KR20120080602A - 회전하는 안테나를 갖는 무선 전력 충전기 - Google Patents

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Abstract

예시적인 실시형태들은 무선 전력에 관한 것이다. 방법은 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 홀더에 수납하는 것에 응답하여 그 적어도 하나의 전자 디바이스의 수신 안테나와의 직교성을 감소시키도록 적어도 하나의 송신 안테나를 재배향하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 적어도 하나의 송신 안테나로부터 수신 안테나로 전력을 무선으로 전송하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

Description

회전하는 안테나를 갖는 무선 전력 충전기{WIRELESS S POWER CHARGER WITH ROTATING ANTENNA}
35 U.S.C. §119 하의 우선권 주장
본 출원은, 그 전체가 본원에서 참조로서 포함되는 2009 년 9 월 17 일자로 출원된 발명의 명칭이 "SWINGABLE MAGNETICALLY RESONANT ANTENNA FOR WIRELESS CHARGING" 인 미국 가특허출원 제 61/243,442 호에 대하여 35 U.S.C. §119(e) 하에서 우선권을 주장한다.
분야
본 발명은 일반적으로 무선 전력에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 무선 충전 동안의 안테나 배향에 관한 것이다.
일반적으로, 각각의 배터리 급전 디바이스는 통상 자신의 충전기 및 AC 전력 아웃렛인 전원을 필요로 한다. 이는, 많은 디바이스들이 충전을 필요로 하는 경우 취급하기 어려워진다.
충전될 디바이스와 송신기 간의 무선 전력 송신을 통해 이용하는 접근법들이 개발되고 있다. 이들은 일반적으로 2 개의 카테고리들로 분류된다. 하나는, 배터리를 충전하기 위해 방사된 전력을 수집하고 이것을 정류하는 충전될 디바이스 상의 송신 안테나와 수신 안테나 간의 평면파 방사 (또한, 원거리장 방사로도 지칭됨) 의 커플링에 기초한다. 안테나들은 일반적으로 커플링 효율성을 향상시키기 위한 공진 길이를 갖는다. 이 접근법은 전력 커플링이 안테나들 간의 거리에 따라 급격히 하락한다는 사실로부터 어려움을 겪는다. 그리하여, 적정한 거리들 (예컨대, > 1~2m) 을 통한 충전이 어려워진다. 또한, 시스템이 평면파들을 방사하기 때문에, 필터링을 통해 적절히 제어되지 않으면 의도치 않은 방사가 다른 시스템들과 간섭할 수 있다.
다른 접근법은, 충전될 호스트 디바이스에 내장된 정류 회로 및 수신 안테나와, 예를 들어, "충전" 매트 또는 표면에 내장된 송신 안테나 간의 유도성 커플링에 기초한다. 이 접근법은, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 간격이 매우 가까워야 (예컨대, 수 mm) 한다는 단점을 갖는다. 이 접근법은 동일한 영역에서 동시에 다수의 디바이스들을 충전하는 능력을 갖지만, 이 영역은 통상적으로 작기 때문에, 사용자는 디바이스들을 특정한 영역에 위치시켜야 한다.
무선 전력 송신을 이용하여, 개선된 효율로 무선 전력을 수신기 디바이스들로 송신 및 중계하는 시스템들 및 방법들이 필요하다. 또한, 안테나들의 동작 특성을 조절하여 상이한 환경들에 적응시키고 전력 전송 특성들을 최적화할 필요가 있다.
도 1 은 무선 전력 전송 시스템의 단순화된 블록도를 나타낸다.
도 2 는 무선 전력 전송 시스템의 단순화된 개략도를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 예시적인 실시형태들에서의 이용을 위한 루프 안테나의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 송신기의 단순화된 블록도이다.
도 5 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 수신기의 단순화된 블록도이다.
도 6 은 송신기와 수신기 간의 메시징 (messaging) 을 실행하기 위한 송신 회로의 일부분의 단순화된 개략도를 나타낸다.
도 7a 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 송신 안테나를 포함한 자동차 콘솔을 나타낸다.
도 7b 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 자동차 콘솔의 복수의 홀더들 및 홀더를 갖는 삽입을 위한 삽입가능 슬리브의 예시도이다.
도 8 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 송신 안테나를 포함하는 홀더를 나타낸다.
도 9 는 충전가능 전자 디바이스를 나타낸다.
도 10 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 송신 안테나를 포함하는 홀더 내의 충전가능 전자 디바이스를 나타낸다.
도 11 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 적어도 하나의 송신 안테나를 갖는 편향가능 플레이트를 포함하는 홀더를 나타낸다.
도 12 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 편향된 위치에서의 홀더를 나타낸다.
도 13 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 편향된 위치에서의 홀더 내의 충전가능 전자 디바이스를 나타낸다.
도 14 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 편향된 위치에서의 홀더 내의 복수의 충전가능 전자 디바이스들을 나타낸다.
도 15 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 다른 방법을 나타낸 플로우차트이다.
첨부 도면들과 관련하여 아래에 설명된 상세한 설명은, 본 발명의 예시적인 실시형태들의 설명으로서 의도되고, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태들을 나타내는 것으로 의도되지 않는다. 이러한 설명 전반적으로 사용된 용어 "예시적인" 은 "예, 경우, 또는 예시로서 기능하는" 을 의미하고, 다른 예시적인 실시형태들보다 바람직하거나 또는 유용한 것으로서 반드시 해석되지 않아야 한다. 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태들의 완전한 이해를 제공하기 위한 특정한 상세를 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시형태들이 이들 특정한 상세 없이도 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 일부 경우에서, 주지된 구조들 및 디바이스들은 본원에 제시된 예시적인 실시형태들의 신규성을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 블록도 형태로 나타내진다.
단어 "무선 전력" 은 물리적인 전자기 도체들을 사용하지 않고 송신기로부터 수신기로 송신되는 전기장, 자기장, 전자기장, 또는 그 외의 것과 연관된 임의의 형태의 에너지를 의미하는 것으로 본원에서 사용된다.
도 1 은 본 발명의 각종 예시적인 실시형태들에 따른 무선 송신 또는 충전 시스템 (100) 을 나타낸다. 에너지 전송을 제공하기 위한 방사장 (radiated field; 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 (미도시) 에 의한 저장 또는 소모를 위해 출력 전력 (110) 을 생성한다. 송신기 (104) 및 수신기 (108) 양자 모두는 거리 (112) 만큼 이격된다. 일 예시적인 실시형태에서, 송신기 (104) 및 수신기 (108) 는 상호 공진 관계에 따라 구성되고 수신기 (108) 의 공진 주파수 및 송신기 (104) 의 공진 주파수가 매우 가까운 경우, 수신기 (108) 가 방사장 (106) 의 "근거리장" 에 위치할 때 송신기 (104) 와 수신기 (108) 간의 송신 손실들이 최소화된다.
송신기 (104) 는 에너지 송신을 위한 수단을 제공하는 송신 안테나 (114) 를 더 포함하고, 수신기 (108) 는 에너지 수신을 위한 수단을 제공하는 수신 안테나 (118) 를 더 포함한다. 송신 및 수신 안테나는 그들과 연관된 애플리케이션들 및 디바이스들에 따라 크기가 정해진다. 언급한 바와 같이, 전자기파에서의 에너지의 대부분을 원거리장으로 전파하기 보다는 송신 안테나의 근거리장에서의 에너지의 대부분을 수신 안테나에 커플링함으로써, 효율적인 에너지 전송이 발생한다. 이 근거리장에 있는 경우, 송신 안테나 (114) 와 수신 안테나 (118) 사이에서 커플링 모드가 전개될 수도 있다. 이 근거리장 커플링이 발생할 수도 있는 안테나들 (114 와 118) 부근의 영역은 본원에서 커플링 모드 지역으로서 지칭된다.
도 2 는 무선 전력 전송 시스템의 단순 개략도를 나타낸다. 송신기 (104) 는 발진기 (122), 전력 증폭기 (124) 그리고 필터 및 매칭 회로 (126) 를 포함한다. 발진기는 원하는 주파수에서 신호를 생성하도록 구성되고, 이 원하는 주파수는 조정 신호 (123) 에 응답하여 조정될 수도 있다. 발진기 신호는 제어 신호 (125) 에 응답하는 증폭 양으로 전력 증폭기 (124) 에 의해 증폭될 수도 있다. 필터 및 매칭 회로 (126) 는 고조파들 또는 다른 원하지 않는 주파수들을 필터링하고 송신기 (104) 의 임피던스를 송신 안테나 (114) 에 매칭시키도록 포함될 수도 있다.
수신기 (108) 는 DC 전력 출력을 생성하여 도 2 에 도시된 바와 같은 배터리 (136) 를 충전하고 또는 수신기에 커플링된 디바이스 (미도시) 에 전원을 공급하기 위해 매칭 회로 (132) 그리고 정류 및 스위칭 회로 (134) 를 포함할 수도 있다. 매칭 회로 (132) 는 수신기 (108) 의 임피던스를 수신 안테나 (118) 에 매칭시키도록 포함될 수도 있다. 수신기 (108) 및 송신기 (104) 는 별개의 통신 채널 (119)(예를 들어, 블루투스, 지그비, 셀룰러 등) 상에서 통신할 수도 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시형태들에서 이용된 안테나들은 "루프" 안테나 (150) 와 같이 구성될 수도 있고, 이 루프 안테나는 또한 본원에서 "자기" 안테나로도 지칭될 수도 있다. 루프 안테나는 페라이트 코어와 같은 물리적 코어 또는 공심 (air core) 을 포함하도록 구성될 수도 있다. 공심 루프 안테나는 코어 부근에 배치된 관련 없는 물리적 디바이스들에 대해 더욱 허용 가능할 수도 있다. 또한, 공심 루프 안테나는 코어 영역 내에 다른 컴포넌트들의 배치를 허용한다. 또한, 공심 루프는, 송신 안테나 (114)(도 2) 의 커플링된 모드 지역이 더욱 강력할 수도 있는 송신 안테나 (114)(도 2) 의 평면 내에 수신 안테나 (118)(도 2) 를 더욱 용이하게 배치할 수도 있다.
언급한 바와 같이, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 간의 매칭된 또는 거의 매칭된 공진 동안 송신기 (104) 와 수신기 (108) 간의 에너지의 효율적인 전송이 발생한다. 그러나, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 간의 공진이 매칭되지 않더라도, 에너지는 보다 낮은 효율로 전송될 수도 있다. 에너지의 전송은, 송신 안테나로부터 자유 공간으로 에너지를 전파하기 보다는 송신 안테나의 근거리장으로부터의 에너지를 이 근거리장이 확립되는 인근에 상주하는 수신 안테나에 커플링함으로써 발생한다.
루프 또는 자기 안테나의 공진 주파수는 인덕턴스 및 커패시턴스에 기초한다. 루프 안테나의 인덕턴스는 일반적으로 간단히 그 루프에 의해 생성된 인덕턴스인 반면에, 커패시턴스는 일반적으로 원하는 공진 주파수에서 공진 구조를 생성하도록 루프 안테나의 인덕턴스에 부가된다. 비제한적인 예로서, 커패시터 (152) 및 커패시터 (154) 가 안테나에 추가되어 공진 신호 (156) 를 생성하는 공진 회로를 생성할 수도 있다. 따라서, 보다 큰 직경의 루프 안테나에 대해, 공진을 유도하는데 필요한 커패시턴스의 크기는 그 루프의 인덕턴스 또는 직경이 증가함에 따라 감소한다. 또한, 루프 또는 자기 안테나의 직경이 증가함에 따라, 근거리장의 효율적인 에너지 전송 영역이 증가한다. 물론, 다른 공진 회로들이 가능하다. 다른 비제한적인 예로서, 커패시터가 루프 안테나의 2 개의 단자들 사이에서 병렬로 배치될 수도 있다. 또한, 송신 안테나에 대해 공진 신호 (156) 가 루프 안테나 (150) 로의 입력일 수도 있다는 것을 당업자는 인지할 것이다.
도 4 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 송신기 (200) 의 단순 블록도이다. 송신기 (200) 는 송신 회로 (202) 및 송신 안테나 (204) 를 포함한다. 일반적으로, 송신 회로 (202) 는 송신 안테나 (204) 에 관한 근거리장 에너지의 생성을 초래하는 발진 신호를 제공함으로써 송신 안테나 (204) 에 RF 전력을 제공한다. 예로서, 송신기 (200) 는 13.56 MHz ISM 대역에서 동작할 수도 있다.
예시적인 송신 회로 (202) 는 송신 회로 (202) 의 임피던스 (예를 들어, 50 ohm) 를 송신 안테나 (204) 에 매칭시키기 위한 고정된 임피던스 매칭 회로 (206) 및 수신기 (108)(도 1) 에 커플링된 디바이스들의 셀프 재밍 (self-jamming) 을 방지하기 위한 레벨로 고조파 방출을 감소시키기도록 구성된 로우 패스 필터 (LPF; 208) 를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태들은 특정 주파수를 감쇠시키면서 다른 주파수들을 통과시키는 노치 필터 (이에 한정되지 않음) 를 포함하는 상이한 필터 토폴로지를 포함할 수도 있고, 전력 증폭기에 의해 인출된 DC 전류 또는 안테나로의 출력 전력과 같은 측정가능한 송신 메트릭에 기초하여 변화될 수 있는 적응형 임피던스 매칭을 포함할 수도 있다. 송신 회로 (202) 는 발진기 (212) 에 의해 결정된 바와 같이 RF 신호를 도출하도록 구성된 전력 증폭기 (210) 를 더 포함한다. 송신 회로는 개별 디바이스들 또는 회로들로 이루어질 수도 있고, 또는 대안적으로는 집적된 어셈블리로 이루어질 수도 있다. 송신 안테나 (204) 로부터 출력된 예시적인 RF 전력은 2.5 와트 정도일 수도 있다.
송신 회로 (202) 는 특정 수신기들에 대한 송신 페이즈들 (또는 듀티 사이클들) 동안 발진기 (212) 를 인에이블하고, 발진기의 주파수를 조정하며, 그 부착된 수신기들을 통해 이웃하는 디바이스들과 상호작용하기 위한 통신 프로토콜을 구현하기 위해 출력 전력 레벨을 조정하는 제어기 (214) 를 더 포함한다.
송신 회로 (202) 는 송신 안테나 (204) 에 의해 생성된 근거리장 부근에서 액티브 수신기들의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 부하 감지 회로 (216) 를 더 포함할 수도 있다. 예로서, 부하 감지 회로 (216) 는, 송신 안테나 (204) 에 의해 생성된 근거리장 부근에서 액티브 수신기들의 존재 또는 부재에 의해 영향을 받는, 전력 증폭기 (210) 로 흐르는 전류를 모니터링한다. 액티브 수신기와 통신하기 위한 에너지를 송신하기 위해 발진기 (212) 를 인에이블시킬지 여부를 결정하는데 이용하기 위해, 전력 증폭기 (210) 상의 부하에 대한 변화의 검출이 제어기 (214) 에 의해 모니터링된다.
송신 안테나 (204) 는 저항 손실을 낮게 유지하도록 선택된 두께, 폭 및 금속 타입을 갖는 안테나 스트립으로서 구현될 수도 있다. 종래의 구현에서, 송신 안테나 (204) 는 일반적으로 테이블, 매트, 램프 또는 다른 휴대성이 적은 구성과 같은 보다 큰 구조와의 연관을 위해 구성될 수 있다. 따라서, 송신 안테나 (204) 는 일반적으로 실제적인 치수이기 위해서 "턴 (turn)" 이 필요하지 않을 것이다. 송신 안테나 (204) 의 예시적인 구현은 "전기적으로 작은" (즉, 파장의 일부분) 것일 수도 있고, 공진 주파수를 정의하기 위해 커패시터들을 이용함으로써 보다 낮은 가용 주파수들에서 공진하도록 튜닝될 수도 있다. 송신 안테나 (204) 가 수신 안테나에 비해 직경 면에서, 또는 정사각형 루프인 경우 측면의 길이 (예를 들어, 0.50 미터) 면에서 더 클 수도 있는 예시적인 애플리케이션에서, 송신 안테나 (204) 는 적정한 커패시턴스를 획득하기 위해 다수의 턴들을 반드시 필요로 하지 않는다.
송신기 (200) 는, 송신기 (200) 와 연관될 수도 있는 수신기 디바이스들의 스테이터스 및 행방 (whereabout) 에 관한 정보를 수집 및 추적할 수도 있다. 따라서, 송신기 회로 (202) 는 제어기 (214)(본원에서 프로세서로도 지칭됨) 에 접속된, 존재 검출기 (280), 폐쇄 검출기 (enclosed detector; 290), 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 제어기 (214) 는 존재 검출기 (280) 및 페쇄형 검출기 (290) 로부터의 존재 신호들에 응답하여 증폭기 (210) 에 의해 전달된 전력량을 조정할 수도 있다. 송신기는 다수의 전력 소스들, 예를 들어 빌딩에서 존재하는 종래의 AC 전력을 변환하기 위한 AC-DC 변환기 (미도시), 종래의 DC 전력 소스를 송신기 (200) 에 적합한 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 변환기 (미도시) 를 통해, 또는 종래의 DC 전력 소스 (미도시) 로부터 직접적으로 전력을 수신할 수도 있다.
비제한적인 예로서, 존재 검출기 (280) 는 송신기의 커버리지 영역 안으로 삽입되는 충전될 디바이스의 초기 존재를 감지하기 위해 이용된 모션 검출기일 수도 있다. 검출 후에, 송신기는 턴 온 될 수도 있고 디바이스에 의해 수신된 RF 전력은 미리 결정된 방식으로 Rx 디바이스 상의 스위치를 토글링하기 위해 이용될 수도 있으며, 이는 또한 송신기의 구동 포인트 임피던스에 대한 변화를 초래한다.
다른 비제한적인 예로서, 존재 검출기 (280) 는, 예를 들어 적외선 검출, 모션 검출, 또는 다른 적합한 수단에 의해 인간을 검출할 수 있는 검출기일 수도 있다. 몇몇 예시적인 실시형태들에서, 특정 주파수에서 송신 안테나가 송신할 수도 있는 전력량을 제한하는 규제들이 존재할 수도 있다. 일부 경우에서, 이들 규제들은 전자기 방사로부터 인간을 보호하는 것으로 여겨진다. 그러나, 송신 안테나가 인간에 의해 차지되지 않는 영역들, 또는 인간에 의해 가끔 차지되는 영역들, 예컨대 차고, 작업 현장, 매장 등에 배치되는 환경들이 존재할 수도 있다. 이들 환경들에 인간이 없으면, 송신 안테나의 전력 출력을 정상 전력 제한 규제들보다 높게 증가시키는 것이 허용될 수도 있다. 다시 말하면, 제어기 (214) 는 인간 존재에 응답하여 송신 안테나 (204) 의 전력 출력을 규제 레벨 이하로 조정할 수도 있고, 인간이 송신 안테나 (204) 의 전자기장으로부터 규제 거리 밖에 있는 경우 송신 안테나 (204) 의 전력 출력을 규제 레벨보다 높은 레벨로 조정할 수도 있다.
비제한적인 예로서, 폐쇄 검출기 (290)(본원에서 폐쇄 격실 검출기 또는 폐쇄 공간 검출기로도 지칭될 수도 있음) 는, 인클로저가 닫힘 또는 열림 상태에 있는 때를 결정하기 위한 감지 스위치와 같은 디바이스일 수도 있다. 송신기가 폐쇄 상태에 있는 인클로저 내에 있는 경우, 송신기의 전력 레벨이 증가될 수도 있다.
예시적인 실시형태들에서, 송신기 (200) 가 분명하지 않게 계속 유지되지 않는 방법이 이용될 수도 있다. 이 경우, 송신기 (200) 는 사용자-결정된 시간량 후에 중단 (shut off) 하도록 프로그래밍될 수도 있다. 이러한 특징은, 주변부의 무선 디바이스들이 완전하게 충전된 한참 후에 송신기 (200), 특히, 전력 증폭기 (210) 가 구동하는 것을 방지한다. 이 이벤트는, 디바이스가 완전하게 충전되었다는 수신 코일 또는 중계기로부터 전송된 신호를 검출하기 위한 회로의 고장으로 인한 것일 수도 있다. 다른 디바이스가 그 주변에 있는 경우 송신기 (200) 가 자동으로 중단되는 것을 방지하기 위해, 송신기 (200) 자동 중단 특징은 그 주변부에서 검출된 일정 기간의 모션의 부족 후에만 활성화될 수도 있다. 사용자는 비활성 (inactivity) 시간 간격을 결정하고 그것을 원하는 바와 같이 변경할 수도 있다. 비제한적인 예로서, 시간 간격은 디바이스가 초기에 완전히 방전되어 있다는 가정 하에서 특정 타입의 무선 디바이스를 완전히 충전하기 위해 필요한 것 보다 더 길 수도 있다.
도 5 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 수신기 (300) 의 단순 블록도이다. 수신기 (300) 는 수신 회로 (302) 및 수신 안테나 (304) 를 포함한다. 수신기 (300) 는 또한, 수신된 전력을 디바이스 (350) 에 제공하기 위한 디바이스 (350) 에 커플링된다. 수신기 (300) 가 디바이스 (350) 외부에 있는 것으로서 도시되었으나, 디바이스 (350) 안에 통합될 수도 있음이 주목된다. 일반적으로, 에너지는 수신 안테나 (304) 에 무선으로 전파되고, 그 후 수신 회로 (302) 를 통해 디바이스 (350) 에 커플링된다.
수신 안테나 (304) 는 송신 안테나 (204)(도 4) 와 동일한 주파수 또는 거의 동일한 주파수에서 공진하도록 튜닝된다. 수신 안테나 (304) 는 송신 안테나 (204) 와 유사하게 치수가 정해질 수도 있고, 또는 연관된 디바이스 (350) 의 치수들에 기초하여 상이하게 크기가 정해질 수도 있다. 예로서, 디바이스 (350) 는 송신 안테나 (204) 의 직경 또는 길이보다 작은 직경 또는 길이 치수를 갖는 휴대용 전자 디바이스일 수도 있다. 이러한 예에서, 수신 안테나 (304) 는 튜닝 커패시터 (미도시) 의 커패시턴스 값을 감소시키고 수신 안테나의 임피던스를 증가시키기 위해서 멀티-턴 안테나로서 구현될 수도 있다. 예로서, 수신 안테나 (304) 는, 권선간 커패시턴스 및 수신 안테나의 루프 턴 (즉, 권선) 의 수를 감소시키고 안테나 직경을 최대화하기 위해서 디바이스 (350) 의 실질적인 원주 둘레에 배치될 수도 있다.
수신 회로 (302) 는 수신 안테나 (304) 에 대한 임피던스 매칭을 제공한다. 수신 회로 (302) 는 디바이스 (350) 에 의한 이용을 위해 수신된 RF 에너지 소스를 충전 전력으로 변환하기 위한 전력 변환 회로 (306) 를 포함한다. 전력 변환 회로 (306) 는 RF-DC 변환기 (308) 를 포함하고, 또한 DC-DC 변환기 (310) 를 포함할 수도 있다. RF-DC 변환기 (308) 는 수신 안테나 (304) 에서 수신된 RF 에너지 신호를 비-교류 전력으로 정류하는 한편, DC-DC 변환기 (310) 는 정류된 RF 에너지 신호를 디바이스 (350) 와 호환 가능한 에너지 전위 (예를 들어, 전압) 로 변환한다. 부분 정류기 및 풀 (full) 정류기, 레귤레이터, 브리지, 더블러 (doubler), 뿐만 아니라 선형 (linear) 및 스위칭 변환기들을 포함하는 각종 RF-DC 변환기들이 고려된다.
수신 회로 (302) 는 전력 변환 회로 (306) 에 수신 안테나 (304) 를 접속시키고 또는 대안적으로는 전력 변환 회로 (306) 를 접속해제하기 위한 스위칭 회로 (312) 를 더 포함할 수도 있다. 전력 변환 회로 (306) 로부터 수신 안테나 (304) 를 접속해제하는 것은 디바이스 (350) 의 충전을 중단할 뿐만 아니라, 송신기 (200)(도 2) 에 의해 "관측" 되는 "부하" 를 변화시킨다.
전술된 바와 같이, 송신기 (200) 는 송신 전력 증폭기 (210) 에 제공된 바이어스 전류의 변동 (fluctuation) 을 검출하는 부하 감지 회로 (216) 를 포함한다. 따라서, 송신기 (200) 는, 수신기들이 송신기의 근거리장에 존재하는 때를 결정하기 위한 메커니즘을 갖는다.
다수의 수신기들 (300) 이 송신기의 근거리장에 존재할 때, 하나 이상의 수신기들의 로딩 및 언로딩을 시간-다중화하여 수신기들로 하여금 송신기에 더욱 효율적으로 커플링하게 하는 것이 바람직할 수도 있다. 수신기는 또한, 근처의 송신기들 상의 로딩을 감소시키거나 다른 근처의 수신기들에 대한 커플링을 제거하기 위해서 클록킹 (cloak) 될 수도 있다. 이 수신기의 "언로딩" 은 또한, 본원에서 "클록킹" 으로서 알려져 있다. 또한, 송신기 (200) 에 의해 검출되고 수신기 (300) 에 의해 제어된 언로딩과 로딩 간의 이 스위칭은 이하에서 더욱 완전히 설명되는 바와 같이 수신기 (300) 로부터 송신기 (200) 로의 통신 메커니즘을 제공한다. 또한, 프로토콜은 수신기 (300) 로부터 송신기 (200) 로 메시지의 전송을 인에이블하는 스위칭과 연관될 수 있다. 예로서, 스위칭 속도는 100 μsec 정도일 수도 있다.
예시적인 실시형태에서, 송신기와 수신기 간의 통신은 종래의 양방향 통신 보다는 디바이스 감지 및 충전 제어 메커니즘을 지칭한다. 다시 말하면, 송신기는 송신된 신호의 온/오프 키잉 (keying) 을 이용하여 에너지가 근거리장에서 이용 가능한지 여부를 조정한다. 수신기들은 에너지에서의 이들 변화를 송신기로부터의 메시지로서 해석한다. 수신기 측으로부터, 수신기는 수신기 안테나의 튜닝 및 디-튜닝을 이용하여 얼마나 많은 전력이 근거리장으로부터 받아들여지는지를 조정한다. 송신기는 근거리장으로부터 이용된 이러한 전력의 차이를 검출하고, 이들 변화를 수신기로부터의 메시지로서 해석할 수 있다.
수신 회로 (302) 는, 송신기로부터 수신기로의 정보 시그널링에 대응할 수도 있는 수신된 에너지 변동들을 식별하는데 이용된 시그널링 검출기 및 비콘 회로 (314) 를 더 포함할 수도 있다. 또한, 시그널링 및 비콘 회로 (314) 는 또한 근거리장 통신 또는 무선 충전을 위한 수신 회로 (302) 를 구성하기 위하여, 감소된 RF 신호 에너지 (즉, 비콘 신호) 의 송신을 검출하고, 감소된 RF 신호 에너지를 수신 회로 (302) 내의 전력공급되지 않은 회로 또는 전력공핍된 회로를 자각시키기 위한 공칭 전력으로 정류하는데 사용될 수도 있다.
수신 회로 (302) 는 본원에 설명된 스위칭 회로 (312) 의 제어를 포함하여 본원에 설명된 수신기 (300) 의 프로세스들을 조절하기 위한 프로세서 (316) 를 더 포함한다. 또한, 충전 전력을 디바이스 (350) 에 제공하는 외부의 유선 충전 소스 (예를 들어, 벽/USB 전력) 의 검출을 포함하는 다른 이벤트들의 발생 시에 수신기 (300) 의 클록킹이 발생할 수도 있다. 프로세서 (316) 는, 수신기의 클록킹을 제어하는 것에 추가하여, 송신기로부터 전송된 메시지들을 추출하고 비콘 상태를 결정하도록 비콘 회로 (314) 를 또한 모니터링할 수도 있다. 프로세서 (316) 는 또한, 향상된 성능을 위해 DC-DC 변환기 (310) 를 조정할 수도 있다.
도 6 은 송신기와 수신기 간의 메시징을 수행하기 위한 송신 회로의 일부분의 단순 개략도를 나타낸다. 본 발명의 일부 예시적인 실시형태들에서, 송신기와 수신기 사이에서 통신을 위한 수단이 인에이블될 수도 있다. 도 6 에서, 전력 증폭기 (210) 는 송신 안테나 (204) 를 구동하여 방사장을 생성할 수도 있다. 전력 증폭기는 송신 안테나 (204) 에 원하는 주파수에서 발진하는 캐리어 신호 (220) 에 의해 구동된다. 송신 변조 신호 (224) 는 전력 증폭기 (210) 의 출력을 제어하는데 이용된다.
송신 회로는 전력 증폭기 (210) 상에서 ON/OFF 키잉 프로세스를 이용함으로써 수신기로 신호들을 전송할 수 있다. 다시 말하면, 송신 변조 신호 (224) 가 발휘되기 시작할 때, 전력 증폭기 (210) 는 송신 안테나 (204) 상에서 캐리어 신호 (220) 의 주파수를 구동한다. 송신 변조 신호 (224) 가 효력이 없을 때, 전력 증폭기는 송신 안테나 (204) 상에서 어느 주파수도 구동하지 않는다.
도 6 의 송신 회로는 또한, 전력 증폭기 (210) 에 전력을 공급하고 수신 신호 (235) 출력을 생성하는 부하 감지 회로 (216) 를 포함한다. 부하 감지 회로 (216) 에서, 전력 증폭기 (210) 에 대한 전원 (228) 과 전력 입력 신호 (226) 사이에서 저항 (RS) 양단의 전압 강하가 나타난다. 전력 증폭기 (210) 에 의해 소모된 전력에서의 임의의 변화는 차동 증폭기 (230) 에 의해 증폭될 전압 강하에서의 변화를 야기할 것이다. 송신 안테나가 수신기 (도 6 에는 도시되지 않음) 의 수신 안테나와 커플링된 모드에 있을 때, 전력 증폭기 (210) 에 의해 인출된 전류의 양은 변한다. 다시 말하면, 송신 안테나 (204) 에 대한 커플링된 모드 공진이 존재하지 않으면, 방사장을 구동하는데 필요한 전력은 제 1 양이다. 커플링된 모드 공진이 존재하면, 많은 전력이 수신 안테나 안에 커플링되어 있기 때문에 전력 증폭기 (210) 에 의해 소모된 전력량은 상승한다. 따라서, 수신 신호 (235) 는 송신 안테나 (235) 에 커플링된 수신 안테나의 존재를 나타낼 수 있고, 또한 수신 안테나로부터 전송된 신호들을 검출할 수 있다. 부가적으로, 수신기 전류 인출에서의 변화는 송신기의 전력 증폭기 전류 인출에서 관측가능하고, 이러한 변화는 수신 안테나로부터의 신호를 검출하는데 사용될 수 있다.
무선 충전 시스템은 송신 모듈 및 수신 모듈을 포함한다. 송신 모듈은 DC 신호를 RF 신호로 변환할 수도 있고, 그것을 자기 공명 안테나에 전달할 수도 있다. 수신 모듈은 충전될 디바이스 상에 위치하며, 송신 모듈에 의해 제공된 에너지를 캡처하고, 그것을 DC 신호로 변환하고, 그것을 충전될 디바이스에 위치하는 재충전가능 배터리에 전달할 수도 있다. 무선 충전 시스템과 연관된 도전과제들 중 하나는 수신 안테나 및 송신 안테나가 작은 거리 (예컨대, 1 인치) 보다 더 많이 이격될 수 없다는 요건이다. 또한, 수신 및 송신 안테나가 상대적으로 평행하여, 수신 모듈과 송신 모듈 사이에서 허용 가능한 전력 전송 효율을 보장하는 것이 예상된다.
일부 시나리오들에서, 충전될 디바이스를 송신 패드 상에 평평하게 놓는 것은 가능하지 않다. 예를 들어, 차량에서 실질적으로 둥근 "컵 홀더"와 같은 홀더는 무선 충전 시스템을 구현하기에 훌륭한 장소이다. 사용자는 컵 홀더에 전화기를 넣어 놓을 수도 있고, 전화기는 컵 홀더에 내장된 송신 모듈 및 안테나에 의해 충전될 것이다. 문제는, 전화기의 길이가 보통은 컵 홀더 기부의 직경보다 더 길기 때문에 전화기가 직립 위치에 있거나 또는 컵 홀더 기부와 관련하여 기울어져 있다는 것이다. 적어도 하나의 특정 방위에서, 무선 충전기는 전화기를 충전한다 하더라도 적절하게 충전하지 못할 수도 있다 (예컨대, 전화기는 그것이 직립 위치에 가깝다면 충전되지 않을 것이다). 다양한 솔루션들은, (1) 산업 설계에 의해 수신기 설치를 제한하는 것 또는 (2) 수신 및 송신 안테나를 병렬로 배치하는 수단 (예컨대, 더 큰 송신 패드) 을 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
도 7a 는, 예를 들어 자동차 콘솔 (700) 내의 또는 그 위의 안테나들 (702) 의 예시적인 실시형태를 나타낸다. 자동차 컵 홀더가 도시되어 있지만, 임의의 형태의 컵, 컨테이너, 공동, 또는 차량, 의자, 홀스터, 저장 위치, 오거나이저 등에 구성되는 다른 지지 구조물이 또한 본 발명의 다양한 예시적인 실시형태들에 의해 고려된다. 이러한 예시적인 실시형태들에서는, 송신 안테나들 (702) 이 본래 콘솔 (700) 의 일부분 (즉, 차량 엘리먼트) 으로서 제조될 수도 있고, 또는 송신 안테나들 (702) 이 콘솔 (700) 위에 또는 그 내부에 배치되거나 콘솔 (700) 에 대해 재조절될 수도 있다. 또한, 도 7b 를 참조하면, 하기에서 보다 충분히 설명되는 컵 홀더 (824) 는, 화살표 701 에 의해 표시되는 바와 같이, 컵 홀더 (704) 내에 배치될 수도 있는 삽입가능 슬리브를 포함할 수도 있다. 이러한 예시적인 실시형태들은 사용자들 (즉, 운전자들 또는 승객들) 이 운전 중에 편리하고 안전한 방식으로 전자 디바이스들을 충전하게 한다. 예시적인 실시형태에서, 컵 홀더들 (704) 은 많은 사용자들 (즉, 운전자들 또는 승객들) 이 운전 중에 이미 그들의 휴대용 전자 장비를 두는 자연스러운 위치들에 있다. 컵 홀더들 (704) 을 무선 충전 영역들로 변환하는 것은, 소비자들이 자연스럽고 편리한 방식으로 그들의 장비를 충전하게 한다.
비제한적인 실시예로서, 안테나 (702) 는 컵 홀더 (704) 의 기부에 통합되거나, 또는 컵 홀더 (704) 의 바닥에 놓이거나, 또는 본원에서 하기에 설명되는 바와 같이, 이동가능 플레이트에 접착되어, 그 안에 커플링 모드 영역을 생성할 수도 있다. 도 8 은 무선 전력 충전을 용이하게 하는 상주 엘리먼트 및 컵 홀더 (704) 의 보다 상세한 사시도를 나타낸다. 송신 안테나 (722) 는 급전선 (726)에 커플링되는 것으로 도시되며, 이 급전선 (726) 은 도 4 의 송신 회로 (202) 와 같은 송신 회로에 더 커플링된다. 도 8 은 컵 홀더 (724) 의 바닥 표면 평면에 실질적으로 평행한 실질적인 마이너 평면 (728) 을 중심으로 구성된 송신 안테나 (722) 를 나타낸다. 여기에서는 그렇게 국한되지 않지만, 컵 홀더들은 또한 실린더의 바닥의 직경보다 더 긴 측면들을 갖는 실린더 형태를 나타내는 컵과 같은 디바이스들을 수용하는 실질적으로 원통형인 형상을 나타내는 경향이 있다. 컵 홀더 (724) 는 휴대용으로 구성된 전자 디바이스들과 같은, 다른 유사하게 치수화된 디바이스들을 수납하고 보유하도록 실질적으로 수용하고 있다.
도 9 는 도 5 의 충전 디바이스 (350) 와 같은 예시적인 휴대용 전자 디바이스 (740) 를 나타내며, 그의 예시들은 셀룰러 전화기들, 청각적-시각적 디바이스들 등을 포함한다. 전자 디바이스 (740) 는 급전선 (752) 에 커플링된 수신 안테나 (750) 를 더 포함하며, 이 급전선 (752) 은 도 5 의 수신 회로 (302) 에 더 커플링된다. 무선 전력 커플링 효율을 최대화하고자 시도함에 있어서, 수신 안테나 (750) 는 수신 안테나 (750) 에 의해 형성된 루프의 면적을 증가시키기 위해 메이저 평면 (754) 을 따라 실질적으로 구성된다. 전자 디바이스 (740) 의 휴대용 특성 때문에, 전자 디바이스 (740) 는 메이저 평면 (754) 상의 메이저 치수 및 마이너 평면 (756) 상의 마이너 치수에 의해 정의된 폼-팩터 (form-factor) 를 더 포함한다.
도 10 은 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른, 전자 디바이스 (740) 와 컵 홀더 (724) 사이의 상호 협력적인 배열을 나타낸다. 무선 전력 충전을 위해, 전자 디바이스 (740) 는 컵 홀더 (724) 의 메이저 치수 (즉, 높이 h 치수) 및 마이너 평면 (728)이 컵 홀더 (724) 와 실질적으로 평행한 배향으로 전자 디바이스 (740) 를 유지시키는 기계적 지지를 제공하는 배열로 컵 홀더 (724) 에 배치된다. 도 10 과 관련하여 관찰되는 바와 같이, 컵 홀더 (724) 의 송신 안테나 (722) 는 실질적인 수평면에 있는 것으로 도시되고, 전자 디바이스 (740) 의 수신 안테나 (750) 는 실질적인 직교면, 즉 실질적인 수직면에 있는 것으로 도시된다. 따라서, 송신 안테나 (722) 와 수신 안테나 (750) 사이의 실질적인 직교 배향은 송신 안테나 (722) 와 수신 안테나 (750) 사이의 커플링 효율을 감소시키게 된다.
도 11 은 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른, 무선 전력을 상호 협력적으로 송신하기 위한 컵 홀더를 도시한다. 언급된 바와 같이, 송신기와 수신기 사이의 허용가능한 무선 전력 전송 효율은, 송신 안테나 및 수신 안테나가 상대적으로 평행하여 송신 회로와 수신 회로 사이에서 허용가능한 전력 전송 효율을 보장하도록 할 때 발생한다. 컵 홀더 및 휴대용 전자 디바이스의 종래의 치수로 인한 다양한 동작 구성들에서는, 충전될 전자 디바이스를 송신 안테나 표면 상에 평평하게 놓는 것이 가능하지 않다.
도 11에서, 컵 홀더 (824) 는 컵 홀더 (824) 내에 구성된 편향가능 플레이트 (830) 를 포함하도록 더 구성된다. 편향가능 플레이트 (830) 는 컵 홀더 (824) 내에서 이동 가능하고, 컵 홀더 (824) 의 마이너 평면 (828) 과 평행을 이루지 않는 평면에서 편향하도록 (즉, 재배향하도록) 구성된다. 편향가능 플레이트 (830) 는 급전선 (826) 에 커플링된 송신 안테나 (822) 를 더 포함하며, 이 급전선 (826) 은 도 4 의 송신 회로 (202) 와 같은 송신 회로와 더 커플링한다. 편향가능 플레이트 (830) 은 송신 안테나 (822) 로 하여금 전극 디바이스에서 수신 안테나의 평면에 보다 덜 수직하고, 보다 더 평행한 평면을 향해 배향되게 한다.
일 예시적인 실시형태에서, 편향가능 플레이트 (830) 은 미사용 중에는 마이너 평면 (828) 으로부터 확장된 상태로 유지되고, 그 후 컵 또는 다른 유사하게 치수화된 디바이스와 같은 충전불능 디바이스의 종래의 수납 중에는 보다 가까운 마이너 평면 (828) 을 압축한다. 편향가능 플레이트 (830) 은 하나 이상의 유지 디바이스들 (832) 의 사용에 의해 컵 홀더 (824) 내에서 특정 배향을 유지할 수도 있으며, 하나 이상의 유지 디바이스들 (832) 은 스프링들, 액체 또는 기체 쇼크들, 자석들, 또는 중력 등에 의해 영향을 받는 카운터 웨이트들의 이용에 의한 것과 같은 다른 기계적 수단을 개별적으로 또는 조합하여 포함할 수도 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 컵 홀더 (824) 는 패시브 홀더 (예컨대, 종래의 컵 홀더) 와 같은 기존 또는 레거시 홀더들을 재조절할 수 있는 삽입가능 슬리브이다. 송신 회로 (202) 에 제공된 AC 또는 DC 입력 전력은, 예를 들어 "담배 라이터" 와 같은 종래의 차량 관련 DC 소스로부터 수신될 수도 있다.
또 다른 예시적인 실시형태에서, 송신 안테나 (822) 는 중계기 안테나 (예컨대, 기생 또는 패시브 안테나) 로서 구성된다. 이러한 예시적인 실시형태에서, 송신 회로 (202) 로부터 급전선 (846)(급전선 (826) 은 이 실시형태에서 송신 안테나 (822) 로부터 접속 해제되어 있음) 에 의해 구동된 여기 송신 안테나 (844) 는 필드 여기 (field excitation) 를 제공하며, 이 필드 여기는 이후에 중계기 안테나로서 구성된 패시브 송신 안테나 (822) 에서 재생된다. 이 예시적인 실시형태에서, 무선 전력은, 중계기로서 행동하고 수신 안테나를 향한 송신 안테나로부터의 전력 흐름을 향상시킬 커플링된 안테나들의 시스템으로의 추가 안테나들의 도입을 통해 2 개의 안테나들 사이에서의 근거리장 전력 전송에 따라 전송된다. 하나 이상의 여분의 안테나들은 시스템에서 송신 안테나 및 수신 안테나에 커플링하는 데 사용된다. 이러한 여분의 안테나들은 액티브 또는 패시브 안테나들과 같은 중계기 안테나들을 포함한다. 패시브 안테나는 안테나의 공진 주파수를 튜닝하기 위해 단순히 안테나 루프 및 용량성 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 액티브 엘리먼트는, 안테나 루프 및 하나 이상의 튜닝 커패시터들 이외에도, 반복된 근거리장 방사의 강도를 증가시키기 위한 증폭기를 포함할 수도 있다. 중계기 안테나는 송신 안테나로부터의 커플링 모드 영역을 다시 포커싱하고 재형상화하여, 중계기 안테나 주위에 제 2 커플링 모드 영역을 생성할 수도 있는데, 이는 수신 안테나에 에너지를 커플링하는 데 더 우수하게 적합화될 수도 있다.
도 12 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 편향된 (즉, 재배향된) 위치의 컵 홀더를 나타낸다. 컵 홀더 (824) 에서, 편향가능 플레이트 (830) 는 마이너 평면 (828) 에 대해 편향 상태에 있다. 제한 사항이 아닌 예를 들어, 편향가능 플레이트 (830) 는 축 (834) 을 중심으로 회전하거나 편향 (즉, 재배향) 되는 것으로 도시되어 있으며, 편향가능 플레이트 (830) 의 일부분 (836) 은 일 방향 (예컨대, 상측 방향) 으로 편향하거나 회전하고, 편향가능 플레이트 (830) 의 다른 부분 (838) 은 반대 방향 (예컨대,하측 방향) 으로 편향하거나 회전한다.
다른 예시적인 실시형태들에서, 축 (834) 은 오프셋될 수도 있고, 심지어 편향가능 플레이트 (830) 의 일 단부 상에 배치될 수도 있어, 실질적으로는, 전체 부분들 (836, 838) 이 동일한 방향으로 편향 (즉, 재배향) 되거나 회전한다는 점에서, 편향 가능 플레이트 (830) 는 "트랩 도어 (trap dodr)" 로서 기능한다. 추가의 일 예시적인 실시형태에서, 컵 홀더 (824) 는, 도 11 을 참조하여 전술된 바와 같이, 편향가능 플레이트 (830) 가 비편향된 위치에 있을 때, 편향가능 플레이트 (830) 를 마이너 평면 (828) 으로부터 확장된 상태로 유지시키도록 기능할 수도 있는 하나 이상의 스프링들 (842) 을 더 포함할 수도 있다.
또 다른 추가의 예시적인 실시형태에서, 스프링들 (842) 은 평향가능 평면 (830) 의 부분들 (836, 838) 의 편향 (즉, 재배향) 을 보조하거나 방지하도록 구성될 수도 있다. 또한, 스프링들 (842) 은 축 (834) 을 따라서 피봇 지점들을 중심으로 탑재된 회전 스프링들일 수도 있다. 또 다른 추가의 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 저지부들 (840) 은 편향 플레이트 (830) 의 과도한 움직임을 제한하도록 포함될 수도 있다. 또 다른 추가의 예시적인 실시형태에서, 축 (834) 은 밸런싱 부분들 (836, 838) 로부터 충분히 오프셋되어, 편향 플레이트 (830) 의 회전이 하나 이상의 저지부들 (840) 에 의해 과회전으로부터 제한될 때, 중력이 마이너 평면 (828) 에 실질적으로 평행한 배향으로, 비편향된 편향 플레이트 (830) 를 유지시키게 할 수도 있다.
도 13 은 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른, 전자 디바이스 (740) 와 컵 홀더 (824) 사이의 상호 협력적인 배열을 나타낸다. 무선 전력 충전을 위해, 전자 디바이스 (740) 는 편향 플레이트 (830) 의 (컵 홀더 (824) 에의 전자 디바이스 (740) 의 삽입 이전에 편향이 개시되는 경우) 편향을 야기하거나 그러한 편향으로부터 이득을 얻는 컵 홀더 (824) 에 배치되며, 이는 전자 디바이스 (740) 에서 수신 안테나 (750) 의 평면에 더 가깝게 병행하는 평면에서 송신 안테나 (822) 의 회전을 야기한다. 전술된 바와 같이, 충전 디바이스의 송신 안테나 (822) 및 전자 디바이스 (740) 의 수신 안테나 (750) 를 상대적으로 평행한 관계로 배열하는 것은, 무선 전력 송신의 전력 전송 효율을 개선한다.
일 예시적인 실시형태에서, 편향 플레이트 (830) 는 컵 홀더 (824) 에의 전자 디바이스 (740) 의 삽입에 응답하여 부분적으로 편향하며 (즉, 재배향하며), 컵 홀더 (824) 는 그 안에 삽입된 전자 디바이스 (740) 에 기계적 지지를 제공한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 편향 플레이트 (830) 는 컵 홀더 (824) 내의 전자 디바이스 (740) 에 기계적 지지를 제공한다. 전술된 바와 같이, 편향 플레이트 (830) 는 수신 안테나 (750) 와 평행한 평면에 전체적으로 편향하지 않을 수도 있지만, 수신 안테나 (750) 와 관련한 직교 관계로부터 멀어지는 송신 안테나 (822) 의 부분 편향조차 전자 디바이스 (740) 에 대한 무선 전력의 개선된 커플링 및 송신을 가져온다.
도 14 는 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른, 복수의 전자 디바이스들 (740A, 740B) 및 컵 홀더 (924) 의 상호 협력적인 배열을 나타낸다. 무선 전력 충전을 위해, 편향 플레이트 (930) 는 편향 플레이트 (930) 의 적절한 편향을 가능하게 하여, 복수의 전자 디바이스들 (740A, 740B) 의 무선 전력 충전을 위해 복수의 전자 디바이스들 (740A, 740B) 의 삽입을 허용하도록 컵 홀더 (924) 내에 구성된다. 일 예시적인 실시형태에서, 편향 플레이트 (930) 는 컵 홀더 (924) 를 2 개의 전자 디바이스들 (740A, 740B) 을 수납하기 위한 2 개의 부분들로 실질적으로 동일하게 구획화한다.
다른 예시적인 실시형태들에서, 부분들은 컵 홀더 (924) 내에서 동일하지 않을 수도 있어, 보다 큰 전자 디바이스 (740A)(예컨대, 모바일 송수신기) 및 보다 작은 전자 디바이스 (740B)(예컨대, 미디어 플레이어) 와 같은 상이한 사이즈의 디바이스들을 수납할 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태들에서, 전자 디바이스들 (740) 의 충전은, 시간 도메인 또는 다른 충전 프로파일들에 따라서 일어날 수도 있다. 추가의 예시적인 실시형태들은 또한 편향 플레이트 (930) 의 양쪽 측면들 (미도시) 상에 송신 안테나들을 포함하는 편향 플레이트 (930) 를 포함할 수도 있다.
도 15 는 하나 이상의 예시적인 실시형태들에 따른, 방법 (950) 을 설명하는 플로우차트이다. 방법 (950) 은 홀더에 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 수납하는 것에 응답하여 그 적어도 하나의 전자 디바이스의 수신 안테나와의 직교성을 감소시키도록 적어도 하나의 송신 안테나를 재배향하는 단계를 포함할 수도 있다 (참조 부호 952 로 표기됨). 방법 (950) 은 적어도 하나의 송신 안테나로부터의 전력을 수신 안테나에 무선으로 전송하는 단계를 더 포함할 수도 있다 (참조 부호 954 로 표기됨).
본 발명의 다양한 예시적인 실시형태들은 무선 층전을 위해 스윙가능한 또는 편향가능한 (즉, 재배향가능한) 자기 공명 안테나에 관한 것으로 설명되고 있다. 본 발명의 이러한 예시적인 실시형태들은 고정된 송신 안테나 상에 ((또는 고정된 송신 안테나와 평행하게) 수신 안테나를 배치하기가 곤란한 무선 충전 시스템에 개선점들을 제공한다.
당업자는 정보 및 신호들이 임의의 다양한 상이한 기술 및 기법을 이용하여 표현될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 설명 전반적으로 참조될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은, 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 자기 입자들, 광학 필드들 또는 광학 입자들, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.
당업자는, 본원에 개시된 예시적인 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합으로서 구현될 수도 있다는 것을 더 이해할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환성을 명확하게 예시하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 그들의 기능과 관련하여 일반적으로 전술되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지는 전체 시스템상에 부과된 설계 제약들 및 특정한 애플리케이션에 의존한다. 당업자는 설명된 기능을 각 특정한 애플리케이션에 대해 여러 방식으로 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정이 본 발명의 예시적인 실시형태의 범위를 벗어나는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
본원에 개시된 예시적인 실시형태들과 관련하여 설명한 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그램가능한 로직 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트, 또는 본원에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안으로는, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 관련된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수도 있다.
본원에 개시된 예시적인 실시형태들과 관련하여 설명한 방법 및 알고리즘의 단계들은 직접 하드웨어로, 프로세서에 의해 실행된 소프트웨어 모듈로, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 (ROM), 전기적으로 프로그램가능한 ROM (EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그램가능한 ROM (EEPROM), 레지스터, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되어서, 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수도 있고 저장 매체에 정보를 기록할 수도 있다. 대안으로는, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 에 상주할 수도 있다. ASIC 는 사용자 단말기에 상주할 수도 있다. 대안으로는, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기에서의 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 컴퓨터 판독가능한 매체상에 하나 이상의 명령 또는 코드로서 저장되거나 송신될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 일 장소로부터 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 양자를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수도 있다. 제한하지 않는 예로서, 이러한 컴퓨터 판독가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 디바이스, 자기 디스크 저장 디바이스 또는 다른 자기 저장 디바이스, 또는 원하는 프로그램 코드를 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 반송하거나 저장하기 위해 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 문맥이 적절히 컴퓨터 판독가능한 매체를 칭한다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어 (twisted pair), 디지털 가입자 라인 (DSL), 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 이용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신된다면, 이러한 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어, DSL, 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 본원에 사용된 바와 같은 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는 컴팩트 디스크 (compact disc; CD), 레이저 디스크 (laser disc), 광학 디스크 (optical disc), DVD (digital versatile disc), 플로피 디스크 (floppy disk) 및 블루-레이 디스크 (blu-ray disc) 를 포함하며, 여기서 디스크 (disk) 는 통상 데이터를 자기적으로 재생하는 한편 디스크 (disc) 는 레이저를 이용하여 데이터를 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들도 또한 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
개시된 예시적인 실시형태들의 이전의 설명은, 당업자가 본 발명을 제조하거나 사용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 이들 예시적인 실시형태들에 대한 다양한 변형물이 당업자에게는 쉽게 명백할 것이고, 본원에서 정의된 일반 원리가 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본원에 나타낸 예시적인 실시형태들에 제한되는 것으로 의도되지 않고, 본원에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

Claims (28)

  1. 수신 안테나를 포함하는 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 수납하도록 구성된 홀더; 및
    상기 수신 안테나와의 직교성을 감소시키도록 상기 홀더 내에서 재배향하도록 구성된 적어도 하나의 송신 안테나를 포함하는, 무선 전력 충전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    재배향하는 것은 상기 적어도 하나의 송신 안테나의 기계적 편향을 야기하는, 무선 전력 충전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 안테나를 지지하고 재배향하기 위한 편향기 플레이트를 더 포함하는, 무선 전력 충전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 편향기 플레이트는 축을 중심으로 피봇 (pivot) 하는, 무선 전력 충전기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 편향기 플레이트의 움직임을 감소시키거나 유도하기 위한 적어도 하나의 유지 디바이스를 더 포함하는, 무선 전력 충전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유지 디바이스는, 충전불능 디바이스가 상기 홀더에 삽입되고 상기 홀더로부터 제거될 때, 축을 중심으로 피봇하기 위해 상기 편향기 플레이트를 복귀시키도록 더 구성되는, 무선 전력 충전기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 편향기 플레이트는, 상기 편향기 플레이트의 제 1 측면 상에서 상기 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 상기 홀더에 수납하고, 또한 상기 편향기 플레이트의 제 2 측면 상에서 적어도 제 2 충전가능 전자 디바이스를 상기 홀더에 수납하도록 피봇하는, 무선 전력 충전기.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 축은 상기 홀더 내에서 실질적으로 대칭이고, 상기 편향기 플레이트가 편향될 때 상기 홀더를 실질적으로 동일하게 분할하는, 무선 전력 충전기.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 편향기 플레이트 상에서 적어도 제 1 안테나에 대향하게 구성된 적어도 제 2 송신 안테나를 더 포함하는, 무선 전력 충전기.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 편향기 플레이트는 상기 축의 대향 측면들에서 비대칭적인 매스 (mass) 를 나타내고, 중력에 기초하여 비편향된 위치에서 유지되는, 무선 전력 충전기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 안테나는 중계기 안테나인, 무선 전력 충전기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀더는 별도로 전력을 공급받고, 패시브 홀더에 대해 재조절할 수 있게 (retrofittably) 삽입가능한, 무선 전력 충전기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    무선 전력은 유도 및 자기 공명 중 적어도 하나에 따라서 상기 적어도 하나의 송신 안테나와 상기 수신 안테나 사이에 커플링되는, 무선 전력 충전기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 안테나에 대한 전력의 송신 전력 레벨은 상기 수신 안테나와의 커플링에 응답하는 부하 감지에 기초하여 조절 가능한, 무선 전력 충전기.
  15. 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 홀더에 수납하는 것에 응답하여 상기 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스의 수신 안테나와의 직교성을 감소시키도록 적어도 하나의 송신 안테나를 재배향하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 송신 안테나로부터 상기 수신 안테나로 전력을 무선으로 전송하는 단계를 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 안테나를 지지하는 상기 홀더에 편향기 플레이트를 구성하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 상기 홀더에 수납하는 것에 응답하여 축을 중심으로 상기 편향기 플레이트를 피봇시키는 단계를 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 홀더에 커플링된 적어도 하나의 유지 디바이스에 의해 상기 편향기 플레이트의 움직임을 감소시키는 단계 또는 유도하는 단계 중 하나를 더 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    충전불능 디바이스가 상기 홀더에 삽입되고 상기 홀더로부터 제거될 때, 축을 중심으로 피봇하기 위해 상기 편향기 플레이트를 유지하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 편향기 플레이트의 제 1 측면 상에서 상기 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 상기 홀더에 수납하는 단계 및 상기 편향기 플레이트의 제 2 측면 상에서 적어도 제 2 충전가능 전자 디바이스를 상기 홀더 내에 수납하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 편향기 플레이트 상에서 적어도 제 2 송신 안테나를 적어도 제 1 안테나에 대향하게 구성하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신 안테나는 중계기 안테나인, 무선 전력 충전 방법.
  23. 제 15 항에 있어서,
    무선 전력 충전을 위해 상기 홀더를 패시브 홀더에 삽입하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 충전 방법.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 전력을 무선으로 전송하는 단계는 유도 및 자기 공명 중 적어도 하나에 따라서 일어나는, 무선 전력 충전 방법.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 전력을 무선으로 전송하는 단계의 전력 레벨은 상기 수신 안테나와의 커플링에 응답하는 부하 감지에 기초하여 조절 가능한, 무선 전력 충전 방법.
  26. 홀더에 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 수납하는 것에 응답하여, 상기 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스의 수신 안테나와의 직교성을 감소시키도록 적어도 하나의 송신 안테나를 재배향하는 수단; 및
    상기 적어도 하나의 송신 안테나로부터 상기 수신 안테나로 전력을 무선으로 전송하는 수단을 포함하는, 무선 전력 충전기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 홀더에 적어도 하나의 충전가능 전자 디바이스를 수납하는 것에 응답하여, 축을 중심으로 상기 적어도 하나의 송신 안테나를 지지하기 위한 상기 홀더에서의 편향기 플레이트를 피봇하는 수단을 더 포함하는, 무선 전력 충전기.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 홀더에 커플링된 적어도 하나의 유지 디바이스에 의해 상기 편향기 플레이트의 움직임을 감소시키거나 유도하는 수단을 더 포함하는, 무선 전력 충전기.
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