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KR102673854B1 - 무선 전력 충전 시스템 - Google Patents

무선 전력 충전 시스템 Download PDF

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KR102673854B1
KR102673854B1 KR1020237025333A KR20237025333A KR102673854B1 KR 102673854 B1 KR102673854 B1 KR 102673854B1 KR 1020237025333 A KR1020237025333 A KR 1020237025333A KR 20237025333 A KR20237025333 A KR 20237025333A KR 102673854 B1 KR102673854 B1 KR 102673854B1
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KR
South Korea
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relay
coil
transmitter
load
charging
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KR1020237025333A
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이타이 셔먼
일리아 글루즈먼
엘리저 마하
아미르 살후브
Original Assignee
파워매트 테크놀로지스 엘티디.
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Publication date
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Publication of KR102673854B1 publication Critical patent/KR102673854B1/ko
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Abstract

본 발명의 개시된 요지의 제 1 양태에 따라, 매체를 통해, 내장 코일을 갖는, 장치를 무선 충전하기 위한 시스템은 상기 장치를 충전하기 위한 전력을 유도적으로 전송하도록 구성된 적어도 하나의 릴레이; 및 상기 장치를 충전하기 위한 상기 전력을 상기 적어도 하나의 릴레이로 유도적으로 전송하도록 구성된 전송기를 포함하고, 상기 전송기 및 상기 릴레이는 상기 매체에 의해 분리되고, 상기 릴레이 및 상기 전송기가 실질적으로 서로 마주하고, 상기 전송기는 전송기 공진 회로를 구성하는 전송기 코일 및 전송기 커패시터를 더 포함하고, 상기 릴레이는 릴레이 공진 회로를 구성하는 릴레이 코일 및 릴레이 커패시터를 더 포함하고, 양 공진 회로의 공동 공진 주파수(JRF)는 메인 공진 주파수(MRF)를 가지며, 상기 전송기는 OPF의 범위로부터 선택된 작동 주파수(OPF)를 작동시키고, 상기 OPF의 범위는 상기 MRF와 실질적으로 상이하다.

Description

무선 전력 충전 시스템{SYSTEM FOR WIRELESS POWER CHARGING}
본 발명의 개시된 요지는 무선 전력 충전 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 개시된 요지는 매체를 통한 다중 로드 유도 충전에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(e)하에서 동시 계류 중이고 2017년 3월 7일에 출원되고 발명의 명칭이 "넓은 범위의 유도성 Tx(Large Range Inductive Tx)"이고, Itay Sherman, Elieser Mach, Ilya Gluzman, Amir Salhuv에 의한 미국 가 특허 출원 제 62/467,903호를 우선권으로 청구한다.
무선 전력 충전 시스템에 대한 수요가 증가함에 따라, 다양한 장소에서 급격한 배치 증가로 이어지고 전송기와 수신기 사이의 유효 충전 거리를 증가시킬 필요성이 높아지고 있다. 시판되는 시스템은 이러한 시스템의 전송기와 수신기 사이의 약 10 밀리미터의 최대 거리로 제한된다.
무선 전력 충전 시스템은 일반적으로 식당, 커피 숍, 공항, 버스 정류장, 기차역, 은행, 학교, 도서관, 호텔, 청사(official building), 등과 같은 공공 시설에 배치된다. 전형적으로, 시스템은 사용자가 접근할 수 있는 테이블, 바 등과 같은 표면의 위에 설치되므로, 장식적인 외관 및 위험이 없는 설치가 요구된다. 한편으로는 이러한 요건 및 다른 한편으로는 거리 제한을 충족하기 위하여, 거리 제한을 만들기 위해 표면을 드릴링하고 배선을 표면 위로 보내는 것을 요구한다. 경우에 따라, 이러한 상용 시스템의 전송기를 표면의 컷아웃 구멍 안에 설치할 수 있다. 이것은 고객의 가구를 손상시키는 것 외에도 설치를 복잡하게 하고 비용을 증가시킨다.
분명히, 이러한 상업적으로 이용 가능한 해결책은 소비자 시장에서 바람직하지 않다. 또한, 이들 이용 가능한 해결책의 무선 전력 충전 레벨은 15 와트 미만을 요구하는 휴대 장치를 충전하기 위해 제한된다.
본 발명의 개시된 요지의 제 1 양태에 따라, 매체를 통해, 내장 코일을 갖는, 장치를 무선 충전하기 위한 시스템은 상기 장치를 충전하기 위한 전력을 유도적으로 전송하도록 조정된 적어도 하나의 릴레이; 및 상기 장치를 충전하기 위한 상기 전력을 상기 적어도 하나의 릴레이로 유도적으로 전송하도록 구성된 전송기를 포함하고, 상기 전송기 및 상기 릴레이는 상기 매체에 의해 분리되고, 상기 릴레이 및 상기 전송기가 실질적으로 서로 마주하고, 상기 전송기는 전송기 공진 회로를 구성하는 전송기 코일 및 전송기 커패시터를 더 포함하고, 상기 릴레이는 릴레이 공진 회로를 구성하는 릴레이 코일 및 릴레이 커패시터를 더 포함하고, 양 공진 회로의 공동 공진 주파수(JRF)는 메인 공진 주파수(MRF)를 가지며, 상기 전송기는 OPF의 범위로부터 선택된 작동 주파수(OPF)를 작동시키고, 상기 OPF의 범위는 상기 MRF와 실질적으로 상이하다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 전송기 코일 및 상기 릴레이 코일은 실질적으로 서로 마주하고, 상기 전송기 코일 및 상기 릴레이 코일은 크기가 실질적으로 동일하고 표준 내장 코일보다 실질적으로 더 크다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 전송기는 전송기 전자 장치 및 페라이트 층을 더 포함하고, 상기 페라이트 층은 상기 전송기 코일과 상기 전송기 전자 장치 사이의 버퍼로서 위치되고, 상기 전송기 코일은 매체를 통해 상기 릴레이와 마주한다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 릴레이는 개구를 갖는 릴레이 페라이트 층을 더 포함하고, 상기 릴레이 페라이트 층은 상기 장치와 마주하는 측면 상의 상기 렐레이 코일 상에 놓이고, 상기 개방 형상 및 크기가 상기 내장 코일의 크기와 실질적으로 일치하거나 약간 더 크다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 릴레이는 상기 릴레이 코일에 직렬로 연결된 제 2 릴레이 코일을 포함하고, 제 2 릴레이 코일의 일 측이 상기 장치와 마주하고, 다른 측은 제 2 릴레이 페라이트 층에 의해 덮이고, 상기 제 2 릴레이 코일 형상 및 크기는 상기 내장 릴레이의 크기와 실질적으로 일치하거나 약간 더 크고 상기 제 1 릴레이 코일보다 실질적으로 더 작다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 릴레이 코일 및 제 2 릴레이 코일은 두 개의 평면 상에 배열된다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 릴레이는 복수의 장치를 동시에 충전하기 위한 복수의 제 2 릴레이 코일을 더 포함하고, 상기 복수의 제 2 릴레이 코일은 모두 각각 상기 릴레이 공진 회로에 평행하게 연결된 복수의 로드-코일 공진 회로를 구성하고, 상이한 공진 주파수를 갖는 각각의 로드-코일은 상기 복수의 장치들 중 하나의 장치를 충전하도록 조정된다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 전송기 전자 장치는 펄스 폭 변조(PWM) 신호에 의한 전력 전송을 제어하기 위한 OPF 및 OPF의 범위를 결정하도록 구성되고, 상기 전송기 전자 장치는 또한 상기 장치와 통신하도록 구성된다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 전송기는 인터리빙된 PWM 신호에 의해 각각의 로드-코일로의 전력 전송을 제어하고, 상기 인터리빙된 PWM 신호는 타임 슬롯을 포함하고, 타임 슬롯 각각은 특정 로드-코일 전용이고, 각각의 타임 슬롯은 상기 특정 로드-코일의 PWM 신호를 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 타임 슬롯은 간격을 가지며, 상기 간격은 각각의 장치의 전력 요구를 기초로 하여 결정되고, 상기 전력 요구는 상기 복수의 장치의 각각의 장치에 의해 상기 전송기로 통신된다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 전송기 전자 장치는 적어도 두 개의 장치들 사이에서 중복하는 통신을 회피하도록 상기 복수의 장치 통신을 동기화한다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 전송기 전자 장치는 적어도 두 개의 오버랩핑 장치 중 하나로 전달된 전력을 변경함으로써 복수의 장치 통신을 동기화한다.
일부 예시적인 실시예에서, 상기 전송기 전자 장치는 내장 코일의 공진 주파수 주위로 튜닝되는 필터를 이용함으로써 상기 복수의 장치 통신들 사이를 동시에 구별할 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 이 개시된 요지가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기술된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본원의 개시된 요지의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 아래에 설명된다. 충돌이 발생하면, 정의를 포함한 사양이 제어될 것이다. 또한, 재료, 방법 및 예는 단지 예시적인 것이며 제한하려는 것이 아니다.
개시된 요지의 일부 실시예는 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 설명된다. 이제 도면을 구체적으로 참조하면, 도시된 세부 사항은 단지 예로서 그리고 본원의 개시된 요지의 바람직한 실시예에 대한 예시적인 논의를 목적으로 하고, 개시된 요지의 개념적 양태 및 원리의 가장 유용하고 용이하게 될 것으로 믿어지는 것을 제공하는 원인으로 제시된다는 것이 강조된다. 이와 관련하여, 개시된 요지의 기본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세히 개시된 요지의 구조적 세부 사항을 도시하려는 시도는 없으며, 도면과 함께 취해진 설명은 당업자에게 개시된 요지의 수개의 형태가 실제로 실시되는 방법이 명백해 진다.
도 1은 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에 따른, 무선 전력 충전 시스템의 설치의 단면도를 도시하고,
도 2는 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에 따른, 다른 무선 전력 충전 시스템의 설치의 단면도를 도시하고,
도 3은 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예들에 따른, 매체를 통한 무선 전력 충전 시스템의 블록도를 도시하고,
도 4a는 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예들에 따른, 매체를 통한 무선 전력 충전을 위한 시스템의 다중 로드 릴레이 레이아웃의 평면도를 도시하고,
도 4b는 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에 따른, 매체를 통한 무선 전력 충전을 위한 시스템의 다중 로드 릴레이의 주요 개략도를 도시하고,
도 5a 내지 도 5c는 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에 따른, PWM 및 인터리빙된 PWM 타이밍 다이어그램의 예를 도시하고,
도 6a 내지 도 6c는 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에 따른, PWM 및 인터리빙된 PWM 타이밍 다이어그램의 다른 예를 도시한다.
개시된 요지의 적어도 하나의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 개시된 요지는 그 적용에서 다음의 설명에서 제시되거나 도면에 예시된 컴포넌트의 구성 및 배열의 세부 사항으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 개시된 요지는 다른 실시예가 가능하거나 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본원에 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 도면은 일반적으로 축척대로 되어 있지 않다. 명확성을 위해, 비-필수 요소는 일부 도면에서 생략되었다.
자신의 활용과 함께 용어 "포함하는"("comprises", "comprising", "includes", "including") 및 "가지는"("having)"는 "포함하나 이에 제한되지 않는" 것을 포함하고, 용어 "~로 구성되는"("consisting of")은 "포함하고 이에 제한되는" 것과 동일한 의미를 갖는다.
용어 "필수적으로 구성하는"은 추가 성분, 단계 및/또는 부분이 청구된 조성, 방법, 또는 구조의 기본 및 신규 특성을 실질적으로 변경시키지 않는 경우에만, 조성, 방법, 또는 구조가 추가 성분, 단계 및/또는 부분을 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. 예를 들어, 용어 "화합물" 또는 "적어도 하나의 화합물"은 이들의 혼합물을 포함하는 복수의 화합물을 포함할 수 있다.
본 출원을 통해, 본 발명의 개시된 요지의 다양한 실시예가 범위 형식으로 제시될 수 있다. 범위 형식의 설명은 단지 편의 및 간결성을 위한 것이며 개시된 요지의 범위에 대한 융통성 있는 제한으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 범위의 설명은 모든 가능한 하위 범위 및 그 범위 내의 개별 수치를 구체적으로 개시한 것으로 간주되어야 한다.
명확성을 위해, 별도의 실시예들과 관련하여 설명된 개시된 요지의 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결하게, 단일 실시예와 관련하여 설명된, 개시된 요지의 다양한 특징은 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 또는 개시된 요지의 임의의 다른 설명된 실시예에서 제공될 수 있다. 다양한 실시예들과 관련하여 설명된 특정 특징들은 실시예들이 그러한 요소들 없이 작동하지 않는 한, 이들 실시예들의 필수 특징으로 간주되지 않아야 한다.
이제 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예들에 따른, 무선 전력 충전 시스템의 설치의 단면도를 도시하는 도 1을 참조한다. 무선 전력 충전 시스템은 전송기(Tx)(100) 및 적어도 하나의 릴레이(200)로 구성될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 매체(10)의 한 측에 장착될 수 있는 반면, 릴레이(200)는 매체(10)의 반대쪽에 장착될 수 있다. 매체(10)는 예를 들어 목재, 플라스틱 화강암, 대리석, 이들의 조합 등과 같은 전기를 전도하지 않는 재료로 제조될 수 있다. 본 개시에서, 매체(10)는 공공 장소에서 사용자가 액세스할 수 있는 테이블, 책상, 바 등과 같은 표면을 지칭한다는 점에 유의할 것이다. 예를 들면: 식당, 커피 숍, 공항, 버스 정류장; 기차역, 은행, 학교, 도서관, 호텔, 청사 등.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 전송기 코일(Lt)(110); 전송기 커패시터(Ct)(130); 전송기 페라이트(Tx-페라이트)(119) 및 전송기 전자 장치(Tx-elec.; 150);를 포함하며, 이 모두는 고정구(102)에 의해 매체(10)에 고정될 수 있는 전송기 인클로저(Tx 인클로저)(101) 내부에 통합된다.
일부 예시적인 실시예에서, 릴레이(200)는 릴레이 코일(Lr)(210); 릴레이 페라이트(219) 및 릴레이 커패시터(Cr)(230)를 포함할 수 있고; 이 모두는 매체(10)의 반대쪽에 고정될 수 있는 릴레이 엔클로저(210)에 통합된다. 인클로저(201)는 매트, 패드, 받침 접시, 코스터, 이들의 조합 등의 형상 및 폼 팩터를 가질 수 있다. 릴레이(200)의 인클로저(201)는 접착제 또는 임의의 다른 방법에 의해 매체(10)에 고정될 수 있으며, 이는 릴레이(200)와 Tx(100)가 매체(10)의 양 측면에서 서로 중첩되는 것을 보장한다. 릴레이(200)와 Tx(100)가 서로 중첩하여 Lt(110)와 Lr(210)이 도 1에 도시된 바와 같이, 둘 사이의 인덕턴스를 최적화하기 위해 실질적으로 서로 마주 하도록 정렬되어야 한다는 점에 주목하여야 한다.
일부 예시적인 실시예들에서, 전력 공급부(PS)(160)(도시안됨)에 의해 전력을 공급받는 Tx(100)는 릴레이(200) 상에 배치된 유도적으로(무선으로) 충전 장치(20)를 위해 릴레이(200)를 이용하도록 구성될 수 있다. 장치(20)는 태블릿, 랩탑, 스마트 폰 또는 임의의 충전 가능한 모바일 핸드셋과 같은 사용자 장치일 수 있고; 이는 유도 코일을 수신하고 장치(20)의 배터리를 충전하도록 구성된 내장 코일(22)을 포함한다. 내장 코일(22)은 상기 열거된 장치에 대한 수신기의 표준 코일을 지칭한다는 점에 유의해야 하고, 일반적으로 이러한 표준 코일의 직경은 약 40mm이다.
본 개시에서 컴포넌트 Lt(110), Lr(210)/Lr(310) 및 코일(22)의 용어는 각각 관련된 가 특허 출원의 제 1 Tx 코일, 제 2 Tx 코일, 및 Rx 코일에 대응한다는 점에 유의해야 한다.
Lr(210) 및 Lt(110)와 유사하게, 코일(22) 및 Lr(210)은 실질적으로 서로 마주하고 중첩할 수 있으며, 즉 효과적인 충전 기준 중 하나를 충족시키기 위해 코일(22) 및 Lr(210)의 중심이 정렬될 수 있다. 정렬을 보장하기 위해, 릴레이(200)의 인클로저(201)는 효과적인 충전을 얻기 위해 릴레이(200) 위에 장치(20)를 위치시키기 위한 최적의 장소를 사용자에게 나타내는 레이아웃으로 표시될 수 있다. 그러나, 무선 전력 충전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 장치(20)가 릴레이(200) 위에 정확하게 위치되지 않더라도 전력 충전을 제공하도록 조정될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, Lr(210) 및 Lt(100)는 100mm보다 큰 직경을 갖는 편평한 나선형 공기 코어 코일일 수 있다. 이러한 큰 코일의 이용은 30mm 이상의 매체(10)의 두께에도 불구하고 Lr(210)과 Lt(100) 사이의 비교적 높은 결합을 허용한다. 도 1에 도시된 실시예에서, Lr(210)과 Lt(100) 사이의 결합 인자는 0.25보다 클 수 있다. 전형적인 코일(22)과 Lr(210) 사이의 결합은 도 1에 도시된 실시예에서 0.15보다 클 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 전송기 페라이트(Tx-페라이트)(119)를 포함한다. Tx-페라이트(119)는 투자율 및 코어 손실의 적절한 자기 특성을 갖는 페라이트 재료로 만들어진 층일 수 있다. Tx-페라이트(119)를 이용하는 하나의 기술적 이유는 Tx 전자 기기(150)를 유도성 에너지로부터 보호하기 위한 버퍼를 제공하기 때문이다. Tx-페라이트(119)를 이용하는 또 다른 기술적 이유는 릴레이(200)를 마주하는 자기장을 증가시킬 수 있어; Lt(110)의 인덕턴스가 증가할 수 있다. 두께, 유연성, 취약성 및 이들의 조합 등과 같은 Tx-페라이트(119) 특성은 본 개시의 시스템이 제공되는 응용에 의해 지시될 수 있다. 예를 들어, 매체(10)가 제조되는 두께 및 재료. Lt(110)가 원의 형상을 가질 수 있으므로, Tx-페라이트(119)의 형상은 또한 Lt(110) 외경 이상의 직경을 갖는 원일 수 있다. 대안적으로, Tx-페라이트(119)는 Lt(110) 외경이 기하학적 평면 도형 내에 내접원인 한 임의의 기하학적 평면 도형의 형상을 가질 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 릴레이(200)는 릴레이 페라이트(219)를 포함할 수 있다. 릴레이 페라이트(219)는 Tx-페라이트(119)와 유사한 페라이트 재료로 만들어진 층일 수 있다. 릴레이 페라이트(219)를 이용하는 하나의 기술적인 이유는 유도성 에너지로부터 장치(20)의 전자 회로를 보호하는 버퍼를 제공하는 것이다. 릴레이 페라이트(219)를 이용하는 다른 기술적 이유는 Tx(100)을 마주하는 자기장; 이에 따라 Lr(210)의 인덕턴스를 증가시키기 위한 것일 수 있다. 릴레이 페라이트(219)는 Tx-페라이트(119)의 특성과 유사한 특성을 갖는다. Lr(210)은 원의 형상을 가질 수 있기 때문에, 릴레이 페라이트(219)의 형상은 또한 Lr(210) 외경 이상의 직경을 갖는 원일 수 있다. 대안적으로, Lr(210) 외경이 기하학적 평면 도형 내에 내접원인 한 릴레이 페라이트(219)는 임의의 기하학적 평면 도형의 형상을 가질 수 있다.
릴레이 페라이트(219)는 그 중심에 위치된 컷아웃을 필요로 한다는 점에 주목하여야 한다. 컷아웃의 크기는 장치(20)의 코일(22)과 같은 충전 가능 장치의 전형적인 수신기 코일의 외경과 같거나 약간 클 수 있다. 컷아웃의 형상은 코일(22) 형상을 둘러싸는 원형 또는 임의의 기하학적 표면일 수 있어, Lr(210)과 코일(22) 사이의 자속의 통과를 허용한다.
개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 공진 커패시터(Ct)(130)는 Lt(110)에 직렬로 연결될 수 있고 적어도 하나의 공진 커패시터(Cr)(230)는 Lr(210)에 직렬로 연결될 수 있다. 공진 커패시터는 이에 따라 각 코일의 내경 공간 내에 배치된다. 대안적으로, 공진 커패시터는 이에 따라 각각의 코일의 외경 공간 옆에 또는 고려된 인클로저 내의 다른 곳에 배치될 수 있다.
본 개시의 릴레이 페라이트(219)는 상용 표준 전송 코일을 갖는 코일(22)의 거동을 더 잘 시뮬레이션하기 위해 코일(22) 및 Lr(210)의 결합 계수를 증가시키고, 또한 Lt(110)에서 코일(22)로의 직접 결합을 감소시키는데, 이는 본 개시의 시스템에서 바람직하지 않다. 또한, Tx(100) 및 릴레이(200)의 공진 커패시터는 시스템 작동점, 코일(22) 로드의 의존성을 안정화시키고 전력 전송에서 높은 효율을 허용하도록 의도된다. 일부 예시적인 실시예에서, Lt(110) 및 Ct(130)의 공진 주파수(즉, Tx(100) LC 회로)는 코일(22)과 같은 전형적인 코일의 공진 주파수(약 100kHz)보다 상당히 낮고 실질적으로 Lr(210) 및 Cr(230)의 공진 주파수(즉, 릴레이(200) LC 회로) 보다 낮게 설정될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100) 및 릴레이(200) LC 회로의 조합은 로드가 존재하지 않을 때 2 개의 별개의 공진 주파수, 이하 공동 공진 주파수(JRF)를 형성할 수 있다. JRF의 제 1 공진 주파수는 Tx(100) LC 회로의 공진 주파수에 인접할 수 있다; 그러나 어쨌든 더 낮다. JRF의 제 2 공진 주파수는 릴레이(200) LC 회로의 공진 주파수에 인접할 수 있지만, 어쨌든 더 높다. "Tx(100)와 릴레이(200) LC 회로의 조합"이라는 문구는 본 개시에서 도 1에 도시된 바와 같이 Tx(100)와 릴레이(200)가 서로 마주하고 전력이 Tx(100)로 인가되는 상태를 지칭한다. 또한, 제 2 공진 주파수, 즉 더 높은 공진 주파수는 본 개시의 시스템 메인 공진 주파수(MRF)로 간주되어야 한다는 점에 주목하여야 한다.
Tx(100) LC 회로 및 릴레이(200) LC 회로의 공진 주파수는 코일(22)이 없는 그들의 JRF가 Tx(100)의 바람직한 최대 작동 주파수보다 낮고 코일(22) 공진 주파수보다 높은 특정 범위(보통 20 내지 50 kHz)가 되도록 튜닝되는 방식으로 설계된다.
일 예로서, Lt(110)의 인덕턴스는 대략 30μH 일 수 있으며; Ct(130)의 커패시턴스는 대략 290μF 일 수 있으며, 이는 대략 54 kHz의 Tx(100) LC 회로의 공진 주파수를 제공한다. 반면에, Lr(210)의 인덕턴스는 대략 60μH 일 수 있으며; Ct(130)의 커패시턴스는 대략 37.5nF 일 수 있으며, 이는 약 106kHz의 릴레이(200) LC 회로의 공진 주파수를 제공한다. 이러한 바람직한 예시적인 실시예에서, 시스템(MRF)은 설치된 릴레이(200)와 Tx(110) 사이의 갭이 대략 30mm일 수 있다면 117kHz(즉, 릴레이(200) LC 회로의 공진 주파수의 106kHz보다 높을 수 있음) 일 수 있다. 또한, Lt(110) 및 Lr(210)의 외경은 대략 125 밀리미터일 수 있는 반면, 페라이트(219)의 컷아웃 직경은 대략 55 밀리미터일 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 작동 주파수(OPF)는 121kHz 내지 140kHz의 범위일 수 있고, 이 범위의 하위 OPF는 MRF 즉 117kH, 보다 4kHz 높을 수 있고, 최대 주파수는 규제 한계, 즉 145kHz, 보다 5kHz 낮을 수 있다. 대안적으로, 최대 OPF는 MRF 및 규제 최대 주파수 한계 미만으로 설정될 수 있다. 0.5 인치의 매체(10) 두께를 갖는, 상술된 예로서 유사한 코일을 갖는 설치를 위해, MRF는 140kHz일 수 있다. 따라서, 최대 주파수가 MRF보다 4kHz 낮고 조절 한계보다 낮으면 작동 범위는 115kHz 내지 136kHz로 설정될 수 있다.
본 발명의 시스템은 공진 주파수에서의 작동을 회피하는 것으로 이해될 것이다. 본 개시 시스템의 바람직한 OPF는 주 공진 주파수(MRF)보다 낮거나 높은 주파수로 시프트되는 주파수 범위에 있을 수 있다.
개시된 요지의 일부 예시적인 실시예들에 따른, 다른 무선 전력 충전 시스템의 설치의 단면도를 도시하는 도 2를 이제 참조한다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 매체(10)의 한 측에 장착될 수 있는 반면, 릴레이(300)는 표면(10)의 반대쪽에 장착될 수 있다. 매체(10)는 예를 들어, 목재, 플라스틱 화강암, 대리석, 이들의 조합 등과 같은 전기를 전도하지 않는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 본 개시에서, 매체(10)는 공공 장소에서 사용자가 접근할 수 있는 테이블, 책상, 바 등과 같은 표면을 지칭한다는 것에 유의해야 한다. 예를 들면: 식당, 커피 숍, 공항, 버스 정류장; 기차역, 은행, 학교, 도서관, 호텔, 청사 등.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 전송기 코일(Lt)(110); 전송기 커패시터(Ct)(130); 전송기 페라이트(Tx-페라이트)(119) 및 전송기 전자 장치(Tx-elec.)(150)를 포함하고, 이들 모두는 고정구(102)에 의해 매체(10)에 고정되는 전송기 인클로저(Tx enclosure)(101) 내부에 통합된다.
일부 예시적인 실시예에서, 릴레이(300)는 릴레이 코일(Lr)(310); 제 2 릴레이 코일(sLr)(320); 릴레이 페라이트(319); 제 2 릴레이 페라이트(329); 및 릴레이 커패시터(Cr)(330)를 포함하고; 이들 모두는 매체(10)의 반대쪽에 고정될 수 있는 릴레이 인클로저(301)에 통합된다. 인클로저(301)는 매트, 패드, 받침 접시, 코스터, 이들의 조합, 등의 형상 및 폼 팩터를 가질 수 있다. 릴레이(300) 및 Tx(100)가 매체(10)의 양 측으로부터 서로 중첩하는 것을 보장하는 접착제 또는 임의의 다른 방법에 의해 릴레이(300) 및 인클로저(301)가 매체(10)에 고정될 수 있다. 릴레이(300) 및 Tx(100)가 서로 중첩되어 Lt(110) 및 Lr(310)이 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개 사이의 인덕턴스를 최적화하기 위해, 서로 마주하도록 실질적으로 정렬되어야 한다는 점을 주목하여야 한다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 전력 공급(PS)(160)(도 2에 도시되지 않음,도 3에 도시됨)에 의해 전력이 공급되며, 릴레이(300) 상에 배치된 유도(무선) 충전 장치(20)를 위해 릴레이(300)를 이용하도록 구성될 수 있다. 장치(20)는 태블릿, 랩탑, 스마트 폰, 또는 임의의 충전식 모바일 핸드셋과 같은 사용자의 장치일 수 있으며, 이는 유도 전력을 수신하고 장치(20)의 배터리를 충전하도록 구성된 내장 코일(22)을 포함한다.
개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에서, 릴레이(300)는 Lr(310)과 직렬로 전기적으로 연결될 수 있는 2차 릴레이 코일(sLr)(320)을 더 포함할 수 있다. 대신에, Lr(310)은 2 개의 평면 높이에 위치한 2 개의 부분으로 배열될 수 있으며, 여기서, 내부 코일(즉, sLr(320)) 또는 대안적으로 Lr(310)의 일부는 Lt(110)를 마주하는 Lr(310)의 외부에 비해 상승된다.
코일(22)과 sLr(320)은 실질적으로 서로 마주하고 중첩될 수 있으며, 즉 코일(22)과 sLr(320)의 중심은 효과적인 충전 기준 중 하나를 충족시키기 위해 정렬된다. 정렬을 위해, 릴레이(300)의 인클로저(301)는 효과적인 충전을 얻기 위해 사용자에게 릴레이(300) 위에 장치(20)를 위치시키기 위한 최적의 장소를 나타내는 레이아웃이 표시될 수 있다. 그러나, 무선 전력 충전 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 장치(20)가 릴레이(300)의 상부에 정확하게 위치되지 않더라도 전력 충전을 제공하도록 조정될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, Lr(310) 및 Lt(100) 모두는 100mm보다 큰 직경을 갖는 편평한 나선형 공기 코어 코일일 수 있고, 편평한 나선형 공기 코어 코일을 갖는 sLr(320)은 코일(22)과 같은 전형적인 수신기의 코일에 적합한 더 작은 직경을 가질 수 있다. 이러한 큰 코일의 이용은 매체(10)의 30mm 이상의 두께를 극복하기 위해 Lr(310)과 Lt(100) 사이의 비교적 높은 결합을 허용한다. 도 2에 도시된 실시예에서, Lr(310)과 Lt(100) 사이의 커플링 팩터는 최대 30mm의 중간 두께에 대해 0.25보다 클 수 있다. 전형적인 코일(22)과 sLr(320) 사이의 결합은 도 2에 도시된 실시예에서 0.15보다 클 수 있다.
제 2 릴레이 페라이트(329)가 자기장을 차단하기 때문에 sLr(320)은 Lt(110)에 의해 직접적인 영향을 받지 않을 수 있음에 유의해야 한다(자세한 것은 후술한다). 그러나, Lr(310) 및 sLr(320)은 직렬로 연결되기 때문에 Lr(310)에 유도된 동일한 전류가 sLr(320)을 통해 흐른다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 전송기 페라이트(Tx-페라이트)(119)를 포함할 수 있다. Tx-페라이트 (119)는 투자율 및 코어 손실의 적절한 자기 특성을 갖는 페라이트 재료로 만들어진 층일 수 있다. Tx-페라이트(119)를 이용하는 하나의 기술적 이유는 유도성 에너지로부터 Tx-elec.(150)을 보호하기 위한 버퍼를 제공하기 위한 것일 수 있다. Tx-페라이트(119)를 이용하는 또 다른 기술적 이유는 릴레이(300)을 마주하는 자기장, 및 이에 따른 Lt(110)의 인덕턴스를 증가시키기 위한 것일 수 있다. 두께, 가요성, 취약성, 이들의 조합 등과 같은 Tx-페라이트(119) 특성은 본 개시의 시스템이 제공될 수 있는 응용에 의해 지시될 수 있다. 예를 들어, 매체(10)가 제조되는 두께 및 재료. Lt(110)는 원의 형상을 가질 수 있기 때문에, Tx-페라이트(119)의 형상은 또한 Lt(110)의 외경 이상의 직경을 갖는 원일 수 있다. 대안적으로, Tx-페라이트(119)는 Lt(110) 외경이 기하학적 평면 도형 내에 내접원인 한 임의의 기하학적 평면 도형의 형상을 가질 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 릴레이(300)는 릴레이 페라이트(319)를 포함할 수 있다. 릴레이 페라이트(319)는 Tx-페라이트(119)와 유사한 페라이트 재료로 만들어진 층일 수 있다. 릴레이 페라이트(319)를 이용하는 한 가지 기술적 이유는 유도성 에너지로부터 장치(20)의 전자 회로를 보호하기 위한 버퍼를 제공하는 것일 수 있다. 릴레이 페라이트(319)를 이용하는 또 다른 기술적 이유는 Tx(100)를 마주하는 자기장을 증가시키고; 이에 따라 Lr(310)의 인덕턴스를 증가시키기 때문이다. 릴레이 페라이트(319)는 Tx-페라이트(119)의 특성과 유사한 특성을 가질 수 있다. Lr(310)은 원의 형상을 가질 수 있기 때문에, 릴레이 페라이트(319)의 형상은 또한 Lr(310) 외경 이상의 직경을 갖는 원일 수 있다. 대안적으로, 릴레이 페라이트(319)는 Lr(310) 외경이 기하학적 평면 도형 내에 내접원인 한 임의의 기하학적 평면 도형의 형상을 가질 수 있다.
릴레이 페라이트(319)는 그 중심에 위치된 컷아웃을 필요로 한다는 점에 주목하여야 한다. 컷아웃의 크기는 장치(20)의 코일(22)과 같은 충전 장치의 전형적인 수신기 코일의 외경과 동일하거나 약간 클 수 있다. 컷아웃의 형상은 자속이 Lr(310)과 코일(22) 사이를 통과하게 하기 위해 원 또는 코일(22) 형상을 둘러싸는 임의의 기하학적 평면일 수 있다.
개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에서, 릴레이(300)는 Lt(110)에 의해 sLr(320)로 유도된 자기장을 차단하고 코일(22)을 향한 sLr(320) 인덕턴스를 향상시키도록 구성된 제 2 릴레이 페라이트(329)를 더 포함한다. 제 2 페라이트 형상(329)은 Tx-페라이트 (119) 및 릴레이 페라이트(319)의 특성과 유사한 특성을 갖는다. 형상 페라이트(329)는 릴레이 페라이트(319)의 컷아웃 형상과 동일하거나 약간 클 수 있다. 실제로, 릴레이 페라이트(319)의 컷아웃은, Lr(310)의 내경 내부와 동일한 평면에 위치되는, 페라이트(329)로서 사용될 수 있는 반면, sLr(320)은 페라이트(229)의 상부에 위치될 수 있다.
개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 공진 커패시터(Ct)(130)는 Lt(110)에 직렬로 연결될 수 있고 적어도 하나의 공진 커패시터(Cr)(330)는 Lt(310)에 직렬로 연결될 수 있다. 공진 커패시터는 그에 따라 각 코일의 내경 공간 내에 배치될 수 있다. 대안적으로, 공진 커패시터는 그에 따라 각각의 코일의 외경 공간 옆에 또는 고려된 인클로저 내의 다른 곳에 배치될 수 있다.
본 개시의 릴레이 페라이트(319)는 상용 표준 전송 코일로 코일(22)의 거동을 더 잘 시뮬레이션하기 위해 코일(22) 및 Lr(310)의 커플링 팩터를 증가시키고 또한 Lt(110)에서 코일(22)로의 직접 결합을 감소시키는데, 이는 본 개시의 시스템에서는 바람직하지 않다. 또한, Tx(100) 및 릴레이(300) 모두의 공진 커패시터는 시스템 작동점, 코일(22) 로드의 의존성을 안정화시키고 전력 전송에서 높은 효율을 허용하도록 의도된다. 일부 예시적인 실시예에서, Lt(110) 및 Ct(130)의 공진 주파수(즉, Tx(100) LC 회로)는 전형적인 코일(22)의 공진 주파수(약 100kHz)보다 상당히 낮고 실질적으로 Lr(310) 및 Cr(330)(즉, 릴레이(300) LC 회로)의 공진 주파수보다 낮게 설정될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx(100) 및 릴레이(300) LC 회로의 조합은 로드가 존재하지 않을 때 2 개의 별개의 공진 주파수, 이하 공동 공진 주파수(JRF)를 형성할 수 있다. JRF의 제 1 공진 주파수는 Tx(100) LC 회로의 공진 주파수에 인접할 수 있지만 어쨌든 낮을 것이다. JRF의 제 2공진 주파수는 릴레이(300) LC 회로의 공진 주파수에 인접할 수 있지만 더 높을 것이다. "Tx(100) 및 릴레이(300) LC 회로의 조합"이라는 문구는 본 개시에서 도 2에 도시된 바와 같이 Tx(100) 및 릴레이(300)가 서로 마주하고 전원이 Tx(100)로 인가되는 상태를 지칭한다는 점에 유의하여야 한다. 또한, 본 개시의 시스템에서 제 2 공진 주파수, 즉 더 높은 공진 주파수는 주 공진 주파수(MRF)로 간주되어야 하는 것에 유의하여야 한다.
Tx(100) LC 회로 및 릴레이(300) LC 회로의 공진 주파수는 그 위에 코일(22)이 없는 그들의 JRF가 Tx(100)의 원하는 최대 OPF보다 낮고 코일(22) 공진 주파수보다 높은 특정 범위(전형적으로 20 내지 50 kHz)가 되기 위해 튜닝되도록 설계된다.
바람직한 하나의 예시적인 실시예에서, Lt(110)의 인덕턴스는 대략 30μH 일 수 있고; Ct(130)의 커패시턴스는 대략 290μF 일 수 있으며, 이는 대략 54kHz의 Tx(100) LC 회로의 공진 주파수를 제공한다. 반면에, Lr(310)의 인덕턴스는 대략 60μH 일 수 있으며; Ct(130)의 커패시턴스는 대략 37.5nF일 수 있으며, 이는 약 106kHz의 릴레이(300) LC 회로의 공진 주파수를 제공한다. 이러한 바람직하고 예시적인 실시예에서, 시스템 MRF는 설치된 릴레이(300)와 Tx(110) 사이의 갭이 대략 30mm일 수 있다면 117kHz(즉, 릴레이(300) LC 회로의 공진 주파수의 106kHz보다 높을 수 있음) 일 수 있다. 또한, Lt(110) 및 Lr(310)의 외경은 대략 125 밀리미터일 수 있는 반면, Lr(320)의 외경은 대략 55 밀리미터일 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, OPF는 121kHz 내지 140kHz 범위이며,이 범위의 하위 OPF는 MRF, 즉 117kHz, 보다 4kHz 높을 수 있고, 최대 주파수는 규제 한계, 즉 145kHz보다 5kHz 낮을 수 있다. 대안적으로, 최대 OPF가 MRF 및 규제 최대 주파수 제한 아래로 설정할 수 있다. 본 명세서에 기술된 예에서와 유사한 코일을 갖고, 중간 두께가 0.5 인치인 설비의 경우, MRF는 140kHz일 수 있다. 따라서 최대 주파수가 MRF보다 4kHz 낮고 조절 한계보다 낮으면 작동 범위를 115kHz 내지 136kHz로 설정될 수 있다.
이제 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예들에 따른, 매체를 통한 무선 전력 충전 시스템의 블록도를 도시하는 도 3을 참조한다. 매체를 통한 무선 전력 충전 시스템은 PS(160), Tx(100) 전송기, 및 릴레이(200), 또는 릴레이(300)를 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 시스템은 릴레이(200) 또는 릴레이(300)를 통해, 도 1 및 도 2의 장치(20)와 같은 사용자의 충전 가능 장치를 충전하기 위해 Tx(100)를 이용하도록 조정될 수 있다. 릴레이(200) 및 릴레이(300) 모두는 충전 에너지를 장치(20) 등에 무선으로 전송하기 위한 리피터로서 작용하는 수동 전자 회로일 수 있다. 릴레이(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 LC 공진 회로를 형성하는 적어도 하나의 코일(인덕터) 및 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 대안적인 릴레이, 즉 릴레이(300)는 인덕턴스 및 장치(20)의 코일(22)과의 결합을 향상시키기 위해 제공될 수 있다. 릴레이(300)는 도 2에 도시된 회로와 같은 LC 공진 회로를 형성하는 적어도 2 개의 코일 및 하나의 커패시터를 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 각각 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, Tx(100)는 전송기 전자 장치(Tx elect)(150), 적어도 하나의 Lx(110) 코일, 및 릴레이(200) 또는 릴레이(300)의 코일에서 전류를 유도하도록 구성된 커패시터(Ct)(130)를 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, Tx-elect(150)는 제어기(151); 풀(full) 또는 하프(half) 브리지 구동기(152), DC 전류 센서(153), DC 전압 센서(154), 및 AC 전류 센서(155)를 포함한다.
제어기(151)는 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로 프로세서, 전자 회로, 집적 회로(IC) 등일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(151)는 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 마이크로컨트롤러와 같은 특정 프로세서에 대해 기록되거나 포팅되는 펌웨어로서 구현될 수 있거나, 하드웨어 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 주문형 반도체(ASIC)와 같은 구성 가능한 하드웨어로서 구현될 수 있다. 제어기(151)는 Tx(110) 또는 그 서브컴포넌트 중 어느 하나에 의해 요구되는 계산을 수행하는데 이용될 수 있다.
개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에서, 제어기(151)는 다음 파라미터를 결정하도록 구성된다:
a. DC 전압 센서(154)의 결과를 획득하고 측정함으로써 PS(160)에 걸친 DC 전압.
b. DC 전류 센서(153)의 결과를 획득하고 측정함으로써 PS(160)에 의해 공급되는 DC 전류.
c. AC 전류 센서(155)의 결과를 획득하고 측정함으로써 Lt(110)에 공급되는 AC 전류. 대안적으로, 출력된 AC 전류는 DC 전류 센서(153)를 갖는 전원으로부터 구동기로 흐르는 순간 전류를 감지함으로써 결정될 수 있다.
AC 전류에 대한 파라미터를 결정하는 것은 피크 전류, 절대 전류의 평균, RMS 전류, 제 1 고조파의 진폭, 이들의 임의의 조합, 등을 포함할 수 있음에 유의해야 한다.
일부 예시적인 실시예에서, 제어기(151)는 반도체 메모리 컴포넌트(도시안됨)를 포함한다. 메모리는 예를 들어, 플래시 메모리, 랜덤-액세스 메모리(RAM), 프로그램 가능 판독 전용 메모리(PROM), 재-프로그램 가능 메모리(FLASH), 이들의 임의의 조합, 등과 같은 지속성 또는 휘발성 메모리일 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 메모리는 풀 또는 하프 브리지 구동기(152)를 제어하는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 결정하는 것과 관련된 작동을 수행하기 위해 제어기(151)를 활성화하기 위한 프로그램 코드를 유지한다. 구동기(152)는 Lt(100)를 통해 흐르는 전류의 OPF 및/또는 듀티 사이클을 변조함으로써 Lt(110)를 통해 흐르는 출력 전류, 즉, Tx(100)에 의해 제공된 전력를 조정할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제어기(151)에서 생성된 PWM 신호는 장치(20)와 같은 로드의 무선 충전 요구를 만족시키기 위해 변조를 튜닝한다. 대안적인 실시예에서, DC 전원의 진폭이 제어될 수 있다.
PWM 신호 주파수 및 듀티 사이클은 전술한 바와 같이 OPF 범위 내에서 제어기(151)에 의해 설정될 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 제어기(151)는 장치(20)의 전력 수요에 기초하여 OPF 범위 내의 OPF를 변화시킬 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 제어기(151)는 메모리를 이용하여 본 개시 시스템의 충전 관리와 관련된 응용, 연결 소프트웨어, 모니터링 정보, 구성 및 제어 정보 및 응용을 보유할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 제어기(151)는 다음의 통신 표준: PMA(power matters alliance); 무선 전력 컨소시엄(WPC), 및 AirFuel Alliance를 따르는 프로토콜에 기초하여 장치(20)와 통신하도록 구성될 수 있다. 이러한 통신 방법에 따르면, 이에 제한되는 것은 아니지만, 제어기(151)는 충전 서비스를 부여하고 조절하기 위해 사용자를 인증하기 위해 장치(20)로부터 사용자의 자격 증명을 획득하도록 구성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제어기(151)는 또한 장치(20)로부터 그의 전력 요건을 획득하도록 구성될 수 있다.
이하의 방법의 실시예들의 설명을 단순화하기 위해, 릴레이(200) 및 릴레이(300)는 "릴레이"로 지칭될 수 있고, 코일 Lr(210) 및 Lr(310)은 "Lr"로 지칭될 수도 있다. 다음 해결책 방법 및 절차는 릴레이(200) 및 릴레이(300) 및 이들의 관련 서브컴포넌트 모두에 적용된다는 점에 유의해야 한다.
이하에 설명된 해결책/절차/방법은 본 개시물의 도 1 내지 도 3에 도시된 시스템으로 제한되지 않음에 유의해야 하고, 실제로 상용의 유도 전력 전송 시스템의 작동을 향상시키기 위해 적용될 수 있다. 이하의 실시예의 설명은 다른 유도성 전력 전송 시스템에 적용될 수 있는 다음의 해결책/절차를 설명하기 위한 예로서 사용되는 도 1 내지 도 3에 도시된 시스템의 요소를 지칭한다.
본 개시의 다른 주요 목적은 더 큰 충전 영역을 제공하고 및/또는 복수의 장치(20)를 동시에 충전하기 위해 릴레이(300)와 같은 복수의 릴레이를 추가함으로써, 도 1 내지 도 3에 도시된 시스템의 능력을 확장시키는 것이고, 상기 복수의 릴레이는 단일 Tx(100)에 의해 지원될 수 있다.
이제 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예들에 따라, 매체를 통한 무선 전력 충전 시스템의 다중 로드 릴레이(400) 레이아웃의 평면도를 도시하는 도 4a를 참조한다. 다중 로드 릴레이(400)는 도 3에 도시된 것과 동일한 릴레이(300)의 주요 구조에 기초할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 매체를 통한 무선 전력 충전 시스템은 릴레이(300) 대신 다중 로드 릴레이(400)를 포함할 수 있다. 시스템은 예시적인 도 1, 도 2, 및 도 3에 도시된 것과 동일한 전송기(Tx)(100)(도시안됨)에 기초할 수 있다. Tx(100)는 매체(10)의 일측에 장착될 수 있는 반면, 다중 로드 릴레이(400)는 매체(10)의 반대측에 장착될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 다중 로드 릴레이(400)는 Lr(310) 및 예시적인 도 3의 2 차 릴레이 코일(sLr)(320)과 동등한 복수의 로드-코일로 구성될 수 있으며, 각각의 로드-코일은 예시적인 도 1 및 2의 장치(20)와 같은 하나의 장치를 충전하도록 구성될 수 있다.
다중 로드 릴레이(400)는 다중 로드 릴레이(400)와 Tx(100)가 매체(10)의 양 측으로부터 서로 겹치도록 보장하기 위해 매체(10)에 고정될 수 있다. 다중 로드 릴레이(400)와 Tx(100)는 서로 겹쳐서 Lt(110) 및 Lr(310)이 도 2에 도시된 바와 같이, 둘 사이의 인덕턴스를 최적화하기 위해 서로 마주하도록 실질적으로 정렬되어야 한다.
개시된 요지의 일부 바람직한 실시예에서, 다중 로드 릴레이(400)는 하나의 평면에 배열될 수 있는 3개(이에 제한되지 않음)의 로드-코일(1Lr)(321), (2Lr)(322) 및 (NLr)(32N)을 포함할 수 있지만, Lr(310)은 Tx(100)(매체(10))를 마주하는 평행 평면에 위치될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, Lr(310)의 중심은 각각의 로드-코일의 중심으로부터 동일한 거리에 위치될 수 있다. 로드-코일(1Lr)(321), (2Lr)(322) 및 (NLr)(32N)은 페라이트 층에 의해 Lr(310)로부터 분리될 수 있으며, 이는 인덕턴스뿐만 아니라 Lt(110)에 의해 생성된 자기장을 로드-코일을 마주하는 장치(20)로부터의 격리를 증가시킨다. 다중 로드-코일(400)의 측면을 마주하는 장치(20)에는 421, 422 및 42N과 같은 스폿이 표시될 수 있다. 스폿은 효과적인 충전을 달성하기 위해 다중 로드 릴레이(400) 위에 디바이스(20)를 위치시키기 위한 최적의 장소를 사용자에게 표시한다. 다중 로드 릴레이의 모든 코일은 릴레이(300)와 유사한 특성을 갖는 편평한 나선형 공기 코어 코일일 수 있음에 유의해야 한다.
이제 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예들에 따라, 매체를 통한 무선 전력 충전 시스템의 다중 로드 릴레이(400)의 주요 개략도를 도시하는 도 4b를 참조한다. 다중 로드 릴레이(400)는 장치(20)와 같은 복수의 장치의 충전을 지원하는 전기 회로일 수 있으며, 다중 로드 릴레이(400)의 복수의 릴레이는 매체(10)를 통해 Tx(100)에 의해 유도적으로 전력을 공급받을 수 있다.
개시된 요지의 일부 바람직한 실시예에서, 다중 로드 릴레이(400) 전기 회로는 릴레이 코일(Lr)(310)에 기초한 브랜치를 마주하는 Tx(100) 및 로드-코일에 기초한 브랜치를 마주하는 3 개의 장치 포함할 수 있으며, 브랜치 모두는 서로 병렬로 전기적으로 연결된다. 각각의 로드-코일 브랜치는 커패시터를 포함하고, 1Lr(321)을 위한 1Cr(331), 2Lr(322)을 위한 2Cr(332) 및 NLr(32N)을 위한 NCr(33N)을 포함하여 각각의 브랜치에 대한 독립 공진 회로를 형성하며, 각각의 로드-코일 브랜치는 충전 지점(421, 422 및 42N)에 각각 전용될 수 있다.
(메인)브랜치를 마주하는 Tx(100)는 병렬 연결된 튜닝 커패시터(Crr)(231) 및 인덕터(Lrr)(311)와 함께 공진 회로를 형성하는 릴레이 코일(Lr)(310) 커패시터(Cr)(230)를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 메인 브랜치와 함께 각각의 로드-코일 브랜치는 다른 공진 주파수로 튜닝되어 Lt(110)와 다른 JRF 및 다른 OPF를 생성한다. 이러한 구조에 기초하여, Tx(100)는 가까운 OPF에서 작동할 수 있지만 선택된 로드-코일로 에너지를 라우팅하기 위해 선택된 로드-코일의 MRF와 실질적으로 상이하다. 따라서, 선택된 로드-코일에 대한 최대 여기를 생성하는 동시에 현저하게 낮은 여기를 생성하고 다른 로드-코일에 전력을 전달한다. 위의 구조는 더 넓은 충전 영역과 다중 충전 스폿을 지원하기 위해 비용 효율적인 다중로드 릴레이 구현을 허용한다.
개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에서, Tx(100)는 적어도 2개의 로드-코일의 충전 스폿에 위치한 충전 장치(20)를 위해 적어도 2 개의 상이한 로드-코일에 유도 충전 에너지를 동시에 제공할 수 있다. 이러한 동시 충전 실시예에서, 제어기(151)는 제 1 로드-코일에 대한 PWM 신호(1stPWM) 및 제 2 로드-코일에 대한 PWM 신호(2ndPWM)로 구성된 인터리빙된 PWM 신호(IPWM)를 생성할 수 있으며, IPWM의 각각의 주기는 1stPWM 및 2ndPWM 타임 슬롯으로 구성될 수 있다. 따라서, IPWM은 각각의 타임 슬롯이 한번에 드라이버(152)에 각각의 로드-코일에 관련된 OPF, 듀티-사이클, 및 진폭으로 영향을 주기 때문에 드라이버(152)가 그들 위에 배치된 장치(20)의 요구에 기초하여 드라이버(152)가 제 1 및 제 2로드-코일에 전력을 공급하게 할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 타임슬롯 주기는 모든 능동 로드-코일의 모든 공진 주파수가 정수로 나누어지는 공통 주파수에 기초할 수 있지만, 할당된 슬롯의 폭은 상대 전력과 관련되어 특정 로드-코일로 이송된다. 예시적인 구현예에서, 적어도 2 개의 로드-코일의 OPF는 단일 슬롯 주파수의 정수 분할로 선택될 수 있다. 풀 브리지를 사용한 작동의 경우, 두 정수 모두 단일 슬롯 주파수의 분할일수도 있는 것이 바람직하다.
지금부터 개시된 요지에 따라, PWM 및 인터리빙된 PWM 타이밍 다이어그램의 예를 도시하는 도 5a내지 도 5c를 참조한다. 이 예는 OPF가 120khz(도 5a) 및 150khz(도 5b)인 2 개의 로드-코일의 실시예를 나타내며, 여기서 인터리빙된 주파수는 1.2Mhz로 설정되며, 따라서 각각 10 및 8의 정수이다.
각각의 주기는 각각의 로드-코일마다 하나씩 2 개의 슬롯으로 스플래팅되는데, 슬롯 지속 시간은 각각의 장치(20)에 의해 요청된 상대 전력으로부터 도출될 수 있다. 제어기(151)에서 시작된 제 1 타임 슬롯 동안, 제 1 PWM은 드라이브(152)를 야기하여 제 1 로드-코일 브랜치, 예를 들어 충전 스폿(421)으로 전력을 전달하게 한다. 전원 공급 제어기(151)에서 시작된 제 2 타임 슬롯 제 2 PWM 동안, 드라이브(152)가 제 2 로드-코일 브랜치, 예를 들면, 충전 스폿(422)에 전력을 전달하게 한다. 여기서, 제 1 PWM 및 제 2 PWM은 각각의 로드-코일의 특정 MRF와 근접하지만 실질적으로 다른 OPF이다.
도 5c는 120khz에서 작동하는 제 1 로드-코일이 150khz에서 작동하는 제 2 로드-코일의 절반보다 많은 전력을 필요로 하며, 이들의 조합된 전력 소비는 Tx(100)에 의해 구동될 수 있는 전체 전력과 동일한 예시적인 시나리오의 인터리빙된 타이밍 다이어그램을 도시한다.
지금부터 개시된 요지의 일부 예시적인 실시예에 따라, PWM 및 인터리빙된 PWM 타이밍 다이어그램의 다른 예를 도시하는 도 6a 내지 도 6c를 참조한다. 이 예는 또한 OPF가 120khz(도 6a) 및 150khz(도 6b)인 2 개의로드-코일의 실시예를 참조하며, 인터리빙된 주파수는 1.2Mhz로 설정되며, 따라서 각각 10 및 8의 정수이다. 그러나, 이 예에서, 제 1(도 6a) 및 제 2(도 6b) 사이의 전력비는 2 대 1보다 약간 낮고, 합한 전력은 Tx(100)의 최대 구동 전력보다 낮다. 이에 따라, 제 2 로드-코일(150kHz)은 더 높은 전력을 사용하기 때문에 듀티-사이클은 50 % 대신 37.5 %로 감소하는 반면 슬롯 시간 비율은 1/2로 유지된다.
일부 예시적인 실시예들에서, 로드-코일을 구동하기 위해 사용되는 OPF는 로드 스위치에 대한 안정성 및 허용 오차를 향상시키기 위해 로드-코일의 공진 주파수에서 약간 벗어나도록 선택될 수 있다.
개시된 요지에 의해 다루어지는 하나의 기술적 문제는 장치(20)와 같은 다수의 장치와의 통신을 취급하는 것이다. 장치가 로드 변조를 통한 비동기식 통신을 사용하고 동시에 다수의 장치가 Tx(100)와의 통신을 시도할 수 있기 때문에 문제가 나타날 수 있다.
정상 상태에서, 장치(20)와 같은 상업적으로 이용 가능한 장치는 고정된 시간 간격으로 전력 제어 및 전력보고 정보를 포함하는 전송기와 패킷을 통신한다는 점에 유의할 것이다. 정상 상태 작동 파라미터의 변경으로 인해 고정 시간 간격이 중단될 수 있다. 시작시, 장치는 전원 신호 시작부터 고정된 시간 간격으로 통신한다.
하나의 기술적 해결책은 제어기(151)에 의해 다중 로드 릴레이(400)에 의해 서비스되는 복수의 장치들 사이의 상당한 통신 오버랩을 방지하기 위해 장치의 전송 타이밍을 제어하는 것이다. 일부 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 장치가 스폿(401)에 배치되고 Tx(100)와 이미 작동할 때, 제어기(151)는 고정 시간 간격을 분석하고 다른 장치에 대한 디지털 핑을 생성할 수 있어서, 다른 장치로부터의 예상된 통신은 스폿(401) 상에 놓인 장치의 고정 시간 간격과 겹치지 않을 것이다.
다른 기술적 해결책은 장치 통신 타이밍을 오프 페이즈(off phase)하는 것이다. 일부 예시적인 실시예들에서, 제어기(151)는 디바이스들 중 하나를 충전하는 로드-코일의 OPF에 대한 듀티-사이클을 변경할 수 있다. 결과적으로, 장치는 전력 수정 요청에 잠깐 응답할 것이고, 이는 다른 장치와의 중복 통신을 피하기 위해 고정된 시간 간격을 이동시킴으로써 야기될 것이다.
또 다른 기술적 해결책은 OPF의 각각의 OPF에 적용된 로드 변조를 분리하는 Tx(100) 필터에 추가하는 것이다. 일부 예시적인 실시예에서, 이 접근법은 TX(100)가 다수의 상이한 장치로부터 오는 통신을 동시에 디코딩할 수 있게 한다.
일부 예시적인 실시예에서, 전송기로부터 장치로의 통신은 주파수 변조에 기초하여 OPF에 대한 수정이 적용 가능한 타임슬롯에서 각 장치에 대해 개별적으로 수행될 수 있다.
일부 통신 패킷 손실은 본 개시 시스템의 정상 작동에 큰 영향을 미치지 않을 수 있음에 유의할 것이다.
상술 한 바와 같은 본 개시의 시스템의 다중 로드 릴레이 개념은 분리된 Tx(100) 및 릴레이 구조에 반드시 한정되는 것은 아니며 상업적으로 이용 가능한 구조에 이용될 수 있다. 상용 시스템으로 다중 로드 릴레이 개념을 활용하기 위해, 트랜스미터의 구동 회로를 개별 공진 커패시터로 다수의 로드-코일에 병렬로 연결할 수 있다. 상술된 컴포넌트는 예를 들어 제어기(151) 또는 다른 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 상호 관련 컴퓨터 명령 세트로서 구현될 수 있다. 컴포넌트는 임의의 프로그래밍 언어로 그리고 임의의 컴퓨팅 환경 하에서 프로그래밍된 하나 이상의 실행 파일, 동적 라이브러리, 정적 라이브러리, 방법, 기능, 서비스 등으로 배열된다.
본 발명의 요지는 시스템, 방법 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서로 하여금 본 발명의 개시된 요지의 양태들을 수행하게 하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들을 갖는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(또는 매체)를 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 명령 실행 장치에 의해 사용되는 명령을 보유 및 저장할 수 있는 유형의 장치일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 예를 들어, 전자 저장 장치, 자기 저장 장치, 광 저장 장치, 전자기 저장 장치, 반도체 저장 장치, 또는 전술한 것의 임의의 적절한 조합일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 보다 구체적인 예의 비한정적인 목록은 다음을 포함한다: 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거 가능 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 휴대용 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다용도 디스크(DVD), 메모리 스틱, 플로피 디스크, 펀치 카드 또는 명령이 기록된 그루브 내의 융기 구조와 같은 기계적으로 인코딩된 장치, 및 전술한 것의 임의의 적절한 조합. 본 명세서에서 사용되는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 전파 또는 다른 자유 전파 전자기파, 도파관 또는 기타 전송 매체를 통해 전파되는 전자파(예를 들어, 광섬유 케이블을 통과하는 광 펄스), 또는 전선을 통해 전송되는 전기 신호와 같은 일시적인 신호 그 자체로 해석되어서는 안된다.
본 명세서에 기술된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령은 네트워크, 예를 들어 인터넷, 근거리 통신망, 광역 통신망 및/또는 무선 네트워크를 통해 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로부터 외부 컴퓨터 또는 외부 저장 장치로 각각의 컴퓨팅/처리 장치로 다운로드될 수 있다. 네트워크는 구리 전송 케이블, 광 전송 섬유, 무선 전송, 라우터, 방화벽, 스위치, 게이트웨이 컴퓨터 및/또는 에지 서버를 포함할 수 있다. 각각의 컴퓨팅/프로세싱 장치 내의 네트워크 어댑터 카드 또는 네트워크 인터페이스는 네트워크로부터 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령을 수신하고 각각의 컴퓨팅/프로세싱 장치 내의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령을 전달한다.
본 발명의 개시된 요지의 작동을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령은 어셈블러 명령, 명령-세트-아키텍처(ISA) 명령, 머신 명령, 머신 의존 명령, 마이크로 코드, 펌웨어 명령, 상태-설정 데이터, 또는 스몰토크(Smalltalk), C ++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어 및 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어와 같은 전통적인 절차적 프로그래밍 언어를 포함하여 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 작성된 소스 코드 또는 객체 코드일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령은 사용자 컴퓨터에서, 부분적으로 사용자 컴퓨터에서, 독립형 소프트웨어 패키지로서, 사용자 컴퓨터에서 부분적으로 그리고 원격 컴퓨터에서 부분적으로 또는 원격 컴퓨터에서 또는 서버에서 완전히 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 근거리 통신망(LAN) 또는 광역 통신망(WAN)을 포함하는 임의의 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 연결될 수 있거나, 외부 컴퓨터에 연결될 수 있다(예를 들어, 인터넷 서비스 제공 업체를 사용하여 인터넷을 통해). 일부 실시예들에서, 예를 들어, 프로그램 가능 논리 회로, 필드-프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 프로그램 가능 논리 어레이(PLA)를 포함하는 전자 회로는 본 발명의 개시된 요지의 양태를 수행하기 위해 전자 회로를 개인화하기 위해 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령의 상태 정보를 이용함으로써 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령을 실행할 수 있다.
본 발명의 개시된 요지의 양태는 개시된 요지의 실시예에 따른 방법, 장치(시스템) 및 컴퓨터 프로그램 제품의 흐름도 및/또는 블록도를 참조하여 여기에 설명된다. 흐름도 및/또는 블록도의 각 블록, 및 흐름도 및/또는 블록도의 블록의 조합은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
이들 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 머신을 생성하기 위한 기타 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공될 수 있어, 컴퓨터의 프로세서 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치를 통해 실행되는 명령어는 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 지정된 기능/작동을 구현하기 위한 수단을 생성한다. 이들 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 또한 컴퓨터, 프로그램 가능 데이터 처리 장치 및/또는 다른 장치가 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있어서, 그 안에 명령이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 지정된 기능/작동의 양태를 구현하는 명령을 포함하는 제조 물품을 포함한다.
컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치, 또는 다른 장치에 로딩되어 일련의 작동 단계가 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 장치 또는 다른 장치에서 수행되어 컴퓨터 구현 공정을 생성하여, 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 장치, 또는 다른 장치에서 실행되는 명령이 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 지정된 기능들/작동들을 구현한다.
도면의 흐름도 및 블록도는 본 발명의 개시된 요지의 다양한 실시예에 따른 시스템, 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현의 아키텍처, 기능, 및 작동을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각각의 블록은 지정된 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 명령의 일부를 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현예들에서, 블록에서 언급된 기능들은 도면들에서 언급된 순서를 벗어나서 발생할 수 있다. 예를 들어, 연속으로 도시된 2개의 블록은 실제로 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 또는 관련된 기능에 따라 블록이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 블록도 및/또는 흐름도의 각 블록, 및 블록도 및/또는 흐름도의 블록의 조합은 특정 기능 또는 작동을 수행하는 특수 목적의 하드웨어 기반 시스템에 의해 구현될 수 있어 특수 목적 하드웨어와 컴퓨터 지침의 조합을 수행하는 것에 주목해야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예만을 설명하기 위한 것이며 개시된 요지를 제한하려는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함하다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징, 정수, 단계, 작동, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만 존재 또는 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 컴포넌트, 및/또는 이들의 군의 추가를 배제하지는 않는다는 것을 이해할 것이다.
이하의 청구 범위에서의 모든 수단 또는 단계와 기능 요소의 대응하는 구조, 재료, 작용 및 등가물은 구체적으로 청구된 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 작용을 포함하는 것으로 의도된다. 본 개시된 요지의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었지만, 개시된 형태의 개시된 요지에 대해 완전하게 하거나 제한하려는 것은 아니다. 개시된 요지의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 실시예는 개시된 요지 및 실제 응용의 원리를 가장 잘 설명하고, 당업자가 다양한 실시예에 대해 개시된 요지를 고려된 특별한 사용에 적합한 다양한 변형예에 적합하게 이해할 수 있도록 선택되고 설명되었다.

Claims (20)

  1. 수신기 코일을 갖는 장치를, 매체를 통해 무선 충전하기 위한 시스템으로서,
    상기 장치의 수신기 코일로 전력을 유도적으로 전송하도록 구성된 적어도 하나의 릴레이; 및
    상기 장치를 충전하기 위한 전력을, 상기 적어도 하나의 릴레이로 유도적으로 전송하도록 구성된 전송기를 포함하고, 상기 전송기 및 상기 적어도 하나의 릴레이는 상기 매체에 의해 분리되고, 상기 적어도 하나의 릴레이 및 상기 전송기가 실질적으로 서로 마주하고,
    상기 전송기는 전송기 공진 회로를 구성하는 전송기 코일 및 전송기 커패시터를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 릴레이 공진 회로를 구성하는 제 1 릴레이 코일 및 릴레이 커패시터를 더 포함하고,
    상기 전송기 공진 회로 및 상기 릴레이 공진 회로의 공동 공진 주파수(JRF)는 메인 공진 주파수(MRF)를 가지며,
    상기 전송기는 작동 주파수(OPF)들의 범위로부터의 작동 주파수(OPF)에서 작동하고, 상기 OPF들의 범위는 상기 MRF와 상이하고,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 상기 제 1 릴레이 코일에 직렬로 연결된 제 2 릴레이 코일을 포함하고, 상기 제 2 릴레이 코일의 일 측면이 상기 장치와 마주하며, 상기 제 2 릴레이 코일의 제 2 측면이 제 1 릴레이 페라이트(ferrite) 층에 의해 덮이고, 상기 제 2 릴레이 코일은 상기 제 1 릴레이 코일보다 더 작은, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송기 코일 및 상기 제 1 릴레이 코일은 실질적으로 서로 마주하고, 상기 전송기 코일 및 상기 제 1 릴레이 코일은 크기가 실질적으로 동일하고 상기 수신기 코일보다 더 큰, 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 개구를 갖는 제 2 릴레이 페라이트 층을 더 포함하고, 상기 제 1 릴레이 페라이트 층은 상기 장치와 마주하는 측면 상의 상기 제 1 릴레이 코일 상에 놓이고, 상기 개구의 크기가 상기 수신기 코일의 크기와 동일하거나 또는 더 큰, 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 릴레이 코일 및 상기 제 2 릴레이 코일은 두 개의 평면 상에 배열되는, 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 릴레이는 복수의 장치를 동시에 충전하기 위한 복수의 제 2 릴레이 코일을 더 포함하고, 상기 복수의 제 2 릴레이 코일은 상기 릴레이 공진 회로에 병렬로 연결된 복수의 로드 코일(load-coil)이며, 상이한 공진 주파수를 갖는 각각의 로드-코일은 상기 복수 장치들 중 하나의 장치를 충전하도록 구성된, 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전송기는 인터리빙된(interleaved) PWM 신호에 의해 각각의 로드-코일로의 전력 전송을 제어하고, 상기 인터리빙된 PWM 신호는 타임 슬롯을 포함하고, 타임 슬롯 각각은 특정 로드-코일 전용이고, 각각의 타임 슬롯은 상기 특정 로드-코일의 PWM 신호를 포함하는, 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 타임 슬롯은 간격을 가지고 각각의 장치의 전력 요구에 기초하여 결정되고, 상기 전력 요구는 상기 복수의 장치의 각각의 장치에 의해 상기 전송기로 통신되는, 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송기는 전송기 전자 장치 및 전송기 페라이트 층을 더 포함하고, 상기 전송기 페라이트 층은 상기 전송기 코일과 상기 전송기 전자 장치 사이의 버퍼로서 위치되고, 상기 전송기 코일은 매체를 통해 상기 적어도 하나의 릴레이와 마주하는, 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송기 전자 장치는 펄스 폭 변조(PWM) 신호에 의한 전력 전송을 제어하기 위한 OPF 및 OPF들의 범위를 결정하도록 구성되고, 상기 전송기 전자 장치는 상기 장치와 통신하도록 구성되는, 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전송기 전자 장치는 적어도 두 개의 장치들 간의 통신 오버랩핑(overlapping)을 회피하기 위해 복수의 장치 통신을 동기화하도록 구성되는, 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전송기 전자 장치는 전달된 전력을 상기 적어도 두 개의 오버랩핑 장치 중 하나로 변경함으로써 상기 복수의 장치 통신을 동기화하도록 구성되는, 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전송기 전자 장치는 복수의 수신기 코일의 공진 주파수 주위로 튜닝되는 필터를 이용함으로써 상기 복수의 장치 통신들 간을 동시에 구별할 수 있는, 시스템.
  13. 수신기 코일을 갖는 장치를 무선으로 충전하기 위한 릴레이로서,
    제 1 코일과 적어도 하나의 릴레이 커패시터를 포함하는 릴레이 공진 회로를 포함하고,
    상기 릴레이는 매체를 통해 전송기의 전송기 공진 회로로부터 전송된 전력을 유도적으로 수신하고 상기 장치의 수신기 코일로 상기 전력을 유도적으로 전송하도록 구성되며, 상기 전송기는 작동 주파수(OPF)들의 범위로부터의 작동 주파수(OPF)에서 작동하고,
    상기 전송기 및 상기 릴레이는 상기 매체에 의해 분리되며, 실질적으로 서로 마주하고,
    상기 릴레이 및 전송기 공진 회로의 공동 공진 주파수(JRF)는 메인 공진 주파수(MRF)를 포함하고, 상기 OPF들의 범위는 상기 MRF와 상이하고,
    상기 릴레이는 상기 제 1 코일에 직렬로 연결된 제 2 릴레이 코일을 더 포함하고, 상기 제 2 릴레이 코일의 일 측면이 상기 장치와 마주하며, 상기 제 2 릴레이 코일의 제 2 측면이 릴레이 페라이트 층에 의해 덮이고;
    상기 제 2 릴레이 코일은 상기 제 1 릴레이 코일보다 더 작은, 릴레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 JRF는 상기 전송기의 원하는 최대 작동 주파수보다 낮은 제 2 범위로 튜닝되고, 상기 장치의 수신기 코일의 공진 주파수보다 높은, 릴레이.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 릴레이의 인클로저(enclosure)는 상기 매체에 고정되는, 릴레이.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 릴레이 공진 회로는 적어도 2개의 릴레이 코일과 적어도 하나의 릴레이 커패시터를 포함하는, 릴레이.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 릴레이는 상기 전송기로부터 상기 장치로 전력을 무선으로 전송하기 위한 리피터로서 작용하는 수동 전자 회로를 포함하는, 릴레이.
  18. 제 13 항에 있어서,
    개구를 갖는 제 2 릴레이 페라이트 층을 더 포함하고, 상기 릴레이 페라이트 층은 상기 장치와 마주하는 측면 상의 상기 제 1 릴레이 코일 상에 놓이고, 상기 개구의 크기가 상기 수신기 코일의 크기와 동일하거나 또는 더 큰, 릴레이.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 릴레이 코일 및 상기 제 2 릴레이 코일은 두 개의 평면 상에 배열되는, 릴레이.
  20. 제 13 항에 있어서,
    복수의 장치를 동시에 충전하기 위한 복수의 제 2 릴레이 코일을 더 포함하고, 상기 복수의 제 2 릴레이 코일은 상기 릴레이 공진 회로에 병렬로 연결된 복수의 로드 코일(load-coil)이며, 상이한 공진 주파수를 갖는 각각의 로드-코일은 상기 복수의 장치들 중 하나의 장치를 충전하도록 구성된, 릴레이.
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