KR102227018B1

KR102227018B1 - 유도 장치 및 전기 자동차에 설치하기 위한 2차 공진기 장치

Info

Publication number: KR102227018B1
Application number: KR1020197018511A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 웨버; 마르코 우쭐코
Original assignee: 수미다 컴포넌트 앤드 모듈 게엠베하
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2021-03-15
Also published as: JP2020515030A; DE102016223534A1; EP3545537A1; US11367568B2; CN109997206B; WO2018095846A1; JP6738966B2; US20210110960A1; EP3545537B1; KR20190084327A; CN109997206A

Abstract

본 발명은 유도 장치로, 판형 페라이트 코어(plate-shaped ferrite core)(110, 210) 및 상기 판형 페라이트 코어(110, 210) 위에 배치되어, 복수의 턴들(turns)(160, 260)을 포함하는 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(hybrid double-D solenoid coil)(150, 250)을 포함하되, 상기 복수의 턴들(turns)(160, 260)은 하나 이상의 그룹이 각각 단조 증감(monotonically increasing or decreasing)하는 턴 지름들(turn diameters)을 갖는 적어도 2개의 즉시 연속 턴들(turns) 중 적어도 2개의 그룹으로 그룹화되고, 일 그룹 내의 최종 턴의 직전 턴의 직경이 일 그룹의 최종 턴의 직경보다 작으면, 일 그룹의 최종 턴은 다음 그룹의 제1 턴의 직경보다 크거나, 일 그룹 내의 최종 턴의 직전 턴의 직경이 그룹의 최종 턴의 직경보다 크면, 일 그룹의 최종 턴은 다음 그룹의 제1 턴의 직경보다 작다.

Description

유도 장치 및 전기 자동차에 설치하기 위한 2차 공진기 장치

본 발명은 판형 페라이트 코어(판형 페라이트 코어) 및 상기 판형 페라이트 코어상에 배치되는 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(hybrid double-D solenoid coil)을 포함하는 유도 장치(inductive device)에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상응하는 유도 장치를 갖는 전기 자동차에 장착하기 위한 2 차 공진기 장치(secondary resonator device)에 관한 것이다.

재생 에너지원(renewable energy sources)으로부터 발생되는 전력의 비중 증가 및 온실 가스(greenhouse gases) 감축을 위한 광범위한 국제 조약(international treaties)으로 인해 전동 자동차(electric motor vehicles), 즉 전기 구동(electric drive)을 가진 자동차(motor vehicles)가 점차 중요해지고 있다. 전기 자동차(electric cars)는 전기 구동 차량(electric motor vehicles)의 예로, 지하철(subway trains), 전기 자전거(electric bicycles) 등과 같은 승용차(passenger vehicles) 및 화물 차량(freight vehicles)을 더 포함한다. 일반적으로, 전기 자동차는 소위 전기 구동 장치로서 전기 모터에 의해 구동되고, 그 운동(locomotion)에 필요한 전기 에너지(electrical energy necessary)를 여러 개의 상호 연결된 배터리 셀(battery cells) 또는 셀 블록(cell blocks)로 구성되는 견인 배터리(traction battery)에 저장하는 적어도 4개의 휠(wheels)을 가진 승객을 운반하기 위한 자동차로 이해될 수 있다. 이러한 차량은 운전 중 관련 오염 물질(relevant pollutants)을 배출하지 않으므로, 연료 구동 차량(fuel-driven vehicles)에 비해 배출 가스가 없는 차량으로 분류된다.

전기 제어 전기 모터는 내연 기관(internal combustion engines)에 비해 지정 상태(standstill)에서 최대 토크(the maximum torque)를 전달하고, 내연 기관을 사용하는 구동 장치와 달리 수동 변속기(manual transmission)가 일반적으로 필요하지 않으며, 유해한 가스(harmful exhaust gases)를 직접적으로 배출하는 내연기관에 비해 전기 모터는 더 조용하고 거의 진동이 없을지라도, 비교적 덜 발달되고 불균일하게 규제(underdeveloped and non-uniformly regulated)되는 충전 인프라(charging infrastructure)와 결과적으로 더 긴 여정을 자발적으로 관리하는 전기 자동차 사용자를 위한 낮은 유연성 수준은 시장 수용에 장애가 된다.

전기 및 연료 동력 차량 간의 또 다른 중요한 차이점은 에너지 저장 공간을 채우는 충전 시간과 연료 공급 시간의 비교이다. 예컨대, 수 분의 연료 공급 시간은 수십 분(현재 고성능 DC 충전소(DC charging stations)에서 80 % 배터리 충전의 경우 약 30분)을 마주한다.

그러나, 모든 충전 시스템이 충전 전기 자동차의 관점에서 하나의 표준에 기초하고 있지만, 전기 자동차 용으로 특별히 제작된 상이한 종류(type)의 충전 플러그들이 존재한다. 결과적으로, 현재 다양한 충전 옵션을 사용할 수 있지만 제조업체와 모델에 크게 의존한다.

연료 동력 차량과 비교할 때, 차고 또는 영구적으로 할당된 주차 공간 또는 회사 차량용 회사 주차장과 같이 사용하지 않을 때에도 많은 차량이 수용되는 위치에 "충전소"를 유리하게 배치할 수 있다. 거의 모든 전기 자동차가 일반 가정용 콘센트(normal domestic outlet)에서 충전될 수 있지만, 16A의 퓨즈가 있는 표준 단상 커넥터는 2.3kW의 최대 전송을 허용하므로, 가정용 콘센트(domestic outlet)에서 전기 자동차를 충전하면 일반적으로 몇 시간이 소요된다. 또한, 가정용 콘센트(domestic outlet)에서 충전하는 경우, 다른 소비자(consuners)가 이미 가정용 콘센트(domestic outlet)의 회로에 연결되어 있을 가능성이 있고, 전기 자동차를 충전하기 위해 가정용 콘센트에 전원을 공급하는 데 특히 몇 시간에 걸친 더 긴 부하가 걸릴 수 있다는 제한에 유의해야 한다.

특히 전기 자동차의 수용 증가가 특히 전기 이동성의 증가와 관련되어 있으며 전기 자동차의 유용성 향상이 큰 영향을 미칠 수 있다고 가정하는 것이 무리가 아닌 것으로 보인다.

개선에 대한 하나의 접근법은 예컨대, 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위해 유도 방식으로 에너지를 구동하거나 주차할 때 에너지가 비접촉 방식으로 차량에 전달되는 열린 접점없이 비접촉 충전. 사용자의 플러그 및 충전 케이블 취급이 제거되므로 시장 수용력을 높일 수 있는 기회가 발생한다.

전기 자동차용 비접촉 충전 시스템은 일반적으로 전기 에너지를 출력하도록 구성된 1 차 공진기 장치 및 1 차 공진기 장치에 의해 출력된 전기 에너지를 수신하도록 구성된 2 차 공진기 장치를 포함한다.

무선 에너지 전송의 경우 물리적 특성이 다른 근본적으로 두 가지 원칙이 있다. 첫째, 근거리(near field)에서의 무선 에너지 전달. 비 방사 결합(non-radiative coupling)이라고도 한다. 예컨대, 이는 제1 공진기 장치에서 발생되고 제2 공진기 장치에 의해 검출되는 자속(magnetic flux)에 기초한 유도 결합(inductive coupling)을 포함한다. 둘째, 원거리(far field)에서의 에너지 전달은 또한 전자기파(electiromagnetic waves)를 기반으로 한 복사 에너지 전달(radiative energy transfer)이라고도 한다.

근거리 무선 에너지 전달(위의 첫 번째 참조)은 에너지 전달 방사선의 파장에 비해 작은 거리까지의 에너지 전달 범위 측면에서 제한적이다.

원거리에서의 에너지 전달은 소위 자유 공간 경로 손실(free-space path loss)(즉, 추가적인 댐핑 매체(damping media) 또는 간섭으로부터 자유 공간에서 전자파의 전파에서의 전력 밀도의 감소, 반사에 의한 간섭)은 1% 미만의 매우 낮은 수준의 효율성만을 허용한다.

따라서, 현재의 충전 시스템은 전기 차량의 비접촉 충전을 위해, 1차 코일 또는 송신 코일이 지면에 매립되는, 크게 유도성 커플링에 의한 전자기 에너지의 근거리 전이(near field transfer)를 목표로 한다. 2차 코일 또는 수신 코일은 전기 자동차, 예컨대 하부에 부착된다. 1차 코일 또는 송신 코일이 적어도 부분적으로 지면에서 돌출하는 사적 영역에서도 지상 위에 장착할 수 있습니다.

1차 및/또는 2차 코일에 대한 공지된 코일 구성은 도 1a, 1b 및 1c와 연관되어 후술될 것이다.

도 1a는 소위 "더블-D 코일 설계(double-D coil design)"에 따라 코일(1a) 상에 평면도를 개략적으로 도시한다. 도시된 구성에 따라, 권선(winding)(5a)은 자기 코어(magnetic core)(3a) 상에 배치되고, 특히 턴(5a)의 개별 권선(individual turns)은 자기 코어(3a) 주위로 흐르지 않는다.

도 1b는 소위 "솔레노이드 코일 설계(solenoid coil design)"에 따른 코일(1b)을 개략적으로 도시하며, 턴(5b)이 자기 코어(3b) 위에 배열되어 턴(5b)의 개별 권선이 자기 코어(3b) 주위로 흐른다.

도 1c는 도 1a의 이중-D 코일 설계와 도 1b의 솔레노이드 코일 설계의 조합을 나타내는 소위 "하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일 설계(hybrid double-D solenoid coil design)"에 따른 코일(1c)을 도시한다. 코일(1c)은 턴(turn)(5c1) 및 추가의 턴(5c2)을 포함하는 자기 코어(3c) 위에 턴(5c)을 포함하며, 턴들(5c1 및 5c2)은 자기 코어(3c)에 일정 각도로 감긴다. 이는 턴(5c1, 5c2)이 배치된 면에 수직축인 각 턴(5c1, 5c2)의 회전축이도 1c의 부호 d인 두께 방향에서 45 °미만으로 벗어남을 의미한다. .

한편, 도 1b와 관련하여, 턴(5b)의 회전축은 자기 코어(3b)의 두께 방향에 실질적으로 수직으로 배향된다는 것을 알 수 있다(도 1c의 "d"는 도 1b에 대해서도 또한 정의됨), 특히 턴(5b)의 회전축, 즉 턴(5b)의 턴(5b)이 위치하는 평면에 수직인 축은 두께 방향에 대해 45 °보다 큰 각도로 배향된다.

무선 에너지 전달(wireless energy transfer)에 대해 공지된 코일 토폴로지(coil topologies)는 예컨대, 공개 공보 WO 2015/094964 A1에 개시되어 있다.

전기 자동차의 무선 충전을 위한 장치는 예컨대, 문서 WO 2016/114893 A1에 기술되어 있다.

전기 자동차를 충전하기 위한 충전 장치용 보조 장치(secondary device for a charging device)는, 예컨대, EP 2858078 A1에서 공지되어 있다.

전기 이동성 개선의 관점에서, 전기 자동차의 유도 충전용 특정 코일 설계, 예컨대 컴팩트한 디자인을 유지하면서 7kW 이상을 향상된 효율로 전달할 수 있는 전기 자동차를 제공하는 것이 목적이다. 또한, 하나의 목적은 적어도 전력 손실로 인한 자체 가열을 감소시키는 코일 설계를 제공하는 것이다.

충전 시스템의 개발에서, 일반적인 조건은 예컨대, 허용 공간(available space), 소정 최소 효율(predetermined minimum efficiency), 소정 최소 전송 전력(predetermined minimum transfer power), 소정 최소 전기 강도(predetermined minimum electric strength), 안정성(stability) 면에서의 요건 등을 포함한다.

상기 문제들 및 목적들은 독립항 제 1 항에 따른 유도 장치 및 독립항 제 10 항에 따른 전기 자동차에 장착하기위한 제 2 공진기 장치에 의해 본 개시 내용과 관련하여 해결된다. 또한, 유도 장치의 다른 유리한 실시 예들은 종속항들 제 2 항 내지 제 9 항에 정의된다.

본 발명의 일 양상에 따라, 판형 페라이트 코어(plate-shaped ferrite core) 및 상기 판형 페라이트 코어 위에 배치되어, 복수의 턴들(turns)을 포함하는 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(hybrid double-D solenoid coil)을 가진 유도 장치(inductive device)를 제공하되, 상기 복수의 턴들(turns)은 적어도 2개의 즉시 연속 턴들(turns) 중 적어도 2개의 그룹으로 그룹화된다. 턴들의 턴 지름들(turn diameters)은 단조 증감(monotonically increasing or decreasing)하고, 그룹의 최종 턴의 전이(transition)에서 턴 직경(turn diameter)은 바로 다음 그룹의 바로 다음 제1 턴으로 감소하거나(그룹들에서 턴 직경이 단조 증가하는 경우) 또는 증가한다(그룹들에서 턴 직경이 단조 감소하는 경우). 이를 통해 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일의 개별 턴들을 그룹에 고유하게 할당할 수 있다. 그에 따라 정의된 다수의 턴들의 그룹화는 연속적으로 증가하는 턴 직경에 기인하여 증가하는 돌출부(bulge)에 의해 야기된 턴들에 대한 과도하게 큰 공간 요구가 방지되는 코일 권선(coil winding)에서 인터리브되거나 각각 분포된 권선(windings)을 실현한다. 반면, 턴들은 권선 패턴에 기인하여 증가한다. 반면, 그룹들 내에서 그룹 만의 권선 패턴(winding pattern)에 따라 턴들이 증가하여 그룹당 턴 수에 따라 턴들은 최대 턴 직경(maximum turn diameter)이 된다.

이와 대조적으로, 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같은 공지된 이중-D 코일 설계는 턴의 수에 비례하여 증가하는 턴 직경을 유도한다.

전술한 유도성 장치의 유리한 실시 예에서, 상기 판형 페라이트 코어는 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일에 의해 적어도 부분 중첩되는 적어도 하나의 스태핑(stepping)을 포함한다. 스테핑에서의 건설 높이(construction height)의 감소가 획득될 수 있다.

예시적인 실시 예에 있어서, 적어도 하나의 스태핑(stepping)은 상기 판형 페라이트 코어의 두께 방향(D)에 수직하게 배향되는 상기 판형 페라이트 코어의 2개의 대향 배치된 표면들에 형성된다. 이러한 경우, 적어도 하나의 스태핑(stepping)은 두께 방향을 따라 두개의 대향 배치된 표면들 각각에 오프셋(V1, V2)를 제공한다. 이는 건설 높이와 관련하여 최적화 관점에서 스테핑을 제공하는 간단하고 효율적인 방법을 나타낸다.

유도성 장치의 다른 유리한 실시 예에 있어서, 상기 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일은 상기 판형 페라이트 코어 상에 배치되고, 제1 복수의 턴들 및 제1 단자 접촉부들(terminal contacts)을 갖는 제1 권선들(windings)과, 제2 복수의 턴들 및 제2 단자 접촉부들(terminal contacts)을 갖는 제2 권선들을 포함한다. 상기 제1 및 제2 단자 접촉부들은 상기 유도 장치의 단자들에 연결되어, 단자 접촉부들에 전압이 인가될 때, 상기 제1 권선 및 제2 권선을 통해 흐르는 전류들이 상호간의 반대의 회전 방향을 갖는다. 전술한 본 발명의 양상에 따른 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일 설계의 제1 권선 및 제2 권선은 여기에 단자에 병렬로 연결되어, 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일 설계에 따른 오믹 저항(ohmic resistance)의 감소 및 전력 손실이 감소된다.

전압 강하가 유도 장치의 단자에 인가될 때, 제1 권선 및 제2 권선을 통해 흐르는 전류가 서로 반대 방향인 회전 방향(rotational direction)을 갖는 현재 정의된 접속 구성은 동작 중에 충전 시스템의 제2 요소(secondary element) 또는 제1 요소(primary element)로서 다른 유도 장치와의 유리한 결합을 야기하는 마그네틱 필드 구성을 가능하게 한다.

예시적인 실시 예에 따라, 상기 판형 페라이트 코어는 상기 판형 페라이트 코어 상의 제1 권선 및/또는 제2 권선의 회전축(turn axis, W)을 투영함으로 획득되는 방향에 대해 판형 페라이트 코어의 반대 단부에 배열되는 두개의 폴 섹션들(pole sections), 및 상기 폴 섹션들 사이에 배열되는 연결부(connecting section)를 포함하되, 각각의 폴 섹션은 판형 페라이트 코어의 두께 방향(D)를 따라 상기 판형 페라이트 코어를 따른 연결부로부터 오프셋되어 배치되고, 상기 판형 페라이트 코어에 스테핑들을 형성한다. 이는 오프셋 방식으로 배열된 폴 섹션에 의해 유리하게 커플링 특성을 유지하면서 구성 높이(construction height)의 최적화를 달성할 수 있다.

다른 예시적인 실시 예에 따라, 각각의 폴 섹션은 상기 두께 방향(D)에 부분적으로 수직 배향되는 폴 표면(pole surface)을 갖고, 권선부들에 의해 중첩되지 않는다. 이는 제1 또는 제2 요소(primary or secondary element)로서 작용하는 유도 장치의 유도 장치에 대한 바람직한 커플링 거동(coupling behavior)을 허용한다.

유도 장치의 또 다른 유리한 실시 예에 따라, 상기 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(150, 250)은 판형 페라이트 코어(110, 210)의 두께 방향(D)에 수직 배향되는 판형 페라이트 코어(110, 210)의 표면 위에 단일층(single layer over)으로 감겨져 있다. 이 실시 예에서 단층 권선(single-layer winding)에 의해 두께 방향을 따른 유리한 구성 높이(construction height)가 획득된다.

유도 장치의 추가적인 유리한 실시 예에 따라, 판형 페라이트 코어의 표면 상에 각각의 복수의 홈들(grooves)을 포함하는 적어도 하나의 지지 부재(supporting member)를 더 포함하며, 상기 각각은 상기 지지 부재 위에 배열된 턴들의 정확한 하나의 턴 센셕을 수용한다. 이로써 유리한 구성 높이(construction height)를 제공하는 동시에 회선 사이의 절연을 제공하여 회선이 단락되는 것을 방지 할 수 있다. 이 실시 예는 특히 유도 장치의 제조에 유리하다.

유도 장치의 다른 유리한 실시 예에 따라, 단자 접촉부들로부터 턴들로 연장되는 리드 섹션들(lead sections)은 내부에서 측 방향으로 라우팅되고, 상기 리드 섹션들은 턴 섹션들에 의해 중첩된다. 단자 접촉부와 턴 사이의 연결을 제공하는 리드 섹션들은 여기서 잠재적 손상으로부터 보호되며, 동시에 유도 장치의 두께 방향에 수직인 측 방향 치수(lateral dimensions)는 턴과 페라이트 코어 사이에 형성된 내부 공간의 최적 이용에 의해 최소화된다.

다른 양상으로, 본 발명은 전기 자동차(electric motor vehicle)에 장착되는 제2 공진기 장치(secondary resonator device)를 제공한다. 본 발명의 예시적인 실시 예들에 따르면, 제2 공진기 장치는 하우징(housing), 용량성 컴포넌트(capacitive component) 및 유도 장치를 포함하는 전기 자동차(electric motor vehicle)에 장착하기 위한 것으로, 적어도 하나의 상기 유도 장치(inductive device)가 상기 하우징에 수용된다.

이러한 측면에서, 작은 공간(small construction space)과 유리한 커플링 특성(coupling characteristics)을 갖는 2차 공진기 장치가 전기 자동차의 비접촉 충전에 사용되기 위해 제공된다. 예컨대, 하우징은 재료에 따라 차폐 요소(shielding element) 및/또는 방열판(heat sink)으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기 이동성 개선의 관점에서, 전기 자동차의 유도 충전용 특정 코일 설계, 예컨대 컴팩트한 디자인을 유지하면서 7kW 이상을 향상된 효율로 전달할 수 있는 전기 자동차를 제공한다. 또한, 적어도 전력 손실로 인한 자체 가열을 감소시키는 코일 설계를 제공할 수 있다.

도 1a 내지 1c는 공지된 코일 설계를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 본 발명의 다양한 상세한 실시 예들에 따른 유도 장치의 평면도를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 유도 장치의 저면도를 도시한다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시된 유도 장치의 내부 측 단면도를 도시한다.
도 2d는 도 2a-2c의 권선 요소를 갖는 페라이트 코어의 측 단면도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 권선 패턴의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 권선 패턴을 횡단면도로 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 시스템을 개략적으로 도시한다.

본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 유도 장치(100)는 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 후술된다.

도 2a는 유도 장치(100)의 상측(top side)에 대한 상면도를 도시한다. "상측"이라는 용어는 유도 장치(100)의 "하측(bottom side)"에 대향하여 배치된 유도 장치(100)의 면을 나타내는 것으로, 전기 자동차(미도시)의 비접촉식 충전을 위한 시스템의 또 다른 유도 장치(미도시)를 향한다.

일 실시 예로, 유도 장치(100)는 전기 자동차(미도시)에 부착될 수 있다. 또한, 유도 장치(100)는 상측이 차량 하부(vehicle underbody)를 향하도록 부착될 수 있고, 반면 하측은 포장 도로(pavement), 주차장 바닥(parking lot floor), 차고 바닥(garage floor) 등과 같은 지면(미도시)을 향한다.

또 다른 예시적인 예에서, 유도 장치(100)는, 예컨대 포장, 주차장 바닥, 차고 바닥 등과 같은 지면(미도시) 또는 그 내부에 배치될 수 있다. 여기서, 하측은 전기 자동차(미도시)의 차량 하부(vehicle underbody)(미도시)와 마주할 수 있다.

유도 장치(100)는 판형 페라이트 코어(plate-shaped ferrite core)(110) 및 판형 페라이트 코어(110) 위에 배치되고 복수의 턴들(160)을 갖는 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(hybrid double-D solenoid coil)(150)을 포함한다. 여기서, 복수의 턴들(160)은 다중 턴들(즉, 적어도 4턴들)에 의해 셩헝된다. 도 2a에서 턴(turn)을 참조 번호 166으로 예컨대 설명한다. 따라서, 예시적이고 비 제한적인 예시의 턴(166)에 따라, 부호 "166"은 복수의 턴들(160)의 단일 턴을 나타낸다.

복수의 턴들(160)은 더 상세히 후술될 방식으로, 각각 수 개의 연속적인 턴들으로 이루어진 복수의 그룹으로 그룹화된다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 판 형상의 페라이트 코어(110)는 복수의 개별 페라이트 플레이트(111, 113, 115)가 접합되어 판 형상의 페라이트 코어(110)를 형성한다. 대안적으로, 판 형상의 페라이트 코어(100)은 특히 단일 판형 페라이트 요소(single plate-shaped ferrite element)로부터 일체형으로 형성될 수 있는데, 이 경우 도 2a에 도시된 것과 반대로 판형 페라이트 코어(110)에 접합부가 존재하지 않는다.

다양한 예시적인 실시 예에 따르면, 도 2a에 예시된 바와 같이, 판형 페라이트 코어(110)는 측면 오목부(lateral recesses)(114)를 포함할 수 있으며, 그 안에 예컨대, 유도성 장치의 단자들(122, 124)는 유도성 장치의 측면 치수가 작게 유지되는 공간 절약 방식(space-saving manner)으로 수용된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 커패시터와 같은 용량성 구성 요소(capacitive components)(미도시)가 오목부(recesses)(114) 내에 수용될 수 있다.

예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이, 오목부들(recesses)(114)은 페라이트 코어(110)의 테이퍼 섹션들(tapered sections)로서 예시적인 실시 예들에 따라 제공되는데, 여기서 오목부들(recesses)(114) 내의 페라이트 코어(110)의 측면 치수가 도 2a 및 도 2b에서 도면 부호 L로 지정된 페라이트 코어(110)의 길이 방향에 대하여 길이 방향(L)에 연관되어 오목부들(recesses)(114) 외부의 페라이트 코어(110)의 측면 치수보다 작다. 길이 방향 L의 수직 방향은 폭 방향으로 지칭되며, 도 2a 내지 도 2d에서 참조 부호 B로 지정된다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따르면, 길이 방향(L) 및 폭 방향(B)의 치수에 대해 다음이 참일 수 있다. L> B, L

B 또는 L <B.

방향 L의 수직 방향, B는 도 2c 및 도 2d에서 두께 방향으로 표시된다. 두께 방향(D)과 관련하여, 페라이트 코어(110)는 L 및 B 방향에 치수들보다 작은 치수를 가진다(D < L, B).

특정한 예시적인 실시 예에 따르면, D<L/10 및/또는 D <B/10 일 수 있다. 바람직한 구현 예에 따르면, D <L/20 및/또는 D <B/20이다. 구체적인 실시 예에 따르면, D <L/30 및/또는 D <B/30일 수 있다. D 및 L, B에 대한 결과적인 종횡비(aspect ratios)는 "판형 페라이트 코어"로서 페라이트 코어(110)를 명확하게 도시하고, 두께 방향은 그 방향을 따라서 "판형 페라이트 코어"가 오목부 114와 같은 어떤 오목부도 없이 가장 작은 확장(extension)을 갖는 방향으로 고려된다.

예시적인 실시 예에 따르면, 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(150)은 각각 복수의(보다 바람직하게는 2개 또는 3개 이상) 턴들(turns)을 포함하는 제1 권선(152) 및 제2 권선(154)을 포함한다. 도 2a에 도시된 유도 장치(100)의 상측에 대한 평면도에서, 제1 권선(152)은 제2 권선(154)에 대향하여 배치된 판형 페라이트 코어(110)의 단부에서 폭 방향(B)에 관하여 배치되거나, 제1 권선(152)의 다수의 권선(예컨대,도 2a에서의 턴(166))의 턴 섹션은 길이 방향(L)에 실질적으로 평행 한 판형 페라이트 코어(110)의 적어도 가장 큰 부분 위로 각각 연장된다. 도 2a는도 2a에 도시된 도면에서 제1 권선(152)의 턴 섹션이 직접 연장되는 한 턴 섹션이 길이 방향(L)에 평행 한 제1 권선(152)의 플레이트 형상 페라이트 코어(110) 판형 페라이트 코어(110)의 측면에 대한 턴 섹션은 아치형 코스를 취하고,도 2a에 도시된 뷰와 관련하여 판형 페라이트 코어(110)의 뒤쪽으로(154)에 적용된다. 그러나, 이는 임의의 제한을 구성하지 않으며 턴 섹션의 상이한 배향, 예컨대 세로 방향 L에 비스듬히 구현될 수 있다.

제1 권선(152)은 단자 접촉부들(157, 158)을 통해 유도성 장치의 단자들(122, 124)에 전기적 및 기계적으로 연결되며, 여기서 단자 접촉부들(157, 158)은 각각의 리드 섹션들(163, 164)을 통해 복수의 제1 권선(152)의 턴들에 연결된다. 제1 단자 접촉부들(157, 158) 및 단자들(122, 124)은 임의의 수단, 예컨대 크림프 연결(crimp connection), 나사 연결(screw connection), 플러그 연결(plug connection), 솔더 연결(solder connection) 등과 같은 방식으로 서로 전기적 및 기계적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제2 권선(154)은 단자 접촉부들(155, 156)을 통해 단자들(122, 124)에 연결되고, 단자 접촉부(155)는 리드 섹션(161)를 통해 제1 권선(152)의 복수의 권선에 연결되고, 단자 접촉부(156)는 리드 섹션(162)을 통해 제2 권선(154)의 복수의 턴들에 연결된다.

리드 섹션들(161, 162, 163, 164)은 판형 페라이트 코어(110)의 측면에서 폭 방향(B)에 실질적으로 평행하게 연장되고, 예시적인 실시 예에 따르면, 내부로 라우팅되는데, 여기서 예시적인 실시 예들에 따른 리드 섹션들(161, 162, 163, 164)은 제1 및 제2 권선(152, 154)의 복수의 권선 중 가장 멀리 떨어진 권선 섹션보다 판형 페라이트 코어(110)의 측면들에 대해 보다 작은 거리에서 길이 방향(L)을 따라 배치된다. 대안적으로, 리드 섹션들(161-164)의 외부 구현에 따라, 리드 섹션들(161, 162, 163, 164)은 제1 및 제2 권선의 복수의 권선의 최 외측 턴 섹션보다 판형 페라이트 코어(110)에 더 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 후자의 경우(미도시), 리드 섹션(161-164)은 제1 및 제2 권선(152, 154)의 다수의 턴의 턴 섹션에 의해 중첩되지 않는다.

도 2b를 참조하면, 유도 장치(100)의 하측에 대한 상면도는 도 2a의 예시에 따른 상측에 대한 상면도와는 반대로 도시되어 있다. 도 2a 및 2b를 비교할 때, 도 2a 및 2b의 도시된 상면도에서 판형 페라이트 코어(110) 위로 직접 라우팅되는 제1 및 제2 권선(152, 154)의 턴의 턴 섹션들은 도 2a의 상측의 경우에 제1 및 제2 권선(152, 154)의 권선의 각진 위치에 기인하여 폭 방향(B)에 대해, 예컨대 서로보다 큰 거리로 배치 될 수 있다 제1 및 제2 권선들(152, 154)의 턴들의 턴 섹션들이 폭 방향(B)을 따라 라우팅되는 도 2b의 도면(b)와 비교하여 작은 간격으로 배치되어, 판형 페라이트 코어(110)의 폴 섹션들(141, 143, 145)가 판형 페라이트 코어(110)의 폭 방향 B의 일단 부 및 폭 방향(111, 113, 115)에는 노출된 폴 섹션들(147, 148, 149)과 반대측의 단부에서 노출되고, 도 2a의 상측 측 상면에서 판형 페라이트 코어(110)(141, 143, 145 및 147, 148, 149) 사이에 도 2b에 도시된 바와 같이 배열된다.

도 2c를 참조하면, 도 2a 및 도 2b의 유도 장치(100)의 측면도가 도 2b에 도시되어 있는데, 예컨대, 도 2b에 도시된 유도성 장치(100)는 도시된 종이 평면으로부터 수직으로 기울어져 있어, 뷰는 단자(122) 상에 측면으로 수직이다. 도 2c에 도시된 측면도에서, 폭 방향(B)에 대한 제1 및 제2 권선(152, 154)의 권선의 각진 위치가 보여질 수 있는데, 즉, 통상 n(normal n)에 관한 도 2c의 개략적인 권취 평면 WE에 의해 지시된대로 제 1 권선(152)의 회전에 의해 형성된 평면에 대한 법선은 폭 방향(B)에 대해 비스듬한 각도로 배향되고, 각도 α는 법선 n과 폭 방향(B) 사이의 각도를 의미한다. 각도 α는 0 °와 동일하지 않으며, 특정 예시적인 실시 예에 따르면, 예컨대. 5 °(α

5 °) 이상일 수 있는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 이는 제2 권선(154)에도 동일하게 적용되어, 제1 권선과 제2 권선은 제1 및 제2 권선 사이의 두께 방향(D)과 평행하게 배향된 대칭축에 대해 거울-대칭으로 권취될 수 있다.

예시적인 실시 예들에 따르면, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 대로, 유도 장치(100)는 제1 권선(152)을 수용 및 지지하도록 구성된 제1 지지 부재(first support member)(132) 및 제2 권선을 수용 및 지지하도록 구성된 제2 지지 부재(first support member)(134)를 갖는 권선 요소(winding element)(130)를 포함한다. 지지 부재(132)는 예컨대, 길이 방향(L)을 따라 페라이트 코어(110)를 적어도 부분적으로 덮고, 사출 성형(injection molding) 등과 같은 전기 절연 물질(electrically insulating material)로 형성되는 긴 판형상을 가질 수 있다.

도 2d와 관련하여, 판형 페라이트 코어(110)는 도 2c에서 단자(122) 및 단자 접촉부를 갖는 제1 및 제2 권선(152, 154) 없이 도시된다. 도 2d의 예시에 따르면, 특히 판형 페라이트 코어(110) 및 권선 요소(130)만이 측면도로 도시되어 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따르면, 도 2d에 도시된 바와 같이, 판형 페라이트 코어(110)는 제1 스테핑(171) 및 제2 스테핑(172)을 포함한다. 스테핑(171)에 따라, 폴 섹션(pole section)(141)의 노출된 면이 두께 방향(D)을 따라 연결부(111)에 대해 오프셋 배치되는데, 즉, 오프셋(V1)이 폴 섹션(141)의 노출된 극 표면에 대해 연결부(connecting section)(111)의 동일 배향된 표면 사이에 스텝핑(171)에 의해 형성된다. 따라서, 폴 섹션(147)은 스테핑(17)에 의해 연결부(111)에 대해 오프셋되는데, 특히 오프셋이 폴 섹션(147)의 노출된 극 표면과 연결부(111)의 동일 배향된 표면 사이에 형성된다. 이는 본 발명을 제한하지 않고, 2개의 스테핑(171, 172) 대신에 스테핑(171, 172) 중 하나만이 형성될 수 있다. 선택적으로, 스테핑들(171, 172)은 스테핑(171)과 관련된 오프셋이 제2 스테핑(172)과 관련된 오프셋과 상이하도록 형성될 수 있다.

도 2d의 예시적인 실시 예에 따르면, 권선 요소(winding element)(130)는 지지 부재들(supporting members)(132, 133, 134, 135)을 구성하는데, 지지 부재들은(133, 135)는 대응하는 스테핑(171, 172) 옆에 형성되어, 이들은 부분적으로 연결부(111)에 중첩되는 반면 폴부(141) 또는 폴부(147)는 지지 부재들(135, 133)에 의해 중첩되지 않는다. 반면에, 지지 부재(132, 134)는 판형 페라이트 코어(110)의 상측의 지지 부재(132, 134)에 의해 스테핑들(171, 172)이 중첩되도록 형성되어 있다.

지지 부재(132)는 도 2c에 도시 된 바와 같이, 제2 권선의 권수에 상응하는 다수의 홈들(grooves)(132n)을 포함한다. 지지 부재(133)는 지지 부재(132)의 홈들(132n)의 수 및 제2 권선(154)의 권수에 상응하는 다수의 홈들(133n)을 포함한다. 도 2c의 예시로부터 제1 권선(152)과 관련하여 지지 부재들(135, 134)에 대해서도 동일하게 적용된다.

홈들(grooves)(132n, 133n, 134n, 135n)은 각각 판형 페라이트 코어(110)의 상측 및 하측에 턴의 턴 섹션를 수용하고, 판형 페라이트 코어(110)의 상측 및 하측을 따라 서로 인접하는 턴 섹션을 서로 절연시켜, 예컨대, 턴 섹션을 위한 외장(sheathing)이 생략되면 권선의 단락이 방지될 수 있다. 또한, 지지 부재(132, 133, 134, 135)는 제1 및 제2 권선(152, 154)의 기계적 고정 및 안정화에 기여한다.

도 2d는 지지 부재들(133, 135)의 여러 홈들이 덜 깊거나 더 작은 높이의 격벽을 갖는 권선 요소(130)의 예시적인 실시 예를 도시한다. 이러한 예시적인 실시 예는 단지 시공 공간으로 인해 지지 부재들(133, 135)의 구성 옵션을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 제한하지 않는다. 대안적으로, 지지 부재(133 및/또는 135)의 홈은 가능한 한 균일할 수 있다(즉, 가능한 한 균일한 깊이 또는 균일하게 높은 격벽을 갖는데, 여기서 "가능하다면"은 제조 공차(manufacturing tolerances)의 범위, 예컨대 미리 결정된 크기로부터 약 5 % 또는 약 10 %의 편차에서 이상적인 경우로부터 허용 가능한 편차를 의미함).

유도 장치(100)의 단자들(122, 124)에 대한 제1 및 제2 권선들(152, 154)의 연결 구성(connection configuration)은 도 2c를 참조하여 설명될 것이다. 제1 권선(152)은 이 경우 단자 접촉부들(157, 158)를 통해 단자들(122, 124)에 전기적으로 접속되고( 제1 권선(152)의 단자 접촉에 관한 도 2a와 비교), 제2 권선(154)은 단자 접촉부(155, 156)를 통해 유도성 장치(100)의 단자들(122, 124)에 전기적으로 연결된다. 전압이 제1 권선(152) 및 제 2 권선(154)에서 유도성 장치(100)의 단자들(122, 124)에 인가될 때, 동작 중에 제 1 권선(152)을 통해 제1 권선(152)의 턴 방향에 따라 제1 회전 방향으로 흐르는 전류가 발생되는 반면, 제2 권선(154)을 통한 흐름은 제2 회전 방향으로의 제2 권선(154)의 턴 방향에 따르는데, 여기서 제 1 회전 방향과 제 2 회전 방향은 서로 반대 방향으로 향하게 된다. 이것은 도 2c에 개략적으로 도시된 B-필드 라인 BL에 의해 도시된 바와 같이 자기장을 야기한다. 구체적으로, 제1 및 제2 권선들(152, 154)에서의 전류의 방향에 의해 결정되는 바와 같이, B-필드 라인(BL)은 폴 섹션(141, 147) 중 하나를 빠져나와 다른 폴 섹션들(141, 147)로 진입한다. 판형 페라이트 코어(110)에서, B-필드 라인(BL)의 back iron은 도 2a 내지 2d와 관련하여 설명되는 유도성 장치(100)의 폴 섹션들(141, 147) 사이에 있다. 따라서, 유도 장치(100)는 도시되지 않은 다른 유도 장치에 대한 양호한 커플링 특성을 나타내는데, 이는 도 1a에 도시된 바와 같이 공지된 코일 설계에 따른 코일 설계와 비교하여 서로에 대해 두 개의 유도 장치들의 측 방향 변위에 둔감하고, 도 1b 및 1c의 코일 설계와 비교하여 유리한 커플링 거동(coupling behavior)을 나타낸다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 권선 패턴은 도 3a 및 도 3b를 참조하여보다 상세히 설명된다.

도 3a는 전술한 유도 장치(100)와 유사한 유도 장치(200)를 개략적으로 도시한다. 유도 장치(200)는 전술한 판형 페라이트 코어(110)와 유사한 판형 페라이트 코어(210)를 포함한다. 유도 장치(200)는 전술한 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(150)과 유사한 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(250)을 더 포함한다. 하이브리드 이중 D 솔레노이드 코일(250)은 각각 복수의 턴들을 포함하는 제 1 권선(252) 및 제 2 권선(254)을 포함하며, 여기서, 단지 하나의 턴(266)만이 도 3a에 개략적으로 도시되어 있으며, 명료함을 위해 참조 번호가 제공되지 않은 추가의 턴을 나타낸다. 제 1 권선(254) 및 제 2 권선(252)은 마찬가지로 복수의 권선(260), 특히 4 턴들 이상을 제공한다.

예시적인 실시 예에 따르면, 유도성 장치(200)는 전술한 유도성 장치(100)의 단자들(122, 124)과 유사한 단자들을 포함하되, 이는 전술한 유도 성 장치(100)의 리드 섹션(261, 262, 263, 264)과 유사한 리드 섹션(261, 262, 263, 264)을 통해 전술한 유도성 장치(100)의 단자 접촉부(155, 156, 157, 158)와 유사한 단자 접촉부(161, 162, 163, 164)와 연결된다.

전술한 판상의 페라이트 코어(110)와 마찬가지로, 판상의 페라이트 코어(210)는 접속부(connecting section)(211)와, 폴 섹션들(pole sections)(241, 243, 245, 247, 248, 249)를 포함한다.

예시적인 실시 예에 따르면, 판형 페라이트 코어(210)는 복수의 페라이트 플레이트들로 조립되거나 단일 판형 페라이트 코어 요소로 형성될 수있다.

도 3a의 예시에서, 제 1 및 제 2 권선(252, 254)의 회전축(turn axes)의 돌출부(projections)는 점선으로 도시되어 있으며 "W"로 표시되는데, 여기서 이 개시의 문맥에서 회전축은 회전에 의해 형성된 평면을 회전시키는 법선으로 정의되고, 제 1 권선(252)의 권선의 각진 위치 및 제 2 권선(254)의 권선의 각진 위치로 인해 실제로 종이 평면 외각에서 투영되거나 종이 평면의 법선과 90 °가 아닌 각도를 각각 형성한다.

"회전축(turn axis)"에 대한 이러한 이해는 제조 관점에서의 회전축(W)이 평행하게 배향되어 주축을 향한 종이면(paper plane)에서 벗어난 각도가 아니라는 점에서 제조 관점에서의 회전축의 이해와 상이하다. 제조 공정에서 B 방향으로 와이어 공급을 추적하여 턴의 각진 위치가 발생한다.

폭 방향(width direction)(B), 종 방향(longitudinal direction)(L) 및 두께 방향(thickness direction)(D)은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 유도 장치와 유사하게 3a 및 도 3b에 정의된다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 권선 패턴은도 3b를 참조하여 개략적으로 도시되는데, 제2 권선(254)의 판 형상의 페라이트 코어(210)의 접속부(connecting section)(211)의 상하 양단의 접속선은 상측 턴 섹션(top side turn section)가 판 형상의 페라이트 코어(210)와 연관되어 어느 쪽의 상응하는 바닥 측 턴 섹션(bottom side turn section)에 접속되어 있는지를 알기 쉽게 표시하기 위한 라인들에 의해 연결된다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따르면, 제2 권선(254)은 제1 그룹 I, 제2 그룹 II, 제3 그룹 III, 제4 그룹 IV 및 제5 그룹 V로 그룹화된다. 비제한적인 실시 예에 따르면, 그룹들의 번호 순서는 리드 섹션(262)을 통해 단자 접촉부 (256)로부터 판형 페라이트 코어(210) 주위를 1회 이동하고 즉시 연속하는 턴 섹션(1a, 2a, 1b)을 포함하는 제 1턴(1a-1b-2a)으로 진행할 수 있다.

예를 들어, 제 1 그룹 Ⅰ의 제2 턴은 2a-2b-3a에 의해 주어지고, 제3 턴은 3a-3b-4a에 의해 형성된다.

도 3b의 개략도에 따르면, 제 1 턴(1a-1b-2a)은 턴 직경(d1)이 할당되고, 제 2 턴(2a-2b-3a)은 턴 직경(d2)이 할당되고, 제3 턴(3a-3b-4a)에는 턴 직경(d3)이 할당된다. 권선 패턴으로 인해, 턴 직경 사이의 다음의 관계가 제 1 그룹 I에 적용된다 : d₁ <d₂ <d₃.

예시적인 실시 예에서, 제 2 그룹 II의 제 1 턴은 4a-4b-5a에 의해 주어지고, 제 2 그룹 II의 제 2 턴은 5a-5b-6a에 의해 형성되고, 제 2 그룹 II의 제 3 턴은 6a-6b-7a에 의해 형성된다. 도 3b의 개략도에 따르면, 제1 턴(4a-4b-5a)에는 턴 직경(d4)이 할당되고, 제2 턴(5a-5b-6a)에는 턴 직경(d5)이 할당되고, 제3 턴(6a-6b-7a)에는 회전 직경 d6가 할당된다. 권선 패턴에 기초하여, 턴 직경 사이의 다음의 관계가 제 2 그룹 II에 적용된다 : d₄ <d₅ <d₆.

도 3b에 도시된 예시적인 실시 예에 따르면, 하나의 그룹 내의 턴은 즉시 연속적(immediately consecutive)이고 단조롭게(monotonically) 증가하는 턴 직경과 인접(contiguous)한다. 이것은 본 발명을 제한하지 않으며, 예컨대, 대안적으로 단자 접촉부(256) 대신에 단자 접촉부(257)로부터(반대의 턴 방향에 상응하는) 시작하여 넘버링을 미러링함으로써 턴 직경은 그룹 내에서 단조 감소할 수 있다.

그룹의 개념은 그룹 I, II, III, IV, V 중 하나에서 해당 인접 그룹으로의 전이(transition)가 그룹의 경향과 반대인 턴 직경의 변화를 수반하기 때문에 권선 패턴에 의해 고유하게 결정된다. 예컨대, 그룹 I에서 그룹 II로의 전이에서 즉시 연속 및 교차 그룹 턴 3a-3b-4a 및 4a-4b-5a의 턴 직경은 다음과 같다 : 그룹 I 내에서 d₁ <d₂<d₃이고, 그룹 II에서 d₄<d₅<d₆인 경향(tendency)에 반대로 d₃(턴 3a-3b-4a의 턴 직경에 해당)> d₄ (턴 4a-4b-5a의 턴 직경에 해당)임.

따라서, 권선 패턴에 기초하여 제2 권선(254)의 다른 그룹 III, IV 및 V를 구별하는 것도 가능하다.

상응하는 접근법은 제 1 권선(252)의 권선 패턴에 유사하게 적용되나, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 예시적인 실시 예들에 따르면, 단자 접촉부(256)로부터 시작하는 제 1 그룹의 첫번째 턴, 즉, 턴 1a-1b-2a, 최외곽 턴 또는 폭 방향(B)의 폴 섹션(247)의 단부에 가장 가깝게 배치된 턴으로 형성되지 않는다. 대신에, 제 1 그룹 I의 폴 섹션 (247)의 단부를 향한 제 1 회전 직후의 제 1 그룹 I의 턴들은 외측으로 연속적으로 감겨져서, 제 1 그룹 I내의 권선 직경의 증가가 제공될 수 있다. 제 1 그룹에 후속하는 제 2 그룹 II는 도 3b에 도시된 실시 예와 관련하여 제 1 그룹 I에 대하여 연결 섹션(211)을 향하여 더 근접하게 감겨지는데, 여기서 시간순으로 감긴 그룹으로서 단자 접촉부(256)로부터 시작하는 도 3b에 도시된 실시 예에 도시된 그룹은 폴 섹션(247)의 말단 더 긴 거리로 연결 섹션(211)에 더 가까운 거리로 감겨져 있다. 이것은 측 표면들 각각에 각각 삽입되거나(interleaved) 분포된(distributed) 권선을 달성하고, 돌출부(bulge)가 턴을 따라 코일 직경과 함께 단조롭게 증가하는 그룹화되지 않은 권선 패턴과 비교하여 측 표면들에 걸쳐 균일하고 감소된 돌출부(bulge)를 제공한다

도 3b에 도시된 실시 예에 따르면, 판형 페라이트 코어(210)의 상측(top side) 및 하측(bottom side) 위의 권선은 단일측으로 감길 수 있다. 판형 페라이트 코어(210)의 상측(top side) 및 하측(bottom side)을 관통하는 리드 섹션들(Lead sections), 예컨대, 도 3b의 턴 섹션(turn sections) 1a-13a 및 턴 섹션(turn sections)는 여기서 단층(single layer)으로 감겨진다. 이는 유도 장치(200)의 두께 방향(D)을 따라 낮은 전체 구성 높이(construction height)를 허용한다.

도 2a 내지 도 2d와 관련하여 전술한 유도 장치(100)와 유사하게, 도 3a의 예시에 따른 추가의 폴 섹션들(243, 245, 248, 249) 뿐만 아니라 도 3b에 예시에 따른 폴 섹션들(241, 247)은 연결 섹션(connecting section)(211)에 대해 (오프셋을 가진) 두께 방향(D)을 따라 배열된다. 판형 페라이트 코어(210)의 하측(bottom side)에 배치된 턴 섹션들(1b-13b)은 연결부 위에, 특히 연결부(211)에 대해 폴 섹션(pole section)(247)의 오프셋에 의해 형성된 스테핑(272)에 인접하게 배치되어, 우선, 폴 섹션(247, 248, 249)이 노출되도록 할 수 있고, 다음으로, 하측(bottom side)에서 유도 장치(200)의 구성 높이(construction height)는 폴 섹션(pole section)(247, 248, 249)의 노출된 표면의 높이 레벨을 넘어서서 증가되지 않는다. 이는 제1 권선(252) 및 폴 섹션들(241, 243, 245)과 접속부 (211) 사이의 스테핑(stepping)(271)에 대해서도 동일하게 적용된다. 이는 유도 장치(200)의 커플링 거동(coupling behavior)을 도시되지 않은 다른 유도 장치에 유리하게 설정하고, 유도 장치(200)의 하측(bottom side)를 향해 유도 장치(200)의 구성 높이(construction height)를 낮게 유지하는 것을 허용한다.

전기 자동차(312)를 충전하기 위한 충전 시스템(charging system)(300)이 이제 도 4를 참조하여 설명된다.

도 4에 도시된 대로, 제1 측 유도 장치들(primary-side inductive devices)(304a, 304b)을 갖는 제1 공진기 장치들(primary resonator devices)(302a 및 302b)이 충전 시스템(charging system)(300)에 제공되고, 예컨대, 주차장(parking lot) 또는 차고(garage)에 위치될 수 있고, 지면에 함입(recess)될 수 있다. 제 1 공진기 장치들(primary resonator devices)(302a, 302b)은 대응하는 연결선들(308, 310)을 통해 전원 분배 장치(power distribution device)(330)에 연결되고, 이 전원 분배 장치는 리드(332)를 통해 주전원에 연결된다. Rhe 동력 분배 장치(330)는 예컨대, 하나 이상의 외부 제어 유닛과 통신할 수 있는 통신 유닛(334)을 포함할 수 있다.

에너지 저장 장치(318)가 전기 자동차(312), 예를 들어 재충전 전지(rechargeable battery) 또는 충전 제어기(314)를 통해 제2 공진기 장치(316)에 연결된 충전식 전지 셀로 구성된 재충전 가능한 시스템에 제공된다. 제2 공진기 장치(316)는 예컨대, 도 2a-3b(유도성 장치(100, 200) 참조)와 관련하여 전술한 바와 같이, 유도 장치가 수용되는 하우징(317)을 포함할 수 있다. 하우징(317)은 예를 들어, 전기 자동차(312)에 기계적으로 장착하기 위해 전기 자동차(312)의 하부(underbody)에 형성될 수 있다. 제2 공진기 장치(316)는 유도 장치와 함께 전자기 공진기 회로(electromagnetic resonator circuit)를 형성하는 용량성 컴포넌트(capacitive component)(315)를 더 포함할 수 있다.

제1 공진기 장치들(302a, 302b) 중 하나 위에 전기 자동차(312)를 주차할 때, 예컨대, 통신 장치(334)를 통한 충전 제어기(314)와 전력 분배 장치(330) 간의 통신을 통해 충전 프로세스(charging process)가 개시될 수 있는데, 제1 공진기 장치는, 예컨대 도 4의 제1 공진기 장치 302a, 그 위에 전기 자동차(312)가 파킹된 상태로 동작된다. 제1 공진기 장치(302a)와 제2 공진기 장치(316) 사이의 유도 결합(inductive coupling)은 근거리 장 전송(near-field transmission)에 의해 설정(established)되고, 제1 공진기 장치(302a)로부터 전자기 에너지(electromagnetic energy)를 수신하고 충전 제어기(314)를 통해 에너지 저장 장치(318)를 충전한다(예컨대, 적합한 정류기 회로(comprising suitable rectifier circuitry)를 포함함). 에너지 저장부(318)의 충전 상태는 충전 제어기(314)에 의해 모니터링될 수 있고, 충전 프로세스는 원하는 충전 상태에 도달했을 때 전력 분배 장치(330)와의 통신에 의해 종료될 수 있다. 충전 시스템(300)은 제2 공진기 장치(316)와 제1 공진기 장치(302a 또는 302b) 사이의 물체의 존재를 검출하도록 구성될 수 있으므로, 충전 프로세스는 긍정적 이벤트(positive event)의 검출시 중단될 수 있다("제1 공진기 장치 위에 또는 근처에 있는 물체 또는 생체").

Claims

판형 페라이트 코어(plate-shaped ferrite core)(110, 210) 및 상기 판형 페라이트 코어(110, 210) 위에 배치되어, 복수의 턴들(turns)(160, 260)을 포함하는 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(hybrid double-D solenoid coil)(150, 250)을 포함하되,
상기 복수의 턴들(turns)(160, 260)은 하나 이상의 그룹이 각각 단조 증감(monotonically increasing or decreasing)하는 턴 지름들(turn diameters)을 갖는 적어도 2개의 즉시 연속 턴들(turns) 중 적어도 2개의 그룹으로 그룹화되고,
일 그룹 내의 최종 턴의 직전 턴의 직경이 일 그룹의 최종 턴의 직경보다 작으면, 일 그룹의 최종 턴은 다음 그룹의 제1 턴의 직경보다 크거나, 일 그룹 내의 최종 턴의 직전 턴의 직경이 그룹의 최종 턴의 직경보다 크면, 일 그룹의 최종 턴은 다음 그룹의 제1 턴의 직경보다 작은 유도 장치.
제1 항에 있어서, 상기 판형 페라이트 코어(110, 210)는
하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(150)에 의해 적어도 부분 중첩되는 적어도 하나의 스태핑(stepping)(171, 172, 271)을 포함하는 유도 장치.
제2 항에 있어서, 적어도 하나의 스태핑(stepping)(171, 172, 271)은
상기 판형 페라이트 코어(110, 210)의 두께 방향(D)에 수직하게 배향되는 상기 판형 페라이트 코어(110, 210)의 2개의 대향 배치된 표면들에 형성되고, 두께 방향을 따라 두개의 대향 배치된 표면들 각각에 오프셋(V1, V2)를 제공하는 유도 장치.
제1 항에 있어서, 상기 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(150, 250)은
상기 판형 페라이트 코어(110, 210) 상에 배치되고, 제1 복수의 턴들 및 제1 단자 접촉부들(terminal contacts)(155,156,255,256)을 갖는 제1 권선(152, 252)과,
제2 복수의 턴들 및 제2 단자 접촉부들(terminal contacts)(157, 158, 257, 258)을 갖는 제2 권선(154, 254)을 포함하되,
상기 제1 및 제2 단자 접촉부들(155-158, 255-258)은 상기 유도 장치(100, 200)의 단자 접촉부들(122, 124, 222, 224)에 연결되어, 상기 단자 접촉부들(122, 124, 222, 224)에 인가되는 전압에 따라, 상기 제1 권선(152, 252) 및 상기 제2 권선(154, 254)을 통해 흐르는 전류들이 상호간의 반대의 회전 방향을 갖는 유도 장치.
제4 항에 있어서, 상기 판형 페라이트 코어(110, 210)는
상기 판형 페라이트 코어(110, 210) 상의 상기 제1 권선(152, 252) 및 상기 제2 권선(154, 254)의 회전축(turn axis, W)을 투영함으로 획득되는 방향에 대해 판형 페라이트 코어(110, 210)의 반대 단부에 배열되는 두개의 폴 섹션들(pole sections)(141, 143, 145, 147, 148, 149, 241, 243, 245, 247, 248, 249); 및
상기 폴 섹션들(141, 143, 145, 147, 148, 149, 241, 243, 245, 247, 248, 249) 사이에 배열되는 연결부(connecting section)(111, 113, 115, 211),
각각의 폴 섹션은 판형 페라이트 코어의 두께 방향(D)를 따라 상기 판형 페라이트 코어를 따른 연결부(111, 113, 115, 211)로부터 오프셋되어 배치되고, 상기 판형 페라이트 코어(110, 210)에 스테핑들(171, 172, 271, 272)을 형성하는 유도 장치.
제5 항에 있어서, 각각의 폴 섹션은
상기 두께 방향(D)에 부분적으로 수직 배향되는 폴 표면(pole surface)을 갖고, 권선부들에 의해 중첩되지 않는 유도 장치.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하이브리드 이중-D 솔레노이드 코일(150, 250)은 판형 페라이트 코어(110, 210)의 두께 방향(D)에 수직 배향되는 판형 페라이트 코어(110, 210)의 표면 위에 단일층(single layer over)으로 감겨져 있는 유도 장치.
제1항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판형 페라이트 코어(110, 210)의 표면 상에 각각의 복수의 홈들(grooves)(132n, 133n, 134n, 135n)을 포함하는 적어도 하나의 지지 부재(supporting member)(132, 133, 134, 135)를 더 포함하며,
상기 각각은 상기 지지 부재(132, 133, 134, 135) 위에 배열된 턴들의 정확한 하나의 턴 센셕을 수용하는 유도 장치.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
단자 접촉부들(155, 156, 157, 158, 255, 256, 257, 258)로부터 턴들로 연장되는 리드 섹션들(lead sections)(161, 162, 163, 164, 261, 262, 263, 264)은 내부에서 측 방향으로 라우팅되고, 상기 리드 섹션들(161, 162, 163, 164, 261, 262, 263, 264)는 턴 섹션들에 의해 중첩되는 유도 장치.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 하우징(housing)(317), 용량성 컴포넌트(capacitive component)(315) 및 유도 장치(100, 200)를 포함하는 전기 자동차(electric motor vehicle)(312)에 장착하기 위한 것으로,
적어도 하나의 상기 유도 장치(inductive device)(100, 200)가 상기 하우징(317)에 수용되는 제2 공진기 장치(secondary resonator device)(316).