[go: up one dir, main page]

KR102488951B1 - 스마트 무선 전력 송신을 위해 자기장을 조향하기 위한 방법들 - Google Patents

스마트 무선 전력 송신을 위해 자기장을 조향하기 위한 방법들 Download PDF

Info

Publication number
KR102488951B1
KR102488951B1 KR1020150151918A KR20150151918A KR102488951B1 KR 102488951 B1 KR102488951 B1 KR 102488951B1 KR 1020150151918 A KR1020150151918 A KR 1020150151918A KR 20150151918 A KR20150151918 A KR 20150151918A KR 102488951 B1 KR102488951 B1 KR 102488951B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transmitter
coil
magnetic field
transmitter coil
electrical device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020150151918A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160055058A (ko
Inventor
브라이언 제이. 틸로트슨
펭 젱
Original Assignee
더 보잉 컴파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 보잉 컴파니 filed Critical 더 보잉 컴파니
Publication of KR20160055058A publication Critical patent/KR20160055058A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102488951B1 publication Critical patent/KR102488951B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/04—Measuring peak values or amplitude or envelope of AC or of pulses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H02J7/025—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • H04B5/263—Multiple coils at either side
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H01F2005/027—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers wound on formers for receiving several coils with perpendicular winding axes, e.g. for antennae or inductive power transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

예를 들어, 동력이 공급되고 있는 수신기의 포지션 및 배향이 시간에 따라 변화하기 때문에 또는 서로 다른 포지션들 및 배향들을 갖는 서로 다른 수신기들에 서로 다른 시점들에 동력이 공급되고 있기 때문에, 원하는 자기장의 포지션 및 배향이 시간에 따라 변화하는 애플리케이션들에서 무선 전력 송신과 연관된 제약들을 완화하기 위한 시스템들 및 방법들. 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 정해진 공간에서 복수의 무선 전력 송신기들을 이용하는데, 각각의 송신기는 서로에 대해 직교하게 배향된 개개의 코일들로 구성된다. 이러한 개개의 코일들 사이뿐만 아니라 이들이 형성하는 송신기들 사이의 필드 간섭도 이용하여, 정해진 공간 내의 임의의 주어진 포인트에서 무선 전력 필드 강도 및 배향을 적극적으로 제어할 수 있다. 이는 특정 각도에서 특정 타깃 쪽으로 전력 송신을 조향하기 위한 방법들을 가능하게 한다.

Description

스마트 무선 전력 송신을 위해 자기장을 조향하기 위한 방법들{METHODS FOR STEERING A MAGNETIC FIELD FOR SMART WIRELESS POWER TRANSMISSION}
본 개시는 일반적으로 무선 전력 송신을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 공진 유도 결합 송신기들 및 수신기들에 의한 무선 전력 송신에 관한 것이다.
공진 유도 결합은 동일한 주파수에서 공진하도록 튜닝되는 2개의 코일들 간의 전기 에너지의 근접장 무선 송신이다. 진동 자기장을 발생시키는 진동 전류로 1차 코일 링을 만들어 냄으로써 공진식 전송이 작동된다. 1차 코일에 근접한 2차 코일이 진동 자기장으로부터의 에너지를 획득할 수 있다. 1차 코일과 2차 코일이 공통 주파수에서 공진한다면, 코일 지름들의 몇 배의 범위에 걸쳐 합당한 효율로 1차 코일로부터 2차 코일로 상당한 전력이 송신될 수 있다.
공지된 공진 유도 결합 방법은 상당한 전력 송신이 발생하도록 송신기와 수신기 간에 공진 주파수 정합과 배향 정합 모두를 필요로 한다. 그 공지된 방법은 주파수들을 정합시키지만, 시스템은 일정한 송신기/수신기 상대적 포지션 및 배향을 갖기 때문에, 이는 배향 정합을 다룰 필요가 없다.
모바일 수신기의 경우, 전력 송신기에 대한 모바일 수신기의 배향이 변경될 수 있다. 그러나 모바일 수신기 그리고 같은 뜻으로, 수신기가 포함된 타깃 대상은 무선 전력을 효율적으로 수신하기 위해 자기장선에 맞춰 정렬되어야 한다. 고정된 송신기들은 동일한 자기장을 발생시킨다는 사실은 타깃 대상의 공간적 자유도를 제한한다. 타깃 대상은 전력 송신기들에 대해 어느 정도까지는 포지션 및 배향을 변경할 수 있지만, 그 대가는 전력 송신 효율이다.
무선 전력 산업에서, 한 가지 전략은 디바이스들이 놓여 있는 일반적인 책상과 동일한 평면 상에 송신기를 배치하는 것이었다. 각각의 디바이스는 송신기에 의해 발생되는 자기장에 맞춰 정렬된 내부 수신 코일을 갖는다. 이는 효율적인 충전을 가능하게 한다. 그러나 소비자가 디바이스를 집어 이를 사용한다면, 무선 전력 링크가 분리되고 디바이스는 충전을 중단한다. 즉, 이러한 전력 소스의 이용 가능성은 제한적이다.
추가로, 데이터 송신이든 아니면 전력 송신이든, 임의의 무선 기술은 간섭 고려를 필요로 한다. 공지된 무선 전력 송신 방법은 모터 내의 3개의 수신기들(예를 들어, 권선들) 각각에 서로 다른 주파수들(예를 들어, 44, 62 그리고 77㎑)을 사용한다. 모터에서 3개의 각각의 위상들 사이의 혼선 또는 간섭을 최소화하기 위해 자기장의 주파수 및 배향 차별화 모두가 사용될 수 있도록 서로 다른 주파수들이 사용되었다. 이러한 접근 방식에 대해 불리한 점은 이것이 다른 주변 무선 시스템들과의 간섭을 초래할 수 있는 주파수 대역을 차지한다는 점이다.
위상들 간의 혼선 문제는 배향 차별화뿐만 아니라 더 넓은 주파수 차별화를 사용하여 "이중 필터"를 생성함으로써 해결될 수 있다. 이는 효과적인 접근 방식이지만, 불리한 점은 송신된 전력이 다른 주변 무선 시스템들과의 간섭을 초래할 수 있는 넓은 주파수 대역을 차지한다는 점이다. 이를 고려하기 위한 또 다른 면은 이러한 각각의 시스템이 넓은 대역폭을 차지하여, 주어진 크기의 공간에서는 많지 않은 시스템들이 작동할 수 있다는 점이다.
전력 송신기들 및 수신기들의 공진 유도 결합 동안 타깃 대상의 공간적 자유도를 증가시키고 위상들 간의 혼선을 감소시키기 위한 개선된 방법이 바람직하다.
본 명세서에서 개시되는 요지는 예를 들어, 동력이 공급되고 있는 수신기의 포지션 및 배향이 시간에 따라 변화하기 때문에 또는 서로 다른 포지션들 및 배향들을 갖는 서로 다른 수신기들에 서로 다른 시점들에 동력이 공급되고 있기 때문에 원하는 자기장의 포지션 및 배향이 시간에 따라 변화하는 애플리케이션들에서 무선 전력 송신과 연관된 제약들을 완화하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 본 명세서에서 개시되는 시스템들 및 방법들은 또한 일반적으로 무선 전력 송신 산업에 적용 가능하다. 아래 상세히 개시되는 일부 실시예들에 따르면, 시스템은 정해진 공간에서 복수의 무선 전력 송신기들을 이용하는데, 각각의 송신기는 서로에 대해 직교하게 배향된 개개의 코일들로 구성된다. 이러한 개개의 코일들 사이뿐만 아니라 이들이 형성하는 송신기들 사이의 필드 간섭도 이용하여, 정해진 공간 내의 임의의 주어진 포인트에서 무선 전력 필드 강도 및 배향을 적극적으로 제어할 수 있다. 이는 특정 각도에서 특정 타깃 쪽으로 전력 송신을 조향하기 위한 방법들을 가능하게 한다.
본 명세서에서 개시되는 시스템들 및 방법들은 (3상 모터와 같은) 타깃 대상의 공간적 자유도를 증가시키고 위상들 간의 혼선을 감소시킬 목적들로 배향 정합을 제공한다. 프로세스에서는, 일반적으로 무선 전력 송신 산업에서 배향이 난제였기 때문에 이는 무선 전력 송신을 개선하기 위한 실행 가능한 방법을 제공한다.
아래 상세히 개시되는 요지의 한 양상은 전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법이며, 이는 서로에 대해 고정된 포지션들 및 배향들로 배열된 적어도 2개의 송신기 코일들을 갖는 송신기를 제공하는 단계; 수신기 코일을 갖는 전기 디바이스를 포함하는 공간에 대해 송신기를 로케이팅하는 단계; 및 전기 디바이스의 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 합성 자기장을 발생시키는 각각의 전류들을 송신기의 각각의 송신기 코일들에 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 송신기의 기준 프레임에 대한 전기 디바이스의 수신기 코일의 축의 배향을 결정하는 단계; 및 전기 디바이스의 수신기 코일의 축의 배향에 적어도 부분적으로 기초하여 각각의 전류들에 대한 진폭들을 계산하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 개시되는 요지의 다른 양상은 무선 전력 송신을 위한 시스템이며, 이는 축을 가진 수신기 코일; 서로 직교하는 축들을 가진 제 1 송신기 코일 컴포넌트, 제 2 송신기 코일 컴포넌트 및 제 3 송신기 코일 컴포넌트; 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 합성 자기장을 발생시키도록 제 1 송신기 코일 컴포넌트, 제 2 송신기 코일 컴포넌트 및 제 3 송신기 코일 컴포넌트에 공급될 각각의 전류들의 각각의 진폭들을 계산하도록 프로그래밍된 컴퓨터 시스템; 및 제 1 송신기 코일 컴포넌트, 제 2 송신기 코일 컴포넌트 및 제 3 송신기 코일 컴포넌트 각각에 각각의 진폭들을 갖는 각각의 전류들을 공급하기 위한 수단을 포함한다.
추가 양상은 전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법이며, 이는 서로에 대해 고정된 포지션들 및 배향들로 배열된 적어도 2개의 송신기 코일들을 갖는 제 1 송신기를 제공하는 단계; 서로에 대해 고정된 포지션들 및 배향들로 배열된 적어도 2개의 송신기 코일들을 갖는 제 2 송신기를 제공하는 단계; 수신기 코일을 갖는 제 1 전기 디바이스를 포함하는 공간의 서로 다른 면들 상에 제 1 송신기와 제 2 송신기를 로케이팅하는 단계; 및 전기 디바이스의 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 합성 자기장을 발생시키는 각각의 전류들을 제 1 송신기와 제 2 송신기의 각각의 송신기 코일들에 제공하는 단계를 포함한다. 공간이 제 1 전기 디바이스의 위치와는 다른 위치를 갖는 제 2 전기 디바이스를 포함하는 경우들에, 발생되는 합성 자기장은 제 2 전기 디바이스의 위치에서 0의 자속을 가질 수도 있다.
아래 개시되는 요지의 또 다른 양상은 무선 전력 송신을 위한 시스템이며, 이는 축을 가진 수신기 코일; 짐벌 배열; 축을 가지며 짐벌 배열에 설치된 송신기 코일; 짐벌 배열에 결합되어 송신기 코일의 축의 방위각을 변경하기 위한 제 1 액추에이터; 짐벌 배열에 결합되어 송신기 코일의 축의 고도각을 변경하기 위한 제 2 액추에이터; 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 합성 자기장을 발생시키도록 제 1 액추에이터 및 제 2 액추에이터를 제어하도록 프로그래밍되고 송신기 코일에 공급될 전류의 진폭을 계산하도록 프로그래밍된 (하나의 컴퓨터 또는 프로세서를 포함하거나 개별 컴퓨터들 또는 프로세서들을 포함하는) 컴퓨터 시스템; 및 상기 진폭을 갖는 상기 전류를 송신기 코일에 공급하기 위한 수단을 포함한다.
무선 전력 송신을 위한 시스템들 및 이들의 동작 방법들의 다른 양상들이 아래 개시된다.
도 1은 동일한 평면에 배열된 4개의 수신기들 및 하나의 송신기의 평면도를 보여주는 도면으로, 수신기들 중 일부는 송신기에 대해 서로 다른 각도로 배향되어 있다.
도 2는 공지된 기술에 따라 가전제품에 대한 무선 충전을 제공하도록 포지셔닝 및 배향된 송신기의 정면도를 보여주는 도면이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른 전력 송신기의 일부 컴포넌트들을 나타내는 블록도이다.
도 4는 2차원 공간에서 2-코일 송신기 및 수신기의 평면도를 보여주는 도면이다. 도 4의 삽도는 송신기들에 의해 발생되며 수신기 내의 코일 또는 권선에 결합되는 간섭 자기장들의 확대도를 제공한다.
도 4a는 수신기가 도 4에 도시된 것과 같이 배향될 때 수신기 코일 축에 맞춰 정렬된 합성 자기장의 평면도를 보여주는 도면이다. (도 4a는 도 4의 삽도와 동일하다.)
도 4b는 90° 회전된 수신기의 코일 축에 맞춰 정렬하기 위해 90° 회전된 합성 자기장의 평면도를 보여주는 도면이다.
도 5는 미국 특허출원 제14/199,272호에 개시된 실시예에 따라 3상 전기 모터를 무선으로 제어하고 동력을 공급하기 위한 시스템의 일부 컴포넌트들을 보여주는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 송신기의 3개의 서로 직교하는 코일들의 등축 투영도를 보여주는 도면이다.
도 7은 정해진 공간의 중앙에 타깃 수신기 코일을 갖는 3개의 서로 직교하는 송신기 코일들에 의해 자기장선들이 발생되고 있는, 정해진 공간의 등축 투영도를 나타내는 도면이다. 도 7은 3차원들로의 도 4a에 대한 유추이다.
도 8은 정해진 공간 내의 자기장이 보강 간섭에 의해 강화되도록 배치되어 작동하는 두 세트들의 서로 직교하는 송신기 코일들에 의해 자기장선들이 발생되고 있는, 정해진 공간의 등축 투영도를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 자기장선들의 X-Y 평면도를 나타내는 도면이다.
도 10은 2개의 송신기들의 Z-축 코일들이 오프 전환되고, X-축 코일들은 온 전환되고, Y-축 코일들은 X-축 코일들에 대해 180° 위상 시프트되어 온 전환될 때 발생되는 자기장선들의 X-Y 평면도를 나타내는 도면이다. 도 10은 3차원들로의 도 4b에 대한 유추이다.
도 11은 자기장이 정해진 공간 내에서 상쇄 간섭으로 인해 자속이 0인 영역을 갖도록 배치되어 작동하는 두 세트들의 서로 직교하는 송신기 코일들에 의해 자기장선들이 발생되고 있는 정해진 공간의 등축 투영도를 나타내는 도면이다.
도 12는 2개의 송신기들 및 2개의 수신기들이 안에 로케이팅된 정해진 공간의 등축 투영도를 보여주는 도면이며, 각각의 송신기는 3개의 서로 직교하는 코일들을 포함하고, 각각의 수신기는 단일 코일을 포함한다.
도 13은 송신기 코일의 배향을 변경하도록 기계적 디바이스 상에 설치된 단일 송신기 코일에 의해 자기장선들이 발생되고 있는 정해진 공간의 등축 투영도를 나타내는 도면이다.
도 14는 대체 실시예에 따라 작동되는 송신기 코일 시스템의 컴포넌트들을 보여주는 블록도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 전력 송신기의 서로 직교하는 컴포넌트들의 등축 투영도를 보여주는 도면이다.
도 16은 무선 전력 송신 시스템에 의해 동력이 공급될 수 있는 컴포넌트들을 갖는 자동차의 정면도를 나타내는 도면이다.
이하, 도면들에 대한 참조가 이루어질 것이며, 여기서는 서로 다른 도면들의 비슷한 엘리먼트들이 동일한 참조 부호들을 갖는다.
미국 특허출원 제14/199,272호는 전력 송신기 및 제어기를 사용하여 3상 전기 모터를 무선으로 제어하고 동력을 공급하기 위한 방법을 개시한다. 전기 모터는 로터의 고투자율 코어 및 복수의 권선들을 포함한다. 전력 송신기는 모터 권선들에 공진 유도 결합되어 모터를 구동한다. 모터 권선들에서의 적시의 전류들은 코어를 자기화하고 로터를 움직이게 한다. 로터에 대한 적절한 기계식 연결에 의해 모터로부터 기계 동력이 얻어진다. 복수의 전력 송신기들이 적절한 방식으로 배열되어 복수의 전기 모터들에 무선으로 전력을 제공할 수 있다.
공진 유도 결합은 상당한 전력 송신이 발생하도록 송신기와 수신기 간에 공진 주파수 정합과 배향 정합 모두를 필요로 한다. 미국 특허출원 제14/199,272호는 주파수 정합 그리고 이를 어떻게 달성할지를 기술하고 있지만, 이 출원이 기술하고 있는 시스템은 일정한 송신기/수신기 상대적 포지션 및 배향을 갖기 때문에, 배향 정합을 다루기 위한 어떠한 수단이나 방법들도 개시되지 않는다. 그에 반해, 아래 상세히 개시되는 시스템 및 방법 실시예들은 배향 정합을 다룸으로써 무선으로 동력이 공급되는 전기 모터들에 대한 애플리케이션들을 확대하려고 시도한다.
도 1은 송신기 코일(4)에 근접한 수신기 코일들(6A-6D)을 보여주는 도면이다. 송신기 코일(4) 및 수신기 코일들(6A-6D) 각각은 공진 회로들을 형성하도록 전기 도전성 전선들의 각각의 권선들 및 커패시터들을 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 예에서, 송신기 코일(4)과 수신기 코일들(6A-6D)의 축들은 동일 평면 상에 있다. 수신기 코일들(6A-6D)은 송신기 코일(4)에 대해 서로 다른 포지션들 및 배향들을 갖는다. 점선들(2a, 2b)은 송신기 코일(4)에 전류가 흐를 때 송신기 코일(4)이 발생시키는 자기장의 단순화된 부분적 표현을 형성한다. 수신기 코일(6A)은 송신기 코일(4)의 중심축을 통과하는 자기장선(2a)을 따라 놓여 있기 때문에 이 수신기 코일(6A)은 송신기 코일(4)로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 수신기 코일들(6B, 6C)은 자기장선(2b)을 따라 놓여 있기 때문에 이 수신기 코일들(6B, 6C) 둘 다 전력을 수신할 수 있다. 그러나 수신기 코일(6D)은 그 배향이 자기장선(2b)과 오정합되기 때문에 거의 내지는 전혀 전력을 수신하지 못한다. 수신기 코일(6D)이 모바일 타깃 대상의 일부인 경우, 수신기 코일(6D)의 축은 무선 전력을 효과적으로 수신하기 위해 자기장선(2b)에 맞춰 정렬되어야 한다. 이는 타깃 대상의 공간적 자유도들을 3 평행 이동 및 1 회전으로 제한한다.
일반적으로 무선 전력 산업의 경우, 한 가지 전략은 도 2에 예시된 바와 같이, 무선으로 동력이 공급될 디바이스들이 놓여 있는 일반적인 책상(14)과 동일한 평면 상에 송신기 코일(4)을 배치하는 것이었다. 이 예에서, 무선으로 동력이 공급될 디바이스들은 셀폰(8), 랩톱 컴퓨터(10) 및 태블릿 컴퓨터(12)를 포함한다. 도 2의 각각의 디바이스는 도 1의 수신기 코일(6C)과 같은 식으로 놓여 있는 (도시되지 않은) 내부 수신기 코일을 갖는다. 이는 효율적인 충전을 가능하게 한다. 그러나 소비자가 디바이스를 집어 이를 사용한다면, 무선 전력 링크가 분리되고 디바이스는 충전을 중단한다.
이하 상세히 개시되는 배향 정합을 위한 시스템들 및 방법들은 서로 직교하게 배열된 송신기 코일들에 전류가 흐를 때, 송신기 코일들이 서로 보강 간섭하는 개별 자기장들을 발생시켜 원하는 합성 자기장을 일으키도록 이러한 송신기 코일들을 사용하는 아이디어에 근거를 두고 있다.
도 3은 일부 실시예들에 따른 무선 전력 송신 시스템의 일부 전자 컴포넌트들을 나타내는 블록도이다. 이 무선 전력 송신 시스템은 전류 요건들 등에 대한 계산들을 하도록 프로그래밍된 마이크로컨트롤러(50)를 포함한다. 다음에 마이크로컨트롤러(50)는 각각의 송신기 코일에 대한 전류 요건들(즉, 진폭 및 위상)을 전력 조절기(52)에 출력하는데, 이는 정확한 진폭 및 위상을 갖는 전력이 송신기(22)의 3개의 코일들(4A, 4B, 4C) 각각에 출력될 것을 보장한다. 마이크로컨트롤러(50)는 또한 주파수 커맨드들을 가변 주파수 드라이브(54)에 출력한다. 마이크로컨트롤러(50)로부터 수신된 전류 요건들을 기초로, 전력 조절기(52)는 3개의 서로 다른 직류들을 가변 주파수 드라이브(54)에 출력한다. 마이크로컨트롤러(50)로부터 수신된 주파수 커맨드들을 기초로, 가변 주파수 드라이브(54)는 각각의 직류를 각각의 명시된 주파수를 갖는 교류로 변환한다.
다른 실시예들에 따르면, 시스템은 각각의 송신기 코일에 대한 적절한 주파수의 작은 교류들을 발생시키기 위한 각각의 가변 주파수 신호 발생기들을 포함할 수 있는데, 각각의 가변 주파수 신호 발생기에는 컴퓨터 시스템에 의해 계산된 각각의 진폭들에 따라 작은 전류들을 더 큰 전류들로 증폭시키는 각각의 가변 전력 증폭기가 뒤따른다.
도 3에 도시된 시스템은 명시된 위치에서 송신기 코일들(4A-4C)에 의해 발생되는 순 자기장을 제어할 수 있다. 송신기 코일들(4A-4C)은 각각의 시간 기간들 동안 각각의 교류들을 수신하는데, 이러한 교류들의 진폭들 및 위상들은 수신기 코일의 축과 자기장선들의 배향 정합을 달성하도록 설계된다. 일 실시예에 따르면, 송신기 코일들(4A-4C)이 상호 직교하도록 배열되어, 이들에 교류가 흐를 때, 송신기 코일들(4A-4C)은 서로 보강 간섭하는 개별 자기장들을 발생시켜 원하는 합성 자기장을 일으킨다.
이 개념을 더 잘 이해하기 위해, 본 개시는 먼저 2차원 공간에서, 그리고 다음에 3차원 공간에서의 이론에 대해 논의할 것이다.
2차원 공간에서의 이론
도 4는 2차원 공간에서 2개의 송신기 코일들(4A, 4B) 및 하나의 수신기 코일(6D)을 포함하는 배열의 평면도를 보여주는 도면이다. 송신기 코일들(4A, 4B)은 이들 각각의 축들이 서로에 대해 직교하도록 배열된다. 도 4의 삽도는 송신기 코일들(4A, 4B)에 의해 각각 발생되는 간섭 자기장선들(2a, 2b)의 확대도를 제공하는데, 자기장선들(2a, 2b)은 수신기 코일(6D)의 축을 따라 교차한다.
이 배열은 송신기 코일들(4A, 4B)에 의해 각각 발생되는 자기장들이 서로 간섭하게 하여, 수신기 코일(6D)의 위치(즉, 포지션 + 배향)에서 이들의 벡터 합이 수신기 코일(6D)의 축에 맞춰 정렬될 것이다. 이 상황은 도 4의 확대된 삽도에서 (교차점에서 각각의 자기장들을 나타내는) 벡터들(16, 18) 그리고 수신기 코일(6D)의 축에 맞춰 정렬되는 벡터 합(20)으로 표현된다.
송신기가 순 자기장을 효과적으로 조향 및 조절하기 위해, 송신기를 제어하는 (도 4에는 도시되지 않은) 마이크로컨트롤러가 각각의 송신기 코일에 공급될 최적의 전류 진폭들 및 최적의 위상각을 찾아야 하는데, 이들은 다음의 요소들: (1) 타깃 수신기 코일의 포지션 및 배향(즉, 위치); (2) 해당 위치에서 교차하는 각각의 자기장의 단위 벡터들; (3) 해당 위치에서 원하는 합성 자기장을 얻기 위해 각각의 벡터에 대해 요구되는 진폭; 및 (4) 진동 자기장의 주파수에 의해 결정된다.
포지션 및 배향
하나 또는 그보다 많은 수신기 코일들 또는 권선들(예를 들어, 전기 모터)을 갖는 모바일 타깃 대상의, 고정된 송신기에 대한 포지션 및 배향이 다음의 방법들 중 임의의 한 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
수신기 코일 포지션 및 배향을 결정하기 위한 제 1 방법은 정밀 글로벌 포지셔닝 시스템(DGPS: differential global positioning system), 초음파 센서들 또는 Vicon 카메라들(모션 캡처)을 사용하여 포지션 및 배향 정보를 획득해 송신기 제어기에 전송하는 단계를 수반한다. 이러한 방법들은 전력 송신이 상당히 잘 반응해야 하는 애플리케이션들에 특히 유용할 것이다.
수신기 코일 포지션 및 배향을 결정하기 위한 제 2 방법은 타깃 대상이 존재하는 물리적 공간을 탐색하는 단계를 수반한다. 3차원(3-D) 공간 내 각각의 (x, y, z) 좌표 및 이러한 좌표들에서의 3-D 공간 내 각각의 (θ, φ) 배향에 대해, 강한 국소 자기장 벡터를 생성한다. 수신기 코일이 전력을 수신할 때 송신기에서의 에너지가 감소할 것이다. 제어기는 자신이 수신기 코일의 포지션 및 배향을 찾았다는 표시로서 이를 사용할 수 있다. 이해 및 개발하기에 간단하긴 하지만, 이 방법은 5-차원 문제를 푸는 단계를 수반하기 때문에 이는 실제로 느리다.
수신기 코일 포지션 및 배향을 결정하기 위한 제 3 방법은 파라미터 공간을 탐색하는 단계를 수반한다. P가 송신기의 각각의 코일에서의 전력인 모든 (Pi, Pj, Pk)에 대해, 제어기가 전력 드레인을 검출할 때까지 (Pi, Pj, Pk) 간의 비들을 스위프(sweep)함으로써 수신기 코일에 의해 수신되는 최대 전력을 찾는다. 이 방법은 3차원 문제를 풀며, 따라서 제 2 방법보다 더 빠르다.
단위 벡터들
이 시스템을 실행하기 전에, 시뮬레이션 툴이 정해진 공간 내의 임의의 주어진 포지션에서 각각의 자기장의 단위 벡터들을 생성하여 판독 전용 메모리 룩업 테이블에 저장할 수 있다. 2-차원들에서, 이는 각각의 포지션에 대한 2개의 벡터들로 구성된다. 3 차원들에서는, 3개의 자기장들이 존재하기 때문에, 이는 각각의 포지션에 대한 3개의 벡터들로 구성된다. 대안으로, 더 강력한 컴퓨터는, 이 단계에 요구되는 단기간의 시간 내에 결과에 도달해야 하긴 하지만, 단위 벡터들을 실시간으로 계산할 수 있다.
진폭
마이크로컨트롤러 또는 컴퓨터가 포지션, 배향 및 단위 벡터들을 알고 있다면, 이는 다음에, 원하는 필드 배향 및 강도를 달성하기 위해 각각의 단위 벡터를 곱하는 데 필요한 진폭을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 4a의 수신기 코일(6D)이 (도 4b에 도시된 것과 같이) 90° 회전되었다면, 시스템은 새로운 벡터(18')를 형성하기 위해 도 4a의 단위 벡터(18)의 진폭이 -1과 곱해질 필요가 있다고 결정할 것이다. 새로운 벡터(18')는 벡터(16)와 더해지면, 도 4b에서 확인되는 바와 같이 회전된 수신기 코일(6D)의 축에 맞춰 정렬되는 새로운 벡터(20')를 형성할 것이다. 마찬가지로, 마이크로컨트롤러(50)(도 3 참조)가 다른 몇 도만큼 합성 자기장을 더 회전시키기로 결정한다면, 이는 송신기 코일(4B)에 의해 발생되는 자기장을 약화시키고 송신기 코일(4A)에 의해 발생되는 자기장을 강화하도록 전력 조절기(52)에 지시할 것이다.
주파수
3차원 공간을 논의하기 전에, 공진 유도 결합으로부터의 중요한 개념을 검토하는 것이 유익할 수도 있다. 단순성의 목적으로, 본 개시의 도면들은 DC 자기장들을 나타낸다. 실제로, 필드들은 효율적인 무선 전력 송신이 발생하도록 주파수(f)에서 AC이어야 한다. 따라서 본 개시가 앞서 " … 단위 벡터(18)의 진폭이 -1과 곱해질 필요가 있다"라고 언급했을 때, 실제로는 180°의 위상 시프트를, 이러한 위상 시프트된 AC 전류가 송신기 코일(4A)에 공급되기 전에, 주파수(f)의 반송파 전류에 부가할 것이다. 각각의 공진 주파수들을 사용하여 무선으로 동력이 공급되는 3상 전기 모터의 경우, 어떤 위상이 현재 유효한지에 따라 정확한 주파수(f)를 선택할 것이다.
각각의 공진 주파수들을 사용하여 무선으로 동력이 공급되는 3상 전기 모터를 정류하는 문제에 대해서는, 미국 특허출원 제14/199,272호에 개시된 것과 동일한 방법을 사용하여 포지션, 회전 방향 및 속도와 같은 로터 정보를 찾을 수 있다. 이는 어느 수신기 코일(고정자)에 언제 전력을 전송할지를 표시할 것이다. 다음에, 본 명세서에서 개시되는 배향 정합 방법을 오버레이하여 자기장이 반드시 해당 수신기 코일 쪽으로 조향되게 할 수 있다.
도 5는 미국 특허출원 제14/199,272호에 개시된 실시예에 따라 전기 모터를 무선으로 제어하고 동력을 공급하기 위한 시스템의 일부 컴포넌트들을 보여주는 도면이다. 이 예에서는, 전력 송신기(202)에 의해 무선으로 3상 전기 모터(200)에 전력이 제공된다. 다른 실시예들에서, 전력 송신기(202)는 임의의 다른 수의 위상들을 갖는 전기 모터들에 무선으로 전력을 제공하도록 설계될 수도 있다.
도 5에서 확인되는 바와 같이, 전기 모터(200)는 로터(204), 제 1 권선(206), 제 2 권선(208) 및 제 3 권선(210)을 포함한다. 권선들(206, 208, 210)은 이하, 각각 제 1 공진 주파수, 제 2 공진 주파수 및 제 3 공진 주파수로 지칭되는 서로 다른 공진 주파수들을 갖도록 구성된다.
전력 송신기(202)는 제 1 송신 코일(212), 제 2 송신 코일(214) 및 제 3 송신 코일(216)을 포함한다. 송신 코일들(212, 214, 216)은 권선들(206, 208, 210)의 공진 주파수들에 대응하는 서로 다른 공진 주파수들을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 송신 코일(212)은 권선(206)의 제 1 공진 주파수에 대응하는 공진 주파수(218)를 가질 수도 있고; 송신 코일(214)은 권선(208)의 제 2 공진 주파수에 대응하는 공진 주파수(220)를 가질 수도 있고; 송신 코일(216)은 권선(210)의 제 3 공진 주파수에 대응하는 공진 주파수(222)를 가질 수도 있다.
스위칭 시스템(226)을 통해 전력 소스(224)로부터 송신 코일들(212, 214, 216)로 전력이 제공될 수도 있다. 전기 모터(200)를 작동시키기 위해, 권선들(206, 208, 210) 각각을 통해 적절한 순서로 전류가 전송되어 로터(204)를 회전하게 만든다. 제어기(228)는 그 순서의 임의의 지점에서 권선들(206, 208, 210) 중 어느 것에 전력이 제공되어야 하는지를 결정하도록 구성된다. 제어기(228)는 전력 소스(224)로부터 송신 코일들(212, 214, 216) 중 각각의 송신 코일에 적절한 순서로 전력을 제공하도록 스위칭 시스템(226) 내의 스위칭 디바이스들을 작동시킬 수도 있다. 차례로, 송신 코일들(212, 214, 216) 각각이 대응하는 공진 주파수들(218, 220, 222)에서 자속의 변화를 유도한다. 적절한 순서로 공진 주파수들(218, 220, 222)에서 이러한 자속의 변화들은 적절한 순서로 권선들(206, 208, 210)에 원하는 전류들을 유도하여 로터(204)를 회전시킨다. 권선들(206, 208, 210)은 서로 다른 공진 주파수들을 갖기 때문에, 공진 주파수들(218, 220 또는 222) 중 하나에서 전력 송신기(202)로부터의 전력의 송신은 권선들(206, 208 또는 210) 중 대응하는 공진 주파수를 갖는 권선에만 전류를 유도할 것이다. 이는 적절한 순서로 권선들(206, 208, 210) 각각에 개별적으로 전력이 제공되게 한다.
미국 특허출원 제14/199,272호는 전기 모터(200)의 권선들(206, 208, 210)에 대한 로터(204)의 각위치를 결정하기 위한 수단을 추가로 개시한다. 예를 들어, 로터(204)의 각위치가 변경됨에 따라 송신 코일들(212, 214, 216)의 총 인덕턴스가 변경될 수도 있다. 로터 움직임에 의해 발생되는 송신 코일들의 총 인덕턴스에 대한 영향을 검출함으로써 로터(204)의 포지션, 회전 방향 및 속도가 결정될 수 있다. 이 정보는 제어기에 의해, 언제 어느 권선에 전력을 전송할지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 다음에, 본 명세서에서 개시되는 배향 정합 방법이 순 자기장이 반드시 해당 권선 쪽으로 조향되게 하는 데 이용될 수 있다. 아래는 임의의 수의 권선들(즉, 고정자들)을 가진 모터 설계들에 대해 일반화된, 그렇게 할 단계들이다:
(1) 이후에 주파수(f 1)를 갖는 Rx1로 지정되는 "마커" 권선을 미리 결정한다.
(2) 주파수(f 1)를 갖는 AC 자기장을 사용하여 Rx1의 포지션 및 배향을 찾는다. 앞서 언급한 방법들 중 임의의 방법이 작동할 것이다.
(3) 모터의 설계가 공지되어 있기 때문에, Rx1과 다음 권선 간의 각(θ)이 공지된다. 이제 다음 권선의 3-D 포지션 및 배향을 통제하기 위해 단지 각(φ)을 스위프할 필요만 있다. 결과는 2-D 평면이다.
(4) 단계(3)에서 찾아낸 포지션 및 배향에 대해, 주파수들(f 2, f n )(여기서 n은 모터 설계에서 권선들의 수이다)을 시험하여, 이 권선이 Rx2인지 아니면 Rxn(마지막 권선)인지를 결정한다.
(5) 모터 내의 모든 권선들이 2-D 평면 상에 배열되기 때문에, Rx1의 포지션 및 배향으로부터 나머지 권선들의 포지션 및 배향을 쉽게 계산할 수 있다.
3차원 공간에서의 예시들
도 6은 일 실시예에 따른 전력 송신기(22)의 3개의 서로 직교하는 코일들(4A-4C)의 등축 투영도이다. 커패시터들 및 오실레이터들과 같은 송신기의 다른 컴포넌트들은 도시되지 않는다. 각각의 코일은 동일한 방향으로 감긴 전기 컨덕터를 포함하며, 코일들(4A-4C)의 축들은 서로 직교하게 배향되어 있다. 다양한 양들의 전류가 코일들(4A-4C)을 통과하게 될 때, 이들은 다양한 강도 및 방향의 자기장들을 발생시킨다. 계산들에 따르면, 임의의 2개의 코일들에 의해 발생되는 자기장들은 원거리장에서 항상 서로 53°보다 더 멀리 떨어지도록 배향될 것이다. 이는 공간 내 임의의 주어진 지점에서, 원하는 합성 자기장 강도 및 배향에 이르기 위해 벡터 합이 사용될 수 있음을 의미한다. 다른 설명은 각각의 코일이 벡터인 쌍극자로서의 역할을 한다는 것이다. (다양한 진폭들을 가진) 3개의 벡터들의 중첩은 결과적인 총 쌍극자 벡터가 임의의 방향으로 향해지게 한다.
3차원들로의 도 4a에 대한 유추가 도 7에 도시되는데, 이는 송신기(22)의 3개의 서로 직교하는 송신기 코일들에 의해 자기장선들이 발생되고 있는 정해진 공간(V)(이 예에서는, 정육면체)의 등축 투영도를 제공한다. 타깃 수신기 코일(21)이 정해진 공간(V)의 중앙에 배치된다. 이 예에서, 수신기 코일(21)의 축은 정해진 공간(V)의 대각선과 동일 선상에 있다. 각각 X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 축들을 갖는 송신기 코일들 각각은 동일한 전류들(ix = iy = iz)이 흐르고 있다. 따라서 주요 합성 자기장선은 정해진 공간(V)의 대각선 맞은 편 코너 쪽을 가리키고 있다. 이는 수신기 코일(21)로 전달되는 전력을 최대화할 정확한 배향이다.
여전히 도 7을 참조하면, 보조 자기장선들, 즉 더 많이 굽은 선들을 사용하여 전력을 또한 송신할 수 있다. 이러한 선들은 대개 극성의 더 똑바른 선의 세기의 1/2 미만이다. 추가로, 보조 자기장선들을 사용하여 전력을 송신하기 위한 계산들은 더 복잡해진다. 그럼에도, 정해진 공간 안에 많은 수신기들(즉, 타깃 대상들)이 있을 때 유용할 수 있는 가능성이 있다.
타깃 대상에서 훨씬 더 강한 자기장을 발생시키기 위해, 정해진 공간(V) 안에 더 많은 송신기들을 설치할 수 있다. 도 8 - 도 11은 한 쌍의 전력 송신기들(22, 24)이 정육면체의 정해진 공간(V)의 대각선 맞은 편 코너들에 배치되는 그러한 하나의 배열을 보여준다. (각각 2개 또는 그보다 많은 송신기 코일들을 갖는) 다수의 송신기들을 정해진 공간(V)에 배치하는 것은 의도된 타깃 대상의 가장 일반적인 포지션 및 배향으로 최적화될 수 있다. 그러나 도 8 - 도 11에서 설명되는 능력들은 단지 단 하나의 3-코일 송신기를 사용하여 달성될 수 있다고 인식되어야 한다.
도 8은 정해진 공간(V)의 대각선 맞은 편 코너들에 배치되어 정해진 공간(V) 내의 자기장이 보강 간섭에 의해 강화되도록 작동되는 3개의 서로 직교하는 코일들의 세트를 각각 포함하는 2개의 송신기들(22, 24)에 의해 자기장선들이 발생되고 있는 정해진 공간(V)의 등축 투영도이다.
도 9는 도 8에 도시된 자기장선들의 X-Y 평면도이다. 정해진 공간(V)의 대각선을 따라 자기장선(56)이 배치된다.
도 10은 송신기들(22, 24)의 Z-축 코일들이 오프 전환되고, X-축 코일들은 온 전환되고, Y-축 코일들은 X-축 코일들에 대해 180° 위상 시프트되어 온 전환될 때 발생되는 자기장선들의 X-Y 평면도이다. 도 10은 3차원들로의 도 4b에 대한 유추이다. 결과는 도 9에서 확인된 대각선 자기장선(56)에 대해 90° 회전된 자기장선(58)이다.
도 11은 합성 자기장이 정해진 공간(V) 내에서 상쇄 간섭으로 인해 자속이 0인 영역을 갖도록 배치되어 작동되는 2개의 송신기들(22, 24)에 의해 자기장선들이 발생되고 있는 정해진 공간(V)의 등축 투영도이다. 도 11은 단일 송신기는 달성할 수 없는 어떤 것: 블랙 스포팅을 보여준다. 도 11에 도시된 상황에서는, 한 쌍의 송신기들(22, 24)이 서로 마주하여, 이에 따라 상쇄 간섭으로 인해 0의 자속을 갖는 영역을 중앙에 발생시킨다. 이 영역에 배치된 수신기 코일은 어떠한 전력도 수신하지 못하지만, 임의의 다른 스폿 내의 수신기는 전력을 수신할 수 있으므로, 이 영역은 "블랙 스폿"이라 한다. 블랙 스폿은 하나의 송신기(Tx1)의 강도를 다른 송신기(Tx2)에 대해 단순히 변화시킴으로써 대각선을 따라 옮겨질 수 있다(예를 들어, Tx1로부터의 거리가 감소함에 따라 Tx1 자속의 강도는 더 강해지는 한편, Tx2 자속의 강도는 더 약해지고, 그 반대도 가능하다). 일반적으로, 위에서 설명한 것과 동일한, 그러나 송신기 코일들에 전류들이 공급될 때 블랙 스포팅을 발생시킬 진폭들 및 위상각들을 계산하도록 적응된 알고리즘을 사용할 수 있는데: (1) 타깃 수신기 코일의 위치를 결정하고; (2) 복수의 송신기들에 대해 해당 위치에서 교차하는 각각의 자기장의 단위 벡터들을 계산하고; 그리고 (3) 해당 위치에서 0의 자속을 발생시킬 각각의 벡터에 대한 진폭들을 계산할 수 있다.
대안적인 실시예에 따르면, 명시된 위치에서, 타깃 수신기 코일의 축에 맞춰 정렬되지 않는 자기장이 생성됨을 보장함으로써, 무선으로 동력이 공급되는 모터에 대한 블랙 스폿이 생성될 수 있다. 이 방법은 또한 일부 에너지 드레인 대상들과 함께 작동한다.
다른 실시예에 따르면, 한 위치에서 디바이스에 동력을 공급하는 한편, 다른 위치에는 블랙 스폿을 생성하기 위한 송신기 전류 진폭들 및 위상각들을 계산하기 위해 수학적 방법이 적용될 수 있다. 이 개념은 도 12를 참조로 설명될 것이며, 이는 2개의 송신기들(22, 24)과 2개의 수신기들(23, 25)이 배치된 정해진 공간(V)을 보여준다. 각각의 송신기(22, 24)는 3개의 서로 직교하는 코일들을 포함하고; 각각의 수신기(23, 25)는 단일 수신기 코일을 포함한다.
도 12에 도시된 상황에서, 송신기(22)는 위치(x 1 )에 있고, 송신기(24)는 위치(x 2 )에 있다. (굵은 폰트는 벡터를 나타낸다.) 각각의 송신기는 가변 진폭 및 방향을 갖는 자기 쌍극자(m 1 또는 m 2 )로서의 역할을 한다. 각각의 쌍극자를 예를 들어, 3개의 직교 쌍극자 벡터들의 합으로서 기술할 수 있다:
m 1 = i^mx1 + j^my1 + k^mz1 (1)
일반적인 실시예에서는, 송신기의 각각의 코일에 흐르는 전류를 선택함으로써 값들(mx1, my1, mz1)을 제어할 수 있다.
도 12에 도시된 상황에서는, 일반적으로 수신기에 동력을 공급하기 위해 자기장(B A )이 바람직한 위치(r 1 )를 가정한다. 자기장(B B )을 발생시키길 원하는 위치(r 2 )가 또한 존재한다고 가정한다. r 1 및 r 2 에서의 자기장들은 2개의 송신기 쌍극자들로부터의 자기장 벡터들의 합이기 때문에, 원하는 자기장들을 다음과 같이 기술할 수 있으며:
B(r 1 ) = B A = B 1 (r 1 ) + B 2 (r 1 ) (2)
그리고
B(r 2 ) = B B = B 1 (r 2 ) + B 2 (r 2 ) (3)
여기서 필드들(B 1 , B 2 )은 쌍극자들(m 1 , m 2 )에 의해 각각 발생된다. 이러한 자기장들은 다음과 같이 계산될 수 있으며:
B(r 1 ) = f(m 1 , r 1 - x 1 ) + f(m 2 , r 1 - x 2 ) (4)
B(r 2 ) = f(m 1 , r 2 - x 1 ) + f(m 2 , r 2 - x 2 ) (5)
여기서 f(m, r)은 쌍극자(m)에 대한 위치(r)에서의 자기장 벡터를 계산하는 함수이다:
Figure 112015105879112-pat00001
(6)
임의의 쌍극자로부터의 자기장 세기가 쌍극자 크기에 선형 비례하여, 식(4) 및 (5)가 쌍극자 컴포넌트들의 선형 결합으로서 각각의 자기장 컴포넌트를 보여주도록 확장될 수 있으며:
BAx(r1) = a11m1x + a12m1y + a13m1z + a14m2x + a15m2y + a16m2z
BAy(r1) = a21m1x + a22m1y + a23m1z + a24m2x + a25m2y + a26m2z
BAz(r1) = a31m1x + a32m1y + a33m1z + a34m2x + a35m2y + a36m2z (6)
BBx(r2) = a41m1x + a42m1y + a43m1z + a44m2x + a45m2y + a46m2z
BBy(r2) = a51m1x + a52m1y + a53m1z + a54m2x + a55m2y + a56m2z
BBz(r2) = a61m1x + a62m1y + a63m1z + a64m2x + a65m2y + a66m2z
여기서 행렬 계수들(a11, a12 등)이 함수(f)로부터 계산된다. (계산이 쌍극자(m)의 중심에 원점을 갖고 쌍극자 벡터에 평행한 z-축을 갖는 좌표계를 사용한다면, 함수(f) 계산은 비교적 간단하다. 다음에, "쌍극자 위도", 즉 (90°- (m과 r 사이의 각))이 주어지면, 한 세트의 무차원 필드 강도들을 저장하고, 필요에 따라 이들을 찾아보고, 이들을 m/r3에 비례해 스케일링하여 실제 필드 값인 B(r)을 얻을 수 있다.)
6개의 미지수들: 쌍극자 컴포넌트들(m1x, m1y, m1z, m2x, m2y, m2z)을 가진 6개의 식들이 있다. 따라서 식(7)은 쌍극자 값들을 찾도록 풀릴 수 있다. B B = 0을 설정한다면, 위치(r 1 )에서는 디바이스를 구동하는 한편, 위치(r 2 )에서는 0의 자기장(즉, 블랙 스폿)을 놓는 자기 쌍극자 값들을 찾을 수 있다. 코일 파라미터들(예를 들어, 코일 지름, 코일 길이, 회전 수, 임의의 고투자율 재료의 투자율)을 알면, 그러한 자기 쌍극자 값들을 생성하는 데 필요한 전류를 계산할 수 있다.
도 12에 도시된 예는 시스템 설계자가 2개의 위치들 각각에 3개의 모든 자기장 컴포넌트들을 명시하길 원한다고 가정한다. 일부 실시예들에서, 시스템 설계자는 그보다는 2개 또는 3개의 위치들 각각에 하나의 자기장 컴포넌트를 명시할 것이다. 예를 들어, 작업 영역은 도전 재료의 하나 또는 그보다 많은 평평한 시트들을 포함할 수도 있다. 시스템 설계자는 어떠한 와전류들도 유도되지 않도록 표면에 수직인 자기장이 0이 되길 원할 수도 있다. 이전과 같이, 어떤 디바이스에 동력을 공급할 목적으로 자기장(B A )이 요구되는 위치(r 1 )를 가정한다. 이전과 달리, 이 예에서 목표는 자기장이 3개의 위치들(r i )에서 다양한 방향들(v i )로: 위치(r2)에서 방향(v2)으로, 위치(r3)에서 방향(v3)으로, 그리고 위치(r4)에서 방향(v4)으로 0 컴포넌트를 갖는 것이다. 이러한 세트의 조건들은 다음과 같이 작성될 수 있으며:
BAx(r1) = a11m1x + a12m1y + a13m1z + a14m2x + a15m2y + a16m2z
BAy(r1) = a21m1x + a22m1y + a23m1z + a24m2x + a25m2y + a26m2z
BAz(r1) = a31m1x + a32m1y + a33m1z + a34m2x + a35m2y + a36m2z (7)
Bv2(r2) = b41m1x + b42m1y + b43m1z + b44m2x + b45m2y + b46m2z
Bv3(r3) = c51m1x + c52m1y + c53m1z + c54m2x + c55m2y + c56m2z
Bv4(r4) = d61m1x + d62m1y + d63m1z + d64m2x + d65m2y + d66m2z
여기서 Bvi는 v i 방향으로의 자기장 컴포넌트이고, 여기서 계수들(bmn, cmn, dmn)은 함수(f)로부터 계산되며, 일반적으로 amn과는 다르다. 이 예에서, Bvi 각각 = 0으로 설정한다.
다른 애플리케이션들의 경우, 그러한 Bvi를 서로 다른 값들로 설정할 수도 있다. 각각의 포지션에서 v i 에 수직인 필드 컴포넌트들이 문제가 아니라면, 6개의 포지션들 각각에서 선택된 방향들(v i )로 자기장을 제어할 수 있다. 공진 유도 결합은 수신 코일의 축에 평행한 자기장 세기에 의존하기 때문에, 2개의 3-D 송신기들이 최대 6개의 디바이스들에 동력을 공급할 수 있다. (그리고 하나의 3-D 송신기가 3개의 디바이스들, 또는 2개의 디바이스들과 하나의 블랙 스폿에 동력을 공급할 수 있으며, 또는 그 반대도 가능하다.) 각각의 송신 코일이 얼마나 많은 전류를 다룰 수 있는지 그리고 서로 다르게 배향된 수신기 코일들이 서로 얼마나 가까운지에 대해 실질적인 제한들이 있지만, 수학은 상당히 일반적이다.
대체 실시예들
정해진 공간에서 다수의 송신기들을 사용하여 타깃에 더 효과적으로 에너지를 전달하는 것 외에도, 다른 대체 실시예들이 본 명세서에서 개시되는 넓은 개념의 범위 내에 있다.
지금까지 논의한 실시예들은 자기장 간섭을 사용하여 자기장을 전달(direct)한다. 대체 실시예들에서는, 타깃에 정확한 필드 배향을 발생시키도록 단일 코일을 기계적으로 겨냥함으로써 자기장이 원하는 위치로 전달될 수 있다. 도 13은 송신기 코일(26)의 배향을 변경하도록 (도 13에 도시되지 않은) 기계적 디바이스 상에 설치된 단일 송신기 코일(26)에 의해 자기장선들이 발생되고 있는 정해진 공간(V)의 등축 투영도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 기계적 디바이스는 각각의 액추에이터들(62, 64)을 사용하여 송신기 코일(26)의 방위각 및 고도각이 변경될 수 있는 2축 짐벌 세트(60)를 포함할 수도 있다. 액추에이터들(62, 64)의 동작은 무선으로 동력이 공급될 전기 디바이스의 위치를 기초로 마이크로컨트롤러(50)에 의해 계산될 수 있는 송신기 코일(26)의 방위각 및 고도각에 따라 마이크로컨트롤러(50)에 의해 제어될 수 있다.
도 13 및 도 14에 도시된 작동되는 송신기 코일 시스템은 일제히 작동하는 액추에이터들을 필요로 하며, 컴포넌트 및 유지 비용을 증가시킬 수도 있다. 그러나 이는 자기 간섭이 옵션은 아닌 애플리케이션들에, 또는 송신기 코일은 무겁지만 액추에이터 시스템은 경량인 경우에는 유용할 수도 있다. 상당히 강력한 3상 전기 모터를 원거리에서 구동하기 위해, 3개의 송신기 코일들(도 6 참조) 각각은 상당히 크고 무거워야 할 것이다. 모터 애플리케이션이 전력 송신기가 자기장들을 매우 신속히 재배향하거나 높은 중력들 하에서 작동할 것을 요구하지 않는다면, 몇 개의 1 온스 액추에이터들로 하나의 송신기 코일을 조향할 수 있다.
도 6에 도시된 3-코일 송신기(22)는 전기 디바이스들에 무선으로 동력을 공급하기 위한 공진 유도 결합의 사용을 설명하는 데 유용하지만, 이는 단 하나의 조향 가능 쌍극자를 나타내는 것은 아니기 때문에 이것이 최적의 설계는 아니다. 이는 수신기가 송신기(22)에 가까워질수록 제어는 덜 간단해진다는 것을 의미한다. 사실, 이것은 도 7에서 확인될 수 있는데, 이는 송신기(22)에 가까운 고의가 아닌 고유 블랙 스폿을 포함한다.
도 15는 도 6에 도시된 설계와 비교할 때 개선된 설계를 갖는 송신기(28)를 나타낸다. 이러한 대체 실시예의 송신기(28)는 다음의 컴포넌트들: z 방향과 평행한 축을 갖는 z-축 송신기 코일(30); x 방향과 평행하며 z-축 송신기 코일(30)의 대향 면들 상에 배치된 축들을 갖는 제 1 x-축 송신기 코일(34a)과 제 2 x-축 송신기 코일(34b); 및 y 방향에 평행하며 z-축 송신기 코일(30)의 대향 면들 상에서 제 1 x-축 송신기 코일(34a) 및 제 2 x-축 송신기 코일(34b) 위아래에 각각 배치된 축들을 갖는 제 1 y-축 송신기 코일(32a)과 제 2 y-축 송신기 코일(32b)을 포함한다. 모든 컴포넌트 코일들은 동일한 중심을 공유하는데, 이는 더 가까운 원거리장으로 이어져, 제어를 단순화하고 수신기가 송신기에 더 가까워지게 한다. 원하는 공진 주파수들을 달성하도록 회로를 설계할 때, 각각의 컴포넌트에서 서로 다른 수의 코일들로 인해 x-축 및 y-축 컴포넌트들의 인덕턴스들이 z-축 컴포넌트의 인덕턴스와 다르다는 사실을 고려해야 한다. 같은 방식으로, 송신기에 들어가는 전력을 조절할 때, 시스템은 1X 전력을 z-축 송신기 코일(30)에 그리고 1/2X 전력을 제 1 x-축 송신기 코일(34a)과 제 2 x-축 송신기 코일(34b) 각각 그리고 제 1 y-축 송신기 코일(32a)과 제 2 y-축 송신기 코일(32b) 각각에 전송하도록 설계되어야 한다.
동일한 자기장 조향 개념, 그러나 더 간단한 알고리즘을 사용하면, 자동차들, 버스들 및 비행기들과 같은 운송 수단들에 사용할 무선 전력 송신을 위한 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 자동차는 일반적으로 자동차 전체에 분산된 상당한 수의 소형 전기 모터들을 포함한다.
도 16은 윈드실드 와이퍼 모터(40), 백미러 모터(42), 트렁크 모터/솔레노이드(44), 및 시트(50)의 구성을 변경하기 위한 시트 모터(48)를 포함하는 자동차(38)의 정면도를 나타내는 도면이다. 이러한 모터들 각각은 자동차(38)에 포함된 3차원 송신기(46)에 의해 무선으로 동력이 공급되도록 설계된 전기 모터들의 형태를 취할 수도 있다.
이러한 모터들 중, 간혹 윈드실드 와이퍼 모터(40)를 제외한 대부분은 동시에 동작하지 않는다. 따라서 소형 전기 모터들에 무선으로 동력을 공급하고 정류할 수 있는 자동차의 진원지에 단일(또는 원한다면 다수의) 3-D 송신기(46)를 배치하는 것으로 충분하다. 이러한 더 소형의 모터들은 필수 안전이 아니므로, 이러한 모터 아키텍처는 필드 테스트 게이트웨이로서의 역할을 할 수도 있다. 이러한 모터들에 대한 모든 물리적 전선들의 필요성을 없애기 위해, 드라이버들이 모터들에 지시하는 데 사용하는 버튼들은 인간의 푸시 에너지를 사용하여 무선 신호를 3-D 송신기 모듈에 전송하는 에너지 하베스팅 버튼들일 수 있다.
자동차에 이러한 무선 전력 송신 시스템을 포함하는 이익들은 (1) 와이어 하니스(wire harness)가 전체 차량에 걸쳐 천천히 나아갈 필요가 없고 더 적은 수의 홀들이 요구되기 때문에 감소된 어셈블리 시간; (2) 더 가벼운 무게; 및 (3) 더 적은 비용 및 더 높은 구조적 무결성을 위해 천공된 더 적은 수의 홀들을 포함한다. 현재 홀들은 자동차 프레임 및 도어에 천공되어 백미러 및 윈도우 슬라이더 모터들을 위한 전력선들에 이르러야 한다.
무선으로 동력이 공급되는 다양한 전기 모터들의 포지션들 및 배향들이 3-D 송신기(46)에 대해 고정되기 때문에, 동력이 공급되고 있는 전기 모터들의 위치들을 모니터링하기 위한 액티브 수단을 제공할 필요는 없다. 단위 벡터들, 각각의 벡터 컴포넌트에 대한 진폭 및 주파수들은 모두 ROM 룩업 테이블에 상주할 수 있다.
위에 개시된 실시예들 중 일부에 따르면, 자기장 중첩이 특정 포지션에서의 자기장의 배향을 제어하는 데 사용된다. 송신기 코일들의 직교 배열은 수신기가 3-D 공간 내 임의의 지점에서 반드시 임의의 원하는 합성 자기장을 가질 수 있게 하는데, 이는 타깃 대상이 이동 중에라도 언제나 계속 작동하게 한다. 본 명세서에서 개시된 무선 전력 송신 시스템들은 애플리케이션에서, 고정된 송신기들이 단지 수신기들의 포지션 및 배향이 고정될 것을 요구하는 고정된 자기장만을 송신하는 상황들로 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 무선 전력 애플리케이션들의 경우, 본 명세서에 개시된 시스템들은 무선으로 동력이 공급되는 디바이스가 운반되고 있는 동안 움직임의 자유를 허용한다.
주파수 차별화와 함께 자기장 조향이 사용되어 이중 필터를 생성할 수 있다. 또한, 자기장의 배향을 더 정확히 제어하고 그에 따라 주파수 차별화에 대한 필요성을 감소시키거나 심지어는 없앨 수 있다. 이는 시스템이 더 좁은 주파수 대역을 차지하게 하여, 이에 따라 주변 영역에서 다른 무선 시스템들과의 간섭을 감소시킨다.
도 2에 예시된 것과 같은 적도 필드는 임의의 주어진 거리에서 가장 약하다. 도 1에서 수신기 코일(6A)의 위치로 예시된 것과 같은 극 필드가 2배 더 강하다. 도 4와 도 7에 예시된 것과 같은 자기장 중첩의 사용은 수신기를 거의 항상 송신기에 대한 극 포지션에 배치하므로, 전력 전송은 도 2에 도시된 종래 기술의 시스템보다 더 효율적이다.
블랙 스포팅으로, 알려진 위치들에 있는 대상들과의 간섭을 감소시킬 수 있어, 이에 따라 주파수 대역 점유를 더 개선할 수 있다. 추가로, 블랙 스포팅은 의도하지 않은 대상들이 반드시 송신기들과 결합하지 않게 하는 데 도움이 될 수 있다. 이는 안전 및 송신 효율에 유용하다.
작업 현장에서 또는 비행기 내부에서 무선 전력을 사용할 때, 고의가 아니게 무선 링크에 결합하는 대상들이 있을 가능성이 크다. 기껏해야, 이것은 이러한 대상들에서 에너지가 불필요하게 소산되는 결과를 야기한다. 최악의 경우, 이것은 낭비되는 에너지가 대개 열로 변하고, 이는 재료 부식 또는 연소로 이어질 수 있기 때문에 안전 문제들을 초래할 수 있다. 위에서 개시된 "블랙 스포팅" 특징은 이것이 발생하는 것을 막을 수 있다.
다양한 실시예들을 참조로 장치 및 방법들이 설명되었지만, 본 명세서의 교시들을 벗어나지 않으면서 다양한 변경들이 이루어질 수도 있고 등가물들이 그 실시예들의 엘리먼트들을 대신할 수도 있다고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해될 것이다. 추가로, 본 명세서에 개시된 실시에 대한 개념들 및 축소들을 특정 상황에 맞추도록 많은 수정들이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 청구항들에 의해 커버되는 요지는 개시된 실시예들로 한정되지는 않는 것으로 의도된다.
청구항들에서 사용되는 바와 같이, "컴퓨터 시스템"이라는 용어는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 프로세서를 갖는, 그리고 다수의 컴퓨터들 또는 프로세서들을 가질 수도 있는 시스템을 포괄하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 앞선 문장에서 사용된 바와 같이, "컴퓨터"와 "프로세서"라는 용어들 모두는 처리 유닛(예를 들어, 중앙 처리 유닛) 및 처리 유닛에 의해 판독 가능한 프로그램을 저장하기 위한 어떤 형태의 메모리(즉, 컴퓨터 판독 가능 매체)를 갖는 디바이스들을 의미한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 마이크로컨트롤러(50)는 전술한 정의 하에 컴퓨터 시스템으로서의 자격을 얻는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "마이크로컨트롤러"라는 용어는 프로세서 코어, 메모리 및 프로그래밍 가능한 입력/출력 주변기기들을 포함하는 집적 회로 상의 소형 컴퓨터를 의미한다.
추가로, 아래에 제시되는 방법 청구항들은 본 명세서에서 언급된 단계들이 알파벳 순서로(청구항들에서 임의의 알파벳 순서는 앞서 언급한 단계들을 참조할 목적으로만 사용됨) 또는 그 단계들이 언급된 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되지는 않아야 한다. 이들은 2개 또는 그보다 많은 단계들 중 임의의 부분들이 동시에 또는 교대로 수행되는 것을 배제하는 것으로 해석되어서도 안 된다.
청구항들에서 사용되는 바와 같이, "위치"라는 용어는 포지션 및 배향을 포함한다.
청구항들에 열거된 바와 같이, 진폭을 갖는 전류를 공급하기 위한 수단에 대응하는 구조는 도 3에 도시된 것과 같은 가변 주파수 드라이브와 결합하여 전력 조절기를 또는 가변 전력 증폭기와 결합하여 가변 주파수 신호 발생기를, 그리고 이들의 등가물들을 포함한다.

Claims (13)

  1. 전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법으로서,
    서로에 대해 고정된 포지션들 및 배향들로 배열된 적어도 2개의 송신기 코일들을 갖는 송신기를 제공하는 단계;
    제 1 수신기 코일을 갖는 제 1 전기 디바이스를 포함하는 공간에 대해 상기 송신기를 로케이팅하는 단계;
    상기 송신기의 기준 프레임에 대한 상기 제 1 전기 디바이스의 제 1 수신기 코일의 축의 배향을 결정하는 단계;
    상기 제 1 전기 디바이스의 제 1 수신기 코일의 축의 배향에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 송신기의 각각의 송신기 코일들에 공급되는 각각의 전류들에 대한 진폭들을 계산하는 단계 ― 계산된 진폭들은 상기 송신기의 각각의 송신기 코일들에 공급될 때 상기 제 1 전기 디바이스의 제 1 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 제 1 합성 자기장을 발생시키도록 산출됨 ―; 및
    제 1 시점에 상기 송신기의 각각의 송신기 코일들에 상기 각각의 전류들을 제공하는 단계를 포함하는,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 디바이스의 제 1 수신기 코일의 축은 상기 송신기 코일들 중 임의의 송신기 코일의 축과 동일 선상에 있지 않은,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기의 송신기 코일들은 서로 직교하는,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 디바이스의 제 1 수신기 코일의 축의 배향을 결정하는 단계는,
    공간 내의 각각의 좌표 및 각각의 배향에서 국소 자기장을 일으키는 단계; 및
    상기 송신기에서 에너지의 감소를 검출하는 단계를 포함하는,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 디바이스의 제 1 수신기 코일의 축의 배향을 결정하는 단계는,
    각각의 송신기 코일에 공급되는 각각의 전력들의 비들을 스위프(sweep)하는 단계; 및
    상기 송신기에서 전력 드레인을 검출하는 단계를 포함하는,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간은 수신기 코일을 가지며 상기 제 1 전기 디바이스의 위치와는 다른 위치를 갖는 제 2 전기 디바이스를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 제 1 시점과는 다른 제 2 시점에, 상기 제 2 전기 디바이스의 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 제 2 합성 자기장을 발생시키는 각각의 전류들을 상기 송신기의 각각의 송신기 코일들에 제공하는 단계를 더 포함하는,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 시점 이전에 룩업 테이블로부터 상기 제 1 합성 자기장과 연관된 단위 벡터들 및 진폭들을 리트리브하는 단계; 및
    상기 제 2 시점 이전에 상기 룩업 테이블로부터 상기 제 2 합성 자기장과 연관된 단위 벡터들 및 진폭들을 리트리브하는 단계를 더 포함하는,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 디바이스는 상기 제 1 수신기 코일의 축과는 다른 축을 가진 제 2 수신기 코일을 갖고,
    상기 방법은,
    상기 제 1 시점과는 다른 제 2 시점에, 상기 제 1 전기 디바이스의 제 2 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 제 2 합성 자기장을 발생시키는 각각의 전류들을 상기 송신기의 각각의 송신기 코일들에 제공하는 단계를 더 포함하는,
    전기 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위한 방법.
  10. 무선 전력 송신을 위한 시스템으로서,
    축을 가진 수신기 코일;
    서로 직교하는 축들을 가진 제 1 송신기 코일 컴포넌트, 제 2 송신기 코일 컴포넌트 및 제 3 송신기 코일 컴포넌트;
    상기 수신기 코일의 축을 따라 로케이팅된 자기장선을 갖는 합성 자기장을 발생시키도록 상기 제 1 송신기 코일 컴포넌트, 제 2 송신기 코일 컴포넌트 및 제 3 송신기 코일 컴포넌트에 공급될 각각의 전류들의 각각의 진폭들을 계산하도록 프로그래밍된 컴퓨터 시스템; 및
    상기 제 1 송신기 코일 컴포넌트, 제 2 송신기 코일 컴포넌트 및 제 3 송신기 코일 컴포넌트 각각에 상기 각각의 진폭들을 갖는 상기 각각의 전류들을 공급하기 위한 수단을 포함하는,
    무선 전력 송신을 위한 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 송신기 코일 컴포넌트, 제 2 송신기 코일 컴포넌트 및 제 3 송신기 코일 컴포넌트 각각은 개개의 송신기 코일을 포함하는,
    무선 전력 송신을 위한 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 송신기 코일 컴포넌트는 제 1 송신기 코일을 포함하고, 상기 제 2 송신기 코일 컴포넌트는 서로 병렬인 제 2 송신기 코일과 제 3 송신기 코일을 포함하며, 상기 제 3 송신기 코일 컴포넌트는 서로 병렬인 제 4 송신기 코일과 제 5 송신기 코일을 포함하고,
    상기 제 2 송신기 코일과 제 3 송신기 코일은 상기 제 1 송신기 코일의 대향 면들 상에 배치되고, 상기 제 4 송신기 코일과 제 5 송신기 코일은 상기 제 1 송신기 코일의 대향 면들 상에서 상기 제 2 송신기 코일과 제 3 송신기 코일 위아래에 각각 배치되는,
    무선 전력 송신을 위한 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 수신기 코일은 전기 모터의 권선인,
    무선 전력 송신을 위한 시스템.
KR1020150151918A 2014-11-07 2015-10-30 스마트 무선 전력 송신을 위해 자기장을 조향하기 위한 방법들 Active KR102488951B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/535,383 2014-11-07
US14/535,383 US9929569B2 (en) 2014-11-07 2014-11-07 Methods for steering a magnetic field for smart wireless power transmission

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160055058A KR20160055058A (ko) 2016-05-17
KR102488951B1 true KR102488951B1 (ko) 2023-01-13

Family

ID=54360131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150151918A Active KR102488951B1 (ko) 2014-11-07 2015-10-30 스마트 무선 전력 송신을 위해 자기장을 조향하기 위한 방법들

Country Status (7)

Country Link
US (3) US9929569B2 (ko)
EP (1) EP3018797B1 (ko)
JP (1) JP6553465B2 (ko)
KR (1) KR102488951B1 (ko)
CN (1) CN105591473B (ko)
AU (1) AU2015230697B2 (ko)
BR (1) BR102015027730B1 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160037652A (ko) 2014-09-29 2016-04-06 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치
US10128789B2 (en) * 2014-10-10 2018-11-13 The Boeing Company Phantom electric motor system with parallel coils
US9590447B2 (en) * 2014-11-20 2017-03-07 Dell Products L.P. System and method for a multi-coil wireless power transfer
US10230271B2 (en) 2016-03-03 2019-03-12 uBeam Inc. Beamforming for wireless power transfer
US10148137B2 (en) 2016-03-03 2018-12-04 uBeam Inc. Beamforming for wireless power transfer
US10688874B2 (en) * 2016-06-14 2020-06-23 Intel Corporation Vehicular inductive power transfer systems and methods
KR102522478B1 (ko) 2016-11-25 2023-04-17 엘지디스플레이 주식회사 유기발광표시장치 및 그의 구동방법
US10293700B2 (en) * 2016-12-22 2019-05-21 Hyundai America Technical Center, Inc Wireless charging system for electric vehicle with adjustable flux angle
US10707692B2 (en) * 2017-01-26 2020-07-07 Medtronic, Inc. Recharge of implanted medical devices
US10622846B2 (en) * 2017-02-17 2020-04-14 Hyundai Motor Company Method and apparatus for position alignment using low-frequency antennas in wireless power transfer system
JP6640774B2 (ja) * 2017-03-15 2020-02-05 株式会社東芝 送電装置および電力伝送システム
IT201700040874A1 (it) * 2017-04-12 2018-10-12 Gnutti Spa Trafilierie Punteria di motore endotermico.
WO2019191336A1 (en) * 2018-03-27 2019-10-03 Auspion, Inc. Situation aware wireless power transmission
US12057896B2 (en) * 2020-05-07 2024-08-06 Cascodium Llc Devices, systems and methods for sensing and tracing proximity contacts
US20230283118A1 (en) * 2020-07-13 2023-09-07 Hilti Aktiengesellschaft Transmitting unit, energy transfer module, energy transfer system, and energy transmitting and receiving unit
DE102020212268A1 (de) * 2020-09-29 2022-03-31 Universität Stuttgart Vereinigung von Resolver und induktiver Rotorversorgung in einem magnetischen Kreis
CN114389372A (zh) * 2020-10-20 2022-04-22 武汉大学 基于离散分布式绕组的耦合场优化无线供电系统
DE102021202891A1 (de) 2021-03-24 2022-09-15 Zf Friedrichshafen Ag Energieerzeugungssystem zur Anordnung innerhalb einer Dachfinne eines Fahrzeugs
AU2023207152B2 (en) * 2022-01-13 2025-04-24 The Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Method and apparatus for pre-alignment of an automatically aligning magnetic field system
WO2023177996A1 (en) 2022-03-18 2023-09-21 The Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research Automatically-aligning magnetic field system
US20240124151A1 (en) * 2022-10-18 2024-04-18 Astronics Advanced Electronic Systems Corp. Distributed Wireless Power Distribution System

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004159456A (ja) 2002-11-07 2004-06-03 Iden Videotronics:Kk エネルギー供給装置
US20110210621A1 (en) * 2008-11-17 2011-09-01 Olympus Corporation Wireless power supply apparatus, power transmission coil unit, and wireless power supply system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2776864B1 (fr) * 1998-03-27 2000-10-06 Gemplus Card Int Dispositif pour creer un champ magnetique tournant dans l'espace en vue d'alimenter des etiquettes electroniques sans contact
WO2008053369A2 (en) * 2006-08-23 2008-05-08 Bio Aim Technologies Holding Ltd. Three-dimensional electromagnetic flux field generation
US7902817B2 (en) 2007-03-26 2011-03-08 General Electric Company Electromagnetic tracking method and system
JP5016464B2 (ja) * 2007-12-07 2012-09-05 古野電気株式会社 ２軸ジンバル構造を有するアンテナの指向誤差を低減する制御方法およびその方法を備えた制御装置
US9318922B2 (en) * 2008-09-27 2016-04-19 Witricity Corporation Mechanically removable wireless power vehicle seat assembly
JP5350758B2 (ja) * 2008-11-17 2013-11-27 オリンパス株式会社 電力供給装置
JP5362037B2 (ja) * 2009-12-24 2013-12-11 株式会社東芝 無線電力伝送装置
KR101753607B1 (ko) * 2010-08-24 2017-07-04 삼성전자주식회사 방사형 무선 전력 전송 및 수신 장치
US10523276B2 (en) * 2011-08-16 2019-12-31 Qualcomm Incorporated Wireless power receiver with multiple receiver coils
US9282568B2 (en) 2011-11-18 2016-03-08 Futurewei Technologies, Inc. Method and system for dynamic, joint assignment of power and scheduling of users for wireless systems
WO2013105279A1 (ja) * 2012-01-12 2013-07-18 富士通株式会社 送電装置及び送受電システム
EP2813532A4 (en) * 2012-02-09 2015-11-25 Toray Industries COMPOSITE MATERIAL OF CARBON FIBERS
SG11201405961XA (en) * 2012-03-28 2014-10-30 Fujitsu Ltd Wireless power transmission system and wireless power transmission method
KR101393580B1 (ko) * 2012-07-09 2014-05-09 부경대학교 산학협력단 급전측 코일과 집전측 코일 간의 상대적 위치에 둔감한 무선전력 전송시스템
EP3462570B1 (en) * 2013-07-17 2020-09-09 Koninklijke Philips N.V. Wireless inductive power transfer
US10250072B2 (en) * 2013-08-26 2019-04-02 The University Of Hong Kong Wireless power transfer system
US9806658B2 (en) 2014-03-06 2017-10-31 The Boeing Company Wirelessly powered electric motor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004159456A (ja) 2002-11-07 2004-06-03 Iden Videotronics:Kk エネルギー供給装置
US20110210621A1 (en) * 2008-11-17 2011-09-01 Olympus Corporation Wireless power supply apparatus, power transmission coil unit, and wireless power supply system

Also Published As

Publication number Publication date
CN105591473A (zh) 2016-05-18
BR102015027730B1 (pt) 2021-12-28
KR20160055058A (ko) 2016-05-17
US20180175632A1 (en) 2018-06-21
US20190252887A1 (en) 2019-08-15
AU2015230697A1 (en) 2016-05-26
US20160134126A1 (en) 2016-05-12
US10320201B2 (en) 2019-06-11
BR102015027730A2 (pt) 2016-05-24
EP3018797A1 (en) 2016-05-11
EP3018797B1 (en) 2020-12-02
JP2016093097A (ja) 2016-05-23
JP6553465B2 (ja) 2019-07-31
US10608441B2 (en) 2020-03-31
AU2015230697B2 (en) 2019-03-14
US9929569B2 (en) 2018-03-27
CN105591473B (zh) 2020-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102488951B1 (ko) 스마트 무선 전력 송신을 위해 자기장을 조향하기 위한 방법들
Zhang et al. Angular-misalignment insensitive omnidirectional wireless power transfer
EP3347968B1 (en) Wireless charging platforms via three-dimensional phased coil arrays
Kang et al. Analysis and implementation of 3D magnetic field shaping via a 2D planar transmitting coil array
US10250072B2 (en) Wireless power transfer system
KR20120056276A (ko) 무선 전력 전송 장치
EP3331141B1 (en) Three degree-of-freedom electromagnetic machine control system and method
CN112840542B (zh) 用于识别磁性动子的系统和方法
JP2021170932A (ja) 送電装置
Nakamura et al. Efficient wireless power transmission based on position sensing using magnetic resonance coupling
CN107612253B (zh) 用于多自由度电磁机器的输入调幅控制
CN117581447A (zh) 电子设备、电力传输系统、控制方法以及控制程序
Inada et al. Arbitrary magnetic field control technique by multi-coil transmitter voltage phase shifting for omni-directional free-positioning magnetic resonance wireless power delivery
KR101634867B1 (ko) 빔조향 공진기
CN114157053A (zh) 无线供电设备与无线供电的方法
Ye et al. Discussion on teaching electromagnetic field and wave course
HK1258608B (en) Wireless charging platforms via three-dimensional phased coil arrays

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20151030

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20200902

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20151030

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20220524

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20221012

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20230111

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20230111

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration