CN111211814B - 一种具有自供电机构的运动机构及通讯网络 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种具有自供电机构的运动机构及通讯网络，属于运动机构领域，特别是涉及一种具有自供电机构的运动机构及通讯网络。解决了现有运动机构上的用电负载供电形式复杂、可靠性差的的问题。它包括第一本体、第二本体、自供电机构、第一电力变换机构和用电负载，第二本体设置在第一本体的内部或者外部，自供电机构与第一电力变换机构相连，第一电力变换机构与用电负载相连，自供电机构包括发电绕组和磁场发生机构，发电绕组设置在第二本体上，磁场发生机构设置在第一本体上，磁场发生机构设置在发电绕组的外侧或者内侧，并与磁场发生机构产生的磁场发生相对运动。它主要用于对运动机构上的用电负载进行自供电。

Description

一种具有自供电机构的运动机构及通讯网络

技术领域

本发明属于运动机构领域，特别是涉及一种具有自供电机构的运动机构及通讯网络。

背景技术

现有的运动机构，往往由于其工作状态为运动状态，其运动机构本身的状态和参数，往往采用非接触式检测和间接测量的方式，这些方式的检测方式在精度、实时性等方面都存在着各式各样的缺陷。采用直接检测方式涉及到检测装置安装在运动机构，其供电问题，和可靠性问题、数据传输问题都面临挑战。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种具有自供电机构的运动机构及通讯网络。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有自供电机构的运动机构，它包括第一本体、第二本体、自供电机构、第一电力变换机构和用电负载，所述第二本体设置在第一本体的内部或者外部，所述自供电机构与第一电力变换机构相连，所述第一电力变换机构与用电负载相连，所述自供电机构包括发电绕组和磁场发生机构，所述发电绕组设置在第二本体上，所述磁场发生机构设置在第一本体上，所述磁场发生机构设置在发电绕组的外侧或者内侧，并与磁场发生机构产生的磁场发生相对运动。

更进一步的，所述发电绕组的安装位置为以下三种中的至少一种：

A、安装在第二本体端部的一侧，并与磁场发生机构位置对应；

B、安装在第二本体的外表面，并与磁场发生机构位置对应；

C、安装在第二本体的内部，并与磁场发生机构位置对应。

更进一步的，所述供电机构采用非接触式方式供电，自供电机构还包括感应绕组，所述感应绕组设置在第一本体上，所述发电绕组产生的电磁场与感应绕组相匹配，所述感应绕组与第一电力变换机构相连。

更进一步的，所述自供电机构采用磁共振耦合式非接触方式供电，自供电机构还包括发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和接收线圈位置可互换，所述发电绕组与第一电力变换机构相连，所述第一电力变换机构与发射线圈相连，所述发射线圈内产生交变电磁场，所述接收线圈与发射线圈的共振频率相匹配，所述接收线圈与第二电力变换机构相连，所述发射线圈和接收线圈为平面线圈结构或立体线圈结构。

更进一步的，所述自供电机构数量为一个或多个，多个自供电机构沿第一本体对称布置或非对称布置，所述磁场发生机构为电磁式结构或永磁式结构，所述自供电机构外侧设置有隔磁板。

更进一步的，对所述第二本体进行切割，形成可运动机构，所述可运动机构的数量为一个或多个，多个可运动机构沿第二本体圆周方向均布，所述可运动机构上设置有永磁体或磁障。

更进一步的，所述用电负载包括检测机构、驱动机构、无线通讯机构和控制机构，所述检测机构、驱动机构、无线通讯机构和控制机构均分别与第一电力变换机构相连，所述检测机构、驱动机构、无线通讯机构、控制机构和第一电力变换机构均放置在隔磁护套内。

更进一步的，所述检测机构设置在第一本体的外表面、端部和/或内部，所述驱动机构与可运动机构相连，驱动可运动机构运动，所述控制机构与检测机构、驱动机构、和无线通讯机构分别相连，所述无线通讯机构上设置有天线，所述天线位于第一本体旋转轴的中心位置，一端与无线通讯机构相连，另一端设置第一本体的外侧。

更进一步的，所述检测机构为温度传感器、转速传感器、离心力传感器、应传感器力、磁场传感器、电流传感器、电压传感器和/或频率传感器，所述无线通讯机构为无线射频模块、zigbee模块、4G通信模块和/或5G通信模块，所述第一电力变换机构与蓄电池相连。

本发明还提供了一种通讯网络，它包括具有自供电机构的运动机构，所述运动机构带有通信模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有运动机构上的用电负载供电形式复杂、可靠性差的问题。本发明在运动机构上设置了自供电机构，自供电机构与电力变换机构连接，将稳定的电力提供给运动机构上的其他用电负载，改变了传统的运动机构设计及应用的范围，为运动机构上状态和参数的直接检测和控制提供了新的途径和方法。运动机构上安装驱动、检测、控制、通信机构和自供电机构，将改变传统运动机构实时控制检测和通信难题；将普通的机械运动体，转变为可自动检测与控制的通讯网络智能体。

附图说明

图1为本发明所述的具有自供电机构的运动机构的一种结构示意图；

图2为本发明所述的具有自供电机构的运动机构另一种结构示意图；

图3为本发明所述的具有自供电机构的运动机构侧向结构示意图；

图4为本发明所述的球型立体线圈结构示意图；

图5为本发明所述的立方体型立体线圈结构示意图。

1-第一本体，2-第一电力变换机构，3-发电绕组，4-磁场发生机构，5-检测机构，6-驱动机构，7-无线通讯机构，8-天线，9-隔磁护套，10-发射线圈，11-接收线圈，12-隔磁板，13-可运动机构，14-第二本体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-5说明本发明的一种优选实施方式，一种具有自供电机构的运动机构，它包括第一本体1、第二本体14、自供电机构、第一电力变换机构2和用电负载：其中，第二本体14设置在第一本体1的内部或者外部，运动机构工作时，两者发生相对运动。在本实施例中，第二本体14位于第一本体1内部，两者轴向设置，运动机构工作时，第二本体14绕自身轴线进行转动，自供电机构与第一电力变换机构2相连，用电负载数量为一个或多个，第一电力变换机构2与一个或多个用电负载分别相连，自供电机构包括发电绕组3和磁场发生机构4，发电绕组3设置在第二本体14上，随第二本体14一同旋转，磁场发生机构4设置在第一本体1上，磁场发生机构4设置在发电绕组3的外侧，并与磁场发生机构4产生的磁场发生相对运动，在两者产生相对运动时产生电能，发电绕组3的安装位置为以下三种中的至少一种：

A、安装在第二本体14端部的一侧，并与磁场发生机构4位置对应；

B、安装在第二本体14的外表面，并与磁场发生机构4位置对应；

C、安装在第二本体14的内部，并与磁场发生机构4位置对应。

本实施例在运动机构上安装有自供电机构，自供电机构为发电绕组3和磁场发生机构4的结合，发电绕组3设置在第二本体14上，磁场发生机构4设置在第一本体1上，利用运动机构本身旋转运动的特性，发电绕组3与磁场发生机构4产生的磁场发生相对运动，从而实现发电的作用；自供电机构经过运动机构上第一电力变换机构2的处理，与各个用电负载相连，为这些用电负载提供稳定的电能供给。

本实施例自供电机构使用屏蔽电缆与第一电力变换机构2相连，在运动机构上自供电机构与第一电力变换机构2连接，第一电力变换机构2对电能进行整流、滤波、稳压的处理，提供持续稳定的电源供给用电负载使用。

本实施例自供电机构采用非接触式方式供电，自供电机构还包括感应绕组，感应绕组设置在第一本体1上，发电绕组3产生的电磁场与感应绕组相匹配，感应绕组与第一电力变换机构2相连，发电绕组3发出的电能产生的电磁场，可以直接匹配相应的感应绕组，感应绕组和发电绕组3直接产生电磁感应，感应绕组内也将产生相应的电能，感应绕组的电能经过第一电力变换机构2的处理提供给相应用电负载。其安装位置可以在第一本体1的转轴上布置，也可以安装于运动机构的其他位置；这种方式，发电绕组3与感应绕组和用电负载不直接连接，而是一种非接触式供电方式。在运动机构中采用这种方式，将大大提高相关机构的安装范围和灵活性。

本实施例自供电机构采用磁共振耦合式非接触方式供电，自供电机构还包括发射线圈10和接收线圈11，发射线圈10和接收线圈11位置可互换，发电绕组3与第一电力变换机构2相连，第一电力变换机构2与发射线圈10相连，发射线圈10内产生交变电磁场，接收线圈11与发射线圈10的共振频率相匹配，接收线圈11与第二电力变换机构相连，发电绕组3发出的电能经过第一电力变换机构2将电能输送给发射线圈10，发射线圈10内产生交变电磁场；接收端为与发射线圈10共振频率相匹配的接收线圈11。接收线圈11接收电能经过第二电力变换机构的处理，为相关用电负载提供电能。该方法采用磁共振原理进行电能传输，其传输距离远，效率高。避免了运动机构上各个机构的有线连接，改善了运动机构的应用范围和运动机构上相关用电负载安装的灵活性。并且，发射线圈10和接收线圈11为平面线圈结构或立体线圈结构，立体线圈结构为球型、立方体型或多面体型。该结构可以实现多维度多方向的无线电能传输。

上述实施例中自供电机构数量为一个或多个，多个自供电机构沿第一本体1对称布置或非对称布置，磁场发生机构4为电磁式结构或永磁式结构，自供电机构外侧设置有隔磁板12，通过隔磁板12进行隔离磁场，尽量减少电磁耦合对相互的影响。对第二本体14进行切割，形成可运动机构13，可运动机构13的数量为一个或多个，多个可运动机构13沿第二本体14圆周方向均布，可运动机构13上设置有永磁体或磁障，第二本体14被分割成多个可运动机构13，可运动机构13的运动由与之连接的驱动机构来实现，驱动机构的旋转可以带动相应的可运动机构13转动，实现运动机构结构的变化，实现运动机构自动改变其形状、重心和尺寸等参数，如果可运动机构13上安装有磁性材料，还可以实现运动机构磁极和磁场等物理场的变化。这些结构的变化及功能和特性的改变都需要检测机构、控制机构和驱动机构等相关机构来实现，这些机构的工作都需要持续的电能作为能源的保证。用电负载可包括：检测机构5、驱动机构6、无线通讯机构7和控制机构，检测机构5、驱动机构6、无线通讯机构7和控制机构均分别与第一电力变换机构2或者第二电力变换机构相连，检测机构5、驱动机构6、无线通讯机构7、控制机构、第一电力变换机构2和第二电力变换机构均放置在隔磁护套9内，隔离电磁干扰。检测机构5设置在第一本体1的外表面、端部和/或内部，驱动机构6与可运动机构13相连，驱动可运动机构13运动，控制机构与检测机构5、驱动机构6、和无线通讯机构7分别相连，无线通讯机构7上设置有天线8，天线8位于第一本体1旋转轴的中心位置，其一端与无线通讯机构7相连，另一端设置在第一本体1的外侧，天线8发送接收端外露，以此来保证信号的良好。检测机构5为了实现对运动机构的状态和参数进行实时监测，根据各种工况的需要安装相应的传感器和检测器，实现对运动机构和其上面的其他机构的监测，检测机构5为温度传感器、转速传感器、离心力传感器、应传感器力、磁场传感器、电流传感器、电压传感器和/或频率传感器。

驱动机构6和控制机构可以实现对运动机构上的其他用电负载的驱动和控制，控制机构、驱动机构6、检测机构5的控制信号和检测信号，可以通过无线通讯机构7实现对数据的无线传输；控制机构分别连接驱动机构6，检测机构5，无线通讯机构7；其无线通讯机构7可以采用无线射频模块、zigbee模块、4G通信模块和/或5G通信模块，第一电力变换机构2可以与蓄电池相连，采用蓄电池存储电能，也可以不采用蓄电池储能环节。

本实施例还提供了一种通讯网络，运动机构带有通信模块，由于采用无线通信方式，运动机构可以通过无线通讯机构7相应数据传输给运动机构以外的装置，如PC、手机、网络服务器及数据处理器等。PC、手机、网络服务器及数据处理器等可以通过无线数据传输方式，将信号和数据发送给运动机构；这些机构也可以通过无线通信将控制指令和数据传输给运动机构。不同的运动机构也可以通过无线通信来实现彼此的信息交互和控制。运动机构将构成可以实现网络通信智能检测的运动的智能体。

带有控制机构和无线通讯机构7的多个运动机构，可以构成多运动机构通信网络，可以组成如：Mesh网络，也可以点对点、点对多点、多点对多点的网络。其中，某个运动机构也可以承担无线信号和无线电能的中继传递的作用。

在自供电机构采用非接触式方式供电的基础上，一个运动机构上自供电机构发出的电能，在运动机构上安装非接触式电能发射和接收线圈，可以将电能无线输送到其它安装有非接触式电能发射和接收线圈的运动机构上，实现电能的共享。

在一种优选的实施例中，运动机构为电机，电机的定转子为第一本体1或者第二本体14。电机可以是旋转电机，也可以是直线电机。

以上对本发明所提供的一种具有自供电机构的运动机构及通讯网络，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种具有自供电机构的运动机构，其特征在于：它包括第一本体(1)、第二本体(14)、自供电机构、第一电力变换机构(2)和用电负载，所述第二本体(14)设置在第一本体(1)的内部或者外部，所述自供电机构与第一电力变换机构(2)相连，所述第一电力变换机构(2)与用电负载相连，所述自供电机构包括发电绕组(3)和磁场发生机构(4)，所述发电绕组(3)设置在第二本体(14)上，所述磁场发生机构(4)设置在第一本体(1)上，所述磁场发生机构(4)设置在发电绕组(3)的外侧或者内侧，并与磁场发生机构(4)产生的磁场发生相对运动，对所述第二本体(14)进行切割，形成可运动机构(13)，所述可运动机构(13)的数量为一个或多个，多个可运动机构(13)沿第二本体(14)圆周方向均布，所述可运动机构(13)上设置有永磁体或磁障；

所述发电绕组(3)的安装位置为以下三种中的至少一种：

A、安装在第二本体(14)端部的一侧，并与磁场发生机构(4)位置对应；

B、安装在第二本体(14)的外表面，并与磁场发生机构(4)位置对应；

C、安装在第二本体(14)的内部，并与磁场发生机构(4)位置对应。

2.根据权利要求1所述的一种具有自供电机构的运动机构，其特征在于：所述自供电机构采用非接触式方式供电，自供电机构还包括感应绕组，所述感应绕组设置在第一本体(1)上，所述发电绕组(3)产生的电磁场与感应绕组相匹配，所述感应绕组与第一电力变换机构(2)相连。

3.根据权利要求1所述的一种具有自供电机构的运动机构，其特征在于：所述自供电机构采用磁共振耦合式非接触方式供电，自供电机构还包括发射线圈(10)和接收线圈(11)，所述发射线圈(10)和接收线圈(11)位置可互换，所述发电绕组(3)与第一电力变换机构(2)相连，所述第一电力变换机构(2)与发射线圈(10)相连，所述发射线圈(10)内产生交变电磁场，所述接收线圈(11)与发射线圈(10)的共振频率相匹配，所述接收线圈(11)与第二电力变换机构相连，所述发射线圈(10)和接收线圈(11)为平面线圈结构或立体线圈结构。

4.根据权利要求1所述的一种具有自供电机构的运动机构，其特征在于：所述自供电机构数量为一个或多个，多个自供电机构沿第一本体(1)对称布置或非对称布置，所述磁场发生机构(4)为电磁式结构或永磁式结构，所述自供电机构外侧设置有隔磁板(12)。

5.根据权利要求3中所述的一种具有自供电机构的运动机构，其特征在于：所述用电负载包括检测机构(5)、驱动机构(6)、无线通讯机构(7)和控制机构，所述检测机构(5)、驱动机构(6)、无线通讯机构(7)和控制机构均分别与第一电力变换机构(2)相连，所述检测机构(5)、驱动机构(6)、无线通讯机构(7)、控制机构和第一电力变换机构(2)均放置在隔磁护套(9)内。

6.根据权利要求5中所述的一种具有自供电机构的运动机构，其特征在于：所述检测机构(5)设置在第一本体(1)的外表面、端部和/或内部，所述驱动机构(6)与可运动机构(13)相连，驱动可运动机构(13)运动，所述控制机构与检测机构(5)、驱动机构(6)、和无线通讯机构(7)分别相连，所述无线通讯机构(7)上设置有天线(8)，所述天线(8)位于第一本体(1)旋转轴的中心位置，一端与无线通讯机构(7)相连，另一端设置第一本体(1)的外侧。

7.根据权利要求6中所述的一种具有自供电机构的运动机构，其特征在于：所述检测机构(5)为温度传感器、转速传感器、离心力传感器、应力传感器 、磁场传感器、电流传感器、电压传感器和/或频率传感器，所述无线通讯机构(7)为无线射频模块、zigbee模块、4G通信模块和/或5G通信模块，所述第一电力变换机构(2)与蓄电池相连。

8.一种通讯网络，其特征在于：它包括权利要求1-7中任意一项所述的具有自供电机构的运动机构，所述运动机构带有通信模块。

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