CN112531923A - 一种双频无线传输电能及信号系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双频无线传输电能及信号系统,其包括一电源、一信号源、一发射模块、一接收模块以及负载,所述电源向发射模块提供电能,所述信号源向所述发射模块提供电信号,所述发射模块向所述接收模块发射电能电磁场以及信号电磁场,所述接收模块向负载提供电能以及电信号,所述发射模块包括一电能发射端以及一信号发射端,所述接收模块包括一电能接收端以及一信号接收端。
Description
技术领域
本发明涉及无线传电领域,尤其涉及一种双频无线传输电能及信号系统。
背景技术
现有无线传电系统中,要实现传电同时传输信号,或对产生的电磁场进行调制,或多产生另一个高频率的电磁场调制后专用于信号传输,而高频率的电磁场辐射较远,民用频带有限,容易影响其他设备或被其他设备影响,需复杂的防干扰措施,因此,现有的同时实现电能与信号传输的无线传电系统中,无论是发射端还是接收端的电路设计都偏向复杂,生产及使用均难度大。因此,需要提出改进。
发明内容
本发明提供一种双频无线传输电能及信号系统,通过发射模块的电能发射端以及信号发射端各自发出对应的电磁场,利用近场无线传电中谐振电路的选频特性,使接收模块的电能接收端以及信号接收端分别接收各自对应的电磁场。
本发明提供一种双频无线传输电能及信号系统,其包括一电源、一信号源、一发射模块、一接收模块以及负载,所述电源向发射模块提供电能,所述信号源向所述发射模块提供电信号,所述发射模块向所述接收模块发射电能电磁场以及信号电磁场,所述接收模块向负载提供电能以及电信号,所述发射模块包括一电能发射端以及一信号发射端,所述电能发射端包括一电能发射端震荡电路、一电能发射端放大器以及一电能发射端螺旋谐振器,所述电能发射端震荡电路接收电能并产生一固定频率的电能发射端脉冲波,所述电能发射端放大器通过放大所述电能发射端脉冲波以提升电能传输功率,所述电能发射端脉冲波通过所述电能发射端螺旋谐振器产生电能电磁场;所述信号发射端包括一信号发射端震荡电路、一信号发射端放大器以及一信号发射端螺旋谐振器,所述信号发射端震荡电路接收电信号并产生一固定频率的信号发射端脉冲波,所述信号发射端放大器通过放大所述信号发射端脉冲波以提升信号传输功率,所述信号发射端脉冲波通过所述信号发射端螺旋谐振器产生信号电磁场;所述接收模块包括一电能接收端以及一信号接收端,所述电能接收端包括一电能接收端螺旋谐振器、一电能接收端整流电路、一电能接收端滤波电路,所述电能接收端螺旋谐振器接收所述电能电磁场并转化成电能,该电能经过所述电能接收端整流电路以及电能接收端滤波电路整流滤波后输出至所述负载;所述信号接收端包括一信号接收端螺旋谐振器以及一检波电路,所述信号接收端螺旋谐振器接收所述信号电磁场并转化成信号电能,该信号电能通过所述检波电路完成调制信号提取后输出至所述负载。
优选的,所述电能发射端还包括一电能发射端整流电路、一电能发射端滤波电路以及一稳压电路,所述电能发射端整流电路以及电能发射端滤波电路将从交流电源接收的交流电能转化为直流电能,通过所述稳压电路进行稳压后输出至所述电能发射端震荡电路。
优选的,所述交流电源与电能发射端整流电路之间还设置有一保险电路。
优选的,所述电能发射端整流电路与电能发射端滤波电路之间设置有一π型滤波电路,其用于隔断所述稳压电路产生的谐波干扰。
优选的,所述信号发射端还包括一信号发射端整流电路、一整形电路以及一开关电路,所述信号发射端整流电路接收交流电信号转化为脉动直流电信号,该脉动直流电信号通过整形电路去除高频杂波,所述开关电路根据所述脉动直流电信号控制所述信号发射端震荡电路工作状态完成信号调制。
优选的,所述检波电路包括一检波二极管以及一低通滤波电路。
优选的,所述电能发射端固定频率与所述信号发射端固定频率不相同。
优选的,所述电能发射端螺旋谐振器包括一电能发射端谐振线圈,所述信号发射端螺旋谐振器包括一信号发射端谐振线圈,该电能发射端谐振线圈与信号发射端谐振线圈位于同一平面且同圆心组合形成一发射端圆环线圈。
优选的,所述电能发射端谐振线圈位于所述发射端圆环线圈的外圆环,所述信号发射端谐振线圈位于所述发射端圆环线圈的内圆环。
优选的,所述电能接收端螺旋谐振器包括一电能接收端谐振线圈,所述信号接收端螺旋谐振器包括一信号接收端谐振线圈,该电能接收端谐振线圈与信号接收端谐振线圈组合与所述发射端圆环线圈对应的接收端圆环线圈,所述电能接收端谐振线圈位于该接收端圆环线圈的外圆环,所述信号接收端谐振线圈位于该接收端圆环线圈的内圆环。
本发明提供的双频无线传输电能及信号系统,通过发射模块的电能发射端以及信号发射端各自发出对应的电磁场,利用近场无线传电中谐振电路的选频特性,使接收模块的电能接收端以及信号接收端分别接收各自对应的电磁场,电能与信号的传输互不干扰,且由于近场无线传输的特性,使该系统也不易被其他电磁场干扰,同时也不易干扰其他设备,提升了该系统的实用性,本系统仅需对电信号的输送进行简易调制达到稳定传输的效果即可,并不需要额外的防干扰措施,发射模块以及接收模块的电路得到简化,降低电路设计以及生产成本,提升实用性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种双频无线传输电能及信号系统结构图;
图2是本发明第一实施例提供的一种双频无线传输电能及信号系统的模块逻辑结构图;
图3是本发明第二实施例提供的一种双频无线传输电能及信号系统的模块逻辑结构图;
图4是图2及图3的发射模块中电能发射端的电能发射端震荡电路、电能发射端放大器以及电能发射端螺旋谐振器的局部电路图;
图5是图3的发射模块中电能发射端的电能发射端整流电路、电能发射端滤波电路以及稳压电路的局部电路图;
图6是图2及图3的发射模块中信号发射端的信号发射端震荡电路、信号发射端螺旋谐振器、整形电路以及开关电路的局部电路图;
图7是图3中信号发射端整流电路的局部电路图;
图8是图2及图3的接收模块中电能接收端的电能接收端螺旋谐振器、电能接收端整流电路以及电能接收端滤波电路的局部电路图;
图9是图2及图3的接收模块中信号接收端的信号接收端螺旋谐振器以及检波电路的局部电路图;
图10是发射端圆环线圈的平面示意图;
图11是接收端圆环线圈的平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的一种双频无线传输电能及信号系统作进一步说明,需要指出的是,下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述。
参阅图1,是本发明提供的一种双频无线传输电能及信号系统,其包括电源3、信号源4、发射模块1、接收模块2以及负载5,其中,所述电源3向所述发射模块1提供交流电能或直流电能,所述信号源4向所述发射模块1提供直流信号或交流信号,所述发射模块1向接收模块2发射电能电磁场以及信号电磁场,所述接收模块2接收所述电能电磁场以及信号电磁场,并将其还原成电能以及电信号后传输给负载5,实现无线传输电能以及信号。
参阅图1及参阅图2,是本发明第一实施例提供的一种双频无线传输电能及信号系统,所述电源3具体化为DC直流电源3a;所述信号源4具体化为直流信号4a;所述发射模块1具体化为发射模块1a,该发射模块1a包括电能发射端11a以及信号发射端12a,其中,所述电能发射端11a包括电能发射端震荡电路111、电能发射端放大器112以及电能发射端螺旋谐振器113,所述电能发射端震荡电路111用于接收直流电源3a发出的电能并产生一固定频率的电能发射端脉冲波,该电能发射端脉冲波通过电能发射端放大器112进行运算放大后输出至所述电能发射端螺旋谐振器113,该电能发射端螺旋谐振器113接收运算放大后的电能发射端脉冲波后产生固定频率的电能电磁场,所述信号发射端12a包括一信号发射端震荡电路121、一信号发射端放大器126以及一信号发射端螺旋谐振器122,所述信号发射端震荡电路121接收信号源4发出的电信号并产生一固定频率的信号发射端脉冲波,所述信号发射端放大器126通过放大所述信号发射端脉冲波以提升信号传输功率,所述信号发射端螺旋谐振器122接收所述信号发射端脉冲波并产生一固定频率的信号电磁场;所述接收模块2包括一电能接收端21以及一信号接收端22,其中,所述电能接收端21包括电能接收端螺旋谐振器211、电能接收端整流电路212以及电能接收端滤波电路213,所述电能接收端螺旋谐振器211利用近场传输的特性接收固定频率的所述电能电磁场并转化成电能,该电能经过所述电能接收端整流电路212以及电能接收端滤波电路213整流滤波后输出至负载5,所述信号接收端22包括一信号接收端螺旋谐振器231以及一检波电路232,所述信号接收端螺旋谐振器231利用近场传输的特性接收固定频率的所述信号电磁场并转化成信号电能,该信号电能通过所述检波电路232完成调制信号提取后输出至所述负载。
参阅图1及图3,是本发明第二实施例提供的一种双频无线传输电能及信号系统,与第一实施例不同的是,所述电源3具体为AC交流电源3b,该交流电源3b可以输出带有信号的复合交流电,该交流电源也可以仅输出复合交流电,信号源输出信号,在本实施例中仅以交流电源输出复合交流电为例作说明,所述发射模块1具体为发射模块1b,该发射模块1b包括电能发射端11b以及信号发射端12b,所述电能发射端11b包括电能发射端震荡电路111、电能发射端放大器112、电能发射端螺旋谐振器113、电能发射端整流电路114、电能发射端滤波电路115以及稳压电路116,其中,所述电能发射端整流电路114以及电能发射端滤波电路115将从AC交流电源3b接收的交流电能转化为直流电能,通过所述稳压电路116进行稳压后输出至所述电能发射端震荡电路111,该发射端震荡电路111直流电能并产生一固定频率的电能发射端脉冲波,该电能发射端脉冲波通过电能发射端放大器112进行运算放大后输出至所述发射端螺旋谐振器113,该发射端螺旋谐振器113接收运算放大后的发射端脉冲波后产生固定频率的电能电磁场,所述信号发射端12b包括一信号发射端震荡电路121、一信号发射端放大器、一信号发射端螺旋谐振器122、一信号发射端整流电路123、一整形电路124以及一开关电路125,所述信号发射端整流电路123从AC交流电源3b接收交流电信号并转化为脉动直流电信号,该脉动直流电信号通过整形电路124去除高频杂波,所述稳压电路116根据所述脉动直流电信号进行通断配合所述稳压电路控制所述信号发射端震荡电路121工作状态完成信号调制,该信号发射端震荡电路121产生固定频率的信号发射端脉冲波,所述信号发射端放大器126通过放大所述信号发射端脉冲波以提升信号传输功率,所述信号发射端螺旋谐振器随之产生一信号电磁场。
其中,可优选的,所述AC交流电源3b与电能发射端整流电路114之间还设置有一保险电路。
可优选的,所述电能发射端整流电路114与电能发射端滤波电路115之间可设置一π型滤波电路,该π型滤波电路用于隔断所述稳压电路116产生的谐波干扰。
下面介绍本发明的实施例中各模块的实现电路图:
参考图4,是发射模块的局部电路图,电能发射端震荡电路111包括集成芯片U3、电容C11、电容C12、电阻R5、电阻R6、电阻R7,所述电能发射端放大器包括一集成芯片U1,所述电能发射端螺旋谐振器113包括电容C4、电容C5以及电感L7(也即电能发射端谐振线圈),在本实施例中,所述集成芯片U3为XKT-412,所述集成芯片U1为XKT-335,所述集成芯片U3的第1引脚连接所述电阻R6的第一端,集成芯片U3的第2引脚连接所述电阻R5的第一端,集成芯片U3的第3引脚连接所述电容C11的第一端,所述电阻R5的第二端连接电容C11的第二端以及电阻R6的第一端,集成芯片U3的第3引脚还与电阻R7的第一端连接,所述电阻R7的第二端连接所述电阻R6的第二端,集成芯片U3的第4、第6引脚连接所述集成芯片U1的第5引脚,集成芯片U3的第5引脚接地,集成芯片U3的第5引脚还连接电容C12的第一端,所述电容C12的第二端连接所述电阻R6、R7的第二端,集成芯片U3的第8引脚接入工作电压,在本实施例中,工作电压为7.75V。
参阅图5,是发射模块的局部电路图,所述电能发射端整流电路114为桥式整流电路,其包括二极管D1、D2、D4、D5,所述电能发射端滤波电路115包括并联的电容C10、C16、C14、C15、C7,所述稳压电路116为DC-DC稳压电路,其包括集成芯片U2、电容C6、电容C8、电容C9、电容C13、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电感L1,在本实施例中,所述集成芯片U2的型号为TD2786,另外,所述π型滤波电路包括电感L2、电容C2以及电容C3,所述保险电路包括电阻R8、电阻R9以及电阻R13。
参阅图6,是发射模块的局部电路图,所述信号发射端震荡电路121包括集成芯片U4、电阻R10、电阻R11、电阻R14以及电容C18,所述信号发射端螺旋谐振器122包括电容C19、电容C20以及电感L3(也即信号发射端谐振线圈),其中,所述集成芯片U4的型号为XKT-510,该芯片内置有一集成放大器,该集成芯片U4的第1引脚连接电源以及射端螺旋谐振器122,第3引脚连接所述信号发射端螺旋谐振器122,第6引脚连接电阻R11以及电容C18的第一端,第7引脚连接电阻R14的第一端,第8引脚连接电阻R10的第一端,该电阻R10的第二端连接电阻R11的第二端,电阻R14的第二端连接R10的第一端、电容C18的第二端。另外,所述整形电路124包括电阻R12以及电容C17,所述开关电路125包括二极管D6、电阻R15以及三极管,该三极管的第1端以及第2端连接电阻R15,第2端以及第3端连接所述发射端震荡电路121,参阅图7,在本使用新型中,所述信号发射端整流电路是全波整流电路,其包括二极管D3、D7。
参阅图8,是接收模块的局部电路图,所述电能接收端螺旋谐振器包括电能接收端谐振线圈LN1以及并联的电容C27、C28、C29、C30、C21、C22,所述电能接收端整流电路是一二极管D2,所述电能接收端滤波电路包括并联的电容C24、C34。
参阅图9,是接收模块的局部电路图,所述信号接收端螺旋谐振器231包括信号接收端谐振线圈LN2以及并联的电容C23、C25,所述检波电路232包括一检波二极管D8以及低通滤波电路(电阻R18并联电容C26),另外,该检波电路还连接有用于过滤高频信号的二极管D9。
参阅图10及图11,在实现本双频无线传输电能及信号系统时,为了缩小发射模块以及接收模块的体积,将所述电能发射端谐振线圈L7与信号发射端谐振线圈L3置于同一平面且同圆心组合形成一发射端圆环线圈,其中,所述电能发射端谐振线圈L7位于所述发射端圆环线圈的外圆环,所述信号发射端谐振线圈L3位于所述发射端圆环线圈的内圆环,相对应的,所述电能接收端谐振线圈LN1与信号接收端谐振线圈LN2组合形成与所述发射端圆环线圈对应的接收端圆环线圈,所述电能接收端谐振线圈LN1位于该接收端圆环线圈的外圆环,所述信号接收端谐振线圈LN2位于该接收端圆环线圈的内圆环,在本发明中,电能发射端的电能电磁场频率为75K,信号发射端的信号电磁场频率为400K。
本发明提供的双频无线传输电能及信号系统,通过近场无线传输的,以简单的电路设计实现同时稳定的传输电能与信号,生产成本低,实用性强。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,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 (10)
1.一种双频无线传输电能及信号系统,其包括一电源、一信号源、一发射模块、一接收模块以及负载,所述电源向发射模块提供电能,所述信号源向所述发射模块提供电信号,所述发射模块向所述接收模块发射电能电磁场以及信号电磁场,所述接收模块向负载提供电能以及电信号,其特征在于
所述发射模块包括:
一电能发射端,其包括一电能发射端震荡电路、一电能发射端放大器以及一电能发射端螺旋谐振器,所述电能发射端震荡电路接收电能并产生一固定频率的电能发射端脉冲波,所述电能发射端放大器通过放大所述电能发射端脉冲波以提升电能传输功率,所述电能发射端脉冲波通过所述电能发射端螺旋谐振器产生电能电磁场;以及
一信号发射端,其包括一信号发射端震荡电路、一信号发射端放大器以及一信号发射端螺旋谐振器,所述信号发射端震荡电路接收电信号并产生一固定频率的信号发射端脉冲波,所述信号发射端放大器通过放大所述信号发射端脉冲波以提升信号传输功率,所述信号发射端脉冲波通过所述信号发射端螺旋谐振器产生信号电磁场;
所述接收模块包括:
一电能接收端,其包括一电能接收端螺旋谐振器、一电能接收端整流电路、一电能接收端滤波电路,所述电能接收端螺旋谐振器接收所述电能电磁场并转化成电能,该电能经过所述电能接收端整流电路以及电能接收端滤波电路整流滤波后输出至所述负载;以及
一信号接收端,其包括一信号接收端螺旋谐振器以及一检波电路,所述信号接收端螺旋谐振器接收所述信号电磁场并转化成信号电能,该信号电能通过所述检波电路完成调制信号提取后输出至所述负载。
2.根据权利要求1所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述电能发射端还包括一电能发射端整流电路、一电能发射端滤波电路以及一稳压电路,所述电能发射端整流电路以及电能发射端滤波电路将从交流电源接收的交流电能转化为直流电能,通过所述稳压电路进行稳压后输出至所述电能发射端震荡电路。
3.根据权利要求2所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述交流电源与电能发射端整流电路之间还设置有一保险电路。
4.根据权利要求2所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述电能发射端整流电路与电能发射端滤波电路之间设置有一π型滤波电路,其用于隔断所述稳压电路产生的谐波干扰。
5.根据权利要求1所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述信号发射端还包括一信号发射端整流电路、一整形电路以及一开关电路,所述信号发射端整流电路接收交流电信号转化为脉动直流电信号,该脉动直流电信号通过整形电路去除高频杂波,所述开关电路根据所述脉动直流电信号控制所述信号发射端震荡电路工作状态完成信号调制。
6.根据权利要求1所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述检波电路包括一检波二极管以及一低通滤波电路。
7.根据权利要求1所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述电能发射端固定频率与所述信号发射端固定频率不相同。
8.根据权利要求7所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述电能发射端螺旋谐振器包括一电能发射端谐振线圈,所述信号发射端螺旋谐振器包括一信号发射端谐振线圈,该电能发射端谐振线圈与信号发射端谐振线圈位于同一平面且同圆心组合形成一发射端圆环线圈。
9.根据权利要求8所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述电能发射端谐振线圈位于所述发射端圆环线圈的外圆环,所述信号发射端谐振线圈位于所述发射端圆环线圈的内圆环。
10.根据权利要求9所述的一种双频无线传输电能及信号系统,其特征在于,所述电能接收端螺旋谐振器包括一电能接收端谐振线圈,所述信号接收端螺旋谐振器包括一信号接收端谐振线圈,该电能接收端谐振线圈与信号接收端谐振线圈组合形成与所述发射端圆环线圈对应的接收端圆环线圈,所述电能接收端谐振线圈位于该接收端圆环线圈的外圆环,所述信号接收端谐振线圈位于该接收端圆环线圈的内圆环。
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