KR20160100347A - 무선 전기 차량 충전 시스템으로부터의 인간 노출의 적합성 평가 - Google Patents

무선 전기 차량 충전 시스템으로부터의 인간 노출의 적합성 평가 Download PDF

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린 루
자가디쉬 나다쿠두티
폴 구키안
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

본 개시물은 전자기 노출을 평가하기 위한 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 하나의 양태에서, 장치가 제공된다. 그 장치는 무선 전기 차량 충전 시스템에 근접하여 적어도 하나의 인간의 적어도 부분의 전자기 노출을 계산하도록 구성된 적어도 제 1 회로를 구비한다. 적어도 하나의 인간의 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된다. 그 장치는 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 결정된 전자기 노출을 스케일링하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 회로를 더 구비한다.

Description

무선 전기 차량 충전 시스템으로부터의 인간 노출의 적합성 평가{COMPLIANCE ASSESSMENT OF HUMAN EXPOSURE FROM WIRELESS ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM}
본 개시물은 대체로 무선 전력 전송에 관한 것이고, 더 상세하게는 배터리들을 포함한 차량들과 같은 원격 시스템들로의 무선 전력 전송에 관련된 디바이스들, 시스템들, 및 방법들과 이러한 무선 전력 전송 디바이스들 및 시스템들로부터의 전자기 노출 평가에 관한 것이다.
배터리와 같은 에너지 저장 디바이스로부터 수신된 전기로부터 도출된 운동 동력 (locomotion power) 을 포함하는 원격 시스템들, 이를테면 차량 (vehicle) 들이 도입되었다. 예를 들어, 하이브리드 전기 차량 (electric vehicle) 들은 차량 제동과 전통적인 모터들로부터의 전력을 사용하여 차량들을 충전하는 온 보드 (on-board) 충전기들을 구비한다. 오로지 전기식인 차량들은 배터리들을 충전하기 위한 전기를 다른 소스들로부터 일반적으로 수신한다. 배터리 전기 차량들 (전기 차량들) 은 가정 또는 상업용 AC 공급 소스들과 같은 유선 교류 전류 (AC) 의 일부 유형을 통해 충전될 것이 종종 제안된다. 유선 충전 접속들은 전력 공급부에 물리적으로 접속되는 케이블들 또는 다른 유사한 커넥터들을 요구한다. 케이블들과 유사한 커넥터들이 때때로 불편하거나 또는 다루기 힘들 수도 있고 다른 단점들을 가질 수도 있다. 전기 차량들을 충전하는데 사용될 자유 공간에서 (예컨대, 무선 장 (wireless field) 을 통해) 전력을 전송할 수 있는 무선 충전 시스템들이 유선 충전 솔루션들의 결함들 중의 일부를 극복할 수도 있다. 이처럼, 전기 차량들을 충전하기 위한 전력을 효율적으로 및 안전하게 전송하는 무선 충전 시스템들 및 방법들이 바람직하다.
첨부된 청구항들의 범위 내의 시스템들, 방법들 및 디바이스들의 다양한 구현예들은 각각이 여러 양태들을 가지며, 그것들 중 단일 하나만이 본원에서 설명되는 바람직한 속성들을 단독으로 담당하는 것은 아니다. 첨부의 청구항들의 범위를 제한하는 일 없이, 일부 두드러진 특징들이 본원에서 설명된다.
본 명세서에서 설명된 요지의 하나 이상의 구현예들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 아래의 설명에서 언급된다. 다른 특징들, 양태들, 및 이점들은 상세한 설명, 도면들, 청구항들로부터 명확하게 될 것이다. 다음의 도면들의 상대적 치수들은 스케일대로 그려지지 않았을 수도 있음에 주의한다.
본 개시물의 하나의 양태는 전자기 노출을 평가하는 장치를 제공한다. 그 장치는 무선 전기 차량 충전 (wireless electric vehicle charging) 시스템에 근접하여 적어도 하나의 인간의 적어도 부분의 전자기 노출을 계산하도록 구성된 적어도 제 1 회로를 포함한다. 적어도 하나의 인간의 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된다. 그 장치는 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 계산된 전자기 노출을 스케일링하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 회로를 더 포함한다.
본 개시물의 다른 양태는 전자기 노출을 평가하는 장치를 제공한다. 그 장치는 무선 전기 차량 충전 시스템에 근접하여 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하는 시뮬레이팅 수단을 포함한다. 그 장치는 적어도 하나의 인간의 부분의 전자기 노출을 계산하는 계산 수단을 더 포함한다. 적어도 하나의 인간의 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된다. 그 장치는 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 계산된 전자기 노출을 스케일링하는 스케일링 수단을 더 포함한다.
본 개시물의 다른 양태는 전자기 노출을 평가하는 방법을 제공한다. 그 방법은 무선 전기 차량 충전 시스템에 근접하여 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하는 단계를 포함한다. 그 방법은 적어도 하나의 인간의 부분의 전자기 노출을 계산하는 단계를 더 포함한다. 적어도 하나의 인간의 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된다. 그 방법은 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 계산된 전자기 노출을 스케일링하는 단계를 더 포함한다.
본 개시물의 다른 양태는 전자기 노출을 노출하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 제공한다. 그 매체는 컴퓨터에 의해 실행되는 경우 컴퓨터로 하여금 무선 전기 차량 충전 시스템에 근접하여 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하게 하는 명령들을 인코딩하고 있다. 컴퓨터에 의해 실행되는 경우의 그 명령들은 또한 컴퓨터로 하여금 적어도 하나의 인간의 부분의 전자기 노출을 계산하게 한다. 적어도 하나의 인간의 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된다. 컴퓨터에 의해 실행되는 경우의 그 명령들은 또한 컴퓨터로 하여금 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 계산된 전자기 노출을 스케일링하게 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 전기 차량을 충전하기 위한 예시적인 무선 전력 전송 시스템의 도면이다.
도 2는 도 1의 무선 전력 전송 시스템의 예시적인 핵심 컴포넌트들의 개략도이다.
도 3은 도 1의 무선 전력 전송 시스템의 예시적인 핵심 및 보조 컴포넌트들을 도시하는 다른 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 전기 차량에 배치된 교체가능 비접촉 배터리를 도시하는 기능 블록도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d는 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른, 배터리에 대한 유도 코일 및 페라이트 재료의 배치를 위한 예시적인 구성들의 도면들이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 전기 차량을 무선 충전하기 위해 이용 가능할 수도 있는 예시적인 주파수들을 도시하는 주파수 스펙트럼의 차트이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 무선 충전 전기 차량들에서 유용할 수도 있는 예시적인 주파수들 및 송신 거리들을 도시하는 차트이다.
도 8은 일 예의 무선 전기 차량 충전 (WEVC) 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 9는 입사 장 (incident field) 들이 피크 장 세기와 동일한 세기를 갖는 균일한 분포를 가진다는 가정에 기초하여 도출된 기준 레벨들과 비교하여 노출 레벨들을 예시한다.
도 10은 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 WEVC 시스템으로부터의 전자기 노출을 평가하는 일 예의 장치를 개략적으로 예시한다.
도 11은 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 적합성 (compliance) 평가를 위한 인간 신체를 나타내는데 사용될 수 있는 예의 균질 팬텀들을 개략적으로 도시한다.
도 12는 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 해부 모델들과 균질 신체 팬텀들 간의 향상 계수들의 시뮬레이션들을 예시한다.
도 13은 도 12에 도시된 배향들을 위한 총 22 개 시뮬레이션 사례들에 대해 99번째 백분위 유도 전기장 (E) 및 피크 유도 전류 밀도 (J) 에 대한 향상 계수들에 대하여 선도로 그려진 누적 분포 함수 (cumulative distribution function, CDF) 를 도시한다.
도 14는 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 WEVC 시스템으로부터의 전자기 노출을 평가하기 위한 일 예의 방법의 흐름도이다.
도 15는 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 WEVC 시스템에 대한 미리 결정된 전자기 노출 제한사항 (limitations) 과의 적합성을 실증하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 16은 시뮬레이팅된 WEVC 시스템 주위의 자유 공간에서의 자기장 분포를 예시한다.
도 17은 송신기 및 수신기 코일들 간의 다양한 정렬들에 대한 오프셋 라벨링을 개략적으로 예시한다.
도 18은 일 예의 3.3 kW WEVC 시스템 주위의 방출된 자기장들 상의 송신기 및 수신기 코일들 간의 정렬 오프셋의 영향을 예시한다.
도 19는 일 예의 WEVC 시스템으로부터 나오는 측정된 자기장 및 시뮬레이팅된 자기장이 비교되는 포지션들을 개략적으로 예시한다.
도 20은 바이스탠더 노출 평가에 대한 신체 팬텀의 다양한 배향들을 개략적으로 예시한다.
도 21은 최악 바이스탠더 배향에 대한 신체 팬텀에서의 유도 전기장 분포를 개략적으로 예시한다.
도면들에 예시된 다양한 특징부 (feature) 들은 축척에 맞추어 그려지지 않았을 수도 있다. 따라서, 다양한 특징부들의 치수들은 명료성을 위해 자의적으로 확대되거나 또는 축소될 수도 있다. 부가하여, 도면들 중 일부는 주어진 시스템, 방법 또는 디바이스의 컴포넌트들의 모두를 묘사하지는 않을 수도 있다. 마지막으로, 유사한 참조 번호들은 명세서 및 도면들 전반에 걸쳐 유사한 특징부들을 표시하는데 사용될 수도 있다.
첨부된 도면들에 관련하여 아래에서 언급하는 상세한 설명은 본원의 예시적인 실시형태들의 설명으로서 의도되고 본원이 실용화될 수도 있는 실시형태들만을 나타내도록 의도되지는 않는다. 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "예시적인"이란 용어는 "일 예, 사례 (instance), 또는 예시"로서 역할을 하고 다른 예시적인 실시형태들보다 더 바람직하거나 또는 유리한 것으로 반드시 해석되지는 않아야 한다. 상세한 설명은 본원의 예시적인 실시형태들의 철저한 이해를 제공할 목적을 위해 특정 세부사항들을 포함한다. 어떤 경우들에서는, 일부 디바이스들이 블록도 형태로 도시된다.
전력을 무선으로 전송하는 것은 전기장들, 자기장들, 전자기장들에 연관된, 또는 그렇지 않으면 물리적 도전체들의 사용 없이 송신기로부터 수신기로 임의의 형태의 에너지를 전송하는 것을 지칭할 수도 있다 (예컨대, 전력은 자유 공간을 통해 전송될 수도 있다). 무선 장 속으로 출력된 전력 (예컨대, 자기장) 은 전력 전송을 달성하기 위해 "수신 코일"에 의해 수신, 캡처, 또는 커플링될 수도 있다.
전기 차량이 원격 시스템을 설명하기 위해 본원에서 사용되는데, 그 전기 차량의 일 예는, 그것의 운동 (locomotion) 능력들의 일부로서, 충전가능 에너지 저장 디바이스 (예컨대, 하나 이상의 재충전가능 전기화학적 셀들 또는 다른 유형의 배터리) 로부터 도출된 전력을 포함하는 차량이다. 비제한적인 예들로서, 일부 전기 차량들은 전기 모터들 외에도, 직접 운동을 위한 또는 차량의 배터리를 충전하기 위한 전통적인 연소 엔진을 포함하는 하이브리드 전기 차량들일 수도 있다. 다른 전기 차량들이 전력으로부터 모든 운동 능력을 끌어낼 수도 있다. 전기 차량이 자동차로 제한되지 않고 모터사이클들, 카트들, 스쿠터들 등을 포함할 수도 있다. 비제한적인 예로서, 원격 시스템이 전기 차량 (EV) 의 형태로 본원에서 설명된다. 더욱이, 충전가능 에너지 저장 디바이스를 사용하여 적어도 부분적으로 전력을 공급받을 수도 있는 다른 원격 시스템들 (예컨대, 개인 컴퓨팅 디바이스들 등과 같은 전자 디바이스들) 이 또한 고려된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 전기 차량 (112) 을 충전하기 위한 예시적인 무선 전력 전송 시스템 (100) 의 도면이다. 무선 전력 전송 시스템 (100) 은 전기 차량 (112) 이 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 근처에 주차하고 있는 동안 전기 차량 (112) 의 충전을 가능하게 한다. 두 개의 전기 차량들을 위한 공간들이 대응하는 베이스 무선 충전 시스템 (102a 및 102b) 상의 주차될 주차 영역에서 예시되어 있다. 몇몇 실시형태들에서, 로컬 분배 센터 (130) 가 전력 백본 (132) 에 접속되고 전력 링크 (110) 를 통해 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로 교류 전류 (AC) 또는 직류 전류 (DC) 공급을 제공하도록 구성될 수도 있다. 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 은 전력을 무선으로 전송 또는 수신하기 위한 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 을 또한 구비한다. 전기 차량 (112) 이 배터리 유닛 (118), 전기 차량 유도 코일 (116), 및 전기 차량 무선 충전 시스템 (114) 을 구비할 수도 있다. 전기 차량 유도 코일 (116) 은, 예를 들어, 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 에 의해 생성된 전자기장의 지역을 통해 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 과 상호작용할 수도 있다.
몇몇 예시적인 실시형태들에서, 전기 차량 유도 코일 (116) 은 전기 차량 유도 코일 (116) 이 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 에 의해 생성된 에너지 장에 위치되는 경우 전력을 수신할 수도 있다. 그 장은 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 에 의해 출력된 에너지가 전기 차량 유도 코일 (116) 에 의해 캡처될 수도 있는 지역에 해당한다. 예를 들어, 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 에 의해 출력된 에너지는 전기 차량 (112) 을 충전하는데 또는 그 전기 차량에 전력을 공급하는데 충분한 레벨에 있을 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 그 장은 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 의 "근접 장 (near field)"에 해당할 수도 있다. 근접 장은 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 로부터 멀리로는 전력을 방사하지 않는 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 에서의 전류들 및 전하들로부터 생기는 강한 반응성 장들이 있는 지역에 해당할 수도 있다. 몇몇 경우들에서 근접 장은 아래에서 더 설명될 바와 같이 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 의 파장의 약 1/2π 내에 있는 지역에 해당할 수도 있다 (그리고 전기 차량 유도 코일 (116) 의 경우 반대이다).
로컬 분배 (1130) 는 통신 백홀 (backhaul) (134) 을 통해 외부 소스들 (예컨대, 전력 그리드) 과, 그리고 통신 링크 (108) 를 통해 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 과 통신하도록 구성될 수도 있다.
몇몇 실시형태들에서 전기 차량 유도 코일 (116) 은 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 과 정렬되고, 그러므로, 단순히, 전기 차량 (112) 을 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 에 대해 올바르게 포지셔닝하는 운전자에 의해 근접 장 지역 내에 배치될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 운전자에게는 전기 차량 (112) 이 무선 전력 전송을 위해 적절히 배치되는 경우를 결정하기 위해 시각적 피드백, 청각적 피드백, 또는 그것들의 조합들이 주어질 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 전기 차량 (112) 은, 정렬 에러가 허용가능 (tolerable) 값에 도달하기까지 전기 차량 (112) 을 앞뒤로 (예컨대, 지그재그 이동으로) 이동시킬 수도 있는 오토파일럿 (autopilot) 시스템에 의해 포지셔닝될 수도 있다. 이는, 전기 차량 (112) 에 서보 스티어링 휠, 초음파 센서들, 및 차량을 조정하기 위한 지능이 제공된다면, 최소 운전자 개입만으로 또는 그러한 개입 없이 전기 차량 (112) 에 의해 자동으로 그리고 자체적으로 수행될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 전기 차량 유도 코일 (116), 베이스 시스템 유도 코일 (104a), 또는 그것들의 조합이 유도 코일들 (116 및 104a) 을 더욱 정확히 지향시키고 그것들 간에 더욱 효율적인 커플링을 일으키기 위해 그 유도 코일들을 서로에 대해 변위 및 이동시키는 기능을 가질 수도 있다.
베이스 무선 충전 시스템 (102a) 은 다양한 로케이션들에 위치될 수도 있다. 비제한적 예들로서, 일부 적합한 로케이션들이 전기 차량 (112) 소유자의 집에 있는 주차 영역, 기존의 석유계 주유소 (petroleum-based filling station) 들 후에 모델링된 전기 차량 무선 충전을 위해 예비된 주차 영역들, 그리고 쇼핑 센터들 및 근무처들과 같은 다른 로케이션들에 있는 주차장들을 포함한다.
전기 차량들을 무선으로 충전하는 것은 수많은 이점들을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 충전은 운전자 개입 및 조작들 없이 자동으로, 가상적으로 수행됨으로써 사용자에 대한 편의를 개선할 수도 있다. 또한 노출된 전기 접촉들이 없고 기계적 마모가 없음으로써, 무선 전력 전송 시스템 (100) 의 신뢰성을 개선할 수도 있다. 케이블들 및 커넥터들을 이용한 조작들이 필요하지 않을 수도 있고, 실외 환경에서 습기나 물에 노출될 수도 있는 케이블들, 플러그들, 또는 소켓들이 없을 수도 있음으로써, 안전성을 개선한다. 가시적이거나 또는 액세스가능한 소켓들, 케이블들, 및 플러그들이 또한 없을 수도 있음으로써, 전력 충전 디바이스들의 잠재적인 공공기물 파손을 감소시킨다. 게다가, 전기 차량 (112) 이 전력 그리드를 안정화하기 위해 분산된 저장 디바이스들로서 사용될 수도 있으므로, 도킹-대-그리드 (docking-to-grid) 해결책이 차량-대-그리드 (Vehicle-to-Grid; V2G) 동작을 위한 차량들의 가용성을 증가시키는데 사용될 수도 있다.
도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 무선 전력 전송 시스템 (100) 이 또한, 미학적이고 방해가 되지 않는 장점들을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 차량들 및/또는 보행자들에 대해 방해가 될 수도 있는 충전 컬럼 (charge column) 들 및 케이블들이 없을 수도 있다.
차량-대-그리드 능력의 추가의 설명으로서, 무선 전력 송신 및 수신 능력들은 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 이 전력을 전기 차량 (112) 으로 전송하고, 예컨대, 에너지 부족 시에 전기 차량 (112) 이 전력을 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로 전송하도록 상호적으로 구성될 수도 있다. 이 능력은 전기 차량들이 재생가능 (renewable) 에너지 생산 (예컨대, 바람 또는 태양) 에서의 과잉 수요 또는 부족분에 의해 초래된 에너지 부족 시에 전체 분배 시스템에 전력을 기부하는 것을 허용함으로써 전력 분배 그리드를 안정화하는데 유용할 수도 있다.
도 2는 도 1의 무선 전력 전송 시스템 (100) 의 예시적인 핵심 컴포넌트들의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송 시스템 (200) 은 인덕턴스 L1을 갖는 베이스 시스템 유도 코일 (204) 을 구비한 베이스 시스템 송신 회로 (206) 를 포함할 수도 있다. 무선 전력 전송 시스템 (200) 은 인덕턴스 L2를 갖는 전기 차량 유도 코일 (216) 을 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 를 더 포함한다. 본원에서 설명되는 실시형태들은, 일차 구조물 (송신기) 및 이차 구조물 (수신기) 양쪽 모두가 공통 공진 주파수로 튜닝되면, 그 일차 구조물로부터의 에너지를 자기적 또는 전자기적 근접 장을 통해 이차 구조물로 효율적으로 커플링할 수 있는 공진 구조를 형성하는 용량적으로 로드된 와이어 루프들 (즉, 다중-권선 코일들) 을 사용할 수도 있다. 코일들은 전기 차량 유도 코일 (216) 및 베이스 시스템 유도 코일 (204) 을 위해 사용될 수도 있다. 에너지를 커플링하기 위한 공진 구조들을 사용하는 것은 "자기적 커플링된 공진", "전자기적 커플링된 공진", 및/또는 "공진 유도"라고 지칭될 수도 있다. 무선 전력 전송 시스템 (200) 의 동작은 베이스 무선 전력 충전 시스템 (202) 으로부터 전기 차량 (112) 으로의 전력 전송에 기초하여 설명될 것이지만, 그렇게 제한되지 않는다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 전기 차량 (112) 은 전력을 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로 전송할 수도 있다.
도 2를 참조하여, 전력 공급부 (208) (예컨대, AC 또는 DC) 가 에너지를 전기 차량 (112) 으로 전송하기 위해 전력 (PSDC) 을 베이스 무선 전력 충전 시스템 (202) 으로 공급한다. 베이스 무선 전력 충전 시스템 (202) 은 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 를 포함한다. 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 는 표준 본선 (mains) AC로부터의 전력을 적합한 전압 레벨에서의 DC 전력으로 변환하도록 구성된 AC/DC 컨버터와 같은 회로와, DC 전력을 무선 고 전력 전송에 적합한 동작 주파수의 전력으로 변환하도록 구성된 DC/저 주파수 (LF) 컨버터를 구비할 수도 있다. 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 는, 소망의 주파수에서 전자기장을 방출하기 위한 베이스 시스템 유도 코일 (204) 과는 직렬로 커패시터 (C1) 를 구비한 베이스 시스템 송신 회로 (206) 로 전력 (P1) 을 공급한다. 커패시터 (C1) 는 소망의 주파수에서 공진하는 베이스 시스템 유도 코일 (204) 과 공진 회로를 형성하도록 제공될 수도 있다. 베이스 시스템 유도 코일 (204) 은 전력 (P1) 을 수신하고 전기 차량 (112) 을 충전하는데 또는 그 전기 차량에 전력을 공급하는데 충분한 레벨의 전력을 무선으로 송신한다. 예를 들어, 베이스 시스템 유도 코일 (204) 에 의해 무선으로 제공된 전력 레벨은 킬로와트 (kW) 정도 (예컨대, 대체로 1 kW부터 110 kW까지 또는 그것보다 더 높거나 또는 더 낮음) 일 수도 있다.
베이스 시스템 유도 코일 (204) 을 구비한 베이스 시스템 송신 회로 (206) 및 전기 차량 유도 코일 (216) 을 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 는, 실질적으로 동일한 주파수들로 튜닝될 수도 있고, 베이스 시스템 유도 코일 (204) 및 전기 차량 유도 코일 (116) 중 하나에 의해 송신된 전자기장의 근접 장 내에 위치될 수도 있다. 이 경우, 베이스 시스템 유도 코일 (204) 과 전기 차량 유도 코일 (116) 은 커패시터 (C2) 및 전기 차량 유도 코일 (116) 을 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 로 전력이 전송될 수도 있도록 서로 커플링될 수도 있다. 커패시터 (C2) 는 소망의 주파수에서 공진하는 전기 차량 유도 코일 (216) 과 공진 회로를 형성하도록 제공될 수도 있다. 엘리먼트 k (d) 는 코일 분리로 생기는 상호 커플링 계수를 나타낸다. 등가 저항들 (Req,1 및 Req,2) 은 유도 코일들 (204 및 216) 과 안티-리액턴스 (anti-reactance) 커패시터들 (C1 및 C2) 에 내재할 수도 있는 손실들을 나타낸다. 전기 차량 유도 코일 (316) 및 커패시터 (C2) 를 구비한 전기 차량 수신 회로 (222) 는 전력 (P2) 을 수신하고 그 전력 (P2) 을 전기 차량 충전 시스템 (214) 의 전기 차량 전력 변환기 (238) 에 제공한다.
전기 차량 전력 변환기 (238) 는, 무엇보다도, 동작 주파수에서의 전력을 전기 차량 배터리 유닛 (218) 의 전압 레벨에 매칭된 전압 레벨에서의 DC 전력으로 되 변환하도록 구성된 LF/DC 컨버터를 구비할 수도 있다. 전기 차량 전력 변환기 (238) 는 변환된 전력 (PLDC) 을 전기 차량 배터리 유닛 (218) 에 제공할 수도 있다. 전력 공급부 (208), 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236), 및 베이스 시스템 유도 코일 (204) 은 정적 (stationary) 이고 위에서 논의된 바와 같은 다양한 로케이션들에 위치될 수도 있다. 배터리 유닛 (218), 전기 차량 전력 변환기 (238), 및 전기 차량 유도 코일 (216) 은 전기 차량 (112) 의 일부 또는 배터리 팩 (미도시) 의 일부인 전기 차량 충전 시스템 (214) 내에 포함될 수도 있다. 전기 차량 충전 시스템 (214) 은 그리드로 전력을 되 피드하기 위해 전력을 전기 차량 유도 코일 (216) 을 통해 무선으로 베이스 무선 전력 충전 시스템 (202) 으로 제공하도록 또한 구성될 수도 있다. 전기 차량 유도 코일 (216) 및 베이스 시스템 유도 코일 (204) 의 각각은 동작의 모드에 기초하여 송신 또는 수신 유도 코일들로서 역할을 할 수도 있다.
도시되지 않았지만, 무선 전력 전송 시스템 (200) 은 무선 전력 전송 시스템 (200) 으로부터 전기 차량 배터리 유닛 (218) 또는 전력 공급부 (208) 를 안전하게 접속해제하기 위해 부하 접속해제 유닛 (load disconnect unit; LDU) 을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 긴급 또는 시스템 장애의 경우, LDU는 무선 전력 전송 시스템 (200) 으로부터 부하를 접속해제하도록 트리거될 수도 있다. LDU는 배터리에 대한 충전을 관리하게 위해 배터리 관리 시스템 (battery management system) 에 추가로 제공될 수도 있거나, 또는 그것은 배터리 관리 시스템의 일부일 수도 있다.
게다가, 전기 차량 충전 시스템 (214) 은 전기 차량 전력 변환기 (238) 에 전기 차량 유도 코일 (216) 을 선택적으로 접속하고 접속해제하기 위한 스위칭 회로 (미도시) 를 구비할 수도 있다. 전기 차량 유도 코일 (216) 을 접속해제하는 것은 충전을 중지시킬 수도 있고, 베이스 무선 충전 시스템 (102a) (송신기로서 역할을 함) 에 의해 "보이는" 바와 같은 "부하"를 또한 조정할 수도 있는데, 이는 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 으로부터 전기 차량 충전 시스템 (114) (수신기로서 역할을 함) 을 "숨기는 (cloak)"데 사용될 수도 있다. 송신기가 부하 감지 회로를 포함하면 부하 변경들이 검출될 수도 있다. 따라서, 송신기, 이를테면 베이스 무선 충전 시스템 (202) 은, 수신기들, 이를테면 전기 차량 충전 시스템 (114) 이 베이스 시스템 유도 코일 (204) 의 근접 장에 존재하는 경우를 결정하기 위한 메커니즘을 가질 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 동작 시, 차량 또는 배터리 쪽으로의 에너지 전송을 가정하면, 베이스 시스템 유도 코일 (204) 이 에너지 전송을 제공하기 위한 장을 생성하도록 입력 전력이 전력 공급부 (208) 로부터 제공된다. 전기 차량 유도 코일 (216) 은 방사된 필드에 커플링되고 전기 차량 (112) 에 의한 저장 또는 소비를 위한 출력 전력을 생성한다. 위에서 설명된 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 베이스 시스템 유도 코일 (204) 과 전기 차량 유도 코일 (116) 은 전기 차량 유도 코일 (116) 의 공진 주파수와 베이스 시스템 유도 코일 (204) 의 공진 주파수가 매우 가깝거나 또는 실질적으로 동일한 경우가 되도록 상호 공진 관계에 따라 구성된다. 베이스 무선 전력 충전 시스템 (202) 및 전기 차량 충전 시스템 (214) 사이의 송신 손실들은 전기 차량 유도 코일 (216) 이 베이스 시스템 유도 코일 (204) 의 근접 장에 위치되는 경우 최소이다.
언급된 바와 같이, 전자기파에서의 에너지의 대부분을 원거리 장 (far-field) 으로 전파하는 대신 송신 유도 코일의 근접 장에서의 에너지의 큰 부분을 수신 유도 코일에 커플링함으로써 효율적인 에너지 전송이 발생한다. 근접 장에 있는 경우, 커플링 모드가 송신 유도 코일 및 수신 유도 코일 간에 확립될 수도 있다. 이 근접 장 커플링이 발생할 수도 있는 유도 코일들 주위의 영역은 본원에서 근접 장 커플링 모드 지역이라고 지칭된다.
도시되진 않았지만, 베이스 충전 시스템 전력 변환기 (236) 와 전기 차량 전력 변환기 (238) 는 양쪽 모두가 발진기, 전력 증폭기와 같은 구동기 회로, 필터, 및 무선 전력 유도 코일과의 효율적인 커플링을 위한 매칭 회로를 구비할 수도 있다. 발진기는 조정 신호에 응답하여 조정될 수도 있는 소망의 주파수를 생성하도록 구성될 수도 있다. 발진기 신호는 제어 신호들에 응답하는 증폭량으로 전력 증폭기에 의해 증폭될 수도 있다. 필터 및 매칭 회로는 고조파 또는 다른 원치 않은 주파수들을 필터링하고 전력 변환 모듈의 임피던스를 무선 전력 유도 코일과 매칭시키도록 구성될 수도 있다. 전력 변환기들 (236 및 238) 은 배터리를 충전하기 위해 출력되는 적합한 전력을 생성하기 위한 정류기 및 스위칭 회로를 또한 구비할 수도 있다.
개시된 실시형태들 전체를 통해 설명되는 바와 같은 전기 차량 유도 코일 (216) 과 베이스 시스템 유도 코일 (204) 은, "루프" 안테나들, 더 구체적으로는, 다중-권선 (multi-turn) 루프 안테나들로서 지칭되거나 또는 구성될 수도 있다. 유도 코일들 (204 및 216) 은 "자성 (magnetic)" 안테나들이라고 본원에서 지칭되거나 또는 구성될 수도 있다. "코일"이라는 용어는 다른 "코일"에 커플링하기 위해 에너지를 무선으로 출력 또는 수신할 수도 있는 컴포넌트를 일반적으로 지칭한다. 그 코일은 전력을 무선으로 출력하거나 또는 수신하도록 구성되는 유형의 "안테나"로서 또한 지칭될 수도 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 코일들 (204 및 216) 은 전력을 무선으로 출력하며, 무선으로 수신하며, 및/또는 무선으로 중계하도록 구성되는 유형의 "전력 전송 컴포넌트들"의 예들이다. 루프 (예컨대, 다중-권선 루프) 안테나들이 공심 (air core) 또는 페라이트 코어와 같은 물리적 코어를 구비하도록 구성될 수도 있다. 공심 루프 안테나가 코어 영역 내의 다른 컴포넌트들의 배치를 허용할 수도 있다. 강자성 또는 강자성 재료들을 구비한 물리적 코어 안테나들은 더 강한 전자기장의 전개와 개선된 커플링을 허용할 수도 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 송신기 및 수신기 사이의 에너지의 효율적인 전송은 송신기 및 수신기 사이의 매칭된 또는 거의 매칭된 공진 동안 발생한다. 그러나, 심지어 송신기 및 수신기 사이의 공진이 매칭되지 않는 경우에도, 에너지는 더 낮은 효율로 전송될 수도 있다. 에너지의 전송은, 송신 유도 코일로부터의 에너지를 자유 공간 속으로 전파하기보다는 송신 유도 코일의 근접 장으로부터의 에너지를 이 근접 장이 확립되는 지역 내에 (예컨대, 공진 주파수의 미리 결정된 주파수 범위 내에, 또는 근접 장 지역의 미리 결정된 거리 내에) 존재하는 수신 유도 코일로 커플링함으로써 발생한다.
공진 주파수가 위에서 설명된 바와 같은 유도 코일 (예컨대, 베이스 시스템 유도 코일 (204)) 을 포함하는 송신 회로의 인덕턴스 및 커패시턴스에 기초할 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 인덕턴스는 일반적으로 유도 코일의 인덕턴스일 수도 있는 반면, 커패시턴스는 소망의 공진 주파수에서 공진 구조를 생성하기 위해 유도 코일에 추가될 수도 있다. 비제한적 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전자기장을 생성하는 공진 회로 (예컨대, 베이스 시스템 송신 회로 (206)) 를 만들기 위해 커패시터가 유도 코일과는 직렬로 추가될 수도 있다. 따라서, 더 큰 지름의 유도 코일들에 대해, 공진을 유도하기 위해 필요한 커패시턴스의 값은 코일의 지름 또는 인덕턴스가 증가함에 따라 감소할 수도 있다. 인덕턴스는 또한 유도 코일의 권수 (number of turns) 에 의존할 수도 있다. 더욱이, 유도 코일의 지름이 증가함에 따라, 근접 장의 효율적인 에너지 전송 영역이 증가할 수도 있다. 다른 공진 회로들이 가능하다. 다른 비제한적인 예로서, 커패시터가 유도 코일 (예컨대, 병렬 공진 회로) 의 2개의 단자들 간에 병렬로 배치될 수도 있다. 더욱이 유도 코일이 유도 코일의 공진을 개선하기 위해 높은 품질 (Q) 팩터를 갖도록 설계될 수도 있다. 예를 들어, Q 팩터는 300 이상일 수도 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 몇몇 실시형태들에 따르면, 서로의 근접 장에 있는 두 개의 유도 코일들 간의 커플링 전력이 개시된다. 위에서 설명된 바와 같이, 근접 장은 전자기장들이 존재하지만 유도 코일로부터 멀리 전파되거나 방사되지 않을 수도 있는 유도 코일 주위의 지역에 대응할 수도 있다. 근접 장 커플링-모드 지역들은 유도 코일의 물리적 체적에 가까운, 일반적으로 파장의 작은 분율 내에 있는 체적에 해당할 수도 있다. 몇몇 실시형태들에 따르면, 전자기 유도 코일들, 이를테면 단일 및 다중 권선 루프 안테나들이, 송신 및 수신 양쪽 모두를 위해 사용되는데, 실제 실시형태들에서의 자기적 근접 장 진폭들이 전기식 안테나 (예컨대, 작은 다이폴) 의 전기적 근접 장들과 비교하여 자석식 코일들에 대해 더 높은 경향이 있어서이다. 이는 쌍 간에 잠재적으로 더 높은 커플링을 허용한다. 더욱이, "전기" 안테나들 (예컨대, 다이폴들과 모노폴들) 또는 자석 및 전기 안테나들의 조합이 사용될 수도 있다.
도 3은 도 1의 무선 전력 전송 시스템 (300) 의 예시적인 핵심 및 보조 컴포넌트들을 도시하는 다른 기능 블록도이다. 무선 전력 전송 시스템 (300) 은 통신 링크 (376), 안내 링크 (366), 그리고 베이스 시스템 유도 코일 (304) 및 전기 차량 유도 코일 (316) 을 위한 정렬 시스템들 (352, 354) 을 예시한다. 도 2를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 그리고 에너지가 전기 차량 (112) 쪽으로 흐르는 것을 가정하면, 도 3에서, 베이스 충전 시스템 전력 인터페이스 (354) 가 전력 소스, 이를테면 AC 또는 DC 전력 공급부 (126) 로부터 충전 시스템 전력 변환기 (336) 로 전력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 베이스 충전 시스템 전력 컨버터 (336) 는 베이스 시스템 유도 코일 (304) 을 그것의 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 여자시키기 위해 베이스 충전 시스템 전력 인터페이스 (354) 로부터 AC 또는 DC 전력을 수신할 수도 있다. 전기 차량 유도 코일 (316) 은, 근접 장 커플링-모드 지역에 있는 경우, 공진 주파수에서 또는 그 공진 주파수 근처에서 근접 장 커플링 모드 지역으로부터 에너지를 수신할 수도 있다. 전기 차량 전력 변환기 (338) 는 전기 차량 유도 코일 (316) 로부터의 발진 신호를 전기 차량 전력 인터페이스를 통해 배터리를 충전하기에 적합한 전력 신호로 변환한다.
베이스 무선 충전 시스템 (302) 은 베이스 충전 시스템 제어기 (342) 를 구비하고 전기 차량 충전 시스템 (314) 은 전기 차량 제어기 (344) 를 구비한다. 베이스 충전 시스템 제어기 (342) 는 예를 들어, 컴퓨터와 같은 다른 시스템들 (미도시), 그리고 배전 센터, 또는 스마트 전력 그리드에 대한 베이스 충전 시스템 통신 인터페이스 (162) 를 구비할 수도 있다. 전기 차량 제어기 (344) 는 예를 들어, 차량 상의 온 보드 (on-board) 컴퓨터와 같은 다른 시스템들 (미도시), 다른 배터리 충전 제어기, 차량들 내의 다른 전자 시스템들, 및 원격 전자 시스템들에 대한 전기 차량 통신 인터페이스를 구비할 수도 있다.
베이스 충전 시스템 제어기 (342) 와 전기 차량 제어기 (344) 는 별개의 통신 채널들과의 특정 애플리케이션을 위한 서브시스템들 또는 모듈들을 구비할 수도 있다. 이들 통신 채널들은 별개의 물리적 채널들 또는 별개의 논리적 채널들일 수도 있다. 비제한적 예들로서, 베이스 충전 정렬 시스템 (352) 이 베이스 시스템 유도 코일 (304) 과 전기 차량 유도 코일 (316) 을 자율적으로 또는 오퍼레이터 지원으로 더욱 밀접하게 정렬하기 위한 피드백 메커니즘을 제공하기 위해 통신 링크 (376) 를 통해 전기 차량 정렬 시스템 (354) 과 통신할 수도 있다. 마찬가지로, 베이스 충전 안내 시스템 (362) 이 베이스 시스템 유도 코일 (304) 과 전기 차량 유도 코일 (316) 을 정렬함에 있어서 오퍼레이터를 안내하는 피드백 메커니즘을 제공하기 위해 안내 링크를 통해 전기 차량 안내 시스템 (364) 과 통신할 수도 있다. 덧붙여서, 베이스 무선 전력 충전 시스템 (302) 과 전기 차량 충전 시스템 (314) 간에 다른 정보를 통신하기 위해 베이스 충전 통신 시스템 (372) 과 전기 차량 통신 시스템 (374) 에 의해 지원되는 별도의 범용 통신 링크들 (예컨대, 채널들) 이 있을 수도 있다. 이 정보는 전기 차량 특성들, 배터리 특성들, 충전 스테이터스, 그리고 베이스 무선 전력 충전 시스템 (302) 및 전기 차량 충전 시스템 (314) 양쪽 모두의 전력 능력들에 관한 정보, 뿐만 아니라 전기 차량 (112) 에 대한 유지보수 및 진단 데이터를 포함할 수도 있다. 이들 통신 채널들은 예를 들어, 블루투스, zigbee, 셀룰러 등과 같은 별개의 물리적 통신 채널들일 수도 있다.
전기 차량 제어기 (344) 는, 전기 차량 주 배터리의 충전 및 방전을 관리하는 배터리 관리 시스템 (BMS) (미도시), 마이크로파 또는 초음파 레이더 원리들에 기초한 주차 지원 시스템, 반 자동 주차 동작을 수행하도록 구성된 브레이크 시스템, 및 더 높은 주차 정확도를 제공하여, 따라서 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 및 전기 차량 충전 시스템 (114) 중 임의의 것에서의 기계적 수평 유도 코일 정렬에 대한 필요를 감소시킬 수도 있는 대단히 자동화된 주차의 '파크 바이 와이어 (park by wire) '를 지원하도록 구성된 스티어링 휠 서보 시스템을 또한 구비할 수도 있다. 게다가, 전기 차량 제어기 (344) 는 전기 차량 (112) 의 전자기기와 통신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 전기 차량 제어기 (344) 는 시각적 출력 디바이스들 (예컨대, 대시보드 디스플레이), 음향/오디오 출력 디바이스들 (예컨대, 버저, 스피커들), 기계식 입력 디바이스들 (예컨대, 키보드, 터치 스크린, 및 조이스틱, 트랙볼 등과 같은 포인팅 디바이스들), 및 오디오 입력 디바이스들 (예컨대, 전자 음성 인식을 갖는 마이크로폰) 과 통신하도록 구성될 수도 있다.
더욱이, 무선 전력 전송 시스템 (300) 은 검출 및 센서 시스템들을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 시스템 (300) 은 운전자 또는 차량을 충전 스폿으로 적절히 안내하는 시스템들과 함께 사용하기 위한 센서들, 요청된 분리/커플링으로 유도 코일들을 수동으로 정렬하기 위한 센서들, 커플링을 달성하기 위해 전기 차량 유도 코일 (316) 이 특정 높이 및/또는 포지션으로 이동하는 것을 막을 수도 있는 물체들을 검출하기 위한 센서들, 및 그 시스템의 신뢰성 있는, 손상 없고, 안전한 동작을 수행하기 위한 시스템들과 함께 사용하기 위한 안전 센서들을 구비할 수도 있다. 예를 들어, 안전 센서는, 안전 반경을 넘어서 무선 전력 유도 코일들 (104a, 116) 로 접근하는 동물들 또는 아이들의 존재의 검출, 가열 (유도 가열) 될 수도 있는 베이스 시스템 유도 코일 (304) 근처의 금속 물체들의 검출, 베이스 시스템 유도 코일 (304) 상의 백열성 물체 (incandescent object) 들과 같은 위험한 이벤트들의 검출, 그리고 베이스 무선 전력 충전 시스템 (302) 및 전기 차량 충전 시스템 (314) 컴포넌트들의 온도 모니터링을 위한 센서를 포함할 수도 있다.
무선 전력 전송 시스템 (300) 은 유선 접속을 통한 플러그 인 충전을 또한 지원할 수도 있다. 유선 충전 포트가, 전기 차량 (112) 으로 또는 그 전기차량으로부터 전력을 전송하기 전에 두 개의 상이한 충전기들의 출력들을 통합할 수도 있다. 스위칭 회로들은 무선 충전 및 유선 충전 포트를 통한 충전 양쪽 모두를 지원하는데 필요한 대로 기능을 제공할 수도 있다.
베이스 무선 충전 시스템 (302) 과 전기 차량 충전 시스템 (314) 간에 통신하기 위해, 무선 전력 전송 시스템 (300) 은 대역내 (in-band) 시그널링과 RF 데이터 모뎀 (예컨대, 무면허 대역에서의 라디오를 통하는 이더넷) 양쪽 모두를 사용할 수도 있다. 대역외 (out-of-band) 통신은 차량 사용자/소유자에 대한 가치-부가 (value-add) 서비스들의 할당을 위한 충분한 대역폭을 제공할 수도 있다. 무선 전력 캐리어의 낮은 깊이 진폭 또는 위상 변조가 최소 간섭을 갖는 대역내 시그널링 시스템으로서 역할을 할 수도 있다.
덧붙여서, 일부 통신이 특정 통신 안테나들을 사용하는 일 없이 무선 전력 링크를 통해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 유도 코일들 (304 및 316) 은 또한 무선 통신 송신기들로서 역할을 하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 베이스 무선 전력 충전 시스템 (302) 의 몇몇 실시형태들은 무선 전력 경로 상의 키잉 (keying) 형 프로토콜을 가능하게 하기 위한 제어기 (미도시) 를 구비할 수도 있다. 미리 정의된 프로토콜로 미리 정의된 간격들에서 송신 전력 레벨을 키잉 (진폭 시프트 키잉) 함으로써, 수신기는 송신기로부터의 직렬 통신을 검출할 수도 있다. 베이스 충전 시스템 전력 컨버터 (336) 는 베이스 시스템 유도 코일 (304) 에 의해 생성된 근접 장의 부근에서 액티브 전기 차량 수신기들의 존재 또는 부재를 검출하기 위한 부하 감지 회로 (미도시) 를 구비할 수도 있다. 예로서, 부하 감지 회로가 전력 증폭기로 흐르는 전류를 모니터링하는데, 그 전류는 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 에 의해 생성된 근접 장의 부근에서의 액티브 수신기들의 존재 또는 부재에 의해 영향을 받는다. 전력 증폭기 상의 로딩에 대한 변경들의 검출은 에너지를 송신하기 위한 발진기를 가능하게 할 지의 여부, 액티브 수신기와 통신할 지의 여부, 또는 그것들의 조합을 결정함에 있어서 사용하기 위해 베이스 충전 시스템 제어기 (342) 에 의해 모니터링될 수도 있다.
무선 고 전력 전송을 가능하게 하기 위해, 일부 실시형태들은 10 ~ 60 kHz 범위의 주파수에서 전력을 전송하도록 구성될 수도 있다. 이 저 주파수 커플링은 고체 상태 디바이스들을 사용하여 달성될 수도 있는 고도로 효율적인 전력 변환을 허용할 수도 있다. 덧붙여서, 다른 대역들에 비해 라디오 시스템들과 공존하는 문제들이 거의 없을 수도 있다.
설명된 무선 전력 전송 시스템 (100) 은 재충전가능 또는 교체가능 배터리들을 포함하는 다양한 전기 차량들 (102) 과 함께 사용될 수도 있다. 도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라, 전기 차량 (412) 에 배치된 교체가능 비접촉 배터리를 도시하는 기능 블록도이다. 이 실시형태에서, 낮은 배터리 포지션은, 무선 전력 인터페이스 (예컨대, 충전기-배터리 무선 인터페이스 (426)) 를 통합하는 그리고 지면에 내장된 충전기 (미도시) 로부터 전력을 수신할 수도 있는 전기 차량 배터리 유닛에 유용할 수도 있다. 도 4에서, 전기 차량 배터리 유닛은 재충전가능 배터리 유닛일 수도 있고, 배터리 수납부 (compartment) (424) 내에 수용될 수도 있다. 전기 차량 배터리 유닛은 무선 전력 인터페이스 (426) 를 또한 제공하는데, 그 무선 전력 인터페이스는 지상 무선 충전 유닛과 전기 차량 배터리 유닛 간에 효율적이고 안전한 무선 에너지 전송을 위해 필요한 대로, 공진 유도 코일, 전력 변환 회로, 그리고 다른 제어 및 통신 기능들을 포함하는 전체 전기 차량 무선 전력 서브시스템을 통합할 수도 있다.
전기 차량 유도 코일은 전기 차량 배터리 유닛 또는 차량 몸체의 바닥 측과는 돌출 부분들이 없도록 그리고 특정 그라운드 대 차량 몸체 공차가 유지될 수도 있도록 동일 면으로 통합되는 것이 유용할 수도 있다. 이 구성은 전기 차량 무선 전력 서브시스템 전용의 전기 차량 배터리 유닛에서 얼마간의 공간 (room) 을 요구할 수도 있다. 전기 차량 배터리 유닛 (422) 은 배터리-EV 무선 인터페이스 (422) 와, 전기 차량 (412) 및 도 1에 도시된 바와 같은 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 간에 비접촉 전력 및 통신을 제공하는 충전기-배터리 무선 인터페이스 (426) 를 또한 구비할 수도 있다.
몇몇 실시형태들에서, 그리고 도 1을 참조하여, 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 과 전기 차량 유도 코일 (116) 은 고정된 포지션에 있을 수도 있고 유도 코일들은 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 에 대한 전기 차량 유도 코일 (116) 의 전체 배치에 의해 근접 장 커플링 지역 내에 있게 된다. 그러나, 에너지 전달을 신속히, 효율적으로, 그리고 안전하게 수행하기 위하여, 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 과 전기 차량 유도 코일 (116) 간의 거리는 커플링을 개선하기 위해 감소될 것이 필요할 수도 있다. 따라서, 몇몇 실시형태들에서, 베이스 시스템 유도 코일 (104a) 및/또는 전기 차량 유도 코일 (116) 은 그것들을 더 나은 정렬이 되게 하도록 전개 가능하고 그리고/또는 이동 가능할 수도 있다.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d는 본 발명의 예시적인 실시형태들에 따른, 배터리에 대한 유도 코일 및 페라이트 재료의 배치를 위한 예시적인 구성들의 도면들이다. 도 5a는 완전 페라이트 임베디드 유도 코일 (536a) 을 도시한다. 무선 전력 유도 코일은 페라이트 재료 (538a) 와 페라이트 재료 (538a) 둘레에 감긴 코일 (536a) 을 포함할 수도 있다. 코일 (536a) 자체는 스트랜드 (stranded) 리츠 (Litz) 와이어로 이루어질 수도 있다. 도전성 차폐물 (532a) 이 과도한 EMF 송신으로부터 차량의 승객들을 보호하기 위해 제공될 수도 있다. 도전성 차폐는 플라스틱 또는 복합재료들 (composites) 로 이루어진 차량들에서 특히 유용할 수도 있다.
도 5b는 커플링을 향상시키고 도전성 차폐물 (532b) 에서의 와전류들 (방열) 을 감소시키는 최적 치수로 된 페라이트 판 (즉, 페라이트 배킹 (backing)) 을 도시한다. 코일 (536b) 은 비도전성 비자성 (예컨대, 플라스틱) 재료 내에 완전히 매립될 수도 있다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 코일 (536b) 은 보호 하우징 (534b) 내에 매립될 수도 있다. 자기적 커플링 및 페라이트 히스테리시스 손실들 간의 절충 (trade-off) 의 결과로서 코일 (536b) 과 페라이트 재료 (538b) 간에는 분리가 있을 수도 있다.
도 5c는 코일 (536c) (예컨대, 구리 리츠 와이어 다중권선 코일) 이 측방향 ("X") 방향에서 이동 가능할 수도 있는 다른 실시형태를 예시한다. 도 5d는 유도 코일 모듈이 하향 방향으로 전개되는 다른 실시형태를 예시한다. 몇몇 실시형태들에서, 배터리 유닛은 전개가능 및 비-전개가능 전기 차량 유도 코일 모듈 (540d) 중 하나를 무선 전력 인터페이스의 부분으로서 포함한다. 자기장들이 배터리 공간 (530d) 속으로 및 차량의 내부로 침투하는 것을 방지하기 위해, 배터리 공간 (530d) 과 차량 간에는 도전성 차폐물 (532d) (예컨대, 구리 시트) 이 있을 수도 있다. 더욱이, 비도전성 (예컨대, 플라스틱) 보호 층 (533d) 이 도전성 차폐물 (532d), 코일 (536d), 및 페라이트 재료 (5d38) 를 환경적 영향 (예컨대, 기계적 손상, 산화 등) 으로부터 보호하는데 사용될 수도 있다. 더욱이, 코일 (536d) 은 측방향 (X) 및/또는 Y 방향들에서 이동 가능할 수도 있다. 도 5d는 전기 차량 유도 코일 모듈 (540d) 이 배터리 유닛 몸체를 기준으로 하향 Z 방향으로 전개되는 실시형태를 도시한다.
이 전개가능 전기 차량 유도 코일 모듈 (542b) 의 설계는 전기 차량 유도 코일 모듈 (542d) 에는 도전성 차폐가 없다는 것을 제외하면 도 5b의 설계와 유사하다. 도전성 차폐물 (532d) 이 배터리 유닛 몸체 내에 있다. 보호 층 (533d) (예컨대, 플라스틱 층) 은 전기 차량 유도 코일 모듈 (542d) 이 전개된 상태에 있지 않은 경우 도전성 차폐물 (432d) 과 전기 차량 유도 코일 모듈 (542d) 사이에 제공된다. 배터리 유닛 몸체로부터의 전기 차량 유도 코일 모듈 (542) 의 물리적 분리는 유도 코일의 성능에 대해 긍정적인 효과를 가질 수도 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 전개 되어 있는 전기 차량 유도 코일 모듈 (542d) 은 코일 (536d) (예컨대, 리츠 와이어) 과 페라이트 재료 (538d) 만을 포함할 수도 있다. 페라이트 배킹은 커플링을 향상시키기 위해 그리고 차량의 언더보디 (underbody) 에서 또는 도전성 차폐물 (532d) 에서 과도한 와전류 손실들을 방지하기 위해 제공될 수도 있다. 더구나, 전기 차량 유도 코일 모듈 (542d) 은 전력 변환 전자기기 및 센서 전자기기에 대한 유연한 와이어 접속물을 포함할 수도 있다. 이 와이어 번들은 전기 차량 유도 코일 모듈 (542d) 을 전개시키기 위해 기계적 기어 속에 통합될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 위에서 설명된 충전 시스템들은 전기 차량 (112) 을 충전하기 위한, 또는 전력을 전력 그리드로 되 전송하기 위한 다양한 로케이션들에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전력의 전송은 주차장 (parking lot) 환경에서 일어날 수도 있다. "주차 영역"은 본원에서 "주차 공간"이라고 또한 지칭될 수도 있다는 점에 주의한다. 차량 무선 전력 전송 시스템 (100) 의 효율을 향상시키기 위해, 전기 차량 (112) 내의 전기 차량 유도 코일 (116) 이 연관된 주차 영역 내의 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 과는 적절히 정렬되는 것을 가능하게 하도록 전기 차량 (112) 이 X 방향 및 Y 방향을 따라 정렬될 수도 있다.
더욱이, 개시된 실시형태들은, 주차장 내의 적어도 하나의 주차 공간이 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 을 포함할 수도 있는 하나 이상의 주차 공간들 또는 주차 영역들을 갖는 주차장들에 적용 가능하다. 안내 시스템들 (미도시) 이 전기 차량 (112) 내의 전기 차량 유도 코일 (116) 과 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 을 정렬시키기 위해 주차 영역의 포지셔닝 전기 차량 (112) 에서의 차량 오퍼레이터를 지원하는데 사용될 수도 있다. 안내 시스템들은, 전기 차량 (112) 내의 유도 코일 (116) 이 충전 베이스 (예컨대, 베이스 무선 충전 시스템 (102a)) 내의 충전 유도 코일과 적절히 정렬되는 것을 가능하게 하도록 전기 차량 (112) 을 포지셔닝함에 있어서 전기 차량 오퍼레이터를 지원하기 위해, 전자 기반 접근법들 (예컨대, 라디오 포지셔닝, 방향 발견 원리들, 및/또는 광학적, 준광학적 및/또는 초음파 감지 방법들) 또는 기계 기반 접근법들 (예컨대, 차량 바퀴 가이드들, 트랙들 또는 정지들), 또는 그것들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 전기 차량 충전 시스템 (114) 은 베이스 무선 충전 시스템 (102a) 에게 전력을 송신하고 그 베이스 무선 충전 시스템으로부터 전력을 수신하기 위해 전기 차량 (112) 의 하측에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 전기 차량 유도 코일 (116) 이, 바람직하게는, EM 노출에 관하여 최대 안전 거리를 제공하고 전기 차량의 순방향 및 역방향 주차를 허용하는 중앙 포지션 근처의 차량의 언더보디에 통합될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 전기 차량을 무선 충전하기 위해 사용될 수도 있는 예시적인 주파수들을 도시하는 주파수 스펙트럼의 차트이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전기 차량들로의 무선 고 전력 전송을 위한 잠재 주파수 범위들은 다음을 포함할 수도 있다: 3 kHz 내지 30 kHz 대역에서의 VLF, 몇몇 예외들을 갖는 (ISM 유사 애플리케이션들을 위한) 30 kHz 내지 150 kHz 대역에서의 더 낮은 LF, HF 6.78 MHz (ITU-R ISM-대역 6.765 ~ 6.795 MHz), HF 13.56 MHz (ITU-R ISM-대역 13.553 ~ 13.567), 및 HF 27.12 MHz (ITU-R ISM-대역 26.957 ~ 27.283).
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 무선 충전 전기 차량들에서 유용할 수도 있는 예시적인 주파수들 및 송신 거리들을 도시하는 차트이다. 전기 차량 무선 충전에 대해 유용할 수도 있는 몇몇 예의 송신 거리들은 약 30 mm, 약 75 mm, 및 약 150 mm이다. 몇몇 예시적인 주파수들은 VLF 대역에서 약 27 kHz 그리고 LF 대역에서 약 135 kHz일 수도 있다.
전기장들 또는 자기장들 또는 양쪽 모두를 방출하는 임의의 무선 시스템에서처럼, 이러한 시스템들의 매우 가까이에 있는 인간들에서의 전자기 노출을 연구하는 것이 도움이 될 수도 있다. 전류들과 전기장들은 전자기장들에 노출되는 경우 인간 신체 내부에서 유도된다. IEEE와 ICNIRP 같은 국제 기구들은 알려진 생물학적 효과들에 기초하여 유도 필드들에 대한 한도들을 정의하는 지침들을 제공한다. 이들 한도들은 무선 전기 차량 충전 시스템들로부터 인간 노출의 평가를 수행하기 위해 수치 시뮬레이션들 및 실험적 검증의 조합을 사용하는 접근법으로서 또한 아래에서 더욱 충분히 설명된다.
기존의 가스-동력식 운송수단들보다 나은 명확한 장점들로 인해 시장에서 전기 차량들의 공유가 성장하는 것은 전기 차량들에서의 배터리들을 무선으로 충전하는 발전으로 이어졌다. 예를 들어, 무선 전기 차량 충전 (WEVC) 시스템 (예컨대, 바닥에 위치됨) 이 무선 충전 가능 전기 차량을 WEVC 위에 주차된 경우 검출할 수 있고 충전을 시작할 수 있다. 따라서, 전기 차량은 전기 차량을 전기 콘센트에 꽂을 필요 없이 충전하고 작동에 대해 준비될 것이다.
소비자 가전기기들을 무선으로 충전하는 것은 칫솔들, 셀 폰들, 랩톱들/테블릿들, 오디오/비디오 유닛들, 의료 임플란트 유사 심박 조율기들 등에서의 최근의 발견 애플리케이션들에서 대중화되고 있다. 전기장 및 자기장 방출들과의, 뿐만 아니라 매우 가까이에 있는 인간들 내부의 유도된 장들과의 적합성을 실증하는 것은, 시장에서 제품을 출시하기 전이 바람직하다. WEVC 시스템들이 인간들 내부의 유도된 장들과의 적합성을 실증하기 위한 표준화된 절차들이 없는 낮은 주파수들 (~100 kHz) 에서 통상 동작하므로, 새로운 접근법들을 개발하는 것이 바람직하다. 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들은 수치적 전자기 시뮬레이션들뿐만 아니라 WEVC 시스템들로부터의 유도된 장들의 평가를 위한 (예컨대, 검증을 위한) 필드 측정들 양쪽 모두를 채용하는 접근법을 제공한다. (또한, 『J. Nadakuduti, M.G. Douglas, L. Lu, P. Guckian and N. Kuster, "Proposing a Compliance Testing Methodology for Exposure Assessment of Wireless Power Transfer Systems with Demonstration at 6.78 MHz," IEEE Transactions on Power Electronics, submitted 2014』를 참조.)
도 8은 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 일 예의 WEVC 시스템 (100) 을 개략적으로 도시한다. WEVC 시스템 (100) 은 적어도 하나의 베이스 시스템 유도 코일 (104) (예컨대, 송신기 코일) 을 갖는 적어도 하나의 베이스 무선 충전 시스템 (102) 과, 적어도 하나의 전기 차량 유도 코일 (116) (예컨대, 수신기 코일) 을 포함하는 전기 차량 (112) 의 적어도 하나의 차량 무선 충전 시스템 (114) 간의 전기장 및 또는 자기장 또는 파들을 통해, 전력 그리드로부터의 전기 에너지를 전기 차량 (112) 내부의 전기 부하 (예컨대, 배터리) 로 전송한다. 특정한 실시형태들과 양립 가능한 무선 전기 차량 충전 시스템 (100) 의 다양한 다른 예들이 여기서 설명된다.
WEVC 시스템들로부터 나오는 전기장들은 송신기 및 수신기 코일들 주위에서 고도로 국부화된다. WEVC 시스템 주위의 자기장 방출들이 우세할 수 있는데 이들 시스템들이 높은 전류들을 운반하는 코일들로 동작해서이다. 그러므로, 커플링된 자기 플럭스에서의 변화의 속도에 비례하는 기전력 (EMF) (패러데이 유도 법칙) 이 WEVC 시스템 근처에 존재하는 인간들 내부에서 유도된다. 이 EMF는 인간 조직의 도전율뿐만 아니라인간 조직 구조의 불균질성에 의존하여 가변하는 유도 전기장들 (과 전류들) 을 인간 신체 내부에 초래한다.
국제 기구들, 이를테면 국제비이온화방사보호위원회 (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP) 와 미국전기전자학회 (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 는, 시가변 전기, 자기 및 전자기 장들로부터의 인간 노출을 제한하는 지침을 제공한다. (예컨대, 『ICNIRP 1998, "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz)," Health Physics, 74 (4):494-522, 1998; ICNIRP 2010, "Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz to 100 kHz)," Health Physics, 99 (6):818-836, 2010; IEEE Std. C95.1:1992, "IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz," IEEE, New York, NY, 1992』를 참조.) 확립된 건강 효과들에 직접적으로 기초하는 RF 노출에 대한 제한들은 "기본 제한들 (Basic Restrictions)"로서 칭해진다. ICNIRP와 IEEE는, (a) 10 MHz 미만의 주파수들에 대한 신경 자극을 방지하기 위해 중추신경계의 1-cm2 단면적에 대해 평균된 유도 전류 밀도 (J) 또는 2mm x 2mm x 2mm 조직 볼륨에 대해 평균된 유도 전기장 (E) 또는 조직의 5-mm 길이에 대해 평균된 유도 전기장 (E) 에 대해, (b) 100kHz와 10 GHz 사이의 주파수들에 대한 조직 가열을 방지하기 위해 조직 볼륨의 1g 또는 10g에 대한 평균의 비흡수율 (SAR) 에 대해, 그리고 (c) 10 GHz 초과에 대해 신체 표면의 또는 신체 표면 근처의 조직 내에서의 가열을 방지하기 위해 전력 밀도에 대해 기본 제한들을 제공한다. 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들은 (예컨대, ICNIRP 또는 IEEE 노출 지침에서 설명된 바와 같은) 노출 메트릭들의 평균을 포함할 수 있지만, 본 명세서에서 설명되는 실시형태들은 E, J, SAR을 위한 노출 메트릭들의 평균, 또는 전력 밀도; 임의의 특정 라인, 영역, 또는 인간 조직의 볼륨에 대한 E, J, SAR을 위한 노출 메트릭들의 평균, 또는 전력 밀도; 또는 임의의 특정 노출 지침 또는 규제 표준에서 설명되는 바와 같은 평균으로 제한되지 않는다.
1 Hz 내지 10 MHz의 주파수 범위에 대해 일반 사람들 (general population) 에 대한 RF 노출 한도들:
일반 사람들에 대한 RF 노출 한도들 (1 Hz 내지 10 MHz)
표준 1 Hz - 10 MHz 100 kHz - 10 MHz
유도된 E (V/m)
(2x2x2 mm3 - 평균)
(CNS & PNS) 		유도된 J (mA/m 2 )
(1 cm2 - 평균)
(머리/몸통) 		SAR (W/kg)
(전신 평균) 		SAR (W/kg)
(머리/몸통) 		SAR (W/kg)
(팔다리들)
ICNIRP 1998 -- f/500
(f: Hz 단위) 		0.08 2 (10-g) 4 (10-g)
ICNIRP 2010 1.35 x 10-4f
(f: Hz 단위)		 -- 0.08 2 (10-g) 4 (10-g)
FCC -- -- 0.08 1.6 (1-g) 4 (10-g)
인간 신체 내부에서 유도된 장들을 평가하는 것이 어려우므로, ICNIRP는 기본 제한들이 초과될 가능성이 있는지의 여부를 결정하기 위하여 실제 노출 평가에 대한 입사 전기 및 자기 장들의 측면에서 "기준 레벨들"을 제공한다. 이들 기준 레벨들은 입사 필드들을 균일하게 하기 위하여 노출된 균질 인간 신체 모델의 최악의 경우의 커플링 조건 하의 기본 제한들로부터 도출되었다. 기준 레벨들과 마찬가지로, IEEE는 기본 제한들이 충족되는 것을 보장하기 위한 노출 평가에서의 편의를 위해, 외부 전기 및 자기 장들, 접촉 전류들 및 전력 밀도의 측면에서 최대 허용 노출 (Maximum Permissible Exposure, MPE) 레벨들을 제공한다.
기준 레벨들은 국부화된 노출들을 구체적으로 해결하지 않으며; 그것들은 노출된 개인의 전신에 걸쳐 공간적으로 평균되는 입사 장 레벨들을 나타내기 위해 결정되었다. 더구나, 그것들은 균질 모델들을 사용하여 결정되었고 그러므로 고도로 비균질의 해부학적 인간 모델들에 대해 정확한 추정치들을 제공하지 않을 것이다. 그런고로, 기준 레벨들은 WEVC 시스템들의 부근에서 발생하는 고-경사도 장들에 잘 적용되지 않는다. 심지어 기준 레벨들이 초과된다면, 기본 제한들이 초과되었다는 결론이 반드시 나오는 것은 아니고, 더 상세한 분석이 기본 제한들과의 적합성을 평가하는데 도움이 될 수 있다.
WEVC 시스템들의 부근에서의 고 경사도 장들의 존재로 인해, 기준 레벨들은 그 장들의 피크 로케이션에서 통상 초과된다. 적합성에 대한 기준 레벨들을 적용하는 것은 그러면 모든 로케이션들에서의 장 세기가 피크 값과 동일하다는 것을 의미하는데, 이는 지나치게 보수적인 평가를 명백히 초래할 것이다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 기준 레벨들은 노출을 과대평가할 수 있는데, 그것들이 입사 장들이 피크 장 세기와 동일한 세기를 갖는 균일한 분포를 가진다는 가정에 기초하여 도출되어서이다. 도 9의 상단 부분은 전기 차량 (112) 밑에서 코일들 (104, 116) 에 근접하여 발생하는 최대 세기 값을 갖고 코일들 (104, 116) 로부터 멀리 떨어진 포지션들에서 세기를 감소시키는, 전기 차량 (112) 밑의 코일들 (104, 116) 에 의해 물리적으로 생성된 전자기 장들 (600) 의 세기의 일 예를 개략적으로 도시한다. 도 9의 하단 부분은, 전자기 장들이 코일들 (104, 116) 에 의해 생성된 최대 세기 값과 동일한 세기 값을 갖는 균일한 세기 분포를 가질 것이라는 가정에 기초하여 전자기 장들 (602) 의 세기의 일 예를 개략적으로 도시한다. 도 9로부터 알 수 있듯이, 이러한 가정으로부터 생기는 전자기 장들 (602) 은 물리적 전자기장들 (600) 과 비교하여 전자기 장 세기들 및 노출들을 분명히 과대평가한다. 그러므로, 기본 제한들의 더욱 포괄적인 평가가 WEVC 애플리케이션을 위해 요망된다.
RF 노출 평가
모벤트법 (Method of Moments, MoM), 유한요소법 (Finite-Element Method, FEM), 유한 차이 시간 차이 (Finite Difference Time Difference, FDTD) 및 적분방정식 (Integral Equation, IE) 방법들이 수치적 전자기 시뮬레이션들을 위해 채용되는 가장 인기 있는 방법들이다. 각각의 방법은 자신 소유의 장점들 및 단점들을 갖고, 모든 전자기 문제들에는 적합하지 않다. 그러므로, 수년 간, FDTD 및 FEM 방법들의 많은 변종들이 그 방법들을 특정 애플리케이션들에 적합하게 하기 위해 장점들의 일부를 절충함으로써 문헌적으로 발전되었다.
FDTD 방법은 인간 해부 모델들과 유사한 복잡한 비균질 구조들을 수반하는 전자기 시뮬레이션들을 실행하는 것에 특히 적합하다. (예컨대, 『A. Taflove and S. C. Hagness, "Computational Electromagnetics: The Finite-Difference Time-Domain Method," Artech House, Inc., Boston, USA, London, United Kingdom, second edition, 2000』을 참조.) 예를 들어, 34 세 남성 모델, 26 세 여성 모델, 11 세 소녀 모델, 및 6 세 소년 모델을 포함하는 "가상 가족" 비균질 해부 모델이 사용될 수 있는데, 그 해부 모델은 인간 신체의 80 개를 초과하는 상이한 조직들 및 장기들에 대해 높은 해상도들 (신체에 대해 1mm 그리고 머리 영역들에 대해 0.5mm) 에서 이용 가능하므로 그런 평가들에 적합할 수 있다. 예컨대, 『A. Christ, W. Kainz, E. G. Hahn, K. Honegger, M. Zefferer, E. Neufeld, W. Rascher, R. Janka, W. Bautz, J. Chen, B. Kiefer, P. Schmitt, H. P. Hollenbach, J. Shen, M. Oberle, D. Szczerba, A. Kam, J. W. Guag and N. Kuster, "The Virtual Family - Development of surface-based anatomical models of two adults and two children for dosimetric simulations," Physics in Medicine and Biology, 55 (2):N23-N38, 2010』을 참조한다. 그러나, 낮은 주파수들 (~100 kHz) 에서, (수 mm 이내의) 이산화된 인간 신체 모델의 복셀들은 파장에 비하여 극히 작으며, 이는 결국 코란트-프레드릭-레비 (Courant-Frederick-Lewy) 안정성 기준들에 기초하여 최소 시간 단계를 결정한다. 그러므로, 낮은 주파수들에서의 FDTD 시뮬레이션들은 수렴을 위해 시뮬레이션들에 대한 극도로 긴 시간들을 초래하는 수천 (시구간 대 최소 시간단계의 비율) 의 반복들을 이용한다. (예컨대, 『R. Courant, K. Friedrichs and H. Lewy, "UUber die partiellen Differenzengleichungen der mathematischen Physik," Mathematische Annalen, 100 (1): 32-74, 1928』참조.)
FEM 방법은 한편으로는 해부학적 인간 모델들 같은 복잡한 비균질 구조들을 실행함에 있어서 제한을 갖는다. 그러나, 그것이 주파수 도메인 기반 시뮬레이션 솔버 (solver) 이므로, 비록 피부, 지방, 뼈 및 근육과 같은 몇 개의 층들을 포함하는 단순화된 인간 모델들 또는 균질 팬텀 모델들을 사용할지라도, FEM 방법은 낮은 주파수 노출 평가에 적합하다.
그러므로, WEVC 시스템들로부터 인간들 내부에서 유도된 장들을 평가하기 위해 하이브리드 접근법을 채용하는 것이 바람직하다. FDTD에서의 낮은 주파수 제한에 대한 차선책이 주파수 스케일링을 채용하는 것일 수 있다. (예컨대, 『IEEE Std. C95.3.1:2010, "IEEE Recommended Practice for Measurements and Computations of Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields with Respect to Human Exposure to Such Fields, 0 Hz to 100 kHz," IEEE, New York, NY, USA, 2010; J. F. Deford and O. P. Gandhi, "An impedance method to calculate currents induced in biological bodies exposed to quasi-static electromagnetic fields," IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 27(3): 168-173, 1985; J. D. Moerloose and M. A. Stuchly, "Reflection analysis of PML ABC's for low-frequency applications," IEEE Microwave and Guided Wave Letters, 6(4):177-179, 1996』을 참조.) 낮은 주파수들에서, 준 정적 조건 (ωe0er << σ) 이 모든 인간 조직들의 유전체 속성들에 대해 충족된다면, 주파수 스케일링이 적용될 수 있다. (예컨대, http://www.itis.ethz.ch/itis-for-health/tissue-properties/database/에서 온라인으로 입수가능한 『P. A. Hasgall, E. Neufeld, M. C. Gosselin, A. Klingenboeck and N. Kuster, "IT'IS Database for thermal and electromagnetic parameters of biological tissues," Version 2.2, July 11, 2012』을 참조.) 대안으로, 유한 요소들에 기초한 준 정적 솔버들이 또한 사용될 수 있다. 이들 방법들은 인간 신체의 몸통 및 팔다리들에서의 최악 노출을 나타내는 균질 모델들을 개발하는데 사용될 수 있다. 결과적으로, FEM 시뮬레이션들은 WEVC 시스템들 근처에 배치된 그러한 균질 모델들로 쉽게 수행될 수 있다. 유도된 장 한도들과의 적합성이 달성되는 WEVC 시스템과 균질 모델들 간의 최소 분리 거리는 "적합성 거리"라고 지칭된다. 전형적인 사용 조건들에서의 인간들이 이 거리를 초과하는 거리만큼 WEVC 시스템으로부터 떨어져 있다면, WEVC 시스템은 RF 노출 한도들을 준수하는 것으로 간주된다.
위에서 설명된 하이브리드 접근법들은 적용 가능한 한도들에 관해 전형적인 사용 시나리오들에서의 RF 노출 평가를 실증하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 중추신경계 (CNS) 에서의 유도 전류 밀도 (J) 및/또는 바이스탠더들, 운전자, 및 승객(들)에서의 유도 전기장 (E) 을, 그들이 WEVC 시스템에 대한 전형적인 사용 포지션(들)에 있는 (예컨대, 운전자가 운전자의 좌석에 앉아 있으며; 바이스탠더가 앞 조수석 문 (front passenger door) 외부에 서 있는) 동안 결정하는 것이 적합성을 실증함에 있어서의 제 1 단계일 수 있다.
인간들이 전기 차량 내부뿐만 아니라 외부에서 많은 상이한 로케이션들 및 자세들로 있을 수 있으므로, 해부학적 구조들 (남성 대 여성, 어른 대 아이 등) 과 자세들 (예컨대, 앉아있음, 서있음, 누워있음 등) 과 모든 가능한 로케이션들에서 (예컨대, 운전자의 좌석에서, 앞 조수석에서, 뒷 좌석에서) 적합성을 보여는 것은 비실용적일 수 있다. 그러므로, RF 노출 한도들에 관한 WEVC 시스템들의 적합성의 실제 평가에 대해 인간들에서의 최악 노출을 나타내는 균질 조직 팬텀들을 이용하는 것이 바람직하다.
균질 조직 팬텀 신체 및 팔다리 모델들
본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에서, WEVC 시스템들 옆에 존재하는 인간들에서의 유도된 장들의 포괄적 RF 노출 평가는상이한 인간 모델들의 시뮬레이션, 다양한 자세들을 및 많은 분리 거리들을 이용한다. 위에서 설명된 고도로 상세하게 된 비균질 해부학적 구조들을 사용하여 수행된다면, 심지어 FDTD에서 주파수 스케일링을 적용하거나 또는 준 정적 시뮬레이션들을 수행하는 경우에도, 이 시뮬레이션은 시간이 많이 걸리는 접근법으로 이어질 것이다. 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에서, 그 시뮬레이션은 (a) 해부 모델들에서의 벌크 커플링을 나타내는 균질 팬텀 모델들 (예컨대, 신체 및 팔다리 팬텀 모델들) 을 개발하는 것과, (b) 비균질 해부 모델들에서의 국부화된 노출들에 대해 균질 조직 팬텀들의 보수성을 설명하기 위한 최악 향상 계수들을 결정하는 것을 포함한다.
도 10은 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 무선 전기 차량 충전 시스템 (100) 으로부터의 전자기 노출을 평가하기 위한 일 예의 장치 (700) 를 개략적으로 도시한다. 그 장치 (700) 는 무선 전기 차량 충전 시스템 (100) 에 근접하여 적어도 하나의 인간의 적어도 부분의 전자기 노출을 계산하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 회로 (710) 를 포함한다. 적어도 하나의 인간의 부분은 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) (예컨대, 적어도 하나의 인간의 신체를 나타내는 균질 신체 팬텀 모델 (714) 과 적어도 하나의 인간의 팔다리들을 나타내는 복수의 팔다리 팬텀 모델들 (716)) 에 의해 모델링된다. 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는다. 그 장치 (700) 는 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 계산된 전자기 노출을 스케일링하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 회로 (720) 를 더 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "비균질 해부 모델"이란 어구는, 인간 신체의 다양한 부분들의 실제 조직 및 유전체 속성들 (예컨대, 도전율) 과 그 인간 신체의 상이한 부분들에 대한 이들 조직 및 유전체 속성들의 변동들을 반영하도록 설계되는 모델을 포함하는 그것의 가장 넓은 합리적인 해석을 갖는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "균질 팬텀 모델"이란 어구는, 모델링하기 위해 사용되고 있는 인간 신체의 부분 전체에 걸친 조직 또는 유전체 속성들의 변동 없이 일반적으로 균일한 모델을 포함하는, 그것의 가장 넓은 합리적인 해석을 갖는다. 균질 팬텀 모델이 모델링된 조직의 가장 공통적인 유형의 조직 및 유전체 속성들, 높은 도전율 갖는 조직의 조직 및 유전체 속성들, 또는 양쪽 모두의 조합을 반영하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 척수액이 최고 도전율을 갖고 근육들이 두 번째로 높은 도전율을 갖는 반면, 신체 내의 척수액의 상대적 부족과 인간 신체 내의 근육의 상대적 풍부로 인해, 균질 팬텀 모델은 근육의 조직 및 유전체 속성들을 반영하도록 설계될 수 있다.
무선 전기 차량 충전 시스템 (100) 의 다양한 예들이 본원에서 설명된다. 특정한 실시형태들에서, 무선 전기 차량 충전 시스템 (100) 은 적어도 하나의 베이스 시스템 유도 코일 (104) 을 갖는 적어도 하나의 베이스 무선 충전 시스템 (102) 과 전기 차량 (112) 의 적어도 하나의 차량 무선 충전 시스템 (114) 을 포함할 수도 있는데, 적어도 하나의 차량 무선 충전 시스템 (114) 은 적어도 하나의 전기 차량 유도 코일 (116) 을 포함한다 (예컨대, 도 8 참조).
특정한 실시형태들에서, 전자기 노출을 평가하기 위한 장치 (700) 는 네트워크 서버들, 워크스테이션들, 개인용 컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들 등을 포함하는 매우 다양한 형태들을 취할 수 있는 구체적으로 프로그래밍된 컴퓨터를 포함한다. 이러한 분석들을 수행하도록 컴퓨터를 구성하는 코드는 통상 컴퓨터 판독가능 매체, 이를테면 CD-ROM 상에서 사용자에게 제공된다. 그 코드는 로컬 영역 네트워크 (LAN) 또는 광역 네트워크 (WAN), 이를테면 인터넷의 부분인 네트워크 서버로부터 사용자에 의해 또한 다운로드될 수도 있다. 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터는 하나 이상의 입력 디바이스들, 이를테면 마우스, 트랙볼, 터치패드, 및/또는 키보드, 디스플레이, 그리고 컴퓨터-판독가능 메모리 매체들, 이를테면 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 집적회로들 및 하드 디스크 드라이브를 포함할 수 있다. 그 코드의 하나 이상의 부분들, 또는 모두가 사용자로부터 원거리에 있을 수도 있고, 예를 들어, 네트워크 자원, 이를테면 LAN 서버, 인터넷 서버, 네트워크 저장 디바이스 등 상에 존재할 수도 있다. 장치 (700) 는 무선 전기 차량 충전 시스템 (100) 에 관한 다양한 정보 (예컨대, 구조 정보, 치수들, 동작 파라미터들, 전자기 세기 분포들) 와 모델링될 인간에 관한 다양한 정보 (예컨대, 치수들) 를 입력으로서 수신할 수 있다.
특정한 실시형태들에서, 제 1 회로 (710) 와 제 2 회로 (720) 의 각각은 본원에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그램가능 로직 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트들, 또는 그것들의 임의의 조합을 구비할 수도 있다. 프로세서가 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대체예에서, 그 프로세서는 기존의 임의의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신 (state machine) 일 수도 있다. 프로세서가 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예컨대, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 협력하는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로 또한 구현될 수도 있다. 제 1 회로 (710) 와 제 2 회로 (720) 는 서로 동일한 프로세서를 포함할 수 있거나, 또는 서로 별개인 둘 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다.
도 11은 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 적합성 평가를 위한 인간 신체를 나타내는데 사용될 수 있는 예의 균질 팬텀 모델들 (712) 을 개략적으로 예시한다. 균질 신체 팬텀 모델들 (714), IT'IS (Foundation for Research on Information Technologies in Society) 는 인간 개체군의 체중, 신장 및 체질량 지수의 통계 데이터를 사용하여 인간 개체군에서의 인간 신체의 몸통 부분에 의해 기지국 안테나들로부터의 전자기 방사의 95번째 백분위 비흡수율 (SAR) 을 나타내는 균질 신체 팬텀 (714) 을 최근에 개발하였다. (예컨대, 『C. Gosselin, G. Vermeeren, S. Kuuhn, V. Kellerman, S. Benkler, T. Uusitupa, W. Joseph, A. Gati, J. Wiart, F. Meyer, L. Martens, T. Nojima, T. Hikage, Q. Balzano, A. Christ and N. Kuster, "Estimation formulae for the specific absorption rate in humans exposed to base station antennas," IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 53(4):909-922, 2011; Diverse Populations Collaborative Group, "Weight-height relationships and body mass index: Some observations from the diverse populations collaboration," American Journal of Physical Anthropology, 128(1):220-229, 2005』를 참조). 300 MHz와 5 GHz 사이에서 동작하는 기지국들의 근접 장에서의 노출 평가를 위해 개발되었다. 예를 들어, 일 예의 균질 신체 팬텀 (714) 이 높이 1540 mm, 폭 340 mm 및 깊이 90 mm의 치수들을 가질 수 있다. 낮은 주파수들에서, 이 균질 신체 팬텀 (714) 은 인간 신체의 몸통 부분에서 관찰되는 전자기 노출의 벌크 커플링을 나타낼 수 있다. 특정한 실시형태들에서, 균질 팬텀 모델 (712) 은 인간 개체군의 체중, 신장, 및 체질량 지수의 통계 데이터를 사용하여 미리 결정된 SAR 값을 갖는 인간 개체군에서의 신체의 몸통 부분을 나타낼 수 있다. 특정한 실시형태들의 균질 팬텀 모델 (712) 은 (예컨대, 인간 신체의 팔다리들을 따로따로 나타내지 않는) 균질 신체 팬텀 모델 (714) 만을 포함할 수 있다. 특정한 다른 실시형태들에서, 균질 팬텀 모델 (712) 은 인간 신체의 대응하는 하나 이상의 팔다리들을 따로따로 나타내는 하나 이상의 팔다리 팬텀 모델들 (716) 을 포함한다.
본원에서 설명되는 특정한 실시형태들과 양립할 수 있는 균질 팔다리 팬텀 모델들 (예컨대, 균질 팔 팬텀 모델 (716a) 및 균질 다리 팬텀 모델 (716b) 의 예들) 이 도 11에 도시되어 있다. (예컨대, 『J. W. Juurgens, "Erhebung anthropometrischer Maβe zur Aktualisierung der DIN 33 402 - Teil 2 (Survey of anthropometric dimensions for the revision of DIN 33 402 - Part 2)," Bundesanstalt fuur Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Technical report, Schriftenreihe der Bundesanstalt fuur Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, (Monograph issued by the Federal Office for Occupational Safety, 2004』를 참조.) 예를 들어, 일 예의 균질 팔 팬텀 모델 (716a) 이 48 mm 폭의 정사각형 단면을 갖는 810 mm의 길이일 수 있다. 마찬가지로, 균질 다리 팬텀 모델 (716b) 은 170 mm 폭의 정사각형 단면을 갖는 910 mm의 길이일 수 있다. 특정한 실시형태들에서, 균질 팔다리 팬텀 모델들 (716) 은 인간 개체군의 체중, 신장, 및 체질량 지수의 통계 데이터를 사용하여 미리 결정된 치수들을 갖는 인간 개체군에서의 신체의 팔다리들을 나타낼 수 있다.
특정한 실시형태들에서, 적어도 하나의 균질 신체 팬텀 모델 (714) 및 복수의 균질 팔다리 팬텀 모델들 (716) 의 유전체 특성들은 (a) 그것들이 인간 조직을 나타내고 (b) 그것들이 인간들에서의 노출 레벨들을 과소평가하지 않도록 선택된다. 전통적으로, 근육 조직은 신체를 나타내는데 사용되고 있다. (예컨대, 『Federal Communications Commission, Office of Engineering Technology, Supplement C (Ed. 01-01) to OET Bulletin 65 (Ed. 97-01), "Evaluating Compliance with FCC Guidelines for Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields, Additional Information for Evaluating Compliance of Mobile and Portable Devices with FCC Limits for Human Exposure to Radiofrequency Emissions," FCC, Washington, DC, June, 2001』를 참조.) 특정한 실시형태들에서, 적어도 하나의 균질 신체 팬텀 모델 (714) 과 복수의 균질 팔다리 팬텀 모델들 (716) 은 인간 신체에 대한 전자기 노출의 최악 벌크 커플링을 시뮬레이팅하기 위한 적절한 단면들을 갖는 근육 조직 속성들을 갖도록 정의된다. 마찬가지로, 특정한 실시형태들에서, 적어도 하나의 균질 신체 팬텀 모델 (714) 은 ICNIRP 1998에 의해 요구된 바와 같이, 뇌 조직 (예컨대, 지능) 속성들을 갖는 SAM 팬텀을 포함할 수 있고 중추신경계 (CNS) 에서의 유도 전류 밀도를 평가하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 『ICNIRP, "Response to questions and comments on guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz)," Health Physics, 75(4):438-439, 1998』를 참조한다.
특정한 실시형태들에서, 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 을 사용하여 전자기 노출 계산을 수행하는 경우, 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 에서의 스케일링된 전자기 노출은 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 전자기 노출을 시뮬레이팅하지만 비균질 해부 모델의 전자기 노출에 비하여 보수적이도록 최악 향상 계수가 선택된다. 향상 계수는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 을 사용하여 계산된 전자기 노출의 피크 노출 메트릭에 의해 나누어진 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 시뮬레이팅된 전자기 노출의 피크 노출 메트릭 (예컨대, 적어도 하나의 인간의 부분 내의 피크 유도 전류; 적어도 하나의 인간의 부분 내의 피크 전기장; 적어도 하나의 인간의 부분 내의 피크 1g 평균의 비흡수율 (SAR); 적어도 하나의 인간의 부분 내의 피크 10g 평균의 SAR; 적어도 하나의 인간의 부분 내의 피크 전신 평균의 SAR) 으로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 최악 향상 계수는, 스케일링된 전자기 노출의 피크 노출 메트릭이 적어도 하나의 인간의 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 전자기 노출의 피크 노출 메트릭을 시뮬레이팅하고 그 피크 노출 메트릭보다 작지 않도록 선택될 수 있다. 최악 향상 계수를 (예컨대, 스케일링된 노출이 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 노출을 시뮬레이팅하지만 초과하지 않도록 최고 향상 계수를) 결정함에 있어서, 비균질 해부 모델의 상이한 지역들이 노출될 수 있다 (예컨대, 도 12 참조). 최악 향상 계수는 상이한 노출 메트릭들 (예컨대, 전기장 (E), 전류 (J), SAR1g, SAR10g) 에 대해 상이할 수 있다. 일단 최악 향상 계수가 결정되면, 그 최악 향상 계수는 스케일링된 노출이 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 노출보다 더 높도록 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 을 사용한 노출 계산을 스케일하는데 사용됨으로써, 보수적 추정치를 제공할 수 있다. 특정한 실시형태들에서, 적어도 하나의 향상 계수는, 적어도 하나의 인간의 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 전자기 노출의 피크 노출 메트릭에 의해 나누어진 스케일링된 전자기 노출의 피크 노출 메트릭의 비율이 1과 1.2 사이, 1과 1.15 사이, 1과 1.10 사이, 또는 1과 1.05 사이가 되도록 선택될 수 있다.
적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 에서의 (예컨대, 신체 팬텀 모델 (714) 및 복수의 균질 팔다리 팬텀 모델들 (716) 에서의) 노출은 상이한 해부 모델들의 구조들에 대한 보수성, 소스를 기준으로 한 해부 모델들의 다양한 배향들에 대해, 그리고 상이한 분리 거리들에서 유익하게 검증될 수 있다. 예컨대, 『IEC Std. 62209-2:2010, "Human exposure to radio frequency fields from hand-held and body-mounted wireless communication devices - Human models, instrumentation, and procedures - Part 2: Procedure to determine the specific absorption rate (SAR) for wireless communication devices used in close proximity to the human body (frequency range of 30 MHz to 6 GHz)," IEC, Geneva, Switzerland, 2010』을 참조한다.
전자기 장들의 동작 주파수에 의존하여, 적합성 평가를 위해 사용되는 노출 메트릭들은 상이하다. 예를 들어, 100 kHz 미만의 주파수들에 대해, 유도 전기장 (E) 과 유도 전류 밀도 (J) 가 적용될 수 있다. 100kHz와 10MHz 사이의 주파수들에 대해, 유도 전기장 (E), 유도 전류 밀도 (J), 1g 평균의 SAR, 10g 평균의 SAR, 및 전신 평균의 SAR이 적용될 수 있다. 10 MHz보다 더 큰 주파수들에 대해, 1g 평균의 SAR, 10g 평균의 SAR, 및 전신 평균의 SAR이 적용될 수 있다. 그러므로, 100 kHz 미만에서 동작하는 WEVC에 대해, 유도 전기장 (E) 과 유도 전류 밀도 (J) 는, 도 13에 도시된 바와 같이, 적용될 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 및 적어도 하나의 향상 계수를 사용하는 동일한 접근법은, 다른 애플리케이션들, 이를테면 100 kHz와 10 MHz 사이에서 동작하는 휴대용 전자기기 (예컨대, 스마트폰들 및 테블릿들) 에 대한 무선 충전을 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 애플리케이션들은, 유도 전기장 (E), 유도 전류 밀도 (J), 1g 평균의 SAR, 10g 평균의 SAR 및 전신 평균의 SAR 중 하나 이상을 평가할 수 있다.
적어도 하나의 향상 계수는 인간 신체의 다양한 부분들에 대한 그리고 다양한 노출 메트릭들, 이를테면 유도 전류 밀도 (J), 유도 전기장 (E), 1g 평균의 SAR, 10g 평균의 SAR, 및 전신 평균의 SAR에 대한 향상 계수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인간 신체의 특정 부분 (예컨대, 몸통, 다리들, 팔들) 에 대해, 향상 계수가, 비균질 해부 모델의 부분에서 발견된 피크 노출 메트릭 (예컨대, 유도 전류 밀도 (J) 또는 전기장 (E)) 대 균질 팬텀 모델 (712) 의 대응하는 부분의 피크 노출 메트릭 (예컨대, 균질 신체 팬텀 모델 (714) 의 피크 노출 메트릭; 복수의 균질 팔다리 팬텀 모델들 (716) 의 피크 노출 메트릭) 의 비율로서 정의될 수 있다. 특정한 실시형태들이 적어도 하나의 균질 신체 팬텀 모델 (714) 및 복수의 균질 팔다리 팬텀 모델들 (716) 양쪽 모두에 대해 동일한 향상 계수를 사용하지만, 특정한 다른 실시형태들에서, 상이한 향상 계수들이 신체 및 팔다리 팬텀 모델들을 위해 사용될 수 있다.
적어도 하나의 향상 계수는 인간 신체의 다양한 로케이션들 및 자세들에 대한 향상 계수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, (예컨대, 특정된 로케이션에 있는 전기 차량 (112) 과 함께, 전기 차량 (112) 의 특정 좌석에서의) 특정 로케이션에 대해 및/또는 특정 자세 (예컨대, 서있음, 앉아있음, 누워있음) 에 대해, 향상 계수가, 비균질 해부 모델로부터 계산된 피크 노출 메트릭 대 균질 팬텀 모델 (712) 로부터 계산된 대응하는 로케이션 및 자세의 피크 노출 메트릭의 비율로서 정의될 수 있다.
적어도 하나의 향상 계수는 일 예의 WEVC 시스템 (100) 에 대한 수많은 로케이션들 및 자세들에 대하여 다양한 비균질 해부 모델들로 시뮬레이션들을 수행하고 대응 균질 팬텀 모델들로 시뮬레이션들을 수행함으로써 수많은 로케이션들 및 자세들에 대해 결정될 수 있다. 예의 WEVC 시스템 (100) 에 대해 일단 결정되면, 동일한 적어도 하나의 향상 계수는 평가되고 있는 다른 WEVC 시스템들 (100) 에 대해 사용될 수 있다.
도 12는 (a) 전기 차량 (112) 없이 WEVC 시스템 (100) 상에 누워 있는 인간들을 나타내는 베이스 시스템 유도 코일 (104) 상단의 코로나 (coronal) 배향과, (b) 전기 차량 (112) 옆에서 옆으로 누운 자세의 바이스탠더를 나타내는 새지털 (sagittal) 배향에 대해 결정된 균질 신체 팬텀 모델들과 해부 모델들 간의 향상 계수들의 시뮬레이션들을 예시한다. 그 시뮬레이션들은 도 12의 (A) 에서 도시된 베이스 시스템 유도 코일 (104) 상단의 더 가까운 분리 거리 (예컨대, 50 mm) 에 있는 코로나 배향 (누워 있는 자세) 에서 그리고 또한 베이스 시스템 유도 코일 (104) 로부터 전형적인 분리 거리 (예컨대, 500 mm) 에 있는 도 12의 (B) 에 도시된, 바이스탠더들에 대한 새지털 배향 (옆으로 누워 있음) 에서 가상 가족의 모든 해부 모델들의 각각을 배치함으로써 그 가상 가족의 모든 해부 모델들 상에서 수행되었다. 덧붙여, 해부 모델들은 가상 가족의 모든 네 개의 해부 모델들에 대한 총 22 개의 시뮬레이션들을 초래하는 인간 신체의 상이한 지역들을 노출시키기 위하여 베이스 시스템 유도 코일 (104) 의 더 넓은 치수를 따라 이동되었다. 가상 가족의 서있는 자세들은 적어도 하나의 향상 계수를 평가하기 위해 시뮬레이팅되지 않았는데, 그 서있는 자세들이 도 12에 도시된 누워 있는 자세들과 비교될 경우 더 낮은 노출 (더 낮은 커플링 플럭스) 을 초래할 것이라서이다.
근육 조직을 갖는 균질 팬텀 모델 (712) 은 (ICNIRP 2010에 의해 요구된 바와 같은) 유도 전기장의 99번째 백분위, 및 피크 유도 전류 밀도 (J) 에 대한 향상 계수들을 결정하기 위한 해부 모델들과는 베이스 시스템 유도 코일 (104) 에 대한 동일한 로케이션들 및 배향들에서 또한 시뮬레이팅되었다. 후속하여, 최악의 값을 결정하고 또한 보수적 노출 평가를 획득하기 위해 균질 팬텀 모델 (712) 에서의 노출 값들을 스케일링하는 것이 바람직한지를 체크하기 위하여 향상 계수들의 누적 분포는 선도로 그려졌다. 도 13은 도 12에 도시된 배향들에 대한 총 22 개의 시뮬레이션 사례들에 대하여 99번째 백분위 유도 전기장 (E) 및 피크 유도 전류 밀도 (J) 에 대한 향상 계수들에 대하여 선도로 그려진 누적 분포 함수 (CDF) 를 도시하는데, 다이아몬드 선도 지점들 (plot points) 의 각각은 해부 모델을 사용하여 특정 로케이션, 자세, 및 가족 구성원에 대해 계산된 99번째% 유도 전기장 대 균질 팬텀 모델 (712) 을 사용하여 그 특정 로케이션, 자세, 및 가족 구성원에 대해 계산된 99번째% 유도 전기장의 비율로부터 획득된 향상 계수를 나타내고, 정사각형 선도 지점들의 각각은 해부 모델을 사용하여 특정 로케이션, 자세, 및 가족 구성원에 대해 계산된 피크 유도 전류 밀도 대 균질 팬텀 모델 (712) 을 사용하여 그 특정 로케이션, 자세, 및 가족 구성원에 대해 계산된 피크 유도 전류 밀도의 비율로부터 획득된 향상 계수를 나타낸다. 도 13으로부터 알 수 있듯이, 모든 로케이션들, 자세들, 및 가족 구성원들에 대해 그리고 유도 전기장의 99번째 백분위 값 및 유도 전류 밀도 양쪽 모두에 대해 획득된 비율들은 1 미만이며, 이는 균질 팬텀 모델들 (712) 을 사용하여 계산된 전자기 노출들이 해부 모델들을 사용하여 계산된 전자기 노출들의 보수적 추정치를 제공한다는 것을 보여준다. 따라서, 균질 신체 팬텀 모델 (712) 은 해부 모델들을 사용하여 계산된 추정치들과 비교하여 유도 전기장 및 유도 전류 밀도 양쪽 모두의 과대추정치들을 일관되게 제공하는 것을 여겨진다. 이 프로세스는, 다른 노출 메트릭들 (예컨대, 1g 평균의 SAR, 10g 평균의 SAR, 및 전신 SAR) 에 대해 반복되는 경우, 1 미만일 수도 있거나 또는 1 미만이 아닐 수도 있는 향상 계수들의 상이한 세트를 초래할 수 있다는 것에 주의한다. 덧붙여, 이들 향상 계수들은 주파수와 함께 가변하고 평가 하의 디바이스의 동작 주파수에서 유익하게 결정될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
인간 해부 모델들의 최악 자세에 대한 그리고 WEVC 시스템 (100) 을 기준으로 한 최악 배향에서 노출을 결정하는 것 외에도, 루프가 신체의 부분들로 형성되는, 예컨대, 양 손들이 서로를 만지거나 또는 손들이 신체를 만지는 경우 노출에서의 추가의 향상이 초래될 수 있다. (예컨대, 『J. Nadakuduti, M. Douglas, P. Crespo-Valero and N. Kuster, "Comparison of different safety standards in terms of human exposure to electric and magnetic fields at 100 kHz," 33rd Annual Meeting of the Bioelectromagnetics Society (BEMS 2011), Halifax, Canada, June 12 - 17, 2011』을 참조.) 신체 루프들은 루프에 의해 에워싸인 공간을 통한 추가적인 자기 플럭스 절단과 커플링하고, 손가락 끝들 같은, 루프의 좁은 단면적 지역들에 집중하는 향상된 유도 전류들/장들을 초래할 수 있다. 이러한 경우들로부터 초래되는 추가적인 향상은 균질 팬텀들을 사용하여 노출 평가를 과소 평가할 수 있다.
도 14는 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 WEVC 시스템 (100) 로부터의 전자기 노출을 평가하기 위한 일 예의 방법 (800) 의 흐름도이다. 동작 블록 810에서, 그 방법 (800) 은 WEVC 시스템 (100) 에 근접하여 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하는 단계를 포함한다. 동작 블록 820에서, 그 방법 (800) 은 적어도 하나의 인간의 부분의 전자기 노출을 계산하는 단계를 더 포함한다. 적어도 하나의 인간의 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 에 의해 모델링된다. 동작 블록 830에서, 그 방법 (800) 은 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 계산된 전자기 노출을 스케일링하는 단계를 더 포함한다. 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) 에 의해 모델링된 적어도 하나의 인간의 부분의 계산된 전자기 노출과 적어도 하나의 인간의 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 시뮬레이팅된 전자기 노출은 동일한 노출 조건 하에서 수행된다.
특정한 실시형태들에서, WEVC 시스템 (100) 에 근접하여 적어도 하나의 인간의 부분을 시뮬레이팅하는 것과 적어도 하나의 인간의 부분의 전자기 노출을 계산하는 것은 위에서 설명된 제 1 회로 (710) 에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 제 1 회로 (710) 는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델 (712) (예컨대, 균질 신체 팬텀 모델 (714) 및 복수의 균질 팔다리 팬텀 모델들 (716)) 을 사용할 수 있고 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하기 위해 모델링될 인간에 관한 정보 (예컨대, 치수들) 를 수신할 수 있다. 특정한 실시형태들에서, 제 1 회로 (710) 는 (예컨대, 다른 컴퓨터 시스템으로부터 또는 시스템 (700) 의 컴퓨터 스토리지로부터) 제 1 회로 (710) 에 대한 입력으로서 수신된 WEVC 시스템 (100) 에 관한 정보 (예컨대, 구조 정보, 치수들, 동작 파라미터들) 에 기초하여, WEVC 시스템 (100) 으로부터의 예상된 전자기 세기 분포를 계산할 수 있다. 특정한 다른 실시형태들에서, 제 1 회로 (710) 는 WEVC 시스템 (100) 의 예상된 전자기 세기 분포를 입력으로서 (예컨대, 다른 컴퓨터 시스템으로부터 또는 장치 (700) 의 컴퓨터 스토리지로부터) 수신할 수 있다. 제 1 회로 (710) 는 적어도 하나의 인간의 시뮬레이팅된 부분과 WEVC 시스템 (100) 으로부터의 예상된 전자기 세기 분포를 사용하여 적어도 하나의 인간의 부분의 전자기 노출을 계산할 수 있다.
특정한 실시형태들에서, 계산된 전자기 노출을 스케일링하는 것은 위에서 설명된 제 2 회로 (720) 에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 제 2 회로 (720) 는 제 1 회로 (710) 에 의해 생성된 계산된 전자기 노출에 액세스할 수 있고 (예컨대, 비균질 해부 모델들을 사용한 다양한 로케이션들 및 자세들에서의 인간의 시뮬레이션들과 일 예의 WEVC 시스템을 기준으로 한 다양한 로케이션들 및 자세들에 대한 대응하는 균질 팬텀 모델들을 이용한 시뮬레이션들의 저장된 비교결과들로부터의) 이전에 결정되었던 적어도 하나의 향상 계수에 액세스할 수 있다. 제 2 회로 (720) 는 평가되고 있는 WEVC 시스템 (100) 으로부터의 적어도 하나의 인간의 부분에 대한 계산된 전자기 노출에 대응하는 적어도 하나의 향상 계수를 곱하여, 적어도 하나의 인간의 부분의 비균질 해부 모델을 사용하여 계산된 전자기 노출의 시뮬레이션을 생성할 수 있다.
시뮬레이션 결과들을 확인 (validation) 하기 위하여 특히, 시뮬레이션들에서 사용되는 WEVC 시스템 (100) 의 수치 모델이 물리적 디바이스의 정확한 표현인지를 검증 (verification) 하기 위하여, WEVC 시스템 (100) 에 의해 방출된 시뮬레이팅된 자유 공간 자기장들은 방출된 장들의 측정결과들과 비교될 수 있다. 덧붙여, 불확도 총량 (uncertainty budget) 분석이 전체 조합된 불확도를 결정하기 위해 시뮬레이션들 및 측정들 양쪽 모두에 대해 수행될 수 있다. 시뮬레이팅된 자유 공간 자기장과 측정된 자유 공간 자기장 간의 편차가 조합된 불확도 내에 있다면, 선택된 시뮬레이션 모델은 WEVC 시스템 (100) 의 양호한 표현이 되도록 선택될 수 있다. 그렇지 않으면, WEVC 시뮬레이션 모델의 정확도는 수치 시뮬레이션들 (예컨대, 균질 팬텀 모델들) 을 사용하여 RF 노출 평가를 수행하기 전에 개선될 수 있다.
도 15는 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 WEVC 시스템 (100) 에 대한 미리 결정된 전자기 노출 제한사항과의 적합성을 실증하기 위한 방법 (900) 의 흐름도이다. 동작 블록 910에서, 그 방법 (900) 은 WEVC 시스템 (100) 으로부터의 예상된 전자기 세기 분포를 계산하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 수치적 전자기 시뮬레이션이 WEVC 시스템 (100) 주위의 자유 공간 장 분포를 시뮬레이팅하기 위해 수행될 수 있다. 동작 블록 920에서, 그 방법 (900) 은 (예컨대, 위에서 설명된 방법 (800) 을 사용하여) WEVC 시스템 (100) 으로부터 예상된 전자기 노출을 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 사용 시나리오들 및 분리 거리들에 대한 수치 시뮬레이션들이 해부 모델들에서의 전자기 노출의 벌크 커플링을 나타내는 단순화된 균질 팬텀 모델들을 사용하여 수행될 수 있고, 노출 결과들은 비균질 해부학적 인간 모델들에서의 보수적 노출 평가들을 획득하기 위하여 최악 향상 계수들을 사용하여 스케일링될 수 있다. 동작 블록 930에서, 그 방법 (900) 은 그 평가를 사용하여 WEVC 시스템 (100) 의 적합성을 실증하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 적합성을 실증하는 것은 적합성을 위해 WEVC 시스템 (100) 에 대한 인간들의 최소 분리 거리들을 결정하는 것을 포함할 수 있다. WEVC 시스템 (100) 의 매우 가까이에 있는 인간들이 모든 사용 시나리오들에서 이 최소 분리 거리보다 더 멀리 있다면 노출 한도들과의 적합성은 보장된다.
다음의 예는 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들에 따른 WEVC 시스템 (100) 의 적합성의 실증을 예시한다. 도 16은 WEVC 시스템 (100) 으로부터의 예상된 전자기 세기 분포를 계산하는데 사용되는 시뮬레이팅된 WEVC 시스템 (100) 주위의 자유 공간에서의 자기장 분포를 예시한다. 무선 전력 전송 시스템 (100) 의 모델은 베이스 시스템 유도 코일 (104) (예컨대, 송신기 코일) 및 전기 차량 유도 코일 (116) (예컨대, 수신기 코일) 양쪽 모두에서의 코일 구조들의 기하구조, 동작 주파수, 및 최대 동작 전류들을 그것들의 상대 위상 정보와 함께 포함하였다. 덧붙여서, 입사 장들에 대한 최악이 결정되었다. WEVC 시스템 (100) 으로부터 방출된 장들에 영향을 주는 많은 변수들 (예컨대, 차 치수들, 최악 접지 조건들, 송신기 및 수신기 코일들 간의 분리 및 정렬 오프셋, 그리고 송신기 코일 전류 및 수신기 코일 전류 간의 상대 위상 차이뿐만 아니라 크기들 등) 이 있으므로, 그것들의 영향들은 최악의 방출된 자기장들을 결정하기 위해 수치적으로 시뮬레이팅될 수 있다. 예를 들어, 방출된 전기장들은 코일들 주위에서 극도로 국부화될 수 있고 그러므로, 이 모델링에서 추정되는 바와 같이 RF 노출의 측면에서 그다지 염려할 정도는 아니다. 도 17과 도 18은 일 예의 3.3kW WEVC 시스템 (100) 에 대한 자기장들 상의 베이스 시스템 유도 코일 (104) (예컨대, 송신기 코일) 및 전기 차량 유도 코일 (116) (예컨대, 수신기 코일) 의 정렬에서의 오프셋의 영향을 도시한다.
위에서 언급했듯이, 자유 공간 자기장들은 WEVC 시뮬레이션 모델의 정확도를 검증하기 위하여 실험적으로 확인될 수 있다. 예를 들어, 전기 차량 (112) 이 있는 데서 자기장 값들의 측정결과들은 편차가 측정결과들 및 시뮬레이션들의 조합된 확장형 불확도 미만인지를 알기 위해, 계산된 예상된 전자기 세기 분포의 확인을 위해 시뮬레이팅된 장들과 비교될 수 있다. 이는 RF 노출 평가를 수행하기 전에 WEVC 시뮬레이션 모델의 정확도를 검증하기 위해 바람직할 수 있다. 도 19와 표 2는 일 예의 WEVC 시스템 (100) 으로부터 나오는 측정된 자기장 및 시뮬레이팅된 자기장 간의 양호한 상관의 일 예를 도시한다.
P3 P4 P5 최악의 Pt P6 P7
균일하게 이격된 점들에서의 측정된 B (μT) 1.12 2.32 4.76 누락됨 2.02 0.70
최악의 로케이션에서의 측정된 B (?T) -- -- -- 5.62 -- --
시뮬레이팅된 B (μT) 정격 전기 파라미터들에서 1.34 2.62 5.62 6.48 2.60 0.91
±10% 동작 범위의 조건 하에서 -- -- -- 4.61 ~ 7.38 -- --
측정결과들 및 수치 시뮬레이션들 양쪽 모두에 대한 불확도 평가가 시뮬레이션들에서의 WEVC 모델 표현의 정확도를 확인하기 위하여 수행되었다. 총 불확도는 다양한 불확도 소스들이 독립적이거나 또는 제한된 상호의존도들을 가진다고 가정하여, 다양한 불확도 소스들의 제곱평균제곱근을 구함으로써 계산되었다. 자유 공간 자기장 측정결과들에 대한 불확도 평가는 프로브 교정, 프로브 등방성 (isotropy), 선형성, RF 주변 소음, 분리 거리, 소스 전력 드리프트 등으로부터의 불확도들의 결정을 수반한다. 수치 시뮬레이션 불확도 평가는 시뮬레이션 파라미터들, 수렴, 조직 파라미터들, 소스 모델링 등으로부터의 불확도들의 결정을 수반한다. (예컨대, 『IEEE Std. 1528.1 D1.0. "IEEE Draft Standard for Recommended Practice for Determining the Spatial-Peak Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Body Due to Wireless Communications Devices, 30 MHz - 6 GHz: General Requirements for using the Finite Difference Time Domain (FDTD) Method for SAR Calculations," IEEE, New York, NY, USA』를 참조.)
적합성 거리의 추정값에 대해, RF 노출은 한도들과의 적합성을 제공하는 최소 분리 거리(들)를 결정하기 위하여 균질 팬텀 모델 (712) 을 사용하여 다양한 배향들 및 분리 거리들에 대해 평가되었다. WEVC 애플리케이션을 위해, 적합성 거리가 전기 차량 (112) 의 치수들 미만이면, WEVC 시스템 (100) 은 준수하는 것으로 간주될 수 있는데, 전기 차량 (112) 에 인접한 바이스탠더들이 본질적으로 적합성 거리보다 더 긴 거리에서 있을 것이라서이다. 도 20은 균질 팬텀 모델 (712) 을 이용한 평가를 수행하는 일 예를 도시한다. 균질 팬텀 모델 (712) 은 최악 자기장들에 대해 식별된 핫 스폿에 위치되고 그 다음에 그 노출은 다양한 배향들 (서있음, 누워있음 및 옆으로 누워있음) 에 대해 평가된다. 최고 노출들 (예컨대, 내부 전기장 및 유도 전류 밀도) 이, 균질 팬텀 모델 (712) 을 전기 차량 (112) 의 에지에 가까이 그리고 도 21에 도시된 배향 (예컨대, 옆으로 누워있음) 으로 위치시킨 경우 관찰될 수 있다.
향상 계수는, ICNIRP의 기본 제한들 미만이었던, 바이스탠더에 대한 최악 노출을 결정하기 위해 또한 고려되었다.
이 특정 예에서, 적합성을 위한 최소 분리 거리는 전기 차량 (112) 의 반 폭 미만이었다. 그러므로, 평가되는 WEVC 시스템 (100) 은 바이스탠더들에 대한 ICNIRP 기본 제한들을 준수한다.
WEVC 시스템들 (100) 의 아주 가까이에 있는 인간들에서의 전자기 노출은, 낮은 주파수들 (<10 MHz) 에서의 RF 노출 평가를 위한 표준화된 절차들의 결여로 인해, 추정을 위해 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들로부터 유익하게 혜택을 볼 수 있다. 본원에서 설명되는 특정한 실시형태들은 수치 시뮬레이션들의 조합을 사용하여 인간들 내부에서 유도된 장들을 평가하는데 그리고 (예컨대, ICNIRP 같은 국제 기구들에 의해 제공된 노출 한도들에 대한) WEVC 시스템들 (100) 의 적합성을 실증하기 위한 실험적 확인을 제공하는데 사용될 수 있다.
정보와 신호들이 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중의 임의의 것을 사용하여 표현될 수도 있다. 예를 들어, 위의 설명 전체에 걸쳐 언급될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩 (chip) 들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기적 장들 또는 입자들, 광학적 장들 또는 입자들, 또는 그것들의 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.
본원에서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명되는 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양쪽 모두의 조합들로 구현될 수도 있다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 교환가능성을 명백하게 예증하기 위하여, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 일반적으로 그것들의 기능의 관점에서 설명되어 있다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어 중 어느 것으로 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 특정 애플리케이션 및 설계 제약들에 달려있다. 설명된 기능성은 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정들은 본 발명의 실시형태들의 범위로부터 벗어나도록 하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본원에서 개시된 실시형태들에 관련하여 설명된 다양한 구체적인 블록들, 모듈들, 및 회로들은 본원에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그램가능 로직 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 컴포넌트들, 또는 그것들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 프로세서가 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대체예에서, 그 프로세서는 기존의 임의의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신 (state machine) 일 수도 있다. 프로세서가 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예컨대, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 협력하는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로 또한 구현될 수도 있다.
본원에서 개시된 실시형태들에 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘 및 기능들의 단계들은 하드웨어로, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이들 두 가지의 조합으로 직접 실시될 수도 있다. 소프트웨어로 구현된다면, 그 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 코드들로서 유형의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장되거나 송신될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM (random-access memory), 플래시 메모리, ROM (read-only memory), 전기적 프로그램가능 ROM (EPROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 ROM (EEPROM), 레지스터들, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM, 또는 이 기술분야에서 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체에라도 존재할 수도 있다. 저장 매체가 프로세서에 커플링되어서 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 읽을 수 있고 그 저장 매체에 정보를 쓸 수 있다. 대체예에서, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 디스크 (disk 및 disc) 는 본원에서 사용되는 바와 같이, 콤팩트 디스크 (compact disc, CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다용도 디스크 (DVD), 플로피 디스크 (floppy disk) 및 블루레이 디스크를 포함하는데, disk들은 보통 데이터를 자기적으로 재생하지만, disc들은 레이저들로써 광적으로 데이터를 재생한다. 상기한 것들의 조합들은 또한 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다. 프로세서와 저장 매체는 ASIC 내에 존재할 수도 있다. ASIC은 사용자 단말 내에 존재할 수도 있다. 대체예에서, 프로세서와 저장 매체는 사용자 단말에 개별 컴포넌트들로서 존재할 수도 있다.
본 개시물을 요약할 목적으로, 발명들의 특정한 양태들, 장점들 및 신규한 특징들이 본원에서 설명되어 있다. 반드시 모든 이러한 장점들이 본 발명의 임의의 특정 실시형태에 따라 달성될 수도 있다는 것이 아님은 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 본원에서 교시 또는 제안될 수도 있는 다른 장점들을 반드시 달성하지 않고서도 본 발명이 본원에서 교시된 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 또는 최적화하는 방식으로 실시되거나 또는 수행될 수도 있다.
위에서 설명된 실시형태들의 다양한 변형예들이 쉽사리 명확하게 될 것이고, 본원에서 정의된 일반 원리들은 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어남 없이 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 그래서, 본 발명은 본원에서 보인 실시형태들로 한정될 의도는 없으며 본원에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 부여하는 것을 의도한다.

Claims (29)

  1. 전자기 노출을 평가하는 장치로서,
    무선 전기 차량 충전 시스템에 노출된 적어도 하나의 인간의 적어도 부분의 전자기 노출을 결정하도록 구성된 적어도 제 1 회로로서, 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된, 상기 제 1 회로; 및
    상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 결정된 상기 전자기 노출을 스케일링하도록 구성된 적어도 제 2 회로를 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델은 상기 적어도 하나의 인간의 신체를 나타내는 균질 신체 팬텀 모델을 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 균질 신체 팬텀 모델은, 인간 개체군의 체중, 신장, 및 체질량 지수의 통계 데이터를 사용하여 미리 결정된 비흡수율 값을 갖는, 상기 인간 개체군에서의 상기 적어도 하나의 신체의 몸통 부분을 나타내는, 전자기 노출 평가 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델은 상기 적어도 하나의 인간의 팔다리들을 나타내는 복수의 팔다리 팬텀 모델들을 더 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 팔다리 팬텀 모델들은, 인간 개체군의 체중, 신장, 및 체질량 지수의 통계 데이터를 사용하여 미리 결정된 치수들을 갖는, 상기 인간 개체군에서의 상기 적어도 하나의 신체의 팔다리들을 나타내는, 전자기 노출 평가 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    결정된 상기 전자기 노출은 상기 비균질 해부 모델을 사용하여 결정된 시뮬레이팅된 상기 전자기 노출의 제 1 피크 노출 메트릭 대 상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델을 사용하여 결정된 상기 전자기 노출의 제 2 피크 노출 메트릭의 비율로부터 도출된 적어도 하나의 향상 계수를 사용하여 스케일링되는, 전자기 노출 평가 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 피크 노출 메트릭들은 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 유도 전류에 기초하는, 전자기 노출 평가 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 피크 노출 메트릭들은 각각이, 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 전기장; 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 1g 평균의 비흡수율 (SAR; Specific absorption rate); 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 10g 평균의 SAR; 및 상기 적어도 하나의 인간의 전체 내의 피크 전신 평균의 SAR로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 전자기 노출 평가 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 비율은 1과 1.2 사이인, 전자기 노출 평가 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 비율은 1과 1.1 사이인, 전자기 노출 평가 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회로는 프로세서를 포함하고 상기 제 2 회로는 상기 프로세서를 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  12. 전자기 노출을 평가하는 장치로서,
    무선 전기 차량 충전 시스템에 노출된 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하는 시뮬레이팅 수단;
    상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분의 전자기 노출을 계산하는 계산 수단으로서, 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된, 상기 계산 수단; 및
    상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 결정된 상기 전자기 노출을 스케일링하는 스케일링 수단을 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시뮬레이팅 수단은 프로세서의 적어도 제 1 회로를 포함하고 상기 계산 수단은 상기 프로세서의 상기 제 1 회로를 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    향상 수단이 상기 프로세서의 적어도 제 2 회로를 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델은 상기 적어도 하나의 인간의 신체를 나타내는 균질 신체 팬텀 모델과 상기 적어도 하나의 인간의 팔다리들을 나타내는 복수의 팔다리 팬텀 모델들을 포함하는, 전자기 노출 평가 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    결정된 상기 전자기 노출은 상기 비균질 해부 모델을 사용하여 결정된 시뮬레이팅된 상기 전자기 노출의 제 1 피크 노출 메트릭 대 상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델을 사용하여 결정된 상기 전자기 노출의 제 2 피크 노출 메트릭의 비율로부터 도출된 적어도 하나의 향상 계수를 사용하여 스케일링되는, 전자기 노출 평가 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 피크 노출 메트릭들은 각각이 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 유도 전류; 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 전기장; 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 1g 평균의 비흡수율 (SAR); 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 10g 평균의 SAR; 및 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 전신 평균의 SAR로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 전자기 노출 평가 장치.
  18. 전자기 노출을 평가하는 방법으로서,
    무선 전기 차량 충전 시스템에 노출된 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하는 단계;
    상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분의 전자기 노출을 계산하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된, 상기 계산하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 결정된 상기 전자기 노출을 스케일링하는 단계를 포함하는, 전자기 노출 평가 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델은 상기 적어도 하나의 인간의 신체를 나타내는 균질 신체 팬텀 모델을 포함하는, 전자기 노출 평가 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 균질 신체 팬텀 모델은, 상기 인간 개체군의 체중, 신장, 및 체질량 지수의 통계 데이터를 사용하여 미리 결정된 비흡수율 값을 갖는, 인간 개체군에서의 상기 적어도 하나의 신체의 몸통 부분을 나타내는, 전자기 노출 평가 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델은 상기 적어도 하나의 인간의 팔다리들을 나타내는 복수의 팔다리 팬텀 모델들을 더 포함하는, 전자기 노출 평가 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 팔다리 팬텀 모델들은, 인간 개체군의 체중, 신장, 및 체질량 지수의 통계 데이터를 사용하여 미리 결정된 치수들을 갖는, 상기 인간 개체군에서의 상기 적어도 하나의 신체의 팔다리들을 나타내는, 전자기 노출 평가 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    결정된 상기 전자기 노출은 상기 비균질 해부 모델을 사용하여 결정된 시뮬레이팅된 상기 전자기 노출의 제 1 피크 노출 메트릭 대 상기 적어도 하나의 균질 팬텀 모델을 사용하여 결정된 상기 전자기 노출의 제 2 피크 노출 메트릭의 비율로부터 도출된 적어도 하나의 향상 계수를 사용하여 스케일링되는, 전자기 노출 평가 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 피크 노출 메트릭들은 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 유도 전류에 기초하는, 전자기 노출 평가 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 피크 노출 메트릭들은 각각이, 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 전기장; 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 1g 평균의 비흡수율 (SAR); 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 10g 평균의 SAR; 및 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분 내의 피크 전신 평균의 SAR로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 전자기 노출 평가 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 비율은 1과 1.2 사이인, 전자기 노출 평가 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 비율은 1과 1.1 사이인, 전자기 노출 평가 방법.
  28. 미리 결정된 전자기 노출 제한사항과의 적합성을 실증하는 방법으로서,
    무선 전기 차량 충전 시스템으로부터의 예상되는 전자기 세기 분포를 계산하는 단계;
    평가를 생성하기 위해 제 18 항의 방법을 사용하여 상기 무선 전기 차량 충전 시스템으로부터 예상된 상기 전자기 노출을 평가하는 단계; 및
    상기 평가를 사용하여 적합성을 실증하는 단계를 포함하는, 미리 결정된 전자기 노출 제한사항과의 적합성 실증 방법.
  29. 전자기 노출을 평가하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    컴퓨터에 의해 실행되는 경우 상기 컴퓨터로 하여금,
    무선 전기 차량 충전 시스템에 노출된 적어도 하나의 인간의 적어도 부분을 시뮬레이팅하게 하며;
    상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분의 전자기 노출을 계산하게 하는 것으로서, 상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분은 인간 조직을 나타내는 유전체 속성들을 갖는 적어도 하나의 균질 팬텀 모델에 의해 모델링된, 상기 계산하게 하며; 그리고
    상기 적어도 하나의 인간의 상기 부분의 비균질 해부 모델에 기초하여 전자기 노출을 시뮬레이팅하기 위해 결정된 상기 전자기 노출을 스케일링하게 하는 명령들을 인코딩하고 있는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
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