KR20110114703A - 휴대용 인클로저들에 대한 무선 전력 전송 - Google Patents

휴대용 인클로저들에 대한 무선 전력 전송 Download PDF

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마일스 에이 커비
노박 윌리엄 에이치 본
마이클 제이 맨건
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 휴대용 무선 충전에 관한 것이다. 휴대용 충전 시스템은 휴대용 인클로저 내에 위치된 적어도 하나의 안테나를 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 안테나는 전원으로부터 전력을 수신하고, 적어도 하나의 안테나의 근거리장 내에 위치된 충전가능한 디바이스에 커플링된 수신 안테나로 전력을 무선으로 송신하도록 구성될 수도 있다.

Description

휴대용 인클로저들에 대한 무선 전력 전송 {WIRELESS POWER TRANSFER FOR PORTABLE ENCLOSURES}
35 U.S.C.§119 하에서의 우선권 주장
본 특허 출원은 35 U.S.C.§119(e) 하에서 하기의 미국 가출원들의 우선권을 주장한다.
"WIRELESS CHARGING IN TRAVEL GEAR" 라는 명칭으로 2009년 3월 25일에 출원되어 본 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참조로서 통합되는 미국 가출원 제 61/163,381 호;
"WIRELESS POWER CHARGERS IN CARRYING CASES" 라는 명칭으로 2009년 2월 12일에 출원되어 본 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참조로서 통합되는 미국 가출원 제 61/152,208 호;
"PASSIVE ALIGNER FOR WIRELESS POWER" 라는 명칭으로 2009년 3월 27일에 출원되어 본 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참조로서 통합되는 미국 가출원 제 61/164,263 호;
"WIRELESS CHARGING" 라는 명칭으로 2009년 3월 27일에 출원되어 본 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참조로서 통합되는 미국 가출원 제 61/164,399 호;
"MULTIDIMENSIONAL WIRELESS CHARGER" 라는 명칭으로 2009년 2월 10일에 출원되어 본 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참조로서 통합되는 미국 가출원 제 61/151,290 호.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 무선 충전에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 휴대용 무선 충전 시스템들과 관련된 디바이스들, 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
통상적으로, 휴대 전화와 같은 무선 통신 디바이스의 각각의 배터리 전원 디바이스는 자체 충전기 및 일반적으로 AC 전원 콘센트인 전원을 필요로 한다. 이러한 배터리 전원 디바이스는 다수의 디바이스들이 충전을 요구할 때 다루기 어렵다.
충전될 디바이스와 송신간의 무선 전력 전송에서 사용하는 접근 방식들이 개발되고 있다. 이들은 일반적으로 2개의 카테고리로 분류된다. 하나의 카테고리는 방사된 전력을 수집하여 배터리를 충전하기 위해 정류하는 충전될 디바이스 상의 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 평면파 방사 (또한, 원거리장 (far-field) 방사라 불림) 의 커플링에 기초한다. 안테나들은 커플링 효율을 개선하기 위해 일반적으로 공진 길이로 이루어진다. 이러한 접근 방식은 안테나들 사이의 거리에 따라 전력 커플링이 급격하게 감소한다는 문제를 겪게 된다. 따라서 합리적인 거리 (예컨대, > 1-2m) 에 걸쳐 충전하는 것이 어려워지고 있다. 추가로, 시스템이 평면파를 방사하기 때문에, 필터링을 통해 적절히 제어되지 않으면, 의도하지 않은 방사가 다른 시스템들을 간섭할 수 있다.
다른 접근방식들은 예컨대, "충전" 매트 또는 표면 내에 내장된 송신 안테나 및, 충전될 호스트 디바이스 내에 내장된 정류 회로가 부가되는 수신 안테나 사이의 유도성 커플링에 기초한다. 이러한 접근 방식은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 간격이 매우 가까워야하는 (예컨대, mms) 단점을 갖는다. 이러한 접근 방식은 동일한 영역 내의 복수의 디바이스들을 동시에 충전할 수 있는 능력을 갖지만, 이러한 영역은 사용자가 디바이스들을 특정 영역에 위치시켜야 하기 때문에 통상적으로 작다. 따라서, 송신 안테나와 수신 안테나의 융통성 있는 배치 및 배향을 부응하는 무선 충전 장치를 제공하는 것이 필요하다. 추가로, 사용자들이 그들의 디바이스를 계속해서 충전할 수 있도록 하기 위해, 모바일 플랫폼들인 무선 전력 플랫폼들을 가지는 것이 바람직하다.
도 1 은 무선 전력 전송 시스템의 간략화된 블록도를 도시한다.
도 2 는 무선 전력 전송 시스템의 간략화된 개략도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 예시적인 실시예들에서 사용하기 위한 루프 안테나의 개략도를 도시한다.
도 4a 및 4b 는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 송신 및 수신 안테나용의 루프 안테나들의 레이아웃들을 도시한다.
도 5 는 공면 (coplannar) 및 동축 배치에서 커플링 강도들을 설명하기 위해 송신 안테나에 대하여 수신 안테나의 다양한 배치 포인트들을 도시한다.
도 6 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 송신기의 간략화된 블록도이다.
도 7 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수신기의 간략화된 블록도이다.
도 8 은 송신기와 수신기 사이에 메세징을 실행하기 위한 송신 회로의 일부분의 간략화된 개략도이다.
도 9a - 9d 는 송신기와 수신기 사이에 전력을 송신하기 위한 비컨 전력 모드를 설명하는 간략화된 블록도이다.
도 10 은 존재 검출기를 포함하는 송신기의 간략화된 블록도이다.
도 11 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 적어도 하나의 송신 안테나를 가지는 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 12 는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 적어도 하나의 중계기 안테나를 가지는 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 13a - 13c 는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 다수의 송신 안테나들을 가지는 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 14a 및 14b 는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 서로 다른 평면들로 배향되는 송신 안테나를 가지는 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 15 는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 휴대용 디바이스의 포켓에 근접하게 위치된 송신 안테나를 가지는 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 16 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 하나 이상의 수신 안테나들을 가지는 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 17 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 하나 이상의 수신 안테나들을 가지는 또 다른 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 18 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 의류 제품 내에 통합된 적어도 하나의 안테나를 가지는 휴대용 충전 시스템을 도시한다.
도 19 는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 충전가능한 디바이스를 충전하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 20 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 충전 가능한 디바이스를 충전하는 또 다른 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 21 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 코일 및 코일이 결합된 송신 회로의 블록도이다.
용어 "예시적인"은 본 명세서에서 "일 예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는"을 의미하도록 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인" 것으로 설명되는 임의의 구현은 다른 구현들에서 바람직하거나 유리한 것으로 간주될 필요는 없다.
첨부된 도면과 관련하여 하기에서 설명되는 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예의 설명으로서 지정되지만, 본 발명이 실시될 수 있는 실시예들만을 설명하도록 지정된 것은 아니다. 본 설명의 전반에서 사용되는 용어 "예시적인"은 "일 예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는"을 의미하지만 다른 실시예들에서 바람직하거나 유리하게 해석되어서는 안된다. 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예들의 명확한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항들을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시예들은 이러한 특정 세부사항들 없이 실시될 수도 있음이 당업자에게 인식될 것이다. 일부 예시들에서, 널리 공지된 구조들 및 디바이스들은 본 명세서에서 제시되는 예시적인 실시예들의 신규함을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 블록도 형태로 도시된다.
용어 "무선 전력" 은 본 명세서에서 전기장들, 자기장들, 전자기장들과 연관되거나, 물리적인 전자기 전도체들을 사용하지 않고 송신기로부터 수신기로 송신되는 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다.
도 1 은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에 따른, 무선 전송 또는 충전 시스템 (100) 을 도시한다. 에너지 전송을 제공하기 위한 방사장 (106) 을 생성하기 위해 송신기 (104) 에 입력 전력 (102) 이 제공된다. 수신기 (108) 는 방사장 (106) 에 커플링되고, 출력 전력 (110) 에 커플링된 디바이스 (비도시) 에 의한 저장 또는 소비를 위해 출력 전력 (110) 을 생성한다. 송신기 (104) 및 수신기 (108) 는 모두 거리 (112) 만큼 떨어져 있다. 예시적인 실시예에서, 송신기 (104) 및 수신기 (108) 는 상호 공진 관계에 따라 구성되며, 수신기 (108) 의 공진 주파수와 송신기 (104) 의 공진 주파수가 정확히 동일할 때, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 전송 손실들은 수신기 (108) 가 방사장 (106) 의 "근거리장 (near-field)" 내에 위치되는 경우에 최소가 된다.
송신기 (104) 는 에너지 송신 수단을 제공하기 위해 송신 안테나 (114) 를 더 포함하고, 수신기 (108) 는 에너지 수신 수단을 제공하기 위해 수신 안테나 (118) 를 더 포함한다. 송신 및 수신 안테나들은 그들과 연관될 애플리케이션들 및 디바이스들에 따라 크기가 결정된다. 언급되는 것과 같이, 효율적인 에너지 전송은 전자기파 내에서 에너지의 대부분을 원거리 필드로 전파하는 것보다 송신 안테나의 근거리장 내에서 에너지의 대부분을 수신 안테나로 커플링함으로써 발생한다. 이러한 근거리장 내에 있을 때, 커플링 모드는 송신 안테나 (114) 와 수신 안테나 (118) 사이에서 전개될 수도 있다. 이러한 근거리장 커플링이 발생할 수도 있는 안테나들 (114 및 118) 주변의 영역은 본 명세서 내에서 커플링-모드 영역이라 지칭된다.
도 2 는 무선 전력 전송 시스템의 간략화된 개략도를 도시한다. 송신기 (104) 는 오실레이터 (122), 전력 증폭기 (124) 및 필터 및 매칭 회로 (126) 를 포함한다. 오실레이터는 조정 신호 (123) 에 응답하여 조정될 수도 있는, 13.5 MHz 와 같은 원하는 주파수를 생성하도록 구성된다. 발진 신호는 전력 증폭기 (124) 에 의해 제어 신호 (125) 에 대응하는 증폭 양으로 증폭될 수도 있다. 필터 및 매칭 회로 (126) 는 고조파 또는 다른 원하지 않는 주파수들을 필터링하고, 송신기 (104) 의 임피던스를 송신 안테나 (114) 에 매칭하기 위해 포함될 수도 있다.
수신기는 도 2에 도시된 것과 같은 배터리 (136) 를 충전하거나 수신기 (비도시) 에 커플링된 디바이스에 전력을 공급하기 위해 DC 전력 출력을 생성하기 위한 매칭 회로 (132) 및 정류기 및 스위칭 회로를 포함할 수도 있다. 매칭 회로 (132) 는 수신기 (108) 의 임피던스를 수신 안테나 (118) 에 매칭하기 위해 포함될 수도 있다.
도 3 에서 설명되는 것과 같이, 예시적인 실시예들에서 사용되는 안테나들은 본 명세서에서 "자기" 안테나라 지칭될 수도 있는 "루프" 안테나 (150) 로서 구성될 수도 있다. 루프 안테나들은 페라이트 자심과 같은 물리적인 자심 또는 공심을 포함하도록 구성될 수도 있다. 공심 루프 안테나들은 코어 부근에 배치된 관련없는 물리적인 디바이스에 더 적합할 수도 있다. 추가로, 공심 루프 안테나는 중심 영역 내에 다른 컴포넌트들의 배치를 허용한다. 추가로, 공심 루프는 송신 안테나 (114, 도 2) 의 커플링-모드 영역이 더 강력할 수도 있는, 송신 안테나 (114, 도 2) 의 평면 내에 수신 안테나 (118, 도 2) 의 배치를 더 용이하게 할 수도 있다.
설명되는 것과 같이, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이에 에너지의 효율적인 전송은 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이에서 매칭되거나 거의 매칭된 공진 동안 발생한다. 그러나, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이에 공진이 매칭되지 않는 경우에도, 에너지는 더 낮은 효율로 전송될 수도 있다. 에너지의 전송은 송신 안테나로부터의 에너지를 자유 공간 내에서 전파하는 것보다. 송신 안테나의 근거리장으로부터 이러한 근거리장이 형성되는 이웃에 상주하는 수신 안테나로 에너지를 커플링함으로써 발생한다.
루프 안테나 또는 자기 안테나의 공진 주파수는 인덕턴스 및 캐패시턴스에 기초한다. 루프 안테나 내의 인덕턴스는 일반적으로 루프에 의해 생성되는 인덕턴스이나, 캐패시턴스는 일반적으로 원하는 공진 주파수에서 공진 구조를 생성하기 위해 루프 안테나의 인덕턴스에 부가된다. 제한되지 않는 예로서, 캐패시터 (152) 및 캐패시터 (154) 는 공진 신호 (156) 를 발생하는 공진 회로를 생성하기 위해 안테나에 부가될 수도 있다. 따라서, 더 큰 직경의 루프 안테나들에 대하여, 공진을 유도하는데 필요한 캐패시턴스의 사이즈는 루프의 직경 또는 인덕턴스가 증가함에 따라 감소한다. 추가로, 루프 또는 자기 안테나의 직경이 증가함에 따라, 근거리장의 유효 에너지 전송 영역은 증가한다. 물론, 다른 공진 회로들도 가능하다. 또 다른 제한되지 않는 예로서, 캐패시터는 루프 안테나의 2개의 단자들 사이에 병렬로 배치될 수도 있다. 추가로, 당업자는 송신 안테나들에 대하여 공진 신호 (156) 가 루프 안테나 (150) 에 입력될 수도 있음을 인식할 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 서로 근거리장 내에 있는 2 개의 안테나들 사이에 전력을 커플링하는 것을 포함한다. 설명되는 것과 같이, 근거리장은 전자기 필드들이 존재하지만 안테나로부터 멀리 전파하거나 방사할 수 없는, 안테나 주변의 영역이다. 이들은 통상적으로 안테나의 물리적인 용적과 근사한 용적으로 한정된다. 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 싱글-턴 루프 안테나 및 멀티-턴 루프 안테나와 같은 자기 타입의 안테나들은 자기 근거리장 진폭이 전기 타입 안테나 (예컨대, 소형 다이폴) 의 전기 근거리장들과 비교할 때 자기 타입 안테나들에 대하여 더 높은 경향이 있기 때문에 송신 (Tx) 및 수신 (Rx) 안테나 시스템들 모두에 대하여 사용된다. 이는 쌍 간에 잠재적으로 더 높은 커플링을 감안한다. 추가로, "전기" 안테나들 (예컨대, 다이폴들 및 모노폴들) 또는 전기 안테나와 자기 안테나의 조합이 또한 고려된다.
Tx 안테나는 원거리 필드 및 전술된 귀납적 접근 방식들에 의해 허용되는 것보다 상당히 먼 거리에서 소형 Rx 안테나로의 우수한 커플링 (예컨대, > -4 dB) 을 달성하기 위해 충분히 낮은 주파수에서 충분히 큰 안테나 사이즈로 동작될 수 있다. Tx 안테나의 사이즈가 정확히 결정되는 경우에, 호스트 디바이스 상의 Rx 안테나가 구동된 Tx 루프 안테나의 커플링-모드 영역 (즉 근거리장) 내에 배치되면, 높은 커플링 레벨들(예컨대, -2 내지 -4 dB) 이 달성될 수 있다.
도 4a 및 4b 는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에 따라 송신 및 수신 안테나용의 루프 안테나들의 레이아웃들을 도시한다. 루프 안테나들은 다수의 서로 다른 방식들로, 즉 광범위한 사이즈들에서 단일 루프들 또는 다중 루프들로 구성될 수도 있다. 추가로, 루프들은 예컨대 원형, 타원형, 정사각형 및 직사각형과 같은 다수의 서로 다른 형상들이 될 수도 있다. 도 4a 는 큰 정사각형 루프 송신 안테나 (114S) 및 송신 안테나 (114S) 와 동일한 평면 내에 및 송신 안테나 (114S) 의 중심 부근에 위치되는 작은 정사각형 루프 수신 안테나 (118) 를 도시한다. 도 4b 는 큰 원형 루프 송신 안테나 (114C) 및 송신 안테나 (114C) 와 동일한 평면 내에 및 송신 안테나 (114C) 의 중심 부근에 위치되는 작은 정사각형 루프 수신 안테나 (118') 를 도시한다.
도 5 는 공면 및 동축 배치에서 커플링 강도들을 설명하기 위해 송신 안테나에 대하여 수신 안테나의 다양한 배치 포인트들을 도시한다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같은 용어 "공면의 (coplanar)" 는 송신 안테나와 수신 안테나가 실질적으로 정렬되는 평면들을 가지고 (즉, 실질적으로 동일한 방향을 가리키는 표면 법선을 가지고), 송신 안테나와 수신 안테나의 평면들 사이에 거리가 존재하지 않는 (또는 짧은 거리인) 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같은 용어 "동축 (coaxial)" 은 송신 안테나와 수신 안테나가 실질적으로 정렬되는 평면들을 가지고 (즉, 실질적으로 동일한 방향을 가리키는 표면 법선을 가지고), 이러한 2 개의 평면들 사이의 거리는 짧지 않은 것을 의미하며, 추가로 송신 안테나와 수신 안테나의 표면 법선은 실질적으로 동일한 벡터를 따라 놓이거나 2 개의 법선들이 사다리꼴을 이룬다.
예를 들어, 지점들 p1, p2, p3, 및 p7 은 송신 안테나에 대하여 수신 안테나의 모든 공면 배치 포인트들이다. 또 다른 예로서, 지점들 p5 및 p6 은 송신 안테나에 대하여 수신 안테나의 동축 배치 포인트들이다. 하기의 표는 도 5에 도시된 다양한 배치 포인트들 (p1-p7) 에서 (송신 안테나로부터 송신되어 수신 안테나에 도달되는 전력의 퍼센티지로서 표현되는) 커플링 효율 및 커플링 강도 (S21) 를 보여준다.
위치 평면으로부터의 거리 (cm) S21 효율 (%) 효율 (TX DC 전력 입력 대 RX DC 전력 출력)
p1 0 46.8 28
p2 0 55.0 36
p3 0 57.5 35
p4 2.5 49.0 30
p5 17.5 24.5 15
p6 17.5 0.3 0.2
p7 0 5.9 3.4
도시된 것과 같이, 공면 배치 포인트들 p1, p2, 및 p3 은 모두 상대적으로 높은 커플링 효율들을 보여준다. 배치 포인트 p7 는 또한 공면 배치 포인트가지만 송신 루프 안테나 외부에 있다. 배치 포인트 p7 는 높은 커플링 효율을 가지지 않지만, 일부 커플링이 존재하고, 커플링 모드 영역이 송신 루프 안테나의 주변을 넘어 확장하는 것은 명확하다.
배치 포인트 p5 는 송신 안테나와 동축이고, 실질적인 커플링 효율을 보여준다. 배치 포인트 p5 에 대한 커플링 효율은 공면 배치 포인트들에 대한 커플링 효율들만큼 높지 않다. 그러나, 배치 포인트 p5 에 대한 커플링 효율은 동축 배치된 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 실질적인 전력이 전달될 수 있도록 하기에 충분히 높다.
배치 포인트 p4 는 송신 안테나의 원주 내에 있지만, 오프셋 동축 배치 (즉, 실질적으로 동일한 방향이지만 서로 다른 위치들에 있는 표면 법선들을 가짐) 또는 오프셋 공면 배치 (즉, 실질적으로 동일한 방향이지만 서로 오프셋되는 평면들을 가지는 표면 법선들을 가짐) 라 지칭될 수도 있는 위치에서 송신 안테나의 평면에서 약간의 거리 위에 있다. 상기 표에서, 2.5 cm 의 오프셋 거리에서, 배치 포인트 p4 는 여전히 상대적으로 양호한 커플링 효율을 가지는 것을 알 수 있다.
배치 포인트 p6 는 송신 안테나의 원주 밖에서 송신 안테나의 평면에서 상당한 거리 위에 있는 배치 포인트를 도시한다. 상기 표에서, 배치 포인트 p7 는 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 매우 작은 커플링 효율을 가지는 것을 알 수 있다.
도 6 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 송신기의 간략화된 블록도이다. 송신기 (200) 는 송신 회로 (202) 및 송신 안테나 (204) 를 포함한다. 일반적으로, 송신 회로 (202) 는 송신 안테나 (204) 에 관한 근거리장 에너지를 발생하는 발진 신호를 제공함으로써 RF 전력을 송신 안테나 (204) 에 제공한다. 단지 예로서, 송신기 (200) 는 13.56 MHz ISM 대역에서 동작할 수도 있다.
송신 회로 (202) 는 송신 회로 (202) 의 임피던스 (예컨대, 50 옴) 를 송신 안테나 (204) 와 매칭하기 위한 고정된 임피던스 매칭 회로 (206) 및 수신기들 (108, 도 1) 에 커플링된 디바이스들의 셀프-재밍을 방지하기 위한 레벨로 고조파 방사들을 감소시키도록 구성되는 저역 통과 필터 (LPF) (208) 를 포함할 수도 있다. 다른 예시적인 실시에들은 특정 주파수들은 감쇠하고 다른 주파수들은 통과시키는 노치 필터들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 서로 다른 필터 토폴로지들을 포함할 수도 있고, 안테나로의 출력 전력 또는 전력 증폭기에 의한 DC 전류 인출과 같은 측정 가능한 송신 메트릭들에 기초하여 변화될 수 있는 적응형 임피던스 매칭을 포함할 수도 있다. 송신 회로 (202) 는 추가로 오실레이터 (212) 에 의해 결정되는 것과 같이 RF 신호를 드라이빙하도록 구성되는 전력 증폭기 (210) 를 포함한다. 송신 회로는 이산 디바이스들 또는 회로들로 구성될 수도 있거나, 대안적으로 집적 어셈블리로 구성될 수도 있다. 송신 안테나 (204) 로부터 출력된 예시적인 RF 전력은 대략 2.5 와트일 수도 있다.
송신 회로 (202) 는 추가로 특정 수신기들을 위한 송신 페이즈들 (또는 듀티 사이클들) 동안 오실레이터 (212) 를 인에이블하고, 오실레이터의 주파수를 조정하고, 부가된 수신기들을 통해 이웃 디바이스들과 상호작용하기 위한 통신 프로토콜을 구현하기 위해 출력 전력 레벨을 조정하기 위한 프로세서 (214) 를 포함한다.
송신 회로 (202) 는 추가로 송신 안테나 (204) 에 의해 발생되는 근거리장의 부근에서 활성 수신기들의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 부하 감지 회로 (216) 를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 부하 감지 회로 (216) 는 송신 안테나 (204) 에 의해 발생되는 근거리장의 부근에서 활성 수신기들의 존재 또는 부재에 의해 영향 받는, 전력 증폭기 (210) 로 흐르는 전류를 모니터한다. 전력 증폭기 (210) 상의 로딩에 대한 변경들의 검출은 에너지를 송신하기 위한 오실레이터 (212) 가 활성 수신기와 통신할 수 있는지의 여부를 결정할 때 사용하기 위해 프로세서 (214) 에 의해 모니터된다. 송신 안테나 (204) 는 저항성 손실들을 낮게 유지하기 위해 선택되는 두께, 폭 및 금속 타입을 가진 안테나 스트립으로서 구현될 수도 있다.
도 7 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수신기의 블록도이다. 수신기 (300) 는 수신 회로 (302) 및 수신 안테나 (304) 를 포함한다. 수신기 (300) 는 추가로 수신된 전력을 제공하기 위해 디바이스 (350) 에 커플링한다. 수신기 (300) 는 디바이스 (350) 의 외부에 있는 것으로 도시되지만, 디바이스 (350) 내로 통합될 수도 있음이 인식되어야 한다. 일반적으로, 에너지는 수신 안테나 (304) 에 무선으로 전파되며, 그 후에 수신 회로 (302) 를 통해 디바이스 (350) 로 커플링된다.
수신 안테나 (304) 는 송신 안테나 (204, 도 6) 와 동일한 주파수에서, 또는 인접한 주파수에서 공진하도록 튜닝된다. 수신 안테나 (304) 는 송신 안테나 (204) 와 유사한 크기를 가질 수 있거나, 결합된 디바이스 (350) 의 크기들에 기초하여 상이한 크기로 결정될 수도 있다. 예를 들어, 디바이스 (350) 가 송신 안테나 (204) 의 직경 또는 길이보다 작은 직경 또는 길이의 크기를 가지는 휴대용 전자 디바이스가 될 수도 있다. 그러한 예에서, 수신 안테나 (304) 는 튜닝 캐패시터 (비도시) 의 캐패시턴스 값을 감소시키고 수신 안테나의 임피던스를 증가시키기 위해 멀티-턴 안테나로서 구현될 수도 있다. 예를 들어, 수신 안테나 (304) 는 안테나 직경을 최대화하고 수신 안테나의 루프 턴들 (즉, 권선들) 의 수 및 권선간 캐패시턴스를 감소시키기 위해 디바이스 (350) 의 실질적인 둘레 주위에 배치될 수도 있다.
수신 회로 (302) 는 수신 안테나 (304) 에 임피던스 매칭을 제공한다. 수신 회로 (302) 는 수신된 RF 에너지원을 디바이스 (350) 가 사용하기 위한 충전 전력으로 변환하기 위한 전력 변환 회로 (306) 를 포함한다. 전력 변환 회로 (306) 는 RF-DC 컨버터 (308) 를 포함하며, DC-DC 컨버터 (310) 를 포함할 수도 있다. RF-DC 컨버터 (308) 는 수신 안테나 (304) 에서 수신된 RF 에너지 신호를 비-교류 전력으로 정류하고, DC-DC 컨버터 (310) 는 정류된 RF 에너지 신호를 디바이스 (350) 와 호환가능한 에너지 전위 (예컨대, 전압) 으로 변환한다. 부분 정류기, 전파 정류기, 조절기, 브리지, 더블러 (doubler) 뿐만 아니라 선형 및 스위칭 컨버터들을 포함하는 다양한 RF-DC 변환기들이 고려된다.
수신 회로 (302) 는 추가로 수신 안테나 (304) 를 전력 변환 회로(306) 에 접속하거나 전력 변환 회로 (306) 를 선택적으로 접속 해제하기 위한 스위칭 회로 (312) 를 포함할 수도 있다. 전력 변환 회로 (306) 로부터 수신 안테나 (304) 를 접속 해제하는 것은 디바이스 (350) 의 충전을 중단하는 것 뿐만 아니라, 하기에서 충분히 설명되는 것과 같이 송신기 (200, 도 2) 에 의해 "보여지는" 것과 같이 "부하" 를 변경한다. 전술된 것과 같이, 송신기 (200) 는 송신기 전력 증폭기 (210) 에 제공되는 바이어스 전류 내에서의 변동들을 검출하는 부하 감지 회로 (216) 를 포함한다. 따라서, 송신기 (200) 는 송신기의 근거리장 내에 수신기들이 존재하는 시점을 결정하기 위한 메커니즘을 갖는다.
다수의 수신기들 (300) 이 송신기의 근거리장 내에 존재할 때, 다른 수신기들이 송신기에 더 효율적으로 커플링할 수 있도록 하나 이상의 수신기들의 로딩 및 언로딩을 시간 멀티플렉싱하는 것이 바람직할 수도 있다. 수신기는 또한 다른 인접 수신기들로의 커플링을 제거하거나 인접 송신기들에서의 로딩을 감소시키기 위해 클로킹될 수도 있다. 수신기의 이러한 "언로딩" 은 본 명세서에서 "클로킹" 이라 공지된다. 추가로, 수신기 (300) 에 의해 제어되고 송신기 (200) 에 의해 검출되는 언로딩과 로딩 사이의 이러한 스위칭은 하기에서 충분히 설명되는 것과 같이 수신기 (300) 로부터 송신기 (200) 로의 통신 메카니즘을 제공한다. 추가로, 프로토콜은 수신기 (300) 로부터 송신기 (200) 로의 메세지의 전송을 인에이블 하는 스위칭과 연관될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 속도는 대략 100㎲ 일 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 송신기와 수신기 사이의 통신은 종래의 양방향 통신 보다는 디바이스 감지 및 충전 제어 메커니즘을 지칭한다. 다시 말해서, 송신기는 근거리장에서 에너지가 사용가능한지 조정하기 위해 송신된 신호의 온/오프 키잉을 사용한다. 수신기들은 이러한 에너지 변경들은 송신기로부터의 메세지로서 해석한다. 수신기 측에서, 수신기는 근거리장으로부터 수용되는 전력 양을 조정하기 위해 수신 안테나의 튜닝 및 비-튜닝을 사용한다. 송신기는 근거리장으로부터 사용되는 이러한 전력 차이를 검출하여, 이러한 변경들을 수신기로부터의 메세지로서 해석할 수 있다.
수신 회로 (302) 는 추가로 송신기로부터 수신기로의 정보 시그널링에 대응할 수 있는, 수신 에너지 변동들을 식별하기 위해 사용되는 시그널링 검출기 및 비컨 회로 (314) 를 포함할 수도 있다. 추가로, 시그널링 및 비컨 회로 (314) 는 또한 감소된 RF 신호 에너지 (즉, 비컨 신호) 의 전송을 검출하고, 감소된 RF 신호 에너지를 무선 충전을 위한 수신 회로 (302) 를, 구성하기 위해 수신 회로 (302) 내의 비-전력 또는 전력-감소 회로들을 활동시키기 위한 공칭 전력으로 정류하기 위해 사용될 수도 있다.
수신 회로 (302) 는 추가로 본 명세서에서 설명되는 스위칭 회로 (312) 의 제어를 포함하여 본 명세서에서 설명되는 수신기 (300) 의 프로세스들을 조종하기 위한 프로세서 (316) 를 포함한다. 수신기 (300) 의 클로킹은 또한 충전 전력을 디바이스 (350) 에 제공하는 외부 유선 충전 소스 (예컨대, 벽/USB 전력) 의 검출을 포함하여 다른 이벤트들이 발생하면 발생할 수도 있다. 프로세서 (316) 는 수신기의 클로킹을 제어하는데 부가하여, 비컨 상태를 결정하기 위해 비컨 회로 (314) 를 모니터하고, 송신기로부터 전송된 메세지들을 추출할 수도 있다. 프로세서 (316) 는 또한 개선된 성능을 위해 DC-DC 컨버터 (310) 를 조정할 수도 있다.
도 8 은 송신기와 수신기 사이에 메세징을 실행하기 위한 송신 회로의 일부분의 간략화된 개략도를 도시한다. 본 발명의 일부 예시적인 실시예들에서, 통신 수단은 송신기와 수신기 사이에서 인에이블될 수 있다. 도 8 에서, 전력 증폭기 (210) 는 방사장을 생성하도록 송신 안테나 (204) 를 구동한다. 전력 증폭기는 송신 안테나 (204) 를 위해 원하는 주파수에서 발진하는 캐리어 신호 (220) 에 의해 구동된다. 송신 변조 신호 (224) 는 전력 증폭기 (210) 의 출력을 제어하기 위해 사용된다.
송신 회로는 전력 증폭기 (210) 에 ON/OFF 키잉 프로세스를 사용함으로써 수신기들에 신호들을 송신할 수 있다. 다시 말해서, 송신 변조 신호 (224) 가 어써트되면, 전력 증폭기 (210) 는 송신 안테나 (204) 에서 캐리어 신호 (220) 의 주파수를 몰아낼 것이다. 송신 변조 신호 (224) 가 무효가 되면, 전력 증폭기는 송신 안테나 (204) 에서 임의의 주파수를 몰아내지 않을 것이다.
도 8 의 송신 회로는 또한 전력을 전력 증폭기 (210) 에 공급하고, 수신 신호 (235) 출력을 생성하는 부하 감지 회로 (216) 를 포함한다. 부하 감지 회로 (216) 에서 저항 RS 을 통한 전압 강하는 신호 (226) 내의 전력과 전력 증폭기 (210) 로의 전원 (228) 사이에서 전개시킨다. 전력 증폭기 (210) 에 의해 소비되는 전력에서의 임의의 변경은 차동 증폭기 (230) 에 의해 증폭될 전압 강하에서의 변경을 발생할 것이다. 송신 안테나가 수신기 (도 7 에 비도시) 내의 수신 안테나와 커플링 모드에 있다면, 전력 증폭기 (210) 에 의해 인출되는 전류의 양은 변화할 것이다. 다시 말해서, 송신 안테나 (210) 에 대하여 커플링 모드 공진이 존재하지 않는 경우에, 방사장을 구동하기 위해 요구되는 전력은 제 1 양이 될 것이다. 커플링 모드 공진이 존재하는 경우에, 전력 증폭기 (210) 에 의해 소비되는 전력 양은, 상당한 전력이 수신 안테나로 커플링되기 때문에 증가할 것이다. 따라서, 수신 신호 (235) 는 송신 안테나 (235) 에 커플링된 수신 안테나의 존재를 표시할 수 있고, 또한 하기에서 설명되는 것과 같이 수신 안테나로부터 송신된 신호들을 검출할 수 있다. 추가로, 수신기 전류 인출의 변경은 송신기의 전력 증폭기 전류 인출에서 식별할 수 있고, 이러한 변경은 하기에서 설명되는 것과 같이 수신 안테나들로부터 신호들을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
도 9a - 9d 는 송신기와 하나 이상의 수신기들 사이에 전력을 송신하기 위한 비컨 전력 모드를 설명하는 간략화된 블록도이다. 도 9a 는 비컨 커플링 모드 영역 (510) 내에 어떤 수신 디바이스들도 존재하지 않을 때 저전력 "비컨" 신호 (525) 를 가지는 송신기 (520) 를 도시한다. 비컨 신호 (525) 는 제한되지 않는 예로서, ~10 내지 ~20 mW RF 가 될 수도 있다. 이러한 신호는 디바이스가 커플링 모드 영역 내에 위치될 때 디바이스가 충전되도록 하기 위한 초기 전력을 적절히 제공할 수도 있다.
도 9b 는 비컨 신호 (525) 를 송신하는 송신기 (520) 의 비컨 커플링-모드 영역 (510) 내에 위치된 수신 디바이스 (530) 를 도시한다. 수신 디바이스 (530) 가 온 (on) 이고, 송신기와 커플링하는 경우에, 디바이스는 실제로 수신기가 비컨 신호 (525) 로부터 전력을 수신하는 역방향 링크 커플링 (535) 을 발생할 것이다. 이러한 추가의 전력은 송신기의 부하 감지 회로 (216, 도 7) 에 의해 감지될 수도 있다. 결과적으로, 송신기는 고전력 모드를 시작할 수도 있다.
도 9c 는 고전력 커플링-모드 영역 (510') 에서 발생하는 고전력 신호 (525') 를 생성하는 송신기 (520) 를 도시한다. 수신 디바이스 (530) 가 전력을 수신하면, 그 결과로서 역방향 링크 커플링 (535) 을 발생할 때, 송신기는 고전력 상태를 유지할 것이다. 단 하나의 수신 디바이스 (530) 만이 도시되지만, 커플링 모드 영역 (510) 내에 다수의 수신 디바이스들 (530) 이 존재할 수도 있다. 만약 다수의 수신 디바이스들 (530) 이 존재하면, 디바이스들은 각각의 수신 디바이스 (530) 가 얼마나 잘 커플링 되는지에 기초하여 송신기에 의해 송신되는 전력량을 공유할 것이다. 예를 들어, 커플링 효율은 커플링 모드 영역 (510) 내에서 디바이스가 위치되는 장소에 따라 각각의 수신 디바이스 (530) 에 대하여 상이할 수도 있다.
도 9d 는 수신 디바이스 (530) 가 비컨 커플링 모드 영역 (510) 내에 있을 때도 비컨 신호 (525) 를 발생하는 송신기 (520) 를 도시한다. 이러한 상태는 수신기 디바이스 (530) 가 정지하거나 디바이스 스스로 클로킹할 때 발생할 수도 있는데, 아마도 디바이스가 더 이상 전력을 필요로 하지 않기 때문이다.
수신기 및 송신기는 개별 통신 채널 (예컨대, 블루투스, 지그비, 등등) 을 통해 통신할 수도 있다. 개별 통신 채널에서, 송신기는 커플링 모드 영역 (510) 내의 수신 디바이스들의 수 및 이들의 개별 전력 요건들에 기초하여 비컨 모드와 고전력 모드 사이에서 스위칭하거나 다수의 전력 레벨들을 생성할 시점을 결정할 수도 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 중계기들로서 동작하고 송신 안테나로부터 수신 안테나로 전력의 흐름을 향상시키는 커플링된 안테나들의 시스템으로 추가의 안테나들을 도입함으로써 2 개의 안테나 간에 근거리장 전력 전송시 상대적으로 큰 송신 안테나와 작은 수신 안테나 사이에 커플링을 향상시키는 것을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 하나 이상의 추가의 안테나들 (하기에 도시됨) 이 사용되며, 시스템 내의 송신 안테나 및 수신 안테나에 커플링된다. 이러한 추가의 안테나들은 능동 또는 수동 안테나들과 같은 중계기 안테나들을 포함한다. 수동 안테나는 간단히 안테나 루프 및 안테나의 공진 주파수를 튜닝하기 위한 전도성 소자를 포함할 수도 있다. 능동 소자는 안테나 루프 및 하나 이상의 튜닝 캐패시터들에 부가하여 중계되는 근거리장 방사의 강도를 증가시키기 위한 증폭기를 포함할 수도 있다.
전력 전송 시스템 내에서 송신 안테나와 중계기 안테나들의 결합은 종단 부하들, 튜닝 컴포넌트들, 공진 주파수들 및 송신 안테나에 대한 중계기 안테나들의 배치와 같은 인자들에 기초하여 매우 작은 수신 안테나들로의 전력의 커플링이 향상되도록 최적화될 수도 있다.
단일 송신 안테나는 한정된 근거리장 커플링-모드 영역을 나타낸다. 따라서, 송신 안테나의 근거리장 커플링-모드 영역 내의 수신기를 통해 충전중인 디바이스의 사용자는 엄청나게 비싸거나 적어도 불편할 수 있는 상당한 사용자 액세스 공간을 요구할 수도 있다. 추가로, 커플링-모드 영역은 수신 안테나가 송신 안테나로부터 멀리 이동함에 따라 신속하게 줄어들 수도 있다.
중계기 안테나는 에너지를 수신 안테나에 커플링하기에 더 적합할 수도 있는, 제 2 커플링-모드 영역을 중계기 안테나 주변에 생성하기 위해 송신 안테나로부터 커플링-모드 영역에 다시 집중하여 개조할 수도 있다.
도 10 은 존재 검출기 (905) 를 포함하는 송신기 (200) 의 간략화된 블록도이다. 송신기는 도 6의 송신기와 유사하며, 따라서 다시 설명되지 않는다. 그러나, 도 10 에서 송신기 (200) 는 (본 명세서에서 제어기로 지칭되는 ) 프로세서 (214) 에 접속된 존재 검출기 (905) 를 포함한다. 프로세서 (214) 는 존재 검출기 (905) 로부터의 신호들에 응답하여 증폭기 (210) 에 의해 전달되는 전력량을 조정할 수 있다.
제한되지 않는 예로서, 존재 검출기는 송신기의 커버리지 영역 내로 삽입되는, 충전될 디바이스의 초기 존재를 감지하기 위해 사용되는 모션 검출기가 될 수도 있다. 검출 이후에, 송신기는 턴 온 되고, 디바이스에 의해 수신되는 RF 전력은 미리 결정된 방식으로 Rx 디바이스 상의 스위치를 토글링 (toggle) 하기 위해 사용되며, 따라서 송신기의 구동 지점 임피던스에 변경들을 발생한다.
또 다른 제한되지 않는 예로서, 존재 검출기는 예컨대, 적외선 검출, 모션 검출 또는 다른 적절한 수단에 의해 인간을 검출할 수 있는 검출기가 될 수도 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 송신 안테나가 특정 주파수에서 송신할 수도 있는 전력량을 제한하는 규정들이 존재할 수도 있다. 일부 경우에, 이러한 규정들은 전자기 방사로부터 인간을 보호하는 것으로 여겨진다. 그러나, 송신 안테나들이 인간에 의해 점유되지 않거나, 차고, 작업 현장, 상점 등과 같이 인간에 의해 자주 점유되지 않는 영역들 내에 위치되는 환경이 발생할 수도 있다. 이러한 환경이 인간으로부터 자유로운 경우에, 송신 안테나들의 전력 출력을 공칭 전력 제한 규정들을 넘어서 증가시키는 것이 허용될 수도 있다. 다시 말해서, 제어기 (214) 는 인간의 존재에 응답하여 송신 안테나 (204) 의 전력 출력을 규정 레벨 또는 그 미만으로 조정하고, 인간이 송신 안테나 (204) 의 전자기장으로부터 규정 거리 밖에 위치할 때 송신 안테나 (204) 의 전력 출력을 규정 레벨을 초과하는 레벨로 조정할 수도 있다.
하기의 예들 대부분에서, 단 하나의 게스트 디바이스 만이 충전되는 것으로 도시된다. 실제로, 각각의 호스트에 의해 생성되는 근거리장으로부터 다수의 디바이스들이 충전될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, Tx 회로가 무기한으로 유지되지 않는 방법이 사용될 수도 있다. 그러한 예시적인 실시예에서, Tx 회로는 사용자에 의해 정의되거나 공장에서 미리 설정될 수도 있는, 미리 결정된 양의 시간 이후에 중지하도록 프로그래밍 될 수도 있다. 이러한 특징은 Tx 회로, 특히 전력 증폭기가 무선 디바이스들이 그 주변에서 완전히 충전된 이후에 오랫동안 구동하는 것을 방지한다. 이러한 이벤트는 디바이스가 완전히 충전되었다는, 중계기 또는 Rx 코일로부터 전송된 신호를 검출하는데 있어 회로의 실패로 인한 것일 수도 있다. 또 다른 디바이스가 그 주변에 위치되는 경우에 Tx 회로가 자동으로 정지되는 것을 방지하기 위해, Tx 회로 자동 정지 특징은 그 주변에서 검출되는 움직임의 결핍에 대하여 설정된 주기 이후에만 활성화될 수도 있다. 사용자는 비활동 시간 간격을 결정하고, 원하는 경우에 변경할 수도 있다. 제한되지 않는 예로서, 이러한 시간 간격은 디바이스가 초기에 완전히 방전된다는 가정 하에 특정 타입의 무선 디바이스를 완전히 충전하는데 필요한 것보다 더 길 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 "게스트" 라 지칭되는 다른 더 작은 디바이스들, 장비 또는 기계들로의 전력의 무선 전송을 위해 필요한 다른 회로 및 송신 안테나를 전체적으로 또는 부분적으로 수용하는 충전 스테이션들 또는 "호스트" 로서 휴대용 장치들을 사용하는 것을 포함한다. 제한되지 않는 예들로서, 이러한 충전 스테이션들 또는 호스트들은 백팩, 서류가방, 지갑, 의복, 수하물 등등이 될 수 있다. 전술된 예들에 적어도 부분적으로 내장될 수 있는 충전 시스템은 기존의 장치에 새로 장착되거나 초기 설계 및 제작의 일부분에서 형성될 수도 있다.
본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들에서, 다수의 안테나들을 가진 다중-크기 영역들은 본 명세서에 설명된 기술들에 의해 수행될 수도 있다. 추가로, "SYSTEMS AND METHOD RELATING TO MULYI-DIMENSIONAL WIRELESS CHARGING" 라는 명칭으로 2009년 9월 25일에 출원되어 그 내용이 전부 본 명세서에 참조로서 통합되는 미국 특허 출원 제 12/567,339 호에 개시된 수단들과 같은 다중-크기 무선 전력 공급 및 충전 수단이 사용될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른, 커플링된 송신 안테나 (404) 를 가지고, 가방 (402) 으로 도시되는 휴대용 인클로저, 컨테이너 또는 다른 휴대용 디바이스를 포함하는 휴대용 충전 시스템 (400) 을 도시한다. 가방 (402) 은 예컨대, 백팩, 지갑, 수화물의 일부분 또는 서류가방과 같은 임의의 휴대용 가방을 포함할 수도 있다. 본 발명의 다양한 실시예들은 도면들에서 특정 가방 타입 (예컨대, 서류 가방) 으로 구현되는 것으로 도시되지만, 본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예들은 휴대용 가방과 같은 임의의 공지된 적합한 휴대용 디바이스에서 구현될 수도 있음에 유의한다. 휴대용 충전 시스템 (400) 은 또한 가방 (402) 내에 통합된 배터리 (406) 를 포함할 수도 있다. 배터리 (406) 는 송신 회로 (202, 도 6 에 도시) 를 통해 송신 안테나 (404) 에 동작가능하게 커플링될 수도 있고, 송신 회로 (202) 를 통해 송신 안테나 (404) 에 전력을 공급하도록 구성될 수도 있다. 배터리 (406) 는 임의의 공지된 적합한 충전가능한 배터리, 교체가능한 배터리 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 추가로, 충전 시스템 (400) 은 외부 송신 안테나 (비도시) 를 통해 배터리 (406) 의 무선 충전을 가능하게 하기 위해 배터리 (406) 에 근접하게 위치된 수신 안테나 (407) 를 포함할 수도 있다.
추가로, 충전 시스템 (400) 은 전원 콘센트와 같은 외부 전원 (비도시) 을 송신 회로 (202) 를 통해 송신 안테나 (404) 로, 배터리 (406) 로, 또는 이들의 임의의 조합으로 커플링하도록 구성된 파워 커넥터 (408) 를 포함할 수도 있다. 따라서, 파워 커넥터 (408) 는 송신 회로 (202) 를 통해 송신 안테나 (404) 로 전력을 공급하거나, 배터리 (406) 를 충전하기 위해 전력을 공급하거나, 이들의 조합을 수행하도록 구성될 수도 있다. 파워 커넥터 (408) 는 임의의 공지된 적합한 전원 커넥터를 포함할 수도 있다. 제한되지 않는 예로서, 파워 커넥터 (408) 는 가방 (402) 상의 전기 커넥터 (예컨대, USB 포트 또는 외부 전력 플러그) 에 커플링하도록 구성된 착탈식 전선을 포함할 수도 있다. 추가로, 파워 커넥터 (408) 는 예컨대, 가방 (402) 안에 집어넣고, 가방 (402) 에서 꺼내도록 구성된, 입출가능 전선을 포함할 수도 있다.
한가지 고려되는 동작에서, 송신 안테나 (404) 는 송신 회로 (202) 를 통해, 파워 커넥터 (408) , 배터리 (406) 또는 이들의 조합에 의해 외부 전원으로부터 전력을 수신할 수도 있고, 전력을 수신하면 송신 안테나 (404) 의 근거리장 내에서 전력을 송신할 수도 있다. 그 후에 전력은 수신 안테나 및 송신 안테나 (404) 의 커플링 모드-영역 내에서 수신 안테나에 의해 수신될 수도 있다. 예를 들어, 송신 안테나 (404) 로부터 송신된 전력은 충전가능 디바이스 (412) 내의 배터리 (예컨대, 도 2의 배터리 (136)) 에 커플링된 수신 안테나 (410) 에 의해 수신될 수도 있다. 특히, 송신 안테나 (404) 로부터 송신된 전력은 충전가능 디바이스 (412) 의 배터리에 커플링된, 도 2 의 수신기 (108) 와 같은 수신기 및 수신 안테나 (410) 에 의해 수신될 수도 있다. 제한되지 않는 예로서, 디바이스 (412) 는 셀룰러 전화기, 휴대용 미디어 재생장치, 카메라, 게임 디바이스, 네비게이션 디바이스, 헤드셋 (예컨대, 블루투스 헤드셋), 툴, 장난감, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 송신 안테나 (404) 는 송신 안테나 (404) 의 근거리장 내의 하나 이상의 수신 안테나들에 전력을 동시에 전송하도록 구성될 수도 있다. 추가로, 예시적인 실시예에 따라, 송신 안테나 (404) 는 적어도 하나의 디바이스가 근거리장 내에 있고 적어도 하나의 디바이스가 충전이 필요한 경우에만 그 근거리장 내에서 전력을 전송하도록 구성될 수도 있다.
추가로, 충전 시스템 (400) 은 가방 (402) 내에 통합되고 가방 (402) 의 저장 영역 (416) (예컨대, 포켓) 에 근접하게 위치된 코일 (414) 을 포함할 수도 있다. 도 11 및 도 21을 참조하여, 코일 (414) 은 (예컨대, 파워 커넥터 (408), 배터리 (406) 또는 이들의 임의의 조합을 경유하여) 전원 (415) 으로부터 코일 송신 회로 (417) 를 통해 전력을 수신하고, 코일 송신 회로 (417) 에 따른 필드를 생성하도록 구성될 수도 있다. 또한, 코일 (414) 은 유도성 커플링을 통해 저장 영역 (416) 내에 위치되고 코일 (414) 과 함께 적절히 정렬된 수신기로 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 코일 (414) 은 유도성 커플링을 통해 저장 영역 (416) 내에 위치된 디바이스 (418) 내의 배터리 (비도시) 에 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 코일 (414) 은 디바이스가 근접하게 위치되고 충전이 필요한 경우에만 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다. 충전 시스템 (400) 은 하나의 코일 및 하나의 송신 안테나만을 포함하지만, 하나 이상의 코일 및/또는 하나 이상의 송신 안테나들을 가지는 충전 시스템이 본 발명의 범위 내에 있음에 유의한다. 예를 들어, 가방 (402) 내의 각각의 포켓은 근접하게 위치된 관련된 코일을 가질 수도 있다. 추가로, 일 예로서, 가방 (402) 의 덮개 (420) 와 기본부 (422) 는 각각 관련된 송신 안테나를 포함할 수도 있다.
따라서, 가방 (402) 은 외부 전원 (예컨대, 전원 콘센트) 에 커플링되지만, 가방 (402) 내의 하나 이상의 디바이스들 (예컨대, 디바이스 (412)) 는 파워 커넥터 (408) 및 송신 안테나 (404) 를 통해 외부 소스로부터 전력을 무선으로 수신할 수도 있고, 가방 (402) 내의 하나 이상의 디바이스들 (예컨대, 디바이스 (418)) 는 파워 커넥터 (408) 및 코일 (414) 을 통해 외부 소스로부터 전력을 무선으로 수신할 수도 있다. 추가로, 가방 (402) 은 외부 전원에 커플링되지만, 배터리 (406) 는 파워 커넥터 (408) 를 통해 외부 소스로부터 수신된 전력으로 충전될 수도 있다. 추가로, 가방 (402) 은 외부 전원에 커플링되지 않지만, 가방 (402) 내의 하나 이상의 디바이스들 (예컨대, 디바이스 (412)) 은 송신 안테나 (404) 및 송신 회로 (202) 를 경유하여 배터리 (406) 로부터 관련된 수신 회로를 통해 전력을 무선으로 수신할 수도 있다. 추가로, 가방 (402) 내의 하나 이상의 디바이스들 (예컨대, 디바이스 (418)) 는 관련된 코일을 통해 배터리 (406) 로부터 전력을 무선으로 수신할 수도 있다. 추가로, 배터리 (406) 는 가방 (402) 외부의 송신 안테나로부터 전력을 무선으로 수신하도록 구성될 수도 있음에 유의한다.
도 12 는 중계기 안테나 (454) 가 내부에 통합되는 가방 (452) 으로서 도시되는, 휴대용 디바이스를 가지는 또 다른 휴대용 충전 시스템을 도시한다. 가방 (402) 과 유사하게, 가방 (452) 은 임의의 공지된 적절한 휴대용 가방을 포함할 수도 있다. 리피더 안테나 (454) 는 수신 안테나에 에너지를 커플링하기에 더 적합할 수도 있는, 중계기 안테나 (454) 주변에 제 2 커플링-모드 영역을 생성하기 위해 송신 안테나로부터 커플링-모드 영역을 다시 집중하거나 개조하도록 구성될 수도 있다. 하나의 고려되는 동작에서, 중계기 안테나 (454) 는 가방 (452) 외부의 송신 안테나로부터 송신된 전력을 수신할 수도 있다. 예를 들어, 중계기 안테나 (454) 는 예컨대, 표 (비도시) 내에 통합될 수도 있는 송신 안테나 (455) 로부터 송신된 전력을 수신할 수도 있다. 전력을 수신하면, 중계기 안테나 (454) 는 중계기 안테나 (454) 의 근거리장 내에서 전력을 송신할 수도 있고, 이러한 전력은 관련된 커플링-모드 영역 내의 수신기에 의해 수신될 수도 있다. 예를 들어, 중계기 안테나 (454) 로부터 무선으로 송신되는 전력은 디바이스 (460) 내의 배터리 (예컨대, 도 2 의 배터리 (136)) 에 커플링되는 수신 안테나 (458) 에 의해 수신될 수도 있다. 특히, 중계기 안테나 (454) 로부터 무선으로 송신되는 전력은 수신 안테나 (458) 및 디바이스 (460) 내의 배터리에 커플링될 수도 있는 수신기 (108, 도 2에 도시) 와 같은 수신기에 의해 수신될 수도 있다. 전술된 것과 같이, 중계기 안테나를 활용하는 것은 커플링-모드 영역에 다시 집중하거나, 커플링-모드 영역을 개조하거나, 또는 이들의 임의의 조합을 수행함으로써 디바이스의 충전율을 증가시킬 수도 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 중계기 안테나 (454) 는 적어도 하나의 디바이스가 근거리장 내에 있고, 적어도 하나의 디바이스가 충전이 필요한 경우에만 그 근거리장 내에서 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다.
도 13a - 13c 는 가방 (552) 으로 도시된 휴대용 디바이스 내에 통합된 배터리 (554) 및 다수의 송신 안테나들 (556, 558) 을 포함하는 또 다른 휴대용 충전 시스템 (550) 을 도시한다. 예를 들어, 배터리 (554) 는 충전가능 배터리, 교체가능 배터리 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 하기에 설명되는 것과 같이, 배터리 (554) 는 배터리 (554) 에 커플링되는 수신 회로 (302, 도 7에 도시) 및 수신 안테나를 통해 외부의 송신 안테나로부터 전력을 수신하도록 구성될 수도 있다.
도 13a 에 도시된 것과 같이, 제 1 송신 안테나 (556) 및 제 2 송신 안테나 (558) 는 각각 수신 회로 (302) 를 통해 배터리 (554) 에 동작가능하게 커플링되고, 각각 수신 회로 (302) 를 통해 배터리 (554) 로부터 전력을 수신하도록 구성된다. 추가로, 제 1 송신 안테나 (556) 및 제 2 송신 안테나 (558) 는 각각 개별 근거리장 내에서 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다. 특히, 제 1 송신 안테나 (556) 는 제 1 송신 안테나 (556) 의 근거리장 내에 위치된 하나 이상의 수신 안테나들에 의해 수신될 수도 있는 전력을 무선으로 송신하도록 구성될 수도 있고, 제 2 송신 안테나 (558) 는 제 2 송신 안테나 (558) 의 근거리장 내에 위치된 하나 이상의 수신 안테나들에 의해 수신될 수도 있는 전력을 무선으로 송신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 송신 안테나 (556) 로부터 송신된 전력은 수신 회로 (302) 를 통해 디바이스 (562) 내의 배터리 (비도시) 에 커플링되는 수신 안테나 (560) 에 의해 수신될 수도 있다. 추가로, 예를 들어, 제 2 송신 안테나 (558) 로부터 송신된 전력은 수신 회로 (302) 를 통해 디바이스 (566) 내의 배터리 (비도시) 로 커플링되는 제 1 수신 안테나 (562) 및 수신 회로 (302) 를 통해 디바이스 (568) 내의 배터리 (비도시) 에 커플링되는 제 2 수신 안테나 (564) 에 의해 수신될 수도 있다. 단 2 개의 송신 안테나들이 충전 시스템 (550) 내에 도시되지만, 충전 시스템 (550) 은 휴대용 가방 내에 통합되는 임의의 수의 송신 안테나들을 포함할 수도 있다.
도 13b 에 도시된 것과 같이, 충전 시스템 (550) 은 또한 가방 (552) 외부에서, 외부 소스 (비도시) 로부터 전력을 수신하여 전력을 송신하며, 따라서 배터리 (554) 를 충전하도록 구성된 송신 안테나 (570) 를 포함할 수도 있다. 추가로, 이러한 도시된 예시적인 실시예에서, 송신 안테나 (556) 및 송신 안테나 (558) 는 중계기 안테나들로 구성될 수도 있고, 따라서 송신 안테나 (570) 는 송신 회로 (202) 를 통해 제 1 송신 안테나 (556) 및 제 2 송신 안테나 (558) 의 각각에 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 추가로, 제 1 송신 안테나 (556) 및 제 2 송신 안테나 (558) 각각은 관련된 근거리장 내에 위치된 하나 이상의 수신 안테나들에 전력을 송신할 수도 있다. 추가로, 충전 시스템 (550) 은 가방 (552) 의 길이방향 축에 대하여 비스듬히 배향되는 중계기 안테나 (557) 를 포함할 수도 있다. 중계기 안테나 (557) 는 송신 안테나 (570) 로부터 전력을 수신하여 관련된 근거리장과 함께 위치된 하나 이상의 수신 안테나들에 전력을 전달하도록 구성될 수도 있다.
추가로, 도 13c 에 도시된 것과 같이, 충전 시스템 (550) 은 전원 콘센트와 같은 외부 전원 (비도시)을 제 1 송신 안테나 (556), 제 2 송신 안테나 (558), 배터리 (554) 또는 이들의 임의의 조합에 커플링하도록 구성된 파워 커넥터 (572) 를 포함할 수도 있다. 따라서, 파워 커넥터 (572) 는 송신 회로 (202) 를 통해 제 1 송신 안테나 (556), 제 2 송신 안테나 (558), 또는 이들의 임의의 조합으로 전력을 공급하도록 구성될 수도 있다. 추가로, 파워 커넥터 (572) 는 전력을 배터리 (554) 에 공급하도록 구성될 수도 있다. 도 11을 참조하여 전술된 파워 커넥터 (408) 와 유사하게, 파워 커넥터 (572) 는 임의의 공지된 적절한 전원 커넥터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 파워 커넥터 (572) 는 가방 (552) 위의 전기 커넥터 (예컨대, USB 포트 또는 외부 전원 플러그) 에 커플링하도록 구성된, 착탈식 전선을 포함할 수도 있다. 추가로, 파워 커넥터 (572) 는 예컨대, 가방 (552) 안에 집어넣고 가방 (552) 에서 꺼내도록 구성된 입출가능 전선을 포함할 수도 있다. 송신 안테나 (556) 및 수신 안테나 (558) 는 각각 적어도 하나의 디바이스가 근거리장 내에 위치되고 적어도 하나의 디바이스가 충전할 필요가 있는 경우에만 개별 근거리장 내에서 전력을 송신하도록 구성된다.
충전 시스템 (550) 은 다수의 송신 안테나들을 도시하고, 각각의 송신 안테나는 실질적으로 유사한 평면 내로 배향되지만, 본 발명의 다른 예시적인 실시예들은 휴대용 가방 내에 통합되고 실질적으로 서로 다른 배향들을 가지는 다수의 송신 안테나들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 14a 및 14b 는 각각 휴대용 충전 시스템들 (580 및 582) 을 도시하며, 이들 시스템은 각각 서로 다른 평면으로 배향되는 송신 안테나들을 포함한다. 특히, 충전 시스템 (580) 은 측면으로 배향된 제 1 송신 안테나 (586) 및 제 1 송신 안테나 (586) 의 방향과 수직하는 수직면으로 배향되는 제 2 송신 안테나 (584) 를 포함한다.
추가로, 또 다른 충전 시스템 (582) 은 제 1 측면으로 배향되는 제 1 송신 안테나 (590) 및 제 1 측면과 평행하는 제 2 측면으로 배향되는 제 2 송신 안테나 (592) 를 포함한다. 추가로, 충전 시스템 (582) 은 제 1 송신 안테나 (590) 와 제 2 송신 안테나 (592) 의 각각의 방향들에 수직인 수직면으로 배향되는 제 3 송신 안테나 (588) 를 포함한다. 충전 시스템들 (580 및 582) 내의 송신 안테나들은 실질적으로 수직 방향 또는 실질적으로 측면 방향으로 배향되는 것으로 도시되지만, 수평면 또는 수직면으로부터 비스듬히 배향되는 송신 안테나들은 본 발명의 범위 내에 있음에 유의한다. 서로 다른 방향들로 배향하는 송신 안테나들은 다양한 방향들로 위치된 수신 안테나들에 더 효율적으로 전력을 제공할 수도 있다.
당업자에 의해 이해되는 것과 같이, 바로 인접하거나 거의 인접한 안테나는 동시에 활성화되고 물리적으로 가깝거나 인접한 안테나들 사이에 간섭 영향들을 발생할 수도 있다. 이와 같이, 간섭 영향들을 최소화하기 위해 바로 인접하거나 거의 인접한 안테나들 사이에서 선택 및 멀티플렉싱하기 위한 수단이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 바로 인접하거나 거의 인접한 안테나들의 독립적인 활성화는 제어기에 의해 제어될 수도 있고, 시간-영역 기반의 시퀀스에 따라 발생할 수도 있다. 특히, 멀티플렉서는 증폭기로부터 안테나들 각각으로 출력 신호를 시간 멀티플렉싱할 수도 있다. 또한, 하나의 안테나를 활성화하면, 인접한 안테나들은 활성화된 안테나의 무선 충전 효율이 개선되도록 "클로킹" 될 수도 있다.
추가로, 도 15에 도시된 것과 같이, 또 다른 충전 시스템 (620) 은 송신 안테나 (624) 가 가방 (622) 의 (예컨대, 포켓과 같은) 저장 영역 (626) 에 근접하게 위치되는 가방 (622) 으로서 도시된 휴대용 디바이스를 포함할 수도 있다. 송신 안테나 (624) 는 가방 (622) 내에 통합된 배터리 (비도시), 외부 전원 (비도시), 또는 이들의 임의의 조합으로부터 전력을 수신하도록 구성될 수도 있다. 추가로, 송신 안테나 (624) 는 가방 (622) 외부에 있거나 내부에 통합되는 또 다른 송신 안테나 (비도시) 로부터 전력을 무선으로 수신하도록 구성되는 중계기 안테나로서 구성될 수도 있다. 전력을 수신하면, 송신 안테나 (624) 는 관련된 커플링-모드 영역 내에서 수신기에 의해 수신될 수도 있는 전력을 무선으로 송신할 수도 있다. 예를 들어, 송신 안테나 (624) 로부터 송신된 전력은 저장 영역 (626) 내에 위치된 디바이스의 배터리 (비도시) 에 커플링되는 수신 안테나에 의해 수신될 수도 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 송신 안테나 (624) 는 적어도 하나의 디바이스가 근거리장 내에 있고 적어도 하나의 디바이스가 충전될 필요가 있는 경우에만 그 근거리장 내에서 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다.
송신 안테나를 저장 영역에 근접하게 위치하고, 이러한 송신 안테나가 저장 영역과 실질적으로 유사한 형상을 가지는 것은 저장 영역 내에 배치된 디바이스 (예컨대, 셀룰러 전화기) 의 개선된 무선 충전 효율을 가능하게 할 수 있다. 특히, 저장 영역 (예컨대, 저장 영역 (626)) 내에 배치된 디바이스 (예컨대, 셀룰러 전화기) 가 저장 영역의 형상에 의해 수동적으로 정렬될 수도 있기 때문에, 저장 영역 내의 디바이스는 실질적으로 송신 안테나와 함께 정렬될 수도 있고, 충전 효율이 증가될 수도 있다.
도 16 은 본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른, 가방 (633) 으로 도시된 휴대용 디바이스 내에 통합된 하나 이상의 수신 안테나들 (632) 을 포함하는 또 다른 휴대용 충전 시스템 (630) 을 도시한다. 각각의 수신 안테나 (632) 는 외부 송신 안테나 (634) 와 같은 충전 소스로부터 수신 회로 (302, 도 7 에 도시) 를 통해 전력을 수신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 각각의 수신 안테나 (632) 는 표 (비도시) 내에 통합될 수 있고, 부가될 수 있고, 및/또는 위치될 수 있는 송신 안테나 (634) 로부터 전력을 수신하도록 구성될 수도 있다. 충전 시스템 (630) 은 또한 하나 이상의 커넥터들 (637) 을 가지는 하나 이상의 접속 포트들 (636) 을 포함할 수도 있다. 각각의 접속 포트 (636) 는 관련된 충전 영역과 함께 위치될 수도 있고, 적어도 하나의 수신 안테나 (632) 에 동작가능하게 커플링될 수도 있다. 추가로, 하나 이상의 커넥터들 (637) 은 디바이스 (예컨대, 카메라, 셀룰러 전화기 또는 미디어 플레이어) 의 충전 포트에 커플링하도록 구성될 수도 있다. 구성되는 바에 따라, 각각의 접속 포트 (636) 는 수신 안테나로부터 수신되는 전력을 그에 동작가능하게 커플링된 디바이스로 제공할 수도 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 접속 포트들 (636) 은 적어도 하나의 디바이스가 하나 이상의 커넥터들 (637) 에 커플링되고 적어도 하나의 디바이스가 충전이 필요한 경우에만 충전 소스로부터 전력을 인출하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 또 다른 충전 시스템 (650) 이 도 17 에 도시된다. 충전 시스템 (650) 은 가방 (654) 내에 통합되는 하나 이상의 무선 수신 안테나들 (652) 및 외부 무선 송신 안테나 (656) 를 포함한다. 충전 시스템 (650) 은 하나 이상의 커넥터들 (657) 을 가지는 하나 이상의 접속 포트들 (658) 을 포함할 수도 있다. 각각의 접속 포트 (658) 는 적어도 하나의 수신 안테나 (652) 에 동작가능하게 커플링될 수도 있고, 하나 이상의 커넥터들 (657) 을 디바이스 (예컨대, 카메라, 셀룰러 전화기, 또는 미디어 플레이어) 의 충전 포트에 커플링하도록 더 구성될 수도 있다. 추가로, 각각의 접속 포트 (658) 는 관련된 저장 영역 내에 위치될 수도 있고, 수신 안테나로부터 수신된 전력을 그에 동작가능하게 결합된 디바이스로 제공하도록 구성될 수도 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 접속 포트 (658) 는 적어도 하나의 디바이스가 접속 포트 (658) 와 결합된 하나 이상의 커넥터들 (657) 에 커플링되고, 적어도 하나의 디바이스가 충전이 필요한 경우에만 충전 소스로부터 전력을 인출하도록 구성될 수도 있음에 유의한다.
전술된 예시적인 실시예들은 디바이스 (예컨대, 카메라, 셀룰러 전화기 또는 미디어 플레이어) 사용자가 하나 이상의 충전가능한 디바이스들을 내부에 구비하는 휴대용 장치를 이동시키면서 하나 이상의 디바이스들을 동시에 충전하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 추가로, 전술된 예시적인 실시예들은 디바이스 사용자가 휴대용 장치로부터 임의의 디바이스를 제거할 필요 없이 휴대용 장치 내의 하나 이상의 디바이스들을 동시에 충전하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 전술된 휴대용 충전 시스템들은 휴대용 가방들을 포함하지만, 임의의 공지된 적절한 휴대용 장치를 구비하는 휴대용 충전 시스템은 본 발명의 범위 내에 있음에 유의한다.
도 18 은 본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른, 의류 제품 (674) 과 같은 휴대용 디바이스 내에 통합된 송신 안테나 (672) 를 구비한 휴대용 충전 시스템 (670) 을 도시한다. 도 18 에 도시된 것과 같이, 의류 제품 (674) 은 의류 제품 (674) 내의 (포켓과 같은) 저장 영역 (678) 에 근접하게 위치되고 디바이스를 고정하도록 구성된 송신 안테나 (672) 를 포함할 수도 있다. 추가로, 중전 시스템 (670) 은 의류 제품 (674) 내에 통합된 배터리 (676) 를 포함할 수도 있다. 고려되는 동작에서, 배터리 (676) 는 개인이 의류 제품 (674) 을 착용하기 전에 충전될 수도 있다. 의류 제품 (674) 은 도 18 에서 셔츠로서 도시되지만, 임의의 의류 제품이 본 발명의 범위 내에 있을 수도 있다. 제한되지 않는 예로서, 의류 제품 (674) 은 셔츠, 팬츠, 코트, 신발 또는 임의의 착용가능한 액세서리를 포함할 수도 있다.
송신 안테나 (672) 는 임의의 공지되고 적절한 무선 또는 유선 방식으로 에너지 저장 모듈(676) 로부터 전력을 수신하도록 구성될 수도 있다. 추가로, 송신 안테나 (672) 는 송신 안테나 (672) 의 근거리장 내에서 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다. 송신된 전력은 그 후에 수신 안테나 (비도시) 에 의해 수신 안테나 및 송신 안테나 (672) 의 커플링-모드 영역 내에서 수신될 수도 있다. 예를 들어, 송신 안테나 (672) 로부터 송신되는 전력은 저장 영역 (678) 내에 위치된 디바이스 (비도시) 의 배터리에 커플링되는 수신 안테나에 의해 수신될 수도 있다. 일 예로서, 개인이 의류 제품 (674) 을 착용하는 동안, 저장 영역 (678) 내에 송신 안테나 (672) 에 근접하게 위치된 하나 이상의 디바이스들은 송신 회로 (202) 및 송신 안테나 (672) 를 경유하여 배터리 (676) 로부터 수신 회로 (302) 를 통해 전력을 무선으로 수신할 수도 있다.
도 15를 참조하여 전술된 것과 같이, 송신 안테나를 저장 영역 (예컨대, 포켓) 에 근접하게 위치하고, 이러한 송신 안테나가 저장 영역과 실질적으로 유사한 형상을 가지는 것은 저장 영역 내에 배치된 디바이스 (예컨대, 셀룰러 전화기) 의 개선된 무선 충전 효율을 가능하게 할 수도 있다. 특히, 저장 영역 (예컨대, 저장 영역 (678)) 내에 배치된 디바이스 (예컨대, 셀룰러 전화기) 이 저장 영역의 형상에 의해 수동으로 정렬될 수 있기 때문에, 저장 영역 내의 디바이스는 실질적으로 송신 안테나와 함께 정렬될 수도 있고, 충전 효율은 증가될 수도 있다. 송신 안테나 (672) 는 적어도 하나의 디바이스가 근거리장 내에 있고 적어도 하나의 디바이스가 충전이 필요한 경우에만 개별 근거리장 내에서 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다.
도 19 는 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따라 충전가능한 디바이스를 충전하는 방법 (700) 을 설명하는 흐름도이다. 방법 (700) 은 휴대용 장치 (부호 702 로 표시됨) 내에 통합된 적어도 하나의 안테나 내에서 전력을 수신하는 것을 포함할 수도 있다. 방법 (700) 은 또한 적어도 하나의 안테나로부터, 적어도 하나의 안테나의 근거리장 내에 위치되고 충전 가능한 디바이스 (부호 704 로 표시됨) 에 커플링되는 적어도 하나의 다른 안테나로 전력을 무선으로 전송하는 것을 포함할 수도 있다.
도 20 은 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따라 충전 가능한 디바이스를 충전하는 또 다른 방법 (720) 을 설명하는 흐름도이다. 방법 (720) 은 휴대용 장치 (부호 722 로 표시됨) 내에 통합된 적어도 하나의 안테나 내에서 전력을 수신하는 것을 포함할 수도 있다. 또한, 방법 (720) 은 적어도 하나의 안테나로부터, 충전 가능한 디바이스 (부호 724 로 표시됨) 의 충전 포트에 물리적으로 커플링하도록 구성되는 적어도 하나의 접속 포트로 전력을 송신하는 것을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 것과 같이, "휴대용 디바이스" 는 충전가능한 디바이스를 수용하고 충전가능한 디바이스를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 디바이스를 포함할 수도 있음에 유의한다. 또 다른 방식으로, "휴대용 디바이스" 는 충전가능한 디바이스의 하나 이상의 표면을 둘러싸도록 구성된 디바이스를 포함할 수도 있다.
당업자는 또한 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명되는 다양한 설명의 논리적인 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합들로서 구현될 수도 있음을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호 교환 가능성을 명확히 설명하기 위해, 다양하게 설명되는 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 일반적으로 그들의 기능성에 관련하여 전술되었다. 그러한 기능성이 하드웨어로 구현되는지 또는 소프트웨어로 구현되는지의 여부는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약에 따라 결정된다. 당업자는 각각의 특정 애플리케이션을 위해 다양한 방식들로 전술된 기능성을 구현할 수도 있지만, 그러한 구현 결정들은 본 발명의 예시적인 실시예들의 범위로부터 벗어나는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 명세서에서 개시된 예시적인 실시예들과 관련하여 설명되는 다양한 설명의 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 처리기 (DSP), 애플리케이션용 집적 회로 (ASIC), 현장 프로그램가능한 게이트 어레이 (FPGA), 또는 다른 프로그램가능한 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에 개시된 기능들을 수행하도록 설계된 그들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서가 될 수도 있지만, 대안적으로 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신이 될 수도 있다. 프로세서는 또한 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 구성과 같은 컴퓨팅 디바이스들의 조합으로서 구현될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 예시적인 실시예들와 관련하여 설명되는 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어에서 직접, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈에서, 또는 이들의 조합에서 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 (ROM), 전기적으로 소거가능한 ROM (EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그램 가능 ROM (EEPROM), 레지스터들, 하드디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM 또는 임의의 다른 형태의 공지된 저장 매체 내에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 따라서 프로세서는 저장매체로부터 정보를 판독하고, 저장 매체로 정보를 기록할 수 있다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 필수일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 내에 상주할 수도 있다. ASIC은 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트들로서 상주할 수도 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예들에서, 설명되는 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수도 있다. 소프트웨어에서 구현되는 경우에, 기능들은 컴퓨터로 판독가능한 매체에 하나 이상의 명령들 또는 코드들로 저장되거나 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 하나의 장소에서 또 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 모두를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 사용가능한 매체가 될 수 있다. 제한되지 않는 예로서, 상기 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드 수단들을 전달 또는 저장하기 위해 사용될 수 있는 임의의 다른 매체 또는 범용 또는 특정 목적의 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속은 적절히 컴퓨터판독가능 매체라 지칭된다. 예를 들면, 만약 소프트웨어가 웹사이트, 서버 또는 동축 케이블, 광 케이블, 꼬임 쌍, 디지털 가입자선 (DSL), 또는 적외선, 무선 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하는 다른 원격 소스로부터 전송되면, 동축 케이블, 광 케이블, 꼬임 쌍, DSL, 또는 적외선, 무선 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의 내에 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같은 디스크 (disk) 와 디스크 (disc) 는 컴팩트 디스크 (CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 휘발성 디스크 (DVD), 플로피 디스크 및 블루-레이 디스크를 포함하며, 이러한 디스크 (disk) 들은 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 이러한 디스크 (disc) 들은 레이터를 사용하여 데이터를 광학으로 재생한다. 이들의 조합들은 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
개시된 예시적인 실시예들의 전술된 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 사용할 수 있도록 하기 위하여 제공되었다. 이러한 예시적인 실시예들에 대한 여러 가지 변형들은 당업자에게 용이하게 인식되며, 본 명세서에서 정의된 포괄적인 원칙들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 예시적인 실시예들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 예시적인 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원칙들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위에 따른다.

Claims (33)

  1. 휴대용 충전 시스템으로서,
    휴대용 장치 내에 위치하고, 전원으로부터 전력을 수신하며, 충전가능한 디바이스에 커플링된 적어도 하나의 수신 안테나로 상기 전력을 무선으로 송신하도록 구성된 적어도 하나의 안테나를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나는 송신 안테나와 중계기 안테나 중 하나를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 장치는 지갑, 백팩, 하나의 수화물 및 서류 가방 중 하나를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원은 배터리, 전원 콘센트 (power outlet) 및 무선 송신 안테나 중 적어도 하나를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리는 휴대용 인클로저 내에 통합되는, 휴대용 충전 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전원 콘센트를 상기 무선 송신 안테나와 상기 배터리 중 적어도 하나에 커플링하도록 구성된 파워 커넥터를 더 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파워 커넥터는, 전기 커넥터를 휴대용 인클로저에 커플링하도록 구성된 착탈식 코드를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 파워 커넥터는 상기 휴대용 인클로저 내에 집어넣고, 상기 휴대용 인클로저로부터 연장하도록 구성되는 입출가능 코드를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 코일을 더 포함하며,
    상기 코일 각각은 상기 휴대용 인클로저 내의 저장 영역에 근접하게 위치되고, 상기 전원으로부터 전력을 수신하고 유도성 커플링을 통해 상기 저장 영역 내에 위치된 수신기로 상기 전력을 송신하도록 구성되는, 휴대용 충전 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 내에 위치되는 복수의 안테나들을 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 안테나는 적어도 하나의 다른 안테나와 상이한 평면으로 배향되는, 휴대용 충전 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나는 2개의 동시에 동작가능하고 공간적으로 구분되는 안테나들을 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 무선 수신 안테나를 더 포함하며,
    상기 무선 수신 안테나 각각은 관련된 송신 안테나로부터 전력을 수신하고 상기 무선 수신 안테나에 동작가능하게 커플링된 전자 디바이스를 충전하도록 구성되는, 휴대용 충전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 셀룰러 전화기, 카메라, 미디어 플레이어, 게임 디바이스, 툴, 네비게이션 디바이스, 헤드셋, 및 장난감 중 적어도 하나를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전원은 배터리와 전원 콘센트 중 적어도 하나를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 배터리는 충전가능한 배터리와 교체가능한 배터리 중 적어도 하나를 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  16. 휴대용 충전 시스템으로서,
    전원으로부터 전력을 수신하고 근거리장 내에서 상기 전력을 송신하도록 구성되는 안테나; 및
    휴대용 장치에 커플링되고 상기 근거리장 내에 위치되는 적어도 하나의 수신 안테나를 가지는 상기 휴대용 장치를 포함하며,
    상기 수신 안테나 각각은 상기 휴대용 장치 내에 위치된 적어도 하나의 접속 포트에 동작가능하게 커플링되고, 상기 접속 포트 각각은 충전가능한 디바이스의 충전 포트에 물리적으로 커플링하도록 구성되는, 휴대용 충전 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 접속 포트 각각은, 상기 충전가능한 디바이스의 충전 포트에 물리적으로 커플링하도록 구성되는 하나 이상의 커넥터들을 포함하는, 휴대용 충전 시스템.
  18. 휴대용 장치 내에서 충전가능한 디바이스를 충전하는 방법으로서,
    상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 안테나로부터, 상기 적어도 하나의 안테나의 근거리장 내에 위치되고 상기 충전가능한 디바이스에 커플링되는 적어도 하나의 다른 안테나로 전력을 무선으로 송신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하는 단계는, 상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 송신 안테나에서 전력을 수신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하는 단계는, 상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 중계기 안테나에서 전력을 수신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나로부터 적어도 하나의 다른 안테나로 전력을 무선으로 송신하는 단계는, 상기 적어도 하나의 안테나로부터 상기 충전가능한 디바이스에 커플링된 적어도 하나의 수신 안테나로 전력을 무선으로 송신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나로부터 적어도 하나의 다른 안테나로 전력을 무선으로 송신하는 단계는, 상기 충전가능한 디바이스가 전력을 필요로 하는 경우에 상기 적어도 하나의 안테나로부터 상기 충전가능한 디바이스에 커플링된 적어도 하나의 수신 안테나로 전력을 무선으로 송신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하는 단계는, 배터리, 전원 콘센트 및 송신 안테나 중 적어도 하나로부터 전력을 수신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하는 단계는, 제 1 안테나 및 상기 제 1 안테나와 상이한 평면으로 배향되는 제 2 안테나에서 전력을 수신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  25. 충전가능한 디바이스를 충전하는 것을 용이하게 하는 디바이스로서,
    휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하기 위한 수단; 및
    상기 적어도 하나의 안테나로부터, 상기 적어도 하나의 안테나의 근거리장 내에 위치되고 상기 충전가능한 디바이스에 커플링되는 적어도 하나의 다른 안테나로 전력을 무선으로 송신하기 위한 수단을 포함하는, 충전을 용이하게 하는 디바이스.
  26. 휴대용 장치 내에서 충전가능한 디바이스를 충전하는 방법으로서,
    상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 안테나로부터, 상기 충전가능한 디바이스의 충전 포트에 물리적으로 커플링하도록 구성되는 적어도 하나의 접속 포트로 전력을 송신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하는 단계는, 상기 휴대용 장치 외부의 적어도 하나의 송신 안테나로부터, 상기 휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 수신 안테나에서 전력을 수신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나로부터 적어도 하나의 접속 포트로 전력을 송신하는 단계는, 상기 적어도 하나의 안테나로부터, 상기 충전가능한 디바이스의 충전 포트에 물리적으로 커플링하도록 구성된 적어도 하나의 커넥터를 가지는 적어도 하나의 접속 포트로 전력을 송신하는 단계를 포함하는, 충전가능한 디바이스 충전 방법.
  29. 충전가능한 디바이스를 충전하는 것을 용이하게 하는 디바이스로서,
    휴대용 장치 내에 통합된 적어도 하나의 안테나에서 전력을 수신하기 위한 수단; 및
    상기 적어도 하나의 안테나로부터, 상기 충전가능한 디바이스의 충전 포트에 물리적으로 커플링하도록 구성되는 적어도 하나의 파워 커넥터로 전력을 송신하기 위한 수단을 포함하는, 충전을 용이하게 하는 디바이스.
  30. 착용가능한 디바이스로서,
    에너지 저장 모듈; 및
    상기 착용가능한 디바이스의 저장 영역에 근접하게 위치되고, 상기 에너지 저장 모듈로부터 전력을 수신하고 상기 저장 영역 내에 위치된 충전가능한 디바이스에 커플링된 수신 안테나로 전력을 무선으로 전송하도록 구성된 송신 안테나를 포함하는, 착용가능한 디바이스.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 착용가능한 디바이스는 셔츠, 코트, 팬츠, 신발 및 착용가능한 액세서리 중 하나를 포함하는, 착용가능한 디바이스.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 모듈은 충전가능한 배터리 및 교체가능한 배터리 중 적어도 하나를 포함하는, 착용가능한 디바이스.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 송신 안테나는 유선 방식 및 무선 방식 중 하나의 방식으로 상기 에너지 저장 모듈로부터 전력을 수신하도록 구성되는, 착용가능한 디바이스.
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