無線能量發(fā)送設(shè)備和方法以及無線能量接收設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來無線地發(fā)送能量的無線能量發(fā)送設(shè)備。所述設(shè)備在掃描時間段對在源諧振器中存儲的能量進(jìn)行掃描，基于被掃描的能量計算在源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的失諧時間間隔期間在源諧振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量，基于在源諧振器中存儲的能量以及計算出的總能量，估算在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量。
【專利說明】無線能量發(fā)送設(shè)備和方法以及無線能量接收設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 以下描述涉及一種用于無線地發(fā)送能量的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 各種類型的移動裝置（例如，智能電話、平板計算機(jī)和膝上型計算機(jī)）的數(shù)量已越 來越多。此外，隨著近場通信（例如，無線局域網(wǎng)（WLAN)和藍(lán)牙）的發(fā)展，用于執(zhí)行并操作 多個移動裝置中的單個應(yīng)用以及在同一用戶或多個用戶的移動裝置之間交換信息的系統(tǒng) 的數(shù)量越來越多。大部分系統(tǒng)包括移動裝置。由于移動裝置目前面臨電池的充電容量的局 限，因此電池需要比之前更加頻繁地充電。作為解決該問題的方案之一，無線功率傳輸最近 已受到更多的關(guān)注。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 技術(shù)方案
[0004] 在一個總體方面，一種用于通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來無線地發(fā)送 能量的無線能量發(fā)送設(shè)備，所述設(shè)備包括：掃描單元，被配置為在掃描時間段對在源諧振 器中存儲的能量進(jìn)行掃描；感應(yīng)能量估算單元，被配置為基于由掃描單元掃描的能量在源 諧振器和目標(biāo)諧振器之間的失諧時間間隔期間計算在源諧振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總 能量，基于在源諧振器中存儲的能量以及計算出的總能量來估算在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能 量。
[0005] 源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振可以是源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
[0006] 掃描時間段可相應(yīng)于樣本的數(shù)量和樣本長度。
[0007] 感應(yīng)能量估算單元可包括：發(fā)送端能量計算單元，被配置為基于被掃描的能量針 對每個樣本計算每個樣本單位時間的在源諧振器中存儲的能量；總能量計算單元，被配置 為在失諧時間間隔中計算針對每個樣本計算的多個能量之中的最大能量，并將最大能量確 定為在預(yù)定時間在源諧振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量；接收端能量估算單元，針對每 個樣本將具有在由總能量計算單元計算的總能量和由發(fā)送端能量計算單元計算的在源諧 振器中存儲的能量之間的最大差的能量估算為在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量。
[0008] 所述設(shè)備還可包括控制單元，所述控制單元被配置為基于由接收端能量估算單元 針對每個樣本估算的感應(yīng)能量的分布，確定目標(biāo)諧振器是否存在并且是否從源諧振器接收 到能量。
[0009] 控制單元還可被配置為基于由接收端能量估算單元針對每個樣本估算的感應(yīng)能 量的分布，確定被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率的第一接收端開關(guān)是否是起作用的。
[0010] 控制單元還可被配置為基于由接收端能量估算單元針對每個樣本估算的感應(yīng)能 量，控制第一發(fā)送端開關(guān)的操作以將源諧振器連接到被配置為向源諧振器供應(yīng)能量的電 源。
[0011] 控制單元可包括：測量單元，被配置為當(dāng)?shù)谝唤邮斩碎_關(guān)被確定為是起作用的時， 測量由接收端能量估算單元針對每個樣本估算的最大感應(yīng)能量保持的時間間隔；第一確定 單元，被配置為基于在最大感應(yīng)能量保持的時間間隔中的最后一個樣本以及樣本長度，確 定第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間；第二確定單元，被配置為將第一發(fā)送端開關(guān)的操作周期確 定為具有與第一接收端開關(guān)的操作周期相同的值。
[0012] 控制單元還可被配置為：在由第一確定單元確定的第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間之 前控制第一發(fā)送端開關(guān)將源諧振器連接到電源；在第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第一發(fā) 送端開關(guān)將源諧振器與電源斷開連接。
[0013] 控制單元可包括第一確定單元，被配置為當(dāng)?shù)谝唤邮斩碎_關(guān)被確定為是不起作用 的時，將第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間確定為任意樣本開始時間，將第一發(fā)送端開關(guān)的操作 周期確定為預(yù)定操作周期。
[0014] 控制單元還可包括：第二確定單元，被配置為將由掃描單元掃描的能量為最小的 時間確定為被配置為改變源諧振器的諧振頻率的第二發(fā)送端開關(guān)的操作時間。
[0015] 第二確定單元還可被配置為當(dāng)存在被掃描的能量為最小的多個時間時，將被掃描 的能量為最小的最早時間確定為第二發(fā)送端開關(guān)的操作時間。
[0016] 控制單元還可被配置為：在由第一確定單元確定的第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間之 前控制第一發(fā)送端開關(guān)將源諧振器連接到電源；在第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第一發(fā) 送端開關(guān)將源諧振器與電源斷開連接；在第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第二發(fā)送端開關(guān) 將源諧振器與被配置為改變源諧振器的諧振頻率的阻抗斷開連接；在由第二確定單元確定 的第二發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第二發(fā)送端開關(guān)將源諧振器連接到被配置為改變源諧 振器的諧振頻率的阻抗。
[0017] 通過將被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率的第一接收端開關(guān)的操作周期與樣 本單位時間的整數(shù)倍相加而獲得的值可被確定為樣本長度；通過將第一接收端開關(guān)的操作 周期除以樣本單位時間的整數(shù)倍而獲得的值可被確定為樣本的數(shù)量。
[0018] 在另一總體方面，一種包括源諧振器的無線能量發(fā)送設(shè)備，其中，源諧振器被配置 為通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來將能量無線地發(fā)送到目標(biāo)諧振器和從目標(biāo)諧 振器無線地接收能量，所述設(shè)備包括：掃描單元，被配置為在掃描時間段對在源諧振器中存 儲的能量進(jìn)行掃描；控制單元，被配置為在被掃描的能量達(dá)到預(yù)定參考值的時間，改變源諧 振器的諧振頻率。
[0019] 源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振可以是源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
[0020] 掃描時間段可相應(yīng)于樣本的數(shù)量；掃描單元還可被配置為針對每個樣本對在源諧 振器中存儲的能量進(jìn)行掃描；控制單元還可被配置為在針對每個樣本掃描的能量達(dá)到預(yù)定 參考值的時間，改變源諧振器的諧振頻率。
[0021] 控制單元還可被配置為當(dāng)在一個樣本中被掃描的能量在多個時間達(dá)到預(yù)定參考 值時，在被掃描的能量達(dá)到預(yù)定參考值的最早時間，改變源諧振器的諧振頻率。
[0022] 在另一總體方面，一種無線能量接收設(shè)備，包括：接收單元，被配置為通過源諧振 器和目標(biāo)諧振器之間的諧振從源諧振器接收無線能量；控制單元，被配置為基于接收單元 是否接收到無線能量來確定源諧振器是否存在，通過確定在負(fù)載中存儲的能量是否小于預(yù) 定閾值來控制第一接收端開關(guān)和第二接收端開關(guān)的操作。
[0023] 源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振可以是源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
[0024] 當(dāng)在負(fù)載中存儲的能量大于預(yù)定閾值時，控制單元還可被配置為：在失諧時間間 隔期間，控制第一接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器連接到被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率的 阻抗，并控制第二接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器連接到負(fù)載；在諧振時間間隔期間，控制第一接 收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器與被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率的阻抗斷開連接，并控制第 二接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器與負(fù)載斷開連接。
[0025] 當(dāng)在負(fù)載中存儲的能量小于或等于預(yù)定閾值時，控制單元還可被配置為控制第一 接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器與被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率的阻抗斷開連接，并控制 第二接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器連接到負(fù)載。
[0026] 在另一總體方面，一種用于通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來無線地發(fā)送 能量的無線能量發(fā)送方法，所述方法包括：在掃描時間段對在源諧振器中存儲的能量進(jìn)行 掃描；基于被掃描的能量，在源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的失諧時間間隔期間計算在源諧 振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量；基于在源諧振器中存儲的能量以及計算出的總能量， 估算在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量。
[0027] 源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振可以是源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
[0028] 掃描時間段可相應(yīng)于樣本的數(shù)量和樣本長度。
[0029] 估算能量的步驟可包括：基于被掃描的能量，針對每個樣本計算每個樣本單位時 間的在源諧振器中存儲的能量；在失諧時間間隔中計算針對樣本計算的多個能量之中的最 大能量；將最大能量確定為在預(yù)定時間在源諧振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量；針對每 個樣本將具有在計算出的總能量和在源諧振器中存儲的能量之間的最大差的能量估算為 在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量。
[0030] 在另一總體方面，一種用于通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來無線發(fā)送能 量的無線能量發(fā)送設(shè)備，所述設(shè)備包括：感應(yīng)能量估算單元，被配置為在源諧振器和目標(biāo)諧 振器之間的諧振期間估算在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量；控制單元，被配置為基于估算出的 在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量將發(fā)送端開關(guān)的操作與接收端開關(guān)的操作同步，其中，發(fā)送端 開關(guān)被配置為將源諧振器連接到被配置為向源諧振器供電的電源，接收端開關(guān)被配置為將 目標(biāo)諧振器連接到負(fù)載。
[0031] 源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振可以是源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
[0032] 控制單元還可被配置為：確定估算出的在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量為最大的時間 間隔；基于在確定所述時間間隔的開始時間到所述時間間隔的結(jié)束之間所經(jīng)過的時間來確 定發(fā)送端開關(guān)的操作時間；將發(fā)送端開關(guān)的操作周期的長度確定為等于接收端開關(guān)的操作 周期的長度。
[0033] 控制單元還可被配置為基于估算出的在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量，將發(fā)送端開關(guān) 的操作與接收端開關(guān)的操作同步，其中，接收端開關(guān)被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率。 [0034] 從以下的【具體實施方式】、附圖和權(quán)利要求，其它特征和方面將是明顯的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035] 圖1是示出無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的等效電路的示例的示圖，其中，通過電容 器和開關(guān)將功率輸入單元和功率發(fā)送單元物理地分離，通過電容器和開關(guān)將接收單元和功 率輸出單元物理地分離。
[0036] 圖2是示出無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的等效電路的示例的示圖，其中，通過電容 器和開關(guān)將功率充入單元和發(fā)送單元物理地分離，通過開關(guān)將充電單元和功率輸出單元物 理地分離。
[0037] 圖3是示出無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的等效電路的另一示例的示圖。
[0038] 圖4是示出無線能量發(fā)送設(shè)備的示例的框圖。
[0039] 圖5是示出無線能量接收設(shè)備的示例的框圖。
[0040] 圖6是示出在無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端測量的能量的示例的 曲線圖。
[0041] 圖7是示出當(dāng)在無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的接收端發(fā)生失諧時在所述接收端中 存儲的能量的示例的曲線圖。
[0042] 圖8a和圖8b是示出在無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的接收端中存儲的能量在互諧振 期間達(dá)到最大的時間以及在相應(yīng)時間在發(fā)送端存儲的能量的示例的曲線圖。
[0043] 圖9是示出在無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端中存儲的的總能量的 示例的曲線圖。
[0044] 圖10a和圖10b是示出在無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端中通過所述 接收端的開關(guān)的操作而存儲的能量的示例的曲線圖。
[0045] 圖11是示出在從發(fā)送端發(fā)送的能量的樣本持續(xù)時間中在無線能量發(fā)送和接收系 統(tǒng)的接收端中存儲的能量的示例的曲線圖。
[0046] 圖12至圖14是示出在任意樣本的持續(xù)時間中在無線能量發(fā)送設(shè)備估算的在無線 能量接收設(shè)備中感應(yīng)的能量的示例的曲線圖。
[0047] 圖15是示出每個樣本的在無線能量發(fā)送設(shè)備估算的在無線能量接收設(shè)備中感應(yīng) 的能量的示例的曲線圖。
[0048] 圖16是示出當(dāng)無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的接收端的開關(guān)不起作用時在無線能量 接收設(shè)備中感應(yīng)的能量的示例的曲線圖。
[0049] 圖17是示出當(dāng)由于無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的接收端不存在而使得互諧振無法 發(fā)生時在無線能量接收設(shè)備中感應(yīng)的能量的示例的曲線圖。
[0050] 圖18是示出當(dāng)由于無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的發(fā)送端的開關(guān)被接通而使得失諧 發(fā)生時在所述發(fā)送端的能量的改變的示例的曲線圖。
[0051] 圖19是示出當(dāng)由于發(fā)送端的開關(guān)被接通而使得失諧發(fā)生時在無線能量發(fā)送和接 收系統(tǒng)的接收端的能量的改變的示例的曲線圖。
[0052] 圖20是示出無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的等效電路的另一示例的示圖。
[0053] 圖21是示出無線能量發(fā)送方法的示例的流程圖。
[0054] 圖22是示出無線能量接收方法的示例的流程圖。
【具體實施方式】
[0055] 提供以下詳細(xì)的描述以幫助讀者獲得對這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面 理解。然而，這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種改變、修改和等價物對于本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來說將是明顯的。這里描述的操作的順序僅是示例，并且不限于這里闡述的操 作的順序，但是除了必須以特定順序發(fā)生的操作之外，操作的順序可隨著對于本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來說將是明顯的順序而改變。此外，為了更加清楚和簡潔，可省略對于本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說是公知的功能和結(jié)構(gòu)的描述。
[0056] 在整個附圖和詳細(xì)描述中，相同的標(biāo)號表示相同的元件。附圖可不按比例，為了清 楚、說明和簡潔，可夸大附圖中的元件的相對尺寸、比例和描述。
[0057] 在以下描述中，表述"接通開關(guān)"表示閉合開關(guān)以將第一元件連接到第二元件，表 述"關(guān)斷開關(guān)"表示斷開開關(guān)以第一元件與第二元件斷開接連。因此，開關(guān)在閉合時被接通， 在打開時被斷開。此外，當(dāng)開關(guān)被描述為"起作用的（active)"，這指示開關(guān)被接通或閉合， 當(dāng)開關(guān)被描述為"不起作用的（inactive) "，這指示開關(guān)被斷開或打開。
[0058] 近場無線功率發(fā)送和接收是當(dāng)在功率的發(fā)送和接收中使用的發(fā)送線圈和接收線 圈之間的距離比在工作頻率的波長短得足夠多時發(fā)生的無線功率發(fā)送和接收。利用諧振特 性的無線功率發(fā)送和接收系統(tǒng)包括用于供電的源和用于接收功率的目標(biāo)。
[0059] 無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)可被用于遠(yuǎn)程控制不具有電源的信息存儲設(shè)備。無線能 量發(fā)送和接收系統(tǒng)可被應(yīng)用于用于無線加載存儲在信息存儲設(shè)備中的信息以及遠(yuǎn)程供電 以操作信息存儲設(shè)備的系統(tǒng)。
[0060] 無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)存儲來自用于信號產(chǎn)生的源諧振器中的電源的能量，通 過斷開將電源電連接到源諧振器的開關(guān)來感應(yīng)源諧振器的自諧振。當(dāng)具有與源諧振器相同 諧振頻率的目標(biāo)諧振器存在于能夠與能夠自諧振的源諧振器互諧振的足夠短的距離時，源 諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振將發(fā)生。
[0061] 源諧振器可對應(yīng)于用于從電源接收能量的諧振器，目標(biāo)諧振器可對應(yīng)于用于通過 互諧振從源諧振器接收能量的諧振器。
[0062] 圖1是示出無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的等效電路的示例的示圖，其中，通過電容 器和開關(guān)將功率輸入單元和功率發(fā)送單元物理地分離，通過電容器和開關(guān)將接收單元和功 率輸出單元物理地分離。參照圖1，無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)具有包括源和目標(biāo)的源-目標(biāo) 結(jié)構(gòu)。無線能量發(fā)送接收系統(tǒng)包括與源相應(yīng)的無線能量發(fā)送設(shè)備和與目標(biāo)相應(yīng)的無線能量 接收設(shè)備。無線能量對應(yīng)于通過對預(yù)定時間段的無線功率的量求積分而獲得的值，因此，無 線能量發(fā)送和接收相應(yīng)于無線功率發(fā)送和接收。
[0063] 無線能量發(fā)送設(shè)備包括功率輸入單元110、功率發(fā)送單元120和開關(guān)單元130。利 用電源，功率輸入單元110將能量存儲在電容器Ci中。開關(guān)單元130將電容器Ci連接到功 率輸入單元110,同時能量被存儲在電容器Ci中，開關(guān)單元130將電容器Ci連接到功率發(fā) 送單元120,同時存儲在電容器Q中的能量被釋放。開關(guān)單元130防止電容器Q同時連接 到功率輸入單元110和功率發(fā)送單元120。
[0064] 功率發(fā)送單元120通過互諧振將電磁能量發(fā)送到接收單元140。也就是說，功率發(fā) 送單元120的發(fā)送線圈U通過互諧振將功率量發(fā)送到接收單元140的接收線圈L 2。發(fā)送 線圈U和接收線圈L2之間的互諧振的程度受發(fā)送線圈U和接收線圈L2之間的互感Μ的影 響。
[0065] 功率發(fā)送單元120針對每個符號（symbol)對存儲在電容器q中的能量進(jìn)行量化 并發(fā)送。也就是說，功率發(fā)送單元120發(fā)送具有針對每個符號發(fā)送的不同量的能量的信息。 如這里所使用的，符號表示在源和目標(biāo)之間發(fā)送的一個比特的信息。也就是說，符號相應(yīng)于 通過開關(guān)單元130的操作將能量充入電容器Q中并釋放一次的時間段。
[0066] 功率輸入單兀110被建模為輸入電壓VDC；、內(nèi)電阻器Rin和電容器Q，功率發(fā)送單兀 120被建模為構(gòu)造源諧振器的基本電路裝置札山和Q，開關(guān)單元130被建模為至少一個開 關(guān)。開關(guān)可包括例如執(zhí)行開和關(guān)功能的無源器件。&相應(yīng)于源諧振器的電阻器分量，1^相 應(yīng)于源諧振器的電感器分量，Ci相應(yīng)于源諧振器的電容器分量。施加到電容器Q的電壓被 表不為v in。
[0067] 無線能量接收設(shè)備包括接收單元140、功率輸出單元150和開關(guān)單元160。接收單 元140從功率發(fā)送單元120接收電磁能量。接收單元140將接收到的電磁能量存儲到電容 器C 2中。開關(guān)單元160將電容器(：2連接到接收單元140,同時能量被存儲在電容器C2中， 開關(guān)單元160將電容器(： 2連接到功率輸出單元150,同時存儲在電容器C2中的能量被發(fā)送 到負(fù)載。負(fù)載包括例如電池。開關(guān)單元160防止電容器C 2同時連接到接收單元140和功 率輸出單元150。
[0068] 也就是說，接收單元140的接收線圈L2通過功率發(fā)送單元120的發(fā)送線圈Q和接 收線圈L 2之間的互諧振從發(fā)送線圈U接收功率量。連接到接收線圈L2的電容器C2被充入 接收到的功率量。功率輸出單元150將在電容器C 2中充入的功率量發(fā)送到電池?？蛇x地， 功率輸出單元150可將功率量發(fā)送到需要負(fù)載或功率的目標(biāo)裝置，而不發(fā)送到電池。
[0069] 接收單元140針對每個符號從功率發(fā)送單元120接收能量，基于接收到的能量對 從源發(fā)送的信息進(jìn)行解調(diào)。
[0070] 接收單元140被建模為構(gòu)造目標(biāo)諧振器的基本電路裝置R2、LdPC2，功率輸出單元 150被建模為電容器C 2和電池，開關(guān)單兀160被建模為至少一個開關(guān)。施加到電容器C2的 電壓被表不為V。#
[0071] 功率輸入單元110與功率發(fā)送單元120物理地分離且接收單元140與功率輸出單 元150物理地分離的無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)被稱為諧振器隔離（RI)系統(tǒng)，與利用阻抗匹 配的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點。首先，由于功率直接從直流（DC)電源供應(yīng)到源諧振器， 因此可不需要功率放大器。第二，從接收器的電容器C 2中充入的功率獲得能量，因此可不需 要通過整流器進(jìn)行整流。第三，由于不需要阻抗匹配，因此能量傳輸效率不受發(fā)送器和接收 器之間的距離的改變的影響。此外，可容易地實現(xiàn)從包括單個發(fā)送器和單個接收器的無線 能量發(fā)送和接收系統(tǒng)到包括多個發(fā)送器和多個接收器的無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的擴(kuò)展。
[0072] 圖2是示出無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)的等效電路的示例的示圖，其中，通過開關(guān) 將功率充入單元和發(fā)送單元物理地分離，通過開關(guān)將充電單元和功率輸出單元物理地分 離。參照圖2,無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)具有包括源和目標(biāo)的源-目標(biāo)結(jié)構(gòu)。也就是說，無 線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)包括與源相應(yīng)的無線能量發(fā)送設(shè)備和與目標(biāo)相應(yīng)的無線能量接收 設(shè)備。
[0073] 無線能量發(fā)送和接收系統(tǒng)包括功率充入單元210、控制單元220和發(fā)送單元230。 功率充入單元210包括電源V in和電阻器Rin。作為發(fā)送單元230操作的源諧振器包括電容 器Q和電感器U。發(fā)送單元230通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振來將存儲在源 諧振器中的能量發(fā)送到目標(biāo)諧振器?？刂茊卧?20接通開關(guān)以將功率從功率充入單元210 提供到源諧振器。電壓從電源V in被施加到電容器(^，電流被施加到電感U。當(dāng)源諧振器由 于從電源Vin施加的電壓而達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，施加到電容器(^電壓為"0"，通過電感器U流過的 電流具有V in/Rin的值。在穩(wěn)態(tài)下，電感器Q通過施加的電流被充入電能。
[0074] 當(dāng)在穩(wěn)態(tài)下源諧振器中充入的功率達(dá)到預(yù)定值時，控制單元220斷開開關(guān)。關(guān)于 預(yù)定值的信息可被控制單元220設(shè)置。當(dāng)控制單元220斷開開關(guān)時，功率充入單元210和 發(fā)送單元230分離。當(dāng)功率充入單元210和發(fā)送單元230分離時，在源諧振器的電容器q 和電感器1^之間發(fā)生自諧振。由于源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互感Μ 270,存儲在源諧 振器中的能量通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的互諧振被發(fā)送到目標(biāo)諧振器。源諧振器的 諧振頻率 fl和目標(biāo)諧振器的諧振頻率f2分別通過以下等式1和等式2來表示，并如以下等 式3表示而彼此相等。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來無線地發(fā)送能量的無線能量發(fā) 送設(shè)備，所述設(shè)備包括： 掃描單元，被配置為在掃描時間段對在源諧振器中存儲的能量進(jìn)行掃描； 感應(yīng)能量估算單元，被配置為基于由掃描單元掃描的能量在源諧振器和目標(biāo)諧振器之 間的失諧時間間隔期間計算在源諧振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量，基于在源諧振器中 存儲的能量以及計算出的總能量，估算在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量。
2. 如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其中，源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振是源諧振器和目 標(biāo)諧振器之間的互諧振。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，掃描時間段對應(yīng)于樣本的數(shù)量和樣本長度。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，感應(yīng)能量估算單元包括： 發(fā)送端能量計算單元，被配置為基于被掃描的能量針對每個樣本計算每個樣本單位時 間的在源諧振器中存儲的能量； 總能量計算單元，被配置為在失諧時間間隔中計算針對各個樣本計算的多個能量之中 的最大能量，并將最大能量確定為在預(yù)定時間在源諧振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量； 接收端能量估算單元，被配置為針對每個樣本將具有在由總能量計算單元計算的總能 量與由發(fā)送端能量計算單元計算的源諧振器中存儲的能量之間的最大差的能量估算為在 目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，還包括控制單元，被配置為基于由接收端能量估算單元 針對每個樣本估算的感應(yīng)能量的分布，確定目標(biāo)諧振器是否存在并且是否從源諧振器接收 到能量。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，控制單元還被配置為基于由接收端能量估算單元 針對每個樣本估算的感應(yīng)能量的分布，確定被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率的第一接 收端開關(guān)是否是起作用的。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，控制單元還被配置為基于由接收端能量估算單元 針對每個樣本估算的感應(yīng)能量，控制第一發(fā)送端開關(guān)的操作以將源諧振器連接到被配置為 向源諧振器供應(yīng)能量的電源。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，控制單元包括： 測量單元，被配置為當(dāng)?shù)谝唤邮斩碎_關(guān)被確定為是起作用的時，測量由接收端能量估 算單元針對每個樣本估算的最大感應(yīng)能量保持的時間間隔； 第一確定單元，被配置為基于在最大感應(yīng)能量保持的時間間隔中的最后一個樣本以及 樣本長度，確定第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間； 第二確定單元，被配置為將第一發(fā)送端開關(guān)的操作周期確定為具有與第一接收端開關(guān) 的操作周期相同的值。
9. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，控制單元還被配置為： 在由第一確定單元確定的第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間之前控制第一發(fā)送端開關(guān)將源 諧振器連接到電源； 在第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第一發(fā)送端開關(guān)將源諧振器與電源斷開連接。
10. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，控制單元包括第一確定單元，被配置為當(dāng)?shù)谝唤?收端開關(guān)被確定為是不起作用的時，將第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間確定為任意樣本開始時 間，將第一發(fā)送端開關(guān)的操作周期確定為預(yù)定操作周期。
11. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，控制單元還包括：第二確定單元，被配置為將由 掃描單元掃描的能量為最小的時間確定為被配置為改變源諧振器的諧振頻率的第二發(fā)送 端開關(guān)的操作時間。
12. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，第二確定單元還被配置為當(dāng)存在被掃描的能量 為最小的多個時間時，將被掃描的能量為最小的最早時間確定為第二發(fā)送端開關(guān)的操作時 間。
13. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，控制單元還被配置為： 在由第一確定單元確定的第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間之前控制第一發(fā)送端開關(guān)將源 諧振器連接到電源； 在第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第一發(fā)送端開關(guān)將源諧振器與電源斷開連接； 在第一發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第二發(fā)送端開關(guān)將源諧振器與被配置為改變源諧 振器的諧振頻率的阻抗斷開連接； 在由第二確定單元確定的第二發(fā)送端開關(guān)的操作時間控制第二發(fā)送端開關(guān)將源諧振 器連接到被配置為改變源諧振器的諧振頻率的阻抗。
14. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，通過將被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率的第 一接收端開關(guān)的操作周期與樣本單位時間的整數(shù)倍相加而獲得的值被確定為樣本長度； 通過將第一接收端開關(guān)的操作周期除以樣本單位時間的整數(shù)倍而獲得的值被確定為 樣本的數(shù)量。
15. -種包括源諧振器的無線能量發(fā)送設(shè)備，其中，源諧振器被配置為通過源諧振器和 目標(biāo)諧振器之間的諧振來將能量無線地發(fā)送到目標(biāo)諧振器和從目標(biāo)諧振器無線地接收能 量，所述設(shè)備包括： 掃描單元，被配置為在掃描時間段對在源諧振器中存儲的能量進(jìn)行掃描； 控制單元，被配置為在被掃描的能量達(dá)到預(yù)定參考值的時間，改變源諧振器的諧振頻 率。
16. 如權(quán)利要求15所述設(shè)備，其中，源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振是源諧振器和 目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
17. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，掃描時間段相應(yīng)于樣本的數(shù)量； 掃描單元還被配置為針對每個樣本對在源諧振器中存儲的能量進(jìn)行掃描； 控制單元還被配置為在針對每個樣本掃描的能量達(dá)到預(yù)定參考值的時間，改變源諧振 器的諧振頻率。
18. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，控制單元還被配置為當(dāng)在一個樣本中被掃描的 能量在多個時間達(dá)到預(yù)定參考值時，在被掃描的能量達(dá)到預(yù)定參考值的最早時間，改變源 諧振器的諧振頻率。
19. 一種無線能量接收設(shè)備，包括： 接收單元，被配置為通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振從源諧振器接收無線能 量； 控制單元，被配置為基于接收單元是否接收到無線能量來確定源諧振器是否存在，通 過確定在負(fù)載中存儲的能量是否小于預(yù)定閾值來控制第一接收端開關(guān)和第二接收端開關(guān) 的操作。
20. 如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振是源諧振器 和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
21. 如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，當(dāng)在負(fù)載中存儲的能量大于預(yù)定閾值時，控制單 元還被配置為： 在失諧時間間隔期間，控制第一接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器連接到被配置為改變目標(biāo)諧 振器的諧振頻率的阻抗，并控制第二接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器連接到負(fù)載； 在諧振時間間隔期間，控制第一接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器與被配置為改變目標(biāo)諧振器 的諧振頻率的阻抗斷開連接，并控制第二接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器與負(fù)載斷開連接。
22. 如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，當(dāng)在負(fù)載中存儲的能量小于或等于預(yù)定閾值時， 控制單元還被配置為控制第一接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器與被配置為改變目標(biāo)諧振器的諧 振頻率的阻抗斷開連接，并控制第二接收端開關(guān)將目標(biāo)諧振器連接到負(fù)載。
23. -種用于通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來無線地發(fā)送能量的無線能量發(fā) 送方法，所述方法包括： 在掃描時間段對在源諧振器中存儲的能量進(jìn)行掃描； 基于被掃描的能量，在源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的失諧時間間隔期間計算在源諧振 器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量； 基于在源諧振器中存儲的能量以及計算出的總能量，估算在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能 量。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振是源諧振器 和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，掃描時間段相應(yīng)于樣本的數(shù)量和樣本長度。
26. 如權(quán)利要求25的述的方法，其中，估算能量的步驟包括： 基于被掃描的能量，針對每個樣本計算每個樣本單位時間的在源諧振器中存儲的能 量； 在失諧時間間隔中計算針對樣本計算的能量之中的最大能量； 將最大能量確定為在預(yù)定時間在源諧振器和目標(biāo)諧振器中存儲的總能量； 針對每個樣本將具有在計算出的總能量和在源諧振器中存儲的能量之間的最大差的 能量估算為在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量。
27. -種用于通過源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振來無線發(fā)送能量的無線能量發(fā)送 設(shè)備，所述設(shè)備包括： 感應(yīng)能量估算單元，被配置為在源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振期間估算在目標(biāo)諧 振器中感應(yīng)的能量； 控制單元，被配置為基于估算出的在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量，將發(fā)送端開關(guān)的操作 與接收端開關(guān)的操作同步，其中，發(fā)送端開關(guān)被配置為將源諧振器連接到被配置為向源諧 振器供電的電源，接收端開關(guān)被配置為將目標(biāo)諧振器連接到負(fù)載。
28. 如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中，源諧振器和目標(biāo)諧振器之間的諧振是源諧振器 和目標(biāo)諧振器之間的互諧振。
29. 如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中，控制單元還被配置為： 確定估算出的在目標(biāo)諧振器中感應(yīng)的能量為最大的時間間隔； 基于在確定所述時間間隔的開始時間和所述時間間隔的結(jié)束之間所經(jīng)過的時間，確定 發(fā)送端開關(guān)的操作時間； 將發(fā)送端開關(guān)的操作周期的長度確定為等于接收端開關(guān)的操作周期的長度。
30.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中，控制單元還被配置為基于估算出的在目標(biāo)諧振 器中感應(yīng)的能量，將發(fā)送端開關(guān)的操作與接收端開關(guān)的操作同步，其中，接收端開關(guān)被配置 為改變目標(biāo)諧振器的諧振頻率。
【文檔編號】H02J17/00GK104247209SQ201380020730
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月19日
【發(fā)明者】尹勝槿, 權(quán)義根, 金尚駿 申請人:三星電子株式會社