一种水下可插拔式耦合器及耦合方法与流程

本发明属于水下作业领域，特别涉及一种水下可插拔式耦合器及耦合方法。

背景技术：

水下可插拔装置是海洋装备领域的常用设备，已经商业化的接触式插拔装装置插拔次数少，成本高。近年来也出现了一些非接触式插拔装置，可进行水下插拔的接插件的插合与分离工作基本上由水下机器人rov完成，通过水上专业人员的控制，遥控rov作业手柄抓取接插件一端的手柄，通过对准、矫正等工作完成接插件的插拔。水下机器人rov等设备在水下进行接插件插拔过程中，为保证能够顺利完成接插件的插拔，必须确保接插件两端的同轴度，使接插件的两端处于一条直线，然后进行插合或分离。否则，尤其是插合过程中，若接插件的两端有较大的偏移，极易导致接插件的损坏。此类接插件的价格非常昂贵，操作人员需耗费大量时间进行插拔前的准备，确保每一次插拔均万无一失。因此此类工作对水下作业环境、操作人员专业性等有较高要求，且耗费时间较长，不确定性较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种水下可插拔式耦合器，包括非接触插座和非接触插头，其中，

所述非接触插座包括外壳、插座磁铁、外线圈和水密插座；所述非接触插头包括基体、插头磁铁、中线圈、内线圈和水密插头；其中，插座磁铁与插头磁铁极性相反，非接触插座为中空圆柱体，轴心处底部设置水密插座；非接触插头剖面为t字形，中心镂空，镂空处可插入非接触插座，镂空处由内之外设置内线圈、基体和中线圈，中线圈的两个端线短接，内线圈的端线与水密插头连接，插头磁铁设置在非接触插头的上部，处于t字形水平面，基体还设置在插头磁铁的外周；外线圈固定在外壳内部，外线圈的端口与水密插座连接，插座磁铁设置在非接触插座的上表面，插头磁铁设置在非接触插头的下表面。

优选地，所述外线圈通过注模灌胶用环氧树脂固定在外壳内部。

优选地，所述外壳为金属材质。

优选地，所述外壳为非金属材质。

优选地，所述基体为非金属材质。

优选地，所述基体的上端面用金属材料覆盖。

优选地，所述中线圈通过注模灌胶固定在基体外部。

优选地，所述内线圈通过注模灌胶固定在基体内部。

优选地，所述内线圈中还设置磁芯。

基于上述目的，本发明还提供了一种水下可插拔式耦合方法，采用上述耦合器，包括以下步骤：

s10，非接触插座通过水密缆连接到无线电能接收电路，即连接到整流滤波电路上；

s20，非接触插头通过水密缆连接到无线电能发射电路，即连接到逆变电路上；

s30，将非接触插头插入非接触插座，插座磁铁与插头磁铁自动吸合，将二者固定；

s40，接通发射电路，内线圈中产生高频交变电流；

s50，通过电磁感应，中线圈中感应出高频磁场，将电能传输给接收端的外线圈；

s60，外线圈中产生感应电流并将其通过整流滤波电路输出到接收端；

s70，电能传输完毕，拔出非接触插头。

与现有技术相比，本发明公开的水下可插拔式耦合器及耦合方法，至少具有以下有益效果：结构紧凑的中继式耦合器，采用了三线圈结构，减少了线圈的匝数和大小，增加了线圈间的耦合度，能够实现方便、可靠的水下插拔，不需要严格对准，不限插拔次数，具备可靠的防水耐压结构，能够支持高效的水下非接触式电能传输。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例水下可插拔式耦合器的结构示意图；

图2为本发明实施例水下可插拔式耦合器的剖视图；

图3为本发明实施例水下可插拔式耦合器的插头结构图；

图4为本发明实施例水下可插拔式耦合器的内部结构图；

图5为本发明实施例水下紧急释放信标方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

耦合器实施例参见图1-4，包括非接触插座10和非接触插头20，其中，

非接触插座10包括外壳14、插座磁铁12、外线圈13和水密插座11；非接触插头20包括基体21、插头磁铁22、中线圈23、内线圈24和水密插头25；其中，插座磁铁12与插头磁铁22极性相反，非接触插座10为中空圆柱体，轴心处底部设置水密插座11；非接触插头20剖面为t字形，中心镂空，镂空处可插入非接触插座10，镂空处由内之外设置内线圈24、基体21和中线圈23，中线圈23的两个端线短接，内线圈24的端线与水密插头25连接，插头磁铁22设置在非接触插头20的上部，处于t字形水平面，基体21还设置在插头磁铁22的外周；外线圈13固定在外壳14内部，外线圈13的端口与水密插座11连接，插座磁铁12设置在非接触插座10的上表面，插头磁铁22设置在非接触插头20的下表面。

具体实施例中，非接触插座10包括外壳14、外线圈13、插座磁铁12和水密插座11。外壳14可以由金属或者非金属加工。在需要屏蔽电磁干扰的情况下，外壳14采用金属材料。外线圈13通过注模灌胶的方式用环氧树脂固定在金属外壳14内部。外线圈13的端口跟水密插座11连接。插座磁铁12固定在金属外壳14的上端，用于固定非接触插头20。

非接触插头20参见图3，基体21采用非金属材料加工，在需要电磁屏蔽的场合，基体21的上端面可以用金属材料覆盖，基体21的法兰部分固定有插头磁铁22，其极性跟插座磁铁12的极性相反，能够实现可靠吸合。中线圈23通过注模灌胶的方式固定在基体21外部，它的两个端线短接，起到中继线圈的作用。中继线圈由电感跟导线间的寄生电容产生谐振，从而高效的传递电磁能量。内线圈24通过注模灌胶的方式固定在基体21内部，其端线跟水密插头25连接，内线圈24的内部可以根据实际需求放置磁芯。

方法实施例参见图5，包括以下步骤：

s10，非接触插座通过水密缆连接到无线电能接收电路，即连接到整流滤波电路上；

s20，非接触插头通过水密缆连接到无线电能发射电路，即连接到逆变电路上；

s30，将非接触插头插入非接触插座，插座磁铁与插头磁铁自动吸合，将二者固定；

s40，接通发射电路，内线圈中产生高频交变电流；

s50，通过电磁感应，中线圈中感应出高频磁场，将电能传输给接收端的外线圈；

s60，外线圈中产生感应电流并将其通过整流滤波电路输出到接收端；

s70，电能传输完毕，拔出非接触插头。

方法实施例参见耦合器实施例，不再赘述。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种水下可插拔式耦合器，其特征在于，包括非接触插座和非接触插头，其中，

所述非接触插座包括外壳、插座磁铁、外线圈和水密插座；所述非接触插头包括基体、插头磁铁、中线圈、内线圈和水密插头；其中，插座磁铁与插头磁铁极性相反，非接触插座为中空圆柱体，轴心处底部设置水密插座；非接触插头剖面为t字形，中心镂空，镂空处可插入非接触插座，镂空处由内之外设置内线圈、基体和中线圈，中线圈的两个端线短接，内线圈的端线与水密插头连接，插头磁铁设置在非接触插头的上部，处于t字形水平面，基体还设置在插头磁铁的外周；外线圈固定在外壳内部，外线圈的端口与水密插座连接，插座磁铁设置在非接触插座的上表面，插头磁铁设置在非接触插头的下表面。

2.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述外线圈通过注模灌胶用环氧树脂固定在外壳内部。

3.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述外壳为金属材质。

4.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述外壳为非金属材质。

5.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述基体为非金属材质。

6.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述基体的上端面用金属材料覆盖。

7.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述中线圈通过注模灌胶固定在基体外部。

8.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述内线圈通过注模灌胶固定在基体内部。

9.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述内线圈中还设置磁芯。

10.一种权利要求1-9之一所述耦合器的耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：

s10，非接触插座通过水密缆连接到无线电能接收电路，即连接到整流滤波电路上；

s20，非接触插头通过水密缆连接到无线电能发射电路，即连接到逆变电路上；

s30，将非接触插头插入非接触插座，插座磁铁与插头磁铁自动吸合，将二者固定；

s40，接通发射电路，内线圈中产生高频交变电流；

s50，通过电磁感应，中线圈中感应出高频磁场，将电能传输给接收端的外线圈；

s60，外线圈中产生感应电流并将其通过整流滤波电路输出到接收端；

s70，电能传输完毕，拔出非接触插头。

技术总结
本发明公开了一种水下可插拔式耦合器及耦合方法，耦合器的非接触插座包括外壳、插座磁铁、外线圈和水密插座；所述非接触插头包括基体、插头磁铁、中线圈、内线圈和水密插头；其中，插座磁铁与插头磁铁极性相反，非接触插座为中空圆柱体，轴心处底部设置水密插座；非接触插头剖面为T字形，中心镂空，镂空处可插入非接触插座，镂空处由内之外设置内线圈、基体和中线圈，中线圈的两个端线短接，内线圈的端线与水密插头连接。本发明提出了一种结构紧凑的中继式耦合器，采用了三线圈结构，能够实现方便、可靠的水下插拔，并能够支持高效的水下非接触式电能传输。

技术研发人员：史剑光;江晓;彭时林;于海滨;吕帅帅
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2020.11.30
技术公布日：2021.03.30