CN112583136B - 一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统 - Google Patents

一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112583136B
CN112583136B CN202011483665.4A CN202011483665A CN112583136B CN 112583136 B CN112583136 B CN 112583136B CN 202011483665 A CN202011483665 A CN 202011483665A CN 112583136 B CN112583136 B CN 112583136B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmitting
coil
receiving end
circuit
receiving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011483665.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112583136A (zh
Inventor
苏茂春
王停
王永刚
周传兴
陈东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Qianwei Radio Power Transmission Research Institute Co ltd
Original Assignee
Chongqing Qianwei Radio Power Transmission Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Qianwei Radio Power Transmission Research Institute Co ltd filed Critical Chongqing Qianwei Radio Power Transmission Research Institute Co ltd
Priority to CN202011483665.4A priority Critical patent/CN112583136B/zh
Publication of CN112583136A publication Critical patent/CN112583136A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112583136B publication Critical patent/CN112583136B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体公开了一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，包括信号发射端和信号接收端；信号发射端包括顺序连接的信号采集电路、发射端MCU、调制电路、发射端通信线圈；信号接收端包括顺序连接的接收端通信线圈、解调电路、接收端MCU、后级负载电路；发射端通信线圈与接收端通信线圈电磁耦合。本发明采用信号采集电路采集传感信号，发射端MCU根据控制策略生成对应的控制信号，控制信号由调制电路进行调制后，通过无线耦合的方式发射到信号接收端，信号接收端对加载后的控制信号进行解调后由接收端MCU分发到对应的负载电路中，不仅实现了信号的无线传输，还可保证信号的传输质量，并且该系统结构简单，方便安装。

Description

一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统。
背景技术
传统的电能传输方式已经不能满足某些特殊应用场合的需要。例如风力发电系统中，通过风力带动风机旋转时，其桨叶常常需要调整姿态，带动桨叶旋转所需的能量往往是通过导电滑环传输。然而，导电滑环存在诸多不足：一是导电环存在磨损，如果润滑剂含量高，磨损量少，但导电性变差；反之，润滑剂含量少，导电性能好，但磨损量增大。二是滑环与电刷接触部位发热较大，由于导电环通道与通道之间是必须绝缘的，而绝缘材料通常导热性较差，因此导电环的散热难以通过传导实现。
为此，也有人尝试了一些新方法向旋转部件传输电能，例如采用滚环技术，将滑动摩擦变为滚动摩擦，减少了磨损量，但仍存在滚动体应力不均，磨削无法排出等问题；采用水银汇流环技术，利用液态金属替代滑动摩擦，无摩损，但密封困难；采用光汇流环技术，以非接触式光纤作为传输介质，但能够传递的功率较小。因此，这些技术都不能完全满足活动部件旋转界面间的长寿命电能传输的需求。
此外，现有的能量传输机构，要想实现控制信号的传输和传感器信号的采集，往往还需要增加额外的通信模块，安装结构复杂。
发明内容
本发明提供一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，解决的技术问题在于：如何在筒体中实现电能的无线发射与接收。
为解决以上技术问题，本发明提供一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，包括信号发射端和信号接收端；
所述信号发射端包括顺序连接的信号采集电路、发射端MCU、调制电路、发射端通信线圈；
所述信号接收端包括顺序连接的接收端通信线圈、解调电路、接收端MCU、后级负载电路；
所述发射端通信线圈与所述接收端通信线圈电磁耦合；
所述信号采集电路的输出信号由所述发射端MCU进行处理并生成相应的控制信号，所述调制电路将所述控制信号进行调制后通过所述发射端通信线圈向所述接收端通信线圈无线发射；
所述接收端通信线圈接收的控制信号，先后经所述解调电路进行解调、所述接收端MCU进行处理后输出到所述后级负载电路中。
优选的，所述调制电路包括连接在所述发射端MCU与所述发射端通信线圈之间的加载模块和第一脉冲变压器。
优选的，所述解调电路包括连接在所述接收端MCU与所述接收端通信线圈之间的卸载模块和第二脉冲变压器。
优选的，所述加载模块采用OFDM调制方式，所述卸载模块采用OFDM解调方式。
优选的，所述信号发射端还包括连接所述信号采集电路、发射端MCU、调制电路为其供电的发射端电源；所述信号接收端还包括连接所述解调电路、所述接收端MCU、所述后级负载电路为其供电的接收端电源。
优选的，一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，还包括连接所述发射端电源的能量发射端，以及输出所述接收端电源的能量接收端；
所述能量发射端包括发射端谐振线圈以及顺序连接在所述发射端电源与所述发射端谐振线圈之间的逆变电路和发射端谐振电路；
所述能量接收端包括顺序连接的接收端谐振线圈、接收端谐振电路、整流变换电路；
所述发射端谐振线圈与所述接收端谐振线圈无线磁耦合，所述整流变换电路输出所述接收端电源。
优选的，所述发射端通信线圈与所述接收端通信线圈设置为上下相对的平面结构或里外相对的螺旋结构。
优选的，所述发射端谐振线圈与所述接收端谐振线圈设置为上下相对的平面结构或里外相对的螺旋结构。
优选的，相对的所述发射端通信线圈与所述接收端通信线圈整体作为信号收发线圈，相对的所述发射端谐振线圈和所述接收端谐振线圈整体作为能量收发线圈；
所述信号收发线圈位于所述能量收发线圈的正上方或正下方，或位于所述能量收发线圈的中空区域，或围于所述能量收发线圈外。
本发明提供的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，其信号发射端采用信号采集电路进行各种传感信号的采集，发射端MCU根据控制策略生成对应的控制信号，控制信号由调制电路进行调制后，通过无线耦合(采用发射端通信线圈和接收端通信线圈)的方式发射到信号接收端，信号接收端基于相同的原理对加载后的控制信号进行解调后由接收端MCU分发到对应的负载电路中，不仅实现了信号的无线传输，还可保证信号的传输质量，并且该系统结构简单，方便安装在各种密闭结构中，比如风力发电的筒体。
在实现了信号传输的基础上，能量传输也可以采用无线方式实现，具体是设置相应的能量发射电路和能量接收电路，其中设置可无线耦合的发射端谐振线圈和接收端谐振线圈，从而将风力产生的电能及时地输送出去。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统的模块结构图；
图2是本发明实施例1提供的图1所示系统中发射端MCU的电路图；
图3是本发明实施例1提供的图1所示系统中第一脉冲变压器的电路图；
图4是本发明实施例1提供的图1所示系统中加载模块的电路图；
图5是本发明实施例2提供的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统的模块结构图；
图6是本发明实施例2提供的图5所示系统中能量发射端的电路图；
图7是本发明实施例2提供的图5所示系统中能量接收端的电路图；
图8-1为本发明实施例2提供的信号收发线圈A位于能量收发线圈B正上方的结构示意图；
图8-2为本发明实施例2提供的信号收发线圈A位于能量收发线圈B正下方的结构示意图；
图8-3为本发明实施例2提供的信号收发线圈A位于能量收发线圈B内部中空区域的结构示意图；
图8-4为本发明实施例2提供的信号收发线圈A围于能量收发线圈B外的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
实施例1
本实施例提供的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，如图1的模块结构图所示，信号发射端和信号接收端；
信号发射端包括顺序连接的信号采集电路、发射端MCU、调制电路、发射端通信线圈；
信号接收端包括顺序连接的接收端通信线圈、解调电路、接收端MCU、后级负载电路；
发射端通信线圈与接收端通信线圈电磁耦合；
信号采集电路的输出信号由发射端MCU进行处理并生成相应的控制信号，调制电路将控制信号进行调制后通过发射端通信线圈向接收端通信线圈无线发射；
接收端通信线圈接收的控制信号，先后经解调电路进行解调、接收端MCU进行处理后输出到后级负载电路中。
其中，调制电路包括连接在发射端MCU与发射端通信线圈之间的加载模块和第一脉冲变压器。解调电路包括连接在接收端MCU与接收端通信线圈之间的卸载模块和第二脉冲变压器。信号发射端还包括连接信号采集电路、发射端MCU、调制电路为其供电的发射端电源；信号接收端还包括连接解调电路、接收端MCU、后级负载电路为其供电的接收端电源。
本实施例优选加载模块采用OFDM调制方式，卸载模块采用OFDM解调方式，所述信号采集电路采集有多个通道的控制信号，通过OFDM调制，每一个载频对应一个通道的控制信号，从而实现单线圈多通道无线信号传输。
作为一种举例说明，如图2所示，本实施例的发射端MCU采用芯片GD32F307R。接收端MCU也采用芯片GD32F307R，其应用可参考图2。如图3所示，本实施例的第一脉冲变压器采用芯片HX0068ANLT。本实施例的第二脉冲变压器也采用芯片HX0068ANLT，其应用可参考图3。如图4所示，本实施例的加载模块采用芯片EC70。本实施例的加载模块也采用芯片EC70，其应用可参考图4。对于其他电路模块，因现有技术多有类似的应用，本实施例未作更深入的说明。
本实施例提供的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，其信号发射端采用信号采集电路进行各种传感信号的采集(比如风速、风向、风力、温度)，发射端MCU根据控制策略生成对应的控制信号(调整风叶的朝向、角度等)，控制信号由调制电路进行调制后，通过无线耦合(采用发射端通信线圈和接收端通信线圈)的方式发射到信号接收端，信号接收端基于相同的原理对加载后的控制信号进行解调后由接收端MCU分发到对应的负载电路中，不仅实现了信号的无线传输，还可保证信号的传输质量，并且该系统结构简单，方便安装在各种密闭结构中，比如风力发电的筒体。
实施例2
如图5所示，本实施例的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，在实施例1的基础上，增加连接发射端电源的能量发射端，以及输出接收端电源的能量接收端。
能量发射端包括发射端谐振线圈以及顺序连接在发射端电源与发射端谐振线圈之间的逆变电路和发射端谐振电路；
能量接收端包括顺序连接的接收端谐振线圈、接收端谐振电路、整流变换电路；
发射端谐振线圈与接收端谐振线圈无线磁耦合，整流变换电路输出接收端电源。
其中，能量发射部分电路如图6所示，能量接收部分电路如图7所示，采用的是传输功率较大的典型电路结构，其他实施例中可采用其他的能量传输线路。
本实施例如此设计，在实现了信号传输的基础上，也实现了能量的无线同步传输，通过相应的能量发射电路和能量接收电路(其中设置有可无线耦合的发射端谐振线圈和接收端谐振线圈)，从而将风力产生的电能及时地输送出去。
另外，在具体实施时，为适应筒体机构，本实施例发射端通信线圈与接收端通信线圈设置为上下相对的平面结构或里外相对的螺旋结构。发射端谐振线圈与接收端谐振线圈设置为上下相对的平面结构或里外相对的螺旋结构。相对的发射端通信线圈与接收端通信线圈整体作为信号收发线圈，相对的发射端谐振线圈和接收端谐振线圈整体作为能量收发线圈。
以A代表信号收发线圈，B代表能量收发线圈。整体而言，信号收发线圈A可位于能量收发线圈B的正上方(如图8-1)或正下方(如图8-2)，可位于能量收发线圈B的中空区域(如图8-3)，可围于能量收发线圈B外(如图8-4)。
当信号收发线圈A和能量收发线圈B都里外相对时，彼此均为螺旋结构。在本实施例中，能量收发线圈B均为螺旋线圈(里外相对)，而信号收发线圈A可以为平板(上下相对)或螺旋线圈(里外相对)。
本实施例并未示出所有的线圈结构，图8-1～8-4仅是举例说明。还需说明的是，在其他实施方式中，能量收发线圈B和信号收发线圈A还可共用一组线圈结构(可以为平板，也可以为螺旋)，通过设置对应的发射电路和接收可实现。在其他实施方式中，能量收发线圈B和信号收发线圈A还设置为其他的形状，比如中空的方板结构，棱柱形的螺旋线圈结构，这些都可以根据套筒的结构作适应性设计。
除信号收发线圈和能量收发线圈外，本实施例信号发射端、信号接收端、能量发射端、能量接收端的其他结构可各自集成在一块PCB板上，以节省空间，并且还更牢靠。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，其特征在于，包括信号发射端和信号接收端；
所述信号发射端包括顺序连接的信号采集电路、发射端MCU、调制电路、发射端通信线圈；
所述信号接收端包括顺序连接的接收端通信线圈、解调电路、接收端MCU、后级负载电路；
所述发射端通信线圈与所述接收端通信线圈电磁耦合；
所述信号采集电路的输出信号由所述发射端MCU进行处理并生成相应的控制信号，所述调制电路将所述控制信号进行调制后通过所述发射端通信线圈向所述接收端通信线圈无线发射；
所述接收端通信线圈接收的控制信号，先后经所述解调电路进行解调、所述接收端MCU进行处理后输出到所述后级负载电路中；
所述信号发射端还包括连接所述信号采集电路、发射端MCU、调制电路为其供电的发射端电源；所述信号接收端还包括连接所述解调电路、所述接收端MCU、所述后级负载电路为其供电的接收端电源；
所述系统还包括连接所述发射端电源的能量发射端，以及输出所述接收端电源的能量接收端；
所述能量发射端包括发射端谐振线圈以及顺序连接在所述发射端电源与所述发射端谐振线圈之间的逆变电路和发射端谐振电路；
所述能量接收端包括顺序连接的接收端谐振线圈、接收端谐振电路、整流变换电路；
所述发射端谐振线圈与所述接收端谐振线圈无线磁耦合，所述整流变换电路输出所述接收端电源；
所述发射端通信线圈与所述接收端通信线圈设置为上下相对的平面结构或里外相对的螺旋结构；
所述发射端谐振线圈与所述接收端谐振线圈设置为上下相对的平面结构或里外相对的螺旋结构；
相对的所述发射端通信线圈与所述接收端通信线圈整体作为信号收发线圈，相对的所述发射端谐振线圈和所述接收端谐振线圈整体作为能量收发线圈；
所述信号收发线圈位于所述能量收发线圈的正上方或正下方，或位于所述能量收发线圈的中空区域，或围于所述能量收发线圈外。
2.如权利要求1所述的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，其特征在于：所述调制电路包括连接在所述发射端MCU与所述发射端通信线圈之间的加载模块和第一脉冲变压器。
3.如权利要求2所述的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，其特征在于：所述解调电路包括连接在所述接收端MCU与所述接收端通信线圈之间的卸载模块和第二脉冲变压器。
4.如权利要求3所述的一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统，其特征在于：所述加载模块采用OFDM调制方式，所述卸载模块采用OFDM解调方式。
CN202011483665.4A 2020-12-15 2020-12-15 一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统 Active CN112583136B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011483665.4A CN112583136B (zh) 2020-12-15 2020-12-15 一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011483665.4A CN112583136B (zh) 2020-12-15 2020-12-15 一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112583136A CN112583136A (zh) 2021-03-30
CN112583136B true CN112583136B (zh) 2023-06-30

Family

ID=75135568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011483665.4A Active CN112583136B (zh) 2020-12-15 2020-12-15 一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112583136B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090117156A (ko) * 2008-05-08 2009-11-12 (주)피코셀네트웍 Ｉｓｍ 대역 다채널 주파수를 이용한 근거리에서의 오디오혼합기능을 갖는 회의용 송수신장치 및 방법
CN103595145A (zh) * 2013-10-31 2014-02-19 浙江大学 一种基于公共电感耦合实现高速通讯和无线能量传输的系统
CN104158304A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 移动式自适应能量与信息同步无线传输方法与传输装置
CN104158305A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 基于自适应磁耦合谐振匹配的能量与信息同步传输系统
CN107124047A (zh) * 2017-06-27 2017-09-01 青岛鲁渝能源科技有限公司 无线电能传输系统及其射频通信方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090117156A (ko) * 2008-05-08 2009-11-12 (주)피코셀네트웍 Ｉｓｍ 대역 다채널 주파수를 이용한 근거리에서의 오디오혼합기능을 갖는 회의용 송수신장치 및 방법
CN103595145A (zh) * 2013-10-31 2014-02-19 浙江大学 一种基于公共电感耦合实现高速通讯和无线能量传输的系统
CN104158304A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 移动式自适应能量与信息同步无线传输方法与传输装置
CN104158305A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 基于自适应磁耦合谐振匹配的能量与信息同步传输系统
CN107124047A (zh) * 2017-06-27 2017-09-01 青岛鲁渝能源科技有限公司 无线电能传输系统及其射频通信方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112583136A (zh) 2021-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10320235B2 (en) Power feeding device, power receiving device and wireless power feeding system
CN102347642B (zh) 无线馈电系统
US20120025622A1 (en) Wireless power transmitter, wireless power receiver, and method for wireless power transfer using them
CN104218686A (zh) 无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电系统
KR20120135873A (ko) 무선 전력 전송 장치 및 시스템
CN203261131U (zh) 基于电磁耦合谐振的无线输电装置
EP1241058A2 (en) Rotary non-contact connector and non-rotary non-contact connector
CN102176635B (zh) 安全监测数据自动采集装置及其供电方法和供电装置
CN103427862A (zh) 无线收发器与无线收发系统
CN106532970A (zh) 一种无线电能传输滑环
CN104659928A (zh) 一种无线充电发射电路及装置
CN105813183A (zh) 一种带能量传输的无线通信系统
CN112583136B (zh) 一种设置在密闭结构中的无线电能传输系统
CN113381518B (zh) 一种全双工无线电能与信号混合传输系统和方法
CA3069163C (en) Led apparatus having one or more communication units and a method of employing same
US20140038516A1 (en) Antenna structures for near field communications
CN106230132A (zh) 具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统
CN110535531A (zh) 一种用于发动机旋转部件信息传输的无线信号收发装置
CN112564310A (zh) 带电刷的嵌套式多通道无线能量信号同步发射机构
CN109951200A (zh) 电子设备及电子系统
CN109889235A (zh) 一种5g终端系统
CN205938661U (zh) 无线供电灯具
CN105375651B (zh) 一种活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置
CN103378662B (zh) 一种用于导弹测试的无线供电装置
CN206413011U (zh) 一种基于可见光通信的led灯

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant