KR20120103637A

KR20120103637A - 선택적 무선 전력 전송

Info

Publication number: KR20120103637A
Application number: KR1020127015441A
Authority: KR
Inventors: 제레미 디 던워스; 로저 웨인 마틴; 메리베스 셀비; 데이비드 말도나도; 칼레드 헬미 엘-마레; 야이르 카르미
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-09-19
Also published as: US20110115431A1; CN102668309A; TWI552479B; JP5591945B2; TW201136087A; WO2011063053A3; BR112012011658A2; WO2011063058A3; JP5377774B2; CN102687369B; JP2013511955A; US9502909B2; JP2013511954A; JP5539528B2; CN102612796A; JP2014209845A; TW201134051A; CN102668317B; KR101845093B1; EP2502326A2

Abstract

예시적인 실시형태들은 선택적 무선 전력 전달에 관한 것이다. 방법은 무선 전력 전달 시나리오에 따라 무선 전력 전달의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키면서 무선 전력을 적어도 하나의 전자 디바이스에 전달하는 단계를 포함할 수도 있다.

Description

선택적 무선 전력 전송 {SELECTIVE WIRELESS POWER TRANSFER}

35 U.S.C. §119 하의 우선권 주장

본 출원은, 그 개시가 그 전체에서 본 발명의 명세서에 의해 참조로서 병합되는, 발명의 명칭이 "WIRELESS POWER" 로 2009년 11월 17일자로 출원된 미국 가특허출원 번호 61/262,119호에 대한 35 U.S.C.§119(e) 하의 우선권을 주장한다.

기술분야

본 발명은 일반적으로는 무선 전력에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 무선 전력의 선택적 전송에 관한 것이다.

통상적으로, 각각의 배터리 전원 디바이스는, 일반적으로 교류 전류 (AC) 전력 아웃렛인 전력원 및 그 자신의 충전기를 필요로 한다. 이것은 많은 디바이스들이 충전을 필요로 할 경우 알맞지 않게 된다.

송신기 및 충전될 디바이스 사이에 공중 경유 전력 송신을 사용하는 접근법들이 개발되고 있다. 일반적으로, 그러한 접근법들은 2개의 카테고리로 분류된다. 하나는, 송신 안테나와, 배터리 충전을 위해 방사 전력을 수집하고 방사 전력을 정류하는 충전될 디바이스 상의 수신 안테나 사이의 평면파 방사 (또한, 원역장 (far-field) 방사로 지칭되는) 의 결합 (coupling) 에 기초한다. 일반적으로, 결합 효율을 개선시키기 위해 안테나들은 공진 길이를 갖는다. 이러한 접근법은, 전력 결합이 안테나들 사이의 거리에 따라 빠르게 감소된다는 사실이 단점이다. 그래서 합당한 거리 (예를 들어, > 1-2 m) 에 대해 충전하는 것이 어렵게 된다. 또한, 시스템이 평면파를 방사하기 때문에, 필터링을 통해 적절히 제어되지 않는다면 의도치 않은 방사가 다른 시스템들과 간섭할 수 있다.

다른 접근법들은, 예를 들어, "충전" 매트 또는 표면에 탑재된 송신 안테나와 충전될 호스트 디바이스에 탑재된 수신 안테나 플러스 정류 회로 사이의 유도성 결합에 기초한다. 이러한 접근법은, 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 간격이 매우 근접 (예를 들어, 밀리미터들) 해야 한다는 불이익을 갖는다. 이러한 접근법은 동일한 영역 내의 다수의 디바이스들을 동시에 충전시키는 능력을 갖지만, 이러한 영역은 통상적으로 작으며, 따라서, 사용자는 그 디바이스들을 특정한 영역에 위치시켜야 한다.

당업자에 의해 이해될 수 있듯이, 무선 충전은 비변조된 (unmodulated) 신호를 통해 달성될 수도 있으며, 이는 동일 주파수에 송신기 및 수신기의 협소한 튜닝 (narrow tuning) 을 허용한다. 그러나, 그러한 협대역 신호의 송신은, 송신기의 인근에서, 비인가된 (unauthorized) 수신기들을 포함하는 임의의 수신기가 동일 주파수에 튜닝할 수 있게 하여, 충전하며, 충전하거나 인가된 (authorized) 수신기들을 방해할 수도 있다.

비인가된 사용자들에게 액세스를 제한하면서 인가된 사용자들에게 무선 전력을 제공할 필요성이 존재한다.

도 1은 무선 전력 전송 시스템의 단순화된 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 무선 전력 전송 시스템의 단순화된 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태들에서 사용하기 위한 루프 (loop) 안테나의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 송신기의 단순화된 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 수신기의 단순화된 블록 다이어그램이다.
도 6은 송신기와 수신기 사이에 메시징 (messaging) 을 수행하기 위한 송신 회로의 일부분의 단순화된 개략도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 무선 전력 디바이스 및 전자 디바이스를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 무선 전력 디바이스 및 복수의 전자 디바이스를 포함하는 시스템을 도시한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 무선 전력 디바이스 및 복수의 전자 디바이스를 포함하는 다른 시스템을 도시한다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 다른 방법을 도시하는 흐름도이다.

첨부된 도면들과 관련하여 하기에 제시된 상세한 설명은, 본 발명의 예시적인 (exemplary) 실시형태들의 설명으로 의도된 것이고, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태들을 표현하려는 것은 아니다. 이 설명 전반에 사용되는 "예시적인 (exemplary) " 이라는 용어는 "예, 예시, 예증으로서 제공되는 것" 을 의미하고, 반드시 다른 예시적인 실시형태들에 대하여 바람직한 또는 유리한 것으로서 해석될 필요는 없다. 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태들의 완전한 이해를 제공할 목적으로 구체적인 세부사항들을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시형태들은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실시될 수도 있다는 것은 본 기술분야의 기술자들에게는 명백할 것이다. 몇몇 예시들에서, 주지된 구조들 및 디바이스들은 여기에 제시된 예시적인 실시형태들의 신규성을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 블록 다이어그램 형태로 나타나 있다.

"무선 전력"이라는 단어는 전기장, 자기장, 전기자기장, 또는 물리적인 전기 도전체들의 사용없이 송신기와 수신기 사이에서 송신되는 다른 것과 관련된 에너지의 임의의 형태를 의미하는 것으로 여기서는 사용된다.

도 1은 본 발명의 각종 예시적인 실시형태들에 따른 무선 송신 또는 충전 시스템 (100) 을 도시한다. 에너지 전송을 제공하기 위한 방사 필드 (radiated field) (106) 를 발생시키기 위해 송신기 (104) 에 입력 전력 (102) 이 제공된다. 수신기 (108) 는 방사 필드 (106) 에 결합되어 있고, 출력 전력 (110) 에 결합된 디바이스 (미도시) 에 의한 저장 또는 소비를 위해 출력 전력 (110) 을 발생시킨다. 송신기 (104) 및 수신기 (108) 양 쪽은 거리 (112) 에 의해 분리되어 있다. 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 근접한 경우 송신기 (104) 및 수신기 (108) 사이의 송신 손실들은 수신기 (108) 가 방사 필드 (106) 의 근접장 (near-field) 에 위치할 때 최소이다.

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 안테나들은 관련될 애플리케이션들 및 디바이스들에 따라 사이징 (sizing) 된다. 전술한 바와 같이, 효율적인 에너지 전송은, 전자파에서의 에너지의 대부분을 원역장에 전파 (propagating) 하기보다는, 송신 안테나의 근접장에서 에너지의 많은 부분을 수신 안테나에 결합시킴으로써 발생한다. 이러한 근접장에서 일 때, 결합 모드 (coupling mode) 가 송신 안테나 (114) 와 수신 안테나 (118) 사이에서 발생될 수도 있다. 이러한 근접장 결합이 발생할 수도 있는 안테나들 (114 및 118) 주위의 영역은 여기에서 결합 모드 지역으로 지칭된다.

도 2는 무선 전력 전송 시스템의 단순화된 개략도를 나타낸다. 송신기 (104) 는 오실레이터 (122), 전력 증폭기 (124) 와 필터 및 매칭 회로 (126) 를 포함한다. 오실레이터는 원하는 주파수에서 신호를 발생시키도록 구성되어 있고, 원하는 주파수는 조정 신호 (123) 에 응답하여 조정될 수도 있다. 오실레이터 신호는 제어 신호 (125) 에 응답하는 증폭량으로 전력 증폭기 (124) 에 의해 증폭될 수도 있다. 필터 및 매칭 회로 (126) 는 고조파들 또는 다른 원치 않는 주파수들을 필터링하여 걸러내기 위해서 및 송신기 (104) 의 임피던스를 송신 안테나 (114) 에 매칭시키기 위하여 포함될 수도 있다.

수신기 (108) 는, 도 2에 나타낸 바와 같은 배터리 (136) 를 충전하는 DC 전력 출력을 발생시키기 위해, 또는 수신기에 결합된 디바이스 (미도시) 에 전력을 공급하기 위해, 매칭 회로 (132) 와 정류기 및 스위칭 회로 (134) 를 포함할 수도 있다. 매칭 회로 (132) 는 수신기 (108) 의 임피던스를 수신 안테나 (118) 에 매칭시키기 위해 포함될 수도 있다. 수신기 (108) 및 송신기 (104) 는 별개의 통신 채널 (119) 상에서 통신할 수도 있다 (예를 들어, 블루투스, 지그비, 셀룰러, 등).

도 3에서 도시된 바와 같이, 예시적인 실시형태들에서 사용되는 안테나들은 "루프 (loop)" 안테나 (150) 로서 구성될 수도 있고, 루프 안테나 (150) 는 여기서 또한 "자성 (magnetic)" 안테나로 지칭될 수도 있다. 루프 안테나들은 공기 코어 (air core) 또는 페라이트 코어 같은 물리적 코어를 포함하도록 구성될 수도 있다. 공기 코어 루프 안테나들은 코어 인근에 배치된 외부 물리적 디바이스들에 더욱 허용 가능할 (tolerable) 수도 있다. 또한, 공기 코어 루프 안테나는 코어 영역 내에 다른 컴포넌트들의 배치를 허용한다. 또한, 공기 코어 루프는 송신 안테나 (114) (도 2) 의 결합 모드 지역이 더욱 강력할 수도 있는 송신 안테나 (114) (도 2) 의 면 (plane) 내에 수신 안테나 (118) (도 2) 의 배치를 더욱 용이하게 가능하게 할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 에너지의 효율적인 전송은 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이에 매칭되거나 거의 매칭되는 동안 발생한다. 그러나, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 공진이 매칭되지 않은 때에도, 효율에 영향을 미칠 수도 있지만 에너지는 전송될 수도 있다. 에너지 전송은 송신 안테나의 근접장으로부터의 에너지를 이웃에 상주하는 수신 안테나에 결합함으로써 발생하고, 여기서 이러한 근접장은 송신 안테나로부터의 에너지를 자유공간에 전파 한다라기보다는 구축된다 (established).

루프 또는 자성 안테나들의 공진 주파수는 인덕턴스 및 캐패시턴스에 기초한다. 루프 안테나에서의 인덕턴스는 일반적으로 단순히 루프에 의해 생성되는 인덕턴스인 반면에, 캐패시턴스는 원하는 공진 주파수에서 공진 구조를 생성하기 위해 일반적으로 루프 안테나의 인덕턴스에 부가된다. 비-제한적인 예로서, 캐패시터 (152) 및 캐패시터 (154) 는 공진 신호 (156) 를 발생시키는 공진 회로를 생성하기 위해 안테나에 부가될 수도 있다. 따라서, 더 큰 직경의 루프 안테나들에 있어서, 공진을 유도하는데 필요한 커패시턴스의 사이즈는 루프의 직경 또는 인덕턴스가 증가함에 따라 감소한다. 또한, 루프 또는 자성 안테나의 직경이 증가함에 따라, 근접장의 효율적인 에너지 전송 영역이 증가한다. 물론, 다른 공진 회로들이 가능하다. 다른 비-제한적인 예로서, 루프 안테나의 2개의 단자들 사이에서 병렬로 캐패시터가 배치될 수도 있다. 또한, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 송신 안테나들에 있어서 공진 신호 (156) 가 루프 안테나 (150) 에 대한 입력일 수도 있음을 인식할 것이다.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 송신기 (200) 의 단순화된 블록 다이어그램이다. 송신기 (200) 는 송신 회로 (202) 및 송신 안테나 (204) 를 포함한다. 일반적으로, 송신 회로 (202) 는, 송신 안테나 (204) 부근에 근접장 에너지를 발생시키는 오실레이팅 신호를 제공함으로써 송신 안테나 (204) 에 RF 전력을 제공한다. 송신기 (200) 는 임의의 적당한 주파수에서 동작할 수도 있다는 것이 유의된다. 예시적으로, 송신기 (200) 는 13.56 MHz ISM 대역에서 동작할 수도 있다.

예시적인 송신 회로 (202) 는, 송신 회로 (202) 의 임피던스 (예를 들면, 50 옴) 를 송신 안테나 (204) 에 매칭하기 위한 고정 임피던스 매칭 회로 (206) 및 수신기들 (108) (도 1) 에 결합된 디바이스들의 자기-재밍 (self-jamming) 을 방지하는 레벨들로 고조파 방출들을 감소하도록 구성된 저역통과필터 (LPF) (208) 를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태들은, 다른 주파수들을 통과시키면서 특정 주파수들을 감쇠시키는 노치 필터들 뿐만 아니라 다른 필터 토폴로지들을 포함할 수도 있으며, 안테나에 대한 출력 전력 또는 전력 증폭기에 의해 인출된 (drawn) DC 전류와 같은 측정가능 송신 지표들 (metrics) 에 기초하여 변화될 수 있는 적응형 임피던스 매치 (adaptive impedance match) 를 포함할 수도 있다. 송신 회로 (202) 는 오실레이터 (212) 에 의해 결정되는 때 RF 신호를 구동하도록 구성된 전력 증폭기 (210) 을 더 포함한다. 송신 회로는 개별 디바이스들 또는 회로들을 포함할 수도 있거나, 대안으로, 집적 어셈블리를 포함할 수도 있다. 예시적인 송신 안테나 (204) 로부터의 RF 전력 출력은 2.5 와트 정도일 수도 있다.

특정 수신기들에 대한 송신 페이즈 (phase) (또는 듀티 사이클들 (duty cycles)) 동안 오실레이터 (212) 를 인에이블하고, 오실레이터의 위상 또는 주파수를 조정하며, 그리고 첨부된 수신기들을 통해 주변 디바이스들과 상호작용하기 위한 통신 프로토콜을 구현하기 위한 출력 전력 레벨을 조정하는 제어기 (214) 를 송신 회로 (202) 는 더 포함한다. 본 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 오실레이터 위상의 조정 및 송신 경로에서의 관련된 회로는, 특히 하나의 주파수에서 다른 주파수로 천이할 때, 대역외 방출들의 감소를 고려한다.

송신 회로 (202) 는 송신 안테나 (204) 에 의해 발생되는 근접장 인근에 활성 수신기들의 존재 또는 부재를 탐지하기 위한 부하 감지 회로 (216) 를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 부하 감지 회로 (216) 는 전력 증폭기 (210) 에 대한 전류 흐름을 모니터링 하고, 그 전류 흐름은 송신 안테나 (204) 에 의해 발생되는 근접장 인근에 활성 수신기들의 존재 또는 부재에 의해 영향을 받는다. 전력 증폭기 (210) 상의 부하에 대한 변화의 검출은, 에너지를 송신하기 위한 오실레이터 (212) 의 인에이블 여부 및 활성 수신기와 통신하는지 여부를 결정하는데 사용하는 제어기 (214) 에 의해 모니터링된다.

송신 안테나 (204) 는 저항 손실들을 낮게 유지하기 위해 선택된 두께, 폭, 금속 타입을 갖는 안테나 스트립으로서 또는 리츠선 (Litz wire) 를 이용하여 구현될 수도 있다. 종래의 구현 형태에서는, 송신 안테나 (204) 는 일반적으로 표, 매트, 램프, 또는 다른 덜 휴대성 있는 구성과 같은 큰 구조와 관련하여 구성될 수 있다. 따라서, 송신 안테나 (204) 는 일반적으로 실제 디멘션 (dimension) 이기 위해 "턴 (turn) 들"을 필요로 하지 않을 것이다. 송신 안테나 (204) 의 예시적인 구현 형태는 "전기적으로 작은" (즉, 파장의 일부분) 것일 수 있고, 공진 주파수를 정하기 위해 캐패시터를 사용함으로써 더 낮은 사용 가능 주파수들에서 공진하도록 튜닝될 수도 있다. 송신 안테나 (204) 가 수신 안테나에 비해 상대적으로 직경 또는 스퀘어 루프 (square loop) 라면 변의 길이에서 더 클 수도 있는 (예를 들어, 0.50 미터) 예시적인 애플리케이션에서는, 송신 안테나 (204) 는 합리적인 캐패시턴스를 획득하기 위해 많은 수의 턴 (turn) 들을 반드시 필요로 하지는 않을 것이다.

송신기 (200) 는 송신기 (200) 와 관련되어 있을 수도 있는 수신기 디바이스들의 소재와 상태에 대한 정보를 수집 및 추적 (track) 할 수도 있다. 따라서, 송신기 회로 (202) 는 제어기 (214) (여기서 또한 프로세서로 지칭됨) 에 연결된 프레즌스 검출기 (presence detector) (280), 인클로즈드 검출기 (enclosed detector) (290), 또는 그것들의 조합을 포함할 수도 있다. 제어기 (214) 는 프레즌스 검출기 (280) 및 인클로즈드 검출기 (290) 로부터의 프레즌스 신호들 (presence signals) 에 응답하여 증폭기 (210) 에 의해 전달되는 전력량을 조정할 수도 있다. 송신기는 다수의 전력원들, 예를 들어 빌딩에 존재하는 종래의 AC 전력을 변환하기 위한 AC-DC 변환기 (미도시), 종래의 DC 전력원을 송신기 (200) 에 적합한 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 변환기 (미도시), 또는 종래의 DC 전력원 (미도시) 으로부터 직접인 것과 같은 전력원들을 통해 전력을 수신할 수도 있다.

비-제한적 예로서, 프레즌스 검출기 (280) 는 송신기의 커버리지 영역으로 삽입되는 충전될 디바이스의 초기 존재를 감지하기 위해 활용되는 모션 탐지기일 수도 있다. 검출 후, 송신기가 턴온될 수도 있고, 디바이스에 의해 수신되는 RF 전력이 미리 결정된 방식으로 Rx 디바이스 상의 스위치를 토글 하는데 사용될 수도 있으며, 이는 결국 송신기의 구동점 임피던스에 대한 변화들을 초래한다.

다른 비-제한적 예로서, 프레즌스 검출기 (280) 는 예를 들어 적외선 탐지, 모션 탐지, 또는 다른 적당한 수단에 의해 인간을 탐지할 수 있는 검출기일 수도 있다. 어떤 예시적인 실시형태들에서는, 송신 안테나가 특정 주파수에서 송신할 수도 있는 전력량을 제한하는 규정들이 있을 수도 있다. 어떤 경우에는 이러한 규정들은 전자기 방사로부터 인간들을 보호하기 위해 의도된다. 그러나, 송신 안테나들이, 인간들에 의해 점유되지 않는, 또는 예를 들어 차고들, 공장 장소들, 상점들, 기타 등등과 같이 인간들에 의해 가끔 점유되는 영역에 배치되는 환경들이 있을 수도 있다. 이러한 환경들에 인간들이 없다면, 송신 안테나들의 전력 출력을 일반 전력 제한 규정들 이상으로 증가시키는 것이 허용 가능할 수도 있다. 다시 말해, 제어기 (214) 는, 송신 안테나 (204) 의 전력 출력을 인간 존재에 응답하여 규정 레벨 또는 더 낮은 레벨로 조정할 수도 있고, 인간이 송신 안테나 (204) 의 전자기장으로부터 규정 거리 밖에 있을 때는 송신 안테나 (204) 의 전력 출력을 규정 레벨 이상의 레벨로 조정할 수도 있다.

비-제한적 예로서, 인클로즈드 검출기 (290) (여기서 인클로즈드 구획 검출기 (enclosed compartment detector) 또는 인클로즈드 공간 검출기 (enclosed space detector) 로 또한 지칭될 수도 있음) 는 인클로저 (enclosure) 가 폐쇄 또는 오픈 상태인 때를 결정하기 위한 감지 스위치와 같은 디바이스일 수도 있다. 송신기가 인클로즈드 (enclosed) 상태인 인클로저에 있을 때, 송신기의 전력 레벨은 증가될 수도 있다.

예시적인 실시형태들에서, 송신기 (200) 가 불명확하게 계속 남아있지 않는 방법이 사용될 수도 있다. 이 경우, 송신기 (200) 는 사용자 결정 시간량 후에 정지 되도록 프로그램 될 수도 있다. 이 특징은 송신기 (200), 특히 전력 증폭기 (210) 가 주변의 무선 디바이스들이 완전히 충전된 후 오래 동작하는 것을 방지한다. 이러한 이벤트는 디바이스가 완전히 충전되어 있는 수신 코일 또는 중계기로부터 전송된 신호를 회로가 검출하지 못한 것에 기인한다. 다른 디바이스가 주변에 배치될 때 송신기 (200) 가 자동적으로 정지되는 것을 방지하기 위해, 송신기 (200) 의 자동 정지 특징은 주변에서 검출된 모션이 일정기간 없는 후에만 활성화될 수도 있다. 사용자는 비활성 (inactivity) 시간 간격을 결정할 수도 있고, 원하는 대로 바꿀 수도 있다. 비-제한적 예로서, 시간 간격을, 초기에 완전 방전된 디바이스라는 가정하에 특정 타입의 무선 디바이스를 완전히 충전하는데 필요한 것보다 더 길게 할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른, 수신기 (300) 의 단순화된 블록 다이어그램이다. 수신기 (300) 은 수신 회로 (302) 및 수신 안테나 (304) 를 포함한다. 수신기 (300) 는 수신 전력을 제공하기 위한 디바이스 (350) 에 또한 결합한다. 수신기 (300) 는 디바이스 (350) 외부에 있는 것으로 도시될 수도 있지만, 디바이스 (350) 에 집적될 수도 있다는 것이 유의되야 한다. 일반적으로, 에너지는 수신 안테나 (304) 에 무선으로 전파되고, 그 후 수신 회로 (302) 를 통해 디바이스 (350) 에 결합된다.

수신 안테나 (304) 는 송신 안테나 (204) (도 4) 와 동일 주파수, 또는 구체화된 범위의 주파수들 내에서 공진하도록 튜닝된다. 수신 안테나 (304) 는 송신 안테나 (204) 와 유사하게 디멘션 (dimension) 될 수도 있고, 관련된 디바이스 (350) 의 디멘션들에 기초하여 상이하게 사이징될 수도 있다. 예를 들면, 디바이스 (350) 는 송신 안테나 (204) 의 직경 또는 길이 보다 작은 직경 또는 길이 디멘션을 갖는 휴대용 전자 디바이스 일 수도 있다. 그러한 예에서는, 수신 안테나 (304) 는, 튜닝 캐패시터 (미도시) 의 캐패시턴스 값을 감소시키기 위해서 및 수신 안테나의 임피던스를 증가시키기 위해, 멀티-턴 안테나로서 구현될 수도 있다. 예를 들면, 수신 안테나 (304) 는, 안테나 직경을 최대화하기 위해서 및 수신기 안테나의 루프 턴들 (즉, 권선들) 의 수 및 권선간 캐패시턴스를 감소시키기 위해, 디바이스 (350) 의 실질적인 원주 주위에 배치될 수도 있다.

수신 회로 (302) 는 수신 안테나 (304) 에 임피던스 매치를 제공한다. 수신 회로 (302) 는, 수신 RF 에너지원을 디바이스 (350) 에 의한 사용을 위한 충전 전력으로 변환시키는 전력 변환 회로 (306) 를 포함한다. 전력 변환 회로 (306) 는 RF 대 DC (RF-to-DC) 변환기 (308) 를 포함하며, DC 대 DC (DC-to-DC) 변환기 (310) 를 또한 포함할 수도 있다. RF 대 DC 변환기 (308) 는 수신 안테나 (304) 에서 수신된 RF 에너지 신호를 비-교류 전력으로 정류하지만, DC 대 DC 변환기 (310) 는 그 정류된 RF 에너지 신호를 디바이스 (350) 와 호환가능한 에너지 전위 (예를 들어, 전압) 로 변환시킨다. 부분 및 풀 정류기들 (partial and full rectifiers), 레귤레이터들 (regulators), 브리지들 (bridges), 더블러들 (doublers) 뿐만 아니라 선형 및 스위칭 변환기들을 포함하는 다양한 RF 대 DC 변환기들이 고려된다.

수신 회로 (302) 는, 수신 안테나 (304) 를 전력 변환 회로 (306) 에 연결시키기 위한, 대안적으로는 전력 변환 회로 (306) 를 연결해제시키기 위한 스위칭 회로 (312) 를 더 포함할 수도 있다. 전력 변환 회로 (306) 로부터 수신 안테나 (304) 를 연결해제시키는 것은, 디바이스 (350) 의 충전을 정지시킬 뿐만 아니라 송신기 (200) (도 2) 에 의해 "보이는" 바와 같은 "부하" 를 변경시킨다.

상술된 바와 같이, 송신기 (200) 는 송신기 전력 증폭기 (210) 에 제공되는 바이어스 전류에서의 변동들을 검출하는 부하 감지 회로 (216) 를 포함한다. 따라서, 송신기 (200) 는 수신기들이 송신기의 근접장에 존재하는 때를 결정하기 위한 메커니즘을 갖는다.

다수의 수신기들 (300) 이 송신기의 근접장에 존재할 경우, 다른 수신기들이 송신기에 더 효율적으로 결합하게 할 수 있기 위해 하나 이상의 수신기들의 로딩 및 언로딩을 시간-멀티플렉싱 (time-multiplex) 하는 것이 바람직할 수도 있다. 수신기는 또한, 다른 인접한 수신기들로의 결합을 제거하거나 인접한 송신기들 상의 로딩을 감소시키기 위해 클로우킹될 (cloaked) 수도 있다. 이러한 수신기의 "언로딩" 은 또한 "클로우킹" 으로서 여기에 알려진다. 또한, 수신기 (300) 에 의해 제어되고 송신기 (200) 에 의해 검출되는 언로딩과 로딩 사이의 이러한 스위칭은, 아래에 더 상세히 설명될 바와 같이 수신기 (300) 로부터 송신기 (200) 로의 통신 메커니즘을 제공한다. 또한, 프로토콜은, 수신기 (300) 로부터 송신기 (200) 로의 메시지의 발송을 가능하게 하는 스위칭과 관련될 수 있다. 예를 들면, 스위칭 스피드는 약 100μ초 정도 일 수도 있다.

예시적인 실시형태에서, 송신기와 수신기 사이의 통신은 종래의 양방향 통신이라기보다는, 디바이스 감지 및 충전 제어 메카니즘을 나타낸다. 다시 말해, 송신기는, 에너지가 근접장에서 이용가능한지 여부를 조정하기 위하여 송신된 신호의 온/오프 키잉 (keying) 을 사용할 수도 있다. 수신기들은 에너지에서의 이러한 변화들을 송신기로부터의 메시지로서 해석한다. 수신기 측면에서, 얼마나 많은 전력이 근접장으로부터 받아지고 있는지를 조정하기 위해 수신기는 수신 안테나의 튜닝과 디튜닝 (de-tuning) 을 사용할 수도 있다. 송신기는 근접장으로부터 사용되는 전력에서의 이러한 차이를 검출하고, 이러한 변화들을 수신기로부터의 메시지로서 해석할 수 있다. 부하 거동 및 송신 전력의 변조의 다른 형태들이 활용될 수도 있다는 것이 유의된다.

수신 회로 (302) 는, 수신된 에너지 변화들을 식별하는데 사용되는 시그널링 검출기 및 비컨 회로 (314) 를 더 포함할 수도 있으며, 에너지 변화들은 송신기로부터 수신기로의 정보적 시그널링에 해당될 수도 있다. 또한, 시그널링 및 비컨 회로 (314) 는, 감소된 RF 신호 에너지 (즉, 비컨 신호) 의 송신을 검출하는데 및 무선 충전을 위한 수신 회로 (302) 를 구성하기 위해 수신 회로 (302) 내의 전력 부족이거나 전력-고갈된 회로들 중 어느 하나를 기상시키기 위한 공칭 전력 (nominal power) 으로 그 감소된 RF 신호 에너지를 정류시키는데, 또한 사용될 수도 있다.

수신 회로 (302) 는, 여기에 설명된 스위칭 회로 (312) 의 제어를 포함하는 여기에 설명된 수신기 (300) 의 프로세스들을 조정하기 (coordinate) 위한 프로세서 (316) 를 더 포함한다. 수신기 (300) 의 클로우킹은 또한, 충전 전력을 디바이스 (350) 에 제공하는 외부 유선 충전 소스 (예를 들어, 월 (wall)/USB 전력) 의 검출을 포함하는 다른 이벤트들의 발생 시에 발생할 수도 있다. 프로세서 (316) 는, 수신기의 클로우킹을 제어하는 것 이외에도, 비컨 상태를 결정하고 송신기로부터 전송된 메시지들을 추출하기 위해 비컨 회로 (314) 를 모니터링할 수도 있다. 프로세서 (316) 는 또한 개선된 성능을 위해 DC 대 DC 변환기 (310) 를 조정할 수도 있다.

도 6은 송신기와 수신기 사이의 메시징을 수행하기 위한 송신 회로의 일부의 단순화된 개략도를 나타낸다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시형태들에서, 통신 수단이 송신기와 수신기 사이에서 인에이블될 수도 있다. 도 6에서, 전력 증폭기 (210) 는 송신 안테나 (204) 를 구동시켜 방사 필드를 발생시킨다. 전력 증폭기는, 송신 안테나 (204) 에 대해 원하는 주파수에서 오실레이팅하는 캐리어 신호 (220) 에 의해 구동된다. 송신 변조 신호 (224) 는 전력 증폭기 (210) 의 출력을 제어하는데 사용된다.

송신 회로는 전력 증폭기 (210) 상에서 온/오프 키잉 프로세스를 사용함으로써 수신기들에 신호들을 전송할 수 있다. 다시 말해, 송신 변조 신호 (224) 가 어서트될 (asserted) 때, 전력 증폭기 (210) 는 송신 안테나 (204) 상에서 캐리어 신호 (220) 의 주파수를 드라이빙 아웃 (drive out) 할 것이다. 송신 변조 신호 (224) 가 니게이트될 (negated) 때는, 전력 증폭기는 송신 안테나 (204) 상에서 어떤 주파수도 드라이빙 아웃 하지 않을 것이다. 다른 타입들의 변조가 본 발명의 범위 내일 수도 있다는 것이 유의된다.

또한, 도 6의 송신 회로는, 전력을 전력 증폭기 (210) 에 공급하고 수신 신호 (235) 출력을 발생시키는 부하 감지 회로 (216) 를 포함한다. 부하 감지 회로 (216) 에서, 저항 R_S 에 걸린 전압 강하는 신호 (226) 에서의 전력과 전력 증폭기 (210) 로의 전력 공급 (228) 사이에서 전개된다. 전력 증폭기 (210) 에 의해 소비되는 전류에서의 임의의 변화는, 차동 증폭기 (230) 에 의해 증폭될 전압 강하에서의 변화를 초래할 것이다. 송신 안테나가 수신기 (도 6에서 미도시) 의 수신 안테나와의 결합 모드에 있을 경우, 전력 증폭기 (210) 에 의해 인출되는 전류의 양은 변할 것이다. 즉, 결합 모드 공진이 송신 안테나 (204) 에 대해 존재하지 않으면, 방사 필드를 구동하는데 요구되는 전력이 제 1 양 (amount) 일 것이다. 결합 모드 공진이 존재하면, 전력의 많은 부분이 수신 안테나에 결합 되기 때문에, 전력 증폭기 (210) 에 의해 소비되는 전력의 양은 상승할 것이다. 따라서, 수신 신호 (235) 는 송신 안테나 (235) 에 결합된 수신 안테나의 존재를 표시할 수 있고, 또한, 수신 안테나로부터 전송된 신호들을 검출할 수 있다. 또한, 수신기 전류 인출에서의 변화는 송신기의 전력 증폭기 전류 인출에서 관측가능할 것이며, 이러한 변화는 수신 안테나들로부터의 신호들을 검출하는데 사용될 수 있다. 다른 회로가 수신 안테나 및 관련된 회로의 거동 (behavior) 에 의해 주어지는 부하에서의 변동을 검출하도록 구현될 수도 있다는 것이 유의된다.

여기서 설명되는 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시형태들은 비인가된 디바이스들이 무선 전력을 수신하는 것을 방지하면서 인가된 디바이스들에게 무선 전력을 전달하는 시스템들, 디바이스들, 및 방법들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 여기서 설명된 여러 예시적인 실시형태들은, 무선 전력을 수신하는 것이 인가된 하나 이상의 전자 디바이스들에게 무선 전력을 전송하고 그 전송된 무선 전력에 대한 액세스를 제공하는 방법들, 시스템들, 및 디바이스들을 포함한다. 여기서 설명된 다른 여러 예시적인 실시형태들은 인가된 전자 디바이스에서 무선 전력을 수신하기 위한 방법들, 시스템들, 및 디바이스들을 포함한다.

더욱 상세하게, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 무선 전력 디바이스는 무선 전력을 송신하고, 여기서 그 송신에 연관된 적어도 하나의 파라미터는 미리결정된 무선 전력 송신 시나리오에 따라 변할 수도 있다. 더욱 상세하게, 예를 들어, 무선 전력 디바이스는 무선 전력을 송신할 수도 있고, 여기서 그 송신에 연관된 적어도 하나의 파라미터는 의사 랜덤 시퀀스 (pseudo-random sequence) 에 따라 변할 수도 있다. "무선 전력 전송 시나리오" 라는 용어는 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터 (예를 들어, 무선 전력 전송의 주파수) 가 적어도 하나의 의사 랜덤 시퀀스에 따라 변화되는 시나리오를 포함할 수도 있다는 것이 유의된다. 달리 말하면, "무선 전력 전송 시나리오"는 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터가 시간 의존 (time-dependent) 인 미리결정된 패턴에 따라 변하는 시나리오를 포함할 수도 있다.

또한, 인가된 전자 디바이스가 무선 전력을 수신할 수 있게 하기 위해, 그 전자 디바이스와 연관된 수신기는 무선 전력 전송 시나리오에 따라 동작할 수도 있다. 더욱 상세하게는, 예를 들어, 무선 전력을 수신하도록 인가된 전자 디바이스는, 의사 랜덤 시퀀스에 따라 무선 전력의 수신에 연관된 적어도 하나의 파라미터 (예를 들어, 무선 전력 수신기의 주파수) 를 변화시킬 수도 있다. 더욱 상세하게는, 예를 들어, 무선 전력을 수신하도록 인가된 전자 디바이스는, 그 수신기의 공진 주파수가 무선 전력 디바이스의 송신기의 공진 주파수와 매칭할 수 있게 하기 위해 의사 랜덤 시퀀스에 따라 연관 무선 전력 수신기의 주파수를 변화시킬 수도 있다.

또한, 본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따르면, 무선 전력 디바이스는, 그 무선 전력 디바이스로부터 무선 전력을 수신하도록 인가된 전자 디바이스에게 무선 전력 전송 시나리오를 식별하는 코드를 (예를 들어, 통신 수단을 통해) 송신할 수도 있다. 그 코드를 수신할 때, 그 전자 디바이스는 그 의사 랜덤 시퀀스에 따라 연관 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키도록 구성될 수도 있고, 따라서 무선 전력 수신을 가능하게 할 수도 있다.

도 7은 연관된 충전 구역 내에 무선 전력을 송신하도록 구성된 적어도 하나의 연관된 송신 안테나 (705) 및 송신기 (703) 를 갖는 무선 전력 디바이스 (702) 를 포함하는 시스템 (700) 을 도시한다. 시스템 (700) 은 무선 전력 디바이스 (702) 와 같은 무선 전력 디바이스로부터 무선 전력을 수신하도록 구성된 수신기 (707) 를 갖는 전자 디바이스 (704) 를 더 포함한다. 일 예로서, 무선 전력 디바이스 (702) 는 전자 디바이스 (704) 에 코드를 송신할 수도 있으며, 여기서 그 코드는 연관된 송신기의 적어도 하나의 파라미터가 변화될 시간 의존 패턴을 식별한다. 그 후에, 무선 전력 디바이스 (702) 는 무선 전력을 송신할 수도 있고, 여기서 연관된 송신기의 적어도 하나의 파라미터는 미리결정된 패턴에 따라 변할 수도 있다. 달리 말하면, 무선 전력 디바이스 (702) 는, 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 송신된 무선 전력을 수신하도록 인가된 전자 디바이스 (704) 에 의해 알려진 고유 전달 패턴에 따라 전력을 송신할 수도 있다.

의사 랜덤 시퀀스에서 송신기의 파라미터를 변화시키는 것은, 의사 랜덤 시퀀스를 식별하는 코드를 소유하고 있는 하나 이상의 수신기들이 무선 전력 디바이스 (702) 를 추적할 수 있게 할 수도 있다. 따라서, 무선 전력 디바이스의 송신기의 적어도 하나의 파라미터를 추적할 수도 있는 하나 이상의 수신기들과 연관된 하나 이상의 디바이스들은, 다른 비추적 (non-tracking) 디바이스들이 무선 전력을 수신하지 못하는 동안, 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 무선 전력을 수신할 수도 있다.

일 예로서, 송신기의 주파수는 패턴 (예를 들어, 본 기술분야에서 잘 알려진 비밀 알고리즘에 의해 동적으로 제어되거나 미리결정된 비밀 패턴) 에 따라 변할 수도 있으며, 그 패턴을 알고 그에 따라 동작하는 디바이스들만이 송신된 신호를 추적하기 위해 그들 연관된 수신기들을 제어할 수 있을 것이며 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 전력을 효율적으로 인출할 수 있을 것이다. 일 범위의 주파수들을 사용함으로써, 및 송신기가 공진하는 주파수를 일정하게 변경함으로써, 그 송신기와 실질적으로 유사한 주파수들에 공진하는 수신기들을 갖는 전자 디바이스만이 전력을 무선으로 인출할 수 있을 것이다. 변형들로는 주파수가 위상에서의 변형들을 또한 포함할 수도 있다는 것이 유의된다. 본 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 신호 출력은 더욱 일반화된 전달 함수 (transfer function) 에 대응할 수도 있으며, 여기서 예컨대 주파수를 변화시키는 방법은 위상의 제어를 수반할 수도 있다. 전달 함수의 그러한 제어는, 허용된 디바이스들에게 전력을 전송하는 이 발명 실시형태를 지원하면서, 대역외 방출들을 감소시키는 추가적인 이점을 제공할 수도 있다.

또한, 데이터는 암호화될 수도 있기 때문에, 예를 들어 사용자가 가입하거나 무선 전력 서비스에 대해 지불한 후, 미리결정된 패턴을 식별하는 코드는 종래의 무선 통신 수단을 이용하여 송신될 수도 있다는 것이 유의된다. 코드의 로딩이나 교환은 프리로딩 (pre-loading), 도전 응답 (challenge response), 저장된 키로부터의 로컬 발생과 같은 본 기술분야에서 잘 알려진 방법에 의해 실시될 수도 있고, 보통 공통 소스들로부터 공급될 수도 있는 추가 정보 (예를 들어, 시간, 포지션, 등) 와 조합될 수도 있다.

일 예시적인 실시형태에 따르면, 무선 전력 디바이스 (702) 는 특정 주파수 (예를 들어, 충전 패턴에서 식별되는 첫 번째 주파수) 에 튜닝할 때 전력을 송신할 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태에 따르면, 무선 전력 디바이스 (702) 는, 인가된 전자 디바이스가 수신할 수 없을 수도 있는 대역외 전력 방출들을 감소시킬 수도 있는 천이 함수 (transition function) 를 이용하여 전력 송신을 점진적으로 증가시킬 수도 있다 (램프업 (ramp up)). 또한, 전달 함수는 인가된 전자 디바이스가 동기화 정확성 때문에 수신할 수 없을 수도 있는 전력의 송신을 감소시킬 수도 있다. 더욱 상세하게, 무선 전력 디바이스 (702) 및, 더욱 상세하게, 무선 전력 디바이스 (702) 와 연관된 송신기 (703) 는, CW 또는 변조된 신호일 수도 있는 저 전력 프리앰블 (preamble) 을 방출할 수도 있어, 인가된 전자 디바이스 (704) 의 수신기 (707) 가 그것 자체와 동기화 및 튜닝할 수 있게 할 수도 있고, 이는 무선 전력 디바이스 (702) 에 의해 송신되는 때 최대 전력을 전자 디바이스 (704) 가 수신할 수 있게 할 수도 있다.

도 8은 무선 전력 디바이스 (702) 및 복수의 전자 디바이스들 (704 및 706) 을 포함하는 다른 시스템 (800) 을 도시하며, 여기서 각각의 전자 디바이스들 (704 및 706) 은 무선 전력 디바이스 (702) 와 같은 무선 전력 디바이스로부터 무선 전력을 수신하도록 구성된다. 그러나, 도 8에 도시된 예에서, 전자 디바이스 (704) 는 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 무선 전력을 수신하도록 인가되어 있는 반면, 수신기 (709) 를 포함하는 전자 디바이스 (706) 은 비인가되어 있다는 것이 유의된다. 일 예로서, 무선 전력 디바이스 (702) 는 전자 디바이스 (704) 에 코드를 송신할 수도 있으며, 여기서 그 코드는 송신기 (703) 의 주파수가 변화될 시간 의존 패턴을 식별한다. 따라서, 무선 전력 디바이스 (702) 는 무선 전력을 송신할 수도 있으며, 여기서 송신기의 주파수는 미리결정된 패턴에 따라 변화한다. 또한, 전자 디바이스 (704) 가, 코드에서 식별되는 미리 결정된 패턴에 따라 연관 수신기 (707) 의 주파수를 변화시키는 한, 전자 디바이스 (704) 는 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 무선으로 송신된 전력을 수신할 수도 있다. 또한, 전자 디바이스 (706) 는 시간 의존 패턴에 관련된 정보가 부족하기 때문에, 전자 디바이스 (706) 에 연관된 수신기는 그에 따라 그것의 주파수를 변화시킬 수 없을 수도 있고, 따라서 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 무선으로 송신된 전력의 어느 상당 부분도 수신할 수 없을 수도 있다는 것이 유의된다.

다른 실시형태에서, 송신기 (703) 의 임피던스는 시간 의존의 의사 랜덤 시퀀스에 따라 변화될 수도 있다. 또한, 시간 의존 의사 랜덤 시퀀스를 알고 있는 인가된 전자 디바이스의 수신기 (예를 들어, 수신기 (707)) 는 송신기 (703) 에 결합된 채로 유지되기 위해 그에 따라 그것의 임피던스를 변화시킬 수도 있으며, 따라서 그로부터 무선 전력을 수신할 수도 있다. 임피던스 매칭은 고 효율 결합이 될 수도 있으며, 저 효율을 가지는 다른 수신기 코일들을 효과적으로 대체할 수도 있다. 임피던스는 주파수 변형에 관련된 상술된 예시적인 실시형태들과 상당히 동일한 방식으로 변화될 수 있다. 일 예시적인 실시형태에 따르면, 현재 최적의 임피던스를 소유하고 있는 수신기 (즉, 인가된 디바이스의 수신기) 만이, 예상되는 최적 값에 그것의 임피던스를 셋팅함으로써 무선 전력의 송신기에 무리없이 결합될 것이라는 것이 유의된다. 다른 실시형태에서, 최적 값을 소유하고 있지 않은 하나 이상의 수신기들 (즉, 비인가된 디바이스들의 수신기들) 은, 다른 사용자들에게 서비스를 방해하지 않도록 고 임피던스로 셋팅될 수도 있다.

본 발명의 여러 예시적인 실시형태들은 무선 전력이 무선 전력 전송 시나리오에 따라 다수의 인가된 디바이스들에 전송되는 것을 가능하게 할 수도 있다. 도 9는 무선 전력 디바이스 (702) 및 복수의 전자 디바이스 (850, 852, 및 854) 를 포함하는 시스템 (840) 을 도시하며, 여기서 각각의 전자 디바이스는 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 무선 전력을 수신하도록 인가되어 있다. 일 예로서, 도 9 및 표 1 을 참조하여, 무선 전력 전송 시나리오가 도시되며, 여기서 무선 전력 디바이스 (702) 는 다수의 기간 (time period) 들 상에서 변화하는 주파수들을 통해 무선 전력을 전송한다. 더욱 상세하게, 무선 전력 디바이스 (702) 는 제 1 기간 동안에 주파수 F1에서, 제 2 기간 동안 주파수 F2에서, 제 3 기간 동안 주파수 F3에서, 제 4 기간 동안 주파수 F4에서, 및 등등에서 전력을 전송한다. 또한, 표 1에서 도시된 바와 같이, 전자 디바이스 (850) 의 연관된 수신기 (851) 는 제 1 기간 동안에 주파수 F1에서, 제 3 기간 동안에 주파수 F3에서, 제 5 기간 동안에 주파수 F5에서, 제 7 기간 동안에 주파수 F7에서, 제 9 기간 동안에 주파수 F9에서, 제 11 기간 동안에 주파수 F11에서,제 13 기간 동안에 주파수 F13에서, 및 제 15 기간 동안에 주파수 F15에서 공진한다. 따라서, 전자 디바이스 (850) 의 수신기 (851) 는 제 1, 제 3, 제 5, 제 7, 제 9, 제 11, 제 13, 및 제 15 기간들 동안에 송신기 (703) 와 동일한 주파수에서 공진할 수도 있다.

또한, 전자 디바이스 (852) 의 연관된 수신기 (853) 는 제 2 기간 동안에 주파수 F2에서, 제 4 기간 동안에 주파수 F4에서, 제 8 기간 동안에 주파수 F8에서, 제 10 기간 동안에 주파수 F10에서, 제 14 기간 동안에 주파수 F14에서 공진한다. 따라서, 전자 디바이스 (852) 의 수신기 (853) 는, 제 2, 제 4, 제 8, 제 10, 및 제 14 기간들 동안에 송신기 (703) 와 동일한 주파수에서 공진할 수도 있다. 또한, 전자 디바이스 (854) 의 연관된 수신기 (855) 는 제 6 기간 동안에 주파수 F6에서, 제 12 기간 동안에 주파수 F12에서 공진한다. 따라서, 전자 디바이스 (854) 의 수신기 (855) 는 제 6 및 제 12 기간 동안에 송신기 (703) 와 동일한 주파수에서 공진할 수도 있다.

디바이스

주파수

무선 전력
디바이스
(702)

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

F10

F11

F12

F13

F14

F15

수신기
(851)

F1

F3

F5

F7

F9

F11

F13

F15

수신기
(853)

F2

F4

F8

F10

F14

수신기
(855)

F6

F12

결과적으로, 무선 전력 디바이스 (702) 에 의해 전달되는 전력은 전자 디바이스 (850) 에 의해 그 시간의 대략 절반에서 (예를 들어, 매 6 사이클들 중에서 3 번), 전자 디바이스 (852) 에 의해 그 시간의 대략 1/3에서 (매 6 사이클들 중에서 2 번), 전자 디바이스 (854) 에 의해 그 시간의 대략 1/6에서 (매 6 사이클들 중에서 1 번) 수신된다.

다른 예로서, 도 9 및 표 2와 관련하여, 무선 전력 전송 시나리오가 도시되며, 여기서 무선 전력 디바이스 (702) 는 다수의 기간들 상에서 변화하는 임피던스들을 통해 무선 전력을 전송한다. 더욱 상세하게, 무선 전력 디바이스 (702) 는 제 1 기간 동안에 임피던스 Z1에서, 제 2 기간 동안 임피던스 Z2에서, 제 3 기간 동안 임피던스 Z3에서, 제 4 기간 동안 임피던스 Z4에서, 및 등등에서 동작할 수도 있다. 또한, 표 2에서 도시된 바와 같이, 전자 디바이스 (850) 의 연관된 수신기 (851) 는 제 1 기간 동안에 임피던스 Z1에서, 제 3 기간 동안에 임피던스 Z3에서, 제 5 기간 동안에 임피던스 Z5에서, 제 7 기간 동안에 임피던스 Z7에서, 제 9 기간 동안에 임피던스 Z9에서, 제 11 기간 동안에 임피던스 Z11에서,제 13 기간 동안에 임피던스 Z13에서, 및 제 15 기간 동안에 임피던스 Z15에서 공진한다. 따라서, 전자 디바이스 (850) 의 수신기 (851) 는 제 1, 제 3, 제 5, 제 7, 제 9, 제 11, 제 13, 및 제 15 기간들 동안에 송신기 (703) 와 동일한 임피던스로 동작할 수도 있다.

또한, 전자 디바이스 (854) 의 연관된 수신기 (855) 는 제 6 기간 동안에 임피던스 Z6로, 제 12 기간 동안에 임피던스 Z12로 동작할 수도 있다. 따라서, 전자 디바이스 (854) 의 수신기 (855) 는, 제 6, 및 제 12 기간 동안에 송신기 (703) 와 동일한 임피던스로 동작할 수도 있다. 또한, 전자 디바이스 (852) 의 연관된 수신기 (853) 는 제 2 기간 동안에 임피던스 Z2로, 제 4 기간 동안에 임피던스 Z4로, 제 8 기간 동안에 임피던스 Z8로, 제 10 기간 동안에 임피던스 Z10으로, 및 제 14 기간 동안에 임피던스 Z14로 동작한다. 따라서, 전자 디바이스 (852) 의 수신기 (853) 는 제 2, 제 4, 제 8, 제 10, 및 제 14 기간 동안에 송신기 (703) 와 동일한 임피던스로 동작할 수도 있다.

디바이스

임피던스

무선 전력
디바이스
(702)

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Z6

Z7

Z8

Z9

Z10

Z11

Z12

Z13

Z14

Z15

수신기
(851)

Z1

Z3

Z5

Z7

Z9

Z11

Z13

Z15

수신기
(853)

Z2

Z8

Z14

수신기
(855)

Z4

Z6

Z10

Z12

결과적으로, 무선 전력 디바이스 (702) 에 의해 전달되는 전력은 전자 디바이스 (850) 에 의해 그 시간의 대략 절반에서 (예를 들어, 매 6 사이클들 중에서 3 번), 전자 디바이스 (852) 에 의해 그 시간의 대략 1/6에서 (매 6 사이클들 중에서 1 번), 전자 디바이스 (854) 에 의해 그 시간의 대략 1/3에서 (매 6 사이클들 중에서 2 번) 수신된다.

도 8 및 표 3을 참조하여, 다른 무선 전력 전송 시나리오가 도시되며, 여기서는 무선 전력 디바이스 (702) 가 다수의 기간들 상에서 변화하는 주파수들 (주파수 F1 내지 주파수 F4) 을 통해 무선 전력을 전송한다. 또한, 수신기 (707) 가 공진하는 주파수는 무선 전력 디바이스 (702) 가 공진하는 주파수를 추적한다. 따라서, 수신기 (707) 는 각각의 기간에 전력을 전송할 수도 있다. 또한, 비인가된 디바이스와 연관되어 있는 수신기 (709) 는 각각의 기간 동안에 주파수 F2에서 공진하고 있다. 따라서, 수신기 (709) 는 무선 전력 디바이스 (702) 가 주파수 F2에서 공진하고 있는 기간 동안에 무선 전력을 수신할 수도 있다.

디바이스	주파수
무선 전력 디바이스 (702)	F1	F2	F3	F4	F1	F2	F3	F4
수신기 (707)	F1	F2	F3	F4	F1	F2	F3	F4
수신기 (709)	F2	F2	F2	F2	F2	F2	F2	F2

상기에서 언급된 바와 같이, 비인가된 디바이스와 연관된 수신기 (709) 는 주파수 F2에서 공진하고 있으며, 따라서, 무선 전력 디바이스 (702) 가 주파수 F2에서 공진하고 있는 기간 동안에 무선 전력을 수신할 수도 있다. 따라서, 수신기 (707) 를 위해 의도되는 무선 전력이 수신기 (709) 에 의해 수신될 수도 있으며, 따라서, 수신기 (707) 에 의해 수신되는 무선 전력의 양은 감소될 수도 있다. 그러한 비인가된 디바이스로 손실되는 에너지는 여러 수단에 의해 감소될 수도 있다. 일 예시적인 실시형태에서, 비인가된 디바이스에 의해 생성되는 간섭 (즉, 로딩) 은 그 로딩을 검출함으로써 그리고 그 로딩이 발생하는 주파수를 회피하도록 주파수 시퀀스를 변경함으로써 회피될 수도 있다. 예를 들어, 표 4를 참조하여, 무선 전력 디바이스 (702) 는 주파수 F2에서 전력을 전송하는 것을 회피할 수도 있으며, 따라서 비인가되고 주파수 F2에서 공진하는 수신기 (709) 는 무선 전력 디바이스 (702) 로부터 무선 전력을 수신하지 못할 수도 있다.

디바이스	주파수
무선 전력 디바이스 (702)	F1	F3	F4	F5	F1	F3	F4	F5
수신기 (707)	F1	F3	F4	F5	F1	F3	F4	F5
수신기 (709)	F2	F2	F2	F2	F2	F2	F2	F2

다른 예시적인 실시형태에서는, 어느 주파수 상에서 무선 전력 송신을 시작하기 전에, 또는 균일하게 또는 비균일하게 이격될 수도 있는 하나 이상의 시간 간격들 후에, 현재 주파수에서의 로딩이 테스트되며, 비인가된 로딩의 표시가 별견되면, 송신된 전력이 감소되거나, 송신이 다른 주파수로 스위칭된다. 이 예시적인 실시형태는 송신기 및 인가된 디바이스의 수신기 양자가 원래 주파수로의 백업 (backup) 일 수도 있는 공통으로 알려진 주파수로 스위칭하는 것을 필요로 할 수도 있다.

특정 무선 전력 전송 시나리오를 식별할 수도 있는 코드나, 다른 코드가 전자 디바이스의 인증 및 인가에 사용될 수도 있다는 것이 유의된다. 예를 들어, 무선 전력 디바이스의 인근에서의 전자 디바이스는 그것 자체를 식별할 수 있거나, 무선 전력 디바이스에 의해 식별될 수도 있다. 또한, 무선 전력 디바이스는 전자 디바이스에 대한 충전 인가를 요청하기 위해 중앙 서버나 네트워크에 액세스하도록 구성될 수도 있다. 인가를 수신할 때, 전자 디바이스에게는 무선 전력 전송 시나리오에 관한 정보가 제공될 수도 있다.

다른 예시적인 실시형태에 따르면, 무선 통신은 무선 전력과 동일한 때에 브로드캐스팅될 수도 있고, 수신기에 결합된 제어기는 통신들을 수신한 후 수신기가 무선 전력을 수신하도록 인가되는지 여부를 결정할 수도 있다. 수신기가 무선 전력을 수신하도록 인가되지 않은 경우, 제어기는 그 수신기가 전력을 수신할 올바른 주파수에서 공진하는 것을 방지하도록 구성될 수도 있다.

도 10은 하나 이상의 예시적인 실시형태들에 따른, 방법 (980) 을 도시하는 흐름도이다. 방법 (980) 은 무선 전력 전달 시나리오에 따라, 무선 전력 전달의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키면서 무선 전력을 적어도 하나의 전자 디바이스에 전달하는 단계 (참조 번호 982에 의해 묘사됨) 를 포함할 수도 있다.

도 11은 하나 이상의 예시적인 실시형태들에 따른, 다른 방법 (990) 을 도시하는 흐름도이다. 방법 (990) 은 무선 전력 전달 시나리오에 따라, 전자 디바이스의 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시킴으로써 전자 디바이스에서 무선 전력을 수신하는 단계 (참조 번호 992에 의해 묘사됨) 를 포함할 수도 있다.

본 기술분야의 통상의 기술자는, 정보 및 신호들이 임의의 다양한 서로 다른 기술들 및 기법들을 사용하여 표현될 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 설명 전반에 걸쳐 참조될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장 또는 자기입자, 광학 필드 또는 광학 입자, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.

또한, 당업자는, 여기에 개시된 예시적인 실시형태들과 관련하여 설명된 각종의 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 이들의 조합으로서 구현될 수도 있음을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환가능성을 명확히 도시하기 위해, 각종의 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들은 그들의 기능의 관점으로 일반적으로 상술되었다. 그러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될지는, 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 부과된 설계 제약들에 의존한다. 당업자는 각각의 특정한 애플리케이션에 대한 다양한 방식으로 설명된 기능을 구현할 수도 있지만, 그러한 구현 결정들이 본 발명의 예시적인 실시형태들의 범위를 벗어나게 하는 것으로 해석되지는 않아야 한다.

여기에 개시된 예시적인 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은, 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능한 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로, 그 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수도 있다.

여기에 개시된 예시적인 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은, 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 (ROM), 전기적으로 프로그래밍가능한 ROM (EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그래밍가능 ROM (EEPROM), 레지스터들, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 기술분야에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 결합되어, 그 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있게 한다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기에 상주할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내의 별개의 컴포넌트들로서 상주할 수도 있다.

하나 이상의 예시적인 실시형태들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되면, 그 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 저장될 수도 있거나, 컴퓨터-판독가능 매체 상의 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 송신될 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는, 일 장소로부터 또 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 양자를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수도 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터-판독가능 매체는, RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장부, 자성 디스크 저장부 또는 다른 자성 저장 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반 또는 저장하는데 사용될 수 있고 컴퓨터에 이해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속은 컴퓨터-판독가능 매체로 적절히 명칭될 수도 있다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬인 쌍, 디지털 가입자 라인 (DSL), 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신되면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬인 쌍, DSL, 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의 내에 포함된다. 여기에 사용된 바와 같이, 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는, 컴팩 disc (CD), 레이저 disc, 광학 disc, DVD (digital versatile disc), 플로피 디스크 및 블루-레이 disc 를 포함하며, 여기서, 디스크 (disk) 들은 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하지만, 디스크 (disc) 들은 데이터를 레이저들을 이용하여 광학적으로 재생한다. 또한, 상기의 조합들은 컴퓨터-판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.

개시된 예시적인 실시형태들의 이전 설명은 본 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 수행 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 예시적인 실시형태들에 대한 각종의 변형들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게는 용이하게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고도 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 설명된 예시적인 실시형태들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 여기에 개시된 신규한 특성들 및 원리들에 부합하는 최광의 범위를 허여하려는 것이다.

Claims

무선 전력 전송 시나리오에 따라 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키면서, 적어도 하나의 전자 디바이스에 무선 전력을 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것은, 의사 랜덤 시퀀스에 따라 상기 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것은, 시간 의존 패턴에 따라 상기 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라 변화될 상기 무선 전력 송신의 적어도 하나의 파라미터를 식별하는 코드를 하나 이상의 전자 디바이스들에게 송신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 코드를 송신하는 단계는, 상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라 변화될 상기 무선 전력 송신의 적어도 하나의 파라미터를 식별하는 암호화된 코드를 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것은, 무선 전력 송신의 주파수 및 임피던스 중 적어도 하나를 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 무선 전력을 전송하는 단계는, 대역외 (out-of-band) 전력 방출을 감소시키는 전달 함수 (transfer function) 를 활용하는 단계를 포함하는, 방법.
무선 전력 전송 시나리오에 따라 무선 전력 송신의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키면서, 무선 전력을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신기를 포함하는, 디바이스.
제 8 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 시나리오는 시간 의존 패턴을 포함하는, 디바이스.
제 8 항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신의 주파수 및 임피던스 중 적어도 하나를 변화시키도록 구성되는, 디바이스.
제 8 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라 변화될 상기 무선 전력 송신의 적어도 하나의 파라미터를 식별하는 코드를 하나 이상의 전자 디바이스들에게 송신하도록 더 구성된, 디바이스.
무선 전력 전송 시나리오에 따라 전자 디바이스의 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시킴으로써 상기 전자 디바이스에서 무선 전력을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라 전자 디바이스의 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것은, 의사 랜덤 시퀀스에 따라 상기 전자 디바이스의 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라 전자 디바이스의 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것은, 시간 의존 패턴에 따라 상기 전자 디바이스의 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터 및 상기 적어도 하나의 파라미터가 변화되는 의사 랜덤 시퀀스를 식별하는 코드 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 코드를 수신하는 단계는, 상기 적어도 하나의 파라미터 및 상기 적어도 하나의 파라미터가 변화되는 의사 랜덤 시퀀스를 식별하는 암호화된 코드를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것은, 상기 무선 수신기가 공진하는 주파수 및 상기 무선 수신기의 임피던스 중 적어도 하나를 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 것은, 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를, 무선 전력 송신기의 연관된 적어도 하나의 파라미터와 매칭하도록 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
무선 전력 수신기를 포함하는 디바이스로서,
상기 무선 전력 수신기는, 의사 랜덤 시퀀스에 따라 상기 무선 전력 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시킴으로써 무선 전력을 수신하도록 구성되는, 디바이스.
제 19 항에 있어서,
상기 디바이스는 상기 적어도 하나의 파라미터 및 상기 적어도 하나의 파라미터가 변화되는 의사 랜덤 시퀀스를 식별하는 코드를 수신하도록 구성되는, 디바이스.
제 19 항에 있어서,
상기 디바이스는 상기 무선 전력 수신기가 공진하는 주파수 및 상기 무선 전력 수신기의 임피던스 중 적어도 하나를 변화시키도록 구성되는, 디바이스.
무선 전력 전송 시나리오를 식별하는 코드를 송신하는 수단; 및
상기 무선 전력 전송 시나리오에 따라, 연관된 무선 송신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시킴으로써 무선 전력을 송신하는 수단을 포함하는, 디바이스.
상기 무선 전력 전송 시나리오를 식별하는 코드를 수신하는 수단; 및
무선 전력 전송 시나리오에 따라, 연관된 무선 수신기의 적어도 하나의 파라미터를 변화시킴으로써 무선 전력을 수신하는 수단을 포함하는, 디바이스.