CN113410917B - 一种高效冗余无线功率传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效冗余无线功率传输装置，包括：转动单元、信号传输单元及冗余结构；冗余结构包括：多个功率传输单元及磁场屏蔽单元；功率传输单元包括：固定端及旋转端功率传输载体模块；磁场屏蔽单元包括：固定端及旋转端磁场屏蔽模块；旋转端磁场屏蔽模块设置于转动单元的外侧；功率传输单元及信号传输单元分别用于在转动单元的转动过程中将功率、信号由固定端向旋转端无线传输。本发明的高效冗余无线功率传输装置，具有磨损少、寿命长的优势，且可实现多股功率同时传输，功率传输功能可达到足够的效率。

Description

一种高效冗余无线功率传输装置
技术领域
本发明涉及无线功率传输技术领域，特别涉及一种高效冗余无线功率传输装置。
背景技术
目前在机电设备领域，由固定端向旋转端传输功率主要采用“有触点导电滑环”的接触方式进行功率传输。尽管该装置中，无导线缠绕的问题，但由于该方式存在物理接触，长期摩擦会磨损触点，进而导致开路，最终使得“导电滑环失效”，降低机电设备载荷的寿命。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种高效冗余无线功率传输装置，具有磨损少、寿命长的优势，且可实现多股功率同时传输，功率传输功能可达到足够的效率。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种高效冗余无线功率传输装置，其包括：转动单元、信号传输单元以及冗余结构；其中，
所述冗余结构包括：功率传输单元以及磁场屏蔽单元；所述功率传输单元以及所述磁场屏蔽单元分别包括多个；
所述功率传输单元包括：固定端功率传输载体模块以及旋转端功率传输载体模块；
所述磁场屏蔽单元包括：固定端磁场屏蔽模块以及旋转端磁场屏蔽模块；
所述固定端功率传输载体模块设置于所述固定端磁场屏蔽模块的内侧；所述旋转端磁场屏蔽模块设置于所述旋转端功率传输载体的内侧；
所述功率传输单元以及所述信号传输单元分别与所述转动单元相连，所述转动单元用于控制所述功率传输单元以及信号传输单元绕所述转动单元的旋转轴旋转；
所述功率传输单元用于在所述转动单元的转动过程中将功率由固定端功率传输载体向旋转端功率传输载体进行无线传输；
所述信号传输单元用于在所述转动单元的转动过程中将信号由固定端向旋转端传输。
本发明上述的固定端为装置中不作相对运动的部分；其中，所述固定端包括：固定端外壳，作为装置整体的安装场所，为装置提供支撑等作用；所述固定端磁场屏蔽模块固定于所述固定端外壳的内侧。
较佳地，所述信号传输单元包括：信号传输线以及连接器模块；其中，
所述信号传输线的一端与所述固定端相连，另一端与所述旋转端相连；
所述连接器模块用于带动所述信号传输线以不缠绕的方式绕旋转轴旋转。
较佳地，所述连接器模块为信号传输线滑环。
所述信号传输线滑环包括：定子以及转子，其中，所述定子与所述旋转端固定连接；所述转子与所述定子相连，且所述转子与所述定子之间能够相对旋转。
较佳地，所述转动单元包括：驱动模块以及转动模块；其中，所述驱动模块与所述转动模块相连，所述驱动模块用于驱动所述转动模块绕旋转轴转动。
较佳地，所述转动模块包括：旋转轴、旋转轴上端盖以及旋转轴下端盖；其中，所述旋转轴的一端与所述旋转轴上端盖相连，所述旋转轴的另一端与所述旋转轴下端盖相连。
较佳地，所述驱动模块包括：驱动电机、电机固定座以及电机法兰；其中，所述电机固定座设置于所述固定端；所述驱动电机固定于所述电机固定座；所述驱动电机与所述电机法兰相连；所述电机法兰与所述旋转轴上端盖相连；所述驱动电机用于驱动所述电机法兰绕旋转轴旋转，以带动所述旋转模块绕旋转轴旋转。
较佳地，还包括：挡片，所述挡片用于对所述功率传输单元中的绕线的位置进行定位。
较佳地，所述冗余结构还包括：挡板，所述功率传输单元与磁场屏蔽单元之间通过所述挡板进行定位。
较佳地，每个所述功率传输载体模块绕所述旋转轴的外侧圆周均匀分布，保证旋转端在旋转过程中的磁场分布稳定与变压器参数稳定。
相较于现有技术，本发明实施例具有以下至少一种优点：
(1)本发明提供的高效冗余无线功率传输装置，通过冗余结构设计，包括多个功率传输单元以及磁场屏蔽单元可以实现同时传递多股相同功率或不同功率，保证不同模块独立进行功率传输，某功率传输模块的损坏不会影响其余传输模块的正常运行，并且提高了传输效率；
(2)本发明提供的高效冗余无线功率传输装置，通过无线方式传输功率，避免了导电滑环触点磨损导致失效的问题，延长了装置的寿命；
(3)本发明提供的高效冗余无线功率传输装置，通过功率传输单元以及信号传输单元，可同时实现功率与信号的传输，具备多能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的高效冗余无线功率传输装置的示意图。
附图标记说明：
1-固定端外壳，
2-旋转轴，
3-装置上端盖，
4-旋转轴上端盖，
5-旋转轴下端盖，
6-信号传输线滑环，
7-固定端磁芯，
8-旋转端磁芯，
9-固定端线圈，
10-旋转端线圈，
11-装置下方轴承，
12-装置上方轴承，
13-电机法兰，
14-电机安装座，
100-旋转单元，
200-功率传输单元，
300-信号传输单元，
400-驱动模块。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一实施例中，高效冗余无线传输装置包括：转动单元100、信号传输单元300以及冗余结构。其中，冗余结构包括：功率传输单元200以及磁场屏蔽单元(图中示出两个)，功率传输单元200以及磁场屏蔽单元分别包括多个，多个功率传输载体模块能够独立进行功率传输，可以传输不同的功率或相同的功率。功率传输单元200以及信号传输单元300分别与转动单元100相连，转动单元100用于控制功率传输单元200以及信号传输单元300绕旋转轴旋转。装置包括：固定端以及旋转端；功率传输单元200用于在转动单元100的转动过程中将功率由固定端向旋转端无线传输；信号传输单元300用于在转动单元的转动过程中将信号由固定端向旋转端传输；功率传输单元包括：多个功率传输载体模块；
一实施例中，屏蔽模块的数量与功率传输载体模块的数量可以相同，两者一一对应；两者数量也可以不相同，如：一个屏蔽模块可以对应两个或多个功率传输载体模块，或者两个或多个屏蔽模块对应一个功率传输载体模块。
本实施例中，功率传输单元200包括：固定端功率传输载体以及旋转端功率传输载体，请参考图1。其中，固定端功率传输载体设置于固定端，包括：固定端磁芯7、固定端线圈9以及固定端电路(图中未示出)，固定端线圈9缠绕于固定端磁芯7上。旋转端功率传输载体设置于旋转端，用于跟随转动单元绕转动单元100的旋转轴2旋转，旋转端功率传输载体包括：旋转端磁芯8、旋转端线圈10以及旋转端电路，旋转端线圈10缠绕在旋转端磁芯8上。通过固定端功率传输载体与旋转端功率传输载体的磁场相互作用以及两边的电路，实现两者之间的功率传输。，磁场屏蔽单元也包括：固定端磁场屏蔽模块以及旋转端磁场屏蔽模块，固定端功率传输载体设置于固定端磁场屏蔽模块的内侧，旋转端磁场屏蔽模块设置于旋转端功率传输载体的内侧。磁场屏蔽单元用于屏蔽外部磁场对于功率传输、信号传输的影响，以及减少不同功率传输单元之间的互相干扰，提高装置运行的稳定性与传输性能。其中，所述固定端磁场屏蔽模块通过固定端内部的阶梯形状与固定端的端盖凸起实现两端定位并与固定端连接，旋转端屏蔽模块通过阶梯轴与垫圈进行定位并与旋转轴2连接。
优选地，不同的屏蔽模块之间使用垫圈相互分隔。
优选地，冗余结构还包括：挡板，功率传输单元与磁场屏蔽单元通过挡板进行定位。
一实施例中，转动单元100包括：驱动模块400以及转动模块；其中，驱动模块与转动模块相连，驱动模块400用于驱动转动模块绕旋转轴2转动。在实际应用中，转动单元通常有独立的电机驱动，因此，驱动模块为可选模块，转动模块在驱动模块或独立电机的驱动下实现转动。
一实施例中，转动模块包括：旋转轴上端盖4以及旋转轴下端盖5，请参考图1。其中，旋转轴2的一端与旋转轴上端盖4相连，旋转轴2的另一端与旋转轴下端盖5相连；旋转轴2与固定端之间通过轴承可旋转连接。优选地，轴承包括：装置上方轴承11以及装置下方轴承12，旋转轴2通过装置上方轴承11以及装置下方轴承12与固定端的固定端外壳1相连，转动单元100位于固定端外壳1内。本实施例中，还包括：装置上端盖3，其盖于固定端外壳1的上方。
一实施例中，驱动模块400包括：驱动电机、电机固定座14以及电机法兰13，请参考图1。其中，驱动电机固定于电机固定座14，电机固定座14安装在装置的固定端外壳1上；驱动电机与电机法兰13相连；电机法兰13与旋转轴上端盖4相连，从而实现驱动电机的转轴带动旋转轴旋转。
一实施例中，驱动电机的中心轴为中空的，可供中心走线孔穿过。
一实施例中，信号传输单元包括：信号传输线以及连接器模块；其中，信号传输线的一端与固定端相连，另一端与旋转端相连；连接器模块用于带动信号传输线以不缠绕的方式绕旋转轴旋转。本实施例中，连接器模块采用信号传输线滑环6，其固定于旋转轴下端盖5朝向旋转轴内部的一侧。信号传输线滑环包括：定子以及转子，其中，定子与旋转端固定连接；转子通过轴承与定子相连，且转子与定子之间能够相对旋转。
较佳实施例中，功率传输单元还包括：挡片，用于辅助绕线，对线圈位置进行定位。优选地，挡片包括：固定端挡片以及旋转端挡片。进一步优选地，挡片上设置有绕线凹槽以便于绕线与固定。
较佳实施例中，每个功率传输载体模块绕旋转轴的外侧圆周均匀分布。
上述实施例提供的高效冗余无线功率传输装置通过带有冗余结构设计的无线功率传输设置，规避了物理磨损带来的寿命影响，并可以实现同时传递不同回路中的功率，保证不同模块独立进行功率传输，某功率传输模块的损坏不会影响其余传输模块的正常运行，并且提高了传输效率。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，包括：转动单元、信号传输单元以及冗余结构；其中，
所述冗余结构包括：功率传输单元以及磁场屏蔽单元；所述功率传输单元以及所述磁场屏蔽单元分别包括多个；
所述功率传输单元包括：固定端功率传输载体模块以及旋转端功率传输载体模块；
所述磁场屏蔽单元包括：固定端磁场屏蔽模块以及旋转端磁场屏蔽模块；所述固定端功率传输载体模块设置于所述固定端磁场屏蔽模块的内侧；所述旋转端磁场屏蔽模块设置于所述旋转端功率传输载体的内侧；
所述功率传输单元以及所述信号传输单元分别与所述转动单元相连，所述转动单元用于控制所述功率传输单元以及信号传输单元绕所述转动单元的旋转轴旋转；
所述功率传输单元用于在所述转动单元的转动过程中将功率由固定端功率传输载体向旋转端功率传输载体进行无线传输；
所述信号传输单元用于在所述转动单元的转动过程中将信号由固定端向旋转端传输。
2.根据权利要求1所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，所述信号传输单元包括：信号传输线以及连接器模块；其中，
所述信号传输线的一端与所述固定端相连，另一端与所述旋转端相连；
所述连接器模块用于带动所述信号传输线以不缠绕的方式绕旋转轴旋转。
3.根据权利要求2所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，所述连接器模块为信号传输线滑环；
所述信号传输线滑环包括：定子以及转子，其中，
所述定子与所述旋转端固定连接；
所述转子与所述定子相连，且所述转子与所述定子之间能够相对旋转。
4.根据权利要求1所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，所述转动单元包括：驱动模块以及转动模块；其中，
所述驱动模块与所述转动模块相连，所述驱动模块用于驱动所述转动模块绕旋转轴转动。
5.根据权利要求4所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，所述转动模块包括：旋转轴、旋转轴上端盖以及旋转轴下端盖；其中，
所述旋转轴的一端与所述旋转轴上端盖相连，所述旋转轴的另一端与所述旋转轴下端盖相连。
6.根据权利要求5所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，所述驱动模块包括：驱动电机、电机固定座以及电机法兰；其中，
所述电机固定座设置于所述固定端；
所述驱动电机固定于所述电机固定座；
所述驱动电机与所述电机法兰相连；
所述电机法兰与所述旋转轴上端盖相连；
所述驱动电机用于驱动所述电机法兰绕旋转轴旋转，以带动所述转动模块绕旋转轴旋转。
7.根据权利要求1所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，所述冗余结构还包括：挡片，所述挡片用于对所述功率传输单元中的绕线的位置进行定位。
8.根据权利要求1所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，所述冗余结构还包括：挡板，所述功率传输单元与磁场屏蔽单元之间通过所述挡板进行定位。
9.根据权利要求1至8任一项所述的高效冗余无线功率传输装置，其特征在于，每个所述功率传输载体模块绕所述旋转轴的外侧圆周均匀分布。
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