技术特征：
1.井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，该方法设计的耦合机构包括发射端和接收端，所述发射端包括外筒磁芯、原边能量发射线圈和原边信号发射线圈，所述接收端包括内筒磁芯、副边能量接收线圈和副边信号接收线圈；其特征在于，该设计方法具体为：将内筒磁芯套设在外筒磁芯内，且将内筒磁芯和外筒磁芯共轴设置；将所述原边信号发射线圈和原边能量发射线圈串联在一起，且将原边信号发射线圈和原边能量发射线圈沿外筒磁芯轴向分布绕制在外筒磁芯内壁上；将所述副边信号接收线圈和副边能量接收线圈沿内筒磁芯轴向分布且绕制在内筒磁芯外壁上；在绕制时，原边信号发射线圈和副边信号接收线圈采用同样的结构绕制，原边能量发射线圈和副边能量接收线圈采用同样的结构绕制；当内筒磁芯装配在外筒磁芯内时，内筒磁芯上的副边信号接收线圈和副边能量接收线圈分别与外筒磁芯上的原边信号接收线圈和原边能量接收线圈相对；通过减少原边信号发射线圈以及副边信号接收线圈的匝数或增大原边信号发射线圈以及副边信号接收线圈的匝间距，以减小能量的损耗以及能量对信号的干扰。2.如权利要求1所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：将所述原边信号发射线圈和副边信号接收线圈均采用q型线圈结构绕制。3.如权利要求1或2所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：将所述原边能量发射线圈和副边能量发射线圈均采用q型线圈结构绕制。4.如权利要求1所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：在所述外筒磁芯内壁上开设用于绕制原边信号发射线圈的凹槽ⅰ，和用于绕制原边能量发射线圈的凹槽ⅱ；且原边信号发射线圈绕制在凹槽ⅰ内时，原边信号发射线圈的外圆周面不凸出于凹槽ⅰ的槽口；原边能量发射线圈绕制在凹槽ⅱ内时，原边能量发射线圈的外圆周面不凸出于凹槽ⅱ的槽口。5.如权利要求4所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：在所述内筒磁芯外壁上开设用于绕制副边信号接收线圈的凹槽ⅲ，和用于绕制副边能量接收线圈的凹槽ⅳ；副边信号接收线圈绕制在凹槽ⅲ内时，副边信号接收线圈的外圆周面不凸出于凹槽ⅲ的槽口；副边能量接收线圈绕制在凹槽ⅳ内时，副边能量接收线圈的外圆周面不凸出于凹槽ⅳ的槽口。6.如权利要求5所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：当内筒磁芯装配在外筒磁芯内时，凹槽ⅰ与凹槽ⅲ相对设置，且槽口宽度相同，槽深度相同；凹槽ⅱ与凹槽ⅳ相对设置，二者槽口宽度相同，槽深度相同。7.如权利要求5或6所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：凹槽ⅰ、凹槽ⅱ、凹槽ⅲ和凹槽ⅳ的深度分别为5mm。8.如权利要求1、2、4、5或6所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：所述耦合机构采用ss结构的耦合拓扑结构。9.如权利要求1、2、4、5或6所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：在发射端设置发射屏蔽层，采用厚度为10mm的铝壳作为发射屏蔽层，即为外筒的铝壳；并在原边信号发射线圈和原边能量发射线圈之间安装铁氧体作为隔离屏蔽。
10.如权利要求9所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：在接收端设置接收屏蔽层，该接收屏蔽层即为内筒的铝壳，厚度为10mm；并在副边信号接收线圈与副边能量接收线圈之间安装铁氧体作为隔离屏蔽。11.如权利要求1、2、4、5、6或10所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：采用空心圆柱状的外筒磁芯，同时采用空心圆柱状的内筒磁芯，外筒磁芯和内筒磁芯均采用若干磁芯块拼接在一起形成。12.如权利要求1、2、4、5、6或10所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：原边能量发射线圈与原边信号发射线圈的绕制方向一致，电流方向是否一致。13.如权利要求1、2、4、5、6或10所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：原边能量发射线圈采用利兹线绕制；原边信号发射线圈采用利兹线绕制；副边能量接收线圈采用利兹线绕制；副边信号接收线圈采用利兹线绕制。14.如权利要求1、2、4、5、6或10所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：原边能量发射线圈的绕制匝数为15；原边信号发射线圈的绕制匝数为5；副边能量接收线圈的绕制匝数为15；副边信号接收线圈的绕制匝数为5。15.如权利要求1、2、4、5、6或10所述的井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，其特征在于：内筒磁芯与外筒磁芯之间的气隙控制在20mm范围内。
技术总结
本发明公开了一种井下旋转导向的能量信号同步传输耦合机构设计方法，涉及石油钻探井下旋转导向的电能传输装置技术领域。本发明将能量线圈和信号线圈串联在同一块区域，可以解决系统占用空间大，成本高的问题。为解决能量对信号的干扰问题，本发明对能量线圈和信号线圈进行设计，信号线圈相较于能量线圈而言，信号线圈绕制的感值偏小，用于信号传输，而能量线圈绕制的感值比信号线圈大，用于能量的传输。在高频下，信号发射线圈的等效阻抗较小，且功率等级低，对能量传输的影响可忽略，由于信号线圈绕制稀疏，能量线圈和信号线圈之间的互感较小，能量对信号传输的影响也较小，这样就能有效减小在无线电能传输过程中能量对信号的干扰。的干扰。的干扰。
技术研发人员：白璟 张继川 陆灯云 李雷 谢意 韩烈祥 李伟成 李枝林 廖冲 毛斌 高林
受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2022/2/15