[发明专利]一种用于井下设备的电磁感应能量与信号传输方法

权利要求书

1.一种用于井下设备的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、利用电磁感应耦合的原理，得到电磁耦合无线能量传输方式的等效电路；

S2、对上述电路内的次级线圈进行并联电容拓扑补偿，得到能够达到传输效率要求的并联谐振电路；

S3、建立与外电路连接的铁芯模型；

S4、在保证传输效率基础上，确定绕制在铁芯上的耦合线圈的参数；

S5、形成井上设备与井下设备之间的信号耦合回路。

2.根据权利要求1所述的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：所述铁芯包括定子铁芯和转子铁芯，定子铁芯与转子铁芯同轴设置，定子铁芯上绕制有初级线圈，转子铁芯上绕制有次级线圈，初级线圈与次级线圈之间设有间隙。

3.根据权利要求2所述的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：所述定子铁芯为两端开口的圆筒状结构，定子铁芯与井筒径向垂直设置，所述转子铁芯设于定子铁芯内部，转子铁芯两侧的定子铁芯内壁上对称绕制有匝数相同的初级线圈。

4.根据权利要求2所述的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：所述定子铁芯与转子铁芯上下对称设于井筒内，且铁芯方向与井筒径向平行，定子铁芯和转子铁芯外套设有铁芯外套。

5.根据权利要求1所述的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：步骤S4中线圈参数包括初级线圈和次级线圈各自的线圈总匝数、线圈在铁芯上绕制时每层绕制的线圈匝数以及线圈的绕制层数。

6.根据权利要求5所述的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：步骤S4中线圈参数的计算包括：

S41、根据电压和功率，计算得出电流；

S42、根据基尔霍夫电压定律(KVL)得到初级线圈与次级线圈的耦合电路方程，并根据耦合电路方程计算得到次级线圈的总匝数；

S43、根据初级线圈与次级线圈之间线圈匝数的关系，计算得到初级线圈的总匝数；

S44、根据电流，通过查阅铜线规格表得知绕制线圈所需要铜线的直径，据此分别计算初级线圈和次级线圈绕制在铁芯上时每层绕制的线圈匝数及线圈的绕制层数。

7.根据权利要求1所述的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：所述信号耦合电路包括依次电性连接的编码器、变频器和驱动器，所述编码器的输入端接收来自设备的CPU输出信号，编码器的输出端与变频器的输入端连接，变频器的输出端与驱动器的输入端连接，驱动器的输出端与耦合线圈电性连接，耦合线圈通过电缆分别与井上设备和井下设备连接。

8.根据权利要求7所述的电磁感应能量与信号传输方法，其特征在于：所述信号耦合电路还包括滤波器和比较器，所述滤波器的输入端与耦合线圈电性连接，输出端与比较器的输入端电性连接。