CN109802511A - 配用水下动力器械的拖动电机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种配用水下动力器械的拖动电机及其使用方法，其特征在于：至少是让转子(2)或让转子(2)与定子(1)被窄型型金属密封隔离屏蔽(4)或宽型金属密封隔离屏蔽(5)以立体形式包围着，它们所有拼接缝隙都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现连接的；并且，通过在其底部的充油嘴(D)对整机充注液油(S)，其电力电缆线在从上部或周边穿进拖动电机内部的结构中不能够形成可拆卸的任何形状的缝隙或由非金属高分子材料构成的阻挡层。使用时：本发明必须垂直方向定位作为基础来驱动其他方向的旋转，以及在认定完成了对拖动电机充注油液(s)的充满巩固程序后才能够投入正常的使用。——本发明在水下一次性的工作与闲置的累计持续时间一般可在15年以上，甚至可达到50年或以上。

Description

配用水下动力器械的拖动电机及其使用方法

技术领域

本发明涉及拖动电机，尤其涉及了一种配用水下动力器械的拖动电机及其使用方法。

背景技术

目前，各种规格与型号不同的潜水器具层出不穷，其中用途最广泛而成熟的电机动力设备，只能够配用在空气中运行的各种器具，却不能够配用在水下运行的各种器具，究其原因，主要在于：

如果让电机能够在水下工作就必须设置防水密封结构(例如：由如橡胶或塑料为主体的高分子柔性材料制成的各种规格的密封圈来充当)来抵御外界水体或高压水体对于电机内部的渗入(水体一旦与旋转的电机转子接触将会造成该电机的损坏)，然而，该防水密封结构的设置却不能够抵御对于包括水与空气在内的流体以分子的量级从中穿越的可能：

自行车内胎与汽车车胎一段时间不充气就不能够使用了，这就充分地说明了：该以高分子材料橡皮或塑料为主体制成的柔性内胎或车胎，是无法抵御作为流体的空气以分子的量级从中穿越的，显然：以高分子材料橡皮或塑料为主体制成的柔性片体或块体中的分子之间的间隙大于构成空气分子的直径，只不过空气分子穿越该高分子材料分子之间的间隙速率会缓慢一些而已。

通过日常生活的现象或实验，也可以证明：作为流体的液体分子，同样也会穿越以高分子材料橡皮或塑料为主体制成的任何柔性片体所形成的防水密封防线，只不过该穿越速率也会缓慢一些而已。——如果用塑料袋放置买回来的油条食品，很快就会发现，油条上的油会渗出到该塑料袋的外侧，人的肉眼之所以会发现油会外泄到塑料袋外侧的现象，是因为作为液体的油，属于不易于挥发的物质，外泄渗漏的油分子容易以液态的形式能够继续保留其外泄在塑料袋外侧的形态；但是，如果将水盛载在塑料袋中，外泄在塑料袋外侧的水分子会立即以蒸发的形式消失在人的肉眼视线中。

显然：上述所有的防水密封技术举措(都主要是通过采用实体密封元件来承担的)，均无法从分子的量级角度实现有效的永久性的密封效果；不难设想：利用如此效果设计的任何水下工程所需要的水下配用拖动电机，也必然不能永久地持续在水下工作或闲置，而且，必须定期吊拉上岸进行以排除渗水为主要任务的拆机维护(不是维修)；如果欲使用几万瓦甚至上百万瓦的水下配用拖动电机，就此“定期拆卸排除渗水维护”这一点(暂且不计潜水深度的影响)，在其使用过程中所带来的麻烦，更是无法想象、以至于让人们不敢再奢想在永久性水下工程或永久性水下器具中使用大功率水下配用的现有技术拖动电机了。

为此：目前，可以为潜水器具配用的如本发明名称中所述的水下配用拖动电机尚未提出或问世。——这是人们一直想方设法欲解决的水下器具(包括工程)中所要求配用水下(例如：潜入超千米或万米水下)拖动电机的一个技术大问题。

发明内容

本发明之目的：

就是为了彻底解决上述的这个欲解决的“大问题”。

本发明之关键在于：

其一，就是绕过现有技术利用上述的以“橡胶或塑料柔性材料”一类高分子材料为主体制作的“实体元件”及其“配用的结构”实施防水密封的常规思路，另外寻找其他途径来实现让本发明能够名副其实地实现：置于水下持续工作(包括闲置的时段)时，不管其潜水深度如何与连续持续的时间如何，都能够让本发明做到“能够深潜且无需定期上岸排除渗水维护”(维护不等于维修)的水下拖动电机。——若能够达到如此的要求，那么，不管水下拖动电机制成的功率多大(例如：上百万千瓦)与能够潜水的深度多深(例如：潜水上千米或上万米)，就都无关紧要了。

其二，在潜水泵器具中利用液体油是不可压缩的特点。——而气体是可以压缩的，只要让液态油充分取代了气体，就能够解决潜水超千米或超万米的问题了。

本发明的特点：

一、由于构成本发明的“全密封型”整机结构中，即由金属密封隔离屏蔽形成的金属密封隔离腔体中，所有的接缝位置之间都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现的(作为现有技术的焊接可靠性已经予以彻底解决了)，而且，本发明是以垂直方向与水下器具配用的，这就为让轻于水的不可压缩的油液能够在本发明内由上而下地实现其顶托外界水体欲对内的渗透压力或极大的渗透压力(由深潜水造成)创造了条件。

——如果将本发明在水下予以水平放置，那么，本发明中圆形的轴封位置也必然会水平放置，该圆形的下部外界水压力就必然会高于该圆形的上部外界水压力，则该圆形的下部外界水体就会坦然地通过该轴封渗入本发明的金属密封隔离腔体中，并将腔体内的油液从圆形轴封位置的上部挤出本发明，其后果就是让转子减速而造成电机的坏损，具体理由详见“具体实施方式”中的“二”款。

二、由于本发明内的定子与转子之间充满了有油液，尽管与空气相比较对其转速会造成一些阻力(适当会减速)，然而，只要将本发明配用在对于转速需求不是很大的水下器具上，其整体电力能效的充分发挥是不会有多大影响的，仅限于对于限制旋转速度的影响。

——如果实际应用中需要的高速转矩或低速转矩均可以通过诸如齿轮箱一类的变速器来调节实现，这已经成为很成熟的现有技术了。

三、由于本发明中设置了专用的的充油嘴，并且，是设置在远离金属密封隔离腔体顶部或周边的底部位置，这就为可开(充注油液)可闭(截断油路)的充油嘴这个无法阻止流体分子随时都能够穿越(只是速率不快)的特设机构(元件)，不可能形成上述金属密封隔离腔体中油液从其底部以外的周边或上部位置向外泄油液分子的缝隙或通道创造了条件。

——现有技术中的，例如潜水泵的由柔性高分子材料制成的防水密封圈及其配用的压紧结构，就在该潜水泵的整体结构中的周边或上部形成了无法阻止流体(气或水)分子可以穿透越的缝隙或通路(只是穿越速率不快)：

该潜水泵底部的防水密封元件在外界高压水体的压迫下，其水分子必然会穿越防水密封元件进入潜水泵体内，同时在挤压的过程中，让体内上部的空气分子穿越上部的防水密封结构外泄到潜水泵体外高处相对低压的水体中。——该过程不难看出：是造成现有技术潜水泵不能深潜水与必须定期上岸进行排除渗水维护的二大缺陷的根源，并且：潜水深度越大，则该“定期”排除渗水维护的周期时间就越短。

四、如现有技术那样的防水密封结构不会成为由于本发明能够潜入工程上所需要的任何水下的深度部位来使用，并且可以做到在潜水极长的持续时间中做到免维护，这样就为：

可以根据需要或制造能力制造成大功率的深潜本发明，让在深海直接开采海底“可燃冰”过程中所涉及的所有水下器具有了能够配用的水下拖动电机创造了非常有利的条件。——在水下开采“可燃冰”的过程与在陆地上开采煤矿的过程基本上是一样的，只是在水下主要由具有某些功能的水下“机器人”(无需太高的智力即可)作为开采“可燃冰”的“当事人”。

——涉及本发明对于“可燃冰”开采事宜的概况要点：

现已经探明，全球“可燃冰”蕴藏量是石油与煤等其他燃料矿物总合的二倍。

目前，包括美国、日本与俄罗斯等不少大国都在积极地投资研发涉及“可燃冰”实用的开采技术已经好几十年了，然而，尚未解决可进入实用阶段的成规模开采并同时能够用于商业目的之技术方案(开采成本非常高——是一般燃料矿物开采成本的200倍左右)，若采用本发明作为水下开采工程机械所配用的主要动力器械(水下拖动电机)，就可以让“可燃冰”开采的成本达到很接近于商业之目的，即可以进入实用的成规模开采阶段并能够得到高盈利。

本发明的一次性水下使用寿命完全可以取决于本发明中的转子在空气中的旋转使用寿命(世界名牌电机可达到30年)，若采用最好的材质制取本发明其寿命可接近50年或更长，即本发明设置在水下的不间断持续时间也是可接近50年或更长。——这样的水下拖动电机于支持“可燃冰”的水下开采是非常有利的。

附图说明

图1示意了作为配用在水下器具上的本发明第一实施例——定子可拆卸式水下拖动电机(含：典型的换向传动结构)；

图2示意了作为配用在水下器具上的本发明第二实施例——定子不可拆卸式水下拖动电机(含：典型的换向传动结构)；

1：嵌入绕组的电机定子；2：电机转子；3：电机轴承；4：窄型金属密封隔离屏蔽；5：宽型金属密封隔离屏蔽；6：电机转轴；7：电机轴封或设置该轴封的位置；8：设置在转轴端部的45度竖转向齿轮；9：设置在横轴上的45度横转向齿轮；D：通过了管联或直接设置的充油嘴；S：油液；W：与其他水下器具定位安装用途的安装板块架；

具体实施方式

为了实现本发明上述之目的，拟采用以下的技术方案：

本发明包括：

包括：常规结构形式的由转子2与嵌入绕组的定子1二者构成的拖动电机通过它的转轴6实施转矩输出；其特征在于：

至少是让转子2被窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5以立体形式包围着，并且，在窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5的底部设置了能够向下穿过电机轴封7的转轴6；

所述的窄型金属密封隔离屏蔽4或宽型金属密封隔离屏蔽5涉及到的所有拼接缝隙都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现连接的，其内部充满了油液，其底部通过管联或直接设置了充油嘴D；——该常规的充油嘴D机构是无法阻止空气分子或水分子从中穿越的，然而，本发明上述的金属密封隔离屏蔽结构在客观上协助达到了绝对阻止了空气分子或水分子从充油嘴D机构中穿越的可能。

所述的拖动电机在水下是以其转轴6垂直向下的方式与其他水下器具衔接定位的；

所述的拖动电机的电力电缆线在从上部或周边穿进拖动电机内部的结构中不能够存在可拆卸的任何形状的紧压缝隙或由非金属高分子材料构成的防渗严密阻挡层。——本发明在结构上对于绝对阻止空气分子或水分子从中穿越的一个关键点：

显然：任何缝隙，包括非常光滑的金属表面(再光滑的金属平面都是有粗糙度的)形成的缝隙，都是无法阻止气体或液体分子穿越的，而高分子材料(例如：塑料或橡胶)本身的分子之间的间隙是大于空气分子或水分子的直径的，也是无法阻止前者流体以分子的形式穿越的。——例如：

现有技术中潜水泵的电力电缆线几乎都是从该潜水泵的顶部或周边穿进整机机体内部的，并且，即便有由高分子材料制造的防渗阻挡层存在，也都是无法阻挡空气分子或水分子从中“穿越”的。然而，电力电缆线如果从拖动电机的底部“穿进”，就可以忽略“无法阻挡空气分子或水分子穿越”的问题，因为，上述的位于上方的金属密封隔离屏蔽在客观上就能够起到协助由上至下的顶托(阻止)空气分子或水分子由下向上沿着电力电缆线“穿越”进入整机内部的可能。

此外，若一定要从金属密封隔离屏蔽的非底部，即周边或顶部“穿进”电力电缆线(整机结构最理想的设计方案)，就必须按照本发明上述的特殊要求行事，即不应该存在：“可拆卸的紧压缝隙”或“利用高分子材料作为防渗严密阻挡层”，然而，在上述电力电缆线“穿进”结构的设计上就不会很简单了(但肯定能够实现)，这对于整机结构的设计合理性来说(与现有技术电力电缆线从上部或周边“穿越”部位一致)，是理想的。

本发明的特殊使用方法：

一.本发明由垂向驱动转为水平传动方式或其他方向传动方式的机构：

让联接在竖向转轴6竖向旋转的部端竖向斜齿轮8与联接横向滚轮10端部斜齿轮9，或非横向旋转轮端部斜齿，作为相互具有倾斜角度的齿接换向方式传动；

二.本发明冲注油液S结束后在即将投入使用前最后还需要做出油的充满巩固程序是：

将本发明的轴封7向上仰视放置，再摇动本发明片刻(约十下左右)，最后通过充油嘴D对整机加压充注油液S(例如：5个大气压力的油液S)，直到该倒置的本发明的轴封7处发现无外泄的油液S出现，即可认定完成了对本发明充注油液S的充满巩固程序。——以此举确保本发明内部无气泡并确实充满了油液S。

本发明的主要应用技术领域：

能够配用大、小功率水下拖动电机并用于海洋底部蕴藏可燃冰开采的大、小水下器具种类包括：

用于如在空气中开采煤矿过程那样地开采在水下的可燃冰矿石过程中必然需要的水下输送带、可燃冰矿石粉碎机与挖掘机等等水下动力器具；

根据以上的扼要说明以及图1与图2的示意，应该基本上可以理解了本发明的机理，以下再对本发明技术实施时的相关关键具体问题作进一步的说明：

一、本发明涉及金属密封隔离屏蔽腔体的“全密封”型结构问题：

在窄型金属密封隔离屏蔽4中，只有电机转子2被包围其中，该窄型金属密封隔离屏蔽4的厚度可以取几个毫米的量级(例如：小、中型拖动电机的厚度可取2毫米)；在位于电机转子2与电机定子1之间的窄型金属密封隔离屏蔽4部分的厚度可采用0.1至0.2毫米，而且，还必须采用非导磁金属材料以及最好让窄型金属密封隔离屏蔽4与电机定子1的内圈位置呈可拆卸的紧配合状态；而在宽型金属密封隔离屏蔽5中，构成该宽型金属密封隔离屏蔽5的厚度可均采用厚2毫米；上述两种密封隔离屏蔽不同部位之间的间隙必须采用焊接工艺来实现，而且应该严禁出现虚焊或假焊的现象(避免虚焊或假焊在技术上已经很成熟)。

由于构成金属分子之间的间隙小于空气分子或水分子的直径，因此，金属密封隔离屏蔽腔体就形成了“全密封”型的结构，能够阻止空气分子或水分子从中穿越；而上述的由橡胶或塑料为主体的高分子柔性材料制成的各种规格的密封圈或结构，是绝对不可能阻止空气分子或水分子从中穿越的。

如果，本发明中的金属密封隔离屏蔽腔体的某个部位是采用可拆卸的非金属橡皮或塑料一类的柔性高分子密封材料通过螺栓的紧固来实施密封的，那么，它不可能形成“全密封”型的立体防线，因为，它不可能阻止空气分子与水分子从穿越，只是其穿越速率可能会慢一些。

如果，本发明中的金属密封隔离屏蔽腔体的某个部位是采用可拆卸的二个非常光滑的金属平面通过螺栓的紧固来实施密封的，那么，它也不可能形成“全密封”型的立体防线，因为，再光滑的平面都是有“粗糙度”的，它同样也不可能阻止空气分子与水分子从中穿越，只是其穿越的速率可能会慢一些。

以上二个“如果”的实例充分证明了为什么现有技术中在其关键部位采用的可拆卸的上述密封元件及其结构无法抵御气体分子或液体分子从其密封防线中穿透的缘故。

至此，应该非常明白了，本发明正是因为采用了关键的纯金属密封腔体而实现了自己的“全密封”型立体防线，并以此来确保了能够阻止空气分子与水分子的穿透问题。

当本发明采用了充满油液的设计方案，目的就在于：让不会被压缩的油液在本发明内部，以自身绝对不会由于形成的“全密封”型防线而外泄为前提，就能够阻止外界哪怕是极高的水体压力对于本发明内部的渗透压力。——若内部的油液有途径能够外泄(显然没有)，那么，外界的高压水体就会从金属密封屏蔽腔体的轴封7位置向上渗透进来(显然不可能)。

二、本发明涉及采用允许内部充满液体(油液S)方案的问题：

鉴于公知知识：如果，原先的设计就是让电机内可以充满了水体，那么，由于水体能够导电，因此，水体对于转子2的转速影响是极大的：

其一是：由于水体能够导电，转子2旋转时会引起它周围一圈水体形成的反电动势而造成大幅度让转子2减速的影响，整机的电动效率也会打折扣；

其二是：水体在转子2与定子1两者之间本身就会造成对转子2大幅度减速的影响。——与空气在转子2与定子1两者之间比较是不言而喻的。

因此，一般电机的设计，绝大多数采用的是让转子2与定子1在充满空气的条件下让转子2能够高速旋转的高效设计方案，然而，此时一旦让转子2接触到水体就引起转速变慢，造成过电流现象而损坏电机。

如果如本发明那样地就是故意采用了不导电的油液S充满电机内部的结构形式所设计的电机，那么，不导电的油液S在转子2与定子1之间仅仅只会对转子的转速造成减速的影响，而且远远会小于上述水所造成的减速总影响。。

如果，当充注油液S的电机就是用于非高速运行的水下器具，例如：就是用于配用水下输送带时，那么，充满了油液S，对于该水下拖动电机而言的影响仅仅限于转速下降，而输送带本来就不要求快速运行，这一点与之正好符合。——然而，此时一旦本发明中的油液S换成了水体(必然通过在挤出了部分原来的油液S前提下才会形成外界水体的渗入)，那么，该渗入的水体同样会造成该电机转速相对变慢而最后导致电机损坏的后果。

——根据上述分析以及公知常识，不难小结出，拖动电机的转子与定子之间

存在不同的介质对于电机转子的转速影响也是不同的：

若处于真空状态，对于转子的减速影响不存在；

若充注了空气，对于转子的减速影响极小(空气阻力对于转速影响不大)；

若充注了油液S，对于转子的减速影响偏大(油液S的粘稠度对转速有影响)；

若充注了水体，对于转子的减速影响偏大(水体的粘稠度对转速有影响)，然而，对于转子的减速影响最大的要素还是由于水体能导电，转子在旋转时造成转子与定子之间导电水体也会带电(产生反电动势)，这对于转子减速的影响很可能会达到大幅度的程度，即很可能远大于上述水体粘稠度对于减速的有限影响。

三、本发明涉及水下配用电机的定子能否拆卸更换的问题：

由图2所示，电机定子1与电机转子2两者都被金属密封隔离屏蔽腔体所屏蔽，一旦相对来说容易损坏的电机定子1上的绕组出现问题，需要拆卸更换电机定子1是不行的，只能将整个的拖动电机换掉才行；然而，这样的拖动电机在它本身的制造上会带来许多方便，致使现有技术绝大多数都是采用了这样的结构形式。

由图1所示，电机定子1与电机转子2两者之间被金属密封隔离屏蔽腔体所隔离，使得相对于容易损坏的环绕了绕组的电机定子1成为可单独拆卸更换的；由于这样的电机结构制造较麻烦，目前，现有技术电机产品中只有极少数采用了这样的可以更换定子1的结构形式，然而，作为水下的配用电机(尤其对于大功率的重型机)来说，不像在地面上容易整机更换，因此，还是应该另当别论考虑的，还是采用能够拆卸更换定子1的理想结构为妥，这同时也有利于延长该水下配用电机主体部分的寿命。

综上所述：

一般来说，电机是个非常成熟的产品，只要确保其中的电机转子2始终是在油液S中旋转工作的，那么，电机就不容易损坏。因此，将本发明中的电机转子2设置在金属密封隔离屏蔽腔内也就不用担心在长时期运行之后容易发生自损的问题了。——由电机拖动驱动的耐用器械，例如：洗衣机、电冰箱与空凋器，等等，一般达标的配用现有技术拖动电机作为出力部件的器具，其不需维护的一次性配用寿命大都可以在15年以上，而世界名牌则可达到30年以上，若再采用最好的材料来制取，其渴望不需维护的一次性配用寿命可能会超过50年。为此，属于简单产品的本发明中采用了不可拆卸的焊接工艺来实施其“全密封型”的结构时(使得产品不能进行拆卸维护)，不会影响人们对于本发明一次性使用寿命的期限。

Claims (2)

1.一种配用水下动力器械的拖动电机，

在结构上包括：常规结构形式的由转子(2)与嵌入绕组的定子(1)二者构成的拖动电机通过它的转轴(6)实施转矩输出；

其特征在于：

至少是让转子(2)或让转子(2)与定子(1)被窄型型金属密封隔离屏蔽(4)或宽型金属密封隔离屏蔽(5)以立体形式包围着，并且，在窄型型金属密封隔离屏蔽(4)或宽型金属密封隔离屏蔽(5)的底部设置了能够向下穿过电机轴封(7)的转轴(6)；

所述的窄型金属密封隔离屏蔽(4)或宽型金属密封隔离屏蔽(5)涉及到的所有拼接缝隙都是通过不可拆卸的焊接工艺来实现连接的，其内部充满了油液，其底部通过管联或直接设置了充油嘴(D)；

所述的拖动电机在水下是以其转轴(6)垂直向下的方式与其他水下器具衔接定位的；

所述的拖动电机的电力电缆线在从上部或周边穿进拖动电机内部的结构中不能够存在可拆卸的任何形状的紧压缝隙或由非金属高分子材料构成的防渗严密阻挡层。

2.一种配用水下动力器械的拖动电机的使用方法，

其特征在于：

一.由垂向驱动转为水平传动方式或其他方向传动方式的机构：

让联接在竖向转轴(6)竖向旋转的部端竖向斜齿轮(8)与联接横向滚轮(10)端部斜齿轮(9)，或非横向旋转轮端部斜齿，作为相互具有倾斜角度的齿接换向方式传动；

二.拖动电机冲注油液(S)结束后在即将投入使用前最后还需要做出油的充满巩固程序是：

将拖动电机的轴封(7)向上仰视放置，再摇动拖动电机片刻，最后通过充油嘴(D)对整机加压充注油液(S)，直到该倒置的拖动电机的轴封(7)处发现无外泄的油液(S)出现，即可认定完成了对拖动电机充注油液(S)的充满巩固程序。