專利名稱：電動(dòng)機(jī)組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)組件的繞組配置，特別地涉及用于配置進(jìn)地下井并且使用電動(dòng)機(jī)的電力電纜來(lái)給位于井內(nèi)的獨(dú)立電氣設(shè)備供應(yīng)電力的潛水電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)組件的繞組配置。本發(fā)明還涉及一種可以用于形成較大電動(dòng)機(jī)組件的部分的電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)被廣泛用于多種產(chǎn)業(yè)中。在石油產(chǎn)業(yè)中，電動(dòng)機(jī)有時(shí)與電動(dòng)潛水泵(ESP) 一起使用，以從井孔處人工提升流體；在沒有輔助設(shè)備情況下井孔壓力不足以將流體從井孔處提升到地表(surface)。在沒有這類輔助設(shè)備的情況下，井的生產(chǎn)率將下降，并且最終井將廢棄。現(xiàn)有ESP傳統(tǒng)上以位于接合的油管柱(tubing string)上的方式在井內(nèi)運(yùn)行，且用來(lái)為泵提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)附接在泵下方。電力電纜用夾具固定到油管柱，以將電力供給到電動(dòng)機(jī)。所用的電動(dòng)機(jī)通常是3相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，三相繞組在電動(dòng)機(jī)底部處的“星點(diǎn)(star point) ”處電連接在一起。三相可以在星點(diǎn)處連接在一起，因?yàn)樗鼈冊(cè)谠擖c(diǎn)處平衡。已知將兩個(gè)或更多個(gè)小型電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接在一起以產(chǎn)生更長(zhǎng)、功率更高的電動(dòng)機(jī)。為便于此，星點(diǎn)可以形成為連接到最低電動(dòng)機(jī)的繞組的獨(dú)立部件。通常，電動(dòng)機(jī)的各相繞組由許多“線匝”組成，單個(gè)“線匝”是從繞組一端開始、繞過(guò)末端線匝、并返回到同一點(diǎn)的環(huán)線或線圈?？梢钥吹?，對(duì)于對(duì)稱電動(dòng)機(jī)繞組而言，3相繞組連接在一起，以在電動(dòng)機(jī)的與電力電纜連接相同的端部處形成星點(diǎn)。在用于為ESP提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)中，電力電纜在端套處連接到電動(dòng)機(jī)頂部處的繞組，但為了能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接，繞組的最后線匝必需不是整匝，而是半匝。換句話說(shuō)， 繞組在電動(dòng)機(jī)的頂部處開始并在電動(dòng)機(jī)的底部處結(jié)束。因此，可以在除了最高電動(dòng)機(jī)(其中頂部是端套或電纜連接裝置)外的所有電動(dòng)機(jī)的各端部處提供插頭-插槽配置，從而容許許多小型電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接，產(chǎn)生大型電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樵诟麟妱?dòng)機(jī)中存在3個(gè)不連續(xù)繞組，一個(gè)繞組對(duì)應(yīng)一個(gè)相，所以在各插頭-插槽連接裝置處存在三個(gè)引腳。插入最低電動(dòng)機(jī)的插槽內(nèi)的銅環(huán)將所有三個(gè)繞組電連接在一起，形成星點(diǎn)。在圖1中示出包括兩個(gè)耦接在一起的電動(dòng)機(jī)1、2的傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)組件的一個(gè)示例。 在該圖示中，可以看到，相繞組各自包括2.5圈線匝。在實(shí)踐中，可使用多得多的線匝。第一電動(dòng)機(jī)1的各相繞組3耦接到第二電動(dòng)機(jī)2的相繞組4，以便相繞組3、4串聯(lián)連接。第二電動(dòng)機(jī)繞組的端部在電動(dòng)機(jī)組件的底部處連接為星點(diǎn)5。電力電纜通過(guò)端套(pot head) (未示出)連接到第一電動(dòng)機(jī)的繞組。當(dāng)使用未接地的三相AC(交流電流)感應(yīng)或永磁電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以在不影響電動(dòng)機(jī)或地表電氣系統(tǒng)操作的情況下，將次級(jí)電壓疊加到三相AC電源上。次級(jí)電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)電路實(shí)際上影響不明顯的。因此，可以將電驅(qū)動(dòng)的壓力計(jì)直接連接到位于電動(dòng)機(jī)基部處的銅環(huán)(或星點(diǎn))。 在地表處，在變壓器的星點(diǎn)處施加疊加的次級(jí)電壓，或者如果沒有變壓器或連接了其次級(jí)
3三角(secondary delta)，則為了疊加次級(jí)電壓的目的，特別增加星點(diǎn)連接裝置。合適的濾波器和保險(xiǎn)絲結(jié)合進(jìn)這些地表連接裝置，以防止星點(diǎn)(例如在三相之一上出現(xiàn)故障的情況下)變得不平衡。這種配置因此可以用來(lái)將外加次級(jí)電力供給到壓力計(jì)。電力可以從地表輸送到壓力計(jì)，電氣信號(hào)可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)電力電纜由壓力計(jì)傳送到地表，而不會(huì)影響電動(dòng)機(jī)操作或者相反地電 動(dòng)機(jī)電力也不影響壓力計(jì)信號(hào)。這樣的配置公知為幻象電路(phantom circuit)，并且為熟悉ESP和固定式壓力計(jì)(permanent gauge)的技術(shù)人員所公知。在圖2中示出傳統(tǒng)ESP和壓力計(jì)配置。接合油管40支撐該配置。該配置包括連接到接合油管的泵41、連接在該泵下方的電動(dòng)機(jī)42、和連接在該電動(dòng)機(jī)下方的壓力計(jì)43。 電力電纜44從外部耦接到電動(dòng)機(jī)。利用電動(dòng)機(jī)的電力電纜來(lái)將信息發(fā)送到地表并將電力供給到壓力計(jì)系統(tǒng)的固定式井下壓力計(jì)系統(tǒng)公知為“電力通訊(comms on power) ”式壓力計(jì)系統(tǒng)，并為本領(lǐng)域所公知。近來(lái)，人們感興趣的是，使用機(jī)電電纜或連續(xù)油管(coiled tubing)而不是將泵支撐在接合油管上，來(lái)將泵和電動(dòng)機(jī)組件配置進(jìn)井內(nèi)。在此類配置中，希望將電力電纜直接連接到電動(dòng)機(jī)的頂部，泵反而在電動(dòng)機(jī)下方。這是傳統(tǒng)配置的倒置，并引起如下問(wèn)題，即除非提供將機(jī)械動(dòng)力從電動(dòng)機(jī)傳輸?shù)奖玫哪撤N裝置，否則“電力通訊”式壓力計(jì)不能連接到位于電動(dòng)機(jī)基部處的星點(diǎn)處的電動(dòng)機(jī)繞組。因?yàn)閴毫τ?jì)將必定定位在電動(dòng)機(jī)和泵之間，所以轉(zhuǎn)軸將必需穿過(guò)壓力計(jì)組件，以容許扭矩從電動(dòng)機(jī)傳遞到泵。然而，當(dāng)前不存在此類配置。此外，如上所述，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)設(shè)置有n+1/2圈線匝的繞組，以容許多個(gè)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接。這種配置需要星點(diǎn)和壓力計(jì)定位在電動(dòng)機(jī)的底部處。具有整數(shù)繞組線匝的單獨(dú)電動(dòng)機(jī)是已知的，并且用于僅需要一個(gè)電動(dòng)機(jī)之處。單個(gè)電動(dòng)機(jī)中的繞組通常聚集在一起，并在電動(dòng)機(jī)的與電纜連接相同的端部處減短，但這種配置妨礙一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接以產(chǎn)生較大電動(dòng)機(jī)。這種串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)是非常期望具有的，因?yàn)樗菰S通過(guò)將相對(duì)較少類型的較小電動(dòng)機(jī)連接在一起而產(chǎn)生各種電動(dòng)機(jī)組件，從而減少了為滿足各種電動(dòng)機(jī)尺寸而所需的物品總量。因此，需要一種具有消除上述缺點(diǎn)的構(gòu)造的電動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，電動(dòng)機(jī)組件包括電動(dòng)機(jī)單元，電動(dòng)機(jī)單元具有第一端和第二端并在電動(dòng)機(jī)單元的第一端鄰近處能耦接到外部電氣設(shè)備，電動(dòng)機(jī)單元包括在第一端和第二端之間延伸的至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組和從第二端延伸到第一端的電回流路徑，電回流路徑在第一端處與用于將外加次級(jí)電力供給到外部電氣設(shè)備的電氣連接器電接觸，其中電動(dòng)機(jī)單元的第一端設(shè)置有用于將電源耦接到電動(dòng)機(jī)繞組的裝置，并且電動(dòng)機(jī)單元的第二端設(shè)置有將電動(dòng)機(jī)繞組電耦接到電回流路徑的裝置。本發(fā)明容許諸如壓力計(jì)的“電力通訊”式電氣設(shè)備與電纜配置式電動(dòng)機(jī)或配置在連續(xù)油管端部上并由延伸穿過(guò)該連續(xù)油管的電力電纜提供電力的電動(dòng)機(jī)一起使用。這是因?yàn)閴毫τ?jì)可以定位在電動(dòng)機(jī)上，容許電動(dòng)機(jī)鄰近泵并在泵上方耦接。根據(jù)本發(fā)明的配置還有利地容許若干電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接在一起，如在下文更詳細(xì)討論的。外加次級(jí)電力是疊加到用于為電動(dòng)機(jī)提供電力的主供電源上的次級(jí)電壓。電動(dòng)機(jī)單元可包括各自從電動(dòng)機(jī)單元的第一端延伸到第二端的三個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組。 以此方式，電動(dòng)機(jī)單元可包括三相電動(dòng)機(jī)。用于將繞組耦接到三相電源的裝置可以設(shè)置在電動(dòng)機(jī)單元的第一端處。替代地，電動(dòng)機(jī)單元可包括至少一個(gè)單相電動(dòng)機(jī)。在這種情況下，在電動(dòng)機(jī)單元的第一端和第二端之間延伸的電動(dòng)機(jī)繞組是單相電動(dòng)機(jī)繞組的第一半部，電動(dòng)機(jī)單元進(jìn)一步包括單相電動(dòng)機(jī)繞組的第二半部。單相電動(dòng)機(jī)繞組的第二半部具有與第一半部相同數(shù)量的繞組線匝。包括單相電動(dòng)機(jī)的實(shí)施方式將在下文進(jìn)行更詳細(xì)描述。通常，電動(dòng)機(jī)繞組可以包括不完整數(shù)量的繞組，例如，n+1/2圈線匝(其中η為整數(shù))。整圈線匝當(dāng)理解為繞電動(dòng)機(jī)定子的完整一圈，而半圈線匝當(dāng)理解為只有半圈。電回流路徑可以包括導(dǎo)體，例如電線。優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)單元包括用于多個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組中每一個(gè)的電回流路徑。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)單元可包括分別將各繞組耦接到對(duì)應(yīng)電回流路徑的裝置。為各電動(dòng)機(jī)繞組裝置提供獨(dú)立電回流路徑意味著，各電回流路徑具有與相應(yīng)電動(dòng)機(jī)繞組的繞組配置相一致并形成其半圈線匝的部分。換句話說(shuō)，電回流路徑具有有效地使繞組的最后半圈線匝完整的長(zhǎng)度，不過(guò)最后線匝的兩半不是連續(xù)的。由于繞組和回流路徑的結(jié)合有效地產(chǎn)生完整數(shù)量的線匝，因此與使用不完整整數(shù)線匝的傳統(tǒng)潛水電動(dòng)機(jī)組件相比，該電動(dòng)機(jī)具有改善的電通量和磁通量平衡。因此，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)組件比一些傳統(tǒng)潛水電動(dòng)機(jī)高效。在一個(gè)實(shí)施方式中，電回流路徑中的每一個(gè)在電動(dòng)機(jī)單元的第一端處與用于將電力供給到外部電氣設(shè)備的電氣連接器電接觸。電氣連接器可簡(jiǎn)單地包括形成電回流路徑的導(dǎo)體的端部，所述端部連接在一起或連接到諸如銅環(huán)的導(dǎo)體，例如以形成星點(diǎn)。替代地，若干電氣連接器可設(shè)置在電動(dòng)機(jī)單元的第一端處，電回流路徑中的每一個(gè)與電氣連接器之一電接觸。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)組件可進(jìn)一步包括可分離地耦接到電動(dòng)機(jī)單元第一端的耦接單元，例如短路環(huán)(shorting ring)。耦接單元容許“電力通訊”式設(shè)備耦接至耦接單元，以使疊加電流流出以用于給“電力通訊”式設(shè)備提供電力。耦接單元可以包括電連接到電動(dòng)機(jī)單元第一端處的電氣連接器的電氣連接器，耦接單元的電氣連接器各自還與耦接單元內(nèi)的電導(dǎo)體電接觸，電導(dǎo)體例如為銅元件，譬如銅環(huán)。耦接單元優(yōu)選地包括用于將耦接單元的電導(dǎo)體耦接到外部電氣設(shè)備的裝置。不為電動(dòng)機(jī)繞組的每一個(gè)提供電回流路徑，而是可提供單個(gè)電回流路徑。將電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的裝置可以適配成將各電動(dòng)機(jī)繞組電耦接到回流路徑。例如，該裝置可包括星點(diǎn)。因此，在提供一個(gè)或多個(gè)三相電動(dòng)機(jī)的情況下，三相在耦接電回流路徑的點(diǎn)處平衡，因此電回流路徑與電動(dòng)機(jī)的繞組配置不一致，并對(duì)電動(dòng)機(jī)的操作沒有貢獻(xiàn)。盡管用于將電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的裝置可以與電動(dòng)機(jī)單元成為一體，但是該裝置優(yōu)選可分離地耦接在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處。換句話說(shuō)，電動(dòng)機(jī)繞組和電回流路徑是不連續(xù)的。以此方式，在電動(dòng)機(jī)單元包括以串聯(lián)連接方式耦接在一起的兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立電動(dòng)機(jī)的情況下，如下所述，各電動(dòng)機(jī)可以相同。不需要串聯(lián)連接中的最后電動(dòng)機(jī)具有與串聯(lián)連接中的其它電動(dòng)機(jī)不同的設(shè)計(jì)，即，不需要最后電動(dòng)機(jī)包括用于將電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的裝置。這提供了用于構(gòu)建電動(dòng)機(jī)組件的靈活性，并減少了必須保存在庫(kù)存中不同組合零件的數(shù)量。
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另外，因?yàn)橛糜趯㈦妱?dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的裝置是可分離的，所以本發(fā)明還具有的優(yōu)點(diǎn)是其能反向兼容現(xiàn)有的接合油管配置系統(tǒng)。如果標(biāo)準(zhǔn)星接合點(diǎn)連接在電動(dòng)機(jī)單元的底端處，而不是連接在根據(jù)本發(fā)明的用于將電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的裝置的底端處，則諸如壓力計(jì)的“電力通訊”設(shè)備可以按傳統(tǒng)方式連接在電動(dòng)機(jī)組件之下。那么就不使用電回流路徑。因此，本發(fā)明的益處是可以在電動(dòng)機(jī)和泵組件配置在機(jī)電電纜上的情形下使用本發(fā)明，同時(shí)本發(fā)明可容易地?cái)U(kuò)展到在包括接合管配置的傳統(tǒng)情形下使用。有利地，電動(dòng)機(jī)繞組包括以串聯(lián)連接方式電耦接的兩個(gè)或更多個(gè)子繞組。在這種情況下，電回流路徑可以包括以串聯(lián)連接方式電耦接的多個(gè)子部分，每個(gè)子繞組有一個(gè)子部分。串聯(lián)連接中的各子繞組及電回流路徑的其相應(yīng)子部分可以形成電動(dòng)機(jī)的部分。因此， 電動(dòng)機(jī)單元可以包括多個(gè)電動(dòng)機(jī)，上述多個(gè)電動(dòng)機(jī)能耦接以便電耦接相鄰子繞組和子部分的端部。因此，本發(fā)明的該實(shí)施方式提供了一種電動(dòng)機(jī)組件，其不僅可以通過(guò)機(jī)電電纜或連續(xù)油管配置、可以容許外部“電力通訊”式設(shè)備連接，還可以容許若干電動(dòng)機(jī)的串聯(lián)組合以形成一個(gè)較大的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)可以是相同的，各自包括子繞組或若干子繞組以及電回流路徑的一個(gè)或多個(gè)子部分。位于電動(dòng)機(jī)上的電氣連接器容許子繞組和電回流路徑子部分以串聯(lián)連接方式電連接到相鄰電動(dòng)機(jī)的子繞組和電回流路徑子部分。

電動(dòng)機(jī)單元可包括一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、或一個(gè)或多個(gè)永磁電動(dòng)機(jī)。在任一種情況下，定子繞組可以是相同的。根據(jù)本發(fā)明第二方面，電動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)繞組和電回流路徑，電動(dòng)機(jī)繞組具有第一端和第二端以及在第一端和第二端之間的不完整數(shù)量的繞組線匝，電回流路徑用于使電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)繞組和電回流路徑是不連續(xù)的。該電動(dòng)機(jī)可具有上面結(jié)合本發(fā)明第一方面所述的各電動(dòng)機(jī)特征中的任一個(gè)(第二方面的電動(dòng)機(jī)繞組對(duì)應(yīng)第一方面的子繞組)。另外，電動(dòng)機(jī)組件可包括電動(dòng)機(jī)單元，電動(dòng)機(jī)單元具有根據(jù)本發(fā)明第二方面的電動(dòng)機(jī)或以串聯(lián)連接方式耦接的多個(gè)此類電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)單元具有第一端和第二端，該單元進(jìn)一步包括用于將電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)繞組在單元第二端處電連接到相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電回流路徑的裝置，所述裝置可分離地耦接到電動(dòng)機(jī)單元。電動(dòng)機(jī)組件可具有本發(fā)明第一方面的電動(dòng)機(jī)組件特征中的任一個(gè)。


現(xiàn)將參照附圖并僅通過(guò)示例的方式描述本發(fā)明，其中圖1是傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)組件的繞組的示意圖；圖2是傳統(tǒng)ESP配置的示意圖；圖3是結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)組件的ESP配置的示意圖；圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的示意圖；圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的示意圖；圖6是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的示意圖；圖7是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖3示出了從機(jī)電電纜30懸置下的ESP配置。該組件可以替代地從連續(xù)油管懸置下，用于將電力供給到電動(dòng)機(jī)的電纜延伸穿過(guò)連續(xù)油管。該配置包括電動(dòng)壓力計(jì)(或其它電氣設(shè)備)31、根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)組件32和位于該電動(dòng)機(jī)組件下方的泵33。機(jī)械動(dòng)力從電動(dòng)機(jī)經(jīng)由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)移到泵。為此目的，電力經(jīng)由結(jié)合入電氣設(shè)備并延伸穿過(guò)電氣設(shè)備的三條電線從電力電纜轉(zhuǎn)移到電動(dòng)機(jī)組件32。圖4示出了電動(dòng)機(jī)組件，該電動(dòng)機(jī)組件具有包括兩個(gè)串聯(lián)耦接在一起的電動(dòng)機(jī) 6、7的電動(dòng)機(jī)單元；耦接到電動(dòng)機(jī)單元的第一端的耦接單元8以及耦接在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處并用于將電動(dòng)機(jī)單元的電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電動(dòng)機(jī)單元的電回流路徑的裝置9。外部電氣設(shè)備(參見圖3)，例如井下監(jiān)控壓力計(jì)系統(tǒng)，特別是“電力通訊”式井下監(jiān)控壓力計(jì)系統(tǒng)，可以在電動(dòng)機(jī)組件的第一端鄰近處耦接到耦接單元8。在使用中，電動(dòng)機(jī)組件如此配置， 使得第一端位于第二端上方，從而容許外部電氣設(shè)備定位在電動(dòng)機(jī)組件的上方。各電動(dòng)機(jī)6、7彼此相同。因此，任何數(shù)量的電動(dòng)機(jī)均可以串聯(lián)連接，以形成所需尺寸的電動(dòng)機(jī)組件。各電動(dòng)機(jī)6、7具有三個(gè)子繞組10，三個(gè)子繞組10串聯(lián)連接到相鄰電動(dòng)機(jī)的對(duì)應(yīng)子繞組10，以形成在電動(dòng)機(jī)單元的第一和第二端之間延伸的三個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組。電動(dòng)機(jī)6、7是三相電動(dòng)機(jī)。各子繞組10具有在相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的第一面13處的第一電氣連接器11、在相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的第二面14處的第二電氣連接器12以及在兩個(gè)連接器11、12之間具有不完整圈數(shù)的線匝15 (特別地為n+1/2圈線匝，其中η是整數(shù))。事實(shí)上，在此示例中，在各子繞組10 中有2. 5圈線匝，不過(guò)在實(shí)踐中可以提供圈數(shù)多得多的線匝。各電動(dòng)機(jī)6、7還具有三個(gè)電回流路徑子部分16，電回流路徑子部分16串聯(lián)連接到相鄰電動(dòng)機(jī)的對(duì)應(yīng)電回流路徑子部分16，以形成在電動(dòng)機(jī)單元的第二端和第一端之間延伸的電回流路徑。各電回流路徑子部分具有在相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的第二面14處的第一連接器17、 在相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的第一面13處的第二連接器18以及與子繞組中線匝15的繞組配置相一致的導(dǎo)體19的一部分，由此形成最后半圈繞組線匝。因此，各電動(dòng)機(jī)6、7具有在第一面13和第二面14中每一者處的六個(gè)連接器11、 18、12、17。這種用于子繞組10和電回流路徑子部分16的連接器配置意味著任何數(shù)量的相同電動(dòng)機(jī)6、7均可以串聯(lián)耦接在一起，以形成電動(dòng)機(jī)單元?？梢钥闯?，多個(gè)電動(dòng)機(jī)之一 6的第一面13形成電動(dòng)機(jī)單元的第一端，并且多個(gè)電動(dòng)機(jī)中的另一個(gè)7的第二面14形成電動(dòng)機(jī)單元的第二端。因此，最上部電動(dòng)機(jī)6的電回流路徑子部分16的第二連接器18構(gòu)成電動(dòng)機(jī)單元第一端處的電氣連接器，該電氣連接器用來(lái)將電力供給到外部電氣設(shè)備。另外，最上部電動(dòng)機(jī)6的子繞組10的第一連接器11容許三相電源(未示出)耦接到三個(gè)繞組，以為電動(dòng)機(jī)組件提供電力。傳輸?shù)饺嚯娫吹娜齻€(gè)導(dǎo)體可以簡(jiǎn)單地穿過(guò)耦接單元8中的開口。 替代地，電源可以以第一插頭/插槽配置連接進(jìn)耦接單元8，耦接單元8則具有用于連接到子繞組10的第二插頭/插槽配置，并且在第一和第二插頭/插槽配置(與耦接單元絕緣) 之間存在電導(dǎo)體，以使子繞組10與電源電連接。裝置9設(shè)置在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處，以將電動(dòng)機(jī)繞組電耦接到電回流路徑。裝置9分別將各電動(dòng)機(jī)繞組耦接到對(duì)應(yīng)的電回流路徑。在此示例中，裝置9采用可以連接在電動(dòng)機(jī)單元第二端處的單獨(dú)單元9的形式，即單獨(dú)單元9可以連接到該串聯(lián)連接中的最后電動(dòng)機(jī)7。單元9具有三對(duì)連接器20，每個(gè)連接器通過(guò)諸如電線的導(dǎo)體21電耦接到其所在對(duì)中的另一個(gè)連接器。以此方式，當(dāng)電動(dòng)機(jī)6、7和單元9如圖4所示耦接在一起時(shí)，存在三個(gè)電路，這三個(gè)電路從第一電動(dòng)機(jī)6的第一連接器11即在電動(dòng)機(jī)單元第一端處的電動(dòng)機(jī)繞組連接器延伸，進(jìn)入子繞組10，穿過(guò)附接在電動(dòng)機(jī)單元第二端處的單元9，然后經(jīng)由由各電動(dòng)機(jī)6、7中的子部分16所形成的電回流路徑回到電動(dòng)機(jī)單元的第一端。如上所述，各電動(dòng)機(jī)子繞組10 包括2. 5圈繞組線匝，并且各 電回流路徑子部分16包括與子繞組10的繞組配置相一致的部分19。盡管電回流路徑子部分16的該部分19與子繞組10不連續(xù)，但當(dāng)如所述地通過(guò)單元9連接時(shí)，該部分19成為繞組的最后半圈線匝，這實(shí)質(zhì)上使子繞組中的整數(shù)線匝完整了。 因此，這種配置提供了良好平衡的電動(dòng)機(jī)，與圖1所示類型的傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相比，該電動(dòng)機(jī)以提高的效率操作。耦接單元8在此實(shí)施方式中是星點(diǎn)，并連接在電動(dòng)機(jī)單元的第一端。星點(diǎn)簡(jiǎn)單包括諸如銅環(huán)的電導(dǎo)體，三個(gè)電氣相(electrical phase)可以連接到該電導(dǎo)體。使用銅環(huán)連接三個(gè)相以形成星點(diǎn)是本領(lǐng)域公知的。星點(diǎn)具有三個(gè)連接器22，連接器22連接到第一電動(dòng)機(jī)6的電回流路徑子部分16的第二連接器18。位于星點(diǎn)8上的另一連接器23容許壓力計(jì)或其它電氣設(shè)備耦接到連接器23。壓力計(jì)通常包括諸如二極管的合適電子器件，其容許壓力計(jì)以流動(dòng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)組件的外加次級(jí)電壓為動(dòng)力來(lái)操作。此類電子器件是本領(lǐng)域公知的，并不是本發(fā)明的主題。上面提及的各種連接器通常是電引腳/觸頭，其廣泛用于電氣和電子工業(yè)中。在圖5中示出本發(fā)明的另一實(shí)施方式。這種實(shí)施方式與圖4所示的實(shí)施方式大致相同，只有幾處例外。首先，用于將電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的裝置9’ 一體形成在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處，而不是設(shè)置為連接到最后電動(dòng)機(jī)7的單獨(dú)單元9。因此，該串聯(lián)連接中的最后電動(dòng)機(jī)7(此示例中的第二電動(dòng)機(jī))與該串聯(lián)連接中的其它電動(dòng)機(jī)略微不同，因?yàn)樽詈箅妱?dòng)機(jī)7具有將電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的該一體部分9’。另外，用于將電動(dòng)機(jī)繞組耦接到電回流路徑的裝置9，將電動(dòng)機(jī)繞組的每一個(gè)在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處耦接在一起。為此目的可以提供銅環(huán)/星點(diǎn)。因此僅提供一個(gè)電回流路徑，每個(gè)電動(dòng)機(jī)包括單個(gè)電回流路徑子部分16’。由于電回流路徑在三個(gè)相平衡的點(diǎn)之后耦接，所以電回流路徑子部分16’對(duì)電動(dòng)機(jī)的操作沒有貢獻(xiàn)，并且因此不與子繞組10 —致。最后，由于電動(dòng)機(jī)繞組結(jié)合在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處，并且單個(gè)外加次級(jí)電壓負(fù)載線(voltage-carrying wire)即單個(gè)電回流路徑16’反饋到電動(dòng)機(jī)單元的第一端，所以不需要在電動(dòng)機(jī)單元頂部處的單獨(dú)星點(diǎn)。相反，電回流路徑用電氣連接器18’終止在電動(dòng)機(jī)單元的第一端處(即，第一電動(dòng)機(jī)6的第一面13處)，壓力計(jì)可以連接到電氣連接器18’， 用以為所述壓力計(jì)提供電力。現(xiàn)在將描述包括單相電動(dòng)機(jī)的本發(fā)明的實(shí)施方式。在上述三相電動(dòng)機(jī)與單相電動(dòng)機(jī)之間存在差異。如上所述，在三相電動(dòng)機(jī)的三個(gè)相中流動(dòng)的電流合計(jì)為零，容許三個(gè)相連接在電動(dòng)機(jī)單元的第一端處(如圖4中所示)或在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處(如圖5中所示)。當(dāng)三個(gè)相連接時(shí)，流入和流出星點(diǎn)的各相電流在星點(diǎn)處合計(jì)為零。因此，當(dāng)三個(gè)相連接時(shí)，在星點(diǎn)處剩下的全部是用于為“電力通訊”式設(shè)備提供電力的附加外加電流。單相電動(dòng)機(jī)在電繞組的中點(diǎn)處平衡?！半娏νㄓ崱笔皆O(shè)備因此可以經(jīng)由在電繞組中點(diǎn)處的連接而被供電。本發(fā)明的原理可以通過(guò)如下方式應(yīng)用到單相電動(dòng)機(jī)，即通過(guò)將單相電動(dòng)機(jī)的電繞組分成對(duì)應(yīng)于上述電動(dòng)機(jī)繞組的“第一半部繞組”以及另外的“第二半部繞組”，借此第一和第二半部繞組可以連接以形成完整的單相電繞組。用于“電力通訊”式設(shè)備的電流就在兩個(gè)半繞組連接之處流出。圖6示出包括兩個(gè)單相電動(dòng)機(jī)50、51的電動(dòng)機(jī)組件。各單相電動(dòng)機(jī)具有電動(dòng)機(jī)子繞組52和電回流路徑子部分53，電動(dòng)機(jī)子繞組52將在下文稱作第一半部子繞組52。各單相電動(dòng)機(jī)50、51進(jìn)一步包括第二半部子繞組M和電導(dǎo)體子部分55。第一半部子繞組、電回流路徑子部分、第二半部子繞組和電導(dǎo)體子部分分別串聯(lián)連接到相鄰電動(dòng)機(jī)中的子繞組或子部分。因此，這些第一半部子繞組52的串聯(lián)連接一起形成第一半部繞組；這些第二半部子繞組M的串聯(lián)連接一起形成第二半部繞組；這些電回流路徑子部分53的串聯(lián)連接一起形成電回流路徑；并且這些電導(dǎo)體子部分55的串聯(lián)連接一起形成電導(dǎo)體，第一半部繞組、 第二半部繞組、電回流路徑和電導(dǎo)體部分中的每一個(gè)從電動(dòng)機(jī)單元的第一端延伸到電動(dòng)機(jī)單元的第二端。組件進(jìn)一步包括用于將第一半部繞組耦接到電回流路徑的裝置。該裝置可以是與結(jié)合圖4描述的單元9相似的獨(dú)立單元56。它可以包括由諸如電線等導(dǎo)體57耦接的一對(duì)連接器。裝置56包括用于將第二半部繞組連接到電導(dǎo)體的第二導(dǎo)體58。最后，組件包括耦接單元59，“電力通訊”式設(shè)備可以耦接至耦接單元59用以經(jīng)由連接器63流出疊加電流。在這種實(shí)施方式中，耦接單元59還通過(guò)導(dǎo)體60將電回流路徑電耦接到第二半部繞組。因此，當(dāng)裝置56連接在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處時(shí)，結(jié)合導(dǎo)體60的電回流路徑容許第一和第二半部繞組電氣通訊，由此形成用于單相電動(dòng)機(jī)的完整繞組。耦接單元59進(jìn)一步包括電氣連接器61和導(dǎo)體62，用于能夠使單相電壓直接施加到第一半部繞組和經(jīng)由電導(dǎo)體施加到第二半部繞組?？梢钥闯?，該配置容許單相電動(dòng)機(jī)組件有效地操作，同時(shí)也容許通過(guò)外加電流給 “電力通訊”式設(shè)備供電。若干電動(dòng)機(jī)可與電動(dòng)機(jī)單元結(jié)合使用，或可僅使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)。 諸如壓力計(jì)等“電力通訊”式設(shè)備可以定位在該配置的頂部處(即，在組件的第一端處)。本發(fā)明的這種實(shí)施方式也具有上述的反向兼容(backwards compatibility)的益處。更具體地，該組件可以容易地延伸到傳統(tǒng)接合油管配置系統(tǒng)，在傳統(tǒng)接合油管配置系統(tǒng)中壓力計(jì)定位在電動(dòng)機(jī)單元底部處。在這種方案中，單相電壓施加到第一和第二半部繞組的第一端，并且半部繞組的第二端經(jīng)由在電動(dòng)機(jī)單元第二端處的電導(dǎo)體連接在一起。壓力計(jì)在電動(dòng)機(jī)下方耦接到電導(dǎo)體，以使電導(dǎo)體的電流流出。在圖7中示出另一單相電動(dòng)機(jī)組件。在這種實(shí)施方式中，單相電壓直接而不是經(jīng)由電導(dǎo)體55施加到第二半部繞組M，該實(shí)施方式中不存在電導(dǎo)體55。用于將第一半部繞組52耦接到電回流路徑53的裝置56’還將第一半部繞組52連接到第二半部繞組M。因此，電回流路徑53可以直接耦接到“電力通訊”式設(shè)備。落入本發(fā)明范圍內(nèi)的替代例和修改例對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見的。例如，結(jié)合圖4所述的星點(diǎn)8可以制成與第一電動(dòng)機(jī)6 —體，在該情況下第一電動(dòng)機(jī)6將具有與串聯(lián)連接中的其它電動(dòng)機(jī)7略微不同的構(gòu)造。此外，圖5中的最低電動(dòng)機(jī)7可與上部電動(dòng)機(jī)6相同，在該情況下，諸如銅環(huán)等裝置可以可分離地連接在電動(dòng)機(jī)單元的第二端處，以將電動(dòng)機(jī)繞組電耦接到電回流路徑。同樣，可以串聯(lián)連接其它數(shù)量的電動(dòng)機(jī)，并且可以提供其它數(shù)量的電動(dòng)機(jī)繞組/ 電回流路徑。
權(quán)利要求
1.一種包括電動(dòng)機(jī)單元的電動(dòng)機(jī)組件，所述電動(dòng)機(jī)單元具有第一端和第二端并且在所述電動(dòng)機(jī)單元的第一端鄰近處能耦接到外部電氣設(shè)備，所述電動(dòng)機(jī)單元包括在所述第一端和第二端之間延伸的至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組和從所述第二端延伸到所述第一端的電回流路徑，所述電回流路徑在所述第一端處與用于將外加次級(jí)電力供給到所述外部電氣設(shè)備的電氣連接器電接觸，其中，所述電動(dòng)機(jī)單元的第一端設(shè)置有用于將電源耦接到所述電動(dòng)機(jī)繞組的裝置，并且所述電動(dòng)機(jī)單元的第二端設(shè)置有將所述電動(dòng)機(jī)繞組電耦接到所述電回流路徑的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，提供三個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組，所述三個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組各自從所述電動(dòng)機(jī)單元的第一端延伸到第二端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中，所述電動(dòng)機(jī)單元包括用于所述電動(dòng)機(jī)繞組中的每一個(gè)的電回流路徑，各電動(dòng)機(jī)繞組通過(guò)將所述電動(dòng)機(jī)繞組耦接到所述電回流路徑的裝置電耦接到所述電回流路徑中的相應(yīng)一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其中，各個(gè)所述電回流路徑在所述電動(dòng)機(jī)單元的第一端處與用于將電力供給到所述外部電氣設(shè)備的獨(dú)立電氣連接器電接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組件，進(jìn)一步包括可分離地耦接到所述電動(dòng)機(jī)單元的第一端的耦接單元，所述耦接單元連接到在所述電動(dòng)機(jī)單元的第一端處的所述電氣連接器，用以合并所述電回流路徑中的電流，所述耦接單元進(jìn)一步包括用于電耦接到所述外部電氣設(shè)備以給所述外部電氣設(shè)備提供電力的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述電動(dòng)機(jī)單元包括至少一個(gè)單相電動(dòng)機(jī)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述用于將所述電動(dòng)機(jī)繞組耦接到所述電回流路徑的裝置可分離地耦接在所述電動(dòng)機(jī)單元的第二端處，使得所述電動(dòng)機(jī)繞組和所述電回流路徑是不連續(xù)的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述或每個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組包括以串聯(lián)連接方式電耦接的多個(gè)子繞組，并且所述或每個(gè)電回流路徑包括對(duì)應(yīng)數(shù)量的以串聯(lián)連接方式電耦接的子部分，串聯(lián)連接中的各子繞組及其相應(yīng)的電回流路徑子部分形成電動(dòng)機(jī)的部分。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述電動(dòng)機(jī)繞組包括不完整數(shù)量的繞組線匝，例如n+1/2圈線匝，其中η是整數(shù)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的組件，其中，所述電回流路徑包括與所述電動(dòng)機(jī)繞組的繞組配置相一致并形成其半圈線匝的部分。
11.一種電動(dòng)機(jī)，包括電動(dòng)機(jī)繞組和電回流路徑，所述電動(dòng)機(jī)繞組具有第一端和第二端以及在所述第一和第二端之間的不完整數(shù)量的繞組線匝，所述電回流路徑用于使電流通過(guò)所述電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)繞組和所述電回流路徑是不連續(xù)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電動(dòng)機(jī)，包括三個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)，包括三個(gè)電回流路徑。
全文摘要
一種包括電動(dòng)機(jī)單元的電動(dòng)機(jī)組件，電動(dòng)機(jī)單元具有第一端和第二端并且在電動(dòng)機(jī)單元的第一端鄰近處能耦接到外部電氣設(shè)備，電動(dòng)機(jī)單元包括在第一端和第二端之間延伸的至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)繞組和從第二端延伸到第一端的電回流路徑，電回流路徑在第一端處與用于將外加次級(jí)電力供給到外部電氣設(shè)備的電氣連接器電接觸，其中，電動(dòng)機(jī)單元的第一端設(shè)置有用于將電源耦接到電動(dòng)機(jī)繞組的裝置，并且電動(dòng)機(jī)單元的第二端設(shè)置有將電動(dòng)機(jī)繞組電耦接到電回流路徑的裝置。還提供一種電動(dòng)機(jī)，其包括電動(dòng)機(jī)繞組和電回流路徑，電動(dòng)機(jī)繞組具有第一端和第二端以及在第一和第二端之間不完整數(shù)量的繞組線匝，電回流路徑用于使電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)繞組和電回流路徑是不連續(xù)的。
文檔編號(hào)H02K5/22GK102160258SQ200980131693
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
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