KR20220090444A - 무선 전력 전송을 위해 구성된 로밍 및 분절형 전력 생성 장치 - Google Patents

무선 전력 전송을 위해 구성된 로밍 및 분절형 전력 생성 장치 Download PDF

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세예드 알리 하지미리
플로리안 본
아츠로운 다비니안
다니엘 스텀
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구루 와이어리스, 아이엔씨.
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Abstract

로밍 및 관절형 무선 전력 전달 장치는 부분적으로 광학 빔을 전달하도록 구성된 광학 어셈블리, 에너지 저장 유닛, 컨트롤러, 및 전기적으로 구동되는 이동 플랫폼을 포함한다. 상기 이동 플랫폼은 관성 측정, GPS, 범프 센서 및 근접 센서를 포함할 수 있다. 상기 장치는 카메라, 그래디언트 필터, 및 상기 장치가 무선으로 전력을 공급받는 복구 유닛과 양방향 통신을 설정하는 무선 통신 링크를 더 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 전송을 위해 구성된 로밍 및 분절형 전력 생성 장치{ADAPTIVE ROAMING AND ARTICULATING GENERATING UNIT FOR WIRELESS POWER TRANSFER}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020 년 12 월 21 일에 출원된 미국 출원 번호 제 17/129,880에 대한 우선권을 주장하는데, 이러한 출원은 그 전체가 원용에 의하여 본원에 통합된다.
본 출원은 2020 년 3 월 10 일에 발행되고 발명의 명칭이 "Laser Wireless Power Transfer System with Active and Passive Safety Measures"인 미국 특허 번호 제 10,587,152를 그 전체로서 원용에 의하여 통합한다.
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것이고, 특히, 이동식 전력 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 주파수(RF) 및 mm-파 빔 포밍(beam forming) 및 포커싱을 사용하는 것을 통한 비-근접 무선 전력 전송은 많은 새로운 애플리케이션들을 가능하게 하고 향상시킨다. 예를 들어, 사물 인터넷(IoT) 디바이스 및 센서가 널리 보급되는 것은, 이들에게 무선으로 전력을 전달하고, 그렇지 않으면 이들이 설치되는 중에 필요할 배선을 제거함으로써 크게 가속화될 수 있다.
무선 전력 전송의 다른 예는 휴대용 개인용 디바이스, 예컨대 스마트 폰 및 태블릿의 무선 충전이다. 이러한 디바이스를 무선으로 충전하면 이들의 사용성이 향상될 것이고 휴대용 배터리를 소지할 필요성을 줄일 것이다. 또한, 무선 마우스 및 키보드로부터 시작하여 온도조절기 및 보안 센서 및 카메라에 이르는 많은 다른 전자 디바이스가 무선 전력 전송 기술의 해택을 받을 수 있다.
무선 전력 생성 장치(GU)는 다수의 RF 소스 및 안테나, 및 다른 컴포넌트, 예컨대 처리 유닛, 인터페이스 회로부, 통신 회로부 등을 포함할 수 있다. RF 에너지 초점은 타겟 디바이스가 위치되는 소망되는 위치에 형성될 수 있다. RF 에너지는 타겟 디바이스 내에 배치된 에너지 회수 유닛을 사용하여 캡쳐될 수 있다. 회수 유닛(RU)은 다른 컴포넌트들 중에서, 측정 회로부, 처리 및 통신 회로부 등을 포함할 수 있다. RU는 전력 회수를 위한 다양한 수단, 예컨대 RF 에너지를 수집하고 DC 에너지로 변환하기 위한 렉테나(rectanna)를 활용할 수 있다. 도 1은 RU(40)를 무선으로 급전하는 GU(20)를 도시한다. GU(20)는 프로세서(10), 콘트롤러(12), 무선 통신 회로(14) 및 송신 안테나(16)의 어레이를 부품으로서 포함하는 것으로 도시된다. RU(40)는 프로세서(30), 전력 검출기(32), 무선 통신 회로(34) 및 수신 안테나들(36)의 어레이를 부품으로서 포함하는 것으로 도시된다.
이상적으로는, GU는 많은 전력 누설(spill-over)(즉, 전력이 회수되지 않고, 따라서 낭비되는 것)이 없이 전력을 상이한 방향 및 배향으로 신속하고 효과적으로 송신 및 전송하도록 구성된다. GU는 RU의 위치 및 배향에서 에너지 농도를 최대화하는 RF 신호들의 위상들의 조합을 설정함으로써 최대 전력 전송을 달성한다.
실효 GU 애퍼쳐 면적이 AG이고, 실효 RU 애퍼쳐 면적이 AR이며, GU 및 RU 사이의 거리가 D이고, 및 신호 파장이 λ인 경우, GU에 의해 전송된 전력에 대한 RU 애퍼쳐에 도달한 전력의 비율로서 규정되는 전송 효율
Figure pat00001
는 다음과 같이 근사화될 수 있다:
Figure pat00002
여기에서
Figure pat00003
이다.
상대적으로 긴 거리의 경우, 전송 효율은 r로 추정될 수 있고, 따라서 다음이 얻어진다:
Figure pat00004
수학식 3은 GU의 애퍼쳐 및 RU의 애퍼쳐가 서로 마주보고 있으며 양자 모두가 그들의 중심들을 연결하는 축에 수직이라고 가정한다.
동일한 GU를 사용하여 무선으로 추정될 충전될 타겟 디바이스는 GU에 대해서 상이한 위치 및 배향에 있을 수 있다. 그러므로, 타겟 디바이스들 중 일부는 그들의 위치 및 배향에 기인하여 전력을 최적으로 수신하지 못할 수도 있다. 더욱이, GU 및 타겟 디바이스 사이의 경로에는 최적 위상 조합 그리고 그러 인해 얻어지는 보강 간섭 패턴의 경우에도 불구하고 장애물이 있을 수 있다. 무선 전력 전송을 위한 개선된 방법 및 시스템에 대한 필요성이 계속 존재한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 무선 전력 전송 시스템은 부품으로서 로밍 및 분절형 무선 전력 전송 디바이스를 포함하고, 이것은 이제 부품으로서 무선 전력 생성 장치, 에너지 저장 유닛, 콘트롤러, 및 전기적으로 구동되는 이동식 플랫폼을 포함한다. 무선 전력 생성 장치는, 부품으로서 적어도 하나의 전자기력의 소스를 포함한다.
일 실시형태에서, 무선 전력 생성 장치는 적어도 하나의 RF 송신기를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 생성 장치는 RF 신호를 동일한 주파수에서 방출하도록 적응되는 RF 송신기들의 어레이를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 콘트롤러는 각각의 RF 송신기의 위상을 독립적으로 제어하도록 적응된다.
일 실시형태에서, 로밍 및 분절형 무선 전력 전송 디바이스(device)는 하나 이상의 센서를 더 포함한다. 일 실시형태에서, 이동식 플랫폼은 네비게이션을 가능하게 하기 위한 관성 측정 유닛을 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 이동식 플랫폼은 네비게이션을 가능하게 하기 위한 GPS를 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 이동식 플랫폼은 장애물에 충돌할 때에 이동 방향을 변경하기 위한 충돌 센서를 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 이동식 플랫폼은 장애물과 충돌하는 것을 피하기 위한 근접 센서를 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 근접 센서는 초음파를 사용한다. 일 실시형태에서, 근접 센서는 IR 센서를 포함한다. 일 실시형태에서, 디바이스는 카메라를 더 포함한다.
일 실시형태에서, 디바이스는 회수 유닛 상에 인쇄되거나 배치된 패턴을 식별하기 위한 카메라를 사용함으로써 전력 회수 유닛의 위치를 결정하도록 적응된다. 일 실시형태에서, 디바이스는 무선 통신 링크를 더 포함한다. 일 실시형태에서, 디바이스는 통신 링크를 통하여 회수 유닛과 양방향 통신을 구축한다. 일 실시형태에서, 에너지 저장 유닛은 배터리이다. 일 실시형태에서, 배터리는 재충전될 수 있다. 일 실시형태에서, 배터리는 도킹 스테이션을 통하여 충전된다.
일 실시형태에서, 디바이스는 유도식 충전 코일을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 도킹 스테이션은 유도식 충전 코일을 사용하여 디바이스를 유도식으로 충전하도록 적응된다. 일 실시형태에서, 디바이스는 도킹 스테이션에 의해 송신된 비콘을 통하여 도킹 스테이션의 위치를 결정하도록 더 적응된다. 일 실시형태에서, 에너지 저장 유닛은 연료 전지이다.
일 실시형태에서, 전력 생성 장치는 전력을 무선으로 전송하기 위하여 전자기파를 가시광선 스펙트럼 또는 적외선 스펙트럼 내에서 전송한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 생성 장치의 상하각(elevation angle)을 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 모터를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 전송 시스템은 모터에 응답하여 무선 전력 생성 장치의 상하각을 변경하도록 적응되는 자바라형 상승 구조체(scissor lift structure)를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 전송 시스템은 모터에 응답하여 무선 전력 생성 장치의 상하각을 변경하도록 적응되는 텔레스코픽 붐 상승 구조체(telescopic boom lift structure)를 부품으로서 더 포함한다.
일 실시형태에서, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 생성 장치의 방위각(azimuth angle)을 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 모터를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 생성 장치의 고도 높이(elevation height)를 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 모터를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 전송 시스템은 모터에 응답하여 무선 전력 생성 장치의 고도 높이를 변경하도록 적응되는 자바라형 상승 구조체(scissor lift structure)를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 전송 시스템은 모터에 응답하여 무선 전력 생성 장치의 고도 높이를 변경하도록 적응되는 텔레스코픽 붐 상승 구조체(telescopic boom lift structure)를 부품으로서 더 포함한다.
일 실시형태에서, 시스템은 시스템을 상승시키기 위한 리프트를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 시스템은 무선 전력 생성 장치의 적어도 일부를 상승시키도록 적응되는 리프트를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 이동식 플랫폼은 무선 전력 생성 장치가 회수 유닛에게 최대 파워를 전달하는 위치로 네비게이션하도록 적응된다.
일 실시형태에서, 시스템은, 네비게이션하고, 최대 전력을 시스템이 회수 유닛에게 전달하도록 무선 전력 생성 장치의 방위각, 고도 높이 및 상하각을 선택하도록 적응된다. 일 실시형태에서, 시스템은, 네비게이션하고, 최대 전력을 시스템이 회수 유닛에게 전달하도록 무선 전력 생성 장치의 각각의 RF 송신기의 방위각 및 위상을 선택하도록 적응된다.
일 실시형태에서, 콘트롤러는 시스템에 의하여 무선으로 급전될 회수 유닛들의 목록을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 일 실시형태에서, 목록은 회수 유닛들 각각과 연관된 우선순위를 포함한다. 일 실시형태에서, 각각의 회수 유닛에 대한 우선순위는 회수 유닛의 충전 레벨에 따라서 설립된다. 다른 실시형태에서, 각각의 회수 유닛에 대한 우선순위는 시스템으로부터의 회수 유닛의 거리에 기반하여 설립된다.
일 실시형태에서, 시스템은 제 2 로밍 및 분절형 무선 전력 전송 디바이스를 부품으로서 더 포함한다. 제 2 로밍 및 분절형 무선 전력 전송 디바이스는, 적어도 하나의 전자기력의 소스, 에너지 저장 유닛, 콘트롤러, 및 전기적으로 구동되는 이동식 플랫폼을 포함하는 무선 전력 생성 장치를 부품으로서 포함한다. 제 1 및 제 2 무선 전력 생성 장치는 제 1 또는 제 2 전력 생성 장치보다 큰 통합형 전력 생성 장치를 형성하기 위하여 협력하여 동작하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 제 1 및 제 2 디바이스는 제 1 및 제 2 디바이스에 의하여 무선으로 수신되는 레퍼런스 클록 주파수를 공유한다. 일 실시형태에서, RF 송신기들의 어레이는 폴딩될 수 있고 연장가능하다.
일 실시형태에서, RF 송신기들의 어레이는 복수의 부채-형 서브어레이를 포함한다. 일 실시형태에서, RF 송신기들의 어레이는 복수의 스프링-장착 힌지들을 통하여 서로 기계적으로 커플링되는 복수의 서브어레이를 포함한다. 시스템은 복수 개의 서브어레이들을 수축시키도록 구성되는 모터 및 스트링을 더 포함한다. 일 실시형태에서, RF 송신기들의 어레이는 기어를 사용하여 접히고 풀리도록 적응되는 복수의 텔레스코픽 서브어레이를 포함한다. 일 실시형태에서, RF 송신기들의 어레이는 오리가미 패턴(origami pattern)에 따라서 접히고 풀리도록 적응되는 복수의 서브어레이를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르는 무선 전력 전송 시스템은 이동식 플랫폼, 및 반사기를 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 시스템은 반사기의 상하각을 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 모터를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 시스템은 반사기의 방위각을 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 모터를 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 반사기는 RF 반사기이다. 일 실시형태에서, RF 반사기는 만곡된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르는 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 생성 장치를 부품으로서 포함하고, 이것은 이제 복수의 RF 송신기; 및 무선으로 충전되도록 적응되는 무선 전력 회수 유닛을 부품으로서 포함한다. 무선 전력 회수 유닛은 가변 배향을 가지는 적어도 하나의 수신 안테나를 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 무선 전력 회수 유닛은 RF 송신기와 실질적으로 동일한 RF 주파수에서 동작하는 적어도 하나의 RF 수신기를 부품으로서 포함한다.
일 실시형태에서, RF 송신기 및 RF 수신기는 레이더를 형성한다. 일 실시형태에서, 시스템은 시스템을 이동시켜서 합성 애퍼쳐 레이더를 형성하도록 적응되는 전기적으로 구동되는 이동식 플랫폼을 부품으로서 더 포함한다. 일 실시형태에서, 레이더는 도플러 천이를 감지하여 생물학적 신호를 검출한다. 일 실시형태에서 생물학적 신호는 호흡에 의해서 규정된다. 일 실시형태에서 생물학적 신호는 심박에 의해서 규정된다. 일 실시형태에서, 시스템은 원격 제어 유닛으로부터 송신된 명령을 수신함으로써 원격으로 동작된다. 일 실시형태에서, 원격 제어 유닛은 스마트 폰이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르는 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 생성 장치를 부품으로서 포함하고, 이것은 이제 복수의 RF 송신기, 베이스, 무선 전력 생성 장치를 베이스에 기계적으로 커플링시키는 적어도 하나의 암, 무선 전력 생성 장치가 적어도 하나의 암 중심으로 스위블할 수 있게 하는 제 1 액츄에이터, 및 적어도 하나의 암이 베이스 중심으로 스위블할 수 있게 하는 제 2 액츄에이터를 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 베이스는 바퀴를 부품으로서 포함한다. 일 실시형태에서, 바퀴들은 트랙 상에서 이동하도록 적응된다.
도 1은 종래 기술에서 알려져 있는 바와 같이 디바이스를 무선으로 급전하는 전력 생성 장치를 보여준다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라서 전력을 무선으로 전달하도록 적응되는 로밍 및 분절형 유닛의 단순화된 전방 및 후방 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 로밍 및 분절형 유닛의 하방 사시도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 로밍 및 분절형 수동 유닛을 통하여 디바이스에 무선으로 급전하는 전력 생성 장치를 보여준다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 자바라형 상승 구조체를 포함하는 로밍 및 분절형 유닛의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 다른 실시형태에 따르는, 자바라형 상승 구조체를 포함하는 로밍 및 분절형 유닛의 개략도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복수의 부채-형 서브어레이를 포함하는 접이식 안테나 어레이를 보여준다.
도 7b는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 도 7a의 접이식 안테나 어레이를 완전히 전개된 모드에서 도시한다.
도 7c는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복수의 서브어레이를 포함하는 접이식 안테나 어레이를 보여준다.
도 7d는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복수의 서브어레이를 포함하는 텔레스코픽 접이식 안테나 어레이를 보여준다.
도 7e는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 오리가미 패턴에 따라서 접히고 열리도록 적응되는 복수의 서브어레이를 포함하는 접이식 안테나 어레이를 보여준다.
도 7f는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 도 7e의 안테나 어레이를 부분적으로 폴딩된 이후에 도시한다.
도 7g는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 도 7e의 안테나 어레이를 폴딩된 이후에 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 로밍 및 분절형 유닛의 내장 배터리를 충전시키기 위하여 로밍 및 분절형 유닛을 리셉터클에 플러그인하도록 적응되는 자기-분절형 암(self-articulating arm)을 가지는 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 로밍 및 분절형 유닛의 상단면으로부터 상승되도록 적응되는 전송 소자 및 안테나들의 어레이를 가지는 전력 생성 장치를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 자바라형 상승 구조체를 통하여 로밍 및 분절형 유닛의 상단면으로부터 상승되도록 적응되는 전송 소자 및 안테나들의 어레이를 가지는 전력 생성 장치를 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 로밍 및 분절형 유닛이 타겟 디바이스로 전력을 전송하는 여러 위치를 도시한다.
도 12a는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 로밍 및 분절형 유닛의 다양한 컴포넌트를 도시한다.
도 12b는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 로밍 및 분절형 유닛의 다양한 컴포넌트를 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 로밍 및 분절형 유닛에 의해서 타겟 디바이스를 무선 충전하기 위한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 상대적으로 더 큰 송신 애퍼쳐를 형성하도록 서로 매우 가깝게 이동된 여러 로밍 및 분절형 유닛들을 도시한다.
도 15a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 암을 통하여 베이스에 장착된 송신기 어레이가 있는 전력 생성 장치를 도시한다.
도 15b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 복수의 암을 통하여 베이스 상에 장착된 송신기 어레이를 가지는 전력 생성 장치를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 트랙상에서 이동하도록 적응되는, 바퀴를 가지는 베이스 상에 장착된 송신기 어레이가 있는 전력 생성 장치를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 다수의 암을 통하여 베이스 상에 장착되는 송신기 어레이 및 복수의 센서를 가지는 전력 생성 장치를 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 디바이스를 무선으로 급전하기 위한 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 디바이스에 무선으로 급전하기 위한 흐름도이다.
도 20a는 광학 빔을 사용하여 타겟 디바이스를 무선으로 충전하도록 적응되는 전력 생성 장치를 부품으로서 도시한다.
도 20b는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라서 디바이스를 무선으로 충전하기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리를 도시한다.
도 20c는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라서 디바이스를 무선으로 충전하기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리를 도시한다.
도 20d는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따라서 디바이스를 무선으로 충전하기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리를 도시한다.
도 21a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 타겟 디바이스를 충전시키기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 소스 및 연관된 광학 컴포넌트를 수용하는 고정된 광학 어셈블리가 그 위에 배치된 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 21b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 타겟 디바이스를 충전시키기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리가 그 위에 배치된 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 21c는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 타겟 디바이스를 충전시키기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리가 그 위에 배치된 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 21d는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 타겟 디바이스를 충전시키기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리가 그 위에 배치된 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 21e는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 타겟 디바이스를 충전시키기 위하여 광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리가 그 위에 배치된 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 22는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 다면체 광학 어셈블리가 그 위에 장착된 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 23은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 광학 컴포넌트가 따라서 이동하도록 적응되는 트랙을 가지는 돔-형 구조체를 포함하는 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 24는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 타겟 디바이스를 충전시키기 위한 광 파워를 전달하도록 적응되는 로밍 및 분절형 유닛의 다양한 컴포넌트를 도시한다.
도 25는 광학 빔을 타겟 디바이스로 전달하기 위하여 로밍 및 분절형 수동 유닛과 협력하여 동작하는 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 26은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 그 위에 장착된 광학 어셈블리의 고도를 상승시키도록 적응되는 서로 교차하는 가위 모양(crisscrossing scissors)을 포함하는 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 27은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 로밍 및 분절형 유닛을 소망되는 고도까지 상승시키도록 적응되는 서로 교차하는 가위 모양을 포함하는 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 28a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 상대적으로 넓은 광학 빔을 타겟 디바이스로 전달하도록 제어되는 광학 어셈블리가 그 위에 장착된 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 28b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 타겟 디바이스 상에 포커싱된 상대적으로 더 좁은 빔을 전달하도록 광학 어셈블리의 광학 빔이 제어된 이후의 도 28a의 로밍 및 분절형 유닛을 도시한다.
도 29는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 타겟 디바이스의 위치를 결정하기 위하여 로밍 및 분절형 유닛에 의해 사용되는 예시적인 그레디언트 필터를 도시한다.
도 30은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 로밍 및 분절형 유닛이 RU의 위치를 결정하도록 유도하기 위하여, RU 상에 배치될 수 있는 인식가능한 패턴이 있는 색상/음영 코딩된 태그를 도시한다.
본 발명의 하나의 양태를 따라서, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(RAGU)는 타겟 디바이스(들)를 능동적으로 검색하고 타겟 디바이스에 무선으로 급전하기 위한 최적 위치 및 배향으로 이동한다. RAGU는 다수의 타겟 디바이스를 동시에 또는 상이한 시간 기간 동안에 충전할 수 있다. RAGU는 충전 상태, 예컨대 타겟 디바이스의 전력 필요성에 기반하여 전력 전송의 우선순위를 결정할 수 있다. 하나의 디바이스 또는 디바이스들의 그룹을 제 1 시간 기간 동안에 무선으로 충전한 이후에, RAGU는 새로운 타겟 디바이스(들)를 검색하고, 다른 최적 위치 및 배향으로 이동하고(새로운 디바이스에 대한 최적 위치 및 배향), 새로운 타겟 디바이스에게 무선으로 전력을 전송하기를 시작하도록 적응된다.
RAGU는, 예를 들어 벽 콘센트, 도킹 스테이션을 사용하거나 다른 무선 전력 생성 장치(GU)로부터 충전되는 내부 에너지 저장 유닛을 가질 수 있다. 도킹 스테이션은 RAGU를 외부 전력 소스(예를 들어, 벽 콘센트)에 연결하는 전기 커넥터 및 배선을 가질 수 있고, 또는 RAGU를 유도식으로 충전할 수 있다. RAGU에 의해 급전되는 디바이스는 정지식 디바이스, 이동식 디바이스이거나 다른 RAGU일 수 있다. 일 실시형태에서, RAGU는 전자기파(RF, mm-파, 빛)를 전송함으로써 또는 음파를 전송함으로써 타겟 디바이스에 전력을 제공할 수 있다.
전력이 파장(예를 들어, 음파, RF, mm-파 또는 광파)을 사용하여 전달되는 실시형태들에서, RAGU는 렌징 효과(lensing)를 얻기 위하여, 가간섭성으로 그리고 협력하여 동작함으로써 포커싱된 빔을 생성하는 전송 소자들의 어레이를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 에너지는 송신기 어레이의 개별적인 전송 소자의 위상을 조절함으로써 RU 상에 포커싱된다. 더욱이, 이러한 실시형태에서, 전력은, 예를 들어 혼(horn) 안테나, 접시(dish) 안테나와 같은 지향성 파동 소스를 사용하여, 또는 대안적으로 시준된 광원 또는 레이저를 사용하여 무선으로 전송될 수 있다. 본 발명의 실시형태들의 후속하는 설명은 RF 신호를 생성하고 포커싱하는 무선 전력 전송 시스템에 관하여 제공된다. 그러나, 본 발명의 실시형태들이 mm, 음파, 광파 등에도 동일하게 적용된다는 것이 이해된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 RAGU(100)의 단순화된 전방 및 후방 사시도이다. RAGU(100)는 베이스(102) 및 송신 안테나 어레이(112)를 부품으로서 포함하는 것으로 도시되는 모터-구동 바퀴-기반 이동식 무선 전력 전송 시스템일 수 있다. 도시된 바와 같이, 베이스(102)는 바닥 위에서 x 및 y 축들을 따라 이동하고, z 축 주위에서 회전하도록 적응된다. 안테나 어레이는 무선 주파수 신호를 타겟 디바이스 상에 포커싱하도록 적응되는 송신 안테나들(104)의 어레이를 부품으로서 포함한다. 또한, RAGU(100)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 안테나 어레이의 높이, 배향 및 틸트를 조절하도록 적응되는 서로 교차하는 가위 모양 유닛일 수 있는 분절형 유닛(114)을 포함한다. 따라서, RAGU(100)는 병진 운동 및 회전 운동의 조합을 통하여, 그리고 자신의 안테나 어레이(112)의 분절 운동을 통하여 타겟 디바이스에 대한 자신의 위치 및 배향을 최적화하도록 적응된다. 비록 도시되지 않지만, 일부 실시형태들에서 무전력 전송을 위한 파동 소스인 안테나 어레이는, 예를 들어 짐벌을 사용하여 이동될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에 따르면, RAGU는 멀티-모달리티(multi-modality) 감지 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, RAGU는 다른 것들 중에서 적외선(IR) 거리 및 근접 센서, 초음파 센서, 시각적인 감지를 위한 광학 카메라, 레이더, 라이다, GPS, 접촉 센서, 마이크로폰, 관성 측정 유닛(inertia measurement unit; IMU) 센서, 필드 교란 센서, 카메라를 포함할 수 있다(미도시). 이러한 센서는 RAGU로 하여금 집, 사무실, 매장, 창고 등과 같은 장소에서 구속된 공간을 통해서 네비게이션할 수 있게 하고 이러한 공간의 지도를 제공할 뿐만 아니라, 움직이는 물체 및 다른 감응 영역을 식별할 수 있게 하는데, 여기에서 전송될 전력의 성질 및 양이 제어될 필요가 있을 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 따르면, RAGU는 내부 에너지 소스(예를 들어, 재충전가능 배터리, 연료 전지)에 의하여, 또는 외부 전력원에 의하여 급전되어 그 이동, 감지, 전력 전송 및 다른 동작이 가능해질 수 있다. RAGU는 벽 콘센트로부터 전력을 수용하기 위해서 도킹 스테이션을 사용할 수 있다. 일부 실시형태들에서, RAGU는 다른 RAGU에 의해서 무선으로 급전될 수 있다.
RAGU는 근접 유도식 충전을 이용하여 무선으로 충전될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 RAGU(150)의 저면 사시도이다. RAGU(150)는, RAGU가 도면에 도시되지 않은 충전 패드로 이동할 때 유도식 충전을 위해서 사용되는 유도식 코일(152)을 부품으로서 포함하는 것으로 도시된다. 일부 실시형태들에서, RAGU는 도킹 스테이션 안에 위치되거나 충전 패드 위에 위치되어 있는 동안에 타겟 디바이스에 무선으로 급전할 수 있다. 도킹 스테이션 또는 충전 패드에 놓여 있지 않은 경우, RAGU는 자신의 배터리 및 내부 전력원을 통하여 다양한 감지 및 무선 전력 전송 동작을 수행한다.
본 발명의 다른 양태에 따르는 로밍 및 분절형 수동 유닛(RAPU)은 다른 GU 또는 RAGU에 의해서 생성된 무선 전력이 하나 이상의 타겟 디바이스로 전달되는 것을 가능하게 한다. RAPU는 반사기, 굴절기일 수 있고, 또는 RAGU 또는 다른 정지식 RF 무선 전력 생성 장치(GU)에 의해서 생성된 RF 에너지의 빔을 재지향시키기 위한 복수의 메타-표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, GU 또는 RAGU로부터 타겟 디바이스까지의 경로가 어떤 물체에 의하여 막혀 있으면, RAPU는 RF 빔이 타겟 디바이스를 향해 재지향될 수 있게 하는 위치로 이동하도록 적응된다. 도 4는 타겟 디바이스(210)에 무선으로 급전하려고 시도하는 GU(200)를 도시한다. GU(200)는 예를 들어 천정에 장착되도록 추정되는 정지식 유닛이다. GU(200)로부터 디바이스(210)까지의 RF 전력의 경로는 도 4에서 물체(220)에 의해 막혀 있는 것으로 도시된다. 무선 전력 전송을 구현하기 위하여, RAPU(230)는 도시된 바와 같이 새로운 위치로 이동함으로써, GU(200)에 의해 생성되고 RAPU의 반사기(235)에 의하여 반사된 RF 전력이 방해받지 않고서 타겟 디바이스(210)에 도달하게 한다.
전술된 바와 같이, 병진 운동 및 회전 운동에 추가하여, RAGU는 안테나 어레이를 들어올리고, 재지향시키며, 틸팅하도록 적응되는 분절형 메커니즘을 가질 수 있다. 도 5는 안테나 어레이(112)를 베이스(102)로부터 들어올리고, 따라서 더 멀리 닿을 수 있게 하도록 적응되는 서로 교차하는 가위 모양(135)을 포함하는 RAGU(100)를 도시한다. 서로 교차하는 가위 모양(135)은 안테나 어레이의 배향 및 틸트도 변경시킬 수 있다. 또 다른 실시형태에서, RAGU(100)는 도 6에 도시된 바와 같은 서로 교차하는 가위 모양(135)을 사용하거나, 임의의 다른 상승 메커니즘을 사용하여 그 전체가 바닥(138)으로부터 떨어지도록 들어올려질 수 있다.
일부 실시형태들에서, RAGU의 송신 애퍼쳐는 동적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 애퍼쳐는 부채 구조, 아코디언 연장 구조로서, 또는 오리가미 패턴(Origami pattern)에 따라서 연장될 수 있다. RAGU의 기계적으로 접이식이고 폴딩될 수 있으며 조절가능한 애퍼쳐는 RAGU가 더 콤팩트해지게 하고, 따라서 RAGU가 더 쉽게 이동할 수 있고 구석, 울퉁불퉁한 바닥, 계단 높이 및 도달하기 어려운 영역을 네비게이션할 수 있게 한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 8 개의 예시적인 부채-형 서브어레이(3021, 3022…3028)를 포함하는 접이식 안테나 어레이(300)를 도시한다. 도 7a는 어레이(300)를 접힌 모드에서 도시하고, 도 7b는 안테나 어레이(300)를 완전히 전개된 모드에서 도시한다. 부채-형 안테나 어레이는 모터(310)를 사용하여 접히고 전개된다. 각각의 서브어레이는 복수의 전송 소자(104)를 포함하는 것으로 도시된다.
도 7c는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 4 개의 예시적인 직사각형-형 서브어레이(3021, 3022…3024)를 포함하는 접이식 안테나 어레이(325)를 도시한다. 접이식 안테나 어레이(325)는 스프링이 장착된 힌지(318)를 포함한다. 각각의 서브어레이는 복수의 전송 소자(104)를 포함하는 것으로 도시된다. 도 7c는 전개된(접힘이 해제된) 모드에서 안테나 어레이(325)를 도시한다. 안테나 어레이(325)가 모터(310) 및 스트링(315)을 사용하여 폴딩된 모드에 놓여질 수도 있다는 것이 이해된다.
도 7d는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 4 개의 예시적인 직사각형 서브어레이(3021, 3022…3024)를 포함하는 텔레스코픽 접이식 안테나 어레이(335)를 도시한다. 접이식 안테나 어레이(335)는 안테나 어레이가 접히거나 전개될 수 있게 하는 기어(338) 및 모터(40)를 포함한다. 각각의 서브어레이는 복수의 전송 소자(104)를 포함하는 것으로 도시된다. 도 7d는 안테나 어레이(335)를 전개된 모드에서 도시한다. 안테나 어레이(335)가 모터(340) 및 기어(338)를 사용하여 폴딩된 모드에 놓여질 수도 있다는 것이 이해된다.
도 7e는 본 발명의 다른 실시형태에 따르는, 6 개의 예시적인 직사각형 서브어레이(3021, 3022…3026)를 포함하는 접이식 안테나 어레이(345)를 도시한다. 접이식 안테나 어레이(335)는 오리가미 패턴을 사용하여 폴딩되고 폴딩해제되도록 적응된다. 도 7f는 부분적으로 폴딩된 안테나 어레이(345)를 도시한다. 도 7g는 더 폴딩된 이후의 도 7f의 안테나 어레이(345)를 도시한다.
RAGU는 자신의 에너지 상태를 모니터링하고, 자신의 내부 에너지 저장 시스템을 충전하기 위하여 다양한 전력원, 예컨대 도킹 스테이션, 유도식 충전 패드, 또는 벽 콘센트의 위치를 결정하고 식별하도록 적응된다. 일 실시형태에서, RAGU는 자신의 이미지 획득 시스템, 예컨대 카메라, 또는 다른 센서를 사용하여 벽 콘센트의 위치를 결정한다. RAGU 내에 배치된 자기-분절형 암은 코드를 콘센트에 플러그인하여 충전 프로세스를 개시할 수 있다. 벽 콘센트를 찾기 위하여, RAGU는 카메라 및 이미지 인식 알고리즘을 사용한다. 전기 콘센트의 위치가 결정되면, RAGU는 콘센트를 향해서 이동한다. 분절형 암은, 플러그의 높이를 조절하는 선형 스테이지 및 플러그의 각도를 콘센트의 각도에 맞게 조절하는 회전 메커니즘을 포함한다. 이미징 시스템이 플러그와 콘센트가 정렬되었다고 확인하면, RAGU는 플러그가 벽 콘센트 내에 플러그인될 때까지 벽을 향해 더 가까이 이동한다. 도 8은 암(165)의 단부에 배치된 커넥터(167)를 리셉터클로 플러그인하여 RAGU의 내장 배터리를 충전시키도록 적응되는 자기-분절형 암(165)을 가지는 RAGU(100)를 도시한다.
일부 실시형태들에서, 로밍 및 분절형 유닛은 GU를 부착물로서 수용하도록 적응되어, RAGU를 형성한다. 로밍 및 분절형 유닛은 무선 전력 전송 이외의 다양한 애플리케이션을 위하여 사용될 수 있다. 사용자가 타겟 디바이스를 무선으로 급전하기 위하여 로밍 및 분절형 유닛을 사용하기로 의사결정한 경우, 사용자는 GU를 로밍 및 분절형 유닛의 상단면에 장착한다. 도 9는 로밍 및 분절형 유닛(160)의 상단면(168) 상에 장착되도록 위치된 GU(200)(안테나 어레이(112)를 포함함)를 도시한다. 이렇게 장착되면, 전력을 GU(200)로 제공하기 위하여 GU(200)의 뒷면(202)에 제공된 전기 커넥터(미도시)가 로밍 및 분절형 유닛의 상단면(168)에 제공된 대응하는 커넥터(미도시)와 전기적인 연결을 이룬다. 일부 실시형태들에서, 장착 컴포넌트들은 도 10에 도시된 바와 같이 GU를 상승시키고 틸팅하기 위한 메커니즘, 예컨대 서로 교차하는 가위 모양을 포함한다.
최대 전력 전송을 위해서 자신의 위치를 결정하기 위하여, 예시적인 일 실시형태에서, RAGU는 제 1 위치로부터 타겟 디바이스에 여러 번 전력을 전송하는데, 각각의 이러한 전송은 RAGU가 특정 양만큼 회전한 이후에 일어난다. 각각의 이러한 회전 및 트랜스미션 이후에, RAGU는 타겟 디바이스로부터 타겟 디바이스에 의해 회수되는 전력량을 나타내는 정보를 수신할 때까지 대기한다. 따라서, RAGU는 제 1 위치에서의 회전의 각각의 양에 대하여 타겟 디바이스에 의해 회수된 전력량에 대해서 알고 있다. 그러면, RAGU는 타겟 디바이스로의 최대 전력 전송을 제공하는 각도 회전을 따라서 타겟 디바이스에 더 가깝도록 제 2 위치로 이동한다. RAGU는 이제 제 2 위치로부터 타겟 디바이스로 전력을 여러 번 전송하고(각각의 전송은 특정 양만큼 회전한 이후임) 타겟 디바이스로부터 타겟 디바이스에 의해 회수된 전력량을 나타내는 정보를 수신하는 프로세스를 반복한다. 이제, RAGU는 제 2 방향으로부터 타겟 디바이스로의 최대 전력 전송을 제공하는 각도 회전을 따라서 타겟 디바이스를 향해 이동한다. RAGU는 전력을 전송하고, 위치에서 회전하며, 수신된 전력을 나타내는 정보를 디바이스로부터 다시 수신하고, 최선의 방향을 결정하여 전력 전송을 위해 바람직한 위치를 찾을 때까지 이동하는 것을 계속한다. 일 실시형태에서, 각각의 두 개의 연속적인 위치들 사이의 RAGU의 이동 거리는 타겟 디바이스에 의해 회수된(또는 수신된) 상대적인 전력량에 의해 결정된다. 예를 들어, 디바이스에 의해 수용된 전력이 상대적으로 낮은 경우, RAGU는 상대적으로 더 긴 거리를 이동한다. 반대로, 디바이스에 의해 수용된 전력이 상대적으로 높은 경우, RAGU는 상대적으로 짧은 거리를 이동한다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 타겟 디바이스에 급전하기 위한 적절한 위치를 찾기 위해서, RAGU는 초기 위치로부터 타겟 디바이스에 여러 번 전력을 전송하는데, 각각의 이러한 전송은 RAGU가 특정 양만큼 회전한 이후에 일어난다. 각각의 이러한 회전 및 전송 이후에, RAGU는 디바이스에 의해 회수된 전력량을 나타내는 정보를 타겟 디바이스로부터 수신할 때까지 대기한다. 그러면, RAGU는 최대 전력을 제공하는 방향과 다른 방향을 따라서 제 2 위치로 이동한다. 제 2 위치에 있는 동안에, RAGU는 타겟 디바이스로 전력을 여러 번 전송하는데, 각각의 이러한 송신은 RAGU가 특정 양만큼 회전한 이후에 일어난다. 각각의 이러한 회전 및 제 2 위치로부터의 전송 이후에, RAGU는 디바이스에 의해 회수된 전력량을 나타내는 정보를 타겟 디바이스로부터 수신할 때까지 대기한다. 최대 전력 전달을 초래하는 두 개의 상이한 위치로부터의 두 개의 상이한 각도에 대한 지식이 있으면, RAGU는 삼변 측량 알고리즘을 사용하여 타겟 디바이스의 최적 위치를 근사화하고, 해당 디바이스에 급전하기 위하여 이러한 최적 위치로 이동한다. 삼변 측량 알고리즘은 서로 통신하는 다수의 RAGU들이 더 짧은 시간 기간 내에 디바이스를 무선으로 충전하기 위하여 사용될 경우에도 수행할 수 있다.
RAGU에 의해서 전자기파를 타겟 디바이스 상에 포커싱하는 것은 RAGU의 기계적 이동과 함께 수행될 수 있다. 다르게 말하면, 안테나 어레이의 개별적인 전송 소자의 위상을 제어하고 변경하는 것에 추가하여, RAGU 및 그 안테나 어레이의 기계적 이동이 포커싱 동작을 달성하기 위하여 사용될 수 있다. 기계적 이동은 위상 조절과 동시에 또는 전자기 위상 및 진폭 조절이 수행된 이후에 발생할 수 있다.
도 11은 포인트 A에 남아 있는 동안에 Z-축 중심으로 주어진 양만큼 회전한 이후에 각각 RAGU가 타겟 디바이스로 전력을 N 번(N은 1보다 큰 정수) 전송하는 제 1 위치 A를 도시한다. 포인트 A로부터의 N 회의 전력 전송 중에서, 타겟 디바이스에 의해 기록되고 RAGU로 다시 릴레이된 최대 전력 전송은 방향 P1을 따라서 일어난다고 가정한다. 그러면, RAGU는 P1과 다른 방향을 따라서 새로운 위치 B로 이동한다. 포인트 B에 남아 있는 동안에, RAGU는 Z-축 중심으로 주어진 양만큼 회전한 이후에 각각 타겟 디바이스로 M 번(M은 1보다 큰 정수이고 N과 같을 수도 있고 같지 않을 수도 있음) 전력을 전송한다. 포인트 B로부터의 M 회의 전력 전송 중에서, 타겟 디바이스에 의해 기록되고 RAGU로 다시 릴레이된 최대 전력 전송은 방향 P2를 따라서 일어난다고 가정한다. 이러한 정보에 기반하여, RAGU는 타겟 디바이스가 방향 P1 및 P2에 따라서 그려진 선들이 교차하는 포인트 T에 있다고 추정한다. 본 명세서에서 설명되는 프로세스 및 타겟 디바이스의 위치 및/또는 타겟에 급전하기 위한 최적 각도를 결정하는 중에 얻어진 정보는 RAGU의 측정 방사선 패턴(measure radiation pattern)을 나타내고, 후속하는 RAGU의 교정 및 제어에서 사용될 수 있다.
도 12a는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는 RAGU(400)의 다양한 컴포넌트를 도시한다. RAGU(400)는 무선 전력 전송기(402), 배터리(404), 무선 송수신기(406), 처리 및 제어 유닛(408), 복수의 센서(410), 및 하나 이상의 기계식 액츄에이터(412)를 부품으로서 포함하는 것으로 도시된다.
무선 전력 전송기(402)는 송신 안테나 어레이, 예컨대 도 2a에 도시되는 안테나 어레이(112), 및 역시 도 2a에 도시되는 개별적인 전송 소자(104)의 위상을 제어하기 위한 연관된 회로부(미도시)를 포함한다. 무선 송수신기(106)는 타겟 디바이스와 통신 링크를 구축하도록 구성되고, 무선 송신기 및 수신기를 포함한다. 예를 들어, RAGU로부터 타겟 디바이스에 의해 수신된 전력량을 나타내는 정보는 무선 송수신기(406)를 통하여 RAGU로 다시 제공된다. 처리 및 제어 유닛(408)은 다른 기능들 중에서, 전송 소자(104)의 위상을 제어하고, RAGU가 타겟 디바이스를 충전하는 각도 및/또는 위치를 결정하며, 액츄에이터(412)의 동작을 제어하고, RAGU의 선형 이동 및 회전 이동을 제어하며, 센서에 의해 수신된 데이터를 처리하는 등을 수행하도록 구성된다. 센서(410)는 관성 측정 유닛(IMU)을 포함할 수 있는데, 이것은 이제, 예를 들어 타겟 디바이스, 벽, 가구, 및 RAGU가 위치되는 구속된 영역 내에 위치된 임의의 다른 물체에 대한 RAGU의 위치 및 배향을 결정하기 위한 가속도계, 자이로스코프, 자력계, 및 GPS와 같은 다른 센서, 도플러 레이더, 하나 이상의 카메라, LIDAR, 초음파, 충돌 센서, 주행거리계 등을 포함할 수 있다. 액츄에이터(412)는 무엇보다도, 전술된 바와 같이 RAGU 또는 자신의 안테나 어레이를 상승시키고, 안테나 어레이를 틸팅하며, 안테나 어레이를 폴딩하거나 폴딩해제하고, RAGU를 벽 콘센트에 플러그인하는 등을 수행하도록 적응된다. 도 12b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 RAGU(450)의 다양한 컴포넌트들을 도시한다. RAGU(450)는 RAGU(450)가 도 3을 참조하여 전술된 것처럼 RAGU를 유도식으로 충전하기 위한 유도식 충전 수신기(414)를 포함한다는 것을 제외하고는 RAGU(400)와 유사하다.
RAGU의 일부 실시형태들에서 배치되는 도플러 레이더는 정지된 물체에 대한 RAGU의 속도를 측정한다. 도플러 레이더는 벽, 가구, 및 다른 물체에 대한 RAGU의 상대적인 각도를 결정하기 위해서도 RAGU에 의해 사용될 수 있다. 도플러 레이더는, 예를 들어 벽으로부터 특정 거리를 유지하거나 벽과 나란하게 진행하기 위해서도 사용될 수 있다. 도플러 레이더는 방 내에서 RF 신호를 전송하고 벽, 가구 등으로부터의 반사를 검출함으로써 방의 지도를 작성하기 위해서도 사용될 수 있다. RAGU에 의해 초래되는 신호의 도플러 천이도 방 안에 존재하는 장애물의 위치를 결정하기 위하여 사용될 수 있다.
도플러 레이더를 포함하는 RAGU가 이동할 때, 이것은 합성 애퍼쳐를 생성할 수 있다. 그러므로, RAGU는 합성 애퍼쳐가 그 안에서 RAGU가 이리 저리 이동하는 방만큼 큰 합성 애퍼쳐 레이더로서 동작할 수 있어서, 방의 정확한 홀로그램의 이미지를 생성할 수 있다. 자신의 송신 안테나 어레이, 자신의 무선 송수신기(도 12a 참조)를 통한 신호 수신 능력, 자신의 병진 운동, 및 자신의 도플러 레이더를 통한 빔포밍을 사용함으로써, RAGU는 방 안의 사람(및/또는 다른 살아 있는 유기체 및 애완 동물)의 위치를, 예컨대 사람의 심박에 기인한 피부의 세밀한 이동에 의해 초래되는 도플러 천이를 처리함으로써 검출하고, 그들이 존재하는 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도플러 레이더를 사용하면, RAGU는 사람이 넘어 졌는지, 레지던트를 점유하고 있는 개인의 심장 비트레이트가 크게 변경되었는지 등을 검출할 수 있다.
방의 홀로그램의 이미지를 생성하고 공간을 점유한 사람의 위치를 매핑함으로써, RAGU는 방 안에 배치될 수 있는 여러 다른 디바이스, 예컨대 스피커에 대한 최적 위치를 찾도록 더 적응된다. 예를 들어, 일 실시형태에서, RAGU는 음악이 스피커를 통해서 재생되는 동안에, 방 안의 사람들을 매핑함으로써 스피커에 대한 이상적인 위치를 능동적으로 찾으면서, 스피커를 방 여기 저기로 이동시킬 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 자신의 도플러 레이더를 사용하여 RAGU는 사람의 위치를 검출한다. 그 다음에, 음파(스피커에 의해 생성됨)가 사람의 피부에 일으키는 진동을 검출함으로써, 도플러 레이더는 이퀄라이제이션(equalization)의 정도 및 따라서 해당 스피커에 대한 최적 위치를 나타내는 정보를 제공한다. 예를 들어, RAGU의 도플러 레이더는, 스피커들의 쌍에 대하여, 예를 들어 스피커가 음파를 방출할 때에 동일한 피부 진동을 초래하는 최적 위치들의 쌍을 식별할 수 있다.
일부 애플리케이션에서, 스피커는 자기 자신의 전동화된(motorized) 차량을 가질 수 있다. RAGU는 상이한 위치로 이동할 때 스피커가 사람의 피부에 일으킨 진동을 검출함으로써 이러한 스피커에 대한 적절한 위치를 찾을 수 있다. 그러므로, 검출된 진동의 정도를 위상 교정 중에 생성된 값들과 비교함으로써, RAGU는 스피커에 대한 최적 위치를 찾을 수 있다. 그러므로, 이퀄라이제이션을 수행하고 스피커 시스템의 최적 위치를 결정하기 위하여 마이크로폰에 의존하는 종래의 오디오 시스템과 대조적으로, 본 발명의 실시형태들에 따르는 RAGU의 도플러 레이더는 사운드 이퀄라이제이션을 달성하기 위해서 스피커 시스템의 최적 위치를 찾기 위해 사람의 피부 진동을 사용한다. 또한, 스피커는 RAGU에 의해서 충전될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 디바이스를 충전하는 위치를 매핑하기 위하여, RAGU는 자신의 도플러 레이더로부터 수신하는 정보 및 다른 센서, 예컨대 카메라, LIDAR, 초음파, 충돌 센서, 주행거리계 등으로부터 수신하는 정보를 사용한다. RAGU가 구속된 영역 주위를 도는 각각의 트립으로부터 생성하는 매핑 데이터를 이전의 트립으로부터의 매핑 데이터와 비교함으로써, RAGU는 RAGU가 동작하는 방 내의 벽, 의자, 장난감, 문 등의 고도로 정확하고 진보된 모델을 구축하도록 적응된다. 그러면, 이제 RAGU가 알려진 디바이스에 효율적으로 도착할 수 있고, 이러한 각각의 디바이스로의 최대 전력 전송을 위한 최적 위치를 결정할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따라서 RAGU가 타겟 디바이스를 어떻게 충전하는지를 보여주는 흐름도(500)이다. 502에서, 타겟 디바이스(본 명세서에서 회수 디바이스, 회수 유닛, 또는 RU라고도 불림)는 전력에 대한 요청을 전송한다. 504에서, RAGU는 충전될 디바이스의 우선순위 목록을 생성한다. 506에서, RAGU는 충전 우선순위가 가장 높은 것으로 결정되는 제 1 RU를 향해 이동한다. 508에서, RAGU는 자신의 송신 안테나 어레이에 의해 생성된 빔을 제 1 디바이스를 향해서 포커싱하기 위해서 자신의 위치, 배향 및 틸트를 최적화한다. 510에서, RAGU는 제 1 디바이스를 충전하고 제 1 디바이스를 자신의 충전 목록으로부터 삭제한다. 512에서, RAGU는 우선순위 목록에 있는 다음 디바이스를 충전하기에 충분한 전하를 가지고 있는지 여부를 결정한다. 512에서 RAGU가 다음 디바이스에 급전하기 위한 충분한 전하를 가지고 있는 것으로 RAGU가 결정하면, 514에서 RAGU는 다음 디바이스를 향해서 이동하고, 508에서 자신의 송신 안테나 어레이에 의해 생성된 빔을 다음 디바이스를 향해서 포커싱하기 위해서 자신의 위치, 배향 및 틸트를 최적화하며, 그 후에 510에서 프로세스를 반복한다. 512에서 RAGU가 제 2 디바이스에 급전하기에 충분한 전하를 가지지 않는다고 RAGU가 결정하면, RAGU는 516에서 충전 스테이션을 향해 이동하고 518에서 자신의 배터리를 충전한다. 그 이후에, RAGU는 514에서 다음 디바이스를 향해 이동하고, 508에서 전술된 바와 같이 프로세스를 반복한다.
일부 실시형태들에서, RAGU는 다양한 메커니즘, 예컨대 RAGU 내에 배치된 카메라 또는 이미지 캡쳐 획득 디바이스에 의해서 식별될 수 있는 미리 결정된 패턴(흑백, 그레이스케일, 및/또는 색상)을 사용하여 RU를 식별할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, RAGU는 바코드, 또는 인식가능한 쉐이퍼(shaper) 또는 패턴을 가지고 RU 상에 형성되는 임의의 다른 태그를 사용하여 RU를 식별할 수 있다. 일부 실시형태들에서, RAGU는 매핑 및 위치 식별을 위한 모노-정적, 이중-정적(bistatic), 또는 다중-정적(multi-static) 감지 레이더를 수행하기 위하여 그 송신 안테나 어레이와 함께 사용될 수 있는 수신 안테나 어레이를 더 가질 수 있다.
본 발명의 하나의 양태를 따르면, RAGU는 스마트 폰 애플리케이션을 통하여 제어된다. 애플리케이션은 무엇보다도, 사용자가 예를 들어 타겟 디바이스가 충전될 우선순위를 지정하게 하고, 및/또는 사용자의 가정/사무실/매장 내의 특정 영역에서 언제 동작할지 또는 언제 동작하지 않아야 할지에 대한 명령을 RAGU에게 제공하게 한다. 예를 들어, 사용자는 밤 10 시 이전에는 거실 및 주방 내에서 디바이스를 충전하지 않도록 RAGU에게 명령할 수 있고, 또는 RAGU에게 이번 주에 친구가 소파에서 잠을 잘 것이기 때문에 이번 주말에는 거실 내에서 동작하지 않도록 명령할 수 있다. 그러면 사용자가 그들의 집으로부터 멀리 있거나 도시에서 멀리 있는 경우에 그들의 디바이스 및 RAGU를 사용자가 추적할 수 있게 된다.
애플리케이션을 통하여, 사용자는 또한 RAGU에게 RAGU가 동작하고 있는 장소, 예컨대 집, 사무실 등에 대해서 통보할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 자신의 RAGU를 낮 시간 동안에 사무실로 가지고 가고 밤에는 집으로 다시 가지고 가기로 결정할 수 있다. 애플리케이션은 사용자가 이를 달성하여 RAGU가 그 위치에 대해서 알 수 있게 하고, 따라서 디바이스를 충전하기 위하여 자신의 이전에 저장된 매핑 데이터를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 따르는 RAGU는 또한 각각의 디바이스를 얼마나 자주 충전하는지를 추적하도록 적응되고, 이러한 정보를 애플리케이션을 통하여 사용자에게 통신한다. 예를 들어, 6 달마다 RAGU에 의해 충전되도록 과거에 요청했었던 연기 검출기가 이러한 요청을 6 주마다 하는 것으로 변하면, 그 배터리는 교체될 필요가 있을 수 있다. 이러한 데이터를 기록하고 이것을 애플리케이션을 통하여 사용자에게 보고함으로써, 사용자는 연기 검출기 배터리가 교체될 필요가 있을 수 있다는 것을 알게 된다.
일 실시형태에서, RAGU는 공중의 비행체, 예컨대 풍선, 드론 등일 수 있다. 다른 실시형태들에서, GU는 공중의 비행체에 장착되고 그 내부 배터리, 또는 공중의 디바이스의 배터리를 사용할 수 있는데, 이것은 타겟 디바이스를 무선으로 충전하기 위하여 공중의 비행체의 표면을 덮고 있는 광기전력 전지일 수 있다. 이러한 실시형태는 임의의 비행 디바이스 또는 정지식 디바이스에 전력을 제공하도록 적응된다.
본 발명의 실시형태들에 따르는 RAGU는 여러 다른 기능을 수행할 수 있고, 다른 디바이스, 예컨대 여러 가지 중에서 음악을 재생하기 위한 이동식 스피커, 보안 센서, 무선 라우터 및 허브, 공간 매핑, 창고 인벤토리 업데이트, 아기 및 건강 모니터링 장비로서 동작할 수 있다. 더 나아가, GU 또는 RAGU의 안테나 어레이는, 복수의 타겟 디바이스에 의해 형성되는 수신기의 어레이(또는 단일 타겟 디바이스 내에 배치된 수신기의 어레이)와 결합될 경우, 네비게이션, 감지 및 다른 애플리케이션을 위해서 사용될 수 있는 위상형 어레이 레이더를 형성하는 위상형 어레이(phased array)이다.
또 다른 실시형태에서, GU는 수중 차량의 표면에 장착되고, 닿지 않는 거리에 있는 다른 디바이스 및 잠수함에 물결파(water wave)로부터 기계적으로 하베스팅된 에너지를 사용하여 급전할 수 있다.
RAGU 및/또는 RAPU는 다른 RAGU들 및/또는 RAPU들과 협력하여 동작하도록 적응된다. 예를 들어, 복수의 RAGU들은 동기되어 그리고 협력하여 동작하여 개별적인 RAGU들의 송신 애퍼쳐보다 큰 송신 애퍼쳐를 제공할 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 예를 들어 두 개 이상의 RAGU들이 네비게이션하고 서로에 매우 가깝게 위치됨으로써, 더 큰 송신 애퍼쳐를 형성한다. 도 14는 서로 매우 가깝게 이동되어 상대적으로 더 큰 송신 애퍼쳐를 형성하는 세 개의 RAGU들(1001, 1002 및 1003)을 도시한다. 다르게 말하면, 결합형 안테나 어레이(1121, 1122 및 1123)의 송신 애퍼쳐는 개별적인 안테나 어레이(1121, 1122 및 1123) 각각의 송신 애퍼쳐보다 더 크다. RAGU들(1001, 1002 및 1003 사이의 동기화는 여러 상이한 방식들로 달성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, GU, RAGU들/RAPU들 중 하나의, 또는 다른 유선 또는 무선 디바이스에 의하여 광학 송신기 또는 RF 송신기를 통해 무선으로 전송되는 레퍼런스 클록 신호가 무선 전력 전송 효율 및 전력 레벨을 향상하기 위해서, RAGU들의 로컬 클록을 동기화함으로써 이들이 협동하여 동작하여 단일 실효 애퍼쳐를 공동으로 형성하게 하기 위하여 사용될 수 있다. 다르게 말하면, 본 발명의 실시형태들에 따르는 RAGU들 사이의 협력은 향상된 거리, 전력, 및 효율을 제공한다.
일 실시형태에서, 다수의 RAGU들 및 RAPU들이 전개되는 경우, RAGU들 또는 RAPU들 중 하나가 마스터로서의 역할을 할 수 있고 나머지 RAGU들 및 RAPU들은 서번트(servant)로서의 역할을 할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 마스터는 전체적으로 또는 부분적으로 명령 및 제어를 서번트에 제공할 것이다. 또 다른 실시형태에서, 다수의 RAGU들 및 RAPU들은 분권되고 자기-조직화된 방식으로 동작하여 군집 인텔리전스 시스템(swarm intelligence system)으로서 작동한다.
본 발명의 하나의 양태를 따르면, 회수 디바이스/유닛은 로밍 및 분절형 회수 유닛(roaming and articulating recover unit; RARU)일 수 있다. 따라서, RARU는 전력 수신 및 회수를 최대화하기 위해서 자신의 위치를 재설정하고 재배향할 수 있다. 예를 들어, RARU는 벽에 장착된 원격으로 급전되는 디바이스에 포함될 수 있고, 자신의 수신 안테나 어레이의 각도를 디바이스가 벽에 장착된 높이 또는 RAGU가 RARU에 접근할 수 있는 최소 거리에 기반하여 조절할 수 있다.
일 실시형태에서, GU 안테나 어레이는 책상용 램프를 지지하는 것과 유사한 이동식 암에 장착될 수 있다. 도 15a는 암(602)을 통하여 베이스(610)에 장착된 송신기 어레이(112)를 포함하는 GU(600)를 도시한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, GU(600)는 자신의 높이, 틸트 및 배향을 액츄에이터(615 및 625)를 사용하여 조절하여, RU(605)에 무선으로 급전하도록 적응된다. 도 15b는 본 발명의 다른 실시형태에 따라서 액츄에이터(615, 625, 635 및 645)를 사용하여 자신의 높이, 틸트 및 배향을 변경하도록 적응되는 GU(650)를 도시한다. 도시되지 않은 일부 다른 실시형태들에서, 액츄에이터들의 개수 및 이동식 암들의 개수는 소망되는 자유도에 의존하여 세 개 이하이거나 다섯 개 이상일 수 있다.
전술된 바와 같은 일부 실시형태들에서, GU는, 예를 들어 바퀴를 사용하여 이동할 수 있다. GU는 트랙을 사용하여 자유롭게 이동할 수 있다. 도 16은 트랙(604, 606) 상에서 이동하도록 적응되는 바퀴를 포함하는 베이스(610)를 가지는 GU(700)를 도시한다. GU(700)는 액츄에이터(615, 625 및 645)를 포함하는 것으로 도시된다. 도 17은 송신 어레이(112), 액츄에이터(615, 625, 645) 및 베이스(610)를 포함하는 GU(750)를 도시한다. GU(750)는 총괄하여 752로 식별되는 복수의 센서를 포함하는 것으로도 도시된다.
회수 유닛(예를 들어, 도 15a 및 도 15B에 도시되는 RU(605))는 수신된 전력량, 자신의 안테나들에 걸친 RF 전력의 분포, 배향(RU의 IMU 센서를 사용하는 것을 통함), 요청된 전력 레벨 등과 같은 정보를 GU에 전달한다. RU로부터의 수신된 정보 및, 예를 들어 IMU, 근접 센서, 레이더(초음파, RF 또는 LIDAR) 등을 포함하는 자기 자신의 센서(752)로부터의 정보에 기반하여, GU는 GU의 최적 이동 방향, 송신 어레이(112)의 배향, 틸트, 높이를 결정하고, 액츄에이터가 이러한 최적 방향, 배향, 틸트, 및 높이를 달성하게 한다. RU(들)에 대한 GU의 추정된 위치(들)는 하나 이상의 RU들로의 최적 전력 전송을 획득하기 위한 GU의 최적 배향을 결정하기 위하여 사용될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 RU에 무선으로 급전하기 위한 흐름도(800)이다. RU가 802에서 자신이 충전될 준비가 되었다는 것을 표시한 이후에, RU는 804에서 전력 요청을 전송한다. 806에서, GU는 그 RF 빔을 RU 상에 포커싱한다. 808에서 RU는 자신의 배향, 위치를 GU로부터 수신하고 있는 전력 및 전력의 초점 스폿 크기와 함께 GU로 보고한다. 810에서 RF 빔이 미리 정의된 포커싱 조건을 만족시키는 것으로 결정되면, GU에 대한 조절은 요구되지 않고 GU는 충전이 812에서 완료될 때까지 RU를 계속하여 충전한다.
810에서 RF 빔이 미리 정의된 포커싱 조건을 만족시키지 않는 것으로 결정되면, 액츄에이터가 814에서 관여된다. 그러면 GU 송신기가 자신의 다양한 위치결정 파라미터, 예컨대 높이, 배향, 틸트 등을 조절하게 된다. 816에서 GU 빔이 재포커싱된다. 818에서, 빔 초점이 RU에 의해서 보고되는 것과 같이 개선되고 있는 것으로 결정되면, 프로세스는 810으로 이동한다. 만일 818에서 빔 초점이 개선되지 않고 있는 것으로 결정되면, 820에서 작동 방향이 반전되고, 그 뒤에 작동이 814에서 관여되고 프로세스가 반복된다.
도 19는 본 발명의 다른 실시형태에 따르는 RU에 무선으로 급전하기 위한 흐름도(850)이다. RU가 802에서 자신이 충전될 준비가 되었다는 것을 표시한 이후에, RU는 804에서 전력 요청을 전송한다. 852에서, RU는 자신의 위치 및 배향을 나타내는 정보를 GU에게 전송한다. 만일 854에서 RU가 GU 충전 구역 내에 있는 것으로 GU가 결정하면, 856에서 GU는 자신의 송신기 어레이의 최적 위치 및 배향을 결정한다. 그러면 858에서 GU 액츄에이터가 관여되고, 이를 통하여 860에서 GU가 자신의 RF 빔을 RU 상에 포커싱하게 한다. GU 전력은 RU가 충전되고 그 이후에 프로세스가 870에서 끝날 때까지 RU 상에 포커싱된 상태를 유지한다. 854에서 RU가 GU 충전 구약 내에 있지 않다고 GU가 결정하면, 862에서 GU는 무선 충전이 가능하지 않다는 신호를 RU에게 전송하고, 그 이후에 프로세스는 870에서 끝난다.
GU를 RU로의 최적 전력 전송을 위해서 위치시키고 물체를 피해서 네비게이션하기 위하여, 비한정적으로 PID 콘트롤러, 그레디언트 감소, 인공 지능, 유전 알고리즘 또는 시뮬레이션된 어닐링을 포함하는 임의의 로봇식 제어 알고리즘이, 액츄에이터 운동을 RU 및 센서로부터의 입력에 기반하여 유도하기 위해서 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 기계적 배향 및 전자 위상 설정을 계산하는 것은 최소제곱평균(least-mean square; LMS) 최대화 또는 최고 우선순위 전력 할당 접근법에 기반할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 센서(예를 들어 레이더, LIDAR, 초음파, 필드 교란 센서 등)의 서브세트를 사용하여, RAGU는 자신 주위의 다른 물체의 운동을 검출하고, 이에 따라서 자신의 위치 및 송신 RF 전력을 변경할 수 있다. 예를 들어, RU에 접근하는 손의 움직임이 검출되는 경우, RAGU 프로세서는 사용자의 손이 RF 빔에 도달하기 이전에 RF 전력 전송을 셧 다운하고, 따라서 액츄에이터가 송신기를 RU로부터 멀어지게 이동시키고 사용자가 폰을 안전하게 픽업할 수 있게 할 것이다. RAGU는 충전을 시작/중단하고, 충전될 특정 RU를 향해 이동하며, 경로 밖으로 이동하는 등을 하기 위하여 음성 활성화된 명령을 사용할 수 있다.
다수의 RU들이 충전되어야 하는 경우, RAGU는 RU들에 급전하기 위하여 임의의 개수의 기법을 사용할 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, RAGU는 최고 우선순위를 가지는 RU를 최대 효율 및 전력 전송 레벨로 충전하는 위치에 송신기를 위치시키는 반면에, 다른 RU들에는 더 낮은 레이트로 동시에 급전한다. RU의 우선순위는, 예를 들어 RU들의 충전 상태가 변함에 따라서 충전 프로세스 도중에 동적으로 변할 수 있다. RU 우선순위가 변하면, 필요할 경우 최고 우선순위를 획득한 다른 RU에 효율적으로 급전하기 위해서 RAGU가 이동하게 된다.
다른 예시적인 실시형태에서, RAGU는 자신의 송신기 어레이를 무선 전력 전송의 효율이 충전될 RU들의 우선순위에 비례하는 위치에 위치시킨다. 예를 들어, 낮은 우선순위를 가지는 RU는 높은 우선순위를 가지는 다른 RU에 가깝기 때문에 미리 정의된 효율 레벨보다 높은 전력을 수신할 수 있다.
일부 실시형태들에서, RAGU는 책상용 램프로서 동작하는 램프를 포함할 수 있다. 이러한 램프는 상태 표시자로서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 광원은, 예를 들어 송신기가 디바이스를 충전하고 있다는 것, 송신기가 유휴 모드에 있다는 것 등을 표시하기 위해서 색을 바꾸거나, 깜빡이거나 디밍될 수 있다. 조명 소스는, 조명된 영역 내에 배치되는 RU가 충전될 무선 전력 전송 시스템의 커버리지 영역의 표시자로서 사용될 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 어느 정도 거리에서의 무선 전력 전송은 GU 또는 RAGU 상에 배치된 LED 및 레이저와 같은 고효율 광원에 의해서 달성된다. 이러한 GU 또는 RAGU는 광을 시준하기 위한 하나 이상의 광원 및 광학 시스템, 정보 처리 능력을 가지는 광학/전자 컴포넌트, 하드웨어 인터페이스, 및 통신 회로부를 부품으로서 포함할 수 있다. 빛 에너지를 RU가 그 안에 배치된 타겟 디바이스에 의해 사용되기 위한 전기로 변환하기 위하여, 광원에 의해 생성된 에너지는, 시준된 광 빔을 전송함으로써 또는 RU의 하나 이상의 광기전력 전지 상으로의 포커싱을 통하여 소망되는 위치로 지향될 수 있다. 이러한 RU는 하나 이상의 측정 유닛, 정보/데이터 처리 및 통신 유닛, 전력 회수 어레이 등을 부품으로서 포함할 수 있다.
도 20a는 본 발명의 다른 실시형태에 따라서 광학 빔(935)을 통하여 RU(920)를 무선으로 충전하도록 적응되는 RAGU(900)를 도시한다. RAGU(900)는 광학 어셈블리(본 명세서에서 광학 빔 전달 시스템이라고도 불림)(905)가 그 위에 장착되는 베이스(902)를 포함하는 것으로 도시된다. 광학 어셈블리(905)는 하나 이상의 광원(904)을 포함하는 것으로 도시된다. 광학 어셈블리(904)는 자신의 고도 및 각도를 변경하도록 적응된다. 더욱이, 자세하게 전술된 바와 같이, 베이스(902)는 지면에서 이동하고(즉, X-Y 축을 따라서) z-축 중심으로 회전하도록 적응된다. RU(920)는 복수의 광기전력 전지(922), 전력 관리 유닛(924), 콘트롤러(928), 무선 통신 유닛(930), 및 배터리(926)를 부품으로서 포함하는 것으로 도시된다. 도 20a에 도시된 바와 같이, RAGU는 전력을 상이한 방향으로 그리고 상이한 배향을 따라서 전송할 수 있다. RAGU는 광 빔(935)을 RU와 정렬시키고, 광학 빔의 초점 스폿 크기가 광기전력 전지(922)의 영역과 거의 동일하거나 작게 되도록 보장함으로써, 최대 전력 전송을 달성한다.
도 20b, 도 20c 및 도 20d는 레이저/광원 및 그 연관된 광학기의 구조에 대한 다양한 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 20b에 도시되는 실시형태에서, 광학 컴포넌트(들), 예를 들어 렌즈(952) 및 레이저(950) -레이저 형성 광학 어셈블리(960) -는 서로에 대해서 고정되어 시준된 빔(970)을 생성한다. 도 20c에 도시되는 실시형태에서, 레이저(950)는 고정된 위치를 가지는 것으로 도시되는 반면에, 광학 컴포넌트(들)(952)는 광학 빔(975)이 시준된 빔, 수렴 빔 또는 발산 빔 사이에서 변하게 하기 위해서 자신의 위치를 광축에 따라서 변경하도록 적응되는 것으로 도시된다. 도 20d에 도시되는 실시형태에서, 광학 컴포넌트(952)는 고정된 위치를 가지는 것으로 도시되는 반면에, 레이저(950)는 광학 빔(975)이 시준된 빔, 수렴 빔 또는 발산 빔 사이에서 변하게 하기 위해서 광축을 따라서 자신의 위치를 변하게 하도록 적응되는 것으로 도시된다. 수렴 광학 빔은 RU의 광기전력 전지 상의 초점 스폿 직경과 매칭되도록 조절하기 위해 사용될 수 있다. 발산 광학 빔은 처음에 더 큰 영역을 조명하는 대직경 스폿 크기를 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 이것은 상세히 후술되는 바와 같이 RU 위치를 찾기 위한 프로세스를 가속화하기 위해서 사용될 수 있다. 광원은 GU 식별 번호, 레이저 식별 번호 등과 같은 정보를 인코딩하도록 변조될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 디바이스를 무선으로 충전하기 위한 광학 빔은, 자유롭게 이동할 수 있고 동작 및/또는 충전을 위한 에너지가 필요한 다양한 정지식 및 이동식 디바이스에 전력을 제공할 수 있는 RAGU에 의해서 공급된다. RAGU는 내부 에너지 저장소를 가지거나, 외부 소스, 예컨대 벽 콘센트, 또는 도킹 스테이션으로부터 에너지를 수신하도록 적응될 수 있다. 또한, RAGU는 전술된 바와 같이 유도식으로, 또는 다른 GU를 통하여 충전하도록 적응될 수 있다.
무선 에너지 전송을 위하여 사용되는 광원은 RAGU 상에 장착될 수 있고, 또는 RAGU에 대해서 하나의 또는 다수의 자유도를 가질 수 있다. 예를 들어, 광원의 상하각만이 조절가능할 수 있거나, 고도 및 방위각 양자 모두가 조절가능할 수 있다. 텔레스코픽 또는 자바라형 교차식 암은 또한 RAGU 내에 내장되어 광원의 높이를 변경하고 광로 상에 존재할 수 있는 불투명한 물체에 의한 차단을 극복할 수 있다(예컨대, 테이블 위에서 폰을 충전하는 경우).
RAGU는 하나 또는 여러 그 외의 정지식 또는 이동식 회수 유닛(들)(RU) 및 다른 RAGU들로 전력을 전송할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이동하는 베이스 유닛 자체는 방위(제자리에서의 회전에 의함), 및/또는 고도(하나의 단부를 위로 밀어냄에 의함)에서의 변경을 제공할 수 있다. RAGU는 여러 디바이스에 동시에 급전하기 위해서 사용될 수 있는 두 개 이상의 레이저/광원을 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 두 개 이상의 RAGU들은 하나 이상의 RU들에 전력을 제공하기 위해서 협력하여 동작할 수 있다. 각각의 레이저/광원은 고유한 식별가능 코드로 변조되어, RU들이 각각의 빔 또는 RAGU의 ID를 구별할 수 있게 할 수 있다.
도 21a는 일 실시형태에 따르는, 레이저(또는 LED와 같은 다른 광학 소스) 및 광학 빔을 RU(1004)로 전달하도록 적응되는 연관된 광학 컴포넌트를 하우징하며 그 위에 장착되는 고정된 광학 어셈블리(1002)를 가지는 RAGU(1000)를 도시한다. RAGU(1000)는 광학 빔(1006)을 RU(1004) 상에 포커싱하도록 이동하고 회전되도록 적응된다. 도 21b는 다른 실시형태에 따르는, 빔(1016)의 고도를 변경하기 위하여 포인트 B 주위에서 피벗하여 x-y 평면에 대한 자신의 각도 α를 변경할 수 있는 광학 어셈블리(1012)를 가지는 RAGU(1010)를 도시한다. 빔(1016)의 방위각은 RAGU의 회전을 통하여 변경될 수 있다. 광학 어셈블리(1102)는 일 실시형태에 따르는, 광학 소스 및 광학 빔(1016)을 RU(1014)로 전달하도록 적응되는 연관된 광학 컴포넌트(미도시)를 수용한다.
도 21c는 다른 실시형태에 따르는, RAGU의 평면에 대한 자신의 각도 α를 변경하고, 더 나아가 z-축 주위에서 회전하기 위하여 포인트 B 주위에서 피벗할 수 있는 광학 어셈블리(1022)를 가지는 RAGU(1020)를 도시한다. 광학 어셈블리(1022)는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 광학 소스 및 광학 빔(1026)을 RU(1024)로 전달하도록 적응되는 연관된 광학 컴포넌트(미도시)를 수용한다.
도 21d는 제 자리에 고정되고 광학 소스 및 그 연관된 광학 컴포넌트를 수용하는 광학 어셈블리(1032)를 가지는 RAGU(1030)를 도시한다. 광학 어셈블리(1032) 내의 광학 소스로부터의 광은 미러로부터 반사되고 RU(1034)로 전달되는 빔(1036)의 고도 및/또는 방위를 변경하도록 적응되는 가동 미러(1038)로 전달된다.
도 21e는 광학 소스 및 그 연관된 광학 컴포넌트를 수용하는 광학 어셈블리(1042)를 가지는 RAGU(1040)를 도시한다. 텔레스코픽 암(1048)은 광학 어셈블리(1042)의 높이를 변경하고, z-축 주위에서 회전하여 광 빔(1046)을 RU(1044) 상에 포커싱하도록 적응된다. 일부 실시형태들에서, 광학 어셈블리(1042)의 높이는, 예를 들어 도 26에 도시된 바와 같은 서로 교차하는 가위 모양을 사용하여 변경될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 다수의 레이저 전력원이 3 차원의 형상을 가지는 물체, 예컨대 피라미드, 다면체, 또는 돔 상에 배치될 수 있다. 도 22는 베이스(1110) 상에 장착된 다면체 광학 어셈블리(1130)를 포함하는 RAGU(1100)를 도시한다. 예시적인 다면체 광학 어셈블리(1130)는 8 개의 삼각 표면(페이스)을 가지는 것으로 도시되고, 이들 중 6 개가 도면에서 보인다. 이러한 표면 각각은 레이저 또는 광학 소스를 가지도록 적응된다. 광학 소스(1112, 114, 1116, 1118, 1120 및 1122)가 도 22에 도시된다. RAGU(1100)는 베이스의 회전 및 분절 운동, 및/또는 서로에 대한 그리고 여러 차원에 있어서의 패싯들(facet)의 운동을 통하여 다수의 디바이스에 동시에 급전하도록 적응된다.
일부 실시형태들에서 각각의 레이저 소스는 일차원, 이차원, 또는 3-차원의 트랙을 따라서 이동함으로써 광학 소스가 트랙을 따라서 이동할 수 있게 적응되는 광학 어셈블리 상에 장착된다. 도 23은 RAGU의 베이스 상에 장착된 돔-형 구조체(1200)를 포함하는 RAGU(1150)를 도시한다. 돔-형 구조체(1200)는 돔의 표면의 만곡된 기하학적 구조를 따라서 연장되는 세 개의 트랙(1160, 1162 및 1164)을 포함하는 것으로 도시된다. 광학 소스를 소지하도록 각각 적응되는 컴포넌트(1170, 1172 및 1174)가 트랙(1160, 1162 및 1164) 내에 각각 위치된다. 실시형태(1150)는 트랙 내에서의 광학 소스의 위치를 독립적으로 제어할 수 있게 한다. 여러 타겟으로의 동시적인 최대 전력 전송을 달성하기 위하여, 광학 소스를 최적 위치로 이동시키기 위해서 제어 알고리즘이 사용될 수 있다.
도 24는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따르는, 광 파워를 전달하도록 적응되는 RAGU의 다양한 컴포넌트를 도시한다. RAGU(1300)는 콘트롤러(1302), 배터리(1304), 유도식 충전 유닛(1306), 무선 통신 유닛(1308), 레이저 드라이버/변조기(1310), 짐벌/미러 콘트롤러(1312), 바퀴(1314), 관성 측정 유닛(IMU)(1316), 모터 드라이버(1318), 레이저 및 연관된 광학(1320), 및 짐벌/가동 미러(1324)를 포함하는 것으로 도시된다. RAGU의 다른 실시형태는 도 24에 도시되는 것보다 더 적거나 더 많은 컴포넌트를 가질 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, IMU 및 유도식 충전은 일부 실시형태들에서는 존재하지 않을 수도 있다. RAGU가 자신의 움직임/회전을 통하여 광 빔을 정렬하도록 적응되는 경우에는 가동 미러 및 미러 콘트롤러가 존재하지 않을 수도 있다.
디바이스에 급전하기 위하여 광 빔을 사용하는 경우에는 코히어런스가 요구 사항이 아니기 때문에, 광 빔은 임의의 적절한 광원에 의하여 공급될 수 있고 레이저 소스로 한정되지 않는다는 것이 이해된다. 미러, 렌즈 및 다른 광학 컴포넌트를 사용함으로써, 비-가간섭성 소스로부터의 광은 무선 전력 전송을 위하여 적절한 빔으로 변환될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 RAGU들은 빛을 사용하여 디바이스에 급전하기 위하여 하나 이상의 RAPU들과 조합되어 동작할 수도 있다. 이러한 RAPU들은 광 빔을 재지향시키거나 재정렬시키기 위해서 위치되는 미러 또는 굴절기를 포함한다. 다른 물체에 의해서 차단되거나 그렇지 않으면 방해되는 GU로부터의 경로를 제공함으로써, RAPU들은 많은 경우에 유리하게 사용된다.
도 25는 RU(1410)에 무선으로 급전하려고 시도하고 있는 GU(1400)를 도시한다. GU(1400)는, 예를 들어 천정에 장착되는 것으로 가정되는 정지식 유닛이다. GU(1400)로부터 RU(1410)까지의 광 빔 전력의 경로는 물체(1420)에 의하여 차단되는 것으로 도시된다. 광학적 빛 전송을 구현하기 위하여, RAPU(1430)는 도시된 바와 같이 새로운 위치로 이동함으로써, GU(1400)에 의해 생성되고 RAPU의 반사기(1435)에 의하여 반사된 광이 타겟 RU(1410)에 도달하게 한다. 또 다른 실시형태에서, RAGU는 타겟 디바이스가 위치될 수 있는, 그렇지 않으면 방해되거나 어렵거나 난해한 위치에 도달하기 위하여 정지식 미러를 사용할 수 있다.
하나 이상의 RAGU들 및/또는 RAPU들은 다양한 방식으로 협력하여 동작할 수 있다. 여러 RAGU들 및/또는 RAPU들의 이동 및 동작을 제어하기 위하여 분산형 처리 또는 중앙 처리 시스템이 사용될 수 있다. 중앙 처리 시스템은, 예를 들어 많은 양의 계산, 예컨대 이미징을 요구하는 경우에 사용될 수 있다.
RAGU는 자신의 에너지 상태를 모니터링하고, 다양한 전력원, 예컨대 도킹 스테이션, 유도식 충전 패드, 또는 벽 콘센트의 위치를 결정하고 식별하기 위한 능력을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, RAGU는 콘센트를 식별하기 위하여, 예를 들어 카메라 또는 다른 센서를 사용한다. RAGU는 RAGU를 콘센트에 플러그인하도록 적응되는 자기-분절형 암을 포함할 수 있다. RAGU가 자가 충전할 수 있게 하기 위하여 유도식 충전이 주택/사무실/매장의 바닥의 일부 또는 전부에 포함될 수 있어서, 이를 통하여 RAGU가 더 작은 배터리 및 전체 크기를 가질 수 있게 한다. RAGU는 도킹 스테이션에 의해 송신되는 비콘(광학 비콘, 초음파 비콘, 또는 RF 비콘)을 따라감으로써 도킹 스테이션을 찾도록 적응될 수 있다. 다른 실시형태에서, 도킹 스테이션은 RAGU에 의해 송신된 비콘에 응답하여 도킹 스테이션을 찾는 과정에서 RAGU를 유도한다. IMU와 같은 다른 센서 및 GPS, WiFi 등과 같은 네비게이션 메커니즘도 도킹 스테이션 또는 충전될 필요가 있는 디바이스를 찾는 과정에서 RAGU를 유도하기 위해서 사용될 수 있다.
병진 운동 및 회전 운동에 추가하여, RAGU는 광학 전달 시스템을 들어올리고, 재지향시키며, 틸팅하도록 적응되는 분절형 메커니즘을 가질 수 있다. 도 26은 광학 전달 시스템(1502)을 베이스(1502)로부터 들어올리고, 따라서 더 멀리 닿을 수 있게 하도록 적응되는 서로 교차하는 가위 모양(135)을 포함하는 RAGU(1500)를 도시한다. 서로 교차하는 가위 모양(135)은 광학 시스템의 배향 및 틸트도 변경시킬 수 있다. 도 27에 도시된 바와 같은 또 다른 실시형태에서, RAGU(1510)는 서로 교차하는 가위 모양(135)을 사용하거나, 임의의 다른 상승 메커니즘을 사용하여 그 전체가 바닥(138)으로부터 떨어지도록 들어올려질 수 있다. 빛을 사용하여 타겟을 충전하고 RAGU(1510)의 베이스(1512) 상에 장착되도록 적응되는 광학 전달 시스템이 도 27에서는 보이지 않는다는 것이 이해된다.
본 발명의 하나의 양태를 따라서, 빛을 통하여 충전되도록 적응되는 회수 디바이스/유닛은 RARU일 수 있다. 따라서, RARU는 전력 수신 및 회수를 최대화하기 위해서 자신의 위치를 재설정하고 재배향할 수 있다. 예를 들어, RARU는 벽에 장착된 원격으로 급전되는 디바이스에 포함될 수 있고, 자신의 수신 광기전력전지 어레이의 각도를 디바이스가 벽에 장착된 높이 또는 RAGU가 RARU에 접근할 수 있는 최소 거리에 기반하여 조절할 수 있다.
최대 전력 전송을 위해서 자신의 위치를 결정하기 위하여, 예시적인 일 실시형태에서, RAGU는 제 1 위치로부터 타겟 디바이스에 여러 번 광학 빔을 전달하는데, 각각의 이러한 전송은 RAGU가 특정 양만큼 회전한 이후에 일어난다. 각각의 이러한 회전 및 트랜스미션 이후에, RAGU는 타겟 디바이스로부터 타겟 디바이스에 의해 회수되는 광 파워량을 나타내는 정보를 수신할 때까지 대기한다. 따라서, RAGU는 제 1 위치에서의 회전의 각각의 양에 대하여 타겟 디바이스에 의해 회수된 전력량에 대해서 알고 있다. 그러면, RAGU는 타겟 디바이스로의 최대 전력 전송을 제공하는 각도 회전을 따라서 타겟 디바이스에 더 가깝도록 제 2 위치로 이동한다. RAGU는 이제 제 2 위치로부터 타겟 디바이스로 광 파워를 여러 번 전송하고(각각의 전송은 특정 양만큼 회전한 이후임) 타겟 디바이스로부터 타겟 디바이스에 의해 회수된 전력량을 나타내는 정보를 수신하는 프로세스를 반복한다. 이제, RAGU는 제 2 방향으로부터 타겟 디바이스로의 최대 광 파워 전송을 제공하는 각도 회전을 따라서 타겟 디바이스를 향해 이동한다. RAGU는 광학 전력을 전송하고, 위치에서 회전하며, 수신된 광 파워를 나타내는 정보를 디바이스로부터 다시 수신하고, 최선의 방향을 결정하여 광 파워 전송을 위해 바람직한 위치를 찾을 때까지 이동하는 것을 계속한다. 일 실시형태에서, 각각의 두 개의 연속적인 위치들 사이의 RAGU의 이동 거리는 타겟 디바이스에 의해 회수된(또는 수신된) 상대적인 광 파워량에 의해 결정된다. 예를 들어, 디바이스에 의해 수용된 전력이 상대적으로 낮은 경우, RAGU는 상대적으로 더 긴 거리를 이동한다. 반대로, 디바이스에 의해 수용된 전력이 상대적으로 높은 경우, RAGU는 상대적으로 짧은 거리를 이동한다.
다른 예시적인 실시형태에 따르면, 타겟 디바이스에 급전하기 위한 적절한 위치를 찾기 위해서, RAGU는 초기 위치로부터 타겟 디바이스에 여러 번 광 파워를 전송하는데, 각각의 이러한 전송은 RAGU가 특정 양만큼 회전한 이후에 일어난다. 각각의 이러한 회전 및 트랜스미션 이후에, RAGU는 디바이스로부터 의해 회수되는 광 파워량을 나타내는 정보를 수신할 때까지 대기한다. 그러면, RAGU는 최대 전력을 제공하는 방향과 다른 방향을 따라서 제 2 위치로 이동한다. 제 2 위치에 있는 동안에, RAGU는 타겟 디바이스로 전력을 여러 번 전송하는데, 각각의 이러한 송신은 RAGU가 특정 양만큼 회전한 이후에 일어난다. 각각의 이러한 회전 및 제 2 위치로부터의 전송 이후에, RAGU는 디바이스에 의해 회수된 광 파워량을 나타내는 정보를 타겟 디바이스로부터 수신할 때까지 대기한다. 최대 광 파워 전달을 초래하는 두 개의 상이한 위치로부터의 두 개의 상이한 각도에 대한 지식이 있으면, RAGU는 삼변 측량 알고리즘을 사용하여 타겟 디바이스의 최적 위치를 근사화하고, 해당 디바이스에 급전하기 위하여 이러한 최적 위치로 이동한다. 삼변 측량 알고리즘은 서로 통신하는 다수의 RAGU들이 더 짧은 시간 기간 내에 디바이스를 무선으로 충전하기 위하여 사용될 경우에도 수행할 수 있다.
RU의 위치 결정을 더 빠르게 하기 위하여, 일부 실시형태들에서 RAGU 상에 배치된 광학 전달 시스템에 의해 전달되는 광학 빔의 폭은 동적으로 조절된다. 좁은, 시준된 빔은 결과적으로 상대적으로 작은 스폿을 만들고, 빔이 스윕되기 때문에, 빔이 RU 상에 충돌할 때까지 유도 정보는 이용가능하지 않다. 검색을 시작하는 중에 더 넓은 빔을 사용함으로써, RU를 조명하는 확률이 증가하고 따라서 피드백이 더 빠르게 달성될 수 있다. RU의 초기 근사화 위치가 검출되면, 빔은 스폿 크기가 RU의 광기전력 전지 크기와 크기가 유사하거나 더 작아질 때까지 점진적으로 더 작아지게 될 수 있다. 도 28a는 광학 빔을 RU(1620)로 전달하는 것으로 도시되는 광학 빔 전달 시스템(1602)이 그 위에 장착되는 RAGU(1600)를 도시한다. 빔 폭(1604)은 상대적인 넓은 것으로 도시된다. 도 28b에서, RAGU(1600)는 RU(100)의 근사적인 위치를 결정했고, 따라서 광학 빔 전달 시스템(1602)은 빔 폭(1606)을 좁혀서 RU(1620) 상에 더 양호한 초점을 획득했다.
일부 실시형태들에서, 그레디언트 필터 또는 가우시안 빔 스프레더가 RU의 위치를 더 빨리 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 필터는 고정된 필터일 수 있고, 또는 공간 광 변조기 소자(spatial light modulator; SLM)를 통하여 동적으로 조절될 수 있다. 이러한 필터 상의 그레디언트는 RU의 중심이 빔에 맞춰지도록, 빔의 운동 방향에 대한 정보를 GU에게 제공한다.
도 29는 이러한 필터의 일 실시형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 필터의 중심은 완전히 투명하고 홀을 가질 수 있다. 필터는 중심으로부터 멀리 이동할수록 점진적으로 더 불투명해진다. 결과적으로, 필터 상에 투영된 빔은 중심에서 최고 세기를 가지고 에지에서 최저 세기를 가질 것이다. GU가 빔을 스윕할 때, RU는 다른 정보 중에서 수신된 전력량을 다시 보고한다. 그러므로, GU에 의해 사용되는 그레디언트 증가(gradient ascend) 알고리즘은 RU의 중심을 빔의 중심에 가깝게 위치시키는 운동 방향을 빠르게 찾을 수 있다. RU의 중심이 맞춰지면, 빔 폭은 위치를 더 검색하지 않고서 RU의 크기에 거의 도달하도록 빠르게 작아질 수 있다. 그레디언트 패턴은 원형 대칭일 필요가 없고, 임의의 형상 또는 패턴을 가질 수 있다. 불투명도를 변경함으로써, 또는 작은 스케일의 흑백 패턴을 통하여, 광 세기는 상이한 회색 음영이 단색 인쇄에서 어떻게 생성되는지와 유사한 방식으로 변경될 수 있다.
일 실시형태에서, 무선 통신 링크(예컨대, RF, 음파, 또는 적외선 통신)가 RU 및 GU 사이에서 사용될 수 있다. RU는 GU에 다시 수신된 광 파워에 관련된 데이터를 보고하기 위하여 통신 링크를 사용할 수 있다. 다른 실시형태들에서, RU는 광기전력 전지(photovoltaic cell) 주위의 반사면(예컨대, 반사성 페인트)을 활용한다. 이러한 실시형태에서, GU는 광 수신기(예컨대, 포토다이오드 또는 카메라)를 활용하여 반사 및 가이드 광 빔을 감지한다. 카메라가 사용된다면, 반사면은 RU를 식별하거나 RU를 다른 반사면으로부터 구별하기 위하여 사용될 수 있는 고유한 패턴(예컨대, QR 코드)을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 디바이스를 충전하는 위치를 매핑하기 위하여, 광학 빔 전달 시스템이 있는 RAGU는 자신의 도플러 레이더로부터 수신하는 정보 및 다른 센서, 예컨대 카메라, LIDAR, 초음파, 충돌 센서, 주행거리계 등으로부터 수신하는 광학 빔 전달 정보를 사용한다. RAGU가 구속된 영역 주위를 도는 각각의 트립으로부터 생성하는 매핑 데이터를 이전의 트립으로부터의 매핑 데이터와 비교함으로써, RAGU는 RAGU가 동작하는 방 내의 벽, 의자, 장난감, 문 등의 고도로 정확하고 진보된 모델을 시간이 지남에 따라서 구축한다. 그러면, 이제 RAGU가 알려진 디바이스에 효율적으로 도착할 수 있고, 이러한 각각의 디바이스로의 최대 전력 전송을 위한 최적 위치를 결정할 수 있다.
일부 실시형태에서, RU 상으로의 RAGU의 호밍(homing)이, RAGU 상에 존재할 수 있는 카메라 또는 다른 시각적 이미징 디바이스에 의해 식별될 수 있는 미리 결정 패턴 및/또는 색상/음영(흑백, 그레이스케일, 및/또는 컬러)과 같은 다양한 메커니즘을 통해서 향상될 수 있다. 이러한 메커니즘은 RAGU에 대한 RU의 거리 및 배향을 찾기 위해서도 사용될 수 있다. RAGU는, 예를 들어 RU들 또는 RU 상에 배치된 라벨 상에 인쇄된 고유한 식별 패턴을 사용하여 다양한 공간 내에서 RU들을 찾기 위해서 자신의 카메라를 사용할 수 있다. 공간을 스캐닝하는 동안에 RAGU의 카메라는 이러한 패턴을 인식하고 RU의 위치와 RAGU까지의 거리를 찾기 위해서 이것을 사용할 것이다. 예를 들어, 인식된 패턴의 크기는 거리의 표현이고, 패턴이 카메라에 의해 캡쳐된 이미지 상의 어디에서 검출되는지는 그 위치의 표현이다. 더욱이, 카메라는 RU 주위의 물체들의 맵을 생성하기 위해서 네비게이션 중에 사용될 수 있다. 도 30은 상이한 회색 음영을 각각 가지는 4 개의 구역(1710, 1720, 1730 및 170)을 포함하는 태그(1700)(RU 상의 배치에 대한 태그)를 도시한다. 각각의 이러한 구역은 RAGU를 RU를 향해서 유도하는 것을 돕기 위해서 RAGU 상에 배치된 이미지 획득 디바이스에 의해서 쉽게 식별될 수 있는 패턴/마커를 더 포함할 수 있다. 그러므로, RAGU는 상이한 구역의 음영 및 태그 상의 패턴/마커 음영을 사용하여 자신이 RU를 향해서 이동하는 것을 유도할 수 있다.
본 발명의 하나의 양태를 따르면, 광학 빔 전달 시스템을 가지는 RAGU는 스마트 폰 애플리케이션을 통해서 제어될 수 있다. 애플리케이션은 무엇보다도, 사용자가 예를 들어 타겟 디바이스가 충전될 우선순위를(부호가 하고, 및/또는 사용자의 가정/사무실/매장 내의 특정 영역에서 언제 동작할지 또는 언제 동작하지 않아야 할지에 대한 명령을 RAGU에게 제공하게 한다. 예를 들어, 사용자는 밤 10 시 이전에는 거실 및 주방 내에서 디바이스를 충전하지 않도록 RAGU에게 명령할 수 있고, 또는 RAGU에게 이번 주에 친구가 소파에서 잠을 잘 것이기 때문에 이번 주말에는 거실 내에서 동작하지 않도록 명령할 수 있다. 그러면 사용자가 그들의 집으로부터 멀리 있거나 도시에서 멀리 있는 경우에 그들의 디바이스 및 RAGU를 사용자가 추적할 수 있게 된다.
애플리케이션을 통하여, 사용자는 또한 RAGU에게 RAGU가 동작하고 있는 장소, 예컨대 집, 사무실 등에 대해서 통보할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 자신의 RAGU를 낮 시간 동안에 사무실로 가지고 가고 밤에는 집으로 다시 가지고 가기로 결정할 수 있다. 애플리케이션은 사용자가 이를 달성하여 RAGU가 그 위치에 대해서 알 수 있게 하고, 따라서 디바이스를 충전하기 위하여 자신의 이전에 저장된 매핑 데이터를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 따르는 RAGU는 또한 각각의 디바이스를 얼마나 자주 충전하는지를 추적하도록 적응되고, 이러한 정보를 애플리케이션을 통하여 사용자에게 통신한다. 예를 들어, 6 달마다 RAGU에 의해 충전되도록 과거에 요청했었던 연기 검출기가 이러한 요청을 6 주마다 하는 것으로 변하면, 그 배터리는 교체될 필요가 있을 수 있다. 이러한 데이터를 기록하고 이것을 애플리케이션을 통하여 사용자에게 보고함으로써, 사용자는 연기 검출기 배터리가 교체될 필요가 있을 수 있다는 것을 알게 된다.
일 실시형태에서, 광학 빔 전달 시스템을 가지는 RAGU는 공중의 비행체, 예컨대 풍선, 드론 등 상에 배치될 수 있다. 다른 실시형태들에서, GU는 공중의 비행체에 장착되고 그 내부 배터리, 또는 공중의 디바이스의 배터리를 사용할 수 있는데, 이것은 타겟 디바이스를 무선으로 충전하기 위하여 공중의 비행체의 표면을 덮고 있는 광기전력전지일 수 있다. 이러한 실시형태는 임의의 비행 디바이스 또는 정지식 디바이스에 전력을 제공하도록 적응된다. 다른 실시형태에서, GU는 잠수함의 표면에 장착될 수 있고, 자신의 이동을 급전하기 위해서 파동의 기계적 에너지를 하베스팅할 수 있다.
본 발명의 전술된 실시형태들은 예시적인 것이고 한정적인 것이 아니다. 본 발명의 실시형태들은 무선으로 충전될 수 있는 디바이스의 타입에 의해 한정되지 않는다. 그 외의 추가, 제거, 또는 변경은 본 명세서에 의해서 명백해지고, 첨부된 청구항들의 범위에 속하는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(roaming and articulating power generation unit; RAGU):
    광학 빔을 전달하도록 적응되는 광학 어셈블리;
    에너지 저장 유닛;
    콘트롤러; 및
    전기적으로 구동되는 이동식 플랫폼을 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 광학 어셈블리는 레이저 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서
    상기 광학 어셈블리는 렌즈를 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    렌즈의 위치는 상기 레이저의 고정된 위치에 상대적으로 광축을 따라서 변경될 수 있는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저의 위치는 렌즈의 고정된 위치에 상대적으로 광축을 따라서 변경될 수 있는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 상기 RAGU가 그 위에 위치되는 표면의 평면에 상대적인 자신의 각도를 변경하도록 적응되는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 z 축 중심으로 회전하도록 적응되는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 자신의 높이를 z 축을 따라서 변경하도록 적응되는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동식 플랫폼은 네비게이션을 가능하게 하기 위한 관성 측정 유닛(inertia measurement unit)을 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동식 플랫폼은 네비게이션을 가능하게 하기 위한 GPS를 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  11. 제 1 항에 있어서
    상기 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(RAGU)는 카메라를 더 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  12. 제 1 항에 있어서
    상기 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(RAGU)는 무선 통신 링크를 더 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 유닛은 재충전가능 배터리인, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(RAGU)은,
    상기 광학 어셈블리의 고도 및 방위각을 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 모터를 더 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(RAGU)은, 상기 광학 어셈블리가 회수 유닛(recovery unit)에게 최대 전력을 전달하는 위치로 네비게이션하도록 적응되는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 RAGU는, 네비게이션하고, 회수 유닛에게 최대 전력을 전달하기 위한 상기 광학 어셈블리의 고도 높이 및 각도를 선택하도록 적응되는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 상기 광학 어셈블리의 빔 폭을 변경하도록 적응되는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  18. 제 1 항에 있어서
    상기 광학 어셈블리는 그래디언트 필터(gradient filter)를 더 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는 가우시안 빔 스프레더(Gaussian beam spreader)를 더 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(RAGU)는 LIDAR를 더 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 로밍 및 분절형 전력 생성 장치(RAGU)는 실내 위치결정 시스템을 더 포함하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 실내 위치결정 시스템은 실내 위치 결정을 위하여 블루투스 신호를 사용하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 실내 위치결정 시스템은 실내 위치 결정을 위하여 WiFi 신호를 사용하는, 로밍 및 분절형 전력 생성 장치.
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