CN102801218A - 无线电能和数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种无线电能和数据传输系统。该无线电能和数据传输系统可传输无线电能并且可使用无线电能传输数据。无线电能发送器可包括电容器，并且可将电容器的电连接转换为用于充电的并联连接。无线电能发送器也可将所述电容器中的至少两个电容器的电连接转换为用于放电的串联连接。

Description

无线电能和数据传输系统
本申请要求于2011年3月27日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0050505号韩国专利申请的优先权，该申请的公开为了全部目的通过引用全部包含于此。
技术领域
下面的描述涉及无线电能传输以及在无线电能传输的同时的数据传输。
背景技术
随着对便携式电子装置的需求的增加以及便携式电子装置的使用的增加，针对这些装置使用有线电能供应会被认为是不方便的。已经开展对无线电能传输的研究，以解决有线电能供应以及传统电池的容量的不方便。例如，一些研究已经涉及短距离无线电能传输。短距离无线电能传输可对应于这样的手段，其中，发送线圈和接收线圈之间的距离比工作频率的波长足够短。使用谐振特性的无线电能发送和接收系统可包括提供电能的源以及被提供电能的目标。
发明内容
在一个总体方面，提供一种无线电能发送器，包括：多个电容器；转换单元，当对所述多个电容器充电时将所述多个电容器的电连接转换为并联连接，当所述多个电容器放电时将所述多个电容器中的至少两个电容器的电连接转换为串联连接。
所述无线电能发送器还可包括：电能输入单元，将从电源供应的电能充入并联连接的所述多个电容器；电能发送单元，发送所述多个电容器中的串联连接的所述至少两个电容器中存储的电能。
所述无线电能发送器还可包括转换单元，转换单元将所述多个电容器的电连接转换为并联连接，将所述多个电容器的电连接从并联连接转换为串联连接；电能输入单元，将从电源供应的电能充入并联连接的所述多个电容器；电能发送单元，发送串联连接的多个电容器中存储的电能。
所述多个电容器的每个电容器可具有实质上相同的电容。
所述无线电能发送器还可包括：控制器，控制连接到所述多个电容器的开关，其中，当所述多个电容器被充入预定量的电能时，控制器控制所述开关将所述多个电容器从并联连接改变为串联连接。
当所述多个电容器并联连接时，转换单元可将所述多个电容器电连接到电能输入单元；当所述多个电容器串联连接时，转换单元可将所述多个电容器电连接到电能发送单元。
控制器可将电能发送单元串联地电连接到预定数量的多个电容器，其中，所述预定数量的电容器被选择以控制源谐振器的谐振频率。
电能输入单元可将从DC电源或AC电源供应的电能充入并联连接的多个电容器。
当串联连接的多个电容器放电至小于或等于预定水平的水平时或者经过预定时间之后，控制器可控制连接到串联连接的多个电容器的开关，从而电容器并联连接。
转换单元可包括：第一开关单元，控制电能输入单元与所述多个电容器之间的电连接，控制电能发送单元与所述多个电容器之间的电连接；第二开关单元，控制所述多个电容器之间的电连接；第三开关单元，控制所述多个电容器与地之间的电连接。
在另一总体方面，提供一种使用无线电能的数据发送器，所述数据发送器包括：多个电容器组；电能输入单元，将从电源供应的电能充入所述多个电容器组；发送单元，发送所述多个电容器组中存储的电能，所述多个电容器组中的每个电容器组包括：多个电容器，根据电连接而连接到电能输入单元或发送单元；转换单元，转换所述电连接。
电能输入单元可同时对各个电容器充电，或者电能输入单元可选择性地对电容器充电。
转换单元可将所述电连接转换为用于从电能输入单元对所述多个电容器充电的并联连接，可将所述电连接转换为用于所述多个电容器向发送单元放电的串联连接。
所述数据发送器还可包括：控制器，控制连接到所述多个电容器的多个开关，其中，所述多个开关可被控制，以物理地分离电能输入单元和发送单元。
所述多个电容器组可包括第一电容器组和第二电容器组，其中，第一电容器组的所述多个电容器可包括数量N的电容器，第二电容器组的所述多个电容器可包括数量M的电容器。
转换单元可控制所述多个开关中的连接到N个电容器的开关，以将N个电容器的电连接转换为串联连接或并列连接；转换单元可控制所述多个开关中的连接到M个电容器的开关，以将M个电容器的电连接转换为串联连接或并列连接。
第一电容器组的N个电容器中的每个电容器可具有实质上相同的电容；第二电容器组的M个电容器中的每个电容器可具有实质上相同的电容。
发送单元可选择性地发送基于包括串联连接的N个电容器的第一电容器组中存储的电能的量和包括串联连接的M个电容器的第二电容器组中存储的电能的量中的至少一个而被调制的数据。
控制器可将发送单元串联地电连接到所述多个电容器中的预定数量的电容器，其中，所述预定数量的电容器可被选择以控制源谐振器的谐振频率。
在另一总体方面，提供一种无线电能接收器，包括：至少一个电容器；接收单元，接收无线电能以对所述至少一个电容器充电；电能输出单元，将存储在所述至少一个电容器中的电能传送到负载；开关单元，控制连接到所述至少一个电容器的至少一个开关，以避免接收单元电连接到电能输出单元。
开关单元可基于存储在所述至少一个电容器中的电能的量控制所述至少一个开关，以将所述至少一个电容器电连接到接收单元或电能输出单元。
在另一总体方面，提供一种使用无线电能的数据接收器，包括：至少一个电容器；接收单元，接收无线电能以对所述至少一个电容器充电；解调单元，基于存储在所述至少一个电容器中的电能的量对从源谐振器发送的数据进行解调；电能输出单元，将存储在所述至少一个电容器中的电能以及解调的数据传送到负载。
所述数据接收器还可包括：开关单元，控制连接到所述至少一个电容器的至少一个开关，以避免接收单元电连接到电能输出单元。
在另一总体方面，提供一种无线传输电能的方法，包括：从电源对第一电容器单元充电；将第一电容器单元与电源断开，将第一电容器单元连接到发送线圈；对第一电容器单元放电，以将电能从发送线圈发送到接收线圈；从接收线圈对第二电容器单元充电；将第二电容器单元与接收线圈断开，将第二电容器单元连接到负载；对第二电容器单元放电以将电能供应给负载。
第一电容器单元可包括多个电容器，所述方法还可包括：当从电源对第一电容器单元充电时，以并联方式连接所述多个电容器；当第一电容器单元向发送线圈放电时，以串联方式连接所述多个电容器的至少一部分。
所述方法还可包括：基于存储在第一电容器单元中的电能来调制数据；将调制的数据从发送线圈发送到接收线圈；基于存储在第二电容器单元中的电能的量来对调制的数据进行解调。
在另一总体方面，提供一种无线传输电能的方法，所述方法包括：将从电源供应的电能充入并联连接的N个电容器；将并联连接的N个电容器的电连接转换为串联连接；将串联连接的N个电容器的电连接转换为并联连接，通过源谐振器和目标谐振器之间的磁耦合发送串联连接的N个电容器中存储的电能。
所述无线电能发送方法还可包括：当并联连接的N个电容器被充电时，控制连接到并联连接的N个电容器的开关，从而N个电容器串联连接。
所述控制步骤包括：当N个电容器被放电至小于等于预定值的水平或经过预定时间之后，控制连接到串联连接的N个电容器的开关，从而N个电容器并联连接。
这里描述的示例可包括：无线电能及数据传输系统，其中，当多个电容器并联连接时，连接的多个电容器被充电，因此可产生相对高容量的等效电容器，并且可使用该等效电容器将相对高的量的电能传送给电能发送单元。
这里描述的示例可包括无线电能及数据传输系统，该系统可包括多个串联连接的电容器，可产生相对低容量的等效电容器，并且可使用该等效电容器提供具有相对高的品质因子(Q)值的源谐振器，因此可将相对高的量的电能传送给目标装置。
这里描述的示例可包括无线电能及数据传输系统，其中，单个电源使用电容器组产生量化电压，每个电容器组包括不同数量的电容器，因此可同时发送无线电能和数据。
这里描述的示例可包括无线电能及数据传输系统，该系统通过选择性地选择并联的充电的多个电容器来配置将被串联连接的电容器，因此可可变地改变谐振器的谐振频率。
根据下面的详细描述、附图和权利要求，其他特征和方面会是清楚的。
附图说明
图1是示出根据示例实施例的短距离无线电能传输系统的等效电路，其中，电能输入单元和电能发送单元物理地分离，其中，接收单元和电能输出单元物理地分离。
图2是示出根据示例性实施例的无线电能发送器的框图。
图3是示出根据示例实施例的无线电能发送器的示图。
图4是示出根据示例实施例的无线电能发送器的示例的示图。
图5是示出根据示例实施例的在无线电能发送器中电容器并联连接的示例的示图。
图6是示出根据示例实施例的在无线电能发送器中电容器串联连接的示例的示图。
图7是示出根据示例实施例的可发送无线电能的数据发送器的框图。
图8是示出根据示例实施例的可发送无线电能的数据发送器的示图。
图9是示出根据示例实施例的可发送无线电能的数据发送器的示例的示图。
图10是示出根据示例实施例的无线电能接收器的框图。
图11是示出根据示例实施例的可接收无线电能的数据接收器的框图。
贯穿附图和详细描述，除非另有说明，相同的附图标号应被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，可夸大这些元件的相对大小和绘图。
具体实施方式
提供下面的详细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。因此，可以使本领域技术人员想到这里描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同物。描述的处理步骤和/或操作的进行是示例性的；然而，步骤和/或操作的次序不限于在此所阐述的，除了必须按特定次序发生的步骤和/或操作之外，可以如在本领域所知的那样进行改变。此外，为了更加清楚和简明，可省略公知功能和结构的描述。
根据这里描述的各个示例实施例的无线电能传输系统可具有包括源和目标的源-目标结构。该无线电能传输系统可包括与源相应的无线电能发送器和与目标相应的无线电能接收器。
为了提高电路的无线电能传输效率，可考虑特定因素，其中，在该电路中，无线电能发送器的电能输入单元物理地连接到发送线圈，无线电能接收器的电能输出单元物理地连接到接收线圈。
可基于操作环境的改变来考虑诸如频率调整、阻抗匹配、功率放大器效率、整流器的实现的因素，以提高电路的无线电能传输效率，其中，在该电路中，无线电能发送器的电能输入单元物理地连接到发送线圈，无线电能接收器的电能输出单元物理地连接到接收线圈。作为示例，操作环境的改变可包括谐振器之间的距离的改变和目标的阻抗的改变。
因此，根据示例实施例的无线电能传输系统可使用这样的电路，在该电路中，无线电能发送器的电能输入单元与发送线圈物理地分离，无线电能接收器的电能输出单元与接收线圈物理的分离。因此，无线电能传输系统可降低诸如阻抗不匹配等因素的影响。
在无线电能传输系统中，由于位于电能输入单元和发送线圈之间的电容器，电能输入单元和发送线圈可物理地分离。当电能输入单元连接到电容器时，所述电容器可不存在到发送线圈的连接。所述电容器可被电能输入单元充电，当连接到发送线圈时，所述电容器可被放电。所述电容器不会同时连接到电能输入单元和发送线圈这二者。
接收线圈和电能输出单元可通过位于接收线圈和电能输出单元之间的电容器而物理地分离。当接收线圈通过发送线圈和接收线圈之间的磁耦合而接收从发送线圈释放的电能时，所述电容器可连接到接收线圈。因此，该电容器可被接收线圈充电。在该示例中，所述电容器可与电能输出单元分离。此外，充电的电容器可连接到电能输出单元，电能输出单元可将电能传送到目标装置或负载。
无线电能传输系统可控制将电容器连接到电能输入单元或发送线圈的时序，并且可控制将电容器连接到接收线圈或电能输出单元的时序。
为了在无线电能传输系统中的发送线圈和接收线圈之间传送电能时提供相对高的传输效率，可实现具有相对高的品质因子(Q)值的谐振器。这里，Q值可与谐振器的电容的平方根成反比。因此，具有相对低的电容的电容器可用于设计具有相对高的Q值的谐振器。
当使用具有相对低的电容的电容器时，电能的量可降低。这里，所述电能的量可对应于通过电能输入单元充入到电容器的电能的量。因此，尽管在发送线圈中效率相对高，但是将被传送到接收线圈的电能的量会降低。
被功率输入单元充电的电容器可以是具有相对高的电容的电容器以增加电能的量，连接到发送线圈的电容器可以是具有相对低的电容的电容器以提高与接收线圈的传输效率。
作为示例，可使用可从单个输入电源提供不同电平的输入电压的电容器的组合。无线电能传输系统可根据不同电平的输入电压来发送和接收数据。
无线电能传输系统可以在各种系统中被实现，例如，蜂窝电话的无线充电、无线电视(TV)等。无线电能传输系统也可以在生物保健领域中被实现。例如，无线电能传输系统可用于将电能远程传输到嵌入人体的装置或将电能无线传输到用于测量心率的绷带式装置。
作为另一示例，无线电能传输系统可应用于不包括电源的信息存储装置的远程控制。在该示例中，无线电能传输系统可远程供电以操作信息存储装置，并且可读取存储在信息存储装置中的信息。例如，在电能被远程供应给信息装置的同时，可从信息装置读取信息。
图1示出根据示例实施例的近场无线电能传输系统的等效电路，其中，电能输入单元110和电能发送单元120物理地分离，其中，接收单元140和电能输出单元150物理地分离。
参照图1，近场无线电能传输系统可被构造为包括源和目标的源-目标结构。该无线电能传输系统可包括与源对应的无线电能发送器以及与目标对应的无线电能接收器。
无线电能发送器包括电能输入单元110、电能发送单元120、开关单元130。电能输入单元110可从电源接收能量，并可将能量存储在电容器中。开关单元130可在电容器存储能量时将电容器连接到电能输入单元110，并且可在电容器释放存储的能量时将电容器连接到电能发送单元120。这里，开关单元130可避免电容器同时连接到电能输入单元110和电能发送单元120二者。
电能发送单元120可发出可被接收单元140接收的电磁能。具体地，电能发送单元120的发送线圈(L1)可通过与接收单元130的接收线圈(L2)的磁耦合来传送能量。L1和L2之间的磁耦合可被表示为互感(M)。
可通过包括输入电压(VDC)、内部电阻(Rin)和电容器(C1)的电路来对电能输入单元110建模。可基于与电能发送单元120相应的物理特性通过包括基本电路器件(R1、L1、C1)的电路来对电能发送单元120建模。可通过一个或多个开关来对开关单元130建模。执行导通和断开功能的有源元件可用作开关。R表示电阻器，L表示电感器，C表示电容器。施加到电容器C1的电压可被表示为Vin。
无线电能接收器包括接收单元140、电能输出单元150、开关单元160。接收单元140可从电能发送单元120接收电磁能。接收单元140可将接收的电磁能存储在连接到接收单元140的电容器中。开关单元160可在将能量存储在电容器中时将电容器连接到接收单元140，并且可在将存储在电容器中的能量传送到负载时将电容器连接到电能输出单元150。开关单元160可避免将电容器同时连接到接收单元140和电能输出单元150二者。
接收单元140的接收线圈L2可通过与电能发送单元120的发送线圈L1的磁耦合来接收能量。作为示例，电能输出单元150可将接收的电能传送给电池。作为另一示例，电能输出单元150可将电能传送给负载或目标装置。
可基于与接收单元140相应的物理特性通过基本电路元件(R2、L2、C2)来对接收单元140建模。可通过包括电容器(C2)和电池的电路来对电能输出单元150建模。可通过一个或多个开关来对开关单元160建模。施加到电容器C2的电压可被表示为Vout。
由于源谐振器(R1、L1、C1)与供应电能的电源分离，并且目标谐振器(R2、L2、C2)与目标装置分离，因此无线电能传输系统可在不需要基于操作环境的改变的频率调整和阻抗匹配的情况下而进行操作。这里，可基于存储在连接到源谐振器的电容器中的电能来确定传送到源谐振器的电能，并且可基于存储在连接到目标装置的电容器中的电能来确定传送到目标装置的电能。可基于电容器充电以及存储的电能的传送来确定传输效率。
例如，如图1所示，当使用单个电容器C1时，连接到电能输入单元110的电容器的电容可与连接到电能发送单元120的电容器的电容实质上相同。电容器的充电容量可与电容器的电容成比例，源谐振器的Q值可与该电容的平方根成反比。因此，在该示例中，如果电容器的充电容量增加，则源谐振器的Q值可不增加。
为了既增加源谐振器的Q值又增加电容器的充电容量，可使用多个电容器。在该情况下，基于多个电容器的连接类型，电容器的充电容量可针对电能输入单元110而增加，Q值可针对电能发送单元120而增加。
图2示出根据示例性实施例的无线电能发送器。
参照图2，无线电能发送器包括：电能输入单元210、转换单元220、电能发送单元230、控制器240。
电能输入单元210可将从电源供应的电能充入一个或多个电容器。电源可被包括在电能输入单元210中，或者可被置于电能输入单元210的外部。电能输入单元210可将从DC电源或AC电源供应的电能充入一个或多个电容器。
电能输入单元210可使用DC电源容易地对一个或多个电容器充电。如果电能输入单元210使用AC电源，则电能输入单元210可使用AC/DC转换器将AC电能转换为DC电能，或者可包括开关以适当地调整时序从而对一个或多个电容器充电。
转换单元220可转换一个或多个电容器的电连接。
作为示例，当多个电容器连接到电能输入单元210时，转换单元220可将电连接转换为并联连接，从而所述电容器并联地连接。并联连接的电容器的总电容可与每个电容器的各自的电容之和实质上相同，因此该总电容可大于单独的每个电容器的各自的电容。转换单元220可将电容器的电连接转换为并联连接，因此与单个电容器相比，电能输入单元210可提供更多量的用于充电的电能。
当所述电容器连接到电能发送单元230时，转换单元220可将电连接转换为串联连接，从而所述电容器串联地连接。串联连接的电容器的总电容可小于单独的每个电容器的各自的电容。在该示例中，每个电容器可具有大约相同的电容。转换单元220可将所述电容器的电连接转换为串联连接，因此与单个电容器相比，可增加包括在电能发送单元230中的源谐振器的Q值。
当确定电能输入单元210已经完成并联连接的电容器的充电时，转换单元220可将充电的电容器的电连接转换为串联连接。可基于可存储在电容器中的电能的预定最大阈值来确定充电的完成，或者可基于电容器的稳定性来确定充电的完成。在该示例中，可基于在物理层面不会有缺陷的电容器来确定所述稳定性。
作为另一示例，转换单元220可通过将连接到所述电容器的开关导通和断开来转换所述电容器的电连接。可通过控制器240来提供与导通和断开连接到所述电容器的开关之中的哪些开关相关的信息。控制器240可基于存储在所述电容器中的能量的水平来产生控制信号，从而转换单元220可控制连接到所述电容器的开关。控制器240可测量或感测存储在所述电容器中的能量。在该示例中，可通过测量单元来测量存储的能量，或者可通过传感器来感测存储的能量。
转换单元220包括：第一开关单元221、第二开关单元223、第三开关单元225。第一开关单元221可导通和断开电能输入单元210和电容器之间的电连接，并且可导通和断开电能发送单元230和电容器之间的电连接。第二开关单元223可导通和断开电容器之间的电连接。第三开关单元225可导通和断开电容器与地之间的电连接。
例如，为了将电能输入单元210与并联的电容器连接，第一开关单元221可导通电能输入单元210与电容器之间的电连接，第二开关单元223可断开电容器之间的电连接，第三开关单元225可导通电容器与地之间的电连接。为了将电能发送单元230连接到串联的电容器，第一开关单元221可导通电能发送单元230与电容器之间的电连接，第二开关单元可导通电容器之间的电连接，第三开关单元225可断开电容器与地之间的电连接。
在电容器连接到电能输入单元210时，电容器可与电能发送单元230分离。电能输入单元210和电能发送单元230可通过转换单元220的导通和断开而彼此分离。
这里，可通过将电容器连接到电能发送单元230的源谐振器来将存储在电容器中的电能传送到电能发送单元230的源谐振器。即，在转换单元220将电容器的电连接从并联连接转换为串联连接之后，电容器可连接到源谐振器。
电能发送单元230可通过磁耦合来发送被传送到源谐振器的电能。当被充电并且串联连接的电容器连接到源谐振器时，电能发送单元230可通过磁耦合来发送存储在电容器中的电能。
电能输入单元210和电能发送单元230可独立地操作。因此，电能输入单元210和电能发送单元230可被实现为实质上不受操作环境的改变的影响。电能输入单元210可使用多个电容器，因此可在不使用功率放大器的情况下产生用于无线电能接收器的电能。
控制器240可将多个电容器中的预定数量的电容器电连接到电能发送单元230，并且可控制源谐振器的谐振频率。作为一个示例，源谐振器的谐振频率可基于连接到电能发送单元230的电容器的数量而改变。当与无线电能传输的目标不同的无线电能接收器接收电能时，控制器240可改变参考频率，以实质上避免不同的接收器接收电能。例如，控制器240可应用于另一通信方案，例如，通过改变谐振频率来降低来自另一无线电能接收器的干扰。
图3示出根据示例实施例的无线电能发送器。
参照图3，电能输入单元310可对并联连接的电容器311充电，电能发送单元320可发送从串联连接的电容器321供应的电能。可通过发送线圈(L)来发送从电容器321供应的电能。在图3示出的示例中，电容器321的数量为N。
这里，当并联连接的N个电容器311中的每个电容器的各自的电容为N×C时，并联连接的N个电容器311的总电容可以为N×N×C。此外，当串联连接的N个电容器321中的每个电容器的各自的电容为N×C时，串联连接的N个电容器321的总电容可以为C。
作为示例，电能输入单元310可对并联连接的N个电容器311充电，从而获得N×N×C的充电容量。电能发送单元320可使用串联连接的N个电容器321来构造具有相对高的Q值的源谐振器。电能输入单元310可将能量存储在具有相对高的容量的等效电容器中，电能发送单元320可通过具有相对低容量的等效电容器来构造具有相对高的Q值的源谐振器。
作为另一示例，能量输入单元310可在并联连接的N个电容器311中存储电容为C的单个电容器的N2倍的电能，并且电能发送单元320可使用大约相同的电容C来构造源谐振器。因此，电能发送单元320可构造与具有电容C的单个电容器具有相同的Q值的源谐振器，并且可将更多量的电能提供给无线电能接收器。
图4示出根据示例实施例的无线电能发送器的示例。
参照图4，无线电能发送器包括电能输入单元410、电能发送单元420和转换单元430。
电能输入单元410可将从输入电压(Vin)供应的电能充入并联连接的电容器。在该示例中，转换单元430可将电容器的电连接转换为并联连接。转换单元430可包括：第一开关单元431、第二开关单元433、第三开关单元435。在该示例中，第一开关单元431可导通电容器与输入电压Vin之间的电连接。第二开关单元433可断开电容器之间的电连接。第三开关单元433可导通电容器与地之间的电连接。当每个电容器的各自的电容为N×C，并且电容器的数量为N时，并联连接的电容器的总电容可以为N×N×C。
电能发送单元420可通过源谐振器和目标谐振器之间的磁耦合来发送存储在电容器中的电能。源谐振器可近似为串联的RLC电路。为了发送单元420的发送，转换单元430可将电容器的电连接转换为串联连接。在该示例中，第一开关单元431可导通电容器与发送线圈(L)之间的电连接。第二开关单元433可导通电容器之间的电连接。第三开关单元435可断开电容器与地之间的电连接。当每个电容器的各自的电容为N×C，并且电容器的数量为N时，串联连接的电容器的总电容为C。
图5示出根据示例实施例的在无线电能发送器中电容器并联连接的示例。
参照图5，开关单元510可导通电能输入单元与电容器之间的开关，并可断开电能发送单元与电容器之间的开关。在该示例中，电容器之间的开关被断开。开关单元520可导通电容器和地之间的开关。这里，可通过开关操作来将电容器与电能输入单元并联连接。
图6示出根据示例实施例的在无线电能发送器中电容器串联连接的示例的示图。
参照图6，开关单元620可导通电能发送单元与电容器之间的开关。开关单元610可导通电容器之间的开关。在该示例中，电容器和地之间的开关可被断开。串联连接的电容器的第一端可接地。这里，可通过开关操作来将电容器与电能输入单元串联连接。
图7示出根据示例实施例的可发送无线电能的数据发送器。
参照图7，数据发送器包括：电能输入单元710、电容器组720、发送单元730、控制器740。
电能输入单元710可将从电源供应电能充入电容器组720。电容器组720可包括电容器组721和电容器组724，并且还可包括另外的电容器组。电容器组721和724可存储不同量的电能。这里，每个电容器组可包括不同数量的电容器，即，电容器组721可包括电容器723，电容器组724可包括电容器726。当包括在电容器组721中的电容器723的数量与包括在电容器组724中的电容器724的数量彼此不同，并且每个电容器具有相同的电容时，存储在电容器组721中的电能的量与存储在电容器组724中的电能的量可以彼此不同。
电源可被包括在电能输入单元710中，或者可被置于电能输入单元710的外部。电能输入单元710可将从DC电源或AC电源供应的电能充入电容器。电能输入单元710可将来自单个电源的电能充入电容器组720。
如果提供DC电源，则电能输入单元710可容易地对电容器充电。尽管电能输入单元710使用AC电源，电能输入单元210可通过使用AC/DC转换器将AC电能转换为DC电能，或者可通过添加开关并调整开关的时序，来对电容器充电。
电容器组721和724分别包括电容器723和电容器726。这里，可通过转换单元722和725来分别转换电容器723和电容器726的电连接。
电容器组721中的转换单元722可转换电容器723的电连接。转换单元722可将电容器723的电连接转换为用于将电容器723连接到电能输入单元710的并联连接。转换单元722可将电容器723的电连接转换为用于将电容器723连接到发送单元730的串联连接。
电容器组724中的转换单元725可转换电容器726的电连接。转换单元725可将电容器726的电连接转换为用于将电容器726连接到电能输入单元710的并联连接。转换单元725可将电容器726的电连接转换为用于将电容器连接到发送单元730的串联连接。
转换单元722和725可通过将连接到所述电容器的开关导通和断开来改变电容器的电连接。这里，可从控制器740提供与导通和断开连接到电容器的开关之中的哪些开关相关的信息。控制器740可产生控制信号，从而转换单元722和725可控制对连接到电容器的开关进行导通和断开。控制器740可测量或感测存储在所述电容器中的能量。在该示例中，可通过测量单元来测量存储的能量，或者可通过传感器来感测存储的能量。
电能输入单元710可以以选择性的或同时的方式来对电容器组721和724充电。具体地，电能输入单元710可对与电能输入单元710并联连接的电容器进行充电。
当电容器与电能输入单元710并联连接时，实质上相同的电压可被施加到电容器。当电容器的电连接被转换单元722和转换单元725转换为串联连接时，施加到电容器组721的电压可与施加到电容器组724的电压不同，这是因为包括在电容器组721中的电容器723的数量可与包括在电容器组724中的电容器726的数量不同。
例如，如果电容器组721包括两个电容器，电容器组724包括三个电容器，则1V的电压可被电能输入单元710施加到并联连接的两个电容器中的每个电容器，1V的电压可被施加到并联连接的三个电容器中的每个电容器。当电容器组721的两个充电的电容器串联连接时，施加到电容器组721的电压可以为2V。当电容器组724的三个充电的电容器串联连接时，施加到电容器组724的电压可以是3V。
这里，发送单元730可发送基于存储在电容器组721和724中的电能的量调制的数据。电容器组721和724可分别根据不同的电压来调制数据，这是因为施加到电容器组721和724的电压可以彼此不同。发送单元730可连接到具有映射到期望的数据的电压的电容器组，从而发送期望的数据。控制器740可将与施加到各个电容器组721和724的电压相关的信息提供给发送单元730。控制器740还可将与映射到各个电压的数据相关的信息提供给发送单元730。控制器740可控制转换单元722和725，以将发送单元730连接到施加有相应电压的电容器组。
控制器740可将发送单元730电连接到电容器723和726之中的预定数量的电容器，从而可控制源谐振器的谐振频率。源谐振器的谐振频率可基于连接到发送单元730的电容器的数量而改变。当除了无线电能传输的目标之外的无线电能接收器接收电能时，控制器740可改变谐振频率以阻止该接收器接收电能。控制器740还可通过改变谐振频率来降低来自另外的无线电能接收器的干扰。通过将预定数量的电容器串联地电连接到发送单元730来改变谐振频率的控制器740的方案可以应用到另一的通信方案。
在电容器连接到电能输入单元710时电容器可从发送单元730断开。电能输入单元710和发送单元730可通过导通和断开转换单元722和725的开关而断开。控制器740可产生控制信号，该控制信号控制转换单元722和725将电能输入单元710和发送单元730物理地分离。
发送单元730可通过磁耦合发送被传送到源谐振器的电能。当被充电并且串联连接的电容器连接到源谐振器时，发送单元730可通过磁耦合发送存储在电容器中的电能。发送单元730可基于连接的电容器组721和724来发送不同量的电能，从而可发送调制的数据。
电能输入单元710和发送单元730可独立地操作。因此，电能输入单元710和发送单元730可降低无线电能发送器的操作环境的影响。
图8示出根据示例实施例的可发送无线电能的数据发送器。
参照图8，电能输入单元810可对电容器组811和电容器组813充电。电容器组811包括并联连接的N个电容器。在该示例中，N个电容器中的每个电容器的各自的电容可以为N×C。电容器组813包括并联连接的M个电容器。在该示例中，M个电容器中的每个电容器的各自的电容可以为M×C。
这里，当N个电容器中的每个电容器的各自的电容为N×C时，电容器组811的总电容可以为N×N×C。此外，当M个电容器中的每个电容器的各自的电容为M×C时，电容器组813的总电容可以为M×M×C。
当N个电容器中的每个电容器的各自的电容为N×C时，电容器组821的总电容可以为C。当M个电容器中的每个电容器的各自的电容为M×C时，电容器组823的总电容可以为C。由于串联连接的电容器的总电容可以C，因此发送单元820的源谐振器可保持实质上相同的谐振频率，而不管源谐振器是连接到电容器组821还是电容器组823。
当N个电容器并联连接时，实质上相同的电压可从输入电压(Vin)被施加到每个电容器。此外，当M个电容器并联连接时，实质上相同的电压可从Vin被施加到每个电容器。
施加到电容器组821(在电容器组821中，N个电容器串联连接)的电压可被确定为N×Vin。施加到电容器组823(在电容器组823中，M个电容器串联连接)的电压可被确定为M×Vin。施加到电容器组821的电压可基于包括在电容器组821中的电容器的数量而改变，施加到电容器组823的电压可基于包括在电容器组823中的电容器的数量而改变。
发送单元820可发送基于存储在电容器组821或电容器组823中存储的电能的量而调制的数据。可基于施加到电容器组821的量化电压和施加到电容器组823的量化电压来调制数据。
图9示出根据示例实施例的可发送无线电能的数据发送器的示例。
参照图9，使用无线电能的数据发送器可包括：电能输入单元910、发送单元920、电容器组930和940。
电能输入单元910可将从输入电压(Vin)供应的电能充入电容器组930和940。在该示例中，电容器组(例如，电容器组930或电容器组940)中的转换单元可将电容器的电连接转换为并联连接。当电容器并联连接时，实质上相同的电压可从Vin被施加到并联连接的电容器。转换单元可包括：第一开关单元931和941、第二开关单元933和943、第三开关单元935和945。在该示例中，第一开关单元931和941可导通电容器与输入电压Vin之间的电连接。第二开关单元933和943可断开电容器之间的电连接。第三开关单元935和945可导通电容器与地之间的电连接。
这里，当电容器组930中的每个电容器的各自的电容为N×C，并且电容器的数量为N时，并联连接的电容器的总电容可以为N×N×C。此外，当电容器组940中的每个电容器的的各自的电容为M×C，并且电容器的数量为M时，并联连接的电容器的总电容可以为M×M×C。
发送单元920可通过源谐振器和目标谐振器之间的磁耦合来发送存储在电容器中的电能。源谐振器可近似为串联的RLC电路。转换单元可将电容器的电连接转换为用于连接到发送单元920的串联连接。在该示例中，第一开关单元931和941可导通电容器与发送线圈(L)之间的电连接。第二开关单元933和943可导通电容器之间的电连接。第三开关单元935和945可断开电容器与地之间的电连接。
当电容器组930中的每个电容器的各自的电容为N×C，并且电容器的数量为N时，串联连接的电容器的总电容可以为C。当电容器组940中的每个电容器的各自的电容为M×C，并且电容器的数量为M时，串联连接的电容器的总电容可以为C。
当电容器串联连接时施加到电容器组930的电压可以为N×Vin，当电容器串联连接时施加到电容器组940的电压可以为M×Vin。发送单元920可发送基于电容器组的电压的不同而调制的数据。
图10示出根据示例实施例的无线电能接收器。
参照图10，无线电能接收器包括：接收单元1010、电容器1020、电能输出单元1030、开关单元1040、控制器1050。
接收单元1010可接收无线电能，并且可对至少一个电容器(例如，电容器1020)充电。接收单元1010可使用目标谐振器来接收无线电能。电容器1020与接收单元1010之间的连接可通过将开关导通或断开来进行控制。在电容器1020与接收单元1010连接时，电容器1020可从电能输出单元1030断开。接收单元1010和电能输出单元1030可通过开关单元1040的开关操作而断开。
随着目标谐振器的Q值增加，目标谐振器可更有效地从源谐振器接收无线电能。可基于连接到目标谐振器的电容器1020的电容来确定目标谐振器的Q值。随着电容器1020的电容的减小，目标谐振器的Q值可增加。可基于多个电容器串联连接的结构来构造具有低的电容的等效电容器。因此，电容器1020可对应于多个电容器串联连接的等效电容器。
电容器的电容可相对高以有效地将电能传送到目标装置。可基于多个电容器并联连接的结构来构造具有相对高的电容的等效电容器。开关单元1040可基于控制器1050的操作，使多个电容器串联连接或者并联连接。当电容器连接到接收单元1010时，开关单元1040可将多个电容器串联连接，当电容器连接到电能输出单元1030时，开关单元可将多个电容器并联连接。
这里，当电容器1020连接到电能输出单元1030时，存储在电容器1020中的电能可被传送到目标装置。当电容器1020连接到电能输出单元1030时，充电的电容器1020可不连接到接收单元1010。
电能输出单元1030可将存储在电容器1020中的电能传送给目标装置。电容器1020可通过开关单元1040连接到目标装置。
控制器1050可感测存储在电容器1020中的电能，并且当该电能大于预定值时控制电容器1020连接到电能输出单元1030。这里，所述预定值可被设置为实质上电容器1020可存储的电能的量的最大值。可基于存储的电能的一阶导数是否约为零来确定存储在电容器1020中的电能是否实质上达到最大值。当当前存储的电能与在采样时间期间存储的电能之间的差小于预定值时，可确定当前存储的电能可达到实质上的最大值。
控制器1050可感测存储在连接到电能输出单元1030的电容器1020中的电能，并且当电容器1020被放电至小于或等于预定值的水平或在感测之后经过预定时间时，控制器1050可控制开关单元1040将电容器1020连接到接收单元1010。这里，所述预定值可指示电能被实质上完成释放并且电能的水平实质上为零。所述预定时间可以是预先在控制器1050中设置的时间。
在无线电能接收器中，接收单元1010和电能输出单元1030可被开关单元1040分开。接收单元1010可对连接到的电容器1020充电，其中，电容器1020可以是与串联连接的多个电容器相应的等效电容器。电能输出单元1030可将存储在连接的电容器1020中的电能传送到目标装置，其中，电容器1020可以是与多个并联连接的电容器相应的等效电容器。接收单元1010和电能输出单元1030可彼此物理地分开，从而接收单元1010和电能输出单元1030可独立地操作。因此，接收单元1010和电能输出单元1030可降低操作环境的改变的影响。接收单元1010可使用电容器，因此可在不使用整流器的情况下将电能传送到目标装置。
图11示出根据示例实施例的可接收无线电能的数据接收器。
参照图11，数据接收器包括：接收单元1110、电容器1120、解调单元1130、电能输出单元1140、开关单元1150、控制器1160。
接收单元1110可通过接收无线电能对至少一个电容器(例如，电容器1120)充电。接收单元1110可通过目标谐振器和源谐振器之间的磁耦合来接收无线电能。解调单元1130可基于存储在电容器1120中的电能的量来对调制的数据进行解调。数据发送器可通过针对每个量化电压映射数据来对数据进行调制。因此，数据接收器可基于用于对电容器1120充电的充电电压来对调制的数据进行解调。控制器1160可将与针对每个量化电压映射的数据相关的信息提供给解调单元1130。
电能输出单元1140可将存储在电容器1120中的电能以及通过解调单元1130解调的数据传送给负载。负载可包括目标装置和电池。在电容器1120连接到接收单元1110时，电容器1120可不连接到电能输出单元1140，并且当电容器1120连接到电能输出单元1140是，电容器1120可不连接到接收单元1110。
用于执行这里描述的方法的程序指令或其一个多个操作可被记录、存储或固定在一个或多个计算机可读存储介质中。程序指令可由计算机实施。例如，计算机可以使处理器执行程序指令。所述介质还可单独包括程序指令、数据文件、数据结构等或包括程序指令、数据文件、数据结构等的组合。非暂时计算机可读介质的示例包括磁介质(例如，硬盘、软盘和磁带)；光学介质(例如，CD ROM盘和DVD)；磁光介质(例如，光盘)；被专门配置为存储和执行程序指令的硬件装置(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等)。程序指令的示例包括诸如由编译器所产生的机器代码和包含可由计算机使用解释器执行的高级代码的文件。程序指令(即，软件)可分布在联网的计算机系统，从而软件以分布式方式被存储和执行。例如，软件和数据可被一个或多个计算机可读记录介质存储。此外，完成这里公开的示例实施例的功能程序、代码和代码段可容易地被实施例所属领域的程序员基于并使用附图的流程图和框图以及这里所提供的它们的相应描述来解释。此外，描述的用于执行操作或方法的控制器可以是硬件、软件、或者硬件和软件的组合。例如，单元可以是在计算机上运行的软件包或者运行软件的计算机。
已经在上面描述多个示例实施例。然而，应该理解，可以进行各种修改。例如，如果以不同的次序来执行描述的技术和/或如果在描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或被其他组件或它们的等同物替代或补充，则可实现合适的结果。因此，其他实施在权利要求的范围内。

Claims (23)

1.一种无线电能发送器，包括：
多个电容器；
转换单元，当对所述多个电容器充电时将所述多个电容器的电连接转换为并联连接，当所述多个电容器放电时将所述多个电容器中的至少两个电容器的电连接转换为串联连接。
2.根据权利要求1所述的无线电能发送器，还包括：
电能输入单元，将从电源供应的电能充入并联连接的所述多个电容器；
电能发送单元，发送所述多个电容器中的串联连接的所述至少两个电容器中存储的电能。
3.根据权利要求1所述的无线电能发送器，其中：
转换单元将所述多个电容器的电连接转换为并联连接，将所述多个电容器的电连接从并联连接转换为串联连接；
所述无线电能发送器还包括：
电能输入单元，将从电源供应的电能充入并联连接的所述多个电容器；
电能发送单元，发送串联连接的多个电容器中存储的电能。
4.根据权利要求1所述的无线电能发送器，其中，所述多个电容器的每个具有相同的电容。
5.根据权利要求2所述的无线电能发送器，还包括：
控制器，控制连接到所述多个电容器的开关，
其中，当所述多个电容器被充入预定量的电能时，控制器控制所述开关将所述多个电容器从并联连接改变为串联连接。
6.根据权利要求3所述的无线电能发送器，其中：
当所述多个电容器并联连接时，转换单元将所述多个电容器电连接到电能输入单元；
当所述多个电容器串联连接时，转换单元将所述多个电容器电连接到电能发送单元。
7.根据权利要求2所述的无线电能发送器，其中，转换单元包括：
第一开关单元，控制电能输入单元与所述多个电容器之间的电连接，控制电能发送单元与所述多个电容器之间的电连接；
第二开关单元，控制所述多个电容器之间的电连接；
第三开关单元，控制所述多个电容器与地之间的电连接。
8.根据权利要求5所述的无线电能发送器，其中，控制器将电能发送单元串联地电连接到所述多个电容器中的预定数量的电容器，
其中，所述预定数量的电容器被选择以控制源谐振器的谐振频率。
9.一种使用无线电能的数据发送器，所述数据发送器包括：
多个电容器组；
电能输入单元，将从电源供应的电能充入所述多个电容器组；
发送单元，发送所述多个电容器组中存储的电能，
其中，所述多个电容器组中的每个电容器组包括：
多个电容器，根据电连接而连接到电能输入单元或发送单元，
转换单元，转换所述电连接。
10.根据权利要求9所述的数据发送器，其中，转换单元将所述电连接转换为用于从电能输入单元对所述多个电容器充电的并联连接，将所述电连接转换为用于所述多个电容器向发送单元放电的串联连接。
11.根据权利要求9所述的数据发送器，还包括：
控制器，控制连接到所述多个电容器的多个开关，
其中，所述多个开关被控制，以物理地分离电能输入单元和发送单元。
12.根据权利要求11所述的数据发送器，其中，所述多个电容器组包括第一电容器组和第二电容器组，
其中，第一电容器组的所述多个电容器包括数量N的电容器，第二电容器组的所述多个电容器包括数量M的电容器。
13.根据权利要求12所述的数据发送器，其中：
转换单元控制所述多个开关中的连接到N个电容器的开关，以将N个电容器的电连接转换为串联连接或并联连接；
转换单元控制所述多个开关中的连接到M个电容器的开关，以将M个电容器的电连接转换为串联连接或并联连接。
14.根据权利要求12所述的数据发送器，其中：
第一电容器组的N个电容器中的每个电容器具有相同的电容；
第二电容器组的M个电容器中的每个电容器具有相同的电容。
15.根据权利要求12所述的数据发送器，其中，发送单元选择性地发送基于下面中的至少一个而被调制的数据：
包括串联连接的N个电容器的第一电容器组中存储的电能的量；
包括串联连接的M个电容器的第二电容器组中存储的电能的量。
16.根据权利要求11所述的数据发送器，其中，控制器将发送单元串联地电连接到所述多个电容器中的预定数量的电容器，
其中，所述预定数量的电容器被选择以控制源谐振器的谐振频率。
17.一种无线电能接收器，包括：
至少一个电容器；
接收单元，接收无线电能以对所述至少一个电容器充电；
电能输出单元，将存储在所述至少一个电容器中的电能传送到负载；
开关单元，控制连接到所述至少一个电容器的至少一个开关，以避免接收单元电连接到电能输出单元。
18.根据权利要求17所述的无线电能接收器，其中，开关单元基于存储在所述至少一个电容器中的电能的量控制所述至少一个开关，以将所述至少一个电容器电连接到接收单元或电能输出单元。
19.一种使用无线电能的数据接收器，包括：
至少一个电容器；
接收单元，接收无线电能以对所述至少一个电容器充电；
解调单元，基于存储在所述至少一个电容器中的电能的量对从源谐振器发送的数据进行解调；
电能输出单元，将存储在所述至少一个电容器中的电能以及解调的数据传送到负载。
20.根据权利要求19所述的数据接收器，还包括：
开关单元，控制连接到所述至少一个电容器的至少一个开关，以避免接收单元电连接到电能输出单元。
21.一种无线传输电能的方法，包括：
从电源对第一电容器单元充电；
将第一电容器单元与电源断开，将第一电容器单元连接到发送线圈；
对第一电容器单元放电，以将电能从发送线圈发送到接收线圈；
从接收线圈对第二电容器单元充电；
将第二电容器单元与接收线圈断开，将第二电容器单元连接到负载；
对第二电容器单元放电以将电能供应给负载。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，第一电容器单元包括多个电容器，所述方法还包括：
当从电源对第一电容器单元充电时，以并联方式连接所述多个电容器；
当第一电容器单元向发送线圈放电时，以串联方式连接所述多个电容器的至少一部分。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：
基于存储在第一电容器单元中的电能来调制数据；
从发送线圈将调制的数据发送到接收线圈；
基于存储在第二电容器单元中的电能的量来对调制的数据进行解调。
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