KR101586803B1 - 에너지를 무선으로 전달하는 시스템 - Google Patents

Abstract

소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)에 의해서 무선으로 에너지를 전달하기 위한 시스템이 개시된다; 상기 시스템은 복수의 전기적으로 전도성인 벽들에 의해서 내부 공간을 한정하는 하우징 (CS) 그리고 그 내부 공간으로 전자기 파형들을 주입하는 인젝터 (LR)를 포함한다; 상기 하우징 (CS)의 벽 (EE)은 전자기 에너지 수용 기기 (RCE)에 인접하게 위치하도록 적응되며 그리고 하나 또는 그 이상의 개구들을 포함한다; 상기 전자기 파형의 주파수 (f)는 상기 하우징 (CS)의 컷오프 주파수 (fc)보다 더 낮으며, 그리고 상기 개구/개구들은 상기 파형들 파장 ( λ )보다 더 작은 크기를 가져서 소멸 전자기장이 상기 벽 (EE)의 상기 개구/개구들로부터 방사되도록 하며 그리고 그 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)은 상기 에너지 수용 기기 (RCE)에 도달할 수 있을 것이다.

Description

에너지를 무선으로 전달하는 시스템 {System for transferring energy wirelessly}

본 발명은 에너지를 무선으로 전달하는 시스템에 관한 것이다.

더 상세하게는 본 발명은 모바일 전화기 또는 노트북과 같은 모바일 전자 기기 내에 내장된, 모바일 전화기들과 노트북들 내에서 사용되는 재충전 가능한 배터리 팩들과 같은 전자기 에너지 수용 디바이스에 에너지를 전달하도록 구성된 시스템에 관한 것이다.

무선으로 에너지를 전달한다는 아이디어는 1세기 보다 더 오래된 것이다. 19세기 말에, 유형한 과학자 니콜라 테슬러 (Nikola Tesla)는 먼 거리에 걸쳐서 많은 양의 에너지를 전달하는 방법들을 연구했다.

더욱 최근에, 소비자 전자 기기 애플리케이션들을 위해서 더 짧은 거리들에 걸쳐서 에너지를 전달하는 것에 관련하여 여러 솔루션들이 개시되었다.

미국 특허 US 7,271,569는 일반적으로 평면의 표면을 구비한 비접촉식 유도성 충전기를 개시한다. 이미지, 텍스트 또는 다른 시각적인 인디케이터는 실질적으로 평면적인 표면 상에 배치되어, 상기 시각적인 인디케이터가 최적의 유도성 충전을 위해서 전자 기기를 위한 바람직한 위치 방위를 나타내도록 한다. 충전기는 상기 이미지의 경계들 내에 위치한 1차 코일을 포함하며, 충전하는데 있어서의 최대의 효율성을 위해서 충전하는 표면 상에 상기 기기를 위치시키도록 하는 시각적인 가이드를 사용자가 가지도록 한다. 사진, 아웃라인, 텍스트 또는 다른 방향성 인디케이터일 수 있을 상기 시각적인 인디케이터는 상기 전자 기기의 모양에 기하학적으로 유사할 수 있을 것이며 또는 일반적인 기기의 모습 내에 있을 수 있을 것이다.

미국 출원 US 2007/0279002 는 전력 소스, 충전 시스템 그리고 모바일 기기들 용의 유도성 수신기를 개시한다. 패드 또는 유사한 베이스 유닛은 전송기를 포함하며, 이는 권선, 코일 또는 임의 유형의 전류 운반 와이어에 교류 전류를 인가함으로써 자기장을 생성한다. 수신기는 상기 교류 자기장으로부터 에너지를 수신하고 그리고 그것을 모바일 기기 또는 다른 기기로 전송하는 수단을 포함한다. 상기 전송기 그리고/또는 수신기는 서로에게 인접하게 배치된 전류 운송 와이어들을 포함할 수 있을 것이며; 상기 와이어들의 상이한 모습들 그리고 배치들이 고려된다.

미국 특허 출원 US 2008/0067874는 전자 기기들에 무선으로 전력을 전달하기 위한 방법과 시스템을 개시한다. 상기 시스템은 전자 기기를 충전시키기 위해서 충분한 전력을 전달하기 위해서 가깝게 위치한 두 코일들 사이에서 자기적인 커플링을 활용할 수 있다. 실시예들은 수신기 코일들에 전달하기 위해서 전력을 전송하기 위해서 사용될 수 있는 나선 코일들의 어레이를 포함한다. 다양한 실시예들은 파워패드 (PowerPad) 시스템으로서 언급될 수 있다. 실시예들은 다음의 것들 중 하나 또는 그 이상을 통합할 수 있다: 평면형 인덕터들, PCB 변압기들 그리고 초고주파수 전력 공급원. 실시예들은 고른 자기장 생성을 허용하는 특성들을 가진 평면형 인덕터들 그리고 그런 평면형 인덕터들을 통합하는 시스템을 또한 포함한다.

미국 특허 US 5,596,567은 배터리 충전기 그리고 배터리 팩을 포함하며, 그것들 각각에는 무선 채널을 통해서 통신하는 무선 통신 기기가 제공된다. 상기 배터리 충전기는 배터리 팩 내에 장착된 메모리로부터 충전 정보를 수신하며, 그리고 배터리 팩이 충전기에 전기적으로 연결될 때에 상기 수신한 정보에 따라서 재충전 프로세스를 시작한다.

미국 특허 US 6,960,968은 연결된 인덕터 또는 변압기 구성에서 적어도 두 개의 전기적으로-격리된 축-정렬된 나선-모습의 도체들을 이용하는 비접촉식 전력 전달을 위한 평면형 공진기를 개시한다. 신호 또는 전력 전달은 그러면 자속 (magnetic flux)의 커플링에 의해서 달성된다. 첫 번째 및 두 번째 도체들은 미리 정해진 자기-공진 주파수를 구비한다. 상기 공진기는 전기적인 에너지를 인터페이스 내에 그리고 미리 정해진 주파수들로 저장한다; 상기 첫 번째 도체 및 두 번째 도체의 배치 그리고 상기 인터페이스는 상기 인터페이스를 가로질러 상기 첫 번째 도체와 두 번째 도체 사이에서의 자속 및 전기적인 에너지 전달을 허용한다. 상기 공진기는 상기 공진기가 직물로 짜여질 수 있거나 또는 사람의 의복들에 부착될 때에 셀폰들 그리고 웨어러블 전자 기기들과 같은 기기들 내에서의 비접촉식 배터리 충전을 활용한다.

A. Karalis, J. D. Joannopoulos, M. Soljacic의 "Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer" 제목의 논문은 로컬에서 늦은-소멸장 (evanescent field) 패턴들을 구비한 긴-수명 공진 전자기 상태들의 물리적인 현상이, 외부적인 주위 물체들이 존재하는데도, 무시할 수 없는 거리들을 통해서 효율적으로 에너지를 전달하기 위해서 사용될 수 있는가의 여부 그리고 어느 한계까지 사용될 수 있는가를 조사한다.

본 출원인은 종래 기술의 해결책들을 고려했으며 그리고 전자기 파형들이 임의 방향으로 방사되며 (그래서 제한된 양의 에너지만이 수신될 수 있다) 그리고 그 방사 패턴은 전혀 균일하지 않다는 (그래서 수신될 수 있는 에너지가 포인트마다 변할 수 있다) 사실로 인해서 아주 비효율적이기 때문에 전자기 파형들에 의한 에너지 전달이 여전히 문제가 있다는 것을 실감했다

이런 문제점들을 극복하는 간단한 방법은 방사되는 전력을 증가시키는 것이지만, 이런 해결책은 (A) 주위 환경으로의 에너지 낭비, (B) 전자기적인 간섭들, (C) 노출된 생물들에 대한 건강의 위험들을 초래한다.

미국 특허 7,271,569에 따른 해결책은 확산 방사장 (radiative field)을 기반으로 하며, 특히 유도 현상이 사용되며, 그리고 에너지 전달에 있어서 적당한 정도의 효율을 달성하기 위해서 전송기와 수신기 사이에서의 아주 양호한 정렬을 필요로 한다; 추가로, 강자성-코어 (ferromagnetic-core) 코일의 특정 배치는 상기 수신기가 위치한 방향으로의 비-균일한 장 (field)과 감도 (sensitiveness)의 결과로 이끈다.

미국 특허 출원 US 2007/0279002 그리고 US 2008/0067874에 따른 해결책들은 확산 방사장을 기반으로 하며, 특히 유도 현상이 사용되며, 그리고 어느 정도의 균일한 장을 생성하기 위해서 복수의 "전류 운송 와이어들"을 이용하는 것을 제안한다; 어떤 경우에건, 에너지 수용기에 연결되지 않은 또는 약하게 연결된 "와이어들"로 인해서 에너지가 특히 낭비된다.

미국 특허 US 5,596,567에 따른 해결책에서, 무선 기술은 데이터 전달에만 사용되며 에너지 전달에는 사용되지 않는다.

미국 특허 US 6,960,968에 따른 해결책은 확산 방사장을 기반으로 하며 (자속 및 전기선속 둘 다의 커플링이 얻어질 것 같다) 그리고 에너지 전달에 있어서 적당한 정도의 효율을 달성하기 위해서 공진을 이용할 것을 제안한다.

Karalis에 의한 상기의 논문에 따른 해결책은 에너지 "중간-대역 (mid-range)"을 전달하기 위해서 확산 소멸 전자기 파형들을 이용한다; 에너지 전달에 있어서 적당한 정도의 효율을 달성하기 위해서, 전송기와 수신기 사이에 높은-레벨의 공진이 사용된다; 이 논문에 의해서 고려되는 배치는 서로 거리를 둔 두 개의 와이어 루프들로 간단하게 구성된다. 상기 전송기 (즉, 루프 중의 하나)는 다른 유형의 전자기 파형들 (그리고 연관된 에너지)을, 즉, 즉, 근접-장 방사성 전자기장 (electromagnetic field)에 관련된 파형들 그리고 원거리-장 방사성 전자기장에 관련된 파형들을 불가피하게 확산시킨다.

미국 특허 US 7,271,569 미국 특허 출원 US 2007/0279002 미국 특허 출원 US 2008/0067874 미국 특허 5,596,567 미국 특허 6,960,968

A. Karalis, J. D. Joannopoulos, M. Soljacic entitled "Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer"

본 발명의 주요한 목적은, "단거리-영역" 애플리케이션들을 위해서 특별히 채택된 종래 기술의 해결책보다 에너지 전달의 면에서 더욱 효율적인 전자기 에너지 수용 기기로 에너지를 무선으로 전달하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 첫 번째 추가의 목적은 전자기 간섭의 면에서 문제들을 일으키기 않는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 두 번째 추가의 목적은 전자기 방사로 인한 건강의 위험들의 면에서 문제들을 일으키지 않는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 세 번째 추가의 목적은 어떤 자유도를 가진 전자기 에너지 수용 기기의 배치를 허용하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 네 번째 추가의 목적은 안전한 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다섯 번째 추가의 목적은 간단하고 경제적인 구성을 가진 시스템을 제공하는 것이다.

본 출원인은 에너지 전달을 위해서 상기 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)을 이용하기로 결정했다; 이런 방식에서, 에너지는 상기 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)의 소스로부터 제한된 거리에서만 실제로 도달할 수 있을 것이다.

본 출원인은 전자기장의 소스, 예를 들면, 코일을 사용할 것을 착상했지만, 하우징, 예를 들면, 전기적으로 도체인 벽들을 구비한 하우징 내의 소멸 전자기장이 아닌 어떤 전자기장으로 한정하는 것은 아니다.

본 출원인은 방사된 전자기장의 공간적인 분포를 제어하려고 또한 착상했다; 이는 전자기적인 에너지 수용 기기가 그 위에 기대고 있는 표면 상에 위치한 하나 또는 그 이상의 적절한 개구들에 의해서 달성된다.

일반적으로, 상기 방사 기기는 하우징 그리고 인젝터를 포함한다; (예를 들면, 박스-모양의) 상기 하우징은 전기적으로 도체인 벽들에 의해서 내부 공간의 경계를 정한다; 전기적인 신호를 생성하는 오실레이터에 의해서 전력을 공급받는 상기 인젝터 (예를 들면, 코일)는 전자기 파형들을 이 공간으로 주입하도록 적응된다 (그리고 그 인젝터는 상기 공간 내부에 위치한 것이 보통이다); 상기 하우징의 벽은 (예를 들면, 모바일 전화기의 배터리 팩 내에 내장된) 전자기 에너지 수용 기기에 인접하여 위치하도록 적응되며 그리고 적어도 하나의 개구가 제공된다. 상기 전자기 파형들의 주파수가 상기 하우징의 컷오프 주파수보다 더 낮으면 그리고 상기 개구가 상기 전자기 파형들의 파장보다 더 작은 크기를 가지면, 소멸 전자기장이 상기 개구로부터 방사되고, 상기 수용 기기에 도달하며, 그리고 더 이상은 전파 (propagate)되지 않는다.

상기 전자기 에너지 수용 기기 위치에 특정 자유를 제공하기 위해서, 상기 하우징의 상기 벽에는 복수의 개구들이 제공될 수 있을 것이다; 바람직하게는, 이 개구들은 서로에게 인접하게 위치하고 그리고 육각형 모습을 가진다.

상기 개구 또는 개구들의 크기 그리고 (하나보다 많은 개구인 경우에) 상기 개구들의 개수와 위치를 적절하게 선택함으로써, 상기 방사된 소멸 전자기장의 공간적인 분포를 매우 정밀하게 제어하는 것이 가능하다.

높은 성능을 가지기 위해서, 상기 파형들 주파수는 상기 컷오프 주파수보다 적어도 10배 더 낮은 것이 유리하고 그리고 상기 개구 또는 개구들의 크기는 상기 파형 파장보다 적어도 10배 더 작은 것이 유리하다.

가능한 건강상의 위험들을 피하기 위해서, 상기 파장들 주파수는 100 KHz보다 더 작은 것이 유리하다; 실제로, 그런 낮은 주파수들에서는, SAR [Specific Absorption Rate] 측정은 요청되지 않는다. 추가로, 그렇게 낮은 주파수들에서, 주파수들 그리고 파장들과 관련하여 상기에서 언급된 조건들은 핸드-헬드 하우징 그리고 그 하우징 상의 임의 개구에 의해서 충족된다.

안전이 관련된 한, 상기 에너지 전달 시스템에게 상기 하우징의 방사 벽 상에 물체가 기대고 있는가의 여부를 탐지하기 위한 센서 그리고/또는 방사된 소멸 전자기장을 측정하기 위한 센서가 제공될 수 있을 것이다; 이런 방식에서, 적절한 기기가 상기 시스템과 연관되어야만 상기 에너지 방사가 발생하도록 상기 시스템이 배치될 수 있을 것이다.

추가로, 이상한 방사 상황들을 시그날링하기 위해서 알람 기기가 제공될 수 있을 것이다.

본 발명의 효과는 본 명세서에서 해당되는 부분들에서 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명은 첨부된 도면들과 결합하여 고려되는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 도파관, 그 크기 및 그 내부의 장들 (fields)을 보여준다.
도 2는 개구 (aperture)를 구비한 벽이 전자기 파형들이 조사될 때의 행동을 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 블록도를 보여준다.
도 4는 도 3의 방사 기기의 상세한 도면을 보여준다.
도 5는 도 3의 오실레이터의 상세한 개략 도면을 보여준다.
도 6은 도 3의 에너지 수용 기기의 아주 단순한 구현의 개략적인 도면을 보여준다.
도 7은 도 3의 제어 유닛의 블록도를 보여준다.
도 8은 도 3의 제어 유닛에 의해서 제공되는 기능성을 기술하는 흐름도를 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 시스템에서 사용될 수 있는 개구들의 가능한 세 가지 상이한 모습들을 보여준다.
다음의 설명 그리고 첨부된 도면들은 본 발명의 제한들로서가 아니라 단순하게 예시들로서만 해석되어야 한다는 것이 이해될 것이다.

맥스웰 방정식들은 전자기적인 현상을 연구하는데 있어서 기본인 4개의 미분 방정식들의 세트이다. 실제로, 그 식들은 전기장 그리고 자기장의 공간 및 시간 전개를 지배한다; 다른 말로 하면, 그 식들은 전기장, 자기장, 전기적인 전하, 전기적인 전류, 시간 및 공간 좌표들 사이에서의 관계들을 표현한다. 이 식들은 잘 알려져 있으며 그리고 다음과 같다.

전자기 파형들의 소스가 개방 공간에서 고려되면, 이 식들은 E (전기장) 그리고 B (자기장)를 위한, 3개의 구면 및 동심 공간 영역들을 식별하는 솔루션을 제공한다.

필드 유형	영역 이름	거리
비-방사성 필드/ 소멸장 (evanescent field)	민감 영역
근접 방사성 필드	프레넬 (Fresnel) 영역
원거리(far) 방사성 필드	프라운호퍼 영역

이 경우 D는 전자기 파형들을 방사하는 소스의 크기이며, λ는 전자기 파형들의 파장이며 (상기 소스는 동일한 파장을 가지는 전자기 파형들을 방사한다고 가정한다), 그리고 R은 상기 소스의 중심으로부터의 거리이다.

소멸 파형들 (evanescent waves)이 관련된 한은, 그 파형들의 에너지는 맥동하는 방식으로 방사된다; "소멸적인 (evanescent)"이라는 이 명칭은 이런 유형의 전자기장은 상기 소스로부터의 거리에 따라서 급격하게 감쇠한다 (그 감쇠는 지수적인 감쇠이다)는 사실에 기인한 것이다 .

상기 세 가지 유형의 장 (field)은 모든 세 가지 영역들에 존재한다고 강조될 것이다; 그러나, 특정 영역에서는 그것들 중의 하나만이 우세하다.

일반적으로, 소스에 의해서 생성되는 전자기장은 상기 소스의 특성들 그리고 상기 소스가 위치한 공간의 특성들에 의존하며, 그리고 상기에서 언급된 세 가지 유형의 장의 중첩으로 간주될 수 있을 것이다.

본 발명의 배후에 놓여있는 한 가지 개념은 에너지를 전달하기 위해서 "소멸장 (evanescent field)"을 이용한다는 아이디어이다.

본 발명에 관련된 두 번째 개념은, "소멸장"으로 인한 것과는 별개로 전체적인 전자기장으로의 어떤 영향을 차단하기 위해서, 전도성 하우징을 이용한다는 개념이다; 전자기 파형들은 소위 "인젝터 (injector)", 즉, 작은 안테나에 의해서 상기 전도성 하우징으로 주입된다.

본 발명과 관련된 세 번째 개념은 이 전도성 하우징을 "소멸장"의 소스로서 이용한다는 것이다; 이런 결과를 획득하기 위해서, 상기 전도성 하우징에는 적어도 하나의 개구 (aperture)가 제공된다.

상기 전도성 하우징은 실제로는 작동하는 도파관 (waveguide)이며, 그래서 어떤 파형 전파 (wave propagation)도 발생하지 않도록 한다.

도 1에서, 직사각형 단면 (x-y 평면 - a = 폭, b = 높이) 그리고 일정하지 않은 길이 (z 축)를 가진 도파관이 개략적으로 보인다. 그런 도파관에서, 소위 "컷오프 주파수 (cutoff frequency)" (그리고 대응하는 "컷오프 파장 (cutoff wavelength)" - 잘 알려진 것과 같이, 파장 (λ) 그리고 주파수 (f) 사이에서는

의 관계가 적용된다)가 존재하며, 그 컷오프 주파수 밑의 파형들은 전파 (propagate)하지 않는다. 각 모드 TEmn에 대한 "컷오프 파장 (cutoff wavelength)"은 다음의 수학식으로 주어진다.

이 경우, "m" 그리고 "n"은 전파 (propagation) 모드들의 인덱스들이다; 그러므로, 상기 "컷오프 파장"은 상기 도파관의 길이 (z 축)에 종속되지 않는다.

"TE10" 모드에 대해,

이며; 그러므로, 상기 "컷오프 파장"은 상기 도파관의 폭 "a" (x 축) 에만 종속한다.

헬름홀츠 방정식 (Helmholtz' equation)에 따르면,

과 동일한 파장을 가진 전자기 파형을 컷오프 파장

을 가진 도파관 (예를 들면, 상기에서 언급된 하우징)으로 주입함으로써, 상기 주입된 전자기 파형은 전파 (propagate)하지 않으며 ("고정된 장 (standing field)" 또는, 더 일반적으로, "의사-고정된 장 (quasi-standing field)"이 설립된다), 그리고 상기 인젝터 근방에서, 소멸의 (evanescent) 비-방사성 장 E(x)가 다음의 강도 (strength)를 가지고 생성된다.

이 경우, "

" 는 인젝터로부터의 거리이며, "

"는 파 수 (wave number)이며 그리고 "

" 는 소멸 (evanescent) 모드의 허수의 파 수 (wave number)이다.

상기에서 언급된 상황에서, 개구는 하우징(의 폭을 따라서 확장된) 벽 (wall) 상에, 예를 들면, 도 1에서의 상단 벽 상에 제공되며, 그리고 그 개구가 예를 들면 원형이며 그리고 "r"과 동일한 반경을 가지면, 상기 소멸장이 상기 개구로부터의 거리에 따라서 어떻게 감쇠하는 가를 예측하는 것이 가능하다. 이 가능성은 본 발명에서는 매우 유리한 것인데, 이는 본 발명에 따른 상기 시스템의 동작 범위를 조절할 수 있도록 하며, 그러므로 전자기적인 간섭들의 위험들, 건강상의 위험들 그리고 상기 시스템에 근접한 전자 기기들의 금속 부분들이 가열되는 것을 줄어들게 하기 때문이다.

도 2를 참조하면, λ_c ≪ λ 인 파장 λ를 구비한 전자기 파형이 도파관으로 주입되고 그리고 r ≪ λ인 반경 r을 가진 개구로 향한다면, 상기 개구로부터 방출되는 상기 소멸장 T(λ)는

에 따라서 상기 개구로부터의 거리에 따라 급격하게 감쇠한다.

일 실시예에 대한 일반적인 설명

도 3은 본 발명에 따른 시스템의 블록도를 보여준다.

예를 들면, 배터리 또는 레귤레이트된 전력 공급원에 의해서 (두 가지 모두 도시되지 않음) 전기적인 전력을 공급받아서 전기적인 신호, 바람직하게는 사인파 (sinusoidal)를 생성하는 오실레이터 (OR)가 존재한다.

소멸장을 방사하도록 구성된 방사 기기 (TCE)가 존재한다. 상기 기기 (TCE)는 전기적인 도체 물질로 만들어진 벽들에 의해서 폐쇄된 내부 공간의 경계를 정하는 하우징 (CS) 그리고 이 내부 공간으로 전자기적인 파형들을 주입하도록 구성된 인젝터 (LR)를 포함한다.

상기 오실레이터 (OR)의 출력은 유선의 전기적인 접속 (F)에 의해서 상기 인젝터 (LR)의 입력으로 연결된다.

도 3의 하우징 (CS)은 박스-형상이다; 그러나, 아주 다른 모습이 될 수 있을 것이다; 예를 들면, 그것은 마우스 패드와 같은 매트의 모습을 가질 수 있을 것이다. 그 하우징의 전기적으로 도체인 벽들은 예를 들면 금속의 단단한 벽들일 수 있고 또는 금속 층들로 덮여진 플라스틱의 단단한 벽들일 수 있다.

상기 인젝터 (LR)는 상기 하우징 (CS)의 상기 내부 공간의 내부에 위치한 코일인 것이 일반적이며, 상기 하우징 (CS)의 내부 공간으로 전자기 파형들을 주입하는 것에 추가하여, 상기 오실레이터 (OR)와 협응하여 사인파 전기 신호를 생성할 수 있다.

상기 하우징 (CS)의 상단 벽 (EE)은 상기 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)을 방사하는 복수의 인접 개구들을 포함한다. 개구들의 개수는 실시예들마다 달라질 수 있을 것이다; 최소의 개수는 하나이며 최대의 개수는 수 천 개에 달할 수도 있을 것이다. 도 3에서, 각 개구의 장들에 대응하는 로브 (lobe)들이 보여진다; 전체적인 소멸 전자기장은 단일 장들의 중첩으로써 주어지며 그리고 상기 상단 벽 (EE) 위에서 아주 균일하며 그리고 제한된 공간적인 범위를 가진다.

상기 개구들 사이의 거리는 물론이고 상기 개구들의 개수와 크기는 방사된 상기 소멸 전자기장의 균일성에 영향을 미친다. 바람직하게는, 개구들 사이의 거리는 일 밀리미터 또는 수 밀리미터까지 축소되며 그리고 상기 개구들은 약 1 cm (또는 수 cm)와 등가인 반경을 가진다. 개구들은 상기 표면에 걸쳐서 균등하게 간격을 두고 위치하는 것이 바람직하다.

상기 하우징 (CS)은 "컷오프 파장" (λc)로 연관되며, 그 컷오프 파장은 일반적으로는 하우징의 크기와 모습에 종속된다.

사인파 전기적 신호는 파장 λ에 대응하는 주파수 f 이며; 이 신호는 완전하지-않은 사인파일 수 있다; 이런 경우에, 상기 신호는 좁은 대역폭으로 연관되며 그리고 상기에서 언급된 주파수 f 는 상기 대역폭의 중심 주파수이다; 단일 주파수 또는 아주 좁은 대역폭을 사용하는 것은 그것이 간섭들의 위험성을 줄일 수 있기 때문에 유리하다. 본 발명은, 상기 오실레이터가 상이한 주파수들에서 복수의 사인파 전기 신호들을 생성한다는 것을 제외하지 않는다는 것에 주목한다; 이런 경우에, 상기에서 언급된 주파수 f 에 관한 모든 고려 사항들은 상기 오실레이터의 각 주파수에 대하서 반복될 것이다.

상기 개구 또는 개구들은 크기 r을 가진다; 다음에서 더 잘 설명될 것처럼, 상기 개구 또는 개구들은 상이한 모습들을 가질 수 있을 것이다; 상기 개구가 원이면 r은 그 원의 반지름이며, 상기 개구가 정사각형이거나 직사각형이면 r은 그 사각형의 대각선이며, 상기 개구가 육각형이면 r이 그 육각형을 포함하는 원의 반지름이고, 등등이다. 보통은, 복수의 개구들이 사용되면 (도 3 및 도 4에서와 같이), 개구들 각각은 동일한 형상 및 크기를 가진다; 어쨌든, 이것은 엄격하게 필요하지는 않다.

이런 양들 사이의 최소 관계들은 다음과 같다:

λ > λc 그리고 r < λ

그러나, 다음의 관계들을 유지하는 것이 바람직하다:

λ ≫ λc 그리고 ≪ λ

이 경우에, "≪" 는 10배 더 크다는 팩터에 대응한다; 이런 관계들로 인해서, 상기 벽 (EE)의 구개들로부터 소멸장 (evanescent field)이 방사된다.

도 3의 실시예에 따른 시스템은 제어 유닛 (CC)을 더 포함하며, 상기 제어 유닛은 유선 접속 (P)을 통해서 상기 기기 (TCE)에 전기적으로 연결되며 그리고 두 개의 유선 접속들 (I 와 C)을 통해서 오실레이터 (OR)에 전기적으로 연결된다; 이런 접속들의 의미는 나중에 설명될 것이다.

상기 방사된 일시적 전자기장은, 본 발명에 따른 시스템에 속하지 않은 전자기 에너지 수용 기기 (RCE)에 의해서 수신된다.

도 3의 실시예에서, 기기 (RCE)는 모바일 전자 기기 (DR), 특히 모바일 전화기의 배터리 팩 (BT)에 내장된다. 기기 (RCE) (그리고 또한 상기 배터리 팩 (BT) 그리고 상기 기기 (DR))는 상기 소멸장이 방사되는 상기 벽 (EE)에 인접하여 위치한다; 특히, 상기 기기 (DR)의 하우징은 상기 벽 (EE)에 기대어 있으며 그리고 기기 (RCE)는 기기 (TCE)에 매우 가까이에 위치한다.

도 3에서, 기기 (TCE) 그리고 기기 (RCE) 사이의 거리는 그래픽 표현의 간명함을 위해서 과장된 것이라는 것에 유의한다.

접속 (C)은 출력단에서 사인파 신호의 크기를 제어하기 위해서 유닛 (CC)로부터 오실레이터 (OR)로 전기 신호들을 송신하기 위해 사용된다; 특히 그리고 대부분의 간단한 경우에, 이 접속은 상기 오실레이터 (OR)의 "온 (on)" 그리고 "오프 (off)"를 스위칭하기 위해서 사용되며 그리고 이는 각각 "최대 진폭 (maximum amplitude)" 그리고 "제로 진폭 (zero amplitude)" (즉, 사인파 신호가 아님)에 대응한다.

접속 (P)은 벽 (EE)에 기댄 물체의 존재에 관련된 정보를 제공하기 위해서 기기 (TCE)로부터 유닛 (CC)로 전기 신호들을 송신하기 위해 사용된다. 이 정보는 예를 들면 상기 물체의 무게일 수 있으며 또는 단순하게 어떤 값을 넘는 무게를 가진 물체의 존재일 수 있다; 그런 탐지들은, 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 중량 센서들에 의해서 수행될 수 있을 것이다; 중량 센서들을 대체하여 또는 그 중량 센서들에 추가하여 광학 센서들이 사용될 수 있을 것이다.

접속 (I)은 상기 기기 (TCE)에 의해서 방사된 그리고 상기 기기 (RCE)에 의해서 수신된 상기 소멸장의 강도에 관련된 정보를 제공하기 위해서 오실레이터 (OR)로부터 유닛 (CC)으로 전기 신호들을 송신하기 위해 사용된다.

이 장 (field)의 강도 (strength)는 상기 오실레이터 (OR), 상기 인젝터 (LR) 그리고 상기 벽 (EE)만이 아니라 상기 벽 (EE)에 인접하게 위치한 물체에 (크게) 종속된다는 것에 유의해야 한다. 실제로, 상기 방사된 전자기 파형의 주파수에서 공진하지 않으면, 상기 물체는 높은 임피던스 부하 또는 중간 임피던스 부하처럼 행동할 것이며 그리고 그 강도는 상대적으로 낮을 것이다; 그것이 공진한다면 상기 물체는 낮은 임피던스 부하처럼 행동할 것이며 그리고 그 강도는 높을 것이다; 그것이, 예를 들면, 금속 조각이면 상기 물체는 단락된 (short-circuit) 것처럼 행동할 것이며 그리고 그 강도는 극도로 높을 것이다.

상기 장의 강도는, 오실레이터 (OR)에 의해서 인젝터 (LR)로 제공된 사인파 전기 신호의 진폭에 비례한다; 이번에, 상기 진폭은, 예를 들면, 상기 오실레이터 (OR)의 전력 소모에 비례할 수 있을 것이다.

상기 장의 강도에 관련된 정보는, 예를 들면, 어떤 종류의 물체들이 벽 (EE)에 기대어 있는가를 판별하기 위해서 유용할 수 있을 것이다. 실제로, 기기 (RCE)는 상기 방사된 소멸장과 동일한 주파수에서 공진하고, 그래서 상기 기기 (TCE)가 높은 장을 방사하게 하도록 설계되어야만 한다. 아무것도 상기 벽 (EE) 상에 기대고 있지 않으면, 상기 장의 강도는 낮을 것이다; 동물이나 또는 사람의 손이 그 벽 (EE)에 기대면, 상기 장의 강도는 중간일 것이다; 금속 조각이 상기 벽 (EE) 위에 기대고 있으면, 상기 장의 강도는 극도로 높을 것이다.

물체의 존재에 관련된 정보 (상기 접속 (P)에 의해서 운반된다) 그리고 그 정보의 성질 (접속 (I)에 의해서 운반된다)은 안전 특징들을 제공하기 위해서 유닛 (CC)에 의해서 사용될 수 있을 것이다; 실제로, 본 발명에 따른 상기 시스템이 생물에 방사하지 않고 (즉, 전자기적인 방출을 중단하고) 그리고/또는 상기 전자기적은 레벨에서 "단락(short-circuit)"이 발생할 때에 전자기적인 방사를 중단한다는 것에 이점이 있다.

일 실시예에 대한 상세한 설명

도 4는 도 3의 기기 (TCE)의 더욱 상세한 개략 도면을 보여준다.

상기 하우징 (CS)은 금속성이며 그리고 박스-형상이며 그리고 그 밑에는 몇몇의 중량 센서들 (SP)이 위치한다 (도 4에서는 그것들 중에서 단 두 개만이 보인다); 이것들은 접속 (P)에 전기적으로 연결된다.

상단 벽 (EE)은 가까이에 근접한 복수의 육각형 개구들을 구비한 금속성 물질의 매트릭스 (M), 그리고 상기 매트릭스 (M)의 바로 위에 있는 전기적 절연 물질의 절연 고체 벽을 포함한다; 이것은 상기 구개들로부터 작은 물체들 그리고/또는 작은 조각들이 상기 내부 공간으로 진입하는 것을 피하도록 하기 위해서 유용하다.

특정 실시예에 따라, 예를 들면, 95 KHz의 주파수에서 동작하여, 상기 하우징은 1 cm의 등가 반지름 그리고 인접한 개구들 (금속성의 또는 도금된 물질의 폭) 사이에 약 1mm의 거리를 가진 개구들을 구비한 20 x 25 cm 크기의 상단 벽을 가질 수 있을 것이다.

대안으로, 상기 하우징 (CS)은 센치미터의 수십 배의 크기 또는 예를 들어 테이블들이나 책상들과 같이 내장된 작업 표면들을 위해서는 심지어는 수 미터의 크기를 가질 수 있을 것이며, 그리고 상기 개구들의 크기는 상기 오실레이터 (OR)의 동작 주파수에 따라 그리고 특정 애플리케이션들 (전원을 공급받는/충전되는 물체의 크기들)에 따라서 1 mm부터 수 센치미터, 예를 들면, 3 cm 까지의 범위일 수 있으며, 개구들 사이의 거리는 0.5 mm부터 수 밀리미터, 예를 들면, 5 mm까지의 범위일 수 있다.

상기 인젝터 (LR)는 첫 번째 단자 (FA), 두 번째 단자 (FC) 그리고 중간 탭 (FB)을 구비한 평탄 코일을 포함한다; 이것들은 접속 (F)에 전기적으로 연결된다.

상기 인젝터 (LR)는 전기적으로 절연시키는 스페이서들 (DS)에 의해서 상기 하우징의 하단 벽으로부터 이격되어 있다. 이런 방식에서, 매우 제한된 에너지가 유도 현상을 통해서 상기 금속성의 하단 벽으로 전달된다.

도 5는 도 3의 오실레이터 (OR)의 개략적인 도면을 보여준다. 이 도면은 상기 오실레이터 (OR)에 연결된 유닛 (CC) (접속 (C) 그리고 접속 (I)) 그리고 상기 오실레이터 (OR)에 연결된 인젝터 (LR) (도 3의 접속 (F)에 대응하는 접속들 (FA, FB, FC))을 또한 보여준다.

도 5의 오실레이터는 로이어 (Royer) 오실레이터이다; 커패시터 (CR)는 (상기 하우징 (CS)의 공간 내부에 위치하는 인젝터인) 인덕터 (LR)와 병렬로 연결되어, 공진기 또는 공진 회로가 형성되도록 한다; 두 트랜지스터들 (M1, M2) (특히, MOSFET 트랜지스터들)은 대안으로 그리고 반복적으로 가까이에 있고 그리고 개방되어서 상기 공진기 내에서 흐르는 전류가 반복적으로 역전되도록 한다; 상기 공진기의 발진 주파수는 상기 커패시터 (CR)의 값 그리고 상기 인덕터 (LR)의 값에 의해서 결정된다 (즉,

). 상기 오실레이터는 입력 (AL)을 통해서 배터리 또는 레귤레이트된 전력 공급원 (둘 모두 다 도면에서는 보이지 않는다)의 어느 하나로부터 전기적 DC 전력을 수신한다. 필터 전해질 커패시터 (C1)는 입력 (AL)에 병렬로 연결되는 것이 유리하다. 인덕터 (LR)의 중간 탭 (FB)은 (상기 오실레이터에 속한) 인덕터 (LFC)를 통해서 유닛 (CC)의 출력 (C)으로 연결된다; 유닛 (CC)의 상기 출력 (C)이 접지되면 상기 오실레이터는 발진할 수 없으며, 유닛 (CC)의 출력 (C)이 전력 공급 전압 레벨에 있으면 상기 오실레이터는 발진할 수 있다. 유닛 (CC)의 입력 (I)은 상기 오실레이터에 전기적으로 전력을 공급하는 전력 공급 수단의 양극 단자에 연결된다.

도 5의 특정 실시예에 따르면, 동작 주파수는 95 KHz, 커패시터 (CR)는 330 nF, 인덕터 (LR)는 8,6 μH 그리고 상기 공진 회로의 Q는 매우 높은 것이 바람직하다. 그런 오실레이터는 또한 낮은 발진 주파수로 인해서 아주 안정적이며, 그래서 쿼츠 (quartz)를 사용할 필요가 전혀 없다.

도 6은 도 3의 기기 (RCE)의 매우 간단한 구현을 보여준다. 이는 두 개의 부분들로 나누어진다.

왼쪽 부분에서, 상기 전자기 파형들을 수신하고 그리고 그것들을 비-교류 전기 전류 (이것은 실제로는 맥동 전류 (pulsating current)이다)로 변환하기 위한 필수적인 부품들이 존재한다. 이는 병렬로 연결된 인덕터 (LRR) 및 커패시터 (CRR) 그리고 전류를 정류하기 위한 다이오드 (DSCH) (특히, 쇼트키 다이오드)로 구성된다; 발진 주파수는 인덕터 (LRR)의 값 그리고 커패시터 (CRR)의 값에 의해서 주어지며 (즉,

) 그리고 에너지 전달을 최대화하기 위해서 기기 (TCE)의 주파수와 기기 (RCE)의 주파수는 이상적으로는 동일해야만 한다. 단순한 다이오드 대신에, 이 첫 번째 부분의 출력에서 제공되는 전기적인 전력을 증가시키기 위해서 다이오드 브리지가 사용되는 것이 유리할 수 있을 것이다.

도 6의 특정 실시예에 따라서, 동작 주파수는 95 KHz, 커패시터 (CRR)는 180 nF, 인덕터 (LRR)는 15.76 μH 그리고 상기 공진 회로의 Q는 높은 것이 바람직하다. 상기 두 개의 공진 회로들의 동작 주파수들의 동일하지만, 상기 커패시터 (CRR)는 커패시터 (CR)보다 더 작고 그리고 상기 인덕터 (LRR)는 인덕터 (LR)보다 더 크다는 것에 유의한다; 이런 방식에서, 상기 수용 기기의 커패시터를 작은 휴대용 전자 기기로 통합시키는 것이 더 쉽다.

오른쪽 부분에서, 맥동 전류를 일정한 전압의 DC 전류로 변환하기 위한 필수적인 부품들이 존재한다; 상기 전자기 파형들을 수용하는 것으로 인해 전기 신호가 변할 것이기 때문에 상기 전압을 조절하는 것이 중요하다. 이는 병렬로 연결된 커패시터 (CRF) 및 다이오드 (DZ) (특히 제너 다이오드)로 구성된다. 이런 단순한 회로 대신에, 더욱 복잡하고 효율적인 회로들, 예를 들면, 벅 컨버터 (buck converter)가 사용될 수 있을 것이다.

도 7은 도 3의 유닛 (CC)의 블록도를 보여준다. 이 실시예에 따르면, 상기 중량 센서들이 어떤 실질적인 중량을 측정하지 않으면 (즉, 어떤 것도 상기 벽 (EE)에 기대고 있지 않다) 또는 (전력 공급원으로부터) 상기 오실레이터 (OR)로 흐르는 전류가 미리 정해진 하단 문턱값 (threshold)의 밑이면 유닛 (CC)은 상기 오실레이터 (OR)를 오프 (off)로 스위치한다 (즉, 상기 벽 (EE)에 기대고 있는 것이 공진하지 않으며, 그러므로 낮은 임피던스 부하처럼 행동하지 않으며, 그러므로 많은 전자기적인 에너지를 수신하지 않으며, 그래서 상기 오실레이터는 많은 전자기적인 에너지를 생성하지 않는다).

우선, 도 7의 상기 유닛 (CC)에 의해서 제공된 기능이 도 8의 흐름도를 참조하여 설명될 것이다.

시간적으로 특정 포인트에서, 유닛 (CC)의 모니터링 프로세스가 시작한다 (단계 S80). 접속 (P)을 통해서 중량 센서들로부터 오는 이 신호가 검사된다 (단계 S81); 중량이 탐지되지 않으면 (대답 "아니요"), 중량은 계속해서 모니터링된다; 그렇지 않으면 (대답 "예") 상기 오실레이터 (OR)는 스위치 온 된다 (단계 S82); 그 후에, 접속 (I)을 통해서 오실레이터 (OR)로부터 오는 신호가 체크된다 (단계 S83); 오실레이터 (OR)로 흐르는 전류가 충분하게 높으면 (대답 "예") 상기 오실레이트는 계속되며 그리고, 예를 들면, 배터리 팩을 충전하기 위한 에너지 전달이 공식적으로 시작된다 (단계 S84); 그렇지 않다면 (대답 "아니요"), 상기 오실레이터 (OR)는 스위치 오프 된다 (단계 S85); 그 이후에, 외부 물체가 상기 방사 표면 (EE) 상에 위치하기 때문에 N 초 동안 알람이 활성화된다 (단계 S86); 그 이후에, 리셋 버튼이 수동으로 눌려지고 (단계 S87) 그리고 상기 프로세스는 처음부터 다시 시작할 수 있을 것이다 (단계 S81).

도 7의 회로는, 접속 (P)에 의해 운반된 전압 정보 그리고 접속 (I)에 의해서 운반된 전류 정보에 관련하여 접속 (C) (기본적으로는 상기 오실레이터 (OR), 더 상세하게는 인덕터 (LFC)를 통한 코일 (LR)의 중간 탭)으로의/으로부터의 (상기 오실레이터 (OR)에는 내부인 전력 공급원의 양극 단자에 연결된) 접속 (I)로부터 수신한 전력 공급 전압에 접속하고/분리하도록 적응된다.

이 회로는 두 개의 포토트리악 (phototriac)들 (PT1 그리고 PT2)을 포함한다 (포토트리악은 4-단자 제어 스위치이다); 포토트리악 PT1은 접속 (P)로부터 수신한 전압 신호에 의해서 제어된다; 포토트리악 PT2는 OR 게이트 (OG)로부터의 전압 신호 출력 (OT2)에 의해서 제어된다; 포토트리악들 PT1 그리고 PT2의 메인 전도 경로들은 접속 (I)로 직렬로 연결된다. 접속 (P)에서의 전압이 낮으면 (상기 방사 벽 (EE) 상에 어떤 중량도 없다), 포토트리악 PT1이 개방되며, 그래서 전력 공급 전압이 코일 (LR)의 중간 탭에 도달할 수 없기 때문에 상기 오실레이터 (OR)는 발진할 수 없다.

포토트리악들 PT1 그리고 PT2 사이의 중간 탭은 프로그래머블 타이머 (TMP)의 입력 단자 (IT)에 연결된다; 타이머 (TMP)는 OR 게이트 (OG)의 입력들 중의 하나에 연결된 출력 단자 (OT)를 가진다. 양의 전압이 타이머 (TMP)의 입력에 제공되면, 미리 정해진 유지 시간 (예를 들면, 몇 초)의 양의 전압 펄스가 그것의 출력에서 생성된다. 이는, 전력 공급 전압이 도 7의 회로의 입력에 제공되자마자, 게이트 (OG)의 입력들 중의 하나가 하이 (high)로 가면 또한 포토트리악 PT2가 닫히고, 그러면 그 출력 역시 하이로 가며 그리고 결국은 포토트리악 PT2의 제어 입력을 구동한다는 것을 의미한다.

그러므로, 시작 부분에서, 상기 전력 공급 전압이 접속 (I)에 연결될 때에 그리고 중량이 있는 물제가 벽 (EE)에 기대면, 포토트리악들 PT1 그리고 PT2 둘 다는 닫히고 그리고 전력 공급 전압은 (기기 (VTD) 그리고 인덕터 (LFC)를 통해서) 코일 (LR)의 중간 탭에 도달할 수 있다

포토트리악들 PT1 그리고 PT2의 직렬 연결의 출력은 기기 (VTD)의 메인 입력 (IM)에 연결된다; 상기 기기 (VTD)는 접속 (C) 그리고 상태 출력 (OO)에 연결된 메인 출력 (OM)을 가진다; 그것의 메인 입력 (IM)은 내부 전류 탐지기 (예를 들면, 근본적으로 매우 낮은 값 감지 저항기)를 통해서 그것의 메인 출력 (OM)으로 연결된다; 상기 내부 전류 탐지기 그리고 그것에 연결된 내부 전압 문턱값 탐지기는 상태 출력 (OO)에서 전압 신호를 제공하며, 그 전압 신호는 탐지된 전류가 미리 정해진 값, 즉, 하단 문턱값을 초과하면 하이 (high)이고, 그리고 상기 탐지된 전류가 이 미리 정해진 값을 초과하지 않으면 로우 (low)이다.

이미 설명된 것처럼, 상기 전력 공급 수단에 의해서 상기 오실레이터 (OR)로 제공된 전류의 값은, 기기 (TCE)에 의해서 전송된 그리고 기기 (RCE)에 의해서 수신된 전자기장에 비례한다; 그러므로, 상기에서 언급된 비교는, 공진하는 물체가 벽 (EE)에 기대고 있는가의 여부를 판별하는 것을 허용한다.

상기 상태 출력 (OO)은 OR 게이트 (OG)의 다른 입력에 연결되고; 그러므로, 공진하는 물체가 벽 (EE)에 기대고 있을 때에, 포토트리악 PT2는 심지어는 타이머 (TMP)에 의해서 생성된 펄스가 끝난 이후에도 열린 채로 남아있으며 그리고 에너지는 기기 (TCE)로부터 기기 (RCE)로 전달된다.

기기 (VTD)의 두 개의 출력들 (OM 그리고 OO)은 NAND 게이트 (NG)의 두 개의 입력들에 연결된다; 게이트 (NG)의 출력은 접속 (A)을 통해서 알람 시그날링 기기 (LRM)로 연결된다; 시그날링은 광 (light) 그리고/또는 사운드 표시들을 통해서 발생할 수 있을 것이다. 다음의 상태들 두 가지 모두가 충족될 때에 알람이 활성화된다: (1) 중량이 있는 물체가 벽 (EE) 상에 기대어 있다 (즉, 메인 출력 (OM)이 하이이다), 그리고 (2) 방사되는 전자기장이 존재하지만 그러나 그것은 낮다 (즉, 상기 상태 출력 (OO)이 하이이다).

본 발명에 따른 시스템이 배터리 충전기로서 사용될 때에 도 7의 회로는 자동적인 "스위치-오프 (switch-off)" 기능을 또한 제공한다는 것에 유의해야만 한다. 실제로, 배터리가 기기 (RCE)에 의해서 완전하게 충전되면, 기기 (TCE)에 의해서 어떤 전력도 제공되지 않거나 또는 아주 작은 전력만이 제공되며, 그러므로 오실레이터 (OR)는 전류를 전혀 사용하지 않거나 또는 아주 작은 전류를 사용한다; 이런 상태가 발생할 때에, 기기 (VTD)의 상태 출력 (OO)은 로우 (low)가 되고 그리고 상기 오실레이터 (OR)는 스위치 오프 된다.

도 7의 회로에 추가적인 특징이 추가될 수 있다. 실제로, 기기 (VTD)가 입력인 흐르는 전류를 하단 문턱값만이 아니라 상단 문턱값과도 비교할 수 있다면, 상기 전자기장이 단락 (short-circuited)될 때 (예를 들면, 금속 물체가 벽 (EE) 상에 기대고 있다)의 상태에 또한 관련하여 알람 그리고 오실레이터 두 가지 모두는 활성화되고/비활성화될 수 있을 것이다; 이 상태는 예를 들면 오실레이터를 손상시킬 수 있을 것이며, 이는 극도로 높은 전류가 그것의 부품들을 통해서 흐를 것이기 때문이다.

이전에 언급된 것처럼, 상기 개구들은 상이한 모습들을 가질 수 있을 것이다; 도 9는 3가지의 가능한 모습들을 보여준다: 가깝게 인접한 복수의 사각형 개구들 MQ (도 9a), 가깝게 인접한 복수의 원 개구들 MC (도 9b), 가깝게 인접한 육각형 개구들 ME (도 9c).

모든 이런 가능한 것들 (그리고 많은 다른 것들)이 사용될 수 있더고 하더라도, 가장 유리한 솔루션은 육각형 개구들을 사용하는 것이다.

실제로, 원 개구들은 어떤 정도의 폐쇄된 영역을 남겨두며, 그래서 그 영역은 방사하지 않는다.

사각형 개구들과 육각형 개구들 사이의 차이는 두 개의 전도성 다각형들의 인접하는 면들 사이에서의 각도에 있다; 이 각도는 사각형 개구에 대해서는 90도 이지만, 육각형 개구에 대해서는 그 각도는 120도이다. 그 각도가 전자기장에 대한 손실들의 근원이라는 사실로 인해서, 상기 각도가 더 작을수록 그 손실들은 더 커진다.

실시예들에 대한 대안들

본 발명의 상기에서 설명된 실시예는 많은 상이한 방식들로 변경될 수 있을 것이다.

상기 하우징의 모습과 크기는 도 3 및 도 4의 것과는 아주 다를 수 있을 것이다.

상기 인젝터는 하나보다 많은 코일을 포함할 수 있을 것이다; 코일들의 세트인 경우에, 상기 시스템은 단일의 오실레이터 또는 오실레이터들의 대응 세트들을 포함할 수 있을 것이다.

상기 인젝터의 코일은 원형, 직사각형 또는 다른 모습을 가질 수 있을 것이며 그리고 2차원 또는 3차원으로 배치될 수 있을 것이다.

에너지를 방사하는 기기로부터 에너지를 수신하는 기기까지의 거리는 실시예에 따라서 1 mm부터 수 cm까지 변할 수 있을 것이다.

방사하는 표면의 크기에 따라서, 하나 또는 그 이상의 에너지 수용 기기들은 에너지를 방사하는 기기에 연관될 수 있을 것이다.

상기 오실레이터는 상이한 진폭들 (예를 들면, 둘 또는 셋 또는 넷 또는 더욱 상이한 값들)의 사인파 전기 신호들을 생성하도록 적응될 수 있을 것이다; 이런 경우에, 상기 제어 유닛은 상기 생성된 사인파 신호의 진폭을 결정하도록 적응될 수 있을 것이다.

상기 시스템은 온/오프 스위치 그리고/또는 웨이크/슬립 버튼 (이는 상기 시스템을 리셋하기 위해서 또한 사용될 수 있다)을 추가적으로 포함할 수 있을 것이다.

마지막으로, 본 발명에 따른 시스템에 의해서 생성된 매우 낮은 간섭들로 인해서, 전자 기기가 그런 시스템으로부터 에너지를 수신하면서도 그 전자 기기를 사용하는 것이 완전하게 가능하다는 것에 주목해야 한다; 예를 들면, 모바일 전화기를 충전하면서도 방사하는 기기 상에 그 전화기를 기대어 놓고서도 사용하는 것이 가능하다.

Claims (17)

1. - 복수의 하우징 벽들에 의해서 내부 공간을 한정하는 하우징 (CS)으로서, 상기 하우징의 적어도 하나의 벽 (EE)은 전자기 에너지 수용 디바이스 (RCE)에 인접하여 위치하도록 구성되는, 하우징;
   - 전기적인 신호를 생성하는 오실레이터; 및
   - 상기 오실레이터에 의해서 전력을 공급받으며, 상기 공간으로 전자기 파형들을 주입하도록 구성된 인젝터 (LR)를 포함하며,
   컷오프 주파수 (fc) 및 컷오프 파장 (λc)은 상기 하우징 (CS)에 연관되며,
   파형 주파수 (f) 및 파형 파장 (λ)은 상기 전자기 파형들에 연관되며,
   상기 벽들은 전기적으로 전도체인 벽들이며,
   상기 파형 주파수 (f)는 상기 컷오프 주파수 (fc)보다 더 낮으며, 그리고
   상기 벽 (EE)은 적어도 하나의 개구 (aperture) (M)를 포함하며,
   상기 적어도 하나의 개구 (M)는 상기 파형 파장 (λ)보다 작은 크기 (r)여서 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)이 상기 적어도 하나의 개구 (M)로부터 방사되도록 하는 것을 특징으로 하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 벽 (EE)은 서로에게 인접한 복수의 개구들 (M)을 포함하고,
   상기 개구들 (M)은 각각은 상기 파형 파장 (λ)보다 더 작은 크기 (r)를 가져서 소멸 전자기장이 상기 개구들 (M)로부터 방사되도록 하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 개구 또는 개구들 (M)의 형상은 육각형인, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 파형 주파수 (f)는 상기 컷오프 주파수 (fc)보다 적어도 10배 더 낮은, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 개구 또는 개구들 (M)의 크기 (r)는 상기 파형 파장 (λ)보다 적어도 10배 더 작은, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 파형 주파수 (f)는 100 KHz보다 더 작은, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
7. 제2항에 있어서,
   상기 개구들은 1 밀리미터와 3 밀리미터 사이의 크기이며 그리고 인접한 개구들 사이의 거리는 0.5 밀리미터 그리고 5 밀리미터 사이인, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
8. 제2항에 있어서,
   상기 개구들은 상기 벽 (EE)에 걸쳐서 균등하게 간격을 두고 위치한, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 인젝터는 상기 내부 공간의 내부에 위치한 적어도 하나의 코일 (LR)을 포함하고 그리고
   상기 시스템은 상기 적어도 하나의 코일 (LR)에 연결된 (F) 오실레이터 (OR)를 더 포함하여 그 코일에 전기적 에너지를 공급하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 코일 (LR)은 상기 하우징 벽들로부터 떨어져서 이격된 (DS), 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
11. 제9항에 있어서,
    어떤 물체가 상기 벽 (EE)에 기대어 있는가의 여부를 탐지하는 적어도 하나의 센서 (SP)를 더 포함하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탐지 센서 (SP)는 중량 센서인, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 오실레이터 (OR)에 그리고 상기 적어도 하나의 탐지 센서 (SP)에 연결되며, 그리고 상기 적어도 하나의 코일 (LR)로 제공되는 전기적인 에너지를 상기 적어도 하나의 탐지 센서 (SP)로부터 수신한 신호들에 관련하여 제어하도록 구성된 제어 유닛 (CC)을 더 포함하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
14. 제9항에 있어서,
    상기 방사된 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)을 측정하기 위한 센서 (VTD)를 더 포함하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 측정 센서 (VTD)는 자신의 전기적인 에너지 소비를 측정하기 위한 방식으로 상기 오실레이터 (OR)에 연결된 전류 센서인, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 오실레이터 (OR)에 그리고 상기 측정 센서 (VTD)에 연결되며, 그리고 상기 방사된 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)을 상기 측정 센서 (VTD)로부터 수신한 신호들에 관련하여 제어하도록 구성된 제어 유닛 (CC)을 더 포함하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
17. 제1항에 있어서,
    상기 방사된 소멸 전자기장 (evanescent electromagnetic field)이 미리 정해진 하단 문턱값 밑이고 그리고/또는 미리 정해진 상단 문턱값 위일 때에 신호하도록 구성된 알람 디바이스 (LRM)를 더 포함하는, 에너지를 무선으로 전달하는 시스템.
    
    

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