CN104935090A - 电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ICPT系统中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，该方法中采用带有原边谐振回路和副边谐振回路的传输系统，系统中的控制器根据数字信号选择延时干扰参数，并在原边谐振电流过零检测信号的参考下形成输出控制信号输出给驱动电路模块，最终实现系统按照数字信号在谐振的两个自治稳定频率之间切换达到信号调频调制传输的目的。其次，副边谐振回路增加了耦合线圈以及信号提取复原模块，该组成部分可完成从副边谐振回路耦合拾取信号，经信号提取复原模块还原出数字信号的过程。本发明有利于在不改变感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构的情况下，解决了ICPT系统中电能高效传输的同时，实现了信号的可靠传输。

Description

电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法

技术领域

本发明涉及一种感应耦合电能和信号同步传输方法，具体是指一种电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法。

背景技术

1.感应耦合电能传输技术简介与信号传输需求

感应耦合电能传输(以下简称ICPT)技术是一种以高频电磁场为电能载体，将电能以磁能的形式从电源端无线传送到负载端的电能传输新技术。该技术具有安全、可靠及灵活等优点。感应耦合电能传输技术在轨道交通、电动汽车、消费电子以及生物医疗等领域有着广泛的应用前景，已成为电气工程领域的研究热点之一，其背景技术可参考文献《中国电机工程学报》2015年5月，第35卷第10期公开的论文：无线电能传输技术的研究现状与应用，作者：浙江大学电气工程学院，范兴明，莫小勇，张鑫。

然而在很多实际应用中我们还需要利用感应耦合电能传输通道来完成信号(如控制信号)的传输。研究发现由于感应电能传输系统中磁能转换机构及高频电能逆变器的存在，会对信号传输中的信号载波有较强的电磁干扰和高频电磁兼容等问题，因此需要研究适应于感应电能传输系统中基于电能传输通道的信号有效传输方法，实现电能与信号的同步传输。感应式电能与信号同步传输技术就是在非接触电能传输的同时传输基带信号，电能与信号共用一个电磁耦合机构和感应线圈。而目前还没有人提出利用无线电能传输系统中的频率分裂固有特性实现电能和信号的同步有效传输。

2.频率分裂条件

如图1所示，若传输系统工作角频率为ω，根据基尔霍夫电压定律(KVL)，则有：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{in}=Z_{11}{i}_P-{\mathrm{j\ωMi}}_S\\ 0=Z_{22}{i}_S-{\mathrm{j\ωMi}}_P\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，初级线圈回路自阻抗Z₁₁和次级线圈回路自阻抗Z₂₂分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_{11}=R_P+{\mathrm{j\ωL}}_P+\frac{1}{{\mathrm{j\ωC}}_P}\\ Z_{22}=R_S+R_L+{\mathrm{j\ωL}}_S+\frac{1}{{\mathrm{j\ωC}}_S}\end{array}\right.---\left(2\right)$

根据式(1)可求得回路电流为：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_P=\frac{Z_{22}}{Z_{11}{Z}_{22}+{\left(\mathrm{\ω}M\right)}^2}{U}_{in}\\ i_S=\frac{j\mathrm{\ω}M}{Z_{11}{Z}_{22}+{\left(\mathrm{\ω}M\right)}^2}{U}_{in}\end{array}\right.---\left(3\right)$

为便于分析，可设R_S+R_L＝R，R_P＝αR(其中α＞0)，R_L＝βR(其中0＜β＜1)，L_P＝L_S＝L，C_P＝C_S＝C，引入广义失谐因子 $\mathrm{\ξ}=Q(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}-\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{\mathrm{\ω}}),$ 其中 $Q=\frac{{\mathrm{\ω}}_{0}L}{R}=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_{0}CR}$ 为品质因数， ${\mathrm{\ω}}_0=\frac{1}{\sqrt{LC}}$ 为电路谐振频率，则式(2)可以写成：

$\left\{\begin{array}{c}{Z}_{11}=\mathrm{\α}R+j\mathrm{\ω}L+\frac{1}{j\mathrm{\ω}C}\\ =R(\mathrm{\α}+\frac{{\mathrm{j\ω}}_{0}L}{R}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}+\frac{1}{{\mathrm{j\ω}}_{0}CR}\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{\mathrm{\ω}})=R(\mathrm{\α}+j\mathrm{\ξ})\\ Z_{22}=R+j\mathrm{\ω}L+\frac{1}{j\mathrm{\ω}C}\\ =R(1+\frac{{\mathrm{j\ω}}_{0}L}{R}\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}+\frac{1}{{\mathrm{j\ω}}_{0}CR}\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{\mathrm{\ω}})=R(1+j\mathrm{\ξ})\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，次级回路阻抗Z₂₂通过互感反射到初级回路的等效阻抗为：

${Z_{11}}^{\′}=\frac{{\left(\mathrm{\ω}M\right)}^2}{Z_{22}}={R_{11}}^{\′}+{{\mathrm{jX}}_{11}}^{\′}---\left(5\right)$

式中，R₁₁'和X₁₁'分别是等效阻抗Z₁₁'的等效电阻和等效电抗。等效电阻R₁₁'表达式为：

${R_{11}}^{\′}=\frac{{\left(\mathrm{\ω}M\right)}^2}{R(1+{\mathrm{\ξ}}^2)}---\left(6\right)$

定义广义耦合因数γ：

$\mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{\ω}M}{\sqrt{R_P(R_S+R_L)}}=\frac{\mathrm{\ω}M}{\sqrt{\mathrm{\α}}R}---\left(7\right)$

将式(4)、(7)代入式(3)可求得初、次级线圈等效回路电流为：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_P=\frac{1+j\mathrm{\ξ}}{(1+j\mathrm{\ξ})(\mathrm{\α}+j\mathrm{\ξ})+{\mathrm{\α\γ}}^2}\frac{U_{in}}{R}\\ i_S=\frac{j\sqrt{\mathrm{\α}}\mathrm{\γ}}{(1+j\mathrm{\ξ})(\mathrm{\α}+j\mathrm{\ξ})+{\mathrm{\α\γ}}^2}\frac{U_{in}}{R}\end{array}\right.---\left(8\right)$

电压增益为负载电压与输入电压之比为：

$A_U=\left|\frac{i_S{R}_L}{U_{in}}\right|=\frac{\sqrt{\mathrm{\α}}\mathrm{\γ}\mathrm{\β}}{\sqrt{{(\mathrm{\α}+{\mathrm{\α\γ}}^2-{\mathrm{\ξ}}^2)}^2+{(1+\mathrm{\α})}^2{\mathrm{\ξ}}^2}}---\left(9\right)$

对系统电压增益A_U取广义失谐因子ξ的偏导，令可知在和ξ₃＝0取得电压增益极值，当ξ＝0,γ＝1时，系统电压增益最大值为：

$A_{Umax}=\frac{\mathrm{\β}}{2\sqrt{\mathrm{\α}}}---\left(10\right)$

由式(9)、(10)可得到归一化的电压增益为：

$\mathrm{\ψ}=\frac{A_U}{A_{Umax}}=\frac{2\mathrm{\α}\mathrm{\γ}}{\sqrt{{(\mathrm{\α}+{\mathrm{\α\γ}}^2-{\mathrm{\ξ}}^2)}^2+{(1+\mathrm{\α})}^2{\mathrm{\ξ}}^2}}---\left(11\right)$

由式(11)得到如图3所示的归一化电压增益的一般化特性响应曲线。由归一化电压增益ψ与广义失谐因子ξ、广义耦合因数γ以及初次级回路阻抗比例系数α的关系可知：

(1)在γ＝1(临界耦合)处，系统工作在谐振点时，系统电压增益为最大值；γ>1(过耦合)处，存在频率分裂现象，但不管在哪个谐振频率点，电压增益能取得极大值；在γ<1(欠耦合)处，随着广义耦合因数的减小，系统电压增益急剧下降。

(2)γ>1(过耦合)处，存在频率分裂现象，但不管在哪个谐振频率点，电压增益能取得极大值，这就是利用频率分裂现象传输信号必须满足的条件。

(3)在γ>1(过耦合)处，电压增益的两个分裂峰值受α的影响，当0.3<α<4时，电压增益变化较平缓。

3.两个稳定分裂频率计算公式

由式 $\mathrm{\&xi;}=Q(\frac{\mathrm{\&omega;}}{{\mathrm{\&omega;}}_0}-\frac{{\mathrm{\&omega;}}_0}{\mathrm{\&omega;}})$ 和 ${\mathrm{\&xi;}}_{1,2}=\&PlusMinus;\sqrt{(2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1)/2},$ 可推导出：

${\mathrm{\&omega;}}_1=\frac{\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1+8Q^2}+\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1}}{2\sqrt{2}Q}{\mathrm{\&omega;}}_0---\left(12\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_2=\frac{\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1+8Q^2}-\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1}}{2\sqrt{2}Q}{\mathrm{\&omega;}}_0---\left(13\right)$

其中γ需满足γ>1，0.3<α<4。

根据公式可将式(12)、(13)变换成：

$f_1=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_1}{2\mathrm{\&pi;}}=\frac{\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1+8Q^2}+\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1}}{4\sqrt{2}\mathrm{\&pi;}Q}{\mathrm{\&omega;}}_0---\left(14\right)$

$f_2=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2}{2\mathrm{\&pi;}}=\frac{\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1+8Q^2}-\sqrt{2{\mathrm{\&alpha;\&gamma;}}^2-{\mathrm{\&alpha;}}^2-1}}{4\sqrt{2}\mathrm{\&pi;}Q}{\mathrm{\&omega;}}_0---\left(15\right)$

其中γ需满足γ>1，0.3<α<4。

4.延时干扰频率控制技术

最近研究表明，在ICPT系统的频率分裂现象中，两个自治稳定的谐振频率可实现稳定自由切换，具体可参考文献《物理学报》2013年，第62卷第15期公开的论文：基于延时干扰的感应电能传输系统分岔频率输送控制，作者：重庆大学自动化学院，唐春森、孙跃、戴欣，等。

综上技术，本发明专利的申请人在延时干扰频率控制技术的基础上通过自主创新，找到了一种电能和信号同步传输的技术方案，即一种能适应于感应电能传输系统的电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能适应于感应电能传输系统的电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种感应无线电能传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，它包括如下步骤，

第一步，构建如下传输系统，所述的系统包括原边谐振回路和副边谐振回路；所述的原边谐振回路包括直流电源、开关网络、原边谐振补偿电路、发射线圈、过零检测电路、控制器、驱动电路、延时干扰模块和数字信号输入模块；所述的副边谐振回路包括接收线圈、副边谐振补偿电路、负载、耦合线圈、信号提取复原模块和数字信号输出模块；

第二步，控制器根据数字信号选择延时干扰参数，并在原边谐振电流过零检测信号的参考下调制形成输出控制信号输出给驱动电路模块；具体调制过程如下：

a、所述的原边谐振补偿电路的过零检测电路，检测高频逆变线圈Lp回路中的正弦电流的过零点，经处理形成信号调制时序图中的过零检测信号，以便于确定延时干扰参数的参考起点，用于确定信号调制时序图中相关参数之间的关系；

b、所述的延时干扰模块，能够生成第一延时干扰信号为G(δ₁，T_d1)和第二延时干扰信号为G(δ₂，T_d2)；其具体参数值可根据已有的理论和技术进行确定，其步骤有二：

(1)确定系统的两个自治稳定分裂频率f₁，f₂；

(2)确定第一延时干扰信号为G(δ₁，T_d1)，第二延时干扰信号为G(δ₂，T_d2)；其中，

第一延时干扰信号的持续时间T_d1且延时时间δ₁且

第二延时干扰信号的持续时间T_d2且延时时间δ₂且

所述的数字信号模块就是提供无线信号传输中所需要传输的数字信息；

所述的控制器，根据数字信号模块所要传输的数字信息0或1，选择相应的延时干扰信号G(δ₁，T_d1)或G(δ₂，T_d2)，结合过零检测信号确定输出控制信号时序波形；

所述的驱动电路，接收控制器输出的控制信号，按照控制信号时序波形要求实现对开关网络的驱动控制，使其开关管S1-S4组成的H桥按要求工作，使电路工作状态调整到两个自治稳定频率f₁、f₂之一处，完成数字信号(0或1)与频率f₁或f₂的映射，即实现数字信号的2FSK(二进制频率键控)调制。本方案使用频率f₁表示数字信号“0”、f₂表示数字信号“1”，其数字信号传输周期为T；

当系统谐振频率f₁→f₂(即数字信号0→1)时，控制器选择延时干扰信号G(δ₁，T_d1)，输出的控制信号为过零信号滞后δ₁时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d1，当持续时间T_d1结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；

当系统谐振频率f₂→f₁(即数字信号1→0)时，控制器选择延时干扰信号G(δ₂，T_d2)，输出的控制信号为过零信号滞后δ₂时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d2，当持续时间T_d2结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；

第三步，原边谐振回路将已经调制好的控制信号和电能由发射线圈以无线方式向外传输；

第四步，副边谐振回路的接收线圈以无线感应的方式接收原边谐振回路发出的电能和信号；

第五步，副边谐振回路接收到电能和信号后，将电能与信号进行分离，电能直接供应能负载，耦合线圈L_S1从副边谐振回路提取频率信号，经信号提取复原模块进行锁相鉴频还原成数字信号，从而完成信号从主边谐振回路经电能通道耦合到副边完成数字信号的传输；至此完成了电能和信号的同步传输。

作为优选，第一步中，原边谐振回路的电路连接关系如下：直流电源、开关网络、谐振补偿电路和发射线圈依次电连接；所述的谐振补偿电路与过零检测电路电连接，所述的过零检测电路与控制器电连接，所述的控制器通过驱动电路与开关网络电连接；所述的延时干扰模块与控制器电连接；所述的数字信号输入模块与控制器电连接。

作为优选，第一步中，副边谐振回路的电路连接关系如下：所述的接收线圈、副边谐振补偿电路和负载依次电连接；所述的耦合线圈设置在接收线圈与副边谐振补偿电路之间，所述的耦合线圈与信号提取复原模块电连接，所述的信号提取复原模块与数字信号输出模块电连接。

采用上述结构后，本发明具有如下优点：

1)利用了ICPT系统中的频率分裂现象。在无线耦合电能传输技术中，频率分裂是固有现象，其本质是输入阻抗特性发生改变所导致。感应耦合电能传输(ICPT)的电能耦合分三种情况：当耦合因数γ＝1时，称为临界耦合；γ<1时，称为欠耦合，在欠耦合区系统传能效率急剧下降；γ>1时，称为过耦合，该区域存在频率分裂现象，但是不管在哪个谐振频率处，系统均能实现最大传输效率。

2)两个自治稳定频率之间可自由切换。最近研究表明，通过调节延时参数，可使系统相轨迹流在各稳定极限环吸引子间自由切换，从而实现过耦合区的2个自治稳定谐振频率之间的自由切换。该特点正好适合通信领域的信号调频调制原理，本发明利用了这一点实现了信号的2FSK调制。

3)电能和信号的同步传输。信号的表征是通过改变频率实现的，然而系统所使用的2个频率是系统电能耦合的谐振频率点，从而保证了电能传输效率，因此最终实现了电能高效传输的同时也实现信号的可靠传输，且电能和信号传输干扰减至最低。

综上所述，本发明提供一种能适应于感应无线电能传输系统的基于频率分裂的电能和信号同步传输方法。

附图说明

图1是本发明原、副边均为串联谐振的ICPT系统的主电路图。

图2是本发明的ICPT系统电能和信号同步传输原理框图。

图3是本发明中电能与信号传输时归一化电压增益频率响应曲线及耦合区划分示意图。

图4是本发明中电能与信号传输时的信号调制时序示意图。

图5是本发明具体实施例中副边谐振网络接收到的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1至附图5，一种电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，它包括如下步骤，

第一步，构建如下传输系统，所述的系统包括原边谐振回路和副边谐振回路；所述的原边谐振回路包括直流电源、开关网络、原边谐振补偿电路、发射线圈、过零检测电路、控制器、驱动电路、延时干扰模块和数字信号输入模块；所述的副边谐振回路包括接收线圈、副边谐振补偿电路、负载、耦合线圈、信号提取复原模块和数字信号输出模块；

第二步，控制器根据数字信号选择延时干扰参数，并在原边谐振电流过零检测信号的参考下调制形成输出控制信号输出给驱动电路模块；具体调制过程如下：

a、所述的原边谐振补偿电路的过零检测电路，检测高频逆变线圈Lp回路中的正弦电流的过零点，经处理形成信号调制时序图中的过零检测信号，以便于确定延时干扰参数的参考起点，用于确定信号调制时序图中相关参数之间的关系；

b、所述的延时干扰模块，能够生成第一延时干扰信号为G(δ₁，T_d1)和第二延时干扰信号为G(δ₂，T_d2)；其具体参数值可根据已有的理论和技术进行确定，其步骤有二：

(1)确定系统的两个自治稳定分裂频率f₁，f₂；

(2)确定第一延时干扰信号为G(δ₁，T_d1)，第二延时干扰信号为G(δ₂，T_d2)；其中，

第一延时干扰信号的持续时间T_d1且延时时间δ₁且

第二延时干扰信号的持续时间T_d2且延时时间δ₂且

所述的数字信号模块就是提供无线信号传输中所需要传输的数字信息；

所述的控制器，根据数字信号模块所要传输的数字信息0或1，选择相应的延时干扰信号G(δ₁，T_d1)或G(δ₂，T_d2)，结合过零检测信号确定输出控制信号时序波形；

所述的驱动电路，接收控制器输出的控制信号，按照控制信号时序波形要求实现对开关网络的驱动控制，使其开关管S1-S4组成的H桥按要求工作，使电路工作状态调整到两个自治稳定频率f₁、f₂之一处，完成数字信号(0或1)与频率f₁或f₂的映射，即实现数字信号的2FSK(二进制频率键控)调制。本方案使用频率f₁表示数字信号“0”、f₂表示数字信号“1”，其数字信号传输周期为T；

当系统谐振频率f₁→f₂(即数字信号0→1)时，控制器选择延时干扰信号G(δ₁，T_d1)，输出的控制信号为过零信号滞后δ₁时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d1，当持续时间T_d1结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；

当系统谐振频率f₂→f₁(即数字信号1→0)时，控制器选择延时干扰信号G(δ₂，T_d2)，输出的控制信号为过零信号滞后δ₂时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d2，当持续时间T_d2结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；

第三步，原边谐振回路将已经调制好的控制信号和电能由发射线圈以无线方式向外传输；

第四步，副边谐振回路的接收线圈以无线感应的方式接收原边谐振回路发出的电能和信号；

第五步，副边谐振回路接收到电能和信号后，将电能与信号进行分离，电能直接供应能负载，耦合线圈L_S1从副边谐振回路提取频率信号，经信号提取复原模块进行锁相鉴频还原成数字信号，从而完成信号从主边谐振回路经电能通道耦合到副边完成数字信号的传输；至此完成了电能和信号的同步传输。

作为优选，步骤一中，原边谐振回路的电路连接关系如下：直流电源、开关网络、谐振补偿电路和发射线圈依次电连接；所述的谐振补偿电路与过零检测电路电连接，所述的过零检测电路与控制器电连接，所述的控制器通过驱动电路与开关网络电连接；所述的延时干扰模块与控制器电连接；所述的数字信号输入模块与控制器电连接。

作为优选，步骤一中，副边谐振回路的电路连接关系如下：所述的接收线圈、副边谐振补偿电路和负载依次电连接；所述的耦合线圈设置在接收线圈与副边谐振补偿电路之间，所述的耦合线圈与信号提取复原模块电连接，所述的信号提取复原模块与数字信号输出模块电连接。

本发明根据当电磁耦合系统工作在过耦合状态时，系统频率会发生分裂，将会出现三个谐振频率，其中两个频率自治稳定，一个频率非自治稳定的实际情况，提出基于频率分裂的数字信号传输方法，采用延时干扰变轨控制技术通过调节延时参数，可使系统按照数字信号在谐振的两个自治稳定频率之间切换来实现2FSK调制，电能接收端在通过功率单元接收电能的同时提取调制信号特征并进行信号复原，在不改变感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构的情况下，实现数字信号传输，解决ICPT系统中电能高效传输的情况下同时实现信号的可靠传输。

本发明在具体实施时，所述的各个电路模块在现有的通信技术中都有成熟的模块单元，另外所述的延时干扰模块，能够生成第一延时干扰信号为G(δ₁，T_d1)和第二延时干扰信号为G(δ₂，T_d2)。其具体参数值可根据已有的理论和技术进行确定，所述的已有的理论和技术是指现有技术，用户可以参考业内的工具书进行数值设置。附图2中没有用文字对原边和副边的回路进行区分，数字信号模块部分也没有详细标明输入模块和输出模块；因为业内技术人员对此一目了然，所以没有进行标注，特此说明。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，其特征在于：包括如下步骤，

第一步，构建如下传输系统，所述的系统包括原边谐振回路和副边谐振回路；所述的原边谐振回路包括直流电源、开关网络、原边谐振补偿电路、发射线圈、过零检测电路、控制器、驱动电路、延时干扰模块和数字信号输入模块；所述的副边谐振回路包括接收线圈、副边谐振补偿电路、负载、耦合线圈、信号提取复原模块和数字信号输出模块；

第二步，控制器根据数字信号选择延时干扰参数，并在原边谐振电流过零检测信号的参考下调制形成输出控制信号输出给驱动电路模块；具体调制过程如下：

a、所述的原边谐振补偿电路的过零检测电路，检测高频逆变线圈Lp回路中的正弦电流的过零点，经处理形成信号调制时序图中的过零检测信号，以便于确定延时干扰参数的参考起点，用于确定信号调制时序图中相关参数之间的关系；

b、所述的延时干扰模块生成第一延时干扰信号和第二延时干扰信号；其步骤有二：

1）确定系统的两个自治稳定分裂频率f₁，f₂；

2）确定第一延时干扰信号为G（δ₁，T_d1），第二延时干扰信号为G（δ₂，T_d2）；其中，

第一延时干扰信号的持续时间为T_d1且延时时间为δ₁且

第二延时干扰信号的持续时间为T_d2且延时时间为δ₂且

所述数字信号模块提供无线信号传输中所需要传输的数字信息；

所述控制器根据数字信号模块所要传输的数字信息0或1，选择相应的延时干扰信号G（δ₁，T_d1）或G（δ₂，T_d2），结合过零检测信号确定输出控制信号时序波形；

所述驱动电路接收控制器输出的控制信号，按照控制信号时序波形要求实现对开关网络的驱动控制，使其开关管S1-S4组成的H桥按要求工作，使电路工作状态调整到两个自治稳定频率f₁、f₂之一处，完成数字信号与频率f₁或f₂的映射，即实现数字信号的2FSK调制；本方案使用频率f₁表示数字信号“0”、f₂表示数字信号“1”，其数字信号传输周期为T；

当系统谐振频率f₁→f₂时，即数字信号0→1，控制器选择第一延时干扰信号G（δ₁，T_d1），输出的控制信号为过零信号滞后δ₁时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d1，当持续时间T_d1结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；

当系统谐振频率f₂→f₁时，即数字信号1→0，控制器选择第二延时干扰信号G（δ₂，T_d2），输出的控制信号为过零信号滞后δ₂时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d2，当持续时间T_d2结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；

第三步，原边谐振回路将已经调制好的控制信号和电能由发射线圈以无线方式向外传输；

第四步，副边谐振回路的接收线圈以无线磁共振感应的方式接收原边谐振回路发出的经信号调制的电能；

第五步，副边谐振回路接收到经信号调制后的电能，将电能与信号进行分离，电能直接供给负载，耦合线圈L_S1从副边谐振回路提取频率信号，经信号提取复原模块进行锁相鉴频还原成数字信号，从而完成信号从主边谐振回路经电能通道耦合到副边完成数字信号的传输；至此完成了电能和信号的同步传输。

2.根据权利要求1所述的电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，其特征在于：第一步中，原边谐振回路的电路连接关系如下：直流电源、开关网络、谐振补偿电路和发射线圈依次电连接；所述的谐振补偿电路与过零检测电路电连接，所述的过零检测电路与控制器电连接，所述的控制器通过驱动电路与开关网络电连接；所述的延时干扰模块与控制器电连接；所述的数字信号输入模块与控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，其特征在于：第一步中，副边谐振回路的电路连接关系如下：所述的接收线圈、副边谐振补偿电路和负载依次电连接；所述的耦合线圈设置在接收线圈与副边谐振补偿电路之间，所述的耦合线圈与信号提取复原模块电连接，所述的信号提取复原模块与数字信号输出模块电连接。