[發明專利]基于部分能量線圈的ICPT雙向數據傳輸系統

有效

• 申請號: 201710570551.5
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107592140B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 唐春森;王智慧;孫躍;朱婉婷;戴欣;蘇玉剛;葉兆虹
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04B5/00
• 分類號: H04B5/00;H04L1/00;H04L27/26
• 代理公司: 重慶敏創專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本發明提供了一種基于部分能量線圈的ICPT雙向數據傳輸系統，包括原邊能量發射裝置和副邊能量接收裝置，所述原邊能量發射裝置中設置有能量發射線圈L_p，所述副邊能量接收裝置中設置有能量接收線圈L_s，在所述原邊能量發射裝置中還設置有原邊數據傳輸模塊，該原邊數據傳輸模塊利用能量發射線圈L_p的部分匝數作為原邊數據耦合線圈L_p1，在所述副邊能量接收裝置中還設置有副邊數據傳輸模塊，該副邊數據傳輸模塊利用能量接收線圈L_s的部分匝數作為副邊數據耦合線圈L_s1，所述原邊數據傳輸模塊和所述副邊數據傳輸模塊利用所述原邊數據耦合線圈L_p1和所述副邊數據耦合線圈L_s1實現數據雙向傳輸，數據傳輸速率最高達到15Mbps。

技術領域

本發明涉及感應耦合電能傳輸技術領域，具體涉及一種基于部分能量線圈的ICPT雙向數據傳輸系統。

背景技術

感應耦合電能傳輸(inductively coupled power transfer，ICPT)技術利用交變的電流在耦合的電感線圈間產生磁場即可實現電能的無線傳遞，電能傳輸過程具有安全、可靠及靈活性強的特點，感應電能傳輸技術稱為無線電能傳輸領域的研究熱點。其具有環境親和力強、綠色環保、便捷、靈活、安全等接觸式電能傳輸所無法比擬的優點，目前已經在軌道交通、電動汽車、生物醫電、家用電器等領域取得了成功的應用。然而在實際工程應用，為了提升ICPT系統性能以及適應更多應用對象，在進行電能無線傳輸的同時還需要進行數據的傳輸。因此，實現ICPT系統能量發送端和接收端間的數據傳輸也成為實現ICPT技術應用推廣所亟待解決的問題。

目前針對ICPT系統能量和數據并行傳輸問題的解決方案主要有以下兩種：(1)利用近場通信技術(IrDA、Bluetooth、Zigbee、RFID等)以及增設信號傳輸耦合線圈構建數據傳輸通道方式，(2)利用ICPT系統的能量通道(電能耦合線圈)構建出信號傳輸通道使得電能與數據可以利用同一耦合機構完成傳輸。從大量文獻研究分析中知第二種方案更節省系統空間和成本，具有更好的應用靈活性，能更好地體現無線電能傳輸技術的優勢及意義。

針對利用電能耦合線圈實現數據無線傳輸的問題，目前主要有以下兩種方式：(1)將電能功率波作為數據載波，利用包含數據特征的電能信息流來實現數據的無線傳輸，(2)利用包含數據特征的高頻載波流來實現數據的無線傳輸。方式(1)通過改變注入到高頻諧振網絡的電能幅值或頻率，根據拾取到的電能信息流的特征復原出數據；方式(2)通過在電能傳輸回路串接信號耦合變壓器，利用信號耦合變壓器完成信號高頻載波的加載與提取，實現利用電能傳輸耦合線圈完成信號的雙向傳輸目的。其中，方式(1)受限于電能傳輸穩定性要求，電能的頻率和幅值不能變化過快，這兩種方案抗干擾性差且信號傳輸速率一般低于10Kbps/s；方式(2)的數據載波經過電能傳輸諧振電路，諧振電路的濾波效果(S型的帶通效果，P型的帶阻效果)會削弱數據載波。經過分析，目前已有的這兩種方式都無法很好地實現ICPT系統高速數據傳輸。然而在一些應用場合在給用電設備進行無線供電的同時還需要進行高速數據傳輸；為了提高數據傳輸速率，一般需要提高數據載波頻率，而目前使用全部能量耦合線圈作為數據傳輸線圈的方案會因感值較大導致數據傳輸回路高頻阻抗很大，最終會導致高頻數據載波衰減比較大。

有了高速數據傳輸通道，還需要高速的數據調制解調技術。在已有的文獻可知，目前用于ICPT系統數據傳輸過程的載波調制解調技術振幅鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)和相位鍵控(PSK)，這些技術一般都是用于串行數據傳輸，數據傳輸率較低且抗干擾性較差。為了提高信號傳輸的穩定性、傳輸速率、抗干擾性能等，在傳統載波調制方案基礎上，很多性能更優的調制解調技術被提了出來，如QPSK、DQPSK、QAM、MQAM以及OFDM等。其中，OFDM技術是一種特殊的多載波調制方式，同時也可以看成多個子載波信號的復用技術。其相比于其他技術具有傳輸的符號持續時間長、帶寬窄的特性，且具有抗干擾性強和頻帶利用率高的特點。

發明內容