Progressive cavity device comprising a transducer

本発明は、漸進（progressive）キャビティ型ポンプ又はモータ用の固定子に関し、特に、少なくとも１つの変換器を収納した固定子並びに固定子の製作方法及び固定子の使用方法に関する。

漸進キャビティ型ポンプ又はモータは、プログレッシング（progressing）キャビティ型ポンプ又はモータとも呼ばれており、かかるポンプ及びモータは、典型的には、異形螺旋ボアを備えた固定子内に収納されている異形螺旋外面を備えた回転子から成る動力区分を有する。 漸進キャビティ型装置の回転子及び固定子は、米国特許第１，８９２，２１７号明細書に新技術として開示されたモワノー（Moineau）原理に従って動作する。 なお、この米国特許を参照により引用し、その開示内容を本明細書の一部とする。

ポンプとしての使用にあたり、当該技術分野において知られた任意の手段によって固定子と回転子の相対回転が行われ、回転子の異形螺旋外面の一部分が固定子の異形螺旋ボアと嵌合して密閉チャンバ又はキャビティを形成する。 回転子が固定子内で偏心的に回ると、キャビティは、軸方向に漸進してキャビティ内に存在する流体を動かす。

モータとしての使用にあたり、流体源が回転子と固定子との間に形成されたキャビティに提供される。 流体の圧力により、キャビティは、漸進して固定子と回転子の相対回転をもたらす。 このように、流体エネルギーを機械エネルギーに変換することができる。

漸進キャビティ型ポンプ又はモータは、固定子表面と回転子表面との間のシールを利用しているので、これら表面のうちの一方又は両方は、弾性の又は寸法的に復元許容性のある材料から成るのが良い。 典型的には、弾性材料は、固定子の内面に設けられた比較的薄いエラストマー層である。 薄いエラストマー層を備えた固定子は、典型的には、薄壁又は薄壁設計と呼ばれている。

一様な又は均等な厚さのエラストマー層を備えたエラストマー内張り固定子が、米国特許第３，０８４，６３１号明細書（発明の名称：Helical Gear Pump with Stator Compression）に先行技術として開示されている。 この先行技術は、エラストマーを異形螺旋ボア付き固定子本体と異形螺旋外面付きコア（例えば、マンドレル）との間の比較的幅の狭いボイド中に注入するという原理を中心として進歩した。 次に、エラストマーの硬化後、コアを除去し、残りの組立体は、エラストマー内張り固定子を形成する。 エラストマー層は、本質的に、形成される最後のコンポーネントである。

上述の固定子本体は、あらかじめ形成された（予備成形）異形螺旋ボアを有する。 異形螺旋ボアは、一般に、米国特許第６，５４３，１３２号明細書（発明の名称：Methods of Making Mud Motors）に記載されているような方法、例えば圧延、スエージ加工又は溶射成形により製造され、なお、この米国特許を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。 同様に、米国特許第６，５６８，０７６号明細書（発明の名称：Internally Profiled Stator Tube）に記載されているように異形螺旋ボアを金属押出し法により形成することができ、この米国特許を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。 さらに、国際公開第２００４／０３６０４３（Ａ１）号パンフレット（発明の名称：Stators of a Moineau-Pump）に記載されているように種々の熱間又は冷間金属成形技術、例えばピルガリング（pilgering）、フロー成形又は油圧成形を利用して異形螺旋ボアを備えた固定子本体を形成することができ、かかる国際公開を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。

比較的薄い金属管材料に異形螺旋ボアを形成することによっても固定子本体を形成することができる。 次に、この成形金属管をそれ自体注入された内側エラストマー層を備えた固定子として用いることができ、或いは、成形金属管を長手方向ボアを備えた第２の本体中に内部に挿入して固定子本体を形成することができる。 また、他の方法、例えば粉末材料、例えば金属の焼結又は熱間等方圧成形により異形螺旋ボアを備えた固定子本体を形成することができ又は異形螺旋ボアを本体に直接機械加工することができる。

また、センサ及びアクチュエータを含む変換器を固定子本体内に設けることが望ましい。 固定子本体を製作する現行の方法では、典型的には鋼である固定子本体材料の例えば手の込んだ機械加工が必要であり、したがって、最終製品への変換器の組み込みのための追加の機械加工が行われるということはない。 本明細書において更に説明するように、変換器の組み込みは又、多くの仕方での固定子の製作を助けることができる。

掘削作業に用いられる漸進キャビティダウンホールモータ（例えば、泥水（マッド）モータ）の特定の実施形態を参照すると、ダウンホール条件の検出及び測定装置に利用可能なスペースが制限されている。 典型的な坑底組立体の作動部分（モータを含む）は、比較的長く、最高約９メートル（３０フィート）以上である場合がある。 従来検出又は測定装置を全く備えていなかった漸進キャビティ型モータの固定子をエレクトロニクス、例えば変換器のキャリヤとして利用することにより、より複雑精巧な掘削坑底組立体にとって有用な追加のスペースを必要とする場合がある。

モータは、好ましくは、できるだけドリルビットの近くに設置されるが、ビットに隣接したスペースは、ビットが新たに掘削された地層の近くに位置しているので特に有用である。 できるだけ新たに掘削された地層の近くの関連のダウンホールデータを測定する変換器、例えばセンサにより、良好な且つ一層時宜を得た坑井配置に関する決定を行うことができ、即ち、掘削方向を制御することができる。

さらに、モータは、相当大きな応力及びひずみを受け、特に、弾性材料層（例えば、シール）がビットトルク並びにダウンホール伝動装置及び軸受からの力に効果的に応動したときの弾性材料層を通る荷重経路を呈する。 例えば、モータの中には、約１５０℃（３００°Ｆ）を超える高い温度状態で２００時間以上にわたり数百キロワットの電力を送り出すことができるものがある。

固定子及び／又は地層及び新たなボーリング孔の状態、例えば温度、ひずみ及び圧力をモニタすることにより、現在の性能（パフォーマンス・ケイパビリティ）の評価は可能になり、例えば、モータが故障する前にどれほど多くの電力を生じさせることができるか、モータがどれほど長く持ち堪えることが見込まれるか及び費用の高くつく掘削プログラムと同様な重要性に関する他の質問の評価が可能である。

電気的形態、油圧的形態及び／又は機械的形態での連絡に用いることができる導管、導体及び／又は経路の配設は、先に先行技術において開示されており、当業者には周知である。 これについては、例えば、米国特許出願第１１／４９６５６２号明細書を参照されたい。 なお、この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。

異形螺旋ボアを備えた固定子を製作する方法が、異形螺旋外面を備えたコアを用意するステップと、コアを本体の長手方向ボア内で変位させるステップと、コアの異形螺旋外面と本体の長手方向ボアとの間のボイドに流体状態の注型物を充填するステップと、注型物内に少なくとも１つの変換器を配置するステップと、注型物を硬化させるステップとを有するのが良い。 配置ステップは、注型物が流体状態にあるときに実施されるのが良い。 この方法は、コアを硬化注型物から取り出すステップを更に有するのが良い。 コアには弾性材料スリーブが取り付けられている。 この方法は、コアを弾性材料スリーブから取り外すステップを更に有するのが良く、弾性材料スリーブは、硬化注型物内に保持される。 この方法は、注型物内に設けられている温度センサから信号を出力させるステップを更に有するのが良い。 この方法は、信号により硬化ステップをモニタするステップを更に有するのが良い。 この方法は、信号に基づいて硬化ステップを制御するステップを更に有するのが良い。

異形螺旋ボアが設けられている注型物本体を有する固定子の不連続部を検出する方法が、固定子を加熱するステップと、注型物本体内に収納されている少なくとも１つの温度センサから信号を出力させるステップと、信号をプロトタイプ信号と比較して不連続部があるかどうかを判定するステップとを有するのが良い。

漸進キャビティ型装置の回転子及び固定子を組み立てる方法が、異形螺旋ボアが設けられた注型物本体を有する固定子を用意するステップと、回転子を異形螺旋ボア中に挿入するステップと、注型物本体内に収納された少なくとも１つのひずみセンサから信号を出力させるステップと、信号を固定子と回転子との間の所望の嵌まり具合に対応したプロトタイプ信号と比較して望ましくない嵌まり具合が生じているかどうかを判定するステップとを有するのが良い。

漸進キャビティ型装置の回転子及び固定子を組み立てる方法が、異形螺旋ボアが設けられた注型物本体を有する固定子を用意するステップと、回転子を異形螺旋ボア中に挿入するステップと、異形螺旋ボアと連絡関係をなして注型物本体内に収納された少なくとも１つの圧力センサから信号を出力させるステップと、信号を固定子と回転子との間の所望の嵌まり具合に対応したプロトタイプ信号と比較して望ましくない嵌まり具合が生じているかどうかを判定するステップとを有するのが良い。

漸進キャビティ型装置の回転子と固定子を組み立てる方法が、異形螺旋ボアが設けられた注型物本体を有する固定子を用意するステップと、回転子を異形螺旋ボア中に挿入するステップと、異形螺旋ボアと連絡関係をなす少なくとも１つの圧力センサから圧力信号を出力させると共に注型物本体内に収納された少なくとも１つのひずみセンサからひずみ信号を出力させるステップと、圧力信号をプロトタイプ圧力信号と比較すると共にひずみ信号をプロトタイプひずみ信号と比較して望ましくない嵌まり具合が生じているかどうかを判定するステップとを有するのが良く、プロトタイプ圧力信号及びプロトタイプひずみ信号は、固定子と回転子との間の所望の嵌まり具合に対応している。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置をモニタする方法が、固定子の注型物本体内に収納された少なくとも１つのひずみセンサを用意するステップと、固定子と回転子との間の所望の嵌まり具合に対応した少なくとも１つのひずみセンサのプロタイプ信号を出力させるステップと、少なくとも１つのひずみセンサから次の信号を出力させるステップと、プロトタイプ信号を次の信号と比較してこれらの間に偏差があるかどうかを判定するステップとを有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置をモニタする方法が、異形螺旋ボアと連絡関係をなして固定子の注型物本体内に収納された少なくとも１つの圧力センサを用意するステップと、固定子と回転子との間の所望の嵌まり具合に対応した少なくとも１つの圧力センサのプロトタイプ信号を出力させるステップと、少なくとも１つの圧力センサから次の信号を出力させるステップと、プロトタイプ信号を次の信号と比較してこれらの間に偏差があるかどうかを判定するステップとを有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置をモニタする方法が、異形螺旋ボアと連絡関係をなして固定子の注型物本体内に収納された少なくとも１つのひずみセンサ及び少なくとも１つの圧力センサを用意するステップを有し、少なくとも１つのひずみセンサのプロトタイプひずみ信号及び少なくとも１つの圧力センサのプロトタイプ圧力センサを出力させるステップを有し、ひずみ信号及びプロトタイプ圧力信号は、固定子と回転子との間の所望の嵌まり具合に対応しており、少なくとも１つのひずみセンサから次のひずみ信号及び少なくとも１つの圧力センサから次の圧力信号を出力させるステップを有し、プロトタイプひずみ信号を次のひずみ信号と比較すると共にプロトタイプ圧力信号を次の圧力信号と比較してこれらの間に偏差があるかどうかを判定するステップを有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置をモニタする方法が、異形螺旋ボアと連絡関係をなした温度センサ及び圧力センサ並びに固定子の注型物本体内に収納されたひずみセンサのうちの少なくとも１つを用意しステップと、温度センサ、圧力センサ及びひずみセンサのうちの少なくとも１つから第１の信号を出力させるステップと、温度センサ、圧力センサ及びひずみセンサのうちの少なくとも１つから次の第２の信号を出力させるステップと、第１の信号と次の第２の信号を互いに比較してこれらの間に偏差があるかどうかを判定するステップとを有するのが良い。 漸進キャビティ型装置をモニタするこの方法では、第１の信号及び次の第２の信号のうちの少なくとも一方は、固定子の注型物本体の異形螺旋ボア内における固定子の回転中に生じる。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置をモニタする方法が、異形螺旋ボアと連絡関係をなして固定子の注型物本体内に収納された複数個の圧力センサを用意するステップと、圧力センサのうちの１つから第１の信号を出力させるステップと、圧力センサのうちの別のものから第２の信号を出力させるステップと、第１の信号を次の第２の信号と比較してこれらの間に偏差があるかどうかを判定するステップとを有するのが良い。 この方法は、固定子の異形螺旋ボアに沿う螺旋経路中に複数個の圧力センサを分布して配置するステップ及び／又は固定子の異形螺旋ボアに沿う螺旋経路中にピッチ長さあたり少なくとも１つの割合で複数個の圧力センサを分布して配置するステップを更に有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置のトルク出力を測定する方法が、異形螺旋ボアと連絡関係をなして固定子の注型物本体内に収納された少なくとも１つの圧力センサを用意するステップと、既知のトルク出力に対応した少なくとも１つの圧力センサのプロトタイプ信号を出力させるステップと、少なくとも１つの圧力センサから次の信号を出力させるステップと、プロトタイプ信号を次の信号と比較してトルク出力を求めるステップとを有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置のトルク出力を測定する方法が、固定子の注型物本体内に収納された少なくとも１つのひずみセンサを用意するステップと、既知のトルク出力に対応した少なくとも１つのひずみセンサのプロトタイプ信号を出力させるステップと、少なくとも１つのひずみセンサから次の信号を出力させるステップと、プロトタイプ信号を次の信号と比較してトルク出力を求めるステップとを有するのが良い。

回転子及び固定子を有する漸進キャビティ型装置による発電方法が、発電装置の磁石及びコイルのうちの一方を備えた回転子を用意するステップと、固定子の注型物本体内に収納された磁石及びコイルのうちの他方を備えた固定子を用意するステップと、回転子を固定子の注型物本体に設けられた異形螺旋ボア内で回転させて磁石とコイルの相対回転により電気を発生させるステップとを有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置による発電方法が、異形螺旋ボアと連絡関係をなして固定子の注型物本体内に収納されたピエゾ発電機を用意するステップと、固定子の異形螺旋ボア中に流体を入れるステップとを有するのが良く、流体は、ピエゾ発電機の作動により電気を発生させる。

回転子及び固定子を有する漸進キャビティ型装置で流体動力を発生させる方法が、固定子の注型物本体内に収納された往復動ポンプを備えている固定子を用意するステップと、回転子を固定子の注型物本体に設けられている異形螺旋ボア内で回転させるステップとを有するのが良く、回転子は、異形螺旋ボア内に延びている往復動ポンプの作動部材に係合して流体動力を発生させる。

異形螺旋ボアを備えた固定子を製作する方法が、異形螺旋外面を備えたコアを用意するステップと、コアを本体の長手方向ボア内で変位させるステップと、コアの異形螺旋外面と本体の長手方向ボアとの間のボイドに流体状態の注型物を充填するステップと、注型物内に少なくとも１つのキャビティ金型を配置するステップと、注型物を硬化させるステップとを有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置をモニタする方法が、固定子の注型物本体内に収納された少なくとも１つの軸方向荷重センサを用意するステップと、固定子に加わる軸方向荷重に対応した信号を少なくとも１つの軸方向荷重センサから出力させるステップとを有するのが良い。

固定子の異形螺旋ボア内に収納された回転子を有する漸進キャビティ型装置をモニタする方法が、固定子の注型物本体内に収納された少なくとも１つの抵抗線ひずみセンサを用意するステップと、固定子に加わる軸方向トルクに対応した信号を少なくとも１つの抵抗線ひずみセンサから出力させるステップとを有するのが良い。 この方法は、硬化前に注型物中に圧力補償ハウジングを収納するステップ及び／又は硬化前に注型物中に大気密封ハウジングを収納するステップを更に有するのが良い。

漸進キャビティの固定子と回転子を連絡させる方法であって、固定子と回転子との間には弾性材料スリーブが設けられており、この方法は、固定子の注型物本体内に収納された第１の電気導体リングを備えた固定子を用意するステップを有し、第１の電気導体リングは、固定子の異形螺旋ボアに対して円周方向に位置し、この方法は、外面を備えた回転子を用意するステップを更に有し、外面に隣接して第２の電気導体リングが設けられ、この方法は、導電性材料が収納された弾性材料スリーブの中間リング区分を介して第１の電気導体リングと第２の電気導体リングを連絡させるステップを更に有することを特徴とする方法が提供される。

異形螺旋ボアを備えた固定子を製作する方法が、異形螺旋ボアが設けられた管を用意するステップと、管を本体の長手方向ボア内で変位させるステップと、管の外面と本体の長手方向ボアとの間のボイドに流体状態の注型物を充填するステップと、少なくとも１つの変換器を注型物中に配置するステップと、注型物を硬化させるステップとを有するのが良い。 この方法は、注型物と管の組立体を本体の長手方向ボアから取り出すステップを更に有するのが良い。

固定子が、異形螺旋ボアを備えた注型物本体と、注型物本体内に収納された少なくとも１つの変換器とを有するのが良い。 少なくとも１つの変換器は、異形螺旋ボアと連絡状態にあるのが良い。 少なくとも１つの変換器は、注型物本体内に封入されるのが良い。 注型物本体は、非晶質合金から成るのが良い。 固定子は、異形螺旋ボア内に設けられた弾性材料スリーブを更に有するのが良い。 固定子は、漸進キャビティ型装置用固定子であるのが良い。 注型物本体は、本体の長手方向ボア内に設けられているのが良い。 注型物本体中に設けられる変換器は、センサから成るのが良く、固定子の軸方向長さに沿って延びるのが良い。 複数個の変換器が、固定子の軸方向長さに沿って分布して配置されると共に固定子の異形螺旋ボアに沿う螺旋経路中に分布して配置されるのが良い。 さらに、配置された変換器アレイは、固定子の異形螺旋ボアに沿う螺旋経路にピッチ長さあたり少なくとも１つの割合で分布して配置された複数個の変換器であるのが良い。

変換器は、圧力センサ、電極、ひずみセンサ、温度センサ、発電装置のコイル、発電装置の磁石、異形螺旋ボアと連絡状態にあるピエゾ発電機、往復動ポンプ、加速度計、衝撃センサ、磁力計、傾斜計、地層センサ、比抵抗センサ、地震計、磁気誘導コイル、磁気連絡装置、荷重センサ、抵抗線ひずみセンサ、光ファイバ及び磁気流体力学的センサから成る群から選択されるのが良い。 変換器は、異形螺旋ボア内に延びた作動部材を備える往復動ポンプであるのが良い。 変換器は、注型物本体の外面に隣接して設けられた地層センサ、固定子の軸方向長さに沿って設けられた抵抗線ひずみセンサ及び／又は固定子の軸方向長さに沿って設けられた光ファイバであるのが良い。

少なくとも１つの変換器は、注型物本体内に収納された圧力補償ハウジング及び／又は注型物本体内に設けられた大気密封ハウジング内に収納されるのが良い。 少なくとも１つの変換器は、異形螺旋ボアに対して円周方向に位置した電気導体リングであるのが良い。

漸進キャビティ型装置であって、固定子を有し、固定子の注型物本体内には第１の電気導体リングが設けられ、第１の電気導体リングは、固定子のボアに対して接線方向に位置し、外面を備えた回転子を有し、外面に対して円周方向に位置した第２の電気導体リングが設けられ、回転子は、固定子のボア内に回転可能に保持され、回転子と固定子との間に設けられた弾性材料層を有し、弾性材料スリーブの中間リング区分は、第１の電気導体リングと第２の電気導体リングを連絡させるよう導電性材料を含むことを特徴とする漸進キャビティ型装置が提供される。

異形螺旋ボアを備えた固定子を製作する方法が、異形螺旋外面を備えたコアを用意するステップと、コアを本体の長手方向ボア内で変位させるステップと、コアの異形螺旋外面と本体の長手方向ボアとの間のボイドに流体状態の注型物を充填するステップと、注型物を硬化させるステップと、コアを除去して異形螺旋ボアを露出させるステップと、弾性材料スリーブを異形螺旋ボア内に配置するステップとを有するのが良く、弾性材料スリーブは、少なくとも１つの変換器を収納している。

異形螺旋ボアを備えた固定子を製作する方法が、異形螺旋ボアを備えた弾性材料スリーブを用意するステップと、弾性材料スリーブを本体の長手方向ボア内で変位させるステップと、弾性材料スリーブの外面と本体の長手方向ボアとの間のボイドに流体状態の注型物を充填するステップと、少なくとも１つの変換器を弾性材料スリーブ内に配置するステップと、注型物を硬化させるステップとを有するのが良い。

異形螺旋ボアを備えた固定子を製作する方法が、少なくとも１つの変換器を収納すると共に異形螺旋ボアを備えた硬化可能な弾性材料スリーブを用意するステップと、硬化可能な弾性材料スリーブを本体の長手方向ボア内で変位させるステップと、硬化可能な弾性材料スリーブの外面と本体の長手方向ボアとの間のボイドに流体状態の注型物を充填するステップと、注型物及び硬化可能な弾性材料スリーブを硬化させるステップとを有するのが良い。 この方法は、硬化可能な弾性材料スリーブを少なくとも硬化ステップ中、異形螺旋外面を備えたコアで支持するステップを更に有するのが良い。

固定子が、注型物本体と、注型物本体内に設けられていて、異形螺旋ボアを備えた弾性材料スリーブと、弾性材料スリーブ内に収納された少なくとも１つの変換器とを有するのが良い。 変換器は、変形例として、異形螺旋ボアと連絡状態にあっても良く、或いは弾性材料スリーブ内に封入されても良い。 注型物本体は、非晶質合金であるのが良い。 固定子は、漸進キャビティ型装置用固定子であるのが良い。 上述したように、変換器は、センサであるのが良い。 変換器は、固定子の軸方向長さに沿って延びるのが良い。 変換器は、固定子の軸方向長さに沿って分布して配置された複数個の変換器及び／又は固定子の異形螺旋ボアに沿う螺旋経路中に分布して配置された複数個の変換器であっても良い。 変換器は、固定子の異形螺旋ボアに沿う螺旋経路にピッチ長さあたり少なくとも１つの割合で分布して配置された複数個の変換器であっても良い。

漸進キャビティ型装置が、固定子のボア内に回転可能に保持された回転子と、回転子と固定子との間に設けられた弾性材料スリーブと、弾性材料スリーブ内に設けられた少なくとも１つの変換器とを有するのが良い。

漸進キャビティ型装置の弾性材料スリーブを製作する方法が、異形螺旋ボア及び異形螺旋外面のうちの少なくとも一方をもたらすスリーブ金型を用意するステップと、スリーブ金型に流体状態の弾性材料を充填するステップと、少なくとも１つの変換器を弾性材料中に配置するステップと、弾性材料を硬化させて少なくとも１つの変換器が収納された弾性材料スリーブを製作するステップとを有するのが良い。

注型物本体及びこの中に収納されている変換器を備えた本発明の一実施形態としての固定子の概略断面図である。

ハウジングが収納された注型物本体及びこれに形成されたキャビティを有する本発明の一実施形態としての固定子の概略断面図である。

注型物本体及びこの中に収納されている変換器を備えた本発明の一実施形態としての固定子の概略断面図である。

本発明の一実施形態としての異形螺旋管の斜視図である。

図４Ａの異形螺旋管の拡大斜視図である。

本発明の一実施形態としての弾性材料内張り固定子を形成するよう異形螺旋外面を備えたコア上に且つ本体の長手方向ボア内に設けられた弾性材料スリーブの斜視図である。

変換器が収納された注型物本体を有する本発明の一実施形態としての固定子の縦断面図である。

導電性区分を備えた本発明の一実施形態としての漸進キャビティ型装置の縦断面図である。

注型物本体及びこの中に収納された変換器を有する本発明の一実施形態としての固定子の概略縦断面図である。

変換器が収納された注型物本体を有する本発明の一実施形態としての固定子の切除斜視図である。

変換器が収納されたスリーブを有する本発明の一実施形態としての固定子の切除斜視図である。

固定子か回転子かのいずれかの種々の場所への電磁コイルの取り付け状態を示す略図である。

電磁コイルを回転子か固定子かのいずれかに取り付けるよう採用可能な２つの択一的な取り付け技術の略図である。

図１は、注型物本体１０２及びこの中に収納された変換器１０４Ａ〜１０４Ｄを有する本発明の一実施形態としての固定子１００の概略断面図である。 以下の説明は、油田ダウンホールモータの固定子に関するが、これは一例であるに過ぎない。 本明細書において開示する方法及び装置は、他の工業界及び使用に同じように利用できる。

本明細書で用いる「注型物」という用語は、溶融又は流体状態で金型内に流し込まれる材料を意味するものとする。 未硬化注型物は、ほぼ周囲大気温度及び／又は圧力状態では、例えば、それぞれ２１℃（７０°Ｆ）及び１０１ｋＰａ（１４．７ｐｓｉ）では流体状態であるのが良い。

注型物は、漸進キャビティ型装置に用いるのに適した材料であればどのようなものであっても良い。 例えば、注型物は、樹脂又は樹脂の混合物の場合がある。 樹脂の非限定的な一例は、デブコン・ユー・ケイ（Devcon UK）製のハイ・テンペラチャ・モールド・メーカー（High Temperature Mould Maker）（Ｃ‐１）液状エポキシであり、これは、最高２６０℃（５００°Ｆ）までの使用に合わせて定格されている。 注型物は、金属入り、セラミック入り及び／又はポリマー繊維入りエポキシであって良く、例えば、これら材料を注型物中に封入される母材又はマトリックスとして用いることができる。 金属入りエポキシの非限定的な例は、一般に液体金属として知られているエポキシであり、例えば米国所在のアイティーダブリュ・デブコン（ITW Devcon）及び英国所在のフリーマン・エムエフジー・アンド・サプライ・カンパニー（Freeman Mfg. & Supply Co.）により製造されている。 利用可能な金属充填剤は、鋼、アルミニウム及び／又はチタンである。 ポリマー繊維入り樹脂の非限定的な一例は、プロテック・センターホーム（ユーケー）リミテッド（Protech Centreform (UK) Ltd.）製のポリカーボン繊維セラミック入りNovolac（商標）樹脂であり、この樹脂は、最高２４０℃（４６０°Ｆ）まで安定したままである。 強度を得るため且つ／或いは固定子ボア中で生じた熱を固定子管の外面に伝導して冷却を助けるために所望ならば金属充填剤又は他の熱伝導性材料を追加するのが良い。

注型物のもう１つの形式は、非晶質合金であり、これは、非晶質原子構造を備えた合金である（即ち、非結晶性である）。 非晶質合金は、再熱を繰り返した後であっても非晶質構造を保つ。

例えば時間の経過及び／又は熱硬化によって注型物を硬化させることができる。 異種又は同種の注型物の多数の同心層を利用することができる。 注型物は、漸進キャビティ型装置に動力を供給し又はこれを通って圧送されるよう用いられる流体に基づいて時期尚早な摩耗に抵抗するよう選択可能であり、かかる流体は、他の粒状物、例えばドリルビット泥水を含む場合がある。 注型物は又、予想温度暴露要件、例えばダウンホール温度に基づいて選択可能である。

一実施形態では、注型物を所望の形状に成形し、成形プロセスにより、変換器を注型物中に配置する（例えば、埋め込むことができる）。 具体的に説明すると、固定子本体が中継されている間、かかる材料が流動性であることにより、かかる材料は、金型内のどこに配置された場合でも、これに適合することができる。 これにより、流動性注型物中への変換器、ハウジング、キャビティ金型又は他の装置の直接的な挿入が可能であり、次に、この流動性注型物を注型物本体の状態に硬化させる（例えば、凝固させる）ことができる。

図示の実施形態は、必ずしも縮尺通りになっていないことに注目されたい。 「変換器」という用語は、エネルギーを１つの形式から別の形式に変換させることができる装置を意味するものとし、このことは、たとえ両方の形式のエネルギーが同一のエネルギー領域、例えば機械的エネルギー、化学的エネルギー又は電気的エネルギーの状態にある場合であってもそうである。 変換器としては、種々の形式のエネルギーを同一領域、例えば電磁連絡装置内で結合する装置が挙げられる。 電磁連絡装置の一実施形態については、図７を参照して以下に説明する。 変換器は、センサ及び／又はアクチュエータであるのが良い。 センサは、代表的には、システムをモニタし、アクチュエータは、代表的には、システムに条件を課す。 変換器としては、圧力センサ、電極、ひずみセンサ、温度センサ、発電装置のコイル、発電装置の磁石、ピエゾ発電機（固定子の異形螺旋ボアと連絡状態にあるのが良い）、往復動ポンプ、加速度計、衝撃センサ、磁力計、傾斜計、地層センサ、比抵抗センサ、地震計、磁気誘導コイル、磁気連絡装置、荷重センサ、抵抗線ひずみセンサ、光ファイバ、磁気流体力学的センサ及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。 変換器、ハウジング、キャビティ金型又は装置を固定子又はその注型物本体部分（例えば、固定子に設けられている異形螺旋ボア）の内面に対して露出された固定子又はその注型物本体部分の外面中に配置するのが良く、或いは、変形例として注型物本体内に完全に封入しても良いことが理解される。 変換器は、当該技術分野において知られているようにワイヤレスであるのが良い。 アンテナを注型物本体内に設けるのが良い。 電池又は他の電力貯蔵及び／又は発電装置を注型物上に配置するのが良く又はこの中に封入しても良い。

図１の実施形態では、固定子１００は、複数個の変換器（１０４Ａ及び１０４Ｂ）が収納された注型物本体１０２を有している。 固定子１００を軸方向に貫通して異形螺旋ボア１０６が設けられている。 ボア１０６が異形螺旋形態であることは、図２及び図６を参照すると容易に理解できる。 図１は、５つのローブ付きプロフィールを示しているが、モアノー原理に従って動作する固定子は、２つという少ない数のローブを有しても良い。 例えば、図２の実施形態は、４つのローブ付き固定子２００を示している。 固定子の異形螺旋ボアの一実施形態は、比較的長いピッチ長さ（１つのローブの３６０°螺旋ターン１つ分の軸方向距離）、例えば、ボアの大きい方の直径のピッチ長さの２倍〜２０倍のピッチ長さを有するのが良い。

図１に示されている弾性材料（例えば、エラストマー）であるのが良いスリーブ１０８及び外側管１１０は、各々、オプションとして設けられている。 厚さが等しいスリーブ及び外側管が図示されているが、これらのうちのいずれか一方又は両方は、当該技術分野において知られているように可変長さを有しても良い。 例えば、スリーブ１０８の各ローブの頂点又は山部１１２は、各谷部１１４のところの厚さよりも小さな厚さの壁を有しても良く、或いは、この逆の関係になっていても良い。 これについては、例えば、図３のスリーブ１０８を参照されたい。

変換器（１０４Ａ〜１０４Ｄ）は、注型物本体１０２中の任意の場所に配置できる。 変換器１０４Ａは、異形螺旋ボア１０６と連絡状態にあり、この変換器は、スリーブ１０８を貫通して延びるポートを有している。 変換器１０４Ａは、固定子を通る流体の流れによって動力供給されるピエゾ発電機であるのが良い。 変換器１０４Ｂは、スリーブ１０８に隣接したところで終端するポートを有する。 スリーブ１０８が流体透過性であり又は圧力を横切って伝達することができる材料（例えば、高弾性材料）で作られている実施形態では、変換器１０４Ｂは、ボア１０６内の圧力を読み取ることができる。 スリーブ１０８が透過性ではなく又は圧力を横切って伝達することができない材料で作られている場合、変換器１０４Ｂは、例えばスリーブ１０８が有孔状態になっている場合、密封ボア１０６からの流体の漏れを検出することができる。 変換器１０４Ｃは、注型物本体１０２内に完全に封入されている。 変換器１０４Ｄは、往復動ポンプである。 図示の実施形態では、往復動ポンプ１０４Ｄは、作動部材１１６を有している。 使用にあたり、異形螺旋ボア１０６内で回転する回転子（図示せず）の外面は、作動部材１１６に定期的に接触し、それにより、ピストン又はプランジャが変位して圧送が容易になる。 往復動ポンプ１０４Ｄからの油圧動力を用いると、例えばアクチュエータに動力を供給することができる。

図２は、ハウジング（２１８，２２２）が収納された注型物本体２０２及びかかる注型物本体内に形成されたキャビティ２２６を有する本発明の一実施形態としての固定子２００の概略断面図である。 図２の実施形態は、弾性材料（例えば、エラストマー）であるのが良いスリーブ２０８及び外側管２１０を有し、これらは各々、オプションとして設けられている。 当該技術分野において知られているようにハウジングを大気から密封するのが良く又は圧力補償するのが良い。 ハウジング（２１８，２２２）は、任意形状のものであって良く、かかるハウジングは、図２に示されている長方形の形態には限定されない。 ハウジング２１８は、注型物本体２０２を貫通して異形螺旋ボア２０６内に延びると共に／或いは注型物本体２０２又は固定子２００の外面に達するポート２２０（点線で示されている）を有するのが良い。 ハウジング２２２は、注型物本体２０２を貫通して異形螺旋ボア２０６中に延びると共に／或いは固定子２００の外面に達するポート（例えば、圧力補償ハウジングの場合）を備えた状態で示されている。 ハウジング（２１８，２２２）は、任意の材料で構成可能であり、例えば、ポリマー又は金属で作られる。 変換器（図示せず）を注型物本体２０２内へのハウジング（２１８，２２２）の挿入前に、ハウジング（２１８，２２２）内に設けるのが良い。 一実施形態では、ハウジング（２１８，２２２）は、注型物を硬化させる（例えば、凝固させる）前に流体状態の注型物内に配置される。 ハウジング（２１８，２２２）及び／又は変換器への接近が望ましい場合、接近パネル２２４を外側管２１０及び／又は異形螺旋ボア２０６（図示せず）内に設けるのが良い。 接近パネル２２４は、任意形状のものであって良く、この接近パネルを任意の手段、例えば溶接、ボルト、ねじ、接着等によって固定子２００に取り付けるのが良い。 外側管２１０が設けられない実施形態では、ハウジング２２２は、ハウジング２２２（又はボイド）への接近ポートを外面から密封すると共に／或いは覆うための接近パネル（図示せず）を有するのが良い。 理解されるように、接近パネル（図示せず）を利用するとハウジング２２２（又はキャビティ２２６）への接近ポートを異形螺旋ボア２０６から密封すると共に／或いは覆うことができる。

図２の固定子２００は、注型物本体２０２の異形螺旋ボアと連通すると共にこれに隣接して位置したキャビティ２２６を更に示している。 同様に、キャビティ２２６は、例えばスリーブ１０８の異形螺旋ボア２０６に隣接して設けられたオプションとしてのスリーブ１０８を貫通して延びるのが良い。 変換器は、キャビティ２２６内に直接取り付け可能である。 キャビティ２２６は、例えば変換器を取り外し可能に受け入れるよう変換器の少なくとも一部分の鏡像として形成されるのが良い。 これは、変換器を注型物本体２０２に少なくとも部分的に取り付け保持するのにも役立つ場合がある。 注型物本体２０２のキャビティ２２６は、変換器を取り付けるための取り付けハードウェアを有するのが良い。 取り付けハードウェアは、流動性の注型物中に配置されるのが良く、注型物の硬化（例えば、凝固）により、取り付けハードウェアを注型物本体２０２に結合するのが良い。 例えば、取り付けハードウェアの一部分は、注型物本体２０２への機械的取り付け部を形成するよう注型物本体２０２内に延びる。 当該技術分野において知られているキャビティ金型（流し込み金型）を用いると、キャビティ２２６を形成することができる。 例えば、固定子２００が漸進キャビティ型装置として用いられる場合、キャビティ金型を注型物本体２０２から取り出しても良く、或いは、キャビティ金型は、注型物本体２０２に取り付けられたままであっても良い。 キャビティ金型を注型物本体（例えば、凝固注型物）からの取り出しを助けるために離型剤で被覆するのが良く又は非粘着性材料、例えばポリテトラフルオロエチレンで作るのが良い。 図示されていないが、キャビティ２２６は、異形螺旋ボア２０６から注型物本体２０２の外面まで延びるのが良い。 図３は、注型物本体３０２及びこの中に収納された変換器３０４を有する本発明の一実施形態としての固定子３００の概略断面図である。 固定子３００は、注型物本体３０２に対して円周方向に位置するオプションとしての管を備えていない。 変換器３０４は、固定子３００の外面である注型物本体３０２の外面に隣接して設けられている。 変換器３０４は、図３の注型物本体３０２の外面に隣接して位置している。 変換器３０４は、図３の注型物本体３０２の外面に隣接して位置するのが良いが、全体が注型物本体３０２内に封入される。 固定子３００は、オプションとしての内部スリーブ３０８を有している。 固定子３００は、キャビティ３２６を更に有している。 キャビティ３２６は、図２を参照して上述したように形成されるのが良い。 固定子３００の外面に設けられたキャビティ３２６の開口部を密封すると共に／或いは覆うためのオプションとしての接近パネル３２４を設けるのが良い。 注型物３０２内にはハウジングが収納されるのが良く、これは、本発明の精神から逸脱しない。

次に図４Ａ〜図５を参照して固定子を製作する一方法について説明する。 図４Ａは、本発明の一実施形態としての異形螺旋管４００の斜視図である。 異形螺旋管を例えばスリーブとして用いることができる。 図４Ｂは、図４Ａの異形螺旋管４００の拡大斜視図であり、異形螺旋形態のローブ及び谷部を一層容易に示している。 図５は、本発明の一実施形態としての弾性材料内張り固定子５００を形成するよう異形螺旋外面を備えたコア上に且つ本体５１０の長手方向ボア内に設けられた弾性材料スリーブ５０８（例えば、図４Ａ及び図４Ｂのスリーブ４００）の斜視図である。 本明細書で用いる「弾性」という用語は、例えば圧縮後に元の形状又は位置に実質的に戻ることができる任意の材料、例えばエラストマー、ゴム（例えば、ニトリルゴム又はシリコーンゴム）プロピレン、フルオロカーボン、ウレタン又はポリウレタンを意味している。 弾性材料は、約９０ジュロメータ未満の硬度又はショアＡスケール硬度を有するのが良い。 変形例として、弾性材料は、漸進キャビティ型モータの予想動作温度にほぼ等しいガラス転移温度を有するポリマーで構成されても良く、それにより、ポリマーは、かかる温度が見受けられる坑井内に配備されるまでその硬度を保つことができるようになっている。 かかる温度を超えた場合のポリマーの弾性は、モータが効率的に動作することができるようにするのに十分であり、これらは全て、本願と同日に出願されたソロモン諸島国特許出願第９２．１１７４号明細書に詳細に記載されており、この特許出願を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。

本体５１０は、漸進キャビティ型装置としての使用中、注型物本体のための機械的支持体を少なくとも部分的に構成することができる。 硬化プロセスは、注型物本体（例えば、注型物層）を本体５１０に結合することができる。 変形例として、注型物本体を外部金型（図示せず）上に形成し、次に注型物の硬化後に本体５１０に結合し、それにより図３に示されているような固定子を形成しても良い。 本体５１０は、管（例えば、図１では符号１１０、図２では２１０で示されている）、より具体的には金属製の管であるのが良い。

固定子を製作する一実施形態では、異形螺旋ボア付きのスリーブ５０８を用意する。 スリーブ５０８は、外部支持体なしに異形螺旋形態を保持することができ又はスリーブの周りの流動性注型物の硬化により、異形螺旋形態を保持することができ、これについては、スリーブ５０８の硬化及び／又は本体５１０（例えば、金型）内へのスリーブ５０８の配置中における支持コア５２８の使用の説明において以下に更に説明する。

異形螺旋ボアを備えた管５０８を当該技術分野において知られている任意の手段によって形成することができる。 異形螺旋内面は、管５０８により提供され、かくして、この実施形態では、異形螺旋内面は、先行技術においては典型的であるように、固定子本体内に予備成形され、次にエラストマーで内張りされるようなことは必要ではない。 例えば、円筒形半硬化弾性材料管をコア５２８に嵌めることにより弾性材料スリーブ５０８を形成する場合、コア５２８は、好ましくは、少なくとも注型物が円筒形の及びかくして非異形螺旋形態に対する半硬化弾性材料の弾性に起因して異形螺旋形状を保持するのに十分硬化されるまで、弾性材料管内に位置したままである。 より簡単に言えば、コア５２８は、当初、スリーブ５０８を付形する。 さらに、先行技術の場合のように射出によりエラストマー層を形成する際、エラストマー層は、本質的には、成形される最後のコンポーネントである。 本発明により、弾性材料層５０８は、弾性材料内張り固定子の製作の際に形成される最初のコンポーネントのうちの１つであるということが可能である。

成形後、次に管（例えば、スリーブ）５０８を管として示されている本体５１０の長手方向ボア内に配置する。 本体５１０は、図示のように単純な円筒形管であって良く又は内周部又は外周部について任意他の形状又は形態のものであって良く、管状形態には限定されない。 本体５１０は、異形螺旋内面及び／又は異形螺旋外面を有しても良く、或いは、所望ならば任意形式の複雑な内側幾何学的形状を有しても良い。 本体５１０の長手方向ボアの内周部及び外周部又はプロフィール並びにスリーブ５０８の内周部及び外周部若しくはプロフィールは、スリーブ５０８を本体５１０の内部に配置できることを条件として、別個独立に任意寸法又は形状のものであって良い。

本体５１０及びスリーブ５０８がこの実施形態において所望の位置に位置すると、次に、流動性注型物を図示の異形螺旋外面である必要はないスリーブ５０８の外面と本体５１０の長手方向ボアとの間に形成されたボイド又は空所５３４内に配置する。 一実施形態では、注型物は、ボイド５３４内に配置されると、流体の状態にあり、かかる注型物を熱、圧力、時間の経過等により後で硬化させるのが良い。 本体５１０の長手方向ボア内に流動性の又は完全には硬化してない注型物を収納状態に保つために、少なくとも、スリーブ５０８の外面と本体５１０の長手方向ボアとの間のボイド５３４の遠位端部を密封するのが良い。

注型物は、ボイド全体を充填するようスリーブ５０８の外部の形状に一致することができる。 注型物は、漸進キャビティ型装置に用いるのに適した材料であればどのような材料であっても良い。 固定子ボア中で生じた熱を固定子管の外面に伝導して冷却を助けるために所望ならば金属充填剤又は他の熱伝導性材料を追加するのが良い。

注型物は、例えば熱硬化によって硬化可能であるのが良い。 異種又は同種の注型物の多数の同心層を利用することができる。 注型物は、漸進キャビティ型装置に動力を供給し又はこれを通って圧送されるよう用いられる流体に基づいて選択可能であり、かかる流体は、他の粒状物、例えばドリルビット掘屑を含む場合がある。 注型物は、予想温度暴露要件、例えばダウンホール流体温度に基づいて選択可能である。

スリーブ５０８と注型物の一層の接着性が望ましい場合、結合剤、例えばプライマ（下塗剤）を本体５１０の長手方向ボア内への挿入に先立ってスリーブ５０８の外面に塗布するのが良い。 本体５１０と注型物との間の一層の接着性が望ましい場合、粗面処理又は結合剤、例えばプライマを本体５１０の長手方向ボア内へのスリーブ５０８の挿入に先立って本体５１０の内面に施すのが良い。 本体５１０と注型物との間の機械的ロックをもたらすよう機械加工により本体５１０の長手方向ボアの内面に少なくとも１つの溝（図示せず）を設けるのが良い。 本体５１０の取り外しが望ましい場合、本体５１０のボアを、取り出しを助けるために離型剤で被覆するのが良く又は非粘着性材料、例えばポリテトラフルオロエチレンで作るのが良い。

先行技術において、特に米国特許出願第１１／４９６５６２号明細書に記載されているように、本体５１０とスリーブ５０８との間のボイド中に注型により導管、導体及び／又は経路を設けるのが良い（例えば、一実施形態では、弾性材料管）。 注型物本体内の導管、導体及び／又は経路は、注型物本体内に収納された変換器に連結されるのが良い。 導管及び／又は導体は、注型物本体層の外部に位置しても良い。 スリーブ５０８は、少なくとも部分的に未硬化の材料であっても良い。 少なくとも部分的に未硬化のスリーブ５０８を注型物と共に硬化させるのが良い。 スリーブ５０８及び／又はコア５２８を本体５１０の長手方向ボア内に心出しするために端リング５３０を本体５１０の長手方向ボアの近位端部のところに設けるのが良い。

別の実施形態では、スリーブ５０８は、注型物がボイド５３４内に配置されると、異形螺旋形態を保持すると共に／或いは変形に抵抗するよう選択された設計のものである。 かかる実施形態では、固定子５００の製作中におけるコア５２８の使用は、オプションである。

また、理解されるように、コア５２８をスリーブ５０８なしで利用することができる。 一実施形態では、コア５２８は、本体５１０のボア内に変位させ、流動性注型物を本体５１０とコア５２８との間のボイド５３４に追加する。 注型物を十分に硬化させると、コア５２８を例えばナットからボルトを外すのと同様な仕方で取り外して注型物内に直接形成された異形螺旋ボアを露出させる。 コア５２８の取り出しが望ましい場合、その異形螺旋外面を離型剤で被覆し又は非粘着性材料、例えばポリテトラフルオロエチレンで作るのが良い。 コア５２８は、注型物に設けられた異形螺旋ボアからの取り出しを行うよう破壊、溶融、化学的溶解等が可能な脆弱な又は使い捨て可能な材料であるのが良い。 かかる固定子をそのままで利用することができ又は当該技術分野においては典型的であるように例えばエラストマー射出によって内張りしても良い。 望ましい場合、固定子、例えば図３の固定子３００の製作にあたり、本体５１０を注型物から取り出すのが良い。

図６は、変換器６０４Ａ〜６０４Ｄが収納された注型物本体６０２を有する本発明の一実施形態としての固定子６００の縦断面図である。 変換器６０４Ａ〜６０４Ｄは、固定子６００の軸方向長さに沿って且つ／或いは固定子の長手方向軸線に対して円周方向に分布して配置されるのが良い。 変換器６０４Ａ〜６０４Ｄは、固定子にとって一定間隔で又はばらつきのある間隔で分布して配置しても良い。

図７は、導電性区分７０２を備えた本発明の一実施形態としての漸進キャビティ型装置７００の縦断面図である。 漸進キャビティ型装置７００は、回転子７０４を有し、その異形螺旋外面は、固定子７０６の異形螺旋ボア内に位置し、スリーブ７０８がこれらの間に配置されている。 一実施形態では、スリーブ７０８は、弾性材料である。 図示の実施形態は、スリーブ７０８を固定子７０６の異形螺旋ボアに当接した状態で示している。 スリーブ７０８は、本発明の精神から逸脱することなく、回転子７０４の異形螺旋外面に当接しても良い。 固定子７０６は、注型物本体を有するのが良い。

一実施形態では、導電性区分７０２は、固定子７０６の注型物本体内に設けられた電気導体としてのリング７１０を有し、回転子７０４は、これに対して円周方向に設けられた第２の電気導体としてのリング７１２と外面を共有し、スリーブ７０８の中間リング区分７１４は、第１の導電性リング７１０と第２の導電性リング７１２とを連絡させるよう導電性材料を収納している。 スリーブ７０８は、弾性材料であるのが良く、このスリーブは、導電性材料、例えば炭素を収納している。 一実施形態では、炭素粒子は、非導電性材料であるのが良いスリーブ７０８内に封入されている。 導電性リング７１０を注型物が流体状態にあるときに固定子７０６の注型物本体内に配置されるのが良い。 導電性リング７１０は、固定子７０６のボアに対して円周方向に位置するのが良い。 導体又は他の伝達手段は、動力を各導電性リング（７１０，７１２）に供給したり且つ／或いはこれから取り出すことができる。

別の実施形態では、要素７１０は、発電装置の磁石及びコイルのうちの一方であるのが良く、要素７１２は、他方であるのが良い。 要素７１０，７１２相互間の相対回転により、電気を発生させることができる。 この実施形態では、注型物の適当な比抵抗特性を保証することが望ましい場合がある。 漸進キャビティ型装置７００は、中間リング区分７１４を有するのが良い。

図８は、注型物本体８０２及びこの中に収納された変換器８０４を有する本発明の一実施形態としての固定子８００の概略縦断面図である。 変換器８０４は、ボア８０６の軸方向長さに沿って延びている。 変換器８０４は、例えば、抵抗線ひずみセンサ又は少なくとも１本の光ファイバであるのが良い。 変換器８０４は、ボア８０６に沿って螺旋経路をなして延びるのが良い。

次に、少なくとも１つの変換器が収納された注型物本体固定子を用いる非限定的な数種類の例につき説明する。 変換器は、センサとアクチュエータの両方を含む。 一実施形態では、注型物本体内に収納されたセンサは、固定子の健全性をモニタし又はチェックすることができる。 これは、固定子の使用中（例えば、泥水モータとしての使用中）又は保守期間中に実施されるのが良い。

少なくとも１つの変換器が収納された注型物本体を有する固定子は、例えば、次の使用を可能にすることができる。 少なくとも１つの変換器は、固定子の製作中に利用される温度センサ、圧力センサ、ひずみセンサ、荷重センサ等であるのが良い。 固定子の温度センサ、圧力センサ、ひずみセンサ、荷重センサ等からの信号を利用すると、注型物の硬化状態をモニタすることができる。 モニタは、リアルタイムであるのが良く又はデータログ（date log）であるのが良い。 一実施形態では、熱を注型物に加えてこれを硬化させる。 注型物内の温度センサからの信号は、硬化状態を指示することができる。 単一センサ又は多数のセンサを利用することができる。 硬化は、信号により制御可能である。 例えば、注型物に加えられる熱を調節して注型物に所望の温度（又は温度分布状態）を生じさせることができると共に／或いは注型物に加えられる圧力を調節して注型物に所望の圧力（又は圧力分布状態）を生じさせることができる。

注型物中に設けられたセンサを利用すると、固定子内に不連続部があるかどうかを検出することができる。 例えば、固定子を所望温度まで加熱するのが良く、注型物中の少なくとも１つの温度センサから戻った信号を得ることができる。 信号を注型物中に設けられている他の温度センサからの温度信号又はプロトタイプ信号と比較するのが良い。 プロトタイプ信号は、不連続部が存在していない場合に予想される信号であるのが良い。 例えば、注型物中の熱伝達を温度センサによりモニタすることができ、これを既知のモデルと比較することができ、即ち、不完全部又はボイドが存在すると、これらは、測定を乱すことになる。

注型物中のセンサを利用すると、固定子を注型し又は組み立てると共に／或いは回転子及び固定子をモニタし又は組み立てて漸進キャビティ型装置を形成することができる。 注型物本体内に設けられているセンサからそれぞれひずみ信号、圧力信号、荷重信号及び／又は温度信号を出力させ又は得ることができる。 固定子の異形螺旋ボア内への回転子の挿入中に出力され又は得られたひずみ信号、圧力信号、荷重信号及び／又は温度信号をプロトタイプ信号と比較すると、回転子と固定子の異形螺旋ボアとの間に望ましくない嵌まり具合があるかどうかを判定することができる。

同様に、固定子の異形螺旋ボア内における回転子の回転中（例えば、漸進キャビティ型装置としての使用中）に出力され又は得られたひずみ信号、圧力信号、荷重信号及び／又は温度信号をプロトタイプ信号と比較すると、これら信号相互間に偏差があるかどうかを判定することができる。 信号とプロトタイプ信号の偏差は、摩耗、不適切な部品等に起因した望ましくない嵌まり具合に対応する場合がある共に／或いは漸進キャビティ型装置の損傷、例えば回転子と固定子との間の弾性材料スリーブの損傷に対応することができる。 プロトタイプ信号は、最初の信号であるのが良く、次に、この最初の信号を次の第２の信号と比較すると、これらの間に偏差があることを確認することができる。 従来方法を当該技術分野において知られているように確実な締まり嵌め固定子に用いることができ、例えば、弾性材料スリーブは、固定子の異形螺旋ボア内における回転子の回転中に、少なくとも部分的に圧縮される。

異形螺旋ボアに沿って且つこれと連絡関係をなして複数個の圧力センサを分布して配置するのが良い。 一実施形態では、圧力センサは、単一のピッチ長さに沿って、例えば、図９の符号９０４Ａ〜９０４Ｃで概略的に示されているように、１つのローブによりトレースされた螺旋経路に沿って分布して配置されている。 圧力センサは、組み立て状態のモータ内のキャビティの圧力健全性をチェックするために使用される。 キャビティは、回転子と固定子との間のボイドである。 各ピッチ距離のところに密閉キャビティが存在し、このキャビティ（即ち、ボイド）は、漸進キャビティ型装置に沿って移動して流体のスラグを効果的に運搬する。 固定子は、漸進キャビティ型装置に沿う圧力分布状態をもたらし、即ち、回転子と固定子との間の漏れ及び／又は嵌まり具合をチェックするようピッチ距離毎に設けられた１つのセンサ、例えば、圧力センサを有するのが良い。

追加的に又は代替的に、製造中と漸進キャビティ型装置（例えば、ダウンホール）としての作動中の両方において嵌まり具合及び／又は性能をチェックするために圧力センサ、荷重センサ、ねじりセンサ等を用いるのが良い。 固定子に沿う圧力、荷重及び／又はねじりに対応した信号は、例えば漸進キャビティ型モータとしての出力の評価を可能にする。 キャビティは、回転子と固定子との間の空間であり、各ピッチ距離のところに密閉キャビティが存在する。 このキャビティ／ボイドは、固定子の異形螺旋ボアに沿って移動し、流体のスラグを効果的に運搬するが、センサは、固定子内に固定されている。 モータの性能を計算する際、センサ（例えば、９０４Ａ〜９０４Ｃ）からの圧力測定は、各ピッチ経由のところの測定値となり、モータ幾何学的形状の知識から、各加圧キャビティのトルク分布状態を計算することができる。

センサが固定子に沿って分布して設けられている場合、それにより、問題がどこで起こっているか、即ち、どのキャビティピッチであるかの判定が可能である。 一実施形態では、ひずみ計（例えば、図８において符号８０４で示されている）が固定子８００に加わる加圧キャビティからの反応トルクを測定することができる。 同様に、或る１つのキャビティ（即ちボイド）から別のキャビティに漏れが生じている場合、これは、ひずみ計８０４からのトルク測定値及び／又は異形螺旋ボアと連絡状態にある圧力センサ（例えば、図９のセンサ９０４Ａ〜９０４Ｃ）からの圧力測定値という形で現われるであろう。 キャビティ相互間の漏れの原因は、固定子（例えば、弾性材料ライナ）か回転子かのいずれかの摩耗又は損傷である場合がある。 この情報を固定子８００中への流量及び回転子と固定子の相対回転速度（例えば、ＲＰＭ）（例えば、定期的なセンサの読みから検出される）と組み合わせると、動力効率を判定することができる。

再び図１〜図９を参照して使用方法について説明するが、これは図示の実施形態には限定されない。 一実施形態では、センサ（例えば、図１において符号１０４Ａ〜１０４Ｃで示されている）のプロトタイプ信号を提供するのが良い。 例えば、固定子ボア１０６を選択された圧力まで加圧するのが良く、選択された圧力状態におけるセンサからの信号は、プロトタイプ圧力信号であるのが良い。 追加的に又は代替的に、固定子ボア１０６を選択された温度まで加熱するのが良く、選択された温度状態におけるセンサからの信号は、プロトタイプ温度信号であるのが良い。 選択された圧力及び／又は温度にさらされたときのセンサ（例えば、１０４Ａ〜１０４Ｃ）からの固定子１００のそれぞれの実際の圧力及び／又は温度をプロトタイプ信号と比較するのが良い。 これら信号に偏差があると、それにより固定子１００に不連続部があること、例えば、注型物１０２及び／又は弾性材料１０８に不連続部があることが分かる。

複数個のセンサ、例えば図９に概略的に示されているセンサ９０４Ａ〜９０４Ｃを固定子に沿って分布して配置するのが良い。 第１のセンサからの信号を別のセンサからの信号と比較すると、これら信号相互間に偏差があるかどうかを判定することができる。 偏差があると、それにより固定子の故障（例えば、固定子の亀裂、弾性材料層／シールの破損検出、回転子／固定子の摩耗）及び／又は圧力センサの実施形態に流体のスラグが存在していることが分かる。 共存する信号を互いに比較することにより、固定子の所望長さに沿うモニタが可能になる。 例えば、注型物層中には圧力及び／又はひずみセンサが埋め込まれており、これらセンサからの信号を利用すると、本明細書において説明するようにモータのトルク及び／又は出力特性を指示することができる。

漸進キャビティ型装置の回転子と固定子を組み合わせる方法では、回転子が固定子の異形螺旋ボア内に正しく（例えば、適正な許容誤差の状態で）挿入された場合に生じるプロトタイプ信号を提供するのが良い。 プロトタイプセンサ信号は、圧力信号、ひずみ信号、温度信号等であるのが良い。 組み立て中及び／又は組み立て後におけるセンサからの実際の信号をプロトタイプ信号と比較するのが良く、これらの差異は、望ましくない嵌まり具合に対応している。

同様に、圧力センサ、ひずみセンサ、温度センサ等を利用すると、漸進キャビティ型装置又はその固定子をモニタすることができる。 一実施形態では、所望の嵌まり具合に対応したセンサ（例えば、１０４Ａ〜１０４Ｃ）のプロトタイプ信号を例えば漸進キャビティ型装置が正しく機能しているときに発生させるのが良い。 かくして、漸進キャビティ型装置としての使用中、弾性材料層１０８を有するのが良い固定子１００の状態をセンサにより確かめることができる。 例えば、センサからの第１の信号をセンサからの次の第２の信号と比較するのが良く、これら信号に変化があると、それにより固定子の望ましくない嵌まり具合及び／又は故障が分かる。 当業者であれば理解されるように、固定子の望ましくない嵌まり具合及び／又は故障に対応した変化度を求めることができ、即ち、信号における比較的僅かな偏差は、必ずしも固定子の望ましくない嵌まり具合及び／又は故障を表しているわけではない。 本発明の実施形態を利用すると、リアルタイムモニタシステムを構成することができる。

本発明の実施形態は、アウトゴーイング・サービス・テスト（Outgoing service Test：ＯＳＴ）を構成するために利用できる。 この場合、新規な漸進キャビティ型装置（例えば、泥水モータ）のセンサからの信号を得て、次に使用後における劣化があるかどうかのために比較する。 泥水モータに問題が生じている場合、発生した熱により、例えばエンジンモニタとして故障が差し迫っていることが分かる場合がある。 また、漸進キャビティ型装置の出力は、発熱、即ち固有のフィンガープリントを生じさせる。 この温度プロフィールを確かめて後で温度センサからの信号と比較し、それにより故障があるかどうかを判定すると共に／或いは漸進キャビティ型装置の出力に近似させるのが良い。

センサは、固定子に加わる荷重を指示することができる軸方向荷重センサであるのが良い。 固定子荷重は、漸進キャビティ型装置がドリルビットに取り付けられた泥水モータである場合、ビットに加わる重量に対応することができる。

センサは、掘削機構及び坑底組立体（ＢＨＡ）の動作のモニタのための固定子及び／又は回転子の動作を測定するための加速度計、衝撃センサ、磁力計等であっても良い。
地層センサ、音響センサ等、例えば図３のセンサ３０４を注型物中に配置することができる。 これらセンサは、比抵抗、地震評価又は他のロギング（検層）測定のために使用できる。 固定子への埋め込み状態のセンサ技術は、掘削を行いながら測定及び／及びロギングのために使用できる。

電磁誘導コイルを注型物（例えば、図８の符号８０４）中に配置して情報を（能動的又は受動的に）ステータを横切って伝送することができる。 図１１に、より詳細に示されているように、電磁コイルは、ステータ管本体１１０３の内面又は固定子本体１１０５の外面でエラストマー注型物１１０１中に配置するのが良い。 これらコイルは、検出のための必要に応じて漸進キャビティ型モータ１１０７の回転子に取り付けられたコイルと連絡するよう協働して取り付けられるのが良い。 引かれた磁力線は、例示に過ぎず、これらコイルのうちの任意のものにより生じ又は検出される電磁界の範囲又は方向を制限することを意図していない。 図１１Ａにより詳細に示されているように、コイルは、固定子本体１１０９の長手方向軸線に対して円周方向に設けられ又は必要な目的のために固定子の内面に取り付けられるにせよ固定子の外面に取り付けられるにせよ、いずれにせよ、固定子本体１１１１の長手方向軸線に対して接線方向の平面内に設けられるのが良い。 任意の数のこれら形式のコイルを１つの固定子本体内に組み合わせて多くの有益な検出及び制御機能を全て当業者には周知の仕方で達成するのが良い。 漸進キャビティ型ポンプの有用性は、固定子本体それ自体をこれらセンサにより用いられる電磁コイルの支持体として用いることにより拡張される。

荷重センサを注型物中に配置してビットに加わるトルク及び／又は重量を検出することができる。 一実施形態では、抵抗線ひずみセンサ（例えば、図８の符号８０４）を注型物中に封入するのが良い。 固定子の長さに沿って分布して配置されると、抵抗線ひずみセンサの比抵抗の僅かな変化を確かめることができる。 比抵抗のこれら変化を比抵抗のプロトタイプ変化と比較すると、軸方向偏り（例えば、ビットに加わる重量）及び／又は半径方向偏り（例えば、トルク）を指示することができる。 また、抵抗の変化を利用すると、モニタに沿う全体的な温度変化を検出することができる。 センサを注型物中に固定子本体に沿って配置することにより、必要不可欠な温度データを収集して処理することができ、それにより漸進キャビティ型モータの故障が差し迫っていること及びモータ温度の上昇と関連した他の動作上の問題についての警告が前もって知らされる。

光ファイバを注型物（例えば、図８の符号８０４）中に配置することができる。 光を光ファイバで伝送することができる。 光の後方散乱により、光ファイバの偏向が生じているらしいことが分かり、かくして、光ファイバが収納されている注型物のひずみ又は偏向が生じているらしいことが分かる。 この偏向は、軸方向偏り（例えば、ビットに加わる重量）及び／又は半径方向偏り（例えば、トルク）を指示することができる。 注型物中への光ファイバの配置と関連した高いノイズレス帯域幅により、超小型カメラが可視スペクトルと赤外スペクトルの両方でポンプ内部及び／又は坑井条件をリアルタイムで検査することができる。 ワイヤードシステムで利用できるが、かかる技術と関連した電子ノイズは、光学的視認を困難にする。

上述の開示内容の全ては、スリーブ（例えば、図１の弾性材料スリーブ１０８）に同じように適用可能である。 図１０は、変換器１０１０が収納されたスリーブ１００８を有する本発明の一実施形態としての固定子１０００の切除斜視図である。 一実施形態では、スリーブ１００８は、弾性材料である。 固定子１０００は、注型物本体１０２を有し、この注型物本体は、上述したように本体（図示せず）により包囲されるのが良い。 異形螺旋ボア１００６がスリーブ１００８を貫通して延びている。 注型物本体１００２の一部分が例示目的で省かれた状態で示されている。 注型物本体は、オプションとして、この中に収納された変換器１００４を有するのが良い。 スリーブ１００８の一部分は、変換器１０１０を分かりやすく示すよう省かれた状態で示されている。 変換器１０１０をスリーブ１００８（図示されているように）内に封入されるのが良く又はスリーブ１００８中に部分的に収納されるのが良い。 センサ、エレクトロニクス及び／又は電線を変形可能な又はフレキシブル回路基板のように、弾性材料スリーブ中にその製造の際に配置する（又は封入する）のが良い。 スリーブ１００８内に設けられたセンサ１０１０は、連続性及び／又は厚さの遠隔モニタを可能にする。

センサ１０１０は、メッシュとして図示されている。 メッシュ１０１０に不連続部があると、これによりスリーブ１００８（例えば、弾性材料層）に亀裂又は他の欠陥があるらしいことが分かる。 電線１０１２は、スリーブ１００８から注型物１０２中に且つ／或いはこれを貫通して延びるのが良い。 スリーブ１００８を注型物の硬化前、硬化中及び／又は硬化後に硬化させることができる。 一実施形態では、少なくともスリーブ１００８の内面は、弾性である。 弾性材料スリーブ１００８を形成するには、スリーブ金型を用意し、スリーブ金型に流体状態の弾性材料を充填し、少なくとも１つの変換器を少なくとも部分的に弾性材料中に配置し、そして弾性材料を硬化させて少なくとも１つの変換器が収納された弾性材料スリーブを形成するのが良い。 スリーブ金型は、管状スリーブ又は異形螺旋スリーブを成形することができ、かくしてフレキシブル回路板技術に基づく埋め込み型エレクトロニクスをこのフレキシブル部材内に具体化することができる。 これにより、このスリーブは、漸進キャビティ型ポンプの動作上の詳細をモニタして記録することができ、そしてかかるデータを次のダウンロード及び吟味のために伝送するか保管するかのいずれかを行うことができる。

多くの実施形態及びこれらの変形例を開示した。 上述の開示内容は、本発明者によって想定されている本発明の最適実施形態を含むが、考えられる全ての変形例が開示されているわけではない。 この理由で、本発明の範囲及び特徴は、上述の開示内容には限定されず、これとは異なり、特許請求の範囲の記載に基づいて定められると共に解釈されるものである。