CN101877564B - 潜油伺服拖动系统 - Google Patents

Abstract

一种潜油伺服拖动系统，包括泵，所述的泵通过保护器和伺服电机系统相连；地面控制装置通过电缆与地面电源相连，该电缆与伺服电机系统相连；地面电源通过地面控制装置控制对伺服电机和泵的供电，其特征在于，所述的伺服电机系统由伺服电机和伺服控制器组成，所述的伺服电机的电机轴上设有位置检测装置，位置检测装置将检测到的位置信号输出给伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机的运转；所述的位置检测装置通过密封装置固定在伺服控制器上。本发明的潜油伺服拖动系统功率因数高，节能率高，更省电，可以实现柔性化生产，系统的灵活性高，减少了作业成本。在抽油机启动时可以提供大转矩，并与软启动结合，降低抽油机选配电机的功率。

Description

潜油伺服拖动系统

技术领域

本发明涉及一种拖动系统，尤其是一种潜油伺服拖动系统。 

背景技术

目前我国和世界其它产油国家，油田上都广泛使用潜油电机来驱动潜油电泵来汲取原油，传统的潜油电泵系统，其动力源主要是二极三相异步电动机，现有的采油系统在采油工艺配套中存在如下三个问题： 

一是与离心潜油泵配套时因电机转速低于同步转速、电机效率和功率因数偏低。 

二是与潜油螺杆泵配套上时，转速过高很难经过转速器将速度降低到与螺杆泵相适应的转速，即使采用减速器也大大的提高了采油成本和降低了系统的效率，若采用变频调速装置，使电机长期处于低频工作状态又容易引起电机的温升加快，引起电机故障。系统不能实现灵活控制，效率低。 

三是传统的潜油电泵系统即使采用变频控制，其电机控制柜往往置于地面其交流电在传输至电机时由于是远距离传输，能量损耗严重，进一步降低了系统的效率。 

随着新技术的发展，伺服技术的逐渐成熟，伺服潜油抽油系统成为潜油抽油系统的一种发展趋势。公开号为CN228745Y的文献提出了一种稀土永磁潜油电动机，但它总得来说只是在原有异步潜油电机的基础上通过在转子上嵌入永磁体来改善同步转速的问题，极限于电机本体，没有解决转速可调，在低速场合的应用仍然很困难，效率也不是很高。公开号为CN2627715Y的文献也公开了一中稀土永磁同步潜油电机，不足依然是在其节能以及速度调上的缺乏。虽然结合变频控制器使用仍然存在节能率低的问题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种潜油伺服抽油系统，以永磁同步伺服电机作为动力源，利用伺服系统实现整个系统的闭环控制，调速范围大，功率因数高，提高了系统的可控性和节能率，实现了油井的柔性生产。 

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的： 

一种潜油伺服拖动系统，包括泵，泵通过保护器和伺服电机系统相连；地面控制装置通过电缆与地面电源相连，该电缆与伺服电机系统相连；地面电源通过地面控制装置控制对伺服电机和泵的供电，其特征在于，伺服电机系统由伺服电机和伺服控制器组成，伺服电机的电机轴上设有位置检测装置，位置检测装置将检测到的位置信号输出给伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机的运转；位置检测装置通过密封装置固定在伺服控制器上。 

优选地，泵和保护器之间还设有油气分离器。 

优选地，潜油伺服拖动系统中的位置检测装置为旋转变压器或磁敏式电阻编码器或潜油编码器。 

可选地，位置检测装置主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，传感器本体包括磁钢环、导磁环和磁感应元件；导磁环设置在不锈钢罩的外壁上，由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙；磁感应元件置于该缝隙内；磁钢环设置在不锈钢罩的内腔中，固定在电机转轴上；不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的伺服控制器。 

优选地，导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成， 分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个。 

优选地，导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。 

优选地，位置检测装置还包括骨架，用于固定所述导磁环；所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起。 

本发明还提供了一种潜油伺服拖动系统的位置检测装置的信号处理装置，其包括A/D转换模块、合成模块、角度获取模块、存储模块；A/D转换模块对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；合成模块对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；角度获取模块根据该基准信号D，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；存储模块用于存储标准角度表和修正数据表。 

优选地，在A/D转换模块和合成模块之间还包括温度补偿模块，用于消除温度对位置检测装置发送来的电压信号的影响；所述合成模块的输出信号还包括信号R；所述温度补偿模块包括系数矫正模块和乘法器，所述系数矫正模块对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀进行比较得到输出信号K；所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给合成模块。 

优选地，如果位置检测装置发送来的一个电压信号为2或3的倍数，则在所述温度补偿模块之前还包括差分模块，对用于抑制温度和零点漂移，并提高数据精度。 

可选地，位置检测装置主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，传感器本体包括转子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环，其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在电机轴上，设置在不锈钢罩的内腔中，所述第一磁钢环被均匀地磁化为N[N＜＝2ⁿ(n＝0，1，2…n)]对磁极，并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；在不锈 钢罩上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个呈一定角度分布的磁感应元件；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；当转子旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。 

优选地，对应于所述的第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/N。 

优选地，关于对应于所述的第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90°/N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/N；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/N。 

优选地，位置检测装置还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。 

可选地，位置检测装置主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，传感器本体包括转子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环，其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在电机轴上，设置在不锈钢罩的内腔中，对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个均匀分布的磁感应元件，所述第二磁钢环的磁极总数与以n为位数排成的、相邻两位只有一位不同的格雷码的个数相同，磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N”极，首位为“1”对应于“S”极；在不锈钢罩上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件，所述第一磁钢环的磁极总对数与第二磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；当转子旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。 

优选地，对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数。 

优选地，位置检测装置还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。 

本发明还提供了一种潜油伺服拖动系统的位置检测装置的信号处理装置，其包括A/D转换模块、相对偏移角度θ₁计算模块、绝对偏移量θ₂计算模块、角度合成及输出模块、存储模块；A/D转换模块对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；相对偏移角度θ₁计算模块用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；绝对偏移量θ₂计算模块根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；角度合成及输出模块用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ；存储模块用于存储数据。 

优选地，所述信号处理装置还包括：信号放大模块，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大。 

优选地，相对偏移角度θ₁计算模块包括第一合成单元和第一角度获取单元，所述第一合成单元对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到一基准信号D；所述第一角度获取单元根据该基准信号D，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁；相对偏移角度θ₁计算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对位置检测装置发送来的电压信号的影响；所述第一合成单元的输出还包括信号R；所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正模块对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀进行比较得到输出信号K；所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电 压信号与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元。 

优选地，绝对偏移量θ₂计算模块包括第二合成单元和第二角度获取单元，第二合成单元用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到一信号E；第二角度获取单元根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂。 

优选地，以上各位置检测装置中所述的磁感应元件为霍尔感应元件。 

可选地，密封装置包括密封装置本体和穿设在其中的导线，不锈钢罩和密封连接法兰、密封壳体组成密封装置本体，密封连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内设有第一绝缘挡板，第一绝缘挡板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间；第一绝缘挡板和密封壳体上分别开设有出线口，导线从密封连接法兰穿入该密封装置本体的密封空间中，从出线口穿出；密封空间中充满密封填充物。 

优选地，密封空间内还设有第二绝缘挡板，其上开设有出线口；第二绝缘挡板的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。 

可选地，密封装置包括密封装置本体，不锈钢罩和连接法兰、密封壳体组成密封装置本体，连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内腔的两端分别设有密封块和第一绝缘板，密封块、第一绝缘板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间，密封块与连接法兰之间设有压紧块；密封块、第一绝缘板和密封壳体上分别开设有通孔，第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出；密封空间中充满密封填充物。 

优选地，第一铜棒为阶梯状，设置在其中部的台阶柱外径大于两端的铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第一绝缘板抵顶接触；所述的第一铜棒的末端设有连接插头。 

优选地，第一绝缘板和密封块之间还设有第二绝缘板，第二绝缘 板与密封块围设的密封空间内穿设第二铜棒；第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出，并穿过第二绝缘板与第二铜棒首尾相接；第二铜棒从密封块的通孔穿出。 

优选地，第一绝缘板和第二绝缘板之间还设有支承板，其上开设有通孔；所述的密封壳体的内腔上设有凸台，支承板固设在凸台上。 

优选地，第二绝缘板和第二铜棒的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。 

优选地，第二铜棒为阶梯状，一端设置为台阶柱，柱体外径大于另一端的第二铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第二绝缘板抵顶接触；所述的第二铜棒的末端设有连接插头。 

可选地，电缆从伺服电机的壳体外部，经过密封装置，通过电缆连接头进入伺服控制器与电路板相连，电路板输出电机动力线穿过密封装置为伺服电机提供动力，输出信号线控制位置检测装置。 

可选地，电缆从伺服电机的壳体内部，电缆接头从壳体内部顶端输入，通过线束穿过密封装置，与伺服控制器中的电路板相连，电路板分别输出电机动力线为伺服电机提供动力，输出信号线控制位置检测装置。 

可选地，伺服控制器包括伺服控制器壳体，在所述壳体的内壁上设有控制器转接件，该转接件与密封装置的密封壳体相连，使伺服控制器与电机连接成一体。 

可选地，控制器壳体上设有散热片，该散热片与转接件连接。 

优选地，控制器壳体内腔中灌封导热胶便于控制器内腔散热。 

可选地，控制器壳体的下方还设有散热腔，其内部充满散热液体，该散热液体可以采用任何不具腐蚀性、不可燃的液体，如：水、45^#液压油等；散热腔的腔壁开设有通孔，散热片的末端延伸并从通孔插入所述的散热腔内；通孔处设有密封圈。 

可选地，伺服控制器包括伺服控制器壳体，控制器壳体内腔中也灌封导热胶，便于控制器内腔散热。 

所述的导热胶为环氧树脂灌封胶、硅橡胶灌封胶、聚氨酯灌封胶、UV灌封胶、热熔性灌封胶或有机硅灌封胶。 

优选地，伺服电机为多节伺服电机，相邻的两节电机的转子轴通过联轴器连接；相邻的两节电机上设置的电机转子的N极对应在一条直线上，S极对应在一条直线上；电机定子的U、V、W三相绕组分别对应在一条直线上。 

优选地，多节伺服电机相邻的两节电机之间还设有扶正轴承，对电机进行支撑。 

综上所述，本发明具有如下优点： 

1、系统采用永磁同步伺服电机，伺服电机本省就有效率高的优点。永磁同步电机的转子由永磁体励磁，出功大，功率密度高，使得电机转速等于同步转速，功率因数高，节能率高，更省电。 

2、伺服系统可以实现电机的灵活调速，满足多种应用场合。尤其在低速场合目前的潜油系统很难实现，中间不得不另加减速器，而采用伺服系统则可以根据实际的需要调整转速。 

3、油田的出油情况处于变化当中，或者根据生产的需要，需要油井的产油量发生变化，采用伺服抽油系统可以根据油井的出油情况灵活的调整潜油电泵机组的出油量，实现柔性化生产。 

4、潜油伺服系统采用双控制箱形式，电机主要控制箱置于井下信号传输线路短，衰减小，实现了控制系统对电机的有效控制，信号传递干扰少。地面控制箱用于实现交流到直流的转换，以及地面同井下控制箱的通信。通过地面控制箱可以了解井下的情况和电机的运行情况，实现对井下控制器参数的灵活修改，增强了系统的灵活性，减少了作业成本。 

5、控制箱的供电由地面交流变直流装置，直接把交流电转换为直流电，然后通过电缆进入井下的控制箱，避免了交流电在长距离的传输过程当中能量的大量损耗，节约了用电。 

6、在螺杆泵等速度要求低速的场合，伺服系统可以实现与之相适应的低速，从而省去中间的减速结构，提高了传动效率的同时，也降低了设备成本。 

7、过载能力强，一般来说，短时间可以达到三倍过载，在抽油机启动时可以提供大转矩，并与软启动结合，解决以往抽油机电机“大马拉小车”问题，降低抽油机选配电机的功率。 

8、潜油抽油伺服系统充分利用原有潜油抽油系统的工艺和结构，在提升自己性能的同时，实现了操作简单，模块化设计。 

附图说明

图1是潜油伺服抽油系统安装示意图； 

图2是潜油伺服系统的一种连接图； 

图3是潜油伺服电机的另一种走线图； 

图4A和图4B是电机头部法兰示意图； 

图5是潜油伺服系统的框架示意图； 

图6-图10是表示控制器的连接方式及散热结构图； 

图11是单节永磁同步伺服潜油电机的结构示意图； 

图12到图14是多节永磁同步伺服潜油电机的结构示意图； 

图15是转子结构的立体图； 

图16是磁电式位置检测装置在潜油伺服电机上的整体安装结构示意图； 

图17是磁电式位置检测装置安装结构分解图； 

图18是磁电式位置检测装置中的磁钢环的示意图； 

图19A与图19B是磁感应元件与导磁环的布置示意图； 

图20是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图； 

图21是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图； 

图22是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图； 

图23是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图； 

图24是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图； 

图25是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位 置检测装置方案的信号处理装置的框图； 

图26是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图； 

图27是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图； 

图28A到图28D是导磁环的倒角设计的示意图； 

图29是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的关键部件的分解立体图； 

图30是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的安装示意图； 

图31是第二实施例中的与第一磁钢环对应的两个磁感应元件的布置示意图； 

图32是第二实施例中的第一磁钢环均匀磁化为六对极时磁感应元件的布置示意图； 

图33是第二实施例中的第二磁钢环所对应的磁感应元件个数为三个时所得到的编码； 

图34是第二实施例中的第二磁钢环的充磁顺序； 

图35是第二实施例中的第二磁钢环所对应的磁感应元件布置示意图； 

图36是第二实施例的位置检测装置的一个信号处理装置的框图； 

图37是磁感应元件采用表贴式安装的位置检测装置的结构示意图； 

图38是根据第三实施例的位置检测装置的分解立体图； 

图39是确定磁钢环303的磁序的算法流程图； 

图40是由图39得到的磁钢环的充磁结构图以及磁感应元件的排布顺序的一个示例； 

图41是根据第三实施例的位置检测装置的信号处理装置的框图； 

图42是本发明的一种密封装置的剖视图； 

图43是本发明的另一种密封装置的剖视图； 

图44为一种密封装置中第一铜棒的结构示意图； 

图45为一种密封装置中第二铜棒的结构示意图；以及 

图46为一种密封装置的安装整体结构示意图； 

图47和图48分别是旋转变压器和磁敏式电阻编码器的剖面图。 

具体实施方式

以下结合附图具体描述本发明的实施例，以使本领域的技术本人员更加明白和容易实现本发明。 

图1是潜油伺服抽油系统安装示意图。潜油电泵机组一般置于井下2000多米处，整个伺服潜油电泵机组主要由地面控制箱2、潜油电泵6、分离器(未标示)、保护器7、潜油永磁同步伺服电机8、井下伺服控制箱、地面电缆1、潜油电缆12等组成，各个部分通过相关的法兰等连接件连接。其它附图标记表示分别为：油管3、套管4、出口接头5、位置检测装置及密封装置9、潜油伺服系统11以及井口装置13。图1中潜油永磁同步伺服电机8和井下伺服控制箱是潜油伺服抽油系统11的伺服核心模块，潜油永磁同步伺服电机8是潜油伺服抽油系统11的动力拖动源，伺服控制箱内的伺服控制器10则是整个潜油伺服抽油系统11的控制核心。地面控制箱2，潜油永磁同步伺服电机8，井下伺服控制箱构成了潜油伺服系统的伺服动力系统。其中，伺服电机的电机轴上设有位置检测装置，位置检测装置将检测到的位置信号输出给伺服控制箱内的伺服控制器10，伺服控制箱内的伺服控制器10控制潜油永磁同步伺服电机8的运转；位置检测装置通过密封装置固定在伺服控制器上。优选地，潜油电泵6和保护器7之间还可以设有油气分离器。 

传统的潜油异步机系统，三相交流电经过地面控制柜后，直接进入潜油异步电机，使得电机转动，潜油电机的转动通过电机保护器和分离器，将动力传至电泵带动电泵汲取原油。 

在潜油伺服系统中，地面控制箱2的作用与传统不同，其主要负责将外接的三相电流转换为直流电输送给井下控制箱内的伺服控制器10，同时也实现地面同井下伺服控制器的通信，通过地面控制箱2可 以对井下控制箱内的伺服控制器10的控制参数进行修改，从而起到控制潜油永磁同步伺服电机8的目的。地面控制箱2与井下控制箱靠地面电缆1、潜油电缆12以及电机内的导线连通。 

井下伺服控制器根据用户设定的要求，发出信号，实现电机的转动，从而带动电泵抽油，伺服控制器通过位置检测装置反馈电机的转速、位置等信号实现对电机的闭环控制，同时也可以感知压力传感器等其它传感器的反馈信号对系统的运转实现有效调节。 

整个系统由井下伺服控制箱内的伺服控制器10控制潜油永磁同步伺服电机8的运转，由潜油永磁同步伺服电机8拖动整个潜油系统。电机内部灌有电机油，保护器7用于平衡潜油电机的内外压力，保证电机的密封性，分离器是把油井生产出的原油和伴生天然气分离开来的一种装置。油气分离器置于潜油离心泵和保护器之间，将井液中的游离气体与井液分离，液体送给潜油电泵，气体释放到油管和套管的环形空间，潜油电泵6是抽油装置，将原油输送到地面。在潜油伺服电机的尾部和井下控制箱之间通过密封装置连接，该密封装置实现了对井下控制箱的密封和磁电式位置检测装置的安装，同时通过密封装置将控制器和电机导通。 

图2是潜油伺服系统的一种连接图。潜油伺服电机8包括电机轴14、电机头部法兰15、定子16、转子17、电机尾轴18、电机外壁36、轴承37、38、线束39、40等；潜油伺服电机8通过连接法兰19与位置检测装置及密封装置9连接，位置检测装置及密封装置9包括磁钢环20、位置检测装置21、位置检测装置信号线22、接线柱23、密封胶24、隔板25、密封件外壁26、密封套27等；伺服控制器10包括电机动力线28、电路板30、控制器外壁31、密封端盖32、散热片33、控制器连接件35等。潜油伺服电机8的电机尾轴18上安装有用于产生位置检测装置21所需正弦磁场的磁钢环20，在井下控制箱中安装有电流传感器、伺服控制器10，密封装置上安装有位置检测装置21，密封装置两侧有导通的导线插头。从图1中可以看到地面电缆1与地面控制箱2连接，再与潜油电缆12连接，潜油电缆12引入潜油永磁同步伺服电机8内部。如图2所示，在潜油伺服电机8内部，与相应的 导线连接，导线从电机定子上的开槽或者壳体上的槽，由电机内部经过密封装置，进入伺服控制器10。潜油电缆12和潜油伺服电机8内的导线传输井下控制器所需的电流，以及传输井下控制箱和地面控制箱之间的信号流，达到连通地面控制箱和井下控制箱的目的。井下控制箱与地面控制箱是通过潜油电缆以及通过电机的导线连通的。 

同时控制器提供给伺服电机的三相电也经由密封装置供给电机的三相绕组，控制电机的运转。密封装置上即电机尾部的位置检测装置用于反馈电机的速度、位置等信息，其通过密码器线与控制箱连接，因此形成了一个闭环控制系统。提供给井下控制箱电源的是直流电，伺服控制器给电机的交流电经过的路程很短，在减少电磁干扰的同时也减少了损耗。 

在潜油异步机系统中，潜油电缆的导线往往是3根，在潜油伺服系统中，为了满足系统需要，电缆中含有导线的根数根据实际情况定的，这其中包含有井下伺服控制器所需的动力线和以及用于和地面控制箱实现通信的信号线。 

图3是潜油伺服电机的另一种走线图。潜油伺服电机8包括电机轴14、电机头部法兰15、定子16、转子17、电机尾轴18等；潜油伺服电机8通过连接法兰19与位置检测装置及密封装置9连接，位置检测装置及密封装置9包括磁钢环20、位置检测装置21、位置检测装置信号线22、接线柱23、密封胶24、隔板25、密封件外壁26、密封套27等；伺服控制器10包括电机动力线28、电缆连接头29、电路板30、控制器外壁31、密封端盖32、散热片33、电机动力线34、控制器连接件35等。与图2从潜油伺服电机头部进入电机不同，图3中的潜油电缆12通过电缆接头29直接引入井下控制箱，与伺服控制器10连接。也就是说这中情况下通过密封装置的导线只有提供给潜油伺服电机的电流的导线。包含井下控制器动力线和信号线的电缆被直接引入到井下控制箱。 

图4A和图4B是电机头部法兰示意图。图4A是电缆从电机头部接入时的法兰立体图，设有电缆接入孔42，图4B是电缆直接连接控制器时的法兰立体图。从图中可以看出，由于走线方案不同，电机头部 的结构不一样。 

图5是潜油伺服系统的框架示意图。潜油伺服系统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、整流滤波电路和控制面板等，地面控制器的功能是为井下控制器提供直流电，同时设定井下控制器的控制参数和控制模式。井下控制器包括MCU2、IPM和电流传感器等，井下控制器的功能是根据地面控制器设定的控制参数和控制模式，控制潜油伺服电机运行。地面控制器和井下控制器通过电缆连接，电缆为多芯电缆，包括地面控制器MCU1与井下控制器MCU2通讯用的通讯线和给IPM提供功率电即输送直流电的线。操作人员通过控制面板操作地面控制器，设定相应的控制参数和控制模式。地面控制器的MCU1通过通讯线与井下控制器MCU2通讯，将操作人员设定的控制参数和控制模式传递给井下控制器。外部三相交流电输入地面控制器，通过整流滤波电路，将三相交流电转换为直流电，然后通过电缆输送给井下控制器的IPM，直流电的正、负极分别接入IPM的P、N极。地面控制的MCU1同时会进行电压检测，包括三相交流电压检测和直流电压检测，确保输送到井下控制器的直流电正常，如果不正常则会发出报警信号。井下控制器MCU2根据地面控制器MCU1设定的控制参数和控制模式，以及电流传感器和位置检测装置的反馈信号，运行控制程序，产生PWM信号控制IPM。IPM根据PWM信号，产生三相电压给交流伺服电机。整个系统是一个闭环的控制系统，控制周期短(一个控制周期只有几十个微秒)，响应快，精度高。 

图6到图10是表示控制器的连接方式及散热结构图，图中附图标记表示为：线束43、44，控制器转接件35、散热片33、电机动力线28、位置检测装置信号线22、控制器外壁31、电路板30、密封端盖32、导热胶45、密封件外壁26、散热部件47、散热液体46、密封圈48。 

图6和图7中采用的是转接件的连接方式，图6除了转接件35之外，还包括散热片33；图7在图6结构的基础上，在控制器的内腔中还填充了导热胶45。控制器通过控制器转接件35连接到密封件外壁上，从而与电机连为一个整体。控制箱转接件34与密封件外壁的连接方式 为法兰连接或者螺纹连接；控制器外壁31与控制器转接件35的连接方式为法兰连接或者螺纹连接。散热片33固定在控制器转接件35上，电路板30固定在散热片33上。散热片33紧贴控制器外壁31，便于将控制器内部的热量散出去。如图7所示，控制器内部可以选择用导热胶45灌封，导热胶45可以采用导热硅脂等，以增强散热效果。 

图8和图9为控制器直接与密封件外壁连接的方案的结构图。图8中还设有散热片33，而图9中不使用散热片。控制器直接与密封件外壁26连接，中间不使用转接件。控制器内部用导热胶45灌封。也可以如图9所示的那样，将散热片去掉，控制器内部用导热胶45灌封。导热胶45可以采用环氧树脂灌封胶、硅橡胶灌封胶、聚氨酯灌封胶、UV灌封胶、热熔性灌封胶或有机硅灌封胶。 

图10所示的是另一散热结构。控制器通过控制器转接件35连接到密封件外壁上，从而与电机连为一个整体。控制箱转接件与密封件外壁的连接方式为法兰连接或者螺纹连接；控制器外壁31与控制器转接件35的连接方式为法兰连接或者螺纹连接。散热片33固定在控制器转接件35上，电路板30固定在散热片33上。散热片33紧贴控制器外壁31，便于将控制器内部的热量散出去。在控制器的一端接有散热部件47，连接方式为法兰连接或者螺纹连接。散热部件47内部充满散热液体46，散热片33伸入散热部件47腔内，与散热液体46接触，增强散热效果。在散热片33与散热部件47连接处有密封圈48密封，防止散热部件的散热液体46进入到控制器内部。散热液体46可以采用任何不具有腐蚀性、不可燃的液体，如：水或45^#液压油。 

永磁同步伺服电机可以采用单节，为了提供更大的功率也可以采用多节的形式。图11是单节永磁同步伺服潜油电机的结构示意图，附图标记表示为：电机头49、电机本体50、下法兰51、电机尾轴52。单节电机时，电机只有一节，在尾部直接与密封装置连接。 

图12到图14是以四节为例的多节电机装配结构示意图，附图标记为：首节电机53、电机壳体54、螺纹法兰55、58、下法兰56、上法兰57、中间节电机59、末节电机60、转子轴61、联轴器62、上螺纹法兰63、下螺纹法兰64、宽螺母65、窄螺母66。潜油伺服电机由 多节组成时，每两节电机中间通过法兰螺纹和螺栓连接相结合的形式。如图12所示，转子轴61用花键联轴器连接。螺纹法兰与电机壳通过螺纹连接，上、下法兰再通过螺栓与螺纹法兰连接，上、下法兰之间通过螺栓连接。这种形式主要是适合于电机壳较薄时的情况。潜油伺服电机由多节组成时，没两节电机中间通过螺栓连接的形式。转子轴用花键联轴器连接。如图13所示，上、下法兰再通过螺栓与电机壳体连接，上、下法兰之间通过螺栓连接。这种形式主要是适合于电机壳较厚度足够可以拧上螺栓时的情况。潜油伺服电机由多节组成时，每两节电机中间通过螺栓连接的形式。转子轴用花键联轴器连接。如图14所示，上、下螺纹法兰与电机壳体通过螺纹连接，两个法兰之间通过螺栓连接，同时在上螺纹法兰上安装有两个可动的螺母，总装时调整好各节电机的位置后，通过拧紧两个螺母完成电机的总装。螺母拧紧后可以防止每节电机之间的转动。 

对于多节伺服电机，相邻的两节电机的转子轴通过联轴器连接；相邻的两节电机上设置的电机转子的N极对应在一条直线上，S极对应在一条直线上；电机定子的U、V、W三相绕组分别对应在一条直线上。 

如果潜油电机长度比较长，就需要扶正轴承，扶正轴承可以是滑动轴承等，其作用是起支撑作用，防止轴由于过长弯曲。当电机较短时不需要扶正轴承，潜油电机通过联轴器与保护器连接或者泵连接，联轴器可以是花键联轴器等。图15是转子结构的立体图，如图15所示，转子磁钢63是分节设置的，当潜油电机的长度比较长时，在相邻的两节转子磁钢63之间设置扶正轴承64，轴端设有用于联接的花键65。 

以下以优选实施例具体说明本发明的位置检测装置及密封装置的设计。 

图16是磁电式位置检测装置在潜油伺服电机700上的整体安装结构示意图。磁电式位置检测装置系统由磁电式位置检测装置电路板701、磁感应元件702、磁钢环703、导磁环704、密封装置705、位置检测装置线706、不锈钢罩708及外壳(未图示)等组成，磁电式位置 检测装置电路板701由电路板和磁感应元件702组成，磁感应元件例如是霍尔元件。磁钢环703安装在潜油伺服电机尾轴707上，它的位置要同不锈钢罩708外的导磁环704对应，跟随电机转子一起旋转，从而产生正弦磁场。导磁环704被分成几个磁环块，导磁环704的方案要根据整个位置检测装置磁感应元件个数方案来确定。导磁环704安装在不锈钢罩708的台阶上，构成一周，每两个导磁环之间留有狭缝，磁感应元件702处在两个导磁环的狭缝当中。磁感应元件702的管脚直接接在磁电式位置检测装置电路板701上，由电路板伸出，使得磁感应元件到达两个导磁环之间，磁电式位置检测装置电路板701上有CPU等电子元器件，磁电式位置检测装置电路板701用于处理磁感应元件702产生的信号，反馈信号经过位置检测装置线706传入井下控制箱709中的伺服控制器。图16中以位置检测装置第一实施例为例，其中磁钢环、导磁环以及磁感应元件只有一套，磁钢环为单对磁极，然而本发明不限于此，磁钢环、导磁环以及磁感应元件可以有两套，磁钢环可以有多对极，后面将会结合实施例对多对极的情况加以描述。 

磁电式位置检测装置系统分两处安装，产生正弦磁场的磁钢环703安装在潜油伺服电机尾轴707上，剩下的部分与高压穿线密封装置705构成一体，成组件化安装。安装磁电式位置检测装置的密封装置705的钢罩，材料要选为不导磁材料，所以可以采用不锈钢材料，也就是不锈钢罩708，既满足了密封强度要求，又满足了磁电式位置检测装置系统对磁路的要求。需要说明的是除了不锈钢罩，其它不导磁、强度满足密封强度要求的材料也可以选用。 

磁钢环主要是产生正弦磁场；导磁环起聚磁作用，磁钢环产生的磁通通过导磁环。电路板是固定磁感应元件并且输出六路信号线。磁感应元件把通过导磁环的磁场转换成电压信号，电压信号直接进入主控板芯片。由主控板上芯片对电压信号进行处理，最后得到角位移。 

磁电式位置检测装置是利用霍尔效应来检测电机转速、转子位置等信息的位置检测装置，磁感应元件能感应磁场的变化，把通过导磁环的磁场转换成电压信号，磁钢环转动一周产生一个或多个周期的正弦磁场，在不同的角度产生不同的磁场，磁感应元件感应出不同的电压信号，电路板通过接插件，将每个磁感应元件的电压信号传递给CPU，CPU根据电压信号计算出转轴的角度位置。磁感应元件优选地为霍尔感应元件。霍尔感应元件模块的成本低，因为磁感应元件、磁钢环、导磁环成本低，电路板只是将磁感应元件的感应电压传递给CPU，因此总成本也低。

这种位置检测装置的安装结构既达到了位置检测装置密封性的要求，要使得磁电式位置检测装置在恶劣的潜油伺服电机环境中得以正常工作。电机旋转时带动磁钢环旋转，从而产生旋转磁场，在不锈钢罩外表面上的导磁环导通磁场，在两个导磁环间隙之间磁感应元件感应磁场的变化，产生电压信号，这些变化的信号在磁电式位置检测装置电路板上被处理，并将处理后的信号传递给控制箱，从而获得电机的转子位置、速度等信号。 

图17是磁电式位置检测装置安装结构的立体分解示意图，其中以与图16相同的附图标记表示相同的部件。由图17可以看到，整个安装结构成组件化设计，位置检测装置电路板701、磁感应元件702、导磁环704与密封装置705安装为一体可以单独成立为一个组件。这使得这种磁电式位置检测装置在潜油伺服电机中的应用安装方便可靠。 

图18是磁电式位置检测装置中的磁钢环的示意图。磁钢环安装在电机的尾轴上，随着电机转子一起旋转，形成磁电式位置检测装置系统所需的旋转变化的正弦磁场，磁钢环的充磁方式和方向与相应的磁电式位置检测装置系统的要求对应。在第一实施例中，磁钢环为一对磁极；在第二实施例中，磁钢环为多对磁极，该多对磁极均匀排列；在第三实施例中，磁钢环为多对磁极，该多对磁极按一定角度排列。 

图19A与图19B是以两个磁感应元件的方案为例解释磁感应元件与导磁环的布置的示意图。如图19A所示，磁感应元件100、101采用表面贴的方式，即在圆环形定子102内侧壁布置，103为磁钢环，在两个磁感应元件的方案中，两个磁感应元件100、101相隔90°布置。在图19B中，两个磁感应元件109、110夹于导磁环的两个或多个同心安装的弧段(此处为两个弧段111、112)之间，113为磁钢环。尽管此处 以两个磁感应元件的方案为例加以解释，然而本发明不限于此，每列磁感应元件的数目可以是三个、四个、六个，对应的导磁环的弧段也相应地为三个、四个、六个。而且可以采用两列磁感应元件和两个磁钢环的方案，此时第二个导磁环的弧段也相应地有所变化，而不局限于1/4弧段与3/4弧段的方案或均匀分段的方案。 

本发明还提供了一种基于上述结构的位置检测装置的信号处理装置，包括：A/D转换模块、合成模块、角度获取模块和存储模块，其中，A/D转换模块对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，对应于磁感应元件的个数，该模块中具有多个A/D转换器，分别用于对每个磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换；所述合成模块对经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号D；所述角度获取模块，根据该基准信号D，在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；所述存储模块用于存储数据。 

上述各个模块可以构成一MCU。以下通过实施例详细描述本发明的位置检测装置及其信号处理装置与方法。 

第一实施例

图20是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。位置检测装置包括感应元件710、电路板711、导磁环712、不锈钢罩713、磁钢环715及外壳(未图示)等部分，磁钢环715安装于电机尾轴716上，其余部分可安装于密封装置714的不锈钢罩713上。本方案的特征之处在于，位置检测装置有两个磁感应元件，导磁环712也由两部分组成，一个是1/4的磁环，一个是3/4的磁环。两个不完整的磁环形成两个狭缝，用于同两个磁感应元件配合使用。 

图21是根据本发明的第一实施例的安装有两个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。磁感应元件H_1a和H_2a的输出信号接MCU的内置A/D转换器模拟输入口，经模数转换后得到输出信号接乘法器20a、21a，系数矫正器5a的输出信号K接乘法器20a、21a的输入端，乘法器20a、21a的输出信号接合成器3a的输入端，合成器3a输出信号D和R，系数矫正器5a接收合成器3a输出的信号D和R，通过运算得到信号K，通过使磁感应元件H_1a和H_2a的信号与该信号K进行相乘，以此来进行温度补偿，消除温度对信号的影响。存储器40a中存储有一角度存储表，MCU根据信号D在角度存储表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ。 

在存储模块中存储有一标准角度表，其中存储了对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。 

另外，在存储模块中还存储了一些数据修正表，这些表中包括一个信号D与信号R0的对应表，其中信号R0为信号R在标准状态下的信号，通过合成模块，即合成器3a得到的信号D，通过查表可以得到一信号R₀，通过将信号R₀和信号R进行比较，如除法运算，得到信号K。 

其中对信号的处理，即合成器3a对信号的处理原则是：比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例，说明如下： 

约定： 

当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。 

X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。 

如果A_D＞＝B_D 

D＝{A_0；B_0；B_D} 

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

否则： 

D＝{A_0；B_0；A_D} 

$R=\sqrt{A^2+B^2}.$

图22是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。其各部分组件的安装方式与两个磁感应元件的方案的相似，故在此不再重复。本方案的特征之处在于，位置检测装置有三个磁感应元件，导磁环也由三部分组成，每两个不完整的磁环形成狭缝，总共形成三个狭缝，用于同三个磁感应元件配合使用。 

图23是根据本发明的第一实施例的安装有三个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。结合图22所示，位置检测装置包括感应元件717、电路板718、导磁环719、不锈钢罩720、磁钢环722及外壳(未图示)等部分，密封装置721将电机尾轴723密封在其中。本方案的信号处理装置与两个磁感应元件的方案中的相似，不同之处在于，磁感应元件有三个，输出给合成器的信号为三个，合成器在取舍信号时与上述方案中的有所不同。在这里，仅说明合成器如何取舍信号。 

合成器3c对信号的处理原则是：先判断三个信号的符合位，并比较符合位相同的信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，第三个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例： 

约定： 

当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。 

X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。 

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＞＝C_D 

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D} 

如果{A_0；B_0；C_0}＝010并且A_D＜C_D 

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D} 

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＞＝C_D 

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D} 

如果{A_0；B_0；C_0}＝101并且A_D＜C_D 

D＝{A_0；B_0；C_0；A_D} 

如果{A_0；B_0；C_0}＝011并且B_D＞＝C_D 

D＝{A_0；B_0；C_0；C_D} 

如果{A_0；B_0；C_0}＝011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} 

$\mathrm{\α}=A-B\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)$

$\mathrm{\β}=B\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)-C\×\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{3}\right)$

$R=\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\β}}^2}$

图24是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。位置检测装置包括感应元件724、电路板725、导磁环726、不锈钢罩727、磁钢环729及外壳(未图示)等部分，密封装置728将电机尾轴730密封在其中。其各部分组件的安装方式与两个磁感应元件的方案的相似，故在此不再重复。本方案的特征之处在于，位置检测装置有四个磁感应元件，导磁环也由四部分组成，每两个不完整的磁环形成狭缝，总共形成四个狭缝，用于同四个磁感应元件配合使用。 

图25是根据本发明的第一实施例的安装有四个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。方案的信号处理装置与两个磁感应元件的方案中的相似，不同之处在于，增加了差动放大模块，通过该差动放大模块抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最终输出给合成器的信号仍为两个，处理过程及方法与两个传感器的方案的相同，在此不再重复。 

图26是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的分解示意图。位置检测装置包括感应元件731、电路板732、导磁环733、不锈钢罩734、磁钢环736及外壳(未图示)等部分，密封装置735将电机尾轴737密封在其中。其各部分组件的安装方式与两个磁感应元件的方案的相似，故在此不再重复。本方案的特征之处在于，位置检测装置有六个磁感应元件，导磁环也由六部分组成，每两个不完整的磁环形成狭缝，总共形成六个狭缝，用于同六个磁感应元件配合使用。 

图27是根据本发明的第一实施例的安装有六个磁感应元件的位置检测装置方案的信号处理装置的框图。方案的信号处理装置与三个磁感应元件的方案中的相似，不同之处在于，增加了差动放大模块，通过该差动放大模块抑制温度和零点漂移，以此来提高数据精度，最 终输出给合成器的信号仍为三个，处理过程及方法与三个传感器的方案的相同，在此不再重复。 

图28A到图28D以由1/4弧段和3/4弧段构成的导磁环为例，图示了本发明的导磁环的倒角设计。如图28A到图28D所示，导磁环由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，图28A所示的导磁环没有设计倒角，图28B到图28D所示的弧段端部设有倒角，所述倒角为沿轴向(图28B)或径向(图28C)或同时沿轴向、径向(图28D)切削而形成的倒角，轴向切面151、153，径向切面152、154。相邻两弧段间留有缝隙，磁感应元件置于该缝隙内，当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的控制器。根据磁密公式 $B=\frac{\mathrm{\Φ}}{S}$ 可以知道，当φ一定时候，可以通过减少S，增加B。因为永磁体产生的磁通是一定的，在导磁环中S较大，所以B比较小，因此可以减少因为磁场交变而导致的发热。而通过减少导磁环端部面积能够增大端部的磁场强度，使得磁感应元件的输出信号增强。这样的信号拾取结构制造工艺简单，拾取的信号噪声小，生产成本低，可靠性高，而且尺寸小。虽然以两个弧段的方案为例描述了导磁环的倒角设计，然而本发明不限于此，导磁环为三弧段、四弧段、六弧段的方案都可以采用类似的倒角设计，在此不再详细描述。 

在本发明的潜油伺服拖动系统的位置检测装置的第二实施例中，磁钢环、导磁环各为两个，磁感应元件也相应地有两列，这些是位置检测装置的关键部件，除此之外的其它部件的安装与结构与第一实施例中的相似，在此不再赘述。 

图29是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的关键部件的分解立体图。图30是根据本发明的第二实施例的位置检测装置方案的安装示意图。本实施例的位置检测装置包括转子和将转子套在内部的定子，转子包括第一磁钢环201a和第二磁钢环201b以及第一导磁环205a和第二导磁环205b，第一磁钢环201a和第二磁钢环201b分别固定在电机轴200上，其中定子为支架203。第一导磁环205a和第 二导磁环205b分别由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两个弧段之间留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件204分别设在该空隙内。磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上，不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定，当转子旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。 

第一磁钢环201a均匀的磁化为g(g的取值等于第二磁钢环中的磁极总数)对极(N极和S极交替排列)，当第二磁钢环中的磁极总数为6时，第一磁钢环201a的极对数为6对。以第一磁钢环201a的中心为圆心的同一圆周上，设置有m个磁感应元件，如2个，如图31所示，二个磁感应元件204之间的夹角为90°/6。第一磁钢环均匀地磁化为6对极时磁感应元件的布置如图32所示。当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。 

定义第一磁钢环中相邻一对“N-S”为一个信号周期，因此，任一“N-S”对应的机械角度为360°/g(g为“N-S”个数)，假定转子在t时刻旋转角度θ位于第n^th信号周期内，则此时刻角位移θ可认为由两部分构成：1.在第n^th信号周期内的相对偏移量，磁感应元件H₁和H₂感应第一磁钢环的磁场来确定在此“N-S”信号周期内的偏移量θ₁(值大于0小于360°/g)；2.第n^th信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，用传感器H₃，H₄，...H_n感应磁环2的磁场来确定此时转子究竟是处于哪一个“N-S”来得到θ₂。 

对应于第二磁钢环201b，以第二磁钢环201b的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝1，2…n)个均匀分布的磁感应元件，第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应原件输出呈格雷码形式。磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N/S”极，首位为“1”对应于“S/N”极。例如，当n为3时，得到如图33所示的编码，得到如图34所示的第二磁钢环的充磁顺序，如图35所示，三个磁感应元件均布周围进行读数。 

图36是本实施例的位置检测装置的一个信号处理装置的框图。本示例中，第一磁钢环设有两个磁感应元件，传感器1_1和1_2的输出 信号接放大器2_1、2_2进行放大，然后接A/D转换器3_1、3_2，经模数转换后得到输出信号接乘法器4_1、5_1，系数矫正器10_1输出信号接乘法器4_1、5_1的输入端，乘法器4_1、5_1的输出信号A、B接合成器6_1的输入端，第一合成器6_1对信号A、B进行处理，得到信号D、R，根据信号D从存储器8_1中存储的标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁。其中，第一合成器6_1的输出信号R输送给系数矫正器10_1，系数矫正器10_1根据信号R和从存储器9_1中查表得到信号R₀得到信号K，该信号K作为乘法器4_1、5_1的另一输入端，与从放大器2_1、2_2输出的信号C1、C2分虽相乘得到信号A、B作为第一合成器6_1的输入。 

传感器1_3、1_4、...1_n的输出信号分别接放大器2_3、2_4、...2_n进行放大，然后接A/D转换器3_3、3_4、3_n进行模数转换后通过第二合成器7_1进行合成，得到一信号E；根据该信号E在存储器11_1中的第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂，θ₁和θ₂通过加法器12_1得到测量的绝对角位移输出θ。 

第二合成器7_1的功能是，通过对传感器H_3e、H_4e、...H_ne的信号进行合成，得到此时刻转子处于哪一个“N-S”信号周期内。第二合成器7的处理是：当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。也即当感应的磁场为N时，输出为X_0＝0，否则为X_0＝1。 

则对于本实施例，E＝{C3_0；C4_0；Cn_0}。 

其中，第一合成器6_1对信号的处理是：比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。具体如下： 

这里约定(后文各合成器均使用该约定)，当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0＝1表示数据X为负，X_0＝0表示数据X为正。X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下的数据位。 

如果A_D＞＝B_D 

D＝{A_0；B_0；B_D} 

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

否则： 

D＝{A_0；B_0；A_D} 

$R=\sqrt{A^2+B^2};$

信号K一般是通过将信号R₀和R进行除法运算得到。 

对于第一、二标准角度表，在存储器中存储了两个表，每个表对应于一系列的码，每一个码对应于一个角度。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和一高精度位置传感器，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置传感器输出的角度进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与角度之间的关系表。也就是，对应于信号D存储了一个第一标准角度表，每一个信号D代表一个相对偏移量θ₁。对应于信号E，存储了一个第二标准角度表，每一个信号E代表一个绝对偏移量θ₂。 

本发明不限于上述示例，第一磁钢环还可以设有三个、四个、六个磁感应元件，相应的导磁环和信号处理电路也要做相应变化，然而其变化与第一实施例中所述的类似，故在此不再赘述。 

当设有导磁环时，导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。 

作为替代，磁感应元件可以直接表贴在不锈钢罩的外表面上，即不设有导磁环，如图37所示。其它部件以及其信号处理装置与有导磁环的类似，在此不再赘述。 

在本发明的潜油伺服系统的位置检测装置的第三实施例中，各个部件的个数及其安装方案与第二实施例中的类似，所不同的是磁钢环的充磁方式及磁感应元件的布置位置。 

图38是根据第三实施例的位置检测装置的分解立体图。对应于磁钢环302、磁钢环303分别设有两列磁感应元件307。为了说明方便，这里将第一列磁感应元件即对应磁钢环302和导磁环304的多个磁感应元件都用磁感应元件308表示，而将第二列磁感应元件即对应磁钢环303和导磁环305的多个磁感应元件都用磁感应元件309表示。为 了说明方便，这里将磁钢环302定义为第一磁钢环，将磁钢环303定义为第二磁钢环，将导磁环304限定为对应于第一磁钢环302，将导磁环305限定为对应于第二磁钢环303，然而本发明不限于上述的限定。 

第一磁钢环302被均匀地磁化为2ⁿ(n＝0，1，2…n)对磁极，并且相邻两极的极性相反，第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照磁序算法确定；在轴301上，对应于第一磁钢环302，以第一磁钢环302的中心为圆心的同一圆周上设有m(m为2或3的整数倍)个呈一定角度分布的磁感应元件307；对应于第二磁钢环303，以第二磁钢环303的中心为圆心的同一圆周上设有n(n＝0，1，2…n)个呈360°/N角度分布的磁感应元件307。第二磁钢环303的磁极总数与以n为位数排成的、相邻两位只有一位不同的格雷码的个数相同，磁极的极性为格雷码的首位为“0”对应于“N”极，首位为“1”对应于“S”极。第二磁钢环的磁极总对数与第一磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反。 

图39是磁钢环303的磁序算法流程图。如图39所示，以三个磁感应元件的情况为例，首先进行初始化a[3]＝“0，0，0”；然后将当前编码入编码集，即编码集中有“0，0，0”；接着检验入编码集的集合元素是否达到2ⁿ，如果是则程序结束，反之将当前编码左移一位，后面补0；然后检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则将当前码末位去0补1；接着检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则检验当前码是否为“0……0”，是则结束，否则将当前编码的直接前去码末位去0补1；接着检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则检验当前码是否为“0……0”，然后继续进行下面的程序。其中0磁化为“N”，1磁化为“S”。这样得到了图40所示的磁钢环303充磁结构图以及H₃、H₄和H₅的排布顺序。 

本实施例中，对应于所述的第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/N。关于对应于所述的第一磁钢环相邻两个磁感应元 件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90°/N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/N；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/N。 

图41是根据第三实施例的位置检测装置的信号处理装置的框图。由于其信号处理方式与第二实施例的类似，故在此不再赘述。 

第一磁钢环可以设有两个、三个、四个、六个磁感应元件，相应的导磁环和信号处理电路也要做相应变化，然而其变化与第一实施例中所述的类似，故在此不再赘述。 

当设有导磁环时，导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。 

作为替代，磁感应元件可以直接表贴在不锈钢罩的外表面上，即不设有导磁环，其它部件以及其信号处理装置与有导磁环的类似，在此不再赘述。 

本实施例的位置检测装置的信号处理方法与第二实施例中的类似，故在此省略对其重复描述。 

图42为本发明的一种密封装置的整体剖面示意图。如图42所示，本实施例提供一种密封装置901，该密封装置901包括密封装置本体和穿设在其中的导线910。该密封装置本体由密封连接法兰911、密封壳体912和不锈钢罩913组成。密封连接法兰911与密封壳体912相连，而不锈钢罩913穿设在两者之间。本实施例中为了满足潜油伺服电机的需要，不锈钢罩913的材质为不锈钢，而选定的材质。应理解地是，在特定的使用场合下，为保证结构不变，可以根据实际情况来选择不锈钢罩913的材质。密封壳体912是整个密封装置901的支承件。在密封壳体912内设有第一绝缘挡板914。第一绝缘挡板914、不锈钢罩913外壁和密封壳体912内壁围设成密封空间。在第一绝缘挡板914和密封壳体912上分别开设有出线口915，导线910从密封连接法兰911穿入该密封装置本体的密封空间中，在密封空间中缠绕，然后从出线口915穿出。密封壳体912在其出线口915端与不锈钢罩913螺纹连接，并涂有螺纹密封胶，从而使密封壳体912与不锈钢罩913之间密封。密封空间中充满密封填充物916，例如环氧胶。当然，根据实际需 要也可以采用耐高温、粘性好的粘接胶，同样可以达到良好的密封效果。 

此外，在由第一绝缘挡板914、不锈钢罩913和密封壳体912围成的密封空间中，还可以设有第二绝缘挡板917。在第二绝缘挡板917上也开设有出线口(图未示)，以便导线910穿出。 

密封空间内还设有第二绝缘挡板，其上开设有出线口；所述的第二绝缘挡板的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。 

图43为本发明的另一种密封装置的剖视图。如图43所示，第一绝缘板957和密封块956之间还可以设有第二绝缘板960，绝缘板可以采用高强度绝缘板，并且其上开设有用于通过铜棒的孔，第二绝缘板960与密封块956围设的密封空间内穿设第二铜棒961；第一铜棒954从密封壳体952的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板957穿出，并穿过第二绝缘板960与第二铜棒961首尾相接；第二铜棒961从密封块956的通孔穿出。 

此外，在第一绝缘板957和第二绝缘板960之间可以设有支承板962，支承板962上开设有通孔。应注意的是，支承板962上开设的通孔的内径大于第一铜棒954或第二铜棒961的外径，以防止支承板962与第一铜棒954或第二铜棒961之间导通。此外，密封壳体952的内腔上设有凸台965，可以将支承板962固设在凸台965上。 

图44为密封装置中第一铜棒的结构示意图。如图44所示，第一铜棒954为阶梯状，即采用中间粗，两头细的阶梯轴形式，设置在其中部的台阶柱963外径大于两端的铜棒外径，该台阶柱963的下台阶面与第一绝缘板957抵顶接触。通过这个台阶来防止第一铜棒954因承受压力过大而压穿，同时将压力传递给第一绝缘板957，使得压力均匀，再通过第一绝缘板957将压力传递到密封壳体952的底端。此外，第一铜棒954的末端均设有连接插头955。 

图45为密封装置中第二铜棒的结构示意图。如图45所示，第二铜棒961也为阶梯状，即阶梯轴形式。其底端为粗台阶柱964，柱体外径大于另一端的外径，该台阶柱964的下台阶面与第二绝缘板960抵顶接触。由于第二铜棒961的下端较粗且与第二绝缘板960接触，因 此将第二铜棒961受到的压力均匀分配给第二绝缘板960后，再传递给下面的支承板962，最后传递到密封壳体952上。铜棒采用阶梯轴形式，能避免导线在灌封的环氧树脂层中因压力过大而直接被压出密封装置导致密封失效。此外，在较粗的台阶柱964上设有螺纹孔，用于与第一铜棒954连接，从而实现密封装置内第一铜棒954与第二铜棒961之间导通。第二铜棒961的较小外径的末端设有连接插头955。 

作为替代，第一绝缘板和第二绝缘板之间还设有支承板，其上开设有通孔；所述的密封壳体的内腔上设有凸台，支承板固设在凸台上。 

第二绝缘板960和第二铜棒961的数量可以根据具体情况和需要而设置为多个，从而将密封空间分割为多级密封空间。相邻两个第二绝缘板960之间可以设有支承板962，支承板962上开设有通孔。 

图46为密封装置的安装整体结构示意图。如图46所示，密封装置971介于潜油伺服电机972和控制箱973之间，并且与潜油伺服电机972和控制箱973相连接。具体来说，密封装置971的密封壳体952在第一铜棒954穿出的一端与控制箱973连接，例如可以通过螺纹进行连接。密封装置971的密封连接法兰951与潜油伺服电机972连接，例如可以通过螺栓进行连接。 

尽管以上各图中以潜油编码器为例进行说明，然而潜油伺服拖动系统中的传感器本体还可以是旋转变压器或磁敏式电阻编码器。图47和图48分别是旋转变压器和磁敏式电阻编码器的剖面图。图中的附图标记表示：密封套91，密封件外壁92，隔板93，密封胶94，接线柱95，旋转变压器定子96，电机尾轴97，旋转变压器转子98，旋转变压器电路板99，磁敏元件90，磁钢环88，编码器电路板89。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (43)

1.一种潜油伺服拖动系统，包括泵，所述的泵通过保护器和伺服电机系统相连；地面控制装置通过电缆与地面电源相连，该电缆与伺服电机系统相连；地面电源通过地面控制装置控制对伺服电机和泵供电，其特征在于，所述的伺服电机系统由伺服电机和伺服控制器组成，所述的伺服电机的电机轴上设有位置检测装置，位置检测装置将检测到的位置信号输出给伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机的运转；所述的位置检测装置通过密封装置固定在伺服控制器上；所述的位置检测装置主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，传感器本体包括磁钢环、导磁环和磁感应元件；导磁环设置在不锈钢罩的外壁上，由两段或多段同半径、同圆心的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙；磁感应元件置于该缝隙内；磁钢环设置在不锈钢罩的内腔中，固定在电机转轴上；不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；当磁钢环与导磁环发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号，并将该电压信号传输给相应的伺服控制器。

2.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的潜油伺服拖动系统中的位置检测装置为旋转变压器或磁敏式电阻编码器。

3.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的导磁环由两段同半径、同圆心的弧段构成，分别为1/4弧段和3/4弧段，对应的磁感应元件为2个；或者，所述的导磁环由三段同半径的弧段构成，分别为1/3弧段，对应的磁感应元件为3个；或者，所述的导磁环由四段同半径的弧段构成，分别为1/4弧段，对应的磁感应元件为4个；或者，所述的导磁环由六段同半径的弧段构成，分别为1/6弧段，对应的磁感应元件为6个。

4.如权利要求3所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

5.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，还包括骨架，用于固定所述导磁环；所述导磁环设置在骨架成型模具上，在所述骨架一体成型时与骨架固定在一起。

6.如权利要求1-6任一项所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的位置检测装置包括信号处理装置，该信号处理装置包括：

A/D转换模块，对位置检测装置中磁感应元件发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；

合成模块，对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理得到基准信号D；

角度获取模块，根据该基准信号D，在标准角度表中选择与其相对的角度作为偏移角度θ；以及

存储模块，用于存储标准角度表和修正数据表。

7.如权利要求6所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的信号处理装置在A/D转换模块和合成模块之间还包括温度补偿模块，用于消除温度对位置检测装置发送来的电压信号的影响；所述合成模块的输出信号还包括信号R；所述温度补偿模块包括系数矫正模块和乘法器，所述系数矫正模块对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀进行比较得到输出信号K；所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给合成模块。

8.如权利要求6所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的信号处理装置还包括差分模块，设置在所述温度补偿模块之前，当位置检测装置发送来的一个电压信号为2或3的倍数时，用于抑制温度和零点漂移，并提高数据精度。

9.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的位置检测装置主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，传感器本体包括转子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环，

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在电机轴上，设置在不锈钢罩的内腔中，对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n个均匀分布的磁感应元件，其中，n＝1，2…n；所述第二磁钢环的磁极磁化顺序使得n个磁感应元件输出呈格雷码格式，相邻两个输出只有一位变化；

在不锈钢罩上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有有m个呈一定角度分布的磁感应元件，其中，m为2或3的整数倍；所述第一磁钢环的磁极总对数与第二磁钢环的磁极总数相等，并且相邻两极的极性相反；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。

10.如权利要求9所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，关于对应于第一磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，该夹角为90°/g；当m为3时，该夹角为120°/g；当m为6时，该夹角为60°/g，其中，g为第二磁钢环的磁极总数。

11.如权利要求9所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面。

12.如权利要求9所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的位置检测装置还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。

13.如权利要求12所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而形成的倒角。

14.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的位置检测装置主要包括传感器本体、不锈钢罩、密封装置和外壳，

传感器本体包括转子，所述转子包括第一磁钢环、第二磁钢环，

其中，所述第一磁钢环和第二磁钢环分别固定在转轴上，所述第一磁钢环被均匀地磁化为N对磁极，其中，N＜＝2ⁿ，n＝0，1，2…n；并且相邻两极的极性相反；所述第二磁钢环的磁极总数为N，其磁序按照特定磁序算法确定；

在不锈钢罩上，对应于第一磁钢环，以第一磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有m个呈一定角度分布的磁感应元件，其中，m为2或3的整数倍；对应于第二磁钢环，以第二磁钢环的中心为圆心的同一圆周上设有n个呈一定角度分布的磁感应元件，其中，n＝0，1，2…n；磁感应元件设置在不锈钢罩的外壁上；

不锈钢罩外部通过密封装置与外壳密封并固定；

当转子相对于定子发生相对旋转运动时，所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一信号处理装置。

15.如权利要求14所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，在所述的不锈钢罩上，对应于第二磁钢环的相邻两个磁感应元件之间的夹角为360°/N。

16.如权利要求14所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，在所述的不锈钢罩上，对应于第一磁钢环相邻两个磁感应元件之间的夹角，当m为2或4时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为90°/N，当m为3时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为120°/N；当m为6时，每相邻两个磁感应元件之间的夹角为60°/N。

17.如权利要求14所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述磁感应元件直接表贴在不锈钢罩的外表面上。

18.如权利要求14所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的位置检测装置还包括两个导磁环，每一所述导磁环是由多个同圆心、同半径的弧段构成，相邻两弧段留有空隙，对应于两个磁钢环的磁感应元件分别设在该空隙内。

19.如权利要求18所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的导磁环的弧段端部设有倒角，为沿轴向或径向或同时沿轴向、径向切削而成的倒角。

20.如权利要求9或14任一项所述潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的位置检测装置包括有信号处理装置，该信号处理装置包括：

A/D转换模块，对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；

相对偏移角度θ₁计算模块，用于计算位置检测装置中对应于第一磁钢环的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量θ₁；

绝对偏移量θ₂计算模块，根据位置检测装置中对应于第二磁钢环的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂；

角度合成及输出模块，用于将上述相对偏移量θ₁和绝对偏移量θ₂相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的旋转角度θ；

存储模块，用于存储数据。

21.根据权利要求20所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的信号处理装置还包括：

信号放大模块，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大。

22.根据权利要求20所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述相对偏移角度θ₁计算模块包括第一合成单元和第一角度获取单元，所述第一合成单元对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到一基准信号D；所述第一角度获取单元根据该基准信号D，在第一标准标准角度表中选择一与其相对的角度作为偏移角度θ₁；

所述相对偏移角度θ₁计算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对位置检测装置发送来的电压信号的影响；

其特征在于，所述第一合成单元的输出还包括信号R；

所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正模块对所述合成模块的输出的信号R和对应该信号的标准状态下的信号R₀进行比较得到输出信号K；所述乘法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元。

23.根据权利要求20所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述绝对偏移量θ₂计算模块包括第二合成单元和第二角度获取单元，所述第二合成单元用于对对应于第二磁钢环的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到一信号E；所述第二角度获取单元根据该信号E在第二标准角度表中选择一与其相对的角度作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量θ₂。

24.如权利要求2、19或14任一项所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。

25.如权利要求2、9或14任一项所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的密封装置包括密封装置本体和穿设在其中的导线，所述的不锈钢罩和密封连接法兰、密封壳体组成密封装置本体，密封连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内设有第一绝缘挡板，第一绝缘挡板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间；第一绝缘挡板和密封壳体上分别开设有出线口，导线从密封连接法兰穿入该密封装置本体的密封空间中，从出线口穿出；密封空间中充满密封填充物。

26.如权利要求25所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的密封空间内还设有第二绝缘挡板，其上开设有出线口；所述的第二绝缘挡板的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。

27.如权利要求2、9或14任一项所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的密封装置包括密封装置本体，所述的不锈钢罩和连接法兰、密封壳体组成密封装置本体，连接法兰与密封壳体相连，不锈钢罩穿设在两者之间，密封壳体内腔的两端分别设有密封块和第一绝缘板，密封块、第一绝缘板、不锈钢罩和密封壳体围设成密封空间，密封块与连接法兰之间设有压紧块；密封块、第一绝缘板和密封壳体上分别开设有通孔，第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出；密封空间中充满密封填充物。

28.根据权利要求27所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的第一铜棒为阶梯状，设置在其中部的台阶柱外径大于两端的铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第一绝缘板抵顶接触；所述的第一铜棒的末端设有连接插头。

29.根据权利要求27所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的第一绝缘板和密封块之间还设有第二绝缘板，第二绝缘板与密封块围设的密封空间内穿设第二铜棒；第一铜棒从密封壳体的通孔穿入该密封装置本体的密封空间中，从第一绝缘板穿出，并穿过第二绝缘板与第二铜棒首尾相接；第二铜棒从密封块的通孔穿出。

30.根据权利要求29所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的第一绝缘板和第二绝缘板之间还设有支承板，其上开设有通孔；所述的密封壳体的内腔上设有凸台，支承板固设在凸台上。

31.根据权利要求29所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的第二绝缘板和第二铜棒的设置数量为一个以上，将密封空间分割为多级密封空间。

32.根据权利要求29所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的第二铜棒为阶梯状，一端设置为台阶柱，柱体外径大于另一端的第二铜棒外径，该台阶柱的下台阶面与第二绝缘板抵顶接触；所述的第二铜棒的末端设有连接插头。

33.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的电缆从伺服电机的壳体外部，经过密封装置，通过电缆连接头进入伺服控制器与电路板相连，电路板输出电机动力线穿过密封装置为伺服电机提供动力，输出信号线控制位置检测装置。

34.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的电缆从伺服电机的壳体内部，电缆接头从壳体内部顶端输入，通过线束穿过密封装置，与伺服控制器中的电路板相连，电路板分别输出电机动力线为伺服电机提供动力，输出信号线控制位置检测装置。

35.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服控制器包括伺服控制器壳体，在所述壳体的内壁上设有控制器转接件，该转接件与密封装置的密封壳体相连，使伺服控制器与电机连接成一体。

36.如权利要求35所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的控制器壳体上设有散热片，该散热片与转接件连接。

37.如权利要求35所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的控制器壳体内腔中灌封导热胶，便于控制器内腔散热。

38.如权利要求35所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的控制器壳体的下方还设有散热腔，其内部充满散热液体；散热腔的腔壁开设有通孔，散热片的末端延伸并从通孔插入所述的散热腔内；通孔处设有密封圈。

39.如权利要求38所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的散热液体为水或45#液压油。

40.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服控制器包括伺服控制器壳体，控制器壳体内腔中灌封导热胶，便于控制器内腔散热。

41.如权利要求37或40任一项所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的导热胶为环氧树脂灌封胶、硅橡胶灌封胶、聚氨酯灌封胶、UV灌封胶、热熔性灌封胶或有机硅灌封胶。

42.如权利要求1所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的伺服电机为多节伺服电机，相邻的两节电机的转子轴通过联轴器连接；相邻的两节电机上设置的电机转子的N极对应在一条直线上，S极对应在一条直线上；电机定子的U、V、W三相绕组分别对应在一条直线上。

43.如权利要求42所述的潜油伺服拖动系统，其特征在于，所述的多节伺服电机相邻两节电机之间还设有扶正轴承，对电机进行支撑。

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