【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线能量传输(wpt)，尤其涉及一种基于耦合电容注入的部分共享通道式swpdt系统。
技术介绍
1、在磁场耦合无线电能传输(magnetic-field coupled wireless powertransfer,mc-wpt)系统中，为满足系统闭环控制、运行状态监测、电池荷电状态监测、负载辨识，金属异物检测等应用需求，需要在系统发射端与接收端之间建立通信连接，实现两者之间的数据交互。由此，能量与信号并行传输(simultaneous wireless power and datatransfer,swpdt)技术应运而生。基于频分复用的共享通道式swpdt技术是指在原有wpt系统的电能通道基础上，通过信号调制使独立载波携带信息，将信号与电能加载于同一电路中，实现无线电能与信号并行传输。因其兼顾信号传输速率和电能传输功率同时具有高灵活性、耦合机构体积小的优点，成为了当前的研究重点。其中，信号的注入和提取方式对于信号传输性能来说至关重要。
2、目前，在swpdt系统中，信号的注入和提取方式一般采用耦合变压器或者环形电感。采用耦合变压器完成信号的注入和提取可以实现信号回路与功率回路的电气隔离，有效保护信号回路，但是使用前需考虑其额定功率，额定功率应大于系统主功率，否则可能会导致其元件损坏。一般，系统传输功率越大，耦合变压器额定功率越大，则其体积越大。对于环形电感，应注意防止其环形磁芯饱和，功率等级的提升和磁芯材料的物理特性都会引起磁芯饱和。
技术实现思路
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2、为解决以上技术问题，本专利技术提供一种基于耦合电容注入的部分共享通道式swpdt系统，设有耦合机构，其关键在于，所述耦合机构包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈的一段利兹线上开口式紧密缠绕有原边金属箔纸，所述副边线圈上的一段利兹线上开口式紧密缠绕有副边金属箔纸，所述原边金属箔纸与所述副边金属箔纸对称设置。
3、优选的，所述原边线圈与所述副边线圈采用相同的圆形线圈结构；所述原边线圈的一个接线端和所述原边金属箔纸连接原边信号线路；所述副边线圈的一个接线端和所述副边金属箔纸连接副边信号线路。
4、优选的，所述原边线圈的内接线端和所述原边金属箔纸连接原边信号线路，所述副边线圈的内接线端和所述副边金属箔纸连接副边信号线路。
5、优选的，所述原边线圈的内接线端与所述原边金属箔纸之间等效为第一原边线圈lp1，所述原边金属箔纸与所述原边线圈的内接线端之间等效为第二原边线圈lp2，所述第一原边线圈lp1和所述第二原边线圈lp2的电感值满足：
6、使得主功率回路具有带通滤波特性，在信号传输载波频率下呈现高阻抗特性。
7、优选的，所述原边金属箔纸与所述原边线圈的内接线端之间等效为耦合电容ct1，所述耦合电容ct1的电容值满足：
8、在电能传输频率下呈现高阻抗特性。
9、优选的，该系统还设有连接所述原边线圈的内接线端和外接线端的功率发射电路，和连接所述副边线圈的内接线端和外接线端的功率接收电路，考虑到lcc补偿拓扑的良好滤波特性，本专利技术所述功率发射电路和所述功率接收电路均采取lcc补偿拓扑。
10、优选的，所述原边金属箔纸缠绕在所述原边线圈上从内至外第m匝上，缠绕长度为l；参数m和l通过如下步骤确定：
11、选取信号传输频率fd并设置金属箔纸长度l的初值；
12、搭建耦合电容仿真模型得到耦合电容初值ct1；
13、设置参数m的初值，得lp1、lp2、mp1p2的值，mp1p2表示lp1、lp2之间的互感；
14、根据fd、lp2和mp1p2的值，计算ct1的值；
15、耦合电容仿真模型中改变长度l的值进行仿真，得到ct1的值所对应的参数l的值。
16、优选的，系统参数采用如下步骤确定：
17、设置系统能量工作频率fp、信号工作频率fd和输入电压uin；
18、通过耦合机构仿真得到lp1、lp2、ls1、ls2、mp1s1、mp1s2、mp2s1和mp2s2的值，mp1s1表示lp1与ls1之间的互感，mp2s1表示lp2与ls1之间的互感，mp2s2表示lp2与ls2之间的互感；
19、根据能量传输通道电路拓扑输出功率po、负载rl的值确定原边lcc补偿网络中的谐振电感lf1的值和原边lcc补偿网络中的谐振电感lf2；
20、根据谐振网络谐振特性确定谐振参数原边lcc补偿网络中并联补偿电容cf1、串联补偿电容cp的值，以及副边lcc补偿网络中并联补偿电容cf2、串联补偿电容cs的值。
21、优选的，所述原边金属箔纸设计为带缺口的圆筒形状。
22、优选的，所述原边线圈和所述副边线圈采用一对相互对称的圆形线圈。
23、优选的，所述信号原边线路和所述信号副边线路采用ook调制信号。
24、本专利技术提供的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式swpdt系统，其电能传输的原边线圈和副边线圈采用一对相互对称的圆形线圈组成，信号传输与电能传输通过金属箔纸共用部分耦合线圈，通过金属箔纸与利兹线之间的电容注入或提取信号，通过合理设计相应参数值，可有效隔离能量传输通道合和信号传输通道，实现能量和信号的稳定同步传输，而这种方式增加的仅有金属箔纸，而金属箔纸体积可忽略不计。
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1.一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，设有耦合机构，其特征在于，所述耦合机构包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈的一段利兹线上开口式紧密缠绕有原边金属箔纸，所述副边线圈上的一段利兹线上开口式紧密缠绕有副边金属箔纸，所述原边金属箔纸与所述副边金属箔纸对称设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于：所述原边线圈与所述副边线圈采用相同的圆形线圈结构；所述原边线圈的一个接线端和所述原边金属箔纸连接原边信号线路；所述副边线圈的一个接线端和所述副边金属箔纸连接副边信号线路。
3.根据权利要求2所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于：所述原边线圈的内接线端和所述原边金属箔纸连接原边信号线路，所述副边线圈的内接线端和所述副边金属箔纸连接副边信号线路。
4.根据权利要求3所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于：所述原边线圈的内接线端与所述原边金属箔纸之间等效为第一原边线圈Lp1，所述原边金属箔纸与所述原边线圈的内接线端之间等效为第二原
5.根据权利要求4所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于：所述原边金属箔纸与所述原边线圈的内接线端之间等效为耦合电容Ct1，所述耦合电容Ct1的电容值满足：
6.根据权利要求5所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于，所述原边金属箔纸缠绕在所述原边线圈上从内至外第m匝上，缠绕长度为l；参数m和l通过如下步骤确定：
8.根据权利要求7所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于，系统参数采用如下步骤确定：
9.根据权利要求7所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于：所述原边金属箔纸设计为带缺口的圆筒形状。
10.根据权利要求7所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式SWPDT系统，其特征在于：所述原边线圈和所述副边线圈采用一对相互对称的圆形线圈。
...【技术特征摘要】
1.一种基于耦合电容注入的部分共享通道式swpdt系统，设有耦合机构，其特征在于，所述耦合机构包括原边线圈和副边线圈，所述原边线圈的一段利兹线上开口式紧密缠绕有原边金属箔纸，所述副边线圈上的一段利兹线上开口式紧密缠绕有副边金属箔纸，所述原边金属箔纸与所述副边金属箔纸对称设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式swpdt系统，其特征在于：所述原边线圈与所述副边线圈采用相同的圆形线圈结构；所述原边线圈的一个接线端和所述原边金属箔纸连接原边信号线路；所述副边线圈的一个接线端和所述副边金属箔纸连接副边信号线路。
3.根据权利要求2所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式swpdt系统，其特征在于：所述原边线圈的内接线端和所述原边金属箔纸连接原边信号线路，所述副边线圈的内接线端和所述副边金属箔纸连接副边信号线路。
4.根据权利要求3所述的一种基于耦合电容注入的部分共享通道式swpdt系统，其特征在于：所述原边线圈的内接线端与所述原边金属箔纸之间等效为第一原边线圈lp1，所述原边金属箔纸与所述原边线圈的内接线端之间等效为第二原边线...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小飞，邓德强，杨欣，任江洪，左志平，王斌，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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