无线能量发送设备和方法以及无线能量接收设备 |
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| 申请号 | CN201380020730.1 | 申请日 | 2013-04-11 | 公开(公告)号 | CN104247209B | 公开(公告)日 | 2017-07-14 |
| 申请人 | 三星电子株式会社; | 发明人 | 尹胜槿; 权义根; 金尚骏; | ||||
| 摘要 | 一种通过源 谐振器 和目标谐振器之间的谐振来无线地发送 能量 的无线能量发送设备。所述设备在扫描时间段对在源谐振器中存储的能量进行扫描，基于被扫描的能量计算在源谐振器和目标谐振器之间的失谐时间间隔期间在源谐振器和目标谐振器中存储的总能量，基于在源谐振器中存储的能量以及计算出的总能量，估算在目标谐振器中感应的能量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于通过源谐振器和目标谐振器之间的谐振来无线地发送能量的无线能量发送设备，所述设备包括： |
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| 说明书全文 | 无线能量发送设备和方法以及无线能量接收设备技术领域[0001] 以下描述涉及一种用于无线地发送能量的设备和方法。 背景技术[0002] 各种类型的移动装置(例如，智能电话、平板计算机和膝上型计算机)的数量已越来越多。此外，随着近场通信(例如，无线局域网(WLAN)和蓝牙)的发展，用于执行并操作多个移动装置中的单个应用以及在同一用户或多个用户的移动装置之间交换信息的系统的数量越来越多。大部分系统包括移动装置。由于移动装置目前面临电池的充电容量的局限，因此电池需要比之前更加频繁地充电。作为解决该问题的方案之一，无线功率传输最近已受到更多的关注。发明内容 [0003] 技术方案 [0004] 在一个总体方面，一种用于通过源谐振器和目标谐振器之间的谐振来无线地发送能量的无线能量发送设备，所述设备包括：扫描单元，被配置为在扫描时间段对在源谐振器中存储的能量进行扫描；感应能量估算单元，被配置为基于由扫描单元扫描的能量在源谐振器和目标谐振器之间的失谐时间间隔期间计算在源谐振器和目标谐振器中存储的总能量，基于在源谐振器中存储的能量以及计算出的总能量来估算在目标谐振器中感应的能量。 [0005] 源谐振器和目标谐振器之间的谐振可以是源谐振器和目标谐振器之间的互谐振。 [0006] 扫描时间段可相应于样本的数量和样本长度。 [0007] 感应能量估算单元可包括：发送端能量计算单元，被配置为基于被扫描的能量针对每个样本计算每个样本单位时间的在源谐振器中存储的能量；总能量计算单元，被配置为在失谐时间间隔中计算针对每个样本计算的多个能量之中的最大能量，并将最大能量确定为在预定时间在源谐振器和目标谐振器中存储的总能量；接收端能量估算单元，针对每个样本将具有在由总能量计算单元计算的总能量和由发送端能量计算单元计算的在源谐振器中存储的能量之间的最大差的能量估算为在目标谐振器中感应的能量。 [0008] 所述设备还可包括控制单元，所述控制单元被配置为基于由接收端能量估算单元针对每个样本估算的感应能量的分布，确定目标谐振器是否存在并且是否从源谐振器接收到能量。 [0010] 控制单元还可被配置为基于由接收端能量估算单元针对每个样本估算的感应能量，控制第一发送端开关的操作以将源谐振器连接到被配置为向源谐振器供应能量的电源。 [0011] 控制单元可包括：测量单元，被配置为当第一接收端开关被确定为是起作用的时，测量由接收端能量估算单元针对每个样本估算的最大感应能量保持的时间间隔；第一确定单元，被配置为基于在最大感应能量保持的时间间隔中的最后一个样本以及样本长度，确定第一发送端开关的操作时间；第二确定单元，被配置为将第一发送端开关的操作周期确定为具有与第一接收端开关的操作周期相同的值。 [0012] 控制单元还可被配置为：在由第一确定单元确定的第一发送端开关的操作时间之前控制第一发送端开关将源谐振器连接到电源；在第一发送端开关的操作时间控制第一发送端开关将源谐振器与电源断开连接。 [0013] 控制单元可包括第一确定单元，被配置为当第一接收端开关被确定为是不起作用的时，将第一发送端开关的操作时间确定为任意样本开始时间，将第一发送端开关的操作周期确定为预定操作周期。 [0014] 控制单元还可包括：第二确定单元，被配置为将由扫描单元扫描的能量为最小的时间确定为被配置为改变源谐振器的谐振频率的第二发送端开关的操作时间。 [0015] 第二确定单元还可被配置为当存在被扫描的能量为最小的多个时间时，将被扫描的能量为最小的最早时间确定为第二发送端开关的操作时间。 [0016] 控制单元还可被配置为：在由第一确定单元确定的第一发送端开关的操作时间之前控制第一发送端开关将源谐振器连接到电源；在第一发送端开关的操作时间控制第一发送端开关将源谐振器与电源断开连接；在第一发送端开关的操作时间控制第二发送端开关将源谐振器与被配置为改变源谐振器的谐振频率的阻抗断开连接；在由第二确定单元确定的第二发送端开关的操作时间控制第二发送端开关将源谐振器连接到被配置为改变源谐振器的谐振频率的阻抗。 [0017] 通过将被配置为改变目标谐振器的谐振频率的第一接收端开关的操作周期与样本单位时间的整数倍相加而获得的值可被确定为样本长度；通过将第一接收端开关的操作周期除以样本单位时间的整数倍而获得的值可被确定为样本的数量。 [0018] 在另一总体方面，一种包括源谐振器的无线能量发送设备，其中，源谐振器被配置为通过源谐振器和目标谐振器之间的谐振来将能量无线地发送到目标谐振器和从目标谐振器无线地接收能量，所述设备包括：扫描单元，被配置为在扫描时间段对在源谐振器中存储的能量进行扫描；控制单元，被配置为在被扫描的能量达到预定参考值的时间，改变源谐振器的谐振频率。 [0019] 源谐振器和目标谐振器之间的谐振可以是源谐振器和目标谐振器之间的互谐振。 [0020] 扫描时间段可相应于样本的数量；扫描单元还可被配置为针对每个样本对在源谐振器中存储的能量进行扫描；控制单元还可被配置为在针对每个样本扫描的能量达到预定参考值的时间，改变源谐振器的谐振频率。 [0021] 控制单元还可被配置为当在一个样本中被扫描的能量在多个时间达到预定参考值时，在被扫描的能量达到预定参考值的最早时间，改变源谐振器的谐振频率。 [0022] 在另一总体方面，一种无线能量接收设备，包括：接收单元，被配置为通过源谐振器和目标谐振器之间的谐振从源谐振器接收无线能量；控制单元，被配置为基于接收单元是否接收到无线能量来确定源谐振器是否存在，通过确定在负载中存储的能量是否小于预定阈值来控制第一接收端开关和第二接收端开关的操作。 [0023] 源谐振器和目标谐振器之间的谐振可以是源谐振器和目标谐振器之间的互谐振。 [0024] 当在负载中存储的能量大于预定阈值时，控制单元还可被配置为：在失谐时间间隔期间，控制第一接收端开关将目标谐振器连接到被配置为改变目标谐振器的谐振频率的阻抗，并控制第二接收端开关将目标谐振器连接到负载；在谐振时间间隔期间，控制第一接收端开关将目标谐振器与被配置为改变目标谐振器的谐振频率的阻抗断开连接，并控制第二接收端开关将目标谐振器与负载断开连接。 [0025] 当在负载中存储的能量小于或等于预定阈值时，控制单元还可被配置为控制第一接收端开关将目标谐振器与被配置为改变目标谐振器的谐振频率的阻抗断开连接，并控制第二接收端开关将目标谐振器连接到负载。 [0026] 在另一总体方面，一种用于通过源谐振器和目标谐振器之间的谐振来无线地发送能量的无线能量发送方法，所述方法包括：在扫描时间段对在源谐振器中存储的能量进行扫描；基于被扫描的能量，在源谐振器和目标谐振器之间的失谐时间间隔期间计算在源谐振器和目标谐振器中存储的总能量；基于在源谐振器中存储的能量以及计算出的总能量，估算在目标谐振器中感应的能量。 [0027] 源谐振器和目标谐振器之间的谐振可以是源谐振器和目标谐振器之间的互谐振。 [0028] 扫描时间段可相应于样本的数量和样本长度。 [0029] 估算能量的步骤可包括：基于被扫描的能量，针对每个样本计算每个样本单位时间的在源谐振器中存储的能量；在失谐时间间隔中计算针对样本计算的多个能量之中的最大能量；将最大能量确定为在预定时间在源谐振器和目标谐振器中存储的总能量；针对每个样本将具有在计算出的总能量和在源谐振器中存储的能量之间的最大差的能量估算为在目标谐振器中感应的能量。 [0030] 在另一总体方面，一种用于通过源谐振器和目标谐振器之间的谐振来无线发送能量的无线能量发送设备，所述设备包括：感应能量估算单元，被配置为在源谐振器和目标谐振器之间的谐振期间估算在目标谐振器中感应的能量；控制单元，被配置为基于估算出的在目标谐振器中感应的能量将发送端开关的操作与接收端开关的操作同步，其中，发送端开关被配置为将源谐振器连接到被配置为向源谐振器供电的电源，接收端开关被配置为将目标谐振器连接到负载。 [0031] 源谐振器和目标谐振器之间的谐振可以是源谐振器和目标谐振器之间的互谐振。 [0032] 控制单元还可被配置为：确定估算出的在目标谐振器中感应的能量为最大的时间间隔；基于在确定所述时间间隔的开始时间到所述时间间隔的结束之间所经过的时间来确定发送端开关的操作时间；将发送端开关的操作周期的长度确定为等于接收端开关的操作周期的长度。 [0033] 控制单元还可被配置为基于估算出的在目标谐振器中感应的能量，将发送端开关的操作与接收端开关的操作同步，其中，接收端开关被配置为改变目标谐振器的谐振频率。 附图说明[0035] 图1是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的示例的示图，其中，通过电容器和开关将功率输入单元和功率发送单元物理地分离，通过电容器和开关将接收单元和功率输出单元物理地分离。 [0036] 图2是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的示例的示图，其中，通过电容器和开关将功率充入单元和发送单元物理地分离，通过开关将充电单元和功率输出单元物理地分离。 [0037] 图3是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的另一示例的示图。 [0038] 图4是示出无线能量发送设备的示例的框图。 [0039] 图5是示出无线能量接收设备的示例的框图。 [0040] 图6是示出在无线能量发送和接收系统的发送端和接收端测量的能量的示例的曲线图。 [0041] 图7是示出当在无线能量发送和接收系统的接收端发生失谐时在所述接收端中存储的能量的示例的曲线图。 [0042] 图8A和图8B是示出在无线能量发送和接收系统的接收端中存储的能量在互谐振期间达到最大的时间以及在相应时间在发送端存储的能量的示例的曲线图。 [0043] 图9是示出在无线能量发送和接收系统的发送端和接收端中存储的的总能量的示例的曲线图。 [0044] 图10A和图10B是示出在无线能量发送和接收系统的发送端和接收端中通过所述接收端的开关的操作而存储的能量的示例的曲线图。 [0045] 图11是示出在从发送端发送的能量的样本持续时间中在无线能量发送和接收系统的接收端中存储的能量的示例的曲线图。 [0046] 图12至图14是示出在任意样本的持续时间中在无线能量发送设备估算的在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0047] 图15是示出每个样本的在无线能量发送设备估算的在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0048] 图16是示出当无线能量发送和接收系统的接收端的开关不起作用时在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0049] 图17是示出当由于无线能量发送和接收系统的接收端不存在而使得互谐振无法发生时在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0050] 图18是示出当由于无线能量发送和接收系统的发送端的开关被接通而使得失谐发生时在所述发送端的能量的改变的示例的曲线图。 [0051] 图19是示出当由于发送端的开关被接通而使得失谐发生时在无线能量发送和接收系统的接收端的能量的改变的示例的曲线图。 [0052] 图20是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的另一示例的示图。 [0053] 图21是示出无线能量发送方法的示例的流程图。 [0054] 图22是示出无线能量接收方法的示例的流程图。 具体实施方式[0055] 提供以下详细的描述以帮助读者获得对这里描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等价物对于本领域的普通技术人员来说将是明显的。这里描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于这里阐述的操作的顺序，但是除了必须以特定顺序发生的操作之外，操作的顺序可随着对于本领域的普通技术人员来说将是明显的顺序而改变。此外，为了更加清楚和简洁，可省略对于本领域的普通技术人员来说是公知的功能和结构的描述。 [0056] 在整个附图和详细描述中，相同的标号表示相同的元件。附图可不按比例，为了清楚、说明和简洁，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描述。 [0057] 在以下描述中，表述“接通开关”表示闭合开关以将第一元件连接到第二元件，表述“关断开关”表示断开开关以第一元件与第二元件断开接连。因此，开关在闭合时被接通，在打开时被断开。此外，当开关被描述为“起作用的(active)”，这指示开关被接通或闭合，当开关被描述为“不起作用的(inactive)”，这指示开关被断开或打开。 [0058] 近场无线功率发送和接收是当在功率的发送和接收中使用的发送线圈和接收线圈之间的距离比在工作频率的波长短得足够多时发生的无线功率发送和接收。利用谐振特性的无线功率发送和接收系统包括用于供电的源和用于接收功率的目标。 [0059] 无线能量发送和接收系统可被用于远程控制不具有电源的信息存储设备。无线能量发送和接收系统可被应用于用于无线加载存储在信息存储设备中的信息以及远程供电以操作信息存储设备的系统。 [0060] 无线能量发送和接收系统存储来自用于信号产生的源谐振器中的电源的能量，通过断开将电源电连接到源谐振器的开关来感应源谐振器的自谐振。当具有与源谐振器相同谐振频率的目标谐振器存在于能够与能够自谐振的源谐振器互谐振的足够短的距离时，源谐振器和目标谐振器之间的互谐振将发生。 [0061] 源谐振器可对应于用于从电源接收能量的谐振器，目标谐振器可对应于用于通过互谐振从源谐振器接收能量的谐振器。 [0062] 图1是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的示例的示图，其中，通过电容器和开关将功率输入单元和功率发送单元物理地分离，通过电容器和开关将接收单元和功率输出单元物理地分离。参照图1，无线能量发送和接收系统具有包括源和目标的源-目标结构。无线能量发送接收系统包括与源相应的无线能量发送设备和与目标相应的无线能量接收设备。无线能量对应于通过对预定时间段的无线功率的量求积分而获得的值，因此，无线能量发送和接收相应于无线功率发送和接收。 [0063] 无线能量发送设备包括功率输入单元110、功率发送单元120和开关单元130。利用电源，功率输入单元110将能量存储在电容器C1中。开关单元130将电容器C1连接到功率输入单元110，同时能量被存储在电容器C1中，开关单元130将电容器C1连接到功率发送单元120，同时存储在电容器C1中的能量被释放。开关单元130防止电容器C1同时连接到功率输入单元110和功率发送单元120。 [0064] 功率发送单元120通过互谐振将电磁能量发送到接收单元140。也就是说，功率发送单元120的发送线圈L1通过互谐振将功率量发送到接收单元140的接收线圈L2。发送线圈L1和接收线圈L2之间的互谐振的程度受发送线圈L1和接收线圈L2之间的互感M的影响。 [0065] 功率发送单元120针对每个符号(symbol)对存储在电容器C1中的能量进行量化并发送。也就是说，功率发送单元120发送具有针对每个符号发送的不同量的能量的信息。如这里所使用的，符号表示在源和目标之间发送的一个比特的信息。也就是说，符号相应于通过开关单元130的操作将能量充入电容器C1中并释放一次的时间段。 [0066] 功率输入单元110被建模为输入电压VDC、内电阻器Rin和电容器C1，功率发送单元120被建模为构造源谐振器的基本电路装置R1、L1和C1，开关单元130被建模为至少一个开关。开关可包括例如执行开和关功能的无源器件。R1相应于源谐振器的电阻器分量，L1相应于源谐振器的电感器分量，C1相应于源谐振器的电容器分量。施加到电容器C1的电压被表示为Vin。 [0067] 无线能量接收设备包括接收单元140、功率输出单元150和开关单元160。接收单元140从功率发送单元120接收电磁能量。接收单元140将接收到的电磁能量存储到电容器C2中。开关单元160将电容器C2连接到接收单元140，同时能量被存储在电容器C2中，开关单元 160将电容器C2连接到功率输出单元150，同时存储在电容器C2中的能量被发送到负载。负载包括例如电池。开关单元160防止电容器C2同时连接到接收单元140和功率输出单元150。 [0068] 也就是说，接收单元140的接收线圈L2通过功率发送单元120的发送线圈L1和接收线圈L2之间的互谐振从发送线圈L1接收功率量。连接到接收线圈L2的电容器C2被充入接收到的功率量。功率输出单元150将在电容器C2中充入的功率量发送到电池。可选地，功率输出单元150可将功率量发送到需要负载或功率的目标装置，而不发送到电池。 [0069] 接收单元140针对每个符号从功率发送单元120接收能量，基于接收到的能量对从源发送的信息进行解调。 [0070] 接收单元140被建模为构造目标谐振器的基本电路装置R2、L2和C2，功率输出单元150被建模为电容器C2和电池，开关单元160被建模为至少一个开关。施加到电容器C2的电压被表示为Vout。 [0071] 功率输入单元110与功率发送单元120物理地分离且接收单元140与功率输出单元150物理地分离的无线能量发送和接收系统被称为谐振器隔离(RI)系统，与利用阻抗匹配的传统系统相比具有许多优点。首先，由于功率直接从直流(DC)电源供应到源谐振器，因此可不需要功率放大器。第二，从接收器的电容器C2中充入的功率获得能量，因此可不需要通过整流器进行整流。第三，由于不需要阻抗匹配，因此能量传输效率不受发送器和接收器之间的距离的改变的影响。此外，可容易地实现从包括单个发送器和单个接收器的无线能量发送和接收系统到包括多个发送器和多个接收器的无线能量发送和接收系统的扩展。 [0072] 图2是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的示例的示图，其中，通过开关将功率充入单元和发送单元物理地分离，通过开关将充电单元和功率输出单元物理地分离。参照图2，无线能量发送和接收系统具有包括源和目标的源-目标结构。也就是说，无线能量发送和接收系统包括与源相应的无线能量发送设备和与目标相应的无线能量接收设备。 [0073] 无线能量发送和接收系统包括功率充入单元210、控制单元220和发送单元230。功率充入单元210包括电源Vin和电阻器Rin。作为发送单元230操作的源谐振器包括电容器C1和电感器L1。发送单元230通过源谐振器和目标谐振器之间的互谐振来将存储在源谐振器中的能量发送到目标谐振器。控制单元220接通开关以将功率从功率充入单元210提供到源谐振器。电压从电源Vin被施加到电容器C1，电流被施加到电感L1。当源谐振器由于从电源Vin施加的电压而达到稳态时，施加到电容器C1电压为“0”，通过电感器L1流过的电流具有Vin/Rin的值。在稳态下，电感器L1通过施加的电流被充入电能。 [0074] 当在稳态下源谐振器中充入的功率达到预定值时，控制单元220断开开关。关于预定值的信息可被控制单元220设置。当控制单元220断开开关时，功率充入单元210和发送单元230分离。当功率充入单元210和发送单元230分离时，在源谐振器的电容器C1和电感器L1之间发生自谐振。由于源谐振器和目标谐振器之间的互感M 270，存储在源谐振器中的能量通过源谐振器和目标谐振器之间的互谐振被发送到目标谐振器。源谐振器的谐振频率f1和目标谐振器的谐振频率f2分别通过以下等式1和等式2来表示，并如以下等式3表示而彼此相等。 [0075] [0076] [0077] f1＝f2 (3) [0078] 虽然上面的等式3指示源谐振器的谐振频率f1和目标谐振器的谐振频率f2彼此相等，但是即使源谐振器的谐振频率f1和目标谐振器的谐振频率f2彼此不相等，存储在源谐振器中的能量可仍被发送到目标谐振器，但是能量传输效率可比源谐振器的谐振频率f1和目标谐振器的谐振频率f2彼此相等时时小。 [0079] 发送单元230针对每个符号对存储在源谐振器中的能量进行量化和发送。也就是说，功率发送单元230发送具有针对每个符号不同的发送的能量的信息。符号相应于通过开关单元220的操作在电容器C1和电感器L1中对能量进行充入并释放一次的时间段。 [0080] 无线能量接收设备包括充电单元240、控制单元250和功率输出单元260。作为充电单元240操作的目标谐振器包括电容器C2和电感器L2。当在源谐振器和目标谐振器之间发生互谐振时，源谐振器与电源Vin分离，目标谐振器与负载和电容器CL分离。目标谐振器的电容器C2和电感器L2通过互谐振被充电。控制单元250断开开关以对目标谐振器进行充电。当开关被断开时，由于目标谐振器和源谐振器如以上等式3所示具有相同的谐振频率，因此在目标谐振器和源谐振器之间发生互谐振。当目标谐振器中充入的功率量达到预定值时，控制单元250接通开关。可通过控制单元250设置关于预定值的信息。当控制单元250接通开关时，电容器CL被连接到充电单元240，从而将目标谐振器的谐振频率改变为由以下等式4表示的改变的谐振频率f2’。 [0081] [0082] 由于目标谐振器的改变的谐振频率f2'不再等于源谐振器的谐振频率f1，在源谐振器和目标谐振器之间的互谐振停止。也就是说，当由于目标谐振器的Q，f2'比f2小的足够多时，在源谐振器和目标谐振器之间的互谐振通道被中断。此外，当控制单元250接通开关时，功率输出单元260将在电容器C2和电感器L2中充入的功率量发送到负载。 [0083] 当在目标谐振器中充入的功率量小于预定值时，控制单元250断开开关，源谐振器和目标谐振器之间的互谐振重新发生，充电单元240通过源谐振器和目标谐振器之间的互谐振重新对目标谐振器充入功率量。 [0084] 充电单元240针对每个符号从发送单元230接收能量，基于接收到的能量对从源发送的信息进行解调。 [0085] 当在源谐振器和目标谐振器之间发生互谐振时，由于控制单元250断开开关，因此通过开关在充电单元240和功率输出单元260之间的连接被中断。因此，防止了由开关的连接引起的能量传输效率的降低。 [0086] 对于根据图2获得在目标谐振器中存储的能量的时间的控制比根据图1发送在电容器中充入的能量更容易。根据图1的对在电容器中充入的能量的发送仅获得在电容器中充入的能量。然而，根据图2的通过改变谐振频率来获得能量的操作获得了存储在目标谐振器的电感器和电容器两者中的能量，从而提高了控制能量获得时间的自由度。 [0087] 图3是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的另一示例的示图。参照图3，无线能量发送和接收系统具有包括源和目标的源-目标结构。也就是说，无线能量发送接收系统包括与源相应的无线能量发送设备和与目标相应的无线能量接收设备。 [0088] 在RI系统中从无线能量发送设备到无线能量接收设备的能量传输过程包括以下描述的5个操作。 [0089] 在将能量供应到无线能量发送设备的第一操作中，当源谐振器310通过SWTX连接到电源Vin时，能量被供应到源谐振器310。 [0090] 在无线能量发送设备和无线能量接收设备之间进行互谐振的第二操作中，当源谐振器310与电源Vin断开连接时，源谐振器310通过互谐振在预定周期期间将能量发送到目标谐振器320和从目标谐振器320接收能量。 [0091] 在无线能量发送设备和无线能量接收设备之间进行同步的第三操作中，估算在无线能量发送设备和无线能量接收设备之间进行能量发送和接收的开始时间以及分别位于无线能量发送设备和无线能量接收设备的SWTX和SWRX1的周期。 [0092] 在无线能量发送设备和无线能量接收设备之间失谐的第四操作中，当大部分能量在互谐振期间已被发送到无线能量接收设备时，在无线能量发送设备和无线能量接收设备之间实现失谐以使得不能够进行从无线能量接收设备到无线能量发送设备的能量传输。通过改变源谐振器和/或目标谐振器的谐振频率来实现失谐。 [0093] 在将在无线能量接收设备中感应的能量发送到负载的第五操作中，目标谐振器320通过SWRX2连接到负载以将在目标谐振器320中感应的能量发送到负载。 [0094] 与图2的无线能量发送和接收系统相比，图3的无线能量发送和接收系统在目标中包括附加开关SWRX2。开关SWRX1用于改变目标谐振器320的谐振频率，开关SWRX2用于将在目标谐振器320中充入的能量发送到负载。 [0095] 为了目标谐振器310从源谐振器310接收能量或接收使用能量调制的数据，需要在SWTX和SWRX1之间进行同步。 [0096] 当接通和断开SWRX1的操作周期被预先确定时，无线能量发送设备可通过估算通过源谐振器310和目标谐振器320之间的互谐振而在目标谐振器320感应的能量，来确定SWTX的断开时间和操作周期。 [0097] 现在将描述估算在目标谐振器320中感应的能量的处理和确定SWTX的断开时间和操作周期的处理。 [0098] 图4是示出无线能量发送设备的示例的框图。参照图4，无线能量发送设备包括扫描单元410、感应能量估算单元420和控制单元430。在以下描述中，无线能量发送设备可被称为发送端，无线能量接收设备可被称为接收端。 [0099] 扫描单元410在与预定数量的样本相应的扫描时间段对存储在源谐振器401中存储的能量进行扫描，其中，每个样本具有样本长度。扫描单元410在能量从源谐振器401通过源谐振器401和目标谐振器之间的互谐振被无线发送的同时，对源谐振器401中存储的能量进行扫描。在源谐振器401中存储的能量通过互谐振从源谐振器401被发送到目标谐振器，并可随后从目标谐振器被重新发送到源谐振器401。 [0100] 扫描单元410针对每个样本对源谐振器401中存储的能量进行扫描。样本是从电源向源谐振器401供应的能量的单位，并对应于一个能量供应给源谐振器401与下一个能量供应给源谐振器401之间的时间段，每个样本具有预定的时间段。例如，第一样本相应于第一能量供应给源谐振器401与第二能量供应给源谐振器401之间的时间段，第二样本相应于第二能量供应给源谐振器401与第三能量供应给源谐振器401之间的时间段，依此类推。 [0101] 样本的长度相应于样本的持续时间，即，通过将接收端开关(即，图3的SWRX1)的操作周期与样本单位时间的整数倍相加而获得的值。样本长度可通过以下等式5来表示。 [0102] TSample＝TRX+sTC (5) [0103] 在等式5中，TSample表示样本长度，TRX表示图3的SWRX1的操作周期，TC表示样本单位时间，“s”表示大于“0”的整数。样本单位时间相应于对样本中的信号进行处理所花费的最小单位时间(smallest unit of time)。 [0104] 样本的数量对应于从无线能量接收设备估算在无线能量接收设备中感应的能量所花费的样本的数量。通过将图3的SWRX1的操作周期除以样本单位时间的整数倍而获得的值被确定为样本的数量。样本的数量和样本的最大数量可通过下面的等式6和7来表示。 [0105] [0106] [0107] 在等式6中，N表示样本的数量。在等式7中，NMAX表示当“s”等于1时获得的样本的最大数量。由于在对感应能量的估算中使用的样本的数量是最大值NMAX，因此如果样本的数量为NMAX则可更精确地估算感应能量。 [0108] 扫描单元410在与样本长度TSample和样本的数量N或NMAX的乘积相应的扫描时间段，对在源谐振器401中存储的能量进行扫描。 [0109] 样本的数量随着能量扫描时间“t”从t＝0开始增加而增加。由于样本数量N增加，所以图3的SWRX1的接通时间比先前样本的开始时间提前样本单位时间的整数倍sTC。 [0110] 扫描单元410针对每个样本在提前了样本单位时间的整数倍sTC的时间对在源谐振器401中存储的能量进行扫描。 [0111] 感应能量估算单元420基于被扫描的能量计算在源谐振器401和目标谐振器之间的失谐时间间隔期间在源谐振器401和目标谐振器中存储的总能量。感应能量估算单元420基于在源谐振器401存储的能量和计算出的总能量来估算在目标谐振器中感应的能量。 [0112] 感应能量估算单元420包括发送端能量计算单元421、总能量计算单元423和接收端能量估算单元425。 [0113] 发送端能量计算单元421基于扫描的能量计算每个样本的每个样本单位时间的在源谐振器401中存储的能量。图3的SWRX1在每个样本的不同时间被接通，因此在每个样本中在不同时间间隔发生失谐。 [0114] 总能量计算单元423在失谐时间间隔期间计算针对每个样本计算的能量之中的最大能量，将最大能量确定为在预定时间在源谐振器401和目标谐振器中存储的总能量。由于在每个样本中在不同时间间隔发生失谐，因此最大能量被确定为每个样本单位时间的总能量。 [0115] 接收端能量估算单元425可在每个样本中估算在目标谐振器中感应的能量、具有在由总能量计算单元423计算的总能量与由发送端能量计算单元421计算的在源谐振器401中存储的能量之间的最大差的能量。 [0116] 在预定时间在接收端(具体地，在目标谐振器)中感应的能量被计算为在所述预定时间在源谐振器401和目标谐振器中存储的总能量与在所述预定时间在源谐振器401中存储的能量之间的差。当在预定时间发生失谐时，在所述预定时间在源谐振器401和目标谐振器中存储的总能量等于在所述预定时间在源谐振器401中存储的能量。因此，在失谐时间间隔期间，可通过计算在源谐振器401中存储的能量来计算总能量。 [0117] 控制单元430基于由接收端能量估算单元425针对每个符号估算的感应能量的分布来确定从源谐振器401接收能量的目标谐振器是否存在。当在允许在源谐振器401和目标谐振器之间发生互谐振的距离内存在目标谐振器时，针对每个符号估算的感应能量被估算为具有不同于“0”的值。感应能量可被估算为如图15和图16的曲线图中的分布所示。 [0118] 控制单元430基于由接收端能量估算单元425针对每个样本估算的感应能量的分布，确定接收端开关(即，图3的SWRX1)是否是起作用的。图3的SWRX1通过将目标谐振器连接到诸如电感器或电容器的阻抗来改变目标谐振器的谐振频率。 [0119] 当图3的SWRX1是起作用的时，即，当SWRX1被接通时，失谐发生，并且估算的每个样本的感应能量具有最大值和最小值。也就是说，感应能量可被估算为如图15的曲线图中的分布所示。 [0120] 当图3的SWRX1是不起作用的时，即，当SWRX1被断开时，发生持续的谐振，估算的每个样本的感应能量可连续地具有除了值“0”以外的另外的值。也就是说，感应能量可被估算为如图16的曲线图中的分布所示。 [0121] 当接收端开关(即，图3的SWRX1)是不起作用的时，控制单元430基于由接收端能量估算单元425针对每个样本估算的感应能量，控制发送端开关(即，图3的SWTX)的操作。发送端开关将源谐振器401电连接到向源谐振器401供应能量的电源，以及将源谐振器401与所述电源断开电连接。 [0122] 控制单元430包括测量单元431、第一确定单元433和第二确定单元435。 [0123] 当图3的SWRX1被确定为是起作用的时，测量单元431测量由接收端能量估算单元425针对每个样本估算的最大感应能量保持的时间间隔。测量单元431可测量针对每个样本估算的感应能量与最大感应能量之间的差小于预定临界值的时间间隔。 [0124] 第一确定单元433基于最大感应能量保持的时间间隔的最后一个样本以及该样本的长度，确定发送端开关的操作时间。正好在感应能量在保持最大值之后下降之前的样本NSync可相应于图3的SWRX1的操作与发送端的能量供应同步的样本，即，来自源谐振器401的最大瞬时能量发送量的时间与SWRX1的接通时间精确地匹配的样本。可使用样本NSync来确定发送端开关的操作时间和操作周期。第一确定单元433基于从存储在源谐振器401中的能量的扫描开始时间开始经过NSync*TSample的时间，确定发送端开关的操作时间。 [0125] 第二确定单元435将发送端开关的操作周期确定为具有与接收端开关的操作周期相同的值。第二确定单元435可基于从存储在源谐振器401中的能量的扫描开始时间开始经过NSync*TSample的时间，将发送端开关的操作周期确定为具有与接收端开关的操作周期相同的值。这假设了在发送端已经知道接收端开关的操作周期。 [0126] 控制单元430在由第一确定单元433确定的发送端开关的操作时间之前控制发送端开关将源谐振器401连接到电源。控制单元430在发送端开关的操作时间控制发送端开关将源谐振器401与电源断开连接。也就是说，发送端开关的操作时间相应于图3的SWTX的断开时间。 [0127] 当接收端开关被确定为是不起作用的时，第一确定单元433将第一发送端开关的操作时间确定为任意样本开始时间，将第一发送端开关的操作周期确定为预定操作周期。第一发送端开关相应于图3的SWTX。 [0128] 第二确定单元435将在由扫描单元410扫描的能量为最小时的时间确定为源谐振器401的第二发送端开关的操作时间。第二发送端开关相应于图20的SWTX2。当存在多个被扫描的能量为最小的时间时，第二确定单元435将被扫描的能量为最小的最早时间确定为第二发送端开关的操作时间。第二发送端开关的操作时间相应于图20的SWTX2的接通时间。在第二发送端开关的操作时间在源谐振器401和目标谐振器之间发生失谐，从而存储在目标谐振器中的能量不被发送到源谐振器401。 [0129] 控制单元430在由第一确定单元433确定的第一发送端开关的操作时间之前控制第一发送端开关将源谐振器401连接到电源。控制单元430在第一发送端开关的操作时间控制第一发送端开关将源谐振器401与电源断开连接，并控制第二发送端开关将源谐振器401与改变谐振频率的阻抗断开连接。控制单元430控制第二发送端开关在由第二确定单元435确定的第二发送端开关的操作时间将源谐振器401连接到改变谐振频率的阻抗。 [0130] 扫描单元410以样本为单位对存储在源谐振器401中的能量进行扫描。也就是说，扫描单元410针对每个样本对存储在源谐振器401中的能量进行扫描。当针对每个样本扫描的能量达到预定参考值时，控制单元430改变源谐振器401的谐振频率。预定参考值可以是针对每个样本扫描的能量之中的最小量。例如，预定参考值可以为“0”。预定参考值可根据扫描单元410的扫描精确度而改变，或者可由用户改变。 [0131] 控制单元430通过将源谐振器401连接到由“D”指示的附加阻抗来改变源谐振器401的谐振频率。如图20所示，控制单元430可通过控制开关SWTX2的操作来将源谐振器401连接到附加阻抗。 [0132] 当存在多个(r个)在一个样本中扫描的能量达到预定参考值时，控制单元430在在一个样本中扫描的能量达到预定参考值的最早时间，改变源谐振器401的谐振频率。 [0133] 控制单元430可总体上控制无线能量发送设备，并可执行扫描单元410和感应能量估算单元420的功能。虽然图4的示例示出了扫描单元410、感应能量估算单元420和控制单元430作为单独的组件以区分每个功能，但是实际上产品可被实现为允许控制单元430执行扫描单元410和感应能量估算单元420的部分功能或全部功能。 [0134] 图5是示出无线能量接收设备的示例的框图。参照图5，无线能量接收设备包括接收单元510和控制单元520。 [0135] 接收单元510通过源谐振器和目标谐振器501之间的互谐振从源谐振器接收无线能量。也就是说，通过源谐振器和目标谐振器501之间的互谐振，在目标谐振器中感应能量。 [0136] 控制单元520基于接收单元510是否接收到无线能量来确定源谐振器是否存在。 [0137] 控制单元520通过确定存储在负载中的能量是否小于预定临界值来控制第一接收端开关和第二接收端开关的操作。作为示例，负载可包括电池。预定临界值可相应于操作第一接收端开关或第二接收端开关所需的最小能量。 [0138] 当存储在负载中的能量大于预定临界值时，控制单元520在失谐时间间隔期间控制第一接收端开关将目标谐振器501连接到改变目标谐振器501的谐振频率的阻抗，并控制第二接收端开关将目标谐振器501连接到负载以将存储在目标谐振器501中的能量发送到负载。此外，控制单元520在谐振时间间隔期间控制第一接收端开关将目标谐振器501与改变目标谐振器501的谐振频率的阻抗断开连接，并控制第二接收端开关将目标谐振器501与负载断开连接。在谐振时间间隔期间，能量被存储在目标谐振器501中。 [0139] 当在负载中存储的能量小于或等于预定临界值时，控制单元520控制第一接收端开关将目标谐振器501与改变目标谐振器501的谐振频率的阻抗断开连接，并控制第二接收端开关将目标谐振器501连接到负载，以在连续保持与源谐振器的互谐振的同时将存储在目标谐振器501中的能量发送到负载。 [0140] 控制单元520可总体上控制无线能量接收设备，并可执行接收单元510的功能。虽然图5的示例示出了接收单元510和控制单元520作为单独的组件以区分每个功能，但是实际上产品可被实现为允许控制单元520执行接收单元510的部分功能和全部功能。 [0141] 图6是示出在无线能量发送和接收系统的发送端和接收端测量的能量的示例的曲线图。无线能量发送和接收系统包括用于发送能量的发送端和用于通过互谐振接收能量的接收端。发送端可被称为TX，接收端可被称为RX。 [0142] 图6示出在紧接着来自电源的能量被供应给TX之后在TX的源谐振器与电源物理地分离且RX的目标谐振器与负载物理地分离的状态下，在互谐振期间在TX和RX中存储的能量。在一个样本中，通过互谐振从TX发送到RX的能量可在TX和RX之间反复发送。 [0143] 在图6中，在曲线图的y轴上由归一化电压来表示存储在TX和RX中的能量。在x轴上的归一化时间相应于通过将能量测量时间除以样本单位时间而获得的值，样本单位时间TC相应于处理信号所花费的最小单位时间。 [0144] 图7是示出当在无线能量发送和接收系统的接收端发生失谐时在所述接收端中存储的能量的示例的曲线图。图7示出当在TX和RX之间的互谐振期间由于图3的SWRX1在时间710被接通而发生失谐时，在RX中没被发送到TX的剩余的能量。 [0145] 通过在发生失谐时在时间710在RX中感应的能量来确定在失谐时间间隔(即，从时间710到时间720)期间在RX中保留的能量。因此，为了从RX发送可能的最大能量，图3的SWRX1需要在RX中感应的能量为最大时被接通。在图3的SWRX1具有预定的接通和断开的操作周期的情况下，TX开关需要在RX中感应的能量为最大时被打开。因此，当在TX估算在RX中感应的能量为最大的时间时，可通过TX开关的控制来将TX开关与RX开关同步。 [0146] 图8A和图8B是示出在互谐振期间在无线能量发送和接收系统的接收端中存储的能量为最大的时间以及在相应时间在发送端中存储的能量的示例的曲线图。 [0147] 图8A示出在TX与RX之间的互谐振期间在RX中存储的能量的改变，图8B示出在TX与RX之间的互谐振期间在TX中存储的能量的改变。 [0148] 在图8A和图8B中，由于在RX中存储的能量为最大时的时间在TX中存储的能量不是最小，因此难以在TX确定在RX中感应的能量为最大的时间。 [0149] 在RX的能量衰减率与从TX到RX的能量传输率之间的差可引起时间不一致。也就是说，当在RX的能量衰减率高于从TX到RX的能量传输率时，在RX中感应的能量为最大的时间可早于能量从TX被完全发送到RX的时刻。 [0150] 图9是示出在无线能量发送和接收系统的发送端和接收端中存储的总能量的示例的曲线图。参照图9，当在TX和RX之间发生互谐振以及发生TX的自谐振时，不管互感M的值如何，在TX和RX中存储的总能量可一律降低。 [0151] 可估算在预定时间在TX和RX中存储的总能量以及在相应时间从TX到RX的感应的能量。 [0152] 因此，为了估算在预定时间在RX中感应的能量，可需要在TX和RX中存储的总能量以及在相应时间在TX中存储的能量。然而，在TX和RX中存储的总能量可通过分析TX的信号来获得。 [0153] 图10A和图10B是示出在无线能量发送和接收系统的发送端和接收端中通过所述接收端的开关的操作而存储的能量的示例的曲线图。 [0154] 在图10A中的在TX与RX之间的失谐时间间隔“OR”可与图10B中的在TX与RX之间的失谐时间间隔“OR”不同。当图3的SWRX1被接通时，发生失谐，并可不引起TX和RX之间的能量交换。 [0155] 在图10A中，SWRX1在20TC被断开，并在70TC被接通。也就是说，由阴影指示的在20TC与70TC之间的时间间隔相应于谐振时间间隔“R”，其余时间间隔相应于失谐时间间隔“OR”。 [0156] 参照图10A，当在0与20TC之间的失谐时间间隔期间在RX中存储的能量为“0”时，在TX中存储的能量等于在RX和TX中存储的总能量。 [0157] 与图10A相比，在图10B中，SWRX1在20TC被接通，并在70TC被断开。也就是说，20TC和70TC之间的时间间隔相应于失谐时间间隔“OR”，其余时间间隔相应于谐振时间间隔“R”。 [0158] 为了在TX估算在预定时间在RX中存储的能量，需要在预定时间的总能量。此外，为了在TX估算总能量的改变，测量在TX的自谐振期间(即，当在TX和RX之间没有发生互谐振时)在TX中存储的能量的改变可以是方便的。 [0159] 此外，当不可能验证在距TX达允许互谐振的距离内是否存在RX时，可通过分析TX的信号来验证总能量的改变。当如图10A所示样本开始时间包括在失谐时间间隔中时，在一个样本中的扫描时间从样本开始时间延续到失谐时间间隔的初始结束时间。当如图10B所示样本开始时间包括在谐振时间间隔中时，在从样本开始时间到失谐时间间隔的初始开始时间的时间间隔期间，部分能量可从TX被发送到RX，因此，仅使用TX的信号可能不足以估算总能量。 [0160] 随着在样本中谐振持续时间变得更短，即随着在样本中失谐持续时间变得更长，可以获得关于总能量的更多信息。然而，由于在RX中存储的能量为最大的时间出现在互谐振期间，因此当谐振持续时间太短时，在RX中感应的能量可能不是最大。 [0161] 在图10A和图10B中，图3的SWRX1的接通时间和断开时间均为SWRX1的总操作周期的50％。也就是说，SWRX1接通50％的时间，断开50％的时间。在这种情况下，可估算总能量的最大时间间隔从样本开始时间延续到TRX/2。也就是说，当样本开始时间包括在谐振时间间隔中时，所述最大时间间隔可相应于失谐时间间隔。 [0162] 作为结果，在一个样本中在0≤T≤TRX/2的时间间隔期间在每个样本单位时间TC扫描的在TX中存储的最大能量等于图9中示出的在每个相应时间的总能量。 [0163] 此外，由于失谐时间间隔不大于TRX/2，因此不需要在T＞TRX/2的时间间隔中估算总能量或者在RX中存储的能量为最大的时间。 [0164] 图11是示出在从发送端发送的能量的样本持续时间，在无线能量发送和接收系统的接收端中存储的能量的示例的曲线图。 [0165] 在预定操作周期TRX期间图3的SWRX1接通和断开时，源谐振器在TX被周期性地供应能量，TX对在源谐振器中存储的能量进行扫描。 [0166] 当样本表示来自电源的能量供应的单位时，样本长度可被定义为TSample＝TRX+sTC，其中，“s”表示大于“0”的整数，TC被定义为无线能量发送设备处理信号所花费的最小单位时间。样本的数量随着TX信号扫描时间“t”从t＝0开始增加而增多。随着样本数量N的增加，图3的SWRX1的接通时间比样本开始时间(即，能量供应时间)提前sTC。 [0167] 图11示出例如当TRX＝100TC，sTC＝20TC，TSample＝120TC时在TX估算的在RX中存储的能量。当在TX进行估算时，相比于与0TC和120TC之间的时间间隔相应的第一样本，在与120TC和240TC之间的时间间隔相应的第二样本中的图3的SWRX1的接通时间提前了20TC。在图11中，在每个样本中，在提前20TC的时间执行扫描。此外，当样本的数量为TRX/sTC＝5时，在5个样本期间执行扫描。因此，当s＝1时，可在最大数量NMAX＝TRX/TC的样本期间执行扫描，从而可更精确地估算图3的SWRX1的接通时间。 [0168] 图12至图14是示出在任意样本的持续时间、在无线能量发送设备估算的在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0169] 图12示出在任意样本中在TX估算的RX中感应的能量。参照图12，在13TC在RX中感应了最大量1210的能量。最大量1210相应于在任意样本中来自TX的能量传输的瞬时最大量。R表示谐振时间间隔。 [0170] 图13示出基于图12的时间的第十样本。参照图13，在13TC在RX中感应了最大量1310。 [0171] 图14示出基于图12的时间的第二十样本。参照图14，在5TC在RX中感应了最大量1410。图13中的最大量1310和图14中的最大量1410之间的差是由针对每个样本将失谐时间间隔提前TC所引起的。随着谐振时间间隔变得更长，在RX中感应的能量可增加。这是因为失谐时间间隔变得更接近于样本开始时间，谐振时间间隔变得更短，从而在RX中感应的能量减少。 [0172] 图15是示出针对每个样本在无线能量发送设备估算的在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0173] 当在TX扫描的样本的数量为N(0≤N＜NMAX)，在样本中的时间为T(0≤T＜TSample)，在TX扫描的能量为ETX(t)(0≤t＜NMAX*TSample)时，可利用以下的等式8和等式9来计算在预定时间T的总能量ETotal(T)。 [0174] ESample(T,N)＝ETX(T+NTSample)(0≤T＜TSample,0≤N＜NMAX) (8)[0175] [0176] 在以上等式中，TSample＝TRX+TC，NMAX＝TRX/TC。在TX对能量进行扫描时，可使用以下的等式10来在TX计算每个样本的在RX中感应的能量的最大量MRX(N)。 [0177] [0178] MRX(N)表示在第N样本中从TX到RX的能量传输的瞬时最大量。 [0179] 图15是示出在TX和RX之间的互谐振期间当图3的SWRX1起作用时的的在RX中感应的能量的估算量。 [0180] 在目标谐振器中感应的能量在RX通过电池被吸收的时间间隔对应于图3的SWRX1被接通的时间间隔，并被指示为如图12至图14中所示的非阴影时间间隔。 [0181] 为了在RX中感应最大量的能量，图3的SWRX1的接通时间需要与从TX到RX的能量传输的瞬时量为最大的时间同步。在图12和图13的样本中，在RX中感应的能量的最大量可一律保持在13TC。然而，由于在图14的样本中图3的SWRX1的接通时间提前，因此在RX中感应的能量的最大量减小。 [0182] 参照图15，随着样本数量N的增加，在时间间隔XN期间，可一致地保持最大量MRX(N)。在此时间间隔中，正好在最大量MRX(N)下降之前的样本对应于样本NSync，在样本NSync中，图3的SWRX1的接通时间与TX的瞬时能量发送量为最大的时间1510同步。可使用以下的等式11至等式14，基于样本NSync来计算TX开关的操作时间tTX_start和操作周期TTX。 [0183] [0184] [0185] tTX_start＝NSyncTSample+kTRX(k:整数) (13)[0186] TTX＝TRX (14)[0187] 在等式12中，“s.t.”是“这样(such that)”的缩写， 表示XN的补集。可使用最大量MRX(N)和临界值mthr来计算最大量MRX(n)被保持的时间间隔XN。使用时间间隔XN中的最后一个样本NSync，可在TX计算从扫描开始时间t＝0开始所经过的时间段。 [0188] 当基于从扫描开始时间开始经过了NSync*TSample的时间，TX的操作周期TTX等于RX的操作周期TRX时，后续样本中的能量供应时间tTX_start可与图3的SWRX1的操作同步。能量供应时间tTX_start对应于图3的SWTX的断开时间。 [0189] 参照图15，NSync＝89，TSample＝101TC，TRX＝100TC。由于从以上等式13对TX的能量供应的时间是(8989+100k)TC，并且扫描结束时间是NMAX*TSample＝10100TC，因此在同步之后对TX的初始能量供应的时间相应于k＝12，即，10189TC。因此，在同步状态下，对TX的能量供应时间基于扫描开始时间相应于{10189TC,10289TC,10389TC,10489TC}。可使用最大量MRX(N)的分布来在TX确定SWRX1是否是起作用的。 [0190] 图16是示出当无线能量发送和接收系统的接收端的开关不起作用时在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0191] 当在TX和RX之间的互谐振期间图3的SWRX1是不起作用的(即，断开)时，最大量MRX(N)可如图16中所示一律保持在大于“0”的值。可使用最大量MRX(N)的分布来在TX确定SWRX1是否是不起作用的。 [0192] 当在RX不执行数据通信而仅执行能量接收时，图3的SWRX1可被断开以连续地保持互谐振，图3的SWRX2可被接通以允许电池连续地接收能量。 [0193] 当在RX的电池中存储的能量不足以用于通信，并且TX和RX之间的互谐振最初开始时，RX控制SWRX1不起作用。 [0194] 当SWRX1不操作(即，没有接通)时，最大量MRX(N)不改变。因此，在不使用最大量MRX(N)的情况下，将TX开关的操作时间tTX_start和操作周期TTX确定为任意样本开始时间和预定操作周期。可通过以下的等式15来表示任意样本开始时间。 [0195] tTX_start＝kTTX(k:整数) (15) [0196] 当SWRX1不操作，并且互谐振连续发生时，在RX中感应的能量可被重新发送到TX。因此，为了防止能量被重新发送到TX并为了在RX保持可能的最大能量，需要通过在TX改变源谐振器的谐振频率来使互谐振停止。互谐振的停止相应于失谐。 [0197] 图17是示出当由于无线能量发送和接收系统的接收端不存在而使得互谐振无法发生时在无线能量接收设备中感应的能量的示例的曲线图。 [0198] 当由于在允许RX与TX之间的互谐振的距离内缺少RX而使得TX的自谐振发生时，最大量MRX(N)总是具有值“0”，如图17的曲线图所示。 [0199] 当最大量MRX(N)总是具有值“0”时，TX确定RX不存在。可在TX重复测量最大量MRX(N)以在等待预定时间段之后再次找到RX。 [0200] 图18是示出当由于无线能量发送和接收系统的发送端的开关被接通而使得失谐发生时在所述发送端的能量的改变的示例的曲线图。也就是说，图18示出当图20的SWTX2在TX中存储的能量为最小的时间17TC被接通时的TX的电压改变。TX的电压改变可被表示为能量改变。当图20的SWTX2被接通时，源谐振器的谐振频率改变，并且互谐振停止。也就是说，发生失谐。 [0201] 图19是示出当由于发送端的开关被接通而使得失谐发生时在无线能量发送和接收系统的接收端的能量的改变的示例的曲线图。也就是说，图19示出当图20的SWTX2在TX中存储的能量为最小的时间17TC被接通时在RX中存储的能量。当SWRX2被接通且目标谐振器被连接到负载时，负载被连续供应来自目标谐振器的能量，使得在目标谐振器中存储的能量随时间减少，如图19所示。 [0202] 图20是示出无线能量发送和接收系统的等效电路的另一示例的示图。参照图20，与图3中的等效电路相比，在TX中还设置了开关SWTX2和附加阻抗2030。当源谐振器2010通过SWTX2连接到附加阻抗2030时，源谐振器2010的谐振频率改变，并因此在源谐振器2010和目标谐振器2020之间发生失谐。附加阻抗2030被显示为装置D，装置D可包括电感器组件和/或电容器组件。 [0203] 在tTX_start，SWTX2再次被断开，在TX和RX之间重新发生谐振。由于由SWTX2确定的失谐时间被确定为在TX中保留的能量可忽略不计的时间，因此能量传输效率可受到相当轻微的影响。因此，可比RX的CL更自由地选择用于SWTX2和装置D的组件或材料。当在SWRX1的操作期间SWTX2处于断开状态时，无线能量发送和接收系统具有与图3的RI系统相同的结构。 [0204] 由接通SWTX2而引起的失谐时间toff_resonant仅需要一个样本，并对应于在互谐振期间在TX中存储的能量ETX为最小的时间。 [0205] 在互谐振期间，在TX中存储的能量可在多个时间为“0”，在这种情况下，最早的时间被确定为失谐时间，如由以下的等式16所示。 [0206] [0207] 除了在一个周期TTX中在TX中存储的能量持续减少并变为“0”的情况，可直接执行能量供应，而不需要发生失谐。在这种情况下，SWTX2可被保持在断开状态。 [0208] 图21是示出无线能量发送方法的示例的流程图。在2105，无线能量发送设备确定样本的数量和样本长度。可通过以下的等式17至等式19来表示样本长度、样本的数量和样本的最大数量。 [0209] TSample＝TRX+sTC (17) [0210] [0211] [0212] 在等式17至等式19中，TRX表示接收端开关的操作周期，TC表示样本单位时间，“s”表示大于“0”的整数。 [0213] 在2110，无线能量发送设备对在TX中存储的能量进行扫描。也就是说，无线能量发送设备在与样本的预定数量相应的扫描时间段(0≤t＜NMAX*TSample)中对在源谐振器中存储的能量ETX(t)进行扫描，其中，每个样本具有样本长度。 [0214] 在2115，无线能量发送设备使用以下的等式20基于扫描的能量计算每个样本的每个样本单位时间的在源谐振器401中存储的能量。 [0215] ESample(T,N)＝ETX(T+NTSample)(0≤T＜TSample,0≤N＜NMax) (20)[0216] 无线能量发送设备使用以下的等式21在失谐时间间隔期间计算针对每个样本计算的能量之中的最大能量，并将最大能量确定为在预定时间在源谐振器和目标谐振器中存储的总能量。 [0217] [0218] 无线能量发送设备使用以下的等式22在每个样本中计算具有在总能量与在源谐振器中存储的能量之间的最大差的能量，并将计算出的能量估算为在目标谐振器中感应的能量。 [0219] [0220] 在2120，无线能量发送设备确定无线能量接收设备是否存在。无线能量接收设备相应于无线能量发送和接收系统的RX。无线能量发送设备基于最大量MRX(N)是否连续保持值“0”来确定无线能量接收设备是否存在。 [0221] 在2125，当无线能量接收设备被确定为不存在时，无线能量发送设备在执行另一扫描之前等待预定时间段。 [0222] 在2130，当无线能量接收设备被确定为存在时，无线能量发送设备确定无线能量接收设备的开关SWRX是否是起作用的。无线能量发送设备基于最大量MRX(N)是否连续具有除了“0”以外的值来确定无线能量接收设备的开关SWRX是否是起作用的。 [0223] 在2135，当开关SWRX被确定为是起作用的时，无线能量发送设备使用以下的等式23来测量针对每个样本估算的最大感应能量被保持的时间间隔。 [0224] [0225] 无线能量发送设备基于最大能量被保持的时间间隔中的最后一个样本和样本的长度确定发送端开关SWTX1的操作时间。可通过以下的等式24和等式25来表示最后一个样本和SWTX1的操作时间。 [0226] [0227] tTX_start＝NSyncTSample+kTRX(k:整数) (25) [0228] 无线能量发送设备将发送端开关SWTX1的操作周期确定为具有与接收端开关SWRX的操作周期相同的值。 [0229] 在2140，当开关SWRX被确定为是不起作用的时，无线能量发送设备使用以下的等式26将发送端开关SWTX1的操作时间tTX_start确定为任意样本开始时间，并将发送端开关SWTX1的操作周期确定为预定操作周期。 [0230] tTX_start＝kTTX(k:整数) (26) [0231] 无线能量发送设备利用以下的等式27和等式28来将发送端开关SWTX2的操作时间toff_resonant确定为被扫描的能量为最小的时间。 [0232] [0233] toff_resonant＝tTX_min (28) [0234] 当存在被扫描的能量为最小的多个情况时，无线能量发送设备使用以下的等式29将最早时间确定为发送端开关SWTX2的操作时间。 [0235] [0236] 在2145，无线能量发送设备在比发送端开关SWTX1的操作时间tTX_start早Δt的时间接通发送端开关SWTX1，以将源谐振器连接到电源以向源谐振器供应能量。Δt可比样本单位时间TC小得多，使得信号处理不受影响。无线能量发送设备在操作时间tTX_start断开发送端开关SWTX1以开始互谐振。发送端开关SWTX2保持在断开状态。 [0237] 在2150，无线能量发送设备在比发送端开关SWTX1的操作时间tTX_start早Δt的时间接通发送端开关SWTX1，以将源谐振器连接到电源以向源谐振器供应能量。Δt可比样本单位时间TC小得多，使得信号处理不受影响。无线能量发送设备在发送端开关SWTX1的操作时间tTX_start断开发送端开关SWTX1以开始互谐振。无线能量发送设备在发送端开关SWTX2的操作时间toff_resonant接通发送端开关SWTX2，并在发送端开关SWTX1的操作时间tTX_start断开发送端开关SWTX2以开始互谐振。 [0238] 图22是示出无线能量接收方法的示例的流程图。在2210，无线能量接收设备基于能量是否被存储在目标谐振器中来确定无线能量发送设备是否存在。 [0239] 在2220，当无线能量发送设备被确定为不存在时，无线能量接收设备等待预定时间段。在无线能量接收设备等待预定时间段之后，无线能量接收设备重复操作2210。 [0240] 在2230，当能够互谐振的无线能量发送设备被确定为存在时，无线能量接收设备确定在无线能量接收设备中的电池的充电量是否大于临界值。 [0241] 在2240，当电池的充电量被确定为大于临界值时，无线能量接收设备在失谐时间间隔(0≤t＜TRX/2)中接通SWRX1以将目标谐振器连接到改变目标谐振器的谐振频率的阻抗，并接通SWRX2以将目标谐振器连接到电池。在这种情况下，SWRX1的周期的50％是接通时间，另外50％是断开时间。 [0242] 在TRX/2≤t＜TRX的谐振时间间隔中，无线能量接收设备断开SWRX1以将目标谐振器与改变目标谐振器的谐振频率的阻抗断开连接，并断开SWRX2以将目标谐振器与电池断开连接。 [0243] 在2250，当电池的充电量被确定为不大于临界值时，无线能量接收设备断开SWRX1以将目标谐振器与改变目标谐振器的谐振频率的阻抗断开连接，并接通SWRX2以将目标谐振器与电池连接，使得在目标谐振器中存储的能量能够通过与源谐振器的连续互谐振而被发送到电池。 [0244] 根据以上描述的示例，可在发送端处理在发送端发送无线能量与接收端接收无线能量之间进行同步所需的操作，从而可节省在接收端进行同步所消耗的能量。 [0245] 根据以上描述的示例，可在发送端处理在发送端和接收端之间发送能量和数据以及接收能量和数据所需要的同步，从而可易于接收端的控制操作，并可简化接收端的复杂电路。 [0246] 可使用一个或多个硬件组件、一个或多个软件组件或者一个或多个硬件组件与一个或多个软件组件的组合来实现以上描述的开关单元130、开关单元160、控制单元220、控制单元250、扫描单元140、感应能量估算单元420、发送端能量计算单元421、总能量计算单元423、接收端能量估算单元425、控制单元430、测量单元431、第一确定单元433、第二确定单元435、接收单元510和控制单元520。 [0247] 硬件组件可以是例如物理地执行一个或多个操作的物理装置，但是不限于此。硬件组件的示例包括电阻器、电容器、电感器、电源、频率产生器、运算放大器、功率放大器、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、模数转换器、数模转换器和处理装置。 [0248] 可通过例如由用于执行一个或多个操作的软件或指令控制的处理装置来实现软件组件，但是不限于此。计算机、控制器或其它控制装置可使处理装置运行软件或执行指令。可由一个处理装置来实现一个软件组件，或可由一个处理装置来实现两个或更多个软件组件，或可由两个或更多个处理装置来实现一个软件组件，或可由两个或更多个处理装置来实现两个或更多个软件组件。 [0249] 可使用一个或多个通用或专用计算机(例如处理器、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够运行软件和执行指令的任何其它装置)来实现处理装置。处理装置可运行操作系统(OS)，并可运行在OS下执行操作的一个或多个软件应用。处理装置可在运行软件或执行指令时访问、存储、操作、处理和创建数据。为了简单的目的，可在描述中使用单数术语“处理装置”，但是本领域的普通技术人员将理解，处理装置可包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如，处理装置可包括一个或更多个处理器或者一个或更多个处理器和一个或更多个控制器。此外，不同的处理配置(诸如并行处理器或多核处理器)是可行的。 [0250] 被配置为实现用于执行操作A的软件组件的处理装置可包括处理器，其中，所述处理器被编程为运行软件或执行指令来控制处理器执行操作A。此外，被配置为实现用于执行操作A、操作B和操作C的软件组件的处理装置可具有各种配置，例如被配置为实现用于执行操作A、B和C的软件组件的处理器；被配置为实现用于执行操作A的软件组件的第一处理器以及被配置为实现用于执行操作B和C的软件组件的第二处理器；被配置为实现用于执行操作A和B的软件组件的第一处理器以及被配置为实现用于执行操作C的软件组件的第二处理器；被配置为实现用于执行操作A的软件组件的第一处理器、被配置为实现用于执行操作B的软件组件的第二处理器以及被配置为实现用于执行操作C的软件组件的第三处理器；被配置为实现用于执行操作A、B和C的软件组件的第一处理器以及被配置为实现用于执行操作A、B和C的软件组件的第二处理器，或者均实现操作A、B和C中的一个或更多个的一个或更多个处理器的任何其它配置。尽管这些示例涉及三个操作A、B、C，但是可执行的操作的数量不限于三个，而可以是实现期望的结果或执行期望的任务所需的操作的任何数量。 [0251] 用于控制处理装置实现软件组件的软件或指令可包括计算机程序、代码段、指令或它们的某种组合，以用于独立或共同指示或配置处理装置执行一个或更多个期望的操作。所述软件或指令可包括可直接由处理装置执行的机器代码，诸如由编译器产生的机器代码和/或由处理装置使用解释器执行的高级代码。所述软件或指令以及任何相关数据、数据文件和数据结构可被永久地或暂时地包括在任何类型的机器、组件、物理装置或虚拟装置、计算机存储介质或装置或者能够将指令或数据提供到处理装置或由处理装置解释的传输信号波中。所述软件或指令以及任何相关数据、数据文件和数据结构还可分布于联网的计算机系统上，以便所述软件或指令以及任何相关数据、数据文件和数据结构以分布方式被存储和被执行。 [0252] 例如，所述软件或指令以及任何相关数据、数据文件和数据结构可被记录、存储或固定在一个或更多个非暂时性计算机可读存储介质中。非暂时性计算机可读存储介质可以是能够存储软件或指令以及任何相关数据、数据文件和数据结构的任何数据存储装置，从而它们可被计算机系统或处理装置读取。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘、或本领域的普通技术人员已知的任何其它非暂时性计算机可读存储介质。 [0253] 用于执行这里公开的示例的功能程序、代码和代码段可容易地由示例所属领域的程序员基于附图和这里提供的相应描述构建。 [0254] 尽管该公开包括特定示例，但是对于本领域的普通技术人员将清楚的是，在不脱离权利要求及它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式和细节上的各种改变。这里描述的示例仅被认为是描述的意义，而不是用于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述被认为可应用于其它示例中的相似特征或方面。如果按不同的顺序执行描述的技术，和/或如果按不同方式组合描述的系统中的组件、架构、装置或电路，和/或如果由其它组件或它们的等同物替换或补充描述的系统中的组件、架构、装置或电路，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是由详细的描述限定而是由权利要求及它们的等同物限定，权利要求及它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。 |
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