基于磁耦合諧振的無線電能和信號同步傳輸系統(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線電能和信號同步傳輸系統(tǒng)。特別是涉及一種具有結(jié)構(gòu)簡單、高可靠性、電磁兼容性佳的能量與信號無線同步傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展，人們對自動化、智能化的要求不斷增多。無線電能和信號的同步傳輸技術(shù)將會成為一種關(guān)鍵技術(shù)。無線電能和信號的同步傳輸將可以使終端擺脫電源線和信號線的雙重束縛，增強了設(shè)備的靈活性、廣泛的適用性。
[0003]無線電能和信號的同步傳輸技術(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)備等多種場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種基于磁耦合諧振的無線電能與信號同步傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實現(xiàn)能量傳輸?shù)倪^程中，實現(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)簡單、可靠性高、電磁兼容性佳的特點。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于磁耦合諧振式的無線電能和信號同步傳輸系統(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線電能和信號同步傳輸系統(tǒng)，包括電源(I)，電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(2)，電能與信號接收系統(tǒng)(3)，負(fù)載(4)，發(fā)射端反向信號解調(diào)系統(tǒng)(5)，接收端反向信號調(diào)制系統(tǒng)(6)，發(fā)射端正向信號調(diào)制系統(tǒng)(7)和接收端正向信號解調(diào)系統(tǒng)(8);其特征在于，電源(I)與電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(2)連接，電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(2)與發(fā)射端正向信號調(diào)制系統(tǒng)(7)和發(fā)射端反向信號解調(diào)系統(tǒng)(5)分別連接。電能與信號接收系統(tǒng)(3)與接收端反向信號調(diào)制系統(tǒng)(6)和接收端正向信號解調(diào)系統(tǒng)(8)分別連接，電能與信號接收系統(tǒng)(3)與負(fù)載(4)連接，電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(2)與電能與信號接收系統(tǒng)(3)不相連且以無線方式進行電能和信號傳輸。
[0007]所述的電能與信號發(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(25)、發(fā)射端反饋信號(26)、反饋解調(diào)電路(27)、反向信號提取線圈U(28)、能量發(fā)射線圈L2(29)、反饋信號譯碼單元(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(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(26)，能量發(fā)射線圈L2(29)與發(fā)射端能量諧振線圈L3(20)不相連且以無線方式傳輸能量;反向信號提取線圈LK28)與能量發(fā)射線圈L2(29)也不相連且反向信號提取線圈1^(28)以無線方式從空間提取磁場變化能量。
[0008]所述的電能與信號接收系統(tǒng)包含:接收端能量諧振線圈L4(31)、正向信號提取線圈L6(32)、解調(diào)單元(33)、控制信號(34)、整流單元(35)、濾波單元(36)、換壓單元(37)、補償選擇單元(38)、反饋編碼單元(39)、接收端反饋信號(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)與換壓單元(37)相連，換壓單元(37)與負(fù)載(4)相連;接收端反饋信號(40)與反饋編碼單元(39)相連，反饋編碼單元(39)與補償選擇單元(38)相連，補償選擇單元(38)與能量接收線圈L2(42)相連;正向信號提取線圈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(34);接收端能量諧振線圈L4(31)與能量接收線圈L5(42)相連且以無線方式傳輸能量;正向信號提取線圈L6(32)與能量接收線圈L6(42)不相連且正向信號提取線圈L6(32)從空間提取磁場變化能量。
[0009]所述射頻源用于產(chǎn)生高頻小功率的正弦信號。
[0010]所述功率放大器是將微弱信號進行放大。
[0011]所述乘法器實現(xiàn)兩個互不相關(guān)信號相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。
[0012]所述編碼單元將控制信號(如比特流)或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式。
[0013]所述調(diào)制單元和反饋信號解調(diào)是把消息置入消息載體，便于傳輸或處理。
[0014]所述解調(diào)單元和反饋信號解調(diào)電路是從攜帶消息的已調(diào)信號中恢復(fù)消息的過程。
[0015]所述反饋信號譯碼單元和譯碼單元是是編碼的逆過程，同時去掉比特流在傳播過程中混入的噪聲。利用譯碼將代表某一項信息的一系列信號譯成原信息。
[0016]所述的補償選擇單元是根據(jù)反饋編碼單元的高低電平信息選擇不同的補償形式。
[0017]所述的整流單元是用于對能量接收線圈接收到的能量進行整流。
[0018]所述的濾波單元是將整流單元整流后的電能進行雜波濾除。
[0019]所述的換壓單元是將經(jīng)過濾波單元之后的電能進行電壓轉(zhuǎn)換得到適合負(fù)載使用的電能。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點:在實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)耐瑫r，能實現(xiàn)信號的半雙工通信。而且整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，電磁兼容性好的特點。進一步提高了系統(tǒng)的自動化。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是設(shè)計系統(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。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、高可靠性、電磁兼容性佳的基于磁耦合諧振的無線電能和信號同步傳輸系統(tǒng)。下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的基于磁耦合諧振的無線電能和信號同步傳輸系統(tǒng)做出詳細(xì)說明。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于磁耦合諧振式的無線電能和信號同步傳輸系統(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、發(fā)射端反饋信號、反饋解調(diào)電路、反向信號提取線圈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、正向信號提取線圈U、解調(diào)單元、控制信號、整流單元、濾波單元、換壓單元、負(fù)載、補償選擇單元、反饋編碼單元、接收端反饋信號、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?？刂菩盘柦?jīng)過編碼單元編碼，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)生的正弦信號經(jīng)過乘法器，變?yōu)榉炔煌哪芰啃盘??！癐”與正弦波經(jīng)過乘法器后得到幅度為A1的正弦波，“O”與正弦波經(jīng)過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傳遞過來的能量，然后能量諧振線圈L4再將能量通過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)過整流單元，濾波單元，換壓單元后變?yōu)榉€(wěn)定的電壓供給給負(fù)載。信號提取線圈L6經(jīng)過解調(diào)單元和譯碼單元，得到原邊部分控制信號。
[0030]如圖2所示:所述副邊部分的反向信號傳輸，其特征為:反饋信號經(jīng)過反饋編碼單元然后，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”代表對能量接收線圈1^不同的補償，由于補償不同，對原邊部分的能量發(fā)射線圈1^的電流大小的變化。然后原邊部分的信號提取線圈L1對提取到的信號經(jīng)過反饋信號解調(diào)單元和反饋信號譯碼單元得到反饋信號。
[0031]以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有局限性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一。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)計出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方案與實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于磁耦合諧振的無線電能和信號同步傳輸系統(tǒng)，包括電源(I)，電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(2)，電能與信號接收系統(tǒng)(3)，負(fù)載(4)，發(fā)射端反向信號解調(diào)系統(tǒng)(5)，接收端反向信號調(diào)制系統(tǒng)(6)，發(fā)射端正向信號調(diào)制系統(tǒng)(7)和接收端正向信號解調(diào)系統(tǒng)(8);其特征在于，電源(I)與電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(2)連接，電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(2)與發(fā)射端正向信號調(diào)制系統(tǒng)(7)和發(fā)射端反向信號解調(diào)系統(tǒng)(5)分別連接，電能與信號接收系統(tǒng)(3)與接收端反向信號調(diào)制系統(tǒng)(6)和接收端正向信號解調(diào)系統(tǒng)(8)分別連接，電能與信號接收系統(tǒng)(3)與負(fù)載(4)連接;電能與信號發(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(25)、發(fā)射端反饋信號(26)、反饋解調(diào)電路(27)、反向信號提取線圈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(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(26);電能與信號接收系統(tǒng)(3)包含:接收端能量諧振線圈L4(31)、正向信號提取線圈L6(32)、解調(diào)單元(33)、控制信號(34)、整流單元(35)、濾波單元(36)、換壓單元(37)、負(fù)載(4)、補償選擇單元(38)、反饋編碼單元(39)、接收端反饋信號(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)與換壓單元(37)相連，換壓單元(37)與負(fù)載(4)相連;接收端反饋信號(40)與反饋編碼單元(39)相連，反饋編碼單元(39)與補償選擇單元(38)相連，補償選擇單元(38)與能量接收線圈L5(42)相連;正向信號提取線圈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(34)。
【專利摘要】本實用新型是一種基于磁耦合諧振的無線電能和信號同步傳輸系統(tǒng)，主要包括電源，電能與信號發(fā)射系統(tǒng)，電能與信號接收系統(tǒng)，負(fù)載，發(fā)射端反向信號解調(diào)系統(tǒng)，接收端反向信號調(diào)制系統(tǒng)，發(fā)射端正向信號調(diào)制系統(tǒng)和接收端正向信號解調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)耐瑫r，也實現(xiàn)了信號的半雙工通信。該系統(tǒng)屬于高頻電磁理論工程與信號傳輸應(yīng)用前沿交叉領(lǐng)域，解決了電能和信號同步無線傳輸?shù)膯栴}。本實用新型一種具有結(jié)構(gòu)簡單、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】CN205265377
【申請?zhí)枴緾N201520383613
【發(fā)明人】何亞偉, 李陽, 楊慶新, 張獻
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年5月28日