Системы и способы для создания скважинных электрических двигателей

Группа изобретений относится к электрическим двигателям удлиненной формы, в частности к насосам для добычи флюидов из скважин. Система содержит электрический привод, погружной электрический насос (ПЭН) и кабель силовой сети. ПЭН содержит насос и двигатель. Двигатель ПЭН имеет статор и по меньшей мере две секции ротора с постоянными магнитами. В пределах каждой из секций множество постоянных магнитов расположено в два или несколько рядов. Каждый ряд выровнен в одну линию в осевом направлении. Смежные секции синхронизированы в угловом отношении относительно друг друга так, что ряды магнитов в пределах одной из секций смещены по окружности от соответствующих рядов магнитов в пределах другой примыкающей секции на заранее установленный угол. Во время работы ряды магнитов в разных секциях противодействуют гармонической обратной связи или используют деформацию при кручении для выравнивания вкладов крутящего момента от различных секций. Каждая секция имеет пару замыкающих колец. Кольца закреплены на противоположных концах секции, тем самым надежно закрепляя набор пластин ротора и множество магнитов между кольцами. Каждое кольцо закреплено так, чтобы совместиться с пазом вала на общем валу ротора, и тем самым поддерживает заранее заданное угловое смещение секции относительно смежной секции ротора. Изобретения направлены на повышение эффективности и мощности двигателя на выходе. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[001] Данная заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США № 14/693249, поданной 22 апреля 2015 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Область техники

[003] Настоящее изобретение в целом относится к электрическим двигателям, а более конкретно ̶ к системам и способам для создания электрических двигателей удлиненной формы, в которых вал двигателя может скручиваться и смещать выравнивание нескольких секций ротора, которые соединены с валом.

[004] Уровень техники

[005] Нефть и природный газ часто добывают путем бурения скважин в нефтяных пластовых резервуарах, а затем откачивают нефть и газ из пластовых резервуаров через скважины. Если в скважине недостаточно давления для вытеснения этих флюидов из скважины, может потребоваться использование системы искусственного подъема для извлечения флюидов из пластовых резервуаров. В типичной системе искусственного подъема используется погружной электрический насос (ПЭН), который расположен в нефтегазопродуктивной зоне скважины для откачки флюидов из скважины.

[006] Система ПЭН содержит насос и двигатель, который соединен с насосом и приводит насос в действие для подъема флюида из скважины. Система ПЭН может также содержать уплотнения, комплекты приборов и другие компоненты. Поскольку они предназначены для установки в расточенное отверстие скважины, системы ПЭН обычно имеют ширину менее 25,4 см (10 дюймов), но могут иметь длину в десятки метров. Двигатель системы электрического погружного насоса может иметь мощность в сотни лошадиных сил.

[007] Один тип двигателя, который может использоваться в ПЭН системах, представляет собой двигатель с постоянным магнитом. В этом типе двигателя длинный вал двигателя проходит через несколько секций ротора, которые соединены с валом. Каждая из секций ротора содержит набор постоянных магнитов, которые обычно расположены в нескольких (например, четырех) выровненных в одну линию в осевом направлении рядах. Секции вала и ротора расположены в пределах статора. Статор имеет несколько катушек или обмоток провода, расположенных в сердечнике статора. Когда катушки активируются, обмотки генерируют магнитные поля, которые взаимодействуют с магнитами секций ротора. Энергия, подаваемая на обмотки статора, является управляемой для того, чтобы заставить магнитные поля статора приводить в движение секции ротора, которые вращаются в пределах статора, тем самым приводя вал во вращение. Вращающийся вал соединен с насосом ПЭН и приводит в действие насос для подъема флюида из скважины.

[008] Существует несколько проблемных вопросов, которые могут возникнуть при работе двигателей с постоянными магнитами. Двигатели с постоянными магнитами синхронны, поэтому ротор всегда пытается придерживаться той же скорости вращения, что и магнитные поля в статоре. Поэтому двигатель может проявлять гармоническую обратную связь, которая может быть передана обратно на привод двигателя. Такая обратная связь может снизить эффективность двигателя и может даже нанести повреждения функционированию системы. Поэтому было бы желательно обеспечить средства для отмены или уменьшения гармонической обратной связи.

[009] В дополнение к проблемному вопросу гармонической обратной связи двигатель может проявлять неэффективность, связанную с жёсткостью при кручении (или отсутствием жёсткости) вала двигателя. Поскольку двигатель может быть очень длинным, в нижней части вал может иметь более низкую жёсткость при кручении, по сравнению с верхней частью. И поскольку в двигателе с постоянными магнитами отсутствует скольжение между вращающимися полями, это приводит к тому, что самые нижние секции ротора придают меньший крутящий момент на валу, чем обеспечивается секциями ротора, установленными выше на валу. В результате, добавление длины и большего числа секций ротора к двигателю с постоянным магнитом может привести к снижению отдачи от крутящего момента, мощности на выходе и эффективности. Поэтому было бы желательно обеспечить средства для уменьшения последствий этого проблемного вопроса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Данное изобретение относится к системам и способам для создания электрических двигателей, которые могут уменьшать последствия или разрешать проблемные вопросы, рассмотренные выше. В одном конкретном варианте реализации изобретения каждая из секций ротора индивидуально связана с валом ротора таким образом, что в положении покоя секции ротора вращательно сдвинуты («привязаны в угловом отношении») друг относительно друга. Поскольку двигатель представляет собой синхронный двигатель, в процессе его функционирования постоянные магниты в секциях ротора заставляют их скручивать вал ротора, так что секции ротора возвращаются к осевому выравниванию. Деформация при кручении, вызванная каждой последовательной секцией ротора, позволяет этой секции ротора обеспечить больший вклад в общий крутящий момент на валу. Путем обеспечения эквивалентных вкладов крутящего момента от каждой секции ротора в двигателе увеличивается эффективность и мощность двигателя на выходе.

[0011] Один вариант реализации изобретения содержит систему, которая содержит: электрический привод, ПЭН и силовой кабель, соединяющий компоненты и предназначенный для передачи энергии от привода к ПЭН. ПЭН содержит насос и двигатель, который приводит насос в действие. Электродвигатель имеет статор и ротор, в котором на валу установлены несколько роторных секций с постоянными магнитами. В пределах каждой из секций ротора набор постоянных магнитов расположен в два или несколько рядов, где каждый ряд выровнен в одну линию в осевом направлении. Смежные секции ротора привязаны в угловом отношении друг относительно друга так, что ряды постоянных магнитов в пределах одной из секций ротора смещены по окружности от соответствующих рядов постоянных магнитов в пределах другой, примыкающей секции ротора. Для противодействия гармонической обратной связи и неравномерным вкладам крутящего момента в результате податливости вала при кручении может использоваться смещение секций ротора.

[0012] В одном варианте реализации изобретения по меньшей мере один конец каждой секции ротора прикреплен к валу ротора, чтобы поддерживать заранее установленный угол смещения между секциями ротора. Каждая секция ротора может иметь пару замыкающих колец, надёжно закреплённых на противоположных концах секции ротора, чтобы удерживать набор пластин ротора и постоянные магниты в требуемом положении на трубке ротора. Замыкающие кольца могут быть прикреплены к сопряженной детали с пазом в валу ротора, чтобы поддерживать угловое/окружное положение каждой секции ротора относительно вала и смежных секций ротора. В одном варианте реализации изобретения каждое замыкающее кольцо представляет собой цельную сборочную единицу, которая имеет паз в заранее заданном положении, и для обеспечения выравнивания паза замыкающего кольца с пазом вала используется шпонка. Альтернативно, замыкающие кольца могут быть двухкомпонентными сборочными единицами, где внутреннее кольцо, имеющее паз, подобно цельной сборочной единице, может вращаться относительно внешнего кольца, которое может быть надежно прикреплено к трубке ротора после того, как внутреннее кольцо повернуто так, что паз ориентирован в нужное положение. В некоторых вариантах реализации изобретения положение паза замыкающего кольца на каждой секции ротора размещается в нужном положении относительно рядов магнитов в роторе, а секция ротора закреплена с единым общим пазом в валу ротора. Различные секции ротора могут иметь пазы замыкающих колец в разных положениях по окружности. В других вариантах реализации изобретения положение паза замыкающего кольца по окружности может быть одинаковым для каждой секции ротора, но каждая секция ротора может быть закреплена на другом пазу вала, где пазы вала имеют разные положения по окружности, что приводит к синхронизации секций ротора по отношению друг к другу. Угловая привязка каждой секции ротора относительно смежных секций может быть одинаковой для каждой секции ротора или может изменяться между парами секций ротора.

[0013] Альтернативные варианты реализации изобретения могут включать скважинные двигатели, как описано выше, или способы для создания роторов, скважинных двигателей или систем ПЭН. Также возможны многочисленные другие варианты реализации изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0014] Другие цели и преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными после рассмотрения последующего подробного описания и со ссылкой на сопроводительные графические материалы.

[0015] Фиг. 1 представляет собой графическое изображение, иллюстрирующее некоторые из основных компонентов системы ПЭН.

[0016] Фиг. 2 представляет собой графическое изображение, иллюстрирующее типовую конструкцию двигателя, подходящего для использования в системе ПЭН, показанной на Фиг. 1.

[0017] Фиг. 3 представляет собой графическое изображение, иллюстрирующее конструкцию типовой секции ротора в соответствии с одним вариантом реализации изобретения.

[0018] Фиг. 4 представляет собой графическое изображение, иллюстрирующее проекцию замыкающего кольца в одном варианте реализации изобретения, показывающую положение паза по отношению к рядам постоянных магнитов в роторе.

[0019] Фиг. 5 представляет собой графическое изображение, иллюстрирующее пазы в последовательных секциях ротора в одном варианте реализации изобретения.

[0020] Фиг. 6 и 7 представляют собой графические изображения, иллюстрирующие типовую конфигурацию двухкомпонентного замыкающего кольца, используемого в одном варианте реализации изобретения.

[0021] Хотя изобретение подвержено различным модификациям и может быть представлено в альтернативных формах, его конкретные варианты реализации показаны в качестве примера на графических материалах и в прилагаемом подробном описании. Однако следует понимать, что графические материалы и подробное описание не предназначены для ограничения настоящего изобретения конкретным вариантом реализации изобретения, который описан. Вместо этого данное раскрытие предназначено для охвата всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, подпадающих под объем настоящего изобретения, что и определено прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, графические материалы могут быть представлены не в реальном масштабе и могут представлять увеличенное изображение одного или нескольких компонентов, чтобы облегчить понимание различных конструктивных особенностей, описанных в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТИПОВЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Ниже описаны один или несколько вариантов реализации изобретения. Следует отметить, что эти и любые другие варианты реализации изобретения, описанные ниже, являются иллюстративными и предназначены для описания изобретения, а не для ограничения объема изобретения.

[0023] Как описано в данном документе, различные варианты реализации настоящего изобретения включают в себя системы и способы для создания скважинных электрических двигателей, в которых несколько секций ротора привязаны в угловом отношении друг относительно друга для противодействия гармонической обратной связи и неравномерных вкладов крутящего момента различными секциями ротора во время работы двигателя. Секции ротора индивидуально закреплены таким образом, что они будут поддерживать правильную ориентацию на валу ротора. Закрепление каждой секции ротора может быть фиксированным или может быть регулируемым, в зависимости от способа реализации этой конструктивной особенности.

[0024] Прежде чем описывать закрепление секций ротора, может быть полезно проанализировать общую структуру системы ПЭН. Согласно Фиг. 1, показано графическое изображение, которое иллюстрирует типовую систему ПЭН. На этом графическом изображении в скважине установлена система ПЭН. ПЭН 120 соединен с концом насосно-компрессорной колонны 150, и ПЭН и насосно-компрессорная колонна опускаются в ствол скважины для размещения ПЭН в нефтегазопродуктивной части скважины (как показано пунктирными линиями в нижней части ствола скважины). Наземное оборудование, которое включает в себя систему 110 силового привода, расположено на поверхности скважины. Система 110 силового привода соединена с ПЭН 120 кабелем 112 силовой сети, который проходит по стволу скважины вдоль насосно-компрессорной колонны 150. Насосно-компрессорная колонна 150 и кабель 112 силовой сети могут располагаться в пределах от менее чем 305 м (одной тысячи футов) в неглубокой скважине до многих тысяч футов в более глубокой скважине.

[0025] В этом варианте реализации изобретения ПЭН 120 содержит секцию 121 двигателя, секцию 122 протектора двигателя и секцию 123 насоса. ПЭН 120 может включать в себя различные другие компоненты, которые не будут подробно описаны в данном документе, поскольку они хорошо известны в данной области техники и не являются важными в рамках обсуждения настоящего изобретения. Секция 121 двигателя приводится в действие для привода в действие секции 123 насоса, тем самым прокачивая нефть или другой флюид через насосно-компрессорную колонну и далее за пределы скважины. Система 110 силового привода вырабатывает энергию (например, трехфазную энергию переменного тока), которая подходит для привода в действие секции 121 двигателя. Эта выработанная энергия подается на секцию 121 двигателя через кабель 112 силовой сети.

[0026] Согласно Фиг. 2, показано изображение, которое иллюстрирует устройство типовой конструкции двигателя 121. Как показано на этой фигуре, двигатель 121 имеет статор 210 и ротор 220. Статор 210 представляет собой, как правило, цилиндрическую деталь, с коаксиальным отверстием, которое проходит через него. Ротор 220 коаксиально расположен в пределах отверстия статора 210. Фактически ротор 220 содержит несколько секций ротора (например, 221), каждая из которых прикреплена к валу 230, который является коаксиальным ротору и статору 210. Подшипники (например, 240) расположены на концах каждой секции ротора. Подшипники поддерживают вал 230 и, следовательно, ротор 220 в пределах отверстия статора 210 и позволяют ротору и валу вращаться в пределах статора.

[0027] Согласно Фиг. 3, показано устройство типовой секции ротора в соответствии с одним вариантом реализации изобретения. В этом варианте реализации изобретения секция 300 ротора имеет комплект, как правило, кольцевого набора пластин (например, 310), которые складываются вместе для образования, как правило, цилиндрического корпуса ротора, в котором присутствует отверстие, проходящее через его центр. Пакет набора пластин ротора размещается на трубке 320 ротора таким образом, чтобы трубка ротора находилась в пределах отверстия, образованного магнитным сердечником. Замыкающее кольцо (например, 330) расположено на каждом конце магнитного сердечника и надёжно закреплено на трубке ротора, чтобы удерживать набор пластин на месте. В этом варианте реализации изобретения трубка 320 ротора и замыкающие кольца 330 представляют собой резьбовые детали, так что замыкающие кольца могут быть навинчены на концы трубки ротора.

[0028] Набор пластин секции ротора может иметь отверстия в нем (между внутренним и наружным диаметрами), так, что когда набор пластин соединен вместе, в корпусе ротора образуются полости для размещения набора постоянных магнитов. В альтернативном варианте секции ротора могут быть сконструированы для использования поверхностных магнитов. В одном варианте реализации изобретения магниты образуют четыре выровненных в одну линию в осевом направлении ряда. С целью пояснения настоящего описания «осевые», «в осевом направлении» и т.п. относятся к направлениям, которые параллельны оси (340) ротора. Каждый из магнитов в определенном ряду имеет такое же положение по окружности. «Окружной» и подобные термины используются здесь для обозначения направления вокруг окружности замыкающего кольца. Расположения четырех рядов изображены пунктирными линиями 410-413 на Фиг. 4. Компоновка постоянных магнитов может варьироваться от одного варианта реализации изобретения к другому.

[0029] Согласно Фиг. 4, показано графическое изображение, которое иллюстрирует вид с торца замыкающего кольца 330. В одном варианте реализации изобретения после того, как набор пластин расположен на трубке ротора, а замыкающие кольца надёжно прикреплены к трубке ротора, паз 420 производится средствами механической обработки во внутреннем диаметре 430 каждого замыкающего кольца. Паз 420 выполнен в определенном положении по окружности относительно рядов постоянных магнитов (410-413) и линий ориентации (415-416) рядов магнитов. Ориентация рядов магнитов обозначается отметками «места привязки» на магнитном сердечнике. Пазы могут быть сформированы в одном и том же положении в обоих замыкающих кольцах секции ротора (на верхнем конце вертикальной линии 415 в этом примере). Один или несколько пазов также предусмотрены на валу ротора (не показано на фигуре). Обычно пазы в вале ротора будут проходить в осевом направлении по валу в одном положении по окружности. Когда секция ротора установлена на валу ротора, пазы секции ротора и вала выравниваются и в пазы для обеспечения выравнивания пазов между секцией ротора и валом вставляется шпонка. Таким образом, каждая секция ротора закрепляется на валу ротора.

[0030] Следует отметить, что для простоты и ясности изложения, приведенные в данном документе примеры используют только один паз в каждом замыкающем кольце, которое закреплено на соответствующем пазу на валу ротора. В каждом замыкающем кольце и на валу ротора могут быть предусмотрены дополнительные пазы, так что секция ротора может быть соединена с валом несколькими (двумя или более) шпонками. Также следует отметить, что каждая секция ротора может быть закреплена на валу ротора или лишь на одном конце секции ротора, или на обоих концах секции ротора.

[0031] Согласно Фиг. 5, показано графическое изображение, которое иллюстрирует выравнивание пазов в последовательных секциях ротора. На этой фигуре, первое замыкающее кольцо, соответствующее первой секции ротора, изображено с использованием сплошных линий. Замыкающие кольца для этой секции ротора имеют пазы (например, 420), которые производятся средствами механической обработки, на верхнем конце вертикальной линии 415. Следующая секция ротора может иметь паз (например, 421), который производится средствами механической обработки в положении, которое выровнено, или отклонено под некоторым углом х от вертикальной линии 415. Следующая секция ротора может иметь пазы (например, 422) которые производится средствами механической обработки в положении, которое отклонено под углом 2х от вертикальной линии 415. Дополнительные секции ротора могут иметь пазы, которые производятся средствами механической обработки под углами 3x, 4x и т.д. Пазы различных секций ротора отклонены, а ряды магнитов выровнены. Несмотря на то, что в этом примере последовательные секции ротора привязываются в угловом отношении с регулярно увеличивающимися углами, чтобы учитывать податливость вала при кручении, угловая привязка роторов может быть более нерегулярной (например, она может использовать шаблон с переменными углами) для противодействия гармонической обратной связи, или она может использовать комбинацию этих шаблонов для противодействия этим обоим проблемным вопросам.

[0032] Когда секции ротора, показанные на Фиг. 5, установлены на валу ротора, пазы (420-421) замыкающих колец совмещены друг с другом и с пазом (или множеством выровненных в одну линию в осевом направлении пазов) на валу ротора. Шпонка вставлена в паз на одном конце каждого ротора, чтобы поддерживать выравнивание пазов на участках ротора и на валу. Поскольку пазы выровнены, ряды магнитов в последовательных сегментах ротора отклонены. В этом примере ряды магнитов в первой секции ротора будут выровнены с пазом вала ротора, в то время как ряды магнитов во второй секции ротора будут отклонены от паза вала ротора на х, а ряды магнитов в третьей секции ротора будут отклонены от паза вала ротора на 2x.

[0033] Следует отметить, что последовательные роторы в этом примере постепенно отклонены, когда ротор находится в покое. Когда ротор установлен в статоре и работает двигатель, деформация при кручении вала ротора приведет к тому, что секции ротора будут перемещаться в направлении положения выравнивания. Другими словами, вал ротора будет скручиваться и, поскольку замыкающие кольца на последовательных роторах изначально постепенно отклонены в направлении, противоположном такому скручиванию, секции ротора (и ряды магнитов в нем) станут значительно более выровненными. Кроме того, поскольку секции ротора скручивают вал ротора, они обеспечивают увеличенный вклад крутящего момента по сравнению с конфигурацией, в которой секции ротора выровнены, когда вал ротора находится в состоянии покоя. Угловое приращение, на которое каждая часть ротора отклонена, может быть выбрано так, чтобы вклад крутящего момента каждой секции ротора был по существу равным.

[0034] В примере на Фиг. 5 каждая последующая секция ротора отклонена на одинаковый угол от смежной секции ротора. Как отмечено выше, эта угловая привязка секций ротора предназначена для учета податливости вала при кручении ротора и возникающих в результате неравномерных вкладов крутящего момента различных секций ротора при работе двигателя и под нагрузкой. В других вариантах реализации изобретения угловая привязка последовательных секций ротора может осуществляться по другой схеме. Например, в одном варианте реализации изобретения вторая секция ротора может быть отклонена от первой секции ротора под углом x, в то время как следующая секция ротора может быть отклонена под углом –x. Другими словами, секции ротора будут поочередно привязываться в угловом отношении на величину 0 или x. В этом случае секции ротора с нечетным номером (например, третья, пятая и т.д.) будут выровнены с первой секцией ротора, тогда как пронумерованные четными числами секции ротора (например, вторая, четвертая и т.д.) будут выровнены друг с другом, но отклонены от первой секции ротора на угол х. Другие варианты реализации изобретения могут иметь комбинации шаблонов угловой привязки, описанные выше, или совершенно разные шаблоны.

[0035] В варианте реализации изобретения, показанном на Фиг. 3 и 4, пазы (например, 420) секций ротора производятся средствами механической обработки в замыкающих кольцах (например, 330), поэтому угловая привязка каждой секции ротора является постоянной (за исключением того, что секция ротора может быть разобрана, и снова собрана с новыми замыкающими кольцами, которые могут иметь пазы, произведенные средствами механической обработки в новых местах). Если предпочтительно, чтобы синхронизация секций ротора регулировалась, можно использовать замыкающие кольца, имеющие альтернативную конфигурацию. Типовая конфигурация проиллюстрирована на Фиг. 6 и Фиг. 7.

[0036] В варианте реализации изобретения, показанного на Фиг. 6 и 7, секция 600 ротора имеет комплект, как правило, кольцевого набора пластин (например, 610), которые складываются вместе для образования, как правило, цилиндрического корпуса ротора, в котором присутствует отверстие, проходящее через его центр. Пакет набора пластин ротора размещается на трубке 620 ротора (трубка ротора находится в пределах отверстия, образованного магнитным сердечником). Трубка ротора имеет нарезанную на каждом конце резьбу, чтобы принимать замыкающее кольцо, имеющее взаимодополняющую резьбу. Эти части конструкции являются такими же, как в варианте реализации изобретения, показанном на Фиг. 3 и Фиг. 4.

[0037] Вариант реализации изобретения, показанный на Фиг. 6 и 7 отличается от предыдущего варианта реализации изобретения тем, что вместо цельного замыкающего кольца используется двухкомпонентное замыкающее кольцо 630. В этом варианте реализации изобретения, замыкающее кольцо 630 содержит внешнее удерживающее кольцо 631 и внутреннее кольцо 632 с пазом. Внутреннее кольцо 632 концентрически посажено в пределах наружного кольца 631. Перед установкой на трубку 620 ротора, внутреннее кольцо 632 может быть повернуто в пределах внешнего кольца 631. Внутреннее кольцо имеет паз 635, сформированный на его внутреннем диаметре. Когда внутреннее кольцо 632 поворачивается в пределах наружного кольца 631, паз 635 поворачивается в разные положения относительно внешнего кольца.

[0038] После того, как пакет набора пластин ротора установлен на трубке ротора, замыкающее кольцо 630 навинчивается на конец трубки ротора. Перед тем, как замыкающее кольцо 630 затягивается на конце трубки ротора, внутреннее кольцо 632 повернуто в нужное положение относительно рядов постоянных магнитов ротора. Требуемое положение определяется таким же образом, как и для других вариантов реализации изобретения. С внутренним кольцом в требуемом положении резьбовое внешнее кольцо 631 затягивается на трубке 620 ротора. Контактирующие поверхности трубки 620 ротора и внутреннего кольца 631 могут быть с насечками, таким образом, после того, как внешнее кольцо 631 затянуто на трубке ротора, внутреннее кольцо не поворачивается относительно трубки ротора.

[0039] Вариант реализации изобретения, показанный на Фиг. 6 и 7 имеет несколько преимуществ по сравнению с вариантом реализации изобретения, показанным на Фиг. 3 и 4. Например, если по какой-то причине становится желательным поменять угловую привязку роторов для двигателя, вариант реализации изобретения, показанный на Фиг. 3 и 4 требует, чтобы в замыкающем кольце средствами механической обработки был произведен новый паз. В варианте реализации изобретения, показанном на Фиг. 6 и 7, внешнее кольцо может быть ослаблено, после чего внутреннее кольцо может быть повернуто так, что паз находится в требуемом положении. Затем внешнее кольцо затягивается, чтобы надёжно закрепить внутреннее кольцо и паз в новом положении. Возможность регулировки положения паза также позволяет регулировать паз во многих разных положениях без необходимости использования разных постоянных принадлежностей, которые потребуются для производства пазов в разных положениях средствами механической обработки. Кроме того, если в двигателе используются двухкомпонентные замыкающие кольца, показанные на Фиг. 6 и 7, центр технического обслуживания в условиях эксплуатации может разобрать двигатель, поместить секции ротора в складские запасы для последующего использования, а затем повторить угловую привязку отдельных секций ротора, если это необходимо, перед сборкой секций ротора в другом двигателе.

[0040] В другом варианте реализации изобретения угловая привязка различных секций ротора может быть достигнута посредством производства пазов на валу ротора средствами механической обработки. Обычно вал ротора имеет один или несколько пазов, которые производятся средствами механической обработки на валу в одном положении по окружности. Если на валу имеется единственный паз, он обычно проходит вдоль длинной части вала, на котором установлены несколько секций ротора. Однако в этом варианте реализации настоящего изобретения отдельный паз производится средствами механической обработки на валу для каждой секции ротора. Каждый паз образован в положении по окружности, соответствующем требуемой угловой привязке секции ротора, которая будет установлена на валу и закреплена к пазу. В этом варианте реализации изобретения каждый ротор сконфигурирован идентично (то есть каждый имеет паз в том же положении по окружности). Поскольку каждая секция ротора закреплена к отдельному пазу на валу ротора, каждая секция ротора отклонена по окружности в соответствии с положением соответствующего паза вала ротора.

[0041] Различные варианты реализации изобретения могут иметь ряд преимуществ по сравнению с традиционными конструкциями ротора с постоянными магнитами. Как отмечено выше, с помощью отклонения секций ротора можно уменьшить гармоническую обратную связь, создаваемую ротором. Кроме того, отклонение секций ротора в состоянии покоя может противодействовать деформации при кручении, заставляя секции ротора выравниваться во время функционирования двигателя. Кроме того, изменяя положение пазов, произведенных средствами механической обработки в разных секциях ротора, вместо использования различных конфигураций пластин для смещения рядов магнитов в пределах роторов, количество конфигураций пластин уменьшается, что снижает затраты на производство. Другие преимущества могут быть очевидны специалистам в области настоящего изобретения.

[0042] Выгоды и преимущества, которые могут быть обеспечены настоящим изобретением, были описаны выше в отношении конкретных вариантов реализации изобретения. Эти выгоды и преимущества, а также любые элементы или ограничения, которые могут быть причиной их возникновения или стать более выраженными, не должны толковаться как критические, требуемые или существенные признаки любого или всех пунктов формулы изобретения. Используемые в данном документе термины «содержит», «содержащий» или любые другие их варианты, должны интерпретироваться как такие, которые имеют не исключительное значение, включая элементы или ограничения, которые следуют за этими терминам. Соответственно, система, способ или другой вариант реализации изобретения, который содержит набор элементов, не ограничивается только этими элементами и может включать в себя другие элементы, которые не перечислены явно или не присущи заявленному варианту реализации изобретения.

[0043] Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты реализации изобретения, следует понимать, что варианты реализации изобретения являются иллюстративными и что объем настоящего изобретения не ограничивается этими вариантами реализации изобретения. Возможны многие варианты, модификации, дополнения и усовершенствования вариантов реализации изобретения, описанных выше. Предполагается, что эти изменения, модификации, дополнения и улучшения подпадают под объем настоящего изобретения, подробно описанный в нижеследующей формуле изобретения.

1. Система, содержащая:

электрический привод;

погружной электрический насос (ПЭН) и

кабель силовой сети, соединяющий привод и ПЭН, при этом кабель силовой сети передает энергию от привода к ПЭН;

причем ПЭН содержит насос и двигатель, соединенный с насосом, при этом двигатель приводит в действие насос, а двигатель имеет статор и по меньшей мере две секции ротора с постоянными магнитами;

причем в пределах каждой из секций ротора множество постоянных магнитов расположено в два или несколько рядов, при этом каждый ряд выровнен в одну линию в осевом направлении;

причем смежные секции ротора синхронизированы в угловом отношении относительно друг друга так, что ряды постоянных магнитов в пределах одной из секций ротора смещены по окружности от соответствующих рядов постоянных магнитов в пределах другой примыкающей секции ротора на заранее установленный угол;

причем каждая секция ротора имеет пару замыкающих колец, при этом замыкающие кольца надежно закреплены на противоположных концах секции ротора, тем самым надежно закрепляя набор пластин ротора и множество постоянных магнитов между замыкающими кольцами;

причем каждое замыкающее кольцо закреплено так, чтобы совместиться с пазом вала на общем валу ротора, и тем самым поддерживает заранее заданное угловое смещение секции ротора относительно смежной секции ротора.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что секции ротора установлены на общем валу ротора, при этом для каждой пары смежных секций ротора по меньшей мере один конец каждой секции ротора прикреплен к валу ротора, чтобы поддерживать заранее заданный угол смещения между секциями ротора.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждое замыкающее кольцо навинчивается на трубку ротора, тем самым надежно закрепляя пластины ротора и множество постоянных магнитов между замыкающими кольцами, при этом каждое замыкающее кольцо имеет паз замыкающего кольца в заранее заданном положении, при этом паз замыкающего кольца принимает шпонку, которая удерживает ротор в заранее установленном угловом положении по отношению к валу ротора и смежной секции ротора.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что каждое замыкающее кольцо содержит цельное кольцо, в котором паз замыкающего кольца образован в цельном кольце в фиксированном положении.

5. Система по п. 3, отличающаяся тем, что каждое замыкающее кольцо содержит резьбовое внешнее кольцо и внутреннее кольцо, которое вращается по отношению к внешнему кольцу, причем внутреннее кольцо имеет паз замыкающего кольца, образованный в нем, при этом внутреннее кольцо поворачивают до требуемого положения, а внешнее кольцо надежно закрепляют на трубке ротора, тем самым надежно фиксируя внутреннее кольцо в требуемом положении и надежно фиксируя паз замыкающего кольца в требуемом положении.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что паз вала содержит один или несколько пазов вала в одном положении по окружности на валу ротора.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что паз вала содержит один из множества пазов вала, при этом пазы вала, которые соответствуют смежным секциям ротора, смещены по окружности на валу ротора.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что двигатель содержит по меньшей мере три секции ротора, при этом угловое смещение между каждой смежной парой секций ротора является одинаковым.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что двигатель содержит по меньшей мере три секции ротора, при этом угловое смещение между каждой смежной парой секций ротора не является одинаковым.

10. Скважинный электрический двигатель, содержащий:

статор и ротор, концентрически расположенный в пределах отверстия статора,

при этом ротор имеет по меньшей мере две секции ротора с постоянными магнитами, установленные на общем валу ротора;

при этом в пределах каждой из секций ротора множество постоянных магнитов расположено в два или несколько рядов, при этом каждый ряд выровнен в одну линию в осевом направлении;

при этом смежные секции ротора синхронизированы в угловом отношении относительно друг друга так, что ряды постоянных магнитов в пределах одной из секций ротора смещены по окружности от соответствующих рядов постоянных магнитов в пределах другой примыкающей секции ротора на заранее установленный угол;

при этом для каждой пары смежных секций ротора по меньшей мере один конец каждой секции ротора прикреплен к валу ротора, чтобы поддерживать заранее установленный угол смещения между секциями ротора;

причем каждая секция ротора имеет пару замыкающих колец, при этом замыкающие кольца надежно закреплены на противоположных концах секции ротора, тем самым надежно закрепляя набор пластин ротора и множество постоянных магнитов между замыкающими кольцами; и

причем каждое замыкающее кольцо закреплено так, чтобы совместиться с пазом вала на общем валу ротора, и тем самым поддерживает заранее заданное угловое смещение секции ротора относительно смежной секции ротора.

11. Скважинный электрический двигатель по п. 10, отличающийся тем, что каждое замыкающее кольцо навинчивается на трубку ротора, тем самым надежно закрепляя пластины ротора и множество постоянных магнитов между замыкающими кольцами, при этом каждое замыкающее кольцо имеет паз замыкающего кольца в заранее заданном положении, при этом паз замыкающего кольца принимает шпонку, которая удерживает ротор в заранее установленном угловом положении по отношению к валу ротора и смежной секции ротора.

12. Скважинный электрический двигатель по п. 11, отличающийся тем, что каждое замыкающее кольцо содержит цельное кольцо, в котором паз замыкающего кольца образован в цельном кольце в фиксированном положении.

13. Скважинный электрический двигатель по п. 11, отличающийся тем, что каждое замыкающее кольцо содержит резьбовое внешнее кольцо и внутреннее кольцо, которое вращается по отношению к внешнему кольцу, при этом внутреннее кольцо имеет паз замыкающего кольца, образованный в нем, при этом внутреннее кольцо поворачивают до требуемого положения, а внешнее кольцо надежно закрепляют на трубке ротора, тем самым надежно фиксируя внутреннее кольцо в требуемом положении и надежно фиксируя паз замыкающего кольца в требуемом положении.

14. Скважинный электрический двигатель по п. 10, отличающийся тем, что паз вала содержит один или несколько пазов вала в одном положении по окружности на валу ротора.

15. Скважинный электрический двигатель по п. 10, отличающийся тем, что паз вала содержит один из множества пазов вала, при этом пазы вала, которые соответствуют смежным секциям ротора, смещены по окружности на валу ротора.

16. Скважинный электрический двигатель по п. 10, отличающийся тем, что двигатель содержит по меньшей мере три секции ротора, при этом угловое смещение между каждой смежной парой секций ротора является одинаковым.

17. Скважинный электрический двигатель по п. 10, отличающийся тем, что двигатель содержит по меньшей мере три секции ротора, при этом угловое смещение между каждой смежной парой секций ротора не является одинаковым.

18. Система, содержащая:

электрический привод;

погружной электрический насос (ПЭН) и

кабель силовой сети, соединяющий привод и ПЭН, при этом кабель силовой сети передает энергию от привода к ПЭН;

причем ПЭН содержит насос и двигатель, соединенный с насосом, при этом двигатель приводит в действие насос, имеет статор и по меньшей мере две секции ротора с постоянными магнитами;

причем в пределах каждой из секций ротора, множество постоянных магнитов расположено в два или более рядов, при этом каждый ряд выровнен в одну линию в осевом направлении;

причем секции ротора установлены на общем валу ротора;

причем смежные секции ротора синхронизированы в угловом отношении относительно друг друга так, что ряды постоянных магнитов в пределах одной из секций ротора смещены по окружности от соответствующих рядов постоянных магнитов в пределах другой примыкающей секции ротора на регулируемый угол привязки.

19. Система по п. 18, в которой:

каждая секция ротора имеет пару замыкающих колец, надежно закрепленных на противоположных концах секции ротора, тем самым надежно закрепляя набор пластин ротора и множество постоянных магнитов между замыкающими кольцами;

каждое замыкающее кольцо закреплено так, чтобы совместиться с общим валом ротора и тем самым поддерживать заданный угол привязки секции ротора относительно смежной секции ротора;

каждое замыкающее кольцо содержит резьбовое внешнее кольцо, навинчиваемое на трубку ротора, и внутреннее кольцо, которое вращается по отношению к внешнему кольцу, причем внутреннее кольцо закреплено так, чтобы совместиться с общим валом ротора, при этом внутреннее кольцо повернуто до требуемого положения, а внешнее кольцо надежно закреплено на трубке ротора, тем самым надежно фиксируя внутреннее кольцо в требуемом положении и поддерживая заданный угол привязки.

20. Погружной электрический двигатель, содержащий:

статор и ротор, концентрически расположенный в пределах отверстия статора,

при этом ротор имеет по меньшей мере две секции ротора с постоянными магнитами, установленные на общем валу ротора, и каждая секция ротора выполнена с возможностью закрепления на валу ротора с изменяемым углом привязки;

при этом в пределах каждой из секций ротора множество постоянных магнитов расположено в два или более рядов, при этом каждый ряд выровнен в одну линию в осевом направлении;

при этом каждая секция ротора установлена так, что смежные секции ротора синхронизированы в угловом отношении относительно друг друга и ряды постоянных магнитов в пределах одной из секций ротора смещены по окружности от соответствующих рядов постоянных магнитов в пределах другой примыкающей секции ротора на заданный регулируемый угол привязки;

при этом для каждой пары смежных секций ротора по меньшей мере один конец каждой секции ротора прикреплен к валу ротора так, чтобы поддерживать заданный угол привязки между секциями ротора;

при этом каждая секция ротора имеет пару замыкающих колец, надежно закрепленных на противоположных концах секции ротора, тем самым надежно закрепляя набор пластин ротора и множество постоянных магнитов между замыкающими кольцами; и

при этом каждое замыкающее кольцо закреплено так, чтобы совместиться с пазом вала на общем валу ротора и тем самым поддерживать заданную угловую привязку секции ротора относительно смежной секции ротора.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к расположению двигателей в ведущих колесах транспортного средства. Способ создания движущего момента в колесе транспортного средства грузоподъемностью от 170 тонн заключается в следующем.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к синхронному электродвигателю с постоянными магнитами со встроенным корпусом насоса. Технический результат – улучшение отвода тепла и снижение вибрационного шума.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах автономных систем электроснабжения. Технический результат: обеспечение возможности управления и стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам запуска авиационного двигателя и электроснабжения бортовой системы самолета. Стартер-генератор, вал ротора которого выполнен единым с валом газотурбинного двигателя, причем на валу установлены постоянные магниты с чередующимися полярностями и различными допустимыми рабочими температурами, а в пазах статора расположена полюснопереключаемая обмотка.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при проектировании и изготовлении высокооборотных электрических машин с постоянными магнитами на роторе.

Настоящее изобретение относится к роторам вращающихся электрических машин, самим вращающимся электрическим машинам и способам изготовления роторов вращающихся электрических машин.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для создания генераторов для малооборотных ветро- или гидроустановок.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией с аксиальным возбуждением от постоянных магнитов и может быть использовано в системах автоматики, в военной технике, в космической технике, в бытовой технике, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, грузоподъемных механизмов, электроприводов бетоносмесителей, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых гибридных двигателей.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных электрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в электроприводах большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев метро, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных генераторов преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых двигателей.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных электрических машин с электромагнитной редукцией с комбинированным возбуждением индуктора и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике, электроприводов большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев метро, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных генераторов преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых двигателей.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гибридным асинхронным двигателям. Технический результат – повышение эффективности двигателя.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение эффективности машины.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитомеханическим устройствам с двумя роторами, которые соосны и имеют электромагнитную связь.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции синхронного генератора на постоянных магнитах, используемого в системах автономного электроснабжения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к гибридному двигателю, работающему при пуске в режиме асинхронного индукционного двигателя, а затем переходящему в синхронный режим.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бесконтактным электромагнитным редукторам. Технический результат - увеличение передаваемой мощности в установившемся и динамическом режимах с сохранением возможности регулирования коэффициента редукции.

Изобретение относится к электрическому двигателю с низким моментом короткого замыкания, предназначенному для использования в приводном устройстве с несколькими двигателями, приводящими в движение один и тот же элемент.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение эксплуатационных характеристик.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к генераторам энергии. Генератор энергии содержит первый и второй элементы из радиально намагниченных постоянных магнитов и третий элемент из множества катушек, индуктирующих электродвижущую силу, расположенных концентрически.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронным электродвигателям с магнитной редукцией. Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией содержит корпус 1 и подшипниковые щиты 2, 3.

Изобретение относится к способу изготовления детали голова моторная для погружного электроцентробежного насоса, включающему изготовление цилиндрического корпуса с продольным отверстием для вала и опорной втулки и последующее изготовление сборного узла путем прессовой посадки опорной втулки на посадочное место в отверстие корпуса.

Группа изобретений относится к электрическим двигателям удлиненной формы, в частности к насосам для добычи флюидов из скважин. Система содержит электрический привод, погружной электрический насос и кабель силовой сети. ПЭН содержит насос и двигатель. Двигатель ПЭН имеет статор и по меньшей мере две секции ротора с постоянными магнитами. В пределах каждой из секций множество постоянных магнитов расположено в два или несколько рядов. Каждый ряд выровнен в одну линию в осевом направлении. Смежные секции синхронизированы в угловом отношении относительно друг друга так, что ряды магнитов в пределах одной из секций смещены по окружности от соответствующих рядов магнитов в пределах другой примыкающей секции на заранее установленный угол. Во время работы ряды магнитов в разных секциях противодействуют гармонической обратной связи или используют деформацию при кручении для выравнивания вкладов крутящего момента от различных секций. Каждая секция имеет пару замыкающих колец. Кольца закреплены на противоположных концах секции, тем самым надежно закрепляя набор пластин ротора и множество магнитов между кольцами. Каждое кольцо закреплено так, чтобы совместиться с пазом вала на общем валу ротора, и тем самым поддерживает заранее заданное угловое смещение секции относительно смежной секции ротора. Изобретения направлены на повышение эффективности и мощности двигателя на выходе. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх