KR20190077064A

KR20190077064A - 무선 전력 디바이스들 사이의 데이터 통신 대역폭을 증가시키기 위한 방법들

Info

Publication number: KR20190077064A
Application number: KR1020197015941A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 에프 윌슨; 구스타보 제이 메하스; 데텔린 비 마르트초브스키
Original assignee: 인테그레이티드 디바이스 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-07-02
Also published as: EP3539197A4; EP3539197A1; US20180131412A1; CN110168857A; JP2019536406A; WO2018089769A1

Abstract

일부 실시형태들에 따른 무선 전력 시스템은, 무선 전력 수신기로서, 수신기 코일, 수신기 코일과 통합된 통신 디바이스, 수신기 통신 디바이스에 커플링된 수신기 트랜시버, 및 수신기 트랜시버에 커플링된 수신기 프로세서를 포함하는, 상기 무선 전력 수신기; 및 무선 전력 송신기로서, 송신기 코일, 송신기 코일과 통합된 송신기 통신 디바이스, 송신기 통신 디바이스에 커플링된 송신기 트랜시버, 및 송신기 트랜시버에 커플링된 송신기 프로세서를 포함하는, 상기 무선 전력 송신기를 포함하고, 통신 데이터가 수신기 통신 디바이스와 송신기 통신 디바이스 사이에서 송신된다.

Description

무선 전력 디바이스들 사이의 데이터 통신 대역폭을 증가시키기 위한 방법들

관련 기술들

본 출원은 2017년 11월 9일자로 출원된 미국 특허출원 제15/808,684호 및 2016년 11월 10일자로 출원된 미국 가출원 제62/420,422호에 대해 우선권을 주장하고, 이들의 내용들은 모든 목적들을 위해 전부 참조로 본 명세서에 통합된다.

기술 분야

본 발명의 실시형태들은 무선 전력 시스템들에 관련되며, 구체적으로는 무선 전력 디바이스들 사이의 통신들에 관련된다.

모바일 디바이스들, 예를 들어 스마트 폰들 및 태블릿들은, 무선 전력 충전 시스템들을 사용하는 경우가 점차 많아지고 있다. 통상적으로, 무선 전력 충전 시스템은 시변 자기장을 생성하도록 구동되는 송신기 코일 및 시변 자기장에서 송신된 전력을 수신하기 위해 송신기 코일에 상대적으로 포지셔닝되는 수신기 코일을 포함한다. 무선 디바이스들이 무선 전력 동안 데이터를 통신하는 것이 점차 중요해지고 있다.

따라서, 무선 전력 시스템에서 무선 디바이스들 사이의 더 나은 통신들을 개발할 필요성이 있다.

본 발명의 일부 실시형태들에 따라, 무선 전력 시스템이 제공된다. 일부 실시형태들에서, 무선 전력 수신기는 수신기 코일, 수신기 코일과 통합된 통신 디바이스, 통신 디바이스에 커플링된 트랜시버, 및 트랜시버에 커플링된 프로세서를 포함한다.

일부 실시형태들에 따른 무선 전력 시스템은 무선 전력 수신기로서, 그 무선 전력 수신기는 수신기 코일, 수신기 코일과 통합된 통신 디바이스, 수신기 통신 디바이스에 커플링된 수신기 트랜시버, 및 수신기 트랜시버에 커플링된 수신기 프로세서를 포함하는, 상기 무선 전력 수신기; 및 무선 전력 송신기로서, 그 무선 전력 송신기는 송신기 코일, 송신기 코일과 통합된 송신기 통신 디바이스, 송신기 통신 디바이스에 커플링된 송신기 트랜시버, 및 송신기 트랜시버에 커플링된 송신기 프로세서를 포함하는, 상기 무선 전력 송신기를 포함하고, 통신 데이터가 수신기 통신 디바이스와 송신기 통신 디바이스 사이에서 송신된다.

이들 및 다른 실시형태들이 다음의 도면들에 대하여 이하에 추가로 논의된다.

도 1 은 무선 전력 송신 시스템을 예시한다.
도 2 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 무선 송신기와 무선 수신기 사이의 통신들을 가진 무선 전력 송신 시스템을 예시한다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 무선 수신기 및 무선 송신기를 각각 예시한다.

다음의 설명에서, 본 발명의 일부 실시형태들을 설명하는 특정 상세들이 제시된다. 그러나, 일부 실시형태들은 이들 특정 상세들의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에서 개시된 특정 실시형태들은 한정이 아닌 예시적인 것으로 의도된다. 당업자는, 여기에 구체적으로 설명되지는 않았지만, 본 개시의 범위 및 사상 내에 있는 다른 엘리먼트들을 실현할 수도 있다.

발명적 양태들 및 실시형태들을 예시하는 이 설명 및 첨부 도면들은 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다--청구항들은 보호된 발명을 정의한다. 다양한 변경들이 이 설명 및 청구항들의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수도 있다. 일부 인스턴스들에서, 널리 공지된 구조들 및 기법들은 본 발명을 모호하게 하지 않기 위하여 상세히 도시 또는 설명되지 않았다.

하나의 실시형태를 참조하여 상세히 설명되는 엘리먼트들 및 그들의 연관된 양태들은, 실용적일 때마다, 그들이 구체적으로 도시 또는 설명되지 않은 다른 실시형태들에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 일 엘리먼트가 하나의 실시형태를 참조하여 상세히 설명되고 제 2 실시형태를 참조하여 설명되지 않으면, 그 엘리먼트는 그럼에도 불구하고 제 2 실시형태에 포함되는 것으로서 주장될 수도 있다.

도 1 은 무선 전력 전송을 위한 시스템 (100) 을 예시한다. 도 1 에 예시된 바와 같이, 무선 전력 송신기 (102) 는 자기장을 생성하기 위해 코일 (106) 을 구동한다. 전력 공급기 (104) 는 무선 전력 송신기 (102) 에 전력을 제공한다. 전력 공급기 (104) 는, 예를 들어, 배터리 기반 공급기일 수 있거나 또는 교류 (alternating current), 예를 들어, 60 Hz 에서 120 V 에 의해 전력공급될 수도 있다. 무선 전력 송신기 (102) 는 무선 전력 표준들 중 하나에 따라 통상적으로 주파수들의 범위에서 코일 (106) 을 구동한다.

A4WP (Alliance for Wireless Power) 표준 및 무선 전력 컨소시엄 (Wireless Power Consortium) 표준, Qi 표준을 포함하는, 무선 전력 송신을 위한 다수의 표준들이 존재한다. 예를 들어, A4WP 표준 하에서, 대략 6.78 MHz 의 전력 송신 주파수에서 코일 (106) 부근의 다수의 충전 디바이스들에 최대 50 와트의 전력이 유도적으로 송신될 수 있다. 무선 전력 컨소시엄, Qi 표준 하에서는, 공진 유도성 커플링 시스템이 디바이스의 공진 주파수에서 단일 디바이스를 충전하는데 활용된다. Qi 표준에서, 코일 (108) 은 코일 (106) 과 근접하여 배치되는 한편, A4WP 표준에서, 코일 (108) 은 다른 충전 디바이스들에 속하는 다른 코일들과 함께 코일 (106) 가까이에 배치된다. 도 1 은 이들 표준들 중 임의의 표준 하에서 동작하는 일반화된 무선 전력 시스템 (100) 을 묘사한다.

도 1 에 추가로 예시되는 바와 같이, 코일 (106) 에 의해 생성된 자기장은 코일 (108) 에 전류를 유도하며, 이는 수신기 (110) 에서 전력이 수신되게 한다. 수신기 (110) 는 코일 (108) 로부터 전력을 수신하고 배터리 충전기 및/또는 모바일 디바이스의 다른 컴포넌트들일 수도 있는 부하 (112) 에 전력을 제공한다. 수신기 (110) 는 통상적으로 수신된 AC 전력을 부하 (112) 를 위한 DC 전력으로 컨버팅하기 위한 정류 (rectification) 를 포함한다.

많은 보다 전통적인 시스템들에서의 통신들은 송신기 코일 (106) 과 수신기 코일 (108) 사이의 전력 신호를 변조함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이 타입의 통신에서 이용가능한 데이터 레이트는 낮고 신뢰성은 높지 않다. 송신 코일 (106) 과 수신기 코일 (108) 사이에 데이터를 송신하는데 사용되는 현재의 AM 및 FM 변조 방법들은 대략 1-10kBits/sec 대역폭으로 한정되는 경향이 있다. 결과적으로, 데이터 신뢰성은 약하고 통상적으로 매우 한정된 에러 검출 방법들에 의해, 예를 들어, 이를 테면 패리티 비트 및 검사합 타입 방법들에 의해 지원되는 동안 손상을 받는다. 이들 기존의 포워드 및 백-채널 통신 방법들에 다양한 작은 수정 (tweak) 들이 이루어졌다. 이들 수정들은, 예를 들어, (간단히, 신호-대-잡음비 (SNR) 를 또한 감소시키는 인테그레이션 시간 (integration time) 을 감소시킴으로써) 비트-시간을 절반으로 감소시키고, (더 큰 주파수 편이를 요구하는 것을 희생하여 백 채널에 대해) 주파수 해상도를 감소시키며 등등일 수도 있다.

그러나, 이들 수정들 중 어떤 것도 현재 필요성들에 충분할 만큼 통신 채널들을 개선시키지는 않는다. 많은 애플리케이션들은 일 방향 또는 양 방향들에서 수신기와 송신기 사이에 훨씬 더 높은 데이터 대역폭을 요구한다. 추가적으로, (이를 테면 자동차, 산업, 또는 과학 애플리케이션들에서의) 일부 애플리케이션들은 훨씬 더 높은 데이터 신뢰성을 요구한다. 시도/응답 (challenge/response) 타입의 통신들에서와 같이, 시스템의 헬스 (health) 를 알 필요가 있는 요건들을 포함하는 경우들에서 더 높은 데이터 대역폭들이 또한 요망된다.

본 발명의 실시형태들에 따라, 추가적인 통신 채널이 송신기 (102) 와 전력 수신기 (110) 사이에 제공된다. 본 발명에 따른 일부 실시형태들에서, 전력 송신 신호들에 관련되지 않은 수신기 코일 (108) 과 송신기 코일 (106) 상에서 별도의 캐리어 주파수들을 사용하여 통신들이 수행된다. 일부 실시형태들에서, 별도의 통신 디바이스가 추가될 수 있다.

도 1 은 송신기 (102) 상의 통신 디바이스 (120) 및 수신기 (110) 상의 대응하는 통신 디바이스 (122) 를 추가로 예시한다. 수신기 (110) 가 송신기 (102) 와 정렬되어, 송신기 코일 (106) 이 수신기 코일 (108) 과 정렬될 때, 통신 디바이스 (120) 는 통신 디바이스 (122) 와 정렬된다. 디바이스 (120) 및 디바이스 (122) 는, 예를 들어, 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 과 대응할 수 있다. 어느 경우나, 통신들은, 예를 들어, 무선 전력 신호의 위상 변조, 무선 전력 신호의 주파수와 잘 분리된 주파수로의 직교 주파수 분할 멀티플렉싱, 무선 전력의 불연속 인터럽션, 또는 주파수 변조를 통한 것일 수 있다. 이들 기법들의 각각은 무선 전력 신호 그 자체와는 분리된다. 일부 경우들에서, 디바이스 (120) 및 디바이스 (122) 는 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 과는 별개이고 이들에 근접하다. 디바이스 (120) 및 디바이스 (122) 는, 예를 들어, 자기 코일들, 송신 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 과 90°배향으로 포지셔닝된 자기 코일들, 용량성 커플러들, 쌍극 안테나들, 초음파 또는 음향 트랜스듀서들, 압력 트랜스듀서들, 또는 포토다이오드들일 수 있다. 송신기 (102) 와 수신기 (110) 사이에 통신하기 위한 다른 디바이스들이 또한 활용될 수 있다.

일부 실시형태들에 따른 무선 전력 시스템이 도 2 에 추가로 예시된다. 도 2 는 전력 수신기 (110) 의 일 예가 송신기 코일 (106) 및 통신 디바이스 (120) 를 포함하는 패드 (210) 에 상대적으로 포지셔닝되는 것을 예시한다. 일부 실시형태들에서, 통신 디바이스 (120) 는 패드 (210) 내 송신 코일 (106) 의 중심에 포지셔닝될 수 있다. 그러나, 일부 실시형태들에서, 통신 디바이스 (120) 는 송신 코일 (106) 에 인접하여 제공될 수 있다.

도 2 에 추가로 예시된 바와 같이, 수신기 디바이스 (110) 는 유사하게 위치된 통신 디바이스 (122) 를 포함한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 통신 디바이스 (122) 는 수신기 코일 (108) 의 중심에 포지셔닝되어, 수신기 코일 (108) 이 효율적인 전력 전송을 위해 송신 코일 (106) 에 대하여 포지셔닝될 때, 전력 송신기 (102) 의 통신 디바이스 (120) 가 또한 수신기 (110) 의 통신 디바이스 (122) 와 정렬되어 송신기 (102) 와 수신기 (110) 사이에 통신들을 제공한다. 일부 실시형태들에서, 통신들은 송신기 (102) 와 수신기 (110) 사이에서 예를 들어 10 cm 까지의 단거리에 걸쳐 일어날 수 있다. 그러나, 일부 경우들에서는 20 cm 정도의 분리 거리가 사용될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 통신 디바이스 (120) 는 송신기 코일 (106) 일 수도 있고 통신 디바이스 (120) 는 수신기 코일 (108) 일 수도 있다. 그러나, 일부 실시형태들에서, 통신 디바이스 (120) 는 송신기 코일 (106) 과 별개일 수도 있고 수신기 코일 (108) 은 통신 디바이스 (122) 와 별개일 수도 있다.

도 3a 및 도 3b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 일 예의 수신기 디바이스 (110) 및 송신기 디바이스 (102) 를 예시한다. 다양한 통신의 방법들이 사용될 수 있다. (대역-내 또는 대역-외 중 어느 하나의) 자기, 용량성, 음향, 또는 광학 커플링을 사용하는, 그리고 이미 존재하는 구조들 또는 전력 전송 어레인지먼트의 토폴로지에 고유한 관계들을 사용하는 수신기 (110) 와 송신기 (102) 사이의 데이터 전송에 초점이 맞춰진다. 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 의 상대적 포지셔닝에 대한 자기 전력 전달에 고유한 토폴로지 관계들을 이용하는 무선 및 초음파 방법들이 제시된다. 본 발명의 실시형태들은 송신기 코일 (106) 에 대한 수신기 코일 (108) 의 포지셔닝에 독립적이지 않고 따라서 통신만을 위해 블루투스 무선 또는 다른 동심원 독립 코일들에 고유한 복잡성을 포함하지 않고 수신기 (110) 및 송신기 (102) 의 상대적 정렬에 의존하지 않으며, 이는 완전 외부 병렬 경로와 작용하는 상당한 비용 및 복잡성을 수반한다.

도 3a 에 예시된 바와 같이, 수신기 (110) 는 수신기 코일 (108) 로부터 전력을 수신하고 전력을 부하 (112) 에 제공하기 위해 커패시터 (308) 를 통하여 용량성 커플링된 정류기 회로 (302) 를 포함한다. 도 3a 에 예시된 바와 같이, 통신 디바이스 (122) 는 트랜시버 (304) 와 커플링되어 송신기 (102) 로부터의 통신 데이터를 수신 및 전송한다. 통신 디바이스 (122) 는 통신 데이터를 송신 및 수신하는 디바이스이다. 일부 실시형태들에서, 통신 디바이스 (122) 는 수신기 코일 (108) 일 수 있고 일부 실시형태들에서 통신 디바이스 (122) 는 별도의 디바이스일 수 있다. 트랜시버 (304) 는 통신 디바이스 (122) 로부터 데이터 신호들을 수신하고 통신 디바이스 (122) 에 데이터 신호들을 제공하는 임의의 회로이다.

일부 실시형태들에서, 프로세서 (310) 는 트랜시버 (304) 에 커플링되어 통신 디바이스 (122) 로부터의 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서 (310) 는 사용자 인터페이스 (306) 에 또한 커플링될 수도 있다. 프로세서 (310) 는 또한 트랜시버 (304) 에 데이터를 제공하고 및/또는 트랜시버 (304) 로부터 데이터를 수신하는 임의의 회로일 수도 있지만, 프로세서 (310) 는 휘발성 및 비휘발성 메모리 및 메모리에 유지된 명령들을 실행하여 수신기 디바이스 (110) 를 제어하고 트랜시버 (304) 를 통하여 데이터를 수신 및 송신하는 하나 이상의 프로세서들 양자 모두를 포함할 수도 있다. 프로세서 (310) 는 또한 정류기 회로 (302) 에 커플링되어 수신기 코일 (108) 을 통한 전력의 수신에 영향을 미칠 수도 있다.

도 3b 는 송신기 (102) 의 예를 예시한다. 도 3b 에 예시되는 바와 같이, 송신기 (102) 는 송신기 코일 (106) 을 통하여 전류를 공급하기 위해 커플링된 드라이버 (312) 를 포함한다. 도 3b 에 도시된 바와 같이, 통신 디바이스 (120) 는 트랜시버 (314) 에 커플링된다. 통신 디바이스 (120) 는 송신기 코일 (106) 일 수도 있다. 트랜시버 (314) 는 통신 디바이스 (120) 를 통하여 통신 데이터 신호들을 제공하고 통신 데이터 신호들을 수신하는 임의의 회로이다. 프로세서 (316) 는 트랜시버 (314) 와 데이터를 교환하기 위해 커플링된다. 게다가, 사용자 인터페이스 (318) 가 프로세서 (316) 에 커플링될 수도 있다. 상기 논의된 바와 같이, 프로세서 (316) 는 데이터를 프로세싱하는 임의의 회로일 수도 있고 휘발성 및 비휘발성 메모리 뿐만 아니라 메모리에 저장된 명령들을 실행하여 드라이버 (312) 를 제어할 뿐만 아니라 트랜시버 (314) 및 통신 디바이스 (120) 를 통하여 데이터를 전송 및 수신하는 프로세서들을 포함할 수도 있다.

일단 통신 채널 대역폭이 급격히 증가되면, 대역폭은 광범위한 이미 존재하는 적용가능한 에러 검출/보정 방법론들, 뿐만 아니라 매우 진보된 시스템 무결성 및 시스템 헬스 체크 기법들에 대해 이용가능해진다.

일부 실시형태들에서, 통신 디바이스 (120 및 122) 는 각각 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 이고, 데이터는 대역폭을 증가시키기 위해 백 채널 상에서 위상 변조를 통하여 송신된다. 이러한 실시형태들에서, 정류기 회로 (302) 는 위상 변조된 정보의 복구를 위한 동기 정류기 설계이다. 드라이버 (312) 로부터의 충분히 강한 포싱 함수 (forcing function) 로, 전력 전달 신호의 사이클 당 1 또는 2 비트의 데이터가 가능할 수도 있다. 도 3a 및 도 3b 에 예시된 모델들에서, 통신 디바이스들 (120 및 122) 은 각각 송신 코일들 (106) 및 수신 코일 (108) 인 한편, 트랜시버 (304) 는 정류기 (302) 와 결합되고 트랜시버 (314) 는 드라이버 (312) 의 일부이다.

유사한 설계에서, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM) 이 전력의 전송에 관련되지 않은 캐리어 주파수들을 사용하여 송신기 코일 (106) 과 수신기 코일 (108) 사이에서 데이터를 송신하는데 사용될 수 있다. 결과적으로, 다시 통신 디바이스 (120) 는 송신 코일 (106) 이고 통신 디바이스 (122) 는 수신 코일 (108) 이다. OFDM 과 유사한 방법들은 고 잡음 환경들에서 고 대역폭 및 고 신뢰성을 제공하면서 가정용 AC 와이어링을 통한 데이터 전송에서 매우 성공적이고 이러한 방법들은 물론 무선 전력의 통신들에서도 사용될 수 있다. OFDM 및 다른 방법들은 포워드 에러 보정과 같은 진보된 데이터 신뢰성 방법들과 종종 커플링된다. 이것은 대역-외 타입 방법이지만, 그것은 복잡성이 신호 프로세싱 기법들에 있어서 있고 정보를 전달하기 위해 고 에너지 이벤트들을 강요하지 않기 때문에 저 에너지이다.

일부 실시형태들에서, 통신들은 예를 들어, 드라이버 (312) 로부터, 신호에 있어서 의도적으로 작지만 용이하게 검출가능한 불연속성들을 생성함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이러한 불연속성은, 예를 들어, 드라이버 (예를 들어, 드라이버 (312)) 를 짧은 시간 동안 의도적으로 단락시키거나 또는 역전시킴으로써 제공될 수 있다. 다른 방법들이 물론 또한 불연속성들을 제공하는데 사용될 수도 있다. 불연속성들의 제공은, 전력 손실도 EMI (electromotive interface) 도, 애플리케이션이 허용가능한 상태로 유지될 수 있는 곳까지 증가되지 않도록 하기에 충분할 만큼 이루어질 수 있다. 이들 이벤트들은 다양한 가능한 신호 복구 기법들에 의해 트랜시버들 (304 및 314) 상에서 저 비용으로 용이하게 검출가능하다. 이들은 그들이 다시 무선 전력 시스템으로의 부하 활동 (load activity) 의 반영 (reflecting) 과 같은 잠재적으로 유사한 이벤트들을 구별가능하도록 일종의 "서명 (signature)" 을 부여받을 수 있다. 대안적으로, 신호-대-잡음비가 더 높은 대역폭 통신들에 대해 더 유리하게 되는 곳에 알려지거나 또는 강요된 "침묵 (quiet)" 시간들이 존재할 수 있다.

일부 실시형태들에서, 현재 구현들보다 훨씬 더 높은 데이터 레이트들을 가능하게 하는 기존 FM 기법들은 더 낮은 비용들로 구현될 수도 있다. 이들 방법들은 관련 없는 시스템 활동, 시프팅 고조파 왜곡, 링잉 (ringing) 등에 의해 어느 정도 손상을 받을 수 있는 주파수 정보를 신뢰가능하게 추출하기 위해 수신기 (예를 들어, 트랜시버 (304) 또는 트랜시버 (314)) 에서 일부 인테그레이션 시간을 사용한다. 이러한 실시형태들에서, 트랜시버들 (304 또는 314) 중 수신하는 트랜시버가 신속한, 고-해상도, 고 정확성 주파수 측정들을 행하는 능력이 증가될 수 있다. 그러나, 일부 실시형태들에서, 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 이 공진 중인 정도 (extent) 는 주파수를 변경하기 위해 시스템으로부터 일종의 포싱 함수까지 더 느린 응답을 초래할 수도 있다. 아주 작지만 정확한 주파수 판별들을 행할 수 있는 하나의 이점은, 포싱 함수가 비례적으로 더 작을 수 있고 주파수 변경을 분명히 반영하는 시스템 응답이 비례적으로 더 빠를 수 있다는 것이다.

일부 실시형태들에서, 수신기 및 송신기 측 양자 모두에서 측정된 신호-대-잡음비 (SNR) 에 기초하여 대역폭을 최적화하고 전압 및 전류 크기 (magnitude)/위상 정보를 결합하는 것은 대역폭을 증가시킬 수 있다. 이 정보로부터, 최적화된 대역폭 및 변조 방법이 결정될 수 있다. 에러 보정은 SNR 한계 근처에서 동작할 때 사용될 수도 있다. 고전적 오디오 모뎀 기술들과 유사하게, 채널은 적응적으로 연구 및 사용될 수 있다.

근본적으로, 대부분의 데이터는 이 데이터를 SNR 이 가장 큰 곳에 배치함으로써 최소 에너지로 송신될 수 있다. 이것은 이용가능한 채널의 SNR 을 연구하는 것, 및/또는 데이터 통신을 위해 사용되는 설계에 의해 본질적으로 저 잡음 채널들이 이용가능하도록 시스템을 설계하는 것 양자 모두에 의해 행해질 수 있다. 이 시나리오에서, 시스템은 정보를 가장 유리한 SNR 을 가진 채널들에 동적으로 배치한다.

일부 실시형태들에서, 정보를 전송하기 위해 자기 커플링보다는 용량성 커플링이 사용될 수 있다. 최저 비용 접근법에서 잠재적으로 코일들 그것들 자체의 유효 커패시턴스가 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 통신 디바이스들 (120 및 122) 은 용량성 커플러일 수 있다. 훨씬 더 높은 데이터 레이트들 및 데이터 신뢰성이 잠재적으로 통신 디바이스들 (120 및 122) 을 위해 용량성 플레이트들 쌍을 포함함으로써 (양방향성) 더 간단한 방식으로 달성될 수 있다. 이것은, 통상적으로 임의의 코일 권선들이 없는 코일의 중심에서의 공간을 사용함으로써 토폴로지적으로 유리하거나 또는 심지어 이상적이다. 이 실시형태에서, 양호한 용량성 커플링을 갖지만 변화하는 자기장들과 최소로 상호작용하는 용량성 플레이트들의 설계가 사용될 수 있다. 슬롯팅 (slotting), 사형 어레이 (serpentine array) 들 등과 같은 용량성 플레이트들을 형성하기 위한 방법들이 적용가능할 수도 있다. 이 아이디어는 각각의 플레이트 쌍이 데이터 채널을 구성하도록 임의적으로 작을 수 있는 다수의 플레이트들을 사용함으로써 확장될 수 있고, 따라서, 잠재적으로는 많은 수의 동시에 발생하는 고 대역폭 채널들이 가능할 수도 있다.

일부 애플리케이션들은 프라이머리 코일 필드에 직교로 배향되는 세컨더리 코일-쌍으로부터 이익을 얻을 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 통신 디바이스들 (120 및 122) 은 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 에 각각 직교로 배향된 통신 코일들이다. 이러한 어레인지먼트는 더 장거리에 걸쳐 자기 커플링된 데이터 전송을 가능하게 하지만, 이는 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 에 의해 형성된 전력 전송 경로로부터 에너지 또는 잡음에 의해 최소로 간섭을 받는다. 통신 코일 쌍이 완전히 갭에 존재할 수 있을 정도로 프라이머리 코일-코일 거리가 충분히 큰 애플리케이션들에서 적용가능할 것이다.

유사한 실시형태에서, 통신 디바이스들 (120 및 122) 은 단거리 무선 통신들을 위해, 각각, 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 의 중심에 포지셔닝된 쌍극 안테나들일 수도 있다. 이들 실시형태들은 전력 전송 코일들과 밀접하게 물리적으로 통합되는 근접 (close-proximity) 무선 통신으로부터 이익을 얻을 수 있다. 예를 들어, 소형 쌍극 안테나가 송신기 코일들 (106) 및 수신기 코일들 (108) 의 중심에 내장될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, RF 커플링이 양호하고, 에너지가 작으며, 그리고 SNR 이 높을 것이다. 이들 실시형태들의 비용은 더 높은 경향이 있을 수도 있지만, RF 링크들을 밀접하게 커플링한 것이 토폴로지적으로 유리한 애플리케이션들이 존재할 수 있다. 제한된 환경 때문에, 이들 실시형태들은 전자기 방사 요건들 뿐만 아니라 전자기 내성 양자 모두의 제약들이 예외적으로 없을 수도 있다. 그래서 기본적으로 이들 실시형태들의 범위는 전력 전달 코일들 사이의 물리적 환경에 있을 것이다.

상기와 유사하게, 통신 디바이스들 (120 및 122) 은 대체 경로로서 다른 주파수들의 초음파 또는 음향 트랜스듀서들을 사용할 수도 있다. 이러한 실시형태들은 일부 애플리케이션들에서 중요한 이익들을 부여할 수도 있다. 이들 트랜스듀서들은 코일 구조들과 동심일 수도 있고 전기, 전자기, 및 자기 유추로부터의 내성과 함께, 더 큰 동작 거리의 이점들 (예를 들어 용량성과 비교함) 을 갖는다.

일부 실시형태들에서, 밀봉된 환경이 제공될 수도 있고 통신 디바이스들 (120 및 122) 은 압력 트랜스듀서들일 수도 있다. 가변 압력이 그 후 통신을 위해 사용될 수도 있다. 이것이 반드시 더 높은 대역폭 기법은 아닐 수도 있지만, 그 대신 다른 방법들과 비교하여 더 장거리에 걸쳐 강건성 (robustness) 의 이점들을 부여할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 통신 디바이스들 (120 및 122) 은 송신기 (102) 및 수신기 디바이스 (110) 사이에 광학적으로 데이터를 전송하기 위한 포토다이오드들일 수도 있다. 포토다이오드들은 송신기 코일 (106) 및 수신기 코일 (108) 의 중심들에 배치될 수도 있다. 통신 디바이스들 (120 및 122) 의 정렬은, 송신기 (102) 및 수신기 디바이스 (110) 가 무선 전력 전송을 위해 정렬될 때 달성될 수 있다.

상기 상세한 설명은 본 발명의 특정 실시형태들을 예시하기 위해 제공되고 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 범위 내의 다수의 변동들 및 수정들이 가능하다. 본 발명은 다음의 청구항들에 제시된다.

Claims

무선 전력 수신기로서,
수신기 코일;
상기 수신기 코일과 통합된 통신 디바이스;
상기 통신 디바이스에 커플링된 트랜시버; 및
상기 트랜시버에 커플링된 프로세서를 포함하는, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 상기 수신기 코일이고 통신 데이터가 위상 변조를 통하여 제공되는, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 상기 수신기 코일이고 통신 데이터가 전력의 송신에 관련되지 않은 캐리어 주파수들을 사용하는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱을 통하여 제공되는, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 상기 수신기 코일이고 통신 데이터가 전력 신호의 의도적 불연속성들을 통하여 제공되는, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 상기 수신기 코일이고 통신 데이터가 주파수 변조를 통하여 제공되는, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 상기 수신기 코일이고 통신 데이터가 전압 및 전류 크기 (magnitude) 및 위상 정보의 결합을 통하여 제공되는, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
통신 데이터가 용량성 커플링을 통하여 제공되는, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 상기 수신기 코일에 대해 중심에 포지셔닝되고 상기 수신기 코일에 직교로 배향된 세컨더리 코일인, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 상기 수신기 코일의 중심에 포지셔닝된 쌍극 (dipole) 안테나인, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 초음파 또는 음향 트랜스듀서인, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 압력 트랜스듀서인, 무선 전력 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 통신 디바이스는 포토다이오드인, 무선 전력 수신기.
무선 전력 시스템으로서,
무선 전력 수신기로서, 수신기 코일, 상기 수신기 코일과 통합된 수신기 통신 디바이스, 상기 수신기 통신 디바이스에 커플링된 수신기 트랜시버, 및 상기 수신기 트랜시버에 커플링된 수신기 프로세서를 포함하는, 상기 무선 전력 수신기; 및
무선 전력 송신기로서, 송신기 코일, 상기 송신기 코일과 통합된 송신기 통신 디바이스, 상기 송신기 통신 디바이스에 커플링된 송신기 트랜시버, 및 상기 송신기 트랜시버에 커플링된 송신기 프로세서를 포함하는, 상기 무선 전력 송신기를 포함하고,
통신 데이터가 상기 수신기 통신 디바이스와 상기 송신기 통신 디바이스 사이에서 송신되는, 무선 전력 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 수신기 통신 디바이스 및 상기 송신기 통신 디바이스는, 상기 수신기 코일이 상기 송신기 코일과 정렬될 때 데이터를 교환하기 위해 정렬되는, 무선 전력 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 수신기 통신 디바이스 및 상기 송신기 통신 디바이스는, 상기 수신기 코일 및 상기 송신 코일로 이루어진 세트, 용량성 커플러들, 데이터 코일들, 상기 수신기 코일 및 상기 송신 코일에 직교로 포지셔닝된 데이터 코일들, 쌍극 안테나들, 압력 트랜스듀서들, 및 포토다이오드들 중 적어도 하나인, 무선 전력 시스템.
무선 전력 송신기로서,
송신기 코일;
상기 송신기 코일과 통합된 송신기 통신 디바이스;
상기 송신기 통신 디바이스에 커플링된 송신기 트랜시버; 및
상기 송신기 수신기에 커플링된 송신기 프로세서를 포함하는, 무선 전력 송신기.
제 16 항에 있어서,
상기 송신기 통신 디바이스는, 상기 송신기 코일이 수신기 코일과 정렬될 때 수신기 통신 디바이스와 정렬되는, 무선 전력 송신기.
제 16 항에 있어서,
상기 송신기 통신 디바이스들은 상기 수신기 코일 및 상기 송신 코일로 이루어진 세트, 용량성 커플러들, 데이터 코일들, 상기 수신기 코일 및 상기 송신 코일에 직교로 포지셔닝된 데이터 코일들, 쌍극 안테나들, 압력 트랜스듀서들, 및 포토다이오드들 중 적어도 하나인, 무선 전력 송신기.