一種雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統的制作方法

本發明屬于無線電能傳輸和近場磁通信技術領域，尤其涉及一種雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統。

背景技術：

磁耦合諧振式無線電能傳輸系統通過空間磁場實現電能的無接觸傳輸，其核心單元為一對收發諧振線圈，實現電能高效傳輸的必要條件之一是收發諧振線圈具有相同的固有諧振頻率，且系統工作頻率即為其固有諧振頻率。

目前公知的磁耦合諧振式無線電能傳輸系統大多只有電能傳輸通道，然而隨著人們對智能化和自動化的要求不斷提高，在收發模塊之間同步地傳輸控制指令或反饋信息也是非常必要的。如果在磁耦合諧振式無線電能傳輸系統中額外增加通信模塊將增大設備的體積，并且帶來信號傳輸和電能傳輸之間的干擾，因此需要系統在實現無線電能傳輸的同時還能夠在原有收發模塊之間實時地傳輸信號。

技術實現要素：

針對上述問題本發明提供一種雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統，包括發射端、接收端、電能與信號的同步無線傳輸線圈；所述發射端包括功率源和信號源，所述接收端包括負載網絡、功率負載和信號負載；所述電能與信號的同步無線傳輸線圈為一對具有兩個固有諧振頻率的雙頻線圈。

所述雙頻線圈為在只有一個固有諧振頻率的單頻平面螺旋線圈中插入雙頻補償電路，構成雙頻磁耦合諧振式無線電能傳輸線圈。

所述雙頻補償電路為由電感和電容構成的一并聯諧振回路，其固有諧振頻率低于所示單頻平面螺旋線圈的固有諧振頻率。

所述雙頻線圈具有兩個固有諧振頻率ω01和ω02，ω01高于單頻平面螺旋線圈的固有諧振頻率，ω02低于補償電路的固有諧振頻率；選擇ω01作為電能傳輸的頻段，ω02作為信號傳輸頻段。

所述接收端同時接收到電能波和信號波，負載網絡負責將信號波和電能波有效地分離，采用陷波電路作為信號接收的負載支路。

所述陷波電路由電感ln和電容cn串聯構成，并與信號負載rls串聯后再與功率負載rlp并聯。

所述陷波電路的固有諧振頻率等于所述雙頻線圈的固有諧振頻率ω02。

本發明的有益效果在于：采用雙頻線圈不同的頻段分別傳輸電能和信號，解決了在無線電能傳輸系統中額外增加通信模塊造成的設備體積增大和交叉干擾問題；在實現無線電能傳輸的同時，實現信號的傳輸，并且信號的傳輸不影響電能傳輸。整套系統結構清晰簡單，便于實現，并且有利于整套裝置的小型化。

附圖說明

圖1為雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統結構圖；

圖2為雙頻線圈結構圖。

圖3為負載網絡結構圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明的雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統做出詳細說明。

本發明的技術方案為一種雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統，如圖1所示，包括發射端、接收端、電能與信號的同步無線傳輸線圈；所述發射端包括功率源和信號源，所述接收端包括負載網絡、功率負載和信號負載；所述電能與信號的同步無線傳輸線圈為一對具有兩個固有諧振頻率的雙頻線圈。因而系統可以提供兩條通道分別實現電能傳輸和信號傳輸

如圖2所示，所述雙頻線圈為在只有一個固有諧振頻率的單頻平面螺旋線圈中插入雙頻補償電路，構成雙頻磁耦合諧振式無線電能傳輸線圈。雙頻線圈具有兩個固有諧振頻率ω01和ω02，ω01高于單頻平面螺旋線圈的固有諧振頻率，ω02低于補償電路的固有諧振頻率。選擇ω01作為電能傳輸的頻段，ω02作為信號傳輸頻段。

由射頻源產生頻率為ω01的高頻正弦信號，將該信號經功率放大器放大后作為雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統的功率驅動源。射頻源產生頻率為ω02的正弦信號作為載波，將要傳輸的數字信號對載波進行幅度調制后生成的振幅鍵控信號作為信號源。將功率驅動源產生的高頻功率信號和信號源產生的振幅鍵控信號加載到雙頻發射線圈上，產生高頻電磁波，將電能和信號傳遞到雙頻接收線圈。

如圖3所示，接收端同時接收到電能波和信號波，為了將信號波與電能波分離以提取信號，采用陷波電路作為信號接收的負載支路，圖中虛線框中的部分為陷波電路，由電感ln和電容cn構成，rls為信號負載，rlp為功率負載，ip+is為負載網絡接收到功率電流和信號電流的疊加，ip是頻率為ω01的正弦波，is是載波頻率為ω02的振幅鍵控信號波。is2為功率負載支路分得的信號電流，is1為信號負載支路所得的信號電流。陷波電路的固有諧振頻率等于雙頻磁耦合諧振式無線電能傳輸線圈的低諧振頻率ω02，因此陷波電路對is的阻抗近似為零，而對于ip則為高阻，這樣陷波電路可以保證信號波流通，而對電能波起到了阻斷作用，因此ip不在信號負載支路上消耗，從而保證電能傳輸不受影響。

此實施例僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。

技術特征：

技術總結
本發明屬于無線電能傳輸和近場磁通信技術領域，尤其涉及一種雙頻段磁耦合諧振式無線電能和信號同步傳輸系統，包括發射端、接收端、電能與信號的同步無線傳輸線圈；所述發射端包括功率源和信號源，所述接收端包括負載網絡、功率負載和信號負載；所述電能與信號的同步無線傳輸線圈為一對具有兩個固有諧振頻率的雙頻線圈。所述雙頻線圈為在只有一個固有諧振頻率的單頻平面螺旋線圈中插入雙頻補償電路，構成雙頻磁耦合諧振式無線電能傳輸線圈。所述雙頻補償電路為由電感和電容構成的一并聯諧振回路，其固有諧振頻率低于所示單頻平面螺旋線圈的固有諧振頻率。采用雙頻線圈不同的頻段分別傳輸電能和信號，解決了在無線電能傳輸系統中額外增加通信模塊造成的設備體積增大和交叉干擾問題。

技術研發人員：李然;李琳
受保護的技術使用者：華北電力大學（保定）
技術研發日：2017.03.27
技術公布日：2017.08.18