[发明专利]一种非接触传输磁机构耦合系数动态调整系统和方法

说明书

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种非接触传输磁机构耦合系数动态调整系统和方法，电源端通过输入功耗测量单元分别与非接触传输电能变换模块和磁场调控电能变换模块，所述非接触传输电能变换模块通过调谐阻波电路连接发射线圈，所述发射线圈对应设置有接收线圈，接受线圈设置在阻波电路上，阻波电路通过整流稳压电路和输出功耗测量模块连接至负载端，所述发射线圈和接受线圈的两端均并联有带有控制器和信号调制解调模块的信号加载提取模块；所述磁场调控电能变换模块也通过一个阻波电路连接有补偿线圈。

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种非接触传输磁机构耦合系数动态调整系统和方法。

背景技术

非接触电能传输又称无线电力传输，无线电能传输，是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量（如电磁场能、激光、微波及机械波等），隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输。

非接触电能传输通过电场耦合作用，将电能与信号以非接触方式进行传输，解决了旋转导向系统中旋转部件间的供能和信息交互难题。非接触电能传输效率由发射线圈和接收线圈的耦合系数决定，而耦合系数受磁芯材质、形状及线圈距离等参数影响，在产品开发阶段往往通过实验测试，确定适用于目标特性的最佳耦合系数，以此完成非接触传输磁机构的实物设计，实现能量最优传递。

如现有技术中公开号为CN102570627A，公开时间为2012年7月11日，名称为“供电装置和设置有供电装置的非接触式供电系统”的中国发明专利文献，公开了一种使用电磁谐振耦合方法的供电装置和一种非接触式供电系统。对供电装置中和/或受电装置内部的电磁感应耦合的耦合系数进行优化，以提高谐振频率的电力传输效率而不论供电装置和受电装置的位置如何。提供了一种供电装置或者一种非接触式供电系统，其中监控S11参数，S11参数是从供电装置的高频电源输出的电力的反射部分，并且改变供电装置中传输线圈和第一谐振线圈的位置以及受电装置中接收线圈和第二谐振线圈的位置中的一个或者两者，以调整电磁感应耦合的耦合系数。

但是，在钻井导向的使用环境里，井底往往存在高温、高压和泥浆介质等复杂环境，使得磁机构的最佳耦合系数出现偏移，这就导致特制开发的非接触传输磁机构在实际应用过程中无法实现能量最优传递，极端情况下，传输效率会大幅降低。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本发明旨在于提供一种耦合系数动态可调的非接触传输磁机构设计思路，增加一补偿线圈，对发射线圈或者接收线圈的磁场施加影响，根据耦合系数的偏移情况，增加或者减少磁场强度，从而改变磁机构的耦合系数，实现能量最优传递的非接触传输磁机构耦合系数动态调整系统和方法。

本发明的一种非接触传输磁机构耦合系数动态调整系统，其特征在于：电源端通过输入功耗测量单元分别与非接触传输电能变换模块和磁场调控电能变换模块连接，所述非接触传输电能变换模块通过调谐阻波电路连接发射线圈，所述发射线圈对应设置有接收线圈，接收线圈设置在阻波电路上，阻波电路通过整流稳压电路和输出功耗测量模块连接至负载端，所述发射线圈和接收线圈的两端均并联有带有控制器和信号调制解调模块的信号加载提取模块；所述磁场调控电能变换模块也通过一个阻波电路连接有补偿线圈。

所述磁场调控电能变换模块的阻波电路，包括三相分别通过双向二极管接入带有电流方向调控装置的补偿电容和补偿线圈并联电路，所述双向二极管通过PWM脉冲控制导通和截止。

所述信号调制解调模块、控制器、信号加载提取模块，均是实现信号的无线交互和传输，作用和逻辑是：控制器与外部设备通讯，获取需要传输的数据信号；信号调制解调模块则是接收控制器的指令，将待传数据信号按照设定规则进行调制或者将能量中带有的已调制数据信号解调；信号加载提取模块则是将调制好的数据信号加载至能量中同步传输或者将能量中的数据信号进行提取。