一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，該復(fù)用系統(tǒng)包括發(fā)射電路、能量發(fā)射線圈、能量接受線圈、通信線圈，其中，能量接受線圈的諧振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中基波信號(hào)頻率點(diǎn)一致，通信天線的諧振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中諧波信號(hào)頻率點(diǎn)一致；在空間布局上，通信線圈的中軸線與能量接受線圈的切線垂直，且能量接受線圈與通信線圈在同一個(gè)平面上。本發(fā)明無需為信道提供磁屏蔽，可獲得較好的信噪比通信，顯著降低了系統(tǒng)體積和成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，屬于無線供電與通信領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著智能化自主導(dǎo)航設(shè)備、便攜式電子設(shè)備的普及，直接利用無線供電技術(shù)的設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。
[0003]隨著電子設(shè)備的智能化程度越來越高，所需能耗也越來越大，因此需要不斷補(bǔ)充充電。充電時(shí)同時(shí)也需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行通信，進(jìn)一步提高智能化水平。而從體積和成本的考慮，利用藍(lán)牙、GSM模塊等無線模塊單獨(dú)構(gòu)建通信信源收到一定的限制。對(duì)于低成本、小體積無線充電設(shè)備應(yīng)該綜合考慮成本、使用效率等問題。在能量發(fā)射線圈中流過非正弦波電流， 利用其中諧波能量實(shí)現(xiàn)無線通信解決了通信信源。針對(duì)無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)中利用能量發(fā)射線圈中基波能量實(shí)現(xiàn)無線供電、利用諧波能量實(shí)現(xiàn)無線通信的方案，如專利 201510130932.2披露的一種高速無線攜能通信系統(tǒng)。[〇〇〇4]但通信線圈與能量接受線圈之間存在很強(qiáng)的電磁干擾，因此需要充分結(jié)合能量發(fā)射線圈的工作特性，研究適用于低成本、高功率密度場(chǎng)合線圈之間的空間布局方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了獲得高信噪比通信，提升通信信號(hào)的可靠性，本發(fā)明提供一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，針對(duì)無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)中能量接受線圈與通信線圈相互干擾的缺點(diǎn)，通過合理的空間布局，有效抑制能量接受線圈中的基波頻率對(duì)通信線圈中通信信號(hào)的干擾。本發(fā)明的特殊之處是無需對(duì)通信信道提供磁屏蔽等手段，即可獲得高信噪比通信，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明提供一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，該復(fù)用系統(tǒng)包括發(fā)射控制電路、能量發(fā)射線圈、能量接受線圈、通信天線，其中，所述能量發(fā)射線圈在發(fā)射控制電路的作用下，為能量接受線圈提供無線供電能量，同時(shí)為通信天線提供通信信息能量;能量接受線圈接受能量發(fā)射線圈中的基波信號(hào)能量;通信天線接受能量發(fā)射線圈中的諧波信號(hào)能量。 能量接受線圈的諧振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中基波信號(hào)頻率點(diǎn)一致，通信天線的諧振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中諧波信號(hào)頻率點(diǎn)一致;在空間布局上，通信線圈的中軸線與能量接受線圈的切線垂直，且能量接受線圈與通信線圈在同一個(gè)平面上。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，能量發(fā)射線圈是盤式線圈。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，能量發(fā)射線圈是螺旋線圈。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，能量接收線圈是盤式線圈。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，能量接收線圈是螺旋線圈。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述能量發(fā)射線圈在發(fā)射控制電路的作用下，產(chǎn)生非正弦電流波。
[0012]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明具有電路體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，通過合理的空間布局，保證能量發(fā)射線圈與能量接受線圈、通信線圈均能產(chǎn)生較好的磁耦合，通信天線與能量接受線圈在空間布局上降低磁耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高信噪比通信，防止能量接受線圈對(duì)通信線圈的電磁干擾?！靖綀D說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例原理框架示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例盤式能量發(fā)射線圈三維空間磁場(chǎng)矢量分布圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的能量接受線圈和通信線圈的實(shí)驗(yàn)波形?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:如圖1所示，其給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例原理框架圖。能量發(fā)射線圈可以是盤式線圈或螺旋線圈，在發(fā)射控制電路的作用下，其流過非正弦的電流波。能量發(fā)射線圈電流波所激發(fā)的磁場(chǎng)與能量接受線圈和通信線圈之間均產(chǎn)生較好的磁耦合，如圖1中的虛箭頭線所示。 能量接受線圈可以是盤式線圈或螺旋線圈，其諧振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中非正弦電流波的基波電流頻率點(diǎn)一致，實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸。通信線圈可以是盤式線圈或螺旋線圈，其諧振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中非正弦電流波的諧波電流頻率點(diǎn)一致，解決了通信信號(hào)的信源能量。當(dāng)能量發(fā)射線圈中流過電流頻率按照基帶信號(hào)改變時(shí)，即可傳遞信息。由于通信線圈與能量接受線圈很接近，因此在布局上保證通信天線的中軸線與能量接受線圈的切線垂直， 并且能量接受線圈與通信線圈在同一個(gè)平面上。這樣就可以保證通信線圈與能量接受線圈之間的弱磁耦合，如圖1中的實(shí)箭頭線所示。
[0017]如圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例中盤式能量發(fā)射線圈中流過非正弦電流所激發(fā)的磁力線空間分布圖。由圖所示能量發(fā)射線圈的中軸線產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，同時(shí)已中軸線為中心在空間產(chǎn)生豐富的散磁通。同時(shí)，盤式能量發(fā)射線圈的水平面與其所產(chǎn)生的磁力線垂直。當(dāng)能量接受線圈被激發(fā)感應(yīng)電流后所產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)與能量發(fā)射線圈的空間磁場(chǎng)類似?？梢娋€圈之間只有如圖1所示的空間布局，才能保證能量發(fā)射線圈與能量接受線圈、通信線圈均能產(chǎn)生較好的磁耦合，通信天線與能量接受線圈在空間布局上降低磁耦合效應(yīng)。這樣的布局擁有產(chǎn)生較好的無線供電能力和無線通信能力，實(shí)現(xiàn)高信噪比通信。
[0018]如圖3所示，其給出了本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)波形。能量接受線圈流過基波電流，通信線圈中流過3次諧波電流，可見3次諧波電流幾乎不受基波頻率影響，為實(shí)現(xiàn)高信噪比通信打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例的具體參數(shù)如下:能量發(fā)射線圈中流過200kHz的三角形電流波，能量接受線圈的諧振頻率為200kHz接受三角波電流所激發(fā)的基波電流磁場(chǎng)，通信線圈的諧振頻率為600kHz接受三角波電流所激發(fā)的3次諧波電流磁場(chǎng)。
[0020]以上所述僅是本發(fā)明的部分實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，該復(fù)用系統(tǒng)包括發(fā)射控制電路、能量 發(fā)射線圈、能量接受線圈、通信天線，其中，所述能量發(fā)射線圈在發(fā)射控制電路的作用下，為 能量接受線圈提供無線供電能量，同時(shí)為通信天線提供通信信息能量;能量接受線圈接受 能量發(fā)射線圈中的基波信號(hào)能量;通信天線接受能量發(fā)射線圈中的諧波信號(hào)能量，其特征 在于:能量接受線圈的諧振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中基波信號(hào)頻率點(diǎn)一致，通信天線的諧 振頻率點(diǎn)與能量發(fā)射線圈中諧波信號(hào)頻率點(diǎn)一致;在空間布局上，通信線圈的中軸線與能 量接受線圈的切線垂直，且能量接受線圈與通信線圈在同一個(gè)平面上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，其特征在于:能 量發(fā)射線圈是盤式線圈。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，其特征在于:能 量發(fā)射線圈是螺旋線圈。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，其特征在于:能 量接收線圈是盤式線圈。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，其特征在于:能 量接收線圈是螺旋線圈。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線供電與通信復(fù)用系統(tǒng)線圈布局方法，其特征在于:所 述能量發(fā)射線圈在發(fā)射控制電路的作用下，產(chǎn)生非正弦電流波。
【文檔編號(hào)】H01F27/28GK105978171SQ201610423366
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】周巖, 朱翔
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)