CN107069990A - 一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统 - Google Patents

一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于无线电能传输和近场磁通信技术领域，尤其涉及一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统，包括发射端、接收端、电能与信号的同步无线传输线圈；所述发射端包括功率源和信号源，所述接收端包括负载网络、功率负载和信号负载；所述电能与信号的同步无线传输线圈为一对具有两个固有谐振频率的双频线圈。所述双频线圈为在只有一个固有谐振频率的单频平面螺旋线圈中插入双频补偿电路，构成双频磁耦合谐振式无线电能传输线圈。所述双频补偿电路为由电感和电容构成的一并联谐振回路，其固有谐振频率低于所示单频平面螺旋线圈的固有谐振频率。采用双频线圈不同的频段分别传输电能和信号，解决了在无线电能传输系统中额外增加通信模块造成的设备体积增大和交叉干扰问题。

Description

一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统
技术领域
本发明属于无线电能传输和近场磁通信技术领域，尤其涉及一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统。
背景技术
磁耦合谐振式无线电能传输系统通过空间磁场实现电能的无接触传输，其核心单元为一对收发谐振线圈，实现电能高效传输的必要条件之一是收发谐振线圈具有相同的固有谐振频率，且系统工作频率即为其固有谐振频率。
目前公知的磁耦合谐振式无线电能传输系统大多只有电能传输通道，然而随着人们对智能化和自动化的要求不断提高，在收发模块之间同步地传输控制指令或反馈信息也是非常必要的。如果在磁耦合谐振式无线电能传输系统中额外增加通信模块将增大设备的体积，并且带来信号传输和电能传输之间的干扰，因此需要系统在实现无线电能传输的同时还能够在原有收发模块之间实时地传输信号。
发明内容
针对上述问题本发明提供一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统，包括发射端、接收端、电能与信号的同步无线传输线圈；所述发射端包括功率源和信号源，所述接收端包括负载网络、功率负载和信号负载；所述电能与信号的同步无线传输线圈为一对具有两个固有谐振频率的双频线圈。
所述双频线圈为在只有一个固有谐振频率的单频平面螺旋线圈中插入双频补偿电路，构成双频磁耦合谐振式无线电能传输线圈。
所述双频补偿电路为由电感和电容构成的一并联谐振回路，其固有谐振频率低于所示单频平面螺旋线圈的固有谐振频率。
所述双频线圈具有两个固有谐振频率ω01和ω02，ω01高于单频平面螺旋线圈的固有谐振频率，ω02低于补偿电路的固有谐振频率；选择ω01作为电能传输的频段，ω02作为信号传输频段。
所述接收端同时接收到电能波和信号波，负载网络负责将信号波和电能波有效地分离，采用陷波电路作为信号接收的负载支路。
所述陷波电路由电感LN和电容CN串联构成，并与信号负载RLs串联后再与功率负载RLp并联。
所述陷波电路的固有谐振频率等于所述双频线圈的固有谐振频率ω02。
本发明的有益效果在于：采用双频线圈不同的频段分别传输电能和信号，解决了在无线电能传输系统中额外增加通信模块造成的设备体积增大和交叉干扰问题；在实现无线电能传输的同时，实现信号的传输，并且信号的传输不影响电能传输。整套系统结构清晰简单，便于实现，并且有利于整套装置的小型化。
附图说明
图1为双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统结构图；
图2为双频线圈结构图。
图3为负载网络结构图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统做出详细说明。
本发明的技术方案为一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统，如图1所示，包括发射端、接收端、电能与信号的同步无线传输线圈；所述发射端包括功率源和信号源，所述接收端包括负载网络、功率负载和信号负载；所述电能与信号的同步无线传输线圈为一对具有两个固有谐振频率的双频线圈。因而系统可以提供两条通道分别实现电能传输和信号传输
如图2所示，所述双频线圈为在只有一个固有谐振频率的单频平面螺旋线圈中插入双频补偿电路，构成双频磁耦合谐振式无线电能传输线圈。双频线圈具有两个固有谐振频率ω01和ω02，ω01高于单频平面螺旋线圈的固有谐振频率，ω02低于补偿电路的固有谐振频率。选择ω01作为电能传输的频段，ω02作为信号传输频段。
由射频源产生频率为ω01的高频正弦信号，将该信号经功率放大器放大后作为双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统的功率驱动源。射频源产生频率为ω02的正弦信号作为载波，将要传输的数字信号对载波进行幅度调制后生成的振幅键控信号作为信号源。将功率驱动源产生的高频功率信号和信号源产生的振幅键控信号加载到双频发射线圈上，产生高频电磁波，将电能和信号传递到双频接收线圈。
如图3所示，接收端同时接收到电能波和信号波，为了将信号波与电能波分离以提取信号，采用陷波电路作为信号接收的负载支路，图中虚线框中的部分为陷波电路，由电感LN和电容CN构成，RLs为信号负载，RLp为功率负载，ip+is为负载网络接收到功率电流和信号电流的叠加，ip是频率为ω01的正弦波，is是载波频率为ω02的振幅键控信号波。is2为功率负载支路分得的信号电流，is1为信号负载支路所得的信号电流。陷波电路的固有谐振频率等于双频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的低谐振频率ω02，因此陷波电路对is的阻抗近似为零，而对于ip则为高阻，这样陷波电路可以保证信号波流通，而对电能波起到了阻断作用，因此ip不在信号负载支路上消耗，从而保证电能传输不受影响。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种双频段磁耦合谐振式无线电能和信号同步传输系统，其特征在于，包括发射端、接收端、电能与信号的同步无线传输线圈；所述发射端包括功率源和信号源，所述接收端包括负载网络、功率负载和信号负载；所述电能与信号的同步无线传输线圈为一对具有两个固有谐振频率的双频线圈。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述双频线圈为在只有一个固有谐振频率的单频平面螺旋线圈中插入双频补偿电路，构成双频磁耦合谐振式无线电能传输线圈。
3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述双频补偿电路为由电感和电容构成的一并联谐振回路，其固有谐振频率低于所示单频平面螺旋线圈的固有谐振频率。
4.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述双频线圈具有两个固有谐振频率ω01和ω02，ω01高于单频平面螺旋线圈的固有谐振频率，ω02低于双频补偿电路的固有谐振频率；选择ω01作为电能传输的频段，ω02作为信号传输频段。
5.根据权利要求4所述系统，其特征在于，所述接收端同时接收到电能波和信号波，负载网络负责将信号波和电能波有效地分离，采用陷波电路作为信号接收的负载支路。
6.根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述陷波电路由电感LN和电容CN串联构成，并与信号负载RLs串联后再与功率负载RLp并联。
7.根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述陷波电路的固有谐振频率等于所述双频线圈的固有谐振频率ω02。
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