一种电能发射端、无线电能传输装置和无线电能传输方法.pdf

本发明公开了一种电能发射端、无线电能传输装置和无线电能传输方法，其通过电流调制电路调节原边线圈的电流信号，使得流过原边线圈的电流为恒定频率恒定幅值的交变电流信号，这样可保证无论副边与原边的耦合情况是否良好或副边负载发生变动的情况下，原边传输至副边的能量不会发生变动，可保证能量传输效率达到最大化。相对于现有技术，本发明无需复杂的反馈机制，并且可优于副边电路的设计，本发明所使用的系统结构简单，能应用于较复杂的环境，且效率高。

权利要求书1.  一种电能发射端，用以向与其隔离的电能接收端传输能量，所述电能发 射端包括： 电压变换器，接收电能以输出具有预设频率的高频交流电； 电流调制电路，接收所述高频交流电，以获得调节电流信号； 电能发射部分，包括原边发射线圈，所述原边发射线圈用于接收所述调节电 流信号，以向所述电能接收端传输能量； 其中，所述预设频率与所述电能发射端和电能接收端的系统工作频率一致， 所述调节电流信号为具有恒定频率恒定幅值的交变电流信号。 2.  根据权利要求1所述的电能发射端，其特征在于，所述电流调制电路为 谐振电路，所述谐振电路的谐振频率与所述预设频率一致。 3.  根据权利要求2所述的电能发射端，其特征在于，所述电流调制电路包 括由第一电感和第一电容组成的谐振电路， 所述第一电感的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端； 所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端； 其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致，并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。 4.  根据权利要求2所述的电能发射端，其特征在于，所述电流调制电路包 括第一电感和第一电容组成的谐振电路， 所述第一电容的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端； 所述第一电感的第一端与所述第一电容的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端； 其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致，并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。 5.  根据权利要求3所述的电能发射端，其特征在于，进一步还包括第二电 感，所述第二电感的第一端连接所述第一电感的第二端，第二端连接所述原边 发射线圈的第一端， 其中，所述第二电感的电感值与所述第一电感的电感值相同。 6.  根据权利要求3所述的电能发射端，其特征在于，进一步还包括第二电 容，所述第二电容的第一端连接所述第一电感的第一端，第二端连接所述电压 变换器的负输出端， 其中，所述第二电容的电容值与所述第一电容的电容值相同。 7.  根据权利要求4所述的电能发射端，其特征在于，进一步还包括第三电 容，所述第三电容的第一端连接所述第一电容的第二端，第二端接所述原边发 射线圈的第一端， 其中，所述第三电容的电容值与所述第一电容的电容值相同。 8.  根据权利要求4所述的电能发射端，其特征在于，进一步还包括第三电 感，所述第三电感的第一端连接所述第一电容的第一端，第二端连接所述电压 变换器的负输出端， 其中，所述第三电感的电感值与所述第一电感的电感值相同。 9.  一种无线电能传输装置，包括： 电压变换器，接收电能以输出具有预设频率的高频交流电； 电流调制电路，接收所述高频交流电，以获得调节电流信号； 电能发射部分，包括原边发射线圈，所述原边发射线圈接收所述调节电流信 号； 电能接收部分，包括副边接收线圈，所述副边接收线圈用于接收从电能发射 部分传输的能量； 其中，所述预设频率与所述无线电能传输装置的系统工作频率一致，所述调 节电流信号为具有恒定频率恒定幅值的交变电流信号。 10.  根据权利要求9所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述电流调制 电路为谐振电路，所述谐振电路的谐振频率与所述预设频率一致。 11.  根据权利要求10所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述电流调 制电路包括由第一电感和第一电容组成的谐振电路， 所述第一电感的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端； 所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端； 其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。 12.  根据权利要求10所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述电流调 制电路包括由第一电感和第一电容组成的谐振电路， 所述第一电容的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端； 所述第一电感的第一端与所述第一电容的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端； 其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致，并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。 13.  一种无线电能传输方法，通过相互隔离的电能发射端和电能接收端传输 能量，包括： 接收电能以输出具有预设频率的高频交流电，所述预设频率与所述电能发 射部分和电能接收部分的系统工作频率一致； 接收所述高频交流电，通过对所述高频交流电进行电流调制，以获得具有恒 定频率恒定幅值的调节电流信号； 电能发射端中的原边发射线圈接收所述调节电流信号，并据此向电能接收端 中的副边接收线圈传输能量。 14.  根据权利要求13所述的无线电能传输方法，其特征在于，对所述高频交 流电进行电流调制的具体步骤包括： 利用由电感和电容组成的电流调制电路对所述高频交流电进行调制，其中，所 述电感和电容的谐振频率与所述预设频率一致。

说明书一种电能发射端、无线电能传输装置和无线电能传输方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种电能发射端、无线 电能传输装置和无线电能传输方法。
背景技术
无线电能传输技术由于其方便实用的特点而广泛应用于电子产品领域，目 前，实现无线电能传输的方式主要有磁感应式和磁共振式两种方式，磁感应式 由于受传输距离的限制其应用场合非常有限，磁共振式无线电能传输能够实现 远距离、大功率的电能传输，可以广泛应用于电子终端、电动汽车、水下、地 下等用电设备的充电和供电。
磁共振式无线电能传输装置主要包括发射部分和接收部分，两者通过电磁 共振原理实现能量传输的最大化。如图1所示为磁共振式无线电能传输装置的 电路框图，发射部分包括有原边发射线圈Ls和谐振电容Cs组成的谐振结构， 接收部分包括有副边接收线圈Ld和谐振电容Cd组成的谐振机构。为了保证无 线功率能够有效传输，通常要求原副边的谐振结构的谐振点一致或非常接近， 并记作系统的工作频率。
磁共振无线电能传输系统在原边线圈和副边线圈耦合程度较高时，会出现 频率分叉现象，即系统的最优效率点或最大功率传输点会偏离系统的谐振频率。 为了解决频率分叉现象，现有技术中有两种解决方案：一是采取变频控制，在 原副边线圈耦合变化的情况下，通过改变系统的工作频率来跟踪系统的最优效 率或最大功率点；二是设置系统的阻抗调节网络，通过改变系统参数使得系统 可以仍然工作在谐振频率点。对于变频的控制方案，为了兼容国际的电磁辐射 标准，通常仅限于用于低频(通常在150kHz以内)工作的情况下；对于高频 工作时，通常要求系统工作频率位于ISM频段(6.78MHz)，而ISM频段范围 很窄，不允许调节系统工作频率。
对于阻抗匹配的控制方案，一种是在电路系统中需要有多个反馈环路来调 节匹配电路中的压控电容的电压偏置，从而改变压控电容的容值，调整系统的 谐振参数，从而使得定频工作成为可能，通过实时的反馈系统来调节压控电容 的容值，控制系统非常复杂，而且高压的压控电容造价昂贵。另一种阻抗匹配 方案如图2所示，通过在原副边各增加一个线圈，一个输入线圈，一个输出线 圈(如图2中的Lg或LL所示)，通过手动调整输入线圈和原边线圈的耦合关系， 以及输出线圈和副边线圈的耦合关系来改变系统的阻抗匹配网络，而手动的调 节则明显不适用于原副边相对位置存在变化以及负载变动的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种新的电能发射端、无线电能传输装置和无线 电能传输方法，其通过电流调制电路调节原边线圈的电流信号，使得通过原边 线圈的电流为恒定频率恒定幅值的交变电流信号，这样可保证无论副边与原边 的耦合情况是否良好或副边负载发生变动的情况下，均可保证能量的传输效率 达到最大化。
第一方面，依据本发明的一种电能发射端，用以向与其隔离的电能接收端传 输能量，所述电能发射端包括：
电压变换器，接收电能以输出具有预设频率的高频交流电；
电流调制电路，接收所述高频交流电，以获得调节电流信号；
电能发射部分，包括原边发射线圈，所述原边发射线圈用于接收所述调节电 流信号，以向所述电能接收端传输能量；
其中，所述预设频率与所述电能发射端和电能接收端的系统工作频率一致， 所述调节电流信号为具有恒定频率恒定幅值的交变电流信号。
进一步的，所述电流调制电路为谐振电路，所述谐振电路的谐振频率与所述预 设频率一致。
优选的，所述电流调制电路包括由第一电感和第一电容组成的谐振电路，
所述第一电感的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端；
所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端；
其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致，并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。
优选的，所述电流调制电路包括第一电感和第一电容组成的谐振电路，
所述第一电容的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端；
所述第一电感的第一端与所述第一电容的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端；
其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致，并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。
进一步的，还包括第二电感，所述第二电感的第一端连接所述第一电感的第 二端，第二端连接所述原边发射线圈的第一端，
其中，所述第二电感的电感值与所述第一电感的电感值相同。
进一步的，还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第一电感的第 一端，第二端连接所述电压变换器的负输出端，
其中，所述第二电容的电容值与所述第一电容的电容值相同。
进一步的，还包括第三电容，所述第三电容的第一端连接所述第一电容的第 二端，第二端接所述原边发射线圈的第一端，
其中，所述第三电容的电容值与所述第一电容的电容值相同。
进一步的，还包括第三电感，所述第三电感的第一端连接所述第一电容的第 一端，第二端连接所述电压变换器的负输出端，
其中，所述第三电感的电感值与所述第一电感的电感值相同。
第二方面，依据本发明的一种无线电能传输装置，包括；
电压变换器，接收电能以输出具有预设频率的高频交流电；
电流调制电路，接收所述高频交流电，以获得调节电流信号；
电能发射部分，包括原边发射线圈，所述原边发射线圈接收所述调节电流信 号；
电能接收部分，包括副边接收线圈，所述副边接收线圈用于接收从电能发射 部分传输的能量；
其中，所述预设频率与所述无线电能传输装置的系统工作频率一致，所述调 节电流信号为具有恒定频率恒定幅值的交变电流信号。
进一步的，所述电流调制电路为谐振电路，所述谐振电路的谐振频率与所述 预设频率一致。
优选的，所述电流调制电路包括由第一电感和第一电容组成的谐振电路，
所述第一电感的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端；
所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端；
其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。
优选的，所述电流调制电路包括由第一电感和第一电容组成的谐振电路，
所述第一电容的第一端连接所述电压变换器的正输出端，第二端接至所述原 边发射线圈的第一端；
所述第一电感的第一端与所述第一电容的第二端连接，第二端接所述电压变 换器的负输出端；
其中，所述第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率一致并且，所述 第一电感和第一电容的公共连接点的信号作为所述调节电流信号。
第三方面，依据本发明的一种无线电能传输方法，通过相互隔离的电能发射 端和电能接收端传输能量，包括：
接收电能以输出具有预设频率的高频交流电，所述预设频率与所述电能发 射端和电能接收端的系统工作频率一致；
接收所述高频交流电，通过对所述高频交流电进行电流调制，以获得具有恒 定频率恒定幅值的调节电流信号；
电能发射端中的原边发射线圈接收所述调节电流信号，并据此向电能接收端 中的副边接收线圈传输能量。
进一步的，对所述高频交流电进行电流调制的具体步骤包括：
利用由电感和电容组成的电流调制电路对所述高频交流电进行调制，其中，所 述电感和电容的谐振频率与所述预设频率一致。
通过上述的电能发射端、无线电能传输装置和无线电能传输方法，利用电 流调制电路使得原边线圈的电流为恒定频率恒定幅值的交变电流信号，本发明 的无线电能传输系统具有以下有益效果：
1)在原边线圈的周围空间中产生恒定频率恒定幅值的交变磁场，保证原边 传输至副边的电能不因外界变动因素如原副边线圈的位置变化(即原副边线圈 耦合强度改变)或负载的改变而发生变动。
2)通过产生恒定频率恒定幅度的交变磁场，极大的有利于无线传输装置中 副边接收端部分设计。
3)由于在电能发射端产生恒定的空间磁场，可以实现单个发射线圈对应多 个接收接圈，接收线圈之间相互不干扰，能够实现多路输出的独立控制。
4)本发明使得系统可以工作在固定的频率，省略了频率跟踪的复杂系统。 原边发射系部分不需要采用复杂的反馈机制来改变压控电容的容值，系统结构 得到简化。本发明所使用的系统结构简单，但能较复杂的应用环境，可以应对 原副边线圈耦合的变化，负载的变化等。
附图说明
图1所示为磁共振式无线电能传输装置的电路框图；
图2所示为现有技术中的磁共振式无线电能传输装置的阻抗匹配的一种实 现方式；
图3所示为依据本发明的无线电能传输装置的第一实施例的电路框图；
图4所示为依据本发明的电能发射端的第二种实现方式的电路框图；
图5所示为依据本发明的电能发射端的第三种实现方式的电路框图；
图6所示为依据本发明的电能发射端的第四种实现方式的电路框图；
图7所示为依据本发明的电能发射端的第五种实现方式的电路框图；
图8所示为依据本发明的电能发射端的第六种实现方式的电路框图；
图9所示为依据本发明的无线电能传输方法的实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅 仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、 等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实 施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述 也可以完全理解本发明。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目 的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通 过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或 称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或 者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结 合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存 在中间元件。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说 明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参考图3所示为依据本发明的无线电能传输装置的第一实施例的电路框图； 如图3所示，所述无线电能传输装置包括相互隔离的电能发射端和电能接收端， 在本实施例中，所述电能发射端包括有电压变换器1、电流调制电路2和原边发 射线圈Ls和谐振电容Cs组成电能发射部分3；所述电能接收端包括有副边接收 线圈Ld和谐振电容Cd组成的电能接收部分4和整流电路5。这里，原边谐振电 容Cs和副边谐振电容Cd并不一定是需要的，当对电路参数要求不高或线路寄 生电容较大的情况下，原边谐振电容Cs和副边谐振电容Cd可以不需要。外部 电能通过无线电能传输装置的原边的电能发射端向副边的电能接收端传输，经 整流电路整流处理后供给负载。
其中，所述电压变换器1具体为DC-AC电压变换器，DC-AC电压变换器可 以为现有技术中的或改进的多种实现方式，如多开关管组成的桥式拓扑，半桥、 全桥拓扑等，或者是单开关管组成的拓扑机构，如Class E放大器，ClassΦ放 大器等，所述DC-AC电压变换器接收电能以输出具有预设频率的高频交流电 Vin，所述预设频率与所述无线电能传输装置的系统工作频率ω0一致，即所述预 设频率为ω0，需要明确的是，所述无线电能传输装置的系统工作频率是根据电 路结构和效率要求预先设定的，例如，根据Alliance for Wireless Power(A4WP) 的标准，为满足EMI标准，要求系统工作频率为6.78MHz，而根据无线充电联 盟QI标准，一般要求系统工作频率为110-205kHz，用户可以根据标准的要求 和电路的控制难易自定义系统的工作频率大小。
在本实施例中，所述电流调制电路2接收所述高频交流电Vin，经调制处理 获得具有恒定频率恒定幅值的交变电流信号，记为调节电流信号Ip。这里，所述 电流调制电路为谐振电路，所述谐振电路的谐振频率与所述预设频率一致，也 即是所述谐振电路的谐振频率与无线电能传输装置的系统工作频率一致。在本 实施例中，所述电流调制电路2包括第一电感L1和第一电容C1，所述第一电 感L1的第一端连接所述电压变换器1的正输出端，第二端接至所述原边发射线 圈Ls的第一端；所述第一电容C1的第一端与所述第一电感L1的第二端连接， 第二端接所述电压变换器1的负输出端，其中，所述第一电感L1和第一电容 C1的谐振频率与所述预设频率ω0一致，即有其中，L为第一电感的电 感值，C为第一电容的电容值，所述第一电感L1和第一电容C1的公共连接点的 信号作为所述调节电流信号Ip。
根据上述的电流调制电路具体阐述所述调节电流信号的获得过程：将上述 原边发射线圈Ls、谐振电容Cs以及副边线圈的等效阻抗Zd记为磁共振网络阻 抗Zs，则Zs为：
Z s = j ω 0 L s + Z d + 1 j ω 0 C s - - - ( 1 ) ]]>
其中，Ls为原边发射线圈的电感值，Cs为原边谐振电容的电容值。
根据上述第一电感和第一电容的介绍，定义第一电感L1的阻抗 为：jω0L＝jX，则第一电容C1的阻抗为：-jX，根据第一电感、第一电容和磁共振 网络的电路关系可得原边的总输入阻抗Zin为：
Z in = jX + Z s × ( - jX ) Z s - jX = X 2 Z s - jX - - - ( 2 ) ]]>
设所述高频交流电的幅值为Vin，则根据公式(2)可得电流调制电路输出的调 节电流信号Ip为：
I p = V in Z in - jX Z s - jX = V in jX - - - ( 3 ) ]]>
从公式(3)中可以看出，当第一电感和第一电容的谐振频率与所述预设频率 ω0一致时，所述调节电流信号Ip的幅值由第一电感L1在系统工作频率下的阻 抗和输入电压共同决定，当第一电感L1的阻抗和输入电压确定后，则所述调节电 流信号Ip为恒定频率恒定幅值的交变电流信号，所述恒定频率为与所述预设频 率ω0一致。从图3中可知，所述调节电流信号Ip为所述原边发射线圈的电流信 号，而当原边发射线圈通过恒定频率恒定幅值的交变电流时，将会在原边线圈 的周围空间中产生恒定频率恒定幅值的交变磁场，这样，副边的电能接收端就能 接收到稳定的电能量，不因外界因素如原副边线圈耦合的变化或负载的变化而 变化，确保能量传输效率的最大化。此外，从公式(2)中还可以看出，在本实 施例中，原边的总输入阻抗Zin表现为感性特征，这样有利于实现DC-AC电压 变换器中开关管的软开关启动。
此外，根据上述计算过程可以知道，在本发明中，由于使得原边发射线圈的电 流为恒定频率恒定幅值的交变电流，因此磁共振网络中Ls和Cs的谐振点并不一 定要求等于系统工作频率ω0，这样Cs可以简化为大容量的隔直电容。然而在现 有技术的共振系统中，一般要求磁共振网络的Ls和Cs的谐振点严格等于或非 常接近于系统工作频率，以确保能量的有效传输。这种含电流调制电路的结构 对于无线电能传输系统而言，只要预先设定电流调制网络的L和C的谐振频率 和系统工作频率一致，那么就不需要根据不同的耦合去做相应的变化，降低了 对于系统参数的控制精度要求，总体控制难度和控制成本都将能够降低。
本领域技术人员容易理解，所述电流调制电路中的谐振频率与所述系统工 作频率一致时，电流的恒定效果最好，因此传输效率最高。但根据本发明也可推 知，在电流调制电路中的谐振频率不完全等于工作频率(存在电感或者电容参数 误差)，恒流效果会略有下降，但是并不影响无线充电的高效率。因此通过本发 明可以看出，本发明的无线电能传输系统对参数的误差不敏感，非常有利于批 量生产。
在上一实施例中介绍了无线电能传输装置中的电能发射端的第一种实现方 式，优选地，在另一实施例中，所述电流调制电路2还包括由第一电感L1和第一 电容C1组成的谐振电路，参考图4所示为依据本发明的电能发射端的第二种 实现方式的电路框图，在本实施例中，所述电能发射端的其他部分与上一实施例 的相同，故在图4中省略，同样的，相同部分的电路描述和功能在此不再赘述。在 本实施例中，所述磁共振网络的阻抗记为Zs。
具体地，在本实施例中，所述第一电容C1的第一端连接所述电压变换器的正 输出端，第二端接至所述原边发射线圈的第一端；所述第一电感L1的第一端与 所述第一电容的第二端连接，第二端接所述电压变换器的负输出端；其中，所 述第一电感L1和第一电容C1的谐振频率与所述预设频率ω0一致，所述第一电感 L1和第一电容C1的公共连接点的信号作为所述调节电流信号Ip。
根据上述实施例的计算过程可推知，在本实施例中，所述电能发射端原边的 总输入阻抗Zin为：
Z in = - jX + Z s × jX Z s + jX = X 2 Z s + jX - - - ( 4 ) ]]>
根据公式(4)可得电流调制电路输出的调节电流信号Ip为：
I p = V in Z in jX Z s + jX = - V in jX - - - ( 5 ) ]]>
从公式(5)中看出，本实施例中的原边发射线圈通过恒定频率恒定幅值的交 变电流，因此在原边线圈的周围空间中产生恒定频率恒定幅值的交变磁场，这样， 副边的电能接收端就能接收到稳定的电能量，不因外界因素如原副边线圈耦合 的变化，负载的变化而变化，确保能量传输效率的最大化。
参考图5所示为依据本发明的电能发射端的第三种实现方式的电路框图，在 本实施例中，所述电能发射端的电压变换器、电流调制电路和磁共振网络与图3 中的实施例相同，故在图5中省略，同样的，相同部分的电路描述和功能在此不再 赘述，电路标号在下文中直接引用。在本实施例中，所述磁共振网络的阻抗记为 Zs。
所不同的是，在本实施例中，所述电能发射端进一步还包括第二电感L2，所述 第二电感L2的第一端连接所述第一电感L1的第二端，第二端连接所述原边发 射线圈的第一端，其中，所述第二电感L2的电感值与所述第一电感L1的电感 值相同，则所述第二电感L2的阻抗为jX。
在本实施例中，根据第一电感、第一电容、第二电感和磁共振网络的电路关 系可得原边的总输入阻抗Zin为：
Z in = jX + ( Z s + jX ) × ( - jX ) ( Z S + jX ) - jX = X 2 Z s - - - ( 6 ) ]]>
则根据公式(6)和图5的电路结构关系可得电流调制电路输出的调节电流信 号Ip为：
I p = V in Z in - jX ( Z s + jX ) - jX = V im jX - - - ( 7 ) ]]>
从公式(7)中看出，本实施例中的原边发射线圈同样的是通过恒定频率恒定 幅值的交变电流，因此在原边线圈的周围空间中产生恒定频率恒定幅值的交变 磁场，这样，副边的电能接收端就能接收到稳定的电能量，不因外界因素如原副 边线圈耦合的变化或负载的变化而变化，确保能量传输效率的最大化。
另外，在本实施例中，从公式(6)可以看出，在磁共振网络的阻抗Zs为纯电阻 的情况下，所述电能发射端的原边总输入阻抗Zin亦为纯电阻形式，这样可以减少 系统环流，降低损耗，从而进一步提高整个系统的工作效率。
参考图6所示为依据本发明的电能发射端的第四种实现方式的电路框图，在 本实施例中，所述电能发射端的电压变换器、电流调制电路和磁共振网络与图3 中的实施例相同，故在图6中省略，同样的，相同部分的电路描述和功能在此不再 赘述，电路标号在下文中直接引用。在本实施例中，所述磁共振网络的阻抗记为 Zs。
所不同的是，在本实施例中，所述电能发射端进一步还包括第二电容C2，所 述第二电容C2的第一端连接所述第一电感L1的第一端，第二端连接所述电压 变换器的负输出端，其中，所述第二电容C2的电容值与所述第一电容C1的电 容值相同，则所述第二电容C2的阻抗为-jX。
在本实施例中，根据第一电感、第一电容、第二电容感和磁共振网络的电路 关系可得原边的总输入阻抗Zin为：
Z in = - jX × X 2 Z s - jX - jX + X 2 Z s - jX = X 2 Z s - - - ( 8 ) ]]>
则根据公式(8)和图6的电路结构关系可得电流调制电路输出的调节电流信 号Ip为：
I p = V in Z in × - jX - jX + X 2 Z s - jX × - jX Z s - jX = V in jX - - - ( 9 ) ]]>
从公式(9)中看出，本实施例中的原边发射线圈同样的是通过恒定频率恒定 幅值的交变电流，因此在原边线圈的周围空间中产生恒定频率恒定幅值的交变 磁场，这样，副边的电能接收端就能接收到稳定的电能量，不因外界因素如原副 边线圈耦合的变化，负载的变化而变化，确保能量传输效率的最大化。
同样的，在本实施例中，从公式(8)可以看出，在磁共振网络的阻抗Zs为纯电 阻的情况下，所述电能发射端的原边总输入阻抗Zin亦为纯电阻形式，这样可以减 少系统环流，降低损耗，从而进一步提高整个系统的工作效率。
参考图7所示为依据本发明的电能发射端的第五种实现方式的电路框图，在 本实施例中，所述电能发射端的电压变换器、电流调制电路和磁共振网络与图4 中的实施例相同，故在图7中省略，同样的，相同部分的电路描述和功能在此不再 赘述，电路标号在下文中直接引用。在本实施例中，所述磁共振网络的阻抗记为 Zs。
所不同的是，在本实施例中，所述电能发射端进一步还包括第三电容C3，所 述第三电容C3的第一端连接所述第一电容C1的第二端，第二端接所述原边发 射线圈的第一端，其中，所述第三电容C3的电容值与所述第一电容C1的电容 值相同，则所述第二电容C3的阻抗为-jX。
在本实施例中，根据第一电感、第一电容、第三电容感和磁共振网络的电路 关系可得原边的总输入阻抗Zin为：
Z in = - jX + ( Z s - jX ) × jX ( Z s - jX ) + jX = X 2 Z s - - - ( 10 ) ]]>
则根据公式(10)和图7的电路结构关系可得电流调制电路输出的调节电流 信号Ip为：
I p = V in Z in jX ( Z s - jX ) + jX = - V in jX - - - ( 11 ) ]]>
从公式(11)中看出，本实施例中的原边发射线圈同样的是通过恒定频率恒定 幅值的交变电流，因此在原边线圈的周围空间中产生恒定频率恒定幅值的交变 磁场，这样，副边的电能接收端就能接收到稳定的电能量，不因外界因素如原副 边线圈耦合的变化，负载的变化而变化，确保能量传输效率的最大化。
同样的，在本实施例中，从公式(10)可以看出，在磁共振网络的阻抗Zs为纯电 阻的情况下，所述电能发射端的原边总输入阻抗Zin亦为纯电阻形式，这样可以减 少系统环流，降低损耗，从而进一步提高整个系统的工作效率。
参考图8所示为依据本发明的电能发射端的第六种实现方式的电路框图，在 本实施例中，所述电能发射端的电压变换器、电流调制电路和磁共振网络与图4 中的实施例相同，故在图8中省略，同样的，相同部分的电路描述和功能在此不再 赘述，电路标号在下文中直接引用。在本实施例中，所述磁共振网络的阻抗记为 Zs。
所不同的是，在本实施例中，所述电能发射端进一步还包括第三电感L3，所 述第三电感L3的第一端连接所述第一电容C1的第一端，第二端连接所述电压 变换器的负输出端，其中，所述第三电感L3的电感值与所述第一电感L1的电 感值相同，则所述第三电感L3的阻抗为jX。
在本实施例中，根据第一电感、第一电容、第三电感感和磁共振网络的电路 关系可得原边的总输入阻抗Zin为：
Z in = jX × X 2 Z s + jX jX + X 2 Z s + jX = X 2 Z s - - - ( 12 ) ]]>
则根据公式(12)和图8的电路结构关系可得电流调制电路输出的调节电流 信号Ip为：
I p = V in Z in × jX jX + X 2 Z s + jX × jX Z s + jX = - V in jX - - - ( 13 ) ]]>
从公式(13)中看出，本实施例中的原边发射线圈同样的是通过恒定频率恒定 幅值的交变电流，因此在原边线圈的周围空间中产生恒定频率恒定幅值的交变 磁场，这样，副边的电能接收端就能接收到稳定的电能量，不因外界因素如原副 边线圈耦合的变化，负载的变化而变化，确保能量传输效率的最大化。
同样的，在本实施例中，从公式(13)可以看出，在磁共振网络的阻抗Zs为纯电 阻的情况下，所述电能发射端的原边总输入阻抗Zin亦为纯电阻形式，这样可以减 少系统环流，降低损耗，从而进一步提高整个系统的工作效率。
需要说明的是，在上述各实施例中介绍了无线电能传输装置中的电能发射 端的多种实现方式，但本领域技术人员可知，能够实现上述功能的所述电能发射 端的结构并不限于此，具有相同发明构思，能够实现相同功能的电路均在本发明 的保护范围之内。
上述的各个实施例的电能发射端不限于用于无线电能传输系统中，例如，负 载阻抗Zd可以为纯阻性或含有感性(容性)感抗，也可以是直接连接在原边线 圈的负载，还可以是通过副边线圈耦合，而折射到原边的等效阻抗。
最后，参考图9所示为依据本发明的无线电能传输方法的实施例的流程图， 所述方法通过相互隔离的电能发射端和电能接收端传输能量，如图9所示，所 述方法包括以下步骤：
S901：接收电能以输出具有预设频率的高频交流电，所述预设频率与所述电 能发射部分和电能接收部分的系统工作频率一致；
S902：接收所述高频交流电，通过对所述高频交流电进行电流调制，以获得具 有恒定频率恒定幅值的调节电流信号；
S903：电能发射端中的原边发射线圈接收所述调节电流信号，并据此向电能接 收端中的副边接收线圈传输能量。
进一步的对所述高频交流电进行电流调制的具体步骤包括：利用由电感和电 容组成的电流调制电路对所述高频交流电进行调制，其中，所述电感和电容的谐 振频率与所述预设频率一致。
以上对依据本发明的优选实施例的一种电能发射端、无线电能传输装置和 无线电能传输方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技 术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节， 也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修 改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的 原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本 发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。