一种非接触电能及双向信号传输系统技术方案

本实用新型专利技术属于感应耦合电能和信号传输技术领域，具体涉及一种非接触电能及双向信号传输系统。所述系统通过同一组电磁线圈同时完成电能和通信信号的传输，所述系统能够实现电能的非接触传输以及通信信号的双向传输。本实用新型专利技术提供的所述传输系统应用于非接触电能和信号传输中，使用一组传输通道，即一组电磁线圈，同时完成电能和信号的传输，且信号为双向传输。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触电能及双向信号传输系统
本技术属于感应耦合电能和信号传输
，具体涉及一种非接触电能及双向信号传输系统。
技术介绍
感应耦合电能传输技术是一种基于高频电磁场近场耦合原理实现电能近距离非接触传输的技术。目前，在家电、石油钻井、植入医疗设备、电动汽车充电等领域得到了越来越广泛的应用。在许多应用场景下，往往需要电能与通信信号的同步传输，电能为受电单元提供能量，信号通信则用于传递控制指令、状态信息、传感器测量数值等。目前大量应用方式是，将电能传输和信号传输分别通过不同的电磁线圈结构传输，造成机械尺寸和重量过大、电磁辐射高、自身功耗高的问题。另外，在现有技术中，虽然有些研究者已经尝试将电能与信号进行同步传输，且实现了信号的单向传输，不过其存在应用范围窄的缺点(大量应用场景下需要双向通信，例如石油钻井、汽车充电、家电充电等等)。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供一种非接触电能及双向信号传输系统。所述传输系统应用于非接触电能和信号传输中，能够利用一组电磁线圈同时完成电能和信号的传输，且信号为双向传输。本技术是通过以下技术方案实现的：一种非接触电能及双向信号的传输系统，所述系统包括初级回路和次级回路；所述初级回路和所述次级回路感应耦合且没有直接的电气连接；所述初级回路包括电源、高频逆变器、初级谐振补偿电路、发射线圈、第一控制器、第一信号解调模块和第一信号调制模块，其中，所述电源、所述高频逆变器、所述初级谐振补偿电路和所述发射线圈依次电连接；所述次级回路包括用电设备、电能转换器、次级谐振补偿电路、接收线圈、第二控制器、第二信号解调模块和第二信号调制模块，其中，所述接收线圈、所述次级谐振补偿电路、所述电能转换器和所述用电设备依次电连接。进一步地，在所述初级回路中，所述第一信号调制模块与所述初级谐振补偿电路电连接，所述第一信号解调模块与所述第一控制器及所述发射线圈电连接，所述第一控制器与所述高频逆变器电连接。进一步地，在所述次级回路中，所述第二信号解调模块与所述接收线圈电连接，所述第二信号解调模块与所述第二控制器电连接，所述第二控制器与所述第二信号调制模块电连接，所述第二信号调制模块与所述次级谐振补偿电路电连接。进一步地，所述发射线圈和所述接收线圈为一组电磁线圈。本技术的有益技术效果：(1)本技术所述传输系统，相比分体式设计，由于减少使用了一组线圈，能够有效减小机械尺寸和重量，降低电磁辐射,也降低了电能传输系统自身的功率损耗，能够在很多尺寸受限的场景下应用(例如石油钻井钻铤中)。(2)能够保证电能及通信信号的同时传输，其中通信信号能够实现双向传输。附图说明图1为感应耦合电能与信号传输系统原理框图；图2为本技术非接触电能及双向信号传输系统的电路结构图；图3信号正向传输时(由电能发送方到电能接收方)，信号解调流程图；图4信号反向传输时(由电能接收方到电能发送方)，信号解调流程图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，并不用于限定本技术。相反，本技术涵盖任何由权利要求定义的在本技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本技术有更好的了解，在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。实施例1一种非接触电能及双向信号的传输系统，如图1所示，所述系统包括初级回路和次级回路；所述初级回路和所述次级回路感应耦合且没有直接的电气连接；所述初级回路包括电源、高频逆变器、初级谐振补偿电路、发射线圈、第一控制器、第一信号解调模块和第一信号调制模块，其中，所述电源、所述高频逆变器、所述初级谐振补偿电路和所述发射线圈依次电连接；所述次级回路包括用电设备、电能转换器、次级谐振补偿电路、接收线圈、第二控制器、第二信号解调模块和第二信号调制模块，其中，所述接收线圈、所述次级谐振补偿电路、所述电能转换器和所述用电设备依次电连接。在所述初级回路中电能通过高频逆变器逆变成高频交流电流，通过所述初级谐振补偿回路，在发射线圈产生高频交变磁场，所产生的高频交变磁场直接通过传输介质(空气、水、油等)传输到所述次级回路的接收线圈上。次级回路接收到的电能通过所述次级谐振补偿电路以加强能量传输效率，通过所述电能转换器将交流电转成直流，并进行滤波稳压等处理，最后将处理好的电能传输给用电设备以便其正常工作。所述发射线圈和所述接收线圈构成变压器结构，所述变压器结构为电能耦合结构。电能耦合结构的外形结构根据应用场景而已，如同心圆环、平行环等。这种结构的约束，使得传输距离不会很大(通常0-20cm范围)，否则传输功率和效率会降低，甚至无法满足实用要求。在所述初级回路中，所述第一信号调制模块与所述初级谐振补偿电路电连接，所述第一信号解调模块与所述第一控制器及所述发射线圈电连接，所述第一控制器与所述高频逆变器电连接。其中在所述初级回路中，高频逆变器，用于用直流电源转换成交流电源，且频率可以调节；初级谐振补偿电路，用于与发射线圈配合，形成LC谐振电路；发射线圈，用于与接收线圈构成变压器结构，完成电能发送功能；第一控制器，用于高频逆变器、初级谐振补偿电路控制、数字信号的缓存与处理，并与其他电气单元连接，在本实施例中，所述第一控制器为ST公司的STM32ARM芯片、或者NXP公司等公司内部具有定时器等ARM芯片；第一信号调制模块，包括谐振电容组和电容选择开关，能够改变初级谐振补偿电路的谐振电容，与所述高频逆变器的逆变频率相配合，高频逆变器可工作于2种不同的逆变频率，分别代表数字信号1或0，即能够完成信号调制。第一信号解调模块包含对高频逆变器输出电压和电流进行经过取样、滤波、整形、过零比较的电路，从高频逆变器输出电压信号和电流信号两路信号进入第一信号解调模块，在所述第一信号解调模块中，两路信号经过相位差产生器后输出一路携带相位差信息的信号，而后携带相位差信息的信号进入相位差检测电路，相位差判决器依据相位差值大小判决输出数字信号1或0，即完成信号解调。信号完成解调后，被传输至第一控制器，第一控制器将解调后信号保存在内部缓存器中或通过接口发送给其他电气单元。在所述次级回路中，所述接收线圈、所述次级谐振补偿电路、所述电能转换器和所述用电设备依次电连接，所述第二信号解调模块与所述接收线圈电连接，所述第二信号解调模块与所述第二控制器电连接，所述第二控制器与所述第二信号调制模块电连接，所述第二信号调制模块与所述次级谐振补偿电路电连接。其中在所述次级回路中，电能转换器用于将交流电源转换成直流电源，并进行滤波稳压等处理；次级谐振补偿电路用于与接收线圈配合，形成LC谐振电路；接收线圈用于与发射线圈构成变压器结构，完成电能接收功能；第二控制器用于次级谐振补偿电路控制、数字信号的缓存与处理，并与其他电气单元连接。在本实施例中，所述第二控制器采用为ST公司的STM32ARM芯片、或者NXP公司等公司内部具有定时器等ARM芯片；第二信号调制模块，包括谐振电容组和电容选择开关，能够改变次级谐振补偿电路的谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触电能及双向信号的传输系统，其特征在于，所述系统包括初级回路和次级回路；所述初级回路和所述次级回路感应耦合且没有直接的电气连接；所述初级回路包括电源、高频逆变器、初级谐振补偿电路、发射线圈、第一控制器、第一信号解调模块和第一信号调制模块，其中，所述电源、所述高频逆变器、所述初级谐振补偿电路和所述发射线圈依次电连接；所述次级回路包括用电设备、电能转换器、次级谐振补偿电路、接收线圈、第二控制器、第二信号解调模块和第二信号调制模块，其中，所述接收线圈、所述次级谐振补偿电路、所述电能转换器和所述用电设备依次电连接。

【技术特征摘要】
1.一种非接触电能及双向信号的传输系统，其特征在于，所述系统包括初级回路和次级回路；所述初级回路和所述次级回路感应耦合且没有直接的电气连接；所述初级回路包括电源、高频逆变器、初级谐振补偿电路、发射线圈、第一控制器、第一信号解调模块和第一信号调制模块，其中，所述电源、所述高频逆变器、所述初级谐振补偿电路和所述发射线圈依次电连接；所述次级回路包括用电设备、电能转换器、次级谐振补偿电路、接收线圈、第二控制器、第二信号解调模块和第二信号调制模块，其中，所述接收线圈、所述次级谐振补偿电路、所述电能转换器和所述用电设备依次电连接。2.根据权利要求1所述一种非接触电能及双向信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永友，底青云，陈文轩，洪林峰，谢棋军，刘庆波，杜建生，张文秀，孙云涛，何新振，郑健，刘洋，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11