[发明专利]单电容耦合无线电能传输系统能量与信号并行传输装置

说明书

本发明提供一种单电容耦合无线电能传输系统能量与信号并行传输装置，能量传输通道通过能量发射极板与能量接收极板构成的单电容耦合结构实现电能无线传输；信号发送装置经过信号调制电路连接有信号发送极板和能量接收极板，信号接收装置经过信号解调电路和滤波电路连接有信号接收极板和能量发射极板，信号传输通道利用能量接收极板和能量发射极板构成的第一耦合电容以及信号发送极板和信号接收极板构成的第二耦合电容共同构成信号传输回路实现信号无线传输。本发明的优点在于采用了单电容进行能量传输，并且实现了信号从电能接收端向电能发送端的无线传输，信号传输极板可以做的非常小，可有效地降低系统的成本，增强了系统的灵活性。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种单电容耦合无线电能传输系统能量与信号并行传输装置。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是一种综合利用了电力电子技术和现代控制理论并通过磁场、电场、微波和激光等媒介实现电能无线传输的技术。电场耦合式无线电能传输(Electric-field Coupled Wireless Power Transfer,EC-WPT)技术，是一种以高频电场作为能量传输媒介实现无直接电气连接的电能传输技术。现在主流的EC-WPT系统使用的是两对能量极板正对构成双极板式的耦合机构实现能量的传输。但是采用传统的两对能量极板正对的形式存在一些不足：移动电气设备在两对金属板的制约下灵活性较差；当金属障碍物横跨两对耦合极板的耦合区时，系统难以实现穿越金属障碍传能；由于EC-WPT系统的高驱动频率，耦合极板的交叉耦合随着耦合距离增加会更加显著，这在增加系统复杂度的同时影响电能传输；多负载供电系统中，负载可移动性受到限制。

使用单电容耦合无线电能传输系统能够很好地克服传统双极板式耦合机构存在的一些缺点，更有利于节约装置成本、提高移动设备灵活性以及实现跨越金属障碍物进行能量传输等。在电能的无线传输过程中，系统需要实现信号从电能接收端向电能发射端的传输，从而实现闭环控制以达到改善系统鲁棒性，提高系统效能的目的，例如对于医用设备无线充电系统来说，医用设备需要实现向充电系统回传电池数据实现对电量的控制同时向上位机传输病人实时情况，它就需要实现信号从电能接收端向电能发送端的传输，除此之外，在矿井，电动汽车等应用场合需要实现在电能传输的同时，电能接收端回传数据。

而现有技术中，还未发现基于单电容耦合的无线电能传输系统能够同时满足能量与信号并行传输的需求。

发明内容

基于上述缺陷，本发明的目的在于提出一种单电容耦合无线电能传输系统能量与信号并行传输装置，使其在无线能量稳定传输的同时，还能够将信号从电能接收端传输到电能发送端。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种单电容耦合无线电能传输系统能量与信号并行传输装置，包括能量传输通道和信号传输通道，其关键在于：所述能量传输通道的发射端设置有一块能量发射极板和原边补偿结构，所述能量传输通道的接收端设置有一块能量接收极板和副边补偿结构，所述能量传输通道通过所述能量发射极板与所述能量接收极板构成的单电容耦合结构实现电能无线传输；

所述信号传输通道设置有信号发送装置和信号接收装置，所述信号发送装置经过信号调制电路连接有信号发送极板和所述能量接收极板，所述信号接收装置经过信号解调电路和滤波电路连接有信号接收极板和所述能量发射极板，所述信号传输通道利用所述能量接收极板和所述能量发射极板构成的第一耦合电容以及所述信号发送极板和所述信号接收极板构成的第二耦合电容共同构成信号传输回路实现信号无线传输。