KR20160122806A

KR20160122806A - 무선 전력 전송

Info

Publication number: KR20160122806A
Application number: KR1020167025349A
Authority: KR
Inventors: 조우야 자디디안; 디나 카타비
Original assignee: 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-10-24
Also published as: EP3108566A1; JP2017511102A; US20150236526A1; US10491048B2; US9800076B2; US20180175635A1; EP3108566B1; CN106165233A; KR102167280B1; WO2015123651A1

Abstract

방법은 다수의 전송 코일들을 포함하는 기지국에 의해, 각각의 전송 코일과 하나 이상의 수신 코일들 - 그것들 중 적어도 하나는 상기 기지국으로부터 원격으로 위치되고 상기 기지국에 의해 원격으로 전력 공급되는 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스와 관련됨 - 사이의 상호 자기 결합을 특징짓는 상호 자기 파라미터들의 제1 세트를 결정하는 단계를 포함한다. 제어 신호들은 상기 상호 상호 자기 파라미터들의 제1 세트에 기반하여 결정된다. 각각의 제어 신호는 상기 전송 코일들 중 대응하는 하나와 관련되고, 각각의 제어 신호는 대응하는 전송코일에 결합된 구동회로로 하여금 상기 제어신호로부터 결정된 크기와 위상을 가지는 전류가 상기 대응하는 전송 코일에 흐르게 하도록 사용된다. 함께, 상기 전송 코일들의 전류들은 상기 하나 이상의 수신기 코일들로 무선 전력 전송을 야기한다.

Description

무선 전력 전송{WIRELESS POWER TRANSFER}

본 출원은 2014년 9월 7일에 출원된 미국 가출원 번호 62/046,999와 2014년 2월 14일에 출원된 미국 가출원 번호 61/939,801에 대해 우선권을 주장하는, 2014년 9월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 14/502,191에 대해 우선권을 주장한다. 상기 참조된 출원들 각각의 내용은 본원에서 참조로 원용된다.

연방 스폰서 연구에 대한 성명서

본 발명은 국립 과학 재단에 의해 수여된 CNS-1116864하의 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 특정 권리들을 가진다.

본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것이고, 특히 다중 제어 소스들(multiple controlled sources)을 사용하는 무선 전력 전송에 관한 것이다.

무선 전력 전송은 이동 통신에 대변혁을 일으킬 것을 약속하고 스마트 폰들과 다른 휴대 또는 고정 무선 디바이스들이 영구적으로 언플러그드(unplugged)될 수 있게 한다. 무선 충전기들은 예를 들어, 이제 많은 모바일 폰들에 사용자가 폰을 올려두는 충전 패드의 형태로 유용하다. 충전 패드의 전송 코일에서 생성되고 충전될 디바이스의 수신 코일에서 수신되는 자기장을 이용하여 전력이 전송된다. 일부 최첨단 폰 충전기들은 일 또는 몇 센티미터의 거리로 제한되고, 많은 경우에 충전될 디바이스가 충전 패드와 신중하게 정렬될 것을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 무선 전력 전송 방법, 무선 에너지 전송 장치 및 무선 에너지 전송 장치의 소프트웨어를 제공하는 것이다.

일 측면에서, 일반적으로 본원에서 개시된 방법은 현재 유용한 방법들의 거리 및/또는 방향과 관련된 한계들을 극복하는 한편, 예를 들어, 개인 무선 디바이스 의 배터리를 충전하거나 고정 가전(fixed appliance)에 전력 공급하기 위한 무선 전력 전송을 달성한다. 일반적으로, 상기 방법은 다수의 전송 코일들을 제어하는 기지국을 이용한다. 상기 기지국은 일반적으로 전송 코일들의 근접장에서 미지의 위치와 방향에 위치한 무선 디바이스에서의 수신 코일을 통해 효과적으로 전력을 전송하도록 개별 전송코일들을 구동하는 신호들을 적응시킨다. 일부 예에서, 전송 코일들 각각을 구동하는 교류 전압의 크기와 위상(예를 들어, 고정 공진 주파수에서)은 예를 들어, 무선 디바이스로의 또는 상기 무선 디바이스의 부하로의 유도된 전력 흐름을 최적화하여 상기 수신 코일의 위치와 방향에 일치하도록 기지국에 의해 제어된다. 일부 예에서, 상기 전송 코일들에 대한 제어 신호들은 전송 코일들 사이의 자기 결합뿐만 아니라, 각각의 전송 코일과 수신 코일 사이의 자기 결합의 추정치들(예를 들어, 상호 인덕턴스)에 따라 기지국에 의해 결정된다.

일부 예에서, 전송 코일들과 수신 코일 사이의 자기 결합의 추정치들은 상기 전송 코일들의 부하를 모니터링함으로써 기지국에 의해 결정된다. 일부 구현에서, 각각의 전송 코일은 가끔은 독립적으로 사용되고(즉, 나머지 코일들이 구동되지 않음) 상기 무선 디바이스의 내부 부하 및 수신 코일에 결합된 그 전송 코일의 부하가 측정되고 상기 자기 결합을 추론하는 데 사용된다. 일부 예에서, 무선 디바이스에서의 내부 부하가 자기 결합을 추론하는 데 사용된다. 이러한 내부 부하는 기지국에 의해 선험적으로 알려질 수 있고, 무선 디바이스로부터 기지국으로 별도 통신 채널(예를 들어, 블루투스)을 통해 전송될 수 있거나, 바람직하게는 기지국에 의해 검출될 수 있는 방식으로 그 부하 특성들을 변조하여 무선 디바이스로부터 기지국으로 신호가 보내질 수 있다. 이 후자의 경우에, 기지국의 전송 코일들과 수신 코일 사이의 자기 결합이 무선 디바이스로부터 도로 기지국으로의 통신 채널뿐만 아니라 기지국으로부터 무선 디바이스로의 전력 전송 채널 모두로 사용된다. 이 통신 채널은 또한 무선 디바이스로의 공지된 부하 또는 채널 파라미터들의 통신뿐만 아니라 전력 전송의 필요로 하는 디바이스의 존재를 기지국으로 신호 보내는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 자기 채널은 예를 들어, 기지국이 생산하는 자기 신호를 변조하는 기지국과의 양방향 통신을 위해 사용될 수 있다.

일부 예에서, 기지국의 전송 코일들이 예를 들어, "패드(pad)"로 또는 데스크탑 아래 설치를 위한 배열로 평면 구성으로 통합된다. 그러나, 반드시 동일 평면이 아닌 전송 코일들의 다른 구성 또한 사용될 수 있다. 일부 예에서, 전송 코일들은 충전 영역에 대해 배치된 "윗방향(uplight)" 또는 여러 상이한 방향들에 있다.

상기 방법은 (예를 들어, 상이한 방향들에서) 여러 수신 코일들을 가지는 무선 디바이스에 또는 여러 별도 디바이스들로의 동시 전력 전송에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 전송 코일과 수신 코일의 각각의 조합 사이의 자기 결합은 하나의 수신 코일에 대해 기술된 기법들을 사용하여 별도로 기지국에 의해 추정될 수 있고, 적어도 일부 예에서, 수신 코일들 사이의 자기 결합이 또한 여러 수신 코일들로 전력을 전송하는 전송 코일들의 효과적인 구동을 결정하는데 사용하기 위해 추정된다.

개별 전송 코일들을 구동함에 의한 자기 결합의 추론은 수신 코일에서의 부하를 추론하기 위한 단 하나의 방법이다. 예를 들어, 다른 방법들은 자기 결합을 추론하는 프로세스에서 동시에 여러 전송 코일들의 서브세트, 또는 심지어 모든 코일들을 사용할 수 있다.

기지국의 전송 코일들은 제어된 자기 소스들(magnetic sources)을 형성한다. 전기 또는 전자 컴포넌트들(components)의 다른 구성들은 유사한 방식으로 제어된 자기 소스들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전기 도체들의 구성은 물리적 원형 "코일들"을 반드시 형성할 필요없이 자기장을 유도하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 본원에서 사용된 바와 같이, "코일"이란 용어는 자기장을 유도하는데 사용될 수 있는 전기 도체의 임의의 구성을 포함하도록 매우 넓게 이해되어야만 한다. 또, 유사한 방식으로 (예를 들어, 근접장에서) 결합된 전자기 소자들의 다른 형태는 기술된 코일들에 대해 대체되거나 동일한 또는 본질적으로 동일한 방법을 사용하여 제어될 수 있다.

상기 방법은 무선 디바이스의 배터리를 충전하기 위해 사용될 수 있으나, "충전"국("charging" station)으로부터 무선 디바이스로의 전력 전송이 충전보다는 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 예를 들어, 상기 방법은 무선 디바이스의 전기 또는 전자 컴포넌트들에 직접 전력 공급하는 데 사용될 수 있다.

또 다른 측면에서, 일반적으로, 방법은 여러 전송 코일들을 가지는 기지국(예를 들어, 충전 디바이스 또는 전력 전송 디바이스의 다른 형태)에 의해 기지국으로부터 원격으로 위치되고 기지국에 의해 원격으로 충전되는 적어도 하나의 전자 무선 디바이스의 적어도 하나의 수신 코일과 전송 코일들 각각의 상호 자기 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다. 다수의 전송 코일들 각각에 대해 추가 파라미터들이 상기 다수의 전송 코일들 각각에 대해 상기 결정된 상호 자기 파라미터들을 사용하여 기지국에 의해 추정된다. 이러한 추정된 추가 파라미터들이 적어도 하나의 수신 코일로 무선 에너지 전송을 수행하도록 모든 또는 선택된 전송 코일들 각각과 적어도 하나의 수신 코일 사이의 자기 채널들을 제공하기 위해 모든 또는 선택된 전송 코일들에 적용된다.

측면들은 하나 이상의 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 상호 자기 파라미터는 상호 인덕턴스이다.

다수의 전송 코일들 각각에 대해 상기 추정된 추가 파라미터들은 코일 전류, 코일 전압, 및 전압 또는 전류 위상 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 기지국에 의한 상기 결정, 추정 및 제공은 상기 전자 무선 디바이스가 충전을 위한 범위 내에 있고 충전될 필요가 있다는 표시를 상기 전자 무선 디바이스로부터 수신한 후에만 수행된다. 일부 예에서, 상기 표시는 상기 적어도 하나의 전자 무선 디바이스의 적어도 하나의 수신 코일의 부하의 값에 적어도 부분적으로 기반한다.

일부 예에서, 상기 결정, 추정 및 적용은 미리 정의된 시간 간격으로 반복된다. 일부 예에서, 상기 미리 정의된 시간 간격은 2초와 10초 사이이다. 일부 예에서, 상기 시간 간격은 십분의 이초와 일초 사이이다. 일부 예에서, 상기 결정과 추정이 예를 들어, 전송 코일에 대한 다양한 구동 입력들과 상기 전송 코일들에서 검출된 대응하는 응답들을 사용하여 전력 전송 동안 수행된다.

상기 결정, 추정 및 적용은 상기 기지국에 대해 상기 전자 무선 디바이스의 임의의 방향에 대해 수행된다.

상기 전자 무선 디바이스는 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿, 카메라-폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 디바이스(wearable device)(예를 들어, 시계), 임베디드 메디컬 디바이스(an embedded medical device)(예를 들어, 심장박동기(pacemaker) 또는 약물 펌프(drug pump)), 가전(예를 들어, 고정된 조명 기구), 및/또는 전자 또는 전기 디바이스이다.

또 다른 측면에서, 일반적으로, 기지국은 상기 기술된 방법들 중 임의의 것의 모든 단계들을 수행하도록 구성된다. 일부 예에서, 상기 기지국은 프로그래머블 프로세서와 상기 프로세서가 상기 단계들 중 적어도 일부를 수행하도록 하기 위한 명령들을 유지하는 명령 메모리를 포함한다.

또 다른 측면에서, 일반적으로, 실체적인 기계 판독가능한 매체 상에 저장된 소프트웨어는 프로세서가 상기 기술된 방법들 중 임의의 것의 단계들의 일부 또는 모두를 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함한다.

또 다른 측면에서, 일반적으로 기지국은 다수의 전송 코일들, 제어부 및 상기 코일들에 연결된 채널 추정부/검출부를 포함한다. 상기 제어부는 메모리에 저장된 자기 채널 파라미터들에 따라 결정된 구동 파라미터들(예를 들어, 전압 또는 전류 크기 및 위상)에 따라 상기 코일들을 구동한다. 상기 채널 추정부는 상기 자기 채널 파라미터들을 추정하는 프로세스의 일부로서 코일들에서 특성들(예를 들어, 전압 및 전류)을 감지한다.

또 다른 측면에서, 일반적으로, 무선 디바이스는 자기적으로 결합된 코일을 통해 전력을 수신하기 위한, 그리고 전력 전송 디바이스로 상기 코일을 통해 정보를 통신하기 위한 회로를 포함한다. 이 정보는 전력 전송 디바이스가 상기 무선 디바이스로 전송하는 방식을 맞추기 위해 상기 전력 전송 디바이스에 의해 사용되는 부하 파라미터들을 포함할 수 있다.

일 측면에서, 일반적으로 방법은 제1 다수의 상호 자기 파라미터들 - 상기 제1 다수의 상호 자기 파라미터들 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 다수의 전송 코일들의 전송 코일과 상기 기지국으로부터 원격으로 위치되고 상기 기지국에 의해 원격으로 충전되는 적어도 하나의 전자 디바이스와 관련된 적어도 하나의 수신 코일의 수신 코일에 관련됨-를 다수의 전송 코일들을 포함하는 상기 기지국에 의해 결정하는 단계, 상기 기지국에 의해 상기 제1 다수의 상호 자기 파라미터들에 기반한 다수의 제어신호들 - 상기 다수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 상기 다수의 전송 코일들의 대응하는 전송 코일과 관련됨 - 을 결정하는 단계, 상기 다수의 제어신호들의 각각의 제어 신호를 상기 제어 신호의 대응하는 전송 코일에 결합된 구동 회로로 제공하는 단계, 및 상기 제어 신호의 대응하는 전송 코일에 결합된 상기 구동회로로 하여금 상기 제어 신호로부터 결정된 크기와 위상을 가지는 전류가 상기 대응하는 전송 코일에 흐르게 하도록 하기 위해 상기 다수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호를 사용하는 단계를 포함한다.

측면들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 방법은 또한 제2 다수의 상호 자기 파라미터들 - 상기 제2 다수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 다수의 전송 코일들의 전송 코일들의 상이한 쌍과 관련됨 - 을 상기 기지국에 의해 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 다수의 제어 신호들을 결정하는 단계는 상기 제2 다수의 상호 자기 파라미터들에 더 기반한다. 상기 적어도 하나의 수신 코일은 다수의 수신 코일들을 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 제3 다수의 상호 자기 파라미터들 - 상기 제3 다수의 상호 가지 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 다수의 수신 코일들의 수신 코일들의 상이한 쌍과 관련됨 - 을 상기 기지국에 의해 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 다수의 제어신호들을 결정하는 단계는 상기 제3 다수의 상호 자기 파라미터들에 더 기반한다.

상기 다수의 제어 신호들은 상기 기지국에서 전력 제약에 따라 상기 수신 코일들 중 적어도 하나로 최대 무선 에너지 전송을 달성하도록 결정될 수 있다. 상기 방법은 상기 전자 디바이스로부터 상기 기지국에서 전력 요구사항의 표시를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 다수의 제어 신호들을 결정하는 단계를 상기 표시에 더 기반한다. 상기 다수의 제어 신호들은 상기 전력 요구사항이 상기 수신기에서 달성되도록 결정될 수 있다. 상기 방법은 상기 수신기로부터 상기 수신기에서의 임피던스의 표시를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 다수의 제어신호들을 결정하는 단계는 상기 수신기에서 상기 임피던스의 표시에 더 기반한다. 상기 다수의 제어 신호들은 전력 요구사항이 상기 수신기에 의해 달성되도록 결정될 수 있다.

각각의 상호 자기 파라미터는 상호 인덕턴스를 포함할 수 있다. 상기 다수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 코일 전류 크기, 코일 전류 위상, 코일 전압 크기, 및 코일 전압 위상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 상호 자기 파라미터들을 결정하는 단계 전에 기 전자 디바이스로부터 상기 전자 디바이스가 충전을 위한 범위 내에 있고 상 충전될 필요가 있다는 표시를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 표시는 상기 적어도 하나의 전자 디바이스의 적어도 하나의 수신 코일의 부하의 값에 적어도 부분적으로 기반할 수 있다. 상기 결정하는 단계, 제공하는 단계, 및 사용하는 단계는 미리 정해진 시간 간격으로 반복될 수 있다. 상기 미리 정의된 시간 간격은 예를 들어, 이초와 십초 사이 또는 0.2초와 1.0 초 사이일 수 있다.

상기 결정하는 단계, 제공하는 단계, 및 사용하는 단계는 상기 기지국에 대하여 상기 전자 디바이스의 임의의 방향에 대해 수행될 수 있다. 상기 전자 디바이스는 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿, 카메라-폰, 휴대용 컴퓨터 또는 다른 전자 디바이스일 수 있다.

또 다른 측면에서, 일반적으로, 무선 에너지 전송 장치는 다수의 전송 코일들, 다수의 구동 회로들, 및 제어부를 포함하는 기지국을 포함한다. 상기 다수의 구동 회로들의 각각의 구동 회로는 상기 다수의 전송 코일들의 대응하는 전송 코일에 결합된다. 상기 제어부는 제1 다수의 상호 자기 파라미터들 - 상기 제1 다수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 다수의 전송 코일들의 각각의 전송 코일과 상기 기지국으로부터 원격으로 위치되고 상기 기지국에 의해 원격으로 충전되는 적어도 하나의 전자 디바이스와 관련되는 적어도 하나의 수신 코일들의 수신 코일과 관련됨 - 을 결정하도록 하고, 상기 제1 다수의 상호 자기 파라미터들에 기반한 다수의 제어 신호들 - 상기 다수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 상기 다수의 전송 코일들의 대응하는 전송 코일과 관련됨 - 을 결정하도록 하고, 상기 다수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호를 상기 제어 신호의 대응하는 전송 코일에 결합된 상기 구동 회로에 제공하도록 하고, 그리고 상기 제어 신호의 대응하는 상기 전송 코일에 결합된 구동 회로로 하여금 상기 제어 신호로부터 결정된 크기와 위상을 가지는 전류가 상기 대응하는 전송 코일에 흐르게 하도록 하기 위해 상기 다수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호를 사용하도록 구성된다.

측면들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 제어부는 제2 다수의 상호 자기 파라미터들 - 상기 제2 다수의 상호 가지 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 다수의 전송 코일들의 전송 코일들의 상이한 쌍과 관련됨 - 을 결정하도록 구성되고, 상기 다수의 제어 신호들을 결정하는 단계는 상기 제2 다수의 상호 자기 파라미터들에 더 기반한다. 상기 적어도 하나의 수신 코일은 다수의 수신 코일들을 포함할 수 있다. 상기 제어부는 제3 다수의 상호 자기 파라미터들 - 상기 제3 다수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 다수의 수신 코일들의 수신 코일들의 상이한 쌍과 관련됨 - 을 결정하도록 더 구성되고, 상기 다수의 제어 신호들을 결정하는 단계는 상기 제3 다수의 상호 자기 파라미터들에 더 기반한다.

상기 제어부는 상기 기지국에서 전력 제약에 따라 상기 수신 코일들 중 적어도 하나로 최대 무선 에너지 전송을 달성하도록 상기 다수의 제어 신호들을 결정할 수 있다. 상기 제어부는 상기 전자 디바이스로부터 상기 기지국에서 전력 요구사항의 표시를 수신할 수 있고 상기 표시에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 다수의 제어 신호들을 결정할 수 있다. 상기 제어부는 상기 전력 요구사항이 상기 수신기에서 달성되도록 상기 다수의 제어 신호들을 결정할 수 있다. 상기 제어부는 상기 수신기로부터 상기 수신기에서의 임피던스의 표시를 수신할 수 있고 상기 제어부는 상기 다수의 제어 신호들이 상기 수신기에서의 상기 임피던스의 표시에 적어도 부분적으로 기반하는 것을 결정한다. 상기 제어부는 전력 요구사항이 상기 수신기에서 달성되도록 상기 다수의 제어 신호들을 결정할 수 있다. 각각의 상호 자기 파라미터는 상호 인덕턴스를 포함할 수 있다.

상기 다수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 코일 전류 크기, 코일 전류 위상, 코일 전압 크기, 및 코일 전압 위상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 상호 자기 파라미터들을 결정하기 전에 상기 전자 디바이스로부터 상기 전자 디바이스가 충전을 위한 범위 내에 있고 충전될 필요가 있다는 표시를 수신할 수 있다. 상기 표시는 상기 적어도 하나의 전자 디바이스의 적어도 하나의 수신 코일의 부하의 값에 적어도 부분적으로 기반할 수 있다. 상기 제어부는 상기 결정, 제공, 및 사용이 미리 정의된 시간 간격으로 반복되도록 구성될 수 있다. 상기 미리 정의된 시간 간격은 2초와 10초 사이일 수 있다. 상기 제어부는 상기 결정, 제공, 및 사용이 상기 기지국에 대하여 상기 전자 디바이스의 임의의 방향에 대해 수행되도록 구성될 수 있다.

상기 전자 디바이스는 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿, 카메라-폰, 휴대용 컴퓨터, 또는 다른 전자 디바이스일 수 있다.

측면들은 다음 장점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 방법은 디바이스로의 전력 전송을 최대화하기 위해 전력 수신 디바이스의 미지의 위치 및/또는 방향에 자동적으로 맞추는 방법을 제공한다. 더욱이, 상기 방법은 전력 수신 디바이스의 변경 위치 및/또는 방향에 맞추는 방법을 제공한다.

상기 방법은 효율적인 전력 전송을 유지하는 한편 무선 디바이스의 미지의 또는 변경 방향에 맞춘다. 예를 들어, 수신기 코일이 코일들 중 하나의 중심점 위에 위치한 전송 코일들의 평면 배열에 대해 직각에 있을지라도, 기지국이 수신 코일을 거쳐 전력의 전송을 야기하는 전송 코일들에 구동 신호들을 맞출 수 있다.

상기 방법이 디바이스의 물리적 위치에 관계없이 자기 결합을 추정하고 적절하게 맞추기 때문에 상기 방법은 무선 디바이스의 위치에 관한 정보(즉, 수신 코일들의 위치)를 필요로 하지 않는다.

상기 방법의 측면들은 방사 필드(radiating field)의 명시적 방향 특성들에 의존하기 보다는 코일들 사이의 근접장 자기 결합(near-field magnetic coupling)의 특성들을 사용한다.

상기 방법은 부하, 위치, 방향, 디바이스 타입, 등에 관한 정보를 피드백하는 별도의 통신 채널을 필요로 하지 않으나 활용할 수 있다. 이러한 정보가 전력 전송 및 수신 코일들 사이의 자기 결합을 사용하여 통신 채널을 통해 무선 디바이스로부터 기지국으로 전송될 수 있기 때문이다.

상기 방법은 전송 코일들 각각에 대한 전력의 양(예를 들어, 구동 전압 결정의 결과로)을 결정하여 효율적인 전력 전송을 제공하고, 그렇게 함으로써 일반적으로 코일들 각각을 통해 전력의 상이한 양을 제공한다. 이 방법은 전송 코일들 각각에 균등하게 전력을 배분하여(예를 들어, 동일한 구동 전압 진폭을 사용하여) 달성될 수 있는 것보다 더 높은 효율성을 제공할 수 있다.

상기 방법은 코일들 사이의 자기 결합이 추정되면 구동 신호들을 결정하는 계산적으로 효율적인 방법을 사용한다. 예를 들어, 계산은 제한된 수의 행렬 연산들을 포함한다.

상기 방법은 물체가 자성 또는 전도성이거나 코일들 사이의 자기 결합 특성들에 영향을 미칠지라도 기지국과 무선 디바이스 사이에 오는 물체들에 맞춘다.

상기 방법은 동일한 전력 입력에 대해 오늘날 유용한 것보다 더 큰 거리에서(예를 들어, ½, 1, 또는 2 미터) 및/또는 더 큰 효율성으로 (예를 들어, 전송기의 단위 영역당) 기지국으로부터 무선 디바이스로 전력을 전송하는 방법을 제공한다.

입력 전력의 동일한 양이 두 경우 모두에서 소비된다는 사실에도 불구하고, 상기 방법에 의해 수신기 코일에 전달되는 자속의 양은 동일한 유효 영역과 함께 오직 단일 전송기 코일만 사용되었을 경우보다 상당히 더 높다.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들이 다음 설명, 그리고 청구항들로부터 명백해진다.

도 1은 단일 수신기 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 2는 수신기 및 전송기 회로 모델이다.
도 3은 전송 코일들과 수신기 코일의 제1 구성이다.
도 4는 전송 코일들과 수신기 코일의 제2 구성이다.
도 5는 단일 수신기 무선 전력 전송 시스템의 상세한 블록도이다.
도 6은 자기 채널 추정 모드로 구성된 단일 수신기 무선 전력 전송 시스템의 상세한 블록도이다.
도 7은 전송 코일들 사이의 상호 인덕턴스의 교정 단계(calibration phase)를 도시한 도면이다.
도 8은 상호 인덕턴스 부호 결정 방법의 계산 단계를 도시한 도면이다.
도 9는 전송기 회로이다.
도 10은 수신기 회로이다.

1. 개요

도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(100)의 일 실시 예가 현재 유용한 방법들의 거리 및/또는 방향에 관련된 한계들을 극복하는 한편, 예를 들어, 개인 무선 디바이스(예를 들어, 스마트폰) 또는 고정 또는 이동 가정 디바이스(예를 들어, 램프)의 배터리를 충전하기 위해 전력을 수신하는 디바이스(들)로의 전도성 연결부(즉, 충전 선)을 필요로 하지 않고 전력을 전송하도록 구성된다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 전송기(102)와 하나 이상의 수신기들(104) - 그 중 대표적인 하나가 도 1에 도시됨 - 를 포함한다. 전송기(102)는 전송기(102)와 수신기(104) 사이의 자기 결합을 이용하여 수신기(104)로 전력을 무선으로 전송하도록 구성된다. 하기의 설명은 먼저 단일-수신기 경우를 다루고, 그런 다음 다중 수신기들로 동시 전력 전송을 지원하는 실시 예들의 추가 설명을 제공한다. 하기 설명은 또한 일반적으로 공진 결합된 전송기 코일들과 수신기 코일들을 사용하는 유도성 무선 전력 전송(inductive wireless power transfer)에 관련된다.

전송기(102)는 전원(108)(예를 들어, 배터리, 상용 전원에 의해 전력이 공급되는 전원 공급 장치의 DC 출력, 광전지 전원, 등), 구동 회로(110), 전송기 제어부(111), 및

로 표시된 복수의 전송 코일들(112)을 포함한다. 일부 예에서, 각각의 전송 코일(112)에 대해, 구동 회로(110)는 AC 전원(113)(전원(108)에 의해 구동됨)과 전송 코일 회로(115)를 포함한다. AC 전원들(113)은 공통 주파수에서 작동하나, 일반적으로 각각의 전송 코일에 대해, 수신기(들)의 회로 특성들, 수신기(들)의 전력 요구사항들, 및 전송기에 대한 수신기(들)의 상대적인 위치와 방향(자세)을 포함하는 요인들에 따라 결정될 위상들 및/또는 전압들과 다른 위상과 전압을 가진다. 일부 예에서, 제한 없이, 전송기(106)는 책상 아래 무선 충전 기지국, 책상 위 무선 기지국 같은, 또는 컴퓨터 모니터, 텔레비전, 가정용 기기(예를 들어, 램프에), 가구(예를 들어, 의자에), 차, 버스, 기차, 또는 비행기의 시트에와 같이 또 다른 물품과 통합된 무선 충전 기지국에 포함된다.

수신기(104)는 수신기 코일

(120), 수신기 회로(114), 수신기 제어부(116)를 포함한다. 수신기 회로(114)는 여기서 부하 저항(118),

로 도시된 전력 공급이 될 부하

과 수신기 결합 회로(119)로 표현된다. (하나의 수신기가 제공되는 경우들에서, 기호

이 맥락에 기반하여 교환적으로 수신기 코일, 또는 그 코일과 관련된 수신기를 나타내기 위해 사용되고; 여러 수신기들과 함께, 기호들

,

등이 여러 수신기들과 그 코일들을 구분하기 위해 사용된다). 일부 예에서, 수신기(104)는 이동전화, 랩탑 컴퓨터, 또는 태블릿 컴퓨터 같은 배터리식 전자 디바이스(battery powered electronic device)에 포함되고, 부하는 수신기의 배터리의 충전 메커니즘을 나타낸다.

특정 자기 결합, 또는 "상호 인덕턴스", (예를 들어, 헨리(henrys), 또는 동등하게 볼트-세컨드 퍼 암페어(volt-seconds per ampere) 단위들로 표현된 실수)가 임의의 코일 쌍, 예를 들어 도 1의 수신기 코일

(120)과 각각의 전송기 코일

(112) 사이에 존재한다. 예를 들어, 제1 상호 인덕턴스

이 제1 전송 코일

과 수신 코일

사이에 존재한다. 제2 상호 인덕턴스

이 제2 전송 코일

과 수신 코일

사이에 존재한다. 제3 상호 인덕턴스

이

번째 전송 코일

과 수신 코일

사이에 존재한다. 다른 자기 결합이 또한 전송 코일들(112)의 각 쌍 사이에 존재한다. 예를 들어, 제4 상호 인덕턴스

가 제1 전송 코일

과 제2 전송 코일,

사이에 존재한다. 제5 상호 인덕턴스

이 제2 전송 코일

와

번째 전송 코일,

사이에 존재한다. 마지막으로 제6 상호 인덕턴스

이 제1 전송 코일,

과

번째 전송 코일

사이에 존재한다. 물론,

개의 전송 코일들과 단일 수신 코일이 있을 때, 도 1에 도시된 시스템(100)에서 전송 코일들 사이에

개의 상호 인덕턴스들과 전송 코일들과 수신 코일 사이에

개의 상호 인덕턴스들이 있다.

두 코일들 사이 자기 결합에 영향을 미치는 일부 요인들은 두 코일들 사이의 거리, 코일들의 형상(예를 들어, 원형 코일의 직경), 두 코일들의 회전 수의 비, 두 코일들 사이 공간의 투자율, 두 코일들에 근접한 다른 코일들의 존재, 및 서로에 대한 두 코일들의 방향들을 포함한다.

상기 시스템(100)의 각각의 전송 코일(112)은 그것의 대응하는 전송 코일 회로(115)와 관련되고 상기 전송 코일 회로(115) 및 상기 코일 그 자체는 결합된 전체 루프 임피던스(overall loop impedance)를 가진다. 주어진 전송 코일

와 관련된 전체 루프 임피던스는

로 표기되고 수신기 코일

과 관련된 전체 루프 임피던스는

로 표기된다. 이러한 임피던스들은 (옴(ohms) 또는 동등하게 볼트 퍼 암페어(volts per ampere) 단위의) 복소수로 표현되고, 주파수 종속적이다(즉,

). 달리 명시하지 않으면, 전송기가 작동하는 주파수

(예를 들어, 100 kHz 에서 50 MHz 범위의 주파수)에서 임피던스들을 고려한다. 일반적으로, 전송 및 수신 루프들이

가 매우 작고 일반적으로 상당히 현실적인 동작 주파수에 맞춰진다. 전송 코일들의 경우에, 임피던스

는 시스템의 나머지 코일들로부터 전송 코일

에 부하 유도(load induce)가 없는 것을 가정하는 구동 전압

(전압원의 진폭과 위상을 나타내는 복소량으로 표현됨)와 전류

의 비이다. 수신기 코일의 경우에, 임피던스

은 수신 코일을 통과하는 자속에 의해 기인된 유도 기전력(the induce electromotive force)

과 그 결과로 생긴 전류

의 비이다.

적어도 일부 실시 예에서, 상기 시스템(100)은 수신기 제어부(116)가 전송 코일들의 구동을 조절하도록 전송 제어부(111)에 의해 사용되는 수신기로부터의 정보를 보고하는 통신 채널(122)을 포함한다. 예를 들어, 보고되는 정보는 하기에 더 상세히 설명된 바와 같이, 수신기의 전체 루프 임피던스

(또는 루프 임피던스가 결정될 수 있는 동등한 양)과 전송기(102)에 대한 목표 전력

을 포함할 수 있다. 통신 채널을 구현하는 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 통신 채널(122)은 대역 내(in-band) 통신 채널 또는 대역 외(out-of-band) 통신 채널 중 하나일 수 있다. 대역 내 통신의 일 예는 일반적으로 전송 코일들 중 하나 이상에 대한 수신기의 부하 효과(loading effect)의 변조에 기반한다. 대역 외 통신 채널의 일 예는 무선 주파수 채널(예를 들어, 와이파이, 블루투스 등) 또는 광 링크(예를 들어, 적외선(IR))을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 전송기로부터 수신기로의 순방향 채널이 예를 들어, 수신기의 동작을 제어하기 위해 또한 사용된다. 다양한 응용들에 대해, 상이한 정보가 전송기에 의해 필요로 될 수 있는 것에 유의한다. 예를 들어, 단일 수신기 코일만 있고 목표가 전송기에 대한 입력 전력 한계(input power limit)을 조건으로 수신기 전력을 최대화하는 것일 때 수신기의 루프 임피던스

의 피드백이 전송기에 의해 요구되지 않을 수 있다.

동작시, 적어도 일부 실시 예에서, 전송기 제어부(111)는 효과적인 전력 전송을 달성하도록 그것이 각각의 전송기 코일의 구동을 제어하는 전력 전송 모드로 동작하거나, 코일들 사이의 특정 상호 인덕턴스들의 추정치, 예를 들어 전송 코일들(112) 각각

과 수신기 코일(120)

사이의 특정 상호 인덕턴스들

의 추정치, 를 결정하는 추정 모드로 동작한다. 일부 대안적 실시 예에서, 이러한 두 모드들의 기능들이 동시에 수행될 수 있다. 상기 추정의 일부로서, 적어도 일부 구현에서, 결정된 상호 인덕턴스들, 수신기 루프 임피던스

, 과 수신기의 목표 전력

에 기초하여, 전송기 제어부(111)가 수신기(104)의 목표 전류

(또는 목표 기전력

같은 동등한 양)을 계산한다. 전송기 제어부(111)는 그런 다음 동시에 전송기(102)에 대한 입력 전력을 최소화하면서 수신기 회로의 목표 전류

(그리고 따라서 목표 전력

)을 유도하는 전송 코일들(112)에 대한 전류들

의 최적 세트(즉, 동작 주파수에서 크기들과 위상들)를 결정한다. 전송기 제어부(111)는 또한 전송 코일들(112)의 회로에 적용될 때 전류들의 최적 세트

를 달성하는 전압들의 세트

(즉, 전압들의 크기와 위상을 나타내는 복소량들)을 결정한다.

적어도 일부 실시 예에서, 또한 전송기(102)의 전력 손실을 최소화하는 한편 변경 조건들(예를 들어, 위치, 사이에 낀 물체들, 등)의 존재 시 수신기(102)에 전력을 전송하기 위해, 전송기(102)는 상기 소개된 추정 모드에서 자기 채널 추정 단계(magnetic channel estimation step)와 전송 코일 전류 업데이트 단계를 반복적으로 수행하는 것을 포함하는 프로토콜에 따라 동작한다. 아주 일반적으로, 자기 채널 추정 단계는 전송 코일들(112)과 수신기 코일(120) 사이의 상호 인덕턴스들

의 추정치를 결정하기 위해 수신기(104)로부터 수신된 정보를 활용한다. 전송 코일 전류 업데이트 단계는 수신기(104)로 효율적으로 전력을 전송하는 전송 코일들(112)에 대한 전류들

의 최적 세트를 결정하기 위해 상호 인덕턴스들

의 추정치와 수신기(104)로부터 수신된 정보를 활용한다.

2. 수신기와 전송 회로 모델

도 2를 참조하면, 전송기들과 수신기들의 모델이 전송 코일

와 관련된 컴포넌트들(components)에 대해 첨자

("소스(source)"

)로, 그리고 수신기

과 관련된 컴포넌트들(components)에 대해 첨자

("부하(load)")로 표시된 집중 소자(lumped component)를 사용하여 표현된다. 일부 예에서, 수신기(104)는 임피던스

을 가지는 집중 소자와 직렬로 연결된, 커패시턴스(capacitance)

을 가지는 커패시터(capacitor)와 직렬로 연결된, 인덕턴스

을 가지는 코일로 모델링된다. 커패시턴스는

이 되도록 선택되어서, 전송기의 동작 주파수

에서, 인덕터와 커패시터의 직렬 결합이 (이상적으로) 제로 임피던스

을 가지고, 그리고

이 수신기 코일에 유도된 전압에 의해 구동된 루프의 전체 임피던스가 된다. 수신기 회로는 따라서 동작 주파수에서 공진하고, 그에 의해 자기장의 주어진 강도에 대해 전류(그리고 그에 의해 부하에 전송된 전력)의 크기를 최대화한다. 전송 코일들은 함께 수신기 전류가

을 만족하게 하는 기전력

을 함께 유도한다. 유사하게, 전송기의 섹션들(sections) 각각에 대한 전송기 회로 모델은 집중 임피던스(a lumped impedance)

에 직렬로 연결된, 커패시턴스

를 가지는 커패시터에 직렬로 연결된, 인덕턴스 을 가지는 전송 코일에 직렬로 연결된 제어된 전압원(113)으로 모델링된다. 수신기와 같이,

때문에 전송 코일들의 인덕턴스를 상쇄(offset)하도록 커패시턴스들이 선택된다.

일 때

가 되도록 기전력

가 수신기 코일뿐만 아니라 나머지 전송 코일들에 의해 각각의 전송 코일에 유도된다.

발진 전송 코일 전류들(oscillating transmit coil currents)

는 수신기 코일을 통해 진동하는 자속을 야기하고, 그것은 차례로 수신기 코일(120)의 기전력

을 다음 수학식에 대해 야기한다.

그리고 따라서

.

상호 인덕턴스들

의 관점에서 이 관계를 표현하기 보다는, 동등한 "자기 채널들"이 무한한 복소수들인

로 정의되어,

유도된 전류가

로 표현될 수 있게 한다.

유사하게, 역방향 채널이

로 표현될 수 있다. 상호 인덕턴스들이 대칭적이어서

일지라도, 자기 채널들이 비대칭적이어서

임에 유의한다. 특정 전송 코일

에 대해, 수신기 코일뿐만 아니라 나머지 전송 코일들

에 대한 발진 전송 코일 전류들

이 다음 방정식에 전송기 코일의 기전력

를 야기한다:

.

그리고 따라서

.

이는 채널 양들의 관점에서

로 표현될 수 있다.

3. 전송 전류 결정

일반적으로, 그리고 하기에 설명된 바와 같이, 수신기 코일에서 전송 코일들 각각에 의해 야기되는 파괴적인 플럭스(flux)의 부가를 피하기 위해 상기 시스템은 전송 코일들의 전류의 크기와 위상을 조정한다.

3.1 실례(Illustration)

도 3과 4를 참조하면, 상기 시스템의 동작은 기지국에서 다섯 개의 전송 코일들(350)

의 선형 배열과 전송 코일들(350)에 수평(도 3) 또는 수직(도 4)인 수신기 코일(352)

을 보여주는 단순화된 개략도를 사용하여 이해될 수 있다. 일반적으로, 수신기 코일(352)에 전송 코일들(350) 각각에 의해 야기된 파괴적인 플럭스의 부가를 피하기 위해 상기 시스템은 전송 코일들(350)의 전류

의 크기들과 위상들을 맞춘다.

도 3에서, 수신 코일이 전송 코일들과 평행하고 센터 코일

위에 있도록 맞춰진다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 상기 시스템은 전송 코일들(350)에 의해 생성된 자기장들의 방향이 수신기 코일(352)를 통하여 건설적인 자속의 부가를 야기하도록 전류들의

의 크기와 위상을 맞추었다. 도시된 바와 같은 전송 코일들의 선형 및/또는 평면 배열은 단지 일 예일 뿐이고, 동일 또는 상이한 차원들, 형상들, 또는 회전 수의 전송 코일들의 3차원, 비 평행, 및/또는 비동일 평면 배열을 포함하여 다른 배열들이 예를 들어, 응용의 물리적 제약들에 따라 실제로 사용될 수 있다.

특히, 중앙 코일

의 전류

는

의 크기와

의 위상을 가진다. 첫번째와 다섯번째 전송 코일들

의 전류들

각각은

의 크기를 가지고

의 위상을 가진다(즉, 그것들은

와 위상이 다르다). 두번째와 네번째 전송 코일들

의 전류들

각각은

의 크기를 가지고

의 위상을 가진다(즉, 그것들은

와 위상이 다르다). 도 3의 구성에서, 세번째 전송 코일과 위상이 다른 첫번째, 두번째, 네번째, 및 다섯번째 전송 코일들을 가지는 것은 첫번째, 두번째, 네번째, 및 다섯번째 전송 코일들이 세번째 전송 코일에 의해 생성된 자기장의 극성과 반대의 극성을 가지는 자기장을 생성하도록 한다. 수신기 코일(342)에서 전송 코일들(350) 모두에 의해 생성된 자기장 선들은 수신기 코일을 통하여 자속의 건설적인 부가의 결과가 된다.

이 경우에, 세번째 전송 코일이 두번째와 네번째 전송 코일들보다 수신기 코일에 대해 더 강한 자기 결합을 가지기 때문에 전류

의 크기

는 전류

와

의 크기

보다 크다. 유사하게, 두번째와 네번째 전송 코일들이 첫번째와 다섯번째 전송 코일들보다 수신기 코일에 대해 더 강한 자기 결합을 가지기 대문에 전류

와

의 크기

는 전류

와

의 크기

보다 더 크다. 즉,

이다.

도 4에서, 수신 코일은 도 3의 것에 수직인 방향을 가진다(즉, 세번째 전송 코일

에 수직). 도면으로부터 명백한 바와 같이, 상기 시스템은 첫번째, 두번째, 네번째, 다섯번째 전송 코일들에 의해 생성된 자기장의 방향들이 수신 코일(352)에서 모두 동일하도록 전류들

의 크기와 위상을 맞추었다. 세번째 전송 코일

가 수신 코일(352)에 수직으로 맞춰지기 때문에, 세번째 전송 코일에 의해 생성된 자기장은 수신 코일(352)에 전류를 유도할 수 없기 때문에 어떠한 전류도 세번째 전송 코일에 인가되지 않는다(

)는 것을 유의한다.

첫번째 전송 코일

의 전류

은

의 크기를 가지고

의 위상을 가진다. 두번째 전송 코일

의 전류

은

의 크기를 가지고

의 위상을 가진다. 네번째 전송 코일

의 전류

은

의 크기를 가지고

의 위상을 가진다. 다섯번째 전송 코일

의 전류

은

의 크기를 가지고

의 위상을 가진다. 도 4의 구성에서, 네번째 및 다섯번째 전송 코일과 위상이 다른 첫번째 및 두번째 전송 코일들을 가지는 것은 첫번째 및 두번째 전송 코일들이 네번째 및 다섯번째 전송 코일에 의해 생성된 자기장의 극성과 반대의 극성을 가지는 자기장을 생성하도록 한다. 수신기 코일(352)에서 첫번째, 두번째, 네번째 및 다섯번째 전송 코일들에 의해 생성된 자기장 선들은 모두 동일한 방향을 가지고, 수신기 코일(352)를 통하여 자속의 건설적인 부가의 결과를 초래한다.

이 경우에, 두번째 및 네번째 전송 코일들은 첫번째와 다섯번째 전송 코일들보다 수신기 코일에 대해 더 큰 자기 결합을 가지기 때문에 전류들

와

의 크기

는 전류들

과

의 크기

보다 더 크다. 즉,

이다.

3.2 상세한 시스템 블록도

도 5를 참조하면, 도 1의 시스템의 상세한 블록도에서, 전송기(102)의 구동 회로(110)는 각각의 전송 코일 회로(115)에 대해 인버터 회로(225), 용량 소자(capacitive element)

, 및 전송 코일회로의 고유 임피던스

를 포함한다(또는 일반적으로 동일하다). 일부 예에서, 인버터 회로(inverter circuit)(225)는 이상적인 공진 인버터 회로로 모델링될 수 있다.

유사하게, 수신기 회로(114)는 용량 소자

과 수신기 회로의 고유 임피던스

을 포함한다. 하기에 더 상세히 설명된 바와 같이, 전송기 제어부(111)는 전송 코일들(112) 각각에 대해 전류들

의 크기와 위상을 결정하고 전송 코일들(112) 각각에 대해 전송 코일 회로들(115)의 인버터 회로들(225)의

와

입력들로 결정된 크기들과 위상들을 제공한다. 매우 일반적으로, 인버터 회로들(225)은 결정된 전류들

을 달성하기 위해 전송 코일들(112)에 인가할 적절한 전압들

을 결정한다.

3.3 프로토콜

전송 코일 전류 업데이트 단계에서, 전송기 제어부(111)는 전송 코일들(112)와 수신기 코일(120) 사이의 자기 채널들

의 추정치와 일부 예에서, 전송 코일들(112)에 대한 전류들

의 최적 세트를 결정하는 부가적인 정보를 활용한다. 일부 예에서, 전류들의 최적 세트는 동시에 전송기(102)에서의 전력 손실을 최소화하는 한편 목표 평균 전력

을 수신기(104)로 전달한다. 다른 예에서, 전류들의 최적 세트는 전송기(102)에서 입력 전력 한계들을 조건으로 수신기로 전력의 최대 양을 전달한다.

3.4 목표 수신기 전력 경우

상기와 같이, 상기 시스템의 하나의 목표는 목표 평균 전력 전달에 대해 구성될 때 평균 전송기 입력 전력들의 합을 최소화(즉,

를 최소화)하는 한편 원하는 수신기 전류

을 달성하는 것이다. 이것의 근사치는

를 조건으로

을 최소화하는 것이다. 이것에 대한 해는

을 설정하는 것이다.

이러한 경우에

이 가장 결합된 전송 코일들을 선택하는 해보다 항상 확실히 더 작고

으로 설정한다.

예를 들어, 목표 평균 전력

과 수신기의 전체 루프 임피던스

이 공지된다면, 목표 수신기 전류

는 다음 방정식으로부터 결정될 수 있다:

또는

.

3.5 입력 전력 한계 경우

일부 예에서, 상기 시스템의 목표는 상기 논의된 바와 같이 목표 수신기 전력을 맞추기보다는, 입력 전력에 대한 한계를 조건으로 상기 수신기에 의해 수신된 전력을 최대화하는 것이다. 예를 들어, 전원(108)이 최대 전력을 제공할 수 있을 것을 고려하면, 그것은

로 근사될 수 있다.

가 동일하다고 가정하면, 이 전력 한계는 전류 한계

와 같다. 전송 전류들을 결정하는 한가지 방법은

을 계산하여 특정

(예를 들어,

)에 대해 결정된 전류를 조정하는 것이다.

동등한 해(동일한 크기들이나 위상에서 오프셋(offset)됨)는 실제 자기 결합들의 관점에서만 표현될 수 있다.

3.5.1 전송 전압 구동 결정

일부 예에서, 전압원(예를 들어, 전압원(113))에 의해 공급되는 전압이 원하는 전송 코일 전류들

를 생성하기 위해 개별 전송 코일 회로들에 인가되고, 그것은 방정식들의 세트에 의해 좌우된다.

특히, 구동 전압들

에 대해 풀이하는, 방정식들의 세트의 행렬 표현은 하기 행렬 방정식을 만족한다.

전송기 제어부(111)에 의해 적절한 구동 전압들

이 결정되면, 전송기 제어부(111)는 구동 회로(110)가 최적 전류들

이 전송 코일들(112)에 흐르게 하는, 구동 전압들을 전송 코일들(112)에 인가하도록 지시한다.

전송 코일들(112)와 수신기 코일(120) 사이의 자기 채널들이 이동 전화 같은 디바이스가 이동할 가능성이 있기 때문에 변경될 수 있음을 유의한다. 이러한 이유로, 자기 채널 추정과 전송 코일 전류 업데이트 단계들은 자기 채널들이 정확하다는 것을 확인하기 위해 자주 반복된다.

4. 자기 채널 추정

도 6을 참조하면, 일 구현에서, 자기 채널 추정 단계를 수행하기 위해, 전송기 제어부(111)는 각각의 전송 코일과 수신기 코일(120)사이의 상호 인덕턴스

의 추정치를 결정하기 위해 차례로

개의 전송 코일들(112)

를 순회한다. 일부 예에서, 상호 인덕턴스들

을 추정하기 보다, 전송기 제어부(111)는 상기 소개된 "자기 채널들"의 추정치를 사용한다. 일부 예에서, 전송기 제어부(111)는 두 단계 - 상호 인덕턴스들의 크기가 계산되는 제1단계 및 상호 인덕턴스들의 부호가 계산되는 제2단계 - 로 자기 채널들의 추정치를 계산한다.

4.1 상호 인덕턴스들의 크기

일부 예에서,

번째 전송 코일

(112)와 수신기 코일

(120) 사이의 상호 인덕턴스의 크기의 추정치를 결정하기 위해, 전송기 제어부(111)는

번째 전송 코일을 제외한 전송 코일들 모두의 스위치(232)를 개방하여,

번째 전송 코일을 제외한 전송 코일들 모두에 개방 회로 상태를 야기한다. 개방 회로 전송 코일들(112)의 임의의 쌍 사이뿐만 아니라, 개방 회로 전송 코일들(112)과 수신기 코일(120) 사이에 제로(0) 상호 인덕턴스가 있다. 일반적으로, 전송 코일과 수신 코일 사이의 상호 인덕턴스를 결정하는 방법은 전송기가 수신기에 의한 전송 회로의 로딩(loading)을 관찰하는 것이다.

더 구체적으로, 전송기 제어부(111)는

번째 전송 코일 회로에 공지의 발진 전압

을 인가한다. 그렇게 하는 것이 교류 전류

가

번째 전송 코일 회로를 흐르도록 한다.

번째 전송 코일을 흐르는 전류

는 진동 자기장(oscillating magnetic field)을 생성한다. 수신기 코일(120)이

번째 전송 코일에 의해 생성되는 진동 자기장에 존재할 때, 그것은 진동 자속(oscillating magnetic flux)의 대상이다. 진동 자속은 다음 방정식에 따라 수신기의 코일(120)에 기전력(EMF)을 야기한다.

상기 소개된 바와 같이, 유도된 EMF는 교류 전류가 수신기 코일의 회로에 유도되도록 한다.

수신기 코일과

번째 전송 코일(120) 사이의 상호 인덕턴스에 기인하여, 수신기 코일(120)은 다음 방정식에 따라

번째 전송 코일에 기전력을 유도한다.

일부 예에서,

번째 전송 코일과 수신기 코일 사이의 자기 채널의 추정치

을 결정하기 위해,

번째 전송 코일 회로에 인가된 전압이 다음 방정식을 사용하여 표현된다.

이는 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다.

여기서

이고

그러므로

이다.

상기 양

이 예를 들어, 고정 구동 전압

를 사용하여 그리고 수신기가 전송코일을 로드(load)하지 않을 때 전류

와 수신기가 전송 코일을 로드할 때 전류

를 비교하여, 그리고

와

을 계산하여 측정된다.

여기서

는 다음 섹션에서 결정된 바와 같이 상호 인덕턴스의 부호(즉,

)이다.

4.2 상호 인덕턴스들의 부호

상호 인덕턴스들의 크기를 계산하는 것에 부가하여, 상호 인덕턴스들의 부호들 또한 계산된다. 일부 예에서, 상호 인덕턴스들의 부호는 미리 정의된 기준 전송 코일에 대해 정의된다. 예를 들어, 제1 전송 코일

과 수신기 코일

사이의 상호 인덕턴스

이 기준 전송 코일로 선택될 수 있다. 이 경우에,

이 정의에 의해 양의 부호(즉,

)로 주어진다. 양의 부호를 가지는 것으로 정의되는

과 함께, 나머지 전송 코일들에 대한 나머지 상호 인턱턴스들의 부호가 계산될 수 있다. 일부 예에서, 나머지 상호 인덕턴스들

(여기서

) 각각에 대한 부호들의 계산은 두 단계 -일회성 교정 단계(one-time calibration step)와 온라인 부호 계산 단계- 를 포함한다.

4.2.1 일회성 교정 단계(One-time Calibration Step)

일부 예에서, 일회성 교정 단계는 기준 전송 코일(예를 들어,

)과 나머지 전송 코일들

(

) 각각 사이의 상호 인덕턴스

를 계산한다. 일반적으로, 기준 전송 코일과 나머지 전송 코일들 사이의 상호 인덕턴스들의 값은 수신기에 독립적이고 시간에 따라 변하지 않는다. 따라서 그것은 임의의 수신기 코일의 부재 시 결정될 수 있다.

도 7을 참조하면, 기준 전송 코일

과

번째 전송 코일

사이의 상호 인덕턴스

를 결정하기 위해, 기준 전송 코일 외의 전송 코일들 모두가 개방회로인 동안 소스 전압

가 기준 전송 코일에 인가된다. 도 7에 도시된 예시 구성은 기준 전송 코일

과

번째 전송 코일

만 포함하고 임의의 다른 전송 코일들은 배제한다(그것들이 개방회로이기 때문에 가능함). 공진 주파수에서 동작하는 기준 전송 코일 회로와 함께, L과 C를 포함하는 임의의 항들은 서로 상쇄된다. 또,

번째 전송 코일이 개방 회로이기 때문에

번째 전송 코일의 회로에서 전류

이다. 기본 회로 방정식들을 사용하여,

는

로 표현될 수 있고,

는

로 표현될 수 있다.

에 대해 상기 방정식들을 풀이한 것은

로 된다.

여기서,

와

는 공지이고,

는 공진 주파수이며,

는

번째 전송 코일 회로로부터 직접 측정된다. 이런 이유로, 상기 방정식은

의 값을 제공한다.

4.2.2 상호 인덕턴스들의 부호의 온라인 계산

상기 언급된 바와 같이, 전송 코일들(112)과 수신기 코일(120) 사이의 상호 인덕턴스들은 상호 인덕턴스의 부호를 나타내는

항을 포함한다. 부호 항

없이는, 상호 인덕턴스들은 본질적으로 상호 인덕턴스의 크기이다. 상기 교정 단계에 기반하여, 기본 코일과 수신기 코일 사이의 상호 인덕턴스

의 부호는 양으로 알려지고 따라서

이 완전히 알려진다. 기존 전송 코일과 나머지 전송 코일들 사이의 상호 인덕턴스들

의 값은 또한 상기 교정 단계로부터 알려진다.

도 8을 참조하면, 상기 정보가 주어지면, 미지의 상호 인덕턴스들

의 부호들이 결정될 수 있다. 그러기 위해, 수신기(104)의 존재 하에, 그리고 채널 추정 절차 동안, 모든 다른 전송 코일들이 개방회로가 되게 두는 동안 소스 전압

이 기준 코일

에 인가된다. 기본 회로 방정식들을 수신기 코일에 적용하는 것은

를 산출한다.

이것은

로 다시 정리될 수 있다.

기본 회로 방정식들을 기본 전송 코일에 적용하는 것은

를 산출한다.

을 이전 방정식들로 대체하는 것이

를 산출한다.

상기 방정식에서,

의 부호를 제외한 모든 값들이 알려진다. 특히,

와

가 전송기에서 직접 측정될 수 있다.

가 교정 단계로부터 알려지고, 그리고

이 상기 보여진 바와 같이 추정될 수 있고, 여기서 모든 다른 값들이 알려진다. 마지막으로

의 부호가

로 결정될 수 있다.

의 상기 결정된 부호가

의 값으로 설정된다.

상호 인덕턴스들이 실수들(허수 부분을 포함하지 않음)이기 때문에, 상기 부호가 잘 정의되는 것에 유의한다(즉, 부호 함수 내부 방정식의 오른쪽 값이 실수이고 잘 정의된 부호를 가진다).

은 음의 부호를 가지는 것으로 정의될 수 있다는 것 또한 유의한다. 이러한 경우에 상호 인덕턴스들

모두가 부호를 뒤집을 것이고, 수신기에 전달되는 전력에서 어떠한 변화없이 수신기 코일에서 전송 코일들에 의해 유도된 전압들 또한 부호를 뒤집을 것이다.

4.3 자기 채널 계산

상기 소개된 바와 같이,

이고

이다.

따라서, 수신기 코일(120)에서

번째 전송 코일에 의해 유도된 전류

이

인 것을 상기하면서

번째 전송 코일과 수신기 코일(120) 사이의 자기 채널은

로 표현된다.

상기 언급된 바와 같이, 상기 자기 채널 추정 절차는 전송기(102)의 전송 코일들(112) 각각에 대해 수행되어서,

개의 자기 채널 추정치들

을 초래한다.

일부 예에서, 전송 코일 회로들(115)이 (도 2에서와 같이) 용량성 소자들을 포함할 때, 공진 주파수

에서 용량성 소자들의 임피던스의 효과가 유도성 소자들(즉, 전송 코일들)의 임피던스의 효과를 상쇄한다. 일부 예에서, 임피던스들의 이러한 상쇄는

인 수신기(104)의 임피던스를 초래한다. 이러한 경우에서, 자기 채널들은

로 표현된다.

일부 예에서, 전송 코일들(112) 사이의 자기 채널들이 선험적으로 알려진다. 다른 예에서, 전송 코일들(112) 사이의 자기 채널들이 상기 설명된 바와 유사한 방식으로 결정된다.

5. 수신기 피드백

상기 언급된 바와 같이, 수신기(104)의 수신기 제어부(116)는 통신 채널(122)을 통해 전송기(102)로 피드백을 제공한다. 일부 예에서, 목표 수신기 전력이 요구될 때, 수신기(104)로부터의 피드백은 목표 전력

뿐만 아니라 수신기 회로의 전체 루프 임피던스

의 표시를 포함한다. 일부 예에서, 피드백은 또한 수신기(104)가 전송기(102)의 범위 내에 있는지 여부에 대한 표시로서 사용된다.

일부 예에서, 수신기의 전체 루프 임피던스

은 시간에 따라 변한다. 예를 들어, 재충전가능한 배터리를 충전할 때, 수신기의 유효 부하 저항(118)

이 배터리의 순간 충전 레벨이 증가함에 따라 계속 증가한다. 일부 예에서, 부하 저항(118)에서의 이 증가는 배터리의 순간 충전 레벨이 낮을 때 완전 충전 그리고 배터리의 순간 충전 레벨이 높을 때 소량 충전(trickle charging)의 결과가 된다. 일반적으로, 부하 저항(118)의 증가는 수신기의 전체 루프 임피던스

의 증가를 초래한다. 따라서, 전송기 코일들(112)과 수신기 코일(120) 사이의 자기 채널들의 정확한 추정치를 유지하기 위해 그리고 수신기(104)에서 정확한 전력이 수신되는 것을 보장하기 위해, 수신기 제어부(116)는 주기적으로 통신 채널(122)을 통해 전송기(102)로 다시 수신기의 전체 루프 임피던스를 전송한다.

일부 예에서, 전체 루프 임피던스

이 전송기(102)로 대역 내(in-band) 통신된다. 예를 들어, 수신기(104)는 근접장 영역에서 전력의 임의의 양을 수신하는 것이 전송기(102)에 의해 전송된 에너지의 일부 부분을 전송기(102)로 도로 반영하도록 할 수 있다는 사실에 영향을 줄 수 있다. 즉, 수신기 코일의 회로에서 임의의 변화는 전송 코일(112)로 임피던스를 도로 반영한다. 일부 예에서, 수신기는 그 전송기(102)로 반영된 임피던스를 변조할 수 있다. 예를 들어, 수신기의 회로에서 스위치는 반영된 임피던스의 펄스 열(pulse train)을 생성하기 위해 낮은 속도(예를 들어, 300 Hz)로 토글(toggle)할 수 있다. 일부 예에서, 전송기(102)와 수신기가 공진 결합될 때, 펄스 열이 전송기의 공진 주파수(예를 들어, 1MHz)에 의해 더 변조된다. 일부 예에서, 수신기는 반영된 임피던스를 변조하여 펄스 폭들이 전체 루프 임피던스에 비례하도록 한다. 일부 예에서, 수신기의 반영된 임피던스의 변조는 전송기가 수신기의 전체 루프 임피던스를 확실하게 수신하는 것을 확인하도록 여러 번 반복된다.

일부 예에서, 펄스들의 폭이 수신기(120)에 대해 가장 높은 전체 루프 임피던스의 20%와 80% 사이에 선형 분포되도록 디자인된다.

일부 예에서, 전체 루프 임피던스

이 전송기(102)로 대역 외(out of-band) 통신된다. 예를 들어, 수신기(104)는 수신기 회로의 전체 루프 임피던스를 전송기(102)로 전달하기 위해 저전력 무선(예를 들어, 블루투스 저 에너지 통신)을 사용할 수 있다.

일부 예에서, 목표 전력

은 또한 상기 설명된 대역 내 또는 대역 외 통신 중 하나를 사용하여 전송기(102)로 통신된다.

일부 예에서, 전송기(102)는 수신기가 범위 내에 있고 충전되어야 한다는 표시로서 수신기(104)에 의해 생성된 펄스들을 감지하도록 구성된다. 만약 전송기(102)가 범위 내에서 어떠한 수신기도 감지하지 못한다면, 그것이 범위 내에서 범위 내 수신기를 감지할 때까지 그 전송 코일들(112)에 전력을 공급하는 것을 중단할 수 있다.

일부 예에서, 수신기(102)의 전체 루프 임피던스

과 목표 전력

이 전송기(102)로 주기적으로(예를 들어, 매 5분마다) 통신된다.

일부 예에서, 입력 전력 한계에 따라, 수신기로 전력의 최대 양을 전송할 때, 수신기가

또는

을 전송기로 통신하는 것에 대한 어떠한 요구사항도 없다. 이러한 경우에, 수신기가 전송기에 가까운지 여부에 대한 표시같은 다른 정보가 통신 채널을 통해 여전히 전송될 수 있다.

일부 예에서, 목표 전력

을 전송기(102)로 통신하기 보다, 수신기 제어부(116)는 대신에 목표 수신기 전류

과 목표 수신기 전압

을 통신한다. 다른 예에서, 수신기 제어부는 다른 양들(즉, 부하에서 전압 및/또는 전류)을 전송기(102)로 통신할 수 있다.

6. 회로 구현들

전송기 및 수신기에 대한 회로 구현들의 예가 도 9와 10에 각각 도시된다.

도 9를 참조하면, 전송기(102)의 전송 코일들(112) 중 하나에 대한 회로 실시 예의 블록도는 전송 코일(112)과 전송 코일 회로(115)를 포함한다. 전송 코일 회로(115)는 인버터 회로(225), 용량성 소자

, 및 집중 임피던스(lumped impedance)

을 포함한다. 전원 공급 장치(108)(예를 들어, 배터리, 상용 전력에 연결된 정전압 DC 전원 공급장치, 태양 패널, 등)는 인버터 회로(225)에 입력으로 DC 공급 전압을 제공한다.

인버터 회로(225)는 DC/DC 컨버터(converter)(960)와 DC/AC 컨버터(962)를 포함한다. DC/DC 컨버터(960)는 전원 공급 장치(108)로부터 DC 공급 전압을 수신하고 전송기 제어부(111)로부터 수신된 진폭 제어 신호에 따라 DC 공급 전압을 조정한다. DC/DC 컨버터(960)의 조정된 DC 전압 출력이 조정된 DC 전압을 원하는 주파수를 가지는 AC 전압 출력으로 변환하는 DC/AC 컨버터(962)의 입력으로 제공된다. DC/AC 컨버터(960)는 또한 전송기 제어부(111)로부터 수신된 위상 제어 신호에 따라 AC 전압 출력의 위상(즉,

)을 쉬프트한다. DC/AC 컨버터(960)의 AC 전압 출력

이 전송기 제어부(111)에 의해 명시된 주파수, 진폭 및 위상을 가지는 전송 코일 구동 전압이다.

일부 예에서, DC/DC 컨버터(960)는 Boost, Buck, 또는 Boost-Buck 컨버터 같은 스위치드 인덕터 조정회로(switched inductor regulating circuit)로 구현된다. 일부 예에서, DC/AC 컨버터(962)(전송 코일의 인덕턴스와 전송 코일과 직렬로 연결된 대응하는 커패시턴스를 포함)는 클래스 E 공진 인버터를 형성한다. 일부 예에서, DC/AC 컨버터(962)에서 구현된 위상 쉬프터(phase shifter)(도시되지 않음)는 구동 전압의 원하는 위상을 달성하기 위해 인버터의 타이밍(timing)을 효과적으로 변경한다. 일부 예에서, 풀-브리지(full- bridge) DC/AC 컨버터는 진폭과 위상 모두를 제어한다.

도 10을 참조하면, 수신기 코일(120)에 대한 회로의 일 실시 예가 도시된다. 도 10에서, 수신기(104)는 수신기 코일(120), 부하 저항(118), 및 수신기 결합 회로(119)를 포함한다. 수신기 결합 회로(119)는 용량성 소자

, 집중 수신기 임피던스(lumped receiver impedance)

, 임피던스 매칭 회로(IMC)(1064), 정류기(1066), 및 DC/DC 컨버터(1068)를 포함한다. 매우 일반적으로, IMC(1064)가 상대적으로 일정한 임피던스를 유지하기 위해 사용된다. IMC(1064)의 출력 전압이 정류기(1066)(예를 들어, 종래 브리지 정류기 회로(bridge rectifier circuit))로 전달되고, 그것의 출력이 그런 다음 DC/DC 컨버터(1068)(예를 들어, Boost, Buck, 또는 Boost-Buck 컨버터)를 통해 수신기(104)의 부하(118)로 전달된다. 이러한 예들에서, 부하가 순수하게 저항으로 다뤄지는 상기 논의에서, 부하가 반드시 이상적인 저항이 아니라는 것이 명백해야만 하는 것에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 수신기는 전송기에 유효 부하를 제공하고, 그것은 따라서 전송 특성들을 조정한다.

일부 예에서, 수신기(104)에 의해 전송기(102)로 보고된 전체 루프 임피던스

은 부하(118)의 임피던스와 다르다. 일부 예에서, 수신기(104)에 의해 전송기(102)로 보고된 전체 루프 임피던스

은 다른 양들 중에서, 정류기(1066)의 출력 전압

, DC/DC 컨버터(1068)의 출력

, 부하(118)에서 전류

을 사용하여 수신기 제어부(116)에 의해 결정될 수 있다.

7. 다중 수신기들

상기 논의는 단일 수신기가 있는 경우에 초점을 맞춘다. 다중 수신기들을 다루는 방법은 전송 코일 전류들

에 의해 결정되는 목표 전류들

과 함께 유사한 방법을 따른다. 다중 수신기 경우에서는, 코일들의 모든 쌍들 사이의 상호 인덕턴스

를 고려한다. 단일 수신기 경우에서와 같이 유사한 설명을 따르면, 임의의 코일

(즉,

는 수신기 또는 전송기 코일 중 하나)에서 유도된 EMF는

로 표현될 수 있고

그러므로 전류들은

를 만족한다.

행렬 형태에서, 전송기 구동 전압들과 전송기 및 수신기 코일 전류들 사이의 관계가

또는 동등하게

로 표현될 수 있다.

여기서

이다.

단일 수신기의 경우(

)에 상기 행렬 형태는

로 되돌아가고

그러므로

이고,

이다.

더 일반적으로, 에 관해,

또는

(

로 표현될 수 있음)처럼 전송 코일 전류들

이 수신기 코일 전류들에 관련된다.

단일 수신기의 경우(

)에서,

이고

인 것에 유의한다.

에 대한 일반적인 최소 표준 솔루션(minimum norm solution)(즉,

를 최소화하는 것)은

이고

구동 전압들은 그때

로 결정된다.

단일 수신기 경우에 대한 상기 설명은 전송 코일들과 수신 코일들 사이의 상호 인덕턴스들(즉,

)뿐만 아니라 전송 코일들 사이의 상호 인덕턴스들(즉, 행렬

)을 결정하는 법을 기술한다. 다중 수신기 경우에서, 수신기간 상호 인덕턴스들(즉,

) 또한 결정될 수 있다. 일부 상황들에서, 예를 들어, 수신기들이 매우 넓게 이격된다면, 이러한 상호 인덕턴스들은 무시될 수 있을지라도, 일반적으로 이것은 바람직하지 않다. 다양한 방법들이

개가 있는 항들을 추정하기 위해 사용될 수 있다. 한 방법에서 전송 제어부는 단지 두 개의 수신기

와

가 그 코일들이 연결되고 부하를 제공하게 하며, 그리고 단지 전송 코일

만 구동되고 연결되도록 수신기들에게 지시한다. 이 구성에서, 전류들과 구동 전압은

이다.

이러한 세 개의 방정식은 알려지거나 측정가능한 모든 나머지 항들과 함께 세 개의 미지수,

,

, 및

를 가진다. 그러므로, 원하는 양

는 해를 찾아(미지수들 내 제약들이 미지수들 내에서 선형이 아니라는 것을 인식함) 결정된다. 이 프로세스는 모든 필요한 수신기간 양들(inter-receiver quantities)을 결정하기 위해

번 반복된다.

8. 대안들

일부 예에서, 수신기 코일에서 목표 전력을 달성하기 위해 전송기에서 전류들을 최적화하기 보다는, 전송기에서 전류들이 수신기 코일로 전달되는 전력을 최대화하기 위해 최적화된다.

본원에서 기술된 다양한 비 제한적 실시 예들이 특정 응용들에 대해 따로따로, 결합되어 또는 선택적으로 결합되어 사용될 수 있음에 유의한다.

더 나아가, 상기 비 제한적 실시 예들의 다양한 특징들 중 일부는 다른 설명된 특징들의 대응하는 사용없이 유리하게 하는 데 사용될 수 있다. 전술한 설명은 따라서 본 발명의 원리들, 교시들 및 예시 실시 예들의 단순한 설명으로 간주되어야만 하고 그것에 제한되지 않아야 한다.

9. 구현들

상기 설명된 기법들을 구현하는 시스템들은 소프트웨어, 펌웨어, 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 또는 그것들의 조합으로 구현될 수 있다. 상기 시스템은 프로그래머블 프로세서에 의한 실행을 위해 기계 판독가능한 저장 디바이스에 실체적으로 구현된 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있고, 방법 단계들은 입력 데이터에 동작하고 출력을 생성하여 기능들을 수행하는 명령들의 프로그램을 실행하는 프로그래머블 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 시스템은 데이터 저장 시스템으로부터 데이터와 명령들을 수신하기 위해 그리고 데이터 저장시스템으로 데이터와 명령들을 전송하기 위해 결합된 적어도 하나의 프로그래머블 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래머블 시스템에서 실행가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램에서 구현될 수 있다. 각각의 컴퓨터 프로그램은 높은 수준의 절차 또는 객체 지향 프로그래밍 언어, 또는 원한다면 어셈블리 또는 기계 언어로 구현될 수 있다. 그리고 임의의 경우에, 상기 언어는 컴파일되거나 해석된 언어일 수 있다. 적합한 프로세서들은 한 예로 범용 또는 특별 목적 마이크로프로세서들 모두를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 및/또는 랜덤 액세스 메모리로부터 데이터와 명령들을 수신할 것이다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터 파일들을 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 디바이스들을 포함할 것이다. 이러한 디바이스들은 내부 하드 디스크들과 탈착식 디스크들 같은 자기 디스크들과 광자기 디스크들(magneto-optical disks), 및 광 디스크들을 포함한다. 실체적으로 구현하는 컴퓨터 프로그램 명령들 및 데이터에 적합한 저장 디바이스들은 한 예로서 EPROM, EEPROM, 과 플래시 메모리 디바이스들 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들과 탈착식 디스크들 같은 자기 디스크들, 광자기 디스크들, 및 CD-ROM 디스크들을 포함하는 비 휘발성 메모리의 모든 형태를 포함한다. 상기 중 임의의 것은 ASIC(주문형 반도체(application-specific integrated circuits))들에 의해 보충되거나 통합될 수 있다.

전술한 설명은 첨부된 청구항들의 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 설명하기 위한 것이고 제한하기 위한 의도가 아닌 것이 이해되어야만 한다. 다른 실시 예들이 다음 청구항들의 범위 내에 있다.

상기 기술된 구성들은 단지 본 발명의 원리들의 응용을 설명하는 것이라고 더 이해되어야 한다. 수많은 변형들과 대안적 구성들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 고안될 수 있고, 첨부된 청구항들은 이러한 변형들과 구성들을 포함하도록 의도된다.

Claims

복수의 전송 코일들을 가지는 기지국에 의해, 상기 복수의 전송 코일들의 각각의 전송 코일과 적어도 하나의 수신 코일들 - 상기 적어도 하나의 수신 코일은 상기 기지국으로부터 원격으로 위치되고 상기 기지국에 의해 원격으로 전력 공급되는 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스와 관련됨 - 사이의 상호 자기 결합을 특징짓는 제1 복수의 상호 자기 파라미터들을 결정하는 단계;
상기 기지국에 의해, 상기 제1 복수의 상호 자기 파라미터들에 기반하여 복수의 제어 신호들을 결정하는 단계 - 상기 복수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 상기 복수의 전송 코일들의 대응하는 전송 코일과 관련됨-; 및
상기 제어 신호에 대응하는 상기 전송 코일에 결합된 구동 회로로 하여금 상기 제어 신호로부터 결정된 크기와 위상을 가지는 전류가 상기 전송 코일에 흐르게 하도록 하기 위해 상기 복수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 각각의 제어 신호를 사용하는 단계는 상기 제어신호에 대응하는 상기 전송 코일에 결합된 상기 구동 회로로 상기 제어 신호들을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 복수의 상호 자기 파라미터들을 결정하는 단계는 상기 복수의 전송 코일들의 전송 코일과 상기 적어도 하나의 수신 코일들의 수신 코일의 각각의 조합에 대해 상기 제1 복수의 상호 자기 파라미터들의 상호 자기 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제어 신호들을 결정하는 단계는 제2 복수의 상호 자기 파라미터들-상기 제2 복수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 복수의 전송 코일들의 전송 코일들의 상이한 쌍과 관련됨-에 더 기반하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 기지국에 의해 상기 제2 복수의 상호 자기 파라미터들을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 수신 코일은 복수의 수신 코일들을 포함하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 기지국에 의해 제3 복수의 상호 자기 파라미터들-상기 제3 복수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 복수의 수신 코일들의 수신 코일들의 상이한 쌍과 관련됨 - 을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 제어 신호들을 결정하는 단계는 상기 제3 복수의 상호 자기 파라미터들에 더 기반하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제어 신호들은 상기 기지국에서 전력 제약에 따라 상기 수신 코일들 중 적어도 하나로 최대 무선 에너지 전송을 달성하도록 결정되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스로부터 상기 기지국에서 전력 요구 사항의 표시를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 제어 신호들을 결정하는 단계는 상기 표시에 더 기반하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 복수의 제어 신호들은 상기 전력 요구사항이 상기 수신기에서 달성되도록 결정되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신기로부터 상기 수신기에서의 임피던스의 표시를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 제어 신호들을 결정하는 단계는 상기 적어도 하나의 수신 코일들에서의 상기 임피던스의 표시에 더 기반하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 제어 신호들은 전력 요구사항이 상기 수신기에서 달성되도록 결정되는 방법.
제1항에 있어서,
각각의 상호 자기 파라미터는 상호 인덕턴스를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 코일 전류 크기, 코일 전류 위상, 코일 전압 크기, 및 코일 전압 위상 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 상호 자기 파라미터들을 결정하는 단계 전에 상기 전자 디바이스로부터 상기 전자 디바이스가 충전을 위한 범위 내에 있고 충전될 필요가 있다는 표시를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 표시는 상기 적어도 하나의 전자 디바이스의 적어도 하나의 수신 코일의 부하의 값에 적어도 부분적으로 기반하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 결정하는 단계, 제공하는 단계, 및 사용하는 단계는 미리 정의된 시간 간격으로 반복되는 방법.
제17항에 있어서,
상기 미리 정의된 시간 간격은 십분의 이초와 일초 사이인 방법.
제1항에 있어서,
상기 결정하는 단계, 제공하는 단계, 및 사용하는 단계는 상기 기지국에 대하여 상기 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스의 수신 코일의 임의의 방향(orientation)에 대해 수행되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스는 모바일 폰, 카메라, 시계, 비접촉식 리더(contactless reader), 및 휴대용 컴퓨터 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스에 원격으로 전력 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스의 배터리를 충전하도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
복수의 전송 코일들;
복수의 구동 회로들 - 상기 복수의 구동 회로들의 각각의 구동 회로는 상기 복수의 전송 코일들의 대응하는 전송 코일에 결합됨 -; 및
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 모든 단계들을 수행하도록 구성된 제어부를 가지는 기지국을 포함하는 무선 에너지 전송 장치.
무선 에너지 전송 장치의 소프트웨어로 구현된 제어부가 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 모든 단계들을 수행하도록 하기 위한 명령들을 포함하는 비 일시적 기계 판독가능한 매체 상에 구현된 소프트웨어.
기지국을 포함하는 무선 에너지 전송 장치로서, 상기 기지국은
복수의 전송 코일들;
복수의 구동 회로들 - 상기 복수의 구동 회로들의 각각의 구동 회로는 상기 복수의 전송 코일들의 대응하는 전송 코일에 결합됨-; 및
제어부를 포함하되, 상기 제어부는
제1 복수의 상호 자기 파라미터들을 결정하도록 하고- 상기 제1 복수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 복수의 전송 코일들의 각각의 전송 코일과 적어도 하나의 수신 코일들 사이의 상호 자기 결합을 특징짓고, 적어도 하나의 수신기 코일은 상기 기지국으로부터 원격으로 위치되고 상기 기지국에 의해 원격으로 전력 공급되는 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스와 관련됨 -,
상기 제1 복수의 상호 자기 파라미터들에 기반한 복수의 제어 신호들 - 상기 복수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 상기 복수의 전송 코일들의 대응하는 전송 코일과 관련됨 - 을 결정하도록 하고,
상기 복수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호를 상기 제어 신호의 대응하는 전송 코일에 결합된 상기 구동 회로로 제공하도록 하고, 그리고
상기 제어 신호의 대응하는 상기 전송 코일에 결합된 구동 회로로 하여금 상기 제어 신호로부터 결정된 크기와 위상을 가지는 전류가 상기 전송 코일에 흐르게 하도록 하기 위해 상기 복수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호를 사용하도록 구성되는, 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제1 복수의 상호 자기 파라미터들을 결정하는 것은 상기 복수의 전송 코일들의 전송 코일과 상기 적어도 하나의 수신 코일들의 각각의 조합에 대해 상기 제1 복수의 상호 자기 파라미터들의 상호 자기 파라미터를 결정하는 것을 포함하는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어부는 제2 복수의 상호 자기 파라미터들 - 상기 제2 복수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 복수의 전송 코일들의 전송 코일들의 상이한 쌍과 관련됨 - 을 결정하도록 더 구성되고 상기 복수의 제어 신호들을 결정하는 것은 상기 제2 복수의 상호 자기 파라미터들에 더 기반하는 무선 에너지 전송 장치.
제26항에 있어서,
상기 적어도 하나의 수신 코일은 복수의 수신 코일들을 포함하는 무선 에너지 전송 장치.
제28항에 있어서,
상기 제어부는 제3 복수의 상호 자기 파라미터들을 - 상기 제3 복수의 상호 자기 파라미터들의 각각의 상호 자기 파라미터는 상기 복수의 수신 코일들의 수신 코일들의 상이한 쌍과 관련됨 - 결정하도록 더 구성되고, 상기 복수의 제어 신호들을 결정하는 것은 상기 제3 복수의 상호 자기 파라미터들에 더 기반하는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기지국에서 전력 제약에 따라 상기 수신 코일들 중 적어도 하나로 최대 무선 에너지 전송을 달성하기 위해 상기 복수의 제어 신호들을 결정하도록 더 구성되는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어부는 상기 전자 디바이스로부터 상기 기지국에서 전력 요구사항의 표시를 수신하도록 하고 상기 표시에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 복수의 제어 신호들을 결정하도록 더 구성되는 무선 에너지 전송 장치.
제31항에 있어서,
상기 제어부는 상기 전력 요구사항이 상기 수신기에서 달성되게 하기 위해 상기 복수의 제어 신호들을 결정하도록 더 구성되는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어부는 상기 수신기로부터 상기 수신기에서의 임피던스의 표시를 수신하고 상기 제어부는 상기 수신기에서의 상기 임피던스의 표시에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 복수의 제어신호들을 결정하는 무선 에너지 전송 장치.
제33항에 있어서,
상기 제어부는 전력 요구사항이 상기 수신기에서 달성되게 하기 위해 상기 복수의 제어 신호들을 결정하는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
각각의 상호 자기 파라미터는 상호 인덕턴스를 포함하는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 복수의 제어 신호들의 각각의 제어 신호는 코일 전류 크기, 코일 전류 위상, 코일 전압 크기, 및 코일 전압 위상 중 적어도 하나를 포함하는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어부는 상기 상호 자기 파라미터들을 결정하기 전에, 상기 전자 디바이스로부터 전기 또는 전자 디바이스가 충전을 위한 범위 내에 있고 충전될 필요가 있다는 표시를 수신하도록 더 구성되는 무선 에너지 전송 장치.
제37항에 있어서,
상기 표시는 상기 적어도 하나의 전기 또는 전자 디바이스의 적어도 하나의 수신 코일의 부하의 값에 적어도 부분적으로 기반하는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결정, 제공, 및 사용을 미리 정의된 시간 간격으로 반복하도록 구성되는 무선 에너지 전송 장치.
제39항에 있어서,
상기 미리 정의된 시간 간격은 십분의 이초와 일초 사이인 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어부는 상기 기지국에 대하여 상기 전자 디바이스의 임의의 방향에 대해 상기 결정, 제공, 및 사용을 수행하도록 구성되는 무선 에너지 전송 장치.
제25항에 있어서,
상기 전자 디바이스는 모바일 폰, 카메라, 시계, 센서, 비접촉식 리더, 또는 휴대용 컴퓨터인 무선 에너지 전송 장치.
제42항에 있어서,
상기 전자 디바이스는 배터리를 포함하고 상기 전자 디바이스는 상기 기지국으로부터 무선으로 전송된 전력을 사용하여 상기 배터리를 충전하도록 구성되는 무선 에너지 전송 장치.
제25항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전기 또는 전자 회로 - 상기 적어도 하나의 회로들은 상기 기지국으로부터 무선으로 전력 공급되도록 구성됨 - 와 관련된 상기 적어도 하나의 수신기 코일을 더 포함하는 무선 에너지 전송 장치.