BR112015013323B1

BR112015013323B1 - Dispositivo para transmissão indutiva de energia elétrica

Info

Publication number: BR112015013323B1
Application number: BR112015013323-1A
Authority: BR
Inventors: Lars Gunnar Hodnefjell
Original assignee: Blue Logic As
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2021-07-27
Also published as: WO2014092583A1; US20150295345A1; DK2932517T3; NO20131669A1; CA2895031C; EP2932517A4; CA2895031A1; US9419373B2; RU2645870C2; EP2932517B1; EP2932517A1; CN104854667A; BR112015013323A2; NO335540B1; CN104854667B; RU2015126292A

Abstract

dispositivo para transmissão indutiva de energia elétrica. a presente invenção refere-se a um conector (1) para a transmissão indutiva de energia elétrica, o conector (1) incluindo uma parte fêmea (2) e uma parte macho (3); a parte fêmea (2) e a parte macho (3) sendo providas com um circuito elétrico (24, 34), o circuito elétrico (24, 34) formando um lado primário ou um lado secundário de um transformador; a parte fêmea (2) incluindo uma cavidade esférica (27) e uma camada de superfície (21) e a parte macho (3) incluindo uma porção esférica (37) e uma camada de superfície (31); a cavidade esférica (27) sendo complementar à porção esférica (37), e o circuito elétrico (24) da parte fêmea (2) sendo formado por um lado côncavo (240) no lado que faceia a camada de superfície (21) da parte fêmea (2), e o circuito elétrico (34) da parte macho (3) sendo posicionado na porção esférica (37) da parte macho (3) e o circuito elétrico (34) sendo formado por um lado convexo (340) no lado que faceia a camada de superfície (31) da parte macho (3).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um conector para a transmissão indutiva de energia elétrica. Mais particularmente, a invenção refere-se a um conector com uma parte fêmea e uma parte macho, a parte fêmea e a parte macho sendo dispostas para transmitir mais energia elétrica do que outros conectores com o mesmo diâmetro. O conector é usado com vantagem particular em operações subaquáticas.

[002] A transmissão indutiva de energia elétrica é conhecida na técnica. Um conector para a transmissão indutiva de energia é um conector não galvânico. Em sua forma mais simples, um conector para a transmissão de energia indutiva consiste em um transformador, no qual um lado primário repousa sobre uma metade do conector e um lado secundário repousa sobre na outra metade do conector. Uma pequena distância entre o lado primário e o lado secundário resulta em pouca perda de energia, ao mesmo tempo em que a perda de energia cresce com o aumento da distância entre o lado primário e o lado secundário. A publicacão de patente WO2005/106902 descreve um dispositivo para tal transmissão indutiva de energia elétrica. De acordo com essa publicacão de patente, uma fonte de energia conectada a um circuito ressonante é regulada por frequência. Também é conhecido que os sinais de comunicacão podem ser transmitidos do mesmo modo.

[003] A transmissão indutiva de energia elétrica é conhecida para o carregamento elétrico de escovas de dentes, dentre outras. A publi- cacão de patente JP H05236663 descreve uma escova de dente com uma bobina secundária, a qual está posicionada em uma porção terminal arredondada. A escova de dente é carregada ao ser colocada em um suporte, o qual suporta a escova de dente de tal modo que a escova de dente seja mantida em uma posicão verticalmente orientada. O suporte é provido com um recesso esférico para a porção terminal da escova de dente. Uma bobina primária está posicionada embaixo do recesso esférico. A publicacão de patente CN 202550219 descreve um conector para a transmissão indutiva de energia e dados da "rede de área local sem fio" (WLAN). O conector pode ser usado embaixo d’água. O conector inclui uma parte macho e uma parte fêmea complementar. A parte macho é formada como um cone truncado. A publicacão de patente DE 19621003 descreve um conector do tipo plugue para a transmissão indutiva de energia e de sinais. O conector do tipo plugue inclui uma parte macho e uma parte fêmea complementar. A parte macho é formada como um cilindro com uma porção terminal formada como um clone truncado. A parte macho inclui um núcleo que consiste em ferrita sinterizada. Uma bobina primária é enrolada em torno da porção do núcleo. A parte fêmea inclui uma conexão formada fora de um material de ferrita colado em plástico e moldado por injeção. Uma bobina secundária é enrolada em torno da porção da conexão. A publicacão de patente US 3743989 descreve uma conexão de encaixe para a transmissão indutiva de energia e de sinais. A conexão de encaixe inclui uma parte macho e uma parte fê-mea complementar. O formato da parte macho inclui um cilindro curto e uma porção longa consequente, a qual é formada como um clone truncado. A conexão de encaixe é adequada para uso na água do mar. As superfícies que entrarão em contato com a água do mar são cobertas com um revestimento que inclui neopreno, com um agente adicional antientupimento. O mesmo oferece proteção contra corrosão e entupimento.

[004] A transmissão indutiva de energia e de sinais é particularmente vantajosa na água do mar, visto que a água do mar tem boas propriedades de condução elétrica. Na indústria petrolífera, é conheci- do o uso de veículos subaquáticos remotamente operados, os assim chamados de ROVs. Além disso, sabe-se que os ROVs podem manipular conectores para a transmissão de energia indutiva embaixo d’água movendo uma parte macho para dentro de uma parte fêmea ou uma parte fêmea para dentro de uma parte macho.

[005] Uma desvantagem no uso da transmissão de energia indutiva é que é uma quantidade limitada de energia pode ser transmitida. A quantidade de energia que pode ser transmitida é depende da área entre o lado primário e o lado secundário, dentre outras coisas. Uma desvantagem dos conectores conhecidos para a transmissão de energia indutiva, os quais devem ser operados por um ROV, é que é difícil para um operador de ROV fazer a parte macho se atingir e se conectar à parte fêmea, ou fazer a parte fêmea atingir e se conectar à parte macho. Os ROVs são afetados pelas correntes de água e o ROV possui uma massa inerte que pode tornar difícil manobrar com a precisão necessária.

[006] A invenção tem como objetivo remediar ou reduzir pelo menos uma das desvantagens da técnica anterior ou pelo menos prover uma alternativa útil para a técnica anterior.

[007] O objetivo é alcançado através das características que são especificadas na descricão abaixo e nas reivindicações que se seguem.

[008] A invenção refere-se a um conector para a transmissão indutiva de energia elétrica, o conector incluindo uma parte fêmea e uma parte macho; a parte fêmea e a parte macho sendo providas com um circuito elétrico, o circuito elétrico formando um lado primário ou um lado secundário de um transformador; a parte fêmea incluindo uma cavidade esférica e uma camada de superfície e a parte macho incluindo uma porção esférica e uma camada de superfície; a cavidade esférica sendo complementar à porção esférica e o circuito elétrico da parte fêmea sendo formado com um lado côncavo no lado que faceia a camada de superfície da parte fêmea, e o circuito elétrico da parte macho sendo posicionado na porção esférica da parte macho e o circuito elétrico sendo formado com um lado convexo no lado que faceia a camada de superfície da parte macho.

[009] A camada de superfície da parte fêmea pode ser provida com canais, os canais se estendendo ao longo da periferia da cavidade a partir de uma porção interna da cavidade esférica até uma porção de entrada da cavidade esférica, e os canais tendo porções de abertura na porção de entrada da cavidade esférica.

[0010] A parte macho e a parte fêmea podem ser providas com uma antena para comunicacão via rádio. A parte macho pode ser provida com uma câmara eletrônica disposta para manter substancialmente uma pressão de 1 atm. A parte fêmea pode ser provida com uma câmara eletrônica disposta para manter substancialmente uma pressão de 1 atm. A parte fêmea pode ser provida com uma membrana de vedação na parte interna da camada de superfície. A parte macho pode ser provida com uma membrana de vedação na parte interna da camada de superfície.

[0011] Tendo isso em conta, um exemplo de uma modalidade preferida é descrito, a qual é visualizada nos desenhos em anexo, nos quais: A figura 1 mostra uma seção de uma parte fêmea para um conector para a transmissão indutiva de energia elétrica de acordo coma invenção; a figura 2 mostra uma seção, na mesma escala que a figura 1, de uma parte macho de um conector para a transmissão indutiva de energia elétrica de acordo com a invenção; a figura 3 mostra um detalhe A da figura 1 em uma escala maior; e a figura 4 mostra um detalhe B da figura 2 na mesma escala que a figura 3.

[0012] Nos desenhos, o numeral de referência 1 indica um conector para a transmissão indutiva de energia elétrica. O conector 1 é composto por uma parte fêmea 2 e uma parte macho 3. Apenas as partes que são importantes para a compreensão da operação da invenção serão mencionadas.

[0013] A parte fêmea 2 compreende um alojamento interno 20 e um alojamento externo 20' circundando o alojamento interno 20. Em uma porção terminal, o alojamento interno 20 é formado por uma cavidade côncava ou esférica 27, a qual é disposta para acomodar uma porção esférica 37 da parte macho 3. O alojamento interno 20 pode consistir em um metal ou um polímero, ou em uma combinacão de um metal e um polímero. O alojamento interno 20 forma uma barreira de pressão. O alojamento externo 20' pode consistir em um metal ou um polímero, ou em uma combinacão de um metal e um polímero.

[0014] A cavidade 27 é limitada em seu entorno por uma camada de superfície 21. A camada de superfície 21 pode consistir em um polímero. Na camada de superfície 21, os canais 22 são mostrados. Os canais 22 se estendem ao longo da periferia da cavidade esférica 27, a partir de uma porção interna 270 da cavidade esférica 27 até uma porção de entrada 279 da cavidade esférica 27. Os canais 22 possuem porções de abertura 220 na porção de entrada 279 da cavidade esférica 27. O propósito desses canais 22 é descrito a seguir. Dentro da camada de superfície 21, uma membrana de vedação (não mostrada) pode ter sido posicionada. A membrana de vedação pode circundar a parte interna da camada de superfície 21. Faceiando a camada de superfície 21, um circuito elétrico 24 constituindo um lado primário ou um lado secundário de um transformador foi formado. O circuito elétrico 24 é mostrado integrado a uma massa composta por polímero 25. A massa composta por polímero 25 pode compreender uma massa de epóxi 25. O espaço entre a massa composta por polímero 25 e o alojamento 20 é preenchido com uma massa composta por ferrita 26. Uma pluralidade de canais 23 se estende através do alojamento interno 20 até a massa composta por polímero 25 com o circuito elétrico 24. Fios 4 se estendem a partir da câmara eletrônica (não mostrada) da parte fêmea 2, através do alojamento 20 até o circuito elétrico 24 através de um ou mais canais 23.

[0015] A parte macho 3 inclui uma barreira de pressão 30. Em uma porção, a barreira de pressão 30 é formada por uma porção esférica que se projeta de modo convexo 309. Além disso, a barreira de pressão 30 é mostrada com uma porção cilíndrica 300 dentro da porção esférica protuberante 309. A barreira de pressão 30 pode consistir em um metal ou um polímero, ou em uma combinacão de um metal e um polímero. A barreira de pressão 30 circunda uma câmara eletrônica 39.

[0016] Na porção, a parte macho 3 é limitada em seu entorno por uma camada de superfície 31. A camada de superfície 31 é mostrada com uma porção esférica 319 e uma porção cilíndrica 310. A camada de superfície 31 pode consistir em um polímero. Uma membrana de vedação (não mostrada) pode ser posicionada dentro da camada de superfície 31. A membrana de vedação pode circundar a parte interna da camada de superfície 31.

[0017] Dentro da camada de superfície 31, um circuito elétrico 34 foi formado, constituindo um lado primário ou um lado secundário de um transformador. O circuito elétrico 34 é mostrado integrado a uma massa composta por polímero 35. A massa composta por polímero 35 pode compreender uma massa de epóxi 35. O espaço entre a massa composta por polímero 35 e a barreira de pressão 30 é preenchido com uma massa composta por ferrita 36. Fios 4' se estendem a partir da câmara eletrônica 39 da parte macho 3 até o circuito elétrico 34 através dos canais 33. A parte macho 3 também é provida com um ou mais flanges 5.

[0018] Nas figuras, uma antena 6 na parte fêmea 3 e uma antena 6' na parte macho 3 também são mostradas. A antena 6 se estende em direção à porção interna 270 da cavidade esférica 27. A antena 6' se estende em direção à porção superior 319 da parte macho 3. As antenas 6, 6' permitem a comunicacão via rádio entre a parte fêmea 2 e a parte macho 3.

[0019] O circuito elétrico 24 da parte fêmea 2 é formado por um lado côncavo 240 que faceia a camada de superfície 21 e a cavidade esférica 27. O circuito elétrico 34 da parte macho 3 é formado por um lado convexo 340 que faceia a camada de superfície 31 e a porção esférica 37. Uma distância curta e constante entre o circuito elétrico 24 e o circuito elétrico 34 ao longo do lado côncavo 240 e do lado convexo 340 é desse modo obtida. A expressão um lado côncavo significa, nesta descricão, que o lado forma a porção de uma superfície esférica interna. A expressão um lado convexo significa, nesta descricão, que o lado forma a porção de uma superfície esférica externa. A superfície esférica interna e a superfície esférica externa podem desviar de uma superfície esférica perfeita, na qual cada ponto tem o mesmo raio em relação ao centro da bola imaginária.

[0020] Os circuitos eletrônicos e elétricos necessários são posicionados na câmara eletrônica (não mostrada) da parte fêmea 2 e na câmara eletrônica 39 da parte macho. A câmara eletrônica da parte fêmea 2 e a câmara eletrônica 39 da parte macho 3 podem ser mantidas em uma pressão que é substancialmente a pressão atmosférica, visto que o alojamento interno 20 da parte fêmea 2 forma uma barreira de pressão e a parte macho 3 inclui a barreira de pressão 30.

[0021] A camada de superfície 31 da parte macho 3 também é formada por um formato esférico. A mesma tem a vantagem de permitir que a parte macho 3 atinja a parte fêmea 2 em um ângulo que se desviar do eixo geométrico longitudinal 7 da parte fêmea 2. Além disso, os formatos da parte macho 3 e da parte fêmea 2 irão resultar na parte macho 3 e na parte fêmea 2 sendo unidas completamente à medida que elas forem pressionadas uma em direção à outra. Isso facilita a junção da parte fêmea 2 e da parte macho 3 através do uso de um ROV. A água presente na cavidade 27 da parte fêmea 2 será expelida quando a parte macho 3 for inserida. Isso provê um efeito autolimpan- te, visto que qualquer material particulado que possa ter se assentado sobre a camada de superfície 21 da cavidade 27 será girado e eliminado. Os canais 22 aumentam o efeito autolimpante.

[0022] Em uma modalidade alternativa (não mostrada), a camada de superfície 31 da parte macho 3 é provida com canais. Os canais podem se estender ao longo da porção esférica 319 e terminar na porção cilíndrica 310.

[0023] A porção esférica 37 provê uma superfície maior do que uma porção plana correspondente com o mesmo diâmetro. Há com isso a vantagem de uma área maior sendo disponibilizada para o circuito elétrico 24 e o circuito elétrico 34. Uma maior potência pode ser desse modo transmitida em comparação a soluções conhecidas de com o mesmo diâmetro.

[0024] O formato esférico permite que a barreira de pressão 30 suporte pressões maiores com a mesma espessura de material ou que a espessura do material seja reduzida para resistir às mesmas pressões, como outros modelos conhecidos. Isso é vantajoso, visto que parte dos componentes eletrônicos e elétricos que são necessários para a operação do conector indutivo precisa ser protegida tanto da água quanto da pressão.

Claims

1. Conector (1) para a transmissão indutiva de energia elétrica, o conector (1) incluindo uma parte fêmea (2) e uma parte macho (3); a parte fêmea (2) compreende um alojamento interno (20) formado com uma cavidade esférica (27) delimitada em direção a um circundante por uma camada de superfície (21); a parte macho (3) compreende uma porção esférica (37), a parte macho (3) é delimitada em direção a um circundante por uma camada de superfície (31); a parte fêmea (2) e a parte macho (3) cada uma sendo provida com um circuito elétrico (24, 34), o circuito elétrico (24, 34) formando um lado primário ou um lado secundário de um transformador; a cavidade esférica (27) sendo complementar a porção esférica (37), em que: o circuito elétrico (24) da parte fêmea (2) é formado por um lado côncavo esférico (240) no lado que faceia a camada de superfície (21) da parte fêmea (2), e o circuito elétrico (34) da parte macho (3) está posicionado na porção esférica (37) da parte macho (3) e o circuito elétrico (34) é formado por um lado convexo esférico (340) no lado que faceia a camada de superfície (31) da parte macho (3), caracterizado pelo fato de que: o circuito elétrico (24) da parte fêmea (2) é embutido em uma massa contendo polímero (25) e o espaço entre a massa contendo polímero (25) e o alojamento interno (20) é preenchido com uma massa contendo ferrita (26); e o circuito elétrico (34) da parte macho (3) é embutido em uma massa contendo polímero (35) e o espaço entre a massa contendo polímero (35) e uma barreira de pressão interna (30) é preenchida com uma massa contendo ferrita (36).

2. Conector (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de superfície (21) da parte fêmea (2) é provida com canais (22), os canais (22) se estendendo ao longo da periferia da cavidade esférica (27) a partir de uma porção interna (270) da cavidade esférica (27) até uma porção de entrada (279) da cavidade esférica (27), e os canais (22) tendo porções de abertura (220) na porção de entrada (279) da cavidade esférica (27).

3. Conector (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte fêmea (2) e a parte macho (3) são providas, cada uma, com uma antena (6, 6') para comunicação via rádio.

4. Conector (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte macho (3) é provida com uma câmara eletrônica (39) disposta para manter substancialmente uma pressão de 1 atm.

5. Conector (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte fêmea (2) é provida com uma membrana de vedação na parte interna da camada de superfície (21).

6. Conector (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte macho (3) é provida com uma membrana de vedação na parte interna da camada de superfície (31).