基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線充電技術(shù)，特別是一種基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線充電技術(shù)源于無(wú)線電力輸送技術(shù)，其利用電磁耦合，供電設(shè)備將電能傳輸至 用電裝置，該裝置利用接受到的能量為電池充電同時(shí)供其本身運(yùn)作。相比與有線充電技術(shù)， 其能量傳輸不需要配電線路，因此非常適合對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行電力供應(yīng)。隨著電動(dòng)汽車以及 移動(dòng)機(jī)器人等的發(fā)展，無(wú)線充電的需求越來(lái)越大。無(wú)線充電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式主要有電磁感 應(yīng)式充電，無(wú)線電波式充電以及磁共振式充電。電磁感應(yīng)式充電原理類似于變壓器原理，初 級(jí)線圈通以一定頻率的交流電，利用電磁感應(yīng)原理在次級(jí)線圈能產(chǎn)生一定的電流，這種技 術(shù)的空間傳遞的距離非常短（mm級(jí)）而且傳輸效率較低。無(wú)線電波式充電技術(shù)已經(jīng)是發(fā) 展較為成熟的技術(shù)，類似于早期使用的礦石收音機(jī)，主要由微波發(fā)射裝置和微波接收裝置 組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無(wú)線電波能量，在隨負(fù)載調(diào)整的同時(shí)保持穩(wěn)定的直流電壓。 磁共振式充電系統(tǒng)由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個(gè)裝置調(diào)整到相同頻率，或 者說(shuō)在一個(gè)特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研宄的一種技術(shù)， 2007年麻省理工學(xué)院（MIT)的研宄團(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)點(diǎn)亮了兩米外的一盞60瓦燈泡，相比于 電磁感應(yīng)式充電，其傳輸距離以及效率都有明顯增加，為無(wú)線充電技術(shù)以及無(wú)線電力輸送 技術(shù)開(kāi)辟了新的方向。
[0003] 無(wú)線充電系統(tǒng)面向多個(gè)用電單位，但是其沒(méi)有配電線路來(lái)定義合法授權(quán)的用電單 位，其電能傳輸?shù)陌踩珯C(jī)制有待開(kāi)發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的空白，本發(fā)明提供一種基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系 統(tǒng)，其目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)被授權(quán)用電單位的無(wú)線電力供應(yīng)，同時(shí)未被授權(quán)的用電單位不能獲得 有效的電力供應(yīng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)， 其中：該系統(tǒng)包括有電力供應(yīng)單元、用電單位，所述電力供應(yīng)單元包括有相互連接的電力供 應(yīng)電路、基于混沌函數(shù)的密鑰生成單元、供電單元的無(wú)線通訊單元，所述用電單位包括有相 互連接的諧振單元、電力接收單元、用電單位的無(wú)線通訊單元、密鑰解碼單元、電容調(diào)節(jié)單 J1_1〇
[0006] 所述電力供應(yīng)單元與用電單位通過(guò)電力供應(yīng)電路、諧振單元與電力接收單元之間 的電磁耦合連接進(jìn)行能量的傳遞。
[0007] 所述電力供應(yīng)單元與用電單位通過(guò)供電單元的無(wú)線通訊單元與用電單位的無(wú)線 通訊單元之間的無(wú)線通訊連接進(jìn)行請(qǐng)求信號(hào)與密鑰信息的傳遞。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被授權(quán)用電單位的無(wú)線電力供應(yīng)，同時(shí)未被授權(quán)的用電單位不能獲得有效的電 力供應(yīng)?？s減規(guī)模的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：實(shí)驗(yàn)中被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓穩(wěn)定在10V左 右，而實(shí)驗(yàn)中未被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓接近0V。結(jié)果表明本發(fā)明提出的基于能 量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)磁共振耦合式無(wú)線充電的能量加密，有效提 高了無(wú)線充電的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本發(fā)明所提出的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0010] 圖2為高斯映射的分叉圖；
[0011] 圖3-1、圖3-2為縮減規(guī)模實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果圖。
[0012] 1、電力供應(yīng)單元2、用電單位3、電力供應(yīng)電路4、諧振單元5、電力接收單元6、基于 混沌函數(shù)的密鑰生成單元7、供電單元的無(wú)線通訊單元8、DC/AC變換器9、用電單位的無(wú)線 通訊單元10、密鑰解碼單元11、電容調(diào)節(jié)單元12、實(shí)驗(yàn)中授權(quán)用電單位的電壓波形13、實(shí)驗(yàn) 中未授權(quán)用電單位的電壓波形
【具體實(shí)施方式】
[0013] 結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描 述。
[0014] 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用磁共振 耦合無(wú)線充電的頻率敏感性，應(yīng)用混沌函數(shù)生成密鑰實(shí)現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的頻率調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn) 了對(duì)無(wú)線充電的能量加密。
[0015] 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有電力供應(yīng)單 元1、用電單位2,所述電力供應(yīng)單元1包括有相互連接的電力供應(yīng)電路3、基于混沌函數(shù)的 密鑰生成單元6、供電單元的無(wú)線通訊單元7,所述用電單位2包括有相互連接的諧振單元 4、電力接收單元5、用電單位的無(wú)線通訊單元9、密鑰解碼單元10、電容調(diào)節(jié)單元11。
[0016] 所述電力供應(yīng)單元1與用電單位2通過(guò)電力供應(yīng)電路3、諧振單元4與電力接收單 元5之間的電磁耦合連接進(jìn)行能量的傳遞。
[0017] 所述電力供應(yīng)單元1與用電單位2通過(guò)供電單元的無(wú)線通訊單元7與用電單位的 無(wú)線通訊單元9之間的無(wú)線通訊連接進(jìn)行請(qǐng)求信號(hào)與密鑰信息的傳遞。
[0018] 所述電力供應(yīng)單元1包括有相互連接的電力供應(yīng)電路3、基于混沌函數(shù)的密鑰生 成單元6以及供電單元的無(wú)線通訊單元7,所述基于混純函數(shù)的密鑰生成單元6通過(guò)混純函 數(shù)生成密鑰，并將生成的密鑰傳輸給供電單元的無(wú)線通訊單元7,同時(shí)基于混沌函數(shù)的密鑰 生成單元6將密鑰傳送給電力供應(yīng)電路3的DC/AC變換器8,DC/AC變換器8將電力供應(yīng)電 路3的開(kāi)關(guān)頻率調(diào)整至密鑰對(duì)應(yīng)的頻率。
[0019] 所述用電單位2包括有相互連接諧振單元4、電力接收單元5、用電單位的無(wú)線通 訊單元9、密鑰解碼單元10以及電容調(diào)節(jié)單元11，用電單位的無(wú)線通訊單元9將從電力供 應(yīng)單元1所接受的密鑰傳送給密鑰解碼單元10,密鑰解碼單元10根據(jù)所得密鑰解碼出電力 供應(yīng)電路3的開(kāi)關(guān)頻率，并傳遞給電容調(diào)節(jié)單元11，電容調(diào)節(jié)單元11調(diào)節(jié)諧振單元4與電 力接收單元5的電容值，使諧振單元4與電力接受單元5的固有頻率與所得開(kāi)關(guān)頻率相同。
[0020] 所述電力供應(yīng)單元1與所述用電單位2的能量傳遞是通過(guò)磁共振耦合。
[0021] 如圖1所示的本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)包括有由電力供應(yīng)電路3、基于混沌 函數(shù)的密鑰生成單元6、供電單元的無(wú)線通訊單元7組成的電力供應(yīng)單元1和由諧振單元 4、電力接收單元5、用電單位的無(wú)線通訊單元9、密鑰解碼單元10、電容調(diào)節(jié)單元11組成的 用電單位2。
[0022] 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)依賴于磁共振耦合原理。電 力供應(yīng)電路3、諧振單元4以及電力接收單元5構(gòu)成了基于磁共振親合原理的無(wú)線充電整 體電路，它們之間通過(guò)電磁感應(yīng)的原理實(shí)現(xiàn)能量傳遞。只有當(dāng)諧振單元4和電力接受單元 5的固有頻率與電力供應(yīng)電路3的開(kāi)關(guān)頻率％相同時(shí)用電單位2才能獲得最大的傳輸能
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于能量加密的磁共振禪合式無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)包括有電力供 應(yīng)單元（1)、用電單位（2)，所述電力供應(yīng)單元（1)包括有相互連接的電力供應(yīng)電路（3)、基 于混濁函數(shù)的密鑰生成單元化）、供電單元的無(wú)線通訊單元（7)，所述用電單位（2)包括有 相互連接的諧振單元（4)、電力接收單元巧）、用電單位的無(wú)線通訊單元巧）、密鑰解碼單元 (10)、電容調(diào)節(jié)單元（11); 所述電力供應(yīng)單元（1)與用電單位（2)通過(guò)電力供應(yīng)電路（3)、諧振單元（4)與電力接 收單元（5)之間的電磁禪合連接進(jìn)行能量的傳遞； 所述電力供應(yīng)單元（1)與用電單位（2)通過(guò)供電單元的無(wú)線通訊單元（7)與用電單位 的無(wú)線通訊單元（9)之間的無(wú)線通訊連接進(jìn)行請(qǐng)求信號(hào)與密鑰信息的傳遞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量加密的磁共振禪合式無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征是；所 述電力供應(yīng)單元（1)包括有相互連接的電力供應(yīng)電路（3)、基于混濁函數(shù)的密鑰生成單元 (6) W及供電單元的無(wú)線通訊單元（7)，所述基于混濁函數(shù)的密鑰生成單元（6)通過(guò)混濁函 數(shù)生成密鑰，并將生成的密鑰傳輸給供電單元的無(wú)線通訊單元（7)，同時(shí)基于混濁函數(shù)的密 鑰生成單元（6)將密鑰傳送給電力供應(yīng)電路（3)的DC/AC變換器巧），DC/AC變換器（8)將 電力供應(yīng)電路（3)的開(kāi)關(guān)頻率調(diào)整至密鑰對(duì)應(yīng)的頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量加密的磁共振禪合式無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征是；所 述用電單位（2)包括有相互連接諧振單元（4)、電力接收單元巧）、用電單位的無(wú)線通訊單 元巧）、密鑰解碼單元（10) W及電容調(diào)節(jié)單元（11)，用電單位的無(wú)線通訊單元（9)將從電 力供應(yīng)單元（1)所接受的密鑰傳送給密鑰解碼單元（10)，密鑰解碼單元（10)根據(jù)所得密鑰 解碼出電力供應(yīng)電路（3)的開(kāi)關(guān)頻率，并傳遞給電容調(diào)節(jié)單元（11)，電容調(diào)節(jié)單元（11)調(diào) 節(jié)諧振單元（4)與電力接收單元巧）的電容值，使諧振單元（4)與電力接受單元巧）的固 有頻率與所得開(kāi)關(guān)頻率相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量加密的磁共振禪合式無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征是；所 述電力供應(yīng)單元（1)與所述用電單位（2)的能量傳遞是通過(guò)磁共振禪合。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于能量加密的磁共振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的電力供應(yīng)單元與用電單位通過(guò)電力供應(yīng)電路、諧振單元與電力接收單元之間的電磁耦合連接進(jìn)行能量的傳遞。電力供應(yīng)單元與用電單位通過(guò)供電單元的無(wú)線通訊單元與用電單位的無(wú)線通訊單元之間的無(wú)線通訊連接進(jìn)行請(qǐng)求信號(hào)與密鑰信息的傳遞。通過(guò)對(duì)頻率加密可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能量傳輸?shù)募用?。?yīng)用混沌函數(shù)生成密鑰實(shí)現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的頻率調(diào)節(jié)。本發(fā)明的效果是該無(wú)線充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)被授權(quán)用電單位的無(wú)線電力供應(yīng)，同時(shí)未被授權(quán)的用電單位不能獲得有效的電力供應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓穩(wěn)定在10V左右，而實(shí)驗(yàn)中未被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓接近0V。有效提高了無(wú)線充電的安全性。
【IPC分類】H02J17-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104617680
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510026846
【發(fā)明人】張鎮(zhèn), 李彬, 王江, 鄧斌, 魏熙樂(lè), 于海濤
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日