[发明专利]一种非接触式电能、数据一体化滑环式传输方法

说明书

技术领域

本发明属于机电一体化领域。涉及一种为旋转或运动机械部件非接触式供电及传递信息的技术，或者说是一种非接触式电能、数据一体化滑环式传输方法。

背景技术

航天、航空、航海、卫星用的各种雷达、速率转台、陀螺仪表、惯性平台，以及自动化电子装置，如机器关节、旋转臂等电子设备中经常采用导电环和电刷匹配的滑动式电接触装置(又称为：汇流环，导电滑环，集电环)进行功率和信号传输。

现代电子设备特别是军用装备要求这种电接触装置可靠性高、使用寿命长。传统的电接触装置采用电刷与滑环动态接触的方法传递电能或电信号，对导电环和电刷所使用材料的导电性、抗电侵蚀、抗环境气氛腐蚀、抗磨损性都提出了极其苛刻的要求。其摩擦触点都要使用金、银、铂、铱等贵金属配合其他稀有元素制成。造价高昂、工艺复杂且寿命仍然有限。

近年来，光汇流环技术采用非接触式的光纤作为传输介质，提高了寿命，且能够以较高的速率传递数据。但光电汇流环需要精密的光学机构，而且只能传递信号而不能传递电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠性高、寿命长、不仅能够非接触式传输大功率电能，同时实现双向多通道数据通讯的非接触式电能、数据一体化滑环式传输方法。

本发明的目的是这样实现的，一种非接触式电能、数据一体化滑环式传输方法，其特征是：至少包括两个相对旋转运动的导磁材料，两个相对旋转运动的导磁材料内分别有感应线圈，两相对旋转运动的导磁材料之间有空气间隙；两个相对旋转运动的感应线圈其中一个将电能转化成电磁场能量，利用松耦合电磁感应传输原理，双向传递数据信息，并将电磁场能量从其中一个线圈传输至另外一个线圈。

两个相对旋转运动的感应线圈其中一个将电能转化成电磁场能量的线圈是通过如下步骤进行电磁场能量传递的：

(1)利用可控振荡器产生高频信号；

(2)利用高频开关器件对步骤(1)产生的信号进行功率放大。

(3)将能量发射线圈与容性器件构成谐振回路，利用高频谐振提升能量传递效率；

(4)位于运动部件上的接收线圈将感应电流整流、滤波、稳压后提供给运动部件上的电子设备。

所述的将电能转化成电磁场能量的线圈需要不断检测谐振电压峰值，并通过自动调整振荡器频率以跟踪谐振点频率，保持发射回路谐振于幅度最大点，以获得最大的电能传输效率。

所述的通过自动调整振荡器频率以跟踪谐振点频率步骤包括：

(1)自动记录下振荡器当前频率f₀，并测量发射线圈当前电压峰值V₀；

(2)让振荡器频率略增加，变为f₀+Δf₁，测量发射线圈电压峰值V₁；

(3)让振荡器频率略减小，变为f0-Δf2，测量发射线圈电压峰值V2；

(4)根据V0、V1、V2的大小，判断计算下一次搜索的方向，并计算下一步搜索的频率偏移量Δf1、Δf2。

(5)跳回步骤(1)；

所述的两个相对运动的导磁材料及感应线圈，一组导磁材料和感应线圈固定，另一组导磁材料和感应线圈相对固定的一组导磁材料和感应线圈轴转动。

所述的固定端感应线圈和运动端感应线圈之间的数据传输在传递电能的高频电磁场上叠加一定的调制信号，作为信息传递的媒介，步骤包括：

a.固定端将数据信息发送至运动端：

(1)固定端的多通道的数信息据经过纠错编码后，被调制于多个不同频道上；

(2)将调制后的信号放大并叠加在固定端的电能发射线圈上；

(3)位于运动体上的接收电路将接收线圈上的干扰滤除，提取出调制信号；

(4)对提取出的数据信息进行解调、纠错解码、恢复原始数据；

b.运动端将数据信息发送至固定端：

(1)固定端的多通道的数信息据经过纠错编码后，被调制于多个不同频道上；

(2)将调制后的信号放大并叠加在运动端的电能接收线圈上；

(3)位于固定端的接收电路将电能发射线圈上的干扰滤除，提取出调制信号；

(4)对提取出的数据信息进行解调、纠错解码、恢复原始数据。

所述的固定组导磁材料和感应线圈与轴转动的另一组导磁材料和感应线圈采用轴线重合。

所述的固定组导磁材料和感应线圈与轴转动的另一组导磁材料和感应线圈采用同心轴连接。