[发明专利]一种利用分布电容传输信号的水下无线电能传输系统

权利要求书

1.一种利用分布电容传输信号的水下无线电能传输系统，其特征在于，所述的水下无线电能传输系统包括能量传输系统和信号传输系统，将能量接收侧采集得到的负载信号传输至能量发射侧进行系统的闭环控制；

所述的能量传输系统包括发射侧高频电源、发射侧补偿网络、能量耦合机构、接收侧补偿网络、高频整流电路和负载；

所述的发射侧高频电源包括工频电源、低频整流电路和高频逆变电路，工频电源经低频整流电路整流得到直流电压，所得直流电压由高频逆变电路逆变为高频交流后传输至发射侧补偿网络；所述发射侧补偿网络使变换后的输入阻抗等效为纯阻性负载，发射侧高频电源产生的高频方波经发射侧补偿网络后，所得高频基波传输至能量耦合机构；所述能量耦合机构包括发射线圈和接收线圈，发射线圈与发射侧补偿网络相连，高频基波分量加载在发射线圈；所述接收侧补偿网络与接收线圈相连，用于调整接收侧等效阻抗体现为纯电阻特性，使接收侧在高频状态下达到谐振状态；所述的高频整流电路采用全桥整流电路，经LC滤波或电容滤波稳压输出直流电压，接收侧补偿网络与接收侧高频整流电路连接后为负载提供电能；

所述信号传输系统包括信号采集电路、信号调制放大电路、信号耦合机构、信号解调滤波电路；

所述的信号采集电路与能量传输机构接收侧高频整流滤波电路输出相连，采集负载工作电压或电流，将信号检测所得采样值与基准电压经比较电路相比并进行电平转换输出为数字信号；所述的信号调制放大电路用于将电平转换得到的数字信号通过控制高频载波的形式载入到信号耦合机构中，信号调制放大电路将调制信号加载到信号发射电容，通过电场式无线电能传输的方式将调制放大电路输出的信号耦合至信号接收电容；所述信号耦合机构为耦合线圈之间寄生电容，信号耦合机构分为信号发射电容和接收电容，耦合机构之间寄生电容跨接于耦合电感之间；所述的信号解调滤波电路用于将信号耦合机构接收的带有数字信号的载波调制为数字信号；在非接触电能传输系统中，采用非相干解调方法；

所述的发射侧高频电源与发射侧补偿网络连接，发射侧补偿网络输出的电压施加在能量耦合机构的发射线圈，能量耦合机构的接收侧接收能量并传输至接收侧补偿网络，经高频整流电路整流为负载供电；信号采集电路将采集的负载信息传输至信号调制放大电路，经调制放大处理，得到的调制信号加载到信号耦合机构的发射侧，信号耦合机构为水下无线电能传输时能量耦合机构的分布电容；信号耦合机构将接收侧得到的调制信号传输至信号解调滤波电路，经解调滤波输出负载信号；实现能量与信号的同步传输。

2.根据权利要求1所述的一种利用分布电容传输信号的水下无线电能传输系统，其特征在于，所述的信号解调滤波电路用于提取信号耦合机构接收电容中的调制信号，信号解调滤波电路由分压电路、电压跟随器、包络检波器和低通滤波器组成；所述的包 络检波器利用二极管单向导通的特点以及电阻电容的充放电过程对交流幅值包络处理；将检波器得到的具有包络性质的信号经过低通滤波环节滤除高频分量和噪声，得到低频环节的方波，并经过电压比较最终解调出数字信号，实现能量接收侧向发射侧的信号通信。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用分布电容传输信号的水下无线电能传输系统，其特征在于，对于线圈组成的能量耦合机构，所述的发射侧补偿网络包括一个电容或者电容与电感的串并联组合拓扑，具体结构形式由系统输出特性和耦合机构参数决定。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用分布电容传输信号的水下无线电能传输系统，其特征在于，在水下进行非电气接触电能传输时，所述的能量耦合机构采用平面式对称的无磁芯耦合机构。

5.根据权利要求3所述的一种利用分布电容传输信号的水下无线电能传输系统，其特征在于，在水下进行非电气接触电能传输时，所述的能量耦合机构采用平面式对称的无磁芯耦合机构。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种利用分布电容传输信号的水下无线电能传输系统，其特征在于，所述的接收侧补偿网络包括电容或电容与电感的组合网络，具体拓扑结构由系统输出特性和耦合机构参数决定。