NO165794B

NO165794B - INDUCTIVE CLUTCH FOR POWER TRANSMISSION TO A DIVE COAT.

Info

Publication number: NO165794B
Application number: NO883035A
Authority: NO
Inventors: Andrew James Thomas
Original assignee: Secr Defence Brit
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1988-07-07
Publication date: 1991-01-02
Also published as: NO883035D0; NO883035L; NO165794C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår oppvarmede drakter, særlig, men ikke utelukkende, for dykking på store sjødyp. The present invention relates to heated suits, particularly, but not exclusively, for diving at great sea depths.

Det foreligger mange situasjoner under dykking, særlig på sterre dybder, hvor en eller annen form for kroppsoppvarming er påkrevet for å holde en dykker varm. There are many situations during diving, especially at greater depths, where some form of body heating is required to keep a diver warm.

Et system utnytter oppvarming ved hjelp av varmt vann. Dykkeren bærer da en løstsittende drakt av et bøyelig material, slik som neopren, og hvori det pumpes inn varmt vann. Vannet drives ut ved håndledds- og ankelmansjettene og fylles på for å holde temperaturen høy. Et nettverk av rør med smal utboring kan være anordnet for vannet. Ved sådanne arrangementer bærer dykkeren en beholder som inneholder: Et varmeelement, en pumpe og sikringskretser, idet den elektriske effekttilførsel til varmeelementet avgis fra overflaten eller en dykkerklokke. For å forsyne en dykker med tilstrekkelig varme kreves ved disse arrangementer en høy effektinngang. For å forsyne hver av to dykkere på 300 meters dybde med 1 kw varmeeffekt kreves f.eks. 200 kW effekt ved overflaten. Ved en dybde på 450 meter kreves da en effekt på A system utilizes heating using hot water. The diver then wears a loose-fitting suit made of a flexible material, such as neoprene, into which warm water is pumped. The water is expelled at the wrist and ankle cuffs and refilled to keep the temperature high. A network of pipes with a narrow bore can be arranged for the water. In such arrangements, the diver carries a container containing: A heating element, a pump and safety circuits, the electrical power supply to the heating element being emitted from the surface or a diving watch. In order to supply a diver with sufficient heat, a high power input is required at these events. In order to supply each of two divers at a depth of 300 meters with 1 kW of heating power, e.g. 200 kW power at the surface. At a depth of 450 metres, an effect of

500 kw. Denne type oppvarming er således meget lite effektiv, krever stor effektinngang, samt har en ytterligere ulempe ved det forhold at temperaturreguleringen blir meget vanskelig med tiltagende dybde. Et lite skip eller en nedsenkbar enhet kan ikke frembringe sådanne høye effektnivåer. Denne form av oppvarming kan således bare anvendes ved dypdykking fra store fartøyer med muligheter for høy effektproduksjon. 500 kw. This type of heating is thus very inefficient, requires a large power input, and has a further disadvantage in that temperature regulation becomes very difficult with increasing depth. A small ship or submersible cannot produce such high power levels. This form of heating can thus only be used for deep diving from large vessels with possibilities for high output production.

En alternativ form av oppvarmet drakt utnytter oppvarming ved hjelp av elektriske tråder. Drakter oppvarmet ved hjelp av likestrøm kan drives fra 24 V batterier. Det kreves imidlertid strømmer opptil 30 A, og dette betyr at et meget høyt beskyttelsesnivå er nødvendig for dykkeren, samt at isolasjon og trådføring overvåkes. Sikkerhetskretser med automatisk utkobling i tilfelle av forekommende feil, må således inngå i utrustningen. Et ytterligere problem er anordning av passende kontaktholdere for å forbinde effekttilførselen til dykkeren. Effektive koblingskontakter er vanskelig å oppnå, og de for tiden tilgjengelige 3-pluggers holdere er tunge, uhåndterlige og kostnadskrevende. An alternative form of heated suit utilizes heating using electrical wires. Suits heated using direct current can be powered from 24 V batteries. However, currents up to 30 A are required, and this means that a very high level of protection is required for the diver, and that insulation and wiring are monitored. Safety circuits with automatic switch-off in the event of an error must therefore be included in the equipment. A further problem is the provision of suitable contact holders to connect the power supply to the diver. Effective coupling contacts are difficult to achieve and the currently available 3-prong holders are heavy, unwieldy and costly.

Det er foreslått drakter oppvarmet med høyfrekvent veksel-strøm. Disse faller i to kategorier, nemlig det tilfelle hvor den høyspente høyfrekvensvekselstrøm nedtransformeres på et fjerntliggende sted, og lavspent vekselstrøm tilføres dykkeren, hvilket medfører potensialtap ved overføringen, samt det tilfelle hvor høy spenning nedtransformeres av en dykkerbåret transformator til en lav spenning, og denne lavspente og høyfrekvente vekselstrøm utnyttes for oppvarming av draktene. Således viser f.eks. GB-patent nr. 1.536.561 en anordning og en fremgangsmåte for å tilføre effekt til en elektrisk oppvarmbar dykkerdrakt, idet anordningen er innrettet for å omforme høyspent høyfrekvenseffekt som avgis fra en høyfrekvensoscillator til lavspent høyfrekvenseffekt. En transformator anvendes for å frembringe den lavspente effekt-utgang for oppvarming av elektriske elementer i dykkerdrakten, idet transformatoren i sin helhet er innesluttet i et vanntett hylster innrettet for å bæres på dykkeren, og hvor transformatorens primærvikling og sekundærvikling er fast og uforanderlig anordnet i forhold til hverandre, slik det vanligvis er tilfelle for en transformator. Suits heated with high-frequency alternating current have been proposed. These fall into two categories, namely the case where the high-voltage high-frequency alternating current is down-transformed at a remote location, and low-voltage alternating current is supplied to the diver, which causes potential loss during the transmission, and the case where high voltage is down-transformed by a diver-borne transformer to a low voltage, and this low-voltage and high-frequency alternating current is used to heat the suits. Thus shows e.g. GB Patent No. 1,536,561 a device and a method for adding power to an electrically heatable diving suit, the device being designed to convert high-voltage high-frequency power emitted from a high-frequency oscillator into low-voltage high-frequency power. A transformer is used to produce the low-voltage power output for heating electrical elements in the diving suit, the transformer as a whole being enclosed in a waterproof casing designed to be carried on the diver, and where the transformer's primary winding and secondary winding are fixed and immutably arranged in relation to each other, as is usually the case for a transformer.

Arrangementer av ovenfor nevnte typer innebærer imidlertid alle direkte forbindelse av drakten med potensielt risiko-fylte høyspenningselementer, med den følge at muligheter for kortslutninger innebærer fare for dykkeren. GB-patentansøk-ning nr. 2.106.372 viser således en varmeanordning som tar særlig sikte på å hindre elektrisk støt over en dykkers kropp, og spesielt over brystpmrådet. Dette oppnås ved bruk av uavhengige effektforsyninger på hver sin side av kroppen, og disse forsyninger kan enten utføres av batterier eller sekundære transformatorviklinger. Arrangements of the above-mentioned types, however, all involve direct connection of the suit with potentially risky high-voltage elements, with the consequence that the possibility of short circuits means danger to the diver. GB patent application No. 2,106,372 thus shows a heating device which is particularly aimed at preventing electric shock over a diver's body, and in particular over the chest area. This is achieved by the use of independent power supplies on each side of the body, and these supplies can either be carried out by batteries or secondary transformer windings.

På denne bakgrunn av kjent teknikk er det et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en induktiv kobling for overføring av høyfrekvenseffekt ved lav spenning til en trådledningskrets i en dykkerdrakt for oppvarming av drakten, idet koblingen omfatter en ytre primærspoleanordning forbundet med en effektforsyning innrettet for å avgi høyfrekvens-effekt ved høy spenning samt en indre sekundærspoleanordning forbundet med dykkerdraktens trådledningskrets, og som er innrettet slik at dykkeren raskt og lett kan opprette induktiv effektkobling mellom effektforsyningen og dykkerdrakten, og dette kan finne sted på sikker måte og etter behov, selv når effekten er slått på, samt slik at koblingen kan utnyttes av mer enn én dykker og dykkerne ved fysisk å koble seg ut fra effektforsyningen, får større bevegelsesfrihet. On this background of prior art, it is an object of the present invention to produce an inductive coupling for the transmission of high frequency power at low voltage to a wiring circuit in a diving suit for heating the suit, the coupling comprising an outer primary coil device connected to a power supply arranged to emit high frequency power at high voltage as well as an internal secondary coil device connected to the diving suit's wiring circuit, and which is arranged so that the diver can quickly and easily create an inductive power connection between the power supply and the diving suit, and this can take place safely and as needed, even when the power is switched on, as well as so that the connection can be used by more than one diver and the divers, by physically disconnecting from the power supply, gain greater freedom of movement.

Dette oppnås ved at den induktive kobling i henhold til foreliggende oppfinnelse har som særtrekk at sekundærspoleanordningen er slik løsbart montert i det indre av primær-spoleanordningen at en dykker kan koble dykkerdrakten til eller fra effektforsyningen etter ønske. This is achieved by the fact that the inductive coupling according to the present invention has as a distinctive feature that the secondary coil device is so releasably mounted in the interior of the primary coil device that a diver can connect the diving suit to or from the power supply as desired.

Effektforsyningen for høyfrekvens kan enten bæres av dykkeren eller være anordnet i avstand fra ham. Hvis effektforsyningen bæres av dykkeren, kan forsyningen omfatte en inngang for tilkobling til en lavspent likestrømskilde anbragt på overflaten av en dykkerklokke. Hvis dykkeren ikke bærer høyfre-kvensef fektforsyningen, vil. den hurtige løsgjøringskobling ha sikkerhetsfordeler ved at den tillater rask tilkobling/fra-kobling av trådledningskretsene i drakten overfor effektforsyningen, og med liten innsetnings-/uttrekks-kraft. Den kan også sikkert tilkobles eller frakobles når effekten er slått på. The power supply for high frequency can either be carried by the diver or be arranged at a distance from him. If the power supply is carried by the diver, the supply may include an input for connection to a low voltage direct current source located on the surface of a diving watch. If the diver does not carry the high-frequency power supply, the the quick release coupling has safety advantages in that it allows quick connection/disconnection of the wiring circuits in the suit opposite the power supply, and with little insertion/extraction force. It can also be safely connected or disconnected when the effect is switched on.

Dykkerdrakten bør være utført slik at den kan gi tilstrekkelig oppvarming for en dykker på dybder i det minste ned til 450 meter, og effektforsyningen bør omfatte utstyr for å overvåke den belastning som foreligger og regulere effektut-gangen i samsvar med forandringer i belastningen. The diving suit should be designed so that it can provide sufficient heating for a diver at depths of at least down to 450 metres, and the power supply should include equipment to monitor the existing load and regulate the power output in accordance with changes in the load.

For bedre forståelse av oppfinnelsen vil nå et utførelsesek-sempel bli beskrevet under henvisning til den vedføyde tegning, hvorpå: Fig. 1 viser, sett forfra og delvis bortskåret, en dykkerdrakt innrettet for å forsyne en dykker med varme, og utført med induktiv kobling i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser, sett bakfra og delvis bortskåret, den samme For a better understanding of the invention, an embodiment will now be described with reference to the attached drawing, on which: Fig. 1 shows, seen from the front and partially cut away, a diving suit designed to supply a diver with heat, and made with inductive coupling in according to the invention. Fig. 2 shows, seen from behind and partially cut away, the same

drakt som er angitt i figur 1. suit indicated in Figure 1.

Som vist i figurene 1 og 2 bærer en dykker 1 en drakt 2 på innsiden av sin dykkerdrakt 3 (vist bortskåret over kroppen). Drakten 2 er oppvarmet ved hjelp av høyfrekvent elektrisk strøm som passerer gjennom trådledningskretser 4a - e fordelt over drakten 2. Det foreligger således 5 uavhengige kretser, nemlig 4a for venstre arm og forsiden, 4b for høyre arm og forsiden, 4c for venstre ben, 4d for høyre ben, samt 4e for ryggen. Den høyfrekvente elektriske strøm tilføres trådledningskretsene gjennom en kabel 5, hvorfra ledninger er ført til alle trådledningskretser 4. Effekten frembringes ved hjelp av en høyfrekvent effektforsyning 6 som inneholdes i et rørformet holderarrangement 11. Høyfrekvenseffektforsyningen 6 frembringer høyfrekvent vekselstrøm ved hjelp av en oscil-latorkrets som drives ved hjelp av elektrisk likestrømstil-førsel gjennom en kabel 10 fra en dykkerklokke eller en effektforsyning på overflaten (ikke vist). Høyfrekvensef-fektforsyningen 6 driver spolene 7 (vist bortskåret) som gjør tjeneste som primærspole for en luft-(eller vann-)-kjernetransformator eller induktiv kobling. Strømmen i spolene 7 induserer ytterligere strømmer i spolene 8, som er viklet på et "plugg"-arrangement 9 innført i midten av spolene 7, og avgir således strøm gjennom kabelen 5 til drakten 2. As shown in Figures 1 and 2, a diver 1 wears a suit 2 on the inside of his diving suit 3 (shown cut away across the body). The suit 2 is heated using high-frequency electric current that passes through wire wiring circuits 4a - e distributed over the suit 2. There are thus 5 independent circuits, namely 4a for the left arm and the front, 4b for the right arm and the front, 4c for the left leg, 4d for the right leg, as well as 4e for the back. The high-frequency electric current is supplied to the wireline circuits through a cable 5, from which wires are led to all wireline circuits 4. The power is produced by means of a high-frequency power supply 6 which is contained in a tubular holder arrangement 11. The high-frequency power supply 6 produces high-frequency alternating current by means of an oscillator circuit which is operated by means of electrical direct current supply through a cable 10 from a diving watch or a power supply on the surface (not shown). The high frequency power supply 6 drives the coils 7 (shown cut away) which serve as the primary coil of an air (or water) core transformer or inductive coupling. The current in the coils 7 induces further currents in the coils 8, which are wound on a "plug" arrangement 9 inserted in the center of the coils 7, thus emitting current through the cable 5 to the suit 2.

Alternativt kan effektforsyningen 6 for høyfrekvens bæres av dykkeren, idet kabelen 10 fra den elektriske likestrømsfor-syning overfører effekt til den enhet som bæres av dykkeren, og "plugg"-arrangementet tillater en sikker og bekvem inn-plugging for dykkeren for derved å koble sin drakt til effektforsyningen. Hvis hf-effektforsyningen 6 bæres av dykkeren eller er opphengt nær inntil ham, slik som vist i figurene, bør den gjøres så liten som mulig. I en alternativ utførelse kan hf-effektforsyningen 6 og holderarrangementet 11 være anbragt i en fast enhet, slik som et skip, under-vannsbåt, oljerigg eller lignende, slik at dykkeren kan plugge "pluggen" 9 inn i holderarrangementet 11 på denne enhet. Alternatively, the power supply 6 for high frequency can be carried by the diver, the cable 10 from the DC electrical supply transmitting power to the unit carried by the diver, and the "plug" arrangement allows a safe and convenient plug-in for the diver to thereby connect his suit for the power supply. If the hf power supply 6 is carried by the diver or is suspended close to him, as shown in the figures, it should be made as small as possible. In an alternative embodiment, the hf power supply 6 and the holder arrangement 11 can be placed in a fixed unit, such as a ship, submarine, oil rig or the like, so that the diver can plug the "plug" 9 into the holder arrangement 11 on this unit.

Hf-effektforsyningen må ha en iboende høy grad av sikkerhet The HF power supply must have an inherently high degree of safety

for å kunne utelukke faren for at dykkeren skal få elektrisk støt. En passende hf-effektforsyning er beskrevet i britisk patent nr. 2130823. Denne er Innrettet for å avføle forandringer i belastningen og innstille effektforsyningen i samsvar med dette, hvilket gjør den særlig egnet for bruk sammen med den enkle induktive kobling i henhold til oppfinnelsen. in order to rule out the danger of the diver receiving an electric shock. A suitable hf power supply is described in British patent no. 2130823. This is designed to sense changes in the load and adjust the power supply accordingly, which makes it particularly suitable for use together with the simple inductive coupling according to the invention.

Arrangementet av de viste trådledningskretser 4 som er vist i figurene er funnet å være det mest hensiktsmessige og The arrangement of the shown wireline circuits 4 shown in the figures has been found to be the most convenient and

effektive. Ledningsinduktansen nedsettes ved å ledningsføre kretsene med parede tråder, og arrangementet med. fem kretser eliminerer risikoen for elektrisk strøm tvers over brystet i det tilfellet en tråd skulle briste eller en annen feil opptre. Et hvilket som helst sikkert og hensiktsmessig antall og utforminger av kretsene kan således åpenbart anvendes. effective. The line inductance is reduced by wiring the circuits with paired wires, and the arrangement with. five circuits eliminate the risk of electric current across the chest in the event of a wire breaking or other malfunction. Any safe and appropriate number and design of the circuits can thus obviously be used.

Hf-effektforsyningen arbeider fortrinnsvis ved 30 kHz. Med en utgangseffekt på 500 W kan den gi tilstrekkelig oppvarming selv ved dybder under 450 m, og den behøver bare likestrøms-inngang på omkring 24-36 V, hvilket lett kan avgis fra batterier som bæres ombord i en dykkerklokke eller nedsenkbar farkost, såvel som på skip eller overflatekonstruksjoner. Dette eliminerer ethvert behov for store generatorer og transformatorer. En hvilken som helst effektforsyning for høyfrekvens kan imidlertid anvendes og høyfrekvent strøm kan overføres under vann ved høyt spenningsnivå for å nedsette tap, idet dette spenningsnivå kan transformeres ned til et sikkert nivå for tilførsel til draktens trådledningskretser. The HF power supply preferably operates at 30 kHz. With an output power of 500 W, it can provide sufficient heating even at depths below 450 m, and it only needs a DC input of about 24-36 V, which can easily be supplied from batteries carried on board a diving watch or submersible, as well as on ships or surface structures. This eliminates any need for large generators and transformers. However, any power supply for high frequency can be used and high frequency current can be transmitted underwater at a high voltage level to reduce losses, this voltage level can be transformed down to a safe level for supply to the suit's wiring circuits.

Det foreligger tre hovedarrangementer for effektforsyningen. I den første bæres effektforsyningen av dykkeren og likestrøm tilføres til denne. Dykkeren plugger sin drakt til effektforsyningen ved hjelp av den raskt løsbare kobling. Dette er lett og tillater også eventuelt bruk av effektforsyningen for annet formål, slik som f.eks. drift av verktøy når drakten ikke er tilkoblet. Bare små, lette kabler behøver å anvendes for å overføre effekt for oppvarming av drakten. I det annet arrangement tilføres effekt fra en fast enhet og dykkeren kan koble sin drakt til et forsyningspunkt. Koblingen mellom dykkeren og effektforsyningen er da en raskt utløsbar kobling. Den induktive kobling hvor vedkommende "plugg" innføres i et rør som inneholder primærspolene for effektforsyningen, er en særlig god form for raskt utløsbar kobling, da nevnte "koblingsplugg" lett kan trekkes ut hvis det er behov for dette. There are three main arrangements for the power supply. In the first, the power supply is carried by the diver and direct current is supplied to it. The diver plugs his suit into the power supply using the quick release connector. This is easy and also allows the possible use of the power supply for other purposes, such as e.g. operation of tools when the suit is not connected. Only small, light cables need to be used to transmit power for heating the suit. In the second arrangement, power is supplied from a fixed unit and the diver can connect his suit to a supply point. The connection between the diver and the power supply is then a quick-release connection. The inductive coupling where the relevant "plug" is introduced into a pipe containing the primary coils for the power supply, is a particularly good form of quick-releasable coupling, as said "coupling plug" can be easily pulled out if this is needed.

I det tredje arrangement er effektforsyningen opphengt i en kabel og denne kan heves og senkes. Liksom i det første arrangement, er dette særlig hensiktsmessig for dykkernes dekompresjonsrutiner, og har den fordel at dykkeren ikke behøver å bære utstyret med seg. Når dykkeren arbeider i dypet og stiger eller synker, vil arbeidsbelastningen være tilstrekkelig til å holde ham varm, men under dekompresjons-prosesser vil han stige opp til et visst dybdenivå, vente der noen minutter, og derpå stige videre til det neste stasjonære dybdepunkt, hvor han atter vil vente, osv. Under ventetiden på de stasjonære nivåer kan dykkeren bli meget nedkjølt. Ved det foreliggende arrangement kan han plugge seg til effektforsyningen når han er stillestående, og derved holde seg varm. Effektforsyningen heves og senkes sammen med dykkeren og kan utnyttes etter behov. In the third arrangement, the power supply is suspended from a cable and this can be raised and lowered. As in the first arrangement, this is particularly appropriate for divers' decompression routines, and has the advantage that the diver does not need to carry the equipment with him. When the diver works at depth and ascends or descends, the workload will be sufficient to keep him warm, but during decompression processes he will ascend to a certain depth level, wait there for a few minutes, and then ascend to the next stationary depth point, where he will wait again, etc. During the waiting time at the stationary levels, the diver can become very cold. With the present arrangement, he can plug into the power supply when he is stationary, and thereby keep warm. The power supply is raised and lowered with the diver and can be used as needed.

Den således beskrevne løsbare induktive kobling er utført med en meget høy sikkerhetsfaktor og lav utstyrsvekt. Den med-fører nedsatt bruk av påkrevde kabler og lave effektnivåer kan anvendes. The releasable inductive coupling thus described is made with a very high safety factor and low equipment weight. It entails reduced use of required cables and low power levels can be used.

Den løsbare induktive koblings bruk er åpenbart ikke begrenset til dykkersituasjoner, men kan anvendes overalt hvor lignende kroppsoppvarming er påkrevet. The detachable inductive coupling's use is obviously not limited to diving situations, but can be used everywhere where similar body heating is required.

Claims

1. Inductive coupling for transmitting high-frequency power at low voltage to a wire circuit (4) in a diving suit (2) for heating the suit, the coupling (9, 11) comprising an outer primary coil device (7) connected to a power supply (6) arranged to. emit high frequency power at high voltage as well as an internal secondary coil device (8) connected to the diving suit's wiring circuit, characterized in that the secondary coil device (8) is so releasably mounted in the interior of the primary coil device (7) that a diver (1) can connect the diving suit (2) to or from the power supply (6) as desired.

2. Inductive coupling as specified in claim 1, characterized in that the coupling (9, 11) is designed to be carried by the diver.

3. Inductive coupling as specified in claim 1, characterized in that the coupling (9, 11) is placed at a distance from the diver.