一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统，包括：直流电压模块、高频逆变模块、多线圈能量耦合模块、副边能量变换模块，信号调制模块以及副边信号解调模块。所述多线圈能量耦合模块的中继线圈连接所述信号调制模块；所述多线圈能量耦合模块的输出端连接副边能量变换模块；所述副边能量变换模块与所述副边信号解调模块通过副边信号发射耦合线圈与副边信号拾取线圈耦合连接，所述副边能量变换环节的输出端连接有负载。本发明专利技术通过非接触充电的线圈耦合谐振原理，利用多线圈能量耦合机构对非接触充电电能进行传递，可以有效提高能量传输距离，减少能量在远距离时传输时的能量损失，电路体积较小、效率高、容易实现电磁隔离。

A multi-coil non-contact energy and signal synchronous transmission system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统及其控制方法
本专利技术涉及能量与信号同步传输领域，具体而言，尤其涉及一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统及其控制方法。
技术介绍
感应耦合电能传输技术是一种借助高频电磁场，通过磁耦合机构并基于电磁感应原理实现电能无线传输的技术。近年来，由于其安全性，可靠性，在电动汽车、机器人、生物医电等方面得到了广泛的应用。目前电能与信号同步传输技术主要包含射频技术、双通道技术和单通道技术。比较而言，从提高系统集成度和可靠性考虑，单通道技术更具有应用前景和研究价值。目前，单通道技术从信号传输模式来看主要分为能量调制式与载波调制式，能量调制式主要通过产生及识别能量包络实现信号传输，主要有调压式(改变逆变电路输入电压)、调频式(改变逆变电路开关管工作频率)及调谐式(改变谐振电路参数)。目前，单通道信号传输技术的信号传输速率较低，电能传输容易受到干扰，同时受限与电能传输效率，线圈距离会非常小。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统及其控制方法。本专利技术主要利用一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统，包括：直流电压模块、高频逆变模块、多线圈能量耦合模块、副边能量变换模块，信号调制模块以及副边信号解调模块。进一步地，所述多线圈能量耦合模块的中继线圈连接所述信号调制模块；所述多线圈能量耦合模块的输出端连接副边能量变换模块；所述副边能量变换模块与所述副边信号解调模块通过副边信号发射耦合线圈与副边信号拾取线圈耦合连接，所述副边能量变换环节的输出端连接有负载。更进一步地，所述多线圈能量耦合模块包括：原边线圈、副边线圈、中继线圈以及其谐振电容C1，C21，C22以及C3。进一步地，所述中继线圈串联两个相互并联的耦合电容C21和C22并联后与信号调制模块相连；所述的信号调制模块包括：数字信号发生器及信号开关，所述数字信号发生器的输出控制所述信号开关的开闭。更进一步地，所述逆变模块为包括四个场效应管的全桥逆变结构。本专利技术还包含一种非接触电能与信号同步传输系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：数字信号发生器通过输出高低电平信号控制开关的开断，控制谐振电容C22的切入与切出，调整所述中继线圈的耦合程度，使输出信号为高电平时，所述中继线圈处于完全谐振状态，信号为低电平时，切出电容，降低线圈谐振程度，使所述中继线圈为谐振状态，实施使能量信号既能形成电能包络，同时不干扰原边及副边线圈的正常供电。步骤S2：所述中继线圈发出的高频能量包络信号，通过副边的信号拾取线圈将信号送入信号解调线圈，带有信号信息的高次谐波电流经副边解调环节的包络检波，比较器及抽样判决将信息进行解调，从而获得解调信号。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本方法利用非接触充电的线圈耦合谐振原理，利用多线圈能量耦合机构对非接触充电电能进行传递，可以有效提高能量传输距离，减少能量在远距离时传输时的能量损失，电路体积较小、效率高、容易实现电磁隔离；利用电容的切换调节电流幅值，使电路一直保持近谐振状态工作，实现稳定输出电压；同时利用信号高次谐波传递数据，系统数据传输速率提高。因此，本系统可以实现电能与信号的同步传输，有效提高副边电压输出的稳定性，减少能量损失，提高信号传输的速率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的电路原理图。图2为本专利技术的系统线圈功率与电能频率的变化关系图。图3为本专利技术信号传输速率为2KHZ时，发射端信号与接收端信号对比波形图。图4为本专利技术负载端电能变化的波形图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。如图1-4所示，本专利技术包含一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统，包括：直流电压模块、高频逆变模块、多线圈能量耦合模块、副边能量变换模块，信号调制模块以及副边信号解调模块。作为一种优选的实施方式，所述多线圈能量耦合模块的中继线圈连接所述信号调制模块；所述多线圈能量耦合模块的输出端连接副边能量变换模块；所述副边能量变换模块与所述副边信号解调模块通过副边信号发射耦合线圈与副边信号拾取线圈耦合连接，所述副边能量变换环节的输出端连接有负载。在本实施方式中，所述多线圈能量耦合模块包括：原边线圈、副边线圈、中继线圈以及其谐振电容C1，C21，C22以及C3。可以理解为在其它的实施方式张工，所述多线圈能量耦合模块还可以包含多个电容，只要能够满足能够实现耦合作用即可。作为一种优选的实施方式，所述中继线圈串联两个相互并联的耦合电容C21和C22并联后与信号调制模块相连；所述的信号调制模块包括：数字信号发生器及信号开关，所述数字信号发生器的输出控制所述信号开关的开闭。在本实施方式中，所述逆变模块为包括四个场效应管的全桥逆变结构。作为一种优选的实施方式，本专利技术还包含一种非接触电能与信号同步传输系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：数字信号发生器通过输出高低电平信号控制开关的开断，控制谐振电容C22的切入与切出，调整所述中继线圈的耦合程度，使输出信号为高电平时，所述中继线圈处于完全谐振状态，信号为低电平时，切出电容，降低线圈谐振程度，使所述中继线圈为谐振状态，实施使能量信号既能形成电能包络，同时不干扰原边及副边线圈的正常供电。步骤S2：所述中继线圈发出的高频能量包络信号，通过副边的信号拾取线圈将信号送入信号解调线圈，带有信号信息的高次谐波电流经副边解调环节的包络检波，比较器及抽样判决将信息进行解调，从而获得解调信号。多线圈感应耦合电能传输系统根据发射数据的实际情况，确定谐振电容的切入切出，通过理论分析和计算可分别得出在信号耦合电容从系统中切入和切出情况下，原边电流有效值变化的曲线，定义信号耦合电容切入情况下原边电流有效值为I0，，切出情况下原边电流有效值为I1，如图2所示，电容切入情况下，线圈与电容的谐振频率在m2点切出情况下电容与线圈耦谐振频率在m1点。由于切出电容之后，电流有效值I1<I0，使中继线圈发出的电能波可以产生高低不同的电能包络，中继线圈将带有信号信息的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统，其特征在于，包括：直流电压模块、高频逆变模块、多线圈能量耦合模块、副边能量变换模块，信号调制模块以及副边信号解调模块；所述多线圈能量耦合模块的中继线圈连接所述信号调制模块；所述多线圈能量耦合模块的输出端连接副边能量变换模块；所述副边能量变换模块与所述副边信号解调模块通过副边信号发射耦合线圈与副边信号拾取线圈耦合连接，所述副边能量变换环节的输出端连接有负载；所述多线圈能量耦合模块包括：原边线圈、副边线圈、中继线圈以及其谐振电容C1，C21，C22以及C3；所述中继线圈串联两个相互并联的耦合电容C21和C22并联后与信号调制模块相连；所述的信号调制模块包括：数字信号发生器及信号开关，所述数字信号发生器的输出控制所述信号开关的开闭。

【技术特征摘要】
1.一种多线圈非接触能量与信号同步传输系统，其特征在于，包括：直流电压模块、高频逆变模块、多线圈能量耦合模块、副边能量变换模块，信号调制模块以及副边信号解调模块；所述多线圈能量耦合模块的中继线圈连接所述信号调制模块；所述多线圈能量耦合模块的输出端连接副边能量变换模块；所述副边能量变换模块与所述副边信号解调模块通过副边信号发射耦合线圈与副边信号拾取线圈耦合连接，所述副边能量变换环节的输出端连接有负载；所述多线圈能量耦合模块包括：原边线圈、副边线圈、中继线圈以及其谐振电容C1，C21，C22以及C3；所述中继线圈串联两个相互并联的耦合电容C21和C22并联后与信号调制模块相连；所述的信号调制模块包括：数字信号发生器及信号开关，所述数字信号发生器的输出控制所述信号开关的开闭。2.根据权利要求1所述的一种非接触电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琦，袁学庆，闫文龙，刘竞远，于海波，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21