基于磁耦合諧振的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于磁耦合諧振式無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)。特別是涉及一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高可靠性、電磁兼容性佳的能量與信號(hào)無(wú)線同步傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)自動(dòng)化、智能化的要求不斷增多。無(wú)線電能和信號(hào)的同步傳輸技術(shù)將會(huì)成為一種關(guān)鍵技術(shù)。無(wú)線電能和信號(hào)的同步傳輸將可以使終端擺脫電源線和信號(hào)線的雙重束縛，增強(qiáng)了設(shè)備的靈活性、廣泛的適用性。
[0003]無(wú)線電能和信號(hào)的同步傳輸技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用于智能交通、智能通訊、生產(chǎn)制造、醫(yī)療設(shè)備等多種場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提出了一種基于磁耦合諧振的無(wú)線電能與信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)能量傳輸?shù)倪^(guò)程中，實(shí)現(xiàn)信息的半雙工雙向通信。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、電磁兼容性佳的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于磁耦合諧振式的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)。主要包括原邊部分和副邊部分。
[0006]—種基于磁耦合諧振的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)，包括電源(I)，電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)，電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)，負(fù)載(4)，發(fā)射端反向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(5)，接收端反向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(6)，發(fā)射端正向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(7)和接收端正向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(8);其特征在于，電源(I)與電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)連接，電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)與發(fā)射端正向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(7)和發(fā)射端反向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(5)分別連接。電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)與接收端反向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(6)和接收端正向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(8)分別連接，電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)與負(fù)載(4)連接，電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)與電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)不相連且以無(wú)線方式進(jìn)行電能和信號(hào)傳輸。
[0007]所述的電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)包含:射頻源(21)、乘法器(22)、功率放大器(23)，發(fā)射端編碼單元(24)、發(fā)射端控制信號(hào)(25)、發(fā)射端反饋信號(hào)(26)、反饋解調(diào)電路(27)、反向信號(hào)提取線圈U(28)、能量發(fā)射線圈L2(29)、反饋信號(hào)譯碼單元(30)、發(fā)射端能量諧振線圈L3(20);其特征在于，射頻源(21)與乘法器(22)相連，發(fā)射端控制信號(hào)(25)與發(fā)射端編碼單元(24)相連，發(fā)射端編碼單元(24)與乘法器(22)相連，乘法器(22)與功率放大器(23)相連，功率放大器(23)與能量發(fā)射線圈L2(29)相連，反向信號(hào)提取線圈LK28)與反饋解調(diào)電路
(27)相連，反饋解調(diào)電路(27)輸出發(fā)射端反饋信號(hào)(26)，能量發(fā)射線圈L2(29)與發(fā)射端能量諧振線圈L3(20)不相連且以無(wú)線方式傳輸能量;反向信號(hào)提取線圈LK28)與能量發(fā)射線圈L2(29)也不相連且反向信號(hào)提取線圈1^(28)以無(wú)線方式從空間提取磁場(chǎng)變化能量。
[0008]所述的電能與信號(hào)接收系統(tǒng)包含:接收端能量諧振線圈L4(31)、正向信號(hào)提取線圈L6(32)、解調(diào)單元(33)、控制信號(hào)(34)、整流單元(35)、濾波單元(36)、換壓?jiǎn)卧?37)、補(bǔ)償選擇單元(38)、反饋編碼單元(39)、接收端反饋信號(hào)(40)、譯碼單元(41)、能量接收線圈L5(42)、負(fù)載(4);其特征在于，能量接收線圈L5(42)與整流單元(35)相連，整流單元(35)與濾波單元(36)相連，濾波單元(36)與換壓?jiǎn)卧?37)相連，換壓?jiǎn)卧?37)與負(fù)載(4)相連;接收端反饋信號(hào)(40)與反饋編碼單元(39)相連，反饋編碼單元(39)與補(bǔ)償選擇單元(38)相連，補(bǔ)償選擇單元(38)與能量接收線圈L2(42)相連;正向信號(hào)提取線圈L6(32)與解調(diào)單元
(33)相連，解調(diào)單元(33)解調(diào)出控制信號(hào)(34);接收端能量諧振線圈L4(31)與能量接收線圈L5(42)相連且以無(wú)線方式傳輸能量;正向信號(hào)提取線圈L6(32)與能量接收線圈L6(42)不相連且正向信號(hào)提取線圈L6(32)從空間提取磁場(chǎng)變化能量。
[0009]所述射頻源用于產(chǎn)生高頻小功率的正弦信號(hào)。
[0010]所述功率放大器是將微弱信號(hào)進(jìn)行放大。
[0011]所述乘法器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號(hào)相乘，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比。
[0012]所述編碼單元將控制信號(hào)(如比特流)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式。
[0013]所述調(diào)制單元和反饋信號(hào)解調(diào)是把消息置入消息載體，便于傳輸或處理。
[0014]所述解調(diào)單元和反饋信號(hào)解調(diào)電路是從攜帶消息的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)消息的過(guò)程。
[0015]所述反饋信號(hào)譯碼單元和譯碼單元是是編碼的逆過(guò)程，同時(shí)去掉比特流在傳播過(guò)程中混入的噪聲。利用譯碼將代表某一項(xiàng)信息的一系列信號(hào)譯成原信息。
[0016]所述的補(bǔ)償選擇單元是根據(jù)反饋編碼單元的高低電平信息選擇不同的補(bǔ)償形式。
[0017]所述的整流單元是用于對(duì)能量接收線圈接收到的能量進(jìn)行整流。
[0018]所述的濾波單元是將整流單元整流后的電能進(jìn)行雜波濾除。
[0019]所述的換壓?jiǎn)卧菍⒔?jīng)過(guò)濾波單元之后的電能進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換得到適合負(fù)載使用的電能。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):在實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸?shù)耐瑫r(shí)，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的半雙工通信。而且整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，電磁兼容性好的特點(diǎn)。進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體框圖；
[0022]圖2是原邊部分系統(tǒng)框圖；
[0023]圖3是副邊部分系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高可靠性、電磁兼容性佳的基于磁耦合諧振的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)。下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的基于磁耦合諧振的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于磁耦合諧振式的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)。主要包括原邊部分和副邊部分。
[0026]如圖1所示:原邊部分包括射頻源、乘法器、功率放大器，發(fā)射端編碼單元、發(fā)射端控制信號(hào)、發(fā)射端反饋信號(hào)、反饋解調(diào)電路、反向信號(hào)提取線圈U、能量發(fā)射線圈L2、發(fā)射端能量諧振線圈l3。
[0027]副邊部分包括接收端能量諧振線圈L4、正向信號(hào)提取線圈U、解調(diào)單元、控制信號(hào)、整流單元、濾波單元、換壓?jiǎn)卧?、?fù)載、補(bǔ)償選擇單元、反饋編碼單元、接收端反饋信號(hào)、能量接收線圈U。
[0028]如圖2所示:所述原邊部分，射頻源產(chǎn)生與能量諧振線圈相同諧振頻率的正弦信號(hào)?？刂菩盘?hào)經(jīng)過(guò)編碼單元編碼，變?yōu)椴煌母唠娖胶偷碗娖?。高電平代表“I”，低電平代表“O”。然后不同的高低電平和射頻源產(chǎn)生的正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)乘法器，變?yōu)榉炔煌哪芰啃盘?hào)?！癐”與正弦波經(jīng)過(guò)乘法器后得到幅度為A1的正弦波，“O”與正弦波經(jīng)過(guò)乘法器后得到幅度為A2的正弦波。由幅度為AjP幅度為A2組成的調(diào)制波，經(jīng)過(guò)功率放大器放大。幅度為八丄的正弦波變?yōu)榉葹锳3的正弦波，幅度為如的正弦波變?yōu)榉葹锳4的正弦波。由幅度為A3和幅度為A4組成的放大后的調(diào)制波加載到能量發(fā)射線圈L2,然后產(chǎn)生能在空氣中產(chǎn)生的高頻電磁波，然后經(jīng)過(guò)能量諧振線圈L3將電磁波的能量傳遞出去。
[0029]如圖3所示:所述副邊部分，能量諧振線圈L4收到能量諧振線圈L3傳遞過(guò)來(lái)的能量，然后能量諧振線圈L4再將能量通過(guò)電磁波傳給能量接收線圈L5。然后接收到幅度變化的正弦波，經(jīng)過(guò)整流單元，濾波單元，換壓?jiǎn)卧笞優(yōu)榉€(wěn)定的電壓供給給負(fù)載。信號(hào)提取線圈L6經(jīng)過(guò)解調(diào)單元和譯碼單元，得到原邊部分控制信號(hào)。
[0030]如圖2所示:所述副邊部分的反向信號(hào)傳輸，其特征為:反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋編碼單元然后，得到不同的高電平和低電平。高電平代表T，低電平代表“O”。然后“I”和“O”代表對(duì)能量接收線圈1^不同的補(bǔ)償，由于補(bǔ)償不同，對(duì)原邊部分的能量發(fā)射線圈1^的電流大小的變化。然后原邊部分的信號(hào)提取線圈L1對(duì)提取到的信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋信號(hào)解調(diào)單元和反饋信號(hào)譯碼單元得到反饋信號(hào)。
[0031]以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有局限性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一。所以如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的同類部件或其它形式的各部件布局方式，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方案與實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于磁耦合諧振的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)，包括電源(I)，電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)，電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)，負(fù)載(4)，發(fā)射端反向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(5)，接收端反向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(6)，發(fā)射端正向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(7)和接收端正向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(8);其特征在于，電源(I)與電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)連接，電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)與發(fā)射端正向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(7)和發(fā)射端反向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(5)分別連接，電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)與接收端反向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)(6)和接收端正向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)(8)分別連接，電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)與負(fù)載(4)連接;電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)(2)包含:射頻源(21)、乘法器(22)、功率放大器(23)，發(fā)射端編碼單元(24)、發(fā)射端控制信號(hào)(25)、發(fā)射端反饋信號(hào)(26)、反饋解調(diào)電路(27)、反向信號(hào)提取線圈LK28)、能量發(fā)射線圈L2(29)、發(fā)射端能量諧振線圈L3(20);射頻源(21)與乘法器(22)相連，發(fā)射端控制信號(hào)(25)與發(fā)射端編碼單元(24)相連，發(fā)射端編碼單元(24)與乘法器(22)相連，乘法器(22)與功率放大器(23)相連，功率放大器(23)與能量發(fā)射線圈L2(29)相連，反向信號(hào)提取線圈LK28)與反饋解調(diào)電路(27)相連，反饋解調(diào)電路(27)輸出發(fā)射端反饋信號(hào)(26);電能與信號(hào)接收系統(tǒng)(3)包含:接收端能量諧振線圈L4(31)、正向信號(hào)提取線圈L6(32)、解調(diào)單元(33)、控制信號(hào)(34)、整流單元(35)、濾波單元(36)、換壓?jiǎn)卧?37)、負(fù)載(4)、補(bǔ)償選擇單元(38)、反饋編碼單元(39)、接收端反饋信號(hào)(40)、譯碼單元(41 )、能量接收線圈L5(42);能量接收線圈L5(42)與整流單元(35)相連，整流單元(35)與濾波單元(36)相連，濾波單元(36)與換壓?jiǎn)卧?37)相連，換壓?jiǎn)卧?37)與負(fù)載(4)相連;接收端反饋信號(hào)(40)與反饋編碼單元(39)相連，反饋編碼單元(39)與補(bǔ)償選擇單元(38)相連，補(bǔ)償選擇單元(38)與能量接收線圈L5(42)相連;正向信號(hào)提取線圈L6(32)與解調(diào)單元(33)相連，解調(diào)單元(33)解調(diào)出控制信號(hào)(34)。
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種基于磁耦合諧振的無(wú)線電能和信號(hào)同步傳輸系統(tǒng)，主要包括電源，電能與信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)，電能與信號(hào)接收系統(tǒng)，負(fù)載，發(fā)射端反向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，接收端反向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)，發(fā)射端正向信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)和接收端正向信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的半雙工通信。該系統(tǒng)屬于高頻電磁理論工程與信號(hào)傳輸應(yīng)用前沿交叉領(lǐng)域，解決了電能和信號(hào)同步無(wú)線傳輸?shù)膯?wèn)題。本實(shí)用新型一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高可靠性、電磁兼容性佳的系統(tǒng)，具有巨大的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02J50/12, G08C17/02, H04B1/48
【公開號(hào)】CN205265377
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520383613
【發(fā)明人】何亞偉, 李陽(yáng), 楊慶新, 張獻(xiàn)
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日