CN105611772B - 水下电磁耦合器密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下电磁耦合器密封装置，由装置本体构成，所述装置本体包括由左至右依次固定连接的磁芯密封装置、电路密封装置和卡扣装置，所述磁芯密封装置包括固定连接的上半磁芯密封装置和下半磁芯密封装置。本发明能够保障电磁耦合器不受水下压力、腐蚀等环境因素的影响，并且便于制造和安装，保证两半电磁耦合器卡扣在传输缆上时的紧密贴合，提高耦合系数，适用于不同水深环境条件下密封电磁耦合器。

Description

水下电磁耦合器密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，更具体的说，是涉及一种水下电磁耦合器密封装置。

背景技术

如今，基于电磁感应原理的电能或数据传输的水下传感器的相关研究正在兴起，传感器需要在水下长时间，全天候，实时的进行相关数据的测量。电磁耦合器在水下环境中，会受到水压变化、腐蚀等环境因素的干扰，进而影响电磁耦合器的正常工作。因此，保障电磁耦合器在水下环境中能够长期、稳定的工作，是决定此类传感器性能的重要因素。设计水下电磁耦合器密封装置，能够为电磁耦合器在水下恶劣环境中提供保护，促进基于电磁耦合原理的水下传感器在海洋探测领域的应用。

目前，采用电磁耦合原理实现电能或数据传输的水下传感器，其采用的电磁耦合器密封装置主要有两类：第一类是采用注塑的方式。依据使用的电磁耦合器的尺寸，设计相应的密封装置模具，通过注塑方式，将电磁耦合器固定在水下密封装置中。该方法存在成品率低，使用的注塑材料受限，电磁耦合器不易更换等缺点；第二类是采用胶粘的方式。设计与电磁耦合器相配合的机械零件，通过环氧树脂等有机粘合剂，将电磁耦合器与密封装置外壳粘合。该方法使得电磁耦合器在密封装置中的位置完全固定，无法进行调节，并且有机粘合剂固化的时间较长，效率较低。

国内外对于水下电磁耦合器密封装置的研究较少。美国海鸟公司研制一款实现数据传输的水下传感器。但由于其两半电磁耦合器之间气隙较大，耦合系数较低，并且电磁耦合器与海水接触，无法实现能量的传输，制约其发展。国内也没有相关密封装置，能够保障水下电磁耦合器电能和数据传输的功能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，保证电磁耦合器在水下环境中长时间稳定的运行，提供了一种水下电磁耦合器密封装置，该密封装置能够保障电磁耦合器不受水下压力、腐蚀等环境因素的影响，并且便于制造和安装，能够适应不同水深环境，保证两半电磁耦合器卡扣在传输缆上时的紧密贴合，提高耦合系数。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的水下电磁耦合器密封装置，由装置本体构成，所述装置本体包括由左至右依次固定连接的磁芯密封装置、电路密封装置和卡扣装置，所述磁芯密封装置包括固定连接的上半磁芯密封装置和下半磁芯密封装置；

所述上半磁芯密封装置包括固定连接的磁芯上箱体和磁芯上箱体盖，所述磁芯上箱体侧面设置有与所述电路密封装置相连接的环形凸台，所述磁芯上箱体与磁芯上箱体盖相接触的端面设置有与其侧面的环形凸台相连通的凹槽，所述磁芯上箱体的凹槽由内至外嵌入有彼此相契合的上半磁芯支撑体和磁芯固定体；所述磁芯上箱体盖设置有两个关于所述磁芯上箱体的凹槽中心轴左右对称的通孔，所述两个通孔之间设置有半圆凹槽；

所述下半磁芯密封装置包括固定连接的磁芯下箱体和磁芯下箱体盖，所述磁芯下箱体与所述磁芯下箱体盖相接触的端面嵌入有带凹槽的下半磁芯支撑体，所述磁芯下箱体盖设置有与所述磁芯上箱体盖的通孔相契合的空心凸台，所述空心凸台均与所述下半磁芯支撑体的凹槽相连通，所述两个空心凸台之间设置有半圆凹槽，所述磁芯下箱体盖的半圆凹槽与磁芯上箱体盖的半圆凹槽共同构成卡扣电缆的圆形通孔。

所述卡扣装置包括固定连接的上半卡扣体和下半卡扣体，所述上半卡扣体的侧面设置有与所述电路密封装置相连接的凸台，所述上半卡扣体和下半卡扣体的接触面分别设置有与所述磁芯密封装置卡扣电缆的圆形通孔同轴的半圆凹槽，所述两个半圆凹槽共同构成卡扣电缆的圆形通孔；

所述电路密封装置包括左右两端分别与磁芯上箱体凸台和上半卡扣体凸台固定连接的密封筒，所述密封筒内设置有中部带通孔的衬板。

所述上半磁芯支撑体设置为两个，所述两个上半磁芯支撑体与磁芯固定体相接触的一端的对角位置分别设置有弧形凹槽。

所述磁芯固定体设置为与所述两个上半磁芯支撑体的弧形凹槽相契合的圆弧形，所述磁芯固定体的圆弧面的两端分别设置有弧形凹槽，所述磁芯固定体的圆弧面的中部设置有矩形凹槽。

所述上半磁芯支撑体的弧形凹槽内均设置有上半磁芯支撑体缓冲垫。

所述下半磁芯支撑体的弧形凹槽内设置有下半磁芯支撑体缓冲垫。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中，磁芯密封装置包括上半磁芯密封装置和下半磁芯密封装置，上半磁芯和下半磁芯可分别密封，上半磁芯通过磁芯上箱体盖固定于磁芯固定体和上半磁芯支撑体之间的弧形空间内，磁芯上箱体盖通过螺钉与磁芯上箱体固定，磁芯固定体保证了磁芯在不会相对运动，下半磁芯通过磁芯下箱体盖固定于下半磁芯支撑体的弧形凹槽内，磁芯下箱体盖通过螺钉与磁芯下箱体固定，通过螺栓将上半磁芯密封装置和下半磁芯密封装置固定连接时，两个磁芯的两端部相互挤压，保证了半磁芯紧密贴合，提高了耦合系数；

(2)本发明中，设置有内部设置有衬板的电路密封装置，水下电路通过尼龙柱固定于衬板上，保证了水下电路与电路密封装置的金属外壳的绝缘，磁芯线圈传递过来的电流能够安全传输给水下电路，保证了电路在水下工作的稳定性；

(3)本发明中，磁芯密封装置和卡扣装置均设置有卡扣电缆的通孔，配合使用，可将本发明整体卡扣在电缆任意位置；

(4)本发明中，磁芯上箱体和磁芯上箱体盖之间、磁芯下箱体和磁芯下箱体盖之间、上半磁芯密封装置和下半磁芯密封装置之间、磁芯密封装置和电路密封装置之间以及电路密封装置和卡扣装置之间均设置有O型密封圈，形成密封，保证磁芯密封装置内放置磁芯的区域和水下电路不受到海水的影响，保证电磁耦合器在水下环境中长时间稳定的运行；

(5)本发明结构新颖，各零件之间均通过螺栓或螺钉固定，安装与拆卸方便，不会破坏零件，有利于磁芯的更换；

(6)本发明中，上半磁芯支撑体的弧形凹槽内设置有上半磁芯支撑体缓冲垫，下半磁芯支撑体的弧形凹槽内设置有下半磁芯支撑体缓冲垫采用上半磁芯支撑体缓冲垫，能够适应不同水压条件下，上、下半磁芯紧密的贴合，减小由于两半磁芯间存在的气隙而导致的线圈电感量的下降而影响水下电磁耦合器的正常使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中磁芯密封装置的结构示意图。

图3是图2中上半磁芯密封装置的结构示意图。

图4是图2中下半磁芯密封装置的结构示意图。

图5是本发明中卡扣装置的结构示意图。

图6是图1中电路密封装置的右视图。

图7是图6的A-A剖视图。

附图标记:1磁芯密封装置 2卡扣装置 3电路密封装置 4O型密封圈5螺栓 11上半磁芯密封装置 12下半磁芯密封装置 13螺栓 14O型密封圈21上半卡扣体 22下半卡扣体23螺栓 31密封筒 32衬板 111磁芯上箱体112上半磁芯支撑体 113上半磁芯支撑体缓冲垫114O型密封圈 115磁芯固定体 116磁芯上箱体盖 117螺钉 121磁芯下箱体 122下半磁芯支撑体123下半磁芯支撑体缓冲垫 124磁芯下箱体盖 125O型密封圈 126螺钉

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明的水下电磁耦合器密封装置，由装置本体构成，所述装置本体包括由左至右依次连接的磁芯密封装置1、电路密封装置3和卡扣装置2，所述磁芯密封装置1、卡扣装置2与电路密封装置3之间可设置有O型密封圈4，且彼此间可通过螺栓5进行固定，所述螺栓5可设置为四个，可选用M3内六角螺栓。

如图2所示，所述磁芯密封装置1包括固定连接的上半磁芯密封装置11和下半磁芯密封装置12，所述上半磁芯密封装置11和下半磁芯密封装置12之间可设置有O型密封圈14，所述上半磁芯密封装置11和下半磁芯密封装置12之间可通过螺栓13进行固定，所述螺栓13可设置为八个，可选用M6内六角螺栓。

如图3所示，所述上半磁芯密封装置11包括磁芯上箱体111和磁芯上箱体盖116，所述磁芯上箱体111和磁芯上箱体盖116可通过螺钉117固定连接，所述螺钉117可设置为十个，可选用M4圆头十字螺钉。所述磁芯上箱体111可设置为圆弧体，以降低其在海水中受到磨损，可选用316不锈钢加工制成，所述磁芯上箱体111侧面设置有与所述电路密封装置3相连接的环形凸台，用于电磁耦合器线圈与电路密封装置3内的水下电路的连接，所述环形凸台外侧设置有O型密封圈槽，用于固定O型密封圈4，并开设有四个螺栓孔，用于与电路密封装置3固定连接。所述磁芯上箱体111与磁芯上箱体盖116相接触的端面可设置有八个螺栓孔和十个螺钉孔，所述磁芯上箱体111与磁芯上箱体盖116相接触的端面的中心位置设置有与其侧面的环形凸台相连通的圆角矩形凹槽，圆角矩形凹槽周围可设置有与其同轴线的O型密封圈槽，用于固定O型密封圈114，所述磁芯上箱体111的圆角矩形凹槽由内至外嵌入有上半磁芯支撑体112和磁芯固定体115。所述上半磁芯支撑体112可由尼龙66构成，并排设置为两个，且两个上半磁芯支撑体112之间留有间隙，便于电磁耦合器线圈通入所述磁芯上箱体111侧面设置的环形凸台，所述两个上半磁芯支撑体112与磁芯固定体115相接触的一端的对角位置分别设置有弧形凹槽，用于支撑电磁耦合器上半部分，使电磁耦合器与磁芯上箱体111的金属外壳绝缘，所述上半磁芯支撑体112的弧形凹槽内均可设置有与其形状相契合的半磁芯支撑体缓冲垫113。所述磁芯固定体115可由尼龙66构成，形状可设置为与所述两个上半磁芯支撑体112的弧形凹槽相契合的圆弧形实体，所述磁芯固定体115的圆弧面的两端分别设置有弧形凹槽，圆弧面的中部设置有矩形凹槽，用于固定磁芯的位置。所述磁芯固定体115与两个上半磁芯支撑体112可组合成矩形体。所述磁芯上箱体盖116可由尼龙66构成，所述磁芯上箱体盖116设置有两个关于所述磁芯上箱体111的凹槽中心轴左右对称的通孔，即两个通孔的轴线与所述磁芯上箱体111的凹槽中心轴相互平行，所述两个通孔可设置为圆角矩形，所述两个通孔内设置有与其同轴的O型密封圈槽，用于固定O型密封圈14。所述磁芯上箱体盖的两个通孔之间设置有半圆凹槽，所述半圆形槽位于磁芯上箱体盖116与下半磁芯密封装置12相接触的端面，所述半圆凹槽的轴线与两个通孔的轴线相垂直，用于将上半磁芯密封装置11卡扣在传输钢缆上。所述磁芯上箱体盖可设置有八个与所述磁芯上箱体111的螺栓孔相对应的通孔，用于螺栓13将上半磁芯密封装置11和下半磁芯密封装置12固定连接，所述磁芯上箱体盖可设置有十个与所述磁芯上箱体111的螺纹孔相对应的通孔，用于螺钉117将磁芯上箱体盖116和磁芯上箱体111固定连接。

如图4所示，所述下半磁芯密封装置12包括磁芯下箱体121和磁芯下箱体盖124，所述磁芯下箱体121和磁芯下箱体盖124可通过螺钉126固定连接，所述螺钉126可设置为十个，可选用M4圆头十字螺钉。所述磁芯下箱体121可由316不锈钢构成，可设置为底面截面为矩形的圆弧体，以降低其在海水中受到磨损，所述磁芯下箱体121底面嵌入有与所述磁芯下箱体盖124相接触的带弧形凹槽的下半磁芯支撑体122。所述下半磁芯支撑体122可由尼龙66构成，可设置为圆角矩形实体，其与磁芯下箱体盖124相接触的端面的中间位置开设有弧形凹槽，用于支撑电磁耦合器下半部分，使电磁耦合器与磁芯下箱体121的金属外壳绝缘，所述弧形凹槽内设置有圆弧形下半磁芯支撑体缓冲垫123。所述磁芯下箱体121底面设置有与下半磁芯支撑体122同轴线的O型密封圈槽，用于固定O型密封圈125，并开设十个螺纹孔，用于磁芯下箱体盖124的固定。所述磁芯下箱体盖124可由尼龙66构成，设置有与所述磁芯上箱体盖116的圆角矩形通孔相契合的空心凸台，所述空心凸台均与所述下半磁芯支撑体122的弧形凹槽相连通，所述两个空心凸台之间设置有半圆凹槽，所述磁芯下箱体盖124的半圆凹槽与磁芯上箱体盖116的半圆凹槽共同构成圆形通孔，用于卡扣在传输钢缆上。所述磁芯下箱体盖124可设置有十个与磁芯下箱体121的螺纹孔相对应的通孔，用于螺钉126将磁芯下箱体盖124和磁芯下箱体121固定连接。所述磁芯下箱体121的弧形面和磁芯下箱体盖124的对应位置分别开设有八个与磁芯上箱体盖116的通孔相对应的通孔，用于螺栓25将上半磁芯密封装置11和下半磁芯密封装置12固定连接。

如图5所示，所述卡扣装置2包括上半卡扣体21和下半卡扣体22，所述上半卡扣体21和下半卡扣体22可通过螺栓23固定连接，所述螺栓23可设置为四个内，可选用M6内六角螺栓，所述上半卡扣体21的上端面和下半卡口体的下端面可设置有圆弧形。所述上半卡扣体22侧面设置有与所述电路密封装置3套装连接的圆形凸台，所述圆形凸台侧面设置有与其同轴的O型密封圈槽，用于固定O型密封圈4，所述圆形凸台侧面开设有四个M3的螺纹孔，用于与电路密封装置3的固定。所述上半卡扣体21和下半卡口体22的接触面分别设置有与所述磁芯密封装置1卡扣电缆的圆形通孔同轴的半圆凹槽，所述两个半圆凹槽共同构成圆形通孔，用于卡扣在传输钢缆上。所述上半卡扣体21和下半卡扣体22均可由尼龙66材料加工制成。

如图6和图7所示，所述电路密封装置3包括左右两端分别与所述磁芯密封装置1和卡扣装置2套接的密封筒31，所述密封筒31可由316不锈钢圆筒构成，所述密封筒31内右端设置有衬板32，所述衬板32可由316不锈钢构成，所述衬板32可设置为2mm厚，中心开设有直径30mm的与密封筒同轴的通孔，用于测量传感器与处理电路的连接，所述衬板32均匀开设有三个直径3.2mm的通孔，为保证水下电路与电路密封装置3的金属外壳的绝缘，可通过三个尼龙柱将固定水下电路固定于衬板32上。所述密封筒31左右两端向内30mm的内表面需进行处理，使表面粗糙度达到Ra1.6，并在密封筒两端外表面各开四个直径3.2mm的通孔，分别用于与磁芯上箱体111和上半卡扣体21的固定。

所述的上半磁芯支撑体缓冲垫113和下半磁芯支撑体缓冲垫123分别固定在上半磁芯支撑体112和下半磁芯支撑体122上，减小水压对密封装置内上、下半磁芯的影响，并利用上半磁芯支撑体缓冲垫113和下半磁芯支撑体缓冲垫123的弹性使两半磁芯在不同水深环境中能够保证紧密贴合。所述上半磁芯支撑体缓冲垫113和下半磁芯支撑体缓冲垫123均采用发泡橡胶生产，能够适应不同水压条件下，上、下半磁芯紧密的贴合，减小由于两半磁芯间存在的气隙而导致的线圈电感量的下降，进而影响水下电磁耦合器的正常使用。所述磁芯上箱体111与磁芯上箱体盖116的接触面需进行处理，使表面粗糙度达到Ra1.6，磁芯上箱体盖116与磁芯下箱体盖124的接触面需进行处理，使表面粗糙度达到Ra1.6，磁芯下箱体盖124与磁芯下箱体121的接触面需进行处理，使表面粗糙度达到Ra1.6。所述磁芯上箱体盖116和磁芯下箱体盖124的半圆凹槽的两端可开圆角以减少磁芯密封装置1对传输电缆的磨损程度，所述上半卡扣体21和下半卡扣体22的半圆凹槽的两端可开圆角以减少卡扣装置2对传输电缆的磨损程度。本发明中使用的M6内六角螺栓、M4圆头十字螺钉、M3内六角螺栓均可采用不锈钢316材料加工制作，以避免由于金属活动性不同造成的本发明受到海水的腐蚀。本发明中使用的O型密封圈均采用氟橡胶材料生产，可以延长O型密封圈在海洋环境中的使用寿命，保证本发明的的密封性能。O型密封圈尺寸的选取与O型密封圈槽的设计依据GB3452.3-2005-T。

本发明的安装方法：

首先，所述上半磁芯支撑体112放置在磁芯上箱体111的圆角矩形凹槽内，贴上上半磁芯支撑体缓冲垫113，被保护的上半环形磁芯置于上半磁芯支撑体缓冲垫113上，上半环形磁芯的线圈从磁芯上箱体111环形凸台中央的孔中伸出，与固定在电路密封装置3中衬板32上的水下电路相连接，完成相关功能；通过磁芯固定体115与磁芯上箱体盖116的配合，将上半磁芯固定在上半磁芯支撑体112上，使上半磁芯仅能沿上半磁芯支撑体112的弧形凹槽内滑动，通过十个M4的螺钉117将磁芯上箱体盖116与磁芯上箱体111固定连接，使得上半环形磁芯压紧于磁芯固定体115和上半磁芯支撑体缓冲垫113之间，且上半环形磁芯的两端面高于磁芯上箱体盖116两圆角矩形通孔1-2mm，磁芯上箱体111底面的O型密封圈114由于螺钉117的紧固受压，形成密封。

然后，所述下半磁芯支撑体122放置在磁芯下箱体121的圆角矩形凹槽内，并贴上下半磁芯支撑体缓冲垫123，需要被保护的下半环形磁芯置于上下半磁芯支撑体缓冲垫123上，然后通过十个M4的螺钉126将磁芯下箱体盖124与磁芯下箱体121固定连接，使得下半环形磁芯压紧于磁芯下箱体盖124和下半磁芯支撑体缓冲垫123之间，且下半环形磁芯仅能沿下半磁芯支撑体122的弧形凹槽滑动，且下半环形磁芯两端面高于磁芯下箱体盖124两空心圆角矩形凸台表面1-2mm，磁芯下箱体121顶面的O型密封圈125由于螺钉126的紧固受压，形成密封。

其次，通过八个M6的螺栓13将上半磁芯密封装置11和下半磁芯密封装置12卡扣在传输电缆上，磁芯上箱体盖116两个圆角矩形通孔内的O型密封圈14由于螺栓13的紧固受压，形成密封，保证磁芯密封装置1内放置磁芯的区域不受到海水的影响，上半部分磁芯与下半部分磁芯相互挤压，保证两半磁芯在螺栓13的作用下紧密贴合。

接着，所述上半卡扣体21与下半卡扣体22通过四个M6的螺栓23卡扣在传输电缆上。

最后，所述磁芯密封装置1与卡扣装置2分别通过凸台与电路密封装置3两端连接，并分别通过四个M3的螺栓5紧固，使得凸台外侧的O型密封圈4受压，形成密封。

本发明的工作原理：所述传输电缆供电后，磁芯密封装置1中的耦合器磁芯通过电磁感应产生交流电，通过上半磁芯上的线圈输出交流电，传送给设置于电路密封装置3中衬板32上的水下电路，进而完成相关功能。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种水下电磁耦合器密封装置，由装置本体构成，其特征在于，所述装置本体包括由左至右依次固定连接的磁芯密封装置、电路密封装置和卡扣装置，所述磁芯密封装置包括固定连接的上半磁芯密封装置和下半磁芯密封装置；

所述上半磁芯密封装置包括固定连接的磁芯上箱体和磁芯上箱体盖，所述磁芯上箱体侧面设置有与所述电路密封装置相连接的环形凸台，所述磁芯上箱体与磁芯上箱体盖相接触的端面设置有与其侧面的环形凸台相连通的凹槽，所述磁芯上箱体的凹槽由内至外嵌入有彼此相契合的上半磁芯支撑体和磁芯固定体；所述磁芯上箱体盖设置有两个关于所述磁芯上箱体的凹槽中心轴左右对称的通孔，所述两个通孔之间设置有半圆凹槽；

所述下半磁芯密封装置包括固定连接的磁芯下箱体和磁芯下箱体盖，所述磁芯下箱体与所述磁芯下箱体盖相接触的端面嵌入有带凹槽的下半磁芯支撑体，所述磁芯下箱体盖设置有与所述磁芯上箱体盖的通孔相契合的空心凸台，所述空心凸台均与所述下半磁芯支撑体的凹槽相连通，所述两个空心凸台之间设置有半圆凹槽，所述磁芯下箱体盖的半圆凹槽与磁芯上箱体盖的半圆凹槽共同构成卡扣电缆的圆形通孔。

所述卡扣装置包括固定连接的上半卡扣体和下半卡扣体，所述上半卡扣体的侧面设置有与所述电路密封装置相连接的凸台，所述上半卡扣体和下半卡扣体的接触面分别设置有与所述磁芯密封装置卡扣电缆的圆形通孔同轴的半圆凹槽，所述两个半圆凹槽共同构成卡扣电缆的圆形通孔；

所述电路密封装置包括左右两端分别与磁芯上箱体凸台和上半卡扣体凸台固定连接的密封筒，所述密封筒内设置有中部带通孔的衬板。

2.根据权利要求1所述的水下电磁耦合器密封装置，其特征在于，所述上半磁芯支撑体设置为两个，所述两个上半磁芯支撑体与磁芯固定体相接触的一端的对角位置分别设置有弧形凹槽。

3.根据权利要求2所述的水下电磁耦合器密封装置，其特征在于，所述磁芯固定体设置为与所述两个上半磁芯支撑体的弧形凹槽相契合的圆弧形，所述磁芯固定体的圆弧面的两端分别设置有弧形凹槽，所述磁芯固定体的圆弧面的中部设置有矩形凹槽。

4.根据权利要求2所述的水下电磁耦合器密封装置，其特征在于，所述上半磁芯支撑体的弧形凹槽内均设置有上半磁芯支撑体缓冲垫。

5.根据权利要求1所述的水下电磁耦合器密封装置，其特征在于，所述下半磁芯支撑体与磁芯下箱体盖相接触的端面的中间位置开设有弧形凹槽，所述下半磁芯支撑体的弧形凹槽内设置有下半磁芯支撑体缓冲垫。