KR20170100649A - 무선 전력 전송을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에서 설명한 실시 예는 3차원 에너지 포켓을 생성하기 위해 전력 전송 신호(예를 들어 무선 주파수(RF) 신호파)를 전송하는 전송기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기는 전자 디바이스에 접속되거나 그와 통합될 수 있으며, 에너지 포켓으로부터 전력을 수신할 수 있다. 전송기는 통신 매체(예를 들어, 블루투스 기술)를 이용하여 3차원 공간에 적어도 하나의 수신기를 배치할 수 있다. 전송기는 적어도 하나의 수신기의 각각의 둘레에 에너지 포켓을 생성하기 위해 파형을 생성한다. 전송기는 파형을 3차원으로 지향시키고, 집중시키고 제어하기 위해 알고리즘을 이용한다. 수신기는 전송 신호(RF 신호)를 전자 디바이스에 전력을 공급하기 위한 전기로 변환한다. 따라서, 무선 전력 전송을 위한 실시 예는 와이어없이 다수의 전기 디바이스에 전력을 공급하여 충전시킬 수 있게 된다.
Description
본 출원은 2012년 10월 31일자 출원된 "전력 전송을 위한 스케일러블 안테나 어셈블리들"이란 제목의 미국 가 특허출원번호 61/720,798호와, 2012년 7월 6일자 출원된 "전력 전송을 위한 수신기들"이란 제목의 미국 가 특허출원번호 61/668,799호 및 2012년 7월 31일자 출원된 "무선 전력 전송을 위한 전송기들"이란 제목의 미국 가 특허출원번호 61/677,706호의 우선권을 주장하면서, 2013년 5월 10일자 출원된 "포켓 형성을 위한 방법론"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제13/891,430호의 부분 계속 출원으로서, 그 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 수록된다.
본 출원은 2013년 7월 24일자 출원된 "멀티플 포켓 형성을 위한 방법론"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제13/925,469호의 부분 계속 출원으로서, 그 출원의 전체 내용을 본 명세서에서 참조로서 수록된다.
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본 출원은 2012년 10월 31일자 출원된 "전력 전송을 위한 스케일러블 안테나 어셈블리들"이란 제목의 미국 가 특허출원번호 61/720,798호와, 2012년 7월 6일자 출원된 "전력 전송을 위한 수신기들"이란 제목의 미국 가 특허출원번호 61/668,799호 및 2012년 7월 31일자 출원된 "무선 전력 전송을 위한 전송기들"이란 제목의 미국 가 특허출원번호 61/677,706호의 우선권을 주장하면서, 2013년 5월 10일자 출원된 "무선 전력 전송을 위한 전송기들"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제13/891,445호의 부분 계속 출원으로서, 그 출원의 전체 내용을 본 명세서에서 참조로서 수록된다.
본 출원은 2013년 7월 25일자 출원된 "선택적 범위를 가진 무선 전력 전송"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제13/926,020호의 부분 계속 출원으로서, 그 출원의 전체 내용을 본 명세서에서 참조로서 수록된다.
본 출원은 2014년 5월 23일자 출원된 "무선 전력 전송을 위한 개선된 전송기"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제14/286,243호의 부분 계속 출원으로서, 그 출원의 전체 내용을 본 명세서에서 참조로서 수록된다.
본 출원은 2014년 12월 27일자 출원된 "무선 전력 전송을 위한 수신기들"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제14/583,625호; 2014년 12월 27일자 출원된 "포켓 형성을 위한 방법론"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제14/583,630호; 2014년 12월 27일자 출원된 "무선 전력 전송을 위한 전송기들"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제14/583,634호; 2014년 12월 27일자 출원된 "멀티플 포켓 형성을 위한 방법론"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제14/583,640호; 2014년 12월 27일자 출원된 "선택적 범위를 가진 무선 전력 전송"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제14/583,641호; 2014년 12월 27일자 출원된 "3차원 포켓 형성을 위한 방법"이란 제목의 미국 본 특허출원번호 제14/583,643호와 관련되며, 그 모두는 그들 전체가 본 명세서에서 참조로서 수록된다.
본 개시는 일반적으로 무선 전력 전송에 관한 것이다.
스마트 폰(smart phone), 테이블렛(tablet), 노트북(notebook) 및 다른 전자 디바이스들과 같은 휴대형 전자 디바이스들은 우리가 다른 사람들과 통신하여 대화하는 방식에 있어서 일상적으로 필요하게 되었다. 이러한 디바이스들의 빈번한 이용은, 상당량의 전력을 필요로 하며, 이들 디바이스들에 부착된 배터리들을 쉽게 고갈시킬 수 있다. 그러므로, 사용자는 전원에 그 디바이스를 플러그 인(plug in)하여 그러한 디바이스를 재충전할 것을 빈번하게 요구받는다. 이에 따라, 하루에 적어도 한번 전자 장비가 충전되어야 하거나, 수요가 높은 전자 디바이스들에 있어서는 하루에 2회 이상 충전되어야 한다.
그러한 행위는 지루할 수 있으며 사용자에게 부담을 나타낸다. 예를 들어, 사용자의 전자 장비의 전력이 부족한 경우, 사용자는 충전기들을 휴대할 필요가 있다. 또한, 사용자는 접속을 위한 이용 가능한 전원을 발견해야 한다. 마지막으로, 사용자는 그/그녀의 전자 디바이스를 충전할 수 있도록 벽 또는 다른 전력 공급원에 플러그인 해야 한다. 그러나, 그러한 행위는 충전 동안에 전자 디바이스들이 작동할 수 없게 한다.
이 문제에 대한 현재의 해법은 재충전 가능 배터리를 가진 디바이스를 포함한다. 그러나 상술한 방식은, 사용자가 가외의 배터리를 지니고 다닐 것을 필요로 하며, 또한 가외의 배터리 세트가 충전되는 것을 보장해야 한다. 태양 전력 공급 배터리 충전기가 알려져 있지만, 태양 전지는 고가이고, 태양 전지의 큰 어레이는 임의의 상당한 용량의 배터리를 충전할 것을 요구한다. 다른 방식은, 전자기 신호를 사용하여, 전기적 배출기에 디바이스의 플러그를 물리적으로 접속시키지 않고도, 디바이스를 충전할 수 있게 한 매트(mat) 또는 패드(pad)를 수반한다. 이 경우, 디바이스는 여전히 충전을 위해 소정 시 기간 동안 특정 위치에 배치될 필요가 있다. 전자기(EM) 신호의 단일 소오스 전력 전송을 고려하면, EM 신호 전력은 거리r에 대해 1/r2에 비례하여 감소된다. 다시 말해, 거리의 제곱에 비례하여 감쇄된다. 따라서, EM 전송기로부터 상당한 거리에서의 수신 전력은 전송된 전력의 아주 작은 부분이다. 수신된 신호의 전력을 증가시키기 위해, 전송 전력이 부스트되어야 한다. 전송된 신호가 EM 전송기로부터 3센티미터에서 효율적인 수신을 가진다고 하면, 3미터의 유용한 거리에 걸쳐 동일 신호 전력을 수신하는 것은 10,000배 만큼 전송된 전력을 부스팅할 것을 수반한다. 에너지의 대부분이 전송되지만 의도된 디바이스에 의해 수신되지 못하고, 생체 조직에 해로울 수 있으며, 바로 가까이에 있는 대부분의 전자 디바이스와 간섭할 가능성이 높고, 열로 소산될 것이기 때문에, 그러한 전력 전송은 낭비적이다.
지향성 전력 전송과 같은 또 다른 방식에서는, 일반적으로, 전력 전송 효율을 강화하기 위해 올바른 방향으로 신호를 포인팅할 수 있도록 디바이스의 위치를 알 필요가 있다. 그러나, 디바이스의 위치가 탐색되는 경우에도, 수신 디바이스의 경로 또는 그 근처에 있는 객체들의 반사 및 간섭으로 인해 효율적인 전송이 보장되지 않는다. 또한, 많은 사용 경우에 있어서 그 디바이스는 정적이지 않아서, 추가적인 어려움이 있다.
본 명세서에서 설명한 실시 예들은 3차원 에너지 포켓을 생성하기 위해 전력 전송 신호(예를 들어, 무선 주파수(RF) 신호파)를 전송하는 전송기를 포함한다. 적어도 하나의 수신기가 전자 디바이스들에 접속되거나 집적화될 수 있고, 에너지 포켓으로부터 전력을 수신할 수 있다. 전송기는 통신 매체를 이용하여(예를 들어, 블루투스 기술) 3차원 공간에서의 적어도 하나의 수신기의 위치를 결정할 수 있다. 전송기는 적어도 하나의 수신기들의 각각의 둘레에 에너지 포켓을 생성하도록 파형을 발생한다. 전송기는 파형을 3차원으로 지향시키고, 집중시키고 제어하기 위한 알고리즘을 이용한다. 수신기는 전송 신호(예를 들어, RF 신호)를, 전자 디바이스에 전력 공급을 위한 및/또는 배터리를 충전시키기 위한 전기로 변환할 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송을 위한 실시 예는 와이어(wire)없이 다수의 전기 디바이스들에게 전력을 공급하여 충전시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 무선 전력을 전송하는 방법은, 전송기가, 제 1 수신기에 결합된 제 1 전자 디바이스로부터, 제 1 전자 디바이스와 연관된 위치를 구비하는 제 1 통신 신호를 수신하고; 전송기가, 제 1 전자 디바이스에 다수의 안테나들을 할당하고; 전송기가 다수의 안테나들 중의 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치로 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고; 전송기가 제 1 수신기로부터 제 1 전력 전송 신호에 기반한 전압 레벨 데이터를 수신하고; 전송기가 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치로 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고; 전송기가 수신기로부터 제 2 전력 전송 신호에 기반한 전압 레벨 데이터를 수신하고; 전송기가, 제 2 수신기에 결합된 제 2 전자 디바이스로부터, 제 2 전자 디바이스와 연관된 제 2 위치를 구비하는 제 2 통신 신호를 수신하고; 전송기가 다수의 안테나들을 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분할하고; 전송기가 다수의 안테나들중의 제 1 그룹을 제 1 전자 디바이스에 할당하고, 다수의 안테나들중의 제 2 그룹을 제 2 전자 디바이스에 할당하는 것을 구비할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 전송기는, 제 1 수신기와 결합된 제 1 전자 디바이스로부터, 제 1 전자 디바이스와 연관된 위치를 구비하는 제 1 통신 신호를 수신하고; 제 1 전자 디바이스에 다수의 안테나들을 할당하고; 다수의 안테나들중의 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치로 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고; 제 1 수신기로부터, 제 1 전력 전송 신호에 기반한 전압 레벨 데이터를 수신하고; 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치로 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고; 수신기로부터 제 2 전력 전송 신호에 기반한 전압 레벨 데이터를 수신하고; 제 2 수신기에 결합된 제 2 전자 디바이스로부터, 제 2 전자 디바이스와 연관된 위치를 구비하는 제 2 통신 신호를 수신하고; 다수의 안테나들을 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분할하고; 다수의 안테나들중의 제 1 그룹을 제 1 전자 디바이스에 할당하고 다수의 안테나들중의 제 2 그룹을 제 2 전자 디바이스에 할당하는 것을 구비한다.
실시 예의 추가적인 특징들 및 장점들은 이하의 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로 그 설명으로부터 명확해질 것이다. 본 발명의 목적 및 다른 장점들은 첨부된 도면과 함께 상세한 설명에서의 예시적인 실시 예들 및 그의 특허청구범위에에 특정하게 지적된 구조에 의해 실현되고 이루질 것이다.
상술한 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 예시적인 것으로 청구된 본 발명의 추가적인 설명을 제공하기 위한 것임을 알아야 한다.
축적이 아닌 개략적으로 도시된 첨부 도면을 참조한 예시에 의해 본 개시의 비 제한적 실시 예들이 설명된다. 배경 기술을 나타낸 것으로 표시된 것이 아니라면 그 도면은 본 개시의 측면들을 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른, 시스템 개요를 나타낸 도면이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송의 단계들을 나타낸 도면이다.
도 3은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송을 위한 아키텍처를 나타낸 도면이다.
도 4는 예시적인 실시 예에 따른, 포켓 형성 절차를 이용하는 무선 전력 전송 시스템의 구성 요소들을 나타낸 도면이다.
도 5는 예시적인 실시 예에 따른, 다수의 수신기 디바이스들에 전력 공급하는 단계들을 나타낸 도면이다.
도 6a는 단일 파형으로 통합될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 위한 파형들을 도시한 도면이다.
도 6b는 단일 파형으로 통합될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 위한 파형들을 도시한 도면이다.
도 7은 전송기로부터의 여러 반경들을 따라 다수의 에너지 포켓들이 생성될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 나타낸 도면이다.
도 8은 전송기로부터의 여러 반경들을 따라 다수의 에너지 포켓들이 생성될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b는, 예시적인 실시 예에 따른, 클라이언트 계산 플랫폼(client computing platform)을 무선으로 충전하는 아키텍처의 도면이다.
도 10a는 예시적인 실시 예에 따른, 멀티플 포켓 형성(multiple pocket-forming)을 이용한 무선 전력 전송을 나타낸 도면이다.
도 10b는 예시적인 실시 예에 따른 멀티플 적응적 포켓 형성을 나타낸 도면이다.
도 11은 예시적인 실시 예에 따른, 고객 디바이스를 무선으로 충전하는 시스템 아키텍처의 도면이다.
도 12는 예시적인 실시 예에 따른, 안테나 소자를 이용하여 수신기 위치를 판정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 13a는 예시적인 실시 예에 따른, 어레이 서브셋 구성(array subset configuration)을 나타낸 도면이다.
도 13b는 예시적인 실시 예에 따른, 어레이 서브셋 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 예시적인 실시 예에 따른, 평탄 전송기(flat transmitter)를 나타낸 도면이다.
도 15a는 예시적인 실시 예에 따른, 전송기를 나타낸 도면이다.
도 15b는 예시적인 실시 예에 따른, 박스 전송기(box transmitter)를 나타낸 도면이다.
도 16은 예시적인 실시 예에 따른, 전송기를 다른 디바이스들에 합체시키는 아키텍처의 도면이다.
도 17은 예시적인 실시 예에 따른, 전송기 구성을 나타낸 도면이다.
도 18a는 예시적인 실시 예에 따른, 안테나 소자와 병렬로 연결된 다수의 정류기들을 나타낸 도면이다.
도 18b는 예시적인 실시 예에 따른, 정류기에 병렬로 연결된 다수의 안테나 소자들을 나타낸 도면이다.
도 19a는 예시적인 실시 예에 따른, 다수의 안테나 소자들의 출력이 조합되어 병렬 정류기들에 연결된 것을 나타낸 도면이다.
도 20a는 예시적인 실시 예에 따른, 내장형 수신기를 가진 디바이스를 나타낸 도면이다.
도 20b는 예시적인 실시 예에 따른, 내장형 수신기를 가진 배터리를 나타낸 도면이다.
도 20c는 예시적인 실시 예에 따른, 디바이스에 부착될 수 있는 외부 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 21a는 예시적인 실시 예에 따른, 케이스(case) 형태의 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 21b는 예시적인 실시 예에 따른 인쇄 필름 또는 가요성 인쇄 회로 보드 형태의 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 22는 예시적인 실시 예에 따른 내부 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 23은 예시적인 실시 예에 따른, 하나 이상의 전력 배출구에 휴대형 무선 전송기를 접속시킬 수 있는 전력 플러그(power plug)를 가진 휴대형 전송기를 나타낸 도면이다.
도 24는 예시적인 실시 예에 따라, 다수의 전력 플러그들이 다양한 전원 및/또는 전기 어댑터들에 휴대형 무선 전송기를 접속시키는 전송기를 도시한 도면이다.
도 25는, 예시적인 실시 예에 따라, 전송기가 활성화시에 적어도 하나의 에너지 포켓을 생성하는 버튼(button)을 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 26은 실시 예에 따른, 무선 전력 전송에 이용될 수 있는 개선된 무선 전력 전송기의 블럭도이다.
도 27은 실시 예에 따른, 전용 수신 RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)에 결합될 수 잇는 안테나 소자들의 전송기 배열을 도시한 도면이다.
도 28은 실시 예에 따른, 개선된 무선 전력 전송기에 있어서의 전용 수신 RFIC의 블럭도이다.
도 29는 예시적인 실시 예에 따른, 3개의 전송기들을 포함하는 무선 전력 시스템에 대한 구성 요소 레벨 실시 예를 도시한 도면이다.
도 30은 예시적인 실시 예에 따른, 2개의 서로 다른 룸들에서 2개의 전송기들을 포함하는 무선 전력 시스템을 도시한 도면이다.
도 31은 예시적인 실시 예에 따른, 2개의 서로 다른 룸들에서 광 소켓에 플러그 연결된 2개의 전송기들을 포함하는 무선 전력 시스템을 도시한 도면이다.
도 32는 예시적인 실시 예에 따른, 스마트폰 케이스내에 내장되고 수신기로서 이용되는 내부 하드웨어를 도시한 도면이다.
도 33은 예시적인 실시 예에 따른, 하나 이상의 전자 디바이스에 무선으로 전력을 공급하거나 그를 충전하는데 이용될 수 있는 수신기의 블럭도이다.
도 34는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송동안 수신기에 구현될 수 있는 전력 변환 프로세스를 도시한 도면이다.
도 35는 예시적인 실시 예에 따른, 시스템 아키텍처 도면이다.
도 36은 예시적인 실시 예에 따른, 전송기 및 무선 수신기들을 포함하는 무선 전력 네트워크의 예시적인 실시 예를 도시한 도면이다.
도 37은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템 네트워크를 도시한 도면이다.
도 38은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템 아키텍처를 도시한 도면이다.
도 39는 예시적인 실시 예에 따라, 구현의 하나 이상의 실시 예들이 동작할 수 있는 예시적인 계산 디바이스를 도시한 도면이다.
도 40은 예시적인 실시 예에 따른, 적응적 3D 포켓 형성 기술을 이용하여 무선 에너지를 전송하는 무선 에너지 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 41은 예시적인 실시 예에 따른, 페어링 프로세스(pairing process)의 흐름도이다.
도 42는 예시적인 실시 예에 따른, 비-페어링 프로세스(un-pairing process)의 흐름도이다.
도 43은 예시적인 실시 예에 따른, 추적 및 위치 결정 흐름도이다.
도 44a는 예시적인 실시 예에 따른, 셀 전화기가 낮은 효율로 충전 및/또는 전력을 수신하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 44b는 예시적인 실시 예에 따른, 셀 전화기가 낮은 효율로 충전 및/또는 전력을 수신하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 45는 예시적인 실시 예에 따른, 충전 요청 프로세스의 흐름도이다.
도 46은, 실시 예에 따른, 무선 전력 전송을 요청하는 디바이스들을 인증하기 위해 전송기로부터의 마이크로제어기에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴을 도시한 도면이다.
도 47은 실시 예에 따른, 루틴에 있어서 이전에 인증된 디바이스로 전력을 전달하기 위하여 전송기로부터의 마이크로제어기에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴을 도시한 도면이다.
도 48은 예시적인 실시 예에 따른, 다른 수신 디바이스들로 전력을 추가로 재 지향시킬 수 있는 휴대형 매트(portable mat)상에 적어도 하나의 에너지 포켓을 생성하는 전송기를 도시한 도면이다.
도 49a는 예시적인 실시 예에 따른, 적어도 하나의 수신 디바이스들을 통해 에너지 포켓을 생성하기 위한 원하는 위치들을 수립하는 작용을 할 수 있는 트레이서(tracer)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 49b는 예시적인 실시 예에 따른, 적어도 하나의 수신 디바이스들을 통해 에너지 포켓을 생성하기 위한 원하는 위치들을 수립하는 작용을 하는 트레이서를 포함하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 50은 예시적인 실시 예에 따른, 다수의 수신 디바이스들을 통해 에너지 포켓을 생성하기 위한 원하는 위치를 수립하는 작용을 할 수 있는 트레이서를 포함하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 51은 예시적인 실시 예에 따른, 2개 이상의 고객 디바이스에 동시에 전력을 공급하는 안테나 어레이들의 서브셋을 자동으로 할당하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 52는 예시적인 실시 예에 따른, 하나 이상의 고객 디바이스를 충전하도록 시스템에 명령하기 위해 시스템 관리 GUI에 의해 개시될 수 있는, 무선 전력 관리 소프트웨어에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴의 흐름도이다.
도 53은 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 있어서 TDM(Time Division Multiplexing) 방법을 이용하여 다수의 고객 디바이스에 전력을 공급하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 54는 예시적인 실시 예에 따라, 무선 전력 전송기에서 수신기로의 전력 전송이 보다 균형을 이루도록 무선 전력 전송기에 할당된 안테나들의 개수를 조정하는 프로세스의 흐름도이다.
도 55a는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송에 이용될 수 있는 전송기의 블럭도이다.
도 55b는 예시적인 실시 예에 따른, 전송기에 이용될 수 있는 평탄 패널 안테나 어레이의 예시적인 도면이다.
도 56a는 예시적인 실시 예에 따라, 모든 안테나 소자들이 5.8GHz로 동작하는 단일 어레이를 도시한 도면이다.
도 56b는 예시적인 실시 예에 따라, 안테나 소자들의 상위 절반은 5.8GHz로 동작하고 안테나 소자들의 하위 절반은 2.4GHz로 동작하는 페어 어레이를 도시한 도면이다.
도 56c는 예시적인 실시 예에 따라, 무선 전력 전송 동안 전력 손실을 피하기 위해 각 안테나 소자가 가상적으로 분할될 수 있는 쿼드 어레이를 도시한 도면이다.
도 57은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송에 TDM을 채용하는, 시간에 걸쳐서의 통신 채널의 예시적인 분포를 도시한 도면이다.
도 58은 일부 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기들과 무선 전력 전송기들간의 예시적인 잠재적 상호 작용을 도시한 도면이다.
도 59는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템 아키텍처의 일부일 수 있는 무선 전력 전송기들과 무선 전력 수신기들의 예시적인 잠재적 상호 작용을 도시한 도면이다.
도 60은 예시적인 실시 예에 따른, 디바이스에 무선 전력을 전송하는 예시적인 방법을 전반적으로 나타내는 흐름도이다.
도 61은 예시적인 실시 예에 따른, 디바이스에 전송된 무선 전력을 모니터링하는 예시적인 방법을 전반적으로 나타내는 흐름도이다.
도 62는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 있어서 배터리 성능을 모니터링하는 방법의 흐름도이다.
도 63은 예시적인 실시 예에 따른, 배터리 성능을 모니터링하는 방법의 시퀀스도이다.
도 64는 예시적인 실시 예에 따른, 보건 안전의 금지된 환경에 기초하여, 고객 디바이스가 무선 전력 전송 시스템으로부터의 전력 수신을 금지하는 방법의 흐름도이다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른, 시스템 개요를 나타낸 도면이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송의 단계들을 나타낸 도면이다.
도 3은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송을 위한 아키텍처를 나타낸 도면이다.
도 4는 예시적인 실시 예에 따른, 포켓 형성 절차를 이용하는 무선 전력 전송 시스템의 구성 요소들을 나타낸 도면이다.
도 5는 예시적인 실시 예에 따른, 다수의 수신기 디바이스들에 전력 공급하는 단계들을 나타낸 도면이다.
도 6a는 단일 파형으로 통합될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 위한 파형들을 도시한 도면이다.
도 6b는 단일 파형으로 통합될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 위한 파형들을 도시한 도면이다.
도 7은 전송기로부터의 여러 반경들을 따라 다수의 에너지 포켓들이 생성될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 나타낸 도면이다.
도 8은 전송기로부터의 여러 반경들을 따라 다수의 에너지 포켓들이 생성될 수 있는, 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송을 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b는, 예시적인 실시 예에 따른, 클라이언트 계산 플랫폼(client computing platform)을 무선으로 충전하는 아키텍처의 도면이다.
도 10a는 예시적인 실시 예에 따른, 멀티플 포켓 형성(multiple pocket-forming)을 이용한 무선 전력 전송을 나타낸 도면이다.
도 10b는 예시적인 실시 예에 따른 멀티플 적응적 포켓 형성을 나타낸 도면이다.
도 11은 예시적인 실시 예에 따른, 고객 디바이스를 무선으로 충전하는 시스템 아키텍처의 도면이다.
도 12는 예시적인 실시 예에 따른, 안테나 소자를 이용하여 수신기 위치를 판정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 13a는 예시적인 실시 예에 따른, 어레이 서브셋 구성(array subset configuration)을 나타낸 도면이다.
도 13b는 예시적인 실시 예에 따른, 어레이 서브셋 구성을 나타낸 도면이다.
도 14는 예시적인 실시 예에 따른, 평탄 전송기(flat transmitter)를 나타낸 도면이다.
도 15a는 예시적인 실시 예에 따른, 전송기를 나타낸 도면이다.
도 15b는 예시적인 실시 예에 따른, 박스 전송기(box transmitter)를 나타낸 도면이다.
도 16은 예시적인 실시 예에 따른, 전송기를 다른 디바이스들에 합체시키는 아키텍처의 도면이다.
도 17은 예시적인 실시 예에 따른, 전송기 구성을 나타낸 도면이다.
도 18a는 예시적인 실시 예에 따른, 안테나 소자와 병렬로 연결된 다수의 정류기들을 나타낸 도면이다.
도 18b는 예시적인 실시 예에 따른, 정류기에 병렬로 연결된 다수의 안테나 소자들을 나타낸 도면이다.
도 19a는 예시적인 실시 예에 따른, 다수의 안테나 소자들의 출력이 조합되어 병렬 정류기들에 연결된 것을 나타낸 도면이다.
도 20a는 예시적인 실시 예에 따른, 내장형 수신기를 가진 디바이스를 나타낸 도면이다.
도 20b는 예시적인 실시 예에 따른, 내장형 수신기를 가진 배터리를 나타낸 도면이다.
도 20c는 예시적인 실시 예에 따른, 디바이스에 부착될 수 있는 외부 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 21a는 예시적인 실시 예에 따른, 케이스(case) 형태의 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 21b는 예시적인 실시 예에 따른 인쇄 필름 또는 가요성 인쇄 회로 보드 형태의 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 22는 예시적인 실시 예에 따른 내부 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 23은 예시적인 실시 예에 따른, 하나 이상의 전력 배출구에 휴대형 무선 전송기를 접속시킬 수 있는 전력 플러그(power plug)를 가진 휴대형 전송기를 나타낸 도면이다.
도 24는 예시적인 실시 예에 따라, 다수의 전력 플러그들이 다양한 전원 및/또는 전기 어댑터들에 휴대형 무선 전송기를 접속시키는 전송기를 도시한 도면이다.
도 25는, 예시적인 실시 예에 따라, 전송기가 활성화시에 적어도 하나의 에너지 포켓을 생성하는 버튼(button)을 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 26은 실시 예에 따른, 무선 전력 전송에 이용될 수 있는 개선된 무선 전력 전송기의 블럭도이다.
도 27은 실시 예에 따른, 전용 수신 RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)에 결합될 수 잇는 안테나 소자들의 전송기 배열을 도시한 도면이다.
도 28은 실시 예에 따른, 개선된 무선 전력 전송기에 있어서의 전용 수신 RFIC의 블럭도이다.
도 29는 예시적인 실시 예에 따른, 3개의 전송기들을 포함하는 무선 전력 시스템에 대한 구성 요소 레벨 실시 예를 도시한 도면이다.
도 30은 예시적인 실시 예에 따른, 2개의 서로 다른 룸들에서 2개의 전송기들을 포함하는 무선 전력 시스템을 도시한 도면이다.
도 31은 예시적인 실시 예에 따른, 2개의 서로 다른 룸들에서 광 소켓에 플러그 연결된 2개의 전송기들을 포함하는 무선 전력 시스템을 도시한 도면이다.
도 32는 예시적인 실시 예에 따른, 스마트폰 케이스내에 내장되고 수신기로서 이용되는 내부 하드웨어를 도시한 도면이다.
도 33은 예시적인 실시 예에 따른, 하나 이상의 전자 디바이스에 무선으로 전력을 공급하거나 그를 충전하는데 이용될 수 있는 수신기의 블럭도이다.
도 34는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송동안 수신기에 구현될 수 있는 전력 변환 프로세스를 도시한 도면이다.
도 35는 예시적인 실시 예에 따른, 시스템 아키텍처 도면이다.
도 36은 예시적인 실시 예에 따른, 전송기 및 무선 수신기들을 포함하는 무선 전력 네트워크의 예시적인 실시 예를 도시한 도면이다.
도 37은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템 네트워크를 도시한 도면이다.
도 38은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템 아키텍처를 도시한 도면이다.
도 39는 예시적인 실시 예에 따라, 구현의 하나 이상의 실시 예들이 동작할 수 있는 예시적인 계산 디바이스를 도시한 도면이다.
도 40은 예시적인 실시 예에 따른, 적응적 3D 포켓 형성 기술을 이용하여 무선 에너지를 전송하는 무선 에너지 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 41은 예시적인 실시 예에 따른, 페어링 프로세스(pairing process)의 흐름도이다.
도 42는 예시적인 실시 예에 따른, 비-페어링 프로세스(un-pairing process)의 흐름도이다.
도 43은 예시적인 실시 예에 따른, 추적 및 위치 결정 흐름도이다.
도 44a는 예시적인 실시 예에 따른, 셀 전화기가 낮은 효율로 충전 및/또는 전력을 수신하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 44b는 예시적인 실시 예에 따른, 셀 전화기가 낮은 효율로 충전 및/또는 전력을 수신하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 45는 예시적인 실시 예에 따른, 충전 요청 프로세스의 흐름도이다.
도 46은, 실시 예에 따른, 무선 전력 전송을 요청하는 디바이스들을 인증하기 위해 전송기로부터의 마이크로제어기에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴을 도시한 도면이다.
도 47은 실시 예에 따른, 루틴에 있어서 이전에 인증된 디바이스로 전력을 전달하기 위하여 전송기로부터의 마이크로제어기에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴을 도시한 도면이다.
도 48은 예시적인 실시 예에 따른, 다른 수신 디바이스들로 전력을 추가로 재 지향시킬 수 있는 휴대형 매트(portable mat)상에 적어도 하나의 에너지 포켓을 생성하는 전송기를 도시한 도면이다.
도 49a는 예시적인 실시 예에 따른, 적어도 하나의 수신 디바이스들을 통해 에너지 포켓을 생성하기 위한 원하는 위치들을 수립하는 작용을 할 수 있는 트레이서(tracer)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 도시한 도면이다.
도 49b는 예시적인 실시 예에 따른, 적어도 하나의 수신 디바이스들을 통해 에너지 포켓을 생성하기 위한 원하는 위치들을 수립하는 작용을 하는 트레이서를 포함하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 50은 예시적인 실시 예에 따른, 다수의 수신 디바이스들을 통해 에너지 포켓을 생성하기 위한 원하는 위치를 수립하는 작용을 할 수 있는 트레이서를 포함하는 무선 전력 전송을 도시한 도면이다.
도 51은 예시적인 실시 예에 따른, 2개 이상의 고객 디바이스에 동시에 전력을 공급하는 안테나 어레이들의 서브셋을 자동으로 할당하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 52는 예시적인 실시 예에 따른, 하나 이상의 고객 디바이스를 충전하도록 시스템에 명령하기 위해 시스템 관리 GUI에 의해 개시될 수 있는, 무선 전력 관리 소프트웨어에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴의 흐름도이다.
도 53은 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 있어서 TDM(Time Division Multiplexing) 방법을 이용하여 다수의 고객 디바이스에 전력을 공급하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 54는 예시적인 실시 예에 따라, 무선 전력 전송기에서 수신기로의 전력 전송이 보다 균형을 이루도록 무선 전력 전송기에 할당된 안테나들의 개수를 조정하는 프로세스의 흐름도이다.
도 55a는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송에 이용될 수 있는 전송기의 블럭도이다.
도 55b는 예시적인 실시 예에 따른, 전송기에 이용될 수 있는 평탄 패널 안테나 어레이의 예시적인 도면이다.
도 56a는 예시적인 실시 예에 따라, 모든 안테나 소자들이 5.8GHz로 동작하는 단일 어레이를 도시한 도면이다.
도 56b는 예시적인 실시 예에 따라, 안테나 소자들의 상위 절반은 5.8GHz로 동작하고 안테나 소자들의 하위 절반은 2.4GHz로 동작하는 페어 어레이를 도시한 도면이다.
도 56c는 예시적인 실시 예에 따라, 무선 전력 전송 동안 전력 손실을 피하기 위해 각 안테나 소자가 가상적으로 분할될 수 있는 쿼드 어레이를 도시한 도면이다.
도 57은 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송에 TDM을 채용하는, 시간에 걸쳐서의 통신 채널의 예시적인 분포를 도시한 도면이다.
도 58은 일부 실시 예에 따른, 무선 전력 수신기들과 무선 전력 전송기들간의 예시적인 잠재적 상호 작용을 도시한 도면이다.
도 59는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템 아키텍처의 일부일 수 있는 무선 전력 전송기들과 무선 전력 수신기들의 예시적인 잠재적 상호 작용을 도시한 도면이다.
도 60은 예시적인 실시 예에 따른, 디바이스에 무선 전력을 전송하는 예시적인 방법을 전반적으로 나타내는 흐름도이다.
도 61은 예시적인 실시 예에 따른, 디바이스에 전송된 무선 전력을 모니터링하는 예시적인 방법을 전반적으로 나타내는 흐름도이다.
도 62는 예시적인 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 있어서 배터리 성능을 모니터링하는 방법의 흐름도이다.
도 63은 예시적인 실시 예에 따른, 배터리 성능을 모니터링하는 방법의 시퀀스도이다.
도 64는 예시적인 실시 예에 따른, 보건 안전의 금지된 환경에 기초하여, 고객 디바이스가 무선 전력 전송 시스템으로부터의 전력 수신을 금지하는 방법의 흐름도이다.
본 개시는 본 명세서의 일부를 형성하는 도면에 도시된 실시 예들을 참조하여 상세하게 설명된다. 본 개시의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고서 다른 실시 예들이 이용되거나/되고 다른 변경이 이루어질 수 있다. 상세한 설명에 설명된 예시적인 실시 예들이 본 명세서에서 안출된 주제를 제한하기 위한 것임을 의미하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 설명한 실시 예들은, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서, 추가적인 실시 예들을 형성하도록 조합될 수 있다.
이제 도면에 도시된 예시적인 실시 예들을 참조하고, 그들을 설명하기 위해 본 명세서에서 특정 언어가 이용될 것이다. 그럼에도, 그것에 의해 본 발명의 범주가 제한되는 것은 아님을 알 것이다. 본 개시의 당업자에게 발생할 수 있고 본 개시의 소유권을 가진 자에게 발생할 수 있는, 본 명세서에서 설명된 발명적 특징의 대안 및 추가적인 수정과, 본 명세서에서 설명된 본 발명의 원리의 추가적인 애플리케이션은 본 발명의 범주내인 것으로 간주되어야 한다.
Ⅰ. 무선 전력 전송을 위한 시스템들 및 방법들
A. 시스템의 구성 요소 실시 예
도 1에는 에너지 포켓(104)을 형성함에 의해 무선 전력 전송을 하는 시스템(100)이 도시된다. 시스템(100)은 전송기(101), 수신기(103), 고객 디바이스(105) 및 포켓 검출기(107)를 구비할 수 있다. 전송기(101)는 수신기(103)에 의해 포획될 수 있는, 전력 전송파(power transmission wave)를 구비한 전력 전송 신호를 전송할 수 있다. 수신기(103)는 안테나들, 안테나 소자들 및 다른 회로(추후에 상세하게 설명할 것임)를 구비할 수 있으며, 수신기(103)와 연관된 고객 디바이스(105)를 대신하여 포획된 파(wave)를 이용 가능한 전기 에너지의 소오스(source)로 변환할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기(101)는 전력 전송파들의 위상, 이득 및/또는 다른 파형 특성들을 처리하고/하거나 다른 전송 안테나들을 선택함에 의해, 하나 이상의 궤적들에 전력 전송파로 이루어진 전력 전송 신호들을 전송할 수 있다. 그러한 실시 예들에 있어서, 전송기(101)는, 기본 전력 전송파가 공간내의 위치에 수렴하여, 특정 형태의 간섭으로 되도록, 전력 전송 신호들의 궤적들을 처리할 수 있다. 전력 전송파의 수렴으로 발생한 한가지 유형의 간섭인 "보강 간섭(constructive interference)"은 전력 전송파들의 수렴에 의해 유발되는 에너지 필드(a field of energy)로서, 전력 전송파들이 함께 합쳐져서 그 위치에 집중된 에너지를 강화시키며, 이와 대조적으로, "상쇄 간섭(destructive interference)"은, 전력 전송파들이 서로 차감하고 그 위치에 집중된 에너지를 줄이는 방식으로 전력 전송파들이 함께 합쳐진다. 보강 간섭에서의 충분한 에너지의 누적은 에너지 필드 또는 "에너지 포켓(104)"을 수립하며, 수신기(103)의 안테나들이 전력 전송 신호들의 주파수에 대해 동작하도록 구성될 경우, 그 에너지 포켓은 수신기(103)의 안테나들에 의해 수확될 수 있다. 따라서, 전력 전송파들은, 수신기(103)가 전력 전송파를 수신하고 수확하여, 연관된 전기 고객 디바이스들(105)에게 전력 공급하거나 그 디바이스들(105)을 충전시킬 수 있는 이용 가능 전기 에너지로 변환할 수 있는 공간 위치(location in space)에, 에너지 포켓들(104)을 수립한다. 검출기(107)는 전력 전송 신호의 수신에 응답하여 통지 또는 경보를 생성할 수 있는 수신기(103)를 구비한 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 사용자의 고객 디바이스(105)를 충전시키기 위한 수신기(103)의 최적 배치를 탐색하는 사용자는, LED 광(108)을 구비한 검출기(107)를 이용할 수 있으며, LED 광(108)은 검출기(107)가 단일 빔(single beam) 또는 에너지 포켓(104)으로부터 전력 전송 신호를 포획할 때 밝아질 수 있다.
1. 전송기들
전송기(101)는 디바이스(105)와 연관된 수신기(103)에 전력 전송 신호들을 전송하거나 방송할 수 있다. 이하에 설명된 여러 실시 예들이 전력 전송 신호를 무선 주파수 파(Radio Frequency waves: RF waves)로서 설명하지만, 전력 전송 신호들은, 공간을 통해 전파될 수 있고, 전기 에너지의 소오스(103)로 변환될 수 있는 물리적 매체일 수 있음을 알아야 한다. 전송기(101)는 수신기(103)로 지향되는 단일 빔으로서 전력 전송 신호들을 전송할 수 있다. 일부 경우에, 하나 이상의 전송기들(101)은 다수의 방향으로 전파되고 물리적 장애물(예를 들어, 벽)에서 편향될 수 있는 다수의 전력 전송 신호들을 전송할 수 있다. 다수의 전력 전송 신호들은 3차원 공간내의 위치에서 수렴하여 에너지 포켓(104)을 형성한다. 에너지 포켓(104)의 경계들내의 수신기(103)는 전력 전송 신호들을 포획하여 이용 가능한 에너지 소오스로 변환할 수 있다. 전송기(101)는 전력 전송 신호들의 위상 및/또는 상대적 진폭 조정에 기반하여 포켓 형성을 제어함으로써 보강 간섭 패턴을 형성할 수 있다.
예시적인 실시 예들이 RF파 전송 기술의 이용을 설명하고 있지만, 무선 충전 기술이 RF파 전송 기술에 국한되는 것은 아니다. 오히려, 가능한 무선 충전 기술들은 전송된 에너지를 전력으로 변환하는 수신기에 에너지를 전송하는 임의 개수의 대안적인 또는 추가적인 기술들을 포함함을 알아야 한다. 수신 디바이스에 의해 전력으로 변환될 수 있는 에너지에 대한 비 제한적이고 예시적인 전송 기술들은 초음파, 마이크로파, 공진 및 유도성 자계, 레이저 광, 적외선 또는 다른 형태의 전자기 에너지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 초음파의 경우, 하나 이상의 변환기(transducer) 소자들은 초음파를 수신하여 전력으로 변환하는 수신 디바이스를 향해 초음파를 전송하는 변환기 어레이를 형성하도록 배치될 수 있다. 공진 또는 유도성 자계의 경우, 그 자계는 전송기 코일에서 생성되어 수신기 코일에 의해 전력으로 변환된다. 또한, 본 문단에서 설명한 전력의 RF 전송 및 다른 전력 전송 방법에 대해, 예시적인 전송기(101)가 잠재적으로 다수의 전송기들(전송 어레이)을 구비하는 단일 유닛으로서 도시되었지만, 그 전송 어레이들은 소형의 규칙적 구조(compact regular structure)보다는 룸(room)에 물리적으로 산포된 다수의 전송기들을 구비할 수 있다.
전송기는, 안테나들이 전력 전송 신호들을 송신하는데 이용되는 안테나 어레이를 포함한다. 각 안테나들은 전력 전송파들을 송신하며, 전송기는 다른 안테나들로부터 전송되는 신호에 다른 위상 및 진폭을 적용한다. 에너지 포켓의 형성과 유사하게, 전송기는 전송될 신호의 위상 어레이(phased array) 또는 지연 버전(delayed version)을 형성할 수 있으며, 그 다음 신호의 지연 버전에 다른 진폭을 적용하여, 적당한 안테나로부터 그 신호들을 송신한다. RF 신호, 초음파, 마이크로파 등과 같은 사인파(sinusoidal waveform)의 경우, 신호를 지연시키는 것은 그 신호에 위상 시프트를 적용하는 것과 유사하다.
2. 에너지 포켓
에너지 포켓(104)은 전송기(101)에 의해 전송된 전력 전송 신호들의 보강 간섭 패턴의 위치에 형성될 수 있다. 에너지 포켓(104)은, 에너지 포켓(104)내에 위치한 수신기(103)에 의해 에너지가 수확될 수 있는 3차원 필드(field)로서 나타날 수 있다. 포켓 형성동안 전송기(101)에 의해 생성된 에너지 포켓(104)은 수신기(103)에 의해 수확되어 전하(electrical charge)로 변환되고, (예를 들어, 랩탑 컴퓨터, 스마트 폰, 재충전 가능 배터리와 같은) 수신기(103)와 연관된 전자 고객 디바이스(105)에 제공된다. 일부 실시 예들에 있어서, 다양한 고객 디바이스들(105)에 전력을 공급하는 다수의 전송기들(101) 및/또는 다수의 수신기들(103)이 있을 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 적응적 포켓 형성은 전력 레벨을 조절하고/하거나 디바이스(105)의 이동을 식별하기 위해 전력 전송 신호의 전송을 조정할 수 있다.
3. 수신기들
수신기(103)는 수신기(103)에 결합되거나 수신기(103)에 통합되는 전기 디바이스일 수 있는 관련 고객 디바이스(105)에 전력을 공급하거나 충전하는데 이용될 수 있다. 수신기(103)는 하나 이상의 전송기들(101)로부터 기원하는 하나 이상의 전력 전송 신호들로부터 전력 전송파들을 수신할 수 있다. 수신기(103)는 전송기(101)에 의해 생성된 단일 빔으로서 전력 전송 신호들을 수신하거나, 수신기(103)는, 하나 이상의 전송기들(101)에 의해 생성되는 다수의 전력 전송파들의 수렴으로부터 결과하는 공간에 있어서의 3차원 필드일 수 있는, 에너지 포켓(104)으로부터 전력 전송파들을 수확할 수 있다. 수신기(103)는 전력 전송 신호로부터 전력 전송파들을 수신하고 단일 빔 또는 에너지 포켓(104)의 전력 전송 신호들로부터 에너지를 수확하도록 구성된 안테나들(112)의 어레이를 구비할 수 있다. 수신기(103)는 전력 전송 신호들(예를 들어, 무선 주파수 전자기 방사)을 전기 에너지로 변환하는 회로를 구비할 수 있다. 수신기(103)의 정류기는 전기 에너지를 AC에서 DC로 바꾼다. 다른 유형의 조절들이 또한 적용될 수 있다. 예를 들어, 전압 조절 회로(voltage conditioning circuit)가 고객 디바이스(105)에 의해 요구된 전기 에너지의 전압을 증감시킬 수 있다. 전기 릴레이는 전기 에너지를 수신기(103)로부터 고객 디바이스(105)로 운반한다.
일부 실시 예에 있어서, 수신기(103)는 실시간으로 또는 거의 실시간으로 데이터를 교환하기 위해 전송기(101)에 제어 신호들을 전송하는 통신 구성 요소를 구비할 수 있다. 제어 신호들은 고객 디바이스(105), 수신기(103) 또는 전력 전송 신호들의 상태 정보(status information)를 포함할 수 있다. 상태 정보는, 다른 유형의 정보들 중에서도, 예를 들어, 디바이스(105)의 현 위치 정보, 수신된 충전량, 이용된 충전량, 사용자 계정 정보를 포함한다. 또한, 일부 애플리케이션들에 있어서, 정류기를 포함하는 수신기(103)는 고객 디바이스(105)내에 집적화될 수 있다. 사실상, 수신기(103), 와이어(111) 및 고객 디바이스(105)는 단일 패키징(single packaging)내에 포함되는 단일 유닛일 수 있다.
4. 제어 신호들
일부 실시 예들에 있어서, 제어 신호들은 전력 전송 신호들의 생성 및/또는 포켓 형성의 제어를 담당하는 여러 안테나 소자들에 의해 이용되는 데이터 입력으로서 작용한다. 제어 신호들은, 일부 경우에 압전 재질을 포함할 수 있는, 국부 발진기 칩(도시되지 않음) 및 외부 전력 공급원(도시되지 않음)을 이용하는 수신기(103) 또는 전송기(101)에 의해 생성될 수 있다. 제어 신호들은 Bluetooth®, RFID, 근거리 통신(NFC)과 같이 프로세서들 간에 데이터를 통신할 수 있는 RF파 또는 임의 다른 통신 매체나 프로토콜일 수 있다. 추후에 상세하게 설명하겠지만, 제어 신호들은 전력 전송 신호들을 조정하는데 이용되고, 상태, 효율, 사용자 데이터, 전력 소모, 빌링(billing), 지리적 위치(geolocation) 및 다른 유형의 정보와 관련된 정보를 포함하는 정보를 전송기(101)와 수신기(103)간에 운반하는데 이용될 수 있다.
5. 검출기들
검출기(107)는 수신기(103)와 유사한 하드웨어를 구비할 수 있는데, 그 하드웨어는 검출기(107)가 하나 이상의 전송기들(101)로부터 기원하는 전력 전송 신호들을 수신할 수 있게 한다. 사용자가 수신기(103)의 바람직한 배치를 판정할 수 있도록 검출기(107)는 에너지 포켓(104)의 위치를 사용자가 식별하도록 하는데 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 검출기(107)는, 검출기가 에너지 포켓(104)내에 배치된 때를 나타내는 표시자 광(indicator light, 108)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 있어서, 검출기(107a, 107b)는 전송기(101)에 의해 발생된 에너지 포켓(104)내에 배치되는데, 검출기(107a,107b)들이 에너지 포켓(104)의 전력 전송 신호를 수신중이기 때문에, 그 에너지 포켓은 검출기(107a, 107b)를 트리거하여 그들 각각의 표시자 광들(108a,108b)을 턴 온시킨다. 반면, 제 3 검출기(107c)는 전송기(101)로부터 전력 전송 신호들을 수신하는 중이 아니며, 그에 따라 에너지 포켓(104)의 밖에 배치된 제 3 검출기(107c)의 표시자 광(108c)은 턴 오프된다. 표시자 광과 같은 검출기의 기능부들은, 수신기내로 집적화되거나 또는, 대안적인 실시 예에서 고객 디바이스내에 집적화될 수 있다.
6. 고객 디바이스
고객 디바이스(105)는 배터리로부터 전력을 요구하거나 계속적인 전기 에너지를 요구하는 전기 디바이스일 수 있다. 고객 디바이스(105)의 비 제한적 예시는, 다른 유형의 전기 디바이스들 중에서도, 랩탑, 이동 전화, 스마트폰, 테이블렛, 음악 재생기, 장난감, 배터리, 손전등, 램프, 전자 시계, 카메라, 게임 콘솔, 어플라이언스(appliance), GPS 디바이스 및 웨어러블 디바이스(wearable device) 또는 소위 "웨어러블스(wearables)" (예를 들어, 건강 팔찌, 보수계, 스마트시계)를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 고객 디바이스(105a)는 고객 디바이스(105a)와 연관된 수신기(103a)와 구분된 물리적 디바이스일 수 있다. 그러한 실시 예에 있어서, 고객 디바이스(105a)는 수신기(103a)로부터 고객 디바이스(105a)로 변환된 전기 에너지를 운반하는 와이어(111)를 통해 수신기에 연결될 수 있다. 일부 경우에, 전력 소모 상태, 전력 이용 메트릭, 디바이스 식별자와 같은 다른 유형의 데이터가 와이어(111)를 통해 운송될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 고객 디바이스(105b)는 수신기(103b)에 영구적으로 집적화되거나 착탈 가능하게 결합될 수 있으며, 그에 의해 단일 집적 상품 또는 유닛을 형성한다. 예를 들어, 고객 디바이스(105b)는 내장형 수신기들(103b)을 가지며, 전형적으로 디바이스(105b)의 밧데리를 충전하는데 이용될 수 있는 디바이스(105b)의 전력 공급 입력에 착탈 가능하게 결합할 수 있는 슬리브(sleeve)내에 배치된다. 본 예시에 있어서, 디바이스(105b)는 수신기로부터 결합 해제될 수 있지만, 디바이스(105b)가 전기적 충전을 요구하거나 사용되고 있는 중인지의 여부와 무관하게 슬리브내에 남아있을 수 있다. 다른 예시에 있어서, 디바이스(105b)에 대한 충전을 유지하는 배터리를 가지는 대신에, 디바이스(105b)는 식별 불가능한 제품, 디바이스 또는 유닛을 형성하도록 디바이스(105b)내에 영구적으로 집적화될 수 있는, 집적화된 수신기(103b)를 구비할 수 있다. 본 예시에 있어서, 디바이스(105b)는 에너지 포켓(104)을 수확함에 의해 전기 에너지를 생성하기 위해 거의 전적으로 집적화된 수신기(103b)에 의존한다. 수신기(103)와 고객 디바이스(105)간의 연결은 와이어(111)일 수 있거나, 회로 보드 또는 집적 회로상의 전기적 연결일 수 있으며, 심지어 유도성 또는 자성(magnetic)과 같은 무선 연결일 수도 있다.
B. 무선 전력 전송 방법
도 2에는 예시적인 방법(200)의 실시 예에 따른, 무선 전력 전송의 단계들이 도시된다.
제 1 단계(201)에 있어서, 전송기(TX)는 수신기(RX)와 접속을 수립하거나, 그렇지 않으면, 수신기(RX)와 연계된다. 즉, 일부 실시 예들에 있어서, 전송기들과 수신기들은 (예를 들어, Bluetooth®, BLE(Bluetooth Low Energy), Wi-Fi, NFC, ZigBee®와 같은) 전기 디바이스들의 2개의 프로세서들간에 정보를 전송할 수 있는 무선 통신 프로토콜을 이용하여 제어 데이터를 통신한다. 예를 들어, Bluetooth® 또는 Bluetooth® 변종을 구현하는 실시 예에서는, 전송기가 수신기의 방송 광고 신호들을 스캔(scan)하거나, 수신기가 전송기에 광고 신호를 전송할 수 있다. 광고 신호는 전송기에 수신기의 존재를 알리고, 전송기와 수신기간의 연계를 트리거할 수 있다. 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 일부 실시 예들에 있어서, 광고 신호는 포켓 형성 절차를 실행하고 관리하기 위해 여러 디바이스들(예를 들어, 전송기들, 고객 디바이스들, 서버 컴퓨터들, 다른 수신기들)에 의해 이용될 수 있는 정보를 통신할 수 있다. 광고 신호내에 포함된 정보는 디바이스 식별자(예를 들어, MAC 어드레스, IP 어드레스, UUID), 수신된 전기 에너지의 전압, 고객 디바이스 전력 소모 및 전력 전송과 관련된 다른 유형의 데이터들을 포함할 수 있다. 전송기는 수신기를 식별하기 위해 전송되는 광고 신호를 이용할 수 있으며, 일부 경우에, 2차원 공간 또는 3차원 공간에 있어서 수신기의 위치를 판정할 수 있다. 전송기가 수신기를 식별하면, 전송기는 전송기내에 수신기와 연계된 접속을 수립하여, 전송기와 수신기가 제 2 채널을 통해 제어 신호를 통신할 수 있게 한다.
다음 단계(203)에서, 전송기는 광고 신호를 이용하여, 전력 전송 신호들을 전송하기 위한 전력 전송 신호 특성들의 세트를 판정하고, 에너지 포켓을 수립할 수 있다. 전력 전송 신호들의 특성들의 비 제한적 예시는 다른 것들 중에서도 위상, 이득, 진폭, 크기 및 방향을 포함할 수 있다. 전송기는 수신기의 광고 신호 또는 수신기로부터 수신한 후속적인 제어 신호들에 포함된 정보를 이용하여 전력 전송 신호들을 생성하고 전송하기 위한 방법을 판정하고, 그에 따라 수신기는 전력 전송 신호들을 수신할 수 있게 된다. 일부 경우에서, 전송기는 에너지 포켓을 수립하는 방식으로 전력 전송 신호들을 전송할 수 있으며, 그로부터 수신기는 전기 에너지를 수확할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기는, 수신기가 전력 전송 신호들로부터 수확한 전기 에너지의 전압과 같은, 수신기가 수신한 정보에 기초하여 에너지 포켓을 수립하는데 필요한 전력 전송 신호 특성들을 자동으로 식별할 수 있는 소프트웨어 모듈들을 실행하는 프로세서를 구비할 수 있다. 프로세서 및 소프트웨어 모듈들의 기능들은, 그 대신에, ASIC(Application Specific Integrated Circuit)로 구현될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 제 2 통신 채널을 통해 수신기에 의해 전송되는 광고 신호 및 후속 신호는 하나 이상의 전력 전송 신호들을 나타낼 수 있으며, 그 다음 전송기는 그 신호들을 이용하여 에너지 포켓을 수립하도록 전력 전송 신호들을 생성 및 전송한다. 예를 들어, 일부 경우에, 전송기는 디바이스의 위치 및 디바이스 또는 수신기의 유형에 기반하여 전력 전송 신호들을 전송하는데 필요한 위상 및 이득을 자동으로 식별할 수 있으며, 일부 경우에, 수신기는 전력 전송 신호들을 효과적으로 전송하기 위한 위상 및 이득을 전송기에 알릴 수 있다.
다음 단계(205)에서, 전송기가 전력 전송 신호들을 전송할 때 이용하기 위한 적당한 특성들을 판정한 후, 전송기는, 제어 신호들과는 별개의 채널을 통해 전력 전송 신호들의 전송을 시작한다. 에너지 포켓을 수립하기 위해 전력 전송 신호들이 전송될 수 있다. 전력 전송 신호들이 수신기 둘레의 2차원 또는 3차원 공간에 수렴하도록, 전송기의 안테나 소자들은 전력 전송 신호들을 전송한다. 수신기 둘레의 결과하는 필드는 에너지 포켓을 형성하고, 그로부터 수신기는 전기 에너지를 수확할 수 있다. 2차원 에너지 전송을 수립하기 위해 전력 전송 신호들을 전송하는데 하나의 안테나 소자가 이용될 수 있으며, 일부 경우에, 3차원 에너지 포켓을 수립하기 위해 전력 전송 신호들을 전송하는데 제 2 또는 추가적인 안테나가 이용될 수 있다. 일부 경우에, 에너지 포켓을 수립하기 위해 전력 전송 신호들을 전송하는데 다수의 안테나 소자들이 이용될 수 있으며, 일부 경우에, 다수의 안테나들은 전송기내의 안테나들의 모두를 포함할 수 있고, 일부 경우에, 다수의 안테나는, 전송기의 모든 안테나들보다는, 하나 이상의 안테나들만을 포함할 수 있다.
이전에 설명한 바와 같이, 전송기는 압전 재질을 구비한 국부 발진기 칩 및 외부 전력원을 이용하여 생성되고 전송될 수 있는, 전력 전송 신호 특성들의 결정 세트(determined set)에 따라 전력 전송 신호들을 생성 및 전송할 수 있다. 전송기는 수신기로부터 수신한 전력 전송 및 포켓 형성과 관련된 정보에 기반하여 전력 전송 신호들의 생성 및 전송을 제어하는 RFIC를 구비할 수 있다. 이 제어 데이터는, BLE, NFC 또는 ZigBee®와 같은 무선 통신 프로토콜들을 이용하여, 전력 전송 신호들과는 다른 채널을 통해 통신될 수 있다. 전송기의 RFIC는 필요에 따라 전력 전송 신호들의 위상 및/또는 상대적 크기를 자동으로 조절할 수 있다. 포켓 형성은 보강 간섭 패턴을 형성하는 방식으로 전력 전송 신호들을 전송하는 전송기에 의해 달성된다.
포켓 형성동안 전력 전송 신호들을 전송할 때, 전송기의 안테나 소자들은 특정 전력 전송 신호 특성들(예를 들어, 전송의 방향, 전력 전송 신호파의 위상)을 판정하기 위해 파 간섭(wave interference)의 개념을 이용한다. 안테나 소자들은, 에너지 포켓을 발생하기 위해 보강 간섭의 개념을 이용하지만, 특정 물리적 위치에 전송 널(transmission null)을 발생하기 위해 상쇄 간섭의 개념을 이용할 수도 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 전송기는, 포켓-형성을 이용하여 다수의 수신기들에게 전력을 제공하는데, 이것은 전송기가 멀티플 포켓 형성을 위한 절차를 실행할 것을 요구한다. 다수의 안테나 소자들을 구비한 전송기는, 각 수신기에 전력 전송 신호를 전송하는 역할을 수행하는 전송기의 각 안테나 소자마다, 전력 전송 신호파들의 위상 및 이득을 자동으로 계산함에 의해 멀티플 포켓 형성을 달성한다. 전송기는 위상 및 이득을 독립적으로 계산하는데, 그 이유는 각 전력 전송 신호를 위한 다수의 파 경로들이 전송기의 안테나 소자들에 의해 발생되어, 수신기의 각 안테나 소자들에게 전력 전송 신호를 전송하기 때문이다.
예를 들어, X와 Y와 같은 2개의 신호들(Y는 X의 180도 위상 시프트된 버전(Y = -X))을 전송하는 전송기의 2개의 안테나 소자들에 대한 위상/이득 조정의 계산의 예시로서, 누적 수신 파형(cumulative received waveform)이 X-Y인 물리적 위치에서는 수신기가 X-Y = X+X = 2X를 수신하는 반면, 누적 수신 파형이 X+Y인 물리적 위치에서는 수신기가 X+Y = X-X = 0을 수신한다.
다음 단계(207)에 있어서, 수신기는 단일 빔 또는 에너지 포켓의 전력 전송 신호들로부터 전기 에너지를 수확하거나 수신한다. 수신기는, 전기 에너지를 AC 전류에서 DC 전류로 변환할 수 있는 AC/DC 변환기 및 정류기를 구비할 수 있으며, 수신기의 정류기는 전기 에너지를 정류하며, 그에 따라 그 에너지는 랩탑 컴퓨터, 스마트폰, 배터리, 장난감 또는 다른 전기 디바이스와 같이, 수신기와 연관된 고객 디바이스를 위한 이용 가능 전기 에너지로 결과하게 된다. 수신기는 전자 디바이스를 충전하거나 전자 디바이스에 전력을 공급하기 위해 포켓 형성 동안 전송기에 의해 생성된 에너지 포켓을 이용할 수 있다.
다음 단계(209)에 있어서, 수신기는 수신기에 전력 전송 신호를 제공하는 단일 빔 또는 에너지 포켓의 효율성을 나타내는 정보를 포함하는 제어 데이터를 발생할 수 있다. 수신기는 전송기에 제어 데이터를 포함하는 제어 신호들을 전송할 수 있다. 제어 신호들은, 전송기 및 수신기가 동기적으로 통신중(즉, 전송기가 수신기로부터 제어 데이터를 수신하기를 기대하고 있는 중)인지에 의거하여 간헐적으로 전송될 수 있다. 추가적으로, 전송기는, 전송기와 수신기가 제어 신호들을 통신하고 있는 중인지와 무관하게, 수신기에 전력 전송 신호들을 계속적으로 전송할 수 있다. 제어 데이터는 전력 전송 신호들의 전송과 효율적인 에너지 포켓의 수립에 관련된 정보를 포함할 수 있다. 제어 데이터내의 정보중의 일부는 전송기에게 효율적으로 생성하고 전송하는 법을 알려주며, 일부 경우에 전력 전송 신호들의 특성들을 조정하는 법을 알려준다. 제어 신호들은, BLE, NFC, Wi-Fi 등과 같은, 포켓 형성 및/또는 전력 전송 신호들과 관련된 제어 데이터를 전송할 수 있는 무선 프로토콜을 이용하여, 전력 전송 신호들과 독립적으로, 제 2 채널을 통해 전송되고 수신된다.
상술한 바와 같이, 제어 데이터는 에너지 포켓을 수립하거나 단일 빔의 전력 전송 신호들의 효율성을 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 제어 데이터는 수신기와 연관된 고객 디바이스 및/또는 수신기의 다양한 측면을 모니터링하는 수신기의 프로세서에 의해 생성될 수 있다. 제어 데이터는, 포켓 형성 및/또는 전력 전송 신호들을 조정하는데 유용한 다른 유형의 정보들 중에서도, 전력 전송 신호들로부터 수신된 전기 에너지의 전압, 전력 전송 신호 수신의 품질, 배터리 충전의 품질 또는 전력 수신의 품질, 수신기의 위치 또는 움직임과 같은, 다양한 유형의 정보에 기반할 수 있다.
일부 실시 예에 있어서, 수신기는 전송기로부터 전송되는 전력 전송 신호들로부터 수신되는 전력량을 판정하고, 그 다음, 전송기가 전력 전송 신호를 덜 강력한(less-powerful) 전력 전송 신호들로 "분할(split)"하거나 나누어야 함을 나타낼 수 있다. 보다 덜 강력한 전력 전송 신호들은 디바이스 근처의 객체 또는 벽에서 굴절될 수 있으며, 그에 의해 전송기에서 수신기로 직접 전송되는 전력량이 줄어들게 된다.
다음 단계(211)에서, 안테나가 보다 효율적인 특성(예를 들어, 방향, 위상, 이득, 진폭) 세트를 가진 전력 전송 신호들을 전송하도록, 전송기는 전력 전송 신호들을 전송하는 안테나를 보정한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기의 프로세서는 수신기가 수신한 제어 신호에 기초하여 전력 전송 신호들을 생성 및 전송하는 보다 효율적인 특성들을 자동으로 판정할 수 있다. 제어 신호는 제어 데이터를 포함할 수 있으며, 임의 개수의 무선 통신 프로토콜(예를 들어, BLE, Wi-Fi, ZigBee®)을 이용하여 수신기에 의해 전송될 수 있다. 제어 데이터는 전력 전송파에 대한 보다 효율적인 특성들을 명확하게 나타내는 정보를 포함할 수 있으며, 또는 전송기는 제어 신호의 파형 특성들(예를 들어, 형상, 주파수, 진폭)에 기초하여 보다 효율적인 특성들을 자동으로 판정할 수 있다. 전송기는, 새롭게 판정된 보다 효율적인 특성들에 따라 재보정된 전력 전송 신호들을 전송하도록 안테나들을 자동으로 재구성할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 에너지 포켓이 수립된 3차원 공간의 밖으로 수신기를 이동시키고 나면, 전송기의 프로세서는 수신기의 위치 변경을 조정하기 위해, 전력 전송 특성의 다른 특성들 중에서도 전력 전송 신호의 이득 및/또는 위상을 조정한다.
C. 전력 전송 시스템의 시스템 아키텍처
도 3에는 예시적인 실시 예에 따른, 포켓 형성을 이용하는 무선 전력 전송을 위한 아키텍처(300)가 도시된다. "포켓 형성"은, 3차원 공간내의 위치에 수렴하여 그 위치에서 보강 간섭 패턴으로 결과하는, 둘 이상의 전력 전송파들(342)을 생성하는 것을 지칭한다. 전송기(302)는 3차원 공간에서 수렴하는 제어 전력 전송파(controlled power transmission wave)(342)들(예를 들어, 마이크로파, 무선파, 초음파)을 전송하고/하거나 방송한다. 이들 전력 전송파들은 위상 및/또는 상대적 진폭 조정을 통해 조정되어, 에너지 포켓이 의도된 위치에 보강 간섭 패턴을 형성한다(포켓 형성). 또한, 전송기는 동일한 원리를 이용하여 소정 위치에 상쇄 간섭을 생성할 수 있으며, 그에 의해 전송된 전력 전송파들이 실질적으로 서로 상쇄되어 수신기가 수집할 수 있는 큰 에너지가 없게 되는 위치인 전송 널(transmission null)이 생성된다. 전형적인 이용에 있어서, 수신기의 그 위치에 전력 전송 신호를 조준하는 것이 목표이며, 다른 경우에는 특정 위치로의 전력 전송을 명확하게 피하는 것이 바람직하고, 다른 경우에는 소정 위치에 전력 전송 신호를 조준하면서 그와 동시에 제 2 위치로의 전송을 명확하게 피하는 것이 바람직하다. 전송기는 전력 전송을 위해 안테나를 보정할 때 그러한 이용 경우를 고려한다.
전송기(302)의 안테나 소자들(306)은 단일 어레이, 페어 어레이(pair array), 쿼드 어레이(quad array) 또는 원하는 애플리케이션에 따라 고안될 수 있는 임의 다른 적당한 배열로 작동할 수 있다. 에너지 포켓들은 전력 전송파(342)가 3차원 에너지 필드를 형성하도록 누적되는 보강 간섭 패턴으로 형성되고, 그 둘레에는, 상쇄 간섭 패턴에 의해 특정 물리적 위치에 하나 이상의 대응하는 전송 널이 발생된다. 특정 물리적 위치에서의 전송 널은 전력 전송파(342)들의 상쇄 간섭 패턴 때문에 에너지 포켓이 형성되지 않은 공간 지역 또는 공간 영역을 지칭한다.
수신기(320)는, 전자 디바이스(313)를 충전하거나 그 디바이스에 전력 공급하여 무선 전력 전송을 효율적으로 제공하기 위한, 에너지 포켓을 수립하도록 전송기(302)에 의해 방출되는 전력 전송파들(342)을 이용한다. 에너지 포켓은, 에너지 또는 전력이 전력 전송파(342)들의 보강 간섭 패턴 형태로 누적될 수 있는 공간 지역 또는 공간 영역을 지칭할 수 있다. 다른 상황에 있어서, 예를 들어, 스마트폰, 테이블렛, 음악 재생기, 장난감 등과 같은 여러 전자 장비에게 동시에 전력 공급하기 위한 다수의 전송기(302) 및/또는 다수의 수신기(320)가 존재할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 전자 디바이스에 대한 전력을 조절하기 위해 적응적 포켓 형성이 이용될 수 있다. 적응적 포켓 형성은 하나 이상의 목표 수신기에 대한 전력을 조절하기 위해 포켓 형성을 동적으로 조절하는 것을 지칭한다.
수신기(320)는 전송기(302)에 대한 그의 위치를 나타내기 위해 안테나 소자들(324)을 통해 단신호(short signal)를 생성함으로써 전송기(302)와 통신한다. 일부 실시 예에 있어서, 수신기(320)는, 전송기들(302)의 여러번의 수집을 관리하는 클라우드 컴퓨팅 서비스(cloud computing service)와 같이, 네트워크(340)를 통해 시스템(300)의 다른 디바이스들 또는 구성 요소들과 통신하기 위해 네트워크 인터페이스 카드(도시되지 않음) 또는 유사한 컴퓨터 네트워킹 구성 요소를 추가로 이용할 수 있다. 수신기(320)는, 안테나 소자들(324)에 의해 포획된 전력 전송 신호들(342)을 전기 디바이스(313) 및/또는 그 디바이스의 배터리(315)에 제공될 수 있는 전기 에너지로 변환하는 회로(308)를 구비할 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 그 회로는, 전기 디바이스(313)가 수신기(320)에 통신 가능하게 결합되지 않고도 에너지를 저장할 수 있는 수신기의 배터리(335)에 전기 에너지를 제공한다.
통신 구성 요소(324)는 무선 프로토콜을 통해 제어 신호(345)들을 전송함에 의해 수신기(320)가 전송기(302)와 통신할 수 있게 한다. 무선 프로토콜은, Bluetooth®, BLE, Wi-Fi, NFC, ZigBee 등과 같은, 통상적인 무선 프로토콜을 이용하거나, 전유 프로토콜(proprietary protocol)일 수 있다. 통신 구성 요소(324)는, 전자 디바이스(313)에 대한 식별자, 배터리 레벨 정보, 지리학적 위치 데이터 또는, 수신기(320)에 전력을 보낼 시기 및 에너지 포켓을 생성하는 전력 전송파(342)를 전달하기 위한 위치를 결정하는데 있어서 전송기(302)에 이용할 수 있는 다른 정보와 같은 정보를 전달하는데 이용될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 적응적 포켓 형성은 전자 디바이스(313)에 제공되는 전력을 조절하는데 이용될 수 있다. 그러한 실시 예에 있어서, 수신기의 통신 구성 요소(324)는 전자 디바이스(313b) 또는 배터리(315)에 제공되는 전압량 및/또는 수신기(320)가 수신한 전력량을 나타내는 전압 데이터를 전송한다.
전송기(302)가 수신기(320)를 식별하여 그의 위치를 결정하면, 제어 신호(345)에 대한 채널 또는 경로가 수립될 수 있으며, 그를 통해 전송기(302)는 수신기(320)로부터 오는 제어 신호들(345)의 이득 및 위상을 알 수 있게 된다. 전송기(302)의 안테나 소자들(306)은, 각 안테나 소자(306)로부터 방출되는 전력 전송파들(342)을 처리하기 위해 적어도 2개의 안테나 소자들(306)을 이용함에 의해 3차원 공간에서 수렴할 수 있는, 제어 전력 전송파들(342)(예를 들어, 무선 주파수파, 초음파)의 전송 또는 방송을 시작한다. 이들 전력 전송파(342)들은 적당한 압전 재질을 이용하는 국부 발진기 칩과 외부 전력원을 이용하여 생성될 수 있다. 전력 전송파들(342)은 전력 전송파들(342)의 위상 및/또는 상대적 크기를 조정하는 전유 칩(proprietary chip)을 포함할 수 있는, 전송기 회로(301)에 의해 제어될 수 있다. 전력 전송파들(342)의 위상, 이득, 진폭 및 다른 파형 특성들은 안테나 소자(306)에 대한 입력으로 작용하여, 보강 간섭 패턴을 형성한다(포켓 형성). 일부 구현에 있어서, 전송기(302)의 마이크로 제어기(310) 또는 다른 회로는 전력 전송파들(342)을 구비하고, 전송기 회로(301)에 연결된 안테나 소자들(306)의 개수에 따라 전송기 회로(301)에 의해 다수의 출력으로 분할될 수 있는 전력 전송 신호를 생성한다. 예를 들어, 4개의 안테나 소자들(306a-d)이 하나의 전송기 회로(301a)에 연결되면, 전력 전송 신호는 4개의 서로 다른 출력들로 분할되는데, 안테나 소자(306)로 진행하는 각 출력들은 각 안테나 소자들(306)으로부터 기원하는 전력 전송파들(342)로서 전송된다.
포켓 형성은 안테나 소자(306)의 지향성(directionality)을 변경하기 위해 간섭을 이용하는데, 보강 간섭은 에너지 포켓을 발생하고 상쇄 간섭은 전송 널을 발생한다. 수신기(320)는 전자 디바이스를 충전하거나 전자 디바이스에 전력을 공급하여 무선 전력 전송을 효과적으로 제공하는 포켓 형성에 의해 생성된 에너지 포켓을 이용한다.
멀티플 포켓 형성은 전송기(302)의 각 안테나(306)로부터 각 수신기(320)로의 위상 및 이득을 계산함에 의해 달성된다.
도 35에는, 예시적인 실시 예에 따른, 무선 충전 시스템 아키텍처(3500)가 도시된다. 시스템 아키텍처(3500)는 하나 이상의 무선 전력 전송기들(3501)과 하나 이상의 무선 전력 수신기들(3520a, 3530b)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 무선 충전 시스템 아키텍처(3500)는 하나 이상의 전자 디바이스들(3552)을 포함하며, 전자 디바이스들(3552)은 내장형 무선 전력 수신기(3520a)를 가지지 않을 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 무선 충전 시스템 아키텍처(3500)는 내장형 전력 수신기(3520a)를 가진 전자 디바이스(3552)를 포함할 수 있다. 페어링은 무선 전력 전송 시스템의 분산형 시스템 데이터베이스내에서, 단일 전력 수신기와 단일 전자 고객 디바이스간의 관계를 지칭하는 것으로, 예를 들어, 사용자 또는 자동 시스템 프로세스가 고객 디바이스에게 충전되도록 명령할 때, 시스템은 상기 관계로부터, 상기 고객 디바이스를 충전시키기 위해 어느 전력 수신기에 전력을 전송할지를 판정할 수 있다. 시스템 데이터베이스는 임의 시스템 컴퓨터내에 저장되고 그 컴퓨터에 의해 액세스할 수 있는, 상기 데이터베이스의 서브셋의 정확한 사본 또는 설치된 제품의 시스템 데이터베이스의 정확한 사본을 지칭한다.
전력 전송기(3501)는 3D 공간에서 수렴할 수 있는 제어 RF 파(controlled Radio Frequency wave)를 전송할 수 있다. 이들 RF파들은 보강 간섭 패턴을 형성하기 위해(포켓 형성) 위상 및/또는 상대적 진폭 조정을 통해 제어될 수 있다. 포켓 형성은, 3D 공간에 수렴하여 제어 보강 간섭 패턴을 형성하는, 2 이상의 RF 파를 생성하는 것을 지칭한다. 에너지 포켓들은 3차원 형상일 수 있는 보강 간섭 패턴으로 형성되는 반면, 특정 물리적 위치에서의 전송 널은 상쇄 간섭 패턴으로 생성될 수 있다. 에너지 포켓은, 에너지 또는 전력이 RF파의 보강 간섭 패턴 형태로 축적될 수 있는 공간 지역 또는 영역을 지칭한다. 특정 물리적 위치에서의 전송 널은, RF파의 상쇄 간섭 패턴때문에 에너지 포켓이 형성되지 않은 공간 지역 또는 영역을 지칭한다. 적응적 포켓 형성은 하나 이상의 목표 수신기상의 전력을 조절하기 위해 포켓 형성을 동적으로 조정하는 것을 지칭한다. 전력은 전기적 에너지를 지칭하는 것으로, "무선 전력 전송"은 "무선 에너지 전송"과 동의어일 수 있다.
예시적인 실시 예에 따르면, 전력 전송기(3501)는, 다른 것들 중에서도, 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3594a), 타사 BTLE API(3512a), BTLE 칩(3512b), 안테나 관리기 소프트웨어(3593) 및 안테나 어레이(3586a)를 포함할 수 있다. 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3594a)은 전력 전송기(3501)내의 비 휘발성 메모리내에 로딩된 실행 가능 프로그램일 수 있다. 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3594a)은, 다른 것들 중에서도, 전력 전송기(3501)의 동작을 제어하고, 전자 디바이스들(3552)과 전력 수신기들(3520a)의 충전 상태를 모니터링하며, 전력 수신기(3520a)의 위치의 추적을 유지하고, 전력 스케줄을 실행한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 전송기들(3501)은 전력 수신기(3520a), 전자 디바이스들(3552), 전력 상태, 전력 스케줄, ID들 및 페어링과 관련된 정보 및 시스템을 구동하는데 필요한 임의 정보를 저장하는 데이터베이스(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. BTLE 또는 BLE는 블루투스 로우 에너지(Bluetooth Low Energy) 통신 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 지칭한다. 데이터베이스는 다른 포맷 또는 임의 포맷의 파일 또는 SQL 파일, 또는 컴퓨터의 휘발성 또는 비 휘발성 메모리내의 데이터 구조들의 어레이를 지칭하는 것으로, 그 데이터베이스의 컴퓨터내에 데이터를 조직하고 저장하고 검색하는데 이용될 수 있다. 타사 BTLE API(3512a)는 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3594a)과 BTLE 칩(3512b)간에 효과적인 상호 작용을 할 수 있게 한다. 안테나 관리기 소프트웨어(3593)는 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3594a)으로부터의 지시를 처리하고, 안테나 어레이(3586a)를 제어한다.
전력 전송기(3501)내에 포함될 수 있는 안테나 어레이(3586a)는 전력을 전송할 수 있는 다수의 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 어레이(3586a)는 동일하게 이격된 그리드내에 분포된 64 내지 256개의 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 안테나 어레이(3586a)는 전체 64개의 안테나 소자들을 갖도록 8×8 그리드를 가진다. 다른 실시 예에 있어서, 안테나 어레이(3586a)는 전체 256 안테나 소자들을 갖도록 16×16 그리드를 가진다. 그러나, 안테나 소자들의 개수는 전력 전송기(3501)의 원하는 범위 또는 전력 전송 용량과 관련하여 가변할 수 있다. 전반적으로, 보다 많은 안테나 소자들로, 보다 넓은 범위의 및 보다 높은 전력 전송 용량이 달성될 수 있다. 다른 것들 중에서도, 원형 패턴 또는 다각형 배열을 포함하는 대안적인 구성이 가능하다. 안테나 어레이(3586a)의 안테나 소자들은 900MHz, 2.5GHz, 5.250GHz 또는 5.8GHz와 같은 주파수 대역에서 동작하는 안테나 유형을 포함할 수 있으며, 포켓 형성의 다채널 동작이 가능하도록 독립적인 주파수들에서 동작할 수 있다.
전력 전송기(3501)는, 다른 것들 중에도, Wi-Fi, ZigBee 및 LAN과 같은 다른 통신 방법을 추가로 포함할 수 있다. 전력 수신기(3520a)는 전력 수신기 애플리케이션(3594b)과, 타사 BTLE API(3512a), BTLE 칩(3512b) 및 안테나 어레이(3586b)를 포함한다. 전력 수신기(3520a)는 전력 디바이스(3552a)와 전자 디바이스(3520b)를 충전하거나 그에 전력을 공급하는 전력 전송기(3501)에 의해 생성되는 에너지 포켓을 이용할 수 있다. 전력 수신기 애플리케이션(3594b)은 전력 수신기(3520a)내의 비 휘발성 메모리내에 로딩된 실행 가능 프로그램일 수 있다. 타사 BTLE API(3512a)는 전력 수신기 애플리케이션(3594b)과 BTLE 칩(3512b)간의 효과적인 상호 작용을 할 수 있게 한다. 안테나 어레이(3586b)는 에너지 포켓들로부터 전력을 수확할 수 있다.
전자 디바이스(3552)와 전자 디바이스(3520a)는 무선 충전 시스템 아키텍처(3500)내에서 그들의 상호 작용을 관리하는 GUI를 포함할 수 있다. GUI는 비 휘발성 메모리내에 로딩된 실행 가능 프로그램과 연계될 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 전자 디바이스들(3552)과 전자 디바이스들(3520a)은 전력 수신기(3520a), 전력 상태, 전력 스케줄, ID, 페어링과 관련된 정보 및 시스템을 구동하는데 필요한 임의 정보를 저장하는 데이터베이스(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 시스템 관리 GUI는 무선 전력 전송 시스템내의 컴퓨터상에서 구동하거나 인터넷 클라우드내에 존재하는 원격 서버상에서 구동하는 소프트웨어 애플리케이션 프로그램을 지칭한다. 상기 시스템 관리 GUI는 무선 전력 전송 시스템내의 소프트웨어와 시스템 사용자 또는 운영자간의 그래픽 사용자 인터페이스로서, 구성, 모니터링, 명령, 제어, 보고 및 임의 다른 시스템 관리 기능들을 위해 이용된다.
일부 실시 예들에 있어서, 무선 충전 시스템 아키텍처(3500)는 다수의 전자 디바이스들(3552)을 충전하는 다수의 전력 전송기들(3501) 및/또는 다수의 전력 수신기들(3520a)을 포함한다. 다수의 전력 전송기들(3501)을 포함하는 시스템에 있어서, 2 이상의 전력 전송기들은, 다른 것들 중에서도, 블루투스, BTLE, Wi-Fi, ZigBee, LAN, LTE 및 LTE 다이렉트(Direct)를 포함하는, 이용 가능한 임의의 통신 채널을 이용하여 항상 통신할 수 있다.
도 36에는 본 개시의 하나 이상의 실시 예들이 동작하는 무선 전력 전송 시스템(3600)(WPTS)의 예시적인 실시 예가 도시된다. 무선 전력 전송 시스템(3600)은 하나 이상의 무선 전력 전송기들(3601)과 하나 이상의 무선 전력 수신기들(3620a)들간의 통신 및 고객 디바이스(3620b)내의 통신을 포함할 수 있다. 고객 디바이스(3652)는 고객 디바이스(3652)에 무선 전력 전송을 할 수 있는 적응 가능 페어 수신기(adaptable paired receiver, 3620a)와 페어를 이룰 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 고객 디바이스(3620b)는 그 디바이스의 하드웨어의 일부로서 내장된 무선 전력 수신기를 포함할 수 있다. 고객 디바이스(3652)는, 랩탑 컴퓨터, 정적 컴퓨터, 이동 전화기, 테이블렛, 이동 게임 디바이스, 텔레비전, 라디오들 및/또는 전기적 전원으로부터 요청하거나 혜택을 입을 수 있는 기기들의 임의 세트와 같이, 에너지 전원을 이용하는 임의 디바이스일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 하나 이상의 무선 전력 전송기들(3601)은, 블루투스 로우 에너지 칩(3612b)(BTLE CHIP HW)에 대한 타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3612a)(Third Party API)와, 내장된 소프트웨어로서 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)(PWR TX MGR APP)을 집적화한 마이크로프로세서를 포함한다. 애플리케이션은 모바일, 랩탑, 데스크탑 또는 서버 컴퓨터상에서 구동되는 소프트웨어 애플리케이션을 지칭한다. 블루투스 로우 에너지 칩(3612b)은 전력 수신기(3620a), 고객 디바이스(3652, 3620b)등을 포함하는 디바이스들과, 무선 전력 전송기(3601)간에 통신할 수 있게 한다. 무선 전력 전송기(3601)는 3D 공간에 수렴하여 무선 전력 수신기들상에 에너지 포켓을 생성하는 제어 RF 파를 형성하는데 이용될 수 있는 RF 안테나 어레이를 제어하기 위해, 안테나 관리기 소프트웨어(안테나 MGR 소프트웨어)를 포함한다. 일부 실시 예에 있어서, 하나 이상의 블루투스 로우 에너지 칩(3612b)은 Wi-Fi, 블루투스, LTE 다이렉트 등을 포함하는 다른 무선 통신 프로토콜을 이용할 수 있다.
전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)은, 다른 것들 중에서도, 접속의 수립, 접속의 종료 및 데이터 송신을 포함하는 다수의 기능들을 구동하기 위한 타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3612a)를 호출한다. 타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3612a)는 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)에 의해 호출된 기능들에 따라, 블루투스 로우 에너지 칩(3612b)에 명령을 발행할 수 있다.
전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)은 고객 디바이스(3652)에 대한 식별자, 전력 수신기(3620a)에 대한 전압 범위, 고객 디바이스(3652)의 위치, 신호 세기와 같이 고객 디바이스(3652)와 연계된 관련 정보 및/또는 고객 디바이스(3652)와 연계된 다른 관련 정보를 저장할 수 있는 분산형 시스템 데이터베이스를 포함할 수 있다. 데이터베이스는 수신기 ID들, 전송기 ID들, 종단 사용자 휴대형 디바이스들, 시스템 관리 서버들, 충전 스케줄 및 충전 우선 순위를 포함하는 무선 네트워크와 관련된 정보 및 무선 전력 네트워크와 관련된 임의 다른 데이터를 저장할 수 있다.
타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3612a)는 부팅 시간(boot time)에 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)에 등록되는 회신(callback) 기능을 통해 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)을 동시에 호출한다. 타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3612a)는 초당 10회씩 시도되는 타이머 회신을 가지며, 접속이 시작되거나, 접속이 종료되거나, 접속이 시도되거나 메시지가 수신되는 매 시점마다 회신을 송신한다.
고객 디바이스(3620b)는 무선 전력 전송기(3601)로부터 송신된 에너지 포켓을 수신하고 이용하는데 이용될 수 있는, RF 안테나 어레이(3686b), 블루투스 로우 에너지 칩(3630b)(BTLE CHIP HW)에 대한 타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3650a)(타사 API) 및 전력 수신기 애플리케이션(3694b)(PWR RX APP)을 포함한다.
전력 수신기 애플리케이션(3694b)은, 다른 것들 중에서, 접속 수립, 접속 종료 및 데이터 송신을 포함하는 다수의 기능들을 구동하는 타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3650a)를 호출할 수 있다. 타사 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(3650a)는 초당 10회씩 시도되는 타이머 회신을 가지며, 접속이 시작되고, 접속이 종료되고, 접속이 시도되고 또는 메시지가 수신되는 매 시점마다 회신을 송신한다.
고객 디바이스(3652)는 BTLE 접속(3696)을 통해 적응 가능 전력 수신기(3620a)와 페어를 이룰 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스(GUI, 3698)는 고객 디바이스(3652)로부터 무선 전력 네트워크를 관리하는데 이용될 수 있다. GUI(3698)는, 다른 것들 중에서도, iOS 및 Android를 포함하는, 임의 운영 시스템상에서 구동될 수 있는 임의 애플리케이션 스토어(application store)로부터 다운로딩될 수 있는 소프트웨어 모듈일 수 있다. 고객 디바이스(3652)는 디바이스에 대한 식별자, 배터리 레벨 정보, 지리적 위치 데이터와 같은 중요 데이터 또는 무선 전력 전송기(3601)를 위해 이용될 수 있는 임의 다른 정보를 송신하기 위해 BTLE 접속(3696)을 통해 무선 전력 전송기(3601)와 통신할 수 있다.
무선 전력 관리기 소프트웨어는 무선 전력 전송 시스템(3600)을 관리하기 위하여 이용될 수 있다. 무선 전력 관리기는 메모리에 호스팅(hosting)되고 계산 디바이스 내부의 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈일 수 있다. 무선 전력 관리기는 국부 애플리케이션 GUI를 포함하거나 웹 페이지 GUI를 호스팅하며, 그로부터 사용자는 선택 사항 및 상태들을 볼 수 있고, 무선 전력 전송 시스템(3600)을 관리하도록 한 명령을 실행할 수 있다. 클라우드 기반일 수 있는 계산 디바이스는, 다른 것들 중에서도, 블루투스, 블루투스 로우 에너지, Wi-Fi 또는 ZigBee를 포함하는 표준 통신 프로토콜들을 통해 무선 전력 전송기(3601)에 접속될 수 있다. 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)은 고객 디바이스(3652)에 의한 액세스를 제어하고 고객 디바이스(3652)로의 전력 전송을 제어하기 위하여, 무선 전력 관리기와 정보를 교환할 수 있다. 무선 전력 관리기에 의해 제어되는 기능들은, 개별적인 디바이스들에 대한 전력 전송을 스케줄링하고, 서로 다른 고객 디바이스들간에 우선 순위를 정하고, 각 고객에 대한 자격(credential)을 액세스하고, 전력 전송기 영역과 관련된 전력 수신기들의 물리적 위치를 추적하고, 메시지를 방송하고 및/또는 무선 전력 전송 시스템(3600)을 관리하는데 요구되는 임의 기능들을 포함한다.
계산 디바이스는 네트워크 접속을 통해 무선 전력 전송기(3601)에 접속될 수 있다. 네트워크 접속은, 다른 것들 중에서도, 인트라넷, LAN, VPN, WAN, 블루투스, 블루투스 로우 에너지, Wi-Fi 및 ZigBee를 포함하는 컴퓨터들간의 임의 접속을 지칭한다. 전력 전송기 관리기 애플리케이션(3694a)은 디바이스에 의한 전력 전송에 대한 액세스를 제어하기 위해 무선 전력 관리기와 정보를 교환할 수 있다. 무선 전력 관리기에 의해 제어되는 기능들은, 개별 디바이스들에 대한 전력 전송의 스케줄링, 고객 디바이스에 할당된 안테나들의 개수, 서로 다른 고객 디바이스들간의 우선 순위, 각 고객에 대한 자격 액세스, 물리적 위치, 메시지의 방송 및/또는 무선 전력 전송 시스템(3600)내의 구성 요소들을 관리하는데 요구되는 임의 기능들을 포함한다.
하나 이상의 무선 전력 전송기들(3601)은, 무선 전력 전송기(3601)가 통신을 수립하기에 충분히 가까운 임의 단일 무선 전력 수신기에 전력을 자동으로 전송한다. 무선 전력 수신기는, 고객 디바이스(3652)와 같은 전기적으로 접속된 전자 디바이스에 전력을 공급하거나 그 디바이스를 충전한다. 단일 무선 전력 전송기는 다수의 무선 전력 수신기에 동시에 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로, 무선 전력 전송 시스템(3600)내의 구성 요소들은 무선 전력 관리기 그래픽 사용자 인터페이스를 통해, 다른 것들 중에서도, 자동화된 시간 기반 스케줄링된 전력 전송을 위한 시각, 전력 전송기 물리적 위치 및 고객 디바이스의 소유자와 같은 특정 시스템 기준 및/또는 조건들에 의거하여, 특정 무선 전력 수신기에 전력을 자동으로 전송하도록 구성된다.
무선 전력 수신기들은 무선 전력 전송기(3601)로부터 무선 전력 수신기의 안테나로 전송되는 에너지를 취하여, 그것을 정류하고 조정하여, 결과하는 전기적 에너지를 전기적으로 접속된 디바이스에 송신하여, 그 디바이스에 전력을 공급하거나 충전시킨다. 임의 무선 전력 수신기가 다른 공간 위치로 이동하면, 무선 전력 전송기(3601)는 할당된 안테나의 개수, 전송된 RF의 위상 및 진폭을 변경하여, 결과하는 에너지 빔이 수신기를 계속 겨냥하게 한다.
도 37에는, 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템 네트워크가 도시된다. 일부 실시 예에 따르면, 무선 전력 전송 시스템 네트워크(3700)는 인터넷 클라우드(3769)를 통해 원격 정보 서비스(3777)와 통신할 수 있는 다수의 무선 전력 전송 시스템을 포함한다.
일부 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송 시스템은, 하나 이상의 무선 전력 전송기(3701), 하나 이상의 전력 수신기들(372), 하나 이상의 선택적 백-업 서버(back-up server, 3767) 및 근거리 네트워크(3740)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에 따르면, 각 전력 전송기(3701)는 무선 전력 전송기 관리기(3765) 소프트웨어 및 분산형 무선 전력 전송 시스템 데이터베이스(3763)를 포함할 수 있다. 각 전력 전송기(3701)는 전력을 관리하거나 하나 이상의 전력 수신기(3720)에 전력을 전송할 수 있으며, 각 전력 수신기(3720)는 하나 이상의 전자 디바이스들(3761)을 충전하거나 그에 전력을 제공할 수 있다.
전력 전송기 관리기(3765)는, 다른 것들 중에서도, 전력 전송기(3701)의 동작을 제어하고, 전자 디바이스(3761)의 충전 상태를 모니터링하고, 전력 수신기(3720)를 제어하고, 전력 수신기(3720)의 위치 추적을 유지하고, 전력 스케줄을 실행하고, 시스템 검진(check-up)을 실행하고, 서로 다른 전자 디바이스들(3761)의 각각에 제공된 에너지의 추적을 유지한다.
일부 실시 예들에 따르면, 데이터베이스(3763)는 전자 디바이스(3761)에 대한 식별자, 전력 수신기(3720)로부터의 측정치들에 대한 전압 범위, 위치, 신호 세기 및/또는 전자 디바이스(3761)로부터의 임의 관련 정보와 같은, 전자 디바이스(3761)로부터의 관련 정보를 저장한다. 데이터베이스(3763)는 수신기 ID, 전송기 ID, 종단 사용자 휴대형 디바이스 이름 또는 ID, 시스템 관리 서버 ID, 충전 스케줄, 충전 우선 순위 및/또는 무선 전력 전송 시스템 네트워크(3700)와 관련된 임의 데이터와 같이, 무선 전력 전송 시스템에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시 예들에 있어서, 데이터베이스(3763)는 과거 및 현재 시스템 상태의 데이터를 저장할 수 있다.
과거 시스템 상태 데이터는, 다른 것들 중에서도, 전자 디바이스(3761)에 전달된 전력량, 사용자와 연관된 전자 디바이스들(3761)의 그룹에 전달되었던 에너지 량, 전자 디바이스(3761)가 무선 전력 전송기(3701)와 연관되었던 시간량, 페어링 기록, 시스템내의 활동성, 시스템내의 임의 무선 디바이스의 임의 동작 또는 이벤트, 에러, 고장 및 구성 문제(configuration problem)와 같은 세부 사항을 포함한다. 과거 시스템 상태 데이터는, 전력 스케줄, 이름, 고객 서명 이름, 허가 및 인증 자격, 암호화 정보, 시스템 동작의 물리적 영역, 시스템을 구동시키는 세부 사항 및 임의 다른 시스템 또는 사용자 관련 정보를 포함할 수 있다.
데이터베이스(3763)에 저장된 현재 시스템 상태 데이터는, 다른 것들 중에서도, 시스템에 있어서의 위치 및/또는 이동, 구성, 페어링, 에러, 고장, 경고, 문제, 무선 전력 디바이스들간에 송신된 메시지, 정보 추적을 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시 예에 따르면, 전력 전송기(3701)내의 데이터베이스(3763)는 미래 시스템 상태 정보를 추가로 저장할 수 있으며, 시스템의 미래 상태는 과거 시스템 상태 데이터와 현재 시스템 상태 데이터로부터의 이력 데이터에 따라 예견되거나 평가될 수 있다.
일부 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 모든 디바이스 데이터베이스(3763)로부터의 기록은 서버(3767)내에 저장되어 주기적으로 갱신된다. 일부 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송 시스템 네트워크(3700)는 2 이상의 서버들(3767)을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송 시스템 네트워크(3700)는 임의 서버(3767)를 포함하지 않을 수 있다.
다른 예시적인 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기들(3701)은 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 고장을 검출할 수 있다. 예를 들어, 전력 전송 시스템(502)에 있어서의 고장은, 다른 것들 중에서도, 임의 구성 요소의 과열, 오동작 및 과부하를 포함한다. 시스템내의 무선 전력 전송기들(3701) 중 임의의 전송기에 의해 고장이 검출되면, 그 고장은 시스템내의 임의 무선 전력 전송기 관리기(3765)에 의해 분석될 수 있다. 그 분석이 완료되면, 권고 또는 경고가 생성되어, 시스템 소유자 또는 제조자 또는 공급자에게로의 분배를 위해, 전력 전송 시스템의 소유자 또는 원격 클라우드 기반 정보 서비스에 보고된다.
일부 실시 예들에 있어서, 전력 전송기(3701)는 정보를 송신 및 수신하기 위해 네트워크(3740)를 이용한다. 네트워크(3740)는 근거리 네트워크일 수 있으며, 또는 무선 전력 전송 시스템의 구성 요소들간의 임의 통신 시스템일 수 있다. 네트워크(3740)는, 다른 것 들 중에서도, 전력 전송기들, 시스템 관리 서버들(3767)(있다면), 및 다른 전력 전송 시스템(있다면)들간에 통신할 수 있게 한다. 일부 실시 예에 따르면, 네트워크(3740)는 인터넷 클라우드(3779)를 통해 전력 전송 시스템과 원격 정보 서비스(3777)간의 데이터 통신을 도모한다.
원격 정보 서비스(3777)는 시스템의 소유자, 시스템의 제조자 또는 공급자, 또는 서비스 제공자에 의해 운영될 수 있다. 원격 관리 시스템은 비지니스 클라우드(3775), 원격 관리기(3773) 소프트웨어 및 백엔드 서버(backend server, 3769)를 포함할 수 있으며, 원격 관리기(3773)는 범용 데이터베이스(3771)를 더 포함한다. 백엔드 서버(3769) 및 원격 관리기(3773)의 기능은 단일 물리적 또는 가상 서버내에 조합될 수 있다.
범용 데이터베이스(3771)는 디바이스 데이터베이스(3763)에 저장된 정보의 추가적인 백업(backup)을 저장한다. 추가적으로, 범용 데이터베이스(3771)는, 다른 것들 중에서도, 마케팅 정보(marketing information), 고객 빌링(billing), 고객 구성, 고객 인증 및 고객 지원 정보를 저장한다. 일부 실시 예들에 있어서, 범용 데이터베이스(3771)는, 다른 것들 중에서도, 덜 대중적인 특성들, 시스템에 있어서의 에러, 문제 보고, 통계 및 품질 제어와 같은 정보를 저장한다. 각 무선 전력 전송기(3701)는, 다른 것들 중에서도, 인증, 문제 보고 목적으로 또는 상태 또는 이용 세부 사항의 보고를 위해 원격 관리기(3773)와의 TCP 통신 접속을 주기적으로 수립한다.
도 38에는 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템 아키텍처(3800)가 도시된다. 무선 전력 전송 시스템 아키텍처(3800)는 무선 전력 전송 시스템, 인터넷 클라우드(3879) 및 원격 정보 서비스(3883)를 포함한다. 개시된 무선 전력 전송 시스템은 하나 이상의 무선 전력 전송기들(3877), 임의 고객 디바이스(3861)가 결합되거나 그에 내장될 수 있는 하나 이상의 무선 전력 수신기들(3820), 하나 이상의 국부 시스템 관리 서버(3867) 또는 클라우드 기반 원격 시스템 관리 서버(3873)(예를 들어, 백엔드 서버들) 및 근거리 네트워크(3840)를 포함한다. 네트워크(3840) 접속은, 다른 것들 중에서도, 인트라넷, 근거리 네트워크(LAN), 가상 사설 네트워크(VPN), WAN 및 인터넷과 같은 컴퓨터들간의 임의 접속을 지칭한다.
일부 실시 예들에 따르면, 각 무선 전력 전송기(3877)는 무선 전력 전송기 관리기 소프트웨어(3865), 분산형 시스템 데이터베이스(3883) 및 TDM 전력 전송(3875) 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 각 무선 전력 전송기(3877)는 하나 이상의 무선 전력 수신기들(3820)로의 전력을 관리 및 전송할 수 있으며, 각 무선 전력 수신기(3820)는 하나 이상의 고객 디바이스들(3861)을 충전하고 그들에게 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 고객 디바이스(3861)는, 다른 것들 중에서도, 스마트폰, 테이블렛, 음악 재생기 및 장난감을 포함할 수 있다. 일부 유형의 고객 디바이스(3861)는 시스템 관리 GUI 애플리케이션을 구동한다. 이 애플리케이션은 AppleiTunes, Android Play Store 및/또는 amazon과 같은 디지털 애플리케이션 분산 플랫폼 또는 공중 소프트웨어 애플리케이션 스토어로부터 다운 로딩되거나 그로부터 설치되어 이용될 수 있다.
추가적인 실시 예에 따르면, 무선 전력 전송 시스템은, 다른 것들 중에서도, 고객 디바이스(3861)의 물리적 위치 및 전력 전송 스케줄과 같은 시스템 기준 또는 운영 조건들에 기반하여, 특정 무선 전력 수신기들(3820)로의 무선 전력의 전송을 제어하는데 이용될 수 있는, 국부 시스템 관리 서버(3867) 또는 클라우드 기반 원격 시스템 관리 서버(3873)내의, 또는 그 서버에서 구동되는, 또는 그 서버로부터 구동되는 시스템 관리 GUI 애플리케이션을 포함한다.
각 무선 전력 전송기 관리기 소프트웨어(3865)는, 다른 것들 중에서도, 전력 전송이 시작된 시간, 무선 전력 전송기(3877)와 무선 전력 수신기(3820)의 고유 시스템 신원, 접속된 디바이스들의 개수, 이용된 안테나의 방향 각, 무선 전력 수신기(3820)의 전력 수신 안테나에서의 전압, 무선 전력 수신기(3820)가 배치되거나 이동하든 간에 그로부터 정보를 추적하는데 이용되는 무선 전력 수신기(3820)와 무선 전력 전송기(508)간의 실시간 통신 접속과 같은, 다른 측면들을 모니터링하는, 무선 전력 전송기들(3877)의 동작을 제어할 수 있다. 추가적으로, 전력 전송기 관리기 소프트웨어(3865)는 무선 전력 전송 시스템이 TDM 전력 전송(3875) 모드로 되게 하거나 그렇게 되지 않게 할 수 있는, TDM 전력 전송(3875)의 이용을 제어한다. 특히, TDM 전력 전송(3875) 모드는 안테나 그룹으로의 재 할당에 의해 무선 전력 전송기(3877)의 안테나 어레이를 제어하는데, 오프라인 모드(offline mode)의 잔여 고객 디바이스들(3861)이 무선 전력 전송기(3877)에 의한 전력 공급을 기다리고 있는 중에, 각 그룹은 온라인 모드(online mode)인 이들 고객 디바이스들(3861)에게만 규칙적인 시간 간격으로 전력을 전송하는데 이용될 수 있다.
TDM 전력 전송(3875) 모드를 통하는 무선 전력 전송기(3877)는 무선 전력 수신기(3820)와 결합된 특정 그룹의 고객 디바이스(3861)들을 온라인으로 전환시키고, 다른 특정 그룹의 고객 디바이스(3861)를 오프라인으로 전환시키거나, 그 반대의 동작을 수행하는데, 이는, 무선 전력 전송기(3877)에 충분히 가까운 모든 고객 디바이스들(3861)이 충분한 에너지를 수신할 때까지 그러한 동작을 수행한다. 무선 전력 전송기(3877)가 동시에 모두에게 전력을 공급하기에는 고객 디바이스들(3861)이 너무 많은 동안에는, 이러한 TDM 전력 전송 사이클이 계속될 수 있다.
일부 실시 예들에 따르면, 분산형 시스템 데이터베이스(3883)는 국부 시스템 관리 서버(3867), 무선 전력 전송기(3877) 및 고객 디바이스(3861)내의 무선 전력 수신기(3820)로부터의 관련 정보를 기록할 수 있다. 정보는 고객 디바이스(3861)에 대한 식별자, 무선 전력 수신기(3820)내의 전력 회로의 전압 측정치, 위치, 신호 세기, 무선 전력 수신기(3820)의 ID, 무선 전력 전송기(3877)의 ID, 종단 사용자 휴대형 디바이스 이름 ID, 시스템 관리 서버 ID, 충전 스케줄, 충전 우선 순위 및/또는 무선 전력 전송 시스템에 관련된 임의 데이터를 포함하지만, 그에 국한되는 것은 아니다. 추가적으로, 무선 전력 전송기(3877), 고객 디바이스에 전력을 공급하는 무선 전력 수신기(3820) 및 국부 시스템 관리 서버(3867)는 시스템 정보 생성기로서 동작한다.
분산형 시스템 데이터베이스(3871)는, 예를 들어, MySQL, PostgreSQL, SQLite, Microsoft SQL Server, Microsoft Access, Oracle, SAP, dBACE, FoxPro, IBM DB2, LibreOffice Base, FileMaker Pro 및/또는 데이터의 콜렉션을 조직할 수 있는 임의 다른 유형의 데이터베이스와 같은, 본 기술 분야의 알려진 데이터베이스 관리 시스템(DBMS)을 통해 구현될 수 있다.
일부 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기(3877)는 정보를 송수신하기 위해 네트워크(3840)를 이용할 수 있다. 네트워크(3840)는 근거리 네트워크, Wi-Fi 또는 무선 전력 전송 시스템의 구성 요소들간의 임의 통신 시스템일 수 있다. 네트워크(3840)는, 다른 것들 중에서도, 2 이상의 무선 전력 전송기들(3877)간에 통신할 수 있게 하고, 무선 전력 전송기(3877)와 시스템 관리 서버(3867)가 통신할 수 있게 하며, 인터넷 클라우드(3879)를 통한 무선 전력 전송 시스템과 원격 정보 서비스(3883)간의 통신을 도모할 수 있다.
원격 정보 서비스(3883)는 시스템의 소유자, 제조자, 시스템의 공급자 또는 서비스 제공자에 의해 운영될 수 있다. 원격 정보 서비스(3883)는 백-엔드 서버, 원격 정보 서비스 관리기 및 범용 원격 정보 서비스 데이터베이스와 같은 서로 다른 구성 요소들을 포함한다.
도 39에는, 실시 예에 따라, 구현의 하나 이상의 실시 예가 동작할 수 있는 예시적인 계산 디바이스(3900)가 도시된다. 일 실시 예에 있어서, 계산 디바이스(3900)는 버스(3995), 입력/출력(I/O) 디바이스(3985), 통신 인터페이스(3987), 메모리(3989), 저장 디바이스(3991) 및 중앙 처리 유닛(3993)을 포함한다. 다른 실시 예에 있어서, 계산 디바이스(3900)는 도 39에 도시된 것들에 추가되거나, 그들보다 적거나, 그들과 다르거나, 그들과 다르게 배열된 구성 요소를 포함할 수 있다.
도 39에 있어서, 버스(3995)는 (I/O) 인터페이스(3985), 통신 인터페이스(3987), 메모리(3989), 저장 디바이스(3991) 및 중앙 처리 유닛(3993)과 물리적으로 통신한다. 버스(3995)는 계산 디바이스(3900)내의 구성 요소들이 서로 통신할 수 있게 하는 경로를 포함한다. 예를 들어, (I/O) 디바이스(3985)는, 시험자 또는 지원자가 키보드, 컴퓨터 마우스들, 버튼들, 터치 스크린, 터치 패드, 음성 인식, 생체 메카니즘등을 포함하는, 계산 디바이스(3900)에 정보를 입력할 수 있게 하는 주변 장치 및/또는 다른 메카니즘을 포함한다. (I/O) 디바이스(3985)는, 예를 들어, 디스플레이, 마이크로폰, LED(Light Emitting Diode), 프린터, 스피커, 배향 센서 등과 같이, 컴퓨터 디바이스(3900)의 사용자에게 정보를 출력하는 메카니즘을 포함한다. 상기 배향 센서는 하나 이상의 가속도계, 하나 이상의 자이로스코프, 하나 이상의 컴퍼스들(compasses)을 포함한다. 가속도계는 각각의 축에 대한 각각의 각도의 각자의 변경을 제공한다. 자이로스코프는 각 축에 대한 각각의 각도의 각각의 변경 레이트를 제공하며, 컴퍼스는 컴퍼스 헤딩(compass heading)을 제공한다.
예를 들어, 통신 인터페이스(3987)는, 계산 디바이스(3900)가 네트워크 접속을 통해 다른 계산 디바이스 및/또는 시스템들과 통신할 수 있게 하는 메카니즘을 포함한다. 예를 들어, 메모리(3989)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory) 및 플래시 메모리등을 포함한다. 예를 들어, 저장 디바이스(3991)는 자기 및/또는 광학 기록 매체, 페로 전기 RAM(F-RAM) 하드 디스크, 고체 상태 드라이브, 플로피 디스크, 광학 디스크 등을 포함한다. 일 실시 예에 있어서, 메모리(3989) 및 저장 디바이스(3991)는 중앙 처리 유닛(3993)에 의한 실행을 위한 명령 및 정보를 저장한다. 다른 실시 예에 있어서, 중앙 처리 유닛(3993)은, 마이크로프로세서, ASIC 또는 FPOA 등을 포함한다. 본 실시 예에 있어서, 중앙 처리 유닛(3993)은 메모리(3989) 및 저장 디바이스(3991)로부터 검색된 명령을 해독 및 실행한다.
예를 들어, 이들 구현은 서버, 인증된 계산 디바이스들, 스마트폰, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 테이블렛 컴퓨터, PDA, 디지털 데이터를 수신, 처리 및 전송할 수 있는 다른 유형의 프로세서 제어 디바이스를 포함한다. 추가적으로, 계산 디바이스(3900)는 시스템 아키텍처의 적당한 동작에 요구되는 특정 동작들을 수행할 수 있다. 적당한 계산 디바이스(3900)는 메모리(3989)와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체에 포함된 소프트웨어 명령을 실행하는 중앙 처리 유닛(3993)에 응답하여 이들 동작들을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 시스템의 소프트웨어 명령들은 저장 디바이스(3991)와 같은 다른 메모리 위치로부터 메모리(3989)로 판독되거나, 통신 인터페이스(3987)를 통해 또 다른 계산 디바이스(3900)(예를 들어, 제 1 고객 디바이스, 제 2 고객 디바이스, 계산 디바이스 등)로부터 메모리(3989)로 판독된다. 이 실시 예에 있어서, 메모리(3989)내에 포함된 소프트웨어 명령어들은 중앙 처리 유닛(3993)이 프로세스를 실행할 수 있게 한다.
도 40에는, 적응적 3D 포켓 형성 기술을 이용하여 무선 에너지를 전송하기 위한 무선 에너지 전송 시스템(4000)을 도시한 기능 블럭도가 도시된다. 일부 실시 예들에 있어서, 무선 에너지 전송 시스템(4000)은 클라우드 서비스 제공자, 임의 개수의 적당한 무선 전력 전송기들(4001-4001n) 및 임의 개수의 적당한 무선 충전형 디바이스들을 포함한다. 다른 실시 예에 있어서, 무선 에너지 전송 시스템(400)은 도 40에 도시된 것들에 추가되는, 그들보다 적은, 그들과 다른 또는 그들과 다르게 배열된 구성 요소들을 포함한다.
도 40에 있어서, 클라우드 서비스 제공자는 시스템 관리 서비스(4067)와 정보 분산 서비스를 포함한다. 무선 충전형 디바이스들의 각각은 연관된 수신기(4020-4020n), 고객 디바이스(4052-4052n) 및 GUI(4061-4061n)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 각각이 수신기, 고객 디바이스 및 GUI를 포함하는 추가적인 무선 충전형 디바이스들(최대 n개)이 존재할 수 있다.
일부 구현에 있어서, 클라우드 서비스 제공자, 무선 전력 전송기(4001) 및 무선 충전형 디바이스들은 서로간에 하나 이상과 유선/무선 통신한다. 이들 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기(4001)는 임의 적당한 무선 프로토콜을 통해 무선 충전형 디바이스들과 무선으로 결합하거나 통신한다. 예를 들어, 적당한 무선 프로토콜은, 블루투스, 블루투스 로우 에너지, Wi-Fi, ZigBee 등을 포함한다.
일부 실시 예에 있어서, 클라우드 서비스 제공자는, 임의 개수의 프로세서들, 랜덤 액세스 메모리 모듈, 물리적 저장 드라이브, 유선 통신 포트, 무선 통신 포트등을 포함하는, 원하는 애플리케이션 세트를 구동하는데 필요한 임의 개수의 구성 요소들을 포함하는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어로서 구현된다. 예를 들어, 클라우드 서비스 제공자는 계산 디바이스의 하나 이상의 구성 요소들을 이용하여 구현된다. 이들 실시 예들에 있어서, 클라우드 서비스 제공자는 사용자 자격, 디바이스 식별, 디바이스 인증, 하나 이상의 사용자와 연관된 이용 및 지불을 관리하고, 서비스 요청과 정보 요청을 처리하고, 하나 이상의 사용자들과 관련된 데이터를 저장 및 판독할 수 있는 소프트웨어를 포함하는, 시스템 관리 서비스(4067)를 호스팅하는데 필요한 임의 소프트웨어를 실행한다. 다른 실시 예에 있어서, 클라우드 서비스 제공자는 사용자 데이터, 디바이스 데이터 및 지불 데이터를 저장하는 데이터베이스를 추가로 포함한다.
일부 실시 예들에 있어서, 시스템 관리 서비스(4067)는 하나 이상의 무선 전력 전송기에서 하나 이상의 수신기로의 전력 전송과, 이동 디바이스 사용자와 연관된 자격, 무선 전력 전송과 연관된 빌링을 관리하도록 구성된다. 이들 실시 예들에 있어서, 시스템 관리 서비스(4067)는 하나 이상의 무선 전력 수신기로의 전력 전송을 시작, 중지 및 정지하도록 하는 명령을 포함하는 명령들을, 하나 이상의 무선 전력 전송기(4001)로 발행하도록 구성된 하드웨어 및 소프트웨어이다. 예를 들어, 클라우드 서비스 제공자는 계산 디바이스와 실질적으로 유사하게 기능한다. 다른 예시로서, 시스템 관리 서비스(4067)는 무선 전력 관리기와 실질적으로 유사하게 기능한다.
일부 실시 예들에 있어서, 클라우드 서비스 제공자는 정보 분산 서비스를 호스팅하는데 필요한 임의 소프트웨어를 실행한다. 예를 들어, 그러한 소프트웨어는, 하나 이상의 사용자들에 관련된 데이터를 저장 및 판독하고, 데이터에 대한 분석을 실행할 수 있는 소프트웨어를 포함한다. 다른 실시 예들에 있어서, 정보 분산 서비스는, 시스템 관리 서비스(4067), 무선 전력 전송기(4001), 수신기(4020) 및/또는 고객 디바이스(4052)로부터 이용 데이터, 빌링 데이터, 인구학적 데이터(demographic data)등을 수집하도록 구성된 하드웨어 및 소프트웨어이다. 예를 들어, 데이터는 충전에 걸린 총 시간, 디바이스에 전송된 총 에너지, 디바이스에 매월 전달된 총 에너지량, 이동 디바이스에 에너지가 전송된 위치, 이동 디바이스 사용자 인구학적 기술어(demographic descriptor) 등을 포함한다.
다른 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기(4001)는 임의 개수의 프로세서들, 랜덤 액세스 메모리 모듈들, 물리적 저장 드라이브들, 유선 통신 포트, 안테나들에 결합될 수 있게 하는 무선 통신 인터페이스 등을 포함하는, 원하는 애플리케이션 세트를 구동하는데 필요한 임의 개수의 구성 요소들을 포함하는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어로서 구현된다. 예를 들어, 무선 전력 전송기들(4001)은 계산 디바이스의 하나 이상의 구성 요소들을 이용하여 구현된다. 일부 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기들(4001)은 적응적 3-D 포켓 형성 기술을 이용하여 (하나 이상의 전기 디바이스에 결합된) 무선 전력 수신기와 (무선 전력 수신기를 포함하는) 무선 충전형 디바이스들에 전력을 전송할 수 있는 전송기들로서 구현된다. 이러한 실시 예에 있어서, 하나 이상의 무선 전력 전송기(4001)들은 (하나 이상의 전기 디바이스에 결합되거나 무선 충전형 디바이스의 일부로서) 하나 이상의 수신기들(4020)과 통신하고, 3D 공간에 있어서 하나 이상의 수신기들(4020)의 위치를 결정하고, 하나 이상의 수신기(4020)에 에너지 포켓을 형성하도록 전력 신호들을 전송한다.
일부 실시 예들에 있어서, 무선 충전형 디바이스는, 임의 개수의 프로세서들, 랜덤 액세스 메모리 모듈들, 물리적 저장 드라이브들, 유선 통신 포트, 안테나들에 결합될 수 있게 하는 무선 통신 인터페이스 등을 포함하는, 원하는 애플리케이션 세트를 구동하는데 필요한 임의 개수의 구성 요소들을 포함하는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어로서 구현된다. 일부 실시 예들에 있어서, 무선 충전형 디바이스들은 적당한 무선 전력 수신기에 결합되거나 그와 통신하는 계산 디바이스로서 구현된다. 예를 들어, 무선 충전형 디바이스는, 이동 전화기, 랩탑, 휴대형 비디오 게임 시스템, 비디오 게임 제어기 등을 포함한다. 예를 들어, 무선 충전형 디바이스는, 계산 디바이스의 하나 이상의 구성 요소들을 이용하여 구현된다. 일부 실시 예에 있어서, 무선 충전형 디바이스는 적응적 3-D 포켓 형성 기술을 채용하여 무선 전력 전송기로부터 전력을 수신하도록 작동할 수 있는 수신기(예를 들어, 수신기(4020))를 포함하여 구성된다. 이들 실시 예에 있어서, 하나 이상의 무선 충전형 디바이스들에 포함되는 수신기 부분(예를 들어, 수신기(4020))은 하나 이상의 무선 전력 전송기(4001)와 통신하고, 하나 이상의 무선 충전형 디바이스와 연관된 수신기의 위치에 형성된 에너지 포켓으로부터 에너지를 수신한다. 무선 충전형 디바이스들은 내재 수신기(inherent receiver)(예를 들어, 수신기(4020))를 포함하거나, 별도의 무선 수신기와 결합되어 그와 전기적으로 통신한다.
동작에 있어서, 무선 전력 전송기(4001)는 블루투스, 블루투스 로우 에너지, ZigBee 등을 포함하는 적당한 무선 통신 프로토콜을 이용하여 개별적인 전송기들과 연관된 식별자를 방송한다. 예를 들어, 적당한 식별자들은, MAC 어드레스, IMEI, 일련 번호, ID 스트링 등을 포함한다. 다른 실시 예에 있어서, 적당한 식별자는, 무선 전력 전송기(4001)에 이용된 소프트웨어의 버전에 대한 정보를 추가로 포함한다. 일부 실시 예에 있어서, 무선 충전형 디바이스내의 고객 디바이스(4052)는 하나 이상의 무선 전력 전송기(4001)에 의해 방송되는 하나 이상의 식별자를 검출하고 GUI(4061)를 통해 이동 디바이스 사용자에게 무선 전력 전송기(4001)의 하나 이상의 그래픽 표시를 디스플레이하도록 구성된다. 다른 실시 예에 있어서, 고객 디바이스(4052)는 무선 전력 전송기(4001)상에 구동되는 소프트웨어의 버전을 결정하고, 버전 정보를 이용하여, 무선 전력 전송기(4001)에 의해 방송된 정보내의 무선 전력 전송기(4001)와 연관된 식별자의 포맷 및 위치를 결정한다.
일부 실시 예에 있어서, 고객 디바이스(4052)는 충전 개시 요청, 충전 중지 요청, 충전 종료 요청, 지불 트랜잭션(payment transaction) 인증 요청을 포함하는 사용자 요청을 시스템 관리 서비스(4067)로 통신할 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 클라우드 서비스 제공자는, 하나 이상의 무선 전력 전송기들과 통신하며, 하나 이상의 무선 전력 전송기들(4001)로부터 전력 신호들의 분배를 관리한다. 무선 전력 전송기(4001)는 수신기(4020)와 무선 통신하며, 적응적 3-D 포켓 형성 기술을 채용하여 무선 전력 전송기(4001)로부터 수신기(4020)로 전력 신호를 전송하도록 구성된다.
도 41에는, 예시적인 실시 예에 따른, 페어링 프로세스(4100)의 흐름도가 도시된다. 페어링 프로세스(4100)는 전자 디바이스가 시스템내의 이용 가능 전력 수신기들을 식별할 때(4121) 시작한다. 그 다음, 신호 세기를 이용하여, 전자 디바이스는 이용 가능 전력 수신기들의 각각의 근접성을 모니터링할 수 있다(4123). 전자 디바이스는, 페어링을 실행하기 위해 전력 수신기들 중 하나가 근접 범위내에 있는지를 일정하게 체크한다(4125). 전력 수신기들 중 어느 것도 그 범위내에 있지 않으면, 전자 디바이스는 전력 수신기들의 근접성을 계속 모니터링한다. 수신기들 중 하나가 그 범위내에 있으면, 전자 디바이스는, 전력 수신기가 이미 페어를 이루고 있는지를 판정(4129)하기 위해 데이터베이스를 체크한다(4127). 전력 수신기가 또 다른 전자 디바이스와 연계되면, 전자 디바이스는 전력 수신기를 계속적으로 스캔하고 그들의 근접성을 추적한다. 전력 수신기가 아무런 연계성을 가지고 있지 않으면, 전자 디바이스는 페어링 프로토콜을 개시하고, 타이머가 시작되게 하며(4131) 전력 수신기의 근접성을 계속 모니터링한다. 소정 시간의 경과후, 전자 디바이스는, 전력 수신기가 여전히 그 범위내에 있는지를 체크한다(4135). 전력 수신기가 그 근접 범위내에 있지 않으면, 전자 디바이스는 전력 수신기들의 근접성을 계속 추적한다. 전력 수신기가 여전히 근접 범위내에 있으면, 전자 디바이스는 그의 ID와 전력 수신기의 ID를 연계시켜 데이터베이스를 갱신한다(4137).
일부 실시 예에 있어서, 전자 디바이스의 GUI는 데이터베이스를 갱신하기 전, 사전 결정된 시간 경과에 걸쳐 여러 신호 세기 측정치들(RSSI)을 분석한다. 일부 실시 예들에 있어서, GUI는 신호 세기 측정치를 계산 및 평균화하고, 그것을 사전 정의된 기준값과 비교한다. 내부 데이터베이스내의 정보를 갱신한 후, 전자 디바이스는 갱신된 데이터베이스의 사본을 전력 전송기에 송신하며(4139), 페어링 프로세스(4100)가 종료된다.
도 42에는 예시적인 실시 예에 따른, 비-페어링 프로세스(un-pairing process)의 흐름도가 도시된다. 비-페어링 프로세스(4200)는, 전력 수신기가 페어링 범위 밖에 있는지를 체크(4243)하기 위해 전력 수신기와 페어를 이룬 전자 디바이스가 전력 수신기의 근접성을 일정하게 모니터링(4241)할 때, 시작된다. 변경이 없으면, 전자 디바이스는 페어링된 전력 수신기의 근접성을 계속 모니터링한다(4241). 변경이 있으면, 전자 디바이스는 타이머가 시작되게 한다(4245). 소정 시간 경과후, 전자 디바이스는, 전력 수신기가 여전히 범위내에 있는지를 판정(4249)하기 위해 전력 수신기에 의해 방송되는 광고의 신호 세기를 체크한다. 이것은 전자 디바이스내의 GUI에 의해 실행된다. GUI는 사전 결정된 시간 경과에 걸쳐 여러 신호 세기 측정치들(RSSI)을 분석한다. 일부 실시 예들에 있어서, GUI는 신호 세기 측정치들을 계산 및 평균화하고, 그것을 사전 정의된 기준값들과 비교한다.
전력 수신기가 근접 범위내에 여전히 있다고 전자 디바이스가 판정하면, 전력 수신기의 근접성에 대한 통상적인 모니터링을 계속한다. 전력 수신기가 더 이상 근접 범위내에 있지 않다고 전자 디바이스가 판정하면, 전자 디바이스는 내부 데이터베이스를 갱신하고(4251), 후속적으로 데이터베이스의 갱신 버전을 전력 전송기에 송신한다(4253). 병렬 프로세스에 있어서, 전자 디바이스는 이용 가능한 전력 수신기들을 스캔하고 식별(4255)하기 시작하며, 이용 가능한 전력 수신기들의 근접성을 계속 모니터링하고, 비-페어링 프로세스(4200)가 종료된다.
예시적인 실시 예에 있어서, 무선 충전 시스템과 상호 작용하는 GUI를 포함하는 스마트폰은 셀 전화기 커버내에 내장된 전력 수신기와 페어를 이룬다. 제 1 시점에, 스마트폰은 전력 전송기와 통신하여, 인증받고, 전력 수신기의 데이터베이스를 수신하며, 전력 수신기 디바이스들을 스캔하기 시작한다. 스캐닝 후, 스마트폰은 3개의 이용 가능한 전력 수신기를 발견한다. 그것은 신호 세기에 기초하여 전력 디바이스들의 근접성을 추적한다. 제 2 시점에, 전력 수신기들 중 하나는 스마트폰 근처에 배치된다. 스마트폰은 전력 수신기가 그 범위내에 있다고 판정하여 페어링 프로세스를 시작한다. 수초 후, 그것은 다시 신호 세기를 체크하여, 전력 수신기가 여전히 페어링을 위한 허용 가능 거리내에 있다고 판정한다. 그 다음, 스마트폰은 그의 내부 데이터베이스를 갱신하고, 갱신된 데이터베이스를 전력 전송기에 송신한다. 제 3 시점에, 스마트폰은 전력 전송기에 전력 요청을 송신한다. 전력 전송기는 데이터베이스를 탐색하여, 어느 전력 수신기가 스마트폰과 연계되어 있는지를 판정하고, 스마트폰과 연계된 전력 수신기를 향해 안테나 어레이를 지향시키고, 전력 전송을 시작한다.
D. 에너지 포켓을 형성하는 시스템들의 구성 요소들
도 4에는 포켓 형성 절차를 이용하는 무선 전력 전송의 예시적인 시스템(400)의 구성 요소들이 도시된다. 그 시스템(400)은 하나 이상의 전송기들(402), 하나 이상의 수신기들(420) 및 하나 이상의 고객 디바이스들(446)을 구비한다.
1. 전송기들
전송기들(402)은 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 무선 전력 전송을 위한, RF파(442)일 수 있는 무선 전력 전송 신호들을 방송할 수 있는 임의 디바이스일 수 있다. 전송기들(402)은 포켓 형성, 적응적 포켓 형성 및 멀티플 포켓 형성을 포함하는, 전력 전송 신호들의 전송과 관련된 작업의 실행을 담당한다. 일부 구현에 있어서, 전송기들(402)은, 임의 주파수 또는 파장을 가진 임의 무선 신호를 포함하는, RF파 형태의 무선 전력 전송을 수신기(420)에 전송할 수 있다. 전송기(402)는 하나 이상의 안테나 소자들(406), 하나 이상의 RFIC들(408), 하나 이상의 마이크로제어기들(410), 하나 이상의 통신 구성 요소들(412), 전원(414) 및 전송기들(402)에 대해 모든 요청된 구성 요소들을 할당하는 하우징(housing)을 포함한다. 전송기(402)의 여러 구성 요소들은, 메타-재질(meta-material), 회로들의 마이크로 인쇄(micro-printing), 나노 재질 등을 구비하거나/하고 그들을 이용하여 제조될 수 있다.
예시적인 시스템(400)에 있어서, 전송기(402)는 3차원 공간 위치에서 수렴하여 에너지 포켓(444)을 형성하는 제어 RF파(442)를 전송하거나 방송한다. 이들 RF파들은 위상 및/또는 상대적 진폭 조정을 통해 보강 또는 상쇄 간섭 패턴을 형성(즉, 포켓 형성)하도록 제어된다. 에너지 포켓(444)은 보강 간섭 패턴으로 형성된 필드일 수 있으며, 그 형상이 3차원일 수 있다. 반면, 특정 물리적 위치에서의 전송 널은 상쇄 간섭 패턴으로 발생될 수 있다. 수신기(420)는 전자 고객 디바이스(446)(예를 들어, 랩탑 컴퓨터, 셀폰)를 충전하거나 그에 전력을 공급하는 포켓 형성에 의해 생성되는 에너지 포켓(444)으로부터 전기 에너지를 수확한다. 일부 실시 예에 있어서, 시스템(400)은 여러 전자 장비에 전력을 공급하는, 다수의 전송기들(402) 및/또는 다수의 수신기들(420)을 구비한다. 고객 디바이스들(446)의 비 제한적 예시는 스마트 폰, 테이블렛, 음악 재생기, 장난감 등을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전자 디바이스에 대한 전력을 조정하기 위해 적응적 포켓 형성이 이용될 수 있다.
2. 수신기들
수신기들(420)은, 적어도 하나의 안테나 소자(424), 하나의 정류기(426), 하나의 전력 변환기(428) 및 통신 구성 요소(430)가 포함될 수 있는 하우징을 포함한다.
수신기(420)의 하우징은, 예를 들어, 플라스틱 또는 경질 고무와 같이, 신호 또는 파의 전송 및/또는 수신을 도모할 수 있는 임의 재질로 이루어질 수 있다. 하우징은, 예를 들어, 케이스 형태의, 다른 전자 장비에 추가되거나 전자 장비내에 내장될 수 있는 외부 하드웨어일 수 있다.
3. 안테나 소자들
수신기(420)의 안테나 소자(424)들은, 전송기(402A)에 의해 이용되는 주파수 대역들에서 신호들을 전송하거나/하고 수신할 수 있는 임의 유형의 안테나를 구비할 수 있다. 안테나 소자들(424)은 수직 또는 수평 편광, 우측 또는 좌측 편광, 타원 편광 또는 다른 편광과, 임의 개수의 편광 조합들을 포함할 수 있다. 다수의 편광들을 이용하는 것은, 예를 들어, 스마트 폰 또는 휴대용 게임 시스템과 같이, 이용 동안에 바람직한 배향이 아니거나 그 배향이 시간에 따라 계속적으로 가변하는 디바이스들에 유익할 수 있다. 잘 정의된 예상 배향을 가진 디바이스(예를 들어, 양손 비디오 게임 제어기)의 경우, 주어진 편광의 안테나 수에 대한 비율에 영향을 주는 안테나들에 대한 바람직한 편광이 존재할 수 있다. 수신기(420)의 안테나 소자들(424)에 있어서의 안테나의 유형은 약 1/8인치 내지 약 6인치의 높이와 약 1/8인치 내지 약 6인치의 폭을 가진, 패치 안테나(patch antenna)를 포함한다. 패치 안테나는 바람직하게 접속성에 좌우되는 편광을 가진다. 즉, 그 편광은 패치가 어느 측면에 맞물리는지에 따라 가변한다. 일부 실시 예들에 있어서, 그 유형의 안테나는, 무선 전력 전송을 최적화하기 위해 안테나 편광을 동적으로 가변시킬 수 있는, 예를 들어, 패치 안테나와 같은 임의 유형의 안테나일 수 있다.
4. 정류기
수신기(420)의 정류기(426)는 안테나 소자들(424)에 의해 발생된 교류(AC) 전압을 직류(DC) 전압으로 정류하기 위하여, 다이오드, 저항들, 인덕터들 및/또는 커패시터들을 포함한다. 정류기(426)는 전력 전송 신호들로부터 수집된 전기 에너지의 손실을 최소화하기 위해 안테나 소자들(A24B)에 기술적으로 가능한 가깝게 배치된다. AC 전압을 정류한 후, 결과하는 DC 전압은 전력 변환기(428)를 이용하여 조정된다. 전력 변환기(428)는, 입력과 무관하게, 전자 디바이스 또는 본 예시적인 시스템(400)에서는 배터리에 상수 전압 출력을 제공하는데 도움을 주는 DC/DC 변환기일 수 있다. 전형적인 전압 출력은 약 5볼트 내지 약 10볼트일 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 변환기는, 높은 효율성을 제공할 수 있는, 전자 스위치 모드 DC-DC 변환기를 포함할 수 있다. 그러한 실시 예에 있어서, 수신기(420)는 전력 변환기(428)전에서 전기 에너지를 수신하도록 배치된 커패시터(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 커패시터는 전자 스위칭 디바이스(예를 들어, 스위치 모드 DC-DC 변환기)에 충분한 전류가 제공되는 것을 보장하며, 그에 따라 전자 스위칭 디바이스는 효율적으로 작동할 수 있게 된다. 예를 들어, 전화기 또는 랩탑 컴퓨터와 같은 전자 디바이스를 충전할 때, 전자 스위치 모드 DC-DC 변환기의 동작을 활성화시키는데 필요한 최소 전압을 초과할 수 있는 초기 고전류가 요구될 수 있다. 그 경우, 수신기(420)의 출력에 커패시터(도시되지 않음)가 추가되어, 요구된 초과 에너지를 제공한다. 이후, 보다 낮은 전력이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전화기 또는 랩탑의 충전을 증가시키면서 전체 초기 전력의 1/80이 이용될 수 있다.
5. 통신 구성 요소
수신기(420)의 통신 구성 요소(430)는 다른 수신기들(420), 고객 디바이스들 및/또는 전송기들(402)과 같은 시스템(400)의 하나 이상의 다른 디바이스들과 통신한다. 수신기에 대해 다른 안테나, 정류기 또는 전력 변환기 배열이 가능하며, 이에 대해서는 이하의 실시 예들에서 설명하겠다.
E. 다수의 디바이스들에 대한 포켓 형성 방법
1. 주요 구성
도 5에는 예시적인 실시 예들에 따른, 다수의 수신기 디바이스들에게 전력을 공급하는 단계들이 도시된다.
제 1 단계(501)에서, 전송기(TX)는 수신기(RX)와 접속을 수립하거나 그와 연계된다. 즉, 일부 실시 예들에 있어서, 전송기들과 수신기들은 (예를 들어, Bluetooth®, BLE, Wi-Fi, NFC, ZigBee®와 같은) 전기 디바이스들의 2개의 프로세서들간에 정보를 전송할 수 있는 무선 통신 프로토콜을 이용하여 제어 데이터를 통신한다. 예를 들어, Bluetooth® 또는 Bluetooth® 변종을 구현하는 실시 예에서는, 전송기가 수신기의 방송 광고 신호들을 스캔(scan)하거나, 수신기가 전송기에 광고 신호를 전송할 수 있다. 광고 신호는 전송기에 수신기의 존재를 알리고, 전송기와 수신기간의 연계를 트리거할 수 있다. 이하에서 설명한 바와 같이, 일부 실시 예들에 있어서, 광고 신호는 포켓 형성 절차를 실행하고 관리하기 위해 여러 디바이스들(예를 들어, 전송기들, 고객 디바이스들, 서버 컴퓨터들, 다른 수신기들)에 의해 이용될 수 있는 정보를 통신할 수 있다. 광고 신호내에 포함된 정보는 디바이스 식별자(예를 들어, MAC 어드레스, IP 어드레스, UUID), 수신된 전기 에너지의 전압, 고객 디바이스 전력 소모 및 전력 전송파와 관련된 다른 유형의 데이터들을 포함할 수 있다. 전송기는 수신기를 식별하기 위해 전송되는 광고 신호를 이용할 수 있으며, 일부 경우에, 2차원 공간 또는 3차원 공간에 있어서 수신기의 위치를 결정할 수 있다. 전송기가 수신기를 식별하면, 전송기는 전송기내에 수신기와 연계된 접속을 수립하여, 전송기와 수신기가 제 2 채널을 통해 제어 신호를 통신할 수 있게 한다.
예를 들어, Bluetooth® 프로세서를 구비한 수신기가 전력을 공급받거나 전송기의 검출 범위내에 있게 되면, 블루투스 프로세서는 Bluetooth® 표준에 따라 수신기를 광고하기 시작한다. 전송기는 광고를 인식하고, 제어 신호들과 전력 전송 신호들을 통신하기 위한 접속을 수립하기 시작한다. 일부 실시 예들에 있어서, 광고 신호는 고유 식별자를 포함할 수 있으며, 그에 따라, 전송기는 범위내의 근처의 모든 다른 Bluetooth® 디바이스들로부터 그 광고 및 궁극적으로는 그 수신기를 구별할 수 있게 된다.
다음 단계(503)에서, 전송기가 광고 신호를 검출하면, 전송기는 그 수신기와 통신 접속을 자동을 형성하며, 그에 따라 전송기와 수신기는 제어 신호들과 전력 전송 신호들을 통신할 수 있게 된다. 그 다음, 전송기는 수신기에게 명령하여 실시간 샘플 데이터 또는 제어 데이터의 전송이 시작되도록 한다. 또한, 전송기는 전송기의 안테나 어레이의 안테나들로부터 전력 전송 신호들의 전송을 시작한다.
다음 단계(505)에서, 수신기는 수신기의 안테나가 수신한 전기 에너지에 기초하여, 전력 전송 신호들의 효율성과 관련된 다른 메트릭(metric)들 중 전압을 측정한다. 수신기는 측정된 정보를 포함하는 제어 데이터를 발생하고, 제어 데이터를 포함하는 제어 신호들을 전송기에 전송한다. 예를 들어, 수신기는, 예를 들어, 초당 100회의 속도로 수신된 전기 에너지의 전압 측정치들을 샘플링한다. 수신기는 초당 100회씩 전압 샘플 측정치를 제어 신호 형태로 전송기에 되전송한다.
다음 단계(507)에서, 전송기는 수신기로부터 수신한 전압 측정치와 같은 메트릭들을 모니터링하는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행한다. 알고리즘들은, 수신기 둘레의 에너지 포켓의 효율성을 최대화하기 위해 전송기의 안테나들에 의한 전력 전송 신호들의 생성 및 전송을 가변시킨다. 예를 들어, 수신기가 수신한 전력이 수신기 둘레에 효과적으로 수립된 포켓 에너지를 나타낼 때 까지, 전송기는 전송기의 안테나가 전력 전송 신호를 전송하는 위상을 조정할 수 있다. 안테나에 대한 최적 구성이 식별되면, 전송기의 메모리는 전송기가 가장 높은 레벨로 방송을 유지하도록 그 구성을 저장한다.
다음 단계(509)에서, 전송기의 알고리즘은, 전력 전송 신호를 조정하는데 필요한 시기를 판정하고, 그러한 조정이 필요하다는 판정에 응답하여 전송 안테나의 구성을 가변시킨다. 예를 들어, 전송기는 수신기로부터 수신한 데이터에 기초하여, 수신기가 수신한 전력이 최대가 아니라고 판정할 수 있다. 전송기는 전력 전송 신호들의 위상을 자동으로 조정하지만, 그와 동시에 계속하여 수신기로부터 보고되어 온 전압을 수신 및 모니터링한다.
다음 단계(511)에서, 특정 수신기와 통신하는 판정된 시 기간 이후, 전송기는 전송기의 범위 내의 다른 수신기들로부터의 광고를 스캔하고/하거나 자동으로 검출한다. 그 전송기는 제 2 수신기로부터의 Bluetooth® 광고에 응답하여 제 2 수신기에 대한 접속을 수립한다.
다음 단계(513)에서, 제 2 수신기와의 제 2 통신 접속을 수립한 후, 전송기는 전송기의 안테나 어레이내의 하나 이상의 안테나들을 조정한다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기는 제 2 수신기에 서비스를 제공하기 위해 안테나들의 서브셋을 식별하고, 그에 의해 그 어레이는 수신기와 연계된 어레이들의 서브셋들로 파싱(parsing)된다. 일부 실시 예들에 있어서, 전체 안테나 어레이는 주어진 시 기간동안 제 1 수신기에 서비스를 제공하며, 그 다음 전체 안테나 어레이는 그 시 기간 동안 제 2 수신기에 서비스를 제공한다.
전송기에 의해 실행되는 수동 또는 자동 프로세서들은 제 2 수신기에 서비스를 제공하도록 어레이들의 서브셋을 선택한다. 이 예시에 있어서, 전송기의 어레이는 반으로 분할되어 2개의 서브셋들을 형성한다. 결과적으로, 안테나들의 절반은 제 1 수신기에 전력 전송 신호들을 전송하도록 구성되고, 안테나들의 절반은 제 2 수신기용으로 구성된다. 현 단계(513)에서, 전송기는 제 2 수신기에 대한 안테나들의 서브셋을 구성하거나 최적화하기 위해 상기와 유사한 기술을 적용할 수 있다. 전력 전송 신호들을 전송하는 어레이의 서브셋을 선택하는 동안, 전송기 및 제 2 수신기는 제어 데이터를 통신하고 있을 수 있다. 결과적으로, 전송기가 제 1 수신기와 통신하고/하거나 새로운 수신기를 스캐닝하는 것으로 다시 교번될 때 까지, 전송기는 전송기의 안테나 어레이의 제 2 서브셋에 의해 전송된 파들의 위상을 조정하기에 충분한 량의 샘플 데이터를 이미 수신했을 수 있으며, 그에 따라 전력 전송파는 제 2 수신기에 효과적으로 전송될 수 있게 된다.
다음 단계(515)에서, 제 2 수신기에 전력 전송 신호들을 전송하도록 제 2 서브 셋을 조정한 후, 전송기는 교번되어 제 1 수신기와 제어 데이터를 통신하고 추가적인 수신기를 스캔할 수 있다. 전송기는 제 1 서브셋의 안테나들을 재구성하고, 사전 결정된 간격으로 제 1 수신기와 제 2 수신기간에 교번한다.
다음 단계(517)에서 전송기는 사전 설정된 간격으로 수신기들간의 교번을 계속하고 새로운 수신기를 스캐닝한다. 각각의 새로운 수신기가 검출됨에 따라, 전송기는 접속을 수립하고 전력 전송 신호들의 전송을 시작한다.
하나의 예시적인 실시 예에 있어서, 수신기는 스마트 폰과 같은 디바이스에 전기적으로 접속될 수 있다. 전송기의 프로세서는 임의 블루투스 디바이스들을 스캔한다. 수신기는 블루투스 칩을 통해 그것이 블루투스 디바이스임을 광고하기 시작한다. 광고 내부에는 고유 식별자가 있을 수 있으며, 그에 따라, 그 광고를 스캔했을 때, 전송기는 범위내의 근처의 모든 다른 블루투스 디바이스들로부터 광고 및 궁극적으로는 그 수신기를 구별할 수 있게 된다. 그것이 수신기이다 라는 광고 또는 통지를 전송기가 검출하면, 전송기는 그 수신기와 통신 접속을 즉시 형성하여, 그 수신기에게 실시간 샘플 데이터의 송신을 개시하도록 명령한다.
수신기는 그의 수신 안테나에서의 전압을 측정하고, 전압 샘플 측정치를 전송기로 다시 송신한다 (예를 들어, 초당 100회). 전송기는 위상을 조정함에 의해 전송 안테나의 구성을 가변시키기 시작한다. 전송기가 위상을 조정함에 따라, 전송기는 수신기로부터 다시 송신되어 오는 전압을 모니터한다. 일부 구현에 있어서, 전압이 높을 수록, 포켓에 에너지가 더 많아진다. 안테나 위상은, 전압이 가장 높은 레벨로 되고, 수신기 둘레에 최대 에너지 포켓이 존재할 때 까지 변경될 수 있다. 전송기는 전압이 가장 높은 레벨에 있도록 안테나를 특정 위상으로 유지시킨다.
전송기는 각 개별적인 안테나를 한 번에 하나씩 가변시킨다. 예를 들어, 전송기내에 32개의 안테나들이 있고, 각 안테나가 8개의 위상을 가지면, 전송기는 제 1 안테나부터 시작하여 8개의 위상 모두에 걸쳐 제 1 안테나를 단계별로 진행시킨다. 수신기는 제 1 안테나의 8개의 위상들의 각각에 대한 전력 레벨을 다시 송신한다. 전송기는 제 1 안테나에 대한 가장 높은 위상을 저장한다. 전송기는 제 2 안테나에 대해 이 프로세스를 반복하고, 8개의 위상들에 걸쳐 그것을 단계별로 진행시킨다. 수신기는 각 위상으로부터의 전력 레벨들을 다시 송신하며, 전송기는 가장 높은 레벨을 저장한다. 다음, 전송기는 제 3 안테나에 대해 프로세스를 반복하며, 32개의 안테나 모두가 8개 위상들에 걸쳐 단계별로 진행될때 까지, 그 프로세스를 계속적으로 반복한다. 그 프로세서의 종료시에, 전송기는 수신기에 가장 효율적인 방식으로 최대 전압을 전송할 수 있다.
다른 예시적인 실시 예에 있어서, 전송기는 제 2 수신기의 광고를 검출하고 제 2 수신기와 통신 접속을 형성한다. 전송기가 제 2 수신기와 통신 접속을 형성하면, 전송기는 원래의 32개의 안테나들을 제 2 수신기로 조준하며, 제 2 수신기에 조준된 32개의 안테나들의 각각에 대해 위상 프로세스를 반복한다. 프로세스가 완료되면, 제 2 수신기는 전송기로부터 가능한 많은 전력을 획득한다. 전송기는 잠시동안 제 2 수신기와 통신하며, 그 다음 교번하여 사전 결정된 시 기간동안 (예를 들어, 잠시 동안) 제 1 수신기와 통신하며, 전송기는 사전 결정된 시간 간격으로 제 1 수신기와 제 2 수신기를 계속적으로 교번한다.
또 다른 구현에 있어서, 전송기는 제 2 수신기의 광고를 검출하고 제 2 수신기와 접속을 형성한다. 먼저, 전송기는 제 1 수신기와 통신하고, 제 1 수신기에 조준된 예시적으로 32개 안테나들의 절반을 재할당하여, 단지 16개만이 제 1 수신기 전용이 되게 한다. 전송기는 제 2 수신기에 나머지 절반의 안테나들을 할당하여, 16개의 안테나들이 제 2 수신기 전용이 되게 한다. 전송기는 안테나의 나머지 절반에 대한 위상을 조정한다. 16개의 안테나들이 8개 위상들의 각각을 거쳤으면, 제 2 수신기는 수신기에 대해 가장 효율적인 방식으로 최대 전압을 획득하게 된다.
2. 포켓 형성을 위한 최적 위치의 판정
도 43에는, 무선 전력 전송을 통해 전력을 수신하고 충전할 수 있는 전자 디바이스의 최적 위치 및 배향을 판정하기 위한, 다른 것들 중에서도, 제어기, CPU, 프로세서 또는 컴퓨터내의 알고리즘에 의해 채용될 수 있는, 추적 및 위치 결정 흐름도(4300)가 도시된다. 최적 효율을 달성하기 위해, 전자 디바이스는, 전력 전송이 시작(4359)될 때 수신된 전력 레벨 및/또는 배터리의 전압 레벨을 판정하기 위한 다양한 센서들을 이용한다. 그러한 센서는, 디바이스가 최대 이용 가능 효율로 전력을 수신하고 있는지를 나타낸다(4359). 예를 들어, 전력 효율을 판정하기 위한 센서 및/또는 회로들은, 가속도계, 주변광 센서, GPS 센서, 컴파스(compass), 근접성 센서, 압력 센서, 자이로스코프, 적외선 센서, 움직임 검출기, OPS 센서 회로 및/또는 임의 다른 유형의 센서 또는 회로 중에서 하나 이상을 구비한다.
최대 이용 가능 효율은, 다른 것들 중에서도, 전송기로부터의 거리, 장애물, 온도에 의존한다. 그 디바이스가 최대 이용 가능 효율로 전력을 수신하고 있는 중이면, 전자 디바이스상에 설치되고/되거나 수신기에 있는 애플리케이션, 소프트웨어 또는 프로그램은 현재 위치를 유지하도록 사용자에게 알려주고/주거나 주의를 준다(4363). 또한, 디바이스가 최대 이용가능 효율보다 낮은 효율로 전력을 수신하고 있는 중이면, 소프트웨어 또는 프로그램은 전송기 위치 및 배향과 관련된 전자 디바이스의 최적 위치를 추적 및 판정하는 다양한 센서를 이용한다. 센서들은 다른 것들 중에서도, 가속도계, 적외선, OPS를 포함한다. 또한, 추적 및 위치 결정을 위한 통신 모듈에 의해 통신 호혜(communication reciprocity)가 이용될 수 있다. 통신 모듈은, 다른 것들 중에서도, 블루투스 기술, 적외선 통신, Wi-Fi, FM 라디오를 포함하며 그들을 조합한다. 전자 디바이스의 각 위치 및/또는 배향에서 수신된 전력 및/또는 전압 레벨을 비교함에 의해, 소프트웨어 및/또는 프로그램은, 최적 위치 및/또는 배향을 찾기 위해 디바이스 위치를 변경(4365)하도록 사용자에게 통지하고/하거나 안내한다.
도 44a에는 전송기(4401A)가 다수의 셀 전화기(4452A)에 걸쳐 포켓 형성을 생성하는 무선 전력 전송(4400A)이 도시된다. 도 44a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 전송(4400A)은 낮은 효율로 셀 전화기(4452A)를 충전 및/또는 전력 공급하는데, 이는 수신기상의 안테나들(4406B)이 RF 파(4442B)와 동일 방향으로 향해 있어, 에너지 포켓(4404A)이 안테나(4406B)에 보다 적은 충전 및 전력을 제공하기 때문이다.
도 44b에는, 예시적인 실시 예에 따라, 셀 전화기가 낮은 효율로 충전을 수신하거나 전력을 수신하는 무선 전력 전송이 도시된다. 도 44b에 도시된 바와 같이, 셀 전화기(4452B)를 180°방향 전환시킴에 의해, 안테나(4406B)는 높은 효율로 전력을 수신할 수 있는데, 그러한 효율은 RF 파(4442B)의 반대 방향으로 향해 있는 안테나(4406B)의 배향으로 인해 달성된다.
3. 충전 개시 수신기
도 45에는 예시적인 실시 예에 따른 충전 요청 프로세스(4500)의 흐름도가 도시된다. 프로세스(4500)는 무선 충전 시스템과 상호 작용하는 GUI를 포함하는 전자 디바이스가 전력 전송기와 통신(4569)할 때, 시작된다. 그 통신 동안에, 전자 디바이스는, 다른 것들 중에서도, 디바이스 ID와 충전 상태를 포함하는 정보를 전력 전송기에 송신한다. 전력 전송기는, 그의 데이터베이스를 갱신하고, 그 시스템내의 이용 가능한 전력 전송기들의 ID를 포함하는 사본을 전자 디바이스에 송신한다. 그 다음, 전자 디바이스는, 그의 ID가 전력 수신기의 ID와 연계되는지를 체크한다(4571).
전자 디바이스가 아직 페어를 이루고 있지 않으면, 전자 디바이스는 전력 수신기의 스캐닝(4573)을 시작한다. 시스템에 있어서의 모든 전력 수신기는 임의 시점에 광고 메시지를 방송한다. 광고 메시지는 고유 32비트 ID 및 시스템 ID 또는 UUID(Universally Unique Indentifier)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 광고 메시지는 추가적인 정보를 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 서로 다른 전력 수신기에 의해 방송되는 광고의 신호 세기를 모니터링할 수 있으며, 전자 디바이스에 대한 전력 수신기의 근접성 추적을 유지할 수 있다.
전력 수신기가 소정 시간 동안에 근접 범위내에 있다고 전자 디바이스가 검출하면, 그것은 데이터베이스를 체크하여, 전력 수신기가 또 다른 전자 디바이스와 아직 페어를 이루고 있지 않은지를 판정한다. 전력 수신기가 또 다른 디바이스와 아직 페어를 이루고 있지 않으면, 전자 디바이스는 페어링동안(4575) 전력 수신기의 ID와 전자 디바이스의 ID의 연계성으로 데이터베이스를 갱신한다. 따라서, 전자 디바이스는 전력 전송기에 갱신된 데이터베이스의 사본을 송신할 수 있다.
전자 디바이스가 페어를 이루면, 사용자는, 전자 디바이스내의 GUI 또는 그 전자 디바이스를 통해 전력 전송기에 전력 요청을 송신한다(4577). 전력 전송기가 전자 디바이스로 전력을 제공하기에 적당한 것을 발견하면, 전력 수신기를 턴온시킨다(4579).
이후, 전력 전송기는 전자 디바이스와 연계된 전력 수신기에 안테나 어레이를 조준하고 전력 수신기에 에너지를 송신하기 시작한다. 전력 수신기는 전자 디바이스를 충전(4581)하기 시작한다. 전자 디바이스가 충전되면, 프로세스는 종료된다.
도 46에는 무선 전력 전송을 제어하기 위해 전송기(4600)로부터의 마이크로제어기에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴(4600)이 도시된다. 루틴(4600)은, 전송기(4600)가 수신기로부터 전력 전달 요청(4683)을 수신하면, 시작한다. 전력 전달 요청(4683)시에, 수신기는 지연 인코딩, OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), CDM(Code Division Multiplexing) 또는 수신기를 포함하는 주어진 전자 디바이스를 식별하기 위한 다른 이진 코딩과 같은 기술을 이용하여 코딩될 수 있는 서명 신호(signature signal)를 송신한다. 이 단계에 있어서, 마이크로제어기는 인증(4685)으로 진행하여 수신기에 의해 송신된 서명 신호를 평가한다. 인증(4685)에 기초하여, 마이크로제어기는 결정(4687)으로 진행한다. 수신기가 전력을 수신하도록 인증되지 않았으면, 마이크로제어기는, 결정(4687)에서, 전력을 전달하지 않도록 결정하며, 종료(4691)에서 루틴(4600)을 종료한다. 다른 한편, 수신기가 전력을 수신하도록 인증되었으면, 마이크로제어기는 디바이스 유형을 판정한다(4693). 이 단계에서, 마이크로제어기는, 다른 것들 중에서도, 디바이스의 유형, 제조자, 일련 번호, 필요한 총 전력, 배터리 레벨과 같은 정보를 수신기로부터 획득한다. 이후, 마이크로제어기는 디바이스 모듈의 구동(4695)으로 진행하여, 인증된 디바이스에 맞는 루틴을 구동한다. 또한, 다수의 수신기들이 전력을 요구하고 있으면, 마이크로제어기는 모든 수신기에 동등하게 전력을 전달하거나, 각 수신기에 대한 우선 순위 상태를 이용한다. 그러한 우선 순위 상태는 사용자 정의된다. 일부 실시 예에 있어서, 사용자는 그의 게임 디바이스보다도, 그의 적당한 스마트폰에 추가적인 전력을 전달하도록 선택할 수 있다. 다른 경우에, 사용자는 그의 스마트폰에 먼저 전력 공급하고 그 다음 그의 게임 디바이스에 전력 공급하도록 결정할 수 있다.
도 47에는 디바이스 모듈에서 마이크로제어기에 의해 이용될 수 있는 루틴(4700)의 예시가 도시된다. 루틴(4700)은 전력 전달 프로파일을 판정(4741)하여 디폴트 전력 프로파일로 구동할지 또는 사용자 맞춤형 프로파일로 구동할지를 결정함에 의해, 시작된다. 전자의 경우, 마이크로제어기는 배터리 레벨을 검증하여 수신기를 포함하는 전자 디바이스의 전력 필요성을 판정한다. 이후, 마이크로제어기는 결정(4745)으로 진행한다. 결정(4745)에서, 수신기를 포함하는 전자 디바이스의 배터리가 완전히 충전되었으면, 마이크로제어기는 전력을 전달하지 않는 것으로 진행하고(4747) 종료(4751)에서 루틴(4700)을 종료한다. 다른 한편, 수신기를 포함한 전자 디바이스의 배터리가 완전히 충전된 것이 아니면, 마이크로제어기는, 결정(4749)에서 그러한 전자 디바이스가 특정 전력 공급 기준을 충족시키는지를 검증한다. 상술한 전력 공급 기준은 전력을 요구하는 전자 디바이스에 좌우된다. 예를 들어, 스마트폰은 이용되고 있는 중이 아닌 경우에만 전력을 수신할 수 있으며, 또는 사용자가 그것을 통해 대화하고 있지 않은 동안에, 또는 Wi-Fi가 다른 그러한 기준들간에 절충되지 않은 동안에 전력을 수신할 수 있다. 사용자 맞춤형 프로파일의 경우, 사용자는 전력을 전달하기 전에 그 장비가 가질 수 있는 최소 배터리 레벨을 특정할 수 있으며, 또는 사용자는 다른 그러한 선택 사항들 중 그 또는 그녀의 디바이스에 전력을 공급하는 기준을 특정할 수 있다.
대안적으로, 마이크로제어기는 전송기상의 프로세서상에 데이터를 기록할 수 있다. 그러한 데이터는, 디바이스가 얼마나 자주 전력을 요구하는지, 디바이스가 전력을 몇시에 요청하는지, 디바이스에 전력을 공급하는데 얼마나 걸리는지, 그러한 디바이스에 얼마나 많은 전력이 전달되었는지, 디바이스의 우선 순위 상태, 디바이스가 주로 어디에서 전력을 공급받는지(예를 들어, 집에서인지 또는 직장에서인지)와 관련된 전력 공급 통계일 수 있다. 또한, 그러한 통계는 클라우드 기반 서버에 업로딩될 수 있으며, 그에 따라 사용자는 모든 그러한 통계를 볼 수 있게 된다. 일부 실시 예들에 있어서, 부차적인 서비스로서 무선 전력을 제공하는 가게, 커피 숍 등은 수신된 총 전력에 대한 대응하는 금액만큼 사용자를 충전시키기 위해 상술한 통계를 이용한다. 일부 경우에, 사용자는 전력 공급 시간을 구매하는데, 예를 들어, 사용자는 한 시간의 전력 비용을 지불할 수 있다. 따라서, 상술한 통계는, 마이크로제어기가 그러한 사용자에게로의 전력 전달을 중지할 때를 결정하는데 도움을 줄 수 있다.
4. 충전 개시 전송기
도 48에는, 예시적인 실시 예에 따른, 다른 수신 디바이스들에 전력을 재지향시키는 휴대형 매트상에 적어도 하나의 에너지 포켓을 생성하는 전송기가 도시된다. 도 48에는, 무선 전력 전송(4800) 형태의 WPT에 대한 대안적인 구성이 도시되며, 거기에서는 전송기(4801)가 휴대형 매트(4894)상에 적어도 하나의 에너지 포켓(4804)을 형성한다. 매트(4894)는, 전송기(4801)로부터 무선 전력을 수신하여, 포켓 형성을 통해, 예를 들어, 수신기(도시되지 않음)에 동작 가능하게 결합된 스마트폰(4852)에 그러한 전력을 재전송하는 적어도 하나의 수신기와 적어도 하나의 전송기(도시되지 않음)를 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 매트(4894)는 표준 통신 프로토콜을 통해 또는 안테나 소자들을 통해 송신된 짧은 RF 신호를 통해 전송기(4801)와 통신한다. 그에 따라, 전송기(4801)는 매트(4894)의 위치를 쉽게 결정할 수 있게 된다. 개시된 구성은, 스마트폰(4852)이 전송기(4801)와 직접 통신할 수 없을 때마다, 유익하다. 또한, 이러한 구성은, 매트(4894)가 임의의 원하는 위치 및 도달하기 쉬운 위치에 가상적으로 배치될 수 있기 때문에 유익하다. 마지막으로, 전송기(4801)는 활성화시에 매트(4894)상에 에너지 포켓(4804)을 생성하는 전송기(4801)의 버튼과 유사한 버튼(도시되지 않음)을 포함한다. 매트(4894)상의 에너지 포켓(4804)의 지속 기간은 여러 사용자의 필요성에 적합하도록 맞춤 정의될 수 있다. WPT의 추가적인 장점은, 다른 디바이스들이 매트(4894) 근처에 배치되어 전력을 무선으로 수신할 수 있다는 것이다. 즉, 충전을 요구하는 전자 디바이스가 매트(4894)상에 배치될 필요가 없다.
도 49는 무선 전력 전송(4900A)을 도시한 도 49a 및 도 49b를 포함한다. 도 49a를 참조하면, 수신기(도시되지 않음)에 동작가능하게 결합된 스마트폰(4952A)은 이용 가능 전력 밖에 있을 수 있으며, 전송기(4901A)와 통신할 수 없을 수 있다. 이 실시 예에 있어서, 트레이서는 전력이 전달되어야 하는 위치를 전송기(4901A)에 통신하는데 이용될 수 있다. 트레이서는, 상술한 위치를 전송기(4901A)로 통신하는, 전송기들과 수신기들에 대해 상술한 바와 같은, 통신 구성 요소들을 그 내부에 포함할 수 있다. 그러한 통신 구성 요소는 사용자 요청시에 활성화된다. 예를 들어, 트레이서는 활성화 버튼(도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 활성화 버튼은, 눌려진 후 상술한 통신 구성 요소를 활성화시킨다.
도 49b에는, 예시적인 실시 예에 따라, 적어도 하나의 수신 디바이스상에 에너지 포켓의 생성을 위한 원하는 위치를 수립하는 작용을 하는 트레이서를 포함하는 무선 전력 전송이 도시된다.
이 활성화에 이어서, 통신 구성 요소는 트레이서의 위치에 에너지 포켓(4904A)을 생성하기 위한 요청을 전송기(4901A)에 송신할 수 있다. 스마트폰(4952A)을 충전하기 위해, 사용자는 스마트폰(4952A)과 동일 위치 또는 근접 위치에 있는 트레이서를 활성화시킨다(도 49b). 필요한 충전을 구축할 때, 스마트폰(4952A)은 전력의 무선 전달을 계속하기 위해 (그 자신의 수단에 의해) 전송기(4901A)에 그의 위치를 선택적으로 통신할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 에너지 포켓(4904B)은 사용자에게 유익하거나 도달하기 쉬울 수 있지만 전자 디바이스가 존재하지 않은 공간 영역 또는 지역에 생성될 수 있다. 이 경우, 스마트폰(4952A)과 같이 충전을 요구하는 전자 디바이스는 에너지 포켓(4904B)을 이용할 수 있는 상술한 위치로 이동할 수 있다. 충전을 요구하는 전자 디바이스의 부재시, 에너지 포켓(4904B)의 지속 기간은 사용자에 의해 맞춤 정의된다. 일부 다른 실시 예에 있어서, 에너지 포켓(4904B)의 지속 기간은 트레이서의 동작에 의해 주어질 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 에너지 포켓(4904B)이 트레이서의 활성화시에 생성될 수 있다. 그러한 에너지 포켓(4904B)은, 트레이서의 활성화 버튼이 두번째로 눌러질때까지 활성화를 유지한다.
무선 전력 전송의 상술한 구성에 있어서, 스마트폰(4952A)과 같은 전자 디바이스는 보다 작거나 값싼 수신기를 이용할 수 있다. 수신기들이 전송기(4901A)에 위치를 통신하는 그들 자신의 통신 구성 요소들을 필요로 하지 않기 때문에, 상술한 것이 달성될 수 있다. 그보다, 트레이서는 그러한 기능을 수행하는데 이용될 수 있다. 일부 다른 실시 예에 있어서, 트레이서는 USB(Universal Serial Bus)와 같은 접속을 통해 전자 부품과 접속할 수 있는 액세서리 형태를 취할 수 있다. 이 경우, 트레이서는 디바이스에 접속될 때 활성화될 수 있고, 전체적인 전력의 무선 전달을 제어할 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 사용자는 충전을 요구한 디바이스만큼 많은 에너지 포켓(4904B)을 생성할 수 있다.
도 50에는, 트레이서를 휴대한 사용자가, 서로 다른 위치들에서, 포켓 형성을 위한 수신기를 포함하는 여러 전자 디바이스들에게 전력을 공급하는 다양한 에너지 포켓들(5004)을 생성하는 무선 전력 전송(5000)이 도시된다. 에너지 포켓(5004)은 요청시에 사용자가 특정한 위치에 전송기(5001)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 디바이스들이 충전을 구축하면, 그들은 계속적인 무선 전력 전달을 위해 (그들 자신의 수단에 의해) 전송기(5001)에 그들의 위치를 선택적으로 통신한다.
5. 시분할다중화를 이용한 다수의 디바이스들에게로의 전력 공급
도 51에는 예시적인 실시 예에 따른, 둘 이상의 고객 디바이스들에 동시에 전력을 공급하는 안테나 어레이들의 서브셋을 자동으로 할당하는 방법을 나타낸 흐름도가 도시된다.
방법(5100)은, 디바이스의 하드웨어의 일부로서 구축된 무선 전력 수신기를 포함할 수 있는 고객 디바이스 또는 적응 가능 페어 수신기와 페어를 이룰 수 있는 고객 디바이스를 충전하도록 무선 전력 전송 시스템에 명령(5153)하기 위해 고객 계산 디바이스상의 웹 사이트를 통해, 시스템 관리 GUI를 사용자 또는 시스템 운영자가 액세스할 때, 시작된다. 다른 실시 예에 있어서, 시스템 자동 충전 스케줄은 고객 디바이스를 충전하도록 무선 전력 전송 시스템에 명령한다. 후속적으로, 시스템 관리는 충전 명령(5155)을 모든 시스템 전송기에 송신한다. 각 시스템 전송기는, 그것이 전력 수신기의 전력 범위내에 있는지를 판정하고, 만약 아니면, 전력 공급을 위한 고객 디바이스의 무선 전력 수신기를 제어하기 위한 최선의 전송기를 선택하며(5157), 후속적으로, 선택된 전송기는 전송 안테나 어레이와 관련된 무선 전력 수신기의 방향을 추적(5159)하기 위해 무선 전력 수신기와 실시간 통신을 시작하고, 전체 전력 전송 안테나 어레이를 무선 전력 수신기에 조준하며, 전력 전송을 시작한다. 무선 전력 수신기는 상기 전력을 수신하고, 후속적으로 고객 디바이스에 전력을 공급한다.
방법(5100)에 뒤이어, 사용자 또는 자동 스케줄 소프트웨어는 제 2 고객 디바이스에게 충전하도록 명령하고(5161), 후속적으로, 선택된 전송기는 제 2 무선 전력 수신기의 방향을 추적하고 전송기의 안테나 어레이를 절반으로 분할하도록(5163) 제 2 고객 디바이스의 수신기와 실시간 통신을 시작하고, 그에 따라, 전송기는 제 1 고객 디바이스에 전력을 공급하기 위해 전력 안테나 어레이의 절반 또는 서브셋을 조준 및 이용하고, 제 2 고객 디바이스에 전력을 공급하기 위해 잔여 안테나 어레이를 조준 및 이용하며, 그에 따라, 2개의 고객 디바이스들은 계속적으로 전력을 수신할 수 있게 된다. 그 다음, 결정(5165)에서, 사용자 또는 자동 스케줄 소프트웨어가 추가적인 고객 디바이스에게 충전하도록 명령하면, 선택된 전송기는 세번째 이상의 고객 디바이스와 실시간 통신을 시작하고, 각 수신기를 조준하고 그에 전력을 공급하기 위해 안테나들의 서브셋내의 안테나 어레이들을 분할함에 의해 그의 안테나 어레이를 재할당한다(5167). 충전할 고객 디바이스가 더 이상 없으면, 시스템 관리자는, 결정(5169)에서 충전중이거나 전력을 공급받고 있는 중인 임의 고객 디바이스의 충전이 중지되는지, 그리고, 후속적으로, 하나의 이상의 고객 디바이스로의 전력 공급이 중지되는지를 체크하며, 그 다음, 고객 디바이스의 수신기에 전력을 공급하도록 할당된 안테나 어레이들의 서브셋은 잔여 고객 디바이스의 수신기들간에 재분배되어(5171) 상기 수신기에 계속적으로 전력을 공급한다. 이러한 프로세스는 전력을 공급받고 있는 디바이스들에 대해 거의 즉각적으로 일어나는데, 그 이유는 전송기 소프트웨어가 안테나 어레이와 관련된 그들의 정확한 방향을 이미 추적중이어서 즉시 이용할 수 있기 때문이다. 전력 공급이 중지된 고객 디바이스가 없다면, 시스템 관리자는 결정(5165)에서 다시, 충전을 위해 상기에서 설명것과 동일한 단계를 행할 추가적인 고객 디바이스가 있는지를 체크한다. 이 방법은, 무선 전력 시스템이 하나 이상의 고객 디바이스의 수신기를 충전하거나 그에 전력을 공급하는 한, 계속 순환된다.
도 52에는 단계 5273에서 하나 이상의 고객 디바이스를 충전하도록 시스템에 명령하기 위해, 시스템 관리 GUI에 의해 개시되는, 무선 전력 관리 소프트웨어에 의해 이용될 수 있는 예시적인 루틴(5200)의 흐름도가 도시된다. 시스템 관리는 무선 관리 소프트웨어에 의해 관리되는 모든 시스템 전송기에 명령을 분배한다. 그 다음, 충전될 고객 디바이스들의 개수에 기초하여, 관리 소프트웨어는, 결정(5272)에서, 이용 가능한 충분한 안테나들 및 통신 채널들이 있는지를 판정한다. 고객 디바이스들을 충전하기 위한 충분한 안테나들 및 통신 채널들이 있으면, 단계 5277에서, 관리 소프트웨어는 고객 디바이스를 충전하도록 가장 가까운 전송기를 할당하고, 전용 통신 채널을 할당하여 고객 디바이스와 통신을 시작함으로써, 전력 전송 안테나 어레이로부터의 고객 디바이스 방향을 계속적으로 추적하거나, 배터리 레벨들을 모니터링하거나, 수신기로부터 측정치들, 다른 원격 측정치 또는 메타 데이터를 수신하거나, 무선 전력 전송을 지원하기 위한 다른 기능들을 수신할 수 있게 한다. 고객 디바이스와의 통신을 위해 이용 가능한 채널로부터 전용 통신 채널이 선택될 수 있다.
후속적으로, 무선 관리 소프트웨어는, 결정(5279)에서, 추가적인 디바이스가 전력을 요청할 때까지, 고객 디바이스의 충전을 계속한다. 전력을 요청하는 추가적인 고객 디바이스들이 없다면, 루틴(5200)이 종료된다. 그러나, 추가적인 디바이스들이 전력을 요청하고 있으면, 결정(5279)에서, 무선 전력 관리기는, 새로운 고객 디바이스들을 위해 이용할 수 있는 충분한 안테나들 및 통신 채널들이 있는지를 판정한다. 충분한 안테나 및 통신 채널이 없다면, 단계 5281에서, 무선 전력 관리기는 TDM을 채용함에 의해 통신 채널과 안테나 어레이 중의 모든 안테나들 또는 안테나 그룹을 할당한다.
TDM은 시간에 걸쳐 이용 가능한 채널을 공유함에 의해, 가지고 있는 채널보다 더 많은 전력 수신기와의 전송기 통신을 위해 이용된다. 그것은 각 수신기와 차례로 통신하되, 1초 이하와 같은 짧은 시간일 수 있는 한정된 시간동안 각 수신기와 통신한다. 제한된 개수의 전송기 통신 채널을 공유함에 의해 모든 수신기와의 빈번한 통신을 허용함으로써, 전송기는 모든 이들 수신기(후속적으로, 전력 수신기가 전력을 공급하는 고객 디바이스)를 추적 및/또는 그에 전력을 공급할 수 있다.
TDM은 시간에 걸쳐 모든 디바이스들간에 전체 전송기 안테나 어레이로부터의 전력 전송을 공유하는 것을 지원한다. 즉, 전송기가 전력을 수신하도록 스케줄링된 모든 수신기에 걸쳐 통신을 스위칭함으로써, 전송기가 전송기 안테나 어레이와 관련된 수신기 방향(각도)을 추적할 수 있게 되어, 그것은, 하나의 수신기로부터 다른 수신기로 안테나 어레이를 신속하게 재지향시키며, 그럼으로써, 각 스케줄링된 수신기는 그의 '시간 슬라이스(time slice)'동안, 안테나 전력을 주기적으로 취득한다. 전송기는 안테나들의 개별적인 그룹(서브셋)을 특정 수신기에 지향시키면서, 하나 이상의 다른 수신기에 하나 이상의 다른 그룹을 동시에 지향시킨다.
TDM은, 전용 채널 대신에, 둘 이상의 디바이스에 의해 공유될 수 있는 기존의 통신 채널들을 이용하여 고객 디바이스의 전력 수신기들과 전송기들간의 충전 및 보다 특정된 통신을 할 수 있도록 하기 위해 채용된다. TDM 기술을 이용함으로써, 무선 전력 전송기는, 온라인 모드일 수 있는, 고객 디바이스들의 특정 그룹에, 그의 개별적인 전송 안테나들 및 통신 채널 중 하나 이상을 재할당하여, 결론적으로 동시에 전력을 공급받을 수 있게 한다. 잔여 고객 디바이스들은 오프라인 모드로 전환되고, 온라인 고객 디바이스들은 제한된 시간 간격으로 전력을 공급받고 통신 채널을 유지한다.
후속적으로, 무선 전력 관리기는, 결정(5279)에서, 추가적인 디바이스들이 전력을 요청할 때까지, 고객 디바이스를 계속 충전한다. 마지막으로, 결정(5279)에서 전력을 요청하는 추가적인 고객 디바이스가 없으면, 루틴(5200)은 종료된다.
도 53에는, 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 있어서 TDM 방법을 이용하여 다수의 고객 디바이스들에게 전력을 공급하기 위한 프로세스(5300)의 흐름도가 도시된다. 무선 전력 전송기 시스템에 있어서 이용자가 운영하는 시스템 관리 GUI가, 단계 5383에서, 무선 전력 수신기들로부터 하나 이상의 고객 디바이스들에게 수동 또는 자동으로 전력을 공급하도록 시스템 관리 서버에 명령하면, 프로세스(5300)가 시작된다. 후속적으로, 시스템 관리 서버는, 단계 5385에서, 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 하나 이상의 전력 전송기에 명령을 통신한다.
각각의 무선 전력 전송기는 국부 시스템 분산형 데이터베이스 또는 시스템 상태, 제어 및 형상의 다른 저장 수단을 검사하여, 단계 5387에서, 전송기가 고객 디바이스의 전력 범위내에 있는지를 판정하고, 전력을 수신하도록 명령받은 고객 디바이스의 무선 전력 수신기를 제어한다. 고객 디바이스의 무선 전력 수신기가 무선 전력 수신기의 전력 범위내에 있지 않으면, 프로세스는 종료된다. 그러나, 고객 디바이스의 무선 전력 수신기가 임의 무선 전력 수신기의 전력 범위내에 있으면, 상기 무선 전력 전송기는 단계 5389에서 고객 디바이스의 무선 전력 수신기와 실시간 통신을 시작한다. 무선 전력 전송기에 대해 전력을 공급받도록 명령받은 하나 이상의 고객 디바이스들이 있으면, 무선 전력 전송기는 그의 전력 전송 안테나를 그룹들로 재분할하고, 각 그룹은 각 고객 디바이스마다 할당되어, 동시에 모든 고객 디바이스에 전력이 공급될 수 있게 한다.
이후, 무선 전력 전송 시스템내의 시스템 관리 서버는, 단계 5391에서, 전력 범위내의 고객 디바이스의 모든 무선 전력 수신기에 전력을 제공하기에 충분한 전송기 안테나가 있는지를 무선 전력 전송기에 문의한다. 무선 전력 전송기내의 전송기 안테나들이 모든 무선 전력 수신기의 전력 수요를 충족시킬 수 있으면, 무선 전력 전송기는, 단계 5393에서, 모든 고객 디바이스에게 계속 전력을 공급한다. 그러나, 무선 전력 전송기의 현 전력 리소스가 모든 무선 전력 수신기의 전력 수요를 충족시키지 못하면, 시스템 관리 서버는, 단계 5395에서, 무선 전력 전송기내에 TDM 전력 전송을 구현하도록 전력 전송기 관리기에 명령한다. 무선 전력 전송기의 무선 전력 관리기는 전력 공급받을 고객 디바이스에 대한 그 명령을 수신하고, 어느 무선 전력 수신기가 고객 디바이스와 연계되어 있는지를 판정한다.
TDM 전력 전송을 이용하는 무선 전력 전송기는 그의 전송 안테나들 중 하나 이상을 그룹화하거나 재할당하여, 각 그룹이 다른 무선 전력 수신기에 전력을 공급할 수 있게 함으로써, 수신기들의 고객 디바이스들이 동시에 전력을 수신할 수 있게 한다. 온라인 고객 디바이스들이 전력을 공급받는 동안, 무선 전력 수신기를 가진 잔여 고객 디바이스들은 오프라인 모드로 설정될 수 있다. TDM 전력 전송 시스템은, 단계 5397에서, 온라인 고객 디바이스들을 위한 전력이 충분한지를 판정한다. 온라인 고객 디바이스들을 위한 전력이 충분하지 않으면, 즉, 하나 이상의 고객 디바이스가 충분한 전력을 수신할 수 없을 것 같으면, 무선 전력 전송기는 하나 이상의 온라인 고객 디바이스가 오프라인으로 되도록 설정하고, 다시 시도하고, 모든 온라인 고객 디바이스들이 충분한 전력을 수신할 때까지, 계속해서 추가적인 디바이스들을 오프라인으로 전환한다.
TDM 전력 전송 프로세스는, 단계 5399에서, 자동 온라인/오프라인 프로세스를 이용하여, 규칙적인 시간 간격(타임 슬롯)으로 전력 전송 전송기가 모든 고객 디바이스에 충분히 전력을 공급할 수 있게 한다.
유사하게, 현재 온라인 고객 디바이스에 대한 전력이 충분하지 않으면, 모든 온라인 고객 디바이스들이 충분한 전력을 취득할 때까지, 가장 오랫동안 온라인이었던 고객 디바이스들을 하나씩 오프라인으로 전환시킨다. 그러나, 온라인 모드에 있는 고객 디바이스가 충분한 전력을 수신하면, 단계 5393에서, TDM 전력 전송은 동일한 개수의 고객 디바이스들이 온라인을 유지하도록 결정하고, 그들에게 전력을 공급한다.
도 54에는, 무선 전력 전송기로부터 수신기로의 전력 전송이 보다 균형을 이루도록, 무선 전력 수신기에 할당된 안테나들의 개수를 조정하기 위한 프로세스(5400)의 흐름도가 도시된다. 프로세스(5400)는 시스템 아키텍처의 일부일 수 있는 마이크로프로세서에 의해 실행될 수 있고, 무선 전력 전송을 위한 전체 프로세스의 일부일 수 있다. 프로세스(5400)는 전력 전송기 관리기 애플리케이션과 같은 전력 전송 관리 애플리케이션에 있어서의 소프트웨어 코드를 실행함으로써 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 프로세서는 무선 전력 관리기 애플리케이션에 제시된 명령들을 실행함에 의해 프로세스(5400)를 실행할 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 프로세서는 시스템 아키텍처의 일부가 아닌 소프트웨어 애플리케이션에 제시된 명령을 실행함에 의해 프로세스(5400)를 실행할 수 있다.
마이크로프로세서에 의해 실행되는 코드는 시스템 아키텍처내에 포함된 여러 구성 요소들이 활동을 개시 또는 종료할 수 있게 한다. 본 명세서에서 설명된 프로세스들을 구현하기 위해, 시스템 아키텍처에 나타난 것들에 대한 대안으로 하드와이어 회로(hardwired circuitry)가 소프트웨어 명령어를 대신하여 또는 그와 결합되어 이용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명한 구현들은 하드웨어 회로 및 소프트웨어의 임의 특정 조합에 국한되지 않는다. 개시된 프로세스(5400)에 있어서의 블럭들은 특정의 순서로 도시되었지만, 실제 순서는 다를 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 일부 단계들은 병렬로 실행될 수 있다.
단계 5451에서, 무선 전력 전송기(WPT)가 WPT와 통신을 수립하기에 충분히 가까운 무선 전력 수신기(WPR)와 통신하도록 프로세서가 명령할 때, 프로세스가 시작된다. WPR은 WPT에, 다른 것들 중에서도, WPR의 식별 번호, WPR의 근접 공간 위치 및 WPR의 전력 상태를 포함하는 데이터를 통신할 수 있다. 단계 5453에서, 프로세서는 데이터베이스에 저장될 수 있는 수신 데이터 및 추가적인 데이터로부터, WPT가 WPR에 전력을 전송해야 하는지를 판정한다. WPT가 WPR에 전력을 공급하지 않아도 된다고 프로세서가 판정하면, 단계 5465에서, 범위내에서 전력을 전송받아야 하는 추가적인 무선 전력 수신기들에 대한 검색을 계속한다. WPT가 WPR에 전력을 공급해야 하는 것으로 프로세서가 판정하면, 단계 5455에서, 프로세서는 WPR로부터 수신한 근접 공간 위치 데이터와, 다른 것들 중에서도, WPR이 부속된 디바이스 유형, WPT 유형, 신호 세기를 포함하는 추가적인 메트릭(metric)을 이용하여, WPR의 위치의 보다 양호한 근사치를 계산한다.
단계 5457에서, 프로세서는 WPR에 RF파를 전송하는데 이용될 수 있는, 안테나 어레이로부터의 안테나들의 세트를 할당하도록 WPT에 명령한다. 단계 5459에서, 프로세서는 WPR상에 집중될 수 있는 빔을 형성하기 위해, 전송된 RF 파의 다른 파라메타들 중에서도, 진폭 및 위상을 수정하도록 WPT에 명령한다. 단계 5461에서, 프로세서는 WPR로부터 오는 상태 데이터를 판독한다. WPR로부터 오는 상태 데이터는, 다른 연산 파라메타들 중에서도, WPR에 의해 수신되는 에너지의 측정치, WPR의 전력 레벨, WPR의 인지된 공간 위치 및 WPR이 부속된 전자 디바이스에 전력을 공급하기에 충분한 최소 전력을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 최소 전력 설정치는 시스템내의 별도의 룩-업 테이블(look-up table)과 같은 다른 소스로부터 제공될 수 있다.
단계 5463에서, 프로세서는 판독된 정보를 이용하여, WPR에 전송된 전력이 다른 WPR의 전력과 비교하여 불균형적인지 또는 임의 WPR이 너무 많거나 너무 적은 전력을 취득하고 있는지를 판정한다. WPR에 의해 수신된 전력이 최소 전력 미만이면, 프로세서는 단계 5457로 되돌아가서, WPR에 전력을 공급하기 위해 이용중인 안테나 세트들에 추가적인 안테나들을 할당하도록 WPT에 명령할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 이용 가능한 안테나들의 개수가 WPR에 전력을 공급하기에 충분하지 않으면, WPT는 시분할다중화와 같은 기술을 이용하여, WPR과 추가적인 안테나들을 공유함으로써, 하나 이상의 무선 전력 전송기들의 전력 범위내에 있을 수 있는 WPR의 전력 수요를 충족시킨다. 시분할다중화와 같은 기술은 자동 온라인 모드 또는 오프라인 모드 동안에 규칙적인 시간 간격 또는 타임 슬롯을 통해 다수의 WPR을 충전할 수 있게 한다.
WPR이 수신하는 전력이 실질적으로 요구된 최소 전력보다 더 많으면, 프로세서는, 단계 5457로 되돌아가서, WPR에 할당된 안테나들의 개수를 줄이고, 할당 취소된 안테나들을 다른 WPR들에게 전력을 공급하는데 이용하여, 제 1 WPR이 동시에 무선으로 전력을 공급받을 수 있도록 WPT에 명령한다. 단계 5465에서, 프로세서는 범위내에 있으며 전력을 공급받아야 하는, 무선 전력 공급되는 또 다른 수신기를 검색하고, 만약 발견되면, 프로세스는 단계 5453으로 되돌아가서, 새로운 WPR과 통신을 개시하고, 단계 5453으로부터 프로세스를 반복한다. WPR과의 통신으로부터 WPT가 WPR에 전력을 전송하고 있다고 프로세서가 판정하면, 그것은, 전력 전송이 종료되었고 단계 5453에서 통신이 접속 해제될 것임을, 단계 5451로 되돌아가서 WPR에 통신한다. WPT는, 단계 5465에서, 데이터베이스를 검사하여, WPT가 전력을 전송해야 하는 범위내에 어느 WPR이 있는지를 판정한다.
도 55a에는, 무선 전력 전송을 위해 이용될 수 있는 전송기(5500A)의 블럭도가 도시된다. 그러한 전송기(5500A)는 하나 이상의 안테나 소자들(5506A), 하나 이상의 RFIC들(5508A), 하나 이상의 마이크로제어기들(5510A), 통신 구성 요소(5512A), 전원(5514A) 및 전송기(5500A)에 대해 요청된 구성 요소들 모두를 할당하는 하우징(5501A)을 포함한다. 전송기(5500A)내의 구성 요소들은 메타 재질, 회로의 마이크로 인쇄, 나노 재질 등을 이용하여 제조될 수 있다.
전송기(5500A)는 상기에서 설명한 구성 요소들의 이용을 통해, 적응적 포켓 형성 및 멀티플 포켓 형성과 같은 포켓 형성을 담당한다. 전송기(5500A)는 하나 이상의 수신기에 무선 전력 전송을 무선 신호 형태로 송신하는데, 그 신호는 임의 주파수 또는 파장을 가진 임의 무선 신호를 포함할 수 있다.
도 55b에는 전송기(5500A)에 이용될 수 있는 평탄 패널 안테나 어레이(5500B)가 예시적으로 도시된다. 평탄 패널 안테나 어레이(5500B)는 N개의 안테나 소자들(5506A)을 포함할 수 있는데, 전력 전송을 위한 이득 요건은, 동등하게 이격된 그리드내에 분산된 64 내지 256개의 안테나 소자들(5506A)일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 평탄 패널 안테나 어레이(5500B)는 총 64개의 안테나 소자들(5506A)을 갖도록 8×8 그리드를 가질 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 평탄 패널 안테나 어레이(5500B)는 총 256개의 안테나 소자들(5506A)을 갖도록 16×16 그리드를 가질 수 있다. 그러나, 안테나 소자들(5506A)의 개수는 전송기(5500A)에 대한 원하는 범위 및 전력 전송력에 관련하여 가변될 수 있으며, 안테나 소자들(5506A)이 많을 수록, 범위가 보다 넓어지고 전력 전송력이 보다 높아진다. 원형 패턴 또는 다각형 배열을 포함하는 대안적인 구성이 가능한다. 평탄 패널 안테나 어레이(5500B)는 수많은 부분들로 쪼개져서 다수의 표면(다면체)에 걸쳐 분산될 수 있다.
안테나 소자들(5506A)은 평탄 안테나 소자들(5506A), 패치 안테나 소자들(5506A), 다이폴 안테나 소자들(5506A) 및 무선 전력 전송을 위한 임의 적당한 안테나를 포함할 수 있다. 적당한 안테나 유형은, 예를 들어, 약 1/2인치 내지 약 6인치의 높이와, 약 1/2인치 내지 약 6인치의 폭을 가진 패치 안테나를 포함할 수 있다. 안테나 소자들(5506A)의 형상 및 배향은 전송기(5500A)의 원하는 특성에 따라 가변될 수 있으며, 3차원 배열에 있어서 다양한 배향 유형들 및 조합이 있을 수 있으며, X,Y,Z 축에 평탄하게 배향될 수 있다. 안테나 소자들(5506A) 재질은 고효율 및 양호한 열 소산으로 무선 신호 전송을 할 수 있게 하는 임의 적당한 재질을 포함할 수 있다.
안테나 소자(5506A)는 900MHz, 2.5GHz 또는 5.8GHz의 주파수 대역이 FCC(Federal Communications Commission) 규정 부분 18(산업, 과학 및 의료 장비)을 따름에 따라, 그 주파수 대역에서 작동하는 적당한 안테나 유형을 포함할 수 있다. 안테나 소자(5506A)는 독립적인 주파수들로 작동할 수 있으며, 그에 따라 포켓 형성의 멀티채널 작동이 가능하게 된다.
또한, 안테나 소자(5506A)는 적어도 하나의 편광 또는 편광들의 선택을 가질 수 있다. 그러한 편광은 수직 폴(pole), 수평 폴, 원형 편광, 좌측 편광, 우측 편광 또는 그 편광들의 조합을 포함할 수 있다. 편광들의 선택은 전송기(5500A) 특질에 따라 가변한다. 또한, 안테나 소자(5506A)는 전송기(5500A)의 여러 표면에 배치될 수 있다.
안테나 소자(5506A)는 단일 어레이, 페어 어레이, 쿼드 어레이 및 원하는 애플리케이션에 따라 고안될 수 있는 임의 다른 적당한 배열로 작동한다.
도 56에는 여러 실시 예에 따른 안테나 어레이(5686A)가 도시된다. 안테나 어레이(5686A)는 900MHz, 2.5GHz 또는 5.8GHz의 주파수 대역에서 동작하는 적당한 안테나 유형을 포함할 수 있는데, 이는 이들 주파수 대역들이 FCC(Federal Communications Commission) 규정 부분 18(산업, 과학 및 의료 장비)을 따르기 때문이다.
도 56a는 모든 안테나 소자들(5606B)이 5.80GHz로 동작하는 단일 어레이(5686A)를 도시한 도면이다. 단일 어레이(5686A)는 단일 디바이스를 충전하거나 그에 전력을 공급하는데 이용될 수 있다.
도 56b는 안테나 소자들(5606B)의 상위 절반(5688B)은 5.8GHz로 동작하고 안테나 소자들의 하위 절반(5690B)은 2.4GHz로 동작하는 페어 어레이(5686B)를 도시한 도면이다. 페어 어레이(5686B)는 상술한 것들과 같은 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 2개의 수신기들을 동시에 충전하거나, 그들에게 전력을 공급하는데 이용될 수 있다. 도 56b에 도시된 바와 같이, 안테나 소자(5606B)는 안테나 유형에 따라 크기가 가변한다.
도 56c는 무선 전력 전송 동안 전력 손실을 피하기 위해 각 안테나 소자가 가상적으로 분할될 수 있는 쿼드 어레이(5686C)를 도시한 도면이다. 이 실시 예에 있어서, 각 안테나 소자는 2개의 안테나 소자, 즉, 안테나 소자(5694C)와 안테나 소자(5692C)로 가상적으로 분할된다. 안테나 소자(5694C)는 5.8GHz 주파수 대역으로 전송하는데 이용되며, 안테나 소자(5692C)는 2.4GHz 주파수 대역으로 전송하는데 이용된다. 쿼드 어레이(5686C)는, 다른 주파수 대역에서 동작하는 다수의 수신기들이 충전되거나 전력을 공급받기를 원하는 상황에서 이용될 수 있다.
제 1 예시적인 실시 예에 있어서, 2.4GHz에서 동작하는 휴대형 전자 디바이스는 전력 공급받거나 충전될 수 있다. 본 예시에 있어서, 전송기는 하나의 전자 디바이스상에 에너지 포켓을 전달하는데 이용될 수 있다. 이 전송기는 8×8의 평탄 패널 안테나들의 단일 어레이를 가질 수 있는데, 거기에서는 2.4GHz의 주파수 대역에서 모든 안테나 소자들이 동작하고, 평탄 안테나들은 다른 안테나들보다 적은 볼륨을 차지하며, 그에 따라 전송기는 벽, 거울, 문, 천장등과 같은 작고 얇은 공간에서 배치될 수 있게 된다. 추가적으로, 평탄 패널 안테나는 장거리의 좁은 홀에서의 무선 전력 전송 동작을 위해 최적화될 수 있으며, 그러한 특징은, 기차역, 버스역 및 공항과 같은 긴 지역에서 휴대형 디바이스가 동작될 수 있게 한다. 또한, 8×8 평탄 패널 안테나들은, 그의 작은 볼륨때문에, 다른 안테나들보다 적은 에너지 포켓을 생성함으로써, 손실을 줄이고 에너지 포켓의 보다 정확한 생성을 가능하게 하며, 그러한 정확성은 근처에 또는 상부에 에너지 포켓을 요구하지 않는 영역 및/또는 객체 근처에서 다양한 휴대형 전자 디바이스를 충전하거나 그에 전력을 공급하는데 채용될 수 있다.
제 2 예시적인 실시 예에 있어서, 2개의 다른 주파수 대역에서 동작하는 2개의 전자 디바이스가 동시에 전력을 공급받거나 충전될 수 있다. 본 예시에 있어서, 전송기는 2개의 전자 디바이스상에 에너지 포켓을 전달하는데 이용될 수 있다. 본 예시에 있어서, 전송기는 평탄 패널 안테나와 다이폴 안테나와 같은 다른 유형의 안테나들을 가진 페어 어레이를 가질 수 있으며, 거기에서는 어레이의 1/2이 평탄 패널 안테나들에 의해 형성되고, 다른 절반이 다이폴 안테나에 의해 형성된다. 제 1 예시적인 실시 예에서 설명한 바와 같이, 평탄 패널 안테나는 상당한 거리의 좁은 홀 내에서 전력을 방사하는데 최적화될 수 있다. 다른 한편, 다이폴 안테나는 그들의 방사 패턴 때문에, 보다 가깝지만 보다 넓은 영역을 커버하는 거리에서 전력을 방사하는데 채용될 수 있다. 또한 다이폴 안테나는 수동으로 조정될 수 있으며, 이러한 특징은, 혼잡한 공간에 전송기가 배치되거나 전송이 최적화될 필요가 있을 때, 바람직하다.
도 57에는 무선 전력 전송에 있어서 TDM을 채용한, 시간에 따른 통신 채널들(5700)의 예시적인 분배를 도시한 차트가 도시된다. 보다 구체적으로, 도 57에는, 무선 전력 전송기가 단지 4개의 통신 채널만을 허용하는, 5개의 고객 디바이스들에 대한 채널 할당을 나타낸 테이블이 도시된다.
도 57은 전송기의 4개의 제한된 개수의 통신 채널이 5개의 수신기들(전송기가 가지고 있는 채널들보다 수신기들이 더 많음)과 통신하는데 이용되는 방법을 시간에 따라 보여준다. 시간은 좌측에서 우측으로 진행하고, 10개의 타임 슬라이스들(time slices)이 도시된다. 각 타임 슬라이스는 유한 클록 시간, 예를 들어, 1초를 나타낸다. 각 'Cn'은 전송기의 통신 채널들 중 하나를 나타낸다. 각 'Rn'은 무선 전송기로부터 전력을 수신하고 후속적으로 고객 디바이스에 전력을 전송하는 무선 전력 수신기들 중 하나를 나타낸다.
타임 슬라이스 t0 동안, 전송기는 수신기 R1과 통신하기 위해 채널 C1을 이용하고, 수신기 R2와 통신하기 위해 채널 C2를 이용하며, 수신기 R3와 통신하기 위해 채널 C3를 이용하며, 수신기 R4와 통신하기 위해 채널 C4를 이용하며, 수신기 R5와는 통신은 없다.
타임 슬라이스 t1 동안, 전송기는 수신기 R5과 통신하기 위해 채널 C1을 이용함으로써, R5는 전력 수신으로 전환되며, 수신기 R2는 채널 C2를 통해 전송기와 통신을 계속하고, 수신기 R3은 채널 C3를 통해 전송기와 통신을 계속하고, 수신기 R4는 채널 C4를 통해 전송기와 통신을 계속한다. 수신기 R1과의 통신은 없다.
타임 슬라이스 t2 동안, 전송기는 수신기 R1과 통신하기 위해 채널 C2을 이용함으로써, R1는 전력 수신으로 전환되며, 수신기 R3은 채널 C3를 통해 전송기와 통신을 계속하고, 수신기 R4는 채널 C4를 통해 전송기와 통신을 계속하고, 수신기 R5는 채널 C1를 통해 전송기와 통신을 계속한다. 수신기 R2과의 통신은 없다.
전송기가 특정 수신기와 통신하는 타임 슬라이스 동안, 그 통신을 이용하여 수신기로부터 수신기 전력 상태를 얻고, 전송기는 그 수신기에 전송기 안테나를 조준하기 위해 그 값들을 이용한다. 시스템은 수신기 비콘 신호 전송 및 전송기 비콘 신호 수신과 같이, 수신기에 대한 안테나의 조준을 제어하기 위해 다른 방법을 이용할 수 있다. 전송기는 통신시에 4개 수신기들의 각각에 안테나 어레이들의 서브셋을 조준한다.
그 패턴은 전력을 수신하기 위해 사용자에 의해 수신기가 스케줄링되는 시간 동안에 계속된다. 스케줄된 것들에 추가적인 수신기들이 추가될 수 있으며, 또는 일부는 제거될 수 있다. 이용 가능 전송기 채널(본 예시에서는 4개)들보다 더 많은 채널이 있으면, 그 채널들은 시간에 걸쳐 공유되며, 그에 따라 전송기는 임의 개수의 수신기와 통신할 수 있게 된다. 더 이상 없으면, 전송기는 특정 수신기에 각 채널을 전용 제공한다.
무선 전력 전송에 있어서 TDM을 채용한 통신 채널들의 예시적인 분배는, 무선 전력 전송기가 단지 4개의 통신 채널만을 허용하는, 5개의 고객 디바이스들에 대한 채널 할당을 나타낸 테이블에 도시된다. 무선 전력 관리기는, 5번째 고객 디바이스 R5가 시간 단계 t1에서 충전을 시작하도록 명령받았을 때, TDM 기술을 채용한다. 후속적으로, 시간 단계 t1에서, 무선 전력 관리는 제 1 통신 채널 C1을 이용한 제 1 고객 디바이스 R1과의 통신을 중지하고 제 1 통신 채널 C1을 이용한 제 5 고객 디바이스 R5와의 통신을 시작하도록 무선 전력 전송기에 명령한다. 이후, 유한 시간 경과 후인 시간 단계 t2에서, 무선 전력 관리는 제 2 통신 채널 C2을 이용한 제 2 고객 디바이스 R2와의 통신을 중지하도록 무선 전력 전송기에 명령하고, 그 다음, 무선 전력 전송기는 제 2 통신 채널 C2를 이용하여 제 1 고객 디바이스 R1과의 통신을 재개하며, 제 1 고객 디바이스 R1에 안테나 그룹을 조준한다. 후속적으로, 유한 시간 경과 후인 시간 단계 t3에서, 무선 전력 관리기는 제 3 통신 채널 C3를 이용하고 있었던 제 3 고객 디바이스 R3와 통신을 중지하도록 무선 전력 전송기에 명령한다. 무선 전력 전송기는 제 2 고객 디바이스 R2와 통신을 재개하기 위해 제 3 통신 채널 C3을 이용하며, 제 2 고객 디바이스 R2에 안테나 그룹을 조준한다. 이 프로세스는, 전력 공급받을 고객 디바이스들의 개수가 변경될 때까지 계속된다.
도 58에는, 일부 실시 예들에 따른, 무선 전력 수신기들과 무선 전력 전송기들간의 예시적인 잠재적 상호 작용의 도면(5800)이 도시된다. 도면(5800)에는, 무선 전력 전송기에 있어서 TDM 전력 전송(소프트웨어 모듈)이 어떻게 동작하는지에 대한 프로세서가 도시된다. 특히, 프로세스는 시간 t0에서 시작하는데, 거기에서는 무선 전력 디바이스(D1)가 무선 전력 전송기의 범위내에 있으며, D1에 전력을 공급하기 위해 안테나 그룹(GA)을 할당하도록 TDM 전력 전송이 무선 전력 전송기에 명령한다.
시간 t1에서, D1이 초기 위치로부터 이동하면, TDM 전력 전송은 원래 그룹으로부터 안테나들의 개수를 변경하고, D1에 전력을 공급하기 위해 안테나 그룹(GB1)을 할당하도록, 무선 전력 전송기에 명령한다. 그와 동시에 또 다른 전력 디바이스(D2)가 무선 전력 전송기내의 범위내로 들어오면, TDM 전력 전송은 D2에 전력을 공급하기 위해 또 다른 안테나 그룹(GB2)을 할당하도록 무선 전력 전송기에게 명령한다. 무선 전력 전송기는 현재 2개의 무선 전력 수신기에 전력을 공급중일 수 있다.
시간 t3에서, D1과 D2 모두가 그들의 위치로부터 이동하면, TDM 전력 전송은 원래 그룹으로부터 안테나들의 개수를 변경하고, D1에 전력을 공급하기 위해 안테나 그룹(GB1)을 할당하며, D2에 전력을 공급하기 위해 또 다른 안테나 그룹(GC2)을 할당하도록 무선 전력 전송기에게 명령한다. 2개의 추가적인 무선 전력 디바이스들(D3 및 D4)이 무선 전력 전송기의 범위내로 들어오면, TDM 전력 전송은 D3 및 D4에 전력을 공급하기 위해 2개의 추가적인 안테나 그룹들(GC3 및 GC4)을 할당하도록 무선 전력 전송기에게 명령한다. 이 무선 전력 전송기는 현재 4개의 디바이스들에 전력을 공급하고 있는 중일 수 있으며, 추가적인 무선 전력 수신기에 대해 이용할 수 있는 전송 안테나들이 더 이상 없을 수 있다.
시간 t3에서, 추가적인 무선 전력 수신기(D5)가 무선 전력 전송기의 범위내로 들어오고, D5에 전력을 공급하기 위해 새로운 그룹 전용으로 이용될 수 있는 추가적인 안테나가 없으면, TDM 전력 전송은 안테나 공유 기술을 채용하여, 모든 디바이스들이 확실하게 전력을 수신하게 한다. 예를 들어, TDM 전력 전송은 규칙적인 시간 간격으로 디바이스들간에 안테나 그룹을 스위칭한다. 예를 들어, 시간 t4 내지 t9에서, 다른 위치 변경이 더 이상 일어나지 않으면, TDM 전력 전송은 대부분의 시간동안 전력을 전송받은 무선 전력 수신기에서, 그 시간의 극히 일부만 전송받은 무선 전력 수신기로 안테나 그룹들을 계속 스위칭한다.
도 59에는, 무선 전력 전송 시스템 아키텍처의 일부인, 무선 전력 수신기들과 무선 전력 전송기들의 예시적인 잠재적 상호 작용의 도면(5900)이 도시된다. 도면(5900)은 무선 전력 전송기에 의해 서비스 제공되는 무선 전력 수신기의 예시를 제공한다. 추가적인 무선 전력 수신기들은, 일부 실시 예에 따라, 그들이 무선 전력 전송기의 범위내로 들어오면 서비스를 제공받는다.
또 다른 실시 예에 따르면, 다수의 무선 전력 전송기들은 하나 이상의 수신기들에 함께 전력을 공급한다. 시간 t0에서, 무선 전력 디바이스(D1)는 무선 전력 전송기의 범위내로 들어올 수 있다. 프로세서는 고객 디바이스(D1)에 전력을 공급하기 위해 모든 전송기 안테나의 안테나 그룹(GA)을 할당하도록 무선 전력 전송기에 명령한다.
시간 t1에서, 시스템은 고객 디바이스(D2)에 전력을 공급하기 시작하며, 그에 따라 전송기는 계속적으로 전력을 공급받을 D1에 대해 이전 안테나 그룹(GA)을 2개의 새로운 안테나 그룹(GB1)으로 대체하고, 새롭게 전력 공급받은 디바이스(D2)에 대해 그룹 GB2로 대체한다. 2개의 그룹이 있기 때문에, 각각은 전체 전송기 안테나 어레이의 절반을 취한다.
시간 t2에서, 2개의 추가적인 디바이스 D3 및 D4가 전력을 수신하기 시작하며, 그에 따라 전송기는 이전의 2개의 안테나 그룹 GB1 및 GB2를, 현재 전력 공급받고 있는 각 고객 디바이스(D1, D2, D3, D4)마다 하나씩, 4개의 안테나 그룹(GC1, GC2, GC3, GC4)으로 대체한다.
시간 t3에서, 5번째 고객 디바이스 D5가 전력을 수신하도록 구성된다. 그러나, 최대 허용 가능한 동시적 안테나 그룹들은 4개이다. 그래서, 5개의 디바이스들에 전력을 공급하기 위해, 4개의 안테나 그룹을 한 번에 이용하여 4개의 디바이스들에 동시에 전력을 공급하기 위해서는 TDM이 이용되어야만 하며, 5개의 디바이스들 중 하나는 각 후속하는 시간 간격 tn동안에 전력 공급되지 않는다. 따라서, 시간 t3에서, 최대 4개의 안테나 그룹 GC1, GC2, GC3, GC4이 고객 디바이스들 D1, D2, D3, D4에 전력을 각각 공급한다. 시간 t4에서, D2에 대해 전력이 중지되고, D1에 대해 전력이 재개되며, D3, D4 및 D5에는 계속 전력을 수신한다. 그 사이클 패턴은, 그 디바이스들이 충전될 때까지, 무한정 계속된다.
6. 전력 전송 관리
도 60에는 디바이스에 무선 전력을 전송하는 예시적인 방법을 전반적으로 도시한 흐름도(6000)가 도시된다. 이 예시적인 방법의 단계들은 컴퓨터 판독 가능 코드를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현되며, 그에 따라, 컴퓨터 판독 가능 코드가 계산 디바이스에 의해 실행될 때 그 단계들이 구현된다. 일부 구현에 있어서, 그 방법의 특정 단계들은, 그 방법의 목적을 벗어나지 않고서, 조합되고, 동시에 실행되고, 다른 순서로 실행되고, 생략된다.
도 60에 있어서, 사용자로부터 요청시에 고객 디바이스가 애플리케이션을 시작할 때(6067) 프로세스가 시작된다. 일부 실시 예에 있어서, 고객 디바이스는 그것이 결합된 수신기를 검출하고, 수신기와 연계된 식별자를 수신기로부터 판독한다. 다른 실시 예에 있어서, 수신기는 고객 디바이스 내재형이며, 결과하는 고객 디바이스는 수신기와 연계된 식별자를 포함한다. 또 다른 실시 예에 있어서, 고객 디바이스는 수신기와 연계된 식별자를 범위내의 다른 디바이스에 방송하거나 광고한다.
다음, 고객 디바이스는 인트라넷, LAN, VPN, WAN, 블루투스, 블루투스 로우 에너지, Wi-Fi, ZigBee 등을 포함하는 적당한 네트워크 접속을 통해 시스템 관리 서비스와 통신한다(6069). 일부 실시 예에 있어서, 고객 디바이스는 고객 디바이스의 사용자와 연계된 자격, 고객 디바이스와 연계된 수신기의 식별자 등을 통신한다. 시스템 관리 서비스는 고객 디바이스와 연계된 자격을 인증한다(6071). 일부 실시 예에 있어서, 자격이 인증될 수 없으면, 사용자는 등록하도록 명령받는다. 다른 실시 예에 있어서, 인증이 실패하면, 시스템 관리 서비스는 사용자에 대한 액세스를 거부한다.
고객 디바이스는 전송기로부터 방송을 검출하고(6973), 전송기와 연계된 식별자를 판독한다. 일부 실시 예에 있어서, 전송기는 블루투스, BTLE, Wi-Fi 등을 이용하여 그의 존재 및 그와 연계된 식별자를 방송한다. 전송기와 연계된 식별자는 전송기의 MAC 어드레스, 네트워크 어드레스, 일련 번호 등을 포함할 수 있다. 고객 디바이스는 GUI를 통해 이동 디바이스에 전송기의 표시를 디스플레이한다(6075). 일부 실시 예에 있어서, GUI는 이동 디바이스 사용자가 전송기에서 고객 디바이스로 전력 전송을 요청할 수 있게 하는 전송기의 표시를 생성한다. 다른 실시 예에 있어서, GUI는, 예를 들어, 전송기에서 고객 디바이스까지의 거리, 전송기로부터의 전력 수신과 연계된 비용 등과 같은 추가적인 정보를 디스플레이한다.
다음, 고객 디바이스는 고객 디바이스에 전력을 공급하도록 하는 명령을 이동 디바이스 사용자로부터 수신한다(6077). 고객 디바이스는 무선 전력 전달에 대한 요청을 시스템 관리 서비스에 송신한다(6079). 일부 실시 예들에 있어서, 고객 디바이스에 의해 송신된 요청은 고객 디바이스와 연계된 자격(예를 들어, 사용자 계정 자격), 하나 이상의 근처 전송기들에 연계된 식별자, 고객 디바이스와 연계된 식별자, (고객 디바이스에 필수적이 아닌 경우) 고객 디바이스에 결합된 수신기와 연계된 식별자, 빌링 명령 등을 포함한다.
시스템 관리 서비스는 고객 디바이스를 인증하고(6081), 빌링 구성을 검증하고, 고객 디바이스가 무선 전력을 수신하도록 인증받았는지를 검증한다. 일부 실시 예에 있어서, 시스템 관리 서비스는 그 요청내에 포함된 자격(예를 들어, 사용자 계자 자격)과 클라우드 서비스 제공자내의 데이터베이스에 저장된 데이터에 대해 고객 디바이스와 연계된 식별자를 비교함에 의해 고객 디바이스를 인증한다. 다른 실시 예에 있어서, 시스템 관리 서비스는, 사용자 빌링 구성이 유효함을 추가로 검증한다. 그 다음, 시스템 관리 서비스는, 고객 디바이스가 전력을 수신받도록 인증되었는지를 판정한다(6083). 일부 실시 예에 있어서, 고객 디바이스가 인증받지 않았으면, 프로세스가 종료된다. 다른 실시 예에 있어서, 그 프로세스는 타사로부터의 계정에 대한 추가적인 펀딩 요청 인증(additional funding to the account, request authorization)을 추가함에 의해 이동 디바이스 사용자가 고객 디바이스를 인증할 수 있게 하는 또 다른 프로세스를 계속한다.
시스템 관리 서비스는 전송기와 통신하여(6085), 고객 디바이스와 연계된 수신기에 전력을 공급하도록 명령한다. 일부 실시 예에 있어서, 시스템 관리 서비스는 인트라넷, LAN, VPN, WAN, 블루투스, 블루투스 로우 에너지, Wi-Fi, ZigBee 등을 포함하는 적당한 네트워크 접속을 이용하여 전송기와 통신한다. 다른 실시 예에 있어서, 그 명령은 원하는 전력 출력, 충전 시간량, 전력 전송량 등을 포함하는 원하는 충전 방법을 실행하는 임의 개수의 적당한 파라메타들을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 수신기는 고객 디바이스 내재형이다. 다른 실시 예에 있어서, 수신기는 하나 이상의 고객 디바이스와 결합되어 그와 전기적으로 통신하는 무선 수신기이다.
전송기는 수신기와 통신을 수립하고(6087), 그것을 3D 공간에 배치한다. 그 다음, 전송기는 수신기에 에너지 포켓을 형성하기 위해 그의 안테나들을 이용한다(6089). 다음, 수신기는 전송기에 의해 형성된 포켓으로부터 RF 에너지를 수신하고(6091) 고객 디바이스에 전력을 공급한다.
도 61은 디바이스에 전송된 무선 전력을 모니터링하는 예시적인 방법을 전반적으로 도시한 흐름도(6100)이다. 이 예시적인 방법의 단계들은, 컴퓨터 판독 가능 코드를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현되며, 그에 따라, 컴퓨터 판독 가능 코드가 계산 디바이스에 의해 실행될 때 그 단계들이 구현된다. 일부 구현에 있어서, 그 방법의 특정 단계들은, 그 방법의 목적을 벗어나지 않고서, 조합되고, 동시에 실행되고, 다른 순서로 실행되고, 생략된다.
도 61에 있어서, 그 프로세서는 전송기가 수신기로부터 전력 및 에너지 데이터를 판독(6151)하면서 시작된다. 일부 실시 예에 있어서, 수신기는 고객 디바이스 내재형이다. 다른 실시 예에 있어서, 수신기는 하나 이상의 고객 디바이스에 결합되어 그와 전기적으로 통신하는 무선 수신기이다. 일부 실시 예들에 있어서, 데이터는 무선 전력 전송기에서 수신기로 전달된 전력의 레이트(rate), 무선 전력 전송기로부터 수신기로 전달된 총 에너지, 고객 디바이스의 현재 배터리 전력 레벨 등을 포함한다.
전송기는 시스템 관리 서비스와 통신하고(6153), 그것이 고객 디바이스를 충전하고 있는 중임을 알린다. 일부 실시 예에 있어서, 전송기는 고객 디바이스에 대한 충전 요청을 실행하기 위해 전송된 에너지/전력, 수신기의 식별자를 추가로 보고한다.
다음, 시스템 관리 서비스는 필요한 경우 전송기에서 고객 디바이스에 송신된 에너지에 대해 이동 디바이스 사용자에게 빌링한다(6155). 시스템 관리 서비스는 고객 디바이스에게 계정 정보를 통신한다(6157). 일부 실시 예에 있어서, 계정 정보는 빌링 정보 및 현재 충전 세션과 연계된 다른 정보, 이전 충전 세션으로부터의 정보, 계정 잔액 정보, 현재 충전 세션 동안 무선 전력 수신과 관련된 충전, 전송기로부터의 전력 전송 레이트등을 포함한다.
고객 디바이스에 의해 디스플레이되는 GUI는, 고객 디바이스가 충전되고 있는 중임을 보여준다(6159). 일부 실시 예에 있어서, GUI는 상술한 계정 잔액 정보, 계정 정보 등을 디스플레이한다.
무선 전력 전송기들, 수신기들 및/또는 시스템 관리 서비스 중 하나 이상은 이용 및 상태 정보를 정보 분산 서비스에 통신한다(6161). 일부 실시 예에 있어서, 이용 및 상태 정보는 고객 동작, 인구 통계, 서비스 품질 등에 대한 분석을 구동하는데 이용된다. 일부 실시 예에 있어서, 정보 분산 서비스는 원격 클라우드에 호스팅된다. 다른 실시 예에 있어서, 정보 분산 서비스는 국부 네트워크에 호스팅된다.
예를 들어, 스마트폰을 가진 사용자가 커피숍으로 걸어갈 수 있다. 스마트폰은 커피숍에 의해 작동되는 무선 전력 전송기를 검출하고, 전송기의 ID를 판독한다. 사용자는, 스마트폰의 전력이 로우임을 인지하고, 국부 무선 전력을 요청하도록 이동 애플리케이션에 명령을 진행한다. 사용자는 무선 전력을 이용할 수 있을 때마다 및/또는 이용할 수 있는 곳이면 어디라도 이것을 자동으로 실행하도록 무선 전력 시스템 관리를 구성했을 수 있다. 스마트폰은 그의 ID, 그의 수신기의 ID 및 전송기의 ID를 시스템 관리 서비스에 통신한다. 시스템 관리 서비스는 그의 시스템 데이터베이스를 검토하고 스마트폰 또는 그의 수신기와 전송기를 발견한다. 그 다음, 시스템 관리 서비스는 전송기와 통신하여 사용자의 스마트폰 수신기에 전력을 공급하도록 명령한다. 전송기는 수신기와 통신하여, 수신기의 위치를 판정하고 포켓 형성 기술을 이용하여 수신기에 무선 에너지를 전송한다. 수신기는 이러한 에너지로 스마트폰에 전력을 공급한다.
또 다른 예시에 있어서, 내장형 전력 수신기를 가진 착용 가능 디바이스를 지닌 사용자가 친구의 집을 방문한다. 그 집은 무선 전력 전송기를 갖추고 있다. 착용 가능 디바이스는 그 집의 무선 전력 전송기를 검출하여 전송기의 ID를 판독하며, 집주인의 전송기는 임의 무선 전력 수신기에 자동으로 전력을 공급하도록 시스템 관리 서비스를 구성하였다. 착용 가능 디바이스의 수신기는 그의 ID와 전송기의 ID를 시스템 관리 서비스에 통신하고, 시스템 관리 서비스는 그의 시스템 데이터베이스를 검토하여 착용 가능 디바이스와, 그의 수신기 및 전송기를 발견한다. 시스템 관리 서비스는 전송기와 통신하여 착용 가능 디바이스의 수신기에 전력을 공급하도록 명령한다. 전송기는 수신기와 통신하여 수신기의 위치를 판정하고, 적응적 3D 포켓 형성 기술을 이용하여 수신기에 무선 에너지를 전송한다. 수신기는 이 에너지로 착용 가능 디바이스에 전력을 공급한다.
7. 전력 레벨의 측정 및 보고
도 62에는 실시 예에 따른, 무선 전력 전송 시스템에 있어서 배터리 성능을 모니터링하는(6200) 방법의 흐름도가 도시된다. 일부 예시적인 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송 시스템은 전자 디바이스의 배터리가 충전중인 현재 또는 실제 레이트(rate)를 판정할 수 있으며, 그 값과 예상 기준 레이트를 비교한다. 현재 레이트가 예상 기준 레이트보다 훨씬 낮으면, 전자 디바이스내의 배터리 또는 관련된 충전 회로는 오작동하고 있는 것일 수 있으며, 충전 효율 또는 성능을 크게 약화시키고 있는 것일 수 있다.
무선 전력 전송 시스템이 이러한 에러 상태를 검출하면, 시스템은 시스템 운영자 또는 고객 디바이스의 사용자 또는 임의의 다른 적당한 당사자에게 경고하여, 그 문제가 정정될 수 있게 하고, 전자 디바이스 배터리 충전 시스템이 충전시에 더이상 전력을 낭비하지 않게 하거나, 그것을 충전시키기 위해 걸리는 시간보다 더 길게 충전하는 것을 중지시킨다.
대안적인 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송 시스템은 고객 디바이스가 처음 시스템과의 서비스에 들어갔을 때부터 고객 디바이스의 충전 레이트를 모니터링하고, 그 다음 이것을 기준으로 이용하여 디바이스에 대한 현재 충전 레이트와 비교함으로써, 디바이스에 대한 현 충전 레이트가 초기 충전 레이트에 기초하였던 기준 레이트보다 작아지게 되면, 그 디바이스가 무언인가 잘못되었고, 충전에 너무 긴 시간이 소요되고 있거나, 그것이 충전되고 있는 중일 때 전력을 소비하고 있음을 나타내는 경고를 시스템이 생성한다.
일부 예시적인 실시 예에 있어서, 배터리 성능을 모니터링하는(6281) 방법은 단계 6263 에서 시작하며, 거기에서, 운영자 또는 사용자는 무선 전력 전송 시스템을 설치하고 운영한다. 그 다음, 고객 디바이스는 단계 6265에서 시스템내의 무선 전력 수신기와 페어를 이룬다. 페어링은, 전력 수신기가 적당한 시간동안 적당한 근접성 범위내에 있음을 고객 전자 디바이스가 검출할 때, 이루어진다. 그 다음, 전력 수신기가 또 다른 전자 디바이스와 아직 페어를 이루고 있지 않은지를 판정하기 위해 내부 데이터베이스를 체크한다. 전력 수신기가 또 다른 전자 디바이스와 아직 페어를 이루고 있지 않으면, 고객 전자 디바이스는 그의 ID를 전력 수신기의 ID와 연계시키고, 내부 데이터베이스를 갱신한다. 그 다음, 전자 디바이스는 갱신된 데이터베이스 기록의 사본을 전력 전송기에 송신한다. 이 방법으로, 그 디바이스는 무선 충전의 시작을 준비한다.
단계 6267에서, 무선 전력 전송기는 고객 디바이스의 배터리 레벨을 계속적으로 모니터링하여, 단계 6269에서, 배터리가 충전될 필요가 있는지를 판정한다. 다른 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기는 사전 정의된 스케줄에 따라 고객 디바이스를 충전한다. 무선 전력 전송 시스템은 고객 디바이스 배터리를 충전할 시간이 될때마다 또는 배터리 레벨이 완전 충전 미만일 경우이거나 배터리가 충전될 필요가 있을 경우에 그 배터리를 자동으로 충전하고, 또는 시스템은 운영자 또는 사용자에 의해 구성되거나 시스템내에 내장될 수 있는 일부 다른 조건 또는 상황에 응답하여 자동으로 배터리를 충전한다.
고객 디바이스가 충전될 필요가 있다고 무선 전력 전송기가 판정하면, 단계6271에서 고객 디바이스에 접속된 무선 전력 수신기에 전력 전송을 시작한다. 그렇게 하기 위해, 무선 전력 전송기는 무선 전력 수신기와 실시간으로 통신한다.
충전 기간 동안, 단계 6273에서, 수신기는 무선 전력 전송기에 충전 전력값을 일정하게 송신한다. 추가적으로, 고객 디바이스는, 단계 6275에서, 무선 전력 전송기에 배터리 레벨값을 일정하게 송신한다.
단계 6273 및 6275에서 수신한 값들을 이용하여, 무선 전력 전송기는 단계 6277에서 고객 디바이스의 충전 레이트를 계산할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 무선 전력 전송기는 현재 실시간 또는 클록 시간을 측정하여 고객 디바이스 배터리의 충전 시간을 계산하기 위해 그 자신의 실시간 클록 회로 등을 모니터링할 것이다.
그 다음, 단계 6279에서, 무선 전력 전송기는, 고객 디바이스 충전 레이트가 허용 가능 범위내에 있는지 또는 그렇지 않는지를 판정한다. 일부 예시적인 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기는 참조 테이블에서 특정 고객 디바이스에 대한 예상 충전 레이트를 검색할 것이며, 이전에 만들어진 디바이스의 카테고리 또는 고유 신원은, 고객 디바이스에서 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 전송기 또는 다른 시스템 컴퓨터로의, 직접적인 카테고리의 고객 디바이스 통신에 의해, 또는 운영자 또는 사용자에 의해 알려진다. 상기 참조 테이블은 전송기 메모리 또는 국부 데이터베이스내에 배치되거나, 원격 서버상의 원격 관리 또는 정보 서비스로부터 전송기로 다운로딩되거나 통신된다.
일부 실시 예들에 있어서, 특정 디바이스의 예상된 기준 충전 레이트는 이미 전송기에 메모리에 저장되어 있다. 또한, 전송기가 충전하기로 예정된 고객 디바이스의 각 카테고리 또는 모델의 레이트 모두는 메모리에 저장된다. 이러한 레이트들은 전송기 제조 시점에 전송기의 메모리에 이미 저장되어 있을 수 있으며, 또는 무선 전력 전송 시스템이 충전하기로 예정된 고객 디바이스의 모델, 카테고리 또는 모든 유형에 대한 갱신된 레이트를 포함하는 시스템 관리 서버와 같이, 또다른 시스템 컴퓨터로부터 전송기에 전송되거나 갱신되었을 수 있다.
디바이스의 실제 충전 성능이 예상 충전 성능 미만이라고 무선 전력 전송기가 검출하면, 단계 6281에서, 고객 디바이스의 배터리 또는 충전 회로 등이 오작동하여 전력을 손실하고 있는 중이어서 충전에 너무 오랜 시간이 소요되고, 검사되거나 수리되거나 대체될 필요가 있음을, 시스템 운영자 또는 고객 디바이스 사용자에게 경고한다. 일부 실시 예에 있어서, 무선 전력 전송기는, 고객 디바이스의 배터리가 낮은 충전 레이트 또는 전력 손실을 유발하고 있는 것이 아닐 경우, 시스템 오작동의 근본 원인을 판정할 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 무선 전력 전송기는 이 정보를 자동 데이터베이스 복제를 통해 통신하고, 다른 적당한 통신 수단을 통해, 또는 전송기와 다른 시스템 컴퓨터간의 시스템 네트워크를 통해 메시지를 전송한다. 또한, 운영자 또는 사용자는 그 경고를 수신하고, 고객 디바이스가 더 이상 무선 충전되지 않도록 무선 시스템을 구성하고 서비스로부터 고객 디바이스를 제거함에 의해 응답할 수 있으며, 그에 따라, 그것은 검사되거나, 수리되거나, 대체되거나, 다른 적당한 해법으로 해결될 수 있다.
데이터 분석에서 시스템 또는 구성 요소 고장의 증거가 발견되지 않는다고 무선 전력 전송기가 판정하면, 무선 전력 전송기는 고객 디바이스를 계속 충전하며, 단계 6283에서, 고객 디바이스의 배터리 레벨이 완전 충전 상태인지를 계속 체크한다. 고객 디바이스의 배터리가 완전 충전 상태가 아니면, 무선 전력 전송기는 고객 디바이스에 접속된 무선 전력 수신기에 무선 전력을 계속 전송하여, 고객 디바이스의 충전을 유지시킨다. 고객 디바이스의 배터리가 이미 완전 충전 상태이거나 디바이스의 충전을 중지할 시간이면, 무선 전력 전송기는 단계 6285에서 디바이스의 충전을 중지하고 프로세스는 종료된다.
도 63에는 본 개시의 예시적인 측면에 따른, 배터리 성능을 모니터링하기 위한 방법의 시퀀스 도(6300)가 도시된다. 시퀀스 도(6300)는 고객 디바이스(6352), 시스템 관리 컴퓨터(6373), 무선 전력 전송기(6301), 무선 전력 수신기(6320) 및 사용자 또는 운영자(6375)를 포함한다.
먼저 시스템 관리 컴퓨터는 고객 디바이스(6352)의 예상 충전 레이트(6355)를 무선 전력 전송기(6301)에 송신한다. 그 다음, 고객 디바이스(6352)는 고객 디바이스(6373)의 배터리 레벨(6357)에 대한 정보를 송신한다. 이후, 무선 전력 전송기(6301)는 고객 디바이스(6352)에 접속된 무선 전력 수신기(6320)에 무선 전력(6359)을 전달하기 시작한다. 그 다음, 무선 전력 수신기는 고객 디바이스(6352)에 전달되는 전력량의 측정치(6361)를 일정하게 송신한다. 후속적으로, 고객 디바이스(6352)는 가장 최근의 배터리 레벨(6363)을 무선 전력 전송기(6301)에 송신한다. 고객 디바이스(6352)에 전달되는 전력량의 측정치(6361)와 배터리 레벨(6363)을 이용하여, 무선 전력 전송기(6301)는 고객 디바이스(6352)의 충전 레이트를 계산한다. 고객 디바이스(6352)의 충전 레이트가 임계치 미만이면, 무선 전력 전송기는 사용자 또는 운영자에게 경고(6365)를 송신한다. 그 다음, 사용자 또는 운영자(6375)는 에러를 정정하기 위한 동작(6367)을 취한다.
예를 들어, 가족이 그들의 가정에 설치된 무선 전력 전송 시스템을 가진다. 그들 가족 중 한명이 스마트폰에 무선으로 전력을 공급하여 충전하도록 시스템을 구성한다. 스마트폰은 몇년된 것이다. 그 시스템은, 스마트폰이 시스템의 전력 범위내에 있을 때마다 및 스마트폰의 배터리 레벨이 충전을 보증하기에 충분히 낮을 때마다 스마트폰을 자동으로 충전한다. 가족은 무선 전력 전송 시스템에 대한 시스템 관리 애플리케이션인, 공중 애플리케이션 스토어로부터 다운로딩된 소프트웨어 애플리케이션을 스마트폰내에 설치하였다. 이 애플리케이션은 그 시스템에, 스마트폰의 배터리 레벨의 값들을 자동으로 통신한다. 스마트폰을 충전한 후, 시스템은, 스마트폰이 완전히 충전되는데 걸리는 시간보다 3배 더 걸렸음을 알게 된다. 시스템은, 그 스마트폰의 이름과 그 문제의 간단한 설명을 가진 텍스트 메시지를 소유자에게 송신함에 의해 가족 시스템의 소유자에게 이 문제의 경고를 통신한다. 후속적으로 그 소유자는 대체 스마프폰을 구매한다.
또 다른 예시에 있어서, 사용자는 사용자의 팔목에 차고 다니는 착용 가능 제품을 구매한다. 그 제품은 무선 전력 수신기를 포함한다. 무선 전력 전송기는 사용자의 침대에 있으며, 밤마다 사용자는 사용자의 손목에 착용 가능 제품을 착용한 채 침대로 간다. 무선 전력 전송 시스템은 전력 수신기로부터 떨어진 거리에 있는 침대의 전송기로부터 사용자의 손목상의 착용 가능 제품내의 전력 수신기로 전력을 전송함에 의해 착용 가능 제품내의 배터리를 자동으로 충전시킨다. 매일밤, 착용 가능 제품의 배터리는 예비 충전된다.
전송기가 착용 가능 고객 디바이스를 충전했던 제 1 시간의 시작시에, 전송기는 착용 가능 제품의 배터리의 충전 레이트를 계산하였다. 무선 전력 전송 시스템은 이 특정 착용 가능 제품에 대한 배터리의 충전 레이트에 대한 기준 정보를 가지고 있지 않다.
1년 후, 무선 전력 전송 시스템은, 사용자가 처음 시스템으로 착용 가능 제품을 무선으로 충전하기 시작했던 때 걸렸던 시간량보다 현재 착용 가능 배터리를 충전하기 위해 걸리는 시간량이 더 길다는 것을 검출한다. 후속적으로, 시스템은 사용자의 착용 가능 제품이 충전에 걸리는 시간이 더 길어졌다는 메시지를 포함하는 이메일을 송신함에 의해 사용자에게 경고를 발행한다. 후속적으로, 사용자는 최신 모델로 착용 가능 제품을 교체한다.
8. 전력의 안전 전송
도 64에는 보건 안전의 금지된 환경에 기초하여, 고객 디바이스가 무선 전력 전송 시스템으로부터 전력을 수신하는 것을 금지하는 방법(6400)의 흐름도가 도시된다. 개시된 방법은, 무선 전력 전송 시스템의 하나 이상의 구성 요소들에서 동작한다. 무선 전력 전송 시스템은, 다른 것들 중에서도, 하나 이상의 시스템 컴퓨터, 고객 디바이스상에서 구동하는 GUI 시스템 관리 소프트웨어, 하나 이상의 원격 정보 서비스 서버 및 하나 이상의 시스템 관리 서버들을 포함한다. 시스템 컴퓨터는 무선 전력 전송 시스템의 컴퓨터들 중 하나를 지칭하는 것으로, 무선 전력 전송 시스템의 모든 컴퓨터들간에 통신 네트워크의 일부이다. 시스템 컴퓨터는 상기 네트워크를 통해 임의 다른 시스템 컴퓨터와 통신하는, 무선 전력 전송기, 무선 전력 수신기, 고객 디바이스, 시스템 관리 서비스 서버 및/또는 임의 다른 계산 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 고객 디바이스는, 다른 것들 중에서도, 스마트폰, 테이블렛 및 음악 재생기를 포함할 수 있다.
원격 정보 서비스 서버는 무선 전력 전송 시스템에서 작동하는 모든 네트워크 컴퓨터들에 걸쳐 분배되거나 복제될 수 있는 시스템 데이터베이스에 결합될 수 있다. 모든 네트워크 컴퓨터내에서 작동하는 데이터베이스 분산 관리 소프트웨어와 함께 상기 분산 시스템 데이터베이스는 무선 전력 전송 시스템에서 즉각적인 통신을 할 수 있게 한다. 네트워크 컴퓨터는 특정 무선 전력 전송 시스템의 네트워크에 대한 접속을 가지며 온라인 상태인 활성 원격 정보 서버 또는 임의 시스템 컴퓨터를 지칭한다.
프로세스는, 단계 6469에서, 무선 전력 전송 시스템(WPTS)이 부팅되어 시스템 검진을 구동하여, 모든 통신 채널이 적절하게 작동할 수 있을 때 시작한다. 후속적으로, 단계 6471에서, 사용자는, WPTS을 위한 고객 디바이스에 시스템 관리 소프트웨어 애플리케이션(GUI 애플리케이션)이 다운 로딩 및 설치되지 않았으면, 그러한 다운 로딩 및 설치를 실행한다. 이 애플리케이션은, Apple'siTunes, Google's Play Store, Amazon's App store와 같은 디지털 애플리케이션 분산 플랫폼 또는 공중 소프트웨어 애플리케이션 스토어에서 입수되어 그로부터 다운 로딩되고 설치될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 사용자는, 컴퓨터 또는 서버에 의해 호스팅되는 웹 페이지를 브라우징(browsing)하여, 거기에서, 사용자는 WPTS에게 명령하고, 그를 제어 및 구성할 수 있다. 애플리케이션 또는 웹 페이지는, 무선 전력 전송 시스템을 관리하는 컴퓨터에 의해 서비스 제공되는 웹 페이지, 또는 고객 디바이스의 뷰 스크린(view screen)상에 디스플레이되고 설명된 보건 안전 연산 파라메타들을 특정하거나 제어하는 사용자 인터페이스 제어 또는 산업 표준 체크마크(checkmark) 제어를 포함하되, 그에 국한되는 것은 아닌 사용자 인터페이스를 가진다.
그 프로세스에 뒤이어, 결정(6473)에서, GUI 애플리케이션은, WPTS에서 인에이블되는 전력 전송에 대한 금지가 있는지를 검증한다. 전력 전송에 대한 금지가 인에이블되었으면, 이하의 단계 6485를 계속하고, 그렇지 않고, 전력 전송에 대한 금지가 아직 인에이블되지 않았으면, 결정(6475)에서, GUI는, 사용자가 무선 전력 전송에 대한 보건 안전 연산 파라메타들을 인에이블하기를 원하는지 질의하는 메시지를 사용자에게 디스플레이한다. 사용자가 그 금지의 인에이블을 허용하지 않으면, WPTS는 단계 6491에서 금지 없이 전력 전달을 허용하고, 프로세스는 종료된다. 결정(508)에서 사용자가 금지를 인에이블하도록 허용하면, 단계 6477에서, GUI 애플리케이션은 사용자에게 체크 리스트를 디스플레이하고, 거기에서 그 또는 그녀는, 사용자에 의해 사용중인 디바이스에 무선 전력이 전송되지 않아도 될 때, 그 환경을 특정한다. 그 다음, 단계 6479에서, 사용자는 이하의 기준을 포함하되 그에 국한되지 않은 금지된 환경을 특정한다.
1) 고객 디바이스가 현재 이동중이어서, 사용자가 수중에 디바이스를 가지고 있거나, 또는 그 디바이스를 지니거나 착용중임을 나타낼 경우. 고객 디바이스의 움직임 또는 이동은 디바이스에 전력을 전송하는 전송기 또는 그 전송기의 공간 위치에 대한 고객 디바이스의 물리적 3D 이동을 지칭할 수 있으며, 고객 디바이스는, 움직임 중에, 전송기로부터의 그의 물리적 거리가 변경되거나 전송기내의 안테나 어레이와의 그의 각도가 변경될 수 있다.
2) 고객 디바이스가 그것이 사용중임을 나타내는 임의 자세로 현재 물리적으로 배향된 경우. 예를 들어, 디바이스가 현재 수직하게 배향된 이동 셀 전화기인 경우.
3) 고객 디바이스가 사용자의 얼굴에 유지되고 있는 것과 같이, 고객 디바이스가 현재 사용자에 대해 근접 거리내에 있다고 검출할 경우.
4) 고객 디바이스가 현재 전화 통화를 시도하고 있는 중인 경우.
5) 사용자가 임의 방식으로 고객 디바이스를 스와이핑(swiping), 핀칭(pinching), 트윌링(twirling) 또는 그와 상호 작용하는 것과 같이, 터치(touch)하고, 태핑(tapping)하고, 손가락 제스처를 하는 경우.
6) 고객 디바이스가 헤드 셋 또는 임의 다른 외부 디바이스와 접속되어 있는 경우.
후속적으로, 단계 6487에서, 사용자가 금지된 환경 또는 기준을 특정한 후에는, 모든 시스템 컴퓨터에 걸쳐 금지된 환경 정책이 적용된다. 그 다음, 단계 6483에서, WPTS는 그의 분산형 데이터베이스내의 고객 디바이스 데이터 기록을 갱신한다. 후속적으로 단계 6485에서, WPTS는 고객 디바이스와 연계된 금지된 환경을 판독하고 검증한다. 다음, 결정(6487)에서, 금지된 환경이 존재하면, 단계 6489에서, 전력 전달이 디스에이블되고, 만약 결정(6487)에서, 금지된 환경이 존재하지 않으면, 단계 6489에서 전력 전달이 인에이블되고, 프로세스가 종료한다.
상기 고객 디바이스상에서 구동되는 GUI 애플리케이션은 고객 디바이스를 계속 모니터링하여, 상기 고객 디바이스의 현재 동작이 보건 안전의 금지된 환경들 중 어느 것과 매칭되는 지를 검출한다. 고객 디바이스를 모니터링하는 것은, 디바이스가 대면에 도움이 되는지를 나타내는 센서 또는 상기 고객 디바이스 내부의 가속도계 또는 자이로스코프를 이용하여, 디바이스의 현재 속도, 요(yaw), 피치(pitch) 또는 롤(roll), 또는 자세를 판정하는 상기 디바이스내의 측정 하드웨어를 판독하거나, 금지된 환경이 존재하는지를 나타내는 디바이스의 임의 다른 측면을 감지하는 것을 포함하되 그에 국한되는 것은 아니다.
고객 디바이스가 현재 상기 전송 시스템으로부터 전력을 수신하는 것을 금지하는 환경내에 있는지에 대한 보건 안전 판정은, GUI 애플리케이션에 의해 상기 고객 디바이스의 제어 및 구성을 설명하는 데이터 기록내에 저장될 수 있다. 상기 기록은 WPTS의 분산형 데이터베이스의 일부 일수 있으며, 그의 사본은 상기 고객 디바이스의 메모리내에 상주한다. 무선 전력 전송 시스템내의 GUI 애플리케이션 및 다른 컴퓨터는 WPTS에 걸쳐 상기 데이터베이스의 모든 사본들을 동일하게 유지시키기 위해 상기 시스템에 걸쳐 상기 갱신된 기록을 자동으로 분배한다.
예시적인 실시 예는 고객 디바이스에 전력을 전송하기 위해 결정이 이루어지는 방식을 설명한다. 시스템 데이터베이스내에 있어서, 페어링된 고객 디바이스의 기록은 상기 고객 디바이스에 부착되거나 그에 내장된 무선 전력 수신기의 기록과 연계된다.
사용자가 WPTS의 임의 사용자 인터페이스(GUI 또는 웹 페이지)를 이용하여 상기 고객 서비스가 (상기 무선 전력 수신기에 의해 수신된 전력으로부터) 충전되도록 수동으로 명령하거나, 사용자가 상기 사용자 인터페이스를 이용하여 상기 고객 디바이스를 자동으로 충전하기 위해 시간, 이름 또는 물리적 위치, 또는 다른 방법에 의해 상기 무선 전력 수신기의 기록을 구성하였다면, 상기 무선 전력 수신기의 기록은 상기 무선 전력 수신기의 데이터베이스 기록의 현재 제어를 가진 무선 전력 전송기(이는 상기 무선 전력 수신기에 가장 가까운 무선 전력 전송기이기 때문임)에 의해 갱신됨으로써, 상기 고객 디바이스로 전력이 출력될 수 있도록 하기 위해 상기 무선 전력 수신기가 그의 출력 스위치를 현재 클로즈(close)해야 함을 나타낼 것이다. 상기 무선 전력 수신기의 상기 기록은 판독할 다른 무선 전력 전송기들을 위해 상기 시스템에 걸쳐 상기 무선 전력 전송기에 의해 분배된다.
상기 무선 전력 수신기에 전력을 전송해야만 한다고 상기 무선 전력 수신기를 제어하는 상기 무선 전력 전송기가 판정하면, 그것은 상기 무선 전력 수신기와 연관되거나 그와 페어를 이룬 고객 디바이스의 기록을 검사하고, 만약 상기 보건 안전 판정이 상기 고객 디바이스로의 전력 전달을 현재 금지하고 있지 않다는 것이면, 상기 무선 전력 수신기에만 전력을 전송할 것이다. 전력 전송이 금지되지 않으면, 전력 전송기는 이하의 동작을 취한다.
A) 상기 수신기를 조준한 전송 안테나를 유지시키기 위해 수신된 전력량의 계속적인 피드백을 취하도록 상기 수신기와 실시간 통신을 시작한다.
B) 상기 수신기에 전력 전송을 시작한다.
C) 고객 디바이스에 전기적 에너지를 접속시키고 전송하기 위해 그의 전기적 릴레이 스위치(electrical relay switch)를 클로즈하도록 수신기에 명령한다.
사용자가 그의 안전 금지를 변경하면, 상기 무선 전력 전송기는, 상기 무선전력 수신기가 전력을 수신해야 하는지를 다시 판정할 것이다.
F. 선택적 범위를 가진 무선 전력 전송
1. 보강 간섭
도 6a는 예시적인 포켓 형성 프로세스동안 구현될 수 있는 무선 전력 전송 원리를 나타낸 예시적인 시스템이다. 안테나 어레이의 다수의 안테나들을 구비하는 전송기(601)는, 전송기(601)의 각 안테나로부터 전송되는, 다른 속성들 중에서도, 전력 전송파(607)의 위상 및 진폭을 조정할 수 있다. 임의 위상 또는 진폭 조정이 없으면, 각 안테나로부터 전력 전송파(607)가 전송될 수 있다. 이 경우, 그 전송되는 파들은 다른 위치에, 다른 위상을 가지고 도착할 것인데, 이는 전송기의 각 안테나 소자에서부터, 각각의 위치에 배치된 수신기까지의 서로 다른 거리 때문이다.
수신기는, 다수의 안테나 소자들로부터, 다수의 신호들(607a)을 수신하는데, 그 신호들이 서로 상쇄적으로 합해지면, 이들 신호들의 합성은 필연적으로 0이다. 전송기의 안테나 소자들은 정확한 동일 전력 전송 신호(즉, 동일 특성을 가진 전력 전송파를 구비)를 전송할 수 있지만, 각 전력 전송 신호(607a)들은 서로간에 180도 만큼 오프셋되어 수신기에 도달하고, 그러므로, 이들 전력 전송 신호들은 서로를 "소거"한다. 이러한 방식으로 신호를 서로 오프셋하는 것을 "상쇄 간섭(destructive interference)"라고 한다. 이와 대조적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 소위 "보강 간섭"에서는, 신호들(607b)이 수신기에 서로 정확하게 "동 위상(in phase)"으로 도달하고, 그러므로 신호의 진폭이 증가된다. 도 6a의 도시된 예시에 있어서, 전송 신호들의 위상은 전송시에 동일하며, 결국 수신기에서 상쇄적으로 합산됨을 알아야 한다. 이와 대조적으로, 도 6b에 있어서, 전송 신호들의 위상은 전송시에 조정됨으로써, 그들은 동 위상 정렬로 수신기에 도달하게 되어, 보강적으로 합산되게 된다. 이 도시된 예시에 있어서, 도 6b는 수신기(605b) 둘레에 배치된 에너지 포켓이며, 도 6a는 수신기 둘레에 배치된 전송 널이다.
도 7에는 선택적 범위(700)를 가진 무선 전력 전송이 도시되며, 거기에서는 전송기(702)가 전기 디바이스(701)와 연계된 다수의 수신기들에 대한 포켓 형성을 생성한다. 전송기(702)는, 특정 물리적 위치내의 하나 이상의 널 반경들(706)과 하나 이상의 무선 충전 반경들(704)을 포함할 수 있는, 선택적 범위(700)를 가진 무선 전력 전송을 통해 포켓 형성을 발생한다. 다수의 전자 디바이스들(701)은 무선 충전 반경들(704)에서 충전되거나 전력 공급받는다. 여러개의 에너지 스폿들(spots of energy)이 생성될 수 있으며, 그러한 스폿들은 전자 디바이스들(701)에 전력 공급하거나 충전하는 것을 규제하기 위해 채용된다. 예를 들어, 그 규제는 무선 충전 반경들(704)내에 포함된, 특정 스폿 또는 제한된 스폿내에서 특정 전자 제품을 작동시키는 것을 포함한다. 또한, 선택적 범위(700)을 가진 무선 전력 전송의 이용에 의해 안전 규제가 구현될 수 있으며, 그러한 안전 규제는, 에너지가 회피되어야 할 필요가 있는 영역 또는 구역(zone)상에 에너지 포켓을 회피시키는데, 그러한 영역은, 그들 위에 및/또는 그들 근처에 에너지 포켓을 원하지 않은 사람들 및/또는 에너지 포켓에 대해 민감한 장비를 포함하고 있는 영역을 포함한다. 도 7에 도시된 것과 같은 실시 예에 있어서, 전송기(702)는 서비스 제공되는 영역내의 전기 디바이스들(701)과 연계된 수신기들과 다른 평면상에서 발견되는 안테나 소자들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 전기 디바이스들(701)의 수신기들은, 전송기(702)가 천장에 설치된 룸내에 있을 수 있다. 전력 전송파들을 이용하여 에너지 포켓을 수립하는 선택적 범위들은 천장 또는 다른 높은 위치에 전송기(702)의 안테나 어레이를 배치함에 의해, 동심원으로 나타날 수 있으며, 전송기(702)는 에너지 포켓의 "콘(cone)"들을 생성할 전력 전송파들을 방출할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전송기(701)는 각 충전 반경들(704)의 반경을 제어할 수 있으며, 그에 의해, 서비스 영역이, 저평면에 있는 영역을 향해 아래로 지향되는 에너지 포켓을 생성하여, 안테나 위상 및 진폭의 적당한 선택을 통해 콘의 너비를 조절할 수 있게 하기 위한 간격들이 수립된다.
도 8에는 선택적 범위(800)를 가진 무선 전력 전송이 도시되며, 거기에서는 전송기(802)가 다수의 수신기들(806)에 대한 포켓 형성을 생성할 수 있다. 전송기(802)는 하나 이상의 무선 충전 스폿들(804)을 포함할 수 있는, 선택적 범위(800)를 가진 무선 전력 전송을 통해 포켓 형성을 발생할 수 있다. 무선 충전 스폿들(804)에서 다수의 전자 디바이스들이 충전되거나 전력 공급받는다. 수신기 주변의 장애물들(804)에도 불구하고 다수의 수신기들(806)에 대해 에너지 포켓이 발생될 수 있다. 에너지 포켓들은 무선 충전 스폿들(804)에, 본 명세서에서 설명한 원리에 따라, 보강 간섭을 생성함에 의해, 발생될 수 있다. 에너지 포켓의 위치 결정은 수신기(806)들을 고정시키고(tacking), 다른 것들 중에서 Bluetooth® 기술, 적외선 통신, Wi-Fi, FM 라디오와 같은 다양한 통신 시스템에 의해 다수의 통신 프로토콜들을 인에이블함에 의해 실행될 수 있다.
G. 히트 맵(heat map)들을 이용한 예시적인 시스템 실시 예
도 9a 및 도 9b는 예시적인 실시 예에 따라, 클라이언트 계산 플랫폼을 무선으로 충전하는 아키텍처(900A,900B)의 도면이다. 일부 구현에 있어서, 사용자는 룸내에 있을 수 있으며, 전자 디바이스(예를 들어, 스마트폰, 테이블렛)를 그의 손으로 쥐고 있을 수 있다. 일부 구현에 있어서, 전자 디바이스는 룸 내부의 가구상에 있을 수 있다. 전자 디바이스는 전자 디바이스에 내장되거나 전자 디바이스에 연결된 개별적 어댑터로서 수신기(920A,920B)를 포함할 수 있다. 수신기들(920A,920B)은 도 11에 도시된 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다. 전송기들(902A,902B)은 사용자 바로 뒤의 룸의 벽들 중 하나상에 걸려있을 수 있다. 전송기들(902A,902B)은 도 11에 도시된 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.
사용자가 수신기들(920A,920B)들과 전송기들(902A,902B)간의 경로를 차단하고 있는 중이어서, RF파는 선형 방향으로 수신기들(920A,920B)에 쉽게 조준되지 않을 수 있다. 그러나, 수신기(920A,920B)로부터 발생한 단신호들이 이용된 안테나 소자의 유형에 대해 전방향성(omni-directional)이기 때문에, 이들 신호들은, 전송기들(902A,902B)에 도달할 때까지, 벽들(944A, 944B)상에서 산란할 수 있다. 핫 스폿(hot spot)(944A,944B)은 RF파를 반사할 룸내의 임의 아이템일 수 있다. 예를 들어, 벽상의 큰 금속 시계가 RF파를 사용자의 셀폰으로 반사하는데 이용될 수 있다.
전송기에 있어서의 마이크로 제어기는 수신기로부터 수신한 신호에 기초하여 각 안테나로부터의 전송 신호를 조정한다. 그 조정은 수신기로부터 수신한 신호 위상들의 공액(conjugate)을 형성하는 것을 포함하고, 안테나 소자들의 빌트인 위상(built-in phase)을 고려한 전송 안테나 위상의 추가 조정을 포함한다. 안테나 소자는 주어진 방향으로 안테나를 조향하도록 동시에 제어될 수 있다. 전송기(902A,902B)는 룸을 스캔하고, 핫 스폿들(944A,944B)을 검색한다. 보정이 실행되면, 전송기들(902A,902B)은 가장 효율적인 경로들일 수 있는 경로를 뒤따르는 채널에 RF파를 집중시킨다. 후속적으로, RF 신호들(942A,942B)은, 사용자 및 가구와 같은 장애물을 피하면서, 제 1 전자 디바이스상에 에너지 포켓을 형성하고, 제 2 전자 디바이스상에 또 다른 에너지 포켓을 형성한다. 도 9a 및 도 9b에 있어서의 룸과 서비스 영역을 스캔할 때, 전송기들은 다른 방법들을 채용할 수 있다. 이용될 수 있는 가능한 방법을 제한하기 위한 것은 아니고 도시된 예시로서, 전송기들은 수신기로부터 오는 신호의 위상 및 크기를 검출할 수 있으며, 그들을 이용하여 그들의 공액을 계산하고 그들을 전송에 적용함에 의해 전송 위상 및 크기 세트를 형성한다. 다른 도시된 예시로서, 전송기는 후속하는 전송에 있어서 전송 안테나들의 모든 가능한 위상들을 한번에 하나씩 적용할 수 있으며, 수신기(920A,920B)로부터의 신호를 주시함에 의해 각 조합에 의해 형성된 에너지 포켓의 세기를 검출한다. 그 다음, 전송기는 이러한 보정을 수시로 반복한다. 전송기가 모든 가능한 위상들을 철저하게 탐색해야만 하는 것은 아니며, 이전의 보정값에 기초하여 강한 에너지 포켓으로 결과할 가능성이 보다 높은 위상들의 세트를 탐색할 수 있음을 알아야 한다. 또 다른 도시된 예시에 있어서, 전송기는 룸내의 서로 다른 위치들로 지향되는 에너지 포켓을 형성하기 위해 안테나에 대한 전송 위상들의 프리셋 값(preset value)들을 이용한다. 전송기는, 예를 들어, 후속하는 전송에서 안테나에 대한 프리셋 위상값들을 이용하여 룸내의 물리적 공간을 위아래 및 좌우로 스캔할 수 있다. 전송기는 수신기로부터의 신호를 주시함에 의해 수신기 둘레에서 가장 강한 에너지 포켓으로 결과하는 위상 값들을 검출한다. 본 명세서에서 설명한 것들의 사상을 벗어나지 않고도, 다른 방법들이 가능하다. 어느 방법이 이용되던, 스캔의 결과는, 전송기들이 수신기 둘레의 에너지 포켓을 최대화하기 위해 전송 안테나에 사용하기 위한 최고의 위상 및 크기 값들을 나타내는 핫 스폿들을 식별하는 룸의 히트 맵이다.
전송기들(902A,902B)은 수신기들(920A,920B)의 위치를 판정하기 위해 블루투스 접속을 이용하며, 다른 수신기들(920A,920B)로 RF파들을 채널링하기 위해 RF 대역의 서로 다른 비-중첩 부분들을 이용한다. 일부 구현에 있어서, 전송기들(902A,902B)들은 수신기들(920A,920B)의 위치를 판정하기 위해 룸의 스캐닝을 실행하고, 비 중첩 RF 전송 대역들에 의해, 서로 직교하는 에너지 포켓들을 형성한다. 수시기에 에너지를 지향시키기 의해 멀티플 에너지 포켓을 이용하는 것은, 일부 대안적인 전력 전송 방법들보다 본질적으로 안전한데, 그 이유는 단일 전송이 아주 강력한 것은 아닌 반면, 수신기가 수신한 총 전력 전송 신호는 강력하기 때문이다.
H. 예시적인 시스템 실시 예
도 10a에는 하나의 전송기(1002A)와 적어도 2개 이상의 수신기들(1020A)을 포함하는 멀티플 포켓 형성(1000A)을 이용하는 무선 전력 전송이 도시된다. 수신기들(1020A)은 전송기들(1002A)과 통신할 수 있는데, 이는 도 11에 추가로 도시된다. 전송기(1002A)가 수신기(1020A)를 식별하여 그의 위치를 판정하면, 수신기(1020A)로부터 오는 이득과 위상을 인지함에 의해 채널 또는 경로가 수립될 수 있다. 전송기(1002A)는, 최소한인 두개의 안테나 소자들을 이용하여 3차원 공간에 수렴하는 제어 RF파(1042A)의 전송을 시작한다. 이들 RF파들(1042A)은 적당한 압전 재질을 이용하는 국부 발진기 칩과 외부 전원을 이용하여 생성될 수 있다. RF파(1042A)는 보강 간섭 패턴(포켓 형성)을 형성하기 위해 안테나 소자들에 대한 입력으로서 작용하는 RF 신호들의 위상 및/또는 상대적 크기를 조정하는 전유 칩을 포함한다. 포켓 형성은 안테나 소자들의 지향성을 변경하기 위해 간섭을 이용하며, 보강 간섭은 에너지 포켓(1060A)을 발생하고, 상쇄 간섭은 널을 발생한다. 수신기(1020A)는, 예를 들어, 랩탑 컴퓨터(1062A) 및 스마트폰(1052A)과 같은 전자 디바이스를 충전하거나 그 디바이스에 전력 공급하여, 무선 전력 전송을 효과적으로 제공하는 포켓 형성에 의해 생성되는 에너지 포켓(1060A)을 이용한다.
멀티플 포켓 형성(1000A)은 전송기(1002A)의 각 안테나에서 각 수신기(1020A)로의 위상 및 이득을 계산함에 의해 달성된다. 그 계산은 독립적으로 산출될 수 있는데, 그것은 전송기(1002A)로부터의 안테나 소자에서 수신기들(1020A)로부터의 안테나 소자로 다수의 경로들이 발생되기 때문이다.
I. 예시적인 시스템 실시 예
도 10b에는 멀티플 적응적 포켓 형성(1000B)의 예시적인 도면이 도시된다. 본 예시에 있어서, 사용자는 룸 내부에 있을 수 있고, 그의 손에 전자 디바이스, 본 경우에는, 테이블렛(1064B)을 쥐고 있을 수 있다. 또한, 스마트폰(1052B)은 룸 내부의 가구상에 있을 수 있다. 테이블렛(1064B)과 스마트폰(1052B)은, 각각, 각 전자 디바이스에 내장된 수신기를 포함하거나 또는 테이블렛(1064B) 및 스마트폰(1052B)에 연결된 개별 어댑터로서 수신기를 포함할 수 있다. 수신기는 도 11에 도시된 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다. 전송기(1002B)는 사용자 바로 뒤의 룸의 벽들 중 하나상에 매달려 있을 수 있다. 전송기(1002B)는 도 11에 도시된 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다. 사용자는 수신기와 전송기(1002B)들 간의 경로를 차단하는 것으로 보일 수 있다. RF 파(1042B)는 시선 방식으로 각 수신기에 쉽게 조준되지 않을 수 있다. 그러나, 수신기로부터 발생한 단신호들이 이용된 안테나 소자들의 유형에 대해 전방향성(omni-directional)이기 때문에, 이들 신호들은, 전송기(1002B)를 발견할 때까지, 벽들상에서 산란할 수 있다. 전송기(1002B)에 상주하는 마이크로 제어기는 각 수신기에 의해 송신된 수신 신호들에 기초하여, 이득 및 위상을 조정하고, (소위 "상쇄 간섭"에서, 전력 전송파들이 서로를 차감하고 그 위치에 집중된 에너지를 줄이는 방식으로 전력 전송파들이 함께 합쳐지는 것과 대조적으로) 전력 전송파들이 함께 합해져서 그 위치에 집중된 에너지를 강화하도록 전력 전송파의 수렴을 형성하고, 수신기들로부터 수신한 신호 위상들의 공액을 형성하고, 안테나 소자들의 빌트 인 위상을 고려하여 전송 안테나 위상들을 추가 조정함으로써 전송된 신호들을 재보정한다. 일단 보정이 실행되면, 전송기(1002B)는 가장 효율적인 경로들을 따라가는 RF파를 집중시킨다. 후속적으로, 사용자 및 가구와 같은 장애물을 고려하여, 에너지 포켓(1060B)은 테이블렛(1064B)상에 형성되고, 다른 에너지 포켓(1060B)은 스마트폰(1052B)에 형성될 수 있다. 상술한 성질은, 각각의 에너지 포켓을 따르는 전송이 아주 강력한 것은 아님에 따라 멀티플 포켓 형성(1000B)을 이용하는 무선 전력 전송이 본질적으로 안전하다는 점 및 RF 전송은 일반적으로 생체 조직을 관통하지 않고 그로부터 반사한다는 점에 있어서, 바람직하다.
일단 전송기(1002B)가 수신기를 식별하고 위치 판정하면, 수신기로부터 오는 이득 및 위상을 인지함에 의해 채널 또는 경로가 수립될 수 있다. 전송기(1002B)는 최소인 2개의 안테나 소자들을 이용하여 3차원 공간에 수렴하는 제어 RF파(1042B)를 전송하기 시작한다. 이들 RF파(1042B)는 적당한 압전 재질을 이용하는 국부 발진기 칩과 외부 전원을 이용하여 생성될 수 있다. RF파(1042B)는 보강 및 상쇄 간섭 패턴(포켓-형성)을 형성하기 위해 안테나 소자들에 대한 입력으로서 작용하는, RF 신호들의 위상 및/또는 상대적 크기를 조정하는 전유 칩을 포함할 수 있는 RFIC에 의해 제어된다. 포켓 형성은 안테나 소자의 지향성을 변경하기 위해 간섭을 이용하는데, 보강 간섭은 에너지 포켓을 발생하고, 상쇄 간섭은 특정 물리적 위치에 널을 발생한다. 수신기는, 예를 들어, 랩탑 컴퓨터 및 스마트폰과 같은 전자 디바이스를 충전하거나 그에 전력을 공급함으로써 무선 전력 전송을 효과적으로 제공하는 포켓 형성에 의해 생성되는 에너지 포켓을 이용한다.
멀티플 포켓 형성(1000B)은 전송기의 각 안테나로부터 각 수신기로의 위상 및 이득을 계산함에 의해 달성될 수 있다. 그 계산은 독립적으로 산출될 수 있는데, 그 이유는, 전송기로부터의 안테나 소자들에 의해 수신기로부터의 안테나 소자까지 다수의 경로들이 발생되기 때문이다.
적어도 2개의 안테나 소자들의 계산의 예시는 수신기로부터의 신호의 위상을 판정하고, 전송을 위해 수신 파라메타들의 공액을 안테나 소자들에 적용하는 것을 포함한다.
일부 실시 예에 있어서, 2개 이상의 수신기들은 무선 전력 전송 동안에 전력 손실을 피하기 위해 다른 주파수로 작동한다. 이것은, 전송기(1002B)에 다수의 내장된 안테나 소자들의 어레이를 포함함에 의해 달성된다. 일 실시 예에 있어서, 그 어레이내의 각 안테나에 의해 단일 주파수가 전송될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 어레이내의 일부 안테나들은 서로 다른 주파수로 전송하는데 이용된다. 예를 들어, 어레이내의 안테나들의 1/2는 2.4GHz로 작동하는 반면, 다른 1/2들은 5.8GHz로 작동한다. 다른 예시에 있어서, 어레이내의 안테나들의 1/3은 900MHz로 작동하고, 1/3은 2.4GHz로 작동하며, 어레이내의 잔여 안테나들은 5.8GHz로 작동한다.
또 다른 실시 예에 있어서, 안테나 소자들의 각 어레이는 무선 전력 전송동안에 가상적으로 하나 이상의 안테나 소자들로 분할되며, 안테나 소자들의 각 세트는 서로 다른 주파수로 전송할 수 있다. 예를 들어, 전송기의 안테나 소자는 2.4GHz로 전력 전송 신호들을 전송하지만, 수신기의 대응하는 안테나 소자는 전력 전송 신호를 5.8GHz로 수신하도록 구성될 수 있다. 이 예시에 있어서, 전송기의 프로세서는 어레이내의 안테나 소자들을, 독립적으로 피딩(feeding)될 수 있는 다수의 패치들로 가상적 또는 논리적으로 분할하도록 전송기의 안테나 소자를 조정할 수 있다. 결과적으로, 안테나 소자들의 어레이의 1/4은 수신기에 필요한 5.8GHz를 전송할 수 있으며, 안테나 소자들의 다른 세트는 2.4GHz로 전송할 수 있다. 그러므로, 안테나 소자들의 어레이를 가상적으로 분할함에 의해, 수신기에 결합된 전자 디바이스들은 무선 전력 전송을 계속적으로 수신할 수 있다. 예를 들어, 안테나 소자들의 한 세트는 약 2.4GHZ로 전송하고, 다른 안테나 소자들은 5.8GHz로 전송하며, 그에 따라 서로 다른 주파수들로 작동하는 수신기들과 작업할 때, 주어진 어레이내의 다수의 안테나 소자들을 조정하기 때문에, 상술한 것은 바람직하다. 이 예시에서는, 그 어레이가 동일한 안테나 소자들의 세트(예를 들어, 4개의 안테나 소자들)로 분할되지만, 그 어레이는 다른 양의 안테나 소자들의 세트들로 분할될 수 있다. 대안적인 실시 예에 있어서, 각 안테나 소자들은 선택 주파수들간에 서로 교번할 수 있다.
무선 전력 전송의 효율 및 (포켓 형성을 이용하여) 전달될 수 있는 전력량은 주어진 수신기들과 전송기들의 시스템에 이용된 전체 개수의 안테나 소자들(1006)의 함수일 수 있다. 예를 들어, 약 15피트에 약 1와트를 전달하기 위해, 수신기는 약 80개의 안테나 소자들을 포함하지만, 전송기는 약 256 안테나 소자들을 포함한다. 또 다른 동일한 무선 전력 전송 시스템(약 15피트에 약 1와트)은 약 40 안테나 소자들을 가진 수신기와, 약 512 안테나 소자들을 가진 전송기를 포함할 수 있다. 수신기에 있어서 안테나 소자들의 개수를 절반으로 줄이는 것은, 전송기에 있어서 안테나 소자들의 수를 2배로 할 것을 필요로 한다. 일부 실시 예들에 있어서, 원가 때문에, 수신기에서 보다 전송기에 더 많은 개수의 안테나 소자들을 배치하는게 바람직할 수 있는데, 그 이유는, 전 시스템 전개(system-wide deployment)에 있어서, 수신기들보다 전송기들이 훨씬 소수일 것이기 때문이다. 그러나, 전송기(1002B)에 적어도 2개의 안테나 소자들이 존재한다면 전송기상에 보다 수신기상에 보다 많은 안테나 소자들을 배치함에 의해, 그 반대 경우가 달성될 수도 있다.
Ⅱ. 전송기들 - 무선 전력 전송을 위한 시스템들 및 방법들
전송기들은 이하에 설명할 구성 요소들을 이용하여 포켓 형성, 적응적 포켓 형성 및 멀티플 포켓 형성을 담당한다. 전송기들은, 무선 전력 전송 신호들을 공간을 통해 전파할 수 있고, 예를 들어, RF파, 적외선, 음파, 전자기 필드 및 초음파와 같은 이용 가능 전기 에너지로 변환될 수 있는 임의 물리적 매체 형태로 수신기에 전송할 수 있다. 전력 전송 신호들이 임의 주파수 또는 파장을 가진 임의 무선 신호일 수 있음을 당업자라면 알 것이다. 전송기들은, 단지 예시로서 RF 전송을 참조하여 설명되었지만 단지 RF 전송에만 그 범주가 국한되는 것은 아니다.
전송기들은, 데스크, 테이블, 마루, 벽 등과 같은 다수의 위치, 표면, 받침대 또는 내장형 구조물에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 전송기들은 본 명세서에서 설명한 태스크 및 프로세스들을 실행할 수 있는 프로세서들 및 소프트웨어 모듈들을 구비한 임의 계산 디바이스일 수 있는, 클라이언트 계산 플랫폼에 배치될 수 있다. 클라이언트 계산 플랫폼의 비 제한적 예시는, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 휴대형 컴퓨터, 테이블렛 계산 플랫폼, 넷북(netbook), 스마트폰, 게임 콘솔 및/또는 다른 계산 플랫폼을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 클라이언트 계산 플랫폼은 다양한 전자 계산 디바이스들일 수 있다. 그러한 실시 예에 있어서, 클라이언트 계산 플랫폼들의 각각은 개별적인 운영 시스템 및/또는 물리적 구성 요소를 가질 수 있다. 클라이언트 계산 플랫폼은 동일한 운영 시스템을 실행할 수 있고/있거나, 다른 운영 시스템을 실행할 수 있다. 클라이언트 계산 플랫폼 및/또는 디바이스들은 다수의 운영 시스템들을 실행할 수 있다. 또한, 박스 전송기들은 X, Y, Z 축으로 또는 이들의 임의 조합으로 배향될 수 있는, PCB 층들의 다수 배열을 포함할 수 있다.
무선 충전 기술이 RF파 전송 기술에 국한되는 것이 아니라 전송된 에너지를 전력으로 변환하는 수신기에 에너지를 전송하는 대안적인 또는 추가적인 기술을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 수신 디바이스에 의해 전력으로 변환될 수 있는 에너지에 대한 비 제한적이고 예시적인 전송 기술은, 초음파, 마이크로파, 공진 및 유도성 자계, 레이저 광, 적외선 또는 다른 형태의 전자기 에너지를 포함한다. 예를 들어, 초음파의 경우, 하나 이상의 변환기 소자들은 초음파를 수신하여 전력으로 변환하는 수신 디바이스를 향해 초음파를 전송하는 변환기 어레이를 형성하도록 배치될 수 있다. 공진 또는 유도성 자계의 경우, 그 자계는 전송기 코일에 생성되어 수신기 코일에 의해 전력으로 변환된다.
A. 전송기 디바이스들의 구성 요소들
도 11에는, 예시적인 실시 예에 따라, 고객 디바이스들을 무선으로 충전하기 위한 시스템(1100) 아키텍처가 도시된다. 시스템(1100)은, 각각 ASIC(Appliction Specific Integrated Circuit)을 구비할 수 있는, 전송기(1101) 및 수신기(1120)를 구비한다. 전송기(1101) ASIC는 하나 이상의 PCB(1104), 하나 이상의 안테나 소자들(1106), 하나 이상의 무선 주파수 집적 회로(RFIC, 1108), 하나 이상의 마이크로제어기(MC, 1110), 통신 구성 요소(1112), 전원(1114)을 포함한다. 전송기(1101)는 전송기(1101)에 대한 모든 필요한 구성 요소들을 할당하는 하우징내에 보관된다. 전송기(1101)에 있어서의 구성 요소들은 메타 재질, 회로의 마이크로 인쇄, 나노 재질 및/또는 임의 다른 재질을 이용하여 제조될 수 있다. 전체 전송기 또는 전체 수신기는 단일 회로 보드상에 구현될 수 있으며, 개별적 회로 보드에 구현된 기능 블럭들 중 하나 이상을 가질 수 있다.
1. 인쇄 회로 보드(1104)
일부 구현에 있어서, 전송기(1101)는 포켓 형성에 대한 보다 강한 제어를 제공하기 위한 안테나 소자(1106) 및/또는 RFIC(1108)를 포함하고, 목표 수신기들에 대한 응답을 증가시키는 다수의 PCB들(1104)을 포함한다. PCB(1104)는 비 도전성 기판상에 적층된 구리 시트(copper sheet)로부터 에칭된, 도전성 트랙, 패드 및 또는 다른 특성을 이용하여, 본 명세서에서 설명한 전자 구성 요소를 기계적으로 지지하고 전기적으로 그에 접속된다. PCB들은 단일 측면(하나의 구리층)층, 양측면(2개의 구리층)층 및/또는 다층일 수 있다. 다수의 PCB(1104)층들은 전송기(1101)에 의해 전송될 수 있는 전력량 및 전력 범위를 증가시킬 수 있다. PCB(1104)층들은 단일 MC(1110) 및/또는 전용 MC들(1110)에 접속될 수 있다. 유사하게, RFIC(1108)는 상술한 실시 예들에서 설명한 바와 같이 안테나 소자(1106)에 접속될 수 있다.
일부 구현에 있어서, 내부에 다수의 PCB(1104) 층들을 포함하는 박스 전송기는 포켓 형성에 대한 보다 강한 제어를 제공하는 안테나 소자(1108)를 포함하고, 목표 수신기들에 대한 응답을 증가시킨다. 또한, 무선 전력 전송의 범위는 박스 전송기에 의해 증가될 수 있다. 다수의 PCB(1104) 층들은 안테나 소자(1106)의 높은 밀도로 인해 전송기(1101)에 의해 무선으로 전달되고/되거나 방송될 수 있는 전력파(예를 들어, PF 전력파, 초음파)의 범위 및 양을 증가시킬 수 있다. PCB(1104)층은 각 안테나 소자(1106)에 대한 단일 마이크로제어기(1110) 및/또는 전용 마이크로제어기(1110)에 접속될 수 있다. 유사하게, RFIC(1108)는 상술한 실시 예들에서 설명한 바와 같이 안테나 소자(1101)를 제어한다. 또한, 전송기(1101)의 박스 형상은 무선 전력 전송의 동작 비율을 증가시킨다.
2. 안테나 소자들
안테나 소자(1106)는 지향성 및/또는 전방향성으로서, 평탄 안테나 소자들, 패치 안테나 소자들, 다이폴 안테나 소자들 및/또는 무선 전력 전송을 위한 임의 다른 적당한 안테나들을 포함한다. 적당한 안테나 유형들은, 예를 들어, 약 1/8인치 내지 약 6인치의 높이와, 약 1/8인치 내지 약 6인치의 폭을 가진 패치 안테나를 포함할 수 있다. 안테나 소자(1106)의 형상 및 배향은 전송기(1101)의 원하는 특성에 의거하여 가변할 수 있다. 배향은 X,Y,Z 측에 평탄할 수 있으며, 또한 여러 배향 유형 및 이들 3차원 배열의 조합일 수 있다. 안테나 소자(1106) 재질은 높은 효율, 양호한 열 소산 등을 가진 RF 신호 전송을 할 수 있는 임의 적당한 재질을 포함할 수 있다. 안테나 소자들(1106)의 양은 전송기(1101)상의 원하는 범위 및 전력 전송력과 관련하여 가변하며, 안테나 소자들(1106)이 보다 많으면, 보다 넓은 범위 및 보다 높은 전력 전송력으로 된다.
안테나 소자(1106)는 900MHz, 2.5GHz 또는 5.8GHz의 주파수 대역이 FCC(Federal Communications Commission) 규정 부분 18(산업, 과학 및 의료 장비)을 따름에 따라, 그 주파수 대역에서 작동하는 적당한 안테나 유형을 포함할 수 있다. 안테나 소자(1106)는 독립적인 주파수들로 작동할 수 있으며, 그에 따라 포켓 형성의 멀티채널 작동이 가능하게 된다.
또한, 안테나 소자(1106)는 적어도 하나의 편광 또는 편광들의 선택을 가질 수 있다. 그러한 편광은 수직 편광, 수평 편광, 원형 편광, 좌측 편광, 우측 편광 또는 그 편광들의 조합을 포함할 수 있다. 편광들의 선택은 전송기(1101) 특질에 따라 가변한다. 안테나 소자(1106)는 단일 어레이, 페어 어레이, 쿼드 어레이 및 원하는 애플리케이션에 따라 고안될 수 있는 임의 다른 적당한 배열로 작동한다.
일부 구현에 있어서, 인쇄 회로 보드(PCB, 1104)의 전 측면은 안테나 소자(1106)와 밀접하게 패킹된다. RFIC(1108)는 다수의 안테나 소자들(1106)에 접속된다. 다수의 안테나 소자들(1106)은 단일 RFIC(1108)를 에워싼다.
3. 무선 주파수 집적 회로
RFIC(1108)는 MC(1110)로부터 RF 신호를 수신하고, RF 신호를 다수의 출력으로 분할하는데, 각각의 출력은 안테나 소자(1106)에 링크된다. 예를 들어, 각 RFIC(1108)는 4개의 안테나 소자(1106)에 접속된다. 일부 구현에 있어서, 각 RFIC(1108)는 8개, 16개 및/또는 다수의 안테나 소자들(1106)에 접속된다.
RFIC(1104)는 증폭기, 커패시터, 발진기, 압전 크리스탈 등과 같은 디지털 및/또는 아날로그 구성 요소들을 포함하는 다수의 RF 회로들을 포함한다. RFIC(1104)는 포켓 형성을 위해 이득 및/또는 위상과 같은 안테나 소자(1106)의 특성을 제어하고, 방향, 전력 레벨등에 걸쳐 관리한다. 원하는 포켓 형성 및 전송 널 조향을 생성하기 위해 각 안테나 소자(1106)에 있어서의 포켓 형성의 위상 및 진폭이 대응하는 RFIC(1108)에 의해 조정될 수 있다. 또한, RFIC(1108)는, 디지털 신호 프로세싱(DSP), ARM, PIC-클래스 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛, 컴퓨터 등을 이용할 수 있는 MC(1110)에 접속된다. 전송기(1101)에 존재하는 보다 적은 수의 RFIC들(1108)은 멀티플 포켓 형성의 보다 약한 제어, 보다 낮은 레벨의 세분성(granularity) 및 보다 저렴한 실시 예와 같은 원하는 특성들에 대응한다. 일부 구현에 있어서, RFIC(1108)는 하나 이상의 MC(1110)들에 접속될 수 있으며, MC(1110)는 독자적인 기지국 또는 전송기(1101)내에 포함될 수 있다.
전송기(1101)의 일부 구현에 있어서, 원하는 포켓 형성 및 전송 널 조향을 생성하기 위해, 각 안테나 소자(1106)에 있어서의 각 포켓 형성의 위상 및 진폭은 대응하는 RFIC(1108)에 의해 조정될 수 있다. 각 안테나 소자(1106)에 각각으로 결합된 RFIC(1108)는 프로세싱 요건을 줄이며, 포켓 형성에 대한 제어를 증가시킴으로써, 멀티플 포켓 형성이 가능하게 되며, MC(1110)에 대해 보다 낮은 부하로 보다 높은 입상 포켓 형성(granular pocket-forming)과 보다 많은 개수의 멀티플 포켓 형성의 보다 높은 응답이 가능하게 된다. 또한, 멀티플 포켓 형성은 보다 많은 수의 수신기를 충전할 수 있으며, 그러한 수신기로의 보다 나은 궤적을 가능하게 한다.
RFIC(1108) 및 안테나 소자(1106)는 원하는 애플리케이션에 따라 고안될 수있는 임의 적당한 배열로 작동한다. 예를 들어, 전송기(1101)는 평탄 배열의 안테나 소자(1106) 및 RFIC(1108)를 포함한다. 4개, 8개, 16개 및/또는 임의 개수의 안테나 소자들(1106)의 서브셋이 단일 RFIC(1108)에 접속될 수 있다. RFIC(108)는 각 안테나 소자(1106)의 바로 뒤에 내장될 수 있는데, 그러한 집적화는 구성 요소들간의 단거리로 인한 손실을 줄인다. 일부 구현에 있어서, 소정 로우(row) 또는 컬럼(column)의 안테나 소자들(1106)은 단일 MC(1110)에 접속된다. 각 로우 또는 컬럼에 접속된 RFIC(1108)로 인해, 로우들 또는 컬럼들간에 위상 및 이득을 변경함에 의해 포켓 형성을 생성할 수 있는 보다 저가의 전송기들(1101)이 가능하다. 일부 구현에 있어서, RFIC(1108)는 획득을 위해 수신기(1120)에 대해 2-8볼트 사이의 전력을 출력한다.
일부 구현에 있어서, RFIC(1108)들의 캐스케이드 배열이 구현된다. RFIC(1108)의 캐스케이드 배열을 이용하는 평탄 전송기(1101)는 포켓 형성에 대한 보다 강한 제어를 제공하고, 목표 수신기(1106)들에 대한 응답을 증가시키고, RFIC(1108)들의 다중 중복성 때문에 보다 높은 신뢰성 및 정확성이 달성될 수 있다.
4. 마이크로제어기들
MC(1110)는 프로세서 구동 ARM 및/또는 DSP를 구비한다. ARM은 RISC(Reduced Instruction Set Computing)에 기반한 범용 마이크로프로세서 족(a family of general purpose microprocessors)이다. DSP는 여러 방식으로 수정 및 개선을 하기 위해 정보 신호의 수학적 조작을 제공하며, 이산 시간, 이산 주파수 및/또는 다른 이산 도메인 신호의 숫자 또는 심볼들의 시퀀스에 의한 표시와, 이들 신호들의 프로세싱을 특징으로 할 수 있는 범용 신호 프로세싱 칩이다. DSP는 연속하는 실세계 아날로그 신호들을 측정, 필터링 및/또는 압축할 수 있다. 제 1 단계는, 신호를 샘플링하고 그 다음, 아날로그 신호를 이산 디지털 값들의 스트림으로 변환할 수 있는 아날로그/디지털 변환기(ADC)를 이용하여 그 신호를 디지털화함에 의해, 그 신호를 아날로그에서 디지털 형태로 변환하는 것이다. MC(1110)는 리눅스 및/또는 임의 다른 운영 시스템을 구동한다. MC(1110)는 네트워크(1140)를 통해 정보를 제공하기 위해 Wi-Fi에 접속된다.
MC(1110)는, 포켓 형성의 방출 시간, 포켓 형성의 방향, 바운스 각도, 전력 세기 등과 같은 RFIC(1108)의 다양한 특성들을 제어한다. 또한, MC(1110)는 다수의 수신기들 또는 단일 수신기에 대한 멀티플 포켓 형성을 제어한다. 전송기(1101)는 무선 전력 전송의 거리 판별을 할 수 있게 한다. 또한, MC(1110)는 통신 구성 요소(1112)를 제어함에 의해 통신 프로토콜 및 신호들을 관리 및 제어할 수 있다. MC(1110)는 수신기로/로부터 신호를 송신/수신하는 통신 구성 요소(1112)에 의해 수신된 정보를 처리하여, 그것을 추적하고 그에 대한 무선 주파수 신호들(1142)(즉, 에너지 포켓)을 집중시킨다. 다른 정보는 수신기로부터/로 전송될 수 있는데, 그 정보는 다른 것들 중에서도 네트워크(1140)를 통하는 인증 프로토콜을 포함할 수 있다.
MC(1110)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 및/또는 I2C(Inter-Integrated Circuir) 프로토콜을 통해 통신 구성 요소(1112)와 통신할 수 있다. SPI 통신은, 예를 들어, 내장형 시스템, 센서 및 SD 카드에 있어서 단거리 단일 마스터 통신을 위해 이용될 수 있다. 디바이스들은 마스터/슬래이브(master/slave) 모드로 통신하는데, 마스터 디바이스는 데이터 프레임을 개시한다. 다수의 슬래이브 디바이스들은 개별적인 슬래이브 선택 라인과 함께 이용된다. I2C는 컴퓨터 마더보드 및 내장형 시스템에 저속 주변 장치를 부착하는데 이용되는 멀티-마스터, 멀티-슬래이브, 단일-종단, 실리얼 컴퓨터 버스이다.
5. 통신 구성 요소들
통신 구성 요소(1112)는 다른 것들 중에서도 블루투스 기술, 적외선 통신, Wi-Fi, FM을 포함하고 조합한다. MC(1110)는, 장애물로 인한 손실을 줄이기 위해, 포켓 형성을 전송하기 위한 가장 효율적인 궤적을 포함하는, 포켓 형성을 위한 최적 시간 및 위치를 판정할 수 있다. 그러한 궤적은, 직접적인 포켓 형성, 바운싱 및 포켓 형성의 거리 판별을 포함한다. 일부 구현에 있어서, 통신 구성 요소(1112)는 수신기들(1120), 고객 디바이스들 또는 다른 전송기들(1101)을 포함하는 다수의 디바이스들과 통신한다.
6. 전원(1101)
전송기(1101)는 AC 또는 DC 전력 공급원을 포함할 수 있는 전원(1114)에 의해 피딩될 수 있다. 전원(1114)에 의해 제공되는 전압, 전력 및 전류 세기는 전송될 필요 전력에 따라 가변할 수 있다. 전력의 무선 신호로의 변환은 MC(1110)에 의해 관리되고, 다양한 주파수들, 파장, 세기들 및 다른 특성들의 무선 신호들을 생성하기 위해 다수의 방법들 및 구성 요소들을 이용하는 RFIC(1108)에 의해 실행된다. 무선 신호 생성을 위한 다양한 방법들 및 구성 요소들의 예시적인 이용으로서, 서로 다른 안테나 소자들(1106)에 있어서의 무선 주파수를 생성 및 변경하기 위해 발진기 및 압전 크리스탈이 이용될 수 있다. 또한, 신호를 부드럽게 하기 위해 다양한 필터가 이용될 수 있으며, 증폭기는 전송될 전력을 증가시킨다.
전송기(1101)는 특정 충전 가능 전자 디바이스에 의해 요구되는 수 와트에서 사전 결정된 량의 와트까지의 전력 기능(power capability)을 가진 포켓을 형성하는 RF 전력파를 방출한다. 각 안테나는 특정 전력 용량을 관리할 수 있다. 그러한 전력 용량은 애플리케이션과 관련될 수 있다.
7. 하우징
하우징에 추가하여, 독자적인 기지국이 MC(1110)와 전원(1114)을 포함할 수 있으며, 그에 따라, 여러 전송기들(1101)은 단일 기지국 및 단일 MC(1110)에 의해 관리된다. 그러한 기능은 천장, 장식품, 벽 등과 같은 여러 전략적 위치에 전송기(1101)가 배치될 수 있게 한다. 안테나 소자들(1106), RFIC(1108), MC(1110), 통신 구성 요소(1112) 및 전원(1114)은 전송기(1101)의 원하는 특질에 의존하는, 다수의 배열 및 조합으로 접속될 수 있다.
도 23에는, 예시적인 실시 예에 따른, 하나 이상의 전력 배출구에 휴대형 무선 전력 전송기를 접속시키는 전력 플러그를 가진 휴대형 전송기(2301)를 구비하는 무선 전력 전송 시스템(2300)이 도시된다. 휴대형 무선 전송기(2301)는 평탄 배열의 안테나 소자들을 포함한다. 휴대형 무선 전송기(2301)는 하나 이상의 전력 플러그(2370)를 통해 전원에 접속되며, 그러한 전력 플러그(2370)는 각 국가 및/또는 지역의 표준을 따른다. 전력 플러그(2370)는 벽, 마루, 천장 및/또는 전기 어댑터상의 하나 이상의 전력 배출구에 휴대형 무선 전송기(2301)를 접속시키기 위한 것이다.
휴대형 무선 전송기(2301)의 휴대성을 증가시키기 위해, 전력 플러그(2370)는 접을 수 있고, 포개어 끼울수 있는 초소형일 수 있다. 그러한 특성은 운반 및 주머니에 넣기 좋게 크기를 줄인다. 휴대형 무선 전송기(2301)는 물, 고온, 모래, 버그, 충격, 진동 및 휴대형 무선 전송기(2301)의 무결성에 대한 위협일 수 있는 다른 거친 상황에 대한 추가적인 보호를 제공하는, 하우징(2306)에 내장될 수 있다. 따라서, 하우징(2306)은 상술한 특징들을 제공할 수 있는 다수의 재질들을 이용하여 만들어질 수 있다.
도 24에는, 예시적인 실시 예에 따라, 다수의 전력 플러그들이 다양한 전원 및/또는 전기적 어댑터에 휴대형 무선 전송기를 접속시키는, 전송기(2401)를 구비한 무선 전력 전송 시스템(2400)이 도시된다. 도 24에는, 서로 다른 전력 플러그들을 보여주는 휴대형 무선 전송기(2401)가 도시되는데, 그러한 전력 플러그는 USB 어댑터(2470b), 담배 라이터 플러그(2470c)를 포함한다. USB 어댑터(2470b)는 USB 포트를 가지는 임의 디바이스로부터 전력을 수신하는데 이용될 수 있다. 이들 디바이스들은 랩탑, 스마트 TV, 테이블렛 등을 포함한다. 담배 라이터 플러그(2470c)는 자동차에 이용된 것과 같은, 임의 담배 라이터 소켓으로부터 전력을 수신하는데 이용된다. 또한, 휴대형 무선 전송기(2401)는 다양한 전력 플러그들(2470a)을 포함하는데, 그러한 전력 플러그(2470a)는 최종 애플리케이션에 따라 가변한다.
도 25에는 활성화시에 그의 상부 표면에 적어도 하나의 에너지 포켓(2504)을 생성하는 버튼(2572)을 전송기(2501)가 포함하는 무선 전력 전송 시스템(2500)이 도시된다. 수신기(도시되지 않음)에 동작 가능하게 결합된 스마트폰(2552)은 그러한 표면의 맨 위에 배치될 때, 상술한 에너지 포켓(2504)을 이용함에 의해 무선으로 전력을 수신한다. 무선 전력 전송(2500)의 이러한 구성은, 스마트폰(2552)이 그의 위치를 전송기(2501)에 통신할 수 없을 때마다, 예를 들어, 스마트폰(2552)이 전력 밖으로 완전히 벗어날 때마다, 유익할 수 있다. 통신은, 데이터로 표시된 정보가 하나의 컴퓨터에서 무선 전력 전송 시스템의 프로세서들 또는 하나 이상의 컴퓨터들에게 송신되는 것을 지칭한다. 그 데이터는 일련의 바이트 형태를 취하는데, 각 바이트는 8 이진 비트들이고, 각 이진 비트는 '0' 또는 '1'의 수치값이다. 비트는 구별되거나 서로 다른 전기적 전압, 전류, 위상 또는 주파수 값으로 '0'과 '1'을 나타냄에 의해 하나의 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 전기적으로 전자적으로 통신된다. 비트는 RF(Radio Frequency) 에너지로서 '0'과 '1'을 나타냄에 의해 하나의 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 무선으로 통신된다. 또한, 스마트폰(2552)은 전송기(2501)에 대한 그의 근접성 때문에 보다 빠르게 충전될 수 있다. 이 구성에 대한 추가적인 장점은, (스마트폰이 전송기(2501)와 통신을 수립하기 위한 최소 충전을 구축한 후) 사용자가 스마트폰(2552)을 전송기(2501)의 표면으로부터 제거하기로 결정하면, 스마트폰(2552)은 포켓 형성을 통해 무선으로 계속 전력을 수신할 수 있다는 것이다. 따라서, 스마트폰(2552)의 이동성이 훼손되지 않는다.
B. 전력을 전송하는 예시적인 방법
도 12에는 안테나 소자를 이용하여 수신기 위치(1200)를 판정하는 방법이 도시된다. 수신기 위치(1200)를 판정하는 방법은 MC에 의해 관리되는 프로그램 룰 세트(a set of programmed rules) 또는 로직일 수 있다. 그 프로세스는 안테나 어레이로부터의 안테나들의 제 1 서브셋으로 제 1 신호를 포획함에 의해 단계 1201을 시작한다. 그 프로세스는 그 직후 안테나 소자들의 다른 서브셋으로 절환하여, 다음 단계 1203에서 안테나들의 제 2 서브셋으로 제 2 신호를 포획한다. 예를 들어, 제 1 신호는 소정 로우의 안테나들에 의해 포획되고, 제 2 포획은 소정 컬럼의 안테나들로 실행된다. 소정 로우의 안테나들은 구 좌표 시스템에 있어서 아지뮤즈(azimuth)와 같은 수평 각도 배향(horizental degree orientation)을 제공한다. 소정 컬럼의 안테나들은 앙각(elevation)과 같은 수직 각도 배향을 제공한다. 제 1 신호를 포획하고 제 2 신호를 포획하는데 이용되는 안테나 소자들은 직선, 수직, 수평 또는 대각선 배향으로 정렬될 수 있다. 안테나들의 제 1 서브셋 및 제 2 서브셋은 전송기 둘레의 각도를 커버하기 위해 크로스형 구조(cross like structure)로 정렬된다.
수직 및 수평 값들이 측정되었으면, MC는, 다음 단계 1205에서 그 신호들을 포획하는데 이용되는 수직 및 수평 안테나 소자들에 대한 위상 및 이득의 적당한 값을 판정한다. 위상 및 이득에 대한 적당한 값은 안테나에 대한 수신기 위치와의 연관성에 의해 판정될 수 있다. 그 값은, MC에 의해 판정되어, 전자 디바이스를 충전하기 위해 수신기가 이용할 수 있는 에너지의 포켓을 형성하도록 안테나 소자를 조정한다.
전송기의 모든 안테나 소자들의 초기값에 속하는 데이터는 안테나 소자들에 대한 적당한 값들의 계산을 보조하기 위해, MC가 사용하도록 미리 계산되고 저장될 수 있다. 다음 단계 1207에서, 신호를 포획하는데 이용되는 수직 및 수평 안테나들에 대한 적당한 값들이 판정되고 난 후, 그 프로세서는 저장된 데이터를 이용하여 그 어레이내의 모든 안테나들에 대한 적당한 값의 판정을 계속한다. 저장된 데이터는 서로 다른 주파수들의 어레이내의 모든 안테나 소자들에 대한 위상 및 이득의 초기 검사값들을 포함한다. 서로 다른 주파수들에 대해 서로 다른 데이터 세트들이 저장될 수 있으며, 그에 따라 MC는 적당한 데이터 세트를 선택할 수 있다. 다음 단계 1209에서, MC는 적당한 위치에 에너지 포켓을 형성하기 위해 RFIC를 통해 모든 안테나를 조정한다.
C. 어레이 서브셋 구성
도 13a에는 수신기 위치를 판정하기 위한 방법에서 이용될 수 있는 어레이 서브셋 구성(1300A)의 예시적인 실시 예가 도시된다. 전송기는 안테나들의 어레이(1306)를 포함한다. 소정 로우의 안테나들(1368A)은 먼저, 수신기에 의해 송신된 신호를 포획하는데 이용된다. 그 로우의 안테나들(1368A)은 그 신호를 RFIC로 전달할 수 있으며, 그 신호는 무선 신호에서 디지털 신호fh 변환되고, 프로세싱을 위해 MC 상으로 전달된다. MC는 로우의 안테나들(1368A)의 위상 및 이득에 대한 적당한 조정을 판정함으로써, 수신기 위치에 기반하여 적당한 위치들에 에너지 포켓이 형성되게 한다. 제 2 신호는 소정 컬럼의 안테나들(1370A)에 의해 포획될 수 있다. 그 컬럼의 안테나들(1370A)은 그 신호를 RFIC로 전달하고, 그 신호는 무선 신호에서 디지털 신호로 변환되고, 프로세싱을 위해 MC상으로 전달된다. MC는 소정 컬럼의 안테나들(1370A)의 위상 및 이득에 대한 적당한 조정을 판정함으로써, 수신기 위치에 기반하여 적당한 위치에 에너지 포켓이 형성되게 한다. 소정 로우의 안테나들(1368A) 및 컬럼의 안테나들(1370A)에 대해 적당한 조정이 판정되었으면, MC는 안테나에 대해 이전에 저장된 데이터를 이용하고, 그에 따라 소정 로우의 안테나들(1368A)과 소정 컬럼의 안테나들(1370A)로부터의 결과로 조정함에 의해 안테나들(1368)의 어레이내의 안테나 소자들(1306A) 중 나머지에 대한 적당한 값을 판정한다.
D. 전송기들, 전송기 구성 요소들, 안테나 타일들 및 안테나들과 관련된 시스템에 대한 구성들
1. 예시적인 시스템
도 13b에는, 어레이 서브셋 구성(1300B)의 또 다른 예시적인 시스템이 도시된다. 어레이 서브셋 구성(1300B)에서, 2개의 대각선 안테나 서브셋들에 의해 2개이 초기 신호들이 포획된다. 이 프로세스는, 각 서브셋이 조정되도록, 동일 경로를 따른다. 이전에 이루어진 조정 및 이전에 저장된 데이터에 기반하여, 안테나 어레이의 안테나 소자들(1306A)의 나머지가 조정된다.
2. 평탄 전송기
도 14에는 평탄 전송기(1402)의 전면도(front view) 및 여러 실시 예의 후면도(rear view)가 도시된다. 전송기(1402)는 평탄 배열의 안테나 소자(1406) 및 RFIC(1408)를 포함한다. RFIC(1408)는 각 안테나 소자(1406) 바로 뒤에 내장되는데, 그러한 집적화는 구성 요소들간의 단거리로 인한 손실을 감소시킨다.
전송기(1402)에 있어서의 일 실시 예에 있어서(즉, 뷰 1), 각 안테나 소자(1406)에 대한 포켓 형성의 위상 및 진폭은, 원하는 포켓 형성 및 전송 널 조향을 생성하기 위해 대응하는 RFIC(1408)에 의해 조정된다. 각 안테나 소자(1406)에 각각으로 결합된 RFIC(1408)는 프로세싱 요건을 줄이며, 포켓 형성에 대한 제어를 증가시켜, MC에 대한 보다 적은 부하로 멀티플 포켓 형성 및 보다 높은 입상 포켓 형성이 이루어질 수 있게 하며, 그에 따라 보다 많은 개수의 멀티플 포켓 형성의 보다 높은 응답이 이루어질 수 있게 된다. 또한, 멀티플 포켓 형성은 보다 많은 개수의 수신기를 충전하며, 그러한 수신기에 보다 나은 궤적을 제공한다. 도 11의 실시 예에 설명된 바와 같이, RFIC(1408)는 하나 이상의 MC(1410)들에 결합될 수 있으며, 마이크로제어기(1410)는 독자적인 기지국 또는 전송기(1402)에 포함될 수 있다.
다른 실시 예(즉, 뷰 2)에 있어서, 4개의 안테나 소자들(1406)의 서브셋이 단일 RFIC(1408)에 접속된다. 전송기(142)에 존재하는 보다 소수의 RFIC들(1408)은, 멀티플 포켓 형성의 보다 약한 제어, 보다 낮은 레벨의 세분성, 보다 저렴한 실시 예들과 같은 원하는 특성들에 대응한다. 도 11의 실시 예에서 설명한 바와 같이, RFIC(1408)는 하나 이상의 MC들(1410)에 결합될 수 있으며, 마이크로제어기(1410)는 독자적인 기지국 또는 전송기(1402)에 포함될 수 있다.
또 다른 실시 예(즉, 뷰 3)에 있어서, 전송기(1402)는 평탄 배열의 안테나 소자(1406)와 RFIC(1408)를 포함할 수 있다. 소정 로우 또는 컬럼의 안테나 소자들(1406)이 단일 MC(1410)에 접속될 수 있다. 전송기(1402)에 존재하는 보다 소수의 RFIC(1408)들은, 멀티플 포켓 형성의 보다 약한 제어, 보다 낮은 레벨의 세분성, 보다 저렴한 실시 예들과 같은 원하는 특성들에 대응한다. 각 로우 또는 컬럼에 접속된 RFIC(1408)는 로우들과 컬럼들간에 위상 및 이득을 변경함에 의해 포켓 형성을 생성하는 보다 저렴한 전송기(1402)가 가능하게 한다. 도 11의 실시 예에서 설명한 바와 같이, RFIC(1408)는 하나 이상의 MC들(1410)에 결합될 수 있으며, 마이크로제어기(1410)는 독자적인 기지국 또는 전송기(1402)에 포함될 수 있다.
일부 실시 예들(즉, 뷰 4)에 있어서, 전송기(1402)는 평탄 배열의 안테나 소자(1406)와 RFIC(1408)를 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시 예에서는 캐스케이드 배열이 도시된다. 2개의 안테나 소자들(1406)이 단일 RFIC(1408)에 접속되고, 그 단일 RFIC는 그 다음의 단일 RFIC(1408)에 접속되며, 그 단일 RFIC는 그 다음 최종 RFIC(1408)에 접속되고, 그 최종 RFIC는 그 다음의 하나 이상의 MC(1410)에 접속된다. RFIC(1402)들의 캐스케이드 배열을 이용하는 평탄 전송기(1402)는 포켓 형성에 대한 보다 강한 제어를 제공하며, 목표 수신기들에 대한 응답을 증가시킨다. 또한, RFIC들(1408)의 다중 중복성 때문에 보다 높은 신뢰성 및 정확성이 달성된다. 도 11의 실시 예에서 설명한 바와 같이, RFIC(1408)는 하나 이상의 MC들(1410)에 결합될 수 있으며, 마이크로제어기(1410)는 독자적인 기지국 또는 전송기(1402)에 포함될 수 있다.
3. 다수의 인쇄 회로 기판층들
도 15a에는 목표 수신기에 대한 응답을 증가시키고, 포켓 형성에 대해 보다 강한 제어를 제공하는 안테나 소자(1506A)를 포함하는 다수의 PCB 층들(1204A)을 포함하는 전송기(1502A)가 도시된다. 다수의 PCB 층(1504A)들은 전송기(1502A)에 의해 전달될 수 있는 전력량 및 범위를 증가시킨다. PCB 층(1504A)들은 단일 MC 또는 전용 MC에 접속될 수 있다. 유사하게, 상술한 실시 예에서 설명한 바와 같이 RFIC는 안테나 소자(1506A)에 접속된다. RFIC는 하나 이상의 MC들에 결합된다. 또한, MC들은 독자적인 기지국 또는 전송기(1502A)에 포함될 수 있다.
4. 박스 전송기
도 15b에는 내부에 다수의 PCB 층(1504B)을 포함하는 박스 전송기(1502B)가 도시되는데, PCB 층(1504B)은 목표 수신기에 대한 응답을 증가시키고 포켓 형성에 대해 보다 강한 제어를 제공하는 안테나 소자(1506B)를 포함한다. 또한, 무선 전력 전송의 범위는 박스 전송기(1502B)에 의해 증가될 수 있다. 다수의 PCB층(1504B)은 안테나 소자(1506B)의 높은 밀도로 인해 전송기(1502B)에 의해 무선으로 전달되거나 방송될 수 있는 RF 전력파의 범위 및 양을 증가시킨다. PCB 층(1504B)은 각 안테나 소자(1506B)마다의 단일 MC 또는 전용 MC에 접속된다. 유사하게, 상술한 실시 예에서 설명된 바와 같이 RFIC는 안테나 소자(1506B)를 제어한다. 또한, 전송기(800)의 박스 형상은 무선 전력 전송의 동작 비율을 증가시키며, 그에 따라 박스 전송기(1502B)는 데스크, 테이블, 마루 등과 같은 다수의 표면상에 배치될 수 있다. 또한, 박스 전송기(1502B)는 X, Y, Z 축으로 배향되거나 그들의 임의 조합으로 배향될 수 있는, PCB 층(1504C)들의 여러 배열을 구비한다. RFIC는, 하나 이상의 MC에 결합될 수 있다. 또한, MC들은 독자적인 기지국 또는 전송기(1502A)에 포함될 수 있다.
5. 여러 유형의 제품들의 불규칙적인 어레이
도 16에는 전송기(1602)를 다른 디바이스들에 합체시키는 아키텍처(1600)가 도시된다. 예를 들어, 평탄 전송기(1602)는 텔레비전(1646)의 프레임에 적용되거나 사운드 바(sound bar, 1648)의 프레임 양단에 적용된다. 전송기(1602)는 평탄 배열의 안테나 소자들 및 RFIC들을 가진 다수의 타일들(1650)을 포함한다. RFIC는 각 안테나 소자들 바로 뒤에 내장될 수 있으며, 그러한 집적화는 구성 요소들간의 단거리에 기인한 손실을 줄인다.
예를 들어, 텔레비전(1646)은 그 둘레에 베젤(bezel)을 가질 수 있으며, 다수의 타일들(1650)을 구비할 수 있고, 각 타일은 특정 개수의 안테나 소자들을 구비한다. 예를 들어, 텔레비전(1646)의 베젤 둘레에 20개의 타일들(1650)이 있다면, 각 타일(1650)은 24개의 안테나 소자 및/또는 임의 개수의 안테나 소자들을 가질 수 있다.
타일(1650)에 있어서, 각 안테나 소자에 있어서의 각 포켓 형성의 위상 및 진폭은, 원하는 포켓 형성 및 전송 널 조향의 생성을 위해, 대응하는 RFIC에 의해 조정될 수 있다. 각 안테나 소자에 각각 결합된 RFIC는 프로세싱 요건을 줄이며, 포켓 형성에 대한 제어를 증가시키고, 그에 따라 마이크로제어기에 대한 보다 적은 부하로 멀티플 포켓 형성 및 보다 높은 입상 포켓 형성을 할 수 있게 하며, 그에 따라, 보다 많은 개수의 멀티플 포켓 형성의 보다 높은 응답이 가능하게 된다. 또한, 멀티플 포켓 형성은 보다 많은 개수의 수신기를 충전할 수 있게 하며, 그러한 수신기로의 보다 나은 궤적을 가능하게 한다.
RFIC는 하나 이상의 마이크로제어기에 결합될 수 있으며, 마이크로제어기는 독립적인 기지국 또는 전송기에 있어서의 타일(1650)내에 포함될 수 있다. 소정 로우 또는 컬럼의 안테나 소자들은 단일 마이크로제어기에 접속될 수 있다. 일부 구현에 있어서, 전송기들(1602)에 존재하는 소수의 RFIC들은 멀티플 포켓 형성의 보다 약한 제어, 보다 낮은 레벨의 세분성, 보다 저렴한 실시 예들과 같은 원하는 특성들에 대응한다. 각 로우 또는 컬럼에 접속된 RFIC는 보다 소수의 구성 요소들을 가짐에 의해 비용을 줄일 수 있게 하는데, 그것은 전송기들(1602)의 각각을 제어하는데 보다 적은 수의 RFIC가 요구되기 때문이다. RFIC는 로우들 또는 컬럼들 간에 위상 및 이득을 변경함에 의해, 포켓 형성 전력 전송파를 생성할 수 있다.
일부 구현에 있어서, 전송기(1602)는 포켓 형성에 대해 보다 강한 제어를 제공하고 목표 수신기에 대한 응답을 증가시키는 RFIC를 구비한 타일들(1650)의 캐스케이스 배열을 이용한다. 또한, RFIC의 다수의 중복성으로부터 보다 높은 신뢰성 및 정확성이 달성된다.
일 실시 예에 있어서, 안테나 소자들을 포함하는, 다수의 PCB 층들은 포켓 형성에 대해 보다 강한 제어를 제공하며, 목표 수신기들에 대한 응답을 증가시킨다. 다수의 PCB층들은 전송기(1602)에 의해 전달될 수 있는 전력의 양 및 범위를 증가시킨다. PCB 층들은 단일 마이크로제어기 또는 전용 마이크로제어기에 접속된다. 유사하게, RFIC는 안테나 소자들에 접속된다.
박스 전송기(1602)는 내부에 다수의 PCB 층들을 포함하며, PCB 층은 목표 수신기에 대한 응답을 증가시키고, 포켓 형성에 대해 보다 강한 제어를 제공하는 안테나 소자들을 포함한다. 또한, 무선 전력 전송의 범위는 박스 전송기(1602)에 의해 증가될 수 있다. 다수의 PCB 층들은 안테나 소자들의 보다 높은 밀도로 인해 전송기(1602)에 의해 무선으로 전달되거나 방송될 수 있는 RF 전력파들의 범위 및 양을 증가시킨다. PCB 층들은 각 안테나 소자마다의 단일 마이크로제어기 또는 전용 마이크로제어기에 접속된다. 유사하게, RFIC는 안테나 소자들을 제어한다. 전송기(1602)의 박스 형상은 무선 전력 전송의 동작 비율을 증가시킨다. 따라서, 데스크, 테이블, 마루 등과 같은 다수의 표면상에 박스 전송기(1602)가 배치될 수 있다. 또한, 박스 전송기는 X, Y, Z 축으로 배향되거나 이들의 임의 조합으로 배향될 수 있는, PCB 층의 여러 배열들을 구비할 수 있다.
6. 다수의 안테나 소자들
도 17에는 다수의 안테나 소자들(1706)을 포함하는 전송기 구성(1700)의 예시가 도시된다. 안테나 소자(1706)는 안테나(1768)들의 로우들과 안테나들(1770)의 컬럼들을 배열함에 의해 어레이를 형성한다. 전송기 구성은 포켓 형성에 대한 이득 및/또는 위상과 같은 안테나 소자(1706)의 특성을 제어하고, 그것을 방향, 전력 레벨등에 걸쳐 관리하기 위해 적어도 하나의 RFIC(1708)를 포함한다. 안테나 소자들(1706)의 어레이는 장애물로 인한 손실을 줄이기 위해 포켓 형성을 전송하기 위한 가장 효율적인 궤적을 포함하는, 포켓 형성을 위한 최적의 시간들 및 위치들을 판정하는, MC(1710)에 접속된다. 그러한 궤적은 직접적인 포켓 형성, 바운싱 및 포켓 형성의 거리 판별을 포함한다.
전송기 디바이스는 안테나 소자(1706)를 이용하여 수신기의 위치를 판정하여, 안테나 소자(1706)를 조정하는 방법을 판정함으로써 적당한 위치에 에너지 포켓을 형성한다. 수신기는 정보를 제공하기 위해 전송기에 훈련 신호를 송신한다. 훈련 신호는 안테나 소자(1706)에 의해 검출되는 임의 통상적인 인지 신호일 수 있다. 수신기에 의해 송신된 신호는 위상 및 이득과 같은 정보를 포함한다.
7. 개선된 무선 전력 전송기 구성
도 26에는 실시 예에 따른, 무선 전력 전송을 위해 이용될 수 있는, 개선된 무선 전력 전송기(2601)의 블럭도가 도시된다. 전송기(2601)는 하우징(2674), 적어도 2개 이상의 안테나 소자들(2606), 적어도 하나의 수신(Rx) RF 집적 회로(RFIC, 2626), 다수의 전송(Tx) RF 집적 회로(RFIC, 2608), 적어도 하나의 디지털 신호 프로세서(DSP) 및/또는 마이크로제어기(2610) 및/또는 하나의 통신 구성 요소(2612)를 포함한다. 마이크로제어기(2610)는 독립적인 기지국 또는 전송기(2601)에 포함될 수 있다. RF 입력 신호(2642)는 압전 재질을 이용하는 국부 발진기 칩(도시되지 않음)과 전원(2614)을 이용하여 생성될 수 있으며, 또는 주파수 칩, 블루투스 및 Wi-Fi와 같은 다른 무선 소스(도시되지 않음)로부터 생성될 수 있다.
하우징(2674)은 예를 들어, 플라스틱 또는 경질 고무와 같이, 신호 또는 파의 전송 및/또는 수신을 허용하는 임의 재질로 이루어질 수 있다. 안테나 소자(2606)는, 900MHz, 2.5GHz 또는 5.8GHz의 주파수 대역이 FCC(Federal Communications Commission) 규정 부분 18(산업, 과학 및 의료 장비)을 따름에 따라, 그 주파수 대역에서 작동하는 적당한 안테나 유형을 포함할 수 있다. 안테나 소자(2606)는 수직 또는 수평 편광, 좌측 편광 또는 우측 편광, 타원 편광, 및/또는, 다른 편광과 그 편광들의 조합을 포함할 수 있다. 안테나들은 전방향 및/또는 지향성 안테나일 수 있다. 전방향 안테나는 하나의 평면에서 모든 방향으로 균일하게 무선파 전력을 방사하는 소정 클래스의 안테나이다. 지향성 안테나는 전송기의 전력 범위내의 3D 물리적 공간에서 무선 에너지 포켓을 이용할 수 있는 곳을 제어하기 위해 조정되는 그들의 방향 또는 위상을 가질 수 있는 무선 전력 전송기에 있는 안테나들 또는 안테나들의 어레이일 수 있다. 안테나 유형은 약 1/8 인치 내지 약 8인치의 높이와, 약 1/8인치 내지 약 6 인치의 폭을 가진 패치 안테나를 포함할 수 있다. 이용되는 다른 안테나 소자(2606) 유형은, 다른 것들 중에서도, 메타 재질 기반 안테나, 다이폴 안테나 및 PIFA(Planar Inverted-F Antenna)들을 포함할 수 있다.
전송기(2601)는, 안테나 소자들(2606)이 전용 Rx RFIC(2626) 또는 Tx RFIC(2608)에 접속될 수 있는 다수의 배열을 포함할 수 있다. 그 배열은 Rx RFIC(2626)에 결합된 안테나 소자들(2606)의 전용 로우 또는 컬럼과 Tx RFIC(2608)에 결합된 안테나 소자들(2606)의 적어도 2개 이상의 로우들 또는 컬럼들과 같이, 서로 다른 구성을 포함할 수 있다. Rx RFIC(2626)는 RF 입력 신호들(2642)의 수신을 위한 안테나 소자들(2606)의 전용 세트/구성으로부터 수집된 RF 입력 신호들(2642)의 주파수의 위상 및/또는 상대적 크기를 조정하는 전유 칩을 포함한다. Rx RFIC는 Tx RFIC(2608)의 구성 요소로서 포함되지 않은, RF 입력 신호(2642)의 수신 및 프로세싱을 위해 특정하게 전용 제공된 하드웨어 및 로직 소자들을 포함하도록 고안될 수 있다.
개선된 무선 전력 전송기의 실시 예에 있어서, 24개의 RFIC는 안테나 소자들(2606)에 접속되며(2674), 전송기(2601) 구성 및 동작에 따라, 적어도 2개 이상의 안테나 소자들(2606), 예를 들어, 8개의 안테나 소자들(2606)의 전용 컬럼에 동작 가능하게 결합된 RF 입력 신호들(2642)의 전용 수신기로서 Rx RFIC가 동작하도록 구성된다. 잔여 23개의 Tx RFIC(2608)는 Rx RFIC가 RF 입력 신호들(2642)을 수신하는데 이용되는 것과는 다르게, 안테나 소자들(2606)의 세트/구성에 동작 가능하게 결합될 수 있다. Tx RFIC는 마이크로제어기(2610)로부터의 제어 신호에 의거하여 전송 안테나 소자들(2606)에 결합될 수 있다.
마이크로제어기(2610)는 Rx RFIC(2626) 및 Tx RFIC(2608)의 동작시에 오버랩없이 전송으로부터의 수신을 개별적으로 모니터링할 수 있게 하는 스위칭 제어를 이용하여 Rx RFIC(2626)의 제어를 구현하고 Rx RFIC(2626)를 동작할 수 있게 하는 전유 알고리즘을 포함할 수 있다. RF 입력 신호(2642)는, Rx RFIC(2626)가 마이크로제어기(2610)에 있어서의 스위칭 제어에 의해 수신할 수 있게 된 후, 한번에 샘플링된다.
Rx RFIC(2626)의 동작 이후, Tx RFIC(2608)는 수신을 위한 무선 전력 전송을 구현한다. 마이크로제어기(2601)는, 무선 전력이 전송될 위치에 따라 Tx RFIC(2608)와 결합시키기 위해, 안테나 소자들(2606)의 컬럼, 안테나 소자들(2606)의 로우 또는 안테나 소자들(2606)의 배열의 임의 보간을 선택할 수 있다.
마이크로제어기(2610)는 통신 구성 요소(2612)를 통해 수신기가 전송한, 포켓 형성을 위한 최적 시간 및 위치를 판정하기 위한 정보를 처리할 수 있다. 통신 구성 요소(2612)는 블루투스, Wi-Fi 또는 ZigBee를 포함하는 표준 무선 통신 프로토콜에 기초한다. 또한, 통신 구성 요소(2612)는 디바이스 또는 사용자의 식별자, 배터리 레벨, 또는 다른 그러한 정보와 같은 다른 정보를 전달하는데 이용될 수 있다. 레이더, 적외선 카메라 또는 전자 디바이스 위치의 음향 삼각 측정을 위한 사운드 디바이스(sound device)를 포함하는 다른 통신 구성 요소(2612)도 가능하다.
도 27에는, 예시적인 실시 예에 따른, 전용 Rx RFIC(2726)에 결합될 수 있는 안테나 소자들(2706)의 전송기 배열(2701)이 도시된다. 무선 전력 전송의 효율을 개선할 수 있는, 포켓 형성을 위한 최적 시간 및 위치의 판정에 관한, 수신기에 의해 송신되어 통신 구성 요소에 의해 처리될 정보와 RF 입력 신호가 수신되는 위치에 의거하여, 마이크로제어기(2710)는 Tx RFIC와, 안테나 소자들(2706)의 배열을 선택하여, 전송기의 전송 동작을 최대화시킨다. 마이크로제어기(2710)는 RF 입력 신호들을 수신하는 안테나 소자들(2706)을 포함하도록, 안테나 컬럼(2706b) 또는 안테나 로우(2706a)에 결합된 Rx RFIC(2726)에 스위칭 제어 신호를 송신한다. Rx RFIC(2726)에 의한 신호의 수신 및 프로세싱 후, 잔여 안테나 소자들(2706)은, 마이크로제어기(2710)내의 ARM 마이크로 프로세서를 이용하여 Tx RFIC의 동작을 제어하여 전송기의 무선 전력 전송 성능을 강화시키기 위해, 마이크로제어기(2710)에 의해 실행될 수 있는 보간 단계의 결과로서 안테나 소자들(2796)의 다수의 구성을 이용하여 Tx RFIC에 결합됨으로써, 무선 전력의 전송이 적당한 위치로 지향된다.
Rx RFIC(2726)에 접속된 안테나 소자(2706)는 프로세싱 요건을 줄일 수 있으며, 포켓 형성에 대한 제어를 증가시켜, 마이크로제어기(2710)에 부하를 적게 주면서 멀티플 포켓 형성 및 보다 세밀화된 포켓 형성을 할 수 있게 하고, 그에 따라, 전송을 위해 보다 많은 개수의 멀티플 포켓 형성의 보다 높은 응답성이 가능하게 된다. 또한, 멀티플 포켓 형성은, 보다 많은 개수의 수신기들을 충전시킬 수 있으며, 보다 저렴한 실시 예를 제공하도록 그러한 수신기에 보다 양호한 궤적을 허용한다.
도 28에는 예시적인 실시 예에 따른, 개선된 무선 전력 수신기에 있어서의 Rx RFIC(2808)의 블럭도가 도시된다. RF 입력 신호들이 전송기에 방사되는 위치에 의거하여, Rx RFIC(2808)에 동작 가능하게 결합되는, 수신 전용의 안테나 소자들(2806)에 의해 수신된 RF 입력 신호는 마이크로 제어기(2810)를 인에이블시킨다. RF 입력 신호는, Rx RFIC(2808)내에 포함된 다운-컨버터(down-converter)들의 어레이에 의해 주파수 샘플링되는데, 거기에서는, 약 2.4GHz 또는 약 5.6GHz의 RF 입력 신호의 주파수들의 범위가 새로운 주파수 영역의 RF 신호로 시프트될 수 있다.
다운-컨버터(2876)는, 합산 헤테로다인(sum heterodyne) 또는 차감 헤테로다인(difference heterodyne)을 생성하는 RF 입력 신호와 혼합시키기 위해, 사전 결정된 주파수의 신호를 제공하는 국부 발진기(도시되지 않음)를 포함하며, 상기 헤테로다인(heterodyne)들 중 하나는 원하는 출력 주파수를 제공하기 위해 필터링된다. 본 실시 예에 있어서, 약 5.8GHz의 신호는 약 5.0GHz의 출력 신호로 다운 컨버트된다. 다운 컨버터(2876)로부터의 5.0GHz의 출력 신호는 마이크로 제어기(2810)에 의한 프로세싱을 위해 10MHz로 어드레싱 라인(A20)(2878)에 피딩(feeding)된다. 개선된 무선 전력 전송기는 한가지 주파수, 예를 들어, 2.4GHz로 수신중이고, 보다 높은 주파수, 예를 들어, 5.7GHz로 전송중일 수 있다.
마이크로 제어기(2810)는 Rx RFIC(2808)에 약 1msec 또는 약 100μsec로 제어 신호를 송신할 수 있게 되고, RF 입력 신호가 얼마나 빨리 수신되는지에 의거하여, 매 msec마다 또는 1msec 동안에 10회씩 그 제어가 인에이블된다. RF 입력 신호가, 예를 들어, 매 10 μsec마다, 일정하게 수신되면, 약 1,000회/sec의 갱신이 구현될 수 있다.
마이크로 제어기(2810)에 있어서, 전유 알고리즘은 각 A20(2878)으로부터 입력 신호를 샘플링할 수 있게 하고, 안테나 소자들(2806)의 판정된 세트/구성에 결합된 요구된 Tx RFIC를 구동하여 수신기의 적당한 위치에 무선 전력을 전송하기 위해 ARM 마이크로 프로세서(도시되지 않음)를 이용한다. 전자 디바이스가 무선 전력 전송을 이용하여 전력을 공급받거나 충전되는 것이 바람직하기 때문에, ARM 마이크로 프로세서를 이용하면, 비용, 열 및 전력 이용이 줄어든다. ARM 마이크로 프로세서의 명령 세트 아키텍처는 마이크로 제어기(2810)에 대한 보다 높은 프로세싱 전력 및 에너지 효율이 가능하게 한다.
8. 다수의 전송기들의 구성
도 29에는 단일 기지국(2980)에 접속된 다수의 무선 전력 전송기(2901)를 포함할 수 있는 무선 전력 시스템(2900)의 블럭도가 도시된다. 전송기(2901)는 하나 이상의 안테나 소자들(2906), 하나 이상의 무선 주파수 집적 회로(RFIC, 2908), 통신 구성 요소(2912) 및 이전에 언급한 모든 구성 요소를 할당하는 하우징(2974)을 포함한다. 기지국(2980)은 하나 이상의 마이크로 제어기(2920), 전원(2914) 및 이전에 언급한 모든 구성 요소들을 할당하는 하우징(2974)을 포함한다. 무선 전력 시스템(2900) 및 기지국의 구성 요소들은 메타 재질, 회로의 마이크로 인쇄, 나노 재질 등을 이용하여 제조될 수 있다.
기지국(2980)은 그것에 접속되는 전송기(2910)가 머무는 다양한 위치에 배치될 수 있다. 그러한 접속은 다른 것들 중에서도 동축 케이블, 전화 케이블, LAN 케이블, 무선 접속을 포함하는 다양한 접속을 포함할 수 있다. 기지국(2980)과 전송기(2910)간의 접속은, RFIC(2908)와 마이크로 제어기(2910)간의 링크 및 전원(2914) 접속을 수립하기 위한 것이다.
마이크로 제어기(2910)는 포켓 형성의 방출 시간, 포켓 형성의 방향, 바운스 각도(bounce angle), 전력 세기와 같은 RFIC(2908)의 다양한 특성을 제어한다. 또한, 마이크로 제어기(2910)는 다수의 수신기들 또는 단일 수신기에 대한 멀티플 포켓 형성을 제어한다. 또한, 마이크로 제어기(2910)는 통신 구성 요소(2912)를 제어함에 의해 통신 프로토콜 및 신호들을 관리 및 제어할 수 있다. 프로토콜은 이진 비트들 또는 바이트들과 같은 낮은 레벨의 정보 데이터와, 수치적 디지트(numerical digit), 알파벳 문자, 알파벳, 구두점, 숫자, ASCⅡ 테이블내의 문자와 같은 높은 레벨의 정보 데이터 간의 번역 방법을 지칭한다. 프로토콜은 시간에 걸쳐 정보의 예상 포맷 또는 패턴을 가질 수 있다. 따라서, 마이크로 제어기(2910)는 여러 전송기(2901)에 있어서의 상술한 특성들을 동시에 구동할 수 있다.
기지국(2980)은 전원(2914)에 피딩되고, 그 다음 전송기(2901)에 피딩된다. 전원(2914)은 AC 또는 DE 전력 공급을 포함한다. 전원(2914)에 의해 제공되는 전압, 전력 및 전류 세기는 전송될 요구 전력에 따라 가변한다. 전력의 무선 신호로의 변환은 마이크로 제어기(2910)에 의해 관리되고, RFIC(2908)에 의해 실행되며, 아주 다양한 주파수들, 파장, 세기들 및 다른 특성의 무선 신호들을 생성하기 위해 다수의 방법들 및 구성 요소들이 이용된다.
무선 신호 생성의 다양한 방법들 및 구성 요소들의 예시적인 이용으로서, 서로 다른 안테나 소자들(2906)에 있어서의 무선 주파수를 생성 및 변경하기 위해 발진기 및 압전 크리스탈이 이용될 수 있다. 또한, 신호를 부드럽게 하기 위한 다양한 필터들과, 전송될 전력을 증가시키기 위한 증폭기들이 이용될 수 있다. 일부 구현에 있어서, 본 발명의 무선 충전 기술은 RF 전송 기술에 국한되는 것이 아니며, 수신 디바이스에 에너지를 전송하는 추가적인 기술을 포함하고, 수신 디바이스는 전송된 에너지를 전력으로 변환한다. 수신 디바이스에 의해 전력으로 변환될 수 있는 에너지의 예시적인 형태는 초음파, 마이크로파, 공진 및 유도성 자계, 레이저 광 또는 전자기 에너지의 다른 형태를 포함한다. 초음파의 경우, 예를 들어, 하나 이상의 변환기(transducer) 소자들은 초음파를 수신하여 전력으로 변환하는 수신 디바이스를 향해 초음파를 전송하는 변환기 어레이를 형성하도록 배치될 수 있다. 공진 또는 유도성 자계의 경우, 그 자계는 전송기 코일에서 생성되어 수신기 코일에 의해 전력으로 변환된다. 또한, RFIC(2908), 마이크로 제어기(2910), 통신 구성 요소(2914) 및 전자 구성 요소의 나머지는 무선 전력 시스템(2900)의 신뢰성을 증가시키기 위해 고체 상태 회로에 내장될 수 있다. 전자 구성 요소의 신뢰성을 증가시키는 다른 기술들이 이용될 수 있다.
도 30에는, 2개의 전송기(3001), 기지국(3080) 및 접속(3082)을 포함하는 무선 전력 시스템(3000)이 도시된다. 기지국(3080)은 다른 룸 또는 영역 커버리지내에 있는 서로 다른 전송기들(3001)의 동작을 인에이블 시킨다. 각 전송기(3001)는 다른 주파수, 전력 세기 및 다른 범위에서 동작할 수 있다. 또한, 각 전송기(3001)는 다수의 수신기에 전력을 제공한다. 또한, 기지국(3080)은 모든 전송기(3001)의 단일 동작을 인에이블시키며, 그에 따라 각 전송기(3001)를 단일 전송기로서 이용함에 의해 무선 충전력을 보다 높인다.
도 31에는, 2개의 전송기들(3101), 기지국(3180), 접속(3182)을 포함하는 무선 전력 시스템(3100)이 도시된다. 기지국(3180)은 다른 룸 또는 영역 커버리지내의 서로 다른 전송기들(3101)의 동작을 인에이블 시킨다. 각 전송기(3101)는 다른 주파수, 전력 세기 및 다른 범위에서 동작할 수 있다. 또한, 각 전송기(3101)는 다수의 수신기에 전력을 제공한다. 또한, 기지국(3180)은 모든 전송기(3001)의 단일 동작을 인에이블시키며, 그에 따라 각 전송기(3101)를 단일 전송기로서 이용함에 의해 무선 충전력을 보다 높인다. 추가로, 전송기(3101)는 광 소켓(3184)내로 플러그 접속될 수 있다. 그러한 광 소켓(3184)은, 전송기(3101)가 설치될 장소들을 증가시킨다.
Ⅲ. 수신기들 - 무선 전력 전송을 수신 및 이용하는 시스템 및 방법
A. 수신기 디바이스들의 구성 요소들
예시적인 실시 예에 따라, 고객 디바이스들을 무선으로 충전하는 시스템(1100) 아키텍처가 도시된 도 11을 참조하면, 시스템(1100)은 전송기(1101) 및 수신기(1120)를 구비하며, 그들은 각각은 ASIC을 구비한다. 수신기(1120)의 ASIC는 인쇄 회로 보드(1122), 안테나 소자(1124), 정류기(1126), 전력 변환기(1129), 통신 구성 요소(1130) 및/또는 전력 관리 집적 회로(PMIC, 1132)를 포함한다. 수신기(1120)는 모든 요청된 구성 요소들을 할당하는 하우징을 구비한다. 수신기(1120)의 여러 구성 요소들은, 메타-재질, 회로의 마이크로-인쇄, 나노 재질등을 구비하거나 그들을 이용하여 제조될 수 있다.
1. 안테나 소자들
안테나 소자들(1124)은 전송기(1101)의 안테나 소자(1106)에 대해 설명한 대역과 유사한 주파수 대역들에서 작동하는 적당한 안테나 유형을 포함한다. 안테나 소자(1124)는 수직 또는 수평 편광, 우측 또는 좌측 편광, 타원 편광 또는 다른 적당한 편광 및 적당한 편광 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰 또는 휴대형 게임 시스템과 같이 시간에 걸쳐 배향이 계속적으로 가변하거나 이동 동안에 바람직한 배향이 아닌 디바이스에 다수의 편광을 이용하는 것이 바람직하다. 그와 대조적으로, 예를 들어, 양손 비디오 게임 제어기와 같은 잘 정의된 배향을 가진 디바이스 경우, 주어진 편광의 안테나 개수에 대한 비율을 나타내는, 안테나에 대한 바람직한 편광이 존재한다. 적당한 안테나 유형은 약 1/8인치 내지 약 6인치의 높이와, 약 1/8인치 내지 약 6인치의 폭을 가진 패치 안테나를 포함한다. 패치 안테나는 편광이 접속성에 의존, 즉, 패치가 어느 측면에 피딩되는지에 따라 편광이 변경된다는 장점을 가진다. 수신기(1120)와 같은 수신기가 무선 전력 전송을 최적화하기 위해 그의 안테나 편광을 동적으로 수정함에 따라, 이것은 추가로 바람직한 것으로 증명되었다. 본 명세서의 실시 예에서 설명한 바와 같이, 수신기에 대해 다른 안테나, 정류기 또는 전력 변환기 배열이 가능하다.
2. 정류기
정류기(1126)는 주기적으로 방향을 역전시키는 교류(AC)를 비-네거티브 값(non-negative value)을 취하는 직류(DC)로 변환한다. 입력 AC 사인파의 교번하는 본질 때문에, 정류 프로세스는 비-네거티브이기 하지만 전류의 펄스들로 구성된, DC를 단독으로 생성한다. 정류기의 출력은 고정 전류를 생성하기 위해 전자 필터에 의해 부드럽게 된다. 정류기(1126)는 안테나 소자(1124)에 의해 생성된 AC 전압을 DC 전압으로 정류하기 위해, 다이오드 및/또는 저항, 인덕터 및/또는 커패시터를 포함한다.
일부 구현에 있어서, 정류기(1126)는, 전파 정류기일 수 있다. 전파 정류기는, 그의 출력에서, 입력 파형의 전체를 그 상수 극성(constant polarity)(포지티브 또는 네거티브) 중 하나로 변환한다. 전파 정류는 입력 파형의 두 극성들을 맥동 DC(직류)로 변환하고, 높은 평균 출력 전압을 생성한다. 2개의 다이오드와 중앙탭형 변환기(center tapped transformer) 및/또는 브리지 구성의 4개의 다이오드와 임의의 AC 전원(중앙 탭없는 변환기를 포함)이 전파 정류를 위해 이용될 수 있다. 단일-위상 AC의 경우, 변환기가 중앙 탭형이면, (요구된 출력 극성에 따라, 캐소드들을 서로 맞대거나 애노드들을 서로 맞댄 것과 같이) 등을 서로 맞댄 2개의 다이오드가 전파 정류기를 형성하는데 이용될 수 있다. 동일 출력 전압을 획득하기 위해 변환기의 2차에, 브리지 정류기에 대한 것보다 2배 더 많은 권선들이 요구되지만 전력 정격은 변경되지 않는다. 정류기(1126)는 손실을 최소화하기 위해 안테나 소자(1124)에 기술적으로 가능한 가깝게 배치된다. AC 전압을 정류한 후, 전압 변환기(1129)를 이용하여 DC 전압이 조정된다.
3. 전력 변환기
전력 변환기(1129)는 수신기(1120)에 대한 전압을 부스팅(boosting)하는데 도움을 주고/주거나 상수 전압 출력을 제공하는데 도움을 주는 DC-DC 변환기일 수 있다. 일부 구현에 있어서, DC-DC 변환기는 MPPT(Maximum Power Point Tracker)일 수 있다. MPPT는 고 전압 DC 출력을 배터리를 충전하는데 필요한 저 전압으로 변환하는 전자 DC-DC 변환기이다. 전형적인 전압 출력은 약 5볼트 내지 약 10볼트일 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 전력 변환기(1129)는 고 효율을 제공할 수 있는 전자 스위치형 모드 DC-DC 변환기를 포함한다. 그 경우, 커패시터는 작동을 위한 스위칭 디바이스에 충분한 전류가 제공되는 것을 보장하기 위해 전력 변환기(1129)전에 포함된다. 예를 들어, 전화기 또는 랩탑 컴퓨터와 같은 전자 디바이스를 충전할 때, 전자 스위치형 모드 DC-DC 변환기의 동작을 활성화하는데 필요한 그 레벨을 초과할 수 있는 초기 고전류가 요구될 수 있다. 그 경우, 요구된 가외의 에너지를 제공하기 위해 수신기(1120)의 출력에 커패시터가 추가될 수 있다. 이후, 전화기 또는 랩탑의 충전을 증가시키면서, 예를 들어, 이용된 전체 초기 전력의 1/80만큼의 적당한 전류량을 제공하는데 필요한 저 전력이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 다수의 정류기들(1126)이 안테나 소자(1124)에 병렬로 접속될 수 있다. 예를 들어, 4개의 정류기들(1126)이 안테나 소자(1124)에 병렬로 접속된다. 그러나, 여러개의 보다 많은 정류기들(1126)이 이용될 수 있다. 이러한 배열은 바람직한데, 그 이유는 각 정류기(1126)가 전체 전력의 1/4을 처리하는데에만 필요하기 때문이다. 전자 디바이스로 1와트가 전달되고자 할 경우, 각 정류기(1126)는 1/4와트만을 처리할 필요가 있다. 그 배열은 비용을 크게 감소시키는데, 그 이유는, 동일 양의 전력을 처리하면서, 다수의 저전력 정류기(1126)를 이용하는 것이 하나의 고전력 정류기(1126)를 이용하는 것보다 더 싸기 때문이다. 일부 실시 예에 있어서, 정류기(1126)에 의해 처리되는 전체 전력은 전력 변환기(1129)로 조합될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 각 정류기(1126) 마다 전력 변환기(1129)가 있을 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 다수의 안테나 소자들(1124)이 정류기(1126)에 병렬로 접속되며, 이후 DC 전압이 전력 변환기(1129)를 통해 조정될 수 있다. 이 예시에 있어서, 4개의 안테나 소자들(1124)이 단일 정류기(1126)에 병렬로 접속된다. 이 배열은, 각 안테나 소자(1124)가 전체 전력의 1/4만을 처리하기 때문에, 바람직하다. 또한, 그 배열은, 단일 정류기(1126)와 함께 다른 편광들의 안테나 소자(1124)를 이용할 수 있게 하는데, 그 이유는 신호들이 서로를 소거하지 않기 때문이다. 상술한 속성 때문에, 그 배열은 잘 정의되지 않거나 시간에 따라 가변하는 배향을 가진 전자 고객 디바이스에 적합하다. 마지막으로, 그 배열은, 크게 다르지 않은 위상들에 대해 구성된 동일한 편광의 안테나 소자(1124)를 사용할 때, 바람직하다. 그러나, 일부 실시 예에 있어서, 안테나 소자(1124)마다 정류기(1126)가 존재하거나/하고 안테나 소자(1124)마다 다수의 정류기(1126)들이 존재할 수 있다.
예시적인 구현에 있어서, 다수의 안테나 소자들(1124) 출력이 조합되어, 하나의 전력 변환기(1129)에 조합될 수 있는 병렬 정류기들(11267)에 접속되는 배열이 구현될 수 있다. 16개의 안테나 소자들(1124)의 출력이 4개의 병렬 정류기들(1126)에 조합될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 안테나 소자들(1124)은 (예를 들어 4개의) 그룹들로 세분되고 독립적인 정류기들(1126)에 접속된다.
또 다른 실시 예에 있어서, 안테나 소자들(1124)의 그룹들은 서로 다른 정류기들(1126)에 접속되며, 그 다음 정류기들(1126)은 다른 전력 변환기들(1129)에 접속되는 배열이 구현될 수 있다. 이 실시 예에 있어서, 안테나 소자들(1124)의 4개 그룹(각각은 4개의 안테나 소자들을 병렬로 포함함)은 각각 4개의 정류기들(1126)에 독립적으로 접속된다. 이 실시 예에 있어서, 각 정류기(1126)의 출력은 전력 변환기에 직접 접속된다(전체적으로 4개). 다른 실시 예들에 있어서, 전체 전력을 병렬로 처리하기 위해 각 전력 변환기(1129) 앞에서 4개의 정류기들(1126) 모두의 출력이 조합될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 각 정류기(1126)의 조합된 출력들은 단일 전력 변환기(1129)에 접속된다. 이 배열은 정류기(1126)와 안테나 소자(1124)가 서로 아주 가까워지게 할 수 있다는 점에서, 바람직하다. 이러한 속성은 바람직한데, 그 이유는 그것이 손실을 최소로 유지시키기 때문이다.
4. 통신 구성 요소
전송기(1101)의 통신 구성 요소와 유사하게 통신 구성 요소(1130)는 수신기(1120)에 포함되어, 전송기 또는 다른 전자 장비와 통신한다. 일부 구현에 있어서, 수신기(1120)는 배터리 레벨, 사용자 사전 정의된 충전 프로파일과 같은 프로세서에 의해 제공된 요건에 기초하여 주어진 전송기(1120)에 통신하는 디바이스(예를 들어, 블루투스)의 내장형 통신 구성 요소를 이용할 수 있으며, 또는 다른 전송기들(1101)은 하나 이상의 인쇄 회로 보드(PCB)(1104), 하나 이상의 안테나 소자들(1106), 하나 이상의 무선 주파수 집적 회로(RFIC)(1108), 하나 이상의 마이크로제어기들(MC)(1110), 통신 구성 요소(1112) 및 전원(1114)을 포함한다. 전송기(1101)는 전송기(1101)에 대한 모든 요구된 구성 요소들을 할당하는 하우징에 담겨진다. 전송기(1101)에 있어서의 구성 요소들은 메타 재질, 회로의 마이크로 인쇄, 나노 재질 및/또는 임의 다른 재질을 이용하여 제조될 수 있다. 수신기와 전송기간의 통신 구성 요소에 의해 통신되는 정보의 유형들은, 다른 것들 중에서도, 배터리들에 있어서의 현 전력 레벨들, 수신기에서 수신된 신호 세기 및 전력 레벨, 타이밍 정보, 위상 및 이득 정보, 사용자 신원, 고객 디바이스 권한, 보안 관련 시그널링, 비상 시그널링 및 인증 교환을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
5. PMIC들
PMIC(Power Management Integrated Circuit, 1132)는 호스트 시스템의 전력 요건들을 관리하는 시스템 온 칩(system-on-chip) 디바이스에 있어서의 집적 회로 및/또는 시스템 블럭이다. PMIC(1132)는 배터리 관리, 전압 조정 및 충전 기능을 포함한다. 그것은, 동적 전압 스케일링이 가능하도록 DC-DC 변환기를 포함한다. 일부 구현에 있어서, PMIC(1132)는 최대 95% 전력 변환 효율을 제공한다. 일부 구현에 있어서, PMIC(1132)는 동적 주파수 스케일링(dynamic frequency scaling)과 조합하여 통합된다. PMIC(1132)는 이동 전화 및/또는 휴대형 매체 재생기와 같은 배터리 동작형 디바이스(battery-operated device)에 구현될 수 있다. 일부 구현에 있어서, 배터리는 입력 커패시터 및 출력 커패시터로 대체될 수 있다. PMIC(1132)는 배터리 및/또는 커패시터에 직접 접속된다. 배터리가 직접 충전되고 있는 중이면, 커패시터는 구현되지 않을 수 있다. 일부 구현에 있어서, PMIC(1132)는 배터리둘레에 감길 수 있다. PMIC(1132)는 배터리 충전기로서 작용하고 배터리에 접속되는 PMC(Power Management Chip)를 구비한다. PMIC(1132)는 PFM(Pulse-Frequency Modulation)과 PWM(Pulse-Width Modulation)을 이용할 수 있다. 그것은 스위칭 증폭기(클래스-D 전자 증폭기)를 이용할 수 있다. 일부 구현에 있어서, 출력 변환기, 정류기 및/또는 BLE는 PMIC(1132)에 포함된다.
6. 하우징
하우징은, 신호 또는 파 전송 및/또는 수신을 할 수 있게 하는 임의 적당한 재질, 예를 들어, 플라스틱 또는 경질 고무로 이루어질 수 있다. 하우징은, 예를 들어, 케이스 형태의 다른 전자 장비에 추가되거나 전자 장비내에 내장될 수 있는 외부 하드웨어일 수 있다.
7. 네트워크
네트워크(1140)는 전송기(1101)와 수신기(1120)간의 통신을 도모하는 임의의 통상적인 통신 아키텍처를 구비한다. 당업자라면, 네트워크(1140)가 인터넷, 사설 인트라넷, 또는 그 둘의 일부 하이브리드(hybrid)일 수 있음을 알 것이다. 네트워크 구성 요소는 전용 프로세싱 장비 또는 대안적으로 클라우드 프로세싱 네트워크(cloud processing network)에 구현될 수 있음을 당업자에게는 명백하다.
A. 수신기, 수신기 구성 요소 및 수신기와 관련된 시스템에 대한 구성
1. 안테나 소자에 병렬로 접속된 다수의 정류기들
도 18a에는, 다수의 정류기(1826A)가 안테나 소자(1124A)에 병렬로 접속되는 배열(1800A)이 도시된다. 본 예시에 있어서, 4개의 정류기(1826A)가 안테나 소자(1824A)에 병렬로 접속된다. 그러나, 수 개의 정류기들(1826A)이 이용될 수 있다. 각 정류기(1826A)는 단지 전체 전력의 1/4만을 처리할 필요가 있기 때문에, 그 배열(1800A)은 바람직할 수 있다. 1와트가 전자 디바이스에 전달될 것이면, 각 정류기(1826F)는 단지 1/4와트 만의 처리를 필요로 한다. 배열(1800A)은 원가를 크게 절감시키는데, 그 이유는, 동일량의 전력을 처리하면서, 다수의 저전력 정류기들(1826A)을 이용하면 하나의 고전력 정류기(1826A)를 이용하는 것보다 더 저렴할 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 정류기(1826A)에 의해 처리되는 전체 전력은 하나의 DC-DC 변환기(1828A)로 조합될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 정류기(1826A) 마다 DC-DC 변환기(1828A)가 존재할 수 있다.
2. 정류기에 병렬로 접속된 다수의 안테나 소자들
도 18b에는, 다수의 안테나 소자들(1824B)이 정류기(1826A)에 병렬로 접속되고, 이후 DC 전압이 DC-DC 변환기(1828B)를 통해 조정되는 배열(1800B)이 도시된다. 본 예시에 있어서, 4개의 안테나 소자들(1824B)은 단일 정류기(1826B)에 병렬로 접속된다. 각 안테나 소자(1824B)는 전체 전력의 1/4만을 처리하기 때문에 그 배열(1800B)은 바람직하다. 또한, 그 배열(1800B)은 단일 정류기(1826B)로 서로 다른 편광들의 안테나 소자(1824B)를 이용할 수 있게 하는데, 그 이유는, 신호들이 서로를 소거하지 않기 때문이다. 상술한 속성 때문에, 잘 정의되지 않거나 시간에 따라 가변하는 배향을 가진 전자 디바이스에 그 배열(1800B)이 적합하다. 마지막으로, 크게 다르지 않은 위상들에 대해 구성된 동일 편광의 안테나 소자(1824B)를 이용할 때, 그 배열(1800B)이 바람직하다. 그러나, 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자(1824B)마다 정류기(1826B)가 존재하거나 안테나 소자(1824B)마다 (도 18a에 도시된 바와 같이) 다수의 정류기(1826B)가 존재할 수 있다.
3. 다수의 정류기들에 병렬로 접속된 다수의 안테나 소자들
도 19a에는, 다수의 안테나 소자들(1924A)이 조합되어 병렬 정류기(1926A)에 접속되고, 정류기의 출력이 하나의 DC 변환기(1928A)에 추가 조합될 수 있는 배열(1900A)이 도시된다. 예를 들어, 배열(1900A)은 16개의 안테나 소자들(1924A)의 출력이 4개의 병렬 정류기들(1926A)에 조합되는 것을 보여준다. 다른 실시 예들에 있어서, 안테나 소자들(1924A)은 그룹들로 세분(예를 들어 4개의 그룹들)되며, 아래의 도 19b에 도시된 바와 같이 독립적인 정류기들에 접속될 수 있다.
4. 그룹화의 순열(permutations of groupings)
도 19b에는, 안테나 소자(1624B)들의 그룹이 서로 다른 정류기들(1926B)에 접속되고, 그 다음, 그 정류기들은 다른 DC 변환기들(1928B)에 접속될 수 있다. 배열(1900B)에 있어서, 안테나 소자들(1924B)의 4개 그룹(각각은 4개의 안테나 소자들(1924B)을 병렬로 포함함)은 각각 4개의 정류기(1926B)에 독자적으로 접속된다. 본 실시 예에 있어서, 각 정류기(1926B)의 출력은 DC 변환기(1928B)에 직접 접속된다(전체적으로 4개). 다른 실시 예에 있어서, 전체 전력을 병렬로 처리하기 위해, 각 DC 변환기(1928B) 전에, 4개의 정류기들(1926B) 모두의 출력이 조합될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 각 정류기(1926B)의 조합된 출력은 단일 DC 변환기(1928B)에 접속된다. 배열(1900B)은 정류기(1926B)와 안테나 소자(1924B)가 서로 상당히 가까워지게 할 수 있다는 점에서, 바람직하다. 이 속성은 손실을 최소로 유지시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
수신기는, 예를 들어, 전화기, 랩탑 컴퓨터, 텔레비전 리모트, 어린이 장난감 또는 임의 다른 적당한 디바이스들과 같은, 의도된 기능을 실행하기 위해 전력에 의존하는 전자 디바이스 또는 장비에 내장되거나 접속되도록 구현된다. 포켓 형성을 이용할 수 있는 수신기는, 디바이스의 배터리가 "온" 또는 "오프" 중에 또는 이용되고 있는 중이거나 이용되고 있지 않는 동안에, 그 배터리를 완전히 충전시키는데 이용될 수 있다. 또한, 배터리 수명이 크게 강화될 수 있다. 예를 들어, 1와트를 전달할 수 있는 수신기를 이용하는 2와트로 동작하는 디바이스는 최대 약 50%까지 그의 배터리 지속 기간을 증가시킬 수 있다. 마지막으로, 배터리로 현재 구동되는 일부 디바이스들은 수신기를 이용하여 완전히 전력 공급받을 수 있으며, 이후 배터리는 더 이상 필요치 않게 된다. 이러한 마지막 속성은, 벽시계에서 처럼 배터리를 교체하는 것이 지루하고 어려운 디바이스에 바람직하다. 이하의 실시 예는 전자 디바이스에 대해 수신기의 집적화가 어떻게 실행되는지에 대한 일부 예시를 제공한다.
5. 개선된 무선 전력 수신기 구성
도 33에는 하나 이상의 전자 디바이스에 무선으로 전력을 공급하거나 그를 충전하는 데 이용될 수 있는 수신기(3320)의 블럭도가 도시된다. 본 실시 예의 일부 측면에 따르면, 수신기(3320)는 전자 디바이스에 일정하고 안정된 전력 또는 에너지를 전달하기 위해 전송된 RF파로부터 생성된 가변 전원에 의해 동작한다. 또한, 수신기(3320)는 적당한 동작을 위해 수신기(3320)내의 전자 구성 요소들에 전원을 인가하기 위해 RF 파로부터 생성된 가변 전원을 이용한다.
수신기(3320)는 전자 디바이스에 통합될 수 있으며, 신호 또는 파의 전송 및/또는 수신이 가능하도록 임의 적당한 재질, 예를 들어, 플라스틱 또는 경질 고무로 이루어질 수 있는 하우징을 포함할 수 있다. 이러한 하우징은, 예를 들어, 케이스 형태로 다른 전자 장치에 추가되거나 전자 장비내에 내장될 수 있는 외부 하드웨어일 수 있다.
수신기(3320)는 에너지 포켓 또는 RF파를 전력으로 변환하는 안테나 어레이(3386)를 포함할 수 있다. 안테나 어레이(3386)는 하나 이상의 정류기(3326)와 동작 가능하게 결합된 하나 이상의 안테나 소자들(3324)을 포함할 수 있다. RF파는 전송 환경 및 전송기의 특질에 좌우될 수 있는 전력 범위 및 전압 진폭내의 사인파 형상을 나타낸다. 전송 환경은 물리적 경계내의 객체의 이동 또는 변경, 또는 경계들 자체의 이동에 의해 영향을 받을 수 있다. 그것은 또한 전송 매체의 변경, 예를 들어, 기온 또는 습도의 변경에 의해 영향받을 수 있다. 그 결과, 안테나 어레이(3386)에 의해 생성된 전압 또는 전력은 가변될 수 있다. 예시적인 실시 예에서 처럼, 그리고 제한을 위한 것은 아니지만, 안테나 어레이(3324)에 의해 전송된 RF파 또는 에너지 포켓으로부터 생성된 교류(AC) 전압 또는 전력은 약 0볼트 또는 0와트에서 약 5볼트 또는 약 3와트로 가변할 수 있다.
안테나 어레이(3324)는 전송기에 대해 설명한 대역들과 유사한 주파수 대역에서 동작하는 적당한 안테나 유형을 포함할 수 있다. 안테나 소자(3324)는 수직 또는 수평 편광, 우측 또는 좌측 편광, 타원 편광 또는 임의 적당한 편광과, 적당한 편광 조합을 포함할 수 있다. 다수의 편광들을 이용하면, 이용 중에 배향이 바람직한 배향이 아니거나, 그 배향이 시간에 걸쳐 계속적으로 가변할 수 있는 디바이스들, 예를 들어, 전자 디바이스에게 유익할 수 있다. 이와 대조적으로, 예를 들어, 양손 이용 비디오 게임 제어기와 같이, 잘 정의된 배향을 가진 디바이스의 경우, 주어진 편광의 안테나들의 개수에 대한 비율을 좌우하는 안테나에 대한 바람직한 편광이 있을 수 있다. 적당한 안테나 유형은 약 1/8인치 내지 약 6인치의 높이와, 약 1/8인치 내지 약 6 인치의 폭을 가진 패치 안테나를 포함할 수 있다. 패치 안테나는, 편광이 접속성에 좌우된다는, 즉, 패치가 어느 측면에 피딩되는지에 따라 편광이 변경된다는 장점을 가진다. 이것은, 수신기(3320)가 그의 안테나 편광을 동적으로 수정하여 무선 전력 전송을 최적화하기 때문에, 바람직하다.
정류기(3326)는 안테나 소자(3324)에 의해 생성된 AC 전압을 직류(DC) 전압으로 정류하기 위해 다이오드 또는 저항, 인덕터 또는 커패시터를 포함한다. 손실을 최소화하기 위해, 정류기(3326)는 안테나 소자(3324)에 기술적으로 가능한 한 밀접하게 배치된다. 일 실시 예에 있어서, 정류기(3326)는 동기 모드에서 동작하는데, 그 경우, 정류기(3326)는 정류 효율을 개선할 수 있는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 예시적인 실시 예로서, 그러나 제한을 위한 것은 아니며, 정류기(3326)의 출력은 약 0볼트 내지 약 5볼트에서 가변할 수 있다.
입력 부스트 컨버터(input boost converter)가 수신기(3320)내에 포함되어, 정류기(3326)의 가변 DC 출력 전압을, 전자 디바이스 및/또는 수신기(3320)의 구성 요소들이 이용할 수 있는 보다 안정된 DC 전압으로 변환할 수 있다. 입력 부스트 컨버터(3258)는 정류기(3326)로부터의 전압을, 수신기(3320)의 적절한 동작을 위해 적당한 전압 레벨로 증가시키기 위해 셋-업 DC-DC 컨버터(set-up DC-to-DC converter)로서 동작할 수 있다. 예시적인 실시 예로서, 제한을 위한 것은 아니며, 입력 부스트 컨버터(3258)는 적어도 0.4볼트 내지 약 5볼트의 입력 전압에 의해 동작하여, 약 5볼트의 출력 전압을 생성한다. 또한, 입력 부스트 컨버터는 레일간 편차(rail-to-rail deviation)를 줄이거나 제거할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 입력 부스트 컨버터는 동기 토폴로지(synchronous topology)를 나타내어 전력 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
RF파로부터 생성된 전압 또는 전력이 일부 예시적인 무선 전력 전송에서 0으로 됨에 따라, 수신기(3320)는 저장 소자(3352)를 포함하며, 그에 따라, 입력 부스트 컨버터에 의해 생성된 출력 전압으로부터의 에너지 또는 전하를 저장할 수 있다. 이 방법에 있어서, 저장 소자(3352)는, 출력 부스트 컨버터를 통해, 부하에 계속적인 전압 또는 전력을 전달하는데, 이 부하는 계속적인 전력 공급 또는 충전을 요구하는 전자 디바이스의 내부 회로 또는 배터리를 나타낸다. 예를 들어, 부하는 2.5와트에서 5볼트의 일정한 전달을 요구하는 이동 전화기의 배터리일 수 있다.
저장 소자(3352)는 입력 부스트 컨버터(3258)로부터 수신한 전력으로부터 전하 또는 전력을 저장하기 위한 배터리(3392)를 포함한다. 배터리(3392)는, 다른 것들 중에서도, 알칼리, 니켈-카드뮴(NiCd), 니켈-금속 하이드라이드(NiHM) 및 리튬-이온을 포함하되 그에 국한되는 것은 아닌 다른 유형일 수 있다. 배터리(3392)는 수신기(3320)를 적합화시키는데 적당한 형상 및 치수를 나타낼 수 있으며, 배터리(3392)의 충전력 및 셀 고안은 부하 요건에 좌우된다. 예를 들어, 이동 전화를 충전하거나 그에 전력을 공급하기 위해 배터리(3392)는 약 3볼트 내지 약 4.2볼트의 전압을 전달할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 저장 소자(3352)는 수신기가 요청한 대로 전하를 저장 및 충전하기 위해 배터리(3392) 대신에 커패시터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기를 충전 또는 그에 전력을 공급하는 경우, 수신기(3320)는 부하 요건에 대한 매칭에 적당한 연산 파라메타를 가진 커패시터를 포함할 수 있다.
수신기(3320)는 저장 소자(3352)와 동작 가능하게 결합된 출력 부스트 컨버터와, 입력 부스트 컨버터를 포함할 수 있는데, 이 출력 부스트 컨버터는 부하의 임피던스 및 전력 요건에 대한 매칭을 위해 이용될 수 있다. 예시적인 실시 예로서, 제한을 위한 것은 아니며, 출력 부스트 컨버터는 배터리(3392)의 출력 전압을 약 3 또는 4.2볼트에서, 전자 디바이스의 내부 회로 또는 배터리가 요구한 전압일 수 있는 약 5볼트로 증가시킬 수 있다. 입력 부스트 컨버터와 유사하게, 출력 부스트 컨버터는 전력 변환 효율을 증가시키기 위한 동기 토폴로지에 기반할 수 있다.
저장 소자(3352)는, LDO(Low-Dropout regulator), 마이크로 제어기 및 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read 0nly Memory)을 포함할 수 있는 통신 서브시스템에 전력 또는 전압을 제공한다. LDO는, 마이크로 제어기에서 처럼, 낮은 에너지 애플리케이션에 적당한 고정 전압(steady voltage)을 제공하기 위해 DC 선형 전압 레귤레이터(DC linear voltage regulator)로서 기능한다. 마이크로제어기는 EEPROM과 동작 가능하게 결합되어, 수신기(3320)의 모니터링 및 동작을 포함한 데이터를 저장한다. 또한, 마이크로 제어기는 클럭(CLK) 입력 및 범용 입출력(general purpose inputs/outputs)을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 마이크로 제어기는 EEPROM과 공조하여, 부하 요건에 따라, 입력 및 출력 부스트 컨버터의 동작을 제어하는 알고리즘을 구동한다. 마이크로 제어기는 다른 모드로 하나 이상의 전력 측정치(3388, ADC)를 취함에 의해 수신기(3320)의 전체 동작을 능동적으로 모니터링한다. 예를 들어, 마이크로 제어기는 정류기(3326), 입력 부스트 컨버터, 배터리(3392), 출력 부스트 컨버터, 통신 시스템 및/또는 부하에서 얼마나 많은 전압 또는 전력이 전달되고 있는지를 측정한다. 마이크로 제어기는 부하에 이들 전력 측정치(3388)를 통신하고, 그에 따라 전자 디바이스는 그것이 수신기(3320)로부터 끌어낼 수 있는 전력이 얼마나 되는지를 알 수 있게 된다. 다른 실시 예에 있어서, 마이크로 제어기는, 전력 측정치(3388)에 기초하여, 출력 부스트 컨버터에서의 부하 전류 한도(load current limit)를 조정함에 의해 부하에서 전달되는 전력 또는 전압을 제어한다. 또 다른 실시 예에 있어서, MPTT(Maximum Power Point Tracking) 알고리즘가 마이크로 제어기에 의해 실행되어, 입력 부스트 컨버터가 안테나 어레이(3386)으로부터 끌어낼 수 있는 전력량을 제어 및 최적화한다.
다른 실시 예에 있어서, 마이크로제어기는 전력 측정치(3388)의 모니터링에 기초하여 저장 소자(3352)로부터 전압 또는 전력이 드레인(drain)될 수 있는 방법을 규제한다. 예를 들어, 입력 부스트 컨버터에서의 전력 또는 전압이 너무 낮게 구동되면, 마이크로 제어기는 출력 부스트 컨버터에게, 부하에 전력을 공급하는 배터리(3392)를 드레인하도록 명령한다.
수신기(3320)는 부하에서 전달되고 있는 전력을 재개 또는 차단하는 스위치(3390)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 마이크로 제어기는 무선 전력 전송의 하나 이상의 이용자가 계약한 서비스의 조건 또는 관리자 정책에 따라 스위치(3390)의 동작을 제어한다.
도 34에는 무선 전력 전송 동안 수신기에 구현될 수 있는 전력 변환 프로세스(3400)가 도시된다. 본 실시 예의 일부 측면에 따르면, 전력 변환 프로세스(3400)는 수신기(108) 및 전자 디바이스의 내부 구성 요소에 적당한 전압 또는 전력을 제공하기 위해 RF 파 및/또는 에너지 포켓으로부터 전력을 추출할 수 있게 한다.
전력 변환 프로세스(3400)는, 안테나 소자(3324)가 RF 파 및/또는 에너지 포켓을 AC 전압 또는 전압으로 변환할 때, 시작한다. 단계 3451에서, 정류기는 이 AC 전압 또는 전력을 DC 전압 또는 전력으로 정류한다. 이 단계에서, 정류기에서 생성되는 DC 전압 또는 전력은 RF 파 및/또는 에너지 포켓으로부터 전력을 추출하는 상황에 의거하여 가변할 수 있다. 후속적으로, 단계 3452에서, 입력 부스트 컨버터는 정류기로부터 획득한 DC 전압 또는 전력을, 수신기의 내부 구성 요소 또는 저장 소자가 이용할 수 있는 전압 또는 전력 레벨로 상승시킨다. 일 실시 예에 있어서, 입력 부스트 컨버터는 안테나 어레이로부터 끌어낼 수 있는 전력 량을 조정 및 최적화하기 위해, 마이크로 제어기로부터의 (MPPT 알고리즘에 기초한) 입력을 수신할 수 있다. 이 단계에서, 입력 부스트 컨버터에서 안정화되고 증가된 전압은 부하에 의해 직접 이용될 수 있지만, RF파의 본질적인 특질을 제공받을 때마다 그것이 계속되는 것은 아니다.
단계 3455에서, 입력 부스트 컨버터에 의해 생성된 안정화된 DC 전압은 저장 소자를 충전하는데 이용될 수 있으며, 저장 소자는 배터리 또는 커패시터 형태일 수 있다. 저장 소자는 부하에 계속적인 전력을 공급할 때마다 적당한 충전 레벨을 유지한다. 또한, 저장 소자는 통신 서브시스템에 적당한 전력 또는 전압을 제공한다.
단계 3457에서, 전압 소자에 의해 생성된 전압 또는 전력은 출력 부스트 컨버터에 의해 부하의 임피던스 및 전력 요건에 매칭되도록 상승될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 마이크로 제어기는 애플리케이션에 따라 부하에서 전달되는 전력량을 조정하기 위해 출력 부스트 컨버터에서의 전류 한도를 설정할 수 있다.
제 2 부스트 변환 후, 단계 3459에서, 출력 부스트 컨버터는 수신기와 동작 가능하게 결합되는, 전자 디바이스에 전력을 공급하거나 그를 충전하기 위한 적당한 전기적 사양내에서, 부하에 안정적이고 계속적인 전력 또는 전압을 공급할 수 있다.
마이크로 제어기는 무선 전력 전송의 이용자가 계약한 서비스 조건에 따라 부하에서의 전력 또는 전압의 전달을 차단 또는 재개하도록 스위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송이 수신기의 사용자에게 제공된 서비스이면, 마이크로 제어기는 스위치를 이용하여 사용자의 계약 상태에 따라 전자 디바이스의 전력 공급 또는 충전을 차단 또는 재개할 수 있다. 또한, 마이크로 제어기는 하나 이상의 전자 디바이스에 대해 수립된 충전 또는 전력 공급 우선 순위에 기초하여 스위치의 동작을 규제한다. 예를 들어, 마이크로 제어기는, 수신기에 결합된 전자 디바이스가, 충전을 요구하고 충전에 대해 보다 높은 우선 순위를 가진 적당한 수신기에 결합된 또 다른 전력 디바이스에 비해, 보다 낮은 전력 공급 또는 충전 우선 순위를 가지면 스위치를 개방한다. 이 경우, 전송기는 보다 높은 충전 또는 전력 공급 우선 순위를 가진 전자 디바이스에 결합된 수신기를 향해 RF파를 지향시킨다.
6. 내장형 수신기
도 20a에는, 전형적인 전화기, 컴퓨터 또는 다른 전자 디바이스를 나타내는 디바이스(2000A)가 내장형 수신기(2020A)를 포함하는 구현 기법이 도시된다. 디바이스(2000A)는 전원, 통신 구성 요소(2030A) 및 프로세서를 포함한다. 수신기(2020A)는 디바이스(2000A)로부터의 전력을 전원에 제공하기 위한 포켓 형성을 이용한다. 또한, 수신기(2020A)는 배터리 레벨, 이용자 사전 정의된 충전 프로파일 등과 같이, 프로세서에 의해 제공된 요건에 기초하여 주어진 전송기에 통신하는 디바이스(2000A)의 내장형 통신 구성 요소(2030A)(예를 들어, 블루투스)를 이용할 수 있다.
7. 내장형 수신기를 가진 배터리
도 20b에는 디바이스(2000B)가 내장형 수신기(2020B)를 가진 배터리를 포함하는 또 다른 구현 스킴이 도시된다. 배터리는 포켓 형성을 통해 무선으로 전력을 수신하고, 그의 내장형 수신기(2020B)를 통해 충전한다. 배터리는 전원에 대한 공급원으로서 기능하거나 백업(back-up) 공급원으로 기능한다. 이러한 구성은, 배터리가 충전을 위해 제거될 필요가 없다는 점에서, 바람직하다. 이것은, 특히, 배터리, 전형적으로 AA 또는 AAA가 계속적으로 대체될 수 있는 게임 제어기, 게임 디바이스에 유익하다.
8. 외부 통신 구성 요소
도 20c에는, 수신기(2020C)와 통신 구성 요소(2030C)가 디바이스에 부착될 수 있는 외부 하드웨어내에 포함되는 대안적인 구현 스킴(2000C)이 도시된다. 하드웨어는, USB(Universal Serial Bus)와 같은 적당한 인터페이스를 통해 접속될 수 있는, 전화기, 컴퓨터, 원격 제어기 등에 배치될 수 있는 케이스와 같은 적당한 형태를 취할 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 하드웨어는 전자 장비에 페이스트(paste)되거나 부착될 수 있는, 가요성 필름상에 인쇄될 수 있다. 이러한 선택 사항은, 그것이 저가로 생성될 수 있고, 여러 디바이스들에 쉽게 통합될 수 있기 때문에, 바람직하다. 이전의 실시 예들에서 처럼, 통신 구성 요소(2030C)는 통상적으로 전송기 또는 전자 장비에 통신을 제공하는 하드웨어내에 포함된다.
9. USB에 접속하는 수신기의 케이싱 또는 하우징
도 21a에는, 스마트폰 및/또는 임의 다른 전자 디바이스에 가요성 케이블 또는 USB를 통해 접속하는 수신기(2102A)를 포함하는 케이스 형태의 하드웨어가 도시된다. 다른 실시 예에 있어서, 하우징 또는 케이스는 다른 선택 사항들 중에서 컴퓨터 케이스, 전화기 케이스 및/또는 카메라 케이스일 수 있다.
10. 인쇄 필름상의 PCB
도 21b에는, 다수의 인쇄 수신기들(2102B)을 포함하는 인쇄 필름 또는 가요성 인쇄 회로 보드(PCB) 형태의 하드웨어가 도시된다. 인쇄 필름은 전자 디바이스에 페이스트되거나 부착될 수 있으며, USB와 같은 적당한 인터페이스를 통해 접속될 수 있다. 인쇄 필름은, 특정 전자 디바이스 크기 및/또는 요건을 충족시키기 위해 섹션들로 절단될 수 있다는 점에서, 바람직하다. 무선 전력 전송의 효율과 (포켓 형성을 이용하여) 전달될 수 있는 전력량은 주어진 수신기 및 전송기 시스템에 이용되는 안테나 소자들의 전체 개수의 함수일 수 있다. 예를 들어, 약 15피트에 약 1와트를 전달하기 위해, 수신기는 약 80개의 안테나 소자들을 포함하는 반면, 전송기는 약 256개의 안테나 소자를 포함한다. 또 다른 동일한 무선 전력 전송 시스템(약 15피트에 약 1와트)은 약 40개의 안테나 소자들을 가진 수신기와 약 512개의 안테나 소자들을 가진 전송기를 포함한다. 수신기에 있어서 안테나 소자들의 개수를 절반으로 줄이는 것은, 전송기에 있어서 안테나 소자들의 수를 2배로 늘리는 것을 필요로 한다. 일부 경우에, 수신기보다 전송기에 더 많은 개수의 안테나 소자들을 배치하는 것이 비용 효율적이다. 그러나, 전송기에 적어도 2개의 안테나가 존재한다면, (전송기보다 수신기상에 보다 많은 안테나를 배치하는) 그 반대가 달성될 수 있다.
Ⅱ. 안테나 하드웨어 및 기능성
A. 공간 구성
도 22에는 수신기(2220)가 전자 디바이스(2252)(예를 들어, 스마트폰)에서 무선 전력 전송을 수신하는데 이용되는 내부 하드웨어가 도시된다. 일부 구현에 있어서, 전자 디바이스(2252)는 전자 디바이스(2252)의 케이스(2254)(예를 들어, 스마트폰 케이스)의 내부 에지 둘레에 내장된 수신기(2220)를 포함한다. 다른 실시 예에 있어서, 수신기(2220)는 케이스(2254)의 후방측을 커버하도록 구현될 수 있다. 케이스(2254)는, 다른 그러한 선택 사항들 중에서도, 스마트폰 커버, 랩탑 커버, 카메라 커버, GPS 커버, 게임 제어기 커버 및/또는 테이블렛 커버 중 하나 이상일 수 있다. 케이스(2254)는 플라스틱, 고무 및/또는 임의 다른 적당한 재질로 이루어질 수 있다.
수신기(2220)는 도 22에 도시된 그리드 영역(grid area)상에 전략적으로 분포된 안테나 소자들(2224)의 어레이를 포함한다. 케이스(2254)는 최적 수신을 위해 케이스(2254)의 후방측을 따라 및/또는 에지 둘레에 배치된 안테나 소자들(2224)의 어레이를 포함한다. 안테나 소자들(2224)의 개수, 공간 및 유형은 전자 디바이스(2252)의 고안, 크기 및/또는 유형에 따라 계산될 수 있다. 일부 실시 예들에 있어서, 안테나 소자(2224)를 포함하는 케이스(2254)와 전자 디바이스(2252)간에 공간(예를 들어, 1mm-4mm) 및/또는 메타 재질이 존재할 수 있다. 공간 및/또는 메타 재질은 RF 신호에게 추가 이득을 제공한다. 일부 구현에 있어서, 메타 재질은 케이스(2254)내에 구현하기 위해 멀티층 PCB를 생성하는데 이용된다.
B. 메타재질
내부 하드웨어는 인쇄 필름(2256) 형태일 수 있고/있거나 가요성 PCB는, 다수의 인쇄 안테나 소자들(2224)(서로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속됨), 정류기 및 전력 변환기 소자들과 같은 다른 구성 요소들을 포함한다. 인쇄 필름(2256)은 전자 디바이스(2252) 및/또는 테이블렛들과 같은 임의 적당한 전자 디바이스에 페이스트되거나 부착된다. 인쇄 필름(2256)은 가요성 케이블(2258)과 같은 임의 적당한 인터페이스를 통해 접속된다. 인쇄 필름(2256)은 얼마간의 장점을 나타낸다. 그 장점들 중 하나는, 특정 스마트 이동 디바이스 크기 및/또는 요건을 충족시키기 위해 섹션들로 절단될 수 있다는 것이다. 일 실시 예에 따르면, 수신기(2220)에 대한 안테나 소자들(2224)간의 공간은 약 2nm 내지 약 12nm 범위이고, 가장 적당하게는 7nm이다.
추가적으로, 일부 구현에 있어서, 스마트 폰과 같은 전자 디바이스(2252)에 대해 수신기(2220)에 이용될 수 있는 안테나 소자(2224)의 최적량은 약 20개 내지 약 30개이다. 수신기(2220)내의 안테나 소자들(2224)의 양은 전자 디바이스(2252)의 고안 및 크기에 따라 가변한다. 안테나 소자(2224)는 다른 것들 중에서도 구리, 금 및 은과 같은 다른 도전성 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 안테나 소자(2224)는 다른 것들 중에서도, 가요성 PCB와 같은, 임의 적당한 비 도전성 및 가요성 기판상에 인쇄, 에칭 또는 적층될 수 있다. 안테나 소자(2224)의 개시된 구성 및 배향은 무선 충전의 보다 양호한 수신, 효율 및 성능을 나타낸다.
C. 내부 하드웨어
도 32에는 내부 하드웨어(3200)가 도시되는데, 거기에서는 수신기(3220)가 스마트폰(3252)에서의 무선 전력 전송을 위해 이용될 수 있다. 도 32에는 스마트폰(3252)이 스마트폰(3252)의 케이스의 내부 에지 둘레에 내장된 수신기(3220)를 포함하는 제 1 실시 예가 도시된다. 수신기(3220)는 그리드 영역(grid area)상에 전략적으로 분포된 안테나 소자들(3224)의 어레이를 포함한다. 수신기는 적어도 하나의 안테나 소자, 적어도 하나의 정류 회로 및 적어도 하나의 전력 컨버터를 포함하여, 고객 디바이스에 전력을 공급하거나 그를 충전하기 위한 에너지 포켓을 이용할 수 있는, 디바이스를 지칭한다.
안테나 소자들(3224)의 개수 및 유형은 스마트폰(3252)의 고안에 따라 계산될 수 있다. 예를 들어, 전화기(스마트폰) 또는 랩탑 컴퓨터와 같은 전자 디바이스를 충전할 때, 전자 스위치형 모드 DC-DC 컨버터의 동작을 활성화하는데 필요한 최소 전압을 초과할 수 있는 높은 초기 전류가 요구될 수 있다. 그 경우, 요구된 가외 에너지를 제공하기 위해 수신기(3220)의 출력에 커패시터(도시되지 않음)가 추가될 수 있다. 이후, 전화기 또는 랩탑이 예비 충전을 하는 동안 총 초기 전력의 1/80의 보다 낮은 전력이 제공될 수 있다. 그 충전을 안테나를 이용하여 수신기가 RF 에너지를 전기적 에너지로 변환한 것이라 지칭하는데, 거기에서는 전기적 에너지가 수신기에서 전기적으로 접속된 고객 디바이스로 전기적 회로 접속을 통해 전달되고, 전송된 에너지는 그 디바이스에 의해 그의 배터리를 충전시키고, 그의 기능부들에 전력을 공급하고 및/또는 그들의 임의 조합을 위해 이용될 수 있다. 고객 디바이스는 무선 전력 전송 시스템에 있어서 무선 전력 수신기와의 전기적 접속을 통해, 무선 전송기로부터 무선 전력을 수신하기 위한 임의 디바이스를 지칭한다. 고객 디바이스는, 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 스마트폰과 같은 이동 전자 디바이스, 전자 장난감, 텔레비전 또는 다른 소비자 디바이스에 대한 원격 제어, 무선으로 전력 공급받을 임의 전자 디바이스 또는 전기 디바이스일 수 있다.
마지막으로, 통신 구성 요소는 전송기 또는 다른 전자 장비와 통신하기 위해 수신기(3220)에 포함될 수 있다. 전송기는 2 이상의 RF 신호들을 생성하는 칩을 포함하는 디바이스를 지칭하는데, 적어도 하나의 RF 신호는 다른 RF 신호들에 대해 위상 시프트되고 이득 조정되며, 실질적으로 그들 모두는 하나 이상의 RF 안테나를 통과함으로써, 집중된 RF 신호들이 목표물에 지향된다.
이하의 실시 예에서 설명하겠지만 수신기에 대해 다른 안테나, 정류기 또는 전력 컨버터 배열이 가능하다. 특히, 인쇄 필름(3256) 또는 가요성 PCB 형태의 내부 하드웨어(3200)는 (서로 직렬, 병렬, 또는 직병렬로 접속된) 다수의 인쇄 안테나 소자들(3224), 정류기(206), 전력 컨버터(3229) 소자들과 같은, 서로 다른 구성 요소들을 포함한다. 인쇄 필름(3256)은 스마트폰(3252) 또는 테이블렛과 같은 임의 전자 디바이스에 접착되거나 부착될 수 있으며, 가요성 케이블과 같은 임의 인터페이스를 통해 접속될 수 있다. 인쇄 필름(3256)은 몇가지 장점을 가지고 있는데, 그중 하나는 특정 스마트 이동 디바이스 크기 및/또는 요건들을 충족시키기 위해 그것이 섹션들로 절단될 수 있다는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 수신기들(3220)에 대한 안테나 소자들(3224)의 간격은 약 5nm 내지 약 12nm 의 범위이다. 그러나, 수신기들(3220) 내의 안테나들의 개수는 스마트폰(3252)의 고안 및 크기에 따라 가변할 수 있다. 안테나 소자들(3224)은 다른 것들 중에서도, 구리, 금 및 은과 같은 서로 다른 도전성 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 안테나 소자들(3224)은 다른 것들 중에서도, 가요성 PCB와 같은 임의 비 도전성 가요성 기판상에, 인쇄되거나 에칭되거나 적층될 수 있다. 안테나 소자들(3224)의 개시된 구성 및 배향은 무선 충전의 보다 나은 수신, 효율 및 성능을 보여준다.
상술한 방법 설명 및 프로세스 흐름도는 단지 예시적으로 제공되며 여러 실시 예들의 단계들이 안출된 순서로 실행되어야만 하는 것을 요구하거나 암시하는 것은 아니다. 당업자라면 알겠지만, 상술한 실시 예들에 있어서의 단계들은 임의 순서로 실행될 수 있다. 용어, "그 다음", "다음" 등은 이 단계들의 순서를 제한하기 위한 것이 아니며, 이들 단어들은 단순히 방법의 설명을 안내하는데 이용된다. 프로세스 흐름도가 순차적인 프로세스로서 그 동작을 설명하지만, 그 동작들 중 많은 동작들은 병렬로 또는 동시에 실행될 수 있다. 또한, 동작들의 순서는 재 배열될 수 있다. 프로세스는 방법, 기능, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응한다. 프로세스가 기능에 대응할 경우, 그의 종료는 호출 기능(calling function) 또는 주 기능으로의 기능 복귀에 대응한다.
본 명세서에 개시된 실시 예들과 관련하여 설명한 여러 예시적인 논리 블럭, 모듈, 회로 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 그의 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 하드웨어와 소프트웨어의 교환성을 명확하게 설명하기 위해, 여러 예시적인 구성 요소, 블럭들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 그들의 기능성 견지에서 전반적으로 설명되었다. 하드웨어 또는 소프트웨어가 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 고안 제약에 의존함에 따라 그러한 기능성이 구현된다. 당업자라면 각각의 특정 애플리케이션에 대해 여러 방식들로 설명된 기능성을 구현할 수 있지만, 그러한 구현 결정이 본 발명의 범주를 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안된다.
컴퓨터 소프트웨어로 구현된 실시 예들은 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어, 서술 언어 또는 그들의 임의 조합으로 구현될 수 있다. 코드 세그먼트 또는 기계 실행 가능 명령어들은 절차, 기능, 서브프로그램, 프로그램, 루틴, 서브루틴, 모듈, 소프트웨어 패키지, 클래스 또는 명령, 데이터 구조 또는 프로그램 문(program statement)의 임의 조합을 나타낼 수 있다. 코드 세그먼트는 정보, 데이터, 인수(argument), 파라메타 또는 메모리 컨텐츠를 전달 및/또는 수신함에 의해 또 다른 코드 세그먼트 또는 하드웨어 회로에 결합될 수 있다. 정보, 인수, 파라메타, 데이터등은 메모리 공유, 메시지 전달, 토큰 전달, 네트워크 전송등을 포함하는 임의 적당한 수단을 통해 전달되거나, 송신되거나 전송된다.
이들 시스템 및 방법을 구현하는데 이용되는 실제 소프트웨어 코드 또는 전용 제어 하드웨어가 본 발명의 제한은 아니다. 따라서, 시스템 및 방법들의 동작 및 작용은, 특정 소프트웨어 코드에 대한 참조없이 설명되었으며, 본 명세서에서의 설명에 기초하여 시스템 및 방법을 구현하도록 소프트웨어 및 하드웨어가 고안될 수 있음을 알 것이다.
그 기능은, 소프트웨어로 구현될 경우, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체상에 하나 이상의 명령 또는 코드로서 저장될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 독출 가능 저장 매체상에 상주하는 프로세서 실행 가능 소프트웨어 모듈에 내장될 수 있다. 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 매체는, 컴퓨터 프로그램의 전달을 용이하게 하는 컴퓨터 저장 매체 및 실감형 저장 매체를 포함한다. 비 일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의 이용 가능 매체일 수 있다. 예를 들어, 제한을 위한 것은 아니지만, 그러한 비 일시적 프로세서 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스 또는 원하는 프로그램 코드를 명령어 또는 데이터 구조 형태로 저장하는데 이용되고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의 다른 실감형 저장 매체를 구비한다. 본 명세서에서 이용된 디스크(disk and disc)는 CD(Compact Disc), 레이저 디스크, 광학 디스크, DVD(Digital Versatile Disc), 플로피 디스크 및 블루-레이 디스크를 포함하는데, 디스크(disk)는 통상적으로 기계적으로 데이터를 재생하고, 디스크(disc)는 레이저로 광학적으로 데이터를 재생한다. 상기의 조합들은 컴퓨터 판독 가능 매체의 범주내에 포함되어야 한다. 추가적으로, 방법 또는 알고리즘의 동작들은 컴퓨터 프로그램 제품내에 합체될 수 있는 비-일시적 프로세서 판독 가능 매체 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체상에 코드들 및/또는 명령어들의 세트 또는 그들의 조합으로서 상주한다.
개시된 실시 예의 상술한 설명은 당업자가 본 발명을 제조 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시 예들에 대한 여러 수정은 당업자에게 명확할 것이며, 본 명세서에서 정의된 본질적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고도 다른 실시 예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 나타난 실시 예에 국한되는 것이 아니라 본 명세서에 개시된 이하의 청구범위 및 원리와 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범주를 따라야 한다.
여러 측면 및 실시 예들이 개시되었지만, 다른 측면들 및 실시 예들이 고려된다. 개시된 여러 측면들 및 실시 예들은 설명을 위한 것일뿐 제한을 위한 것은 아니며, 진실한 범주 및 사상은 이하의 청구 범위에 의해 나타난다.
Claims (18)
- 무선 전력 전송 방법으로서,
전송기가, 제 1 수신기에 결합된 제 1 전자 디바이스로부터, 제 1 전자 디바이스와 연계된 위치를 구비하는 제 1 통신 신호를 수신하고;
전송기가, 제 1 전자 디바이스에 다수의 안테나들을 할당하고;
전송기가, 다수의 안테나들 중 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
전송기가, 제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하고,
전송기가, 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
전송기가, 제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하고;
전송기가, 제 2 수신기에 결합된 제 2 전자 디바이스로부터, 제 2 전자 디바이스에 연계된 제 2 위치를 구비한 제 2 통신 신호를 수신하고;
전송기가, 다수의 안테나들을 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분할하고;
전송기가, 다수의 안테나들의 제 1 그룹을 제 1 전자 디바이스에 할당하고, 다수의 안테나들의 제 2 그룹을 제 2 전자 디바이스에 할당하는 것을 구비하는
무선 전력 전송 방법.
- 제 1 항에 있어서,
전송기가, 다수의 안테나들의 제 2 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치까지 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 2 수신기에 전송하고;
전송기가, 안테나들의 제 2 그룹으로부터의 제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 2 수신기로부터 수신하고,
전송기가, 안테나들의 제 2 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치까지 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 2 수신기에 전송하고;
전송기가, 안테나들의 제 2 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 2 수신기로부터 수신하는 것을 더 구비한
무선 전력 전송 방법.
- 제 1 항에 있어서,
전송기가, 다수의 안테나들의 제 1 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
전송기가, 안테나들의 제 1 그룹으로부터의 제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하고,
전송기가, 안테나들의 제 1 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
전송기가, 안테나들의 제 1 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하는 것을 더 구비한
무선 전력 전송 방법.
- 제 3 항에 있어서,
전송기가, 제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터와, 안테나들의 제 1 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호를 비교하고;
제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 2 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 1 그룹중의 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치로, 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 계속 전송하고;
제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 1 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 1 그룹중의 제 1 안테나로부터 전자 디바이스의 위치로, 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 계속 전송하는 것을 더 구비하는
무선 전력 전송 방법.
- 제 2 항에 있어서,
전송기가, 제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터와, 안테나들의 제 2 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호를 비교하고;
제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 2 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 2 그룹중의 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치로, 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 계속 전송하고;
제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 1 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 2 그룹중의 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치로, 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 계속 전송하는 것을 더 구비하는
무선 전력 전송 방법.
- 제 1 항에 있어서,
다수의 안테나들을 평탄 안테나, 패치 안테나 또는 다이폴 안테나인
무선 전력 전송 방법.
- 제 1 항에 있어서,
다수의 안테나들은, 900MHz, 2.5GHz, 또는 5.8GHz의 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는
무선 전력 전송 방법.
- 제 1 항에 있어서,
다수의 안테나들은, 수직 폴(pole), 수평 폴, 원형 편광, 좌측 편광, 우측 편광 또는 편광들의 조합을 포함하는 편광 또는 적어도 하나의 편광을 가지는
무선 전력 전송 방법.
- 제 1 항에 있어서,
전력 전송 신호는, 전자기파, 무선파, 마이크로파, 음향파, 초음파 및 자기 공진으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
무선 전력 전송 방법.
- 무선 전력 전송 시스템으로서,
전송기를 구비하고,
전송기는,
제 1 수신기에 결합된 제 1 전자 디바이스로부터, 제 1 전자 디바이스와 연계된 위치를 구비하는 제 1 통신 신호를 수신하고;
제 1 전자 디바이스에 다수의 안테나들을 할당하고;
다수의 안테나들 중 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하고,
제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하고;
제 2 수신기에 결합된 제 2 전자 디바이스로부터, 제 2 전자 디바이스에 연계된 제 2 위치를 구비한 제 2 통신 신호를 수신하고;
다수의 안테나들을 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분할하고;
다수의 안테나들의 제 1 그룹을 제 1 전자 디바이스에 할당하고, 다수의 안테나들의 제 2 그룹을 제 2 전자 디바이스에 할당하도록 구성되는
무선 전력 전송 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
전송기가,
다수의 안테나들의 제 2 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치까지 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 2 수신기에 전송하고;
안테나들의 제 2 그룹으로부터의 제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 2 수신기로부터 수신하고,
안테나들의 제 2 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치까지 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 2 수신기에 전송하고;
안테나들의 제 2 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 2 수신기로부터 수신하도록 추가 구성되는
무선 전력 전송 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
전송기가,
다수의 안테나들의 제 1 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
안테나들의 제 1 그룹으로부터의 제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하고,
안테나들의 제 1 그룹 중 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치까지 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 제 1 수신기에 전송하고;
안테나들의 제 1 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터를 제 1 수신기로부터 수신하도록 추가 구성되는
무선 전력 전송 시스템.
- 제 12 항에 있어서,
전송기가,
제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터와, 안테나들의 제 1 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호를 비교하고;
제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 2 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 1 그룹중의 제 1 안테나로부터 제 1 전자 디바이스의 위치로, 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 계속 전송하고;
제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 1 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 1 그룹중의 제 1 안테나로부터 전자 디바이스의 위치로, 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 계속 전송하도록 추가 구성되는
무선 전력 전송 시스템.
- 제 11 항에 있어서,
전송기가,
제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터와, 안테나들의 제 2 그룹으로부터의 제 2 전력 전송 신호를 비교하고;
제 1 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 2 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 2 그룹중의 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치로, 제 1 위상의 제 1 전력 전송 신호를 계속 전송하고;
제 2 전력 전송 신호에 기초한 전압 레벨 데이터가 제 1 전력 전송 신호보다 더 크다고 판정하면, 안테나들의 제 2 그룹중의 제 1 안테나로부터 제 2 전자 디바이스의 위치로, 제 2 위상의 제 2 전력 전송 신호를 계속 전송하도록 추가 구성되는
무선 전력 전송 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
다수의 안테나들을 평탄 안테나, 패치 안테나 또는 다이폴 안테나인
무선 전력 전송 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
다수의 안테나들은, 900MHz, 2.5GHz, 또는 5.8GHz의 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는
무선 전력 전송 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
다수의 안테나들은, 수직 폴(pole), 수평 폴, 원형 편광, 좌측 편광, 우측 편광 또는 편광들의 조합을 포함하는 편광 또는 적어도 하나의 편광을 가지는
무선 전력 전송 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
전력 전송 신호는, 전자기파, 무선파, 마이크로파, 음향파, 초음파 및 자기 공진으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는
무선 전력 전송 시스템.
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