УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУКТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
DEVICE FOR INDUCTIVE POWER TRANSMISSION

Изобретение относится к разъемному соединителю для индуктивной передачи электроэнергии. Более конкретно, изобретение относится к разъемному соединителю, содержащему охватывающую часть и охватываемую часть, которые обеспечивают большую передачу электроэнергии, чем другие аналогичные разъемные соединители такого же диаметра. Использование разъемного соединителя согласно изобретению является особенно полезным для подводной эксплуатации.
Индуктивная передача электроэнергии является известной в данной области техники. Разъемный соединитель для индуктивной передачи энергии представляет собой негальванический разъемный соединитель. В его простейшей форме разъемный соединитель для индуктивной передачи энергии состоит из трансформатора, в котором первичная обмотка расположена в одной половине разъемного соединителя, а вторичная обмотка - в другой половине разъемного соединителя. Короткое расстояние между первичной и вторичной обмотками создает меньшие потери энергии, которые возрастают с увеличением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Патентная публикация WO 2005/106902 раскрывает устройство, предназначенное для индуктивной передачи электроэнергии. Согласно указанной патентной публикации источник энергии, соединенный с колебательным контуром, является частотно-регулируемым. Известно также, что сигналы связи могут передаваться таким же способом.
В частности, известен способ индуктивной передачи электроэнергии для зарядки электрических зубных щеток. Патентная публикация JP Н05236663 раскрывает зубную щетку с вторичной обмоткой, расположенной в закругленной концевой части щетки. Такая зубная щетка заряжается при установке в держатель, который служит опорой для зубной щетки, при этом зубная щетка удерживается в вертикальном положении. В держателе предусмотрена сферическая выемка для концевой части зубной щетки. Первичная обмотка расположена под этой сферической выемкой. Патентная публикация CN 202550219 раскрывает разъемный соединитель для индуктивной передачи энергии и данных в беспроводной локальной сети (WLAN). Указанный разъемный соединитель можно использовать под водой. Разъемный соединитель содержит охватываемую часть и комплементарную ей охватывающую часть. Охватываемая часть имеет форму усеченного конуса. Патентная публикация DE 19621003 раскрывает охватываемый разъемный соединитель для индуктивной передачи энергии и сигналов. Охватываемый разъемный соединитель содержит охватываемую часть и комплементарную ей охватывающую часть. Охватываемая часть выполнена в виде цилиндра с концевой частью в форме усеченного конуса. Охватываемая часть содержит сердечник, который выполнен из феррита, изготовленного методом спекания. Первичная обмотка намотана вокруг части сердечника. Охватывающая часть содержит втулку, изготовленную способом литья под давлением из ферритного материала с полимерным связующим. Вторичная обмотка намотана вокруг части втулки. Патентная публикация US 3743989 раскрывает разъемное соединение для индуктивной передачи энергии и сигналов. Указанное разъемное соединение содержит охватываемую часть и комплементарную ей охватывающую часть. Охватываемая часть имеет форму короткого цилиндра с последующей удлиненной частью, выполненной в виде усеченного конуса. Данное разъемное соединение является пригодным для эксплуатации в морской воде. На поверхности, вступающие в контакт с морской водой, наносится покрытие, которое содержит неопрен с добавкой вещества, предохраняющего от биологического обрастания. Это обеспечивает защиту от коррозии и биологического обрастания.
Индуктивная передача энергии и сигналов особенно предпочтительна в морской воде, поскольку морская вода обладает хорошими электропроводными свойствами. В нефтедобывающей промышленности известно применение дистанционно управляемых подводных аппаратов (ROV). Известно также, что такие ROV могут манипулировать под водой разъемными соединителями для индуктивной передачи энергии, перемещая охватываемую часть в охватывающую часть или охватывающую часть на охватываемую часть.
Недостаток применяемых способов индуктивной передачи энергии заключается в ограниченном количестве энергии, которое может быть передано. Количество энергии, которое может быть передано, зависит, в частности, от области между первичной и вторичной обмотками. Недостатком известных разъемных соединителей для индуктивной передачи энергии, управление которыми осуществляется при помощи ROV, является сложность для оператора ROV обеспечить совмещение и соединение охватываемой части с охватывающей частью или совмещение и соединение охватывающей части со охватываемой частью. На ROV действуют течения воды, при этом ROV имеет инертную массу, которая затрудняет выполнение маневрирования с требуемой точностью.
Целью изобретения является устранение или снижение по меньшей мере одного из недостатков уровня техники или по меньшей мере обеспечение полезной альтернативы уровню техники.
Эта цель достигнута благодаря разъемному соединителю, отличительные признаки которого указаны в приведенном ниже описании и последующей формуле изобретения.
Изобретение относится к разъемному соединителю для индуктивной передачи электроэнергии, который содержит охватывающую часть и охватываемую часть, при этом, как охватывающая часть, так и охватываемая часть снабжены электрическим контуром, образующим или первичную, или вторичную обмотку трансформатора, при этом охватывающая часть содержит сферическую полость и поверхностный слой, а охватываемая часть содержит сферическую часть и поверхностный слой; при этом сферическая полость является комплементарной сферической части, а электрический контур охватывающей части выполнен с вогнутой стороной со стороны, обращенной к поверхностному слою охватывающей части, при этом электрический контур охватываемой части расположен в сферической части охватываемой части, причем данный электрический контур выполнен с выпуклой стороной со стороны, обращенной к поверхностному слою охватываемой части.
В поверхностном слое охватывающей части могут быть предусмотрены каналы, проходящие вдоль периферии полости от внутренней части сферической полости к входной части сферической полости, при этом указанные каналы имеют устья у входной части сферической полости.
Как охватываемая часть, так и охватывающая часть, может быть снабжена антенной для обеспечения радиосвязи. Охватываемая часть может включать в себя оснащенную электроникой камеру, которая предназначена для поддержания давления, равного, по существу, 1 атм. Охватывающая часть также может включать в себя оснащенную электроникой камеру, которая предназначена, по существу, для поддержания давления 1 атм. Охватывающая часть может быть снабжена уплотняющей мембраной, расположенной на внутренней стороне поверхностного слоя. Охватываемая часть также может быть снабжена уплотняющей мембраной, расположенной на внутренней стороне поверхностного слоя.
Ниже приведено описание примера предпочтительного осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
фиг. 1 - вид в разрезе охватывающей части разъемного соединителя для индуктивной передачи электроэнергии согласно изобретению;
фиг. 2 - вид в разрезе в том же масштабе, что и фиг. 1, охватываемой части разъемного соединителя для индуктивной передачи электроэнергии согласно изобретению;
фиг. 3 - деталь А с фиг. 1 в увеличенном масштабе; и
фиг. 4 - деталь В с фиг. 2 в том же масштабе, что и фиг. 3.
На чертежах ссылочным номером 1 обозначен разъемный соединитель для индуктивной передачи электроэнергии. Разъемный соединитель 1 состоит из охватывающей части 2 и охватываемой части 3. При этом указаны только детали, важные для понимания сути изобретения.
Охватывающая часть 2 содержит внутренний корпус 20 и наружный корпус 20', окружающий внутренний корпус 20. На одном конце внутренний корпус 20 имеет вогнутую или сферическую полость 27, которая предназначена для ввода сферической части 37 охватываемой части 3. Внутренний корпус 20 может быть выполнен из металла и полимера или из комбинации металла и полимера. Внутренний корпус 20 образует барьер для защиты от давления. Наружный корпус 20' может быть выполнен из металла и полимера или из комбинации металла и полимера.
На границе полости 27 с окружающей средой находится поверхностный слой 21. Поверхностный слой 21 может быть выполнен из полимера. В поверхностном слое 21 показаны каналы 22. Каналы 22 проходят по периферии сферической полости 27 от внутренней части 270 сферической полости 27 к входной части 279 сферической полости 27. Каналы 22 имеют устья 220, расположенные у входной части 279 сферической полости 27. Задача этих каналов 22 описана ниже. В поверхностном слое 21 может находиться уплотняющая мембрана (не показана). Внутреннюю часть поверхностного слоя 21 может окружать уплотняющая мембрана. За поверхностным слоем 21 следует электрический контур 24, образующий первичную или вторичную обмотку. Электрический контур 24 показан залитым в полимерную массу 25. Полимерная масса 25 может представлять собой эпоксидную массу. Пространство между полимерной массой 25 и корпусом 20 заполняется ферритосодержащей массой 26. Множество каналов 23 проходит через внутренний корпус 20 в полимерную массу 25 с электрическим контуром 24. Проводники 4 проходят из оснащенной электроникой камеры (не показана) охватывающей части 2 через корпус 20 к электрическому контуру 24 по одному или более каналам 23.
Охватываемая часть 3 содержит барьер 30 для защиты от давления. На одном участке барьер 30 для защиты от давления образован выпуклой выступающей частью 309. Кроме того, барьер 30 для защиты от давления содержит цилиндрический участок 300 в выступающей сферической части 309. Барьер 30 для защиты от давления может быть выполнен из металла и полимера, или из комбинации металла и полимера. Барьер 30 для защиты от давления окружает оснащенную электроникой камеру 39.
Охватываемую часть 3 частично отделяет от окружающей среды поверхностный слой 31. Поверхностный слой 31 содержит сферическую часть 319 и цилиндрическую часть 310. Поверхностный слой 31 может быть выполнен из полимера. В поверхностном слое 31 может быть расположена уплотняющая мембрана (не показана). Уплотняющая мембрана может окружать поверхностный слой 31 с внутренней стороны.
В поверхностном слое 31 расположен электрический контур 34, образующий первичную или вторичную обмотку трансформатора. Электрический контур 34 показан залитым в полимерную массу 35. Полимерная масса 35 может представлять собой эпоксидную массу 35. Пространство между полимерной массой 35 и барьером 30 для защиты от давления заполнено ферритосодержащей массой 36. Проводники 4' проходят из оснащенной электроникой камеры 39 охватываемой части 3 к электрическому контуру 34 по каналам 33. Охватываемая часть 3 содержит также один или более фланцев 5.
На чертежах показаны также антенна 6, предусмотренная в охватывающей части 3, и антенна 6', предусмотренная в охватываемой части 3. Антенна 6 проходит к внутренней части 270 сферической полости 27. Антенна 6' проходит к верхней части 319 охватываемой части 3. Антенны 6, 6' обеспечивают радиосвязь между охватывающей частью 2 и охватываемой частью 3.
Электрический контур 24 охватывающей части 2 выполнен с вогнутой стороной 240, обращенной к поверхностному слою 21 и к сферической полости 27. Электрический контур 34 охватываемой части 3 образован с выпуклой стороной 340, обращенной к поверхностному слою 31 и сферической части 37. Таким образом, обеспечивается короткое и постоянное расстояние между электрическим контуром 24 и электрическим контуром 34 вдоль вогнутой стороны 240 и выпуклой стороны 340. Под «вогнутой стороной» в настоящем описании подразумевается сторона, образующая часть внутренней шаровой поверхности. Под «выпуклой стороной» в настоящем описании подразумевается сторона, образующая часть наружной шаровой поверхности. При этом внутренняя шаровая поверхность и наружная шаровая поверхность могут отклоняться от идеальной шаровой поверхности, у которой каждая точка имеет один и тот же радиус, проходящий к центру воображаемого шара.
Необходимые электронные и электрические контуры расположены в оснащенной электроникой камере (не показана) охватывающей части 2 и в оснащенной электроникой камере 39 охватываемой части. Оснащенная электроникой камера охватывающей части 2 и оснащенная электроникой камера 39 охватываемой части 3 могут находиться под давлением, которое представляет собой, по существу, атмосферное давление, поскольку внутренний корпус 20 охватывающей части 2 образует барьер для защиты от давления, а охватываемая часть 3 содержит барьер 30 для защиты от давления.
Поверхностный слой 31 охватываемой части 3 также имеет сферическую форму. Это является достоинством, поскольку позволяет совмещать охватываемую часть 3 с охватывающей частью 2 под углом относительно продольной оси 7 охватывающей части 2. Однако при этом форма охватываемой части 3 и охватывающей части 2 обеспечивает их полное совмещение, когда охватываемая часть 3 и охватывающая часть 2 прижимаются друг к другу. Это облегчает соединение охватывающей части 2 и охватываемой части 3 при применении ROV. Вода, присутствующая в полости 27 охватывающей части 2, вытесняется при вставлении охватываемой части 3. Это создает эффект самоочистки, поскольку частицы материала, которые могут осаждаться на поверхностном слое 21 полости 27, будут взвихриваться и уноситься из полости. Каналы 22 увеличивают эффект самоочистки.
В альтернативном варианте осуществления (не показан) поверхностный слой 31 охватываемой части 3 снабжен каналами. Эти каналы могут проходить через сферическую часть 319 и заканчиваться в цилиндрической части 310.
Сферическая часть 37 имеет большую поверхность, чем соответствующая плоская часть того же диаметра. Это является достоинством, поскольку позволяет получать большую площадь поверхности для электрического контура 24 и электрического контура 34. Благодаря этому, можно передавать большую энергию, чем в известных технических решениях такого же диаметра.
Сферическая форма позволяет барьеру 30 для защиты от давления выдерживать большие давления при той же самой толщине материала или позволяет уменьшать толщину материала, чтобы выдерживать те же самые давления, что и в других известных конструкциях. Это является полезным, поскольку часть электронных и электрических компонентов, необходимых для работы индуктивного разъемного соединителя, приходится защищать от действия воды и давления.