(huán)形成狹縫，總共形成三個狹縫，用于同三個磁感應(yīng)元件配合使用。圖23是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有三個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖。位置檢測裝置包括感應(yīng)元件717、電路板718、導(dǎo)磁環(huán)719、不銹鋼 罩720、磁鋼環(huán)722及外殼(未圖示)等部分，721是高壓穿線密封裝置，723是電機尾軸。本 方案的信號處理裝置與兩個磁感應(yīng)元件的方案中的相似，不同之處在于，磁感應(yīng)元件有三 個，輸出給合成器的信號為三個，合成器在取舍信號時與上述方案中的有所不同。在這里， 僅說明合成器如何取舍信號。合成器4對信號的處理原則是先判斷三個信號的符合位，并比較符合位相同的 信號的數(shù)值的大小，數(shù)值小的用于輸出的信號D，信號D的結(jié)構(gòu)為{第一個信號的符合位，第 二個信號的符合位，第三個信號的符合位，較小數(shù)值的信號的數(shù)值位}。以本實施例為例約定當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對值)，即去除符號位剩下數(shù)據(jù)位。如果{A_0；B_0 ；C_0} = 010 并且 A_D >= C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0;B_0 ;C_0} = 010 并且 A_D < C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = 101 并且 A_D >= C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = 101 并且 A_D < C_DD = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}如果{A_0；B_0 ；C_0} = Oil 并且 B_D >= C_D0160] 0161] 0162]
0163]
0164]
0165]
0166]
0167]
0168]
0169]
0170]
0171]
0172]
0173]
0174]
D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D} 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = Oil 并且 B_D < C_D
D = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;B_D} 如果{A_0 ；B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D >= C_D
D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D} 如果{A_0 ；B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D < C_D
D = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;B_D} 如果{A_0 ；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D >= A_D
D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D} 如果{A_0 ；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D < A_D
D = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;B_D} 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 110 并且 B_D >= A_D
D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D} 如果{A_0 ;B_0 ;C_0} = 110 并且 B_D < A_D D = {A_0 ;B_0 ;C_0 ;B_D}a = A-Bx cos(j) - C X cos(—)fi^Bx sin(y) - C x sin(y)R = yla2+J32圖24是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有四個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖。位置檢測裝置包括感應(yīng)元件724、電路板725、導(dǎo)磁環(huán)726、不銹鋼罩727、磁 鋼環(huán)729及外殼(未圖示)等部分，728是高壓穿線密封裝置，730是電機尾軸。其各部分 組件的安裝方式與兩個磁感應(yīng)元件的方案的相似，故在此不再重復(fù)。本方案的特征之處在 于，位置檢測裝置有四個磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)也由四部分組成，每兩個不完整的磁環(huán)形成狹 縫，總共形成四個狹縫，用于同四個磁感應(yīng)元件配合使用。圖25是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有四個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖。方案的信號處理裝置與兩個磁感應(yīng)元件的方案中的相似，不同之 處在于，增加了差動放大模塊，通過該差動放大模塊抑制溫度和零點漂移，以此來提高數(shù)據(jù) 精度，最終輸出給合成器的信號仍為兩個，處理過程及方法與兩個傳感器的方案的相同，在 此不再重復(fù)。圖26是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有六個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的分解示意圖。位置檢測裝置包括感應(yīng)元件731、電路板732、導(dǎo)磁環(huán)733、不銹鋼罩734、磁 鋼環(huán)736及外殼(未圖示)等部分，735是高壓穿線密封裝置，737是電機尾軸。其各部分 組件的安裝方式與兩個磁感應(yīng)元件的方案的相似，故在此不再重復(fù)。本方案的特征之處在 于，位置檢測裝置有六個磁感應(yīng)元件，導(dǎo)磁環(huán)也由六部分組成，每兩個不完整的磁環(huán)形成狹 縫，總共形成六個狹縫，用于同六個磁感應(yīng)元件配合使用。圖27是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的安裝有六個磁感應(yīng)元件的位置檢測裝置方案 的信號處理裝置的框圖。方案的信號處理裝置與三個磁感應(yīng)元件的方案中的相似，不同之處在于，增加了差動放大模塊，通過該差動放大模塊抑制溫度和零點漂移，以此來提高數(shù)據(jù)精度，最終輸出給合成器的信號仍為三個，處理過程及方法與三個傳感器的方案的相同，在 此不再重復(fù)。圖28A到圖28D以由1/4弧段和3/4弧段構(gòu)成的導(dǎo)磁環(huán)為例，圖示了本發(fā)明的導(dǎo)磁 環(huán)的倒角設(shè)計。如圖28A到圖28D所示，導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，圖 28A所示的導(dǎo)磁環(huán)沒有設(shè)計倒角，圖28B到圖28D所示的弧段端部設(shè)有倒角，所述倒角為沿 軸向(圖28B)或徑向(圖28C)或同時沿軸向、徑向(圖28D)切削而形成的倒角，151、153 表示軸向切面，152、154表示徑向切面。相鄰兩弧段間留有縫隙，磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)， 當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信
號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的控制器。根據(jù)磁密公式B = |可以知道，當(dāng)Φ —定時候，
O
可以通過減少S，增加B。因為永磁體產(chǎn)生的磁通是一定的，在導(dǎo)磁環(huán)中S較大，所以B比較 小，因此可以減少因為磁場交變而導(dǎo)致的發(fā)熱。而通過減少導(dǎo)磁環(huán)端部面積能夠增大端部 的磁場強度，使得磁感應(yīng)元件的輸出信號增強。這樣的信號拾取結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，拾取的 信號噪聲小，生產(chǎn)成本低，可靠性高，而且尺寸小。雖然以兩個弧段的方案為例描述了導(dǎo)磁 環(huán)的倒角設(shè)計，然而本發(fā)明不限于此，導(dǎo)磁環(huán)為三弧段、四弧段、六弧段的方案都可以采用 類似的倒角設(shè)計，在此不再詳細描述。在本發(fā)明的潛油伺服拖動系統(tǒng)的位置檢測裝置的第二實施例中，磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán) 各為兩個，磁感應(yīng)元件也相應(yīng)地有兩列，這些是位置檢測裝置的關(guān)鍵部件，除此之外的其它 部件的安裝與結(jié)構(gòu)與第一實施例中的相似，在此不再贅述。圖29是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的位置檢測裝置方案的關(guān)鍵部件的分解立體 圖。圖30是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的位置檢測裝置方案的安裝示意圖。本實施例的位 置檢測裝置包括轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子套在內(nèi)部的定子，轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán) 201b以及第一導(dǎo)磁環(huán)205a和第二導(dǎo)磁環(huán)205b，第一磁鋼環(huán)201a和第二磁鋼環(huán)201b分別 固定在電機軸200上，其中定子為支架203。第一導(dǎo)磁環(huán)205a和第二導(dǎo)磁環(huán)205b分別由多 個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩個弧段之間留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元 件204分別設(shè)在該空隙內(nèi)。磁感應(yīng)元件設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上，不銹鋼罩外部通過密封 裝置與外殼密封并固定，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。第一磁鋼環(huán)201a均勻的磁化為g(g的取值等于第二磁鋼環(huán)中的磁極總數(shù))對極 (N極和S極交替排列)，當(dāng)?shù)诙配摥h(huán)中的磁極總數(shù)為6時，第一磁鋼環(huán)201a的極對數(shù)為 6對。以第一磁鋼環(huán)201a的中心為圓心的同一圓周上，設(shè)置有m個磁感應(yīng)元件，如2個，如 圖31所示，二個磁感應(yīng)元件HpH2之間的夾角為90° /6。第一磁鋼環(huán)均勻地磁化為6對極 時磁感應(yīng)元件的布置如圖32所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元 件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置。定義第一磁鋼環(huán)中相鄰一對“N-S”為一個信號周期，因此，任一“N-S”對應(yīng)的機械 角度為360° /g(g為“N-S”個數(shù))，假定轉(zhuǎn)子在t時刻旋轉(zhuǎn)角度θ位于第nth信號周期內(nèi)， 則此時刻角位移θ可認為由兩部分構(gòu)成1.在第nth信號周期內(nèi)的相對偏移量，磁感應(yīng)元 件H1和H2感應(yīng)第一磁鋼環(huán)的磁場來確定在此“N-S”信號周期內(nèi)的偏移量θ工(值大于0小于360° /g) ；2.第rith信號周期首位置的絕對偏移量92，用傳感器氏，114，...扎感應(yīng)磁環(huán) 2的磁場來確定此時轉(zhuǎn)子究竟是處于哪一個“N-S”來得到e2。對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)201b，以第二磁鋼環(huán)201b的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n =1，2…n)個均勻分布的磁感應(yīng)元件，第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應(yīng)原件輸 出呈格雷碼形式。磁極的極性為格雷碼的首位為“0”對應(yīng)于“N/S”極，首位為“1”對應(yīng)于 “S/N”極。例如，當(dāng)n為3時，得到如圖33所示的編碼，得到如圖34所示的第二磁鋼環(huán)的充 磁順序，如圖35所示，三個磁感應(yīng)元件均布周圍進行讀數(shù)。圖36是本實施例的位置檢測裝置的一個信號處理裝置的框圖。本示例中，第一磁 鋼環(huán)設(shè)有兩個磁感應(yīng)元件，傳感器1_1和1_2的輸出信號接放大器2_1、2_2進行放大，然后 接A/D轉(zhuǎn)換器3_1、3_2，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到輸出信號接乘法器4、5，系數(shù)矯正器10輸出信號 接乘法器4、5的輸入端，乘法器4、5的輸出信號A、B接合成器6的輸入端，第一合成器6對 信號A、B進行處理，得到信號D、R，根據(jù)信號D從存儲器8中存儲的標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與 其相對的角度作為偏移角度、。其中，第五合成器6的輸出信號R輸送給系數(shù)矯正器10， 系數(shù)矯正器10根據(jù)信號R和從存儲器9中查表得到信號禮得到信號K，該信號K作為乘法 器4、5的另一輸入端，與從放大器2_1、2_2輸出的信號CI、C2分雖相乘得到信號A、B作為 第一合成器6的輸入。傳感器1_3、1_4、. . . l_n的輸出信號分別接放大器2_3、2_4、. . . 2_n進行放大，然 后接A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過第二合成器7進行合成，得到一信號E ；根據(jù)該信號E 在存儲器11中的第二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角度作為第一電壓信號所處的信號 周期首位置的絕對偏移量92，9工和e2通過加法器12得到測量的絕對角位移輸出e。第二合成器7的功能是，通過對傳感器H3、H4、. . . Hn的信號進行合成，得到此時刻 轉(zhuǎn)子處于哪一個“N-S”信號周期內(nèi)。第二合成器7的處理是當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù) X的第0位(二進制左起第1位)為符號位，X_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù) X為正。也即當(dāng)感應(yīng)的磁場為N時，輸出為X_0 = 0，否則為X_0 = 1。則對于本實施例，E= {C3_0 ；C4_0 ；Cn_0}。其中，第一合成器6對信號的處理是比較兩個信號的數(shù)值的大小，數(shù)值小的用于 輸出的信號D，信號D的結(jié)構(gòu)為{第一個信號的符合位，第二個信號的符合位，較小數(shù)值的信 號的數(shù)值位}。具體如下這里約定(后文各合成器均使用該約定)，當(dāng)數(shù)據(jù)X為有符號數(shù)時，數(shù)據(jù)X的第0 位(二進制左起第1位)為符號位，x_0 = 1表示數(shù)據(jù)X為負，X_0 = 0表示數(shù)據(jù)X為正。 X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位(數(shù)據(jù)的絕對值)，即去除符號位剩下的數(shù)據(jù)位。如果 A_D>=B_DD = {A_0 ;B_0 ;B_D}R二 y/A2+B2 ；否則D = {A_0 ;B_0 ;A_D}R二 ylA2+B2 ；信號K 一般是通過將信號禮和R進行除法運算得到。對于第一、二標(biāo)準(zhǔn)角度表，在存儲器中存儲了兩個表，每個表對應(yīng)于一系列的碼，每一個碼對應(yīng)于一個角度。該表是通過標(biāo)定得到的，標(biāo)定方法是，利用本施例的檢測裝置和 一高精度位置傳感器，將本施例中的磁感應(yīng)元件輸出的信號和該高精度位置傳感器輸出的 角度進行一一對應(yīng)，以此建立出一磁感應(yīng)元件輸出的信號與角度之間的關(guān)系表。也就是，對 應(yīng)于信號D存儲了一個第一標(biāo)準(zhǔn)角度表，每一個信號D代表一個相對偏移量elt)對應(yīng)于信 號E，存儲了一個第二標(biāo)準(zhǔn)角度表，每一個信號E代表一個絕對偏移量e 2。本發(fā)明不限于上述示例，第一磁鋼環(huán)還可以設(shè)有三個、四個、六個磁感應(yīng)元件，相 應(yīng)的導(dǎo)磁環(huán)和信號處理電路也要做相應(yīng)變化，然而其變化與第一實施例中所述的類似，故 在此不再贅述。當(dāng)設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)時，導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑 向切削而形成的倒角。作為替代，磁感應(yīng)元件可以直接表貼在不銹鋼罩的外表面上，即不設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)，如 圖37所示。其它部件以及其信號處理裝置與有導(dǎo)磁環(huán)的類似，在此不再贅述。在本發(fā)明的潛油伺服系統(tǒng)的位置檢測裝置的第三實施例中，各個部件的個數(shù)及其 安裝方案與第二實施例中的類似，所不同的是磁鋼環(huán)的充磁方式及磁感應(yīng)元件的布置位置。圖38是根據(jù)第三實施例的位置檢測裝置的分解立體圖。對應(yīng)于磁鋼環(huán)302、磁鋼 環(huán)303分別設(shè)有兩列磁感應(yīng)元件308和309。為了說明方便，這里將第一列磁感應(yīng)元件即對 應(yīng)磁鋼環(huán)302和導(dǎo)磁環(huán)304的多個磁感應(yīng)元件都用磁感應(yīng)元件308表示，而將第二列磁感 應(yīng)元件即對應(yīng)磁鋼環(huán)303和導(dǎo)磁環(huán)305的多個磁感應(yīng)元件都用磁感應(yīng)元件309表示。為了 說明方便，這里將磁鋼環(huán)302定義為第一磁鋼環(huán)，將磁鋼環(huán)303定義為第二磁鋼環(huán)，將導(dǎo)磁 環(huán)304限定為對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)302，將導(dǎo)磁環(huán)305限定為對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)305，然而本 發(fā)明不限于上述的限定。第一磁鋼環(huán)302被均勻地磁化為2n(n = 0，1,2-n)對磁極，并且相鄰兩極的極性 相反，第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)為2n，其磁序按照磁序算法確定；在軸301上，對應(yīng)于第一磁 鋼環(huán)302，以第一磁鋼環(huán)302的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m為2或3的整數(shù)倍)個呈 一定角度分布的磁感應(yīng)元件308 ；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)303，以第二磁鋼環(huán)303的中心為圓心 的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2…n)個呈360° /2n角度分布的磁感應(yīng)元件309。第二磁 鋼環(huán)303的磁極總數(shù)與以n為位數(shù)排成的、相鄰兩位只有一位不同的格雷碼的個數(shù)相同，磁 極的極性為格雷碼的首位為“0”對應(yīng)于“N”極，首位為“ 1，，對應(yīng)于“S”極。第二磁鋼環(huán)的 磁極總對數(shù)與第一磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反。圖39是磁鋼環(huán)303的磁序算法流程圖。如圖39所示，以三個磁感應(yīng)元件的情況 為例，首先進行初始化a[3] =“0，0，0”；然后將當(dāng)前編碼入編碼集，即編碼集中有“0，0， 0” ；接著檢驗入編碼集的集合元素是否達到2n，如果是則程序結(jié)束，反之將當(dāng)前編碼左移一 位，后面補0 ；然后檢驗當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集 繼續(xù)進行上述步驟，如果已入編碼集則將當(dāng)前碼末位去0補1 ；接著檢驗當(dāng)前編碼是否已入 編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進行上述步驟，如果已入編碼集則檢 驗當(dāng)前碼是否為“0……0”，是則結(jié)束，否則將當(dāng)前編碼的直接前去碼末位去0補1 ；接著檢 驗當(dāng)前編碼是否已入編碼集，如果未入編碼集則將當(dāng)前編碼入編碼集繼續(xù)進行上述步驟， 如果已入編碼集則檢驗當(dāng)前碼是否為“0……0”，然后繼續(xù)進行下面的程序。其中0磁化為“N”，1磁化為“S”。這樣得到了圖40所示的磁鋼環(huán)303充磁結(jié)構(gòu)圖以及H3、H4和H5的排布順序。本實施例中，對應(yīng)于所述的第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為 360° /2n。關(guān)于對應(yīng)于所述的第一磁鋼環(huán)相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4 時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為90° /2n，當(dāng)m為3時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之 間的夾角為120°為6時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /2n。圖41是根據(jù)第三實施例的位置檢測裝置的信號處理裝置的框圖。由于其信號處 理方式與第二實施例的類似，故在此不再贅述。第一磁鋼環(huán)可以設(shè)有兩個、三個、四個、六個磁感應(yīng)元件，相應(yīng)的導(dǎo)磁環(huán)和信號處 理電路也要做相應(yīng)變化，然而其變化與第一實施例中所述的類似，故在此不再贅述。當(dāng)設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)時，導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑 向切削而形成的倒角。作為替代，磁感應(yīng)元件可以直接表貼在不銹鋼罩的外表面上，即不設(shè)有導(dǎo)磁環(huán)，其 它部件以及其信號處理裝置與有導(dǎo)磁環(huán)的類似，在此不再贅述。本實施例的位置檢測裝置的信號處理方法與第二實施例中的類似，故在此省略對 其重復(fù)描述。圖42為本發(fā)明的一種密封裝置的整體剖面示意圖。如圖42所示，本實施例提供 一種密封裝置901，該密封裝置901包括密封裝置本體和穿設(shè)在其中的導(dǎo)線910。該密封裝 置本體由密封連接法蘭911、密封殼體912和不銹鋼罩913組成。密封連接法蘭911與密 封殼體912相連，而不銹鋼罩913穿設(shè)在兩者之間。本實施例中為了滿足潛油伺服電機的 需要，不銹鋼罩913的材質(zhì)為不銹鋼，而選定的材質(zhì)。應(yīng)理解地是，在特定的使用場合下，為 保證結(jié)構(gòu)不變，可以根據(jù)實際情況來選擇不銹鋼罩913的材質(zhì)。密封殼體912是整個密封 裝置901的支承件。在密封殼體912內(nèi)設(shè)有第一絕緣擋板914。第一絕緣擋板914、不銹鋼 罩913外壁和密封殼體912內(nèi)壁圍設(shè)成密封空間。在第一絕緣擋板914和密封殼體912上 分別開設(shè)有出線口 915，導(dǎo)線910從密封連接法蘭911穿入該密封裝置本體的密封空間中， 在密封空間中纏繞，然后從出線口 915穿出。密封殼體912在其出線口 915端與不銹鋼罩 913螺紋連接，并涂有螺紋密封膠，從而使密封殼體912與不銹鋼罩913之間密封。密封空 間中充滿密封填充物916，例如環(huán)氧膠。當(dāng)然，根據(jù)實際需要也可以采用耐高溫、粘性好的粘 接膠，同樣可以達到良好的密封效果。此外，在由第一絕緣擋板914、不銹鋼罩913和密封殼體912圍成的密封空間中，還 可以設(shè)有第二絕緣擋板917。在第二絕緣擋板917上也開設(shè)有出線口(圖未示)，以便導(dǎo)線 910穿出。密封空間內(nèi)還設(shè)有第二絕緣擋板，其上開設(shè)有出線口 ；所述的第二絕緣擋板的設(shè) 置數(shù)量為一個以上，將密封空間分割為多級密封空間。圖43為本發(fā)明的另一種密封裝置的剖視圖。如圖43所示，第一絕緣板957和密 封塊956之間還可以設(shè)有第二絕緣板960，絕緣板可以采用高強度絕緣板，并且其上開設(shè)有 用于通過銅棒的孔，第二絕緣板960與密封塊956圍設(shè)的密封空間內(nèi)穿設(shè)第二銅棒961 ；第 一銅棒954從密封殼體952的通孔穿入該密封裝置本體的密封空間中，從第一絕緣板957 穿出，并穿過第二絕緣板960與第二銅棒961首尾相接；第二銅棒961從密封塊956的通孔穿出。此外，在第一絕緣板957和第二絕緣板960之間可以設(shè)有支承板962，支承板962 上開設(shè)有通孔。應(yīng)注意的是，支承板962上開設(shè)的通孔的內(nèi)徑大于第一銅棒954或第二銅 棒961的外徑，以防止支承板962與第一銅棒954或第二銅棒961之間導(dǎo)通。此外，密封殼 體952的內(nèi)腔上設(shè)有凸臺965，可以將支承板962固設(shè)在凸臺965上。圖44為密封裝置中第一銅棒的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖44所示，第一銅棒954為階梯 狀，即采用中間粗，兩頭細的階梯軸形式，設(shè)置在其中部的臺階柱963外徑大于兩端的銅棒 外徑，該臺階柱963的下臺階面與第一絕緣板957抵頂接觸。通過這個臺階來防止第一銅 棒954因承受壓力過大而壓穿，同時將壓力傳遞給第一絕緣板957，使得壓力均勻，再通過 第一絕緣板957將壓力傳遞到密封殼體952的底端。此外，第一銅棒954的末端均設(shè)有連 接插頭955。圖45為密封裝置中第二銅棒的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖45所示，第二銅棒961也為階 梯狀，即階梯軸形式。其底端為粗臺階柱964，柱體外徑大于另一端的外徑，該臺階柱964的 下臺階面與第二絕緣板960抵頂接觸。由于第二銅棒961的下端較粗且與第二絕緣板960 接觸，因此將第二銅棒961受到的壓力均勻分配給第二絕緣板960后，再傳遞給下面的支承 板962，最后傳遞到密封殼體952上。銅棒采用階梯軸形式，能避免導(dǎo)線在灌封的環(huán)氧樹脂 層中因壓力過大而直接被壓出密封裝置導(dǎo)致密封失效。此外，在較粗的臺階柱964上設(shè)有 螺紋孔，用于與第一銅棒954連接，從而實現(xiàn)密封裝置內(nèi)第一銅棒954與第二銅棒961之間 導(dǎo)通。第二銅棒961的較小外徑的末端設(shè)有連接插頭955。作為替代，第一絕緣板和第二絕緣板之間還設(shè)有支承板，其上開設(shè)有通孔；所述的 密封殼體的內(nèi)腔上設(shè)有凸臺，支承板固設(shè)在凸臺上。第二絕緣板960和第二銅棒961的數(shù)量可以根據(jù)具體情況和需要而設(shè)置為多個， 從而將密封空間分割為多級密封空間。相鄰兩個第二絕緣板960之間可以設(shè)有支承板962， 支承板962上開設(shè)有通孔。圖46為密封裝置的安裝整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖46所示，密封裝置971介于潛油 伺服電機972和控制箱973之間，并且與潛油伺服電機972和控制箱973相連接。具體來 說，密封裝置971的密封殼體952在第一銅棒954穿出的一端與控制箱973連接，例如可以 通過螺紋進行連接。密封裝置971的密封連接法蘭951與潛油伺服電機972連接，例如可 以通過螺栓進行連接。盡管以上各圖中以潛油編碼器為例進行說明，然而潛油伺服拖動系統(tǒng)中的傳感器 本體還可以是旋轉(zhuǎn)變壓器或磁敏式電阻編碼器。圖47和圖48分別是旋轉(zhuǎn)變壓器和磁敏式 電阻編碼器的剖面圖。圖中的附圖標(biāo)記表示密封套91，密封件外壁92，隔板93，密封膠94， 接線柱95，旋轉(zhuǎn)變壓器定子96，電機尾軸97，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子98，旋轉(zhuǎn)變壓器電路板99，磁 敏元件90，磁鋼環(huán)88，編碼器電路板89。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照 上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對本發(fā) 明的技術(shù)方案進行修改和等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種潛油伺服拖動系統(tǒng)，包括泵，所述的泵通過保護器和伺服電機系統(tǒng)相連；地面控制裝置通過電纜與地面電源相連，該電纜與伺服電機系統(tǒng)相連；地面電源通過地面控制裝置控制對伺服電機和泵的供電，其特征在于，所述的伺服電機系統(tǒng)由伺服電機和伺服控制器組成，所述的伺服電機的電機軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置將檢測到的位置信號輸出給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機的運轉(zhuǎn)；所述的位置檢測裝置通過密封裝置固定在伺服控制器上。
2.如權(quán)利要求1所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)中 的位置檢測裝置為旋轉(zhuǎn)變壓器或磁敏式電阻編碼器或潛油編碼器。
3.如權(quán)利要求1所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，所述的位置檢測裝置主要包 括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，傳感器本體包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件； 導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上，由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留 有縫隙；磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)；磁鋼環(huán)設(shè)置在不銹鋼罩的內(nèi)腔中，固定在電機轉(zhuǎn)軸上； 不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時， 所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將該電壓信號傳輸給相應(yīng)的伺服控 制器；所述的導(dǎo)磁環(huán)由兩段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段和3/4弧段，對應(yīng)的 磁感應(yīng)元件為2個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由三段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/3弧段，對應(yīng)的 磁感應(yīng)元件為3個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由四段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/4弧段，對應(yīng)的 磁感應(yīng)元件為4個；或者，所述的導(dǎo)磁環(huán)由六段同半徑的弧段構(gòu)成，分別為1/6弧段，對應(yīng)的 磁感應(yīng)元件為6個；所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成 的倒角；還包括骨架，用于固定所述導(dǎo)磁環(huán)；所述導(dǎo)磁環(huán)設(shè)置在骨架成型模具上，在所述骨架一 體成型時與骨架固定在一起；所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。
4.一種基于權(quán)利要求3所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，其信號處理裝置包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，對位置檢測裝置中磁感應(yīng)元件發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；合成模塊，對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理得到基準(zhǔn) 信號D;角度獲取模塊，根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇與其相對的角度作為偏移角度 9 ；以及存儲模塊，用于存儲標(biāo)準(zhǔn)角度表和修正數(shù)據(jù)表；其位置檢測裝置的信號處理裝置在A/D轉(zhuǎn)換模塊和合成模塊之間還包括溫度補償模 塊，用于消除溫度對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號的影響；所述合成模塊的輸出信號還 包括信號R ；所述溫度補償模塊包括系數(shù)矯正模塊和乘法器，所述系數(shù)矯正模塊對所述合 成模塊的輸出的信號R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號Ro進行比較得到輸出信號K ；所 述乘法器為多個，每一所述乘法器將從位置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓 信號與所述系數(shù)矯正模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給合成模塊；如果位置檢測裝置發(fā)送來的一個電壓信號為2或3的倍數(shù)，則位置檢測裝置的信號處 理裝置中在所述溫度補償模塊之前還包括差分模塊，對用于抑制溫度和零點漂移，并提高 數(shù)據(jù)精度。
5.如權(quán)利要求1所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，所述的位置檢測裝置主要包 括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼，傳感器本體包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼 環(huán)、第二磁鋼環(huán)，其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在電機軸上，設(shè)置在不銹鋼罩的內(nèi)腔中， 對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 1，2…n)個均勻 分布的磁感應(yīng)元件，所述第二磁鋼環(huán)的磁極磁化順序使得n個磁感應(yīng)元件輸出呈格雷碼格 式，相鄰兩個輸出只有一位變化；在不銹鋼罩上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有有 m(m為2或3的整數(shù)倍)個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件，所述第一磁鋼環(huán)的磁極總對數(shù)與 第二磁鋼環(huán)的磁極總數(shù)相等，并且相鄰兩極的極性相反；磁感應(yīng)元件設(shè)置在不銹鋼罩的外 壁上；不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置；關(guān)于對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時，該夾角為 90° /g;當(dāng)m為3時，該夾角為120° /g;當(dāng)m為6時，該夾角為60° /g，其中，g為第二磁 鋼環(huán)的磁極總數(shù)；所述磁感應(yīng)元件直接表貼在不銹鋼罩的外表面；還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段 留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)；所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而形成 的倒角；所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件；或者，所述的位置檢測裝置主要包括傳感器本體、不銹鋼罩、密封裝置和外殼， 傳感器本體包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁鋼環(huán)、第二磁鋼環(huán)， 其中，所述第一磁鋼環(huán)和第二磁鋼環(huán)分別固定在轉(zhuǎn)軸上，所述第一磁鋼環(huán)被均勻地磁 化為N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]對磁極，并且相鄰兩極的極性相反；所述第二磁鋼環(huán)的磁 極總數(shù)為N，其磁序按照特定磁序算法確定；在不銹鋼罩上，對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)，以第一磁鋼環(huán)的中心為圓心的同一圓周上設(shè)有m(m 為2或3的整數(shù)倍)個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)，以第二磁鋼環(huán)的 中心為圓心的同一圓周上設(shè)有n(n = 0，1，2丨11)個呈一定角度分布的磁感應(yīng)元件；磁感應(yīng) 元件設(shè)置在不銹鋼罩的外壁上；不銹鋼罩外部通過密封裝置與外殼密封并固定；當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)運動時，所述磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓信號，并將該電壓信號輸出給一信號處理裝置；對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為360° /N ；對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角，當(dāng)m為2或4時，每相鄰兩個磁感 應(yīng)元件之間的夾角為90° /N，當(dāng)m為3時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為120° /N ； 當(dāng)m為6時，每相鄰兩個磁感應(yīng)元件之間的夾角為60° /N ； 所述磁感應(yīng)元件直接表貼在不銹鋼罩的外表面上；還包括兩個導(dǎo)磁環(huán)，每一所述導(dǎo)磁環(huán)是由多個同圓心、同半徑的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段 留有空隙，對應(yīng)于兩個磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件分別設(shè)在該空隙內(nèi)；所述的導(dǎo)磁環(huán)的弧段端部設(shè)有倒角，為沿軸向或徑向或同時沿軸向、徑向切削而成的 倒角；所述的磁感應(yīng)元件為霍爾感應(yīng)元件。
6. 一種基于上述權(quán)利要求5所述潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，其位置檢測裝置的 信號處理裝置包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，對位置檢測裝置發(fā)送來的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；相對偏移角度9工計算模塊，用于計算位置檢測裝置中對應(yīng)于第一磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元 件發(fā)送來的第一電壓信號在所處信號周期內(nèi)的相對偏移量e工；絕對偏移量9 2計算模塊，根據(jù)位置檢測裝置中對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的磁感應(yīng)元件發(fā)送來的第二電壓信號，通過計算來確定第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量 02；角度合成及輸出模塊，用于將上述相對偏移量和絕對偏移量e2相加，合成所述第 一電壓信號所代表的在該時刻的旋轉(zhuǎn)角度e ； 存儲模塊，用于存儲數(shù)據(jù)； 其位置檢測裝置的信號處理裝置還包括信號放大模塊，用于在A/D轉(zhuǎn)換模塊進行A/D轉(zhuǎn)換之前，對來自于位置檢測裝置的電壓 信號進行放大；在其位置檢測裝置的信號處理裝置中所述相對偏移角度9工計算模塊包括第一合成單元和第一角度獲取單元，所述第一合 成單元對位置檢測裝置發(fā)送來的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的多個電壓信號進行處理，得到一基準(zhǔn)信號 D ；所述第一角度獲取單元根據(jù)該基準(zhǔn)信號D，在第一標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的 角度作為偏移角度9 ??；所述相對偏移角度9工計算模塊還包括溫度補償單元，用于消除溫度對位置檢測裝置 發(fā)送來的電壓信號的影響；所述第一合成單元的輸出還包括信號R ；所述溫度補償單元包括系數(shù)矯正器和乘法器，所述系數(shù)矯正模塊對所述合成模塊的輸 出的信號R和對應(yīng)該信號的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的信號Ro進行比較得到輸出信號K ；所述乘法器為 多個，每一所述乘法器將從位置檢測裝置發(fā)送來的、經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的一個電壓信號與所述 系數(shù)矯正模塊的輸出信號K相乘，將相乘后的結(jié)果輸出給第一合成單元；位置檢測裝置的信號處理裝置中的所述絕對偏移量e 2計算模塊包括第二合成單元和 第二角度獲取單元，所述第二合成單元用于對對應(yīng)于第二磁鋼環(huán)的位置檢測裝置發(fā)送來的 第二電壓信號進行合成，得到一信號E ；所述第二角度獲取單元根據(jù)該信號E在第二標(biāo)準(zhǔn)角度表中選擇一與其相對的角度作為第一電壓信號所處的信號周期首位置的絕對偏移量 9 2°
7.如權(quán)利要求3或6任一項所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，所述的密封裝置包 括密封裝置本體和穿設(shè)在其中的導(dǎo)線，所述的不銹鋼罩和密封連接法蘭、密封殼體組成密 封裝置本體，密封連接法蘭與密封殼體相連，不銹鋼罩穿設(shè)在兩者之間，密封殼體內(nèi)設(shè)有第 一絕緣擋板，第一絕緣擋板、不銹鋼罩和密封殼體圍設(shè)成密封空間；第一絕緣擋板和密封殼 體上分別開設(shè)有出線口，導(dǎo)線從密封連接法蘭穿入該密封裝置本體的密封空間中，從出線 口穿出；密封空間中充滿密封填充物；所述的密封空間內(nèi)還設(shè)有第二絕緣擋板，其上開設(shè)有出線口 ；所述的第二絕緣擋板的 設(shè)置數(shù)量為一個以上，將密封空間分割為多級密封空間；或者，所述的密封裝置包括密封裝置本體，所述的不銹鋼罩和連接法蘭、密封殼體組 成密封裝置本體，連接法蘭與密封殼體相連，不銹鋼罩穿設(shè)在兩者之間，密封殼體內(nèi)腔的兩 端分別設(shè)有密封塊和第一絕緣板，密封塊、第一絕緣板、不銹鋼罩和密封殼體圍設(shè)成密封空 間，密封塊與連接法蘭之間設(shè)有壓緊塊；密封塊、第一絕緣板和密封殼體上分別開設(shè)有通 孔，第一銅棒從密封殼體的通孔穿入該密封裝置本體的密封空間中，從第一絕緣板穿出；密 封空間中充滿密封填充物；所述的第一銅棒為階梯狀，設(shè)置在其中部的臺階柱外徑大于兩端的銅棒外徑，該臺階 柱的下臺階面與第一絕緣板抵頂接觸；所述的第一銅棒的末端設(shè)有連接插頭；所述的第一絕緣板和密封塊之間還設(shè)有第二絕緣板，第二絕緣板與密封塊圍設(shè)的密 封空間內(nèi)穿設(shè)第二銅棒；第一銅棒從密封殼體的通孔穿入該密封裝置本體的密封空間中， 從第一絕緣板穿出，并穿過第二絕緣板與第二銅棒首尾相接；第二銅棒從密封塊的通孔穿 出；所述的第一絕緣板和第二絕緣板之間還設(shè)有支承板，其上開設(shè)有通孔；所述的密封殼 體的內(nèi)腔上設(shè)有凸臺，支承板固設(shè)在凸臺上；所述的第二絕緣板和第二銅棒的設(shè)置數(shù)量為一個以上，將密封空間分割為多級密封空間；所述的第二銅棒為階梯狀，一端設(shè)置為臺階柱，柱體外徑大于另一端的第二銅棒外徑， 該臺階柱的下臺階面與第二絕緣板抵頂接觸；所述的第二銅棒的末端設(shè)有連接插頭。
8.如權(quán)利要求1所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，所述的電纜從伺服電機的殼 體外部，經(jīng)過密封裝置，通過電纜連接頭進入伺服控制器與電路板相連，電路板輸出電機動 力線穿過密封裝置為伺服電機提供動力，輸出信號線控制位置檢測裝置；或者，所述的電纜從伺服電機的殼體內(nèi)部，電纜接頭從殼體內(nèi)部頂端輸入，通過線束穿 過密封裝置，與伺服控制器中的電路板相連，電路板分別輸出電機動力線為伺服電機提供 動力，輸出信號線控制位置檢測裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制器包括伺服 控制器殼體，在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有控制器轉(zhuǎn)接件，該轉(zhuǎn)接件與密封裝置的密封殼體相 連，使伺服控制器與電機連接成一體；所述的控制器殼體上設(shè)有散熱片，該散熱片與轉(zhuǎn)接件連接；所述的控制器殼體內(nèi)腔中灌封導(dǎo)熱膠，便于控制器內(nèi)腔散熱；所述的控制器殼體的下方還設(shè)有散熱腔，其內(nèi)部充滿散熱液體；散熱腔的腔壁開設(shè)有 通孔，散熱片的末端延伸并從通孔插入所述的散熱腔內(nèi)；通孔處設(shè)有密封圈；所述的散熱液體為水或45#液壓油；所述的伺服控制器包括伺服控制器殼體，控制器殼體內(nèi)腔中灌封導(dǎo)熱膠，便于控制器 內(nèi)腔散熱；所述的導(dǎo)熱膠為環(huán)氧樹脂灌封膠、硅橡膠灌封膠、聚氨酯灌封膠、UV灌封膠、熱熔性灌 封膠或有機硅灌封膠。
10.如權(quán)利要求1所述的潛油伺服拖動系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服電機為多節(jié)伺服 電機，相鄰的兩節(jié)電機的轉(zhuǎn)子軸通過聯(lián)軸器連接；相鄰的兩節(jié)電機上設(shè)置的電機轉(zhuǎn)子的N 極對應(yīng)在一條直線上，S極對應(yīng)在一條直線上；電機定子的U、V、W三相繞組分別對應(yīng)在一條 直線上；所述的多節(jié)伺服電機相鄰兩節(jié)電機之間還設(shè)有扶正軸承，對電機進行支撐。
全文摘要
一種潛油伺服拖動系統(tǒng)，包括泵，所述的泵通過保護器和伺服電機系統(tǒng)相連；地面控制裝置通過電纜與地面電源相連，該電纜與伺服電機系統(tǒng)相連；地面電源通過地面控制裝置控制對伺服電機和泵的供電，其特征在于，所述的伺服電機系統(tǒng)由伺服電機和伺服控制器組成，所述的伺服電機的電機軸上設(shè)有位置檢測裝置，位置檢測裝置將檢測到的位置信號輸出給伺服控制器，伺服控制器控制伺服電機的運轉(zhuǎn)；所述的位置檢測裝置通過密封裝置固定在伺服控制器上。本發(fā)明的潛油伺服拖動系統(tǒng)功率因數(shù)高，節(jié)能率高，更省電，可以實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，系統(tǒng)的靈活性高，減少了作業(yè)成本。在抽油機啟動時可以提供大轉(zhuǎn)矩，并與軟啟動結(jié)合，降低抽油機選配電機的功率。
文檔編號H02P6/00GK101877564SQ20091013777
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者郝雙暉, 郝明暉 申請人:浙江關(guān)西電機有限公司