[發明專利]一種基于映射阻抗變化實現無線電能和信號的同步傳輸裝置

在審

• 申請號: 201610765027.9
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN107800196A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 高濤;岳步江;陳京誼;劉曉剛;張福亮;王浩;雷歌陽
• 申請（專利權）人: 航天科工慣性技術有限公司
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H04B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于一種無線電能和信號傳輸裝置，具體涉及一種無線(非接觸)電能和信號采用同一組線圈進行同時傳輸，其中電能是初級向次級單向傳輸，信號是初級和次級之間進行半雙工傳輸。

背景技術

上世紀80年代，以電磁感應耦合方式為主的無線電能傳輸技術開始被學者們關注。近年來，電磁感應式無線電能傳輸技術發展迅速，在很多領域(如軌道交通、醫療器械、便攜式電子設備等)都有應用。

目前，國內外理論研究和應用設計主要集中于提高感應式無線電能傳輸的功率和效率，增大傳輸距離。然而，不同負載(如容性負載電池和感性負載直流無刷電機)對無線供電算法具有獨特的要求。采用合適的供電算法對電池和電機進行控制，對負載設備的用電環境進行監測，延長電池和電機的使用壽命，對保證供電安全也是至關重要。成熟的無線電能傳輸系統，副邊可以檢測負載的供電狀態，對電池和電機的信息進行調制并發送給原邊，告知原邊是否改變供電策略、該傳輸多少電能等信息。從而實現電能從原邊向副邊傳輸，信息則由副邊向原邊傳輸或原邊向副邊傳輸，完成整個系統的閉環控制。

現有技術采用的是電能采用一對線圈，信號單獨采用一對線圈，無線電能和信息采用兩套獨立的系統進行傳輸，這樣的系統增加了一對線圈和信息傳輸的控制電路，對現有技術的體積和成本帶來一些問題。

美國專利US 6540032公開了一種井下鉆具中靜止部件與旋轉部件之間非接觸電能傳輸的方法和裝置，該專利提出的變壓器原理結構可行，但是對無線電能和信號同步傳輸沒有涉及。該方案公開的是整個石油儀器的結構件，沒有按照無線電能和信息同步傳輸展開敘述，而且整個裝置體積較大，沒有實際應用的意義。

中國專利CN105186705A公開了一種高效率的電能發射端，非接觸電能傳輸裝置和電能傳輸方法，利用電感和由電感和電容構成的軟開關電路來調節所述直流交流電壓變換器的輸出等效阻抗，使得輸出等效阻抗保持為感性阻抗，可以讓直流-交流電壓變換器中的開關器件在導通前電壓下降為零，實現零電壓導通。該方法只對非接觸直流-交流變換器的電路實現軟開關，但是該方法沒有對無線電能和信號同步傳輸進行考慮。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于映射阻抗變化實現無線電能和信號的同步傳輸裝置，它能夠克服現有無線電能和信號分別采用各自的控制電路，無線電能和信號傳輸分別采用2阻線圈的缺點。

本發明是這樣實現的，基于映射阻抗變化實現無線電能和信號的同步傳輸裝置，其特征在于：它包括無線電能和信號傳輸的共用線圈，初級電能線圈，次級電能線圈，初級映射阻抗切換電路，次級映射阻抗切換電路，初級電壓包絡采集電路，次級電壓包絡采集電路。

所述的無線電能的初級線圈和初級的映射阻抗切換電路連接，用于由初級向次級發送信號。

所述的無線電能的次級線圈和次級的映射阻抗切換電路連接，用于由次級向初級發送信號。

所述的無線電能的初級線圈和初級的電壓包絡采集電路連接，用于次級向初級發送信號的提取。

所述的無線電能的次級線圈和次級的電壓包絡采集電路連接，用于初級向次級發送信號的提取。

所述的初級無線電能線圈用于電能的發射，同時也用于初級信號傳輸和次級信號的接受；次級無線電能線圈用于電能的接受，同時也用于次級信號傳輸和初級信號的接受。

本發明的優點是，(1)本發明的非接觸電能傳輸裝置的電能和信號的變壓器由原來的兩個變為一個，這樣大大減小了體積，同時，原來兩個變壓器的四個接頭也縮減為現在的兩個接頭，降低了成本，提高了系統的可靠性；(2)本發明一種基于映射阻抗變化實現無線電能和信號同步傳輸裝置，由原來的兩套控制系統變成一套控制系統，縮減了控制電路和電路板的數量；(3)本發明一種基于映射阻抗變化實現無線電能和信號同步傳輸裝置，通過調節控制初級線圈和次級線圈的補償電容或補償電感，實現初級和次級信號的雙向半雙工傳輸；(4)本發明從非接觸的內磁鋼和外磁鋼的結構考慮到實際的工程化要求，電能和信號傳輸的變壓器采用同一個變壓器，縮小了系統的體積，結構安裝簡單，提高了充電設備和旋轉導向工具非接觸部分的可靠性，使得電能和信號同步傳輸，對于相對分離部件之間無線電能(非接觸)電能傳輸應用具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明的一種無線電能和信號同步傳輸的次級切換電路(電容)；

圖2是本發明的一種無線電能和信號同步傳輸的次級切換電路(電感)；

圖3是本發明的一種無線電能和信號同步傳輸的初級切換電路(電容)；