[發明專利]采用補償電感傳遞信號的ECPT系統及其參數設計方法

有效

• 申請號: 201810389438.1
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108832724B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 王智慧;卿曉東;蘇玉剛;葉兆虹;朱婉婷
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 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

本發明提供了一種采用補償電感傳遞信號的ECPT系統及其參數設計方法，系統包括用于實現電能無線傳輸的電場耦合機構，其特征在于：在所述電場耦合機構的原邊電路中設置有補償電感L_s1和補償電感L_s3，在所述電場耦合機構的副邊電路中設置有補償電感L_s2，補償電感L_s1，L_s2和L_s3共同補償電場耦合機構的容抗，補償電感L_s1和補償電感L_s2相互耦合構成信號傳輸通道實現原、副邊之間的無線信號傳輸。本發明的效果是：系統無需額外增加線圈或極板，利用ECPT系統的補償電感構建信號傳遞通道，系統的電能傳輸通過電場耦合通道，信號傳輸則通過磁場耦合通道，通道分離，串擾較小，實現了穩定可靠的電能與信號并行傳輸。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術，具體涉及一種采用補償電感傳遞信號的ECPT系統及其參數設計方法。

背景技術

無線電能傳輸技術能夠實現電能從電網無線的傳遞到用電設備，吸引了越來越多來自于全世界研究人員的關注。電場耦合電能傳輸(Electric-Filed Coupled PowerTransfer，ECPT)技術利用電場作為電能傳輸介質，具有以下優點：耦合機構簡易輕薄、形狀易變、成本低；工作中絕大部分電通量分布于耦合機構中間，電磁干擾很小；不會在耦合機構周圍及其之間的金屬導體上產生渦流損耗；可以穿透金屬傳遞電能。目前，國內外學者圍繞移動機器人、生物裝置、手機充電和電動車供電等領域開展了ECPT技術的研究，并取得了許多研究成果。

為了提升系統傳輸功率和效率、提高系統魯棒性，WPT系統需要在系統原邊和副邊之間進行實時的信號通訊。除此之外，在一些特殊的應用場合，例如井下鉆井系統、醫療遙測裝置等，也需要將控制信號從原邊傳輸到副邊，或者將檢測信號從副邊傳遞到原邊。目前，國內外學者圍繞WPT系統電能與信號并行傳輸已經提出了多種方案，中國專利申請201510562959.9提出了一種基于共享通道的全雙工通信無線電能與信號并行傳輸ECPT系統，給出了抑制同側信道干擾策略。中國專利201510546147.5提出了一種基于線圈寄生電容傳信號的電能與信號并行傳輸IPT系統。對于共享通道方案，它有著耦合機構小、靈活性強等優點，但是電能對信號的串擾可能會很大，必須采取措施加以解決。對于傳統的分離通道方案，其電能對信號的串擾較小，但是需要額外增加線圈或者極板導致系統體積會增加。而對于基于線圈寄生電容傳信號的這種方式，它巧妙的利用了線圈寄生電容和金屬屏蔽極板構建電場通道作為信道，但是由于寄生電容很小，所需載波頻率會很高，系統參數敏感性也很強。

發明內容

鑒于現有技術的缺陷，本發明提出了一種采用補償電感傳遞信號的ECPT系統，該系統的電能和信號分別通過電場耦合通道和磁場耦合通道傳遞，因為其信號通道是由ECPT系統的補償電感構建的，所以無需額外增加線圈或者極板，又因為電能與信號傳遞通過分離的通道來實現，因此電能對信號的串擾較小。

為了實現上述目的，本發明所采用的具體技術方案如下：

一種采用補償電感傳遞信號的ECPT系統，包括用于實現電能無線傳輸的電場耦合機構，其關鍵在于：在所述電場耦合機構的原邊和副邊電路中設置有補償電感L_s1,L_s2和L_s3，它們共同補償電場耦合機構的容抗，所述補償電感L_s1和補償電感L_s2相互耦合構成信號傳輸通道實現原、副邊之間的無線信號傳輸。基于上述設計，現有ECPT系統中的電場耦合機構可以保持原有的電能傳輸通道，利用其補償電感相互耦合實現信號無線傳輸，該系統中的補償電感既滿足電能傳輸通道中的諧振需求，又滿足信號傳輸通道中的諧振需求，通道分離降低了電能對信號的串擾。

可選地，原、副邊的補償電感與耦合機構構成的等效電容構成串聯諧振回路，當然作為本領域普通技術人員也能夠理解，原、副邊的電感和電容可以實現多種同等變換，比如原邊采用串聯諧振，副邊采用并聯諧振等方式。