一种电动旋转设备的非接触式能量传输装置的制作方法

本实用新型涉及电机控制、交流发电、无线通讯技术领域，特别是一种电动旋转设备的非接触式能量传输装置。

背景技术：

随着电气控制领域的现代化水平不断提高，旋转导电部件已广泛应用于各个领域。以最常见的雷达、立体LED显示屏为例，要求在设备上端连续旋转部位既能旋转，还能得到供电，保证旋转部位的用电部件用电。实际应用中，为了保证旋转部位上的用电部件用电，防止供电电源导线在旋转中扭结是一道必不可少的工序。

对于例如旋转LED屏的供电来说，采用固定在底座的电刷片和旋转的金属导轨或者金属轮轴接触的方式给旋转LED屏供电(旋转LED屏和电刷片连接)，是一种低成本、低设计难度的方法，但是这种方法无可避免的存在机械摩擦，还会带来运行不稳定、不可靠，以及需要定期维护的缺点。

为了对机械摩擦能量传输技术与生俱来的问题进行改进，现在很多旋转LED屏方案的供电，采用了电磁场耦合式的无线能量传输方式，将直流输入能量，通过逆变电路，转换成一定频率的交流能量，交流能量工作在固定的发射线圈模组上，产生交变电磁场，当可旋转的接收线圈模组(和LED屏的旋转部位安装在一起)接收到交变电磁场，就会感应到交流能量，再通过整流电路转换为可供旋转部件工作的直流能量。电磁场耦合式的无线能量传输，具有稳定、可靠，无需维护的优点，但是，由于要增加逆变电路、整流电路、一对线圈模组等，成本上要提高不少，而且无线能量的传输和接收过程中存在功率衰减大、不能有效利用电能源，造成电能浪费的缺点，特别是如果LED屏尺寸比较大，需要传输电压、电流比较大的时候，上述缺点更为明显。

基于上述，设计一种旋转设备的非接触式电能量供电使用，能保证电能在传输的时候，不需要受限于导线困扰，同时，还能节省成本，并有效利用能源的无线电能量传输装置显得尤为必要。

技术实现要素：

为了克服现有旋转供电设备供电中因结构所限存在的弊端，本实用新型提供了一种电动旋转设备的非接触式能量传输装置，在驱动电机的壳体上端设置了对称分布的弧形磁铁，在驱动电机的驱动轴上安装了旋转接收控制板，接收控制板位于所需用电设备旋转部位的中部下端，接收控制板的下端中间具有感应转子线圈，工作中，当驱动电机的转轴带动用电设备旋转部位旋转的同时，感应转子线圈同时发出电能，经接收控制板上相关元件作用为用电设备旋转部位供电，感应转子线圈发出的电能直接给用电设备旋转部位供电，不再经无线转换给用电设备旋转部位供电，不但实现了有效给用电设备旋转部位供电(不会产生机械磨损和导线扭结)，还防止了电能源多级转换而带来的不必要的浪费。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电动旋转设备的非接触式能量传输装置，包括电机控制板、接收控制板、驱动电机，其特征在于还具有感应转子线圈、弧形永久定子磁铁、紧固连接件、驱动器外壳，驱动电机安装在驱动器外壳内下部，驱动器外壳的下部安装在电机控制板上部中间，驱动器外壳内上部左右两侧有凹槽，两只弧形永久定子磁铁对称安装在驱动器外壳内上部左右两侧凹槽内，驱动电机的转轴上端位于驱动器外壳上端中部通孔上端外，紧固连接件、接收控制板的中部各有一个通孔，接收控制板中部通过紧固连接件安装在驱动电机的转轴上端，感应转子线圈由两只弧形感应转子线圈模组组成，两只弧形感应转子线圈模组安装在紧固连接件下中部左右两端，感应转子线圈刚好位于两只弧形永久定子磁铁之间，两只弧形永久定子磁铁极性相反，用电设备旋转部位安装在接收控制板、紧固连接件上端。

所述电机控制板上具有主控芯片、电源管理模块、电机控制模块、电机驱动模块、电机驱动控制板蓝牙通讯模块、电机驱动控制板蓝牙通讯天线，电机控制板的输入电源为外部直流电源、或者是电池模组，经电机控制板上的电源管理模块，转换为可供控制板主芯片工作的低压电源，和可供驱动电机使用的高压直流电源。

所述驱动电机和电机控制板的电机驱动模块经导线相连。

所述驱动电机的转轴转动的时候，可以带动接收控制板旋转，接收控制板在驱动电机的作用下做旋转的时候，带动感应转子线圈在弧形永久定子磁铁内部转动，实现磁场磁力线切割，感应转子线圈发出电能。

所述接收控制板上具有主控芯片、全桥整流模块、线性稳压模块、电压检测模块、角速度检测模块、接收控制板蓝牙通讯模块、接收控制板蓝牙通讯天线。

所述感应转子线圈切割磁力线产生的交流电动势，通过接收控制板上的全桥整流电路，转换成直流电动势，再通过线性稳压电路，降压到可供接收器控制板内主控芯片、其它元器件可以接受的低压直流电压，和用电设备旋转部位的用电。

所述接收控制板上带有的电压检测电路和角速度传感器电路，用以检测驱动电机的旋转角速度，以及因此而产生的感应电动势的大小。

所述的电机控制板和接收控制板上都设计有低功耗蓝牙通讯模块以及对应的天线，从而实现电机控制板和接收控制板的检测信号以及控制信号的实时通讯。

本实用新型有益效果是：本实用新型在使用中，外部电源经电机控制板进入驱动电机后，驱动电机的转轴转动带动接收控制板转动，接收控制板在驱动电机的作用下做旋转的时候，带动感应转子线圈在弧形永久定子磁铁内部转动，实现磁场磁力线切割，感应转子线圈发出电能，通过接收控制板上的全桥整流电路，转换成直流电动势，再通过线性稳压电路，降压到可供接收器控制板内主控芯片、其它元器件可以接受的低压直流电压，和用电设备旋转部位的用电，这样用电设备的旋转部位就可得到供电，且感应转子线圈没有和驱动电机的转轴发生任何刚性接触，所以不会发生两者因为磨损而导致的诸多问题，感应转子线圈经接收控制板为用电设备旋转部位供电，不再经无线转换给用电设备旋转部位供电，能量利用效率更高。本实用新型以更简单、成本更有竞争力的一种全新系统架构方式，解决了固定速率旋转设备的能量传输问题，无需受限于导线困扰，具有很好的市场应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型整体分体结构示意图。

图3是本实用新型感应转子线圈透视状态下分体结构示意图。

图4是本实用新型电机控制板架构框图。

图5是本实用新型接收控制板和感应转子线圈架构框图。

图1、2、3中：101是电机控制板、103是弧形永久定子磁铁、104是驱动器外壳、201是感应转子线圈、202是接收控制板、203是紧固连接件。图4中：301是主控芯片、302是电源管理模块、303是电机控制模块、304是电机驱动模块、305是电机驱动控制板蓝牙通讯模块、306是电机驱动控制板蓝牙通讯天线。图5中：401是感应转子线圈、402是主控芯片、403是全桥整流模块、404是线性稳压模块、405是电压检测模块、406是角速度检测模块、407是接收控制板蓝牙通讯模块、408是接收控制板蓝牙通讯天线。

具体实施方式

图1、2、3、4、5中所示，一种电动旋转设备的非接触式能量传输装置，包括电机控制板101、接收控制板202、驱动电机，还具有感应转子线圈201、弧形永久定子磁铁103、紧固连接件203、驱动器外壳104，驱动电机安装在驱动器外壳104内下部，驱动器外壳104的下部安装在电机控制板101上部中间，驱动器外壳104内上部左右两侧有凹槽，两只弧形永久定子磁铁103对称安装在驱动器外壳104内上部左右两侧凹槽内，驱动电机的转轴上端位于驱动器外壳104上端中部通孔上端外，紧固连接件203、接收控制板202的中部各有一个通孔，接收控制板202中部通过紧固连接件203安装在驱动电机的转轴上端，感应转子线圈201由两只弧形感应转子线圈模组组成，两只弧形感应转子线圈模组安装在紧固连接件203下中部左右两端，环形感应转子线圈201刚好位于两只弧形永久定子磁铁103之间，两只弧形永久定子磁铁103极性相反(两只弧形永久定子磁铁103在驱动器外壳104顶部形成一个固定的圆形磁场，磁场强度为B，磁场的最大直径φ1。)，用电设备旋转部位安装在接收控制板202、紧固连接件203上端。

图4、5中所示，电机控制板上具有主控芯片301、电源管理模块302、电机控制模块303、电机驱动模块304、电机驱动控制板蓝牙通讯模块305、电机驱动控制板蓝牙通讯天线306，电机控制板的输入电源为外部直流电源、或者是电池模组，经控制板上的电源管理模块302，转换为可供控制板主芯片301工作的低压电源，和可供驱动电机使用的高压直流电源。驱动电机和电机控制板的电机驱动模块304经导线相连。驱动电机的转轴转动的时候，可以带动接收控制板202旋转，接收控制板202在驱动电机的作用下做旋转的时候，带动感应转子线圈201在弧形永久定子磁铁103内部转动，实现磁场磁力线切割，感应转子线圈201发出电能。接收控制板上具有主控芯片402、全桥整流模块403、线性稳压模块404、电压检测模块405、角速度检测模块406、接收控制板蓝牙通讯模块407、接收控制板蓝牙通讯天线408。感应转子线圈401切割磁力线产生的交流电动势，通过接收控制板上的全桥整流电路403，转换成直流电动势，再通过线性稳压电路404，降压到可供接收器控制板内主控芯片402、其它元器件可以接受的低压直流电压，和用电设备旋转部位的用电。接收控制板上带有的电压检测电路405，和角速度传感器电路406，用以检测驱动电机的旋转角速度，以及因此而产生的感应电动势的大小。电机控制板101和接收控制板202上都设计有低功耗蓝牙通讯模块以及对应的天线，从而实现电机控制板101和接收控制板202的检测信号以及控制信号的实时通讯。

图1、2、3中所示，通过紧固连接件203，实现接收控制板202和驱动电机的转轴-1的紧密锁定，感应转子线圈201两只弧形感应转子线圈模组，线圈匝数n，围成的线圈面积S，固定在接收控制板202的底部，线圈模组为弧形结构，和紧固连接件203共享同心圆，最大直径为φ2，感应转子线圈201直径的尺寸小于两只弧形永久定子磁铁103构成的磁场最大直径，接收控制板202和驱动轴紧密锁定之后，感应转子线圈201在两只弧形永久定子磁铁103形成的磁场内部以角速度w旋转，做切割磁力线动作。

图1、2、3中所示，根据驱动电机具体的功率需求，可以是交流适配器输出的直流能量，或者是由若干电池模块组成的电池组，通过电源管理模块302，转换为可供驱动电机的高压直流和供主控芯片301、蓝牙通讯模块305使用的低压直流，驱动电机由电机马达驱动模块203驱动，具体的速度、位置等控制信息，由主控芯片301通过电机马达控制模块303通过特定算法得出，驱动控制板的蓝牙通讯模块305，通过和它连接的蓝牙通讯天线306进行无线通讯，具体内容、协议，由控制板主控芯片301实现。

图1、2、3、4、5中所示，感应转子线圈201在驱动电机驱动轴-1的带动下，在两只弧形永久定子磁铁103生成的磁场内做切割磁力线动作，生成交流感应电动势，交流能量通过全桥整流模块403，转换成控制板工作所需的直流能量，直流能量通过线性稳压模块404，降压到可供接收控制板主控芯片401可以工作的低压直流能量，接收控制板包含电压检测模块405和角速度检测模块406，将对应的系统最高直流电压和控制板旋转速度信息反馈给接收控制板主控芯片401，接收控制板的蓝牙通讯模块407，通过和它连接的蓝牙通讯天线408进行无线通讯，具体内容、协议，由控制板主控芯片401实现。

图1、2、3、4、5中所示，本实用新型中，根据交流电机瞬时电动势原理：E＝nBSwsinwt(n代表线圈匝数、B代表磁场强度、S代表线圈面积、w代表旋转角速度、t代表时间)本系统的参数确定流程如下：

1.通过接收控制板202所带的执行机构的负载电压需求，确定接收控制板需要的输入电压E、角速度w；2.通过驱动器外壳104的结构限制，以及驱动器外壳104内上部左右两侧凹槽的结构选定两只弧形永久定子磁铁103，从而确定磁场强度B，以及感应转子线圈201的线圈面积S；

3、通过接收控制板202所带的执行机构的负载电流需求，确定线圈内导线直径；

4、通过全部以上参数确定，确定感应转子线圈201内的线圈匝数n，以及驱动电机的功率。

图1、2、3、4中所示，本实用新型具体工作流程如下：

1.驱动电机以一个初始低速度带动接收控制板202旋转；

2.通过转感应转子线圈201的切割磁力线产生能量，使接收控制板202的电子部分，特别是主控芯片402和蓝牙模块407可以正常工作；

3.电机控制板内的蓝牙模块305和接收控制板202内的蓝牙控制模块407实现配对和数据通讯通路对接；

4.电机控制板101将系统旋转速度，以及其他控制量，内容等数据信息，通过蓝牙通讯方式输出到接收控制板202；

5.接收控制板主控芯片402通过电压检测模块405和角速度检测模块406，检测当前接收控制板202的工作状态；

6.接收控制板的主控芯片402通过和之前接收到的系统设定的参数对比，将旋转调整偏差值通过蓝牙通讯模块407回传给电机控制板101；

7.电机控制板101根据接收到的旋转调整偏差值参数，调整驱动电机的旋转速度；

8.循环执行步骤4～7就能达到稳定工作的目的。

图1、2、3、4、5中所示，本实用新型在使用中，外部电源经电机控制板101进入驱动电机后，驱动电机的转轴-1转动带动接收控制板202转动，接收控制板202在驱动电机的作用下做旋转的时候，带动感应转子线圈201在弧形永久定子磁铁103内部转动，实现磁场磁力线切割，感应转子线圈201发出电能，通过接收控制板202上的全桥整流电路403，转换成直流电动势，再通过线性稳压电路404，降压到可供接收器控制板内主控芯片402、其它元器件可以接受的低压直流电压，和用电设备旋转部位的用电，这样用电设备的旋转部位就可得到供电，且感应转子线圈201没有和驱动电机的转轴发生任何刚性接触，所以不会发生两者因为磨损而导致的诸多问题，感应转子线圈201经接收控制板202为用电设备旋转部位供电，不再经无线转换给用电设备旋转部位供电，能量利用效率更高。本实用新型以更简单、成本更有竞争力的一种全新系统架构方式，解决了固定速率旋转设备的能量传输问题，无需受限于导线困扰，具有很好的市场应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。