一种实现同时转速测量的感应供电装置及转速测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种实现同时转速测量的感应供电装置及转速测量方法，装置包括逆变单元、发射线圈、接收线圈、AC‑DC整流模块以及转速信号提取模块，其中所述发射线圈为一个矩形线圈，所述转速信号提取模块与所述AC‑DC整流模块电性连接，以提取分析所述AC‑DC整流模块所输出的感应电压，所述转速信号提取模块对所述感应电压进行提取分析是指对所述感应电压依次进行包络检波、迟滞比较、信号调理，得到反映感应电压波动频率的方波。本发明专利技术在有效解决不同轴径金属转轴电源无线供给的同时，无需安装额外转速传感器即可同时测量转轴转速，整体结构简单，安装方便，为轴系功率在线监测提供了一种有效方法。

【技术实现步骤摘要】
一种实现同时转速测量的感应供电装置及转速测量方法
本专利技术涉及感应供电
，具体地，涉及一种实现同时转速测量的感应供电装置及应用该感应供电装置进行转轴转速测量方法。
技术介绍
感应供电技术以其安全、方便、环保等特点，在诸多工业应用中受到越来越多的重视。该技术涉及到电力电子技术、磁耦合技术、自动控制理论、信号调制解调等多方面内容。近几年，感应供电成为转动装置测量系统重要的供电方式，同时对感应供电结构新功能的探索也是目前研究的方向。电感耦合无线电能传输系统中发射线圈和接收线圈是相互分离的，中间是空气间隙，两线圈的耦合属于松耦合结构，发射线圈和接收线圈之间会存在较大的漏感，系统的耦合系数K较传统的全耦合结构来说要低很多。为了提高能量传输密度和效率，感应供电系统一般采用几十到上百kHz的交流激励源，同时对发射端的原边系统和接收端的副边系统进行串联或并联电容谐振补偿。传统的供电系统中，采用在转轴圆周上绕制接收线圈的方式，针对不同尺寸的转轴需要重新计算接收线圈匝数、电感等参数，并在现场绕制接收线圈。现场绕制线圈时会出现手工绕制差异，即便对于同尺寸的转轴绕制接收线圈时都会有一定不同，需要现场对参数再次进行调整。经检索发现，中国专利申请号为201810952824.7，其公开了一种适用不同轴径转轴无线感应供电的平面并联线圈装置，其特征在于，包括发射线圈、接收线圈和柔性导磁片；发射线圈与接收线圈正对；发射线圈由一对结构完全相同的并联连接的发射子线圈构成，两个发射子线圈粘贴在柔性导磁片上后固定不动；接收线圈由多组接收子线圈并联组成接收线圈阵列，通过柔性导磁片隔离粘贴在转轴表面，随转轴转动，使得转轴旋转过程中保持发射线圈和接收线圈的耦合系数稳定。该结构发射线圈由两个固定间距的线圈组成，安装制作要求较高。该结构对于供电系统的侧向偏移没有抗性，当发生侧向偏移时系统很可能无法正常供电，系统的机械振动抗性弱。与此同时双线圈结构虽然可以实现稳定的供电，但是接收端接收到的电压幅值波动较大，接收端实现AC-DC整流过程中能量损耗较大，接收端整流器件发热较为严重，影响系统寿命，有可能因为发热损坏引发安全事故。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种实现同时转速测量的感应供电装置及转速测量方法，通过发射线圈和基于标准单元线圈所并联构成的接收线圈之间的电磁耦合关系实现稳定的感应供电，同时根据感应电压由所述发射线圈与所述接收线圈之间等间隔均匀变化所产生的幅值周期性变化而获取转轴转速。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种实现同时转速测量的感应供电装置，包括逆变单元、发射线圈、接收线圈、AC-DC整流模块以及转速信号提取模块，所述发射线圈连接所述逆变单元，且所述发射线圈与所述接收线圈电磁耦合，所述接收线圈的输出端与所述AC-DC整流模块的输入端连接，所述AC-DC整流模块输出感应电流实现感应供电；其中：所述发射线圈为一个矩形线圈，所述矩形线圈粘贴在第一柔性导磁片上，通过调整所述矩形线圈的长度获得稳定的供电和易于所述转速信号提取模块提取的转速信息；通过调整所述矩形线圈的宽度使感应供电装置具有高的侧向抖动抗性，在非可控性侧向抖动时降低感应电压变化幅度。所述接收线圈由多个所述标准单元线圈并联组成线圈阵列，所述线圈阵列通过第二柔性导磁片隔离粘贴在被测物体的表面。被测物体可以是金属物体也可以是非金属物体，通过柔性导磁片提高金属物体的适应性。本专利技术通过单线圈(发射线圈)便可以实现稳定供电并且可以利用单线圈结构的电压波动特点测得转速。优选的，所述发射线圈的尺寸与所述标准单元线圈的尺寸呈一定比例的正比关系。优选的，所述第一柔性导磁片采用电阻率大、导磁性能好的坡莫合金膜，作为导磁和屏蔽材料，可有效提高感应供电系统的耦合效率，克服金属涡流影响。优选的，所述发射线圈的长度不小于两倍标准单元线圈的长度。通过增加所述发射线圈的长度可以提高供电的稳定性，降低系统功耗，但会减小感应电压波动幅度，加大转速信息提取难度。通常所述发射线圈长度为所述标准单元线圈的3-5倍可以获得较为稳定的供电和易提取的转速信息。所述发射线圈的宽度为1.2-1.4倍所述标准单元线圈宽度，使供电测速装置有较高的侧向抖动抗性，在非可控性侧向抖动时，降低感应电压变化幅度，提高转速测量的准确性。所述标准单元线圈可以采用矩形或椭圆形。比如，在一具体优选方式中，所述发射线圈长度为所述标准单元线圈长度的3倍，所述发射线圈的宽度为所述标准单元线圈宽度的1.4倍。优选的，所述转速信号提取模块与所述AC-DC整流模块电性连接，以提取分析所述AC-DC整流模块所输出的感应电压，所述转速信号提取模块对所述感应电压进行提取分析是指对所述感应电压依次进行包络检波、迟滞比较、信号调理，得到反映感应电压波动频率的方波。优选的，所述第二柔性导磁片可优选采用坡莫合金膜，作为导磁和屏蔽材料，可有效提高感应供电系统的耦合效率，克服金属涡流影响。优选的，在所述第二柔性导磁片和被测物体之间设置隔离片，即：所述柔性导磁片的一表面与所述标准单元线圈粘贴，另一侧表面设置有隔离片，隔离片的另一面粘贴在被测物体表面上(比如转轴)。所述隔离片可优选采用非晶合金膜，进一步提高隔离效果。根据本专利技术的第二方面，提供一种应用感应供电的转速测量装置的转轴转速测量方法，包括如下步骤：S1,根据转轴的轴径确定标准单元线圈的数量，根据标准单元线圈的尺寸确定所述发射线圈的尺寸；S2，将若干所述标准单元线圈并联并按所述转轴周向阵列固定在第二柔性导磁片上，通过所述第二柔性导磁片将若干所述标准单元线圈固定在所述转轴上，构成接收线圈；进一步的，可以在所述柔性导磁片和所述转轴之间设置隔离片；S3，在所述接收线圈的一侧固定设置发射线圈，所述发射线圈与所述接收线圈之间的间距满足于两者形成电磁耦合的要求；所述发射线圈由矩形线圈粘贴在第一柔性导磁片上构成；S4,当所述转轴旋转时，通过逆变电源对所述发射线圈进行激励，所述发射线圈与所述接收线圈之间等间隔均匀变化，所述接收线圈向AC-DC整流模块输出感应电压，所述转速信号提取模块提取所述感应电压以根据所述感应电压由所述发射线圈与所述接收线圈之间等间隔均匀变化所产生的幅值周期性变化而获取转轴转速。优选的，使所述转速信号提取模块对所述感应电压进行包络检波，提取所述感应电压的幅值周期性变化波形，去除其中直流分量并进行放大、迟滞比较并信号调理，得到反映所述感应电压波动频率的方波，所述转轴转速以如下公式计算得到：式中，V为所述转轴转速，f为所述感应电压的波动频率，即信号调理后的所述方波的频率，N为所述转轴的一周的所述标准单元线圈的个数。优选的，所述发射线圈和所述接收线圈垂直相对，两者之间的垂直距离在数毫米与数厘米之间。优选的，所述标准单元线圈的数量以环绕所述转轴一周为参考，所述标准单元线圈之间依其尺寸相互紧贴布置或相互等间隙布置，满足按所述转轴周向阵列的要求。本专利技术中转速的测量方法是根据转动中的金属转轴发射、接收线圈相对位置处于不断变化，在变化的过程中存在感应电压波动，对感应电压进行包络检波后的波形频率是相对位置发生变化的频率，进而可以反映出转轴转动的频率。本专利技术上述装置可适应不同轴径转轴、结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现同时转速测量的感应供电装置，包括逆变单元、发射线圈、接收线圈、AC‑DC整流模块以及转速信号提取模块，所述发射线圈连接所述逆变单元，且所述发射线圈与所述接收线圈电磁耦合，所述接收线圈的输出端与所述AC‑DC整流模块的输入端连接，所述AC‑DC整流模块输出感应电流实现感应供电；所述接收线圈由多个所述标准单元线圈并联组成线圈阵列，所述线圈阵列通过第二柔性导磁片隔离粘贴在被测物体的表面；其特征在于：所述发射线圈为一个矩形线圈，所述矩形线圈粘贴在第一柔性导磁片上，通过调整所述矩形线圈的长度获得稳定的供电和易于所述转速信号提取模块提取的转速信息；通过调整所述矩形线圈的宽度使感应供电装置具有高的侧向抖动抗性，在非可控性侧向抖动时降低感应电压变化幅度。

【技术特征摘要】
1.一种实现同时转速测量的感应供电装置，包括逆变单元、发射线圈、接收线圈、AC-DC整流模块以及转速信号提取模块，所述发射线圈连接所述逆变单元，且所述发射线圈与所述接收线圈电磁耦合，所述接收线圈的输出端与所述AC-DC整流模块的输入端连接，所述AC-DC整流模块输出感应电流实现感应供电；所述接收线圈由多个所述标准单元线圈并联组成线圈阵列，所述线圈阵列通过第二柔性导磁片隔离粘贴在被测物体的表面；其特征在于：所述发射线圈为一个矩形线圈，所述矩形线圈粘贴在第一柔性导磁片上，通过调整所述矩形线圈的长度获得稳定的供电和易于所述转速信号提取模块提取的转速信息；通过调整所述矩形线圈的宽度使感应供电装置具有高的侧向抖动抗性，在非可控性侧向抖动时降低感应电压变化幅度。2.根据权利要求1所述的一种实现同时转速测量的感应供电装置，其特征在于：所述发射线圈的尺寸与所述标准单元线圈的尺寸呈一比例的正比关系。3.根据权利要求2所述的一种实现同时转速测量的感应供电装置，其特征在于：所述发射线圈的长度不小于两倍标准单元线圈的长度，所述发射线圈的宽度为1.2-1.4倍所述标准单元线圈宽度。4.根据权利要求1所述的一种实现同时转速测量的感应供电装置，其特征在于：所述转速信号提取模块与所述AC-DC整流模块电性连接，以提取分析所述AC-DC整流模块所输出的感应电压，所述转速信号提取模块对所述感应电压进行提取分析是指对所述感应电压依次进行包络检波、迟滞比较、信号调理，得到反映感应电压波动频率的方波。5.根据权利要求1所述的一种实现同时转速测量的感应供电装置，其特征在于：所述第一柔性导磁片和所述第二柔性导磁片采用电阻率大、导磁性能好的坡莫合金膜。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种实现同时转速测量的感应供电装置，其特征在于：在所述第二柔性导磁片和被测物体之间设置隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉小军，高浚凯，王天泽，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31