海底连接器的制作方法

1.本发明涉及一种海底连接器或水下连接器和操作该连接器的方法。


背景技术：

2.海底连接器或水下连接器设计成用于在水面下工作。通常，海底连接器包括通常称为插头和插座的两个部分。插座可包括一个或更多个导体插针，并且插头可包括用于插座导体插针的对应的插头插口。连接可以在水上(干式插接)或海底(湿式插接)进行，并且具体设计根据连接器是湿式插接连接器还是干式插接连接器来调整。海底连接器有着各种应用，包括向海底设备供电的功率连接器，或在海底设备的不同的部分之间或在海底设备与水上设备之间交换数据的控制和仪表连接器。
3.然而，湿式插接连接器的许多变体(各自可设计成使用不同的插接方法)要么导致订单制造延迟，要么需要大量库存。期望一种改进的湿式插接连接器。


技术实现要素：

4.根据本发明的第一方面，提供一种湿式插接海底连接器插头部分，该插头部分包括插头主体、布置在插头主体中的多个数据导体接触件、布置在插头主体中的多个功率导体接触件，其中，数据导体接触件包括偶数对数据导体接触件，各数据导体接触件对相对于相邻的数据导体接触件对正交地排列，其中，数据导体接触件对布置成形成数据线束，其中，数据线束包括适于与电缆的接地屏蔽部维持电气接触的外接地屏蔽部，其中，功率导体接触件在插头主体中在数据线束的外接地屏蔽部的外侧且远离该外接地屏蔽部地彼此间隔开。
5.正交布置使相邻的导体接触件对之间的串扰最小化，并且数据线束外接地屏蔽部提供与功率导体接触件的电气屏蔽。
6.插头部分还可包括插头数据线束接地屏蔽部延伸部，其电气联接于外接地屏蔽部并安装在插头主体的凹处中。
7.这提供了在与连接器干式插接的电缆的接地屏蔽部与插头部分的干式插接连接器盖之间的电气连续性。
8.插头部分还可包括插头数据线束前端接地屏蔽部，其与接地屏蔽部延伸部和/或外接地屏蔽部电气联接，并在插头数据接触件的顶端的后面环绕插头数据接触件。
9.这为连接器主体内的导体提供了屏蔽。
10.插头部分还可包括安装在前端接地屏蔽部和接地屏蔽部延伸部的径向外侧的电气贯穿插针，以提供在前端接地屏蔽部和接地屏蔽部延伸部之间的电气连续性。
11.前端接地屏蔽部可包括将数据线束接触件的长度的至少一部分包围的金属片。
12.插头部分还可包括插头壳体、以及在插头壳体内密封插头主体的密封件。
13.插头部分还可包括安装在插头主体的径向外侧的弹性体隔膜。
14.根据本发明的第二方面，一种湿式插接海底连接器插座包括：插座主体、布置在插
座主体中的多个数据导体插针、布置在插座主体中的多个功率导体插针，其中，数据导体插针包括偶数对数据导体插针，各数据导体插针对相对于相邻的数据导体插针对正交地排列，其中，数据导体插针对布置成形成数据线束，其中，功率导体插针在插座主体中在数据线束的外侧且远离数据线束地彼此间隔开。
15.插座部分还可包括：插座后端，其包括与数据线束的数据导体插针对应的数据线束接触件；以及接地屏蔽部延伸部，其适于电气联接于电缆的外接地屏蔽部，接地屏蔽部延伸部安装在插座主体的后端中。
16.插座部分还可包括插座壳体、以及相对于插座壳体密封插座主体的密封件。
17.为了增大额定功率，功率导体插针可具有比插头导体插针更大的直径，并且插头内接触件的直径可对应地调整，但这增加了成本和复杂性，因此有利地，功率导体插针和插头导体插针具有相同的直径。
18.根据本发明的第三方面，一种湿式插接连接器包括插头部分和插座部分，插头部分包括根据第一方面的插头部分，插座部分包括根据第二方面的插座部分。
19.根据本发明的第四方面，一种湿式插接连接器组件包括根据第三方面的连接器，连接器还包括联接于插头部分的第一数据电缆和联接于插座部分的第二数据电缆、联接于插头部分的第一功率电缆和联接于插座部分的第二功率电缆。
20.插头的各功率导体接触件和数据导体接触件可联接于相应的第一电缆的单个芯，并且插座的各功率导体插针和数据导体插针可联接于相应的第二电缆的单个芯。
21.联接可包括干式插接或焊接。
附图说明
22.现在将参照附图描述根据本发明的海底连接器和相关方法的示例，在附图中：
23.图1示出了根据本发明的组合式功率和通信连接器在其未插接状态下的示例；
24.图2示出了根据本发明的连接器中的通信和功率导体的插座后端中的相对位置的示例；
25.图3更详细地显示了图2的数据对连接部和功率连接部的布置；
26.图4示出了在根据本发明的连接器中如何在电缆和引出区之间提供接地屏蔽部连续性的示例；
27.图5示出了在本发明的连接器中的数据导体线束上的接地屏蔽部延伸筒的示例；
28.图6示出了图5的延伸筒，其安装在模制主体的后部的凹处中；
29.图7示出了图5的具有前接地屏蔽部的示例；
30.图8示出了如何可在根据本发明的连接器中提供贯穿插针附加件，以实现图7的前接地屏蔽部的电气连续性；
31.图9示出了根据本发明的连接器中的、用以电隔离数据导体的接地屏蔽部的布置的概图。
具体实施方式
32.降低与新的深水油气开发有关的总生命周期成本(即，降低资本支出(capex，capital expenditure)和管理支出(opex，operational expenditure)两者)的趋势意味着
需要改进现有的设计、制造工艺和操作。期望海底连接器系统具有较低的成本，能够相对快速和容易地安装，并且减少维护要求，或者减少在整个工作寿命期间对它们所连接的系统具有影响的干预需要。因此，需要在更长时间周期内持续工作而不退化的连接器。
33.通常，用于不同应用的连接器可以是单路或多路连接器。例如，4路连接器可用于输送功率，或者12路连接器可用于通过适当的海底仪器接口标准传输数据。对于模拟装置，可以是1级，对于数字串行设备，例如canopen，可以是2级，或者在利用以太网tcp/ip的情况下，可以是3级。其他数据连接器包括光纤连接器。湿式插接的控制连接器通常具有大量的细导体插针，以便在单根控制电缆中可以容纳去往产品不同部分的多个控制信号。例如，设备的不同部分上的多个海底传感器(例如流量传感器、温度传感器或压力传感器)各自都需要具有单独的通信路径，以便可以询问、监测它们，并且如果需要，可以给致动器供能，例如以便打开或关闭阀，或者启动或停止泵。为了向海底设备供应功率，使其能够工作，例如以便关闭阀门或驱动泵，可需要功率传输。湿式插接功率连接器可以具有单插针和插口组件，或者可以是多路连接器，但通常比控制或通信连接器具有更少、更大的插针。
34.组合了数据和功率导体的海底连接器可遭受串扰或干扰。本发明解决这些问题以改善信号性能。第一方面是调整数据导体插针的间距、布局和位置以解决这些问题，并且还调整数据导体相对于功率导体的相对位置。另一个方面是延续屏蔽，该屏蔽部设置在电缆中，从电缆引出处，到连接器处。可选地，该屏蔽部可以更大或更小的程度延续到连接器中，其示例将在下文中描述。当如上所述的模拟、数字或以太网标准的功率和通信或数据导体组合在单个连接器中以用于海底应用时，这些方面特别适合于改善专门设计成具有更高带宽性能的控制连接器领域中的通信性能。
35.一种混合控制型连接器包括专用通信或数据导体和功率导体。通常，该类型的混合型连接器包括12个插针或12路连接器，但其他数量的导体插针也是可能的。连接器的运行涉及同时利用数据和功率。本发明提供了一种连接器，其成本较低，但与现有技术相比具有较快的交货期和改善的通信性能，即数据带宽。
36.任何这样的连接器都需要优化导体插针的物理布置，因为在海底应用中，空间非常珍贵，并且连接器通常必须安装在预定的尺寸限制内。然而，该布置需要在总体尺寸限制内使功率插针尽可能远离数据插针。常规而言，混合型12路连接器中的所有插针都具有相同的直径，并且在连接器主体中均匀地间隔开。一些插针被分配用于功率传输，另一些被分配用于数据传输，但这些插针在其他方面是无法区分的。
37.在本发明中，数据插针成对布置，相邻的对彼此正交，以减少数据对之间的串扰。多个相邻数据对的布局形成数据线束50，如下文更详细地阐述并在图中示出的那样。分开的功率插针6彼此均匀地间隔开，并且每个功率插针位于在连接器主体的限制内可实现的、距离数据线束50的边缘的最大距离处。为了简化供应和制造，连接器仍然可使用相同的导体插针23，对于功率插针和数据插针各使用6个，但是当前布局提供了功率和数据插针之间的明确区分。对所有的插针使用相同的直径限制了额定功率，但简化了制造，从而将独特的零件数量保持为最低限度。为了增加额定功率，可提供直径比数据插针的直径大的功率插针，其中，或者利用标准数据插针，或者比标准数据插针细，以减小数据线束的总尺寸并为更大的功率插针提供更多空间。然而，这使供应和制造变得复杂，并且不是像保持所有插针具有相同大小那样有利的选项。
38.通过围绕数据线束50的接地屏蔽部5提供进一步的改进。此数据屏蔽部是围绕数据线束的所有导体的单个屏蔽部。没有中断地完全包围数据线束的插针和接触件的接地屏蔽部是最优的，并且通过跨越插头或插座连接器的长度实现最高带宽性能，以完全防止杂散电容和电感干扰影响损害数据导体对的性能。然而，因为此种布置中的屏蔽部有效地将数据线束50与外部安装/密封结构分开，所以这是技术上要求很高的结构要求，于是还提出了许多较小的接地屏蔽延伸部选择24。这些接地屏蔽部延伸部仍然基本上围绕数据线束中的数据导体对，并且将功率导体排除在数据线束之外，但使得制造能够更容易地进行。
39.全接地屏蔽部的示例可使用附加制造技术而非模制来制造，以实现能够承受差压、防止泄漏路径和维持位置精度的结构完整性。如下文所述，部分接地屏蔽部的示例24可使用模制技术制造。部分接地屏蔽部选择可包括：电缆引出区的接地屏蔽部5，以降低电气噪声；围绕数据线束的、特别是在插头连接器内侧的延伸的接地屏蔽部24；使用内置贯穿插针28，以通过插头连接器内侧的环境屏障将前后接地屏蔽部电气连接；以及用于获得接地盖与接地屏蔽部之间的电气连续性的简单方法，诸如弹力接触件。作为最低限度，希望有从电缆引出区到干式插接连接器盖的接地屏蔽连续性15。进入连接器中或围绕在连接器内的通信插针的屏蔽的更多延伸部24、25、26是可选的。
40.图1示出了连接器的示例，以用于在同一连接器中连接功率电缆和通信电缆两者，其中，显示了处于拆开状态的连接器。通信电缆4，在本例中为8芯电缆，设有电气接地屏蔽部5，并安装于插头1和插座2中的各个的主体9、10的后端。所示出的示例在插座主体的前端处使用相同的功率和通信插针3，这些插针适于与插头主体9的前端中的接触件插口(如图9所示)电气以及机械地接合。在某些情况下，可将较大直径的插针用于功率插针，以增加额定功率，但这增加了制造成本和复杂性，因为插口必须相应地进行调整，并且零件不再通用，因此优选使所有插针具有相同直径。插头主体9被隔膜8包围。单个护套7中的功率连接部6设于插头主体9的后端和插座主体10的后端。在该示例中，对各个提供四个功率连接部6，但在该视图中并非所有都可见。密封件11围绕插头主体9和插座主体10的外侧设置，以相对于壳体(未示出)的内表面进行密封。
41.图2示出了在插头主体9和插座主体10内的通信插针23和功率插针6的相对布置的更多细节。图2示出了插座2的后端，其中，示出了通信插针和功率插针的相对位置。插头后端(未示出)是其镜像。连接于8芯通信电缆4的各芯的插座插针后端处的接触件12布置成与用于插座主体10内的功率插针芯6的接触件物理地分离。物理分离包括在里面布置有导电芯的模制主体33的外侧周围提供电气屏蔽层。所有的数据芯23和接触件12都成对布置。功率导体对彼此的分离通常大于数据连接对彼此的分离，因为功率导体倾向于需要更多的绝缘。功率(导体)相对于数据(导体)的间距的这种区别允许与所有导体都处在功率(导体)对间距的情况下相比更好的整体紧凑性。在图3中可更好地看到芯或接触件的对，图3示出了数据对连接部的正交布局、和功率连接部彼此之间以及与数据芯或接触件之间的物理分离。数据通信接触件12的四个对13a、13b、13c、13d正交地布置。同样的布置适用于插入这些接触件12中的数据芯23，即，对于彼此相邻并形成对的两个芯，沿着芯的长度在任意点处穿过两个芯并穿过各个芯的各中心线、垂直于各个芯的中心线的线垂直于穿过相邻的对的对应的线，以使通过串扰导致通信带宽减小的电感和电容插接效应最小化。功率连接器6也成对21a、21b。一个对21a和另一个对21b的芯之间的分离是相同的，但是使一对与另一对的分
离尽可能大，同时仍然满足在连接器插头或插座主体尺寸的限制内保持尽可能远离数据线束50的需要。
42.从图4可理解连接器的更多细节，图4示出了从电缆4的接地屏蔽部22到在电缆芯的引出区16中的接地屏蔽部延伸部5的接地屏蔽部连续性15，该电缆芯连接于插座2的主体10中的电气接触件12。插头后端(未示出)是图4的插座后端的镜像。通信数据线束接地屏蔽部5电气连接于围绕数据线束后端20的接地屏蔽部延伸部24(如图5所示)。屏蔽部的到连接器中或者围绕连接器内的通信插针的延伸部24是可选的。接地屏蔽部延伸部24可安装到插座主体10的后端20。单个电缆芯23在插座主体10中的插针3的后部处与电气接触件12接合。各插针3在后端中的中空部中容纳一个芯23。
43.图5示出了在插座主体10中的数据线束后端20上的可选的接地屏蔽部延伸筒24。接地屏蔽部可设计成弹簧打开并被接地盖5捕获以提供电气连续性，或者可使用其他类似的方法来获得部件之间的充分电气接触。示出了模制插座主体10，其具有用于相对于壳体(未示出)进行密封的密封件，并且插座插针3可在插座前端上看到。图6示出了模制插头主体9，模制插头主体具有在其前端的隔膜8，连同数据线束电缆4和其接地屏蔽部5，以及安装在模制主体9的背部的凹处中的细长版本的接地屏蔽筒25。安装在凹处中也应用于模制插座主体。插头后端是插座后端的镜像。可选的接地屏蔽部延伸筒25安装到模制插头主体的凹处中导致增大了由屏蔽部保护的导体的长度。可仅对插头提供附加的前接地屏蔽部26。插头后接地屏蔽部延伸部25和插头前接地屏蔽部26由间隙27物理地分开，并通过单独的贯穿插针28附加件而彼此电气连接，如图8所示，以实现与前接地屏蔽部的电气连续性。电气连续性可通过弹力接触件29来实现，例如通过multilam弹力接触件。插头的数据线束51内的插头接触件30都被相对于功率导体6屏蔽，功率导体6也可单独被屏蔽并与插头数据线束30分离，或者可简单地与插头数据线束分离，而没有单独的功率导体屏蔽。如从图9中可见，示出了插头1和插座2完全插接，根据本发明的连接器中的前接地屏蔽部26和后接地屏蔽部25用于将数据导体电气隔离。从电缆的接地屏蔽部15通过数据线束屏蔽部5到插座中的延伸件24和外金属壳体31提供接地连续性。在插头中，从电缆的接地屏蔽部15和数据线束屏蔽部5，经由延伸件25、外金属壳体32和前延伸件26，提供接地连续性。
44.本发明通过数据线束内的数据导体的正交布置以及数据线束内的数据导体与功率导体的物理分离和屏蔽来减少串扰和干扰。使用从在插头和插座后端处的电缆屏蔽部的接地屏蔽部延伸部，以及插头导体上的附加的前端屏蔽部可实现进一步的改进。尽管附加屏蔽部是可选的，但使用这些选项中的一些或全部比单独利用正交的数据线束布置更有性能优势。
45.在根据本发明的典型的湿式插接海底连接器插头部分中，插头主体设有布置在插头主体中的四个或更多个数据导体接触件，该数据导体接触件包括偶数对数据导体接触件，该偶数对数据导体接触件形成数据线束，并且各数据导体接触件对相对于相邻的数据导体接触件对正交地排列。数据线束包括外接地屏蔽部，该外接地屏蔽部适于在电缆已经装配时(通常通过干式插接连接或通过焊接)维持与电缆接地屏蔽部的电气接触。典型地，在插头主体中布置有多个功率导体接触件，功率导体接触件在插头主体中彼此隔开，并且在数据线束的外接地屏蔽部之外且远离数据线束的外接地屏蔽部。可选的插头数据线束接地屏蔽部延伸部与外接地屏蔽部电气联接并安装在插头主体的凹处中，提供在与连接器干
式插接的电缆的接地屏蔽部与插头部分的干式插接连接器盖之间的电气连续性。此外，对于插头部分，可选择添加插头数据线束前端接地屏蔽部，其与接地屏蔽部延伸部和/或外接地屏蔽部电气联接，并在插头数据接触件的顶端的后面环绕插头数据接触件，以为连接器主体内的导体提供屏蔽。
46.当使用这种插头的前端接地屏蔽部时，两个屏蔽部之间有绝缘间隙，其需要进行桥接。这可通过在前端接地屏蔽部和接地屏蔽部延伸部的径向外侧安装的电气贯穿插针来实现，以提供在前端接地屏蔽部和接地屏蔽部延伸部之间的电气连续性。前端接地屏蔽部可包括环绕数据线束接触件的长度的至少一部分的导电金属片。在模制插头主体和密封件的外侧，插头壳体(通常为金属)保护插头构件和弹性体隔膜，该隔膜安装在模制插头主体的径向外侧。
47.对应的湿式插接海底连接器插座主体设有至少四个数据导体插针，但更典型的是八个，以及若干电源导体插针。典型地，数据导体插针包括偶数对的数据导体插针，各数据导体插针对相对于相邻的数据导体插针对正交地排列，并布置成形成数据线束。功率导体插针在插座主体中在数据线束的外侧且远离数据线束地彼此间隔开。在插座后端，与数据线束的数据导体插针对应的数据线束接触件由接地屏蔽部延伸部保护，该接地屏蔽部延伸部适于电气联接于电缆的外接地屏蔽部。在插座主体的外侧，密封件将插座壳体相对于插座主体进行密封。为了增大额定功率，功率导体插针可具有比插头导体插针更大的直径，并且插头内的接触件的直径可对应地调整，但这增加了成本和复杂性，因此优选地，功率导体插针和插头导体插针具有相同的直径。
48.湿式插接连接器包括所述的插头部分和插座部分，并且在使用时例如可通过焊接或干式插接而在它们的后端联接于数据电缆和功率电缆。插头的各功率导体接触件和数据导体接触件联接于相应的数据电缆的单个芯，并且插座的各功率导体插针和数据导体插针联接于相应的功率电缆的单个芯。
49.尽管上面已经参考各种实施例描述了本发明，但应当理解，可对所描述的实施例进行许多改变和修改。因此，应当将前述描述视为说明性的而非限制性的，并且应当理解，实施例的所有等同物和/或组合都应包括在本描述中。
50.上述示例仅仅是为了说明而提供的，并且绝不应解释为对本文中公开的本发明的限制。尽管已经参考各种实施例描述了本发明，但应当理解，本文中使用的词语是描述和说明性的词语，而非限制性的词语。此外，尽管在此参考了特定的装置、材料和实施例描述了本发明，但本发明并不旨在限于本文中公开的细节；相反，本发明扩展到例如在所附权利要求的范围内的所有功能等同的结构、方法和用途。受益于本说明书教导的本领域技术人员可对其作出许多修改，并且可在不脱离本发明的范围的情况下在其各方面进行改变。
51.应当注意，术语“包括”并不排除其他元素或步骤，并且“一”或“一个”并不排除多个。可将与不同实施例相关联地描述的元件组合。还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。尽管通过优选实施例详细说明和描述了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可在不脱离本发明范围的情况下从中衍生出其他变型。