[发明专利]一种非接触电能及双向信号传输方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于感应耦合电能和信号传输技术领域，具体涉及一种非接触电能及双向信号传输方法和系统。

背景技术

感应耦合电能传输技术是一种基于高频电磁场近场耦合原理实现电能近距离非接触传输的技术。目前，在家电、石油钻井、植入医疗设备、电动汽车充电等领域得到了越来越广泛的应用。

在许多应用场景下，往往需要电能与通信信号的同步传输，电能为受电单元提供能量，信号通信则用于传递控制指令、状态信息、传感器测量数值等。目前大量应用方式是，将电能传输和信号传输分别通过不同的电磁线圈结构传输，造成机械尺寸和重量过大、电磁辐射高、自身功耗高的问题。

另外，在现有技术中，虽然有些研究者已经尝试将电能与信号进行同步传输，且实现了信号的单向传输，不过其存在应用范围窄的缺点(大量应用场景下需要双向通信，例如石油钻井、汽车充电、家电充电等等)。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种非接触电能及双向信号传输方法和系统。所述传输系统应用于非接触电能和信号传输中，使用一组传输通道，即一组电磁线圈，同时完成电能和信号的传输，且信号为双向传输。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种非接触电能及双向信号的传输系统，所述系统通过同一组电磁线圈(电能发送方以下又称为原边，此边的线圈称为原边线圈，电能接收方又称为副边，此边的线圈称为副边线圈)同时完成电能和通信信号的传输，所述系统能够实现电能的非接触传输以及通信信号的双向传输。

进一步地，所述通信信号的双向传输包括：通信信号从电能发送方传输到电能接收方的正向传输以及通信信号从电能接收方传输到电能发送方的反向传输；

所述正向传输通过改变电能发送方到电能接收方的电压或电流频率进行调制，并通过检测副边谐振电流I_s的频率进行解调；所述反向传输通过改变电流相位的方式进行调制，使电能发送方能通过检测电流的相位变化来解调信号。

进一步地，所述系统包括初级回路和次级回路，所述初级回路为电能发送方，所述次级回路为电能接收方；所述初级回路包括第一信号解调模块和第一信号调制模块，所述次级回路包括第二信号解调模块和第二信号调制模块；

当通信信号进行正向传输时，在所述第一信号调制模块完成信号调制，在所述第二信号解调模块中完成信号解调；

当通信信号进行反向传输时，在所述第二信号调制模块完成信号调制，在所述第一信号解调模块中完成信号解调。

进一步地，所述初级回路和所述次级回路感应耦合且没有直接的电气连接；所述初级回路和所述次级回路之间能够产生交变的高频电磁场进行电能的传输；所述初级回路还包括电源、高频逆变器、初级谐振补偿电路、发射线圈、第一控制器；所述次级回路还包括用电设备、电能转换器、次级谐振补偿电路、接收线圈、第二控制器。

进一步地，在所述初级回路中，所述电源、所述高频逆变器、所述初级谐振补偿电路和所述发射线圈依次电连接，所述第一信号调制模块与所述初级谐振补偿电路电连接，所述第一信号解调模块与所述第一控制器及所述发射线圈电连接，所述第一控制器与所述高频逆变器电连接；

在所述次级回路中，所述接收线圈、所述次级谐振补偿电路、所述电能转换器和所述用电设备依次电连接，所述第二信号解调模块与所述接收线圈电连接，所述第二信号解调模块与所述第二控制器电连接，所述第二控制器与所述第二信号调制模块电连接，所述第二信号调制模块与所述次级谐振补偿电路电连接。

进一步地，所述发射线圈和所述接收线圈构成变压器结构，所述变压器结构为电能耦合结构。

一种非接触电能及双向信号传输方法，通过在初级回路和次级回路之间产生交变的高频电磁场，在相对分离的供电电源与用电设备之间进行电能的传输；并通过一定的调制方式，使电能发送方或电能接收方接收到的电信号的电学特征发生改变，对所述电学特征的改变量进行检测后，实现信号的解调，即完成通信信号的双向传输；所述电信号的电学特征包括电压或电流频率和电流相位。

进一步地，当通信信号从电能发送方传输到电能接收方时，通过改变电能发送方到电能接收方的电压或电流频率进行调制，并通过检测副边谐振电流I_s的频率进行解调；在改变电压或电流频率时，调整原边线圈的谐振电容，使得不同电压或电流频率下原边线圈都处于谐振状态。

进一步地，当通信信号从电能接收方传输到电能发送方时，通过改变电流相位的方式进行调制，使电能发送方能通过检测电流的相位变化来解调信号；其中，改变电流相位的方式具体为调整次级回路中接收线圈的谐振电容。