KR20100024518A - 커플링된 안테나를 이용한 무선 에너지 전달 - Google Patents

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Abstract

전력 송신 시스템은 수신기에 무선으로 커플링된 소스에서 자기장을 생성한다. 소스 및 수신기 모두는 공진에서 또는 그 근처에서 구동되는 용량적으로 커플링된 LC 회로이다.

Description

커플링된 안테나를 이용한 무선 에너지 전달{WIRELESS ENERGY TRANSFER USING COUPLED ANTENNAS}
전자기장을 가이드하기 위해 와이어를 사용하지 않고 소스로부터 수신지로 전기 에너지를 전달하는 것이 바람직하다. 이러한 에너지의 무선 전달은, 다수의 전자기장 전문가 - 20세기 초에 가장 유명한 니콜라 테슬라에 의해 역사적으로 시도되었다. 이들 이전의 시도의 어려움은 전달된 불충분한 전력량과 함께 낮은 효율성이었다.
본 출원은 무선 전기 에너지 전달을 교시하고, 이러한 에너지 전달을 위한 특정한 기술을 교시한다.
양태들이 특정한 안테나, 및 송신기와 수신기 사이의 특정한 타입의 커플링을 설명한다.
이제, 이들 및 다른 양태들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 은, 자기파 기반 무선 전력 송신 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2 는, 도 1 의 도면에서의 회로의 회로도를 예시한다.
도 3 은, 예시적인 근거리 장 (near field) 조건 플롯을 예시한다.
도 4-8 은, 예시적인 송신 안테나를 예시한다.
도 9 는, 예시적인 수신 안테나를 예시한다.
도 10a-10c 는, 그 수신 안테나의 데이터 플롯을 예시한다.
본 출원은 전자기장 커플링을 통한 전력 소스로부터 전력 수신지로의 에너지의 전달을 설명한다. 실시형태들은 신규한 커플링 구조, 예를 들어, 송신 및 수신 안테나에 대한 기술을 설명한다.
주로 자기장 컴포넌트를 사용하여, 유도성 커플링을 통해 메인 커플링이 발생하는 바람직한 실시형태가 도시되어 있다. 도 1 에 도시된 실시형태에서, 예를 들어, 에너지는 송신 안테나의 영역에서 정지 자기파 (stationary magnetic wave) 로서 형성된다. 생성되는 에너지는 적어도 부분적으로 비방사형 정지 자기장이다. 생성된 장은 전체적으로 자기적인 것은 아니고 전체적으로 정지적인 것도 아니지만, 적어도 일부가 자기적이고 정지적이다. 공간으로 계속 전파하고 그 에너지를 소모하는 이동하는 전자기파와 다르게, 정지 자기파의 적어도 일부는 송신 안테나의 영역에 남아 있고 개시된 기술에 의해 이용가능하게 된다.
다른 실시형태들은, 주로 정전기 및/또는 전기역학 장 커플링에 또한 동일하게 적용가능한 실시형태들의 유사한 원리를 사용할 수도 있다. 일반적으로, 전기장은 자기장 대신에 프라이머리 커플링 메카니즘으로서 사용될 수 있다.
실시형태의 일 양태는, 사용된 전자기장, 전압 또는 전류의 정현 파형에 대해 사용된 셀프-공진 주파수에서 커플링 구조 (주로, 안테나) 의 소위 Q-팩터의 증가를 통한 높은 효율성의 사용이다. 전력량 및 효율성이 단일의 실질적으로 변조되지 않은 사인파를 사용하는 시스템 보다 우수하다는 것을 발견하였다. 특히, 그 성능은 상이한 주파수의 복수의 개별 정현 파형 또는 광대역 파형에 포함된 전력의 캡처를 시도하는 광대역 시스템 보다 우수하다. 다른 실시형태들은, 사용된 재료의 현실 세계 특징을 인정하여, 덜 순수한 파형을 사용할 수도 있다.
상대적으로 높은 Q 팩터를 갖는 작은 공진 안테나를 인에이블하는 기술이 여기에 설명된다. 공진 디바이스의 Q 는 공진 디바이스의 소위 "3 dB" 또는 "하프 전력" 대역폭에 대한 공진 주파수의 비율이다. 공진 회로 엘리먼트의 값 또는 측정에 관하여 Q 를 설명하기 위해, 여러 "정의" 가 존재하지만, 모두는 서로에 대해 실질적으로 등가이다.
기본적인 실시형태가 도 1 에 도시되어 있다. 전력 송신기 어셈블리 (100) 가 소스, 예를 들어, AC 플러그 (102) 로부터 전력을 수신한다. 에너지를 안테나 (110), 여기에서는 공진 안테나에 커플링하기 위해 주파수 생성기 (104) 가 사용된다. 안테나 (110) 는 높은 Q 공진 안테나 부분 (112) 에 유도적으로 커플링된 유도성 루프 (111) 를 포함한다. 공진 안테나는, 각 루프가 반경 RA 를 갖는 N 개의 코일 루프 (113) 를 포함한다. 가변 커패시터로서 여기에 도시되어 있는 커패시터 (114) 는 코일 (113) 과 직렬이고, 공진 루프를 형성한다. 이 실시형태에서, 커패시터는 코일로부터 전체적으로 분리된 구조이지만, 특정한 실시형태들에서는, 코일을 형성하는 와이어의 셀프 커패시턴스는 커패시턴스 (114) 를 형성할 수 있다.
주파수 생성기 (104) 는 바람직하게는, 안테나 (110) 에 동조될 수 있으며, FCC 컴플라이언스를 위해 또한 선택될 수 있다.
이러한 실시형태는 다방향성 안테나를 사용한다. 115 는 에너지를 모든 방향에서의 출력으로서 도시한다. 안테나 (100) 는, 안테나의 출력 중 많은 부분이 전자기 방사형 에너지가 아니라, 오히려 더욱 정지적인 자기장이라는 점에서, 비방사형이다. 물론, 안테나로부터의 출력의 일부는 실제로는 방사할 것이다.
다른 실시형태는 방사형 안테나를 사용할 수도 있다.
수신기 (150) 는 송신 안테나 (110) 로부터 거리 D 만큼 떨어져 위치된 수신 안테나 (155) 를 포함한다. 수신 안테나는 유사하게, 유도성 커플링 루프 (152) 에 커플링된 코일 부분 및 커패시터를 갖는 높은 Q 공진 코일 안테나 (151) 이다. 커플링 루프 (152) 의 출력은 정류기 (160) 에서 정류되며, 부하에 인가된다. 이 부하는 임의의 타입의 부하, 예를 들어, 전구와 같은 저항 부하, 또는 전기 기구, 컴퓨터, 재충전가능 배터리, 음악 플레이어 또는 자동차와 같은 전자 디바이스 부하일 수 있다.
자기장 커플링을 실시형태로서 여기에서 대부분 설명하였지만, 에너지는 전기장 커플링 또는 자기장 커플링을 통해 전달될 수 있다.
전기장 커플링은 개방 커패시터 또는 유전체 디스크인 유도적으로 로딩된 전기 다이오드를 제공한다. 외부적인 오브젝트는 전기장 커플링에 대해 상대적으로 강한 영향을 제공할 수도 있다.
임의의 외부적인 오브젝트에 대해 약한 영향을 가지며, 많은 외부적인 오브젝트가 "빈 (empty)" 공간과 동일한 자기 특성을 갖기 때문에, 자기장 커플링이 바람직할 수도 있다.
실시형태는 용량적으로 로딩된 자기 쌍극자를 사용하는 자기장 커플링을 설명한다. 이러한 쌍극자는, 안테나를 공진 상태로 전기적으로 로딩하는 커패시터와 직렬인, 코일의 적어도 하나의 루프 또는 턴 (turn) 을 형성하는 와이어 루프로 형성된다.
도 2 는, 에너지 전달을 위한 등가 회로를 도시한다. 송신 회로 (100) 는 고주파수 생성기 (205) 의 주파수에서 공진하는 RLC 부분을 갖는 직렬 공진 회로이다. 송신기는, 직렬 저항 (210), 및 유도성 코일 (215), 및 가변 커패시턴스 (220) 를 포함한다. 이것은 자력선 (225) 으로서 도시된 자기장 (M) 을 생성한다.
신호 생성기 (205) 는 유도성 루프에 의한 공진에서 송신 공진기의 저항에 바람직하게 매칭되는 내부 저항을 갖는다. 이것은 송신기로부터 수신기 안테나로의 최대 전력의 전달을 허용한다.
이에 대응하여, 수신 부분 (150) 은, 조정된 출력 전압을 제공하기 위한 커패시터 (250), 변압기 코일 (255), 정류기 (260), 및 조정기 (261) 를 포함한다. 출력은 부하 저항 (265) 에 접속된다. 도 2 는 반파 정류기 (half wave rectifier) 를 도시하지만, 더욱 복잡한 정류기 회로가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 정류기 (260) 및 조정기 (261) 의 임피던스는 공진에서 수신 공진기의 저항에 매칭된다. 이것은 최대 전력량을 부하로 전달할 수 있게 한다. 저항은, 내부 및 외부 유전체 손실 모두 뿐만 아니라, 표피 효과/근접 효과, 방사 저항을 고려한다.
완전한 공진 송신기는, 상이한 공진 주파수를 갖는 모든 다른 인접 공진 오브젝트를 무시하거나 이와 최소로 반응한다. 그러나, 적절한 공진 주파수를 갖는 수신기가 송신 안테나의 장 (225) 과 만날 때, 이 두 개가 커플링하여 강한 에너지 링크를 확립한다. 사실, 송신기 및 수신기는 느슨하게 커플링된 변압기가 되도록 동작한다.
발명자들은, 송신기로부터 수신기로의 전력의 전달을 개선시키는 다수의 팩터를 발견하였다.
상술한 회로의 Q 팩터는 특정한 효율성을 도울 수 있다. 높은 Q 팩터는 공진 주파수에서 증가된 전류의 값을 허용한다. 이것은 상대적으로 낮은 와트수에 걸쳐 송신을 유지하는 것을 가능하게 한다. 일 실시형태에서, 송신기 Q 는 1400 일 수도 있는 반면에, 수신기 Q 는 약 300 이다. 여기에서 설명한 이유로, 일 실시형태에서, 수신기 Q 는 송신기 Q 보다 많이 낮을 수도 있다 (예를 들어, 송신기 Q 의 1/4 내지 1/5). 그러나, 다른 Q 팩터가 사용될 수도 있다.
높은 Q 는 협대역폭 효과의 대응하는 단점을 갖는다. 이러한 협대역폭은 통상적으로 데이터 통신에 대해 바람직하지 못한 것으로서 고려되었다. 그러나, 협대역폭은 전력 전달에서 사용될 수 있다. 높은 Q 가 사용될 때, 송신기 신호는 충분하게 순수하고 원치않는 주파수 또는 위상 변조가 없어서, 이러한 협대역폭에 걸쳐 대부분의 전력의 송신을 허용한다.
예를 들어, 실시형태는 13.56 MHz 의 공진 주파수 및 약 9 kHz 의 대역폭을 사용할 수도 있다. 이것은 실질적인 변조되지 않은 기본파 주파수에 대해 매우 사용가능하다. 그러나, 특히 다른 팩터가 효율을 증가시키기 위해 사용되는 경우에,기본파 주파수에 대한 일부 변조가 허용될 수도 있거나 허용가능할 수도 있다. 다른 실시형태들은 낮은 Q 컴포넌트를 사용하며, 기본파에 대한 대응하는 더 많은 변조를 허용할 수도 있다.
중요한 특징은, FCC 조정과 같은 조정에 의해 허용되는 주파수의 사용을 포함할 수도 있다. 이러한 예시적인 실시형태에서의 바람직한 주파수는 13.56 MHz 이지만, 다른 주파수들이 또한 사용될 수도 있다.
또한, 저항이 용량성 리액턴스에 비해 작을 수도 있기 때문에, 커패시터는 높은 전압, 예를 들어, 1000 V 만큼 높은 전압을 견딜 수 있어야 한다. 최종의 중요한 특징은, 시스템이 작은 폼 팩터 (form factor) 에 있어야 한다는 패키징이다. Q 팩터는,
Figure pct00001
로서 표현될 수 있고,
여기서,
값 L 은 공진기의 인덕턴스를 나타낸다. 이러한 인덕턴스는 공진기와 그것의 안테나의 지오메트리에 의해 제공된다.
값 C 는, 전기장으로 에너지를 저장하는 고유 커패시턴스를 포함하는 커패시턴스를 나타낸다. 외부 커패시터 뿐만 아니라, 인덕터의 셀프 커패시턴스 모두는 전체 커패시턴스의 일부를 형성한다.
값 R 은 인덕터의 코일 저항, 및 방사 저항에 의해 형성된 공진기의 저항을 나타낸다. 이들은, R 이 증가할 때 공진기의 Q 를 일괄적으로 낮춘다.
이들 값 모두는 공진기의 Q 또는 품질 팩터를 함께 형성한다. Q 는 일반적으로, 공진기가 자기 에너지를 얼마나 잘 생성하고 수신하는지를 나타낸다. C 및 R 을 낮게 유지함으로써, 코일의 L 은 가장 우세한 팩터일 수도 있다.
일 실시형태에서 가능한한 많이 Q 를 증가시키는 것이 바람직하다. 따라서, 특정한 값이 고려되어야 한다.
상술된 바와 같이, Q 가 R 에 반비례하기 때문에, 높은 저항은 Q 를 낮춘다. R 은 2개의 부분, 방사 저항 뿐만 아니라 저항 손실 프로세스를 갖는다.
루프 안테나에 대해, 방사 저항은,
Figure pct00002
과 동일하고, 여기서, rA 는 코일의 반경을 나타낸다.
따라서, 방사는 주파수의 4승, 반경의 4승, 및 턴의 수의 제곱에 의존한다.
손실 저항은,
Figure pct00003
와 같이 평가될 수 있다.
이것은, 주파수의 제곱근, 와이어 치수 및 재료, 및 소위 근접 효과에 의존한다.
커패시턴스에 대한 값은,
Figure pct00004
이다.
이것은 또한, 와이어의 물리적 치수 뿐만 아니라 턴의 수에 의존한다.
판 커패시터 (plate capacitor) 에 대해, 외부 커패시턴스는 대략,
Figure pct00005
와 동일하고, 이것은 판의 면적 뿐만 아니라 2개의 판 사이의 거리에 의존한다.
마지막으로, 인덕턴스
Figure pct00006
는 턴의 수의 제곱 및 반경의 제곱에 의존한다.
상술한 바와 같이, 높은 Q 는 예를 들어, 5 KV 까지의 높은 전압을 생성할 수도 있다. 이들 리액티브 전압은,
Figure pct00007
에 따라 평가될 수도 있다.
실시형태의 중요한 특징은, 전력 소스, 예를 들어, 송신기와 부하, 예를 들어, 수신기 사이의 관계에 기초한다. 소스와 부하 사이의 커플링의 효율성은 회로의 Q 팩터, 회로의 기계적 특징 (대부분, 와이어 사이징), 및 이들 사이의 거리에 기초한다.
0.3 보다 작은 효율성
Figure pct00008
에 대해, 효율성은,
Figure pct00009
와 같이 이론적으로 표현될 수 있다.
이것은 Q2 에 비례하고, 거리의 6승에 반비례하며, 반경에 정비례한다.
근거리장에서의 에너지 전달에 대해, 특수한 종류의 분석이 고려되어야 한다. 발명자들은, 이용가능한 전력이 RF 코일의 근거리장에서 셋업되는 정지 파로부터 획득될 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 실시형태를 위해, 근거리장은 관심 주파수에 대해
Figure pct00010
이도록 고려된다. 도 3 은, 13.56 MHz 에 대한 근거리장이 송신 안테나의 중심으로부터 대략 3.5m 를 어떻게 확장하는지를 예시한다.
다른 제약이 방사 노출 제한에 의해 부과될 수도 있다.
13.56 MHz 주파수에서, 노출은 60
Figure pct00011
[
Figure pct00012
대신에 W/m2 으로 표현] 아래로 유지되어야 한다. 따라서, 다른 목적은 10m 에서 이러한 값 이하를 유지하는 것을 요구한다.
다른 중요한 문제는 특정한 안테나 타입으로 인한 것이다.
도 4 는, 목제 프레임상에서 원형 루프를 사용하는 제 1 실시형태를 예시한다. 루프는 메인 루프 (410) 와 직렬인 변화하는 부분 (405) 을 갖는 가변 커패시터일 수도 있는 커패시터 (400) 에 접속된다. 이것은 와이어의 하나 또는 여러 루프로 형성될 수도 있고, 바람직하게는 동축으로 감길 수도 있다. 코일은 탑재 디바이스 (418) 에 의해 목제 프레임 (415) 에 탑재된다.
안테나는 3 MHz 에서 약 90 의 Q 를 갖는 것으로 설명된다. 이것은 작은 구리 표면으로 인해 높은 손실을 갖는다.
도 5 는, 9 MHz 와 15 MHz 사이에서 동작할 수 있으며, 1300 의 Q 를 갖는 것으로 설명된 솔레노이드 안테나를 예시한다. Q 는 솔리드 오브젝트로부터 이격된 절연 스트링을 통해 공중에 현수되는 경우에, 예를 들어, 2200 까지 매우 증가될 수도 있다. 이러한 안테나 (500) 의 루프 부분은 전력을 솔레노이드 부분 (505) 으로 유도한다. 도 5 의 솔레노이드 안테나는 특정한 환경에서 최상의 성능을 생성할 수도 있다.
직사각형 루프 안테나가 도 6 에 도시되어 있다. 이러한 안테나는 루프 부분 (700), 가변 커패시터일 수도 있는 용량성 부분 (705, 706) 으로 형성된다. 이러한 안테나는 12 MHz 내지 14 MHz 의 동조가능한 범위에 걸쳐 약 700 의 Q 를 갖는다. 유도 부분 및 정상 루프 모두는 실질적으로 공면이며, 따라서, 이러한 폼 팩터가 예를 들어, 랩탑 컴퓨터에서 이용가능하다.
도 7 은 모두 함께 홀딩된 다수의 개별 루프 (700, 702, 704) 에 의해 형성된 차폐 플랫 패널 안테나를 예시한다. 각 루프 (700) 는 대응하는 가변 커패시터 (706) 를 갖는다. 이러한 안테나는 8 MHz 와 10 MHz 사이에서 약 100 의 Q 를 생성한다. 이것은 동축 케이블의 커패시턴스로 인해 낮은 L/C 비율을 가질 수도 있지만, 다른 패키징 이점을 갖는다.
유도성 루프 (800), 및 커패시터 (810) 와 직렬인 단일 루프 (805) 로 형성된 플랫 패널 안테나 (805) 를 포함하는 비차폐 플랫베드 안테나가 도 8 에 도시되어 있다. 이것은 약 450 의 Q 를 가지며, 약 9 MHz 와 15 MHz 사이에서 동조가능하다.
이들 테스트 및 실험 모두에 기초하여, 출원인은 이러한 타입의 안테나를 사용하는 무선 전력 커플링이 2 m 보다 작은 짧은 범위의 애플리케이션에 대해 10% 이상의 전달 효율을 허용한다고 결론지었다. 동시에, 적법한 노출 제약하에서 전달가능한 전력은 5 W 보다 작다. 소정의 Q 팩터에 대해, 전달 효율은 주파수에 독립적이게 된다. 그러나, 각 안테나 폼 팩터에 대해 최적의 주파수가 존재할 수도 있다.
수신 안테나를 도시하는 실시형태가 도 9 에 도시되어 있다. 이것은 40 × 90 mm 플랫 패널상에서 매우 작은 수동으로 동조가능한 안테나이다. 안테나는 2개의 가변 커패시터 (900, 902) 와 직렬인 와이어의 다중 코일을 갖는다. 다른 유사한 사이즈가 또한 사용될 수도 있으며, 예를 들어, 다른 실시형태는 수동으로 동조가능한 60 × 100 mm 플랫 패널의 작은 안테나를 설명한다. 또 다른 실시형태는 수동으로 동조가능한 120 × 200 mm 플랫 패널의 중간 안테나이다. 큰 안테나는 또한 수동으로 동조가능한 240 × 310 mm 이다.
도 10a-10c 는 도 9 의 안테나와 사용하기 위한 실제 결과를 그래프적으로 예시한다. 도 10a 는 13.9 MHz 의 측정된 공진 주파수를 예시한다. 도 10b 는 이러한 안테나가 약 1 피트에서 어떻게 3 dB 포인트를 갖는지를 예시한다. 그러나, 예기치 않게, 10 인치 아래에서는, 수신된 전력 값은 내려가고 올라가지 않는다. 이것은, 송신 안테나의 근거리장에 있는 수신 안테나가 송신기를 디튜닝 (detuning) 함으로써 송신 안테나 장과 실제로 상호작용하기 때문이다. 따라서, 중요한 특징은, 안테나가 원치않는 디튜닝을 회피하거나 최소화할 수 있기 위해 정해진 제한내에서 이러한 디튜닝을 유지하며, 송신기와 수신기 사이의 거리를 충분히 멀리 유지하도록 시스템을 설계하는 것이다. 그러나, 안테나 시스템은 최대 및 최소 이용가능한 거리 모두를 갖도록 의도적으로 허용된다. 도 10c 는 값들을 갖는 차트를 도시함으로써, 이들 예시적인 안테나가 사용될 수 있는 이용가능한 범위를 예시한다. 여기서, 거리 범위는 대략 0.15 내지 0.2 m (6 - 8 인치) 와 0.5 m (20 인치) 사이이다. 그러나, 다른 안테나 쌍으로는, 최소 거리가 0.05 m (2 인치) 만큼 낮을 수도 있거나, 0.3 m (12 인치) 만큼 높을 수도 있다.
더욱 일반적인 목적을 실행하는 상이한 방식을 실시하기 위해 사용될 수 있는 일반 구조 및 기술, 및 더욱 특정한 실시형태들을 여기에 설명한다.
몇몇의 실시형태들만을 상기에 상세히 개시하였지만, 다른 실시형태들이 가능하며, 발명자들은 이들을 본 명세서내에 포함하도록 의도한다. 명세서는 다른 방식으로 달성될 수도 있는 더욱 일반적인 목적을 달성하기 위한 특정한 예를 설명한다. 본 개시물은 예시적인 것으로 의도되며, 청구범위는 당업자에게 예측가능할 수도 있는 임의의 변경물 또는 대안물을 커버하도록 의도된다. 예를 들어, 가변 커패시터가 언급된 곳에서는, 고정 커패시터가 대체될 수도 있다.
여기에 설명된 바람직한 구현은, 단순화를 위해 단일의 쌍극자 직렬 공진 안테나를 이용하지만, 일반적으로, 다중 안테나의 어레이가, 수신 안테나를 향하고 "빈" 공간을 향하지 않는 파에서 대부분의 전자기 전력을 정형하거나 다이렉트하기 위해 사용될 수도 있다.
다른 실시형태들에서 당업자에게 널리 공지된 각 안테나에서의 정현파 위상 및 진폭의 조정을 통한 방향성의 제어를 위한 방법은, 풀 전력을 수신기로 송신하기 이전에 수신기가 위치된 위치를 결정하기 위한 "스니핑 (sniffing)" 이라 칭하는 완전하게 다른 프로세스를 옵션으로 사용할 수도 있다. 풀 전력 흐름이 확립되기 이전에, 만약에 있다면, 수신기의 존재 및 위치를 결정하기 위해 방향성 빔에 의해 송신기를 둘러싸는 공간을 스캔하기 위해 제한된 시간 간격 동안 송신기를 턴 온한다.
또한, 부분 비소멸파를 생성하는 기술에 대해 의도적 부분 소멸파를 생성하는 기술을 비교할 때, 다수의 구성에서, 2개의 결과 사이에는 사실상 차이가 거의 존재하지 않을 수도 있다. 부분적으로는, 의도된 설계가 비소멸파를 생성하려 할 때에도, 근거리장의 일부가 소멸되기 때문이다. 따라서, 송신 안테나 근처의 공간의 부분에서의 소멸파의 단순한 존재는 역사적으로 널리 공지된 현상이며, 임의의 특정한 방식으로 소멸파의 특성을 이용한다는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 발명자들은, "~하는 수단" 이라는 단어를 사용하는 청구항들만이 35 USC 112, 제 6 절하에서 해석되는 것으로 의도하였다. 또한, 명세서로부터의 제한이 청구범위에 명백하게 포함되지 않는 한, 그 제한이 임의의 청구범위로 기재되도록 의도되지 않는다. 여기에 설명된 컴퓨터는 임의의 종류의 컴퓨터, 범용 또는 워크스테이션과 같은 어떤 특정한 목적의 컴퓨터일 수도 있다. 컴퓨터는 Windows XP 또는 Linux 를 구동하는 Intel (예를 들어, Pentium 또는 Core 2 duo) 또는 AMD 기반 컴퓨터일 수도 있거나, Macintosh 컴퓨터일 수도 있다. 컴퓨터는 또한, PDA, 셀폰, 또는 랩탑과 같은 핸드헬드 컴퓨터일 수도 있다.
프로그램은 C 또는 Python, Java, Brew 또는 임의의 다른 프로그래밍 언어로 기록될 수도 있다. 프로그램은 저장 매체, 예를 들어, 자기 또는 광, 컴퓨터 하드 드라이브, 메모리 스틱 또는 SD 매체와 같은 착탈식 디스크 또는 매체, 유선 또는 무선 네트워크 기반 또는 블루투스 기반 네트워크 부착 저장부 (NAS), 또는 다른 착탈식 매체에 상주할 수도 있다. 프로그램은 또한, 예를 들어, 로컬 머신으로 신호를 전송하는 서버 또는 다른 머신으로 네트워크를 통해 구동될 수도 있으며, 이것은 로컬 머신이 여기에 설명된 동작을 실행할 수 있게 한다.
특정한 수치 값이 여기에 언급되는 경우에, 이 값은 어떤 다른 범위가 구체적으로 언급되지 않는 한, 본 출원의 교시내에 여전히 있으면서, 20% 만큼 증가 또는 감소될 수도 있다. 특정된 논리적 개념이 사용되는 경우에, 반대의 논리적 개념이 또한 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (41)

  1. 자기장 출력을 생성하기 위해 공진 주파수 근처의 값에서 직렬 공진 안테나를 구동하는 단계로서, 비방사 (non radiative) 안테나가, 와이어 루프에 의해 형성된 유도성 부분, 및 상기 유도성 부분을 형성하는 재료와 분리된 커패시터 부분을 적어도 포함하는 공진 부분들의 결합으로 형성되는, 상기 직렬 공진 안테나를 구동하는 단계; 및
    이용가능한 범위가, 전력이 수신될 수 있는 최소 이용가능한 거리를 갖도록 상기 안테나의 적어도 하나의 특징을 유지하는 단계로서, 그 최소 거리는 수신기가 상기 안테나에 너무 근접할 때의 디튜닝 (detuning) 효과에 의해 설정되는, 상기 안테나의 적어도 하나의 특징을 유지하는 단계를 포함하는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    직렬 공진 부분을 또한 갖는 수신 안테나에서 자기장을 수신하는 단계,
    상기 수신 안테나로부터 이용가능한 전력을 생성하는 단계, 및
    상기 이용가능한 전력을 부하에 커플링하는 단계를 더 포함하는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 최소 이용가능한 거리는, 6 인치와 8 인치 사이인, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 최소 이용가능한 거리는, 2 인치와 4 인치 사이인, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진 주파수를 대략 13.56 MHz의 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비방사 안테나는 대략 1400 의 Q 값을 갖는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 1000 V 를 견딜 수 있는 커패시터 부분을 사용하는 단계를 더 포함하는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동하는 단계를 발생시키기 위해 신호 생성기를 사용하는 단계, 및 상기 신호 생성기의 임피던스를 공진에서 상기 안테나의 저항에 매칭하는 단계를 더 포함하는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 실질적으로 원형 외부 폼 팩터 (form factor) 를 갖는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는 실질적으로 직사각형 외부 폼 팩터를 갖는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나는, 상기 구동하는 단계를 수신하도록 커플링된 제 1 유도성 부분, 및 상기 제 1 유도성 부분으로부터 물리적으로 분리되고 커패시터와 직렬인 와이어의 적어도 하나의 루프로 형성된 제 2 부분을 포함하는 쌍극자인, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 유도성 부분 및 상기 제 2 부분은 상이한 외부 폼 팩터들을 가지는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 유도성 부분 및 외부 부분은 실질적으로 동일한 외부 폼 팩터들을 가지는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은 상기 커패시터 부분에 전기적으로 접속되는, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 커패시터 부분은 가변 커패시터인, 전력을 무선으로 송신하는 방법.
  16. 제 1 공진 송신 부분을 사용하여 자기장을 송신하는 단계;
    제 2 공진 송신 부분에서 상기 자기장을 수신하는 단계; 및
    상기 제 2 공진 송신 부분에서, 상기 자기장으로부터의 전력을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    부하를 구동하기 위해 상기 제 2 공진 송신 부분에서 상기 전력을 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 공진 송신 부분이 상기 제 1 공진 송신 부분에 소정의 양 보다 더 근접할 때 상기 송신하는 단계 또는 상기 수신하는 단계 중 적어도 하나를 디튜닝하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 송신하는 단계는, 상기 자기장을 송신하는 용량적으로 로딩된 자기 쌍극자를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제 1 부분을 사용하여 자기장을 형성하는 단계;
    상기 제 1 부분과 느슨하게 커플링된 변압기를 형성하는 제 2 부분에 상기 자기장을 커플링하는 단계로서, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분으로부터 6 인치 보다 멀리 있는, 상기 자기장을 커플링하는 단계; 및
    상기 제 2 부분에서, 상기 커플링된 자기장으로부터 전력을 복구하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    부하를 구동하기 위해 상기 제 2 부분에서 상기 전력을 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 부분이 상기 제 1 부분에 소정의 양 보다 더 근접할 때 송신하거나 수신하는 것 중 적어도 하나를 디튜닝하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    송신하는 것은, 상기 자기장을 송신하는 용량적으로 로딩된 자기 쌍극자를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 직렬 공진 안테나; 및
    자기장 출력을 생성하기 위해 공진 주파수 근처의 값에서 상기 직렬 공진 안테나를 구동하는 상기 직렬 공진 안테나용 구동부로서, 상기 직렬 공진 안테나는, 와이어 루프에 의해 형성된 유도성 부분, 및 상기 유도성 부분을 형성하는 재료와 분리된 커패시터 부분을 적어도 포함하는 직렬 공진 부분들의 결합으로 형성되는, 상기 직렬 공진 안테나용 구동부를 포함하며;
    상기 직렬 공진 안테나는, 이용가능한 범위가 전력이 수신될 수 있는 최소 이용가능한 거리를 갖도록 적어도 하나의 특징을 갖고, 그 최소 거리는, 수신기가 상기 직렬 공진 안테나에 너무 근접할 때의 디튜닝 효과에 의해 설정되는, 시스템
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 직렬 공진 안테나의 상기 공진 주파수에 대한 대응하는 공진을 가지며, 부하에 이용가능한 전력을 출력하는 접속부를 갖는 직렬 공진 부분을 또한 갖는 수신 안테나를 더 포함하는, 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 최소 바운드 이용가능한 거리는, 6 인치와 8 인치 사이인, 시스템.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 최소 이용가능한 거리는, 2 인치와 4 인치 사이인, 시스템.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 대략 13.56 MHz 의 값으로 설정되는, 시스템.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 직렬 공진 안테나는 대략 1400 의 Q 값을 갖는, 시스템.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 커패시터 부분은 적어도 1000 V 를 견딜 수 있는, 시스템.
  31. 제 24 항에 있어서,
    상기 직렬 공진 안테나를 구동하는 신호 생성기를 더 포함하며,
    상기 신호 생성기는, 공진에서 비방사 안테나의 저항에 매칭되는 상기 신호 생성기의 임피던스를 갖는, 시스템.
  32. 제 24 항에 있어서,
    상기 직렬 공진 안테나는 실질적으로 원형 외부 폼 팩터를 갖는, 시스템.
  33. 제 24 항에 있어서,
    상기 직렬 공진 안테나는 실질적으로 직사각형 외부 폼 팩터를 갖는, 시스템.
  34. 제 24 항에 있어서,
    상기 직렬 공진 안테나는, 상기 구동을 수신하도록 커플링된 제 1 유도성 부분, 및 상기 유도성 부분과 물리적으로 분리되고 상기 커패시터와 직렬인 와이어의 복수의 코일의 적어도 하나의 루프로 형성된 제 2 부분을 포함하는 쌍극자인, 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 유도성 부분 및 상기 제 2 부분은 상이한 외부 폼 팩터들을 갖는, 시스템.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 유도성 부분 및 외부 부분은 실질적으로 동일한 외부 폼 팩터들을 갖는, 시스템.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은 상기 커패시터 부분에 전기적으로 접속되는, 시스템.
  38. 제 13 항에 있어서,
    상기 커패시터 부분은 가변 커패시터인, 시스템.
  39. 용량적으로 로딩된 자기 쌍극자 안테나로 형성된 제 1 공진 송신 부분; 및
    상기 제 1 공진 송신 부분에 대해 유사한 공진 특징을 갖도록 동조되고, 상기 제 1 공진 송신 부분으로부터 자기장을 수신하며, 상기 자기장으로부터 전력 출력을 생성하는 제 2 공진 수신 부분을 포함하는, 시스템.
  40. 자기장을 형성하는 신호를 수신하도록 접속된, 제 1 LC 회로; 및
    상기 제 1 LC 회로와 느슨하게 커플링된 변압기를 형성하는 제 2 LC 회로를 포함하며,
    제 2 부분은 제 1 부분으로부터 6 인치 보다 멀리 있고, 커플링된 자기장으로부터 전력을 복구하는 접속부를 갖는, 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 제 1 LC 회로는, 상기 자기장을 송신하는 용량적으로 로딩된 자기 쌍극자를 포함하는, 시스템.
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