ES2713688T3

ES2713688T3 - Impulsor eléctrico sumergible

Info

Publication number: ES2713688T3
Application number: ES15722384T
Authority: ES
Inventors: Rustom Friedrich Jehangir; Joseph Anthony Spadola
Original assignee: Blue Robotics Inc
Current assignee: Blue Robotics Inc
Priority date: 2014-05-01
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: TR201902946T4; US20150314849A1; EP3483055A1; EP3137375B1; US9963212B2; EP3137375A1; DK3137375T3; WO2015168264A1

Abstract

Un impulsor eléctrico sumergible que comprende: un conjunto (1) del estator con un estator (15), unos bobinados eléctricos (35), unos rodamientos (16), y una base (25); un conjunto (26) del rotor con un eje (24) que se extiende a través del conjunto del estator que está conectado de forma co-rotatoria a una pluralidad de imanes (28) dispuestos alrededor del estator, que están impulsados por las fuerzas magnéticas del estator (15) y los bobinados (35); un propulsor (2) con un buje central (21) que rodea y está conectado de forma co-rotatoria al conjunto del rotor y con una pluralidad de palas (7) del propulsor angularmente separadas que se extienden desde dicho buje central; un cono de ojiva (3) que está conectado con el conjunto del estator; una boquilla (5) que está conectada al conjunto del estator y proporciona una entrada y una salida para el flujo de agua; un cono de exhaustación (22) que está conectado a la boquilla y a al menos una cámara que contiene al menos el estator (15) y los bobinados (35); el eje (24) del conjunto (26) del rotor es rotable con relación al estator (15); la pluralidad de imanes (28) del conjunto (26) del rotor están dispuestos radialmente hacia afuera de los bobinados eléctricos (35) del conjunto (1) del estator para de este modo rotar alrededor de los bobinados (35) cuando son impulsados por las fuerzas electromagnéticas proporcionadas por el estator (15) y los bobinados (35); y caracterizado por que el estator (15) y los bobinados (35) tienen un revestimiento protector que cubre completamente el estator (15) y los bobinados (35) que impide el contacto con el agua cuando la al menos una cámara del impulsor es inundada con agua debido a que el impulsor está sumergido.

Description

DESCRIPCION

Impulsor electrico sumergible

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un impulsor y en particular a un impulsor electrico sumergible.

La invencion es un diseno unico que tiene un bajo numero de piezas, sin aire encerrado o cavidades de aceite, y que requiere un mantenimiento mmimo.

Antecedentes de la invencion

Los vehnculos marinos no tripulados y roboticos tales como los vehnculos subacuaticos operados a distancia (ROVs), los vetnculos subacuaticos autonomos (AUVs), y los buques de superficie autonomos (ASVs) han llegado a ser unas herramientas inestimables para la exploracion marina. Normalmente se usan para fines cientificos, industriales, comerciales y recreativos. Estos vetnculos generalmente usan impulsores para la propulsion.

Un impulsor es un dispositivo que proporciona una fuerza de empuje para la propulsion o el control de un vetnculo. Generalmente, los impulsores tienen un motor electrico que esta encerrado para hacerlo hermetico frente al agua, un propulsor rotatoriamente conectado al motor a traves de un sellado mecanico o acoplamiento magnetico, y una boquilla que protege el propulsor y aumenta el empuje del propulsor. Los impulsores a menudo usan una compensacion de aceite para permitir el funcionamiento a grandes profundidades. La Patente de EEUU 6.837.757 y la Patente de EEUU 8.512.084 describen diversas realizaciones de tales dispositivos. El documento US-A1-2003/194922 describe un impulsor.

Los impulsores electricos son alimentados por medio de un alambre electrico que conecta el motor a una fuente de energfa, vease por ejemplo el documento KR20110051894.

En la mayona de los casos, para un control del empuje variable, la energfa es suministrada a traves de un controlador de velocidad electronico. Tales controladores estan disponibles para diferentes tipos de motores tales como motores con escobillas y motores sin escobillas.

Los motores electricos smcronos son comunmente usados en una amplia variedad de aplicaciones. El impulsor descrito aqu usa un motor en la forma de un motor magnetico permanente sin escobillas con rotor externo que es similar a los comunmente usados en aviones modelo y unidades de disco de ordenadores. Este diseno de motor proporciona un alto par de torsion a bajas velocidades de rotacion sin la necesidad de una caja de cambios o una unidad de reduccion. Es sencillo y comprende una unica pieza movil. Los bobinados del estator y el motor estan en el nucleo del motor y los imanes permanentes estan dispuestos segun un patron radial alrededor del estator. Tales motores tipicamente tienen unos bobinados magneticos trifasicos que estan conmutados por un controlador de velocidad electronico. El controlador usa una retroalimentacion sin sensores para la sincronizacion apropiada de la conmutacion.

Los disenos de impulsores normales son generalmente muy grandes en comparacion con un motor electrico de una potencia equivalente que no sea hermetico al agua. Este es un factor decisivo en el diseno de muchas aplicaciones tales como los ROVs. Los impulsores de un ROV (vehnculo subacuatico operado a distancia) a menudo ocupan una porcion importante del volumen total del vehnculo.

Los impulsores electricos estan generalmente limitados a profundidades de alrededor de 91,44 - 914,4 metros (300 - 3.000 pies) debido a que tienen unas cavidades llenas de aire o aceite que estan afectadas por las muy altas presiones experimentadas en la profundidad. La gran mayona del fondo del oceano tiene una profundidad mucho mayor que esta.

Los impulsores electricos, y en particular los que usan sellados mecanicos, requieren un mantenimiento tan a menudo como cada 50 horas de funcionamiento para sustituir y anadir grasa. La mayona de los ROVs tienen entre tres y seis impulsores, lo que hace que el mantenimiento sea una tarea laboriosa. Adicionalmente, para aplicaciones de larga duracion, tales como los ASVs y AUVs de larga duracion, el mantenimiento de rutina no es una opcion ya que los vehfculos podnan ser operados durante meses a la vez.

Por ultimo, los impulsores actualmente disponibles son prohibitivamente costosos y por lo tanto tienen su uso limitado en muchas aplicaciones tales como su uso como pasatiempo, uso academico, y un uso comercial de pequeno negocio. Gran parte del coste esta originado por la complejidad y el numero de piezas usadas en los disenos tfpicos.

Resumen de la invencion

Un aspecto de esta descripcion se refiere a un impulsor que es pequeno para permitir unos disenos de vehnculo mas compactos.

Otro aspecto se refiere a un impulsor que funciona en toda la profundidad del oceano.

Otro aspecto se refiere a un impulsor que requiere un mantenimiento cero o mmimo y es capaz de funcionar durante largos penodos de tiempo.

Otro aspecto se refiere a un impulsor que es asequible para fines de pasatiempo, academicos y comerciales.

Otro aspecto se refiere a un diseno de impulsor aqu descrito que es un enfoque unico que aborda todas las anteriores necesidades.

Otro aspecto se refiere a un impulsor electrico sumergible que es compacto, operable a altas presiones, y operable continuamente sin mantenimiento.

Otro aspecto se refiere a un impulsor electrico sumergible que incluye uno o mas de lo siguiente y/o a una combinacion de todo lo siguiente:

un conjunto del estator con una base que es un punto de union para otras piezas del impulsor, un tubo de rodamiento que soporta el estator y contiene los rodamientos, un estator de hierro montado sobre el tubo de rodamiento, los bobinados electromagneticos, y un revestimiento protector que cubre completamente el estator y los bobinados impidiendo el contacto con el agua;

un conjunto del rotor con un eje, un anillo de hierro, y una multiplicidad de imanes montados dentro del anillo de modo que el diametro interior de los imanes sea ligeramente mayor que el diametro exterior del estator;

un propulsor con un buje central que tiene un diametro interior ligeramente mayor que el diametro exterior del conjunto del rotor y esta conectado de forma co-rotatoria con respecto al conjunto del rotor de modo que las palas del propulsor se extiendan radialmente desde el eje rotacional del rotor;

un cono de ojiva que esta conectado a la parte frontal del impulsor;

una unidad de electronica conectada entre el conjunto del estator y el cono de ojiva que contiene un controlador de velocidad electronico sellado en un revestimiento protector;

una boquilla anular con un diametro interior ligeramente mayor que el diametro circunscrito por la punta del propulsor que proporciona una entrada y una salida para el flujo de agua;

cono de exhaustacion que esta situado en la parte trasera del impulsor; y

un soporte de montaje que se puede asegurar al exterior de la boquilla y que se puede asegurar a otras superficies, tales como el casco de un vehnculo.

Estas y otras caractensticas de la presente invencion seran evidentes con referencia a la siguiente descripcion y los dibujos anejos. En la descripcion y los dibujos se han descrito con detalle unas realizaciones particulares de la invencion como siendo indicativas de algunas de las maneras en las que pueden ser empleados los principios de la invencion, pero se comprende que la invencion no esta limitada correspondientemente en alcance. Mas bien, la invencion incluye todos los cambios, modificaciones y equivalentes que caen dentro del espmtu y los terminos de las reivindicaciones anejas.

Muchos aspectos de la invencion pueden ser mejor entendidos con referencia a los siguientes dibujos. Los componentes en los dibujos no estan necesariamente a escala, poniendose en cambio enfasis en ilustrar claramente los principios de la presente invencion. Para facilitar la ilustracion y la descripcion de algunas piezas de la invencion, las correspondientes porciones de los dibujos pueden estar exageradas en tamano, por ejemplo hechas mayores en relacion con otras piezas que en un dispositivo ejemplar actualmente hecho de acuerdo con la invencion. Los elementos y caractensticas representados en un dibujo o realizacion de la invencion pueden ser combinados con elementos y caractensticas representados en uno o mas dibujos o realizaciones adicionales.

Ademas, en los dibujos, iguales numeros de referencia designan las piezas correspondientes en todas las varias vistas y pueden ser usados para designar piezas iguales o similares en mas de una realizacion. Tambien, los numeros de referencia impresos pueden ser usados para designar piezas que son similares a las piezas designadas por el mismo numero de referencia no impreso.

Breve descripcion de los dibujos

Para una mejor comprension de la invencion, se hace referencia a la siguiente descripcion y a los dibujos que se acompanan que no estan necesariamente a escala, en los que:

la Figura 1 es una vista en perspectiva ensamblada de un impulsor electrico sumergible de acuerdo con la invencion: la Figura 2 es una vista en perspectiva de un despiece ordenado de la realizacion;

la Figura 3 es una vista de la seccion de la realizacion; y

la Figura 4 es una vista de la seccion que muestra solamente la base, los brazos de la boquilla, y el tubo de rodamiento de la realizacion.

La Figura 5 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de una realizacion que incluye una unidad de electronica, un controlador de velocidad electronico, y una placa de circuitos impresos electronicos en el cono de ojiva.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

Las presentes realizaciones se refieren generalmente a un impulsor electrico sumergible que tiene varias ventajas unicas que incluyen un tamano compacto, la operatividad en toda la profundidad del oceano, un mantenimiento requerido cero o mmimo, un bajo numero de piezas, y un coste bajo con relacion a las alternativas actualmente disponibles. Al contrario que la mayona de los impulsores, los cuales generalmente constan de un motor dispuesto en una cavidad llena de aire o aceite y conectados a un propulsor por medio de una conexion mecanica o magnetica, la presente invencion usa un diseno nuevo que sella los componentes individuales del motor sin crear cavidades o requerir sellados o acoplamientos magneticos. Ademas de reducir el tamano y numero de piezas, esto permite que el impulsor funcione a presiones extremas en el fondo del oceano sin problemas y operar de forma continua durante largos penodos de tiempo sin mantenimiento. Estas caractensticas unicas anadidas al bajo numero de piezas y la simplicidad general del diseno producen un impulsor que es mas capaz que las alternativas disponibles a un coste significativamente menor. Una realizacion de la invencion puede tener un precio para permitir que los aficionados y estudiantes entren en el campo de la robotica marina, la cual tradicionalmente ha sido prohibitivamente cara.

La presente invencion es apropiada para una amplia variedad de aplicaciones para vehfculos tripulados y/o roboticos marinos. Como ejemplo, una realizacion de la invencion puede ser usada para propulsar y controlar un ROV (vehfculo subacuatico operado a distancia). Tal vehfculo podna ser disenado para operar en las partes mas profundas del oceano para explorar y estudiar partes de la tierra que nunca han sido exploradas. Tal exploracion ha sido limitada por los altos costes prohibitivos del equipo apropiado. Los impulsores de la presente invencion permitinan que el sistema de propulsion del vehfculo fuera capaz de operar a tales profundidades a un coste y un nivel de complejidad mmimos. Igualmente, los impulsores de la presente invencion podnan proporcionar un sistema de propulsion asequible para un aficionado o estudiante que buscase fabricar un ROV con un presupuesto pequeno, permitiendo que una amplia gama de personas accediera a tales vetuculos. Adicionalmente, el tamano compacto de la presente invencion comparado con las alternativas disponibles permitina unos disenos mas compactos de los vehfculos. Como un ejemplo adicional, una realizacion de la invencion puede ser usada para propulsar y controlar un ASV (buque de superficie autonomo). El ASV podna ser equipado con una fuente de energfa electrica tal como celulas solares, generadores de viento, y/o celulas de combustible asf como sensores y un equipo de comunicacion para recoger y transmitir datos. El diseno unico de la presente invencion permitina que el sistema de propulsion de dicho vehfculo operase continuamente durante meses o anos a la vez sin mantenimiento. Tal vehfculo puede proporcionar datos meteorologicos, datos oceanograficos, datos de sonar para la cartograffa del suelo marino, u otros datos que sean beneficiosos para el conocimiento de los oceanos del mundo.

Como se muestra en la Figura 1, la Figura 2, y la Figura 3, una realizacion de un impulsor electrico sumergible T de acuerdo con la presente invencion incluye un conjunto 1 del estator, un conjunto 26 del rotor, un propulsor 2, un cono de ojiva 3, una unidad de electronica 4, una boquilla 5, un cono de exhaustacion 22, y un soporte de montaje 29.

El conjunto 1 del estator incluye una base 25, un tubo de rodamiento 38, unos rodamientos 16, un estator 15, unos bobinados electromagneticos 35, y un revestimiento protector alrededor del estator y los bobinados. Como esta ilustrado en la Figura 4, la base 25 y el tubo de rodamiento 38 estan moldeados como una unica pieza y la base tiene cuatro brazos 6 que se extienden para soportar la boquilla 5. Los brazos 6 tienen una forma para un bajo arrastre usando una forma de aleta hidrodinamica. El extremo de cada brazo tiene un punto de union 18 de la boquilla que se ajusta en un entrante adaptado 19 en la boquilla.

El tubo de rodamiento 38 tiene un diametro interior primario 39 que es ligeramente mayor que el eje 24 del rotor asf como un diametro interior secundario 41 en cada extremo para alojar los rodamientos 16. Un diametro interior terciario 40 es ligeramente mayor que el diametro exterior del casquillo 17 del eje y esta situado en un extremo del tubo de rodamiento para proteger el casquillo del eje del contacto con los alambres que pueden estar presentes entre el conjunto 1 del estator y la unidad de electronica 4 o el cono de ojiva 3. Los rodamientos 16 son unos rodamientos de manguito de plastico de alto rendimiento o unos rodamientos de manguito de bronce tal como los rodamientos Oilite. Los rodamientos pueden ser unos rodamientos embridados como se muestra en las figuras de la realizacion preferida o rodamientos no embridados. El tubo de rodamiento 38 soporta el estator 15.

El estator 15 esta hecho de laminaciones delgadas de acero bajo en carbono, como es comun en la fabricacion de los motores electricos. El estator esta revestido con un revestimiento protector para impedir los cortocircuitos electricos entre los bobinados y el estator. En esta realizacion de la invencion el estator tiene nueve brazos pero puede usar un estator con menos o mas brazos. Los bobinados estan hechos de un alambre magnetico de cobre, como el comunmente usado en la fabricacion de motores electricos, y estan enrollados en tres fases. Un estilo de terminacion comun “Wye” o “Y” se usa para proporcionar una salida con un alto par de torsion. El estator y los bobinados estan protegidos de la abrasion y la corrosion con un revestimiento protector. Como ejemplo, en esta realizacion de la invencion el revestimiento protector es un compuesto de epoxi y el estator y los bobinados estan sumergidos en la epoxi permitiendo que el revestimiento protector rellene los pequenos espacios de aire entre los bobinados. Se usa un metodo de desgasificacion en vado para asegurar que no haya burbujas de aire atrapadas en el revestimiento. Si existieran tales burbujas de aire se compriminan a altas presiones y podnan comprometer la resistencia del revestimiento protector. Se pueden usar tambien o alternativamente otros revestimientos protectores. Alternativamente, el estator puede ser sobremoldeado con un revestimiento de plastico para proteccion. Esto podna hacerse por medio de un moldeo por inyeccion u otras tecnicas de fabricacion de plastico.

El conjunto 26 del rotor incluye un eje 24, un anillo de hierro 23, una base 27 del rotor, y una multiplicidad de imanes permanentes 28. La base 27 del rotor conecta el eje con el anillo de hierro 23 y los imanes 28. Esta realizado de aluminio. El eje 24 se extiende desde la base 27 del rotor de modo que cuando el conjunto del rotor este instalado en el conjunto 1 del estator el eje se extienda a traves y mas alla de la longitud del tubo de rodamiento. Cuando el propulsor produce un empuje en la direccion hacia adelante, la base 27 del rotor es presionada contra el rodamiento 16. La base 27 del rotor tiene un separador 34 para crear un espacio para que los bobinados electromagneticos se extiendan mas alla del estator. Un casquillo 17 del eje esta fijado al extremo del eje que se extiende a traves del tubo de rodamiento 38. Cuando el propulsor produce un empuje en la direccion inversa el casquillo del eje es presionado contra el rodamiento 16. El anillo de hierro 23 esta conectado a la base 27 del rotor y se extiende en la misma direccion que el eje 24 de modo que cuando el conjunto del rotor esta instalado en el conjunto 1 del estator el anillo de hierro 23 se extiende para solaparse con el conjunto del estator. La multiplicidad de imanes permanentes 28 esta dispuesta sobre la superficie interna del anillo de hierro 23. En esta realizacion ejemplar de la invencion se usan doce imanes, pero se puede usar un numero diferente de imanes para cambiar las caractensticas de funcionamiento del impulsor. Los imanes 28 estan dispuestos de modo que el centro de los respectivos imanes este alineado con el centro axial del estator 15. Unos imanes contiguos estan instalados con una polaridad magnetica opuesta. El anillo de hierro 23 actua para contener y enfocar el flujo magnetico de los imanes permanentes y el flujo magnetico del estator y los bobinados.

El propulsor 2 esta conectado al rotor y convierte la energfa cinetica rotacional en un empuje. El propulsor incluye un buje 21 y una multiplicidad de palas 7. El buje propulsor 21 es cilmdrico y cerrado en un extremo. Su diametro interior es ligeramente mayor que el diametro exterior del conjunto 26 del rotor y su longitud es tal que cuando el propulsor 2 esta instalado en el conjunto del rotor el propulsor y el anillo de hierro 23 estan al mismo nivel. La pared interior del buje tiene unos espacios 20 que reducen la cantidad del material necesario para fabricar el propulsor. El extremo cerrado del buje del propulsor tiene dos agujeros de modo que se puedan usar tornillos para fijar el propulsor al conjunto 26 del rotor. El propulsor puede ser disenado para girar en la direccion de las manillas del reloj o en la contraria a la de las manillas del reloj para proporcionar unas fuerzas de par de torsion opuestas que puedan anularse en aplicaciones con varios impulsores. Las palas del propulsor pueden estar disenadas para ser flexibles de modo que puedan doblarse para eliminar los objetos atrapados en el impulsor.

El cono de ojiva 3 esta conectado con la parte frontal del impulsor para minimizar el arrastre. El cono de ojiva tiene dos agujeros 12 de montaje del cono de ojiva, que permite que se usen tornillos para unir el cono de ojiva al conjunto 1 del estator. Unas piezas adicionales tales como la unidad de electronica 4 pueden ser unidas entre el conjunto 1 del estator y el cono de ojiva 3. Un agujero 13 para el alambre esta incluido en el cono de ojiva para permitir que los alambres necesarios para alimentar y controlar el impulsor T se extiendan afuera del cuerpo del impulsor. En una realizacion de la invencion el cono de ojiva esta hecho de un material opticamente translucido o transparente, y un diodo emisor de luz (LED) esta contenido en el cono de ojiva para proporcionar una luz para el vehfculo sumergible como se muestra en la Figura 5. El LED puede estar unido a una placa de circuitos impresos (PCB) 42 y otros componentes tales como unos controladores LED pueden estar incluidos en dicha PCB. El LED puede ser del tipo rojo-verde-azul (RGB) de modo que con un controlador LED apropiado, la luz puede producir una amplia gama de colores. Alternativamente, el cono de ojiva puede alojar una camara u otro sensor electronico. El cono de ojiva 3 puede tambien ser sustituido por un soporte de montaje de modo que el impulsor pueda ser montado en una superficie paralela al plano de rotacion del propulsor. El cono de ojiva incluye unos pequenos agujeros o espacios que actuan como respiraderos para permitir que el agua entre y salga del cono de ojiva.

La unidad de electronica 4 es cilmdrica con un extremo cerrado 4e. El diametro exterior de la unidad de electronica es mas o menos igual al diametro exterior de la base 25 del conjunto del estator de modo que cuando la unidad de electronica este instalada entre el conjunto del estator y el cono de ojiva 3 las superficies exteriores esten enrasadas. La unidad de electronica tiene dos agujeros 14 que permiten que los tornillos aseguren el cono de ojiva y la unidad de electronica del conjunto del estator simultaneamente. Un controlador de velocidad electronico 33 sin escobillas, el cual incluye una PCB (placa de circuitos impresos) y unos componentes electronicos, esta dispuesto dentro de la unidad de electronica. La PCB y/o los componentes electronicos estan protegidos frente a cortocircuitos, la abrasion, y la corrosion por un revestimiento protector tal como un compuesto de epoxi o silicona encapsulado. El revestimiento protector puede ser de un tipo conductor termico de modo que el calor generado por los controladores de velocidad electronicos sea transferido al material de la unidad de electronica. Los alambres se unen a la PCB y sobresalen del revestimiento protector para interactuar con los bobinados electromagneticos 35 y para proporcionar energfa e instrucciones. La unidad de electronica esta hecha de un material que permite una conduccion termica suficiente para enfriar el controlador de velocidad electronico 33. La unidad de electronica puede ser mucho mas grande que la representada y puede alojar una electronica adicional para diferentes fines.

Los bobinados electromagneticos 35 terminan en tres alambres, uno por fase electromagnetica. Los alambres pasan a traves de un agujero en la base 25 del conjunto del estator y los extremos del alambre estan dispuestos en el espacio entre el conjunto del estator y la unidad de electronica 4 o por el cono de ojiva 3 si la unidad de electronica no esta incluida. Si la unidad de electronica es usada e incluye un controlador de velocidad electronico, los alambres estan conectados al controlador de velocidad electronico. Los alambres de energfa y senales para el controlador de velocidad electronico conectan con un cable multiconductor que pasa a traves del agujero 13 del alambre en el cono de ojiva. Si el controlador de velocidad electronico no se usa, los alambres son directamente conectados a un cable multiconductor que pasa a traves del agujero 13 del alambre en el cono de ojiva. Las conexiones del alambre son unas conexiones de soldadura que estan selladas contra el agua por un revestimiento plastico tal como una cinta electrica lfquida o epoxi.

La boquilla 5 es un anillo anular con un diametro interior ligeramente mayor que el diametro circunscrito por la punta 2 del propulsor que proporciona una entrada y una salida para el flujo del fluido. El perfil de la seccion transversal de la boquilla 5 es una forma de aleta hidrodinamica disenada para acelerar la velocidad del agua a medida que es arrastrada pasado el propulsor y para reducir los vortices en la punta del propulsor. La forma de aleta hidrodinamica puede ser de un tipo comun tal como las del tipo Kort. La boquilla esta disenada para funcionar bien en condiciones de propulsion hacia adelante y hacia atras tales como las previstas en la operacion normal de un ROV. La parte frontal de la boquilla tiene varios entrantes 19 que coinciden con los brazos 6 de la boquilla del conjunto 1 del estator. Un conjunto de agujeros 8 de tornillo permiten que los tornillos sean usados para fijar la boquilla al conjunto del estator. La parte superior de la boquilla incluye un saliente de montaje 9 que proporciona unos agujeros 10 con rosca y una superficie plana para interactuar con el soporte de montaje 29 o directamente con una superficie. Los agujeros 10 con rosca contienen unos insertos 11 con rosca para proporcionar unas roscas fuertes para interactuar con los tornillos.

El cono 22 de exhaustacion es un cono redondeado situado detras del propulsor 2 y opuesto al cono de ojiva 3 para reducir el arrastre del impulsor. El cono de exhaustacion esta conectado a la boquilla 5 por los brazos 36 del cono de exhaustacion. Los brazos del cono de exhaustacion tienen una forma para minimizar el arrastre hidrodinamico. En otra realizacion de la invencion el cono de exhaustacion esta fijado al propulsor y no hay brazos del cono de exhaustacion.

El soporte de montaje 29 proporciona una interfaz de montaje entre el conjunto del impulsor y la superficie de montaje 37. El soporte de montaje tiene una longitud que es mayor que la longitud del conjunto del impulsor y tiene mas o menos la misma anchura que el saliente de montaje 9 de la boquilla. Su espesor es pequeno en comparacion con su longitud y su anchura, aunque se podna hacer una version con un espesor mayor para proporcionar una distancia mayor entre el impulsor y la superficie de montaje. Los agujeros 30 de los tornillos de montaje estan situados en cada extremo del soporte de montaje y pueden ser usados para asegurar el soporte de montaje a la superficie de montaje. Los agujeros de los tornillos de montaje estan separados una distancia que es mayor que la longitud o anchura del conjunto del impulsor de modo que se puede usar un destornillador para apretar los tornillos sin interferir con el conjunto del impulsor. Un conjunto central de agujeros 31 de tornillos y un conjunto trasero de agujeros 32 de tornillos proporcionan unos agujeros para los tornillos que fijan el soporte de montaje al conjunto del impulsor. El conjunto central de agujeros 31 de tornillos se usa cuando el soporte es montado en la orientacion mostrada en la Figura 2 de modo que los agujeros 30 de los tornillos de montaje estan situados a cada lado de la boquilla y pueden ser apretados con un destornillador. El conjunto trasero de agujeros 32 de tornillos se usa cuando el soporte esta montado en la orientacion mostrada en la Figura 3 de modo que los agujeros 30 de los tornillos de montaje estan situados en la parte frontal y detras del conjunto del impulsor y pueden ser apretados con un destornillador. Adicionalmente, el soporte de montaje puede incluir un agujero para permitir que los alambres electricos pasen a traves del soporte.

El impulsor T tiene un controlador de velocidad electronico. El controlador 33 de velocidad electronico puede estar integrado en el impulsor en la unidad de electronica 4 o puede estar separado del impulsor. Para operar el impulsor se suministra una senal electrica apropiada al controlador de velocidad electronico, el cual a su vez proporciona electricidad a los bobinados electromagneticos 35, que estan sellados contra el agua por un revestimiento protector. El campo magnetico que es generado produce un par de torsion en el conjunto 26 del rotor que esta conectado de forma co-rotatoria al propulsor. A medida que gira el conjunto del rotor, el controlador de velocidad electronico conmuta la corriente electrica a traves de las tres fases de los bobinados electromagneticos para producir de forma continua un par de torsion en el conjunto del rotor. La fuerza electromotriz trasera es medida y usada para detectar la posicion del rotor para una sincronizacion apropiada. Alternativamente, se puede usar un efecto Hall u otro sensor para detectar la posicion del conjunto del rotor. Las palas 7 del propulsor actuan para acelerar el agua a traves de la boquilla 5 para producir un empuje. La estructura del impulsor actua para soportar y contener el conjunto del rotor y el propulsor mientras que proporciona una forma ffsica que minimiza el arrastre, es compacta, y es aplicable a una variedad de superficies. Cuando esta sumergido el agua inunda todas las cavidades dentro del impulsor de modo que no haya aire encerrado ni cavidades a presion.

La realizacion de la invencion aqu descrita es la realizacion preferida pero hay varias realizaciones diferentes. En otra realizacion de la invencion la boquilla y sus brazos de soporte no estan presentes. Esto puede ser util para aplicaciones de alta velocidad en las que la boquilla pierde su efectividad. El impulsor podna ser montado a partir del cono de ojiva o de una estructura de montaje que se extiende desde el cono de ojiva. En tal realizacion el cono de exhaustacion estana conectado al propulsor. En otra realizacion de la invencion unas aletas de control estan situadas detras de la boquilla para permitir el control del vehnculo por medio de la desviacion de las aletas de control. El cono de exhaustacion puede ser excluido en este caso. Las aletas de control pueden estar situadas a lo largo de uno o mas ejes para proporcionar unas fuerzas de control en una o mas direcciones. Las aletas de control pueden estar controladas por servos electricos u otros medios.

La invencion esta prevista para uso como impulsor para vehfculos subacuaticos y de superficie aunque tambien puede ser destinada a otros usos. Otros usos pueden incluir, aunque no estan limitados a, bombas de agua y mezclado de lfquidos. En una posterior realizacion de la invencion se usa un propulsor mayor que esta optimizado para la propulsion aerea. Tal dispositivo podna ser usado para aviones y compartir las mismas caractensticas de resistencia al agua que el impulsor.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un impulsor electrico sumergible que comprende:

un conjunto (1) del estator con un estator (15), unos bobinados electricos (35), unos rodamientos (16), y una base (25);

un conjunto (26) del rotor con un eje (24) que se extiende a traves del conjunto del estator que esta conectado de forma co-rotatoria a una pluralidad de imanes (28) dispuestos alrededor del estator, que estan impulsados por las fuerzas magneticas del estator (15) y los bobinados (35);

un propulsor (2) con un buje central (21) que rodea y esta conectado de forma co-rotatoria al conjunto del rotor y con una pluralidad de palas (7) del propulsor angularmente separadas que se extienden desde dicho buje central;

un cono de ojiva (3) que esta conectado con el conjunto del estator;

una boquilla (5) que esta conectada al conjunto del estator y proporciona una entrada y una salida para el flujo de agua;

un cono de exhaustacion (22) que esta conectado a la boquilla y a al menos una camara que contiene al menos el estator (15) y los bobinados (35);

el eje (24) del conjunto (26) del rotor es rotable con relacion al estator (15);

la pluralidad de imanes (28) del conjunto (26) del rotor estan dispuestos radialmente hacia afuera de los bobinados electricos (35) del conjunto (1) del estator para de este modo rotar alrededor de los bobinados (35) cuando son impulsados por las fuerzas electromagneticas proporcionadas por el estator (15) y los bobinados (35); y

caracterizado por que el estator (15) y los bobinados (35) tienen un revestimiento protector que cubre completamente el estator (15) y los bobinados (35) que impide el contacto con el agua cuando la al menos una camara del impulsor es inundada con agua debido a que el impulsor esta sumergido.

2. El impulsor de la reivindicacion 1 que ademas comprende una unidad de electronica (4) conectada entre el conjunto (1) del estator y el cono de ojiva (3) con un controlador (33) del motor que esta sellado contra el agua.

3. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que ademas comprende una pluralidad de brazos de soporte (6) que conectan el conjunto (1) del estator a la boquilla (5).

4. El impulsor de la reivindicacion 3 que ademas comprende una pluralidad de entrantes (19) en la boquilla (5) en los que estan dispuestos los extremos de los brazos de soporte (6) que conectan el conjunto (1) del estator a la boquilla (5).

5. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1-4 que ademas comprende una pluralidad de brazos de soporte (36) que conectan la boquilla (5) con el cono de exhaustacion (22).

6. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1-5 que ademas comprende un cable electrico exterior que se extiende a traves de un agujero (13) del alambre incluido en el cono de ojiva y proporciona unas conexiones electricas para alimentar y controlar el impulsor.

7. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1-6 que ademas comprende un diodo emisor de luz y la electronica asociada (42) dispuestos en un cono de ojiva (3) que es translucido o transparente.

8. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1-7 que ademas comprende un sensor de camara y la electronica asociada dispuestos en un cono de ojiva (3) que es transparente.

9. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 que ademas comprende un saliente (9) que se extiende desde la boquilla (5) proporcionando una superficie de montaje plana y unos agujeros (10) con rosca para union.

10. El impulsor de la reivindicacion 9 que ademas comprende un soporte de montaje (29) con dos conjuntos de agujeros para permitir un accesorio a la boquilla (5) y un conjunto de agujeros de montaje para permitir un accesorio al vehfculo.

11. El impulsor de la reivindicacion 9 en donde el soporte (29) esta orientado con los agujeros de montaje en cada lado del impulsor o en la parte frontal y detras del impulsor.

12. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1-11 en donde el cono de ojiva (3) mejora el rendimiento del impulsor.

13. El impulsor de cualquiera de las reivindicaciones 1-12 en donde el cono de exhaustacion (22) mejora el rendimiento del impulsor.

14. El impulsor de la reivindicacion 5, caracterizado por que:

la pluralidad de brazos de soporte (6) que conectan el conjunto (1) del estator a la boquilla (5) estan dispuestos aguas arriba del propulsor (2) y tienen una forma de aleta hidrodinamica que facilita un bajo arrastre; y la pluralidad de brazos de soporte (36) que conectan la boquilla con el cono de exhaustacion (22) estan dispuestos aguas abajo del propulsor y tienen una forma para minimizar el arrastre hidrodinamico.

15. El impulsor de cualquier reivindicacion anterior, caracterizado por que:

la boquilla (5) es una boquilla anular que tiene un diametro interior mayor que el diametro circunscrito por las puntas de las palas (7) del propulsor, en donde la boquilla anular (5) tiene una forma de aleta hidrodinamica disenada para acelerar la velocidad del agua y reducir los vortices en la punta del propulsor cuando el agua es arrastrada pasado el propulsor (2);

el conjunto (1) del estator esta situado centralmente dentro de la boquilla anular con la base (25) como un punto de union para otras piezas del impulsor, comprendiendo ademas el conjunto (1) del estator un tubo de rodamiento (38) que soporta el estator (1) y contiene los rodamientos (16), en donde el tubo de rodamiento y la base estan formados como un miembro unitario; y

el conjunto (26) del rotor que ademas comprende un anillo de hierro (23), y los imanes (28) estan montados dentro del anillo (23), en donde el anillo de hierro actua para contener y enfocar el flujo magnetico de los imanes y el flujo magnetico del estator (15) y de los bobinados cuando estan en uso.