KR20230125168A - 전력 전달 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본원에서, 전력을 전달하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
Description
교차 참조
본 출원은 2020년 9월 15일자로 출원된 미국 가출원 번호 제63/078,824호의 이익을 주장하는데, 이 출원은 참조에 의해 본원에 통합된다.
발명의 분야
본 발명은 전력 송신기, 수신기 및 전력 전달의 시스템 및 방법에 관한 것이다.
유도성 전력 전달(inductive power transfer; IPT)에서, 전력은 통상적으로 자기장에 의해 와이어 코일 사이에서 전송된다. 교류(alternating current; AC)가 송신기 코일을 통해 구동되어 진동 자기장(oscillating magnetic field)을 생성한다. 자기장은 수신 코일을 통과하는데, 자기장은 수신 코일에서 교류를 유도한다. 유도된 교류 전류는 부하를 직접적을 구동할 수도 있거나, 또는 부하를 구동하기 위해 인가되는 직류(direct current; DC)로 정류될 수도 있다. 고효율성을 달성하기 위해서, 송신기 및 수신기 코일은 서로 매우 가까워야만 한다. 예를 들면, 송신기 및 수신기 코일이 코일 직경의 일부(예를 들면, 센티미터 이내)만큼만 분리되고, 코일의 축이 밀접하게 정렬되는 것이 일반적이다.
일부 IPT 시스템에서는, 공진 유도 커플링이 활용된다. 공진 유도 커플링은 공진 회로를 사용하는 것에 의해 IPT에서의 효율성을 증가시킬 수도 있다. 공진 유도 커플링은 비공진 유도 커플링보다 더 먼 거리에서 더 높은 효율성을 달성할 수도 있다. 공진 유도 커플링에서, 전력은 하나는 송신기에 있고 다른 하나는 수신기에 있는 두 개의 공진 회로 사이에서 자기장에 의해 전달된다. 두 개의 회로는 동일한 공진 주파수에서 공진하도록 튜닝된다.
일부 IPT 시스템에서, 자기장은 근처 금속에서 와전류(eddy-current)를 생성할 수 있다. 이것은 상당한 온도 상승 및 화재 위험을 야기할 수 있다. 차폐를 제공하고 유도 커플링을 개선하기 위해 페라이트 플레이트가 사용될 수도 있지만, 그러나 그러한 시스템의 비용을 증가시킬 수도 있다.
용량성 전력 전달(capacitive power transfer; CPT)은 두 개의 전극, 예컨대 금속 플레이트 사이에서의 전력의 전송을 위해 전기장을 사용한다. 일반적으로, CPT 시스템에서는 용량성 커플러를 형성하기 위해 네 개의 금속 플레이트가 사용된다. 두 개의 플레이트는 전력 송신기로서 사용되고, 나머지 두 개의 플레이트는 전력 수신기로서 역할을 하고, 그 결과, 전력 흐름 루프를 제공할 적어도 두 개의 커플링 커패시터를 초래한다. 송신기에 의해 송신 플레이트에 교류 전압이 인가된다. 진동 전기장은 수신기 플레이트 상에서 교류 전위를 유도하는데, 이것은 교류로 하여금 부하 회로에서 흐르게 한다. 공진은 전력 전달의 범위를 확장하기 위해 용량성 커플링과 함께 또한 사용될 수 있다.
CPT 시스템에서, 와전류 손실은 감소될 수도 있으며 사용되는 플레이트는 저렴하고 시스템 비용을 절감한다. 그러나, 많은 시스템에서의 문제점은 플레이트에 고전압이 부과될 수도 있다는 것이다. 이들 고전압은 강한 전기장을 생성할 수 있는데, 강한 자기장은 주변 영역으로의 상당한 전계 방출을 초래한다.
CPT 및 IPT 시스템에서는 용량성 또는 유도성 보상 네트워크와 관련되는 이슈가 또한 존재한다. 현재, CPT 및 IPT 시스템 둘 모두는 수신기와 송신기 사이에서 최소의 분리를 필요로 한다. 이것은, 통상적으로, 1차 측과 2차 측 상의 보상 네트워크에서 대형 커패시터 및 인덕터가 필요로 한다. 이들 대형 엘리먼트는 생산하기 어려우며, 그들의 기생 저항은 시스템 효율성을 크게 저하시킬 수 있다. 추가적으로, 이들 보상 엘리먼트는 전력 전달 프로세스에서 직접적으로 수반되지 않는다.
더 적은 컴포넌트 및/또는 감소된 비용을 갖는 무선 전력 송신기 및 수신기에 대한 소망이 남아 있다. 보상 네트워크에 대한 감소된 의존성을 갖는 무선 전력 송신기 및 수신기에 대한 소망이 남아 있다. 더 큰 효율성을 갖는 무선 전력 송신기 및 수신기에 대한 소망이 남아 있다. 정렬 및 그들 사이의 간격에 대한 더욱 유연한 요건을 갖는 무선 전력 송신기에 대한 소망이 남아 있다.
전력 전달의 분야는, 소비자 제품에 관련되기 때문에, 점점 더 중요해지고 있다. 자동차 분야에서, 전기 와이어 하니스(electrical wire harness)는 차량의 중요하고 비용이 많이 드는 서브시스템이 되었다. 자동차 와이어 하니스에 대한 시장은 현재 10년 동안 미화 770억 달러를 초과할 것으로 예상된다. 내연 차량(internal combustion vehicle)의 가솔린 연비, 그들 차량의 탄소 배출량, 및 전기 차량 주행 거리(electric vehicle range)에 초점을 맞추는 시대에서, 이들 하니스의 비용, 중량, 및 전력 전달 효율성은 차량의 설계에서 주요 관심 항목이 되었다. 재료와 컴포넌트가 자동차 제조 비용의 약 57 %에 상당한다는 점을 감안하면, 염려는 이해될 수도 있다.
더 높은 에너지 밀도 배터리를 제공하기 위해 배터리 기술이 꾸준히 개선되는 동안, 동시에 차량에 통합되는 지금까지보다 더 많은 보조적 유저 전자 디바이스 및 전기적으로 구동되는 시스템에 대한 소비자 요구도 동시에 증가하고 있다. 이것은 배터리, 차량의 중량, 비용, 및 전력 전달의 효율성에 대해 지금까지보다 더 많은 요구를 하고 있다. 1990년대 동안, 부분적으로 와이어 하니스 중량을 감소시키려는 희망을 가지고, 자동차 산업에 대해 더 높은 전압 배터리 시스템이 제안되었다.
와이어 하니스에서 활용되는 값비싼 구리의 양을 감소시키기 위한 많은 노력이 있어 왔으며, 덜 비싼 알루미늄을 사용하는 쪽으로 이동하고 있다. 이 경향은 통상적인 자동차에서 약 40 파운드의 중량을 절감한다는 희망에 의해 또한 촉진된다. 알루미늄을 향한 이러한 경향은, 부분적으로 구리와 비교하여 알루미늄의 1.58 배 더 높은 저항률에 기인하는, 그 자체의 문제점을 갖는다. 알루미늄은 연결이 느슨해지게 하는 크리프(creep)로서 공지되어 있는 현상의 문제를 또한 겪고 있다. 더구나, 알루미늄도 또한 산화되고, 연결에 관한 주의를 필요로 한다. 와이어 하니스의 일부 양태는 여전히 구리를 필요로 하며, 구리와 알루미늄 사이의 임의의 연결은 갈바닉 전위 문제를 도입한다.
값비싼 구리 함량을 감소시키고, 전압의 관점에서 유연성을 제공하고, 알루미늄에 의해 대표되는 문제를 방지하고, 중량을 감소시키는 차량 와이어 하니스에 대한 대안적인 접근법에 대한 분명한 필요성이 있다.
동시에, 전기 차량의 분야에서의 발전에 의해 자신의 순서에서 박차가 가해지고 있는, 급속도로 발전하고 있는 배터리 기술에 보조를 맞추기 위해 전력 전달 기술 효율성이 개선될 필요가 있다.
이들 요건은 자동차 분야로 제한되지는 않으며, 또한, 예를 들면, 태양 에너지 전력 전달 분야에도 관련이 있으며, 약간의 수정을 통해, 다른 소비자 가정용 기기, 예컨대 컴퓨터 및 TV 디스플레이에도 또한 적용된다. 다양한 전압을 갖는 소스로부터 전력을 최적으로 추출하기 위한 전력 컨디셔닝 유닛은 오늘날 광범위하게 사용되고 있지만, 그러나, 그들은 일반적으로 제한된 등급의 제어 설비로부터 문제를 겪고 있다. 이것은, 결국에는, 전력 전달 효율성이 최적화되지 못하게 막는다.
관련된 기술의 전술한 예 및 그에 관련되는 제한 사항은, 배타적인 것이 아니라, 예시적인 것으로 의도된다. 관련된 기술의 다른 제한 사항은 본 명세서의 판독 및 도면의 연구시 기술 분야의 숙련된 자에게 명백하게 될 것이다.
제1 양태에서, 공진 전력 신호 진동 주파수에서의 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 구성되는 바이모달 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(bimodal near-field resonant wireless electrical power transfer system)이 제시되는데, 그 시스템은 다음의 것을 포함한다: 송신기 안테나 서브시스템 및 전력 신호 튜너 모듈 - 튜너 모듈은 튜너 모듈에 의해 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 전력 신호를 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 조정하도록 구성됨 - 을 포함하는 송신기 서브시스템; 및 전달 모드 비율로 송신기 안테나 서브시스템으로부터 전력을 수신하도록 구성되는 수신기 안테나 서브시스템을 포함하는 수신기 서브시스템.
튜너 모듈은 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 전력 신호의 전류와 전압 사이의 위상 차이를 조정하는 것에 의해 전력 신호를 조정하도록 구성될 수도 있다. 송신기 서브시스템은, 컨트롤러 및 적어도 하나의 센서를 더 포함할 수도 있고, 컨트롤러는 적어도 하나의 센서로부터 센서 정보를 수신하도록 그리고 센서 정보에 기초하여 튜너 모듈에 튜닝 명령을 자동적으로 제공하도록 구성되고; 그리고 튜너 모듈은 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 전력 신호의 전류와 전압 사이의 위상 차이를 튜닝 명령에 따라 조정하도록 구성된다.
적어도 하나의 센서는 송신기 서브시스템 상에 배치될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 적어도 하나의 센서는 수신기 서브시스템 상에 배치될 수도 있고 컨트롤러는 센서 정보를 무선으로 수신하도록 구성될 수도 있다. 적어도 하나의 센서는 전력 부하 센서; 송신 전력 센서; 주변 오브젝트 검출기; 및 송신기 안테나와 수신기 안테나 사이의 거리를 검출하기 위해 배치되는 거리 검출기 중 하나일 수도 있다.
공진 전력 신호 진동 주파수는 사전 결정된 주파수 대역 내에서 자유롭게 변할 수도 있다. 사전 결정된 주파수 대역은 산업, 과학 및 의료(Industrial, Scientific and Medical; ISM) 주파수 대역일 수도 있다. 시스템은, 공진 전력 신호 진동 주파수가 사전 결정된 주파수 대역의 반대 한계 내에서 변하는 것을 허용하는 정도까지 디튜닝될(detuned) 수도 있다.
추가적인 양태에서, 공진 전력 신호 진동 주파수에서 조정 가능한 전달 모드 비율에 따라 전력을 바이모달 방식으로 전달하는 무선 방법이 제공되는데, 그 방법은, 전력 신호 튜너 모듈 및 공진 전력 신호 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 송신기 안테나 서브시스템을 포함하는 송신기 서브시스템을 제공하는 것; 공진 전력 신호 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 수신기 안테나 서브시스템을 포함하는 수신기 서브시스템을 제공하는 것; 전력 신호 진동 공진 주파수에서 튜너 모듈로부터 송신기 안테나 서브시스템으로 전력 신호를 제공하는 것; 튜너 모듈로부터 송신기 안테나 서브시스템으로의 전력 신호를 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 조정하는 것; 및 전달 모드 비율로 수신기 안테나 서브시스템을 통해 전력 신호 진동 공진 주파수에서 수신기 서브시스템에서 전달된 전력을 수신하는 것을 포함한다. 전달 모드 비율을 조정하는 것은 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 전력 신호의 전류와 전압 사이의 위상 차이를 조정하는 것을 포함할 수도 있다.
송신기 서브시스템을 제공하는 것은 컨트롤러 및 적어도 하나의 센서를 제공하는 것을 더 포함할 수도 있고 전류와 전압 사이의 위상 차이를 조정하는 것은 적어도 하나의 센서로부터 컨트롤러에 의해 수신되는 센서 정보에 기초하여 컨트롤러의 커맨드를 통해 튜너 모듈에 의해 행해질 수도 있다. 컨트롤러의 커맨드는 센서 정보의 컨트롤러에 의한 수신시 튜너 모듈에 자동적으로 발행될 수도 있고; 튜너 모듈은 위상 차이를 변경하기 위해 컨트롤러로부터의 커맨드를 자동적으로 실행할 수도 있다.
방법은 공진 전력 신호 진동 주파수가 사전 결정된 주파수 대역 내에서 변하는 것을 허용하는 것을 더 포함할 수도 있다. 사전 결정된 주파수 대역은 산업, 과학 및 의료(ISM) 주파수 대역일 수도 있다. 송신기 서브시스템을 제공하는 것은, 공진 전력 신호 진동 주파수가 사전 결정된 주파수 대역의 반대 한계 내에서 변하는 것을 허용하는 정도까지 디튜닝되는 송신기 서브시스템을 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서의 용량성 전력 전달 대 유도성 전력 전달의 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 구성되는 바이모달 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템이 제공되는데, 그 시스템은 다음의 것을 포함한다: 송신기 안테나 및 전력 신호 튜너 모듈 - 전력 신호 튜너 모듈은 전력 신호 튜너 모듈에 의해 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 전력 신호를 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 조정함 - 을 포함하는 송신기 서브시스템; 및 전달 모드 비율로 송신기 안테나로부터 전력을 수신하기 위한 수신기 안테나 서브시스템을 포함하는 수신기 서브시스템.
시스템은 송신기 안테나 및 수신기 안테나 서브시스템의 수신기 안테나를 통해 송신기 안테나 서브시스템과 수신기 안테나 서브시스템 사이에서 정보를 전달한다. 시스템은 정보 포함 신호(information bearing signal) 상으로 정보를 변조하고 정보 포함 신호를 송신기 안테나 서브시스템으로 제공하기 위한 변조기를 더 포함할 수도 있다. 시스템은 정보 포함 신호 상으로 정보를 변조할 수도 있고 정보 포함 신호를 송신기 안테나 서브시스템에 제공한다. 변조기는 정보에 따라 송신기 안테나 서브시스템에 대한 정보 포함 신호를 변조하도록 배열될 수도 있다. 전력 신호 튜너 모듈은 변조기를 포함할 수도 있다.
정보 포함 신호는 가변 공진 전력 신호 진동 주파수와는 상이한 주파수를 가질 수도 있다. 변조기는 정보 포함 신호를 주파수 변조, 진폭 변조 및 위상 변조 중 임의의 하나에 의해 변조할 수도 있다. 정보 포함 신호는 가변 전력 신호 진동 주파수가 정보 포함 신호의 주파수의 고조파(harmonic)이도록 변조될 수도 있다. 정보 포함 신호는 전력 신호의 고조파 상으로 변조될 수도 있다. 변조되어 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 신호는 전력 신호일 수도 있다.
변조기는 수신기 안테나의 반사 특성을 변조할 수도 있고, 정보에 따라 수신기 안테나의 반사 특성을 변조하는 것에 의해 수신기 안테나 서브시스템으로부터 송신기 안테나 서브시스템으로 정보를 전달할 수도 있다. 수신기 안테나의 변조된 반사 특성은 수신기 안테나의 임피던스일 수도 있다.
시스템은 송신기 서브시스템으로부터의 신호의 수신기 안테나에 의한 반사를 변조하는 것에 의해 수신기 서브시스템으로부터 송신기 서브시스템으로 정보를 전달할 수도 있다. 수신기 서브시스템은 수신기 안테나의 반사 특성을 변조할 수도 있다. 수신기 서브시스템은 수신기 안테나의 임피던스를 변조할 수도 있다.
전력 부하는 수신기 서브시스템의 출력에 존재할 수도 있고; 그리고 정보는 전력 부하의 존재, 전력 부하의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 전력 부하의 충전 레이트, 전력 부하의 상태, 전력 부하에 대한 전압의 존재, 전력 부하의 충전 용량, 및 전력 부하를 충전하기 위한 남은 시간 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
시스템은 송신기 안테나를 통해 송신기 서브시스템과 수신기 서브시스템 사이에서 디지털 정보를 전달할 수도 있다. 시스템은 송신기 안테나를 통해 송신기 서브시스템과 수신기 서브시스템 사이에서 아날로그 정보를 전달할 수도 있다. 수신기 서브시스템은 후속 수신기 서브시스템에 전력을 송신하도록 구성될 수도 있다. 수신기는 위상 시프터를 포함하는 정류기를 더 포함할 수도 있다.
추가적인 양태에서, 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템(bimodal resonant near-field radio frequency power transfer system)이 제공되는데, 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템은, 전력 신호 주파수의 전력 신호를 통한 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위한 복수의 전력 송신-수신 모듈을 포함하고, 복수의 전력 송신-수신 모듈 각각은, 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 것과 전력을 교환하도록 배치되는 송신기-수신기 공진기(transmitter-receiver resonator)와 유선으로 통신한다.
복수의 전력 송신-수신 모듈 중 제1의 것은, 전력 신호 튜너 모듈에 의해 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 제1의 것과 유선으로 통신하는 송신기-수신기 공진기에 제공되는 전력 신호를 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 변경하도록 조정 가능한 전력 신호 튜너 모듈을 포함할 수도 있다. 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나는, 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나와 유선으로 통신하는 관련된 송신기-수신기 공진기와 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 임의의 다른 것과 유선으로 통신하는 송신기-수신기 공진기 사이에서 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하도록 배열되는 변조기를 포함할 수도 있다.
변조기는 진폭 변조기, 주파수 변조기, 및 위상 변조기 중 임의의 하나일 수도 있다. 정보는 디지털 정보 및 아날로그 정보 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수도 있다. 변조기에 의해 변조되는 라디오 주파수 신호는 전력 신호일 수도 있다. 변조기에 의해 변조되는 라디오 주파수 신호는 전력 신호 주파수와는 상이한 주파수를 가질 수도 있다. 변조기에 의해 변조되는 라디오 주파수 신호는 전력 신호 주파수의 고조파인 주파수를 가질 수도 있다. 전력 신호 주파수는 변조되는 신호의 주파수의 고조파일 수도 있다.
변조기는, 유선 연결된 송신기-수신기 공진기에 의해 반사되는 신호에 정보를 부과하기 위해, 관련된 유선 연결된 송신기-수신기 공진기의 반사 특성을 정보에 따라 변조하도록 배열될 수도 있다. 변조기는 관련된 송신기-수신기 공진기에 제공되는 신호를 정보에 따라 변조하도록 배열될 수도 있다. 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 제1의 것의 전력 신호 튜너 모듈은 변조기를 포함할 수도 있다. 전력 송신-수신 모듈 각각은 보상 네트워크를 포함할 수도 있고 보상 네트워크는 변조기를 포함할 수도 있다. 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나는 전력 신호 주파수의 신호를 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈에 제공하는 라디오 주파수 발진기를 포함할 수도 있고 라디오 주파수 발진기는 변조기를 포함할 수도 있다.
복수의 전력 송신-수신 모듈 각각은 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드 사이에서 재구성 가능할 수도 있다. 전력 송신-수신 모듈 각각은, 전력 송신-수신 모듈의 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드에 각각 대응하는 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성될 수 있는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기(differential self-synchronous radio frequency power amplifier/rectifier)를 포함할 수도 있다. 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기는 차동 스위치식 모드 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기(differential switched-mode self-synchronous radio frequency power amplifier/rectifier)일 수도 있다. 전력 송신-수신 모듈 각각은 컨트롤러를 포함할 수도 있고 재구성은 컨트롤러에 의해 제어될 수도 있다. 각각의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성하기 위한 컨트롤러에 의해 조정 가능한 위상 시프터를 포함할 수도 있다.
수신기 모드에서 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 하나의 전력 송신-수신 모듈의 출력에 전력 부하가 존재하는 경우, 정보는 전력 부하의 존재, 전력 부하의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 전력 부하의 충전 레이트, 전력 부하의 상태, 전력 부하에 대한 전압의 존재, 전력 부하의 충전 용량, 및 전력 부하를 충전하기 위한 남은 시간 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
추가적인 양태에서, 전력 신호 주파수의 전력 신호를 통해 전력을 전달하기 위한 근접장 라디오 주파수 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 복수의 전력 송신-수신 모듈 - 복수의 전력 송신-수신 모듈 각각은 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 것과 전력을 교환하도록 배치되는 송신기-수신기 공진기와 유선으로 통신함 - 을 포함하는 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템을 제공하는 것; 및 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 전력 전달 시스템을 동작시키는 것.
제공되는 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 제1의 것은 전력 신호 튜너 모듈을 포함할 수도 있고; 전력 전달 시스템을 동작시키는 것은 전력 신호 튜너 모듈을 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 변경하는 것을 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템을 제공하는 것은, 복수의 전력 송신-수신 모듈 중에서, 관련된 송신기-수신기 공진기와 유선으로 통신하며 변조기를 구비하는 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈을 제공하는 것을 포함할 수도 있고, 전력 전달 시스템을 동작시키는 것은 다음의 것을 포함할 수도 있다: 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 것과 유선으로 통신하는 관련된 송신기-수신기 공진기와 송신기-수신기 공진기 사이에서 라디오 주파수 신호를 교환하는 것; 및 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것. 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 하나의 전력 송신-수신 모듈의 출력에 전력 부하가 존재하는 경우, 정보는 전력 부하의 존재, 전력 부하의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 전력 부하의 충전 레이트, 전력 부하의 상태, 전력 부하에 대한 전압의 존재, 전력 부하의 충전 용량, 및 전력 부하를 충전하기 위한 남은 시간 중 하나 이상을, 예를 들면 제한 없이, 포함할 수도 있다.
정보는 진폭 변조, 주파수 변조, 또는 위상 변조에 의해 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 변조될 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 디지털 정보 또는 아날로그 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다.
교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 전력 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 전력 신호 주파수와는 상이한 주파수를 갖는 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 전력 신호 주파수의 고조파인 주파수를 갖는 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 고조파로서 전력 신호 주파수를 갖는 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다.
교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은, 유선 연결된 송신기-수신기 공진기에 의해 반사되는 신호에 정보를 부과하기 위해, 관련된 유선 연결된 송신기-수신기 공진기의 반사 특성을 정보에 따라 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 관련된 송신기-수신기 공진기에 제공되는 신호를 정보에 따라 변조하는 것을 포함할 수도 있다.
방법은 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하기 위해 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 제1의 것의 전력 신호 튜너 모듈을 동작시키는 것을 포함할 수도 있다. 제공되는 전력 송신-수신 모듈 각각은 보상 네트워크를 포함할 수도 있고 보상 네트워크는 변조기를 포함할 수도 있어서, 보상 네트워크가 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하도록 동작되는 것을 허용할 수도 있다. 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나는 전력 신호 주파수의 신호를 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈에 제공하는 라디오 주파수 발진기를 포함할 수도 있고, 라디오 주파수 발진기는 변조기를 포함할 수도 있으며; 정보가 발진기에서 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 변조되는 것을 허용할 수도 있다.
제공되는 복수의 전력 송신-수신 모듈 각각은 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드 사이에서 재구성 가능할 수도 있고; 그리고 방법은, 적어도 두 개의 송신-수신 모듈 사이의 전력 송신의 방향을 역전시키기 위해, 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 두 개를 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드 사이에서 재구성하는 것을 더 포함할 수도 있다. 제공되는 전력 송신-수신 모듈 각각은, 전력 송신-수신 모듈의 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드에 각각 대응하는 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성될 수 있는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 포함할 수도 있고; 그리고 방법은 적어도 두 개의 송신-수신 모듈의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성하는 것을 포함할 수도 있다. 각각의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성하도록 조정 가능한 위상 시프터를 포함할 수도 있고; 그리고 방법은 적어도 두 개의 송신-수신 모듈의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기 각각의 위상 시프터를 조정하는 것을 포함할 수도 있다.
추가적인 양태에서, 다음의 것을 포함하는 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템이 제공된다: 복수의 실질적으로 상호 디커플링된 송신기 공진기 및 각각의 송신기 공진기와 전력 신호 통신하는 대응하는 송신기 모듈 - 각각의 송신기 모듈은 송신 컨트롤러 및 전력 신호 진동 주파수 및 전력 신호 위상을 갖는 전력 신호 소스를 포함하고, 각각의 전력 신호 소스는 대응하는 송신 컨트롤러에 의해 제어됨 - 을 포함하는 송신 서브시스템; 대응하는 수신기 공진기를 각각 포함하는 하나 이상의 수신기 서브시스템; 전력 신호 소스에 대한 이산적으로 허용된 전력 신호 진동 주파수(discrete allowed power signal oscillation frequency)의 소프트웨어 룩업 테이블; 및 메모리에 로딩되고 송신기 모듈 중 임의의 것의 컨트롤러에 의해 실행될 때 다음의 액션을 수행하는 소프트웨어: 대응하는 송신기 공진기의 입력 임피던스 및 대응하는 송신기 공진기에 의한 테스트 신호 전력 인출(test signal power draw) 중 하나를 측정하는 액션; 및 대응하는 송신기 공진기의 입력 임피던스 및 대응하는 송신기 공진기에 의한 테스트 신호 전력 인출 중 하나에 기초하여 룩업 테이블로부터 대응하는 전력 신호 소스에 대한 주파수를 선택하는 액션. 소프트웨어는, 실행될 때, 대응하는 전력 신호 소스로부터 전력 신호의 위상을 조정하면서, 대응하는 송신기 공진기에 의해 전달되는 전력의 레벨을 측정하는 액션을 수행할 수도 있다. 송신기 공진기는 접지된 차폐 그리드에 의해 실질적으로 상호 디커플링될 수도 있다.
추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 단일의 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 사전 설정된 주파수 대역에서 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중 하나에 독립적으로 설정될 수 있는 대응하는 송신기 모듈에 의해 각각 구동되는 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기 - 모든 송신기 공진기는 공통 송신 표면을 구비함 - 를 포함하는 다중 송신기 서브시스템을 제공하는 것; 송신기 공진기 중 두 개 이상과 중첩하는 단일의 수신기 공진기를 포함하는 공진 수신기 서브시스템을 공통 송신 표면에 근접하게 배치하는 것; 송신기 공진기 각각의 입력 임피던스 및 송신기 공진기 각각에 의해 테스트 신호로부터 인출되는 전력 중 하나를 측정하는 것; 대응하는 송신기 공진기에 의해 테스트 신호로부터 인출되는 전력 및 대응하는 측정된 공진기 입력 임피던스 중 하나에 기초하여 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기 각각에 대한 전력 신호를 오프 상태 및 액티브 상태 중 하나로 설정하는 것; 액티브 송신기 공진기의 측정된 입력 임피던스에 기초하여 복수의 사전 설정된 전력 진동 주파수 중에서부터 각각의 액티브 송신기 공진기에 대한 전력 신호 진동 주파수를 선택하는 것; 및 각각의 액티브 송신기 공진기의 전력 신호를 대응하는 선택된 주파수로 설정하는 것. 이 방법은 각각의 대응하는 송신기 공진기에 인가되는 전력 신호의 위상을, 송신기 공진기를 통한 전력 전달이 실질적으로 최대가 되는 위상으로 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다.
추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 두 개 이상의 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 사전 설정된 주파수 대역에서 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중 하나에 독립적으로 설정될 수 있는 대응하는 송신기 모듈에 의해 각각 구동되는 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기 - 모든 송신기 공진기는 공통 송신 표면을 구비함 - 를 포함하는 다중 송신기 서브시스템을 제공하는 것; 송신기 공진기 중 두 개 이상과 중첩하는 단일의 수신기 공진기를 각각 포함하는 두 개 이상의 공진 수신기 서브시스템을 공통 송신 표면에 근접하게 배치하는 것; 송신기 공진기 각각의 입력 임피던스 및 송신기 공진기 각각에 의해 테스트 신호로부터 인출되는 전력 중 하나를 측정하는 것; 대응하는 송신기 공진기에 의해 테스트 신호로부터 인출되는 전력 및 대응하는 측정된 공진기 입력 임피던스 중 하나에 기초하여 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기 각각에 대한 전력 신호를 오프 상태 및 액티브 상태 중 하나로 설정하는 것; 액티브 송신기 공진기의 측정된 입력 임피던스에 기초하여 복수의 사전 설정된 전력 진동 주파수 중에서부터 각각의 액티브 송신기 공진기에 대한 전력 신호 진동 주파수를 선택하는 것; 및 각각의 액티브 송신기 공진기의 전력 신호를 대응하는 선택된 주파수로 설정하는 것. 이 방법은 각각의 대응하는 송신기 공진기에 인가되는 전력 신호의 위상을, 송신기 공진기를 통한 전력 전달이 실질적으로 최대가 되는 위상으로 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다.
추가적인 양태에서, 광기전 전지(photovoltaic cell)로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 근접장 무선 시스템이 제공되는데, 그 시스템은 다음의 것을 포함한다: 광기전 전지와 유선으로 전기 통신하는 송신 모듈 - 송신 모듈은 광기전 전지로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호(oscillating electrical power signal)로 변환하도록 구성됨 - ; 송신 모듈과 유선으로 전기 통신하며 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 송신기 공진기; 진동 주파수에서 공진하도록 구성되며 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 배치되는 수신기 공진기; 및 수신기 공진기와 유선으로 전기 통신하는 수신기 모듈 - 수신기 모듈은 수신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 그리고 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하도록 구성됨 - .
송신 모듈은 진동 주파수에서 광기전 전지로부터 수신되는 전력을 변조하도록 구성되는 전력 증폭기를 포함할 수도 있다. 송신 모듈은 진동 주파수를 전력 증폭기에 제공하도록 구성되는 발진기를 포함할 수도 있다. 송신 모듈은 컨트롤러 및 하나 이상의 센서를 포함할 수도 있는데, 컨트롤러는 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제1 정보에 기초하여 진동 주파수를 변경하도록 구성된다. 송신 모듈은, 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제2 정보에 기초하여 송신 모듈에 의해 송신기 공진기에 제공되는 전력의 적어도 위상을 컨트롤러의 제어 하에서 변경하도록 구성되는 송신 튜닝 네트워크를 포함할 수도 있다.
시스템은 광기전 전지와 송신 모듈 사이에서 전기적으로 연결되며 송신 모듈과 호환되는 포맷으로 광기전 전지로부터의 전력을 적응시키도록 구성되는 전력 컨디셔닝 유닛을 포함할 수도 있다. 송신 모듈은 작은 신호 전자 회로부(작은 신호 전자 회로부)를 포함할 수도 있고 전력 컨디셔닝 유닛은 작은 신호 전자 회로부에 전력을 제공하도록 또한 구성될 수도 있다. 송신기 공진기는 전지의 액티브 태양 복사 수신 표면(active solar radiation receiving surface)에 대향하는 광기전 전지의 표면 상에 배치될 수도 있다. 송신기 공진기는 전지의 액티브 태양 복사 수신 표면의 범위의 적어도 대부분인 범위를 갖는 표면적을 갖는다.
송신기 공진기는 수신기 공진기의 평면 면적보다 더 작은 평면 면적을 가질 수도 있다. 수신기 공진기는 공진 주파수에서 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 추가적인 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 배치 및 구성될 수도 있다.
광기전 전지의 어레이로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 근접장 무선 시스템의 또 다른 실시형태에서, 시스템은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 송신 모듈 - 각각의 송신 모듈은 어레이 내의 대응하는 광기전 전지와 유선으로 전기 통신하고, 각각의 송신 모듈은 대응하는 광기전 전지로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하도록 구성됨 - ; 제2 복수의 송신기 공진기 - 각각의 송신 공진기는 제1 복수의 송신 모듈로부터의 대응하는 송신 모듈과 유선으로 전기 통신하고 진동 주파수에서 공진하도록 구성됨 - ; 진동 주파수에서 공진하도록 구성되며 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 복수의 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 배치되는 단일의 수신기 공진기; 및 수신기 공진기와 유선으로 전기 통신하는 수신기 모듈 - 수신기 모듈은 수신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 그리고 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하도록 구성됨 - .
제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 진동 주파수에서 대응하는 광기전 전지로부터 수신되는 전력을 변조하도록 구성되는 전력 증폭기를 포함할 수도 있다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 대응하는 전력 증폭기에 진동 주파수를 제공하도록 구성되는 발진기를 포함할 수도 있다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 컨트롤러 및 하나 이상의 센서를 더 포함할 수도 있는데, 컨트롤러는 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제1 정보에 기초하여 진동 주파수를 변경하도록 구성된다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은, 대응하는 컨트롤러의 제어 하에서, 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제2 정보에 기초하여, 송신 모듈에 의해 대응하는 송신기 공진기에 제공되는 전력의 적어도 위상을 변경하도록 구성되는 송신 튜닝 네트워크를 포함할 수도 있다.
시스템은 제3 복수의 전력 컨디셔닝 유닛을 포함할 수도 있는데, 제3 복수의 전력 컨디셔닝 유닛 중에서부터의 각각의 전력 컨디셔닝 유닛은 대응하는 광기전 전지와 대응하는 송신 모듈 사이에서 전기적으로 연결되고 대응하는 광기전 전지로부터의 전력을, 대응하는 송신 모듈과 호환되는 포맷으로 적응시키도록 구성된다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 작은 신호 전자 회로부를 포함할 수도 있고 대응하는 전력 컨디셔닝 유닛은 작은 신호 전자 회로부에 전력을 제공하도록 또한 구성될 수도 있다. 제2 복수의 송신기 공진기 중에서부터의 각각의 송신기 공진기는 전지의 액티브 태양 복사 수신 표면에 대향하는 대응하는 광기전 전지의 표면 상에 배치될 수도 있다.
광기전 전지의 어레이로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 근접장 무선 시스템의 또 다른 실시형태에서, 시스템은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 송신 모듈 - 각각의 송신 모듈은 어레이 내의 대응하는 광기전 전지와 유선으로 전기 통신하고, 각각의 송신 모듈은 대응하는 광기전 전지로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하도록 구성됨 - ; 제2 복수의 송신기 공진기 - 각각의 송신 공진기는 제1 복수의 송신 모듈로부터의 대응하는 송신 모듈과 유선으로 전기 통신하고 진동 주파수에서 공진하도록 구성됨 - ; 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 제3 복수의 수신기 공진기 - 제3 복수의 수신기 공진기 중에서부터의 각각의 수신기 공진기는 용량성 커플링 및 자기유도 중 적어도 하나를 통해 제2 복수의 송신기 공진기 중에서부터의 대응하는 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 배치됨 - ; 및 제4 복수의 수신기 모듈 - 각각의 수신기 모듈은 제3 복수의 수신기 공진기 중에서부터의 대응하는 수신기 공진기와 유선으로 전기 통신하고, 수신기 모듈은 대응하는 수신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 그리고 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하도록 구성됨 - .
제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 진동 주파수에서 대응하는 광기전 전지로부터 수신되는 전력을 변조하도록 구성되는 전력 증폭기를 포함할 수도 있다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 대응하는 전력 증폭기에 진동 주파수를 제공하도록 구성되는 발진기를 포함할 수도 있다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 컨트롤러 및 하나 이상의 센서를 더 포함할 수도 있는데, 컨트롤러는 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제1 정보에 기초하여 진동 주파수를 변경하도록 구성된다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은, 대응하는 컨트롤러의 제어 하에서, 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제2 정보에 기초하여, 송신 모듈에 의해 대응하는 송신기 공진기에 제공되는 전력의 적어도 위상을 변경하도록 구성되는 송신 튜닝 네트워크를 포함할 수도 있다.
시스템은 제5 복수의 전력 컨디셔닝 유닛을 더 포함할 수도 있는데, 제5 복수의 전력 컨디셔닝 유닛 중에서부터의 각각의 전력 컨디셔닝 유닛은 태양 전지(solar cell)의 어레이 중에서부터의 대응하는 광기전 전지와 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 대응하는 송신 모듈 사이에서 전기적으로 연결되고 대응하는 광기전 전지로부터의 전력을 대응하는 송신 모듈과 호환되는 포맷으로 적응시키도록 구성된다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 작은 신호 전자 회로부를 포함할 수도 있고, 제5 복수의 전력 컨디셔닝 유닛 중에서부터의 대응하는 전력 컨디셔닝 유닛은 작은 신호 전자 회로부에 전력을 제공하도록 또한 구성될 수도 있다. 제2 복수의 송신기 공진기 중에서부터의 각각의 송신기 공진기는 전지의 액티브 태양 복사 수신 표면에 대향하는 광기전 전지의 어레이 중에서부터의 대응하는 광기전 전지의 표면 상에 배치될 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 광기전 전지의 어레이로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 근접장 무선 시스템이 제공되는데, 그 시스템은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 송신 모듈 - 각각의 송신 모듈은 어레이 내의 대응하는 광기전 전지와 유선으로 전기 통신하고, 각각의 송신 모듈은 대응하는 광기전 전지로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하도록 구성됨 - ; 제2 복수의 송신기 공진기 - 각각의 송신 공진기는 제1 복수의 송신 모듈로부터의 대응하는 송신 모듈과 유선으로 전기 통신하고 진동 주파수에서 공진하도록 구성됨 - ; 복수의 송신기 공진기보다 개수가 더 적고 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 제3 복수의 수신기 공진기 - 제3 복수의 수신기 공진기 중에서부터의 각각의 수신기 공진기는 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 복수의 송신기 공진기의 일부로부터 전력을 수신하도록 배치됨 - ; 및 제4 복수의 수신기 모듈 - 각각의 수신기 모듈은 대응하는 수신기 공진기와 유선으로 전기 통신하고, 수신기 모듈은 대응하는 수신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 그리고 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하도록 구성됨 - .
제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 진동 주파수에서 대응하는 광기전 전지로부터 수신되는 전력을 변조하도록 구성되는 전력 증폭기를 포함할 수도 있다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 대응하는 전력 증폭기에 진동 주파수를 제공하도록 구성되는 발진기를 포함할 수도 있다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 컨트롤러 및 하나 이상의 센서를 더 포함할 수도 있는데, 컨트롤러는 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제1 정보에 기초하여 진동 주파수를 변경하도록 구성된다. 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은, 대응하는 컨트롤러의 제어 하에서, 하나 이상의 센서 중 적어도 하나로부터의 제2 정보에 기초하여, 송신 모듈에 의해 대응하는 송신기 공진기에 제공되는 전력의 적어도 위상을 변경하도록 구성되는 송신 튜닝 네트워크를 포함할 수도 있다.
시스템은 제5 복수의 전력 컨디셔닝 유닛을 포함할 수도 있는데, 제5 복수의 전력 컨디셔닝 유닛 중에서부터의 각각의 전력 컨디셔닝 유닛은 태양 전지의 어레이 중에서부터의 대응하는 광기전 전지와 제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 대응하는 송신 모듈 사이에서 전기적으로 연결되고 대응하는 광기전 전지로부터의 전력을 대응하는 송신 모듈과 호환되는 포맷으로 적응시키도록 구성된다.
제1 복수의 송신 모듈 중에서부터의 각각의 송신 모듈은 작은 신호 전자 회로부를 포함할 수도 있고, 제5 복수의 전력 컨디셔닝 유닛 중에서부터의 대응하는 전력 컨디셔닝 유닛은 작은 신호 전자 회로부에 전력을 제공하도록 또한 구성될 수도 있다. 제2 복수의 송신기 공진기 중에서부터의 각각의 송신기 공진기는 전지의 액티브 태양 복사 수신 표면에 대향하는 광기전 전지의 어레이 중에서부터의 대응하는 광기전 전지의 표면 상에 배치될 수도 있다.
추가적인 양태에서, 광기전 전지로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 방법이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 송신 모듈에서 광기전 전지로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것; 송신 모듈과 유선으로 전기 통신하며 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 송신기 공진기로 전력을 전달하는 것; 진동 주파수에서 공진하도록 구성되며 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 배치되는 수신기 공진기에서 전력을 수신하는 것; 수신기 공진기와 유선으로 전기 통신하는 수신기 모듈에서 전력을 수신하는 것; 및 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하는 것.
광기전 전지의 어레이로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 방법의 또 다른 실시형태에서, 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 대응하는 송신 모듈 각각에서, 어레이 내의 광기전 전지 각각으로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것; 송신 모듈 각각에서 전력을, 진동 주파수에서 공진하도록 각각 구성되는 제2 복수의 송신기 공진기 중에서부터의 대응하는 송신기 공진기로 전달하는 것; 진동 주파수에서 공진하도록 구성되고 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 복수의 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 배치되는 수신기 공진기에서 전력을 수신하는 것; 수신기 공진기와 유선으로 전기 통신하는 수신기 모듈에서 전력을 수신하는 것; 및 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하는 것.
광기전 전지의 어레이로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 방법의 또 다른 실시형태에서, 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 대응하는 송신 모듈 각각에서, 어레이 내의 광기전 전지 각각으로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것; 송신 모듈 각각으로부터의 전력을 제2 복수의 송신기 공진기 중에서부터의 대응하는 송신기 공진기 - 각각의 송신기 공진기는 진동 주파수에서 공진하도록 구성됨 - 로 전달하는 것; 각각의 송신기 공진기로부터의 전력을, 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 대응하는 수신기 공진기 - 각각의 수신기 공진기는 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 또한 구성되고 배치됨 - 에서 수신하는 것; 수신기 공진기와 유선으로 전기 통신하는 대응하는 수신기 모듈의 각각의 수신기 공진기로부터 전력을 수신하는 것; 및 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하는 것.
광기전 전지의 어레이로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 방법의 또 다른 실시형태에서, 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 대응하는 송신 모듈 각각에서, 어레이 내의 광기전 전지 각각으로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것; 송신 모듈 각각으로부터의 전력을 제2 복수의 송신기 공진기 중에서부터의 송신기 공진기 - 각각의 송신기 공진기는 진동 주파수에서 공진하도록 구성됨 - 로 전달하는 것; 각각의 송신기 공진기로부터의 전력을, 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 제3 복수의 수신기 공진기 중 임의의 근접 수신기 공진기 - 각각의 수신기 공진기는 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 송신기 공진기로부터 전력을 수신하도록 또한 구성되고 배치됨 - 에서 수신하는 것; 제3 복수의 수신기 공진기 사이에서 수신된 전력을 공유하는 것; 및 대응하는 하나 이상의 수신기 모듈을 통해 제3 복수의 수신기 공진기 중 하나 이상으로부터 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하는 것. 방법은, 전력을 진동 전력 신호로 변환하기 이전에, 각각의 광기전 전지로부터의 전력의 전압 및 전류를, 대응하는 송신 모듈에 적응되는 전압 및 전류로 변환하는 것을 더 포함할 수도 있다.
직류 소스로부터 전력 부하로 전력을 공급하기 위한 전력 전달 시스템이 제공되는데, 그 시스템은 다음의 것을 포함한다: 전력 소스와 유선으로 전기 통신하며 소스로부터의 직류 전압을 진동 주파수를 갖는 교류 전압 신호로 변환하도록 구성되는 라디오 주파수 전력 증폭기; 전력 부하와 유선으로 전기적으로 접촉하며 전력 증폭기와 라디오 주파수 통신하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기; 증폭기로부터 전달되는 전력을 수신하도록 구성되는 정류기; 및 정류기와 통신하는 수신기 컨트롤러 - 수신기 컨트롤러는 정류기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 증폭기로부터 정류기로의 전력 전달의 효율성을 조정하도록 구성됨 - . 정류기는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 정류기일 수도 있다.
수신기 컨트롤러는 정류기의 전류-전압 위상 특성을 자동적으로 조정하도록 구성될 수도 있다. 전력 전달 시스템은 부하와 유선으로 통신하며 부하와 정류기 사이에서 전력 신호 관점에서 배치되는(power signal-wise disposed) 부하 관리 시스템을 더 포함할 수도 있는데, 부하 관리 시스템은 정류기의 입력 임피던스를 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 부하 관리 시스템은 정류기의 전류-전압 위상 특성을 자동적으로 조정하도록 구성될 수도 있다.
전력 전달 시스템은 증폭기와 통신하는 송신기 컨트롤러를 더 포함할 수도 있는데, 송신기 컨트롤러는 증폭기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 송신기 컨트롤러는 전력 전달의 효율성을 증가시키기 위해 증폭기의 전류-전압 위상 특성을 자동적으로 조정하도록 구성될 수도 있다.
전력 전달 시스템은 증폭기 및 송신기 컨트롤러와 통신하는 발진기를 더 포함할 수도 있다. 송신기 컨트롤러는 발진기를 통해 진동 주파수를 조정하도록 구성될 수도 있다.
전력 증폭기는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기와 직접적으로 유선으로 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기와 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 전달 시스템은 전력 증폭기와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기 및 정류기와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 수신기 공진기를 포함할 수도 있다. 송신기 공진기 및 수신기 공진기는 서로 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기는 정류기와의 용량성 근접장 무선 라디오 주파수 통신 및 유도 근접장 무선 라디오 주파수 통신 중 적어도 하나의 무선 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기는 정류기와 바이모달 근접장 무선 라디오 주파수 통신(bimodal near-field wireless radio frequency communication)할 수도 있다.
직류 소스는 재충전 가능 배터리를 포함할 수도 있고 부하는 전기 모터를 포함할 수도 있다. 부하는 컴퓨터 모니터를 포함할 수도 있다. 시스템의 공진 구조는 시스템의 적어도 하나의 전기적으로 전도성인 기계적 부하 지지 구조 컴포넌트를 포함할 수도 있다.
시스템은 소스와 전력 전달 시스템 사이에서 전기적으로 배치되는 전력 컨디셔닝 유닛을 더 포함할 수도 있는데, 전력 컨디셔닝 유닛은 전력 전달의 효율성을 개선하기 위해 소스로부터의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된다.
직류 전력 소스로부터 전력 부하로의 전력 전달을 위한 방법이 또한 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 전력 소스와 유선으로 전기 통신하는 전력 전달 시스템 - 전력 전달 시스템은 전력 부하와 유선으로 전기적으로 접촉하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기와 라디오 주파수 통신하는 라디오 주파수 전력 증폭기를 포함함 - 을 제공하는 것; 증폭기에서 직류 소스로부터의 전력을 라디오 주파수 진동 전력 신호로 변환하는 것; 정류기에서 라디오 주파수 진동 전력 신호를 직류 전력 신호로 변환하는 것; 및 정류기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것. 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기를 제공하는 것은, 차동 자체 동기식 라디오 주파수 정류기를 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
방법은 증폭기의 직류 등가 입력 저항을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템을 제공하는 것은 정류기와 부하 사이에 유선 통신으로 부하 관리 시스템을 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 증폭기의 직류 등가 입력 저항을 조정하는 것은 부하 관리 시스템을 조정하는 것에 의해 정류기의 입력 임피던스를 조정하는 것을 포함할 수도 있다. 부하 관리 시스템을 조정하는 것은 부하 관리 시스템을 자동적으로 조정하는 것을 포함할 수도 있다.
방법은 전력 증폭기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템을 제공하는 것은 전력 증폭기를 제어하기 위한 전력 증폭기와 통신하는 송신기 컨트롤러를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 전력 증폭기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 송신기 컨트롤러에 의해 수행될 수도 있다. 전력 증폭기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 송신기 컨트롤러에 의해 자동적으로 수행될 수도 있다.
방법은 전력 증폭기의 진동 주파수를 변경하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다.
전력 전달 시스템을 제공하는 것은 정류기를 제어하기 위한 정류기와 통신하는 수신기 컨트롤러를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 정류기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 수신기 컨트롤러에 의해 수행될 수도 있다. 정류기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 수신기 컨트롤러에 의해 자동적으로 수행될 수도 있다.
전력 전달 시스템을 제공하는 것은 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기와 직접적으로 유선으로 라디오 주파수 통신하는 전력 증폭기를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템을 제공하는 것은 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기와 무선 근접장 라디오 주파수 통신하는 전력 증폭기를 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
전력 전달 시스템을 제공하는 것은 전력 증폭기와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기 및 라디오 주파수 정류기와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 수신기 공진기를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 방법은 서로 무선 근접장 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기와 수신기 공진기를 동작시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템을 제공하는 것은 정류기와의 용량성 근접장 무선 라디오 주파수 통신 및 유도 근접장 무선 라디오 주파수 통신 중 적어도 하나의 무선 라디오 주파수 통신하는 전력 증폭기를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템을 제공하는 것은 정류기와 바이모달 무선 근접장 통신하는 전력 증폭기를 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
방법은 다음의 것을 더 포함할 수도 있다: 전력 소스와 전력 전달 시스템 사이에 전기적으로 배치되는 전력 컨디셔닝 유닛을 제공하는 것; 및 소스로부터의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조정하여 전력 전달의 효율성을 개선하기 위해 전력 컨디셔닝 유닛을 조정하는 것.
직류 전력 소스로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 방법이 또한 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 전력 소스와 유선으로 전기 통신하는 전력 전달 시스템 - 전력 전달 시스템은: 진동 주파수에서 진동할 수 있는 발진기; 둘 모두 송신기 컨트롤러의 제어 하에 있는 전력 증폭기 및 송신기 튜닝 네트워크; 및 둘 모두 수신기 컨트롤러의 제어 하에 있는 수신기 튜닝 네트워크 및 부하 관리 시스템을 포함하고, 부하 관리 시스템은 전력 부하와 유선으로 전기 통신함 - 을 제공하는 것; 전력 증폭기에서 전력 소스로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것; 송신기 컨트롤러의 제어 하에서, 송신기 튜닝 네트워크 및 수신기 튜닝 네트워크를 통해 전력 증폭기로부터 부하 관리 시스템으로 전력 신호를 전달하는 것; 전력 전달의 레이트를 변경하기 위해, 진동 주파수, 전력 증폭기의 입력 DC 등가 저항, 송신기 튜닝 네트워크, 수신기 튜닝 네트워크, 및 부하 관리 시스템 중 적어도 하나를 조정하는 것; 및 부하 관리 시스템에 의해 수신되는 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하에 직류 형태로 제공하는 것.
송신기 튜닝 네트워크 및 수신기 튜닝 네트워크를 통해 전력 신호를 전달하는 것은 유선 통신에 의해 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 송신기 튜닝 네트워크 및 수신기 튜닝 네트워크를 통해 전력 신호를 전달하는 것은 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것은 근접장 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 근접장 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것은 용량성 및 유도 커플링 중 적어도 하나에 의해 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다.
직류 전력 소스로부터 전력을 전달하는 것은 적어도 하나의 태양 전지로부터 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 직류 전력 소스로부터 전력을 전달하는 것은 적어도 하나의 태양 전지 배터리로부터 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 직류 전력 소스로부터 전력을 전달하는 것은 가변 전압을 갖는 전력 소스로부터 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 전기 구동 시스템(electrically powered system)은 다음의 것을 포함한다: 전기적으로 전도성인 제1 부분을 갖는 기계적 부하 지지 구조물(mechanical load bearing structure); 전력 부하; 및 근접장 무선 전력 전달을 위해 구성되는 적어도 하나의 라디오 주파수 공진기 - 공진기는 전기적으로 전도성인 제1 부분을 적어도 부분적으로 포함함 - 를 포함하는 전력 전달 시스템. 전기 구동 시스템은 재충전 가능 배터리를 더 포함할 수도 있고 전력 부하는 전기 모터를 포함할 수도 있다. 전기 구동 시스템은 전기 차량일 수도 있고 기계적 부하 지지 구조물은 차량의 섀시를 포함할 수도 있다. 전기 구동 시스템은 디스플레이 모니터일 수도 있고 기계적 부하 지지 구조물은 모니터의 프레임 및 베이스 중 적어도 하나일 수도 있다.
전기 구동 시스템은 전력 소스를 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템은 다음의 것을 포함할 수도 있다: 전력 소스와 유선으로 전기 통신하며 소스로부터의 직류 전압을 진동 주파수를 갖는 교류 전압 신호로 변환하도록 구성되는 라디오 주파수 전력 증폭기; 전력 부하와 유선으로 전기적으로 접촉하며 전력 증폭기와 라디오 주파수 통신하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기; 증폭기로부터 전달되는 전력을 수신하도록 구성되는 정류기; 및 정류기와 통신하는 수신기 컨트롤러 - 수신기 컨트롤러는 정류기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 증폭기로부터 정류기로의 전력 전달의 효율성을 조정하도록 구성됨 - .
다른 실시형태에서, 장치는: 전기적으로 전도성인 제1 부분을 갖는 기계적 부하 지지 구조물; 전력 소스; 전력 부하; 및 전력 전달 시스템을 포함하고, 전력 전달 시스템은: 전력 소스와 유선으로 전기 통신하며 소스로부터의 직류 전압을 진동 주파수를 갖는 교류 전압 신호로 변환하도록 구성되는 라디오 주파수 전력 증폭기; 전력 부하와 유선으로 전기적으로 접촉하며 전력 증폭기와 라디오 주파수 통신하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기; 증폭기로부터 전달되는 전력을 수신하도록 구성되는 정류기; 및 정류기와 통신하는 수신기 컨트롤러 - 수신기 컨트롤러는 정류기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 증폭기로부터 정류기로의 전력 전달의 효율성을 조정하도록 구성됨 - 를 포함하고; 전기적으로 전도성인 제1 부분은 라디오 주파수 신호를 증폭기로부터 반송하는 것 및 정류기로 반송하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 배치된다.
장치는 부하와 유선으로 통신하며 부하와 정류기 사이에서 전력 신호 관점에서 배치되는 부하 관리 시스템을 더 포함할 수도 있는데, 부하 관리 시스템은 정류기의 입력 임피던스를 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 장치는 증폭기와 통신하는 송신기 컨트롤러를 더 포함할 수도 있는데, 송신기 컨트롤러는 증폭기의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 장치는 증폭기 및 송신기 컨트롤러와 통신하는 발진기를 더 포함할 수도 있는데, 송신기 컨트롤러는 발진기를 통해 진동 주파수를 조정하도록 구성된다.
전력 증폭기는 전기적으로 전도성인 제1 부분을 통해 정류기와 직접적으로 유선으로 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기는 정류기와 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 전달 시스템은 전력 증폭기와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기 및 정류기와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 수신기 공진기를 포함할 수도 있으며, 송신기 공진기 및 수신기 공진기 중 하나는 전기적으로 전도성인 제1 부분을 포함할 수도 있다. 송신기 공진기 및 수신기 공진기는 서로 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기는 정류기와의 용량성 근접장 무선 라디오 주파수 통신 및 유도 근접장 무선 라디오 주파수 통신 중 적어도 하나의 무선 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기는 정류기와 바이모달 근접장 무선 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 직류 소스는 재충전 가능 배터리를 포함할 수도 있고 부하는 전기 모터를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스는 밀봉된 디바이스 외부의 디바이스와 전기적으로 통신하도록 배치되는 복수의 단자를 포함하는데, 밀봉된 디바이스는 밀봉된 내부 내에, 적어도 하나의 DC 단자, 적어도 하나의 AC 단자, 및 적어도 하나의 제어 단자를 구비하는 다중 단자 전력 스위칭 디바이스 - 다중 단자 전력 스위칭 디바이스는 증폭 상태와 정류 상태 사이에서 조정 가능하며: 적어도 하나의 DC 단자를 통해, DC 전압 및 DC 전류를 양방향으로 전달하도록; 그리고 적어도 하나의 AC 단자를 통해, 진폭, 주파수, 및 위상을 갖는 라디오 주파수 전력 신호를 양방향으로 전달하도록 배열됨 - ; 컨트롤러와의 유선의 데이터 통신에서, 적어도 하나의 제어 단자를 통해 전력 스위칭 디바이스와 유선으로 전기 통신하며: 전력 스위칭 디바이스의 적어도 하나의 제어 단자에서, 라디오 주파수 전력 신호의 주파수 및 위상을 갖는 라디오 주파수 진동 신호를 확립하도록; 그리고 컨트롤러의 명령 하에 라디오 주파수 진동 신호의 위상을 조정하는 것에 의해 전력 스위칭 디바이스를 증폭 상태와 정류 상태 사이에서 조정하도록 배열되는 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러는 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 밀봉된 내부 내에 배치될 수도 있다. 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스의 복수의 단자는 밀봉된 내부 외부의 디바이스와 컨트롤러 사이의 데이터 통신을 위한 단자를 포함할 수도 있다.
라디오 주파수 전력 신호는 듀티 사이클을 가질 수도 있고 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 라디오 주파수 진동 신호의 듀티 사이클을 조정하는 것에 의해 라디오 주파수 전력 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 또한 배열될 수도 있다. 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 컨트롤러로부터의 명령 하에 라디오 주파수 진동 신호를 생성하기 위한 라디오 주파수 발진기를 포함할 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 밀봉된 내부 내에, 적어도 하나의 AC 단자를 통해 전력 스위칭 디바이스와 유선으로 전기 통신하는 튜닝 네트워크를 더 포함할 수도 있는데, 튜닝 네트워크는, 컨트롤러로부터의 명령 하에, 라디오 주파수 전력 신호를 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호로 조정하도록 배열된다. 양방향 전력 전달 회로 디바이스는 라디오 주파수 전력 신호 상으로 정보를 변조하도록 구성되는 변조기를 포함할 수도 있다. 변조기는 튜닝 네트워크를 포함할 수도 있다. 변조기는 컨트롤러에 의해 제공되는 정보를 사용하여 라디오 주파수 전력 신호를 변조하도록 구성될 수도 있다. 튜닝 네트워크는 라디오 주파수 전력 신호에서 라디오 주파수 진동 신호의 고조파를 억제하도록 배열되는 고조파 종단 네트워크 회로(harmonic termination network circuit)를 포함할 수도 있다. 고조파 종단 네트워크는 하나 이상의 인덕터 및 제1 고조파 종단부, 제2 고조파 종단부 및 제3 고조파 종단부 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 밀봉된 내부 내에, 튜닝 네트워크와 유선으로 전기 통신하게 배치되며 튜닝 네트워크와 밀봉된 디바이스 외부의 AC 부하/소스 사이에서 전달되는 임의의 라디오 주파수 전력 신호의 진폭, 주파수 및 위상을 결정하도록 배열되는 진폭/주파수/위상 검출기를 더 포함할 수도 있다. 튜닝 네트워크는 보상 네트워크, 매칭 네트워크, 및 필터 중 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.
위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열될 수도 있다. 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열될 수도 있다. 튜닝 네트워크는, 전력 스위칭 디바이스가 증폭 상태에 있을 때, 진폭/주파수/위상 검출기로부터의 측정 데이터에 기초하여 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호의 전압과 전류 사이의 위상 차이를 조정하기 위한 전압-전류 튜너를 포함할 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 전력 스위칭 디바이스와 밀봉된 디바이스 외부의 DC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 밀봉된 내부 내에, 전력 스위칭 디바이스와 외부 DC 전력 소스/부하를 임피던스 매칭시키도록 그리고 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 전력 스위칭 디바이스와 DC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 그리고 전력 스위칭 디바이스와 밀봉된 디바이스 외부의 DC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 밀봉된 내부 내에, 전력 스위칭 디바이스와 외부 DC 전력 소스/부하를 임피던스 매칭시키도록 그리고 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 전력 스위칭 디바이스와 DC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함할 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 밀봉된 내부 내에, 전력 스위칭 디바이스와 전력 관리 회로 사이에 전달되는 DC 전압 및 DC 전류를 결정하도록 배치되는 전압/전류 검출기를 더 포함할 수도 있다. 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 전압/전류 검출기에 의해 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 전압/전류 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열될 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 밀봉된 내부 내에, 컨트롤러와, 진폭/주파수/위상 검출기와, 그리고 전압/전류 검출기와 유선으로 데이터 통신하는 메모리를 더 포함할 수도 있는데, 여기서, 메모리는 두 개의 검출기로부터 측정 데이터를 수신하여 저장하도록 그리고 두 개의 검출기로부터 컨트롤러로 신호 데이터를 제공하도록 배열된다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 전력 스위칭 디바이스와 밀봉된 디바이스 외부의 AC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 밀봉된 내부 내에, 외부 AC 전력 소스/부하 및 전력 스위칭 디바이스의 진폭, 주파수, 및 위상을 매칭시키도록 그리고 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 전력 스위칭 디바이스와 AC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 AC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함할 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 그리고 전력 스위칭 디바이스와 밀봉된 디바이스 외부의 AC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 밀봉된 내부 내에, 외부 AC 전력 소스/부하 및 전력 스위칭 디바이스의 진폭, 주파수, 및 위상을 매칭시키도록 그리고 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 전력 스위칭 디바이스와 AC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 AC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함할 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 밀봉된 내부 내에, 전력 스위칭 디바이스와 전력 관리 회로 사이에 전달되는 DC 전압 및 DC 전류를 결정하도록 배치되는 전압/전류 검출기를 더 포함할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 전압/전류 검출기에 의해 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열된다. 몇몇 실시형태에서, 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 전압/전류 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열된다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 밀봉된 내부 내에, 컨트롤러와, 진폭/주파수/위상 검출기와, 그리고 전압/전류 검출기와 유선으로 데이터 통신하는 메모리를 더 포함할 수도 있는데, 여기서, 메모리는 두 개의 검출기로부터 측정 데이터를 수신하여 저장하도록 그리고 두 개의 검출기로부터 컨트롤러로 신호 데이터를 제공하도록 배열된다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스는, 밀봉된 내부 내에, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스 외부의 디바이스와 컨트롤러 사이에서 정보를 전달하기 위한 블루투스(Bluetooth) 통신 회로, 와이파이(WiFi) 통신 회로, 지그비(Zigbee) 통신 회로 및 셀룰러 통신 기술 회로 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 통신 회로는 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스 외부의 디바이스와 통신하도록 배열되는 적어도 하나의 통신 안테나와 양방향 유선 통신할 수도 있다. 통신 회로를 위한 안테나는 밀봉된 디바이스의 밀봉된 내부에 배치될 수도 있다.
양방향 전력 전달 회로 디바이스는 라디오 주파수 전력 신호 및 DC 전압 중 적어도 하나 상으로 정보를 변조하도록 구성되는 변조기를 포함할 수도 있다. 변조기는 전력 스위칭 디바이스를 포함할 수도 있다. 변조기는 컨트롤러에 의해 제공되는 정보를 사용하여 라디오 주파수 전력 신호 및 DC 전압 중 적어도 하나를 변조하도록 구성될 수도 있다. 변조기는 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로를 더 포함할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 모든 회로 엘리먼트는 실리콘 단결정 웨이퍼에서 단일체로(monolithically) 통합될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 디바이스의 회로 엘리먼트 중 적어도 일부는 플립 칩(flip-chip) 기술에 의해 통합될 수도 있다.
하나의 특정한 실시형태에서, 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 전자 회로는 DC 소스/부하로서 기능하는 적어도 하나의 광기전 전지와 공동으로 단일의 실리콘 단결정 웨이퍼 내에 구현될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 전자 회로는 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면 상에 AC 부하/소스로서 기능하는 공진기 구조물 및 DC 소스/부하(700)로서 기능하는 적어도 하나의 광기전 전지와 공동으로 단일의 실리콘 단결정 웨이퍼 내에 구현될 수도 있다. 블루투스, 와이파이, 지그비 및 셀룰러 기술과의 사용을 위한 안테나도 또한 동일한 단일의 실리콘 단결정 웨이퍼 상에서 통합될 수도 있다.
예시적인 실시형태는 도면 중 참조된 도면에서 예시된다. 본원에서 개시되는 실시형태 및 도면은 제한적이기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 한다는 것이 의도된다.
도 1은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 무선 전력 전달 시스템의 개략적인 다이어그램이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그들 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 안테나를 묘사한다.
도 3a 및 도 3b는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그들 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 안테나의 측면 프로파일 뷰를 묘사한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그들 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 공진기의 측면 프로파일 뷰를 묘사한다.
도 5는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 공진기의 단면을 묘사한다.
도 6은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 무선 전력 전달 시스템의 1차 측의 개략적인 묘사이다.
도 7은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 무선 전력 전달 시스템의 2차 측의 개략적인 묘사이다.
도 8은 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 전력 증폭기의 개략적인 묘사이다.
도 9는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 자체 동기식 정류기의 개략적인 묘사이다.
도 10은 하나의 예에 따른 송신기 공진기에 대한 전력 신호를 조정하기 위해 사용되는 도 6에 따른 V/I 튜너의 더욱 상세한 개략적인 묘사를 도시한다.
도 11은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 공진 전력 신호 진동 주파수에서 조정 가능한 전달 모드 비율에 따라 전력을 바이모달 방식으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 방법의 플로우차트를 도시한다.
도 12는 단일의 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템의 개략적인 표현이다.
도 13a 및 도 13b는 단일의 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 묘사한다.
도 14는 하나보다 더 많은 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 묘사한다.
도 15는 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 단일의 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 16은 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 단일의 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다른 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 17은 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 하나보다 더 많은 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 18은 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 하나보다 더 많은 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다른 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 19a는 광기전 태양 전지로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 19b는 광기전 태양 전지로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 다대일 구성에서 도 19a의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 사용하도록 구성되는 태양 전지 어레이의 정면도(front view) 및 배면도(rear view)를 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 일 대 일 구성에서 도 19a의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 사용하도록 구성되는 태양 전지 어레이의 정면도 및 배면도를 도시한다.
도 22a 및 도 22b는 도 19a의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 사용하도록 구성되는 태양 전지 어레이의 정면도 및 배면도를 행 기반의 구성에서 도시한다.
도 23은 광기전 전지 태양 전지로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 24는 광기전 전지 태양 전지 어레이로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 다른 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 25는 광기전 태양 전지 어레이로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 다른 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 26은 광기전 태양 전지 어레이로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 다른 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 27a는 전력 전달 시스템의 실시형태를 사용하는 전기 차량의 일부 도면을 도시한다.
도 27b는 전력 전달 시스템의 실시형태를 사용하는 전기 차량의 일부의 다른 도면을 도시한다.
도 28a는 전력 전달 시스템의 실시형태를 사용하는 컴퓨터 모니터의 도면을 도시한다.
도 28b는 전력 전달 시스템의 다른 실시형태를 사용하는 컴퓨터 모니터를 도시한다.
도 29는 직류 소스로부터 전력 부하로 전력을 전달하는 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 30은 직류 소스로부터 전력 부하로 전력을 전달하는 추가적인 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 31은 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템에서 송신-수신 모듈 사이에서 전력을 전달하는 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 32는 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 33은 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 한 구현예를 도시한다.
도 34a는 광기전 전지와 동일한 실리콘 웨이퍼에서 구현되는 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 한 구현예를 도시한다.
도 34b는 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 공진기를 갖는 도 34a의 결합된 디바이스를 도시한다.
도 35a는 광기전 태양 전지로부터 AC 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 35b는 광기전 태양 전지로부터 AC 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 36은 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 1은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 무선 전력 전달 시스템의 개략적인 다이어그램이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그들 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 안테나를 묘사한다.
도 3a 및 도 3b는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그들 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 안테나의 측면 프로파일 뷰를 묘사한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그들 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 공진기의 측면 프로파일 뷰를 묘사한다.
도 5는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 공진기의 단면을 묘사한다.
도 6은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 무선 전력 전달 시스템의 1차 측의 개략적인 묘사이다.
도 7은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 무선 전력 전달 시스템의 2차 측의 개략적인 묘사이다.
도 8은 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 전력 증폭기의 개략적인 묘사이다.
도 9는 다양한 예시적인 실시형태에서 또는 그 자체로 또는 다른 개시된 엘리먼트와 조합하여 사용될 수도 있는 예시적인 자체 동기식 정류기의 개략적인 묘사이다.
도 10은 하나의 예에 따른 송신기 공진기에 대한 전력 신호를 조정하기 위해 사용되는 도 6에 따른 V/I 튜너의 더욱 상세한 개략적인 묘사를 도시한다.
도 11은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 공진 전력 신호 진동 주파수에서 조정 가능한 전달 모드 비율에 따라 전력을 바이모달 방식으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 방법의 플로우차트를 도시한다.
도 12는 단일의 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템의 개략적인 표현이다.
도 13a 및 도 13b는 단일의 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 묘사한다.
도 14는 하나보다 더 많은 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 묘사한다.
도 15는 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 단일의 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 16은 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 단일의 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다른 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 17은 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 하나보다 더 많은 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 18은 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템으로부터 하나보다 더 많은 공진 수신기 서브시스템으로 전력을 전달하기 위한 다른 무선 근접장 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 19a는 광기전 태양 전지로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 19b는 광기전 태양 전지로부터 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 다대일 구성에서 도 19a의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 사용하도록 구성되는 태양 전지 어레이의 정면도(front view) 및 배면도(rear view)를 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 일 대 일 구성에서 도 19a의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 사용하도록 구성되는 태양 전지 어레이의 정면도 및 배면도를 도시한다.
도 22a 및 도 22b는 도 19a의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 사용하도록 구성되는 태양 전지 어레이의 정면도 및 배면도를 행 기반의 구성에서 도시한다.
도 23은 광기전 전지 태양 전지로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 24는 광기전 전지 태양 전지 어레이로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 다른 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 25는 광기전 태양 전지 어레이로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 다른 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 26은 광기전 태양 전지 어레이로부터 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하는 다른 방법에 대한 플로우차트의 도면을 도시한다.
도 27a는 전력 전달 시스템의 실시형태를 사용하는 전기 차량의 일부 도면을 도시한다.
도 27b는 전력 전달 시스템의 실시형태를 사용하는 전기 차량의 일부의 다른 도면을 도시한다.
도 28a는 전력 전달 시스템의 실시형태를 사용하는 컴퓨터 모니터의 도면을 도시한다.
도 28b는 전력 전달 시스템의 다른 실시형태를 사용하는 컴퓨터 모니터를 도시한다.
도 29는 직류 소스로부터 전력 부하로 전력을 전달하는 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 30은 직류 소스로부터 전력 부하로 전력을 전달하는 추가적인 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 31은 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템에서 송신-수신 모듈 사이에서 전력을 전달하는 방법에 대한 플로우차트를 도시한다.
도 32는 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도 33은 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 한 구현예를 도시한다.
도 34a는 광기전 전지와 동일한 실리콘 웨이퍼에서 구현되는 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 한 구현예를 도시한다.
도 34b는 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 공진기를 갖는 도 34a의 결합된 디바이스를 도시한다.
도 35a는 광기전 태양 전지로부터 AC 전력 부하로 전력을 무선으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 35b는 광기전 태양 전지로부터 AC 전력 부하로 전력을 전달하기 위한 전력 전달 시스템을 도시한다.
도 36은 양방향 전력 전달 회로 디바이스의 개략적인 다이어그램을 도시한다.
이하의 설명 전반에 걸쳐, 기술 분야의 숙련된 자에게 더욱 철저한 이해를 제공하기 위해, 구체적인 세부 사항이 기술된다. 그러나, 본 개시를 불필요하게 불명료하게 하는 것을 방지하기 위해, 널리 공지된 엘리먼트는 상세하게 도시 또는 설명되지 않았을 수도 있다. 따라서, 본 설명 및 도면은, 제한적인 의미가 아니라, 예시적인 의미에서 고려되어야 한다.
본 발명의 하나의 양태는 송신기(1차 측으로서 또한 지칭됨) 및 수신기(2차 측으로서 또한 지칭됨)를 포함하는 무선 전력 전달 시스템을 제공한다. 본 발명의 다른 양태는 다른 무선 전력 전달 시스템의 일부로서 활용될 수도 있는 무선 전력 송신기를 제공한다. 본 발명의 다른 양태는 다른 무선 전력 전달 시스템의 일부로서 활용될 수도 있는 무선 전력 수신기를 제공한다. 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른 송신기는 유도성 전력 전달에 의해 및/또는 용량성 전력 전달에 의해 전력을 송신하도록 구성되는 공진기를 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 본 발명의 몇몇 실시형태에 따른 수신기는 유도성 전력 전달에 의해 및/또는 용량성 전력 전달에 의해 전력을 수신하도록 구성되는 공진기를 포함할 수도 있다.
도 1은 1차 측(12) 및 2차 측(14)을 포함하는 무선 전력 전달(wireless power transfer; WPT) 시스템(10)의 단순화된 개략적인 다이어그램이다. 1차 측(12)은 송신기로서 또한 지칭될 수도 있고 2차 측(14)은 수신기로서 또한 지칭될 수도 있다. 1차 측(12)은 송신기 모듈(20) 및 송신기 공진기(30)를 포함하고, 2차 측(14)은 수신기 모듈(40) 및 수신기 공진기(50)를 포함한다.
송신기 모듈(20)은, 예를 들면, 직류(DC) 전력을 포함하는 전력을 입력으로서 수신한다. 묘사되지는 않지만, 송신기 모듈(20)은, 예를 들면, 인버터, 송신기 보상 네트워크 및/또는 본원에서 추가로 설명되는 다른 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 송신기 모듈(20)은, 출력으로서, 예를 들면, 교류(AC) 전력을 포함하는 전력을 송신기 공진기(30)에 전달한다.
송신기 공진기(30)는, 입력으로서, 송신기 모듈(20)로부터 전력을 수신하고 자기장(31A)(예를 들면, 시변 자기장) 및/또는 전기장(31B)(예를 들면, 시변 전기장)을 출력할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 공진기(30)는 IPT의 목적을 위해 자기장(31A)을 출력한다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 공진기(30)는 CPT의 목적을 위해 전기장(31B)을 출력한다. 몇몇 실시형태에서, 공진기(30)는 CPT 및 IPT를 통한 전력의 동시적 전달의 목적을 위해 자기장(31A) 및 전기장(31B)을 동시에 출력한다. 몇몇 실시형태에서, 공진기(30)는 CPT의 목적을 위해 전기장(31B)을 출력하는 것, IPT의 목적을 위해 자기장(31A)을 출력하는 것 및 CPT 및 IPT를 통한 전력의 동시적 전달의 목적을 위해 자기장(31A) 및 전기장(31B)을 동시에 출력하는 것 사이에서 스위칭될 수 있다.
형용사 용어 "바이모달(bimodal)"은 본원에서 동시적 용량성 신호 전달 및 유도성 신호 전달을 위해 구성되는 시스템을 설명하기 위해 사용된다.
자기장(31A)이 존재하는 상태에서, IPT의 목적을 위해 수신기 공진기(50)에서 전류가 유도될 수도 있다. 전기장(31B)이 존재하는 상태에서, 수신기 공진기(50)(또는 그것의 하나 이상의 안테나) 상에서 교류 전위가 유도될 수도 있다.
자기장(31A)에 의해 수신기 공진기(50)에서 전류가 유도되는 경우, 그러한 전류는 수신기 모듈(40)로 출력될 수도 있다. 마찬가지로, 전기장(31B)에 의해 수신기 공진기(50) 상에서 교류 전위가 유도되는 경우, 전류는 수신기 공진기(50)에 의해 수신기 모듈(40)로 흐르게 될 수도 있다.
수신기 모듈(40)은, 입력으로서, 수신기 공진기(50)로부터 전력(예를 들면, AC 전력)을 수신할 수도 있고 전력(예를 들면, DC 전력)을 부하로 출력할 수도 있다. 부하는 배터리 또는 수퍼커패시터와 같은 축전 디바이스에 대한 충전일 수도 있다. 비제한적 예로서, 부하는 자전거 공유 플리트(bike-share fleet)의 일부인 전기 자전거(e-bicycle)와 같은 전기 자전거(전기 자전거(e-bicycle) 또는 전기 자전거(e-bike)로서 또한 지칭됨), 자동차, 보트, 등등의 엘리먼트를 포함할 수도 있거나 또는 그 엘리먼트일 수도 있다. 묘사되지는 않지만, 수신기 모듈(40)은, 예를 들면, 정류기, 수신기 보상 네트워크 및/또는 본원에서 추가로 논의되는 다른 컴포넌트를 포함할 수도 있다.
WPT 시스템(10)은, 다양한 이유 때문에, 송신기 모듈(20)로부터 CPT를 통해 수신기 모듈(20)로 전달되는 전력 대 송신기 모듈(40)에 의해 IPT를 통해 수신기 모듈(40)로 전달되는 전력의 비율("전달 모드 비율")을 조정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 전달 모드 비율은, 송신기 공진기(30)와 수신기 공진기(50) 사이의 거리가 증가할 때 CPT에 의해 전달되는 전력의 비율을 증가시키도록; WPT 시스템(10) 인근에 살아 있는 존재(예를 들면, 인간 또는 동물)가 있을 때 IPT에 의해 전달되는 전력의 비율을 증가시키도록; 오브젝트(예를 들면, 금속 오브젝트)가 WPT 시스템(10) 인근에 있을 때 CPT에 의해 전달되는 전력의 비율을 증가시키도록; 송신기 공진기(30)와 수신기 공진기(50) 사이의 정렬이 악화될 때 CPT에 의해 전달되는 전력의 비율을 증가시키도록; 및/또는 전술한 것의 임의의 조합을 행하도록 조정될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 전달 모드 비율은 풍력 터빈 및 솔라 패널(solar panel)의 경우에 때때로 활용되는 "관찰 및 교란(observe and perturb)"과 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 최대 전력 지점 추적 기술에 따라 조정될 수도 있다(예를 들면, S. Dehghani, S. Abbasian and T. Johnson, "Adjustable Load With Tracking Loop to Improve RF Rectifier Efficiency Under Variable RF Input Power Conditions," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 64, no. 2, pp. 343-352, Feb. 2016. 참조). 몇몇 실시형태에서, 전달 모드 비율은 머신 러닝 알고리즘(machine learned algorithm)에 따라 조정될 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, WPT 시스템(10)이 WPT 효율성이 바람직하지 않게 낮다는 것을 결정하는 경우, WPT 시스템(10)은 CPT(또는 IPT)에 의해 전달되는 전력의 비율을 증가시킬 수도 있다. CPT(또는 IPT)에 대한 의존성을 증가시키는 것에 의해 WPT 효율성이 부정적인 영향을 받는 경우, 그러면 WPT 시스템(10)은 CPT(또는 IPT)에 대한 의존성을 감소시킬 수도 있다. 이 프로세스는, 바람직한/최대 WPT 효율성이 달성될 때까지, 반복적으로 반복될 수도 있다.
송신기 공진기(30) 및 수신기 공진기(50) 각각은 다양한 구성으로 배열되는 복수의 안테나(80)를 포함할 수도 있다.
안테나(80)는 CPT 및 IPT의 목적을 위해 자기장(31A) 및 전기장(31B) 둘 모두를 (별개로 및/또는 동시에) 생성할 수 있는 높은 자체 인덕턴스 및 높은 자체 커패시턴스를 갖는 임의의 적절한 안테나를 포함할 수도 있다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c는 안테나(80, 180, 280)의 비제한적 예를 묘사한다. 본원에서의 목적을 위해, "높은 자체 인덕턴스"는 안테나가 IPT의 목적에 적절한 자기장을 생성하는 것을 허용할 만큼 충분히 큰 자체 인덕턴스이다. 마찬가지로, 본원에서의 목적을 위해, "높은 자체 커패시턴스"는 안테나가 CPT의 목적에 적절한 전기장을 생성하는 것을 허용할 만큼 충분히 큰 자체 커패시턴스이다.
도 2a는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 안테나(80)를 묘사한다. 안테나(80)는 임의의 적절한 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 안테나(80)는 구리, 금, 은, 알루미늄, 다른 적절한 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 도 2a로부터 알 수 있는 바와 같이, 안테나(80)는 가늘고 긴 엘리먼트(80A)의 인접한 랩핑(wrapping)이 갭(80B)만큼 떨어져 이격되도록 (XY 평면에서) 일반적으로 평면의 직사각형 코일의 형상으로 굴곡된 또는 형성된 직사각형(예를 들면, 정사각형) 단면을 갖는 가늘고 긴 엘리먼트(elongated element; 80A)를 포함한다. 갭(80B)이 가늘고 긴 엘리먼트(80)의 길이를 따라 일반적으로 일정한 것으로 묘사되지만, 이것은 필수가 아니다.
안테나(80)의 자체 인덕턴스를 증가시키기 위해, 갭(80B)의 사이즈는 감소될 수도 있다. 안테나(80)의 자체 커패시턴스를 증가시키기 위해, 가늘고 긴 엘리먼트(80A)의 굴곡부(예를 들면, 굴곡부(82A))의 개수는 증가될 수도 있고, 가늘고 긴 엘리먼트(80A)의 코너 및 가장자리(예를 들면, 가장자리(82B))의 개수는 증가할 수도 있으며, 가늘고 긴 엘리먼트(80A)의 길이는 증가될 수도 있고 및/또는 가늘고 긴 엘리먼트(80A)의 두께(80C)는 증가될 수도 있다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 안테나(180)의 다른 비제한적 예를 묘사한다. 안테나(180)는, 일반적으로 평면의 직사각형 코일의 형상으로 굴곡되거나 또는 형성되는 대신, 가늘고 긴 엘리먼트(180A)가, 도 2b에서 묘사되는 바와 같이, 정사각형 코너를 갖는 일반적으로 평면의 지그재그 형상의 형상으로 굴곡되거나 또는 형성된다는 점을 제외하면, 제1 안테나(80)와 실질적으로 유사하다. 안테나(80)와 같이, 가늘고 긴 엘리먼트(180A)의 인접한 지그(zig) 또는 재그(zag)는 갭(180B)만큼 떨어져 이격되어 있다. 갭(180B)이 가늘고 긴 엘리먼트(180)의 길이를 따라 일반적으로 일정한 것으로 묘사되지만, 이것은 필수가 아니다.
안테나(180)의 자체 인덕턴스를 증가시키기 위해, 갭(180B)의 사이즈는 감소될 수도 있다. 안테나(180)의 자체 커패시턴스를 증가시키기 위해, 가늘고 긴 엘리먼트(180A)의 굴곡부(예를 들면, 굴곡부(182A))의 개수는 증가될 수도 있고, 가늘고 긴 엘리먼트(180A)의 코너 및 가장자리(예를 들면, 가장자리(182B))의 개수는 증가될 수도 있고 및/또는 가늘고 긴 엘리먼트(180A)의 두께(180C)는 증가될 수도 있다.
도 2c는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 안테나(280)의 다른 비제한적인 예를 묘사한다. 안테나(280)는, 일반적으로 평면의 직사각형 코일의 형상으로 굴곡되거나 또는 형성되는 대신, 부채꼴 엘리먼트(280C)가 반경 방향 외측으로 연장되는 허브 엘리먼트(280A)를 갖는 (XY 평면에서) 일반적으로 평면의 원형 형상으로 가늘고 긴 엘리먼트(280A)가 굴곡되거나 또는 형성된다는 점을 제외하면, 제1 안테나(80)와 실질적으로 유사하다. 인접한 부채꼴 엘리먼트(280C)는 갭(280B)만큼 서로로부터 떨어져 이격되어 있다.
안테나(280)의 자체 인덕턴스를 증가시키기 위해, 갭(280B)의 사이즈는 감소될 수도 있다. 안테나(280)의 자체 커패시턴스를 증가시키기 위해, 부채꼴(280C)의 개수는 증가될 수도 있고, 허브(280A) 및/또는 부채꼴(280C)의 코너 및 가장자리(예를 들면, 가장자리(282A))의 개수는 증가될 수도 있고 및/또는 가늘고 긴 허브(280A) 및/또는 부채꼴(280C)의 두께(280C)는 증가될 수도 있다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 안테나(80, 180, 280)의 예시적인 비제한적 실시형태를 묘사하지만, 적절한 안테나(80)의 많은 다른 형상 및 구성이 본원에서 설명되는 공진기에서 활용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 묘사된 안테나에 대해 이루어질 수 있는 변경의 비제한적인 예는, 굴곡부 및 코너의 비반복적인 패턴을 사용하여, 가늘고 긴 엘리먼트(80A, 180A)의 단면 형상을, 직사각형 이외의 것(예를 들면, 삼각형, 원형, 육각형, 등등)이 되도록 변경하는 것, 90° 굴곡부(82A, 182A)를 90°가 아닌 각도가 되도록 또는 둥글게 되도록 변경하는 것, 제1 송신기 안테나(80)의 XY 평면 형상을 직사각형 또는 원형 이외의 것이 되도록 변경하는 것, 등등을 포함한다.
안테나(80, 180, 280)가 본원에서 상대적으로 편평하거나 또는 평면인 것으로(예를 들면, Z 방향에서의 두께가 실질적으로 변하지 않음) 설명되고 묘사되지만, 이것은 필수가 아니다. 몇몇 실시형태에서, 안테나(80, 180, 280)는 도 3a 및 도 3b에서 묘사되는 바와 같이 원추형 오목 또는 원추형 볼록 형상을 가질 수도 있다. 예를 들면, 본원에서 안테나는 원추형 나선 형상(conical helix shape)(묘사되지 않음)을 가질 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 안테나(80)는 안테나(80)의 내부 권선이 안테나(80)의 외부 권선으로부터 Z 방향에서 떨어져 이격되도록 직사각형의 원추형 나선 형상을 가질 수 있다. 그러한 원추형 형상은 공진기가 더 넓은 범위의 공진 주파수에 대해 사용되는 것을 허용할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 제1 송신기 안테나의 Z 방향에서의 두께는 다른 방식으로 변할 수도 있다.
예를 들면, 안테나(80, 180, 280)는 CPT WPT 시스템에서의 플레이트의 것들과 유사한 구성으로 배열될 수도 있다. 예를 들면, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 2 안테나 WPT 시스템에서, 송신기 공진기(30)는 도 4a에서 도시되는 바와 같이 수신기 공진기(50)의 제1 수신기 안테나(52)에 평행하게 배열되는 제1 송신기 안테나(32)를 포함할 수도 있다. CPT의 목적을 위해, 두 개의 안테나(32, 52) 사이의 상호 커패시턴스는 전류가 수신기 측으로 순방향으로 흐르기 위한 경로를 제공하고, 전도성 경로(예를 들면, 접지)는 전류가 송신기 측으로 역방향으로 흐르는 것을 허용할 것이다. IPT의 목적을 위해, 제1 송신기 안테나(32)를 통해 전류를 구동하는 것에 의해, 제1 수신기 안테나(52)에서 전류를 유도할 수도 있는 자기장(31A)이 생성된다. CPT의 목적을 위해, 제1 송신기 안테나(32)와 제1 수신기 안테나(52) 사이에 전위 차이를 생성하고, 그에 의해, 전기장(31B)을 생성하기 위해, 제1 송신기 안테나(32)에 전압이 인가될 수도 있다.
제1 송신기 안테나(32)는, 자기장(31A) 및 전기장(31B) 둘 모두를 (별개로 및/또는 동시에) 생성할 수 있는 높은 자체 인덕턴스 및 높은 자체 커패시턴스를 갖는 임의의 적절한 안테나를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 송신기 안테나는 안테나(80, 180, 280) 중 하나 또는 본원에서 설명되는 임의의 다른 안테나를 포함할 수도 있다.
제1 수신기 안테나(52)는 자기장(31A)에 의해 그 안에서 유도되는 전류를 가질 수 있고 (별개로 및/또는 동시에) 전기장(31B)에 기인하여 그 상에서 전위 차이를 가질 수 있는 높은 자체 인덕턴스 및 높은 자체 커패시턴스를 갖는 임의의 적절한 안테나를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제1 수신기 안테나(52)는 제1 송신기 안테나(32)와 실질적으로 유사할 수도 있다(예를 들면, 제1 수신기 안테나(52)는 본원에서 또는 다른 방식으로 설명되는 또는 묘사되는 안테나 중 임의의 것의 동일한 특성을 가질 수도 있다). 몇몇 실시형태에서, 안테나(32, 52)는 서로 상이할 수도 있다(예를 들면, 제1 송신기 안테나(32)는 안테나(80)를 포함할 수도 있고, 한편 제1 수신기 안테나(52)는 안테나(180)를 포함할 수도 있다).
몇몇 실시형태에서, 제1 송신기 안테나(32)와 제1 수신기 안테나(52) 사이의 커플링을 개선하기 위해, 제1 송신기 안테나(32)의 XY 평면 면적은 제1 수신기 안테나(52)의 XY 평면 면적보다 더 작다.
도 4b는 안테나(80, 180, 280) 구성의 다른 예를 묘사한다. 특히, 도 4b는 4 안테나 적층식(또는 4 안테나 수직) WPT 시스템을 묘사한다. 송신기 공진기(130) 및 수신기 공진기(150) 각각은 두 개의 안테나를 포함한다. 송신기 공진기(30)의 하나의 안테나 및 수신기 공진기(150)의 하나의 안테나는, 함께, 전력에 대한 순방향 경로를 제공하고, 송신기 공진기(130)의 다른 안테나 및 수신기 공진기(150)의 다른 안테나는, 함께, 전력에 대한 복귀 경로를 제공한다.
IPT의 목적을 위해, 송신기의 안테나(132, 134)를 통해 전류를 구동하는 것에 의해, 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154)에서 전류를 유도할 수도 있는 자기장이 생성된다. CPT의 목적을 위해, 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154) 양단에 전위를 유도하기 위한 전기장(도 1에서 도시되는 31B)을 생성하기 위해, 제1과 제2 안테나(132, 134) 사이에서 전위 차이가 인가될 수도 있다.
도 4b에서 묘사되는 바와 같이, 송신기 공진기(130)는 스페이서(138)에 의해 Z 방향에서 분리되는 제1 송신기 안테나(132) 및 제2 송신기 안테나(134)를 포함한다.
제1 송신기 안테나(132)는, 자기장(31A) 및 전기장(31B) 둘 모두를 (별개로 및/또는 동시에) 생성할 수 있는 높은 자체 인덕턴스 및 높은 자체 커패시턴스를 갖는 임의의 적절한 안테나를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 송신기 안테나는 안테나(80, 180, 280) 중 하나 또는 본원에서 설명되는 임의의 다른 안테나를 포함할 수도 있다.
스페이서(138)는 임의의 적절한 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 스페이서(138)는 공기, 유전성 재료, 페라이트 또는 이들의 어떤 조합을 포함할 수도 있다. 스페이서(138)는 전기장(31A)을 변경하도록 선택되는 유전율 상수(permittivity constant)를 가질 수도 있고 및/또는 그것은 자기장(31B)을 변경하도록 선택되는 투자율 상수(permeability constant)를 가질 수도 있다. 스페이서(138)는 송신기 공진기(130)의 커패시턴스를 증가시키기 위해 고유전율 재료를 포함할 수도 있다. 스페이서(138)의 두께 및 평면 면적은 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)의 두께 및/또는 평면 면적에 의존할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전기적 절연이 바람직할 수도 있고 저유전율 재료가 (예를 들면, 차폐를 위해) 스페이서(138)에 대해 활용될 수도 있다.
제2 송신기 안테나(134)는, 자기장(31A) 및 전기장(31B) 둘 모두를 (별개로 및/또는 동시에) 생성할 수 있는 높은 자체 인덕턴스 및 높은 자체 커패시턴스를 갖는 임의의 적절한 안테나를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제2 송신기 안테나(134)는 제1 송신기 안테나(132)와 실질적으로 유사할 수도 있다(예를 들면, 제2 송신기 안테나(134)는 본원에서 또는 다른 방식으로 설명되는 또는 묘사되는 안테나 중 임의의 것의 동일한 특성을 가질 수도 있다). 몇몇 실시형태에서, 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134) 및 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154)는 서로 상이할 수도 있다(예를 들면, 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)는 안테나(80)와 유사할 수도 있고, 한편, 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154)는 안테나(180)와 유사할 수도 있다).
몇몇 실시형태에서 제2 송신기 안테나(134)의 XY 평면 면적은 제1 송신기 안테나(132)의 XY 평면 면적과는 상이한 사이즈일 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제2 송신기 안테나(134)의 XY 평면 면적은 안테나의 각각의 쌍 사이의 커플링을 보장하기 위해 제1 송신기 안테나(132)의 XY 평면 면적보다 더 작을 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제2 송신기 안테나(134)의 XY 평면 면적은 제1 송신기 안테나(132)의 XY 평면 면적보다 더 클 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 제2 송신기 안테나(134)는, 제1 송신기 안테나(132)가 Z 방향에서 제2 송신기 안테나(134)와 실질적으로 중첩되지 않도록, 사이즈 및/또는 형상에서 제1 안테나(132)에 실질적으로 상보적이다. 도 5는, 제1 송신기 안테나(132) 및 제2 송신기 안테나(134) 각각이 실질적으로 도 2b의 제1 송신기 안테나(180)와 유사하게 성형되는, 송신기 공진기(130)의 일부의 XZ 평면 단면의 개략적인 표현을 묘사한다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 송신기 안테나(132)의 가늘고 긴 엘리먼트(132A)의 일부(132A-1, 132A-2, 132A-3)는, Z 방향에서, 제2 송신기 안테나(134)의 갭(134B-1, 134B-2, 134B-3)과 중첩되고(예를 들면, 제1 안테나(132)의 가늘고 긴 엘리먼트(132A)의 일부(132A-1)를 통과하는 Z 방향으로 배향되는 라인은 제2 안테나(134)의 갭(134B-1)을 통과함) 그리고 제2 송신기 안테나(134)의 가늘고 긴 엘리먼트(134A)의 일부(134A-1, 134A-2, 134A-3)는, Z 방향에서, 제1 송신기 안테나(132)의 갭(132B-1, 132B-2, 132B-3)과 중첩된다(예를 들면, 제2 안테나(134)의 가늘고 긴 엘리먼트(134A)의 일부(134A-1)를 통과하는 Z 방향으로 배향되는 라인은 제2 안테나(134)의 갭(132B-1)을 통과함). 제1 송신기 안테나(132) 및 제2 안테나(134)의 상보적인 형상은 송신기 공진기(130)가 경험하는 기생 에너지 손실을 감소시킬 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)는 완전히 상보적이지 않을 수도 있지만 그러나 하나 이상의 상보적인 부분을 가질 수도 있다.
수신기 공진기(150)는 스페이서(158)에 의해 Z 방향에서 분리되는 제1 수신기 안테나(152) 및 제2 수신기 안테나(154)를 포함한다. 제1 수신기 안테나(152)는 안테나(80, 180, 280) 또는 본원에서 설명되는 그 밖의 것 중 임의의 것과 실질적으로 유사할 수도 있다. 제2 수신기 안테나(154)도 또한 안테나(80, 180, 280) 또는 본원에서 설명되는 그 밖의 것 중 임의의 것과 실질적으로 유사할 수도 있다. 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)와 같이, 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154)는 사이즈 및/또는 형상이 상보적(또는 부분적으로 상보적)일 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154)의 XY 평면 면적은, 수신기 공진기(150)의 자체 인덕턴스 또는 자체 커패시턴스를 조정하기 위해, 도 4b에서 묘사되는 바와 같은 제1 및 제2 송신기 안테나의 XY 평면 면적과는 상이하다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154)의 XY 평면 면적은 도 2a에서 묘사되는 바와 같은 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)의 XY 평면 면적보다 더 크다. 그러한 XY 평면 면적 차분은 수신기 공진기(150)의 능력을 개선하여 자기장(31A) 및/또는 전기장(31B)을 더 많이 캡쳐할 수도 있다.
스페이서(158)는 임의의 적절한 스페이서를 포함할 수도 있다. 스페이서(158)는 스페이서(138)와 동일한 또는 유사한 재료 또는 스페이서(138)와는 상이한 재료를 포함할 수도 있다. 스페이서(158)와 비교하여, 스페이서(138)는 소망되는 자체 커패시턴스 및/또는 자체 인덕턴스를 달성하기 위해 더 작은 Z 방향 치수를 가질 수도 있다. 이것은 1차 측(12)과 2차 측(14) 사이의 링크의 커플링 계수 및 1차 측(12)의 임피던스를 효과적으로 변경할 수도 있다. 그러한 커플링 계수 및 임피던스 변경을 수용하기 위해 1차 측 및 2차 측(12, 14) 둘 모두에서 상이한 보상 네트워크가 활용될 수도 있다.
도 4c에서 묘사되는 4 안테나 병렬 구조와 비교하여, 도 4b의 적층식 구성은 XY 평면에서 훨씬 더 소형이다. 또한, 모든 안테나가 중앙 정렬될 수 있기 때문에, 이 구성은 각도 오정렬에 대해서도 강건하다. 구체적으로, 안테나가 원형 형상인 경우, 각도 회전은 커플링 커패시턴스에 어떠한 영향도 끼치지 않는다. 그러나, 도 4c에서 묘사되는 4 안테나 병렬 구조와 비교하여, 도 4b의 적층식 구성의 상호 컨덕턴스는 증가된 교차 커플링 커패시턴스에 기인하여 더 낮을 수도 있다.
도 4c는 안테나(80, 180, 280) 구성의 다른 예를 묘사한다. 특히, 도 4c는 4 안테나 병렬(또는 4 안테나 수평) WPT 시스템을 묘사한다. 송신기 공진기(230) 및 수신기 공진기(250) 각각은 두 개의 안테나를 포함한다. 송신기 공진기(230)의 하나의 안테나 및 수신기 공진기(250)의 하나의 안테나는, 함께, 전력에 대한 순방향 경로를 제공하고, 송신기 공진기(230)의 다른 안테나 및 수신기 공진기(250)의 다른 안테나는, 함께, 전력에 대한 복귀 경로를 제공한다.
IPT의 목적을 위해, 송신기의 안테나(232, 234)를 통해 전류를 구동하는 것에 의해, 제1 및 제2 수신기 안테나(252, 254)에서 전류를 유도할 수도 있는 자기장이 생성된다. CPT의 목적을 위해, 제1 및 제2 수신기 안테나(252, 254) 양단에서 전위를 유도하기 위한 전기장(31B)을 생성하기 위해, 제1과 제2 안테나(232, 234) 사이에서 전위 차이가 생성될 수도 있다.
도 4b에서 도시되는 송신기 및 수신기 공진기(130, 150)와 비교하여, 안테나의 수평 배열을 갖는 송신기 및 수신기 공진기(230, 250)는, 공진기의 Z 방향 치수에 대한 제한이 있는 애플리케이션에서 바람직할 수도 있다.
송신기 공진기(230)는 스페이서(238)에 의해 X 방향에서 분리되는 제1 송신기 안테나(232) 및 제2 송신기 안테나(234)를 포함한다. 제1 및 제2 송신기 안테나(232, 234)를 X 방향에서 분리하는 것에 의해, 기생 에너지 손실이 감소될 수도 있다. 제1 및 제2 송신기 안테나(232, 234)는 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)와 실질적으로 유사할 수도 있고 스페이서(238)는 스페이서(138)와 실질적으로 유사할 수도 있다. 송신기 공진기(130)와 마찬가지로, 제1 송신기 안테나(232)는, 전력 전달을 위한 순방향 경로를 개선하기 위해, 제2 송신기 안테나(234)의 것보다 더 큰 XY 평면 면적을 가질 수도 있다.
스페이서(238)는 임의의 적절한 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 스페이서(238)는 공기, 유전성 재료, 페라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 스페이서(238)는 전기장(31A)을 변경하도록 선택되는 유전율 상수를 가질 수도 있고 및/또는 그것은 자기장(31B)을 변경하도록 선택되는 투자율 상수를 가질 수도 있다. 스페이서(238)는 송신기 공진기(230)의 커패시턴스를 증가시키기 위해 고유전율 재료를 포함할 수도 있다. 스페이서(238)의 두께 및 평면 면적은 제1 및 제2 송신기 안테나(232, 234)의 두께 및/또는 평면 면적에 의존할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전기적 절연이 바람직할 수도 있고 저유전율 재료가 (예를 들면, 차폐를 위해) 스페이서(238)에 대해 활용될 수도 있다.
수신기 공진기(250)는 스페이서(258)에 의해 X 방향에서 분리되는 제1 수신기 안테나(252) 및 제2 수신기 안테나(254)를 포함한다. 제1 및 제2 수신기 안테나(252, 254)를 X 방향에서 분리하는 것에 의해, 기생 에너지 손실이 감소될 수도 있다. 제1 및 제2 수신기 안테나(252, 254)는 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154)와 실질적으로 유사할 수도 있고 스페이서(258)는 스페이서(138)와 실질적으로 유사할 수도 있다. 수신기 공진기(150)와 마찬가지로, 제1 수신기 안테나(252)는 제2 수신기 안테나(254)의 것보다 더 큰 XY 평면 면적을 가질 수도 있다.
스페이서(258)는 임의의 적절한 스페이서를 포함할 수도 있다. 스페이서(258)는 스페이서(238)와 동일한 또는 유사한 재료 또는 스페이서(238)와는 상이한 재료를 포함할 수도 있다. 스페이서(258)와 비교하여, 스페이서(238)는 소망되는 자체 커패시턴스 및/또는 자체 인덕턴스를 달성하기 위해 더 작은 Z 방향 치수를 가질 수도 있다. 이것은 1차 측(12)과 2차 측(14) 사이의 링크의 커플링 계수 및 1차 측(12)의 임피던스를 효과적으로 변경할 수도 있다. 그러한 커플링 계수 및 임피던스 변경을 수용하기 위해 1차 측 및 2차 측(12, 14) 둘 모두에서 상이한 보상 네트워크가 활용될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 스페이서(258)의 XY 평면 면적은, 송신기 공진기(230) 또는 수신기 공진기(250)의 자체 인덕턴스 또는 자체 커패시턴스를 변경하기 위해, 스페이서(238)의 XY 평면 면적과는 상이할 수도 있다. 예를 들면, 스페이서(258)와 비교하여, 스페이서(238)는 묘사되는 바와 같이 더 작은 XY 평면 면적을 가질 수도 있다.
도 4d는 안테나(80, 180, 280) 구성의 다른 예를 묘사한다. 특히, 도 4d는 도 4b의 적층식 구성 및 도 4c의 병렬 구성을 결합하는 6 안테나 WPT 시스템을 묘사한다. 송신기 공진기(130) 및 수신기 공진기(150) 각각은 세 개의 안테나를 포함한다. 제1 및 제2 송신기 안테나(332, 334) 중 하나의 안테나 및 제1 및 제2 수신기 안테나(352, 354) 중 하나의 안테나는, 함께, 전력에 대한 순방향 경로를 제공하고, 제1 및 제2 송신기 안테나(332, 334)의 다른 안테나 및 제1 및 제2 수신기 안테나(352, 354)의 다른 안테나는 전력에 대한 복귀 경로를 제공한다. 제3 송신기 및 수신기 안테나(336, 356)는 보조 안테나로 작동하여 등가의 자체 커패시턴스를 증가시키고 전기장 차폐로서 기능한다. 몇몇 실시형태에서, 제3 송신기 및 수신기 안테나(336, 356)는 수동이다(passive)(예를 들면, 제3 송신기와 수신기 안테나(336, 356) 사이에서 전위 차이가 인가되지 않고 및/또는 전류가 제3 송신기 및 수신기 안테나(336, 356)를 통해 전류가 구동되지 않음). IPT의 목적을 위해, 송신기의 안테나(332, 334, 336) 중 하나 이상을 통해 전류를 구동하는 것에 의해, 제1 수신기 안테나(352, 354, 356)에서 전류를 유도할 수도 있는 자기장이 생성된다. CPT의 목적을 위해, 제1, 제2 및 제3 송신기 안테나(332, 334, 336) 중 임의의 것 사이에서 전위 차이를 생성하고, 그에 의해, 전기장(31B)을 생성하기 위해, 제1 송신기 안테나(332), 제2 송신기 안테나(334) 및/또는 제3 송신기 안테나(336)에 전압이 인가될 수도 있다.
송신기 공진기(330)는 스페이서(338)에 의해 X 방향에서 분리되는 제1 송신기 안테나(332) 및 제2 송신기 안테나(334) 및 제2 스페이서(339)에 의해 제1 및 제2 송신기 안테나 및 스페이서(338)로부터 분리되는 제3 송신기 안테나(336)를 포함한다. 제3 송신기 안테나(336)는 송신기 공진기(330)로부터 전기장의 바람직하지 않은 탈출을 감소시키기 위해 전기장 차폐를 제공할 수도 있다. 제3 송신기 안테나(336)는 송신기 공진기(330)로부터 자기장의 바람직하지 않은 탈출을 감소시키기 위해 자기장 차폐를 제공하기 위한 페라이트 시트 또는 표면을 포함할 수도 있다. 스페이서(339)를 변경하는 것에 의해, 전기장 또는 자기장을 차폐하는 것 또는 성형하는 것도 또한 가능할 수도 있다.
제1 및 제2 및 제3 송신기 안테나(332, 334, 336)는 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134) 중 임의의 것과 실질적으로 유사할 수도 있다. 스페이서(338, 339)는 스페이서(138)와 실질적으로 유사할 수도 있다. 송신기 공진기(130)와 마찬가지로, 제1 송신기 안테나(332)는 제2 송신기 안테나(334)의 것보다 더 큰 XY 평면 면적을 가질 수도 있다. 제3 송신기 안테나(336)는 제1 및 제2 송신기 안테나(334, 332) 중 어느 하나보다 더 큰 XY 평면 면적을 가질 수도 있다.
스페이서(338, 339)는 임의의 적절한 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 스페이서(338, 339)는 공기, 유전성 재료, 페라이트 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 스페이서(338, 339)는 전기장(31A)을 변경하도록 선택되는 유전율 상수를 가질 수도 있고 및/또는 그것은 자기장(31B)을 변경하도록 선택되는 투자율 상수를 가질 수도 있다. 스페이서(338, 339)는 송신기 공진기(230)의 커패시턴스를 증가시키기 위해 고유전율 재료를 포함할 수도 있다. 스페이서(338, 339)의 두께 및 평면 면적은 제1 및 제2 및 제3 송신기 안테나(332, 334, 336)의 두께 및/또는 평면 면적에 의존할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 전기적 절연이 바람직할 수도 있고 저유전율 재료가 (예를 들면, 차폐를 위해) 스페이서(338, 339)에 대해 활용될 수도 있다.
수신기 공진기(350)는 스페이서(358)에 의해 X 방향에서 분리되는 제1 수신기 안테나(352) 및 제2 수신기 안테나(354) 및 제2 스페이서(359)에 의해 제1 및 제2 수신기 안테나 및 스페이서(358)로부터 분리되는 제3 수신기 안테나(356)를 포함한다. 제3 수신기 안테나(356)는 수신기 공진기(350)로부터 전기장의 바람직하지 않은 탈출을 감소시키기 위해 전기장 차폐를 제공할 수도 있다. 제3 수신기 안테나(356)는 송신기로부터 자기장의 바람직하지 않은 탈출을 감소시키기 위해 자기장 차폐를 제공하기 위한 페라이트 시트 또는 표면을 포함할 수도 있다. 스페이서(359)를 변경하는 것에 의해, 전기장 또는 자기장을 차폐하는 것 또는 성형하는 것도 또한 가능할 수도 있다. 제1 및 제2 및 제3 수신기 안테나(352, 354, 356)는 제1 및 제2 수신기 안테나(152, 154) 중 임의의 것과 실질적으로 유사할 수도 있다. 스페이서(358, 359)는 스페이서(158)와 실질적으로 유사할 수도 있다. 수신기 공진기(150)와 마찬가지로, 제1 수신기 안테나(352)는 제2 수신기 안테나(354)의 것보다 더 큰 XY 평면 면적을 가질 수도 있다. 제3 수신기 안테나(356)는 제1 및 제2 수신기 안테나(354, 352) 중 어느 하나보다 더 큰 XY 평면 면적을 가질 수도 있다.
스페이서(358, 359)는 임의의 적절한 스페이서를 포함할 수도 있다. 스페이서(358, 359)는 스페이서(338, 339)와 동일한 또는 유사한 재료 또는 스페이서(338, 339)와는 상이한 재료를 포함할 수도 있다. 스페이서(358, 359)와 비교하여, 스페이서(338, 339)는 소망되는 자체 커패시턴스 및/또는 자체 인덕턴스를 달성하기 위해 더 작은 Z 방향 치수를 가질 수도 있다. 이것은 1차 측(12)과 2차 측(14) 사이의 링크의 커플링 계수 및 1차 측(12)의 임피던스를 효과적으로 변경할 수도 있다. 그러한 커플링 계수 및 임피던스 변경을 수용하기 위해 1차 측 및 2차 측(12, 14) 둘 모두에서 상이한 보상 네트워크가 활용될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 스페이서(358)의 XY 평면 면적은, 송신기 공진기(330) 또는 수신기 공진기(350)의 자체 인덕턴스 또는 자체 커패시턴스를 변경하기 위해, 스페이서(338)의 XY 평면 면적과는 상이할 수도 있다. 예를 들면, 스페이서(358)와 비교하여, 스페이서(338)는 더 작은 X 방향 치수를 가질 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 스페이서(359)의 Z 방향 치수는, 송신기 공진기(330) 또는 수신기 공진기(350)의 자체 인덕턴스 또는 자체 커패시턴스를 변경하기 위해, 스페이서(339)의 Z 방향 치수와는 상이할 수도 있다. 예를 들면, 스페이서(359)와 비교하여, 스페이서(339)는 더 작은 Z 방향 치수를 가질 수도 있다. 이것은 1차 측(12)과 2차 측(14) 사이의 링크의 커플링 계수 및 1차 측(12)의 임피던스를 효과적으로 변경할 수도 있다. 그러한 커플링 계수 및 임피던스 변경을 수용하기 위해 1차 측 및 2차 측(12, 14) 둘 모두에서 상이한 보상 네트워크가 활용될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 자기 차폐(magnetic shielding)는 송신기 공진기(30) 및 수신기 공진기(50) 중 하나 이상 주위에서 제공될 수도 있다. 예를 들면, 자기 차폐로서 그리고 근처의 금속 오브젝트에서 바람직하지 않은 와전류를 감소시키기 위해, 페라이트가 활용될 수도 있다. 페라이트(또는 다른 적절한 재료)는 송신기 공진기(30) 및/또는 수신기 공진기(50)를 주변 금속 오브젝트로부터 격리시키기 위해 또한 활용될 수도 있고, 따라서, 안테나의 자체 인덕턴스 및/또는 공진기의 상호 인덕턴스를 증가시도록 기능할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 송신기 모듈(20) 및 송신기 공진기(30)를 포함하는 1차 측(12)의 개략적인 다이어그램을 묘사한다. 송신기 공진기(30)는 송신기 공진기(30, 130, 230, 330) 또는 본원에서 설명되는 그 밖의 것 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
송신기 모듈(20)은 컨트롤러(22)를 포함한다. 컨트롤러(22)는 센서(24)(예를 들면, 부하 검출기(24A), 송신기 전력 센서(24B), 주변 오브젝트 검출기(24C) 및/또는 거리 검출기(24D))로부터 다양한 입력을 수신하도록 그리고 제어 신호를 다양한 컴포넌트(26)(예를 들면, 발진기(26A), 전력 증폭기(26B), 필터 네트워크(26C), 매칭 네트워크(26D), 보상 네트워크(26E) 및 V/I 튜너(26F))로 출력하도록 구성된다.
부하 검출기(24A)는 2차 측(14)에 연결되는 부하(70)(도 7에서 도시됨)의 존재를 검출하도록 구성된다. 부하(70)는, 예를 들면, 전기 자전거 또는 전기 자동차과 같은 전기 차량의 배터리, 또는 전력 입력을 필요로 하는 임의의 다른 적절한 아이템일 수도 있다. 부하 검출기(24A)는 물리적 센서(예를 들면, 제한 없이, 광학 센서, 압력 센서, 적외선 센서, 또는 근접 센서) 및 적절한 소프트웨어 또는 펌웨어와 함께 구현될 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 전력(예를 들면, 전류 및 전압)은, (예를 들면, 송신기 전력 센서(24B)에 의해 측정되는 바와 같은) 송신기 공진기(30)에 의해 인출되고 있는 전력을 결정하기 위해, 예를 들면, 지점(24E)에서 측정된다. 송신기 공진기(30)에 의해 인출되고 있는 전력의 양이 기준(baseline)을 넘어 증가하면, 부하 검출기(24A)는 부하(70)가 존재한다는 것을 컨트롤러(22)에게 시그널링할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 부하 검출기(24A)는 송신기 모듈(20)에 의해 지점(24E)에서 경험되는 송신기 공진기(30)의 입력 임피던스를 측정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 부하(70)를 구동하도록 구성되는 2차 측(14)을 비롯하여, 송신기 공진기(30)에 근접한 공진 부하의 존재는 송신기 공진기(30)의 입력 임피던스를 변경할 것이다. 부하 검출기(24A)에 의해 컨트롤러(22)에 제공되는 바와 같은, 임피던스에서의 이러한 변화는, 송신기 공진기(30)에 근접하여 협력 수신기가 존재하는지 또는 존재하지 않는지의 여부를 결정하기 위해 송신기 컨트롤러(22)에 의해 사용될 수도 있다. 상이한 수신기에 의해 송신기 공진기(30)에서 유도되는 임피던스 변화는 매우 뚜렷하고 매우 특징적이어서, 컨트롤러(22)가 송신기 공진기(30)에 근접한 수신기의 존재 또는 부재를 검출하는 것뿐만 아니라, 예를 들면 제한 없이, 상이한 모델의 이동 전화기 또는 디지털 태블릿을 비롯하여, 수신기의 종류를 또한 식별하는 것이 가능하다.
송신기 전력 센서(24B)는 지점(24E)에서 전력을 측정하여(예를 들면, 전류 및 전압을 측정하여) 송신기 공진기(30)에 의해 얼마나 많은 전력이 인출되고 있는지를 결정할 수도 있다. 그러한 정보는, 예를 들면, 부하 검출기(24A)에 의해 또는 송신기 공진기(30)와 수신기 공진기(50) 사이에서 바람직하게는 효율적인 커플링이 있는지의 여부를 결정하기 위해, 사용될 수도 있다.
주변 오브젝트 검출기(surrounding object detector; SOD)(24C)는, 오브젝트(예를 들면, 인간 또는 동물과 같은 살아 있는 존재 또는 금속 조각 또는 그 밖의 것과 같은 무생물의 오브젝트)가 송신기 공진기(30)에 근접하는지를 결정하도록 구성된다. SOD 24C는 물리적 센서(예를 들면 제한 없이, 광학 센서, 압력 센서, 적외선 센서, 근접 센서, RADAR 또는 LIDAR)를 사용하여 또는 적절한 소프트웨어 또는 펌웨어를 통해 구현될 수도 있다. 예를 들면, (송신기 전력 센서(24B)에 의해 측정되는 바와 같은) 송신기 공진기(30)에 의해 인출되고 있는 전력이 IPT 동안 떨어지는 경우, SOD의 소프트웨어는, 금속의 조각(또는 임의의 전기적 도체)이 송신기 공진기(30) 또는 수신기 공진기(50)에 근접한다는 것을 결정할 수도 있고, SOD는 그러한 존재를 나타내는 신호를 컨트롤러(22)에 제공할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(22)는 송신기 공진기(30) 또는 수신기 공진기(50)에 근접하여 금속 오브젝트가 검출되는 경우, 송신기 모듈(20)로 하여금 CPT에 의해 전달되는 전력의 비율을 증가시키게 할 수도 있다. SOD(24C)에 의해 검출되는 바와 같은 살아 있는 존재의 부재시, 컨트롤러(22)는 송신기 공진기(30)에 대한 전력 피드를 증가시키도록 구성될 수도 있거나(예를 들면, 살아 있는 존재가 존재하는 상태에서의 규제된 레벨보다 더 높음) 또는 SOD(24C)에 의해 검출되는 바와 같이 살아 있는 존재 근처에서, 컨트롤러(22)는 송신기 공진기(30)에 대한 전력 피드를 조절된 레벨 아래로 감소시키도록 구성될 수도 있다.
거리 검출기(24D)는 송신기 공진기(30)와 수신기 공진기(50) 사이의 거리를 결정하도록 구성된다. 거리 검출기(24D)는 물리적 센서(예를 들면 제한 없이, 광학 센서, 초음파 센서, 적외선 센서, 근접 센서, RADAR 또는 LIDAR)를 사용하여 또는 적절한 소프트웨어 또는 펌웨어에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들면, 거리 검출기(24D)는 송신기 전력 센서(24B)에 의해 측정되는 바와 같은 송신 전력에서의 변화에 기초하여 송신기 공진기(30)와 수신기 공진기(50) 사이의 거리를 결정하도록 구성될 수도 있다.
실시형태에서, 하나 이상의 온도 센서는 송신기 공진기(30) 또는 수신기 공진기(50)에서 온도를 모니터링할 수도 있다. 온도가 사전 결정된 한계를 초과하는 경우, 컨트롤러(22)는 송신기 모듈(20)로 하여금 IPT에 의해 전달되는 전력의 비율을 감소시키게 할 수도 있거나, 송신기 공진기(30)에 대한 전체 전력 피드를 감소시키게 할 수도 있거나, 또는 송신기 공진기(30)에 대한 전력 공급을 차단하여 화재 위험 또는 열 폭주(thermal runaway)를 방지하게 할 수도 있다.
발진기(26A)는 컨트롤러(22)의 신호에 응답하여 송신기 공진기(30)에 전달되고 있는 전류의 주파수 대역, 및/또는 대역폭, 및/또는 듀티 사이클(위상)(예를 들면, 5 % 내지 50 %)을 제어하도록 구성될 수도 있다.
전력 증폭기(26B)는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위해 활용될 수도 있다. 전력 증폭기(26B)는 컨트롤러(22)의 신호에 응답하여 송신기 공진기(30)에 제공되는 전력을 조정하기 위해 활용될 수도 있다. 특히, 컨트롤러(22)는 전력 증폭기(26B)의 반사 계수를 조정하기 위해 전력 증폭기(26B)에 신호를 전송할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 컨트롤러(22)는, 부하 검출기(24A)가 부하를 검출하지 않는 경우 턴오프(또는 슬립)하기 위해 또는 부하 검출기(24A)가 부하를 검출하는 경우 턴온하기 위해 전력 증폭기(26B)에 신호를 전송할 수도 있다.
전력 증폭기(26B)는 발진기(26A)로부터 구형(사인)파를 수신하도록 그리고 송신기 공진기(30)를 구동하는 데 소망되는 특정한 주파수의 사인파를 생성하도록 구성될 수 있는 스위치식 모드 전력 증폭기(switched-mode power amplifier)를 (싱글 엔드형 모드 또는 차동 구성에서) 포함할 수도 있다. 도 8은 송신기(30)에서 사용될 수 있는 예시적인 전력 증폭기(26B)의 개략적인 다이어그램이다. 전력 증폭기(26B)는 차동 스위치식 모드 증폭기일 수도 있다. 전력 증폭기(26B)는 세 개의 입력, 즉: 공진 주파수에서 설정되는 주파수를 사용하여 액티브 디바이스(트랜지스터)(127C, 127D)를 구동하는 두 개의 입력 신호 및 액티브 디바이스의 출력 전력 및 동작 영역을 제어하기 위해 사용되는 소스(127E)의 DC 전압을 갖는다.
성능(예를 들면, 출력 전력, 전력 변환 효율성)을 개선하고 불필요한 고조파 레벨을 감소시키기 위해 상이한 부하 종단부(load termination)가 사용된다. 특히, 3차 고조파 종단부(127F)는 드레인 노드(127G)에서 전압 파형을 성형하기 위해 직렬 분기에서 위치된다. 2차 고조파 종단부(127H)는 드레인 노드(127G)에서 전압 파형을 성형하기 위해 병렬 분기에서 위치된다. 1차 고조파 종단부(127I)는 드레인 노드(127G)에서 전압 파형을 성형하기 위해 직렬 분기에서 위치된다. 3차 고조파 종단부의 영향은 2차 및 1차 고조파 종단부(127H, 127I)에서 고려될 수도 있다. 2차 고조파 종단부의 효과는 1차 고조파 종단부(127I)에서 고려될 수도 있다. 전력 증폭기(26B)의 차동 구성을 위해, AC 부하(127J)(출력 전력을 수신함)는 직렬로 배치된다. AC 부하(127J)의 충전 레이트는 송신기 공진기(30), 수신 공진기(50) 및/또는 그들의 정렬 및 포지션의 함수일 수도 있다. 전력 증폭기(26B)는, E 필드, 또는 H 필드, 또는 E 필드와 H 필드의 임의의 조합이 송신기 공진기(30)에 의해 생성될 수 있고 수신기 공진기(50)에 의해 캡쳐될 수도 있도록, 송신기 공진기(30)에 충분한 전력을 생성하도록 구성될 수도 있다.
증폭기(26B)는 차동 구성에서 두 개의 위상 시프터(phase shifter)(127L)를 포함할 수도 있다(그러나, 싱글 엔드형 구성에서는 단지 하나의 위상 시프터). 위상 시프터(127L)는 AC 신호 과부하(127J)와 트랜지스터(127C, 127D)의 게이트 신호 사이의 적절한 위상 차이를 조정한다. 게이트 신호와 AC 신호 과부하(127J) 사이의 위상 차이는 전력 증폭기의 성능, 예를 들면, 전력 변환 효율성 및 트랜지스터의 동작 영역을 변경할 수 있다. 그것은 또한 트랜지스터(127C 및 127D)의 출력 임피던스 및/또는 전력 증폭기(26B)의 최적의 AC 부하(127J)를 변경할 수 있다.
증폭기(26B)는 차동 구성에서 두 개의 레벨 시프터(127K)를 포함할 수도 있다(그러나, 싱글 엔드형 구성에서는 단지 하나의 레벨 시프터). 레벨 시프터(127K)는 트랜지스터(127C, 127D)의 게이트 신호에 대한 적절한 진폭을 조정할 수도 있다. 게이트 신호에서의 진폭 레벨은 증폭기의 성능(예를 들면, 전력 변환 효율성 및 트랜지스터의 동작 영역)을 변경할 수 있다.
증폭기(26B)는 정류기로서, 특히 자체 동기식 정류기로서 기능하도록 재구성 가능할 수도 있다. 그러한 재구성의 일부로서, 통합된 위상 시프터(127L) 및 통합된 레벨 시프터(127K)는, 트랜지스터(127C, 127D)의 고유의 증폭 및 스위칭 기능에 기초하여 증폭기(26B)가 정류기(26B)로서 기능하는 것을 허용하도록 조정될 수도 있다. 증폭기로서 동작하는 것과 정류기로서 동작하는 것 사이에서 증폭기(26B)의 이러한 재구성 가능성은, 송신기 모듈(20)이, 각각, 송신기 모드와 수신기 모드 사이에서 제어 가능하게 재구성되는 것을 허용한다. 재구성은 컨트롤러(22)로부터의 명령 하에 발생할 수도 있다. 증폭기(26B)가 증폭기로부터 정류기로 재구성될 때, AC 부하(127J)는 AC 소스(127J)로 변경된다. 상응하여, 증폭기(26B)가 증폭기로부터 정류기로 재구성될 때, DC 소스(127E)는 DC 부하로 재구성된다. 송신기 모듈(20)의 그것의 수신기 모드에서의 적용은, 일단 2차 측(14) 및 그것의 수신기 모듈을 설명하면 - 양자는 도 7에 더욱 상세하게 도시됨 - , 하기에서 다루어질 것이다.
필터 네트워크(26C)는 컨트롤러(22)의 신호에 응답하여 송신기 공진기(30)에 제공되는 대역폭, 차단 주파수, 3dB 주파수, 이득과 같은 주파수 응답을 조정할 수도 있다. 필터 네트워크는 송신기 모듈(20)의 효율성을 증가시키기 위해 송신기 모듈(20)에서의 전력의 파형의 형상을 조정하도록 구성될 수도 있다.
매칭 네트워크(26D)는 전력 증폭기(26B)의 출력을 송신기 공진기(30)에 매칭시키기 위해 임피던스를 조정하도록 구성될 수도 있다.
보상 네트워크(26E)는 소망되는 공진 주파수(예를 들면, 수신기 공진기의 공진 주파수)에서 송신기 공진기(30)를 구동하기 위해, 그에 의해, 상호 플럭스를 증가시키기 위해, 열 발생을 감소시키기 위해, 그리고 전력 전달 효율성을 개선하기 위해 제공될 수도 있다. 보상 네트워크(26E)는 커패시턴스를 증가시키기 위한 하나 이상의 커패시터 및 인덕턴스를 증가시키기 위한 하나 이상의 인덕터를 포함할 수도 있다. 보상 네트워크(26E)는 소망되는 대로 커패시턴스를 증가시키도록(및/또는 인덕턴스를 감소시키도록) 그리고 인덕턴스를 증가시키도록(및/또는 커패시턴스 감소시키도록) 구성될 수도 있다. 전달 모드 비율이 100 % CPT인 경우, 보상 네트워크(26E)는 임의의 공지된 CPT 보상 네트워크와 유사한 방식으로 기능할 수도 있다(예를 들면, 보상 네트워크(26E)는 인덕턴스를 증가시키도록 기능할 수도 있다). 마찬가지로,전달 모드 비율이 100 % IPT인 경우, 보상 네트워크(26E)는 임의의 공지된 IPT 보상 네트워크와 유사한 방식으로 기능할 수도 있다(예를 들면, 보상 네트워크(26E)는 커패시턴스를 증가시키도록 기능할 수도 있다). 그러나, 전달 모드가 부분적 CPT 및 부분적 IPT인 경우, 송신기 공진기(30)의 커패시턴스가 송신기 공진기(30)의 인덕턴스에 대한 보상을 당연히 제공할 것이고 송신기 공진기(30)의 인덕턴스가 송신기 공진기(30)의 커패시턴스에 대한 보상을 당연히 제공할 것이기 때문에, 더 적은 보상이 필요로 될 수도 있다. 예를 들면, 대략 50 % IPT 및 50 % CPT(예를 들면, 1과 동일한 전달 모드 비율)에서, 보상 네트워크는 전혀 필요로 되지 않을 수도 있거나 또는 보상 네트워크의 사용이 실질적으로 제한되고, 그에 의해, WPT 시스템(10)의 효율성을 증가시킬 수도 있다.
다른 예로서, 대략 40-60 % IPT와 40-60 % CPT 사이에서, 보상 네트워크는 전혀 필요로 되지 않을 수도 있거나 또는 보상 네트워크의 사용이 실질적으로 제한되고, 그에 의해, WPT 시스템(10)의 효율성을 증가시킬 수도 있다. 이러한 이유 때문에, 보상 네트워크(26E)는, 상당한 보상을 필요로 하는 CPT WPT 시스템 및/또는 순수 IPT WPT 시스템과 비교하여, 더 적은 또는 작은 인덕터 및/또는 커패시터를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 공진기(30)의 커패시턴스가 충분히 낮은 경우, 보상 네트워크(26E)를 통해 추가적인 보상이 제공될 수도 있다. 마찬가지로, 송신기 공진기(30)의 인덕턴스가 충분히 낮은 경우, 보상 네트워크(26E)를 통해 추가적인 보상이 제공될 수도 있다. 컨트롤러(22)는, 예를 들면, 전달 모드 비율, 송신기 공진기(30)와 수신기 공진기(50) 사이의 거리, 송신기 공진기(30)에 의해 인출되고 있는 전력의 양, 전력 전달 효율성, 등등에 기초하여, 얼마나 많은 보상이 그리고 어떤 타입의 보상이 요구되는지를 보상 네트워크(26E)에게 시그널링할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 보상 네트워크(26E)에 의한 보상의 크기(예를 들면, 커패시턴스에서의 증가 또는 인덕턴스에서의 증가)는 전달 모드 비율과 1 사이의 차이의 절대 값에 비례한다. 예를 들면, 전달 모드 비율이 1보다 더 큰 경우, 보상 네트워크(26E)는 인덕턴스를 증가시키도록 기능할 수도 있고 전달 모드 비율이 1보다 더 많이 증가됨에 따라, 인덕턴스의 증가의 양은 증가될 수도 있다. 마찬가지로, 전달 모드 비율이 1 미만인 경우, 보상 네트워크(26E)는 커패시턴스를 증가시키도록 기능할 수도 있고 전달 모드 비율이 1보다 더 많이 아래로 감소됨에 따라, 커패시턴스의 증가는 증가될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 보상 네트워크(26E)는 송신기 공진기(30)에 제공되는 신호를 정보를 사용하여 변조하도록 구성될 수도 있으며, 그에 의해, 소스 송신 변조기로서 기능할 수도 있다. 송신기 공진기(30)에 제공되는 신호를 변조하기 위해 사용하는 정보는 컨트롤러(22)에 의해 보상 네트워크(26E)에 제공될 수도 있다. 정보는 수신기 공진기(50)를 통해 수신기 모듈(40)의 컨트롤러(42)로 목적지가 정해진 제어 데이터를 포함할 수도 있다. 컨트롤러(42)는 도 7을 참조하여 하기에서 더욱 상세하게 설명된다. 다른 실시형태에서, 전력 증폭기(26B)는 소스 송신 변조기로서 기능할 수도 있다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 발진기(26A)는 소스 송신 변조기로서 기능할 수도 있다. 선택된 소스 송신 변조기에 의해 활용되는 변조는 진폭 변조, 주파수 변조, 및 위상 변조 중 임의의 하나일 수도 있다. 정보는 송신기 공진기(30)에 제공되는 신호 상으로 디지털 형태로 또는 아날로그 형태로 변조될 수도 있다. 정보는 소스 송신 변조기에 의해 송신기 공진기(30)에 제공되는 전력 신호의 공진 주파수 상으로 변조될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 정보는 전력 전달의 것과는 상이한 주파수 상으로 변조될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 정보는 송신기 공진기(30)에 제공되는 전력 신호의 공진 주파수의 고조파 상으로 변조될 수도 있다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 송신기 공진기(30)에 제공되는 전력 신호의 공진 주파수는, 정보가 변조되는 신호의 주파수의 고조파일 수도 있다. 하기에서 더욱 상세하게 설명되는 V/I 튜너(26F)는 송신기 공진기(30)에 정보 신호를 송신하도록, 그리고 그에 의해, 송신되고 있는 정보에 관해 투명하게 되도록 구성될 수도 있다. 여기서 설명되는 양식으로 송신되는 정보는, 모듈(20)의 동작의 모드, 수신기(40)의 개수 및 타입, 주변 오브젝트 센서 정보, 및 예를 들면, 배터리 충전 상태, 부하 전압, 및 부하 전류를 비롯한, 부하 상태 모니터링 정보를 제한 없이 포함할 수도 있다.
V/I 튜너(26F)의 실시형태가 도 10에서 더욱 상세하게 도시되어 있다. 매칭 네트워크(26E)(도 6)로부터 수신되는 V/I 튜너(26F)의 입력 신호는, 입력 신호에 대해 두 개의 상호 비대칭인 경로(261A 및 261B)를 가지기 위해, 스플리터(262)에 의해 분할된다. 제1 위상 시프터(264A) 및 제2 위상 시프터(264B)는 (도 6의) 송신기 공진기(30)의 입력 전압과 입력 전류 사이에서 위상 차이를 생성한다. 제1 위상 시프터(264A)는 제1 위상 스플리터 제어 라인(263A)을 통해 (도 6의) 컨트롤러(22)에 의해 제어되고 제2 위상 시프터(264B)는 제2 위상 스플리터 제어 라인(263B)을 통해 컨트롤러(22)(도 6 참조)에 의해 제어된다. 제1 및 제2 액티브 스위치(266A 및 266B)는, 각각, 제1 및 제2 위상 시프터(264A 및 264B)로부터 신호를 수신하고, 각각, 제1 및 제2 액티브 스위치 제어 라인(265A 및 265B)을 통해 컨트롤러(22)에 의해 제어된다. 제1 및 제2 액티브 스위치(266A 및 266B)는, 각각, 제1 및 제2 위상 시프터(264A 및 264B)로부터 수신되는 신호의 허수 부분을 조정하도록 기능한다. 수동 신호 성형 네트워크(passive signal shaping network)(268A 및 268B)는, 각각, 제1 및 제2 액티브 스위치(266A 및 266B)로부터 조정된 신호를 수신한다. 수동 신호 성형 네트워크(268A 및 268B)는, 각각, 제1 및 제2 액티브 스위치(266A 및 266B)로부터 수신되는 신호를 미세 튜닝하도록 기능하고, 특히, 그들 신호를 결합기(269)로 전달하기 이전에, 그들 신호에서 임의의 고조파를 감소시키도록 기능한다. 두 개의 상호 비대칭인 경로(261A 및 261B)를 따라 제공되는 신호는 결합기(269)에 의해 결합되어 송신기 공진기(30)에 제공된다. 다른 실시형태에서, 제1 및 제2 위상 시프터(264A 및 264B)는 V/I 튜너(26F)에 대한 입력 신호를 수신하는 하나의 위상 시프터로서 결합될 수도 있고, 결합된 위상 시프터는 액티브 스위치(266A 및 266B)를 서빙하는 두 개의 별개의 출력을 가질 수도 있다.
V/I 튜너(26F)는 컨트롤러(22)로부터의 신호에 응답하여 송신기 공진기(30)에 대한 입력 전류와 입력 전압 사이의 위상 차이를 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 조정한다. 송신기 모듈(20)에 의해 보여지는 임피던스의 실수 부분은 위상 시프터(264A 및 264B)를 통해 조정되고, 그것의 허수 부분은 스위치(266A 및 266B)를 통해 조정될 수 있다. 예를 들면, 매 10밀리초 중 매 3밀리초마다의 90도 위상 시프트는, 자기 전력 전달의 30 % 및 전력 전달의 70 %로 이어질 수 있다.
V/I 튜너(26F)는 각각의 송신기 안테나(예를 들면, 제1 및 제2 송신기 안테나(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334) 또는 제3 송신기 안테나(336))를 통과하는 전류 및 각각에 송신기 안테나(예를 들면, 제1 및 제2 송신기 안테나(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334) 또는 제3 송신기 안테나(336))에 인가되는 전위를 조정하도록 구성될 수도 있다.
전류가 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134) 둘 모두를 통과하도록 되는 경우, 그들 각각은 IPT의 목적을 위해 자기장(31A)을 생성할 것이다. 제2 송신기 안테나(134)로 전달되는 전류가 제1 송신기 안테나(132)로 전달되는 전류와 비교하여 감소되는 경우, 제1과 제2 송신기 안테나(132, 134) 사이에서 전위 차이가 생성될 것이고, CPT의 목적을 위해 전기장(31B)이 생성된다. CPT와 IPT 사이를 변조하기 위해, 제2 안테나(134)로 전달되는 전류는 변조될 수도 있다(예를 들면, 더 적은 전류가 제2 안테나(134)를 통과하도록 허용되는 경우, 그러면, 더 적은 IPT가 발생될 것이고 더 많은 전류가 제2 안테나를 통과하도록 허용되는 경우, 더 많은 CPT가 발생할 것이다). 예를 들면, IPT를 통해 전력을 전달하는 것이 소망되는 경우, I/V 튜너(26F)는 제1 및 제2 송신기 안테나를 함께 연결하는 단락 회로로서 역할을 하도록, 그에 의해, 내부에서 전류가 흐르는 것을 허용하는 직렬 LC 공진기를 생성하도록 구성될 수도 있다. 역으로, CPT에 의해 전력을 전달하는 것이 소망되는 경우, I/V 튜너(26F)는 전류를 덤프하고, 그에 의해, 제1과 제2 송신기 안테나 사이에서 전위 차이를 생성하는 개방 회로로서 작용하도록 구성될 수도 있다. 그에 의해, I/V 튜너(26F)는 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)가 효과적으로 직렬로 연결되는지 또는 병렬로 연결되는지의 여부를 제어하도록 구성될 수도 있다.
대안적으로, 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)가 병렬로 연결되는 경우, 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)는, 실질적으로 자기장(31A)이 생성되지 않은 상태에서 CPT의 목적을 위해 전기장(31B)이 생성되게 하도록 플로팅될 수도 있다. 전달 모드 비율을 변경하기 위해(예를 들면, CPT와 IPT 사이에서 변조하기 위해), I/V 튜너(26F)는 (1) 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)를 플로팅하여 CPT를 야기하는 것과 (2) 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)를 통해 전류를 구동시켜 IPT를 야기하는 것 사이에서 교대하도록 (I/V 튜너(26F)의 멀티플렉서, 또는 등등에 의해) 구성될 수도 있다. 교대는 밀리초 단위에서 또는 10 Hz와 10 kHz 사이의 주파수에서 구현될 수도 있다. 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)를 플로팅하는 것에 더 많은 시간이 할당되면, 전달 모드 비율은 CPT 쪽으로 더 많이 편향될 것이고, 제1 및 제2 송신기 안테나(132, 134)를 통해 전류를 구동하는 것에 더 많은 시간이 할당되면, 전달 모드는 IPT 쪽으로 더 많이 편향될 것이다.
몇몇 실시형태에서, 엘리먼트(26)는 송신기 모듈(20) 내의 별개의 엘리먼트일 수도 있고, 한편, 다른 실시형태에서, 엘리먼트(26) 중 하나 이상은 집적 회로 설계의 일부일 수도 있다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 수신기 공진기(50) 및 수신기 모듈(40)을 포함하는 (도 1에서 도시되는 바와 같은) 2차 측(14) 및 부하(70)의 개략적인 묘사이다.
수신기 공진기(50)는 수신기 공진기(50, 150, 250, 350) 또는 본원에서 설명되는 그 밖의 것 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 수신기 공진기(50)는, 예를 들면 제한 없이, 1 MHz와 1 GHz 사이와 같은, 송신기 모듈(20)에서 진동 신호에 의해 설정되는 주파수를 갖는 전력을 캡쳐하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 모듈(20)에서 진동 신호에 의해 설정되는 주파수는, 약 1 MHz 내지 약 100 MHz, 약 1 MHz 내지 약 200 MHz, 약 1 MHz 내지 약 300 MHz, 약 1 MHz 내지 약 400 MHz, 약 1 MHz 내지 약 500 MHz, 약 1 MHz 내지 약 600 MHz, 약 1 MHz 내지 약 700 MHz, 약 1 MHz 내지 약 800 MHz, 약 1 MHz 내지 약 900 MHz, 약 1 MHz 내지 약 1 GHz, 약 100 MHz 내지 약 200 MHz, 약 100 MHz 내지 약 300 MHz, 약 100 MHz 내지 약 400 MHz, 약 100 MHz 내지 약 500 MHz, 약 100 MHz 내지 약 600 MHz, 약 100 MHz 내지 약 700 MHz, 약 100 MHz 내지 약 800 MHz, 약 100 MHz 내지 약 900 MHz, 약 100 MHz 내지 약 1 GHz, 약 200 MHz 내지 약 300 MHz, 약 200 MHz 내지 약 400 MHz, 약 200 MHz 내지 약 500 MHz, 약 200 MHz 내지 약 600 MHz, 약 200 MHz 내지 약 700 MHz, 약 200 MHz 내지 약 800 MHz, 약 200 MHz 내지 약 900 MHz, 약 200 MHz 내지 약 1 GHz, 약 300 MHz 내지 약 400 MHz, 약 300 MHz 내지 약 500 MHz, 약 300 MHz 내지 약 600 MHz, 약 300 MHz 내지 약 700 MHz, 약 300 MHz 내지 약 800 MHz, 약 300 MHz 내지 약 900 MHz, 약 300 MHz 내지 약 1 GHz, 약 400 MHz 내지 약 500 MHz, 약 400 MHz 내지 약 600 MHz, 약 400 MHz 내지 약 700 MHz, 약 400 MHz 내지 약 800 MHz, 약 400 MHz 내지 약 900 MHz, 약 400 MHz 내지 약 1 GHz, 약 500 MHz 내지 약 600 MHz, 약 500 MHz 내지 약 700 MHz, 약 500 MHz 내지 약 800 MHz, 약 500 MHz 내지 약 900 MHz, 약 500 MHz 내지 약 1 GHz, 약 600 MHz 내지 약 700 MHz, 약 600 MHz 내지 약 800 MHz, 약 600 MHz 내지 약 900 MHz, 약 600 MHz 내지 약 1 GHz, 약 700 MHz 내지 약 800 MHz, 약 700 MHz 내지 약 900 MHz, 약 700 MHz 내지 약 1 GHz, 약 800 MHz 내지 약 900 MHz, 약 800 MHz 내지 약 1 GHz, 또는 약 900 MHz 내지 약 1 GHz이다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 모듈(20)에서 진동 신호에 의해 설정되는 주파수는 약 1 MHz, 약 100 MHz, 약 200 MHz, 약 300 MHz, 약 400 MHz, 약 500 MHz, 약 600 MHz, 약 700 MHz, 약 800 MHz, 약 900 MHz, 또는 약 1 GHz이다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 모듈(20)에서 진동 신호에 의해 설정되는 주파수는 적어도 약 1 MHz, 약 100 MHz, 약 200 MHz, 약 300 MHz, 약 400 MHz, 약 500 MHz, 약 600 MHz, 약 700 MHz, 약 800 MHz, 또는 약 900 MHz이다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 모듈(20)에서 진동 신호에 의해 설정되는 주파수는, 최대 약 100 MHz, 약 200 MHz, 약 300 MHz, 약 400 MHz, 약 500 MHz, 약 600 MHz, 약 700 MHz, 약 800 MHz, 약 900 MHz, 또는 약 1 GHz이다.
일부 애플리케이션의 경우, 산업, 과학 및 의료(ISM) 주파수 대역의 주파수가 선호될 수도 있다. 본 개시의 목적을 위해, ISM 대역은 6.765 MHz 내지 6.795 MHz; 13.553 MHz 내지 13.567 MHz; 26.957 MHz 내지 27.283 MHz; 40.66 MHz 내지 40.70 MHz; 83.996 MHz 내지 84.004 MHz; 167.992 MHz 내지 168.008 MHz; 433.05 MHz 내지 434.79 MHz; 및 886 MHz 내지 906 MHz인 것으로 이해되어어야 한다. 다른 애플리케이션의 경우, 공식적으로 예약된 애플리케이션 대역, 예를 들면 제한 없이, 경찰 통신 또는 군사 대역의 주파수가 선호될 수도 있다. 수신기 공진기(50)는 그 주파수에서 자기장(31A) 또는 전기장(31B) 또는 이들 두 필드의 임의의 조합으로부터 전력을 캡쳐하도록 구성될 수도 있다.
수신기 모듈(40)은 컨트롤러(42)를 포함한다. 컨트롤러(42)는 센서(44)(예를 들면, 수신기 전력 센서(44A) 및 부하 검출기(44B))로부터 다양한 입력을 수신하도록 그리고 다양한 엘리먼트(46)(예를 들면, 보상 네트워크(46A), 매칭 네트워크(46B), 정류기(46D), 필터(46C), 및 부하 관리자(46E))에 제어 신호를 출력하도록 구성된다.
수신기 전력 센서(44A)는, 얼마나 많은 전력이 수신기 공진기(50)에 의해 수신되고 있는지를 결정하기 위해, 지점(44C)에서 전력을 측정할 수도 있다(예를 들면, 전류 및 전압을 측정할 수도 있다).
부하 검출기(44B)는 부하(70)의 존재를 검출하도록 구성된다. 부하 검출기(44B)는 물리적 센서(예를 들면 제한 없이, 광학 센서, 압력 센서, 적외선 센서, 또는 근접 센서)를 사용하여 또는 적절한 소프트웨어 또는 펌웨어를 통해 구현될 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 전류 및 전압은, 부하(50)에 의해 수신되는 전력을 결정하기 위해, 예를 들면, 지점(44D)에서 부하 검출기(44B)에 의해 측정된다. 지점(44D)에서 측정되고 있는 전력의 양이 기준을 넘어 증가하면, 부하 검출기(44B)는 부하(70)가 존재한다는 것을 컨트롤러(42)에게 시그널링할 수도 있다.
보상 네트워크(46A)는, 컨트롤러(42)로부터의 신호에 응답하여 수신기 공진기(50)의 소망되는 공진 주파수를 유지하도록, 그에 의해, 송신기 공진기(30)로부터 수신기 공진기(50)로의 전력 전달 효율성을 개선하도록 구성될 수도 있다. 보상 네트워크(46A)는 송신기 모듈(20)의 보상 네트워크(26E)일 수도 있고 실질적으로 송신기 모듈(20)의 보상 네트워크(26E)와 같이 기능할 수도 있다.
매칭 네트워크(26D)는, 최대 전력 전달을 달성하기 위해, 공진기(30)의 바람직한 임피던스에 매칭하게끔 정류기(46D)의 입력 임피던스를 조정하도록 구성될 수도 있다.
정류기(46D)는 부하(70)에 제공하기 위해 수신기 안테나(50)에 의해 수신되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성될 수도 있다.
필터(46C)는, 수신기 모듈(40)의 전체 전력 효율성을 개선하기 위해, 정류기(46D)로부터 출력되는 전력의 파형을 컨트롤러(42)로부터의 신호에 따라 성형하도록 구성될 수도 있다.
부하 관리자(46E)는 부하(70)에 적절한 전압 및 전류를 제공하도록 및/또는 자신의 입력 임피던스(예를 들면, 정류기(46D)의 출력 임피던스)를 조정하는 것에 의해 정류기(46D)로부터 최대 전력을 추출하도록 구성될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 부하 관리자(46E) 또는 다른 컴포넌트는 데이터 분석을 위한 적절한 정보를 제공하기 위해 외부 디바이스(예를 들면, 부하(70))와 (무선으로 또는 유선으로) 통신하도록 구성될 수도 있다. 그러한 정보는, 예를 들면 제한 없이, 부하(70)의 존재, 부하(70)의 충전 레벨, 부하(70)의 충전 레이트, 부하(70)의 상태, 현재 전압, 용량, 및/또는 부하(70)를 충전하기 위한 남은 시간을 포함할 수도 있다. 부하 관리자(46E)는, 예를 들면, 전달 모드 비율을 조정하여 1차 측(12)과 2차 측(14) 사이에서 최적의 에너지 전달을 달성하기 위해, 그러한 정보를 활용할 수도 있다(또는 그러한 정보를 컨트롤러(42) 또는 컨트롤러(22)로 릴레이할 수도 있음). 부하 관리자(46E)는 또한 그러한 정보를 디스플레이를 통해 유저에게 제공할 수도 있다. 그러한 디스플레이는 1차 측(12) 및 2차 측(14) 중 하나 이상으로 내장될 수도 있거나 또는, 예를 들면, 부하 관리자(46E) 또는 컨트롤러(22) 또는 컨트롤러(42)와 무선(또는 유선)으로 통신하는 이동 전화기 또는 태블릿 상의 앱과 같은, 모바일 디바이스 상의 소프트웨어를 통해 액세스 가능할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서 컴포넌트(46)는 수신기 모듈(40)에서 별개의 엘리먼트이고, 한편, 다른 실시형태에서, 컴포넌트(46) 중 하나 이상은 집적 회로 설계의 일부이다.
몇몇 실시형태에서, 1차 측(12)은 복수의 송신기 공진기(30)를 포함할 수도 있고 및/또는 2차 측(14)은 복수의 수신기 공진기(50)를 포함할 수도 있다. 그러한 실시형태에서, 송신기 공진기(30) 및/또는 수신기 공진기(50) 각각은 유사한 방식으로 제어될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 송신기 공진기(30) 및/또는 수신기 공진기(50) 각각은 개별적으로 제어될 수도 있다. 예를 들면, 몇몇 실시형태에서, 1차 측(12)은 (예를 들면, 인근의 금속 오브젝트에 기인하여) 더 적은 간섭을 경험하고 있는, 살아 있는 존재 근처에 있지 않은 또는 전력을 더욱 효율적으로 전달하고 있는 송신기 공진기(30)에 더 많이 의존할 수도 있고 및/또는 마찬가지로, 2차 측(14)은 (예를 들면, 인근의 금속 오브젝트에 기인하여) 더 적은 간섭을 경험하고 있는, 살아 있는 존재 근처에 있지 않은 또는 전력을 더욱 효율적으로 수신하고 있는 수신기 공진기(50)에 더 많이 의존할 수도 있다. 이러한 제어는, 예를 들면, 송신기 모듈(20) 및 수신기 모듈(40) 및/또는 그들 사이의 통신에 의해 제공될 수도 있거나 또는 촉진될 수도 있다.
도 9는 통합된 위상 시프터를 구비하는 정류기(46D)의 개략적인 묘사이다. 몇몇 실시형태에서, 정류기(46D)는 별개의 위상 시프터를 포함한다.
정류기(46D)는 특정한 공진 주파수에서 수신기 공진기(50)로부터 사인파(예를 들면, AC 전력)를 수신하도록 구성될 수 있는 (싱글 엔드형 모드 또는 차동 구성의) 스위치식 모드 자체 동기식 정류기(switched-mode self-synchronous rectifier)일 수도 있다. 정류기(46D)는 차동 스위치식 모드 자체 동기식 정류기일 수도 있다. 정류기(46D)는 E 필드, 또는 H 필드, 또는 E 필드와 H 필드의 임의의 조합이 수신기 공진기(50)에 의해 캡쳐될 수도 있도록 수신기 공진기(50)로부터 충분한 전력을 캡쳐할 수 있다.
정류기(46D)는 공진 주파수에 설정되는 주파수를 사용하여 액티브 디바이스(147B)(예를 들면, 트랜지스터)를 구동하는 입력(147A)(예를 들면, AC 전력)을 가지며 (즉, 액티브 디바이스의 출력 전력, 입력 임피던스 및 동작 영역을 제어하기 위해 사용되는) DC 부하 양단에서 출력(147D)(예를 들면, DC 전압)을 갖는다. 이 설계에서, 성능(예를 들면, 출력 전력 및 전력 변환 효율성)을 개선하기 위해 상이한 부하 종단부가 사용된다. 3차 고조파 종단부(147D)는 드레인 노드(147E)에서 전압 파형을 성형하기 위해 직렬 분기에서 위치된다. 2차 고조파 종단부(147F)는 드레인 노드(147E)에서 전압 파형을 성형하기 위해 병렬 분기에서 위치된다. 제1 고조파 종단부(147G)는 드레인 노드(147E)에서 전압 파형을 성형하기 위해 직렬 분기에서 위치된다. 3차 고조파 종단부의 효과는 2차 및 1차 고조파 종단부에서 고려될 수도 있다. 2차 고조파 종단부의 효과는 1차 고조파 종단부에서 고려될 수도 있다.
차동 구성의 경우, AC 소스(147A)가 직렬로 배치된다. AC 소스(147A)는 수신기 공진기(50)에 의해 수신되는 전력 및 송신기 공진기(30)에 대한 수신기 공진기(50)의 정렬 및 포지션의 함수일 수 있다. DC 부하(147C)는 싱글 엔드형 부하일 수도 있다.
정류기(46D)는 차동 구성에서 두 개의 위상 시프터(147H)를 포함할 수도 있다(그러나, 싱글 엔드형 구성에서는 단지 하나의 위상 시프터). 위상 시프터(147H)는 트랜지스터(147B)의 게이트 신호와 AC 소스 사이에서 적절한 위상 차이를 조정한다. 게이트 신호와 AC 소스(147A) 사이의 위상 차이는 자체 동기식 정류기의 성능(예를 들면, 전력 변환 효율성 및 트랜지스터의 동작 영역)을 변경할 수 있다. 그것은 또한 자체 동기식 정류기(46D)의 입력 임피던스 및/또는 정류기(46D)의 최적의 DC 부하(147C)를 변경할 수 있다.
정류기(46D)는 차동 구성에서 두 개의 레벨 시프터(147I)를 포함할 수도 있다(그러나, 싱글 엔드형 구성에서는 단지 하나의 레벨 시프터). 레벨 시프터(147I)는 트랜지스터(147B)의 게이트 신호에 대한 적절한 진폭을 조정할 수도 있다. 게이트 신호에서의 진폭 레벨은 자체 동기식 정류기의 성능(예를 들면, 전력 변환 효율성 및 트랜지스터의 동작 영역)을 변경할 수 있다.
정류기(46D)는 증폭기로서 기능하도록 재구성 가능할 수도 있다. 그러한 재구성의 일부로서, 통합된 위상 시프터(147H) 및 통합된 레벨 시프터(147I)는 정류기(46D)가 트랜지스터(147B)의 고유의 증폭 및 스위칭 기능에 기초하여 증폭기로서 기능하는 것을 허용하도록 조정될 수도 있다. 정류기로서 동작하는 것과 증폭기로서 동작하는 것 사이에서의 정류기(46D)의 이러한 재구성 가능성은, 수신기 모듈(40)이, 각각, 수신기 모드와 송신기 모드 사이에서 제어 가능하게 재구성되는 것을 허용한다. 재구성은 컨트롤러(42)로부터의 명령 하에 발생할 수도 있다. 정류기(46D)가 정류기로부터 증폭기로 재구성되는 경우, AC 소스(147A)는 AC 부하(147A)로 변경된다. 상응하여, 정류기(46D)가 정류기로부터 증폭기로 재구성되는 경우, DC 부하(147C)는 DC 소스로 재구성된다.
몇몇 실시형태에서, 수신기 모듈(40)이 송신기 모드에 있을 때, 보상 네트워크(46A)는 공진기(50)에 제공되는 신호를 정보를 사용하여 변조하도록 구성될 수도 있으며, 그에 의해, 소스 송신 변조기로서 기능할 수도 있다. 공진기(50)에 제공되는 신호를 변조하기 위해 사용하는 정보는 컨트롤러(42)에 의해 보상 네트워크(46A)에 제공될 수도 있다. 정보는 공진기(30)를 통해 송신기 모듈(20)의 컨트롤러(22)로 목적지가 정해진 제어 데이터를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 수신기 모듈(40)이 송신기 모드에 있고 정류기(46D)가 증폭기로서 구성되는 경우, 증폭기(46D)는 모듈(40)에 대한 변조기로서 기능할 수도 있다. 활용되는 변조는 진폭 변조, 주파수 변조, 위상 변조, 및 이들의 조합 중 임의의 하나일 수도 있다. 정보는 송신기 공진기(50)에 제공되는 신호 상으로 디지털 형태로 또는 아날로그 형태로 변조될 수도 있다. 정보는 소스 송신 변조기에 의해 송신기 공진기(50)에 제공되는 전력 신호의 공진 주파수 상으로 변조될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 정보는 전력 전달의 것과는 상이한 주파수 상으로 변조될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 정보는 송신기 공진기(50)에 제공되는 전력 신호의 공진 주파수의 고조파 상으로 변조될 수도 있다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 송신기 공진기(50)에 제공되는 전력 신호의 공진 주파수는, 정보가 변조되는 신호의 주파수의 고조파일 수도 있다. 여기서 설명되는 양식으로 송신되는 정보는, 예를 들면 제한 없이, 부하(70)의 존재, 부하(70)의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 부하(70)의 충전 레이트, 부하(70)의 상태, 현재 전압, 충전 용량, 부하(70)를 충전하기 위한 남은 시간을 포함할 수도 있다.
상기에서 모듈(20)과 모듈(40) 둘 모두가 송신기 모드에서 동작하는 것과 수신기 모드에서 동작하는 것 사이에서 재구성될 수도 있는 방법을 설명하였고, 모듈(20) 및 모듈(40) 둘 모두로부터의 신호가 변조될 수도 있는 방법을 설명하였지만, 도 1의 시스템(10)은 공진기(30 및 50)를 통해 양방향으로 정보를 송신하기 위한 전이중(full-duplex) 송신-수신 시스템으로서 기능할 수도 있다는 것이 명백하다. 도 1의 시스템(10)은 도 1 및 도 7의 2차 측(14)과 유사한 추가적인 2차 측을 포함할 수도 있다. 추가적인 2차 측이 존재하는 경우, 상기에서 설명되는 배열은 다양한 2차 측 사이에서의 정보의 통신을 허용한다.
몇몇 실시형태에서, 1차 측(12) 및 2차 측(14)은 블루투스(예를 들면, 2.4 GHz) 또는 GPS의 것과 유사한 신호 주파수(예를 들면, 10 GHz)를 통해 통신할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 데이터를 별개로 수집할 수도 있고 1차 측(12) 및/또는 2차 측(14) 사이에서 데이터를 왔다갔다 전달할 수도 있는 추가적인 유닛이 있을 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 와이파이는 1차 측(12) 및/또는 2차 측(14)으로부터 온라인 포털(예를 들면, 1차 측(12) 및/또는 2차 측(14)과 관련되는 웹사이트 또는 모바일 애플리케이션)으로 데이터를 업로드하기 위해 활용될 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 두 개의 수신기 모듈(40) 사이에서 전력을 전달(예를 들면, 피어 투 피어(peer-to-peer) 전력 전달)하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들면, 제1 수신기를 갖는 제1 전기 자전거의 배터리가 소진되었거나 또는 부족하고 제2 수신기 및 적어도 부분적으로 충전된 배터리를 갖는 제2 전기 자전거가 근처에 있는 경우, 제2 전기 자전거로부터 제1 전기 자전거로 전력을 전달하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러한 상황은, 예를 들면, 근처에 송신기가 없는 경우에도 관련될 수도 있다. 송신기 모듈로 재구성되는 데 수반되는 두 개의 수신기 모듈(40) 중 적어도 하나의 수신기 모듈의 설비는 그러한 피어 투 피어 전력 전달을 가능하게 만든다. 일반적으로, 그것은 복수의 2차 측(14) 사이에서 전력의 포워딩을 가능하게 만든다.
다른 실시형태에서, 전력이 소정의 시간에 역방향으로, 즉 도 1, 도 6 및 도 7의 부하 측으로부터 소스 측으로 송신될 필요가 있을 수도 있다. 송신기 모드에서 동작하는 것과 수신기 모드에서 동작하는 것 사이에서 모듈(20) 및 모듈(40) 둘 모두가 재구성되는 능력은, 모듈(20)로부터 모듈(40)로의 "역" 방향에서의 전력의 그러한 전달을 허용한다. 따라서, 시스템은 양방향 전력 전달을 허용한다. 도 8 및 도 9의 디바이스(26B 및 46D)가, 각각, 증폭기 또는 정류기로서 기능하도록 재구성될 수도 있다는 사실이 주어지면, 이들 디바이스는 일괄적으로 "차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기"로서 지칭될 수도 있다. 전력 송신의 양방향성이 주어지면, 송신기 공진기(30)와 수신기 공진기(50) 둘 모두는 "송신기-수신기 공진기"로서 설명될 수도 있고, 모듈(20 및 40) 둘 모두는 "전력 송신-수신 모듈"로 칭해질 수도 있다. 그러한 배열은, 제동 동안 운동 에너지가 변환되어 배터리로 전달될 필요가 있는 전기 차량에서 유용하다. 전력 전달의 그러한 변경된 방향이 적용되는 다른 시스템, 조건, 및 배열은, 예를 들면 제한 없이, 다양한 레벨의 잔여 배터리 충전을 가질 수도 있고, 이 배열을 사용하여 서로를 적어도 부분적으로 재충전할 수도 있는 다수의 이동 전화기를 포함한다. 더욱 일반적인 경우에, 송신 시스템과 수신 시스템 둘 모두가 영구적인 에너지 소스, 예를 들면, 그리드 전력을 갖지 않는 경우, 그러면, 어느 방향으로든 에너지를 전달하기 위해 양방향 기능성이 활용될 수도 있다.
도 31과 관련하여 설명되는 추가적인 양태에서, 전력 신호 주파수의 전력 신호를 통해 전력을 전달하기 위한 근접장 라디오 주파수 방법[2200]이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 복수의 전력 송신-수신 모듈 - 복수의 전력 송신-수신 모듈 각각은 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 것과 전력을 교환하도록 배치되는 송신기-수신기 공진기와 유선으로 통신함 - 을 포함하는 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템을 제공하는 것[2210]; 및 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 전력 전달 시스템을 동작시키는 것[2220].
전력 전달 시스템을 제공하는 것[2210]은, 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 전력 신호 튜너 모듈을 구비하는 제1의 것을 제공하는 것을 포함할 수도 있고; 전력 전달 시스템을 동작시키는 것[2420]은 전력 신호 튜너 모듈을 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 변경하는 것을 포함할 수도 있다.
전력 전달 시스템을 제공하는 것[2210]은, 복수의 전력 송신-수신 모듈 중에서, 관련된 송신기-수신기 공진기와 유선으로 통신하며 변조기를 구비하는 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈을 제공하는 것을 포함할 수도 있고, 전력 전달 시스템을 동작시키는 것[2220]은 다음의 것을 포함할 수도 있다: 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 것과 유선으로 통신하는 관련된 송신기-수신기 공진기와 송신기-수신기 공진기 사이에서 라디오 주파수 신호를 교환하는 것; 및 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것. 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 하나의 전력 송신-수신 모듈의 출력에 전력 부하가 존재하는 경우, 교환된 신호 상에서 변조되는 정보는 전력 부하의 존재, 전력 부하의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 전력 부하의 충전 레이트, 전력 부하의 상태, 전력 부하에 대한 전압의 존재, 전력 부하의 충전 용량, 및 전력 부하를 충전하기 위한 남은 시간 중 하나 이상을, 예를 들면 제한 없이, 포함할 수도 있다.
정보는 진폭 변조, 주파수 변조, 또는 위상 변조에 의해 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 변조될 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 디지털 정보 또는 아날로그 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다.
교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 전력 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 전력 신호 주파수와는 상이한 주파수를 갖는 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 전력 신호 주파수의 고조파인 주파수를 갖는 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 고조파로서 전력 신호 주파수를 갖는 신호 상으로 정보를 변조하는 것을 포함할 수도 있다.
교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은, 유선 연결된 송신기-수신기 공진기에 의해 반사되는 신호에 정보를 부과하기 위해, 관련된 유선 연결된 송신기-수신기 공진기의 반사 특성을 정보에 따라 변조하는 것을 포함할 수도 있다. 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 것은 관련된 송신기-수신기 공진기에 제공되는 신호를 정보에 따라 변조하는 것을 포함할 수도 있다.
방법[2200]은 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하기 위해 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 제1의 것의 전력 신호 튜너 모듈을 동작시키는 것을 포함할 수도 있다. 제공되는 전력 송신-수신 모듈 각각은 보상 네트워크를 포함할 수도 있고 보상 네트워크는 변조기를 포함할 수도 있어서, 보상 네트워크가 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하도록 동작되는 것을 허용할 수도 있다. 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나는 전력 신호 주파수의 신호를 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈에 제공하는 라디오 주파수 발진기를 포함할 수도 있고, 라디오 주파수 발진기는 변조기를 포함할 수도 있으며; 정보가 발진기에서 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 변조되는 것을 허용할 수도 있다.
제공되는 복수의 전력 송신-수신 모듈 각각은 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드 사이에서 재구성 가능할 수도 있고; 그리고 방법은, 적어도 두 개의 송신-수신 모듈 사이의 전력 송신의 방향을 역전시키기 위해, 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 두 개를 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드 사이에서 재구성하는 것을 더 포함할 수도 있다. 제공되는 전력 송신-수신 모듈 각각은, 전력 송신-수신 모듈의 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드에 각각 대응하는 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성될 수 있는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 포함할 수도 있고; 그리고 방법은 적어도 두 개의 송신-수신 모듈의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성하는 것을 포함할 수도 있다. 각각의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성하도록 조정 가능한 위상 시프터를 포함할 수도 있고; 그리고 방법은 적어도 두 개의 송신-수신 모듈의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기 각각의 위상 시프터를 조정하는 것을 포함할 수도 있다.
본원에서 설명되는 송신기 및/또는 수신기를 포함하는 WPT 시스템(10)은, 전기 차량, 전기 보트, 전기 비행기, 전기 트럭, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 스케이트보드, 등등과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 다양한 애플리케이션에 통합될 수도 있다. 하나의 예시적인 비제한적 애플리케이션은, 하나 이상의 송신기(예를 들면, 1차 측(12))를 통합하는 다양한 도킹 스테이션이 제공되고 수신기(예를 들면, 2차 측(14)) 및 (부하(70)로서) 배터리를 포함하는 전기 자전거가 도킹 스테이션에서 충전될 수도 있는 자전거 공유 플리트이다.
일부 애플리케이션에서, 1차 측(12) 또는 2차 측(14)은 본원에서 설명되지 않는 다른 시스템과 전력을 전달하도록 구성될 수도 있으며, 심지어 다른 CPT 시스템 및/또는 IPT 시스템이 본원에서 설명되는 전력 전달 시스템과 함께 작동하도록 구체적으로 설계되지 않았더라도, 그들과의 호환성을 제공하기 위해 CPT로부터 IPT로의 전달 모드 비율을 조정할 수 있다.
다수의 예시적인 양태 및 실시형태가 상기에서 논의되었지만, 기술 분야의 숙련된 자는 소정의 수정예, 순열예, 추가예 및 이들의 하위 조합을 인식할 것이다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항 및 이후 도입되는 청구항은, 전체적으로 본 명세서의 가장 광의의 해석과 일치하는 모든 그러한 수정예, 순열예, 추가예 및 이들의 하위 조합을 포함하도록 해석되는 것이 의도된다.
제1 양태에서, 상기에서 설명되고 도 1 내지 도 10에서 묘사되는 시스템(들) 각각은, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서의 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 구성되는 바이모달 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10)을 형성하는데, 시스템(10)은 다음의 것을 포함한다: 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336) 및 전력 신호 튜너 모듈(26F) - 튜너 모듈(26F)은 튜너 모듈(26F)에 의해 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)에 제공되는 전력 신호를 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 조정하도록 구성됨 - 을 포함하는 송신기 서브시스템(12); 및 전달 모드 비율로 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)으로부터 전력을 수신하도록 구성되는 수신기 안테나 서브시스템(52, 152, 252, 352, 154, 254, 354, 356)을 포함하는 수신기 서브시스템(14).
튜너 모듈(26F)은 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)에 제공되는 전력 신호의 전류와 전압 사이의 위상 차이를 조정하는 것에 의해 전력 신호를 조정하도록 구성될 수도 있다. 송신기 서브시스템(12)은 컨트롤러(22) 및 적어도 하나의 센서(24)를 더 포함할 수도 있는데, 컨트롤러(22)는 적어도 하나의 센서(24)로부터 센서 정보를 수신하도록 그리고 센서 정보에 기초하여 튜너 모듈(26F)에 튜닝 명령을 자동적으로 제공하도록 구성되고; 그리고 튜너 모듈(26F)은 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)에 제공되는 전력 신호의 전류와 전압 사이의 위상 차이를 튜닝 명령에 따라 조정하도록 구성된다.
시스템(10)은, 송신기 서브시스템(12)과 수신기 서브시스템(14) 사이의 커플링의 정도에 기초하여, 사전 결정된 대역 내에서 자유롭게 변하는 공진 주파수에서 공진한다. 사전 결정된 대역은, 예를 들면 제한 없이, 공식적으로 지정되고 예약된 산업, 과학 및 의료(ISM) 대역 또는 특정한 유저에 대해 전용되는 대역일 수도 있다. 시스템(10)의 품질 계수(Q)는 전력 신호 진동 주파수가 사전 결정된 주파수 대역의 상반된 한계 내에서 변하는 것을 허용하는 정도까지 감소될 수도 있다. Q의 감소된 값은 시스템(10)이 전력 전달의 프로세스 동안 사전 결정된 주파수 대역 내에서 다수의 상이한 공진 주파수 중 임의의 주파수를 활용하는 것을 허용한다. 송신기 서브시스템(12)과 수신기 서브시스템(14) 사이의 커플링 및 공진 수신기 서브시스템(14)에 의한 전력의 관련된 흡수는, 시스템(10)이 동작 중일 때, 전자기 복사가 원거리장 도메인(far-field domain)으로 거의 방출되지 않는 것을 보장한다. 도 1 내지 도 10을 참조하여 본원에서 설명되는 바와 같은 배열은, 바로 앞의 주파수 양태와 함께, 시스템(10)을 바이모달 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템으로 만든다. 무선 전력 전달 시스템(10)에서, 전력은 1차 서브시스템으로부터 2차 서브시스템으로 용량성 또는 유도성 커플링 또는 둘 모두를 통해 전달되며, 전자기 복사를 통해서는 임의의 실질적인 정도까지는 전달되는 것은 아니다는 것을 유의해야 한다.
전술한 도면 및 도 11의 플로우차트를 참조하여 설명되는 추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 조정 가능한 전달 모드 비율에 따라 전력을 바이모달 방식으로 전달하기 위한 근접장 무선 방법[1000]이 제공되는데, 그 방법은, 전력 신호 튜너 모듈(26F) 및 공진 전력 신호 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)을 포함하는 송신기 서브시스템(12)을 제공하는 것[1010]; 공진 전력 신호 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 수신기 안테나 서브시스템(52, 152, 252, 352, 154, 254, 354, 356)을 포함하는 수신기 서브시스템(14)을 제공하는 것(1020); 전력 신호 진동 공진 주파수에서 튜너 모듈(26F)로부터 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)으로 전력 신호를 제공하는 것[1030]; 튜너 모듈(26F)로부터 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)으로의 전력 신호를 조정하는 것에 의해 전달 모드 비율을 조정하는 것[1040]; 및 전달 모드 비율로 수신기 안테나 서브시스템(52, 152, 252, 352, 154, 254, 354, 356)을 통해 전력 신호 진동 공진 주파수의 전달된 전력을 수신기 서브시스템(14)에서 수신하는 것[1050]을 포함한다. 전달 모드 비율을 조정하는 것[1040]은 송신기 안테나 서브시스템(32, 132, 232, 332, 134, 234, 334, 336)에 제공되는 전력 신호의 전류와 전압 사이의 위상 차이를 조정하는 것을 포함할 수도 있다.
송신기 서브시스템(12)을 제공하는 것[1010]은 컨트롤러(22) 및 적어도 하나의 센서(24)를 제공하는 것을 더 포함할 수도 있고 전류와 전압 사이의 위상 차이를 조정하는 것은 적어도 하나의 센서(24)로부터 컨트롤러(22)에 의해 수신되는 센서 정보에 기초하여 컨트롤러(22)의 커맨드를 통해 튜너 모듈(26F)에 의해 행해질 수도 있다. 컨트롤러(22)의 커맨드는 센서 정보의 컨트롤러(22)에 의한 수신시 튜너 모듈(26F)에 자동적으로 발행될 수도 있고; 튜너 모듈(26F)은 위상 차이를 변경하기 위해 컨트롤러(22)로부터의 커맨드를 자동적으로 실행할 수도 있다.
방법[1000]은 공진 전력 신호 진동 주파수가 사전 결정된 주파수 대역 내에서 변하는 것을 허용하는 것[1060]을 더 포함할 수도 있다. 사전 결정된 주파수 대역은 산업, 과학 및 의료(ISM) 주파수 대역일 수도 있다. 송신기 서브시스템을 제공하는 것[1010]은, 공진 전력 신호 진동 주파수가 사전 결정된 주파수 대역의 반대 한계 내에서 변하는 것을 허용하는 정도까지 디튜닝되는 송신기 서브시스템을 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
도 12, 도 13a 및 도 13b를 참조하여 그리고 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명되는 또 다른 실시형태에서, 다중 송신기 바이모달 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10')은, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서의 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 구성된다. 시스템(10')은 대응하는 전용 송신기 모듈(20A' 내지 20I')에 의해 각각 구동되는 복수의 송신기 공진기(30A' 내지 30I')를 포함하는 다중 송신기 서브시스템(12')을 포함하는데, 각각의 송신기 공진기 및 대응하는 송신 모듈(예를 들면, 각각, 30E' 및 20E')은 상기에서 주어지며 도 1 내지 도 10을 참조하는 설명을 따를 수도 있다. 도 12는 시스템(10')의 실시형태의 개략적인 표현인데, 여기서 송신기 공진기(30A' 내지 30I')는 하나의 열(column)에서 아홉 개의 공진기로 제시되지만 그러나 그들의 공식적인 공간적 위치에서 묘사되지 않는다. 다중 송신기 서브시스템(12')의 공간 레이아웃의 한 실시형태가 도 13a 및 도 13b에서 도시되고 하기에서 설명된다. 시스템(10')에서, 공진 수신기 서브시스템(14)은 상기에서 설명되고 도 1 내지 도 10에 의해 참조되는 공진 수신기 시스템과 동일할 수도 있거나 또는 실질적으로 유사할 수도 있다. 도 12에서 도시되는 실시형태에서, 공진 수신기 서브시스템(14)은, 예를 들면 제한 없이, 이동 전화기 또는 디지털 "태블릿"에서 구현될 수도 있다. 공진 수신기 서브시스템(14)은 명확화를 위해 도 13a에서 파선의 윤곽에서 묘사된다. 실시형태에서, 각각의 작동하는 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 및 각각의 대응하는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')은 상기에서 설명되고 도 1 내지 도 10에서 묘사되는 송신기 공진기(30) 및 송신기 모듈(20)과 동일한 또는 실질적으로 유사한 방식으로 기능할 수도 있다. 다중 송신기 서브시스템(12')의 공간 레이아웃의 한 실시형태가 도 13a 및 도 13b에서 묘사되어 있다. 도 13b는 다중 송신기 서브시스템(12')의, 도 13a에서 그것의 방위와 관련하여 반전된 방위에서의 도면이다.
도 12, 도 13a 및 도 13b에서 도시되는 시스템(10')의 예시적인 실시형태에서, 다중 송신기 서브시스템(12')은 정사각형 어레이에서 배열되는 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 및 대응하는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 아홉 개의 쌍을 포함한다. 송신기 모듈(20A' 내지 20I')은 도 13a에서는 접지된 베이스플레이트(35')에 의해 가려지지만, 그러나, 도 13b에서는 확인될 수도 있다. 더욱 일반적인 실시형태에서, 공진기 및 송신기 모듈의 다른 수의 쌍이 활용될 수도 있으며, 공진기 어레이는 정사각형 또는 직사각형일 필요가 없다. 제한 없는 예로서, 공진기 어레이는 육각형 배열을 가질 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 어레이는 바람직하게는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')를 분리하고 경계를 정하는 접지된 차폐 그리드를 가지고 있는 제약 내에 밀집되어 있다. 접지된 차폐 그리드(33')는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 어레이를 횡방향에서 제한한다. 접지된 차폐 그리드(33')는, 송신기 공진기(30A' 내지 30I')와 접지된 차폐 그리드(33') 사이에서 일관된 전기장 거동 및 관련된 커패시턴스를 보장하기 위해, 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각의 둘레로부터 일정한 거리(37')에서 배치된다. 용어 "차폐 거리"는, 본원에서, 공진기(30A' 내지 30I')와 접지된 차폐 그리드(33') 사이의 거리를 설명하기 위해 사용된다.
실시형태에서, 접지된 차폐 그리드(33')는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 전기장이 완전히 공간적으로 디커플링되고, 그에 의해, 공간적으로 독립적으로 될 것이다는 것을 보장한다. 송신기 공진기(30A' 내지 30I')는 공간 방위에 의해 상호 디커플링되도록 선택되는 자기장을 가질 수도 있다. 다른 실시형태에서, 접지된 차폐 그리드(33')는, 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에 의해 생성되는 자기장을 디커플링하기 위해, 고전도성 페라이트 재료로 형성될 수도 있거나 또는 그것을 사용하여 코팅될 수도 있다.
도 13a 및 도 13b에서 도시되는 바와 같이, 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 및 그들의 대응하는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')은 접지된 베이스 플레이트(35')의 대향하는 면 상에서 실질적으로 서로 일직선으로 장착될 수도 있는데, 각각의 송신기 공진기(예를 들면, 30E')는 그것의 대응하는 송신기 모듈(20E')에 근접한다. 다른 실시형태에서, 송신기 공진기와 그들의 대응하는 송신기 모듈 사이에는 고정된 공간적 관계가 없을 수도 있다. 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 어레이는 도 13a에서 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 집합적 상위 표면(collective upper surface)에 의해 정의되는 공통 송신 표면을 공유한다. 미관 및 보호의 이유 때문에, 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 어레이는, 도 13a에서는 도시되지 않는 유전체 플레이트로 피복될 수도 있다. 유전체 플레이트는 수신기 서브시스템(14)과 송신기 공진기(30A' 내지 30I')를 분리한다.
도 12 및 도 13a에서, 공진 수신기 서브시스템(14)의 실시형태는 복수의 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 서브세트와 중첩하는 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 도 12 및 도 13a에 따르면, 중첩된 송신기 공진기는 30D', 30E', 30G' 및 30H'인 것으로 도시되어 있다. 도 13a에서, 공진 수신기 서브시스템(14)은 서로 인접하는 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H') 위에서 파선의 직사각형으로서 도시되어 있다. 송신기 모듈(20A' 내지 20I') 중 임의의 것의 컨트롤러는 그들의 대응하는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에 근접하는 또는 그들과 중첩하는 공진 수신기 서브시스템(14)의 존재 또는 부재를 결정할 수도 있고, 이들 검출에 기초하여, 컨트롤러는 그들의 대응하는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에 대한 전력 신호를 턴온 또는 턴오프할 수도 있다.
송신기 공진기(30A' 내지 30I')가 전력을 송신하고 있도록 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 전력 증폭기가 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에 전력 신호를 공급하고 있고, 송신기 모듈(20A', 20B', 20C', 20F' 및 20I')의 컨트롤러가 송신기 공진기(30A', 30B', 30C', 30F' 및 30I')에 근접한 그들의 주파수 범위 내에서 공진 수신기의 부재를 결정하는 경우, 그들 컨트롤러는 송신기 공진기(30A', 30B', 30C', 30F' 및 30I')에 대한 전력 신호를 턴오프할 수 있다.
송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 전력 증폭기가 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에 전력 신호를 공급하고 있지 않은 경우, 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')에 대한 컨트롤러는 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')와 중첩하는 그리고 근접하는 공진 수신기 서브시스템(14)의 존재를 결정할 수 있고, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')에 의해 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')로 제공되는 송신 가능한 전력을 턴온할 수 있다. 이러한 배열은, 공진 수신기 서브시스템(14)에 근접한 송신기 공진기만이 전력을 인출하고 있고 공진 수신기 서브시스템(14)으로 전력을 송신하고 있다는 것을 보장한다.
특정한 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 입력 임피던스는 특정한 송신기 공진기에 근접한 공진 수신기 서브시스템(14)의 존재 또는 부재를 검출하기 위해 활용될 수도 있다. 송신기 공진기 입력 임피던스는 특정한 송신기 공진기에 근접한 공진 수신기 서브시스템(14)의 부재 또는 존재에 따라 변한다. 상기에서 설명되는 바와 같이, 도 6을 참조하여, 특정한 공진 수신기 서브시스템(14)의 효과는, 검출될 수신기의 존재 및 부재를 허용하도록 뚜렷할 뿐만 아니라, 수신기의 타입이 송신기 공진기 입력 임피던스에 대한 그것의 효과에 의해 식별될 수도 있도록 또한 특징적이다. 특히, 수신기 공진기의 사이즈는 특정한 송신기 공진기(30A' 내지 30I')의 입력 임피던스에 대해 큰 영향을 끼친다.
시스템(10')의 실시형태에서, 송신기 모듈(20E')은, 도 12 및 도 13b에서 묘사되는 바와 같이, 공진 수신기 서브시스템(14)에 의해 중첩되는 네 개의 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H') 중 하나와 관련되는 송신기 모듈이다. 송신기 모듈(20A' 내지 20I') 각각의 상세한 구조는 도 6 및 도 8에서 제공된다. 프로세스는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 전력 증폭기(26B)가 대응하는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에게 어떠한 전력 신호도 제공하지 않는 것으로 개시된다.
이제, 송신기 모듈(20E')에 초점을 맞추면, 이 실시형태에서 그것의 부하 검출기(24A)는 송신기 공진기(30E')의 입력 임피던스를 측정하도록 구성된다. 부하 검출기(24A)는 입력 임피던스 측정 결과를 컨트롤러(22)에게 제공한다. 송신기 공진기(30E')에 근접한 임의의 공진 수신기 서브시스템이 없는 상태에서 송신기 공진기(30E')의 입력 임피던스를 나타내는 디폴트 입력 임피던스 측정 값이 컨트롤러(22)의 레지스터에 저장된다. 송신기 공진기(30E')에 근접한 공진 수신기 서브시스템(14)의 배치는, 도 12에서 도시되는 바와 같이, 부하 검출기(24A)에 의한 새로운 상이한 입력 임피던스 측정으로 이어지며, 그 결과는 부하 검출기(24A)에 의해 컨트롤러(22)에 공급된다. 컨트롤러(22)는, 본원에서 "제1 입력 송신기 공진기 임피던스 변화" 또는 "1차 송신기 공진기 입력 임피던스 변화"로서 지칭되는 새로운 입력 임피던스 측정치를, 레지스터에 저장되는 디폴트 임피던스 측정 값과 비교한다. 이러한 제1 입력 임피던스 변화에 기초하여, 컨트롤러(22)는 수신기 공진기, 예를 들면, 공진 수신기 서브시스템(14)의 공진기가 송신기 공진기(30E')에 근접하여 존재하는지의 여부에 관한 결정을 행한다. 송신기 공진기(30E')에 근접한 수신기 공진기의 부재 또는 존재의 결정을 행하기 위해, 컨트롤러(22)는, 수신기 공진기가 존재하는 것으로 컨트롤러(22)가 간주하기 이전에, 초과되어야 하는 최소 입력 임피던스 변화를 가지고 사전 프로그래밍될 수도 있다.
수신기 공진기, 예를 들면, 공진 수신기 서브시스템(22)의 공진기가 송신기 공진기(30E')에 근접하여 존재한다는 것을 컨트롤러(22)가 결정하는 경우, 그러면, 컨트롤러(14)는 "ON(온)' 상태를 취할 것을 전력 증폭기에게 지시한다. 그에 의해, 전력이 송신기 공진기(30E')에 제공되고, 전력은, 이어서, 공진 수신기 서브시스템(14)으로 전달된다. 수신기 공진기, 예를 들면, 공진 수신기 서브시스템(22)의 공진기가 송신기 공진기(30E')에 근접하여 존재하지 않는다는 것을 컨트롤러(22)가 결정하는 경우, 그러면, 컨트롤러(14)는 "OFF(오프)' 상태를 취할 것을 전력 증폭기에게 지시한다. 그에 의해, 전력이 송신기 공진기(30E')에 제공되지 않고, 전력은, 이어서, 공진 수신기 서브시스템(14)으로 전달되지 않는다. 그들의 대응하는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')와 관련하여 모든 송신기 모듈(20A' 내지 20I')에 의해 동일한 프로세스가 독립적으로 행해진다. 결과적으로, 공진 수신기 서브시스템(14)에 의해 중첩되는 송신기 모듈(30D', 30E', 30G' 및 30H')의 전력 증폭기는 턴온되고, 공진 수신기 서브시스템(14)에 의해 중첩되지 않는 송신기 모듈(30A', 30B', 30C', 30F' 및 30I')의 전력 증폭기는 턴오프된다.
상이한 사이즈의 수신기 공진기는 지점(24A)에서 송신기 모듈(20)의 부하 검출기(24A)에게 상당히 상이한 임피던스를 제공한다는 것을 유의해야 한다. 주어진 수신기 공진기가 특정한 송신기 공진기가 완전히 중첩될 때와 비교하여, 그것이 그 송신기 공진기와 부분적으로 중첩될 때 측정되는 임피던스 차이는, 수신기 공진기 사이즈에 따라 임피던스가 달라지는 것만큼 크게 다르지는 않다. 이것은 임의의 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 컨트롤러(22)가, 대응하는 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에 근접한 소형 수신기 공진기와 대형 수신기 공진기 사이를 구별하는 것을 허용한다.
한 실시형태에 따르면, 공진 수신기 서브시스템, 예를 들면, 공진 수신기 서브시스템(14)에 의해 중첩되는 그들 송신기 공진기(예를 들면, 30D', 30E', 30G' 및 30H') 사이의 전력 신호 주파수 및 위상의 설정이 본원에서 설명된다. 전력을 수신하고 있는 송신기 공진기(30D', 30E', 30G', 및 30H')의 조합으로부터 전력을 최대로 효율적으로 전달하기 위해서, 공진기(30D', 30E', 30G', 및 30H')의 전력 신호는 동일한 주파수를 가질 필요가 있고, 또한, 서로 동위상에 있을 필요가 있다. 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')에서의 전력 신호의 주파수가, 상기에서 그리고 도 1 내지 도 10을 참조하여 앞서 설명되는 바와 같이, 허용된 대역 내에서 다를 수 있다는 것을 고려하면, 도 12, 도 13a 및 도 13b의 본 실시형태에서의 요건은, 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')의 전력 신호 주파수가 동일하게 되도록 조정되는 것 및, 그 다음, 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')로부터의 전력 신호가 완전히 동기화되고 동위상에 있도록, 그들의 위상이 함께 고정되는 것이다.
실시형태에서, 중첩된 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')의 컨트롤러(22) 모두가 그들의 대응하는 발진기(26A)를 동일한 주파수로 설정한다는 것을 보장하기 위해, 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 컨트롤러(22) 모두는, 임의의 주어진 허용된 대역, 예를 들면, ISM 대역 내에서 선택되는 주파수의 동일한 테이블을 제공받는다. 그 특정한 ISM 대역 내에서, 주파수 테이블에서의 포함을 위해 다수의 별개의 주파수가 선택된다. 따라서, 그 ISM 대역 내에서의 도표화된 주파수의 수는 유한하고 제한적이며, 도표화된 주파수는, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 다양한 컨트롤러(22)가 상기에서 설명되는 제1 임피던스 차이로부터 전력 신호 주파수를 결정할 수 있을 만큼 충분히 넓게 사이에 공간을 둔다. 그들 임피던스에서의 작은 변동에도 불구하고, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 모든 컨트롤러(22)는 그들 각각의 발진기(26A) 및 전력 증폭기(26B)의 전력 신호에 대해, 대역에서 허용되는 주파수 중에서부터 동일한 이산 주파수를 선택한다.
한 실시형태에서, 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H') 모두가 동일한 전력 신호 주파수뿐만 아니라, 또한 동일한 위상을 갖는다는 것을 보장하기 위해, 다음 프로시져가 채택되어 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 각각의 컨트롤러(22)의 소프트웨어에 프로그래밍된다. 통계적으로, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 것들 중 독립적인 컨트롤러(22) 중 제1의 것이, 자신의 송신기 공진기를 통해 공진 수신기 서브시스템(14)에 전력을 공급하기 위해, 자신의 대응하는 발진기(26A) 및 전력 증폭기(26B)를 먼저 턴온할 것이다. 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 것들 중 다른 독립적인 컨트롤러(22) 중 제2의 것이, 자신의 대응하는 송신기 공진기의 입력 임피던스를 측정할 것이고 자신의 대응하는 부하 검출기(24A)를 통해, 제1 송신기 공진기의 기능에 기인하는 그 임피던스에서의 작은 2차 변화를 검출할 것이다. 사실상, 제2 컨트롤러(22)는, 공진 수신기 서브시스템(14)과의 제1 송신기 공진기의 상호 작용을 통해, 제1 송신기 공진기의 임피던스의 반사를 보고 있다. 제2 컨트롤러(22)는, 2차 임피던스 변화에 기초하여, 다른 컨트롤러가 자신의 발진기(26A) 및 전력 증폭기(26B)를 먼저 턴온시켰다는 것을 결론내리도록 프로그래밍된다. 이러한 추론을 행한 이후, 제2 컨트롤러(22)는, 그 다음, 자신의 발진기(26A)와 전력 증폭기(26B)를 턴온시키고, 자신의 송신기 전력 센서(24B)를 사용하여 자신의 대응하는 송신기 공진기에 의해 송신되는 전력을 측정하면서, 전력 신호의 위상을 변경한다. 그 다음, 제2 컨트롤러(22)는 자신의 발진기의 위상을 변경하고 최대 전력 전달이 발생하는 위상을 검색하고 발진기의 위상을 그 값으로 설정한다. 이러한 양식으로 결정되는 발진기 위상은, 제2 송신기 공진기에 의해 전달되는 전력 신호의 위상이 제1 송신기 공진기에 의해 공진 수신기 서브시스템(14)으로 전달되는 전력 신호의 위상과 동일하다는 것을 보장할 것이다. 한 실시형태에서, 발진기 위상의 설정은, 전력 신호 위상을 절대적으로 균등화하기보다는, 전력 전달을 실질적으로 최대화하는 것에 기초한다.
다른 실시형태에서, 다시 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')가 공진 수신기 서브시스템(14)에 의해 중첩되는 것에 기초하여, 공진 수신기 서브시스템(14)의 근접성의 검출은 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')를 통해 인출되는 테스트 신호 전력에 기초한다. 이 실시형태에서, 낮은 진폭 전력 신호는 초기에 모든 송신기 공진기(30A' 내지 30I')에 대응하는 발진기 및 전력 증폭기에 의해 유지된다. 그 다음, 모든 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 컨트롤러(22)는 그들의 대응하는 송신기 전력 센서(24B)를 사용하여 그들의 대응하는 송신기 공진기(30)에 의해 인출되는 전력을 감지한다. 그들의 대응하는 송신기 전력 센서(24B)를 사용하여, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 컨트롤러(22)는, 그들의 대응하는 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')를 통해 전력이 인출되고 있다는 것을 감지한다. 인출되는 테스트 신호 전력의 검출에 기초하여, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 컨트롤러(22)는 그들의 대응하는 전력 증폭기(26B)의 최대 전력을 턴온한다. 용어 "제1 테스트 신호 전력 인출"은, 본원에서, 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')를 통해 테스트 신호로부터 인출되는 이 전력을 설명하기 위해 사용된다. 공진 수신기 서브시스템(14)에 의해 중첩되지 않는 송신기 모듈(30A', 30B', 30C', 30F' 및 30I')의 전력 증폭기(26B)의 테스트 전력 신호는 적절한 테스트 기간 이후에 턴오프될 수도 있다.
상기에서 설명되는 임피던스 기반의 실시형태와 동등하게, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 컨트롤러(22)는, 공진 수신기 서브시스템(14)이 그들의 대응하는 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')에 근접하여 존재하는 것으로 간주하기 위해, 임계 전력 인출을 요구할 수도 있다.
실시형태에서, 중첩된 송신기 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H')의 컨트롤러(22) 모두가 그들의 대응하는 발진기(26A)를 동일한 주파수로 설정한다는 것을 보장하기 위해, 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 컨트롤러(22) 모두는, 임의의 주어진 허용된 대역, 예를 들면, ISM 대역 내에서 선택되는 주파수의 동일한 테이블을 제공받는다. 그 특정한 ISM 대역 내에서, 주파수 테이블에서의 포함을 위해 다수의 별개의 주파수가 선택된다. 따라서, 그 ISM 대역 내에서의 도표화된 주파수의 수는 유한하고 제한적이며, 도표화된 주파수는, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 다양한 컨트롤러(22)가 상기에서 설명되는 제1 테스트 신호 전력 인출로부터 전력 신호 주파수를 결정할 수 있을 만큼 충분히 넓게 사이에 공간을 둔다. 그들 전력 인출 값에서의 작은 변동에도 불구하고, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 모든 컨트롤러(22)는 그들 각각의 발진기(26A) 및 전력 증폭기(26B)의 전력 신호에 대해, 대역에서 허용되는 주파수 중에서부터 동일한 이산 주파수를 선택한다.
한 실시형태에서, 공진기(30D', 30E', 30G' 및 30H') 모두가 동일한 전력 신호 주파수뿐만 아니라, 또한 동일한 위상을 갖는다는 것을 보장하기 위해, 다음 프로시져가 채택되어 송신기 모듈(20A' 내지 20I')의 각각의 컨트롤러(22)의 소프트웨어에 프로그래밍된다. 통계적으로, 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 것들 중 독립적인 컨트롤러(22) 중 제1의 것이, 자신의 송신기 공진기를 통해 공진 수신기 서브시스템(14)에 전력을 공급하기 위해, 자신의 대응하는 발진기(26A) 및 전력 증폭기(26B)를 먼저 턴온할 것이다. 송신기 모듈(20D', 20E', 20G' 및 20H')의 것들 중 다른 독립적인 컨트롤러(22) 중 제2의 것이, 자신의 대응하는 송신기 공진기의 전력 인출을 측정할 것이고 자신의 대응하는 송신기 전력 센서(24B)를 통해, 제1 송신기 공진기의 기능에 기인하는 그 전력 인출에서의 작은 2차 변화를 검출할 것이다. 사실상, 제2 컨트롤러(22)는, 공진 수신기 서브시스템(14)과의 제1 송신기 공진기의 상호 작용을 통해, 제1 송신기 공진기의 임피던스의 반사를 보고 있다. 제2 컨트롤러(22)는, 전력 인출에서의 2차 변화에 기초하여, 다른 컨트롤러가 자신의 발진기(26A) 및 전력 증폭기(26B)를 먼저 턴온시켰다는 것을 결론내리도록 프로그래밍된다. 이러한 추론을 행한 이후, 제2 컨트롤러(22)는, 그 다음, 자신의 발진기(26A)와 전력 증폭기(26B)를 턴온시키고, 자신의 송신기 전력 센서(24B)를 사용하여 자신의 대응하는 송신기 공진기에 의해 송신되는 전력을 측정하면서, 전력 신호의 위상을 변경한다. 그 다음, 제2 컨트롤러(22)는 최대 전력 전달이 발생하는 위상을 검색하고 발진기를 그 위상으로 설정한다. 이러한 양식으로 설정되는 발진기 위상은, 제2 송신기 공진기에 의해 공진 수신기 서브시스템(14)으로 전달되는 전력 신호의 위상이 제1 송신기 공진기에 의해 공진 수신기 서브시스템(14)으로 송신되는 전력 신호의 위상과 동일하다는 것을 보장한다. 실시형태에서, 발진기 위상의 설정은, 전력 신호 위상을 절대적으로 균등화하기보다는, 전력 전달을 실질적으로 최대화하는 것에 기초한다.
한 실시형태에서, 두 개의 상이한 공진 수신기 서브시스템이 근접한 다중 송신기 서브시스템(12')이고 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 중 상이한 것들 또는 이들의 조합과 중첩하는 경우, 그러면, 두 개의 상이한 송신기 공진기, 또는 두 개의 공진 수신기 시스템에 의해 중첩되는 송신기 공진기의 두 개의 상이한 그룹이 동일한 주파수 또는 위상에서 동작해야 하는 선험적인 이유도 없고, 또한 그들이 그렇게 할 필요도 없다. 접지된 차폐 그리드(33')는, 모든 개개의 송신기 공진기(30A' 내지 30I')를 서로로부터 디커플링하는 것에 의해 이러한 다중 방식 독립성(multi-way independence)을 보장한다. 그러나, 하나의 특정한 공진 수신기 서브시스템에 의해 중첩되는 송신기 공진기는 상기에서 설명되는 바와 같이 그들의 컨트롤러에 의해 액티브하게 동기화되는 그들의 대응하는 전력 신호 증폭기를 가질 필요가 있다. 이것은, 두 개의 상이한 송신기 공진기, 또는 공진기의 두 개의 상이한 그룹이, 한 대역 내의 두 개의 특정한 상이한 고정된(locked-in) 주파수에서 동작하는 것을 초래할 수도 있는데, 특정한 그룹 내의 모든 신호는 서로 동위상이다.
전술한 내용에서, 두 개의 송신기 공진기가 동위상인 전력 신호를 지니는 것을 보장하기 위해, 그에 의해, 최대 전력 전달을 보장하기 위해, 동일한 수신기 공진기로 전력을 전달하는 두 개의 송신기 공진기가 거동하도록 프로그래밍될 수도 있는 방법이 설명되었다. 도 14의 두 개의 이웃하는 송신기 공진기, 말하자면 30A' 및 30B'가 두 개의 실질적으로 유사한 대응하는 수신기 서브시스템(14A 및 14B)으로 송신하고 있을 때 상이한 상황이 발생한다. 송신기 공진기(30A' 및 30B') 둘 모두는 프린징 필드(fringing field)를 구비하는데, 그들의 필드 라인은, 예를 들면, 송신기 공진기(30A')로부터 수신기 서브시스템(14B')으로, 그리고 송신기 공진기(30B')로부터 수신기 서브시스템(14A)으로 연장된다. 일반적으로, 시스템(10')에는, 예를 들면, 송신기 공진기(30A')의 필드가 수신기 서브시스템(14B)의 수신기 공진기와 상호 작용하는 것을 못하게 하는 특정한 물리적 구조가 없다.
한 실시형태에서, 송신기 공진기(30A' 및 30B') 둘 모두가, (도 13a에서와 같이) 송신기 공진기(30A' 및 30B') 둘 모두와 중첩하는 동일한 대형 수신기 공진기를 서빙하는 경우, 프린징 필드는 본질적으로 문제가 되지 않는데, 그 이유는, 송신기 공진기(30A' 및 30B') 둘 모두가 동일한 위상에서 동일한 주파수 전력 신호를 실행할 것이기 때문이다. 도 14에서 묘사되는 상황의 경우, 요건은, 수신기 서브시스템(예를 들면, 이웃하는 송신기 공진기(30B')로부터 전력을 수용하도록 의도되는 14B)과 상호 작용하는 주어진 송신기 공진기, 예를 들면, 30A'의 임의의 프린징 필드가 송신기 공진기(30A')로부터 전력이 기생되는 것을 허용하지 않는다는 것을 보장하는 것이다. 이 목표를 달성하기 위한 한 가지 방식은, 두 개의 이웃하는 송신기 공진기(30A' 및 30B')를 서로 180° 위상이 다르게 구동하는 것이고, 그 결과, 송신기 공진기(30A' 및 30B')로부터의 중첩하는 프린징 필드는 대부분 상호 상쇄될 것이다.
송신기 공진기(30A' 및 30B') 중 어느 하나가, 그들의 전력 신호가 180° 위상이 맞지 않을 때, 송신기 공진기(30A' 및 30B') 중 다른 것을 기생인 것으로 경험할 것이기 때문에, 송신기 공진기(30A' 및 30B') 각각의 컨트롤러(22)는, 대응하는 송신기 전력 센서(24B)를 사용하여 대응하는 송신기 공진기(30A', 30B')에 의해 송신되는 전력을 측정하는 동안, 각각의 것의 대응하는 발진기로부터의 신호의 위상을 증분시킬 수도 있다. 그 다음, 컨트롤러(22)는 대응하는 송신기 공진기(30A', 30B')를 통해 최대 송신된 전력을 제공하는 조정된 발진기 위상을 검색할 수도 있고, 그 다음, 발진기의 위상을 그 대응하는 위상으로 설정할 수도 있다.
공진 수신기 시스템마다의 주파수 및 위상의 배열은, 상기에서 설명되는 바와 같이, 유사한 사이즈를 갖든 또는 상이한 사이즈를 갖든 간에, 공진 수신기 시스템 둘 모두가 최대 전달된 전력을 수신한다는 것을 보장한다. 일반적인 실시형태에서, 많은 수의 송신기 공진기가 있을 수도 있고 여러 가지 상이한 공진 수신기 서브시스템이 전력을 수신하고 있을 수도 있는데, 각각의 공진 수신기 서브시스템은 송신기 공진기 그 자체의 대응하는 개개의 그룹으로부터 그룹 내의 송신기 공진기에 대응하는 컨트롤러에 의해 선택되는 주파수 및 위상에서 전력을 수신한다. 상이한 수신기 서브시스템에 전력을 전달하는 이웃하는 송신기 공진기는, 이웃하는 송신기 공진기 각각에 대한 전력 전달의 최대화의 결과로서 위상이 180° 벗어나서 동작할 수도 있다. 전력 전달을 최대화하는 프로세스는 발진기 위상을 조정한다. 다양한 송신기 모듈의 임피던스가 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스에서의 약간의 변동을 갖는 복소수이기 때문에, 최대 전력 전달의 지점에서 상이한 발진기의 위상 각도는, 송신기 공진기에서의 전력 신호가 실제로 동일할 때(또는 정확히 180°만큼 다를 때) 완전히 동일하지 않을 수도 있다(또는 정확하게 180°만큼 다르지 않을 수도 있다).
시스템(10')이 1차 측과 2차 측 사이에서 에어 갭을 갖는 하나의 회로를 포함하는 경우, 송신기 공진기에서, 예를 들면 송신기 전력 센서(24B)에 의한 측정에 기초하여 도 6의 지점(24E)에서 측정되는 또는 최대화되는 임의의 전력 전달은, 2차 회로에서, 예를 들면, 수신기 전력 센서(44A)에 의한 측정에 기초하여 도 7의 지점(44C)에서 측정되는 또는 최대화되는 편이 좋을 수 있다. 측정치는 송신기 전력 센서(24B)에 의해 수신기 모듈(40)의 컨트롤러(42)에 제공될 수도 있는데, 그 컨트롤러(42)는, 이어서, 전술한 내용에서 이미 설명된 수단 중 하나에 의해 송신기 모듈(20)의 컨트롤러(22)에 측정치를 전달할 수도 있다.
다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템의 개념은, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서의 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 구성되는 시스템(10')을 참조하여 상기에서 설명되었다. 더욱 일반적인 실시형태에서, 다중 송신기 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템은 특별히 바이모달 시스템일 필요는 없으며, 순수 용량성 또는 순수 유도성 전력 전달 시스템일 수도 있다.
도 15의 플로우차트에서 묘사되는 추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템(12')으로부터 단일의 공진 수신기 서브시스템(14)으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법[1100]은 다음의 것을 포함한다: 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') - 송신기 공진기 각각은 대응하는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')에 의해 구동되고, 각각의 송신기 모듈(20A' 내지 20I')은 사전 설정된 주파수 대역에서 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중 하나로 독립적으로 설정될 수 있고, 모든 송신기 공진기(30A' 내지 30I')는 공통 송신 표면을 구비함 - 를 포함하는 다중 송신기 서브시스템(12')을 제공하는 것[1110]; 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G', 및 30H) 중 두 개 이상과 중첩하는 단일의 수신기 공진기(50)를 포함하는 공진 수신기 서브시스템(14)을 공통 송신 표면에 근접하게 배치하는 것[1120]; 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각의 입력 임피던스를 측정하는 것[1130]; 및 대응하는 측정된 공진기 입력 임피던스에 기초하여 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각에 대한 전력 신호를 오프 상태 및 액티브 상태 중 하나로 설정하는 것[1140].
방법[1100]은, 액티브 송신기 공진기(도 13a의 공진기 30D', 30E', 30G' 및 30H) 각각의 측정된 입력 임피던스에 기초하여, 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중에서부터 대응하는 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G', 및 30H')에 대한 전력 신호 진동 주파수를 선택하는 것[1150]을 더 포함할 수도 있다.
방법[1100]은 각각의 액티브 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G' 및 30H')의 전력 신호를 대응하는 선택된 주파수로 설정하는 것[1160]을 더 포함할 수도 있다.
방법[1100]은, 각각의 대응하는 송신기 공진기(도 13a의 공진기 30D', 30E', 30G' 및 30H)에 인가되는 전력 신호의 위상을, 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G' 및 30H')를 통과하는 전력 전달이 실질적으로 최대인 위상으로 조정하는 것[1170]을 더 포함할 수도 있다.
도 16의 플로우차트에서 묘사되는 추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템(12')으로부터 단일의 공진 수신기 서브시스템(14)으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법[1200]은 다음의 것을 포함한다: 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') - 송신기 공진기 각각은 대응하는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')에 의해 구동되고, 각각의 송신기 모듈(20A' 내지 20I')은 사전 설정된 주파수 대역에서 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중 하나로 독립적으로 설정될 수 있고, 모든 송신기 공진기(30A' 내지 30I')는 공통 송신 표면을 구비함 - 를 포함하는 다중 송신기 서브시스템(12')을 제공하는 것[1210]; 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G', 및 30H') 중 두 개 이상과 중첩하는 단일의 수신기 공진기(50)를 포함하는 공진 수신기 서브시스템(14)을 공통 송신 표면에 근접하게 배치하는 것[1220]; 테스트 신호로부터 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각에 의해 인출되는 전력을 측정하는 것[1230]; 및 대응하는 측정된 공진기 테스트 전력 인출에 기초하여 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각에 대한 전력 신호를 오프 상태 및 액티브 상태 중 하나로 설정하는 것[1140].
방법[1200]은, 액티브 송신기 공진기(도 13a의 공진기 30D', 30E', 30G' 및 30H) 각각에 의해 인출되는 측정된 테스트 전력에 기초하여, 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중에서부터 대응하는 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G', 및 30H)에 대한 전력 신호 진동 주파수를 선택하는 것[1250]을 더 포함할 수도 있다.
방법[1200]은 각각의 액티브 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G' 및 30H)의 전력 신호를 대응하는 선택된 주파수로 설정하는 것[1260]을 더 포함할 수도 있다.
방법[1200]은, 각각의 대응하는 송신기 공진기(도 13a의 공진기 30D', 30E', 30G' 및 30H)에 인가되는 전력 신호의 위상을, 송신기 공진기(도 13a의 30D', 30E', 30G' 및 30H)를 통과하는 전력 전달이 실질적으로 최대인 위상으로 조정하는 것[1270]을 더 포함할 수도 있다.
도 17의 플로우차트에서 묘사되는 추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템(12')으로부터 (도 14의) 두 개 이상의 수신기 서브시스템(14A, 14B)으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법[1300]은 다음의 것을 포함한다: (도 14의) 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') - 송신기 공진기 각각은 대응하는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')에 의해 구동되고(도 13b 참조), 각각의 송신기 모듈(20A' 내지 20I')은 사전 설정된 주파수 대역에서 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중 하나로 독립적으로 설정될 수 있고, 모든 송신기 공진기(30A' 내지 30I')는 공통 송신 표면을 구비함 - 를 포함하는 다중 송신기 서브시스템(12')을 제공하는 것[1310]; 송신기 공진기(도 14의 송신기 공진기(30A', 30B')) 중 하나 이상과 중첩하는 단일의 수신기 공진기를 각각 포함하는 두 개 이상의 공진 수신기 서브시스템(14A, 14B)을 공통 송신 표면에 근접하여 배치하는 것[1320]; 송신기 공진기(30A', 30B') 각각의 입력 임피던스를 측정하는 것[1330]; 및 대응하는 측정된 공진기 입력 임피던스에 기초하여 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각에 대한 전력 신호를 오프 상태 및 액티브 상태 중 하나로 설정하는 것[1340].
방법[1300]은 액티브 송신기 공진기(도 14의 공진기 30A', 30B') 각각의 측정된 입력 임피던스에 기초하여, 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중에서부터 대응하는 송신기 공진기(30A', 30B')에 대한 전력 신호 진동 주파수를 선택하는 것[1350]을 더 포함할 수도 있다.
방법[1300]은 각각의 액티브 송신기 공진기(30A', 30B')의 전력 신호를 대응하는 선택된 주파수로 설정하는 것[1360]을 더 포함할 수도 있다.
이 방법[1300]은 각각의 대응하는 송신기 공진기(30A', 30B')에 인가되는 전력 신호의 위상을, (도 14의) 송신기 공진기(30A', 30B')를 통한 전력 전달이 실질적으로 최대가 되는 위상으로 조정하는 것[1370]을 더 포함할 수도 있다.
도 18의 플로우차트에서 묘사되는 추가적인 양태에서, 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서 다중 송신기 서브시스템(12')으로부터 (도 14의) 두 개 이상의 수신기 서브시스템(14A, 14B)으로 전력을 전달하기 위한 무선 근접장 방법[1400]은 다음의 것을 포함한다: (도 14의) 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') - 송신기 공진기 각각은 대응하는 송신기 모듈(20A' 내지 20I')에 의해 구동되고(도 13b 참조), 각각의 송신기 모듈(20A' 내지 20I')은 사전 설정된 주파수 대역에서 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중 하나로 독립적으로 설정될 수 있고, 모든 송신기 공진기(30A' 내지 30I')는 공통 송신 표면을 구비함 - 를 포함하는 다중 송신기 서브시스템(12')을 제공하는 것[1410]; 송신기 공진기(도 13의 송신기 공진기(30A', 30B')) 중 하나 이상과 중첩하는 단일의 수신기 공진기를 각각 포함하는 두 개 이상의 공진 수신기 서브시스템(14A, 14B)을 공통 송신 표면에 근접하여 배치하는 것[1420]; 테스트 신호로부터 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각에 의해 인출되는 전력을 측정하는 것[1430]; 및 대응하는 측정된 공진기 테스트 전력 인출에 기초하여 복수의 상호 독립적인 송신기 공진기(30A' 내지 30I') 각각에 대한 전력 신호를 오프 상태 및 액티브 상태 중 하나로 설정하는 것[1440].
방법[1400]은 액티브 송신기 공진기(도 14의 공진기 30A', 30B') 각각의 측정된 입력 임피던스에 기초하여, 복수의 사전 설정된 전력 신호 진동 주파수 중에서부터 대응하는 송신기 공진기(30A', 30B')에 대한 전력 신호 진동 주파수를 선택하는 것[1450]을 더 포함할 수도 있다.
방법[1400]은 각각의 액티브 송신기 공진기(30A', 30B')의 전력 신호를 대응하는 선택된 주파수로 설정하는 것[1460]을 더 포함할 수도 있다.
이 방법[1400]은 각각의 대응하는 송신기 공진기(30A', 30B')에 인가되는 전력 신호의 위상을, (도 14의) 송신기 공진기(30A', 30B')를 통한 전력 전달이 실질적으로 최대가 되는 위상으로 조정하는 것[1470]을 더 포함할 수도 있다.
도 20a 및 도 20b, 도 21a 및 도 21b, 및 도 22a 및 도 22b를 참조하여, 그리고 도 1 내지 도 10 및 도 12 내지 도 14의 시스템에 기초하여 설명되는 추가적인 양태에서, 광기전 태양 전지(420)로부터 전력 부하(70'')로 전력을 무선으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10'')이 도 19a의 개략적인 도면에 따라 제시된다. 도 19a의 라벨에 대해 액센트 부호가 있는 번호 매김 시스템(accented numbering system)이 사용되고, 그 결과, 도 13a 및 도 13b와의 유사점이 명확하고, 그에 의해, 도 6 및 도 7과의 유사점도 또한 명확하다. 이러한 번호 매김 방식에 의해, DC 전력은 전력 컨디셔닝 유닛(power conditioning unit; PCU)(430)을 통해 태양 전지(420)로부터 송신기 모듈(20'')로 공급된다. PCU(430)는, DC 전압 및 DC 전류를 전력 증폭기(26B'')에 의해 추가로 송신될 수도 있는 레벨로 변환하는 것 외에, 작은 신호 전자 컴포넌트를 비롯하여, 송신기 모듈(20'')의 시스템 컴포넌트 중 나머지를 구동하기 위해 적절하게 컨디셔닝된 레벨의 전압 및 전류 레벨을 또한 제공한다. PCU(430)는, 태양 전지(420)에 의해 제공되는 변동하는 전력 및 태양 전지(420)에 의해 PCU(430)에 제공되는 변동하는 출력 임피던스에 적응시키기 위해 태양 전지(420)에 대해 적응적으로 변동하는 부하를 나타낸다. 이것은, 태양 전지(420)로부터의 전력 변동에도 불구하고, PCU(430)가 모든 시간 및 온도에서 최대 가능한 레이트에서 태양 전지(420)로부터 그 전력을 흡수하는 것을 허용한다.
발진기(26A'')는 상기에서 이미 설명되는 바와 같이 무선 전력 전달에 적합한 주파수에서 전력 증폭기(26B'')를 변조하기 위해 사용될 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 도 8에서 도시되는 증폭기(26B)와 동일한 설계를 가질 수도 있는데, DC 전압(127E) 대신 DC 전력이 PCU(430)로부터 공급된다. 대안적인 실시형태에서, 전력 증폭기(26B'')는, 라디오 시스템의 분야에서 널리 공지되어 있는 바와 같이, 그 자체로 진동을 유지하기 위한 회로부를 적절하게 구비할 수도 있고, 그에 의해, 발진기(26A'')를 제거할 수도 있다.
전력은 송신 튜닝 네트워크(28'')를 통해 송신 공진기(30'')로 전달될 수도 있는데, 이것은, 도 19a에서, 신호 컨디셔닝 및 도 6의 튜닝 컴포넌트(26C, 26D, 26E 및 26F)의 통합이다. 송신기 공진기(30'')는 태양 전지(420)의 액티브 태양 복사 수신 표면의 범위의 적어도 대부분일 수도 있는 범위를 갖는 표면적을 가질 수도 있다. 송신기 모듈(20'')의 모든 이들 컴포넌트는, 마치 도 6의 송신기 모듈(20)의 대응하는 컴포넌트가 컨트롤러(22)의 제어 하에 있는 것처럼, 컨트롤러(22'')의 제어 하에 있다. 명확화를 위해, 송신기 모듈(20'')의 모든 컴포넌트가 도 19a에서 도시되는 것은 아니다. 도 6의 센서 및 검출기(24A, 24B, 24C 및 24D)는 또한, 동등한 형태로, 송신기 모듈(20'')에 존재할 수도 있고 컨트롤러(22'')에 연결될 수도 있으며 도 6에서와 동일한 역할을 이행할 수도 있다.
전력은 송신기 공진기(30'') 및 수신기 공진기(50'')를 통해 송신기 모듈(20'')로부터 수신기 모듈(40'')로 무선으로 전달될 수도 있다. 수신기 모듈(40'')로부터, 그 다음, 전력은 DC 부하(70'')로 전달될 수도 있다. 송신기 공진기(30'')와 수신기 공진기(50'') 사이에서의 전력의 전달은, 도 6 내지 도 10을 참조하여 상기에서 설명되는 바와 같이, 근접장 무선 전달을 통할 수도 있다. 도 20에 따른 근접장 무선 전력 전달은 바이모달로 제한되지 않으며 순수 용량성 또는 순수 유도성일 수도 있다.
수신기 모듈(40'')은 도 7의 수신기(40)와 동일한 컴포넌트를 가질 수도 있다. 명확화를 위해, 도 19a에서는 그들 컴포넌트의 축소된 세트가 도시되어 있다. 도 7의 센서(44A) 및 검출기(44B)는 도 19a에서 등가의 형태로 도시되지 않지만, 그러나 존재할 수도 있다. 도 19a에서의 수신기 튜닝 네트워크(48'')는 보상 네트워크(46A), 매칭 네트워크(46B), 정류기(46D), 및 필터(46C)의 통합일 수도 있다. 전력은 수신기 튜닝 네트워크(28'')로부터 부하 관리자(46E'')로 전달될 수도 있는데, 이들 둘 모두는 수신기 컨트롤러(42'')의 제어 하에 있을 수도 있다.
도 19a를 참조하여 그리고 도 1 내지 도 10의 시스템에 기초하여 설명되는 추가적인 양태에서, 예시적인 실시형태에서는 광기전 태양 전지(420)인 전력 소스로부터 전력 부하(70'')로 전력을 무선으로 전달하기 위한 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10'')이 제시된다. 도 19a의 라벨에 대해 이중으로 악센트 부호가 있는 번호 매김 시스템이 사용되고, 그 결과, 도 6 및 도 7과의 유사점이 명확하게 될 수도 있다. 이러한 번호 매김 방식에 의해, DC 전력은 전력 컨디셔닝 유닛(PCU)(430)을 통해 태양 전지(420)로부터 송신기 모듈(20'')로 공급된다. PCU(430)는, 전력 증폭기(26B'')에 의한 추가적 송신을 위한 라디오 주파수 신호로의 변환을 위한 적절한 레벨로 DC 전압 및 DC 전류를 변환하는 것 외에, 예를 들면, 송신기 모듈(20'')의 작은 신호 전자 컴포넌트를 비롯하여, 시스템 컴포넌트 중 나머지를 구동하기 위해 적절하게 컨디셔닝된 레벨의 전압 및 전류 레벨을 또한 제공한다. PCU(430)는, 태양 전지(420)에 의해 제공되는 변동하는 전력 및 태양 전지(400)에 의해 PCU(430)에 제공되는 변동하는 출력 임피던스에 적응시키기 위해 태양 전지(420)에 대해 적응적으로 변동하는 부하를 나타낸다. 이것은, 태양 전지(420)로부터의 전력 변동에도 불구하고, PCU(430)가 모든 시간 및 온도에서 최대 가능한 레이트에서 태양 전지(420)로부터 그 전력을 흡수하는 것을 허용한다.
발진기(26A'')는 상기에서 이미 설명되는 바와 같이 무선 전력 전달에 적합한 주파수에서 전력 증폭기(26B'')를 변조하기 위해 사용될 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 도 8에서 도시되는 증폭기(26B)와 동일한 설계를 가질 수도 있는데, DC 전압(127E) 대신 DC 전력이 PCU(430)로부터 공급된다. 대안적인 실시형태에서, 전력 증폭기(26B'')는, 라디오 시스템의 분야에서 널리 공지되어 있는 바와 같이, 그 자체로 진동을 유지하기 위한 회로부를 적절하게 구비할 수도 있고, 그에 의해, 발진기(26A'')를 제거할 수도 있다.
전력은 송신 튜닝 네트워크(28'')를 통해 송신 공진기(30'')로 전달될 수도 있는데, 이것은, 도 19a에서, 신호 컨디셔닝 및 도 6의 튜닝 컴포넌트(26C, 26D, 26E 및 26F)의 통합이다. 송신기 공진기(30'')는 태양 전지(420)의 액티브 태양 복사 수신 표면의 범위의 적어도 대부분일 수도 있는 범위를 갖는 표면적을 가질 수도 있다. 송신기 모듈(20'')의 모든 이들 컴포넌트는, 마치 도 6의 송신기 모듈(20)의 대응하는 컴포넌트가 컨트롤러(22)의 제어 하에 있는 것처럼, 컨트롤러(22'')의 제어 하에 있다. 명확화를 위해, 송신기 모듈(20'')의 모든 컴포넌트가 도 19a에서 도시되는 것은 아니다. 도 6의 센서 및 검출기(24A, 24B, 24C 및 24D)는 또한, 동등한 형태로, 송신기 모듈(20'')에 존재할 수도 있고 컨트롤러(22'')에 연결될 수도 있으며 도 6을 참조하여 이미 설명된 것과 동일한 역할을 이행할 수도 있다.
전력은 송신기 공진기(30'') 및 수신기 공진기(50'')를 통해 송신기 모듈(20'')로부터 수신기 모듈(40'')로 무선으로 전달될 수도 있다. 수신기 모듈(40'')로부터, 그 다음, 전력은 DC 부하(70'')로 전달될 수도 있다. 송신기 공진기(30'')와 수신기 공진기(50'') 사이에서의 전력의 전달은, 도 6 내지 도 10을 참조하여 상기에서 설명되는 바와 같이, 근접장 무선 전달을 통할 수도 있다. 도 19a에 따른 근접장 무선 전력 전달은 바이모달로 제한되지 않으며 순수 용량성 또는 순수 유도성일 수도 있다.
수신기 모듈(40'')은 도 7의 수신기(40)와 동일한 컴포넌트를 가질 수도 있다. 명확화를 위해, 도 19a에서는 그들 컴포넌트의 축소된 세트가 도시되어 있다. 도 7의 센서(44A) 및 검출기(44B)는 도 19a에서 등가의 형태로 도시되지 않지만, 그러나 존재할 수도 있다. 도 19a에서의 수신기 튜닝 네트워크(48'')는 보상 네트워크(46A), 매칭 네트워크(46B), 정류기(46D), 및 필터(46C)의 통합일 수도 있다. 전력은 수신기 튜닝 네트워크(28'')로부터 부하 관리자(46E'')로 전달될 수도 있는데, 이들 둘 모두는 수신기 컨트롤러(42'')의 제어 하에 있을 수도 있다.
도 7에서 더욱 상세하게 도시되는 정류기(46D)와 관련하여, 이 디바이스의 입력 임피던스는 디바이스의 출력이 경험하는 부하에 직접적으로 의존한다.
동작에서, 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10'')은, 도 1, 및 도 6 내지 도 10의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10)과 동일한 방식으로 기능할 수도 있는데, 각각의 전력 증폭기(26B'') 상의 인가된 전압(VDD)이 전력 컨디셔닝 유닛(PCU)(430)으로부터의 전력 신호에 의해 대체되고, 전력 컨디셔닝 유닛(PCU)(430)은, 결국에는, 자신의 전력을 이 실시형태에서는 태양 전지(420)인 관련 전력 소스로부터 수신한다는 차이를 갖는다.
다른 실시형태에서, 전력 컨디셔닝 유닛(430)은 도 19a에서 도시되는 시스템으로부터 생략될 수도 있고 전력 전달 시스템(10'')은, 대신, 전력 컨디셔닝 시스템으로서 또한 기능하도록 구성되거나 또는 동작된다. 이것은, 예를 들면 소프트웨어에서의 제한 없이, 도 6의 전력 센서(24B)에 의해 측정되는 전력 레벨에 기초하여 전력 증폭기(26B'')의 입력 DC 등가 저항을 조정하도록 컨트롤러(22'')를 구성하는 것에 의해 달성될 수도 있다. 여기서 용어 "입력 DC 등가 저항"은, 전력 증폭기(26B)의 DC 단자에서 DC 전압 대 DC 전류의 비율을 설명하기 위해 사용된다. 컨트롤러(22'')가 전력 측정에 기초하여 조정을 행할 것이지만, 전달된 전력에 대한 최대 전력 지점은, 전력 증폭기(26B'')의 입력 임피던스가 태양 전지(420)의 출력 임피던스와 매치할 때 도달될 것이다는 것이 예상된다. 이 실시형태에서, 시스템(10'')은 산업계에서 "최대 전력 지점 추적기"로서 공지되어 있는 것으로서 기능하고, 전력의 공급이 규제되지 않는 경우 획득될 것보다 더욱 적절한 레이트에서 전력 소비 부하로 항상 전력이 전달된다는 것을 보장한다. 다른 실시형태에서, 컨트롤러(22'')는 이 실시형태에서는 태양 전지(420)인 전력 소스의 출력 임피던스를 측정하도록 구성될 수도 있고, 그 다음, 태양 전지(420)의 측정된 출력 임피던스에 기초하여 전력 증폭기(26B'')의 입력 임피던스를 조정하도록 구성될 수도 있다.
전력 증폭기(26B'')의 입력 임피던스의 조정을 넘어 그 이상으로, 컨트롤러(22'')는 발진기(26A'')의 주파수 및 송신기 튜닝 네트워크(28'')의 설정 중 하나 이상을 또한 조정할 수도 있다. 더구나, 송신기 컨트롤러(22'')는 도 6에서 도시되는 부하 검출기(24A)에 의한 측정에 기초하여 상기에서 이미 설명된 조정을 행할 수도 있는데, 이것은 송신기 모듈(20 및 20'')의 회로부에 대한 더욱 세부 사항을 제공한다. 부하 검출기(24A)는 도 6의 지점(24E)에서 부하(70'')의 영향을 감지한다.
수신기 컨트롤러(42'')는, 수신기 전력 센서(44A) 및 부하 검출기(44B)(둘 모두는 도 7에서 도시됨)에 의한 측정에 기초하여 전력 전달의 효율성을 개선하기 위해, 부하 관리 시스템(46E'') 및 수신기 튜닝 네트워크(48'')의 설정 중 하나 이상을 또한 조정할 수도 있다.
시스템(10'')의 전력 컨디셔닝 기능을 고려함에 있어서, 시스템의 전력 전달 기능이 도 19a에서와 같이 에어 갭에 걸친 근접장 무선 송신으로 한정되어야 하는 어떠한 선험적 이유도 없다는 것이 인식될 수도 있다. 따라서, 다른 실시형태에서, 전력 컨디셔닝 유닛(410)은 도 19a의 시스템(10'')의 엘리먼트에 기초하여 도 19b에서 도시되어 있다. 송신기 튜닝 네트워크(28'')는 적절한 비 에어 갭(non-air-gap) 연결부(60'')를 통해 수신기 튜닝 네트워크(48'')와 직접적으로 전기 통신한다. 이 통신은 라디오 주파수 전력 신호를 통하며 시스템 내에 그리고 시스템에 의해 전달되고 있는 전력을 구성한다. 송신기 모듈(20'')의 임의의 DC 전압 및 전류 레벨을 수신기 모듈(40'')의 그러한 레벨로부터 디커플링하기 위해, 널리 공지된 구성에서 적절한 리액턴스의 전자 컴포넌트가 활용될 수도 있다. 송신기 공진기(30'') 및 수신기 공진기(50'')는 이 실시형태에서는 없으며, 송신기 튜닝 네트워크(28'')와 수신기 튜닝 네트워크(48'') 사이의 직접적인 통신 연결에 의해 제거된다.
도 19a 및 도 19b의 전력 전달 시스템의 전력 컨디셔닝 시스템으로서의 기능은 특히, 송신기 공진기(30'') 및 수신기 공진기(50'')의 부재가 전력 컨디셔닝 개념을 단순화하는 도 19b를 고려하는 것에 의해 더 잘 이해될 수도 있지만, (도 19a에서와 같이) 이들 공진기가 존재하는 상태에서도 이들은 동등하게 적용된다. 도 19a 및 도 19b의 시스템은, 수신기 모듈(40'')로, 그에 의해 부하(70'')로 전달되고 있는 전력을 컨디셔닝하기 위해 동작 동안 조정될 수도 있는 네 개의 독립적인 제어 파라미터를 갖는다. 통상적인 상용 전력 컨디셔닝 유닛은, 그들의 출력 전압을 소스 전압의 것보다 높게 상승시키는 덕택에 "부스트 컨버터"로서 일반적으로 공지되어 있다. 이들 디바이스는 두 개의 제어 파라미터만을 갖는다.
수신기 모듈(40'')로, 그에 의해 부하(70'')로 전달되고 있는 전력을 컨디셔닝하기 위해 동작 동안 조정될 수도 있는 제1 독립 제어 파라미터는 전력 증폭기(26B'')의 진동 주파수인데, 이것은 발진기(26A'')의 컨트롤러(22A'')에 의해 조정 가능하다.
수신기 모듈(40'')로, 그에 의해 부하(46D'')로 전달되고 있는 전력을 컨디셔닝하기 위해 동작 동안 조정될 수도 있는 제2 독립 제어 파라미터는 수신기 모듈(70'')의 정류기(40) 상의 출력 부하이다. 그 출력 부하는, 결국에는, 정류기(46D)의 입력 임피던스를 직접 결정하고, 그에 의해 수신기 모듈(40'')의 입력 임피던스를 결정한다. 이것은, 결국에는, 송신기 모듈(20'')에 의해 경험되는 부하이며 전력 증폭기(26B'')의 입력 DC 등가 저항을 직접적으로 결정한다. 정류기(46D) 상의 출력 부하의 조작(manipulation)은 수신기 컨트롤러(42'')의 제어 하에서 수신기 모듈(40'')(도 19a 참조)의 부하 관리 시스템(46E'')을 통해 행해진다. 이 제2 독립 제어 파라미터는 수신기 모듈의 속성이지만, 그러나 그것은 본질적으로 전력 소스가 경험하는 부하를 제어한다. 이 파라미터를 조작하기 위한 제어 지점은 수신기 모듈(40'')의 부하 관리 시스템(46E'')이다.
수신기 모듈(40'')로, 그에 의해 부하(46D'')로 전달되고 있는 전력을 컨디셔닝하기 위해 동작 동안 조정될 수도 있는 제3 및 제4 독립 제어 파라미터는, 수신기 모듈(70'')(도 7 참조)의 정류기(40)의 속성 및 전력 증폭기(26B'')(도 19a)의 속성이며, 본질적으로 유사하지만, 그러나 서로 완전히 독립적이다. 정류기(46D) 및 전력 증폭기(26B'') 둘 모두는, 각각의 디바이스의 제3 단자에 인가되는 전압 신호에 의해 다중 단자 디바이스를 통과하는 두 개의 단자 사이의 전류의 통과의 변조에 의존하는 다중 단자 증폭 디바이스를 포함한다. 정류기(46D) 및 전력 증폭기(26B'') 각각에서 사용될 수도 있는 가장 단순한 다중 단자 증폭 디바이스는 트랜지스터이다. 이것은 디바이스에 의해 또는 디바이스에서 생성되는 전압 신호와 전류 신호 사이에 위상 차이가 있는 것을 허용한다. 그 전압-전류 위상 차이는 인가된 전압을 통해 조정 가능하다. 정류기(46D)는 자신의 전압-전류 위상 차이가 수신기 컨트롤러(42'')를 통해 조정될 수도 있는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기일 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')의 경우, 전압-전류 위상 차이는 송신기 컨트롤러(22'')를 통해 조정될 수도 있다. 정류기(46D)는, 유용하게도, 차동 자체 동기식 라디오 주파수 정류기를 포함할 수도 있다. 정류기(46D)는, 특히, 차동 스위치식 모드 자체 동기식 라디오 주파수 정류기를 포함할 수도 있다.
도 19a 및 도 19b의 예는 태양 전지로부터, 또는 확장에 의해, 태양 전지 어레이로부터 전력을 전달하는 것에 기초하는데, 여기서 태양 전지(420)에 의해 전달되는 전력은 태양광에 따라 제로에 이르기까지 급격하게 변할 수 있다. 전력의 관점 및 생성되는 전압의 관점 둘 모두에서, 가변 출력으로 어려움을 겪는 다른 많은 전력 소스가 존재한다. 이들 중에는 발전 터빈, 풍력 터빈, 다양한 배터리 및 축전지가 있다. 풍력 터빈은 그들의 전력 생성이 크게 다를 수 있으며 다양한 배터리는 광범위한 전력 고갈 곡선을 가질 수 있다. 시스템의 전력 전달의 효율성이 주어지면, 이들 시스템(10'' 및 410) 중 어느 하나는, 예를 들면 제한 없이, 느린 개방 회로 전압 감쇠 곡선을 갖는 상용 배터리로부터 전력을 수신하도록 구성될 수도 있다. 부하 관리 시스템(46E'')은 상기에서 이미 설명된 바와 같이 전력 증폭기(26B'')의 입력 DC 등가 저항을 변경하도록 구성될 수도 있고 컨트롤러(22'' 및 42'')는 필요한 전압 레벨을, 송신되는 전력 및 시스템(10'' 및 410)의 파라미터 조정 가능성에 의해 그러한 전압이 더 이상 유지될 수 없을 때까지, 부하(70'')에 제공하도록 구성될 수도 있다.
도 19a 및 그것의 관련된 설명 텍스트는 단일의 태양 전지(420)로부터, 통상적으로 배터리인 단일의 부하(70'')로의 전력의 근접장 무선 전달을 다룬다. 더 큰 태양 전지 전력 시스템의 실제 구현예에서, 셀의 어레이가 통상적으로 활용되고, 그 결과, 도 12, 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명되는 것과 유사한, 복수의 송신기 서브시스템 및 통상적으로 단일의 수신기 서브시스템이 있는 전력 전달 방식이 활용될 수도 있다. 이 상황은 도 20a 및 도 20b에서 도시되어 있는데, 이들 도면은, 각각, 태양 전지(420)당 하나의 근접장 무선 전력 전달 서브시스템을 구비하는, 그에 의해, 예로서, 육십 개의 근접장 무선 전력 송신 서브시스템(16)을 포함하는 투명한 솔라 커버(solar cover)(440)를 갖는 솔라 패널(400)의 분해 정면도 및 배면도이며, 각각의 송신 서브시스템(16)은, 도 19a를 참조하여 설명되는 바와 같이, 송신기 공진기(30''), 송신기 모듈(20''), 및 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 포함한다. 혼란을 방지하기 위해, 송신 서브시스템(16)은 도 19a에서 라벨링되지 않지만, 그러나, 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 도 20b, 도 21b 및 도 22b에서는 표시되고 라벨링된다.
한 실시형태에서, 복수의 태양 전지로 구성되는 솔라 패널의 각각의 개개의 태양 전지를 전력 전달 및 관리 시스템에 커플링하는 것은, 셀 레벨 전력 관리를 허용한다. 각각의 개개의 셀에서 전력 관리를 제공하는 것에 의해, 각각의 셀에 대해 전력 수집이 최적화할 수 있고, 그 결과, 전체 솔라 패널 시스템에 대한 개선된 효율성을 초래한다. 그러한 실시형태에서, 개개의 전지의 고장 또는 셀 사이의 불량한 연결에 기인하는 영향은 완화될 것이다. 개개의 전지 레벨에서의 전력 수집은, 이상적인 조건보다 못한 조건, 예컨대 비, 그늘, 또는 파편이 솔라 패널의 일부를 덮고 있는 경우에서도, 최대 전력 수확을 허용한다.
혼란을 방지하기 위해, 단지 하나의 근접장 무선 전력 전달 서브시스템(16)이 도 20b에서 라벨링되어 있다. 도 20a 및 도 20b에서, 각각의 송신 서브시스템(16)의 송신기 공진기(30'')는 그것의 대응하는 태양 전지(420)의 후면 상에 위치될 수도 있다. 도 20a의 패널 전면으로부터 확인되는 바와 같이, 태양 전지의 편평한 영역은 액티브 태양 복사 수신 및 에너지 변환 반도체 디바이스 그 자체를 나타내며, 상응하여 420으로 라벨링되고, 한편, 도 20b의 후면으로부터 확인되는 바와 같이, 디바이스의 편평한 영역은 송신기 공진기를 나타내며, 상응하여 30''으로 라벨링된다. 송신기 공진기(30'')는 태양 전지(420)의 액티브 태양 복사 수신 표면의 범위의 적어도 대부분일 수도 있는 범위를 갖는 표면적을 가질 수도 있다. 각각의 근접장 무선 전력 전달 서브시스템(16)의 송신기 모듈(20'') 및 전력 컨디셔닝 유닛(430)은 도 20b에서 함께 통합되고 450으로 라벨링된다. 혼란을 방지하기 위해, 통합된 컴포넌트(450)는 도 19a에서 라벨링되지 않지만, 그러나, 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 도 20b, 도 21b 및 도 22b에서는 한 유닛으로서 나타내어지고 라벨링된다. 단일의 수신기 공진기(50'')는 솔라 패널(400)의 프레임(460)에 끼워질 수도 있다. 단일의 수신기 모듈(40'')은 수신기 공진기(50'')의 후면 상에 직접적으로 장착될 수도 있다.
동작에서, 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10'')은 도 12, 도 13a 및 도 13b의 근접장 공진 무선 전력 전달 시스템(10')과 동일한 방식으로 기능할 수도 있는데, 전력 증폭기(26B'')의 모든 전력 증폭기 상의 인가된 전압(VDD)은 전력 컨디셔닝 유닛(PCU)(430)으로부터의 전력 신호에 의해 대체되고, 전력 컨디셔닝 유닛(PCU)(430)은, 결국에는, 자신의 전력을 관련 태양 전지(420)로부터 수신한다는 차이를 갖는다.
도 20a 및 도 20b의 시스템의 다른 실시형태에서, 프레임(460)은 모든 송신기 공진기(40'')로부터 전력을 수신하기 위해 적절한 수신기 공진기가 되도록 구성될 수도 있고 수신기 모듈(460'')은 프레임(30) 상에 위치될 수도 있다. 이 실시형태에서, 프레임 내의 플레이트는 공진기가 아니며 비전도성 재료의 단순한 편평한 시트일 수도 있다.
다른 구현예에서, 도 21a 및 도 21b의 정면도 및 배면도에서 각각 도시되는 솔라 패널(400')는 각각의 근접장 무선 전력 전달 서브시스템이 전력을 하나의 근접장 무선 전력 수신기 서브시스템으로 전달하게 한다. 프레임(460)이 불투명 플레이트(470)에 의해 충전되는 것으로 도시되지만, 플레이트(470)는 근접장 전기 또는 자기 회로의 일부가 아닐 수도 있다. 명확화를 위해, 도 20a 및 도 20b에서와 같이, 송신 측 상에서 동일한 컴포넌트 번호 매김을 활용한다. 수신 측 상에서는, 도 19a의 번호 매김을 활용한다. 다시 말하지만, 혼란을 방지하기 위해, 단지 하나의 수신 측 디바이스만이 라벨링된다.
동작에서, 도 21a 및 도 21b의 솔라 패널 배열체(solar panel arrangement; 400')는, 동위상이 되도록 하드와이어(도시되지 않음)에 의해 링크되는 개개의 송신기 모듈(20'')을 구비할 수도 있고, 그에 의해, 송신에서 최소의 전력 손실을 허용할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 송신기 모듈(20'')은 독립적일 수도 있고 도 14, 도 17 및 도 18에 의해 설명되는 바와 같이 기능할 수도 있다.
도 22a 및 도 22b의 정면도 및 배면도에서 솔라 패널 배열체(400'')로서 각각 도시되는 여전히 또 다른 구현예에서, 예를 들면, 스물다섯 개의 태양 전지의 어레이가 각각 다섯 개의 전지(420)의 다섯 개의 행에서 배열되어 도시되어 있다. 각각의 태양 전지(420)는 자신의 후면에서 송신기 공진기(30'') 및 자신의 대응하는 송신기 모듈(20'') 및 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 포함하는 유닛(450)을 구비한다. 어레이의 저부(bottom)와 최상부(top)에서 그리고 태양 전지의 각각의 두 개의 행 사이에는, 태양 전지(50)의 평면에 실질적으로 수직인 평면에서 배열되는 수신기 공진기(50'')가 있는데, 각각의 수신기 공진기(420'')는 자신의 대응하는 수신기 모듈(40'')과 유선으로 전기 통신한다. 이전의 솔라 패널 실시형태에서와 같이, 각각의 컴포넌트의 하나의 예가 라벨링되어 있다. 도 20a 및 도 20b, 및 도 21a 및 도 21b에서 도시되는 구현예에서와 같이, 솔라 패널 배열체(400'')는 몇몇 실시형태에서 프레임(460)을 또한 구비할 수도 있다. 명확화를 위해, 프레임(460)은 도 22a 및 도 22b에서 도시되어 있지 않다.
동작에서, 시스템(400'')의 특정한 행에 있는 태양 전지(420)의 송신기 공진기(30'')는 그들 위 및 아래 둘 모두에 있는 수신기 공진기(50'')에 전력을 송신한다. 이 실시형태에서, 그러나, 다양한 최근접 이웃 수신기 공진기(50'')가 공진적으로 커플링되고 그들 사이에서 수집된 전력을 공유하는 추가적인 메커니즘이 있다. 따라서, 어레이의 모든 수신기 공진기(50'')에 의해 수집되는 수집된 전력은 다양한 수신기 모듈(40'') 중 임의의 하나 이상을 통해 탭될(tapped) 수도 있다. 특히, 모든 수신기 모듈(40'')에 의해 수집되는 전력은, 예로서, 가장 저부의 수신기 모듈(40'')을 통해서만 탭될 수도 있다. 임의의 공진기(50'') 상의 수신기 모듈(40'') 중 임의의 하나는 태양 전지(420)의 행의 전력을 수집하기 위한 수신기 모듈로서 작용할 수 있고, 동시에 수집된 전력을 자신의 관련된 공진기(50'')를 통해 자신에게 근접한 다른 공진기(50'')에게 송신하기 위한 송신기 모듈로서도 또한 기능할 수도 있다. 이 액션은 가장 저부의 수신기 모듈(40'')에 전력을 전달하기 위해 어레이 아래로 반복될 수도 있다.
도 22a 및 도 22b의 시스템의 다른 실시형태에서, 도 20a 및 도 20b의 프레임(460)과 유사하고, 도 22a 및 도 22b의 태양 전지 어레이의 평면의 둘레를 둘러싸는 프레임은 수신기 모듈(40'')을 포함하는 수신기 공진기일 수도 있고 다양한 공진기(50'')로부터 전력을 수신할 수도 있다. 이러한 방식으로, 어레이 내의 모든 태양 전지(420)에 의해 생성되는 총 전력은 공진기 프레임(460)에 의해 수신될 수도 있고 수신기 모듈(40'')을 통한 추가적인 전기 송신을 위해 탭될 수도 있다.
개개의 태양 전지 레벨에서의 전력 수집은 유선 연결을 사용하여 달성될 수도 있다. 그러나, 솔라 패널에서의 무선 송신 시스템의 사용은 배선의 감소를 허용하고, 따라서, 제조 비용에서의 절감을 허용한다.
도 23의 플로우차트를 참조하여 설명되는 추가적인 양태에서, 광기전 전지(420)로부터 전력 부하(70'')로 전력을 전달하기 위한 방법[1500]이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 송신 모듈(20'')에서 광기전 전지(420)로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것[1510]; 송신 모듈(20'')과 유선으로 전기 통신하며 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 송신기 공진기(30'')에 전력을 전달하는 것[1520]; 진동 주파수에서 공진하도록 구성되며 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 송신기 공진기(30'')로부터 전력을 수신하도록 배치되는 수신기 공진기(50'')에서 전력을 수신하는 것[1530]; 수신기 공진기(50'')와 유선으로 전기 통신하는 수신기 모듈(40'')에서 전력을 수신하는 것[1540]; 및 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하(70'')에 직류 형태로 제공하는 것[1550]. 방법은, 전력을 진동 전력 신호로 변환하기 이전에, 광기전 전지(420)로부터의 전력의 전압 및 전류를, 송신 모듈(20'')에 적응되는 전압 및 전류로 변환하는 것을 더 포함할 수도 있다.
도 19a 및 도 24의 플로우차트를 참조하여 설명되는 방법의 또 다른 실시형태에서, 광기전 전지(420)의 어레이(400)로부터 전력 부하(70'')로 전력을 전달하기 위한 방법[1600]이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 대응하는 송신 모듈(20'') 각각에서, 어레이(400) 내의 광기전 전지(420) 각각으로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것[1610]; 송신 모듈(20'') 각각에서 전력을, 진동 주파수에서 공진하도록 각각 구성되는 제2 복수의 송신기 공진기(30'') 중에서부터의 대응하는 송신기 공진기(30'')로 전달하는 것[1620]; 진동 주파수에서 공진하도록 구성되고 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 복수의 송신기 공진기(30'')로부터 전력을 수신하도록 배치되는 수신기 공진기(50'')에서 전력을 수신하는 것[1630]; 수신기 공진기(50'')와 유선으로 전기 통신하는 수신기 모듈(40'')에서 전력을 수신하는 것[1640]; 및 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하(70'')에 직류 형태로 제공하는 것[1650]. 방법은, 전력을 진동 전력 신호로 변환하기 이전에, 각각의 광기전 전지(420)로부터의 전력의 전압 및 전류를, 대응하는 송신 모듈(20'')에 적응되는 전압 및 전류로 변환하는 것을 더 포함할 수도 있다. 수신기 공진기(50'')에서 전력을 수신하는 것[1630]은 광기전 전지의 어레이(400)의 평면의 둘레 주위에 배치되는 수신기 공진기에서 전력을 수신하는 것을 포함할 수도 있다.
도 19a 및 도 25의 플로우차트를 참조하여 설명되는 방법의 또 다른 실시형태에서, 광기전 전지(420)의 어레이(400')로부터 전력 부하(70'')로 전력을 전달하기 위한 방법[1700]이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 대응하는 송신 모듈(20'') 각각에서, 어레이(400') 내의 광기전 전지(420) 각각으로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것[1710]; 송신 모듈(20'') 각각으로부터의 전력을 제2 복수의 송신기 공진기(30'') 중에서부터의 대응하는 송신기 공진기(30'') - 각각의 송신기 공진기(30'')는 진동 주파수에서 공진하도록 구성됨 - 로 전달하는 것[1720]; 각각의 송신기 공진기(30'')로부터의 전력을, 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 대응하는 수신기 공진기(50'') - 각각의 수신기 공진기(50'')는 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 송신기 공진기(30'')로부터 전력을 수신하도록 또한 구성되고 배치됨 - 에서 수신하는 것[1730]; 수신기 공진기(50'')와 유선으로 전기 통신하는 대응하는 수신기 모듈(40'')의 각각의 수신기 공진기(50'')로부터 전력을 수신하는 것[1740]; 및 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하(70'')에 직류 형태로 제공하는 것[1750]. 방법은, 전력을 진동 전력 신호로 변환하기 이전에, 각각의 광기전 전지(420)로부터의 전력의 전압 및 전류를, 대응하는 송신 모듈(20'')에 적응되는 전압 및 전류로 변환하는 것을 더 포함할 수도 있다.
도 19a 및 도 26의 플로우차트를 참조하여 설명되는 또 다른 실시형태에서, 광기전 전지(420)의 어레이(400'')로부터 (도 19a의) 전력 부하(70'')로 전력을 전달하기 위한 방법[1800]이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 제1 복수의 대응하는 송신 모듈(20'') 각각에서, 어레이(400'') 내의 광기전 전지(420) 각각으로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것[1810]; 송신 모듈(20'') 각각으로부터의 전력을 제2 복수의 송신기 공진기(30'') 중에서부터의 송신기 공진기(30'') - 각각의 송신기 공진기(30'')는 진동 주파수에서 공진하도록 구성됨 - 로 전달하는 것[1820]; 각각의 송신기 공진기(30'')로부터의 전력을, 진동 주파수에서 공진하도록 구성되는 제3 복수의 수신기 공진기(50'') 중 임의의 근접 수신기 공진기(50'') - 각각의 수신기 공진기(50'')는 용량성 커플링 및 자기 유도 중 적어도 하나를 통해 송신기 공진기(30'')로부터 전력을 수신하도록 또한 구성되고 배치됨 - 에서 수신하는 것[1830]; 제3 복수의 수신기 공진기(50'') 사이에서 수신된 전력을 공유하는 것[1840]; 및 대응하는 하나 이상의 수신기 모듈(40'')을 통해 제3 복수의 수신기 공진기(50'') 중 하나 이상으로부터 수신된 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하(70'')에 직류 형태로 제공하는 것[1850]. 방법은, 전력을 진동 전력 신호로 변환하기 이전에, 각각의 광기전 전지(420)로부터의 전력의 전압 및 전류를, 대응하는 송신 모듈(20'')에 적응되는 전압 및 전류로 변환하는 것을 더 포함할 수도 있다.
도 27a는 전기적으로 전도성인 섀시(510)를 갖는 전기 구동 차량에서의 확장된 근접장 무선 전력 분배 시스템의 대표적인 부분(500)을 도시한다. 도 19a의 일반 시스템(10'')의 이 실시형태에서, 전력 소스는 태양 전지(420)가 아닌 재충전 가능 배터리(520)이고, 부하(70'')는 도 19a에서와 같이 배터리가 아닌 전기 모터(530)이다. 도 14a에서 도시되는 시스템은 도 19a에서와 같이 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 옵션 사항으로 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 송신기 모듈은 도 19b를 참조하여 상기에서 설명되는 바와 같이 전력 컨디셔닝을 제공하도록 공동으로서 기능할 수도 있다.
도 27a에 도시되고 하기에서 상세하게 설명되는 시스템은 용량성 전력 전달, 유도성 전력 전달, 또는 바이모달 전력 전달에 의해 동작될 수도 있다. 도 4b 및 도 19a를 참조하면, 송신기 공진기(30'')는 전도성 안테나(132와 134) 사이에 샌드위치되는 유전체 엘리먼트(138)를 포함한다. 도 4b 및 도 19a를 참조하면, 수신기 공진기(50'')는 전도성 안테나(152와 154) 사이에 샌드위치되는 유전체 엘리먼트(158)를 포함한다. 송신기 모듈(20'')은 배터리(520)에 대한 프레임 또는 홀더로서 또한 기능하는 안테나(132)에 직접적으로 장착되어 도시되어 있다. 송신기 모듈(20'')은 배터리(520)와 송신기 공진기(30'') 사이에서 전기적으로 연결될 수도 있다. 수신기 모듈(40'')은 전기 모터(530)에 직접적으로 장착되어 도시되어 있다. 수신기 모듈(40'')은 수신기 공진기(50'')와 모터(530) 사이에서 전기적으로 연결될 수도 있다.
도 27b는 전기적으로 전도성인 섀시(510)를 갖는 전기 구동 차량에서의 확장된 근접장 무선 전력 분배 시스템의 대표적인 부분(500')을 도시한다. 도 19a의 일반 시스템(10'')의 이 실시형태에서, 전력 소스는 다시, 도 27a에서와 같이, 태양 전지(420)가 아닌 재충전 가능 배터리(520)이고, 부하(70'')는 도 19a에서와 같이 배터리가 아닌 전기 모터(530)이다. 도 27b에서 도시되는 시스템은 도 19a에서와 같이 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 옵션 사항으로 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 송신기 모듈(20'') 및 수신기 모듈(40'')은 도 19b를 참조하여 상기에서 설명되는 바와 같이 전력 컨디셔닝을 제공하도록 공동으로서 기능할 수도 있다.
도 27b에 도시되고 하기에서 상세하게 설명되는 시스템은 용량성 전력 전달, 유도성 전력 전달, 또는 바이모달 전력 전달에 의해 동작될 수도 있다. 도 4b 및 도 19a를 참조하면, 송신기 공진기(30'')는 전도성 안테나(132와 134) 사이에 샌드위치되는 유전체 엘리먼트(138)를 포함한다. 도 4b 및 도 19a를 참조하면, 수신기 공진기(50''')는 유전체 엘리먼트(158) 및 전도성 안테나(152)를 포함하는데, 도 27a의 안테나(154)는, 이 실시형태에서, 공진기(50''')가 없다. 송신기 모듈(20'')은 배터리(520)에 대한 프레임 또는 홀더로서 또한 기능하는 안테나(132)에 직접적으로 장착되어 도시되어 있다. 송신기 모듈(20'')은 배터리(520)와 송신기 공진기(30'') 사이에서 전기적으로 연결될 수도 있다. 수신기 모듈(40'')은 전기 모터(530)에 직접적으로 장착되어 도시되어 있다. 이 실시형태에서, 수신기 모듈(40'')은 모터(530)와 섀시(510) 사이에서 전기적으로 연결될 수도 있다. 이 배열에서는, 섀시(510)와 안테나(152) 사이에 적절하게 높은 효율성에서 전력 전달을 위한 충분한 커플링이 있다. 시스템의 전기적으로 전도성인 기계 컴포넌트, 즉, 예를 들면, 시스템에서 부하 지지 구조 기능(load bearing structural function)을 갖는 컴포넌트는, 이로써, 전력 전달 시스템의 공진 구조의 일부를 형성할 수도 있다.
도 27a 및 도 27b에서 도시되는 실시형태에서, 특히 차량의 바퀴 중 하나를 구동하는 전기 모터(530)에 공급되는 전력에 초점이 맞춰지지만, 그러나 모두 송신기 모듈(20'')에 의해 전력을 제공받는 복수의 적절하게 적응된 수신기 모듈(40'')을 사용하는 차량 상의 임의의 전기 서브시스템에 대해서도 등가의 배열이 구현될 수도 있다.
배터리로부터 차량의 전기 서브시스템으로의 전력 전달을 위한 도 27a 및 도 27b의 배열은, 차량 제조 동안 어려움을 일으키고 상당한 제조 비용의 원인이 되는 매우 복잡한 자동차 와이어 하니스를 대부분 제거한다. 도 27a 및 도 27b의 실시형태는, 차량의 다른 전기 서브시스템으로의 그들의 확장과 함께, "확장된 근접장 무선 전력 분배 시스템"으로서 설명될 수도 있다.
전기 차량의 다른 바퀴를 넘어, 이러한 배열은, 내부 조명, 대시보드 디스플레이, 게이지, 디지털 전자기기, 내비게이션 시스템, 경고 시스템, 및 등등을 제한 없이 포함하는 다른 차량 액세서리 및 헤드라이트로 확장될 수도 있다. 그리고 애플리케이션은 전기 차량으로만 제한되는 것은 아니다. 그것은 하이브리드 또는 내연 차량에 적용되어 필요시 그리고 필요로 되는 곳에서 전력을 분배할 수도 있다. 그것은 전력을 필요로 하는 임의의 전기 시스템을 활용하는 다른 차량에도 유사하게 적용될 수도 있다. 예는, 제한 없이, 전동식 및 비전동식 자전거, 항공기, 보트, 및 온보드 전력 소스를 활용하는 다른 차량을 포함한다. 배터리 또는 전력 소스는 차량에 탑재되는 것으로 제한될 필요는 없다. 도 1 내지 도 11, 도 19a 및 도 19b 및 도 27a 및 도 27b와 관련하여 설명되는 원리는 정지 궤도 소스(geostationary source), 예를 들면 제한 없이, 이동하는 차량에 전력을 공급하기 위한 고정된 레일로부터 전력이 공급되는 것을 필요로 하는 고정 및 차량 시스템(stationary and vehicular system)에도 또한 적용된다.
도 28a는, 도 1에 따라 그리고, 더욱 상세하게, 도 6에 따라 1차 측(12)을 통한 적절한 소스로부터의 전력을 사용하여, 책상의 천판(tabletop)(620) 상에 위치 결정되는 컴퓨터 모니터(610)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급 시스템(600)에서의 도 19a의 일반적인 시스템(10'')의 다른 실시형태를 도시한다. 시스템(600)에서, 도 19a의 송신기 모듈(20'') 및 송신기 공진기(30'') 둘 모두는 1차 측(12)에서 통합된다. 시스템(600)의 배열에서, 도 19a에 따른 수신기 공진기(50'')는 모니터(610)의 베이스를 형성한다. 도 19a의 수신기 모듈(40'')은 모니터(610)의 베이스에서 통합될 수도 있다. 대안적으로, 도 19a의 수신기 모듈(40'')은 모니터(610) 그 자체 내부에 통합될 수도 있다. 도 4b를 참조하면, 안테나(152)는 모니터(610)의 베이스의 저부를 형성하고 유전체(158)에 의해 안테나(154)로부터 분리된다.
모니터(610)의 하우징 및 구조적 프레임(630)은 적어도 부분적으로 전기 전도성일 수도 있고 안테나(154)로부터 수신기 모듈(40'')(도 19a 참조)을 통해 도 19a의 부하 공진기(70'')를 나타내는 모니터(610)의 회로부에 전력 신호를 전기적으로 공급하기 위한 하나의 접촉하는(contiguous) 도체로서 기능한다. 안테나(152)로부터 모니터(610)의 회로부로의 다른 전기적 커넥터는 안테나(152)로부터 모니터(610)의 받침대 위로 이어진다. 다른 실시형태에서, 모니터(610)의 하우징 및 구조적 프레임(630)은 비전도성 폴리머일 수도 있고 별개의 도체가 안테나(154)로부터 도 19a의 부하 공진기(70'')를 나타내는 모니터(610)의 회로부로 이어진다.
도 28b의 컴퓨터 모니터(610)에 전력을 공급하기 위한 전력 공급 시스템(600')의 다른 실시형태에서 도시되는 바와 같이, 모니터(610)의 베이스는 안테나(152) 및 유전체(158)만을 포함할 수도 있다. 이 실시형태에서, 모니터 하우징 또는 프레임(630)의 금속 전도성 부분은 안테나(154) 대신 안테나로서 기능하고, 하우징 또는 프레임(630)은 적절하게 효율적인 전력 전달을 제공하기 위해 유전체(158) 아래의 안테나(152)와 충분한 커플링을 갖는다. 도 19a의 수신기 모듈(40'')은 모니터(610)의 베이스에서 통합될 수도 있다. 대안적으로, 도 19a의 수신기 모듈(40'')은 모니터(610) 그 자체 내부에 통합될 수도 있다. 모니터(610)의 하우징 및 구조적 프레임(630)은 수신기 모듈(40'')을 통해 도 19a의 부하 공진기(70'')를 나타내는 모니터(610)의 회로부에 전력 신호를 공급하기 위한 하나의 접촉하는 전기적 도체로서 기능할 수도 있다.
시스템(600)은, 옵션 사항으로, 도 19a에서와 같이 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 송신기 모듈(20'') 및 수신기 모듈(40'')은, 근접장 무선 전력 전달을 사용하지만, 도 19a를 참조하여 설명되는 바와 같이 전력 컨디셔닝을 제공하도록 공동으로서 기능할 수도 있다. 도 28a의 근접장 무선 전력 전달 시스템은 모니터(610)에 전력을 공급하기 위한 번거로운 전력 케이블에 대한 필요성을 제거하고 전력 전달 배열체에서의 일체형 전기/전자 컴포넌트로서 시스템의 기계적 구조적 엘리먼트를 활용한다.
도 29의 플로우차트 및 도 19a 및 도 19b의 시스템을 참조하여 설명되는 바와 같이, 직류 전력 소스(420)으로부터 전력 부하(70'')로 전력을 전달하기 위한 방법[2000]이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 전력 소스(420)와 유선으로 전기 통신하는 전력 전달 시스템(10'', 410) - 전력 전달 시스템(10'',410)은 진동 주파수에서 진동할 수 있는 발진기(26A''); 둘 모두 송신기 컨트롤러(22'')의 제어 하에 있는 전력 증폭기(26B'') 및 송신기 튜닝 네트워크(28''); 및 둘 모두 수신기 컨트롤러(42'')의 제어 하에 있는 수신기 튜닝 네트워크(48'') 및 부하 관리 시스템(46E'')을 포함하고, 부하 관리 시스템(46E'')은 전력 부하(70'')와 유선으로 전기 통신함 - 을 제공하는 것[2010]; 전력 증폭기(26B'')에서 전력 소스(420)로부터의 전력을 진동 주파수를 갖는 진동 전력 신호로 변환하는 것[2020]; 송신기 컨트롤러(22'')의 제어 하에서, 송신기 튜닝 네트워크(28'') 및 수신기 튜닝 네트워크(48'')를 통해 전력 증폭기(26B'')로부터 부하 관리 시스템(46E'')으로 전력 신호를 전달하는 것[2030]; 전력 전달의 레이트를 변경하기 위해, 진동 주파수, 전력 증폭기(26B'')의 입력 DC 등가 저항, 송신기 튜닝 네트워크(28''), 수신기 튜닝 네트워크(48''), 및 부하 관리 시스템(46E'') 중 적어도 하나를 조정하는 것[2040]; 및 부하 관리 시스템(46E'')에 의해 수신되는 전력을 유선의 전기 통신을 통해 전력 부하(70'')에 직류 형태로 제공하는 것[2050].
송신기 튜닝 네트워크(28'') 및 수신기 튜닝 네트워크(48'')를 통해 전력 신호를 전달하는 것[2030]은 유선 통신에 의해 또는 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것은 근접장 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 근접장 무선 통신에 의해 전력을 전달하는 것은 용량성 및 유도 커플링 중 적어도 하나에 의해 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 직류 전력 소스(420)로부터 전력을 전달하는 것은 적어도 하나의 태양 전지(420)로부터 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 직류 전력 소스로부터 전력을 전달하는 것은 적어도 하나의 배터리로부터 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다. 직류 전력 소스로부터 전력을 전달하는 것은 가변 전압을 갖는 전력 소스로부터 전력을 전달하는 것을 포함할 수도 있다.
도 30의 플로우차트를 참조하여 설명되고 도 19a 및 도 19b의 시스템을 더 깊이 고려하는 다른 실시형태에서, 직류 전력 소스(420)로부터 전력 부하(70'')로 전력을 전달하기 위한 방법[2100]이 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 전력 소스(420)와 유선으로 전기 통신하는 전력 전달 시스템(10'', 410) - 전력 전달 시스템(10'', 410)은 전력 부하(70'')와 유선으로 전기적으로 접촉하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기(46D)(도 7 참조)와 라디오 주파수 통신하는 라디오 주파수 전력 증폭기(26B'')를 포함함 - 을 제공하는 것[2110]; 증폭기(26B'')에서 직류 소스(420)로부터의 전력을 라디오 주파수 진동 전력 신호로 변환하는 것[2120]; 정류기(46D)에서 라디오 주파수 진동 전력 신호를 직류 전력 신호로 변환하는 것[2130]; 및 정류기(46D)의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것[2140]. 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기를 제공하는 것은 차동 자체 동기식 라디오 주파수 정류기(46D)를 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
방법[2100]은 증폭기(26B'')의 직류 등가 입력 저항을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 정류기(46D)와 부하(70'') 사이의 유선 통신에서 부하 관리 시스템(46E'')을 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 증폭기(26B'')의 직류 등가 입력 저항을 조정하는 것은 부하 관리 시스템(46E'')을 조정하는 것에 의해 정류기(46D)의 입력 임피던스를 조정하는 것을 포함할 수도 있다. 부하 관리 시스템(46E'')을 조정하는 것은 부하 관리 시스템(46E'')을 자동적으로 조정하는 것을 포함할 수도 있다.
방법[2100]은 전력 증폭기(26B'')의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 전력 증폭기(26B'')를 제어하기 위한 전력 증폭기(26B'')와 통신하는 송신기 컨트롤러(22'')를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 송신기 컨트롤러(22'')에 의해 수행될 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 송신기 컨트롤러(22'')에 의해 자동적으로 수행될 수도 있다.
방법[2100]은 전력 증폭기(26B'')의 진동 주파수를 변경하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 조정하는 것을 더 포함할 수도 있다.
전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 정류기(46D)를 제어하기 위한 정류기(46D)와 통신하는 수신기 컨트롤러(42'')를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 정류기(46D)의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 수신기 컨트롤러(42'')에 의해 수행될 수도 있다. 정류기(46D)의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것은 수신기 컨트롤러(42'')에 의해 자동적으로 수행될 수도 있다.
전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 (도 19b의 연결(60'')을 통해) 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기(46D)와 직접적으로 유선으로 라디오 주파수 통신하는 전력 증폭기(26B'')를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기(46D)와 무선 근접장 라디오 주파수 통신하는 전력 증폭기(26B'')를 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 전력 증폭기(26B')와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기(30'') 및 라디오 주파수 정류기(46D)와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 수신기 공진기(50'')를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 방법[2100]은 서로 무선 근접장 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기(30'')와 수신기 공진기(50'')를 동작시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 정류기(46D)와의 용량성 근접장 무선 라디오 주파수 통신 및 유도 근접장 무선 라디오 주파수 통신 중 적어도 하나의 무선 라디오 주파수 통신하는 전력 증폭기(26B'')를 제공하는 것을 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템(10'', 410)을 제공하는 것[2110]은 정류기(46D)와 바이모달 무선 근접장 통신하는 전력 증폭기(26B'')를 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
방법[2100]은 다음의 것을 더 포함할 수도 있다: 전력 소스(420)와 전력 전달 시스템(10'') 사이에 전기적으로 배치되는 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 제공하는 것; 및 전력 소스(420)로부터의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조정하여 전력 전달의 효율성을 개선하기 위해 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 조정하는 것.
도 19a 및 도 19b의 시스템의 보다 심층적인 고려에 기초하여 그리고 도 7을 참조하면, 직류 소스(420)으로부터 전력 부하(70'')로 전력을 공급하기 위한 일반화된 전력 전달 시스템(10'', 410)은 다음의 것을 포함한다: 전력 소스(420)와 유선으로 전기 통신하며 소스(420)로부터의 직류 전압을 진동 주파수를 갖는 교류 전압 신호로 변환하도록 구성되는 라디오 주파수 전력 증폭기(26B''); 전력 부하(70'')와 유선으로 전기적으로 접촉하며 전력 증폭기와 라디오 주파수 통신하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기 - 정류기는 전력 증폭기(26B'')로부터 전달되는 전력을 수신하도록 구성됨 - ; 및 정류기(46D)와 통신하는 수신기 컨트롤러(42'') - 수신기 컨트롤러는 정류기(46D)의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 증폭기(26B'')로부터 정류기(46D)로의 전력 전달의 효율성을 조정하도록 구성됨 - . 수신기 컨트롤러(42'')는 정류기(46D)의 전류-전압 위상 특성을 자동적으로 조정하도록 구성될 수도 있다. 정류기는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 정류기일 수도 있다.
전력 전달 시스템(10'', 410)은 부하(70'')와 유선으로 통신하며 부하(70'')와 정류기(46D) 사이에서 전력 신호 관점에서 배치되는 부하 관리 시스템(46E'')을 더 포함할 수도 있는데, 부하 관리 시스템(46E'')은 정류기(46D)의 입력 임피던스를 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 부하 관리 시스템(46E'')은 정류기(46D)의 입력 임피던스를 자동적으로 조정하도록 구성될 수도 있다.
전력 전달 시스템(10'', 410)은 증폭기(26B'')와 통신하는 송신기 컨트롤러(22'')를 더 포함할 수도 있고, 송신기 컨트롤러(22'')는 증폭기(26B'')의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 송신기 컨트롤러(22'')는 전력 전달의 효율성을 증가시키기 위해 증폭기(26B'')의 전류-전압 위상 특성을 자동적으로 조정하도록 구성될 수도 있다.
전력 전달 시스템(10'', 410)은 증폭기(26B'') 및 송신기 컨트롤러(22'')와 통신하는 발진기(26A'')를 더 포함할 수도 있다. 송신기 컨트롤러(22'')는 발진기(26A'')를 통해 진동 주파수를 조정하도록 구성될 수도 있다.
전력 증폭기(26B'')는 (도 19b의 연결부(60'')를 통해) 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기(46D)와 직접적으로 유선으로 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기(46D)와 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 전달 시스템(10'', 410)은 전력 증폭기(26B'')와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기(30'') 및 정류기(46D)와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 수신기 공진기(50'')를 포함할 수도 있다. 송신기 공진기(30'') 및 수신기 공진기(50'')는 서로 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 정류기(46D)와 용량성 근접장 무선 라디오 주파수 통신 및 유도 근접장 무선 라디오 주파수 통신 중 적어도 하나의 무선 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 정류기(46D)와 바이모달 근접장 무선 라디오 주파수 통신할 수도 있다.
전력 전달 시스템은 전력 소스(430)와 전력 증폭기(26B'') 사이에 전기적으로 배치되는 전력 컨디셔닝 유닛(430)을 더 포함할 수도 있는데, 전력 컨디셔닝 유닛(420)은 전력 전달의 효율성을 개선하기 위해 전력 소스(420)으로부터의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조정하도록 구성된다.
도 19a, 도 19b, 도 27a 및 도 27b, 및 도 28a 및 도 28b를 참조하여 설명되는 다른 실시형태에서, 전기 구동 시스템은 다음의 것을 포함한다: 전기적으로 전도성인 제1 부분을 갖는 기계적 부하 지지 구조물(510, 630); 전력 부하; 및 근접장 무선 전력 전달을 위해 구성되는 적어도 하나의 라디오 주파수 공진기(30'',50'') - 공진기는 전기적으로 전도성인 제1 부분을 적어도 부분적으로 포함함 - 를 포함하는 전력 전달 시스템(10'', 410). 전기 구동 시스템은 재충전 가능 배터리(520)를 더 포함할 수도 있고 전력 부하는 전기 모터(530)를 포함할 수도 있다. 전기 구동 시스템은 전기 차량(500, 500')일 수도 있고, 기계적 부하 지지 구조물은 차량의 섀시(510)를 포함할 수도 있다. 전기 구동 시스템은 디스플레이 모니터(610)일 수도 있고 기계적 부하 지지 구조물은 프레임(630) 및 모니터의 베이스 중 적어도 하나일 수도 있다.
전기 구동 시스템은 전력 소스를 더 포함할 수도 있다. 전력 전달 시스템은 다음의 것을 포함할 수도 있다: 전력 소스와 유선으로 전기 통신하며 소스로부터의 직류 전압을 진동 주파수를 갖는 교류 전압 신호로 변환하도록 구성되는 라디오 주파수 전력 증폭기(26B''); 전력 부하(70'')와 유선으로 전기적으로 접촉하며 전력 증폭기(26B'')와 라디오 주파수 통신하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기(46D); 증폭기(26B'')로부터 전달되는 전력을 수신하도록 구성되는 정류기(46D); 및 정류기(46D)와 통신하는 수신기 컨트롤러(42'') - 수신기 컨트롤러(42'')는 정류기(46D)의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 증폭기(26B'')로부터 정류기(46D)로의 전력 전달의 효율성을 조정하도록 구성됨 - .
다른 실시형태에서, 도 19a 및 도 19b, 도 27a 및 도 27b, 및 도 28a 및 도 28b에서 묘사되는 바와 같이, 장치는: 전기적으로 전도성인 제1 부분을 갖는 기계적 부하 지지 구조물(510, 630); 전력 소스; 전력 부하(70'', 530, 610); 및 전력 전달 시스템(10'', 410)을 포함하고, 전력 전달 시스템(10'', 410)은: 전력 소스와 유선으로 전기 통신하며 소스로부터의 직류 전압을 진동 주파수를 갖는 교류 전압 신호로 변환하도록 구성되는 라디오 주파수 전력 증폭기(26B''); 전력 부하(70'')와 유선으로 전기적으로 접촉하며 전력 증폭기(26B'')와 라디오 주파수 통신하는 조정 가능한 위상 라디오 주파수 정류기(46D); 증폭기(26B'')로부터 전달되는 전력을 수신하도록 구성되는 정류기(46D); 및 정류기(46D)와 통신하는 수신기 컨트롤러(42'') - 수신기 컨트롤러(42'')는 정류기(46D)의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 증폭기(26B'')로부터 정류기(46D)로의 전력 전달의 효율성을 조정하도록 구성됨 - 를 포함하고; 전기적으로 전도성인 제1 부분은 증폭기(26B'')로부터의 라디오 주파수 신호 및 정류기(46D)로의 라디오 주파수 신호 중 적어도 하나를 반송하도록 배치된다.
장치는 부하(70'')와 유선으로 통신하며 부하(70'')와 정류기(46D) 사이에서 전력 신호 관점에서 배치되는 부하 관리 시스템(46E'')을 더 포함할 수도 있는데, 부하 관리 시스템(46E'')은 정류기(46D)의 입력 임피던스를 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 장치는 증폭기(26B'')와 통신하는 송신기 컨트롤러(22')를 더 포함할 수도 있는데, 송신기 컨트롤러(22')는 증폭기(26B'')의 전류-전압 위상 특성을 조정하는 것에 의해 전력 전달의 효율성을 증가시키도록 구성된다. 장치는 증폭기(26B'') 및 송신기 컨트롤러(22')와 통신하는 발진기(26A'')를 더 포함할 수도 있는데, 송신기 컨트롤러(22')는 발진기(26A'')를 통해 진동 주파수를 조정하도록 구성된다.
전력 증폭기(26B'')는 전기적으로 전도성인 제1 부분을 통해 정류기(46D)와 직접적으로 유선으로 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 정류기(46D)와 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 전달 시스템(10'', 410)은 전력 증폭기(26B'')와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 송신기 공진기(30'') 및 정류기(46D)와 유선으로 라디오 주파수 통신하는 수신기 공진기(50'')를 포함할 수도 있으며, 송신기 공진기(30'') 및 수신기 공진기(50'') 중 하나는 전기적으로 전도성인 제1 부분을 포함할 수도 있다. 송신기 공진기(30'') 및 수신기 공진기(50'')는 서로 무선 근접장 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 정류기(46D)와 용량성 근접장 무선 라디오 주파수 통신 및 유도 근접장 무선 라디오 주파수 통신 중 적어도 하나의 무선 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 전력 증폭기(26B'')는 정류기(46D)와 바이모달 근접장 무선 라디오 주파수 통신할 수도 있다. 직류 소스는 재충전 가능 배터리(520)를 포함할 수도 있고 부하는 전기 모터(530)를 포함할 수도 있다.
도 32에서 개략적으로 도시되며, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9에 기초하는 또 다른 실시형태에서, 밀봉된 디바이스(800) 외부의 디바이스와 전기적으로 통신하도록 배치되는 복수의 단자를 구비하는 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스(800)가 제공되는데, 밀봉된 디바이스(800)는 자신의 밀봉된 내부 내에 다음의 것을 포함한다: 적어도 하나의 DC 단자, 적어도 하나의 AC 단자, 및 적어도 하나의 제어 단자를 구비하는 다중 단자 전력 스위칭 디바이스(multiterminal power switching; MPS)(810) - MPS 디바이스(810)는 증폭 상태와 정류 상태 사이에서 조정 가능하고, 적어도 하나의 DC 단자를 통해 DC 전압 및 DC 전류를 양방향으로 전달하도록; 그리고 적어도 하나의 AC 단자를 통해, 진폭, 주파수, 및 위상을 갖는 라디오 주파수 전력 신호를 양방향으로 전달하도록 배열됨 - ; 컨트롤러(880)와의 유선의 데이터 통신에서, 적어도 하나의 제어 단자를 통해 MPS 디바이스(810)와 유선으로 전기 통신하는 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정(PFDCA) 회로(820) - PFDCA 회로(820)는 라디오 주파수 전력 신호의 주파수 및 위상을 갖는 라디오 주파수 진동 신호를 MPS 디바이스(810)의 적어도 하나의 제어 단자에서 확립하도록 그리고 컨트롤러(880)의 명령 하에 라디오 주파수 진동 신호의 위상을 조정하는 것에 의해 MPS 디바이스(810)를 증폭 상태와 정류 상태 사이에서 조정하도록 배열됨 - . PFDCA 회로(820)는 라디오 주파수 진동 신호에 대한 듀티 사이클을 확립하도록 또한 배열될 수도 있다. PDFCA 회로(820)는 라디오 주파수 진동 신호를 컨트롤러(880)로부터의 명령 하에 생성하기 위한 라디오 주파수 발진기를 포함할 수도 있다. 여기서 용어 "다중 단자 전력 스위칭 디바이스"는, 적어도 세 개의 단자를 가지며 디바이스의 적어도 제3 단자에 인가되는 신호에 기초하여 디바이스의 적어도 두 개의 단자 사이에 흐르는 전류를 스위칭 또는 변조할 수 있는 디바이스를 설명하기 위해 사용된다. 적절한 MPS 디바이스(810)는, 기계식 릴레이 스위치, 솔리드 스테이트 스위치, 전기 광학 스위치(옵토 스위치(opto-switch)로서 또한 지칭됨), 사이리스터, 도파관 스위치, 트랜지스터(예를 들면, MOSFET, MESFET, III-V족 반도체 트랜지스터 디바이스, 및 BJT 디바이스를 포함함), 및 예를 들면, 3극관 및 5극관을 비롯한, 전력 튜브 디바이스를 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
몇몇 실시형태에서, 회로는 폴리머 코팅 또는 몰드로 밀봉되어 밀봉 디바이스(sealing device) 또는 밀봉된 디바이스(sealed device)를 생성한다. 몇몇 실시형태에서, 밀봉 디바이스는 디바이스의 내부 상에서 제공되는 컴포넌트를 보호한다. 몇몇 실시형태에서, 디바이스의 밀봉은 디바이스의 컴포넌트를 손상시킬 수도 있는 정전기 방전, 단락, 또는 다른 유해한 전기적 방전을 방지하기 위해 전기 절연을 제공한다. 몇몇 실시형태에서, 디바이스를 밀봉하는 것은 내부 컴포넌트를 산화로부터 보호한다. 몇몇 실시형태에서, 밀봉은 방수 배리어 또는 수증기 배리어를 생성할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 밀봉은 밀봉된 디바이스 외부에 있는 하나 이상의 단자에 대한 액세스를 제공하는 것에 의해 디바이스에 대한 전기적 연결을 제공한다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 컨트롤러(880)와 유선으로 데이터 통신하는 밀봉된 내부 내에, 적어도 하나의 AC 단자를 통해 MPS 디바이스(810)와 유선으로 전기 통신하는 튜닝 네트워크(830)를 더 포함할 수도 있는데, 튜닝 네트워크(830)는, MPS 디바이스(810)가 증폭 상태에 있을 때, 컨트롤러(880)로부터의 명령 하에, 라디오 주파수 전력 신호를 튜닝 네트워크(830)로부터의 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호로 조정하도록 배열된다. 튜닝 네트워크(830)는 라디오 주파수 전력 신호에서 라디오 주파수 진동 신호의 고조파를 억제하도록 배열되는 도 8 및 도 9에서 도시되는 타입의 고조파 종단 네트워크 회로를 포함할 수도 있다. 도 8 및 도 9에서 도시되는 바와 같이, 고조파 종단 네트워크는 하나 이상의 인덕터 및 제1 고조파 종단부(127I, 147G); 제2 고조파 종단부(127H, 147F); 및 제3 고조파 종단부(127F, 147D) 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 컨트롤러(880)와 유선으로 데이터 통신하는 밀봉된 내부 내에, 튜닝 네트워크와 유선으로 전기 통신하게 배치되며 튜닝 네트워크와 밀봉된 디바이스 외부의 AC 부하/소스 사이에서 전달되는 임의의 라디오 주파수 전력 신호의 진폭, 주파수 및 위상을 결정하도록 배열되는 진폭/주파수/위상 검출기(amplitude/frequency/phase detector; AFPD)(840)를 포함할 수도 있다. 이 목적을 위해, AFPD(840)는, 도 32에 따라, 디바이스(800)에서 나오는 튜닝 네트워크(830)의 출력에서 신호 진폭, 주파수 및 위상을 측정한다. PFDCA 회로(820)는 AFPD(840)에 의해 컨트롤러(880)로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 컨트롤러(880)로부터 명령을 수신하도록 배열된다. 도 32에서 도시되지 않는 다른 실시형태에서, PFDCA 회로(820)는 AFPD(840)로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 라디오 주파수 진동 신호 및/또는 DC 전류 및 DC 전압 중 적어도 하나를 조정하도록 배열된다.
튜닝 네트워크(830)는, 전력 스위칭 디바이스가 증폭 상태에 있을 때, AFPD(840)로부터의 측정 데이터에 기초하여 튜닝된 라디오 주파수 신호의 전압과 전류 사이의 위상 차이를 조정하기 위한 전압-전류 튜너를 포함할 수도 있다. 적절한 전압-전류 튜너는 도 6을 참조하여 다소 상세하게 설명되어 있다. 튜닝 네트워크(830)의 전압-전류 튜너는, 도 32에 따라, 디바이스(800)에서 나오는 신호 연결을 위해 예정된 신호에 적용된다. 그에 의해, 도 32를 통해 하방으로 전력이 전달될 때 그것은 튜너로서 기능한다. 전압-전류 튜너는 도 32의 디바이스(800)를 통해 반대의 상방 방향으로 송신되고 있는 전력에 대해 투명할 수도 있는데, 전력 전달 회로 디바이스(800)는 양방향이다. 몇몇 구현예에서, 튜닝 네트워크(830)는, 도 6 및 도 19a, 도 27a 및 도 27b와 관련하여 설명되는 바와 같이, 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호를, 송신기 공진기(30 및 30'')일 수도 있는 AC 부하/소스(900)와 통신할 수도 있다. AC 부하/소스(900)가 그러한 바이모달 송신기 공진기인 경우, 전압-전류 튜너는, 도 6과 관련하여 설명되는 바와 같이, 전기장 대 자기장의 비율을 조정하도록 기능할 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 컨트롤러(880)와 유선으로 데이터 통신하며 MPS(810)와 밀봉된 디바이스(800) 외부의 DC 전력 소스/부하(700) 사이에서 유선으로 전기 통신하는 밀봉된 내부 내에, MPS(810) 및 외부 DC 전력 소스/부하(700)를 임피던스 매칭시키도록 그리고 AFPD(840)에 의해 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 MPS(810)와 DC 전력 소스/부하(700) 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리(power management; PM) 회로(860)를 더 포함할 수도 있다. 도 32에서 도시되지 않는 다른 실시형태에서, PM 회로(860)는 AFPD(840) 및/또는 VID(850)로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 MPS(810)와 DC 전력 소스/부하(700) 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열될 수도 있다.
DC 전력은 MPS(810)와 DC 전력 소스/부하(700) 사이에서 PM 회로(860)를 통해 양방향으로 전송 가능하다는 것을 다시 유의해야 한다. 또한, 여기서는, DC 전력 소스/부하(700)가 "소스/부하"로서 설명되게 하는, 한편 AC 전력을 튜닝 네트워크와 통신하는 외부 AC 부하/소스(900)가 "부하/소스"로서 설명되게 하는 협약(convention)을 유지하고, 그에 의해, DC 전력 소스/부하(700)가 DC 전력의 소스로 기능할 때, AC 부하/소스(900)가 AC 전력으로 변환되는 그 전력에 대한 부하로 기능하고, 그 반대의 경우도 가능하다 점을 강조한다는 것을 유의한다. 도 32에서 커넥터에 근접하며 평행하게 묘사되는 화살표는, MPS(810)가 자신의 증폭 상태 및 정류 상태 중 어느 하나에 있을 때 디바이스(800)를 통한 전력 흐름의 경로 및 방향을 나타낸다. MPS(810)가 증폭 상태에 있을 때, 전력 흐름은 도 32 전체에 걸쳐 하방이고; MPS(810)이 정류 상태에 있을 때, 전력 흐름은 도 32 전체에 걸쳐 상방이다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 컨트롤러(880)와 유선으로 데이터 통신하는 밀봉된 내부 내에, MPS(810)와 PM 회로(860) 사이에서 전달되는 DC 전압 및 DC 전류를 결정하도록 배치되는 전압/전류-검출기(voltage/current-detector; VID)(850)를 더 포함할 수도 있다. MPS(810)가 증폭 상태에 있을 때, 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 디바이스(800)가 DC 소스/부하(700)로부터의 최대 전력 추출을 허용하는 등가의 DC 부하를 DC 소스/부하(700)에게 제시하도록, VID(850)의 측정치에 기초하여 조정될 수도 있다. 그에 의해, MPS 디바이스(810)의 적어도 하나의 DC 단자에서의 DC 전압은 조정된다. MPS(810)가 정류 상태에 있을 때, 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 디바이스(800)가 디바이스(800)로부터 DC 소스/부하(700)의 최대 전력 전달을 허용하는 등가의 DC 소스 임피던스를 DC 소스/부하(700)에게 제시하도록, VID(850)의 측정치에 기초하여 조정될 수도 있다. 그에 의해, 디바이스(800)와 DC 소스/부하(700) 사이의 유선 연결에서의 DC 전압은 조정된다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 밀봉된 내부 내에, 컨트롤러(880)와, AFPD(840)와, 그리고 VID(850)와 유선으로 데이터 통신하는 메모리(870)를 더 포함할 수도 있는데, 메모리(870)는 두 개의 검출기(840 및 850)로부터 신호 데이터를 수신하여 저장하도록 그리고 두 개의 검출기(840 및 850)로부터의 신호 데이터를 컨트롤러(880)에 제공하도록 배열된다. 메모리(870)는 일련의 연속적인 순간 시간 동안 디바이스(800)의 완전한 상태를 저장할 수 있을 수도 있다.
튜닝 네트워크는 보상 네트워크, 매칭 네트워크, 및 필터 중 하나 이상을 더 포함할 수도 있다. 도 6의 보상 네트워크(26E), 매칭 네트워크(26D), 및 필터(26C)는 이러한 목적에 적합하며, 선택은 도 6의 디바이스로 제한되지는 않는다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는, 밀봉된 내부 내에, 컨트롤러(880)를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는 디바이스(800)의 밀봉된 내부에 통합되는 다양한 회로부와 데이터를 통신하기 위해 적절한 입력/출력 설비를 갖춘 외부 컨트롤러를 활용할 수도 있고 적절한 소프트웨어 또는 펌웨어는 상기에서 설명되는 모든 제어 프로시져를 실행하기 위해 컨트롤러에 프로그래밍될 수도 있다.
밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800)는 컨트롤러(880)와 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스(800) 외부의 디바이스 사이에서 정보를 양방향으로 전달하기 위해 블루투스, 와이파이, 지그비 및 셀룰러 기술 중 하나 이상에서 기능하는 적어도 하나의 통신 회로(890)를 더 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 통신 회로(890)는 하나 이상의 적절한 안테나(894)와 양방향으로 유선으로 통신할 수도 있다. 하나 이상의 안테나(894)가 디바이스(800)의 밀봉된 내부에서 배치될 수도 있지만, 그들은 일반적으로 디바이스(800) 외부에 더 유용하게 배치된다. 외부 디바이스 중 하나 이상은, 예를 들면, 다른 디바이스(800)를 비롯한, 다른 전력 전달 회로 디바이스일 수도 있고, 하나 이상의 다른 디바이스는 다른 실시형태에서, 예를 들면 도 1에서, 상기에서 설명되는 바와 같이 집합적 전력 전달 시스템(collective power transfer system)의 일부를 형성할 수도 있다.
PFDCA 회로는 AFPD(840) 및 VID(850)에 의한 측정치에 기초하여 라디오 주파수 진동 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 배열될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 측정치에 대한 정보는 컨트롤러(880)로 전달될 수도 있고 그곳으로부터 PFDCA 회로(820)로 전달될 수도 있는데, PFDCA 회로는, 그 다음, 수신되는 정보에 기초하여 라디오 주파수 진동 신호의 듀티 사이클을 조정한다. 도 32에서 도시되지 않는 다른 실시형태에서, 피드백 신호는 AFPD(840) 및 VID(850)로부터 PFDCA 회로(820)로 직접적으로 전달될 수도 있는데, PFDCA 회로는, 그 다음, 수신되는 피드백 신호에 기초하여 라디오 주파수 진동 신호의 듀티 사이클을 조정한다. 라디오 주파수 진동 신호의 듀티 사이클을 변경하는 것에 의해, PFDCA 회로(820)는 디바이스(800)를 통과하는 전력 흐름의 방향을 조정할 수 있다. 전력이 DC 소스/부하(700)로부터 디바이스(800)를 통해 AC 부하/소스(900)로 흐를 때, PFDCA 회로(820)는 소스/부하(700)에 의해 디바이스(800)로 전달되는 DC 전력 및 디바이스(800)로부터 AC 부하/소스(900)로 전달되는 AC 전력을 이러한 수단에 의해 조정할 수 있다. 전력이 AC 부하/소스(900)로부터 디바이스(800)를 통해 DC 소스/부하(700)로 흐를 때, PFDCA 회로(820)는 AC 부하/소스(900)에 의해 디바이스(800)로 전달되는 AC 전력 및 디바이스(800)에 의해 DC 소스/부하(700)로 전달되는 전력을 이러한 수단에 의해 조정할 수 있다.
컨트롤러(880)는 디바이스(800)의 밀봉된 내부 외부에 배치되는 외부 디바이스 및 회로부(898)(도 32에서 Ext.로 라벨링됨)와 양방향으로 유선으로 통신할 수도 있다. 이 유선 통신은, 예를 들면 제한 없이, 데이터를 교환하기 위해 또는 디바이스(800)가 통합될 수도 있는 시스템에 대한 시스템 클록 동기화 신호를 컨트롤러(880)에게 공급하기 위해 활용될 수도 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 센서 및 검출기(24A, 24B, 24C 및 24D)는 디바이스(800)의 밀봉된 내부 외부에 유용하게 배치될 수도 있다.
양방향 전력 전달 회로 디바이스(800)는 도 6 및 도 7을 참조하여 상기에서 이미 설명된 메커니즘에 의해 디바이스(800)를 통해 전력 채널을 통해 정보를 송신 및/또는 수신하는 데 또한 유용하게 활용될 수도 있다. 전력 채널은 DC 소스/부하(700)와 PM 회로(860) 사이의 유선 연결로부터, PM 회로(860), VID(850), MPS 디바이스(810), 및 튜닝 네트워크(830)를 통해, AC 부하/소스(900)까지 물리적으로 확장된다. 물리적 전력 채널을 따라, PM 회로(860), MPS 디바이스(810), 및 튜닝 네트워크(830) 모두는 컨트롤러(880)의 제어 하에 있는데, 컨트롤러(880)는 PFDCA 회로(820)를 통해 MPS 디바이스(810)를 제어한다. 컨트롤러는 튜닝 네트워크(830)에서 및/또는 MPS 디바이스(810) 그 자체에서 라디오 주파수 전력 신호를 변조할 수 있다. 컨트롤러는 PM 회로(860)와 DC 소스/부하(700) 사이에서 DC 전압의 변조를 유도하도록 또한 구성될 수도 있다. 이것은 정보가 라디오 주파수 전력 신호, 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호, 및/또는 전술한 DC 전압 상에서 변조되는 것, 그에 의해, 디바이스(800) 외부의 다른 디바이스에 전달되는 것을 허용한다. 그러한 다른 디바이스는 추가적인 양방향 전력 전달 회로 디바이스(800)를 포함할 수도 있다. 정보는 라디오 주파수 전력 신호, 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호, 및/또는 전술한 DC 전압 상으로 디지털 형태로 또는 아날로그 형태로 변조될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 정보는 전력 전달의 것과는 상이한 주파수 상으로 변조될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 정보는 전력 신호의 주파수의 고조파 상으로 변조될 수도 있다. 여전히 또 다른 실시형태에서, 라디오 주파수 전력 신호의 주파수는 정보가 변조되는 신호의 주파수의 고조파일 수도 있다. 상기의 설명에서, 튜닝 네트워크(830)의 서브시스템이 적절한 변조기로서 활용될 수도 있는 방법을 이미 설명하였다.
상기에서 디바이스(800)가 송신기 모드에서 동작하는 것과 정류 모드에서 동작하는 사이에서 재구성될 수도 있는 방법을 설명하였으므로, 그리고 전력 채널이 변조될 수도 있는 방법을 설명하였으므로, 디바이스(800)가 정보를 양방향으로 송신하기 위한 전이중 송신-수신 시스템으로서 기능할 수도 있다는 것은 명백하다. 두 개의 디바이스(800)가 도 1의 모듈(20 및 40)에서 활용될 때, 도 1의 시스템(10)은 도 1의 2차 측(14)과 유사한 또 다른 2차 측을 포함할 수도 있다. 추가적인 2차 측(14)이 존재하는 경우, 상기에서 설명되는 배열은 다양한 2차 측(14) 사이의 정보 통신을 허용하고, 그에 의해 1차 측(12)과의 통신을 허용한다. 도 32의 디바이스(800)를 사용하는 것에 의해 도 19a 및 도 19b의 시스템에서 활용되는 송신기 모듈(20'')과 수신기 모듈(40'') 사이에서 동일한 전이중 송신-수신 배열이 가능하다. 도 20a 내지 도 22b 및 도 27a 내지 도 28b에서 도시되는 시스템에 대해서도 마찬가지이다.
여기서 설명되는 양식으로 송신되는 정보는, MPS 디바이스(810)의 동작의 모드, 또 다른 디바이스(810)의 개수 및 타입, 주변 오브젝트 센서 정보, 및 예를 들면, 배터리 충전 상태, 부하 전압, 및 부하 전류를 비롯한, 부하 상태 모니터링 정보를 제한 없이 포함할 수도 있다.
밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스(800)의 전자 회로는 다양한 디바이스 제조 기술에서, 적절한 회로 보드 상의 다수의 별개의 디바이스로서, 반도체 재료의 상이한 개개의 세그먼트에서 제조되는 디바이스가 적절한 기판 재료 상으로 본딩 또는 장착될 수도 있는 하이브리드 회로로서, 실리콘 기반의 회로 상으로 액티브 면이 아래로 향하여 본딩되는 하나 이상의 개개의 디바이스의 플립 칩 배열체로, 또는 단일의 단일체 집적 회로 디바이스로서 구현되는 것을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 도 33은 도 32의 양방향 전력 전달 회로 디바이스(800)가 별개의 반도체 결정에서 구현되는 그리고 그 다음 패드(808) 상의 솔더 범프를 통해 플립 칩 장착되는 다중 단자 전력 스위치(MPS) 디바이스(810)를 포함하는 플립 칩 배열체를 도시한다. MPS 디바이스(810)는, 예를 들면 제한 없이, 와이드 밴드갭 반도체 결정에서 별개의 더 높은 전력 디바이스로서 제조될 수도 있다. 패드(808)는 웨이퍼(801)에 모두 단일체로 통합되는 도 32의 디바이스(800)의 서브시스템의 나머지를 또한 포함하는 실리콘 웨이퍼(801) 상에서 형성된다. 두 개의 패드(806)는 도 32에서 도시되는 디바이스(700 및 900)에 대한 연결을 위한 것이다. 패드(802)는 컨트롤러(880) 및 통신 회로(890)를 디바이스(800) 외부의 디바이스 및 안테나에 연결하기 위한 것이다.
도 34a에서 도시되는 하나의 특정한 실시형태에서, 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스(800)의 전자 회로는 도 32의 DC 소스/부하(700)로서 기능하는 적어도 하나의 광기전 전지(814)와 공동으로 단일의 실리콘 단결정 웨이퍼(812) 내에 구현될 수도 있다.
도 34b를 참조하여 추가로 설명되는 또 다른 실시형태에서, 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스(800)의 전자 회로는, 실리콘 단결정 웨이퍼(812)의 표면 상에서 AC 부하/소스(900)로서 기능하는 도 2b를 참조하여 설명되며 도 2a 내지 도 5와 관련하여 더욱 상세하게 설명되는 타입의 공진기 구조물(180')과 함께, 상기와 같이, 도 32의 DC 소스/부하(700)로서 기능하는 적어도 하나의 광기전 전지(814)와 공동으로 단일의 실리콘 단결정 웨이퍼(812) 내에 구현될 수도 있다. 블루투스, 와이파이, 지그비 및 셀룰러 기술과의 사용을 위한 안테나(894)는 동일한 단일의 실리콘 단결정 웨이퍼 상에 또한 통합될 수도 있다. 안테나(894)는 도 34b에서는 도시되어 있지 않다. 도 34a 및 도 34b에서, 연결부(818)는 디바이스(800)의 튜닝 네트워크(830)와 공진기(180')를 연결한다. 공진기(180')는 디바이스(800)에서 생성되는 또는 광기전 전지(814)에 의해 흡수되는 열을 위한 히트 싱크(heat sink) 또는 방열기(heat radiator)로서 기능할 수도 있다. 이 목적을 위해, 공진기(180')는 공기를 유전체로서 그리고 동시에 냉각 유체로서 활용할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 도 19a 및 도 19b의 DC 부하(70'')는, 두 경우 모두에서, 도 35a 및 도 35b에서 각각 도시되는 바와 같이, AC 부하(70''')에 의해 대체될 수도 있다. 도 35a 및 도 35b의 시스템(10'' 및 410)의 나머지는 도 19a 및 도 19b의 시스템(10'' 및 410)과 동일할 수도 있다. 도 19a 및 도 19b의 발진기(26A'')는 도 19a 및 도 19b의 AC 부하(70''')에 의해 요구되는 주파수 및 위상으로 설정될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 송신기 컨트롤러(22'')는 발진기(26A'')를 AC 부하(70''')에 의해 요구되는 주파수 및 위상으로 설정하도록 프로그래밍될 수도 있다.
도 35a 및 도 35b의 시스템의 여전히 다른 실시형태에서, AC 부하(70''')는 도 35a 및 도 35b의 시스템이 전력을 전달하도록 구성되는 전력 그리드일 수도 있다. 그러한 그리드 공급 구성(grid-supply configuration)에서, 수반되는 전력 그리드(70''')에 도 35a 및 도 35b의 시스템에 의해 공급되는 신호의 주파수, 위상 및 전압 레벨을 제어하는 것이 중요하다. 이 목적을 위해, 상기에서 이미 설명된 정보 피드백 메커니즘이 활용되어 전력 그리드의 필요한 주파수, 위상 및 전압 레벨에 관한 정보를 송신기 컨트롤러(22'')로 다시 송신할 수도 있다. 이 정보는 디지털 형태일 수도 있거나 또는 아날로그 형태일 수도 있다. 도 35b의 유선 시스템의 몇몇 실시형태에서, 송신기 모듈(20'')이 주파수 및 위상과 관련하여 AC 부하(70''')를 직접 추적하는 것을 허용하기 위해 그리고 그에 의해 도 35b의 시스템의 출력 신호에 전력 그리드(70''')에 의해 요구되는 제약을 부과하기 위해, AC 전력 그리드(70''')로부터 송신기 컨트롤러(22'')로 또는 발진기(26A'')로 직접적으로 추가적인 신호 라인(혼란을 방지하기 위해 도시되지 않음)이 취해질 수도 있다. 이들 제약은 전력 그리드(70''')의 요건을 충족하기 위해 부하 관리 시스템(46E'')의 출력 신호의 변조를 포함할 수도 있다. 변조는 전력 그리드의 것과 동일한 주파수에서 있을 수도 있고 전력 그리드(70''')에 전력을 전달하는 위상 및 전압 레벨에서 있을 수도 있다.
도 36은 도 32의 AC 부하/소스(900)가 AC 전력 그리드(900')인 도 32의 시스템의 한 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 마치 도 35a 및 도 35b의 시스템에서와 마찬가지로, 전력 그리드의 요구되는 주파수, 위상 및 전압 레벨에 관한 정보는 컨트롤러(880)로 다시 송신될 수도 있다. 이것은 컨트롤러(880)가, 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정(PFDCA) 회로(820)를 통해, 전력 그리드(900')에 의해 부과되는 전력 전달 요건을 충족하도록, MPS 디바이스(810)의 제어 단자에서 신호를 조정하는 것을 허용한다. 이들 요건은 전력 그리드(70''')의 요건을 충족하기 위한 튜닝 네트워크(830)의 출력 신호의 변조를 포함할 수도 있다. 변조는 전력 그리드의 것과 동일한 주파수에서 있을 수도 있고 전력 그리드(70''')에 전력을 전달하는 위상 및 전압 레벨에서 있을 수도 있다. 도 36의 시스템은, 본질적으로 양방향이지만, 이러한 배열에 의해, AC 전력 그리드에 전력을 전달하기 위한 수단으로서 기능할 수도 있다.
이제 도 20a 및 도 20b, 도 21a 및 도 21b, 및 도 22a 및 도 22b로 돌아가서, 각각의 태양 전지(420)는 태양 전지(420)의 동작 상태를 결정하기 위한 센서를 구비할 수도 있다. 동작 상태는 전력 레벨, 전압 레벨, 전류 레벨, 온도 및 다른 성능 파라미터를 제한 없이 포함할 수도 있다. 동작 상태에 대한 이 정보는 태양 전지(들)(420)와 관련되는 송신기 모듈(들)(20'')을 통해 수신기 모듈(40'')로 송신될 수도 있다. 송신기 모듈(들)(20'')의 동작 상태는 유사하게 감지되고 송신기 모듈(20'')을 통해 수신기 모듈(40'')로 송신될 수도 있다. 도 33 및 도 34a 및 도 34b를 참조하면, 적절한 센서가 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스(800) 및 다중 단자 전력 스위칭(MPS) 디바이스(810)의 성능 파라미터를 또한 감지할 수도 있다. MPS 디바이스(810)를 통한 부하 정보의 송신이 이미 설명되었다. 디바이스(800 및 810)의 성능 파라미터에 관한 정보는 본 발명의 시스템을 통해 유사하게 송신될 수도 있다.
다수의 예시적인 양태 및 실시형태가 상기에서 논의되었지만, 기술 분야의 숙련된 자는 소정의 수정예, 순열예, 추가예 및 이들의 하위 조합을 인식할 것이다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항 및 이후 도입되는 청구항은, 전체적으로 본 명세서의 가장 광의의 해석과 일치하는 모든 그러한 수정예, 순열예, 추가예 및 이들의 하위 조합을 포함하도록 해석되는 것이 의도된다.
용어의 해석
문맥이 명백히 달리 요구하지 않는 한, 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐:
"포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)", 및 등등은, 배타적인 또는 포괄적인 의미와는 대조적으로, 망라하는 의미에서 해석되어야 한다; 다시 말하면, "~를 포함하지만, 그러나 ~로 제한되지는 않는"의 의미에서 해석되어야 하고;
"연결되는(connected)", "커플링되는(coupled)", 또는 이들의 임의의 변형어는 두 개 이상의 엘리먼트 사이의, 직접적인 또는 간접적인, 임의의 연결 또는 커플링을 의미하고; 엘리먼트 사이의 커플링 또는 연결은 물리적일 수 있거나, 논리적일 수 있거나, 또는 이들의 조합일 수 있고; 일체로 형성되는 엘리먼트는 연결되는 것으로 또는 커플링되는 것으로 간주될 수도 있고;
"유선의", "유선의 연결을 통해", 또는 이들의 임의의 변형어는, 전도성 매체, 중간 회로부, 또는 시스템의 컴포넌트 사이의, 그 컴포넌트를 통한, 또는 그 컴포넌트에 걸친 전류의 흐름을 허용하는 다른 수단을 통한 임의의 물리적 연결을 의미하고;
"전기 통신(electric communication)", "전기 통신(electrical communication)", 또는 이들의 임의의 변형어는, 시스템의 컴포넌트 사이의, 그 컴포넌트를 통한 또는 그 컴포넌트에 걸친 전기 신호의 전달에 적절한, 임의의 연결, 커플링, 인터페이스, 또는 통신, 하드웨어 내장(hardwired), 무선, 또는 이들의 조합을 위한 다른 수단을 의미하고;
"본원에서(herein)", "상기에서(above)", "하기에서(below)" 및 유사한 취지의 단어는, 본 명세서를 설명하기 위해 사용될 때, 본 명세서의 임의의 특정한 부분을 가리키는 것이 아니라, 본 명세서를 전체적으로 지칭해야 하고;
"또는"은, 두 개 이상의 아이템 목록과 관련하여, 단어의 다음의 해석을 모두 커버하고: 목록 내의 아이템 중 임의의 것, 목록 내의 아이템 모두, 및 목록 내의 아이템의 임의의 조합;
단수 형태 "a(한)'', "an(한)" 및 "the(그)"는 임의의 적절한 복수 형태의 의미를 또한 포함한다.
본 설명 및 임의의 첨부된 청구항(존재하는 경우)에서 사용되는, 방향을 나타내는 워드 "수직(vertical)", "횡방향(transverse)", "수평(horizontal)", "상방(upward)", "하방(downward)", "전방(forward)", "후방(backward)", "내향(inward)", "외향(outward)", "수직(vertical)", "횡방향(transverse)", "좌측(left)", "우측(right)", "앞(front)", "뒤(back)", "최상부(top)", "저부(bottom)", "아래(below)", "위에(above)", "밑에(under)", 및 등등과 같은 방향을 나타내는 단어는, 설명되는 및 예시되는 장치의 특정한 방위에 의존한다. 본원에서 설명되는 주제는 다양한 대안적 방위를 가정할 수도 있다. 따라서, 이들 방향성 용어는 엄격하게 정의되지 않으며 좁게 해석되어서는 안된다.
본 발명의 실시형태는 본원에서 설명되는 다양한 동작을 포함한다. 이들 동작은 하드웨어 컴포넌트, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수도 있다.
소정의 실시형태는 머신 판독 가능 매체 상에 저장되는 명령을 포함할 수도 있는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수도 있다. 이들 명령은 설명된 동작을 수행하도록 범용 또는 특수 목적 프로세서를 프로그래밍하기 위해 사용할 수도 있다. 머신 판독 가능 매체는 정보를 머신(예를 들면, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태(예를 들면, 소프트웨어 또는 프로세싱 애플리케이션)로 저장하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 머신 판독 가능 매체는, 자기 저장 매체(예를 들면, 플로피 디스켓); 광학 저장 매체(예를 들면, CD-ROM); 광자기 저장 매체; 리드 온리 메모리(read-only memory; ROM); 랜덤 액세스 메모리(random-access memory; RAM); 소거 가능한 프로그래머블 메모리(예를 들면, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리; 또는 전자적 명령을 저장하는 데 적절한 다른 타입의 매체를 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
추가적으로, 몇몇 실시형태는, 머신 판독 가능 매체가 하나보다 더 많은 컴퓨터 시스템 상에서 저장되는 및/또는 하나보다 더 많은 컴퓨터 시스템에 의해 실행되는 분산형 컴퓨팅 환경에서 실시될 수도 있다. 또한, 컴퓨터 시스템 사이에서 전송되는 정보는 컴퓨터 시스템을 연결하는 통신 매체를 통해 풀링되거나 또는 푸시될 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시형태의 구현예에서 사용되는 컴퓨터 프로세싱 컴포넌트는 마이크로프로세서 또는 중앙 프로세싱 유닛, 컨트롤러, 그래픽 프로세싱 유닛(graphical processing unit; GPU), 셀 컴퓨터, 또는 등등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스를 포함한다. 대안적으로, 그러한 디지털 프로세싱 컴포넌트는 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 또는 등등과 같은 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스를 포함할 수도 있다. 특정한 실시형태에서, 예를 들면, 디지털 프로세싱 디바이스는 코어 유닛 및 다수의 마이크로 엔진을 포함하는 다수의 프로세서를 구비하는 네트워크 프로세서일 수도 있다. 추가적으로, 디지털 프로세싱 디바이스는 범용 프로세싱 디바이스(들) 및 특수 목적 프로세싱 디바이스(들)의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
본원에서 방법(들)의 동작이 특정한 순서로 도시되고 설명되지만, 각각의 방법의 동작의 순서는, 소정의 동작이 역순으로 수행될 수도 있도록 또는 소정의 동작이, 적어도 부분적으로, 다른 동작과 동시에 수행될 수도 있도록, 변경될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 별개의 동작의 명령 또는 하위 동작은 간헐적인 방식 및/또는 교대하는 방식일 수도 있다.
컴포넌트(예를 들면, 소프트웨어 모듈, 프로세서, 어셈블리, 디바이스, 회로, 등등)가 상기에서 언급되는 경우, 달리 나타내어지지 않는 한, 그 컴포넌트에 대한 언급("수단"에 대한 언급을 포함함)은, 본 발명의 예시된 예시적인 실시형태에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가가 아닌 컴포넌트를 비롯하여, 설명된 컴포넌트의 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 등가인) 임의의 컴포넌트를, 그 컴포넌트의 등가물로서, 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
시스템, 방법 및 장치의 특정한 예는 설명의 목적을 위해 본원에서 설명되었다. 이들은 단지 예에 불과하다. 본원에서 제공되는 기술은 상기에서 설명되는 예시적인 시스템 이외의 시스템에도 적용될 수 있다. 본 발명의 실시 내에서, 많은 변경예, 수정예, 추가예, 생략예, 및 순열예(permutation)가 가능하다. 본 발명은, 다음의 것에 의해 획득되는 변형예를 비롯하여, 숙련된 수신측(skilled addressee)에게 명백할 설명된 실시형태에 대한 변형예를 포함한다: 피쳐, 엘리먼트 및/또는 액트를 등가의 피쳐, 엘리먼트 및/또는 액트로 대체하는 것; 상이한 실시형태로부터의 피쳐, 엘리먼트 및/또는 액트의 혼합 및 매칭; 본원에서 설명되는 바와 같은 실시형태로부터의 피쳐, 엘리먼트 및/또는 액트를, 다른 기술의 피쳐, 엘리먼트 및/또는 액트와 결합하는 것; 및/또는 설명된 실시형태로부터 피쳐, 엘리먼트 및/또는 액트를 결합하는 것을 생략하는 것.
Claims (137)
- 밀봉된 디바이스 외부의 디바이스와 전기적으로 통신하도록 배치되는 복수의 단자를 포함하는 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스에 있어서,
상기 밀봉된 디바이스는 밀봉된 내부 내에,
적어도 하나의 DC 단자, 적어도 하나의 AC 단자, 및 적어도 하나의 제어 단자를 포함하는 다중 단자 전력 스위칭 디바이스로서, 상기 다중 단자 전력 스위칭 디바이스는 증폭 상태와 정류 상태 사이에서 조정 가능하고,
상기 적어도 하나의 DC 단자를 통해 DC 전압 및 DC 전류를 양방향으로 전달하고, 그리고
상기 적어도 하나의 AC 단자를 통해, 진폭, 주파수, 및 위상을 갖는 라디오 주파수 전력 신호를 양방향으로 전달하도록 배열되는 것인, 상기 다중 단자 전력 스위칭 디바이스;
컨트롤러와의 유선의 데이터 통신에서, 상기 적어도 하나의 제어 단자를 통해 상기 전력 스위칭 디바이스와 유선으로 전기 통신하는 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로로서, 상기 컨트롤러는,
상기 라디오 주파수 전력 신호의 주파수 및 위상을 갖는 라디오 주파수 진동 신호를 상기 전력 스위칭 디바이스의 적어도 하나의 제어 단자에서 확립하고, 그리고
상기 컨트롤러의 명령 하에 상기 라디오 주파수 진동 신호의 위상을 조정하는 것에 의해 상기 전력 스위칭 디바이스를 상기 증폭 상태와 상기 정류 상태 사이에서 조정하도록 배열되는 것인, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로
를 포함하는, 밀봉된 양방향 전력 전달 회로 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 라디오 주파수 전력 신호는 듀티 사이클을 갖고 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 라디오 주파수 진동 신호의 듀티 사이클을 조정하는 것에 의해 상기 라디오 주파수 전력 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 또한 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 컨트롤러로부터의 명령 하에 상기 라디오 주파수 진동 신호를 생성하기 위한 라디오 주파수 발진기를 포함하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 적어도 하나의 AC 단자를 통해 상기 전력 스위칭 디바이스와 유선으로 전기 통신하는 튜닝 네트워크를 더 포함하고, 상기 튜닝 네트워크는, 상기 컨트롤러로부터의 명령 하에, 상기 라디오 주파수 전력 신호를 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호로 조정하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제4항에 있어서, 상기 라디오 주파수 전력 신호 상으로 정보를 변조하도록 구성되는 변조기를 포함하는, 양방향 전력 전달 회로 디바이스.
- 제5항에 있어서, 상기 변조기는 상기 튜닝 네트워크를 포함하는 것인, 양방향 전력 전달 회로 디바이스.
- 제5항에 있어서, 상기 변조기는 상기 컨트롤러에 의해 제공되는 정보로 상기 라디오 주파수 전력 신호를 변조하도록 구성되는 것인, 양방향 전력 전달 회로 디바이스.
- 제4항에 있어서, 상기 튜닝 네트워크는 상기 라디오 주파수 전력 신호에서 상기 라디오 주파수 진동 신호의 고조파(harmonics)를 억제하도록 배열되는 고조파 종단 네트워크 회로(harmonic termination network circuit)를 포함하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 고조파 종단 네트워크는 하나 이상의 인덕터 및 제1 고조파 종단부, 제2 고조파 종단부 및 제3 고조파 종단부 중 하나 이상을 포함하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제4항에 있어서, 상기 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 튜닝 네트워크와 유선으로 전기 통신하게 배치되며 상기 튜닝 네트워크와 상기 밀봉된 디바이스 외부의 AC 부하/소스 사이에서 전달되는 임의의 라디오 주파수 전력 신호의 진폭, 주파수 및 위상을 결정하도록 배열되는 진폭/주파수/위상 검출기를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 튜닝 네트워크는, 상기 전력 스위칭 디바이스가 상기 증폭 상태에 있을 때, 상기 진폭/주파수/위상 검출기로부터의 측정 데이터에 기초하여 상기 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호의 전압과 전류 사이의 위상 차이를 조정하기 위한 전압-전류 튜너를 포함하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 밀봉된 디바이스 외부의 DC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 외부 DC 전력 소스/부하를 임피던스 매칭시키고 그리고 상기 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 DC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 그리고 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 밀봉된 디바이스 외부의 DC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 외부 DC 전력 소스/부하를 임피던스 매칭시키고 그리고 상기 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 DC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제15항에 있어서, 상기 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 전력 관리 회로 사이에 전달되는 DC 전압 및 DC 전류를 결정하도록 배치되는 전압/전류 검출기를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제16항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 전압/전류 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제16항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 전압/전류 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제16항에 있어서, 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 컨트롤러와, 상기 진폭/주파수/위상 검출기와, 그리고 상기 전압/전류 검출기와 유선으로 데이터 통신하는 메모리를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 두 개의 검출기로부터 측정 데이터를 수신하여 저장하고 그리고 상기 두 개의 검출기로부터 상기 컨트롤러로 상기 신호 데이터를 제공하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 밀봉된 디바이스 외부의 상기 AC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 외부 AC 전력 소스/부하 및 상기 전력 스위칭 디바이스의 진폭, 주파수, 및 위상을 매칭시키고 그리고 상기 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 AC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 AC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 그리고 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 밀봉된 디바이스 외부의 상기 AC 전력 소스/부하 사이에서 유선으로 전기 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 외부 AC 전력 소스/부하 및 상기 전력 스위칭 디바이스의 진폭, 주파수, 및 위상을 매칭시키도록 그리고 상기 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 AC 전력 소스/부하 사이에서 전달되는 AC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제21항에 있어서, 상기 컨트롤러와 유선으로 데이터 통신하는 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 전력 관리 회로 사이에 전달되는 DC 전압 및 DC 전류를 결정하도록 배치되는 전압/전류 검출기를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제22항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 전압/전류 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제22항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 전압/전류 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제22항에 있어서, 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 컨트롤러와, 상기 진폭/주파수/위상 검출기와, 그리고 상기 전압/전류 검출기와 유선으로 데이터 통신하는 메모리를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 두 개의 검출기로부터 측정 데이터를 수신하여 저장하고 그리고 상기 두 개의 검출기로부터 상기 컨트롤러로 상기 신호 데이터를 제공하도록 배열되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제10항에 있어서, 상기 튜닝 네트워크는 보상 네트워크, 매칭 네트워크, 및 필터 중 하나 이상을 더 포함하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 컨트롤러를 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제27항에 있어서, 상기 밀봉된 내부 내에, 상기 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스 외부의 디바이스와 상기 컨트롤러 사이에서 정보를 전달하기 위한 블루투스 통신 회로, 와이파이 통신 회로, 지그비 통신 회로(Zigbee communication circuit) 및 셀룰러 통신 기술 회로 중 적어도 하나를 더 포함하는, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제28항에 있어서, 상기 통신 회로는 상기 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스 외부의 디바이스와 통신하도록 배열되는 적어도 하나의 통신 안테나와 양방향 유선 통신하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제29항에 있어서, 상기 안테나는 상기 밀봉된 디바이스의 밀봉된 내부에 배치되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 단자는 상기 밀봉된 내부 외부의 디바이스와 상기 컨트롤러 사이의 데이터 통신을 위한 단자를 포함하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 라디오 주파수 전력 신호 및 상기 DC 전압 중 적어도 하나 상으로 정보를 변조하도록 구성되는 변조기를 포함하는, 양방향 전력 전달 회로 디바이스.
- 제32항에 있어서, 상기 변조기는 상기 전력 스위칭 디바이스를 포함하는 것인, 양방향 전력 전달 회로 디바이스.
- 제33항에 있어서, 상기 변조기는 상기 컨트롤러에 의해 제공되는 정보로 상기 라디오 주파수 전력 신호 및 상기 DC 전압 중 상기 적어도 하나를 변조하도록 구성되는 것인, 양방향 전력 전달 회로 디바이스.
- 제33항에 있어서, 상기 변조기는 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로를 더 포함하는 것인, 양방향 전력 전달 회로 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 디바이스의 모든 회로 엘리먼트는 실리콘 단결정 웨이퍼에서 단일체로(monolithically) 통합되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 디바이스의 회로 엘리먼트 중 적어도 일부는 플립 칩 기술에 의해 통합되는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 전력 전달 회로 외부의 디바이스와 전기적으로 통신하도록 배치되는 복수의 단자를 포함하는 양방향 전력 전달 회로와 전기 통신하는 적어도 하나의 광기전 전지(photovoltaic cell)를 실리콘 단결정 웨이퍼 상에 포함하는 단일체로 통합된 전력 디바이스에 있어서, 상기 전력 전달 회로는,
적어도 하나의 DC 단자, 적어도 하나의 AC 단자, 및 적어도 하나의 제어 단자를 포함하는 다중 단자 전력 스위칭 디바이스로서, 상기 다중 단자 전력 스위칭 디바이스는 증폭 상태와 정류 상태 사이에서 조정 가능하고,
상기 적어도 하나의 DC 단자를 통해 DC 전압 및 DC 전류를 양방향으로 전달하고, 그리고
상기 적어도 하나의 AC 단자를 통해, 진폭, 주파수, 및 위상을 갖는 라디오 주파수 전력 신호를 양방향으로 전달하도록 배열되는 것인, 상기 다중 단자 전력 스위칭 디바이스;
컨트롤러와의 유선의 데이터 통신에서, 상기 적어도 하나의 제어 단자를 통해 상기 전력 스위칭 디바이스와 유선으로 전기 통신하고,
상기 라디오 주파수 전력 신호의 주파수 및 위상을 갖는 라디오 주파수 진동 신호를 상기 전력 스위칭 디바이스의 적어도 하나의 제어 단자에서 확립하고, 그리고
상기 컨트롤러의 명령 하에 상기 라디오 주파수 진동 신호의 위상을 조정하는 것에 의해 상기 전력 스위칭 디바이스를 상기 증폭 상태와 상기 정류 상태 사이에서 조정하도록 배열되는 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로
를 포함하는 것인, 전력 디바이스. - 제38항에 있어서, 상기 라디오 주파수 전력 신호는 듀티 사이클을 갖고 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 라디오 주파수 진동 신호의 듀티 사이클을 조정하는 것에 의해 상기 라디오 주파수 전력 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 또한 배열되는 것인, 전력 디바이스.
- 제38항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 컨트롤러로부터의 명령 하에 상기 라디오 주파수 진동 신호를 생성하기 위한 라디오 주파수 발진기를 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 제38항에 있어서, 상기 컨트롤러와의 유선의 데이터 통신에서, 상기 적어도 하나의 AC 단자를 통해 상기 전력 스위칭 디바이스와 유선으로 전기 통신하는 튜닝 네트워크를 더 포함하고, 상기 튜닝 네트워크는, 상기 컨트롤러로부터의 명령 하에, 상기 라디오 주파수 전력 신호를 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호로 조정하도록 배열되는 것인, 전력 디바이스.
- 제41항에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼의 표면 상에, 상기 튜닝 네트워크와 전기 통신하는 공진기를 더 포함하는, 전력 디바이스.
- 제42항에 있어서, 상기 공진기는 상기 디바이스에 대한 히트 싱크(heat sink)로서 작용하는 것인, 디바이스.
- 제41항에 있어서, 상기 라디오 주파수 전력 신호 상으로 정보를 변조하도록 구성되는 변조기를 포함하는, 양방향 전력 디바이스.
- 제43항에 있어서, 상기 변조기는 상기 튜닝 네트워크를 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 제43항에 있어서, 상기 변조기는 상기 컨트롤러에 의해 제공되는 정보로 상기 라디오 주파수 전력 신호를 변조하도록 구성되는 것인, 전력 디바이스.
- 제41항에 있어서, 상기 튜닝 네트워크는 상기 라디오 주파수 전력 신호에서 상기 라디오 주파수 진동 신호의 고조파를 억제하도록 배열되는 고조파 종단 네트워크 회로를 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 제47항에 있어서, 상기 고조파 종단 네트워크는 하나 이상의 인덕터 및 제1 고조파 종단부, 제2 고조파 종단부 및 제3 고조파 종단부 중 하나 이상을 포함하는 것인, 밀봉된 전력 전달 회로 디바이스.
- 제41항에 있어서, 상기 컨트롤러와의 유선의 데이터 통신에서, 상기 튜닝 네트워크와 유선으로 전기 통신하게 배치되며 상기 튜닝 네트워크와 디바이스 외부의 AC 부하/소스 사이에서 전달되는 임의의 라디오 주파수 전력 신호의 진폭, 주파수 및 위상을 결정하도록 배열되는 진폭/주파수/위상 검출기를 더 포함하는, 전력 디바이스.
- 제49항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열되는 것인, 전력 디바이스.
- 제49항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열되는 것인, 전력 디바이스.
- 제49항에 있어서, 상기 튜닝 네트워크는, 상기 전력 스위칭 디바이스가 상기 증폭 상태에 있을 때, 상기 진폭/주파수/위상 검출기로부터의 측정 데이터에 기초하여 상기 튜닝된 라디오 주파수 전력 신호의 전압과 전류 사이의 위상 차이를 조정하기 위한 전압-전류 튜너를 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 제49항에 있어서, 상기 컨트롤러와의 유선의 데이터 통신에서 그리고 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 적어도 하나의 광기전 전지 사이의 유선의 전기 통신에서, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 적어도 하나의 광기전 전지를 임피던스 매칭시키고 그리고 상기 진폭/주파수/위상 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 적어도 하나의 광기전 전지 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함하는, 전력 디바이스.
- 제49항에 있어서, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 적어도 하나의 광기전 전지 사이의 유선의 전기 통신에서, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 적어도 하나의 광기전 전지를 임피던스 매칭시키고 그리고 상기 진폭/주파수/위상 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 적어도 하나의 광기전 전지 사이에서 전달되는 DC 전력을 조정하도록 배열되는 전력 관리 회로를 더 포함하는, 전력 디바이스.
- 제53항에 있어서, 상기 컨트롤러와의 유선의 데이터 통신에서, 상기 전력 스위칭 디바이스와 상기 전력 관리 회로 사이에 전달되는 DC 전압 및 DC 전류를 결정하도록 배치되는 전압/전류 검출기를 더 포함하는, 전력 디바이스.
- 제55항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 전압/전류 검출기에 의해 상기 컨트롤러로 전달되는 측정 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러로부터 명령을 수신하도록 배열되는 것인, 전력 디바이스.
- 제55항에 있어서, 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로는 상기 전압/전류 검출기로부터 직접적으로 수신되는 피드백 신호에 기초하여 상기 라디오 주파수 진동 신호를 조정하도록 배열되는 것인, 전력 디바이스.
- 제55항에 있어서, 상기 컨트롤러와, 상기 진폭/주파수/위상 검출기와, 그리고 상기 전압/전류 검출기와 유선으로 데이터 통신하는 메모리를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 두 개의 검출기로부터 측정 데이터를 수신하여 저장하고 그리고 상기 두 개의 검출기로부터 상기 컨트롤러로 상기 신호 데이터를 제공하도록 배열되는 것인, 전력 디바이스.
- 제49항에 있어서, 상기 튜닝 네트워크는 보상 네트워크, 매칭 네트워크, 및 필터 중 하나 이상을 더 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 제38항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 전력 디바이스와 통합되는 것인, 전력 디바이스.
- 제60항에 있어서, 상기 전력 디바이스 외부의 디바이스와 상기 컨트롤러 사이에서 정보를 전달하기 위한 블루투스 통신 회로, 와이파이 통신 회로, 지그비 통신 회로 및 셀룰러 통신 기술 회로 중 적어도 하나를 더 포함하는, 전력 디바이스.
- 제61항에 있어서, 상기 통신 회로는 상기 전력 디바이스 외부의 디바이스와 통신하도록 배열되는 적어도 하나의 통신 안테나와 양방향 유선 통신하는 것인, 전력 디바이스.
- 제62항에 있어서, 상기 안테나는 상기 전력 디바이스 내에 통합되는 것인, 전력 디바이스.
- 제38항에 있어서, 상기 복수의 단자는 상기 전력 디바이스 외부의 디바이스와 상기 컨트롤러 사이의 데이터 통신을 위한 단자를 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 제38항에 있어서, 상기 라디오 주파수 전력 신호 및 상기 DC 전압 중 적어도 하나 상으로 정보를 변조하도록 구성되는 변조기를 포함하는, 전력 디바이스.
- 제65항에 있어서, 상기 변조기는 상기 전력 스위칭 디바이스를 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 제66항에 있어서, 상기 변조기는 상기 컨트롤러에 의해 제공되는 정보로 상기 라디오 주파수 전력 신호 및 상기 DC 전압 중 상기 적어도 하나를 변조하도록 구성되는 것인, 전력 디바이스.
- 제66항에 있어서, 상기 변조기는 상기 위상, 주파수, 및 듀티 사이클 조정 회로를 더 포함하는 것인, 전력 디바이스.
- 가변 공진 전력 신호 진동 주파수에서의 용량성 전력 전달 대 유도성 전력 전달의 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 상기 용량성 전력 전달 및 상기 유도성 전력 전달을 위해 구성되는 바이모달 근접장 공진 무선 라디오 주파수 전력 전달 시스템(bimodal near-field resonant wireless radio frequency electrical power transfer system)에 있어서,
송신기 안테나 및 전력 신호 튜너 모듈 - 상기 전력 신호 튜너 모듈은 상기 전력 신호 튜너 모듈에 의해 상기 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 전력 신호를 조정하는 것에 의해 상기 전달 모드 비율을 조정함 - 을 포함하는 송신기 서브시스템; 및
상기 전달 모드 비율로 상기 송신기 안테나로부터 전력을 수신하기 위한 수신기 안테나 서브시스템을 포함하는 수신기 서브시스템
을 포함하는, 시스템. - 제69항에 있어서, 상기 시스템은 상기 송신기 안테나 및 상기 수신기 안테나 서브시스템의 수신기 안테나를 통해 상기 송신기 안테나 서브시스템과 상기 수신기 안테나 서브시스템 사이에서 정보를 전달하는 것인, 시스템.
- 제70항에 있어서, 상기 시스템은 정보 포함 신호(information bearing signal) 상으로 정보를 변조하고 상기 정보 포함 신호를 상기 송신기 안테나 서브시스템으로 제공하기 위한 변조기를 더 포함하는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 변조기는 상기 정보에 따라 상기 송신기 안테나 서브시스템에 대한 상기 정보 포함 신호를 변조하도록 배열되는 것인, 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 전력 신호 튜너 모듈은 상기 변조기를 포함하는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 정보 포함 신호는 상기 가변 공진 전력 신호 진동 주파수와는 상이한 주파수를 갖는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 변조기는 주파수 변조에 의해 상기 정보 포함 신호를 변조하는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 변조기는 진폭 변조에 의해 상기 정보 포함 신호를 변조하는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 변조기는 위상 변조에 의해 상기 송신기 안테나 서브시스템에 대한 상기 정보 포함 신호를 변조하는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 정보 포함 신호는 상기 가변 전력 신호 진동 주파수가 상기 정보 포함 신호의 주파수의 고조파이도록 변조되는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 정보 포함 신호는 상기 전력 신호의 고조파 상으로 변조되는 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서, 변조되어 상기 송신기 안테나 서브시스템으로 제공되는 상기 신호는 상기 전력 신호인 것인, 시스템.
- 제71항에 있어서,
상기 변조기는 상기 수신기 안테나의 반사 특성을 변조하고; 그리고
상기 변조기는 상기 정보에 따라 상기 수신기 안테나의 반사 특성을 변조하는 것에 의해 상기 수신기 안테나 서브시스템으로부터 상기 송신기 안테나 서브시스템으로 상기 정보를 전달하는 것인, 시스템. - 제81항에 있어서, 상기 수신기 안테나의 변조된 반사 특성은 상기 수신기 안테나의 임피던스인 것인, 시스템.
- 제70항에 있어서, 상기 시스템은 정보 포함 신호 상으로 상기 정보를 변조하고 상기 정보 포함 신호를 상기 송신기 안테나 서브시스템에 제공하는 것인, 시스템.
- 제70항에 있어서, 상기 시스템은 상기 송신기 서브시스템으로부터의 신호의 수신기 안테나에 의한 반사를 변조하는 것에 의해 상기 수신기 서브시스템으로부터 상기 송신기 서브시스템으로 상기 정보를 전달하는 것인, 시스템.
- 제84항에 있어서, 상기 수신기 서브시스템은 상기 수신기 안테나의 반사 특성을 변조하는 것인, 시스템.
- 제84항에 있어서, 상기 수신기 서브시스템은 상기 수신기 안테나의 임피던스를 변조하는 것인, 시스템.
- 제70항에 있어서,
전력 부하가 상기 수신기 서브시스템의 출력에 존재하고; 그리고
상기 정보는 상기 전력 부하의 존재, 상기 전력 부하의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 상기 전력 부하의 충전 레이트, 상기 전력 부하의 상태, 상기 전력 부하에 대한 전압의 존재, 상기 전력 부하의 충전 용량, 및 상기 전력 부하를 충전하기 위한 남은 시간 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템. - 제70항에 있어서, 상기 시스템은 상기 송신기 안테나를 통해 상기 송신기 서브시스템과 상기 수신기 서브시스템 사이에서 디지털 정보를 전달하는 것인, 시스템.
- 제70항에 있어서, 상기 시스템은 상기 송신기 안테나를 통해 상기 송신기 서브시스템과 상기 수신기 서브시스템 사이에서 아날로그 정보를 전달하는 것인, 시스템.
- 제70항에 있어서, 상기 수신기 서브시스템은 후속 수신기 서브시스템에 전력을 송신하도록 구성되는 것인, 시스템.
- 제90항에 있어서, 상기 수신기 서브시스템은 정류기를 더 포함하는 것인, 시스템.
- 제91항에 있어서, 상기 정류기는 위상 시프터를 포함하는 것인, 시스템.
- 전력 신호 주파수의 전력 신호를 통한 조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위한 복수의 전력 송신-수신 모듈을 포함하는 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템에 있어서, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 각각은, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 전력 송신-수신 모듈과 전력을 교환하기 위해 송신기-수신기 공진기와 유선으로 통신하는 것인, 시스템.
- 제93항에 있어서, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 제1 모듈은, 상기 전력 신호를 조정하는 것 및 조정된 전력 신호를, 상기 제1 전력 송신 모듈과 유선으로 통신하는 제1 송신기-수신기 공진기로 제공하는 것에 의해 상기 조정 가능한 전달 모드 비율을 변경하기 위한 전력 신호 튜너 모듈을 포함하는 것인, 시스템.
- 제94항에 있어서, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 송신-수신 모듈은 상기 적어도 하나의 송신-수신 모듈과 유선으로 통신하는 관련된 송신기-수신기 공진기 및 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 임의의 다른 송신-수신 모듈과 유선으로 통신하는 추가적인 송신기-수신기 공진기와 상기 관련된 송신기-수신기 공진기 사이에서 교환되는 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하기 위한 변조기를 포함하는 것인, 시스템.
- 제93항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 송신기-수신기 공진기는 자신이 유선으로 통신하는 각각의 전력 송신-수신 모듈에 대한 히트 싱크로서 기능하는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서,
상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 하나의 전력 송신-수신 모듈의 출력에 전력 부하가 존재하고; 그리고
상기 정보는 상기 전력 부하의 존재, 상기 전력 부하의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 상기 전력 부하의 충전 레이트, 상기 전력 부하의 상태, 상기 전력 부하에 대한 전압의 존재, 상기 전력 부하의 충전 용량, 및 상기 전력 부하를 충전하기 위한 남은 시간 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템. - 제95항에 있어서, 상기 변조기는 진폭 변조기인 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 변조기는 주파수 변조기인 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 변조기는 위상 변조기인 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 정보는 디지털 정보를 포함하는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 정보는 아날로그 정보를 포함하는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호는 상기 전력 신호인 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호는 상기 전력 신호 주파수와는 상이한 주파수를 갖는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호는 상기 전력 신호 주파수의 고조파인 주파수를 갖는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 전력 신호 주파수는 상기 라디오 주파수 신호의 주파수의 고조파인 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 관련된 송신기-수신기 공진기에 의해 반사되는 신호에 상기 정보를 부과하기 위해, 상기 변조기는 상기 관련된 송신기-수신기 공진기의 반사 특성을 상기 정보에 따라 변조하는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 변조기는, 상기 정보에 따라, 상기 관련된 송신기-수신기 공진기에 제공되는 신호를 변조하는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 제1 모듈의 전력 신호 튜너 모듈은 상기 변조기를 포함하는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈의 각각의 전력 송신-수신 모듈은 보상 네트워크를 포함하고 상기 보상 네트워크는 상기 변조기를 포함하는 것인, 시스템.
- 제95항에 있어서, 상기 전력 송신-수신 모듈 중 상기 적어도 하나는 상기 전력 신호 주파수의 신호를 상기 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈에 제공하는 라디오 주파수 발진기를 포함하고; 상기 라디오 주파수 발진기는 상기 변조기를 포함하는 것인, 시스템.
- 제94항에 있어서, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈의 각각의 전력 송신-수신 모듈은 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드 사이에서 재구성 가능한 것인, 시스템.
- 제112항에 있어서, 각각의 전력 송신-수신 모듈은, 상기 전력 송신기 모드와 상기 전력 수신기 모드에 각각 대응하는 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성될 수 있는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기(differential self-synchronous radio frequency power amplifier/rectifier)를 포함하는 것인, 시스템.
- 제113항에 있어서, 각각의 전력 송신-수신 모듈은 컨트롤러를 포함하고 상기 증폭기 상태와 상기 정류기 상태 사이의 재구성은 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 것인, 시스템.
- 제114항에 있어서, 상기 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기는 상기 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 상기 증폭기 상태와 상기 정류기 상태 사이에서 재구성하기 위한 상기 컨트롤러에 의해 조정 가능한 위상 시프터를 포함하는 것인, 시스템.
- 제112항에 있어서, 각각의 전력 송신-수신 모듈은, 상기 전력 송신기 모드와 상기 전력 수신기 모드에 각각 대응하는 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성할 수 있는 차동 스위치식 모드 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기(differential switched-mode self-synchronous radio frequency power amplifier/rectifier)를 포함하는 것인, 시스템.
- 전력 신호 주파수의 전력 신호를 통해 전력을 전달하기 위한 근접장 라디오 주파수 방법에 있어서,
복수의 전력 송신-수신 모듈 - 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈의 각각의 전력 송신-수신 모듈은 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 전력 송신-수신 모듈과 전력을 교환하기 위해 송신기-수신기 공진기와 유선으로 통신함 - 을 포함하는 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템을 제공하는 단계; 및
조정 가능한 전달 모드 비율에 따른 동시적 용량성 전력 전달 및 유도성 전력 전달을 위해 상기 전력 전달 시스템을 동작시키는 단계
를 포함하는, 방법. - 제117항에 있어서,
상기 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템을 제공하는 단계는 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 전력 신호 튜너 모듈을 포함하는 제1 전력 송신-수신 모듈을 제공하는 단계를 포함하고, 그리고
상기 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템을 동작시키는 단계는 상기 전력 신호 튜너 모듈을 조정하는 것에 의해 상기 조정 가능한 전달 모드 비율을 변경하는 단계를 포함하는 것인, 방법. - 제117항에 있어서,
상기 바이모달 공진 근접장 라디오 주파수 전력 전달 시스템을 제공하는 단계는, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중, 변조기를 포함하는 관련된 송신기-수신기 공진기와 유선으로 통신하는 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈을 제공하는 단계를 포함하고, 그리고
상기 전력 전달 시스템을 동작시키는 단계는 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 하나의 다른 송신-수신 모듈과 유선으로 통신하는 송신기-수신기 공진기와 상기 관련된 송신기-수신기 공진기 사이에서 라디오 주파수 신호를 교환하는 단계; 및 상기 라디오 주파수 신호 상으로 정보를 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법. - 제119항에 있어서, 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 하나의 전력 송신-수신 모듈의 출력에 전력 부하가 존재할 때, 상기 정보는 상기 전력 부하의 존재, 상기 전력 부하의 충전 레벨, 전력 전달 효율성, 상기 전력 부하의 충전 레이트, 상기 전력 부하의 상태, 상기 전력 부하에 대한 전압의 존재, 상기 전력 부하의 충전 용량, 및 상기 전력 부하를 충전하기 위한 남은 시간 중 하나 이상을 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 라디오 주파수 신호를 진폭 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 라디오 주파수 신호를 주파수 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 라디오 주파수 신호를 위상 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 라디오 주파수 신호 상으로 디지털 정보를 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 교환된 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 라디오 주파수 신호 상으로 아날로그 정보를 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 전력 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 전력 신호 주파수와는 상이한 주파수를 갖는 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 전력 신호 주파수의 고조파인 주파수를 갖는 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 전력 신호 주파수를 고조파로서 갖는 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는, 상기 유선 연결된 송신기-수신기 공진기에 의해 반사되는 신호에 상기 정보를 부과하기 위해, 상기 관련된 유선 연결된 송신기-수신기 공진기의 반사 특성을 상기 정보에 따라 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계는 상기 관련된 송신기-수신기 공진기에 제공되는 신호를 상기 정보에 따라 변조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제119항에 있어서, 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하도록 상기 제1 전력 송신-수신 모듈의 전력 신호 튜너 모듈을 동작시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제119항에 있어서, 제공되는 상기 전력 송신-수신 모듈 각각은 보상 네트워크를 포함하고;
상기 보상 네트워크는 상기 변조기를 포함하며; 그리고
상기 방법은 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하도록 상기 보상 네트워크를 동작시키는 단계를 포함하는 것인, 방법. - 제119항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈은 상기 전력 신호 주파수의 신호를 상기 적어도 하나의 전력 송신-수신 모듈에 제공하는 라디오 주파수 발진기를 포함하고;
상기 라디오 주파수 발진기는 상기 변조기를 포함하며; 그리고
상기 방법은 상기 발진기에서 상기 라디오 주파수 신호 상으로 상기 정보를 변조하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법. - 제118항에 있어서,
제공되는 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈의 각각의 전력 송신-수신 모듈은 전력 송신기 모드와 전력 수신기 모드 사이에서 재구성 가능하고; 그리고
상기 방법은 상기 복수의 전력 송신-수신 모듈 중 적어도 두 개의 전력 송신-수신 모듈을, 상기 적어도 두 개의 송신-수신 모듈 사이의 전력 송신의 방향을 반전시키기 위해, 상기 전력 송신기 모드와 상기 전력 수신기 모드 사이에서 재구성하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법. - 제135항에 있어서, 각각의 전력 송신-수신 모듈은 상기 전력 송신기 모드와 상기 전력 수신기 모드에 각각 대응하는 증폭기 상태와 정류기 상태 사이에서 재구성될 수 있는 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 포함하고; 그리고
상기 방법은 상기 적어도 두 개의 송신-수신 모듈의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 상기 증폭기 상태와 상기 정류기 상태 사이에서 재구성하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법. - 제136항에 있어서,
각각의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기는 상기 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기를 상기 증폭기 상태와 상기 정류기 상태 사이에서 재구성하도록 조정 가능한 위상 시프터를 포함하고; 그리고
상기 방법은 상기 적어도 두 개의 송신-수신 모듈의 차동 자체 동기식 라디오 주파수 전력 증폭기/정류기 각각의 상기 위상 시프터를 조정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
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