一种实现同步无线供电和无线通讯的装置及线圈绕组的制作方法

本发明涉及无线通信和无线供电领域，特别是一种利用双线圈方式实现同步无线供电和无线通讯的装置。

背景技术：

对一些需要进行非接触式供电和信息交互传递的系统来说，比如360°旋转的激光扫描雷达装置，目前常规的做法，是采用绕线线圈进行无线供电，然后在此基础上，通过线圈或光电耦合通信的模式进行无线通讯：

1.内外感应式线圈供电加光电耦合通讯方式，此方式通过内外感应式线圈进行无线供电，同时通过光电耦合方式进行信号传输。内外感应式线圈，受制于绕线方式需要骨架，无法做到超薄结构；而光电耦合通讯方式，由于光的直线传输特性，需要设计专门的光路传输链路结构，且光路结构容易受灰尘等颗粒物的影响，可靠性差。

2.上下漆包线绕线感应供电和无线通讯方式，采用单一频率方式实现，因受制于供电信号的主频只有100khz左右，通讯速率通常也只能做到几十k波特率。同时，由于采用漆包线绕制的线圈，很难实现通信线圈跟供电线圈的双线圈集成。

技术实现要素：

根据现有技术的特点，本发明通过创新的电路设计，巧妙的实现了双绕组单线圈的多重频率复用技术，使得双绕组能同步实现低频的电能传输和高频的信号通讯传输共存。是通过如下技术方案实现的。

一种实现同步无线供电和无线通讯的线圈装置，配置第一基板和第二基板，所述第一基板上设置有两组线圈，供电线圈和通讯线圈，所述第二基板上设置有两组线圈，受电线圈和通讯线圈，两组互相靠近，依靠两边的磁场耦合实现电能和数据信号的非接触传输。

进一步的，所述第一基板还包括第一接口电路、第一调制解调电路及电磁激励电路，所述电磁激励电路产生低频大功率交变电信号，激发供电线圈产生交变的磁场信号，并发射；

而受电线圈的线圈感应到这个信号，自动转换回交变的电信号，再经过谐振整流滤波电路转变成直流电，从接口电路传输。

进一步的，所述调制解调电路则将外部传过来的数据信号，调制到较高频率的载波上，然后通过通讯线圈耦合发射。

进一步的，配置第二基板，所述第二基板上设置有两组线圈，基板还包括第二接口电路、第二调制解调电路及谐振整流滤波电路，所述第二基板的通讯线圈感应到电磁信号，传递给本侧的第二调制解调电路，自动将其载波信号滤除，还原成原始的数据信号，再从第二接口电路传送。

一种线圈绕组，配置第一基板，所述第一基板上设置有供电线圈绕组和通讯线圈绕组，所述供电线圈绕组和通讯线圈绕组采用完全分离的组合方式，电磁激励电路可以采用全桥激励的方式，以最大效率输出电能给线圈，可以实现较大功率的无线输电。

所述供电线圈绕组用于充电，其与电磁激励电路连接，所述通讯线圈绕组用于通信，其与调制解调电路连接。

所述供电线圈绕组和通讯线圈绕组采用单点共地连接的组合方式，所述供电线圈绕组的一端与通讯线圈绕组的一端连接并接地，所述供电线圈绕组的另一端与半桥电磁激励电路连接，所述通讯线圈绕组的另一端与调制解调电路连接。

配置第二基板，所述第二基板的线圈绕组采用完全分离的组合方式或单点共地连接的组合方式。

本发明的有益效果是：由于无线通讯部分跟电能传输部分是分离的，所以其可以采用较高的载波频率，因此能够实现很高速率的无线通讯。理论上，假设采用1ghz的载波，则可以实现500mbps的数据通讯，比现有常规单绕组线圈的方式，提高了数千倍的速率。

附图说明

图1是本发明具体实施例的双线圈绕组结构示意图。

图2是本发明具体实施例的第一和第二基板的原理框图。

图3是本发明具体实施例的线圈绕组完全分离模式的电路结构示意图。

图4是本发明具体实施例的线圈绕组单点共地连接模式的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-2所示，一种实现同步无线供电和无线通讯的线圈装置,是一种双线圈绕组完全分离的实施例。首先，配置第一基板10a，第一基板10a连接供电线圈20和通讯线圈30，配置第二基板10b，第二基板10b连接受电线圈20和通讯线圈30，两组线圈互相靠近，依靠线圈间的磁场耦合实现电能和数据信号的非接触传输。

在本发明实施例中，如图1所示，20位于外圈，可作为供电线圈或手电线圈，其接线端21向外延伸；30位于内圈，作为通讯线圈，其接线端31位于外圈。供电或受电线圈20和通讯线圈30采用漆包线或pcb走线线圈。

第一基板10a还包括第一接口电路50a、调制解调电路40及电磁激励电路60，这些电路与供电线圈20和通讯线圈30组成供电及通讯回路。

其原理是：电磁激励电路60产生低频大功率交变电信号(例如100～200khz)，激发供电线圈20产生交变的磁场信号，并发射。

第一接口电路50a是用作通信及供电接口。

调制解调电路40则将外部传过来的数据信号，调制到较高频率的载波上，如5mhz的正弦波，然后通过通讯线圈耦合发射。

配置第二基板10b,与受电线圈20和通讯线圈30连接。第二基板10b包括第二接口电路50b、调制解调电路40及谐振整流滤波电路70，上述电路组成受电回路和通讯回路。

第二基板的通讯线圈30感应到电磁信号，传递给本侧的调制解调电路40，自动将其载波信号滤除，还原成原始的数据信号，再从第二接口电路传送。

而受电线圈20感应到电磁信号，自动转换为交变的电信号，再经过谐振整流滤波电路70转变成直流电，从第二接口电流传送。

由于无线通讯部分跟电能传输部分是分离的，所以其可以采用较高的载波频率，因此能够实现很高速率的无线通讯。理论上，假设采用1ghz的载波，则可以实现500mbps的数据通讯，比现有常规单绕组线圈的方式，提高了数千倍的速率。如图3-4所示，是一种不同线圈绕组连接方式的电路结构示意图，先配置第一基板，在第一基板与供电线圈绕组和通讯线圈绕组连接，供电线圈绕组形成供电线圈，通讯线圈绕组形成通信线圈。供电线圈绕组和通讯线圈绕组采用完全分离的组合方式，电磁激励电路可以采用全桥激励的方式，以最大效率输出电能给线圈，可以实现较大功率的无线输电。通讯线圈绕组用于通信，其一端与调制解调电路连接，另一端接地。

如图4所示，供电线圈绕组和通讯线圈绕组采用单点共地连接的组合方式，供电线圈绕组的一端与通讯线圈绕组的一端连接并接地，供电线圈绕组的另一端与电磁激励电路连接，所述通讯线圈绕组的另一端与调制解调电路连接。

配置第二基板，所述第二基板的线圈绕组采用完全分离的组合方式或单点共地连接的组合方式。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种实现同步无线供电和无线通讯的装置，其特征在于，配置第一基板和第二基板，所述第一基板上设置有供电线圈和通讯线圈，所述第二基板上设置有受电线圈和通讯线圈，所述第一基板和第二基板的两组线圈互相靠近，依靠两边的磁场耦合实现电能和数据信号的非接触传输。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一基板还包括第一接口电路、第一调制解调电路及电磁激励电路，所述电磁激励电路产生低频大功率交变电信号，激发供电线圈产生交变的磁场信号，并发射。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调制解调电路则将外部传过来的数据信号，调制到较高频率的载波上，然后通过通讯线圈耦合发射。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的装置，其特征在于，所述第二基板还包括第二接口电路、第二调制解调电路及谐振整流滤波电路，所述第二基板的通讯线圈感应到电磁信号，传递给本侧的第二调制解调电路，自动将其载波信号滤除，还原成原始的数据信号，再从第二接口电路传送；

而受电线圈感应到电磁信号，自动转换回交变的电信号，再经过谐振整流滤波电路转变成直流电，从接口电路传输。

5.一种线圈绕组，其特征在于，用于组成如权利要求1-4所述的供电线圈和通讯线圈，在第一基板上设置有供电线圈绕组和通讯线圈绕组，所述供电线圈绕组和通讯线圈绕组采用完全分离的组合方式，所述电磁激励电路采用全桥激励的方式，输出电能给线圈，实现无线输电。

6.根据权利要求5所述的线圈绕组，其特征在于，所述供电线圈绕组用于供电，其与电磁激励电路连接，所述通讯线圈绕组用于通信，其与调制解调电路连接。

7.根据权利要求5所述的线圈绕组，其特征在于，所述供电线圈绕组和通讯线圈绕组采用单点共地连接的组合方式，所述供电线圈绕组的一端与通讯线圈绕组的一端连接并接地，所述供电线圈绕组的另一端与半桥电磁激励电路连接，所述通讯线圈绕组的另一端与调制解调电路连接。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的线圈绕组，其特征在于，配置第二基板，所述第二基板的线圈绕组采用完全分离的组合方式或单点共地连接的组合方式。

技术总结
本发明提供一种实现同步无线供电和无线通讯的装置及线圈绕组，配置第一基板和第二基板，所述第一基板上设置有供电线圈和通讯线圈，所述第二基板上设置有受电线圈和通讯线圈，所述第一基板和第二基板的两组线圈互相靠近，依靠两边的磁场耦合实现电能和数据信号的非接触传输。本发明的有益效果在于：比常规线圈的方式，提高了通信速度。

技术研发人员：谭轩文;廖瑛强;赵小祥;胡永生
受保护的技术使用者：深圳市小孔技术有限公司
技术研发日：2021.06.17
技术公布日：2021.08.27