CN111263970A - 用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置 - Google Patents

用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置 Download PDF

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CN111263970A CN201880067735.2A CN201880067735A CN111263970A CN 111263970 A CN111263970 A CN 111263970A CN 201880067735 A CN201880067735 A CN 201880067735A CN 111263970 A CN111263970 A CN 111263970A
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Abstract

本发明涉及一种用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置(100)，所述装置具有第一盘形单元(105)和第二盘形单元(106)，所述第一盘形单元和第二盘形单元绕着共同的旋转轴线(103)相对彼此运动并且关于所述旋转轴线(103)在轴向上间隔开地对置，其中，所述第一盘形单元(105)具有第一环形盘状凹槽(108)，并且所述第二盘形单元(106)具有第一环形盘状凹槽(110)，该第一环形盘状凹槽与所述第一盘形单元(105)的第一环形盘状凹槽(108)关于所述旋转轴线(103)在径向上间隔开地对置。本发明的核心在于，所述第一盘形单元(105)具有与所述第一盘形单元(105)的第一环形盘状凹槽(108)同心地布置的至少一个第二环形盘状凹槽(109‑1,109‑2)，并且所述第二盘形单元(106)具有与所述第二盘形单元(106)的第一环形盘状凹槽(110)同心地布置的至少一个第二环形盘状凹槽(111‑1,111‑2)。

Description

用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置。本发明还涉及一种具有根据本发明的装置的激光雷达传感器。
背景技术
在DE 10 2015 103 823 Al中公开一种用于在两个绕着共同的旋转轴线相对彼此运动的物体之间传输数据和能量的装置。所述物体分别包括线圈，所述线圈关于旋转轴线这样在轴向上间隔开地对置，使得能够通过线圈之间的感应耦合实现能量传输。与各线圈同轴且抗扭地设置有分别具有一个电导体的电极载体，其中，所述电极载体这样在轴向上间隔开地对置并且电导体这样地布置，使得能够通过电导体之间的电耦合实现数据传输。在第一线圈和与其同轴的电导体之间和/或在第二线圈和与其同轴的电导体之间分别设置有在导电材料上的、用于屏蔽的组件。
发明内容
本发明从一种用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置出发，所述装置具有第一盘形单元和第二盘形单元，这两个盘形单元绕着共同的旋转轴线相对彼此运动并且关于旋转轴线在轴向上间隔开地对置。在此，第一盘形单元具有第一环形盘状凹槽。在此，第二盘形单元具有第一环形盘状凹槽，该第一环形盘状凹槽与第一盘形单元的第一环形盘状凹槽关于旋转轴线在径向上间隔开地对置。
根据本发明，第一盘形单元具有与第一盘形单元的第一环形盘状凹槽同心地布置的至少一个第二环形盘状凹槽。此外，第二盘形单元具有与第二盘形单元的第一环形盘状凹槽同心地布置的至少一个第二环形盘状凹槽。
第一盘形单元的周长和面积可以通过第一盘形单元的半径预给定。第二盘形单元的周长和面积可以通过第二盘形单元的半径预给定。第一盘形单元的半径可以等于第二盘形单元的半径。
第一盘形单元的第一环形盘状凹槽以及至少第二环形盘状凹槽在沿着旋转轴线朝第一盘形单元俯视时可以分别呈现为圆环，该圆环分别被外环和内环限界。旋转轴线可以布置在第一盘形单元的中心处。旋转轴线可以布置在第一环形盘状凹槽的中心处和至少第二环形盘状凹槽的中心处。因此，第一盘形单元的第一环形盘状凹槽以及至少第二环形盘状凹槽可以分别具有到装置旋转轴线的均匀距离。针对第一盘形单元及其第一环形盘状凹槽和至少第二环形盘状凹槽所阐述的特性可以类似地适用于第二盘形单元。
第一盘形单元的第一环形盘状凹槽和第二盘形单元的第一环形盘状凹槽在径向上间隔开地对置，可以理解为，两者具有到装置旋转轴线的相同距离。在此，第一盘形单元的第一环形盘状凹槽的外环的距离尤其可以等于第二盘形单元的第一环形盘状凹槽的外环的距离。第一盘形单元的第一环形盘状凹槽的内环的距离尤其可以等于第二盘形单元的第一环形盘状凹槽的内环的距离。第一盘形单元的第一环形盘状凹槽的环宽度可以基本上与第二盘形单元的第一环形盘状凹槽的环宽度一样大。第一盘形单元的第一环形盘状凹槽的外环和内环的距离可以等于第二盘形单元的第一环形盘状凹槽的外环和内环的距离。
本发明的优点在于，所述装置能够实现将其它部件模块化地布置在第一盘形单元的第一和/或第二环形盘状凹槽中。此外，能够实现将装置的其它部件模块化地布置在第二盘形单元的第一和/或第二环形盘状凹槽中。因此，能够灵活地构型所述装置的精确结构。
在本发明的一个有利构型中设置，第一盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽与第二盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽关于旋转轴线在径向上间隔开地对置。
第一盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽和第二盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽在径向上间隔开地对置，可以理解为，两者具有到装置旋转轴线的相同距离。在此，第一盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的外环的距离尤其可以等于第二盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的外环的距离。第一盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的内环的距离尤其可以等于第二盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的内环的距离。第一盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的环宽度可以基本上与第二盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的环宽度一样大。第一盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的外环和内环的距离可以等于第二盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽的外环和内环的距离。
该构型的优点在于，所述装置的布置在第一盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽中的部件和所述装置的布置在第二盘形单元的至少一个第二环形盘状凹槽中的部件可以精确地对置。由此能够以高精度进行数据传输和/或能量传输和/或角度测量。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元构造为一件式和/或第二盘形单元构造为一件式。
该构型的优点在于，第一盘形单元和/或第二盘形单元非常鲁棒地构造。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元由磁性材料、尤其是铁氧体构成；和/或第二盘形单元由磁性材料、尤其是铁氧体构成。
该构型的优点在于，磁性材料、尤其是铁氧体能够简单且成本低地被加工。因此，第一盘形单元和/或第二盘形单元能够无上面所说明的复杂性而简单地由铁氧体制造。由于其旋转对称性，坚硬的铁氧体能够简单地被车削。例如具有铁氧体颗粒和适当连接物质的其它铁氧体复合物能够在喷射技术中成型。所述装置的布置在所述盘形单元之一的第一环形盘状凹槽和/或至少一个第二环形盘状凹槽中的部件彼此磁隔离。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元和第二盘形单元这样彼此间隔开地布置，使得在第一盘形单元和第二盘形单元之间存在气隙。
该构型的优点在于，第一盘形单元和第二盘形单元可以在无大的摩擦损失的情况下绕着共同的旋转轴线相对彼此运动。
在本发明的另一有利构型中设置，在第一盘形单元的第一环形盘状凹槽和至少一个第二环形盘状凹槽中分别布置有至少一个用于能量传输的部件、至少一个用于数据传输的部件和/或至少一个用于角度测量的部件。
该构型的优点在于，通过将这些部件布置在环形盘状凹槽中，能够实现更好的能量传输、更好的数据传输和/或更精确的角度测量。
在本发明的另一有利构型中设置，在第二盘形单元的第一环形盘状凹槽和至少一个第二环形盘状凹槽中分别布置有至少一个用于能量传输的部件、至少一个用于数据传输的部件和/或至少一个用于角度测量的部件。
该构型的优点在于，通过将这些部件布置在环形盘状凹槽中，能够实现更好的能量传输、更好的数据传输和/或更精确的角度测量。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元的至少一个用于能量传输的部件与第二盘形单元的至少一个用于能量传输的部件关于旋转轴线在径向上间隔开地对置；和/或第一盘形单元的至少一个用于数据传输的部件与第二盘形单元的至少一个用于数据传输的部件关于旋转轴线在径向上间隔开地对置；和/或第一盘形单元的至少一个用于角度测量的部件与第二盘形单元的至少一个用于角度测量的部件关于旋转轴线在径向上间隔开地对置。
该构型的优点在于，彼此相关的部件在空间上相对彼此靠近地布置。因此，能够更准确且更有效地执行能量传输、数据传输和/或角度测量。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元的至少一个用于数据传输的部件布置在第一盘形单元的具有到旋转轴线的最小径向距离的环形盘状凹槽中。
该构型的优点在于，需要小空间和能量需求的部件由此具有到旋转轴线的最小距离。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元的至少一个用于角度测量的部件布置在第一盘形单元的具有到旋转轴线的最大径向距离的环形盘状凹槽中。
该构型的优点在于，可以提高角度测量的精确性。角度测量的精确性随着到旋转轴线的距离而提高。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元的至少一个用于能量传输的部件布置在第一盘形单元的具有到旋转轴线的平均径向距离的环形盘状凹槽中，所述平均径向距离处于到旋转轴线的最小径向距离和到旋转轴线的最大径向距离之间。
该构型的优点在于，能够以更高的可靠性和效率执行能量传输。在能量传输时有利的是，可传输的能量或者功率(以瓦特为单位)以高效率(有效功率)被传输。作为这样的可传输的能量和传输的效率与盘形单元的直径和盘形单元到旋转轴线的径向距离有关。在此，平均距离可以是非常良好地适合的。与用于数据传输的部件相比，对于用于能量传输的部件而言，到旋转轴线的较大距离是有利的。
在本发明的另一有利构型中设置，第一盘形单元沿着旋转轴线具有槽口；和/或第二盘形单元沿着旋转轴线具有槽口；并且尤其是，在第一盘形单元的槽口中和/或第二盘形单元的槽口中布置有电动机，用于产生第一盘形单元和第二盘形单元相对彼此的相对运动。
该构型的优点在于，可以保持装置的结构形式扁平。
本发明还涉及一种激光雷达传感器，该激光雷达传感器具有根据本发明的用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置。
附图说明
下面根据附图详细地阐述本发明的实施例。附图中的相同的附图标记标明相同或相同作用的元件。附图示出了：
图1根据本发明的装置的侧视图；
图2装置的盘形单元的从斜上方看的视图。
具体实施方式
图1以侧视图示例性地示出装置100。装置100例如可以是激光雷达传感器的一部分，该部分如所示那样可以具有定子101和转子102。由此形成能够绕着旋转轴线103旋转的单元。在定子101上可以布置有第一盘形单元105。在所示的示例中，第一盘形单元105构造为一件式。第一盘形单元105可以由磁性材料、尤其是铁氧体构成。在转子102上可以布置有第二盘形单元106。第二盘形单元106在所示的示例中构造为一件式。第二盘形单元106可以由磁性材料、尤其是铁氧体构成。第一盘形单元105和第二盘形单元106关于旋转轴线103在轴向上间隔开地对置。第一盘形单元105和第二盘形单元106可以绕着共同的旋转轴线103相对彼此运动。在第一盘形单元105和第二盘形单元106之间存在气隙107。第一盘形单元105沿着旋转轴线103具有槽口115。第二盘形单元106沿着旋转轴线103具有槽口116。在槽口115和槽口116中布置有电动机104，用于产生第一盘形单元105和第二盘形单元106相对彼此的相对运动。第一盘形单元105和第二盘形单元106可以相同地、或除槽口115和116外相同地构造。
在所示的示例中，第一盘形单元105和第二盘形单元106分别具有三个环形盘状凹槽。基于装置100的侧视图，每个环形盘状凹槽可看到两次。第一盘形单元105包括第一环形盘状凹槽108和两个分别与第一环形盘状凹槽108同心地布置的第二环形盘状凹槽109-1和109-2。第二盘形单元106包括第一环形盘状凹槽110和两个分别与第一环形盘状凹槽110同心地布置的第二环形盘状凹槽111-1和111-2。
图2示出装置100的盘形单元105的从斜上方看的视图。盘形单元105具有半径204。从该角度又能看到盘形单元105的槽口115，在该槽口中布置有电动机104。盘形单元105构造为能够绕着旋转轴线103旋转。此外，还能看到盘形单元105的第一环形盘状凹槽108和两个第二环形盘状凹槽109-1和109-2。在此，第一环形盘状凹槽108具有到旋转轴线103的最小径向距离201。在此，纯示例性地标出第一环形盘状凹槽108的外环的距离201。第二环形盘状凹槽109-2具有到旋转轴线103的最大径向距离202。在这里也纯示例性地标出环形盘状凹槽109-2的外环的距离202。另一第二环形盘状凹槽109-1具有到旋转轴线103的平均距离203。该平均距离203处于环形盘状凹槽108的最小径向距离201和第二环形盘状凹槽109-2的最大径向距离202之间。在这里也纯示例性地标出环形盘状凹槽109-1的外环的距离203。
如从图1可看到的那样，在从斜上方看装置100的第二盘形单元106时将得到相同的图像。第二盘形单元106的第一环形盘状凹槽110具有到旋转轴线103的最小径向距离。如可看到的那样，第二盘形单元106的第一环形盘状凹槽110具有与第一盘形单元105的第一环形盘状凹槽108相同的到旋转轴线103的径向距离。第一盘形单元105的第一环形盘状凹槽108与第二盘形单元106的第一环形盘状凹槽110关于旋转轴线在径向上间隔开地对置。
第二环形盘状凹槽111-2具有到旋转轴线103的最大径向距离。如可看到的那样，第二盘形单元106的第二环形盘状凹槽111-2具有与第一盘形单元105的第二环形盘状凹槽109-2相同的到旋转轴线103的径向距离。第一盘形单元105的第二环形盘状凹槽109-2与第二盘形单元106的第二环形盘状凹槽111-2关于旋转轴线在径向上间隔开地对置。
另一第二环形盘状凹槽111-1具有到旋转轴线103的平均径向距离。如可看到的那样，第二盘形单元106的另一第二环形盘状凹槽111-1具有与第一盘形单元105的另一第二环形盘状凹槽109-1相同的到旋转轴线103的径向距离。第一盘形单元105的第二环形盘状凹槽109-1与第二盘形单元106的第二环形盘状凹槽111-1关于旋转轴线在径向上间隔开地对置。
此外，在图1中还可看到，不但在第一盘形单元105的环形盘状凹槽108,109-1和109-2中而且在第二盘形单元106的环形盘状凹槽110,111-1和111-2中均布置有另外的部件。所述另外的部件分别可以是至少一个用于能量传输的部件113、至少一个用于数据传输的部件112和/或至少一个用于角度测量的部件114。每个部件可以构型为感应的和/或磁性的。
如在示例中所示的那样，特别有利的是，至少一个用于数据传输的部件112布置在第一盘形单元105的第一环形盘状凹槽108中和/或第二盘形单元106的第一环形盘状凹槽110中，这两个第一环形盘状凹槽分别具有到旋转轴线103的最小距离。在第一盘形单元105的环形盘状凹槽109-1中和/或在第二盘形单元106的环形盘状凹槽111-2中以有利的方式分别布置有至少一个用于能量传递的部件113，这两个环形盘状凹槽分别具有到旋转轴线103的平均距离。在第一盘形单元105的环形盘状凹槽109-2中和/或在第二盘形单元106的环形盘状凹槽111-2中分别布置有至少一个用于测量角度的部件114，这两个环形盘状凹槽分别具有到旋转轴线103的最大距离。相应地，具有相同和/或彼此相关的功能的部件这样地布置在第一盘形单元105和第二盘形单元106中，使得这些部件关于旋转轴线103在径向上间隔开地对置。在此，具有相同和/或彼此相关的功能的部件可以是相同的。如果具有相同和/或彼此相关的功能的部件是不同的，则传输可以沿两个方向，即不但从第一盘形单元105到第二盘形单元106而且从第二盘形单元106到第一盘形单元105进行。对于能量传输可以由此出发，即能量传输从静止部分到旋转部分进行。为此，用于能量传输的部件113可以具有一个或多个线圈对。数据传输可以优选沿两个方向进行。用于数据传输的部件112可以具有相同的线圈或不同的线圈。角度测量可以或者在定子101的一侧上进行，或者优选地在转子102的一侧上进行。
环形盘状凹槽中的部件可以与在这里未示出的其它构件连接。这种构件可以是LIDAR传感器的组成部分。所述构件可以是用于调制感应的数据传输的构件、用于能量传输的振荡回路、角度测量的有源振荡回路或无源组成部分。所述构件可以是具有调制的有源光学构件。LIDAR传感器的发射器和/或接收器可以布置在LIDAR传感器的转子和/或定子上。LIDAR传感器的发射器和接收器在一侧上、即在转子或定子上可以是有源的，而在另一侧上可以是无源的反射器。在这里，盘形单元可以有利地提高机械稳定性、保护免受周围环境光和/或保护免受污染。

Claims (13)

1.一种用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置(100)，所述装置具有：
-第一盘形单元(105)和第二盘形单元(106)，所述第一盘形单元和第二盘形单元绕着共同的旋转轴线(103)相对彼此运动并且关于所述旋转轴线(103)在轴向上间隔开地对置，其中，
-所述第一盘形单元(105)具有第一环形盘状凹槽(108)，并且
-所述第二盘形单元(106)具有第一环形盘状凹槽(110)，该第一环形盘状凹槽与所述第一盘形单元(105)的第一环形盘状凹槽(108)关于所述旋转轴线(103)在径向上间隔开地对置，
其特征在于，
-所述第一盘形单元(105)具有与所述第一盘形单元(105)的第一环形盘状凹槽(108)同心地布置的至少一个第二环形盘状凹槽(109-1,109-2)，并且
-所述第二盘形单元(106)具有与所述第二盘形单元(106)的第一环形盘状凹槽(110)同心地布置的至少一个第二环形盘状凹槽(111-1,111-2)。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)的所述至少一个第二环形盘状凹槽(109-1,109-2)与所述第二盘形单元(106)的所述至少一个第二环形盘状凹槽(111-1,111-2)关于所述旋转轴线(103)在径向上间隔开地对置。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)构造为一件式；和/或所述第二盘形单元(106)构造为一件式。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)由磁性材料、尤其是铁氧体构成；和/或所述第二盘形单元(106)由磁性材料、尤其是铁氧体构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)和所述第二单元(106)这样彼此间隔开地布置，使得在所述第一盘形单元(105)和所述第二盘形单元(106)之间存在气隙(107)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(100)，其特征在于，在所述第一盘形单元(105)的第一环形盘状凹槽(108)和至少一个第二环形盘状凹槽(109-1,109-2)中分别布置有至少一个用于能量传输的部件(113)、至少一个用于数据传输的部件(112)和/或至少一个用于角度测量的部件(114)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(100)，其特征在于，在所述第二盘形单元(106)的第一环形盘状凹槽(110)和至少一个第二环形盘状凹槽(111-1,111-2)中分别布置有至少一个用于能量传输的部件(113)、至少一个用于数据传输的部件(112)和/或至少一个用于角度测量的部件(114)。
8.根据权利要求6和7所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)的所述至少一个用于能量传输的部件(113)与所述第二盘形单元(106)的所述至少一个用于能量传输的部件(113)关于所述旋转轴线(103)在径向上间隔开地对置；和/或所述第一盘形单元(105)的所述至少一个用于数据传输的部件(112)与所述第二盘形单元(106)的所述至少一个用于数据传输的部件(112)关于所述旋转轴线(103)在径向上间隔开地布置；和/或所述第一盘形单元(105)的所述至少一个用于角度测量的部件(114)与所述第二盘形单元(106)的所述至少一个用于角度测量的部件(114)关于所述旋转轴线(103)在径向上间隔开地对置。
9.根据权利要求6或8所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)的所述至少一个用于数据传输的部件(112)布置在所述第一盘形单元(105)的具有到所述旋转轴线(103)的最小径向距离(201)的环形盘状凹槽(108)中。
10.根据权利要求6、8或9中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)的所述至少一个用于角度测量的部件(114)布置在所述第一盘形单元(105)的具有到所述旋转轴线(103)的最大径向距离(202)的环形盘状凹槽(109-2)中。
11.根据权利要求9和10所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)的所述至少一个用于能量传输的部件(113)布置在所述第一盘形单元(105)的具有到所述旋转轴线(103)的平均径向距离(203)的环形盘状凹槽(109-1)中，所述平均径向距离处于到所述旋转轴线(103)的最小径向距离(201)和到所述旋转轴线(103)的最大径向距离(202)之间。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述第一盘形单元(105)沿着所述旋转轴线(103)具有槽口(115)；和/或所述第二盘形单元(106)沿着所述旋转轴线(103)具有槽口(116)；并且尤其是，在所述第一盘形单元(105)的槽口(115)中和/或所述第二盘形单元(106)的槽口(116)中布置有电动机(104)，用于产生所述第一盘形单元(105)和所述第二盘形单元(106)相对彼此的相对运动。
13.一种激光雷达传感器，具有根据权利要求1至12中任一项所述的用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置(100)。
CN201880067735.2A 2017-10-19 2018-10-08 用于无接触地传输数据和能量并且用于角度测量的装置 Active CN111263970B (zh)

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