[发明专利]一种非接触电能与信号同步传输系统及其控制方法

权利要求书

1.一种非接触电能与信号同步传输系统，其特征是：同步传输系统包括：直流电压环节、高频逆变环节、原边能量变换环节、副边能量变换环节、原边信号调制环节、副边信号解调环节及负载；高频逆变环节的输入端连接有直流电压环节；高频逆变环节的输出端并联连接有原边能量变换环节及原边信号调制环节，分别构成基波和三次谐波提取通道；原边能量变换环节与副边能量变换环节通过原边磁能发射线圈和副边磁能拾取线圈耦合连接；原边信号调制环节与原边能量变换环节通过原边信号发射耦合线圈与原边信号拾取耦合线圈耦合连接；副边能量变换环节与副边信号解调环节通过副边信号发射耦合线圈与副边信号拾取耦合线圈耦合连接；副边能量变换环节的输出端连接有负载；

所述的原边信号调制环节的原边信号发射耦合线圈、原边信号谐振补偿电容、调谐电感与信号控制环节串联；原边信号发射耦合线圈与原边信号谐振补偿电容的固有谐振频率为逆变环节输出方波电压中三次谐波的频率；调谐电感使整个回路工作在谐振状态，即方波电压、基波能量电流、谐波信号电流拥有相同的过零点；

所述的信号控制环节包括电路电阻R_P21、信号电阻R_P22、数字信号发生器和双向开关；信号电阻R_P22与双向开关串联，二者同时与电路电阻R_P21并联；由数字信号发生器发出信号控制双向开关的通断，控制信号电阻R_P22的切入、切出将数字信号信息加载到原边信号调制环节；所述的双向开关包括开关管V₁、开关管V₂、二极管D₅和二极管D₆，开关管V₁与二极管D₅、开关管V₂与二极管D₆均反并联，同时，二极管D₅与二极管D₆的阴极相串联，从而使开关管V₁与二极管D₆、开关管V₂与二极管D₅构成两个桥臂，使系统无论处于交流电流的正向还是负向，控制信号为1时，电路都可导通。

2.根据权利要求1所述的一种非接触电能与信号同步传输系统，其特征是：所述的高频逆变环节为四个场效应管构成全桥逆变结构。

3.根据权利要求1所述的一种非接触电能与信号同步传输系统，其特征是：所述的原边能量变换环节，原边信号拾取耦合线圈与原边信号调制环节的原边信号发射耦合线圈绕制于同一“回”型锰锌铁氧体磁芯组成全耦合变压器；原边磁能发射线圈与副边磁能拾取线圈呈非接触状态组成松耦合磁路机构；原边信号拾取耦合线圈、原边磁能发射线圈及原边能量谐振补偿电容串联。

4.根据权利要求1所述的一种非接触电能与信号同步传输系统，其特征是：所述的副边能量变换环节，副边信号发射耦合线圈与副边信号解调环节的副边信号拾取耦合线圈绕制于同一“回”型锰锌铁氧体磁芯组成全耦合变压器；副边磁能拾取线圈、副边信号发射耦合线圈、副边能量谐振补偿电容串联，原边能量变换环节和副边能量变换环节的固有谐振频率均为高频逆变环节输出方波电压中基波的频率，构成基波提取通道，用于传输电能。

5.权利要求1所述的一种非接触电能与信号同步传输系统，其特征是：所述的副边信号解调环节，副边信号拾取耦合线圈与副边信号谐振补偿电容串联，然后与包络检波电路连接；副边信号解调环节的固有谐振频率也为逆变环节输出方波电压中三次谐波的频率，构成三次谐波提取通道，用于传输信号；所述的包络检波电路包括电阻R、二极管D、电容C₀和信号负载电阻R₀；电阻R与二极管D串联，然后与并联的电容C₀和信号负载电阻R₀再并联。

6.权利要求1所述的一种非接触电能与信号同步传输系统的控制方法，其特征是：传输系统的传输方法，通过双向开关控制原边信号调制环节中信号电阻R_P22的切入、切出将数字信号信息以电流幅值大小的形式加载到原边信号调制环节中，然后通过全耦合变压器将原边信号调制环节的电流信息耦合到原边能量变换环节，使原边能量变换环节中的电流为既携带了电能又加载了信号信息的基波与谐波的合成波，二者通过同一松耦合磁路机构耦合到副边后，由谐振频率不同的LC串联谐振电路组成副边能量变换环节及副边信号解调环节将能量信号分离提取后利用；非接触电能传输系统原边能量变换环节与副边能量变换环节的磁路机构均为两个线圈串联而成；信号电流磁场与能量电流磁场的耦合由全耦合变压器实现；原边能量变换环节的磁能发射线圈与副边能量变换环节的磁能拾取线圈之间通过互感耦合，实现电能与信号从原边到副边的非接触传输；

具体控制方法步骤如下：

（1）通过数字信号发生器发出控制信号改变双向开关的导通关断从而控制信号电阻R_P22的切入切出；当传输信号为“1”时，信号电阻R_P22切入；当传输信号为“0”时，信号电阻R_P22切除；以此改变原边信号调制环节的电流幅值，将数字信号信息加载到原边信号调制环节；

（2）通过原边信号发射耦合线圈与原边信号拾取耦合线圈组成的全耦合变压器将带有信号信息的三次谐波电流加载到原边能量变换环节；

（3）将基波能量电流与谐波信号电流通过原边磁能发射线圈与副边磁能拾取线圈组成的松耦合磁路机构同时传送到副边。