[发明专利]多中继无线能量及数据协同传输系统

说明书

本发明的多中继无线能量及数据协同传输系统涉及基于PCB自补偿线圈的多中继传输系统，目的是为了克服现有无线电能传输系统中由于存在补偿电容易被强电场击穿以及引起尖端放电问题，包括：能量发射线圈与电源电气连接，用于将电源所提供的能量发射至能量中继线圈；能量中继线圈，用于进行能量的无线中继传输；能量接收线圈与负载电气连接，用于从能量中继线圈接收能量并提供给负载；数据发射线圈与调制电路电气连接，用于将调制电路所调制的数据信号发射至数据中继线圈；数据中继线圈，用于进行数据信号的中继传输；数据接收线圈与解调电路电气连接，用于从数据中继线圈接收数据信号供解调电路进行解调。

技术领域

本发明涉及基于PCB自补偿线圈的多中继传输系统。

背景技术

有线能量传输存在电气连接复杂、空间约束大、应用场合受限等问题，近年来无线能量传输系统迅速发展。以高压输电领域为例，随着电力消费市场的扩大，为了保证输电线路的工作稳定，建立输电线路的在线监测系统是十分必要的。但是，由于输电线路存在高压，对在线监测设备供电需要考虑绝缘的问题。当前，光伏电池和蓄电池是为监测系统供电的两种主要方式。然而在实际应用中，这两种方式都有致命的缺点。光伏电池在雨雪天气无法提供稳定的电能，而蓄电池需要经常更换且在寒冷天气及多次充电循环后存在寿命衰减问题。光纤供电系统也被用来给高压输电监测设备供电。光纤供电主要缺点在于激光器寿命短且整套系统成本高昂，难以推广。

为了解决上述供电方式的问题，无线电能传输技术被引入于为高压线路监测设备供电。无线电能传输技术借助于电磁场进行能量传输，天生具有隔离的功能，为解决高压绝缘提供了可能。应用于高压监控设备供电的现有无线电能传输系统多为多中继无线电能传输系统，其主要功能部件为谐振线圈。谐振线圈主要包含线圈电感和补偿电容。但是在高压场合，线圈上的补偿电容易被强电场击穿。此外，补偿电容的使用使线圈表明存在尖端，在高压场合，电荷易在尖端聚集引起尖端放电。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有无线电能传输系统中由于存在补偿电容易被强电场击穿以及引起尖端放电问题，提供了一种多中继无线能量及数据协同传输系统。

本发明的多中继无线能量及数据协同传输系统，包括多级的能量传输线圈和多级的数据传输线圈；

多级的能量传输线圈中第一个能量传输线圈作为能量发射线圈，最后一个能量传输线圈作为能量接收线圈，能量发射线圈和能量接收线圈之间的能量传输线圈作为能量中继线圈；且能量发射线圈与能量中继线圈耦合，能量中继线圈与能量接收线圈耦合；

能量发射线圈与电源电气连接，用于将电源所提供的能量发射至能量中继线圈；

能量中继线圈，用于进行能量的无线中继传输；

能量接收线圈与负载电气连接，用于从能量中继线圈接收能量并提供给负载；

多级的数据传输线圈中第一个数据传输线圈作为数据发射线圈，最后一个数据传输线圈作为数据接收线圈，数据发射线圈和数据接收线圈之间的数据传输线圈作为数据中继线圈；且数据发射线圈与数据中继线圈耦合，数据中继线圈与数据接收线圈耦合；

数据发射线圈与调制电路电气连接，用于将调制电路所调制的数据信号发射至数据中继线圈；

数据中继线圈，用于进行数据信号的中继传输；

数据接收线圈与解调电路电气连接，用于从数据中继线圈接收数据信号供解调电路进行解调。

进一步地，每个能量传输线圈均包括两个平面螺旋线圈和一个能量线圈隔离基板；

两个平面螺旋线圈分别固定在能量线圈隔离基板的上表面和下表面，且两个平面螺旋线圈以能量线圈隔离基板为镜像对称；

当能量传输线圈作为能量发射线圈时，一个平面螺旋线圈的A1端与另一个平面螺旋线圈的B2端之间电气连接电源；