KR20180040596A - 전력 및 데이터를 전송하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 1차 회로를 포함하는 전력 및 데이터 전송 장치는 에너지 소스(10), 적어도 한 쌍의 송신 전기자(100, 100'), 상기 에너지 소스(10) 및 적어도 하나의 전기자(100, 100')에 연결된 에너지 적어도 하나의 전력 송신기(12), 및 적어도 하나의 송신 전기자(100, 100')에 연결된 적어도 하나의 트랜시버(20)를 포함하고, 제 1 전기자(100)는 사용시 제 2 전기자(100')에 대해 다른 전위에 연결된다. 상기 트랜시버(20)는 전력 송전기(12)에 의해 전달된 전력과 무관하게 송신 전기자(100, 100')를 통해 데이터를 송수신하는데 사용하기 특히 적합하다.

Description

전력 및 데이터를 전송하는 방법 및 장치

본 발명은 전력을 하나 이상의 전기 부하에 전달하고, 동시에, 2개 이상의 장치들 간에 데이터를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 전기 부하 또는 부하는 데이터가 전달되는 장치 내부에 포함될 수 있거나, 내부 배터리를 기능 및/또는 충전시킬 수 있도록 전기적으로 공급되는 임의의 다른 별개의 전기 또는 전자장치에 삽입될 수 있다.

데이터의 교환을 필요로 할 수 있고 동시에 전력공급 및/또는 재충전될 수 있는 장치의 예는 휴대 전화기, 태블릿, 컴퓨터, 하드 디스크, 고체상태 메모리, 라우터 및 모뎀, 스위치, 액세스 포인트, 추적 장치, 키보드, 전자책, 비디오 카메라, 카메라, 위성 네비게이터, 텔레비전, 멀티미디어 또는 오디오 콘텐츠 재생시스템, 도킹 스테이션, 오디오 하이파이 플랜트, 홈 시어터, 마이크로폰 및 리코더, 디코더 및 위성 수신기, 라우드스피커 및 레코드 플레이어, 헤드폰, 기상 스테이션, 디지털 프레임, 스마트와치와 같은 웨어러블 장치, 드론, 프린터, 모니터 및 디스플레이, 스캐너, 게임 콘솔을 포함한다.

데이터 교환 시스템 및 전력의 전송을 필요로 할 수 있는 장치의 다른 예는 생의학 분야에서 진단 시스템용 장치, 예를 들어, 혈압 측정용 장치, 병변진단 및 치료를 위한 기구, 심박동기, 인퓨저, 이식형 세동 제거기와 같은 이식형 장치 및 그 밖의 다른 많은 장치에서 발견될 수 있다.

전력 및/또는 재충전될 필요가 있을 수 있는 장치의 예는 조명 시스템, 예를 들어 LED 조명 시스템; 에너지의 축적 및 저장 시스템, 예를 들어 전력 뱅크, 배터리 및 저장장치; 블렌더(blender), 주방기구, 커피 머신, 마이크로파 오븐 및 전기 오븐, 슬라이서, 빵 및 파스타 머신, 주서기, 진공청소기와 같은 전기 가전장치 및 집청소용 기타 시스템; 스케일, 전동칫솔과 같은 구강 위생용 개인건강관리 시스템, 면도기, 전기면도기, 이발기를 포함한다. 일반적으로 데이터 연결을 필요로 하지 않는, 장치의 마지막 상기 카테고리는 여하튼 간단하고 경제적으로 데이터를 교환할 가능성에 의해 개선될 수 있음이 강조된다.

한동안 부하로의 전력 전달이 알려져 왔고, 가장 널리 사용되는 방안들 중 하나는 예를 들어 공통 전기 분배 그리드에 의해 발생된 교류(AC)를 부하에 전력을 공급하는데 적합한 연속 전압(DC)로 변환시킬 수 있는 AC/DC 컨버터를 사용하는 것이다. 피공급 부하는 예를 들어 통상적인 와이어 연결을 통해 AC/DC 컨버터에 직접 연결될 수 있다. 더 큰 실행가능성을 위해, 적절한 형태를 갖는 전기 컨택트의 기계 시스템, 가령 컨버터에 연결되고 부하에 연결된 해당 전기 컨택트와 접촉하게 배치될 수 있는 도전 플레이트, 전기 커넥터 또는 컨택트에 의해 전력을 공급받는 부하와 AC/DC 컨버터 간에 연결이 이루어질 수 있다. 이러한 컨택트 시스템은 일반적으로 컨택트들과 전위가 다른 곳에 있는 적어도 두 지점들 간에 갈바닉 연결을 보장하는 동시에 단락을 항상 방지하도록 하는 기하학적 형태를 이용해 제조된다.

전기 전압으로부터 시작하여 부하에 전력을 전달하기 위한 다른 공지된 타입의 방안은 가령 전송 시스템과 수신 시스템 간의 유도성 또는 용량성 결합을 기초로 한 무선 에너지 전송 시스템을 이용하는 것으로, 상기 전송 시스템은 충전장치 상에 위치한 반면, 상기 수신 시스템은 전력 공급/재충전되는 사용자 장치 상에 위치되며, 상기 사용자 장치는 충전장치와 분리되고 별개이다.

유도성 결합에 기초한 시스템의 분야에 있서, 예를 들어 릴 또는 나선형 형상을 갖는 송신 안테나가 통상적으로 사용되며, 수신 안테나는 전력을 공급받는 사용자 장치 상에 위치해 있다. 이런 식으로, 1차 회로와 2차 회로 간에 갈바닉 연결이 없더라도, 다양한 형태의 전기 및 전자 장치에 전력을 제공하는 것이 가능하다.

전력을 전달하기 위한 또 다른 공지된 타입의 방안은 정전용량성 결합에 기초한 시스템을 포함한다. 이 경우, 예를 들어, 전기자를 수용하고 따라서 적어도 2개의 전기 커패시턴스를 구성하는 것처럼 대면한 유전체 재료에 의한 환경으로부터 분리된 도전성 영역으로 이루어지는 송신 전기자가 사용된다. 유입구에 전압파를 전기 커패시턴스에 인가함으로써, 전력이 송전될 수 있다. 전압파를 공급받는 각 전기 커패시턴스는 사실상 임피던스로 간주될 수 있어, 보다 충분히 높은 전압파 주파수로 및/또는 충분히 큰 전기적 커패시턴스에 의해 및/또는 충분히 높은 진폭의 전압파에 의해, 전기 커패시턴스 결합으로부터 출력시 충분히 큰 전압파를 부하에 이점적으로 공급할 수 있다.

정전용량 결합 원리에 따른 전원 및/또는 무선 재충전 시스템을 구현하기 위해, 사용자 장치에 설치되는 각각의 커패시턴스의 제 1 전기자가(가령, 휴대폰, 컴퓨터, 텔레비전 등에) 제공되고 각각의 커패시턴스의 제 2 전기자가 적절한 공급면을 정의하는 공급장치에 설치되는 것이 이점적이다. 이런 식으로, 사용자 장치를 공급자 장치 측에 위치시킴으로써 또는 그 반대로, 각각에 설치된 전기자들이 전기 에너지의 상술한 결합 및 전송 커패시턴스를 방출한다.

전기자가 일체형 부품, 즉 커패시터에 통합되어야 하면, 2차 회로가 상기 커패시터로 인해 1차 회로로부터 갈바닉적으로 절연된 AC DC 또는 DC DC 전압 컨버터로서 효과적으로 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 정전용량 시스템에 의한 고성능을 얻기 위해, 송신 전기자에 인가된 전압의 전압을 상당히 증가시키고/증가시키거나 전기자의 면적을 증가시키고/증가시키거나 전기자에 충분히 높은 진폭의 전압 파형을 인가하는 것이 일반적으로 필요하다.

전기자의 영역은 일반적으로 사용자 장치의 기하학적 구조 및 공급 장치의 공급 표면적에 제한되거나, 일체형 커패시터의 경우, 안전상의 이유로 커패시턴스는 종종 임의의 최종 일시적인 전압 피크에 의해 2차 회로의 절연부에 연결되게 지시되며, 가령 동작시 고전압이 필요한 변압기로 인해, 전압 진폭의 대폭적 증가뿐 아니라 시스템의 크기 및 비용의 증가가 안전 문제를 결정하기 때문에, 정전용량성 시스템에서 고성능을 얻는 최상의 방법은 송신 전기자에 적용되는 전압파의 주파수를 상당히 증가시키는 것이다.

이러한 결과를 획득하는 극히 유리한 방법은 근접-공진 또는 전체 공진 레이아웃에 따라 구현된 전기회로를 사용하는데 있으며, 상기 회로에서 회로 토폴로지 및 파일럿 시스템으로 스위치에서 동적 누출(dynamic leaks)이 최소화되거나 거의 완전하게 제거될 수 있어, 이에 따라 높은 스위칭 주파수 및 낮은 누출이 가능해진다. E, F 또는 E/F 급 진폭기들의 적절한 변형으로부터 또는 여하튼 공진회로나 준-공진 회로의 사용으로부터 이런 목표를 이점적으로 획득한 무선회로의 카테고리가 도출된다.

이러한 무선 공급/재충전 시스템의 일예는, 예를 들어, 2013년 10월 10일자로 출원된 WO 2002/0150352에 공개된 국제특허출원에 개시되어 있다.

송신 및 그에 따른 데이터의 교환과 관련해, 공지된 타입의 광범위하게 사용되는 방안들은 커버되는 거리, 비용, 소모량 및 통과대역의 관점에서 성능이 서로 다른 케이블 연결(예를 들어, USB, HDMI, 이더넷, 파이어와이어, 썬더볼트 등) 또는 무선 연결(예를 들어, Wi-Fi, 블루투스, RF, 지그비, UWB 등)을 포함한다.

실제로, 다른 데이터를 전송하기 위한 유도결합에 기초하여, 예를 들어, Qi 무선 배터리 충전기와 같은 공지된 타입의 무선 에너지 전송 시스템을 사용할 수 있다. 이러한 시스템을 변경함으로써, 공급과는 별개로, 또한 단순한 정보, 즉, 제한된 양의 데이터, 가령 충전 및/또는 공급의 상태에 대한 정보, 장치 및 칩셋의 ID 번호, 스타트-업(start-up) 정보, 일시정지, 충전 및/또는 공급 제어하기에 대한 정보를 전송할 수 있으나, 이들은 더 복잡한 데이터 패키지를 전송하는데 사용될 수 있다.

이러한 알려진 시스템들의 주요 단점 중 하나는 특히 송수신 인덕턴스들의 크기로 표현된다. 충분한 전력을 송전하기 위해, 이들 요소는 전형적으로 높은 인덕턴스 값을 가지므로, 상기 데이터 전송은 필수적으로 극히 작은 통과대역에 제한된다.

본 발명의 목적은 상술한 제한을 향상시키는 것으로, 보다 상세하게는 특히 양방향 교환으로 전력의 송전과 동시에 및 별개로 높은 통과대역을 갖는 데이터의 전송을 가능하게 하는 정전용량식 전력 전송 방법 및 장치를 구현하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수의 장치들에 동시에 전력공급할 수 있고, 동시에 2개 이상의 장치들 간에 데이터 전송을 가능하게 하는 정용량성 결합에 의한 에너지의 무선 전송을 위한 방법 및 장치를 구현하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대표적으로 데이터 교환 시스템을 필요로 하지 않는 이들 장치가 그 성능 및 특성을 개선할뿐만 아니라 진단, 모니터링 및 제어에 유용한 데이터를 전송하기 위한 장치 및 방법을 사용할 수 있는 식으로 간단하고 경제성이 있는 상술한 바와 같은 방법 및 장치를 구현하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 유지하기 쉽고 관리가 간단하며 제조하기에 경제적인 적절한 양의 공간을 차지하는 전력 및 데이터의 전달을 위한 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전력 송전장치는 에너지 소스를 포함한 1차 회로, 적어도 한 쌍의 송신 전기자, 에너지 소스 및 적어도 하나의 송신 전기자에 연결된 적어도 하나의 전력 송전기, 및 송신 전기자 중 적어도 하나에 연결된 적어도 하나의 트랜시버를 포함하고, 전기자 중 제 1 부는 사용시 전기자 중 제 2 부에 대해 전위차에 연결되며, 트랜시버는 특히 전력 송전기에 의해 송전된 전력과 별개로 송신 전기자를 통해 데이터를 송수신하는데 사용하기 적합하다.

이 방안으로, 전력 송전기에 의해 발생된 전력을 전송하고 트랜시버에 의해 생성 및/또는 수신된 데이터 신호를 동시에 그리고 별개로 송수신할 수 있다.

본 발명의 다른 태양으로, 장치는 1차 회로의 각각의 송신 전기자에 각각 인접 배치된 적어도 한 쌍의 수신 전기자, 수신 전기자에 연결된 부하, 및 수신 전기자에 연결된 트랜시버를 포함한 2차 회로를 구비하고, 상기 트랜시버는 전력 전송과 별개로 수신 전기자를 통해 데이터를 송수신하는데 사용하기 특히 적합하다.

이 방안으로, 1차 회로에서 2차 회로로의 전력 송전에 대해 별개로 또한 동시에 1차 회로와 2차 회로 간에 데이터 교환을 달성할 수 있다.

본 발명의 제 1 태양으로, 1차 회로는 전력 송전기와 송신 전기자 중 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 인덕턴스와, 상기 전력 송전기와 상기 송신 전기자 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 인덕턴스; 및 트랜시버의 헤드와 송신 전기자 중 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 커패시터를 더 포함하고, 상기 인덕턴스들은 트랜시버의 상류에 위치된다.

본 발명의 다른 태양으로, 1차 회로는 트랜시버의 다른 헤드와 송신 전기자 중 다른 하나 사이에 배치된 제 2 커패시터를 더 포함한다.

이 방안으로, 본 발명의 장치의 1차 회로의 성능이 최적화될 수 있다.

본 발명의 다른 태양으로, 2차 회로는 부하와 송신 전기자 중 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 인덕턴스와, 상기 부하와 수신 전기자 중 다른 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 인덕턴스; 및 상기 트랜시버와 상기 수신 전기자 중 하나 사이에 배치된 적어도 제 1 커패시터와, 상기 트랜시버와 상기 수신 전기자 중 다른 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 커패시터를 더 포함하고, 상기 인덕턴스들은 트랜시버의 하류에 위치된다.

이 방안으로, 전련 송전 시스템 및 데이터 교환 시스템은 부하, 발전기, 및 트랜시버의 임피던스 특징에 무관하게 별개로 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 태양으로, 전력 송전기는 사용시 상기 에너지 소스에 연결된 적어도 하나의 인덕턴스; 일측이 상기 인덕턴스에 연결되고, 타측이 상기 에너지 소스에 대해 낮은 전위에 연결된 적어도 하나의 커패시터; 및 일측이 콘덴서와 병렬로 상기 인덕턴스에 연결되고, 타측이 에너지 소스에 대해 낮은 전위로 연결된 적어도 하나의 스위치를 더 포함한다.

이 방안으로, 데이터 교환 시스템과 전력 송전 간의 상호작용을 방지하는 시스템 아키텍처로 인해 데이터 교환 시스템의 소비를 무시할 수 있게 유지하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 태양으로, 각 트랜시버는 데이터 수신회로 및 데이터 전송회로를 포함하고, 각 데이터 전송회로의 출력부와 각 데이터 수신회로의 입력부는 각각의 제 1 커패시터에 연결되고, 각각의 제 2 커패시터는 데이터 기준 전압에 연결된다.

이 방안으로, 본 발명의 장치를 다른 많은 변조 시스템들에 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 태양으로, 2차 회로는 제 1 인덕턴스와 부하 사이의 노드에 일측이 연결되고, 스위치에 타측이 연결된 커패시터를 더 포함하고, 상기 스위치는 상기 제 2 인덕턴스와 상기 부하 사이의 노드에 연결된다.

본 발명의 다른 태양으로, 2차 회로는 부하에 연결된 정류 스테이지를 더 포함한다.

이 방안으로, 장치는 AC/DC 컨버터 및 무선 전송 시스템으로서 동시에 기능 할 수 있다.

본 발명의 다른 태양으로, 서로 근접 배치된 적어도 하나의 송신 전기자 및 적어도 하나의 수신 전기자로 구성된 각 전기자 쌍은 단일 일체형 커패시터의 구성 부분이다.

본 발명의 다른 태양으로, 1차 회로가 다층면의 내부에 삽입된다.

본 발명의 다른 태양으로, 다층면은 하나 이상의 송신 전기자, 필요한 공급 전압, 기준 전압 및 데이터 연결 전압을 장치에 공급하는데 사용하기 특히 적합한 하나 이상의 층, 및 전력 송전기, 인덕턴스, 커패시터 및 트랜시버 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 층을 포함하는 적어도 하나의 층을 구비한다.

이 방안으로, 장치는 매우 얇은 표면에 삽입될 수 있으며, 이는 국부적인 손상의 경우에도, 원하는대로 절단되고 항상 기능할 수 있다.

상술한 목표를 달성하기 위해, 전력 및 데이터를 전송하는 방법은 에너지 소스, 적어도 한 쌍의 송신 전기자, 상기 에너지 소스 및 적어도 하나의 상기 송신 전기자에 연결된 적어도 하나의 전력 송전기, 상기 송신 전기자 중 적어도 하나에 연결된 적어도 하나의 트랜시버를 포함하는 적어도 하나의 1차 회로를 사전배치하는 단계; 적어도 한 쌍 수신 전기자, 상기 수신 전기자 중 적어도 하나에 연결된 부하 및 상기 수신 전기자 중 적어도 하나에 연결된 트랜시버를 포함하는 적어도 하나의 2차 회로를 사전배치하는 단계; 상기 전기자들 간의 정용량성 타입의 결합을 결정하기 위해 상기 1차 회로의 송신 전기자에 근접해 상기 2차 회로의 수신 전기자를 배열하는 단계; 상기 적어도 한 쌍의 전기자를 통해 상기 1차 회로의 트랜시버로부터 상기 2차 회로의 트랜시버 및/또는 그 반대로 데이터를 전송하는 단계; 및 데이터 전송과 별개로 적어도 한 쌍의 전기자를 통해, 1차 회로의 트랜시버로부터 2차 회로의 부하로 전력을 전달하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 1차 회로에 복수의 송신 전기자, 복수의 전력 송전기 및 복수의 트랜시버를 사전배치하는 단계; 전력 및 데이터 각각의 전달을 가능하게 하기 위해 상기 1차 회로의 각각의 전력 송전기 및 트랜시버를 통해 수신 전기자에 근접 배치된 상기 송신 전기자를 여기시키는 단계; 및 전력 및 데이터 각각의 전달을 가능하게 하기 위해 상기 1차 회로의 각각의 전력 송전기 및 트랜시버를 통해 수신 전기자에 근접 배치된 상기 송신 전기자를 여기시키는 단계를 더 포함하고, 각각의 송신 전기자는 인덕턴스를 통해 적어도 하나의 각각 및 별개의 전력 송전기에 연결되며, 적어도 하나의 송신 전기자는 커패시터를 통해 적어도 하나의 각각 및 별개의 트랜시버에 연결된다.

이 방안으로, 무선 전송 시스템은 매우 기능적이고, 경제적이며, 슬림하고, 신속하고 효율적이며 대용량의 전기 부하에도 전력을 공급할 수 있는 전력 및 신호용으로 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 태양으로, 하나 이상의 상기 전송 전기자는 시간에 따라 가변적인 전압파로 선택적으로 여기되고, 하나 이상의 다른 전송 전기자는 상기 제 1 전압파와 다른 제 2 전압파로 선택적으로 활성화된다.

이 방안으로, 수신 전기자는 전반적으로 활성 면상의 수신 장치의 위치에 무관하게 정전용량성 무선 전송에 의해 효과적으로 부하에 전력을 공급할 수 있는 시간가변 전압을 수신한다.

본 발명의 다른 태양은 송신 전기자에 연결된 각각의 전력 송전기의 내부에, 한 쌍의 스위치를 사전배치하는 단계; 및 간헐적인 신호로 상기 스위치를 활성화시킴으로써 생성된 전압파에 의해 하나 이상의 다른 송신 전기자를 선택적으로 활성화하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 송신 전기자에 연결된 각각의 전력 송전기 내부에, 에너지 소스에 연결된 인덕턴스, 일측이 상기 인덕턴스에 연결되고 타측이 기준 전압에 연결된 커패시터, 및 상기 커패시터와 상기 인덕턴스의 노드에 연결된 스위치를 사전배치하는 단계; 제 1 간헐속적 신호로 제 1 수신 전기자에 근접 배치된 하나 이상의 송신 전기자에 연결된 각각의 전력 송전기의 스위치를 활성화시키는 단계; 및 상기 제 1 간헐적 신호에 대해 반대 위상인 제 2 간헐적 신호로 제 2 수신 전기자에 근접 배치된 하나 이상의 송신 전기자에 연결된 각각의 전력 송전기의 스위치를 활성화시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 태양으로, 제 2 신호는 일정한 신호이거나 제 1 간헐적 신호에 대해 위상이 다른 신호이다.

본 발명의 다른 태양은 각각의 트랜시버 내부에, 데이터 수신회로와 데이터 전송회로를 사전배치하는 단계; 전혀 영향 없이 전력파에 데이터 전압을 겹치며, 2개의 전압 레벨 사이에 파를 변조함으로써 데이터 전송회로를 선택적으로 활성화시키는 단계를 더 포함한다.

이 방안으로, 장치는 양방향 전송 모드를 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 각각의 트랜시버 내부에, 데이터 수신회로와 데이터 전송회로를 사전배치하는 단계; 및 2차 회로의 송신회로에 의해 부과된 전압만 판독함으로써 1차 회로의 수신회로가 1차 회로의 송신회로에 의해 설정된 전압과 구별되고, 1차 회로의 송신회로에 의해 부과된 전압만 판독함으로써 2차 회로의 수신회로가 2차 회로의 송신회로에 의해 부과된 전압과 구별되도록 1차 회로의 각 트랜시버와 2차 회로의 각 트랜시버에서 다른 공급 전압 레벨, 1차 및 2차 회로를 이용하는 단계를 더 포함한다.

이 방안으로, 장치는 외부 장치와 풀-듀플렉스 데이터 교환 통신을 수행함과 동시에 이에 전력을 전송할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 1차 회로의 각 트랜시버와 2차 회로의 각 트랜시버에서 다른 공급 전압 레벨 이용하는 단계; 1차 회로 또는 2차 회로의 트랜시버 중 하나에 데이터 전송회로를 공급하는 단계; 1차 회로의 송신기와 1차 회로의 수신기 간에 임피던스를 판단하는 단계; 1차 회로의 송신기와 2차 회로의 수신기 간에 임피던스를 판단하는 단계; 2차 회로의 송신기와 1차 회로의 수신기 간에 임피던스를 판단하는 단계; 1차 회로의 송신기와 2차 회로의 수신기 간에 임피던스를 판단하는 단계; 및 데이터 전송회로가 송신기와 수신기 간에 결정된 임피던스와 2차 회로의 수신회로에 대한 전압 레벨 간의 차를 기초로 하는 데이터를 전송하는지 결정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 첨부도면을 참조로 예로써 주어진 하기의 설명으로부터 더 완전히 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 및 데이터를 전달하는 장치의 일실시예의 회로도이다.
도 2는 재충전 및 무선 데이터 교환 베이스 및 전자장치를 구비한 본 발명의 가능한 구현의 개략 사시도이다.
도 3은 복수의 장치들이 공급되고 상호연결된 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 회로도이다.
도 5는 전력의 송전기에 대한 특정 참조를 갖는 도 4의 실시예의 회로도이다.
도 6은 트랜시버에 대한 특정 참조를 갖는 도 5의 실시예의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 회로도이다.
도 8은 도 7의 회로도에 따른 본 발명의 가능한 구현의 개략 평면도이다.
도 9 및 도 10은 전력 송전기에 대한 특정 참조를 갖는 도 7의 실시예의 회로도이다.
도 11은 도 7의 회로도에 적용되는 도 6의 트랜시버의 부분 회로도이다.
도 12는 2차 회로의 다른 실시예의 부분 회로도이다.
도 13은 본 발명의 가능한 구현의 부분도이다.

도 1을 참조하면, 전력 및 데이터를 전달하기 위한 장치는 전기에너지(10)의 소스, 예를 들어, 적어도 제 1 쌍의 도전성 송신 전기자(100,100')를 여기시킬 수 있는 전력 송전기(12)에 연결된 전압 발생기를 포함하는 1차 회로를 포함하며, 전압은 시간에 걸쳐 고주파로, 가령 kHz, MHz 또는 GHz 크기로 변할 수 있다. 1차 회로는 적어도 송신 전기자(100,100')를 스트래들링하는 식으로 배열된 하기에서 또한 트랜시버라고도 하는 무선 주파수(RF) 트랜시버 회로(20)를 더 포함한다. 트랜시버 회로(20)는 사용시 상기 전력의 전달 시스템과 별개로, 상기 회로에 전기자(100,100')를 통과하는 고주파 전기신호를 주입할 수 있다.

본 장치는 전체적으로 적어도 한 쌍의 정전용량을 구성하는 송신 전기자(100,100') 부근에 배치된 한 쌍의 수신 전기자(200,200')를 포함하는 2차 회로를 더 포함하며, 상기 정전용량을 통해, 공급 전압의 함수, 여기 주파수 및 정전용량의 기하학적 및 유전학적 특성으로서, 2차 회로 내부에 배치된 부하(18)에 정전용량식 결합에 의해 전력을 전달할 수 있다.

본 명세서 및 하기에서, "부하(load)" 또는 "부하들(loads)" 라는 용어는 그 기능을 수행하기 위해 전기 에너지를 흡수하는 임의의 전기소자, 부품, 회로, 장치, 장비 또는 장치를 의미하기 위해 사용되는 것으로 인식된다,

상기 2차 회로는 수신 전기자(200,200')를 스트래들링하게 배치된 적어도 하나의 무선 주파수(RF) 트랜시버(22)를 더 포함한다. 이 구성으로, 도전성 송신 전기자(100,100')와 트랜시버(20)를 포함한 1차 회로 및 도전성 수신 전기자(200,200')와 트랜시버(22)를 포함한 2차 회로 간에 데이터 교환을 1차 회로에서 2차 회로로 전력의 전달에 대해 별개로 그리고 동시에 달성할 수 있다,

당연히 무선-주파수 트랜시버(20,22)로의 공급은 1차 및/또는 2차 회로에 대해 각각 별개이거나 공통일 수 있다.

또한, 특히 이점적인 특징에 따르면, 전력 송전기(12) 및 부하(18)는 트랜시버들(20,22)로부터 흡수하는 전력을 최소화하도록 이와 같이 구성되어야 한다. 즉, 신호의 과도한 누출 및 약화를 방지하면서 한 트랜시버에서 다른 트랜시버로 신호를 전송하기 위해 충분한 전력을 분배하도록 하는 크기로 설정되어야 한다.

특히, 트랜시버(20,22)의 전력은 전력 송전기(12) 및 부하(18)가 일반적으로 전력 회로보다 훨씬 더 높은 작동 주파수를 갖는 트랜시버의 신호가 전력의 송수신회로의 부품들에 의해 흡수되는 것을 방지하는 저역통과 필터를 구성하도록 충분히 큰 유도 성분을 가질 경우 특히 낮아질 수 있다.

상기 커패시턴스들이 이산 커패시터들로 구성될 경우, 이에 따라 구성된 회로는 절연 전압 컨버터(예를 들어, AC/DC, 스텝-다운 벅(step down buck)의 DC/DC, 부스트 또는 벅 부스터 타입)의 형태를 가정한다. 데이터 교환 시스템은 또한 시스템의 출력 전압을 제어하는데 유용한 역동작을 보장하고, 1차 회로 및 2차 회로 간에 갈바닉 절연을 보장하며 동시에 더 고가이거나, 신뢰가 더 낮거나, 가령 1차 회로와 2차 회로 간에 절연을 보장하는 광절연 송신기 또는 또 다른 피드백 신호 전송 시스템과 같이 여하튼 매우 많은 부품들을 갖는 추가 데이터 교환 시스템의 필요를 방지하기 위해 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들 중 하나에 따르면, 상기 송신 전기자(100, 100')는 수신 전기자(200,200')에 대하여 물리적으로 별개의 장치 상에 위치된다. 이 경우, 상기 장치는 1차 회로, 즉 전기 에너지(10) 소스, 도전성 송신 전기자(100,100'), 및 트랜시버(20)를 포함한 공급장치와 2차 회로, 즉, 도전성 수신 전기자(200,200'), 트랜시버(22) 및 부하(18)를 포함한 사용자 장치를 구비한다.

공급장치는 예를 들어, 전용 케이싱이 제공된 독립형 물체로서 구현될 수 있거나, 예컨대, 책상, 테이블, 벽, 게시판, 장갑 수납칸, 바닥 및 그외 기타와 같이 기존 구조물에 통합되거나 적용될 수 있다,

사용자 장치는 데이터의 동시 교환을 필요로 하고 본 명세서의 전문에 언급된 바와 같이 단지 공급 및/또는 재충전되는 게 필요한 이들 장치들 중 하나일 수 있다.

이 실시예에서, 시스템은 하나 이상의 전기 및 전자 장치의 무선 및 논-갈바닉으로 연결된 전원, 및 공급 상태 및 변수에 대한 서비스 정보, 장치의 식별번호, 또는 전력의 동시 송전에 관한 기타 정보를 전송하는데 유용한 장치로 구성된다.

다른 한편으로, 시스템은 또한 전력 전달에 대해 별개로 데이터를 전송할 수 있고, 상기 시스템은 모두 무선으로 2이상의 장치들 간에 양방향으로 상당량의 정보를 전달하는데 유용한 올바르고 적절한 시스템 및 슬림하고 컴팩트하며 안전하고 경제적인 시스템으로 구성된다.

본 발명의 장치는 다양한 이점, 특히 저가의 대형 면적에 대한 확장가능성, 더 슬림한 두께, 높은 에너지 효율 및 공통의 유도성 안테나에 대해 이론상 통과대역 제한이 없을 가능성을 제공한다: 커패시터의 임피던스가 주파수 증가로 감소되기 때문에, 정전용량식으로 결합된 결합장치들 간에 데이터 교환 속도에 이론상 제한이 없다. 동일한 정전용량 결합은 동시에 효율적으로 안전하게 고출력 전송을 보장하며 전력 송전기에 결합된 하나 이상의 장치들의 무선 공급 시스템으로서 기능한다.

특히 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예들 중 하나는, 예를 들어, 비제한적으로 실질적으로 평평하거나 여하튼 슬림한 형상을 갖는 하우징 요소, 바람직하게는 도 1에서 상술되고 도시된 바와 같이, 적어도 한 쌍의 송신 전기자(100,100') 및 상기 2개의 전기자들 간에 스트래들링식으로 위치된 트랜시버(20)에 연결된 고주파를 생성할 수 있는 전력 송전기(12)가 내부에 배치된 베이스(30)를 포함한다. 베이스(30)는 공급장치와 기능적으로 동일하다.

사용시, 예를 들어 전화기(32), 태블릿, 컴퓨터 또는 다른 사용자 장치와 같은 다양한 장치가 베이스(30)에 안착될 수 있다, 베이스(30)는 전기 에너지(10)의 소스에 연결되어 있다, 예를 들어, 상기 베이스에는 와이어에 의해 저전압, 고전압 AC 또는 DC가 공급될 수 있거나, 무선공급 시스템에 의해 공급될 수 있거나, 에너지 축적기를 내부에 포함할 수 있고, 유무선을 통해, 예를 들어, USB, 이더넷, Wi-Fi, 블루투스 등에 국한되지 않는 데이터 전송시스템에 연결될 수 있다.

사용시, 베이스(30)상에 장치(32)를 안착, 근접 또는 배치함으로써, 상기 베이스(30)의 송신 전기자(100,100')와 상기 장치(32)의 수신 전기자(200,200') 간에 정전용량성 타입의 결합이 정해지므로, 장치(32)의 공급 및/또는 재충전 및 동시에 베이스(30)와 장치(32) 간에 고속 데이터 전송을 가능하게 한다. 실제로, 장치(32)는 수신 전기자(200,200'), 적어도 하나의 피공급 부하(18) 및 상기 수신 전기자(200,200') 간에 스트래들링 식으로 위치된 트랜시버(22)를 포함한다.

본 발명의 몇가지 특히 이점적인 특징에 따르면, 베이스(30)는 간단히 상기 베이스(30) 상에 놓음으로써 예를 들어 전화기, 하드 디스크, 태블릿, 카메라와 같은 장치(32)와 예를 들어 컴퓨터와 같은 호스트 장치 간에 무선으로 고속으로 데이터를 교환하고 동시에 장치(32)를 충전 및/또는 전력공급하기 위한 또 다른 호스트의 컴퓨터를 향한 브릿지로서 기능할 수 있다. 또한, 베이스(30)는 호스트일 수 있고, 대용량 메모리, 가령 로컬 하드 디스크 또는 네트워크 NAS, 이더넷용 브릿지, Wi-Fi 또는 블루투스 연결, 전화 네트워크 및 ADSL, GSM, GPRS, HSPA, LTE 또는 베이스(30)를 다른 케이블 또는 무선 네트워크에 연결하기 위한 기타를 포함할 수 있고, 이동성 중에도 기능할 수 있도록 예를 들어 리튬 배터리와 같은 에너지 저장 시스템을 포함할 수 있다.

당연히, 베이스는 다른 포맷 및 치수로 제조될 수 있으므로, 컴퓨터, 태블릿, ebook 및 이와 유사한 장치와 같은 다른 장치를 지원, 전력공급 및 무선 연결하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 베이스는 미적 외관을 바꾸지 않은 채 임의의 표면을 지능형 충전 및 데이터 교환 시스템으로 변환시키도록 테이블, 책상, 가구 물품, 바닥 또는 기타 표면에 통합될 수 있다.

특히 도 3에 도시된, 본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시예에서, 베이스(30)는 복수의 장치(32, 32')를 동시에 전력공급하기 위해 병렬로 복수의 1차 송신회로를 수용할 수 있다. 베이스(30)는 내부에 수용될 수 있는 전기에너지 소스(10)에 의해 전력공급되고, 고주파수에서 시간에 따라 가변적인 전압(예를 들어, kHz, MHz 또는 GHz 단위)으로 적어도 하나의 제 1 도전성 송신 전기자(100,100') 쌍을 각각 여기시킬 수 있는 하나 이상의 전력 송전기(12)에 연결된다. 베이스는 전력 전송시스템과 별개로 데이터를 교환하는데 유용한 고주파 전기신호를 회로에 주입함으로써 각각 송신 전기자(100, 100') 중 2개에 각각 연결된 2개의 트랜시버기(20, 20')를 더 포함한다.

2개의 트랜시버(20,20')는 바람직하게는, 반드시 그럴 필요는 없으나, 무선 정전용량 결합에 의해 베이스(30)에 놓인 모든 장치(32,32')를 상호 연결하는데 유용하고 장치들 간에 네트워크 및 별개이며 빠르고 무선인 재충전 시스템을 구현하는 트랜시버(40)의 단일 관리 시스템에 연결될 수 있다.

각 장치는 적어도 한 쌍의 수신 전기자(200,200'), 부하(18) 및 적어도 트랜시버(22)를 각각 포함하는 2차 회로를 당연히 포함한다.

본 출원인에 의해 수행된 테스트는, 특히, 도 1 및 3에 도시된 회로의 성능을 최적화할 수 있는 방법을 제시하였다. 특히, 부하(18)가 데이터 전송 시스템의 기능 주파수에 대해 높은 임피던스, 가령 유도 부하(inductive load)를 가질 때 최상의 결과를 얻었고, 전력 송전기(12)는 데이터 전송시스템의 기능 주파수에 대해 높은 임피던스를 가지며, 트랜시버(20,22)는 전력 송전기(12)의 전송 시스템의 기능 주파수에 대해 높은 임피던스를 갖는다.

이러한 결과에 비추어, 도 4에 도시되어 있고 도 3의 실시예와 유사하게 확장될 수 있는 본 발명의 실시예들 중 하나는 본 명세서에 합체되어 있는 도 1의 회로에 대해 상술한 것 이외에 또한 한 쌍의 인덕턴스(50,50')를 포함하며, 상기 인덕턴스는 각각 전력 송전기(12) 및 1차 회로에서 송신기(12)에 의해 발생된 전기적 전력 흐름을 따라 트랜시버(20)의 상류에 있는 도전성 송신 전기자(100,100') 중 하나 간에 연결되어 있다. 마찬가지로, 한 쌍의 인덕턴스가 부하(18)에 의해 수신된 전력 흐름을 따라 트랜시버(22)의 하류에서 부하(18) 바로 전에 제 2 회로(52,52')에 삽입된다.

또한, 한 쌍의 커패시터(54,54')는 1차 회로에서 트랜시버(20)와 송신 전기자(100,100') 간에 트랜시버(22)와 수신 전기자(200,200') 간에 개재되어 있고, 한 쌍의 커패시터(56,56')는 2차 회로 상에 모든 소형 용량으로, 예를 들어, pF, 수십 또는 수백 pF로 개재되어 있다.

이러한 회로 레이아웃은 상당한 이점을 제공하는데, 그 중에, 예를 들어 전력 송전기(12)의 전송 시스템의 통상적인 동작 주파수에서, 전형적으로, 수백 kHz 내지 수백 MHz에서, 1차 회로(52, 52') 및 2차 회로의 인덕턴스(50, 50')는 작은 영향만 미칠 수 있거나 전력 전송 시스템의 통합부일 수 있어, 1차 회로의 송신 전기자(100)와 2차 회로의 수신 전기자(200)를 측면 접촉시킴으로써 형성된 정전용량과 함께, 또는 회로의 다른 리액티브 부품들과 함께 공진 또는 거의 공진을 생성 또는 촉진시킨다는 사실이다.

또한, 전형적으로 GHz 또는 수십 GHz 또는 여하튼 전력 전송시스템보다 훨씬 더 큰 주파수의 데이터 교환 트랜시버들(20,22)의 전형적인 동작 주파수들에서, 1차 회로의 인덕턴스(50,50') 및 2차 회로의 인덕턴스(52,52')는 개방 회로를 구성하므로, 따라서, 전력 송전기(12) 또는 부하(18)에 데이터 신호의 전력 누출을 각각 방지한다.

또한, 무선 전력 전송시스템의 전형적인 동작 주파수에서, 트랜시버(20,22)를 주 분기로부터 각각 분리시키는 소형 커패시턴스(54, 54' 및 56, 56')가 개방회로, 즉, 절연 커패시턴스를 구성해, 전력 송전기(12)에서 부하(18)로 송전되는 전력이 또한 트랜시버(20,22)로 또한 소산되는 것을 방지한다.

마지막으로, 무선 데이터 전송 시스템의 전형적인 동작 주파수에서, 상기 소형 캐패시턴스(54, 54' 및 56, 56')는 단락 회로를 구성하는데, 이는 상기 트랜시버(20,22)에 의해 전송된 데이터 신호가 상기 메인 송신 전기자(100) 및 상기 수신 전기자(200)에 각각 주입되어 마주보는 트랜시버에 도달하게 할 수 있다.

요약하면, 상술한 구성은 부하(18)의 임피던스 특성, 발전기(12), 및 트랜시버(20,22)와 무관하게 전력 전송 시스템 및 데이터 교환 시스템이 별개이게 하고, 송신 전기자(100,100')가 수신 전기자(200,200')로, 이에 따라 전체 2차 회로에 전력 및 데이터를 동시에 전송하게 하며, 마지막으로 최소 소비로 최대 동작 속도 및 데이터 전송을 보장하도록 에너지의 누출을 막고 트랜시버(20,22)를 치수화할 수 있게 한다.

도 5 및 사전 참조로 본 명세서에 설명이 포함된 이전의 도면에 도시된 요소들을 참조로, 데이터의 송수신 시스템과 결합된 전력의 무선 전송을 위해 효과적으로 전기자를 여기시키기 위한 고주파 전압파를 생성하기 위해 사용될 수 있는 발전기(12)를 이제 설명한다.

전체적인 데이터 송수신 시스템은 하나는 제 1 회로에 다른 하나는 제 2 회로에 각각 연결되는 적어도 한 쌍의 트랜시버(20,22)로 구성된다. 가능한 특히 유리한 구현에서, 전력 송전기(12)는 전기 에너지(10)의 소스에서, 예를 들어, 배터리, 가능한 정류 AC 전압 또는 전압 발생기에서 나온 전기 전압이 공급되는 서플라이 인덕터(60)를 포함하는 회로를 구비한다. 사용시, 인덕터(60)는 전력 송전기의 나머지에 대한 전압 발생기로서 기능하고, 이상에 가깝게 다소 정확하게 적절히 치수화될 수 있다.

저장 커패시터(64)는, 예를 들어, MOSFET, BJT, IGBT, 릴레이, 고체 상태 릴레이 또는 다른 타입의 스위치를 포함하나 이에 국한되지 않는 스위치(66)와 병렬로 인덕터(60)에 연결된다. 커패시터(64)의 다른 헤드 및 스위치(66)는 저전위에, 예를 들어, 접지에 연결된다.

가령, 스위치(66)의 고유 기생용량을 이용함으로써, 커패시터(64)가 생략되거나 최소화될 수 있고, 상기 회로는 상기 커패시터(64)를 대체하기 위한 적절한 리액턴스 값을 포함할 수 있으며; 또한, 회로의 성능 및 에너지 효율을 향상시키기 위해 스위치(66)와 함께 리액턴스가 직렬로 포함될 수 있음이 강조된다.

전력 전송 1차 회로의 송신 전기자(100)와 인덕턴스(50)는 인덕턴스(60), 커패시터(64) 및 스위치(66)를 연결하는 노드에 연결된다. 1차 회로는 제 2 인덕턴스(50')에 연결된 제 2 송신 전기자(100')를 더 포함하고, 상기 제 2 인덕턴스는 저전위에, 예를 들어, 접지에 연결된다.

마지막으로, 트랜시버(20)는 커패시터(54)를 통해 인덕턴스(50)와 송신 전기자(100) 간의 노드에 그리고 커패시터(54')에 의해 인덕턴스(50')와 송신 전기자(100') 간의 노드에 연결된다.

사용자 장치(32)는 이런 식으로 1차 회로에서 2차 회로로 전력 송전기와 1차 회로와 2차 회로 사이에 양방향으로 데이터 전송할 수 있는 한 쌍의 커패시턴스를 구성하는 송신 전기자(100 및 100')에 대면한 2개의 수신 전기자(200,200') 및 상기 수신 전기자(200,200')와 각각 직렬 연결된 한 쌍의 인덕턴스(52,52')를 포함하는 2차 회로를 구비한다. 2차 회로에서, 트랜시버(22)는 커패시터(56)를 통해 인덕턴스(52)와 송신 전기자(200) 간의 노드에 연결되고, 커패시터(56')를 통해 인덕턴스(52')와 송신 전기자(200') 간의 노드에 연결된다.

이러한 구성은 교환 시스템과 전력 전송 간의 상호작용을 방지하는 시스템 아키텍로 인해 무시할만한 데이터 교환 시스템의 소비를 유지하면서 전력 송신에 사용되는 전기자(100, 100', 200, 200')를 통해 무선 전력 전송 시스템과 별개로 시간에 걸쳐 연속적인 양방향 데이터 전송을 가능하게 한다.

2차 회로는 가능하게는 기설정된 정류 스테이지(105) 및 가능하게는 전압 변환 스테이지, 예를 들어 DC DC 또는 배터리 충전 회로를 포함해 인덕턴스(52)에 연결된 피공급 부하(18)를 더 포함한다.

커패시터(64)와 인덕턴스(60)의 인덕턴스(50,50',52,52')의 값, 송신 전기자(100,100'), 및 수신 전기자(200,200')를 적절한 크기로 설정함으로써, 대표적으로 하나 이상의 주파수에서 공진하는 전력 송신회로가 생성된다. 이 회로는 통상적으로 매우 높은, 예를 들어, Mhz, 수십 Mhz 또는 수백 Mhz 보다 큰 동작 주파수를 갖는, 가령, E, E/F 및 F급 증폭기 또는 ZVS/ZCS 공진 또는 준-공진 컨버터에서 유사하게 발생하는 바와 같이 0 전류 또는 전압 조건에서 스위치의 온오프를 보장하도록 치수화되기 때문에 높은 에너지 효율을 갖는다. 이런 식으로, 송수신 전기자의 면적의 함수로서 전송된 전력의 고밀도를 여전히 달성하면서 부품들의 치수가 상당히 감소될 수 있고, 실제로 소형화될 수 있다.

인덕턴스가 데이터 변조가 대표적으로 고주파수에서 부하(18)에 의해 또는 전력 송전기(12)에 의해 흡수되지 못하게 하는 차단 저역통과 필터로서 기능함에 따라 고전력을 필요로 하는 트랜시버(20,22) 없이, 인덕턴스(50,50',52,52')로 인해 전기자(100,200,100',200')에 의해 형성된 송신 정전용량을 통해 데이터가 동시에 전송될 수 있다,

마찬가지로, 커패시턴스들(54,54',56,56')은 전력 송전기가 전력을 전달함으로써 트랜시버들과 간섭하는 것을 방지한다. 주어진 신호의 주파수가 전력 전송시스템의 주파수보다, 일반적으로 현대 무선 통신 시스템에서 발생하는 바와 같이, 예를 들어, 수십 또는 수천 Mhz 또는 Ghz 더 크기 때문에, 커패시턴스(54,54',56,56')는 데이터 교환 시스템과 전력 송전기의 상호작용이 전혀 없이 전력 분기에 대한 데이터의 전송을 가능하게 한다.

이러한 식으로, 심지어 대형 전기부하, 가령, 스마트폰, 태블릿, 컴퓨터, 텔레비전, 하드 디스크 등에 공급하고 경제적이고, 신속하며 안전한 동시 및 별개의 데이터 교환 시스템을 통해 이들을 상호 연결할 수 있는 전력 송전기 및 신호에 대해 매우 기능적이고, 경제적이며, 슬림하고, 신속하며 효율적인 무선 전송 시스템이 설정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징으로, 전기 에너지(10)의 소스가 교류 전류소스, 예를 들어 공통 AC 네트워크 전압인 경우, 장치는 또한 전력 송전기(12)의 상류에 정류 및 가능하게는 전압 안정 스테이지를 포함할 수 있어, AC/DC 컨버터 및 무선 전송 시스템으로서 동시에 기능하는 시스템이 된다. 이러한 방식으로, 1차 회로와 2차 회로 사이의 갈바닉 절연이 보장될 수 있고, 개인 데이터, 예를 들어, 사진, 비디오와 같은 장치에 포함된 사용자 데이터 및 상기 장치에 유용한 데이터, 예를 들어, AC/DC 컨버터의 1차 회로와 2차 회로 간에 리트로액티브 신호 또는 기타 신호, 가령, 1차 회로 상에 스위치의 스위치 온을 규제하는데 유용한 2차 회로상에 전압 신호의 전송을 보장하기 위한 데이터 모두에 대해, 회로의 두 부분 사이에 데이터의 동시 교환이 가능해 질 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 단순성, 효율성, 견고성 및 소형화의 관점에서 특히 이점적이다. 또한, 예를 들어, 고압 공급 전압을 사용하는 경우에 유용한 경우, 송신 전기자(100,100')와 직렬로 추가 갈바니 절연 커패시턴스를 포함함으로써 이에 따라 송신 전기자(100,100')에 대한 텐션을 감소시킴으로써 회로의 안전도를 높일 수 있다.

도 6을 참조로, 특히 공급 장치의 1차 회로와 사용자 장치의 2차 회로에 각각 설비된 트랜시버(20,22)를 참조로, 본 발명의 추가적인 실시예들 중 하나에 대한 설명을 할 것이다. 분명히 알 수 있는 바와 같이, 도 6에 도시된 많은 구성요소는 앞선 도면들에 도시된 요소와 일치하고, 이에 대한 설명은 사전 참조로 본 명세서에 포함되어 있으며, 동일한 참조부호가 사용된다. 또한, 각각의 데이터 트랜시버 시스템은 전체적으로 대칭이고 양방향이기 때문에 1차 및 2차 회로 상에 동일하게 존재할 수 있음에 유의하라.

각 데이터 송수신 시스템은, 예를 들어, 데이터 수신회로(84)와 1차 회로 상에 위치된 트랜시버(20)에 대한 데이터 전송회로(86), 및 데이터 수신회로(84')와 2차 회로 상에 위치한 트랜시버(22)에 대한 데이터 전송회로(86')를 포함한다. 1차 회로 상에, 데이터 전송회로의 출력 및 수신회로의 입력이 모두 커패시턴스(54)에 연결되는 한편, 다른 커패시턴스(54')는 데이터 회로를 폐쇄하기 위한 데이터 기준 전압에 연결된다. 특히, 송신회로(86) 및 수신회로(84)는 모두 제 1 데이터 기준 전압에 연결된 기준 입력부(82) 및 제 1 데이터 공급 전압에 연결된 공급 입력부(80)를 포함한다. 2차 회로에서, 데이터 전송회로의 출력부 및 수신회로의 입력부는 모두 커패시턴스(56)에 연결되는 반면, 다른 커패시턴스(56,56')는 상기 데이터 회로를 폐쇄하기 위해 2차 데이터 기준 전압에 연결된다. 마찬가지로, 송신회로(86') 및 수신회로(84')는 모두 2차 데이터 기준전압에 연결된 기준 입력부(82') 및 2차 데이터 공급전압에 연결된 공급 입력부(80')를 포함한다. 수신회로(84,84')는 예를 들어 저항 또는 다른 판독 임피던스 및 가능하게는 가령 비교기 op-amps, bjts, mosfets, CMOS 또는 대표적으로 고주파 신호(Ghz, 수십 또는 수백 Ghz)를 읽을 수 있는 기타 판독 스테이지에 기반한 신호의 다른 버퍼링 스테이지, 비교 스테이지, 증폭 스테이지, 및 조건 스테이지로 구성될 수 있다. 판독회로의 출력은 가장 본질과 다른 목적으로 유용하게 이용될 수 있는 수신 데이터이다.

마찬가지로, 송신회로(86)는 전형적으로 고주파로 임의의 소스로부터 시스템으로 데이터 흐름을 수신하고 커패시턴스(54) 및 이에 따라 회로에 주입한다. 송신회로(86)는, 예를 들어, RF 트랜지스터, BJT 타입, MOS, CMOS 쌍들로 이루어질 수 있거나, 저항, 커패시턴스, 인덕턴스, 또는 데이터 전송 시스템을 구현하는데 유용한 기타 임피던스와 조합하여 고주파 신호를 발생시킬 수 있는 또 다른 등가 시스템에 의해 이루어질 수 있다.

2차 회로 기능의 송신회로(86') 및 수신회로(84')는 1차 회로의 송신회로(86 )및 수신회로(84)와 동일한 방식으로 기능한다.

데이터 기준전압 1차 및 2차와 데이터 공급전압 1차 및 2차는 회로의 나머지 부분의 공급 전압에 대해 서로 완전히 독립적이다. 간략히 하기 위해, 이들 전압은 일치할 수 있으나, 이는 가장 다른 전압 레벨을 유지하는데 있어 특히 다양한 시스템의 정확한 기능에 필수요건이 아니다.

언급한 바와 같이, 상술한 실시예는 가능한 형태 중 단 하나일 뿐이며, 여기까지 설명된 일부 또는 모든 구성요소는 기능적으로 동등한 다른 구성요소들로 대체될 수 있다.

지금까지 첨부도면에서 설명되고 예시된 장치는 다른 많은 변조 시스템, 예를 들어 진폭 또는 주파수의 아날로그 또는 디지털 시스템에 사용될 수 있다. 송신회로(86,86')가 스위치 온오프 될 때마다, 전력 전송 시스템과 별개로 전력 분기 상으로 신호가 송신된다. 이 신호는 인덕턴스들(50, 52, 52', 50') 사이에 포함된 회로의 모든 부분에서 전파하고, 따라서 예를 들어 수신회로(84,84')에 의해 임의의 수신기로 판독될 수 있지만, 부하(18) 및 전력 송전기(12)상에서 전파할 수 없다. 마찬가지로, 2차 회로 상에 위치한 트랜시버에 의해 전송된 신호는 1차 회로 상에 위치한 트랜시버에 의해 판독될 수 있으나, 부하(18) 및 전력 송전기(12)상에서 전파할 수 없다.

일반적으로 가장 통상적인 방법과 프로토콜을 사용하여 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 트랜시버 시스템은 부하 및 전력 송전기가 데이터 교환영역에 대해 인덕턴스(50, 50', 52, 52')에 의해 격리됨에 따라 그리고 저주파 전력파가 커패시턴스(54, 54', 56, 56')를 통해 트랜시버에 의해 격리되기 때문에 요구되는 전력이 매우 낮음으로 인해 극도로 소형화되고 신속한 읽기 및 쓰기 회로를 사용할 수 있다. 이러한 식으로 주파수는 가령 Ghz, 수십 또는 수백 Ghz와 같이 매우 높을 수 있으므로, 심지어 수십 또는 실제로 수백 Gbps보다 큰 속도로 데이터를 교환할 수 있다.

본 발명의 장치는 하프-듀플렉스 또는 풀-듀플렉스의 양방향 전송모드를 사용할 수 있다는 것이 주목할 만하다. 제 1 모드인, 하프-듀플렉스에서, 송신회로(86 또는 86')가 데이터를 전송하는 경우, 모든 다른 송신회로는 오프이고 데이터를 순차적으로 전송하도록 전송의 종료를 기다려야 한다. 이 방식의 장점은 구현이 간단하고 교란에 대해 내성이 있다는 것이다. 예를 들어, 0 내지 5V와 같으나 이에 국한되지 않는 2개의 전압파 사이에서 사각파를 변조함으로써 전송되는 경우, 논리 "0"은 2개의 레벨 중 하나로서 간주될 수 있고, 논리 "1"은 다른 레벨일 수 있다. 데이터 전송회로는 전력 송전기와 별개이므로, 주어진 전압은 영향받지 않고 전력파에 중첩된다.

또 다른 유용한 방법은(클록 사이클에서 "0" 전환이 없거나 그 반대도 마찬가지로) 시간-종속적인 동기식 통신을 생성하기 위해 가능하게는 액세서리 클럭을 사용하여 논리 "0" 및 "1"의 전환, 즉, 하이-로우 및 로우-하이를 고려하는 것이다

위에서 보았듯이 데이터 교환 시스템의 전압이 선택되면, 두 가지 전기 상태간에 최대 거리가 얻어지며, 이런 식으로 교란에 대한 최대 내성이 보장된다.

대안적으로, 예를 들어, 상이한 송신기에 대해 상이한 동작 주파수를 사용하는 풀-듀플렉스 통신을 위해 하드웨어 아키텍처를 이용할 수 있다. 그러나, 이 방법은 신호를 분리하는데 유용한 적절한 디지털 또는 아날로그 필터가 제공되어야 하는 수신회로(84, 84')를 상당히 복잡하게 만들고, 데이터 교환 시스템에서 불확실한 상태가 되게 한다.

기술된 시스템의 하드웨어를 복잡하게 하지 않으면서 풀-듀플렉스 통신을 보장하기 위한 다른 방법은 트랜시버(20 및 22)에서 서로 다른 공급 전압 레벨(1차 및 2차)을 사용하는 것으로서, 각 수신회로(84, 84')는 수신기가 부분적으로 알려져 있는 데이터 시스템의 송신기 버스 상에 입력된 전압으로 통신 버스의 상태를 명확히 결정할 수 있다. 예를 들어, 1차 회로 상에 위치한 송신회로(86)가 0 내지 10V 사이에서 송신하고 2차 회로 상에 위치된 송신회로(86')가 0 내지 5V 사이에서 송신하는 경우, 수신회로(84)는 상기 송신회로(86)에 의해 설정된 전압만을 판독함으로써 상기 송신회로(86)에 의해 설정된 전압을 논리적으로 구별할 수 있다. 마찬가지로, 수신회로(84')는 전압만을 판독함으로써 상기 송신회로(86')에 의해 설정된 전압과, 이에 따라, 미결정된 상태들이 없이, 상기 송신회로(86)에 의해 설정된 데이터를 구별할 수 있다.

예를 들어, 데이터 시스템 공급장치에 하나의 공급 전압 레벨(가령, 5V)만을 사용함으로써 정확히 기술된 풀-듀플렉스 통신 시스템을 더 단순화할 수 있다. 명백히, 이는 1차 및 2차의 데이터 공급 전압 및 1차 및 2차의 데이터 기준 전압이 계속 완전히 별개일 수는 없지만 동일한 값일 수 있음을 의미하지 않는다. 이는 예를 들어 트랜시버의 설계를 단순화할 수 있게 한다. 또한, 데이터는 물리적으로 분리된 물체 상에 위치하므로, 1차 회로 및 2차 회로와 별개로 계속 생성된다. 이러한 대안적인 방안은 송신기(20), 예를 들어 1차 회로 상에 송신회로(86)에 의해 방출된 각각의 신호가 동일한 데이터 교환 회로 상에 위치된 수신기, 예를 들어 1차 회로 상의 수신회로(84)에 직접 도달하는 반면, 더 큰 임피던스를 갖는 경로를 따라, 다른 데이터 교환 시스템 상에, 예를 들어, 2차 회로 상에 위치된 수신회로(84')상에 위치된 수신기에 도달한다. 임피던스의 차이는 서로 다른 경로에서 유래된다; 실제로 전기자(100, 200)와 전기자(100', 200')의 결합으로 구성된 커패시턴스(54, 54'), 커패시턴스(56, 56) 및 2개의 송신 캐패시턴스는 장치 상에 송신기와 다른 장치상에 수신기 사이에 있다. 이 모든 것은 송신회로(86 또는 86')가 데이터를 전송하는 기능으로서 수신회로(84 또는 84')상의 상이한 전압 레벨을 자동으로 결정하므로, 따라서 데이터를 전력 전달 시스템과 동시에 그리고 별개로 간단하고 효과적이며, 튼튼하고 빠른 풀-듀플렉스 통신으로 데이터가 명확히 정송되게 할 수 있다.

시스템은 송신회로(86, 86')의 출력 임피던스가 충분히 높은 한 기능을 하고, 그렇지 않으면 수신기에 인접한 송신기의 신호는 다른 송신기에서 나온 모든 다른 신호를 삭제한다. 송신기(86, 86')의 출력 임피던스는, 예를 들어, 적절한 값의 커패시턴스, 저항 또는 인덕턴스를 송신기(86)에 주입함으로써 적절하게 조정될 수 있음을 강조한다. 예를 들어, 트랜시버(20)의 일부인 송신회로(86)가 0-5V의 천이를 실행하고, 별개로 또한 트랜시버(22)의 일부인 송신회로(86')가 0-5V의 천이를 실행하면, 양 송신회로(86, 86')의 출력 임피던스가 충분히 높을 경우, 각 수신회로(84 및 84')는 2개의 신호 효과의 중첩으로부터 도출되는 전체 신호를 수신할 것이고, 각각의 신호 효과는 각 신호 경로의 총 임피던스에 대해 가중화됨에 따라 서로 구별될 수 있다. 예를 들어, 트랜시버(22) 상에 위치된 수신회로(84')를 고려하면, 트랜시버(20) 상에 위치한 송신회로(86)에서 나온 신호는 동일한 트랜시버(22)상에 위치된 송신회로(86')에서 나온 신호보다 높은 임피던스 경로를 따를 것이며 그 반대의 경우도 마찬가지일 것이다.

특히, 이 결과는 1차 회로의 송신기(86)와 1차 회로의 수신기(84) 사이, 1차 회로의 송신기(86)와 2차 회로의 수신기(84') 사이, 2차 회로의 송신기(86')와 1차 회로의 수신기(84) 사이, 및 1차 회로의 송신기(86)와 2차 회로의 수신기(84') 사이에 각각 임피던스를 결정함으로써 얻어질 수 있다. 송신기(86, 86') 및 수신기(84, 84') 사이에서 결정된 임피던스 차와 2차 회로의 수신회로(84')상의 전압 레벨에 기초하여, 어떤 데이터 전송회로(86, 86')가 데이터를 전송 중인지 결정할 수 있다.

이 때까지 기술된 장치는 1차 회로에서 2차 회로로 전력의 전달을 가능하게고 동시에 두 회로 간의 데이터 교환을 가능하게 한다.

특히, 도 3은 실질적으로 각각의 장치가 공급 및/또는 상호연결될 수 있도록 회로를 복제함으로써 복수의 장치를 동시에 공급 및 상호연결하는 방법을 설명하고 도시한 것이다. 그러나, 이 방안은 치수적으로 사전정의되고 따라서 매우 유연하지 않으며, 실질적으로 장치의 기하학적 형태 및 장치의 타입에 따라 엄격히 충전 전기자 및/또는 데이터 교환이 제한된 충전 및/또는 데이터 교환영역을 형성한다. 예를 들어, 컴퓨터는 전화기와 관련하여 보다 큰 전력이 필요하기 때문에 더 큰 면적을 필요로 하며, 컴퓨터에 적합한 송신 전기자는 전화 또는 태블릿에 적합하지 않다.

본 발명의 특히 바람직한 특징에 따르면, 이러한 결점이 제거될 수 있고 지능형 데이터 교환 재충전 표면이 생성될 수 있다. 즉 치수, 전력 흡수, 및 또한 상호연결 및 공급면에 장치의 위치 설정 및 장치의 개수과 무관하게 임의의 장치를 공급 및 상호연결할 수 있다.

특히 도 7을 참조하면, 공급 장치(30)의 주요부는 복수의 송신 전기자(100)를 포함한다. 각각의 송신 전기자(100)에는 커패시터(54) 및 인덕턴스(50)가 연결된다. 데이터 트랜시버 회로(20)는 커패시터(54) 다른 헤드에 연결된 반면, 전력 송전기(12)는 인덕턴스(50)의 다른 헤드에 연결된다.

모든 전력 송전기(12)는 차례로 다른 헤드에서 전기 에너지 소스(10)에 연결된다. LC 필터는 전기 에너지 소스(10)와 전기 에너지 소스(12) 사이에 포함될 수 있으며, LC 필터는 직렬로 인덕턴스(60')와 커패시턴스(64')로 구성되며, 전기 에너지 소스(10)가 AC(예를 들어, 통상적인 네트워크 전압)인 경우, 전압의 정류 및 안정화 스테이지가 있을 수 있다.

1차 송신회로의 내부에 포함된 복수의 전기자(100) 상에 하나 이상의 장치가 배치될 수 있으며, 각각의 장치는 전류를 흡수하고 가능하게는 데이터를 송수신할 수 있는 부하(18, 18')를 구성한다.

각각의 장치는 다수의 송신 전기자(100)에 의해 구성된 활성 면상에 놓이고, 차례로 적어도 한 쌍의 수신 전기자(200, 200')가 제공된다. 수신 전기자(200 및 200')는 일반적으로 송신 전기자(100)의 치수보다 큰 면적을 가지므로, 다수의 송신 전기자(100)로 구성된 활성 면에 장치를 무작위로 놓음으로써, 각 수신 전기자(200)는 적어도 하나의 송신 전기자(100)에 근접해 있으며, 전형적으로는 송신 전기자(100) 그룹에 근접해 있다.

따라서, 수신 전기자(200, 200')를 갖는 송신 전기자(100)의 측면으로부터 형성된 캐패시턴스는 1차 회로에서 2차 회로로의 전력 전송을 가능하게 하고, 동시에 공급 장치(30) 및 사용자 장치(32, 32') 사이에 데이터의 양방향 전송을 가능하게 한다.

2개의 캐패시턴스(56, 56')와 2개의 인덕턴스(52, 52')가 수신 전기자(200)에 연결된다. 트랜시버(22)는 캐패시턴스(56, 56')의 다른 헤드에 연결되는 반면에, 부하(18)는 캐패시턴스(52 및 52')의 다른 헤드에 연결된다. 부하(18)와 2차 회로의 2개의 인덕턴스(52, 52'), 즉 가령, 정류기, 안정기 또는 전압 및/또는 전류 컨버터를 포함한 정류 스테이지(105) 간에 전압 또는 전류 조정회로가 있을 수 있다.

송전가능한 전력은 2차 전기자(200,200')의 면적에 비례하는 1차 근사값이 될 것이다. 이는 특히 송신 전기자(100)가 수신 전기자(200, 200')에 대해 면적이 더 작을 경우, 이에 따라 수신 전기자(200, 200')의 미이용 면적을 최소화하는 경우에 발생한다. 이러한 방식으로, 수신 전기자(200, 200')의 면적은 필요한 전력의 함수로서 포함하여 공급 및/또는 브릿지될 장치의 면적에 쉽게 비례하게 될 수 있다. 따라서, 컴퓨터는 전화기보다 더 펼쳐진 수신 전기자(200)를 가지므로, 보다 많은 수의 송신 전기자(100)를 커버하고 더 큰 전력을 송전하게 할 것이다.

인덕턴스(52, 52') 또는 부하의 다른 적응 네트워크가 공급 및/또는 상호연결하는 장치의 내부에 있으므로써 각 장치에 대한 별개의 튜닝을 용이하게 하여, 각 부하에 대한 전력 송전을 최적화한다. 또한, 1차 회로 상에 위치된 인덕턴스(50, 50')는 공진 주파수를 결정하고 시스템의 튜닝을 결정하는데 기여하며, 따라서 크기가 중요할 수 있는 2차 회로 상에 위치된 인덕턴스(52, 52')의 값 및 이에 따른 크기를 최소화할 수 있으나, 특히 인덕턴스(50)는 트랜시버(20 및 22)에 의해 방출된 신호가 전력 회로(12) 또는 부하(18)에 의해 흡수되는 것을 방지하는 것기 위한 것인데, 이는 일반적인 데이터 교환 빈도에 대해 높은 임피던스를 구성하기 때문이다.

마찬가지로, 커패시턴스(54, 56 및 56')는 전력파가 트랜시버(20 및 22)와 상호 작용하는 것을 방지하는데, 이는 전력 전달 시스템의 통상적 인 동작 주파수에 대해 낮은 값을 가지며 따라서 큰 임피던스를 갖기 때문이다. 지금까지 기술된 회로에 인가된 트랜시버(20 및/또는 22)의 실시예가 도 11에 도시되어 있다. 본 발명의 특히 유리한 특징으로, 1차 회로는 송신 전기자(100)의 개수 보다 작은 수의 트랜시버(20)를 포함할 수 있다, 특히, 복수의 송신 전기자(100), 복수의 전력 송전기(12) 및 복수의 트랜시버(20)를 포함하는 1차 회로에서, 각각의 송신 전기자(100)는 적어도 각각의 별개의 전력 송전기(12)에 연결되나, 송신 전기자(100) 중 단지 하나, 바람직하게는 적어도 하나가 적어도 각각의 별개의 트랜시버(20)에 연결되는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 목적 및 이점을 얻기 위해, 각각의 송신 전기자(100)가 반드시 각각의 트랜시버(20)에 연결될 필요가 없다.

사용시에, 설명을 간략히 하기 위해, 활성 면상에 놓여 있는 하나의 장치만이 사용되는 상술한 장치를 참조하면, 공급 장치의 전력 회로(12)는 위에 수신 전기자(200 또는 200')가 위치된 송신 전기자(100)만을 선택적으로 활성화시킨다. 특히, 전력 송전기(12)는 시간 경과에 따라 가변적인 전압파로 사용자 장치의 2차 회로의 제 1 수신 전기자(200) 아래에 위치된 송신 전기자(100) 그룹을 선택적으로 여기시킨다. 마찬가지로, 공급 장치의 전력 회로(12)는 제 1 전력파와 다른 제 2 전력파로, 가령 상이한 형태 또는 위상으로, 또는 예를 들어, 접지와 같이 일정한 전압으로 제 2 수신 전기자(200')에 근접하여 위치된 제 2 그룹의 송신 전기자(100)를 선택적으로 여기킨다. 마지막으로, 수신 전기자(200)가 없는 송신 전기자(100)는 최대 안전성, 에너지 효율을 보장하고 전자기 방출을 최소화하면서 일정한 전위로 떨어져 있거나 일정한 전위로 연결될 수 있다.

이러한 방식으로, 수신 전기자(200, 200')는 활성 면상의 수신 장치(32)의 위치 설정에 관계없이 정전용량성 무선 전송을 위해 부하(18)에 효과적으로 전력을 공급할 수 있는 시간-가변 전압을 전체적으로 수신한다.

수신 전기자(200, 200')에 의해 부분적으로만 커버되는 송신 전기자(100)의 활성화를 방지함으로써, 복사된 전자기 방출이 최소화되고 시스템의 효율이 최적화된다. 수신 전기자(200, 200')에 대해 작은 면적을 갖는 송신 전기자(100)는 부분적으로 덮인 구역을 피하는 것을 돕고, 동시에 수신 전기자(200, 200')의 영역 낭비를 방지한다.

또한, 제 1 수신 전기자(200) 아래에 위치한 송신기(100) 중 어느 하나에 연결된 공급 장치의 트랜시버(20) 중 적어도 하나는 전압 또는 주파수 변조로 데이터를 전송하고, 제 2 수신 전기자(200') 아래에 위치된 송신 전기자(100) 중 어느 하나에 연결된 트랜시버 중 적어도 하나가 상이한 전위(예를 들어, 데이터 기준 전압(82))로, 또는 제 1 수신 전기자(200) 아래에 배치된 트랜시버(20)에 대해 반대 위상으로 연결되게 하는데 충분하므로, 사용자 장치(32)의 트랜시버(22)가 데이터를 수신할 수 있게 된다. 마찬가지로, 트랜시버(22)가 데이터를 송신하면, 트랜시버(20) 중 어느 하나가 데이터를 수신할 수 있다.

각 송신 전기자(100)가 트랜시버(20)에 연결되는 것이 필수적인 것은 아니라는 점에 유의해야 한다; 사용자 장치(32)가 송신 전기자(100)의 활성 면의 측면에 위치될 경우 적어도 트랜시버(20)가 각 수신 전기자(200, 200') 아래에 위치되도록 보장하는 것과 같은 트랜시버 시스템, 전기자의 서브-어셈블리가 제공되어, 데이터 전송 시스템을 간략히 하고 보다 경제적으로 만드는 것으로 충분하다.

복수의 송신 전기자(100)는 다양하고 다른 형태로, 예를 들어, 평면 상에 또는 심지어 공급 장치의 비평면상에서도 매트릭스 형태로 또는 다소 규칙적인 분포로 배열될 수 있음을 유의하라.

도 8은 예로써 본 발명의 가능한 실시예를 도시한 것으로, 1차 회로는 바람직하게는 상부면을 포함한 평평한 형태의 하우징 요소의 내부에 배치되고, 상기 상부면 부근에 복수의 송신 전기자(100)가 배치된다. 도면은 2개의 장치(32, 32')가 공간상 랜덤한 위치에 측면 배치된 송신 전기자(100)의 표면 배열의 예로서 개략적인 표현을 제공한다. 전력 및 데이터의 무선 전송을 가능하게 하기 위해 적어도 하나의 송신 전기자(100)가 각 장치(32, 32')의 각각의 수신 전기자(200, 200') 아래에 배치되는 것으로 충분하다.

상술한 바와 같이, 전력 송전기(12)는 또한 많은 상이한 실시예들에 따라, 즉, 다수의 상이한 타입의 전력 전송회로로 구현될 수 있다. 실제로, 각 전력 송전기(12)가 충분히 높은 주파수의 전압파를 생성할 수 있으면 충분하다. 따라서, A, B, AB, C, D, E, F, E/F급, 하프 브릿지, 완전한 H 브릿지, 하드 스위칭 또는 준-공진 또는 완전 공진 소프트 스위칭, 0전류 스위칭 또는 0전압 스위칭과 같은 증폭 레이아웃과 같은 스위칭 타입의 레이아웃을 사용할 수 있다.

동시에 다수의 송신기들로 이상적으로 다루어질 수 있으며, 각각은 커패시턴스에 연결되고, 각각의 단락 커패시턴스의 두 번째 헤드는 부하(18)에 연결되기 때문에, 개념적으로 포함하여 어떻게 제안된 레이아웃이 언급된 모든 아키텍처로부터 제거되는 것에 주목하라.

도 9에 도시된 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예의 또 다른 하나로, 전력 송전기(12)는 2개의 스위치(66, 68), 예를 들어, MOSFET 타입 N, P, BJT, IGBT, CMOS 쌍, 릴레이, 고체상태 릴레이, MEMS 또는 다른 스위치로부터 선택된 2개의 스위치를 포함한다. 반드시 그렇지 않지만 바람직하게는, CMOS 쌍의 사용은 조정의 간략화를 위해 또는 송신 전기자(100)의 대형 매트릭스를 조종할 수 있는 매우 많은 개수의 전력 송전기(12)를 포함하는 어레이의 실리콘상에 용이한 집적을 위해 특히 이점적일 수 있다.

전기자를 조종하는 단계는 실질적으로 스위치를 교대로 스위치 온오프할 수있는 예를 들어 사각파를 포함하나 이에 국한되지 않는 전압파의 부과에 기초한다. 하이 스위치(68)가 온일 때, 로우 스위치(66)는 오프이고, 반대로 하이 스위치(68)가 온일 때, 로우 스위치(66)는 오프이다. 이러한 식으로, 다수의 송신 전기자(100)로 구성되는 활성 면의 측면에 있는 각 장치(32, 32')의 제 1 수신 전기자(200)에 근접해 위치된 송신 전기자(100)에 연결된 전력 송전기(12)의 각 그룹을 조종할 수 있다.

활성 면의 측면에 있는 각 장치(32)의 제 2 전기자(200')에 근접해 위치된 송신 전기자(100)에 연결된 제 2 그룹의 전력 회로(12)는 대응하는 로우 스위치(66)를 온으로 유지시킴으로써 얻을 수 있는 일정 전위, 가령 접지, 또는 대응하는 하이 스위치(68)를 온으로 유지시킴으로써 얻을 수 있는 공급 전압을 유지함으로써 조정될 수 있거나, 제 2 그룹의 전력 회로는 제 1 그룹에 대해 반대 위상으로 또는 여하튼 제 1 그룹의 전기자와는 다른 위상으로 여기 될 수 있다.

인덕턴스(50 및 60) 및 커패시터(64)의 신중한 크기 설정뿐만 아니라 회로에 추가의 적절한 리액턴스의 도입으로 송신 전기자(100) 및 수신 전기자(200, 200')에 의해 형성된 커패시턴스를 갖는 공진 회로가 생성될 수 있게 하며, 예를 들어 제로-전류 또는 제로-전압 스위치의 전이를 가능하게 하거나, 여하튼 준-공진 레이아웃, 공진 레이아웃 등에서 발생하는 것과 유사한 방식으로 누설이 적은 전이를 가능하게 한다.

부하의 적응 네트워크는 본 발명의 기능적 원리를 크게 변경하지 않으면서 반응성 요소를 추가, 제거 또는 대체함으로써 변경될 수 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 특징은 많은 소형 송신 전기자(100)를 사용함으로써 특히 높은 동작 주파수, 예를 들어 수십 또는 수백 Mhz의 사용을 가능하게 함으로써, 작은 면적을 통해 상당한 전력을 송전할 수 있게 하면서 동시에 시스템의 안전상 이점을 위해 송신 전기자(100)상의 공급 전압을 낮게 유지하게 한다는 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 인덕턴스(50)가 전력 송전기(12)로부터 송신 전기자(100)로 전력을 보낼 수 있지만 일반적으로 발전기(12)에 대한 훨씬 큰 주파수, 가령 수백 MHz, Ghz, 수십 Ghz 또는 수백 Ghz와 같은 주파수를 갖는 트랜시버(20 및 22)에서 나온 데이터 신호를 보내지 않는다는 것이다.

본 발명에 따른 전력 송전기(12)의 또 다른 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 각각의 전력 송전기(12)는 공급회로에 연결된 인덕턴스(60), 일측에는 다른 인덕턴스 헤드(60)에 연결되고 타측에서는 가령 접지와 같은 기준 전위에 연결된 커패시터(64)를 포함한다. N, P, IGBT, BJT 타입의 MOSFET을 포함한 그룹으로부터 선택된 타입의 스위치(66)가 연결되고, 상기 스위치의 타 단자는 가령 접지와 같은 기준 전위에 연결된다. 인덕턴스(50)는 인덕턴스(60), 커패시터(64) 및 스위치(66)를 연결하는 동일한 노드에 연결되고, 상기 인덕턴스의 타 단자는 송신 전기자(100)에 연결된다.

이와 같이 구현된 회로는, 사용시, 제 1 근사 상수로 전류를 전력 송전기(12)로 주입하는 전류의 생성기로서 인덕턴스(60)를 이용한다. 스위치(66)가 온 상태인 동안, 인덕턴스(60)는 재충전되는 한편, 스위치(66)가 오프되는 단계 동안, 인덕턴스(60)는 회로를 공급한다.

커패시터(64)는 물리적으로 존재할 수 있거나 또는 대응하는 커패시턴스가 고유하게 존재할 수 있는데, 이는 예를 들어, MOSFET 타입의 많은 스위치는 고유의 기생 용량을 나타내기 때문이다. 이 커패시터(64)는 누설을 최소화하고 부하로 전달되는 전력을 최대화하기 위해 회로의 정확한 튜닝에 유용하다.

특히, 시스템은 하나 이상의 고조파, 예를 들어 스위치의 조종 주파수에 대한 1차 또는 그 이상의 고조파에서 공진을 보장하도록 크기를 조정할 수 있으므로, 전류 또는 전압의 조건에서 스위치(134)를 온오프할 수 있는 공진 증폭회로를 구현한다.

이 회로는 E, F, E/F급 등의 증폭 레이아웃과 유사하며, 수십 또는 수백 MHz 또는 GHz 단위의 매우 높은 동작 주파수를 가능하게 하여 누설을 낮추고, 예를 들어, 접지 전위와 관련하여 오직 하나의 스위치(66)만이 존재하고, 따라서 조정이 간단하기 때문에 조정을 단순화시키며 비용을 낮게 한다.

이러한 타입의 애플리케이션에 고유한 이 새로운 회로 레이아웃은 각 스위치(66)를 선택적으로 활성화한다는 사실, 실리콘에서도 손쉬운 집적 및 충전 면상에 공급되고 상호연결될 장치의 위치에 관계없이 정전용량성 결합에 기초한 무선 전력 및 데이터 전송 시스템에 완벽한 적응성으로 인해 공진 증폭기 및 전통적인 ZCS 및 ZVS 회로의 일반적인 장점에 더 큰 유연성을 추가한다.

사용시, 이 회로의 조종은 각 장치(32)의 제 1 수신 전기자(200)에 인접해 배치된 하나 이상의 송신 전기자(100)에 연결된 각 전력 송전기(12)의 스위치(66)를 간헐적인 신호로 활성화시킴으로써 행해진다. 예를 들어, 공진 시스템에서 50% 듀티 사이클 또는 다른 듀티 사이클을 갖는 사각파를 통한 조정이 종종 이점적이다. 동시에, 각 장치(32)의 제 2 수신 전기자(200)에 근접해 위치된 송신 전기자(100)의 스위치는 제 1 스위치 그룹에 대해 역위상의 간헐적인 신호로 또는 일정 신호로 조정된다. 준-공진을 보장하거나 공진을 방지 및/또는 불가능하게 하도록 이와 같이 조정하는 경우, 스위치(66)는 50%에서 매우 멀리 떨어져 있는 듀티 사이클로 조종될 수 있다. 모든 도시된 시스템에서, 부하에 전달된 전력의 제어가 기본이 될 수 있다. 다른 아키텍처와 관련하여, 제안된 시스템은 다양한 제어 모드에 에 사용될 수 있고, 구체적으로는: 가령 하프-브릿지 또는 완전한 H 브릿지의 경우 또는 가능하게는 준-공진 소프트 스위칭 타입의 D급 스위칭 증폭회로를 기반으로 하는 기타 레이아웃과 같은 듀티 사이클을 조절하는 단계;

전기 에너지 소스(10)로부터 나온 입력 공급 전압을 조절하는 단계;

1차 회로 또는 상기 2차 회로에 똑같이 기설정된 반응 네트워크를 부하에 동시에 도입해, 상기 부하에 의해 흡수된 전력을 감소 및 조절할 수 있게 하는 단계;

스위치의 활성화 사이클의 도약으로 조절하는 단계;

가령, 부하에 전달되는 전력을 간단하고 효율적으로 조절하기 위해 항상 작동중인 송신 전기자의 개수를 제한하는 것과 같이, 송신 전기자의 선택적인 작동에 의해 조절하는 단계;

송신 전기자의 다른 활성화에 의해 조절하는 단계; 및

가령, 다른 송신 전기자에 대한 일부 송신 전기자의 위상을 바꾸거나 또는 정적으로 활성화시킴으로써 활성화 모드를 변경함으로써 부하를 조절하는 단계를 포함하고, 이러한 방식으로, 공진 시스템은 강제 진동 모드에서 부하에 의해 댐핑된 자유 진동으로 진행될 수 있다. 이는 특수 하드웨어를 전혀 추가할 필요 없이 반응성 부하를 상기 부하에 동시에 추가함으로써 회로의 전체 임피던스를 바꾸고 이에 따라 상기 부하에 의해 흡수된 실제 전력을 줄이기 위한 시스템을 구성하며, 따라서 특히 이점적일 수 있다. 본 명세서에서 언급된 모든 전력 조절 시스템은 도 1, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6의 다이어그램뿐만 아니라 도 7, 도 9 및 도 10의 매트릭스 다이어그램 모두에도 적용가능한 것에 유의해야 한다.

각각의 트랜시버(20, 22)는 안테나 상에 전달되는 대신에 사용자 장치의 수신 전기자(200, 200')의 측면에 있는 공급 장치의 송신 전기자(100) 상으로 보내지는 초고주파 신호(일반적으로 GHz)의 생성에 기초한 임의의 트랜시버 시스템으로 구현될 수 있다.

커패시턴스(54, 56, 56')가 있는 것과 같이 인덕턴스(50, 52, 52')가 있음으로써 트랜시버 에너지가 커패시턴스를 통해 완전히 전도되기 때문에 트랜시버가 고전력에 맞는 크기로 되는 것을 방지하며, 이는 트랜시버의 통상적인 동작 주파수로 단락 회로에 근접할 수 있지만, 안테나에 기초한 통상적인 무선 통신에서 발생하는 바와 같이, 상당한 누설과 함께 복사되지도 않고, 전력(12)의 부하 또는 송전기에서 소산되지도 않아 회로의 소형화 및 이에 따라 비용 절감 및 작업 속도의 향상에 이점적이다.

이전의 도면들, 예를 들어, 도 6에 나타난 동일한 레이아웃이 데이터 트랜시버(20, 22)를 구현하는데 유리하게 사용될 수 있다.

각 데이터 송수신 회로는 예를 들면 데이터 수신회로(84)와 데이터 전송회로(86)로 구성된다. 데이터 전송회로의 출력부와 수신회로의 입력부는 모두 커패시턴스(54)에 연결되어 있다. 송신회로 및 수신회로 모두는 데이터 기준 전압에 연결된 기준 입력부(82) 및 데이터 공급 전압에 연결된 데이터 공급 입력부(80)를 포함한다. 수신회로(84, 84')는, 예를 들어, 저항 또는 다른 판독 임피던스, 및 가능하게는 비교기 p-amps, bjts, MOSFET, CMOS 또는 고주파 신호(GHz, 수십 또는 수백 Ghz)를 읽을 수 있는 다른 판독 스테이지들에 기초한 신호의 다른 버퍼링, 증폭 및 컨디셔닝 스테이지들로 구성될 수 있다. 판독 회로의 출력은 가장 본질과 다른 목적으로 유용하게 이용될 수 있는 수신된 데이터이다.

마찬가지로, 송신회로(86)는 전형적으로 고주파인 임의의 소스로부터 시스템으로부터의 데이터 흐름을 수신하고 이를 커패시턴스(54) 상에 그리고 이에 따라 회로에 주입한다. 송신회로(86)는 예를 들어 데이터 전송 시스템을 구현하는데 유용한 저항, 커패시턴스, 인덕턴스 또는 다른 임피던스와 결합해 고주파 신호를 생성할 수 있는 RF 트랜지스터, BJT 타입, MOS, CMOS 쌍 또는 다른 등가의 시스템으로 구성될 수 있다. 기준 전압(82)에 연결된 커패시턴스(54')의 등가물이 존재하지 않기 때문에, 수신 전기자(200')의 옆에 있는 송신 전기자(100)에 연결된 임의의 트랜시버(20)의 송신회로(86)가 전기자와 스위치 사이에 위치된 커패시턴스(54)를 기준 전위(82)에 연결하도록 제공된 스위치들 중 하나를 활성화시키는데 충분하다. 대안으로, 신호와 함께 수신 전기자(200)에 인접해 위치된 송신 전기자(100)에 연결된 송신회로(86) 및 조정 및 이에 따른 차동 신호를 얻는 역신호로 수신 전기자(200')에 인접해 위치된 송신 전기자(100)에 연결된 송신회로(86)를 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상술된 실시예는 가능한 형태들 중 하나일 뿐이며, 본 명세서에서 설명된 일부 또는 모든 구성요소는 다른 기능적으로 동등한 구성요소들로 대체될 수 있다.

이러한 방식으로 구조화된 시스템에 대해, 가능하게는 1차 회로 및 2차 회로의 송신기에 의해 부과된 다양한 전압 레벨 및/또는 데이터 회로의 다양한 공급 전압 레벨에 기초한 것과 유사한 경로의 임피던스의 차에 기인한 신호의 다른 감쇠에 기초하여, 하프-듀플렉스 모드 또는 풀-듀플렉스 모드로 동작하는 모드에 대한 상술한 모든 고려사항이 유효하다. 따라서, 이 회로는, 위치에 관계없이, 또한 튼튼하고 경제적이며 국부적인 손상에 강한 슬림한 활성 면에 장치들을 측면 위치시킴으로써 전력 전송과 동시에 무선 고속 풀-듀플렉스 통신을 가능하게 한다.

도시된 시스템의 또 다른 이점은 데이터의 본질적인 안전성이다: 이 무선 통신을 위해 필요한 안테나가 없기 때문에 중요하지 않은 엔티티의 기생 누설로 인한 것이 아니고 여하튼 최소화할 수 있는 경우이면 데이터는 주변으로 방사되지 않으므로, 전송 시스템의 본래 안전을 보장한다.

도시된 시스템은 분명히 다른 네트워크를 향한 가교 역할을 할 수 있다.

도 12는 부하(18)에 대한 전력의 가능한 조절 시스템을 도시한 것이다. 특히, 회로는 앞선 도면들, 예컨대 도 1, 3, 4, 5, 6, 7에 이미 도시된 2차 회로와 대부분 유사하지만 이에 대해 커패시터(70) 또는 소정의 다른 반응 네트워크를 포함한다. 커패시터(70)의 제 1 헤드는 인덕터(52)와 부하(18) 사이의 노드에 연결되고, 상기 부하는 정류 스테이지(105) 및/또는 전압의 변환 스테이지에 앞설 수 있다. 커패시터(70)의 다른 헤드는 스위치(예를 들어, MOS, BJT, CMOS 커플, IGBT, 릴레이, 고체상태 릴레이 또는 다른 스위치)에 연결된다. 마지막으로, 스위치의 제 2 헤드는 인덕터(52')와 부하(18) 사이의 노드에 연결되고, 상기 부하는 정류 스테이지(105)에 앞설 수 있다.

스위치(71)의 기생 용량이 발전기(12)에서 나온 고주파에 대해 높은 임피던스를 구성하기에 충분히 작은 한, 스위치(71)가 소비되면, 커패시터(70)는 시스템에 영향을 미치지 않는다.

반대로, 스위치(71)가 온일 때, 커패시터(70)는 발전기(12)에서 나오는 고주파에 대해 비교적 완만한 임피던스를 구성하도록 치수가 정해진다. 따라서, 스위치(71)가 온되는 순간 동안, 1차 회로에서 나온 전력의 일부를 커패시터(70)로 구성된 반응 부하 상으로 다시 라우팅함으로써 부하(18)로 전달되는 전력을 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 듀티 사이클이 조절되는 PWM에 의해 스위치(71)의 온 시간을 조절함으로써, 조절 시스템은 순전히 반응적이기 때문에, 부하(18)로 전달되는 전력을 효율적으로 그리고 매우 빠르게 조절할 수 있다. 이 조절 방안의 또 다른 이점은 조절 시스템이 전체적으로 2차 회로 상에 있고, 따라서 1차 회로와 2차 회로 사이에 직접 역행을 할 필요가 없다는 점에 있다. 예를 들어, 유도성 부품을 도입함으로써 반응 네트워크를 추가로 변형시키는 것이 가능하며, 상기 시스템은 상기에서 설명한 것과 상이하지 않다.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 송신 전기자(100), 인덕턴스, 데이터 시스템, 커패시터 및/또는 전력 송전 시스템, 및 가능하게는 전력 전달 시스템을 또한 포함하나 이에 국한되지 않는 임의의 여기 부품과 같은 1차 회로가, 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같은 다층 구현으로 활성 표면에 직접 실장될 수 있다.

다층 표면은:

- 보호 또는 미적 목적을 위해, 가능하게는 유전체 재료의 다른 층들에 의해 덮일 수 있는 하나 이상의 송신 전기자(100)를 포함하는 상부층을 포함하나 이에 국한되지 않는 적어도 하나의 층;

- 모든 장치에 필요한 공급 전압, 기준 전압, 예를 들면 접지를 공급하고, 예를 들어 부품들 중에 버스 타입의 임의의 다른 데이터 연결에 사용될 수 있는 중간층(210)을 포함하나 이에 국한되지 않는 하나 이상의 층; 및

- 예를 들어, 각각이 전력 송전기(12), 인덕턴스(50), 커패시터(64) 및 트랜시버(20)를 포함하는 하나 이상의 시스템(220)을 지원하는 기능을 갖는 하부 레이어를 포함하나 이에 국한되지 않는 하나 이상의 층을 포함한다.

층들(공도) 간의 연결은 회로의 다양한 부분들의 연결을 보장한다.

이러한 방식으로, 시스템(220)과 송신 전기자(100)로 구성된 각각의 "아일랜드"는 다른 아일랜드와 완전히 독립적이기 때문에 그리고 신호의 차단을 방지하기 위한 다층 시스템이 설계되기 때문에, 원하는대로 형성될 수 있고 국부적인 손상의 경우에도 항상 기능하는 통상적으로 얇은 표면이 생성된다. 특히, 각각의 아일랜드는 버스 타입의 적절한 통신 층을 사용하여(이에 따라, 모든 아일랜드에 의한 송수신시 신호가 액세될 수 있는) 송신 전기자(100)의 조종을 동기화하기 위해 다른 아일랜드와 통신할 수 있거나, 특히 이점적인 대안에 따르면, 가령, 각각의 송신 전기자(100)를 조종하는 방법에 대해, 송신 전기자(100)는 트랜시버(22)와 데이터를 교환하는 것뿐만 아니라 아일랜드들 사이에 서비스 통신을 또한 교환할 수 있는 트랜시버(20)에 의해 조종된 통신 채널로서 또한 이용될 수 있다. 이 표면은 예를 들어 테이블, 벽, 바닥, 선반 또는 기타 가구 물품과 통합되어 미학적으로 변경되지 않은 구조를 만들 수 있으나, 간단하고 효율적이며 경제적으로 각 장치를 재충전하고 상호연결할 수 있다. 이는 테이블, 벽, 바닥, 표면 또는 기타 가구를 통합한 제품을 무선 충전 및 데이터 상호연결 시스템으로 변환하기 위해 표면을 공급하는 것으로 충분하다.

본 발명의 다른 및 특히 유리한 특징으로, 지금까지 기술된 바와 같이, 서로 근접 배열된 적어도 하나의 송신 전기자(100) 및 적어도 하나의 수신 전기자(200)로 이루어진 전기자 쌍 각각은 하나의 단일 커패시터의 구성부이다.

모든 세부 사항은 다른 기술적으로 동등한 요소로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 사용된 재료 및 형태와 치수는 이런 이유로 하기의 청구항의 보호 범위를 벗어남이 없이 필요에 따라 임의로 될 수 있다.

Claims (22)

1차 회로를 포함하는 전력 및 데이터 전송 장치로서,
- 에너지 소스(10);
- 적어도 한 쌍의 송신 전기자(100, 100');
- 상기 에너지 소스(10) 및 적어도 하나의 송신 전기자(100, 100')에 연결된 적어도 하나의 전력 송신기(12); 및
- 적어도 하나의 송신 전기자(100, 100')에 연결된 적어도 하나의 트랜시버(20)를 포함하고,
상기 전기자(100)의 제 1 부는 사용시 상기 전기자(100')의 제 2 부에 대해 다른 전위에 연결되며,
상기 트랜시버(20)는 전력 송전기(12)에 의해 전달된 전력과 무관하게 송신 전기자(100, 100')를 통해 데이터를 송수신하는데 사용하기 특히 적합한 전력 및 데이터 전송 장치.

제 1 항에 있어서,
- 1차 회로의 각각의 송신 전기자(100, 100 ')에 각각 인접 배치된 적어도 한 쌍의 수신 전기자(200, 200');
- 수신 전기자(200, 200 ')에 연결된 부하(18); 및
- 송신 전기자(200, 200')에 연결된 트랜시버(22)를 포함한 2차 회로를 더 구비하고,
상기 트랜시버(22)는 전력 전송과 별개로 수신 전기자(200, 200')를 통해 데이터를 송수신하는데 사용하기 특히 적합한 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 2 항에 있어서,
1차 회로는:
- 전력 송전기(12)와 송신 전기자(100) 중 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 인덕턴스(50)와, 상기 전력 송전기(12)와 상기 송신 전기자(100') 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 인덕턴스(50'); 및
- 트랜시버(20)의 헤드와 송신 전기자(100) 중 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 커패시터(54)를 더 포함하고,
상기 인덕턴스들은 트랜시버의(20)의 상류에 위치되는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 3 항에 있어서,
1차 회로는 트랜시버(20)의 다른 헤드와 송신 전기자(100') 중 다른 하나 사이에 배치된 제 2 커패시터(54')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 4 항에 있어서,
2차 회로는:
- 부하(18)와 송신 전기자(200) 중 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 인덕턴스(52)와, 상기 부하(18)와 수신 전기자(200') 중 다른 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 인덕턴스(52'); 및
- 상기 트랜시버(22)와 상기 수신 전기자(200) 중 하나 사이에 배치된 적어도 제 1 커패시터(56)와, 상기 트랜시버(22)와 상기 수신 전기자(200') 중 다른 하나 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 커패시터(56')를 더 포함하고,
상기 인덕턴스들은 트랜시버(20)의 하류에 위치된 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 5 항에 있어서,
전력 송전기(12)는:
사용시 상기 에너지 소스(10)에 연결된 적어도 하나의 인덕턴스(60);
일측이 상기 인덕턴스(60)에 연결되고, 타측이 상기 에너지 소스(10)에 대해 낮은 전위에 연결된 적어도 하나의 커패시터(64); 및
일측이 콘덴서(64)와 병렬로 상기 인덕턴스(60)에 연결되고, 타측이 에너지 소스(10)에 대해 낮은 전위로 연결된 적어도 하나의 스위치(66)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 5 항에 있어서,
전력 송전기(12)는 한 쌍의 스위치(66,68)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 5 항에 있어서,
각 트랜시버(20,22)는:
- 데이터 수신회로(84, 84') 및 데이터 전송회로(86, 86');
- 각각의 제 1 커패시터(54, 56)에 연결된 각 데이터 전송회로(86, 86')의 출력부와 각 데이터 수신회로(84, 84')의 입력부; 및
- 데이터 기준 전압에 연결된 각각의 제 2 커패시터(54', 56')를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 2 항에 있어서,
2차 회로는:
- 제 1 인덕턴스(52)와 부하(18) 사이의 노드에 일측이 연결되고, 스위치(71)에 타측이 연결된 커패시터(70)를 더 포함하고,
상기 스위치(71)는 제 2 인덕턴스(52')와 상기 부하(18) 사이의 노드에 연결된 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 2 항에 있어서,
2차 회로는 부하에 연결된 정류 스테이지(105)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
서로 근접 배치된 적어도 하나의 송신 전기자(100) 및 적어도 하나의 수신 전기자(200)로 구성된 각 전기자 쌍은 단일 일체형 커패시터의 구성 부분인 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
1차 회로가 다층면의 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

제 12 항에 있어서,
다층면은 하나 이상의 송신 전기자(100), 필요한 공급 전압, 기준 전압 및 데이터 연결 전압을 장치에 공급하는데 사용하기 특히 적합한 하나 이상의 층(210), 및 전력 송전기(12), 인덕턴스(50, 50'), 커패시터(54, 54') 및 트랜시버(20) 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 층을 포함하는 적어도 하나의 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터 전송 장치.

- 에너지 소스(10), 적어도 한 쌍의 송신 전기자(100, 100'), 상기 에너지 소스(10) 및 적어도 하나의 상기 송신 전기자(100, 100')에 연결된 적어도 하나의 전력 송전기(12), 상기 송신 전기자(100, 100') 중 적어도 하나에 연결된 적어도 하나의 트랜시버(20)를 포함하는 적어도 하나의 1차 회로를 사전배치하는 단계;
- 적어도 한 쌍 수신 전기자(200, 200'), 상기 수신 전기자(200, 200') 중 적어도 하나에 연결된 부하(18) 및 상기 수신 전기자(200, 200') 중 적어도 하나에 연결된 트랜시버(22)를 포함하는 적어도 하나의 2차 회로를 사전배치하는 단계;
- 상기 전기자들(100, 200) 간의 정용량성 타입의 결합을 결정하기 위해 상기 1차 회로의 송신 전기자(100, 100')에 근접해 상기 2차 회로의 수신 전기자(200)를 배열하는 단계;
- 상기 적어도 한 쌍의 전기자(100, 200)를 통해 상기 1차 회로의 트랜시버(20)로부터 상기 2차 회로의 트랜시버(22) 및/또는 그 반대로 데이터를 전송하는 단계; 및
- 데이터 전송과 별개로 적어도 한 쌍의 전기자(100, 200)를 통해, 1차 회로의 트랜시버(12)로부터 2차 회로의 부하(18)로 전력을 전달하는 단계를 포함하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

제 14 항에 있어서,
- 1차 회로에 복수의 송신 전기자(100), 복수의 전력 송전기(12) 및 복수의 트랜시버(20)를 사전배치하는 단계;
- 전력 및 데이터 각각의 전달을 가능하게 하기 위해 상기 1차 회로의 각각의 전력 송전기(12) 및 트랜시버(20)를 통해 수신 전기자(200)에 근접 배치된 상기 송신 전기자(100)를 여기시키는 단계; 및
- 전력 및 데이터 각각의 전달을 가능하게 하기 위해 상기 1차 회로의 각각의 전력 송전기(12) 및 트랜시버(20)를 통해 수신 전기자(200')에 근접 배치된 상기 송신 전기자(100)를 여기시키는 단계를 더 포함하고,
각각의 송신 전기자(100)는 인덕턴스(50)를 통해 적어도 하나의 각각 및 별개의 전력 송전기(12)에 연결되며, 적어도 하나의 송신 전기자(100)는 커패시터(54)를 통해 적어도 하나의 각각 및 별개의 트랜시버(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송하는 방법.

제 14 항에 있어서,
하나 이상의 상기 전송 전기자(100)는 시간에 따라 가변적인 전압파로 선택적으로 여기되고, 하나 이상의 다른 전송 전기자(100)는 상기 제 1 전압파와 다른 제 2 전압파로 선택적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

제 16 항에 있어서,
- 송신 전기자(100)에 연결된 각각의 전력 송전기 (12)의 내부에, 한 쌍의 스위치(66, 68)를 사전배치하는 단계; 및
- 간헐적인 신호로 상기 스위치(66, 68)를 활성화시킴으로써 생성된 전압파에 의해 하나 이상의 다른 송신 전기자(100)를 선택적으로 활성화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

제 14 항에 있어서,
- 송신 전기자(100)에 연결된 각각의 전력 송전기(12) 내부에, 에너지 소스(10)에 연결된 인덕턴스(60), 일측이 상기 인덕턴스(60)에 연결되고 타측이 기준 전압에 연결된 커패시터(64), 및 상기 커패시터(64)와 상기 인덕턴스(60)의 노드에 연결된 스위치(66)를 사전배치하는 단계;
- 제 1 간헐속적 신호로 제 1 수신 전기자(200)에 근접 배치된 하나 이상의 송신 전기자(100)에 연결된 각각의 전력 송전기(12)의 스위치(66)를 활성화시키는 단계; 및
- 상기 제 1 간헐적 신호에 대해 반대 위상인 제 2 간헐적 신호로 제 2 수신 전기자(200')에 근접 배치된 하나 이상의 송신 전기자(100)에 연결된 각각의 전력 송전기(12)의 스위치(66)를 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

제 18 항에 있어서,
제 2 신호는 일정한 신호이거나 제 1 간헐적 신호에 대해 위상이 다른 신호인 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

제 14 항에 있어서,
- 각각의 트랜시버(20,22) 내부에, 데이터 수신회로(84, 84')와 데이터 전송회로(86,86')를 사전배치하는 단계; 및
- 전혀 영향 없이 전력파에 데이터 전압을 겹치며, 2개의 전압 레벨 사이에 파를 변조함으로써 데이터 전송회로(86)를 선택적으로 활성화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

제 14 항에 있어서,
- 각각의 트랜시버(20,22) 내부에, 데이터 수신회로(84, 84')와 데이터 전송회로(86,86')를 사전배치하는 단계; 및
- 2차 회로의 송신회로(86')에 의해 부과된 전압만 판독함으로써 1차 회로의 수신회로(84)가 1차 회로의 송신회로(86)에 의해 설정된 전압과 구별되고, 1차 회로의 송신회로(86)에 의해 부과된 전압만 판독함으로써 2차 회로의 수신회로(84')가 2차 회로의 송신회로(86')에 의해 부과된 전압과 구별되도록 1차 회로의 각 트랜시버(20)와 2차 회로의 각 트랜시버(22)에서 다른 공급 전압 레벨, 1차 및 2차 회로를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

제 14 항에 있어서,
- 각각의 트랜시버(20, 22) 내부에, 데이터 수신회로(84, 84')와 데이터 전송회로(86, 86')를 사전배치하는 단계;
- 1차 회로의 각 트랜시버(20)와 2차 회로의 각 트랜시버(22)에서 다른 공급 전압 레벨 이용하는 단계;
- 1차 회로 또는 2차 회로의 트랜시버 중 하나에 데이터 전송회로(86, 86')를 공급하는 단계;
- 1차 회로의 송신기(86)와 1차 회로의 수신기(84) 간에 임피던스를 판단하는 단계;
- 1차 회로의 송신기(86)와 2차 회로의 수신기(84') 간에 임피던스를 판단하는 단계;
- 2차 회로의 송신기(86')와 1차 회로의 수신기(84) 간에 임피던스를 판단하는 단계;
- 1차 회로의 송신기(86)와 2차 회로의 수신기(84') 간에 임피던스를 판단하는 단계; 및
- 데이터 전송회로(86, 86')가 송신기(86, 86')와 수신기(84, 84') 간에 결정된 임피던스와 2차 회로의 수신회로(84')에 대한 전압 레벨 간의 차를 기초로 하는 데이터를 송신하는지 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 데이터를 전송 방법.

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