张炳义，刘忠奇，冯桂宏(沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110870)



潜油螺杆泵直驱细长永磁电机转轴扭曲对电磁转矩影响分析

张炳义，刘忠奇，冯桂宏
(沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110870)

摘要:针对潜油电机在负载运行时，其细长的电机转轴发生许用扭转变形导致输出转矩下降、电流上升等问题，推导许用扭转角与电磁转矩削弱系数的解析表达式，建立细长转轴扭转角与电磁转矩下降的定量关系曲线，为潜油螺杆泵机组故障原因提供了理论依据。研制单元组合式永磁直驱潜油电机，对其细长转轴进行3D有限元扭转变形应力分析。基于转轴扭转变形结果建立电机2D 和3D斜极等效有限元模型，进行机械应力场和电磁场耦合计算，得出电机电磁转矩的下降情况。研制样机进行单元电机组合运行试验，验证了转矩削弱系数表达式的正确性。

关键词:细长永磁电机;转轴扭曲变形;电磁转矩削弱;解析计算;3D有限元仿真;组合试验

刘忠奇(1987—)，男，博士研究生，研究方向为特种电机及其控制;

冯桂宏(1963—)，女，教授，研究方向为电气工程及其自动化。

0　引言

潜油螺杆泵与地面螺杆泵相比，取消了细长的抽油杆，将潜油电机直接安装在地下油井中为螺杆泵提供动力，可以广泛用于斜井和水平井采油。现有的潜油电机有两极三相鼠笼式异步电动机加减速器和永磁同步电动机直驱两种结构［1］。然而，油井套管有限的径向尺寸严格限制了潜油电机的机壳外径，为了保证一定的功率等级输出，潜油电机机壳外径在0.1～0.15米左右，而电机长度在5～10米，甚至更长［2］。……