[0047] 本发明技术原理:
[0048] (1)双频或多频相位键控实现合成波幅控制
[0049] 以双频无线输电为例,如图2所示,其中,f1和f2分别为两交流波的频率,A(f1)和A(f2)分别为两交流波的波形,A(f1)+A(f2)为合成波的波形。若两交流波形在起始时间点相位反相,即相位差为π,则合成波包络幅度将从0开始增加,合成波最大振幅为两交流波形振幅之合,其包络周期T为f1与f2差值的倒数,其最大值出现在两波形相位差为0处。在f1和f2相位差位于π/6处,合成波包络幅度为f1和f2振幅和的一半。
[0050] 可以看到,在f1和f2相位差位于π至远小于π/6区间内,亦即时间区间从0至远小于T/12区间内,合成交流波形的幅度将远小于f1和f2振幅之和。
[0051] 因此,若利用相移键控使两波形相位始终处于π至远小于π/6区间内,则可将合成波形幅度始终控制在较小水平,如图3所示。若非将A(f1)和A(f2)有效分离,直接对合成波检波所获得的能量将十分有限。
[0052] (2)双频或多频交流频率选择
[0053] 本发明要求双频或多频无线输电交流频率间隔足够小,在这种情况下,虽然各频率的空间谱能量存在,由于频率足够接近,导致非授权用户无法在有限的体积、技术和成本下将双频或多频交流波型有效分离,只能获得低幅合成波形(如图2所示)。同时由于相移键控的存在,将使合成波形始终维持于较低电平(如图3所示)。因此,若非获知键控密钥,通过合成波形获得的电能将不足以抵消接收电路的固有损耗,从而无法顺利获取无线输电电能。
[0054] 据此,在综合考虑移动终端体积、现有和未来器件与技术水平,本发明要求双频或多频无线输电相对交流频率相对频差小于1%。
[0055] 为进一步增加可能的非授权用户对于获取输电服务的技术障碍,可预置成组频率点并利用跳频技术。
[0056] 本发明方案兼容现有无线充电技术,以及其它可能的交流无线充电技术。
[0057] (3)无线输电发射帧构成
[0058] 无线输电由预定时长的双频或多频交流波组成帧,以重复或不重复帧按顺序发送交流电能,每帧中含帧起始和输电载荷构成,帧间留有帧间隙。帧起始用于接收机校准本机键控时延,在帧载荷内设有多个相移键控,在键控点处给定所有交流频率波型或其中某个交流频率波型的键控相位。其要点在于,多个交流频率足够接近,并且在键控点处接近反相。如图4所示,1为发射帧序列,2为帧体,3为帧起始,4为帧载荷,5-1至5-n为键控点,6为帧间隙。
[0059] 以双频无线输电且键控点处反相为例,本发明所采用的无线交流发射帧波型如图5所示。其中,1为双频无线输电波型,2为输电帧载荷,3-1至3-n为相移键控点。
[0060] 为使系统简洁,在这一区间的键控点选择数个有限固定相位,以有利于减小收发设备电路的复杂性。多键控点的使用能够大幅度增加非授权接收设备的复杂性,使其费效比增加到不利的水平。
[0061] (4)系统构成
[0062] 如图6所示,用户经无线或有线方式获得授权密钥并以密钥中所提供的频率和相位键控信息控制用户终端获取无线电能。其中,1和2分别为感应(或磁共振)与射频无线输电发射端,3为移动通信终端,4为移动通信基站,5为无线输电发射端与移动通信基站数据交换,6为移动通信基站与移动通信终端数据交换,7为无线输电监测器。
[0063] (5)发射电路框图
[0064] 毋庸置疑,为实施本发明的双频或多频相位键控交流传输方案,需对每个频率使用独立的发射机和天线,且发射天线间需有足够的空间距离,否则因相近频率在电路中的对消作用,无法在空间获得各频点的有效功率辐射频谱,如图7所示,其中:1-主机,用于实现与系统中心的数据交换,包括用户接入管理、密钥生成、频率发生与相位键控;2-发射机组;3-发射天线或辐射线圈组。
[0065] (4)授权无线输电接收电路框图
[0066] 而在移动终端,接收感应线圈或天线需对所有频率都具备足够小的内阻,以避免在接收电路中的非线性牵引作用造成波型变型。
[0067] 授权用户获取交流电能方式如图8所示。其中,1为接收天线或感应线圈;3(f1)和3(f2)分别为f1和f2的本地相位键控信号发性器;2为交流信号分离器,它以相移键控交流信号发生器波型3(f1)和3(f2))为参考信号,利用相关性原理,从感应线圈或天线接收到的无线输电信号分离出对应频率交流信号;4(f1)和4(f2)分别为分离交流信号输出。
[0068] 所获得的分离交流4(f1)和4(f2)则经各自整流滤波电路用于对终端设备供电或对电池充电。
[0069] 本发明的核心内容
[0070] (1)无线输电系统由无线输电发射端、移动接收终端和监测器构成,如图6所示。
[0071] (2)无线输电发射采用多个相互临近的交流频率成组输电,如图2所示。
[0072] (3)无线输电由一定时长成组交流频率构成帧,每帧包括帧起始和输电载荷两个主要部分,如图4中的2所示。
[0073] (4)在帧输电载荷内给定多个相位键控点以保证帧内各频率间相位始终处于接近反相状态,如图3、5所示。
[0074] (5)键控点选取依据交流波型之间相位差处于0~小于π/6区间内设置,如图2、3所示。
[0075] (6)无线输电发射端发射交流波组按帧和键控参数重复,或按序列帧键控参数顺序发送,如图4中的1所示。
[0076] (6)无线输电发射端在发射交流波组前,通过无线或有线网络向授权用户发送包含帧键控参数的键控密钥。键控参数主要包括:交流频率、帧起始及帧时长、键控点及键控点处各频率相位。
[0077] (7)授权用户经由移动通信或其它链路获取密钥并据此控制接收电路实现电能获取,如图8中的6所示。
[0078] (8)为实现有效多频空间辐射,输电发射模块和天线需对每个频点单独配置,且天线或线圈需有足够空间间隔,如图7所示。
[0079] (9)移动通信终端采用付费或协议方式获得无线充电时长或电量授权,并通过无线或有线网络向无线输电发射设备发出请求,发射端在确认后以密钥形式返回类似于通信掩码的包含频率和键控信息在内的帧信息,并向移动接收端发射交流输电波。该密钥由无线输电发射端依策略生成。
[0080] (10)所输送的总电量以发射端估算和接收端计量结合进行。发射端接收到授权用户达到授权计量后更换该组发射波的密钥,则该用户无法继续接收电能,同时向仍在使用该组无线输电频率的用户传送更改后的密钥,并按更改后密钥输电,以使其继续正常获取电能。
[0081] (11)无线输电系统发射端包括发射机(图6中的1、2)和分布输电监测器(图6中的7),监测器接收电路与移动用户接收电路相似,监测器实时判定无线输电响应状态,并通过有线或无线网络将数据传送给发射机。
[0082] (12)授权移动终端用户在接收电能的同时,实时向发射设备反馈接收电能计量。当发射设备结合检测点和用户响应判定授权用户处于不能正常接收无线输电状态时,并按(10)策略停止向该用户输电,并通过无线或有线网络通知该用户。授权用户依据需要可自动或手动重新向无线输电发射设备发出请求。
[0083] (13)对时长授权用户的无线输电,在总有效输电达到授权时长时依据(10)策略停止对该用户的无线输电服务。
[0084] (14)无线输电发射设备应与移动通信设备共址,有利于减少电力供应设施和场地占用的利用率。
[0085] (15)本发明适用于现有感应式、磁共振式和无线电波式无线输电方式,同时适用于其它可能的以交变场或波对接收终端进行非接触无线输电的方式。本发明所涉及的是以无线交流方式所进行的无线输电,适用于本发明的的接收设备包含但不限于移动通信终端或物联网终端。