專利名稱：無線電能傳輸系統(tǒng)和方法
技術領域：
以下描述涉及一種用于無線發(fā)送電能的設備和方法。
背景技術：
已經(jīng)進行了無線電能發(fā)送的研究以解決各種問題，這些問題包括有限的電池容量、有線電能提供的不便等。

發(fā)明內(nèi)容
在一個總體方面，提供一種無線電能發(fā)送裝置，所述無線電能發(fā)送裝置包括電能充電器，被構造為從供電裝置接收電能；發(fā)送器，包括源諧振器；以及控制器，被構造為控制電能充電器和發(fā)送器之間的電連接，以對源諧振器充電并通過源諧振器與目標諧振器之間的相互諧振將充上的電能發(fā)送到目標諧振器。源諧振器可包括至少ー個電容器和一個電感器。電能充電器可被構造為控制提供給發(fā)送器的電流的量。電能充電器可包括與供電裝置串聯(lián)連接的可變電阻器?？刂破骺杀粯嬙鞛榛谠粗C振器被充上的電能的量來控制電能充電器和發(fā)送器之間的電連接。控制器可被構造為接通將電能充電器和發(fā)送器電連接的開關以對源諧振器充電，并且斷開將電能充電器和發(fā)送器電連接的開關以發(fā)送源諧振器被充上的電能?？刂破骺杀粯嬙鞛榭刂乒╇娧b置和源諧振器之間的電連接，以在源諧振器正在通過相互諧振將電能發(fā)送給目標諧振器的同時防止電流從供電裝置被提供給源諧振器。電能充電器可包括與供電裝置并聯(lián)連接的多個電阻器。控制器可被構造為響應于源諧振器從供電裝置接收到預定量的電能，斷開電能充電器和發(fā)送器之間的電連接。所述無線電能發(fā)送裝置還可包括測量單元和計算器，其中，測量單元被構造為測量施加到源諧振器的電容器的電壓以及施加到源諧振器的電感器的電流，計算器被構造為基于測量的電壓和測量的電流來計算存儲在源諧振器中的能量。所述無線電能發(fā)送裝置還可包括測量單元和檢測器，其中，測量單元被構造為測量施加到源諧振器的電容器的電壓，檢測器被構造為基于測量的電壓來檢測施加到源諧振器的電容器的電壓的包絡。在另一方面，提供ー種無線電能接收裝置，所述無線電能接收裝置包括充電器，包括目標諧振器；電能輸出単元，被構造為將電能傳送給負載；以及控制器，被構造為控制充電器和電能輸出単元之間的電連接，以通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振來對目標諧振器充電并將充上的電能傳遞給負載。目標諧振器可包括至少ー個電容器和ー個電感器。電能輸出單?？蓪⑺鲋辽侃`個電容器和ー個電感器被充上的電能傳遞給負載?？刂破骺杀粯嬙鞛榛谀繕酥C振器被充上的電能的量來控制充電器和電能輸出單元之間的電連接?？刂破骺杀粯嬙鞛樵趯δ繕酥C振器充電時，斷開將充電器和電能輸出単元電連接的開關，并且接通將充電器和電能輸出単元電連接的開關，以將目標諧振器被充上的電能傳遞給負載?？刂破骺杀粯嬙鞛榭刂颇繕酥C振器和負載之間的電連接，以在通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振對目標諧振器充電的同時防止電能從目標諧振器被傳遞給負載。電能輸出単元可包括電容器，以響應于所述電容器被電連接到目標諧振器來改變目標諧振器的諧振頻率。所述無線電能接收裝置還可包括測量單元和計算器，其中，測量單元被構造為測量施加到目標諧振器的電容器的電壓以及施加到目標諧振器的電感器的電流，計算器被構造為基于測量的電壓和測量的電流來計算存儲在目標諧振器中的能量。所述無線電能接收裝置還可包括測量單元和檢測器，其中，測量單元被構造為測量施加到目標諧振器的電容器的電壓，檢測器被構造為基于測量的電壓來檢測施加到目標諧振器的電容器的電壓的包絡。負載可包括電池。在另一方面，提供一種無線電能傳輸系統(tǒng)，所述無線電能傳輸系統(tǒng)包括無線電能發(fā)送裝置和無線電能接收裝置，所述無線電能發(fā)送裝置包括供電裝置；源諧振器；以及第ー控制器，用于控制供電裝置和源諧振器之間的電連接，以對源諧振器充電并發(fā)送充上的電能，所述無線電能接收裝置包括負載；目標諧振器，用于通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振接收從源諧振器發(fā)送的電能；以及第二控制器，用于控制目標諧振器和負載之間的電連接，以將接收的電能傳遞給負載。源諧振器和目標諧振器可均包括至少ー個電容器和一個電感器。在另一方面，提供一種發(fā)送無線電能的方法，所述方法包括通過電流對源諧振器充上由供電裝置提供的電能；控制供電裝置和源諧振器之間的電連接；以及通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振將充上的電能發(fā)送給目標諧振器。源諧振器可包括至少ー個電容器和一個電感器。充電步驟可包括調節(jié)提供給源諧振器的電流的量?？刂撇襟E可包括基于源諧振器被充上的電能的量來控制供電裝置和源諧振器之間的電連接。所述方法還可包括檢測施加到源諧振器的電容器的電壓的包絡。在另一方面，提供一種接收無線電能的方法，所述方法包括通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振，使用源諧振器被充上的電能來對目標諧振器充電；以及將目標諧振器被充上的電能傳遞給負載。
目標諧振器可包括至少ー個電容器和ー個電感器。傳遞步驟可包括將所述至少ー個電容器和一個電感器被充上的電能傳遞給負載。所述方法還可包括基于目標諧振器被充上的電能的量來控制目標諧振器和負載之間的電連接。所述方法還可包括使用被額外地連接到目標諧振器的電容器來改變目標諧振器的諧振頻率。所述方法還可包括檢測施加到目標諧振器的電容器的電壓的包絡。通過下面詳細的描述、附圖和權利要求，其他特點和方面將是明顯的。


圖1是示出近場無線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路的示例的示圖；圖2A和圖2B是示出無線電能發(fā)送裝置的示例的示圖；圖3A和圖3B是示出無線電能接收裝置的示例的示圖；圖4是示出無線電能傳輸系統(tǒng)的示例性的等效電路的示圖；圖5是示出在無線電能發(fā)送裝置中的并聯(lián)對的示例的示圖；圖6是示出施加到無線電能發(fā)送裝置中的源諧振器的電感器的電壓和電流的示例的曲線圖；圖7是示出在無線電能傳輸系統(tǒng)中根據(jù)源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振來傳遞能量的示例的曲線圖；圖8A和圖SB是示出在無線電能發(fā)送裝置中感測電壓和電流并檢測包絡的示例的示圖；圖9是示出發(fā)送無線電能的方法的示例的流程圖；圖10是示出接收無線電能的方法的示例的流程圖；圖11是示出無線電能傳輸系統(tǒng)的示例等效電路的示圖；圖12是示出在無線電能傳輸系統(tǒng)中無線電能的發(fā)送效率的示例的曲線圖。在整個附圖和詳細的描述中，除非另有所述，否則相同的附圖標號將被理解為指示相同的元件、特征和結構。為了清楚、說明和方便，可夸大這些元件的相對大小和描繪。
具體實施例方式提供下面的詳細的描述以幫助讀者獲得對這里描述的方法、設備和/或系統(tǒng)的全面理解。因此，本領域普通技術人員將想到這里描述的方法、設備和/或系統(tǒng)的各種改變、修改和等同物。此外，為了增加的清楚和簡明，可省略對公知功能和構造的描述。無線電能傳輸系統(tǒng)可被應用于使用無線電能傳輸?shù)母鞣N系統(tǒng)。例如，移動電話、無線電視(TV)、平板電腦、傳感器、器械等可使用無線電能傳輸被供電。作為另ー示例，無線電能傳輸系統(tǒng)可被應用于生物醫(yī)療領域，因此，無線電能傳輸系統(tǒng)可被用于將電能遠程地發(fā)送到插入身體內(nèi)的裝置，或者用于將電能無線地發(fā)送到用于測量生物信號(諸如心跳)的繃帶型裝置。作為另ー示例，無線電能傳輸系統(tǒng)可被應用于不包括電源的信息存儲裝置的遠程控制。通信系統(tǒng)可將用于驅動裝置的電能遠程地提供給信息存儲裝置，并用于無線地加載存儲在信息存儲裝置中的信息。這里描述的目標裝置是可無線地接收電能的裝置，例如，終端、智能電話、電視、器械、平板電腦、計算機、傳感器等。這里描述的源裝置是可將電能無線地提供給ー個或多個目標裝置的裝置。圖1示出近場無線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路的示例。在本示例中，電能輸入單元110和電能發(fā)送単元120通過電容器C1和開關單元130在物理上被隔離，接收器140和電能輸出單元150通過電容器C2和開關單元160在物理上被隔離。參照圖1，無線電能傳輸系統(tǒng)對應于源-目標配置，其中，源可將電能無線地發(fā)送到目標。也就是說，無線電能傳輸系統(tǒng)可包括對應于源的無線電能發(fā)送裝置和對應于目標的無線電能接收裝置。在本示例中，無線電能發(fā)送裝置包括電能輸入單元110、電能發(fā)送單元120和開關単元130。電能輸入?yún)g元110可使用供電裝置將能量存儲在電容器C1中。開關單元130可將電容器C1連接到電能輸入單元110，使得能量可被存儲在電容器C1中，并且開關單元130可斷開電容器C1與電能輸入?yún)g元110的連接，使得電容器C1可被連接到電能發(fā)送単元120，從而存儲在電容器C1中的能量被釋放。開關單元130可防止電容器C1同時連接到電能輸入?yún)g元110和電能發(fā)送単元120。電能發(fā)送單元120可將電磁能量傳送給接收器140。例如，電能發(fā)送單元120的發(fā)送線圈L1可通過與接收器140的接收線圈L2的相互諧振來傳送能量。發(fā)送線圈L1和接收線圈L2之間發(fā)生的相互諧振的水平可通過互感M被確定。在本示例中，電能輸入單元110包括輸入電壓VD。、內(nèi)電阻Rin和電容器C1,電能發(fā)送單元120包括反映與電能發(fā)送單元120對應的物理屬性的基本電路元件R1A1和C1，開關単元130包括多個開關。有源裝置可被用作開關以執(zhí)行接通和斷開功能。這里，R表示電阻分量，L表不電感分量，C表不電容分量。與輸入電壓的一部分對應的電容器C1兩端的電壓由Vin表不。無線電能接收裝置包括接收器140、電能輸出単元150和開關單元160。接收器140可從電能發(fā)送單元120接收電磁能量。接收器140可將接收的電磁能量存儲在連接的電容器中。開關單元160可將電容器C2連接到接收器140，使得能量可被存儲在電容器C2中，并且開關單元160可斷開電容器C2與接收器140之間的連接，使得電容器C2可被連接到電能輸出単元150，從而存儲在電容器C2中的能量可被傳遞給負載。開關單元160可防止電容器C2同時連接到接收器140和電能輸出單元150。接收器140的接收線圈L2可通過與電能發(fā)送單元120的發(fā)送線圈L1的相互諧振來接收電能?？墒褂媒邮盏碾娔軐B接到接收線圈L2的電容器C2充電。電能輸出單元150可將在電容器C2中充電的電能傳遞給電池。作為另ー不例，電能輸出單兀150可將電能傳遞給負載或目標裝置，而不是電池。接收器140包括反映與接收器140對應的物理屬性的電路元件R2、L2和C2,電能輸出單元150包括電容器C2和電池，開關單元160包括多個開關。與由接收線圈L2接收的能量的一部分對應的電容器C2兩端的電壓由Vrat表不。如前所述，用于通過在物理上隔離電能輸入單元110和電能發(fā)送單元120以及在物理上隔離接收器140和電能輸出単元150來傳輸電能的諧振器隔離(RI)系統(tǒng)當與使用阻抗匹配的傳統(tǒng)方案相比時可具有改進。例如，由于電能可從直流(DC)源被直接地提供給源諧振器，因此可不需要功率放大器。由于在接收端從存儲在電容器中的電能來捕獲能量，因此可不需要通過整流器進行整流。由于阻抗匹配可能不被使用，因此發(fā)送效率可對于發(fā)送端和接收端之間的距離的變化不敏感。示例性的RI系統(tǒng)可被容易地擴展到使用無線電能并包括多個發(fā)送端和多個接收端的通信系統(tǒng)。圖2A和圖2B示出無線電能發(fā)送裝置的示例。參照圖2A，無線電能發(fā)送裝置包括電能充電器210、控制器220、發(fā)送器230、測量單元240和計算器250。電能充電器210可對源諧振器充上由供電裝置提供的電能。供電裝置可被包括在電能充電器210中，或者可被設置在電能充電器210的外部。電能充電器210可使用從DC供電裝置或交流(AC)供電裝置提供的電能對源諧振器充電。在一些示例中，電能充電器210可使用DC供電裝置更加容易地對源諧振器充上電能。然而，如果AC供電裝置被使用，則電能充電器210可通過添加開關或通過使用AC-DC轉換器將電能轉換為DC電能來經(jīng)過適當?shù)臅r序控制對源諧振器充上電能。源諧振器可包括至少ー個電容器和電感器。在本示例中，電能充電器210可通過電流對電感器充上由供電裝置提供的電能。將被存儲在電感器中的能量的量可由電感來確定。諧振器的品質(Q)值可與電感的大小成比例。例如，隨著電感的增加，存儲在源諧振器中的能量的量可増加，并且源諧振器的Q值也可増加。無線電能發(fā)送裝置可控制將被發(fā)送的電能的量，并通過調節(jié)電感器的電感來控制Q值。電能充電器210可通過調節(jié)由供電裝置提供的電流的量來將電感器被充上的電能的水平進行量化。電感器被充上的電能的量可基于提供給電感器的電流的量被確定。例如，電能充電器210可通過調節(jié)在預定的時間段期間提供的電流的量來改變電感器被充上的電能的水平。經(jīng)過量化的電能的量可用于發(fā)送數(shù)據(jù)。電能充電器210可使用串聯(lián)連接到供電裝置的可變電阻器來調節(jié)由供電裝置提供的電流的量。提供給電感器的電流的大小可基于可變電阻的大小而變化。因此，電能充電器210可使用可變電阻器來改變電感器被充上的電能的水平。不使用串聯(lián)連接的可變電阻器，電能充電器210可使用并聯(lián)連接到供電裝置的多個電阻器以及串聯(lián)連接到所述多個電阻器中的每個電阻器的多個開關，以調節(jié)由供電裝置提供的電流的量。在本示例中，可根據(jù)開關的連接來確定供電裝置和源諧振器之間的電阻器的有效電阻?？苫谟行щ娮鑱泶_定從供電裝置提供給源諧振器的電流的量?？刂破?20可控制電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接。例如，為了控制電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接，控制器220可接通開關和斷開開關。在本示例中，各種類型的電子開關和機械開關可被用作開關。作為另ー示例，控制器220可基于源諧振器被充上的電能的量來控制電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接。例如，如果源諧振器被充上的電能的量具有峰值，則控制器220可斷開電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接。如果在電流從供電裝置被施加到源諧振器的電感器之后經(jīng)過了足夠的時間段，則電感器可達到穩(wěn)定狀態(tài)。在本示例中，控制器220可斷開電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接。作為示例，如果隨著時間的推移流經(jīng)電感器的電流的值具有預定的值，則控制器220可確定電感器達到穩(wěn)定狀態(tài)。測量單元240可測量施加到源諧振器的電容器的電壓和施加到源諧振器的電感器的電流。計算器250可基于測量的電壓和/或測量的電流來計算存儲在源諧振器中的能量?？刂破?20可基于計算的能量來控制電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接。例如，控制器220可接通將電能充電器210和發(fā)送器230電連接的開關，以對源諧振器充電?？刂破?20可斷開將電能充電器210和發(fā)送器230電連接的開關，以發(fā)送對源諧振器充電的電能。在源諧振器正在將電能發(fā)送到目標諧振器的同時，控制器220可斷開供電裝置和源諧振器之間的電連接，以防止電流從供電裝置被提供給源諧振器。當對源諧振器充電時，控制器220可接通將供電裝置和源諧振器進行連接的開關，并且當源諧振器被充上了預定值的電能時，控制器220可斷開將供電裝置和源諧振器進行連接的開關。
如果源諧振器因從供電裝置被提供以足夠量的電能而達到穩(wěn)定狀態(tài)，則控制器220可斷開電能充電器210和發(fā)送器230之間的電連接。這里，電連接被斷開可指的是開關被斷開。發(fā)送器230可通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振將對源諧振器充電的電能發(fā)送到目標諧振器。例如，如果在源諧振器被充上電能之后斷開電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接，則源諧振器可因自身的特性而開始諧振。存儲在源諧振器中的能量可通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振被傳遞到目標諧振器。相互諧振的程度可由互感M確定。將被存儲在電感器中的能量的量可與電感器的容量(S卩，電感)成比例，并且源諧振器的Q值可與電感成比例。因此，無線電能發(fā)送裝置可使用如下的方案，即，通過將電流施加到電感器來對源諧振器充電的方案，從而在增加將從源諧振器被發(fā)送的電能的量的同時保持源諧振器的相對大的Q值。此外，可通過在將電能從源諧振器釋放到目標諧振器的同時斷開開關，來斷開電能充電器210與發(fā)送器230之間的連接，從而防止因開關被閉合而導致的發(fā)送效率的降低。參照圖2B，無線電能發(fā)送裝置可包括檢測器260來替代圖2A的計算器250。在本示例中，檢測器260可基于由測量単元240測量的電壓來檢測施加到源諧振器的電容器的電壓的包絡。例如，檢測器260可通過從施加到源諧振器的電容器的電壓的波形消除諧振頻率分量來檢測所述包絡。檢測器260可基于檢測的包絡來估計源諧振器被充上的能量的水平。如果包絡的幅值小于或等于預定值，則控制器220可斷開開關或接通開關，以控制電能充電器210與發(fā)送器230之間的電連接。圖3A和圖3B示出無線電能接收裝置的示例。參照圖3A，無線電能接收裝置包括充電器310、控制器320、電能輸出單元330、測量單元340和計算器350。充電器310可通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振，來對目標諧振器充上存儲在源諧振器中的能量。目標諧振器被充上的電能可與源諧振器被充上的并通過相互諧振被傳遞的電能對應。目標諧振器可包括至少ー個電容器和一個電感器。充電器310可通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振來對所述至少ー個電容器和一個電感器充電。相互諧振可受源諧振器和目標諧振器之間的互感的影響。也就是說，如果存在相對高的值的互感，則更加可能發(fā)生相互諧振。控制器320可控制充電器310和電能輸出單元330之間的電連接。例如，控制器320可接通開關和斷開開關以控制充電器310和電能輸出単元330之間的電連接。控制器320可基于目標諧振器被充上的電能的量來控制充電器310和電能輸出單元330之間的電連接。在通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振對目標諧振器充電的同時，控制器320可斷開目標諧振器和負載之間的電連接，以防止電能從目標諧振器被傳遞給負載。例如，在對目標諧振器充電的同時，控制器320可通過斷開將充電器310與電能輸出單元330電連接的開關來將目標諧振器和負載在物理上隔離。為了將目標諧振器被充上的電能傳遞給負載，控制器320可接通將充電器310與電能輸出單元330電連接的開關。控制器320可控制對目標諧振器的充電。在本示例中，可通過目標諧振器的電容器和電感器來確定目標諧振器的諧振頻率?？刂破?20可通過將電容器額外地連接到目標諧振器來改變目標諧振器的諧振頻率。響應于目標諧振器的諧振頻率被改變，源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振可停止或可減小。響應于相互諧振的停止，充電器310可停止對目標諧振器充電。如果目標諧振器被充上的電能的量大于或等于預定值，則控制器320可通過將附加電容器連接到目標諧振器以改變諧振頻率來停止對目標諧振器充電。例如，預定值可與將被存儲在目標諧振器中的能量的峰值對應。可基于負載的充電容量來確定預定值。電能輸出単元330可將目標諧振器被充上的電能傳遞給負載。作為示例，負載可以是使用電能的裝置(可以是消耗電能的目標裝置)，或者可以是存儲電能的裝置(例如，電池)。如果目標諧振器被充上的電能的量大于或等于預定值，并且目標諧振器和負載被電連接，則目標諧振器被充上的電能可被傳遞給負載。在本示例中，如前所述，目標諧振器可連同負載被額外地連接到電容器。因此，如果電能開始被傳遞給負載并且目標諧振器的諧振頻率改變，則目標諧振器可停止被充電，并且充上的電能不會通過相互諧振被重新發(fā)送到源諧振器。電能輸出単元330可根據(jù)負載的充電需求將目標諧振器被充上的電能傳遞給負載。例如，負載的充電需求可與額定電壓和額定電流對應。測量單元340可測量施加到目標諧振器的電容器的電壓和施加到目標諧振器的電感器的電流。計算器350可基于測量的電壓和測量的電流來計算存儲在目標諧振器中的能量。例如，控制器320可基于存儲在目標諧振器中的能量來控制充電器310與電能輸出単元330之間的電連接。例如，如果存儲在目標諧振器中的能量具有小于或等于預定值的值，則控制器320可斷開開關，使得充電器310和電能輸出單元330不被電連接。參照圖3B，無線電能接收裝置包括檢測器360來替代圖3A的計算器350。在本示例中，檢測器360可基于由測量單元340測量的電壓來檢測施加到目標諧振器的電容器的電壓的包絡。例如，檢測器360可通過從施加到目標諧振器的電容器的電壓的波形消除諧振頻率分量來檢測所述包絡。檢測器360可基于檢測的包絡來估計目標諧振器被充上的能量的水平。如果包絡具有峰值，則控制器320可接通開關以將充電器310和電能輸出單元330進行電連接。如果包絡的幅值小于或等于預定值，則控制器320可斷開開關以防止充電器310和電能輸出單元330被電連接。
圖4示出無線電能傳輸系統(tǒng)的等效電路的示例。參照圖4，無線電能發(fā)送裝置包括電能充電器410、控制器420和發(fā)送器430。電能充電器410包括供電裝置Vin和電阻器Rin。源諧振器包括電容器C1和電感器U。發(fā)送器430可通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振來發(fā)送存儲在源諧振器中的能量。例如，控制器420可接通開關以將電能從電能充電器410提供給源諧振器。供電裝置Vin可將電壓施加到電容器C1，并可將電流施加到電感器L1。響應于無線電能發(fā)送裝置達到穩(wěn)定狀態(tài)，施加到電容器C1的電壓可變?yōu)椤?”，并且流經(jīng)電感器L1的電流可具有值Vin/Rin。在穩(wěn)定狀態(tài)，電感器L1可通過施加的電流被充電。響應于存儲在源諧振器中的電能在穩(wěn)定狀態(tài)達到預定值，控制器420可通過斷開開關將電能充電器410和發(fā)送器430隔離。源諧振器可在電容器C1和電感器L1之間發(fā)起自諧振，并且存儲在源諧振器中的能量可通過互感M 470被傳遞給目標諧振器。在本示例中，如等式I所示，源諧振器的諧振頻率も可等于目標諧振器的諧振頻率f2。
fi=^r庇’ /2=孓^^等式(1)fj = f2無線電能接收裝置包括充電器440、控制器450和電能輸出単元460。目標諧振器包括電容器C2和電感器l2。在源諧振器和目標諧振器之間發(fā)生相互諧振時，源諧振器可與供電裝置Vin隔離，并且目標諧振器可與負載和電容器4隔離?？赏ㄟ^相互諧振對目標諧振器的電容器C2和電感器L2充電。例如，控制器450可斷開開關以對目標諧振器充電。當開關被斷開時，源諧振器的諧振頻率可等于目標諧振器的諧振頻率，并且可發(fā)生相互諧振。響應于在目標諧振器中充電的電能達到預定值，控制器450可接通開關?？稍诳刂破?50中設置預定值的信息。如果開關被接通，則電容器Q可被連接到目標諧振器，并且目標諧振器的諧振頻率可如等式2所示改變。れ—2ち]Lz(C2+Cl)等式(2)因此，源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振可被終止。當f2'與f2相比足夠小時，考慮到目標諧振器的品質(Q)因數(shù)，相互諧振通道可停止存在。電能輸出単元460可將存儲在電容器C2和電感器L2中的電能傳遞給負載。電能輸出單兀460可按照適合于負載的方案傳遞電能。如果在目標諧振器中充電的電能具有小于預定值的值，則控制器450可斷開開關。充電器440可通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振來對目標諧振器充電。圖5示出無線電能發(fā)送裝置中的并聯(lián)對的示例。參照圖5，并聯(lián)對被設置在供電裝置Vin和電容器C1 (或電感器L1)之間。在本示例中，“對”包括電阻器和開關?！皩Α北舜瞬⒙?lián)連接的布置被稱為并聯(lián)對。對I包括電阻器Rin,-11和開關SR513。對2包括電阻器Rin,2521和開關SW2523。對n包括電阻器Rin,n531和開關SWn533?？梢罁?jù)開關SW1S13、開關SW2523和開關SWn533中的哪個開關被接通來確定供電裝置Vin和電容器C1 (或電感器L1)之間的電阻?？梢罁?jù)確定的電阻來確定施加到電感器L1的電流的量。因此，可通過控制開關SW-13、開關SW2523和開關SWn533的接通和斷開來調節(jié)施加到電感器L1的電流的量。可通過各個開關的獨立操作來調節(jié)輸入到源諧振器的電流的量。例如，如果與 {I,…，n}對應的開關被接通，則可如下面的等式來估算輸入到源諧振器的電流is的量。
權利要求
1.一種無線電能發(fā)送裝置，所述無線電能發(fā)送裝置包括 電能充電器，被構造為從供電裝置接收電能； 發(fā)送器，包括源諧振器；以及 控制器，被構造為控制電能充電器和發(fā)送器之間的電連接，以對源諧振器充電并通過源諧振器與目標諧振器之間的相互諧振將充上的電能發(fā)送到目標諧振器。
2.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，源諧振器包括至少一個電容器和一個電感器。
3.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，電能充電器被構造為控制提供給發(fā)送器的電流的量。
4.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，電能充電器包括與供電裝置串聯(lián)連接的可變電阻器。
5.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，控制器被構造為基于源諧振器被充上的電能的量來控制電能充電器和發(fā)送器之間的電連接。
6.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，控制器被構造為 接通將電能充電器和發(fā)送器電連接的開關，以對源諧振器充電，以及 斷開將電能充電器和發(fā)送器電連接的開關，以發(fā)送源諧振器被充上的電能。
7.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，控制器被構造為控制供電裝置和源諧振器之間的電連接，以在源諧振器正在通過相互諧振將電能發(fā)送給目標諧振器的同時防止電流從供電裝置被提供給源諧振器。
8.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，電能充電器包括與供電裝置并聯(lián)連接的多個電阻器。
9.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，其中，控制器被構造為響應于源諧振器從供電裝置接收到預定量的電能，斷開電能充電器和發(fā)送器之間的電連接。
10.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，還包括 測量單元，被構造為測量施加到源諧振器的電容器的電壓以及施加到源諧振器的電感器的電流；以及 計算器，被構造為基于測量的電壓和測量的電流來計算存儲在源諧振器中的能量。
11.如權利要求1所述的無線電能發(fā)送裝置，還包括 測量單元，被構造為測量施加到源諧振器的電容器的電壓；以及 檢測器，被構造為基于測量的電壓來檢測施加到源諧振器的電容器的電壓的包絡。
12.一種無線電能接收裝置，所述無線電能接收裝置包括 充電器，包括目標諧振器； 電能輸出單元，被構造為將電能傳送給負載；以及 控制器，被構造為控制充電器和電能輸出單元之間的電連接，以通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振來對目標諧振器充電，并將充上的電能傳遞給負載。
13.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，其中，目標諧振器包括至少一個電容器和一個電感器。
14.如權利要求13所述的無線電能接收裝置，其中，電能輸出單元將所述至少一個電容器和一個電感器被充上的電能傳遞給負載。
15.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，其中，控制器被構造為基于目標諧振器被充上的電能的量來控制充電器和電能輸出單元之間的電連接。
16.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，其中，控制器被構造為 在對目標諧振器充電時，斷開將充電器和電能輸出單元電連接的開關，以及 接通將充電器和電能輸出單元電連接的開關，以將目標諧振器被充上的電能傳遞給負載。
17.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，其中，控制器被構造為控制目標諧振器和負載之間的電連接，以在通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振對目標諧振器充電的同時防止電能從目標諧振器被傳遞給負載。
18.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，其中，電能輸出單元包括電容器，以響應于所述電容器被電連接到目標諧振器來改變目標諧振器的諧振頻率。
19.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，還包括 測量單元，被構造為測量施加到目標諧振器的電容器的電壓以及施加到目標諧振器的電感器的電流；以及 計算器，被構造為基于測量的電壓和測量的電流來計算存儲在目標諧振器中的能量。
20.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，還包括 測量單元，被構造為測量施加到目標諧振器的電容器的電壓；以及 檢測器，被構造為基于測量的電壓來檢測施加到目標諧振器的電容器的電壓的包絡。
21.如權利要求12所述的無線電能接收裝置，其中，負載包括電池。
22.—種無線電能傳輸系統(tǒng),所述無線電能傳輸系統(tǒng)包括 無線電能發(fā)送裝置，包括供電裝置；源諧振器；以及第一控制器，用于控制供電裝置和源諧振器之間的電連接，以對源諧振器充電并發(fā)送充上的電能；以及 無線電能接收裝置，包括負載；目標諧振器，用于通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振接收從源諧振器發(fā)送的電能；以及第二控制器，用于控制目標諧振器和負載之間的電連接，以將接收的電能傳遞給負載。
23.如權利要求22所述的無線電能傳輸系統(tǒng)，其中，源諧振器和目標諧振器均包括至少一個電容器和一個電感器。
24.一種發(fā)送無線電能的方法，所述方法包括 通過電流對源諧振器充上由供電裝置提供的電能； 控制供電裝置和源諧振器之間的電連接；以及 通過目標諧振器與源諧振器之間的相互諧振將充上的電能發(fā)送給目標諧振器。
25.如權利要求24所述的方法，其中，源諧振器包括至少一個電容器和一個電感器。
26.如權利要求24所述的方法，其中，充電步驟包括調節(jié)提供給源諧振器的電流的量。
27.如權利要求24所述的方法，其中，控制步驟包括基于源諧振器被充上的電能的量來控制供電裝置和源諧振器之間的電連接。
28.如權利要求24所述的方法，所述方法還包括檢測施加到源諧振器的電容器的電壓的包絡。
29.一種接收無線電能的方法，所述方法包括通過源諧振器和目標諧振器之間的相互諧振，使用源諧振器被充上的電能來對目標諧振器充電；以及 將目標諧振器被充上的電能傳遞給負載。
30.如權利要求29所述的方法，其中，目標諧振器包括至少一個電容器和一個電感器。
31.如權利要求30所述的方法，其中，傳遞步驟包括將所述至少一個電容器和一個電感器被充上的電能傳遞給負載。
32.如權利要求29所述的方法，所述方法還包括 基于目標諧振器被充上的電能的量來控制目標諧振器和負載之間的電連接。
33.如權利要求29所述的方法，所述方法還包括 使用被額外地連接到目標諧振器的電容器來改變目標諧振器的諧振頻率。
34.如權利要求29所述的方法，所述方法還包括 檢測施加到目標諧振器的電容器的電壓的包絡。
全文摘要
提供一種無線電能傳輸系統(tǒng)和方法。提供一種用于無線地發(fā)送電能的裝置和方法，無線電能發(fā)送裝置可控制電能充電器和發(fā)送器之間的電連接，以對源諧振器充電，并通過源諧振器與目標諧振器之間的相互諧振將充上的電能發(fā)送到目標諧振器。
文檔編號H02J17/00GK103023158SQ201210352318
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權日2011年9月21日
發(fā)明者金尚駿, 權義根 申請人:三星電子株式會社