[发明专利]采用补偿电感传递信号的ECPT系统及其参数设计方法

说明书

本发明提供了一种采用补偿电感传递信号的ECPT系统及其参数设计方法，系统包括用于实现电能无线传输的电场耦合机构，其特征在于：在所述电场耦合机构的原边电路中设置有补偿电感L_s1和补偿电感L_s3，在所述电场耦合机构的副边电路中设置有补偿电感L_s2，补偿电感L_s1，L_s2和L_s3共同补偿电场耦合机构的容抗，补偿电感L_s1和补偿电感L_s2相互耦合构成信号传输通道实现原、副边之间的无线信号传输。本发明的效果是：系统无需额外增加线圈或极板，利用ECPT系统的补偿电感构建信号传递通道，系统的电能传输通过电场耦合通道，信号传输则通过磁场耦合通道，通道分离，串扰较小，实现了稳定可靠的电能与信号并行传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种采用补偿电感传递信号的ECPT系统及其参数设计方法。

背景技术

无线电能传输技术能够实现电能从电网无线的传递到用电设备，吸引了越来越多来自于全世界研究人员的关注。电场耦合电能传输(Electric-Filed Coupled PowerTransfer，ECPT)技术利用电场作为电能传输介质，具有以下优点：耦合机构简易轻薄、形状易变、成本低；工作中绝大部分电通量分布于耦合机构中间，电磁干扰很小；不会在耦合机构周围及其之间的金属导体上产生涡流损耗；可以穿透金属传递电能。目前，国内外学者围绕移动机器人、生物装置、手机充电和电动车供电等领域开展了ECPT技术的研究，并取得了许多研究成果。

为了提升系统传输功率和效率、提高系统鲁棒性，WPT系统需要在系统原边和副边之间进行实时的信号通讯。除此之外，在一些特殊的应用场合，例如井下钻井系统、医疗遥测装置等，也需要将控制信号从原边传输到副边，或者将检测信号从副边传递到原边。目前，国内外学者围绕WPT系统电能与信号并行传输已经提出了多种方案，中国专利申请201510562959.9提出了一种基于共享通道的全双工通信无线电能与信号并行传输ECPT系统，给出了抑制同侧信道干扰策略。中国专利201510546147.5提出了一种基于线圈寄生电容传信号的电能与信号并行传输IPT系统。对于共享通道方案，它有着耦合机构小、灵活性强等优点，但是电能对信号的串扰可能会很大，必须采取措施加以解决。对于传统的分离通道方案，其电能对信号的串扰较小，但是需要额外增加线圈或者极板导致系统体积会增加。而对于基于线圈寄生电容传信号的这种方式，它巧妙的利用了线圈寄生电容和金属屏蔽极板构建电场通道作为信道，但是由于寄生电容很小，所需载波频率会很高，系统参数敏感性也很强。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明提出了一种采用补偿电感传递信号的ECPT系统，该系统的电能和信号分别通过电场耦合通道和磁场耦合通道传递，因为其信号通道是由ECPT系统的补偿电感构建的，所以无需额外增加线圈或者极板，又因为电能与信号传递通过分离的通道来实现，因此电能对信号的串扰较小。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种采用补偿电感传递信号的ECPT系统，包括用于实现电能无线传输的电场耦合机构，其关键在于：在所述电场耦合机构的原边和副边电路中设置有补偿电感L_s1,L_s2和L_s3，它们共同补偿电场耦合机构的容抗，所述补偿电感L_s1和补偿电感L_s2相互耦合构成信号传输通道实现原、副边之间的无线信号传输。基于上述设计，现有ECPT系统中的电场耦合机构可以保持原有的电能传输通道，利用其补偿电感相互耦合实现信号无线传输，该系统中的补偿电感既满足电能传输通道中的谐振需求，又满足信号传输通道中的谐振需求，通道分离降低了电能对信号的串扰。

可选地，原、副边的补偿电感与耦合机构构成的等效电容构成串联谐振回路，当然作为本领域普通技术人员也能够理解，原、副边的电感和电容可以实现多种同等变换，比如原边采用串联谐振，副边采用并联谐振等方式。