KR101687126B1 - 유도 전력 전송 회로 - Google Patents

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데이비드 마틴 풀리
존 드 클레르크
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Abstract

전자기 유도에 의해 유도 전력 전송 시스템(inductive power transfer system)의 하나 또는 그 이상의 2차 유닛들로 무선으로 전력을 전송하기 위해 전자기장을 발생하는 데 유도 전력 전송 시스템의 1차 유닛에서 사용하기 위한 회로로서, 각각의 2차 유닛(secondary unit)이 1차 유닛(primary unit)으로부터 분리가능하고, 상기 회로가, 복수의 구동가능 부분들(drivable portions) - 각각의 부분이 1차 코일(primary coil) 또는 더미 코일(dummy coil)을 포함함 -, 상기 부분들 둘다 또는 상기 부분들 중 적어도 2개에 구동 신호들을 공급하여 상기 1차 코일을 갖는 그 구동되는 부분들이 상기 전자기장을 발생하게 하는 동작을 하는 구동 수단(driving means), 및 상기 구동되는 부분들 중 하나 또는 그 이상의 부분의 상기 1차 또는 더미 코일의 특성을 나타내는 피드백 신호에 따라, 상기 피드백 신호를 조절하는 것에 도움되도록 상기 회로를 제어하는 동작을 하는 제어 수단(control means)을 포함하고, 상기 회로가, 구동되는 그 부분들이 서로 병렬로 연결되고 동조된 공진 응답을 갖도록, 또한 상기 제어가 상기 구동되는 코일들 각각의 이러한 특성을 조절하는 것에 도움되도록 구성되어 있다.

Description

유도 전력 전송 회로{CIRCUITRY FOR INDUCTIVE POWER TRANSFER}
본 발명은, 예를 들어, 휴대용 전기 또는 전자 장치에 전원을 공급하는 유도 전력 전송 시스템에서 사용하기 위한 회로에 관한 것이다.
휴대용 장치에 전원을 공급하기에 적합한 유도 전력 전송 시스템은 다음과 같은 2 부분으로 이루어져 있을 수 있다:
1차 회로(primary circuit)의 적어도 하나의 실시예에 해당하는 적어도 하나의 1차 코일(primary coil)을 갖는 1차 유닛(primary unit) - 1차 유닛은 1차 코일을 통해 교류 전류를 구동하여 시변 자속(time-varying magnetic flux)을 생성함 -.
ㆍ 2차 코일(secondary coil)을 갖는 2차 유닛(secondary unit) - 2차 유닛은 1차 유닛으로부터 분리가능함 -.
2차 코일이 1차 코일에 의해 생성된 시변 자속(time-varying flux)에 근접하여 배치될 때, 시변 자속은 2차 코일에 교류 전류를 유도하고, 따라서 전력이 1차 유닛으로부터 2차 유닛으로 유도적으로 전송될 수 있다.
일반적으로, 2차 유닛은 전송된 전력을 외부 부하에 공급하며, 2차 유닛은 부하를 포함하는 호스트 객체(host object)(2차 장치) 내에 들어가 있거나 호스트 객체에 달려 있을 수 있다. 예를 들어, 호스트 객체는 충전가능한 배터리 또는 전지를 갖는 휴대용 전기 또는 전자 장치일 수 있다. 이 경우에, 부하는 배터리 또는 전지를 충전시키는 배터리 충전기 회로일 수 있다. 다른 옵션으로서, 2차 유닛이, 적당한 배터리 충전기 회로와 함께, 이러한 재충전가능한 전지 또는 배터리(2차 장치)에 포함되어 있을 수 있다.
예를 들어, 복수의 2차 유닛들로 동시에 전력을 전송하기 위해 또는 1차 유닛에 대한 배치의 위치 자유도(positional freedom of placement)를 이러한 2차 유닛들에 제공하기 위해 이러한 시스템 내의 1차 유닛이 복수의 1차 코일들을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 1차 유닛으로 2개 이상의 2차 유닛들에 동시에 전력을 전송하는 것이 바람직하다. 1차 코일과 2차 유닛 간의 1:1 관계가 필수적인 것은 아니며, 본 발명은 2차 유닛으로 전력을 전송하는 데 2개 이상의 1차 코일을 사용하는 것으로 확장된다.
복수의 1차 코일들을 갖는 유도 전력 전송 시스템에 1차 유닛을 제공하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 공지된 1차 유닛 내의 회로와 관련하여 그리고 실제로 하나의 1차 코일을 갖는 1차 유닛에서, 다수의 단가-관련, 성능-관련 및 복잡도-관련 단점들이 확인되었다. 그에 따라, 확인된 단점들 중 하나 이상을 겪지 않는 1차 유닛들에서 사용하기 위한 회로, 및 이러한 회로를 포함하는 1차 유닛 및 유도 전력 전송 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 하나의 1차 코일을 구동하고 제어하는 데 필요한 회로와 똑같은 것을 여러개 재생성할 필요가 그다지 없으면서, 다수의 1차 코일들이 효율적으로 구동되고 제어될 수 있는 1차 유닛을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 2차 유닛과의 관계의 변화에 또는, 예를 들어, 하나의 2차 유닛과 그 다음 2차 유닛 간의 차이점에 민감하지 않은 회로를 갖는 1차 유닛을 제공하는 것에 바람직하다.
본 발명의 제1 양태의 실시예에 따르면, 전자기 유도에 의해 유도 전력 전송 시스템(inductive power transfer system)의 하나 또는 그 이상의 2차 유닛들로 무선으로 전력을 전송하기 위해 전자기장을 발생하는 유도 전력 전송 시스템의 1차 유닛에서 사용하기 위한 회로가 제공되며 - 각각의 2차 유닛(secondary unit)이 1차 유닛(primary unit)으로부터 분리가능함 -, 이 회로는, 복수의 구동가능 부분들 - 각각의 부분이 1차 코일(primary coil) 또는 더미 코일(dummy coil)을 포함함 -, 상기 부분들 둘다 또는 상기 부분들 중 적어도 2개에 구동 신호들을 공급하여 상기 1차 코일을 갖는 그 구동되는 부분들이 상기 전자기장을 발생하게 하는 동작을 하는 구동 수단(예를 들어, 구동 회로), 및 구동되는 부분들 중 하나 또는 그 이상의 1차 또는 더미 코일의 특성을 나타내는 피드백 신호에 따라, 상기 피드백 신호를 조절하는 것에 도움되도록 회로를 제어하는 동작을 하는 제어 수단(예를 들어, 제어 회로)을 포함하고, 상기 회로는, 구동되는 그 부분들이 서로 병렬로 연결되고 동조된 공진 응답을 갖도록, 또한 상기 제어가 상기 구동되는 코일들 각각의 이러한 특성을 조절하는 것에 도움되도록 구성되어 있다.
이러한 코일의 특성(예를 들어, 전기적 특성)은 그 코일 상의 코일 신호의 크기이거나 그 코일 상의 코일 신호의 크기의 함수로서 변하는 특성일 수 있다.
상기 부분들이 영구적으로 서로 병렬로 연결될 수 있거나, 예를 들어, 스위치들로 구동하기 위해 일시적으로 서로 병렬로 연결될 수 있다. 피드백-기반 제어가, 예를 들어, 이러한 스위치들의 제어도 수행할 수 있는 마이크로프로세서 유닛에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 구동가능한 부분은 사실상 그의 상기 1차 코일 또는 더미 코일만을 포함하고 있다. 이러한 실시예는 1차 코일 또는 더미 코일의 수를 증가시키기 위해 회로의 최소 복제를 필요로 한다는 점에서 유익할 수 있다. 복제를 최소화하는 것은 단가면에서 유익할 수 있고, 구동 및 제어 회로를 복제하는 것과 비교하여 품격있는 제어를 가능하게 할 수 있다.
피드백 신호는 구동되는 부분들의 코일들 상의 공통의 전압 또는 전력 신호의 크기를 나타낼 수 있다.
이 회로는 구동되는 그 부분들과 직렬로 공통 연결되도록 구성되어 있는 커패시턴스를 포함할 수 있다. 이러한 커패시턴스는 그 부분들을 공진 응답을 갖도록 효과적으로 동조시킬 수 있다.
이 회로는, 구동 기간 동안에, 구동 신호가 특정의 기본 주파수를 갖도록, 커패시턴스가 특정의 커패시턴스 값을 갖도록, 그리고 구동되는 부분들이 결합된 특정의 (자기) 인덕턴스 값을 갖도록 구성될 수 있다. 이 회로는, 구동 기간 동안에, 구동되는 부분들이 항상 사실상 결합된 특정의 (자기) 인덕턴스 값을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 회로는 그의 설계에서 품격있는 것으로 생각될 수 있으며, 이러한 실시예들은 단가면에서 유익한 것으로 생각될 수 있다.
일 실시예에서 구동 기간의 한 구간 동안에 구동되는 그 부분들이 구동 기간의 다른 이러한 구간 동안에 구동되는 바로 그 부분들이 아니다. 이러한 실시예에서, 서로 다른 때에 서로 다른 부분들을 선택적으로 구동하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 이러한 부분들이 어레이로 제공되는 경우, 전원을 공급받을 2차 유닛의 위치에 대응하는 어레이의 일부에 있는 부분들이 선택적으로 구동될 수 있다.
특정의 커패시턴스 값은 구동되는 부분들이 특정의 기본 주파수에서 공진되도록 되어 있을 수 있다. 즉, 일 실시예에서, 특정의 수의 부분들이 동시에 구동될 때 이 회로가 특정의 기본 주파수에서 공진하도록 특정의 커패시턴스 값이 선택될 수 있다. 이 커패시턴스는 일정한 커패시턴스 값을 가질 수 있고, 구동 신호들은 일정한 기본 주파수를 가질 수 있다.
그 부분들은 사실상 서로 동일한 인덕턴스를 갖도록 구성될 수 있고, 이 회로는 구동 기간의 한 구간 동안에 구동되는 부분들의 수가 구동 기간의 다른 구간 동안에 구동되는 부분들의 수와 동일하도록 구성될 수 있다. 이 시나리오에서, 구동되는 1차 코일의 수가 시간에 따라 다를 수 있으며, 구동되는 더미 코일의 수가 대응하는 방식으로 시간에 따라 변한다. 예를 들어, 1차 유닛 내의 이러한 1차 코일들의 어레이에 대한 하나 또는 그 이상의 2차 유닛들의 위치/배향에 의존하여 특정의 때에 어느 1차 코일들이 구동되는지(또한 심지어 구동되는 1차 코일들의 수)를 변화시키는 것이 바람직할 수 있다. 더 적은 수의 1차 코일들을 구동하는 것이 바람직한 경우, 구동되는 1차 코일들의 수의 감소를 보상하기 위해 더 많은 수의 더미 코일들을 구동하는 것이 바람직할 수 있다.
일 실시예에서, 이 회로는 구동되는 그 부분들이 공통으로 2개의 주 공진 피크(main resonant peak) 및 이들 사이의 거의 평탄한 부분을 갖는 주파수 응답 또는 1차 코일과 2차 유닛 간의 결합으로 인한 회로의 유효 인덕턴스(effective inductance)의 변화에 대해 그다지 변하지 않는 거의 평탄한 부분을 갖는 어떤 다른 응답을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 구동 신호들은 그 평탄한 부분에 위치한 기본 주파수를 가질 수 있다.
구동되는 그 부분들은 둔감 회로(desensitized circuit)의 적어도 하나의 실시예에 해당하는 안정기 회로(ballast circuit)(예를 들어, LC 안정기 회로) 및 직렬 커패시턴스와 공통으로 연결되도록 구성될 수 있고, 직렬 커패시턴스 및 안정기 회로는 구동되는 그 부분들이 공통으로 이러한 주파수 응답을 갖도록 구성될 수 있다.
구동되는 그 부분들이 결합 인덕턴스 L1을 갖도록, 직렬 커패시턴스가 커패시턴스 C1을 갖도록, 그리고 L1의 값 및 C1의 값이 f0 =1/(2π √L1C1)(단, f0은 기본 주파수임)이도록 구성되도록 이 회로가 구성될 수 있다.
안정기 회로가 커패시턴스 C1과 직렬로 인덕턴스 L2를 갖고 직렬-연결된 커패시턴스 C1 및 인덕턴스 L1과 병렬로 커패시턴스 C2를 가질 수 있으며, L2의 값 및 C2의 값이 f0 =1/(2π √L2C2)(단, f0은 기본 주파수임)이도록 구성될 수 있다.
회로의 동작 시에 상기 1차 코일과 상기 2차 유닛 간의 결합으로 인해 경험하는 유효 인덕턴스의 변화의 효과가 사실상 작도록, 값 L1 및 L2는 2개의 주 공진 피크들이 주파수 상에서 충분히 멀리 떨어져 있도록 구성될 수 있다. 이것에 의해 2차측에 있는 경우 이러한 회로가 사실상 안정적으로 될 수 있고 컴포넌트 허용공차에도 불구하고 안정적으로 동작할 수 있다. 값 L1 및 L2는 대략 L1/L2=4이도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 구동가능 부분은, 구동될 때, 2개의 주 공진 피크 및 이들 사이의 거의 평탄한 부분을 갖는 주파수 응답, 또는 1차 코일과 2차 유닛 간의 결합으로 인한 회로의 유효 인덕턴스의 변화에 대해 그다지 변하지 않는 거의 평탄한 부분을 갖는 어떤 다른 응답을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 구동 신호들은 그 평탄한 부분에 위치한 기본 주파수를 가질 수 있다.
구동가능 부분들은, 구동될 때, 서로 거의 동일한 이러한 주파수 응답들을 갖도록 구성될 수 있다. 이것으로 인해 설계 및 제어가 단순하게 될 수 있고, 따라서 구현 비용이 절감될 수 있다. 구동가능 부분들은, 예를 들어, 서로 거의 동일한 구성을 가질 수 있다. 각각의 구동가능 부분은 그의 코일과 직렬인 커패시턴스 및 안정기 회로(LC 안정기 회로 등)를 포함할 수 있고, 각각의 이러한 구동가능 부분에 대해, 그의 코일, 그의 직렬 커패시턴스 및 그의 안정기 회로는 그 구동가능 부분이 구동될 때 이러한 주파수 응답을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 1차 코일(또는 각각의 1차 코일)의 인덕턴스가 더미 코일(또는 각각의 더미 코일)의 인덕턴스와 거의 동일할 수 있고, 구동가능 부분들 내의 직렬 커패시턴스들이 서로 거의 동일할 수 있으며, 구동가능 부분들 내의 안정기 회로들이 서로 거의 동일할 수 있고, 코일들, 직렬 커패시턴스들 및 안정기 회로들이 구동가능 부분들 각각에서 거의 동일한 방식으로 구성될 수 있다.
각각의 구동가능 부분에 대해, 코일은 인덕턴스 L1을 가질 수 있고, 직렬 커패시턴스는 커패시턴스 C1을 가질 수 있으며, L1의 값 및 C1의 값이 f0 =1/(2π √L1C1)(단, f0은 상기 기본 주파수임)이도록 구성될 수 있다. 각각의 구동가능 부분에 대해, 안정기 회로가 커패시턴스 C1과 직렬로 인덕턴스 L2를 갖고 직렬-연결된 커패시턴스 C1 및 코일과 병렬로 커패시턴스 C2를 가질 수 있으며, L2의 값 및 C2의 값이 f0 =1/(2π √L2C2)(단, f0은 기본 주파수임)이도록 구성될 수 있다.
상기 구동가능 부분 각각에 대해, 그 부분의 동작 시에 그의 코일과 2차 유닛 간의 결합으로 인해 경험하는 유효 인덕턴스의 변화의 효과가 사실상 작도록, 값 L1 및 L2는 2개의 주 공진 피크들이 주파수 상에서 충분히 멀리 떨어져 있도록 구성될 수 있다. 이것에 의해 2차측에 변화가 있는 경우 이 부분들이 사실상 안정적으로 될 수 있고 컴포넌트 허용공차에도 불구하고 안정적으로 동작할 수 있다. 값 L1 및 L2는 대략 L1/L2=4이도록 구성될 수 있다.
이 회로는 구동되는 부분들 중 단지 하나로부터 피드백 신호가 획득되도록 구성될 수 있다. 피드백 신호는 그 부분의 1차 코일 또는 더미 코일 상의 전압 또는 전류 또는 전력 신호를 나타낼 수 있다. 제어 회로의 간단함, 따라서 단가의 최소화의 측면에서 이 부분들 중 하나로부터의 피드백 신호만을 필요로 하는 것이 유리하다.
이 회로는 구동되는 부분들 각각으로부터 개별적인 이러한 피드백 신호가 획득되도록 구성될 수 있고, 제어 수단은 피드백 신호들 중 하나 이상에 의존하여 그의 제어를 수행하는 동작을 할 수 있다. 제어 수단은 피드백 신호들 전부에 의존하여 또는 그 신호들의 임의의 서브셋에 의존하여, 선택적으로 이 회로로부터 전력을 수신하는 2차 유닛들의 수 및/또는 위치/배향에 의존하여 그의 제어를 수행하는 동작을 할 수 있다.
일 실시예에서, 이 회로는 개별적인 이러한 피드백 신호가 구동되는 부분들 각각으로부터 및/또는 이 회로로부터 유도적으로 전력을 수신하는 각각의 2차 유닛으로부터 획득되도록 구성될 수 있고, 구동가능 부분들 각각 또는 구동가능 부분들 중 하나가 제어가능 요소를 포함할 수 있으며, 제어 수단이 피드백 신호들에 응답하여 제어가능 요소들을 제어함으로써 그의 제어를 수행하는 동작을 할 수 있다.
부분마다의 개별적인 제어 또는 부분들의 서로에 대한 제어가 이러한 실시예에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어 수단은 제어가능 요소들을 이용하여 구동되는 코일들(예를 들어, 코일들 상의 코일 신호들)의 특성들을 서로에 대해 조절하는 동작을 할 수 있다.
각각의 제어가능 요소가 가변 리액턴스(variable reactance)일 수 있다. 각각의 제어가능 요소가 가변 커패시턴스(variable capacitance)일 수 있다. 각각의 제어가능 요소가 이러한 제어 하에서 그의 부분 내의 구동 신호의 기본 주파수를 변화시키는 동작을 할 수 있다. 각각의 제어가능 요소가 동조가능 인버터(inverter) 또는 하프-브리지(half-bridge) 회로일 수 있다.
각각의 구동가능 부분은 그의 코일과 직렬인 커패시턴스를 가질 수 있으며, 이 커패시턴스가 이러한 제어가능 요소일 수 있다.
각각의 더미 코일은 구동될 때 전자기장을 발생하지 않는 인덕터일 수 있다. 이러한 인덕터는 차폐될 수 있는데, 즉 구동될 때 방사하지 않도록 설계될 수 있다. 더미 코일(또는 각각의 더미 코일)의 인덕턴스가 1차 코일(또는 각각의 1차 코일)의 인덕턴스와 거의 동일할 수 있다.
코일들은 구동될 때 서로 동일한 극성을 가질 수 있거나, 코일들 중 하나 이상이 코일들 중 하나 또는 그 이상의 다른 코일들과 다른 극성을 가질 수 있다.
본 발명의 제2 양태의 실시예에 따르면, 전자기 유도에 의해 유도 전력 전송 시스템(inductive power transfer system)의 2차 유닛으로 무선으로 전력을 전송하기 위해 시변 전자기장을 발생하는 데 유도 전력 전송 시스템의 1차 유닛에서 사용하기 위한 회로가 제공되며 - 2차 유닛이 1차 유닛으로부터 분리가능함 -, 이 회로는, 1차 코일을 포함하는 구동가능 부분, 및 구동가능 부분에 미리 정해진 기본 주파수를 갖는 구동 신호를 공급하여 1차 코일이 상기 전자기장을 발생하게 하는 동작을 하는 구동 수단(예를 들어, 구동 회로)을 포함하고, 구동가능 부분은 구동될 때 2개의 주 공진 피크 및 이들 사이의 거의 평탄한 부분을 갖는 주파수 응답, 또는 1차 코일과 2차 유닛 간의 결합으로 인한 회로의 유효 인덕턴스의 변화에 대해 그다지 변하지 않는 거의 평탄한 부분을 갖는 어떤 다른 응답을 갖도록 구성되어 있으며, 구동 수단은 상기 기본 주파수가 상기 주 공진 피크들 사이의 주파수에서 상기 평탄한 부분에 위치하도록 구성된다.
이 부분은, 구동될 때, 그의 1차 코일이 커패시턴스와 직렬로 그리고 안정기 회로(예를 들어, LC 안정기 회로)에 연결되도록 구성될 수 있고, 1차 코일들, 직렬 커패시턴스 및 안정기 회로는 구동될 때 이러한 주파수 응답을 갖도록 구성될 수 있다.
1차 코일은 인덕턴스(자기-인덕턴스) L1을 가질 수 있고, 직렬 커패시턴스는 직렬 커패시턴스 C1을 가질 수 있으며, L1의 값 및 C1의 값이 f0 =1/(2π √L1C1)(단, f0은 기본 주파수임)이도록 구성될 수 있다. 구동가능 부분이 구동될 때, 안정기 회로는 커패시턴스 C1과 직렬로 인덕턴스 L2를 갖고 직렬-연결된 커패시턴스 C1 및 1차 코일과 병렬로 커패시턴스 C2를 가질 수 있으며, L2의 값 및 C2의 값이 f0 =1/(2π √L2C2)(단, f0은 기본 주파수임)이도록 구성될 수 있다.
회로의 동작 시에 1차 코일과 상기 2차 유닛 간의 결합으로 인해 경험하는 유효 인덕턴스의 변화의 효과가 사실상 작도록, 값 L1 및 L2는 2개의 주 공진 피크들이 주파수 상에서 충분히 멀리 떨어져 있도록 구성될 수 있다. 이것에 의해 2차측에 변화가 있는 경우 이러한 회로가 사실상 안정적으로 될 수 있고 구성요소 허용공차에도 불구하고 안정적으로 동작할 수 있다. 값 L1 및 L2는 대략 L1/L2=4이도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제3 양태의 실시예에 따르면, 본 발명의 전술한 제1 또는 제2 양태에 따른 회로를 포함하는 유도 전력 전송 시스템에서 사용하기 위한 1차 유닛이 제공된다.
본 발명의 제4 양태의 실시예에 따르면, 유도 전력 전송 시스템이 제공되며, 이 시스템이, 전자기장을 발생하는 동작을 하는 1차 유닛, 및 1차 유닛에 근접하여 있을 때, 1차 유닛으로부터의 전자기 유도에 의해 무선으로 전력을 수신하도록 구성되어 있는 적어도 하나의 2차 유닛 - 이 2차 유닛이 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 을 포함하며, 1차 유닛은 본 발명의 전술한 제1 또는 제2 양태에 따른 회로를 포함한다.
본 발명을 구현하는 회로가, 상기 코일들이 나중에 사용 시에 추가될 수 있도록, 상기 코일들을 갖지 않는 형태로 구성될 수 있는 것이 생각되고 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 코일들을 갖지 않지만 그에 연결되도록 구성되어 있는 상기한 양태들에 각각 대응하는 본 발명의 양태들로 확장된다.
본 발명은 범위가 상기한 회로, 1차 유닛 및 유도 전력 전송 시스템 양태들에 대응하는 방법 양태들로 확장될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 전자기 유도에 의해 1차 유닛으로부터 분리가능한 2차 장치를 충전시키는 1차 유닛이 제공되고, 이 1차 유닛이, 적어도 2개의 1차 코일들, 적어도 2개의 1차 코일들에 결합된 교류 전압원 또는 교류 전류원, 및 전압 또는 전류 또는 전력 센서를 포함하고, 1차 유닛이 적어도 2개의 코일들을 거의 동일한 전압, 전류 또는 전력에 유지하기 위해 적어도 하나의 코일에서 전압, 전류 또는 전력을 측정하고 교류 전압원 또는 교류 전류원의 크기를 조절한다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 전자기 유도에 의해 1차 유닛으로부터 분리가능한 2차 장치를 충전시키는 방법이 제공되고, 이 방법이, 적어도 2개의 1차 코일들을 제공하는 단계, 1차 코일에서 전압 또는 전류 또는 전력을 감지하는 단계, 및 2개의 1차 코일들이 거의 동일한 전압, 전류 또는 전력에 유지되도록 전압원 또는 전류원을 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 전자기 유도에 의해 1차 유닛으로부터 분리가능한 2차 장치를 충전시키는 1차 유닛이 제공되고, 이 1차 유닛이, 적어도 2개의 1차 코일들, 적어도 2개의 1차 코일들에 결합된 교류 전압원 또는 교류 전류원, 적어도 하나의 1차 코일에 결합된 적어도 하나의 가변 임피던스, 및 전압 또는 전류 또는 전력 센서를 포함하고, 1차 유닛이 적어도 하나의 코일에서 전압, 전류 또는 전력을 측정하고 다른쪽 코일과 독립적으로 이 코일의 전압, 전류 또는 전력을 변화시키기 위해 가변 임피던스를 조절한다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 전자기 유도에 의해 1차 유닛으로부터 분리가능한 2차 장치를 충전시키는 방법이 제공되고, 이 방법이, 적어도 2개의 1차 코일들을 제공하는 단계, 적어도 2개의 1차 코일들에 전압, 전류 또는 전력을 공급하는 단계, 및 상기 코일에 전달되는 전압, 전류 또는 전력이 다른쪽 코일과 독립적으로 변화되도록 코일들 중 하나에 결합된 임피던스를 변화시키는 단계를 포함한다.
이제부터, 예시로서 첨부 도면들을 참조할 것이다.
도 1은 종래의 유도 전력 전송 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 1차 유닛 내의 안정기 회로의 이점을 이해하는 데 유용한 일련의 개략도이다.
도 5는 시뮬레이션들을 수행하는 데 유용한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.
도 6은 도 5의 회로에 기초한 시뮬레이션 결과들의 그래프이다.
도 7은 공진 피크들 사이의 간격에 대한 인덕터 비율(inductor ratio)의 효과를 보여주는 시뮬레이션 결과의 그래프이다.
도 8은 도 5의 회로의 1차 코일에서의 전류에 대한 도 5의 회로에서의 안정기 인덕터의 인덕턴스 값의 효과를 보여주는 시뮬레이션 결과의 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 서로 다른 실시예들을 각각 형성하는 1차 유닛들의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 1차 유닛들의 충전 표면들 상의 가능한 1차 코일 레이아웃의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 다수의 실시예들을 나타내는 1차 유닛의 개략도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에서 사용하기 위한 구동기의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛의 개략도이다.
본 발명의 실시예들에 대한 더 나은 이해를 위해, 먼저 본 발명을 직접 구현하지는 않지만 본 발명의 실시예들을 이해하는 데 유용한 예시적인 유도 전력 전송 시스템(1)을 참조할 것이다.
도 1은 시스템(1)의 개략도이다. 시스템(1)은 1차 유닛(충전기)(100) 및 2차 유닛(이 경우에, 대용 장치)(200)을 포함한다.
1차 유닛(100)은 DC/DC 컨버터(102), 인버터(104), 커패시터(또는 커패시턴스)(106), 1차 코일(108), 버퍼(110), 및 마이크로프로세서 유닛(MPU)(112)을 포함한다. 2차 유닛(200)은 2차 코일(202), 커패시터(또는 커패시턴스)(204), 정류기(206), DC/DC 컨버터(208) 및 부하(210)를 포함한다. 버퍼(110)는 피크 검출기로 생각될 수 있고, 1차 코일(108) 상의 피크 전압을 측정하는 데 이용될 수 있다.
1차 유닛(100)은 전자기장을 발생하도록 구성되어 있고, 이 전자기장은 1차 코일(108)에 근접하여 (1차 유닛의 충전 표면 또는 전력 전송 표면에 대해 수평 또는 수직 전자기장으로서) 유도될 수 있다. 전자기장의 구성이 1차 코일(108)의 구성(즉, 물리적 레이아웃)에 의존한다는 것을 잘 알 것이다. 이 전자기장이 시스템(1)에서 1차 유닛(100)에 근접하여 위치한, 전력을 필요로 하는 2차 유닛(200)으로 전력을 전송하는 데 이용될 수 있다.
1차 유닛(100)은, 예를 들어, 전력 전송 표면[이 표면 상에 또는 이 표면에 근접하여 각각의 2차 유닛(200)이 배치될 수 있음]을 형성하는 평탄한 플랫폼을 갖는 임의의 적당한 형태를 가질 수 있다. 한 경우에, GB-A-2388716(이는 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기술되어 있는 바와 같이, 전자기장이 이 표면의 전력 전송 영역에 걸쳐 분산될 수 있다. 이 형태의 1차 유닛에 의해 하나 또는 그 이상의 2차 유닛들(200)이 1차 유닛으로부터 전력을 수신하기 위해 동시에 1차 유닛에 근접하여 위치할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 많은 다른 형태의 1차 유닛(100)에 의해 하나 또는 그 이상의 2차 유닛들(200)이 1차 유닛으로부터 전력을 수신하기 위해 동시에 1차 유닛에 근접하여 위치할 수 있다는 것을 잘 알 수 있다. 다른 가능한 형태의 1차 유닛(100)은 선반(shelf)이며, 2차 유닛(200)은 전력을 수신하기 위해 이 선반 상에 배치될 수 있다. 이러한 형태는 2차 장치의 일부가 자기장을 벗어나 있도록 할 수 있는 데에 이점이 있을 수 있다.
도 1의 2차 유닛(200)은 1차 유닛(100)으로부터 분리가능하며, 2차 유닛(200)이 1차 유닛(100)에 근접해 있을 때 1차 유닛(100)에 의해 발생된 전자기장과 결합하는 2차 코일(202)을 포함한다. 이와 같이, 1차 유닛(100)과 2차 유닛(200) 사이에 직접적인 전기-전도성 연결을 필요로 하지 않고, 전력이 1차 유닛(100)으로부터 2차 유닛(200)으로 유도적으로 전송될 수 있다.
유도적으로 전력을 전송하기 위해, 1차 코일(108)에 의해 발생된 자기장/자속이 시변(time-varying)이어야 한다. 그에 따라, 1차 유닛(100)은 1차 코일(108)에 시변 전기 신호(교류 신호 등)를 제공하도록 구성되어 있다.
1차 코일(108) 및 2차 코일(202)은 임의의 적당한 형태를 가질 수 있지만, 예를 들어, 페라이트 또는 비정질 금속(amorphous metal) 등의 고투자율 포머(high-permeability former) 주위에 감겨있는 구리선으로 형성될 수 있다. Litz 전선(Litz wire)은 이 상황들에서 사용될 수 있는 특정 유형의 전선이다. Litz 전선은 여러 가닥의 전선들이 서로 꼬여 있으며, 표피 효과(skin effect) 및 근접 효과(proximity effect)를 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다. 1차 코일(108) 및 2차 코일(202)은, 예를 들어, 크기, 권회수(number of turns), 코어의 유형, 물리적 레이이아웃, 기타에서 서로 다를 수 있다. 다수의 1차 코일 및 2차 코일이 이용될 수 있으며, 1차 코일 및 2차 코일의 수가 서로 다를 수 있다.
도 1로부터 2차 유닛(200)이 전력을 필요로 하는 객체인 휴대용 장치로서 도시되어 있다는 것을 잘 알 것이다. 간단함을 위해, 휴대용 장치가 2차 유닛(200)과 동일한 것으로 도시되어 있지만, 2차 유닛(200)은 휴대용 장치의 구성(예를 들어, 착탈식) 부품일 수 있다. 따라서, 부하(210)가 2차 유닛(200)의 실제 부하인 것으로 생각될 수 있지만, 이 부하(210)가 2차 유닛(200)으로부터 분리되어 있거나 분리가능할 수 있다. 시스템(1)의 1차 유닛(100)이 전자기 유도에 의해 휴대용 장치(200)를 충전시키는 동작을 하는 충전기인 것으로 도시되어 있다. 1차 유닛은 보다 광의적으로 무선 전원 공급 장치인 것으로 생각될 수 있다. 즉, 배터리(또는 기타 에너지 저장 전지)의 충전이 이러한 1차 유닛의 한 예시적인 응용이다.
그에 따라, 2차 유닛(200)은 도 1의 장치의 단지 일부, 예를 들어, 단지 2차 코일(202), 또는 2차 코일(202), 커패시터(204), 정류기(206) 및 DC/DC 컨버터(208)의 조합인 것으로 생각될 수 있다. 따라서, 2차 유닛(200)은 외부 부하[부하(210)]에 연결될 수 있고, 유도적으로 수신된 전력을 외부 부하에 공급하도록 구성될 수 있다. 2차 유닛(200)은 휴대용 전기 또는 전자 장치 또는 충전가능한 배터리 또는 전지 등의 전력을 필요로 하는 객체(2차 장치) 내에 들어가 있거나 이 객체에 달려 있을 수 있다. 2차 유닛(200) 및 2차 유닛(200)에 의해 전원을 공급받을 수 있는 객체들(2차 장치들)의 가능한 설계들에 관한 추가의 정보는 GB-A-2388716(이상에서 언급함)에서 찾아볼 수 있다. GB-A-2388716에서, 이러한 2차 유닛들은 2차 장치라고도 할 수 있다. 2차 유닛(200)은 단지 본 발명의 이해를 증진시키기 위해 휴대용 장치로 도시되어 있다.
본 발명과 관련하여, 2차 유닛들(및/또는 이러한 유닛들을 포함하는 2차 장치들)은 전력을 필요로 하는 임의의 전기 또는 전자 장치들인 것으로 생각될 수 있고, 휴대용의 이러한 장치들, 예를 들어(즉, 이들로 제한되지 않음), 이동 전화, PDA(Personal Digital Assistant), 랩톱 컴퓨터, 개인 스테레오 장비(personal stereo equipment), MP3 플레이어 등, 무선 헤드셋, 차량 충전 유닛, 주방 가전 등의 가전 제품, 신용 카드 등의 개인 카드, 및 상품을 추적하는 데 유용한 무선 태그일 수 있다.
시스템(1)의 1차 유닛(100) 내에서, DC/DC 컨버터(102)는 외부 DC 입력을 수신하기 위해 연결되어 있으며, 수신된 DC 입력을 더 낮은 DC 전압 Vd로 다운-컨버트하는 동작을 한다. DC/DC 컨버터(102)는 높은 효율을 위해 스위치-모드 Buck 컨버터(switch-mode Buck converter)일 수 있다. DC/DC 컨버터(102)는 인버터(104)를 구동하도록 연결되어 있으며, 인버터(104)는 그의 출력에서 AC 전압을 발생한다. 인버터(104)는 기준 발진기(도시 생략)로부터 구동되는 MOSFET 하프-브리지(MOSFET half-bridge)일 수 있다.
인버터(104)에 의해 출력되는 AC 전압은 1차 유도 코일(108)을 구동하는 데 사용된다. 커패시터(106)는 1차 코일과 직렬로 연결되어 있고, 코일/커패시터 결합은 인버터(104)의 동작 주파수(기본 주파수)에서 공진하도록 구성되어 있다. 1차 유닛(100)은, 어떤 경우들에, 직렬 공진 커패시터(106)를 갖지 않을 수 있다. 1차 코일[즉, 인버터(104)의 출력]을 구동하는 전기 구동 신호들에 존재하는 고조파를 감소시키기 위해, 인버터(104)와 1차 코일(108) 사이에 LC 안정기 회로(도시 생략)를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 1차 코일(108)에서의 피크 코일 전압 Vpc는 통상적으로 DC 전압 Vd보다 훨씬 더 큰데, 그 이유는 인버터 다음에 오는 회로[1차 코일(108) 및 커패시터(106)를 포함함]가 공진하도록 구성되어 있기 때문이다.
이 동작 주파수가 일정한 것으로 생각될 수 있거나 효율 이유로 가변적(즉, 동조가능)일 수 있다. 실제로, 코일 전압(즉, 코일에서의 전기 구동 신호의 크기)을 조절하는 방법으로서 주파수가 동조될 수 있다. 예를 들어, 1차 코일(108)이 공진하도록 구성되어 있는 경우, 주파수를 변화시킴으로써 구동 신호의 크기를 변화시킬 수 있다.
시스템(1)의 2차 유닛(200)(휴대용 장치)에서, 다시 말하자면, 코일/커패시터 결합이 공진하도록, 2차 코일(202)이 커패시터(204)와 직렬로 정류기(206)의 입력에 연결되어 있다. 2차 유닛(200)은, 어떤 경우들에, 직렬 공진 커패시터(204)를 갖지 않을 수 있다. 사용 중에, 2차 코일(202)은 1차 코일(108)로부터 전자기 유도를 통해 수신된 AC 전압을 정류기(206)에 제공한다. 정류기(206)는 이 AC 전압을 정류하여 DC/DC 컨버터(208)에 DC 전압을 출력한다. DC/DC 컨버터(208)는 부하(210)가 필요로 하는 입력 전압과 일치시키기 위해 코일로부터의 정류된 전압을 다운-컨버트한다.
DC/DC 컨버터(208)는, 어떤 상황들에서, 양호하게는 선형 컨버터(linear converter)보다는 스위치-모드 컨버터[컨버터(102)와 유사함]이다. 스위치-모드 컨버터는 통상적으로 선형 컨버터보다 훨씬 더 효율적으로 하나의 DC 전압을 다른 DC 전압으로 변환시킬 수 있다. 게다가, 선형 컨버터에 대해서보다 스위치-모드 컨버터에 대해 입력 전압에 대한 효율성의 변동이 더 적다. 선형 컨버터는 일반적으로 저항 양단에서 과도한 전압 강하가 있다. 따라서, 입력 전압과 출력 전압 사이의 차이가 클수록, 효율성이 낮다. 입력 전압에 대한 이러한 효율성의 변동에 의해 시스템(1)의 2차 유닛(200)에 의해 도출되는 전력이 입력 전압에 독립적이지 않을 수 있으며, 이는 바람직하지 않을 수 있다.
2차 유닛(200)의 DC/DC 컨버터(208)는, 선택적으로, 부하(122)에 일정한 전압을 전달하도록 구성되어 있다. 이 일정한 전압은 피드백 루프(도시 생략)에 의해 유지될 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(208)의 입력 전압의 변화에 상관없이 부하(210)의 요구된 입력 전압 Vload를 유지하기 위해, DC/DC 컨버터(208)의 출력 전압이 DC/DC 컨버터(208)의 듀티비를 제어하는 데 사용될 수 있다.
시간의 경과에 따라, 예를 들어, 부하(210)가 충전 사이클을 갖는 배터리인 경우, 부하(210)의 전압 요구사항들이 변할 수 있다. 이러한 배터리들은 이러한 충전 사이클의 일정-전류 부분 및 일정-전압 부분을 가질 수 있으며, 따라서 서로 다른 때에 전압보다도 전류에 중점을 둘 수 있다는 것을 잘 알 것이다. DC/DC 컨버터(208)는 이러한 충전 사이클의 서로 다른 부분들에 대해 서로 다른 레벨들에 요구된 부하 전압 Vload를 유지하도록 구성될 수 있다. 그러나, 요구된 부하 전압 Vload가 통상적으로 비교적 느린 시간스케일(수분)로 변하며, 따라서 짧은 기간(수초)에 걸쳐서는, 이 부하 전압이 비교적 일정한 것처럼 보인다. 그러나, 빠른 시간 스케일(수밀리초)로 "과도 현상"이 일어날 수 있으며, 이러한 일은 일반적으로 드물다. 2차 유닛의 움직임 또는 2차 유닛의 어떤 특정의 능력으로 인해(예를 들어, 이동 전화에서와 같이 RF 기능을 갖는 경우) 이러한 과도 현상이 일어날 수 있다.
시스템(1)의 1차 유닛(100)은 1차 코일 전압 Vpc를 미리 정해진 전압 레벨로 조절한다. 이것은 버퍼(피크 검출기)(110) 및 마이크로프로세서 유닛(112)을 포함하는 피드백 루프에 의해 달성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 코일 전압은 본질적으로 버퍼(110)에 의해 버퍼링되고 마이크로프로세서 유닛(MPU)(112)에 입력된다. 1차 코일 전압에 기초하여, 마이크로프로세서 유닛(112)은 2차 유닛(200)에 의해 제공되는 부하와 상관없이 미리 정해진 레벨의 1차 코일 전압 Vpc를 유지하기 위해 DC/DC 컨버터(102)의 듀티비를 제어할 수 있다.
시스템(1)의 1차 유닛(100)이, 1차 코일 전압 Vpc를 측정하는 것에 부가하여 또는 그 대신에, 1차 코일(108)을 통해 도출되는 전력의 양 또는 1차 코일(108)을 통과하는 전류의 양을 구하도록 구성될 수 있다. 즉, 이 조절이 전압, 전류 또는 전력 측정치에 기초할 수 있다. 예를 들어, 전력이 고려되는 경우, 1차 유닛(100)이 전압 Vd 및 DC/DC 컨버터(102)로부터 도출되는 전류 Id 둘다를 측정하는 것으로 생각될 수 있다. 이 지점에서 전압 및 전류를 측정하는 것은 신호가 DC라는 이점을 갖는다. 마이크로프로세서 유닛(112) 내에서, 관련 신호들이 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하여 샘플링되고 잡음을 감소시키기 위해 저역-통과 필터링될 수 있다. 이 필터링의 일부로서 평균을 구하는 것이 사용될 수 있다. 전압 Vd 및 전류 Id의 값이 이어서, 예를 들어, 마이크로프로세서 유닛(112) 내에서 결정되고, 도출된 전력을 구하기 위해 서로 곱해질 수 있다.
이하의 설명은 본 발명의 다수의 예시적인 실시예들에 대해 상세히 기술한다. 다른 실시예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 가능하다는 것을 잘 알 것이다. 본 명세서에 상세히 기술되는 실시예들에서, 유사한 구성요소들이 유사한 참조 번호들로 표시되어 있으며, 따라서 중복되는 설명은 생략된다. 따라서, 예를 들어, 시스템(1)의 특징들 및 관련 설명이 유추에 의해 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(300)의 개략도이다. 시스템(300)은 1차 유닛(302) 및 복수의 2차 유닛(200)을 포함한다. 따라서, 시스템(300)은 동시에(또는, 예를 들어, 한 장치를 다른 장치로 바꿀 필요없이 순차적으로) 2개 이상의 2차 유닛(200)에 유도적으로 전력을 공급하는 데 유용할 수 있다.
도 2가 회로 레벨에서 제공된 것이고, 이 점에서, 본 발명의 실시예들이 회로 특징들에 중점을 두고 있다는 것을 잘 알 것이다. 그러나, 회로와 관련해서 뿐만 아니라, 본 발명은 1차 유닛 자체(도시된 회로 특징들 이외의 특징들, 예를 들어, 그의 물리적 구조를 포함할 수 있음) 및 이러한 1차 유닛을 포함하는 전력 전송 시스템 전체로 확장된다.
도 2에서, 2차 유닛들(200)은 각각이 2차 코일(202)을 포함하지만 대응하는 회로 장치를 대표하는 것으로 도시되어 있다. 이것은 2차 유닛들(200)이 이러한 2차 장치들의 구성요소들에 불과할 수 있다는 것을 나타내며 개략도를 간단화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 2차 유닛들(200)은 도 1에서의 2차 유닛과 동일한 것일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도 2(및 기타 도면들)의 2차 유닛들(200)은 도 1의 2차 유닛과 다를 수 있고 서로 다를 수 있다.
1차 유닛(302)은 복수의 1차 코일들(108)을 포함한다는 점에서 도 1의 1차 유닛(100)과 다르다. 1차 코일들(108)은 서로 병렬로 연결되어 있다. 3개의 이러한 1차 코일들이 도 2에 도시되어 있지만, 2개 이상의 이러한 코일이 제공될 수 있고 코일들의 수가 많을 수 있다(예를 들어, 최대 10개 또는 최대 50개 또는 그 이상)는 것을 잘 알 것이다.
도 2의 실시예에서, 1차 코일들(108) 중 2개가 그에 근접하여 2차 유닛(200)을 갖는 것으로 도시되어 있고, 제3의 1차 코일(108)이 그에 근접하여 2차 유닛(200)을 갖지 않는 것으로 도시되어 있다. 이것은 단지 예에 불과하며, 1차 코일들(108)의 구성 및 전력을 필요로 하는 2차 유닛들(200)의 수에 따라, 임의의 수의 1차 코일들(108)이 그에 근접하여 하나 또는 그 이상의 2차 유닛들(200)을 가질 수 있다[또는 1차 코일들(108) 중 어느 것도 2차 유닛들(200)을 갖지 않을 수 있다]는 것을 잘 알 것이다. 1차 코일은 (그의 구성에 따라) 동시에 2개 이상의 2차 유닛에 전력을 전송할 수 있다. 유사하게, 2차 유닛은 동일한 1차 유닛 내의 2개 이상의 1차 코일로부터 동시에 전력을 수신할 수 있다.
적어도 이하의 이유들로 도 2의 실시예가 이점이 있다. 도 1의 예시적인 시스템과 비교하여, 1차 유닛(302)은, 회로 내에 많은 똑같은 것들을 필요로 하지 않고, 복수의 1차 코일들(108)을 통해 전력을 전송하는 능력을 갖추고 있다. 상세하게는, 1차 유닛(302) 내에, 부가적인 1차 코일들(108)을 병렬로 추가함으로써 (도 1의 시스템과 비교하여) 부가의 능력이 제공된다. 이와 같이, 부가적인 비용 및 복잡도가 최소로 된다.
일반적으로, 회로 내에 똑같은 것들이 적은 것으로 인해 부가의 능력을 제공하는 실시예들은 똑같은 하위-정격 부분들이 여러개 있는 실시예들보다 상위-정격(고전력 능력) 구성요소들을 필요로 할 수 있다. 일반적으로, 상위-정격 구성요소들을 이용하는 것이 구성요소 수를 증가시키는 것보다 비용이 덜 소요될 수 있다.
게다가, 부가의 회로를 제공할 필요없이 1차 코일들(108) 각각에 대한 전압이 조절될 수 있는데, 그 이유는 1차 코일 전압 Vpc가 병렬-연결된 1차 코일들(108) 전부에 대해 동일하기 때문이다. 따라서, 병렬 결합 양단의 피크 전압이 감지되고 마이크로프로세서 유닛(112)을 통해 피드백되고, 그에 따라 제어 시스템이 1차 코일들(108) 전부를 동일한 조절된 전압 레벨에 유지하도록 구성되어 있다. 도 2의 시스템은 1차 코일들(108) 모두에 근접하여 1차 코일들(108) 중 일부에만 근접하여 부하들(2차 유닛들/장치들)이 있을 때 동작하도록 구성되어 있다. 도 2의 시스템은 서로 다른 1차 코일들(108)에 서로 다른 부하들이 있을 때 동작할 수 있다. 하나의 지점에서의 1차 코일 전압 Vpc에 기초한 조절이 만족스러운 이유는 1차 코일들(108)이 상호 병렬이기 때문이다. 1차 코일들(108) 모두에 공통으로 직렬 커패시터(106)가 제공된다. 따라서, 1차 코일들(108)이 의도된 주파수에서 공진(즉, 동조)되도록 구성된다. 의도된 주파수는 인버터(104)가 그의 교류 전류를 발생하는 주파수(즉, 교류 전류의 기본 주파수)일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(306)의 개략도이다. 1차 유닛(306)은, 예를 들어, 도 2의 실시예에서의 1차 유닛(302)와 바꾸어 사용될 수 있다.
1차 유닛(306)은 안정기 회로(308)가 제공되어 있다는 점에서 1차 유닛(302)과 다르다. 또한, 임의의 수의 1차 코일들(108)이 서로 병렬로 제공될 수 있다는 것이 도 3으로부터 더욱 분명하게 명백할 수 있다.
안정기 회로(308)는 인버터(104)와 커패시터(106) 및 코일(108) 결합 사이에 제공된다. 안정기 회로(308)는 인버터(310) 및 커패시터(312)를 포함한다. 그에 따라, 안정기 회로(308)는 LC 안정기 회로라고 할 수 있다. 인덕터(308)는 인버터(104)와 커패시터(106) 사이에 직렬로 연결되어 있다. 커패시터(312)는 커패시터(106) 및 코일(108) 결합에 병렬로 연결되어 있다.
이 실시예에서, 안정기 회로(308)는 저역-통과 필터로서 동작하여 1차 코일들(108) 상의 신호들에 존재하는 고조파의 크기를 감소시키기 때문에 유리하다. 이것은 1차 유닛(306)에 의한 원하지 않는 무선-주파수 간섭 및 전자기 간섭의 발생을 감소 또는 회피하는 데 도움을 줄 수 있다.
*1차 유닛(306)에 안정기 회로(308)가 존재하는 것은 또한 1차 유닛의 동작의 안정성의 관점에서 그리고 1차 유닛의 동작을 조절하는 측면에서도 유리할 수 있다. 1차 유닛이 하나의 1차 코일(108)을 가질 때와 1차 유닛이 복수의 1차 코일들을 가질 때 모두에서 이러할 수 있다. 이러한 안정기 회로는 유리하게도 구성요소 값들의 적절한 선택에 의해 시스템 안정성을 향상시키도록 구성될 수 있다. 안정기 회로(308)와 관련한 이점들에 대해 이제부터 더 생각해볼 것이다.
도 4는 유도 전력 전송 시스템의 1차 유닛 내의 안정기 회로의 이점을 이해하는 데 유용한 일련의 개략도를 제공한다.
도 4a는 도 2의 시스템의 일부를 나타낸 개략도이다. 1차 코일(108)이 2차측으로 유도적으로 전력을 전송하기 위해 전자기장을 발생하도록 1차측이 일정한 교류 전류를 공급받는 것으로 가정한다. 또한, 2차측의 특성들, 예를 들어, 2차 유닛에서의 부하, 존재하는 2차 유닛들의 수 등을 모르고 있는 것으로 가정한다. 또한, 1차 코일(108)에서의 신호들의 조절이 제공되지 않는 것으로 가정한다. 중요한 것은, 도 4a의 회로에 안정기 회로가 존재하지 않는다는 것이다.
도 4b는 도 4a의 1차측 내의 회로의 주파수 응답을 개략적으로 나타낸 것이다. 실선 곡선은 도 4a의 회로가 하나의 주 피크를 갖는 공진 응답을 가질 수 있다는 것을 나타낸다. 점선으로 나타낸 곡선들은 공진 응답이 2차측의 변화(부하, 2차 유닛들의 수, 기타의 변화)에 따라 변할 수 있는 방식들을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 곡선의 기울기가 공진 피크의 어느 한쪽 측면에서 변할 수 있거나 피크 주파수가 변할 수 있거나, 실제로 이들 변화의 조합이 일어날 수 있다.
1차측에서의 신호들이 특정의 주파수에 있는 경우(예를 들어, 도 4b에서 수직 점선으로 나타냄), 예를 들어, 1차 코일 상의 전압을 조절하는 것이 요망될 때 변하는 주파수 응답이 1차측에 상당한 부담을 추가한다는 것을 잘 알 것이다. 이 문제는 도 4a에서와 같이 하나의 1차 코일(108)인 경우에 존재하며, 도 2에서와 같이 다수의 상호-병렬인 1차 코일들(108)인 경우에 악화된다.
도 4c는 도 3의 시스템의 일부를 나타낸 개략도이다. 또다시, 1차 코일(108)이 2차측으로 유도적으로 전력을 전송하기 위해 전자기장을 발생하도록 1차측이 일정한 교류 전류를 공급받는 것으로 가정한다. 또한, 2차측의 특성들, 예를 들어, 2차 유닛에서의 부하, 존재하는 2차 유닛들의 수 등을 모르고 있는 것으로 가정한다. 또한, 1차 코일(108)에서의 신호들의 조절이 제공되지 않는 것으로 가정한다. 그러나, 이 경우에, 안정기 회로(308)가 그 회로 내에 존재한다.
도 4d는 도 4c의 1차측 내의 회로의 주파수 응답을 개략적으로 나타낸 것이다. 실선 곡선은 도 4c의 회로가 비교적 평탄한 부분에 의해 연결되는 2개의 주 피크를 갖는 공진 응답을 갖도록 구성될 수 있다는 것을 나타낸다. 점선으로 나타낸 곡선들은 공진 응답이 2차측의 변화(부하, 2차 유닛들의 수, 기타의 변화)에 따라 변할 수 있는 방식을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 피크들의 형태가 변할 수 있지만 또한 피크들의 어느 한쪽 측면에서의 기울기가 변할 수 있지만, 거의 평탄한 중앙 부분(도 4d에서 "X"로 나타낸 박스로 표시됨)은, 변화가 있더라도, 거의 변화를 겪지 않는다.
따라서, 1차측에서의 신호들이 편의상 박스 X 내에, 즉 비교적 안정된 중앙 부분에 있는 것으로 선택된 특정의 기본 주파수에 있는 경우, 예를 들어, 1차 코일 상의 전압을 조절하는 것이 요망될 때 변하는 2차측에서의 변하는 주파수 응답이 1차측에 거의 또는 전혀 부담을 추가하지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 사실상, 1차측은 2차측에서의 변화에 민감하지 않다. 도 4a의 회로에 대한 이러한 이점은 하나의 1차 코일(108)이 존재할 시에 제공되고, 아마도 복수의 1차 코일들이 존재하는 경우에 더욱 그러하다. 따라서, 도 3의 회로는 단지 하나의 1차 코일(108)이 제공될 때에도 본 발명을 구현하는 것으로 생각된다.
도 5는 도 4c의 개략도와 유사한, 즉 1차측이 안정기 회로를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다. 이 개략도는 안정기 회로의 이점들을 설명하기 위해 시스템의 동작을 시뮬레이트하는 데 사용되었다.
도 5의 회로의 이해를 돕기 위해, 관련 요소들이 도 1 내지 도 4에서의 대응하는 요소들과 동일한 참조 번호들로 나타내어져 있다. 간략히 말하면, 1차측 회로는 인버터(104)에 의해 구동되고, f0=1/(2π √LC)에 동조되도록 선택된 값들을 갖는 인덕터(310)(안정기, Lbal) 및 커패시터(312)(탱크, Ctank)를 포함한다. 이 회로는 또한 역시 f0에 동조되는 1차 코일(108)(패드 인덕터, Lpad 또는 Lp) 및 커패시터(106)(직렬 공진 커패시터, Cp)를 포함한다. 주파수 f0는 본 시뮬레이션들에서 인버터(104)의 스위칭 주파수로서 선택되며, 이 주파수는 통상적으로 무선 전력 전송 응용에서 100-500 kHz의 범위에 있다. 도 3의 실시예와의 일관성을 위해, 1차 코일(108)(패드 인덕터, Lpad)은 하나의 1차 코일(108) 또는 복수의 상호-병렬인(또는 심지어 직렬-연결된) 코일들일 수 있다. 도 5에서의 부가적인 라벨들은 시뮬레이션들에 대한 표시자들이다.
이 시뮬레이션에서, 인덕터(310)(안정기) 및 커패시터(312)(탱크)는 일정한 AC 전압[인버터(104)로부터 제공됨]에 의해 구동되고, 사실상 정전류원으로서 동작하거나 일정한 코일 전압을 제공하는 데 사용될 수 있다. 이것은 사실상 작은 구성요소 허용공차와 무관한데, 그 이유는 (전술한 바와 같이) 동작이 2개의 주 공진 피크 사이에 있는 주파수-응답 곡선의 평탄한 영역에서 수행되기 때문이다.
도 6은 도 5의 회로에 기초한 시뮬레이션 결과들의 그래프이다. 상세하게는, 도 6은 아랫 부분에 나열된 파라미터 값들을 사용하여 획득된 주파수 응답 곡선이다. 파라미터들의 명칭 표시는 도 5에서의 명칭 표시에 대응한다. 동작 주파수는 323 kHz(0.323 MHz)로 선택되었다.
도 6의 실선 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, 주파수 응답이 도 4d에 도시된 것과 거의 같은 것으로 밝혀졌는데, 즉 2개의 주 공진 피크를 갖고 이들 사이에 거의 평탄한 부분이 있다. 동작 주파수 323 kHz는 2개의 주 피크 사이의 곡선의 중앙에 있는 것으로 선택되었으며, 여기서 이 곡선은 거의 평탄하다. 실선 곡선은 2차 유닛이 존재하지 않는 경우의 응답을 나타내고, 점선 곡선은 2차측이 존재하고 최대 전력으로(at full power) 동작하고 있을 때의 응답을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 곡선에서의(평탄 부분에서의) 동작점은 이 2개의 상황 사이에서 그다지 변하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서, 각각의 구성요소 쌍, 즉 하나의 쌍인 인덕터(310) 및 커패시터(312) 및 다른 쌍인 커패시터(106) 및 1차 코일(108)을 (그들의 인덕턴스 및 커패시턴스 값의 적절한 선택에 의해) 동일한 주파수(f0)에 동조된 채로 유지하는 것이 유리한데, 그 이유는 이것이 동일한 기본 공진 곡선 형상을 유지하기 때문이다. 이 제약조건 내에서, 1차 코일(108)의 인덕턴스에 대한 안정기 인덕터(308)의 인덕턴스의 비율("인덕터 비율")(즉, Lbal/Lpad)이 공진 피크를 주파수 상에서 더 멀리 떨어지게 이동시키며, 안정기 인덕터(308)의 인덕턴스를 낮추면 1차 코일의 전류(패드 전류)가 증가한다. 이하의 수식들은 이 관계들을 이해하는 데 유용하다.
공진 피크는 다음과 같이 위치한다:
Figure 112015062656500-pat00001
여기서, ωpeak는 피크 각주파수(단위: 라디안)이고, ω0는 동작 각주파수(단위: 라디안), 즉 응답 곡선의 중심-주파수이고, Lbal은 안정기 인덕터(310)의 인덕턴스이며, Lpad는 1차 코일(108)의 인덕턴스이다.
1차 코일(108)에서의 전류는 대략 다음과 같이 주어진다:
Figure 112015062656500-pat00002
여기서, Vinp는 도 5에 도시된 바와 같이 입력 교류 전압의 피크 크기이다.
1차 코일 상의 피크 전압은 대략 다음과 같이 주어진다:
Figure 112015062656500-pat00003
Vinp는 인버터(104)에 의해 발생된 기본 주파수(f0에서의 사인파 성분)의 크기이다. 이것은 인버터 레일 전압(inverter rail voltage)과 2/π를 곱한 것과 같은 것으로 생각될 수 있다.
도 7은 공진 피크들 사이의 간격에 대한 인덕터 비율(inductor ratio)의 효과를 보여주는 시뮬레이션 결과의 그래프이다. y-축은 피크들 사이의 간격(단위: 주파수)을 중심 주파수로 나눈 것을 나타낸다. 중심 주파수는 도 6에서 x-축의 중앙에 있다. 도 8은 1차 코일(108)에서의 전류(1차 전류)에 대한 안정기 인덕터(310)의 인덕턴스 값의 효과를 보여주는 시뮬레이션 결과의 그래프이다.
이상의 내용에 기초하여, 도 5에서와 같은 회로를 설계하는 예시적인 설계 프로세스는, 본 발명의 일 실시예에서, 다음과 같을 수 있다:
단계 1: 안정기 인덕터(310) 및 탱크 커패시턴스(312) 쌍이 주파수 f0=1/(2π √ LC)에 동조되도록, 안정기 인덕터(310)의 인덕턴스 값 Lbal 및 탱크 커패시턴스(312)의 커패시턴스 값 Ctank를 선택한다. 또한, 1차 코일(108) 및 직렬 공진 커패시터(106) 쌍이 주파수 f0에 동조되도록, 1차 코일(108)의 인덕턴스 값 Lpad 및 직렬 공진 커패시터(106)의 커패시턴스 값 Cp를 선택한다. 이어서, 인버터(104)의 스위칭 주파수로서 주파수 f0를 선택한다.
단계 2: 공진 피크들이 충분히 멀리 떨어져 있음으로써 구성요소 허용공차의 효과가 사실상 작도록 인덕터 비율 Lbal/Lpad의 값을 선택한다. Lbal/Lpad = 대략 1/4인 것이 타당한 시작점이라는 것을 알았다.
단계 3: 1차 코일(들)(108) 상의 예상 전압은 따라서 대략 다음과 같다:
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1차 코일에서의 권회수가 실제의 인버터 전압, 1차-코일 전압 및 1차-코일 전류에 적합하도록 선택될 수 있다. 인버터 전압 및 코일 전압의 선택은 통상적으로 이용가능한 FET, 효율성 요건, 단가 및 EMC(electromagnetic compatability) 고려사항들에 의해 영향을 받는다. 설계 트레이드오프는 단계 2에서 선택된 비율이 그에 따라 조정된다는 것을 의미할 수 있다.
단계 4: 적절한 경우, 전체적인 설계의 미세-조정을 수행한다. 예를 들어, 영-전압 스위칭(zero-voltage switching)이 모든 허용공차 조건 하에서 인버터 FET에 의해 사용될 수 있도록 안정기 인덕터(310) 및 탱크 커패시터(312) 쌍의 공진 주파수가 약간 조정될 수 있다. 영-전압 스위칭(ZVS)의 사용으로 인해 스위칭 잡음이 낮아지고 손실이 감소된다.
이상의 단계들은 실제로 얼마간 전체적으로 수행될 필요가 있거나 또는 부분적으로 반복하여 수행될 필요가 있을 수 있다. 실제의 구현들에서, 구성요소 값들에 대한 제한들이 있을 수 있으며 따라서 구성요소 값의 완전한 선택 자유도가 없을 수 있다.
다시 도 4 내지 도 8을 살펴보면, 1차 코일이 격리되어 있는 코일의 리액턴스(권선간 커패시턴스 등 기생 성분을 무시함)인 자기-인덕턴스 Lpad 또는 Lp를 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러나, 이 코일이 2차 유닛 내의 2차 코일과 결합될 때, 유효 인덕턴스가 다르게 보일 수 있으며, 1차 코일의 인덕턴스 Ls, 2개의 코일들 간의 결합도 및 2차 코일에 의해 가해지는 부하의 임피던스에 따라 수정될 수 있다. 따라서, 보이는 유효 인덕턴스는 격리되어 있는 측정된 인덕턴스와 다를 수 있다. 유효 인덕턴스는 결합이 얼마나 강한지에 따라 다를 수 있고, 따라서 1차 코일과 2차 코일이 얼마나 가깝게 정렬되어 있는지에 의존할 수 있다. 유효 인덕턴스는 또한 2차 부하에 의존할 수 있으며, 따라서 시간에 따라 변할 수 있다. 이 유효 인덕턴스가 일반적으로 시스템의 공진 주파수를 결정한다. 따라서, 도 4b에서와 같이, 동작 주파수가 때때로 또는 심지어 자주 또는 항상 그 때의 공진 주파수와 다를 수 있으며, 그에 따라 시스템이 일반적으로 약간 "공진을 벗어나" 운전된다. 도 4d에서의 회로의 이점은 따라서 시스템이 의도적으로 2개의 공진 피크들 사이의 주파수에서 운전되는 것, 즉 공진을 벗어나 운전되도록 설계되어 있는 것일 수 있다. 시스템이 따라서 보이는 유효 인덕턴스의 변화에 얼마간 영향을 받지 않는 또는 민감하지 않은 것(즉, 거의 안정적인 것)으로 생각될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(350)의 개략도이다. 시스템(350)은, 시스템(300)과 유사하게, 1차 유닛(352) 및 복수의 2차 유닛(200)을 포함한다.
1차 유닛(352)은, 단지 2개의 1차 코일들(108)이 도시되어 있다는 것을 제외하고는 그리고 1차 코일(108)의 특정의 예시적인 구현이 도시되어 있다는 것을 제외하고는, 일반적으로 1차 유닛(306)과 동일하다. 1차 유닛(352) 내의 각각의 1차 코일(108)은 1차 코어(109)(대응하는 1차 코일(108)의 권선이 그 주위에 감겨져 있고 그의 길이를 따라 분산되어 있음)로서 기능하는 막대-형상의 페라이트를 포함하고 있다. 시스템(350)의 2차 유닛들(200) 내의 2차 코일들(302)도 역시 유사한 구성을 갖는다. 즉, 도 9의 각각의 2차 유닛(200) 내의 2차 코일(202)은 2차 코어(203)(대응하는 2차 코일(202)의 권선이 그 주위에 감겨져 있고 그의 길이를 따라 분산되어 있음)로서 기능하는 막대-형상의 페라이트를 포함하고 있다.
이 실시예에서, 2차 코일들(202)[및 코어들(203)]은 1차 코일들(108)[및 코어들(109)]들보다 약간 작은 치수를 가지며, 장치의 배치에 있어서 어떤 배치 자유도를 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 1차 코일들(108)은 2차 코일들과 동일한 크기일 수 있다(또는 그보다 약간 더 작을 수 있다).
이 실시예에서, 1차 코일들(108)은 공통의 코일 축을 공유하도록 물리적으로 배열되어 있지만, 인접한 이러한 1차 코일들이 서로 정반대 극성을 갖도록 배열되어 있다. 이것이 도 9에 예시되어 있으며, 서로 인접해 있는 2개의 도시된 1차 코일들(108)의 코일 단부들이 서로 공동으로 연결되어 있고 유사하게 먼쪽 단부들도 서로 공동으로 연결되어 있다. 이러한 레이아웃의 이점은 1차 코일들(108)에 의해 발생된 원거리 전자기장(far-field electromagnetic field)이 어느 정도 상쇄될 수 있고 이에 의해 1차 유닛(352)에 의해 야기되는 간섭이 감소될 수 있다. 이와 같이, 더 많은 수의 1차 코일들(108)이 교대로 있는 극성들에 맞춰 제공될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 1차 코일들(108)이 다른 방식으로, 예를 들어, 나란히 배열될 수 있다. 다른 실시예들에서, 1차 코일들이 모두 동일한 극성을 가질 수 있거나, 정반대 극성들이 별도의 위상이 벗어난(out-of-phase) 구동 시스템들로부터 제공될 수 있다.
이 실시예에서의 1차 코일들(108)의 배열은 상기한 1차 유닛의 선반 형태에 적합하다. 일렬로 있는 1차 코일들(108)이 선반 아래에 있을 수 있으며, 이에 의해 선반 자체가 전력 전송 표면(power transfer surface)으로 된다. 이어서, 2차 유닛들(200)이 선반 상에 배열되어 그로부터 유도적으로 전력을 수신할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(362)의 개략도이다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에 제시된 1차 유닛들에 제공되는 1차 코일들(108)의 수는 실시예들마다 다를 수 있다. 이것을 염두에 두고서, 1차 유닛(362)은, 예를 들어, 1차 유닛들(302, 306 및 352)과 바꾸어 사용될 수 있다.
1차 유닛(362)은 다음과 같이 1차 유닛(306)과 다르다. 첫째, 안정기 회로(308), 커패시터(106) 및 1차 코일들(108) 중 하나를 포함하는 회로 부분이 1차 코일(108)마다 반복되고, 그 부분들이 서로 병렬로 연결된다. 둘째, 버퍼(110)(피크 검출기)가 1차 코일들(108) 중 하나에만 연결된다.
그에 따라, 1차 유닛(362)에서, 안정기 회로들 모두가 인버터(104)에 연결되고, 따라서 인버터(104)가 안정기 회로들 모두를 동시에 구동한다. 1차 유닛(362)의 이러한 구성은 앞서 상세히 기술한 안정기 회로(308)의 이점들을 이용한다. 즉, 인버터(104)는 그의 기본 출력 주파수가 병렬-연결된 부분들 각각에 대한 주파수 응답 곡선의 거의 평탄한 부분에 있도록 구성되어 있다. 병렬-연결된 부분들을 서로 상호-유사하도록 구성함으로써, 병렬-연결된 부분들 각각에 대한 주파수 응답 곡선의 거의 평탄한 부분이 주파수 상에서 대략 동일한 곳에 있도록 배열될 수 있다. 따라서, 병렬-연결된 부분들의 전체적인 결합(및 각각의 이러한 부분이 개별적으로)이 2차측에서의 변화들[예를 들어, 2차 유닛(200)의 존재/부존재 또는 2차 유닛(200)의 유형]에 민감하지 않다. 이것이 1차 코일들(108) 중 하나[이 경우에, 최상부 코일(108)]에 대한 전압만을 감지하면서 그 코일들(108) 각각 상에서의 전압을 조절하는 것이 가능한 한가지 이유이다. 즉, 1차 코일들(108) 중 하나의 동작을 조절함으로써, 1차 코일들(108) 전부의 동작이 조절된다. 1차 코일(108)마다 개별적인 조절 회로[예를 들어, 코일(108)마다 개별적인 버퍼(110) 및 더 복잡한 MPU(112)를 필요로 함]를 필요로 하지 않는 것이 단가 측면에서 그리고 복잡도 측면에서 유리하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(372)의 개략도이다. 1차 유닛(372)은, 예를 들어, 1차 유닛들(302, 306, 352 및 362)과 바꾸어 사용될 수 있다.
1차 유닛(372)은, 각각의 1차 코일(108)이 버퍼(110)(피크 검출기)를 통한 피드백 경로를 구비하고 있는 것을 제외하고는, 일반적으로 1차 유닛(362)과 동일하다. 게다가, MPU(112) 대신에 다수의 입력을 갖는 MPU(374)가 제공된다.
1차 유닛(372)은 1차 코일들(108) 각각 상에서의 전압을 감지하고, 이 경우에, 그 감지된 전압들 중 임의의 하나 이상에 따라 DC/DC 컨버터(102)의 동작을 제어함으로써, 그의 동작을 조절하는 동작을 한다. 어떤 상황들에서, 예를 들어, 단지 하나의 2차 유닛(200)이 존재하는 경우, 특정의 1차 코일(108)의 제어의 정확성을 위해 그 특정의 1차 코일(108)로부터의 감지된 전압에 기초하여 조절을 제어하는 것이 유리할 수 있다. 다른 상황들에서, 서로 다른 때에 서로 다른 코일(108) 상에서의 전압에 기초하여 조절을 하는 것이 유리할 수 있다. 전체적으로 보아, 1차 유닛(372)에 고도의 제어 능력이 제공된다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 서로 다른 실시예들을 각각 형성하는 1차 유닛들(382, 392, 402 및 412)의 개략도이다. 이 1차 유닛들 각각은, 예를 들어, 1차 유닛들(302, 306, 352, 362 및 372) 중 임의의 것과 바꾸어 사용될 수 있다.
1차 유닛들(382, 392, 402 및 412) 각각은 이하의 차이점들을 제외하고는 1차 유닛(302)과 일반적으로 동일하다. 이 실시예들이 피드백 신호(회로의 감지 동작)가 1차 유닛 회로 내의 몇개의 서로 다른 지점들 중 임의의 지점에서 획득될 수 있다는 것을 설명하기 위한 것이라는 것을 잘 알 것이다.
도 12의 1차 유닛(382)에서, AC 전압 감지는 1차 유닛(302)에서와 같이 그러나 커패시터(106)와 인버터(104) 사이로부터 제공된다. 도 13의 1차 유닛(392)에서, 1차 코일들[변류기(current transformer)로서 나타내어져 있음]에 AC 전류 센서(394)가 제공된다. 도 14의 1차 유닛(402)에서, DC 전압 감지는 DC/DC 컨버터(102)와 인버터(104) 사이에서 제공된다. 도 15의 1차 유닛(412)에서, DC 전류 감지[직렬 저항기(414) 및 연산 증폭기(416)로 형성됨]는 DC/DC 컨버터(102)와 인버터(104) 사이에서 제공된다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(422)의 개략도이다. 1차 유닛(422)은, 예를 들어, 1차 유닛들(302, 306, 352, 362, 372, 382, 392, 402 및 412) 중 임의의 것과 바꾸어 사용될 수 있다.
1차 유닛(422)은, 병렬 부분들이 안정기 회로를 갖지 않고(다른 실시예는 이러한 안정기 회로들을 포함할 수 있음) 각각의 병렬 부분 내의 커패시터들(106)이 가변 리액턴스들(가변 커패시터들)(424)로 대체되어 있다는 것을 제외하고는, 일반적으로 1차 유닛(372)과 유사하다. 게다가, 1차 유닛(422)은 [버퍼들(110)을 통한] 전압 감지마다 입력을 갖고 가변 리액턴스들의 값을 제어하기 위해 가변 리액턴스(424)마다 출력을 갖는 MPU(426)[MPU(112)를 대신함]를 갖는다.
그에 따라, 1차 유닛(422)에서, 각각의 병렬 부분은 서로 직렬로 연결된 1차 코일(108) 및 가변 리액턴스(424)를 갖는다. 각각의 가변 리액턴스(424)는 이 실시예에서 MPU(426)의 제어 하에서 스위치-인(switch in) 또는 스위치-아웃(switch out)될 수 있는 커패시터들의 어레이에 의해 형성된 가변 커패시터로서 구현된다. 가변 커패시터들은, 예로서, MOSFET 또는 MEM을 사용하여 제조될 수 있다. 가변 커패시터들의 값은 MPU(426)에 의해 제어가능하다.
가변 리액턴스들(424)에서의 커패시턴스 값이 변화됨에 따라, LC 결합[1차 코일(108)과 가변 리액턴스(424)의 LC 결합]은 공진 상태에 들어가거나 공진 상태에서 벗어나도록 동조된다. 이와 같이, 관련 피크 코일 전압이 LC 결합의 공진 주파수를 인버터(104)의 기본 주파수 쪽으로 또는 그로부터 멀어지게 동조시키는 것에 기초하여 제어가능하게 변화될 수 있다.
따라서, 1차 유닛(422)에서, 각각의 1차 코일(108)에서의 피크 전압이 감지되고, 이 피드백 신호들이 DC/DC 컨버터(102) 및 가변 리액턴스들(424) 둘다를 제어하기 위해 MPU(426)에서 사용될 수 있다. 각각의 1차 코일(108)이 서로 다른 전압 레벨에서 조절될 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예들이 전압 감지 및 조절에 중점을 두고 있지만, 본 발명의 다른 실시예들이 1차 코일들(108)에서의 전류 또는 전력을 조절할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
1차 유닛(422)에서, 1차 코일들(108) 각각이 가변 리액턴스(424)를 갖는 것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 1차 코일들(108) 중 하나의 코일이 커패시터(106)와 같은 고정된 커패시터를 가질 수 있고, 다른 코일들이 가변 리액턴스들을 가질 수 있다. 1차 코일들(108) 모두가 DC/DC 컨버터(102)를 제어함으로써 조절될 수 있고, 1차 코일들(108)이 가변 리액턴스들(424)을 제어함으로써 서로에 대해[또한 고정된 커패시터(106)를 갖는 코일(108)에 대해] 조절될 수 있다. 보다 일반적으로, 가변 임피던스(저항을 포함함)가 이용될 수 있지만, 저항과 연관된 손실[열 소산(heat dissipation)으로 나타남]이 일부 실시예들에서는 바람직하지 않을 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(432)의 개략도이다. 이전과 같이, 1차 유닛(432)은 본 발명을 구현하는 전술한 1차 유닛들과 바꾸어 사용될 수 있다.
1차 유닛(432)은, 병렬 부분들이 공통의 인버터(104)에 의해 구동되는 대신에, 각각의 이러한 부분이 하프-브리지(434)에 의해 구동되고 이 하프-브리지들(434)이 공통의 구동기(436) 및 발진기(438)에 의해 구동되는 것을 제외하고는, 1차 유닛(422)과 동일하다.
1차 유닛(422 및 432)에서의 LC 결합에 중점을 두면, 가변 커패시터를 형성하는 몇가지 방법(예를 들어, 바랙터 또는 다양한 직렬 및 병렬 커패시터 결합들을 사용함)이 있다는 것을 잘 알 것이다. 대안으로서, 가변 인덕턴스와 직렬인 고정된 커패시터가 사용될 수 있는데, 그 이유는 L 또는 C를 변화시키면 전체적인 LC 결합이 변화되기 때문이다. 이것은, 전체적인 인덕턴스를 변경하기 위해 서로 다른 권선 세트가 단락되거나 선택될 수 있도록, 개별 커패시터들의 스위치드 어레이(switched array)에 의해 또는, 예를 들어, 페라이트 막대(ferrite rod) 주변에 감겨 있는 코일에 탭들을 제공함으로써 실현될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(442)의 개략도이다. 이전과 같이, 1차 유닛(442)은 본 발명을 구현하는 전술한 1차 유닛들과 바꾸어 사용될 수 있다.
1차 유닛(442)은, 각각의 병렬 부분이 하프-브리지(434)[그리고 구동기(436) 및 발진기(438)] 대신에 그 자신의 인버터(104)를 구비하고 있는 것을 제외하고는, 1차 유닛(432)과 아주 유사하다. 게다가, 가변 리액턴스들(424) 각각이 고정된 커패시터(106)로 대체되어 있다.
도 17과 유사하게, 각각의 병렬 부분의 제어가능성을 제공하기 위해, 각각의 인버터가 MPU(426)에 의해 제어가능한 그 자신의 동조가능한 발진기(444)를 구비하고 있다. 따라서, 각각의 1차 코일(108)에 제공되는 구동 주파수[즉, 관련된 인버터(104)의 기본 출력 주파수]가 공진 쪽으로 또는 공진으로부터 멀어지는 쪽으로 가도록 조정될 수 있으며, 그에 의해 그 양단의 AC 전압(피크 전압 또는, 예를 들어, RMS 전압)을 조정한다. 도 17에서와 같이, 각각의 1차 코일 상의 신호가 버퍼(피크 검출기)(110)를 통해 감지되고, MPU(426)가 시스템 제어/조절을 수행하기 위해 그의 출력들 상의 신호들을 동적으로 제어하는 동작을 한다. 따라서, MPU(426)는 DC/DC 컨버터(102)의 동작 및/또는 동조가능한 발진기들(444) 중 하나 또는 그 이상의 동작을 선택적으로 제어할 수 있다. MPU(426)는 1차 코일들(108) 각각에서의 전압(또는, 다른 실시예들에서, 전류 또는 전력)을 모두 동일한 레벨로 또는 원하는 바에 따라 서로 다른 레벨들로 동적으로 조절하는 동작을 한다.
이전과 같이, 인버터들(104) 각각이 그 자신의 동조가능한 발진기(444)를 구비하고 있을 필요가 없다. 예를 들어, 인버터들(104) 중 하나의 인버터가 고정-주파수 발진기를 구비하고 있을 수 있고, 다른 인버터들이 동조가능한 발진기들(444)을 가질 수 있다. 1차 코일들(108) 모두가 DC/DC 컨버터(102)를 제어함으로써 조절될 수 있고, 1차 코일들(108)이 동조가능한 발진기들(444)을 제어함으로써 서로에 대해[또한 고정-주파수 발진기를 갖는 코일(108)에 대해] 조절될 수 있다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 1차 유닛들의 충전 표면들 상의 가능한 1차 코일(108) 레이아웃의 개략도이다. 이러한 실시예들에서, 2차 유닛(200)이 충전될 1차 유닛들의 이러한 충전 표면들 상의 아무 곳에나 또는 거의 아무 곳에나 배치될 수 있게 되어 있다. 이러한 경우들에, 관련된 1차 유닛은 복수의 1차 코일들을 포함할 수 있다.
도 19에서, 충전 표면은 감겨있는 페라이트 코일들(450)의 어레이, 즉 페라이트 후방-플레이트(452) 상의 감겨있는 코일들(450)의 어레이를 갖는다. 도 20에서, 충전 표면들은 PCB((printed circuit board))(462) 상에 에칭되는 인쇄된 육각형 나선상 코일들(460)의 어레이를 가지며, 이 PCB는 그 아래에 페라이트 및/또는 금속 차폐를 가질 수 있다. 도 20에서, 각각의 육각형 배열(460)이 개별적인 코일인 것으로 생각될 수 있다. 직사각형(464)은 충전될(즉, 2차 유닛으로부터 유도적으로 전력을 수신할) 관련 1차 유닛의 충전 표면 상에 배치된 2차 유닛(200) 또는 이러한 2차 유닛을 포함하는 2차 장치의 가능한 풋프린트를 나타낸다.
일부 실시예들에서, 다수의 2차 유닛들이 동시에 충전될 수 있도록, 2차 유닛(200)의 풋프린트가 충전 표면 상의 충전 영역보다 작을 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 도 19 및 도 20에 도시된 것들과 같은 어레이들에서, 특정의 때에 어떤 코일들만이 활성이도록, 1차 코일들(108)을 스위치-인 및 스위치-아웃하는 것이 가능할 수 있다. 하나의 1차 코일(108)이 스위치-아웃될 때, 동일한 전체적인 인덕턴스를 유지하고 시스템을 공진 상태로 유지하기 위해, 그 대신에 인덕터(더미 코일)를 스위치-인하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 새로운 실시예들을 형성하기 위해 이 개념이 유추에 의해 이전에 기술한 실시예들 중 임의의 실시예에 적용될 수 있고, 이 개념에 대해 본 명세서에서 나중에 더 상세히 살펴본다. 이 개념은 또한 단지 하나의 2차 유닛이 전력을 수신하고 있을지라도 유리할 수 있는데, 그 이유는 서로 다른 1차 코일들 및 심지어 서로 다른 수의 1차 코일들이 충전 표면에 대한 2차 유닛의 위치 및/또는 배향에 따라 활성일 필요가 있을 수 있기 때문이다. 따라서, 이러한 배치/배향에 따라, 서로 다른 더미 코일들 또는 서로 다른 수의 더미 코일들이 시스템 공진을 유지하기 위해 서로 다른 때에 활성일 필요가 있을 수 있다.
"더미 코일들"은 1차 코일들보다 작고 가벼울 수 있는 표준의 인덕터일 수 있다. 게다가, 더미 코일들은 1차 코일들에 의해 발생되는 전자기장에 영향을 미치지 않도록 차폐될 수 있거나 방사하지 않도록 설계될 수 있다. 더미 코일들은 1차 유닛에서 전력 전송 영역으로부터 멀리 떨어져 위치하여 그로부터의 영향(열, 방사, 기타)을 최소화할 수 있다. 따라서, 더미 코일들이 발생된 전자기장에 영향을 주지 않으면서, 그 더미 코일들을 사용하여 구동 회로로부터 보는 인덕턴스를 유지하는 것이 가능할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(472)의 개략도이다. 이전과 같이, 1차 유닛(472)은 본 발명을 구현하는 전술한 1차 유닛들 중 임의의 것과 바꾸어 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, "더미 코일" 개념은 전술한 실시예들 중 임의의 실시예에 적용될 수 있고, 1차 유닛(472)은 도 3의 1차 유닛(306)에 적용되는 이 개념의 예이다.
도 21로부터 알 수 있는 바와 같이, 1차 코일들(108) 각각은 [예를 들어, MPU(112)의 제어 하에서] 스위치-인 또는 스위치-아웃될 수 있도록 스위치(474)와 직렬로 제공된다. 1차 코일들(108)[및 스위치들(474)]과 병렬로, 스위치들(478)과 직렬로 연결된 대응하는 인덕터들(476)(더미 코일들로서 기능함)이 제공되어 있다. 따라서, 하나의 1차 코일(108)이 스위치-아웃될 때, 1차 코일들(108) 및 인덕터들(476)의 병렬 배열의 동일한 전체적인 인덕턴스를 유지하기 위해 인덕터(더미 코일)(476)가 스위치-인될 수 있다.
이상의 설명은, 하나가 회로 내의 다른 것을 대체하기 위해 연결될 수 있도록, 1차 코일들(108)과 인덕터들(더미 코일들)(476)의 인덕턴스 사이의 1:1 관계를 가정한다. 1차 유닛(472)을 생각할 때의 추가적인 가정은 동일한 수의 1차 코일들(108) 및 인덕터들(더미 코일들)(476)이 제공되어 있다는 것이다. 이것이 본 발명의 일 실시예에 대해서는 적용되지만, 다른 실시예들에 대해서는 적용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, 언제라도 특정의 수까지의 1차 코일들(108)만이 스위치-아웃되는 것을 알 수 있다. 그 경우에, 그 특정의 수의 인덕터들(476)만[이 수는 1차 코일들(108)의 수보다 작을 수 있음]을 제공할 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에서, 1차 코일들(108)이 스위치-아웃될 때, 항상 적어도 특정의 수의 1차 코일들이 스위치-아웃되는 것을 알 수 있다. 그 경우에, 인덕터들(더미 코일들)(476) 중 하나를, 그 특정의 수의 1차 코일들(108)(이 수는 1보다 클 수 있음)과 동일한 인덕턴스를 갖도록, 구성할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들을 형성하는, 1차 코일들(108) 및 인덕터들(더미 코일들)(476)의 다른 배열들이 가능하다는 것을 잘 알 것이다.
도 22는 본 발명의 다수의 실시예들을 나타내는 1차 유닛(492)의 개략도이다.
1차 유닛(482)은 1차 코일들(108) 및 인덕터들(더미 코일들)(476)의 스위치-인 및 스위치-아웃의 개념이 본 발명의 실시예들에 어떻게 적용될 수 있는지를 개괄적으로 설명하기 위한 것이다. 1차 유닛(482)은 1차 코일들(108) 및 인덕터들(476)의 어레이, 구동기(484) 및 스위치 유닛(486)을 포함한다. 1차 코일들(108) 및 인덕터들(476)은 한쪽 단부에서 스위치 유닛(486)을 통해 구동기(484) 내의 접지 단자에 공통으로 연결된다. 1차 코일들(108) 및 인덕터들(476) 각각의 다른쪽 단부는 스위치 유닛(486)의 제어 하에서 구동기(484)의 출력 1 또는 출력 2 중 어느 하나에 선택적으로 연결가능하다. 명백하게 될 것인 바와 같이, 구동기(484)는 임의의 수의 출력들을 가질 수 있고, 편의상 단지 2개만이 도시되어 있다.
1차 유닛(482)의 구성은 일반적으로 본 명세서에 개시되어 있는 1차-유닛 실시예들에 적용가능하다. 예를 들어, 1차 코일들(108)은 도 19 또는 도 20에서의 어레이일 수 있다. 또한, 예를 들어, 단지 하나의 출력을 갖는(또는 다른 출력들이 연결되지 않은) 구동기(484)를 생각할 때, 1차 코일들(108) 및 인덕터들(476)은 도 21의 것들일 수 있고, 스위치 유닛(486)은 도 21의 474 및 478의 스위치들의 결합일 수 있으며, 구동기(484)는 도 21의 회로의 나머지 부분들일 수 있고 구동기 출력은 도 21의 커패시터(106)와 버퍼(110) 사이에 있다.
구동기(484)에 2개 이상의 출력을 제공하는 것의 이점은 1차 코일들(108) 및 인덕터들(476)이 출력당 한 세트씩 세트로 제어될 수 있음으로써 (예를 들어) 한 세트가 다른 세트에 대해 다른 전압으로 조절될 수 있다. 도 22에 예시된 바와 같이, 임의의 수의 1차 코일들(108) 및 인덕터들(476)이 구동기 출력들 중 임의의 출력에 연결될 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예를 형성하기 위해 구동기(484)와 교환될 수 있는 구동기(492)의 개략도이다. 1차 코일들(108)이 출력 1 및 출력 2를 남기고 제거되었으며 하프-브리지들(434)의 나머지 하위 출력들이 모두 공통으로 호환성을 위해 도 22의 공통 접지에 연결되어 있는 것을 제외하고는, 구동기(492)가 도 23의 1차 유닛(492)과 동일하다는 것을 잘 알 것이다. 그에 따라, 한 세트의 1차 코일들(108)[또는 인덕터들(476)]이 (출력 1을 통해) 하나의 전압으로 조절될 수 있고 다른 세트의 1차 코일들(108)[또는 인덕터들(476)]이 (출력 2를 통해) 다른 전압으로 조절될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 다시 말하지만, 이전와 같이, 조절은 전압, 전류 또는 전력 조절일 수 있다.
서로 다른 1차 코일들(108)이 서로 다른 1차-코일 전압들로 조절되는 것은 동일한 충전 표면에 있는 또는 적어도 동일한 1차 유닛으로부터 유도적으로 전력을 수신하는 서로 다른 부하들[예를 들어, 서로 다른 유형의 2차 유닛(200) 또는 2차 장치]에 서로 다른 레벨들의 전력을 공급하는 데 유용할 수 있다. 이것은 또한 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합이 1차 유닛에 대한 2차 유닛의 위치 및/또는 배향에 따라 크게 변할 수 있기 때문에 유용할 수 있다. 게다가, 실제의 커패시터들 및 인덕터들에서의 허용공차로 인해 한 2차 유닛 또는 장치와 그 다음 2차 유닛 또는 장치 간의 차이가 생길 수 있다.
이러한 결합의 변동으로 인해 2차 유닛들/장치들이 큰 전압 입력 범위에 대처해야만 할 수 있으며, 일반적으로 2차 유닛이 낮은 전압-정격 구성요소들을 포함할 수 있음으로써 단가를 감소시키고 효율을 향상시킬 수 있도록 2차 유닛/장치가 대처해야만 하는 전압 범위를 제한하는 것이 바람직하다. 이것을 염두에 두고서, 본 발명의 일 실시예에서, 1차 유닛들 및 2차 유닛들이 서로 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서의 2차 장치가 그의 전력 요구조건을 나타내는 정보를 1차 유닛으로 전달하도록 구성될 수 있다. 그에 응답하여, 1차 유닛은 그에 따라 관련 1차 코일들을 조절하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서 이러한 통신이 단방향 통신, 예를 들어, 2차 유닛으로부터 1차 유닛으로의 통신이면 될 수 있지만 보다 안정적인 통신이 양방향 통신을 이용할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 유닛(502)의 개략도이다. 1차 유닛(502)은 1차 유닛(582)의 예시적인 구현이며, 여기서 1차 코일들(108) 및 인덕터들(더미 코일들)(476)의 뱅크들이 (도 21에서와 같이) 개별적으로 도시되어 있으며 스위치 유닛(486)의 예시적인 구현이 명확하게 도시되어 있다. 게다가, 스위치 유닛(486)의 제어가 본 명세서에 개시된 본 발명의 다른 실시예들에 도시된 MPU들의 일부이거나 그 MPU들과 분리되어 있을 수 있는 MPU(504)에 의해 처리될 수 있다는 것이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 18에서와 유사하게, 1차 유닛에서의 구동 주파수를 제어가능하게 변화시키는 것이 유리할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 2차 유닛들이 DC/DC 컨버터들을 포함하지 않고 그 대신에 1차 유닛으로 피드백 정보를 전달하는 경우에 유용할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 1차 유닛은 잠재적으로, 2차 유닛들로부터의 피드백 신호들에 따라, 한 2차 유닛에 대한 1차 코일 또는 코일들을 한 주파수에서 구동할 수 있고 다른 2차 유닛에 대한 다른 1차 코일 또는 코일들을 다른 주파수에서 구동할 수 있다. 이점에서, 적어도 일부 실시예들은 2차측으로부터 피드백 신호들(부가하여 또는 대신에, 1차측으로부터의 피드백 신호들)을 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 가능하다는 것을 잘 알 것이다.

Claims (24)

  1. 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 1차 유닛으로서, 상기 1차 유닛은,
    1차 회로;
    둔감 회로(desensitizing circuit);
    동작 주파수에서 상기 1차 회로 및 둔감 회로를 구동하여 상기 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 전자기장을 생성하도록 동작 가능한 구동 회로를 포함하고,
    상기 1차 회로 및 둔감 회로는 상기 무선 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나가 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에 응답하여 변하지 않도록 구성되는, 1차 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 유닛은 상기 2차 유닛과의 관계의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 유닛은 복수의 다른 2차 유닛들 사이의 관계의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 상기 동작 주파수는 가변인, 1차 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1차 회로는 1차 인덕터를 포함하고, 상기 둔감 회로는 둔감 인덕터를 포함하며, 상기 1차 회로 및 둔감 회로는 상기 무선 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나가 상기 1차 인덕터 값의 선택 및 상기 둔감 인덕터 값의 선택에 의해 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에 응답하여 변하지 않도록 구성되는, 1차 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 1차 회로 및 둔감 회로는, 구동될 때, 주파수 응답을 갖도록 구성되고, 상기 동작 주파수 근처의 상기 주파수 응답의 일부는 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에도 불구하고 안정적으로 유지되는, 1차 유닛.
  7. 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 1차 유닛으로서, 상기 1차 유닛은,
    구동될 때, 주파수 응답을 제공하도록 구성되는 1차 회로 및 둔감 회로;
    동작 주파수에서 상기 1차 회로 및 둔감 회로를 구동하여 상기 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 전자기장을 생성하도록 동작 가능한 구동 회로를 포함하고,
    상기 동작 주파수 근처의 상기 주파수 응답의 일부는 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에도 불구하고 안정적으로 유지되는, 1차 유닛.
  8. 제7항에 있어서, 상기 1차 유닛으로부터의 무선 전력 전송은 상기 1차 유닛과 상기 2차 유닛 사이의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  9. 제7항에 있어서, 상기 1차 유닛으로부터의 무선 전력 전송은 상기 1차 유닛과 복수의 다른 2차 유닛들 사이의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  10. 제7항에 있어서, 상기 동작 주파수는 가변인, 1차 유닛.
  11. 제7항에 있어서, 상기 1차 회로 및 둔감 회로는 상기 무선 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나가 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에 응답하여 변하지 않도록 구성되는, 1차 유닛.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 1차 회로는 1차 인덕터를 포함하고, 상기 둔감 회로는 둔감 인덕터를 포함하며, 상기 1차 회로 및 둔감 회로는 상기 무선 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나가 상기 1차 인덕터 값의 선택 및 상기 둔감 인덕터 값의 선택에 의해 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에 응답하여 변하지 않도록 구성되는, 1차 유닛.
  13. 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 1차 유닛으로서, 상기 1차 유닛은,
    인덕턴스 값을 갖는 1차 인덕터 및 인덕턴스 값을 갖는 둔감 인덕터를 포함하는 1차 회로 - 상기 1차 유닛은 상기 1차 인덕터의 인덕턴스 값 및 둔감 회로 인덕터가 유효 인덕턴스에 기여하는 상기 유효 인덕턴스를 가짐 - ;
    상기 1차 회로를 구동하여 상기 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 전자기장을 생성하도록 동작 가능한 구동 회로를 포함하고,
    상기 1차 인덕터의 인덕턴스 값 및 상기 둔감 회로 인덕터의 인덕턴스 값은 상기 유효 인덕턴스의 변화가 상기 1차 인덕터와 상기 2차 유닛 사이의 결합으로 인해 존재하지 않도록 선택되는, 1차 유닛.
  14. 제13항에 있어서, 상기 1차 유닛으로부터의 무선 전력 전송은 상기 1차 유닛과 상기 2차 유닛 사이의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  15. 제13항에 있어서, 상기 1차 유닛으로부터의 무선 전력 전송은 상기 1차 유닛과 복수의 다른 2차 유닛들 사이의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  16. 제13항에 있어서, 상기 1차 회로는 상기 무선 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나가 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에 응답하여 변하지 않도록 구성되는, 1차 유닛.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 1차 회로는 구동될 때 주파수 응답을 갖도록 구성되고, 동작 주파수 근처의 상기 주파수 응답의 일부는 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에도 불구하고 안정적으로 유지되는, 1차 유닛.
  18. 하나 이상의 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 1차 유닛으로서, 상기 1차 유닛은,
    1차 회로;
    둔감 회로;
    동작 주파수에서 상기 1차 회로 및 둔감 회로를 구동하여 하나 이상의 2차 유닛으로 무선 전력을 전송하기 위한 전자기장을 생성하도록 동작 가능한 구동 회로 - 상기 1차 회로와 상기 하나 이상의 2차 유닛 사이의 결합은 결합 값의 범위 내에 있음 - 를 포함하고,
    상기 1차 회로 및 둔감 회로는 결합 값의 범위 내에서 결합의 변동이 상기 1차 유닛으로부터의 출력을 변하지 않게 하도록 구성되는, 1차 유닛.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 1차 회로 및 둔감 회로는 상기 동작 주파수에서 상기 구동 회로에 의해 구동될 때 제1 결합 값에서 제1 주파수 응답을 갖도록 구성되고, 상기 1차 회로 및 둔감 회로는 상기 동작 주파수에서 상기 구동 회로에 의해 동작 시 제2 결합 값에서 제2 주파수 응답을 갖도록 구성되고, 상기 동작 주파수에서 상기 제1 주파수 응답과 제2 주파수 응답은 유사한, 1차 유닛.
  20. 제18항에 있어서, 상기 1차 유닛으로부터의 무선 전력 전송은 상기 1차 유닛과 상기 2차 유닛 사이의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  21. 제18항에 있어서, 상기 1차 유닛으로부터의 무선 전력 전송은 상기 1차 유닛과 복수의 다른 2차 유닛들 사이의 변화에 영향을 받지 않는, 1차 유닛.
  22. 제18항에 있어서, 상기 동작 주파수는 가변인, 1차 유닛.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 1차 회로는 1차 인덕터를 포함하고, 상기 둔감 회로는 둔감 인덕터를 포함하며, 상기 1차 회로 및 둔감 회로는 상기 무선 전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나가 상기 1차 인덕터 값의 선택 및 상기 둔감 인덕터 값의 선택에 의해 상기 1차 유닛과 2차 유닛 사이의 결합의 변동에 응답하여 변하지 않도록 구성되는, 1차 유닛.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 1차 회로 및 둔감 회로는 동작 시 주파수 응답을 갖도록 구성되고, 상기 동작 주파수 근처의 상기 주파수 응답의 일부는 상기 1차 유닛과 하나 이상의 2차 유닛 사이의 결합의 변동에도 불구하고 안정적으로 유지되는, 1차 유닛.
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