CN115144114A - 一种旋转体数据检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转体数据检测装置，包括：第一支撑体、第二支撑体、数据传感器、定子电路部件、转子电路部件；所述第一支撑体设有定子线圈，所述定子线圈与所述定子电路部件连接；所述第二支撑体设有转子线圈，所述转子线圈与所述转子电路部件连接，所述定子线圈与所述转子线圈对置设置，形成电磁耦合效应，且所述定子线圈与所述转子线圈均呈立体螺旋状；所述数据传感器设置于待检测的旋转体上，并与所述转子电路部件连接；所述第二支撑体固定于所述待检测的旋转体。本发明提供的旋转体数据检测装置一方面能够通过电磁耦合实现电能和信号的无线传输，另一方面能够减小旋转体数据检测装置的尺寸，使旋转体数据检测装置能够适用于更多的场景。

Description

一种旋转体数据检测装置

技术领域

本发明涉及旋转体数据检测技术领域，尤其涉及一种旋转体数据检测装置。

背景技术

数据传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。数据传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。通过数据传感器对运动过程中的扭转力矩进行感知检测，可极大程度上对运动状态进行反馈，便于人们对机械运动过程的控制，合理分配运转部件的工作力矩，将运动过程的能耗进行更加精确的控制分配；在合理的范围内，减少运转部件的挤压、碰撞等情况，保护运转部件，延长其使用寿命。

在现有技术中，将数据传感器安装于旋转轴上，用于检测施加于旋转轴的数据。在控制系统侧的原边线圈上施加直流电流激发产生交变磁场，数据传感器侧的副边线圈感应到交变磁场后，产生感应电流；数据传感器获取到电能，同时数据传感器侧副边线圈上施加以一个负载去调制交变信号，使得原边线圈感应到的电压信号发生变化，实现数据传感器的信号传递回控制系统。

然而，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有技术的线圈通常呈平面卷绕状，使得数据检测装置的尺寸较大，使用场景有限。

发明内容

本发明提供了一种旋转体数据检测装置，其一方面能够通过电磁耦合实现电能和信号的无线传输，另一方面能够减小旋转体数据检测装置的尺寸，使旋转体数据检测装置能够适用于更多的场景。

根据本发明的一方面，提供了一种旋转体数据检测装置，包括：第一支撑体、第二支撑体、数据传感器、定子电路部件、转子电路部件；所述第一支撑体设有定子线圈，所述定子线圈与所述定子电路部件连接；所述第二支撑体设有转子线圈，所述转子线圈与所述转子电路部件连接，所述定子线圈与所述转子线圈对置设置，形成电磁耦合效应，且所述定子线圈与所述转子线圈均呈立体螺旋状；所述数据传感器设置于待检测的旋转体上，并与所述转子电路部件连接；所述第二支撑体固定于所述待检测的旋转体。

另外，所述第一支撑体包括第一容置部，所述第一容置部环绕所述待检测的旋转体，所述定子线圈收容于所述第一容置部内；所述第二支撑体包括第三容置部，所述第三容置部环绕所述待检测的旋转体，所述转子线圈收容于所述第三容置部内，所述第一容置部与所述第三容置部在第一方向上对置设置，所述第一方向与所述定子线圈及所述转子线圈的轴向垂直。

另外，所述第一支撑体还包括第二容置部，所述第二容置部与所述第一容置部间隔设置，所述定子电路部件收容于所述第二容置部内；所述第二支撑体还包括第四容置部，所述第四容置部与所述第三容置部间隔设置，所述转子电路部件收容于所述第四容置部内。

另外，，所述待检测的旋转体旋转时，所述定子电路部件通过所述定子线圈和所述转子线圈向所述转子电路部件和所述数据传感器传输电能；所述定子电路部件还用于发送调制信号，所述调制信号经由所述定子线圈和所述转子线圈传输至所述转子电路部件；所述转子电路部件将所述调制信号进行预设信号处理后输入所述数据传感器，所述数据传感器向所述定子电路部件返回所述旋转体的检测数据。

另外，所述定子电路部件包括直流电源、控制系统以及第一调制电路；所述控制系统和所述直流电源均与所述第一调制电路连接，所述第一调制电路与所述转子线圈连接；所述控制系统用于发送控制信号，所述直流电源用于提供直流电源信号，所述第一调制电路用于调制所述控制信号和所述直流电源信号，得到所述调制信号。

另外，所述定子电路部件还包括第一谐振补偿电路；所述第一谐振补偿电路设置在所述第一调制电路和所述转子线圈之间，所述第一谐振补偿电路用于对所述调制信号进行谐振补偿，并将谐振补偿后的调制信号传输至所述转子线圈。

另外，所述定子电路部件还包括第一解调电路，所述第一解调电路设置在所述控制系统和所述第一谐振补偿电路之间；所述数据传感器在接收到进行所述预设信号处理后的所述调制信号后，向所述定子线圈发送传感器数据信号，所述第一谐振补偿电路还用于对所述传感器数据信号进行谐振补偿，并将谐振补偿后的传感器数据信号发送至所述第一解调电路；所述第一解调电路用于对所述谐振补偿后的传感器数据信号进行解调，还原出所述扭转数据并发送至所述控制系统。

另外，所述转子电路部件包括第二解调电路、整流桥；所述第二解调电路设置在所述定子线圈和所述数据传感器之间，所述第二解调电路用于对所述谐振补偿后的调制信号进行解调，还原出所述控制信号，并将所述控制信号传输至所述数据传感器；所述整流桥设置在所述定子线圈和所述数据传感器之间，所述整流桥用于将所述调制信号整流为直流信号，将所述直流信号传输至所述数据传感器以向所述数据传感器提供电能。

另外，所述转子电路部件还包括第二谐振补偿电路；所述第二谐振补偿电路与所述定子线圈和所述第二解调电路连接，所述第二谐振补偿电路用于对所述谐振补偿后的调制信号再次进行谐振补偿，并将再次谐振补偿后的调制信号传输至所述第二解调电路；所述第二谐振补偿电路还与所述整流桥连接，所述第二谐振补偿电路还用于将所述再次谐振补偿后的调制信号传输至所述整流桥。

另外，所述转子电路部件还包括第二调制电路；所述第二调制电路与所述数据传感器和所述第二谐振补偿电路连接；所述第二调制电路用于对所述传感器数据信号进行调制，并将调制后的传感器数据信号发送至所述第二谐振补偿电路；所述第二谐振补偿电路还用于对所述调制后的传感器数据信号进行谐振补偿，并将调制且谐振补偿后的传感器数据信号发送至所述定子线圈。

另外，所述第二支撑体与所述待检测的旋转体转动连接，以与所述待检测的旋转体一体旋转；所述第一支撑体固定在所述待检测的旋转体上，以在所述待检测的旋转体旋转时相对于所述待检测的旋转体保持静止。

与相关技术相比，本发明的实施例至少具有以下优点：

通过设置定子线圈与定子电路部件连接、转子线圈与转子电路部件连接，使得对置的定子线圈和转子线圈能够形成电磁耦合效应，从而使定子电路部件发出的电能和信号、转子电路部件反馈的信号能够在两个线圈之间传递，也即使用电磁耦合的方式实现了无线电能传输；此外，由于定子线圈与所述转子线圈均呈立体螺旋状，立体螺旋状的线圈的径向宽度相比于平面卷绕状更小，从而使得旋转体数据检测装置的尺寸可以做的更小，也即实现了旋转体数据检测装置的小型化，使旋转体数据检测装置能够适用于更多的工作场景。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例一提供的一种旋转体数据检测装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例一提供的一种旋转体数据检测装置的系统框图；

图3是根据本发明实施例二提供的一种旋转体数据检测装置的系统框图；

图4是根据本发明实施例三提供的一种旋转体数据检测装置的系统框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本发明实施例一提供了一种旋转体数据检测装置的结构示意图，图2为本发明实施例一提供了一种旋转体数据检测装置的系统框图，请一并参见图1和图2，包括：

第一支撑体1、第二支撑体2、数据传感器5、定子电路部件3、转子电路部件4；第一支撑体1设有定子线圈6，定子线圈6与定子电路部件3连接；第二支撑体2设有转子线圈7，转子线圈7与转子电路部件4连接，定子线圈6与转子线圈7对置设置，形成电磁耦合效应，且定子线圈6与转子线圈7均呈立体螺旋状；数据传感器3设置于待检测的旋转体100上，并与转子电路部件4连接；第二支撑体2固定于待检测的旋转体100。

具体的说，第一支撑体1包括第一容置部101，第一容置部101环绕待检测的旋转体100，定子线圈6收容于第一容置部101内；第二支撑体2包括第三容置部201，第三容置部201环绕待检测的旋转体100，转子线圈7收容于第三容置部201内，第一容置部101与第三容置部201在第一方向X上对置设置，第一方向X与定子线圈6及转子线圈7的轴向垂直。可以理解的是，本实施例并不对定子线圈6及转子线圈7的匝数做具体限定，可以根据实际需求设置。

请进一步参见图1，第一支撑体1还包括第二容置部102，第二容置部102与第一容置部101间隔设置，定子电路部件3收容于第二容置部102内；第二支撑体2还包括第四容置部202，第四容置部202与第三容置部201间隔设置，转子电路部件4收容于第四容置部202内。

需要说明的是，旋转体100旋转时，定子电路部件3通过定子线圈6和转子线圈7，向转子电路部件4和数据传感器5传输电能；定子电路部件3还用于发送调制信号，调制信号经由定子线圈6和转子线圈7传输至转子电路部件4；转子电路部件4将调制信号进行预设信号处理后输入数据传感器5，数据传感器5向定子电路部件3返回旋转体的扭转数据。

需要说明的是，第二支撑体2与旋转体100转动连接，以与旋转体100一体旋转，在实际应用中，第二支撑体2也可以不与旋转体100连接，仅需确保第二支撑体2与旋转体100一体旋转即可；第一支撑体1固定在旋转体100上，以在旋转体100旋转时保持静止。由于定子电路部件3安装于第一支撑体1上，而定子电路部件3需要为转子电路部件4和数据传感器5提供电能，也就是说，定子电路部件3通常具有与电源连接的走线，因此，通过此种结构的设置，使得定子电路部件3在旋转体100旋转时固定不动，避免了绕线的情况的发生，提高了旋转体数据检测装置的可靠性。

与相关技术相比，本发明的实施例至少具有以下优点：通过设置定子线圈6与定子电路部件3连接、转子线圈7与转子电路部件4连接，使得对置的定子线圈6和转子线圈7能够形成电磁耦合效应，从而使定子电路部件3发出的电能和信号、转子电路部件4反馈的信号能够在两个线圈之间传递，也即使用电磁耦合的方式实现了无线电能传输；此外，定子线圈6与所述转子线圈7均呈立体螺旋状，使得旋转体数据检测装置的尺寸可以做的更小，也即实现了旋转体数据检测装置的小型化，使旋转体数据检测装置能够适用于更多的工作场景。

实施例二

图3为本发明实施例二提供了一种旋转体数据检测装置的系统框图，本实施例是对前述实施例的进一步解释，具体说明了：定子电路部件3的具体结构，如图3所示：

定子电路部件3包括功率发射电路31、控制系统32以及第一调制电路33；功率发射电路31以及第一调制电路33均与控制系统33连接，且功率发射电路31以及第一调制电路33均与定子线圈6连接；控制系统32用于发送控制信号及提供直流电源信号，第一调制电路33用于调制控制信号，得到调制信号，并将调制信号传输至定子线圈6；功率发射电路31用于将所述直流电源信号转换为交流电源信号，并将所述交流电源信号传输至定子线圈6。

请继续参见图3，定子电路部件3还包括第一谐振补偿电路34；第一谐振补偿电路34设置在第一调制电路33和定子线圈6之间，第一谐振补偿电路34用于对所述调制信号进行谐振补偿，并将谐振补偿后的调制信号传输至定子线圈6。可以理解的是，由于调制信号在经过定子线圈6时存在能量损失，通过在将调制信号传输至定子线圈6之前，对调制信号进行谐振补偿，能够进一步提高能量传递效率。

请进一步参见图3，定子电路部件3还包括第一解调电路35，第一解调电路35设置在控制系统32和第一谐振补偿电路34之间；数据传感器5在接收到进行预设信号处理后的调制信号后，向转子线圈7发送传感器数据信号，第一谐振补偿电路34还用于对传感器数据信号进行谐振补偿，并将谐振补偿后的传感器数据信号发送至第一解调电路35；第一解调电路35用于对谐振补偿后的传感器数据信号进行解调，还原出扭转数据并发送至控制系统32。由于数据传感器5发送的是数字信号，数字信号无法在电路之中传输，因此数据传感器5发出的传感器数据信号会先进行调制，以便于传输至控制系统32，而控制系统32需要识别数据传感器5发送的原始的数字信号，因此通过设置第一解调电路35，能够将进行调制后的传感器数据信号还原成数字信号以供控制系统32识别。

与相关技术相比，本发明的实施例至少具有以下优点：通过设置定子线圈6与定子电路部件3连接、转子线圈7与转子电路部件4连接，使得对置的定子线圈6和转子线圈7能够形成电磁耦合效应，从而使定子电路部件3发出的电能和信号、转子电路部件4反馈的信号能够在两个线圈之间传递，也即使用电磁耦合的方式实现了无线电能传输；此外，定子线圈6与所述转子线圈7均呈立体螺旋状，使得旋转体数据检测装置的尺寸可以做的更小，也即实现了旋转体数据检测装置的小型化，使旋转体数据检测装置能够适用于更多的工作场景。

实施例三

图4为本发明实施例三提供了一种旋转体数据检测装置的系统框图，本实施例是对前述实施例的进一步解释，具体说明了：转子电路部件4的具体结构，如图4所示：

转子电路部件4包括第二解调电路41、功率接收电路42；第二解调电路41设置在转子线圈7和数据传感器5之间，第二解调电路41用于对谐振补偿后的调制信号进行解调，还原出控制信号，并将控制信号传输至数据传感器5；功率接收电路42设置在转子线圈7和数据传感器5之间，功率接收电路4用于将交流电源信号转换为直流电源信号，并将直流电源信号传输至数据传感器5以向数据传感器5提供电能。

请继续参见图4，转子电路部件4还包括第二谐振补偿电路43；第二谐振补偿电路43与转子线圈7和第二解调电路41连接，第二谐振补偿电路43用于对谐振补偿后的调制信号再次进行谐振补偿，并将再次谐振补偿后的调制信号传输至第二解调电路41。可以理解的是，由于调制信号在经过转子线圈7时存在能量损失，通过在将调制信号传输至转子线圈7之后，对调制信号进行谐振补偿，能够进一步提高能量传递效率。

请进一步参见图4，转子电路部件4还包括第二调制电路44；第二调制电路44与数据传感器5和第二谐振补偿电路43连接；第二调制电路44用于对传感器数据信号进行调制，并将调制后的传感器数据信号发送至第二谐振补偿电路43；第二谐振补偿电路43还用于对调制后的传感器数据信号进行谐振补偿，并将进行调制且谐振补偿后的传感器数据信号发送至转子线圈7。由于数据传感器5发送的是数字信号，数字信号无法在电路之中传输，因此数据传感器5发出的传感器数据信号会先在第二调制电路44中进行调制，以便于传输至控制系统32。

与相关技术相比，本发明的实施例至少具有以下优点：通过设置定子线圈6与定子电路部件3连接、转子线圈7与转子电路部件4连接，使得对置的定子线圈6和转子线圈7能够形成电磁耦合效应，从而使定子电路部件3发出的电能和信号、转子电路部件4反馈的信号能够在两个线圈之间传递，也即使用电磁耦合的方式实现了无线电能传输；此外，由于定子线圈6与所述转子线圈7均呈立体螺旋状，立体螺旋状的线圈的径向宽度相比于平面卷绕状更小，从而使得旋转体数据检测装置的尺寸可以做的更小，也即实现了旋转体数据检测装置的小型化，使旋转体数据检测装置能够适用于更多的工作场景。

为了便于理解，下面对本实施方式中旋转体数据检测装置的工作过程进行具体的说明：

1、控制电路32提供直流电源信号，控制系统32将需要发送给转子电路部件4的数据信号Sc1通过第一调制电路33调制直流电源信号得到控制侧发送信号Ss1，Ss1经过与第一谐振补偿电路34后加载在定子线圈6上。

2、转子线圈6接收到Ss1磁场耦合过来的信号Ss2后，经过第二谐振补偿电路43后一方面通过功率接收电路42将Ss2整流为直流电源信号给数据传感器5供电工作，另一方面经过第二解调电路41将Ss2解调还原出控制系统侧的控制信号Sc1输入到数据传感器5内部，以实现控制数据传感器5的目的。

3、数据传感器5收到控制系统32的控制信号Sc1后，执行相应的指令，返回传感器数据信号Sc2，比如Sc1为读取数据传感器3的感应数据指令，则Sc2为数据传感器5的感测数据。

4、传感器数据信号Sc2通过第二调制电路44将感测数据调制为信号Ss3，控制系统32通过定子线圈6感应到信号Ss3对应的信号Ss4，并通过第一解调电路35将传感器数据信号Sc2解调还原出来，至此，控制系统32完成一次传感器的数据读取。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种旋转体数据检测装置，其特征在于，包括：

第一支撑体、第二支撑体、数据传感器、定子电路部件、转子电路部件；

所述第一支撑体设有定子线圈，所述定子线圈与所述定子电路部件连接；所述第二支撑体设有转子线圈，所述转子线圈与所述转子电路部件连接，所述定子线圈与所述转子线圈对置设置，形成电磁耦合效应，且所述定子线圈与所述转子线圈均呈立体螺旋状；

所述数据传感器设置于待检测的旋转体上，并与所述转子电路部件连接；所述第二支撑体固定于所述待检测的旋转体。

2.根据权利要求1所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述第一支撑体包括第一容置部，所述第一容置部环绕所述待检测的旋转体，所述定子线圈收容于所述第一容置部内；

所述第二支撑体包括第三容置部，所述第三容置部环绕所述待检测的旋转体，所述转子线圈收容于所述第三容置部内，所述第一容置部与所述第三容置部在第一方向上对置设置，所述第一方向与所述定子线圈及所述转子线圈的轴向垂直。

3.根据权利要求2所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述第一支撑体还包括第二容置部，所述第二容置部与所述第一容置部间隔设置，所述定子电路部件收容于所述第二容置部内；

所述第二支撑体还包括第四容置部，所述第四容置部与所述第三容置部间隔设置，所述转子电路部件收容于所述第四容置部内。

4.根据权利要求1所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述待检测的旋转体旋转时，所述定子电路部件通过所述定子线圈和所述转子线圈向所述转子电路部件和所述数据传感器传输电能；

所述定子电路部件还用于发送调制信号，所述调制信号经由所述定子线圈和所述转子线圈传输至所述转子电路部件；所述转子电路部件将所述调制信号进行预设信号处理后输入所述数据传感器，所述数据传感器向所述定子电路部件返回所述旋转体的检测数据。

5.根据权利要求4所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述定子电路部件包括控制系统、功率发射电路以及第一调制电路；

所述功率发射电路以及所述第一调制电路均与所述控制系统连接，且所述功率发射电路以及所述第一调制电路均与所述定子线圈连接；

所述控制系统用于发送控制信号及提供直流电源信号，所述第一调制电路用于调制所述控制信号，得到调制信号，并将所述调制信号传输至所述定子线圈；所述功率发射电路用于将所述直流电源信号转换为交流电源信号，并将所述交流电源信号传输至所述定子线圈。

6.根据权利要求5所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述定子电路部件还包括第一谐振补偿电路；

所述第一谐振补偿电路设置在所述第一调制电路和所述定子线圈之间，所述第一谐振补偿电路用于对所述调制电路进行谐振补偿，并将谐振补偿后的调制电路传输至所述定子线圈。

7.根据权利要求6所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述定子电路部件还包括第一解调电路，所述第一解调电路设置在所述控制系统和所述第一谐振补偿电路之间；

所述数据传感器在接收到进行所述预设信号处理后的调制信号后，向所述转子线圈发送传感器数据信号，所述第一谐振补偿电路还用于对所述传感器数据信号进行谐振补偿，并将谐振补偿后的传感器数据信号发送至所述第一解调电路；

所述第一解调电路用于对所述谐振补偿后的传感器数据信号进行解调，将还原后的传感器数据信号发送至所述控制系统。

8.根据权利要求7所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述转子电路部件包括第二解调电路、功率接收电路；

所述第二解调电路设置在所述转子线圈和所述数据传感器之间，所述第二解调电路用于对所述谐振补偿后的调制信号进行解调，还原出所述控制信号，并将所述控制信号传输至所述数据传感器；

所述功率接收电路设置在所述转子线圈和所述数据传感器之间，所述功率接收电路用于将所述交流电源信号转换为直流电源信号，并将所述直流电源信号传输至所述数据传感器以向所述数据传感器提供电能。

9.根据权利要求8所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述转子电路部件还包括第二谐振补偿电路；

所述第二谐振补偿电路与所述转子线圈和所述第二解调电路连接，所述第二谐振补偿电路用于对所述谐振补偿后的调制信号再次进行谐振补偿，并将再次谐振补偿后的调制信号传输至所述第二解调电路。

10.根据权利要求9所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述转子电路部件还包括第二调制电路；

所述第二调制电路与所述数据传感器和所述第二谐振补偿电路连接；

所述第二调制电路用于对所述传感器数据信号进行调制，并将调制后的传感器数据信号发送至所述第二谐振补偿电路；

所述第二谐振补偿电路还用于对所述调制后的传感器数据信号进行谐振补偿，并将进行调制且谐振补偿后的传感器数据信号发送至所述转子线圈。

11.根据权利要求1至10任一项所述的旋转体数据检测装置，其特征在于，所述第二支撑体与所述待检测的旋转体转动连接，以与所述待检测的旋转体一体旋转；

所述第一支撑体固定在所述待检测的旋转体上，以在所述待检测的旋转体旋转时相对于所述待检测的旋转体保持静止。

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