CN108599387A - 电磁内筒总成、电磁外筒总成和非接触能量信息传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油工程设备技术领域，是一种电磁内筒总成、电磁外筒总成和非接触能量信息传输装置，电磁内筒总成包括内筒体、内圈体、第一导线和内圈绝缘套，内筒体的中部外侧设有外环槽，外环槽内设有内圈体；电磁外筒总成包括外筒体、外圈绝缘套、左限位圈体、外圈体、右限位圈体和第二导线，外筒体内侧套装有外圈绝缘套；非接触能量信息传输装置包括电磁内筒总成和电磁外筒总成，电磁外筒总成内套装有电磁内筒总成且两者之间有间隙。本发明可实现电磁内筒总成和电磁外筒总成在非接触且各自静止或运动状态下的能量和信号传输，从而省去布线对工具和环境的制约，简化装配过程，具有良好的安全性，且使用方便，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程设备技术领域，是一种电磁内筒总成、电磁外筒总成和非接触能量信息传输装置。
背景技术
在钻井工具工作过程中，各短节之间需要进行能量与信号的传输，一般是通过导电滑环来实现，导电滑环为接触式能量传输，结构简单，工作可靠，但仅适用于工作时相对静止短节之间的连接，若两者相对转动，随着导电滑环相对转动次数的增加，不可避免的出现磨损，若出现工具漏电现象将影响工具的正常工作，可靠性差。静止推靠式旋转导向工具在工作过程中，需要给不旋转外筒通电以供给执行部件使用。不旋转外筒与旋转芯轴在工作过程中有持续性的相对转动，且两者之间有可能短时间内会有少量油气介质或地层液，工作环境复杂，导电滑环无法满足使用需求。
发明内容
本发明提供了一种电磁内筒总成、电磁外筒总成和非接触能量信息传输装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有相对转动的各短节之间进行能量与信号的传输存在的导电滑环易磨损，易产生漏电而影响工具的正常工作，可靠性差，工况复杂时，导电滑环无法满足使用需求的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种电磁内筒总成，包括内筒体、内圈体、第一导线和内圈绝缘套，内筒体的中部外侧设有外环槽，外环槽内设有内圈体，内圈体外侧设有内圈绝缘套，对应内圈绝缘套内侧位置的内圈体的外侧设有环形内线槽，第一导线位于内圈绝缘套内且沿环形内线槽的圆周缠绕形成内线圈；内圈体通过纵向切割形成沿圆周依次排列的内圈分割瓣，至少有一个内圈分割瓣为内圈固定片，其余内圈分割瓣均为内圈磁条；内筒体上设有能使第一导线两端穿出的内穿线通道，内圈固定片上设有能容留第一导线并将其两端部导向至相应的内穿线通道的内圈通线通道，第一导线的两端分别通过对应的内圈通线通道从相应的内穿线通道穿出于内筒体外侧。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述内圈体外侧可设有一个环形内线槽，内圈通线通道与环形内线槽连通。
上述内圈体外侧可沿左右向设有至少两个环形内线槽，内圈固定片上设有能将每两相邻的环形内线槽连通的内圈连通槽，且至少一个内圈连通槽与内圈通线通道连通，第一导线通过内圈连通槽依次沿各个环形内线槽的圆周缠绕且在每个环形内线槽内均形成内线圈。
上述内圈体的外径可与内筒体的外径相等，内圈绝缘套的右端套装在位于内圈体右方的内筒体外侧，对应内圈体左侧位置的内筒体外侧设有限位环台，内圈绝缘套的左端抵在限位环台的右端面上。
上述内圈绝缘套与内筒体之间、内圈绝缘套与各个内圈分割瓣之间、外环槽与各个内圈分割瓣之间、第一导线与环形内线槽和内圈绝缘套之间均可涂有密封胶。
上述内圈磁条可为铁氧体。
上述内筒体上可沿圆周分布有内连接孔。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种能与上述电磁内筒总成配合使用的电磁外筒总成，包括外筒体、外圈绝缘套、左限位圈体、外圈体、右限位圈体和第二导线，外筒体内侧套装有外圈绝缘套，外筒体与外圈绝缘套之间形成环空腔，环空腔内由左至右依次分布有左限位圈体、外圈体和右限位圈体，且左限位圈体和右限位圈体分别与外筒体固定在一起，外圈体的内侧设有环形外线槽，第二导线位于环形外线槽内且沿外圈绝缘套的圆周缠绕形成外线圈；外圈体通过纵向切割形成沿圆周依次排列的外圈分割瓣，至少有一个外圈分割瓣为外圈固定片，其余外圈分割瓣均为外圈磁条；外筒体上设有能使第二导线两端穿出的外穿线通道，外圈固定片上设有能容留第二导线并将其两端部导向至相应的外穿线通道的外圈通线通道，第二导线的两端分别通过对应的外圈通线通道从相应的外穿线通道穿出于外筒体外侧。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述外圈体内侧可设有一个环形外线槽，外圈通线通道与环形外线槽连通。
上述外圈体内侧可沿左右向设有至少两个环形外线槽，外圈固定片上设有能将每两相邻的环形外线槽连通的外圈连通槽，且至少一个外圈连通槽与外圈通线通道连通，第二导线通过外圈连通槽依次沿各个外圈绝缘套的圆周缠绕且在每个环形外线槽内均形成外线圈。
上述外圈绝缘套与左限位圈体之间、外圈绝缘套与各个外圈分割瓣之间、外圈绝缘套与右限位圈体之间、第二导线与外绝缘套和环形外线槽之间均可涂有密封胶。
上述外圈磁条可为铁氧体。
上述外筒体上可沿圆周分布有外连接孔。
本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种使用上述电磁内筒总成和电磁外筒总成的非接触能量信息传输装置，包括电磁内筒总成和电磁外筒总成，电磁外筒总成内套装有电磁内筒总成且两者之间有间隙，外圈体内侧的环形外线槽与内圈体外侧的环形内线槽数量相同且位置一一对应，外线圈与内线圈的绕线方向相反。
下面是对上述发明技术方案之三的进一步优化或/和改进：
上述每组对应的环形外线槽和环形内线槽中的内线圈与外线圈之间的间距可为2mm到5mm之间。
本发明构思巧妙，设计合理，通过内线圈、内圈磁条、外线圈和外圈磁条可实现电磁内筒总成和电磁外筒总成在非接触且各自静止或运动状态下的能量和信号传输，从而省去布线对工具和环境的制约，简化装配过程，具有良好的安全性，且使用方便，稳定性好，第一导线和第二导线均包覆在电磁内筒总成和电磁外筒总成，可有效避免发生漏电，确保工具正常工作，电磁内筒总成和电磁外筒总成在工作过程中可保持非接触状态，由此可避免磨损，有助于延长其使用寿命；其能适用于各种工况，尤其适用于相对旋转的两者之间的能量和信号传输，从而可避免在两者相对运动下发生导线缠绕，确保工作的连续性。
附图说明
附图1为本发明实施例三的左视结构示意图。
附图2为附图1在A-A处的剖视结构示意图。
附图3为附图1在B-B处的剖视结构示意图。
附图4为附图1在C-C处的剖视结构示意图。
附图中的编码分别为：1为内筒体，2为第一导线，3为内圈绝缘套，4为内线圈，5为内圈固定片，6为内圈磁条，7为外筒体，8为外圈绝缘套，9为左限位圈体，10为右限位圈体，11为第二导线，12为外线圈，13为外圈固定片，14为外圈磁条，15为外连接孔，16为内连接孔。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图2的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例一：如附图1、2、3、4所示，一种电磁内筒总成，包括内筒体1、内圈体、第一导线2和内圈绝缘套3，内筒体1的中部外侧设有外环槽，外环槽内设有内圈体，内圈体外侧设有内圈绝缘套3，对应内圈绝缘套3内侧位置的内圈体的外侧设有环形内线槽，第一导线2位于内圈绝缘套3内且沿环形内线槽的圆周缠绕形成内线圈4；内圈体通过纵向切割形成沿圆周依次排列的内圈分割瓣，至少有一个内圈分割瓣为内圈固定片5，其余内圈分割瓣均为内圈磁条6；内筒体1上设有能使第一导线2两端穿出的内穿线通道，内圈固定片5上设有能容留第一导线2并将其两端部导向至相应的内穿线通道的内圈通线通道，第一导线2的两端分别通过对应的内圈通线通道从相应的内穿线通道穿出于内筒体1外侧。内圈固定片5上设置内圈通线通道不仅可便于第一导线2的端部穿出，还可对第一导线2的缠绕形成限位，防止其松动或错动。根据需求，内穿线通道可为一个或多个，第一导线2的两端可分别从相同或不同的内穿线通道内穿出，由此可使其能满足不同的工况需求；内线圈4的匝数可根据需求调整；内筒体1可采用现有公知的不具有磁性的材料制成，如钛合金等，由此可防止其对能量和信号的传输产生干扰；内穿线通道和内圈通线通道均可采用现有公知技术，如通孔或槽等，具体以能使第一导线2穿过为前提。
可根据实际需要，对上述电磁内筒总成作进一步优化或/和改进：
根据需求，内圈体外侧设有一个环形内线槽，内圈通线通道与环形内线槽连通。由此可便于第一导线2端部的穿出。
如附图1、2、3、4所示，内圈体外侧沿左右向设有至少两个环形内线槽，内圈固定片5上设有能将每两相邻的环形内线槽连通的内圈连通槽，且至少一个内圈连通槽与内圈通线通道连通，第一导线2通过内圈连通槽依次沿各个环形内线槽的圆周缠绕且在每个环形内线槽内均形成内线圈4。由此可便于第一导线2的缠绕和其端部的穿出，每个环形内线槽内的内线圈4的匝数均可根据实际需求调整，从而使其具有良好的适应性。
如附图1、2、3、4所示，内圈体的外径与内筒体1的外径相等，内圈绝缘套3的右端套装在位于内圈体右方的内筒体1外侧，对应内圈体左侧位置的内筒体1外侧设有限位环台，内圈绝缘套3的左端抵在限位环台的右端面上。由此可便于内圈绝缘套3的安装。根据需求，限位环台的左端面可为左窄右宽的锥台面，由此可便于其套入配套使用的电磁外筒总成内。
如附图1、2、3、4所示，内圈绝缘套3与内筒体1之间、内圈绝缘套3与各个内圈分割瓣之间、外环槽与各个内圈分割瓣之间、第一导线2与环形内线槽和内圈绝缘套3之间均涂有密封胶。由此可便于通过密封胶实现对于部件的限位和连接，且所述的密封胶还能耐高温高压，并可阻止外界物质进入到本实施例内部。
如附图1、2、3、4所示，内圈磁条6为铁氧体。铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物；就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能；铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率；因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料；由此可使内圈磁条6更好的满足使用需求，从而使其能量和信号的传输具有良好的稳定性。
如附图1、2、3、4所示，内筒体1上沿圆周分布有内连接孔16。由此可便于内筒体1与相应的设备安装连接。
实施例二：如附图1、2、3、4所示，一种能与上述电磁内筒总成配合使用的电磁外筒总成，包括外筒体7、外圈绝缘套8、左限位圈体9、外圈体、右限位圈体10和第二导线11，外筒体7内侧套装有外圈绝缘套8，外筒体7与外圈绝缘套8之间形成环空腔，环空腔内由左至右依次分布有左限位圈体9、外圈体和右限位圈体10，且左限位圈体9和右限位圈体10分别与外筒体7固定在一起，外圈体的内侧设有环形外线槽，第二导线11位于环形外线槽内且沿外圈绝缘套8的圆周缠绕形成外线圈12；外圈体通过纵向切割形成沿圆周依次排列的外圈分割瓣，至少有一个外圈分割瓣为外圈固定片13，其余外圈分割瓣均为外圈磁条14；外筒体7上设有能使第二导线11两端穿出的外穿线通道，外圈固定片13上设有能容留第二导线11并将其两端部导向至相应的外穿线通道的外圈通线通道，第二导线11的两端分别通过对应的外圈通线通道从相应的外穿线通道穿出于外筒体7外侧。外圈固定片13上设置外圈通线通道不仅可便于第二导线11的端部穿出，还可对第二导线11的缠绕形成限位，防止其松动或错动。根据需求，外穿线通道可为一个或多个，第二导线11的两端可分别从相同或不同的外穿线通道内穿出，由此可使其能满足不同的工况需求；外线圈12的匝数可根据需求调整，由此可使本实施例在与电磁内筒总成配合使用时具有变压器的功能；左限位圈体9的左端可位于外圈绝缘套8的左侧，右限位圈体10的右端可位于外圈绝缘套8的右侧；外筒体7可采用现有公知的不具有磁性的材料制成，如钛合金等，由此可防止其对能量和信号的传输产生干扰；外穿线通道和外圈通线通道均可采用现有公知技术，如通孔或槽等，具体以能使第二导线11穿过为前提。
可根据实际需要，对上述电磁外筒总成作进一步优化或/和改进：
根据需求，外圈体内侧设有一个环形外线槽，外圈通线通道与环形外线槽连通。由此可便于第二导线11端部的穿出。
如附图1、2、3、4所示，外圈体内侧沿左右向设有至少两个环形外线槽，外圈固定片13上设有能将每两相邻的环形外线槽连通的外圈连通槽，且至少一个外圈连通槽与外圈通线通道连通，第二导线11通过外圈连通槽依次沿各个外圈绝缘套8的圆周缠绕且在每个环形外线槽内均形成外线圈12。由此可便于第二导线11的缠绕和其端部的穿出，每个环形外线槽内的外线圈12的匝数均可根据实际需求调整，从而使其具有良好的适应性。
如附图1、2、3、4所示，外圈绝缘套8与左限位圈体9之间、外圈绝缘套8与各个外圈分割瓣之间、外圈绝缘套8与右限位圈体10之间、第二导线11与外绝缘套和环形外线槽之间均涂有密封胶。由此可便于通过密封胶实现对于部件的限位和连接，且所述的密封胶还能耐高温高压，并可阻止外界物质进入到本实施例内部。
如附图1、2、3、4所示，外圈磁条14为铁氧体。铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物；就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能；铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率；因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料；由此可使外圈磁条14更好的满足使用需求，从而使其能量和信号的传输具有良好的稳定性。
如附图1、2、3、4所示，外筒体7上沿圆周分布有外连接孔15。由此可便于外筒体7与相应的设备安装连接。
实施例三：如附图1、2、3、4所示，一种使用上述电磁内筒总成和电磁外筒总成的非接触能量信息传输装置，包括电磁内筒总成和电磁外筒总成，电磁外筒总成内套装有电磁内筒总成且两者之间有间隙，外圈体内侧的环形外线槽与内圈体外侧的环形内线槽数量相同且位置一一对应，外线圈12与内线圈4的绕线方向相反。使用时，将本实施例连接在管串中，并使电磁内筒总成和电磁外筒总成能保持非接触状态，电磁内筒总成和电磁外筒总成既可相对静止也可相对运动，然后向第一导线2（或第二导线11）中接入交变电流，此时第二导线11（或第一导线2）将产生电能且能输出与交变电流的交变频率一致的交流电，由此可通过本实施例实现能量与信息的非接触式传输，所述的信息传输以交变电流的交变频率或/和电流电压值为媒介；具体使用工况可为：将外筒体7与管串中的外筒固定安装在一起，将内筒体1与管串中的芯轴固定安装在一起，向第二导线11中通入交变电流，此时可在芯轴带动电磁内筒总成旋转的过程中使第一导线2产生电能并输出与交变电流的交变频率一致的交流电；本实施例构思巧妙，设计合理，通过内线圈4、内圈磁条6、外线圈12和外圈磁条14可实现电磁内筒总成和电磁外筒总成在非接触且各自静止或运动状态下的能量和信号传输，从而省去布线对工具和环境的制约，简化装配过程，具有良好的安全性，且使用方便，稳定性好，第一导线2和第二导线11均包覆在电磁内筒总成和电磁外筒总成，可有效避免发生漏电，确保工具正常工作，电磁内筒总成和电磁外筒总成在工作过程中可保持非接触状态，由此可避免磨损，有助于延长其使用寿命；其能适用于各种工况，尤其适用于相对旋转的两者之间的能量和信号传输，从而可避免在两者相对运动下发生导线缠绕，确保工作的连续性。根据需求，电磁外筒总成与电磁内筒总成之间可为间隙配合，由此可便于两者根据需求实现相应的工作过程。
可根据实际需要，对上述非接触能量信息传输装置作进一步优化或/和改进：
如附图1、2、3、4所示，每组对应的环形外线槽和环形内线槽中的内线圈4与外线圈12之间的间距为2mm到5mm之间。由此可使能量和信号的传输具有良好的稳定性。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种电磁内筒总成，其特征在于包括内筒体、内圈体、第一导线和内圈绝缘套，内筒体的中部外侧设有外环槽，外环槽内设有内圈体，内圈体外侧设有内圈绝缘套，对应内圈绝缘套内侧位置的内圈体的外侧设有环形内线槽，第一导线位于内圈绝缘套内且沿环形内线槽的圆周缠绕形成内线圈；内圈体通过纵向切割形成沿圆周依次排列的内圈分割瓣，至少有一个内圈分割瓣为内圈固定片，其余内圈分割瓣均为内圈磁条；内筒体上设有能使第一导线两端穿出的内穿线通道，内圈固定片上设有能容留第一导线并将其两端部导向至相应的内穿线通道的内圈通线通道，第一导线的两端分别通过对应的内圈通线通道从相应的内穿线通道穿出于内筒体外侧。
2.根据权利要求1所述的电磁内筒总成，其特征在于内圈体外侧设有一个环形内线槽，内圈通线通道与环形内线槽连通；或，内圈体外侧沿左右向设有至少两个环形内线槽，内圈固定片上设有能将每两相邻的环形内线槽连通的内圈连通槽，且至少一个内圈连通槽与内圈通线通道连通，第一导线通过内圈连通槽依次沿各个环形内线槽的圆周缠绕且在每个环形内线槽内均形成内线圈。
3.根据权利要求1或2所述的电磁内筒总成，其特征在于内圈体的外径与内筒体的外径相等，内圈绝缘套的右端套装在位于内圈体右方的内筒体外侧，对应内圈体左侧位置的内筒体外侧设有限位环台，内圈绝缘套的左端抵在限位环台的右端面上；或/和，内圈绝缘套与内筒体之间、内圈绝缘套与各个内圈分割瓣之间、外环槽与各个内圈分割瓣之间、第一导线与环形内线槽和内圈绝缘套之间均涂有密封胶。
4.根据权利要求1或2所述的电磁内筒总成，其特征在于内圈磁条为铁氧体；或/和，内筒体上沿圆周分布有内连接孔。
5.根据权利要求3所述的电磁内筒总成，其特征在于内圈磁条为铁氧体；或/和，内筒体上沿圆周分布有内连接孔。
6.一种能与权利要求1至5中任一项所述的电磁内筒总成配合使用的电磁外筒总成，其特征在于包括一种能与上述电磁内筒总成配合使用的电磁外筒总成，包括外筒体、外圈绝缘套、左限位圈体、外圈体、右限位圈体和第二导线，外筒体内侧套装有外圈绝缘套，外筒体与外圈绝缘套之间形成环空腔，环空腔内由左至右依次分布有左限位圈体、外圈体和右限位圈体，且左限位圈体和右限位圈体分别与外筒体固定在一起，外圈体的内侧设有环形外线槽，第二导线位于环形外线槽内且沿外圈绝缘套的圆周缠绕形成外线圈；外圈体通过纵向切割形成沿圆周依次排列的外圈分割瓣，至少有一个外圈分割瓣为外圈固定片，其余外圈分割瓣均为外圈磁条；外筒体上设有能使第二导线两端穿出的外穿线通道，外圈固定片上设有能容留第二导线并将其两端部导向至相应的外穿线通道的外圈通线通道，第二导线的两端分别通过对应的外圈通线通道从相应的外穿线通道穿出于外筒体外侧。
7.根据权利要求6所述的电磁外筒总成，其特征在于外圈体内侧设有一个环形外线槽，外圈通线通道与环形外线槽连通；或，外圈体内侧沿左右向设有至少两个环形外线槽，外圈固定片上设有能将每两相邻的环形外线槽连通的外圈连通槽，且至少一个外圈连通槽与外圈通线通道连通，第二导线通过外圈连通槽依次沿各个外圈绝缘套的圆周缠绕且在每个环形外线槽内均形成外线圈。
8.根据权利要求6或7所述的电磁外筒总成，其特征在于外圈绝缘套与左限位圈体之间、外圈绝缘套与各个外圈分割瓣之间、外圈绝缘套与右限位圈体之间、第二导线与外绝缘套和环形外线槽之间均涂有密封胶；或/和，外圈磁条为铁氧体；或/和，外筒体上沿圆周分布有外连接孔。
9.一种使用权利要求1至5中任一项所述的电磁内筒总成和权利要求6至8中任一项所述的电磁外筒总成的非接触能量信息传输装置，其特征在于包括一种使用上述电磁内筒总成和电磁外筒总成的非接触能量信息传输装置，包括电磁内筒总成和电磁外筒总成，电磁外筒总成内套装有电磁内筒总成且两者之间有间隙，外圈体内侧的环形外线槽与内圈体外侧的环形内线槽数量相同且位置一一对应，外线圈与内线圈的绕线方向相反。
10.根据权利要求9所述的非接触能量信息传输装置，其特征在于每组对应的环形外线槽和环形内线槽中的内线圈与外线圈之间的间距为2mm到5mm之间。
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