能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统技术方案

本发明专利技术提供一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其能量传输通道通过能量发射极板与能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输，其信号传输通道通过信号发收极板和信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。本发明专利技术能够在几乎不影响能量传输的情况下实现信号的双向传输，相比于双极板电场耦合式无线电能与信号并行传输方式，本发明专利技术的优点在于能量和信号都采用单电容耦合，并且能量通道与信号通道分离，信号能够双向传输，能量回路和信号回路之间的串扰相对较小，使得能量回路能够具有较大的传输功率，同时信号回路具有较高的传输速率。

【技术实现步骤摘要】
能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统
本专利技术涉及无线电能传输技术，具体涉及一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统。
技术介绍
无线电能传输技术是指综合应用电力电子技术、电磁场理论以及控制理论，通过磁场、电场、微波等载体实现电能从电网或电池以非电气接触的方式传输至用电负载的技术。电场耦合式无线电能传输(Electric-fieldCoupledWirelessPowerTransfer,EC-WPT)技术以交变电场为传输载体，具有耦合机构体积小、重量轻、设计灵活度高、机构耗材量低，且能够穿越金属物体传能等优点。目前的EC-WPT系统研究中，耦合机构需要采用两对金属极板构成完整的电气回路，从而将电能从发送端传输到接收端，而两对耦合极板往往会产生以下问题：移动电气设备在两对金属板的制约下灵活性较差；两对金属极板会造成交叉耦合电容，使系统的调谐更加困难。采用单电容的电场耦合式无线电能传输系统有利于解决以上问题。在EC-WPT系统中构建跨越系统原副边的全控式控制回路可进一步提升系统控制效果，但全控式控制回路需要在电能无线传输的基础上实现原副边之间的无线信号传输；此外，用电设备与系统原边需要有信息交互，例如：电动汽车电池无线充电时，需由车载端向电能发送端反馈电池充电状态以及电动车位置等信息；在石油钻井或机械臂关节等无线供电应用中，需要由电能发送端向放置于旋转体上的电能接收端正向发送信息以实现旋转体内部的调节与控制，能量与信号并行传输技术可以满足以上需求。与传统无线信号传输技术如：蓝牙、Zigbee、Wi-Fi、Radio-Frequency(RF)相比，能量与信号同传技术具有配对简单、传输延时小的特点，并且能够适用于水下等特殊场景。为了实现能量与信号的同步传输，目前主要有三种方式：能量调制传输、分离通道传输和共享通道传输。分离通道能量与信号同传技术指能量传输通道与信号传输通道在物理结构上相互独立，由于能量通道与信号通道分离，该方法的电能传输功率等级范围较宽，可适用于从W级到kW级的不同应用场合；信号传输可采用更加高频的低功率载波，从而提高信号传输速率。目前针对分离通道信号传输的研究中，通常需要两对金属极板来构成信号回路，两对信号极板存在以下问题：信号接收端受到两块极板的制约，使得信号传输的灵活性降低；同时两块信号极板之间会产生交叉耦合，对信号传输产生影响。
技术实现思路
基于上述缺陷，本专利技术的目的在于提出一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，能够采用较少的金属极板，使能量通道与信号通道分离，且能量回路和信号回路之间的串扰相对较小，以及能量回路能够具有较大的传输功率，同时信号回路具有较高的传输速率。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，包括能量传输通道和信号传输通道，所述能量传输通道的发送端设置有相连接的能量发射极板和原边补偿电路，所述能量传输通道的接收端设置有相连接的能量接收极板和副边补偿电路，所述能量传输通道通过所述能量发射极板与所述能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输；所述信号传输通道的信号发送/接收端顺序连接有信号发送/接收装置、信号调制解调电路、信号发收极板，所述信号传输通道的信号接收/发送端顺序连接有信号收发极板、信号解调调制电路、信号接收/发送装置，所述信号传输通道通过所述信号发收极板和所述信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。可选地，所述原边补偿电路设置有原边谐振电感Lf1和原边谐振电容Cf1构成的原边谐振补偿电路，所述能量发射极板电气连接在所述原边谐振电感Lf1和所述原边谐振电容Cf1的公共连接端上，所述副边补偿电路设置有副边谐振电感Lj1和副边谐振电容Cj1构成的副边谐振补偿电路，所述能量接收极板电气连接在所述副边谐振电感Lj1和所述副边谐振电容Cj1的公共连接端上。可选地，在所述能量传输通道的发送端设置有逆变电路，所述逆变电路的输入端用于连接直流电源，所述逆变电路的输出端连接所述原边谐振补偿电路。可选地，在所述能量传输通道的接收端设置有副边整流滤波电路，所述副边整流滤波电路的输入端连接所述副边谐振补偿电路，所述副边整流滤波电路的输出端为负载供电。可选地，所述原边谐振补偿电路和所述副边谐振补偿电路均为LC谐振补偿电路，二者谐振频率相同，且对应元器件参数设置相同。可选地，所述副边整流滤波电路为由全桥整流电路和滤波电容组成。可选地，所述能量发射极板与所述能量接收极板正对设置，相距dt1；所述信号发收极板与所述信号收发极板正对设置，相距dt2；所述电能传输单电容耦合结构与所述信号传输单电容耦合结构相距d。可选地，所述能量发射极板与所述能量接收极板为两块相同的金属极板。可选地，所述信号发收极板与所述信号收发极板为两块相同的金属极板。本专利技术提出一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其能量传输通道通过能量发射极板与能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输，其信号传输通道通过信号发收极板和信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输，从而能够在几乎不影响能量传输的情况下实现信号的双向传输。相比于双极板电场耦合式无线电能与信号并行传输方式，本专利技术的优点在于能量和信号都采用单电容耦合，耦合机构只需要一对能量极板和一对信号极板，通过一对能量极板实现电能从原边向副边的传输，通过一对信号极板实现原边和副边的双向通信；能量通道与信号通道分离，所以能量回路和信号回路之间的串扰相对较小，使得能量回路能够具有较大的传输功率，同时信号回路具有较高的传输速率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术具体实施例的系统架构图；图2为图1所示系统中耦合机构的等效模型图；图3为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C12、C14、C24随能量极板与信号极板之间距离d的变化规律图；图4为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C13随能量极板与信号极板之间距离d的变化规律图；图5为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C12、C14、C24随信号极板边长x的变化规律图；图6为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C13随信号极板边长x的变化规律图；图7为图1所示系统的能量发送端向能量接收端发送信息时的等效电路图；图8为图1所示系统的参数设计流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。如图1所示，本实施例提供一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，包括能量传输通道和信号传输通道，其特征在于：所述能量传输通道的发送端设置有相连接的能量发射极板和原边补偿电路，所述能量传输通道的接收端设置有相连接的能量接收极板和副边补偿电路，所述能量传输通道通过所述能量发射极板与所述能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输；/n所述信号传输通道的信号发送/接收端顺序连接有信号发送/接收装置、信号调制解调电路、信号发收极板，所述信号传输通道的信号接收/发送端顺序连接有信号收发极板、信号解调调制电路、信号接收/发送装置，所述信号传输通道通过所述信号发收极板和所述信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。/n

【技术特征摘要】
1.能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，包括能量传输通道和信号传输通道，其特征在于：所述能量传输通道的发送端设置有相连接的能量发射极板和原边补偿电路，所述能量传输通道的接收端设置有相连接的能量接收极板和副边补偿电路，所述能量传输通道通过所述能量发射极板与所述能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输；
所述信号传输通道的信号发送/接收端顺序连接有信号发送/接收装置、信号调制解调电路、信号发收极板，所述信号传输通道的信号接收/发送端顺序连接有信号收发极板、信号解调调制电路、信号接收/发送装置，所述信号传输通道通过所述信号发收极板和所述信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。


2.根据权利要求1所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：所述原边补偿电路设置有原边谐振电感Lf1和原边谐振电容Cf1构成的原边谐振补偿电路，所述能量发射极板电气连接在所述原边谐振电感Lf1和所述原边谐振电容Cf1的公共连接端上，所述副边补偿电路设置有副边谐振电感Lj1和副边谐振电容Cj1构成的副边谐振补偿电路，所述能量接收极板电气连接在所述副边谐振电感Lj1和所述副边谐振电容Cj1的公共连接端上。


3.根据权利要求2所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：在所述能量传输通道的发送端设置有逆变电路，所述逆变电路的输入端用于连接直流电源，所述逆变电...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏玉刚，钱林俊，邓仁为，刘哲，叶兆虹，王智慧，戴欣，孙跃，唐春森，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50