无线电能发送系统、无线电能接收系统及相关设备的制作方法

1.本技术涉及电磁感应技术领域，尤其涉及一种无线电能发送系统、无线电能接收系统及相关设备。


背景技术：

2.在无线充电技术领域中，无线充电系统通常包括两个分离的部件，也即，与电源连接的功率发射装置和与负载连接的功率接收装置。其中，在无线充电系统的反馈控制、线圈对准、异物检测、负载检测和系统保护等应用场景中，功率发射装置和功率接收装置之间通常需要进行通信。本技术的发明人在研究和实践过程中发现，现有技术中，在功率发射装置和功率接收装置之间进行通信时，通常采用无线电能/信息复合传输的方法，也即，在功率传输(也即，能量传输)的信道中注入数据信号，以使得能量传输信号和数据信号在同一信道中同时传输。然而，当无线充电系统的电能(也即，能量传输信号或功率传输信号)的传输功率较大时，功率信号会对通信信号产生干扰，无线充电系统中信息传输的准确率和效率低，适用性差。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种无线电能发送系统、无线电能接收系统及相关设备，可使得通信信号在无线充电系统(也即，无线电能发送系统和/或无线电能接收系统)中实现无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的正确率与效率，提高无线充电系统的适用性。
4.第一方面，本技术提供了一种无线电能发送系统，该无线电能发送系统包括逆变谐振电路、第一充电线圈和至少一组通信电路，通信电路包括第一数据收发电路和第一通信线圈。
5.第一充电线圈通过逆变谐振电路与电源相连，第一充电线圈与待充电装置耦合连接，第一数据收发电路与第一通信线圈相连，第一通信线圈与第一充电线圈耦合。
6.逆变谐振电路可以生成能量传输信号并传输给第一充电线圈，通过第一充电线圈将能量传输信号传输给待充电装置，以实现无线能量传输。当第一数据收发电路作为数据发射电路时，数据发射电路可以基于通信频率生成通信信号，并通过第一通信线圈和第一充电线圈将通信信号传输给待充电装置，这里，通信频率在能量传输信号的两个相邻谐波频率之间。当第一数据收发电路作为数据接收电路时，数据接收电路可以通过第一充电线圈和第一通信线圈接收待充电装置传输的通信信号。
7.在本技术提供的实施方式中，无线电能发送系统中的逆变谐振电路可以生成能量传输信号(也即，功率传输信号、无线充电信号)并通过第一充电线圈传输给待充电装置(也即，无线电能接收系统)接收。与此同时，也即，在无线电能发送系统将电能发送给无线电能接收系统的同时，通信电路中的第一数据收发电路可以作为数据发射电路，数据发射电路可以基于能量传输信号(也即，功率传输信号、无线充电信号)的传输频率发送频率为通信
频率的通信信号，并通过第一通信线圈和第一充电线圈将通信信号传输给待充电装置(也即，无线电能接收系统)。通信电路中的第一数据收发电路也可以作为数据接收电路，数据接收电路可以通过第一充电线圈和第一通信线圈接收待充电装置(也即，无线电能接收系统)传输的通信信号。也即，通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向相同，也可以与能量传输信号的传输方向不同。这里，通信频率在能量传输信号的两个谐波频率之间，可使得通信信号在无线电能发送系统中实现无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的正确率与效率，提高无线电能发送系统的适用性。
8.结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，第一数据收发电路为数据收发电路，数据收发电路包括控制电路、信号发生电路和信号接收电路，控制电路的一端连接通信线圈，控制电路的另一端与信号发生电路和/或信号接收电路相连，其中，通信线圈为第一通信线圈。
9.控制电路可以导通信号发生电路和通信线圈的连接，并断开信号接收电路和通信线圈的连接，以使数据收发电路作为数据发射电路。控制电路还可以导通信号接收电路和通信线圈的连接，并断开信号发生电路和通信线圈的连接，以使数据收发电路作为数据接收电路。
10.在本技术提供的实施方式中，控制电路可以是开关或者其他具有控制电路通断功能的电路。控制电路可以通过控制信号发生电路和信号接收电路的导通和关断，控制数据收发电路作为数据发射电路或者数据接收电路，进而控制通信信号的传输方向，操作简单，适用性强，减少系统中的电路元件数量，降低设计成本，进一步提高无线电能发送系统的适用性。
11.结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，通信电路还包括第一磁环。
12.第一通信线圈缠绕在第一磁环上，第一磁环套在第一充电线圈上，以使得第一通信线圈与第一充电线圈耦合。
13.在本技术提供的实施方式中，通信线圈和充电线圈(或者充电线圈与逆变谐振电路或整流谐振电路之间的连接导线)可以通过磁环进行耦合，由于磁环体积小，且缠绕了通信线圈的磁环与充电线圈的连接方式灵活，可以减小无线电能发送系统的复杂度，操作简单，适用性强，便于移动和组装，提高了无线电能发送系统的适用性。同时，通信线圈和充电线圈通过磁环进行耦合的耦合方式进一步降低了能量传输信号对通信信号的干扰，进一步提高了信息传输的正确率。
14.结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式或者第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，无线电能发送系统包括第一通信电路和第二通信电路在内的至少两组通信电路。
15.当第一通信电路中的第一数据收发电路作为数据发射电路时，第一通信电路中的数据发射电路可以基于第一通信频率生成第一通信信号，并通过第一通信线圈和第一充电线圈将第一通信信号传输给待充电装置(也即，无线电能接收系统)。
16.当第一通信电路中的第一数据收发电路作为数据接收电路时，第一通信电路中的数据接收电路可以通过第一充电线圈和第一通信线圈接收待充电装置(也即，无线电能接收系统)传输的第一通信信号。
17.当第二通信电路中的第一数据收发电路作为数据发射电路时，第二通信电路中的数据发射电路可以基于第二通信频率生成第二通信信号，并通过第一通信线圈和第一充电线圈将第二通信信号传输给待充电装置(也即，无线电能接收系统)，以实现多个通信信号同时传输，其中，第二通信频率与第一通信频率不同。
18.当第二通信电路中的第一数据收发电路作为数据接收电路时，第二通信电路中的数据接收电路可以通过第一充电线圈和第一通信线圈接收待充电装置(也即，无线电能接收系统)传输的第二通信信号。
19.在本技术提供的实施方式中，无线电能发送系统可以包括第一通信电路和第二通信电路在内的至少两组通信电路，第一通信电路和第二通信电路可以在无线电能发送系统将电能发送给无线电能接收系统的同时，传输不同频率的通信信号。这里，第一通信信号和第二通信信号的传输方向可以相同(也即，两个通信信号与能量传输信号的传输方向相同或者相反)。这里，第一通信信号和第二通信信号的传输方向也可以不同(也即，一个通信信号与能量传输信号的传输方向相同，另一个通信信号与能量传输信号的传输方向相反)。采用这种实施方式，使得通信信号在无线电能发送系统中可以双向同时无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的效率，提高无线电能发送系统的适用性。
20.结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第三种可能的实施方式中的任一种，在第四种可能的实施方式中，数据发射电路包括信号发生电路和信号放大电路。
21.信号发生电路通过信号放大电路与发射线圈相连，发射线圈与目标充电线圈耦合，其中，发射线圈为第一通信线圈、目标充电线圈为第一充电线圈。
22.信号发生电路用于基于通信频率和传输数据生成初始调制信号。信号放大电路用于放大初始调制信号以得到通信信号，并通过发射线圈将通信信号传输给目标充电线圈。
23.在本技术提供的实施方式中，信号发生电路可以将要传输的数据按照通信频率进行调制，以生成初始调制信号，进而信号放大电路可以将初始调制信号放大为通信信号，最终将通信信号通过发射线圈发送给目标充电线圈。这里，信号发生电路可以是数字信号处理器(digital signal process，dsp)、现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)或者复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)等具有信号发生功能的电路。信号放大电路可以是a类、b类、c类、d类、e类、f类等各类功率放大器，也可以是其他具有信号放大功能的电路。采用信号放大电路对信号发生电路生成的初始调制信号进行放大，可以进一步提高通信信号的抗干扰能力，提高信息传输的正确率。
24.结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第四种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，数据接收电路包括信号接收电路和信号处理电路。
25.信号处理电路通过信号接收电路与接收线圈相连，接收线圈与非目标充电线圈耦合，其中，接收线圈为第一通信线圈、非目标充电线圈为第一充电线圈。
26.信号接收电路用于通过接收线圈和非目标充电线圈接收通信信号。信号处理电路用于对通信信号进行滤波和解调，以得到传输数据。
27.在本技术提供的实施方式中，信号接收电路可以与接收线圈在通信频率产生谐振，以接收通信信号，进而信号处理电路可以对接收到的通信信号进行滤波和解调处理，得
到传输数据。这里，信号接收电路可以是lc谐振电路等可以产生谐振的电路，也可以是具有谐振功能的电路的拓扑电路。信号处理电路可以包括滤波器、解调器以及dsp、fpga或者cpld等可以进行信号处理的电路。
28.结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第五种可能的实施方式中的任一种，在第六种可能的实施方式中，当无线电能发送系统为不对称的无线电能发送系统时，通信频率在能量传输信号的k次谐波频率和k+1次谐波频率之间，通信频率满足：
[0029][0030]
这里，fc为通信频率，fs为能量传输信号的传输频率，k为自然数(例如，56)，α为中心频偏系数，通信频率为第一通信频率或第二通信频率。在本技术提供的实施方式中，当无线电能发送系统为不对称的无线电能发送系统时，无线电能发送系统包含偶次谐波，通信频率可以在能量传输信号的k次谐波频率和k+1次谐波频率之间，以保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰。可以理解的是，当k为较大的自然数(例如，大于或等于20)时，无线电能发送系统可以在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，提高通信信号的通信频率，进而提高信息的传输速率。进一步可以理解的是，中心频偏系数α可以为0，从而在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，进一步提高通信信号的带宽，提高无线电能发送系统的适用性。
[0031]
结合第一方面第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，通信信号的传输速率由能量传输信号的传输频率、通信电路的频谱交叠系数以及通信信号的调制进制确定，通信信号的传输速率满足：
[0032][0033]
这里，r为通信信号的传输速率，β为频谱交叠系数，fs为能量传输信号的传输频率,n为通信信号的调制进制。在本技术提供的实施方式中，频谱交叠系数可以小于1，进而确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠，使得通信信号不会受到能量传输信号的干扰。同时，可以在确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠的同时，进一步提高通信信号的传输速率，增加通信信号传输的效率。
[0034]
结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式至第一方面第五种可能的实施方式中的任一种，在第八种可能的实施方式中，当无线电能发送系统为对称的无线电能发送系统时，通信频率在能量传输信号的2k-1次谐波频率和2k+1次谐波频率之间，通信频率满足：
[0035]
fc＝(1+α)2kfs
[0036]
这里，fc为通信频率，fs为能量传输信号的传输频率，k为自然数(例如，28)，α为中心频偏系数，通信频率为第一通信频率或第二通信频率。在本技术提供的实施方式中，当无线电能发送系统为对称的无线电能发送系统时，无线电能发送系统不包含偶次谐波，通信频率可以在能量传输信号的2k-1次谐波频率和2k+1次谐波频率之间，以保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰。可以理解的是，当k为较大的自然数(例如，大于或等于10)时，无线电能发送系统可以在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，提高通信信号
的通信频率，进而提高信息的传输速率。进一步可以理解的是，中心频偏系数α可以为0，从而在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，进一步提高通信信号的带宽，提高无线电能发送系统的适用性。
[0037]
结合第一方面第八种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，通信信号的传输速率由能量传输信号的传输频率、通信电路的频谱交叠系数以及通信信号的调制进制确定，通信信号的传输速率满足：
[0038][0039]
这里，r为通信信号的传输速率，β为频谱交叠系数，fs为能量传输信号的传输频率,n为通信信号的调制进制。在本技术提供的实施方式中，频谱交叠系数可以小于1，进而确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠，使得通信信号不会受到能量传输信号的干扰。同时，可以在确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠的同时，进一步提高通信信号的传输速率，增加通信信号传输的效率。
[0040]
第二方面，本技术提供了一种无线电能接收系统，该无线电能接收系统包括整流谐振电路、第二充电线圈和至少一组通信电路，通信电路包括第二数据收发电路和第二通信线圈。
[0041]
第二充电线圈通过整流谐振电路与电源相连，第二充电线圈与充电装置耦合连接，第二数据收发电路与第二通信线圈相连，第二通信线圈与第二充电线圈耦合。
[0042]
整流谐振电路可以通过第二充电线圈接收充电装置传输的能量传输信号。当第二数据收发电路作为数据发射电路时，数据发射电路可以基于通信频率生成通信信号，并通过第二通信线圈和第二充电线圈将通信信号传输给充电装置，这里，通信频率在能量传输信号的两个相邻谐波频率之间。当第二数据收发电路作为数据接收电路时，数据接收电路可以通过第二充电线圈和第二通信线圈接收充电装置传输的通信信号。
[0043]
在本技术提供的实施方式中，无线电能接收系统中的整流谐振电路可以通过第二充电线圈接收充电装置(也即，无线电能发送系统)传输的能量传输信号(也即，功率传输信号、无线充电信号)。与此同时，也即，在无线电能接收系统将电能发送给无线电能接收系统的同时，通信电路中的第二数据收发电路可以作为数据发射电路，数据发射电路可以基于能量传输信号(也即，功率传输信号、无线充电信号)的传输频率发送频率为通信频率的通信信号，并通过第二通信线圈和第二充电线圈将通信信号传输给充电装置(也即，无线电能发送系统)。通信电路中的第二数据收发电路也可以作为数据接收电路，数据接收电路可以通过第二充电线圈和第二通信线圈接收充电装置(也即，无线电能发送系统)传输的通信信号。也即，通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向相同，也可以与能量传输信号的传输方向不同。这里，通信频率在能量传输信号的两个谐波频率之间，可使得通信信号在无线电能接收系统中实现无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的正确率与效率，提高无线电能接收系统的适用性。
[0044]
结合第二方面，在第二种可能的实施方式中，第二数据收发电路为数据收发电路，数据收发电路包括控制电路、信号发生电路和信号接收电路，控制电路的一端连接通信线圈，控制电路的另一端与信号发生电路和/或信号接收电路相连，其中，通信线圈为第二通信线圈。
[0045]
控制电路可以导通信号发生电路和通信线圈的连接，并断开信号接收电路和通信线圈的连接，以使数据收发电路作为数据发射电路。控制电路还可以导通信号接收电路和通信线圈的连接，并断开信号发生电路和通信线圈的连接，以使数据收发电路作为数据接收电路。
[0046]
在本技术提供的实施方式中，控制电路可以是开关或者其他具有控制电路通断功能的电路。控制电路可以通过控制信号发生电路和信号接收电路的导通和关断，控制数据收发电路作为数据发射电路或者数据接收电路，进而控制通信信号的传输方向，操作简单，适用性强，减少系统中的电路元件数量，降低设计成本，进一步提高无线电能接收系统的适用性。
[0047]
结合第二方面或者第二方面第二种可能的实施方式，在第一种可能的实施方式中，通信电路还包括第二磁环。
[0048]
第二通信线圈缠绕在第二磁环上，第二磁环套在第二充电线圈上，以使得第二通信线圈与第二充电线圈耦合。
[0049]
在本技术提供的实施方式中，通信线圈和充电线圈(或者充电线圈与整流谐振电路或整流谐振电路之间的连接导线)可以通过磁环进行耦合，由于磁环体积小，且缠绕了通信线圈的磁环与充电线圈的连接方式灵活，可以减小无线电能接收系统的复杂度，操作简单，适用性强，便于移动和组装，提高了无线电能接收系统的适用性。同时，通信线圈和充电线圈通过磁环进行耦合的耦合方式进一步降低了能量传输信号对通信信号的干扰，进一步提高了信息传输的正确率。
[0050]
结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式或者第二方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，无线电能接收系统包括第一通信电路和第二通信电路在内的至少两组通信电路。
[0051]
当第一通信电路中的第二数据收发电路作为数据发射电路时，第一通信电路中的数据发射电路可以基于第一通信频率生成第一通信信号，并通过第二通信线圈和第二充电线圈将第一通信信号传输给充电装置(也即，无线电能发送系统)。
[0052]
当第一通信电路中的第二数据收发电路作为数据接收电路时，第一通信电路中的数据接收电路可以通过第二充电线圈和第二通信线圈接收充电装置(也即，无线电能发送系统)传输的第一通信信号。
[0053]
当第二通信电路中的第二数据收发电路作为数据发射电路时，第二通信电路中的数据发射电路可以基于第二通信频率生成第二通信信号，并通过第二通信线圈和第二充电线圈将第二通信信号传输给充电装置(也即，无线电能发送系统)，以实现多个通信信号同时传输，其中，第一通信频率与第二通信频率不同。
[0054]
当第二通信电路中的第二数据收发电路作为数据接收电路时，第二通信电路中的数据接收电路可以通过第二充电线圈和第二通信线圈接收充电装置(也即，无线电能发送系统)传输的第二通信信号。
[0055]
在本技术提供的实施方式中，无线电能接收系统可以包括第一通信电路和第二通信电路在内的至少两组通信电路，第一通信电路和第二通信电路可以在无线电能接收系统将电能发送给无线电能接收系统的同时，传输不同频率的通信信号。这里，第一通信信号和第二通信信号的传输方向可以相同(也即，两个通信信号与能量传输信号的传输方向相同
或者相反)。这里，第一通信信号和第二通信信号的传输方向也可以不同(也即，一个通信信号与能量传输信号的传输方向相同，另一个通信信号与能量传输信号的传输方向相反)。采用这种实施方式，使得通信信号在无线电能接收系统中可以双向同时无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的效率，提高无线电能接收系统的适用性。
[0056]
结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式至第二方面第三种可能的实施方式中的任一种，在第四种可能的实施方式中，数据发射电路包括信号发生电路和信号放大电路。
[0057]
信号发生电路通过信号放大电路与发射线圈相连，发射线圈与目标充电线圈耦合，其中，发射线圈为第二通信线圈、目标充电线圈为第二充电线圈。
[0058]
信号发生电路用于基于通信频率和传输数据生成初始调制信号。信号放大电路用于放大初始调制信号以得到通信信号，并通过发射线圈将通信信号传输给目标充电线圈。
[0059]
在本技术提供的实施方式中，信号发生电路可以将要传输的数据按照通信频率进行调制，以生成初始调制信号，进而信号放大电路可以将初始调制信号放大为通信信号，最终将通信信号通过发射线圈发送给目标充电线圈。这里，信号发生电路可以是数字信号处理器(digital signal process，dsp)、现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)或者复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)等具有信号发生功能的电路。信号放大电路可以是a类、b类、c类、d类、e类、f类等各类功率放大器，也可以是其他具有信号放大功能的电路。采用信号放大电路对信号发生电路生成的初始调制信号进行放大，可以进一步提高通信信号的抗干扰能力，提高信息传输的正确率。
[0060]
结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式至第二方面第四种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，数据接收电路包括信号接收电路和信号处理电路。
[0061]
信号处理电路通过信号接收电路与接收线圈相连，接收线圈与非目标充电线圈耦合，其中，接收线圈为第二通信线圈、非目标充电线圈为第二充电线圈。
[0062]
信号接收电路用于通过接收线圈和非目标充电线圈接收通信信号。信号处理电路用于对通信信号进行滤波和解调，以得到传输数据。
[0063]
在本技术提供的实施方式中，信号接收电路可以与接收线圈在通信频率产生谐振，以接收通信信号，进而信号处理电路可以对接收到的通信信号进行滤波和解调处理，得到传输数据。这里，信号接收电路可以是lc谐振电路等可以产生谐振的电路，也可以是具有谐振功能的电路的拓扑电路。信号处理电路可以包括滤波器、解调器以及dsp、fpga或者cpld等可以进行信号处理的电路。
[0064]
结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式至第二方面第五种可能的实施方式中的任一种，在第六种可能的实施方式中，当无线电能接收系统为不对称的无线电能接收系统时，通信频率在能量传输信号的k次谐波频率和k+1次谐波频率之间，通信频率满足：
[0065][0066]
这里，fc为通信频率，fs为能量传输信号的传输频率，k为自然数(例如，56)，α为中心频偏系数，通信频率为第一通信频率或第二通信频率。在本技术提供的实施方式中，当无
线电能接收系统为不对称的无线电能接收系统时，无线电能接收系统包含偶次谐波，通信频率可以在能量传输信号的k次谐波频率和k+1次谐波频率之间，以保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰。可以理解的是，当k为较大的自然数(例如，大于或等于20)时，无线电能接收系统可以在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，提高通信信号的通信频率，进而提高信息的传输速率。进一步可以理解的是，中心频偏系数α可以为0，从而在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，进一步提高通信信号的带宽，提高无线电能接收系统的适用性。
[0067]
结合第二方面第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，通信信号的传输速率由能量传输信号的传输频率、通信电路的频谱交叠系数以及通信信号的调制进制确定，通信信号的传输速率满足：
[0068][0069]
这里，r为通信信号的传输速率，β为频谱交叠系数，fs为能量传输信号的传输频率,n为通信信号的调制进制。在本技术提供的实施方式中，频谱交叠系数可以小于1，进而确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠，使得通信信号不会受到能量传输信号的干扰。同时，可以在确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠的同时，进一步提高通信信号的传输速率，增加通信信号传输的效率。
[0070]
结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式至第二方面第五种可能的实施方式中的任一种，在第八种可能的实施方式中，当无线电能接收系统为对称的无线电能接收系统时，通信频率在能量传输信号的2k-1次谐波频率和2k+1次谐波频率之间，通信频率满足：
[0071]
fc＝(1+α)2kfs
[0072]
这里，fc为通信频率，fs为能量传输信号的传输频率，k为自然数(例如，28)，α为中心频偏系数，通信频率为第一通信频率或第二通信频率。在本技术提供的实施方式中，当无线电能接收系统为对称的无线电能接收系统时，无线电能接收系统不包含偶次谐波，通信频率可以在能量传输信号的2k-1次谐波频率和2k+1次谐波频率之间，以保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰。可以理解的是，当k为较大的自然数(例如，大于或等于10)时，无线电能接收系统可以在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，提高通信信号的通信频率，进而提高信息的传输速率。进一步可以理解的是，中心频偏系数α可以为0，从而在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，进一步提高通信信号的带宽，提高无线电能接收系统的适用性。
[0073]
结合第二方面第八种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，通信信号的传输速率由能量传输信号的传输频率、通信电路的频谱交叠系数以及通信信号的调制进制确定，通信信号的传输速率满足：
[0074][0075]
这里，r为通信信号的传输速率，β为频谱交叠系数，fs为能量传输信号的传输频率,n为通信信号的调制进制。在本技术提供的实施方式中，频谱交叠系数可以小于1，进而确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠，使得通信信号不会受到能量传输信号的干
扰。同时，可以在确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠的同时，进一步提高通信信号的传输速率，增加通信信号传输的效率。
[0076]
第三方面，本技术提供了一种无线电能发送装置，该无线电能发送装置包括电源和第一方面中提供的无线电能发送系统。其中，无线电能发送系统与电源相连。
[0077]
在本技术提供的实施方式中，无线电能发送装置中的通信信号可以在能量传输的同时实现无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的正确率与效率，提高无线电能发送装置的适用性。
[0078]
第四方面，本技术提供了一种无线电能接收装置，该无线电能接收装置包括负载和第二方面中提供的无线电能接收系统。其中，无线电能接收系统与负载相连。
[0079]
在本技术提供的实施方式中，无线电能接收装置中的通信信号可以在能量传输的同时实现无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的正确率与效率，提高无线电能接收装置的适用性。
附图说明
[0080]
图1是本技术实施例提供的无线充电系统的应用场景示意图；
[0081]
图2是本技术实施例提供的无线充电系统的一结构示意图；
[0082]
图3是本技术实施例提供的无线充电系统的另一结构示意图；
[0083]
图4a是本技术实施例提供的具有两组通信电路的无线充电系统的一结构示意图；
[0084]
图4b是本技术实施例提供的具有两组通信电路的无线充电系统的另一结构示意图；
[0085]
图5是本技术实施例提供的无线充电系统的另一结构示意图；
[0086]
图6是本技术实施例提供的数据发射电路的结构示意图；
[0087]
图7是本技术实施例提供的数据接收电路的结构示意图；
[0088]
图8是本技术实施例提供的无线充电系统的工作频谱示意图；
[0089]
图9是本技术实施例提供的通信信号波形与码元映射关系示意图；
[0090]
图10是本技术实施例提供的无线充电设备的结构示意图。
具体实施方式
[0091]
本技术提供的无线充电系统、方法及设备适用于不同类型的用电设备(如电网、家用设备或者工业和商业用电设备)，可应用于用户终端(例如，手机、智能设备、电视机等)领域、交通工具(如新能源汽车、电动自行车等)领域等用电设备领域，可适配于为大型用电设备(例如，电网、工业设备等)的供电场景、中小型分布式用电设备(例如，车载用电设备、家庭用电设备等)的供电场景以及移动用电设备(例如，手机、智能设备等)供电场景等不同应用场景，下面将以车载用电设备的供电场景为例进行说明，以下不再赘述。
[0092]
请一并参见图1，图1本技术实施例提供的无线充电系统的应用场景示意图。如图1所示，电源1000与负载1001(也即，汽车)之间通过无线充电系统1002进行能量传输，无线充电系统1002可以将电源1000提供的电能通过无线传输的方式提供给负载1001，同时可以在电源侧(也即，无线电能发送系统)与负载侧(也即，无线电能接收系统)之间进行通信。其中，无线充电系统1002包括无线充电电路和通信电路，无线充电电路可以将电源1000提供
的电能传输给负载1001，通信电路可以将电源侧(也即，无线电能发送系统)的传输数据发送到负载侧(也即，无线电能接收系统)，和/或将负载侧(也即，无线电能接收系统)的传输数据发送到电源侧(也即，无线电能发送系统)，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
[0093]
可选的，在一些可行的实施方式中，上述电源1000可以为固定无线充电站、固定无线充电停车位或者无线充电道路等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。上述无线电能发送系统(也即，电源侧的无线充电电路和通信电路)可以设置在地面上、或者埋于地面之下(图1所示为无线电能发送系统埋于地面之下的情况)，可对位于其上方的负载1001(也即，电动汽车)进行无线充电。无线电能接收系统(也即，负载侧的无线充电电路和通信电路)具体可以集成到负载1001(也即，电动汽车)的底部，当负载1001(也即，电动汽车)进入无线充电系统1002的无线充电范围时，电源1000和无线充电系统1002即可通过无线充电方式对负载1001(也即，电动汽车)充电，于此同时，无线充电系统1002中的通信电路可以将传输数据通过通信信号的方式在电源侧和负载侧之间传输。这里，传输数据可以是无线充电系统的反馈控制、线圈对准、异物检测、负载检测和系统保护等应用场景中电源侧和负载侧之间需要进行传输的数据。可以理解的是，无线充电系统1002中，负载侧的无线充电电路的充电线圈、整流谐振电路和通信电路可以集成在一起，也可以是分开的，分开时整流谐振电路和通信电路通常放在车内，图1所示是充电线圈、整流谐振电路和通信电路集成在一起。电源侧的无线充电电路的充电线圈、逆变谐振电路和通信电路也有集成和分开两种方式，图1所示是充电线圈、逆变谐振电路和通信电路集成在一起的形式。
[0094]
可选的，在一些可行的实施方式中，无线充电可以是电源侧和负载侧利用无线充电系统1002通过磁场耦合方式进行无线能量传输，具体可为电磁感应、磁共振方式，具体可根据实际应用场景确定，在此不做具体限制。可选的，负载侧和电源侧还可以双向充电，即电源侧通过电源1000向负载1001充电，也可以由负载1001向电源1000放电，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。下面将结合图2对图1所示的无线充电系统中的无线充电电路和通信电路的结构进行示例说明。
[0095]
请参见图2，图2是本技术实施例提供的无线充电系统的一结构示意图。本技术提供的无线充电系统中包括上述图1所示的无线充电系统中的无线充电电路和通信电路。无线充电电路通过充电线圈之间的电磁感应来传递能量，通信电路通过通信线圈和充电线圈之间的电磁感应来进行通信。
[0096]
在一些可行的实施方式中，如图2所示，无线充电系统中可包括无线充电电路10和通信电路11(通信电路11可以包括至少一组通信电路)，这里，无线充电电路10包括逆变谐振电路101、第一充电线圈102、整流谐振电路104以及第二充电线圈103，通信电路11包括第一数据收发电路111、第一通信线圈112、第二数据收发电路114以及第二通信线圈113。第一充电线圈102通过逆变谐振电路101与电源相连，第二充电线圈103通过整流谐振电路104与负载相连(负载可以与电容c并联)，第一充电线圈102与第二充电线圈103耦合连接，第一数据收发电路111与第一通信线圈112相连，第一通信线圈112与第一充电线圈102耦合，第二数据收发电路114与第二通信线圈113相连，第二通信线圈113与第二充电线圈103耦合。这里，逆变谐振电路101可以生成能量传输信号并传输给第一充电线圈102，整流谐振电路104用于通过第二充电线圈103接收能量传输信号，以实现无线能量传输。通信电路11中的数据
发射电路可以基于通信频率生成通信信号，并通过第一通信线圈112、第一充电线圈102、第二充电线圈103以及第二通信线圈113将通信信号传输给数据接收电路。这里，通信频率在能量传输信号的两个相邻谐波频率之间。
[0097]
在一些可行的实施方式中，数据发射电路可以是第一数据收发电路111、数据接收电路可以是第二数据收发电路114，此时，信息传输方向与能量传输方向一致，第一数据收发电路111基于通信频率生成通信信号，并传输给第一通信线圈112，再通过第一通信线圈112以磁场耦合的方式将通信信号传输给第一充电线圈102，进而通过第一充电线圈102以磁场耦合的方式将通信信号传输给第二充电线圈103，再通过第二充电线圈103以磁场耦合的方式将通信信号传输给第二通信线圈113，最后将通信信号传输给第二数据收发电路114。这里，磁场耦合的方式具体可为电磁感应、磁共振方式，具体可根据实际应用场景确定，在此不做具体限制。
[0098]
在一些可行的实施方式中，数据发射电路可以是第二数据收发电路114、数据接收电路可以是第一数据收发电路111，此时，信息传输方向与能量传输方向相反，第二数据收发电路114基于通信频率生成通信信号，并传输给第二通信线圈113，再通过第二通信线圈113以磁场耦合的方式将通信信号传输给第二充电线圈103，进而通过第二充电线圈103以磁场耦合的方式将通信信号传输给第一充电线圈102，再通过第一充电线圈102以磁场耦合的方式将通信信号传输给第一通信线圈112，最后将通信信号传输给第一数据收发电路111。这里，磁场耦合的方式具体可为电磁感应、磁共振方式，具体可根据实际应用场景确定，在此不做具体限制。
[0099]
在一些可行的实施方式中，由于通信信号和能量传输信号有一部分的传输信道是重叠的，也即，在第一充电线圈102和第二充电线圈103之间，可以同时传输能量传输信号和通信信号。为了避免系统在进行大功率无线充电时，能量传输信号对通信信号产生干扰，所以通信信号的通信频率应该经过特殊选择，进而避免通信信号的频谱与能量传输信号或者能量传输信号的谐波分量的频谱产生交叠。
[0100]
在一些可行的实施方式中，当无线充电系统为不对称的无线充电系统(也即，电源侧的各相电路不对称或负载侧的各相电路不对称)时，无线充电系统中会含有能量传输信号的偶次谐波(因为不对称系统中的偶次谐波分量不会互相抵消)，为了避免通信信号的频谱与能量传输信号或者能量传输信号的谐波分量的频谱产生交叠，通信频率可以选在能量传输信号的k次谐波频率和k+1次谐波频率之间，以保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰，此时，通信频率满足：
[0101][0102]
这里，fc为通信频率，fs为能量传输信号的传输频率，k可以为自然数(例如，56)，α为中心频偏系数。可以理解的是，中心频偏系数α可以为0，从而在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，进一步提高通信信号的带宽，提高无线充电系统的适用性。进一步可以理解的是，当k为较大的自然数(例如，大于或等于20)时，无线充电系统可以在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，提高通信信号的通信频率，进而提高信息的传输速率。此时，为了进一步保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰，通信信号的传输速率可以由能量传输信号的传输频率、通信电路的频谱交叠系数以及通信信号的调制进
制确定。这里，通信信号的传输速率满足：
[0103][0104]
这里，r为通信信号的传输速率，β为频谱交叠系数，fs为能量传输信号的传输频率,n为通信信号的调制进制。这里，频谱交叠系数可以小于1，进而确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠，使得通信信号不会受到能量传输信号的干扰。同时，可以在确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠的同时，进一步提高通信信号的传输速率，增加通信信号传输的效率。
[0105]
在一些可行的实施方式中，当无线充电系统为对称的无线充电系统(也即，电源侧的各相电路对称且负载侧的各相电路对称)时，无线充电系统中不含有能量传输信号的偶次谐波(因为对称系统中的偶次谐波分量会互相抵消)，为了避免通信信号的频谱与能量传输信号或者能量传输信号的谐波分量的频谱产生交叠，通信频率可以选在能量传输信号的2k-1次谐波频率和2k+1次谐波频率之间，以保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰，此时，通信频率满足：
[0106]
fc＝(1+α)2kfs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0107]
这里，fc为通信频率，fs为能量传输信号的传输频率，k可以为自然数(例如，28)，α为中心频偏系数。可以理解的是，中心频偏系数α可以为0，从而在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，进一步提高通信信号的带宽，提高无线充电系统的适用性。进一步可以理解的是，当k为较大的自然数(例如，大于或等于10)时，无线充电系统可以在保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰的同时，提高通信信号的通信频率，进而提高信息的传输速率。此时，为了进一步保证通信信号不会受到能量传输信号的干扰，通信信号的传输速率可以由能量传输信号的传输频率、通信电路的频谱交叠系数以及通信信号的调制进制确定。这里，通信信号的传输速率满足：
[0108][0109]
这里，r为通信信号的传输速率，β为频谱交叠系数，fs为能量传输信号的传输频率,n为通信信号的调制进制。这里，频谱交叠系数可以小于1，进而确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠，使得通信信号不会受到能量传输信号的干扰。同时，可以在确保通信信号和能量传输信号的频谱不重叠的同时，进一步提高通信信号的传输速率，增加通信信号传输的效率。可以理解的是，对称的无线充电系统在通信过程方面与不对称的无线充电的系统没有本质上差别，只是通信频率和通信信号的速率的计算方法有所区别。
[0110]
在本技术提供的实施方式中，无线充电电路10中的逆变谐振电路101可以生成能量传输信号(也即，功率传输信号、无线充电信号)并通过第一充电线圈102和第二充电线圈103传输给整流谐振电路104接收。与此同时，也即，在无线充电系统中无线电能发送系统将电能发送给无线电能接收系统的同时，通信电路11中的数据发射电路可以基于能量传输信号(也即，功率传输信号、无线充电信号)的传输频率发送频率为通信频率的通信信号，并通过第一通信线圈112、第一充电线圈102、第二充电线圈103以及第二通信线圈113将通信信号传输给数据接收电路。这里，数据发射电路可以是与逆变谐振电路101同边(也即，无线电能发送系统)的第一数据收发电路111，数据接收电路可以是与整流谐振电路104同边(也
即，无线电能接收系统)的第二数据收发电路114。或者，数据发射电路可以是与整流谐振电路104同边(也即，无线电能接收系统)的第二数据收发电路114，数据接收电路可以是与逆变谐振电路101同边(也即，无线电能发送系统)的第一数据收发电路111。也即，通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向相同，也可以与能量传输信号的传输方向不同。这里，通信频率在能量传输信号的两个谐波频率之间，可使得通信信号在无线充电系统中实现无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的正确率与效率，提高无线充电系统的适用性。
[0111]
请一并参见图3，图3是本技术实施例提供的无线充电系统的另一结构示意图。图3中的无线充电电路20中各部分以及通信线圈(也即，第一通信线圈212和第二通信线圈213)的连接方式与图2中相同，可以理解的是，图3中的逆变谐振电路201、第一充电线圈202、第二充电线圈203、整流谐振电路204、第一通信线圈212以及第二通信线圈213可以分别用于实现图2中逆变谐振电路101、第一充电线圈102、第二充电线圈103、整流谐振电路104、第一通信线圈112以及第二通信线圈113的功能，在此不再赘述。在一些可行的实施方式中，无线充电系统中通信信号的传输方向是可变的，无线充电系统可以通过控制电路控制一个数据收发电路作为数据发射电路，并通过控制电路控制另一个数据收发电路作为数据接收电路。如图3所示，通信电路21中的第一数据收发电路211和第二数据收发电路214为数据收发电路，数据收发电路包括控制电路(例如，开关等具有控制电路导通和关断功能的电路)、信号发生电路和信号接收电路，控制电路的一端连接通信线圈，控制电路的另一端与信号发生电路和信号接收电路相连，其中，通信线圈为第一通信线圈212或第二通信线圈213。
[0112]
在一些可行的实施方式中，通信信号可以从电源侧传输至负载侧。此时，在第一数据收发电路211中，控制电路可以导通信号发生电路和通信线圈的连接，并断开信号接收电路和通信线圈的连接，以使第一数据收发电路211作为数据发射电路。可以理解的是，在第二数据收发电路214中，控制电路可以导通信号接收电路和通信线圈的连接，并断开信号发生电路和通信线圈的连接，以使第二数据收发电路214作为数据接收电路。此时，第一数据收发电路211基于通信频率生成通信信号，并传输给第一通信线圈212，再通过第一通信线圈212以磁场耦合的方式将通信信号传输给第一充电线圈202，进而通过第一充电线圈202以磁场耦合的方式将通信信号传输给第二充电线圈203，再通过第二充电线圈203以磁场耦合的方式将通信信号传输给第二通信线圈213，最后将通信信号传输给第二数据收发电路214。这里，磁场耦合的方式具体可为电磁感应、磁共振方式，具体可根据实际应用场景确定，在此不做具体限制。
[0113]
在一些可行的实施方式中，通信信号从负载侧传输至电源侧。此时，在第二数据收发电路214中，控制电路可以导通信号发生电路和通信线圈的连接，并断开信号接收电路和通信线圈的连接，以使第二数据收发电路214作为数据发射电路。在第一数据收发电路211中，控制电路可以导通信号接收电路和通信线圈的连接，并断开信号发生电路和通信线圈的连接，以使第一数据收发电路211作为数据接收电路。具体的通信过程与通信信号从电源侧传输至负载侧类似，在此不再赘述。
[0114]
在本技术提供的实施方式中，控制电路可以是开关或者其他具有控制电路通断功能的电路。控制电路可以通过控制信号发生电路和信号接收电路的导通和关断，控制数据收发电路作为数据发射电路或者数据接收电路，进而控制通信信号的传输方向，操作简单，
适用性强，减少系统中的电路元件数量，降低设计成本，进一步提高无线充电系统的适用性。
[0115]
在一些可行的实施方式中，通信电路21还包括第一磁环和第二磁环。第一通信线圈212缠绕在第一磁环上，第一磁环套在第一充电线圈202(或者第一充电线圈202与逆变谐振电路201之间的连接导线)上，以使得第一通信线圈212与第一充电线圈202耦合。第二通信线圈213缠绕在第二磁环上，第二磁环套在第二充电线圈203(或者第二充电线圈203与整流谐振电路204之间的连接导线)上，以使得第二通信线圈213与第二充电线圈203耦合。这里，通信线圈和充电线圈(或者充电线圈与逆变谐振电路201或整流谐振电路204之间的连接导线)可以通过磁环进行耦合，由于磁环体积小，且缠绕了通信线圈的磁环与充电线圈的连接方式灵活，可以减小无线充电系统的复杂度，操作简单，适用性强，便于移动和组装，提高了无线充电系统的适用性。同时，通信线圈和充电线圈通过磁环进行耦合的耦合方式可以增大耦合系数，减少通信线圈匝数，降低系统的复杂性，同时可以降低能量传输信号对通信信号的干扰，提高信息传输的正确率。此外，通信线圈可以通过其他耦合方式与通信线圈产生耦合，也可以直接套在充电线圈上，具体可以根据应用场景确定，在此不再赘述。
[0116]
请一并参见图4a，图4a是本技术实施例提供的具有两组通信电路的无线充电系统的一结构示意图。图4a中的无线充电电路30中各部分的连接方式与图2中相同，可以理解的是，图4a中的逆变谐振电路301、第一充电线圈302、第二充电线圈303以及整流谐振电路304可以分别用于实现图2中逆变谐振电路101、第一充电线圈102、第二充电线圈103以及整流谐振电路104的功能，在此不再赘述。在一些可行的实施方式中，无线充电系统可以同时传输多种(至少两种)不同频率的通信信号，多种(至少两种)不同频率的通信信号的传输方向可以相同也可以不同。此时，如图4a所示，通信电路31包括第一通信电路和第二通信电路在内的两组通信电路(多组通信电路的工作原理与两组通信电路的工作原理类似，在此不再赘述)。这里，通信电路中的数据收发电路可以是数据发射电路或者数据接收电路。具体地，两个数据发射电路可以同时处于电源侧(也即，两个第一数据收发电路同时作为数据发射电路)或者负载侧(也即，两个第二数据收发电路同时作为数据发射电路)，相应地，两个数据接收电路也可以同时处于负载侧(也即，两个第二数据收发电路同时作为数据接收电路)或者电源侧(也即，两个第一数据收发电路同时作为数据接收电路)。或者，两个数据发射电路可以分别处于电源侧和负载侧，同时两个数据接收电路也分别处于负载侧和电源侧。具体可以由应用场景确定，在此不做限制，为表述方便，在本技术提供的实施方式中，将以两个数据发射电路分别处于电源侧和负载侧，同时两个数据接收电路分别处于负载侧和电源侧为例进行介绍。
[0117]
在一些可行的实施方式中，第一通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向一致，第一通信电路中的数据发射电路用于基于第一通信频率生成第一通信信号，并传输给第一通信线圈312，再通过第一通信线圈312以磁场耦合的方式将第一通信信号传输给第一充电线圈302，进而通过第一充电线圈302以磁场耦合的方式将第一通信信号传输给第二充电线圈303，再通过第二充电线圈303以磁场耦合的方式将第一通信信号传输给第二通信线圈313，最后将第一通信信号传输给第一通信电路中的数据接收电路。此时，第二通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向相反，第二通信电路中的第二数据发射电路用于基于第二通信频率生成第二通信信号，并传输给第二通信线圈313，再通过第二通
信线圈313以磁场耦合的方式将第二通信信号传输给第二充电线圈303，进而通过第二充电线圈303以磁场耦合的方式将第二通信信号传输给第一充电线圈302，再通过第一充电线圈302以磁场耦合的方式将第二通信信号传输给第一通信线圈312，最后将第二通信信号传输给第二通信电路中的数据收发电路，以实现多个通信信号同时传输。这里，第二通信频率与第一通信频率不同。
[0118]
在一些可行的实施方式中，第一通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向相反，第二通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向一致，具体的通信过程与第一通信信号的传输方向与能量传输信号的传输方向一致，第二通信信号的传输方向与能量传输信号的传输方向相反时类似，在此不再赘述。
[0119]
在一些可行的实施方式中，通信电路31还包括两个第一磁环和两个第二磁环。两个第一通信线圈312可以分别缠绕在两个第一磁环上，两个第一磁环套在第一充电线圈302(或者第一充电线圈302与逆变谐振电路301之间的连接导线)上，以使得两个第一通信线圈312与第一充电线圈302耦合。两个第二通信线圈313分别缠绕在两个第二磁环上，两个第二磁环套在第二充电线圈303(或者第二充电线圈303与整流谐振电路304之间的连接导线)上，以使得两个第二通信线圈313与第二充电线圈303耦合。具体地，两个第一磁环可以套在第一充电线圈302(或者第一充电线圈302与逆变谐振电路301之间的连接导线)的同一边，两个第二磁环可以套在第二充电线圈303(或者第二充电线圈303与整流谐振电路304之间的连接导线)的同一边。请一并参见图4b，图4b是本技术实施例提供的具有两组通信电路的无线充电系统的另一结构示意图。两个第一磁环可以套在第一充电线圈302的两边(也即，分别套在两根第一充电线圈302与逆变谐振电路301之间的连接导线上)，两个第二磁环可以套在第二充电线圈303的两边(也即，分别套在两根第二充电线圈303与整流谐振电路304之间的连接导线上)。可以根据具体应用场景进行调整，在此不做限制。
[0120]
在本技术提供的实施方式中，通信线圈和充电线圈(或者充电线圈与逆变谐振电路301或整流谐振电路304之间的连接导线)可以通过磁环进行耦合，由于磁环体积小，且缠绕了通信线圈的磁环与充电线圈的连接方式灵活，可以减小无线充电系统的复杂度，操作简单，适用性强，便于移动和组装，提高了无线充电系统的适用性。同时，通信线圈和充电线圈通过磁环进行耦合的耦合方式可以增大耦合系数，减少通信线圈匝数，降低系统的复杂性，同时可以降低能量传输信号对通信信号的干扰，提高信息传输的正确率。此外，通信线圈可以通过其他耦合方式与通信线圈产生耦合，也可以直接套在充电线圈上，具体可以根据应用场景确定，在此不再赘述。
[0121]
进一步地，请参见图5，图5是本技术实施例提供的无线充电系统的另一结构示意图。如图5所示，该无线充电系统包括无线充电电路40和通信电路41，这里，无线充电电路40包括逆变谐振电路401、第一充电线圈402、整流谐振电路404以及第二充电线圈403，通信电路41包括数据发射电路tx1、数据发射电路tx2、数据接收电路rx1、数据接收电路rx2、第一通信线圈412以及第二通信线圈413。
[0122]
在一些可行的实施方式中，逆变谐振电路401包括逆变电路4011以及谐振电路4012，逆变电路4011分别与电源以及谐振电路4012相连，谐振电路4012与第一充电线圈402相连。可以理解的是，逆变电路4011可以是全桥电路或者全桥电路的拓扑结构，或者其他具有逆变功能的电路，以将电源提供的直流电转换成交流电，具体可根据实际应用场景确定，
在此不做限制。图5所示的逆变电路4011中的开关管s1和开关管s4互补开通，开关管s2和开关管s3互补开通，且开关管s1和开关管s2的驱动信号相位相差180
°
。示例性地，逆变电路4011可以生成频率为85.5khz的驱动信号，也即，逆变电路4011可以将电源提供的直流电转换成频率为85.5khz的交流电。进一步可以理解的是，谐振电路4012可以是能够与第一充电线圈402产生谐振的任一类型的电路(例如，谐振电容等)。图5所示的谐振电路4012是lcc型谐振电路，也即，有一个谐振电感lp1，两个谐振电容cp1和谐振电容cp2。谐振电路4012可以与第一充电线圈402在驱动信号的频率处(也即，85.5khz)产生谐振，进而将电能通过第一充电线圈402进行发送。
[0123]
在一些可行的实施方式中，整流谐振电路404包括整流电路4041以及谐振电路4042，整流电路4041分别与负载(和电容c)以及谐振电路4042相连，谐振电路4042与第二充电线圈403相连。可以理解的是，整流电路4041可以是全桥不控整流电路或者全桥不控整流电路的拓扑结构，或者其他具有整流功能的电路，以将第二充电线圈403和谐振电路4042接收到的交流电转换为直流电提供给负载，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。图5所示的整流电路4041由四个二极管(也即，二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4)组成。进一步可以理解的是，谐振电路4042可以是能够与第二充电线圈403产生谐振的任一类型的谐振电路(例如，谐振电容等)。图5所示的谐振电路4042是lcc型谐振电路，也即，有一个谐振电感ld1，两个谐振电容cd1和谐振电容cd2。谐振电路4042可以与第二充电线圈403在驱动信号的频率处(也即，85.5khz)产生谐振，进而通过第二充电线圈403接收第一充电线圈402发送的电能。
[0124]
在一些可行的实施方式中，谐振电路4012、第一充电线圈402、第二充电线圈403以及谐振电路4042组成了无线能量的补偿网络，用于接收电源侧(也即无线能量发送侧)传输的有功功率和无功功率。这里，无线能量发送端和无线能量接收端的补偿网络结构的组合形式可以是s-s型、p-p型、s-p型、p-s型、lcl-lcl型、lcl-p型，lcc-lcc型等结构。另外，为了实现无线充电系统的双向充电功能，本技术提供的无线充电系统中的无线充电电路中，无线能量的发射端和无线充电接收端还可同时包含功率接收线圈和功率发射线圈。也就是说，这里的充电线圈(也即，第一充电线圈402和/或第二充电线圈403)可以是包含能量传输信号发送规格的线圈和能量传输信号接收规格的线圈(可以是两个线圈，或者多个线圈的两种组合)，充电线圈具体可为独立式(也即，与谐振电路连接的独立线圈)，也可为集成式(也即，集成在谐振电路中的线圈)。可以理解的是，充电线圈可能具有寄生电阻和寄生电容，具体等效电路如图5所示，第一充电线圈402的电感为lp，寄生电阻为rl p，寄生电容为cl p，第二充电线圈403的电感为ld，寄生电阻为rld，寄生电容为cld。进一步可以理解的是，第一充电线圈402和第二充电线圈403在工作中的互感为mpd。
[0125]
在一些可行的实施方式中，通信电路41中的数据收发电路可以是数据发射电路或者数据接收电路。具体地，两个数据发射电路可以同时处于电源侧(也即，两个第一数据收发电路同时作为数据发射电路)或者负载侧(也即，两个第二数据收发电路同时作为数据发射电路)，相应地，两个数据接收电路也可以同时处于负载侧(也即，两个第二数据收发电路同时作为数据接收电路)或者电源侧(也即，两个第一数据收发电路同时作为数据接收电路)。或者，两个数据发射电路可以分别处于电源侧和负载侧，同时两个数据接收电路也分别处于负载侧和电源侧。具体可以由应用场景确定，在此不做限制，为表述方便，在图5中，
将以两个数据发射电路(也即，数据发射电路tx1和数据发射电路tx2)分别处于电源侧和负载侧，同时两个数据接收电路(也即，数据接收电路rx1和数据接收电路rx2)分别处于负载侧和电源侧为例进行介绍。
[0126]
在一些可行的实施方式中，第一通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向一致。这里，第一通信电路中的数据发射电路tx1用于基于第一通信频率生成第一通信信号，并传输给第一通信线圈412，再通过第一通信线圈412以磁场耦合的方式将第一通信信号传输给第一充电线圈402，进而通过第一充电线圈402以磁场耦合的方式将第一通信信号传输给第二充电线圈403，再通过第二充电线圈403以磁场耦合的方式将第一通信信号传输给第二通信线圈413，最后将第一通信信号传输给数据接收电路rx2。此时，第二通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向相反，第二通信电路中的数据发射电路tx2用于基于第二通信频率生成第二通信信号，并传输给第二通信线圈413，再通过第二通信线圈413以磁场耦合的方式将第二通信信号传输给第二充电线圈403，进而通过第二充电线圈403以磁场耦合的方式将第二通信信号传输给第一充电线圈402，再通过第一充电线圈402以磁场耦合的方式将第二通信信号传输给第一通信线圈412，最后将第二通信信号传输给数据接收电路rx1，以实现多个通信信号同时传输。这里，第二通信频率与第一通信频率不同。
[0127]
在一些可行的实施方式中，第一通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向相反，第二通信信号的传输方向可以与能量传输信号的传输方向一致，具体的通信过程与第一通信信号的传输方向与能量传输信号的传输方向一致，第二通信信号的传输方向与能量传输信号的传输方向相反时类似，在此不再赘述。
[0128]
可以理解的是，通信线圈在工作时与充电线圈耦合会产生互感，具体等效电路如图5所示，第一通信电路中的第一通信线圈412的电感为ltx1(第一充电线圈侧的电感为l’tx1，ltx1和l’tx1的互感为mtx1)，第二通信线圈413的电感为lrx2(第二充电线圈侧的电感为l’rx2，lrx2和l’rx2的互感为mrx2)；第二通信电路中的第一通信线圈412的电感为ltx2(第二充电线圈侧的电感为l’tx2，ltx2和l’tx2的互感为mtx2)，第二通信线圈413的电感为lrx1(第一充电线圈侧的电感为l’rx1，lrx1和l’rx1的互感为mrx1)。进一步可以理解的是，第一通信电路中的第一通信线圈412的电感ltx1的谐振电容为ctx1，第一通信电路中的第二通信线圈412的电感lrx2的谐振电容为crx2，第二通信电路中的第一通信线圈412的电感ltx2的谐振电容为ctx2，第二通信电路中的第二通信线圈413的电感ltx1的谐振电容为crx1。
[0129]
在一些可行的实施方式中，请一并结合图6，图6是本技术实施例提供的数据发射电路的结构示意图。如图6所示，数据发射电路包括信号发生电路和信号放大电路，信号发生电路通过信号放大电路与发射线圈相连，发射线圈与目标充电线圈耦合，其中，发射线圈可以是第一通信线圈412，目标充电线圈可以是第一充电线圈402。类似地，发射线圈可以是第二通信线圈413，目标充电线圈可以是第二充电线圈403。这里，信号发生电路可以基于通信频率和传输数据生成初始调制信号。信号放大电路可以放大初始调制信号以得到通信信号，并通过发射线圈将通信信号传输给目标充电线圈。具体地，信号发生电路可以将要传输的数据按照通信频率进行调制，以生成初始调制信号，进而信号放大电路可以将初始调制信号放大为通信信号，最终将通信信号通过发射线圈发送给目标充电线圈。这里，信号发生
电路可以是数字信号处理器(digital signal process，dsp)、现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)或者复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)等具有信号发生功能的电路。信号放大电路可以是a类、b类、c类、d类、e类、f类等各类功率放大器，也可以是其他具有信号放大功能的电路。采用信号放大电路对信号发生电路生成的初始调制信号进行放大，可以进一步提高通信信号的抗干扰能力，提高信息传输的正确率。
[0130]
在一些可行的实施方式中，请一并结合图7，图7是本技术实施例提供的数据接收电路的结构示意图。如图7所示，数据接收电路包括信号接收电路和信号处理电路，信号处理电路通过信号接收电路与接收线圈相连，接收线圈与非目标充电线圈耦合。这里，接收线圈可以是第一通信线圈412，非目标充电线圈可以是第一充电线圈402。类似地，接收线圈可以是第二通信线圈413，非目标充电线圈可以是第二充电线圈403。这里，信号接收电路可以通过接收线圈和非目标充电线圈接收通信信号。信号处理电路可以对通信信号进行滤波和解调，以得到传输数据。具体地，数据接收电路包括可以与接收线圈产生谐振的电容或者谐振电路，以接收特定频率的通信信号，例如，接收线圈与谐振电路在第一通信频率处产生谐振，则可以接收频率为第一通信频率的第一通信信号。数据接收电路还可以包括信号检波单元，具体可以如图7所示，信号检波单元包括高通滤波器(例如，二阶巴特沃斯高通滤波器)、相干解调电路以及低通滤波器(例如，四阶巴特沃斯低通滤波器)。这里，信号接收电路可以与接收线圈在通信频率产生谐振，以接收通信信号，进而信号处理电路可以对接收到的通信信号进行滤波和解调处理，得到传输数据。这里，信号接收电路可以是lc谐振电路等可以产生谐振的电路，也可以是具有谐振功能的电路的拓扑电路。信号处理电路可以包括滤波器、解调器以及dsp、fpga或者cpld等可以进行信号处理的电路。
[0131]
由于在本技术中用作示例的无线充电系统为对称系统(也即，电源侧的各相电路对称且负载侧的各相电路对称，对称的无线充电系统在通信过程方面与不对称的无线充电的系统没有本质上差别，只是通信频率和通信信号的速率的计算方法有所区别)，几乎不含有偶次谐波，具体请参见图8，图8是本技术实施例提供的无线充电系统的工作频谱示意图。在一些可行的实施方式中，能量传输信号的传输频率可以是85.5khz，第一通信信号的第一通信频率为fc1，第二通信信号的第二通信频率为fc2，其满足表达式如下：
[0132]
fc1＝(1+α1)2k1fs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0133]
fc2＝(1+α2)2k2fs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0134]
其中，fc1为第一通信频率，fc2为第二通信频率，fs为能量传输信号的传输频率，k1和k2为自然数且k1不等于k2，α1和α2分别为第一通信信号和第二通信信号的中心频偏系数。在图8中，k1可以是29，k2可以是37，α1和α2都可以是0，对应的第一通信频率fc1为4.959mhz,对应的第二通信频率fc2为6.327mhz，通信信号的频谱中心频率均处于功率传输频率的两个相邻谐波频率的中点附近。可以理解的是，采用本技术提供的实施方式，可以确保能量传输信号的谐波的频谱与通信信号的频谱无频谱交叠，通过接收线圈和谐振电容crx的选频和信号检波后，无线充电系统可以提取特定频率的通信信号，并获得最大的信噪比，进而最大程度降低大功率的能量传输信号对通信信号传输的串扰。此外，通信电路可以使用铝壳进行空间电磁场屏蔽，进一步增强通信电路的抗干扰能力。
[0135]
进一步可以理解的是，在本技术提供的实施方式中，通信信号调制方式可以采用
差分相移键控调制ndpsk，信号传输速率为r bps，为确保通信信号的频谱与功率传输信号的谐波频谱不存在交叠，其满足表达式如下：
[0136][0137]
其中，r为通信信号的传输速率，β为频谱交叠系数，fs为能量传输信号的传输频率,n为通信信号的调制进制，示例性地，请参见图9，图9是本技术实施例提供的通信信号波形与码元映射关系示意图。如图9所示，在本技术提供的实施方式中，频谱交叠系数β可以在0.5～0.8之间，通信信号的调制方式可以是差分相移键控调制8dpsk，此时，信号传输速率为60kbps，码元传输速率为20kbaud。当前码元和前一码元的相位差分别为：0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4时，对应的解调后的数字信号分别为：7、0、1、2、3、4、5、6，对应的二进制数据分别为：111、000、001、010、011、100、101、110。采用本技术提供的实施方式，无线充电系统可以简单地对通信信号进行调制，并对通信信号进行解调，以提高系统的工作效率，降低设计成本。
[0138]
进一步地，本技术还提供了一种无线充电设备。请参见图10，图10是本技术实施例提供的无线充电设备的结构示意图。如图10所示，该无线充电设备包括电源、负载和上述图1-图9中任一种可能实施方式中的无线充电系统。其中，无线充电系统的输入端与电源相连，无线充电系统的输出端与负载相连。这里，无线充电设备中的通信信号可以在能量传输的同时实现无干扰传输，在大功率传输能量的同时增加信息传输的正确率与效率，提高无线充电系统的适用性。
[0139]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。