Управление и переключение бесщеточного электродвигателя

Предложено переключающее устройство, приводящее в действие бесщеточный электродвигатель, имеющий статор, оснащенный множеством обмоток, и ротор. Переключающее устройство содержит вращательный вал переключателя, два или больше проводящих кольца, разнесенные по отдельности относительно вала, и два или больше проводящих сегмента, разнесенные по отдельности относительно вала в ступенчатых положениях вдоль или около плоскости, перпендикулярно пересекающей вал. Каждый проводящий сегмент электрически соединен с одним из проводящих колец. Два или больше электрических контакта источника обеспечены для вращательного соединения источника электропитания параллельно парам проводящих колец. Множество электрических контактов нагрузки дополнительно обеспечено для последовательного вращательного соединения проводящих сегментов с отдельными катушками бесщеточного электродвигателя. В конкретных вариантах осуществления переключающего устройства магнитное соединение используют для вращательного соединения вала переключателя с ротором бесщеточного электродвигателя, и обеспечен выдерживающий давление контейнер для вращательного поддерживания вала переключателя и соединения в нем. 014402 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к устройству и способам управления и переключения бесщеточного электродвигателя, более конкретно к такому переключению и управлению в условиях эксплуатации скважины. Уровень техники Электрические двигатели представляют основные средства, с помощью которых электрическую энергию преобразуют в механическую энергию. В промышленных применениях электрические двигатели различаются по размеру и номинальной мощности. В настоящее время имеется несколько различных типов электродвигателей в промышленном применении. Однако их можно сгруппировать в две основные категории, а именно щеточные и бесщеточные. Бесщеточные электродвигатели в общем выполняют из статора со статорной обмоткой и ротора. Ротор можно выполнять только из слоистого материала, как это имеет место с переключаемыми реактивными и синхронными реактивными электродвигателями. Их можно выполнять из вала с магнитами, установленными в различных конфигурациях, как в бесщеточных электродвигателях, или можно использовать синхронные электродвигатели с постоянным магнитом. Или, в общем случае, ротор может быть комбинацией всех вышеупомянутых технологий. Общим во всех этих технологиях является необходимость во входном напряжении с регулируемым значением и частотой для управления. Как правило, для этой задачи используют трехфазный инвертор и электронное переключение напряжения постоянного тока для обеспечения регулируемого напряжения и частоты. В идеальном случае, использование щеточного электродвигателя постоянного тока устранило бы необходимость использования трехфазного инвертора в каком-либо применении, особенно, в которых уже имеется снабжение регулируемым напряжением постоянного тока. В применениях управления скоростью использование щеточного электродвигателя постоянного тока также устранило бы необходимость в сложном определении положения ротора. В других случаях нужно лишь регулируемое напряжение постоянного тока для управления электродвигателем, которое уменьшит количество электроники и таким образом увеличит эффективность и уменьшит стоимость. Однако в применениях скважины использование щеточных электродвигателей постоянного тока просто невозможно из-за трудности в размещении двигателя в атмосфере и применении вращающегося уплотнения, которое может противостоять полному перепаду давления и двигательному моменту. Можно магнитно соединять вращающий момент вала щеточного электродвигателя постоянного тока, но это в общем очень неэффективно. Размещение электродвигателя в масле также будет невозможно из-за щеток,а сегменты переключателя на роторе должны находиться в контакте, чтобы проводить электрический ток. Присутствие масляной пленки между этими двумя контактами препятствует соответствующей проводимости тока и таким образом препятствует созданию вращающего момента. Однако использование бесщеточных электродвигателей имеет некоторые ограничения. Конкретные трудности применения бесщеточных двигателей в скважине относятся к обычному использованию электроприводов с электронным управлением для переключения и управления такими электродвигателями. Одним из основных вкладов в стоимость разработки устройства может быть разработка такого электронного управления. Это особенно верно в разработке скважинного устройства, где агрессивные условия окружающей среды ограничивают применение коммерчески доступной электроники. Таким образом,желательно - по меньшей мере, для некоторых применений - уменьшать или устранять требования к электронике преобразования мощности в управлении и переключении бесщеточных электродвигателей. Патенты США 6239531 McGaughey и 6667564 Tanh M. Bui и другие оба представляют решения механических переключателей, имеющих применение в бесщеточных электродвигателях. Патент'564 относится к интегрированной системе двигателя/переключателя, которая зависит от конкретного кулачка синхронизации и проводящих полюсов. Патент '531 относится к другой интегрированной системе двигателя/переключателя, которая отличается гибким проводящим кольцом. Публикация патентаWO 01/50578A1 Pengov также описывает механический переключатель, но переключатель, который ограничен приведением в действие переключаемого реактивного синхронного электродвигателя. Поэтому существует необходимость в механической системе переключателя для бесщеточного электродвигателя, который является адаптивным для применений в скважинах. Например, существует необходимость в такой системе переключателя, которая обеспечивает возможность физического разделения переключателя от ведомого электродвигателя, например, используя магнитные сцепления, чтобы обеспечивать возможность управлять переключателем и электродвигателем в отдельных камерах или состояниях. Сущность изобретения К вышеописанным потребностям, проблемам и недостаткам в технике, а также к другим ситуациям относится настоящее изобретение в его различных аспектах и вариантах осуществления. В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает переключающее устройство для бесщеточного электродвигателя,имеющего статор, оснащенный множеством обмоток, и ротор, оснащенный сборкой постоянного магнита. Переключающее устройство содержит вращательный вал переключателя, два или больше проводящих кольца, которые разнесены по отдельности относительно вала, и два или больше переключающих сегмента, которые разнесены по отдельности относительно вала в ступенчатых положениях вдоль или-1 014402 около плоскости, перпендикулярно пересекающей вал. Каждый проводящий сегмент электрически соединен с одним из проводящих колец. Два или больше электрических контакта источника обеспечены для вращательного соединения источника электропитания параллельно парам проводящих колец. Множество электрических контактов нагрузки дополнительно обеспечено для последовательного вращательного соединения проводящих сегментов с отдельными катушками бесщеточного электродвигателя. Должно быть понятно, что обладающее признаками изобретения переключающее устройство можно использовать для преимущества с любым бесщеточным электродвигателем, таким как индукционного типа, синхронного реактивного типа и т.д. В конкретных вариантах осуществления переключающего устройства используют соединение для вращательного соединения вала переключателя с ротором бесщеточного электродвигателя. Соединение может содержать магнитный элемент соединения, размещенный на валу переключателя, который дополняется магнитным элементом соединения, размещенным на роторе бесщеточного электродвигателя. В конкретных вариантах осуществления переключающего устройства обеспечен контейнер для вращательного поддерживания вала переключателя и соединения в нем. Контейнер может быть выполнен с возможностью выдерживать давление текучей среды скважины внутри ствола скважины, проникающей через подземную толщу пород. Дополнительно, контейнер может обеспечивать средство для размещения электрических контактов источника и нагрузки. Таким образом, электрические контакты источника можно выполнять внутри контейнера относительно вала переключателя для того, чтобы устанавливать непрерывные электрические соединения с соответствующими проводящими кольцами. Точно также электрические контакты нагрузки можно выполнять внутри контейнера относительно вала переключателя для того, чтобы устанавливать ступенчатые электрические соединения с соответствующими проводящими сегментами вдоль или около плоскости. И электрические контакты источника, и электрические контакты нагрузки могут содержать подпружиненные щетки. Количество электрических контактов не ограничено количеством полюсов бесщеточного электродвигателя. В конкретных вариантах осуществления бесщеточный электродвигатель может быть двухполюсным электродвигателем, имеющим переключающее устройство с двумя проводящими сегментами. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут также подходить другие конфигурации, чтобы устанавливать желаемые вращающиеся электрические контакты, в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, патентоспособное переключающее устройство можно оснащать различными количествами проводящих сегментов в зависимости от переменных, таких как доступное пространство в устройстве или системе. Например, хотя можно с успехом использовать четыре проводящих сегмента для четырехполюсного электродвигателя, в конкретном варианте осуществления можно использовать двенадцать проводящих сегментов для четырехполюсного электродвигателя из-за ничего иного, как ограничения размеров. Переключающее устройство может содержать два проводящих кольца, которые разнесены по отдельности относительно вала переключателя, и два проводящих сегмента, которые разнесены по отдельности относительно вала переключателя в ступенчатых положениях вдоль или около плоскости, перпендикулярно пересекающей вал переключателя. Каждый проводящий сегмент электрически соединен с одним из проводящих колец. Два электрических контакта источника используют для вращательного соединения источника электропитания параллельно проводящим кольцам. Шесть электрических контактов нагрузки используют для последовательного вращательного подсоединения двух проводящих сегментов к двум отдельным катушкам бесщеточного электродвигателя. Посредством дополнительного примера в других вариантах осуществления, в переключающем устройстве можно использовать пять проводящих колец, которые разнесены по отдельности относительно вала переключателя, и четыре набора из четырех проводящих сегментов, которые разнесены по отдельности относительно вала переключателя в ступенчатых положениях вдоль или около четырех соответствующих плоскостей, перпендикулярно пересекающих вал переключателя. Каждый проводящий сегмент электрически соединен с одним из проводящих колец. Двенадцать электрических контактов источника можно использовать для вращательного соединения источника электропитания параллельно парам проводящих колец, и двенадцать электрических контактов нагрузки можно использовать для последовательного вращательного подсоединения пар проводящих сегментов к двум или больше отдельным катушкам бесщеточного электродвигателя. В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает коммутированную сборку электродвигателя постоянного тока, содержащую бесщеточный электродвигатель, имеющий статор, оснащенный множеством обмоток, и ротор, оснащенный сборкой постоянного магнита. Вал переключателя выполнен вращательно в осевом выравнивании с ротором. Два или больше проводящих кольца разнесены по отдельности относительно вала переключателя, и два или больше проводящих сегмента разнесены по отдельности относительно вала переключателя в ступенчатых положениях вдоль или около плоскости, перпендикулярно пересекающей вал. Каждый проводящий сегмент электрически соединен с одним из проводящих колец. Два или больше электрических контакта источника используют для вращательного соединения источника электропитания параллельно парам проводящих колец. Множество электрических контактов нагрузки используют для последовательного вращательного подсоединения проводящих сегментов к-2 014402 отдельным катушкам бесщеточного двигателя. Дополнительно используют сборку для вращательного соединения ротора бесщеточного электродвигателя с валом переключателя. Сборка соединения может содержать дополняющие магнитные элементы соединения, размещенные соответственно на валу переключателя и ротора бесщеточного электродвигателя. Конкретные варианты осуществления коммутированной сборки электродвигателя постоянного тока дополнительно содержат контейнер для вращательного поддерживания вала переключателя и соединения в нем. Контейнер может быть выполнен с возможностью выдерживать давление текучей среды скважины внутри ствола скважины, проникающей через подземную толщу пород. Электрические контакты источника могут содержать подпружиненные щетки, которые выполнены внутри контейнера относительно вала переключателя для того, чтобы устанавливать непрерывные электрические соединения с соответствующими проводящими кольцами. Точно также электрические контакты нагрузки могут содержать подпружиненные щетки, которые выполнены внутри контейнера относительно вала переключателя для того, чтобы устанавливать ступенчатые электрические соединения с соответствующими проводящими сегментами вдоль или около плоскости. В дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ переключения бесщеточного электродвигателя, имеющего статор, оснащенный множеством обмоток, и ротор, оснащенный сборкой постоянного магнита. Способ содержит этапы применения источника тока параллельно двум или больше разнесенным по отдельности проводящим кольцам вращательного вала переключателя, с проводящими кольцами, имеющими два или больше проводящих сегмента, электрически соединенными с ним. Вал переключателя вращательно соединяют с ротором бесщеточного двигателя. Проводящие сегменты последовательно соединяют с отдельными катушками бесщеточного электродвигателя, используя вращение вала переключателя, чтобы последовательно возбуждать обмотки статора. Вал переключателя можно вращательно соединять с ротором бесщеточного электродвигателя, используя дополняющие магнитные элементы соединения. Проводящие сегменты можно последовательно соединять с отдельными катушками бесщеточного электродвигателя с помощью вращательного поддерживания вала переключателя внутри контейнера, имеющего периферийное выполнение электрических контактов нагрузки, которые электрически соединены с обмотками статора. Краткое описание чертежей Так, чтобы вышеизложенные признаки и преимущества настоящего изобретения можно было понять в подробностях, более конкретное описание изобретения, кратко полученное в итоге выше, можно использовать со ссылкой на его варианты осуществления, которые иллюстрированы в прилагаемых чертежах. Однако следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только обычные варианты осуществления этого изобретения и поэтому их нельзя рассматривать, как ограничивающие его возможности, для изобретения, которое можно признавать в других одинаково эффективных вариантах осуществления. Фиг. 1 - схематичное представление обычного щеточного электродвигателя постоянного тока. Фиг. 2 А, 2 В - схематичная иллюстрация принципа работы щеточного электродвигателя постоянного тока фиг. 1. Фиг. 3 А, 3 В - схематичная иллюстрация генерирования переменного тока в простой схеме. Фиг. 3 С, 3D иллюстрируют эквивалентные диаграммы схемы соединений для соответствующих фиг. 3 А, 3 В. фиг. 4 А-4F - последовательные схемы прохождения тока через катушечные обмотки ("обмотки") статора бесщеточного электродвигателя. Фиг. 5 - схематичное представление обычного электронного переключающего устройства, использующего инвертор. Фиг. 6 - схематичное представление обычного бесщеточного электродвигателя при использовании датчиков Холла для дополнения к электронному переключающему устройству, подобному тому, которое показано на фиг. 5. Фиг. 7 - схематичное представление одного варианта осуществления механического переключателя с использованием вала переключателя согласно настоящему изобретению. Фиг. 8 - подробный вид в перспективе проводящего кольца и проводящих сегментов переключателя, показанного на фиг. 7. Фиг. 9 - схематичное представление сборки, в которой переключатель фиг. 7 вращательно соединен с бесщеточным электродвигателем с использованием магнитного сцепления. Фиг. 10 - схема соединений сборки переключатель-двигатель фиг. 9 с проводящими кольцами и проводящими сегментами, показанная "развернутой" от вала переключателя. Фиг. 11 - вид в перспективе альтернативного вала переключателя по сравнению с валом переключателя, используемого на фиг. 7 и 9. Фиг. 12 - вид в перспективе корпуса переключателя, который дополняет вал переключателя фиг. 11. Фиг. 13 - вид в поперечном разрезе корпуса переключателя, взятом по линии 13-13 секции фиг. 12. Фиг. 14 - схематичное представление проводящих колец и проводящих сегментов вала переключателя фиг. 11, показанного "развернутым" от вала, наряду с перекрывающими положениями электриче-3 014402 ских щеток источника (электропитания) и электрических щеток нагрузки (катушки статора) корпуса переключателя фиг. 12. Подробное описание изобретения Чтобы быстрее оценить изобретение, полезно резюмировать теорию работы щеточных электродвигателей постоянного тока. Фиг. 1 показывает упрощенный чертеж, иллюстрирующий принципы работы щеточного электродвигателя постоянного тока и основные функции его компонентов. Этот упрощенный чертеж показывает два постоянных электрических контакта, таких как щетки b1 и b2, соединенные с источником тока, подающим ток ia. Щетки b1, b2 помещены против соответствующих полуцилиндрических сегментов s1 и s2 переключателя. Фиг. 1 также изображает катушечную обмотку ("обмотку"), обозначенную ссылочными позициями 1-1b-1', соединенную с сегментами s1 и s2 и помещенную в магнитное полеf, созданное постоянными магнитами, обозначенными просто как N, S. Фиг. 2 А, 2 В показывают электродвигатель фиг. 1 на последовательных видах с торцов, чтобы разъяснить работу электродвигателя. В иллюстрированном положении фиг. 2 А ток проходит от источника ia тока в щетку b1 и сегмент s1 в сторону 1 катушки и затем обратно через сторону 1' и сегмент s2 и щеткуb2. Из-за тока, проходящего в проводнике (т.е. катушке), помещенном в магнитное поле (поле f), на катушке будет создана сила. Каждая сторона катушки 1 и 1' затем образует силу, которая является противоположной силой по направлению другой стороны. Присутствие двух противостоящих сил затем создает вращающий момент Tem, который в свою очередь вызывает вращение ротора R, как обозначено ссылочной позицией m. Фиг. 2 В иллюстрирует поворот ротора R в новое состояние, следующее от положительного тока,текущего в стороне 1 слева (как видно на фиг. 2 А), и соответствующий вращающий момент прикладывается к ротору. Таким образом, сторона 1' (справа на фиг. 2 А) находится теперь слева на фиг. 2 В и несет положительный ток. Таким образом, щетки b1 и b2 действуют в качестве средства переброса тока в надлежащей обмотке (т.е. стороны 1, 1' катушки). Фиг. 3 А, 3 В показывают пример применения щеток для генерации переменного тока в простой нагрузке R-L. Эти чертежи служат дополнением к вышеизложенному действию бесщеточного электродвигателя, чтобы быстрее завершить понимание читателем изобретения. Фиг. 3 А показывает два полукруглых сегмента 10, 12, имеющих маленькие изолирующие слои 11 между ними. Верхушка (внешняя поверхность) каждого из сегментов 10, 12 является проводящей. Неподвижные щетки 14, 16, 18, 20 располагаются в определенном порядке вокруг сегментов. На фиг. 3 С показана эквивалентная схема системы фиг. 3 А, на которой нагрузка R-L и источник электропитания соединены в определенной конфигурации в зависимости от щеток и их контакта с проводящими поверхностями сегментов. Если полукруглые сегменты 10, 12 повернуть на 90, как показано на фиг. 3 В, то будет создана другая эквивалентная схема(см. фиг. 3D). Поэтому геометрия щеток, объединенных с вращением сегментов, действует в качестве средства переключения для цепи. Средство вращения сегментов в этом случае не существенно для объяснения. Поскольку это является простой нагрузкой R-L, необходимо применять вращение, используя внешнее средство. Фиг. 4A-4F представляют схемы прохождения тока, требуемого для генерации непрерывного вращающего момента в обычном бесщеточном электродвигателе постоянного тока, представленном катушечными обмотками ("обмотками") А, В, C статора. Можно заметить, что в каждый момент времени ток будет течь между двумя полюсами или в двух фазах (обмотках), сопровождаемый последовательностью текущих событий переключений, чтобы возбуждать различные пары полюсов/фаз. Таким образом, последовательность переключений от фиг. 4 А до фиг. 4F развивается, чтобы возбуждать пары обмотки статора следующим образом: АС, АВ, СВ, СА, ВА, ВС. Если ток будет течь последовательно в этих моделях, вращающий момент будет непрерывно генерироваться в электродвигателе и будет происходить непрерывное вращение ротора электродвигателя. Это выборочное переключение текущего потока обычно достигают, используя электронный инвертор, как показано схематично на фиг. 5, где используют датчики Холла, обозначенные как Холл А, Холл В, Холл С, чтобы указать начало и конец каждых из шести путей движения тока, показанных на фиг. 4 А 4F. Контроллер посылает надлежащие сигналы драйверу IGBT (Биполярный транзистор с изолированным затвором) для подключения соответствующих фаз А, В, С статора к каналу постоянного тока, таким образом вызывая ток в желаемые фазы. Фиг. 6 является схематичным представлением обычного бесщеточного электродвигателя М, имеющего три обмотки SC статора, распределенные относительно вращательного ротора R. Ротор приводит в действие магниты HSM датчика Холла в/через положения, которые воспринимаются датчиками Холла(А, В, С) электронного переключения подобно тому, как показано на фиг. 5. Настоящее изобретение стремится устранить необходимость в такой электронной трехфазной инверсии. Это возможно в применениях, требующих постоянной скорости, или в которых скорость можно изменять, просто изменяя входное напряжение постоянного тока. Фиг. 7 является схематичным представлением одного варианта осуществления механического переключателя 710, также известного как переключающее устройство, согласно настоящему изобретению.-4 014402 Переключающее устройство 710 содержит вал 712 переключателя, выполненный для вращения внутри корпуса или контейнера 714, выполненного с возможностью выдерживать давления и температуры применений скважины. Такой контейнер можно наполнять воздухом (в противоположность маслу, например), как часть скважинного инструмента, в котором используют бесщеточный электродвигатель. Вал 712 поддерживается сборкой подшипников, обозначенной ссылочной позицией 716, которая включает в себя радиальные и/или упорные подшипники, которые являются общеизвестными в технике. Элемент соединения, в частности элемент 740 сборки магнитного соединения, размещен на валу 712 переключателя для вращательного соединения вала переключателя с ротором ведомого бесщеточного электродвигателя (на фиг. 7 не показан). Таким образом, можно использовать магнитный элемент 740 соединения, чтобы он дополнял соответствующий магнитный элемент соединения, который размещен на роторе бесщеточного электродвигателя, способом, который описан ниже. Должно быть понятно, что элемент 740 может быть подобным или идентичным элементу, предварительно используемому для датчика Холла (см. магнит HSM датчика Холла на фиг. 6). Обращаясь теперь к фиг. 7 и 8, отметим, что две или больше проводящие полоски или кольца 718 разнесены по отдельности относительно вала 712 так, что нет никакого электрического контакта между проводящими кольцами 718. Таким образом, изолирующий материал (см. секцию 719 материала на фиг. 8) можно располагать между кольцами 718, или внешняя поверхность вала 712 может быть непроводящей, как известно в технике. Должно быть понятно, что проводящие кольца можно осуществлять в различных количествах и с различными проводящими рисунками (другие конфигурации полосок описаны ниже), чтобы предусматривать механическое переключение бесщеточного электродвигателя согласно настоящему изобретению. Два проводящих сегмента 720 разнесены по отдельности относительно вала 712 в ступенчатых положениях на 180 вдоль или около плоскости (см. плоскость Р на фиг. 7), перпендикулярно пересекающей вал 712. Каждый проводящий сегмент 720 электрически соединен с одним из проводящих колец 718. Два или больше электрических контактов источника, в частности щетки 722, обеспечены для вращательного соединения источника PS электропитания (например, блока батареек или другого источника) параллельно паре проводящих колец 720. Выводы 726 продолжаются от источника электропитания к съемникам 724, выполненным на внешней поверхности контейнера 714. Выводы 727 продолжаются от съемников 724 к щеткам 722, которые подпружинены пружинами 728 для обеспечения контакта между щетками 722 и проводящими кольцами 718. Обращаясь теперь к фиг. 7 и 10, отметим, что множество электрических контактов нагрузки, в частности шесть щеток 730 (на фиг. 7 показаны только две), дополнительно обеспечены для последовательного вращательного соединения проводящих сегментов 720 с отдельными обмотками SC статора (отдельно указанными как А, В, С на фиг. 10) ведомого бесщеточного электродвигателя 900. Выводы 732 продолжаются от съемников 734, выполненных на внешней поверхности контейнера 714, к обмоткам SC статора. Выводы 736 продолжаются от съемников 734 к щеткам 730, которые подпружинены пружинами 738 для обеспечения контакта между щетками 730 и проводящими сегментами 720. Таким образом, каждый проводящий сегмент 720 соединен с соответствующим полюсом (+ или -) источника PS электропитания через контейнер 714 и систему выводов, съемников и щеток. Контейнер 714 обеспечивает средство для размещения электрического источника и щеток 722, 730 нагрузки. Таким образом, конкретно обращаясь к фиг. 10 (описанной дополнительно ниже), отметим, что в любой момент времени две из щеток 730 нагрузки соединены с двумя проводящими сегментами 720, таким образом выборочно соединяя полюсы источника электропитания с конкретными обмотками SC статора ведомого бесщеточного электродвигателя. Фиг. 9 является схематичным представлением сборки, в которой переключатель 710 фиг. 7 вращательно соединен с бесщеточным электродвигателем 900 с использованием сборки 902 магнитного соединения. В одном варианте осуществления переключатель 710 использует вращательное кольцо/сегмент и сборку щеток, которая изолирована в воздушной среде внутри контейнера 714, как описано выше. Бесщеточный электродвигатель 900 имеет статор 910, оснащенный множеством обмоток SC, и ротор 912,оснащенный сборкой постоянного магнита (обозначенного полюсами N, S (север, юг. Вал 712 переключателя вращательно опирается на контейнер 714 в осевом выравнивании с ротором 912 и вал 920,соединенный с ротором. Сборка 902 магнитного соединения вращательно соединяет вал 920 ротора бесщеточного электродвигателя с валом 712 переключателя. Сборка 902 соединения может содержать дополняющие магнитные элементы 740, 940 соединения (см. противостоящие полюса N, S), опирающиеся соответственно на вал 712 переключателя и вал 920 ротора. Однако должно быть понятно, что щетки и вращающуюся сборку кольца/сегмента переключателя 710 можно иначе располагать в обычном контейнере с электродвигателем 900, и в этом случае вал 712 переключателя можно механически соединять с валом 920 ротора без необходимости в магнитном соединении. Фиг. 10, которая была кратко описана выше, является схемой соединений сборки переключательдвигатель фиг. 9, с проводящими кольцами 718 и проводящими сегментами 720, показанными "развернутыми" от вала 712 переключателя. В показанном положении положительный полюс источника PS элек-5 014402 тропитания соединен с конкретным проводящим кольцом 718 а через конкретный съемник 724 а. Проводящий сегмент 720 а, продолжающийся от кольца 718 а, соединен с выводом с-с из-за сегмента 720 а, выровненного со щеткой 730 е нагрузки на одном из концов вывода с-с. Вывод с-с является одним из трех выводов (другими выводами являются а-а и b-b), которые продолжаются через стенку контейнера 714 между переключающим устройством 710 и электродвигателем 900. Выводы продолжаются через стенку контейнера таким образом (например, с герметизацией), чтобы обеспечивать характеристики поддерживающего давление контейнера 714, как известно в технике. Вывод с-с электрически соединен с обмоткой С статора, которая также соединена с обмотками А и В внутри статора 910. Обмотка А статора также соединена с выводом а-а, который заканчивается в щетке 730b на одном из ее концов. Щетка 730b выровнена с проводящим сегментом 720b, который соединен с проводящей полоской 718b. Полоска 718b в свою очередь соединена с отрицательным полюсом источника PS электропитания посредством съемника 724b. Таким образом, ток от источника PS электропитания будет течь через обмотки С и А статора, когда сегменты 720 переключателя размещены, как показано на фиг. 10. Такой неравномерно текущий ток (катушка В не возбуждена) создает вращающий момент между возбужденными обмотками С и А и ротором 912, приводя к вращению ротора 912 и соединенного вала 920. Вал 920 имеет первый конец 920 а, который соединен с магнитным элементом 940 соединения, расположенным рядом с магнитным элементом 740 соединения переключателя. Вращающий момент, приложенный к ротору 912, таким образом создает эквивалентное вращение вала 920 электродвигателя и вала 712 переключателя. Очень небольшая энергия будет потеряна при передаче вращающего момента от вала 920 электродвигателя к валу переключателя 712, поскольку компоненты с потерями ограничены потерями подшипника, трения, созданного щетками, трущимися о проводящие сегменты, и электрическими потерями в щетках. Вызванное соединением вращение вала 712 переключателя вызывает соединение проводящими сегментами 720 а, 720b другой пары щеток 730 нагрузки, таким образом возбуждая обмотки С и В и создавая дополнительный вращающий момент и вращение валов 920, 712. Этот цикл возбуждения пар обмоток статора, создания вращающего момента и вращения выходных валов повторяется непрерывно,пока проводящие кольца 718 переключателя соединены параллельно источнику PS электропитания. Поэтому переключатель 710 электрически соединяет статор 910, в то время как его магнитно (или механически) соединяет ротор 912 для выполнения функции переключения. Соответственно, обмотки статора будут возбуждаться согласно следующей последовательности: СА, СВ, АВ, АС, ВС, ВА (с первой обмоткой, соединенной с положительным полюсом, и второй обмоткой, соединенной с отрицательным полюсом источника PS электропитания). Фиг. 11 представляет вид в перспективе альтернативного вала 1112 переключателя по сравнению с валом переключателя, используемым на фиг. 7 и 9. Фиг. 12, 13 являются видами в перспективе и в разрезе вида цилиндрического корпуса переключателя 1114, который дополняет вал 1112 переключателя фиг. 11. Вал 1112 переключателя выполнен для вращения внутри контейнера 1114, который предпочтительно приспособлен для сопротивления давлениям и температурам применений скважины. Как в случае описанного выше контейнера 714, контейнер 1114 можно наполнять воздухом (в противоположность маслу, например), как часть скважинного устройства, который использует бесщеточный электродвигатель. Вал 1112 может поддерживаться сборкой подшипников (не показана), включающей в себя радиальные, и/или ударные подшипники, которые являются общеизвестными в технике. Вал можно также оснащать магнитным элементом соединения (не показан) подобным описанному выше способом для магнитного элемента 740 соединения. Контейнер 1114 дополнительно оснащен для поддерживания множеством контактов электропитания и нагрузки, в частности щетками, относительно вала 1112 (когда вал размещен внутри контейнера). Обращаясь теперь к фиг. 13, отметим, что двенадцать щеточных держателей 1301-1312 распределены относительно внутренней цилиндрической границы 1320 контейнера 1114, чтобы поместить служащие держателями щетки в физический контракт с валом 1112 переключателя. Щеточные держатели 13011312 распределены так, что четыре набора из трех щеточных держателей каждый, по меньшей мере, частично выровнен с четырьмя соответствующими изолирующими кольцами 1119 (описанными ниже). Щеточные держатели 1303, 1307, 1311 показаны на фиг. 13, как в общем выполненные в общей плоскости соответствующим плечом 1313, 1317, 1321 носителя, хотя одно плечо 1317 и его щеточный носитель 1307 немного углублены с каналом 1330 по причине, которая будет разъясняться в последующем описании. Фиг. 14 является схематичным представлением проводящих колец и проводящих сегментов вала переключателя фиг. 11, показанного "развернутым" от вала, наряду с перекрывающими положениями электрических щеток источника (энергии) и электрических щеток нагрузки (обмотки статора) корпуса переключателя фиг. 12, 13. Пять проводящих полосок или колец 1118 а-е разнесены по отдельности относительно вала 1112. Проводящие кольца разделены изолирующими кольцами 1119 так, что нет никакого электрического контакта между проводящими кольцами. Должно быть понятно, что проводящие кольца можно осуществлять в различных количествах и с различными проводящими рисунками, отличными от описанных здесь, для обеспечения механического переключения бесщеточного электродвигателя.-6 014402 Шестнадцать проводящих сегментов 1120a1-2, 1120b1-4, 1120c1-4, 1120d1-4 и 1120e1-4 разнесены по отдельности относительно вала 1112 и выполнены в ступенчатых положениях, разнесенными на 90 вдоль или около четырех соответствующих плоскостей (см. плоскости Р 1-Р 4 на фиг. 14), перпендикулярно пересекающих вал 1112. Каждый проводящий сегмент электрически соединен с одним из проводящих колец. Двенадцать электрических контактов источника, в частности щеток, обеспечены для вращательного соединения источника электропитания (не показан) параллельно парам проводящих колец. Двенадцать электрических контактов нагрузки, в частности, щеток, дополнительно обеспечены для последовательного вращательного соединения проводящих сегментов с отдельными обмотками А, В, С статора ведомого бесщеточного электродвигателя 900 (см. фиг. 10). Электрические щетки источника и щетки нагрузки выполнены для удобства и эффективности внутри контейнера 1114 в двенадцати отдельных щеточных держателях 1301-1312, как упомянуто выше. Таким образом, например, как показано, в частности, на фиг. 14, одна щетка 1305d источника выполнена со щеткой 1305 а нагрузки в щеточном держателе 1305,хотя две щетки электрически изолированы друг от друга (никакой параллельной проводимости внутри носителя). В сборке переключатель-электродвигатель фиг. 11-14 дополнительно используют выводы, съемники и т.д. подобным описанному выше способом со ссылкой на вариант осуществления фиг. 7-10 так, что каждая из двенадцати щеток нагрузки электрически соединена с одной из трех обмоток А, В, С статора электродвигателя 900 (см. фиг. 10). В любой момент времени один из проводящих сегментов 1120 х проводящих колец 1118 х располагается в контакте с одной из щеток нагрузки, таким образом выборочно соединяя выводы источника электропитания с двумя конкретными обмотками статора ведомого бесщеточного электродвигателя 900. Более конкретно, в положении переключателя, показанном на фиг. 14, каждое из проводящих колец 1118 а, 1118 с и 1118 е соединено с положительным полюсом источника электропитания (не показан), в то время как каждое проводящее кольцо 1118b и 1118d соединено с отрицательным полюсом источника электропитания. Ни один из проводящих сегментов (1120a1-2), соединенный с проводящим кольцом 1118 а, не находится в контакте ни с одной из щеток нагрузки, таким образом кольцо 1118 а не используется в этот момент для возбуждения какой-либо из обмоток статора. Проводящее кольцо 1118b имеет четыре проводящих сегмента (1120b1-4), соединенные с ним, и один из этих сегментов, сегмент 1120b1,расположен в контакте со щеткой 1309 с нагрузки. Щетка 1309 с нагрузки (наряду с другими щетками "с" нагрузки) соединена с обмоткой С статора электродвигателя 900, таким образом отрицательный полюс источника электропитания помещен в электрическое соединение с обмоткой С статора. Проводящее кольцо 1118 с имеет четыре проводящих сегмента (1120c1-4), соединенные с ним, и один из этих сегментов, сегмент 1120 с 3, помещен в контакт со щеткой 1312 а нагрузки. Щетка 1312 а нагрузки (наряду с другими щетками "а" нагрузки) соединена с обмоткой статора электродвигателя 900, таким образом положительный полюс источника электропитания помещен в электрическое соединение со обмоткой А статора. Соответственно обмотки С и А статора возбуждаются, приводя к прикладыванию вращающего момента к ротору 912 и валу 1112 переключателя через сборку магнитного сцепления (не показана), подобным описанному выше способом. Проводящие кольца 1118d имеют четыре проводящих сегмента (1120d1-4), соединенные с ними, и один из этих сегментов, сегмент 1120d3, помещен в контакт со щеткой 1303 с нагрузки. Щетка 1303 с нагрузки (подобно другим щеткам "с" нагрузки) соединена с обмоткой С статора электродвигателя 900,таким образом (также) отрицательный полюс источника электропитания помещен в электрическое соединение со обмоткой С статора. Проводящие кольца 1118 е имеют два проводящих сегмента (1120e1-2),соединенные с ними, и один из этих сегментов, сегмент 1120e1, расположен в контакте со щеткой 1306 а нагрузки. Щетка 1306 а нагрузки (подобно другой щетке "а" нагрузки) соединена с обмоткой А статора электродвигателя 900, таким образом (также) положительный полюс источника электропитания помещен в электрическое соединение с обмоткой А статора. Соответственно обмотки С и А статора дополнительно возбуждаются, прежде всего для избыточности. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в любой момент четыре из пяти проводящих колец 1118 а-е каждое будет расположено в контакте с одой или более щеток источника,чтобы соединять два из колец с положительным полюсом источника электропитания и два из колец с отрицательным полюсом источника электропитания. Проводящие сегменты, прикрепленные к четырем возбужденным проводящим кольцам, будут располагаться в контакте со щетками нагрузки, соответствующими (резервными) двумя из трех обмоток статора электродвигателя 900. Обмотки будут возбуждаться согласно следующей последовательности: АС (описанная выше), ВС, ВА, СА, СВ, АВ (с первой обмоткой, соединенной с положительным полюсом, и второй обмоткой, соединенной с отрицательным полюсом источника PS электропитания). Количество электрических контактов не ограничено количеством полюсов бесщеточного электродвигателя. Один вариант осуществления содержит двухполюсный бесщеточный электродвигатель (подобный электродвигателю 900), имеющий переключающее устройство с двумя проводящими сегментами. Однако патентоспособное переключающее устройство можно оснащать различными количествами-7 014402 проводящих сегментов, в зависимости от переменных, таких как доступное пространство в инструменте или системе. Например, хотя можно с успехом использовать четыре проводящих сегмента для четырехполюсного двигателя, в конкретном варианте осуществления можно использовать двенадцать проводящих сегментов для четырехполюсного двигателя из-за ничего иного, как ограничения размера. Другие конфигурации подходящего ведомого электродвигателя будут очевидны для специалистов в данной области техники. Кроме того, множество переключателей можно действующим образом соединять с приводом одинарного электродвигателя. Дополнительно должно быть понятно, что описанные здесь переключатель и сборка переключатель-электродвигатель имеют преимущество в многочисленных применениях в скважине, включающее в себя условия высокой температуры и давления, которые требуются для бесщеточных электродвигателей. Из предшествующего описания будет понятно, что можно выполнять различные другие модификации и изменения в предпочтительных и альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения, не выходя за рамки его истинной сущности. Таким образом, например, не смотря на то что электрические щетки описаны здесь для использования в качестве электрических контактов источника и нагрузки, настоящее изобретение ограничено только ими. Другие решения электрических контактов могут быть очевидными для специалистов в технике. Это описание предназначено только для целей иллюстрации и не должно рассматриваться в ограничивающем смысле. Возможности этого изобретения должны быть определены только текстом следующей формулы изобретения. Термин "содержащий" в формуле изобретения предназначен, чтобы означать "включающий в себя, по меньшей мере" так, что изложенная запись элементов в формуле изобретения является открытым набором или группой. Точно так же все термины, "содержащий", "имеющий" и"включающий в себя" предназначены, чтобы означать открытый набор или группу элементов. Использование единственного числа подразумевает включение в себя множества его форм, если они конкретно не исключены. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Переключающее устройство для бесщеточного электродвигателя, используемого в скважинном инструменте, содержащего статор, оснащенный множеством обмоток, и ротор, оснащенный сборкой постоянного магнита, при этом переключающее устройство содержит вращательный вал переключателя,пять расположенных на валу отдельных проводящих колец, разнесенных друг относительно друга,четыре набора из четырех проводящих сегментов, при этом каждый из наборов расположен в зазоре между проводящими кольцами, так что два сегмента из набора соединены с одним из колец, а два других из набора соединены с другим из колец; причем каждый проводящий сегмент электрически соединен только с одним из проводящих колец, а сегменты расположены ступенчато,двенадцать электрических контактов источника для соединения источника электропитания параллельно паре проводящих колец при вращения вала и двенадцать электрических контактов нагрузки для последовательного соединения проводящих сегментов с двумя или более отдельными катушками бесщеточного двигателя при вращении вала. 2. Переключающее устройство по п.1, дополнительно содержащее соединение, по меньшей мере,частично расположенное на валу переключателя для вращательного соединения вала переключателя с ротором бесщеточного электродвигателя. 3. Переключающее устройство по п.2, в котором соединение содержит магнитный элемент соединения, который расположен на валу переключателя, служащий дополнением к магнитному элементу соединения, который расположен на роторе бесщеточного электродвигателя. 4. Переключающее устройство по п.2, дополнительно содержащее контейнер для вращательного поддерживания вала переключателя и соединения в нем. 5. Переключающее устройство по п.4, в котором контейнер выполнен устойчивым к давлению текучей среды скважины внутри ствола скважины, проникающей через подземную толщу пород. 6. Переключающее устройство по п.4, в котором электрические контакты источника содержат подпружиненные щетки, расположенные внутри контейнера относительно вала переключателя для устанавливания непрерывных электрических соединений с соответствующими проводящими кольцами. 7. Переключающее устройство по п.4, в котором электрические контакты нагрузок содержат подпружиненные щетки, которые расположены внутри контейнера относительно вала переключателя для устанавливания ступенчатых электрических соединений с соответствующими проводящими сегментами вдоль или около плоскости. 8. Переключающее устройство по п.1, в котором бесщеточный электродвигатель является четырехполюсным электродвигателем. 9. Коммутированная сборка электродвигателя постоянного тока, содержащая бесщеточный электродвигатель, имеющий статор, оснащенный множеством обмоток, и ротор, оснащенный сборкой постоянного магнита,-8 014402 вал переключателя, соосный с ротором,пять расположенных на валу отдельных проводящих колец, разнесенных друг относительно друга,четыре набора из четырех проводящих сегментов, при этом каждый из наборов расположен в зазоре между проводящими кольцами, так что два сегмента из набора соединены с одним из колец, а два других сегмента из набора соединены с другим из колец, причем каждый проводящий сегмент электрически соединен только с одним из проводящих колец, а сегменты расположены ступенчато,двенадцать электрических контактов источника для соединения источника электропитания параллельно паре проводящих колец при вращении вала,двенадцать электрических контактов нагрузки для последовательного соединения проводящих сегментов с двумя или более отдельными катушками бесщеточного электродвигателя при вращении вала и сборку для вращательного соединения ротора бесщеточного электродвигателя с валом переключателя. 10. Сборка по п.9, в которой сборка соединения содержит дополняющие магнитные элементы соединения, которые расположены соответственно на валу переключателя и ротора бесщеточного электродвигателя. 11. Сборка по п.9, дополнительно содержащая контейнер для вращательного поддерживания вала переключателя и соединения в нем. 12. Сборка по п.11, в которой контейнер выполнен с устойчивым к скважинному давлению текучей среды внутри ствола скважины, проникающей через подземную толщу пород. 13. Сборка по п.11, в которой электрические контакты источников содержат подпружиненные щетки, расположенные внутри контейнера относительно вала переключателя для того, чтобы устанавливать непрерывные электрические соединения с соответствующими проводящими кольцами. 14. Сборка по п.11, в которой электрические контакты нагрузки содержат подпружиненные щетки,расположенные внутри контейнера относительно вала переключателя для того, чтобы устанавливать ступенчатые электрические соединения с соответствующими проводящими сегментами вдоль или около плоскости. 15. Сборка по п.9, в которой бесщеточный электродвигатель является четырехполюсным электродвигателем.