KR102476560B1 - 전자장치 간의 에너지 전송 및 데이터 교환을 위한 시스템 - Google Patents

전자장치 간의 에너지 전송 및 데이터 교환을 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

1차 회로(10) 및 2차 회로(20)를 포함하는 전기 에너지 및 데이터 전송을 위한 시스템(1)이 제안된다. 1차 회로(10)는 전기 에너지 소스 모듈(11); 상기 소스 모듈(11)에 연결된 1차 유도 소자(12); 데이터를 전자기 신호로 인코딩하고 전자기 신호를 데이터로 디코딩하도록 구성된 1차 트랜시버 모듈(13); 및 상기 1차 트랜시버 모듈(13)에 연결된 한 쌍의 1차 송수신 전기자(14a, 14b)를 포함한다. 2차 회로(20)는: 전기 에너지 변환 모듈(21); 상기 변환 모듈(21)에 연결된 2차 유도 소자(22); 데이터를 전자기 신호로 인코딩하고 전자기 신호를 데이터로 디코딩하도록 구성된 2차 트랜시버 모듈(23); 및 상기 2차 트랜시버 모듈(23)에 연결된 한 쌍의 2차 송수신 전기자(24a, 24b)를 포함한다. 상기 1차 유도 소자(12)와 2차 유도 소자(22)는 서로 유도 결합되도록 구성되어, 소스 모듈(11)에서 변환 모듈(21)로 전기 에너지를 전달할 수 있도록 한다. 더욱이, 각각의 1차 송수신 전기자(14a, 14b)는 각각의 2차 송수신 전기자(24a, 24b)에 정전용량적으로 결합되도록 구성되어, 1차 트랜시버 모듈(13)과 2차 트랜시버 모듈(23) 간에 데이터를 교환할 수 있게 한다.

Description

전자장치 간의 에너지 전송 및 데이터 교환을 위한 시스템
본 발명은 전자 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명의 실시예에 따른 방안은 전기 접촉없이 또는 무선으로 장치들 간에 에너지를 전달하고 이러한 장치들 간에 데이터 교환을 허용하도록 기능이 적용된 시스템을 지칭한다.
휴대용 및 고정식 전자장치의 광범위한 사용으로 인해 신속하고 안정적이며 실질적으로 전력을 공급하거나 재충전할 수 있는 에너지 전송 시스템에 대한 필요성이 증가하고 있다. 가능한 전원 공급 모드 중에서, 특히 편리하고 다재다능한 것은 무선 전원장치로, 이는 소스에서 사용자 장치로 에너지를 전송하기 위해 물리적 전기 연결이 필요하지 않다. 또한, 제품 또는 공정 산업, 차량에서 사용되거나 단일 사용자 또는 사용자 그룹이 소유하고 있는 소비재 형태로 직접 제조된 이러한 장치의 개수와 또한 loT 기술의 발달로 인해 전자장치 간의 데이터 공유 및 인터페이스 경향의 증가로 다른 기술과 다른 목적을 가진 전자장치 간의 데이터 무선 교환용 시스템도 광범위하게 개발되었다.
예를 들어, 전기 에너지를 수신하고/하거나 데이터를 교환해야 할 수 있는 장치는 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 고정 및 랩톱 컴퓨터, 아카이빙 시스템, NAS, 모뎀, 라우터, 스위치, 액세스 포인트, 포인팅 시스템, 키보드, 전자책 리더기, 비디오 카메라, 사진 카메라, 위성 내비게이터, 기존 또는 스마트 TV 세트, 광학 또는 자기 장치 판독기 등과 같은 소비자 시장용 장치를 포함한다. 가전제품, 온도 조절기, 조명 시스템 및 보다 일반적으로 가정 자동화 시스템과 같은 장치도 또한 무선 에너지 전송 및 데이터 교환이 필요하거나 이점을 누릴 수 있다. 마찬가지로, 산업 장치 또는 차량의 열악한 환경에 위치한 센서 및 액추에이터와 같은 특정 장비(예를 들어, 압력, 온도, 가속도, 변형, 버튼, 스크린 등의 센서) 뿐만 아니라 생체 의료 장치, 예를 들어 심장 박동기, 인퓨저, 삽입형 제세동기 등도 에너지 전송 및 데이터 교환을 위한 무선 시스템을 구현하여 향상된 성능, 기능 및 효율성을 얻을 수 있다.
무선 에너지 전송 시스템을 통한 전력 전송은 당업계에 알려져 있다. 이러한 시스템은 일반적으로 1차 또는 전송 회로와 2차 또는 수신 회로 간의 유도성 또는 용량성 결합을 기반으로 하며, 1차 회로는 전원장치 또는 배터리 기반 장치에 통합되고 2차 회로는 사용자 장치에 통합되며, 전원장치와 분리되고 독립적이다.
데이터 교환과 관련하여 일반적으로 알려진 시스템에서 구현되는 방안은 무선 주파수 무선 연결(예를 들어, Wi-Fi, Bluetooth, RF, NFC, RFID, Zigbee, UWB, CWUSB, WiMAX 등)을 활용하며 다루어지는 거리, 비용, 소비 및 대역폭 면에서 성능이 상이하다. 그러나, 이러한 방안은 선택된 전송 표준에 따라 송수신에 적합한 회로부를 필요로 하며, 이는 전력의 무선 전송 전용 회로부와 관련하여 추가된다. 더욱이, 구현된 정보 전송은 간섭을 받거나 전기 에너지의 동시 전송과 간섭할 수 있다.
다른 알려진 방안은 무선 에너지 전송 시스템, 특히 유도 결합을 기반으로 하는 시스템을 사용하여 에너지 전송과 동시에 또는 에너지 전송이 발생하지 않을 때 데이터를 교환하여 전력 전송 및 데이터 전송을 모두를 위해 유도 회로를 활용한다. 유도 결합을 통해 데이터를 교환하는 공지의 방법은 특히 전력 전송 시스템에서 수신 시스템으로 데이터를 전송하는 데 유용한 전력 반송파의 주파수 변조(또한 주파수 편이라고도 함) 및 피상 부하의 변화, 전송될 비트의 함수로서 연결 및 단절, 전력 부하 또는 전력 변환 스테이지에 병렬로 배열된 (일반적으로 용량성 또는 저항성) 부하의 변화로 인해 얻어진 진폭 변조로 구성되며, 이 기술은 1차 회로에 2차 회로로 데이터를 전송하는 데 특히 유용하다.
이러한 방식으로 간단한 정보, 즉, 시간 단위의 제한된 데이터량(예를 들어, 충전 상태 및/또는 전원장치에 대한 정보, 시스템에 포함된 장치의 식별번호, 충전 및/또는 전원장치를 시작/중단/조절하기 위한 정보)을 전송할 수 있다. 또한, 2차에서 1차로 또는 그 반대로 전송된 사용자 데이터와 같은 예를 들어 데이터 백업 복사본, 식별, 멀티미디어 콘텐츠 교환, 결제, 메시지 전송하며, 소프트웨어 업데이트 등을 하는 데 유용한 더 복잡한 정보를 교환할 수 있다.
이러한 알려진 시스템의 주요 단점 중 하나는 주로 송수신 인덕턴스의 치수에 의해 주어진다. 일반적인 작동 주파수에서 충분한 전력을 전송하기 위해, 이러한 요소들은 높은 유도값을 갖지며, 이는 매우 감소된 관련 대역폭을 수반하고, 데이터 교환 성능 낮게(즉, 특히 종종 몇 kbps 미만으로 비트 레이트가 낮게) 반영된다. 이로 인해 특히 큰 크기(일반적으로 MB 또는 GB 크기)의 사용자 데이터를 전송할 경우 길거나 비현실적인 시간을 필요로 하는 불이익이 발생한다.
본 발명의 목적은 근접 데이터 교환과 관련된 장점을 유지하면서 간단하고 합리적인 저비용 방안 내에서 종래 기술의 상술한 단점을 극복하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 에너지를 전달하고 동시에 별개로 데이터를 교환할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항에 명시된 본 발명의 특징에 의해 달성된다. 종속 항은 본 발명의 바람직한 및/또는 특히 유리한 측면을 설명한다.
본 발명은 1차 회로 및 2차 회로를 포함하는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템을 사용할 수 있게 한다. 1차 회로는: 전기 에너지 소스 모듈; 상기 소스 모듈에 연결된 1차 유도 소자; 데이터를 전자기 신호로 인코딩하고 전자기 신호를 데이터로 디코딩하도록 구성된 1차 트랜시버 모듈; 및 상기 1차 트랜시버 모듈에 연결된 한 쌍의 (전기 도전성) 1차 송수신 전기자를 포함한다. 2차 회로는: 전기 에너지 변환 모듈; 상기 변환 모듈(21)에 연결된 2차 유도 소자; 데이터를 전자기 신호로 인코딩하고 전자기 신호를 데이터로 디코딩하도록 구성된 2차 트랜시버 모듈; 및 상기 2차 트랜시버 모듈에 연결된 한 쌍의 (전기 도전성) 2차 송수신 전기자를 포함한다. 상기 1차 유도 소자와 2차 유도 소자는 서로 유도 결합되도록 구성되어, 소스 모듈에서 변환 모듈로 전기 에너지를 전달할 수 있도록 하고, 각각의 1차 송수신 전기자는 각각의 2차 송수신 전기자에 정전용량적으로 결합되도록 구성되어, 1차 트랜시버 모듈과 2차 트랜시버 모듈 간에 데이터를 교환할 수 있게 한다.
이 방안으로 인해, 1차 회로에서 2차 회로로 에너지를 전송하는 동시에 두 개의 별개의 상호 독립적인 물리적 채널을 통해 양방향으로 데이터를 경제적이고 효율적으로 교환할 수 있다. 또한, 에너지 전송과 데이터 교환은 서로 부정적인 영향을 주지 않고 최적화될 수 있다. 특히, 데이터의 정전용량성 교환을 위한 대역폭의 크기는 에너지 전송의 효율성을 손상시키지 않고 기존 표준에 대한 변경없이 정전용량성 채널의 물리적 특성으로 인해 실질적으로 마음대로 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 첫 번째 1차 송수신 전기자는 1차 회로부에 의해 정의되고, 적어도 하나의 대응하는 첫 번째 2차 송수신 전기자는 2차 회로부에 의해 정의된다. 바람직하게는, 상기 1차 회로부과 상기 2차 회로부는 미리 결정된 용량을 갖는 커패시터를 정의하며 서로 결합하도록 구성된다.
이러한 방식으로, 이미 주요 기능을 갖고 있는 1차 및 2차 회로의 일부를 사용하여 원하는 용량의 커패시터를 얻을 수 있다. 그런 후 이는 구조가 콤팩트하고 제한된 수의 부품을 사용하는 시스템으로 정전용량성 데이터 전송을 달성할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 상기 1차 유도 소자 및 2차 유도 소자 각각은 한 쌍의 연결단자를 포함한다. 바람직하게는, 상기 1차 회로부는 상기 1차 유도 소자의 연결단자 중 하나에 근접한 1차 유도 소자의 일부를 포함한다. 또한, 상기 2차 회로부는 상기 2차 유도 소자의 연결단자 중 하나에 근접한 2차 유도 소자의 일부를 포함한다.
이러한 방식으로 특히 콤팩트한 구조를 얻을 수 있다. 특히, 유도성 결합과 정전용량성 결합은 모두 1차 회로와 2차 회로의 각각 한 부분에만 서로 접근하여 발생한다.
일 실시예에서, 1차 트랜시버 모듈은 1차 트랜시버 모듈의 연결단자에 연결되고 2차 트랜시버 모듈은 2차 유도 소자의 연결단자에 연결된다.
이 방안으로 인해, 각 회로의 유도 소자를 용량성 데이터 교환에도 사용할 수 있으며 간단한 회로 레이아웃을 통해 에너지의 유도 전송과는 별개로 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 1차 회로부는 1차 회로를 수용하는 제 1 케이싱의 일부를 포함하고, 상기 2차 회로부는 2차 회로를 수용하는 제 2 케이스의 일부를 포함한다. 유리하게는, 제 1 및 제 2 케이싱의 상기 부분은 도전성 재료로 제조된다.
추가로 또는 대안으로, 1차 회로부는 1차 회로의 전자기 간섭을 차폐하기 위한 소자를 포함하고, 상기 2차 회로부는 2차 회로의 전자기 간섭을 차폐하기 위한 소자를 포함한다.
추가로 또는 대안으로, 1차 회로부는 1차 회로의 접지면을 포함하고 2차 회로부는 2차 회로의 접지면을 포함한다.
추가로 또는 대안으로, 1차 회로부와 2차 회로부 중에 하나는 1차 유도 소자와 2차 유도 소자 사이에 개재된 실딩을 포함한다.
이러한 방안으로 인해, 1차 회로 및 2차 회로 및/또는 이를 전기자(또는 전기자의 일부)로 포함하는 각 장치의 하나 이상의 구조/회로 소자를 사용하여 용량성 연결을 수행해 데이터 교환을 허용한다.
일 실시예에서, 두 번째 1차 송수신 전기자는 추가 1차 회로부에 의해 정의되고, 두 번째 2차 송수신 전기자는 추가 2차 회로부에 의해 정의된다. 바람직하게는, 추가 1차 회로부 및 추가 2차 회로부는 미리 결정된 용량을 갖는 추가 커패시터를 정의하며 서로 상호 작용하도록 구성된다.
이러한 방식으로, 서로 구별되는 한 쌍의 전기자의 1차 및 2차 회로를 모두 제공할 수 있으며 이러한 회로들 간에서 데이터를 효율적으로 교환할 수 있는 정전용량성 결합을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 1차 송수신 전기자는 1차 유도 소자에 의해 한정된 영역 내부에 위치된 도전성 소자를 포함하고, 적어도 하나의 2차 송수신 전기자는 2차 유도 소자에 의해 한정된 영역 내부에 위치된 도전성 소자를 포함한다.
바람직하나 반드시 그런 것은 아니지만, 이 실시예에서, 각각의 1차 및 2차 유도 소자는 평면 구조로 형성될 수 있으며, 마찬가지로, 상기 적어도 하나의 1차 송수신 전기자 및 상기 적어도 하나의 2차 송수신 전기자의 도전성 소자도 또한 평면일 수 있다.
이 방안으로 매우 컴팩트하고 효율적인 정전용량성 결합을 위한 전용 전기자를 시스템에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 1차 송수신 전기자는 1차 유도 소자에 의해 한정된 영역 내부에 위치된 예를 들어 평면인 각각의 도전성 소자를 포함하고, 각각의 2차 송수신 전기자는 2차 유도 소자에 의해 한정된 영역 내부에 위치된 예를 들어 평면인 각각의 도전성 소자를 포함한다.
이러한 방식으로, 이전 경우보다 훨씬 더 컴팩트한 구조가 얻어진다.
일 실시예에서, 각각의 1차 및 2차 송수신 전기자는 동심형; 바둑판형 및 병립형 배열 중에 선택된 배열에 따라 위치된, 예를 들어 평면인 하나 이상의 도전성 소자를 포함한다.
이 방안으로 인해, 충분한 회전 또는 병진 자유도를 갖는, 즉, 1차 회로와 2차 회로 사이의 상대적인 방향에 실질적으로 독립적인 정전용량성 결합이 얻어진다.
일 실시예에서, 예를 들어 평면형인 각각의 도전성 소자는 개방 루프 형상을 갖는다.
이 방안으로 인해, 이러한 평면형 도전성 소자에 침투하는 자기장의 영향으로 인한 기생 전류를 제거하거나 제한적으로 최소화할 수 있어 시스템 성능이 향상된다.
일 실시예에서, 예를 들어 개방 루프와 함께동심원형, 바둑판식, 병립형으로 배열된 평면형 및 이러한 요소들을 조합한 다른 배열의 도전성 소자의 경우, 예를 들어 평면형 각 도전성 소자는 1/10 또는 1/100 밀리미터의 두께를 얻을 수 있는 표준 인쇄 회로 기판 생산 기술을 통해 경제적으로 제조될 수 있다.
이러한 치수를 사용하면 효율적이며 동시에 전력과 데이터 구성 요소 간의 상호 작용으로 인한 부정적인 기생 효과의 출현을 없애거나 적어도 감쇠시킬 수 있는 용량성 및 유도성 결합을 각각 보장하는 것과 같은 용량성 전기자 및 유도 소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 추가 태양은 1차 회로가 제 1 전자장치에 통합되고 2차 회로가 제 2 전자장치에 통합되는 선행 청구항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용할 수 있게 한다. 바람직하게는, 제 2 전자장치는 제 1 전자장치에 대해 분리되고 이동 가능하다.
일 실시예에서, 제 1 전자장치는 1차 트랜시버 모듈에 연결되고 그와 이진 포맷으로 데이터를 교환하도록 구성된 적어도 하나의 1차 처리 모듈을 포함한다. 또한, 제 2 전자장치는 2차 트랜시버 모듈에 연결되고 그와 이진 포맷으로 데이터를 교환하도록 구성된 2차 처리 모듈을 포함한다.
이러한 방식으로, 시스템은 처리 모듈에 의해 처리된 데이터를 빠르고 신뢰할 수 있는 방식으로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 전자장치는 통신 채널의 표준에 따라 인코딩된 데이터와 교환하기 위해 1차 트랜시버 모듈에 연결된 1차 통신 채널을 포함한다. 또한, 제 2 전자장치는 통신 채널의 표준에 따라 인코딩된 데이터를 교환하기 위해 1차 트랜시버 모듈에 연결된 2차 통신 채널을 포함한다. 유리하게는, 1차 통신 채널 및 2차 통신 채널은 USB, I2C, SPI, PCI Express, HDM1, Display Port, Ethernet, CAN, LIN, Flexray 또는 기타 표준 통신 버스 중에서 선택된 동일한 기술에 속한다.
이 방안으로 인해, 용량성 결합을 통한 데이터 전송은 서로 다른 독립적인 전자장치에 제공되는 통신 채널의 두 부분을 연결하는 가상 배선을 생성한다.
본 발명의 다른 태양은 상술한 시스템을 통한 전이중 데이터 교환 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 방법은: 1차 전송 모듈 또는 2차 송수신 모듈에서, 각각 2차 전송 모듈 또는 1차 송수신 모듈로 전송될 제 1 이진 데이터를 수신하는 단계; 1차 전송 모듈 또는 2차 송수신 모듈에서, 1차 송수신 전기자와 각각의 2차 송수신 전기자 간의 용량성 결합을 통해, 2차 전송 모듈 또는 1차 송수신 모듈에 의해 각각 전송된 2차 이진 데이터를 수신하는 단계; 및 제 1 이진 데이터 및 제 2 이진 데이터 모두가 논리값 0을 나타내는 경우 제 1 전압값, 제 1 이진 데이터 및 제 2 이진 데이터 모두가 다른 논리값을 나타내는 경우 제 2 전압값, 또는 제 1 이진 데이터와 제 2 이진 데이터 모두가 논리값 1을 나타내는 경우 제 3 전압값을 갖는 멀티레벨 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이러한 방식으로, 데이터 전송 및 수신 모두에 대해 단일 용량성 결합을 사용하여 전이중 데이터 교환을 관리할 수 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 추가 특징 및 이점은 첨부된 표에 예시된 도면의 도움으로 비제한적인 예로서 제공된 하기의 설명을 읽음으로써 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 전달 및 데이터 교환 시스템의 블록도이다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따라 둘러싸인 유도 소자 및 용량성 전기자의 개략도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 둘러싸인 유도 소자 및 용량성 전기자의 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 1차 회로 및 2차 회로의 블록도이다.
도 4b는 도 4a의 1차 회로에 구현된 유도 소자의 개략도이다.
도 5는 도 4a의 대체 회로인 1차 회로와 2차 회로의 블록 다이어그램이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 2개의 추가 실시예에 따라 시스템의 제 1 장치 및 제 2 장치의 회로부가 결합 전기자로서 사용되는 1차 회로 및 2차 회로의 각각의 블록도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 2개의 추가 실시예에 따라 차폐 요소가 결합 전기자로서 사용되는 1차 회로 및 2차 회로의 각각의 블록도이다.
특히 도면을 참조하면, 참조번호 1은 전체적으로 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 및 데이터를 전송하는 시스템을 나타낸다.
시스템(1)은 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)를 포함한다. 회로(10 및 20)는 물리적으로 분리되고 서로 별개이다. 특히, 1차 회로(10)는 전기 에너지를 전달하고 2개의 회로 사이에 직접적인 전기 연결을 통해 2차 회로(20)와 데이터를 교환하도록 구성된다. 예를 들어, 1차 회로(10)는 도킹 스테이션과 같은 제 1 고정 전자장치(30)에 포함될 수 있는 반면, 2차 회로(20)는 휴대폰, 스마트 폰, 테이블, 개인용 컴퓨터, 사진/비디오 카메라 등과 같은 제 2 휴대용 전자장치(40)에 포함될 수 있다.
이후, "1차"는 그것이 참조하는 요소가 1차 회로(10)에 속함을 나타내기 위해 사용된다. 유사하게, "2차"는 그것이 참조하는 요소가 2차 회로(20)에 속함을 나타내기 위해 사용된다.
제 1 실시예에서, 1차 회로(10)는 전기 에너지 소스 모듈(이하 소스 모듈(11)로 표시됨), 1차 유도 소자(12)(예를 들어, 전송 인덕터 또는 유도 코일), 1차 트랜시버 모듈(13) 및 한 쌍의 1차 송수신 전기자, 또는 보다 간략하게 1차 전기자(14a 및 14b)를 포함한다.
일 실시예에서, 소스 모듈(11)은 제 1 장치의 전원 공급 모듈(31)에 연결된다. 예를 들어, 전력 공급 모듈(31)은 배터리, 전력 회로 및/또는 전력 공급 그리드에 연결된 배선을 포함하거나, 그렇지 않으면 전기 연결없이 다른 전송 시스템으로부터 에너지를 끌어올 수 있다.
바람직하게는, 소스 모듈(11)은 DC/AC 또는 AC/AC 변환 회로, 예를 들어 스위칭 변환 회로를 포함한다.
1차 송수신 모듈(13)은 (예를 들어, 이진 형식의) 데이터를 전기 신호로 변환 또는 인코딩하도록 구성된 회로를 포함한다. 유리하게는, 1차 송수신 모듈(13)의 회로는 또한 역동작을 실행하도록, 즉 전기 신호를 데이터로 변환 또는 디코딩하도록 구성된다.
1차 유도 소자(12)는 각각의 단자 쌍을 통해 소스 모듈(11)에 연결된다. 1차 송수신 모듈(13)은 2개의 1차 전기자(14a 및 14b) 모두에 연결된다. 도 1의 예에서, 첫 번째 1차 전기자(14a)는 1차 송수신 모듈(13)의 제 1 출력 단자에 연결되는 반면, 두 번째 1차 전기자(14b)는 또한 1차 송수신 모듈(13)의 제 2 출력 단자에 그리고 또한 1차 회로(10)의 기준 단자에 연결된다. 유리하게는, 1차 송수신 모듈(13)은 제 1 장치(30)의 프로세서 모듈(33) 및/또는 (휘발성 및/또는 비휘발성) 메모리 모듈(35)에 연결된다.
2차 회로(20)는 전기 에너지 변환 모듈(이하 변환 모듈(21)로 표시함), 2차 유도 소자(22)(예를 들어, 수신 인덕터 또는 유도 코일), 2차 트랜시버 모듈(23) 및 한 쌍의 2차 송수신 전기자, 또는 더 간략하게 2차 전기자(24a 및 24b)를 포함한다.
변환 모듈(21)은 부하(41)(예를 들어, 배터리(43), 하나 이상의 처리 모듈(45), 하나 이상의 메모리 모듈(47)) 또는 센서, 액추에이터 또는 기타 전기 장치를 포함하는 임의의 다른 전기 부하에 전력을 공급하기 위해 시간에 따라 가변적인 전압을 다른 전압(예를 들어, 직류(DC) 전압)의 파동으로 변환하도록 구성된 회로를 포함한다. 다른 실시예에서, 변환 모듈(21)은 저항소자, 전기 모터 또는 기타 전기 장치를 포함한 교류로 작동하는 임의의 유형의 전기 부하에 전력을 공급하기 위해 시간에 따라 변하는 전압(AC)의 파동을 진폭 또는 주파수의 다른 특성을 가진 시간에 따라 가변적인(AC) 다른 파동으로 변환시킬 수 있다. 2차 송수신 모듈(23)은 1차 송수신 모듈(13)에 준용해 실질적으로 대응하는 구조를 갖고 있으며, 이에 대한 설명은 간결히 하기 위해 반복하지 않는다.
2차 유도 소자(22)는 각각의 단자 쌍을 통해 변환 모듈(21)에 연결된다. 2차 송수신 모듈(23)은 2차 전기자(24a 및 24b) 모두에 연결된다.
이 경우에도, 역시, 이하 첫 번째 2차 전기자(24a)로 표시된 첫 번째 2차 송수신 전기자는 2차 송수신 모듈(23)의 제 1 출력 단자에 연결된 반면, 이하 두 번째 2차 전기자(24b)로 표시된 두 번째 2차 송수신 전기자는 1차 송수신 모듈(23)의 2차 출력 단자에 그리고 또한 2차 회로(20)의 기준 단자에도 연결된다.
유리하게는, 2차 송수신 모듈(23)은 예를 들어 이진 형식으로 상기 데이터 모듈로부터 수신/송신하기 위해 제 2 장치(40)의 처리 모듈(45) 및/또는 메모리 모듈(47)에 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 해결방안으로, 1차 회로(10)는 유도 결합을 통해 2차 회로(20)에 전기 에너지를 전달하도록 구성된다. 또한, 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)는 용량성 결합을 통해 데이터를 교환하도록 구성된다. 유리하게는, 에너지 전송 및 데이터 교환은 상호 별개이며 동시에 또는 시간상 다른 순간에 수행될 수 있다.
사용시, 전기 에너지 전달은 다음과 같은 방식으로 구현된다. 소스 모듈(11)은 미리 정해진 간격 내에, 바람직하게는 수백 KHz 또는 MHz 크기의 제 1 주파수(f1)가 미리 결정되거나 포함된 시간에 따라 변하는 1차 전파(SE1)를 생성하도록 구성된다. 1차 전파(SE1)는 시간에 따라 변하는 상응하는 전자기장을 생성하는 1차 유도 소자(12)를 여기시킨다. 이 전자기장은 적어도 부분적으로 2차 유도 소자(22)에 의해 수집되며, 이는 차례로 2차 전파(SE2)를 생성한다. 즉, 1차 유도 소자(12)와 2차 유도 소자(22)는 서로 유도 결합되고, 즉 실질적으로 변압기처럼 작동하며, 1차 회로(10)에서 2차 회로(20)로 전기 에너지를 전달할 수 있다. 2차 전파(SE2)는 변환 모듈(21)에 전력을 공급하고, 상기 변환 모듈은 2차 전파(SE2) 자체를 변환하고, 이를 적절히 조건화된, 예를 들어 다른 전압으로 또는 전류로 변환된 제 2 장치(40)의 부하(41)에 제공하도록 구성된다. 특히, 변환 모듈(21)은 제 2 장치(40)의 부하(41)에 전력을 공급하고 이에 따라 한 쌍의 전압 및 전원 공급 전류(VDD 및 IDD)를 통해 상기 부하(41)에 전기 에너지를 공급하도록 형성된 한 쌍의 전원 공급 전압(VDD) 및 전원 공급 전류(IDD)로 2차 전압파(SE2)를 변환하도록 구성된다.
대신, 1차 회로(10)와 2차 회로(20) 사이의 데이터 교환은 1차 회로(10)에서 2차 회로(20)로의 데이터 전송이 고려되는 다음과 같은 방식으로 구현된다. 1차 송수신 모듈(13)은 프로세서 모듈(33) 또는 제 1 장치(30)의 메모리 모듈(35)로부터 제 2 장치(40)로 전송될 데이터(예를 들어, 문자열 또는 이진값의 일련의 문자열)를 수신한다. 결과적으로, 1차 송수신 모듈(13)은 상기 데이터를 (예를 들어, 바람직하게는 일부 MHz 또는 GHz 크기로 미리 정의된 간격 내에 포함된) 미리 결정된 제 2 주파수(f2)와 함께 시간에 따라 변하는 1차 전기신호(SD1)로 변환(인코딩)한다. 바람직하게는, 제 2 주파수(f2)는 제 1 주파수(f1)보다 높고, 예를 들어, 제 2 주파수(f2)는 제 1 주파수(f1)보다 적어도 한 차수, 더 바람직하게는 두 차수만큼 높다. 예를 들어, 주파수의 최소값(f2_M1n)과 주파수의 최대값(f2_max)으로 구분되는 주파수의 간격 또는 대역폭 내에서 제 2 주파수(f2)가 가변적일 수 있으며, 주파수의 최소값(f2_M1n)은 바람직하게는 제 1 주파수(f1)보다 더 높다.
1차 전기 신호(SD1)는 1차 전기자(14a 및 14b)에 축적된 전하를 변화시켜 가변 전기장을 생성하도록 구성되고 상기 가변 전기장으로 인해 2차 전기자(24a 및 24b)에 반대 부호의 전하의 상응하는 축적이 야기되어 2차 전기 신호(SD2)가 생성된다. 즉, 각각의 1차 전기자(14a 및 14b)는 대응하는 2차 전기자(24a 및 24b)에 용량적으로 결합되어 대응하는 커패시터(C1 및 C2)를 형성한다. 이러한 방식으로, 2개의 송수신 모듈(13, 23)을 연결하고 1차 회로(10)에서 2차 회로(20)로 전기 신호를 전송할 수 있게 하는 회로가 형성된다.
필요에 따라, 2개의 1차 전기자 중 하나와 2개의 2차 전기자 중 하나(예를 들어, 1차 전기자(14b) 및 2차 전기자(24b))가 1차 회로(10)의 기준 노드에, 그리고 이에 따라 대응하는 1차 기준 전위(GNDp)에 및 2차 회로(20)의 대응하는 2차 기준 전위(GNDs)에 연결될 수 있어, 사실상 데이터 신호 전송의 2차 주파수(f2)에 사실상 2개의 기준 전위를 연결한다.
두 번째 2차 전기 신호(SD2)는 2차 송수신 모듈(23)에 의해 수신되고, 상기 2차 송수신 모듈은 이를 1차 송수신 모듈(13)에 초기에 제공된 데이터로 변환(디코딩)한다. 연이어, 2차 송수신 모듈(23)은 데이터를 제 2 장치(40)의 처리 모듈(45) 및/또는 (휘발성 및/또는 비휘발성) 메모리 모듈(47)에 제공한다.
이중 동작, 즉 2차 회로(20)에서 1차 회로(10)로의 데이터 전송이 실질적으로 상응하는 방식으로, 준용해서 발생한다는 것이 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
대안적인 실시예에서, 1차 전기자(14a 및 14b)와 2차 전기자(24a 및 24b) 사이의 용량성 결합은 1차 회로(10)와 2차 회로(20) 사이에 연속(데이터) 통신 채널을 정의하기 위해 1차 통신 채널을 2차 통신 채널과 결합하는 '브리지'로서 사용될 수 있다.
상호 연결된 장치들의 식별과 2차 측에 있는 부하에 대한 유도성 전력 조절에 필요한 피드백을 위해 사용시 현재 수단들에 대한 대안으로, 예를 들어, 용량성 결합이 데이터 통신 수단으로 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 용량성 결합은 USB, PCI Express, HDM1, HDM1, Display Port, Ethernet, CAN, LIN, Flexray type 또는 기타 알려진 표준과 같은 유선 연결 가운데 선택된 통신 채널 사이에 데이터를 교환하기 위해 1차 회로(10)와 2차 회로(20) 간의 연속 통신 채널을 정의하는 데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 용량성 결합은 각각의 장치(30 또는 40)에 포함된 또는 각각의 송수신 모듈(13 또는 23)에 연결된 통신 채널의 두 부분(예를 들어 USB 케이블의 두 부분)을 각각 연결하는 가상 배선을 생성한다. 이 경우, 2개의 송수신 모듈(13, 23)은 선택된 통신 채널의 표준에 따라 인코딩된 데이터를 수신하여 데이터를 각각 1차 전기 신호(SD1) 및 2차 전기 신호(SD2)로 변환하고, 각각 새롭게 수신된 2차 전기 신호(SD2) 및 1차 전기 신호(SD1)를 선택된 통신 채널의 표준에 따라 코딩된 데이터로 디코딩하도록 구성된다.
유리하게는, 이 변형은 2차 회로(20)를 포함하는 제 2 전자장치(40)와 1차 회로(10)를 포함하는 제 1 전자장치(30)에 연결된 하나 이상의 장치들 사이에 둘 다 추가 용량성 결합을 통해 그리고 유선 커플링을 통해 안전하고 신뢰할 수 있는 데이터 연결을 허용한다. 다시 말하면, 1차 회로(10)를 포함하는 제 1 전자장치(30)는 이에 연결된 2개 이상의 장치(예를 들어, 제 2 장치(40)) 간의 데이터 교환을 위해 허브들로부터 동작하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 후술하는 바와 같이, 데이터의 전이중 교환을 관리하는 것이 가능하다. 송수신 모듈(13 및 23)은 모두 전이중 통신의 관리를 위해 구성된다. 즉, 송수신 모듈은 데이터 흐름을 동시에 그리고 별개로 송수신할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예(본 명세서에 미도시)는 제 3 커패시터를 정의하기 위해 상호 결합될 수 있는 추가 1차 전기자 및 추가 2차 전기자를 포함한다. 이러한 방식으로, 추가 데이터 교환 채널을 정의한 다음 1차 회로(10)에서 2차 회로(20)로 또는 그 반대로 데이터 수신과 나란히 데이터 전송을 수행할 수 있다.
대안으로, 도 1의 회로에서 2개의 2차 전기자(24a 및 24b)와 결합된 2개의 1차 전기자(14a 및 14b)만을 사용하여 전이중 통신의 비트 레이트를 보장할 수 있어, 피전송 데이터의 일부와 용량성 채널에서 데이터 전송의 중재를 위한 메커니즘을 임시로 저장하기 위해 단순히 적절하게 치수가 지정되고 구성된 버퍼의 시스템을 간단히 제공한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 이는 최소한의 전기자와 반이중 방식을 사용하는 전이중 시스템의 대역폭(및 따라서 원하는 비트 레이트)을 보장하기 때문에 도 1의 시스템이 2개의 전이중 시스템 사이의 인터페이스 역할을 하는 경우에 특히 유용하다.
이 방안은 생산 비용 및 시스템(1)의 복잡성을 억제하고/하거나 전기자의 수를 늘리는 것을 방지할 수 있으며, 이는 특히 치수가 줄어든 구현에서 특히 유리하다.
본 출원인은 피전송 (이진) 데이터와 정해진 시간 간격으로 수신되는 (이진) 데이터를 전압의 여러 레벨 또는 값을 가정할 수 있는 단일 멀티레벨 신호(M)으로 인코딩하도록 구성된 송수신 모듈(13, 23)을 제공하는 전이중 통신을 구현할 수 있음을 알았다.
송수신 모듈(13)은 (예를 들어, 처리 모듈(33)에 의해 제공된) 1차 전기 신호(SD1)를 통해 피전송 (이진) 데이터와 멀티레벨 신호(M1)로 수신된 2차 전기 신호(SD2)에 포함된 (이진) 데이터를 인코딩한다.
이중 동작, 즉, 송수신 모듈(23)을 통한 2차측에서의 데이터 전송 및 수신은 완전히 유사한 방식으로 준용해 수행된다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
보다 구체적으로, 1차 송수신 모듈(13) 또는 동등하게 2차 송수신 모듈(23)은 논리값 0이 전송되고 동시에 논리값 0이 다른 2차 송수신 모듈(23) 또는 1차 송수신 모듈(13)로부터 각각 수신되었음을 나타내기 위해, (해당 통신 시간 간격에서) 제 1 전압값, 예를 들어 0V에서 대응하는 1차 멀티레벨 신호(M1) 또는 2차 멀티레벨 신호(M2)를 생성하도록 구성된다. 논리값 1이 전송되고 동시에 논리값 0이 수신된 경우, 또는 논리값 0이 전송되고 동시에 논리값 1이 수신된 이중의 경우에서, 1차 송수신 모듈(13) 또는 동등하게 2차 송수신 모듈(23)은 대응하는 1차 멀티레벨 신호(M1) 또는 2차 멀티레벨 신호(M2)에 제 2 전압값, 예를 들어 3.3V를 부과하도록 구성된다. 유리하게는, 1차 송수신 모듈(13) 또는 2차 송수신 모듈(23) 중 하나만 논리값 1을 전송하는 고려된 경우, 각각의 송수신 모듈(13 및 23)이 결정된 통신 간격으로 논리값 1의 전송 여부를 인식하고 있기 때문에, 어떤 송수신기가 논리값 1을 전송하는지 구별할 필요가 없다. 마지막으로, 논리값 1이 전송되고 동시에 논리값 1이 수신된 경우, 1차 송수신 모듈(13) 또는 동등하게 2차 송수신 모듈(23)은 제 3 전압값, 예를 들어 5V의 대응하는 1차 멀티레벨 신호(M1) 또는 2차 멀티레벨 신호(M2)를 생성하도록 구성된다.
상술한 구성으로 인해, 전송 및 수신 데이터를 저장하기 위한 버퍼의 필요성을 피하는 동시에, 필요한 전기자 수를 늘리지 않고, 이에 따라 전이중 데이터 교환을 효과적으로 구현하면서, 송수신 모듈(13 및 23)을 통해 전이중 통신을 관리할 수 있는 능력을 여전히 보장할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 1차 멀티레벨 신호(M1) 및 2차 멀티레벨 신호(M2)의 코딩으로 단지 3개 레벨의 전압만으로 송수신된 이진 데이터의 4가지 가능한 조합이 표현될 수 있다. 유리하게, 사용되는 전압의 레벨 또는 값의 감소로 제 1 전압값(0V), 제 2 전압값(3.3V) 및 (상기에 제공된 수치 예제의 경우 5V의 전원장치 전압과 같이) 사용 가능한 전원장치의 다이나믹스와 관련하여 가능한 한 멀리 떨어져 있는 제 3 전압값(5V)을 선택함으로써 데이터 전송 시스템의 간섭에 대항해 우수한 견고성이 보장될 수 있다.
대안으로, 데이터 전송 신뢰도를 높이기 위해, 0V의 전압값의 검출을 통해 전송/수신 오류 또는 문제를 식별하도록 0V와 다른 전압값, 가령 1V 값을 논리값 0과 연관시킬 수 있다.
대안적인 실시예에서, 송수신 모듈(13 및 23)을 구성하여 대응하는 1차 멀티레벨 신호(M1) 또는 2차 멀티레벨 신호(M2)를 생성하여 송수신된 데이터의 논리값 정보를 값 자체 대신 전압의 한 값으로부터 또는 다른 전압값으로 전송과 연관시킬 수 있다. 즉, 송수신 모듈(13, 23)에 의해 생성된 1차 멀티레벨 신호(M1) 또는 2차 멀티레벨 신호(M2)의 파면에 송수신된 데이터의 논리값 정보가 포함된다.
또한, 보충 이진 데이터(예를 들어, 패리티 비트)를 전송하고/하거나 송수신 모듈(13 및 23)에 의해 교환된 데이터의 무결성을 확인하고 보장하는 데 유용한 알고리즘을 구현할 수 있다.
본 출원인은 에너지 전송 및 데이터 교환 모두에서 높은 효율성과 효과를 유지하고 유도성 에너지 전송 시스템 단독의 전형적인 비용에 상당한 비용을 유지하면서 1차 전기자(14a 및 14b) 중 하나 또는 둘 모두와 2차 전기자(24a 및 24b) 중 하나 또는 둘 모두를 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 구조를 간결하게 유지하도록 적응된 방안으로 형성할 수 있음을 알았다.
일 실시예에서, 1차 전기자(14a 및 14b) 및 2차 전기자(24a 및 24b)는 제 3 치수에 대해 2개의 우세한 치수, 예를 들어 평면을 갖는 도전성 소자를 포함한다. 바람직하게는, 각각의 1차 전기자(14a 및 14b) 및 각각의 2차 전기자(24a 및 24b)는 지지 표면 상에 제공된 구리와 같은 도전성 재료의 패드를 포함한다. 지지 표면은 예를 들어 별개의 절연 재료(폴리머 또는 세라믹, 또는 인쇄 회로 기판) 또는 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 부품들이 각각 장착되는 전기 기판일 수 있다.
도전성 재료의 두께가 도전성 재료의 패드에 충분한 강도와 강성을 부여하기에 충분하다면, 지지 재료의 사용을 피할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 구리판 또는 금속 프레임은 유리하게는 전용 지지 표면 필요없이 1차 전기자(14a 및 14b) 및 2차 전기자(24a 및 24b)를 생산하도록 구성된 도전성 재료로 사용될 수 있다.
유리하게는, 유도 소자가 권선에 의해 얻어지는 전통적인 인덕터가 아니라 인쇄 회로 기판 상에 그려진 인덕터인 경우, 평면형 도전성 소자는 유도 소자(12, 22)가 형성되는 동일한 기술 및 재료로 생산될 수 있다,
유도 소자(12, 22)의 특정 유형에 관계없이, 1차 전기자(14a 및 14b) 및 2차 전기자(24a 및 24b)는 특정 용도에 따라 각각 유도 소자(12 및 22)에 근접하거나 먼 곳에 형성될 수 있다. 일반적으로, 특히 컴팩트한 구조들로 1차 전기자(10) 및 2차 전기자(20)를 얻기 위해 1차 전기자(14a 및 14b) 및 2차 전기자(24a 및 24b)를 유도 소자(12 및 22)에 근접하거나 내부에 통합하여 제공하는 것이 적절하고 유리하다. 바람직하게는, 1차 전기자(14a 및 14b), 2차 전기자(24a 및 24b) 및 유도 소자(12 및 22)는 평면 형상이나, 애플리케이션에 적용할 임의의 형상(예를 들어, 스마트 폰의 경우 평면, 전동 칫솔과 같은 품목의 경우 원통형)으로 성형하는 것을 금지하는 것은 없지만, 제어 장치 또는 기타 전기 제품 등은 제외한다.
도 2a의 예에 도시된 바와 같이, 1차 전기자(14a 또는 14b) 중 적어도 하나는 1차 유도 소자(12)에 의해 한정된 영역 내부에 위치된 평면형 도전성 소자(50)를 포함한다. 마찬가지로, 2차 송수신 전기자(24a 또는 24b) 중 적어도 하나는 2차 유도 소자(22)에 의해 한정된 영역 내부에 위치된 평면형 도전성 소자(미도시)를 포함한다. 바람직하게는, 사용시 대응하는 커패시터(C1)를 형성하기 위해 결합되는 1차 전기자(14a) 및 2차 전기자(24a) 또는 사용시 대응하는 커패시터(C2)를 형성하기 위해 결합되는 1차 전기자(14b) 및 2차 전기자(24b)는 각각의 유도 소자(12 또는 22)에 의해 한정된 영역에 형성된 평면형 도전성 소자를 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 도전성 소자는 동일한 표면적으로 형성된다. 유리하게는, 평면형 도전성 소자(50)의 배열은 1차 회로(10)와 2차 회로(20) 사이의 회전 또는 병진 정렬 자유도를 보장한다. 즉, 상술한 바와 같이 형성된 1차(14a) 및 2차(24a) 전기자가 결합되어 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 상대적인 방향 또는 위치에 관계없이 커패시터(C1)를 형성한다. 유리하게는, 커패시터(C1)의 용량은 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 상대적인 방향 또는 위치에 관계없이 한계에서, 미리 결정된 값 범위 내에서, 실질적으로 균일하다.
대안적인 실시예에서, 2차 전기자(14a 및 14b) 모두는 유도 소자(12)에 의해 한정된 영역에 형성된 각각의 도전성 소자를 포함할 수 있다. 당연히, 2차 전기자(24a 및 24b) 역시 유사한 방식으로 유도 소자(22)에 의해 한정된 영역에 형성된 각각의 도전성 소자를 포함할 수 있다. 도 2b의 예에서, 각각의 1차 전기자(14a 및 14b)는 유도 소자(12)에 의해 한정된 영역에서 서로 동심 형상의 각각의 평면형 도전성 소자(51a 및 51b)를 포함한다. 유사한 배열이 대응하는 2차 전기자(24a 및 24b)에 제공되어야 한다. 이러한 방식으로, 1차 소자에 대한 2차 소자의 각도 배치의 자유가 보장된다. 도 2c의 예에서, 각각의 1차 전기자(14a 및 14b)는 유도 소자(12)에 의해 한정된 영역에 바둑판 배열로 형성된, 즉, 2개의 서로 직각인 축을 따라 교대로 배열된 복수의 평면형 도전성 소자(52a 및 52b)를 포함한다. 유사한 배열이 상응하는 보조 전기자(24a 및 24b)에 제공되어야 한다. 이러한 방식으로, 1차 소자에 대해 2차 소자의 2개의 데카르트 좌표 축을 따라 병진 위치 지정의 자유가 보장된다. 도 2d의 예에서, 각각의 1차 전기자(14a 및 14b)는 유도 소자(12)에 의해 한정된 영역에 나란히 배열된(즉, 미리 결정된 우선적 방향을 따라 교대로 배열된) 형상의 복수의 평면형 도전성 소자(53a 및 53b)를 포함한다. 유사한 배열이 2차 전기자(24a 및 24b)에 제공되어야 한다. 이전의 경우에서와 같이, 이러한 방식으로 1차 소자에 대해 2차 소자의 2개의 데카르트 좌표 축을 따라 이동 위치 지정이 역시 자유롭다. 유리하게는, 평면형 도전성 소자(50, 51a 및 51b, 52a 및 52b, 53a 및 53b)의 배열은 1차 회로(10)와 2차 회로(20) 사이의 회전 또는 병진 자유도를 보장한다. 즉, 상술한 바와 같이 형성된 1차 전기자(14a 및 14b) 및 전기자(24a 및 24b)가 결합되어 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 상대적인 방향과 실질적으로 별개의 방식으로 커패시터(C1 및 C2)를 형성한다. 유리하게, 커패시터(C1 및 C2)의 용량은 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 상대적인 방향에 관계없이, 한계에서, 미리 결정된 값 범위 내에서, 실질적으로 균일하다.
바람직하나 반드시 그런 것은 아니며 어떤 경우에도 제한되지 않는, 평면형 도전성 소자(51a, 52a 및 53a)의 총 표면적은 각각 평면형 도전성 소자(51b, 52b 및 53b)의 총 표면적과 일치하여 1차 전기자(14a 및 14b)와 전기자(24a 및 24b)가 결합될 때 실질적으로 동일한 용량으로 커패시터(C1 및 C2)를 정의한다.
1차 전기자(14a 및 14b) 및 전기자(24a 및 24b)의 이러한 구조 또는 기술적 전문 용어로 레이아웃은 몇몇 MHz와 몇몇 GHz 사이와 같이 높은 값의 주파수(f2)에서 용량성 데이터 전송에 적합한 값의 용량을 갖는 커패시터(C1 및 C2)를 얻을 수 있게 한다. 예를 들어, 평면형 도전성 소자를 둘러싸는 유도 소자(12 및 22)의 구조를 크게 변경하지 않고도 수 pF에서 수백 pF 또는 nF 정도의 용량 범위의 용량을 갖는 커패시터(C1 및 C2)를 얻을 수 있다. .
또한, 평면형 도전성 소자는 개방 루프 또는 콤브 구조로 달성될 수 있다. 도 3a 및 3b에서 고려된 예에서, 평면형 도전성 소자(54 및 55)는 '멀티핑거' 구조에 따라 얻어진다. 다시 말하면, 각각의 평면형 도전성 소자(54, 55)는 루프를 형성하지 않도록 서로 이격되고 분리된 복수의 세장부(541, 551) 또는 '핑거'를 각각 포함한다. 이러한 멀티핑거식 평면형 도전성 소자(54 및 55)는 이렇게 얻어진 전기자(14a, 14b, 24a 또는 24b)의 전체 표면적을 높게 유지하여 결합 용량을 최대화하는 동시에 에너지 전달을 위해 전류가 통과하는 유도 소자(12 및 22)에 의해 생성된 가변 자기장에 의해 전기자(14a, 14b, 24a 또는 24b)에서 생성된 기생 전류, 특히, 소위 맴돌이 전류(푸코 전류라고도 함)의 발생을 줄이고 가능하게는 제거할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 이러한 기생 전류의 생성 및 데이터 교환 시스템에 대한 전력 교환 시스템의 임의의 간섭에 의해 야기되는 전달시 전기 에너지의 손실로 인해 1차 회로(10)와 2차 회로(20) 사이의 에너지 전달에 효율 감소가 방지되거나 제한된다. 더욱이, 자기장에 의해 유도된 기생 전류의 감소는 1차 회로(10)(또는 장치(30))에 통합될 수 있는, 당업계에 이물질 검출기법(FOD)으로 알려져 있고 본 명세서에서 상세하게 설명되지 않는, 보호/에너지 절약 회로에 의해 스퓨리어스 물체(즉, 2차 회로(20)와 다르거나 포함하지 않는 도전성 물체)의 오탐지 가능성을 피하거나 낮춘다.
바람직하게는, 각각의 도전성 소자, 특히 멀티핑거식 도전성 소자(54 및 55) 및 도전성 소자(51a, 52a 및 53a)는 1mm 또는 수십 mm 정도의 폭을 갖는 전기 도전성 재료의 트랙으로 제조된다. 이러한 방식으로, 도전성 소자에 유도된 기생 전류가 실질적으로 감소되어, 전기 에너지의 유도 전송과 데이터의 용량성 교환 사이의 충돌을 방지한다. 동시에, 그러한 치수의 트레이스는 높은 값의 주파수(f2)에서 용량성 데이터 전송에 적합한 값의 용량으로, 바람직하게는 pF에서 nF의 용량값으로 커패시터(C1 및 C2)를 형성하도록 적응된 멀티핑거식 도전성 소자(54 및 55)를 정의할 수 있게 한다.
유리하게는, 제한없이, 각각의 도전성 소자(50, 51a, 52a 및 53a, 54 및 55)는 예를 들어 50pm 이하, 바람직하게는 1pm 미만의 감소된 두께를 갖는 도전성 재료의 트랙으로 획득될 수 있다. 또한, 유도 소자(12 및 22)도 역시 전기 도전성 재료로 된 트랙으로 획득될 수 있지만, 반드시 도전성 소자(50, 51a, 52a, 53a, 54 및 55)와 같거나 유사한 두께를 가질 필요가 없다. 이러한 치수는 추가로 기생 전류의 크기를 제한하고 단일 지원 유도 코일 및 용량성 전기자를 사용하여 획득되며 표피 효과와 같은 기타 기생 효과를 최소화할 수 있게 한다.
대안으로 또는 추가로, 1차 전기자(14a 및 14b) 및/또는 2차 전기자(24a 및 24b) 중 하나 이상이 다른 주요 목적을 갖는 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 회로부 또는 제 1 장치(30) 및 제 2 장치(40)의 일부분을 각각 이용하여 구현될 수 있다. 즉, 시스템(1)의 1차 전기자(14a 또는 14b) 중 하나 또는 둘 모두는 각각의 1차 회로부에 의해 정의되고 대응하는 2차 전기자 중 하나 또는 둘 모두는 각각의 2차 회로부에 의해 정의된다. 각각의 1차 회로부와 각각의 2차 회로부는 서로 다른 주 목적을 가지고 있지만, 미리 정해진 용량의 커패시터(C1 및 C2)를 정의하며 서로 상호 작용하도록 적응되거나 구성된다.
이러한 방식으로, 데이터 교환에 유용한 결합 용량을 달성하기 위해 추가 전기자 또는 구성 요소를 필요로 함이 없이 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)의 특히 콤팩트한 구조를 얻을 수 있다. 따라서, 이 방안은 일반적으로 감소된 수의 회로 부품을 필요로 한다.
도 4b의 예에서, 첫 번째 1차 회로부(61a)는, 제 2 연결단자(122)와 함께, 소스 모듈(11)과 같은 다른 회로 부품들과 연결을 위해 제공된 1차 유도 소자(12)에 포함된 제 1 연결단자(121)에 근접한 1차 유도 소자(12)의 일부를 포함한다. 바람직하게, 제한없이, 제 2 연결단자(122)에 근접한 1차 유도 소자(12)의 일부를 포함하는 두 번째 1차 회로부(61)도 또한 이용된다. 1차 회로부(61a 및 61b)의 확장은 데이터 교환 동작의 작동 주파수, 즉 제 2 주파수(f2) 및 각각의 유도 소자(12 및 22)의 인덕턴스에 의존한다. 상세하게, 유도 소자(12 또는 22)의 중앙부(63)는 1차 회로부(61)를 서로 전기적으로 분리하는 개방 회로처럼 제 2 주파수에서 거동한다. 마찬가지로, 2차 회로(20)에서도, 2차 유도 소자(22)의 각각의 연결단자(ㅁ;도시)에 각각 근접한 한 쌍의 2차 회로부(62a 및 62b)가 이용될 수 있다. 2차 회로부(62a 및 62b)의 확장은 유도 소자(12, 22)의 결합된 동작이 주어진 경우에 실질적으로 1차 회로부(61a, 61b)의 확장에 대응한다.
도 4a의 예에서, 1차 회로부(61a 및 61b)는 1차 브리지 커패시터(71)에 의해 서로 연결되고 1차 테일 커패시터(71)에 의해 기준 단자에 연결된다. 마찬가지로, 2차 회로부(62a 및 62b)는 2차 브리지 커패시터(73)에 의해 서로 연결되고 2차 테일 커패시터(74)에 의해 기준 단자에 연결된다. 유리하게는, 커패시터(71, 72, 73 및 74)는 실질적으로 제 2 주파수(f2)에서 단락회로로 및 제 1 주파수(f1)에서 개방 회로로 작동하도록 치수가 정해져 있다.
이러한 구성으로 인해, 제 2 주파수(f2)에서 1차 회로부(61a 및 61b)는 각각의 기준 단자를 통해 송수신 모듈(13)에 직렬로 연결된 두 번째 1차 전기자(14b)를 정의하고, 2차 회로부(62a 및 62b)는 각각의 기준 단자를 통해 송수신 모듈(23)에 직렬로 연결된 두 번째 2차 전기자(24b)를 정의한다.
전기자(14b 및 24b) 사이의 결합에 의해 형성된 정전용량(C2)의 실제 용량은 1차 회로부(61a 및 62b)와 2차 회로부(62a 및 62b)의 확장, 이들의 거리 및 유도 소자(12 및 22)를 구성하는 도전성 필라멘트의 치수에 따라 다르다. 도 4b의 경우, 유도 소자(12)(또한, 유사하게, 도시되지 않은 유도 소자(22))는 평면 형태를 갖는다; 따라서, 이를 정의하는 도전성 재료의 트랙의 폭(w)은 정전용량(C2)의 용량을 결정하는데 기여한다. 어떤 식으로든, 공지의 기술로 형성된 유도 소자(12 및 22)는 시스템 구성에 특별한 편의를 요구함이 없이 구현의 필요에 따라 수 pF에서 수 nF 정도의 용량으로 커패시터(C2)를 정의할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 주파수에서 인덕터의 중앙부에 의해 주어진 전기적 분리는 각각의 단자에 근접한 유도 소자(12 및 22)의 각 세그먼트를 독립적인 회로부로 이용할 수 있게 한다. 즉, 1차 회로부(61a 및 61b)는 서로 독립적으로 사용되고 대응하는 2개의 2차 회로부(62a 및 62b)도 서로 독립적으로 사용된다.
구체적으로, 첫 번째 1차 회로부(61a)는 브리지 커패시터(72)를 통해 1차 송수신 모듈(13)에 연결되는 한편, 두 번재 1차 회로부(61b)는 테일 커패시터(71)를 통해 기준 단자에 연결된다. 마찬가지로, 첫 번째 2차 회로부(62a)는 브리지 커패시터(77)를 통해 2차 송수신 모듈(23)에 연결되는 한편, 두 번째 2차 회로부(62b)는 테일 커패시터(78)를 통해 기준 단자에 연결된다. 유리하게는, 커패시터(75, 76, 77 및 78)는 실질적으로 제 2 주파수(f2)에서 단락회로로 및 제 1 주파수(f1)에서 개방 회로로 작동하도록 치수가 정해져 있다.
이 구성에서, 첫 번째 1차 회로부(61a)는 첫 번째 1차 전기자(14a)를 정의하는 한편, 두 번째 1차 회로부(61b)는 두 번째 1차 전기자(14b)를 규정한다. 마찬가지로, 첫 번째 2차 회로부(62a)는 첫 번째 2차 전기자(24a)를 정의하는 한편, 두 번째 2차 회로부(62b)는 두 번째 2차 전기자(24b)를 정의한다. 이 구성으로 인해, 커패시터(C1 및 C2)는 정상 작동 중에 유도 소자(12, 22) 사이에 형성되는 기생 용량을 이용하여 획득된다. 이는 데이터 교환을 위해 임시 전기자를 형성할 필요가 없기 때문에 더 적은 수의 프로세스 단계로 얻을 수 있는 보다 콤팩트한 구조의 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)를 얻을 수 있다. 특히, 유도부를 변경하지 않고도 고속 데이터 교환이 가능하며, 이는 동시에 또한 용량성 커플링 전기자 역할을 한다. 이 경우에도, 공지의 기술로 형성된 유도 소자(12 및 22)는 시스템(1)의 구성에 특별한 편의를 요구함이 없이 구현의 필요에 따라 수 pF 내지 수 nF 정도의 각각의 용량으로 커패시터(C1 및 C2)를 정의할 수 있게 한다.
대안적인 실시예에 따르면, 도 6a의 예에서 두 번째 1차 전기자(14b) 및 두 번째 2차 전기자(24b)와 같이 1차 전기자(14a 또는 14b) 및 대응하는 2차 전기자(24a 또는 24b) 중 하나는 제 1 장치(30) 및 제 2 장치(40)의 부분(80 및 90), 특히, 각각의 케이스 또는 프레임, EMI 차폐 요소 또는 제 1 장치(30) 및 제 2 장치(40)의 접지면의 도전성 재료로 된 부분을 각각 이용하여 형성된다. 이러한 방식으로, 1차 회로(10) 및 2차 회로(20)에 대한 전용 부품을 추가하지 않고도 원하는 용량의 2차 커패시터(C2)를 얻을 수 있다. 도 6a의 예에서, 제 1 장치(30) 및 제 2 장치(40)의 각 부분(80 및 90)은 대응하는 브리지 커패시터(81 및 91)를 통해 각각의 트랜시버 모듈(13 및 23)에 연결되는 반면, 1차 전기자(14a) 및 2차 전기자(14b)는 특히 도 2a와 관련하여 상술한 바와 같이 형성되며, 여기서 평면형 도전성 소자(50)는 대응하는 유도 소자(12 또는 21)에 의해 한정된 영역에 형성된다; 그러나, 다른 기술에 따라 첫 번째 1차 전기자(14a) 및 두 번째 1차 전기자(24a)를 형성하는 것도 배제하지 않는다.
대안으로, 도 6b의 예에 도시된 바와 같이, 첫 번째 1차 전기자(14a) 및 첫 번째 2차 전기자(24a)는 상기 회로부들 사이의 용량성 결합을 이용하여 원하는 용량의 대응하는 제 1 커패시터(C1)를 획득하기 위해, 예를 들어, 도 4a 및 4b와 관련하여 상술한 바와 같이 각각 유도 소자(12 및 22)의 1차 회로부(61) 및 2차 회로부(62)를 이용하여 얻을 수 있다. 이 경우, 1차 회로부(61a 및 61b)는 각각의 브리지 커패시터(82 및 83)를 통해 서로 및 1차 송수신 모듈(13)에 연결된다. 마찬가지로, 2차 회로부(62a 및 62b)는 각각의 브리지 커패시터(92 및 93)를 통해 서로 및 2차 송수신 모듈(23)에 연결된다. 유리하게, 커패시터(81-83) 및 커패시터(91-93)는 실질적으로 제 2 주파수(f2)에서 단락회로로 및 제 1 주파수(f1)에서 개방 회로로 작동하도록 치수가 정해져 있다.
이러한 방식으로, 단지 적은 수의 커패시터를 도입해 구성 복잡성이 감소된 서로 다른 회로부를 사용하여 원하는 용량의 커패시터(C1 및 C2) 모두가 구현된다.
이 목적에 전용인 전기자를 제공하지 않고도 데이터 교환에 적합한 용량성 결합을 획득하기 위해, 예를 들어, 각각의 제 1 전기자(14a 및 14b)로서 각각의 회로(10 및 20)의 전원 공급 평면 및, 예를 들어, 각각의 제 2 패드(24a 및 24b)로서 각각의 회로(10 및 20)의 접지 평면을 이용하는 것도 배제하지 않는 것이 관찰된다.
이와 관련하여, 본 출원인은 제 1 장치(30) 및 제 2 장치(40)의 부분(80 및 90), 예를 들어 질량 및/또는 전력 공급 평면의 치수를 최적화하여 부분(80 및 90)의 원래 목적을 포함하지 않고도 1차 회로(10)와 2차 회로(20) 간에 신뢰성 있고 효율적인 데이터 교환을 허용하도록 구성된 용량성 결합 영역을 얻을 수 있음을 관찰하였다.
도 7a에 도시된 다른 실시예에서, 1차 전기자, 예를 들어 첫 번째 1차 전기자(14a)는 간섭 현상을 줄이거나 적어도 감쇠시키기 위해 유도 소자가 공간상 중첩되지 않는 영역에서 유도 소자(12 및 22)에 의해 생성된 자기장을 감쇠하도록 구성된 1차 회로(10)에 포함될 수 있는 차폐 요소(100)를 이용하여 획득될 수 있다.
도 7a에서 고려되는 예에서, 차폐 요소(100)는 브리지 커패시터(101)를 통해 1차 송수신 모듈(13)에 연결되는 반면, 인덕터(102)를 통해 기준 노드에 연결된다. 특히, 커패시터(101)는 실질적으로 제 2 주파수(f2)에서 단락회로로 동작하고 제 1 주파수(f1)에서 개방 회로로 동작하도록 치수가 결정된다. 역으로, 인덕터(102)는 실질적으로 제 1 주파수(f1) 및 f2보다 낮은 주파수에서 단락회로로, 그리고 제 2 주파수에서 개방 회로로서 동작하도록 치수가 결정된다.
도 7b의 대안적인 실시예에 도시된 바와 같이, 2차 회로(20)에 차폐 요소(110)가 또한 제공되는 경우, 차폐 요소 역시 방금 설명한 바와 마찬가지로 고려된 예에서 첫 번째 2차 전기자(24a)와 같이 2차 전기자를 획득하기 위해 이용될 수 있다. 구체적으로, 차폐 요소(110)는 브리지 커패시터(111)를 통해 2차 송수신 모듈(23)에 연결되는 반면, 인덕터(112)를 통해 기준 노드에 연결된다. 특히, 커패시터(111)는 실질적으로 제 2 주파수(f2)에서의 단락회로로서 그리고 제 1 주파수(f1)에서의 개방 회로로서 동작하도록 치수가 결정된다. 역으로, 인덕터(112)는 실질적으로 제 1 주파수(f1) 및 f2보다 낮은 주파수에서 단락회로으로서, 그리고 제 2 주파수(f2)에서 개방 회로로서 동작하도록 치수가 결정된다.
이렇게 구상된 본 발명은 본 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 유도 소자 및 이에 따라 상호 결합될 수 있는 임의의 회로부의 모양, 치수 및 레이아웃은 설계 사양 및/또는 구현 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 마찬가지로, 상기 유도 소자에 의해 둘러싸여 형성된 임의의 패드의 형상, 치수 및 레이아웃도 설계 사양 및/또는 구현 요건에 따라 달라질 것이다.
더욱이, 상기 요소에 의해 둘러싸인 패드에 추가로 또는 대안으로 유도 소자를 둘러싸는 전기자 패드가 형성될 수 있다. 그렇지 않으면, 도전성 재료로 만들어진 판에 의해 형성된 와이어 권선 및/또는 전기자를 포함하는 유도 소자로서 평면과 다른 구조를 가진 유도 소자 및 전기자를 형성하는 것도 배제하지 않는다.
또한, 각 트랜시버 모듈에 동적으로 연결된 1차 및 2차 전기자를 제공하여 병진 및 회전 오정렬에 대해 시스템을 동시에 견고하게 만들 수 있다. 다시 말해서, 시스템(1)은 도 2c 또는 도 2d에 도시된 바와 같이 복수의 평면형 도전성 소자에 의해 형성된 1차 전기자 중 적어도 하나를 포함하고 (예를 들어, 적절하게 보정된 임피던스 측정을 제공하도록 구성된 배열에 의해, 또는 바람직하게는 전용의 적절한 프로토콜에 따라 1차 회로와 2차 회로 간의 정보 교환을 통해) 이들을 구별하는 적절한 방법을 구현하는 평면형 도전성 소자를 감지하도록 구성된다.
1차 회로와 2차 회로의 평면형 도전성 소자의 상호 위치가 결정되면, 시스템은 1차 회로의 평면형 도전성 소자의 일부(예를 들어, 절반)를 구성하여 첫 번째 2차 전기자를 자극하고, 1차 회로의 평면형 도전성 소자의 다른 일부, 예를 들어, 두 번째 절반을 구성하여 반대 위상의 신호로 또는 단순히 기준 단자에서 데이터 회로를 닫아 두 번째 2차 전기자를 자극할 수 있다. 이러한 유형의 아키텍처를 얻으려면 1차 전기자의 평면형 도전성 소자가 2차 전기자의 평면형 도전성 소자보다 더 많아야 한다는 것이 분명하다; 더욱이, 1차 전기자의 평면형 도전성 소자는 바람직하게는 2차 전기자의 도전성 소자의 더 작은 치수로 형성된다.
또한, 상술한 실시예들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 모두 결합될 수 있다. 예를 들어, 차폐 요소에 의해 형성된 전기자는 유도 소자에 의해 둘러싸인 패드 또는 유도 소자와 관련된 회로부 중 하나 또는 둘 모두에 의해 정의된 전기자에 결합될 수 있다. 더욱이, 결합된 커패시터는 1차 및 2차 회로를 포함하는 장치의 대응하는 요소에 의해 형성될 수 있고 다른 커패시터는 차폐 요소에 의해 정의된 전기자를 포함할 수 있다.
또한, 모든 세부 사항은 기술적으로 동등한 다른 요소로 대체될 수 있다.
실제로, 사용되는 재료뿐만 아니라 특정 형상 및 치수는 하기 청구범위의 보호 범위를 벗어남이 없이 필요에 따라 임의적일 수 있다.

Claims (18)

1차 회로(10) 및 2차 회로(20)를 포함하는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템(1)으로서,
a) 1차 회로(10)는:
i) 전기 에너지 소스 모듈(11);
ii) 상기 소스 모듈(11)에 연결되고 한 쌍의 연결단자(121, 122)를 포함하는 1차 유도 소자(12);
iii) 데이터를 전자기 신호로 인코딩하고 전자기 신호를 데이터로 디코딩하도록 구성된 1차 트랜시버 모듈(13); 및
iv) 상기 1차 트랜시버 모듈(13)에 연결된 한 쌍의 1차 송수신 전기자(14a, 14b)를 포함하고,
b) 2차 회로(20)는:
i) 전기 에너지 변환 모듈(21);
ii) 상기 변환 모듈(21)에 연결되고 한 쌍의 연결단자를 포함하는 2차 유도 소자(22);
iii) 데이터를 전자기 신호로 인코딩하고 전자기 신호를 데이터로 디코딩하도록 구성된 2차 트랜시버 모듈(23); 및
iv) 상기 2차 트랜시버 모듈(23)에 연결된 한 쌍의 2차 송수신 전기자(24a, 24b)를 포함하며,
상기 1차 유도 소자(12)와 2차 유도 소자(22)는 서로 유도 결합되도록 구성되어, 소스 모듈(11)에서 변환 모듈(21)로 전기 에너지를 전달할 수 있도록 하고, 각각의 1차 송수신 전기자(14a, 14b)는 각각의 2차 송수신 전기자(24a, 24b)에 정전용량적으로 결합되도록 구성되어, 1차 트랜시버 모듈(13)과 2차 트랜시버 모듈(23) 간에 데이터를 교환할 수 있게 하며,
상기 1차 송수신 전기자(14a, 14b) 중 적어도 하나(14a)는 1차 회로부(61a, 61b)에 의해 정의되고 적어도 하나의 대응하는 첫 번째 2차 송수신 전기자(24a)는 2차 회로부(62a, 62b)에 의해 정의되며, 상기 1차 회로부(61a, 61b) 및 상기 2차 회로부(62a, 62b)는 서로 상호 작용하도록 구성되어 미리 정해진 용량의 커패시터를 정의하고,
상기 1차 회로부(61a, 61b)는 상기 1차 유도 소자(12)의 연결단자(121, 122) 중 하나에 근접한 1차 유도 소자(12)의 일부를 포함하며, 상기 2차 회로부(62a, 62b)는 상기 2차 유도 소자(22)의 연결단자 중 하나에 근접한 2차 유도 소자(22)의 일부를 포함하는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
1차 트랜시버 모듈(13)이 1차 유도 소자의 연결단자에 연결되고, 2차 트랜시버 모듈(23)이 2차 유도 소자(22)의 연결단자에 연결되는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
두 번째 1차 송수신 전기자(14b)는 추가 1차 회로부(61b)에 의해 정의되고, 두 번째 2차 송수신 전기자(24b)는 추가 2차 회로부(62b)에 의해 정의되며, 상기 추가 1차 회로부(61b) 및 상기 추가 2차 회로부(62b)는 서로 상호 작용하도록 구성되어 미리 결정된 용량의 추가 커패시터를 정의하는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
적어도 하나의 1차 송수신 전기자(14a, 14b)는 1차 유도 소자(12)에 의해 정해진 영역 내부에 위치된 각각의 도전성 소자(50; 51a; 52a; 53a; 54; 55)를 포함하고, 적어도 하나의 2차 송수신 전기자(24b)는 2차 유도 소자(22)에 의해 정해진 영역 내부에 위치된 하나의 도전성 소자를 포함하는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 4 항에 있어서,
각각의 도전성 소자(54, 55)는 개방 루프 형상을 갖는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 4 항에 있어서,
각각의 도전성 소자(50; 51a, 51b; 52a, 52b; 53a, 53b; 54; 55)는 1/10 또는 1/100 밀리미터 정도의 두께를 가진 도전성 재료의 트랙으로 획득되는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
1차 회로(10)는 제 1 전자장치(30)에 통합되고 2차 회로(20)는 제 2 전자장치(40)에 통합되며, 상기 제 2 전자장치(40)는 제 1 전자장치(30)에 대해 분리 및 이동 가능한 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 7항에 있어서,
제 1 전자장치(30)는 1차 트랜시버 모듈(13)에 연결되고 그와 이진 형식으로 데이터를 교환하도록 구성된 적어도 하나의 1차 처리 모듈(33)을 포함하고, 제 2 전자장치(40)는 2차 트랜시버 모듈(23)에 연결되고 그와 이진 형식으로 데이터를 교환하도록 구성된 2차 처리 모듈(45)을 포함하는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 7 항에 있어서,
제 1 전자장치는 통신 채널의 표준에 따라 인코딩된 데이터와 교환하기 위해 1차 트랜시버 모듈(13)에 연결된 1차 통신 채널을 포함하고, 제 2 전자장치(40)는 통신 채널의 표준에 따라 인코딩된 데이터를 교환하기 위해 1차 트랜시버 모듈(13)에 연결된 2차 통신 채널을 포함하며, 상기 1차 통신 채널 및 2차 통신 채널은 USB, I2C, SPI, PCI Express, HDM1, Display Port, Ethernet, CAN, LIN, Flexray 또는 기타 표준 통신 버스 중에서 선택된 동일한 기술에 속하는 전기 에너지 및 데이터를 전송하기 위한 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 시스템(1)을 통한 전이중 데이터 교환 방법으로서,
a) 1차 전송 모듈(13) 또는 2차 송수신 모듈(23)에서, 각각 2차 전송 모듈(23) 또는 1차 송수신 모듈(13)로 전송될 제 1 이진 데이터를 수신하는 단계;
b) 1차 전송 모듈(13) 또는 2차 송수신 모듈(23)에서, 1차 송수신 전기자(14a, 14b)와 각각의 2차 송수신 전기자(24a, 24b) 사이에 정전용량적 결합을 통해, 각각 2차 전송 모듈(23) 또는 1차 송수신 모듈(23)에 의해 전송된 2차 이진 데이터를 수신하는 단계;
c) i) 제 1 이진 데이터와 제 2 이진 데이터가 모두 논리값 0을 나타내는 경우, 제 1 전압값; ii) 제 1 이진 데이터와 제 2 이진 데이터가 서로 다른 논리값을 나타내는 경우, 제 2 전압값; 또는 iii) 제 1 이진 데이터와 제 2 이진 데이터가 모두 논리값 1을 나타내는 경우, 제 3 전압값을 갖는 멀티레벨 신호를 생성하는 단계를 포함하는 전이중 데이터 교환 방법.
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