电致动器制造技术

一种电致动器，其用于驱动阀门元件以控制流体的流动。电致动器包括具有密封腔体的外壳元件、与阀门元件机械耦合的齿轮箱、与齿轮箱机械耦合的马达及电子模组。电子模组用于控制马达的旋转。密封腔体充满绝缘液体，马达、齿轮箱及电子模组设置于密封腔体内并浸入绝缘液体中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子
，特别涉及一种电致动器。
技术介绍
目前，大部分的石油和天然气开采是在深度为1000米的近海海域进行。由于渐增的能源需求，近海油气开采正移进更深水域，例如3000米的海底。在目前的海底油气开发中，电致动器中的功率电子部件设置于容器内。为了确保容器的内部压力大致等于1个标准大气压的海水压力，也即为了使得该等功率电子部件在上述较小的内部压力条件下通电工作，容器的壁厚需要增大以抵抗很大的内外压力差。然而容器的壁厚增大将导致电致动器的散热性能很差，可能导致该等功率电子部件损坏，因而降低了电致动器的可靠性。另外，外壳元件的壁厚增大还会导致电致动器的体积变得庞大以及重量增加，这对于电致动器安装于海底是不利的。另外，容器上需要设置穿透器(英文名称为：penetrator)以供外部电源传输线及信号传输线穿过并进入到容器内部，从而分别实现对电致动器的供电和控制。为了实现容器的内部空间与海洋环境的隔离，需要对穿透器进行密封，在一种非限定的示例中，可通过密封胶来实现对穿透器的密封。由于容器的内外压力差很大，上述较大的内外压力差作用于密封胶上，容易导致密封胶损坏，因而增大了对穿透器进行密封的难度。
技术实现思路
现在归纳本专利技术的一个或多个方面以便于本专利技术的基本理解，其中该归纳并不是本专利技术的扩展性纵览，且并非旨在标识本专利技术的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本专利技术的一些概念。本专利技术的一个方面，在于提供一种电致动器，其用于驱动阀门元件以控制流体的流动，该电致动器包括：具有密封腔体的外壳元件；齿轮箱，其与阀门元件机械耦合；马达，其与齿轮箱机械耦合；及电子模组，其用于控制马达的旋转；其中，该密封腔体充满绝缘液体，该马达、齿轮箱及电子模组设置于密封腔体内并浸入绝缘液体中。较佳地，在上述电致动器中，该绝缘液体用于将电致动器通电工作时产生的热量导向海水。较佳地，在上述电致动器中，该电致动器还包括柔性单元，该柔性单元通过外壳元件上开设的开口与密封腔体流体相通；当外壳元件的外部压力与内部压力之间的压力差大于预定压力差时，柔性单元的体积减小，使得绝缘液体从柔性单元进入密封腔体。本专利技术的另一个方面，在于提供一种电致动器，其包括：具有密封腔体的外壳元件；及电子模组，其用于控制马达的旋转；其中，该密封腔体充满绝缘液体，该电子模组设置于密封腔体内并浸入绝缘液体中。本专利技术实施方式提供的电致动器，当外壳元件的外部压力和内部压力之间具有压力差时，可以通过补偿绝缘液体的体积变化的方式，使得外壳元件的内外压力达到平衡；一个方面，由于外壳元件的内外压力差相对于现有技术较小，外壳元件的壁厚可以较小，因此电致动器的体积较小、重量变轻、散热较好。另外一个方面，由于外壳元件的内外压力差较小，因此降低了穿透器密封的难度。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施方式进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1为本专利技术第一种实施方式的电致动器的示意图。图2为本专利技术第一种实施方式的电致动器的局部示意图。图3为本专利技术第二种实施方式的电致动器的局部示意图。图4为本专利技术第一种实施方式的电致动器的电路图。图5为本专利技术一种实施方式的功率变换器的电路图。图6为本专利技术一种实施方式中半导体开关封装结构的示意图。图7为本专利技术第二种实施方式的电致动器的电路图。图8为本专利技术第二种实施方式的电致动器的示意图。具体实施方式以下将描述本专利技术的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本专利技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的
技术实现思路
的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。请参阅图1，其为本专利技术第一种实施方式的电致动器200的示意图。电致动器200与阀门元件900机械耦合，电致动器200用于驱动阀门元件900以控制流体的流动。在一些实施例中，电致动器200应用于海底采油树系统(英文名称为：subsea X-tree system，图未示)中，电致动器200用于驱动阀门元件900以控制管道902中流体(例如石油、天然气等)的流动。作为一个非限定的例子，阀门元件900可包括本领域中已知用于控制流动路径中流体流动的闸阀(gate valve)、球阀(ball valve)或其它阀门元件。电致动器200包括外壳元件202、电子模组204、马达205及齿轮箱206。作为一个非限定的例子，外壳元件202由不锈钢或复合材料制成，复合材料可以例如是碳纤维。齿轮箱206与阀门元件900机械耦合，马达205与齿轮箱206机械耦合，电子模组204与马达205电性耦合。电致动器200还包括穿透器240、电源接口250及信号接口260。穿透器240设置于外壳元件202上，电源接口250穿过穿透器240延伸到密封腔体212内，以与电子模组204电性耦合。信号接口260穿过穿透器240延伸到密封腔体212内，以与电子模组204电性耦合。在此需要说明的是，图1仅介绍电致动器200的结构，后续图4及图5中将具体描述电致动器200的电路工作原理。外壳元件202具有密封腔体212。密封腔体212充满绝缘液体90，电子模组204、马达205及齿轮箱206设置于密封腔体212内并浸入绝缘液体90中。绝缘液体90用于实现电绝缘及冷却的功能。在一个非限定的示例中，绝缘液体90包括但不限于硅油、矿物油(mineral oils)、合成油(synthetic oils)及有机脂(organic esters)。绝缘液体90用于将电致动器200通电工作时产生的热量导向海水。在其他的实施例中，仅有电子模组204设置于密封腔体212内并浸入绝缘液体90中，齿轮箱206和马达205均未设置于密封腔体212内；此时电子模组204可通过额外的接口穿过穿透器240以与位于密封腔体212外部的马达205电性耦合。在图1所示本实施例中，当外壳元件202的内外压力差发生变化时，外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电致动器，其用于驱动阀门元件以控制流体的流动，该电致动器包括：具有密封腔体的外壳元件；齿轮箱，其与阀门元件机械耦合；马达，其与齿轮箱机械耦合；及电子模组，其用于控制马达的旋转；其中，该密封腔体充满绝缘液体，该马达、齿轮箱及电子模组设置于密封腔体内并浸入绝缘液体中。

【技术特征摘要】
1.一种电致动器，其用于驱动阀门元件以控制流体的流动，该电致动器包括：具有密封腔体的外壳元件；齿轮箱，其与阀门元件机械耦合；马达，其与齿轮箱机械耦合；及电子模组，其用于控制马达的旋转；其中，该密封腔体充满绝缘液体，该马达、齿轮箱及电子模组设置于密封腔体内并浸入绝缘液体中。2.如权利要求1所述的电致动器，其特征在于：该电子模组用于在预定压力下通电工作，该预定压力差大致等于外壳元件的外部压力。3.如权利要求2所述的电致动器，其特征在于：该电子模组包括功率变换器，该功率变换器用于提供可变频率、可变幅值的交流电能至马达。4.如权利要求3所述的电致动器，其特征在于：该电致动器还包括设置于密封腔体内的传感器模组，该传感器模组用于提供与阀门元件相关联的位置反馈信号；该电子模组还包括控制器，该控制器用于根据该位置反馈信号控制功率变换器的运作，使得阀门元件移动至期望位置。5.如权利要求4所述的电致动器，其特征在于：该传感器模组还用于侦测绝缘液体的温度，该控制器还用于在侦测温度大于阈值温度时控制功率变换器输出减小的交流电能。6.如权利要求1所述的电致动器，其特征在于：当外壳元件的内外压力差发生变化时，该外壳元件的体积被改变以用于补偿绝缘液体的体积变化，使得外壳元件的内外压力保持平衡。7.如权利要求6所述的电致动器，其特征在于：该电致动器还包括设置于外壳元件上的柔性件，当外壳元件的内外压力差大于预定压力差时，该柔性件发生形变以减小外壳元件的体积；或者该电致动器还包括柔性单元，该柔性单元通过外壳元件上开设的开口与密封腔体流体相通，当外壳元件的内外压力差大于预定压力差时，该柔
\t性单元的体积减小，使得绝缘液体从柔性单元进入密封腔体。8.如权利要求1所述的电致动器，其特征在于，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：许飞，朱鹏程，高金萍，郝欣，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US