CN104854667A - 用于电能的感应传输的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于电能感应传输的连接器(1)，该连接器(1)包括凹形部件(2)和凸形部件(3)；凹形部件(2)和凸形部件(3)各自设有电路(24、34)，电路(24、34)形成变压器的初级侧或次级侧；凹形部件(2)包括球形腔(27)和表面层(21)，而凸形部件(3)包括球形部(37)和表面层(31)；球形腔(27)与球形部(37)互补，并且凹形部件(2)的电路(24)在面向凹形部件(2)的表面层(21)的那侧上形成有凹侧(240)，而凸形部件(3)的电路(34)安置在凸形部件(3)的球形部(37)中，且电路(34)在面向凸形部件(34)的表面层(31)的那侧上形成有凸侧(340)。

Description

用于电能的感应传输的设备
技术领域
本发明涉及一种用于电能的感应传输(感应输电)的连接器。更具体而言，本发明涉及一种具有凹形部件和凸形部件的连接器，所述凹形部件和凸形部件被配置成比其它具有相同直径的这类连接器传输更多电能。在水下作业中使用连接器尤其具有优势。
背景技术
电能的感应传输在本领域内是已知的。用于能量感应传输的连接器是一种非电流连接器(non-galvanic connector)。在其最简单的形式中，用于感应能量传输的连接器由变压器(transformer，转换器)构成，其中初级侧位于连接器的一半上，而次级侧位于连接器的另一半上。初级侧和次级侧之间的较短距离使得能量损失极小，但是随着初级侧和次级侧之间的距离增大，能量损失随之增大。专利公布文献WO 2005/106902公开了一种用于这种电能感应传输的设备。根据该专利公布文献，连接到共振电路的电源是稳频的(frequency-regulated)。同样已知的是，通信信号能以相同的方式来传输。
此外，因用于为电动牙刷充电，电能的感应传输被人们所公知。专利公布文献JP H05236663公开了一种具有次级线圈的牙刷，该次级线圈安置在圆形的端部中。通过将牙刷放置在保持架中来对牙刷进行充电，该保持架支撑该牙刷而使其保持在竖直取向的位置。该保持架设有用于承接牙刷端部的球形凹座。初级线圈设置在球形凹座下面。专利公布文献CN 202550219公开了一种用于能量及“无线局域网”(WLAN)数据的感应传输的连接器。该连接器可以在水下使用。该连接器包括凸形部件和与之互补的凹形部件。凸形部件被形成为截锥形。专利公布文献DE 19621003公开了一种用于能量和信号的感应传输的插塞式连接器。该插塞式连接器包括凸形部件和与之互补的凹形部件。该凸形部件被形成为具有形成截锥形的端部的柱体。该凸形部件包括由烧结铁氧体(sintered ferrite)构成的芯部。初级线圈缠绕在芯部的一部分上。该凹形部件包括由注塑粘结型铁氧体材料形成的套筒。次级线圈缠绕在套筒的部分上。专利公布文献US 3743989公开了一种用于能量和信号的感应传输的插塞式连接装置。该插塞式连接装置包括凸形部件和与之互补的凹形部件。凸形部件的形状包括短柱和其后的形成为截锥的长部。该插塞式连接件适合于在海水中使用。将与海水接触的表面覆有涂层，该涂层包括带有附加的防污剂的氯丁橡胶。这样就提供了防锈和防污保护。
因为海水具有良好的导电性，能量和信号的感应传输在海水中是尤其有利的。在石油工业中，远程操控的水下运载工具(即所谓的ROV)的使用是已知的。此外，已知的是ROV可在水下通过将凸形部件移动到凹形部件中或将凹形部件移动到凸形部件上来操控用于感应能量传输的连接器。
使用感应能量传输方式的缺点在于可传输的能量数量有限。除其它因素外，可以传输的能量的量取决于初级侧和次级侧之间的面积。已知的用于感应能量传输的连接器(其通过ROV操作)的缺点在于，对于ROV操作员来说很难使凸形部件碰到和连接到凹形部件，或者使凹形部件碰到和连接到凸形部件。ROV受水流的影响，并且ROV具有惯性质量，使得很难以所需精度进行操控。
发明内容
本发明的一个目的是纠正或减少现有技术的至少一个缺点，或至少提供对于现有技术的可用的选择方案。
此目的是通过下文的说明书和随附的权利要求中详细说明的特征来实现的。
本发明涉及用于电能感应传输的连接器，该连接器包括凹形部件和凸形部件；凹形部件和凸形部件各自设有电路，此电路形成变压器的初级侧或次级侧；凹形部件包括球形腔和表面层，而凸形部件包括球形部和表面层；球形腔与球形部互补，并且凹形部件的电路在面向凹形部件的表面层的那侧上形成有凹侧，而凸形部件的电路安置在凸形部件的球形部中，且该电路在面向凸形部件的表面层的那侧上形成有凸侧。
凹形部件的表面层可设有多个通道，这些通道沿球形腔的边缘从球形腔的内部延伸到球形腔的入口部，这些通道在球形腔的入口部处具有多个嘴部。
凸形部件和凹形部件各自可设有用于无线电通信的天线。凸形部件可设有电子设备室，该电子设备室被配置为用以大体上维持1atm(标准大气压)的压力。凹形部件可在表面层的内侧上设有密封膜。凸形部件可在表面层的内侧上设有密封膜。
附图说明
在下文中对一优选实施例的示例进行描述，该示例在附图中被示出，在附图中：
图1示出根据本发明的用于电能感应传输的连接器的凹形部件的截面；
图2以与图1相同的比例示出根据本发明的用于电能感应传输的连接器的凸形部件的截面；
图3以较大比例示出图1的细部A；以及
图4以与图3相同比例示出图2的细部B。
具体实施方式
在附图中，附图标记1表示用于电能感应传输的连接器。该连接器1由凹形部件2和凸形部件3构成。这里仅提及对于本发明操作的理解很重要的部件。
凹形部件2包括内壳20和包围内壳20的外壳20’。在一个端部，内壳20形成有凹腔或球形腔27，该球形腔27被构造成与凸形部件3的球形部37相容。内壳20可由金属或聚合物构成，或者由金属与聚合物的组合物构成。内壳20形成一压力屏障。外壳20’可由金属或聚合物构成，或者由金属与聚合物的组合物构成。
通过表面层21向周围约束球形腔27。表面层21可由聚合物构成。在表面层21中，示出多个通道22。通道22沿着球形腔27的周边(边缘)延伸，从球形腔27的内部270延伸到球形腔27的入口部279。通道22在球形腔27的入口部279处具有嘴部220。以下描述了这些通道22的用途。在表面层21内，可设置有密封膜(未示出)。该密封膜可包围表面层21的内侧。面向表面层21形成有由变压器的初级侧或次级侧构成的电路24。电路24被示出为埋置在含聚合物质量体(mass，物质)25中。含聚合物质量体25可包括环氧树脂质量体25。含聚合物质量体25与内壳20之间的空间由含铁素体质量体26填充。多个通道23穿过内壳20与电路24一起延伸到含聚合物质量体25。电线4从凹形部件2的电子设备室(未示出)延伸，穿过内壳20并经过一个或更多个通道23到达电路24。
凸形部件3包括压力屏障30。在一个部分中，压力屏障30形成有凸圆形的突出球形部309。另外，压力屏障30被示出为在突出球形部309内具有柱形部300。压力屏障30可由金属或聚合物构成，或者由金属和聚合物的组合物构成。压力屏障30可围绕电子设备室39。
在一个部分中，通过表面层31将凸形部件3朝向周围约束。表面层31被示出为具有球形部319和柱形部310。表面层31可由聚合物构成。在表面层31内可设置一密封膜(未示出)。该密封膜可包围表面层31的内侧。
在表面层31内形成有电路34，该电路构成变压器的初级侧或次级侧。电路34被示出为埋置在含聚合物质量体35中。含聚合物质量体35可包括环氧树脂质量体35。含聚合物质量体35与压力屏障30之间的空间由含铁素体质量体36填充。电线4’从凸形部件3的电子设备室39经过通道33延伸到电路34。凸形部件3还设有一个或更多个凸缘5。
在图中，同样示出了凹形部件3中的天线6和凸形部件3中的天线6’。天线6朝向球形腔27的内部270延伸。天线6’朝向凸形部件3的顶部319延伸。天线6、6’使得能够凹形部件2与凸形部件3之间实现无线电通信。
凹形部件2的电路24形成有面向表面层21和球形腔27的凹侧240。凸形部件3的电路34形成有面向表面层31和球形腔37的凸侧340。由此，在沿着凹侧240和凸侧340的电路24与电路34之间获得短而固定的距离。在本说明书中，“凹侧”意指该侧形成内部球形表面的一部分。在本说明书中，凸侧意指该侧形成外部球形表面的一部分。内部球形表面和外部球形表面可偏离理想球形表面，在理想球形表面中每个点均具有到假想的球的中心相同的半径。
在凹形部件2的电子设备室(未示出)中以及凸形部件的电子设备室39中设有必要的电子设备和电路。由于凹形部件2的内壳20形成压力屏障，且凸形部件3包括压力屏障30，因此凹形部件2的电子设备室和凸形部件3的电子设备室39可保持在大体为大气压的压力下。
凸形部件3的表面层31进一步形成为球形。这样做的优点是能使凸形部件3以从凹形部件2的纵轴线7偏离的角度碰到凹形部件2。凸形部件3和凹形部件2的形状同样会使得凸形部件3和凹形部件2在朝向彼此压靠时完全合在一起。这样便于通过使用ROV来接合凹形部件2和凸形部件3。在将凸形部件3插入时，将会挤出存在于凹形部件2的腔27中的水。由于任何可沉淀在腔27的表面层21上的颗粒材料均被旋起和带走，因此提供了自动清洗的效果。通道22改善了这种自动清洗效果。
在一备选的实施例(未示出)中，凸形部件3的表面层31设有多个通道。这些通道可横跨球形部319延伸并终止于柱形部310。
球形部37提供了与相同直径的对应的平坦部相比更大的表面。这样做的优点是电路24和电路34可用的面积更大。由此，可以传输与已知的相同直径的方案相比更大的电功率。
上述球形的形状使得压力屏障30能够以与其它已知的设计相同的材料厚度耐受更大的压力。这一点是有利的，因为感应连接器的操作所必需的一部分电子设备和电力部件必须要求防水和防压。

Claims (6)

1.一种用于电能的感应传输的连接器(1)，所述连接器(1)包括凹形部件(2)和凸形部件(3)；所述凹形部件(2)和所述凸形部件(3)各自设有电路(24、34)，所述电路(24、34)形成一变压器的初级侧或次级侧；所述凹形部件(2)包括球形腔(27)和表面层(21)，而所述凸形部件(3)包括球形部(37)和表面层(31)；所述球形腔(27)与所述球形部(37)互补，其特征在于，所述凹形部件(2)的电路(24)在面向所述凹形部件(2)的表面层(21)的那侧上形成有凹侧(240)，而所述凸形部件(3)的电路(34)设置在所述凸形部件(3)的球形部(37)中且所述电路(34)在面向所述凸形部件(3)的表面层(31)的那侧上形成有凸侧(340)。
2.根据权利要求1所述的连接器(1)，其中所述凹形部件(2)的表面层(21)设有多个通道(22)，所述通道(22)沿着所述球形腔(27)的周边从所述球形腔(27)的内部(270)延伸到所述球形腔(27)的入口部(279)，且所述通道(22)在所述球形腔(27)的入口部(279)处具有多个嘴部(220)。
3.根据权利要求1所述的连接器(1)，其中所述凹形部件(2)和所述凸形部件(3)各自设有用于无线电通信的天线(6、6’)。
4.根据权利要求1所述的连接器(1)，其中所述凸形部件(3)设有电子设备室(39)，所述电子设备室(39)被配置为用以大体上维持1atm的压力。
5.根据权利要求1所述的连接器(1)，其中所述凹形部件(2)在所述表面层(21)的内侧上设有密封膜。
6.根据权利要求1所述的连接器(1)，其中所述凸形部件(3)在所述表面层(31)的内侧上设置有密封膜。
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