KR20110014714A - 무선 전력 전달을 위한 페라이트 안테나들 - Google Patents

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Abstract

페라이트 코어 안테나가 무선 전력을 송신 또는 수신하기 위해 사용되었다. 그 안테나는 코어에 대해 이동할 수 있다.

Description

무선 전력 전달을 위한 페라이트 안테나들{FERRITE ANTENNAS FOR WIRELESS POWER TRANSFER}
본 출원은 2008년 6월 5일자로 출원된 가특허 출원 제 61/059,241 호로부터의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
발명의 명칭이 "Wireless Apparatus and Methods" 이고 2008년 1월 22일자로 출원되었으며, 그 내용이 여기에 참조로서 포함된 미국 특허 출원 제 12/018,069호를 포함하지만 이제 제한되지는 않는 본 출원인의 이전 출원들 및 가출원들이 전력의 무선 전달을 설명한다. 일 예시적인 실시형태의 송신 및 수신 안테나들은, 예를 들어, 10% 의 공진, 15% 의 공진, 또는 20% 의 공진 내에서 실질적으로 공진하는 공진 안테나들이다. 예시적인 실시형태의 안테나는 그 안테나로 하여금, 안테나에 대한 이용가능한 공간이 제한될 수도 있는 이동 핸드헬드 디바이스에 피트하게 하도록 작은 사이즈를 갖는다. 예시적인 실시형태는, 송신되고 수신될 전력에 관한 특정한 특성들 및 환경에 대한 고효율 안테나를 설명한다. 안테나 이론은, 고효율이지만 작은 안테나가 효율적인 협대역 주파수를 통상적으로 갖는다고 제한한다. 여기에 설명된 특수한 안테나는 이러한 종류의 전력 전달에 특히 유용할 수도 있다.
일 예시적인 실시형태는, 이동 전자기파의 형태로 자유 공간에 에너지를 전송하기보다는 송신 안테나의 근접장에 에너지를 저장함으로써, 2개의 안테나들 사이에서의 효율적인 전력 전달을 사용한다. 예시적인 실시형태는 안테나들의 품질 팩터 (Q) 를 증가시킨다. 이것은 방사 저항 (Rr) 및 손실 저항을 감소시킬 수 있다.
일 예시적인 실시형태에서, 2개의 고-Q 안테나들은, 그들이 느슨하게 커플링된 변압기에 유사하게 커플링되도록 배치되며, 하나의 안테나가 다른 안테나로 전력을 유도한다.
안테나들은 200보다 큰 Q를 가질 수도 있지만, 수신 안테나는 통합 및 댐핑에 의해 야기되는 더 낮은 Q를 가질 수도 있다.
송신 및 수신 안테나들은, 10% 의 공진, 15% 의 공진, 또는 20% 의 공진 내에서 실질적으로 공진하는 공진 안테나일 수도 있다. 안테나는 그 안테나로 하여금, 그 안테나에 대해 이용가능한 공간이 제한될 수도 있는 이동 핸드헬드 디바이스에 피드하게 하도록 작은 사이즈를 가질 수도 있다. 예시적인 실시형태는, 송신 및 수신될 전력에 관한 특정한 특성들 및 환경에 대한 고효율 안테나를 설명한다.
일 예시적인 실시형태는, 이동 전자기파의 형태로 자유 공간에 에너지를 전송하기보다는 송신 안테나의 근접장에 에너지를 저장함으로써, 2개의 안테나들 사이에서의 효율적인 전력 전달을 사용한다. 이러한 예시적인 실시형태는 안테나들의 품질 팩터 (Q) 를 증가시킨다. 이것은 방사 저항 (Rr) 및 손실 저항 (Rℓ) 을 감소시킬 수 있다.
도 1 및 2는 등가 회로들을 도시한다.
도 3 및 4는 페라이트들의 사용을 도시한다.
도 5 내지 8b는 측정 셋업을 도시한다.
도 9는 측정 셋업을 도시한다.
여기에서 "예시적인" 이라는 용어는 "예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는"의 의미로 사용된다. "예시적인" 것으로서 여기에서 설명되는 임의의 실시형태는 다른 실시형태에 비하여 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석할 필요는 없다.
첨부한 도면과 관련하여 후술된 상세한 설명은, 본 발명의 예시적인 실시형태들의 설명으로서 의도되며, 본 발명이 실행될 수 있는 실시형태만을 나타내는 것으로 의도되지는 않는다. 본 설명 전반에 걸쳐 사용된 "예시적인" 이라는 용어는 "예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는" 을 의미하고, 다른 예시적인 실시형태에 비해 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석할 필요는 없다. 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태들의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정한 세부사항들을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시형태들이 이들 특정한 세부사항들 없이도 실행될 수도 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다. 몇몇 예시에서, 주지된 구조들 및 디바이스들은 여기에 제공된 예시적인 실시형태들의 신규성을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 블록도 형태로 도시되어 있다.
"무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 도전체들의 사용없이 송신기로부터 수신기까지의 사이에서 송신되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 에너지의 임의의 형태를 의미하는 것으로 사용된다.
예시적인 실시형태는 무선 전력으로서 사용되는 자성 플럭스의 송신 및 수신을 위한 안테나들에서 페라이트들을 사용한다. 예를 들어, 페라이트 재료들은 MO-Fe2O3 의 형태인 세라믹을 일반적으로 포함하며, 여기서, MO는 아연, 니켈, 망간 및 산화 구리와 같은 2가 금속들의 조합이다. 일반적인 페라이트들은 MnZn, NiZn 및 다른 Ni 기반 페라이트들을 포함할 수도 있다.
페라이트 구조들은 자성 플럭스를 구조로 집중시키며, 그에 의해, 디바이스 전자기기 내에서 낮은 간섭 및 에디 전류 손실들을 갖는 자성 경로/필드를 생성한다. 본질적으로, 이것은 자성 플럭스 라인들을 흡수하며, 그에 의해, 자성 전력 분배의 효율도를 개선시킨다. 일 실시형태는 페라이트 로드형 안테나들을 설명한다. 이들은, 특정한 종류의 패키징으로 통합하는데 용이한 콤팩트한 솔루션들을 제공할 수도 있다. 또한, 페라이트들의 특성들은 무선 전력 송신을 개선시킬 수도 있다.
페라이트 로드 안테나들의 공진 주파수는 튜닝하는데 더 용이할 수도 있다. 일 예시적인 실시형태에서, 그 로드 상의 코일의 위치를 기계적으로 조정함으로써 튜닝이 수행될 수도 있다.
그러나, 페라이트 로드 안테나들은, 페라이트 재료에서 히스테리시스 손실들을 증가시키기 때문에 더 높은 자기장 강도 (더 높은 수신 전력 레벨들) 에서 Q 열화로부터 손상을 받을 수도 있다. 또한, 페라이트는 비교적 낮은 주파수에서 실행될 수도 있다. 그러나, 이들 낮은 주파수들에서, 페라이트들은 코어 근방의 보드 상의 전자기기를 통하기보다는 코어를 통해 자기장을 채널링하는 이점을 갖는다. 이것은 회로의 결과적인 Q를 증가시키는 것을 도울 수 있다.
본 출원은 전력의 무선 전달을 수행하기 위한 특수한 페라이트 안테나들의 사용을 설명한다. 일 예시적인 실시형태는 낮은 주파수, 예를 들어, 135Khz 에 대한 페라이트 안테나들을 설명한다.
예시적인 실시형태들은, 페라이트 재료에서의 히스테리시스 손실들이 더 높은 전력 수신 레벨들 및 더 높은 자기장 강도에서 발생할 수도 있다는 것을 설명한다. 또한, 자기장 강도를 증가시키기는 것은, 특히 페라이트에서 비선형 B-H 특성이 존재하는 특정한 재료들에서 공진 주파수를 실제로 시프트시킬 수도 있다. 또한, 하모닉 방출들이 고유한 비선형성으로 인해 생성될 수 있다. 이러한 비선형성은 더 낮은 Q 팩터들에서 더 중요하게 된다.
도 1은 소스 (100) 와 부하 (150) 사이의 유도성 커플링된 에너지 송신 시스템의 블록도이다. 소스는, 내부 임피던스 Zs (104), 직렬 저항 R4 (106), 커패시턴스 C1 (108) 및 인덕턴스 L1 (110) 를 갖는 전원 (102) 을 포함한다. 커패시터 (108) 및 인덕터 (110) 의 LC 상수는 특정된 주파수에서의 진동을 초래한다.
또한, 2차 (150) 는, 1차의 커패시턴스 및 인덕턴스에 매칭할 수도 있는 인덕턴스 L2 (152) 및 커패시턴스 C2 (154) 및 직렬 저항 R2 (156) 을 포함한다. 출력 전력은 단자들 (160) 에 걸쳐 생성되고, 부하 ZL (165) 에 인가되어, 그 부하에 전력공급한다. 이러한 방식으로, 소스 (102) 로부터의 전력은 도면부호 (120) 로서 도시된 무선 접속을 통해 부하 (165) 에 커플링된다. 무선 통신은 상호 인덕턴스 M에 의해 셋팅된다.
도 2는 도 1의 송신 시스템에 대한 등가 회로를 도시한다. 전력 생성기 (200) 는 내부 임피던스 Zs (205) 및 직렬 저항 R1 (210) 을 갖는다. 커패시터 C1 (215) 및 인덕터 L1 (210) 는 LC 상수를 형성한다. 전류 I1 (215) 은, 값 U1 을 갖는 도면부호 (220) 로서 도시된 등가 회로로서 시각화될 수 있는 LC 조합을 통해 흐른다.
이러한 소스는 수신기 내의 대응하는 등가 전원 (230) 으로 유도하여, 유도된 전력 U2 를 생성한다. 소스 (230) 는, 인덕턴스 L2 (240), 커패시턴스 C2 (242), 저항 R2 (244), 및 최종적으로 부하 (165) 와 직렬이다.
전자 회로들은, 전력을 전기적으로 메인 유도성 루프에 커플링시키는 커플링 루프에 접속될 수도 있다. 상술된 등가 회로들은, 임의의 회로 파트들로부터 전기적으로 접속해제되는 메인 유도성 루프를 지칭할 수도 있다.
일 예시적인 실시형태는, 상이한 전력 레벨들 및 다른 상이한 특성들에서 이들 안테나들의 성능을 비교하는 것이다. 이를 행함으로써, 상이한 특성들에서 이들 재료들이 동작하는 방식에 관한 정보가 분석된다. 예시적인 실시형태들은, 큰 (L), 중간 (M) 및 작은 (S) 페라이트 안테나들 및 그들의 성능들을 설명한다.
일반적으로, 페라이트 로드 재료들은 1mW 이하와 같은 작은 신호 레벨들로 통신 수신기 애플리케이션들에서 사용된다. 예를 들어, 최대 2W 또는 전력 전달을 위해 큰 전력 레벨들에서 이들 재료들을 사용하는 것은 제안되지 않았다.
본 발명의 애플리케이션들은, 페라이트 또는 매우 자기적인 재료들에 기초한 안테나들이 무선 전력을 송신 및/또는 수신할 경우에 특정한 이점들을 가질 수도 있다는 것을 설명한다. 그러나, 이들 안테나들은 매우 애플리케이션-특정적일 수도 있으며, 예를 들어, 페라이트가 많은 상이한 애플리케이션들에서 사용될 수 있고 전력의 무선 송신에서 현저한 이점들을 생성하지만, 실제로, 이러한 사용법은 그 페라이트들이 이점을 생성하는 매우 제약된 상황들에 제한된다. 그러나, 본 발명의 애플리케이션은, 연장된 형상의 페라이트 로드가 몇몇 애플리케이션들에서도 사실상 유리할 수도 있다는 것을 또한 설명한다. 이러한 연장된 형상의 적절한 형상화는 페라이트 로드의 동작을 실제로 개선시킬 수도 있으며, 그 때문에 중요할 수도 있다. 따라서, 예시적인 실시형태들은, 무선 전력 시스템에 사용된 페라이트 로드 및 안테나의 위치 및 이러한 형상 뿐만 아니라 그 페라이트 로드에 대해 사용된 재료들이 결정적으로 중요할 수도 있다는 것을 정의한다.
도 1 및 도 2의 코일들 L1 및 L2는, 그 주변을 둘러싸는 코일을 갖는 튜브 형상의 페라이트 엘리먼트들일 수도 있다. 튜브 형상의 페라이트 엘리먼트는 연장된 형상을 가지며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 엘리먼트의 길이가 그 엘리먼트의 폭보다 더 넓다는 것을 의미한다.
또한, 도 3은 페라이트가 도면부호 (300) 와 같은 자기장 라인들을 본질적으로 어떻게 집중시키는지를 도시하며, 여기서, 페라이트 디바이스 이전의 영역 (301) 에 걸친 필드 라인들은, 그 페라이트 디바이스의 직경에 대응하는 영역 (302) 으로 집중된다.
이러한 확대는 동작을 개선시킬 수도 있다.
실험을 통해, 자기장은,
Figure pct00001
와 동일한 것으로 발견되었으며, 여기서, μ는 재료의 자기 투자율이고, H는 미터 당 암페어 단위의 자기장이다.
도 4는, 미터 당 암페어 단위의 자기장 H와 결과적인 자기장들 B 사이의 플롯을 도시한다. 이것은 히스테리시스 효과를 나타내며, 일 예시적인 실시형태는, 히스테리시스 손실들이 최소화되는 특정한 레벨들로 원하는 B 및 H 필드들을 유지하는 것을 정의한다.
또한, 자기장들이 페라이트로 집중되므로, 이것은 이웃 영향으로 인해 더 작은 열화를 제공한다.
예시적인 실시형태는 상이한 프로토타입 예시적인 실시형태들을 설명하며, 상이한 페라이트 사이즈들 및 재료들의 테스팅을 설명한다.
도 5 및 6은 사이즈 L로 지칭되는 프로토타입으로서 테스팅되었던 제 1 페라이트 로드를 나타낸다. 사이즈 L은 87mm×10mm 직경의 사이즈를 갖는다. 페라이트 로드 그 자체는 도 6에 도시되어 있다. 로드 (600) 는 임의의 페라이트 재료로 구성될 수 있지만, 예시적인 실시형태에서는 페록스큐브 (ferroxcube) 4B2 로 구성된다.
또한, 페라이트 로드는, 페라이트 로드 (600) 에 대해 슬라이딩하는 메인 코일부 (605) 를 갖는다. 메인 코일은 리츠 와이어 또는 더 일반적으로는 스트랜디드 (stranded) 접촉 와이어 및 72×.5mm 으로 형성된다. 또한, 커플링 권선은 슬라이딩 메인 코일 (605) 에 기계적으로 커플링된다. 커플링 권선 (610) 은 메인 코일 (605) 에 전기적으로 접속해제되어 있으며, 1 내지 10 코일의 와이어로 형성될 수도 있다.
동작시에, 커플링 권선은 소스로부터 전력을 수신하고, 그 전력을 메인 코일에 커플링시킨다. 슬라이딩 권선, 리츠 와이어 플러스 커플링 와이어의 전체 길이는 29mm 이며, 87mm 페라이트 로드를 따라 슬라이딩한다.
여기에 설명된 예시적인 실시형태들은, 메인 코일 인덕턴스, 커플링 코일 인덕턴스의 상이한 수의 권선들을 나타내고, 또한, 도면부호 (650) 로서 도시된 값 "d" 의 영향을 도시한다.
어셈블리에 대한 접속은, 가요성 접속 케이블 (622) 를 통해 커플링 권선 (610) 에만 접속하는 BMC 접속기 (620) 를 통한 것으로 도시되어 있다. 그 케이블들은, 슬라이딩 코일 (601) 이 슬라이딩 코일 보디 (600) 상의 임의의 장소에서 슬라이딩할 수 있도록 충분히 길다.
또한, 메인 코일 (605) 은 커패시터 (610) 와 병렬로 존재하며, LC 상수를 형성한다. 일 예시적인 실시형태에서, 커패시터와 코일 사이의 접속은 가요성 와이어들로 구성될 수도 있거나, 대안적으로 커패시터는 코일이 이동될 때마다 그 커패시터가 이동하도록 탑재될 수 있다.
코일/커패시터 접속은 출력 라인 (659) 에 접속되며, 그 출력 라인 자체는 무선 전력 회로 (660) 에 접속된다. 예를 들어, 이러한 회로는, 일 주파수 (예를 들어, 135Khz) 에서 변조된 전력 신호를 생성하는 무선 전력 송신기일 수도 있거나, 그 무선 전력을 수신하고 그것을 정류하는 수신기일 수도 있다.
예를 들어, 사이즈 L은 최대 2W의 송신 또는 수신 전력을 제공할 수도 있다.
도 7a 및 7b는 사이즈 M의 또 다른 예시적인 실시형태를 도시하며, 여기서, 40mm×10mm 직경의 중간 사이즈의 페라이트 로드가 사용된다. 예를 들어, 이것은 1W 이하의 수신 전력을 제공할 수도 있다.
도 8a 및 8b는 직경이 22mm×8mm 의 사이즈인 작은 로드를 도시한다. 또한, 도면부호 (800) 에서 도 8b에 도시된 로드 그 자체는, 메인 코일 및 커플링 코일 메인 코일 (806) 및 커플링 코일 (807) 로 형성된 슬라이딩 코일 어셈블리 (805) 를 갖는다. 디바이스는 커패시터와 병렬로 형성된다. 예시적인 실시형태에서, 작은 사이즈의 디바이스는 사이즈의 일부를 손실할 수도 있으며, 중간 디바이스는 1/2 W 미만의 전력 레벨에 유용할 수도 있다.
다수의 테스트들이 상이한 안테나들에 대해 행해졌으며, 상이한 정보가 이들 테스트들로부터 발견될 수 있다. 사이즈 L의 페라이트 안테나에 대해, 다수의 상이한 사이즈의 디바이스들이 사용될 수 있다.
테스팅된 제 1 안테나는, 길이가 약 24mm 이고 72×0.5mm 의 리츠 (스트랜디드) 와이어로 형성된 메인 코일을 가졌다. 이것은, 100mV 로서 273의 Q를 갖는 약 88.1μH 의 인덕턴스를 형성한다. 이러한 예시적인 실시형태에서, 사용된 커패시턴스는 135kHz 의 주파수에 대해 15.77μF 을 사용하였다.
여기에 설명된 테스트 값들은, 상이한 커패시턴스 및 전압 값들을 사용함으로써, 도 9에 도시된 테스트 셋업을 사용할 수도 있다. 일 예시적인 실시형태에 따르면, 송신 안테나들을 사용하고 수신 안테나로서 상호성을 가정함으로써 측정이 수행될 수도 있다. 일 예시적인 실시형태에 따르면, Q 값은 인가된 전력의 양에 대한 제한을 결정하도록 사용된다.
일 예시적인 실시형태에 따르면, 페라이트 로드 안테나의 특성이 다음의 파라미터들에 기초하여 평가된다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
애질런트 (Agilent) 4294A 가 테스팅되었다.
Figure pct00005
Figure pct00006
여기서, 커패시터 C＝15㎌ 이다.
이들 결과들은, L 안테나, 87mm 의 길이, 10mm 의 직경에 대한 그들 결과들을 나타낸 표 1에 요약되어 있다. 메인 코일은 37의 턴 (turn) 의 와이어로 형성되고 길이가 24mm 이다. 15.77nf 커패시터가 사용되며, (페라이트를 제외하고) 측정된 인덕턴스는 6.31μH 이다.
Figure pct00007
측정들은 도 9에 도시된 테스트 셋업을 사용하였으며, 여기서, 파형 생성기 (900) 이 커플링 루프 (610) 에 적용되었고, 메인 루프가 고임피던스 프로브 (905) 를 통해 테스팅된다.
부가적인 테스트 결과들은 다음과 같았다.
Figure pct00008
또 다른 예시적인 실시형태는 상술된 것과 동일한 특성을 갖고 3턴 커플링 코일을 갖는 "L" 안테나 프로토타입을 테스팅하였다. 그 결과들은 다음과 같았다.
Figure pct00009
Figure pct00010
Q가, 더 효율적으로 작동하는 135Khz (공진) 에 더 근접한 주파수들로 약 50 내지 160 으로부터 변하고 주파수에 의존함을 유의함을 유의한다.
표 5에 나타낸 바와 같이, 또 다른 프로토타입은 4 턴 커플링 코일을 사용하였으며, 약간 더 높은 Q 값들을 갖는다.
Figure pct00011
표 5에 의해 나타낸 바와 같이, 이러한 디바이스는 약간 더 높은 Q를 가졌다.
4-턴 커플링 루프에 대해 로드 상에서 코일을 이동시키는 효과가 테스팅되었고, 그 결과들을 표 6에 나타낸다.
Figure pct00012
이것은, 더 높은 전압들 및 도 7b에 도시된 더 큰 값의 d (거리 (650) 를 나타냄) 에 대해 q가 어떻게 증가되는지를 나타낸다.
유사한 방식으로, M 디바이스에 대해 테스트들이 행해졌다.
이러한 디바이스에 대한 테스팅된 값들은 다음과 같이 나타난다.
Figure pct00013
여기서, "d" 는 도 7b에 도시된 좌측 에지로부터의 거리이고, 135Khz 의 공진 주파수를 사용한다.
중간 계산은 다음과 같이 나타난다.
Figure pct00014
따라서, 2개의 22μF 커패시터들이 이러한 시스템을 공진시키게 하도록 사용되었다.
표 8은 측정되고 계산된 값들을 나타낸다.
Figure pct00015
표 9는 상이한 전력 레벨들의 효과들을 나타낸다.
Figure pct00016
표 10 내지 12는, 테스트 프로토타입, 40mm 길이, 10mm 직경, 17mm 에 걸친 메인 코일 상의 25 턴, 및 커플링 코일 상의 4 턴에서 d를 변경시키는 효과를 나타낸다.
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
유사한 방식으로, S 디바이스에 대해 테스트들이 행해졌다. 테스팅된 로드의 3개의 상이한 성질 (flavor) 이 사용된다.
a) 본래의 Z-안테나 새로운 배리복스 (Barryvox)
Figure pct00020
이것은 2.08μH 의 인덕턴스를 갖는다.
b) 12 권선 안테나
Figure pct00021
c) Z-안테나
Figure pct00022
Figure pct00023
d) Z-안테나 넘버 94
Figure pct00024
e) Z-안테나 넘버 93
Figure pct00025
f) Z-안테나 (넘버 97)
Figure pct00026
Figure pct00027
g) 안테나 넘버 97a
Figure pct00028
h) 안테나 z1
Figure pct00029
i) 안테나 x
Figure pct00030
〓≫ 이러한 버전은 L에 대한 Q를 최대화시킨다.
L: 78,82μH -> C＝17,63㎌ 에 대해
버전들
Figure pct00031
길이 21.5mm, 직경 8mm, 12 턴 메인 코일, 및 로드의 말단으로부터의 1mm 의 d를 갖는 테스팅된 디바이스, 와이어 타입 72, 및 252㎋ 커패시터에 대해, 다음의 값들이 테스팅을 통해 획득되었다.
Figure pct00032
45 권선, 0.26mm 직경의 안테나의 또 다른 프로토타입이 19.22㎌ 으로 테스팅되었으며, 다음의 값들을 갖도록 테스팅되었다.
Figure pct00033
또 다른 프로토타입은 8mm 직경의 21.5mm 로드를 갖는다. 메인 코일은 7mm 에서 45 턴을 사용하였다. 커플링 코일은 2 턴을 사용하였고, 코일의 말단으로부터 .2mm 를 시작하였다. "d", 코일의 말단으로부터의 mm의 수의 함수로서 그 결과들은 다음과 같다.
Figure pct00034
또 다른 프로토타입은 인덕터의 정확한 터닝에 권선들의 수를 관련시킨다. 이러한 예시적인 실시형태는 30×31mm 의 안테나를 사용한다.
권선들의 수 N은 mm 단위의 거리 d에 관련될 수 있다.
Figure pct00035
인덕턴스 및 공진 값들은 다음과 같이 발견되었다.
Figure pct00036
일 예시적인 실시형태에서, 커플링 루프의 권선들의 수는 임피던스에 관련되었다. 대부분, 50옴 임피던스가 바람직하다. 43 권선 2차에 대해, 7 권선 커플링 루프가 최적일 수도 있다. 이러한 예시적인 실시형태에 대해,
Figure pct00037
－＞ 7 권선들이 커플링 루프에 대해 최적의 값이다.
특성: 43/7 권선들 (43 권선 메인 루프, 7 권선 커플링 루프),
공진 주파수: 129 내지 139kHz
Figure pct00038
인덕턴스는 15μH 인덕턴스 (페라이트 없이 대기에서) 생성한다. 이러한 예시적인 실시형태의 값들은, 20㎋ 커패시터 (2*10㎋) 를 사용하여, 다음과 같이 발견되었다.
Figure pct00039
상기로부터 관측될 수 있는 바와 같이, 이러한 시스템은 (커패시터와 병렬인) 메인 유도성 루프와는 별개로 커플링 유도성 루프를 최적화시킬 수도 있다.
또한, 당업자는, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수도 있음을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환가능성을 명확히 나타내기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능의 관점에서 일반적으로 상술되었다. 그러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현될지는, 전체 시스템에 부과된 설계 제약들 및 특정한 애플리케이션에 의존한다. 당업자는, 각각의 특정한 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 그 설명된 기능을 구현할 수도 있지만, 그러한 구현 결정이 본 발명의 예시적인 실시형태들의 범위를 벗어나게 하는 것으로 해석되지는 않아야 한다.
여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은, 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그래밍가능한 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능한 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 그들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로, 그 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 결합, 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서의 결합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수도 있다.
여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 하드웨어에 직접, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은, 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리 (ROM), 전기적으로 프로그래밍가능한 ROM (EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그래밍가능 ROM (EEPROM), 레지스터들, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되어, 그 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있게 한다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기에 상주할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내의 별개의 컴포넌트들로서 상주할 수도 있다.
하나 이상의 예시적인 실시형태들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되면, 그 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체 상의 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 송신될 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는, 일 장소로부터 또 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전달을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 양자를 포함한다. 저장 매체는, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수도 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터-판독가능 매체는, RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광 디스크 저장부, 자성 디스크 저장부 또는 다른 자성 저장 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반 또는 저장하는데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속이 컴퓨터-판독가능 매체로서 적절히 명칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 쌍, 디지털 가입자 라인 (DSL), 또는 적외선, 무선 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신되면, 그 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 쌍, DSL, 또는 적외선, 무선 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의 내에 포함된다. 여기에 사용된 바와 같이, 디스크 및 디스크 (disc) 는, 콤팩트 디스크 (CD), 레이저 디스크, 광 디스크, DVD (digital versatile disc), 플로피 디스크 및 블루-레이 디스크를 포함하며, 여기서, 디스크 (disk) 들은 일반적으로 데이터를 자성적으로 재생하지만, 디스크 (disc) 는 레이저들을 이용하여 데이터를 광학적으로 재생한다. 또한, 상기의 조합들이 컴퓨터-판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
개시된 예시적인 실시형태들의 이전 설명은 당업자가 본 발명을 수행 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 예시적인 실시형태들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게는 용이하게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고도 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 설명된 실시형태들로 제한하려고 의도하는 것이 아니라, 여기에 개시된 원리들 및 신규한 특성들에 부합하는 최광의 범위를 허여하려는 것이다.

Claims (23)

  1. 제 1 주파수를 갖는 신호에 대한 접속부로서, 상기 신호는 특정 전력 레벨을 운반하는, 상기 접속부; 및
    루프 베이스, 제 1 특정 수의 루프 턴들을 갖는 메인 유도성 루프, 및 제 2 수의 루프 턴들을 갖는 커플링 루프로 형성된 유도부를 포함하며,
    상기 커플링 루프는 상기 메인 유도성 루프보다 더 적은 루프 턴들을 갖고, 상기 접속부는 상기 커플링 루프에는 전기적으로 커플링되지만 상기 메인 유도성 루프에는 커플링되지 않으며,
    상기 커플링 루프 및 상기 메인 유도성 루프는 서로 물리적으로 커플링되고 상기 루프 베이스에 대해 이동가능하여, 상기 메인 유도성 루프 및 상기 커플링 루프 양자가 상기 루프 베이스 상에서 함께 이동하게 하는, 무선 전력 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 유도성 루프로 공진하는 주파수에서 무선 전력을 수신하고 전력 출력을 생성하며, 상기 커플링 루프로부터의 출력을 수신하도록 커플링된 회로를 더 포함하는, 무선 전력 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 유도성 루프로 공진하는 주파수에서 전력 출력을 생성하고, 상기 전력 출력을 상기 커플링 루프에 커플링시켜, 무선 전력을 송신하는 회로를 더 포함하는, 무선 전력 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접속부는, 상기 커플링 루프가 상기 루프 베이스 상에서 이동될 때마다 상기 커플링 루프에 접속하는 복수의 가요성 와이어들을 포함하는, 무선 전력 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도부는 페라이트 코어로 형성되는, 무선 전력 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커플링 루프 상의 다수의 권선들은 상기 무선 전력 시스템의 입력 임피던스를 셋팅하도록 사용되는, 무선 전력 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 유도성 루프에 걸쳐 커플링된 커패시턴스를 더 포함하는, 무선 전력 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커패시턴스는, 상기 커패시턴스 및 인덕턴스 모두의 LC 값이 특정 주파수로 공진하도록 하는 값을 갖는, 무선 전력 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 특정 주파수는 135kHz 인, 무선 전력 시스템.
  10. 안테나의 제 1 커플링 루프부를 최적화시키는 단계;
    상기 제 1 커플링 루프부에 메인 유도성 루프를 기계적으로 접속시키고, 상기 메인 유도성 루프 및 상기 제 1 커플링 루프부를 서로 전기적으로 절연되게 유지하는 단계;
    상기 제 1 커플링 루프부를 최적화시키는 것과는 별개로 상기 안테나의 상기 메인 유도성 루프를 최적화시키는 단계;
    상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프 양자를 상이한 위치들로 이동시켜, 회로의 파라미터들에 대해 상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프의 위치를 최적화시키는 단계; 및
    무선 전력을 송신하기 위해 서로 부착된 것으로서 상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프를 사용하는 단계를 포함하는, 무선 전력을 송신하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 루프부는, 상기 안테나의 원하는 입력 임피던스에 따라 최적화되는, 무선 전력을 송신하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 메인 유도성 루프에 걸쳐 커패시터를 커플링시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 메인 유도성 루프 및 상기 커패시터는, 상기 무선 전력의 송신의 특정 주파수로 공진하는 LC 상수를 공동으로 생성하는, 무선 전력을 송신하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 특정 주파수는 135kHz 인, 무선 전력을 송신하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프의 특성을 최적화시키기 위해, 접속된 상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프를 상이한 위치들로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 무선 전력을 송신하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프를 코어 상에 감는 단계를 더 포함하며,
    상기 이동시키는 단계는 상기 코어에 대한 것인, 무선 전력을 송신하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 코어는 페라이트 코어인, 무선 전력을 송신하는 방법.
  17. 안테나의 제 1 커플링 루프부를 최적화시키는 단계;
    상기 제 1 커플링 루프부에 메인 유도성 루프를 기계적으로 접속시키고, 상기 메인 유도성 루프 및 상기 제 1 커플링 루프부를 서로 전기적으로 절연되게 유지하는 단계;
    상기 제 1 커플링 루프부를 최적화시키는 것과는 별개로 상기 안테나의 상기 메인 유도성 루프를 최적화시키는 단계;
    상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프 양자를 상이한 위치들로 이동시켜, 무선 전력을 수신하고 그에 의해 전력공급될 회로의 파라미터들에 대해 상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프의 위치를 최적화시키는 단계; 및
    무선 전력을 수신하기 위해 서로 부착된 것으로서 상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프를 사용하는 단계를 포함하는, 무선 전력을 수신하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 루프부는 상기 안테나의 원하는 입력 임피던스에 따라 최적화되는, 무선 전력을 수신하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 메인 유도성 루프에 걸쳐 커패시터를 커플링시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 메인 유도성 루프 및 상기 커패시터는, 상기 무선 전력의 송신의 특정 주파수로 공진하는 LC 상수를 공동으로 생성하는, 무선 전력을 수신하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 특정 주파수는 135kHz 인, 무선 전력을 수신하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프의 특성을 최적화시키기 위해, 접속된 상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프를 상이한 위치들로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 무선 전력을 수신하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 커플링 루프부 및 상기 메인 유도성 루프를 코어 상에 감는 단계를 더 포함하며,
    상기 이동시키는 단계는 상기 코어에 대한 것인, 무선 전력을 수신하는 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 코어는 페라이트 코어인, 무선 전력을 수신하는 방법.
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