[发明专利]使用磁致伸缩动力元件的线性致动器

说明书

技术领域

本发明基本上涉及线性致动器领域。更确切地，本发明涉及利用磁致伸缩元件来产生线性运动的线性致动器。

背景技术

线性致动器在与钻穿地球地表的钻井有关的装置中有广泛的应用。例如，这种致动器在本领域中已知用来操作井下安全阀或其他阀。这种致动器在本领域中也已知用来打开和关闭测井装置上的推靠臂(back up arms)或推靠板(pad)，或者致动特定钻井设备(比如旋转可控定向钻探系统)中的转向装置。

不考虑特定的用途，与井筒装置有关地被使用的线性致动器一般有两种类型。一种类型包括驱动螺杆或蜗轮的电机。螺杆或蜗轮连接到球状螺母。螺杆的旋转转变成球状螺母的线性运动。参见，例如，授予Walton的美国专利No.6898994。

广泛使用的另一种类型的致动器是液压的。通常，电机驱动液压泵，来自泵(其可存储在蓄液器或类似的储液器中)的压力选择性地施加到设置在汽缸中的活塞的一侧或另一侧。作用在活塞上的加压的液压流体的力使活塞沿着汽缸移动。参见，例如，授予Thorp的美国专利No.5673763并且目前属于本发明的受让人。

电线性驱动器在本领域是已知的。参见，例如授予Weber的美国专利No.6100609。许多电线性致动器基于类似于上面提及的电机/滚珠丝杠组合的原理操作。通常这种电机和减速齿轮的组合对于致动器产生操作井筒装置所需的力是必要的。在缺少减速齿轮时本领域已知的直线电机通常不能产生这种力。

最近，磁致伸缩元件已经用来制造线性致动器。参见，例如，Won-JongKim等的“Extended-Range Linear Magnetostrictive Motor with Double-SidedThree-Phase Stator”，IEEE Transactions on Industry Application vol.38，no.3(五月/六月2002)。在前公开中所述的致动器对于动力产生元件使用磁致伸缩材料，比如一种以商标ETREMA TERFENOL-D售出的材料，其为Edge Technologies，Inc.，Ames，IA的注册商标。磁致伸缩元件为设置在两个紧密配合的电枢(armature)之间的矩形厚片。电枢受到由多相交流电产生的磁场的影响，从而磁场以类似于电感应电机的方式“移动”。磁场交替地致使部分磁致伸缩元件的磁致伸缩和其随之产生的正交于磁致伸缩的延长产生，而磁致伸缩元件的其他部分保持紧密地夹持在电枢以内。固定电枢与磁致伸缩元件的未压缩部分之间的摩擦提供了对抗载荷移动磁致伸缩元件的延长部分所需的反作用力，使得载荷移动。通过使磁场沿着电枢“移动”，磁致伸缩元件经历蠕动或“尺蠖”状的运动，从而使载荷移动。

因为其形状的原因，在前的线性致动器已经难以适用于井筒装置。

在Bryon D.J.Snodgrass的Precision moves with magnetostriction，MachineDesign.com(2004年11月18日)中披露了使用磁致伸缩材料的另一种类型的线性致动器。在前的致动器不具有任何用于补偿移动元件的热膨胀或磨损的机制。

仍然需要适于与井筒装置结合使用的改进的线性致动器。

发明内容

本发明的一个方面是线性致动器。根据本发明的该方面的线性致动器包括设置在外壳中的基本上圆柱形的磁致伸缩元件。承转器(retainer)协作地与外壳和磁致伸缩元件的外部相接合，从而磁致伸缩元件的松弛部分摩擦地保持在承转器中。致动器杆摩擦地连接到磁致伸缩元件的一个纵向端。偏置装置设置在外壳与承转器之间，以使承转器保持横向压缩。致动器包括布置成感应磁致伸缩元件中的蠕动的磁体。

根据本发明另一方面的用于操作井筒装置的方法包括：向包围基本上圆柱形的磁致伸缩元件的承转器施加径向向内的偏置力，以保持承转器与磁致伸缩元件的松弛部分之间的摩擦接触。磁场被施加到磁致伸缩元件，以使得磁致伸缩元件中发生蠕动。在磁致伸缩元件的纵向端处的蠕动然后转移到井筒装置的操作元件。

通过以下说明和所附的权利要求，本发明的其他方面和优点将显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性线性致动器的剖开图。

图2是图1所示示例性致动器的横截面图。

图3表示用来操作图1所示致动器的电源的一个例子。

图4表示使用根据本发明的致动器的钢缆输送的地层流体测试仪器的例子。