CN110415923A - 一种水下高效耦合供电连接器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下高效耦合供电连接器结构，包括激励线圈、激励磁芯、耦合线圈、耦合磁芯、激励电路、耦合电路、耦合电路水密封装盒和激励电路水密封装盒，本发明提供了一种水下高效电磁耦合供电连接器结构，通过激励线圈与耦合线圈的电磁波耦合实现能量无线传递，电路由金属材料封装，方便散热和抗深水压力设计，使通常单磁芯的线圈耦合方式改变为双磁芯、双线圈的无线电磁耦合方式,从而可以实现连接器两端接头的分离，方便对接，水下操作时无水密问题，能快速完成水下供电连接器接头对接操作。
Description
技术领域
本发明涉及水下微电子装备供电能量传递应用技术领域，特别涉及一种水下高效无线耦合供电连接器结构。
背景技术
随着海洋资源开发活动的快速发展，放置于海床上的装备越来越多，简化水下故障设备维修流程是必须要解决的问题。当前水下故障设备维修要出动工程船舶进行，需要的动复员时间长，维修装备复杂(施工船需要携带ROV及机具、潜水员和定位设备等)，费用动辄上千万至上亿，一般情况下维修施工费比水下设备自身购置成本费高出很多。水下弱电子设备的可靠性再高也可能会出现偶发故障，电子设备发生故障的概率比机械结构设备更难以预测，故电子设备的可靠性、可维修性及维修方便性是水下设备低成本运行的关键，水下电子设备维修一般采用更换方式维修。为了方便更换方式维修，水下电子设备之间或是水下电子设备与线缆之间一般设计有连接器，通过连接器更换实现设备更换维修。水下连接器的更换一般由潜水员或是水下ROV操作。现有水下连接器为直接连接方式或是电连接与光通讯复合连接器等，连接器结构紧凑，对接要求高，国内水下设备大部分使用进口连接器产品，采购周期长、价格高。
水下弱电子设备供电一般采用低压直流，外供电需要经过AC-DC或是DC-DC变换，将外供电变换成水下设备所需要的直流供电，如图1所示，现有技术基本采用单磁芯双线圈耦合的方式实现能量传递结构，现有的直流供电功能电路(供电模块)一般安装在设备水密桶内部。本发明连接器采用电磁耦合传递能量，能量耦合效率可达90％，结构简单，抗水压能力强，对接要求低，有利于简化水下连接操作，并能降低维修装备要求，实现水下故障设备快速维修并降低维修成本。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水下高效耦合供电连接器结构，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种水下高效耦合供电连接器结构，包括激励线圈、激励磁芯、耦合线圈、耦合磁芯、激励电路、耦合电路、耦合电路水密封装盒和激励电路水密封装盒，所述耦合磁芯的外部设置有耦合线圈，所述耦合线圈固定设置在耦合线圈封装桶壁上，所述耦合线圈封装桶壁两端与耦合线圈封装桶盖通过螺纹连接，所述耦合线圈封装桶壁两端与耦合线圈封装桶盖连接处设置有若干个耦合线圈封装桶“O”形圈，所述激励磁芯的一侧固定设置在激励线圈封装桶外壁上，所述激励磁芯的另一侧固定设置有激励线圈，所述激励线圈固定设置在激励线圈封装桶内壁上，所述激励线圈封装桶内壁和激励线圈封装桶外壁的端部通过螺纹连接有激励线圈封装桶盖，所述激励线圈封装桶内壁和激励线圈封装桶外壁的端部与激励线圈封装桶盖连接处固定设置有若干个激励线圈封装桶“O”形圈，所述激励电路密封设置在激励电路水密封装盒中，所述激励电路水密封装盒的一侧固定设置有激励电路封装盒把手，所述激励电路水密封装盒与一端的激励线圈封装桶盖连接，并有激励线圈输入线穿过，所述激励线圈输入线与激励电路的输出端相连接，所述激励电路输入接头及输入线是激励电路的输入端，所述耦合电路密封设置在耦合电路水密封装盒中，所述耦合电路输入端与耦合线圈输出线连接，所述耦合电路的输出端与耦合电路接头及输出线连接。
优选的，所述激励线圈与耦合线圈之间的间隔小于26mm，所述耦合线圈封装桶壁和激励线圈封装桶内壁的厚度小于12mm，封装桶壁之间应留有一定间隙方便对接。
优选的，所述激励线圈封装桶内壁、激励线圈封装桶外壁、激励线圈封装桶盖和耦合线圈封装桶壁、耦合线圈封装桶盖均采用非金属非导电材料加工而成，所述耦合电路水密封装盒、激励电路封装盒把手和激励电路水密封装盒均采用金属材料加工而成。
优选的，所述耦合磁芯是柱状，可以是多个组合加长，所述耦合线圈围绕耦合磁芯绕成圆柱状，所述激励磁芯为片状，多个磁芯粘在激励线圈上。
优选的，所述激励电路信号频率在75kHz～95kHz之间。
优选的，所述非金属非导电材料进一步可以为PEEK材料。
优选的，所述激励电路水密封装盒通过潜水员或是ROV操作对接。
优选的，所述激励电路水密封装盒和耦合电路水密封装盒内的激励电路和耦合电路采取液体灌封或固体灌封措施，所述耦合线圈封装桶盖封装时采取耦合线圈和耦合磁芯固体灌封措施。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明提供的一种水下高效电磁耦合供电连接器结构，将AC-DC或DC-DC的电源变换电路分为空间独立的二个部分，即电源变换激励电路和电源变换耦合电路，相应的激励线圈、磁芯和耦合线圈、磁芯也随两部分功能电路分为独立的二个部分,分别由两个绝缘性高的非磁性材料封装，通过线圈上电磁波耦合实现能量无线传递。使通常单磁芯的线圈耦合方式改变为双磁芯、双线圈的无线耦合方式，通过靠近的线圈之间的无线耦合，实现二部分电路间的能量电磁耦合传递；2、本发明的连接器结构设计，利用圆柱形来增加连接器抗水压的能力，从而利用较薄的结构能承受较大的外水压力，提高连接器整体的抗压能力，使其具备深水应用的可行性；3、本发明具有能量无线耦合效率高、对接简单可靠，无水密问题，由水下观察类型的ROV即可操作，可以由非工程类船舶携带ROV及专用机具即可完成水下设备接插头更换维修，有利于水下设备快速维修，降低施工费用，降低水下设备运营成本。
附图说明
图1为现有技术的单磁芯双线圈耦合的能量传递结构示意图；
图2为本发明提供的空间分离的双磁芯双线圈的无线电磁耦合电路结构示意图；
图3为本发明一种水下高效耦合供电连接器结构的横截面示意图；
图4为本发明一种水下高效耦合供电连接器结构的纵截面示意图；
图5为本发明一种水下高效耦合供电连接器结构的剖面示意图；
图中：1、耦合磁芯；2、耦合线圈；3、耦合线圈封装桶壁；4、激励线圈封装桶内壁；5、激励线圈；6、激励磁芯；7、激励线圈封装桶外壁；8，10、耦合线圈封装桶盖；9，11、耦合线圈封装桶“O”形圈；12，15、激励线圈封装桶盖；13，14，16，28、激励线圈封装桶“O”形圈；17、激励线圈输入线；18、激励电路；19、激励电路输入接头及输入线；20、耦合线圈输出线；21、耦合电路；22、耦合电路水密封装盒；23、耦合电路接头及输出线；24、耦合电路封装盒固定结构；25、激励电路封装盒把手；26、激励电路水密封装盒；27、激励线圈封装桶盖中间位置。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-5所示，一种水下高效耦合供电连接器结构，包括激励线圈5、激励磁芯6、耦合线圈2、耦合磁芯1、激励电路18、耦合电路21、耦合电路水密封装盒22和激励电路水密封装盒26，所述耦合磁芯1的外部设置有耦合线圈2，所述耦合线圈2固定设置在耦合线圈封装桶壁3上，所述耦合线圈封装桶壁3两端与耦合线圈封装桶盖8、10通过螺纹连接，所述耦合线圈封装桶壁3两端与耦合线圈封装桶盖8、10连接处设置有若干个耦合线圈封装桶“O”形圈9、11，所述激励磁芯6的一侧固定设置在激励线圈封装桶外壁7上，所述激励磁芯6的另一侧固定设置有激励线圈5，所述激励线圈5固定设置在激励线圈封装桶内壁4上，所述激励线圈封装桶内壁4和激励线圈封装桶外壁7的端部通过螺纹连接有激励线圈封装桶盖12、15，所述激励线圈封装桶内壁4和激励线圈封装桶外壁7的端部与激励线圈封装桶盖12、15连接处固定设置有若干个激励线圈封装桶“O”形圈13、14、16、28，所述激励电路18密封设置在激励电路水密封装盒26中，所述激励电路水密封装盒26的一侧固定设置有激励电路封装盒把手25，所述激励电路水密封装盒26与一端的激励线圈封装桶盖15连接，并有激励线圈输入线17穿过，所述激励线圈输入线17与激励电路18的输出端相连接，所述激励电路输入接头及输入线19是激励电路18的输入端，所述耦合电路21密封设置在耦合电路水密封装盒22中，所述耦合电路21输入端与耦合线圈输出线20连接，所述耦合电路21的输出端与耦合电路接头及输出线23连接。
本实施例中，优选的，所述激励线圈5与耦合线圈2之间的间隔小于26mm，所述耦合线圈封装桶壁3和激励线圈封装桶内壁4的厚度小于12mm，封装桶壁之间应留有一定间隙方便对接。
本实施例中，优选的，所述激励线圈封装桶内壁4、激励线圈封装桶外壁7、激励线圈封装桶盖12、15和耦合线圈封装桶壁3、耦合线圈封装桶盖8、10均采用非金属非导电材料加工而成，所述耦合电路水密封装盒22、激励电路封装盒把手25和激励电路水密封装盒26均采用金属材料加工而成。
本实施例中，优选的，所述耦合磁芯1是柱状，可以是多个组合加长，所述耦合线圈2围绕耦合磁芯1绕成圆柱状，所述激励磁芯6为片状，多个磁芯粘在激励线圈5上。
本实施例中，优选的，所述激励电路18信号频率在75kHz～95kHz之间。
本实施例中，优选的，所述非金属非导电材料进一步可以为PEEK材料。
本实施例中，优选的，所述激励电路水密封装盒26通过潜水员或是ROV操作对接。
本实施例中，优选的，所述激励电路水密封装盒26和耦合电路水密封装盒22内的激励电路18和耦合电路21采取液体灌封或固体灌封措施，所述耦合线圈封装桶盖8、10封装时采取耦合线圈和耦合磁芯固体灌封措施。
需要说明的是，本发明为一种水下高效耦合供电连接器结构，在使用该种水下高效耦合供电连接器结构时，1、本发明提供的一种水下高效电磁耦合供电连接器结构，将AC-DC或DC-DC的电源变换电路分为空间独立的二个部分，即电源变换激励电路18和电源变换耦合电路21，相应的激励线圈5、磁芯和耦合线圈2、磁芯也随两部分功能电路分为独立的二个部分,分别由两个绝缘性高的非磁性材料封装，通过线圈上电磁波耦合实现能量无线传递。使通常单磁芯的线圈耦合方式改变为双磁芯、双线圈的无线耦合方式，通过靠近的线圈之间的无线耦合，实现二部分电路间的能量电磁耦合传递；2、本发明的连接器结构设计，利用圆柱形来增加连接器抗水压的能力，从而利用较薄的结构能承受较大的外水压力，提高连接器整体的抗压能力，使其具备深水应用的可行性；3、本发明具有能量无线耦合效率高、对接简单可靠，无水密问题，由水下观察类型的ROV即可操作，可以由非工程类船舶携带ROV及专用机具即可完成水下设备接插头更换维修，有利于水下设备快速维修，降低施工费用，降低水下设备运营成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种水下高效耦合供电连接器结构，包括激励线圈(5)、激励磁芯(6)、耦合线圈(2)、耦合磁芯(1)、激励电路(18)、耦合电路(21)、耦合电路水密封装盒(22)和激励电路水密封装盒(26)，其特征在于：所述耦合磁芯(1)的外部设置有耦合线圈(2)，所述耦合线圈(2)固定设置在耦合线圈封装桶壁(3)上，所述耦合线圈封装桶壁(3)两端与耦合线圈封装桶盖(8、10)通过螺纹连接，所述耦合线圈封装桶壁(3)两端与耦合线圈封装桶盖(8、10)连接处设置有若干个耦合线圈封装桶“O”形圈(9、11)，所述激励磁芯(6)的一侧固定设置在激励线圈封装桶外壁(7)上，所述激励磁芯(6)的另一侧固定设置有激励线圈(5)，所述激励线圈(5)固定设置在激励线圈封装桶内壁(4)上，所述激励线圈封装桶内壁(4)和激励线圈封装桶外壁(7)的端部通过螺纹连接有激励线圈封装桶盖(12、15)，所述激励线圈封装桶内壁(4)和激励线圈封装桶外壁(7)的端部与激励线圈封装桶盖(12、15)连接处固定设置有若干个激励线圈封装桶“O”形圈(13、14、16、28)，所述激励电路(18)密封设置在激励电路水密封装盒(26)中，所述激励电路水密封装盒(26)的一侧固定设置有激励电路封装盒把手(25)，所述激励电路水密封装盒(26)与一端的激励线圈封装桶盖(15)连接，并有激励线圈输入线(17)穿过，所述激励线圈输入线(17)与激励电路(18)的输出端相连接，所述激励电路输入接头及输入线(19)是激励电路(18)的输入端，所述耦合电路(21)密封设置在耦合电路水密封装盒(22)中，所述耦合电路(21)输入端与耦合线圈输出线(20)连接，所述耦合电路(21)的输出端与耦合电路接头及输出线(23)连接。
2.根据权利要求1所述的一种水下高效耦合供电连接器结构，其特征在于：所述激励线圈(5)与耦合线圈(2)之间的间隔小于26mm，所述耦合线圈封装桶壁(3)和激励线圈封装桶内壁(4)的厚度小于12mm，封装桶壁之间应留有一定间隙方便对接。
3.根据权利要求1所述的一种水下高效耦合供电连接器结构，其特征在于：所述激励线圈封装桶内壁(4)、激励线圈封装桶外壁(7)、激励线圈封装桶盖(12、15)和耦合线圈封装桶壁(3)、耦合线圈封装桶盖(8、10)均采用非金属非导电材料加工而成，所述耦合电路水密封装盒(22)、激励电路封装盒把手(25)和激励电路水密封装盒(26)均采用金属材料加工而成。
4.根据权利要求1所述的一种水下高效耦合供电连接器结构，其特征在于：所述耦合磁芯(1)是柱状，可以是多个组合加长，所述耦合线圈(2)围绕耦合磁芯(1)绕成圆柱状，所述激励磁芯(6)为片状，多个磁芯粘在激励线圈(5)上。
5.根据权利要求1所述的一种水下高效耦合供电连接器结构，其特征在于：所述激励电路(18)信号频率在75kHz～95kHz之间。
6.根据权利要求2所述的一种水下高效耦合供电连接器结构，其特征在于：所述非金属非导电材料进一步可以为PEEK材料。
7.根据权利要求1所述的一种水下高效耦合供电连接器结构，其特征在于：所述激励电路水密封装盒(26)通过潜水员或是ROV操作对接。
8.根据权利要求1所述的一种水下高效耦合供电连接器结构，其特征在于：所述激励电路水密封装盒(26)和耦合电路水密封装盒(22)内的激励电路(18)和耦合电路(21)采取液体灌封或固体灌封措施，所述耦合线圈封装桶盖(8、10)封装时采取耦合线圈和耦合磁芯固体灌封措施。
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2019
- 2019-08-15 CN CN201910752400.0A patent/CN110415923A/zh active Pending
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