大型工业设备，比如远洋船舶的传动轴、风电机组的转轴，它们的健康状态直接关系到整个系统的安全与效率。我们一直希望能给这些时刻转动的“大块头”装上灵敏的“神经”，实时监测应力、温度等关键数据。但这面临一个现实难题：如何在高速旋转的部件上，为传感器稳定供电并回传数据？

传统的电池供电需要频繁更换，碳滑环则存在滑动接触，容易产生机械故障。因此，无需线缆接触的感应式电能传输技术，为解决供电问题提供了一个理想方向。然而，直接将这项技术应用到船舶传动轴这样的大轴径场景中，会遇到两个棘手的问题。

第一个问题是损耗与干扰。

如果只用一整圈接收线圈包裹转轴，整个线圈都会通电，这不仅本身能量损耗巨大，还会产生严重的电磁辐射，干扰轴上其他精密电子设备的正常工作。

为了解决这个问题，有研究者提出了分段式的结构，好比把一整圈轨道，拆分成多个独立的小段。转轴转到哪个位置，对应的那一段线圈才通电工作。这大大降低了损耗和干扰，但也带来了新麻烦。在从一个线圈切换到下一个的“过渡段”，发射和接收之间的耦合面积变小，导致系统输出电压会突然跌落，功率不稳。

第二个问题更加棘手，涉及到电能与信号如何“并肩而行”而不互相干扰。

监测数据需要实时传回地面，如果采用独立的信号传输通道，在船舶传动轴附近极其有限的空间里，电能传输的强磁场极易对信号造成串扰。目前的解耦技术研究主要集中在平面-平面或曲面-曲面的线圈结构上，而对于实际应用中很可能出现的“平面发射-曲面接收”这种特殊结构，如何让电能与信号线圈“解耦”，实现零串扰，一直是个空白。

基于这些挑战，西南交通大学电气工程学院的程豪、周玮等研究者提出了一套组合方案。他们首先设计了一种新型的“平面-曲面解耦线圈结构”，通过对能量线圈和信号线圈的几何形状与空间位置进行特殊设计，使得两者的磁场互不影响。分析结果显示，这种结构能使能量线圈与信号线圈之间的互感基本为零，为电能和信号分别开辟了两条完全独立、互不干涉的通道。

图1 船舶传动轴状态监测示意图

同时，针对分段供电在“过渡段”电压跌落的问题，研究团队提出了一种三母线的电路结构。这种结构能将多个分段接收器巧妙地连接起来，确保转轴在任何旋转角度下，系统都能从耦合最强的线圈获取能量，并平滑过渡。实验表明，这项设计成功将系统的输出电压波动抑制在了10%以内，保证了供电的稳定性。

图2 系统电路结构

图3 系统实验装置

这项工作首次针对旋转机构的特定场景，实现了“平面-曲面”线圈结构下电能与信号的并行、无串扰传输，并解决了分段供电的功率波动问题。研究者通过搭建一台功率100瓦、信号传输速率9600比特每秒的实验样机，验证了该方案的可行性。在实验中，能量与信号通道保持了良好的独立性，信号实现了高速传输，输出波动也被牢牢控制在目标范围内。

这项研究成果为船舶传动轴等大型旋转机构的状态监测，提供了一条切实可行的新思路。未来，随着信号线圈结构参数的持续优化，传输速率和精确度有望进一步提升，为工业设备的关键部件装上更可靠、更智能的“无线神经”。

本工作成果发表在2025年第14期《电工技术学报》，论文标题为“一种基于平面-曲面解耦线圈的旋转机构无线电能与信号并行传输技术”。