CN105659471B - 用于无线电力传输系统中的使用隔离的谐振器的阻抗匹配的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于无线电力传输系统中的使用隔离的谐振器的阻抗匹配的方法和装置。根据实施例的无线电力传输系统包括：切换单元，用于接通/断开源谐振器和电源单元之间的连接；和控制器，用于通过估计源谐振器和目标谐振器之间的距离来匹配源谐振器的阻抗。

Description

用于无线电力传输系统中的使用隔离的谐振器的阻抗匹配的 方法和装置

技术领域

示例实施例涉及一种用于无线电力传输系统中的使用谐振器隔离(RI)的阻抗匹配的方法和设备。

背景技术

正在研究无线电力传输以克服由于各种电子装置(包括移动终端)的增加的数量和已有电池的限制而导致的需要供给有线电力的增长的不方便。更具体地讲，对近场无线电力传输的研究正在得到关注。近场无线电力传输表示这样的实例：发送线圈和接收线圈之间的距离显著小于工作频率的波长。谐振器隔离(RI)系统被用于这种近场无线电力传输。基于谐振性质的RI系统包括用于供给电力的源和用于接收电力的供给的目标。最近，正在持续研究更高效的电力传输。

发明内容

技术解决方案

根据示例实施例，提供一种无线电力发送器，所述无线电力发送器包括：源谐振器，被配置为通过与目标谐振器谐振传送无线电力；第一供电器，被配置为向源谐振器供电；第一开关，用于接通/断开源谐振器到第一供电器的连接；和控制器，被配置为通过估计源谐振器和目标谐振器之间的距离来匹配源谐振器的阻抗。

无线电力发送器可在电力传输模式或阻抗匹配模式下操作。

控制器可通过在阻抗匹配模式下控制第一开关来向源谐振器供电。

无线电力发送器还可包括：第二供电器，被配置为向源谐振器供电；和第二开关，被配置为接通/断开源谐振器到第二供电器的连接，以及控制器可被配置为通过在阻抗匹配模式下控制第二开关来向源谐振器供电。

控制器可包括：包络检测器，被配置为在阻抗匹配模式下检测由源谐振器传送的功率的包络；距离估计器，被配置为基于包络估计源谐振器和目标谐振器之间的距离；和阻抗匹配单元，被配置为基于估计的距离匹配源谐振器的阻抗。

距离估计器可被配置为基于包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数或互感。

所述至少两个点可包括下面各项中的至少两项：包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器和目标谐振器在阻抗匹配模式下开始谐振的开始点。

无线电力发送器可被配置为基于预定间隔或预定电力传输效率在阻抗匹配模式下操作。

控制器可被配置为当目标谐振器和源谐振器的谐振在阻抗匹配模式下暂停时结束阻抗匹配模式。

控制器可基于在电力传输模式下的源谐振器和目标谐振器之间的谐振频率在阻抗匹配模式下匹配源谐振器的阻抗。

根据示例实施例，提供一种无线电力接收器，所述无线电力接收器包括：目标谐振器，被配置为通过与源谐振器谐振接收无线电力；负载器，被配置为从目标谐振器接收电力；和控制器，被配置为通过估计源谐振器和目标谐振器之间的距离来匹配目标谐振器的阻抗。

无线电力接收器可被配置为在电力传输模式或阻抗匹配模式下操作。

控制器可被配置为基于由目标谐振器接收的电力的变化进入阻抗匹配模式。

无线电力接收器还可包括：开关，被配置为接通/断开目标谐振器到负载器的连接，以及控制器被配置为在阻抗匹配模式下断开该开关。

控制器可包括：包络检测器，被配置为在阻抗匹配模式下检测由目标谐振器接收的电力的包络；距离估计器，被配置为基于包络估计源谐振器和目标谐振器之间的距离；和阻抗匹配单元，被配置为基于估计的距离匹配目标谐振器的阻抗。

距离估计器可被配置为基于包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数或互感。

所述至少两个点可包括下面各项中的至少两项：包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器和目标谐振器在阻抗匹配模式下开始谐振的开始点。

附图说明

图1是示出无线电力发送器的示例的方框图。

图2是示出无线电力发送器的另一示例的方框图。

图3是示出无线电力接收器的示例的方框图。

图4a和4b是示出无线电力发送器和无线电力接收器的示例的示图。

图5是示出在电力传输模式和阻抗匹配模式下切换的示例的多个曲线图。

图6示出代表估计源谐振器和目标谐振器之间的距离的示例的曲线图。

图7是示出用于无线电力发送器的阻抗匹配的方法的示例的流程图。

图8是示出用于无线电力接收器的阻抗匹配的方法的示例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参照示例实施例，其示例被示出在附图中，其中相同的标号始终表示相同的元件。以下描述示例实施例以便通过参照附图来解释示例实施例。

无线电力传输系统被用在需要无线电力的各种系统中。无线电力传输系统被用于可使用无线电力的系统，诸如移动装置或无线电视(TV)。此外，无线电力传输系统适用于生命健康护理领域，例如适用于将电力远程传送给插入到人体的装置，或将电力无线传送给用于测量心率的绷带形装置。

无线电力传输系统在相对较低功率状态下操作，并且被用于需要相对较低功耗的装置(例如，低功率传感器)。

此外，无线电力传输系统被用于没有电源的信息存储设备的远程控制。无线电力传输系统被用于这样的系统：该系统以无线方式导入存储在信息存储设备中的信息，并且同时远程地将用于操作信息存储设备的电力供给给信息存储设备。

无线电力传输系统从供电装置接收能量供给以产生信号从而将该信号存储在源谐振器中，断开以电气方式将该供电装置连接到源谐振器的开关，并且在源谐振器中引起自谐振。当具有与源谐振器的谐振频率相同的谐振频率的目标谐振器存在于足够靠近的距离以与自谐振的源谐振器互相谐振时，可在源谐振器和目标谐振器之间发生互谐振。源谐振器表示从供电装置接收能量的谐振器，并且目标谐振器表示由于互谐振而从源谐振器接收能量的谐振器。

如这里所使用，无线电力传输系统被称为谐振器隔离(RI)系统。

图1是示出无线电力发送器的示例的方框图。图1示出当不包括第二供电器和第二开关时的无线电力发送器。

无线电力发送器在电力传输模式或阻抗匹配模式下操作。如这里所使用，电力传输模式表示用于从无线电力发送器向无线电力接收器的负载器发送电力的操作模式，并且阻抗匹配模式表示用于匹配源谐振器的阻抗的操作模式。

无线电力发送器基于预定间隔或预定电力发送效率确定是否在阻抗匹配模式下操作。对于一个示例，无线电力发送器按照预定间隔(例如，按照30分钟的间隔)在阻抗匹配模式下操作。对于另一示例，当电力发送效率小于预定电力发送效率时，无线电力发送器在阻抗匹配模式下操作。在阻抗匹配模式下，无线电力发送器匹配阻抗，结束阻抗匹配模式，并且在电力传输模式下操作。此外，在阻抗匹配模式下，当源谐振器和目标谐振器之间的互谐振暂停时，无线电力发送器结束阻抗匹配模式，并且在电力传输模式下操作。

参照图1，无线电力发送器包括第一供电器110、控制器120、第一开关130和源谐振器140。

第一供电器110向源谐振器140供电。第一供电器110对应于直流(DC)电压源和DC电源之一。当第一供电器110经第一开关130连接到源谐振器140时，第一供电器110向源谐振器140供电。第一供电器110包括输入电力和输入电阻。

第一开关130将第一供电器110连接到源谐振器140。第一开关130基于控制器120的控制接通/断开第一供电器110和源谐振器140之间的连接。当该连接接通时，第一供电器110连接到源谐振器140，并且当该连接断开时，第一供电器110与源谐振器140断开连接。

源谐振器140经与目标谐振器的互谐振将电力发送到无线电力接收器。

控制器120估计源谐振器140和目标谐振器之间的距离，并且匹配源谐振器140的阻抗。控制器120包括包络检测器121、距离估计器122和阻抗匹配单元123。

在阻抗匹配模式下，控制器120通过控制第一开关130来向源谐振器140供电以执行源谐振器140的阻抗匹配。例如，控制器120按照预定间隔接通/断开第一开关130。当第一开关130接通时，第一开关130连接到第一供电器110，并且电力被输入到源谐振器140。当第一开关130断开时，第一开关130与第一供电器110断开连接，并且源谐振器140被隔离。隔离的源谐振器140与目标谐振器执行互谐振，并且当源谐振器140在阻抗匹配模式下与目标谐振器执行互谐振时，控制器120执行源谐振器140的阻抗匹配。在阻抗匹配模式下的源谐振器140和目标谐振器之间的谐振频率与在电力传输模式下的源谐振器140和目标谐振器之间的谐振频率相同。因此，控制器120通过使用源谐振器140和目标谐振器之间的谐振频率而非另外的通信频率执行源谐振器140的阻抗匹配。

包络检测器121在阻抗匹配模式下检测由源谐振器140发送的电力的包络。包络检测器121通过对由源谐振器140发送的电力的波形执行采样来检测包络。例如，当目标谐振器与源谐振器140执行互谐振时，包络检测器121针对电压的变化检测包络。

距离估计器122基于包络估计源谐振器140和目标谐振器之间的距离。在源谐振器140和目标谐振器之间的互谐振期间，源谐振器140和目标谐振器之间的距离越短，在源谐振器140和目标谐振器之间交换的电力的大小越大，并且在源谐振器140和目标谐振器之间交换的电力的间隔越短。另外，源谐振器140和目标谐振器之间的距离越短，源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数和互感的值越大。因此，距离估计器122同时分析引入到源谐振器140和目标谐振器的电力的大小和间隔，并且估计源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感。

在示例中，距离估计器122通过使用包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感。包络的所述至少两个点包括下面各项中的至少两项：包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器140和目标谐振器在阻抗匹配模式下开始互谐振的开始点。

当源谐振器140和目标谐振器执行互谐振时，包络可以是每个谐振间隔具有正弦波的形式。因此，在谐振间隔期间，包络包括单个峰值点和单个最小点。

通过分析包络，距离估计器122获得包络的所述至少两个点之间的时间差。此外，距离估计器122通过使用包络的所述至少两个点之间的时间差估计源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感。

在示例中，通过使用所述至少一个峰值点之间的时间差、所述至少一个最小点之间的时间差、所述至少一个峰值点和所述至少一个最小点之间的时间差、开始点和所述至少一个峰值点之间的时间差或开始点和所述至少一个最小点之间的时间差，距离估计器122估计源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感。

当源谐振器140和目标谐振器保持预定距离时，所述至少一个峰值点之间的时间差和所述至少一个最小点之间的时间差可保持不变。例如，第一峰值点和第二峰值点之间的时间差以及第二峰值点和第三峰值点之间的时间差可保持不变。因此，所述至少一个峰值点和所述至少一个最小点之间的时间差也可保持不变。因此，当获得第一峰值点和第二峰值点之间的时间差时，可获得随后的峰值点之间的时间差，并且当获得第一最小点和第二最小点之间的时间差时，可获得随后的最小点之间的时间差。因此，当获得第一峰值点和第一最小点之间的时间差时，可获得随后的峰值点和随后的最小点之间的时间差。

当源谐振器140和目标谐振器执行互谐振并且互谐振的条件(例如，源谐振器140和目标谐振器的天线的尺寸和材料)不变时，源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数和互感可基于源谐振器140和目标谐振器之间的距离而不同。此外，包络的所述至少两个点之间的时间差可基于源谐振器140和目标谐振器之间的距离而不同，因为包络的大小和间隔可基于源谐振器140和目标谐振器之间的距离而不同。因此，源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感对应于包络的所述至少两个点之间的时间差，并且距离估计器122包括关于源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感和包络的所述至少两个点之间的时间差之间的对应关系的信息。在示例中，距离估计器122包括与关于源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感和包络的所述至少两个点之间的时间差之间的对应关系的信息相关的查询表(LUT)。距离估计器122提取包络的所述至少两个点之间的时间差，并且参照LUT估计源谐振器130和目标谐振器之间的耦合系数或互感。当估计出源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感时，距离估计器122估计源谐振器140和目标谐振器之间的距离，因为源谐振器140和目标谐振器之间的耦合系数或互感对应于源谐振器140和目标谐振器之间的距离。

阻抗匹配单元123基于估计的距离匹配源谐振器140的阻抗。在示例中，阻抗匹配单元123包括阻抗匹配网络(IMN)。在另一示例中，阻抗匹配单元123基于估计的耦合系数或互感获得无线电力发送器和无线电力接收器的等效电路。阻抗匹配单元123通过使用等效电路提取源谐振器140的阻抗，并且基于提取的阻抗执行阻抗匹配。

图2是示出无线电力发送器的另一示例的方框图。图2示出包括第二供电器和第二开关的无线电力发送器。

参照图2，无线电力发送器包括第一供电器230、第一开关250、第二供电器210、第二开关220、控制器240和源谐振器260。

第一供电器230在电力传输模式下向源谐振器260供电。

第二供电器210在阻抗匹配模式下向源谐振器260供电。第二供电器210对应于DC电压源和DC电源之一。与第一供电器230相比，第二供电器210提供相对较低的量的电力。在阻抗匹配模式下，当第二供电器210经第二开关220连接到源谐振器260时，第二供电器210向源谐振器260供电。第二供电器210包括输入电力和输入电阻。

第二开关220将第二供电器210连接到源谐振器260。第二开关220基于控制器240的控制接通/断开第二供电器210和源谐振器260之间的连接。当该连接接通时，第二供电器210连接到源谐振器260，并且当该连接断开时，第二供电器210与源谐振器260断开连接。

源谐振器260在电力传输模式下从第一供电器230接收电力供给，并且在阻抗匹配模式下从第二供电器210接收电力供给。源谐振器260将从第一供电器230或第二供电器210接收的电力供给发送到无线电力接收器。

控制器240估计源谐振器260和目标谐振器之间的距离，并且匹配源谐振器260的阻抗。控制器240包括包络检测器241、距离估计器242和阻抗匹配单元243。

在阻抗匹配模式下，控制器240通过控制第二开关220来向源谐振器260供电以执行源谐振器260的阻抗匹配。例如，控制器240断开第一开关250，并且按照预定间隔接通/断开第二开关220。当第二开关220接通时，第二开关220连接到第二供电器210，并且电力被输入到源谐振器260。当第二开关220断开时，第二开关220与第二供电器210断开连接，并且源谐振器260被隔离。隔离的源谐振器260与目标谐振器执行互谐振，并且当源谐振器260在阻抗匹配模式下与目标谐振器执行互谐振时，控制器240执行源谐振器260的阻抗匹配。

包络检测器241检测由源谐振器260发送的电力的包络，距离估计器242基于包络估计源谐振器260和目标谐振器之间的距离，并且阻抗匹配单元243基于源谐振器260和目标谐振器之间的估计的距离匹配源谐振器260的阻抗。关于图1中示出的包络检测器121、距离估计器122和阻抗匹配单元123的描述可被应用于图2中示出的包络检测器241、距离估计器242和阻抗匹配单元243，并且因此，将会为了简洁而省略重复的描述。

图3是示出无线电力接收器的示例的方框图。

无线电力接收器在电力传输模式或阻抗匹配模式下操作。如这里所使用，电力传输模式表示用于向负载器发送从无线电力发送器接收的电力的操作模式，并且阻抗匹配模式表示用于匹配目标谐振器的阻抗的操作模式。

无线电力接收器基于无线电力发送器的操作模式确定无线电力接收器的操作模式。对于一个示例，当无线电力发送器将操作模式从电力传输模式改变为阻抗匹配模式时，无线电力接收器检测到无线电力发送器的操作模式的变化，并且将无线电力接收器的操作模式设置为阻抗匹配模式。在示例中，基于操作模式，由无线电力发送器发送的电力的大小和间隔可不同。无线电力接收器基于由目标谐振器从源谐振器接收的电力的变化设置无线电力接收器的操作模式。

参照图3，无线电力接收器包括目标谐振器310、控制器320、开关330和负载器340。

目标谐振器310通过与源谐振器的互谐振接收无线电力。

开关330将负载器340连接到目标谐振器310。开关330基于控制器320的控制接通/断开负载器340和目标谐振器310之间的连接。当该连接接通时，负载器340连接到目标谐振器310，并且当该连接断开时，负载器340与目标谐振器310断开连接。

负载器340包括负载和电容器。在电力传输模式下，负载器340被利用从目标谐振器310接收的电力充电。

控制器320估计源谐振器和目标谐振器310之间的距离，并且匹配目标谐振器310的阻抗。控制器320包括包络检测器321、距离估计器322和阻抗匹配单元323。

当无线电力发送器的操作模式是阻抗匹配模式时，由目标谐振器310接收的电力的大小和间隔可不同于当无线电力发送器处于电力传输模式时由目标谐振器310接收的电力的大小和间隔。控制器320基于由目标谐振器310接收的电力的变化设置无线电力接收器的操作模式。

当控制器320将操作模式设置为阻抗匹配模式时，控制器320断开开关330，并且断开负载器340和目标谐振器310之间的连接以提高阻抗匹配准确性。在示例中，控制器320在使开关330保持接通的同时执行阻抗匹配。

在阻抗匹配模式下的源谐振器和目标谐振器310之间的谐振频率与在电力传输模式下的源谐振器和目标谐振器310之间的谐振频率相同。因此，控制器320通过使用源谐振器和目标谐振器310之间的谐振频率而非另外的通信频率执行目标谐振器310的阻抗匹配。

包络检测器321在阻抗匹配模式下检测由目标谐振器310接收的电力的包络。包络检测器321通过对由目标谐振器310接收的电力的波形执行采样来检测包络。例如，当源谐振器与目标谐振器310执行互谐振时，包络检测器321针对电压的变化检测包络。

距离估计器322基于包络估计源谐振器和目标谐振器310之间的距离。在源谐振器和目标谐振器310之间的互谐振期间，源谐振器和目标谐振器310之间的距离越短，在源谐振器和目标谐振器310之间交换的电力的大小越大，并且在源谐振器和目标谐振器310之间交换的电力的间隔越短。另外，源谐振器和目标谐振器310之间的距离越短，源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数和互感的值越大。因此，距离估计器322同时分析引入到源谐振器和目标谐振器310的电力的大小和间隔，并且估计源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感。

在示例中，距离估计器322通过使用包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感。包络的所述至少两个点包括下面各项中的至少两项：包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器和目标谐振器310在阻抗匹配模式下开始互谐振的开始点。

当源谐振器和目标谐振器310执行互谐振时，包络可以是谐振间隔具有正弦波的形式。因此，在谐振间隔期间，包络包括单个峰值点和单个最小点。

距离估计器322通过分析包络来获得包络的所述至少两个点之间的时间差。此外，距离估计器322通过使用包络的所述至少两个点之间的时间差估计源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感。

当源谐振器和目标谐振器310执行互谐振并且互谐振的条件(例如，源谐振器和目标谐振器310的天线的尺寸和材料)不变时，源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数和互感可基于源谐振器和目标谐振器310之间的距离而不同。此外，包络的所述至少两个点之间的时间差可基于源谐振器和目标谐振器310之间的距离而不同，因为包络的大小和间隔可基于源谐振器和目标谐振器310之间的距离而不同。因此，源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感对应于包络的所述至少两个点之间的时间差，并且距离估计器322包括关于源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感和包络的所述至少两个点之间的时间差之间的对应关系的信息。在示例中，距离估计器322包括与关于源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感和包络的所述至少两个点之间的时间差之间的对应关系的信息相关的LUT。距离估计器322提取包络的所述至少两个点之间的时间差，并且参照LUT估计源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感。当估计出源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感时，距离估计器322估计源谐振器和目标谐振器310之间的距离，因为源谐振器和目标谐振器310之间的耦合系数或互感对应于源谐振器和目标谐振器310之间的距离。

阻抗匹配单元323基于估计的距离匹配目标谐振器310的阻抗。在示例中，阻抗匹配单元323包括IMN。在另一示例中，阻抗匹配单元323基于估计的耦合系数或互感获得无线电力发送器和无线电力接收器的等效电路。阻抗匹配单元323通过使用等效电路提取目标谐振器310的阻抗，并且基于提取的阻抗执行阻抗匹配。

图4a和4b是示出无线电力发送器和无线电力接收器的示例的示图。

参照图4a，无线电力发送器410包括第一供电器411、IMN 412、第一开关413、控制器(未示出)和源谐振器414。例如，源谐振器414包括电容器C1 415和电感器L1 416。

第一供电器411向源谐振器414供电。当第一供电器411经第一开关413连接到源谐振器414时，第一供电器411向源谐振器414供电。

第一开关413将第一供电器411连接到源谐振器414。第一开关413基于控制器(未示出)的控制接通/断开第一供电器411和源谐振器414之间的连接。当该连接接通时，第一供电器411连接到源谐振器414，并且当该连接断开时，第一供电器411与源谐振器414断开连接。

源谐振器414经与目标谐振器421的互谐振将电力发送到无线电力接收器。

控制器(未示出)估计源谐振器414和目标谐振器421之间的距离，并且匹配源谐振器414的阻抗。控制器(未示出)包括IMN 412。

在阻抗匹配模式下，控制器(未示出)通过控制第一开关413来向源谐振器414供电以便执行源谐振器414的阻抗匹配。当第一开关413接通时，第一开关413连接到第一供电器411，并且电力被输入到源谐振器414。当第一开关413断开时，第一开关413与第一供电器411断开连接，并且源谐振器414被隔离。隔离的源谐振器414与目标谐振器421执行互谐振，并且当源谐振器414在阻抗匹配模式下与目标谐振器421执行互谐振时，IMN 412执行源谐振器414的阻抗匹配。

控制器(未示出)在阻抗匹配模式下检测由源谐振器414发送的电力的包络。控制器(未示出)通过对由源谐振器414发送的电力的波形执行采样来检测包络。

控制器(未示出)基于包络估计源谐振器414和目标谐振器421之间的距离。在示例中，控制器(未示出)通过使用包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感。例如，包络的所述至少两个点包括下面各项中的至少两项：包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器414和目标谐振器421在阻抗匹配模式下开始互谐振的开始点。控制器(未示出)通过分析包络来获得包络的所述至少两个点之间的时间差。此外，控制器(未示出)通过使用包络的所述至少两个点之间的时间差估计源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感。

在示例中，通过使用所述至少一个峰值点之间的时间差、所述至少一个最小点之间的时间差、所述至少一个峰值点和所述至少一个最小点之间的时间差、开始点和所述至少一个峰值点之间的时间差或者开始点和所述至少一个最小点之间的时间差，控制器(未示出)估计源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感。

当源谐振器414和目标谐振器421保持预定距离时，所述至少一个峰值点之间的时间差和所述至少一个最小点之间的时间差可保持不变。因此，当获得第一峰值点和第二峰值点之间的时间差时，可获得随后的峰值点之间的时间差，并且当获得第一最小点和第二最小点之间的时间差时，可获得随后的最小点之间的时间差。因此，当获得第一峰值点和第一最小点之间的时间差时，可获得随后的峰值点和随后的最小点之间的时间差。

当源谐振器414和目标谐振器421执行互谐振并且互谐振的条件不变时，源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数和互感可基于源谐振器414和目标谐振器421之间的距离而不同。此外，包络的所述至少两个点之间的时间差可基于源谐振器414和目标谐振器421之间的距离而不同，因为包络的大小和间隔可基于源谐振器414和目标谐振器421之间的距离而不同。因此，源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感对应于包络的所述至少两个点之间的时间差，并且控制器(未示出)包括关于源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感和包络的所述至少两个点之间的时间差之间的对应关系的信息。当估计出源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感时，控制器(未示出)估计源谐振器414和目标谐振器421之间的距离，因为源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感对应于源谐振器414和目标谐振器421之间的距离。

IMN 412基于估计的距离匹配源谐振器414的阻抗。在示例中，IMN 412基于估计的耦合系数或互感获得无线电力发送器和无线电力接收器的等效电路。IMN 412通过使用等效电路提取源谐振器414的阻抗，并且基于提取的阻抗执行阻抗匹配。

无线电力接收器420包括目标谐振器421、开关424、IMN 425、控制器(未示出)和负载器426。例如，目标谐振器420包括电容器C2 423和电感器L2422。

在示例中，通过不包括IMN 425，无线电力接收器420在不执行阻抗匹配的情况下从无线电力发送器410接收无线电力。

目标谐振器421通过与源谐振器414的互谐振接收无线电力。

开关424将负载器426连接到目标谐振器421。开关424基于控制器(未示出)的控制接通/断开负载器426和目标谐振器421之间的连接。当该连接接通时，负载器426连接到目标谐振器421，并且当该连接断开时，负载器426与目标谐振器421断开连接。

负载器426包括负载和电容器。在电力传输模式下，负载器426被利用从目标谐振器421接收的电力充电。

控制器(未示出)估计源谐振器414和目标谐振器421之间的距离，并且匹配目标谐振器421的阻抗。控制器(未示出)包括IMN 425。

当控制器(未示出)将操作模式设置为阻抗匹配模式时，控制器(未示出)断开开关424，并且断开负载器426和目标谐振器421之间的连接以提高阻抗匹配的准确性。在示例中，控制器(未示出)在使开关424保持接通的同时执行阻抗匹配。

在阻抗匹配模式下的源谐振器414和目标谐振器421之间的谐振频率与在电力传输模式下的源谐振器414和目标谐振器421之间的谐振频率相同。因此，控制器(未示出)通过使用源谐振器414和目标谐振器421之间的谐振频率而非另外的通信频率执行目标谐振器421的阻抗匹配。

控制器(未示出)通过在阻抗匹配模式下对由目标谐振器421接收的电力的波形执行采样来检测包络。

控制器(未示出)基于包络估计源谐振器414和目标谐振器421之间的距离。在源谐振器414和目标谐振器421之间的互谐振期间，源谐振器414和目标谐振器421之间的距离越短，在源谐振器414和目标谐振器421之间交换的电力的大小越大，并且在源谐振器414和目标谐振器421之间交换的电力的间隔越短。另外，源谐振器414和目标谐振器421之间的距离越短，源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数和互感的值越大。因此，控制器(未示出)同时分析引入到源谐振器414和目标谐振器421的电力的大小和间隔，并且估计源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感。

在示例中，控制器(未示出)通过使用包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感。包络的所述至少两个点包括下面各项中的至少两项：包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器414和目标谐振器421在阻抗匹配模式下开始互谐振的开始点。

控制器(未示出)通过分析包络来获得包络的所述至少两个点之间的时间差。此外，控制器(未示出)通过使用包络的所述至少两个点之间的时间差估计源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感。

当估计出源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感时，控制器(未示出)估计源谐振器414和目标谐振器421之间的距离，因为源谐振器414和目标谐振器421之间的耦合系数或互感对应于源谐振器414和目标谐振器421之间的距离。

IMN 425基于估计的距离匹配目标谐振器421的阻抗。在示例中，IMN 425基于估计的耦合系数或互感获得无线电力发送器410和无线电力接收器420的等效电路。IMN 425通过使用等效电路提取目标谐振器421的阻抗，并且基于提取的阻抗执行阻抗匹配。

参照图4b，无线电力发送器450包括第一供电器453、第一开关455、第二供电器451、IMN 454、控制器(未示出)和源谐振器456。例如，源谐振器456包括电容器C1 457和电感器458。

第一供电器453在电力传输模式下向源谐振器456供电。

第二供电器451在阻抗匹配模式下向源谐振器456供电。与第一供电器453相比，第二供电器451提供相对较低的量的电力。在阻抗匹配模式下，当第二供电器451经第二开关452连接到源谐振器456时，第二供电器451向源谐振器456供电。

第二开关452将第二供电器451连接到源谐振器456。第二开关452基于控制器(未示出)的控制接通/断开第二供电器451和源谐振器456之间的连接。当该连接接通时，第二供电器451连接到源谐振器456，并且当该连接断开时，第二供电器451与源谐振器456断开连接。

源谐振器456在电力传输模式下从第一供电器453接收电力供给，并且在阻抗匹配模式下从第二供电器451接收电力供给。源谐振器456通过与目标谐振器的互谐振将从第一供电器453或第二供电器451接收的电力发送到无线电力接收器460。

控制器(未示出)估计源谐振器456和目标谐振器之间的距离，并且匹配源谐振器456的阻抗。控制器(未示出)包括IMN 454。

在阻抗匹配模式下，控制器(未示出)通过控制第二开关452来向源谐振器456供电。当第二开关452接通时，第二开关452连接到第二供电器451，并且电力被输入到源谐振器456。当第二开关452断开时，第二开关452与第二供电器451断开连接，并且源谐振器456被隔离。隔离的源谐振器456与目标谐振器执行互谐振，并且当源谐振器456在阻抗匹配模式下与目标谐振器执行互谐振时，IMN 454执行源谐振器456的阻抗匹配。

控制器(未示出)检测由源谐振器456发送的电力的包络，并且基于包络估计源谐振器456和目标谐振器之间的距离。IMN 454基于源谐振器456和目标谐振器之间的估计的距离匹配源谐振器456的阻抗。

无线电力接收器460包括目标谐振器461、开关464、IMN 465、控制器(未示出)和负载器466。例如，目标谐振器461包括电容器C2 463和电感器L2462。

在示例中，通过不包括IMN 465，无线电力接收器460在不执行阻抗匹配的情况下从无线电力发送器450接收无线电力。

目标谐振器461通过与源谐振器456的互谐振接收无线电力。

开关464将负载器466连接到目标谐振器461。开关464基于控制器(未示出)的控制接通/断开负载器466和目标谐振器461之间的连接。当该连接接通时，负载器466连接到目标谐振器461，并且当该连接断开时，负载器466与目标谐振器461断开连接。

负载器466包括负载和电容器。在电力传输模式下，负载器466被利用从目标谐振器461接收的电力充电。

控制器(未示出)估计源谐振器456和目标谐振器461之间的距离，并且匹配目标谐振器461的阻抗。控制器(未示出)包括IMN 465。

当控制器(未示出)将操作模式设置为阻抗匹配模式时，控制器(未示出)断开开关464，并且断开负载器466和目标谐振器461之间的连接以提高阻抗匹配准确性。在示例中，控制器(未示出)在使开关464保持接通的同时执行阻抗匹配。

控制器(未示出)通过在阻抗匹配模式下对由目标谐振器461接收的电力的波形执行采样来检测包络。

控制器(未示出)基于包络估计源谐振器456和目标谐振器461之间的距离。在源谐振器456和目标谐振器461之间的互谐振期间，源谐振器456和目标谐振器461之间的距离越短，在源谐振器456和目标谐振器461之间交换的电力的大小越大，并且在源谐振器456和目标谐振器461之间交换的电力的间隔越短。另外，源谐振器456和目标谐振器461之间的距离越短，源谐振器456和目标谐振器461之间的耦合系数和互感的值越大。因此，控制器(未示出)同时分析引入到源谐振器456和目标谐振器461的电力的大小和间隔，并且估计源谐振器456和目标谐振器461之间的耦合系数或互感。

在示例中，控制器(未示出)通过使用包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器456和目标谐振器461之间的耦合系数或互感。包络的所述至少两个点包括下面各项中的至少两项：包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器456和目标谐振器461在阻抗匹配模式下开始互谐振的开始点。

控制器(未示出)通过分析包络来获得包络的所述至少两个点之间的时间差。此外，控制器(未示出)通过使用包络的所述至少两个点之间的时间差估计源谐振器456和目标谐振器461之间的耦合系数或互感。

当估计出源谐振器456和目标谐振器461之间的耦合系数或互感时，控制器(未示出)估计源谐振器456和目标谐振器461之间的距离，因为源谐振器456和目标谐振器461之间的耦合系数或互感对应于源谐振器456和目标谐振器461之间的距离。

IMN 465基于估计的距离匹配目标谐振器461的阻抗。在示例中，IMN 465基于估计的耦合系数或互感获得无线电力发送器450和无线电力接收器460的等效电路。IMN 465通过使用等效电路提取目标谐振器461的阻抗，并且基于提取的阻抗执行阻抗匹配。

图5是示出在电力传输模式和阻抗匹配模式下切换的示例的曲线图。

参照图5，曲线图的横轴指示时间，并且曲线图的纵轴指示开关的接通/断开状态。当无线电力发送器和无线电力接收器的操作模式是电力传输模式时，无线电力发送器在电力传输间隔501和503中将电力发送到无线电力接收器的负载器。当无线电力发送器和无线电力接收器的操作模式是阻抗匹配模式时，无线电力发送器和无线电力接收器在阻抗匹配间隔502中执行阻抗匹配。

曲线(a)示出在没有第二供电器和第二开关的情况下的无线电力发送器中的第一开关510的操作。在电力传输间隔501和503中，控制器控制第一开关510处于接通状态。在阻抗匹配间隔502中，在时间“T”的切换间隔，控制器在ΔT期间接通第一开关510，并且在T-ΔT期间断开第一开关510。因此，在“T”的间隔，电力可在ΔT期间被输入到源谐振器，并且源谐振器可在T-ΔT期间被隔离。在阻抗匹配间隔502期间基于第一开关510的控制执行源谐振器和目标谐振器之间的互谐振，并且控制器在阻抗匹配间隔502期间估计源谐振器和目标谐振器之间的距离以匹配源谐振器的阻抗。

曲线(b)示出包括第二供电器和第二开关522的无线电力发送器中的第一开关521和第二开关522的操作。在电力传输间隔501和503期间，控制器控制第一开关521处于接通状态。在阻抗匹配间隔502期间，控制器控制第一开关521处于断开状态。此外，在电力传输间隔501和503期间，控制器控制第二开关522处于断开状态，并且在阻抗匹配间隔502期间，在时间“T”的切换间隔，在ΔT期间接通第二开关522，并且在T-ΔT期间断开第二开关522。因此，在时间“T”的切换间隔，电力可在ΔT期间被输入到源谐振器，并且源谐振器可在T-ΔT期间被隔离。例如，与通过第一开关521的控制而输入到源谐振器的电力相比，通过第二开关522的控制而输入到源谐振器的电力相对较低。在阻抗匹配间隔502期间基于第二开关522的控制执行源谐振器和目标谐振器之间的互谐振，并且控制器在阻抗匹配间隔502期间估计源谐振器和目标谐振器之间的距离以匹配源谐振器的阻抗。

曲线(c)和(d)示出无线电力接收器中的开关的操作。在曲线(c)中，无线电力接收器的控制器在电力传输间隔501和503期间并且在阻抗匹配间隔502中控制开关530处于接通状态。在阻抗匹配间隔502期间，目标谐振器在时间“T”的切换间隔在ΔT期间从源谐振器接收电力。在阻抗匹配间隔502期间，无线电力接收器的控制器检测由目标谐振器接收的电力的包络，估计源谐振器和目标谐振器之间的距离，并且匹配目标谐振器的阻抗。

在曲线(d)中，无线电力接收器的控制器在电力传输间隔501和503期间控制开关540处于接通状态。在阻抗匹配间隔502期间，目标谐振器在时间“T”的切换间隔在ΔT期间从源谐振器接收电力，并且无线电力接收器的控制器检测到由目标谐振器接收的电力的变化，将无线电力接收器的操作模式转换成阻抗匹配模式，并且控制开关540处于断开状态。在无线电力接收器的开关540的断开状态期间，无线电力接收器的控制器检测由目标谐振器接收的电力的包络，估计源谐振器和目标谐振器之间的距离，并且匹配目标谐振器的阻抗。当开关在断开状态下执行阻抗匹配时，阻抗匹配的准确性可增加至大于如曲线(c)所示的接通状态。

图6示出代表估计源谐振器和目标谐振器之间的距离的示例的曲线图。

在图6的曲线图(a)和(b)中，横轴指示时间，并且纵轴指示电压的大小。

曲线图(a)包括当源谐振器和目标谐振器之间的距离较远时由源谐振器和目标谐振器发送/接收的电压的包络610和620。包络610指示由源谐振器发送的电压的包络，并且包络620指示由目标谐振器接收的电压的包络。无线电力发送器的控制器估计开始点611和最小点612，并且提取开始点611和最小点612之间的时间差。无线电力发送器的控制器包括关于源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数和包络的至少两个点之间的时间差之间的对应关系的信息，并且基于关于该对应关系的信息提取源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数。无线电力发送器的控制器基于提取的耦合系数执行阻抗匹配。

无线电力接收器的控制器估计开始点621和峰值点622，并且提取开始点621和峰值点622之间的时间差。无线电力接收器的控制器包括关于源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数和包络的所述至少两个点之间的对应关系的信息，并且基于关于该对应关系的信息提取源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数。

曲线图(b)包括当与曲线图(a)相比源谐振器和目标谐振器之间的距离较近时由源谐振器和目标谐振器发送/接收的电压的包络630和640。包络630指示由源谐振器发送的电压的包络，并且包络640指示由目标谐振器接收的电压的包络。

无线电力发送器的控制器估计至少两个点。例如，无线电力发送器的控制器估计开始点631、最小点632、634和636以及峰值点633、635和637，并且估计所述至少两个点之间的时间差。

无线电力接收器的控制器估计包络640的所述至少两个点。例如，无线电力接收器的控制器估计开始点641、峰值点642、644和646以及最小点643、645和647，并且估计所述至少两个点之间的时间差。

无线电力发送器的控制器和无线电力接收器的控制器包括关于源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数和包络的所述至少两个点之间的对应关系的信息，并且基于关于该对应关系的信息提取源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数。

图7是示出用于无线电力发送器的阻抗匹配的方法的示例的流程图。

参照图7，在710中，无线电力发送器确定是否在阻抗匹配模式下操作。在示例中，无线电力发送器基于预定间隔或预定电力传输效率确定是否在阻抗匹配模式下操作。

在720中，当无线电力发送器的操作模式是阻抗匹配模式时，无线电力发送器确定第二开关的存在。

当第二开关被确定为存在时，控制器将第一开关设置为处于断开状态，并且在731中控制第二开关。当第二开关被确定为不存在时，无线电力发送器在732中控制第一开关。

在阻抗匹配模式下，响应于第一开关或第二开关被控制，电力被供应给源谐振器，并且源谐振器与目标谐振器执行互谐振。

在740中，无线电力发送器估计源谐振器和目标谐振器之间的距离。无线电力发送器检测由源谐振器发送的电力的包络，并且基于包络估计源谐振器和目标谐振器之间的距离。

在750中，无线电力发送器基于源谐振器和目标谐振器之间的距离匹配源谐振器的阻抗。

在前面参照图1至6提供的描述可被应用于图7中示出的用于无线电力发送器的阻抗匹配的方法，并且因此，将会为了简洁而省略另外的重复描述。

图8是示出用于无线电力接收器的阻抗匹配的方法的示例的流程图。

参照图8，在810中，无线电力接收器确定无线电力发送器的操作模式是否是阻抗匹配模式。基于操作模式，由无线电力发送器发送的电力的大小和间隔可不同。无线电力接收器基于由目标谐振器从源谐振器接收的电力的变化确定无线电力发送器的操作模式，并且将无线电力接收器的操作模式设置为对应于无线电力发送器的操作模式。

在820中，无线电力接收器确定开关是否是可控制的。当开关被确定为可控制时，无线电力接收器在830中将开关设置为处于断开状态。

在840中，无线电力接收器估计源谐振器和目标谐振器之间的距离。无线电力接收器检测由目标谐振器接收的电力的包络，并且基于包络估计源谐振器和目标谐振器之间的距离。

在850中，无线电力接收器基于源谐振器和目标谐振器之间的距离匹配目标谐振器的阻抗。

在前面参照图1至7提供的描述可被应用于图8中示出的用于无线电力接收器的阻抗匹配的方法，并且因此，将会为了简洁而省略另外的重复描述。

示例实施例包括非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质包括程序指令以执行由计算机实现的各种操作。该介质还可单独地或结合程序指令包括数据文件、数据结构、表等。该介质和程序指令可以是为了示例实施例的目的而专门设计和构造的介质和程序指令，或者它们可具有计算机软件领域技术人员公知并且可获得的种类。非暂时性计算机可读介质的示例包括：磁介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学介质，诸如CD ROM盘；磁光介质，诸如光磁软盘；和硬件装置，被专门配置为存储和执行程序指令，诸如只读存储装置(ROM)和随机存取存储器(RAM)。程序指令的示例包括：诸如由编译器产生的机器代码；和文件，包含可由计算机使用解释器执行的高级代码。描述的硬件装置可被配置为用作一个或多个软件模块以便执行上述示例实施例的操作，反之亦然。

虽然已示出和描述一些示例实施例，但本公开不限于描述的示例实施例。替代地，本领域技术人员将会理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可对这些示例实施例做出改变。

因此，其它实现方式落在下面的权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种无线电力发送器，包括：

源谐振器，被配置为通过与目标谐振器谐振发送无线电力；

第一供电器，被配置为向源谐振器供电；

第一开关，用于接通/断开源谐振器到第一供电器的连接；和

控制器，被配置为通过估计源谐振器和目标谐振器之间的距离来匹配源谐振器的阻抗,

其中，所述控制器包括：

包络检测器，被配置为检测由源谐振器发送的电力的包络；

距离估计器，被配置为基于包络估计源谐振器和目标谐振器之间的距离；和

阻抗匹配单元，被配置为基于估计的距离匹配源谐振器的阻抗。

2.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中所述无线电力发送器在电力传输模式或阻抗匹配模式下操作。

3.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中所述控制器通过在阻抗匹配模式下控制第一开关来向源谐振器供电。

4.如权利要求2所述的无线电力发送器，还包括：

第二供电器，被配置为向源谐振器供电；和

第二开关，被配置为接通/断开源谐振器到第二供电器的连接，以及

所述控制器被配置为通过在阻抗匹配模式下控制第二开关来向源谐振器供电。

5.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中包络检测器被配置为在阻抗匹配模式下检测由源谐振器发送的电力的包络。

6.如权利要求5所述的无线电力发送器，其中所述距离估计器被配置为基于包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数或互感。

7.如权利要求6所述的无线电力发送器，其中所述至少两个点包括下面各项中的至少两项：

包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器和目标谐振器在阻抗匹配模式下开始谐振的开始点。

8.如权利要求2所述的无线电力发送器，被配置为基于预定间隔或预定电力传输效率在阻抗匹配模式下操作。

9.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中所述控制器被配置为当目标谐振器和源谐振器的谐振在阻抗匹配模式下暂停时结束阻抗匹配模式。

10.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中所述控制器基于在电力传输模式下的源谐振器和目标谐振器之间的谐振频率在阻抗匹配模式下匹配源谐振器的阻抗。

11.一种无线电力接收器，包括：

目标谐振器，被配置为通过与源谐振器谐振接收无线电力；

负载器，被配置为从目标谐振器接收电力；和

控制器，被配置为通过估计源谐振器和目标谐振器之间的距离来匹配目标谐振器的阻抗，

其中，所述控制器包括：

包络检测器，被配置为检测由目标谐振器接收的电力的包络；

距离估计器，被配置为基于包络估计源谐振器和目标谐振器之间的距离；和

阻抗匹配单元，被配置为基于估计的距离匹配目标谐振器的阻抗。

12.如权利要求11所述的无线电力接收器，被配置为在电力传输模式或阻抗匹配模式下操作。

13.如权利要求12所述的无线电力接收器，其中所述控制器被配置为基于由目标谐振器接收的电力的变化进入阻抗匹配模式。

14.如权利要求12所述的无线电力接收器，还包括：

开关，被配置为接通/断开目标谐振器到负载器的连接，以及

所述控制器被配置为在阻抗匹配模式下断开该开关。

15.如权利要求12所述的无线电力接收器，其中包络检测器被配置为在阻抗匹配模式下检测由目标谐振器接收的电力的包络。

16.如权利要求15所述的无线电力接收器，其中所述距离估计器被配置为基于包络的至少两个点之间的时间差估计源谐振器和目标谐振器之间的耦合系数或互感。

17.如权利要求16所述的无线电力接收器，其中所述至少两个点包括下面各项中的至少两项：

包络的大小达到峰值的至少一个峰值点、包络的大小是最小值的至少一个最小点以及源谐振器和目标谐振器在阻抗匹配模式下开始谐振的开始点。