[發明專利]一種非接觸式電能、數據一體化滑環式傳輸方法

有效

• 申請號: 200910021031.4
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN101478182A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 李小平;謝楷;劉彥明;王海;白麗娜
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 西安慈源有限責任專利事務所
• 代理人: 鮑燕平

技術領域

本發明屬于機電一體化領域。涉及一種為旋轉或運動機械部件非接觸式供電及傳遞信息的技術，或者說是一種非接觸式電能、數據一體化滑環式傳輸方法。

背景技術

航天、航空、航海、衛星用的各種雷達、速率轉臺、陀螺儀表、慣性平臺，以及自動化電子裝置，如機器關節、旋轉臂等電子設備中經常采用導電環和電刷匹配的滑動式電接觸裝置(又稱為：匯流環，導電滑環，集電環)進行功率和信號傳輸。

現代電子設備特別是軍用裝備要求這種電接觸裝置可靠性高、使用壽命長。傳統的電接觸裝置采用電刷與滑環動態接觸的方法傳遞電能或電信號，對導電環和電刷所使用材料的導電性、抗電侵蝕、抗環境氣氛腐蝕、抗磨損性都提出了極其苛刻的要求。其摩擦觸點都要使用金、銀、鉑、銥等貴金屬配合其他稀有元素制成。造價高昂、工藝復雜且壽命仍然有限。

近年來，光匯流環技術采用非接觸式的光纖作為傳輸介質，提高了壽命，且能夠以較高的速率傳遞數據。但光電匯流環需要精密的光學機構，而且只能傳遞信號而不能傳遞電能。

發明內容

本發明的目的是提供一種可靠性高、壽命長、不僅能夠非接觸式傳輸大功率電能，同時實現雙向多通道數據通訊的非接觸式電能、數據一體化滑環式傳輸方法。

本發明的目的是這樣實現的，一種非接觸式電能、數據一體化滑環式傳輸方法，其特征是：至少包括兩個相對旋轉運動的導磁材料，兩個相對旋轉運動的導磁材料內分別有感應線圈，兩相對旋轉運動的導磁材料之間有空氣間隙；兩個相對旋轉運動的感應線圈其中一個將電能轉化成電磁場能量，利用松耦合電磁感應傳輸原理，雙向傳遞數據信息，并將電磁場能量從其中一個線圈傳輸至另外一個線圈。

兩個相對旋轉運動的感應線圈其中一個將電能轉化成電磁場能量的線圈是通過如下步驟進行電磁場能量傳遞的：

(1)利用可控振蕩器產生高頻信號；

(2)利用高頻開關器件對步驟(1)產生的信號進行功率放大。

(3)將能量發射線圈與容性器件構成諧振回路，利用高頻諧振提升能量傳遞效率；

(4)位于運動部件上的接收線圈將感應電流整流、濾波、穩壓后提供給運動部件上的電子設備。

所述的將電能轉化成電磁場能量的線圈需要不斷檢測諧振電壓峰值，并通過自動調整振蕩器頻率以跟蹤諧振點頻率，保持發射回路諧振于幅度最大點，以獲得最大的電能傳輸效率。

所述的通過自動調整振蕩器頻率以跟蹤諧振點頻率步驟包括：

(1)自動記錄下振蕩器當前頻率f₀，并測量發射線圈當前電壓峰值V₀；

(2)讓振蕩器頻率略增加，變為f₀+Δf₁，測量發射線圈電壓峰值V₁；

(3)讓振蕩器頻率略減小，變為f0-Δf2，測量發射線圈電壓峰值V2；

(4)根據V0、V1、V2的大小，判斷計算下一次搜索的方向，并計算下一步搜索的頻率偏移量Δf1、Δf2。

(5)跳回步驟(1)；

所述的兩個相對運動的導磁材料及感應線圈，一組導磁材料和感應線圈固定，另一組導磁材料和感應線圈相對固定的一組導磁材料和感應線圈軸轉動。

所述的固定端感應線圈和運動端感應線圈之間的數據傳輸在傳遞電能的高頻電磁場上疊加一定的調制信號，作為信息傳遞的媒介，步驟包括：

a.固定端將數據信息發送至運動端：

(1)固定端的多通道的數信息據經過糾錯編碼后，被調制于多個不同頻道上；

(2)將調制后的信號放大并疊加在固定端的電能發射線圈上；

(3)位于運動體上的接收電路將接收線圈上的干擾濾除，提取出調制信號；

(4)對提取出的數據信息進行解調、糾錯解碼、恢復原始數據；

b.運動端將數據信息發送至固定端：

(1)固定端的多通道的數信息據經過糾錯編碼后，被調制于多個不同頻道上；

(2)將調制后的信號放大并疊加在運動端的電能接收線圈上；

(3)位于固定端的接收電路將電能發射線圈上的干擾濾除，提取出調制信號；

(4)對提取出的數據信息進行解調、糾錯解碼、恢復原始數據。

所述的固定組導磁材料和感應線圈與軸轉動的另一組導磁材料和感應線圈采用軸線重合。

所述的固定組導磁材料和感應線圈與軸轉動的另一組導磁材料和感應線圈采用同心軸連接。