KR101888417B1 - 반대로 권선된 유도형 전원 - Google Patents

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매튜 제이 노콩크
조슈아 케이 슈바네케
데이빗 더블유 바르맨
닐 더블유 카이벤호벤
벤자민 씨 모스
콜린 제이 무어
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필립스 아이피 벤쳐스 비.브이.
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Abstract

본 발명은 무접촉 전원에 관한 것이다. 무접촉 전원은 둘 이상의 일차 코일들을 포함하고 협력적인 자기 플럭스의 이 영역을 대체로 그 사이에서 생성한다. 이차 코일을 가지는 휴대용 장치가 자기 플럭스의 이 영역에 인접하게 배치되어 무접촉 전원으로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 이격된 일차 코일은 공통 축 주위로 교번적인 방향으로 권선되고 같은 위상으로 구동될 수 있거나, 또는 공통 축 주위로 단일 방향을 중심으로 권선되고 예를 들어, 약 180도의 위상차를 가지고 구동될 수 있다. 무접촉 전원은 상이한 이차부분 구성들 및 전력 소모 요구들을 각각 가지는 복수의 휴대용 장치들을 수용하기 위해 조정가능한 어레이 내에 복수의 일차 코일들을 포함할 수 있다.

Description

반대로 권선된 유도형 전원 {COUNTER WOUND INDUCTIVE POWER SUPPLY}
본 발명은 전원에 관한 것이고, 보다 특히 다양한 휴대용 장치로 전력을 공급할 수 있는 무접촉 전원에 관한 것이다.
무접촉 전원은 기계적인 연결 없이 전기 에너지를 하나 이상의 휴대용 장치들로 전달한다. 전형적인 무접촉 전원은 시간-가변적인 전자기장을 생성하기 위해서 일차 코일을 통해서 시간-가변적인 전류를 구동한다. 하나 이상의 휴대용 장치들은 이차 코일을 각각 포함할 수 있다. 이차 코일이 시간-가변적인 전자기장에 근접하여 배치될 때, 상기 전자기장은 이차 코일 내에서 교류를 유도하고, 그에 의해서 무접촉 전원으로부터 휴대용 장치로 전력이 전달된다.
무접촉 전원으로부터 휴대용 장치로의 전력 전달을 증대시키기 위해서, 일차 코일과 이차 코일 사이의 커플링 계수(coupling coefficient)를 증가시키는 것이 일반적으로 요망된다. 동시에, 일차 코일에 대한 복수의 위치들 및 배향들에 걸쳐서 이차 코일로 전력을 제공하는 것이 요망될 수 있다. 이러한 목표들은 종종 상충 관계(in tension)이다. 즉, 높은 커플링 계수를 달성하는 것은 휴대용 장치를 무접촉 전원 상의 하나의 위치로 한정할 수 있는 반면, 공간적인 자유도를 최대화하는 것은 커플링 계수를, 따라서 전력 전달을 바람직하지 못한 레벨까지 낮출 수 있다.
달리 설명하면, 커플링된 전자기장을 이용하는 무접촉 전원 시스템은 상업적인 용도에서 점점 더 일반화되고 있다. 유도적으로 커플링된 코일들을 통해서 전력을 전달하는 임의의 시스템의 효율은 그러한 코일들의 중심점 평면들 사이의 공간적인 분리에 반비례한다는 것을 확인되었다. 그러나, 송신기 및 수신기 하위시스템들(subsystems)의 코일들 사이의 효과적인 에너지 전달을 유지하면서도 하위 시스템 배치의 큰 공간적인 자유도를 희망하는 것이 이러한 기술의 주요 관심 분야가 되고 있다. 이러한 과제를 해결하는 것은 무접촉 전원 시스템의 연구 분야의 주요 주제가 되었다. 일부 연구자들에 의한 접근방식들은, 작은 코일들의 선택적인 조합을 통한 임의적 배치의 인식(perception)을 허용한다. 이러한 접근방식은, 임의적으로 큰 지역으로 전력을 공급하기 위해서, 상당한 수의 코일들 및 상응하는 제어 전자장치들을 필요로 할 수 있다. 다른 접근 방식은 임의적으로 큰 지역으로 전력을 공급하나, 매우 높은 품질 인자(quality factor)의 인덕터들을 필요로 할 수 있다. 또한, 이러한 타입의 시스템 해결책은 송신기-발생된 필드 내에 있는 임의적인 장치들로 에너지를 전달하는데 있어서의 제어가 어려울 수 있다.
휴대용 장치에 어느 정도의 공간적 자유도를 제공하면서도, 일차 코일과 이차 코일 사이의 용인가능한 커플링 계수를 또한 유지하기 위해서, 다수의 추가적인 무접촉 전원들이 시도되었다. 예를 들어, 하나의 공지된 무접촉 전원은 서로 평행하게 정렬된 수직-배향된 일차 코일들의 어레이를 포함한다. 즉, 일차 코일들은 전력 전달 표면에 수직인 상응하는 중앙 축들과 나란한(side-by-side) 관계로 배향된다. 직교하는 이차 코일은 전력 전달 표면에 평행한 중앙 축을 가지는 어레이 내의 제1 및 제2 일차 코일들 위에서 길이방향으로 배치될 수 있다. 제1 일차 코일이 제1 극성으로 에너지화될 수 있는 한편 제2 일차 코일이 제2 극성으로 에너지화될 수 있다. 2개의 일차 코일들이 이차 코일에 의해서 점유된 영역 내에서 협력적인 자기 플럭스를 생성한다. 휴대용 장치가 무접촉 전원을 따라서 이동된다면, 하나 이상의 상이한 일차 코일들이 에너지화되어 반대 극성을 가지는 2개의 하부의 일차 코일들을 다시 제공할 수 있다.
전술한 시스템의 장점들에도 불구하고, 그러한 어레이는 제조 비용이 고가일 수 있고, 어레이 내의 각각의 일차 코일의 높이에 따라서 높은-프로파일 단면을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 이러한 배열로 일차 코일들의 어레이를 권선 및 조립하는 프로세스는 비용이 장애가 될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 휴대용 장치들로 전력을 제공하기 위한 개선된 무접촉 전원이 계속적으로 요구되고 있다. 또한, 전력 전달 표면 상의 복수의 위치들 및 배향들에 걸쳐서 하나 이상의 휴대용 장치들로 전력을 공급하기 위한 저비용의 무접촉 전원이 계속적으로 요구되고 있다.
무접촉 전원은 협력적인 자기 플럭스의 영역을 사이에서 생성하기 위한 둘 이상의 동축적인 그리고 이격된 일차 코일들을 가진다. 이차 코일을 가지는 휴대용 장치가 자기 플럭스의 이 영역에 인접하게 배치되어 무접촉 전원으로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 이격된 일차 코일은 공통 축 주위로 교번적인 방향으로 권선되고 같은 위상으로(in phase) 구동될 수 있으며, 또는 공통 축 주위로 단일 방향을 중심으로 권선되고 예를 들어, 약 180도의 위상차(out of phase)를 가지고 구동될 수 있다.
일 실시예에서, 무접촉 전원은 반대방향을 중심으로 권선된 단일의 전기 전도체로부터 권선된 제1 및 제2 일차 코일들을 포함한다. 제1 일차 코일이 제1 방향으로 하나 이상의 회선들(turns)로 권선될 수 있고, 제2 일차 코일이 제2 방향으로 하나 이상의 회선들로 권선될 수 있으며, 각각의 코일은 공통 축 주위로 권선된다. 제1 및 제2의 일차 코일들은 서로 이격되어, 대체로 그들 사이에 전력 전달 영역을 형성할 수 있다. 시간-가변적인 전류에 의해서 구동될 때, 제1 및 제2 코일들이 협력하여 제1 코일과 제2 코일 사이의 영역 내에 누적 자기 플럭스를 제공한다.
다른 실시예에서, 무접촉 전원은 공통 축 주위로 공통 방향을 따라서 권선된 제1 및 제2 일차 코일들을 포함하여, 대체로 그들 사이에 전력 전달 영역을 형성한다. 제1 및 제2 일차 코일들은 각각 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 전원은 제1 및 제2 일차 코일들을 서로 약 180도 위상차를 가지고 구동하여, 대체로 제1 일차 코일과 제2 일차 코일 사이의 영역에서 협력적인 자기 플럭스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 일차 코일들은 동일한 구동부에 반대의 극성으로 연결될 수 있거나, 또는 분리된 구동부들에 연결될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 무접촉 전원은 서로 이격된 복수의 제1 일차 코일들을 지지하는 대체로 평면형인 보빈을 포함한다. 복수의 제1 일차 코일들 중 적어도 2개가 서로에 대해서 약 180도의 위상차를 가지고 선택적으로 구동되어, 대체로 일차 코일들 사이의 영역 내에 누적 자기 플럭스를 제공할 수 있다. 평면형 보빈은 또한 복수의 제1 일차 코일들에 대체로 수직하는 복수의 제2 일차 코일들을 지지할 수 있다. 원하는 경우에, 복수의 제2 일차 코일들 중 적어도 2개가 서로로부터 약 180도의 위상차를 가지고 선택적으로 구동되어, 선택적으로 복수의 제1 일차 코일들에 의해서 제공된 자기 플럭스와 협력하는 누적 자기 플럭스의 영역을 그들 사이에 제공할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 무접촉 전원을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 하나 이상의 회선들에 대해서 제1 방향으로 전도성 요소를 권선하여 제1 일차 코일을 제공하고, 하나 이상의 회선들에 대해서 제2 방향으로 전도성 요소를 권선하여 제2 일차 코일을 제공하고, 전도성 요소의 제1 단부 부분과 제2 단부 부분을 전원에 전기적으로 연결하는 것을 포함한다. 전원은 전도성 요소를 시간-가변적인 전류로 구동하여, 대체로 반대로-권선된 일차 코일들 사이의 영역 내에서 자기 플럭스를 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 무접촉 전원을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 둘 이상의 회선들에 대해 제1 및 제2 단부 부분들을 가지는 전도성 요소를 권선하고, 인접한 회선들 사이에서 전도성 요소를 컷팅하여 2개의 분리된 일차 코일들을 제공하고, 분리된 일차 코일들을 전원에 반대의 극성으로 또는 서로에 대해서 180도의 위상차로 동작되는 분리된 전원들에 전기적으로 연결하는 것을 포함한다. 전원 또는 전원들은 인접한 일차 코일들을 통해서 반대 방향으로 시간-가변적인 전류를 생성하여 대체로 코일들 사이에 협력적인 자기 플럭스의 영역을 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 완구용 차량용 트랙 세그먼트가 제공된다. 트랙 세그먼트는 트랙 표면에 인접하여 배치된, 이격된 제1 및 제2의 일차 코일들을 포함한다. 제1 및 제2 일차 코일들이 반대 방향으로 구동되어 대체로 그들 사이에 협력적인 자기 플럭스의 영역을 제공할 수 있다. 완구용 차량은 제1 및 제2 일차 코일들에 대해서 직교하는 이차 코일을 포함할 수 있다. 이차 코일은 에너지 저장 장치로 전력을 제공할 수 있고, 에너지 저장 장치는 다시 내부 모터로 전력을 제공할 수 있다. 트랙 세그먼트는 일차 코일들을 따라서 루프화되어(looped), 트랙 상의 그의 위치와 관계없이 완구용 차량으로 연속적으로 전력을 제공할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 무접촉 전원은 휴대용 장치에 의해서 점유된 영역 내에서 자기 플럭스를 제공하기 위해서 둘 이상의 일차 코일들을 선택적으로 에너지화시키도록 구성된 구동 회로를 포함한다. 구동 회로는 에너지화된 일차 코일들 사이의 불균형적인 전류 조건을 검출하고 이어서 실질적으로 유사한 전류 값들로 에너지화된 일차 코일들을 구동하도록 추가로 구성된다. 구동 회로는 에너지화된 일차 코일들 사이의 실질적으로 유사한 전류 값들을 달성하기 위해서, 에너지화된 일차 코일들 사이의 레일 전압, 위상 지연(lag), 듀티 사이클, 구동 주파수 및/또는 임피던스를 선택적으로 조정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 구동 회로는 제1의 조정가능한 레일 전압 구동부 및 제2의 조정가능한 레일 전압 구동부를 포함한다. 제1 구동부는 시간-가변적인 구동 전류로 제1 일차 코일을 에너지화할 수 있고, 제2 구동부는 실질적으로 동일한 시간-가변적인 구동 전류로 제2 일차 코일을 에너지화할 수 있다. 구동 회로는 에너지화된 일차 코일들 사이의 전류 값들의 편차를 검출하기 위한 제1 및 제2 전류 센서들을 더 포함할 수 있다. 구동 회로는, 제1 및 제2 구동부들 중 하나의 출력을 비례적으로 증가 또는 감소시킴으로써, 전류 값들에서의 검출된 편차를 보상할 수 있다.
따라서, 발명의 실시예들은 휴대용 장치로 전력을 공급하기 위한 개선된 무접촉 전원을 제공할 수 있다. 일차 코일들 사이의 영역들 내에서 누적 자기 플럭스를 생성함으로써, 무접촉 전원은 휴대용 장치에 개선된 전력 전달을 제공한다. 무접촉 전원은 또한 조정가능한 어레이를 제공하여 공간적인 자유도를 제공하고 다른 이차부분(secondary) 구성들을 가지는 휴대용 장치들을 수용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 기존 방법들에 대비하여 감소된 비용으로 제조될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 또한 전력 전달 필요성들에 따라서 원하는 대로 그 크기가 결정될 수 있고, 인쇄회로기판 및 다른 장치와 함께 이용하기 위한 모듈형의 일차 코일 어레이들을 포함할 수 있다.
발명의 이들 및 다른 장점들 및 특징들은 본 실시예들에 관한 설명 및 도면들을 참조하여 보다 완전하게 이해하고 파악할 수 있을 것이다.
도 1은 무접촉 전원의 사시도이다.
도 2는 위상차를 가지고 구동되는 제1 및 제2 일차 코일들의 도면이다.
도 3a-3d는 위상차를 가지고 구동되는 제1 및 제2 일차 코일들의 도면들이다.
도 4는 같은 위상으로 구동되는 반대방향 권선된 제1 및 제2의 일차 코일들의 도면이다.
도 5a는 위상차를 가지고 구동되는 2개의 일차 코일들 및 같은 위상으로 구동되는 반대방향을 중심으로 권선된 일차 코일의 회로도이다.
도 5b는 2개의 일차 코일들을 위한 단일 인버터를 포함하는 회로도이다.
도 5c는 2개의 일차 코일들을 위한 단일 인버터를 포함하는 회로도이다.
도 6은 직교하는 이차 코일 내에서 집합적으로 또는 개별적으로 전류를 유도하기 위한 복수의 일차 코일들의 도면이다.
도 7은 일차 코일 어레이의 개략도이다.
도 8은 직교하는 일차 코일들을 가지는 일차 코일 어레이의 개략도이다.
도 9는 도 8의 일차 코일 어레이의 개략도이다.
도 10은 이차 코일을 위치결정하기 위한 제1 방법을 도시하는 일차 코일 어레이의 개략도이다.
도 11은 이차 코일을 위치결정하기 위한 제2 방법을 도시하는 일차 코일 어레이의 개략도이다.
도 12는 이차 코일을 위치결정하기 위한 제3 방법을 도시하는 일차 코일 어레이의 개략도이다.
도 13a-13b는 자기 코어 재료를 포함하는 일차 코일 어레이의 도면이다.
도 14는 인쇄회로기판을 위한 모듈형 일차 코일 어레이의 도면이다.
도 15a-15b는 반자성체(diamagnetic) 재료를 포함하는 일차 코일 어레이의 도면이다.
도 16은 일차 코일 어레이용 보빈의 사시도이다.
도 17은 2-코일의 일차 코일 어레이의 사시도이다.
도 18은 도 17의 2-코일의 일차 코일 어레이의 사시도이다.
도 19는 반자성체 층을 포함하는 도 17의 2-코일의 일차 코일 어레이의 사시도이다.
도 20은 3-코일의 일차 코일 어레이의 사시도이다.
도 21은 4-코일의 복수-축의 일차 코일 어레이의 사시도이다.
도 22는 6-코일의 복수-축의 일차 코일 어레이의 사시도이다.
도 23은 복수의 일차 코일 어레이들을 포함하는 인쇄회로기판의 사시도이다.
도 24는 이차 코일과 일차 코일 어레이 사이의 커플링 계수(k)를 도시한 3-차원적인 도표이다.
도 25는 에너지화된 일차 코일들 사이의 불균형 전류 조건을 교정하도록 구성된 무접촉 전원을 도시한 회로도이다.
도 26은 조정가능한 레일 전압, 위상 및 듀티 사이클을 도시한 도 25의 회로도이다.
도 27은 불균형 전류 조건을 검출하기 위한 아날로그 회로를 포함하는 무접촉 전원을 도시한 회로도이다.
도 28은 공통 노드에 걸쳐서 연결된 일차 코일들을 포함하는 무접촉 전원의 회로도이다.
도 29는 공통 노드에 걸쳐 연결되는 일차 코일들 및 단일의 조정가능한 레일 전압을 포함하는 무접촉 전원의 회로도이다.
본 실시예들은 무접촉 전원을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템은 일반적으로 둘 이상의 이격된 일차 코일들 사이에 협력적인 자기 플럭스의 영역을 생성하기 위한 둘 이상의 이격된 일차 코일들을 포함한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 이격된 일차 코일들이 공통 축 주위로 교번적인 방향으로 권선되고 같은 위상으로 구동될 수 있으며, 또는 공통 축 주위로 하나의 방향을 중심으로 권선되고 예를 들어, 서로 약 180도의 위상차를 가지고 구동될 수 있다.
I. 제1 실시예
보다 구체적으로는, 및 도 1-5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 무접촉 전원이 도시되어 있고 전체적으로 '100'으로 표기되어 있다. 도 1-5에서 완구용 차량을 위한 루프형 트랙 세그먼트와 관련된 것으로 설명되어 있지만, 무접촉 전원(100)이 그러한 트랙 세그먼트들로 제한되지 않고 다양한 용도로 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 예를 들어, 무접촉 전원(100)은 만곡형 또는 평면형일 수 있고, 예를 들어, 이동 전화기, 디지털 카메라, 개인 휴대 정보 단말기, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 또는 충전식 배터리 팩을 포함하는, 이차 코일을 가지는 임의의 휴대용 장치로 본질적으로 전력을 제공하도록 크기가 결정될 수 있다. 다른 예로서, 코일들의 어레이가 함께 배열되어 큰 충전 영역을 형성할 수 있다.
이제 도 1-5를 참조하면, 루프형 트랙 세그먼트를 위한 무접촉 전원(100)은 전력 전달 표면(106)에 인접하여 배치된 제1 일차 코일(102) 및 제2 일차 코일(104)을 포함한다. 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)은 이격되고 구동 회로(108)에 전기적으로 연결된다. 또한, 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)은 대체로 동축적이다. 즉, 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)은 단부-대-단부로 이격되어, 공통 중심 축을 대체로 형성한다. 대체로 제1 일차 코일(102)과 제2 일차 코일(104) 사이에 협력적인 자기 플럭스의 영역을 생성하기 위해서, 구동 회로(108)가 제2 일차 코일(104)에 대해서 위상차를 가지고 제1 일차 코일(102)을 구동할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 구동 회로(108)가 제1 방향의 전류로 제1 일차 코일(102)을 및 제1 방향과는 상이한 제2 방향의 전류로 제2 일차 코일(104)을 동시에 구동시킬 수 있다. 결과적으로, 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)이 협력하여 대체로 제1 일차 코일(102)과 제2 일차 코일(104) 사이의 영역 내에 누적 자기 플럭스를 제공한다.
무접촉 전원(100)은 휴대용 장치(110)를 위한 무선 전력의 공급원을 제공할 수 있다. 휴대용 장치(110)는 무선 전력을 수신하도록 적절히 구성된 임의의 장치를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 휴대용 장치는 루프형 트랙 세그먼트(112)를 궤도운동하도록 구성된 완구용 차량(110)을 포함할 수 있다. 완구용 차량(110) 또는 다른 휴대용 장치는 대체로 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)에 직교하는 이차 코일(114)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 완구용 차량(110)은 제1 일차 코일(102)과 제2 일차 코일(104) 사이의 영역을 통해서 적어도 부분적으로 연장하는 축 주위로 권선된 이차 코일(114)을 포함할 수 있다. 도 2-4에서 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)에 대체로 직교하는 것으로서 도시되어 있지만, 이차 코일(114)은 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)에 대해서 각을 이루거나 경사질 수 있고, 적어도 직교하는 성분을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 이차 코일(114)의 부분만이 제1 일차 코일(102)과 제2 일차 코일(104) 사이의 영역 내에 위치되고, 여기에서 사용된 제1 일차 코일과 제2 일차 코일 "사이"는, 전력 전달 표면(106) 위의 영역을 포함하는, 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)의 위쪽과 아래쪽, 및 일차 코일들에 의해서 경계지어지는 갭의 영역을 포함한다. 예를 들어, 이차 코일(114)은 일차 코일들(102, 104) 중 하나 이상과 적어도 부분적으로 중첩되도록 배치될 수 있는 한편, 여전히 일차 코일들(102, 104) 사이의 부분을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 이차 코일(114)은 도 2-4에 도시된 바와 같이 직접적으로 일차 코일들(102, 104) 사이에 적어도 부분적으로 배치될 수 있고, 일차 코일들(102, 104)은 이차 코일(114)의 방사상 외측에 위치된다. 또한, 이차 코일(114)은 제1 일차 코일(102) 또는 제2 일차 코일(104)에 보다 근접하거나, 또는 일차 코일들(102, 104)의 전방 부분 또는 후방 부분에 보다 근접하여, 일차 코일들(102, 104) 사이의 중간으로부터 오프셋될 수 있다.
제1 및 제2 일차 코일들(102, 104) 내에서 시간-가변적인 전류가 반대 방향으로 구동될 때, 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)로부터의 누적 자기 플럭스가 이차 코일(114) 내에서 전류를 유도할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 일차 코일(102)이 증가하는 시계방향 전류로 구동됨에 따라, 이차 코일은 증가하는 직교하는 시계방향 전류를 생성할 수 있다. 또한, 이차 코일(104)이 증가하는 반-시계방향 전류로 구동됨에 따라, 이차 코일은 부가적인 증가하는 직교하는 시계방향 전류를 생성할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)이 협력하여 이차 코일(114) 내에서 누적적인 전류를 유도한다. 이어서, 이차 코일(114)은 로드로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 로드가 완구용 차량(110)을 위한 원동력을 제공하기 위한 전기 모터를 포함할 수 있다. 그 대신에, 이차 코일(114)은 배터리 또는 커패시터와 같은 에너지 저장 장치로 전력을 제공할 수 있고, 에너지 저장 장치는 다시 전력을 로드로 제공할 수 있다. 따라서, 무접촉 전원(100)은 상부에 배치된 완구용 차량들을 위해서 실질적으로 전체의 구동 표면(106)을 따라서 연속적인 전력원을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 무접촉 전원(100)은 시간-가변적인 전류로 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)을 구동하기 위한 구동 회로(108)를 포함할 수 있다. 구동 회로(108)는 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)을 구동하기 위한 단일 인버터를 포함할 수 있거나, 또는 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)을 구동하기 위한 둘 이상의 인버터들을 포함할 수 있다. 둘 이상의 인버터들이 이용될 때, 선택적으로 구동 주파수들을 공유하면서, 제1 인버터(122)는 제1의 시간-가변적인 전류를 제1 일차 코일(102)로 제공할 수 있고 제2 인버터(124)는 제2의 시간-가변적인 전류를 제2 일차 코일(104)로 제공할 수 있다. 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)이 동일한 방향을 중심으로 권선된다면, 인버터들(122, 124)은 약 180도의 위상차를 가지고 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)을 구동할 수 있다. 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)이 반대로 권선된다면, 인버터(126) 또는 인버터들(122, 124)이 대략적으로 같은 위상으로 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)을 구동할 수 있다.
전용 인버터들(122, 124)로 일차 코일들(102, 104)을 구동하는 것에 대한 대안으로서, 구동 회로(108)는 시간-가변적인 전류를 제1 및 제2 일차 코일들(102, 104)로 제공하기 위한 단일 인버터(126)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반대로 권선된 일차 코일들(102, 104)이 도 5a에 도시된 바와 같이 직렬로 연결될 수 있거나, 또는 반대로 권선된 일차 코일들(102, 104)이 병렬로 반대의 극성으로 연결될 수 있다. 도 5b-5c에 도시된 바와 같이, 무접촉 전원(100)은 같은 위상 및 위상차 모두로 일차 코일들(102, 104)을 구동하기 위한 복수의 스위치들을 대안적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 일차 코일들(102, 104)이 반대로 권선되지 않는다면, 그 코일들은 스위치들(123, 125)을 폐쇄하는 한편 스위치들(121, 127)을 개방 상태로 유지함으로써 위상차를 가지고 구동될 수 있다. 그러나, 도 5b에서 일차 코일들(102, 104)이 반대로 권선된다면, 일차 코일들(102, 104)은 스위치들(123, 127)을 폐쇄하는 한편, 스위치들(121, 125)을 개방 상태로 유지함으로써 같은 위상으로 구동될 수 있다. 유사하게, 도 5c의 일차 코일들(102, 104)은 스위치들(121, 123', 125', 127)을 폐쇄하는 한편 나머지 스위치들을 개방 상태로 유지함으로써 위상차를 가지고 구동될 수 있다. 도 5c의 일차 코일들(102, 104)은 스위치들(121', 123, 125', 127)을 폐쇄하는 한편 나머지 스위치들을 개방 상태로 유지함으로써 같은 위상으로 구동될 수 있다. 도 10-12와 관련하여 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 스위치들은 하나 이상의 이차 코일들(114)을 신속하게 탐색하기 위해서 인버터(126)와 연관된 마이크로컨트롤러에 의해서 선택적으로 제어될 수 있다. 2개의 일차 코일들(102, 104)로 제시하였지만, 이러한 실시예들은 3개 이상의 일차 코일들의 어레이로 전력을 공급하는데 있어서 이용하기에 매우 적합하다. 예를 들어, n-개의 병렬-연결된 일차 코일들을 선택적으로 에너지화하여, (a) 하나 이상의 휴대용 장치들을 탐색 또는 위치결정하기 위해서, (b) 어레이와 하나 이상의 휴대용 장치들 사이의 전력 전달을 향상시키기 위해서 인버터(126)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 부가적인 일차 코일들은 +Vac 및 -Vac에 걸쳐 전기적으로 연결되어, n-개의 선택적으로 에너지화되는 일차 코일들의 어레이를 제공할 수 있다.
II. 제2 실시예
이제, 도 6-15를 참조하면, 제2 실시예에 따른 무접촉 전원(100)은 하나 이상의 대체로 직교하는 이차 코일들(140) 내에서 전류를 유도하기 위한 일차 코일 어레이(130)를 포함한다. 일차 코일 어레이(130)는 서로 이격되고 공통 축 주위로 권선되고 상부에 원격 장치를 수용하기 위한 전력 전달 표면 아래쪽에 있는 복수의 일차 코일들(132, 134, 136)을 포함할 수 있다. 일차 코일들(132, 134, 136)은, 원격 장치, 특히 이차 코일(140)에 의해서 점유되는 영역 내에 협력적인 자기 플럭스를 생성하기 위해서, 개별적으로 또는 집합적으로 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 선택적으로 중간의 일차 코일(134)을 선택적으로 단락(shorting)시키면서, 2개의 일차 코일들(132, 136)이 서로 180도의 위상차를 가지고 선택적으로 구동되어 그들 사이에 누적 자기 플럭스를 제공한다. 하나의 중간 코일(134)만이 도시되어 있지만, 임의의 수의 중간 코일들이 구동되는 일차 코일들(132, 136) 사이에 포함될 수 있다. 예를 들어, 일차 코일 어레이(130)는 n-개의 일차 코일들을 포함할 수 있고, 이때 하나 내지 n-개의 일차 코일들이 구동되어 자기 플럭스의 영역을 제공할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 활성화된 일차 코일들은 이차 코일(140)과 대략 접선방향으로 정렬된 일차 코일들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 일차 코일들(142)이 같은 위상으로 구동되어 이차 코일(140) 내에서 전류를 유도할 수 있는 한편, 복수의 제2 일차 코일들(144)이 실질적으로 위상차를 가지고 구동되어 이차 코일(140) 내에서 전류를 유도할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 일차 코일들이 약 180도의 위상차를 가지고 구동될 수 있다. 복수의 제1 및 제2 일차 코일들(142, 144)이 서로로부터 이격될 수 있고, 이차 코일(140) 내에서 시계방향 또는 반-시계방향 전류를 유도하기 위해서 협력할 수 있다. 이러한 실시예에서, 일차 코일 어레이(130)의 일차 코일들과 접선방향으로 정렬된 이차 코일(140)의 부분과 일치되도록 자기 플럭스가 국소화된다. 따라서, 일차 코일 어레이(130)는 전력을 복수의 상이한-크기의 이차 코일들로 제공하도록 적절하게 구성된다. 또한, 일차 코일 어레이(130)는 일차 코일 어레이(130)를 따라서 복수의 위치들에서 복수의 이차부분 장치들로 동시에 전력을 제공함으로써, 1 이상의 공간적인 자유도를 허용한다.
단일 축 주위로 권선된 복수의 일차 코일들을 가지는 것으로 설명하였지만, 일차 코일 어레이(130)는 또한 제1 축에 대체로 수직인 제2 축 주위로 권선된 부가적인 복수의 일차 코일들을 포함할 수 있다. 도 8-9에 도시된 바와 같이, 일차 코일 어레이(130)는 상응하는 이차 코일(140)에 보다 근접하게 커플링시키기 위해서 직교하는 방향으로 권선된 코일들을 포함할 수 있다. 활성화된 일차 코일들은 이차 코일(140)과 대략 접선방향으로 정렬된 그러한 일차 코일들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택된 수평방향 일차 코일들(146, 147)이 반대 방향으로 구동되어 이차 코일(140) 내에서 전류를 유도할 수 있고, 선택된 수직방향 일차 코일들(148, 149)이 반대 방향으로 구동되어 이차 코일(140) 내에서 전류를 유도할 수 있다. 선택된 일차 코일들은 반대로 권선된 경우에 같은 위상으로 구동될 수 있거나, 또는 동일한 방향을 중심으로 권선된 경우에 위상차를 가지고 구동될 수 있다. 이차 코일(140)과 접선방향으로 정렬된 일차 코일들만이 에너지화되기 때문에, 무접촉 전원(100)은 불량하게(poorly) 커플링된 일차 코일들로 인한 전력 손실을 최소화한다. 또한 도 9에 도시된 바와 같이, 직교방향으로-권선된 일차 코일들은 이차 코일(140)의 형상에 대체로 상응하는 폐쇄된 플럭스의 구역(150)에 기여할 수 있다. 이차 코일(140)은 대체로 원형으로 도시되어 있지만, 이차 코일(140)은 예를 들어, 만곡형 구성 또는 다각형 구성을 비롯한 본질적으로 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있다.
특정 용도에서, 하나 이상의 휴대용 장치들의 존재를 식별하는 것 및 휴대용 장치(들) 내에 포함된 이차 코일(들)과 밀접하게 커플링된 일차 코일들만을 에너지화하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 일차 코일 어레이(130)가 개별적 또는 동시적이든지 간에 상이한 형상, 크기 또는 배향을 각각 가지는 다양한 이차 코일들과 함께 이용되도록 구성되는 경우에, 특히 유용할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 일차 코일 어레이는 동축적인 일차 코일들의 제1 및 제2 컬럼들(columns)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 이차 코일들의 위치를 식별하기 위해서, 구동 회로(108)는 인접한 일차 코일의 방향과는 반대되는 방향으로 각각의 일차 코일을 동시에 에너지화시킬 수 있다. 인접한 일차 코일은, 반대로 권선된 경우에 같은 위상으로 구동될 수 있거나, 또는 동일한 방향을 중심으로 권선된 경우에 위상차를 가지고 구동될 수 있다. 각각의 일차 코일의 전류, 전압 및/또는 위상을 모니터링함으로써, 이차 코일(140)과 가장 인접하게 정렬된 일차 코일들이 선택될 수 있다. 예를 들어, 선택된 일차 코일들은 적어도 임계값 전류 응답을 나타내는 일차 코일을 포함할 수 있다. 이는, 2개의 인접한 일차 코일들, 중간의 일차 코일들에 의해서 분리된 2개의 일차 코일들, 또는 이들 2개의 조합을 포함할 수 있다. 희망하는 일차 코일들이 선택되면, 실질적으로 도 6-7과 관련하여 기술한 바와 같이, 이차 코일(140)에 전력이 공급된다.
그 대신에, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 일차 코일(152)은 제1 방향으로 에너지화될 수 있고, 나머지 일차 코일들의 일부 또는 전부는 반대 방향으로 순차적으로 에너지화될 수 있다. 플럭스 지역(150)이 점차 증가됨에 따라, 에너지화된 일차 코일 내의 전류, 전압 및/또는 위상은 변화될 수 있다. 일차 코일 전류, 전압 또는 위상을 모니터링함으로써, 이차 코일(140)과 가장 밀접하게 정렬된 일차 코일(들)이 선택될 수 있다. 예를 들어, 선택된 일차 코일은 적어도 임계값 전류 응답을 나타내는 일차 코일을 포함할 수 있다. 식별된 일차 코일들은 인접한 일차 코일들, 중간의 일차 코일들에 의해서 분리된 일차 코일들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이차 코일(140)을 위치결정하기 위한 다른 방법에 따라서, 일차 코일 어레이(130)는 인접한 일차 코일의 방향과는 반대 방향으로 각각의 일차 코일을 구동할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 쌍으로 된 일차 코일들을 구동시킴으로써, 일차 코일 어레이(130)는 이러한 프로세스를 반복한다. 예를 들어, 일차 코일들의 나머지 쌍은 제2 방향으로 구동됨에 따라, 일차 코일들의 교번적인 쌍들이 제1 방향으로 구동될 수 있다. 이차 코일(140)에 가장 밀접하게 정렬된 일차 코일은 일차 코일의 전류, 전압 또는 위상을 모니터링함으로써 선택될 수 있다. 예를 들어, 선택된 일차 코일이 적어도 임계값 전류 응답을 나타내는 일차 코일을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 식별된 일차 코일들이 인접한 일차 코일들, 중간의 일차 코일들에 의해서 분리된 일차 코일들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
실시예들은 또한 대체로 에너지화된 일차 코일들 사이의 영역 내의 자기 플럭스를 성형 또는 달리 강화하기 위한 다양한 재료들을 포함할 수 있다. 도 13-14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 일차 코일 어레이(130)는 인접한 일차 코일들(102, 104)의 코어를 통해서 적어도 부분적으로 연장되는 강자성체 재료(152)를 포함할 수 있다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 강자성체 재료(152)는 이차 코일(110)을 통해서 아래로 전류-유도 자기 플럭스 라인들을 한정 또는 안내할 수 있다. 강자성체 재료(152)는 임의의 적합한 형상일 수 있고, 예를 들어 원통형 또는 대체로 평면형일 수 있다. 또한, 강자성체 재료(152)는, 일차 코일들의 어레이(130)의 하부측으로부터의 이차 코일(110)과 임의의 전류-소거(current-canceling) 플럭스 사이의 상호작용을 감소시키기 위한 플럭스 안내부로서 동시에 기능할 수 있다. 즉, 강자성체 재료(152)는, 일차 코일 어레이(130) 위의 전류-유도 플럭스와 간섭하지 않도록, 이차 코일(110)로부터 멀리 일차 코일 어레이(130)의 하부측으로부터 (그리고 일반적으로 일차 코일들(102, 104)을 통해서) 전류-소거 플럭스를 안내할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 이차 코일(110)에 의해서 점유된 영역 내의 임의의 전류-소거 플럭스를 방지하기 위해서, 반자성체 코어 재료(152)가 또한 이용될 수 있다. 도 15a-15b에 도시된 바와 같이, 무접촉 전원(100)은 또한, 이차 코일(110)이 존재하지 않는 영역들에서 각각 자기 플럭스를 안내 또는 방지하기 위해서 하나 이상의 강자성체 또는 반자성체 재료들(160)을 포함할 수 있다. 강자성체 또는 반자성체 재료(160)의 층이 이차 코일(110)에 반대로 연장할 수 있다. 반자성체 재료는 예를 들어, 구리 및 납을 포함하는 주로 반자성체 성질을 나타내는 적합한 재료들을 포함할 수 있다. 그 대신에, 반자성체 재료(160)는 또한 예를 들어, 알루미늄, 비스무트 열분해(pyrolytic) 그라파이트 및 초전도 재료들을 포함하는, 교번적인 자기장의 존재 하에서 반자성체 성질을 나타내는 전도성 재료들을 포함할 수 있다. 도 23과 관련하여 이하에서 주지할 수 있는 바와 같이, 일차 코일 어레이(130)는 또한 회로기판(154) 또는 다른 표면에 커플링되는 모듈형 유닛을 형성할 수 있다.
III. 제3 실시예
전술한 실시예들에 더하여, 일차 코일 어레이의 추가적인 예가 도 16-23에 도시되어 있고 일반적으로 '170'으로 표기되어 있다. 일차 코일 어레이(170)는 대체로 평면형인 보빈(172) 및 서로 이격된 일차 코일들(182, 184)을 포함할 수 있다. 일차 코일 어레이(170)를 형성하기 위한 방법은 보빈(172)의 이격된 부분들 주위로 전도성 요소(174)를 권선하는 것을 포함할 수 있다. 전도성 요소(174)는 제2 일차 코일(184)로부터 이격된 제1 일차 코일(182)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 일차 코일들(182, 184)은 반대로 권선될 수 있거나, 또는 동일한 방향을 중심으로 권선될 수 있다. 반대로 권선된다면, 제1 및 제2 일차 코일들(182, 184)은 실질적으로 같은 위상으로 구동되어 그들 사이에 협력적인 자기 플럭스의 영역을 생성할 수 있다. 동일한 방향을 중심으로 권선된다면, 전도성 요소(174)는 제1 일차 코일과(182)과 제2 일차 코일(184) 사이에서 컷팅될 수 있다. 이어서, 각각의 일차 코일(182, 184)은 인버터에 연결될 수 있고 약 180도의 위상차를 가지고 구동될 수 있다. 그 대신에, 컷팅된 단부는 인접한 일차 코일의 자유 단부에 연결될 수 있다. 일차 코일들(182, 184)이 반대로 권선된 것과 같이, 결과적인 직렬-연결된 일차 코일들(182, 184)은 실질적으로 교류로 구동될 수 있다. 따라서, 단일 전도성 요소(174)로 형성된 인접한 일차 코일들(182, 184)을 분리시킴으로써, 일차 코일 어레이(170)의 조립체가 크게 단순화될 수 있다. 보빈(172)을 따라서 전도성 요소(174)의 방향을 연속적으로 반전시키는 대신에, 각각의 일차 코일들(182, 184)의 컷팅된 단부들이 구동 회로로 따라서 다양한 구성들로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 16-23을 다시 참조하면, 보빈(172)은 인접한 일차 코일들을 각각의 채널들(177) 내에 정렬시키기 위한 하나 이상의 안내부들(176)을 포함할 수 있다. 또한, 보빈(172)은, 각각의 일차 코일(182, 184, 186)을 전원에 개별적으로 연결하기 위해서, 복수의 체결구들(178) 및 복수의 관통-홀들(180)을 선택적으로 포함할 수 있다. 도 18-20에 도시된 바와 같이, 일차 코일들(182, 184, 186)은, 보빈(172) 내의 상응하는 관통-홀들(182)을 통해서 안내되는 제1 및 제2 단부 부분들(190, 192)을 각각 포함할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 일차 코일 어레이(170)는, 도 15와 관련하여 전술한 바와 같이 보빈(172) 사이에 배치된 반자성체 재료(194)의 층을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하부의 회로기판(196) 자체가 반자성체 재료를 포함하여, 회로기판(196) 아래의 영역 내에서 자기 플럭스를 방지할 수 있다.
선택적으로, 일차 코일 어레이(170)의 각각의 일차 코일은, 도 5a-5c와 관련하여 전술한 바와 같이, 구동 회로(108)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 도 5b-5c의 일차 코일들(102 및 104)과 관련하여 전술한 바와 같이, 일차 코일 어레이(170)의 각각의 일차 코일은 +Vac 및 -Vac에 걸쳐 연결될 수 있다. 도 5b-5c의 인버터(126)를 이용하여 일차 코일들을 선택적으로 에너지화함으로써, 하나 이상의 휴대용 장치들을 탐색할 수 있고 일차 코일 어레이(170)와 하나 이상의 휴대용 장치들 사이의 전력 전달을 개선할 수 있다. 도 21-23에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 일차 코일들(184, 186, 188)에 대체로 직교하는 복수의 제2 일차 코일들(198, 200, 202)을 지원하도록 인버터(126) 및 보빈(172)이 또한 구성될 수 있다. 복수의 제2 코일들 중 적어도 2개가 반대 방향으로 선택적으로 구동되어 그들 사이에 누적 자기 플럭스의 영역을 제공할 수 있다. 이러한 자기 플럭스의 영역은 복수의 제1 코일들에 의해서 제공된 자기 플럭스의 영역과 선택적으로 협력할 수 있다. 자기 플럭스의 조합된 영역 또는 구역이 중첩되는 이차 코일과 일치되도록 국소화될 수 있고, 그에 의해서 불량하게 커플링된 일차 코일들을 통한 전력 손실들을 최소화할 수 있다. 보다 큰 전력 전달 지역이 요구되는 경우에, 복수의 일차 코일 어레이들(170)이 인쇄회로기판(196)에 편리하게 적용될 수 있다.
IV. 제4 실시예
제4 실시예에서, 일차 코일과 이차 코일 사이의 높은 커플링 계수를 유지하면서 편평한 표면 상의 임의의 위치에서 이차 코일로 전력을 전달하는 필드를 생성하기 위한 무접촉 전원 및 방법이 제공된다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 결합된 복수의 코일들은, 이차 코일에 대해 비교적 큰 커플링 계수를 가지는 가동형 플럭스-발생 영역을 효과적으로 생성할 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 전달 측부 플럭스 발생기의 기본적인 구조는, 공통 NiZn 페라이트 코어 주위로 권선된 구리 리츠(litz) 와이어(182, 184, 186, 198, 200, 202)의 다수의 코일들을 포함한다. 코일들 모두는 유사한 게이지 와이어, 예를 들어, 1 mm의 와이어로 구성되고, 유사한 수의 회선들로, 예를 들어 20회의 회선들로 이루어지고, 동일한 방향으로 권선된다. 페라이트 코어는, 두께보다 상당히 더 넓고 긴 방식으로, 여기의 경우에서 53 mm x 53 mm x 2.5 mm가 되는 방식으로 구성된다. 코일들의 아래에는, 저장 에너지를 감소시키는 역할을 하는 구리 층(194)(도 19에 도시됨)이 위치된다. 결합적으로 동작하는 코일들의 각각의 쌍이 인덕턴스(Lp)를 가지는 인덕터로서 간주될 수 있다. 조합된 인덕터(Lp)가 제2 인덕터(Ls)로 링크된 플럭스를 생성한다면, 커플링 계수(k)는 이하의 식에 따라 규정될 수 있으며:
Figure 112013100753251-pct00001
이때, M은 Lp와 Ls 사이의 상호 인덕턴스이다. 연구 결과로, k > 0.25가 효율적인 전력 전달을 위한 충분한 커플링을 제공할 수 있다는 것을 확인하였다. 특정 일차 코일 쌍들이 에너지화되어, 코일 쌍은 영역에 걸쳐서 충분한 커플링 및 그에 따른 충분한 공간적 자유를 가질 것이고, 따라서 어레이가 해당 영역에 걸쳐 공간적 자유를 가지도록 보장할 것이다.
이러한 자유는, 테스트되는 송신하는 코일 쌍 위의 특정 위치에서 수신 코일(Ls)의 위치를 맵핑하는 컴퓨터 제어되는 시스템을 이용하여 측정되었다. 2개의 인접한 코일들이 선택된 구성뿐만 아니라 미사용 코일이 사이에 있는 2개의 코일들이 선택된 따라서 임의의 수의 코일들이 유사하게 표시되게 허용하는 구성을 테스트하도록 결정하였다. 도 24의 우측에 도시된 바와 같이 내부의 미사용 코일의 경우에, 충분한 커플링 중첩의 영역이 2개의 코일들 사이의 갭보다 더 크다. 도 24의 좌측에 도시된 바와 같이, 충분한 커플링의 영역이 코일의 폭보다 더 넓다. 이는, 중첩에 의해서 임의의 코일 쌍에 대한 충분한 커플링의 영역 내에 있지 않게 되는 수신 코일(Ls)에 대한 위치가 존재하지 않도록 보장할 수 있고, 따라서 그 영역에 걸친 충분한 공간적 자유를 보장할 수 있다.
V. 제5 실시예
제5 실시예에 따른 무접촉 전원이 도 25-29에 도시되어 있고 일반적으로 '200'으로 표기되어 있다. 무접촉 전원(200)은 구동 회로(210) 및 일차 코일 어레이(250)를 포함한다. 실시예들과 관련하여 전술한 바와 같이, 구동 회로(210)는 일차 코일 어레이(250)의 둘 이상의 일차 코일들을 선택적으로 에너지화하여 휴대용 장치에 의해서 점유된 영역 내에서 자기 플럭스를 제공할 수 있다. 또한, 구동 회로(210)는 또한 에너지화된 일차 코일들 사이의 전류의 편차를 교정할 수 있고/거나 실질적으로 상이한 전류들로 일차 코일들을 의도적으로 구동할 수 있다.
특히, 본 실시예의 구동 회로(210)는 에너지화된 일차 코일들 사이에서 "불균형적인" 전류를 검출 및 교정하도록 구성된다. 정상 동작 중에, 구동 회로(210)는 실질적으로 동일한 시간-가변적인 구동 전류들로 둘 이상의 일차 코일들을 에너지화할 수 있다. 일차 코일들이 동일한 방향을 중심으로 권선되는 경우들에서, 구동 전류들이 실질적으로 180도의 위상차를 가질 수 있다. 일차 코일들이 반대 방향으로 권선된 또는 역으로-권선된 경우들에서, 구동 전류들이 실질적으로 같은 위상일 수 있다. 그러나, 에너지화된 일차 코일들 내의 전류가 발산할 수 있고 상이해지기 시작할 수 있고, 이는 여기에서 일반적으로 불균형적인 전류 조건으로서 지칭된다.
불균형적인 전류 조건은 다양한 인자들에 의해서 유발될 수 있다. 예를 들어, 불균형적인 전류 조건은 다른 에너지화된 일차 코일보다 하나의 에너지화된 일차 코일에 근접하는 휴대용 장치에 의해서 유발될 수 있다. 즉, 휴대용 장치가 에너지화된 제1 일차 코일에 대한 제1 커플링 계수 및 에너지화된 제2 일차 코일에 대한 제2 커플링 계수를 가질 수 있다. 결과적으로, 각각의 일차 코일 내의 반사된 임피던스가 대체로 상이할 것이고, 결과적으로 실질적으로 동일한 전류 값들로부터 상이한 전류 값들(예를 들어, 보다 적은 또는 보다 큰 진폭 또는 RMS 전류)까지의 편차를 초래한다. 다른 용도들에서, 불균형적인 전류 조건은, 예를 들어, 일차 코일들 및 선택적인 코어를 포함하는 일차 코일 어레이의 구성의 물리적 및/또는 재료적 변동에 의해서 유발될 수 있다. 또 다른 용도들에서, 불균형적인 전류 조건이 바람직할 수 있고, 구동 회로(210)가 실질적으로 상이한 전류들로 일차 코일들을 의도적으로 구동할 수 있다.
본 실시예의 구동 회로(210)는 수많은 방식으로 불균형적인 전류 조건을 교정할 수 있다 - 또는 불균형적인 전류 조건으로 의도적으로 구동할 수 있다. 예를 들어, 구동 회로(210)는 에너지화된 일차 코일들 사이의 레일 전압, 위상 지연, 듀티 사이클, 구동 주파수, 또는 임피던스를 조정할 수 있다. 이제 도 25-26을 참조하면, 구동 회로(210)가 도시되어 있고 에너지화된 일차 코일들 사이의 레일 전압을 조정함으로써 불균형적인 전류 조건을 검출 및 교정하도록 일반적으로 구성된다. 구동 회로(210)는 마이크로컨트롤러(212), 제1의 조정가능한 레일 전압(214) 및 제2의 조정가능한 레일 전압(216)을 포함한다. 마이크로컨트롤러(212)는 레일 전압 출력을 제어하기 위해서 각각의 레일 전압(214, 216)에 전기적으로 커플링된다. 제1 레일 전압 출력이 제1 마이크로컨트롤러-제어되는 구동부(218)에 전기적으로 연결되고, 제2 레일 전압 출력이 제2 마이크로컨트롤러-제어되는 구동부(220)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 구동부들(218, 220)은, 약 180도의 위상차를 가지는 각각의 시간-가변적인 구동 전류들을 생성한다. 예를 들어, 만약 제1 마이크로컨트롤러-제어된 구동부(218)가 주어진 주파수의 일련의 구형파 펄스를 생성한다면, 제2 마이크로컨트롤러-제어된 구동부(220)가 동일한 주파수의 180도의 위상차의 상응하는 일련의 구형파 펄스들을 생성할 수 있다. 제2 구동부(220)가 제2 조정가능한 레일 전압을 변조시키기 때문에, 제2 구동부 출력은 제1 구동부 출력의 진폭과는 상이한 진폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 구동부 출력은 제1 구동부 출력의 RMS 전류보다 작은 또는 큰 RMS 전류를 가질 수 있고, 그러한 차이는 제1의 조정가능한 레일 전압(214)과 제2의 조정가능한 레일 전압(216) 사이의 차이에 비례한다.
또한 도 25-26에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 구동부들(218, 220)의 출력부가 하나 이상의 다중화기들(222, 224)을 통해서 일차 코일 어레이(250) 내의 하나 이상의 일차 코일들에 각각 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 다중화기들(222, 224)는, 제1 구동부(218) 및 제2 구동부(220)의 출력을 수신하는 하나 이상의 일차 코일들을 선택하도록 마이크로컨트롤러-제어된다. 예를 들어, 제1 다중화기(222)는 단일 입력부(즉, 제1 구동부(218)의 출력부)를 포함하고 일차 코일 어레이(250) 내의 n개의 일차 코일들에 상응하는 n개의 출력부들을 포함한다. 유사한 방식으로, 제2 다중화기(224)는 단일 입력부(즉, 제2 구동부(220)의 출력부)를 포함하고 일차 코일 어레이(250) 내의 n개의 일차 코일들에 상응하는 n개의 출력부들을 포함한다. 각각의 다중화기(222, 224)는, 구동부들(218, 220) 및 일차 코일 어레이(250) 사이의 전류 경로를 제어하기 위해서, n개의 마이크로컨트롤러-제어형 스위치들(223, 225), 예를 들어 FET를 포함한다. 제1 및 제2 전류 센서들(228)은 각각 제1 및 제2 구동부들(218, 220)과 제1 및 제2 다중화기들(222, 224) 사이에 전기적으로 연결된다. 각각의 전류 센서(226, 228)의 출력부는, 선택적으로 제1 및 제2 복조기들(230, 232)을 통해서, 마이크로컨트롤러(212)에 전기적으로 연결된다. 도시된 실시예에서, 일차 코일 어레이(250) 내의 각각의 일차 코일이 직렬로 연결된 커패시터(260)를 포함하고, 접지(262)에 개별적으로 연결된다. 또한, 일차 코일 권선들은 일반적으로 공통 축 주위로 같은 방향을 중심으로 권선된다. 예를 들어, 도 16-23과 관련하여 전술한 바와 같이, 일차 코일 권선들은 공통 코어(172) 주위로 권선될 수 있다.
동작 중에, 하나 이상의 휴대용 장치들을 위치결정하기 위해서 그리고 위치결정된 휴대용 장치와 밀접하게 커플링된 일차 코일들을 에너지화하고 휴대용 장치에 의해서 점유된 영역 내에서 협력적인 자기 플럭스를 제공하기 위해서, 구동 회로(210)는 실질적으로 전술한 바와 같이 일차 코일 어레이(250)를 구동할 수 있다. 이어서, 제1 및 제2 전류 센서들(226, 228)은 에너지화된 일차 코일들의 각각의 전류를 모니터링할 수 있고, 그 출력이 마이크로컨트롤러(212)로 공급된다. 만약, 예를 들어, 제1 구동부(218)에 의해서 구동되는 코일("제1" 일차 코일)이 제2 구동부(220)에 의해서 구동되는 코일("제2" 일차 코일)보다 상당히 적은 전류를 전도하는 것으로 마이크로컨트롤러(212)가 결정한다면, 제1 일차 코일은 이러한 차이를 상쇄시키기 위해서 향상된 구동 전류로 구동될 수 있다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(212)가 제1 레일 전압(216)을 증가시킬 수 있거나, 또는 마이크로컨트롤러(212)가 제2 레일 전압(214)을 감소시킬 수 있다. 이러한 프로세스를 통해서, 제1 구동부(218)의 구동 주파수는 제2 구동부(220)에 계속적으로 결속(tie)될 수 있고, 따라서 각각의 구동부 출력의 진폭 및 위상만이 서로 상이할 것이다. 구동 회로(210)는 에너지화된 코일들 사이의 전류 차이를 계속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있고, 선택적으로 이러한 차이를 메모리에 저장된 임계값과 비교한다. 전류 차이가 임계값을 초과할 때, 실질적으로 전술한 바와 같이 이러한 차이를 상쇄시키기 위해서, 구동 회로(210)는 둘 이상의 일차 코일들 중 하나의 전류를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
선택적으로 도 27에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전류 센서들(226, 228)의 출력은, 마이크로컨트롤러(212) 대신에, 아날로그 회로, 예를 들어, 차동 증폭기(232)에 의해서 평가될 수 있다. 예를 들어, 아날로그 증폭기(232)는 그것의 비-반전된 입력으로서 제1 전류 센서(226)의 출력을 포함할 수 있고, 그것의 반전된 입력으로서 제2 전류 센서(228)의 출력을 포함할 수 있다. 증폭기 이득에 의해서 셋팅된 바에 따라서, 증폭기 출력은 비-반전된 입력과 반전된 입력 사이의 차이에 비례할 수 있다. 이러한 출력은 제2의 조정가능한 레일 전압(216)을 제어하기 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 증폭기 출력이 증가되어, 제2 출력 센서 출력을 넘어선 제1 전류 센서 출력의 상당한 증가를 나타냄에 따라, 제2 레일 전압(216)은 또한 제2 일차 코일 내의 전류 부족을 상쇄시키기 위해서 증가될 수 있다. 제2 구동부(220)는 도 27에 도시된 바와 같이 증폭기(232)의 출력을 기초로 구동될 수 있거나, 또는 도 25-26에 도시된 바와 같이 마이크로컨트롤러(212)에 의해서 구동될 수 있다. 따라서, 아날로그 증폭기(232) 또는 다른 아날로그 회로는 에너지화된 일차 코일들 내의 전류를 차등적으로(differentially) 비교하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 아날로그 증폭기(232)의 출력은 예를 들어, 위상 지연 라인 또는 불감대(deadband) 발생기를 제어할 수 있다.
반복하면, 일차 코일 어레이(250)의 각각의 일차 코일은 휴대용 장치에 근접할 때, 일반적으로 그 자체의 반사된 임피던스를 가질 것이다. 이러한 반사된 임피던스, 및 구동 전류에서의 상응하는 변화는, 상응하는 다중화기 FET가 폐쇄될 때, 레일로 부여된다. 또한, 각각의 일차 코일에서의 전류가 또한 반사된 임피던스 이외의, 예를 들어, 일차 코일 어레이의 구성의 변동들 및 구동 주파수를 포함하는, 다른 인자들을 기초로 변화될 수 있다. 도 25-26과 관련하여 전술한 바와 같이, 구동 회로(210)는 레일 전압을 변조함으로써 불균형적인 전류 조건에 대해서 교정할 수 있다. 레일 전압을 변조하는 것에 더하여, 구동 회로(210)는 다양한 다른 측면들에서 불균형적인 전류 조건에 대해서 교정할 수 있다. 예를 들어, 구동 회로(210)는 구동부들(218, 220)의 듀티 사이클을 변화시킬 수 있다. 즉, 제1 구동부(218)의 듀티 사이클을 증가시키는 것은 제1의 조정가능한 레일 전압(214)을 증가시키는 것과 유사한 효과를 가질 수 있다. 유사한 방식으로, 제2 구동부(220)의 듀티 사이클을 증가시키는 것은 제2의 조정가능한 레일 전압(216)을 증가시키는 것과 유사한 효과를 가질 수 있다. 또한, 전원은 구동부들(218, 220) 사이의 위상 지연을 변화시킴으로써, 또는 선택가능한 임피던스 요소들의 어레이를 이용하여 및/또는 일차 코일과 병렬 및/또는 직렬로 연결된 하나 이상의 튜닝가능한 임피던스 요소들을 이용하여 각각의 일차 코일의 임피던스를 선택적으로 변화시킴으로써, 불균형적인 전류 조건에 대해서 교정할 수 있다.
도 28에서 선택적으로 더 도시된 바와 같이, 일차 코일 어레이(250)가 푸시-풀(push-pull) 시퀀스로 구동 회로(210)에 의해서 구동될 수 있으며, 이때 에너지화된 일차 코일들은 공통 노드(264)를 통해서 직렬로 연결된다. 이러한 구성에서, 전류는 일반적으로 제1 및 제2의 에너지화된 일차 코일들 사이에서 균형을 이룬다. 예를 들어, 제1 다중화기(222)는 제1 구동부 출력을 코일(256)로 지향시킬 수 있고, 제2 다중화기(224)는 제2 구동부 출력을 코일(258)로 지향시킬 수 있다. 코일들(256, 258)은 공통 노드(264)에 걸쳐서 연결되기 때문에, 시간(t0)에서 코일(256) 내의 전류가 일반적으로 시간(t0)에서 코일(258) 내의 전류와 동일하고, 각각의 전류 센서(226, 228)의 출력은 또한 대체로 같을 것이다. 전류 센서들(226, 228)이 일반적으로 전류 불균일성을 검출하기 위해서 이용되지 않지만, 그 대신에, 실질적으로 전술한 바와 같이, 전류 센서들(226, 228)은 일차 코일 어레이(250)에 근접한 휴대용 장치에 대한 스캔과 함께 이용될 수 있다. 또한, 레일 전압들(214, 216)은 서로 실질적으로 동일할 수 있거나, 또는 때때로 하나의 레일 전압이 다른 레일 전압보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 구동부(218)는 구동 펄스들의 트레인(train)을 생성할 수 있고, 제2 구동부(220)는 실질적으로 동일한 주파수의, 약 180도의 위상차의 구동 펄스들의 반전된 트레인을 생성할 수 있다. 레일 전압들(214, 216)이 동일하지 않은 경우에, 에너지화된 일차 코일들을 통한 평균 전류는 하나의 방향에서 다른 방향보다 더 클 것이다. 에너지화된 코일들(256, 258)이 공통 코어 주위로 동일한 방향을 중심으로 권선되어, 그들 사이에 협력적인 자기 플럭스의 영역을 제공할 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 부가적인 스위치들은, 마이크로컨트롤러(212)의 제어 하에서, 일차 코일들을 공통 노드(264)로부터 선택적으로 격리시킬 수 있다.
또한 도 29에 도시된 바와 같이, 그 대신에, 일차 코일 어레이(250)는 단지 하나의 마이크로컨트롤러-제어기 구동부(218)에 의해서 구동될 수 있다. 이러한 구성에서, 일차 코일들(252, 254, 256, 258)은 다시 공통 노드(264)에 걸쳐서 직렬로 연결된다. 제1 다중화기(222)는 병렬로 연결된 스위치들(223)의 어레이를 포함하여, 시간-가변적인 구동 전류로 제1 일차 코일을 선택적으로 구동한다. 제2 다중화기(224)는 병렬로 연결된 스위치들(225)의 대응부분 어레이를 포함하여, 제2 일차 코일을 선택적으로 접지에 연결한다. 예를 들어, 제1 다중화기(222)는 구동부 출력으로 제1 일차 코일(252)을 구동할 수 있고, 제2 다중화기(224)는 제2 일차 코일(254)을 접지에 전기적으로 연결하는 한편, 또한 나머지 일차 코일들을 접지로부터 격리시킨다. 전류 유동 경로는 구동부(218)로부터 기원하고 제1 일차 코일(252) 및 제2 일차 코일(256)을 통해서 접지로 계속되는 것으로 도시되어 있다. 에너지화된 코일들(252, 256)은 공통 코어 주위로 공통 방향을 따라 권선되어, 그 사이에 협력적인 자기 플럭스의 영역을 제공할 수 있다. 또한, 각각의 일차 코일(252, 256)은 직렬 공진 커패시터(260)를 포함할 수 있고, 일부 경우에 각각의 일차 코일보다 적은 것이 직렬 공진 커패시터(260)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 29에는 제1 일차 코일(252)만이 직렬 공진 커패시터(260)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
일반적으로 동시에 에너지화되는 일차 코일들 사이의 전류를 균형화하는 것으로, 무접촉 전원(200)이 설명되었다. 그러나, 일부 실시예들에서, 상이한 전류 값들로 일차 코일들을 의도적으로 구동하는 것이 요망될 수 있다. 예를 들어, 휴대용 장치에 가장 근접한 에너지화된 일차 코일이 보다 많은 전류를 가지도록, 일차 코일 어레이(250)를 제어하는 것이 요망될 수 있다. 이는, 사실상, 휴대용 장치의 위치에서 센터링되도록 피크 플럭스 링키지(및 그에 따른 커플링 및 효율)의 영역을 천이시킬 것이다. 이러한 경우에, 구동 회로(210)는 도 25-27의 제1 및 제2 구동부들을 제어하여, 에너지화된 일차 코일들 사이에서 전류를 (균등한 것 대신) 비례적으로 분배할 수 있다. 전류 센서 출력들 사이의 오류를 또한 이용하여 부가적인 정보를 식별할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전류 센서 출력들 사이의 오류는, 기생 객체(parasitic object)가 다른 일차 코일보다 하나의 일차 코일에 더 근접할 수 있다는 것을 나타낼 수 있다. 이어서, 이러한 정보를 이용하여, 전력 전달을 중단시킬 수 있고, 또는 일차 코일들의 다른 쌍으로 전력을 공급하기 위해서 잠재적으로 천이시키기 위해서 이용될 수 있을 것이고, 그러한 잠재적인 천이는 협력적인 자기의 영역을 기생 객체로부터 멀리 이동시킬 수 있을 것이다. 만약 코일들이, 사실상, 도 28-29에 도시된 바와 같이 직렬로 구동된다면, 에너지화된 일차 코일들에 걸친 상대적인 전압이 유사한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
이상의 설명들은 본 발명의 현재의 실시예들에 관한 것이다. 균등론을 비롯한 특허법의 원칙들에 따라서 해석되는, 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같은 발명의 사상 및 넓은 양태들로부터 벗어나지 않고도, 여러 가지 변경 및 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 관사들("a", "an", "the" 및 "said")을 이용하는 단수 형태의 요소들에 대한 임의의 언급이 그러한 요소를 단수로 제한하는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (57)

  1. 적어도 하나의 원격 장치에 전력을 제공하기 위한 무접촉 전원으로서,
    둘 초과의 유도적 일차부분(primary)을 포함하는 일차 코일 어레이;
    일차 코일 어레이의 제1 유도적 일차부분 및 일차 코일 어레이의 제2 유도적 일차부분을 선택적으로 구동하도록 구성된 구동 회로; 및
    적어도 하나의 원격 장치를 상부에 수용하는 전력 전달 표면
    을 포함하고,
    제1 유도적 일차부분은 제1 시간-가변적인 전류로 구동될 때 전자기 플럭스를 제공하고, 제1 유도적 일차부분은 제1 중심선 축을 형성하고,
    제2 유도적 일차부분은 제2 시간-가변적인 전류로 구동될 때 전자기 플럭스를 제공하고, 제2 유도적 일차부분은 제1 중심선 축과 동축인 제2 중심선 축을 형성하고,
    제1 및 제2 유도적 일차부분들은 전력 전달 표면 아래에 위치하고, 제1 및 제2 중심선 축들은 전력 전달 표면에 평행하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 제1 유도적 일차부분과 제2 유도적 일차부분 사이에서 전력 전달 표면의 영역 내에 누적 자기 플럭스를 형성하도록 동작할 수 있는, 무접촉 전원.
  2. 제1항에 있어서, 제1 유도적 일차부분이 제1 방향을 중심으로 권선되고, 제2 유도적 일차부분이 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향을 중심으로 권선되는 무접촉 전원.
  3. 제2항에 있어서, 제1 및 제2 유도적 일차부분들이 전기적으로 직렬 연결되고, 그에 의해서 제1 및 제2 시간-가변적인 전류들이 동일한 무접촉 전원.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 유도적 일차부분에 전기적으로 연결되어 제1 시간-가변적인 전류를 생성하는 제1 구동부; 및
    제2 유도적 일차부분에 전기적으로 연결되어 제2 시간-가변적인 전류를 생성하는 제2 구동부를 더 포함하고,
    제1 및 제2 시간-가변적인 전류들은 실질적으로 위상차를 가지는 무접촉 전원.
  5. 제1항에 있어서, 강자성체 코어 요소를 더 포함하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들이 강자성체 코어 요소 주위로 권선되는 무접촉 전원.
  6. 제1항에 있어서, 전력 전달 표면의 반대면에 반자성체 요소를 더 포함하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들이 그 사이에 배치되는 무접촉 전원.
  7. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 채널들을 포함하는 보빈을 더 포함하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들이 제1 및 제2 채널들 내에서 각각 보빈 주위로 권선되는 무접촉 전원.
  8. 제7항에 있어서, 보빈이 실질적으로 평면형인 무접촉 전원.
  9. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 유도적 일차부분들에 직교하는 제3 및 제4의 동축 유도적 일차부분들을 더 포함하는 무접촉 전원.
  10. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 원격 장치가 전력 전달 표면 상의 복수의 위치들을 따라서 위치될 수 있고,
    적어도 하나의 원격 장치가 제1 및 제2 유도적 일차부분들에 직교하는 유도적 이차부분(secondary)을 포함하는 무접촉 전원.
  11. 원격 장치에 무선 전력을 제공하는 방법으로서,
    원격 장치를 상부에 수용하는 전력 전달 표면, 및 전력 전달 표면 아래에 위치하고, 수평으로 배치된 둘 초과의 유도적 일차부분을 포함하는 일차 코일 어레이를 포함하는 무접촉 전원을 제공하고;
    각각의 시간-가변적인 전류들로 일차 코일 어레이의 제1 및 제2 유도적 일차부분들을 구동시켜 일차 코일 어레이의 제1 유도적 일차부분과 제2 유도적 일차부분 사이의 영역 내 제1의 누적 자기 플럭스를 원격 장치에 제공하는
    것을 포함하고,
    제1 유도적 일차부분은 제1 시간-가변적인 전류로 구동될 때 제1 전자기 플럭스를 제공하고, 제1 유도적 일차부분은 제1 중심선 축을 형성하고,
    제2 유도적 일차부분은 제2 시간-가변적인 전류로 구동될 때 제2 전자기 플럭스를 제공하고, 제2 유도적 일차부분은 제1 중심선 축과 동축인 제2 중심선 축을 형성하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 및 제2 유도적 일차부분들 내의 전류 또는 전압을 측정하고;
    제1 및 제2 유도적 일차부분들의 각각의 전류 또는 전압이 실질적으로 동일한 균형적인 조건으로 제1 및 제2 유도적 일차부분들을 구동하는 것을 더 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 균형적인 조건들로 구동하는 것은 제1 및 제2 유도적 일차부분들 중 하나의 시간-가변적인 전류의 진폭, 듀티 사이클 및 주파수 중 하나를 변화시키는 것을 포함하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    제1 및 제2 유도적 일차부분들 내의 전류 또는 전압을 측정하고;
    제1 및 제2 유도적 일차부분들의 각각의 전류 또는 전압이 실질적으로 상이한 불균형적인 조건으로 제1 및 제2 유도적 일차부분들을 구동하는 것을 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 불균형적인 조건들로 구동하는 것은 제1 및 제2 유도적 일차부분들 중 하나의 시간-가변적인 전류의 진폭, 듀티 사이클 및 주파수 중 하나를 변화시키는 것을 포함하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 구동하는 단계는
    제1 유도적 일차부분을 제1 시간-가변적인 전류로 구동하고;
    제2 유도적 일차부분을 제2 시간-가변적인 전류로 구동하고;
    제1 및 제2 시간-가변적인 전류들 중 적어도 하나의 위상을 변화시켜 원격 장치로 제공되는 제1의 누적 자기 플럭스를 제어하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 유도적 일차부분들이 제1 축 주위로 동일한 방향으로 권선되고;
    각각의 시간-가변적인 전류들이 실질적으로 위상차를 가지는 방법.
  18. 제11항에 있어서, 제1 유도적 일차부분이 제1 축 주위로 제1 방향으로 권선되고, 제2 유도적 일차부분이 제1 축 주위로 제2 방향으로 권선되는 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    제1 축에 수직인 제2 축 주위로 권선된 제2 복수의 유도적 일차부분들을 제공하고;
    각각의 시간-가변적인 전류들로 제2 복수의 유도적 일차부분들 중 첫 번째 및 두 번째 유도적 일차부분들을 구동시켜 원격 장치에 의해서 점유된 영역 내에서 제2의 누적 자기 플럭스를 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 원격 장치를 상부에 수용하기 위한 전력 전달 표면을 제공하는 것을 더 포함하고, 제1 및 제2 복수의 유도적 일차부분들은 전력 전달 표면의 아래에 위치되는 방법.
  21. 제11항에 있어서, 각각의 시간-가변적인 전류들이 제1 진폭, 및 제1 진폭과는 상이한 제2 진폭을 포함하는 방법.
  22. 무접촉 전원의 제조 방법으로서,
    제1 및 제2 단부 부분들을 구비한 전도체를 제공하고;
    전도체를 제1 방향으로 권선하여 제1 유도적 일차부분을 형성하고;
    전도체를 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 권선하여 제2 유도적 일차부분을 형성하고 - 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 이격되고 실질적으로 동축임 -;
    시간-가변적인 전류로 전도체를 구동하도록 동작할 수 있는 전원에 제1 전도체 단부 부분과 제2 전도체 단부 부분을 전기적으로 연결하는
    것을 포함하고,
    제1 및 제2 유도적 일차부분들은 시간-가변적인 전류로 구동될 때 제1 유도적 일차부분과 제2 유도적 일차부분 사이의 영역 내에 누적 자기 플럭스를 형성하도록 동작할 수 있고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 수평으로 배치된 둘 초과의 유도적 일차부분을 포함하는 일차 코일 어레이를 형성하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 제1 및 제2 유도적 일차부분들 각각이 실질적으로 동일한 임피던스를 형성하는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 전도체가 제1 전도체이고,
    제2 전도체를 제1 방향으로 권선하여 제3 유도적 일차부분을 형성하고, 제2 전도체를 제2 방향으로 권선하여 제4 유도적 일차부분을 형성하는 것을 더 포함하고, 제3 및 제4 유도적 일차부분들이 서로 이격되고 제1 및 제2 유도적 일차부분들에 직교하며,
    제3 및 제4 유도적 일차부분들 각각이 제1 및 제2 유도적 일차부분들의 일부를 둘러싸는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 제2 전도체를 전원에 전기적으로 연결하는 것을 더 포함하는 방법.
  26. 무접촉 전원의 제조 방법으로서,
    제1 전도체를 권선하여 제1 및 제2 동축 유도적 일차부분들을 형성하고;
    제1 유도적 일차부분과 제2 유도적 일차부분 사이에서 제1 전도체를 컷팅하고;
    시간-가변적인 전류로 제1 및 제2 유도적 일차부분들을 구동하도록 동작할 수 있는 전원에 제1 및 제2 유도적 일차부분들을 전기적으로 연결하는
    것을 포함하고,
    제1 및 제2 유도적 일차부분들은 이격되어 시간-가변적인 전류로 구동될 때 그 사이에 누적 자기 플럭스의 영역을 형성하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 수평으로 배치된 둘 초과의 유도적 일차부분을 포함하는 일차 코일 어레이를 형성하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서, 제1 및 제2 유도적 일차부분들 각각이 전원에 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 리드(lead)들을 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 전원이 제1 및 제2 구동부들을 포함하고, 상기 방법은,
    제1 유도적 일차부분의 제1 및 제2 리드들을 제1 구동부에 전기적으로 연결하고;
    제2 유도적 일차부분의 제1 및 제2 리드들을 제2 구동부에 전기적으로 연결하는 것을 더 포함하는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 전원이 구동부를 포함하고, 상기 방법은,
    제1 유도적 일차부분의 제1 및 제2 리드들을 구동부에 전기적으로 연결하고;
    제2 유도적 일차부분의 제1 및 제2 리드들을 구동부에 전기적으로 연결하는 것을 더 포함하는 방법.
  30. 제26항에 있어서, 전원이 제1 및 제2 유도적 일차부분들을 실질적으로 같은 위상으로 또는 실질적으로 위상차를 가지고 선택적으로 구동하기 위한 스위칭 회로를 포함하는 방법.
  31. 제26항에 있어서, 제2 전도체를 권선하여 제3 및 제4의 동축 유도적 일차부분들을 형성하는 것을 더 포함하고, 제3 및 제4 유도적 일차부분들은 제1 및 제2 유도적 일차부분들의 일부를 둘러싸고 제1 및 제2 유도적 일차부분들에 직교하는 방법.
  32. 무접촉 전원 시스템으로서,
    유도적 이차부분을 포함하는 원격 장치; 및
    원격 장치를 상부에 수용하는 전력 전달 표면, 전력 전달 표면의 아래에 둘 초과의 동축 유도적 일차부분을 구비하고 전력 전달 표면에 평행한 중심선 축을 형성하는 일차 코일 어레이, 및 일차 코일 어레이의 제1 유도적 일차부분 및 일차 코일 어레이의 제2 유도적 일차부분을 선택적으로 구동하도록 구성된 구동 회로를 포함하는 무접촉 전원
    을 포함하고,
    유도적 이차부분은 제1 및 제2 유도적 일차부분들에 직교하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 직교하는 유도적 이차부분에 의해서 점유된 전력 전달 표면의 영역 내에 누적 자기 플럭스를 생성하도록 동작할 수 있는, 무접촉 전원 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 제1 유도적 일차부분이 제1 방향 주위로 권선되고, 제2 유도적 일차부분이 제1 방향과는 상이한 제2 방향 주위로 권선되는 무접촉 전원 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 제1 및 제2 유도적 일차부분들이 전기적으로 직렬 연결되는 무접촉 전원 시스템.
  35. 제32항에 있어서,
    제1 유도적 일차부분에 전기적으로 연결되어 제1 시간-가변적인 전류를 생성하는 제1 구동부; 및
    제2 유도적 일차부분에 전기적으로 연결되어 제2 시간-가변적인 전류를 생성하는 제2 구동부를 더 포함하고, 제1 및 제2 시간-가변적인 전류들은 실질적으로 위상차를 가지는 무접촉 전원 시스템.
  36. 제32항에 있어서, 강자성체 코어 요소를 더 포함하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 강자성체 코어 요소 주위로 권선되고, 강자성체 코어 요소는 유도적 이차부분에 의해서 점유된 전력 전달 표면의 영역을 향해서 누적 자기 플럭스를 안내하는 무접촉 전원 시스템.
  37. 제32항에 있어서, 유도적 이차부분에 의해서 점유된 전력 전달 표면의 영역 내의 누적 자기 플럭스를 증가시키기 위해서 제1 및 제2 유도적 일차부분들의 아래에 반자성체 요소를 더 포함하는 무접촉 전원 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 반자성체 요소가 실질적으로 평면형이고 전력 전달 표면과 동연적(coextensive)이며, 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 반자성체 요소와 전력 전달 표면 사이에 배치되는 무접촉 전원 시스템.
  39. 제32항에 있어서, 실질적으로 평면형인 보빈을 더 포함하고, 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 평면형 보빈 주위로 권선되는 무접촉 전원 시스템.
  40. 유도적 이차부분을 포함하는 원격 장치에 무선 전력을 제공하는 방법으로서,
    원격 장치를 상부에 수용하는 전력 전달 표면을 제공하고;
    전력 전달 표면 아래에 위치하고, 전력 전달 표면에 평행한 제1 중심선 축 주위로 권선된 둘 초과의 이격된 유도적 일차부분을 포함하는 제1 일차 코일 어레이를 제공하고;
    제1 방향의 전류로 제1 일차 코일 어레이의 제1 유도적 일차부분을 구동하고;
    제2 방향의 전류로 제1 일차 코일 어레이의 제2 유도적 일차부분을 구동하는
    것을 포함하고,
    유도적 이차부분은 일차 코일 어레이의 제1 및 제2 유도적 일차부분들에 직교하고, 제1 일차 코일 어레이의 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 유도적 이차부분과 접선방향으로 정렬되어 유도적 이차부분에 누적 자기 플럭스를 제공하는, 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    전력 전달 표면 아래에 위치하고, 제1 중심선 축에 직교하는 제2 중심선 축 주위로 권선된 둘 초과의 이격된 유도적 일차부분들을 포함하는 제2 일차 코일 어레이를 제공하고;
    제1 방향의 전류로 제2 일차 코일 어레이의 제1 유도적 일차부분을 구동하고;
    제2 방향의 전류로 제2 일차 코일 어레이의 제2 유도적 일차부분을 구동하는
    것을 더 포함하고,
    제2 일차 코일 어레이의 제1 및 제2 유도적 일차부분들은 유도적 이차부분과 접선방향으로 정렬되어 유도적 이차부분에 대한 누적 자기 플럭스에 기여하는 방법.
  42. 제40항에 있어서, 제1 일차 코일 어레이의 제1 및 제2 유도적 일차부분들 내의 전력의 특성을 모니터링하여 제1 및 제2 유도적 일차부분들에 인접한 유도적 이차부분의 존재를 검출하는 것을 더 포함하는 방법.
  43. 제42항에 있어서, 전력의 특성이 전류, 전압 및 위상 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  44. 제40항에 있어서, 제1 일차 코일 어레이가 강자성체 코어 요소를 포함하는 방법.
  45. 제40항에 있어서, 제1 일차 코일 어레이가 실질적으로 평면형인 보빈을 포함하는 방법.
  46. 제40항에 있어서, 유도적 이차부분이 제1 일차 코일 어레이에 실질적으로 직교하는 방법.
  47. 제40항에 있어서, 전력 전달 표면은 평면형이고, 원격 장치를 상부에 분리가능하게 수용하는 방법.
  48. 무접촉 전원으로서,
    적어도 하나의 원격 장치를 상부에 수용하는 전력 전달 표면;
    전력 전달 표면 아래에 위치하고, 복수의 이격된 유도적 일차부분들이 동축이도록 전력 전달 표면에 평행한 축 주위로 각각 권선된 복수의 이격된 유도적 일차부분들을 포함하는 제1 일차 코일 어레이; 및
    복수의 유도적 일차부분들의 각각에 전기적으로 연결된 전원
    을 포함하고,
    전원은 복수의 유도적 일차부분들 중 첫 번째 2개의 유도적 일차부분을 선택적으로 구동시켜 복수의 유도적 일차부분들 중 첫 번째 2개의 유도적 일차부분들 사이에 누적 전자기 플럭스의 제1 영역을 형성하도록 동작할 수 있고 복수의 유도적 일차부분들 중 두 번째 2개의 유도적 일차부분을 선택적으로 구동시켜 복수의 유도적 일차부분들 중 두 번째 2개의 유도적 일차부분들 사이에 누적 전자기 플럭스의 제2 영역을 형성하도록 동작할 수 있는, 무접촉 전원.
  49. 제48항에 있어서, 전원은 복수의 유도적 일차부분들 중 첫 번째 2개의 유도적 일차부분을 실질적으로 위상차를 가지고 구동하도록 동작될 수 있고;
    전원은 복수의 유도적 일차부분들 중 두 번째 2개의 유도적 일차부분을 실질적으로 위상차를 가지고 구동하도록 동작될 수 있는 무접촉 전원.
  50. 제48항에 있어서, 복수의 유도적 일차부분들 중 첫 번째 2개의 유도적 일차부분은 제1 거리만큼 이격되고;
    복수의 유도적 일차부분들 중 두 번째 2개의 유도적 일차부분은 제1 거리와는 상이한 제2 거리만큼 이격되는 무접촉 전원.
  51. 제48항에 있어서, 전원이 복수의 유도적 일차부분들 내의 전력의 특성을 모니터링하여 제1 일차 코일 어레이에 근접한 원격 장치의 존재를 검출하도록 동작될 수 있는 무접촉 전원.
  52. 제48항에 있어서, 제1 일차 코일 어레이에 직교하는 축 주위로 각각 권선된 복수의 이격된 유도적 일차부분들을 포함하는 전력 전달 표면 아래의 제2 일차 코일 어레이를 더 포함하는 무접촉 전원.
  53. 제48항에 있어서, 전원이 복수의 유도적 일차부분들 중 적어도 2개를 실질적으로 위상차를 가지고 동시에 구동하기 위한 스위칭 회로 및 구동부를 포함하는 무접촉 전원.
  54. 제48항에 있어서, 전원이 복수의 유도적 일차부분들 중 적어도 2개를 실질적으로 위상차를 가지고 동시에 구동하기 위한 제1 및 제2 구동부들을 포함하는, 무접촉 전원.
  55. 제48항에 있어서, 제1 일차 코일 어레이가 강자성체 코어 요소를 포함하는 무접촉 전원.
  56. 제48항에 있어서, 제1 일차 코일 어레이가 실질적으로 평면형인 보빈을 포함하는 무접촉 전원.
  57. 제48항에 있어서, 원격 장치가 전력 전달 표면에 수직인 중심선 축을 형성하는 유도적 이차부분을 포함하는 무접촉 전원.
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