KR101855432B1 - 무선 전계 전력 송신 시스템 및 방법 - Google Patents

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나게쉬 폴루
모하메드 자한기르 알람
세이크 모미눌 이슬람
님마 솔타니
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솔라스 파워 인크.
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Abstract

적어도 2개의 도체 및 송신기 코일을 구비한 송신기 안테나를 시동 주파수에서 공진시키고, 송신기 안테나 및 송신기 코일을 이들의 공진 주파수에 동조시키고, 적어도 2개의 도체에 의해 규정된 체적 내에서 전계를 발생시키고, 2개의 플레이트를 구비한 수신기 안테나를 포함하는 수신기를 상기 체적 내에 배치하고, 2개의 플레이트 상에 전위차를 축적하고, 수신기 안테나를 공진 주파수에서 공진시키고, 수신기 안테나로부터 전력을 수집함으로써, 무선으로 전력을 전송하는 방법 및 시스템이 제공된다.

Description

무선 전계 전력 송신 시스템 및 방법{WIRELESS ELECTRIC FIELD POWER TRANSMISSION SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 무선 전력 송신에 관한 것이고, 특히 무선 전계 전력 송신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
각종의 방사성 또는 원격장(far-field), 및 비방사성 또는 근접장(near-field) 에너지 또는 전력 전송 기술이 공지되어 있다. 예를 들면, 무선 및 셀룰러 통신 시스템 및 홈 컴퓨터 네트워크에서 사용하는 것과 같은 저지향성 안테나를 이용한 방사성 무선 정보 전송이 무선 에너지 전송이라고 생각할 수 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 이러한 유형의 방사성 에너지 전송은 공급 또는 방사 전력의 적은 부분, 즉 수신기의 방향에 있고 수신기와 중첩되는 부분만이 픽업되기 때문에 비효율적이다. 대부분의 전력은 다른 방향으로 방사되고 자유 공간에서 손실된다. 이러한 비효율적 에너지 전송은 데이터 송신에는 사용가능하지만, 예컨대 전기 장치에 전원을 공급하거나 전기 장치를 충전하는 것과 같은 작업 용도를 위해 유용한 양의 전기 에너지를 전송하려고 할 경우에는 비실용적이다. 일부 방사성 에너지 전송 방식의 전송 효율을 개선하는 한가지 방법은 방사 에너지의 빔을 수신기 쪽으로 한정하고 우선적으로 지향시키는 지향성 안테나를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 지향성 방사 방식은 통상, 송신기와 수신기 사이에 방해 없는 가시권(line-of-sight)과 함께, 모바일 송신기 및/또는 수신기의 경우에는 잠재적으로 복잡한 추적 및 조향 메카니즘을 필요로 한다. 또한, 그러한 지향성 방사 방식은 적절한 양 내지 높은 양의 전력이 송신될 때 방사 에너지의 빔을 교차하거나 차단하는 물체 또는 사람에게 위험을 줄 수 있다.
가끔 유도(induction) 또는 전통적 유도라고 부르는 공지의 비방사성 또는 근접장 무선 전력 송신 시스템은 전력을 (의도적으로) 방사하지 않고, 그 대신에 1차 코일을 통과하는 발진 전류를 이용하여 부근의 수신 코일 또는 2차 코일에서 전류를 유도하는 자기 발진(oscillating magnetic) 근접장을 생성한다. 이러한 특성의 유도 방식은 적절한 양 내지 다량의 전력 송신에서 증명되었지만, 매우 짧은 거리에서만 가능하고 1차 코일과 2차 코일 간에 오프셋 공차가 매우 적다. 전기 변압기 및 근접 충전기(charger)는 이러한 공지된 단거리 근접장 에너지 전송 방식을 이용하는 장치의 예이다.
PCT 출원 공개 제WO 2009/089146호에는 송신기 및 수신기를 포함한 무선 전력 송신 시스템이 개시되어 있다. 송신기는 고주파수 에너지 발생기, 제1 송신 플레이트, 및 제2 송신 플레이트를 포함한다. 제1 송신 플레이트는 고주파수 에너지 발생기에 동작가능하게 결합된다. 제2 송신 플레이트는 그라운드에 동작가능하게 결합된다. 수신기는 정류기, 제1 수신 플레이트, 및 제2 수신 플레이트를 포함한다. 제1 수신 플레이트는 정류기에 동작가능하게 결합된다. 제1 수신 플레이트는 제1 송신 플레이트에 용량적으로 결합되도록 구성되고, 제2 수신 플레이트는 제2 송신 플레이트에 용량적으로 결합되도록 구성된다. 제2 수신 플레이트는 그라운드에 동작가능하게 결합된다.
미국 특허 출원 공개 제20110198939호에는 편평한 코일을 포함한 실질적으로 2차원의 하이-Q(high-Q) 공진기 구조, 및 이 공진기 구조에 동작가능하게 접속된 임피던스 매칭 구조를 포함한 송신기의 실시형태가 개시되어 있다. 이 송신기는 다른 하이-Q 공진기에 무선으로 전력을 송신하도록 구성된다.
미국 특허 출원 공개 제20090206675호에는 느리게 변화하는 체제(regime)에서 임의의 하전 도체 집합을 둘러싸는 쿨롱장을 이용하여 원거리에서 전기 에너지 및/또는 정보를 전송하는 수단이 개시되어 있다. 장치는 단거리 이격되어 배치된 에너지 생산 및 소비 장치로 구성되고, 전자파의 전파도 유도도 이용하지 않고, 단순 배열의 전기 커패시터로 축소될 수 없다. 이 장치는 고주파 고전압 발생기(1) 또는 2개의 전극 사이에 배치된 고주파수 고전압 부하(5)로 구성되는 발진형 비대칭 전기 쌍극자들 사이에서 상호작용의 형태로 모델링된다. 쌍극자는 서로에 대하여 상호 감응(influence)을 일으킨다. 장치는 산업용 및 가정용 전기 장치에 전력을 공급하기에 적합하고, 소정의 환경 내에서 움직이는 저전력 장치에 전력을 공급하기에 그리고 단거리 비방사성 정보 전송에 특히 적합하다.
비록 무선 전력 송신 기술이 공지되어 있지만 개선이 필요하다. 그러므로, 본 발명의 목적은 신규의 무선 전계 전력 송신 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 일 양태에 있어서, 송신기, 상기 송신기에 접속되며, 사이에 체적을 규정하는 적어도 2개의 도체를 포함하는 송신기 안테나, 및 적어도 하나의 수신기를 포함한 무선 전계 전력 송신 시스템이 제공되고, 상기 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기가 상기 체적 내에 있을 때 전계 결합을 통하여 무선으로 전력을 전송한다.
다른 양태에 따르면, 무선으로 전력을 송신하는 방법이 제공되고, 이 방법은 체적이 규정되어 있는 적어도 2개의 도체를 포함한 송신기 안테나를 송신기 공진 주파수에서 발진시키는 단계와; 상기 체적 내에서 전계를 발생시키는 단계와; 2개의 플레이트를 포함한 수신기 안테나를 상기 체적 내에 배치하는 단계와; 수신기 안테나를 송신기 공진 주파수에서 발진시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 무선으로 전력을 전송하는 방법이 제공되고, 이 방법은 적어도 2개의 도체 및 송신기 코일을 포함한 송신기 안테나를 시동(start-up) 주파수에서 공진시키는 단계와; 송신기 안테나 및 송신기 코일을 이들의 공진 주파수로 동조시키는(tuning) 단계와; 적어도 2개의 도체에 의해 규정된 체적 내에서 전계를 발생시키는 단계와; 2개의 플레이트를 포함한 수신기 안테나를 구비한 수신기를 상기 체적 내에 배치하는 단계와; 2개의 플레이트 상에 전위차를 축적하는 단계와; 수신기 안테나를 공진 주파수에서 공진시키는 단계와; 수신기 안테나로부터 전력을 수집하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 무선으로 전력을 송신하는 송신기가 제공되고, 이 송신기는, 전계를 생성하며, 사이에 체적을 규정하는 적어도 2개의 도체를 구비하며 안테나와; 안테나에 접속된 코일과; 코일에 접속되어 코일 및 안테나를 공진 주파수에서 공진시키는 공진기를 포함하고, 상기 공진기는 공진기를 공진 주파수로 자동으로 동조시키는 자동 주파수 동조 회로를 포함한다.
안테나는 체적을 규정하도록 측방향으로 이격된 적어도 2개의 대략 평행한 플레이트를 포함할 수 있다.
안테나는 체적을 규정하는 6개의 도체를 포함할 수 있다.
안테나는 근접장 안테나일 수 있다.
각 도체는 도전성 테이프로 형성될 수 있다.
코일은 스트랜드 와이어(strand wire)를 이용하여 구성될 수 있다.
코일은 토로이드 스파이럴(toroid spiral), 원통형 스파이럴, 플랫 스파이럴 또는 팬케이크 코일일 수 있다.
자동 주파수 동조 회로는 안테나에 대한 신호를 부스팅(boost)하도록 구성된 회로를 더 포함할 수 있다. 이 회로는 전압 이득, 전류 이득 및 전력 증폭기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력 증폭기는 푸시풀 전력 증폭기일 수 있다.
자동 주파수 동조 회로는 자동 주파수 동조 회로 내에서 신호를 지연시키도록 구성된 지연선을 더 포함할 수 있다. 지연선은 직렬 접속된 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 인버터를 포함한 액티브 인버터 지연 체인일 수 있다.
자동 주파수 동조 회로는 송신기의 출력 신호를 디커플링하도록 구성된 디커플링 회로를 더 포함할 수 있다. 디커플링 회로는 발룬(balun)을 포함할 수 있다.
자동 주파수 동조 회로는 피드백 신호를 제공하도록 구성된 전류 감지 회로를 더 포함할 수 있다.
자동 주파수 동조 회로는 자동 주파수 동조 회로에 시동 신호를 주입하도록 구성된 발진기를 더 포함할 수 있다.
공진기는 조건이 발생할 때 송신기의 출력 신호를 수정하도록 구성된 수정 회로를 더 포함할 수 있다. 수정 회로는 조건이 발생할 때 출력 신호의 전력 레벨을 조정할 수 있다. 수정 회로는 조건이 발생할 때 송신기의 출력을 차단(shut off)할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 본 양태의 송신기를 구비한 차량이 제공된다.
다른 실시형태에 있어서, 본 양태의 송신기를 구비한 테이블이 제공된다.
다른 실시형태에 있어서, 본 양태의 송신기를 구비한 용기(container)가 제공된다. 용기는 전자계(EMF) 누설을 방지하도록 차폐될 수 있다. 전계 강도는 용기가 닫혀질 때 상승할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기가 제공되고, 이 수신기는 2개의 도체를 포함한 안테나; 안테나에 접속된 코일; 코일 및 안테나를 공진 주파수에서 공진시키기 위해 코일에 접속된 공진기를 포함하고, 상기 공진기는 공진기를 공진 주파수에서 자동으로 동조시키는 자동 주파수 동조 회로를 포함한다.
도체는 코일 및 공진기를 수용하는 하우징의 외부에 있을 수 있다.
도체는 플레이트 또는 레일일 수 있다. 레일은 직사각형이고 평행할 수 있다. 레일은 금속성일 수 있다.
코일은 스트랜드 와이어 또는 인덕터로 구성될 수 있다.
코일은 토로이드, 원통형 스파이럴, 플랫 스파이럴 또는 팬케이크 코일일 수 있다.
공진기는 조건이 발생할 때 수신기에 의해 수신된 신호를 수정하도록 구성된 수정 회로를 더 포함할 수 있다. 수정 회로는 조건이 발생할 때 수신기에 의해 수신된 신호를 조정할 수 있다. 수정 회로는 전압 컨버터 및/또는 정류기일 수 있다.
수신기는 임피던스 매칭 회로를 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 회로는 발룬을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 백팩(backpack)이 제공되고, 이 백팩은 본 양태의 수신기를 포함한다. 백팩은 수신기에 접속된 배터리 충전기를 더 포함할 수 있다. 백팩은 배터리 충전기에 배터리가 없을 때 충전하도록 구성되는 수신기에 접속된 적어도 하나의 재충전식 배터리를 더 포함할 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 무선 통신 장치가 제공되고, 이 장치는 본 양태의 수신기를 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 컴퓨팅 장치가 제공되고, 이 장치는 본 양태의 수신기를 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 전술한 양태의 송신기 및 본 양태의 수신기를 포함한 장치가 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 송신기; 송신기에 접속되고 적어도 하나의 도체를 포함한 송신기 안테나; 및 적어도 하나의 수신기를 포함한 무선 전계 전력 송신 시스템이 제공되고, 상기 송신기 안테나는 적어도 하나의 수신기가 송신기에 결합될 때 전계 결합을 통해 무선으로 전력을 전송한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시형태를 구체적으로 설명한다.
도 1은 무선 전계 전력 송신 시스템의 개략적 배치도이다.
도 2는 도 1의 무선 전계 전력 송신 시스템의 일부를 구성하는 송신기 및 송신기 안테나의 개략적 배치도이다.
도 3a는 도 2의 송신기의 일부를 구성하는 송신기 코일의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 송신기 코일의 다른 실시형태의 투시도이다.
도 3c는 도 3a의 송신기 코일의 다른 실시형태의 투시도이다.
도 4는 도 2의 송신기의 각종 컴포넌트를 수용하는 인쇄 회로 기판의 블록도이다.
도 5a는 도 2의 송신기의 각종 컴포넌트의 블록도이다.
도 5b는 도 5a의 각종 컴포넌트의 회로도이다.
도 6은 도 2의 송신기의 일부를 구성하는 전력 증폭기의 회로도이다.
도 7은 도 1의 무선 전계 전력 송신 시스템의 일부를 구성하는 수신기의 개략적 배치도이다.
도 8은 도 7의 수신기의 각종 컴포넌트를 수용하는 인쇄 회로 기판의 블록도이다.
도 9는 도 7의 수신기의 각종 컴포넌트의 회로도이다.
도 10은 도 7의 수신기의 일부를 구성하는 정류기의 회로도이다.
도 11a는 도 7의 수신기의 일부를 구성하는 수신기 코일의 투시도이다.
도 11b는 도 11a의 수신기 코일의 다른 실시형태의 투시도이다.
도 11c는 도 11a의 수신기 코일의 다른 실시형태의 평면도이다.
도 12는 도 2의 송신기 및 송신기 안테나에 의해 생성된 전계의 강도를 보인 도이다.
도 13은 도 1의 무선 전계 전력 송신 시스템의 송신기 및 송신기 안테나의 다른 실시형태의 개략적 배치도이다.
도 14는 도 13의 송신기 및 송신기 안테나에 의해 생성된 전계의 강도를 보인 도이다.
도 15는 페라이트 코어 인덕터의 개략적 배치도이다.
도 16은 수신기 안테나의 다른 실시형태의 개략적 배치도이다.
도 17은 대안적인 수신기의 각종 컴포넌트의 회로도이다.
도 18a 및 18b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 백팩의 투시도이다.
도 19a 및 19b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 차량의 투시도이다.
도 20a 및 20b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 라디오의 투시도이다.
도 21a 및 21b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 소방차의 투시도이다.
도 22a 및 22b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 텐트의 투시도이다.
도 23a 및 23b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 버스 화물칸 내부의 투시도이다.
도 24a 및 24b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 비행기 내부의 투시도이다.
도 25a 및 25b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 테이블의 투시도이다.
도 26a, 26b, 26c 및 26d는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 랩톱 컴퓨터의 투시도이다.
도 27a 및 27b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 태블릿 컴퓨터의 투시도이다.
도 28a 및 28b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 용기의 투시도이다.
도 29a 및 29b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 테이블탑의 투시도이다.
도 30a 및 30b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 셀룰러폰의 투시도이다.
도 31a 및 31b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 텔레비전 세트의 투시도이다.
도 32a 및 32b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 배터리의 투시도이다.
도 33a 및 33b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 차량의 투시도이다.
도 34a 및 34b는 송신기 및 송신기 안테나가 설치된 군용 차량의 투시도이다.
도 35a 및 35b는 수신기 및 수신기 안테나가 설치된 무인 자율 차량(Unmanned Autonomous Vehicle, UAV)의 투시도이다.
이제, 도 1을 참조하면, 도면 참조 번호 10으로 포괄적으로 표시한 무선 전계 전력 송신 시스템이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 전력 송신 시스템(10)은 송신기 안테나(16)가 결합된 송신기(12)와 복수의 수신기(14)를 포함한다. 비록 2개의 수신기(14)만이 도시되어 있지만, 이것은 단지 설명의 용이성을 위한 것임을 이해하여야 한다. 전력 송신 시스템(10)은 더 많은 또는 더 적은 수의 수신기(14)를 포함할 수 있다. 송신기 안테나(16)는 사이에 체적(20)을 규정하는 2개의 대략 평행하고 측방향으로 이격된 도체(18)를 포함한다. 도체(18)는 길고 일반적으로 직사각형이며, 도체의 주 면이 서로를 향하도록 지향된다. 본 실시형태에 있어서, 각 도체(18)는 유연성, 저가 및 가용성 때문에 알루미늄 박 테이프로 형성된다. 각각의 수신기(14)는 체적(20) 내에 배치되어, 송신기 안테나(16)에 의해 체적(20) 내에서 생성된 전계의 결과로서 무선으로 전력을 수확할 수 있다.
이제, 도 2를 참조하면, 송신기 안테나(16)를 포함한 송신기(12)가 더 구체적으로 도시되어 있다. 송신기(12)는 송신기 코일(30)과, 송신기 코일(30)에 접속되며 코일(30) 및 송신기 안테나(16)를 공진 주파수에서 공진시키는 공진기(32)를 더 포함한다. 공진기(32)의 컴포넌트들은 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 다른 적절한 기판에 탑재된다. 송신기 케이스 또는 하우징(34)은 송신기 코일(30) 및 공진기(32)를 내장한다.
이 실시형태에 있어서, 송신기 코일(30)은 도 3a에 도시된 것처럼 플랫 스파이럴(flat spiral) 또는 팬케이크 코일이고, 14 AWG(American Wire Gauge, 미국 전선 규격) 절연형 고체 구리 와이어를 이용하여 구성된다. 송신기 코일(30)은 48 권회수 및 약 15 인치(37.5 cm)의 직경을 갖는다. 송신기 코일(30)의 동작 주파수는 1 MHz이고 송신기 코일의 인덕턴스는 280 μH이다. 송신기 코일(30)은 품질 계수(Q-계수)가 200이다. 송신기 코일(30)은 그 동작 주파수에서 송신기 안테나(16)의 도체(18)에 의해 하이 Q-계수 공진을 생성하도록 구성된다.
이제, 도 4를 참조하면, 공진기(32)가 더 구체적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서의 공진기(32)는 전력 증폭기(36), 안전 차단 회로(38), 파워보드(40), 자동 이득 제어(AGC) 회로(42), 자동 주파수 동조(AFT) 회로(44) 및 위상 검출기(46)를 포함한다. 전력 증폭기(36), AFT 회로(44) 및 위상 검출기(46)에 대해서는 도 5a에서 더 자세히 설명한다. 이들 컴포넌트는 뒤에서 설명하는 것처럼 체적(20) 내에 배치된 수신기(14)에 대한 무선 전계 전력 전송을 강화 또는 최적화하기 위해 송신기 안테나(16)에 의해 송신된 전력의 주파수를 자동으로 검출 및 동조시키도록 구성된다. 회로는 직렬로 접속된 지연선(delay line)(41), 전류 이득단(43) 및 전압 이득단(45)을 포함한다. 전압 이득단(45)은 전력 증폭기(36)에 접속된다. 발룬(balun)(48) 형태의 디커플링 회로는 전력 증폭기(36)와 송신기 코일(30) 사이에 접속되어 전력 증폭기 출력을 그라운드로부터 디커플링한다. 전류 감지 토로이드(49) 형태의 전류 센서가 발룬(48)에 의해 출력된 전류를 감지한다. 전류 감지 토로이드(49) 및 전류 이득단(43)은 피드백 및 제어 회로(47)에 출력을 제공한다.
도 5b에 도시된 것처럼, 지연선(41)은 통상적으로 폐쇄된 반도체 스위치(506)를 통하여 시동 발진기(504)로부터의 입력을 수신하는 액티브 인버터 지연 체인(502)을 이용하여 구현된다. 인버터 지연 체인(502)은 직렬 접속된 복수의 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 인버터(508)를 포함한다. 인버터 지연 체인(502)은 병렬로 배열된 복수의 전류 부스팅 반전단(510)을 포함한 전류 이득단(43)에 접속된다. 본 실시형태에 있어서, 전류 이득단(43)은 3개의 반전단(510)을 포함한다. 최종 반전단(510)은 40개의 CMOS 인버터(510a)를 포함하고 중간 반전단(510)은 12개의 CMOS 인버터(510a)를 포함하며, 최초 반전단(510)은 4개의 CMOS 인버터(510a)를 포함한다. 최종 반전단(510)의 인버터(510a)의 출력은 본 실시형태에 있어서는 광대역 변압기(512)인 전압 이득단(45)에 결합 및 접속된다. 광대역 변압기(512)는 1:4의 권회수비(turn ratio)를 갖는다. 전류 이득단(43)의 최종 반전단(510)은 광대역 변압기(512)의 하나의 코일에 접속된다. 광대역 변압기(512)의 다른 코일은 전력 증폭기(36)에 접속된다. 전력 증폭기(36)의 출력은 발룬(48)의 하나의 코일에 결합된다. 본 실시형태에서의 발룬(48)은 페라이트 코어를 구비하고, 임피던스 매칭 용도로 1:1보다 약간 더 높은 권회수비를 갖는다. 페라이트 코어 발룬은 에어 발룬의 2배의 전류 및 더 큰 효율을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 발룬(48)의 다른 코일은 평형화 차동 출력 포트를 제공한다. 발룬(48)의 하나의 출력 포트는 동조 커패시터(514)를 통해 송신기 코일(30)에 접속된다. 발룬(48)의 다른 출력 포트는 전류 감지 토로이드(49)를 통과하고 송신기 안테나(16)에 접속된다.
전류 감지 토로이드(49)는 RC 네트워크(516)를 통해 피드백 및 제어 회로(47)의 일부로서 액티브 인버터 지연 체인(502)에, 그리고 RC 네트워크(516) 및 인버터(518a)를 통해 위상 검출기(46)에 피드백 신호를 제공한다. 위상 검출기(46)는 또한 인버터(518b)를 통해 전류 이득단(43)의 출력을 수신한다. 위상 검출기(46)는 차지 펌프(520)와 함께 기능하여 시동 발진기(504)를 동상으로 및 주파수 고정으로 유지한다. 전류 감지 토로이드(49)가 또한 RC 네트워크(516)를 통해 엔벨로프 검출기(522)에 피드백 신호를 제공하면, 엔벨로프 검출기(522)는 통상 폐쇄형 반도체 스위치(506)에 출력을 제공한다.
본 실시형태에서의 전력 증폭기(36)는, 도 6에 도시된 것처럼, 부류(class)-AB 푸시풀 전력 증폭기이고, 전력 증폭기에 입력된 신호를 적어도 80배(약 19 dB)로 높이기 위해 사용되며, 증폭된 신호는 그 다음에 발룬(48)을 통해 송신기 코일(30)에 전달된다.
안전 차단 회로(38)는 체적(20) 내에 사람, 동물 또는 다른 생물체가 존재할 때를 판정하여 송신기 안테나(16)에 의해 송신되는 전력의 강도를 약화시키거나 그 전력을 차단하는 자동 차단 회로이다. 안전 차단 회로(38)는 또한 단락, 열폭주 또는 기타 다른 상황에 의해 과부하가 생성된 경우에 송신기(12)로의 전력을 또한 차단한다. 본 실시형태에 있어서, 안전 차단 회로(38)는 연산 증폭기(Op-amp)(도시 생략됨), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 형태인 반도체 스위치(도시 생략됨) 및 엔벨로프 검출기(도시 생략됨)를 이용하여 구현된다. 엔벨로프 검출기는 송신기(12)의 출력을 모니터링하고 출력 전류 또는 전압의 갑작스러운 변화가 검출될 때 연산 증폭기에 신호를 전송한다. 연산 증폭기는 이 신호에 응답하여 반도체 스위치에 신호를 송신하고, 반도체 스위치는 공진기를 입력 전력으로부터 분리시켜서 공진기(32)를 정지(shut down)시킨다.
파워보드(40)는 종래의 AC 주전력(mains power)을, 송신기(12)의 각종 컴포넌트에 전력을 공급하기 위해 사용되는 DC 전력으로 변환하는 복수의 고효율 전압 조정기(도시 생략됨)를 포함한다.
AGC 회로(42)는 전력 증폭기(36)와 함께, 송신된 출력 전력을 제어하는데 사용된다. AGC 회로(42)는 필요한 안전 레벨에 의존하는 절대 전력치를 가진 고주파수(RF) 회로이다. 본 실시형태에 있어서, AGC 회로(42)는 연산 증폭기(도시 생략됨), MOSFET 형태의 반도체 스위치(도시 생략됨) 및 엔벨로프 검출기(도시 생략됨)를 이용하여 구현된다. 엔벨로프 검출기는 송신기(12)의 출력을 모니터링하고 출력이 임계치를 초과할 때 연산 증폭기에 신호를 송신한다. 연산 증폭기는 이 신호에 응답하여 반도체 스위치에 적절한 신호를 송신함으로써 반도체 스위치가 전력 증폭기(36)의 전력 출력을 제한하게 한다.
이제, 도 7을 참조하면, 수신기(14) 중의 하나가 구체적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 수신기(14)는 하이 Q-계수 수신기 코일(52), 수신기 코일(52)에 접속된 수신기 안테나(54), 및 수신기 코일(52)에 접속된 전력 수확기(power harvester)(50)를 포함한다. 전력 수확기(50)의 컴포넌트들은 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 다른 적절한 기판에 탑재된다. 수신기 안테나(54), 수신기 코일(52) 및 전력 수확기(50)는 수신기 케이스 또는 하우징(56)에 의해 수용된다. 전력 수확기(50)는 수신 전력을 출력시키는 커넥터 및 잭을 포함한다. 전력을 필요로 하는 장치들은 이들 커넥터 및 잭에 접속될 수 있다.
도 8은 전력 수확기(50)를 구체적으로 보인 것이다. 도시된 바와 같이, 전력 수확기는 수신기 자동 주파수 동조(AFT) 회로(60), 수신기 안전 회로(62), 브리지 정류기(64), DC-DC 전압 컨버터(66) 및 수신기 전원 장치(도시 생략됨)를 포함한다. AFT 회로(60)는 도 5b에 도시된 송신기 AFT 회로(32)와 유사하며 수신기 안테나(54) 및 코일(52)을 공진시키도록 구성된다. 수신기 전원 장치는 AFT 회로(60)에 전력을 공급한다. 전력 수확기(50)의 회로 배치의 일부는 도 9에 도시되어 있다. 수신기(14)에 접속된 장치는 저항기(RP)와 직렬 접속된 인덕터(LP)로서 모델링되고, 이들은 커패시터(CP)와 병렬로 접속된다. DC-DC 전압 컨버터(66)는 도 9에서 도시 생략되어 있다.
하이 Q-계수 공진 수신기 코일(52) 양단의 출력 전압은 AC 전압이다. 이 전압은 수신기 코일(52)의 출력에 접속된 브리지 정류기(64)에 의해 정류된다. 브리지 정류기(64)는 도 10에 도시되어 있고, 수신된 AC 전압을 대략 수 킬로볼트 정도의 DC 전압으로 변환한다. 브리지 정류기(64)는 낮은 접합 용량, 높은 역 항복 전압 및 낮은 순방향 전압 강하를 가진 초고속 다이오드(D1-D4)를 사용한다.
DC-DC 전압 컨버터(66)는 높은 변환율을 가지며 DC-DC 다운 변환을 수행하여 브리지 정류기(64)에 의해 출력된 정류 전압을 사용 가능한 레벨까지 감소시킨다. 예를 들어서, 0.5 W의 높은 AC 신호가 브리지 정류기(64)에 의해 정류되면, 이 신호는 400 V 전위 및 1 mA의 전류를 가질 것이다. 이 정류된 출력 전압을 예를 들면 5 V 및 80 mA 출력과 같은 더 유용한 형태로 다운 변환하면 특정 응용에 유리하다. 본 실시형태에 있어서, DC-DC 전압 컨버터(66)의 최대 입력 전압은 1000 V보다 더 크고, 출력 전압은 5 V 내지 14 V이며 전력 정격(power rating)은 1 W 내지 4 W이다. 브리지 정류기(64)의 출력이 DC-DC 전압 컨버터(66)에 접속되어(도시 생략됨), DC-DC 전압 컨버터(66)는 변환된 전력을, 잭 및 커넥터를 통하여 전력을 필요로 하는 장치에 출력한다.
수신기 안전 회로(62)는 만일 전계가 표준 안전 한계보다 더 높은 것으로 검출되면 수신기(14)를 자동으로 차단한다. 수신기 안전 회로(62)는 또한 만일 단락 회로 부하가 검출되면 수신기(14)에 접속된 임의 장치에 대한 DC 전력을 차단한다.
본 실시형태에서의 수신기 안테나(54)는 본 실시형태에서 도전성 플레이트(58)인 전체적으로 직사각형이고 대략 평행한 2개의 도체를 포함한다. 2개의 플레이트(58) 간의 거리는 각 플레이트(58)의 평균 치수와 대략 동일하다. 플레이트(58)는 강성 또는 유연성을 가진 것일 수 있다. 수신기 안테나(54)는 그 치수 및 수신 신호 파장에 비하여 낮은 리액턴스(대략 7-9 pf)를 갖는다. 수신기 안테나(54)의 공진시에, 전력 수확기(50)는 송신기 안테나(16)의 도체(18)들 간의 체적(20) 내에서 생성된 전계를 통하여 전력을 수확한다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 수신기(14)는 체적(20) 내에서 수확할 수 있는 전력량에 비하여 작다.
본 실시형태에서의 수신기 코일(52)은 도 11에 도시된 것처럼 원통형 스파이럴 코일이다. 수신기 코일(52)은 절연된 고체 구리 와이어로 구성되고 약 4 인치(12 cm)의 직경을 갖는다. 수신기 코일(52)은 2개의 플레이트(58) 부근에 배치된다.
일반적으로, 동작 중에, 송신기(12)는 송신기 안테나(16)를 구동시켜서 도체(18)를 통해 반대 위상 및 동일 크기의 전류가 흐르게 함으로써 도체(18)들 간의 체적(20) 내에서 전계를 발생시키도록 작동된다. 수신기(14)가 체적(20) 내에 위치하고 있을 때, 수신기 안테나(54)는 공진 주파수에서 발진하기 시작하여 무선 전력이 송신기(12)로부터 수신기(14)로 전계 결합을 통해 송신되게 한다.
송신기(12)의 폐루프 구조는 송신기(12)가 항상 송신기 안테나-송신기 코일 쌍의 공진 주파수에서 자동으로 발진하는 것을 보장한다. 특히, 초기에 시동 발진기(504)는 지연 신호선(41)의 인버터 지연 체인(502)에 인가되는 시동 신호를 주입하기 위해 사용된다. 그리고, 신호의 전류 레벨은 전류 이득단(43)에 의해 부스팅되고, 전압 이득단(45)의 광대역 변압기(512)를 통해 전력 증폭기(36)에 인가된다. 이어서, 전력 증폭기(36)의 출력은 발룬(48)에 인가되고, 발룬(48)은 신호를 그라운드로부터 디커플링하고 동조 커패시터(514)를 통해 출력을 송신기 코일(30)에 제공한다. 송신기 코일(30)은 그 다음에 송신기 안테나(16)를 구동하여 체적(20) 내에 전계를 발생시킨다. 송신기 안테나(16)의 전류를 감지하는 전류 감지 토로이드(49)에 의해 출력된 피드백 신호는, 반도체 스위치(520)가 시동 발진기(504)를 인버터 지연 체인(502)로부터 격리시키도록 엔벨로프 검출기(520)에 의해 사용된다. 그 결과, 인버터 지연 체인(502)에 인가되는 피드백 신호는 송신기 출력을 유지하기 위해 사용된다. 이해하고 있는 바와 같이, 송신기 안테나(16)를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지 토로이드(49)를 이용하여 피드백 신호를 발생시키고 그 신호를 송신기(12)에 피드백시킴으로써, 송신기(12)는 송신기 안테나-송신기 코일 쌍의 공진 주파수에서 자동으로 발진한다.
이해하고 있는 바와 같이, 송신기(12)는 고속의 자기 동조 기능(self-tuning) 및 컴팩트한 설계를 갖는다. 송신기(12)가 송신기 안테나-송신기 코일 쌍의 공진 주파수에서 자동으로 발진하기 때문에, 송신기 안테나(16)는 동조된 채 유지되고, 자동 주파수 동조를 수행하기 위한 전치 증폭기 또는 디지털 제어 시스템을 필요로 하지 않는다.
전술한 바와 같이, 송신기 코일(30)이 송신기 안테나(16)를 구동할 때, 전계(반응성 근접장)가 체적(20) 내에서 생성되고, 이 전계는 그 체적 내에 배치된 각 수신기(14)에 의해 전력을 수확하는데 사용될 수 있다. 체적(20) 내에서 생성된 예시적인 전계는 도 12에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 전계의 강도는 도체(18) 쪽으로 갈수록 상승하고 체적(20)의 중앙으로 갈수록 약해진다. 따라서 수신기가 도체(18)에 근접할 때에 수신기(14)에의 무선 전력 전송 효율이 높아지고, 수신기가 체적(20)의 중앙 부근에 배치될 때에 수신기(14)에의 무선 전력 전송 효율이 낮아진다. 따라서, 방사 전력은 도체의 길이보다는 도체(18)들 간의 거리에 의해 결정된다.
송신기(12)의 하이 Q-계수는 비의도적 싱크(sink)(예를 들면 체적 내에 존재하는 인체)가 송신기(12)로부터 복구할 수 있는 전력량을 제한한다. 비의도적 싱크가 체적(20) 내에 진입할 때에, 생성된 전계는 싱크가 공진을 방해하기 때문에 수신기(14)와 더 이상 공진하지 않고, 싱크에 소산된 총 전력이 인체의 경우에 규정 한계보다 더 적게 되도록 전계의 전력을 강하시킨다.
수신기(14)가 체적 내에 배치되고 전계가 존재할 때, 전압은 2개의 플레이트(58)에서의 전하 축적의 결과로서 수신기 안테나(54)의 플레이트(58) 양단에서 관측된다. AFT 회로(60)에 의한 수신기 안테나(54)의 공진은 전력이 수확되게 한다. 특히, 수신기 안테나(54)가 AFT 회로(60)에 의해 공진할 때, 하나의 플레이트(58)로부터 다른 플레이트(58)로 흐르는 전하량은 공진 Q-계수와 곱해져서 정류기(64)를 통해 DC 신호로 변환되는 고주파수 AC 신호를 야기한다. 그래서, DC 신호는 응용에 따라서 DC-DC 전압 컨버터(66)에 의해 바람직한 전압 및 전류로 다운 변환된다. 그런 다음, DC-DC 전압 컨버터에 의해 출력된 신호는 RLC 회로(RP, LP 및 CP)에 의해 모델링되는 장치에 의해 수신된다.
수신기(14)의 출력 전력은 수신기(14)에서 이용가능한 전계의 강도, 수신기 안테나(54)의 2개의 플레이트(58) 간의 거리, 및 수신기 코일(52)의 Q-계수에 의존한다.
수신기(14)에서 이용가능한 전계의 강도는 도체(18)에 대한 수신기(14)의 위치에 따라 변한다. 전술한 바와 같이, 전계는 2개의 도체(18) 간의 체적(20)의 중앙에서 가장 약하다. 수신기 안테나(54)는 매우 적은 양의 방사선을 방출하고, 송신기 안테나(16)에 의해 생성된 거의 모든 전계는 반응성(즉, 비방사성)이다. 따라서, 각각의 주파수 대역에서 전계 방출 한계를 위반하지 않고 다량의 전력이 무선으로 수신기(14)에 송신될 수 있다. 캐나나의 전계 방출 한계는 헬쓰 캐나다 안전 코드 6(Health Canada safety code 6)에서 찾아볼 수 있고, 미국의 전계 방출 한계는 IEEE 표준 C95.1-2005에서 찾아볼 수 있다.
무선 전력 수확 효율은 체적(20) 내의 전계에 대한 플레이트(58)의 방위에 의해 영향을 받는다. 전계는 거리에 따라 변하기 때문에, 2개의 플레이트(58)를 전계 방향을 따라 소정 거리만큼 분리시키면(즉, 2개의 플레이트(58)의 공동 축이 전계의 방향을 따른다), 플레이트가 전계 내에 배치될 때 플레이트(58) 사이에 전위차를 생성한다. 2개의 플레이트(58)의 공동 축이 전계의 방향에 수직할 경우, 2개의 플레이트(58)는 거의 동전위이므로 전력 전송의 효율을 크게 감소시킬 것이다. 따라서, 무선 전력 수신 효율은 2개의 플레이트(58)의 길이 대 거리 비율 및 전계 방향에 대한 플레이트(58)의 방위에 의존한다. 이해하고 있는 바와 같이, 플레이트(58)를 전계에 수직으로 유지하면 무선 전력 수확 효율이 최대로 된다. 또한, 전계에 대한 플레이트(58)의 방위 및 위치는 전계 결합의 유형을 결정한다. 수신기(14)와 송신기(12)는 강하게, 느슨하게 또는 임계적으로 결합될 수 있다. 수신기(14)가 송신기(12)에 근접하고 수신기(14)의 플레이트(58)가 최고 효율 레벨로 최대 전력 전송을 위해 정렬되면, 수신기(14)와 송신기(12)는 강하게 결합된다. 수신기(14)가 송신기(12)로부터 더 멀리 이격되고 수신기(14)의 플레이트(58)가 여전히 최대 전력 전송을 위해 정렬되면, 수신기(14)와 송신기(12)는 느슨하게 결합된다. 수신기(14)가 송신기(12)로부터 소정 거리, 즉 전력 수확의 효율 레벨이 임계 레벨 이하로 떨어지는 거리에 있을 때, 및/또는 전계에 대한 플레이트(58)의 방위가 전력 수확의 효율 레벨이 임계 레벨 이하로 떨어질 정도일 때 송신기(12)와 수신기(14)는 임계적으로 결합된다.
송신기(12)와 수신기(14) 간의 무선 전력 송신은 송신기 안테나(16) 및 송신기 코일(30)의 공진 주파수와 동조되는 수신기 안테나(54) 및 수신기 코일(52)의 공진 주파수에 기초를 둔다. 주파수가 체적(20)이 위치한 환경에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 수신기 AFT 회로(60)는 수신기(14)의 동작 주파수를, 필요한 공진 주파수에 동조시킨다. 수신기 AFT 회로(60)는 연속적으로 활성으로 되어서는 안된다. 수신기 AFT 회로(60)는 체적(20)의 환경 변화에 응답하여 수신기(14)의 동작 주파수를 간헐적으로만 조정할 필요가 있다. 수신기(14)는 초기에 수신기 전원 장치에 의해 수신기 AFT 회로(60)에 전력을 공급해야 하지만, 일단 무선 전력 전송이 시작되었으면, 무선으로 전송된 전력이 수신기 AFT 회로(60)에의 전력 공급에 사용될 수 있다. 공진 주파수는 수신기 AFT 회로(60)가 수신기(14)를 이 주파수에 동조시킬 수 있도록 초기에 공지된다.
지금까지 예시적인 전력 송신 시스템에 대하여 설명하였지만, 해당 기술분야에 숙련된 사람이라면 많은 대안 구성이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어서, 원한다면 공진기(32)가 그 자체의 전원을 포함할 수도 있고, 또는 송신기(12)의 각종 컴포넌트에 전력을 공급하기 위한 전원 장치를 구비할 수도 있다.
비록 송신기 코일(30)을 스파이럴 또는 팬케이크 코일로서 설명하였지만, 다른 송신기 코일도 사용할 수 있다. 예를 들면, 다른 실시형태에 있어서, 송신기 코일(30)은 멀티플 스트랜드 리츠 와이어(Litz wire)를 이용하여 구성된다. 리츠 와이어는 고체 구리 와이어에 비하여 전반적으로 높은 효율을 제공한다. 번 실시형태에 있어서, 리츠 와이어는 176 스트랜드 40 AWG 와이어이고, 그 결과로 형성된 송신기 코일(30)은 권회수가 30이고 직경이 약 10 인치이다. 송신기 코일의 동작 주파수는 1 MHz이고 송신기 코일의 인덕턴스는 150 μH이다. 이러한 송신기 코일(30)은 Q-계수가 200이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 송신기 코일(30)은 멀티플 스트랜드 48 AWG 리츠 와이어를 이용하여 구성된다. 본 실시형태에 있어서, 리츠 와이어는 2700 스트랜드이고, 그 결과로 형성된 송신기 코일(30)은 권회수가 48이고 직경이 약 15 인치이다. 송신기 코일의 동작 주파수는 1 MHz이고 송신기 코일의 인덕턴스는 180 μH이다. 물론, 해당 기술분야에 숙련된 사람이라면, 송신기 코일(30)이 필요 주파수에서 공진하기만 한다면 권회수, 게이지, 스트랜드의 수, 와이어 유형을 다르게 할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
송신기 코일은 또한 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 3b는 토로이드 송신기 코일(30)을 보인 것이고, 도 3c는 플랫 스파이럴 또는 팬케이크 코일 대신에 채용할 수 있는 원통형 스파이럴 송신기 코일을 보인 것이다.
송신기 안테나(16)의 도체(18)의 수 및 구성도 또한 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 도 13은 6개의 도체(18)를 구비하고 그 중 3개의 도체가 체적의 각 측면에 배치된 송신기 안테나(16)를 보인 것이다. 본 실시형태에서는 2개의 도체(18)를 이용하는 경우에 비하여 용량성 리액턴스가 감소된다. 전술한 실시형태와 마찬가지로, 6개의 도체(18)는 알루미늄 박 테이프로 구성된다. 송신기 안테나에 의해 방출된 전계의 분포는 도체(18)의 전체 표면적이 증가하기 때문에 더 균일해진다. 전계 강도는 도 14에 도시된 것처럼 체적(20)의 측면 부근에서 감소하고 중앙으로 갈수록 증가하여 전계가 더 고르게 분포된다. 본 실시형태에 있어서, 송신기 안테나(16)의 도체(18)들은 5 미터 이격되게 배치되어 있지만, 이격 거리는 응용에 따라서 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 도체(18)는 크기가 다른 룸에 설치되어 이격 거리를 다르게 할 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 송신기 안테나(16)는 단일 도체(18)를 포함할 수도 있다.
도체의 재료는 성능에 그다지 영향을 주지 않는 것으로 밝혀졌고, 그 결과 도체에 다른 도전성 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 도체(18)는 구리 테이프 또는 기타 적절한 도전성 재료로 형성될 수 있다. 도체(18)는 또한 미적 목적으로 장식물로 피복될 수 있다.
비록 공진기 회로의 특정 구현예를 도시하였지만, 이것 역시 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 지연선(41)은 패시브(passive) LC 네트워크 또는 송신선을 이용하여 구현될 수 있다. 비-페라이트 코어 발룬 또는 기타 적절한 분리 구조를 사용할 수 있다.
특정 수신기(14) 구성에 대해 설명하였지만, 다른 구성도 가능하다. 예를 들면, 수신기 안테나(54)의 플레이트(58)는 수신기 케이스(56)에 수용되지 않고 수신기 케이스(56)의 외부에 있어도 좋다.
더 나아가, 사용되는 수신기 코일(52)도 역시 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 수신기 코일(52)은 리츠 와이어로 구성될 수 있다. 그러한 일 실시형태에 있어서, 리츠 와이어는 40 AWG, 3 스트랜드 리츠 와이어이다. 그 결과로 형성된 수신기 코일(52)은 300 이상의 권회수를 갖고 Q-계수가 60이다. 수신기 코일의 동작 주파수는 1 내지 2 MHz이고 수신기 코일의 인덕턴스는 3 mH이다. 수신기 코일(52)의 직경은 대략 4 인치(12 cm)이다. 수신기 코일(52)은 2개의 플레이트(58) 사이에 배치되고, 이 방위에서, 수신기 코일(52)에 의해 생성된 자계가 플레이트(58)에 손실성 원형 전류(circular current)를 생성하기 때문에, 수신기(14)에서 소량의 가용 전력을 소산시킬 것이다. 다른 실시형태에 있어서, 수신기 코일(52)을 제조하기 위해 사용되는 와이어(리츠 와이어 또는 절연된 고체 구리 와이어)는 수신기 코일(52)의 권회수를 일치시키기 위하여 비도전성 재료의 주위에 감겨질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 48 AWG, 50 스트랜드 리츠 와이어인 리츠 와이어가 수신기 코일(52)에 사용된다. 권회수는 300 이상이고, 주파수는 1 MHz이며 인덕턴스는 3 mH이다. 수신기 코일(52)의 직경은 이 경우에도 4 인치(12 cm)이다. 다른 실시형태에 있어서, 48 AWG, 675 스트랜드 리츠 와이어인 리츠 와이어가 수신기 코일에 사용된다. 권회수는 75 이상이고, 주파수는 2 MHz이며 인덕턴스는 750 μH이다. 수신기 코일(52)의 직경은 이 경우에도 4 인치(12 cm)이다. 물론, 해당 기술분야에 숙련된 사람이라면, 수신기 코일(52)이 필요 주파수에서 공진하기만 한다면 권회수, 게이지, 스트랜드의 수, 와이어 유형을 다르게 할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
다른 실시형태에 있어서, 수신기 코일(52)은 도 15에 도시된 것처럼 페라이트 코어 인덕터(70)로 교체된다. 인덕터(70)는 길이가 각각 10 밀리미터이고 따라서 수신기 코일(52)보다 작다. 소형 인덕터(70) 집합의 Q-계수는 60이고 주파수는 2 MHz이다. 인덕터(70)는 더 높은 주파수에서 작동하고 높은 품질 계수 및 50 μH 이상의 높은 인덕턴스 값을 갖도록 설계된다.
수신기 코일의 형상도 역시 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 도 11b는 토로이드 수신기 코일(52)을 보인 것이고 도 11c는 플랫 스파이럴 수신기 코일(52)을 보인 것이다.
다른 실시형태에 있어서, 수신기 안테나(54)는 플레이트(58) 대신에 레일(68)을 포함한다. 레일(68)은 유전 상수가 낮은 재료에 부착되고 도 16에 도시된 것처럼 동일한 평면에 배치된다. 따라서, 수신기 안테나(54)가 전체적으로 편평하여 장치에 용이하게 통합할 수 있다. 레일(68)은 서로에 대하여 정확하게 평행일 필요는 없다.
DC-DC 전압 컨버터(66)에 대하여 특정 구성을 제시하였지만, 다른 구성도 역시 가능하다. 예를 들면, 병렬로 배열된 2개 이상의 DC-DC 전압 컨버터(66)를 이용하여 정류기에 의해 출력된 DC 전압을 사용 가능한 레벨까지 다운 변환할 수 있다. 대안적으로, 직렬로 배열된 2개 이상의 DC-DC 전압 컨버터(66)를 채용하여 정류기에 의해 출력된 DC 전압을 사용 가능한 레벨까지 다운 변환할 수 있다. 예를 들면, 제1 DC-DC 컨버터를 채용하여 정류기에 의해 출력된 DC 전압을 1000 V로부터 100 V로 변환한 다음에, 제2 DC-DC 컨버터(66)를 채용하여 제1 DC-DC 컨버터에 의해 출력된 DC 전압을 100 V로부터 5 V로 변환할 수 있다. 전체 다운 변환의 총 효율은 직렬 접속된 모든 블록들의 곱이며 이것은 하나의 컨버터(66)만 있는 경우보다 더 낮다.
또한, 특정 전력 수확 회로를 도 9와 관련하여 설명하였지만, 다른 구성도 역시 가능하다. 예를 들면, 다른 실시형태에서는 도 9의 회로가 직렬 구성을 갖는다. 도 17에 도시된 것처럼, 장치는 브리지 정류기(64)에 직렬로 접속된다. 장치는 직렬 접속된 인덕터(LS), 커패시터(CS) 및 저항기(RS)에 의해 모델링되어, 병렬 구성에 비하여 출력 AC 전압이 낮고 및 전류가 크다. 발룬은 LSCS 직렬 공진 회로와 브리지 정류기(64) 사이에 배치되어 임피던스 매칭을 제공한다.
다른 실시형태에 있어서, 임피던스는 집중 소자(lumped element) 매칭을 이용하여 수신기(14)에서 매칭된다.
전력 송신 시스템은 전력이 송신기로부터 전계 결합을 통해 수신기에 무선으로 송신될 수 있도록 각종의 다양한 응용으로 채용될 수 있다. 예를 들면, 일 응용에 있어서, 수신기(14)는 도 18a 및 도 18b에 도시된 것처럼 백팩(100) 내에 배치된다. 플레이트(58)는 백팩(100)의 양측에서 백팩(100)에 통합된다. 플레이트(58)는 수신기 케이스(56) 및 수신기 케이스(56) 내의 컴포넌트에 접속된다. 그런 다음, 수신기 케이스(56)는 AA, 9 V 배터리와 같은 통상적 배터리 또는 다른 비통상적 배터리, 즉 주문형의 충전식 배터리 포맷을 재충전하는 충전기에 또한 접속된다(도시 생략됨). 백팩(100)은 군용으로 사용할 수 있는데, 군인들은 야간 식별 고글과 같은 각종 장비용의 배터리를 필요로 한다. 충전식 배터리로 군인들은 백업용 배터리를 소지할 필요성이 줄어들고, 따라서 군대에서 사용하는 이미 상당한 백팩(100)의 무게를 줄일 수 있다. 백팩(100)은 충전기에 배터리가 없을 때 충전하는 수신기(14)에 접속된 배터리(도시 생략됨)를 더 포함할 수 있다.
송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 도 19a 및 도 19b에 도시된 것처럼 차량(102)에 통합될 수 있다. 본 예에서, 송신기 안테나(16)의 도체(18)는 차량(102)의 내벽에 통합되고 은닉되어, 송신기(12)에 접속된다. 도체(18)는 서로 대략 평행하도록 배치된다. 백팩(100)이 차량(102) 내에서 도체들 간의 체적 내에 있을 때, 수신기(14)는 전술한 방식으로 전력을 수확할 수 있다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)는 소방관, 경찰관 또는 기타 개인이 사용하는 것과 같은 무선 통신 장치(104)에 통합된다. 이해하고 있는 바와 같이, 예를 들면 긴급 상황이 발생하기 전에 간과하거나 불충분한 준비 시간 때문에 무선 통신 장치(104)가 충분히 충전되지 않을 수 있다. 이 경우에, 수신기(14)의 레일(68)이 도 20a 및 도 20b에 도시된 것처럼 무선 통신 장치(104)의 후면에 부착된다. 송신기(12) 및 송신기 안테나는 도 21a 및 도 21b에 도시된 것처럼 소방차 또는 다른 차량(106)의 프론트 캐빈(front cabin)에 통합될 수 있다. 따라서, 무선 통신 장치는 소방차(106)의 프론트 캐빈 내부에서 송신기 안테나의 도체(18)들 간의 체적 내에 배치될 때에 충전된다. 다른 실시형태에 있어서, 송신기와 송신기 안테나는 소방소 내의 특정 위치에 배치된다.
다른 응용에 있어서, 전력 송신 시스템(10)은 군사용 베이스 캠프에서 사용될 수 있다. 군 장교가 베이스 캠프를 구성할 때, 대부분의 전자 장비는 도 22a 및 도 22b에 도시된 것처럼 몇 개의 선택된 텐트(108) 또는 막사에 보관된다. 이것은 부분적으로, 모든 위치에, 전자 장비에 전력을 공급하기 위한 전기가 설비되지 않는다는 사실에 기인한다. 본 실시형태에 있어서, 송신기 안테나(12)의 도체(18)는 텐트(108)의 내벽에 통합되고 수신기(14)가 설치된 텐트(108) 내의 모든 장치에 무선 전력을 제공한다. 장치를 지지하는 테이블은 텐트(108)의 내벽 부근, 그러니까 도체(18) 부근에 배치되어 최대 전력 전송 효율을 보장한다. 그러므로, 장치는 물리적인 선 접속(corded connection)을 요구하지 않고 충전될 수 있어 다수의 위험한 와이어 및 전력 케이블을 감소시킬 수 있다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나는 도 23a 및 도 23b에 도시된 것처럼 버스 화물칸 영역(110)의 내부에 통합된다. 도체(18)는 버스 화물칸 영역(110)의 내부의 양측 벽에 통합되고, 화물칸 영역(110) 내에 위치한 백팩(100), 또는 수신기(14)가 설치된 기타 장치에 무선으로 전력을 송신한다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 도 24a 및 도 24b에 도시된 것처럼 비행기(112)의 내부에 통합된다. 안테나(16)의 도체(18)는 비행기(112)의 내벽에 통합된다. 백팩(100) 또는 수신기가 설치된 기타 장치는 비행기(112)의 내부에 위치할 때에 무선으로 전력이 공급된다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 도 25a 및 도 25b에 도시된 것처럼 테이블(114)에 통합된다. 도체(18)는 테이블(114) 위에서 편평하고 이미 설명한 것처럼 송신기 코일(30)에 접속된다. 수신기(14)는 도체(18) 표면 상에, 도체 위에 또는 도체들 간에 위치하여 무선으로 전력을 수신한다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 도 26a 및 도 26b에 도시된 것처럼 랩톱 컴퓨터(116)에 부착된다. 하나의 플레이트(58)는 편평하여 디스플레이 화면 뒤의 랩톱 컴퓨터에 부착되며, 다른 플레이트(58)는 편평하여 랩톱 컴퓨터(116)의 하부의 키보드 아래에 부착된다. 수신된 무선 전력은 랩톱 컴퓨터(116)의 배터리에 전송될 수 있다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 레일(68)이 둘 다 도 26c 및 도 26d에 도시된 것처럼 랩톱 컴퓨터의 하부에서 또는 화면의 뒤에서 동일 평면 내에 있다. 이 구성은 이미 설명한 것처럼 송신기(12)가 설치된 테이블(114)로부터 전력을 수신하기에 적합하다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 도 27a 및 도 27b에 도시된 것처럼, 이미 설명한 랩톱 컴퓨터의 화면 뒤에 장착된 경우와 마찬가지로 태블릿 컴퓨터(118)의 화면 후면에 서로 소정 거리 이격되어 장착된다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나는 도 28a 및 도 28b에 도시된 것처럼 뚜껑달린 용기(120)에 통합되고, 용기(120)는 수신기(14)가 내부에 배치될 수 있도록 하나 이상의 착탈형 또는 힌지형 패널을 구비할 수 있다. 수신기(14)가 용기(120) 내부에 있을 때, 수신기(14)는 송신기(12)로부터 송신된 무선 전력을 수신할 수 있다. 용기(120)는 용기(120) 내부로부터 외부로 전자계(EMF) 또는 다른 신호 또는 필드의 임의의 누설을 방지하게끔 차폐되도록 구성된다. 용기(120)의 패널 또는 뚜껑이 덮여질 때, 송신기(12)는, 용기(120) 내부의 신호 또는 필드 강도가 인간이나 동물에 노출되는 위험 없이 상승함으로써, 대량의 전력 및 높은 등급의 전력 전송 효율이 달성될 수 있음을 신호를 통해 인식하게 된다. 이에, 용기가 덮여지거나 밀봉될 때 용기(120) 내부의 수신기(14)로부터 고속으로 배터리 재충전이 이루어질 수 있다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 수신기(14)가 놓이거나 걸릴 수 있는 편평한 표면에 통합되거나 그 위에 놓이거나 다른 방식으로 부착된다. 이것은 비제한적인 예를 들자면 테이블, 책상, 카운터, 선반, 벽, 마루, 천장 및 도어를 포함할 수 있다. 송신기(12)의 도체(18)을 테이블탑(122)에 통합한 것이 도 29a 및 도 29b에 도시되어 있다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 도 30a 및 도 30b에 도시된 것처럼 선없는(cordless) 모바일 또는 셀룰러 폰(124)에 통합되거나 다른 방식으로 부착된다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 도 31a 및 도 31b에 도시된 것처럼 텔레비전 세트(126)에 통합되거나 다른 방식으로 부착되고, 텔레비전은 플라즈마, LCD, LED, OLED 또는 임의의 다른 기술에 의한 것일 수 있다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 비제한적인 예를 들자면, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 수신기, 증폭기, 올인원(all-in-one) 홈시어터, 스피커, 서브우퍼, 비디오 게임 콘솔, 비디오 게임 컨트롤러, 원격 제어 장치, 텔레비전, 컴퓨터 또는 기타 모니터, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 비디오 또는 이미지 프로젝터 또는 미디어 스트리밍 장치를 포함하는 가정용 전자 장치에 통합되거나 다른 방식으로 부착된다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 배터리가 도 32a 및 도 32b에 도시된 것처럼 수신기 장치가 되도록 충전식 배터리(128)에 통합되거나 다른 방식으로 부착된다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 전기 또는 하이브리드 모터 자동차(130)에 통합되거나 다른 방식으로 부착된다. 본 실시형태에 있어서, 플레이트(58)는 도 33a 및 도 33b에 도시된 것처럼 자동차(130)의 하부에 위치한 송신기(12)로부터 무선 전력을 수신하도록 자동차(130)의 바닥부에 배치된다. 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 자동차(130) 밑의 매트에 배치되거나, 자동차(130) 밑의 도로 또는 자동차 도로에 또는 그 아래에 매립될 수 있다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 도 34a 및 도 34b에 도시된 것처럼 군용 차량(132), 벽 또는 도어에 부착된 절첩식 플랩(fold-out flap) 또는 배리어(barrier)에 통합된다. 그러한 플랩이 탑재된 구조물 또는 장치로부터 플랩이 펼쳐질 때, 플랩은 무선 전력 전송을 위해 수신기(14)가 배치될 수 있는 체적(20)을 생성한다. 플랩은 백팩과 같은, 수신기(14)를 포함한 구조물을 유지하거나 다른 방식으로 장착하기 위한 후크, 선반 또는 다른 장치를 수반할 수 있다.
다른 응용에 있어서, 수신기(14)의 플레이트(58)는 도 35a 및 도 35b에 도시된 것처럼 무인 자율 차량(Unmanned Autonomous Vehicle, UAV)(134) 또는 다른 그런 차량 또는 장치에 통합되거나 다른 방식으로 부착되어 무선 전력이 UAV 및 그것의 온보드 전력 시스템 및/또는 전력 저장 장치로 전달되게 할 수 있다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)가 공공 장소 또는 공동 구역에 배치되는 장치에 통합됨으로써, 1인 이상의 사람이 송신 체적(20) 내에 들어가서 적어도 하나의 수신기(14)를 포함한 자신의 장치로 무선 전력을 수신하게 할 수 있다. 무선 전력 송신을 위한 이러한 공개적으로 이용 가능한 구역은 공개적으로 이용 가능한 무선 인터넷 액세스 구역이기 때문에 핫스팟(HotSpot)이라고 부른다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 앞 단락에서 설명한 핫스팟을 형성하기 위해 사용될 수 있는 장치에 통합되며, 핫스팟은 비제한적인 예를 들자면, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)가 통합되거나 다른 방식으로 접속된 휴대용 발전 소스 또는 휴대용 전력 저장 소스를 일련의 군인들이 운반하는 군사 임무와 같은 특수 응용을 위해 이동 가능할 수 있다.
다른 응용에 있어서, 송신기(12) 및 송신기 안테나(16)는 역시 이동 가능할 수 있는, 핫스팟을 형성하기 위해 사용되는 장치에 통합된다. 이 장치는 장치에 통합된 수신기(14) 및 플레이트(58)를 또한 구비하여, 무선 전력을 전송 및 수신하는 전력 송수신기(transceiver)에 의해 장치를 효율적으로 구성할 수 있다.
다른 응용에 있어서, 전술한 임의의 수신기 장치는 무선 전력 송수신기일 수 있다. 즉, 송수신기 장치는 무선 전력을 수신 및 송신할 수 있다.
지금까지 각종 실시형태를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에 숙련된 사람이라면 첨부된 특허청구범위에 의해 규정되는 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 각종 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (47)

  1. 무선 전계 전력 송신 시스템에 있어서,
    송신기 안테나와, 상기 송신기 안테나와는 별개인 코일을 포함하는 송신기로서, 상기 송신기 안테나는 체적을 규정하는 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함하며, 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 상기 코일과 공진하여 상기 체적에서 리액턴스성 근접장(reactive near electric field)을 발생시키도록 구성되고, 상기 송신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인, 상기 송신기와;
    적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함한 수신기 안테나를 포함하는 적어도 하나의 수신기
    를 포함하고,
    상기 수신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행하고, 상기 송신기 안테나는, 상기 수신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트가 상기 체적 내에 있을 때 공진하는 리액턴스성 근접장 결합을 통해 상기 적어도 하나의 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 것인 무선 전계 전력 송신 시스템.
  2. 무선으로 전력을 송신하는 방법에 있어서,
    송신기 안테나와, 상기 송신기 안테나와는 별개인 코일을 제공하는 단계로서, 상기 송신기 안테나는 체적을 규정하는 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함하며, 상기 송신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인, 상기 송신기 안테나와 상기 코일을 제공하는 단계와;
    송신기 공진 주파수에서 상기 코일과 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 공진시키는 단계와;
    공진을 통해, 상기 체적 내에서 리액턴스성 근접장을 발생시키는 단계와;
    적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함한 수신기 안테나를 상기 체적 내에 배치하는 단계로서, 상기 수신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인, 상기 수신기 안테나를 상기 체적 내에 배치하는 단계와;
    상기 수신기 안테나를 상기 송신기 공진 주파수에서 공진시키는 단계와, 이로써 상기 송신기 안테나로부터 상기 수신기 안테나로 전력을 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  3. 무선으로 전력을 전송하는 방법에 있어서,
    송신기 안테나와, 상기 송신기 안테나와는 별개인 코일을 제공하는 단계로서, 상기 송신기 안테나는 체적을 규정하는 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함하며, 상기 송신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인, 상기 송신기 안테나와 상기 코일을 제공하는 단계와;
    상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트와 상기 코일을 시동 주파수(start-up frequency)에서 공진시키는 단계와;
    상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트와 상기 코일을 이들의 공진 주파수에 동조시키는(tuning) 단계와;
    상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트에 의해 규정되는 체적 내에 리액턴스성 근접장을 발생시키는 단계와;
    적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함한 수신기 안테나를 구비하는 수신기를 상기 체적 내에 배치하는 단계로서, 상기 수신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인, 상기 수신기를 상기 체적 내에 배치하는 단계와;
    상기 수신기 안테나의 상기 적어도 2개의 도전성 플레이트 상에 전위차를 축적하는 단계와;
    상기 수신기 안테나를 상기 공진 주파수에서 공진시키는 단계와;
    상기 수신기 안테나로부터 전력을 수집하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
  4. 무선으로 전력을 송신하는 송신기에 있어서,
    리액턴스성 근접장을 발생시키는 송신기 안테나로서, 상기 송신기 안테나는 체적을 규정하는 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함하며, 상기 송신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인, 상기 송신기 안테나와;
    상기 송신기 안테나에 접속되며, 상기 송신기 안테나와는 별개인 코일과;
    상기 코일에 접속되는 공진기
    를 포함하고,
    상기 공진기는, 공진 주파수에서 상기 코일 및 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 공진시켜서, 공진한 리액턴스성 근접장 결합을 통해, 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함한 수신기 안테나에 전력을 전송하기 위한 것이며, 상기 공진기는 상기 송신기를 자동으로 동조시키도록 구성된 자동 동조 회로를 포함하고, 상기 수신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 송신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 체적을 규정하도록 측방향으로(laterally) 이격되는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  6. [청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제4항에 있어서, 상기 송신기 안테나는 체적을 규정하는 6개의 도체를 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  7. 제4항에 있어서, 상기 송신기 안테나의 각각의 도전성 플레이트는 도전성 테이프로 형성되는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  8. [청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제4항에 있어서, 상기 코일은 스트랜드 와이어(strand wire)를 이용하여 구성되는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  9. [청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제4항에 있어서, 상기 코일은 토로이드 스파이럴(toroid spiral), 원통형 스파이럴, 플랫 스파이럴 또는 팬케이크 코일인 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  10. 제4항에 있어서, 상기 자동 동조 회로는 상기 송신기 안테나에 대한 신호를 부스팅하도록 구성된 회로를 더 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 회로는 전압 이득, 전류 이득 및 전력 증폭기 중 적어도 하나를 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  12. [청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제11항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 푸시풀(push-pull) 전력 증폭기인 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  13. 제4항에 있어서, 상기 자동 동조 회로는 상기 자동 동조 회로 내에서 신호를 지연시키도록 구성된 지연선을 더 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  14. [청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제13항에 있어서, 상기 지연선은 직렬 접속된 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 인버터를 포함한 액티브 인버터 지연 체인인 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  15. 제4항에 있어서, 상기 자동 동조 회로는 상기 송신기의 출력 신호를 디커플링시키도록 구성된 디커플링 회로를 더 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 디커플링 회로는 발룬(balun)을 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  17. 제4항에 있어서, 상기 자동 동조 회로는 피드백 신호를 제공하도록 구성된 전류 감지 회로를 더 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  18. [청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제4항에 있어서, 상기 자동 동조 회로는 상기 자동 동조 회로에 시동 신호를 주입하도록 구성된 발진기를 더 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  19. 제4항에 있어서, 상기 공진기는, 조건이 발생할 때 상기 송신기의 출력 신호를 수정하도록 구성된 수정 회로를 더 포함하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 수정 회로는, 상기 조건이 발생할 때 상기 출력 신호의 전력 레벨을 조정하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  21. [청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제19항에 있어서, 상기 수정 회로는, 상기 조건이 발생할 때 상기 송신기의 출력을 차단(shut-off)하는 것인 무선으로 전력을 송신하는 송신기.
  22. 제4항에 기재된 송신기를 포함하는 차량.
  23. 제4항에 기재된 송신기를 포함하는 테이블.
  24. 제4항에 기재된 송신기를 포함하는 용기.
  25. [청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제24항에 있어서, 상기 용기는 전자계(EMF, electromagnetic field) 누설을 방지하도록 차폐되는 것인 용기.
  26. [청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제25항에 있어서, 상기 용기가 닫혀질 때 전계 강도가 상승하는 것인 용기.
  27. 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기에 있어서,
    적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함한 수신기 안테나로서, 상기 수신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인, 상기 수신기 안테나와;
    상기 수신기 안테나에 접속되며, 상기 수신기 안테나와는 별개인 코일과;
    상기 코일에 접속되는 전력 수확기(power harvester)
    를 포함하고,
    상기 전력 수확기는, 상기 코일 및 상기 적어도 2개의 도전성 플레이트를 공진 주파수에서 공진시켜서, 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트를 포함한 송신기 안테나에 의해 발생한 체적 내의 리액턴스성 근접장으로부터 전력을 추출하며, 상기 송신기 안테나의 상기 적어도 2개의 연장된 도전성 플레이트는 그 주축을 따라 평행한 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 수신기 안테나의 상기 도전성 플레이트는 상기 코일 및 상기 전력 수확기를 수용하는 하우징의 외부에 있는 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  29. [청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제27항에 있어서, 상기 수신기 안테나의 상기 도전성 플레이트는 직사각형인 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  30. [청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제27항에 있어서, 상기 수신기 안테나의 상기 도전성 플레이트는 금속성인 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  31. [청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제27항에 있어서, 상기 코일은 스트랜드 와이어 또는 인덕터로 구성되는 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  32. [청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제27항에 있어서, 상기 코일은 토로이드, 원통형 스파이럴, 플랫 스파이럴 또는 팬케이크 코일인 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  33. 제27항에 있어서, 상기 전력 수확기는, 조건이 발생할 때 상기 수신기에 의해 수신된 신호를 수정하도록 구성된 수정 회로를 더 포함하는 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  34. [청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제33항에 있어서, 상기 수정 회로는, 상기 조건이 발생할 때 상기 수신기에 의해 수신된 신호를 조정하는 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  35. 제33항에 있어서, 상기 수정 회로는 전압 컨버터, 정류기, 또는 전압 컨버터와 정류기 둘 다인 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  36. 제27항에 있어서, 임피던스 매칭 회로를 더 포함하는 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  37. 제36항에 있어서, 상기 임피던스 매칭 회로는 발룬을 포함하는 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  38. 제27항에 기재된 수신기를 포함하며, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 백팩(backpack).
  39. [청구항 39은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제38항에 있어서, 상기 수신기에 접속된 배터리 충전기를 더 포함하는 백팩.
  40. [청구항 40은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제39항에 있어서, 상기 배터리 충전기에 배터리가 없을 때 충전하도록 구성된 수신기에 접속되는 적어도 하나의 충전식 배터리를 더 포함하는 백팩.
  41. 제27항에 기재된 수신기를 포함하며, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 무선 통신 장치.
  42. 제27항에 기재된 수신기를 포함하며, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 컴퓨팅 장치.
  43. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수신기는 상기 수신기 안테나에 접속된 수신기 코일을 포함하고, 상기 수신기 코일은 상기 수신기 안테나와는 별개이며, 상기 수신기 안테나와 상기 수신기 코일은 공진 주파수에서 공진하는 것인 무선 전계 전력 송신 시스템.
  44. 제2항에 있어서, 상기 수신기 안테나를 공진시키는 단계는, 상기 수신기 안테나에 접속된 수신기 코일을 상기 송신기 공진 주파수에서 공진시키는 단계를 더 포함하고, 상기 수신기 코일은 상기 수신기 안테나와는 별개인 것인 무선 전력 송신 방법.
  45. 제3항에 있어서, 상기 수신기는 상기 수신기 안테나에 접속된 수신기 코일을 더 포함하고, 상기 수신기 코일은 상기 수신기 안테나와는 별개이며, 상기 수신기 안테나를 공진시키는 단계는, 상기 수신기 코일을 상기 공진 주파수에서 공진시키는 단계를 더 포함하는 것인 무선 전력 전송 방법.
  46. 제27항에 있어서, 상기 전력 수확기는 상기 전력 수확기를 자동으로 동조시키도록 구성된 자동 동조 회로를 더 포함하는 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
  47. 제35항에 있어서, 상기 수정 회로는 정류기이고, 상기 수신기는 상기 정류기에 전기적으로 접속된 부하를 더 포함하는 것인 무선으로 송신된 전력을 수신하는 수신기.
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