KR101593250B1 - 복수 코일 프라이머리를 갖는 유도 전력 공급 시스템 - Google Patents

복수 코일 프라이머리를 갖는 유도 전력 공급 시스템 Download PDF

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스콧 에이. 몰레마
조슈아 케이. 슈바넥케
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Abstract

복수의 탱크 회로, 및 수신된 전력 수요 정보에 기초하여 무선으로 전력을 전송하기 위해 탱크 회로들 중 적어도 하나를 선택하기 위한 제어기를 포함하는 유도 전력 공급장치가 개시된다. 또한, 복수의 원격 장치를 유도 전력 공급장치와 정렬하기 위해 자석이 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력을 전송하기 위해 어느 코일이 이용되고 있는지에 따라 상이한 통신 시스템들이 이용된다.

Description

복수 코일 프라이머리를 갖는 유도 전력 공급 시스템{INDUCTIVE POWER SUPPLY SYSTEM WITH MULTIPLE COIL PRIMARY}
본 출원은 2008년 3월 13일자로 출원된 미국 가출원 제61/036,459호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 유도 결합에 관한 것이고, 더 구체적으로는 복수 범위의 유도 전력을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전자기 유도 원리를 이용하여 무선 전력을 제공하기 위한 시스템은 수년 동안 이용할 수 있었다. 종래의 시스템들은 기존 유도 기술의 현실적인 한계로 인해 제한된 성공을 거두어왔다. 예를 들어, 종래의 유도 시스템들은 타당하게 효율적인 동작을 제공하기 위해, 전형적으로 유도 전력 공급장치 내의 전자 장치와 원격 장치 내의 전자 장치 간의 고도의 조화된 튜닝뿐만 아니라, 1차 코일과 2차 코일 간의 밀접하고 정밀한 정렬을 필요로 한다. 이러한 문제들은 상이한 원격 장치들이 매우 상이한 양의 전력을 필요로 할 수 있다는 사실로 인해 복잡해진다. 예를 들어, 셀폰은 랩탑 또는 주방 가전과는 다른 전력 요건을 가질 가능성이 많다.
유도 전력 공급장치가 원격 장치들 간의 몇몇 차이들을 조정하고 책임지게 하는 일부 진전이 있었다. Kuennen 등의 미국 특허 제6,825,620호는 다양한 부하들의 동작 매개변수들에 대응하도록 동작을 조정하는 능력을 갖는 유도 전력 공급 시스템을 개시한다. Kuennen 등의 미국 특허 제6,825,620호는 발명의 명칭이 "Inductively Coupled Ballast Circuit"이고 2004년 11월 30일에 발행되었으며, 여기에 참조에 의해 포함된다. 미국 특허 출원 제11/965,085호는 원격 장치와 그것의 동작 매개변수들을 식별하는 능력을 갖는 유도 전력 공급 시스템을 개시한다. Baarman 등의 미국 특허 출원 제11/965,085호는 발명의 명칭이 "Inductive Power Supply with Device Identification"이고 2007년 12월 27일자로 출원되었으며, 여기에 참조에 의해 포함된다. 이들이 기존 시스템들에 비해 향상을 나타내긴 하지만, 일부 응용들에서는 훨씬 더한 유연성에 대한 바람이 있다. 일부 응용들에서는, 복수 범위의 전력을 제공할 수 있는 단일의 유도 전력 공급장치에 대한 바람이 존재한다.
본 발명은 원격 장치의 전력 등급을 식별하고 그 전력 등급의 함수로서 유도 전력을 제공하는 유도 전력 공급 시스템 및 관련 방법을 제공한다. 전력 등급의 함수로서 전력을 제공하기 위해, 유도 전력 공급장치는 복수의 코일을 갖는 1차 코일 어셈블리를 포함한다. 각각의 코일은 상이한 전력 등급에 관련된 범위의 유도 전력을 생성하기 위해 선택적으로 급전될 수 있다. 유도 전력 공급 시스템은 물리적 전기 접촉없이 원격 장치들에 복수 범위의 전력을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 제어기, 코일 선택기 회로 및 코일 어셈블리를 갖는 유도 전력 공급장치를 포함한다. 본 실시예에서, 코일 어셈블리는 저전력 코일, 중간 전력 코일 및 고전력 코일을 포함한다. 각각의 원격 장치는 저전력 등급, 중간 전력 등급 또는 고전력 등급 장치로 분류된다. 제어기 및 코일 선택기 회로는 선택된 코일에 급전(energizing)하도록 동작한다. 일반적으로, 저전력 코일은 저전력 등급 장치들에 전력을 제공하기 위해 급전되고, 중간 전력 코일은 중간 등급 장치들에 전력을 제공하기 위해 급전되고, 고전력 코일은 고전력 등급 장치들에 전력을 제공하기 위해 급전된다. 일부 응용들에서는, 중간 전력 등급 및 고전력 등급 장치들에서도, 저전력 코일이 인증, 식별 또는 통신을 위해 이용될 수 있다. 유도 전력 공급장치는 선택된 코일에 의해 제공되는 전력을 튜닝하기 위한 기법들을 구현할 수 있다. 예를 들어, 각각의 코일은 적응적일 수 있으며, 그것의 공진 주파수가 조정되게 할 수 있다. 또한, 유도 전력 공급장치의 동작 주파수 또는 다른 동작 특성들은 달라질 수 있다.
동작 시에, 원격 장치는 원격 장치 전력 등급과 같은 전력 수요 정보(power demand information)를 유도 전력 공급장치와 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 저전력 코일은 구동 시에 시변 자기장을 생성한다. 2차 회로가 구동된 저전력 코일에 근접하게 이동되면, 2차 회로는 저전력 코일과의 상호 인덕턴스를 형성한다. 저전력 코일의 자기장이 2차 코일을 통과하여 지나가면서 2차 코일에 급전한다. 이것은 세컨더리(secondary)에 전력을 제공하여, 전력 등급 신호가 송신 및 인증되어, 적합한 코일을 선택함으로써 적합한 범위의 전력에서 전력 제어 시퀀스가 시작될 수 있게 해 준다.
복수의 코일을 갖는 코일 어셈블리를 갖는 유도 전력 공급장치의 한가지 이점은 단일의 핫스폿이 원격 장치에 저전력, 중간 전력 및 고전력을 전달할 수 있다는 것이다. 이것은 저전력 장치에 전력을 공급하는 유도 전력 공급장치, 중간 전력 장치에 전력을 공급하기 위한 별개의 유도 전력 공급장치, 및 고전력 장치에 전력을 공급하기 위한 별개의 유도 전력 공급장치를 가질 필요성을 감소시킨다. 또한, 고전력 장치들이 저전력 소비 기간 동안에는 저전력 코일을 이용할 수 있으므로, 에너지가 절약될 수 있다. 추가로, 공간적 자유를 얻기 위해, 저전력 장치가 고전력 코일로부터 전력을 얻을 수 있다.
여기에 개시된 것과 그 이외의 본 발명의 목적, 이점 및 특징들은 현재의 실시예의 상세한 설명 및 도면들을 참조하면 쉽게 이해하고 알게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도 전력 공급 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시예의 1차 회로의 블록도이다.
도 3은 일 실시예의 2차 회로의 블록도이다.
도 4는 일 실시예의 탱크 회로의 개략도이다.
도 5는 일 실시예의 유도 전력 공급 시스템의 개략도이다.
도 6은 일 실시예의 탱크 회로의 개략도이다.
도 7은 일 실시예의 유도 전력 공급 시스템의 개략도이다.
도 8은 일 실시예의 스위칭 회로 및 탱크 회로의 회로도이다.
도 9는 원격 장치에 전력을 공급하기 위한 방법의 일반적인 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 일 실시예의 1차 회로의 기능적 블록도이다.
도 11은 일 실시예의 2차 회로의 기능적 블록도이다.
도 12는 일 실시예의 1차 회로의 기능적 블록도이다.
도 13은 일 실시예의 2차 회로의 기능적 블록도이다.
도 14는 일 실시예의 유도 전력 공급 시스템의 개략도이다.
Ⅰ. 개요
도 1에 도시되고 100으로 지정된 본 발명의 유도 전력 공급 시스템의 실시예에서, 유도 전력 공급 시스템은 유도 전력 공급장치(102) 및 원격 장치(104)를 포함한다. 유도 전력 공급 장치는 복수 범위의 전력을 발생시킬 수 있는 1차 코일 어셈블리(101)를 갖는 1차 회로(103)를 포함한다. 원격 장치(104)는 부하(106)를 갖는 2차 회로(105)를 포함한다. 원격 장치의 2차 회로(105)는 전력 등급을 포함할 수 있는 전력 수요 정보를 포함한다. 적합한 전력 범위에서의 전력 전송을 용이하게 하기 위해, 전력 수요 정보가 유도 전력 공급장치(102)에 송신될 수 있다. 전력 수요 정보에 응답하여, 1차 회로(103)는 원격 장치(104)에 전력을 전송할, 1차 코일 어셈블리(101)의 적합한 코일을 선택한다. 일 실시예에서, 코일은 적어도 부분적으로 원격 장치의 전력 등급의 함수로서 선택된다. 단일의 유도 전력 공급장치로 상이한 범위의 전력들을 선택하는 능력은, 매우 상이한 전력 수요들을 갖는 장치들로의 전력 전송을 허용한다.
본 발명은 3개의 전력 등급에 각각 대응하는 3개의 상이한 범위의 전력을 제공하는 3개의 코일을 구비하는 코일 어셈블리(101)의 맥락에서 설명된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 코일 어셈블리는 더 많거나 더 적은 코일을 포함할 수 있으며, 그에 의해 제공될 수 있는 상이한 전력 범위들의 수, 그리고 그에 따라 전력 등급들의 수를 각각 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 즉, 개시되는 실시예들에서는, 전력 범위들의 개수와 전력 등급들의 개수 간에 일대일 맵핑이 존재한다. 그러나, 반드시 그럴 필요는 없다. 코일보다 더 많은 전력 등급이 존재하는 시나리오들에서는, 복수의 전력 등급이 동일한 코일에 맵핑될 수 있다. 그리고, 전력 등급보다 더 많은 코일이 존재하는 경우에는 그 반대이다. 일부 실시예들에서, 상이한 코일들에 의해 제공되는 전력 범위들 또는 전력 등급들 간에 소정의 중첩이 존재할 수 있다.
일부 응용들에서, 장치들은 상이한 시간들에서 상이한 전력량들을 요구할 수 있다. 이것의 예가 전력을 전송하는 방법 동안 설명된다. 유도 전력 공급장치(102)의 1차 회로(103)는 주기적으로 저전력 코일을 이용하여 전력을 송신한다. 그 전력을 수신하는 원격 장치(104)는 유도 전력 공급장치(102)에 전력 수요 정보를 송신하기 위해 그것을 이용한다. 유도 전력 공급장치는 전력 전송을 위해 코일 어셈블리(101)의 적합한 코일을 선택하기 위해 전력 수요 정보를 사용하는데, 그 적합한 코일은 초기화 절차 동안 사용된 것과 다른 코일일 수 있다.
Ⅱ. 유도 전력 공급 시스템
본 발명에 따른 유도 전력 공급 시스템의 일 실시예가 도 5에 도시되어 있고, 개괄적으로 500으로 지정되어 있다. 유도 전력 공급 시스템(500)은 유도 전력 공급장치(503) 및 원격 장치(504)를 도시하고 있다. 일반적으로 도시되어 있지만, 원격 장치(504)는 유도 전력 공급장치가 원격 장치의 전력 등급과 같은 전력 수요 정보를 검출하는 것을 허용하는 것을 포함하는 통신을 할 수 있는 본질적으로 어떠한 유형의 장치라도 될 수 있다.
유도 전력 공급장치(503)는 원격 장치(504)가 그 위에 놓일 표면(506)을 갖는 전용 하우징과 같은 하우징(501) 내에 포함될 수 있다. 하우징(501) 및 표면(506)의 크기, 형상 및 구성은 달라질 수 있다. 또한, 코일 어셈블리(502)의 1차 코일들(512, 514, 516)의 위치도 표면(506)에 대하여, 그리고 서로에 대하여 달라질 수 있다. 도 5의 실시예에서, 코일들(512, 514, 516)은 표면(506) 아래에서 평면의 동심 구조(planar, concentric configuration)로 배열된다.
도 7에 도시된 실시예와 같은 대안적인 실시예들에서, 코일들(712, 714, 716)은 수직 정렬로 배열될 수 있으며, 원격 장치(704)가 그 위에 놓일 표면(706)을 갖는 컨테이너의 형상을 갖는 하우징(701)의 측벽(702) 내에 내포될 수 있다. 도 5 및 도 7은 단지 하우징, 표면 및 코일이 어떻게 배열될 수 있는지에 관한 예시이다. 많은 다른 구성들이 가능하다.
원격 장치의 2차 코일과 활성인 1차 코일 간의 유사성은 효율적인 전력 전송을 촉진한다. 예를 들어, 2차 코일(509) 및 저전력 코일(512)은 크기, 형상, 권수, 길이 및 게이지에서 유사하다. 이러한 유사성은 보다 더 양호한 정렬이 가능하게 하고, 이는 효율적인 전력 전송을 용이하게 한다. 마찬가지로, 중간 전력 등급 및 고전력 등급 장치는 각각 중간 전력 코일 및 고전력 코일과 유사한 특징들을 갖는 세컨더리를 가질 수 있으며, 이는 그 코일들에 급전할 때 더 양호한 전력 전송을 용이하게 한다.
도 7의 실시예에서도 마찬가지로, 원격 장치 또는 2차 코일의 크기는 원격 장치를 정렬하는 것을 도울 수 있다. 모든 경우에 그런 것은 아니지만, 저전력 등급 장치는 물리적으로 더 작은 경향이 있는 반면, 고전력 등급 장치는 비교적 물리적으로 더 큰 경향이 있다. 이것은 도 7의 실시예에서와 같이 코일들이 수직하게 배열되는 경우에서, 작은 장치는 저전력 코일(712)과 더 잘 정렬되는 경향을 갖는 반면, 큰 장치는 고전력 코일(716)과 더 잘 정렬되는 경향을 갖는다는 것을 의미한다.
원격 장치와 활성인 프라이머리의 정렬은 자기적 위치지정(magnetic positioning)에 의해 더 용이해질 수 있다. 일부 응용들에서, 유도 전력 공급 시스템(500)은 유도 전력 공급장치 내의 자석(510)과 원격 장치 내의 자석(508)을 포함하여, 자기적 위치지정을 제공할 수 있다. 유도 전력 공급 시스템(500)은 2008년 2월 22일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "Magnetic Positioning for Inductive Coupling"이며 여기에 참조에 의해 포함되는 미국 특허 가출원 제61/030,586호로부터의 특징들 중 본질적으로 임의의 것을 포함할 수 있다. 자석은 저전력 등급 원격 장치, 중간 전력 등급 원격 장치 및 고전력 등급 원격 장치의 임의의 조합과 함께 이용될 수 있다. 자기적 위치지정은 원격 장치들 중 일부 또는 전부에서 사용되거나, 어떠한 원격 장치에서도 사용되지 않을 수 있다. 자석들은 선택사항이며, 유도 전력 공급장치 또는 원격 장치 내에 제공될 필요가 없다.
일부 응용들에서, 아마도 도 14에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 유도 전력 공급장치에 의해 복수의 장치가 동시에 전력을 공급받을 수 있다. 한가지 간단한 시나리오는 복수의 저전력 등급 장치에 전력을 공급하기 위해 고전력 코일이 사용되는 경우이다. 고전력 코일은 더 넓은 면적을 덮는 더 넓은 유도장을 나타내므로, 장치가 그 내부에 배치될 더 많은 공간이 존재한다. 즉, 전력 효율이 고전력 코일로부터의 충전 동안 저전력 장치가 받을 수 있는 전력량을 실질적으로 제한하지 않으므로, 저전력 장치는 공간적인 자유를 얻는다.
또한, 보다 더 엄격하지 않은 부하 및 장치들은 공간적 자유에서의 혜택을 얻기 위해 원격 장치의 전력 등급보다 더 높은 전력 등급을 갖는 코일을 이용할 수 있다는 점에도 주목해야 한다. 장치들은 고전력 코일을 이용하되, 장치 분류 및 다른 기준에 기초하는 더 낮은 전력에서 전력을 공급받는다. 설명된 실시예들에서, 그러한 혜택들은 저전력 원격 장치들과 함께 중간 전력 코일(514) 또는 고전력 코일(516)을 이용하여 얻어질 수 있다. 엄격하지 않은 부하의 일례는 리모콘이다. 전형적으로, 엄격하지 않은 부하는 그 성능을 실질적으로 손상시키지 않고서, 상이한 레이트에서, 또는 상이한 전력량으로 충전될 수 있다.
몇몇 상황에서 고전력 코일이 저전력 장치와 함께 사용될 수 있는 것과 마찬가지로, 몇몇 상황에서는 저전력 코일이 고전력 장치와 함께 사용될 수 있다. 일부 고전력 장치들은 더 적은 전력을 소비하는 대기 옵션을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 고전력이 공급되던 장치가 예를 들어 자신이 대기 모드에 들어가고 있으므로 더 적은 전력을 필요로 한다는 것을 나타내면, 그 전력을 제공하기 위해 저전력 코일이 이용될 수 있다. 본질적으로, 장치가 일반적인 전력 등급을 가질 수 있긴 하지만, 더 많거나 더 적은 전력을 제공하는 것이 유리한 상황들이 있을 수 있고, 그러한 상황들은 복수의 코일을 갖는 코일 어셈블리를 이용하여 수용될 수 있다. 이것 또한 에너지를 절약할 수 있다.
Ⅲ. 유도 전력 공급장치
본 발명은 복수의 코일을 갖는 1차 코일 어셈블리(101)를 갖는 1차 회로(103)를 포함하는, 본질적으로 임의의 유도 전력 공급장치와 함께 사용되기에 적합하다. 따라서, 유도 전력 공급장치(102) 내의 유도 1차 코일 어셈블리(101)에 무관한 회로는 상세하게 기술되지 않을 것이다. 1차 회로(103)는 원하는 주파수 또는 주파수들에서 교류 전류를 공급할 수 있는, 본질적으로 임의의 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 회로(103)는 2004년 11월 30일자로 발행되고 발명의 명칭이 "Inductively Coupled Ballast Circuit"인 Kuennen 등의 미국 특허 제6,825,620호에 개시된 유도 전력 공급 시스템의 공진 탐색 회로; 2007년 5월 1일자로 발행되고 발명의 명칭이 "Adaptive Inductive Power Supply"인 Baarman의 미국 특허 제7,212,414호의 적응적 유도 전력 공급장치; 2003년 10월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Adaptive Inductive Power Supply with Communication"인 Baarman의 미국 특허 출원 제10/689,148호의 통신기능을 갖는 유도 전력 공급장치; 2007년 9월 14일자로 출원되고 발명의 명칭이 "System and Method for Charging a Battery"인 Baarman의 미국 특허 출원 제11/855,710호의 LI-ION 배터리를 무선 충전하기 위한 유도 전력 공급장치; 2007년 12월 27일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Inductive Power Supply with Device Identification"인 Baarman 등의 미국 특허 출원 제11/965,085호의 장치 식별을 갖는 유도 전력 공급장치; 또는 2008년 1월 7일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Inductive Power Supply with Duty Cycle Control"인 Baarman의 미국 특허 출원 제61/019,411호의 듀티 사이클 제어를 갖는 유도 전력 공급장치를 포함할 수 있으며, 이들 모두 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.
유도성 전력 공급장치(102)의 1차 회로의 일 실시예가 도 2에 도시되고, 일반적으로 200으로 지정되어 있다. 예시된 실시예의 1차 회로(200)는 일반적으로 1차 제어기(202), 드라이버 회로(204), 스위칭 회로(206), 탱크 회로(208), 무선 수신기(212) 및 전류 센서 회로(210)를 포함한다.
1차 제어기(202)는 드라이버 회로(204), 스위칭 회로(206) 및 탱크 회로(208)를 제어한다. 1차 제어기(202)는 원격 장치(104)로부터 수신된 전력 수요 정보와 같은 정보를 처리할 수 있다. 1차 제어기(202)는 내부 메모리를 포함할 수 있거나, 외부 메모리에 액세스할 수 있거나, 또는 그들의 조합일 수 있다. 전력 수요 정보는 1차 코일 어셈블리(222)의 어느 코일이 급전되어야 하는지를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 원격 장치에 의해 제공되는 전력 수요 정보는 장치가 저전력 등급인지 중간 전력 등급인지 고전력 등급인지를 식별한다. 대안적인 실시예에서, 원격 장치에 의해 제공되는 전력 수요 정보는 원격 장치가 수신하기를 원하는 전력의 양(또는 전력 조정)을 식별하고, 제어기(202)는 어느 코일을 급전할지를 결정하기 위해 그 정보를 처리한다. 전력 조정이 전력 등급 임계치를 넘으면, 다른 코일이 급전될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 전력 수요 정보는 원격 장치를 식별하고, 1차 제어기는 어느 코일을 급전할지를 결정하기 위해 룩업 테이블을 이용한다.
일 실시예에서, 전력 수요 정보는 특정 코일 선택들에 대하여 최소 전력 레벨, 최대 전력 레벨 또는 둘다에 관한 정보를 포함한다. 어느 코일을 급전할지를 결정하기 위해 이용되는 임계치들은 전력 수요 정보의 함수로서 달라질 수 있다. 예를 들어, 어떤 원격 장치에 대해서는 저전력 코일 임계 최소 및 최대가 어떤 값일 수 있지만, 다른 원격 장치에 대해서는 저전력 코일 임계 최소 및 최대가 다른 값들일 수 있다. 하나의 원격 장치에 대해서는 소정량의 전력을 송신하기 위해 저전력 코일을 사용하는 것이 적합하고, 다른 원격 장치에 대해서는 그 동일량의 전력을 송신하기 위하여 중간 전력 코일을 이용하는 것이 적합한 상황들이 있을 수 있다. 원격 장치에 저장된 전력 수요 정보는 다른 것들 중에서도 능력들 및 설계 예상에 기초할 수 있다.
1차 제어기(202)는 추가의 특징들을 갖고 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 1차 제어기(202)는 앞에서 참조에 의해 포함된 미국 특허 출원 제11/965,085호에 기재된 발명의 원리들을 이용하여 원격 장치들을 식별하도록 프로그래밍된다. 예를 들어, 원격 장치 ID가 전력 수요 정보를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전력 수요 정보는 유도 전력 공급장치(102) 상의 룩업 테이블에 대한 키로서 원격 장치 ID를 이용하여 액세스될 수 있다.
본질적으로 임의의 유형의 드라이버(204) 및 스위칭 회로(206)가 이용될 수 있다. 현재 실시예에서의 스위칭 회로(206)는 DC를 AC로 변환하는 인버터를 형성하는 스위치들의 쌍으로서 구현된다.
도 2의 탱크 회로(208)는 코일 선택기 회로(220) 및 복수의 코일을 갖는 1차 코일 어셈블리(222)를 포함한다. 코일 선택기 회로(220)는 코일 어셈블리(222)의 복수의 코일 중 하나 이상을 급전할 수 있다. 도 4는 복수의 별개의 코일들 간에서 선택하는 것을 도시하고, 도 6은 단일 코일의 복수의 탭 간에서 선택하는 것을 도시하고, 도 15는 단일 코일의 복수의 세그먼트 간에서 선택하는 것을 도시한다. 도시된 실시예들은 단순히 예이며, 다양한 서로 다른 복수의 코일 구성 옵션들을 제공하기 위해 별개의 코일들, 복수의 탭 및 복수의 세그먼트의 임의의 조합이 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(202)는 어느 코일을 급전할지에 관해 코일 선택기 회로(220)에 지시한다. 설명되는 실시예에서, 1차 코일 어셈블리(222)는 저전력 코일, 중간 전력 코일 및 고전력 코일의 3개의 코일을 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 1차 코일 어셈블리(222)는 더 많거나 더 적은 코일을 포함한다. 일부 응용들에서, 1차 코일 어셈블리(222)의 코일들은 리츠 와이어(Litz wire)로 이루어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 코일들은 구리, LITZ, PLITZ, FLITZ, 도전성 잉크 또는 코일 속성을 갖는 임의의 다른 재료들의 임의의 조합일 수 있다. 코일들 각각의 특성은 응용마다, 그리고 코일마다 달라질 수 있다. 예를 들어, 각 코일의 권수, 크기, 길이, 게이지, 형상 및 구성이 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 저전력 코일은 약 10 스트랜드(strand)의 LITZ 와이어를 갖고, 중간 전력 코일은 약 50 스트랜드의 LITZ 와이어를 갖고, 고전력 코일은 약 138 스트랜드의 LITZ 와이어를 갖는다. 일 실시예에서, 저전력 코일, 중간 전력 코일 및 고전력 코일 간의 유일한 차이는 각각의 코일의 게이지이다. 코일들과 관련하여 설명되었지만, 대안적으로 1차 코일 어셈블리(222)는 전자기장을 이용하여 복수 범위의 전력을 선택적으로 발생시킬 수 있는, 본질적으로 임의의 구조일 수 있다. 일 실시예에서, 1차 코일 어셈블리(222)는 2007년 9월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Printed Circuit Board Coil"인 Baarman 등의 미국 특허 출원 제60/975,953호의 발명의 원리들을 포함하는 인쇄 회로판 코일과 같은 복수의 인쇄 회로판 코일로서 구현될 수 있으며, 상기 출원은 여기에 그 전체가 참조에 의해 포함된다.
도 8의 회로도는 예시적인 스위칭 회로(802) 및 탱크 회로(804)를 도시하고 있다. 스위칭 회로는 2개의 전계 효과 트랜지스터 스위치(810, 812)를 포함한다. 그러나, 본질적으로 임의의 유형의 스위치들이 이용될 수 있다. 스위치들(810, 812)은 DC 전력을 AC 전력으로 변환한다. AC 전력은 3개의 스위치드 LC 회로에 병렬로 공급된다. 현재의 실시예에서, 각각의 LC 회로는 각 코일에 대해 시작 공진을 설정하는 가변 커패시터(814, 816, 818)를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 가변 커패시터들(814, 816, 818)은 제거되거나, 불변 커패시터들로 교체될 수 있다. 가변 커패시터들(814, 816, 818)은 동작 동안 제어기(202)에 의해 제어되거나 제조 시에 수동으로 제어될 수 있다. 도시된 실시예에서, 1차 코일 어셈블리는 저전력 코일(832), 중간 전력 코일(834) 및 고전력 코일(836)을 포함한다. 그러나, 앞에서 논의된 바와 같이, 상이한 구성 및 상이한 개수의 코일들이 구현될 수 있다. 스위치들(820, 822, 824, 826, 828, 830)은 어느 코일(832, 834, 836)이 전력을 수신할지, 따라서 어느 코일 또는 코일들이 급전될지를 제어한다. 현재의 실시예에서, 제어기(302)는 한번에 한쌍의 스위치(820-822, 824-826, 828-830)를 활성화한다. 즉, 코일들은 상호 배타적인 방식으로 활성화된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 응용에 따라 복수의 코일이 동시에 활성화될 수 있다. 또한, 다른 대안적인 실시예에서, 매트릭스 선택을 위해 각각의 코일 사이에 추가의 스위치들이 배치될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서는, 회로 내의 스위치들의 수를 감소시키기 위해, 스위치들(822, 826, 830)이 제거 또는 단락된다.
현재의 실시예에서, 무선 IR 수신기(212) 및 전류 센서 회로(210)는 둘다 원격 장치들과의 통신을 위해 사용된다. 전류 센서(210)는 원격 장치로부터의 반사된 임피던스를 감지하기 위해 사용될 수 있는데, 이것은 실질적으로 유도 결합을 통한 통신을 허용한다. 무선 IR 수신기는 2차 회로(300) 내의 무선 IR 송신기(320)와 통신하기 위해 이용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 피크 검출기가 이미 배치되어 있는 통신 시스템을 대체하거나, 그와 함께 사용될 수 있다. 무선 IR 수신기(212) 및 전류 센서 회로(210) 중 하나 또는 둘다는 하나 이상의 원격 장치와의 통신을 위해 다른 통신 시스템으로 교체될 수 있다. 예를 들어, WIFI, 적외선, 블루투스, 셀룰러 또는 RFID 통신 시스템 중 임의의 것이 1차 회로(200) 내에 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 전류 센서 회로는 저전력 등급을 갖는 원격 장치에 관한 전력 수요 정보를 수신하고, 무선 IR 수신기는 고전력 등급을 갖는 장치에 관한 전력 수요 정보를 수신한다. 많은 양의 전력이 전송되고 있는 경우에 전류 센서 회로를 이용하여 통신하는 것은 비효율적일 수 있다. 고전력 전송 동안 다른 통신 시스템을 이용함으로써 손실이 감소될 수 있다.
동작 시에, 1차 제어기(202), 드라이버 회로(204) 및 스위칭 회로(206)는 선택된 전력 범위 및 주파수에서 전자기 유도 전력의 소스를 생성하기 위해, 탱크 회로(208)에 교류 전류를 인가한다.
탱크 회로(208)의 일 실시예가 도 4에 도시되어 있으며, 개괄적으로 400으로 지정되어 있다. 탱크 회로(208)는 코일 선택기 회로(420) 및 1차 코일 어셈블리(408)를 포함한다. 1차 코일 어셈블리(408)는 선택적인 위치지정(positioning) 자석(420), 저전력 코일(410), 중간 전력 코일(412) 및 고전력 코일(414)을 포함한다. 현재의 실시예에서, 코일들 중 일부는 코일 선택기 회로로의 전기 접속을 공유한다. 구체적으로, 저전력 코일(410)은 중간 전력 코일(412)과 리드를 공유한다. 중간 전력 코일(412)은 고전력 코일(414)과 다른 리드를 공유한다.
물리적 특성들은 코일이 급전될 때 전송되는 전력을 만들어낸다. 그러한 특성들의 예는 기하구조, 길이, 게이지 및 권수를 포함한다. 코일들(414, 412, 410)의 물리적 특성 중 본질적으로 임의의 것이 달라질 수 있다. 도시된 실시예에서, 저전력 코일(512)은 중간 전력 코일(514)에 비해 상대적으로 짧은 길이 및 게이지를 갖고, 중간 전력 코일은 고전력 코일(514)보다 짧은 길이 및 게이지를 갖는다. 또한, 도 4에 도시된 코일들은 일반적으로 원형이다. 그러나, 코일들은 몇몇 예를 들자면 타원, 직사각형, 정사각형과 같은 다른 형상들을 이용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 다차원 코일들이 구현된다.
다른 인자들도 코일이 급전될 때 전송되는 전력을 만들어낼 수 있다. 예를 들어, 한가지 인자는 코일들(410, 412, 414) 간의 간격이다. 도 4에 도시된 실시예에서는, 혼신 또는 기타 간섭을 잠재적으로 감소시킬 수 있는 갭들(416, 418)이 코일들(410, 412, 414) 간에 존재한다. 현재의 실시예에서, 이러한 갭들(416, 418)은 공기로 채워지고, 코일들(410, 412, 414) 간에 소정의 격리를 제공하는 역할을 한다. 대안적인 실시예에서, 갭들(416, 418)은 추가의 격리를 제공하기 위해 차폐 재료로 채워질 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 갭들(416, 418)은 코일들(410, 412, 414)에 의해 생성되는 자기장을 지향시키기 위해 페라이트(ferrite)로 채워질 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 코일들(610, 612, 614) 간의 간격은 제한된다. 코일들 간에는 갭이 없고, 이는 코일들이 그들의 크기를 유지하면서 더 컴팩트해질 수 있게 해 준다. 도 6의 실시예에서, 코일들은 코일 선택기 회로(620)로의 일부 리드들(leads)을 공유한다. 대안적인 실시예에서, 각각의 코일(610, 612, 614)은 코일 선택기 회로(620)로의 2개의 별개의 리드를 포함할 수 있다.
Ⅳ. 원격 장치
2차 회로의 일 실시예가 도 3에 도시되어 있고, 개괄적으로 300으로 지정되어 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 2차 회로(300)는 일반적으로, 세컨더리(302), 정류기(304)(또는 AC 전력을 DC로 변환하기 위한 다른 컴포넌트들), 2차 제어기(316), 메모리(322), 무선 IR 송신기(320), 신호 저항기(318), 및 부하(306)를 포함한다. 다른 회로가 포함될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 일 실시예에서, 수신되는 전력을 스케일링하기 위해 저전압 전력 공급장치가 포함될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 수신되는 전력을 필터링하거나 다르게 조절하기 위해 컨디셔닝 회로가 포함될 수 있다.
도시된 실시예의 2차 코일(302)은 가변 전자기장이 존재하는 상태에서 전기를 발생시키기에 적합한 와이어의 코일이다. 아마도 도 5에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 2차 코일(509)은 크기 및 형상면에서 1차 코일들(512, 514, 516) 중 하나에 대응할 수 있다. 예를 들어, 2개의 코일이 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 일부 응용들에서, 2차 코일(509)은 리츠 와이어의 코일일 수 있다. 1차 코일들과 마찬가지로, 2차 코일(509)의 특성들은 응용마다 달라질 수 있다. 예를 들어, 2차 코일(509)의 권수, 크기, 형상, 구성 또는 다른 특성들이 달라질 수 있다. 또한, 길이, 게이지 및 와이어의 유형과 같은 와이어의 특성들이 달라질 수 있다. 와이어의 코일과 관련하여 설명되었지만, 대안적으로 2차 코일(509)은 의도된 전자기장에 응답하여 충분한 전기 전력을 발생시킬 수 있는, 본질적으로 임의의 구조일 수 있다.
일부 대안적인 실시예에서, 원격 장치는 복수의 2차 코일을 가질 수 있다. 예를 들어, 원격 장치는 저전력 응용들을 위한 별개의 저전력 코일, 및 중간 전력 및 고전력 응용을 위한 별개의 중간 전력 및 고전력 코일들을 가질 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 원격 장치는 원격 장치에 배향 및 공간적 자유를 주기 위해 복수의 2차 코일을 갖는다.
일 실시예에서, 리플 전압을 감소시키기 위해, 상이한 위상들의 전력을 수신하는 복수의 2차 코일들이 이용될 수 있다. 이것은 2007년 9월 9일에 출원되고 발명의 명칭이 "Multiphase Inductive Power Supply System"인 Baarman 등의 미국 특허 출원 제60/976,137호에 언급되며, 이 출원은 여기에 참조에 의해 포함된다. 그러한 실시예에서는, 복수의 코일을 각각 갖는 복수의 코일 어셈블리가 상이한 위상들에서 전력을 송신할 것으로 희망될 수 있다.
동작 시에, 정류기(304)는 2차 코일(302)에서 생성된 AC 전력을 DC 전력으로 변환한다. 일부 응용들에서, 정류기는 제거될 수 있다. 예를 들어, 부하(306)가 AC 전력을 수용하는 경우이다.
2차 제어기(316)는 유도 전력 공급장치에 전력 수요 정보를 통신하기 위해 통신 시스템을 동작시킬 수 있는, 본질적으로 임의의 유형의 마이크로컨트롤러일 수 있다. 일부 실시예들에서, 2차 제어기(316)는 메모리를 포함한다. 도시된 실시예에서, 2차 회로는 외부 메모리(322)를 포함한다. 메모리는 일반적으로 전력 수요 정보를 포함하고, 원격 장치에 관한 추가의 정보를 포함할 수 있다. 전력 수요 정보는 원격 장치가 얼마나 많은 전력을 원하는지를 분류하는 전력 등급을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 저전력 등급, 중간 전력 등급, 및 고전력 등급의 3가지 전력 등급이 있다. 저전력 등급은 0 내지 5 와트의 전력을 원하는 장치들로서 정의된다. 중간 전력 등급은 5 내지 110 와트의 전력을 원하는 장치들로서 정의된다. 고전력 등급은 110와트보다 많은 전력을 원하는 장치들로서 정의된다. 이러한 전력 등급 체계 하에서 저전력 등급 장치로 분류되는 장치들의 예는, 셀폰, MP3 플레이어 및 PDA(Personal Digital Assistant)를 포함한다. 중간 전력 등급을 갖는 장치들의 예는 랩탑 컴퓨터 및 기타 중간 전력 응용들을 포함한다. 고전력 장치들의 예는 블렌더 또는 프라이팬과 같은 주방 가전들을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 상이한 전력 등급 체계를 이용하여 전력 등급들의 정의가 달라질 수 있다.
일 실시예에서, 신호 저항기(318)는 정보를 1차 제어기(202)에 보내기 위해 이용될 수 있다. 2차 회로(103)로부터 1차 회로(105)로의 통신을 제공하기 위해 신호 저항기(318)를 사용하는 것은 앞에서 참조에 의해 포함된 미국 특허 출원 제11/855,710호에서 논의되었다. 신호 저항기(318)는 분로(shunt)될 때, 과전류 또는 과전압 상태를 나타내는 통신 신호를 보낸다. 저항기가 분로될 때, 1차 회로(103) 상의 전류 또는 피크 검출기는 과전압/과전류 조건을 감지하고 그에 따라 동작할 수 있다. 본 발명의 신호 저항기(318)는 1차 제어기(202)에 추가의 데이터를 통신하기 위해 체계적으로(systematically) 분로될 수 있다. 예를 들어, 데이터 스트림이 전력 수요 정보를 표현할 수 있고, 또는 원격 장치에 관한 다른 정보를 제공할 수 있다. 대안적으로, 신호 저항기(318)는 다른 통신 시스템으로 완전히 교체될 수 있다. 예를 들어, 무선 송신기(320)는 1차 회로(200)의 무선 수신기(212)와 무선으로 통신하기 위해, 신호 저항기(318)와 함께 또는 신호 저항기(318)를 대신하여 이용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 무선 IR 송신기(320) 및 신호 저항기(318) 중 하나 또는 둘다는 유도 전력 공급장치와 통신하기 위한 다른 통신 시스템으로 교체될 수 있다. 예를 들어, WIFI, 적외선, 블루투스, 셀룰러 또는 RFID 통신 시스템 중 임의의 것이 원격 장치(104)에서 구현될 수 있다.
무선 송신기 또는 송수신기의 사용은 앞에서 참조에 의해 포함된 Baarman의 미국 특허 출원 공개 제2004/130915A1호에서 이전에 논의되었다. 구체적으로, 원격 장치와 유도 전력 공급장치 간에서 데이터를 무선으로 통신하기 위한 방법으로서 WIFI, 적외선, 블루투스, 셀룰러 또는 RFID를 사용하는 것이 이전에 논의되었다. 또한, 인덕션 코일 및 전력선 통신 프로토콜을 이용하는 통신이 논의되었다. 원격 장치로부터 유도 전력 공급장치로 원하는 데이터를 전송하기 위해, 데이터를 송신하는 이러한 방법들 중 임의의 것이 본 발명에서 구현될 수 있다.
원격 장치 부하(306)는 본질적으로 임의의 적합한 부하일 수 있다. 일부 실시예들에서, 부하(306)는 재충전가능한 배터리일 수 있고, 2차 회로는 추가의 충전 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 부하(306)는 원격 장치의 기능에 관련될 수 있다.
Ⅴ. 방법
인증 및 전력 전송 제어를 위한 방법이 도 9의 흐름도에 도시되어 있고, 개괄적으로 900으로 지정되어 있다. 방법은 핑(ping) 메시지를 주기적으로 송신하는 단계(902), 응답으로 수신된 임의의 메시지를 인증하는 단계(904), 인증(authentic) 메시지에 응답하여, CIDC(control identification class) 및 PPC(primary power class)를 결정하고, 결정된 CIDC 및 PPC에 기초하여 전력 전송을 시작하는 단계(906)를 포함한다. 액티브 전력 전송 모드(908) 동안, 원격 장치로부터의 제어 피드백 패킷들(912)을 이용하여 피드백 루프에서 장치의 존재 및 제어 포인트의 상태가 계속하여 체크된다(910).
일 실시예에서, 유도 전력 공급장치는 수가지 모드들 중 하나, 즉 핑 또는 액티브 전력 전송에 있다. 핑 모드는 자격있는 장치가 존재하는지 여부를 능동적으로 결정한다. 전력 전송은 장치 식별 등급이 인식되고 유효성이 검증되는 경우에만 발생한다.
유도 전력 공급 시스템 내의 하드웨어의 특성들을 이용하여 안전 핑 주파수가 결정될 수 있다. 프라이머리는 지정된 핑 주파수에서 저전력(또는 다른) 코일에 급전함으로써 세컨더리와의 통신을 시도하고, 응답을 기다린다. 세컨더리가 충전 영역 내에 존재하면, 그 세컨더리는 핑 동작 동안에 보내진 에너지에 의해 충분히 전력을 공급받아서, 자기 자신을 초기화하고 전력 수요 정보를 포함할 수 있는 식별 메시지를 유도 전력 공급장치에 보낸다.
프라이머리가 핑 동작 동안에 충전 필드 내의 장치를 검출하는 데에 실패한 경우, 다음의 검출 시도까지 코일 전력이 제거된다. 핑 동작 동안에 장치가 검출되는 경우, 프라이머리는 전력 전송을 시작하려는 시도로, 확립된 초기 동작 주파수로 복귀한다. 전송 동안 세컨더리에 전달되는 전력은 세컨더리로부터 수신된 통신에 기초하여 제어될 수 있다.
제어 식별 등급들은 유도 전력 공급장치가 원격 장치를 충전 또는 전력공급하기 위해 사용할 상이한 제어 방법들을 식별할 수 있다. 제어 식별 등급들의 예들은 충전 세트 포인트 제어, 충전 오류 제어, 전력 공급 세트 포인트 제어, 전력 공급 오류 제어, 및 전력 공급 지시 제어를 포함한다.
1차 전력 등급은 유도 전력 공급장치의 특정 코일의 전력 범위를 결정한다. 1차 전력 등급은 또한 코일 기하구조 및 매개변수 사양에 영향을 줄 수 있다. 대안적인 실시예에서, 1차 전력 등급은 유도 전력 공급장치에 의해 제공되는 전체 전력 범위에 관한 정보를 포함한다. 원격 장치는 유도 전력 공급장치에 송신된 전력 수요 정보 내에 원격 장치 전력 등급을 포함할 수 있다. 원격 장치 전력 등급 및 1차 전력 등급은 동일한 하나일 수 있고, 또는 서로 다를 수 있다.
일 실시예에서, 전력 등급은 원격 장치로부터 유도 전력 공급장치로 통신되는 정보의 일부분이다. 일 실시예에서, 원격 장치가 요구할 것으로 예상될 수 있는 전력의 최대 양에 관한 정보가 1차 회로에 제공될 수 있다. 예를 들어, 셀폰은 3.5W 최대 전력 레벨 아래에 들 수 있다. 그것의 전력 등급 바이트는 0000 0111b일 것이다.
이하의 표는 전력 등급 바이트가 어떻게 구성될 수 있는지를 설명한다. 전력 등급은 본질적으로 임의의 방식으로 인코딩될 수 있으며, 이 표는 단순히 하나의 가능한 실시예를 나타내는 것이다.
Figure 112010058977304-pct00001
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 전력을 제공하기 위한 기능적 블록도를 도시하고 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 전력을 수신하기 위한 기능적 블록도를 도시하고 있다. 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전력을 제공하기 위한 기능적 블록도를 도시하고 있다. 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전력을 수신하기 위한 기능적 블록도를 도시하고 있다.
도 10 및 도 11의 기능적 블록도는 원격 장치 내의 부하를 유도 충전하는 것에 관한 것이다. 도 12 및 도 13의 기능적 블록도는 원격 장치 내의 재충전가능한 배터리를 유도 충전하는 것에 관한 것이다.
도 10 및 도 12에서, 코일들 각각은 위에서 설명된 것과 같은 복수의 코일들을 갖는 1차 코일 어셈블리를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 코일들 각각은 1차 코일 어셈블리의 한 코일을 나타낼 수 있다.
위에서, 복수 코일 유도 전력 공급장치들의 몇몇 실시예가 기술되었다. 구체적으로, 멀티탭 구성으로 구성된 복수의 코일을 이용하는 복수의 코일 유도 전력 공급장치들, 및 별개의 코일 구성을 이용하는 복수 코일 유도 전력 공급장치들의 예들이 제공되었다. 가변 인덕턴스를 제공하는 다른 구성들도 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 리츠 와이어 코일과 같이 세그먼트화된 프라이머리는 가변 양의 인덕턴스를 제공하기 위해 다양한 구성으로 접속되고 급전될 수 있는 복수의 스트랜드를 제공할 수 있다. 세그먼트화된 프라이머리의 다양한 구성들은 유도 전력 공급장치가 동일한 프라이머리를 이용하여 고전력 레벨로부터 저전력 레벨까지 2차 전력 및 커플링 요건에 더 잘 매칭할 수 있게 해 준다. 현재의 실시예에서, 탭 및 세그먼트 구성의 조합은 광범위한 인덕턴스 값 및 와이어 게이지를 제공한다. 일부 실시예들에서, 세그먼트들 중 일부가 분리되어, 더 넓은 범위를 허용할 수 있다.
스트랜드들이 어떻게 접속되는지에 따라, 상이한 구성들이 생성될 수 있다. 이하의 표는 다양한 코일 선택 회로 세그먼트 옵션들의 다수의 예를 기술한다.
Figure 112010058977304-pct00002
도 15는 4개의 섹션으로 세그먼트화된 리츠 와이어의 단면도를 도시한다. 도시된 실시예에서, 각 섹션은 개별적으로 급전될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 섹션들은 다르게 분할될 수 있고, 또는 각각의 스트랜드가 따로 급전될 수 있다. 또한, 현재의 실시예에서, 코일 선택기 회로가 각각의 탭에서 따로 각각의 세그먼트에 접속되어, 세그먼트들은 코일 선택기 회로가 다양한 세그먼트들을 함께 어떻게 접속하는지에 따라 병렬 또는 직렬로 배열될 수 있게 된다.
도 15는 다양한 게이지의 3개의 코일(610, 612, 614)을 도시하고 있다. 대안적인 실시예에서, 각각의 코일은 동일한 게이지를 가질 수 있고, 게이지는 어느 세그먼트 또는 개별 스트랜드를 급전할 것인지를 선택하는 코일 선택기 회로에 의해 제어될 수 있다.
다른 유도 전력 공급장치 실시예들과 관련하여 위에서 기술된 바와 같이, 코일 선택기 회로는 제어기(202) 내의 메모리에 상주하는 프로그램에 따라 제어될 수 있다. 코일 선택기 회로는 원격 장치로부터 제공되는 전력 수요 정보에 기초하여 조정하기 위해, 동작 동안 세그먼트화된 프라이머리의 구성을 변경할 수 있다. 와이어의 게이지 및 다른 특성들을 동적으로 변경하는 능력은 2차 전력과 커플링 요건들을 더 잘 매칭시키는 데에 유용하다.
위의 설명은 본 발명의 현재 실시예에 관한 것이다. 본 발명의 취지 및 더 넓은 양태들을 벗어나지 않고서 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있다.
배타적 소유권 또는 특권이 청구되는 본 발명의 실시예들은 다음과 같이 정의된다.

Claims (26)

  1. 원격 장치에 무선 전력을 공급하고, 원격 장치로부터 통신을 수신하기 위한 유도 전력 공급장치로서,
    상기 원격 장치에 무선으로 전력을 전송하도록 급전될 수 있는(energizable) 제1 무선 전력 전송 프라이머리(primary);
    상기 원격 장치에 무선으로 전력을 전송하도록 급전될 수 있는 제2 무선 전력 전송 프라이머리;
    상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리를 배제한 통신 경로를 통해 상기 원격 장치로부터 통신을 수신하기 위한 무선 통신 수신기;
    제1 전력 범위 내에서 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리를 급전하거나 제2 전력 범위 내에서 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리를 급전함으로써 상기 원격 장치에 전력을 무선으로 선택적으로 전송하도록 프로그램된 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리를 배제한 통신 경로를 통해 상기 제1 전력 범위 내 무선 전력 전송 동안 상기 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 프로그램되고,
    상기 제어기는 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리 중 적어도 하나를 포함하는 통신 경로를 통해 상기 제2 전력 범위 내 무선 전력 전송 동안 상기 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 프로그램되는 유도 전력 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 원격 장치로부터의 상기 통신의 함수로서 상기 원격 장치에 전력을 무선으로 선택적으로 전송하도록 프로그램되는 유도 전력 공급장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통신은 전력 요구 정보를 포함하고, 상기 전력 요구 정보에 응답하여 상기 제어기는 상이한 전력량을 상기 원격 장치에 전송하고, 상기 제어기는 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리를 배제한 상기 통신 경로와 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리 중 적어도 하나를 포함하는 상기 통신 경로 사이를 스위칭하는 유도 전력 공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 요구 정보는 메모리에서 상기 원격 장치에 대한 전력 요구 정보를 찾아보기 위한 원격 장치 ID를 포함하는 유도 전력 공급장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 원격 장치로부터 수신된 상기 통신의 함수로서 전송될 전력량을 결정하도록 프로그램되고, 상기 제어기가 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리 중 어느 것을 급전하는지는 전송될 상기 전력량의 함수인 유도 전력 공급장치.
  6. 제5항에 있어서,
    메모리를 포함하고, 상기 메모리는 임계치를 포함하고, 상기 제어기는 상기 임계치 미만인 전송될 상기 전력량에 응답하여 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리를 급전함으로써 상기 원격 장치에 전력을 무선으로 전송하도록 프로그램되고, 상기 제어기는 상기 임계치 초과인 전송될 상기 전력량에 응답하여 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리를 급전함으로써 상기 원격 장치에 전력을 무선으로 전송하도록 프로그램되는 유도 전력 공급장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신은 상기 원격 장치의 전력 등급을 포함하고, 상기 원격 장치의 상기 전력 등급은 상기 전력 전송량이 상기 제1 전력 범위 내인지 또는 상기 제2 전력 범위 내인지 여부 그리고 통신이 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리를 배제한 통신 경로 또는 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리 중 적어도 하나를 포함하는 상기 통신 경로를 통해 발생하는지 여부를 지시하는 유도 전력 공급장치.
  8. 원격 장치에 무선 전력을 공급하고, 원격 장치로부터 통신을 수신하기 위한 방법으로서,
    원격 장치에 전력을 무선으로 전송하도록 각각 급전될 수 있는 복수의 프라이머리를 제공하는 단계;
    상기 원격 장치에 공급할 전력량을 결정하는 단계;
    상기 복수의 프라이머리 중 적어도 하나를 무선 전력 전송 프라이머리로서 급전함으로써 상기 원격 장치에 상기 전력량을 무선으로 선택적으로 전송하는 단계; 및
    상기 원격 장치에 전송되는 상기 전력량에 따라, 선택적으로, 제1 전력 범위 내 전력 전송 동안 무선 전력 전송 프라이머리를 통해 상기 원격 장치와 통신하거나 제2 전력 범위 내 전력 전송 동안 상기 무선 전력 전송 프라이머리가 아닌 상기 복수의 프라이머리 중 하나를 통해 상기 원격 장치와 통신하는 단계
    를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 원격 장치로부터의 상기 통신의 함수로서 상기 원격 장치에 전력을 무선으로 선택적으로 전송하는 단계를 포함하는 무선 전력 공급 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통신은 전력 요구 정보를 포함하고, 상기 전력 요구 정보에 응답하여 상기 원격 장치에 상이한 전력량을 전송하는 단계 및 상이한 통신 경로를 통해 상기 원격 장치와 통신하는 단계를 포함하는 무선 전력 공급 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전력 요구 정보는 원격 장치 ID를 포함하고, 상기 원격 장치 ID에 기초하여 메모리에서 상기 원격 장치에 대한 전력 요구 정보를 찾아보는 단계를 포함하는 무선 전력 공급 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 원격 장치로부터 수신된 상기 통신의 함수로서 전송될 전력량을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 프라이머리 중 특정 프라이머리가 상기 전력량에 기초하여 상기 원격 장치에 상기 전력량을 무선으로 선택적으로 전송하기 위하여 선택되는 무선 전력 공급 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 통신은 상기 원격 장치의 전력 등급을 포함하고, 상기 원격 장치의 상기 전력 등급은 상기 전력 전송량이 제1 전력 범위 내인지 또는 제2 전력 범위 내인지 여부 그리고 통신이 상기 무선 전력 전송 프라이머리를 배제한 통신 경로 또는 상기 무선 전력 전송 프라이머리를 포함하는 통신 경로를 통해 발생하는지 여부를 지시하는 무선 전력 공급 방법.
  14. 원격 장치에 무선 전력을 공급하고, 원격 장치로부터 통신을 수신하기 위한 유도 전력 공급장치로서,
    제어기;
    상기 원격 장치에 전력량을 무선으로 전송하도록 급전될 수 있는 무선 전력 전송 프라이머리;
    상기 원격 장치와 상기 제어기 간의 제1 통신 경로 - 상기 제1 통신 경로는 상기 무선 전력 전송 프라이머리를 포함함 -;
    상기 원격 장치와 상기 제어기 간의 제2 통신 경로 - 상기 제2 통신 경로는 상기 무선 전력 전송 프라이머리를 배제하고, WIFI, 적외선, 블루투스, 셀룰러, 및 RFID 중 적어도 하나를 포함함 -;
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 원격 장치에 무선으로 전송된 상기 전력량에 따라 상기 제1 통신 경로 또는 상기 제2 통신 경로를 통해 상기 원격 장치와 선택적으로 통신하도록 프로그램되는 유도 전력 공급장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 원격 장치로부터의 통신의 함수로서 상기 원격 장치에 전력을 무선으로 선택적으로 전송하도록 프로그램되는 유도 전력 공급장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 통신은 전력 요구 정보를 포함하고, 상기 전력 요구 정보에 응답하여 상기 제어기는 상기 무선 전력 전송 프라이머리를 통해 상기 원격 장치에 상이한 전력량을 전송하고, 상기 제어기는 상기 제1 통신 경로와 상기 제2 통신 경로 사이를 스위칭하는 유도 전력 공급장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전력 요구 정보는 메모리에서 상기 원격 장치에 대한 전력 요구 정보를 찾아보기 위한 원격 장치 ID를 포함하는 유도 전력 공급장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 원격 장치로부터 수신된 상기 통신의 함수로서 전송될 상기 전력량을 결정하도록 프로그램되는 유도 전력 공급장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 통신은 상기 원격 장치의 전력 등급을 포함하고, 상기 원격 장치의 상기 전력 등급은 상기 전력 전송량이 제1 전력 범위 내인지 또는 제2 전력 범위 내인지 여부 그리고 통신이 상기 제1 통신 경로 또는 상기 제2 통신 경로를 통해 발생하는지 여부를 지시하는 유도 전력 공급장치.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 원격 장치에 상기 전력량을 무선으로 선택적으로 전송하는 것은 상기 복수의 프라이머리 중 다수를 무선 전력 전송 프라이머리들로서 급전하는 것을 포함하는 무선 전력 공급 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 무선 전력 전송 프라이머리 및 상기 제2 무선 전력 전송 프라이머리 둘 다를 상기 제1 전력 범위, 상기 제2 전력 범위, 또는 제3 전력 범위 내에서 급전함으로써 상기 원격 장치에 전력을 무선으로 선택적으로 전송하도록 프로그램되는 유도 전력 공급장치.
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