[發(fā)明專利]能量與信號均為單電容耦合的分離式并行傳輸系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112737137B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設計）人: 蘇玉剛;錢林俊;鄧仁為;劉哲;葉兆虹;王智慧;戴欣;孫躍;唐春森
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J50/00
• 分類號: H02J50/00;H02J50/05;H02J50/80;G08C17/06
• 代理公司: 重慶敏創(chuàng)專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本發(fā)明提供一種能量與信號均為單電容耦合的分離式并行傳輸系統(tǒng)，其能量傳輸通道通過能量發(fā)射極板與能量接收極板構成的電能傳輸單電容耦合結構實現電能無線傳輸，其信號傳輸通道通過信號發(fā)收極板和信號收發(fā)極板構成的信號傳輸單電容耦合結構實現信號雙向無線傳輸。本發(fā)明能夠在幾乎不影響能量傳輸的情況下實現信號的雙向傳輸，相比于雙極板電場耦合式無線電能與信號并行傳輸方式，本發(fā)明的優(yōu)點在于能量和信號都采用單電容耦合，并且能量通道與信號通道分離，信號能夠雙向傳輸，能量回路和信號回路之間的串擾相對較小，使得能量回路能夠具有較大的傳輸功率，同時信號回路具有較高的傳輸速率。

技術領域

本發(fā)明涉及無線電能傳輸技術，具體涉及一種能量與信號均為單電容耦合的分離式并行傳輸系統(tǒng)。

背景技術

無線電能傳輸技術是指綜合應用電力電子技術、電磁場理論以及控制理論，通過磁場、電場、微波等載體實現電能從電網或電池以非電氣接觸的方式傳輸至用電負載的技術。電場耦合式無線電能傳輸(Electric-field Coupled Wireless Power Transfer,EC-WPT)技術以交變電場為傳輸載體，具有耦合機構體積小、重量輕、設計靈活度高、機構耗材量低，且能夠穿越金屬物體傳能等優(yōu)點。目前的EC-WPT系統(tǒng)研究中，耦合機構需要采用兩對金屬極板構成完整的電氣回路，從而將電能從發(fā)送端傳輸到接收端，而兩對耦合極板往往會產生以下問題：移動電氣設備在兩對金屬板的制約下靈活性較差；兩對金屬極板會造成交叉耦合電容，使系統(tǒng)的調諧更加困難。采用單電容的電場耦合式無線電能傳輸系統(tǒng)有利于解決以上問題。

在EC-WPT系統(tǒng)中構建跨越系統(tǒng)原副邊的全控式控制回路可進一步提升系統(tǒng)控制效果，但全控式控制回路需要在電能無線傳輸的基礎上實現原副邊之間的無線信號傳輸；此外，用電設備與系統(tǒng)原邊需要有信息交互，例如：電動汽車電池無線充電時，需由車載端向電能發(fā)送端反饋電池充電狀態(tài)以及電動車位置等信息；在石油鉆井或機械臂關節(jié)等無線供電應用中，需要由電能發(fā)送端向放置于旋轉體上的電能接收端正向發(fā)送信息以實現旋轉體內部的調節(jié)與控制，能量與信號并行傳輸技術可以滿足以上需求。與傳統(tǒng)無線信號傳輸技術如：藍牙、Zigbee、Wi-Fi、Radio-Frequency(RF)相比，能量與信號同傳技術具有配對簡單、傳輸延時小的特點，并且能夠適用于水下等特殊場景。

為了實現能量與信號的同步傳輸，目前主要有三種方式：能量調制傳輸、分離通道傳輸和共享通道傳輸。分離通道能量與信號同傳技術指能量傳輸通道與信號傳輸通道在物理結構上相互獨立，由于能量通道與信號通道分離，該方法的電能傳輸功率等級范圍較寬，可適用于從W級到kW級的不同應用場合；信號傳輸可采用更加高頻的低功率載波，從而提高信號傳輸速率。目前針對分離通道信號傳輸的研究中，通常需要兩對金屬極板來構成信號回路，兩對信號極板存在以下問題：信號接收端受到兩塊極板的制約，使得信號傳輸的靈活性降低；同時兩塊信號極板之間會產生交叉耦合，對信號傳輸產生影響。

發(fā)明內容

基于上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種能量與信號均為單電容耦合的分離式并行傳輸系統(tǒng)，能夠采用較少的金屬極板，使能量通道與信號通道分離，且能量回路和信號回路之間的串擾相對較小，以及能量回路能夠具有較大的傳輸功率，同時信號回路具有較高的傳輸速率。

為了實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種能量與信號均為單電容耦合的分離式并行傳輸系統(tǒng)，包括能量傳輸通道和信號傳輸通道，所述能量傳輸通道的發(fā)送端設置有相連接的能量發(fā)射極板和原邊補償電路，所述能量傳輸通道的接收端設置有相連接的能量接收極板和副邊補償電路，所述能量傳輸通道通過所述能量發(fā)射極板與所述能量接收極板構成的電能傳輸單電容耦合結構實現電能無線傳輸；

所述信號傳輸通道的信號發(fā)送/接收端順序連接有信號發(fā)送/接收裝置、信號調制解調電路、信號發(fā)收極板，所述信號傳輸通道的信號接收/發(fā)送端順序連接有信號收發(fā)極板、信號解調調制電路、信號接收/發(fā)送裝置，所述信號傳輸通道通過所述信號發(fā)收極板和所述信號收發(fā)極板構成的信號傳輸單電容耦合結構實現信號雙向無線傳輸。