一种磁谐电能传输与通信系统技术方案

本发明专利技术提出了一种磁谐电能传输与通信系统，实现信、能同传一体化系统。直流电源驱动逆变器产生高频率正弦波电压，并通过初级线圈和次级线圈的耦合作用，将能量从发射端传递到接收端，次级线圈上接收到的正弦波电压通过整流器转化为直流电压为充电或其他用电设备供电，输入信息数据通过控制通信调制开关的通断改变谐波补偿支路的谐振状态，使得谐波电压分量发生变化，通过通信解调包络检波器将对应电压变化转化为输入信息数据，实现了信息的传递。本发明专利技术实现了信息和能量同步传输，避免了在电能传输模块之外还需要单独设置新的信息传输模块，节约了成本的同时使得系统实现小型化。节约了成本的同时使得系统实现小型化。节约了成本的同时使得系统实现小型化。

【技术实现步骤摘要】
一种磁谐电能传输与通信系统


[0001]本专利技术涉及无线电能传输
，特别涉及一种磁谐电能传输与通信系统。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，无论是新能源汽车、光伏还是机器人领域，对无线电能传输技术的需求都在逐步增加。现有技术中，无线电能传输还是在使用线圈绕组的模式，这种固有的模式带来的问题是无法实现高工作频率，电能传输效率非常低，且在需要进行通信时还需要借助其他的通信途径才能够实现通信获取无线电能传输的数据。

技术实现思路

[0003]基于上述问题，本专利技术提出磁谐电能传输与通信系统，实现无线电能传输及通信协同一体化，即实现信、能同传一体化系统。本专利技术采用谐振式无线电能传输，提高系统工作频率，使得线圈在较小匝数下仍可实现较高的品质因数。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种磁谐电能传输与通信系统，所述系统包括逆变器、整流器、耦合线圈、谐波补偿网络、通信调制开关以及通信解调包络检波器；
[0006]直流电源驱动逆变器产生高频率正弦波电压，并通过初级线圈和次级线圈的耦合作用，将能量从发射端传递到接收端，次级线圈上接收到的正弦波电压通过整流器转化为直流电压为设备供电。
[0007]进一步地，所述逆变器为EF2类逆变器，所述整流器为EF2类逆变器，所述逆变器、整流器电路结构上均具有F类谐波补偿支路。
[0008]进一步地，输入信息数据通过控制所述通信调制开关的通断，来改变谐波补偿支路的谐振状态，使得谐波电压分量发生变化，进而导致次级(初级)线圈上的正弦波电压发生对应变化，通过耦合作用在初级(次级)线圈也能感应到同样的谐波电压变化，通过所述通信解调包络检波器将对应电压变化转化为输入信息数据。
[0009]进一步地，所述逆变器包括扼流圈直流电源、晶体管、补偿元电容，所述补偿元电容为所述补偿晶体管输出电容。
[0010]进一步地，所述整流器包括第一二极管、第一补偿电容以及直流滤波网络。
[0011]进一步地，所述耦合线圈包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈包括初级串联电感、初级串联电容和初级串联电阻，所述次级线圈包括次级串联电感、次级串联电容和次级串联电阻。
[0012]进一步地，所述谐波补偿网络包括第二电感、第二电容，所述第二电感与所述第二电容串联谐振在二次谐波频点。
[0013]进一步地，通信解调包络检波器包括第二二极管和分压网络。
[0014]进一步地，所述系统还包括初级通信调制、次级通信调制、正向通信解调输出端口、反向通信解调输出端口。
[0015]进一步地，当所述系统工作时，其执行如下方法：
[0016]当次级通信调制节点与初级通信调制节点处于高电平电压控制条件下，通信调制开关工作状态为“开启”状态，第二电感与第二电容串联谐振在二次谐波频点，补偿逆变器与整流器二次谐波；
[0017]当初级通信调制节点处于高电平电压控制条件下，次级通信调制节点通过数据流的高低电平调制整流器二次谐波补偿网络“开启/关断”，逆变器谐波补偿网络中通信解调包络检波器反向通信解调输出端口感知次级通信调制高低电平电压；
[0018]当次级通信调制节点处于高电平电压控制条件下，初级通信调制节点高低电平调制逆变器二次谐波补偿网络“开启/关断”，整流器谐波补偿网络中通信解调包络检波器正向通信解调输出端口感知初级通信调制高低电平电压。
[0019]本专利技术提出了一种磁谐电能传输与通信系统，实现信、能同传一体化系统。直流电源驱动逆变器产生高频率正弦波电压，并通过初级线圈和次级线圈的耦合作用，将能量从发射端传递到接收端，次级线圈上接收到的正弦波电压通过整流器转化为直流电压为充电或其他用电设备供电，输入信息数据通过控制通信调制开关的通断改变谐波补偿支路的谐振状态，使得谐波电压分量发生变化，通过通信解调包络检波器将对应电压变化转化为输入信息数据，实现了信息的传递。本专利技术在信息传递的过程中，借助于谐波的低能量特性，仅对基波能量产生较少的干扰，信息传递对能量传输影响小，采用谐振式无线电能传输，提高系统工作频率，使得线圈在较小匝数下仍可实现较高的品质因数，基于此实现了信息和能量同步传输，避免了在电能传输模块之外，还需要单独设置新的信息传输模块，节约了成本的同时使得系统实现小型化。
附图说明
[0020]附图1为具有“正反”调制通信的改进型高效率EF2逆变与整流系统；
[0021]附图2为高效率EF2逆变与整流系统；
[0022]附图3为具有“反向”调制通信的改进型高效率EF2逆变与整流系统；
[0023]附图4为具有“正向”调制通信的改进型高效率EF2逆变与整流系统；
[0024]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0025]扼流圈直流电源V
i
、晶体管S
i
、补偿元电容C0、第一二极管D1、第一补偿电容C1、负载电容C
L
、负载电阻R
L
、初级串联电感L
p
、初级串联电容C
p
、初级串联电阻R
p
、次级串联电感L
s
、次级串联电容C
s
、次级串联电阻R
s
、第二电感L2、第二电容C2、通信调制开关S
s
、次级通信调制节点TX1、初级通信调制节点TX2、第二二极管D2、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、反向通信解调输出端口RX1、正向通信解调输出端口RX2、输出负载电压Vo、线圈耦合系数k。
具体实施方式
[0026]以下将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]无线电能传输系统的高频逆变器输出中除了基波外，还含有大量的丰富的谐波，谐波与基波同样也是一种正弦波分量，相比于基波分量，谐波分量具有“高频率、低能量”特性，这种特性十分符合信息传输的特点。高频率特性提高了信息传递的速率，低能量特性降低了信息传递对基频能量传输的干扰。因此，本专利技术基于无线电能传输系统信能同传一体化设计，避免了在电能传输模块之外，还需要单独设置新的信息传输模块，既节约了成本，也为系统小型化奠定了基础。
[0028]本专利技术提出了一种磁谐电能传输与通信系统，实现信能同传一体化设计，所述系统关键核心技术在于谐波补偿网络中通信调制开关S
s
与通信解调包络检波器。TX1与TX2通过高低电平电压控制谐波补偿网络“开启/关断”，通信解调包络检波器可检测“开启/关断”调制中高低电平电压变换，能够满足具有“正反”调制通信的改进型高效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁谐电能传输与通信系统，其特征在于，所述系统包括逆变器、整流器、耦合线圈、谐波补偿网络、通信调制开关以及通信解调包络检波器；直流电源驱动逆变器产生高频率正弦波电压，并通过初级线圈和次级线圈的耦合作用，将能量从发射端传递到接收端，次级线圈上接收到的正弦波电压通过整流器转化为直流电压为设备供电。2.根据权利要求1所述的磁谐电能传输与通信系统，其特征在于，所述逆变器为EF2类逆变器，所述整流器为EF2类逆变器，所述逆变器、整流器电路结构上均具有F类谐波补偿支路。3.根据权利要求2所述的磁谐电能传输与通信系统，其特征在于，输入信息数据通过控制所述通信调制开关的通断，来改变谐波补偿支路的谐振状态，使得谐波电压分量发生变化，进而导致次级/初级线圈上的正弦波电压发生对应变化，通过耦合作用在初级/次级线圈也能感应到同样的谐波电压变化，通过所述通信解调包络检波器将对应电压变化转化为输入信息数据。4.根据权利要求1所述的磁谐电能传输与通信系统，其特征在于，所述逆变器包括扼流圈直流电源、晶体管、补偿元电容，所述补偿元电容为所述补偿晶体管输出电容。5.根据权利要求1所述的磁谐电能传输与通信系统，其特征在于，所述整流器包括第一二极管、第一补偿电容以及直流滤波网络。6.根据权利要求1所述的磁谐电能传输与通信系统，其特征在于，所述耦合线圈包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈包括初级串...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，周文龙，林坚，刘超，
申请(专利权)人：苏州元感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：