CN105978171A - 一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，该复用系统包括发射电路、能量发射线圈、能量接受线圈、通信线圈，其中，能量接受线圈的谐振频率点与能量发射线圈中基波信号频率点一致，通信天线的谐振频率点与能量发射线圈中谐波信号频率点一致；在空间布局上，通信线圈的中轴线与能量接受线圈的切线垂直，且能量接受线圈与通信线圈在同一个平面上。本发明无需为信道提供磁屏蔽，可获得较好的信噪比通信，显著降低了系统体积和成本，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明设计一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，属于无线供电与通信领域。
背景技术
随着智能化自主导航设备、便携式电子设备的普及，直接利用无线供电技术的设备已经广泛应用于人们生产生活的各个方面。
随着电子设备的智能化程度越来越高，所需能耗也越来越大，因此需要不断补充充电。充电时同时也需要对设备进行通信，进一步提高智能化水平。而从体积和成本的考虑，利用蓝牙、GSM模块等无线模块单独构建通信信源收到一定的限制。对于低成本、小体积无线充电设备应该综合考虑成本、使用效率等问题。在能量发射线圈中流过非正弦波电流，利用其中谐波能量实现无线通信解决了通信信源。针对无线供电与通信复用系统中利用能量发射线圈中基波能量实现无线供电、利用谐波能量实现无线通信的方案，如专利201510130932.2披露的一种高速无线携能通信系统。
但通信线圈与能量接受线圈之间存在很强的电磁干扰，因此需要充分结合能量发射线圈的工作特性，研究适用于低成本、高功率密度场合线圈之间的空间布局方法。
发明内容
为了获得高信噪比通信，提升通信信号的可靠性，本发明提供一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，针对无线供电与通信复用系统中能量接受线圈与通信线圈相互干扰的缺点，通过合理的空间布局，有效抑制能量接受线圈中的基波频率对通信线圈中通信信号的干扰。本发明的特殊之处是无需对通信信道提供磁屏蔽等手段，即可获得高信噪比通信，具有广阔的应用前景。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，该复用系统包括发射控制电路、能量发射线圈、能量接受线圈、通信天线，其中，所述能量发射线圈在发射控制电路的作用下，为能量接受线圈提供无线供电能量，同时为通信天线提供通信信息能量；能量接受线圈接受能量发射线圈中的基波信号能量；通信天线接受能量发射线圈中的谐波信号能量。能量接受线圈的谐振频率点与能量发射线圈中基波信号频率点一致，通信天线的谐振频率点与能量发射线圈中谐波信号频率点一致；在空间布局上，通信线圈的中轴线与能量接受线圈的切线垂直，且能量接受线圈与通信线圈在同一个平面上。
作为本发明的进一步优化方案，能量发射线圈是盘式线圈。
作为本发明的进一步优化方案，能量发射线圈是螺旋线圈。
作为本发明的进一步优化方案，能量接收线圈是盘式线圈。
作为本发明的进一步优化方案，能量接收线圈是螺旋线圈。
作为本发明的进一步优化方案，所述能量发射线圈在发射控制电路的作用下，产生非正弦电流波。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明具有电路体积小、成本低的优点，通过合理的空间布局，保证能量发射线圈与能量接受线圈、通信线圈均能产生较好的磁耦合，通信天线与能量接受线圈在空间布局上降低磁耦合效应，实现高信噪比通信，防止能量接受线圈对通信线圈的电磁干扰。
附图说明
图1是本发明的优选实施例原理框架示意图。
图2是本发明的优选实施例盘式能量发射线圈三维空间磁场矢量分布图。
图3是本发明的优选实施例的能量接受线圈和通信线圈的实验波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，其给出了本发明的优选实施例原理框架图。能量发射线圈可以是盘式线圈或螺旋线圈，在发射控制电路的作用下，其流过非正弦的电流波。能量发射线圈电流波所激发的磁场与能量接受线圈和通信线圈之间均产生较好的磁耦合，如图1中的虚箭头线所示。能量接受线圈可以是盘式线圈或螺旋线圈，其谐振频率点与能量发射线圈中非正弦电流波的基波电流频率点一致，实现无线电能传输。通信线圈可以是盘式线圈或螺旋线圈，其谐振频率点与能量发射线圈中非正弦电流波的谐波电流频率点一致，解决了通信信号的信源能量。当能量发射线圈中流过电流频率按照基带信号改变时，即可传递信息。由于通信线圈与能量接受线圈很接近，因此在布局上保证通信天线的中轴线与能量接受线圈的切线垂直，并且能量接受线圈与通信线圈在同一个平面上。这样就可以保证通信线圈与能量接受线圈之间的弱磁耦合，如图1中的实箭头线所示。
如图2所示的本发明实施例中盘式能量发射线圈中流过非正弦电流所激发的磁力线空间分布图。由图所示能量发射线圈的中轴线产生较强的磁场，同时已中轴线为中心在空间产生丰富的散磁通。同时，盘式能量发射线圈的水平面与其所产生的磁力线垂直。当能量接受线圈被激发感应电流后所产生的空间磁场与能量发射线圈的空间磁场类似。可见线圈之间只有如图1所示的空间布局，才能保证能量发射线圈与能量接受线圈、通信线圈均能产生较好的磁耦合，通信天线与能量接受线圈在空间布局上降低磁耦合效应。这样的布局拥有产生较好的无线供电能力和无线通信能力，实现高信噪比通信。
如图3所示，其给出了本发明实施例的实验波形。能量接受线圈流过基波电流，通信线圈中流过3次谐波电流，可见3次谐波电流几乎不受基波频率影响，为实现高信噪比通信打下坚实的基础。
本发明的优选实例的具体参数如下：
能量发射线圈中流过200kHz的三角形电流波，能量接受线圈的谐振频率为200kHz接受三角波电流所激发的基波电流磁场，通信线圈的谐振频率为600kHz接受三角波电流所激发的3次谐波电流磁场。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，该复用系统包括发射控制电路、能量发射线圈、能量接受线圈、通信天线，其中，所述能量发射线圈在发射控制电路的作用下，为能量接受线圈提供无线供电能量，同时为通信天线提供通信信息能量；能量接受线圈接受能量发射线圈中的基波信号能量；通信天线接受能量发射线圈中的谐波信号能量，其特征在于：能量接受线圈的谐振频率点与能量发射线圈中基波信号频率点一致，通信天线的谐振频率点与能量发射线圈中谐波信号频率点一致；在空间布局上，通信线圈的中轴线与能量接受线圈的切线垂直，且能量接受线圈与通信线圈在同一个平面上。
2.根据权利要求1所述的一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，其特征在于：能量发射线圈是盘式线圈。
3.根据权利要求1所述的一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，其特征在于：能量发射线圈是螺旋线圈。
4.根据权利要求1所述的一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，其特征在于：能量接收线圈是盘式线圈。
5.根据权利要求1所述的一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，其特征在于：能量接收线圈是螺旋线圈。
6.根据权利要求1所述的一种无线供电与通信复用系统线圈布局方法，其特征在于：所述能量发射线圈在发射控制电路的作用下，产生非正弦电流波。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106533512A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-03-22 | 南京邮电大学 | 基于三角化率调制的多位编码谐波通信方法 |
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| CN103308948A (zh) * | 2012-03-14 | 2013-09-18 | 索尼公司 | 检测装置、电力接收装置和电力发送装置 |
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2016
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