KR20090006883A - 유도 전력 장치 - Google Patents

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Abstract

유도 코일 어셈블리는 장치가 유도 제1 코일에 대하여 다른 방향에서 배열될 때 전력 또는 통신 또는 양쪽 모두의 효율적인 유도 커플링을 제공하도록 다른 방향에서 배열된 다수의 코일을 구비한다. 일 실시예에서, 유도 코일 어셈블리는 표준 카테시안 3차원 좌표 시스템의 x, y 및 z 축 중 하나를 따라 각각 지향된 3개의 코일을 포함한다. 3개의 별도의 코일은 장치가 제1 코일에 대하여 필수적으로 어느 방향에 있을 때 전력 및 통신의 효율적인 전송을 제공한다. 대안 실시예에서, 본 발명의 다축 유도 코일 어셈블리는 다른 방향에서 복수의 자기장에 걸쳐 전력 또는 통신 또는 양쪽 모두를 유도적으로 전송하도록 제1 코일로서 기능할 수 있다.
유도 코일 어셈블리, 제1 코일, 유도 커플링, 자기장

Description

유도 전력 장치 {INDUCTIVELY POWERED DEVICE}
본 발명은 2003년 2월 4일자로 출원된 발명의 명칭이 “유도 급전식 장치”인 미국 특허 출원 제10/357,932호의 부분 연속 출원이다.
본 발명은 전력 및 통신의 유도식 전달에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유도식으로 전송된 전력 및 통신을 수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
다년간 유도식 전력 전달의 원리가 알려져 왔다. 상호 유도의 결과로서, 전력은 파워 서플라이 회로의 일차 코일(또는 단순히 “일차측”)로부터 이차 회로의 이차 코일(또는 단순히 “이차측”)로 무선 전달된다. 이차 회로는 전등, 모터, 배터리 충전기 또는 소정의 다른 전기 동력식 장치 같은 장치에 전기적으로 결부되어 있다. 무선 접속은 종래의 하드웨어식 접속에 비해 다수의 장점을 제공한다. 무선 접속은 쇼크(shock)의 기회를 감소시킬 수 있으며, 이차 회로와 파워 서플라이 회로 사이의 높은 수준의 전기적 격리를 제공할 수 있다. 또한, 유도 결합은 소비자가 한정된 수명의 부품을 쉽게 교체할 수 있게 한다. 예로서, 발광 장치에 관하여, 유도 급전식 전등 어셈블리는 직접 전기 접속을 형성할 필요 없이 쉽게 교체될 수 있다. 이는 프로세스를 보다 쉽게 수행할 수 있게 할 뿐만 아니라, 전기적 쇼크에 대한 노출 위험도 제한한다.
그러나, 유도식 전력 전달은 대부분이, 습윤한 환경에서의 접속을 위한 응용처 같은 틈새 응용처(niche application)에 대해 제한을 갖는다. 유도식 전력 전달의 제한된 용도는 대부분 전력 전달 효율 고려사항을 초래한다. 유도 결합의 효율을 향상시키기 위해, 종래에는 일차 및 이차 코일의 구성 및 레이아웃을 신중히 설계하였다. 일차측 및 이차측은 종래에 일차측과 이차측 사이에 최소의 공간을 갖는 상태로 긴밀히 정합하는 부품내에 배치되었다. 예로서, 일차측은 빈번히 중앙 개구를 형성하는 베이스 내에 배치되고, 이차측은 빈번히 원통형 부품 내에 배치되며, 이 원통형 부품은 베이스의 중앙 개구 내에 긴밀히 끼워진다. 이 구조 및 다른 종래의 구조는 일차 코일과 이차 코일 사이에 긴밀한 동축성 및 방사상 정렬을 제공하도록 설계된다. 일차 코일과 이차 코일 사이에 고정된, 사전결정된 물리적 관계를 제공하는 종래의 접근법을 반영하는 몇몇 특정 예시적 특허는 동축으로, 그리고, 긴밀하게 상호결합하는 일차 코일 및 이차 코일을 갖는 유도 전등을 개시하는 후치슨 등의 미국 특허 제5,264,997호, 고정된, 사전결정된 관계로 코일을 배치하기 위해 크래들(cradle) 내에 충전대상 장치가 긴밀하게 끼워지는 유도식 충전 장치를 개시하는 맥에천 등의 미국 특허 제5,536,979호, 인접 유도 코일이 고정된 관계로 설정되는 세이버(shaver)를 개시하는 다무라 등의 미국 특허 제5,949,155호, 일차 코일과 이차 코일 사이의 물리적 관계가 고정되는 전화를 위한 유도식 충전기를 개시하는 반 레베게의 미국 특허 제5,952,814호 및 유도 코일 사이의 정밀한, 사전결정된 정렬을 보증하기 위한, 기계적 가이드를 구비한 충전 장치를 개시하는 브로크만의 미국 특허 제6,028,413호를 포함한다. 일차 코일과 이차 코일 사이에 정밀한 정렬을 제공하는 종래의 실시예는 유도 급전식 장치의 전체 디자인 및 적응성에 현저한 제한을 부여한다.
상술된 문제들은 본 발명에 의해 극복되며, 본 발명에서 장치는 다른 방향에서 각각 배열되는 복수의 2차 코일을 구비하는 유도 코일 어셈블리가 제공된다. 다수의 코일은, 장치가 1차 코일에 대하여 다른 방향에서 배치될 때, 장치가 효율적으로 전력 또는 통신 또는 양쪽 모두를 수용하도록 허용한다.
일 실시예에서, 유도 코일 어셈블리는 표준 카테시안 좌표 시스템의 x, y, z 축을 따라 배열되는 3개의 코일을 포함한다. 이 실시예에서, 효율적인 전력 및 통신 전송은 1차 코일 내에서 장치의 방향에 상관없이 얻어질 수 있다.
다른 실시예에서, 유도 코일 어셈블리는 전력을 수용하도록 그리고 통신을 전송하고 수용하도록 코일의 단일 세트를 포함한다. 이 실시예에서, 전력 신호는 통신을 위한 캐리어 신호로서 기능한다. 대안 실시예에서, 별도의 코일들이 전력 및 통신을 위하여 제공될 수 있다. 예를 들어, x, y 및 z 코일의 제1 세트는 전력을 수용하도록 제공될 수 있고 x, y 및 z 코일의 제2 세트는 통신을 수용하도록 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 유도 코일 어셈블리는 유도 코일 어셈블리의 제조 및 어셈블리를 촉진시키는 단일 부재 보빈(one-piece bobbin)을 포함한다. 보빈은 3개의 축 선의 각각을 따라 와인딩 가이드(winding guide)를 갖춘 별도의 스풀을 포함하고 슬라이드, 핀 또는 다른 복잡한 몰드 도구가 필요하지 않고 몰딩을 허용하도록 설계된다.
다른 실시예에서, 유도 코일 어셈블리는 전력 또는 통신을 전송하도록 또는 2차 코일에 둘 다를 전송하도록 1차 코일로서 사용될 수 있다. 다른 방향에서 다른 코일을 갖춘 유도 코일 어셈블리는 다른 방향에서 자기장을 발생시킬 수 있고 그에 의해 단일 2차 코일만을 갖춘 유도 장치가 다른 방향에 있을 때 충분한 유동성 커플링을 제공한다.
단지 단일 코일이 사용되는 응용예에서, 자기장 내에 임의적으로 위치된 장치는 자기장에 실질적으로 병렬로 지향된 코일과 함께 위치될 수 있는 것이 가능하다. 이러한 상황에서, 2차 코일은 1차 코일로부터 장치에 전력을 공급하도록 충분한 전력을 수용하지 못할 수도 있다 다중 코일의 사용은 적어도 하나의 코일이 제1 코일에 의해 발생된 자기장의 플럭스 라인을 적어도 실질적으로 교차할 수 있는 가능성을 상당히 증가시키는 2차 코일 배열을 제공함으로써 이 문제를 다룬다. 예를 들어, 유도 장치는 서로 90도로 지향되는 2개의 코일을 갖춘 2차 코일을 포함할 수도 있다. 이 구성에서, 2개의 코일들 중 적어도 하나가 자기장의 플렉스 라인을 가로질러 연장하고 1차 코일로부터 전력을 수용하는 경향이 있다. 별도의 코일들의 수는 응용예에 따라 다양할 수 있으며, 예를 들어 유도 장치가 폭넓은 다양한 방향으로 향상된 효율성을 제공하도록 다른 방향에서 3, 4, 6 또는 8개의 코일을 포함할 수도 있다. 다른 방향에서 충분한 수의 코일들이 제공됨으로써, 유도 장치 는 유도 장치의 방향에 상관없이 1차 코일로부터 전력을 수용하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 정확한 1차/2차 정렬이 존재하지 않을 때 유도 시스템의 효율성을 향상시키는 단순하고 값싼 유도 코일 어셈블리를 제공한다. 본 발명은 1차 코일 내부의 2차 코일의 위치가 변화될 수도 있는 환경에서 유도적으로 전송되도록 전력 및 통신을 허용한다. 유도 코일 어셈블리는 모든 3개의 축을 따라 와인딩 가이드를 제공하는 보빈 상에서 제조되지만, 복잡한 슬라이드, 핀 또는 다른 복잡한 몰드 도구 없이 쉽게 제조된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 장점 및 특징은 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 쉽게 이해되고 인식될 것이다.
본 발명의 유도 코일 어셈블리는 모든 3개의 축을 따라 와인딩 가이드를 제공하는 보빈 상에서 제조되지만, 복잡한 슬라이드, 핀 또는 다른 복잡한 몰드 도구 없이 쉽게 제조되는 효과 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 유도 코일 어셈블리(10)가 도1a 내지 도1d에 도시되어 있다. 유도 코일 어셈블리(10)는 일반적으로 세 개의 개별 코일(12, 14, 16)을 포함하며, 이들은 서로에 대해 개별 배향으로 배열되어 있다. 개별 코일(12, 14, 16)은 유도 제어 회로를 통해 장치에 전기 접속될 수 있다. 개별 코일(12, 14, 16)은 본 발명의 제조 및 조립을 용이하게 하는 단일 부재 보빈(20) 둘 레에 감겨질 수 있다. 비록, 본 발명을 3개 코일 실시예에 관련하여 설명하지만, 코일의 수는 변할 수 있다.
상술한 바와 같이, 유도 코일 어셈블리(10)는 다양한 코일(12, 14, 16)을 지지하기 위한 보빈(20)을 포함한다. 일 실시예에서, 보빈(20)은 단일 부재 구조이며, 이는 유도 코일 어셈블리의 용이한 제조 및 용이한 조립을 위해 특수 설계되어 있다. 예시된 실시예에서, 보빈(20)은 서로에 대해 실질적으로 직교하도록 배열된 3개 개별 코일(12, 14, 16)을 지지하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 보빈(20)은 카르테시안 3차원 좌표 시스템의 x, y 및 z축 각각 둘레에 하나씩 배향된 3개 코일(12, 14, 16)을 수용한다. 또한, 예시된 실시예에서, 보빈(20)은 회로 보드(미도시)에 각 코일의 대향 단부를 전기 접속하기 위한 한 쌍의 전기 핀(62a-b, 64a-b, 66a-b)을 포함한다.
제조를 용이하게 하기 위해, 보빈(20)은 어떠한 가동 슬라이드, 가동 핀이나 다른 복잡한 가동 몰드 요소도 필요로 하지 않는 2부재 몰드로 몰딩되도록 설계될 수 있다. 도3, 도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 이는 몰드로부터 몰딩된 부품의 제거를 방지하는 소정의 언더컷을 포함하지 않는 보빈(20)의 독특한 구조에 의해 달성된다. 도3은 몰드가 개방 및 폐쇄되는 방향에 평행한 방향으로 있는 보빈(20)의 상면도를 도시한다. 도4는 몰드가 개방 및 폐쇄되는 방향에 수직인 방향으로 있는 보빈(20)의 정면도를 도시한다. 마지막으로, 도5는 몰드가 개방 및 폐쇄되는 방향에 수직인 방향으로 있는 도4와 유사한 보빈(20)의 측면도를 도시한다. 이제, 도2를 참조하면, 보빈(20)은 일반적으로, 3개 코일(12, 14, 16) 각각에 대해 하나 씩 3개 개별 스풀(22, 24, 26)을 형성한다. 제1 스풀(22)은 제1 방향으로 연장하는 축을 갖고, 코어(28)와 한 쌍의 대향 안내 벽(30a-b)을 포함하며, 이는 배선을 수용하기 위한 다소 타원형의 채널을 형성한다. 코어(28)는 개구(29)를 형성한다. 제1 코일(12)은 안내 벽(30a-b)이 랩핑 안내부를 제공하고, 코일(12)의 유지를 돕는 상태로 코어(28) 둘레에 감겨진다. 제2 스풀(24)은 제2 방향으로 연장하는 축을 갖고, 제2 코어(34) 및 안내 벽(32a-b)의 제2 쌍에 의해 형성된다. 제2 코어(34)는 제2 코일(14)을 수용하기 위해 라운드형 표면을 제공하도록 볼록형일 수 있다. 대안적으로, 코어(34)는 부분적으로, 제1 스풀(22)의 안내 벽(30a-b)의 외부면에 의해 형성될 수 있다. 안내 벽(32a-b)의 제2 쌍은 제1 스풀(22)의 안내 벽(30a-b)에 수직으로 연장한다. 제2 코일(14)은 안내 벽(32a-b)이 랩핑 안내부를 제공하고 코일(14) 유지를 돕는 상태로, 제2 코어(34) 둘레에 감겨진다. 제3 스풀(26)은 제1 방향 및 제2 방향에 직교하는 제3 방향으로 연장하는 축을 갖고, 제3 코어(40), 내부 안내 세그먼트(36a-h) 및 외부 안내 세그먼트(38a-d)에 의해 형성된다. 코어(40)의 외부면은 코일(16)을 수용하기 위한 곡면을 제공하도록 볼록형일 수 있다. 대안적으로, 코어(40)는 부분적으로, 제2 스풀(24)의 안내 벽(32a-b)의 외부면에 의해 형성될 수 있다. 내부 안내 세그먼트(36a-h)는 제3 코일(16)을 위한 제1 배선 안내부를 협력 형성하도록 공통 평면을 따라 연장한다. 유사하게, 외부 안내 세그먼트(38a-d)는 제3 코일(16)을 위한 제2 배선 안내부를 협력 형성하도록 공통 평면을 따라 연장한다. 알 수 있는 바와 같이, 내부 안내 세그먼트(36a-h)는 스풀(26)의 축 방향을 따라 외부 안내 세그먼트(38a-d)와 중첩하지 않 는다. 제1 스풀(22)은 제3 방향에 평행한 방향으로 연장하는 한 쌍의 안내 벽을 포함하고, 제2 스풀(24)은 제3 방향에 평행한 방향으로 연장하는 한 쌍의 안내 벽을 포함한다. 제1 코일(12), 제2 코일(14) 및 제3 코일(16)은 공통의 근원을 공유한다.
도6은 개방 위치의 2개 몰드 부재(100, 102)를 도시하는 사시도이다. 몰드 부재(100, 102)는 함께 종래의 방식으로 폐쇄되어 보빈(20)의 형상의 몰드 공동을 협력 형성한다. 도6은 몰드 윤곽을 예시하며, 그에 의해, 2개 몰드 부재(100, 102)가 가동 슬라이드, 가동 핀, 가동 코어 또는 기타 가동 몰드 구성요소 없이, 단일 보빈(20)은 3개 개별 스풀(22, 24, 26)을 형성하도록 협력하는 방식을 도시한다. 일반적으로, 제1 몰드 부재(100)는 보빈(20)의 내부면을 형성하고, 제2 몰드 부재(102)는 외부면을 형성한다. 도6 내지 도8을 참조하면, 제1 몰드 부재(100)는 일반적으로 제1 코어(28)의 내부면을 협력 형성하는 아치형 리세스(104a-b), 코어(28)내의 개구를 형성하기 위한 블록(106)(주로 중량 및 재료의 절감을 위함) 및 안내 벽(30a-b)의 내부면을 형성하기 위한 실질적인 아치형 채널(108a-b)을 포함하는 제1 스풀(22)의 형상에 기여하는 다양한 윤곽을 포함한다. 제2 스풀(24)에 관하여, 제1 몰드 부재(100)는 제2 코어(34)의 내부면을 형성하기 위한 실질적인 아치형 리세스(110)와, 안내 벽(32a-b)의 내부면을 형성하기 위한 실질적인 아치형 채널(112a-b)을 형성한다. 제3 스풀(26)에 관하여, 제1 몰드 부재(100)는 제3 코어(34)의 내부면을 형성하기 위한 채널 세그먼트(114a-d), 외부 안내 세그먼트(38a-d)의 내부면을 형성하기 위한 리세스(116a-d) 및 제2 몰드 부재(102)의 돌 출부(130a-f)를 수용하고 내부 안내 세그먼트(36a-b)의 내부면을 형성하기 위한 리세스(118a-d)를 형성한다. 또한, 제1 몰드 부재(100)는 돌출부(132a-b)를 수용하면서 내부 안내 세그먼트(36e-h)의 내부면을 형성하는 한 쌍의 리세스(120a-b)를 형성한다.
제2 몰드 부재(102)는 3개 스풀(22, 24, 26)의 외부면을 형성한다. 스풀(22)에 관하여, 제2 몰드 부재(102)는 코어(28)의 외부면을 형성하는 실질적인 아치형 리세스(122)와, 안내 벽(30a-b)의 외부면을 형성하는 실질적인 아치형 채널(124a-b)을 형성한다. 스풀(24)에 관하여, 제2 몰드 부재(102)는 코어(34)의 외부면을 형성하는 실질적인 아치형 리세스(126)와, 안내 벽(32a-b)의 외부면을 형성하는 실질적인 아치형 채널(128a-b)을 형성한다. 스풀(26)에 관하여, 제2 몰드 부재는 제1 몰드 부재(100)내의 리세스(118a-d) 내로 연장하는 4개 돌출부(130a-d)와, 리세스(120a-b) 내로 연장하는 한 쌍의 돌출부의 세트를 포함한다. 각 돌출부(130a-d)는 내부 안내 세그먼트(36a-d)의 외부면을 형성하기 위해 리세스(134a-d)를 형성한다. 유사하게, 각 돌출부(132a-b)는 내부 안내 세그먼트(36e-h)의 외부면을 형성하기 위해 한 쌍의 리세스(134e-h)를 형성한다.
비록 상술된 실시예가 모든 3개 코일을 위해 단일 보빈(20)을 포함하지만, 유도 코일 어셈블리는 대안적인 구조를 포함할 수 있다. 예로서, 대안적인 유도 코일 어셈블리는 별개의 단일 스풀 보빈을 각 코일을 위해 포함할 수 있다. 도9에 예시된 3개 코일 보빈 어셈블리(320)는 하나가 나머지 내측에 끼워져 있고 서로 다른 직경을 갖는 3개 개별 보빈(320a-c)을 포함한다. 이차 코일에 유도된 전력이 코일의 직경에 비례하면, 서로 다른 크기의 보빈을 사용하는 것은 각 이차 코일에 공급되는 전력에 불균형을 초래할 수 있다. 서로 다른 코일에 유도된 전력의 균형화를 필요로하는 응용처에서, 부가적인 와이어 권회부가 더 작은 스풀(322, 324, 326)에 추가될 수 있으며, 주로 그 크기에 따라 각각의 더 작은 보빈에 부가적인 권회부의 정확한 개수가 추가된다. 예로서, 최외측 보빈(320c) 내의 코일이 7개 권회부를 포함하는 경우, 중간 보빈(320b) 내의 코일에는 8개 권회부를 포함하고, 최내측 보빈(320c) 내의 코일에는 9개 권회부를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 도10에 예시된 다른 대안 실시예에서, 유도 코일 어셈블리(410)는 하나씩 내측에 안치되지 않고 서로 인접하게 위치되는 3개 개별 보빈(420a-c)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 유도 코일 어셈블리는 구면 보빈(spherical bobbin)(미도시)을 포함할 수 있고, 각각의 코일이 소정의 위치에서 그리고 소정의 배향으로, 예를 들어, x, y 및 z 축의 주변에서 구면 보빈에 대해 감겨진다. 본 실시예는 3개 이차측의 직경의 편차를 감소시키며, 그에 의해, 코일의 균형을 향상시킨다. 또 다른 대안적 실시예에서, 유도 코일 어셈블리는 변화된 위치에 배치될 수 있는 3개의 개별, 비연결 보빈을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 보빈은 단순한 환형 스풀일 수 있거나, 서로 다른 각도로 쉽게 장착될 수 있게 하는 독특한 형상을 포함할 수 있다. 독특한 다중 위치 보빈(520)을 가지는 유도 코일이 도11 및 도12a-d에 도시되어 있다. 이 보빈(520)은 일반적으로, 단일 스풀(522), 한 쌍의 안내 벽(524a-b) 및 장착 아암(550)을 포함한다. 다양한 구성요소의 구조는 보빈(520)이 예로서, 회로 보드에 다양한 배향으로 장착될 수 있게 한다. 장착 아암(550)은 일반적으로 두 개의 아암 세그먼트(552, 554)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 제1 아암 세그먼트(552)는 한 쌍의 레일(556a-b)을 포함한다. 레일(556a)은 제1 아암 세그먼트(552)의 단부에 배치된다. 레일(556a-b)은 단면이 삼각형일 수 있다. 예로서, 레일(556a)은 스풀의 축에 관해 45°각도로 연장할 수 있다. 소정 각도로 보빈(520)을 장착하는 것을 용이하게 하기 위해, 안내 벽(524a)은 장착 아암(550)과, 보다 구체적으로 제1 아암 세그먼트(552)의 단부와 공통 평면에서 종결될 수 있다. 이 공통 평면의 각도는 원하는 장착 각도로 설정된다. 예로서, 예시된 실시예에서, 공통 평면은 스풀(522)의 축으로부터 45°로 연장한다. 장착을 용이하게 하기 위해, 안내 벽(524a)은 예로서, 45°로 공통 평면을 따라 챔퍼링될 수 있다. 또한, 안내 벽의 일부분과 장착 아암의 일부분은 제2 공통 평면에서 종결될 수 있고, 제2 공통 평면은 축에 대하여 45°로 연장한다. 이 방식으로, 레일(556a)의 각진 표면 및 안내 벽(524a)의 챔퍼링된 표면은 45°각도로 보빈(520)을 지지하기 위한 견고한 구조체를 제공하도록 공통 평면을 따라 연장할 수 있다. 또한, 보빈(520)은 두 세트의 전기적 핀(540a-b 및 542a-b)을 포함하며, 이들은 보빈(520)의 배향에 따라 대안적 전기 접속부 또는 대안적 장착 핀 또는 양자 모두로서 기능한다. 도12a는 45°각도로 회로 보드에 장착된 보빈(520)을 도시한다. 도12b는 보드를 통해 부분적으로 연장하는 수직 위치로 회로 보드에 장착된 보빈(520)을 도시한다. 도12c는 완전히 보드 위(또는 아래)에서 수직 위치로 회로 보드에 장착된 보빈(520)을 도시한다. 그리고, 마지막으로, 도12d는 수평 위치로 회로 보드에 장착된 보빈(520)을 도시한다.
다른 실시예(미도시)에서, 보빈은 완전한 보빈을 형성하도록 조립되는 두 개의 개별 제조된 부재를 포함할 수 있다. 예로서, 보빈은 두 개의 동일한 몰드 부재로부터 형성될 수 있으며, 이 두 몰드 부재는 각각 내부 및 외부 안내 세그먼트(36a-h, 38a-d) 사이의 중간에서 그에 평행하게 연장하는 평면에 의해 분할될 때, 보빈(20)의 대향한 반부들에 대응한다. 이 대안적 보빈이 두 개의 개별 부재로 형성되기 때문에, 엇갈려 배치된 내부 및 외부 안내 세그먼트(36a-h, 38a-d)는 각각 연속적 안내 벽으로 대체될 수 있다. 연속적 안내 벽은 제조를 용이하게 하도록 몰드 분할 라인에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 두 개의 보빈 부재는 개별적으로 몰딩되고, 그후 용접, 접착제 접합 또는 기타의 방식으로 상호 고정되어 완성된 보빈을 형성할 수 있다. 예로서, 두 개의 부재는 제1 코일이 두 개의 보빈 부재를 함께 유지하는 방향으로 감겨지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 유도 코일 어셈블리(10)는 자기장내의 장치의 다양한 배향에서의 전력 전달을 향상시키도록 실질적인 임의의 유도식 전력 장치에 통합될 수 있다. 예로서, 셀 전화(미도시), PDA(미도시), 노트패드 컴퓨터(미도시), 디지털 음악 플레이어(미도시) 또는 전자 게임 장치(미도시)가 유도 코일 어셈블리(10) 같은 다수의 코일을 갖는 이차측을 가지는 유도 급전식 배터리 충전기를 구비할 수 있다. 본 내용에서, 유도 코일 어셈블리(10)가 소정의 배향의 장치를 충전하기에 충분한 전력을 획득할 수 있기 때문에, 셀 전화, PDA, 노트패드 컴퓨터, 디지털 음악 플레이어 또는 전자 게임 장치는 그 배향에 무관하게 일차 코일에 의해 발생된 자기장내에 임의적으로 배치될 수 있다.
도13a 내지 도13c는 유도 코일 어셈블리의 3개 실시예를 위한 회로도를 도시한다. 도13a는 3개 개별 코일(672a-c)로부터 DC 전력을 제공하는 회로(680)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 3개 코일(672a-c)은 부하에 병렬로 연결되고, 커패시터(674a-c)는 각 코일(672a-c)과 부하 사이에 직렬로 접속된다. 본 실시예에서, 각 커패시터(674a-c) 및 각 다이오드(676a-c)의 값은 회로의 부하측을 위한 공진 회로를 제공하도록 선택된다. 따라서, 그 값은 부하(미도시)의 특성에 의존한다. 이 회로(680)는 회로(680)로부터 출력된 전압을 정류하는 다이오드(676a-c) 및 부하와 공진을 제공하기 위한 커패시터를 사용하여 코일 각각내에 유도된 전력을 조합한다. 대안적으로, 다이오드(676a-c)는 부하에 AC 전력을 제공하기 위해 회로(680)로부터 제거될 수 있다.
도13b는 3개 개별 코일(672a-c')로부터 DC 전력을 제공하는 반파 정류기 회로(680')를 예시한다. 도시된 바와 같이, 3개 코일(672a-c')은 부하와 각 코일(672a-c') 사이에 직렬로 접속된 다이오드(676a-f')의 배열을 통해 부하에 병렬로 접속된다. 부가적으로, 커패시터(674a-c')는 코일(672a-c')의 일 측부와 대응 다이오드(676a-f') 사이에 직렬로 접속된다. 각 커패시터(674a-c')의 값은 또한 주로 부하의 특성에 의존하여 결정된다. 이 회로(680')는 회로(680')로부터 출력된 전압을 정류하는 다이오드(676a-f')와 부하와 공진을 제공하기 위해 커패시터를 사용하여 각 코일에 유도된 전력을 조합한다.
도13c는 3개 개별 코일(672a-c")로부터 DC 전력을 제공하는 전파 정류기 회로(680")를 포함한다. 도시된 바와 같이, 3개 코일(672a-c")은 부하와 각 코 일(672a-c") 사이에 직렬로 접속된 다이오드(676a-l")의 배열을 통해 부하에 병렬로 접속된다. 본 실시예에서, 다이오드(676a-l")의 값은 주로 부하의 특성에 의존하여 결정된다. 부가적으로, 커패시터(674a-c")는 코일(672a-c")의 일 측부와 대응 다이오드(676a-c") 및 다이오드(676j-l") 사이에 직렬로 접속된다. 각 커패시터(674a-c")의 값은 주로 부하의 특성에 의존하여 결정된다. 모든 3개의 이들 회로(680, 680', 680")는 DC 전력을 제공하는 기능을 수행한다. 회로(680)는 최소 비용의 디자인이 되기 쉬우며, 회로(680")는 DC 출력에 대한 최상의 제어를 제공, 예로서, 회로(680")는 다른 두 개의 실시예에 비해 출력의 보다 적은 동요를 제공하기 쉽다.
또한, 다른 대안에서, 유도 코일 어셈블리는 통신을 유도 전달하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 이는 상술된 유도 코일 어셈블리(10)와 실질적으로 동일한 유도 코일 어셈블리를 사용하여 달성될 수 있다. 본 실시예에서, 수신된 통신 신호는 전력 신호상에 반송된다. 통신 및 전력의 오버레이를 가능하게 하기 위해 유도 통신과 함께 사용되는 다양한 현존하는 통신 프로토콜이 존재한다. 다른 실시예에서, 통신을 제공하기 위해 코일의 제2 세트가 사용된다. 코일의 제2 세트는 예로서, 각 전력 코일의 상단부에 개별 통신 코일을 감는 것에 의해, 전력 코일을 위해 사용되는 동일 보빈상에 형성될 수 있다. 통신 코일은 배선의 하나 또는 두 개의 권회부를 필요로 할 수 있다. 대안적으로, 제2 보빈이 통신 코일을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 유도 코일 어셈블리는 광범위하게 다양한 종래의 유도 통신 시스템과 함께 쉽게 사용될 수 있다. 예로서, 도14는 통신 신호가 전력 신호로부터 분리되는 응용처에 사용하기 위한 종래의 통신 회로를 나타내는 회로도이다. 이 회로는 다축 유도 코일 어셈블리를 사용하여 일차측과 이차측 사이의 통신의 단순한 유도식 교환을 가능하게 한다. 코일(672a-c"')은 송수신기(690a-b"')에 직렬로 접속되며, 이는 TX 라인(690b"')와 RX 라인(690a"')에 의해 표시된다. 회로(670"')는 전류를 제한하고 신호대 잡음비를 증가시키는 종래의 필터링 및 상태조절 구성요소를 포함할 수 있으며, 그에 의해, 회로의 성능을 향상시킨다. 예로서, 예시된 회로에서, RX 라인(690"')은 신호대 잡음비를 증가시키기 위해 주파수 스파이크 및 잡음을 감소시키기 위하여 저항기(692"') 및 커패시터(694"')를 포함할 수 있다. 유사하게, 회로(670"')는 유입 및 유출 신호를 필터링 및 상태 조절하기 위해 저항기(696"') 및 커패시터(686"' 및 688"')를 포함할 수 있다. 이 회로(670"')는 코일(672a-c"') 각각 내에 유도된 통신 신호를 조합하고, 이들을 RX 라인(690b"')에 인가하거나, 통신 신호를 유도식 전송하기 위해 TX 라인(690a"')으로부터 반환된 신호를 코일(672a-c"')에 인가한다. 또한, 본 발명은 코일(672a-c"')이 병렬 관계에 있는 회로를 포함하는, 광범위하게 다양한 종래의 회로 중 소정의 것을 사용하여 구현될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 또한 통신 신호가 전력 신호에 의해 반송되는 응용처에 사용하기에 매우 적합하다.
비록, 전력 또는 통신이나 양자 모두를 유도 일차측으로부터 유도식으로 수신하는 이차 코일 어셈블리에 관하여 주로 설명하였지만, 본 발명은 다축 일차 코일으로서도 사용될 수 있다. 이 실시예(미도시)에서, 서로 다른 코일은 서로 다른 배향으로 자기장을 발생시킨다. 그후, 예로서, 이차 코일이 다중 코일 유도 일차 측에 의해 발생된 자기장 중 소정의 하나와 충분히 정렬되었을 때, 단일 이차 코일이 전력 또는 통신이나 양자 모두를 일차측에 관하여 서로 다른 배향으로 수신할 수 있다.
상술한 설명은 본 발명의 양호한 실시예이다. 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 개념 및 보다 넓은 태양으로부터 벗어나지 않고, 다양한 변경 및 대안이 이루어질 수 있으며, 청구범위는 등가의 교지를 포함하는 특허법의 원리에 따라 해석되어야 한다. 예로서, 단어 “일(a)”, “한(an)”, “이(the)”, “상기(said)”를 사용한, 단수형의 청구 구성요소에 대한 소정의 언급은 그 요소를 단수로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도1a는 본 발명의 실시예에 따른 유도 코일 어셈블리의 사시도.
도1b는 유도 코일 어셈블리의 상면도.
도1c는 유도 코일 어셈블리의 정면도.
도1d는 유도 코일 어셈블리의 측면도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 보빈의 사시도.
도3은 보빈의 상면도.
도4는 보빈의 정면도.
도5는 보빈의 우측면도.
도6은 보빈 몰딩시 사용하기 위한 두 개의 몰드 부재의 사시도.
도7은 제1 몰드 부재의 평면도.
도8은 제2 몰드 부재의 평면도.
도9는 대안적인 보빈의 사시도.
도10은 제2 대안적 보빈의 사시도.
도11은 제3 대안적 보빈의 사시도.
도12a 내지 도12d는 보빈의 서로 다른 장착 위치를 도시하는 제4 대안적 보빈의 사시도.
도13a 내지 도13c는 유도 소스로부터 전력을 수신하기 위한 대안적 다축 유도 코일 어셈블리 회로의 회로도.
도14는 유도 소스로부터 통신을 수신하기 위한 다축 유도 코일 어셈블리 회 로의 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 유도 코일 어셈블리 12, 14, 16: 코일
20: 보빈 24, 26: 스풀
28, 34, 40: 코어 100, 102: 몰드 부재
106: 블록 122: 리세스

Claims (9)

  1. 부하와,
    상기 부하에 전기적으로 연결되고, 상기 부하와 전기적으로 연결된 제1 코일과 상기 부하와 전기적으로 연결된 제2 코일을 포함하고, 상기 제1 코일은 제1 각도 방향에서 배열되고, 상기 제2 코일은 상기 제1 각도 방향과 다른 제2 각도 방향에서 배열되는 2차 코일과,
    상기 제1 각도 방향 및 상기 제2 각도 방향과 다른 제3 각도 방향에 배열된 제3 코일과,
    상기 부하와 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일 각각 사이에 직렬로 연결된 커패시터를 포함하며,
    상기 제1 각도 방향, 상기 제2 각도 방향 및 상기 제3 각도 방향은 서로 각각 90도 떨어져 있고, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 상기 부하와 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일 각각 사이에 직렬로 연결된 다이오드에 하프-브리지 결합으로 전기적으로 연결되는 유도 전력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 상기 부하와 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일 각각의 대향 측면 사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 다이오드에 풀-브리지 결합으로 전기적으로 연결되는 유도 전력 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 공통의 보빈에 대하여 감겨지는 유도 전력 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 공통의 구면의 보빈에 대하여 감겨지는 유도 전력 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일은 제1 보빈에 대하여 감겨져 있고, 상기 제2 코일은 제2 보빈에 대하여 감겨져 있고, 상기 제3 코일은 제3 보빈에 대하여 감겨져 있는 유도 전력 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 보빈은 상기 제2 보빈 내부에 끼워지고, 상기 제2 보빈은 상기 제3 보빈 내부에 끼워지는 유도 전력 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 보빈은 제1 직경을 갖고, 상기 제2 보빈은 제2 직경을 갖고, 상기 제3 보빈은 제3 직경을 갖고, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경 보다 작고, 상기 제2 직경은 상기 제3 직경 보다 작으며,
    상기 제1 코일은 상기 제2 코일보다 큰 권회부의 개수를 포함하고, 상기 제2 코일은 상기 제3 코일보다 큰 권회부의 개수를 포함하는 유도 전력 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일은 공통의 근원을 공유하는 유도 전력 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일은 상기 제2 코일 내부에 결합되고, 상기 제2 코일은 제3 코일 내부에 결합되는 유도 전력 장치.
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