[实用新型]基于共享线圈传输的非接触式电能与信号同步传输系统

说明书

本实用新型涉及旋转导向钻井系统领域，公开了基于共享线圈传输的非接触式电能与信号同步传输系统，包括分离式旋转变压器和MCU程序模块；分离式旋转变压器包括初级补偿回路、次级补偿回路和旋转变压器耦合线圈T1；初级补偿回路包括初级半双工通信单元、初级控制单元、电能发射电路和信号耦合线圈T2；次级补偿回路包括次级半双工通信单元、次级控制单元、电能接收电路和信号耦合线圈T3。本实用新型在不改变分离式旋转变压器内部耦合结构的前提下利用频分复用技术合理分配电能与信号的工作频率，确保系统处于谐振状态，实现电能与信号的非接触式同步传输，具有结构简单、占用空间少、电能传输效率高、信号传输可控的优点。

技术领域

本实用新型涉及旋转导向钻井系统领域，尤其涉及基于共享线圈传输的非接触式电能与信号同步传输系统。

背景技术

在石油勘探开发过程中，旋转导向钻井系统是一种高效率的钻井设备，其关键部分为可控偏心器，可控偏心器被安装在靠近钻头的非旋转套筒上，是旋转导向钻井系统的导向工具。传统的可控偏心器主要采用电缆式供电方法，但由于电缆接触不良、磨损将会导致的电火花、漏电等安全隐患，旋转导向钻井系统通过电源与负载之间的导线直接接触进行电能传输，旋转时存在导体的摩擦和损耗，在油井场合下应用时安全性和可靠性低，并且容易受到井下钻井液的腐蚀。

非接触式电能与信号传输技术利用感应耦合原理，可以在分离式旋转变压器的初级、次级线圈之间实现电能与信号的无线传输，克服了传统线缆式供电的缺点。目前，非接触式电能传输系统中信号传输常采用以下两种方法：第一种、双线圈传输，即在分离式旋转变压器的初级、次级之间设置两组线圈，分别用于电能与信号传输。双线圈传输虽然可以实现信号高速传输，但由于增设了一组耦合线圈，两个通道之间存在多个感应链路从而产生额外的磁干扰，这些磁干扰会降低电能传输、信号传输的稳定性，同时，额外的耦合线圈会占用更多的空间。第二种、电能调制传输，即将电能波作为信号传输的载波，一般采用幅值调制方式将信号调制到电能传输波形上，信号接收端通过检测电能幅值来解调信号。电能调制传输本质就是通过破坏电能传输的谐振状态，导致电能波形幅值降低来传递信号。常见的破坏谐振状态的方法有：(1)改变补偿电容；(2)改变电能传输频率(3)改变输入电压。无论采用哪种方式，都会导致电能传输效率下降，同时，信号以电能波为载波，其传输速率受电能传输频率限制，无法实现高速信号传输。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中非接触式电能传输技术的电能质量差以及信号速率低的问题，提供基于共享线圈传输的非接触式电能与信号同步传输系统。本实用新型不仅实现了电能与信号的非接触式传输，而且具有结构简单、占用空间少、电能传输效率高以及信号传输可控的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

基于共享线圈传输的非接触式电能与信号同步传输系统，包括分离式旋转变压器和MCU(Microcontroller Unit)程序模块；

分离式旋转变压器包括初级补偿回路、次级补偿回路和旋转变压器耦合线圈T1；初级补偿回路与所述次级补偿回路通过旋转变压器耦合线圈T1建立感应链路二；

初级补偿回路包括初级半双工通信单元、初级控制单元、电能发射电路和信号耦合线圈T2，电能发射电路通过信号耦合线圈T2与初级半双工通信单元建立感应链路一；

次级补偿回路包括次级半双工通信单元、次级控制单元、电能接收电路和信号耦合线圈T3，电能接收电路通过信号耦合线圈T3与次级半双工通信单元建立感应链路三；

MCU程序模块，用于控制电能传输工作频率以及完成MCU(微处理器)与通信单元之间的数据通信。