KR102013688B1

KR102013688B1 - 무선 전력 공급 시스템에서 통신을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102013688B1
Application number: KR1020147035468A
Authority: KR
Inventors: 조슈아 비 테일러; 맷튜 제이 노콘크; 콜린 제이 무어; 벤자민 씨 모에스; 메르다드 베이세흐; 데일 알 리프; 마크 에이 블라하; 제이슨 엘 아미스타디
Original assignee: 필립스 아이피 벤쳐스 비.브이.
Priority date: 2012-05-20
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2019-08-23
Also published as: CN103427499A; WO2013176751A1; CN103427499B; JP2015517794A; US20150194814A1; TWI580147B; TW201401707A; KR20150014504A; US10250083B2; JP6337308B2

Abstract

본 발명은 하나 이상의 원격 장치에 전력을 공급하고 그들과 통신하도록 구성된 무선 전원 장치에 관한 것이다. 본 발명의 시스템 및 방법은 일반적으로 전달되는 정보가 다른 장치의 정보와 확실하게 중첩하지 않도록 하여 데이터 충돌 및 정보의 비검출을 방지할 수 있는 통신 타이밍 시스템에 관한 것이다. 다중 장치 시스템에서 잠재적인 통신 문제를 해결하거나 회피하는 방식으로 정보가 통신됨에 따라, 무선 전원 장치는 무선 전력을 효과적으로 공급하도록 동작을 제어할 수 있다.

Description

무선 전력 공급 시스템에서 통신을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR COMMUNICATION IN WIRELESS POWER SUPPLY SYSTEMS}

본 발명은 무선 전력 공급 시스템에 관한 것으로, 특히 무선 전력 공급 시스템에서 통신을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

많은 통상의 무선 전력 공급 시스템은 유도성 전력 전달에 의존하여 무선으로 전력을 전달한다. 전형적인 유도성 전력 전달 시스템은 가변 전자기장 형태의 에너지를 무선으로 전달하는 프라이머리 코일(또는 송신기)을 이용하는 유도성 전원 장치 및 전자기장의 에너지를 전력으로 변환하는 세컨더리 코일(또는 수신기)을 이용하는 원격 장치를 포함한다. 잠재적인 이익을 인식하여, 어떤 개발자는 적응적 제어 시스템을 갖는 무선 전력 공급 시스템을 만드는데 초첨을 맞추어 왔다. 적응적 제어 시스템은 시간에 따라 동작 파라미터를 적응시켜 효율을 극대화하고 및/또는 원격 장치에 전달되는 전력의 양을 제어하는 능력을 무선 전원 장치에 제공할 수 있다.

통상의 적응적 제어 시스템은 공진 주파수, 동작 주파수, 레일(rail) 전압 또는 듀티 사이클과 같은 동작 파라미터를 가변시켜 적절한 양의 전력을 공급하고 다양한 동작 상태를 조정할 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(들)의 개수, 전자 장치(들)의 일반적인 전력 요건 및 전자 장치(들)의 순시 전력 필요성에 따라 무선 전원 장치의 동작 파라미터를 가변시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예로, 프라이머리 코일에 대한 전자 장치(들)의 거리, 위치 및 배향은 전력 전달의 효율에 영향을 미칠 수 있고, 동작 파라미터의 변화는 동작을 최적화하는데 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 무선 전원 장치의 범위 내에서 기생 금속(parasitic metal)의 존재는 성능에 영향을 미치거나 다른 원하지 않는 문제를 제기할 수 있다. 적응적인 제어 시스템은 동작 파라미터를 조정하거나 전원 장치를 셧 다운함으로써 기생 금속의 존재에 응답할 수 있다. 이들 예 외에, 당업자는 적응적인 제어 시스템의 사용으로부터 추가 이익을 인식할 것이다.

향상된 효율 및 다른 이익을 제공하기 위해, 원격 장치가 전원 장치와 통신하게 하는 통신 시스템을 통상의 무선 전력 공급 시스템이 포함하는 것은 드문 일이 아니다. 어떤 경우에, 통신 시스템은 원격 장치로부터 전원 장치로의 단방향 통신을 허용한다. 다른 경우에, 시스템은 통신이 양방향으로 흐르게 하는 양방향 통신을 허용한다. 예를 들면, 원격 장치는 무선 전력 전달을 시작하기 전에 그의 일반적인 전력 요건 및/또는 무선 전력 전달 동안 실시간 정보를 전달할 수 있다. 일반적인 전력 요건의 초기 전달은 무선 전원 장치가 그의 초기 동작 파라미터를 설정하게 할 수 있다. 무선 전력 전달 동안 정보의 전달은 동작 동안 무선 전원 장치가 그의 동작 파라미터를 조정하게 할 수 있다. 예를 들면, 원격 장치는 동작 동안 원격 장치가 무선 전원 장치로부터 수신하는 전력의 양을 나타내는 정보를 포함하는 통신을 송신할 수 있다. 이러한 정보는 무선 전원 장치가 그의 동작 파라미터를 조정하여 최적의 효율로 적절한 양의 전력을 공급하게 할 수 있다. 이러한 이익 및 다른 이익은 원격 장치와 무선 전원 장치 간의 통신 채널의 존재에 기인할 수 있다.

유도 장(inductive field)을 이용하여 전력을 전달하는 무선 전원 장치에서 통신을 제공하는 효율적이면서 효과적인 방법은 유도 장에 그 통신을 충첩하는 것이다. 이것은 별도의 무선 통신 링크를 부가하기 않고 통신을 가능하게 해준다. 유도 장에 통신을 임베딩하는 한 가지 흔한 방법은 "백스캐터(backscatter) 변조"로 불린다. 백스캐터 변조는 원격 장치의 임피던스가 반사 임피던스를 통해 전원 장치로 재전달되는 원리에 의존한다. 백스캐터 변조를 이용하여, 원격 장치의 임피던스를 선택적으로 가변시켜 반사 임피던스에 의해 전원 장치로 전달되는 데이터 스트림(예를 들어, 비트 스트림)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 임피던스는 세컨더리 회로에 부하 저항을 선택적으로 적용함으로써 변조될 수 있다. 전원 장치는 반사 임피던스에 의해 영향을 받는 탱크 회로 내에서의 전력의 특성을 모니터한다. 예를 들면, 전원 장치는 데이터 스트림을 표현하는 변동에 대한 탱크 회로 내의 전류를 모니터할 수 있다.

산업에서 다수의 원격 장치에 전력을 무선으로 공급하는 무선 전력 공급 시스템을 이용하게 됨에 따라, 전원 장치와 다수의 원격 장치 사이의 통신이 더 중요하게 되었다. 장치는 무선 전원 장치의 성능에 영향을 미치는 특정 전력의 필요성을 가질 수 있고, 그러한 필요성을 통신하고자 할 수 있다. 그러나, 다수의 원격 장치가 통신을 시도하면, 데이터 충돌 및 데이터 손실 가능성이 있다. 통신의 손실은 장치가 전력 요건을 전달하지 못하게 하고 아마도 너무 많거나 너무 적은 전력을 전달하여 잠재적으로 장치의 손상을 초래할 수 있다. 또한, 그러한 원격 장치 중 하나 이상이 무선 전원 장치로 정보를 전달할 수 없는 경우 너무 많거나 너무 적은 전력이 전달될 수 있다.

통상의 무선 전력 전달 시스템은 블루투스 또는 다른 RF 통신 시스템과 같은 별도의 통신 채널을 채용하여 다수의 장치와의 통신을 관리해 왔다. 그러나, 이러한 시스템은 원격 장치 및 무선 전원 장치에 비용 및 복잡성을 가중시킨다. 그리고, RF 통신 시스템의 장거리 능력은 무선 전원 장치 근처에 존재하지 않는 원격 장치와 통신할 수 있게 해준다. 예를 들면, 각각이 충전될 원격 장치와 연관된 두 개의 무선 전원 장치가 동일한 공간 내에 있고 RF 통신 시스템을 이용하는 경우, 전력 전달 동안 원격 장치에 통신 오류가 있을 수 있다.

본 발명은 하나 이상의 원격 장치에 전력을 공급하고 그들과 통신하도록 구성된 무선 전원 장치에 관한 것이다. 본 발명의 시스템 및 방법은 일반적으로 하나의 장치로부터 전달되는 정보가 다른 장치의 정보와 확실하게 중첩되지 않도록 하여 데이터 충돌 및 정보의 비검출을 방지할 수 있는 통신 타이밍 시스템에 관한 것이다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 원격 장치에 전력을 전달하는 무선 전원 장치는 무선 전력 송신기 및 통신 회로를 포함한다. 상기 무선 전력 송신기는 상기 적어도 하나의 원격 장치에 전력을 전달할 수 있고, 상기 무선 전원 장치와 상기 적어도 하나의 원격 장치 사이에 유도성 전력 링크를 형성하도록 구성될 수 있다. 상기 통신 회로는 상기 무선 전력 송신기에 결합될 수 있고, 상기 적어도 하나의 원격 장치로부터 상기 유도성 전력 링크를 통해 정보를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 원격 장치에 송신되는 상기 정보는 상기 통신 회로가 상기 적어도 하나의 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성되게 하는 타임 슬롯에 대한 타이밍 정보를 상기 적어도 하나의 원격 장치에 제공할 수 있다. 일례로, 상기 정보는 각 타임 슬롯의 할당 또는 개방 여부를 표시하는 각각의 상기 타임 슬롯에 대한 상태 정보를 포함할 수 있다. 상기 통신 회로는 그 타임 슬롯에서 원격 장치로부터 통신을 수신함에 따라 상기 타임 슬롯 중 하나의 상태를 변경할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 무선 전원 장치는 복수의 원격 장치에 전력을 전달하도록 구성될 수 있고, 상기 통신 회로는 각각의 상기 원격 장치를 상기 타임 슬롯 중 하나에 할당하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 무선 전원 장치는 타임 슬롯 동안 상기 원격 장치로부터 수신된 정보에 따라 전력 특성을 조정할 수 있다. 예를 들면, 상기 무선 전원 장치는 상기 원격 장치로부터의 전력 증가 또는 감소 요청에 따라 출력되는 전력을 증가 또는 감소할 수 있다.

일 실시예에서, 무선 전력 공급 시스템을 동작시켜 적어도 하나의 원격 장치에 전력을 전달하는 방법은 상기 원격 장치를 무선 전원 장치에 충분히 근접하게 배치하여 상기 무선 전원 장치와 상기 원격 장치 사이에 유도성 전력 링크를 형성하는 단계, 및 상기 무선 전원 장치를 동작시켜 상기 유도성 전력 링크를 통해 상기 원격 장치에 전력을 전달하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 무선 전원 장치로부터, 상기 유도성 전력 링크를 통해 상기 원격 장치에 통신 패킷을 송신하는 단계 - 상기 통신 패킷은 상기 무선 전원 장치가 상기 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성되게 하는 타임 슬롯에 대한 타이밍 정보를 가짐 - ; 및 상기 무선 전원 장치에서, 상기 원격 장치로부터 메시지를 수신하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 상기 원격 장치를 상기 원격 장치가 통신한 상기 타임 슬롯 중 하나와 연관시키는 단계, 및 상기 연관된 타임 슬롯의 상태를 개방으로부터 할당된 것으로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 타임 슬롯 중 다른 것에서 다른 원격 장치로부터 제2 메시지를 수신하는 단계, 및 상기 다른 원격 장치를 상기 다른 타임 슬롯과 연관시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 무선 전원 장치로부터 전력을 수신하는 원격 장치는 무선 전력 수신기, 통신 회로 및 부하를 포함한다. 상기 무선 전력 수신기는 상기 무선 전원 장치에 의해 생성되는 장(field)에 따라 전력을 생성할 수 있고, 상기 통신 회로는 상기 무선 전원 장치와 통신할 수 있다. 상기 부하는 상기 무선 전력 수신기에 결합될 수 있고, 상기 장에 따라 상기 무선 전력 수신기에서 생성된 전력을 수신할 수 있다. 상기 통신 회로는 상기 무선 전원 장치가 상기 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성되는 복수의 타임 슬롯에 관한 정보를 수신하도록 구성될 수 있고, 통신할 상기 복수의 타임 슬롯 중 하나를 선택하도록 구성될 수 있다. 상기 통신 회로는 또한 상기 선택된 타임 슬롯에서 메시지를 송신할 수 있다. 예를 들면, 상기 원격 장치는 또한 상기 무선 전원 장치가 상기 메시지를 송신하기 전에 상기 선택된 타임 슬롯의 시작을 표시할 때까지 대기할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 원격 장치는 상기 무선 전원 장치에 의해 상기 장을 통해 송신되는 전력의 양을 조정하기 위한 요청에 관한 정보를 포함하는 메시지를 송신할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 원격 장치는 상기 원격 장치가 상기 선택된 타임 슬롯에서 메시지를 송신함에도 불구하고 상기 선택된 타임 슬롯의 상태가 개방 상태와 변동 없음을 나타내는 정보를 상기 무선 전원 장치로부터 수신함에 따라 다른 타임 슬롯을 선택하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 원격 장치는 수신되는 전력의 감소, 상기 무선 전력 수신기의 임피던스의 재구성, 정류 회로의 재구성, 및 상기 원격 장치의 Q의 가변 중 적어도 하나에 의해 수신되는 전력을 조정하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 무선 전력 링크를 통해 하나 이상의 원격 장치의 통신 타이밍을 제어하게 하는 간단하면서 효율적인 통신 시스템을 제공한다. 이러한 방식으로, 본 시스템이 하나의 장치로부터의 통신이 다른 장치의 통신과 중첩하는 것을 회피하려고 시도하기 때문에 데이터 충돌 및 데이터 손실이 방지되거나 감소될 수 있다. 상기 무선 전원 장치와 하나 이상의 원격 장치 사이에서 안정적인 통신으로, 상기 무선 전원 장치는, 예를 들어, 각 원격 장치의 동작 파라미터에 따라 하나 이상의 원격 장치로의 전력 공급을 제어할 수 있다.

이러한 본 발명의 목적, 이점, 및 특징 및 다른 목적, 이점, 및 특징은 현재의 실시예 및 도면의 설명을 참조하면 좀 더 잘 이해되고 인식될 것이다.

본 발명의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 다음의 설명에서 기술되거나 도면에 예시되는 컴포넌트의 동작에 대한 세부 사항 또는 그 구성 및 배치에 대한 세부 사항으로 한정되지 않음이 이해될 것이다. 본 발명은 다양한 다른 실시예에서 구현되고 본 명세서에서 명백히 개시되지 않은 대안의 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 어구 및 용어는 설명 목적이며 한정적인 것으로 간주되지 않아야 함이 이해될 것이다. "포함하는" 및 "구비하는" 및 이들의 변형어는 이후에 열거되는 항목 및 이들의 등가물은 물론 추가 항목 및 이들의 등가물을 망라하는 것으로 의도된다. 또한, 다양한 실시예의 설명에서는 열거법이 사용될 수 있다. 별도로 명백히 언급되지 않는 한, 열거법의 사용은 본 발명을 컴포넌트의 어떤 특정한 순서 또는 개수로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 열거법의 사용은 열거된 단계 또는 컴포넌트와 결합되거나 그것들로 결합될 수 있는 모든 추가적인 단계 또는 컴포넌트를 본 발명의 범주로부터 배제하는 것으로 해석되지도 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전원 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전원 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전원 장치 및 결합과 관계없이 전력을 수신하도록 구성된 다수의 원격 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일반적인 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일반적인 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일반적인 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일반적인 시퀀스를 도시하는 타이밍도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일반적인 시퀀스를 도시하는 타이밍도이다.
도 9는 여러 상황에서 다중 변조 소자를 사용하도록 구성된 본 발명의 대안의 실시예에 따른 무선 전원 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 장치에 통신을 제공하는데 사용되는 송신 전력 신호의 위상을 반전한 대표적인 그래프이다.

A. 개요

본 발명은 하나 이상의 원격 장치에 전력을 공급하고 그들과 통신하도록 구성된 무선 전원 장치에 관한 것이다. 본 발명의 시스템 및 방법은 일반적으로 하나의 장치로부터 전달되는 정보가 다른 장치의 정보와 확실하게 중첩하지 않도록 하여 데이터 충돌 및 정보의 비검출을 방지할 수 있는 통신 타이밍 시스템에 관한 것이다. 다중 장치 시스템에서 잠재적인 통신 문제를 해결하거나 회피하는 방식으로 정보가 전달됨에 따라, 무선 전원 장치는 무선 전력을 효과적으로 공급하도록 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 무선 전원 장치가 무선 전력 전달 시스템의 동작에 관한 제어 신호, 이를테면 원격 장치를 식별하고, 무선 전원 장치의 제어 파라미터를 제공하거나 무선 전원 장치에 관한 정보(예를 들어, 전류, 전압, 온도, 배터리 상태, 충전 상태 및 원격 장치 상태)를 실시간으로 제공하는 신호를 수신하는 능력을 유지할 수 있다. 다른 예로, 본 발명은 무선 전원 장치가 무선 전력 전달 시스템에 무관한 데이터의 전송, 이를테면 캘린더(calendars) 및 해야할 일의 목록(to-do lists)의 동기 또는 파일(예를 들어, 몇 가지만 예를 들자면 오디오, 비디오, 이미지, 스프레드시트, 데이터베이스, 워드 프로세싱 및 응용 파일) 전송을 포함하여 원격 장치의 기능과 연관된 정보의 전송에 관한 통신을 수신하는 능력을 유지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전원 장치(10) 및 하나 이상의 원격 장치(12)가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 무선 전원 장치(10)는 일반적으로 적응적 제어 시스템(14), 통신 시스템(22) 및 무선 전력 송신기(30)를 포함한다. 통신 시스템(22)은 무선 전력 송신기(30)에 인가되는 전력을 변조하여 하나 이상의 원격 장치(12)와 통신하도록 구성된다. 통신 시스템(22)은 원격 장치(12)가 동시에 통신하려고 시도하는 것을 방지하기 위해 무선 전원 장치(10)에 재응답하는데 이용가능한 일련의 타임 슬롯을 표시할 수 있다. 제어 시스템(14)은 동작 특성을 조정하여 무엇보다도 전달 효율을 향상시키고 원격 장치(12)에 공급되는 전력의 양을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템(14)은 통신 시스템(22)으로부터 정보를 수신하고, 그 수신된 정보에 기초하여 동작 특성을 조정할 수 있다.

B. 시스템

이제 본 발명의 일 실시예가 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 도 1 내지 도 3의 무선 전원 장치(10)는 일반적으로 전원 장치(18), 신호 생성 회로(20), 무선 전력 송신기(16), 통신 시스템(22) 및 적응적 제어 시스템(14)을 포함한다. 현재의 실시예에서, 통신 시스템(22)에는 적응적 제어 시스템(14)이 통합되어 있지만, 대안의 실시예에서 이 둘은 별개의 회로 또는 컴포넌트로 구현될 수 있다. 현재의 실시예의 전원 장치(18)는 AC 입력(예를 들어, 벽(wall) 전원)을 무선 전력 송신기(16)를 구동하는데 적합한 적절한 DC 출력으로 변환하는 통상의 전원 장치일 수 있다. 대안으로, 전원 장치(18)는 무선 전력 송신기(16)에 전력을 공급하는데 적합한 DC 전력원일 수 있다. 본 실시예에서, 전원 장치(18)는 일반적으로 정류기(24) 및 DC-DC 변환기(26)를 포함한다. 정류기(24) 및 DC-DC 변환기(26)는 전력 공급 신호에 적합한 DC 전력을 제공한다. 전원 장치(18)는 대안으로 본질적으로 입력 전력을 신호 생성 회로(20)에 의해 사용되는 형태로 변환할 수 있는 어떤 회로라도 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 적응적 제어 시스템(14)은 레일 전압과 다른 동작 파라미터를 조정하도록 구성된다. 따라서, DC-DC 변환기(26)는 일정한 출력을 가질 수 있다. 적응적 제어 시스템(14)은 추가적으로 또한 대안으로 (아래에서 더 상세히 설명되는) 레일 전압 또는 스위칭 회로의 위상을 조정하는 능력을 가질 수 있다. 레일 전압을 가변시켜 동작 파라미터를 조정하는 것이 바람직한 대안의 실시예에서, DC-DC 변환기(26)는 가변 출력을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적응적 제어 시스템(14)은 적응적 제어 시스템(14)이 DC-DC 변환기(26)의 출력을 제어하게 하도록 (파선으로 나타낸) DC-DC 변환기(26)에 결합될 수 있다.

본 실시예에서, 신호 생성 회로(20)는 입력 신호를 생성하여 무선 전력 송신기(16)에 인가하도록 구성된 스위칭 회로를 포함한다. 스위칭 회로는 전원 장치(18)로부터의 DC 출력을 무선 전력 송신기(30)를 구동하기 위한 AC 출력으로 변환하는 인버터일 수 있다. 스위칭 회로(28)는 응용마다 다를 수 있다. 예를 들면, 스위칭은 하프 브리지 형태 또는 풀 브리지 형태로 배열된 복수의 스위치, 이를테면 MOSFETs를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 전력 송신기(16)는 직렬 공진 탱크 회로를 형성하도록 배열된 프라이머리 코일(32) 및 밸러스트(ballast) 커패시터(34)를 포함하는 탱크 회로(30) 및 재공진기(re-resonator) 코일(42) 및 재공진기 커패시터(41)를 갖는 재공진기 회로(40)를 포함한다. 본 발명은 재공진기 회로(40)와 함께 사용하는 것으로 한정되지 않고 대신에 재공진기 회로(40) 없이 탱크 회로(30)를 이용하여 전력을 무선으로 전달할 수 있다. 본 발명은 또한 직렬 공진 탱크 회로와 함께 사용하는 것으로 한정되지 않고 대신에 다른 형태의 공진 탱크 회로 및 심지어 정합 커패시턴스가 없는 간단한 인덕터와 같은 비공진 탱크 회로와도 함께 사용될 수 있다. 그리고, 예시된 실시예가 코일을 포함하지만, 무선 전원 장치(10)는 적절한 전자기장을 생성할 수 있는 대안의 인덕터 또는 송신기를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 재공진기 회로(40)와 함께 사용하는 것으로 한정되지 않고 재공진기 회로(40)를 포함하지 않을 수 있다. 그리고, 탱크 회로(30)는 재공진기 회로(40) 없이 전력을 송신할 수 있다.

본 실시예에서, 통신 시스템(22)은 (a) 무선 전력 송신기(16)로부터의 전력의 공급을 변조하여 정보를 통신하고 (b) 통신을 수신하기 위해 하나 이상의 원격 장치(12)로부터 전자기장을 통해 피드백된 변조를 무선 전력 송신기(16)에서 감지할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 통신 시스템(22)은 예시적이다. 본 발명은 본질적으로 유도성 전력 링크를 통해 통신을 수신할 수 있는 어떤 시스템 및 방법이라도 이용하여 구현될 수 있다. 적절한 통신 시스템 및 송수신기(다양한 대체 회로 포함) 및 다양한 대안의 통신 방법은 메튜 제이. 노르콩크 등(Matthew J. Norconk et al)에 의해 2011년 1월 24일 SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DATA COMMUNICATION OVER A WIRELESS POWER LINK라는 명칭으로 출원된 미국 출원 제13/012,000호; 메튜 제이. 노르콩크 등에 의해 2012년 2월 6일 SYSTEM AND METHOD OF PROVIDING COMMUNICATIONS IN A WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM이라는 명칭으로 출원된 미국 출원 제13/366,605호; 및 조수아 비. 테일러 등(Joshua B. Taylor et al)에 의해 2012년 3월 21일 SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVED CONTROL IN WIRELESS POWER SUPPLY SYSTEMS이라는 명칭으로 출원된 미국 출원 제13/425,841호에 기술되어 있으며, 그 모두는 그 전체가 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용된다.

통신 시스템(22)은 탱크 회로(30) 내의 하나 이상의 전력 특성, 이를테면 원격 장치(12)로부터의 반사 임피던스에 의해 영향을 받는 전류, 전압 및/또는 어떤 다른 특성을 나타내는 신호의 검출을 가능하게 하도록 탱크 회로(30)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 통신 시스템(22)은 탱크 회로 내의 전류의 크기에 해당하는 신호를 제공하도록 탱크 회로(30)에 결합된 전류 감지 변환기(미도시)를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 통신 시스템(22)은 센서에 의해 생성된 신호를 필터링하고, 처리하고, 유도성 전력 링크를 통해 전달되는 데이터를 나타내는 일련의 하이 및 로우 신호로 변환하는 회로를 포함할 수 있다.

통신 시스템(22)은 또한 무선 전력 송신기(16)에 공급되는 전력의 공급을 변조하여 하나 이상의 원격 장치(12)로 전달할 수 있다. 이러한 변조는 동작 주파수, 공진 주파수, 레일 전압, 듀티 사이클, 위상(예를 들어, 풀 브리지 형태의 경우), 위상 역 형태(예를 들어, 도 10에 예를 들어 도시됨), 또는 전력 신호가 추가 통신 신호를 위한 캐리어 파인 위상 편이 변조(phase-shifted keyed) 통신 형태의 변조를 포함하여 다양한 방법을 이용하여 달성될 수 있다.

앞에서 일반적으로 설명된 통신 시스템(22)은 매우 다양한 다른 실시예에서 구현될 수 있다. 예를 들면, 통신 시스템(22)은 그 실시예에서 구현된 변조/복조 형태에 따라 및/또는 전원 장치 회로의 세부 사항에 따라 실시예마다 다를 수 있다. 또한, 각 변조/복조 방식은 다양한 다른 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 일반적으로 말하면, 통신 시스템(22)은 반사 임피던스를 통해 전달되는 데이터에 의해 영향을 받는 전원 장치의 전력 특성의 함수로 데이터를 변조하고 및 무선 전력 송신기(16)로부터 공급된 전력의 특성에 영향을 주어 데이터를 변조하도록 구성된다.

적응적 제어 시스템(14)은 무엇보다도 스위칭 회로(28)를 동작시켜 원하는 전력 공급 신호를 무선 전력 송신기(16)로 발생하도록 구성된 부분을 포함한다. 적응적 제어 시스템(14)은 원격 장치(12)로부터 통신 시스템(22)을 통해 수신된 통신에 기초하여 스위칭 회로(28)를 제어할 수 있다. 본 실시예의 적응적 제어 시스템(14)은 스위칭 회로(28)의 타이밍 제어 및 통신 시스템(22)과 협력하여 통신 신호를 추출 및 해석하는 것과 같은 다양한 기능을 수행하는 제어 회로를 포함한다. 이러한 기능은 대안으로 별도의 제어기 또는 다른 전용 회로에 의해 다루어질 수 있다.

이제 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 장치(12)가 도 1 내지 도 3 및 도 9와 관련하여 더 상세히 설명될 것이다. 원격 장치(12)는 일반적으로 통상의 전자 장치, 이를테면 셀폰, 미디어 플레이어, 핸드헬드 무선장치(radio), 카메라, 플래시라이트 또는 본질적으로 어떤 다른 휴대용 전자 장치를 포함할 수 있다. 원격 장치(12)는 배터리, 커패시터 또는 슈퍼 커패시터와 같은 전기 에너지 저장 장치를 포함할 수 있거나, 전기 에너지 저장 장치 없이 동작할 수 있다. 원격 장치(12)의 원리 동작과 연관된(및 무선 전력 전달과 연관되지 않는) 컴포넌트는 일반적으로 통상적이므로 상세히 설명되지 않을 것이다. 대신에, 원격 장치(12)의 원리 동작과 연관된 컴포넌트는 일반적으로 원리 부하(50)로 불린다. 예를 들면, 셀폰의 문맥에서, 셀폰 그 자체와 연관된 전자 컴포넌트를 설명하려는 노력은 이루어지지 않는다.

본 실시예의 원격 장치(12)는 일반적으로 무선 수신기(70), 정류 회로(54), 세컨더리 통신 송수신기(56) 및 원리 부하(40)를 포함한다. 무선 수신기(70)는 세컨더리 코일(62) 및 세컨더리 탱크 커패시터(61)를 갖는 세컨더리 탱크 회로(60) 및 세컨더리 재공진기 코일(68) 및 세컨더리 재공진기 커패시터(67)를 갖는 세컨더리 재공진기 회로(66)를 포함할 수 있다. 도 1의 예시된 실시예에서, 세컨더리 재공진기 회로(66)는 정류 회로(54)와 전기적으로 분리되지만, 대안의 실시예, 이를테면 도 2 및 도 3의 예시된 실시예에서, 세컨더리 재공진기 회로(66)는 정류 회로 또는 원격 장치 내 다른 회로에 결합될 수 있다. 이러한 결합에 의해 원격 장치(12)는 재공진기 회로(66)의 Q에 영향을 미치고, 이것은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 무선으로 수신되는 전력의 양을 제어하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 세컨더리 재공진기 회로(66)와 함께 사용하는 것으로 한정되지 않고, 세컨더리 재공진기 회로(66)를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 세컨더리 재공진기 회로(66)를 이용하여 전력을 무선으로 수신하는 대신에, 본 발명은 세컨더리 재공진기 회로(66) 없이 세컨더리 탱크 회로(60)를 통해 전력을 수신할 수 있다.

본 발명은 또한 직렬 공진 탱크 회로와 함께 사용하는 것으로 한정되지 않고 대신에 다른 형태의 공진 탱크 회로 및 심지어 정합 커패시턴스가 없는 간단한 인덕터와 같은 비공진 탱크 회로와도 함께 사용될 수 있음에 주목해야 한다. 그리고, 예시된 실시예가 코일을 포함하지만, 원격 장치(12)는 장을 통해 전력을 수신하거나 무선 전원 장치(10)에 의해 생성되는 가변 전자기장에 따라 전력을 생성할 수 있는 대안의 인덕터 또는 수신기를 포함할 수 있다.

정류기 회로(54) 및 조정 회로(52)는 무선 전력 수신기(70)에서 생성되는 AC 전력을 부하(50)의 동작을 위한 전력으로 변환한다. 조정 회로(52)는, 예를 들어, DC 전력으로의 변환 및 그의 조정이 바람직한 실시예에서 DC-DC 변환기를 포함할 수 있다. 원격 장치(12)에서 AC 전력이 바람직한 응용에서, 정류기(54)는 필요하지 않을 수 있다.

본 실시예의 세컨더리 통신 송수신기(56)는 무선 전원 장치(10)와의 무선 전력 링크를 통해 정보를 변조 및 복조하도록 구성된 회로를 포함한다. 통신을 검출하기 위해, 세컨더리 통신 송수신기(56)는 피크 검출기, 평균 제곱근(RMS) 검출기, 주파수 검출기 및 위상 편이 키잉(PSK) 복조기 중 하나 이상을 이용할 수 있다.

무선 전원 장치(10)로의 정보 전달과 관련하여, 세컨더리 통신 송수신기(56)는 백스캐터 변조 방식을 이용하여 부하 전력 특성을 선택적으로 변조하여 전력 신호에 대한 데이터 통신을 생성할 수 있다. 예를 들면, 세컨더리 통신 송수신기(56)는 진폭 변조를 이용하여 통신 부하를 적용하여 전력 신호에 대한 데이터 통신을 생성하거나, 원격 장치(12)의 전체 부하 또는 품질 인자(Q 인자)를 제어할 수 있다. 동작에 있어서, 세컨더리 통신 송수신기(56)는 적절한 타이밍에 통신 부하를 무선 전력 수신기(70)에 선택적으로 결합하여 원하는 데이터 전송을 생성하도록 구성될 수 있다.

도 9의 예시된 실시예에서, 원격 장치(112)는 몇 가지를 제외하고 현재 실시예의 원격 장치(12)와 유사하다. 무선 전력 수신기(170)는 유도성 전력 링크를 통해 정보를 통신하도록 선택적으로 변조될 수 있는 통신 부하(163, 165)를 세컨더리 탱크 회로(160) 및 세컨더리 재공진기 회로(166)에 포함한다. 원격 장치(112)는 또한 정보를 통신하도록 선택적으로 변조될 수 있는 통신 부하(170)를 포함할 수 있다.

통신 부하(163, 165, 170)는 스위치(164, 167, 171)를 통해 원격 장치(12)의 전체 임피던스를 선택적으로 가변시킬 수 있는 저항기 또는 다른 회로 부품일 수 있다. 예를 들면, 저항기의 대안으로, 통신 부하(163, 165, 170)는 커패시터 또는 인덕터(미도시)일 수 있다. 예시된 실시예가 세 개의 통신 부하(163, 165, 170)를 도시하지만, 단일 또는 세 개보다 많거나 적은 통신 부하가 사용될 수 있다. 예를 들면, 시스템은 2010년 1월 5일 COMMUNICATION ACROSS AN INDUCTIVE LINK WITH DYNAMIC LOAD라는 명칭으로 출원된 미국 출원 제12/652,061호의 실시예에 따른 동적 부하 통신 시스템을 포함할 수 있으며, 이 출원은 그 전체가 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용된다. 통신 부하(163, 165, 170)가 전용 회로 부품(예를 들어, 전용 저항기, 인덕터 또는 커패시터)일 수 있지만, 통신 부하(163, 165, 170)는 전용 부품이 아니어도 된다. 예를 들면, 어떤 응용에서, 통신은 원리 부하(50) 또는 원리 노드(50)의 일부분을 토클링(toggling)함으로써 생성될 수 있다. 통신 부하(163, 165, 170)는 또한 본질적으로 원격 장치(12)의 원하는 임피던스 변화를 일으킬 수 있는 어떤 곳에라도 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 예시된 실시예의 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)는 유도성 전력 링크를 통해 통신하도록 구성된다. 본 실시예에서, 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)는 전력 공급 신호 위에 디지털 통신을 생성하도록 변조에 의해 통신한다. 예시된 실시예에서, 원격 장치(12)는 저항기를 회로에 맞추어 변조함으로써 그의 부하를 가변시킨다. 예시된 실시예가 통신 저항기를 이용하여 통신을 생성하지만, 원격 장치(12)는 대안으로, 예를 들어, 부하를 충분한 크기로 가변시켜 반사 임피던스를 통해 무선 전원 장치(10)로 재반사하는 통신 신호를 생성할 수 있는 통신 커패시터 또는 어떤 다른 내부 회로 부품을 적용함으로써 다른 방식으로 부하를 생성할 수 있다. 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)는 본질적으로 어떤 데이터 인코딩 방식이라도 이용하여 통신하도록 구성될 수 있다.

C. 동작 방법

본 발명의 방법은 통신 시스템(22)이 하나 이상의 원격 장치(12)와 통신하는 실시예의 문맥에서 주로 설명된다.

일반적으로 말하면, 무선 전원 장치(10)는 동기(sync) 신호를 이용하여 개방(open) 통신 타임 슬롯, 폐쇄(closed) 타임 슬롯, 및 다른 응용 정보를 포함하여 타이밍 정보를 제공한다. 원격 장치(12)는 이러한 정보를 이용하여 무선 전원 장치(10)와 언제 어떻게 다시 통신할지 판단할 수 있다. 이러한 방식으로, 원격 장치(12)는 동시에 통신하는 것을 방지하고, 잠재적인 데이터 충돌 및 데이터 손실을 방지할 수 있다. 예를 들면, 일단 동기 신호가 수신되면, 원격 장치(12)는 어느 타임 슬롯에서 통신할지 랜덤하게 선택할 수 있다. 원격 장치가 그의 타임 슬롯이 적절히 할당된 것으로 판단하면, 그것은 전력이 제거되거나 무선 전원 장치(10)가 타임 슬롯을 재할당할 때까지 그 타임 슬롯 동안 통신할 수 있다.

이제 무선 전원 장치(10)에서의 통신 및 전력 전달을 제어하는 방법의 일 실시예가 도 4의 프로세스(200) 및 도 7 및 도 8의 타이밍도를 참조하여 설명될 것이다. 본 프로세스는 주로 전력 인가 단계, 동기 패킷 전송 단계, 장치 청취(listening) 단계, 슬롯 할당 단계, 무선 전력 제어 단계, 장치가 존재하지 않는 경우 셧 오프 단계, 및 비표준 장치의 전력 제어 방법으로의 전환 단계를 포함한다. 이들 단계의 순서 및 범위는 무선 전력 공급 시스템의 응용 및 구성에 따라 다를 수 있으며, 설명된 방법의 일부 실시예는 생략되거나, 추가된 단계, 이들의 조합을 가질 수 있다.

통신 및 전력 전달을 제어하기 위해, 무선 전원 장치(10)는 통신이 없는 비교적 짧은 지속 시간 동안 무선 전력 송신기(16)에 전력을 인가한 다음, 그 자체에 대한 특성을 식별하는 동기 통신 패킷을 송신할 뿐 아니라, 개방되거나 할당된 타임 패킷의 개수를 청취할 수 있다(단계 202 및 204). 현재의 실시예에서 동기 통신 패킷은 에지, 또는 천이의 존재 유무가 패킷에서 논리값을 나타내는 2위상(bi-phase) 인코드된 패킷이다. 어떤 인코딩 방식이라도 변조를 이용하여 유도성 전력 링크를 통해 정보를 통신하는데 사용될 수 있으며, 본 발명은 2위상 인코딩으로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 그보다, 2위상 인코드된 통신 패킷은 본 명세서에서 개시 목적으로 기술된다.

동기 통신 패킷은 어떤 현재의 원격 장치(12)에 통신의 시작을 신호하고, 개방 및 할당된 타임 슬롯의 목록이 뒤따르는 동기 펄스(현재의 실시예에서 논리 1)를 포함할 수 있다. 동기 펄스 및 통신 타이밍은 주파수에 종속하여, 현재의 실시예에서 캐리어의 512 사이클을 지속할 수 있다. 일례로, 캐리어 주파수가 100kHz이면, 동기 펄스의 지속 시간은 대략 5ms이고, 캐리어 주파수가 200kHz이면, 동기 펄스의 지속 시간은 대략 2.5ms이다. 대안으로, 동기 펄스 및 통신 타이밍은 주파수에 종속하지 않는 기설정된 시간 길이일 수 있다. 현재의 실시예에서 통신이 유도성 전력 링크를 통해 변조되기 때문에, 캐리어 주파수는 무선 전원 장치(10)의 동작 주파수이다. 개방 및 할당된 타이밍 슬롯의 목록에 대한 타이밍은 동기 펄스와 유사하다.

현재의 실시예에서, 무선 전원 장치(10)는 원격 장치(12)가 통신하기 위해 네 개의 가용 슬롯을 갖는다. 대안의 실시예에서는 더 많거나 더 적은 슬롯이 있을 수 있지만, 개시 목적상 본 방법(200)은 네 개의 타임 슬롯과 관련하여 설명된다. 현재의 실시예에서 타임 슬롯들은 각각 지속 시간이 30ms이어서 원격 장치(12)가 3 바이트 패킷을 2kbps(22.5ms 통신 스트링)로 전송하기 위한 시간을 허용한다. 이러한 구성은 또한 무선 전원 장치(10)가 무선 전력 위원회(Wireless Power Consortium)의 Qi 표준과 같은 무선 프로토콜 표준에 순응하도록 (예를 들어, 비례 적분 미분(PID) 알고리즘을 이용하여) 전력 레벨을 주기적으로 조정하기 위한 시간을 허용할 수 있다. 타임 슬롯의 지속 시간 및 전력 제어 알고리즘은 각각 응용마다 바뀔 수 있다.

네 개의 타임 슬롯 각각마다, 무선 전원 장치(10)로부터 전송되는 동기 통신 패킷에서 비트 필드는 타임 슬롯의 개방 또는 할당 여부를 표시한다. 예를 들면, 타임 슬롯에 대한 비트 필드가 0이면, 그 타임 슬롯은 할당되었고, 비트 필드가 1이면, 그 비트 슬롯은 이용가능하다. 네 개의 타임 슬롯 및 동기 펄스를 이용하여, 본 실시예에서 동기 통신 패킷은 100kHz 캐리어파를 이용하면 지속 시간이 대략 25.6ms이다.

일단 무선 전원 장치(10)가 동기 펄스 및 타임 슬롯의 상태를 포함하여 동기 통신 패킷의 전송을 완료하였다면, 그것은 전력 신호를 일정한 레벨로 변조하여 각 타임 슬롯이 발생할 때 원격 장치(12)에게 확인할 수 있다(단계 206). 예를 들면, 도 7 및 도 8의 예시된 실시예에서 도시된 바와 같이, 유도성 전력 링크를 통한 변조는 슬롯 1의 시작을 위해 하이에서 로우로의 천이를 표시한 다음, 로우에서 하이로 천이하여 슬롯 1의 끝과 슬롯 2의 시작을 표시할 수 있다. 각 타임 슬롯이 발생하는 시간을 식별하는데 사용되는 변조 기술은 통신 패킷에 사용되는 것과 동일할 수 있거나, 다른 변조 기술일 수 있다. 예를 들면, 동기 통신 패킷은 주파수 변조를 이용하여 유도성 전력 링크를 통해 변조될 수 있는 반면에, 각 타임 슬롯의 식별은 진폭 변조를 이용하여 변조될 수 있으며, 이들 모두 원격 장치(12)는 디코드할 수 있다.

본 실시예에서, 하나 이상의 원격 장치(12)는 이들의 선택된 타임 슬롯 동안 송신기와 다시 통신할 수 있고, 무선 전원 장치(10)는 각 타임 슬롯 동안 통신을 청취할 수 있다.

타임 슬롯 동안 유효한 통신이 수신되지 않으면, 무선 전원 장치(10)는 다음 타임 슬롯으로 진행할 수 있다(단계 208, 212 및 206). 각 타임 슬롯이 통과한 후, 타임 슬롯 중 어떤 타임 슬롯 동안 통신이 수신되지 않으면, 무선 전원 장치(10)는 원격 장치(12)의 존재를 찾고 프로세스를 재시작하기 전의 시간 동안 턴 오프할 수 있다(단계 212, 214 및 218). 이러한 방식으로, 장치가 존재하지 않으면, 무선 전원 장치(10)는 무선 전력 송신기(16)로의 전력을 턴 오프하고 전력 소모를 줄이기 위해 소정 간격으로 작은 양의 전력을 인가할 수 있다.

대안으로, 무선 전원 장치(10)는, 예를 들어, 원격 장치(12)가 존재하지만 데이터 패킷 충돌이 이들과 무선 전원 장치(10)와의 통신을 막는 경우 전력 전달을 시작하려고 여러 번 시도할 수 있다. 무선 전원 장치(10)는 무효 데이터 패킷을 검출하도록 구성될 수 있고, 기설정된 수의 사이클 동안 전력 전달을 시작하려고 재시도할 수 있거나 유효하거나 무효한 통신 패킷이 검출되지 않을 때까지 전력 전달을 계속 시도하고 시작할 수 있다.

타임 슬롯 동안 통신이 수신되고, 그 통신이 비표준 패킷 정보이면, 무선 전원 장치(10)는 단일 비표준 원격 장치(12)의 제어 전력 방법으로 전환할 수 있다(단계 208 및 220). 그러나, 무선 전원 장치(10)가 비표준 원격 장치(12) 외에, 표준이거나 비표준인 더 많은 원격 장치(12)가 존재하는 것을 검출하면, 무선 전원 장치(10)는 셧 다운하고 사용자에게 경보할 수 있다(단계 222 및 224). 하나보다 많고, 그 중 하나가 비표준인 원격 장치의 존재시 셧 다운하면 무선 전력의 부정확한 공급으로 인한 데이터 충돌 및 가능한 손상을 방지할 수 있다.

타임 슬롯 동안 통신이 수신되고, 그 통신이 표준 패킷 정보이면, 무선 전원 장치는 그 정보를 이용하여 그 타임 슬롯을 원격 장치(12)에 할당할 수 있고 그로부터 통신 패킷이 송신된다(단계 208, 210 및 212). 무선 전원 장치(10)는 또한 어떤 유효한 통신이라도 저장하고 모든 타임 슬롯이 완료될 때까지 지속할 수 있다(단계 212).

일단 무선 전원 장치가 타임 슬롯의 할당을 완료하였다면, 그것은 원격 장치(12)에 대해 수집된 정보를 이용하여 전력을 조정하거나, 동일한 전력을 유지하거나, 원격 장치(12)가 존재하지 않는 경우 전력을 턴 오프할 수 있다(단계 214, 216 및 218). 원격 장치(12) 또는 원격 장치(12) 세트가 식별된 경우, 무선 전원 장치(10)는 전력이 어떻게 조정되어야 하는지, 또는 전력 유지가 필요한지를 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 판단은 하나 이상의 원격 장치(12)로부터 수신된 통신 패킷에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 원격 장치(12)로부터의 통신 패킷은 전력 유지 또는 전력 조정 요청에 관한 정보를 제공하는 제어 오류 패킷(CEP)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 원격 장치로부터의 통신 패킷은 CEP를 포함하지 않을 수 있음이 이해되어야 한다.

하나의 원격 장치(12)가 식별된 경우, 무선 전원 장치는 그 장치의 필요성에 따라 전력을 조정할 수 있다(단계 216). 무선 전원 장치(10)는 동작 주파수, 공진 주파수, 레일 전압, 듀티 사이클, 또는 (그것이 풀 브리지 구동 형태를 이용하는 경우) 스위칭 위상을 가변시킴으로써 전력을 조정할 수 있지만, 데이터 손상을 줄이거나 충돌을 방지하기 위해 통신하는 방법과 다른 전력 조정 방법론을 이용할 수 있다. 전력이 조정된 후, 무선 전원 장치(10)는 원격 장치(12)가 다시 통신한 타임 슬롯에 대한 정보뿐 아니라, 여전히 이용가능한 타임 슬롯에 대한 정보를 원격 장치(12)로 전달할 수 있다(단계 204). 구체적으로 말하면, 무선 전원 장치(10)는 원격 장치(12)가 통신한 타임 슬롯이 원격 장치(12)에 할당됨을 원격 장치(12)에게 표시할 수 있다. 이러한 표시는 다음 동기 통신 패킷에서 할당된 타임 슬롯과 연관된 비트 필드를 토글링함으로써 달성될 수 있다.

하나보다 많은 원격 장치(12)가 존재하는 경우, 무선 전원 장치(10)는 원격 장치(12)의 필요성을 충족하기 위해 전력이 조정되어야 하는지를 판단할 수 있다(단계 216). 예를 들면, 두 개의 원격 장치(12)가 존재하고, 두 장치(12)가 더 적은 전력을 필요로 하는 경우, 무선 전원 장치(10)는 인가되는 전력을 줄일 수 있다. 두 장치(12)가 적절한 전력 레벨에 있는 경우, 무선 전원 장치(12)는 제공되는 전력 레벨을 유지할 수 있다. 그리고, 어느 하나의 원격 장치(12)가 더 많은 전력을 요청하는 경우, 무선 전원 장치(10)는 두 장치가 확실하게 충분한 전력을 갖기 위해 인가된 전력을 증가시킬 수 있다. 전술한 원격 장치(12) 예와 유사한 방식으로, 전력이 조정된 후, 적절하다면, 무선 전원 장치(10)는 원격 장치(12)가 다시 통신한 타임 슬롯에 대한 정보뿐 아니라, 여전히 이용가능한 타임 슬롯에 대한 정보를 원격 장치(12)로 전달할 수 있다.

현재의 실시예에서 원격 장치(12)는 이들의 전력 필요성을 무선 전원 장치(10)로 전달할 수 있고, 무선 전원 장치(10)가 다른 원격 장치(12)에 추가 전력을 제공하는 경우에 필요한 것보다 더 많은 전력을 수용하도록 구성될 수 있다. 원격 장치(12)는 조정 회로(52)를 이용하여 수신되는 전압을 감소하고, 무선 전력 수신기(70)의 임피던스를 재구성하고, 정류기(54)를 재구성하고, 또는 무선 전원 장치(10)에게 전력 감소를 요구하지 않고 원하는 전압에 도달하기 위해 Q를 가변시키는 것을 포함하여 그것이 요구하는 것보다 더 많이 수신하는 경우 전력을 조정하도록 조정할 수 있다.

원격 장치(12)로부터 무선 전원 장치(10)로 전달하는 방법으로 가보면, 이제 프로세스(300, 400 및 500)가 도 5 및 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 이 프로세스는 주로 무선 전원 장치(10)의 형태를 판단하는 단계, 통신할 개방 슬롯을 찾는 단계, 무선 전원 장치(10)로부터의 확인 응답(acknowledgement)을 체크하는 단계, 다른 원격 장치(12)가 존재하는지 판단하는 단계, 무선 전원 장치(10)가 적절히 응답하는지 판단하는 단계, 및 무선 전원 장치(10)가 여전히 존재를 확실하게 확인 응답하도록 체크하는 단계를 포함한다. 이들 단계의 순서 및 범위는 무선 전력 공급 시스템의 응용 및 구성에 따라 다를 수 있고, 설명된 방법의 일부 실시예는 생략되거나, 추가된 단계, 또는 이들의 조합을 가질 수 있다.

무선 전원 장치(10)와 통신하기 위해, 원격 장치(12)는 먼저 무선 전력 수신기(70)를 통한 전력 수신을 대기한다(단계 302). 원격 장치(12)가 무선 전력 링크를 통해 변조된 정보 또는 동기 통신 패킷의 검출에 실패하고, 무선 전력이 여전히 공급되는 경우, 원격 장치(12)는 마치 무선 전원 장치(10)가 단방향 통신을 수신하는 것처럼 동작할 수 있다(단계 304, 322 및 324). 이러한 구성에서, 예를 들면, 원격 장치(12)는 데이터 충돌을 고려하지 않고 더 많거나 더 적은 전력 요청과 같은 정보를 통신할 수 있다.

원격 장치(12)가 무선 전력 링크를 통해 변조된 정보를 검출하는 경우, 그것은 동기 통신 패킷을 대기하거나 동기 통신 패킷을 요청할 수 있다(단계 306, 307 및 309). 원격 장치(12)는 일부 실시예에서 동기 통신 패킷을 요청(단계 309)하기보다, 대기(단계 307)하도록 구성될 수 있다. 원격 장치(12)가 동기 통신 패킷을 요청하도록 구성된 실시예에서, 원격 장치(12)는 본 명세서에서 설명된 방법을 이용하여 통신할 수 있는 무선 전원 장치(10)를 검출하는 경우 그러한 요청을 통신할 수 있다(단계 309). 일단 동기 통신 패킷이 검출되었다면, 원격 장치(12)는 그것이 통신할 수 있는 가용 타임 슬롯을 찾을 수 있다(단계 310). 슬롯이 이용가능하지 않는 경우, 원격 장치(12)는 슬롯이 이용가능하게 될 때까지 통신 채널을 계속 모니터할 수 있다(단계 310, 306). 그러나, 하나 이상의 슬롯이 이용가능한 경우, 원격 장치(12)는 통신할 하나를 랜덤하게 선택할 수 있다(단계 312). 랜덤한 선택은 각각이 유사하게 구성된 다수의 원격 장치(12)가 동시에 동일한 슬롯을 일관되게 선택하는 것을 방지하도록 수행될 수 있다.

무선 전원 장치(10)로부터의 그리고 도 7에 도시된 변조에 따라, 원격 장치는 통신 시퀀스에서 그의 선택된 슬롯이 시작하였다는 표시를 대기하고, 그런 다음 그 슬롯 동안 무선 전력 링크를 통해 변조를 이용하여 무선 전원 장치(10)로 통신을 전송한다. 한편으로는, 무선 전원 장치(10)로부터 수신된 다음 동기 통신 패킷이 선택된 슬롯의 비점유를 표시하면, 원격 장치(12)는 통신할 다른 슬롯을 선택하고 다시 다음 동기 통신 패킷에서 선택된 슬롯 상태의 변동을 찾을 수 있다(단계 312 및 314). 이들 단계는 원격 장치로부터 확인 응답이 수신될 때까지 무한적으로 반복될 수 있거나, 원격 장치(12)가 시도를 중단하기 전에 유한 횟수 반복할 수 있으며, 아마도 사용자에게 에러 표시를 제공한다. 다른 한편으로는, 무선 전원 장치(10)로부터 수신된 다음 동기 통신 패킷이 이제 선택된 슬롯의 점유를 표시하면, 원격 장치(12)는 무선 전원 장치(10)가 선택된 슬롯을 원격 장치(12)와 연관시켰다는 무선 전원 장치(10)로부터의 확인 응답으로 선택된 슬롯의 상태 변동을 이해할 수 있다(단계 312 및 314).

다음에, 원격 장치(12)는 동기 통신 패킷을 검토하여 그것이 전력을 무선으로 공급받는 유일한 장치인지 아니면 그 자신 외에 시스템 내에 더 많은 원격 장치(12)가 존재하는지 판단할 수 있다. 원격 장치(12)가 유일한 장치인 경우, 그것은 단일 장치 전력 제어 단계(500)에 따라 전력의 수신을 시작할 수 있다. 그러나, 원격 장치(12)가 전력을 수신하는 많은 원격 장치(12) 중 하나인 경우, 원격 장치(12)는 (아래에서 더 상세히 설명되는) 다중 장치 전력 제어 단계(400)에 따라 전력의 수신을 시작할 수 있다(단계 316).

다른 원격 장치가 전력을 수신하지 않는 것으로 식별되고, 원격 장치(12)에서 전력을 수신하는 단계(500)가 도 6의 예시된 실시예에서 더 상세히 도시되어 있다. 원격 장치(12)는 그의 할당된 타임 슬롯 동안 제어 오류 패킷(CEP)을 무선 전원 장치(12)로 전달할 수 있다(단계 350 및 352). 이 CEP는 원격 장치(12)가 전력을 얼마나 원하는지에 대한 정보를 포함할 수 있다. CEP 외에 정보도 전송될 수 있거나, CEP가 없는 정보가 전송될 수 있음이 이해되어야 한다. 원격 장치(12)가 그의 전력 변경 요청에 따라 전력 조정을 검출하는 경우, 원격 장치(12)는 무선 전원 장치(10)가 그의 요청을 수신 중이고 통신 확립이 유지되고 있는 것으로 추정하는, 다음 동기 통신 패킷을 대기할 수 있다(단계 354 및 360). 일단 다음 동기 동신 패킷이 수신되었다면, 원격 장치(12)는 할당된 슬롯의 개수에 따라 단일 장치 전력 제어에 따라 전력을 수신하는 단계(단계 350)를 반복할지, 다중 장치 전력 제어 단계(400)로 전환할지 판단을 내릴 수 있다. 원격 장치(12)가 자신에게 할당될 것으로 생각하는 타임 슬롯이 실제로 할당되지 않음을 다음 동기 통신 패킷이 표시하면, 원격 장치(12)는 전술한 단계(306)에서 시작하여 통신할 타임 슬롯의 할당을 시작할 수 있다(단계 316 및 306).

단계(354)에서, 원격 장치(12)가 반대 요청에도 불구하고 전력이 조정되지 않았음을 검출한 경우, 원격 장치(12)는 전달된 정보가 할당된 타임 슬롯에서 무선 전원 장치(10)에 의해 수신되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이러한 판단에 따라, 원격 장치(12)는 전술한 단계(306)에서 시작하여 통신할 타임 슬롯의 할당을 시작할 수 있다(단계 354 및 306).

추가 원격 장치(12)와 함께 원격 장치(12)에서 전력을 수신하는 단계(400)가 도 6의 예시된 실시예에서 더 상세히 도시되어 있다. 원격 장치(12)는 그의 할당된 타임 슬롯 동안 CEP를 무선 전원 장치(12)로 전달할 수 있다(단계 340 및 342). 전술한 바와 같이, 통신 패킷은 또한 CEP 외에 부가 정보를 포함할 수 있거나, CEP가 없는 정보를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 원격 장치(12)가 전력 감소 요청을 전달하는 경우, 원격 장치(12)는 본 명세서에서 설명된 단계(500)의 방법과 유사하게 다음 동기 통신 패킷을 대기할 수 있다(단계 344 및 360). 본 실시예에서 원격 장치(12)는 필요한 것보다 더 많은 전력을 수용하도록 구성될 수 있기 때문에, 원격 장치(12)는 전력 감소 요청에 따라 전력이 감소되지 않는 경우 추가 단계를 취하지 않을 수 있다. 대안의 실시예에서, 원격 장치(12)는 그러한 요청에 따라 전력이 감소하지 않는 경우에 통신할 타임 슬롯의 할당을 시작할지 여부를 판단할 수 있다. 원격 장치(12)가 전력 변경을 요청하지 않는 경우나, 무선 전원 장치(10)에 송신된 통신 패킷이 CEP를 포함하지 않는 경우, 원격 장치는 다음 동기 통신 패킷을 대기할 수 있다(단계 360).

현재의 실시예에서, 원격 장치(12)가 전력 증가 요청을 전달하지만, 요청된 대로 전력이 증가하지 않는 것으로 판단하는 경우, 원격 장치(12)는 전달된 정보가 할당된 타임 슬롯에서 무선 전원 장치에 의해 수신되지 않는 것으로 판단할 수 있다(단계 346 및 348). 이러한 판단에 따라, 원격 장치(12)는 전술한 단계(306)에서 시작하여 통신할 타임 슬롯의 할당을 시작할 수 있다(단계 348 및 306). 그러나, 원격 장치(12)가 그러한 증가 요청에 따라 전력의 증가를 검출하는 경우, 원격 장치(12)는 무선 전원 장치(10)가 그의 요청을 수신 중이고 통신 확립이 유지되고 있는 것으로 추정하는, 다음 동기 통신 패킷을 대기할 수 있다(단계 348 및 360). 일단 다음 동기 통신 패킷이 수신되었다면, 원격 장치(12)는 타임 슬롯의 상태에 따라 다중 장치 전력 제어에 따라 전력을 수신하는 단계(단계 340)를 반복할지 단일 장치 전력 제어 단계(500)로 전환할지 판단을 내릴 수 있다. 원격 장치(12)가 자신에게 할당될 것으로 생각하는 타임 슬롯이 실제로 할당되지 않음을 다음 동기 통신 패킷이 표시한 경우, 원격 장치(12)는 전술한 단계(306)에서 시작하여 통신할 타임 슬롯의 할당을 시작할 수 있다(단계 316 및 306).

D. 제2 실시예

본 발명의 제2 실시예에서, 무선 전원 장치 및 원격 장치의 시스템 및 방법은 몇 가지를 제외하고 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)에 대해 전술한 것들과 유사하다. 제2 실시예는 현재의 실시예와 유사한 시스템 및 방법을 이용할 수 있고, 동일한 무선 전원 장치(10)에 원격 장치들이 얼마나 배치되는지를 검출하고 검출된 장치의 개수에 따라 이들의 전력 제어 방법을 다양하게 하도록 구성된 원격 장치(12)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 원격 장치(12)가 타임 슬롯을 선택하면, 그것은 무선 전원 장치(10)로부터의 다음 동기 통신 패킷을 체크하여 선택된 타임 슬롯이 이제 무선 전원 장치(10)에 의해 점유된 것으로 확인 응답되는지를 판단한다. 그러나, 두 개의 원격 장치(12)가 동일한 타임 슬롯을 선택하였고, 무선 전원 장치(10)가 다른 것으로부터가 아니라 하나의 원격 장치(12)로부터 풀(full) 통신 패킷을 수신할 수 있는 경우, 풀 패킷을 전달할 수 없는 원격 장치(12)는 무선 전원 장치(10)가 그에 대한 정보를 수신할 수 있었다고 추정할 수 있다. 이것은 두 개의 원격 장치(12)가 동시에 무선 전원 장치(10)에 배치되지만, 제2 원격 장치(12)의 변조기가 데이터 손상을 일으키기에 충분한 전력 신호에 영향을 미치지 않도록 하나의 원격 장치(12)가 더 근접할 수 있거나, 그의 부하를 훨씬 더 높은 레벨에서 변조하는 변조기를 가질 수 있을 때 일어날 수 있다.

원격 장치(12)가 수신된 것으로 추정하는 통신 패킷을 무선 전원 장치(10)가 분실한 경우, 원격 장치(12)는 공급되는 전력이 충분한 동안 동작할 수 있지만; 그러나, 원격 장치(12)는 전력 증가 요청을 프라이머리로 전달하지 못할 수 있다. 무선 전원 장치(10)가 통신 패킷을 수신할 수 없었다고 원격 장치(12)가 판단할 수 있는 경우, 원격 장치(12)는 가용 타임 슬롯이 얼마나 남아 있는지를 알기 위해 체크하고, 이용가능하다면 통신할 잔여 타임 슬롯 중 하나를 선택할 수 있다.

무선 전원 장치(10)가 단지 하나의 할당된 타임 슬롯을 확인 응답하는 동기 통신 패킷을 송신함에 따라, 원격 장치(12)는 원격 장치(12)가 더 많은 전력이나 더 적은 전력을 요청하는 경우 무선 전원 장치(10)가 전력을 조정할 것으로 예상할 수 있다. 이러한 제2 실시예에서, 무선 전원 장치(10)가 요청시 전력을 조정하지 않는 경우, 원격 장치(12)는 동일한 타임 슬롯을 이용하여 무선 전원 장치(10)와 통신하는 다른 원격 장치(12)가 있을 수 있다는 것을 기대하고 타임 슬롯을 변경할 수 있다. 무선 전원 장치(10)가 (a) 새로운 타임 슬롯을 확인 응답하고, (b) 여전히 단지 하나의 원격 장치(12)만 있다는 것을 표시하고, (c) 여전히 전력을 조정하지 않는 경우, 원격 장치(12)는 턴 오프하고, 에러 메시지를 송신하고, 사용자에게 경고하고, 또는 이들의 어떤 조합을 하기로 결정할 수 있다.

무선 전원 장치(10)가 다수의 할당된 타임 슬롯을 확인 응답함에 따라, 원격 장치(12)는 무선 전원 장치(10)가 원격 장치(12)로부터의 요청에 따라 전력을 감소하지 않는 경우 그의 타임 슬롯을 유지할 수 있다. 그러나, 원격 장치(12)는 무선 전원 장치(10)가 원격 장치로부터의 요청에 따라 전력을 증가하지 않는 경우 새로운 타임 슬롯을 검색할 수 있다. 새로운 타임 슬롯이 발견되고 확인 응답 후에 무선 전원 장치가 응답하지 않는 경우, 원격 장치(12)는 턴 오프하고, 더 적은 전력의 요청을 지속하고, 에러 메시지를 송신하고, 사용자에게 경고하고, 그것이 부하에 공급하도록 구성된 최대 전력을 감소하고, 또는 이들의 어떤 조합을 수행할 수 있다.

대안의 실시예에서, 원격 장치(12)는 다수의 장치가 무선 전원 장치(10)에 의해 작동되는 것으로 판단함에 따라 더 적은 전력을 요청하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 원격 장치(12)는 여전히 그의 존재를 송신기로 전달할 수 있지만, 원격 장치(12)가 더 많은 전력을 요구할 때까지 전력에 대한 어떤 변동도 요청하지 않을 수 있다.

E. 제3 실시예

본 발명의 제3 실시예에서, 무선 전원 장치 및 원격 장치의 시스템 및 방법은 몇 가지를 제외하고 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)에 대해 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하다. 제3 실시예는 현재의 실시예와 유사한 시스템 및 방법을 이용할 수 있고, 원격 장치(12)가 그의 전력 소모를 줄일 것을 요청하도록 구성된 무선 전원 장치(10)를 더 포함할 수 있다. 무선 전원 장치(10)는 다음과 같은 소정의 기준, 즉 (a) 무선 전원 장치(10)에 이용가능한 최대 전력에 도달한 경우, (b) 무선 전원 장치(10)가 액티브 자기장 내에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 경우, (c) 다른 원격 장치(12)가 그 장 내의 전력을 줄이라는 긴급 요구를 요청하는 경우, 또는 (d) 무선 전원 장치(10)가 그 자체 내에서 초과 온도 상황을 검출하는 경우가 충족된 경우 원격 장치(12)가 그의 소모를 줄이라고 요청할 수 있다.

F. 제4 실시예

본 발명의 제4 실시예에서, 무선 전원 장치 및 원격 장치의 시스템 및 방법은 몇 가지를 제외하고 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)에 대해 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하다. 제4 실시예는 현재의 실시예와 유사한 시스템 및 방법을 이용할 수 있고, 구성에 따라 그의 변조 소자(들)의 임피던스를 가변시킬 수 있는 원격 장치(12)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 예를 들면, 원격 장치(12)가 높은 우선순위의 메시지를 송신하고자 하는 경우, 그것은 다른 원격 장치(12)의 변조기를 압도하기에 충분히 큰 변조를 유발하는 별도의 또는 추가 변조기를 이용할 수 있고, 그의 할당된 타임 슬롯을 대기하기보다, 어느 시점에서든 정보를 송신하기로 결정할 수 있다. 원격 장치(12)는 또한 다수의 원격 장치(12)가 작동될 수 있고 무선 전원 장치(10)가 원격 장치(12)에 의해 송신되는 통신 패킷을 수신할 수 없는 것으로 원격 장치(12)가 판단하는 경우 무선 전원 장치(10)가 동기 통신 패킷을 재송신하도록 요청할 수 있다. 대안의 실시예에서, 원격 장치(10)는 그것이 무선 전원 장치(10)에 막 배치된 경우나, 시스템 타이밍이 부정확한 것으로 판단하는 경우 새로운 동기 통신 패킷을 요청할 수 있다.

G. 제5 실시예

본 발명의 제5 실시예에서, 무선 전원 장치 및 원격 장치의 시스템 및 방법은 몇 가지를 제외하고 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)에 대해 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하다. 본 실시예에서, 비표준 장치(예를 들어, 전력을 수신 및 제어할 수 있지만 현재의 통신 실시예를 이용할 수 없는 원격 장치(12))가 검출되고 이것은 비표준 장치에 의해 지원되는 통신 프로토콜을 이용하여 작동된다.

무선 전원 장치(10)는 무선 전력을 수신하고 통신할 수 있지만, 무선 전원 장치(10)로부터 통신을 수신할 수 없는 원격 장치(12)를 검출하도록 구성될 수 있다. 무선 전원 장치(10)는 통신 동안 송신되는 이들의 식별 정보를 이용하여, 또는 할당된 타임 슬롯 동안 통신 패킷이 무선 전원 장치(10)에 의해 수신되지 않기 때문에 이들 원격 장치(12)를 검출할 수 있다. 이러한 상황에서, 무선 전원 장치(10)는 그의 동기 통신 패킷 및 슬롯 타이밍 정보의 송신을 중단할 수 있고, 단순히 존재하는 원격 장치(12)의 전력을 조정할 수 있다.

"비표준" 장치로 간주될 수 있는 원격 장치(12)는 본 명세서에서 설명되고 본 발명의 하나 이상의 방법을 이용하여 무선 전원 장치와 통신하도록 구성된 상이한 버전 또는 이전 버전의 원격 장치(12)일 수 있다. 예를 들면, 비표준 장치는 단지 근접 결합(close coupled) 상황 용으로만 구성될 수 있는 반면에, 무선 전원 장치(10)는 확장된 범위에서 하나 이상의 원격 장치(12)에 전력을 공급하는 재공진기(40)로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 공진 코일을 포함하는 어댑터가 비표준 원격 장치(12)에 추가되어, 무선 전원 장치(10)와의 통신을 다시 제공하면서 확장된 범위에서 전력을 수신가능하게 해 줄 수 있다. 그러나, 이러한 원격 장치(12)는 양방향 통신을 수신할 수 없고 적절한 시간에 그의 통신 패킷을 송신할 수 없어, 다수의 원격 장치(12)가 통신을 시도할 때 잠재적으로 데이터 손상을 초래할 수 있다.

이러한 구성에서, 무선 전원 장치(10)는 단지 하나의 비표준 원격 장치(12)만 지원할 수 있고, 제2 원격 장치(12)가 배치된 경우, 그것은 에러 메시지를 송신하고, 사용자에게 경보하고, 전력을 제거하고, 또는 이들의 어떤 조합을 수행한다. 대안의 실시예에서, 무선 전원 장치(10)가 하나 이상의 표준 원격 장치(12)에 전력을 공급하고 비표준 장치(12)가 무선 전력 송신기(16) 근처에 배치된 경우, 무선 전원 장치(10)는 다시 에러 메시지를 송신하고, 사용자에게 경보하고, 전력을 제거하고, 또는 이들의 어떤 조합을 수행할 수 있다.

H. 제6 실시예

본 발명의 제6 실시예에서, 무선 전원 장치 및 원격 장치의 시스템 및 방법은 몇 가지를 제외하고 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)에 대해 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하다. 제6 실시예는 제2 실시예와 유사한 시스템 및 방법을 이용할 수 있고, 동일한 무선 전원 장치(10)에 근접하게 원격 장치(12)가 얼마나 배치되는지를 검출하고 검출된 장치의 개수에 따라 이들의 전력 제어 방법을 다양하게 하도록 구성된 원격 장치(12)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 통신 방법은 원격 장치로부터의 다양한 중요성 메시지를 허용할 수 있다. 이것은 특히 원격 장치(12)가 소산하거나 그렇지 않고 허용 레벨로 조정할 수 있는 것을 초과하여 장 강도를 겪는 상황을 완화시키는데 도움을 줄 수 있다. 다음에, 원격 장치(12)는 그것이 더 많은 전력을 허용할 수 없음을 나타내는 우선순위가 더 높은 메시지를 송신할 수 있다. 그러면 무선 전원 장치(10)는 다른 원격 장치(12)가 더 많이 요청하더라도 전력 증가를 중단할 수 있다.

제어 에러 메시지에 대해 몇 가지 우선순위 단계가 있을 수 있다. 가장 높은 우선순위는 "과전압 위험" 또는 잠재적으로 회복 불능이어서 장치 손상을 초래하는 상태를 나타내는 다른 메시지와 연관될 수 있다. 두 번째 우선순위는 "부족 전압 위험" 또는 회복가능한 상태를 나타내는 다른 메시지와 연관될 수 있다. 이와 같은 두 번째 우선순위는 그것이 통신이든 전력이든 원격 장치가 그의 정상 능력 미만의 동작을 보이는 때는 언제나 포함할 수 있다. 세 번째 우선순위는 원격 장치(12)가 더 많은 전력을 요구함을 나타내는 전력 제어 메시지와 연관될 수 있다. 예를 들면, 원격 장치(12)는 그의 배터리가 거의 방전되고 전력이 급히 필요한 경우의 전력 필요성에 더 높은 우선순위를 부여할 수 있다. 원격 장치(12)가 그의 허용 동작 범위 내에 있을 때 송신되는 정상 메시지는 기준 우선순위일 수 있다. 이러한 메시지는 우선순위와 관계없이 동일한 타임 슬롯에서 그리고 동일한 변조기를 이용하여 송신될 수 있다. 메시지 우선순위는 데이터 패킷의 맨 앞에 표시될 수 있다.

I. 제7 실시예

본 발명의 제7 실시예에서, 무선 전원 장치 및 원격 장치의 시스템 및 방법은 몇 가지를 제외하고 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)에 대해 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하다. 동기 통신 패킷을 참조하면, 도 7에 예시된 바와 같이, 이러한 제7 실시예는 동기 통신 패킷을 이용하여 원격 장치(12)로부터 추가 정보를 요청하도록 구성된 무선 전원 장치(10)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 가용 타임 슬롯을 원격 장치(12)에게 표시하는 대신에, 동기 통신 패킷은 또한 원격 장치(12)가 인식할 수 있는 고유 식별자를 포함하도록 포맷화될 수 있다. 이러한 식별자는 각 원격 장치(12)가 제어 패킷 대신에 현재 전력을 얼마나 수신 중인지에 대한 정보 요청을 포함할 수 있다. 이러한 특징은 무선 전원 장치(10)가 전력을 조정하고 초과 전력이 금속체(metallic objects) 근처로 손실되고 있는지 판단하게 해 줄 수 있다. 이러한 고유 식별자는 또한 최대 요구 전력, 최소 요구 전력, 원격 장치 식별자 또는 이들의 조합과 같은 것들에 대한 원격 장치(12)로부터의 다른 정보 요청을 포함할 수 있다.

다시 도 7을 참조하면, 주 송신기 동기 패킷(TX Sync)은 송신기 주기 제어 레지스터에서 LSB의 토글링에 의해 "에지"가 표시되는 디지털 2상 데이터 인코딩을 이용할 수 있다. 예를 들면, 비트 시간은 (타이밍이 주파수에 종속하는) 캐리어의 512 사이클과 같을 수 있고, 제1 동기 비트는 항상 '1'이고, 마지막 4개의 동기 비트는 가용 타임 슬롯의 비트 필드를 나타낸다. 타임 슬롯 동기(Time Slot 1)는 송신기 주기 제어 레지스터의 LCB의 토글링에 의해 표시된 단일 주파수 변화를 이용한다. 또한, 도 7에 도시된 것으로, 타임 슬롯은 본 실시예에서 a) 2Kbps의 3바이트 패킷에 대해 22.5ms의 RX 송신 시간, b) 대략 30ms의 TX PID 윈도우, 및 c) 25.6ms으로 송신하는 100kHz의 5비트 TX Synx에 따라 약 30ms일 수 있다. 타임 슬롯은 다른 실시예에서 원하는 대로 30ms 이상 또는 그 미만일 수 있다.

J. 제8 실시예

본 발명의 제8 실시예에서, 무선 전원 장치 및 원격 장치의 시스템 및 방법은 몇 가지를 제외하고 무선 전원 장치(10) 및 원격 장치(12)에 대해 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하다. 제8 실시예는 현재의 실시예와 유사한 시스템 및 방법을 이용할 수 있고, 송신기로 전달되는 동작 범위, 또는 범위 상태 정보를 가질 수 있는 원격 장치(12)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 범위는 수신 전압일 수 있지만, 대안의 실시예에서, 그 범위는 또한 전압과의 조합을 포함하여 전력, 전류, 또는 자기장 강도, 또는 이들의 조합일 수 있다. 무선 전원 장치(10)의 제어와 관련하여, 제어 영역 내에서 각 원격 장치(12)의 한계를 이해하면 무선 전원 장치(10)가 무선 전력의 전달을 제어하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들면, 각 원격 장치(12)가 그의 한계를 무선 전원 장치(10)로 송신하는 경우, 무선 전원 장치(10)는 전력을 얼마나 공급할지에 대해 현명한 결정을 내릴 수 있다.

현명한 결정을 내린 무선 전원 장치(10)의 다른 예는 원격 장치가 그의 Q를 제한하는 상황을 포함한다. Q를 제한하는 것이 무선 전원 장치(10)와 관계없이 원격 장치(12)에서 관리될 수 있지만, Q를 제한하는 원격 장치(12)는 무선 전원 장치(12)로 전달될 수 있는 전압 동작 범위를 가질 수 있다. 동작 범위에 대한 통신은 한계 정보는 물론 원격 장치(12)의 현재 동작 파라미터에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이러한 통신은 한계 x%, 상한=y, 하한=z와 같은 정보를 포함할 수 있으며, 이들은 각 원격 장치(12)로부터 제어 메시지에 실어 송신될 수 있다. 이러한 정보는 무선 전원 장치(10)의 제어 범위 내에서 원격 장치(12)에 대해 무선 전원 장치(12)의 일대다(one to many) 전력 제어 기능을 가능하게 할 수 있다.

개시 목적상, 원격 장치(12)로부터 전달되는 파라미터는 범위 정보를 포함하지만, 본 발명은 이러한 정보에 한정되지 않는다. 통신 파라미터는 이물질 검출 임계치, 변수 및 상수, 전압 한계, 범위 전체에 걸친 기생 특성, 최적의 효율 모드, 용도 또는 시간에 따른 전력 요건(우선순위 전력), 최적의 대기 전력 모드, 및 협상(negotiated) 전력(허용 레벨 및 한계), 및 이들의 조합에 대한 정보를 포함할 수 있다.

다수의 원격 장치(12)가 무선 전원 장치(10)에 의해 작동되면, 무선 전원 장치(10)로 전달되는 범위는 더 많거나 더 적은 전력에 대한 소정의 요청에 대해 무선 전원 장치(10)가 어떻게 조정하는지를 판단할 수 있다. 예를 들면, 하나의 원격 장치(12)가 추가 전력을 요청하고 결과적인 조정이 두 원격 장치(12)가 이들의 전달된 범위 내에서 동작하도록 허용하는 것으로 무선 전원 장치(12)가 판단할 수 있는 경우, 무선 전원 장치(10)는 전력을 조정하여 두 원격 장치(12)의 전력 필요성을 충족시킬 수 있다. 그러나, 하나의 원격 장치(12)가 더 적은 전력을 이용하여 그 범위의 상단에서 이미 동작 중인 경우, 무선 전원 장치(10)는 더 많은 전력을 요구하는 다른 원격 장치(12)로부터의 요청을 무시할 수 있고, 그 다른 원격 장치(12)가 그의 허용 범위 내에서 동작 중인 것으로 추정한다.

일례로, 원격 장치(12)의 허용 범위에 근접하게 하기 위해, 무선 전원 장치(10)는 전달받은 범위를 고려할 수 있으며, 전력은 결과적인 범위에 근접하게 하기 위해 원격 장치(12), 원격 장치(12)의 코일의 크기, 각 원격 장치(12)가 무선 전원 장치(10)로부터 떨어진 거리, 및 각 원격 장치(12)의 형태에 의해 수신된다. 이러한 근사치는 원격 장치(12)에 의해 전달되는 범위가 그것이 수신하는 허용 전압의 범위일 수 있기 때문에 유용할 수 있다. 허용 범위를 계산하고 무선 전원 장치(10)의 무선 전력 송신기(16)의 허용 범위를 고려하면 시스템의 정밀 제어에 도움을 줄 수 있다.

전술한 설명은 본 발명의 현재의 실시예에 대한 것이다. 본 발명의 정신 및 폭넓은 양태로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다. 본 개시 내용은 예시 목적으로 제시되며 본 발명의 모든 실시예의 완전한 설명으로 또는 모든 청구항의 범위를 이러한 실시예와 관련하여 예시되거나 설명된 특정한 구성 요소들로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 제한 없이, 설명된 본 발명의 모든 개별 구성 요소(들)는 실질적으로 유사한 기능을 제공하거나 그렇지 않고 적절한 동작을 제공하는 대안의 구성 요소들로 대체될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 당업자에게 현재 알려져 있을 수 있는 것들과 같은 현재 알려진 대안의 실시예, 및 개발시 당업자가 대안으로 인식할 수 있는 것들과 같은 앞으로 개발될 수 있는 대안의 구성 요소들을 포함한다. 또한, 개시된 실시예는 협력하여 설명되고 이익 집합을 협력하여 제공할 수 있는 복수의 특징을 포함한다. 본 발명은 그렇지 않고 등록된 청구항들에 명백히 기술된 범위를 제외하고, 이들 특징을 모두 포함하거나 언급된 이익을 모두 제공하는 그러한 실시예들로만 한정되는 것은 아니다.

Claims

적어도 하나의 원격 장치에 전력을 전달하기 위한 무선 전원 장치로서,
적어도 하나의 원격 장치에 전력을 전달하기 위한 무선 전력 송신기 - 상기 무선 전력 송신기는 상기 무선 전원 장치와 적어도 하나의 원격 장치 사이에 유도성 전력 링크를 형성하도록 구성됨 - ;
상기 무선 전력 송신기에 결합된 통신 회로 - 상기 통신 회로는 적어도 하나의 원격 장치로부터 상기 유도성 전력 링크를 통해 정보를 송신 및 수신하도록 구성되고, 적어도 하나의 원격 장치에 송신된 상기 정보는 상기 통신 회로가 적어도 하나의 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성되는 복수의 타임 슬롯에 대한 타이밍 정보를 적어도 하나의 원격 장치에 제공하고, 원격 장치는 통신할 상기 복수의 타임 슬롯 중 하나를 선택하도록 구성된 통신 회로를 포함하고, 원격 장치는 선택된 타임 슬롯에서 메시지를 송신하도록 구성되고, 통신 회로는 선택된 타임 슬롯이 통신에 이용가능하다는 송신된 정보에서의 표시에 따라 상기 타임 슬롯을 선택하도록 구성됨 - ;
를 포함하는 무선 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 무선 전원 장치는 복수의 원격 장치에 전력을 전달하도록 구성되고, 상기 통신 회로는 각각의 원격 장치를 상기 타임 슬롯 중 하나에 할당하도록 구성된 무선 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 정보는 각각이 상기 타임 슬롯 중 하나의 상태를 표시하는 복수의 비트 필드를 포함하고, 상기 상태는 각각의 상기 타임 슬롯의 할당 또는 개방 여부를 식별하는 무선 전원 장치.
제3항에 있어서, 통신 회로는 상기 타임 슬롯 중 하나에서 적어도 하나의 원격 장치로부터 통신을 수신함에 따라 상기 타임 슬롯 중 하나의 상태를 변경하도록 구성된 무선 전원 장치.
제3항에 있어서, 상기 정보는 상기 복수의 비트 필드를 예상하라고 적어도 하나의 원격 장치에게 경보하는 동기 펄스를 포함하는 무선 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 통신 회로는 적어도 하나의 원격 장치에 할당된 타임 슬롯에서 수신된 메시지에 따라 제1 전력 특성을 조정하도록 구성된 무선 전원 장치.
제6항에 있어서, 상기 통신 회로는 제2 전력 특성을 가변시켜 상기 유도성 전력 링크를 통해 정보를 변조하도록 구성된 무선 전원 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전력 특성은 동작 주파수, 공진 주파수, 레일 전압, 듀티 사이클, 및 위상 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 전력 특성은 상기 제1 전력 특성과 다른 무선 전원 장치.
무선 전력 공급 시스템을 동작시켜 적어도 하나의 원격 장치에 전력을 전달하는 방법으로서,
원격 장치를 무선 전원 장치에 충분히 근접하게 배치하여 무선 전원 장치와 원격 장치 사이에 유도성 전력 링크를 형성하는 단계;
무선 전원 장치를 동작시켜 유도성 전력 링크를 통해 원격 장치에 전력을 전달하는 단계;
무선 전원 장치로부터 유도성 전력 링크를 통해 원격 장치에 통신 패킷을 송신하는 단계 - 통신 패킷은 무선 전원 장치가 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성되는 복수의 타임 슬롯에 대한 타이밍 정보를 가짐 - ;
원격 장치에서, 선택된 타임 슬롯이 통신에 이용가능하다는 송신된 통신 패킷에서의 표시에 따라 통신할 복수의 타임 슬롯 중 하나를 선택하는 단계;
원격 장치로부터, 선택된 타임 슬롯에서 메시지를 무선 전원 장치에 송신하는 단계; 및
무선 전원 장치에서 원격 장치로부터 메시지를 수신하는 단계
를 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 수신하는 단계는 타임 슬롯 중 하나에서 원격 장치로부터 메시지를 수신하는 것을 포함하고, 원격 장치를 타임 슬롯 중 하나와 연관시키는 단계를 더 포함하는 방법.
무선 전력 공급 시스템을 동작시켜 적어도 하나의 원격 장치에 전력을 전달하는 방법으로서,
원격 장치를 무선 전원 장치에 충분히 근접하게 배치하여 무선 전원 장치와 원격 장치 사이에 유도성 전력 링크를 형성하는 단계;
무선 전원 장치를 동작시켜 유도성 전력 링크를 통해 원격 장치에 전력을 전달하는 단계;
무선 전원 장치로부터 유도성 전력 링크를 통해 원격 장치에 통신 패킷을 송신하는 단계 - 통신 패킷은 무선 전원 장치가 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성되는 복수의 타임 슬롯에 대한 타이밍 정보를 가짐 - ;
무선 전원 장치에서 원격 장치로부터 메시지를 수신하는 단계 - 상기 수신하는 단계는 타임 슬롯 중 하나에서 원격 장치로부터 메시지를 수신하는 것을 포함하고, 원격 장치를 타임 슬롯 중 하나와 연관시키는 단계를 더 포함함 -;
각각의 타임 슬롯과 상태를 연관시키는 단계 - 상태는 각각의 타임 슬롯의 할당 또는 개방 여부를 나타냄 - ;
원격 장치를 타임 슬롯 중 하나와 연관시킴에 따라, 타임 슬롯 중 하나의 상태를 개방에서 할당된 것으로 변경하는 단계; 및
통신 패킷을 재송신하는 단계 - 통신 패킷은 각각의 타임 슬롯의 상태에 대한 정보를 포함함 -
를 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 무선 전원 장치에서, 타임 슬롯 중 다른 타임 슬롯에서 다른 원격 장치로부터 제2 메시지를 수신하는 단계; 및 다른 원격 장치를 타임 슬롯 중 다른 타임 슬롯과 연관시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 원격 장치로부터 수신된 메시지에 따라 원격 장치에 전달된 전력 특성을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 전력 특성은 동작 주파수, 공진 주파수, 레일 전압, 듀티 사이클, 및 위상 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 비표준 패킷 정보인 원격 장치로부터의 메시지에 따라 단일 전력 제어 모드를 구성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 전력을 주기적으로 공급하고 적어도 하나의 원격 장치가 무선 전원 장치의 결합 영역에서 벗어난 것으로 판단함에 따라 셧 오프하는 단계를 더 포함하는 방법.
무선 전원 장치로부터 전력을 수신하고, 무선 전원 장치와 분리가능한 원격 장치로서,
무선 전원 장치에 의해 생성되는 장(field)에 따라 전력을 생성하는 무선 전력 수신기;
무선 전원 장치와 통신하는 통신 회로; 및
상기 무선 전력 수신기에 결합된 부하 - 상기 부하는 상기 장에 따라 상기 무선 전력 수신기에서 생성된 전력을 수신함 -
를 포함하고,
상기 통신 회로는 무선 전원 장치가 상기 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성된 복수의 타임 슬롯에 관한 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 통신 회로는 통신할 상기 복수의 타임 슬롯 중 하나를 선택하도록 구성되고, 상기 통신 회로는 상기 선택된 타임 슬롯에서 메시지를 송신하도록 구성되고, 상기 통신 회로는 상기 선택된 타임 슬롯이 통신에 이용가능하다는 상기 수신된 정보에서의 표시에 따라 상기 선택된 타임 슬롯을 선택하도록 구성되는 원격 장치.
삭제
제17항에 있어서, 상기 통신 회로는 상기 메시지를 송신하기 전에 상기 선택된 타임 슬롯이 시작되었다는 표시를 대기하도록 구성된 원격 장치.
제17항에 있어서, 상기 메시지는 무선 전원 장치에 의해 장을 통해 송신되는 전력의 양을 조정하기 위한 요청에 관한 정보를 포함하는 원격 장치.
무선 전원 장치로부터 전력을 수신하고, 무선 전원 장치와 분리가능한 원격 장치로서,
무선 전원 장치에 의해 생성되는 장(field)에 따라 전력을 생성하는 무선 전력 수신기;
무선 전원 장치와 통신하는 통신 회로; 및
상기 무선 전력 수신기에 결합된 부하 - 상기 부하는 상기 장에 따라 상기 무선 전력 수신기에서 생성된 전력을 수신함 -
를 포함하고,
상기 통신 회로는 무선 전원 장치가 상기 원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성된 복수의 타임 슬롯에 관한 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 통신 회로는 통신할 상기 복수의 타임 슬롯 중 하나를 선택하도록 구성되고, 상기 통신 회로는 상기 선택된 타임 슬롯에서 메시지를 송신하도록 구성되고,
상기 통신 회로는 상기 선택된 타임 슬롯의 상태가 개방 상태와 변동 없음을 나타내는 정보를 무선 전원 장치로부터 수신함에 따라 다른 타임 슬롯을 선택하도록 구성되는 원격 장치.
제20항에 있어서, 수신되는 전력의 감소, 상기 무선 전력 수신기의 임피던스의 재구성, 정류 회로의 재구성, 및 상기 원격 장치의 Q의 가변 중 적어도 하나에 의해 수신되는 전력을 조정하도록 구성된 조정 회로를 더 포함하는 원격 장치.
제17항에 있어서, 상기 통신 회로는 상기 원격 장치가 다중 장치 전력 제어 모드에 있는지 단일 장치 전력 제어 모드에 있는지 여부를 제어하도록 구성된 원격 장치.