一种用于相对运动的两物体之间的无线通信装置.pdf

本发明提供一种用于相对运动的两物体之间的无线通信装置，包括：第一光通信处理单元，将无线通信数据编码为第一电信号；第一光电传感器，接收第一电信号并将其转换为第一光信号；第二光电传感器，接收第一光信号并将其转换为第二电信号；以及第二光通信处理单元，接收第二电信号，并对其进行解析得到无线通信数据。相比于现有技术，本发明将光电通信与无线供电相结合，让大量的无线数据通过光电传输来实现，极大地解决了相对运动的两物体间的通信问题。此外，还可根据供电性能实时匹配通信数据带宽和质量，使更多的光电通道工作在不同的光波长下，进而大幅度增加通信带宽。

1.  一种用于相对运动的两物体之间的无线通信装置，其特征 在于，所述无线通信装置包括：
第一光通信处理单元，位于作为供电端的物体一侧，用于将 无线通信数据编码为一第一电信号；
第一光电传感器，与所述第一光通信处理单元电性耦接，用 于接收所述第一电信号并将其转换为一第一光信号；
第二光电传感器，位于作为负载端的物体一侧，用于接收所 述第一光信号并将其转换为一第二电信号；以及
第二光通信处理单元，位于作为负载端的物体一侧，用于接 收所述第二电信号，并且对所述第二电信号进行解析从而得到所 述无线通信数据。

2.  根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述 第一光电传感器为发送器，所述第二光电传感器为接收器，作为 供电端的物体与作为负载端的物体之间进行单向数据传输。

3.  根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述 无线通信装置还包括第三光电传感器和第四光电传感器，其中， 所述第三光电传感器位于作为供电端的物体一侧且作为接收器， 所述第四光电传感器位于作为负载端的物体一侧且作为发送器。

4.  根据权利要求3所述的无线通信装置，其特征在于，所述 供电端的物体与所述负载端的物体采用全双工进行无线通信数据 的双向传输。

5.  根据权利要求4所述的无线通信装置，其特征在于，所述 第一光电传感器和所述第二光电传感器具有一第一光通信敏感波 长，所述第三光电传感器和所述第四光电传感器具有一第二光通 信敏感波长，且所述第一光通信敏感波长不同于所述第二光通信 敏感波长。

6.  根据权利要求3所述的无线通信装置，其特征在于，所述 供电端的物体与所述负载端的物体采用分时复用方式进行无线通 信数据的双向传输。

7.  根据权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于，所述 第一光电传感器和所述第二光电传感器具有一第一光通信敏感波 长，所述第三光电传感器和所述第四光电传感器具有一第二光通 信敏感波长，且所述第一光通信敏感波长等于所述第二光通信敏 感波长。

8.  根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，所述 无线通信装置还包括：
一第一线圈，设置于作为供电端的物体一侧，并靠近于所述 第一光电传感器，用于存储电能；
一第二线圈，设置于作为负载端的物体一侧，与所述第一线 圈进行磁耦合以获得所述第一线圈中的存储电能，从而对作为负 载端的物体进行无线供电。

9.  根据权利要求8所述的无线通信装置，其特征在于，所述 第一线圈和所述第二线圈具有一预设的绕组数量比。

10.  根据权利要求8所述的无线通信装置，其特征在于，所述 无线通信装置还包括处理单元，位于作为负载端的物体一侧，所 述处理单元设置在所述第二线圈与所述第二光电传感器之间，用 于接收所述存储电能并输出一负载供电电压。

11.  根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，作为 供电端的物体与作为负载端的物体通过光伏电池或永磁铁线圈发 电进行无线供电。

12.  根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，作为 供电端的物体安装在定子上，作为负载端的物体安装在转子上， 所述定子和所述转子发生相对旋转。

13.  根据权利要求12所述的无线通信装置，其特征在于，所 述第一光电传感器位于所述定子的中心，所述第二光电传感器位 于所述转子的中心。

14.  根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，作为 供电端的物体安装在转子上，作为负载端的物体安装在定子上， 所述定子和所述转子发生相对旋转。

15.  根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，作为 供电端的物体安装在磁悬浮的导轨上，作为负载端的物体安装在 距离所述导轨一定高度的悬空位置，两物体通过磁力发生相对运 动。

16.  一种用于相对运动的两物体之间的无线通信装置，其特征 在于，所述无线通信装置包括：
第一光通信处理单元，位于作为供电端的物体一侧，用于将 无线通信数据编码为一光电信号；
一第一线圈，设置于作为供电端的物体一侧，并靠近于所述 光通信处理单元，用于存储电能；
一第二线圈，设置于作为负载端的物体一侧，与所述第一线 圈进行磁耦合以获得所述第一线圈中的存储电能，从而对作为负 载端的物体进行无线供电；
光电传感器，设置于作为负载端的物体一侧，用于接收所述 光电信号；以及
第二光通信处理单元，位于作为负载端的物体一侧，用于对 所述光电信号进行解析从而得到所述无线通信数据。

17.  根据权利要求16所述的无线通信装置，其特征在于，作 为供电端的物体安装在定子上，作为负载端的物体安装在转子上， 所述定子和所述转子发生相对旋转。

18.  根据权利要求16所述的无线通信装置，其特征在于，作 为供电端的物体安装在磁悬浮的导轨上，作为负载端的物体安装 在距离所述导轨一定高度的悬空位置，两物体通过磁力发生相对 运动。

一种用于相对运动的两物体之间的无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种无线通信装置，尤其涉及一种用于相对运动 的两物体之间的无线通信装置。
背景技术
当前，无线供电是一种方便安全的新技术，其无需任何物理 上的连接，供电端的电能可以近距离、无直接接触地传输给负载。 实际上，近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而 我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不 远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而 不会看到电线杆和高压线，“插头”也将会变成一个历史名词。采 用无线供电技术，可解决诸如个人数字助理(Personal Digital  Assistant，PDA)、便携式电脑、移动电话等诸多电子设备需要通 过电源接口才能进行充电或供电所带来的不便。
在现有技术中，相对运动的两物体长时间进行供电和数据传 输往往使用无线供电技术和光耦合解析技术。在此，无线供电技 术主要将电能从供电端传送至负载端，光耦合解析技术主要将数 据从供电端传输至负载端。然而，目前相对运动的物体间的供电 通信方式大多使用滑环，其存在严重的寿命问题短板。具体而言， 滑环存在接触，长期旋转会导致滑环出现快速磨损，由于是接触 点信号，信号传输的阻抗存在不断变化的情形，这将导致噪声难 以消除或抑制。此外，采用滑环方式的通信质量也不尽如人意， 例如，它存在极大的数据通信瓶颈，基本上所有数据均用来给自 身无线供电处理使用的，并不能给负载提供正常的数据通信通道。
有鉴于此，如何设计一种用于相对运动的两物体之间的无线 通信装置，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技 术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的无线通信装置采用滑环方式所存在的上述 缺陷，本发明提供了一种新颖的、用于相对运动的两物体之间的 无线通信装置。
依据本发明的一个方面，提供了一种用于相对运动的两物体 之间的无线通信装置，包括：
第一光通信处理单元，位于作为供电端的物体一侧，用于将 无线通信数据编码为一第一电信号；
第一光电传感器，与所述第一光通信处理单元电性耦接，用 于接收所述第一电信号并将其转换为一第一光信号；
第二光电传感器，位于作为负载端的物体一侧，用于接收所 述第一光信号并将其转换为一第二电信号；以及
第二光通信处理单元，位于作为负载端的物体一侧，用于接 收所述第二电信号，并且对所述第二电信号进行解析从而得到所 述无线通信数据。
在其中的一实施例，所述第一光电传感器为发送器，所述第 二光电传感器为接收器，作为供电端的物体与作为负载端的物体 之间进行单向数据传输。
在其中的一实施例，所述无线通信装置还包括第三光电传感 器和第四光电传感器，其中，所述第三光电传感器位于作为供电 端的物体一侧且作为接收器，所述第四光电传感器位于作为负载 端的物体一侧且作为发送器。
在其中的一实施例，所述供电端的物体与所述负载端的物体 采用全双工进行无线通信数据的双向传输。
在其中的一实施例，所述第一光电传感器和所述第二光电传 感器具有一第一光通信敏感波长，所述第三光电传感器和所述第 四光电传感器具有一第二光通信敏感波长，且所述第一光通信敏 感波长不同于所述第二光通信敏感波长。
在其中的一实施例，所述供电端的物体与所述负载端的物体 采用分时复用方式进行无线通信数据的双向传输。
在其中的一实施例，所述第一光电传感器和所述第二光电传 感器具有一第一光通信敏感波长，所述第三光电传感器和所述第 四光电传感器具有一第二光通信敏感波长，且所述第一光通信敏 感波长等于所述第二光通信敏感波长。
在其中的一实施例，所述无线通信装置还包括：一第一线圈， 设置于作为供电端的物体一侧，并靠近于所述第一光电传感器， 用于存储电能；一第二线圈，设置于作为负载端的物体一侧，与 所述第一线圈进行磁耦合以获得所述第一线圈中的存储电能，从 而对作为负载端的物体进行无线供电。
在其中的一实施例，所述第一线圈和所述第二线圈具有一预 设的绕组数量比。
在其中的一实施例，所述无线通信装置还包括处理单元，位 于作为负载端的物体一侧，所述处理单元设置在所述第二线圈与 所述第二光电传感器之间，用于接收所述存储电能并输出一负载 供电电压。
在其中的一实施例，作为供电端的物体与作为负载端的物体 通过光伏电池或永磁铁线圈发电进行无线供电。
在其中的一实施例，作为供电端的物体安装在定子上，作为 负载端的物体安装在转子上，所述定子和所述转子发生相对旋转。
在其中的一实施例，所述第一光电传感器位于所述定子的中 心，所述第二光电传感器位于所述转子的中心。
在其中的一实施例，作为供电端的物体安装在转子上，作为 负载端的物体安装在定子上，所述定子和所述转子发生相对旋转。
在其中的一实施例，作为供电端的物体安装在磁悬浮的导轨 上，作为负载端的物体安装在距离所述导轨一定高度的悬空位置， 两物体通过磁力发生相对运动。
依据本发明的另一个方面，提供了一种用于相对运动的两物 体之间的无线通信装置，包括：
第一光通信处理单元，位于作为供电端的物体一侧，用于将 无线通信数据编码为一光电信号；
一第一线圈，设置于作为供电端的物体一侧，并靠近于所述 光通信处理单元，用于存储电能；
一第二线圈，设置于作为负载端的物体一侧，与所述第一线 圈进行磁耦合以获得所述第一线圈中的存储电能，从而对作为负 载端的物体进行无线供电；
光电传感器，设置于作为负载端的物体一侧，用于接收所述 光电信号；以及
第二光通信处理单元，位于作为负载端的物体一侧，用于对 所述光电信号进行解析从而得到所述无线通信数据。
在其中的一实施例，作为供电端的物体安装在定子上，作为 负载端的物体安装在转子上，所述定子和所述转子发生相对旋转。
在其中的一实施例，作为供电端的物体安装在磁悬浮的导轨 上，作为负载端的物体安装在距离所述导轨一定高度的悬空位置， 两物体通过磁力发生相对运动。
采用本发明的用于相对运动的两物体之间的无线通信装置， 第一光电传感器用于接收第一电信号并将其转换为一第一光信 号，第二光电传感器用于接收第一光信号并将其转换为一第二电 信号，第二光通信处理单元用于接收第二电信号，并且对第二电 信号进行解析从而得到无线通信数据。相比于现有技术，本发明 的无线通信装置将光电通信与无线供电相结合，将大量的无线数 据通过光电传输来实现，极大地解决了相对运动的两物体间的通 信问题。此外，还可根据供电性能实时地匹配通信数据带宽和质 量，通过光电耦合的不同光电波长匹配，使更多的光电通道工作 在不同的光波长下，进而大幅度增加通信带宽。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更 清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出依据本发明的一实施方式，用于相对运动的两物体 之间的无线通信装置的结构示意图；以及
图2示出依据本发明的另一实施方式，用于相对运动的两物 体之间的无线通信装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附 图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相 同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文 中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附 图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步 的详细描述。
图1示出依据本发明的一实施方式，用于相对运动的两物体 之间的无线通信装置的结构示意图。参照图1，本发明的无线通信 装置在作为供电端的物体一侧(下文简称为供电侧)以及作为负 载端的物体一侧(下文简称为负载侧)之间进行单向数据通信或 双向数据通信。该无线通信装置至少包括第一光通信处理单元11、 第一光电传感器12、第二光电传感器16和第二光通信处理单元 17。
详细来说，第一光通信处理单元11位于供电侧，用于将无线 通信数据编码为一第一电信号。第一光电传感器12与第一光通信 处理单元11电性耦接，用于接收第一电信号并将其转换为一第一 光信号。第二光电传感器16位于负载侧，用于接收第一光信号并 将其转换为一第二电信号。第二光通信处理单元17位于负载侧， 用于接收第二电信号，并且对第二电信号进行解析从而得到来自 供电侧的无线通信数据。例如，第一光电传感器12设置于第一光 通信处理单元11上。第二光电传感器16设置于第二光通信处理单 元17上。
在一具体实施例，第一光电传感器为发送器，第二光电传感 器为接收器，作为供电端的物体与作为负载端的物体之间进行单 向数据传输。此时，无线通信数据的传输方向从供电侧到负载侧。
在一具体实施例，无线通信装置还包括第三光电传感器和第 四光电传感器。第三光电传感器位于供电侧且作为接收器，第四 光电传感器位于负载侧且作为发送器。例如，作为供电端的物体 与作为负载端的物体可采用全双工进行无线通信数据的双向传 输。较佳地，第一光电传感器和第二光电传感器具有一第一光通 信敏感波长，第三光电传感器和第四光电传感器具有一第二光通 信敏感波长，且第一光通信敏感波长不同于第二光通信敏感波长。 又如，作为供电端的物体与作为负载端的物体采用分时复用方式 进行无线通信数据的双向传输。较佳地，第一光电传感器和第二 光电传感器具有一第一光通信敏感波长，第三光电传感器和第四 光电传感器具有一第二光通信敏感波长，且第一光通信敏感波长 等于第二光通信敏感波长。
此外，该无线通信装置还包括第一线圈(也称为供电侧线圈) 13和第二线圈(也称为负载侧线圈)14。第一线圈13设置于作为 供电端的物体一侧，并靠近于第一光电传感器12，用来存储电能。 第二线圈14设置于作为负载端的物体一侧，与第一线圈进行磁耦 合以获得第一线圈中的存储电能，从而对作为负载端的物体进行 无线供电。例如，第一线圈13和第二线圈14具有一预设的绕组 数量比。此外，无线通信装置还可包括处理单元15，位于负载侧 且设置在第二线圈14与第二光电传感器16之间，用于接收存储 电能并输出一负载供电电压。本领域的技术人员应当理解，本发 明的无线供电方式可透过供电侧和负载侧的磁耦合予以实现，然 而并不只局限于此。在其它的实施例中，供电侧和负载侧还可利 用光伏电池或永磁铁线圈发电进行无线供电，这些可替代方式仍 然落在本发明的精神范围内。
在一具体实施例，如图1所示，作为供电端的物体(包括第 一光通信处理单元11、第一光电传感器12和第一线圈13)安装在 定子(stator)上，如虚线框S所示；作为负载端的物体(包括第 二线圈14、处理单元15、第二光电传感器16和第二光通信处理 单元17)安装在转子(rator)上，虚线框R所示。定子和转子发 生相对旋转。较佳地，第一光电传感器12位于定子的中心，第二 光电传感器16位于转子的中心。本领域的技术人员应当理解，在 其它实施例中，作为供电端的物体(包括第一光通信处理单元11、 第一光电传感器12和第一线圈13)可安装在定子(stator)上； 作为负载端的物体(包括第二线圈14、处理单元15、第二光电传 感器16和第二光通信处理单元17)对应地安装在转子(rator)上。
此外，为实现供电侧和负载侧的相对运动，本发明的无线通 信装置还可透过磁悬浮方式予以实现。例如，将作为供电端的物 体安装在磁悬浮的导轨上，而作为负载端的物体安装在距离导轨 一定高度的悬空位置，两物体通过磁力作用产生相对运动。此外， 若运动物体能够通过某种特殊运动方式产生电能，也可将作为供 电端的物体安装在距离导轨一定高度的悬空位置，而将作为负载 端的物体安装在磁悬浮的导轨上。
图2示出依据本发明的另一实施方式，用于相对运动的两物 体之间的无线通信装置的结构示意图。
参照图2，在该实施方式中，本发明的无线通信装置包括第一 光通信处理单元21、第一线圈22、第二线圈23、第二光通信处理 单元24和光电传感器25。
具体而言，光通信处理单元21位于作为供电端的物体一侧， 用于将无线通信数据编码为一光电信号。第一线圈22设置于作为 供电端的物体一侧，并靠近于光通信处理单元21，用于存储电能。 第二线圈23设置于作为负载端的物体一侧，与第一线圈进行磁耦 合以获得第一线圈中的存储电能，从而对作为负载端的物体进行 无线供电。光电传感器25设置于作为负载端的物体一侧，用于接 收光电信号。第二光通信处理单元24位于作为负载端的物体一侧， 用于对光电信号进行解析从而得到无线通信数据。
在一具体实施例，类似地，作为供电端的物体可安装在定子 上，作为负载端的物体安装在转子上，定子和转子发生相对旋转。
在一具体实施例，作为供电端的物体安装在磁悬浮的导轨上， 作为负载端的物体安装在距离导轨一定高度的悬空位置，两物体 通过磁力发生相对运动。
采用本发明的用于相对运动的两物体之间的无线通信装置， 第一光电传感器用于接收第一电信号并将其转换为一第一光信 号，第二光电传感器用于接收第一光信号并将其转换为一第二光 信号，第二光通信处理单元用于接收第二电信号，并且对第二电 信号进行解析从而得到无线通信数据。相比于现有技术，本发明 的无线通信装置将光电通信与无线供电相结合，将大量的无线数 据通过光电传输来实现，极大地解决了相对运动的两物体间的通 信问题。此外，还可根据供电性能实时地匹配通信数据带宽和质 量，通过光电耦合的不同光电波长匹配，使更多的光电通道工作 在不同的光波长下，进而大幅度增加通信带宽。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本 领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围 的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。 这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。