背景技術(shù)：

無(wú)線能量傳輸對(duì)于在電子器件領(lǐng)域中的諸多應(yīng)用來(lái)說(shuō)是有吸引力的。基于電感的、電容的或者電磁的原理來(lái)將能量從發(fā)送設(shè)備傳輸?shù)浇邮掌?。如果電纜和電接觸都是不可應(yīng)用的，那么以這種方式可以給電氣構(gòu)件或者電路供應(yīng)為了運(yùn)行而必要的能量。

最常應(yīng)用的原理是感應(yīng)能量傳輸。通常的應(yīng)用例如是用于移動(dòng)電話、照相機(jī)和電動(dòng)牙刷的充電設(shè)備。但是，該形式的無(wú)線能量傳輸也用于電動(dòng)汽車、在醫(yī)療技術(shù)中用于植入物或者用于傳感器設(shè)施。原則上，感應(yīng)傳輸主要適合于如下應(yīng)用，其允許在發(fā)送設(shè)備與接收器之間的小的間距并且具有低的能量消耗。

在感應(yīng)能量傳輸原理中，類似于變壓器的工作原理地，在交變電流流過(guò)的傳送器線圈中產(chǎn)生電磁交變場(chǎng)。在接收器線圈中，通過(guò)由接收器的接收器線圈來(lái)接收的電磁交變場(chǎng)來(lái)感應(yīng)出電壓。由于連接到接收器線圈上的負(fù)載，通過(guò)感應(yīng)電壓來(lái)引發(fā)通過(guò)電流，并且功率被傳輸。

根據(jù)實(shí)際情況，無(wú)線能量傳輸?shù)暮芏喾椒ê筒煌膽?yīng)用都是公知的。

US 2014/035383 A1示出了一種用于無(wú)線接收能量的雙模式接收器。接收器包括電磁諧振器和接收器線圈。適配網(wǎng)絡(luò)由無(wú)源部件組成。電磁諧振器的作用半徑將選擇性的第一低頻區(qū)域和選擇性的第二高頻區(qū)域包括在內(nèi)，從而使得有源電路在兩個(gè)頻域中都是可運(yùn)行的。

US 2006/0199620 A1示出了一種用于能量傳輸?shù)姆椒ā⒃O(shè)備和系統(tǒng)。該設(shè)備包括多個(gè)發(fā)送器，多個(gè)發(fā)送器脈沖式地將能量傳輸給接收器，以便對(duì)負(fù)載進(jìn)行供應(yīng)。在此，接收器不需要DC-DC轉(zhuǎn)換器。發(fā)送器包括與脈沖生成器進(jìn)行通信的天線。脈沖生成器傳輸發(fā)送器的脈沖。所發(fā)送的電流脈沖只用于能量傳輸而不用于數(shù)據(jù)傳輸。

在用于通過(guò)傳感器獲知物理測(cè)量參量的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸是常常應(yīng)用的、對(duì)通?；ㄙM(fèi)高的具有布線的結(jié)構(gòu)的替選方案。

DE 100 19 539 A1示出了一種具有無(wú)線能量供應(yīng)的傳感器和一種用于無(wú)線能量傳輸?shù)姆椒?。傳感器單元具有由電容和線圈組成的振蕩電路，用以測(cè)量、接收電磁波并且形成傳感器信號(hào)。通過(guò)轉(zhuǎn)接器或者濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)將傳感器信號(hào)拆成饋電成分和有效信號(hào)成分。傳感器在測(cè)量期間被供以電能。

在DE 10 2006 015 111 A1中示出了一種具有兩個(gè)可相互移動(dòng)的軸承部件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，在兩個(gè)可相互移動(dòng)的軸承部件之間具有潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑劑特性由潤(rùn)滑劑傳感器監(jiān)控，潤(rùn)滑劑傳感器具有至少一個(gè)壓電元件。潤(rùn)滑劑傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸路徑與分析設(shè)備相連。信號(hào)傳輸可以以有線連接的方式或者通過(guò)無(wú)線發(fā)送路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳感器應(yīng)該由分析設(shè)備來(lái)供以能量，然而沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明這如何可以在無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)那闆r下實(shí)現(xiàn)。

US 2002/050754 A1示出了一種具有非接觸的信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)的軸承。環(huán)形磁鐵通過(guò)磁鐵保持單元安裝在軸承的外圈上。具有發(fā)電機(jī)線圈的線圈保持單元布置在內(nèi)圈上并且面對(duì)環(huán)形磁鐵。具有發(fā)送電路和結(jié)形天線的結(jié)構(gòu)單元與線圈保持單元相連。內(nèi)圈的旋轉(zhuǎn)促使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流。所產(chǎn)生的能量引導(dǎo)到傳輸電路上。傳感器的輸出信號(hào)作為缺乏能量的波由傳輸電路通過(guò)結(jié)形天線來(lái)傳輸并且由靜止的一側(cè)接收。

DE 10 2012 015 000 A1示出了一種具有用于移動(dòng)設(shè)備的充電站的電安裝設(shè)備。充電殼包括初級(jí)充電線圈，初級(jí)充電線圈利用處理和操控單元連接在電流源上。通過(guò)感應(yīng)能量傳輸給移動(dòng)設(shè)備的次級(jí)充電線圈供應(yīng)能量。

由于越來(lái)越多的由可再充電的能量源供能的移動(dòng)設(shè)備，所以存在多個(gè)用于無(wú)線能量傳輸?shù)木哂胁煌募夹g(shù)特征的充電設(shè)備。耗電器不舒適地面對(duì)多個(gè)設(shè)備，設(shè)備此外也需要不同的線纜。作為對(duì)從中得出的對(duì)簡(jiǎn)化或標(biāo)準(zhǔn)的需求的反應(yīng)，企業(yè)集團(tuán)形成無(wú)線電源聯(lián)盟，企業(yè)集團(tuán)針對(duì)設(shè)備、尤其是充電設(shè)備的互通性研發(fā)出所謂的Qi標(biāo)準(zhǔn)，Qi標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)例如在如下網(wǎng)址中公開(kāi)：http://www.wirelesspowerconsortium.com/developers/specification.html。

Qi技術(shù)允許的是：在最大5W的低功率范圍內(nèi)，在從110Hz到205Hz的傳輸頻域內(nèi)，并且以發(fā)送器的19V的運(yùn)行電壓無(wú)線地、感應(yīng)地傳輸能量。發(fā)送接收器線圈設(shè)計(jì)為平坦的并且對(duì)置地、通常以5mm的間距來(lái)布置。用于Qi技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)置了具有發(fā)送線圈的基站，基站將能量傳輸給具有接收器線圈的接收器單元。在此，接收器單元定期耦合到蓄電池上，以便給該蓄電池充電。此外，接收器單元單向地與發(fā)送單元通過(guò)所配屬的監(jiān)控單元進(jìn)行通信，以便可以通過(guò)負(fù)載調(diào)制來(lái)進(jìn)行特定的功率適配。

EP 2 709 231 A1示出了一種用于與有線網(wǎng)絡(luò)相連的場(chǎng)設(shè)備的能量供應(yīng)系統(tǒng)。為了數(shù)據(jù)通信，能量供應(yīng)系統(tǒng)配備有具有無(wú)線電模塊的外部單元。該無(wú)線電模塊與場(chǎng)設(shè)備相連并且擁有電流供應(yīng)。電流供應(yīng)適配器包括用于無(wú)線能量傳輸?shù)哪芰堪l(fā)送器。電流供應(yīng)單元包括感應(yīng)地與該能量發(fā)送器耦合的能量接收器。能量發(fā)送器和能量接收器相應(yīng)于Qi標(biāo)準(zhǔn)。

WO 2014/020464 A2示出了一種運(yùn)行方法，該運(yùn)行方法用于通過(guò)功率信號(hào)從傳送器到接收器的感應(yīng)能量傳輸，其中，能量傳輸系統(tǒng)與Qi標(biāo)準(zhǔn)是兼容的。能量傳輸系統(tǒng)設(shè)置的是，擴(kuò)展接收器與傳送器的對(duì)應(yīng)于Qi標(biāo)準(zhǔn)的單向通信并且能夠?qū)崿F(xiàn)從傳送器出發(fā)在傳送器與接收器之間的通信。在此，通信基于功率信號(hào)的負(fù)載調(diào)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種簡(jiǎn)化的并且廉價(jià)的傳感器裝置，傳感器裝置可以在旋轉(zhuǎn)部件、尤其是轉(zhuǎn)動(dòng)軸承上實(shí)現(xiàn)，允許采用不同的傳感器以及監(jiān)控不同的物理參量、能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件的監(jiān)控并且同時(shí)省去了結(jié)形接觸部的使用。

該任務(wù)通過(guò)根據(jù)隨附的權(quán)利要求1的傳感器裝置來(lái)解決。

根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置優(yōu)選在轉(zhuǎn)動(dòng)軸承上實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承包括固定的軸承部件和可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承部件。通常涉及具有軸承內(nèi)圈、軸承外圈和布置在其間的滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承，但是不排除其他的軸承類型。一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以在所有為了旋轉(zhuǎn)而支承的可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上實(shí)現(xiàn)。

在固定的軸承部件上或與該固定的軸承部件相連地安裝有初級(jí)線圈，初級(jí)線圈以有線連接的方式與供應(yīng)單元相連。供應(yīng)單元可以直接定位在軸承上、軸承殼體上或者也可以與其遠(yuǎn)離地定位。供應(yīng)單元將初級(jí)交流電提供給初級(jí)線圈，從而使得初級(jí)線圈構(gòu)建出電磁交變場(chǎng)。初級(jí)線圈布置為使得初級(jí)線圈包繞可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，優(yōu)選與該可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件同心地布置。

傳感器電路和給該傳感器電路供應(yīng)電能的次級(jí)線圈安裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件或軸承部件上。在此，次級(jí)線圈處在初級(jí)線圈的交變場(chǎng)中，從而在次級(jí)線圈中感應(yīng)出次級(jí)電壓并且供應(yīng)該傳感器電路的電流可以流過(guò)。次級(jí)線圈優(yōu)選地與初級(jí)線圈同心地取向并且在此包繞可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件。電流供應(yīng)構(gòu)件以本身已知的方式存在，電流供應(yīng)構(gòu)件從次級(jí)電壓中產(chǎn)生對(duì)于傳感器電路所必需的運(yùn)行電壓。

為了建立與流行的、廉價(jià)的構(gòu)件的兼容性，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈構(gòu)建為按照Qi標(biāo)準(zhǔn)工作的能量傳輸單元的組成部分。通過(guò)Qi標(biāo)準(zhǔn)確定電參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，這些參數(shù)在構(gòu)建該傳感器電路的情況下應(yīng)該被遵循，但是這里不必詳細(xì)描述。特別優(yōu)選地，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈不僅對(duì)于能量傳輸起作用，而且也對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸起作用，數(shù)據(jù)傳輸同樣考慮到Qi標(biāo)準(zhǔn)的條件。但是，其他類型的用于將傳感器數(shù)據(jù)從可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承部件傳輸至固定的軸承部件的無(wú)線通信同樣也是可想到的。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間的感應(yīng)耦合，至少用于傳感器電路的運(yùn)行能量，但優(yōu)選地也用于在傳感器電路與供應(yīng)單元之間的通信的數(shù)據(jù)被傳輸。關(guān)于特定的待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，優(yōu)選的實(shí)施方式使用Qi標(biāo)準(zhǔn)，然而傳送其他的內(nèi)容，這是因?yàn)椴粌H對(duì)于給蓄電池充電所必要的負(fù)載數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)被傳輸。重要的是：由軸承上的傳感器接收的測(cè)量值無(wú)線地傳送給固定的供應(yīng)單元，以便從那里開(kāi)始供支配用于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。

本發(fā)明的重要的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠無(wú)線地實(shí)現(xiàn)對(duì)可變的軸承傳感器設(shè)施的能量供應(yīng)和同時(shí)實(shí)現(xiàn)從傳感器到任意的電子器件的數(shù)據(jù)傳輸。能量供應(yīng)借助于成熟的Qi標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，盡管Qi標(biāo)準(zhǔn)迄今為止在傳感器設(shè)施的領(lǐng)域中還不曾得到應(yīng)用。由此可能的是，成本低廉地、安全地并且標(biāo)準(zhǔn)化地將傳感器設(shè)施安放在運(yùn)動(dòng)的軸承部件上。

按照優(yōu)選的實(shí)施方式，傳感器裝置的初級(jí)線圈沿著固定的軸承圈的周邊延伸，而具有安裝在其上的次級(jí)線圈的可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承部件處在初級(jí)線圈之內(nèi)。在這種情況下，初級(jí)線圈可具有比次級(jí)線圈明顯更大的橫截面，從而可以高效地對(duì)能量傳輸進(jìn)行設(shè)計(jì)。在初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的設(shè)計(jì)方案中，能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸與可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承部件的相應(yīng)的角位置無(wú)關(guān)。通過(guò)所使用的Qi標(biāo)準(zhǔn)，即使在可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承部件靜止時(shí)也保證了對(duì)傳感器的能量供應(yīng)，從而例如可以在所支承的裝置開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)之前查詢軸承的狀態(tài)參數(shù)。

在傳感器裝置的特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承部件是滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈，而固定的軸承部件是滾動(dòng)軸承的外圈。優(yōu)選地，初級(jí)線圈安裝在外圈的外側(cè)上，次級(jí)線圈安裝在內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)上。滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)面因此沒(méi)有被傳感器裝置干擾。只要軸承圈由鐵磁材料構(gòu)成，那么保證鐵材料與線圈之間的間距就是適宜的，以便不過(guò)于強(qiáng)烈地?fù)p害由線圈產(chǎn)生的交變場(chǎng)，這是因?yàn)檫@使能量傳輸惡化。

在修改的實(shí)施方式中，次級(jí)線圈可以安裝在旋轉(zhuǎn)的軸或者類似的部件上，而初級(jí)線圈例如安裝在兩個(gè)軸承m軸承殼體之間，以便同心地包繞次級(jí)線圈。

優(yōu)選地，傳感器電路和次級(jí)線圈安裝在柔性的承載件上，承載件例如承載用于實(shí)現(xiàn)傳感器的由聚偏二氟乙烯(PVDF)構(gòu)成的薄膜。尤其適宜的是，柔性的承載件安裝在滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)上。

原則上可以使用任意的傳感器，這是因?yàn)閭鞲衅麟娐返挠性吹碾娏鞴?yīng)是可能的。因此，可以通過(guò)已知的傳感器例如對(duì)力、磨損值、轉(zhuǎn)速、溫度、潤(rùn)滑劑的粘度進(jìn)行監(jiān)控或者其他影響軸承的運(yùn)行能力的參數(shù)。根據(jù)實(shí)施方式，傳感器電路包括安置在柔性的承載件上的應(yīng)變傳感器。

適宜的是，供應(yīng)單元包括第一微處理器，第一微處理器將初級(jí)電壓提供給初級(jí)線圈，并且因此控制對(duì)供應(yīng)能量的提供。優(yōu)選地，供應(yīng)單元此外還使饋入到初級(jí)線圈中的初級(jí)電流記錄所有控制數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)應(yīng)該傳輸給傳感器電路。例如，尤其是當(dāng)多個(gè)傳感器配屬于傳感器電路時(shí)，控制數(shù)據(jù)可包含相應(yīng)的傳感器的ID地址。此外還可以傳輸校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或者外部單元的數(shù)據(jù)，如果這些數(shù)據(jù)對(duì)于傳感器電路的按規(guī)定的運(yùn)行或由傳感器所提供的測(cè)量值的分析來(lái)說(shuō)是必需的。此外，供應(yīng)單元還觀察到出現(xiàn)在初級(jí)線圈中的互感，互感由變化的次級(jí)電流引起，次級(jí)電流由次級(jí)線圈創(chuàng)造出并且代表傳感器電路的響應(yīng)數(shù)據(jù)。供應(yīng)單元濾出響應(yīng)數(shù)據(jù)并且使響應(yīng)數(shù)據(jù)供支配用于隨后的處理。針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)選地考慮Qi標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)則，然而也可以應(yīng)用無(wú)線通信的其他已知的形式。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，傳感器電路擁有第二微處理器，第二微處理器處理由傳感器提供的測(cè)量值并且將已經(jīng)提及的形式為經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制的次級(jí)電流的響應(yīng)數(shù)據(jù)提供給次級(jí)線圈。

此外，本發(fā)明的任務(wù)還通過(guò)根據(jù)并列的權(quán)利要求10的滾動(dòng)軸承來(lái)解決。該滾動(dòng)軸承擁有固定的軸承部件和可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承部件，以及此外還擁有之前闡述的傳感器裝置。

本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)從隨后描述的實(shí)施方式參考附圖得出。

附圖說(shuō)明

圖1示出了具有根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的布置在自行車內(nèi)軸承中的滾動(dòng)軸承的原理上的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

圖1在橫截面中示出了滾動(dòng)軸承01，滾動(dòng)軸承是自行車內(nèi)軸承的組成部分。自行車內(nèi)軸承布置在框架管02中。柔性的承載件03安裝在滾動(dòng)軸承01的內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)上。承載件03提供用于構(gòu)造一個(gè)或多個(gè)傳感器，例如用于應(yīng)變傳感器和溫度傳感器的面，應(yīng)變傳感器和溫度傳感器確定出現(xiàn)在軸承內(nèi)圈上的機(jī)械應(yīng)力以及溫度。傳感器通過(guò)構(gòu)造在承載件03上的電導(dǎo)體與其他的結(jié)構(gòu)元件聯(lián)接成傳感器電路。其他的結(jié)構(gòu)元件在此布置在印刷電路板接片04上。

此外，兩個(gè)支撐接片05安裝在承載件03上。最后，承載件03承載次級(jí)線圈(未示出)，次級(jí)線圈利用在其中產(chǎn)生的電流來(lái)給傳感器電路供應(yīng)所需的能量。此外，傳感器電路還將響應(yīng)數(shù)據(jù)提供給次級(jí)線圈，用以將數(shù)據(jù)無(wú)線地、感應(yīng)地傳輸給初級(jí)線圈06，初級(jí)線圈布置在滾動(dòng)軸承的固定的外圈的外側(cè)上。

初級(jí)線圈06與供應(yīng)單元(未示出)電相連，而且由該供應(yīng)單元饋電。因此，初級(jí)線圈06和次級(jí)線圈是按照Qi標(biāo)準(zhǔn)來(lái)構(gòu)建的能量和數(shù)據(jù)傳輸單元的組成部分。通過(guò)充分利用在Qi標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)限定的感應(yīng)耦合，對(duì)于傳感器電路必需的能量從初級(jí)線圈傳輸給次級(jí)線圈。此外，在兩個(gè)線圈之間的雙向的數(shù)據(jù)傳輸以上面所描述的方式和方法來(lái)進(jìn)行。

附圖標(biāo)記列表

01 滾動(dòng)軸承

02 框架管

03 柔性的承載件

04 印刷電路板接片

05 支撐接片

06 初級(jí)線圈