CN108599813A - 一种无触点的能量及信号传输滑环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无触点的能量及信号传输滑环，包括固定端，轴承、转动端，其特征在于，所述的固定端包括固定端电路、固定端线圈，所述的转动端包括转动端电路、转动端线圈，所述的固定端电路通过固定端线圈发送电磁波，将电能以无线传输的方式发送到转动端线圈，所述的转动端线圈通过转动端电路进行电能转换后输出，所述的固定端电路和转动端电路将串口信号经过调制解调后分别加载到固定端线圈和转动端线圈实现信号的载波双向通讯。该种滑环能通过线圈实现电能和载波信号的同时传输，不存在触点，能够有效解决旋转结构之间数据及能量传输的稳定性和滑环寿命问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种滑环，尤其涉及一种无触点的传递信号及电能的滑环。
背景技术
导电滑环是实现两个相对转动的机构的图像、数据信号及动力传递的精密输电装置，特别适合应用于无限制的连续旋转，同时又需要从固定位置到旋转位置传送功率或数据的场所。传统的导电滑环借助电刷的弹性压力与导电环环槽滑动接触来传递信号及电能。但传统的导电滑环是通过电刷进行能量及信号传输，经常会出现滑环或电刷的异常磨损，电刷振动以及产生火花等弊病。传统的接触式导电滑环旋转结构转子与定子之间数据及能量传输不稳定且使用寿命普遍较短。
发明内容
本发明的目的：研究一种利用无线电能传输和载波通信技术实现旋转结构间的信号及能量的滑环，固定端与转动端之间通过无线传输信号及能量，其将解决信号和电能传输不稳定以及信号传输单一、过少的问题，同时能够应用于一些环境条件较为严苛、恶劣且对数据要求精细的场所。
为实现本发明的目的，技术方案为：
一种无触点的能量及信号传输滑环，包括固定端（1），轴承（2）、转动端（3）。固定端（1）包括固定端电路(4)、固定端线圈(5)。转动端（3）包括转动端电路(6)、转动端线圈(7)。固定端电路(4)通过固定端线圈(5)发送电磁波，将电能以无线传输的方式发送到转动端线圈(7)，转动端线圈(7)通过转动端电路(6)进行电能转换后输出。固定端电路(4)和转动端电路(6)将串口信号经过调整解调后分别加载到固定端线圈(5)和转动端线圈（7）实现信号的载波双向通讯。
固定端电路(4)包括单片机1（12），稳压电路1（10），DDS信号发生电路（11），调制解调电路1（15），信号耦合变压器1（14），驱动（13）。稳压电路1（10）将直流输入的电源稳压后为单片机1（12）和DDS信号发生电路（11）供电。所需传送信号通过串口1（8）输入给单片机1（12），所述的单片机1（12）发送信号给调制解调电路（15），变成模拟信号通过信号耦合变压器1（14）耦合至线圈1（5），单片机1（12）发送信号至DDS信号发生电路（11）令其产生一定频率的正弦波，DDS信号发生电路（11）将此设定频率的正弦波给驱动（13），驱动（13）发出交流电信号到线圈1（5）发送电磁波能。
转动端电路(6)包括单片机2（20），整流滤波电路（18）,信号耦合变压器2（17），调制解调电路2（16），稳压电路2（19），储能元件（22），Buck-Boost电路（23）。线圈2（7）将通过电磁感应得到的信号和电能传送至信号耦合变压器（17）和整流滤波电路（18）。整流滤波电路（18）将输送的交流信号变成直流信号输送给储能元件（22）。储能元件（22）通过稳压电路2（19）后给单片机2（20）供电，同时储能元件（22）将电能输送给Buck-Boost电路（23）输出设定的大小的直流电。线圈2（7）接收的信号先后经由信号耦合变压器2（17）、调制解调电路2（16）后输送至单片机2（20），通过串口2（21）输出，实现信号的传输。
优选的，单片机1（12）控制DDS信号发生电路（11）产生一定频率的正弦波，可以根据线圈参数不同，进行设定不同的频率，提高电能传输效率。
优选的，储能元件（22）将储存电能通过Buck-Boost电路（23）升降压输出直流电。并能够通过单片机2（20）控制Buck-Boost电路（23）设定输出电压大小。
本发明的有益效果：
（1）在工作过程中，无刷滑环可消除旋转电气接口与固定电路触点之间的摩擦或发热，大大延续使用寿命与维护时间；
（2）通过空气传播能量，大大避免水分、温度波动、振动、油或者其它污染物等环境因素对其工作状态下产生的影响，大大增加了对环境的适应性；
（3）通过无线传递信号，从而信号的稳定性与持续性，比起传统的工业滑环有更大的竞争力。
附图说明
图1为本发明一种无触点的能量及信号传输滑环的结构剖面示意图。
图2为本发明一种无触点的能量及信号传输滑环的结构示意图。
图3为本发明一种无触点的能量及信号传输滑环的转动端电路与固定端电路示意图。
其中，1：固定端；2：轴承；3：转动端；4：固定端电路；5：线圈1；6：转动端电路； 7：线圈2；8：串口1；9：直流电源输入；10：稳压电路1；11：DDS信号发生电路；12：单片机1；13：驱动；14：信号耦合变压器1；15：调制解调电路1；16：调制解调电路2；17：信号耦合变压器2；18：整流滤波电路；19：稳压电路2；20：单片机2；21：串口2；22：储能元件；23：Buck-Boost电路；24:直流电路输出。
具体实施方式
如图1所示，一种无触点的能量及信号传输滑环，包括固定端（1），轴承（2）、转动端（3）。固定端（1）包括固定端电路(4)、固定端线圈(5)。转动端（3）包括转动端电路(6)、转动端线圈(7)。固定端电路(4)通过固定端线圈(5)发送电磁波，将电能以无线传输的方式发送到转动端线圈(7)，转动端线圈(7)通过转动端电路(6)进行电能转换后输出。固定端电路(4)和转动端电路(6)将串口信号经过调整解调后分别加载到固定端线圈(5)和转动端线圈（7）实现信号的载波双向通讯。整体结构图如图2所示。
如图3所示，固定端电路(4)包括单片机1（12），稳压电路1（10），DDS信号发生电路（11），调制解调电路1（15），信号耦合变压器1（14），驱动（13）。稳压电路1（10）将直流输入的电源稳压后为单片机1（12）和DDS信号发生电路（11）供电。所需传送信号通过串口1（8）输入给单片机1（12），所述的单片机1（12）发送信号给调制解调电路（15），变成模拟信号通过信号耦合变压器1（14）耦合至线圈1（5），单片机1（12）发送信号至DDS信号发生电路（11）令其产生一定频率的正弦波，DDS信号发生电路（11）将此设定频率的正弦波给驱动（13），驱动（13）发出交流电信号到线圈1（5）发送电磁波能。
如图3所示，转动端电路(6)包括单片机2（20），整流滤波电路（18）,信号耦合变压器2（17），调制解调电路2（16），稳压电路2（19），储能元件（22），Buck-Boost电路（23）。线圈2（7）将通过电磁感应得到的信号和电能传送至信号耦合变压器（17）和整流滤波电路（18）。整流滤波电路（18）将输送的交流信号变成直流信号输送给储能元件（22）。储能元件（22）通过稳压电路2（19）后给单片机2（20）供电，同时储能元件（22）将电能输送给Buck-Boost电路（23）输出设定的大小的直流电。线圈2（7）接收的信号先后经由信号耦合变压器2（17）、调制解调电路2（16）后输送至单片机2（20），通过串口2（21）输出，实现信号的传输。
进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的滑环，其包括上述任一实施例及其可实施的组合方案。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种无触点的能量及信号传输滑环，包括固定端（1），轴承（2）、转动端（3），其特征在于，所述的固定端（1）包括固定端电路(4)、固定端线圈(5)，所述的转动端（3）包括转动端电路(6)、转动端线圈(7)，所述的固定端电路(4)通过固定端线圈(5)发送电磁波，将电能以无线传输的方式发送到转动端线圈(7)，所述的转动端线圈(7)通过转动端电路(6)进行电能转换后输出，所述的固定端电路(4)和转动端电路(6)将串口信号经过调整解调后分别加载到固定端线圈(5)和转动端线圈（7）实现信号的载波双向通讯。
2.根据权利要求书1所述的的一种无触点的能量及信号传输滑环，其特征在于，所述的固定端电路(4)包括单片机1（12），稳压电路1（10），DDS信号发生电路（11），调制解调电路1（15），信号耦合变压器1（14），驱动（13），所述的稳压电路1（10）将直流输入的电源稳压后为单片机1（12）和DDS信号发生电路（11）供电，所需传送信号通过串口1（8）输入给单片机1（12），所述的单片机1（12）发送信号给调制解调电路（15），变成模拟信号通过信号耦合变压器1（14）耦合至线圈1（5），所述的单片机1（12）发送信号至DDS信号发生电路（11）令其产生一定频率的正弦波，DDS信号发生电路（11）将此设定频率的正弦波给驱动（13），驱动（13）发出交流电信号到线圈1（5）发送电磁波能。
3.根据权利要求书1所述的的一种无触点的能量及信号传输滑环，其特征在于，所述的转动端电路(6)包括单片机2（20），整流滤波电路（18）,信号耦合变压器2（17），调制解调电路2（16），稳压电路2（19），储能元件（22），Buck-Boost电路（23），线圈2（7）将通过电磁感应得到的信号和电能传送至信号耦合变压器（17）和整流滤波电路（18），整流滤波电路（18）将输送的交流信号变成直流信号输送给储能元件（22），储能元件（22）通过稳压电路2（19）后给单片机2（20）供电，同时储能元件（22）将电能输送给Buck-Boost电路（23）输出设定的大小的直流电，线圈2（7）接收的信号先后经由信号耦合变压器2（17）、调制解调电路2（16）后输送至单片机2（20），通过串口2（21）输出，实现信号的传输。
4.根据权利要求书1所述的的固定端电路（4），其特征在于，所述的单片机1（12）控制DDS信号发生电路（11）产生一定频率的正弦波，可以根据线圈参数不同，进行设定不同的频率，提高电能传输效率。
5.根据权利要求书1所述的转动端电路（6），其特征在于，所述的储能元件（22）将储存电能通过Buck-Boost电路（23）升降压输出直流电，并能够通过单片机2（20）控制Buck-Boost电路（23）设定输出电压大小。
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