KR102479354B1 - 전력 전달을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

전력 수신기의 특성들에 기반하여 복수의 모드들에서 선택적으로 전력을 전송할 수 있으며 그리고 수신된 신호 강도 정보에 기반하여 어느 전송기 코일들이 구동될 것인가를 결정할 수 있는 유도성 전력 전달을 위한 시스템. 상기 유도성 전력 전달 전송기는 전력 전달의 모드를 제어하기 위해 그리고 전력 수신기로부터 수신된 신호 강도 정보에 기반하여 어느 전송기 코일들이 구동되는가를 선택적으로 제어하기 위해서 상기 전력 수신기의 특성들을 탐지할 수 있다. 상기 전력 전송기는 공통 코일 권선 개방부들 내에 자기적 투과성 물질로 형성된 슬러그들을 구비할 수 있으며 그리고 상기 전송기 코일들은 복수의 병렬 권선들로 구성된다.

Description

전력 전달을 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR POWER TRANSFER}

본 발명은 무선의 또는 유도성 전력 전달의 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반드시 그런 것은 아니지만, 본 발명은 소비자 전자 디바이스들로의 유도성 전력 전달을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

IPT 기술은 점점 증대하는 개발의 영역이며 그리고 IPT 시스템들은 여러 응용 분야에서 그리고 다양한 구성들을 구비하여 이제 활용된다. 그런 한가지 응용은 소위 '충전 매트들' 또는 패드들에서 IPT 시스템들을 사용하는 것이다. 그런 충전 매트들은 무선으로 충전되거나 전력을 공급받기 위해 (스마트폰들과 같은) 휴대용 전자 디바이스들이 놓여질 수 있는 평면형의 충전 표면을 보통 제공할 것이다.

보통, 상기 충전 매트는 상기 충전 매트의 평면형 충전 표면에 평행하게 배치된 하나 이상의 전력 전송 코일들을 구비한 전송기를 포함할 것이다. 상기 전송기는 상기 전송 코일들을 구동하여, 상기 전송 코일들이 상기 평면형 표면에 아주 근접한 곳에 시변 (time-varying) 자기장을 생성하도록 한다. 휴대용 전자 디바이스들이 상기 평면형 표면 상에 또는 근처에 가깝게 놓여질 때에, 상기 시변 자기장은 상기 디바이스와 연관된 적합한 수신기 (예를 들면, 상기 디바이스 그 자체에 통합된 수신기)의 수신 코일에서 교류 전류를 유도할 것이다. 수신된 전력은 그러면 배터리를 충전하거나, 또는 상기 디바이스나 몇몇의 다른 부하에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.

충전 매트 설계와 연관된 문제점은 유도성 전력 전달이 적당하게 효율적이라는 것을 보장하는 것이다. 하나의 접근 방법은 상기 전송 코일과 상기 수신 코일 사이에서 정밀한 정렬을 필요로 한다. 이것은, 예를 들면, 상기 평면형 충전 표면 상에 마킹들이나 만입부들을 구비하도록 하며, 그래서 사용자가 디바이스를 상기 충전 매트 상에 놓을 때에 상기 코일들 사이에서의 정렬이 보장될 수 있도록 하여 달성될 수 있을 것이다. 그러나, 이런 접근 방식은 사용자가 자신의 디바이스를 그 충전 매트 상에 주의깊게 놓을 것을 필요로 하기 때문에 이상적이지 않다.

충전 매트 설계와 연관된 다른 문제점은 여러 디바이스들이 효율적으로 그리고 비용 효과적인 방식으로 동시에 충전되는 것을 가능하게 하는 것이다. 몇몇의 전통적인 설계들은 상기 충전 매트의 전체 표면에 대응하는 단일의 커다란 전송 코일을 사용한다. 이 예에서, 하나 이상의 디바이스들이 상기 충전 매트의 표면 상 어느 곳에나 놓여질 수 있을 것이다. 이것은 사용자가 그 충전 매트 상에 어느 곳에 디바이스를 놓을 수 있을 것인가의 면에서 더욱 큰 자유를 허용한다. 그러나, 큰 전송 코일에 의해 생성된 자기장은 균일하지 않을 수 있으며, 그 충전 매트의 중심을 향한 '약한 스폿들 (weak spots)'을 가진다. 또한, 그 전체 표면이 '전력을 공급받기' 때문에, 충전되고 있는 디바이스에 의해 덮혀진 상기 표면의 어느 부분들이 안전에 취약할 수 있을 것이라는 것이 가능하다.

다중-디바이스 충전을 위한 다른 전통적인 접근 방식은 더 작은 전송 코일들의 어레이를 구비하는 것이다. 효율적이며 안전한 전력 전달을 제공하기 위해서, 충전 매트는 적합한 탐지 메커니즘을 이용하여 디바이스들의 위치를 탐지하고 그리고 가장 근접한 전송 코일이나 코일들을 활성화시킨다. 비록 이것이 사용자가 어디에 디바이스를 놓을 수 있을 것인가의 면에서 더 많은 자유를 허용하지만, 인접한 전송 코일들 사이의 경계는 인접한 코일들의 소거 효과들로 인한 약한 스폿들의 결과를 가져올 수 있으며, 그럼으로써 수신기들은 충분한 전력을 수신할 수 없다.

비-수신기가 상기 전송기의 범위로 이끌어질 때에 추가의 문제점이 발생하며, 그리고 원치 않는 전류 (그리고 그로 인한 열)가 유도된다. 이 비-수신기들은 보통은 기생 부하들 또는 외부 (foreign) 물체들로 알려져 있다. 수신기 디바이스의 존재를 탐지하는 것은 통상적으로 가능하지만, 그 수신기가 상기 특별한 전송기와 호환되는가를 식별하는 것이 또한 필요할 수 있다. 비-호환 수신기들로 전력을 전달하기 위해 시도하는 것은 비효율적인 전력 전달 (그래서, 바라지 않는 에너지 손실), 또는 전송기 및/도는 수신기 고장의 결과가 될 수 있다.

상기에서 개설된 문제점들에 대한 명백한 해결책은 전송기와 함께 수동으로 동작하는 전력 스위치를 포함시키는 것이다. 비록 이것이 전송기가 전력을 공급받아야 할 때를 제어하기 위한 수단을 제공하지만, 그것은 많은 IPT 시스템들의 목표인 편리함을 잠식한다. 그것은 수신기가 제거될 때에 사용자가 전송기를 수동으로 스위치 오프할 것으로 또한 필요로 하며 그리고 사용자가 알지 못한 상태에서 상기 전송기의 근방으로 이끌어질 수 있을 어떤 기생 부하들도 수용하지 않는다.

본 발명은 다중-디바이스 전력 공급을 위한 신뢰성 있으며 효율적인 무선 전력 전달을 달성하고 또는 공중에게 유용한 선택을 적어도 제공하는 유도성 전력 전달 시스템 및 방법들을 제공한다.

예시적인 일 실시예에 따라, 전력 전달을 위한 시스템 및 그 시스템을 운영하는 방버이 제공된다. 상기 시스템은 전력 전송기 및 전력 수신기를 포함한다. 상기 전력 전송기는 복수의 전송기 코일들을 구비하며, 상기 복수의 전송기 코일들은 제어기의 제어 하에 복수의 모드들에서 상기 적어도 하나의 전력 수신기의 수신기 코일로 선택적으로 전력을 전송하도록 할 수 있다. 상기 제어기는 상기 전력 전달의 모드를 제어하기 위해서 상기 전력 수신기의 특성들을 탐지하도록 구성된다.

다른 예시적인 실시예에 따라, 전력 전송기 및 적어도 하나의 전력 수신기를 포함하는 전력 전달용 시스템이 제공되며, 상기 전력 전송기는 복수의 전송기 코일들을 구비하며, 상기 복수의 전송기 코일들은 제어기의 제어 하에 복수의 모드들에서 상기 적어도 하나의 전력 수신기의 수신기 코일로 선택적으로 전력을 전송하도록 할 수 있으며, 상기 제어기는 상기 전력 전달의 모드를 제어하기 위해서 상기 전력 수신기의 특성들을 탐지하도록 구성된다.

상기 전력 수신기의 특성들은 상기 전력 수신기가 상기 수신기의 부하로의 전력 흐름을 제어하기 위한 회로를 포함하는가의 여부를 포함할 수 있다.

상기 제어기는, 상기 전력 수신기와 통신하며 그리고 상기 특성들에 관한 상기 전력 수신기로부터의 정보를 수신하도록 구성된다. 상기 제어기는 상기 전력 전송기와 상기 전력 수신기 사이에서 전송된 전력 신호의 변조를 통해 상기 전력 수신기와 통신하도록 구성된다.

상기 전력 전송기는 물체 탐지 코일들에 의해 유도된 자기장 내 물체들을 탐지하기 위해 제공된 물체 탐지기를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 커플링된 전송기 코일 및 수신기 코일 사이로 통과하는 변조된 전력 신호들로부터 수신기 디바이스 버전 정보를 추출하며 그리고 그 버전 정보에 기반하여 전력 전달의 상기 모드를 제어한다.

상기 제어기는 커플링된 전송기 코일 및 수신기 코일 사이로 통과하는 변조된 전력 신호들로부터 수신기 디바이스 설정 정보를 추출하며 그리고 그 설정 정보에 기반하여 전력 전달의 상기 모드를 제어한다. 상기 수신기 디바이스로 전달될 최대 전력 그리고/또는 상기 수신기에 전력을 공급하기 위해 필요한 전송기 코일들의 개수는 상기 설정 정보에 따라서 제어된다.

수신기 로케이션 페이즈 동안에, 에너지 전달 이전에, 상기 제어기는 구동된 전송기 코일로부터 상기 수신기에 의해 수신된 신호 강도 측정에 관해 상기 수신기로부터 수신된 정보에 기반하여 상기 전송기 코일들 중 어느 하나 또는 어느 것들이 구동되는가를 선택적으로 제어한다. 수신기 로케이션 페이즈 동안에 상기 제어 회로는 전력 컨디셔닝 회로로부터의 구동 신호를 각 전력 전송 코일에 연속하여 연결시켜, 미리 정해진 시간동안 각 코일에게 에너지를 공급하도록 한다.

다른 예시적인 실시예에 따라, 하나 이상의 수신기 코일들을 구비한 유도성 전력 전달 수신기에게 전력을 공급하기 위한 유도성 전력 전달 전송기가 제공되며, 상기 전송기는:

i. 복수의 전송기 코일들;

ii. 구동될 때에 전송기 코일들로 구동 신호들을 공급하기 위한 전력 컨디셔닝 회로; 그리고

iii. 구동된 전송기 코일로부터 수신기 코일에 의해 수신된 신호 강도 측정에 관해 상기 수신기로부터의 상기 전송기에 의해 수신된 정보에 기반하여 상기 전력 컨디셔닝 회로에 의해 상기 전송기 코일들 중 어느 하나 또는 어느 것들이 구동되는가를 선택적으로 제어하는 제어기 회로를 포함한다.

수신기 로케이션 페이즈 동안에 상기 제어기 회로는 상기 전력 컨디셔닝 회로로부터의 구동 신호를 각 전력 전송 코일에 연속하여 연결시켜, 미리 정해진 시간동안 각 코일에게 에너지를 공급하도록 한다. 상기 미리 정해진 시간은 신호 강도 패킷을 수신하기 위한 예상된 수신 시간에 대응한다.

상기 전송기 코일들 중 어느 하나 또는 어느 것들이 구동되어야 하는지를 선택하기 위해서, 상기 제어 회로는 구동되고 있는 코일에 응답하여 수신기로부터 수신된 정보를 그 구동된 코일에 연관시킨다. 통신 모듈이 전송기 및 수신기 코일 쌍 사이에서의 커플링의 측정치를 전개하기 위해, 커플링된 전송기 코일 및 수신기 코일 사이를 통과하는 전력 신호들의 변조를 탐지할 수 있으며, 바람직하게는 전송기 및 수신기 코일 쌍 사이에서의 커플링의 측정치를 전개하기 위해, 수신기에 의해 송신된 신호 강도 패킷으로부터 신호 강도 값을 추출한다.

상기 전송기 코일들 중 어느 하나 또는 어느 것들을 선택한 것에 이어서, 상기 수신기로부터 추가의 패킷들을 수신하는 것을 허용하기 위해서 상기 전송기들 중 상기 어느 하나 또는 어느 것들은 상기 미리 정해진 시간보다 더 길게 에너지를 공급받는다. 상기 제어 회로는 상기 수신기에 전력을 공급하기 위해 단일의 전송기 코일을 선택할 수 있다. 가장 높은 연관 신호 강도 값을 가진 단일의 전송기 코일이 선택될 수 있며 또는 가장 높은 연관 신호 강도 값을 가진 전송기 코일 및 그 다음으로 가장 높은 연관 신호 강도 값을 가진 전송기 코일인 둘 이상의 전송기 코일들이 선택될 수 있다.

상기 제어 회로는 상기 전송기에 의해 수신된 정보 내에 포함된 전력 수신기의 특성들에 응답하여 상기 전력 컨디셔닝 회로를 제어할 수 있다.

상기 전송기는 물체 탐지 시스템을 포함할 수 있으며 그리고 상기 제어 시스템은 상기 물체 탐지 시스템이 물체를 탐지할 때에 상기 전송기 코일들에게 에너지를 공급할 수 있다.

상기 통신 모듈은 커플링된 전송기 코일 및 수신기 코일 사이를 통과하는 변조된 신호들로부터 수신기 인식 정보를 추출하며 그리고 그 인식 정보에 기반하여 상기 전력 컨디셔닝 회로의 동작을 제어할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따라, 복수의 전송기 코일들을 구비한 IPT (inductive power transfer) 전력 전송기 및 하나 이상의 수신기 코일들을 구비한 전력 수신기를 포함하는 IPT 전력 시스템에서, 하나 이상의 전송기 코일들을 선택적으로 구동하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:

a. 수신기 로케이션 페이즈 동안에 주어진 시간 동안 각 코일에게 에너지를 제공하기 위해 전력 전송기 코일들을 연속하여 구동하는 단계;

b. 상기 수신기의 하나 이상의 수신기 코일들이 에너지를 공급받은 것을 탐지하고 그리고 그것에 응답하여 상기 수신기로부터 상기 전송기로 신호 강도 정보를 송신하는 단계;

c. 수신된 신호 강도 정보를 에너지를 공급받은 전송기 코일과 연관시키는 단계; 그리고

d. 각 전송기 코일과 연관된 신호 강도 정보에 기반하여 전력 전달 동안에 어느 전송기 코일이나 코일들이 구동되는가를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 미리 정해진 시간은 신호 강도 패킷을 수신하기 위한 예상된 수신 시간에 대응할 수 있다. 상기 수신기는 상기 전력 전송기 및 수신기 사이에 전송된 전력 신호의 변조에 의해 상기 전송기로 신호들을 송신할 수 있다. 상기 신호 강도 정보는, 수신기 식별 정보를 포함할 수 있는 신호 강도 패킷 내에서 송신될 수 있다. 수신기 페이즈 이후에 수신기 식별 정보가 커플링된 전송기에게 송신에게 식별 패킷 내에서 송신될 수 있다.

상기 전송기는 상기 수신기 식별 정보에 기반하여 버전 정보를 결정할 수 있다. 상기 전송기의 동작의 모드는 상기 버전 정보에 따라서 제어될 수 있다. 상기 식별 패킷은 상기 수신기의 동작의 모드를 식별하는 버전 코드를 포함할 수 있다. 상기 식별 패킷은 상기 수신기의 제조자를 식별하는 제조자 코드를 포함할 수 있다. 상기 식별 패킷은 유일 식별자를 또한 포함할 수 있다.

상기 통신 회로는 수신기 디바이스 설정 정보를 커플링된 전송기로, 바람직하게는 설정 패킷 내에서 송신한다. 상기 설정 패킷은 전송될 최대 전력을 포함할 수 있다. 상기 전력 전송기는 그 전송기에 의해수신된 정보 내에 포함된 전력 수신기의 특성들에 종속하여 전력 수신기에게 전력을 공급할 수 있다.

모든 패킷이 수신기 식별 코드를, 바람직하게는 유일 코드를 포함하는 경우에, 전력 전달의 모드는 수신기 식별 코드를 기반으로 할 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따라 유도성 전력 전달 수신기가 제공되며, 이 유도성 전력 전달 수신기는:

i. 수신기 코일;

ii. 유도성 전력 전달 전송기 코일로부터 상기 수신기 코일에 의해 수신된 신호의 강도를 측정하기 위한 신호 강도 측정 회로; 그리고

iii. 유도성 전력 전달 전송기 코일로부터 전력을 수신하면, 측정된 신호 강도 및 수신기 식별 정보에 관하여 상기 유도성 전력 전달 전송기로 신호를 전송하는 통신 회로를 포함한다.

다른 예시적인 실시예에 따라 유도성 전력 전달 전송기가 제공되어, 복수의 인접한 전송기 코일들을 포함하며, 각 권선은 중앙 개부를 한정하고 그리고 인접한 코일들의 상기 중앙 개부들은 공통 개부들을 한정하며, 그리고 자기적 투과성 물질로 형성된 슬러그 (slug)들이 상기 공통 개부들 중 적어도 일부의 공통 개부들 내에 제공되며 상기 전송기 코일들 위로 돌출한다.

상기 슬러그들은 상기 코일들 아래에 제공된 자기적 투과성 물질의 레이어로부터 돌출할 수 있다. 적어도 일부의 인접 전송기 코일들은 다중의 레이어들을 가지며 그리고 그것들의 레이어들은 인터리빙될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따라 전송기가 제공되며, 각 권선은 중앙 개부를 한정하고 그리고 인접한 코일들의 중앙 개부들은 공통 개부들을 한정하며, 그리고 자기적 투과성 물질로 형성된 슬러그들이 상기 공통 개부들 중 적어도 일부의 공통 개부들 내에 제공된다.

각 슬러그는 상기 전송기 코일들의 상기 제일 위 표면 위로 돌출할 수 있다. 복수의 전송기 코일들이 제공되며, 각 코일은 복수의 권선 레이어들을 구비하며 그리고 적어도 몇몇의 코일들은 오프셋되어 있으며 그리고 그것들의 레이어들은 인터리빙된다. 상기 슬러그들은 상기 코일들 아래에 제공된 자기적 투과성 물질의 레이어로부터 돌출할 수 있다.

적어도 몇몇 코일들의 각 레이어의 권선들은 전기적으로 병렬로 연결된 복수의 병렬 권선들로 형성될 수 있다. 적어도 몇몇 코일들의 각 레이어의 권선들은 전기적으로 병렬로 연결된 세 개의 병렬 권선들로 형성될 수 있다. 상기 병렬 권선들 중 적어도 몇몇의 방사상 변위는 레이어들 사이에서 변할 수 있다. 한 설계에서, 병렬 권선들의 쌍은 상기 코일의 중심에 가장 가까운 상태와 레이어들 사이에서 상기 코일의 중심으로부터 가장 먼 상태 사이에서 교번한다.

다른 예시적인 실시예에 따라 유도성 전력 전달 전송기가 제공되어, 복수의 전송기 코일들을 포함하며, 각 코일은 복수의 권선 레이어들로 구성되며 그리고 상기 권선들은 전기적으로 병렬로 연결된 복수의 병렬 권선들로 형성된다.

상기 병렬 권선들은 각 레이어 상에 형성되며 그리고 레이어들 사이에서 상호연결될 수 있다. 적어도 몇몇 코일들의 각 레이어의 권선들은 전기적으로 병렬로 연결된 세 개의 병렬 권선들로 형성될 수 있다. 병렬 권선들의 쌍은 상기 코일의 중심에 가장 가까운 상태와 레이어들 사이에서 상기 코일의 중심으로부터 가장 먼 상태 사이에서 교번하는 것처럼, 상기 병렬 권선들 중 적어도 몇몇의 방사상 변위는 레이어들 사이에서 변할 수 있다.

각 턴의 병렬 권선들은 권선 레이어들, 바람직하게는 두 레이어들 사이에 분포될 수 있다. 상기 병렬 권선들은 레이어들 사이에서 또한 오프셋될 수 있다.

자기적 투과성 물질로 형성된 그 슬러그는 각 코일 위로 충분하게 확장하여 상기 권선들에서 유도된 전류들을 실질적으로 줄어들게 할 수 있다. 상기 슬러그는 각 권선의 제일 위에서 각 권선의 높이 주위로 또는 각 권선의 제일 위에 1mm 정도 튀어나올 수 있다. 네 개의 공통 개구들이 각 전송기 코일 내에 한정되어 상기 슬러그들을 수용한다. 상기 전송기 코일들에 유도된 전류들을 줄이기 위해 각 전송기 코일 및 각 슬러그 사이에 공기 간극이 제공될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따라 복수의 전송기 코일들을 구비한 유도성 전력 전달 전송기가 제공되어, 상기 복수의 전송기 코일들은 제어기의 제어 하에 복수의 모드들에서 적어도 하나의 전력 수신기의 수신기 코일로 전력을 선택적으로 전송하도록 할 수 있으며, 상기 제어기는 상기 전력 전달의 모드를 제어하기 위해서 전력 수신기의 특성들을 탐지하도록 구성된다.

상기 전력 수신기의 특성들은 상기 전력 수신기가 상기 수신기의 부하로의 전력 흐름을 제어하기 위한 회로를 포함하는가의 여부를 포함할 수 있다. 상기 제어기는, 상기 전력 전송기 및 수신기 사이에서 전자기 유도에 의해 전송된 전력 신호의 변조를 통한 것처럼 상기 전력 수신기와 통신하며 그리고 그런 특성들에 관하여 전력 수신기로부터 정보를 수신하도록 구성될 수 있다.

상기 제어기는 커플링된 전송기 코일 및 수신기 코일 사이로 통과하는 변조된 전력 신호들로부터 수신기 디바이스 버전 정보를 추출할 수 있으며 그리고 그 버전 정보에 기반하여 전력 전달의 상기 모드를 제어한다.

상기 수신기 디바이스로 전송될 최대 전력 그리고/또는 상기 수신기에 전력을 공급하기 위해 필요한 전송기 코일들의 개수는 상기 버전 정보에 따라 제어될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따라 유도성 전력 전달 수신기가 제공되어:

i. 하나 이상의 수신기 코일; 그리고

ii. 유도성 전력 전달 전송기 코일로부터 상기 수신기 코일 내로 전력을 수신하면, 상기 수신기의 특성들에 관하여 상기 유도성 전력 전달 전송기로 신호를 전송하는 통신 회로를 포함할 수 있으며 그리고 상기 통신 회로에 의해 전달된 특성들은 전력 흐름 제어 특성들을 포함한다.

상기 특성들은 버전 정보를 포함할 수 있으며, 상기 버전 정보는 상기 수신기의 전력 전달의 모드를 표시할 수 있다. 상기 버전 정보는 신호 강도 패킷에 이어서 패킷 내에서 송신될 수 있다.

상기 특성들은 설정 정보를 또한 포함할 수 있으며, 상기 설정 정보는 상기 하나 이상의 수신기 코일들에게 전력을 제공하기 위해서 구동될 것이 필요한 전송기 코일들의 개수를 포함할 수 있다.

전력 전송기로부터 수신된 전력 신호의 강도에 관한 신호 강도 정보가 다른 통신들 이전에 송신될 수 있다.

"포함한다", "포함하는" 그리고 "포함함"은 변하는 관할 하에서 배타적인 또는 총괄적인 의미 중 어느 하나의 속성일 수 있다는 것이 인정된다. 본 명세서의 목적을 위해서, 그리고 다른게 논의되지 않는다면, 이 용어들은 총괄적인 의미를 가지려고 의도된 것이며, 즉, 그 용어들은 열거된 컴포넌트들로, 그 사용이 직접적으로 참조하는 그리고 아마도 다른 비-규정된 컴포넌트들이나 요소들을 또한 포함하는 것을 의미하기 위해 취해질 것이다.

본 명세서에서의 어떤 종래 기술을 참조하는 것은 그런 종래 기술이 공통적인 일반적인 지식의 일부를 형성한다는 것에 대한 인정을 구성하지 않는다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 명세서에 통합되어 일부를 구성하는 동반 도면들은 위에서 주어진 본 발명의 일반적인 설명과 함께 본 발명의 실시예들을 예시하며, 아래에서 주어진 실시예들의 상세한 설명은 본 발명의 원칙들을 설명하기 위해 소용이 된다.
도 1은 본 발명의 전형적인 응용을 예시한다.
도 2는 본 발명의 무선 전력 전달 시스템의 예시적인 구성을 예시한다.
도 3은 상기 시스템의 전송기의 실시예를 예시한다.
도 4는 전송기의 더욱 상세한 예를 블록도 모습으로 보여준다.
도 5a - 도 5d는 물체 탐지 측정에 속한 결과들을 보여준다.
도 6a - 도 6d는 통신 프로토콜의 데이터 및 데이터 패킷 구조들을 예시한다.
도 7은 통신 프로세싱 블록의 블록도이다.
도 8은 상기 시스템의 수신기의 실시예를 도시한다.
도 9는 수신기의 더욱 상세한 예를 블록도 모습으로 보여준다.
도 10은 상기 수신기의 예시적인 모습의 회로도이다.
도 11a는 상기 전송기의 인버터의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 11b는 상기 전송기의 마이크로프로세서의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 11c는 상기 전송기의 전력 레귤레이터의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 11d는 상기 전송기의 전송기 코일 어레이의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 11e는 상기 전송기의 선택기의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 11f는 상기 전송기의 물체 탐지기의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 11g는 상기 전송기의 통신 모듈의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 11h는 상기 전송기의 통신 모듈의 기능들을 향상시키기 위한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 12a 및 도 12b는 상기 수신기의 정류기의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 포인트 A 및 포인트 B를 통해 연결된 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 12c는 상기 전송기의 마이크로프로세서의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 12d는 상기 전송기의 통신 모듈의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 12e는 상기 수신기의 전류 감지 회로의 기능들을 달성하기 위해 사용가능한 예시적인 회로의 개략적인 모습을 예시한다.
도 13a - 도 13c는 상기 전송기에 의해 처리된 제어 시퀀스의 흐름도들이다.
도 14a - 도 14c는 상기 수신기에 의해 처리된 제어 시퀀스의 흐름도들이다.
도 15a - 도 15c는 예시적인 전송기 코일 어레이를 도시한다.
도 15d - 도 15g는 네 개 레이어 전송기 코일을 위해 사용될 수 있을 예시적인 권선 패턴을 예시한다.
도 15h 및 도 15i는 예시적인 전송기 코일 배열들을 예시한다.
도 16은 예시적인 전송기의 분해 모습이다.
도 17은 도 16의 전송기의 분리된 컴포넌트들을 예시한다.
도 18은 도 17에서의 도시의 횡단면 모습이다.
도 19는 강자성체 돌기 및 PCB 전송기 코일 레이어 사이의 관계를 예시한다.
도 20a 및 도 20b는 상기 시스템의 예시적인 물체 탐지기들의 등가 회로들을 예시한다.

도 1은 본 발명의 전형적인 응용 (100)을 예시한다. 무선 전력 전달 시스템 (100)은 복수의 소비자 전자 디바이스들 (104)이 위에 배치된 전송기 또는 충전 "패드" (102)를 구비하며, 그래서 상기 디바이스들의 전기적인 부하들 또는 에너지 저장 요소들, 예를 들면, 배터리들이 무선 또는 비접촉식 방식으로 전력을 이용하여 충전될 수 있도록 하는 것으로 예시된다. 이 예시된 예에서, 전송기 전자장치들과 수신기 전자장치들 사이에 소-결합 (loose-coupling) 기술들을 이용하여 유도성 전력 전달 (inductive power transfer (IPT)) 또는 전자기 유도를 경유하여 상기 패드와 디바이스들 사이에 전력이 제공된다. 그러나, 용량성 전력 전달과 같은 다른 유형의 무선 전력 전달이 그런 시스템을 위해 가능할 수 있다.

상기 충전 패드 (102) 및 상기 디바이스들 (104)의 전송기 전자장치들과 수신기 전자장치들은, 상기 패드 상의 상기 디바이스들의 배치가 전체적으로 또는 효율적인 방식으로 전력 전달을 위해 (패드 내 또는 패드 위의) 상기 전송기 전자장치의 (상기 디바이스들 내 또는 디바이스들 위의) 상기 수신기 전자장치와의 미리-정의된 정렬을 확실하게 할 필요없이 사용자에 의해 임의적으로 선택될 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 전송기는 그렇게-배치된 다중의 수신기 디바이스들을 독립적으로 충전시키도록 구성된다. 전송기와 복수의 수신기들 사이에서의 이 '공간적인 자유'는 실질적으로 무제한이며, 그리고 아래에서 설명된 것처럼 제공된다.

무선 전력 전달 시스템 (200)의 예시적인 구성이 도 2에서 예시된다. 전송기 (202)가 제공되어, 다중의 수신기들 (204, 206 및 208)에게 전력을 전달하도록 구성된다. 이 예에서, 세 개의 수신기들이 전송기 '패드' 상에 위치한 도 1에서 보이는 '스마트폰들'과 같은 소비자 디바이스 구성인 것으로 보이지만, 상기 전송기의 '패드'는, 각각이 자신의 공간적인 크기들 및 전력 레벨을 구비한 동일한 유형의 또는 상이한 유형의 둘 이상의 수신기 디바이스들을 수용하고 전력을 공급하기 위해 - 예를 들면, 자신의 배터리들을 충전하기 위해서 스마트폰은 약 5 와트 내지 약 7 와트의 전력을 필요로 할 수 있으며 태블릿은 약 15 와트의 전력을 필요로 할 수 있다 - 크기가 조절될 수 있다는 것을 다음의 설명을 기반으로 한 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 이해할 것이다.

상기 전송기 (202)는 블록도 모습으로 예시되어 자신의 전자 장치들 및 컴포넌트들을 보여준다. 상기 수신기들로의 전달을 위한 전력은 파워 서플라이 (210)로부터 상기 전송기로 입력된다. 상기 파워 서플라이 (210)는 상기 전송기 (202)로 AC 전력 또는 DC 전력 중 어느 하나를 공급할 수 있다. AC 전력 공급을 위해, 상기 파워 서플라이 (210)는, 예를 들면, 간선 전력 및 케이블 접속을 경유한 입력 방법일 수 있지만, 다른 AC 전력 공급들 및 입력 방법들이 가능하다. DC 전력 공급을 위해서, 상기 파워 서플라이 (210)는, 예를 들면, 배터리들, 조정된 DC 전력 공급, 또는 PC로의 USB 전력 접속 또는 유사한 것일 수 있다. 어느 한 경우에 전송기 (202)를 위한 회로는 상기 입력 전력을 전력 전송 요소들 (212)를 경유한 전달을 위한 적합한 신호들로 변환한다. 상기 전송 요소들 (212)은 어레이 (214) 내에 제공된다. 보이는 것처럼, 상기 전송 요소들 (212)은 하나 이상의 상기 요소들이 상기 수신기 디바이스들 (204 - 208) 중 하나의 수신 요소 (216)로 전력을 전송하기 위해 사용되도록 구성된다.

본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되듯이, IPT에서 상기 전송 요소들 및 수신 요소들은 1차 (전송) 코일들 및 2차 또는 픽-업 (수신) 코일들로서 제공된 유도성 요소들이다 - 상기 2차 코일들은, 그 2차 코일들이 인접하여 있고 그리고 교류 전류 (AC)가 상기 전송 코일들을 통해서 지나갈 때에 유도된 자기장을 경유하여 그 2차 코일들 사이로 전력이 전달될 때에 서로에게 유도성으로 결합된다. 도 2의 도시에서, 상기 수신기 코일들 (216)은 유사한 해칭으로 예시된 커플링된 전송기 코일들 및 수신기 코일들의 그룹들을 구비한 전송기 코일들 (212)과 멀리 있는 것으로 보인다; 이것은 설명을 쉽게 하기 위한 것일 뿐이며 그리고 동작에 있어서 상기 수신기 코일들은 자신들이 커플링된 전송기 코일들의 위를 덮는다.

여기에서 "코일들"의 용어를 사용하는 것은 유도성 "코일들" - 그 내부에서 전기 전도성 와이어가 3차원적인 코일 형상들이나 2차원의 평면형 코일 형상들로 권선되고, 인쇄 회로 기판 (PCB) 기술들, 하나 또는 복수의 PCB '레이어들' 및 다른 코일-유사 형상들 위로 3차원 코일 형상들로의 스탬핑 또는 프린팅 (예를 들면, 스크린- 또는 3D-프린팅)을 이용하여 전기 전도성 물질이 조립된다 - 을 지시하는 것을 의미한다. "코일들"의 용어를 사용하는 것은 이 의미로 제한되는 것을 의미하지는 않는다. 또한, 상기 전송기 코일들 및 수신기 코일들은 도 2에서 보이는 2차원에서 일반적으로 타원형 형상인 것으로 도시된다; 이것은 단지 예시일 뿐이며 그리고 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 및 다른 다각형 형상들이 어레이 구성에 도움이 되는 경우에 그런 형상들과 같은 다른 2차원 형상들이 가능하며, 이는 나중에 더욱 상세하게 설명된다.

상기 시스템의 효율적인 운영을 가능하게 하기 위해서, 상기 전송기 (202)가, 근접한 수신기 디바이스들의 수신기 코일들 (216)에게 결합될 수 있는 자신의 전송기 코일들 (212)에게 전력만을 공급하는 것이 필요하다. 이 방식에서, 공급된 전력은 상기 수신기(들)에게로 전력을 전달하기 위해서 사용되며 상기 전송기 코일들 그 자체에게 전력을 공급하기 위해서 사용되지는 않는다. 이 선택적인 동작은 상기 전송기 코일들에 관한 상기 수신기 코일들의 위치에 대한 지식을 필요로 하며, 이것은 나중에 상세하게 설명될 것이다.

상기 어레이 (214)의 다중의 전송기 코일들에게 선택적으로 전력을 공급하기 위한 가장 간단한 방식은 각 코일이나 적어도 상기 어레이 내 코일들의 그룹들에게 전용인 구동 전자 장치들을 제공하는 것이다. 이 솔루션이 간단하지만, 필요한 전자 회로의 양이 많아서 추가적인 회로 복잡도, 크기 및 비용으로 이끈다. 증가된 회로 복잡도는 더 많은 컴포넌트 개수들이 필요하며, 이는 효율적인 IPT를 위해 필요한 효율성과 상충하는 회로에서의 가능한 손실들을 증가시킨다. 증가된 비용은 제조자들 및 판매자들을 위한 금융적인 수익들이 작으며 그래서 최적화될 것이 필요한 소비자 전자 산업에 대해서는 특히 관계가 있다. 따라서, 본 발명의 IPT 전송기는 모든 전송기 코일들에게 공통인 구동 전자 장치들을 활용한다. 이것은 필요한 회로를 간단하게 만들지만 상기 구동 회로를 제어하는 방식의 복잡성을 증가시킨다. 그러나 본 발명의 제어 방법들이 사용될 때에 이 증가된 제어 복잡성은 견딜만하며, 이는 나중에 상세하게 설명된다. 상기 전송기 구동 전자 장치는 도 2에서 구동 또는 제어 회로 (218)로 예시된다. 상기 제어 회로 (218)는 제어기 (220), 전송 전력 컨디셔너 (222) 및 선택기 (224)를 포함한다.

상기 제어기 (220)는 마이크로제어기 또는 마이크로프로세서와 같은 프로그래머블 통합 회로의 모습인 디지털 제어기로, 또는 이산 회로 컴포넌트들의 모습인 아날로그 제어기로 제공될 수 있으며, 그리고 비례-적분-미분기 (proportional-integral-derivative (PID)) 제어기를 포함하거나 비례-적분-미분기 제어기일 수 있다. 여기에서 설명된 구동 회로의 예들에서, 마이크로제어기는 상기 코일들을 구동하기 위한 것만이 아니라 상기 전송기의 메인 프로세싱 회로인 것으로도 제공되지만, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 상이한 적절한 형상의 제어기가 본 발명 시스템의 특별한 애플리케이션에 종속하여 동등하게 사용될 수 있을 것이라는 것을 이해할 것이다.

전송 전력 컨디셔너 (222)는 상기 전송기 코일들을 구동하기 위한 입력 전력을 조절 (condition)하기 위해 사용되며, 따라서 상기 전송 전력 컨디셔너 (222)는 사용된 파워 서플라이 (210) 및 전송기 코일 회로의 요구사항들에 종속된다. 예를 들어, 상기 파워 서플라이 (210)가 DC 전력을 공급한다면, 상기 전송 전력 컨디셔너 (222)는 전력 정류 기능을 구비한 DC-AC 인버터이며, 반면에 상기 파워 서플라이 (210)가 AC 전력을 공급한다면, 상기 전송 전력 컨디셔너 (222)는 전력 정류 기능을 구비한 AC-DC 인버터 및 전력 정류 기능을 구비한 DC-AC 인버터의 조합이어서, DC 전송 링크를 경유하여 AC 대 AC 전력 컨디셔닝 (conditioning)을 제공한다. 어느 한 경우에 상기 전송기 요소 어레이를 구동하기 위해 단일의 인버터가 사용된다.

파워 서플라이 (210)가 AC 전력을 공급할 때에 전송 전력 컨디셔너 (222)를 직접 AC-AC 컨버터로 구성하는 것이 가능하지만, 그런 직접 컨버터들은 고주파수 출력들을 생성하는 능력이 없음으로 인해 IPT 애플리케이션들을 위해 적합하지 않은 것이 보통이다. 전력을 정류하는 DC-AC 인버터는, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에게 잘 알려진, 비-동기식 구성 또는 동기식 구성 중 어느 하나인, 반-브리지 정류기와 같은 스위치-기반 정류기 또는 다이오드 기반의 스위치들이나 트랜지스터, FET들 (field-effect transistors)이나 MOSFET들 (Metal-Oxide-Semiconductor FETs)과 같은 반도체 스위치들과 같은 스위치들을 구비한 전-브리지 정류기로 제공될 수 있다.

상기 전력 조절 (regulating) DC-AC 컨버터는, 스텝-업 (부스트) 컨버터, 스텝-다운 (벅 (Buck)) 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 또는 상기 시스템 (200)의 특정 애플리케이션에서 전력을 조절하기에 적합한 유형의 다른 컨버터와 결합된 AC-대-DC 컨버터 (ADC)로 제공될 수 있다. 여기에서 설명된 구동 회로의 예들에서, 상기 파워 서플라이 (210)는 간선 정격으로 AC를 공급하며, 그리고 상기 전송기 또는 전송 전력 컨디셔너는 상기 파워 서플라이 (210)에 의해 입력된 AC 전력을 DC로 변환하기 위한 ADC, 상기 변환된 DC 전력을 조절(regulate)하기 위한 벅-부스트 컨버터 그리고 상기 조절된 전력을 정류하여 필요한 자기 플럭스를 유도하기 위해 전송기 코일들 (212)에게 정류된 전력을 제공하는 한 쌍의 FET들을 가지는 반-정류 정류기를 구비하지만, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 상이한 적용가능한 모습의 레귤레이터 (regulator) 및 정류기가 본 발명 시스템의 특별한 응용에 종속하여 동등하게 사용될 수 있을 것이라는 것을 이해한다.

상기 선택기 (224)는 각 전송기 코일들 (212)과는 분리되며, 그 각 전송기 코일들에 연결된 스위치들의 어레이나 배터리로 또는 각 전송 회로들 내에서 분리하여 상기 코일들 (212)과 통합된 스위치들로 제공될 수 있다. 상기 선택기 (224)는 역다중화기를 또한 포함할 수 있으며 그리고 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 잘 이해할 수 있는 방식으로 상기 스위치들을 구동하기 위해 레지스터를 시프트한다. 상기 구동 회로 (218)의 이런 컴포넌트들의 동작 및 효과는 다음에 상세하게 설명된다.

전송기 코일들 (212)의 어레이 (214)는 여러 방식으로 구성될 수 있다. 상기 전송기 코일들은 상기 수신기 코일들과 실질적으로 동일한 치수 및 구성을 가져서, 전송기 코일 및 수신기 코일의 커플링된 쌍들이 가능하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 상기 전송기 코일들은 상기 수신기 코일들보다 더 크게 또는 더 작게 그리고/또는 상기 수신기 코일들과 상이한 구성을 가지도록 구성될 수 있다. 실제로, 상이한 유형의 수신기 디바이스들은 상이한 치수 및 구성을 가진 수신기 코일들을 가질 수 있으며, 그래서 이런 상대적인 구성들의 조합이 본 발명의 시스템 및 방법에 의해 지원될 수 있도록 할 수 있다. 도 2의 예에서, 전송기 코일들 (212)은 치수에 있어서 상기 수신기 코일들 (216)보다 더 작지만, 동일한 구성, 즉, 대체적으로 타원형인 것으로 예시된다. 그런 구성에서, 복수의 전송기 코일들 (212)이 각자의 수신기 코일 (216)과 커플링될 수 있으며, 해칭된 전송기 코일 그룹들 (212a, 212b 및 212c)로 예시된다. 단일의 더 큰 수신기 코일에 전력을 공급하기 위해 다중의 전송기 코일들을 사용하는 것은 상기 전송기 및 구동 회로의 효율적인 사용을 통해 전달된 전력의 양을 최적화시킨다. 도 2에서 예시된 것처럼, 상기 그룹들의 전송기 코일들은 위에 놓인 수신기 코일의 배치에 상대적인 방위를 포함한 것을 기반으로 하여 선택된다.

도 2의 어레이 (214)는 전송 코일들 (212)을 배열하는 가장 간단한 모습이다. 즉, 전송 코일들의 반복된 패턴이 단일의 레이어 또는 평면에 제공되며, 각 코일은 상기 어레이 내 모든 다른 코일들과 대체적으로 동일 평면이다. 비록 이 구성이 단순함의 이점들을 제공하지만, 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열된 전송 코일들의 겹침 또는 레이어 사이의 오프셋들을 구비한 또는 구비하지 않은 코일들의 다중-레이어 또는 다중-평면 어레이들을 포함한 상기 어레이의 다른 구성이 가능하다. 그런 증가된 복잡성을 갖는 어레이들은 커플링 자기장 내 향상된 균일함과 같은 다른 이점들을 제공한다. 상이한 어레이 모습들의 특정 실시예들이 나중에 설명되지만, 공간적으로 자유스러운, 다중-디바이스 IPT 충전을 제공하는 목적에 맞는 효과는 이 실시예들 각각에 공통이다.

도 2를 더 참조하면, 상기 전송기 (202)는 상기 시스템 (200)의 사용자에 의한 사용을 위해 기구 (226)를 또한 포함한다. 상기 기구 (226)는 버튼들과 같은 사용자 제어들 및/또는 도 1에서 예시된 광 방출 다이오드들 (LEDs)과 같은 인디케이터들을 포함할 수 있다. 상기 기구 (226)는 상기 제어기 (220)나 상기 시스템의 동작에 관련된 정보의 입력 및 출력을 위해 사용 가능한 다른 제어 회로에 연결되거나 그 제어기나 제어 회로에 의해 제어될 수 있다.

이전에 선언된 것처럼, 상기 전송기 코일들의 선택적인 동작은 상기 전송기 코일들에 관한 상기 수신기 코일들의 포지셔닝에 대해 알 것을 필요로 한다. 그런 목표를 달성하기 위한 다양한 기술들이 당 업계에 존재한다. 그러나 예시적인 실시예에서, 본 발명은 상기 전송기에 근접한 (예를 들면, 충전 범위 내에 있는) 수신기 또는 다른 물체(들)의 존재를 먼저 탐지하고 ("대략적인 (coarse)" 탐지) 그리고 전송기 코일(들)에 대한 상기 수신기 코일(들)의 상대적인 위치를 그 후에 탐지하는 ("정밀 (fine)" 탐지) 상대적으로 간단한 기술을 사용한다. 이것은 본 발명의 시스템에서 유리하며, 이는 정밀 탐지를 위한 복수의 전송기 코일들에게 충분하게 전력을 공급하는 것이 일단 수신기가 탐지되어야만 착수되며, 그럼으로써 상기 전송기의 실질적으로 낮은 전력 아이들 (idle) 또는 '슬립' 모드를 허용하기 때문이다. "낮은" 전력의 전형적인 값들은 약 100 mW 아래이며, 바람직하게는 약 50 mW 아래이며, 그리고 더욱 바람직하게는 약 몇 mW 내지 약 20 mW 미만의 범위이다.

정밀 탐지가 이어지는 대략적인 탐지의 본 발명의 2 스테이지 수신기 탐지 방법은 다음처럼 제공될 수 있다. 도 3은 본 발명의 시스템의 전송기 (302)의 실시예를 예시한다. 도 2에서처럼, 전송기 (302)는 블록도 모습으로 예시되어, 어레이 내 전송 요소들/코일들 (312), 및 제어기 (320)를 포함하는 구동 회로 (318), 전송 전력 컨디셔너 (322) 및 선택기 (324)를 포함하는 전자 장치를 보여준다. 추가로, 상기 전송기 (302)는 탐지기 (328) 및 통신 모듈 (330)을 더 구비한 것으로 예시된다. 도 4는 어레이 (4140 내 전송 요소들/코일들, 제어기 (420), 전송 전력 컨디셔너 (422) 및 선택기 (424)를 포함하는 구동 회로 (418), 탐지기 (428) 및 통신 모듈 (430)을 포함하는, 블록도 모습인 유사한 컴포넌트들/요소들을 구비한 전송기 (402)의 더욱 상세한 예를 보여준다. 추가로, 상기 전송 전력 컨디셔너 (422)는 이전에 설명된 (버크-부스트) 컨버터 (432) 및 (반-브리지) 정류기를 구비하는 것으로 예시된다. 상기 전송기들 (302 및 402)의 컴포넌트들/요소들은 참조번호 202의 전송기의 유사한 컴포넌트들/요소들과 유사한 방식으로 기능하며, 그리고 상기 전송기들 (328 및 428)의 탐지기 및 통신 모듈들은 각 도면에서 동일한 요소를 나타낸다는 것에 유의한다.

상기 탐지기는 상기 제어기와 함께 상기 수신기들을 대략적으로 탐지하기 위해 사용되며, 반면에 상기 제어기는 다른 회로와 함께 정밀 탐지 방법을 위해 사용될 수 있다. 탐지기 (428)는 탐지 전송 요소 (436) 및 연관된 탐지 회로 (438)로서 제공된다. 일 실시예에서, 상기 탐지 전송 요소 (432)는 상기 전력 전송 요소들 (412)의 어레이 (414)를 둘러싼 코일로서 제공된다. 다른 실시예에서 상기 탐지 전송 요소 (436)는 상기 어레이 (414)의 (적어도) 일부 위를 덮는 코일로서 또는 복수의 코일들로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 그 내용들이 본원에 명시적으로 참조로서 편입된 PCT 출원 No. WO 2014/070026에서 개시된 탐지 코일(들)의 구성들 및 동작은 상기 전송 요소들 (432)의 이용 가능한 예시적인 모습들이다. 상기 탐지 요소들 (436)은 수신기가 전송기 근방에 있는가를, 예를 들면, 스마트폰과 같은 수신기 디바이스가 전송기 패드 또는 충전 표면 상에 위치하고 있는가, 또는 그곳에서 제거되었는가를 판별하기 위해 사용된다. 이전에 선언된 것처럼, 탐지기 (328/428)의 "코일들 (coils)"은 특정 애플리케이션에 도움이 되는 그런 형상들 및 치수들을 가진 권선 코일들 또는 인쇄 회로 코일들 또는 스탬핑되거나 인쇄된 코일들일 수 있다.

이 탐지는 다음처럼 달성된다. 도 4에서 예시된 것처럼, 코일(들) (436)은 제어기 (420)의 제어 하에 전력 레귤레이터 (440)에 의해 탐지 회로 (438)를 경유하여 전력을 공급받는다. 상기 전력 레귤레이터 (440)는 파워 서플라이로부터의 입력 전력을 탐지기 (428)에 의한 사용을 위해 변환한다. 즉, 상기 전송 전력 컨디셔너의 동작과 유사하게, 수신기 코일 탐지를 위해서 필요한 자기 플럭스를 유도하기 위해서, 전력 레귤레이터 (440)는 조절된 AC 신호 (전압/전류)를 탐지 코일(들) (436)에게 공급하도록 구성된다. 예를 들면, 상기 전력 레귤레이터 (440)는 버크, 부스트 또는 버크-부스트 컨버터와 결합된 ADC로서 제공될 수 있다. 도 4에 예시된 예시적인 실시예에서, 상기 전력 레귤레이터 (440)는 DC 전력 입력 (442)으로부터 DC 전압을 공급받는 버크-부스트 컨버터이다. 상기 DC 전력 입력 (442)은, 간선 AC 전력 또는 DC 전력 중 어느 하나가 예를 들어 PC로의 USB 연결이나 비슷한 것을 경유하여 상기 전송기 (402)로 공급되는, AC 어댑터로서 제공될 수 있다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 상기 전력 레귤레이터 (440)가 상기 전력 (전송기) 코일들 (412) 및 상기 탐지 코일(들) (436)에 종속한 구동 회로 (418)의 일부일 수 있다는 것을 이해한다. 도 4에 예시된 예시적인 실시예에서, 상기 상대적인 요구사항들은 상이하며, 그래서 분리된 구동 전자 장치들이 상기 탐지기 (428) (그리고 제어기 (420))에 제공되어 제1 전압 레벨을 요청하고 그리고 상기 전송 전력 컨디셔너 (432) 및 상기 전송 코일들 (412)에 제공되어 제2 전압 레벨을 요청한다. 이 파라미터들의 예시적인 값들은 나중에 설명된다. 어느 한 구성에서, 상기 DC 전력 입력 (442)에 의해 제공된 DC 전압은, EMI 잡음 억제를 위한 공통 및 차동 모드 필터들을 포함하는 EMI 필터 블록 (444)에 의한 전자기 간섭 (EMI) 컨디셔닝을 겪은 이후에 상기 전송기 (402)를 위한 회로에 입력될 수 있다. EMI 잡음을 억제하는 것은 특히 상기 시스템이 셀룰러 통신 환경들에서 사용될 때에 전송기 회로의 안정성 및 응답성을 향상시킨다.

상기 탐지기의 가장 간단한 모습에서, 제공된 "탐지"는 기본적으로 금속 탐지 시스템의 탐지이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 이해하는 것처럼, 상기 탐지기의 코일(들)은 전력을 공급받을 때에 어떤 주파수에서 발진하게 된다. 이 발진 주파수는 제어기의 제어 하에 상기 탐지 회로에 의해서 (미리 정해진 시간 프레임 내에서 카운트된 발진 주파수 신호의 가장자리 (edge)들의 개수의 면에서) 측정된다. 금속성 물체가 상기 탐지 코일(들) 근방에 존재할 때에, 그 때문에 상기 전송기 근방에 존재할 때에, 상기 발진의 주파수의 면에서 변하도록 하며, 그래서 시간 구간 내에서 카운트되는 가장자리들의 개수를 변하게 하며, 이는 상기 탐지 코일(들)에 의해 방사된 자기 플럭스의 에너지를 상기 금속이 흡수하는 것으로 인한 것이다. 변화의 양은 상기 금속성 물체가 흡수한 에너지의 양에 따라 변경된다. 따라서, 이 발진 주파수 변화를 위한 한계 또는 임계치를 세팅하여, "금속 물체"가 탐지될 수 있다. 이 변화는 단일의 시간 구간 내에서 또는 타임 구간들의 시퀀스에 걸쳐서 측정될 수 있다 (즉, 탐지될 수 있다). 상기 가장자리들을 탐지하고 카운트하기 위한 적합한 방법들은 잘 알려져 있으며, 그러므로 여기에서는 상세하게 설명되지 않는다.

탐지 코일 발진의 주파수는 이는 가변 컴포넌트들 그리고 상기 탐지 코일(들)의 치수 및 토폴로지일 수 있는 상기 탐지 회로의 컴포넌트들을 적절하게 선택하는 것을 통해 선택되며, 이는 상기 전송 코일들이 구동되는 주파수와는 상이한 또는 그 주파수로부터 오프셋된 주파수 범위 내에 존재하도록 하기 위한 것이다. 이 방식에서, 탐지기에 의해 제공된 대략적 탐지는 수신기들에게 전력을 공급함에 있어서 상기 전송기의 동작과 간섭하지 않는다. 본 발명의 예들에서, 탐지 주파수는 MHz 범위로, 예를 들면, 약 1 MHz이며, 반면에 전력 전송은 kHz의 범위이며, 예를 들면, 약 100 kHz이다 (더 특정한 값들의 범위는 다음에 설명된다). 이 주파수범위에서, 탐지를 위한 미리 정해진 (제1) 시간 구간은 밀리초 (ms) 범위로, 예를 들면, 약 40 ms이다. 따라서, 전송기 근방으로 이끌린 물체를 '검색'하는 것은 변화가 발행하는가를 판별하기 위해서 상기 탐지 코일(들)의 일정한 동작 그리고 규칙적인 시간 인터벌들로 발진 주파수를 샘플링함에 의해 수행된다. 일단 물체들이 상기 전송기 '패드' 상에 위치하는 것만이 아니라 그 물체들이 상기 전송기를 향하여, 상기 전송기를 따라서, 또는 상기 전송기로부터 멀어지면서 이동하고 있을 때로, '근접'이 100 밀리미터 (mm) 이하의 범위 내, 예를 들면, 상기 시스템의 충전 범위인 약 3 mm 내지 약 30 mm에 있는 것으로 간주되는 경우에, 그 물체들을 탐지하기 위해 탐지 '펄스들' 사이의 약 500 ms의 (제2) 시간 구간이 적합하다고 간주된다. 그러나, 상기 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간은 필요한 탐지의 '대략적임 ( coarseness)'에 종속하여 더 작도록 또는 더 크도록 선택될 수 있다.

탐지 코일(들)의 동작이 전송기 코일들의 동작에 크게 간접하지는 않지만, 충전이 발생하고 있을 때에 상기 탐지 코일(들)의 발진 주파수가 변한다는 점에서 전송기 코일들의 동작은 탐지 코일(들)의 동작에 간섭한다. 이것은 부분적으로는 충전하는 동안 내내 상기 전송기의 충전 표면 상에 수신기 디바이스가 계속해서 존재하는 것으로 인한 것이며, 그리고 부분적으로는, 상기 전력을 공급받는 전송기 코일들의 유도 자기장의 (더 큰) 탐지기 코일(들)의 유도 자기장에 대한 영향으로 인한 것이다. 그러나, 이 영향은 간단하게 설명되며, 이는 발진 주파수에서의 급격한 변화들이 측정되어 상기 충전 시퀀스의 영향들이 주파수 델타 측정의 베이스라인을 단지 시프트하도록 하기 때문이며, 이는 나중에 더 상세하게 설명된다.

탐지를 위해 측정된 주파수 변화의 임계치를 세팅하는 것은 상기 시스템의 애플리케이션에 종속하여 실험적으로 결정될 수 있으며, 또는 캘리브레이션을 통해 세팅될 수 있으며, 또는 동적으로 결정되어 전송기 표면상의 복수의 수신기 디바이스들을 배치함으로 인한 주파수 값들의 '롤링 (rolling)' 평균으로서 사용될 수 있다. 여기에서 설명된 상기 시스템의 예시적인 실시예들에서, 약 5 % 내지 약 10 %의 가장자리 카운트의 연속적인 독출들 사이에서의 변이는 환경적인 것으로 간주되며 (예를 들면, '배경 잡음') 그러므로 무시된다 (도 5a 참조). IPT 시스템이 배치되는 보통의 환경에 비교하여 상대적으로 많은 양의 금속을 포함하는 밀도가 높은 물체인 스마트폰과 같은 실제의 소비자 디바이스가 전송기 표면 상에 위치할 때에, 발진 주파수에서 비교적 큰 변화가 초래되며, 예를 들어, 전형적인 스마트폰에 대해 두 개의 연속적인 독출들 사이에서 거의 두 배의 주파수가 그리고 다음의 독출에 걸쳐 약 150% 내지 약 200%만큼 추가의 증가들이 관찰될 수 있다 (도 5b 참조). 그런 '이벤트'는, 탐지된 '물체'가 수신기인가 또는 상기 전송기상에 위치했던 금속성 물체일 뿐이어서 전력을 공급받지 않아야 하는, 즉, 소위 말하는 "외부 물체 (foreign object)" 또는 "기생 부하 (parasitic load)"인가를 판별하는 정밀 탐지를 '트리거'하기 위해 사용되며, 이는 나중에 더 상세하게 설명된다.

비록 도 5a 및 도 5b에서 보이는 결과들이 상대적으로 민감한 '이벤트' 탐지를 위해 약 10%가 넘는, 또는, 말하자면, 상대적으로 대략적인 이벤트 탐지를 위해 약 50% 이상의 주파수 변화 임계치가 세팅될 수 있다는 것을 예시하지만, 상기 임계치를 세팅할 때에 다른 팩터들이 고려되어, 더 많은 시간 및 에너지를 소비하는 정밀 탐지 방법이 사용되는 '긍정 오류들 (false positives)'이 생성되지 않도록 하여야 한다.

예를 들면, 근접 시스템을 사용하는 환경에서 금속의 양은 배경 변화들에 영향을 줄 수 있다. 상기 시스템의 궁극적인 사용의 환경 및 로케이션이 알려지지 않고 강제되지 않을 때에 미리 정의된 방식으로 그런 팩터들을 설명하는 것은 어렵지만, 영향의 레벨은 탐지기 코일(들)의 적합한 설계에 의해 줄어들 수 있다. 예를 들면, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되듯이 방향성 코일 토폴로지들, 실딩, 자기장 형상 등이 사용될 수 있을 것이다.

또한, 상기 발진 주파수는 전력 전송기 코일들에게 에너지를 제공하는 것으로 인해서 변경될 수 있다. 이전에 설명된 것처럼, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 쉽게 이해하듯이, 본 발명의 예에서, 상기 전송기 코일들 (412)은 전력을 공급받을 때에 약 100 kHz 내지 약 120 kHz의 주파수에서 발진하게 된다. 상기 전송기 코일들의 이 발진은 상기 탐지 코일(들) 상에서의 발진에 영향을 미쳐서, 탐지 독출들에서 약 10% 또는 그 이상의 변동을 초래한다 (도 5c 참조). 따라서, 상기 대략적인 탐지 임계치를 세팅할 때에 상기 전력 전송 또는 충전 코일들에 전력을 공급하는 것의 영향이 이해되고 설명되어야 할 필요가 있다.

고려되어야만 되는 다른 팩터는, 상기 탐지기 회로의 발진 주파수 상에 상기 전송기에 결합된 수신기(들)에 의해 끌려오는 충전 전류의 영향이다. 끌려오는 전류에서의 이 변화는 시간이 흐르면서 소비자 전자장치 수신기 디바이스(들)의 배터리나 다른 에너지 저장 디바이스의 '충전'의 레벨에서의 변화 그리고 (나중에 상세하게 설명되는) 전력 전송 효율성의 면에서 이 변화를 설명하기 위해 전송기-측 상에서 구현된 전력 흐름 제어로 인한 것이다. 이것은 더 긴 시간 범위, 즉, 예를 들면, 약 한 시간 정도 스마트폰 배터리를 충전하기 위해 필요한 시간 길이에 걸쳐서 특히 관찰되며, 그 시간에 걸쳐서 상기 전력 레귤레이터 (440)의 버크 컨버터 전압에서의 부하 스텝들은 수신기가 필요로 하는 전력의 양 발진의 주파수에서의 변동하는 변화로서 탐지 독출들로 거꾸로 반영되는 변화의 양을 반영한다 (도 5d 참조). 시간에 대한 이 변화는 상기 제어기 (420)에게 알려진 버크 컨버터 전압 부하 스템에 따라 상기 발진 주파수의 '베이스라인'을 동적으로 세팅함에 의해 탐지 알고리즘에서 설명될 수 있다. 물론, 동시에 전력을 공급받고 있는/충전되고 있는 디바이스들의 개수 및 전력을 공급받고 있는/충전되고 있는 디바이스들의 유형, 그리고 이 디바이스들의 상대적인 '충전 레벨들'이 탐지 측정들에 또한 영향을 미친다는 것이 이해될 것이다.

상기 탐지 코일(들) 자기 (magnetics)에 대한 이 알려진 영향들을 결합함으로써, 강건하고 효율적인 탐지 체제가 대략적인 또는 초기의 (프라이머리) 탐지 체제를 위해 제공될 수 있다. 예를 들면, 예를 들면, 어떤 디바이스들도 전력을 공급받거나/충전되지 않으며, 특정 유형의 하나의 디바이스가 전력을 공급받고/충전되고 있으며, 다른 유형의 하나의 디바이스가 전력을 공급받고/충전되고 있으며, 동일한 또는 상이한 유형의 두 디바이스들이 전력을 공급받고/충전되고 있는 등의 다중-디바이스 충전 시스템의 '모드' 또는 사용 경우를 기반으로 하여 한 세트의 임계치들이 동작 또는 선 (pre)-세팅 동안에 동적으로 결정될 수 있다. 또한, 탐지되여 카운트되고 있는 가장자리들은 상승하는 가장자리들 또는 하강하는 가장자리들 중 어느 하나일 수 있지만, 상승하는 가장자리들 및 하강하는 가장자리들에 대해 상이한 임계치들을 분리하는 것은 더 특정적인 분류를 위해 또한 사용될 수 있다. 또한, 정적인 값들을 측정하는 것이 아니라 전송기에서의 상태들의 변화를 탐지함에 의해서, 물체를 탐지하는 것은 일단 발생할 것을 필요로 할 뿐이며, 그래서 탐지된 물체가 '정밀' 또는 제2 (세컨더리) 탐지가 한차례 수행된 수신기 디바이스가 아니라는 결과를 가져오면, 탐지된 물체는 상기 세컨더리 탐지가 다시 수행될 필요를 트리거하지 않도록 한다.

다른 예에서, 탐지 필드 상의 상기 IPT 필드의 영향은 위에서 설명된 소프트웨어에서가 아니라 하드웨어에서 대안으로, 또는 그런 소프트웨어 어카운팅에 추가로 설명될 수 있다. 도 20a는 PCT 출원 No. WO 2014/070026에서 개시된 (자려-발진) 페리미터 코일 (perimeter coil)의 등가 회로를 예시한다. 이 회로를 이용하여, '루프' 코일 L1 내부에 금속이 놓여질 때에, 그 코일의 인덕턴스가 변하여, 예시된 비교기 회로를 이용하여 측정된 (인덕터 L1 및 커패시터 C1의 공진 회로에 의해 제공된) 발진 주파수에서의 변화를 가져온다. 그러나, 위에서 설명된 것처럼, 상기 전력 전송기 코일들의 동작은 상기 루프 코일로 하여금 상기 IPT 필드와 커플링되도록 하며, 그럼으로써 탐지 신호를 오염시킬 수 있다. 상기 탐지 코일 상의 상기 IPT 필드의 유해한 영향 (즉, 잡음)을 줄이기 위해서, 도 20b에 예시된 것처럼 탐지기 회로 내에 적합한 필터들이 제공될 수 있다. 이 예에서, 인덕터 L3 및 커패시터 C3의 LC 필터가 탐지 코일 L1에 병렬로 추가되며 그리고 인덕터 L2 및 커패시터 C2의 LC 필터가 비교기 회로에 또한 제공된다. 이 방식에서, (비교기 회로 내) 인덕터들 L2 및 L1의 상기 IPT 필드와의 커플링이 감소된다.

전술한 내용으로부터 이해될 수 있듯이, 상기 물체 탐지 방법은 수신기 디바이스들을 포함하는 물체들의 존재를 탐지하기 위해 사용될 수 있는 것만이 아니라, 동일한 임계치 체제를 이용하여, 그 물체들의 부존재, 즉, 수신기가 전송기의 충전 표면으로부터 제거되거나 또는 충전 표면에 대해서 이동되었을 때를 탐지하기 위해서도 사용될 수 있다. 이 방식에서, 상기 전송기의 충전 모드(들)는 간단한 방법으로 정밀하게 제어될 수 있으며, 낮은-전력 및 안전한 동작을 제공한다.

본 발명의 상기 시스템의 전송기의 동작에 있어서, 상기 물체 탐지의 효율적이며 효과적인 기능이 다음과 같이 제공된다. 상기 전송기의 파워 업 시에, 즉, 상기 전송기에 파워 서플라이로부터 전력이 공급될 때에, 상기 전송기 코일들 중 어느 것에도 전력이 공급되지 않으며 그리고 상기 탐지기 코일(들)은 수신기 디바이스를 포함한 물체가 전송기의 충전 범위 내에 있는가를 탐지하기 위해서 앞에서 설명된 체제 하에서 전력을 공급받는다. 상기 물체 탐지는 상기 전송기가 전력을 공급받는 동안에는 계속하여 수행되며 그리고 전송기에 전력이 공급되지 않을 때에는 중단된다.

근접한 물체를 탐지하면, 상기 시스템은 제어기와 함께 상기 수신기들에 대한 탐지를 수행한다. 이 '정밀' 탐지는 탐지된 물체의 실제 위치 그리고 탐지된 물체가 수신기 디바이스인가의 여부를 를 판별하기 위해 전송기 '패드' 또는 충전 표면까지의 스캔까지 이르게 된다. 상기 전송기 코일들의 분리된, 알려진 장소들 내에 물체가 위치하는지를 판별하기 위해서 이 스캔은 상기 어레이의 전송기 코일들을 선택적으로 활성화시킴으로써 달성된다. 탐지된 물체들은 수신기 디바이스들이나 또는 이전에 설명되었듯이 금속을 포함하는 다른 물체일 수 있다. 상기 탐지는 상기 금속의 상기 전송기 코일들에 의해 전송된 에너지와의 인터액션 (interaction)에 의해 촉진된다. 상기 전송기 코일들의 활성화는, 상기 전송된 에너지가 상기 전송기 코일들을 근접한 수신기 코일들과 결합시키도록 하며, 그러면서도 그 커플링된 수신기 코일들과 연관된 수신기 회로/부하에 실제로 전력을 공급/충전하지 않는 방식으로 수행된다. 특히, 상기 스캔은 수행되어, 어떤 잠재적인 물체들 및 상기 전송기 코일(들)의 자기적인 인터액션을 통해서 물체 탐지기를 이용하여 탐지된 상기 물체들의 위치가 판별되도록 한다. 상기 스캔 및 탐지는 상기 전송기 코일 어레이의 구성에 종속하여 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 예를 들면, 그 내용들이 본원에 참조로서 명시적으로 통합되는 PCT 공개 No. WO 2013/165261 및 PCT 공개 No. WO 2014/070026에서 개시된 유입 전류 측정 및 탐지 방법들, 그리고 PCT 공개 No. WO 2013/165261에서 개시된 스윕 탐지 방법들의 원칙들은 본 발명의 '정밀' 탐지 방법의 테스트들 또는 단계들의 기본으로서 사용될 수 있다. 대안으로, 수신기들의 위치를 결정하는 다른 방법들이 사용될 수 있으며, 이는 나중에 설명되는 예시적인 방법들을 포함한다.

PCT 공개 No. WO 2013/165261 및 PCT 공개 No. WO 2014/070026에서 개시되었듯이, 유입 전류 및 주파수 스윕 탐지 방법들은 수신기 디바이스들을 '식별'하는 것은 물론이며, 그리고 수신기 전자 장치의 특성들이 알려진다면 그 디바이스들의 위치도 식별하기 위해서도 사용될 수 있다. 이렇게 말해왔지만, 상기 수신기의 위치 결정 및 식별의 대안의 방법이 나중에 설명된다. 이 식별은 상기 탐지된 물체가 전송기에 의해 전력을 공급받고/충전되는 것과 호환되는 수신기 디바이스인가의 여부를 판별하는데 도움을 준다. 이 기능에 관련하여, 본 발명의 시스템은 소비자 전자 디바이스의 무선 전력 충전을 위한 통상적인 시스템들과는 구분된다.

이전에 언급된 것처럼, 상기 전송기는 동일한 유형의 또는 상이한 유형의 둘 또는 그 이상의 수신기 디바이스들을 수용하여 전력을 공급할 수 있다. 이 수신기 '유형들'은 스마트폰, 테블릿 등과 같은 디바이스 유형들 및 3 와트, 10 와트 등과 같은 전력 정격 유형들만을 포함하는 것이 아니라, 산업 표준들 하에서 정의된 상이한 규격들과 호환하는 수신기 유형들을 또한 포함한다. 이런 상이한 규격들을 지원하는 것은 산업 표준들의 규격들이 그 표준들의 발전을 통해서 변할 때에 하위 호환성을 허용하기 위해서 중요하다. 즉, 이전 버전의 규격과 호환하는 디바이스들은 그 규격의 더 나중의 버전과 (완전하게) 호환하지 않을 수 있을 것이다. 따라서, 더 최신 버전의 디바이스들을 위해 설계된 전송기들을 구비한 그런 이전 버전 디바이스들에게 전력을 공급하고/충전하는 것을 지원하는 것은 표준을 일찍 채택한 사람이 더 최신의 버전들을 위해 더 이전 버전의 디바이스들을 점차적으로 제거할 수 있을 때까지 최소한 부당하게 불리함을 당하지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 분별있는 것이지만, 표준 기반 규격들의 상이한 세대들은 회로 설계 및 동작의 면에서 칭찬을 받지 않거나 또는 호환되지 않을 수 있다. 현재 소비자 디바이스들을 위한 무선 전력 산업은 상이한 표준 제정 조직들 (Standard Setting Organizations (SSOs))에 의해 세팅된 여러 규격들을 가진다. 이 경합하는 규격들은 단일의 시스템으로 지원하기에는 더욱 더 어려울 수 있으며, 이는 사용되는 무선 전력 전달을 위한 아주 상이한 기반 기술로 인한 것이다.

이 환경에서, 본 발명의 시스템은 수신기 디바이스의 '유형' 또는 상기 전송기에게 제시되고 있는 수신기의 특성을 적어도 식별하기 위한 그리고 이 식별을 통해 수신기 디바이스의 복수의 '유형들'을 충전하는 것을 지원하기 위한 메커니즘을 제공한다. 본 발명의 시스템은 전송기가 본 발명의 일부이거나 또는 상이한 버전의 산업 표준 규격이든지 아니든지 간에, 상기 수신기 디바이스가 스스로를 상기 전송기에게 식별시키는 메커니즘을 또한 제공한다.

본 발명의 시스템의 다중-디바이스 유형 전력 공급/충전 능력들의 예시의 응용으로서, 도 3의 통신 모듈 (330)의 동작이 이제 설명된다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 통신 모듈은 산업 표준 규격의 제1 버전에서 제시된 통신 요구사항들을 준수하며, 그래서 제2 버전이 제1 버전보다 더 나중의 것일 때에, 산업 표준 규격의 제2 버전에 따르는 수신기 디바이스들을 이용하는 것은 물론이며, 그 제1 버전 규격에 따른 수신기 디바이스들을 이용하여 식별, 통신 및 전력공급/충전이 수행될 수 있도록 한다. 그런 다중-버전 수신기 지원을 수행하기 위해서, 상기 전송기 (302)는 수신기 유형들 사이에서 구분될 필요가 있으며, 그래서 적합한 버전의 무선 전력 전달 모드들이 선택될 수 있도록 한다.

이전 버전 규격은 전송기로부터 수신기로 전력 전달을 위해 다음의 네 페이즈들을 구비한다:

- 선택

상기 전송기는 물체들의 배치 및 제거를 위해 전송기 (인터페이스) 표면을 모니터한다. 전송기가 물체를 탐지하면, 상기 시스템은 핑 (ping) 페이즈로 진행한다.

- 핑 (ping)

상기 전송기는 디지털 핑을 실행하고, 그리고 응답을 듣는다. 전송기가 응답을 수신하면, 상기 시스템은 식별 & 설정 페이즈로 진행한다.

- 식별 & 설정

상기 전송기는 수신기를 식별하고 상기 수신기가 자신의 출력 (부하)에서 제공하려고 의도하는 전력의 최대양과 같은 설정 정보를 획득한다. 일단 상기 수신기가 식별되고 설정되면, 상기 시스템은 전력 전달 페이즈로 진행한다.

- 전력 전달

상기 전송기는 상기 수신기에게 전력을 제공하고, 상기 수신기로부터 수신한 제어 데이터에 응답하여 자신의 코일 전류를 조절한다.

이전 버전의 규격의 이 체제에서, 다른 페이즈 중 어느 하나로부터 선택 페이즈로의 변이는 상기 전송기가 수신기로의 전력 신호를 제거하는 것을 수반한다. 본 발명에 관점에서, 이 페이즈들은 다음처럼 수행된다. 상기 선택 페이즈는 이전에 설명된 본 발명의 시스템에 의해 수행된 물체 탐지를 수반한다. 상기 핑 및 식별 & 설정 페이즈들은 이제 설명된 본 발명의 방식으로 수행된다. 나중에 설명될 것처럼, 상기 전송기가 위에서 설명된 것처럼 전달되고 있는 전력의 양을 조절하는 이전의 버전 모드 또는 상기 수신기가 수신기-측 부하로 배달되고 있는 수신 전력의 양을 조절하는 더 나중의 버전 모드 중 어느 하나에 있기 위해서 상기 전력 전달 페이즈는 식별된 수신기의 버전에 종속하여 수행된다. 다음의 설명에서, 상기 이전 버전의 규격은 버전으로 언급되며, 그리고 상기 나중의 버전은 버전 B로 언급된다. 더 많은 버전들 또는 상이한 규격 표준들의 버전들이 유사한 방식으로 지원될 수 있을 것이라는 것이 이해될 것이다.

먼저, 본 발명의 핑 페이즈가 설명된다. 본 발명 실시예에서, 본 발명의 버전 B 전송기 (예를 들면, 참조번호 302의 전송기)는 상기 전송기 코일 (312)에게 선택적으로 전력을 공급함으로써 수신기 위치 스캔을 먼저 수행하고 다음에는 버전 A 또는 버전 B 수신기가 존재하는가를 먼저 판별하며, 그리고 존재하지 않는다면, 상기 위치 스캔이 종료된다. 이것은 단지 일 예이며, 다양한 버전들이 그 후에 동일한 스캔 내 대신에 (예를 들면, 순서대로) 위치될 수 있다.

수신기 디바이스가 상기 전송기 표면 상 어디에 위치하고 있는가를 탐지하고 그리고 그 수신기 디바이스를 식별하기 위해서, 상기 전송기 및 상기 수신기(들) 사이에서 통신 프로토콜이 사용될 수 있다. 이 통신 프로토콜은 어느 한 버전 규격에 따를 수 있을 것이며, 그래서 버전 A 및 버전 B 디바이스들이 시간 효율적인 방식으로 탐지될 수 있다. 시간 효율성이 소망되며, 그래서 상기 시스템의 사용자의 경험이, 상기 전송기에 의해 전력을 공급받고/충전되기 이전에 탐지될 수신기 디바이스를 기다려야 하는 것으로 인해서 부당하게 영향을 받지 않도록 한다. 도 6은 버전 A 통신 프로토콜의 예시적인 통신 또는 데이터 '패킷'의 컴포넌트들을 예시한다. 상기 패킷은 ONE 및 ZERO 비트들로 구성된 비트 스트림을 포함한다. 도 6a 및 도 6b에서 예시된 것처럼, ZERO 비트는 클록 신호의 단일 주기 t_CLK 에서 단일의 변이로 인코딩되며, 그리고 ONE 비트는 단일 클록 주기에서 두 개의 변이들로 인코딩되며, 상기 클록 주기는, 예를 들면, 약 2 kHz이다. 비트들이 하나 또는 두 개의 변이들 중 어느 하나로서 인코eld되기 때문에, 상기 신호의 초기 상태가 무엇인가는 중요하지 않으며, 그 클록 주기의 구간 내에 얼마나 많은 변이들이 발생하는가만이 중요하다. 상기 패킷의 각 바이트는 11-비트 비동기 시리얼 포맷으로 인코딩되며, 도 6c에서 예시된 것처럼 하나의 시작 비트, 하나의 홀수 패리티 비트 및 하나의 중지 비트를 구비한다. 도 6d는 네 개의 파트들 (부분들 또는 필드들)을 구비한 패킷을 예시한다: 11 내지 25 비트의 프리앰블 부분으로 모든 비트들이 ONE으로 세팅됨 (즉, 어떤 바이트들도 이 프리앰블 부분에서는 인코딩되지 않는다); 메시지 부분 바이트들의 개수 및 패킷 유형을 표시하는 단일 바이트의 헤더 부분; 하나 이상의 바이트들의 메시지 부분; 그리고 상기 헤더 부분 바이트를 상기 메시지 부분 바이트들 각각과 XOR한 것으로 계산된 단일 바이트의 체크섬 부분.

동작 시에, 미리-정해진 시간 구간, 예를 들면, 약 100 ms부터 약 300 ms까지에 걸쳐 연속하여 상기 어레이 (314)의 각 전송기 코일 (312)로부터 상기 전송기 (302)에 의해 '핑'이 전송된다. 상기 '핑'은 분리된 비-충전 에너지 신호로, 상기 핑을 전송하는 전송기 코일을 근접한 수신기 코일과 일시적으로 커플링시킬 수 있다. 상기 핑은 상기 선택기 (324)를 이용하여 선택된 전송 코일들 (312)을 경유하여 특정 시간 구간에 걸쳐서 적절한 전력 신호를 출력하기 위해 상기 전송 전력 컨디셔너 (322)를 제어함으로써 달성된다. 상기 일시적인 핑 신호에 의해 배달된 전력은 상기 커플링된 수신기 디바이스가 커플링 통신 패킷을 상기 전송기 (302)로 "송신"하는 것을 가능하게 하며, 그리고 상기 전송기 (302)의 통신 모듈 (330)은 상기 수신된 패킷들을 디코딩하고 프로세싱하기 위한 디코딩 및 프로세싱 회로를 포함한다. 이 기능들을 수행하기 위한 회로는 상기 제어기 (320)의 제어 하의 상기 전송기 (302)의 통신 모듈 (330) 내에 제공될 수 있을 것이며, 또는 상기 제어기 (320) 그 자체의 일부로서 제공될 수 있을 것이다. 상기 수신기들이 상기 패킷들 내에서 전달될 정보를 인코딩하고 그리고 이 패킷들이 "송신"되는 방식은 나중에 설명된다.

도 7은 상기 제어기 (320) 또는 상기 통신 모듈 (330)에서 구현된 것처럼, 상기 수신된 패킷들을 디코딩하기 위한 디코더 (702) 및 상기 디코딩된 패킷들을 프로세싱하기 위한 상태 머신 (704)을 예시한 블록도이다. 상기 수신된 통신 패킷들 내 시간 주기들을 측정하기 위한 타이머 (706)가 또한 보인다. 상기 디코더 (720)는 버전 A 통신 프로토콜에 따라 적어도 네 개의 프리앰블 비트들이 수신되었을 때에 상기 메시지 내에는 어떤 패리티 오류도 없으며, 그리고 체크섬을 부합하하는 유효한 수신 패킷의 메시지만을 고려하도록 구성된다; 그러나, 다른 유효 기준도 가능하다. 상기 디코더 (702)는 오류를 가진 메시지가 수신되었을 때를 표시하는 것을 물론이며, 상기 디코딩된 메시지들을 상기 상태 머신 (704)으로 전달한다. 상기 상태 머신 (704)은 상기 디코딩된 패킷들을 처리한다.

위에서 언급된 것처럼, 상기 핑 신호의 에너지를 수신한 수신기 디바이스는 커플링 통신 패킷을 상기 전송기로 송신하여 응답한다. 이 커플링 (제1) 통신 패킷은 신호 강도 (strength) 패킷의 모습일 수 있다. 상기 신호 강도 패킷은 상기 패킷의 메시지 내에 신호 강도 값을 전달하여, 상기 핑을 송신한 전송기 코일과 상기 커플링된 수신기 코일 사이의 커플링의 정도를 표시한다. 상기 상태 머신 (704)은 이 수신된 신호 강도 패킷을 처리하며, 그것에 의해 상기 전송기 (302)는 상기 수신기 디바이스가 상기 전송하는 전송기 코일의 로컬인 위치에 있는 것으로서 위치를 정할 수 있으며, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되듯이, 이는 상기 신호 강도 패킷을 주로 IPT 필드에서 반사된 신호로서 수신한 것이 그 전송 코일이기 때문이다.

수신기 디바이스의 위치를 정하는 것에 추가로, 상기 전송기 코일 또는 상기 수신기 디바이스에게 전력을 공급/충전하기 위한 코일들이 상기 신호 강도 패킷으로부터 또한 추론될 수 있다. 즉, 이하에서 설명되고 나중에 더 상세하게 설명되듯이, 상기 수신기는 상기 전송기 코일들 중 어느 하나와 상기 수신기 디바이스의 수신기 코일(들) 사이에서의 커플링의 레벨을 측정하고 그리고 상기 신호 강도를 전달함으로써 커플링의 이 레벨을 상기 전송기에게 표시하도록 구성된다. 따라서, 상기 전송기는 어느 전송기 코일 또는 전송기 코일들의 조합이 최선의 커플링을 주는지를 판별할 수 있다. 예를 들면, 둘 이상의 전송기 코일들의 조합이 전력 효율성을 최대화하면서도 전력 전송을 최대화하기 위해 사용될 것이라면, 상기 제어기 (320)는 어느 전송기 코일 (312)이 최대의 신호 강도 측정치를 제공하며 그리고 그 '최선의' 전송기 코일 (312)에 인접한 어느 전송기 코일들 (312)이 그 다음의 '최선의' 신호 강도를 제공하는가를 판별할 수 있으며, 그래서 상기 선택기 (324)를 이용하여 상기 '최선의' 두 전송기 코일들 (312)이 전력 전송을 위해 선택되도록 한다. 대안으로, 나중에 설명되는 전류 유입 방법과 같은, 동일한 또는 상이한 파라미터들의 다른 측정들이 사용될 수 있을 것이다.

물체들이 저-전력의 대략적인 탐지 방법을 이용하여 먼저 탐지되고 그리고 그 후에 정밀 탐지 스캔 방법을 이용하여 전송기 코일들에 상대적으로 위치가 정해지는 두 스테이지 수신기 탐지 방법이 설명되었지만, 단일 스테이지 탐지 방법이 본 발명의 범위 내에 존재한다. 예를 들면, 새롭게 제시된 수신기 디바이스를 탐지하거나, 또는 이전에 제시된 수신기 디바이스의 움직임을 탐지함에 있어서 전력 효율성이 특별한 응용을 위해 더 낮은 중요성이 있는 것으로 간주된다면, 상기 대략적인 탐지는 특별한 상황들에서 또는 상기 시스템으로부터 물체 탐지 회로 및 연관된 소프트웨어를 함께 빼어내어 생략될 수 있다. 실제로, 전송기 패드 스캔 동안에 전력 효율이 최대화되거나, 또는 탐지/위치결정의 속도에서의 결과적인 증가가 저-전력의 "아이들 (idle)" 또는 대기 모드들을 위해 필요한 것보다 더 높은 평가를 받을 수 있도록, 상기 전송기 및 수신기의 회로는 구성될 수 있을 것이다.

상기 수신기 디바이스의 위치를 정하면, 상기 시스템은 상기 식별 & 설정 페이즈로 진입한다. 이 페이즈에서, 상기 전송기는 수신기를 식별하고 상기 수신기가 자신의 출력 (부하)에서 제공하도록 의도한 전력의 최대 양과 같은 설정 정보를 획득한다. 예를 들면, 이것은 위치가 정해진 상기 수신기 디바이스가 상기 핑 신호의 에너지가 수신될 때에, 식별 통신 패킷을 상기 전송기로 또한 송신하여 달성된다. 이 식별 (제2) 통신 패킷은 상기 수신기 디바이스의 신원을 상기 패킷의 메시지 부분에서 전달한다. 예를 들면, 상기 메시지는 다음의 것들을 포함한다: 버전 A 통신 프로토콜에 따른 버전 코드, 제조자 코드, 및 기본 디바이스 식별자, 상기 버전 코드가 상기 수신기가 버전 A 및/또는 버전 B 호환이라는 것을 규정하는 경우, 상기 제조자 코드는 상기 수신기의 제조자를 식별시키며 그리고 상기 기본 디바이스 식별자는 충분한 유일함을 보장하기 위해 랜덤으로 생성될 수 있는 수신기 디바이스 신원이다 (예를 들면, 디바이스 ID 또는 ID 코드). 상기 상태 머신 (704)은 이 수신된 식별 패킷을 처리하며, 그것에 의해 상기 전송기 (302)는 위치가 정해진 상기 수신기 디바이스를 식별할 수 있다. 버전 A 통신 프로토콜에서, 상기 식별 패킷은 설정 (제3) 통신 패킷과 동반할 수 있으며, 여기에서 상기 패킷의 메시지 부분은 상기 수신기 디바이스가 수신하도록 설정되었던 최대 전력을 표시한다. 상기 상태 머신 (704)은 이 수신된 설정 패킷을 처리하며, 그에 의해 상기 전송기 (302)는 따라서 전력 전달 모드의 파라미터들을 설정할 수 있다. 버전 B 수신기에 대해, 상기 설정 패킷은 상기 수신기에 전력을 공급하기 위해 필요한 전송기 코일들의 최대/최소 개수와 같은 추가적인 설정 정보를 포함할 수 있다.

상기 전송기로부터의 핑에 응답하여 커플링, 식별 및 설정 패킷들을 연속하여 제공하는 상기 설명된 프로토콜의 대한 대안으로, 상기 시스템은 더 많은 또는 더 적은 데이터 패킷들 내에 유사한 정보를 송신하도록 구성될 수 있다. 도 6e는 대안으로 패킷 구조를 예시하며, 그 경우 ID 부분 또는 필드가 헤더 부분 및 메시지 부분 사이에 제공된다. 이것은 상기 기본 디바이스 식별자와 같은 상기 디바이스의 신원이 모든 데이터 패킷들과 함께 송신되는 것을 가능하게 하며, 이것은 나중에 설명되는 계속되는 통신들 동안에 유용할 수 있다. 또한, 이것은 상기 버전 코드 및 제조자 코드가 ID코드로부터 원래 추론된다면, (생성되고 그리고) 송신되고 있는 분리된 식별 데이터 패킷에 대한 필요성을 없앨 수 있으며, 이는 위치 결정 및 식별 스캔의 속도를 높이는 것에 도움을 줄 수 있다. 더욱이, 상기 ID 코드는 상기 식별된 수신기 디바이스의 설정 요구사항들을 초기에 정의하기 위해 또한 사용될 수 있을 것이며, 그래서 상기 설정 데이터 패킷이 또한 생략될 수 있도록 하며, 그럼으로써 본 발명 시스템의 '정밀' 탐지 방법의 프로세싱 시간을 더 빠르게 한다.

전력 전달 페이즈를 설명하기 위해서, 적용가능한 예시적인 전송기(들)에 관련하여 본 발명의 적용가능한 수신기 디바이스(들)의 상세한 예들을 설명하는 것이 우선 도움이 될 것이다.

도 8은 본 발명 시스템의 수신기 (804)의 실시예를 예시한다. 상기 수신기 (804)는 블록도 모습으로 예시되어, 수신 전력 관리 회로 (806) 및 수신기 회로 (808)을 포함하는 전자 장치를 보여주며, 이 수신기 회로는 제어기 (810), 수신 전력 컨디셔너 (812) 및 통신 모듈 (814), 그리고 부하 (816)를 포함한다. 도 9는 수신 전력 관리 회로 및 수신기 회로 (908)를 포함하는 블록도 모습인 유사한 컴포넌트들/요소들을 구지한 수신기 (904)의 더욱 상세한 예를 보여주며, 상기 수신기 회로는 제어기 (910), 수신 전력 컨디셔너 (912) 및 통신 모듈 (914), 그리고 부하 (916)와 전류 감지 회로 (917)를 포함한다. 추가로, 상기 수신 전력 컨디셔너 (912)는 전력 정류기 (918) 및 전압 레귤레이터 (920)를 구비한 것으로 예시되며, 그리고 문맥을 위해 도 3의 코일 어레이 (314)로부터의 전송된 에너지가 보인다. 상기 수신기들 (804 및 904)의 유사한 컴포넌트들/요소들은 서로에게 유사한 방식으로 기능한다는 것에 유의한다.

상기 제어기 (810/910)는 마이크로제어기나 마이크로프로세서와 같은 프로그래머블 집적 회로의 모습인 디지털 제어기로서, 또는 분리된 회로 컴포넌트들의 모습인 아날로그 제어기로서 제공될 수 있다. 여기에서 설명된 수신 전력 관리 및 수신기 회로의 예들에서, 마이크로제어기가 수신기-측 부하로의 전력 흐름 제어를 구동하기 위해서만이 아니라 상기 수신기의 메인 프로세싱 회로로서도 또한 제공되지만, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 상이한 적용가능 모습의 제어기가 본 발명 시스템의 특별한 응용에 종속하여 동등하게 사용될 수 있을 것이라는 것을 이해한다.

전력 정류기 (918)는, 비-동기식 또는 동기식 구성 중 어느 하나이며, 다이오드 기반의 스위치들이나 트랜지스터, FET들 또는 MOSFET들과 같은 반도체 스위치들과 같은 스위치들을 구비한 반-브리지 정류기 또는 전-브리지 정류기처럼 스위치-기반 정류기로서 제공될 수 있으며, 이는 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에게는 잘 알려진 것이다. 전압 레귤레이터 (920)는 LDO (low dropout regulator) 또는 상기 시스템의 특정 애플리케이션에서 전압을 조정하기에 적합한 다른 회로로서 제공될 수 있다. 상기 수신기 코일에 의해 수신된 전력이 AC 신호이기 때문에, 여기에서 설명된 수신기 회로 (908)의 예에서, 상기 수신 전력 컨디셔너는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 전 브리지 정류기로서 구성된 전력 정류기 (918) 그리고 정류된 DC 전압 (즉, 도 9에서 예시된 중간 전압)을 부하 (916)으로의 배송을 위해 적합한 전압으로 조절하기 위한 LDO로서 구성된 전압 레귤레이터 (920)를 구비하지만, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 상이한 적용가능한 형상의 정류기 및 레귤레이터가 본 발명 시스템의 특별한 응용에 종속하여 동등하게 사용될 수 있을 것이라는 것을 이해한다.

이전에 설명된 것처럼, 수신기 디바이스가 상기 시스템의 전송기의 커플링 근방으로 이끌어질 때에, 상기 수신기 디바이스에 대한 전력공급/충전이 허용되고/가능하게 되기 이전에 상기 수신기 디바이스의 존재, 상대적 위치 및 식별이 먼저 확인된다. 이 기능은 상기 전송기 상의 디바이스 배치의 공간적인 자유 및 다중 디바이스들의 동시 충전을 돕는 것만이 아니라, 상기 디바이스들이 호환되는 방식으로 전력을 공급받고/충전되는 것을 확실하게 한다. 이전에 설명된 것처럼, 이것은 상이한 SSO 규격들을 지지하는 다중의 수신기 디바이스 버전들이, 예를 들면, 수신기-측 부하로 배송된 최대 허용가능 전압과 같은 상이한 전력공급 및 충전 요구사항들을 가지기 때문이다. 이 탐지 및 설정 페이즈는 수신기-측 부하를 수신기의 충전 회로로부터 연결 해제하여, 그래서 상기 전송기로부터 연결 해제하여 가장 간편하게 수행되며, 그래서 부정확한 또는 바라지 않는 충전의 문제가 존재하지 않는다. 즉, 수신기가 상기 전송기의 커플링 핑에 의해 파워 온 될때에, 상기 수신기는 초기 상태로 진입한다. 이 초기 상태에서, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에 의해 잘 이해되는 방식으로, 상기 전력 레귤레이터 (924)는 디스에이블되며 그리고 출력 부하 (916)는 상기 LDO (924)를 디스에이블로 유지함으로써 연결 해제된다. 상기 초기 상태 및 다른 상태들에서 상기 수신기-측 부하를 연결 해제하는 다른 방식들 또한 본 발명에 적용 가능하다.

통신 모듈을 포함시키고 그리고 상기 전력 정류기와 함께 부하 연결 해제를 이렇게 제공함으로써, 버전 B 수신기로서 설정된 본 발명의 수신기는 버전 A 수신기와 유사하다. 그러나, 이것은 유사성이 끝난 경우이다. 본 발명의 버전 B 수신기 그리고 버전 A 수신기 사이의 하나의 기능적인 차이는 수신기 측에서 전력 흐름 제어를 포함시킨 것이다. 이어지는 설명으로부터 명백하게 될 것처럼, 버전 A 수신기를 위한 전력 흐름 제어는 상기 버전 A 수신기 그리고 버전 A 또는 버전 B 중 어느 하나인 전송기 사이에서의 통신들을 통해서 제공되며, 이 경우에 상기 전송기는 전송되고 있는 전력의 양을 변경하여 그런 통신에 대해 응답한다. 재충전가능 배터리와 같은 상기 수신기 디바이스의 부하가 과충전되지 않았거나 또는 과소충전되지 않았으며 그래서 전송된 전력이 부당하고 바람직하지 않게 소비된 것이 아니라는 것을 보장하기 위해서 전력 흐름 제어는 필요하며, 이는 이런 것이 시스템 효율성을 줄이기 때문이다. 전송기-측 상에서 전력 흐름 제어를 필요로 하는 것이 잘 동작하지만, 그것은 동작에 있어서 상대적으로 느리며, 이는 통신 링크의 사용에 의해 강제되고 그리고 IPT 필드를 통한 전력의 전송이 전력 흐름 제어의 주된 수단으로서 사용되고 있기 때문에 정밀한 또는 정교한 방식에서의 제어가 어렵기 때문이다. 따라서, 본 발명의 수신기 자체적으로 전력 흐름 제어를 제공하는 것은 더욱 동적이고 정밀한 제어를 가능하게 한다.

수신기-측 상에서의 전력 흐름 제어가 알려져 있지만, 본 발명의 특별한 응용은 이전에 설명된 것처럼 수신기 회로를 스마트폰과 같은 소비자 전자 디바이스들 내부로 소형화하는 것임이 이해될 것이다. 따라서, 복잡하며, 성가시며 그리고 컴포넌트가 무거운 알려진 전력 흐름 제어 회로는, 상기 수신기의 회로를 상기 디바이스들 그 자체의 IC들로 통합하는 것이 궁극적인 목적인, 그런 응용을 위해서는 적합하지 않다.

본 발명의 수신기의 전력 흐름 제어는 상기 제어기의 제어 하에 수신 전력 관리 회로에 의해 제공된다. 도 9로 돌아가면, 상기 수신 전력 관리 회로 (906)는 수신기 요소 (코일) 회로 (922), 그리고 상기 수신기 요소 회로 (922)로부터 상기 수신 전력 컨디셔너 (912)로 배달된 전력을 조절하는 전력 레귤레이터 (924)를 포함한다. 상기 수신 전력 관리 회로의 예시적인 모습들은, 제목이 Coupled-Coil Power Control for Inductive Power Transfer Systems 이며 각각 2014년 1월 22일 및 5월 8일에 출원된 미국 임시 출원 번호 61/930,191 및 61/990,409인 두 출원들, 제목이 Received Wireless Power Regulation이며 각각 2014년 11월 5일 및 11월 7일에 출원된 미국 임시 출원 번호 62/075,878 및 62/076,714의 두 출원들, 그리고 제목들이 각각 Power Receiver Having Magnetic Signature and Method of Operating Same, Contactless Power Receiver and Method of Operating Same, 그리고 Inductive Power Receiver with Resonant Coupling Regulator이며, 각각 2013년 11월 11일, 2013년 11월 7일 및 2014년 2월 7일에 출원된 뉴질랜드 임시 출원 번호 617604, 617606 및 620979인 출원들에서 개시되며, 상기 출원들의 내용들은 모두가 본원에 참조로서 명시적으로 편입된다. 도 10은 버전 A 및 버전 B 전력공급/충전을 위한 다중-모드 동작을 제공하기 위해 적응된 수신 전력 관리 회로를 구비한 수신기의 예시적인 실시예를 예시한다.

도 8 및 도 9와 유사하게, 도 10은 수신 전력 관리 회로 (1006) 그리고 제어기 (1010), 수신 전력 컨디셔너 (1012) 및 통신 모듈 (1014)을 포함하는 수신기 회로 (1008)와 부하 (1016)를 구비하는 수신기 (1004)를 보여준다. 상기 수신 전력 컨디셔너 (1012)는 다이오드 브리지의 블록도로 보이는 전력 정류기 (1018), 그리고 전압 레귤레이터 (1020)를 가진다. 이 컴포넌트들은 도 9의 유사한 컴포넌트들에 대해서 설명된 방식으로 구성되며 동작할 수 있다. 상기 수신 전력 관리 회로 (1006)는 수신기 요소 회로 (1022) 및 전력 레귤레이터 (1024)를 가진다.

상기 수신기 요소 회로 (1022)는 수신 요소 (1026) 및 (공진) 동조 요소들 (1028 및 1030)을 구비한 이중 공진 회로로서 구성된다. 상기 수신 요소는 수신기 (픽업 또는 세컨더리) 코일 (1026)로서 구성된다. (제1) 동조 요소 (1028)는 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 이해하는 방식으로 상기 시스템의 전력 전달 효율을 향상시키도록 구성된 직렬 동조 커패시터 C_S로 예시된다. (제2) 동조 요소 (1030)는 버전 A 규격에 따라 버전 A 전송기용의 공진 탐지 방법을 가능하게 하도록 구성된 약 1 MHz로 동조되며, 그래서 여기에서는 상세하게 설명되지 않는 병렬 동조 커패시터 C_P 로 예시된다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 잘 이해하는 것처럼, 상기 예시된 커패시터들은 다른 고정된 또는 가변 커패시터들, 인덕터들 등과 같은 가변의 리액턴스 요소들로서 제공되거나 또는 저항기들 등과 같은 다른 동조 요소들로서 제공될 수 있다.

도 10에 예시된 것처럼, 수신기 (1004)는, 상기 제어기 (1010)로 전달되는 상기 부하 (1016)로의 출력 전류를 감지하기 위해 제공된 전류 감지 회로 (1017)을 또한 포함한다. 상기 제어기 (1010)는 다음의 것들을 포함하는 버전 A 모드에서의 여러 목적들을 위해 상기 감지된 출력 전류 정보를 사용한다:

(a) 버전 A (모드) 전송기에게 최적 동작 포인트를 설립할 것을 요청하기 위해;

(b) 버전 A (모드) 전송기로 송신된 수신 전력을 판별하기 위해서; 그리고

(c) 동기식 정류기 (1018)가 인에블될 것을 필요로 하는가는 판별하기 위해서 - 이는 버전 A 모드에서는 필요하지 않음.

버전 A 수신기 및 버전 B 수신기의 예시적인 모습들을 설명하였으며, 본 발명의 시스템에 의해 구현된 전력 전달 모드의 예가 이제 설명된다. 이전에 설명된 것처럼, 이전 버전 SSO 규격의 전력 전달 모드에서, 상기 전송기는 수신기에게 전력을 제공하며, 상기 수신기로부터 수신한 제어 데이터에 응답하여 자신의 코일 전류를 조절한다. 그러나, 나중의 버전 SSO 규격에서 수신기는 이전에 설명된 방식으로 수신기-측 부하로 배송된 수신 전력을 양을 조절한다. 그러므로, 여러 동작 시나리오들은 이런 다중-버전 충전 환경에서 본 발명의 시스템에 의해 지원될 것을 필요로 한다. 이 시나리오들은 다음과 같다:

(1) 버전 B 모드 - 버전 B 전송기

버전 B 전송기는 하나 이상의 버전 B 수신기 디바이스들을 충전시킨다;

(2) 버전 B 모드 - 버전 B 수신기

버전 B 수신기는 버전 B 전송기에 의해 충전된다;

(3) 버전 A 모드 - 버전 B 전송기

버전 B 전송기는 하나 이상의 버전 A 수신기 디바이스들을 충전시킨다;

(4) 버전 A 모드 - 버전 B 수신기

버전 B 수신기는 버전 A 전송기에 의해 충전된다;

(5) 다중-버전 모드 - 버전 B 전송기

버전 B 전송기는 하나 이상의 버전 A 수신기 디바이스들 및 버전 B 수신기 디바이스들을 충전시킨다.

상기 시스템이 이 상이한 모드의 동작 중에서 하나를 채택하도록 하기 위해서, 상기 전송기 및 수신기의 각각의 버전들을 결정하는 것이 각 경우에 만들어질 필요가 있다. 이전에 설명된 버전 A 통신 프로토콜에서, 통신은 한-방향으로, 즉, 상기 수신기로부터 상기 전송기로 수행된다. 이것은 이전에 설명되었듯이 식별 & 설정 페이즈의 방식으로 상기 수신기의 버전을 상기 전송기로 식별시키기 위한 양호한 메커니즘을 제공하지만, 상기 전송기의 버전을 상기 수신기로 식별시키기 위한 메커니즘은 제공하지 않는다. 다양한 시나리오를 설명하기 이전에 공통적인 요소가 설명된다.

우선, 버전 A 통신 프토콜이 버전 A 또는 버전 B 수신기 중 어느 하나의 신원을 위해 적합하기 때문에, 버전 A 또는 버전 B 중 어느 하나의 전송기로부터의 '핑'에 응답하여 데이터 패킷들 내에서 전달될 정보를 상이한 버전의 수신기들이 인코딩하는 방식은 근본적으로 동일하다. 즉, 상기 수신기 (904)의 통신 모듈 (914)은 상기 제어기 (910)의 제어 하에 진폭 변호 (AM)를 사용하여, ONE 및 ZERO 비트들의 비트스트림을 한정하는 변이들을 생산하여, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 잘 이해하는 방식으로 다양한 데이터 패킷들을 만들며, 예를 들면, 상기 통신 모듈 (914)을 수신기의 AC-측 상의 연관된 스위치들을 가진 적합한 크기의 두 커패시터들로서 구성함으로써 진폭 변조가 제공될 수 있으며, 그래서 AC 신호가 용량성 부하를 이용하여 변조되도록 한다. 또한, 상기 전송기 (302)의 통신 모듈 (330)은 상기 수신기 (904)로부터 수신한 상기 변조된 신호들을 복조하기 위해 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 잘 이해하는 방식으로 구성되며 그리고 상기 복조된 패킷들을 상기 디코더 (702)로 피드한다. 상기 전송기의 복조 회로의 실시예의 특정 예들은 나중에 설명된다.

예를 들면, 신호 강도 패킷을 위해, (임의 버전의) 전송기로부터의 (디지털) 핑을 수신한 것은 상기 수신기 요소 (코일) 회로 (922)로 하여금 전력 정류기 (918)에 의해 정류된 DC 전압으로 상기 중간 전압으로서 변환된 대응 AC 신호를 산출하도록 한다. 상기 중간 전압은 상기 제어기 (910)에 의해 (예를 들면, 상기 제어기 (910)로 전달된 전압 감지 신호를 생산하기 위해 상기 중간 전압을 측정하기 위해 전압 분할기 회로를 사용함으로써) 샘플링되며 그리고 그럼으로써, 상기 통신 모듈 (914)을 제어하기 위해 사용되어, 진폭 변조를 이용하여 상기 신호 강도 패킷을 생산하며, 이는 상기 중간 전압의 레벨을 나타내며, 그러므로 상기 수신기 코일과 상기 핑을 전송하기 위해 사용된 전송기 코일 사이의 커플링의 레벨 (또는 강도)을 나타낸다.

두 번째로, 본 발명 예에서, 버전 A는 어떤 버전의 전송기라도 특정 주파수 범위에서, 예를 들어, 약 110 kHz로부터 약 205 kHz에서 동작할 것을 필요로 한다. 이 요구사항은 나중 버전의 전송기 및 수신기들의 이전 버전의 전송기 및 수신기들과의 호환성을 보장하기 위해 합치되어야만 한다. 주파수 범위 요구사항들에 관련하여, 상기 버전 B 전송기 및 상기 버전 B 수신기의 동작 주파수는 약 110 kHz로 세팅된다.

세 번째로, 제한된 필요한 주파수 범위는 버전 B 전송기가 커플링된 버전 B 수신기와 통신하기 위한 기회를 제공하며, 그럼으로써, 2-웨이 또는 양-방향 통신을 제공하며, 이는 도 3 실시예를 참조하여 계속된다. 상기 버전 B 전송기는 버전 B 식별 패킷이 커플링된 수신기로부터 수신되었던 상기 어레이 (314)의 전송기 코일 (312) (또는 각 전송기 코일) 상의 버전 A의 동작 주파수 범위 외부인, 또는 그 동작 주파수 범위로부터 시프트된, 분리된 비-전력공급 신호를 전송하도록 구성된다. 예를 들면, 약 300 kHz 내지 약 1 MHz인, 버전 A 동작 주파수보다 더 높은 주파수의 신호가 전송된다. 본 발명 실시예에서, 약 300 kHz 내지 약 400 kHz의 신호 (또는 버스트)가 상기 전송기 코일들에 의해 전송된다. 이것은 상기 선택기 (324)를 이용하여 선택된 전송기 코일들 (312)을 경유하여, 미리 정의된 시간 구간에 걸쳐 적절한 전력 신호를 출력하기 위해 상기 전송 전력 컨디셔너 (322)를 제어함으로써 달성되다. 이것은 상기 식별된 버전 B 수신기에게 버전 B 모드에서 동작할 것을 통지하기 위한 '서명'을 제공한다. 본 발명 실시예에서, 상기 미리 정의된 시간 구간은 약 10 ms 내지 약 50 ms이다.

재진술의 목적들을 위해서, 상기 전력 전달 페이즈 이전에 상기 시스템에 의해 수행된 예시적인 프로세스는 다음과 같다. 상기 전송기의 파워 업 시에, 어떤 전송기 코일들도 전력을 공급받지 않아서 어떤 근접 수신기들에게도 전력이 공급되지 않는 초기 상태로 진입한다. 이 초기 상태에서 상기 전송기의 충전 표면 상에 수신기가 배치되었는가를 탐지하기 위해 물체 탐지가 계속 동작한다. 물체 탐지 결과를 트리거하면, 상기 전송기는 수신기 디바이스를 구비할 수 있을 영역들을 판별하기 위해서 전체 충전 표면에 대한 스캔을 실행한다. 이전에 설명된 것처럼, 이 스캔은 분리된 전송기 코일들에서의 전류 유입을 측정하는 것 또는 상기 전송기에 의한 디지털 통신 핑을 송신한 것에 대한 수신기의 응답을 검색하는 것을 수반할 수 있다. 또한, 위치 (그리고 식별) 스캔의 상기 설명된 실시예들이 전체 충전 표면을 스캔하는 것을 수반하지만, 그것은 수신기가 위치 정해질 때까지 상기 스캔이 수행되는 본 발명의 범위 내에 있는 것이다. 일단 수신기가 탐지되면, 상기 전송기는 전력 전달 상태로 진입한다. 그러나 이 초기 상태 이후에, 상기 물체 탐지, 그리고 그것에 의해 트리거된 위치 및 식별 스캔은 상기 전송기에 의해 게속 수행되며, 그래서 탐지된 수신기의 이동 또는 제거가 결정될 수 있도록 하며 그리고/또는 추가의 수신기 디바이스들의 위치가 탐지될 수 있도록 한다.

이 공통적인 요소들이 이해되면, 본 발명 시스템에 적용가능한 다양한 케이스들 또는 시나리오들이 예전에 나타난 순서대로, 즉, 시나리오 1부터 시나리오 5까지, 전력 전달 페이즈의 맥락에서 그리고 도 3 및 도 9의 예시적인 실시예들을 참조하여 이제 설명된다. 정확한 동작 상태를 판별하는 것이 동일한 프로세스 흐름에서 모든 시나리오들에 대해 수행되기 때문에, 이 순서는 어떤 유형의 연속적인 순서로서 간주되지 않아야 한다. 또한, 이제 설명된 것이 아닌 다른 다양한 기준들은 상기 시스템의 실제의 동작에서 합치될 것이 필요할 수 있다. 이 기준들은 특정 예들의 맥락에서 나중에 설명된다.

시나리오 (1)에서, 하나 이상의 버전 B 수신기 디바이스들을 충전하기 위해서 버전 B 전송기가 사용될 것이며, 그러므로, 상기 버전 B 전송기는 버전 B 모드에 배치될 것이 필요하다.

이전에 설명된 예시적인 체제에서처럼, 상기 버전 B 수신기는 자신이 버전 B인 것을 상기 버전 B 전송기로부터 수신된 핑 (메시지)에 응답하여 송신된 식별 패킷의 일부로서 전달한다. 상기 제어기 (320)와 함께 상기 전송기 (302)의 통신 모듈 (330)은 (예를 들어, 디코더 (702) 및 상태 머신 (704)을 이용하여), 상기 수신된 식별 패킷이 상기 수신기 디바이스 (904)가 버전 B이며 그리고 상기 식별 패킷이 수신되었던 전송기 코일(들) (312)의 커플링 범위 내에 있다는 것을 확인한다고 결정한다. 응답으로 상기 제어기 (320)는 상기 전송기 (302)를 버전 B 모드로 배치한다.

둘 모두 버전 B 모드인 버전 B 전송기 및 버전 B 수신기를 이용하여, 버전 B 모드에서의 전력 전달은 시나리오 (2)에 관하여 설명된 방식으로 시작할 수 있다. 버전 B 모드의 전력 전달 페이즈에서, 제2의 또는 차후의 또는 다른 버전 B 수신기가 상기 전송기 (302)의 커플링 근접 내로 이끌어질 때에, 예를 들어, 제2 버전 B 수신기가 상기 충전 표면 상에 배치될 때에, 선택 페이즈의 물체 탐지는 트리거되며, 그럼으로써 전력 전달 페이즈의 중지 및 핑 페이즈와 식별 & 설정 페이즈의 초기화를 초래한다는 것에 유의한다. 이 페이즈들에서, 이미 충전된 버전 B 수신기(들)가 재-발견 (re-discover)되며 그리고 어떤 새로운 (또는 제거된) 버전 B 수신기들이 발견된다. 그렇게 전력 전달 페이즈로 진입될 때에, 상기 재-발견된 수신기들의 전력공급/충전은 다시 계속되며 그리고 상기 새롭게 발견된 수신기들의 전력공급/충전이 시작된다. 아래에서 상세하게 설명되는 것처럼, 전력 흐름 제어가 상기 버전 B 수신기들 그 자체에 의해 일어나기 때문에 비록 단일의 인버터가 상기 전송기에 의해 사용된다고 하더라도 복수의 버전 B 수신기 디바이스들은 버전 B 모드에 있는 버전 B 전송기에 의해 동시에 개별적으로 전력 공급/충전될 수 있다.

전력 전달 페이즈로 진입하기 이전에, 상기 전송기 코일들 및 상기 수신기 코일들이 사이에 물체가 존재한다면 그 사이에 (금속의 또는 다른 전력 흡수 물질인) 물체가 존재하는가를 판별하기 위해서 상기 전송기 (302)는 소위 말하는 외부 물체 탐지 단계를 수행할 수 있다는 것에 유의한다. 외부 물체가 탐지되면, 상기 전송기는 상기 전송기 코일들에 전력을 공급하지 않는 것을 선택할 것이다. 어떤 외부 물체도 탐지되지 않는다면, 상기 전력 전달 페이즈가 시작된다. 예시적인 외부 물체 탐지 방법은 뉴질랜드 임시 출원 No. 626547 그리고 미국 임시 특허 출원 Nos. 62/078,103, 62/094,341 및 62/099,750에서 설명되며, 이 출원들의 내용들은 본원에 참조로서 명시적으로 편입된다.

시나리오 (2)에서, 버전 B 수신기 디바이스는 버전 B 전송기에 의해 충전될 것이며, 그러므로 상기 버전 B 수신기는 버전 B 모드에 배치될 필요가 있다.

버전 B 수신기의 예시적인 실시예에서, 이전에 설명된 초기 상태는 중립 모드에서, 즉, 상기 수신기가 버전 A 모드나 버전 B 모드 중 어느 것으로도 배치되지 않고 수행될 수 있다. 상기 버전 B 수신기의 동작을 위해 버전 B 모드를 선택하는 것은 이 중립 모드 초기 상태로부터 다음처럼 수행될 수 있다.

버전 B 모드에 있는 버전 B 전송기를 이용하여, 상기 전송기 (302)는 상기 식별 패킷이 수신되었던 전송기 코일 또는 코일들 (312)를 선택기 (324)를 이용하여 먼저 선택하고 그리고 시프트된 주파수 버스트를 그 사이로 전송하여, 자기 자신을 버전 B 전송기로서 상기 버전 B 수신기에게 식별시키도록 한다. 식별 및 설정 패킷들을 송신한 이후에, 상기 수신기 (904)의 제어기 (910)는 상기 수신기 (904)의 수신기 코일 (922)에 의해 수신된 상기 전송기 (302)로부터의 전력 신호들의 주파수를 탐지하는 모드 선택 알고리즘을 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 잘 이해하는 방식으로 실행한다. 수신기 (904)가 상기 전송기 (302)로부터의 300 kHz 신호들을 탐지하면, 그것은 대기 상태로 들어갈 것이다.

이전에 선언된 것처럼 고정된 시간 지연, 예를 들면, 약 50 ms 이후에, 상기 제어기 (320)는 상기 선택된 전송기 코일(들) (312)의 동작 주파수를 버전 B 수신기의 충전 주파수로, 예를 들면, 약 110 kHz로 변경한다. 대기 상태에서, 전송기 (302)로부터 수신되고 있는 신호들의 주파수를 체크하는 것을 계속하기 위해서 상기 제어기 (910)가 모드 선택 알고리즘을 계속 동작시키기 때문에 상기 수신기 (904)는 전송 전력 주파수에서 이 변화를 탐지한다. 일단 110 kHz 신호가 수신되었다는 것이 일단 탐지되면, 상기 모드 선택 알고리즘은 상기 제어기 (910)를 이용하여 상기 전력 레귤레이터 (924) 및 상기 LDO (920)를 인에이블시켜서 버전 B 모드를 선택하며, 그럼으로써 상기 출력 부하 (916)를 상기 수신기 회로 (908)로 연결시키며 그리고 상기 전력 관리 회로 (906)가 수신기 (904) 내 전력 흐름을 제어하도록 허용한다.

수신기-측 부하에게 전력공급/충전하기 위해 동작되어야 하는 전송기 코일들의 개수를 선택하기 위해서 상기 버전 B 수신기는 대기 상태 동안에 하나 이상의 설정 (제3) 통신 패킷들을 버전 B 전송기에게로 송신하도록 또한 구성될 수 있다.

또한, 이전 버전 규격의 일 예에서, 전력 약정 (power contract)이 버전 A 또는 버전 B 수신기와 버전 A 전송기 사이에서 설립되도록 하기 위해서, 유효 신호 강도 패킷들, 식별 및 설정 패킷들은 상기 수신기로부터 상기 전송기에 의해 요청된 시간 구간 내에, 예를 들면, 약 500 ms 내에 수신될 필요가 있다. 따라서, 버전 B 수신기는 이전에 설명된 초기 상태에서 버전 A 전송기 상에 배치되었다고 가정하도록 구성될 수 있다. 즉, 버전 B 수신기의 디폴트 모드는 버전 A 모드이며, 그래서 버전 B 수신기가 버전 A 전력 약정을 빠르게 설립할 수 있도록 한다. 이 예에서, 모드 선택 알고리즘은, 상기 전송기로부터의 버전 B 서명 신호가 탐지될 때에는 초기 상태로부터 버전 A 모드로의 디폴트 이동이 중단되는 주파수 탐지 인터럽트 서비스 루틴 (Interrupt Service Routine (ISR))으로서 구성된다.

둘 모두가 버전 B 모드인 버전 B 전송기 및 버전 B 수신기를 이용하여, 버전 B 모드에서의 전력 전달이 시작될 수 있으며 그리고 예를 들어 앞에서 참조된 미국 임시 출원 Nos. 61/930,191, 61/990,409, 62/075,878 및 62/076,714 그리고 뉴질랜드 임시 출원 Nos. 617694, 627606 및 620979에서 설명된 것처럼, 수신 전력 컨디셔너 (912) 및 수신 전력 관리 회로 (906)의 수신기 코일 회로 (922)과 전력 레귤레이터 (924)의 동작 및 구성에 적용가능한 방식으로 전력 흐름 제어가 실행된다.

시나리오 (3)에서, 버전 B 전송기는 하나 이상의 버전 A 수신기 디바이스들을 충전하기 위해 사용될 것이며, 그러므로 상기 버전 B 전송기는 버전 A 모드에 배치될 필요가 있다.

이전에 설명된 예시적인 체제에서처럼, 상기 버전 B 수신기는 자신이 버전 A인 것을 상기 버전 B 전송기로부터 수신된 핑 (메시지)에 응답하여 송신된 식별 패킷의 일부로서 전달한다. 상기 제어기 (320)와 함께 상기 전송기 (302)의 통신 모듈 (330)은 (예를 들어, 디코더 (702) 및 상태 머신 (704)을 이용하여), 상기 수신된 식별 패킷이 상기 수신기 디바이스 (904)가 버전 A이며 그리고 상기 식별 패킷이 수신되었던 전송기 코일(들) (312)의 커플링 범위 내에 있다는 것을 확인한다고 결정한다. 응답으로 상기 제어기 (320)는 상기 전송기 (302)를 버전 A 모드로 배치한다.

버전 A 모드인 버전 B 전송기를 이용하여, 버전 A에서의 전력 전달이, 예를 들면, 다음처럼 시작할 수 있다.

이전에 설명된 것처럼, 전송기 (302)의 버전 A 모드에서 상기 버전 A 수신기를 위한 전력 흐름 제어가 상기 버전 A 수신기 및 상기 버전 B 전송기 사이에서의 통신들을 통해서 제공된다. 특히, 일단 버전 A 모드에서 상기 전송기 (302)의 제어기 (320)는 버전 A 수신기와의 전력 약정을 설립하기 위해 버전 A 수신기로부터 상기 통신 모듈 (330)에서 수신된 설정 (제3) 통신 패킷을 (예를 들면, 디코더 (720) 및 상태 머신 (704)을 이용하여) 처리한다. 그러면 모든 진행중인 전력 전달 제어는 상기 통신들을 이용하여 버전 A 수신기에 의해 다루어진다. 예를 들면, 상기 제어기 (320)는 상기 버전 A 수신기에 의해 송신된 전력 전달 (제4) 통신 패킷들에 응답한다. 상기 전력 전달 패킷들의 메시지 부분은 상기 버전 A 수신에 의해 사용되어 상이한 제어 기능들을 제공한다. 예를 들면, 상기 전력 전달 패킷들은 시작 전력 전달 패킷, 종료 전력 전달 패킷, 조절 전력 패킷 그리고 오류 패킷을 포함할 수 있다. 이 패킷들은 상기 디코더 (720)에 의해 디코딩되며 그리고 상기 상태 머신 (704)에 의해 구현되어, 상기 전력 신호가 제어되고 조절되는 것을 보장하며, 그래서 상기 전송기가 상기 버전 A 규격에 따르도록 한다.

상기 전송기 (302)가 상기 시작 전력 패킷을 수신할 때에, 상기 제어기 (302)는 상기 수신기에게 전력을 공급하기 위해 사용되고 있는 전송 코일들 (312)의 동작 주파수를 조절하여 상기 시작 전력 패킷의 메시지 부분에서 규정된 동작 포인트로 이동시키며 그리고 전력 전달을 시작한다. 본 발명 예에서, 상기 상태 머신 (704)은 전달된 전력의 양을, 상기 전송 전력 컨디셔너 (322)의 (버크-부스트) 출력 전압을 조절함으로써 세팅한다.

일단 전력 전달이 시작되면, 수신기-측 부하에 의해 요청된 전력의 양이 충전 및 사용 상태에 따라 변하면 상기 조절 전력 패킷들은 상기 버전 A 수신기에 의해 계속하여 송신되며 그리고 버전 A 수신기에서 수신되고 있는 전력의 양을 조절하기 위해서 사용된다. 상기 전송기 (302)가 상기 조절 전력 패킷들을 수신할 때에, 제어기 (320)는 상기 수신기에게 전력을 공급하기 위해 사용되고 있는 상기 전송 코일들 (312)의 동작 주파수를 조절하여, 상기 조절 전력 패킷의 메시지 부분에 규정된 최적의 동작 포인트로 이동시킨다. 본 발명 예에서, 각 조절 전력 패킷이 수신되면 상기 상태 머신 (704)는 전달된 전력의 양을, 전송 전력 컨디셔너 (322)의 (버크-부스트) 출력 전압을 조절함으로써 제어한다

전송 전력 컨디셔너 (322)가 자신의 동작 범위의 한계점에 있기 때문에 상기 제어기 (302)가 (더 높은 또는 더 낮은) 요청된 조절을 충족시키기 위해 상기 출력 전압을 조절할 수 없다면, 제어기 (320)는 상기 선택기 (324)로 하여금 상기 수신기 코일의 필드 커플링을 악화시키거나 향상시키기 위해 사용되고 있는 상이한 전송 코일들 (312) (또는 코일들의 세트)을 선택하도록 할 수 있다

상기 전송기 (302)가 상기 종료 전력 패킷 또는 오류 패킷들을 수신할 때에, 제어기 (320)는 전력 전달을 종료하고 전력 전달 페이즈로부터 자신의 초기 상태로 반대로 이동한다. 오류 패킷들은 초과-온도, 과전압 등과 같은 수신기 내 또는 근방의 다양한 오류 상태들의 존재에 대한 표시기들로서 송신될 수 있다.

상기 버전 A 수신기에 의해 생성되고 송신된 다른 가능한 전력 전달 통신 패킷은 수신 전력 패킷이며, 이것은 전력 전달 페이즈 동안에 계속해서 송신될 수 있다. 이 수신 전력 패킷들은 (상기 제어기에게 알려진) 전송되고 있는 전력 그리고 상기 버전 A 수신기에 의해 수신되고 있는 전력의 양 사이의 차이를 판별하기 위해서 상기 버전 B 전송기에 의해 사용될 수 있으며, 그럼으로써 전력 전달 손실을 계산하는 것을 허용한다. 상기 전송기는 버전 A 전력 전달을 위해 받아들일 수 있는 전력 전달 손실의 미리 정해진 임계값을 이용하여 프로그램될 수 있다. 이 임계는 상기 버전 A 수신기가 아닌 또는 버전 A 수신기에 추가적인 몇몇 물체가 상기 전달된 전력의 일부 또는 모두를 수신하고 있는, 소위 말하는 외부 물체의 가능한 상황을 표시한다. 그런 외부 물체들은 상기 수신기로의 비효율적인 전력 전달 및 금속성일 수 있는 그 외부 물체가 상기 전달된 전력을 흡수하며, 그로 인한 원치않는 또는 안전하지 않은 가열과 같은 바람직하지 않은 영향들을 줄이기 위해, 탐지되어야 할 필요가 있다. 특히, 전력 전달 손실이 상기 미리 정해진 임계 전력 전달 손실 값보다 더 크다고 상기 제어기 (320)가 판별하면, 상기 전송기 (302)는 상기 외부 물체가 뜨거워지는 것을 방지하기 위해 상기 수신기에 전력을 공급하는 것을 중단한다. 따라서, 상기 버전 B 전송기는 버전 A 모드에서의 전력 손실 어카운팅을 이용하여 외부 물체 탐지를 수행할 수 있다.

종료 전력 패킷들이나 오류 패킷들 (CPEs) 수신 또는 존재하는 가능한 외부 물체를 판별하는 것 중 어느 하나로 인해서 전력 전달이 중단될 때에, 상기 전송기는 이 상황들을 기계류 (226)를 통해서, 예를 들면, 청각적인 또는 시각적인 표시와 같이, 예를 들면, LED들을 이용하여 사용자에게 표시할 수 있다. 대안으로, 또는 추가로, 상기 제어기는 각 상황을 상이한 방식으로, 즉, 종료 전력 및 오류 상황들에 대해서 상이한 플래싱 또는 색상 체재로 표시하도록 구성될 수 있다. 이런 기능들은 보통의 또는 오류의 동작 상태들 중 어느 하나에서 전력 전달 페이즈의 종료에 관하여 상기 전송기의 버전 B 모드에도 마찬가지로 적용가능하다.

본 발명 실시예의 다른 예에서, 수신 전력 데이터 패킷이 추가되는 것이 아니라 전력 조절 패킷을 대신하여 사용될 수 있다. 즉, 상기 전송기 (302)는 전력 흐름 제어가 필요한가의 여부를 상기 수신 전력 데이터 패킷 내 수신 전력 값을 기반으로 하여 판별하도록 구성될 수 있다.

버전 A 모드의 전력 전달 페이즈에서, 제2의 또는 차후의 또는 다른 버전 A 수신기가 상기 전송기 (302)의 커플링 근접 내로 이끌어질 때에, 예를 들어, 제2 버전 A 수신기가 상기 충전 표면 상에 배치될 때에, 선택 페이즈의 물체 탐지는 트리거되며, 그럼으로써 전력 전달 페이즈의 중지 및 핑 페이즈와 식별 & 설정 페이즈의 초기화를 초래한다는 것에 유의한다. 이 페이즈들에서, 이미 충전된 버전 A 수신기가 재-발견되며 그리고 어떤 새로운 (또는 제거된) 버전 A 수신기들이 발견된다. 그러나, 복수의 버전 B 수신기들이 상기 버전 B 전송기에 의해 개별적으로 동시에 전력을 공급받고/충전될 수 있는 버전 B 모드와는 다르게, 버전 A 모드에서 단 하나의 버전 A 수신기가 한번에 전력을 공급받고/충전될 수 있다. 이것은 전력 흐름 제어가 상기 버전 B 수신기들 그 자체에 의해 일어나는 버전 B 모드와는 다르게, 버전 A 모드에서 전력 흐름 제어는 상기 전송기에 의해 일어나며, 그리고 상기 버전 B 전송기의 본 경우에 이것은 단일의 인버터에 의해 수행되기 때문이다. 따라서, 전력 전달 페이즈에 재-진입할 때에, 전송기 (302)는 새롭게 발견된 수신기가 시작하는 포인트로부터 상기 종료 전력 패킷이 수신될 때까지, 예를 들면, 재-발견된 수신기의 전력공급/충전을 다시 계속하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 상기 버전 A 수신기들은 계속해서라기 보다는 시간이 지나면서 번갈아서 전력을 공급받고/충전될 수 있을 것이다.

하나보다 많은 A 버전 수신기에게 동시에 전력을 공급하고/충전하는 것은 물리적으로 가능하지만, 본 발명 예의 이전 버전의 규격에 의해 요청된 최적 양의 전력을 버전 A 수신기 각각이 수신하고 있다는 것을 보장하는 것은 가능하지 않다. 그러나, 특별한 애플리케이션의 이전 버전 규격이 상이한 임계치 및 요구사항들을 제공한다면, 그 이전 규격 버전 모드에서 다중 충전이 지원될 수 있을 것이다.

시나리오 (4)에서, 버전 B 수신기 디바이스는 버전 A 전송기에 의해 충전될 것이며, 그러므로 상기 버전 B 수신기는 버전 A 모드에 배치될 필요가 있다.

이전에 설명된 것처럼, 상기 버전 B 수신기의 초기 상태는 중립 모드에서, 즉, 상기 수신기가 버전 A 모드나 버전 B 모드 중 어느 것에서도 배치되지 않고, 또는 디폴트 모드에서, 즉, 버전 A 모드 내 버전 B 수신기를 이용하여 수행될 수 있으며, 그래서 상기 버전 B 수신기가 버전 A 전력 약정을 빠르게 설립할 수 있도록 한다. 이 모드들 중 어느 하나에서, 버전 B 전송기에서처럼, 상기 버전 A 전송기는 적합한 수신기의 존재를 탐지하기 위해 '핑'을 간헐적으로 전송한다. 예를 들면, 커플링 (신호 강도) 및 식별 (및 설정) 패킷들을 전달함으로써, 상기 버전 B 수신기는 이전에 설명된 것과 동일한 방식으로 상기 버전 A 전송기로부터 수신된 핑에 응답한다. 그러나, 시나리오 (2)와는 다르게, 수신기 (904)가 중립 모드에 있다면, 상기 식별 (및 설정) 패킷을 송신한 이후에, 상기 버전 B 수신기는 대기 상태로 진입하지 않을 것이며, 이는 버전 B 전송기와는 다르게, 상기 수신기 (904)는 상기 버전 A 전송기로부터 어떤 시프트된 주파수 또는 다른 서명 신호들도 탐지하지 않을 것이기 때문이며, 오히려 상기 버전 A 전송기는 상기 수신기 (904)로부터 수신된 설정 패킷에 기반하여 동작 주파수, 예를 들면, 110 kHz에서 전력 전송을 시작할 것이다. 시프트된 주파수 또는 다른 서명 신호를 수신하지 않은 것을 기반으로 하여, 상기 수신기 (904)의 제어기 (910)는 상기 전송기가 버전 A라고 판별하고, 그러므로 버전 A 모드에 진입하거나 유지하며, 그럼으로써 전력 약정을 설립한다.

버전 A 수신기처럼, 버전 A 모드에서 상기 버전 B 수신기는 상기 통신들을 이용하여 모든 진행중인 전력 전달 제어를 처리한다. 예를 들면, 상기 수신기 (304)의 통신 모듈 (914)은 전력 전달 (제4) 통신 패킷들을 생성하여 상기 버전 A 전송기로 송신한다. 상기 전력 전달 패킷들의 메시지 부분은 상기 수신기 (904)에 의해 사용되어 상이한 제어 기능들을 제공한다. 예를 들면, 상기 전력 전달 패킷들은 시작 전력 전달 패킷, 종료 전력 전달 패킷, 조절 전력 패킷 그리고 오류 패킷을 포함할 수 있다. 이 패킷들은 상기 디코더에 의해 디코딩되며 그리고 상기 버전 A 전송기의 상태 머신에 의해 구현되어, 상기 전력 신호가 제어되고 조절되는 것을 보장하며, 그래서 상기 전송기가 상기 버전 A 규격에 따르도록 한다.

상기 시작 전력 패킷에 관하여, 상기 수신기 (904)의 제어기 (910)는 버전 A 규격의 전력 전달을 위한 (미리 정해진) 스타트-업 요구사항들이 합치되는가 또는 아닌가를 체크하기 위해 상기 중간 전압을 측정한다. 본 발명 예에서, 전력 전달을 위한 상기 스타트-업 요구사항들은 상기 중간 전압이 7 볼트보다 더 크다는 것이다. 이 스타트-업 요구사항이 합치되지 않는다면, 상기 통신 모듈 (914)은 상기 제어기 (910)와 함께 오류 패킷을 송신하여, 상기 버전 A 전송기가 최적 동작 포인트로 이동할 것으로 요청하며, 그래서 상기 스타트-업 요구사항이 합치되도록 한다. 일단 상기 스타트-업 요구사항이 합치되면, 상기 제어기 (910)는 상기 LDO를 인에이블 시키며, 그렇게 하여 출력 부하 (916)를 수신기 회로 (908)에 연결시킨다. 전력 레귤레이터 (924)는 버전 A 모드에서는 인에이블되지 않으며, 그러므로 전력 관리 회로 (906)는 수신기 (904)에서 전력 흐름을 제어하지 않는다는 것에 유의한다.

일단 전력 전달이 시작되면, 제어기 (910)는 부하 (916)의 출력을 계속해서 측정한다. 이것은 LDO (920)에 의한 전압이나 전류 출력을 측정하여 실행될 수 있다. 예시의 실시예들에서, 이전에 설명되었듯이 출력 전류를 측정하기 위해 전류 감지 회로 (917)가 사용된다. 상기 출력 전류 샘플들은 제어기 (910)로 전달되며, 이 제어기는, 예를 들면, 원하는 중간 전압을 결정하기 위해 룩업 테이블을 참고하여, 상기 측정된 값들을 미리 정해진 값 범위들에 대해 체크한다. 표 1은 출력 전압이 5V이도록 조절하기 위해서 5V LDO가 사용되는 본 발명 실시예를 위해 출력 전류와 원하는 중간 전압의 관계의 예를 보여준다. 이 경우에, 최소의 드롭아웃 전압은 1.5A 출력에서 100mV보다 더 작도록 설계된다. 그래서, 상기 중간 전압은 5.1V이도록 제어될 수 있어서, 100mV 드랍아웃을 가능하게 하고 그리고 출력 전압이 5V인 것으로 유지하도록 한다.

출력 전류 (mA)	원하는 중간 전압 (V)
0 - 100	7
101 - 300	6
301 - 500	5.5
500 - 1000	5.1

원하는 중간 전압을 위한 룩업 테이블

낮은 또는 가벼운 부하에서, 예를 들어, 상기 수신기 디바이스의 배터리가 거의 완전하게 충전된 상태에서, 원하는 중간 전압은 놓은 값으로 세팅되며, 그래서 상기 수신기 (904)는 출력 전압에 영향을 주지 않으면서 부하 스텝을 처리할 수 있다. 더 높은 부하에서, 예를 들면, 상기 수신기의 배터리는 충전을 필요로 할 때에, 원하는 중간 존압은 5.1V로 세팅되며, 그래서 상기 중간 전압과 상기 출력 전압 사이의 드롭아웃 전압이 0.1V 이며, 5V 부하 LDO (920) 양단의 전력 손실을 최소화한다.

원하는 중간 전압을 정한 이후에, 상기 수신기 (904)의 제어기 (910)는 측정된 (알려진) 출력 전류 값에서 실제 중간 전압과 상기 원하는 중간 전압 사이의 차이를 정하기 위해서 상기 실제 중간 전압을 샘플링한다. 이 차이에 기반하여, 상기 제어기 (910)는 상기 전력 조절 패킷의 메시지의 값을 상기 통신 모듈 (914)을 이용하여 세팅한다. 이것은, 예를 들면, 상기 원하는 중간 전압과 실제 중간 전압 사이의 상기 계산된 차이를 미리 정해진 스케일 팩터로 나누어서 달성될 수 있다. 이 전력 조절 값은 양 (예를 들면, 상기 버전 A 전송기에서 더욱 많은 전력을 제공할 것을 요청한다) 또는 음 (예를 들면, 버전 A 전송기에서 전력을 덜 제공할 것을 요청한다) 중 어느 하나일 수 있다. 수신기-측 부하에 의해 요청된 전력의 양이 충전 및 사용 상태에 따라 변하면 상기 조절 전력 패킷들은 상기 수신기 (904)에 의해 계속해서 송신되며 그리고 수신기 (904)에서 수신되고 있는 전력의 양을 조절하기 위해 사용된다.

상기 수신기 (904)의 제어기 (910)는 수신 전력 패킷들을 생성하고 상기 통신 모듈 (914)을 이용하여 송신하도록 또한 구성되며, 그래서 외부 물체 탐지 및/또는 오류를 설명하는 패킷 손실이 상기 버전 A 전송기에 의해 수행될 수 있도록 한다. 수신된 전력은 상기 전송기로부터 상기 수신기에 의해 수신된 전체 전력 (전력 손실 포함)의 측정치이다. 수신된 전력 값은 다음과 같이 계산된다: 수신 전력 = 출력 전류 x 중간 전압 + 추정된 손실. 상기 "추정된 손실"은 회로 부품 및 동작에 대한 지식으로부터 미리 결정된다.

전력 전달 페이즈에서, 상기 수신기 (904)는 부하 (916)가 전력 전달을 종료하기 위한 상태들에 합치하는가를 마찬가지로 항상 모니터하여, 어떤 특정/필요한 시간 구간들 내에서 전력 조절 및 수신 전력 패킷들을 버전 A 전송기에게 보고한다. 전력 전달을 종료하기 위한 상태들 중 어느 것도 합치되지 않는다면, 수신기 (904)는 전력 전달 페이즈가 종료하는 포인트에서 통신 모듈 (914)을 이용하여 종료 전력 전달 패킷을 버전 A 전송기에게 송신하며, 그리고 상기 수신기 (904)는 초기 상태로 복귀한다.

본 실시예의 다른 예에서, 상기 수신 전력 데이터 패킷은 추가해서가 아니라 상기 전력 조절 패킷을 대신하여 사용될 수 있다. 즉, 상기 수신기 (904)는 수신 전력 데이터 패킷을 송신하도록 구성될 수 있으며 그리고 상기 버전 A 전송기는 상기 수신 전력 데이터 패킷 내에 표시된 수신 전력 값에 기반하여 전력 흐름 제어가 필요한가의 여부를 판별할 수 있다.

생성되어 상기 버전 B 수신기에 의해 송신된 다른 가능한 전력 전달 통신 패킷은 오류 패킷이다. 오류 패킷들은 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 이해하듯이 수신기 회로 내 다양한 수단을 이용하여 상기 제어기 (910)에 의해 판별된 초과-온도, 과전압 등과 같은 상기 수신기 내 또는 근방의 다양한 오류 상태들의 존재의 표시기들이다

시나리오 (5)에서, 버전 B 전송기는 하나 이상의 버전 A 수신기 디바이스들 그리고 하나 이상의 버전 B 수신기 디바이스들을 충전하기 위해 사용될 것이며, 그러므로 상기 버전 B 전송기는 다중-버전 모드에 배치될 필요가 있다.

시나리오 (1) 및 (3)에 관하여 이전에 설명된 것처럼, 버전 A 모드에서 단일의 버전 A 수신기는 한번에 전력을 공급받고/충전되며 그리고 버전 B 모드에서 다중 버전 B 수신기들은 한번에 전력을 공급받고/충전된다. 이 모드들의 기본적인 기능성은 다음과 같은 시나리오들의 사양한 상황들에서 유지된다:

(a) 버전 B 수신기는 버전 B 모드에서 전력을 공급받고/충전되고 있으며 그리고 버전 A 수신기는 버전 B 전송기에게로 이끌어진다; 그리고

(b) 버전 A 수신기는 버전 A 모드에서 전력을 공급받고/충전되고 있으며 그리고 버전 B 수신기는 버전 B 전송기에게로 이끌어진다

상황 (a) 및 (b) 중 어느 하나에서, 전력 전달 페이즈는 선택 페이즈의 물체 탐지에 의해 방해를 받으며 그리고 상기 핑 페이즈와 식별 & 설정 페이즈는 이어서 수행되며, 이는 이전에 설명된 것이다. 본 실시예에서, 상황 (a) 및 (b)의 어느 한 상황에서, 버전 B 모드 충전이 더 선호하는 것으로 주어진다. 즉, 상황 (a)에서 이미 충전되어 있는 상기 버전 B 수신기는 재-발견되며 그리고 상기 버전 A 수신기는 발견되어, 전력 전달 페이즈에 재-진입할 때에 상기 버전 B 전송기가 상기 재-발견된 버전 B 수신기의 전력공급/충전을, 그것이 완전하게 충전되거나 또는 상기 전송기로부터 제거될 때까지 다시 계속하도록 하며 그리고 상기 새롭게 발견된 버전 A 수신기에 전력을 공급/충전하는 것을 그 후에 시작하도록 한다; 그리고 상황 (b)에서 상기 이미 충전된 상기 버전 A 수신기는 재-발견되며 그리고 상기 버전 B 수신기가 발견되어, 전력 전달 페이즈에 재진입할 때에 상기 버전 B 전송기가 상기 새롭게 발견된 버전 B 수신기를 그것이 완전하게 충전되거나 또는 상기 전송기로부터 제거될 때까지 전력공급/충전하는 것을 개시하도록 하고 그리고 그 후에 상기 재-발견된 버전 A 수신기의 전력공급/충전을 다시 계속하도록 한다. 이것은 단지 예시일 뿐이며, 예컨대, 버전 A 모드에는 버전 B 모드를 능가하는 선호도가 주어질 수 있을 것이다.

또한, 다중-버전 모드는 예를 들면 버전 A 수신기 및 버전 B 수신기가 동시에 또는 교대로 전력을 공급받는 전송기 (302)에 의해 구현될 수 있을 것이다. 그런 다중-버전 모드는 특별한 애플리케이션의 이전 버전 규격이 상이한 임계치 및 요구사항들을 제공하는 경우에 특히 가능하다.

본 예시의 실시예들에서, 시나리오 (3), (4) 및 (5) 내에서, 버전 A 모드는 전력 흐름 제어가 수신기들로부터의 통신들에 응답하여 상기 제어기에 의해 수행될 것을 필요로 한다. 전달된 전력 데이터의 이 일정한 스트림, 즉, 전력 조절 패킷 및/또는 수신 전력 데이터 패킷은 다른 버전 A 수신기 또는 버전 B 수신기와 동시에 버전 A 수신기들에게 전력을 공급하고/충전하기 위한 능력 상에 추가의 강제를 배치한다. 이것은 버전 A 모드에서 동작하는 각 수신기의 버전 A 통신 프로토콜에서 사용된 데이터 스트림 내 메시지들이 다른 버전 A 모드 수신기들의 메시지들을 손상시킬 수 있을 것이며 또는 버전 B 모드 수신기들에게 충전 중단을 초래할 수 있기 때문이다.

그런 데이터 패키지 충돌들에 대한 가능한 솔루션은 정확하게 상기 식별 통신 패킷 내가 아니라, 버전 A (모드) 수신기들에 의해 생성되어 송신된 모든 통신 패킷들/패키지들 내에 디바이스 식별자 (디바이스 ID)를 포함시키는 것이다. 예를 들면, 상기 ID 코드는 도 6e에 예시된 것처럼 데이터 패킷들 내에 포함될 수 있다. 이 방식에서, 개별적으로 식별된 수신기들로부터 수신된 데이터 패킷들의 메시지를 디코팅하고 구현하기 위해 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 또는 시분할 다중 액세스 (TDMA)와 같은 기술들이 사용될 수 있다

예를 들면, 커플링된 수신기가 메시지를 전송할 필요가 있을 때에, 그것은 적합한 타임 윈도우들이나 슬롯들의 세트로부터 랜덤 전송 윈도우를 선택하며 그리고 다른 전송 윈도우들을 위해 무활동을 유지하여 다른 수신기 디바이스들이 그 윈도우들 내에서 통신하는 것을 허용한다. 일 예에서, 상기 수신기 (904)의 제어기 (910)는 유일 디바이스 ID를 상기 전송 윈도우의 랜덤 선택을 위한 랜덤 숫자용의 씨앗으로서 사용하도록 구성될 수 있다. 구현된 (버전 A) 통신 프로토콜이 데이터 충돌 탐지 또는 확인 패킷 (acknowledged packet)의 어떤 종류도 구비하지 않는다면, 송신된 메시지가 성공적인지 또는 다른 수신기의 메시지와 충돌했는지의 여부를 상기 수신기가 알 수 있는 방법이 존재하지 않는다. 따라서, 상기 수신기 (904)는 타임 슬롯 세트들의 사이클을 위한 랜덤으로 선택된 다른 타임 윈도우 내에서 메시지를 송신하는 것을 전력 전달 상태들이 변할때까지 계속할 수 있다. 하나보다 많은 수신기가 전력을 공급받고/충전될 때에 수신기들에 의해 초래된 통신 오류들이 존재하여 동일한 전송 윈도우를 선택할 것이지만, 각 수신기가 매번 상이한 랜덤 전송 윈도우들을 선택하기 때문에 메시지들은 다음의 전송들에서 손상받지 않고 잘 빠져나올 것이다. 이 방법을 이용하는 오류 없는 통신의 확률은 한번에 충전될 수 있는 수신기들의 최대 개수를 상대적으로 낮게, 예를 들면, 5보다 작게 유지하고 그리고 전체적인 통신 시간은 증가시키지 않으면서 이용 가능한 전송 타임 슬롯들의 개수를 상대적으로 높게 유지함으로써 향상되며, 예를 들면, 약 8개의 타임 윈도우들은 충분한 빠른 통신을 유지하면서도 메시지가 잘 빠져나올 수 있도록 하는 양호한 기회를 제공한다.

시나리오 (1) 및 (2)에서, 전력 전달 페이즈 동안에 버전 B 전송기에 의해 전달될 전력의 양은 버전 B 수신기와의 전력 약정을 설립하기 위해서 통신 모듈 (330)에서 상기 버전 B 수신기로부터 수신한 시작 전력 전달 통신 패킷 및/또는 설정 통신 패킷에 따라서 초기에 세팅된다. 버전 B 모드에서, 버전 A 수신기와 유사하게, 상기 수신기-측 전력 흐름 제어가 아닌, 또는 상기 수신기-측 전력 흐름 제어에 추가로 상기 통신들을 이용하여 상기 버전 B 수신기에 의해 전력 전달 프로토콜이 처리되도록 하는 것이 가능하다. 즉, 버전 A 모드, 또는 버전 A 및 버전 B의 조합된 모드와 유사하게, 전력 전달 제어는 버전 B 전송기 단독에 의해 또는 버전 B 수신기의 전력 흐름 제어와 조합한 것에 의해 처리될 수 있다. 예를 들면, 상기 버전 B 수신기는 동적 전력 흐름 제어의 미리 정의된 범위를 구비할 수 있으며 그리고 상기 버전 B 전송기는 이 범위 외부에서의 전력 전달 제어를 위해 사용될 수 있다.

이 조합된 모드에서, 버전 A 모드와 비슷하게, 상기 전송기의 제어기 (320)는 상기 버전 B 수신기에 의해 송신된 (시작 전력 전달, 종료 전력 전달, 조절 전력 및 제어 오류 패킷들을 포함하는) 전력 전달 통신 패킷들에 응답한다. 이 패킷들은 상기 디코더 (702)에 의해 디코딩되며 그리고 상기 상태 머신 (704)에 의해 구현되어, 전력 신호가 제어되고 조절되는 것을 보장하며, 그래서 상기 전송기가 상기 요청된 양의 전력을 상기 버전 B 수신기로 전달하도록 한다.

그러나 추가의 설정이 없다면, 이 조합된 모드는 시나리오 (3), (4) 및 (5)에 대해 위에서 설명된 것처럼 다중의 버전 B 수신기들로부터의 전력 전달 패킷들 사이에서 동일한 충돌들의 고통을 겪는다. 이 위에서 설명된 충동을 완화시키기 위한 솔루션이 구현된다. 그러나, 적어도 시나리오 (3) 및 (4)와는 다르게, 버전 B 수신기들에 의해 제공된 전력 흐름 제어는 이 조합된 모드가 다음과 같이 전력 흐름 제어 및 배송을 최적화하는 것을 가능하게 한다.

버전 B 모드에서, 다중 버전 B 수신기들이 동시에 전력을 공급받기 때문에, 상기 버전 B 전송기는 다중 버전 B 수신기들로부터 다중의 전력 전달 패킷들을 수신한다. 이 전력 전달 패킷들의 값들은 보통은 상이하며, 그러므로 전달되는 전력의 양을 조절하는데 있어서 상기 버전 B 전송기로부터의 정확한 응답은 미리 세팅되지 않았다면 알려지지 않는다. 이 미리 세팅하는 것은 이전에 배치된 수신기에게 더 나중에 배치된 수신기들을 능가하는 우선순위가 주어지거나 또는 어떤 수신기에게도 우선순위가 주어지지 않고 평균 또는 중간의 전력 레벨이 전달되는 것일 수 있다.

그러나, 수신기 회로 내 전력 레귤레이터 (및 컨디셔너)의 구성 그리고 수신기-측 부하로의 전력 흐름 효율에서의 유리함들에 기반하여, 부하 전력 요구사항들에 부합하기 위해서 상기 수신된 전력을 증가시키는 (예를 들면, 부스트 제어) 것이 아니라 수신기 내 전력 흐름 제어 회로가 수신된 전력을 억제하거나 감쇄시키도록 (예를 들면, 버크 제어)하는 것이 바람직하다. 전력 전달 (제어 오류) 패킷의 값은 상기 수신기들에 의해 세팅되어, 전송기에 의해 제공된 제어 포인트가 원하는 제어 포인트와 동일하다면 (즉, 수신된 전력이 부하에 의해 요청된 전력과 동일하다면) 영 값일 것이며, 수신된 전력에서의 감소가 요청되면 음의 값일 것이며, 그리고 수신된 전력에서의 증가가 요청되면 양의 값일 것이다.

따라서, 조합된 모드에서, 상기 버전 B 전송기의 제어기는 가장 높은 값을 구비한 전력 전달 패킷에만 응답하기 위해서 구성되며, 이는 그 가장 높은 전력 레벨을 요청했던 그 버전 B 수신기를 위해 상기 전송된 전력을 조절하기 위한 것이다. 이 방식에서, 다른 버전 B 수신기(들)은 자기 자신들의 부하 전력 요구사항들을 위해 부하로 공급된 전력을 감소시키기 위해 자체-조절한다. 따라서, 전송기의 전력 제어기는 가장 많은 전력을 요청한 수신기 디바이스를 따른다.

특히, 이것은 전송기 제어기의 PID 제어기 또는 유사한 것에 의해 달성되어, 통신 프레임 구간 동안에 전력을 공급받은 모든 수신기들로부터 모든 전력 전달 (제어 오류) 값들을 수집하고, 최대의 수집된 값을 상기 제어 알고리즘을 업데이트하기 위해 사용된 전력 전달 (제어 오류) 값으로서 선택하고 (그래서 상기 전송기 코일들 상에 가장 큰 전류의 결과가 될 수 있다), 그리고 그 업데이트된 제어 값을 프레임 전송의 시작에 동기하여 상기 통신 프레임의 시작에 적용한다. 가장 높은 CEP 값이 영 (zero)가 아니라면, 그 가장 높은 값이 차후의 통신 프레임들에 걸쳐서 영으로 가져가기 위해서 상기 업데이트된 제어 값이 세팅되며, 그럼으로써 적어도 그 수신기를 안정된 동작 상태로 이끈다.

상기 통신 패킷들 또는 패키지들이 생성되어 상기 전송기 및 수신기들의 통신 모듈들에 의해 송신되는 것으로 설명되었지만, 본 발명은 이렇게 제한되지 않는다. 대안으로, 다양한 데이터 패킷들 각각이, 예를 들면, 실시간으로 생성되는 것이 아니라 룩업 테이블을 경유한 동작 동안에 더 나중의 액세스를 위해서 미리 정의되고 저장된다. 추가로, 또는 여전히 대안으로, 상기 데이터 패킷들 중 다양한 일부들 중 적어도 몇몇은 분리하여 미리 정의되고 저장될 수 있으며, 그래서 상기 다양한 미리 정의된 부분들을 다른 미리 정의된 부분들과 조합하여 상기 데이터 패킷들이 '생성되며' 그리고/또는 필요한 데이터 패킷의 유형에 종속하여 능동적으로 생성된 부분들, 예를 들면, 프리엠블 및 헤더 (그리고 ID) 부분들은 미리 정의될 수 있으며 동일한 유형 또는 다중 유형들의 패킷들 모두에게 공통일 수 있으며, 메시지 및 체크섬 부분들은 전부가 미리 정의될 수 있으며, 또는 부분적으로 미리 정의되고 부분적으로는 실시간으로 능동적으로 생성되며, 또는 전부가 실시간으로 능동적으로 생성될 수 있다. 또한, 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들이 이해하듯이, 상기 통신 패킷들의 다른 데이터 구조들이 가능하다. 더욱이, 상기 전송기 및 수신기들의 통신 모듈들은 분리된 요소들로 각자의 제어기들인 것으로 예시되었지만, 본 발명은 그렇게 제한되지 않는다. 예를 들면, 패킷 생성, 데이터 저장, 데이터 룩-업, 코딩/디코딩, 구현, 그리고 수신 및 전송의 통신 기능들은 상기 제어기들 그 자체 내에서 수행될 수 있을 것이다. 또한, 통신 패킷들의 생성을 위해 그리고 이전에 설명된 데이터의 측정 및 계산을 위해 필요한 데이터는 상기 제어기들과 분리된, 전용인, 그리고/또는 통합된 아날로그 및/또는 디지털 메모리에 의해 저장될 수 있다.

도 10에서 예시된 수신기-측 전력 흐름 제어의 예시적인 구성은 AC-측 전력 레귤레이션 (regulation), 즉, 선-정류 (pre-rectification)를 효과적으로 제공한다는 것에 유의한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 DC-측 전력 레귤레이션, 즉, 후-정류 (post-rectification)를 구현하는 구성이 동등하게 적용가능하다는 것을 이해한다. AC-측 레귤레이션의 경우에, 레귤레이션이 AM 통신 신호 상에 왜곡을 초래하기 때문에 전력 전달 페이즈 동안에 동시에 위에서-설명된 IPT 통신 및 전력 흐름 제어 (레귤레이션)을 구현하는 것은 어렵다. 이는, 진폭 변조가 중간 전압을 변하게 하며, 이것이 통신 구간 동안에 레귤레이션의 안정한 상태에 남아있도록 하는 것이 아니라 이 변화를 보상하기 위해서 전력 레귤레이터로 하여금 상기 전압을 조절하도록 하기 때문이다. 레귤레이션의 양, 그리고 그에 따라 초래된 왜곡의 양은 전달되고 있는 데이터 패킷을 상기 전력 전송기가 정확하게 분석하고 그리고/또는 수신하는 것을 방해하기에 충분할 수 있으며, 그래서 전력 전달이 오류가 생겨서 중지되도록 한다. 이 상황은 다음처럼 처리될 수 있다.

일 실시예에서, 수신기로부터 전송기로의 AM 통신 동안에, 상기 AC-측 레귤레이터는 상기 제어기에 의해 비활성화 또는 연결 해제되며, 예를 들어, 턴 오프된다. 상기 레귤레이서타 이 상태에 있지만, 상기 중간 전압은 상승하여 출력 전압에서의 상승을 초래할 것이며, 즉, 부하로의 전압은 본질적으로 조절되지 않는다. 그러나, 상기 출력 전압은 이 구간 동안에 전압 레귤레이터 (LDO)에 의해 실질적으로 일정한 레벨에서 유지될 수 있으며, 이는 각 통신 구간이, 예를 들어, 약 50 ms로 상대적으로 짧기 때문이며, 그리고 초당 약 한 차례로 주기적으로 발생하여, 상기 전압 레귤레이터가 상기 전압 레귤레이터 상에 지나친 압력이 초래되지 않도록 하면서 상기 통신 시간 구간 동안에 여분의 전력을 방산시킬 수 있도록 하기 때문이다. 따라서, AC-측 전력 흐름 제어가 통신 동안에 비활성화될 때에 DC-측 전력 흐름 제어가 보조적으로 구현된다.

다른 실시예에서, 상기 수신기의 제어기는 디지털 제어기로서 제공된다. 상기 디지털 제어기는 AM 통신을 개시하는 시각에 상기 ADC/제어기 값을 저장하고 그리고 이 저장된 값을 통신 동안에 사용하도록 구성되며, 그럼으로써 보조적인 전력 조절 상태를 제공한다. 기본적으로, 통신 동안에 상기 전력 레귤레이터를 완전히 비활성화시키는 것이 아니라, 통신 이전의 상기 전력 레귤레이터 상태로 유지된다. 이 방식에서, 중간 전압에서의 변화 때문에 상기 전력 레귤레이터가 완전하게 턴 오프되고 그리고 출력 전압에서의 결과적인 변화가 감소될 때에 상기 전압 레귤레이터는 상기에서 설명된 실시예에서처럼 어렵게 동작할 필요가 없다.

다양한 사용 시나리오들 및 본 발명의 시스템이 이런 경우들을 처리하는 방식을 설명하였으며, 특별한 예시적인 실시예의 특정 상세 내용들을 이제 설명하는 것이 도움이 된다. 수신기 디바이스 (1004)에 대해, 부하 (106)에 공급될 출력 전력은 약 7.5W이며, 반면에 버전 A 수신기들에 대한 출력 전력은 약 5W이다. LDO (1020)로부터 부하 (1016)로의 출력 전압은 약 5V이다. 이 동작 파라미터들은 도 11 및 도 12에서 예시된 예시의 회로들에 의해 제공될 수 있다. 도 11a 내지 도 11g는 도 4의 전송기를 위한 예시적인 개략적 구성들 및 파라미터들을 예시하며 그리고 도 12a 내지 도 12d는 이미 설명된 다양한 파라미터들 및 값들을 보충하는 도 10의 수신기를 위한 예시적인 개략적 컴포넌트 구성들 및 파라미터들을 예시한다

전송기 (420)에 관하여, 정류기 (434)는 상기 전력 레귤레이터 (432)의 버크-부스트 컨버터 회로로부터의 조절된 전력을 정류 (도 11c 참조)하기 위해 상기 제어기 (420)의 마이크로프로세서 (도 11b 참조)에 의해 구동된 한 쌍의 FTE들을 구비한 반-브리지 인버터 (도 11a 참조)이며 그리고 전송 코일들 (412)에게 정류된 전력을 제공한다. 상기 전송기 코일 어레이 (414)는 여러 전송기 코일들 (412)에 의해 형성되며 (도 11d 참조), 각 전송기 코일은 상기 전송기 코일의 한 측면에 선택기 (424)로서 연결된 스위치를 구비한다 (도 11e 참조). 상기 전송기 코일들의 세트는 상기 전송기 코일들의 각자의 스위치들이 스위치 온 되었다면 상기 수신기에 전력을 공급하기 위해 턴 온될 수 있다. 물체 탐지기 (428)의 탐지 회로 그리고 통신 모듈 (430)의 복조 회로는 도 11f 및 도 11g에 각각 예시된다.

도 11a에서, 입력은 다음과 같다: 버크-부스트 레귤레이터로부터의 DCDC_OUT - 11-21VDC, 10V 선형 레귤레이터 (446)로부터의 +10_SW 그리고 게이트 구동 회로 (450)을 경유하여 마이크로프로세서로부터의 구형파 펄스들인 INV_PWM_T 및 INV_PWM_B, 출력은 다음과 같다: 전송기 코일들을 구동하는 D_ARM, 그리고 도시된 회로는 고주파수 AC 전류를 상기 전송기 코일들에게 (5Arms 까지) 그리고 약 110kHz 및 약 300kHz 사이의 동작 주파수를 제공한다.

도 11c에서, 입력들은 다음과 같다: EMI 필터 (444) 및 유입 전류 그리고 역 극성 보호 회로 (452)를 경유한 19VDC 입력 공급 (422)인 VDC_IN 및 출력 전압 레귤레이션을 변경하기 위해 사용된 마이크로프로세서로부터의 PWM 신호인 DCVOLT_PWM_T, 출력들은 다음과 같다: 상기 인버터 회로의 궤환되는 11v부터 21v까지 변하도록 설계된 DCDC_OUT, 그리고 마이크로프로세서의 13번 핀에 연결되며 버크-부스트 컨버터의 출력을 탐지하기 위해 사용되며 그리고 11V부터 21V까지의 출력 전압 램프로서 0.48V부터 0.91V까지 변하는 COIL_VIN_MCU, 그리고 도시된 회로는 버전 A 호환성 및 약 400kHz의 동작 주파수를 가능하게 하기 위해 인버터에게 가변 입력 전압 (11V - 21V)를 제공한다.

도 11d 및 도 11e에서, 입력들은 다음과 같다: 전송기 코일들 중 하나에 연결된 IND, DC 공급 (446)인 +10V_SW, DC 공급 (440)인 +3V3, DC는 마이크로프로세서로부터의 선택 스위치 신호이며, 스위치 전압 정격이 모든 상태들에 관한 제한 내에 있다는 것을 보장하기 위해 사용된 완충기 회로에 둘 다 연결된 SNUB 및 D_SNUB, 그리고 도시된 회로들은 스위치 상에 흐르는 약 2A인 최대 전류를 이용하여 수신기의 위치에 종속하여 전송기 코일들을 선택적으로 턴-온하기 위해 사용된 코일 스위치를 제공한다.

도 11f에서, 입력들은 다음과 같다: +3V3 공급 (440), 및 마이크로프로세서로부터 왔으며 물체 탐지 회로를 인에이블/디스에이블하기 위해 사용된 3V3_CONT, 출력은 다음과 같다: 발진기 주파수에 비례하는 주파수를 가진 구형파인 LOOP_COMP+, 그리고 도시된 회로는 마이크로프로세서에 의해 탐지된 패드 표면 상에 금속 물체가 위치할 때에 상기 발진기 주파수가 변하는 경우에 약 1MHz에 세팅된 주파수를 가진 금속 탐지기를 제공한다.

도 11g에서, 입력들은 다음과 같다: DC 공급 (448)인 +5V, 그리고 인버터 전류에 비례하는 AC 신호인 T-Demod-Signal, 출력은 다음과 같다: 수신기와 통신하기 위해 마이크로프로세서가 사용하는 Demod_Out_1, 그리고 도시된 회로는 버전 B 전송기 상에서의 전류 변조의 탐지를 제공한다.

본 출원인은 전송기 및 수신기 공진 회로들 사이의 특정 인터액션들로 인해서 몇몇의 변조 경사 역전이 발생할 수 있다는 것을 발견했다. 이것은 복조 회로에서 감지된 조합된 전류가 전송기에서 떠나가는 전류 (제1 주파수에서 공진한다)와 수신기로부터 들어오는 전류 (이것은 제2의 상이한 주파수에서 공진한다)의 곱 (product)이기 때문이다. 이것은 변조 신호에서의 왜곡을 초래하며, 그러므로 통신을 중단시킨다. 가능한 솔루션은 외부로의 전송기 전류를 제거하는 방향성 커플러를 사용하며, 그래서 상기 수신기로부터의 내부로의 변조된 전류가 포워드 전류 및 역전 전류를 분리함으로서 왜곡없이 감지될 수 있도록 하는 것이다. 그러나, 소비자 디바이스들에 그런 방향성 커플러를 포함시키는 것은 변압기를 포함시키는 것으로 인해 바람직하지 않을 수 있으며, 이는 비용 및 복잡성을 증가시킨다. 대안의 솔루션은 도 11h에 예시된 것처럼 도 11g의 복조 회로의 입력 스테이지에 진폭 위상 탐지기 (1102)를 사용하는 것이다. 그런 진폭 위상 탐지기에서 입력 변압기 (1104)의 두 암들이 동조되며, 그래서 (전송기 코일들로부터의) 인출의 오른-손 측면으로부터 커플링된 신호가 커패시터 (1106)에 의해 동조되고 그리고 (인버터로부터의) 인출의 왼손 측면으로부터 커플링된 신호가 인덕터 (1108)에 의해 동조되도록 한다. 이 방식에서, 포워드 전류 및 역전 전류는 주파수에 따라서 서로 구분된다. 전송기의 전류 감지 코일의 적합한 말단을 선택함으로써, 수신기의 픽업 코일로부터의 진폭 변조된 신호의 레벨을 최적화하기 위해 적합한 주파수 (예를 들면, 약 100 kHz)에서 그 코일을 공진시키는 것이 가능하다.

수신기 (1004)에 관하여, 전력 정류기 (1018)는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 전 브리지 정류기로서 구성되며, 그리고 네 개의 MOSFET들을 동기식 구성으로, 즉, 상단 측 상에 두 개의 P-채널 MOSFET들 그리고 하단 측 상의 두 개의 N-채널 MOSFET들을 가지며 (도 12a 및 도 12b 참조), 이는 제어기 (1010)의 마이크로프로세서의 제어 하에 스위치된다 (도 12c 참조).

특히, 동기식 정류기 제어가 버전 A 모드 및 버전 B 모드 둘 모두에 대해 공통이다. 상단 측에서의 P-채널 MOSFET들은 AC 신호들에 의해 자체-구동될 것이며, 반면에 하단 측에서의 N-채널 MOSFET들은 상기 마이크로프로세서에 의해 생성된 게이트 신호들에 의해 제어될 것이다. 상기 동기식 정류기는 출력 전류가 700 mA보다 더 크면 인에이블될 것이다 (디지털 게이터 신호들은 상기 N-채널 MOSFET들을 턴 온 및 오프하기 위해 생성될 수 있다). 부하 (1016)가 500 mA보다 더 작으면, 동기식 정류기는 디스에이블되며 그리고 상기 N-채널 MOSFET들의 몸체 다이오드들은 전류를 전도하기 위해 사용될 것이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 도 12a 및 도 12b로부터, 상기 동기식 정류기가 전 (full) 동기식 정류기 또는 반 (half) 동기식 정류기 중 어느 하나로서 동작될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. LDO (1020)의 회로는 도 12b에 또한 예시되며 그리고 상기 마이크로프로세서의 Load_Enable 출력을 로우로 세팅함으로써 디스에이블되며, 이는 상기 부하 (1016)를 마찬가지로 연결해제시키며, 그리고 상기 Load_Enable 신호를 하이로 세팅함으로써 인에이블된다. 상기 통신 모듈 (1014)의 변조 회로는 두 개의 커패시터들 및 두 개의 스위치들을 가지며 그리고 통신 패킷들/신호들은 수신기 (1004)의 AC 측 상에서 상기 커패시터들의 용량성 부하를 변조함으로써 제공된다 (도 12d 참조). 전류 감지 회로는 출력 전류를 결정하기 위해 부하와 직렬인 저항 그리고 증폭기를 구비하며 (도 12e 참조) 그리고 상기 마이크로프로세서는 이 정보를 사용하여 상기 전송기에게 최적의 동작 포인트를 설립할 것을 요청하고, 상기 전송기로부터 수신된 전력을 판별하고, 상기 동기식 정류기가 인에이블될 필요가 있는지를 판별하고, 그리고 낮은 (가벼운) 부하에서, 상기 반 동기식 정류기를 인에이블시킨다.

도 12a 및 도 12b에서, 상기 정류기 (1018)로의 입력들은 다음과 같다: Q1 및 Q2가 자체-스위치하도록 허용하는, (도 12d의 변조 회로로부터의) AC_in1/2; Sync_Ctrl_PWM_1/2; 그리고 5V_Load 및 Analogue_enable을 입력들로서 취하고 (구성이 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되므로 예시되지 않은) 회로들의 공급 전압들을 제어하여 수신 전력 관리 회로 (1006)의 아날로그 회로를 디스에이블/인에이블하기 위해 사용되는 +5V 공급 스위치 회로로부터의 5V_Supply, LDO (1020)으로의 입력들은 다음과 같다: 중간 전압; 및 (도 12c의 마이크로프로세서로부터의) Load_Enable 및 Dummy_Load_Enable, 정류기의 출력들은 다음과 같다: 5V_Load 및 Current_Sense_R; 그리고 상기 정류기의 도시된 회로에서 D2-D3는 다이오드 정류 반-정류를 제공하지만,스위치 Q4-Q5를 마이크로프로세서에 의해 동기식으로 스위치할 수 있다.

도 12(c)에서, 입력들은 다음과 같다: Soft_Start_Enable을 입력으로 취하고 (구성이 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되므로 예시되지 않은) 마이크로프로세서에게 전력을 공급하기 위해 사용되는 +3.3VLDO 회로로부터의 3V3_supply; 상기 중간 전압; (도 12d의 변조 회로로부터의) AC_in1/2; 그리고 (도 12e의 전류 감지 회로로부터의) CurSense_Input 및 CurSense_filtered, 그리고 출력들은 다음과 같다: Comms (통신 모듈 (1014)의 변조 회로에서 커패시터들을 스위치하는 FET들을 구동하기 위해 사용됨); (LDO (1020)의 온 상태 및 오프 상태를 제어하기 위한) Load_Enable; Sync_Ctrl_PWM_1/2; Soft_Start_Enable (오버슈트를 피하기 위해 사용됨); Dummy_Load_Enable; 및 Analogue_enable.

도 12d에서, 입력은 다음과 같다: Comms, 출력은 다음과 같다: AC_in1/2, 그리고 도시된 회로에서 4.7nF 커패시터는 수신기 코일들의 전압의 진폭을 변조하기 위해 출력들 상으로 스위치되며, 그럼으로써 버전 A 모드에서 상태들의 시그날링을 제공한다.

도 12e에서, 입력들은 다음과 같다: 3V3_Supply; 5V_Supply; 및 Current_Sense_R, 출력들은 다음과 같다: CurSense_Input (동기식 정류기를 위한 제어를 턴-오프하기 위해 사용된 빠른 출력 전류 천이를 위한 마이크로프로세서의 비교기로의 입력) 및 CurSense_filtered (버전 A 모드 및 버전 모드 B 동안에 사용된 출력 전력 모니터링을 위한 아날로그 입력으로서 마이크로프로세서가 취한 증폭된 출력 전류임).

도 13a 내지 도 13c는 전력 전송기의 제어기에 의해 구현된 제어 흐름의 흐름도들이며 그리고 도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 전력 수신기, 즉, 이전에 설명된 것과 같은 버전 B 전송기들 및 수신기들의 제어기에 의해 구현된 제어 흐름의 흐름도들이다

본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에 따른 상기 전송기 코일 어레이 및 동작이 이제 설명된다. 이전에 설명된 것처럼, 상기 전송기는 공간적인 자유 및 다중의 수신기 디바이스 전력공급/충전을 제공하기 위한 전송기 코일들의 어레이를 구비한다. 그런 기능성을 제공하는 한 가지 방법은 다중-레이어의 또는 다중-평면형 어레이들 내에 전송기 코일들의 반복된 패턴을 제공하는 것이며, 여기에서 각 코일은 그 레이어의 다른 코일들과 대체적으로 동일-평면에 있다.

전송기 코일들의 겹침 또는 인터레이어 오프셋을 구비한 두 개의 레이어 어레이의 한 가지 가능한 실시예는 도 15a - 도 15c에서 예시된다. 그런 구성은 커플링 자기장 내에 향상된 균일함과 같은 이점들을 제공한다. 상기 예시된 예시적인 실시예에서, 상기 전송기 코일들은 복수의 PCB '레이어들' 위에 PCB 기술들을 이용하여 제조된 전기적 전도성 물질의 2차원적인 평면형 코일 형상들로서 제공된다. 이 실시예에서, 상기 전송기 코일들은 형상에 있어서 대체적으로 정사각형인 것으로 도시된다; 이것은 단지 예시적인 것이며 그리고 원형, 삼각형, 직사각형, 및 다른 다각형 형상들과 같은 다른 2차원적인 형상들이 가능하며, 이 경우에 그런 형상들은 상기 어레이 구성에 도움이 된다. 예를 들면, 상기 코일들에게 8각형 형상을 제공하는 것은 상기 코일들이 더욱 근접하게 이격되도록 허용할 수 있으며, 이는 상기 IPT 필드의 균일성을 더 향상시킬 수 있다.

도 15a - 도 15c에 예시된 것처럼, 전송기 코일들의 한 레이어 (1512a)는 PCB (1512c) 내 전송기 코일들의 제2 레이어 (1512b)에 의해 오버레이 (overlay)된다. 상기 제1 레이어 (1512a)는 여섯 개의 코일들을 구비하며 그리고 상기 제2 레이어 (1512b)는 도시된 예에서 네 개의 코일들을 구비하지만, 다른 개수의 코일들 및 상기 레이어들의 위에서의 조합들이 가능하다. 각 코일 (1512a 및 1512b)은 여러 '권선들 (windings)'을 구비하며, 그래서 내부 공간이 제공되어 어떤 권선들도 그 안에는 존재하지 않도록 한다. 즉, 각 전송기 코일의 방사상 중심에는 전기적 전도성 물질이 없다. 상기 오버레이된 코일들은 각 코일 내에 네 개의 공통 개구부들을 한정한다 - 코일 (1512a) 내 공통의 개구부들 (1512d 내지 1512g) 참조. 이것은 자기적 투과성 물질로 형성된 슬러그들이 아래에서 설명되는 것처럼 각 공통 개구부 내에 제공되는 것을 허용한다. 도시된 것처럼 상기 코일들의 중심들은 정렬되어, 둘 이상의 인접한/오버레이한 코일들이 전력 전달을 위해 선택될 때에 균일 자기장의 생성에 있어서 도움을 준다. 도 15c에서 가장 분명하게 보이는 것처럼, 각 PCB 코일 (1512)은 네 개의 PCB "레이어들"로서 제조되며 그리고 이 레이어들은 A로 마킹된 원형의 영역 내에서 보이는 제1 레이어 및 제2 레이어 내에서 인터레이어 (interlayer)된다. 이 인터레이어되는 것은 균일 자기장의 생성을 더 돕는다. 그러나, 상기 제1 레이어 및 제2 레이어는 '인터레이어'되는 것이 아니라 '겹쳐서 쌓여 (stack)"질 수 있을 것이며, 즉, 상기 제2 레이어의 모든 PCB 레이어들은 상기 제1 레이어의 모든 PCB 레이어들 위에 겹쳐 쌓여져 있다. 두 개의 레이어들이 도시되지만, IPT 필드 그리고 특별한 애플리케이션의 전송기 코일 어레이 요구사항들에 종속하여 둘 보다 많은 레이어들이 가능하다.

이제 도 15d 내지 도 15g를 참조하면, 네 개 레이어 전송기 코일 (1521a 또는 1512b) (Figure 15B)을 위해 사용될 수 있을 특정 권선 패턴이 설명될 것이다. 도 15d는 PCB 제일 위 레이어 (1520)을 보여준다; 도 15e는 PCB 레이어 (1521)를 보여준다 (상기 제2 PCB 레이어는 인접한 겹치는 코일의 인터리빙된 레이어이다); 도 15f는 PCB 제5 레이어 (1522)를 보여준다 (상기 제4 PCB 레이어는 인접한 코일의 인터리빙된 레이어이다); 그리고 도 15g는 PCB 제7 레이어 (1523)를 보여준다 (상기 제6 PCB 레이어는 인접한 코일의 인터리빙된 레이어이며 그리고 제8 레이어는 참조번호 1523 아래에 있다). 아래에서 설명될 것처럼 상기 PCB 레이어들은 서로의 위에 수직으로 쌓여지며 그리고 상호 연결된다.

제일 위 레이어 (1520)을 먼저 보면, 제1 코일 단자 (1527)는 세 개의 병렬 권선들 (1524, 1525 및 1526)에 연결된다. 세 개의 병렬 권선들이 보이지만, 병렬 권선들의 개수는 응용에 종속하여 변경될 수 있을 것이라는 것이 인정될 것이다. 단일 권선만이 사용되는 경우에, 사용된 용납할 수 없는 손실들 및 발열은 "피부 효과"로부터 비롯될 수 있으며, 이 경우에 권선의 작은 표면 영역에 의해 대 전류가 운반된다. 병렬 권선들을 제공함으로써 이 효과는 개선될 수 있다.

이 병렬 권선들은 두 개의 루프들을 형성하며 단자들 (1528, 1529 및 1530)에서 끝난다. 상기 단자들 (1528, 1529 및 1530)은 도 15e에서 보이는 제3 PCB 레이어 (1521)의 단자들 (1531, 1532 및 1533)에 상호연결된다 (즉, 참조번호 1528의 단자는 참조번호 1531의 단자에 연결된다; 참조번호 1529의 단자는 참조번호 1532의 단자에 연결된다; 그리고 참조번호 1530의 단자는 참조번호 1533의 단자에 연결된다). 단자들 (1531, 1532 및 1533)은 병렬 권선들 (1534, 1535 및 1536)에 연결된다.

제1 레이어 (1520)에서 참조번호 1524의 병렬 권선이 상기 코일의 중심에 가장 가까우며 그리고 참조번호 1526의 병렬 권선은 상기 코일의 중심으로부터 가장 멀리에 있으며, 반면에 상기 제3 PCB 레이어 (1521)에서, (참조번호 1526에 연결된) 권선 (1534)이 상기 코일의 중심에 가장 가까우며 그리고 (참조번호 1524의 병렬 권선에 연결된) 병렬 권선 (1536)은 상기 코일의 중심으로부터 가장 멀리 떨어져 있다는 것에 유의한다. 그래서 레이어들 사이에서 가장 안쪽의 팽행 권선 및 가장 바깥쪽의 병렬 권선은 레이어들 사이에서 위치들을 교환한다.

제5 레이어 (1522)와 유사하게, 상기 제3 레이어 (1521)의 단자들 (1537, 1538 및 1539)은 도 15f에서 보이는 제5 PCB 레이어 (1522)의 단자들 (1540, 1541 및 1542)과 상호 연결된다 (즉, 참조번호 1537의 단자는 참조번호 1540의 단자에 연결된다; 참조번호 1538의 단자는 참조번호 1541의 단자에 연결된다; 그리고 참조번호 1539의 단자는 참조번호 1542의 단자에 연결된다). 단자들 (1540, 1541 및 1542)은 병렬 권선들 (1545, 1544 및 1543)에 연결된다.

제7 레이어 (1523)와 유사하게, 상기 제5 레이어 (1522)의 단자들 (1546, 1547 및 1548)은 도 15g에서 보이는 제7 PCB 레이어 (1523)의 단자들 (1549, 1550 및 1551)과 상호 연결된다 (즉, 참조번호 1546의 단자는 참조번호 1549의 단자에 연결된다; 참조번호 1547의 단자는 참조번호 1550의 단자에 연결된다; 그리고 참조번호 1548의 단자는 참조번호 1551의 단자에 연결된다). 단자들 (1549, 1550 및 1551)은 병렬 권선들 (1552, 1553 및 1554)에 연결된다. 상기 코일은 교번하는 구동 신호를 상기 제1 코일 단자 (1527) 및 제2 코일 단자 (1555)에 인가함으로써 구성될 수 있다.

레이어들 사이에서 상기 코일의 중심에 가장 가까운 병렬 권선 그리고 상기 코일의 중심을부터 가장 멀리에 있는 병렬 권선은 교번한다는 것에 유의한다. 이것은 상기 병렬 권선들 중 어떤 단일의 한 권선도 상기 코일의 중심에 가장 가깝게 경험한 가장 크게 유도된 전류들에 노출되지 않는 것을 보장한다. 이것은 코일이 타서 없어지는 것을 피하는데 도움을 준다. 또한 상기 팽행 권선들은 병렬 권선 당 인가된 전력을 줄이고 그리고 코일 저항을 줄인다.

도 15h는 자기적 투과성 베이스 (1557) 상에 위치한 단일의 전송기 코일 (1556)의 한 측면을 통한 횡단면 모습을 자기적 투과성 슬러그 (1558)을 둘러싼 코일 (1556)과 함께 보여준다. 비록 위에서 설명된 인터리빙된 코일 설계에 단일 코일 설계가 적용될 수 있을 것이라는 것이 인정될 것이지만, 이 경우에 그 단일의 코일이 보인다. 상기 전송기 코일 (1556)은 여섯 개의 PCB 레이어들 (1559 내지 1564)로 형성되며, 명료함을 위해서 도체들만이 보인다. 전류 분배를 향상시키기 위해서 레이어들의 권선들 (1559 내지 1564)은 레이어들 사이에서 오프셋될 수 있다. 각 레이어들의 도체들은 0.25mm보다 더 큰 폭, 0.14mm의 두께 그리고 0.2mm보다 더 큰 이격을 가진 구리 도체들이다. 이전의 실시예에서처럼, 병렬 권선들이 사용되며, 바람직하게는 세 개의 병렬 권선들이 사용된다. 상기 병렬 권선들은 권선 레이어들 사이에 분포될 수 있을 것이며 - 예를 들면, 제1의 세 개의 병렬 권선들은 참조번호 1559 및 1560의 두 레이어들 모두로부터의 도체들을 포함할 수 있다. 바람직하게는 병렬 권선들의 세트 각각은 두 개의 레이어들 사이에 분포된다. 상기 슬러그 (1558)는 코일 (1556) 위로 충분하게 확장하여, 코일 권선들 내에서 유도된 전류들을 실질적으로 줄어들게 한다. 상기 슬러그 (1558)는 상기 권선 위로 상기 권선의 높이 주위로 돌출될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 상기 슬러그는 상기 권선의 높이 위로 약 1mm 또는 1mm보다 더 크게 확장한다.

공기 간극 (1565)이 전송기 코일 (1556) 및 슬러그 (1558) 사이에 제공되어, 전송기 코일 (1556)의 권선들 내 유도된 전류들을 줄어들게 한다.

도 15i는 도 15i의 변이를 보여주며, 그 경우에 내부 위에 슬러그 (1558)가 제공되는 것은 물론이며 전송기 코일 (1556) 외부의 위에도 슬러그 (1566)가 제공된다. 이 구성은 전송기 코일 (1556) 내 유도된 전류를 더 줄어들게 하며 그리고 실제로 수신 코일의 필드 형성 효과로 인해 부하가 없는 코일보다 부하가 걸린 코일 대해 더 낮은 손실들의 결과를 가져온다. 그러나, 추가적인 요소의 추가된 비용 및 복잡성으로 인해서, 이 설계는 더욱 많은 요구를 하는 애플리케이션들에서만 정당화될 수 있을 것이다.

도 15h 및 도 15i의 설계 특징들은 적합한 적응을 하여 도 15a 내지 도 15g의 전송기 코일 어레이에 적용될 수 있을 것이다.

도 16은 본 발명에 적용 가능한 전송기를 형성하는, 파열된 형상 내 PCB 코일 어레이 (1614)를 예시한다. 상기 전송기 (1602)는 제일 위 덮개 (1603a) 및 바닥 덮개 (1603b), 구동 회로, 물체 탐지기 및 통신 모듈들을 운반하는 메인 PCB 회로 보드 (1605) 그리고 상기 전송기의 다른 회로를 구비한다. 상기 PCB 코일 어레이 (1614)는 자성 물질 레이어 (1607) 상에 배치된다. 상기 자성 물질 레이어 (1607)는 강자성 또는 페라이트 물질처럼, 전송기 코일 어레이 내에서 유도된 자기장을 향상시키는 물질로 구성된다. 예시된 것처럼, 상기 물질 레이어 (1607)는 자기장을 더 향상시키는 돌기부들 (1609)을 가지며, 이는 상기 자성 물질 레이어에 통합되거나 그 자성 물질 레이어에 (위치상으로 또는 접착하여) 설치된다. 이것은 도 17에서 더욱 명료하게 보이며, 이 경우에 PCB 코일 어레이 (1714)는 격리되어 물질 레이어 (1707) 상에 설치된 것으로 보인다. 볼 수 있듯이, 상기 PCB 코일 어레이 (1714)는 스루-홀 (1714a)를 구비하며, 그 스루-홀을 통해서 상기 물질 레이어 (1707)의 돌기들 (1709)이 불쑥 나와서, 각 전송기 코일이 그 내부에 적어도 하나의 돌기 (1709)를 가지도록 한다. 도 18은 이것을 횡단면에서 아주 더 상세하게 보여주며, 이 경우에 유사한 참조 번호들은 도 17의 유사한 요소들을 위해 사용된다. 각 돌기 또는 슬러그 (1809)는 각 권선 (1814)의 제일 위에 각 권선 (1814)의 높이 주위로 돌출될 수 있다. 바람직하게는 각 슬러그 (1809)는 각 권선 (1814)의 제일 위를 넘어 약 1mm 또는 1mm보다 더 크게 돌출한다.

볼 수 있듯이, 상기 페라이트 물질 레이어의 돌기 또는 슬러그들은 상기 PCB 코일 어레이 레이어 위로 돌출한다. 본 출원인은 이것이 자기장 상의 영향에 더 이점을 제공한다는 것을 발견했다. 도 19는 상기 PCB 코일 레이어 (1914) 내 다음 홀 (1914)에 가장자리로부터 각도 세타가 45도보다 더 작도록 결정되는 높이 h만큼 PCB 코일 레이어 (1914)의 세그먼트 위로 돌출하는 돌기 (1909)를 예시한다. 자성 물질 레이어의 돌기들로서 제공되는 것 대신에 자성 물질의 '슬러그들'이 자성 물질 레이어가 생략된 또는 생략되지 않은 독립적인 요소들로서 제공될 수 있으며, 그리고 상기 전송기 코일 어레이 제조의 일부로서, 예를 들면, PCB 또는 코일들의 위치를 정하기 위해 사용되는 다른 기판의 일부로서 제공될 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 예시된 예들에서 각 코일은 네 개의 자성 물질 요소들을 둘러싸며, 여기에서 이 요소들은 직사각형 형상의 코일들의 내부 코너들에 존재하며, 이 구성은 각 코일의 '공동 (cavity)' 내 자성 물질의 양을 최대화하면서도 코일 어레이들의 다중-레이어링을 도우며, 그럼으로써 유리한 영향을 회적화한다. 상기 코일들 및 자성 물질 요소들의 다른 배열들이 더 적은, 더 많은 또는 상이한 형상의 요소들을 구비하여 가능하다는 것이 이해된다. 또한, 애플리케이션이 이것을 위해 더욱 적합하다면, 예를 들어, 상기 요소들 및 코일 어레이가 동일-평면일 수 있다면, 상기 자성 물질 요소들은 상기 전송기 코일의 제일 위의 레이어 위로 돌출할 필요가 없다.

상기 전송기 자성 또는 IPT 필드의 유리한 영향 또는 향상은 IPT 필드의 증가된 높이 (소위 말하는 상기 전송기 패드의 데카르트 형태에 관한 "z-높이")와 같은 타당한 전력 전달 레벨들에서 균일한 또는 증가된 IPT 커버리지를 제공하기 위해서 상기 필드의 형상화 (shaping)를 포함한다. 본 출원인은 증가된 z-높이는 동시에 전력을 공급받는 인접 전송기 코일들의 개수를 증가시켜서 또한, 또는 추가적으로, 제공될 수 있다. 따라서, 상기 전력 전송기의 효과적인 무선 전력 전달 범위를 증가시키기 위해서 이 메커니즘들의 조합이, 예를 들면, 기계적인 부분 및 제어의 조합이 사용될 수 있다. 이 방식으로 필드를 형상화하는 것은 코일 권선들 내 유도된 전류들을 또한 줄어들게 하고 그리고/또는 코일 권선들 내 전류 분포를 향상시킬 수 있다. 상기 코일들의 표면에서의 높이로 또는 아래로 확장하는 페라이트 코어들을 이용하여, 유도 전류들은 상기 코일들의 내부 및/또는 외부 권선들에서 경험될 수 있다; 반면에 상기 전류 분포는 상기 표면 위로 확장하는 자성 코어가 사용되고 그리고/또는 유도된 전류들을 줄일 때에 더욱 한결같을 수 있을 것이다. 대안으로, 또는 조합하여, 상기 페라이트 코어를 상기 코일의 외부 가장자리 상으로 확장하고 그리고/또는 그것을 상기 수신기의 일부로 확장하는 것은 코일 전류 분포를 더욱 향상시키며 그리고/또는 유도된 전류들을 줄어들게 할 수 있다.

상기 전송기 코일 어레이의 예시된 실시예는 PCB 코일들을 보여준다. 이것은 그러나 상기 IPT 코일 어레이의 구성 및 제조의 예시적인 방식일 뿐이다. 상기 코일들은 손이나 기계 중 어느 하나에 의해 감겨진 코일들일 수 있으며 또는 이전에 설명된 것처럼 스탬핑, 프린팅 등과 같은 몇몇의 다른 방식으로 제조될 수 있다. 상기 어레이 내에서 상기 코일들의 상대적인 위치 결정 및 기능은 효율적이며, 신뢰성이 있으며 그리고 효과적인 무선 전력 전달을 제공하는 IPT 필드를 제공함에 있어서 중요한 팩터이다.

위에서 설명된 무선 전력 전달 시스템은, 예를 들면, '패키지'나 '세트'로 제공된 전송기 및 하나 이상의 수신기들의 조합으로 또는 분리하여 최종 사용자 소비자 전자 시스템으로서 제공될 수 있으며, 예를 들면, 다중-모델 또는 호환 구성에 기반하여 전송기는 분리하여 획득가능하고 수신기(들)로부터의 작동 유닛으로 제공된다. 대안으로, 상기 무선 전력 전달 시스템은 ODM들 (original design manufacturers) 또는 OEM들 (original equipment manufacturers)의 평가 또는 교육적인 목적들을 위한 키트로서 제공될 수 있으며, 그래서 다양한 구성들 또는 기능들이 테스트될 수 있도록 하며 그리고/또는 무선 전력을 자신들의 제품으로 통합하거나 편입하는 것이 평가될 수 있도록 할 수 있다. 그런 키트는 무선 전력 전달 및 구성을 위해 필요한 컴포넌트들, 모듈들, 지시어들 및 학습 자료들을 그리고 상이한 응용들, 예를 들면, 전력 레벨들, 필드 커버리지 등을 위한 무선 전력 전달 시스템들의 설계, 수정, 적응, 테스트, 평가, 또는 구축을 위한 그 시스템의 조절을 포함할 수 있다.

그런 무선 전력 전달 키트는 여기에서 설명되고 첨부된 도면들에서 예시된 구성들 및 특징들을 구비한 무선 전력 전송기 및 다중의 무선 전력 수신기 디바이스들을 포함할 수 있다. 상기 키트는 무선 전력 전달을 위한 키드 컴포넌트들을 배치하고, 설정하고, 최적화하고, 적응시키는 등을 위한 지시어들을 또한 포함할 수 있다. 상기 지시어들은 상기 시스템의 컴포넌트들을 어떻게 적응시키고, 사용하며, 구축하고, 또는 평가하는가를 가르칠 수 있다. 상기 무선 전력 전달 키트의 전기적인 컴포넌트들은 복수의 전기적 접점들을 가질 수 있어서, 오실로스코프, 멀티미터, 전력 미터, 전류 미터, 전압 미터, 프로브 등과 같은 측정 장비를 이용하여 동작 파라미터들의 측정을 가능하게 한다.

본 발명이 본 발명의 실시예들에 대한 설명에 의해서 예시되었지만, 그리고 상기 실시예들이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위를 그런 상세한 내용으로 제한하거나 또는 어떤 방식으로라도 한정하려고 의도된 것이 아니다. 추가적인 유리함들 및 수정들은 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에게는 쉽게 나타날 것이다. 그러므로, 경계의 모습들에서 본 발명은 보여지고 설명된 특정 상세내용들 대표적인 장치 및 방법, 그리고 예시적인 예들로 제한되지 않는다. 따라서, 본 일반적인 특허적 개념의 범위로부터 벗어나지 않으면서 그런 상세한 내용들로부터 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (26)

1. 무선 전력 전송 코일 어레이로서,
   다층 인쇄 회로 기판;
   서로 동일 평면 상에 있는 제1 복수의 코일 - 상기 제1 복수의 코일은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 제1 복수의 층 상에 배치된 권선 트레이스들을 포함함 -; 및
   서로 동일 평면 상에 있는 제2 복수의 코일 - 상기 제2 복수의 코일은 상기 제1 복수의 코일과 부분적으로 중첩하도록 상기 다층 인쇄 회로 기판의 제2 복수의 층 상에 배치된 권선 트레이스들을 포함함 - 을 포함하며,
   상기 다층 인쇄 회로 기판의 상기 제1 복수의 층은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 상기 제2 복수의 층들과 인터리빙되는, 무선 전력 전송 코일 어레이.
2. 삭제
3. 삭제
4. 무선 전력 전송 코일 어레이로서,
   다층 인쇄 회로 기판;
   서로 동일 평면 상에 있는 제1 복수의 코일 - 상기 제1 복수의 코일은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 적어도 제1 층 상에 배치된 권선 트레이스들을 포함함 -; 및
   서로 동일 평면 상에 있는 제2 복수의 코일 - 상기 제2 복수의 코일은 상기 제1 복수의 코일과 부분적으로 중첩하도록 상기 다층 인쇄 회로 기판의 적어도 제2 층 상에 배치된 권선 트레이스들을 포함함 - 을 포함하며,
   상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일의 각각의 코일은 복수의 병렬 권선을 포함하고, 상기 복수의 병렬 권선 중 적어도 제1 병렬 권선 및 제2 병렬 권선은 각각의 코일의 중심에 더 가깝거나 또는 더 멀어지도록 상이한 층들 상의 위치들을 교대하는, 무선 전력 전송 코일 어레이.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일 각각은 권선들이 존재하지 않는 내부 공간을 정의하며, 상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일과 상기 각각의 코일들의 내부 공간들의 부분적 중첩은 복수의 공통 개구들을 정의하고, 상기 복수의 공통 개구들 내에 자기 투과성 슬러그들(magnetically permeable slugs)이 배치되는, 무선 전력 전송 코일 어레이.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 자기 투과성 슬러그들은 상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일의 높이 위로 연장되는, 무선 전력 전송 코일 어레이.
10. 제9항에 있어서,
    상기 자기 투과성 슬러그들은 상기 코일들의 높이만큼 상기 코일들의 높이 위로 연장되는, 무선 전력 전송 코일 어레이.
11. 제7항에 있어서,
    상기 자기 투과성 슬러그들과 상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일 사이의 에어 갭(air gap)을 더 포함하는, 무선 전력 전송 코일 어레이.
12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일 외부에 추가적인 자기 투과성 슬러그들을 더 포함하는, 무선 전력 전송 코일 어레이.
13. 삭제
14. 무선 전력 송신기로서,
    인쇄 회로 기판 코일 어레이 - 상기 인쇄 회로 기판 코일 어레이는,
    다층 인쇄 회로 기판;
    서로 동일 평면 상에 있는 제1 복수의 코일 - 상기 제1 복수의 코일은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 적어도 제1 층 상에 배치된 권선 트레이스들을 포함함 - ; 및
    서로 동일 평면 상에 있는 제2 복수의 코일 - 상기 제2 복수의 코일은 상기 제1 복수의 코일과 부분적으로 중첩하도록 상기 다층 인쇄 회로 기판의 적어도 제2 층 상에 배치된 권선 트레이스들을 포함함 - 을 더 포함하고,
    상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일 각각은 권선이 존재하지 않는 내부 공간을 정의하고, 상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일과 상기 각각의 코일들의 내부 공간들의 부분적 중첩은 복수의 공통 개구를 정의함 - ; 및,
    자기장을 향상시키기 위한 돌출부들을 갖는 자성 재료 층 - 상기 돌출부들은 상기 복수의 공통 개구 내에 배치됨 - 을 포함하는, 무선 전력 송신기.
15. 제14항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 자성 재료 층과 일체인, 무선 전력 송신기.
16. 제14항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 자성 재료 층 상에 장착되는, 무선 전력 송신기.
17. 제14항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일의 높이 위로 연장되는, 무선 전력 송신기.
18. 제17항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 코일들의 높이만큼 상기 코일들의 높이 위로 연장되는, 무선 전력 송신기.
19. 제14항에 있어서,
    상기 돌출부들과 상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일 사이의 에어 갭을 더 포함하는, 무선 전력 송신기.
20. 제14항에 있어서,
    상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일 외부에 추가적인 자기 투과성 슬러그들을 더 포함하는, 무선 전력 송신기.
21. 제14항에 있어서,
    상기 송신기의 회로를 지니는 메인 인쇄 회로 기판을 더 포함하는, 무선 전력 송신기.
22. 제14항에 있어서,
    상기 다층 인쇄 회로 기판의 적어도 제1 층은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 제1 복수의 층을 포함하고, 상기 다층 인쇄 회로 기판의 제2 층은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 제2 복수의 층을 포함하며, 상기 제1 복수의 층은 상기 제2 복수의 층과 인터리빙되는, 무선 전력 송신기.
23. 삭제
24. 제14항에 있어서,
    상기 제1 복수의 코일 및 상기 제2 복수의 코일의 각각의 코일은 복수의 병렬 권선을 포함하며, 상기 복수의 병렬 권선 중 적어도 제1 병렬 권선 및 제2 병렬 권선은 각각의 코일의 중심에 더 가깝거나 또는 더 멀어지도록 상이한 층들 상의 위치들을 교대하는, 무선 전력 송신기.
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