[发明专利]共享通道式单电容耦合无线电能与信号并行传输系统

说明书

本发明提供一种共享通道式单电容耦合无线电能与信号并行传输系统，采用第一共享电容极板和第二共享电容极板构成的单电容耦合机构进行无线能量传输和无线信号传输，能够在保证电能发射端与电能接收端之间双向高速通信的同时，实现单电容无线电能稳定传输的功能。本发明的优势在于：结构简单，只需一对金属极板，极大地增强了系统的灵活性，系统耗材更低，特别适合应用于移动设备的无线供电与数据传输。同时，本发明更有利于减小耦合机构中异物的影响，实现能量与信号的并行传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种共享通道式单电容耦合无线电能与信号并行传输系统。

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，该技术极大提升了用电设备取电的灵活性与安全性。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，该技术具有耦合机构体积小、重量轻、设计灵活度高、机构耗材量低，且能够穿越金属物体传能等优点，具有很大的应用潜力。

现在常用的EC-WPT系统使用的是双极板式的耦合机构实现能量的传输，但这样的耦合机构存在着一些不足之处：移动电气设备在两对金属板的制约下灵活性较差；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。利用单电容耦合无线电能传输系统为上述问题的解决提供了一种新的方法。

在实际工程应用中，为了提升EC-WPT系统能效以及适应更多应用对象，在电能无线传输的同时还需要进行数据的高速无线传输。一方面，输出电压反馈控制、负载识别、自动调谐等功能普遍为EC-WPT系统所要求，系统电能发射端和接收端之间的通信有助于实现上述功能需求并提升系统整体性能；另一方面，在实际工程应用中EC-WPT系统用电设备与电能发射端的数据交互也被广泛需求，例如海洋水下机器人需要向地面控制平台回传采集的海底数据，同时也需要接收来自地面控制平台的指令信号。

发明内容

基于上述内容，本发明的目的在于提出一种共享通道式单电容耦合无线电能与信号并行传输系统，以在保证电能发射端与电能接收端之间双向高速通信的同时，实现单电容无线电能稳定传输。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种共享通道式单电容耦合无线电能与信号并行传输系统，包括能量传输通道和信号传输通道，其特征在于：所述能量传输通道的发射端设置有相连接的第一共享电容极板和原边补偿电路，所述能量传输通道的接收端设置有相连接的第二共享电容极板和副边补偿电路，所述能量传输通道通过所述第一共享电容极板与所述第二共享电容极板构成的单电容耦合机构实现电能无线传输；

所述信号传输通道设置有信号发送/接收装置和信号接收/发送装置，所述信号发送/接收装置经过信号调制/解调电路连接所述第一共享电容极板，所述信号接收/发送装置经过信号解调/调制电路连接所述第二共享电容极板，所述信号传输通道通过所述第一共享电容极板和所述第二共享电容极板构成的所述单电容耦合机构实现信号双向无线传输。

可选地，所述原边补偿电路设置有发射端谐振电感L_p和发射端谐振电容C_p，所述第一共享电容极板电气连接在所述发射端谐振电感L_p和所述发射端谐振电容C_p的公共连接端上，所述副边补偿电路设置有接收端谐振电感L_s和接收端谐振电容C_s，所述第二共享电容极板电气连接在所述接收端谐振电感L_s和所述接收端谐振电容C_s的公共连接端上。