KR20180132715A - 무선 전력 전송을 위한 시스템 - Google Patents

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KR20180132715A
KR20180132715A KR1020187030216A KR20187030216A KR20180132715A KR 20180132715 A KR20180132715 A KR 20180132715A KR 1020187030216 A KR1020187030216 A KR 1020187030216A KR 20187030216 A KR20187030216 A KR 20187030216A KR 20180132715 A KR20180132715 A KR 20180132715A
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wireless power
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세르게이 플렉하노브
레오니드 플렉하노브
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글로벌 에너지 트랜스미션, 컴퍼니
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Abstract

무선 전력 전송 시스템은 전송 트랜스듀서, 신호 생성기, 및 하나 이상의 전력 수신기를 포함한다. 상기 신호 생성기는 전력원으로부터 제1 전력 신호를 수신하고, 교류 전송 신호를 생성할 수 있다. 상기 신호 생성기는 상기 전송 트랜스듀서로 상기 전송 신호를 전송한다. 상기 전송 트랜스듀서는 전송 신호의 전도(conduction) 동안 전력 전송 영역에서 자기장을 생성할 수 있다. 상기 하나 이상의 전력 수신기는 수신 트랜스듀서와 전력 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 수신 트랜스듀서가 상기 전력 전송 영역에 위치한 경우, 상기 수신 트랜스듀서는 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 변하는(varying) 자속을 유도에 따라(inductively) 수신할 수 있다. 상기 수신 트랜스듀서는 상기 수신된 자속을 제2 전력 신호로 변환한다. 상기 전력 프로세서는 상기 제2 전력 신호를 각각의(respective) 하나 이상의 부하에 적합한(appropriate for) 제3 전력 신호로 변환한다.

Description

무선 전력 전송을 위한 시스템
본 출원은 아래의 3개의 특허출원에 대하여 35 U.S.C. § 119(e)에 의한 이익을 주장한다 - 각각의 특허출원은 모든 목적에 의해 전체가 참고 문헌으로 포함된다 - :
2016.3.18, 거리가 떨어져 있는(distant) 무선 전력 기술에 대한 미국 출원번호 62/310,557,
2016.5.31, 거리가 떨어져 있는(distant) 무선 전력 기술에 대한 미국 출원번호 62/343,776,
2016.6.10, 거리가 떨어져 있는(distant) 무선 전력 기술에 대한 미국 출원번호 62/348,640
본 개시는 무선 전력 전송(wireless power transferring)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시는 전력 소비 장치(power-consuming devices)에 사용되는 전력을 무선으로 전송하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
휴대 전자 장치 및 전기 장치는 중단 없는 동작을 위하여 배터리 전력에 의지한다. 이러한 휴대 전자 장치와 전기 장치는 스마트폰, 태블릿, 휴대용 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistants), 전기자동차, 카메라, 로봇, 의료장비 등을 포함한다. 이러한 장치들의 기능이 늘어나고 이에 상응하여 배터리에 가해지는 부하가 증가함으로써, 이러한 장치들이 충전되어야 하는 빈도는 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 장치들은 일반적으로 전력원에 유선 연결되어 충전된다. 전자 장치들을 유도 충전 패드(inductive charging pad) 위 또는 근처에 위치시킴으로써 무선 충전하는 기술 또한 존재한다. 유도 충전 패드는 이러한 장비들을 유도에 의해 충전시키기 위하여 자기 유도(magnetic induction)를 이용한다.
첫 번째 예시로써, 무선 전력 전송 시스템이 제공된다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 전송 트랜스듀서, 신호 생성기, 및 하나 이상의 전력 수신기를 포함할 수 있다. 상기 전송 트랜스듀서는 전송 신호의 전도(conduction) 동안 전력 전송 영역에서 자기장을 생성할 수 있다. 상기 신호 생성기는 상기 전송 트랜스듀서에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 신호 생성기는 전력원으로부터 제1 전력 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 덧붙여, 상기 신호 생성기는 상기 제1 전력신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가지는 교류 전송 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 게다가, 상기 신호 생성기는 상기 전송 신호를 상기 전송 주파수로 상기 전송 트랜스듀서로 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 하나 이상의 전력 수신기는 각각 하나 이상의 부하에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 하나 이상의 전력 수신기의 각각은 수신 트랜스듀서와 전력 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 수신 트랜스듀서가 상기 전력 전송 영역에 배치된 경우, 상기 수신 트랜스듀서는 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는 자속을 유도에 따라 수신하도록 구성될 수 있다. 덧붙여, 상기 수신 트랜스듀서는 상기 시간에 따라 변하는 자속을 제2 전력 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 전력 신호는 시간에 따라 변하는 전력 신호일 수 있다. 상기 제2 전력 신호는 상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 가질 수 있다. 상기 전력 프로세서는 상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전력 프로세서는 상기 제2 전력 신호를 각각의 하나 이상의 부하에 적합한 제3 전력 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
두 번째 예시로써, 무선 전력 전송의 방법이 제공된다. 상기 방법은 신호 생성기가 전력원으로부터 제1 전력 신호를 수신하고, 상기 신호 생성기가 상기 제1 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가지는 교류 전송 신호를 생성하고, 상기 신호 생성기가 상기 전송 주파수에서 상기 전송 신호를 전송 트랜스듀서로 전송함으로써 전력 전송 영역에서 자기장을 생성하고, 하나 이상의 전력 수신기에 포함되는 수신 트랜스듀서가 상기 전력 전송 영역에 배치된 경우 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는 자속을 유도에 따라 수신하고, 상기 시간에 따라 변하는 자속을 상기 수신 트랜스듀서에 의하여 상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 가지는 제2 전력 신호로 변환하고, 하나의 부하 또는 상기 하나의 부하를 포함하면서 하나를 초과하는 부하에 연결되도록 구성된 전력 프로세서에 의하여 상기 제2 전력 신호를 각각의 하나의 부하에 적합한 제3 전력 신호로 변환하는 것을 포함할 수 있다.
세 번째 예시로써, 무선 전력 전송기(wireless power transmitter)는 신호 생성기를 포함할 수 있다. 상기 신호 생성기는 전력원으로부터 제1 전력 신호를 수신할 수 있다. 덧붙여, 상기 신호 생성기는 상기 제1 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가지는 교류 전송 신호를 생성할 수 있다. 게다가, 상기 신호 생성기는 상기 전송 신호를 상기 전송 주파수로 전송 트랜스듀서로 전송할 수 있다.
네 번째 예시로써, 무선 전력 전송의 방법이 제공된다. 상기 방법은 신호 생성기가 전력원으로부터 제1 전력 신호를 수신하고, 상기 신호 생성기가 상기 제1 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가지는 교류 전송 신호를 생성하고, 자기장에 배치된 수신 트랜스듀서를 가지는 수신기에 전력을 전송하는 상기 신호 생성기가 상기 전송 주파수에서 상기 전송 신호를 전송 트랜스듀서로 전송함으로써 전력 전송 영역에서 자기장을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
다섯 번째 예시로써, 무선 전력 수신기가 제공된다. 상기 무선 전력 수신기는 전기적 부하(electrical load)에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 전력 수신기는 수신 트랜스듀서와 전력 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 수신 트랜스듀서가 상기 전력 전송 영역에 배치된 경우, 상기 수신 트랜스듀서는 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 전력 전송 영역에서의 시간에 따라 변하는 자속을 유도에 따라 수신하도록 구성될 수 있다. 덧붙여, 상기 수신 트랜스듀서는 상기 시간에 따라 변하는 자속을 시간에 따라 변하는 제1 전력 신호 - 상기 제1 전력 신호는 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가짐 - 로 변환하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 프로세서는 상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있고, 상기 제1 전력 신호를 부하에 적합한 제2 전력 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
여섯 번째 예시로써, 전기적 부하에 전기적으로 연결되도록 구성된 수신기에 의한 무선 전력 수신 방법이 제공된다. 상기 방법은 수신 트랜스듀서가 전력 전송 영역에 배치된 경우 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 상기 전력 전송 영역에서의 하나 이상의 전력 수신기의 상기 수신 트랜스듀서에 의하여 시간에 따라 변하는 자속을 유도에 따라 수신하고,
상기 수신 트랜스듀서에 의하여 상기 시간에 따라 변하는 자속을 시간에 따라 변하는 제1 전력 신호 - 상기 제1 전력 신호는 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가짐 - 로 변환하고,
전력 프로세서에 의하여 상기 제1 전력 신호를 전기적 부하에 적합한 제2 전력 신호로 변환하는 것을 포함할 수 있다.
이하는 일반적인 표현으로 발명을 묘사하였으며, 수반하는 도면들에 대한 언급이 이루어질 것이며, 이는 반드시 확대/축소하여 그려진 것은 아니며:
도 1은 하나 이상의 장치에 전력을 무선으로 전송하기 위한 무선 전력 전송 시스템의 예시를 위한 블록도이다.
도 2는 전형적인(exemplary) 무선 전력 전송 시스템의 서로 다른 구성 요소들을 도시하는 블록 선도이다.
도 3은 전력 전송 영역에서 항공기(aerial vehicle)에 전력을 공급하기 위한 무선 전력 전송의 응용의 예시를 위한 도면이다.
도 4는 수신기에 무선으로 전력을 전송하도록 전도체 주변에 자기장을 생성하는 전송 신호를 전도하는(conducting) 전송 전도체의 예시를 위한 횡단면도이다.
도 5는 무선 전력 전송의 예시를 위한 동작 흐름도를 도시한다.
도 6은 항공기의 가능한 이동 경로에 따른 광범위한(distributed) 전력 전송 영역의 예시를 도시한다.
도면에 묘사되지 않은, 설명에 묘사된 추가적인 구조들이 존재할 수 있다. 이러한 경우, 도면에 묘사되지 않은 것은 그러한 구조를 누락시킨 것으로 이해되지 않아야 할 것이다.
실시예들을 구체적으로 설명하기에 앞서서, 실시예들은 무선 전력 전송, 수신, 그리고 전달과 관계된 방법 및 시스템 구성 요소들을 활용할 수 있는 것으로 관찰되어야 한다. 그러므로, 시스템 구성 요소들은 도면의 관습적인 상징들에 적합하게 대표되었으며, 실시예의 이해에 적절한 구체적 예시들을 보여줌으로써 통상의 기술자에게 분명한 설명의 세부 사항들을 모호하게 하지 않도록 하였다.
구체적 실시예는 아래에 개시된다; 그러나, 개시된 실시예는 발명의 청구항에 대한 단지 예시적인 것에 지나지 않으며, 다양한 형태로 실시될 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로, 특정한 구조적 그리고 기능적 세부 사항에 대한 게시는 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 청구항에 대한 근거이고 통상의 기술자가 적절한 구조와 방법을 통해 게시된 구성을 다양하게 실시할 수 있도록 하는 대표적인 근거에 불과한 것으로 해석되어야 한다. 또한, 사용된 용어나 표현들은 제한을 의도한 것이 아니라 주제에 대하여 이해할 수 있는 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 하나 이상의 장치에 전력을 무선으로 전송하기 위한 무선 전력 전송 시스템(100)의 예시를 위한 블록도이다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 실시간으로 하나 이상의 장치에 전력(electrical power)을 전송할 수 있도록(enables) 한다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 닫힌 환경(closed environment)에서 실행(implement)될 수 있다. 예시에서, 무선 전력 전송 시스템(100)은 사무실, 집 또는 다른 형태의 실내 장소에서 실행될 수 있다. 실내 장소는 방, 복도(corridor), 회의실 또는 건물 내부의 다른 장소를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템(100)은 열린 환경(open environment)에서도 실행될 수 있다. 예시에서, 무선 전력 전송 시스템(100)은 건물 바깥에서 실행될 수 있다. 건물 바깥의 장소는 차폐된 영역(covered area)에 가까운 열린 환경에 대하여 열려 있는 차폐된 영역을 포함할 수 있다. 또 다른 예시에서, 무선 전력 전송 시스템(100)은 닫힌 환경 내부에서 10미터 이상의 거리만큼 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 열린 환경에서 20미터 이상의 거리만큼 전력을 전송할 수 있다. 이러한 거리는 열린 환경 또는 닫힌 환경의 특징들보다는 시스템의 기대 전력 전송 능력(expected power delivery capabilities)에 기반하고 있다.
무선 전력 전송 시스템(100)은 동시에 또는 순차적으로 하나 또는 여러 개의 사용자 장치에 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다(facilitate). 예시에서, 무선 전력 전송 시스템(100)은 열린 환경에서 항공기 - 예를 들어, 드론을 포함하는 무인항공기 - 에 전력을 공급할 수 있으며, 이는 500 와트를 초과하는 전력을 요구한다. 몇몇의 예시들에서, 드론은 무선 전력 전송 트랜스듀서(114)로부터 20미터 이상의 거리만큼 전력을 공급받을 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 동시에 또는 순차적으로 복수 개의 장치에 전력을 공급할 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 전력원(104)에 연결되도록 구성된 전송기 어셈블리(100) 및 부하(110)에 연결되도록 구성된 무선 전력 수신기(108)를 포함할 수 있다. 전송기 어셈블리(106)은 신호 생성기(112) 및 전송 트랜스듀서(114)를 포함한다. 무선 전력 수신기(108)는 수신 트랜스듀서(116) 및 전력 프로세서(118)를 포함한다. 덧붙여, 몇몇의 예시들에서, 전송기 어셈블리(106)는 신호 생성기(112)를 포함하는 도 2의 무선 전력 전송기(202)를 포함한다.
이 예시에서, 신호 생성기(112)는 전송 트랜스듀서(114)로 전송 신호를 전송한다. 전송 트랜스듀서(114)는 안테나(antenna)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 전송 트랜스듀서는 전도성 코일(conductive coil) 또는 전송 신호를 전도하는 전기 전도체에 의해 형성(form)된 폐회로(loop)일 수 있다. 몇몇의 예시들에서, 전도체는 모든 적절한 배치(configuration)에서 확대될 수 있고, 이 때 전력 전송 영역(102)에서 자기장을 생성하기 위하여 전도체의 전체 또는 일부가 차폐되지 않고(unshielded) 접지되지 않은(ungrounded) 상태이다. 전도체에서 자기장을 생성하는 부분은 연속적 고리(continuous loop)가 아닌 배치를 가질 수 있고, 그 길이 방향으로(along a length of) 하나 이상의 전력 전송 영역을 생성할 수 있다. 전기 전도체의 길이 방향으로 전송 신호를 전도함으로써 전도체의 길이 방향으로 전력 전송 영역을 형성할 수 있다. 전력 전송 영역은 특정 응용에 적합하도록 신호 생성기(112)로부터 일정 거리만큼 떨어져 배치된 차폐된 전도체로 확장될 수 있다.
무선 전력 수신기(108)가 전력 전송 영역(102)에 배치된 경우, 무선 전력 수신기(108)는 자기장으로부터 전력을 얻을(draw power from)수 있다. 덧붙여, 전기 전도체에 의하여 생성된 자기장은 수신 트랜스듀서(116)의 단자(terminal)에 전압을 유도한다(induce).
무선 전력 수신기(108)가 전력 전송 영역(102)에 위치하고 있을 때, 무선 전력 전송 시스템(100)은 전력 전송을 가능하게 한다. 전력 전송 영역(102)은 무선 전력 수신기(108)가 전송 트랜스듀서(114)에 의하여 생성된 자기장으로부터 전력을 얻을 수 있는 내부의 영역이다. 덧붙여, 이미 언급한 바와 같이, 무선 전력 수신기(108)는 하나 이상의 장치에 대응하는 하나 이상의 부하와 전기적으로 연결될(coupled) 수 있다. 하나 이상의 장치는 하나 이상의 전기적 장치, 하나 이상의 전자적 장치, 무인항공기와 같은 전기 기계 장치(electromechanical device) 등이 될 수 있다. 이러한 하나 이상의 장치의 예시는 스마트폰, 태블릿, 휴대용 컴퓨터, 휴대 정보 단말기, 카메라, 무인항공기 등을 포함한다. 하나 이상의 장치는 웨어러블 컴퓨터 장치, 웨어러블 의료 장치, 휴대용 MP3 플레이어 등 배터리를 전력 공급원(power supply)으로 사용하는 장치일 수 있다. 각각 장치의 배터리는 부하(110)처럼 동작한다. 부하(110)는 무선 전력 수신기(108)와 전기적으로 연결되어 있다. 덧붙여, 부하(110)는 동작을 위해 전력(electrical power)을 사용하는 모든 장비가 될 수 있다. 몇몇의 예시들에서, 장치들은 무선 전력 전송 시스템(100)으로부터 수신한 전력으로 곧바로(directly) 동작할 수 있고, 배터리는 충전되거나 충전되지 않을 수 있다.
무선 전력 수신기(108)는 각각 대응하는 장치의 부하에 전력의 전송(delivery)과 전송 신호의 수신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 특정 응용에 적합하도록 전송기 어셈블리(106)로부터 먼 거리만큼 떨어져 있는 하나 이상의 장치에 대한 무선 전력 공급을 실시(perform)할 수 있다. 하나 이상의 장치는 무선으로 전력을 수신하기 위하여 전송기 어셈블리(106) 근처에 있을 필요가 없다. 무선 전력 수신기(108)가 전력 전송 영역(102)에 배치된 경우, 무선 전력 전송기(202)는 무선 전력 수신기(108)와 유도에 의해 연결된다(inductively interlinked). 유도에 의한 연결(inductive interlinking)은 무선 전력 전송기(202)와 무선 전력 수신기(108)를 연결(coupling)하는 전자기장(electromagnetic field)에 기반한 것이다. 일실시예에 따르면, 무선 전력 전송기(202)는 전력 전송이 아닌 목적에 의해 하나 이상의 전력 수신기와 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 전력 수신기는 대응하는(corresponding) 장치와 전기적으로 연결되도록 구성되어 있다. 무선 전력 수신기(108)는 전송기 어셈블리(106) 주변에 배치되거나 위치해 있다. 수신기(108)에 연결된 경우, 전송기 어셈블리는 부하(110)를 위한 전력의 무선 전송을 실시(perform)한다. 부하(110)가 충전지(rechargeable battery)를 포함하는 경우, 전송된 전력은 하나 이상의 사용자 장치가 수신기(108)를 가지고 있거나 수신기(108)에 연결된 경우 배터리를 실시간으로 충전하는 데 사용될 수 있다.
더 나아가서, 신호 생성기(112)는 전력원(104)에 연결되도록 구성된다. 전력원(104)은 전기적 제1 전력 신호를 신호 생성기(112)에 공급한다. 예를 들어, 전력원(104)은 신호 생성기(112)의 수신 단자(receiving port)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력원(104)은 미리 결정된 전압과 미리 결정된 주파수를 가지는 교류 전력원이다. 통상(commercially) 가능한 전압과 주파수는 110V/50Hz, 110V/100Hz, 220V/50Hz, 110V/60Hz, 120V/60Hz, 및 230V/50Hz를 포함한다. 전력원(104)은 삼상 전력원일 수 있다.
예를 들어, 가능한 경우 신호 생성기(112)는 단순히 표준 110V 또는 220V 전력원에 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 전력원(104)은 직류 전력원이다. 직류 전력원은 직류를 신호 생성기(112)로 공급한다. 교류 또는 직류 전력원은 발전기(generator) 또는 태양열, 풍력, 수력 전력원 등의 재생에너지원, 또는 다른 이용 가능한 전력원에 의하여 공급될 수 있다.
신호 생성기(112)는 전력원(104)으로부터 제1 전력 신호를 수신하도록 구성된다. 신호 생성기(112)는 제1 전력 신호로부터 교류 전송 신호를 생성하는 전자 장치이다. 몇몇의 실시예에 따르면, 신호 생성기(112)는 전력과 주파수를 조절 가능한 신호 생성기이다.
게다가, 교류 전송 신호는 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가진다. 더 높은 주파수의 전송 신호는 무선 전력을 수신하는 장치들에 대응하는 디멘션들(dimensions)을 가지는 수신기 구조(receiver structure)들의 사용을 가능하게 할 수 있다. 일실시예에 따르면, 신호 생성기(112)는 10 kHz - 500 kHz 범위 주파수를 가지는 전송 신호를 생성한다. 다른 실시예에 따르면, 신호 생성기(112)는 5 kHz - 1000 kHz 범위 주파수를 가지는 전송 신호를 생성한다. 또 다른 실시예에 따르면, 신호 생성기(112)는 500 kHz - 100 MHz 범위 주파수를 가지는 전송 신호를 생성한다. 신호 생성기(112)는 전력 전송 영역(102) 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 신호 생성기(112)는 전송 주파수를 가지는 전송 신호를 전송 트랜스듀서(114)에 전송하도록 구성된다.
신호 생성기(112)는 전송 트랜스듀서(114)에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 덧붙여, 전송 트랜스듀서(114)는 신호 생성기(112)로부터 적합한 거리(appropriate distance)만큼 떨어진 위치에 배치되도록 확대될 수 있다(may extend to a position). 적합한 거리는 전력 전송 영역(102) 외부에 신호 생성기(112)가 놓이는 범위에서 미리 결정된 거리일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전송 트랜스듀서(114)의 단자(terminal)는 신호 생성기(112)의 대응되는 단자(corresponding port)에 연결된다.
몇몇의 실시예에 따르면, 전송 트랜스듀서(114)는 전력 전송 영역(102)을 따라 확대되는 연장된 전송 전도체(elongate transmitter conductor)이다. 전송 전도체는 특정 응용에 적합한(suitable) 길이를 가지는 전기 전도체이다. 전송기는 연선 전도체(stranded conductor)이거나 단선 전도체(non-stranded conductor)일 수 있다. 연선 전도체는 함께 꼬여 있는, 개별적으로 절연된 복수의 전선들로 만들어질 수 있다. 가닥의 크기와 개수는 각각의 특정 응용에 적합하도록 선택될 수 있고, 가닥의 개수는(number of strands) 2에서 50000까지 다양할 수 있다. 일실시예에 따르면, 개별적으로 절연된 복수의 전선들은 2개에서 1000개 범위의 개별적 가닥들이다. 절연된 복수의 비교적 가느다란 전선을 사용하는 것은 표피 효과(skin effect)에 따른 옴 손실(ohmic loss)을 줄일 수 있다.
몇몇의 실시예에 따르면, 전송 트랜스듀서(114)는 1차 유도 코일(primay inductance coil)의 형태이다. 일실시예에 따르면, 전송 트랜스듀서(114)는 비차폐형 전기 전도체(non-shielded electrical conductor)의 폐회로(loop)이다. 다른 실시예에 따르면, 전송 트랜스듀서(114)는 전기 전도체로 이루어진 복수의 동심원 형태의 폐회로(concentric loop)들을 포함한다. 복수의 동심원 형태의 폐회로들은 상이한 크기의 폐회로들을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 각각의 전기 전도체로 이루어진 동심원 형태의 폐회로는 함께 꼬여 있는, 개별적으로 절연된 복수의 전선들을 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 각각의 전기 전도체로 이루어진 동심원 형태의 폐회로는 단일의 전도체 전선을 포함한다.
더 나아가서, 전송 전도체(114)는 희망하거나(desired) 미리 정해진 전력 전송 영역(102) 내에서 전력을 공급하기에 적합한 길이와 위치를 가진다. 전력 전송 영역(102)은 전도체 폐회로(conductor loop)의 배치에 의해 결정되는 공간을 점유한다. 예시에서, 전도체 폐회로는 건물 내부에서 5 미터에서 100 미터까지 확대되고, 다른 예시에서, 열린 환경에서 수 킬로미터(예를 들어, 5 킬로미터)가 확대된다. 전송 트랜스듀서(114)는 최대의 디멘션을 가지는데, 예를 들어 맞은편의 폐회로 영역(opposite loop sections) 간의 거리를 가지는 전도성 폐회로(conductive loop) 또는 전송 전도체의 길이이다. 전송 트랜스듀서(114)는 대체로 하나 이상의 강체(rigid element)로 만들어질 수 있지만, 유연한 것이 선호된다(preferably flexible). 예시에서, 전송 전도체 또는 폐회로는 벽 내부, 천장을 따라서, 바닥 내부, 또는 다른 모든 적합한 지지 구조물(support structure)에 위치할 수 있다. 전송 전도체는 빌딩 내부 또는 열린 환경에서 모든 적합한 방법으로 지지(support)될 수 있다.
일실시예에 따르면, 전송 트랜스듀서(114)는 실버 미카(silver mica) 커패시터 또는 다른 모든 종류의 커패시터를 포함한다. 특히 높은 주파수에서, 실버 미카(silver mica) 커패시터는 다른 종류의 커패시터에 비해 개선된 정밀도, 안정성, 및 신뢰도를 제공할 수 있다. 덧붙여, 큐 인자(q factor)가 1000을 초과하는 실버 미카(silver mica) 커패시터는 저항 및 유도 손실(resistive and inductive loss)이 낮아지도록 도울 수 있다.
이미 설명한 대로, 전송 트랜스듀서(114)는 전송 신호 전류가 전도체의 길이 방향으로 흐를 때 자기장을 생성하는 전류가 흐르는 전도체(current carrying conductor) 형태의 안테나일 수 있다.
자기장은 전력 전송 영역(102)을 정의하는 시간에 따라 변하는 자속에 의하여 특징지어지고, 전력 전송 영역(102)은 무선 전력 수신기(108)에 전력을 전송하기에 충분한 자기의 세기(magnetic field strength)를 가진다. 덧붙여, 전송 트랜스듀서가 전도성 폐회로(conductive loop)인 실시예에 대하여, 폐회로의 배치가 전력 전송 영역(102)의 배치를 결정한다. 이미 언급한 대로, 전력 전송 영역(102)은 무선 전력 전송기 어셈블리(106) 및 무선 전력 수신기(108)에 의하여 무선 전력 전송이 실현 가능한(realizable) 장소에서 자기장을 포함하는 공간으로 정의될 수 있다. 무선 전력 전송은 무선 전력 수신기(108)가 사용할 수 있는 양의 전력을 가지도록 자기장이 충분한 힘을 가지는 장소에서 실현 가능하다. 일실시예에 따르면, 수신기(108)와 부하(110)가 공통된 장치의 일부일 때처럼, 무선 전력 수신기(108)는 부하(110)에 내부적으로 연결되도록 구성된다. 다른 실시예에 따르면, 무선 전력 수신기(108)는 부하(110)에 외부적으로 연결되도록 구성된다. 부하(110)는 충전되어야 하고(충전되어야 하거나) 회로를 동작시키는 배터리와 같이, 사용자 장치의 전기적 부하일 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기(108)는 부하 장치(load device)로부터 분리된 하우징(housing)에 보관될(housed) 수 있거나, 부하 장치의 일부가 될 수 있다. 분리된 경우, 무선 전력 수신기(108)는 부하(110)와 관련된 장치의 덮개(cover)에 부합하는(conforming) 덮개를 포함할 수 있다.
무선 전력 수신기(108)는 수신 트랜스듀서(116)를 포함한다. 수신 트랜스듀서(116)는 2차 유도 폐회로를 형성하는 2차 코일과 같은 수신기 안테나(receiver antenna)에 해당할 수 있다. 코일은 희망하는 레벨의 인덕턴스를 생성하기에 적합한 미리 정해진 길이를 가질 수 있다. 수신 트랜스듀서(116)는 전송 트랜스듀서(114)의 대응되는 디멘션들과 크기가 비슷하거나 더 작은 디멘션들을 가질 수 있다. 덧붙여, 코일 형태의 수신 트랜스듀서(116)의 길이는 전도성 폐회로 또는 연장된 전송 전도체 형태의 전송 트랜스듀서(114)의 길이보다 짧을 수 있다. 일실시예에 따르면, 수신 트랜스듀서(116)의 최대 디멘션(largest dimension)은 전송 트랜스듀서(114)의 최대 디멘션의 0.00001배에서 1배 사이의 값을 가진다. 다른 실시예에 따르면, 예를 들어 전송 트랜스듀서가 수신 트랜스듀서(116)보다 여러 배 더 넓은 영역에서 확대되는 경우, 수신 트랜스듀서(116)의 최대 디멘션은 전송 트랜스듀서(114)의 최대 디멘션의 0.0001배에서 0.1배 사이의 값을 가진다.
도 2에서 후술되는 바와 같이, 전송 트랜스듀서(114)와 수신 트랜스듀서(116)는 공진 주파수에서 공진 상태(resonance state)로 작동하도록 구성될 수 있다. 덧붙여, 전송 트랜스듀서(114)와 수신 트랜스듀서(116)는 임피던스 정합(impedance match) 상태에 있을 수 있다. 임피던스 정합은 무선 전력 전송기에서 무선 전력 수신기(108)로 향상된 전력을 전송하도록 할 수 있다.
일실시예에 따르면, 무선 전력 전송기 어셈블리(106)는 전력 전송 영역(102)에서 무선 전력 수신기(108)의 존재를 감지하기 위한 전송기 통신 신호(transmitter communication signal)을 연달아 전송하도록 구성되었다. 일실시예에 따르면, 무선 전력 수신기(108)은 전송기 통신 신호를 수신함에 대응하여 무선 전력 전송기(202)에 수신기 통신 신호(receiver communication signal)를 전송할 수 있다.
덧붙여 혹은 그 대신에, 무선 전력 수신기(108)은 전송 트랜스듀서(114)에 의해 생성된 자기장을 감지할 수 있다. 몇몇의 실시예에 따르면, 신호 생성기(112)는 전력 전송 영역(102)에서 하나 이상의 전력 수신기(108)의 존재를 감지함에 대응하여 전송 신호의 생성을 자동적으로 개시한다. 전력 전송 영역(102)의 자기장에서 무선 전력 수신기(108)의 존재를 감지함에 대응하여, 신호 생성기(112)는 전력 수신기(108)와 관련된 부하(110)에 전력을 공급하기에 적합한 전송 신호에 증가된 전력을 공급할 수 있다.
그러므로, 수신 트랜스듀서(116)가 전력 전송 영역(102)에 배치된 경우, 수신 트랜스듀서(116)는 전송 트랜스듀서(114)로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는 자속을 수신한다. 수신 트랜스듀서(116)는 시간에 따라 변하는 자속을 적어도 500 Hz의 주파수를 가지는 전송 신호의 전송 주파수를 가지는 제2 전력 신호로 변환한다.
수신 트랜스듀서(116)는 전력 프로세서(118)와 전기적으로 연결된다. 덧붙여, 전력 프로세서(118)는 부하(110)에 전기적으로 연결되도록 구성된다.
전력 프로세서(118)는 제2 전력 신호를 각각의 하나 이상의 부하(110)에 적합한 제3 전력 신호로 변환한다. 더 구체적으로, 전력 프로세서(118)는 제2 전력 신호의 전압 준위를 부하에 적합한 제3 전력 신호의 미리 정해진 전압 준위로 변환한다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 변압기는 전압 준위에 필요한 변화를 제공하는 데 사용될 수 있다. 덧붙여, 전송 트랜스듀서(114)에 의하여 생성되는 자기장의 감지에 대응하여(또는 이에 기초하여), 제2 전력 신호는 무선 전력 수신기(108)에 의하여 제3 전력 신호로 변환된다.
무선 전력 수신기(108)는 자기장의 존재를 감지하고, 전력 프로세서(118)는 제2 전력 신호로부터 제3 전력 신호로의 변환을 자동적으로 개시하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수신 트랜스듀서(116)가 감지 가능한 양 또는 임계값(threshold amount)의 기전력(electromotive force)을 생성하는 경우, 무선 전력 수신기는 자기장의 존재를 감지할 수 있다.
도 1에서, 무선 전력 전송 시스템(100)은 수신 트랜스듀서(116)와 무선 전력 수신기(108)를 가지는 단일 장치로의 전력 전송을 가능하게 한다는 점에 주목할 수 있다; 그러나, 통상의 기술자들은(those skilled in the art) 전송기 어셈블리(106)가 복수의 무선 전력 수신기(108)들에 동시에 전력을 공급할 수 있다는 것에 만족할 것이다.
도 2는 200에서 일반적으로 나타나는 무선 전력 전송 시스템의 또다른 예시의 서로 다른 구성 요소들을 도시한다. 무선 전력 전송 시스템(200)은 무선 전력 전송 시스템(100)의 예시이다. 무선 전력 전송 시스템(200)은 전송기 어셈블리(201)와 무선 전력 수신기(203)를 포함한다. 전송기 어셈블리(201)는 무선 전력 전송기(202)와 전송 트랜스듀서(205)를 포함한다. 도 1에서 이미 설명한 대로, 전송 트랜스듀서(205)는 전송 신호가 전도체의 길이 방향으로 전도되는 동안 자기장을 생성하도록 구성된 전기적 전송 전도체(electrical transmission conductor)와 같은 안테나일 수 있다. 전송 전도체는 유도 폐회로 또는 코일의 형태일 수 있다.
무선 전력 전송기(202)는 신호 생성기(207)와 통신 회로(210)를 포함한다. 무선 전력 전송기(202)의 하나 이상의 일부가 전력 전송 영역(209)에 위치하거나, 무선 전력 전송기(202)의 일부도 전력 전송 영역에 위치하지 않을 수 있다.
신호 생성기(207)는 전송 트랜스듀서(205)에 전기적으로 연결되고, 전력원(104)에 연결되도록 구성된다. 전력원(104)은 제1 전력 신호를 신호 생성기(207)로 공급한다. 신호 생성기(207)는 제1 전력 신호를 활용하여 전송 신호를 생성한다. 그러므로, 신호 생성기(207)는 전송 트랜스듀서(205)로 전송 신호를 전송한다. 전송 신호는 적어도 500Hz의 전송 주파수로 전송된다(도 1에서 나타난 신호 생성기(112)에서 설명된 대로).
신호 생성기(207)는 제어기(204)를 포함한다. 제어기(204)는 신호 생성기(207)의 전송 신호를 생성하는 회로들(transmission signal generating circuits)에 동작적으로 연결된다. 전송 신호의 생성 동안 제어기(204)는 신호 생성기(207)의 전송 신호를 생성하는 회로들의 하나 이상의 동작을 제어한다. 제어기(204)는 전송 주파수와/또는 전력 레벨(power level)과 같은 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 제어하도록 구성된 조정 제어 유닛(adaptive control unit)의 역할을 한다.
제어기(204)는 신호 생성기(207)에 의해 전송된 전송 신호의 전력 레벨과 전송 주파수를 모니터(monitor)할 수 있다. 일실시예에 따르면, 제어기(204)는 전송 신호의 전력 레벨과/또는 전송 주파수를 제어하고 변화시킨다.
무선 전력 수신기(203)는 수신 트랜스듀서(211), 통신 회로(212), 그리고 전력 프로세서(213)를 포함한다. 일실시예에 따르면, 수신 트랜스듀서(211)는 자기장의 세기와 전송 트랜스듀서(205)로부터 수신 트랜스듀서(211)까지의 거리에 의존적인 전력 레벨을 가지는 전력을 전력 전송 영역(209)에서 수신한다. 더 구체적으로, 수신 트랜스듀서(211)로부터 생성된 전력 레벨은 전송 트랜스듀서(205)로부터 수신 트랜스듀서(211)까지의 거리의 제곱에 반비례한다. 이는 수신 트랜스듀서와 관계된 작은 크기의 전송 트랜스듀서를 가지는 무선 전력 전송기들과 대조되는데, 이 경우 수신 트랜스듀서의 전력 레벨은 전송 트랜스듀서로부터 수신 트랜스듀서까지의 거리의 여섯 제곱에 반비례한다.
언급한 바와 같이, 제어기(204)는 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 변화시키기 위한 제어 신호(control signal)를 생성한다. 제어기(204)는 통신 회로(210)와 전기적으로 연결될 수 있다. 통신 회로(210)는 무선 전력 수신기(203)에 포함된 통신 회로(212)로부터 수신기 정보를 수신할 수 있다. 제어기(204)는 통신 회로(210)로부터 차례차례 수신기 정보를 수신할 수 있고, 수신한 수신기 정보에 대응하여, 주파수 또는 전압 준위와 같은 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 조정하는 제어 신호를 생성할 수 있다.
전력 프로세서(213)는 수신 트랜스듀서(211)가 효율적으로 전력을 수신하는데 적합한 전력 주파수와/또는 전력 수요에 관한 수신기 정보를 통신 회로(212)에 통신하도록 구성된다. 전력 프로세서(213)에 의해 제공된 정보는 수신기 통신 회로(receiver communication circuit)(212)에서 전송기 통신 회로(transmitter communication circuit)(210)로 통신된 수신기 정보이다.
신호 생성기(207)는 전력 전송 영역(209)에서 각각의 무선 전력 수신기(203)로부터 수신된 수신기 정보에 대응하는 전송 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
몇몇의 실시예에 따르면, 전송기 통신 회로(210)는 전송기 정보를 무선 전력 수신기(203)의 수신기 통신 회로(212)로 전송할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전송기 정보는 전송 신호의 주파수 또는 하나 이상의 무선 전력 수신기(203)에 전송할 수 있는 전력의 양을 포함할 수 있다. 그러므로, 전력 프로세서(213)는 수신된 전송기 정보에 대응하여 전력 프로세서(213)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 전송기 통신 회로(210)와 수신기 통신 회로(212) 사이의 통신은 전력 전송 영역(209)에서의 수신기 통신 회로(212)의 가능한 위치들의 범위로부터 통신 회로(210)까지의 거리에 적합한 통신 기술일 수 있다. 잠재적으로 유용한 통신 기술의 예시들은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 무선랜(WLAN), 와이파이(Wi-Fi), 혹은 모든 기타 요구되는 거리 너머에서 정보를 교환하는 적합한 통신 기술을 포함한다.
일실시예에 따르면, 수신기 정보는 수신 트랜스듀서(211)와 전력을 수신하기 위하여 조정된 전력 프로세서(213)의 주파수와/또는, 무선 전력 수신기(203)에 연결된 부하(219)에 의해 요구되는 전력 레벨 또는 현재 충전량(amount of charge)에 관계된 정보를 포함할 수 있다. 제어기(204)는 이러한 수신기 정보를 활용하여 무선 전력 수신기(203)에 전달되어야 하는 전력의 양(amount of power) 또는 전송 신호의 주파수를 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어기(204)는 무선 전력 수신기(203)로부터 수신된 수신기 정보를 처리하는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 또는 마이크로컨트롤러(microcontroller)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 프로세서(213)는 무선 전력 전송기(202)로부터 수신된 전송 정보를 처리하는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
전송기 어셈블리(201)는 공진 회로(206)를 포함하도록 구성될 수 있다. 공진 회로(206)는 리액턴스(208)와 전송 트랜스듀서(205)의 조합을 포함할 수 있다. 리액턴스(208)는 하나 이상의 커패시터를 포함하고, 하나 이상의 인덕터를 포함할 수 있다. 예시에서, 리액턴스(208)는 신호 생성기(207)의 일부이고 전송 트랜스듀서(205)는 전송기 어셈블리(201)의 일부이다. 공진 회로(206)는 전송 신호의 전송 주파수인 공진 주파수를 가진다. 리액턴스(208)는 공진 주파수를 변화시키기 위해 조정할 수 있다. 예를 들어, 리액턴스(208)의 인덕터의 인덕턴스 또는 커패시터의 커패시턴스는 공진 주파수를 변화시키기 위해 조정할 수 있다.
몇몇의 실시예에 따르면, 무선 전력 수신기(203)는 공진 회로(214) 또한 포함한다. 공진 회로(214)는 전력 프로세서(213)의 리액턴스(216)와 수신 트랜스듀서(211)를 포함한다. 리액턴스(216)는 가변 커패시터와/또는 가변 인덕터를 포함할 수 있다. 공진 회로(214)의 리액턴스는 조정될 수 있는데, 예를 들어 공진 회로(214)의 가변 커패시터나 인덕턴스 조정 회로(inductance tuning circuit)를 조정함으로써 가능하다. 공진 회로(214)의 리액턴스는 통신 회로(210)로부터 수신된 전송 정보에 기반하여 전송 주파수를 맞추기(match) 위해 공진 회로(214)의 공진 주파수를 변화시키도록 제어될 수 있다.
몇몇의 실시예에 따르면, 전력 프로세서(213)는 슈퍼 커패시터(218)를 포함한다. 슈퍼 커패시터(218)는 전력 전송 영역(209)의 자기장으로부터 수신됨에 따라 전하(electric charge)를 빠르게 저장할 수 있다. 슈퍼 커패시터(218)에 저장된 전하는 부하(219)의 배터리(221)를 충전하는 데 사용되고/또는 무선 전력 수신기(203)에 연결된 장치의 부하(219)에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 이러한 충전 또는 동작은 무선 전력 수신기(203)가 전력 전송 영역(209)를 떠난 이후에 발생할 수 있다. 예시에서, 슈퍼 커패시터(218)는 드론에 부착된(attached) 무선 전력 수신기(203)의 일부일 수 있다. 드론이 전력 전송 영역(209)을 통과하여 비행할 때, 슈퍼 커패시터(218)는 무선 전력 수신기(108)의 수신 트랜스듀서(116)로부터 수신한 전기적 에너지를 저장할 수 있다. 그러면 슈퍼 커패시터(218)는 예컨데 드론이 전력 전송 영역(209) 밖으로 벗어난 때에 드론의 배터리(221)를 점진적으로 충전할 수 있다.
또 다른 예시에서, 전송 전도체(transmitter conductor)는 고가 구조물(elevated structure) 위 또는 지면에서 일정 거리만큼 위에 있는 공중에서 지원될 수 있는 전선 조직(system of wires)의 형태를 가질 수 있고, 드론이나 기타 항공기와 같은 장치를 동작시키는 에너지 채널(energy channel)로써 동작한다. 전송 전도체는 수 킬로미터 길이를 가져 드론을 위한 전력선(power line)을 형성할 수 있다. 드론은 전력선을 따라 비행할 수 있고 지면이나 다른 표면에 착륙할 필요 없이 충전될 수 있다. 에너지 채널은 중량 화물(heavy cargo)를 들어올리는 데에 사용되는 드론에 에너지를 공급하는 데 사용될 될 수 있는데, 예컨데 10-20 kg만큼을 들어올릴 수 있다. 전선 조직은 긴 전도체 전선을 따라 확대되고 이를 둘러싸는 튜브와 같은(tube-like) 전력 전송 영역(209)을 생성할 수 있다. 전송 신호에 적합한 전력이 적용되면, 무선 전력 수신기(203)는 전송 전도체로부터 10-20 미터만큼 떨어져서 전력을 수신하는 것이 가능할 수 있다. 드론들은 무기한의 기간 동안 확대된 전력 전송 영역(209) 내에서 움직이거나 동작하는 것이 가능할 수 있다. 전송기 어셈블리(201)는 드론에 수 킬로와트를 전달할 수 있는 무선의 고 전력 에너지원(high power energy source)을 제공할 수 있다.
몇몇의 실시예에 따르면, 전력 프로세서(213)는 변압기(220)를 포함한다. 변압기(220)는 부하(219)와 수신 트랜스듀서(211) 사이에 전기적으로 연결된다. 변압기(220)는 제2 전력 신호의 전압 준위를 부하(219)에 적용된 제3 전력 신호의 미리 결정된 전압 준위로 변환할 수 있다. 다른 회로 또는 회로 부품들 또한 제2 전력 신호의 전압 준위를 미리 결정된 제3 전력 신호의 전압 준위로 변환하는 데 사용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 무선 전력 수신기(203)는 부하(219)에 직접적으로 전기적으로 연결된다. 무선 전력 수신기(203)는 부하(219)에 직접적으로 연결될 수 있으며, 변압기 또는 변류기(current transformer)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 전력 수신기(203)는 전송기 어셈블리(201)로부터 수신한 잉여 전력을 배터리(221)로 전송한다. 전송기 어셈블리(201)로부터 수신된 전력 레벨이 낮은 경우, 배터리(221)에 저장된 전력은 부하(219)에 직접적으로 적용될 수 있다. 그러면, 배터리(221)는 전력 버퍼(power buffer)로 사용될 수 있다.
도 3은 전력 전송 영역(306)에서 비행하는 드론(304)에 전력을 공급하기 위한 무선 전력 전송기(302)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템(300)의 예시를 나타낸다. 무선 전력 전송기(302)는 전력원(308)으로부터 제1 전력 신호를 수신한다. 무선 전력 전송기(302)는 전력원(308)과 전송 트랜스듀서(310)에 전기적으로 연결된다. 전송 트랜스듀서(310)는 전력 전송 영역(306)을 정의하는 위치와 크기의 유도 폐회로의 형태를 가진다. 무선 전력 전송기(302)는 전송 신호를 생성하고 전송 트랜스듀서(310)로 전송한다. 전송 트랜스듀서(310)는 전력 전송 영역(306)의 자기력선(magnetic-field lines)(312)으로 대표되는 변화하는 자기장을 생성한다. 드론(304)이 전력 전송 영역(306)에 배치되어 있을 때, 자기장은 드론(304)에 전력을 공급하는 데 사용돈다. 드론(304)는 무선 전력 수신기(314)를 포함한다. 전력 수신기(314)는 전도성 코일(conductive coil)의 형태를 가지는 수신 트랜스듀서(316)를 포함한다. 자기력선(312)은 전도성 코일을 지나간다. 변화하는 자기장은 제2 전력 신호에 대응하는 유도 코일의 단자들에 전압을 유도한다. 그러므로, 코일의 제2 전력 신호는 제3 전력 신호로 변환되고, 드론(302)의 모터와 기타 전력을 소모하는 구성 요소들에 직접적으로 공급되거나, 드론(302)의 배터리에 공급된다.
도 4는 자기장(402)으로부터 전력을 수신하는 무선 전력 수신기(404)와 전도체 주변에 자기장(402)이 존재하는 전송 전도체(400)의 예시를 위한 횡단면도이다.
전송 전도체(400)는 전송 트랜스듀서 114, 205, 또는 310의 예시이다. 무선 전력 수신기(404)는 무선 전력 수신기 108, 203, 또는 314의 예시이다. 횡단면도는 무선 전력 전송이 위치하는 곳 내부의 전력 전송 영역(405)을 나타낸다. 전송 전도체(400)는 무선 전력 전송기 202 또는 302와 같은 무선 전력 전송기에 전기적으로 연결되거나, 신호 발생기(112)에 전기적으로 연결된 전기 전도체일 수 있다. 전송 전도체(400)는 전력 전송기(power transmitter)의 신호 발생기로부터 전송 신호를 수신하고, 전송 전도체(400) 주변 변화하는 자기장(402)을 생성한다.
수신기(404)는 전력을 소모하는 장치의 배터리 또는 부하에 전기적으로 연결된 무선 전력 수신기이다. 예를 들어, 수신기(404)는 스마트 폰의 배터리에 연결되어 있다. 수신기(404)는 수신기 코일(406)을 포함한다. 수신기(404)가 전력 전송 영역(405)에 배치된 경우, 자기력선이 수신기 코일(406)을 지나가고, 수신기 코일(406)의 단자들에 전압을 유도한다. 전압은 제2 전력 신호에 대응한다. 그러므로, 코일 내부의 제2 전력 신호는 제3 전력 신호로 변환되고 수신기(404)를 포함하는 배터리 또는 다른 장치의 부하에 공급된다.
도 5는 하나 이상의 장치에 전력을 무선으로 전송하는 방법(500)의 예시를 도시한다. 방법(500)은 무선 전력 전송 시스템 100, 200, 또는 300에 의해 수행될 수 있다.
방법(500)은 단계 502에서 시작한다. 전력 전송 시스템(100)을 참조하면, 단계 504에서, 신호 발생기(112)는 전력원(104)으로부터 제1 전력 신호를 수신한다. 단계 506에서, 신호 발생기(112)는 제1 전력 신호로부터 교류 전송 신호를 발생시킨다. 전송 신호는 적어도 500 Hz의 전송 주파수를 가진다. 신호 발생기(112)는 전송 신호를 전송 트랜스듀서(114)로 전달한다. 단계 508에서, 신호 발생기(112)는 전송 신호를 전송 트랜스듀서(114)로 전송함으로써 전력 전송 영역(102)에 자기장을 발생시킨다. 단계 510에서, 각각의 하나 이상의 전력 수신기에 대응하는 수신 트랜스듀서(116)는 전송 트랜스듀서(114)로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변화하는 자속을 유도에 따라 수신한다. 자기장의 시간에 따라 변화하는 자속은 수신 트랜스듀서(116)가 전력 전송 영역(102)에 배치된 경우에 수신된다. 단계 512에서, 수신 트랜스듀서(116)은 시간에 따라 변화하는 자속을 제2 전력 신호로 변환한다. 제2 전력 신호는 전송 신호의 전송 주파수를 가진다. 단계 514에서, 전력 프로세서(118)은 제2 전력 신호를 하나 이상의 부하(110)에 적합한 제3 전력 신호로 변환한다. 방법(500)은 단계 516에서 종료된다.
도 6은 예컨데 드론(602)과 같은 항공기가 이동할 수 있는 광범위한(distributed) 전력 전송 시스템(600)의 예시를 도시한다. 이 예시에서, 광범위한 전력 전송 시스템(600)은 복수의 셀(cell)(604)들을 포함하며, 예컨데 셀 604A, 604B, 604C, 및 604D를 포함한다. 각각의 셀은 이미 설명된 무선 전력 전송 시스템에 대응하며, 관련된 전송기 어셈블리(608)에 의하여 생성된 하나 이상의 전력 전송 영역(606)을 포함한다. 예를 들어서, 각각의 셀의 전력 전송 영역(606)은 전력 전송 영역 606A, 606B, 606C, 및 606D를 포함한다. 전송기 어셈블리(608)는 하나 이상의 관련된 전력 전송 영역(606)을 생성할 수 있다. 이 예시에서, 전송기 어셈블리(608A)는 전력 전송 영역 606A 및 606B를 생성한다. 전송기 어셈블리 608B 및 608C는 각각 전력 전송 영역 606C 및 606D를 생성한다. 무선 전력 수신기(610)를 가지는 드론(602)은 셀에서 셀로 비행할 수 있으며, 예컨데 비행 경로 612를 가질 수 있다. 드론(602)이 각각의 전력 전송 영역(606)에 있는 경우, 드론은 다음 전력 전송 영역으로 비행하기 위한 충분한 전력을 저장한다. 그러면, 셀 604가 드론이 비행할 수 있는 무선 전력 네트워크(614)를 형성한다. 셀들은 드론이 각각의 셀로부터 수신한 전력으로 날 수 있는 거리만큼 떨어져 있을 수 있다.
이상 설명된 무선 전력 전송 시스템과 그 구성 요소들은 존재하는 기술 대비 많은 이점들을 가진다. 바람직한 배치 하에서, 무선 전력 전송 시스템은 닫힌 환경에서는 전송기 어셈블리로부터 10 미터 이상 떨어진 거리에서, 그리고 열린 환경에서는 전송기 어셈블리로부터 20 미터 이상 떨어진 거리에서 장치들을 무선으로 충전하고 전력을 공급할 수 있다. 게다가, 무선 전력 전송 시스템은 높은 동작 주파수에서 무선 충전과 전력 공급을 수행하도록 구성될 수 있다.
위의 설명에 기초하여, 무선 전력 전송 시스템에서 많은 변화된 실시가 가능할 것이다. 이어지는 숫자가 붙은 구문들은 실시예의 양상(aspect)과 특징을 묘사한다. 각각의 구문은 적절한 방법으로 본 출원의 다른 개시 그리고/또는 하나 이상의 구문들과 결합될 수 있다. 후술할 몇몇의 구문들은 다른 구문들을 가리키고 한정하며, 몇몇의 적합한 조합에 대한 예시를 제한 없이 제공한다.
1. 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
전송 신호의 전도 동안 전력 전송 영역에서 자기장을 생성하도록 구성된 전송 트랜스듀서;
상기 전송 트랜스듀서에 연결되도록 전기적으로 구성된 신호 생성기; 및
하나 이상의 전력 수신기 - 상기 하나 이상의 전력 수신기의 각각은 각각 하나 이상의 부하에 전기적으로 연결되도록 구성됨 -
를 포함하고,
상기 신호 생성기는,
전력원으로부터 제1 전력 신호를 수신하고,
상기 제1 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수 가지는 교류 전송 신호를 생성하고,
상기 전송 신호를 상기 전송 주파수로 상기 전송 트랜스듀서로 전송
하도록 동작적으로 구성되고,
상기 하나 이상의 전력 수신기의 각각은,
수신 트랜스듀서가 상기 전력 전송 영역에 배치된 경우, 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는 자속을 유도에 따라 수신하고, 시간에 따라 변하는 자속을 제2 전력 신호로 변환하도록 구성된 수신 트랜스듀서 - 제2 전력 신호는 시간에 따라 변하는 전력 신호로써 상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 가짐 - ; 및
상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전력 신호를 각각의 하나 이상의 부하에 적합한 제3 전력 신호로 변환하도록 구성된 전력 프로세서
를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
2. 구문1에 있어서,
상기 신호 생성기에 동작적으로 연결되고(coupled), 상기 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 변화(vary)시키기 위한 제어 신호(control signal)을 생성하도록 구성된 제어기(controller)
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
3. 구문1에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는,
상기 전송 신호의 상기 전송 주파수
를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
4. 구문2에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는,
상기 전송 신호의 전력 레벨(power level)
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
5. 구문2에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는,
상기 전송 주파수 및 상기 전송 신호의 전력 레벨
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
6. 구문 2에 있어서,
상기 제어기에 연결된 제1 통신 회로(communication circuit)를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 전력 수신기 중 적어도 하나의 수신기가 제2 통신 회로를 포함하고,
상기 제1 통신 회로는 상기 제2 통신 회로와 통신하고, 상기 제2 통신 회로로부터 수신한 수신기 정보(receiver information)를 상기 제어기에게 통신하도록 구성되고,
상기 제어기는 수신한 상기 수신기 정보에 대응하여 상기 신호 생성기의 동작을 제어(control operation)하도록 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
7. 구문6에 있어서,
상기 제2 통신 회로는 상기 제1 통신 회로로부터 수신한 전송기 정보(transmitter information)를 상기 전력 프로세서에게 통신하도록 구성되고,
상기 전력 프로세서는 수신한 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하도록 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
8. 구문2에 있어서,
상기 제어기에 연결된 제1 통신 회로를 더 포함하고,
상기 하나 이상의 전력 수신기 중 적어도 하나의 수신기가 제2 통신 회로를 포함하고,
상기 제2 통신 회로는 상기 제1 통신 회로와 통신하고, 상기 제1 통신 회로로부터 수신한 전송기 정보(transmitter information)를 상기 전력 프로세서에게 통신하도록 구성되고,
상기 전력 프로세서는 수신한 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하도록 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
9. 구문1에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 상기 전력 전송 영역을 따라서 확대되는(extending) 연장된 전송 전도체(elongate transmitter conductor)인,
무선 전력 전송 시스템.
10. 구문9에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 복수의 개별적으로 절연된 전선(individually insulated wires)들로 만들어진(made of),
무선 전력 전송 시스템.
11. 구문 11에 있어서,
상기 신호 생성기와 상기 전송 트랜스듀서가 결합하여(in combination with) 공진 회로(resonant circuit)를 포함하고,
상기 공진 회로는 상기 전송 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 가변 리액턴스(variable reactance)를 포함하고,
상기 공진 회로는 상기 전송 주파수에서 공명하도록(resonate) 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
12. 구문 1에 있어서,
상기 전력 프로세서와 상기 수신 트랜스듀서가 결합하여 수신 주파수(reception frequency)에서 공명하도록 구성된 공진 회로를 포함하고,
상기 공진 회로는 상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 가변 리액턴스(variable reactance)를 포함하고,
상기 가변 리액턴스는 상기 수신 주파수가 상기 전송 주파수와 일치하도록 제어 가능한(controllable),
무선 전력 전송 시스템.
13. 구문 1에 있어서,
상기 전력 프로세서는
슈퍼 커패시터(super capacitor)
를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
14. 구문 1에 있어서,
상기 신호 생성기는 상기 전력 전송 영역에서 상기 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지(detect a presence of)하고,
상기 전력 전송 영역에서 상기 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 전송 신호의 생성을 자동적으로 개시(automatically initiate)
하도록 구성되는, 무선 전력 전송 시스템.
15. 구문 1에 있어서,
상기 하나 이상의 전력 수신기는 상기 전송 트랜스듀서에 의하여 생성된 상기 자기장의 존재를 감지하고,
상기 자기장의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 제2 전력 신호로부터 상기 제3 전력 신호로의 변환을 자동적으로 개시
하도록 구성되는, 무선 전력 전송 시스템.
16. 구문 15에 있어서,
상기 수신 트랜스듀서가 임계값(threshold amount)의 기전력(electromotive force)을 생산하는 경우에 상기 자기장의 존재가 감지되는,
무선 전력 전송 시스템.
17. 구문 1에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 비차폐형 전기 전도체(non-shielded electrical conductor)의 폐회로(loop)인,
무선 전력 전송 시스템.
18. 구문 1에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 전기 전도체로 구성된 복수의 동심원 형태의 폐회로(concentric loop)들을 포함하고,
복수의 동심원 형태의 폐회로들은 상이한 크기의 폐회로들
을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
19. 구문 1에 있어서,
상기 부하는 미리 결정된 전압 준위(voltage level)를 가지는 전력을 사용하고,
상기 전력 프로세서는 상기 제2 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위를 가지는 상기 제3 전력 신호로 변환하도록 더 구성되는(further configured to),
무선 전력 전송 시스템.
20. 구문 19에 있어서,
상기 전력 생성기는 상기 수신 트랜스듀서와 상기 부하 사이에 전기적으로 연결된 변압기(transformer)를 더 포함하고,
상기 변압기는 상기 제2 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위로 변환하도록 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
21. 구문 1에 있어서,
상기 신호 생성기는 10 kHz - 500 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하도록 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
22. 구문 1에 있어서,
상기 신호 생성기는 5 kHz - 1000 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하도록 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
23. 구문 1에 있어서,
상기 신호 생성기는 500 kHz - 100 MHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하도록 구성되는,
무선 전력 전송 시스템.
24. 구문 1에 있어서,
상기 수신 트랜스듀서의 최대 디멘션(largest dimension)는 상기 전송 트랜스듀서의 최대 크기의 0.00001배에서 1배 사이의 값을 가지는,
무선 전력 전송 시스템.
25. 구문 24에 있어서,
상기 수신 트랜스듀서의 최대 디멘션(largest dimension)는 상기 전송 트랜스듀서의 최대 크기의 0.00001배에서 0.1배 사이의 값을 가지는,
무선 전력 전송 시스템.
26. 신호 생성기에 의해, 전력원(power source)으로부터 제1 전력 신호를 수신하는 단계;
상기 신호 생성기에 의해, 상기 제1 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수(transmission frequency)를 가지는 교류 전송 신호(alternating current transmission signal)를 생성하는 단계;
상기 신호 생성기에 의해, 상기 전송 신호를 상기 전송 주파수로 상기 전송 트랜스듀서로 전송하여 전력 전송 영역(power transfer region)에서 자기장(magnetic field)을 생성하는 단계;
하나 이상의 전력 수신기(power receivers)의 수신 트랜스듀서(receiver transducer)에 의해, 상기 수신 트랜스듀서(receiver transducer)가 상기 전력 전송 영역(power transfer region)에 배치된 경우, 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는(time-varying) 자속을 유도에 따라(inductively) 수신하는 단계;
상기 수신 트랜스듀서에 의해, 시간에 따라 변하는 자속을 상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 갖는 제2 전력 신호로 변환(convert)하는 단계; 및
하나 이상의 부하들에 연결되도록 구성된 전력 프로세서에 의해, 상기 제2 전력 신호를 각각의 하나 이상의 부하에 적합한(appropriate for) 제3 전력 신호로 변환하는 단계
를 포함하는, 방법
27. 구문 26에 있어서,
상기 신호 생성기의 제어기(controller)에 의해, 제어 신호(control signal)에 대한 응답으로 상기 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 변화(vary)시키는, 방법.
28. 구문 27에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는, 상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 포함하는, 방법.
29. 구문 27에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는, 상기 전송 신호의 전력 레벨(power level)을 포함하는, 방법.
30. 구문 27에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는, 상기 전송 주파수 및 상기 전송 신호의 전력 레벨을 포함하는, 방법.
31. 구문 27에 있어서,
상기 신호 생성기의 상기 제어기에 연결된 제1 통신 회로(communication circuit)에 의해, 상기 하나 이상의 전력 수신기의 제2 통신 회로와 통신하는 단계;
상기 제1 통신 회로에 의해, 상기 제2 통신 회로로부터 수신한 수신기 정보(receiver information)를 상기 제어기에게 통신하는 단계; 및
상기 제어기에 의해, 수신한 상기 수신기 정보에 대응하여 상기 신호 생성기의 동작을 제어(control operation)하는 단계
를 더 포함하는 방법.
32. 구문 31에 있어서,
상기 제2 통신 회로에 의해, 상기 제1 통신 회로로부터 수신한 전송기 정보(transmitter information)를 상기 전력 프로세서에게 통신하는 단계; 및
상기 전력 프로세서에 의해, 수신한 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하는 단계
를 더 포함하는 방법.
33. 구문 27에 있어서,
상기 하나 이상의 전력 수신기 중 적어도 하나의 수신기의 제2 통신 회로에 의해, 상기 제어기에 연결된 제1 통신 회로와 상기 제1 통신 회로로부터 상기 전력 프로세서로 수신한 전송기 정보(transmitter information)를 통신하는 단계; 및
상기 전력 프로세서에 의해, 수신한 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하는 단계
를 더 포함하는 방법.
34. 구문 26에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 상기 전력 전송 영역을 따라서 확대되는(extending) 연장된 전송 전도체(elongate transmitter conductor)인, 방법.
35. 구문 26에 있어서,
상기 신호 생성기에 의해, 상기 전력 전송 영역에서 상기 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지(detect a presence of)하는 단계; 및
상기 전력 전송 영역에서 상기 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 전송 신호의 생성을 자동적으로 개시(automatically initiate)하는 단계
를 더 포함하는 방법.
36. 구문 26에 있어서,
상기 하나 이상의 전력 수신기에 의해, 상기 전송 트랜스듀서에 의하여 생성된 상기 자기장의 존재를 감지하는 단계; 및
상기 자기장의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 제2 전력 신호로부터 상기 제3 전력 신호로의 변환을 자동적으로 개시하는 단계
를 더 포함하는 방법.
37. 구문 36에 있어서,
상기 자기장의 존재를 감지하는 단계는
상기 수신 트랜스듀서가 임계값(threshold amount)의 기전력(electromotive force)을 생산하는 경우에 상기 자기장의 존재를 감지하는 단계
를 포함하는, 방법.
38. 구문 26에 있어서,
상기 부하는 미리 결정된 전압 준위(voltage level)를 가지는 전력을 사용하고,
상기 제2 전력 신호를 제3 전력 신호로 변환하는 단계는
상기 제2 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위를 가지는 상기 제3 전력 신호로 변환하는 단계
를 포함하는, 방법.
39. 구문 38에 있어서,
상기 제2 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위를 가지는 상기 제3 전력 신호로 변환하는 단계는
변압기(transformer)에 의해, 상기 제2 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위로 변환하는 단계
를 포함하는, 방법.
40. 상기 생성하는 단계는
5 kHz - 1000 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하는 단계
를 포함하는, 방법.
41. 무선 전력 전송기는
신호 생성기를 포함하고,
상기 신호 생성기는,
전력원(power source)으로부터 전력 신호를 수신하고,
상기 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수(transmission frequency)를 가지는 교류 전송 신호(alternating current transmission signal)를 생성하고,
상기 전송 신호를 상기 전송 주파수로 전송 신호(transmission signal)의 전도(conduction) 동안 전력 전송 영역(power transfer region)에서 자기장(magnetic field)을 생성하도록 구성된 전송 트랜스듀서로 전송하는, 무선 전송기.
42. 구문 41의 상기 무선 전력 전송기 및 상기 전송 트랜스듀서를 포함하는 무선 전력 어셈블리.
43. 구문 41에 있어서,
상기 신호 생성기에 동작적으로 연결되고(coupled), 상기 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 변화(vary)시키기 위한 제어 신호(control signal)을 생성하도록 구성된 제어기(controller)
를 더 포함하는, 무선 전송기.
44. 구문 43에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는,
상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 포함하는, 무선 전력 전송기.
45. 구문 43에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는,
상기 전송 신호의 전력 레벨(power level)을 포함하는, 무선 전력 전송기.
46. 구문 43에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는,
상기 전송 주파수 및 상기 전송 신호의 전력 레벨을 포함하는, 무선 전력 전송기.
47. 구문 43에 있어서,
상기 제어기에 연결된 제1 통신 회로(communication circuit)를 더 포함하고,
상기 제1 통신 회로는 상기 무선 전력 전송기로부터 전력을 수신하기 위해 상기 전력 전송 영역에 배치된 하나 이상의 전력 수신기의 제2 통신 회로와 통신하고, 상기 제2 통신 회로로부터 수신한 수신기 정보(receiver information)를 상기 제어기에게 통신하도록 구성되고,
상기 제어기는 수신한 상기 수신기 정보에 대응하여 상기 신호 생성기의 동작을 제어(control operation)하도록 구성되는,
무선 전력 전송기.
48. 구문 43에 있어서,
상기 제어기는 상기 전송 신호의 하나 이상의 파라미터와 관련된 전송기 정보를 상기 제1 통신 회로에 전송하도록 구성되고,
상기 제1 통신 회로는 상기 전송기 정보를 상기 제2 통신 회로에게 통신하도록 구성된,
무선 전력 전송기.
49. 구문 41에 있어서,
상기 신호 생성기와 상기 전송 트랜스듀서가 결합하여(in combination with) 공진 회로(resonant circuit)를 포함하고,
상기 공진 회로는 상기 전송 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 가변 리액턴스(variable reactance)를 포함하고,
상기 공진 회로는 상기 전송 주파수에서 공명하도록(resonate) 구성되는,
무선 전력 전송기.
50. 구문 41에 있어서,
상기 신호 생성기는
상기 전력 전송 영역에서 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지(detect a presence of)하고,
상기 전송 신호의 생성을 자동적으로 개시(automatically initiate)
하도록 구성되는, 무선 전력 전송기.
51. 구문 41에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 비차폐형 전기 전도체(non-shielded electrical conductor)의 폐회로(loop)인,
무선 전력 전송기.
52. 구문 41에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 전기 전도체로 구성된 복수의 동심원 형태의 폐회로(concentric loop)들을 포함하고,
상기 복수의 동심원 형태의 폐회로들은 상이한 크기의 폐회로들
을 포함하는, 무선 전력 전송기.
53. 구문 41에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 상기 전력 전송 영역을 따라서 확대되는(extending) 연장된 전송 전도체(elongate transmitter conductor)인,
무선 전력 전송기.
54. 구문 53에 있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 복수의 개별적으로 절연된 전선(individually insulated wires)들로 만들어진(made of),
무선 전력 전송기.
55. 구문 41에 있어서,
상기 신호 생성기는 10 kHz - 500 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하도록 구성되는,
무선 전력 전송기.
56. 구문 41에 있어서,
상기 신호 생성기는 5 kHz - 1000 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하도록 구성되는,
무선 전력 전송기.
57. 구문 41에 있어서,
상기 신호 생성기는 500 kHz - 100 MHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하도록 구성되는,
무선 전력 전송기.
58. 신호 생성기에 의해, 전력원(power source)으로부터 제1 전력 신호를 수신하는 단계;
상기 신호 생성기에 의해, 상기 제1 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수(transmission frequency)를 가지는 교류 전송 신호(alternating current transmission signal)를 생성하는 단계; 및
상기 신호 생성기에 의해, 자기장에 배치된 수신 트랜스듀서를 가지는 수신기에 전력을 전송하기 위해 상기 전송 신호를 상기 전송 주파수로 상기 전송 트랜스듀서로 전송하여 전력 전송 영역(power transfer region)에서 자기장(magnetic field)을 생성하는 단계
를 포함하는 무선 전력 전송 방법.
59, 구문 58에 있어서,
상기 신호 생성기의 제어기(controller)에 의해, 제어 신호(control signal)에 대한 응답으로 상기 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 변화(vary)시키는, 무선 전력 전송 방법.
60. 구문 59에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는, 상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
61. 구문 59에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는, 상기 전송 신호의 전력 레벨(power level)을 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
62. 구문 59에 있어서,
상기 하나 이상의 파라미터는, 상기 전송 주파수 및 상기 전송 신호의 전력 레벨
을 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
63. 구문 59에 있어서,
상기 신호 생성기의 제어기에 연결된 제1 통신 회로(communication circuit)에 의해, 상기 전력 수신기의 제2 통신 회로와 통신하는 단계;
상기 제1 통신 회로에 의해, 상기 제2 통신 회로로부터 수신한 수신기 정보(receiver information)를 상기 제어기에게 통신하는 단계; 및
상기 제어기에 의해, 수신한 상기 수신기 정보에 대응하여 상기 신호 생성기의 동작을 제어(control operation)하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
64. 구문 63에 있어서,
상기 제어기에 의해, 상기 전송 신호의 하나 이상의 파라미터와 관련된 전송기 정보를 상기 제1 통신 회로에 전송하는 단계; 및
상기 제1 통신 회로에 의해, 상기 전송기 정보를 상기 제2 통신 회로에게 통신하는 단계
를 더 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
65. 구문 58있어서,
상기 전송 트랜스듀서는 상기 전력 전송 영역을 따라서 확대되는(extending) 연장된 전송 전도체(elongate transmitter conductor)인, 무선 전력 전송 방법.
66. 상기 신호 생성기에 의해, 상기 전력 전송 영역에서 상기 수신기의 존재를 감지(detect a presence of)하는 단계; 및
상기 전력 전송 영역에서 상기 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 전송 신호의 생성을 자동적으로 개시(automatically initiate)하는 단계
를 더 포함하는 무선 전력 전송 방법.
67. 상기 생성하는 단계는
5 kHz - 1000 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성(generate)하는 단계
를 포함하는, 무선 전력 전송 방법.
68. 무선 전력 수신기는 전기적 부하(electrical load)에 전기적으로 연결되도록 구성되고, 상기 무선 전력 수신기는
수신 트랜스듀서(receiver transducer)가 상기 전력 전송 영역(power transfer region)에 배치된 경우, 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는(time-varying) 자속을 유도에 따라(inductively) 수신하고, 시간에 따라 변하는 자속을 적어도 500Hz의 전송 주파수를 갖는 제1전력 신호로 변환(convert)하도록 구성된 수신 트랜스듀서 ; 및
상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결되고, 상기 제1전력 신호를 상기 전기적 부하에 적합한(appropriate for) 제2 전력 신호로 변환하도록 구성된 전력 프로세서(power processor)
를 포함하는, 무선 전력 수신기.
69. 구문 68에 있어서,
상기 무선 전력 수신기에 전기적으로 연결된 제1 통신 회로(communication circuit)를 더 포함하고,
상기 제1 통신 회로는 상기 전송 트랜스듀서에 상기 전송 주파수를 갖는 전송 신호를 전송하는 신호 발생기의 제2 통신 회로와 통신하고, 상기 제2 통신 회로로부터 수신한 전송기 정보를 상기 제어기에게 통신하고, 상기 제2 통신 회로로부터 수신한 전송기 정보를 상기 전력 프로세서에게 통신하도록 구성되고,
상기 전력 프로세서는 수신한 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
70.구문 68에 있어서,
상기 전력 프로세서와 상기 수신 트랜스듀서가 결합하여 수신 주파수(reception frequency)에서 공명하도록 구성된 공진 회로를 포함하고,
상기 공진 회로는 상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 가변 리액턴스(variable reactance)를 포함하고,
상기 가변 리액턴스는 상기 수신 주파수가 상기 전송 주파수와 일치하도록 제어 가능한(controllable),
무선 전력 수신기.
71. 구문 68에 있어서,
상기 전력 프로세서는
슈퍼 커패시터(super capacitor)를 포함하는, 무선 전력 수신기.
72. 구문 68에 있어서,
상기 전력 수신기는 상기 전송 트랜스듀서에 의하여 생성된 상기 자기장의 존재를 감지하도록 구성되고,
상기 자기장의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 제1 전력 신호로부터 상기 제2 전력 신호로의 변환을 자동적으로 개시하는, 무선 전력 수신기.
73. 구문 72에 있어서,
상기 수신 트랜스듀서가 임계값(threshold amount)의 기전력(electromotive force)을 생산하는 경우에 상기 자기장의 존재가 감지되는,
무선 전력 수신기.
74. 구문 68에 있어서,
상기 전기적 부하는 미리 결정된 전압 준위(voltage level)를 가지는 전력을 사용하고,
상기 전력 프로세서는 상기 제1 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위를 가지는 상기 제32전력 신호로 변환하도록 더 구성되는(further configured to),
무선 전력 수신기.
75. 구문 74에 있어서,
상기 전력 생성기는 상기 수신 트랜스듀서와 상기 부하 사이에 전기적으로 연결된 변압기(transformer)를 더 포함하고,
상기 변압기는 상기 제1 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위로 변환하도록 구성되는,
무선 전력 수신기.
76. 무선 전력 수신기는 전기적 부하(electrical load)에 전기적으로 연결되도록 구성된 수신기에 의한 무선 전력 수신 방법은,
하나 이상의 전력 수신기의 수신 트랜스듀서(receiver transducer)에 의해, 상기 수신 트랜스듀서가 상기 전력 전송 영역(power transfer region)에 배치된 경우, 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는(time-varying) 자속을 유도에 따라(inductively) 수신하는 단계;
상기 수신 트랜스듀서에 의해, 시간에 따라 변하는 자속을 적어도 500Hz의 전송 주파수를 갖는 제1전력 신호로 변환(convert)하는 단계; 및
전력 프로세서(power processor)를 통해, 상기 제1전력 신호를 상기 전기적 부하에 적합한(appropriate for) 제2 전력 신호로 변환하는 단계
를 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
77. 구문 76에 있어서,
상기 수신기의 제1 통신 회로에 의해, 상기 전송 트랜스듀서에 상기 전송 주파수를 갖는 전송 신호를 전송하는 신호 발생기의 제2 통신 회로로로부터 수신한 전송기 정보를 수신하는 단계;
상기 제1 통신 회로에 의해, 상기 전력 프로세서에 상기 수신한 전송기 정보를 전송하는 단계; 및
상기 전력 프로세서의 의해, 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하는 단계
를 더 포함하는 무선 전력 수신 방법.
78. 구문 76에 있어서,
상기 전력 수신기에 의해, 상기 전송 트랜스듀서에 의하여 생성된 상기 자기장의 존재를 감지하는 단계; 및
상기 전력 전송 영역에 상기 하나 이상의 전력 전송기의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 제1 전력 신호로부터 상기 제2 전력 신호로의 변환을 자동적으로 개시하는 단계
를 더 포함하는 무선 전력 수신 방법.
79. 구문 78에 있어서,
상기 자기장의 존재를 감지하는 단계는
상기 수신 트랜스듀서가 임계값(threshold amount)의 기전력(electromotive force)을 생산하는 경우에 상기 자기장의 존재를 감지하는 단계
를 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
80. 구문 76에 있어서,
상기 전기적 부하는 미리 결정된 전압 준위(voltage level)를 가지는 전력을 사용하고,
상기 제1 전력 신호를 제2 전력 신호로 변환하는 단계는
상기 제1전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위를 가지는 상기 제2 전력 신호로 변환하는 단계
를 포함하는, 방법.
81. 구문 80에 있어서,
상기 제1 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위를 가지는 상기 제2 전력 신호로 변환하는 단계는
변압기(transformer)에 의해, 상기 제1 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위로 변환하는 단계
무선 전력 수신기.
본 문서에 기술 된 개시는 독립적인 효용을 가진 여러 개의 구별되는 발명을 포괄하는 것으로 믿어진다.
이들 각각의 발명이 바람직한 형태로 개시되었지만, 여기에 개시되고 도시 된 특정 실시 예는 많은 수 많은 변형이 가능하므로 제한적인 의미로 고려되어서는 안된다.
각 실시예는 전술한 개시 사항에서 개시된 공시를 정의하지만, 임의의 일례는 결국 청구될 수 있는 모든 특징이나 조합을 반드시 포함하는 것은 아니다.
설명이 "a" 또는 "첫 번째" 요소 또는 이와 동등한 요소를 반복하는 경우, 그러한 설명에는 두 개 이상의 요소를 요구하거나 제외하지 않는 하나 이상의 해당 요소가 포함된다.
또한 식별 된 구성 요소에 대한 제 1, 제 2 또는 제 3와 같은 순서 표시자는 요소를 구분하는 데 사용되며, 그러한 요소의 특정 위치나 순서를 구체적으로 표시하지 않는 한 해당 요소의 필수 또는 제한된 개수를 나타내지 않고, 그러한 구성 요소의 특정 위치 또는 순서를 나타내지 않는다.

Claims (25)

  1. 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    전송 신호의 전도 동안 전력 전송 영역에서 자기장을 생성하도록 구성된 전송 트랜스듀서;
    상기 전송 트랜스듀서에 연결되도록 전기적으로 구성된 신호 생성기; 및
    하나 이상의 전력 수신기 - 상기 하나 이상의 전력 수신기의 각각은 각각 하나 이상의 부하에 전기적으로 연결되도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    상기 신호 생성기는,
    전력원으로부터 제1 전력 신호를 수신하고,
    상기 제1 전력 신호로부터 적어도 500 Hz의 전송 주파수 가지는 교류 전송 신호를 생성하고,
    상기 전송 신호를 상기 전송 주파수로 상기 전송 트랜스듀서로 전송
    하도록 동작적으로 구성되고,
    상기 하나 이상의 전력 수신기의 각각은,
    수신 트랜스듀서가 상기 전력 전송 영역에 배치된 경우, 상기 전송 트랜스듀서로부터 전송된 자기장의 시간에 따라 변하는 자속을 유도에 따라 수신하고, 시간에 따라 변하는 자속을 제2 전력 신호로 변환하도록 구성된 수신 트랜스듀서 - 제2 전력 신호는 시간에 따라 변하는 전력 신호로써 상기 전송 신호의 상기 전송 주파수를 가짐 - ; 및
    상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전력 신호를 각각의 하나 이상의 부하에 적합한 제3 전력 신호로 변환하도록 구성된 전력 프로세서
    를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성기에 동작적으로 연결되고, 상기 전송 신호의 하나 이상의 파라미터를 변화시키기 위한 제어 신호을 생성하도록 구성된 제어기
    를 더 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는,
    상기 전송 신호의 상기 전송 주파수
    를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터 중 하나의 파라미터는,
    상기 전송 신호의 전력 레벨
    을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터는,
    상기 전송 주파수 및 상기 전송 신호의 전력 레벨
    을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어기에 연결된 제1 통신 회로를 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 전력 수신기 중 적어도 하나의 수신기가 제2 통신 회로를 포함하고,
    상기 제1 통신 회로는 상기 제2 통신 회로와 통신하고, 상기 제2 통신 회로로부터 수신한 수신기 정보를 상기 제어기에게 통신하도록 구성되고,
    상기 제어기는 수신한 상기 수신기 정보에 대응하여 상기 신호 생성기의 동작을 제어하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 통신 회로는 상기 제1 통신 회로로부터 수신한 전송기 정보를 상기 전력 프로세서에게 통신하도록 구성되고,
    상기 전력 프로세서는 수신한 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어기에 연결된 제1 통신 회로를 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 전력 수신기 중 적어도 하나의 수신기가 제2 통신 회로를 포함하고,
    상기 제2 통신 회로는 상기 제1 통신 회로와 통신하고, 상기 제1 통신 회로로부터 수신한 전송기 정보를 상기 전력 프로세서에게 통신하도록 구성되고,
    상기 전력 프로세서는 수신한 상기 전송기 정보에 대응하여 상기 전력 프로세서의 동작을 제어하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전송 트랜스듀서는 상기 전력 전송 영역을 따라서 확대되는 연장된 전송 전도체인,
    무선 전력 전송 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전송 트랜스듀서는 복수의 개별적으로 절연된 전선들로 만들어진,
    무선 전력 전송 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성기와 상기 전송 트랜스듀서가 결합하여 공진 회로를 포함하고,
    상기 공진 회로는 상기 전송 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 가변 리액턴스를 포함하고,
    상기 공진 회로는 상기 전송 주파수에서 공명하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전력 프로세서와 상기 수신 트랜스듀서가 결합하여 수신 주파수에서 공명하도록 구성된 공진 회로를 포함하고,
    상기 공진 회로는 상기 수신 트랜스듀서에 전기적으로 연결된 가변 리액턴스를 포함하고,
    상기 가변 리액턴스는 상기 수신 주파수가 상기 전송 주파수와 일치하도록 제어 가능한,
    무선 전력 전송 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전력 프로세서는
    슈퍼 커패시터
    를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성기는 상기 전력 전송 영역에서 상기 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지하고,
    상기 전력 전송 영역에서 상기 하나 이상의 전력 수신기의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 전송 신호의 생성을 자동적으로 개시
    하도록 구성되는, 무선 전력 전송 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전력 수신기는 상기 전송 트랜스듀서에 의하여 생성된 상기 자기장의 존재를 감지하고,
    상기 자기장의 존재를 감지하는 것에 대응하여 상기 제2 전력 신호로부터 상기 제3 전력 신호로의 변환을 자동적으로 개시
    하도록 구성되는, 무선 전력 전송 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 수신 트랜스듀서가 임계값의 기전력을 생산하는 경우에 상기 자기장의 존재가 감지되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전송 트랜스듀서는 비차폐형 전기 전도체의 폐회로인,
    무선 전력 전송 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전송 트랜스듀서는 전기 전도체로 구성된 복수의 동심원 형태의 폐회로들을 포함하고,
    복수의 동심원 형태의 폐회로들은 상이한 크기의 폐회로들
    을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 미리 결정된 전압 준위를 가지는 전력을 사용하고,
    상기 전력 프로세서는 상기 제2 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위를 가지는 상기 제3 전력 신호로 변환하도록 더 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    전력 생성기는 상기 수신 트랜스듀서와 상기 부하 사이에 전기적으로 연결된 변압기를 더 포함하고,
    상기 변압기는 상기 제2 전력 신호의 전압 준위를 상기 미리 결정된 전압 준위로 변환하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성기는 10 kHz - 500 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성기는 5 kHz - 1000 kHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성기는 500 kHz - 100 MHz의 주파수 범위를 가지는 전송 신호를 생성하도록 구성되는,
    무선 전력 전송 시스템.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 수신 트랜스듀서의 최대 디멘션는 상기 전송 트랜스듀서의 최대 크기의 0.00001배에서 1배 사이의 값을 가지는,
    무선 전력 전송 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 수신 트랜스듀서의 최대 디멘션는 상기 전송 트랜스듀서의 최대 크기의 0.00001배에서 0.1배 사이의 값을 가지는,
    무선 전력 전송 시스템.


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