CN102971940A - 在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种谐振电能传输系统和用于在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的方法。一种用于在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的设备可包括：负载传感器，被配置为检测连接到接收谐振电能的目标装置的负载的阻抗；目标反射信号检测器，被配置为检测与谐振电能相应的反射信号；目标阻抗跟踪单元，被配置为通过调节谐振频率的确定因子来跟踪谐振阻抗；目标控制单元，被配置为基于负载的阻抗是否改变、是否检测到反射信号或者以上两者来控制谐振阻抗的跟踪。

Description

在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的方法和设备
技术领域
以下描述涉及无线电能传输。
背景技术
传统的无线电能传输系统可包括用于发送谐振电能的源谐振器和用于接收谐振电能的目标谐振器。谐振电能可从源装置无线地传输到目标装置。
由于无线环境的性质，源谐振器和目标谐振器之间的距离很可能随时间变化，并且这两个谐振器的匹配条件可能改变。
发明内容
技术方案
根据一方面，一种用于在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的设备可包括：负载传感器，被配置为检测连接到接收谐振电能的目标装置的负载的阻抗；目标反射信号检测器，被配置为检测与谐振电能相应的反射信号；目标阻抗跟踪单元，被配置为通过调节谐振频率的确定因子来跟踪谐振阻抗；目标控制单元，被配置为基于负载的阻抗是否改变、是否检测到反射信号或者以上两者来控制谐振阻抗的跟踪。
负载传感器可通过感测施加到负载的电压和流到负载的电流的量来检测负载的阻抗的改变。
目标反射信号检测器可通过耦合器检测反射信号。
目标阻抗跟踪单元可包括一个或多个电容器和开关，所述开关被配置为通过对所述一个或多个电容器进行切换来调节谐振频率的确定因子。
目标控制单元可获取负载的阻抗的改变量，并基于所述阻抗的改变量确定开关的切换方向。
根据另一方面，一种用于在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的设备可包括：源反射信号检测器，被配置为检测与发送到目标装置的谐振电能相应的反射信号；目标检测器，被配置为检测关于目标装置的阻抗的改变；源阻抗跟踪单元，被配置为通过调节谐振频率的确定因子来跟踪谐振阻抗；源控制单元，被配置为基于是否检测到反射信号和关于目标装置的阻抗的改变中的至少一个来控制谐振阻抗的跟踪。
源反射信号检测器可通过耦合器检测反射信号。
目标检测器可基于反射信号和发送到目标装置的谐振电能的量来检测关于目标装置的阻抗的改变。
源阻抗跟踪单元可包括一个或多个电容器和开关，所述开关被配置为通过对所述一个或多个电容器进行切换来调节谐振频率的确定因子。
源控制单元可获取关于目标装置的阻抗的改变量，并基于所述阻抗的改变量确定开关的切换方向。
根据另一方面，一种在谐振电能传输系统中跟踪目标装置的谐振阻抗的方法可包括：检测连接到接收谐振电能的目标装置的负载的阻抗以及负载的阻抗的改变；基于是否检测到所述阻抗的改变和所述阻抗的改变量来执行谐振阻抗的跟踪；基于是否检测到与谐振电能相应的反射信号来控制谐振阻抗的跟踪。
检测负载的阻抗的改变的步骤可包括：通过检测施加到负载的电压和流到负载的电流的量来检测负载的阻抗的改变。
执行谐振阻抗的跟踪的步骤可包括：产生与所述阻抗的改变量相关的控制信号；并基于所述控制信号改变谐振频率的确定因子。
谐振频率的确定因子可与目标谐振器的电容相应，所述控制信号与关于所述电容的增加或减小的信息相应。
根据另一方面，一种在谐振电能传输系统中跟踪源装置的谐振阻抗的方法可包括：检测关于接收谐振电能的目标装置的阻抗的改变；基于是否检测到关于目标装置的阻抗的改变和所述阻抗的改变量来执行谐振阻抗的跟踪；基于是否检测到与谐振电能相应的反射信号来控制谐振阻抗的跟踪。
可基于反射信号和发送到目标装置的谐振电能的量来检测关于目标装置的阻抗的改变。
执行谐振阻抗的跟踪的步骤可包括：产生与所述阻抗的改变量相关的控制信号；并基于所述控制信号改变谐振频率的确定因子。
谐振频率的确定因子可与目标谐振器的电容相应，所述控制信号与关于所述电容的增加或减小的信息相应。
从下面的详细描述、附图和权利要求，其他特征和方面将是清楚的。
附图说明
图1示出无线电能传输系统。
图2示出谐振电能传输系统。
图3示出源装置的一配置。
图4示出目标装置的一配置。
图5示出切换脉冲信号。
图6示出切换脉冲信号的占空比。
图7示出在源装置固定的状态下由目标装置执行谐振阻抗的跟踪。
图8示出在源装置固定的状态下由目标装置执行谐振阻抗的跟踪的方法。
图9示出根据负载的改变由源装置执行谐振阻抗的跟踪。
图10示出根据负载的改变在源装置中执行的跟踪谐振阻抗的方法。
图11示出根据负载的改变跟踪源装置和目标装置之间的谐振阻抗的方法。
图12示出跟踪谐振阻抗的方法。
图13至图20示出各种谐振器。
图21示出用于图13的无线电能传输的谐振器的一个等效电路。
贯穿附图和具体的描述，除非另有描述，否则相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和便利，可夸大这些元件的相对尺寸和描绘。
具体实施方式
提供以下的详细描述以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，本领域的普通技术人员将想到在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物。所描述的处理步骤和/或操作的进行是示例；然而，除了必需按特定顺序发生的步骤和/或操作之外，步骤和/或操作的次序不限于在此阐述的，并且可进行如本领域中已知的改变。此外，为了增加的清楚和简明，可省略对公知功能和构造的描述。
图1示出无线电能传输系统。在一个或多个实施例中，传输的无线电能可以是谐振电能。
如图1中所示，无线电能传输系统可具有包括源和目标的源-目标结构。例如，无线电能传输系统可包括与源相应的谐振电能发送器110和与目标相应的谐振电能接收器120。
谐振电能发送器110可包括源单元111和源谐振器115。源单元111可被配置为从外部电压提供器接收能量以产生谐振电能。在一些示例中，谐振电能发送器110还可包括匹配控制113以执行谐振频率、阻抗匹配，或者执行上述二者。
源单元111可包括交流(AC)-AC(AC/AC)转换器、AC-直流(DC)(AC/DC)转换器和/或DC/AC逆变器。AC/AC转换器可被配置为将从外部装置输入的AC信号的信号电平调节到期望的电平。AC/DC转换器可通过对从AC/AC转换器输出的AC信号进行整流来输出预定电平的DC电压。DC/AC逆变器可被配置为通过快速地对从AC/DC转换器输出的DC电压进行切换来产生(例如，几兆赫兹(MHz)到几十MHz的频带的)AC信号。AC电能的其他频率也是可行的。
匹配控制113可被配置为至少设置源谐振器115的谐振带宽、源谐振器115的阻抗匹配频率或者二者。在一些实施方式中，匹配控制113可包括源谐振带宽设置单元和源匹配频率设置单元中的至少一个。源谐振带宽设置单元可设置源谐振器115的谐振带宽。源匹配频率设置单元可设置源谐振器115的阻抗匹配频率。例如，可基于设置的源谐振器115的谐振带宽或设置的源谐振器115的阻抗匹配频率来确定源谐振器115的Q因子。
源谐振器115可被配置为将电磁能传输到目标谐振器121。例如，源谐振器115可通过与目标谐振器121的磁耦合101将谐振电能传输到谐振电能接收器120。因此，源谐振器115可被配置为在设置的谐振带宽内进行谐振。
如所示，谐振电能接收器120可包括目标谐振器121、用于执行谐振频率或阻抗匹配的匹配控制123以及用于将接收的谐振电能传输到装置或负载的目标单元125。
目标谐振器121可被配置为从源谐振器115接收电磁能。目标谐振器121可被配置为在设置的谐振带宽内进行谐振。
匹配控制123可设置目标谐振器121的谐振带宽和目标谐振器121的阻抗匹配频率中的至少一个。在一些示例中，匹配控制123可包括目标谐振带宽设置单元和目标匹配频率设置单元中的至少一个。目标谐振带宽设置单元可设置目标谐振器121的谐振带宽。目标匹配频率设置单元可被配置为设置目标谐振器121的阻抗匹配频率。例如，可基于设置的目标谐振器121的谐振带宽或设置的目标谐振器121的阻抗匹配频率来确定目标谐振器121的Q因子。
目标单元125可被配置为将接收的谐振电能传输到负载。目标单元125可包括AC/DC转换器和DC/DC转换器。AC/DC转换器可通过对从源谐振器115发送到目标谐振器121的AC信号进行整流来产生DC电压。DC/DC转换器可通过调节DC电压的电压电平将额定电压提供给装置或负载。
在一个或多个实施例中，源谐振器115和目标谐振器121可被配置为螺旋线圈结构的谐振器(helix coil structured resonator)、涡旋线圈结构的谐振器(spiral coil structured resonator)、元结构的谐振器(meta-structured resonator)等。
参照图1，控制Q因子的步骤可包括：设置源谐振器115的谐振带宽和目标谐振器121的谐振带宽，并通过源谐振器115和目标谐振器121之间的磁耦合101将电磁能从源谐振器115传输到目标谐振器121。在一些示例中，源谐振器115的谐振带宽可被设置得比目标谐振器121的谐振带宽更宽或更窄。例如，可通过将源谐振器115的谐振带宽设置得比目标谐振器121的谐振带宽更宽或更窄来保持源谐振器115的BW因子和目标谐振器121的BW因子之间的不平衡关系。
由于无线电能传输采用谐振方案，谐振带宽可以是重要因子。当Q因子(例如，考虑源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、谐振阻抗的改变、阻抗不匹配、反射信号等)是Qt时，Qt可具有如等式1所示的与谐振带宽成反比的关系。
[等式1]
Δf f 0 = 1 Qt
= Γ S , D + 1 BW S + 1 BW D
在等式1中，f0表示中心频率，Δf表示带宽的改变，ΓS，D表示源谐振器115和目标谐振器121之间的反射损失，BWS表示源谐振器115的谐振带宽，BWD表示目标谐振器121的谐振带宽。BW因子可指示1/BWS或1/BWD。
由于一个或多个外部影响(例如，源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、源谐振器115和目标谐振器121中的至少一个的位置的改变等)，因此，可能发生在源谐振器115和目标谐振器121之间的阻抗不匹配。阻抗不匹配可直接导致电能传输效率的降低。当检测到与部分反射且返回的发送信号相应的反射波时，匹配控制113可被配置为确定已经发生阻抗不匹配，并可执行阻抗匹配。匹配控制113可通过对反射波的波形分析检测谐振点来改变谐振频率。匹配控制113可将反射波的波形中具有最小幅值的频率确定为谐振频率。
图2示出谐振电能传输系统。
如所示，谐振电能传输系统的源装置可包括AC/DC转换器210、DC/AC逆变器220和源谐振器230。谐振电能传输系统的目标装置可包括目标谐振器240和AC/DC转换器250。在图2中，负载260可被包括在目标装置中或者可对应于外部装置。
可在点B执行针对负载260的阻抗ZL的改变的阻抗匹配和针对从目标装置查看的源装置的阻抗的改变的阻抗匹配。可在点A执行针对DC/AC逆变器220和源谐振器230之间的阻抗改变的阻抗匹配。可通过以下描述的阻抗跟踪来执行阻抗匹配。例如，用于跟踪谐振频率的谐振阻抗跟踪装置可被包括在源装置和目标装置的每一个中，或者可被包括在源装置和目标装置之一中。谐振阻抗可指示当谐振器具有谐振频率时的阻抗值。
图3示出源装置300的一配置。
如所示，源装置300可包括电压控制单元310、AC/DC逆变器320、切换控制单元330、源控制单元340、目标检测器350、源反射信号检测器360和源谐振单元390。
电压控制单元310可接收第一频率的AC信号的输入，并可输出DC电压。输出的DC电压可以是恒定电平。例如，第一频率可与例如Hz范围中的许多频带相应。作为示例，可通过使用快速切换装置的快速切换方案来产生第一频率的AC信号，或者可通过使用振荡器的振荡方案来产生第一频率的AC信号。如所示，电压控制单元310可包括变换器311、整流器313和恒定电压控制单元315。
变换器311可将从外部装置输入的AC信号的信号电平调节到预定电平。
整流器313可对从变换器311输出的AC信号进行整流，从而输出DC信号。
恒定电压控制单元315可被配置为根据源控制单元340的控制输出恒定电平的DC电压。恒定电压控制单元315可包括用于输出恒定电平的DC电压的稳压电路。可基于目标装置使用的电能的量和/或对谐振电能的量的控制来确定从恒定电压控制单元315输出的DC电压的电压电平。
AC/DC逆变器320可通过将从电压控制单元310输出的DC信号转换为AC信号来产生谐振电能。AC/DC逆变器320可通过第二频率的切换脉冲信号将从恒定电压控制单元315输出的DC电压转换为AC信号。AC/DC逆变器320可包括切换装置。例如，切换装置可被配置为当切换脉冲信号处于“高状态”(例如，在其峰值或接近峰值)时闭合并且当切换脉冲信号处于“低状态”(例如，在其最小值或接近最小值)时断开。切换控制单元330可被用于产生切换脉冲信号。产生的切换脉冲信号可随后被提供给AC/DC逆变器320。例如，可通过快速切换方案或振荡方案来产生切换脉冲信号。可通过快速切换装置(例如，场效应晶体管(FET))来实现快速切换方案。可通过包括在切换控制单元330中的振荡器来实现振荡方案。例如，振荡器可输出具有预定振荡频率的AC信号。从切换控制单元330输出的切换脉冲信号可具有第二频率。
如图5中所示，切换脉冲信号可对应于方波。在其他实施例中，切换脉冲信号可对应于正弦波或其他波形。
图6示出切换控制单元330可将切换脉冲信号的占空比控制在大约50∶50。第二频率可与例如从几MHz到MHz范围中的许多频带的范围相应。在一些示例中，切换脉冲信号的占空比可被设置为具有大约10％的裕度(margin)。因此，切换控制单元330可将切换脉冲信号的占空比控制在40％至60％。
源控制单元340可被配置为控制源装置的整体操作、跟踪谐振阻抗和/或匹配阻抗。源控制单元340可包括至少一个处理器。例如，包括在源控制单元340中的所述至少一个处理器可被配置为控制谐振阻抗的跟踪。
源控制单元340可基于是否检测到关于目标装置的阻抗的改变和反射信号中的至少一个来控制谐振阻抗的跟踪。例如，谐振阻抗的跟踪可与在源阻抗跟踪单元370中执行的调节阻抗的处理相应。源控制单元340可被配置为获取关于目标装置的阻抗的改变量，并基于所述阻抗的改变量来控制源阻抗跟踪单元370。关于目标装置的阻抗可指示从图2的点A到点B所查看的阻抗。可将关于目标装置的阻抗的改变从目标检测器350提供给源控制单元340。
目标检测器350可检测关于目标装置的阻抗的改变。在一些实施方式中，目标检测器350可基于从外部电源输入到电压控制单元310的AC电能的量、源谐振单元380的输出电能的量、与发送到目标装置的谐振电能相应的反射电能的幅值或者它们的任何组合来检测关于目标装置的阻抗的改变。例如，目标检测器350可被配置为使用反射电能与发送到目标装置的谐振电能的量的比来检测关于目标装置的阻抗的改变。
对于谐振电能传输，可根据等式1来定义基于源谐振器和目标谐振器之间的阻抗的关系等式。
[等式1]
Vmax＝|Vi|+|Vr|＝|Vi|*(1+|Γ|)
Vmin＝|Vi|-|Vr|＝|Vi|*(1-|Γ|)
VSWR = V max V min = | V i V t | * ( 1 + | Γ | ) * ( 1 - | Γ | ) = 1 + | Γ | 1 - | Γ |
在等式1中，Vi表示源侧的输出电压，Vr表示因阻抗不匹配引起的反射电压，Γ表示反射系数。等式1的反射系数Γ可根据等式2来定义。
[等式2]
反射系数 ( Γ ) = V r V i = Z L - Z 0 Z L + Z 0
源反射信号检测器360可检测与发送到目标装置的谐振电能相应的反射信号。源反射信号检测器360可包括用于耦合反射信号的耦合器。源反射信号检测器360可通过耦合器检测反射信号。根据实施例，当通过源反射信号检测器360没有检测到反射信号时，源控制单元340可控制开关379终止谐振阻抗的跟踪。如果通过源反射信号检测器360检测到反射信号，则源控制单元340可控制开关379继续谐振阻抗的跟踪。
源谐振单元390可包括源阻抗跟踪单元370和源谐振单元380。
源阻抗跟踪单元370可调节谐振频率的确定因子以执行谐振阻抗的跟踪。谐振频率的确定因子可指示根据等式3定义的谐振频率。在等式3中，C表示谐振器的电容器的值(例如，电容)，L表示谐振器的电感值。
[等式3]
Figure BDA00002705041500083
谐振阻抗的跟踪可对应于通过跟踪或调节谐振器的C值执行阻抗匹配。在一些示例中，谐振器的C值可与谐振频率的值等同或相似。源阻抗跟踪单元370可包括用于跟踪谐振器的C值的可变电容器或多个电容器371、373和375。源阻抗跟踪单元370还可包括开关379。开关379可通过根据从源控制单元340输入的控制信号连续切换所述多个电容器371、373和375来调节谐振频率的确定因子。源控制单元340可从目标检测器350获取关于目标装置的阻抗的改变量，并可基于所述阻抗的改变量确定开关379的切换方向。例如，所述控制信号可与用于沿值C连续减小的方向或值C连续增加的方向切换开关379的信号相应。
在一些实施例中，源装置300还可包括通信单元。通信单元可被配置为执行用于通过谐振频率与目标装置交换数据的带内通信以及用于通过为数据通信分配的频率与目标装置交换数据的带外通信。
如在此使用的术语“带内”通信表示如用于电能发送时信息(诸如作为示例的控制信息、数据和/或元数据)在相同频带中和/或在相同信道上被发送的通信。根据一个或多个实施例，频率可以是谐振频率。并且，如在此使用的术语带外通信表示比用于电能发送时信息(诸如，作为示例的控制信息、数据和/或元数据)在单独的频带中和/或使用单独或专用的信道被发送的通信。
根据实施例，通信单元可接收在目标装置中检测的负载的阻抗的改变量，以将所述改变量提供给源控制单元340。源控制单元340可使用负载的阻抗的改变量控制源阻抗跟踪单元370。
图4示出目标装置400的一配置。
如所示，目标装置400可包括目标谐振单元450、AC/DC转换器470、DC/DC转换器480、负载检测器410、目标反射信号检测器420和目标控制单元440。例如，在图4中，负载401可被包括在目标装置400中，或者可对应于外部装置。
在一些实施例中，目标谐振单元450可被配置为与源谐振单元390相似。如所示，目标谐振单元450可包括目标谐振器460和目标阻抗跟踪单元430。
目标阻抗跟踪单元430可被配置为调节谐振频率的确定因子以执行谐振阻抗的跟踪。在目标阻抗跟踪单元430中执行的谐振阻抗的跟踪可对应于在图2的点B处调节阻抗的处理。可按照在源阻抗跟踪单元370中执行的相似方案来执行在目标阻抗跟踪单元430中执行的谐振阻抗的跟踪。与源阻抗跟踪单元370类似，目标阻抗跟踪单元430可包括一个或多个电容器431、433和435以及开关437。
AC/DC转换器470可将AC电压转换为DC电压。AC/DC转换器470可将谐振电能转换为DC电能。
DC/DC转换器480可调节DC电压，从而向负载401提供额定电压。
负载检测器410可检测与接收谐振电能的目标装置400连接的负载401的阻抗以及负载401的阻抗的改变。负载检测器410可检测施加到负载401的电压以及流到负载401的电流的量，从而检测负载401的阻抗的改变。
目标反射信号检测器420可检测与接收的谐振电能相应的反射信号。目标反射信号检测器420可包括用于耦合反射信号的耦合器。目标反射信号检测器420可通过耦合器检测反射信号。根据实施例，当通过目标反射信号检测器420没有检测到反射信号时，目标控制单元440可控制开关437终止谐振阻抗的跟踪。当通过目标反射信号检测器420检测到反射信号时，目标控制单元440可控制开关437继续谐振阻抗的跟踪。可由于各种原因而发生反射信号。例如，当负载401的功耗改变时，负载401的阻抗可改变。
目标控制单元440可被配置为控制目标装置400的整体操作、阻抗匹配以及谐振阻抗的跟踪。因此，目标控制单元440可包括至少一个处理器。例如，包括在目标控制单元440中的所述至少一个处理器可被配置为控制谐振阻抗的跟踪。
目标控制单元440可基于是否检测到反射信号和负载401的阻抗的改变中的至少一个来控制谐振阻抗的跟踪。目标控制单元440可获取负载401的阻抗的改变量，并基于所述阻抗的改变量控制目标阻抗跟踪单元430。目标控制单元440可基于负载401的阻抗的改变量来控制开关437的切换。例如，目标控制单元440可沿值C连续减小的方向转换开关437。
目标装置400还可包括通信单元。通信单元可执行用于在谐振频率与源装置交换数据的带内通信以及用于通过为数据通信分配的频率与源装置交换数据的带外通信。根据实施例，通信单元可将在目标装置中检测的负载的阻抗的改变量发送到源装置。
图7示出在源装置固定的状态下由目标装置执行谐振阻抗的跟踪。
图7等效地示出源装置的阻抗Z0和负载的阻抗ZL。在图7中，Γ(S11)_Target表示对于源装置的目标装置的反射阻抗或反射电能。
可根据等式4定义谐振电能传输系统中的效率值U。
[等式4]
U = κ Γ S Γ D = ω 0 M R S R D = Q S Q D Q κ
在等式4中，K表示关于源谐振器和目标谐振器之间的能量耦合的耦合效率，ΓS表示在源谐振器的反射阻抗，ΓD表示在目标谐振器的反射阻抗，ω0表示谐振频率，M表示源谐振器和目标谐振器之间的互阻抗(mutualimpedance)，RS表示源谐振器的阻抗，RD表示目标谐振器的阻抗，QS表示源谐振器的Q因子，QD表示目标谐振器的Q因子，QK表示关于源谐振器和目标谐振器之间的能量耦合的Q因子。参照等式4，当谐振阻抗改变时，可通过校正ΓS或ΓD来保持整体效率U。
图8示出在源装置固定的状态下由目标装置执行谐振阻抗的跟踪的方法。在一个或多个实施例中，可由目标装置400(图4)执行图8的方法。
在操作810，目标装置400可从源装置接收谐振电能。在操作810接收的谐振电能可具有能够唤醒目标控制单元440的相对小量的电能。
在操作820，目标控制单元440可使用接收的谐振电能唤醒或激活目标控制单元440。
在操作830，目标装置400可检查谐振电能的接收状态。例如，目标装置400可检验接收的谐振电能的量是否恒定、接收状态是否不稳定或者二者。
目标装置400可在操作840检测负载的阻抗，并可在操作850检测负载的阻抗的改变。目标装置400可在操作850确定是否检测到负载的阻抗的改变，并且当检测到负载的阻抗的改变时，目标装置400可在操作860执行谐振阻抗的跟踪。
在操作860，目标装置400可基于是否检测到所述阻抗的改变以及所述阻抗的改变量来执行谐振阻抗的跟踪。可通过感测施加到负载的电压和流到负载的电流的量来检测所述阻抗的改变量。
在操作870，目标装置400可基于是否检测到与谐振电能相应的反射信号来控制谐振阻抗的跟踪。当检测到反射信号时，目标装置400可返回至操作860，并控制目标阻抗跟踪单元430继续谐振阻抗的跟踪。另一方面，如果没有检测到反射信号时，目标装置400可返回至操作830或终止谐振阻抗的跟踪的方法。
操作870可包括：产生与负载的阻抗的改变量相关的控制信号，并基于所述控制信号连续改变谐振频率的确定因子。与所述阻抗的改变量相关的控制信号可与用于连续改变谐振频率的确定因子的顺序相应。谐振频率的确定因子可对应于目标谐振器的电容器分量。所述控制信号可与关于所述电容器分量的连续增加或减小的信息相应。
图9示出根据负载的改变由源装置执行谐振阻抗的跟踪。
与图7类似，图9等效地示出源装置的阻抗Z0和负载的阻抗ZL。在图9中，Γ(S11)_Source表示对于目标装置的源装置的反射阻抗或反射电能。当检测到输入到源装置的AC电能、在转换到谐振电能期间发生的电能转换损失和Γ(S11)_Source时，源装置可识别阻抗ZL。源装置可通过检测阻抗ZL的改变来执行谐振阻抗的跟踪。
图10示出根据负载的改变由源装置执行的跟踪谐振阻抗的方法。在一些实施例中，可由源装置300(图3)执行图10的方法。
在操作1010，源装置300可测量从外部装置输入的输入AC电能。
在操作1020，源装置300可检测目标装置的负载。例如，目标装置的负载的检测可指示检测关于图9的目标装置的阻抗ZL的幅值。
在操作1030，源装置300可检测关于目标装置的阻抗的改变。源装置300可被配置为在操作1030检测关于目标装置的阻抗的改变，并且当检测到关于目标装置的阻抗的改变时，源装置300可在操作1040执行谐振阻抗的跟踪。
在操作1040，源装置300可基于是否检测到关于目标装置的阻抗的改变以及关于目标装置的阻抗的改变量来执行谐振阻抗的跟踪。可基于发送到目标装置的谐振电能的量和反射信号来检测关于目标装置的阻抗的改变。
在操作1050，源装置300可基于是否检测到与谐振电能相应的反射信号来控制谐振阻抗的跟踪。当检测到反射信号时，源装置300可返回至操作1040，并控制源阻抗跟踪单元370继续谐振阻抗的跟踪。另一方面，如果没有检测到反射信号，则源装置300可返回至操作1010或者终止跟踪谐振阻抗的方法。
操作1050可包括：产生与关于目标装置的阻抗的改变量相关的控制信号，并基于所述控制信号连续改变谐振频率的确定因子。与所述阻抗的改变量相关的控制信号可与用于连续改变谐振频率的确定因子的顺序相应。谐振频率的确定因子可对应于目标谐振器的电容器分量。作为示例，所述控制信号可与关于所述电容器分量的连续增加或减小的信息相应。
图11示出根据负载的改变执行源装置和目标装置之间的谐振阻抗的跟踪。
当检测到与目标装置的连接时，源装置可识别与关于目标装置的负载的幅值相应的ZL。在操作1110，为了识别ZL，源装置可将唤醒电能发送到目标装置。所述唤醒电能可与具有能够激活包括在目标装置中的处理器等的相对小量电能的电能相应。
在操作1120，响应于通过唤醒电能的激活，目标装置可执行负载的检测。负载的检测可指示负载的阻抗的检测和/或负载的阻抗的改变的检测。在操作1130，目标装置可执行谐振阻抗的跟踪。响应于谐振阻抗的跟踪的终止，目标装置可将报告发送到源装置，所述报告报告谐振阻抗的跟踪被终止。
在操作1150，响应于目标装置的谐振阻抗的跟踪的终止，源装置可执行谐振阻抗的跟踪。在操作1160，响应于在源装置中谐振阻抗的跟踪的终止，阻抗匹配的谐振电能可从源装置被发送到目标装置。
图12示出跟踪谐振阻抗的方法。
在一个或多个实施例中，可由包括在源装置和/或目标装置中的用于跟踪谐振阻抗的设备执行图12中示出的方法。在以下的描述中，已假设图12中示出的方法由包括在目标装置中的用于跟踪谐振阻抗的设备执行。
参照图12，控制信号可对应于与开关的切换方向相关的信息。控制信号可相应于用于针对预定电容器将开关闭合和断开的信号。
在图12中，多个电容器1201、1203和1205中的一个或多个可被确定为具有与频率偏移相应的不同电容(C)值。在图12中，所述多个电容器1201、1203和1205的C值可分别被假设为1201、1203和1205。
例如，与参考阻抗频率相应的F2可被假设为当前谐振频率。当连接到目标装置的负载或功耗改变时，可发生阻抗不匹配。响应于负载的改变的检测，目标控制单元可产生用于跟踪谐振阻抗的控制信号。目标控制单元可确定沿高频带方向还是沿低频带方向执行谐振阻抗的跟踪。当沿高频带方向执行谐振阻抗的跟踪时，作为示例，从F2到F4可连续执行开关的切换。当由于负载的阻抗的改变而沿高频带方向调节谐振阻抗时，目标控制单元可控制开关从F2切换到F4。
再次参照图1，无线电能传输系统的源谐振器115和/或目标谐振器121可被配置为螺旋线圈结构的谐振器、涡旋线圈结构的谐振器、元结构的谐振器等。
在此公开的谐振器实施例的一种或多种材料可以是超常材料(metamaterial)。
自然界发现的许多材料的电磁特性在于它们具有独特的磁导率或独特的介电常数。大多数材料典型地具有正磁导率或正介电常数。因此，对于这些材料，右手定则可应用于电场、磁场和指向矢量，从而，相应的材料可被称为右手材料(RHM)。
另一方面，具有不是在自然界中通常发现的或人工设计(或人造)的磁导率或介电常数的材料可在此被称为“超常材料”。基于相应介电常数或磁导率的符号，超常材料可被分类为ε负(ENG)材料、μ负(MNG)材料、双负(DNG)材料、负折射率(NRI)材料、左手(LH)材料等。
磁导率可指示在相应材料中针对给定磁场发生的磁通密度与在真空状态下针对所述给定磁场发生的磁通密度之间的比。在一些实施例中，磁导率和介电常数可被用于确定在给定频率或给定波长下的相应材料的传播常数。可基于磁导率和介电常数确定相应材料的电磁特性。根据一方面，超常材料可容易地置于谐振状态，而没有显著的材料尺寸改变。作为示例，这可对于相对大的波长区域或相对低的频率区域是实用的。
图13示出具有二维(2D)结构的谐振器1300。
如所示，具有2D结构的谐振器1300可包括传输线、电容器1320、匹配器1330以及导体1341和1342。传输线可包括例如第一信号传导部分1311、第二信号传导部分1312和接地传导部分1313。
电容器1320可插入或另外串联位于第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312之间，从而电场可被限制在电容器1320内。在各种实施方式中，传输线可包括在传输线的上部的至少一个导体，并还可包括在传输线的下部的至少一个导体。电流流经位于传输线的上部的所述至少一个导体，并且位于传输线下部的所述至少一个导体可被接地。
如图13中所示，谐振器1300可被配置为具有通常的2D结构。传输线可包括在传输线的上部的第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312，并可包括在传输线的下部的接地传导部分1313。如所示，第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312可被布置为面向接地传导部分1313，电流流经第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312。
在一些实施方式中，第一信号传导部分1311的一端可电连接(即，被短路)到导体1342，并且第一信号传导部分1311的另一端可连接到电容器1320。第二信号传导部分1312的一端可与导体1341接地，并且第二信号传导部分1312的另一端可连接到电容器1320。因此，第一信号传导部分1311、第二信号传导部分1312、接地传导部分1313以及导体1341和1342可互相连接，从而谐振器1300可具有电闭环结构。如在此使用的术语闭环结构可包括电闭合的多边形结构，例如，圆形结构、矩形结构等。
电容器1320可插入到传输线的中间部分。例如，电容器1320可插入第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312之间的空间中。在一些示例中，电容器1320可被配置为集总元件、分布元件等。在一实施方式中，分布电容器可被配置为分布元件并可包括Z字形导体线以及在Z字形导体线之间具有相对高的介电常数的介质材料。
当电容器1320插入传输线中时，谐振器1300可具有如上论述的超常材料的性质。例如，谐振器1300可因电容器1320的电容而具有负磁导率。如果这样，则谐振器1300还可被称为μ负(MNG)谐振器。可应用各种准则来确定电容器1320的电容。例如，用于使谐振器1300具有超常材料的特性的各种准则可包括以下准则中的一个或多个：用于使谐振器1300在目标频率中具有负磁导率的准则、用于使谐振器1300在目标频率中具有零阶谐振特性的准则等。谐振器1300还可具有零阶谐振特性(即，当传播常数是“0”时具有作为谐振频率的频率)。如果谐振器1300具有零阶谐振特性，则谐振频率可独立于MNG谐振器1300的物理尺寸。此外，通过适当地设计电容器1320，MNG谐振器1300可在实质上没有改变MNG谐振器1300的物理尺寸的情况下充分地改变谐振频率。
在近场，例如，电场可集中于插入传输线中的电容器1320上。因此，由于电容器1320，磁场可在近场中变为主导。在一个或多个实施例中，MNG谐振器1300可使用集总元件的电容器1320而具有相对高的Q因子。从而，可增强电能传输效率。例如，Q因子指示在无线电能传输中欧姆损失的程度或电抗相对于电阻的比。无线电能传输的效率可根据Q因子的增加而增加。
MNG谐振器1300可包括用于阻抗匹配的匹配器1330。例如，作为示例，匹配器1330可被配置为适当确定并调节MNG谐振器1300的磁场的强度。根据配置，电流可经由连接器流入MNG谐振器1300，或可经由连接器从MNG谐振器1300流出。连接器可连接到接地传导部分1313或匹配器1330。在一些示例中，在不使用连接器与接地传导部分1313或匹配器1330之间的物理连接的情况下，电能可通过耦合被传输。
如图13中所示，匹配器1330可位于由谐振器1300的环路结构形成的环路内。匹配器1330可通过改变匹配器1330的物理形状来调节谐振器1300的阻抗。例如，匹配器1330可包括位于与接地传导部分1313分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体1331。因此，可通过调节距离h改变谐振器1300的阻抗。
在一些示例中，可提供指向匹配器的产生控制信号并将控制信号发送到匹配器1330的控制器来控制匹配器1330，以改变匹配器1330的物理形状，从而可调节谐振器的阻抗。例如，匹配器1330的导体1331和接地传导部分1313之间的距离h可基于控制信号增加或减小。控制器可基于各种因素产生控制信号。
如图13中所示，匹配器1330可被配置为例如无源元件(诸如导体1331)。当然，在其他实施例中，匹配器1330可被配置为有源元件(诸如二极管、晶体管等)。如果有源元件被包括在匹配器1330中，则可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，并且可基于所述控制信号调节谐振器1300的阻抗。例如，当有源元件是包括在匹配器1330中的二极管时，可根据所述二极管处于导通状态还是处于断开状态来调节谐振器1300的阻抗。
在一些示例中，还可提供用于穿过MNG谐振器1300的磁芯。磁芯可执行增加电能传输距离的功能。
在一些示例中，电容器1320可连接到图3的源阻抗跟踪单元370或图4的目标阻抗跟踪单元430。例如，电容器1320可并联连接到电容器431。图3的源阻抗跟踪单元370或图4的目标阻抗跟踪单元430可以以能够调节谐振器1300的CL值的各种形式连接到电容器1320。
图14示出具有三维(3D)结构的谐振器1400。
参照图14，具有3D结构的谐振器1400可包括传输线和电容器1420。传输线可包括第一信号传导部分1411、第二信号传导部分1412和接地传导部分1413。作为示例，电容器1420可串联插入传输链接的第一信号传导部分1411和第二信号传导部分1412之间，从而电场可被限制在电容器1420内。
如图14中所示，谐振器1400可具有通常的3D结构。传输线可包括在谐振器1400的上部的第一信号传导部分1411和第二信号传导部分1412，并可包括在谐振器1400的下部的接地传导部分1413。第一信号传导部分1411和第二信号传导部分1412可被布置为面向接地传导部分1413。在该布置中，电流可沿x方向流过第一信号传导部分1411和第二信号传导部分1412。由于该电流，可沿-y方向形成磁场H(W)。然而，将理解，在其他实施方式中，还可沿相反方向(例如，+y方向)形成磁场H(W)。
在一个或多个实施例中，第一信号传导部分1411的一端可电连接(即，被短路)到导体1442，并且第一信号传导部分1411的另一端可连接到电容器1420。第二信号传导部分1412的一端可与导体1441接地，并且第二信号传导部分1412的另一端可连接到电容器1420。因此，第一信号传导部分1411、第二信号传导部分1412、接地传导部分1413以及导体841和842可互相连接，由此，谐振器1400可具有电闭环结构。如图14中所示，电容器1420可插入或另外位于第一信号传导部分1411和第二信号传导部分1412之间。例如，电容器1420可插入第一信号传导部分1411和第二信号传导部分1412之间的空间中。电容器1420可包括例如集总元件、分布元件等。在一实施方式中，具有分布元件的形状的分布电容器可包括Z字形导体线以及位于Z字形导体线之间的具有相对高的介电常数的介质材料。
当电容器1420插入传输线中时，在一些示例中，谐振器1400可具有如上论述的超常材料的性质。
例如，当电容器被用作集总元件时，谐振器1400可具有超常材料的特性。当谐振器1400通过适当调节电容器1420的电容而具有负磁导率时，谐振器1400还可被称为MNG谐振器。可应用各种准则来确定电容器1420的电容。例如，所述各种准则可包括作为示例的以下准则中的一个或多个：用于使谐振器1400具有超常材料的特性的准则、用于使谐振器1400在目标频率中具有负磁导率的准则、用于使谐振器1400在目标频率中具有零阶谐振特性的准则等。基于上述准则中的至少一个准则，可确定电容器1420的电容。
谐振器1400可具有零阶谐振特性(即，当传播常数是“0”时具有作为谐振频率的频率)。如果谐振器1400具有零阶谐振特性，则谐振频率可独立于MNG谐振器1400的物理尺寸。因此，通过适当地设计(或配置)电容器1420，MNG谐振器1400可在实质上没有改变MNG谐振器1400的物理尺寸的情况下充分地改变谐振频率。
参照图14的MNG谐振器1400，在近场，电场可集中于插入到传输线中的电容器1420上。因此，由于电容器1420，磁场可在近场中变为主导。并且，由于具有零阶谐振特性的MNG谐振器1400可具有与磁偶极子相似的特性，因此磁场可在近场中变为主导。因电容器1420的插入而形成的相对小量的电场可集中于电容器1420上，由此，磁场可变为进一步主导。
此外，MNG谐振器1400可包括用于阻抗匹配的匹配器1430。匹配器1430可被配置为适当地调节MNG谐振器1400的磁场的强度。可通过匹配器1430确定MNG谐振器1400的阻抗。电流可经由连接器1440流入MNG谐振器1400，或可经由连接器1440从MNG谐振器1400流出。连接器1440可连接到接地传导部分1413或匹配器1430。
如图14中所示，匹配器1430可位于由谐振器1400的环路结构形成的环路内。匹配器1430可被配置为通过改变匹配器1430的物理形状来调节谐振器1400的阻抗。例如，匹配器1430可包括位于与接地传导部分1413分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体1431。可通过调节距离h改变谐振器1400的阻抗。
在一些实施方式中，可提供控制器来控制匹配器1430。在这种情况下，匹配器1430可基于由控制器产生的控制信号来改变匹配器1430的物理形状。例如，匹配器1430的导体1431和接地传导部分1413之间的距离h可基于控制信号增加或减小。因此，可改变匹配器1430的物理形状，从而可调节谐振器1400的阻抗。可使用各种方案来调节匹配器1430的导体1431和接地传导部分1413之间的距离h。例如，多个导体可被包括在匹配器1430中，并且可通过自适应地激活所述多个导体之一来调节距离h。可选地或另外地，可通过上下调节导体1431的物理位置来调节距离h。例如，可基于控制器的控制信号来控制距离h。控制器可使用各种因素产生控制信号。如图14中所示，匹配器1430可被配置为例如无源元件(诸如导体1431)。当然，在其他实施例中，匹配器1430可被配置为有源元件(诸如二极管、晶体管等)。当有源元件被包括在匹配器1430中时，可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，并且可基于所述控制信号调节谐振器1400的阻抗。例如，如果有源元件是包括在匹配器1430中的二极管，则可根据所述二极管处于导通状态还是处于断开状态来调节谐振器1400的阻抗。
在一些实施方式中，还可提供用于穿过被配置为MNG谐振器的谐振器1400的磁芯。磁芯可执行增加电能传输距离的功能。
图15示出被配置为大型(bulky type)的用于无线电能传输的谐振器1500。如在此使用的，术语“大型”可表示以集成形式连接至少两个部件的无缝连接。参照图15，第一信号传导部分1511和第二信号传导部分1512可被集成形成，而不是被单独制造，从而互相连接。类似地，第二信号传导部分1512和导体1541也可被集成制造。
当第二信号传导部分1512和导体1541被单独制造且随后互相连接时，可能因缝1550而发生传导损失。因此，在一些实施方式中，第二信号传导部分1512和导体1541可不使用单独的缝而互相连接(即，互相无缝连接)。因此，可减少由缝1550导致的传导损失。例如，第二信号传导部分1512和接地传导部分1513可被无缝且集成地制造。类似地，第一信号传导部分1511、导体1542和接地传导部分1513可被无缝且集成地制造。可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的匹配器1530。
图16示出被配置为中空型(hollow type)的用于无线电能传输的谐振器1600。如在此使用的术语“中空型”表示可包括内部空间为空的配置。
参照图16，谐振器1600的第一信号传导部分1611、第二信号传导部分1612、接地传导部分1613以及导体1641和1642中的每一个被配置为中空型结构。
对于给定的谐振频率，有功电流可被建模为：仅流入第一信号传导部分1611的部分、第二信号传导部分1612的部分、接地传导部分1613的部分和/或导体1641和1642的部分，而不是第一信号传导部分1611的全部、第二信号传导部分1612的全部、接地传导部分1613的全部和/或导体1641和1642的全部。当第一信号传导部分1611、第二信号传导部分1612、接地传导部分1613以及导体1641和1642中的每一个的深度在给定的谐振频率下显著地比相应的趋肤深度(skin depth)更深时，其可能是无效的。然而，在一些示例中，显著地更深的深度会增加谐振器1600的重量或制造成本。
因此，对于给定的谐振频率，可基于第一信号传导部分1611、第二信号传导部分1612、接地传导部分1613以及导体1641和1642中的每一个的相应趋肤深度来适当确定第一信号传导部分1611、第二信号传导部分1612、接地传导部分1613以及导体1641和1642的深度。当第一信号传导部分1611、第二信号传导部分1612、接地传导部分1613以及导体1641和1642具有比相应趋肤深度更深的适当深度时，可减少谐振器1600的重量，并还可减少谐振器1600的制造成本。
例如，如图16中所示，第二信号传导部分1612的深度(如由圆指示的放大视图区域1660中所进一步示出的)可被确定为“d”mm，并且d可根据
Figure BDA00002705041500201
来确定。这里，f表示频率，μ表示磁导率，σ表示导体常数。在一实施方式中，当第一信号传导部分1611、第二信号传导部分1612、接地传导部分1613以及导体1641和1642由铜制成且它们可具有每米5.8×107西门子(S·m-1)的传导率时，针对10kHz的谐振频率，趋肤深度可以是大约0.6mm，针对100MHz的谐振频率，趋肤深度可以是大约0.006mm。
可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的电容器1620和匹配器1630。
图17示出使用平行薄片的用于无线电能传输的谐振器1700。
参照图17，平行薄片可应用于包括在谐振器1700中的第一信号传导部分1711和第二信号传导部分1712中的每一个。
第一信号传导部分1711和第二信号传导部分1712中的每一个可能不是理想导体，并且可能具有固有电阻。由于此电阻，可能发生欧姆损失。欧姆损失可减小Q因子并且还降低耦合效果。
通过将平行薄片应用于第一信号传导部分1711和第二信号传导部分1712中的每一个，可减少欧姆损失，并且可增加Q因子和耦合效果。参照由圆指示的放大部分1770，当应用了平行薄片时，第一信号传导部分1711和第二信号传导部分1712中的每一个可包括多个导体线。所述多个导体线可被平行设置，并且可在第一信号传导部分1711和第二信号传导部分1712中的每一个的端部被电连接(即，被短路)。
当平行薄片被应用于第一信号传导部分1711和第二信号传导部分1712中的每一个时，所述多个导体线可被平行设置。因此，导体线上的电阻之和可减小。从而，电阻损失可减小，并且Q因子和耦合效果可提高。
可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的位于接地传导部分1713之上的电容器1720和匹配器1730。
图18示出包括分布电容器的用于无线电能传输的谐振器1800。
参照图18，包括在谐振器1800中的电容器1820被配置为用于无线电能传输。用作集总元件的电容器可具有相对高的等效串联电阻(ESR)。已提出各种方案来减小包含在集总元件的电容器中的ESR。根据实施例，通过使用作为分布元件的电容器1820，可减小ESR。将理解，由ESR导致的损失可降低Q因子和耦合效果。
如图18中所示，电容器1820可被配置为具有Z字形结构的传导线。
通过采用作为分布元件的电容器1820，在一些示例中可减小因ESR发生的损失。另外，通过设置作为集总元件的多个电容器，可减小因ESR发生的损失。由于作为集总元件的所述多个电容器中的每个的电阻通过并联连接而减小，因此作为集总元件的并联连接的电容器的有效电阻也可减小，由此因ESR发生的损失可减小。例如，通过采用均为1pF的10个电容器而不使用10pF的单个电容器，在一些示例中可减小因ESR发生的损失。
图19示出在以图13的2D结构提供的谐振器1300中使用的匹配器1330的一实施例，图13B示出在以图14的3D结构提供的谐振器1400中使用的匹配器1430的示例。
图19示出包括匹配器1330的2D谐振器的一部分，图20示出包括匹配器1430的图14的3D谐振器的一部分。
参照图19，匹配器1330可包括导体1331、导体1332和导体1333。导体1332和导体1333可连接到接地传导部分1313和导体1331。可基于导体1331和接地传导部分1313之间的距离h来确定2D谐振器的阻抗。可通过控制器控制导体1331和接地传导部分1313之间的距离h。可使用各种方案调节导体1331和接地传导部分1313之间的距离h。例如，所述各种方案可包括以下方案中的一个或多个：通过自适应地激活导体1331、导体1332和导体1333之一调节距离h的方案，上下调节导体1331的物理位置的方案等。
参照图20，匹配器1430可包括导体1431、导体1432、导体1433以及导体1441和1442。导体1432和导体1433可连接到接地传导部分1413和导体1431。此外，导体1441和1442可连接到接地传导部分1413。可基于导体1431和接地传导部分1413之间的距离h来确定3D谐振器的阻抗。作为示例，可通过控制器控制导体1431和接地传导部分1413之间的距离h。与包括在2D结构的谐振器中的匹配器1330类似，在包括在3D结构的谐振器中的匹配器1430中，可使用各种方案调节导体1431和接地传导部分1413之间的距离h。例如，所述各种方案可包括以下方案中的一个或多个：通过自适应地激活导体1431、导体1432和导体1433之一调节距离h的方案，上下调节导体1431的物理位置的方案等。
在一些实施方式中，匹配器可包括有源元件。因此，使用有源元件调节谐振器的阻抗的方案与以上描述的类似。例如，可通过使用有源元件改变流过匹配器的电流的路径来调节谐振器的阻抗。
图21示出图13的用于无线电能传输的谐振器1300的一等效电路。
图13的用于无线电能传输的谐振器1300可被建模为图21的等效电路。在图21描绘的等效电路中，LR表示电能传输线的电感，CL表示以集总元件的形式插入电能传输线的中间的电容器1320，CR表示图13的电能传输和/或接地之间的电容。
在一些示例中，谐振器1300可具有零阶谐振特性。例如，当传播常数是“0”时，谐振器1300可被假设为具有谐振频率ωMZR。谐振频率ωMZR可由等式5来表示。
[等式5]
ω MZR = 1 L R C L
在等式5中，MZR表示μ零谐振器。
参照等式5，谐振器1300的谐振频率ωMZR可通过LR/CL来确定。谐振器1300的物理尺寸和谐振频率ωMZR可彼此独立。由于物理尺寸彼此独立，因此谐振器1300的物理尺寸可充分减小。
根据一个或多个实施例，在无线电能传输中，由于功耗的改变、谐振耦合条件的改变、阻抗的改变、谐振器之间的位置的改变等引起的源谐振器和目标谐振器之间的阻抗的改变可被控制。在无线电能传输中，由于功耗的改变、谐振耦合条件的改变、阻抗的改变、谐振器之间的位置的改变等引起的电能损失的量可减小。通过控制源谐振器和目标谐振器之间的阻抗的改变，可控制恒定电压和恒定电流。
可使用硬件组件和软件组件实现在此描述的单元。例如，可使用一个或多个通用或专用计算机(诸如作为示例的处理器、控制器和算术逻辑单元)、数字信号处理器、微计算机、场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够以限定的方式响应并执行指令的任何其他装置来实现处理装置。处理装置可运行操作系统(OS)以及一个或多个在OS上运行的软件应用。处理装置还可响应于软件的执行来访问、存储、操纵、处理和创建数据。为了简洁的目的，处理装置的描述被用作单数；然而，本领域的技术人员将理解，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，处理装置可包括多个处理器或者处理器和控制器。另外，不同的处理配置是可行的，诸如并行处理器。
软件可包括用于独立或共同地指导或配置处理装置以进行期望操作的计算机程序、代码段、指令或它们的某个组合。可在任何类型的机器、组件、物理或虚拟等同物、计算机存储介质或装置中永久或暂时地包含软件和数据，或者在能够向处理装置提供指令或数据或被处理装置解释的传播信号波中永久或暂时地包含软件和数据。软件还可分布在联网的计算机系统中，从而以分布方式存储和执行软件。尤其是，软件和数据可被一个或多个计算机可读记录介质存储。计算机可读记录介质可包括能够存储其后可被计算机、系统或处理装置读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置。此外，实施例所属领域的编程技术人员可基于并使用在此提供的附图的流程图和框图以及它们的相应描述来构造用于实现在此公开的示例实施例的功能程序、代码和代码段。
以上已描述了一些示例。然而，应理解，可进行各种修改。例如，如果按不同的顺序执行所描述的技术并且/或者如果在描述的系统、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，则可实现适合的结果。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种用于在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的设备，所述设备包括：
负载传感器，被配置为检测连接到接收谐振电能的目标装置的负载的阻抗；
目标反射信号检测器，被配置为检测与谐振电能相应的反射信号；
目标阻抗跟踪单元，被配置为通过调节谐振频率的确定因子来跟踪谐振阻抗；
目标控制单元，被配置为基于负载的阻抗是否改变、是否检测到反射信号或者以上两者来控制谐振阻抗的跟踪。
2.如权利要求1所述的设备，其中，负载传感器通过感测施加到负载的电压和流到负载的电流的量来检测负载的阻抗的改变。
3.如权利要求1所述的设备，其中，目标反射信号检测器通过耦合器检测反射信号。
4.如权利要求1所述的设备，其中，目标阻抗跟踪单元包括一个或多个电容器和开关，所述开关被配置为通过对所述一个或多个电容器进行切换来调节谐振频率的确定因子。
5.如权利要求4所述的设备，其中，目标控制单元获取负载的阻抗的改变量，并基于所述阻抗的改变量确定开关的切换方向。
6.一种用于在谐振电能传输系统中跟踪谐振阻抗的设备，所述设备包括：
源反射信号检测器，被配置为检测与发送到目标装置的谐振电能相应的反射信号；
目标检测器，被配置为检测关于目标装置的阻抗的改变；
源阻抗跟踪单元，被配置为通过调节谐振频率的确定因子来跟踪谐振阻抗；
源控制单元，被配置为基于是否检测到反射信号和关于目标装置的阻抗的改变中的至少一个来控制谐振阻抗的跟踪。
7.如权利要求6所述的设备，其中，源反射信号检测器通过耦合器检测反射信号。
8.如权利要求6所述的设备，其中，目标检测器基于反射信号和发送到目标装置的谐振电能的量来检测关于目标装置的阻抗的改变。
9.如权利要求6所述的设备，其中，源阻抗跟踪单元包括一个或多个电容器和开关，所述开关被配置为通过对所述一个或多个电容器进行切换来调节谐振频率的确定因子。
10.如权利要求9所述的设备，其中，源控制单元可获取关于目标装置的阻抗的改变量，并基于所述阻抗的改变量确定开关的切换方向。
11.一种在谐振电能传输系统中跟踪目标装置的谐振阻抗的方法，所述方法包括：
检测连接到接收谐振电能的目标装置的负载的阻抗以及负载的阻抗的改变；
基于是否检测到所述阻抗的改变和所述阻抗的改变量来执行谐振阻抗的跟踪；
基于是否检测到与谐振电能相应的反射信号来控制谐振阻抗的跟踪。
12.如权利要求11所述的方法，其中，检测负载的阻抗的改变的步骤包括：通过检测施加到负载的电压和流到负载的电流的量来检测负载的阻抗的改变。
13.如权利要求11所述的方法，其中，执行谐振阻抗的跟踪的步骤包括：
产生与所述阻抗的改变量相关的控制信号；
基于所述控制信号改变谐振频率的确定因子。
14.如权利要求13所述的方法，其中，谐振频率的确定因子与目标谐振器的电容相应，所述控制信号与关于所述电容的增加或减小的信息相应。
15.一种在谐振电能传输系统中跟踪源装置的谐振阻抗的方法，所述方法包括：
检测关于接收谐振电能的目标装置的阻抗的改变；
基于是否检测到关于目标装置的阻抗的改变和所述阻抗的改变量来执行谐振阻抗的跟踪；
基于是否检测到与谐振电能相应的反射信号来控制谐振阻抗的跟踪。
16.如权利要求15所述的方法，其中，基于反射信号和发送到目标装置的谐振电能的量来检测关于目标装置的阻抗的改变。
17.如权利要求15所述的方法，其中，执行谐振阻抗的跟踪的步骤包括：
产生与所述阻抗的改变量相关的控制信号；
基于所述控制信号改变谐振频率的确定因子。
18.如权利要求15所述的方法，其中，谐振频率的确定因子与目标谐振器的电容相应，所述控制信号与关于所述电容的增加或减小的信息相应。
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