[發(fā)明專利]基于集成式磁路耦合結(jié)構(gòu)的能量與信號同步無線傳輸系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115967192A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉之濤;陳文杰;劉佳;蘇宏業(yè)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種基于集成式磁路耦合結(jié)構(gòu)的單通道能量與信號同步無線傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明包括直流電源、高頻逆變電路、原邊能量發(fā)射電路、副邊接收電路、整流電路、負(fù)載、信號調(diào)制電路和信號解調(diào)電路。副邊接收電路包括副邊能量接收電路和副邊信號接收電路，其中能量接收線圈與信號接收線圈相互疊放，能量接收線圈與信號接收線圈之間相互解耦并與原邊能量發(fā)射電路的發(fā)射線圈構(gòu)成集成式磁路耦合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于集成式磁路耦合結(jié)構(gòu)，使用系統(tǒng)諧波作為信號載波，在不影響無線電能傳輸系統(tǒng)能量傳輸?shù)臈l件下，實(shí)現(xiàn)能量與信號的高速、高效同步傳輸。該技術(shù)的應(yīng)用，使得系統(tǒng)更加緊湊，節(jié)省了使用成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車輛無線充電系統(tǒng)領(lǐng)域的一種能量與信號同步無線傳輸系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于集成式磁路耦合結(jié)構(gòu)的單通道能量與信號同步無線傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電動汽車的充電方法主要有兩種：一種是有線充電，也叫接觸式充電。一種是無線充電，也叫無接觸式充電，這是一種新型的充電方式。它主要利用無線電能傳輸技術(shù)(wireless?power?transfer，WPT)，目前無線電能傳輸主要有3種形式：感應(yīng)式、諧振式和微波無線電能傳輸。

無線充電具有使用方便、安全、可靠，沒有電火花和觸電的危險(xiǎn)，無積塵和接觸損耗，無機(jī)械磨損，沒有相應(yīng)的維護(hù)問題，可以適應(yīng)雨雪等惡劣的天氣和環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。無線充電技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電動汽車、智能手機(jī)、智能家電、AGV等領(lǐng)域。對于大多數(shù)應(yīng)用，無線電能傳輸系統(tǒng)的閉環(huán)控制需要建立在能量發(fā)射端和能量接收端之間的可靠信息交換的基礎(chǔ)上，從而實(shí)現(xiàn)最大效率跟蹤、輸出傳輸功率調(diào)整或負(fù)載狀態(tài)監(jiān)測等。

傳統(tǒng)的通信技術(shù)，如藍(lán)牙、2.4G模塊、Wi-Fi和Zigbee，被廣泛應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腤PT應(yīng)用中。然而，這些技術(shù)需要復(fù)雜的地址匹配，并且容易受到無線充電系統(tǒng)中高頻開關(guān)引起的電磁噪聲的影響。此外，還需要使用額外的通信設(shè)備，這將增加系統(tǒng)復(fù)雜性和增加系統(tǒng)成本。因此，近年來在無線電能傳輸系統(tǒng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量與信號的同步傳輸受到了廣泛關(guān)注。

目前能量與信號同步無線傳輸技術(shù)主要采用雙通道技術(shù)、注入式技術(shù)和單通道技術(shù)三種方式。

雙通道傳輸技術(shù)即能量與信號通過兩組線圈分別進(jìn)行傳輸，可以分別控制能量傳輸和信號傳輸，從而提高信號傳輸?shù)男剩莾山M磁路機(jī)構(gòu)的存在會造成電能與信號之間的強(qiáng)烈交叉耦合從而產(chǎn)生電磁干擾等問題。另外，兩組通道會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加系統(tǒng)成本。

注入式技術(shù)通過耦合線圈將高頻載波耦合至高頻逆變電路輸出方波電壓上進(jìn)行能量與信號的同步傳輸。但是該方法只是在逆變方波的正半周上進(jìn)行信號的加載，信號的傳輸速率受到高頻逆變電路工作頻率的限制，信號傳輸速率較低。

單通道傳輸技術(shù)即能量與信號傳輸共用同一個(gè)傳輸通道，這種技術(shù)不需要額外的設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)。目前，采用單通道實(shí)現(xiàn)電能與信號同步傳輸技術(shù)一般采用二進(jìn)制移幅鍵控、二進(jìn)制移頻鍵控和二進(jìn)制移相鍵控三種方法。這三種方法分別是通過改變高頻逆變電路的輸入電壓、工作頻率和移相角來實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制，但是這些傳統(tǒng)的調(diào)制方法存在著信號傳輸速率低、易對系統(tǒng)輸出電壓造成較大影響等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種基于集成式磁路耦合結(jié)構(gòu)的單通道能量與信號同步無線傳輸系統(tǒng)，不需要引進(jìn)額外的設(shè)備，基于集成式磁路耦合結(jié)構(gòu)，使用系統(tǒng)諧波作為信號載波，在不影響無線電能傳輸系統(tǒng)能量傳輸?shù)臈l件下，該系統(tǒng)中能量與信號傳輸共用同一個(gè)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)能量與信號的高速、高效同步傳輸，使得系統(tǒng)更加簡單且緊湊，節(jié)省了使用成本，易實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括直流電源、高頻逆變電路、原邊能量發(fā)射電路、副邊接收電路、整流電路、負(fù)載、信號調(diào)制電路和信號解調(diào)電路；