KR20160019085A - 4-브레이드 저항성 히터 및 이러한 저항성 히터를 포함하는 디바이스들 - Google Patents
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Abstract
장치는 전류들을 전송하고 전류들에 기초하여 열을 생성하도록 구성된 전도성 구조(104, 204)를 포함하는 4-브레이드 저항성 히터(100, 200)를 포함한다. 전도성 구조는 제1, 제2, 제3 및 제4 전기 전도체들(106-112, 210-212)을 가진다. 제1 및 제2 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다. 제3 및 제4 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다. 제1 및 제2 전도체들로 형성된 고리들은 전도성 구조의 길이를 따라 제3 및 제4 전도체들로 형성된 고리들과 인터리브된다. 제1 및 제3 전기 전도체들은 함께 전기적으로 커플링될 수 있고, 제2 및 제4 전기 전도체들은 함께 전기적으로 커플링될 수 있다.
Description
이 개시내용은 일반적으로 가열(heating) 시스템들에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 이 개시내용은 4-브레이드 저항성 히터(four-braid resistive heater) 및 이러한 저항성 히터를 포함하는 디바이스들에 관한 것이다.
다양한 타입들의 디바이스들은 그 디바이스들 내의 컴포넌트들의 온도를 안정화시키거나 조정하기 위해 온도 제어 메커니즘을 사용한다. 예를 들어, 긴 광섬유들을 포함하는 디바이스들에서, 그리고 원자 또는 분자들의 광학 천이들(optical transitions)에 의존하는 디바이스들에서 열 안정화가 종종 사용된다. 불행히도, 다양한 타입들의 디바이스들은 또한 주변 자기장들 또는 다른 자기장들을 차단하기 위해 자기 차폐를 필요로 할 수 있다. 열 안정화 및 자기 차폐 요건들은, 전기 히터들이 통상적으로 강한 자기장들을 발생시키기 때문에, 종종 서로 반대로 작용한다. 그 결과, 디바이스들의 동작을 간섭하는 과도한 자기장들을 발생시키지 않고 디바이스의 컴포넌트들을 열적으로 안정화시키는 데 적합한 가열을 제공하는 전기 히터들을 제공하는 것이 어려울 수 있다.
이 개시내용은 4-브레이드 저항성 히터 및 이러한 저항성 히터를 포함하는 디바이스들을 제공한다.
제1 실시예에서, 장치는, 전류들을 전송하고 전류들에 기초하여 열을 생성하도록 구성된 전도성 구조를 포함하는, 4-브레이드 저항성 히터를 포함한다. 전도성 구조는 제1, 제2, 제3 및 제4 전기 전도체들을 가진다. 제1 및 제2 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다(looped around). 제3 및 제4 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다. 제1 및 제2 전도체들로 형성된 고리(loop)들은 전도성 구조의 길이를 따라 제3 및 제4 전도체들로 형성된 고리들과 인터리브된다(interleaved).
제2 실시예에서, 시스템은 피가열 컴포넌트(heated component), 및 피가열 컴포넌트를 가열하도록 구성된 가열 엘리먼트를 포함한다. 가열 엘리먼트는, 전류들을 전송하고 전류들에 기초하여 열을 생성하도록 구성된 전도성 구조를 포함하는, 4-브레이드 저항성 히터를 포함한다. 전도성 구조는 제1, 제2, 제3 및 제4 전기 전도체들을 가진다. 제1 및 제2 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다. 제3 및 제4 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다. 제1 및 제2 전도체들로 형성된 고리들은 전도성 구조의 길이를 따라 제3 및 제4 전도체들로 형성된 고리들과 인터리브된다.
제3 실시예에서, 방법은 전도성 구조를 가지는 4-브레이드 저항성 히터를 통해 전류들을 전송하는 것 및 전류들에 기초하여 전도성 구조를 사용하여 열을 생성하는 것을 포함한다. 전도성 구조는 제1, 제2, 제3 및 제4 전기 전도체들을 가진다. 제1 및 제2 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다. 제3 및 제4 전기 전도체들은 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성된다. 제1 및 제2 전도체들로 형성된 고리들은 전도성 구조의 길이를 따라 제3 및 제4 전도체들로 형성된 고리들과 인터리브된다.
다른 기술적 특징들은 후속하는 도면들, 설명들 및 청구항들로부터 통상의 기술자에게 쉽게 자명할 수 있다.
이 개시내용 및 그 특징들의 보다 완전한 이해를 위해, 이제, 첨부 도면들과 함께 취해진 후속하는 설명에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 이 개시내용에 따른 예시적인 4-브레이드 저항성 히터를 예시한다.
도 2는 이 개시내용에 따른 4-브레이드 저항성 히터의 예시적인 평면 구현예를 예시한다.
도 3은 이 개시내용에 따른 상이한 저항성 히터들의 예시적인 동작 특성들을 예시한다.
도 4a 내지 7b는 이 개시내용에 따른 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들을 포함하는 예시적인 디바이스들을 예시한다.
도 8은 이 개시내용에 따른 4-브레이드 저항성 히터를 사용한 열적 관리를 위한 예시적인 방법을 예시한다.
도 1은 이 개시내용에 따른 예시적인 4-브레이드 저항성 히터를 예시한다.
도 2는 이 개시내용에 따른 4-브레이드 저항성 히터의 예시적인 평면 구현예를 예시한다.
도 3은 이 개시내용에 따른 상이한 저항성 히터들의 예시적인 동작 특성들을 예시한다.
도 4a 내지 7b는 이 개시내용에 따른 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들을 포함하는 예시적인 디바이스들을 예시한다.
도 8은 이 개시내용에 따른 4-브레이드 저항성 히터를 사용한 열적 관리를 위한 예시적인 방법을 예시한다.
하기에 기술된 도 1 내지 8, 및 이 특허 문서에서 본 발명의 원리들을 기술하기 위해 사용된 다양한 실시예들은 단지 예시에 의한 것이며, 어떤 방식으로도 발명의 범위를 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 통상의 기술자는, 본 발명의 원리들이 임의의 타입의 적절하게 배열된 디바이스 또는 시스템으로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 이 개시내용에 따른 예시적인 4-브레이드 저항성 히터(100)를 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 저항성 히터(100)는 파워 서플라이(102) 및 4-브레이드 전도성 구조(104)를 포함한다. 일반적으로, 파워 서플라이(102)는 전도성 구조(104)를 통해 전류들을 생성하고, 전류들은 전도성 구조(104)를 통과하여 열을 생성한다. 파워 서플라이(102)는 전도성 가열 구조에서 전류들을 생성하기 위한 임의의 적절한 구조를 포함한다. 예를 들어, 파워 서플라이(102)는 전압원 또는 전류원을 나타낼 수 있다.
전도성 구조(104)는 본원에서 4개의 전기 전도체들(106-112)을 포함한다. 각각의 전기 전도체(106-112)는 전류가 흘러서 이에 의해 열을 생성할 수 있는 가늘고 긴(elongated) 저항성 전도성 경로를 나타낸다. 각각의 전기 전도체(106-112)는, 하나 이상의 금속들과 같은, 임의의 적절한 물질(들)로 형성될 수 있다. 또한, 각각의 전기 전도체(106-112)는 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 또한, 각각의 전기 전도체(106-112)는 고체-코어 와이어(solid-core wire) 또는 다중-가닥 와이어(multi-strand wire)와 같이 임의의 적절한 형태 인자(form factor)를 가질 수 있다.
이 예에서, 전기 전도체들(106-112)은 4-브레이드 배열로 배열된다. 즉, 4개의 전기 전도체들(106-112)은 전도성 구조(104)의 길이를 따라 서로 고리를 형성한다. 이 예에서, 2개의 전기 전도체들(106-108)은, 전도체들(106-108)이 일반적으로 전도성 구조(104)의 길이를 따라 서로 고리로 형성되기 때문에, 제1 꼬임쌍을 형성한다. 유사하게, 2개의 전기 전도체들(110-112)은, 전도체들(110-112)이 일반적으로 전도성 구조(104)의 길이를 따라 서로 고리로 형성되기 때문에, 제2 꼬임쌍을 형성한다. 또한, 제1 꼬임쌍 내의 전기 전도체들(106-108)은 주기적으로(또는 다른 방식으로) 제2 꼬임쌍의 전기 전도체들(110-112)을 따라 고리로 형성하고, 제2 꼬임쌍 내의 전기 전도체들(110-112)은 주기적으로(또는 다른 방식으로) 제1 꼬임쌍의 전기 전도체들(106-108)을 따라 고리로 형성한다. 이는 4개의 전기 전도체들(106-112)이 일반적으로 단일 전체 구조로 함께 엮이는(braided) 구조를 생성한다.
도 1에서, 4개의 전기 전도체들(106-112)은 다음과 같이 배열된다. 전기 전도체들(106-108)은 서로 꼬여서 전기 전도체들(110-112)에 대해 교번적으로 고리를 형성한다. 유사하게, 전기 전도체들(110-112)은 서로 꼬여서 전기 전도체들(106-108)에 대해 교번적으로 고리를 형성한다. 또한, 전기 전도체들(106-108)의 제1 단부들은 파워 서플라이(102)의 한 측에 커플링되고, 전기 전도체들(110-112)의 제1 단부들은 파워 서플라이(102)의 또다른 측에 커플링된다. 추가로, 전기 전도체들(106 및 110)의 제2 단부들은 함께 커플링되고, 전기 전도체들(108 및 112)의 제2 단부들은 함께 커플링된다.
이 배열에서, 전류들은 파워 서플라이(102)로부터 전기 전도체들(106-108)을 통해 흐르고, 전류들은 전기 전도체들(110-112)을 통해 파워 서플라이(102)로 되돌아간다. 전기 전도체들(106-112)이 저항성 구조들이므로, 전류들은 열을 생성하는데, 이는 디바이스 또는 시스템(또는 그 부분들)의 온도를 설정하거나 조정하기 위해 사용될 수 있다.
4-브레이드 배열을 사용하여 생성된 자기장들은 전기 전도체들의 다른 배열들을 사용하여 생성된 자기장들보다 훨씬 더 작을 수 있다. 이는 전기 가열과 연관된 복잡성이 더 적게 열 안정화 또는 열적 관리가 발생하게 한다. 실제로, 4-브레이드 배열은 전도성 와이어들로부터의 자기장들을 감소시키기 위한, 그리고 설계에 의해 더 고차 항목들(higher-order terms)을 감소시키거나 제거할 수 있는 최적의 또는 거의 최적의 솔루션을 나타낼 수 있다. 이들 모두는 작은 형태 인자를 가지는 저비용 디바이스를 사용하여 달성될 수 있다.
이러한 기능성은 광범위한 구조들에서 사용을 찾아볼 수 있다. 예를 들어, 4-브레이드 저항성 히터(100)는 공진들의 Zeman 분할(Zeman splitting of the resonances)을 생성하지 않고, 광자 발진기의 원자 기준 전지(atomic reference cell)를 가열시키기 위해 사용될 수 있다. 4-브레이드 저항성 히터(100)는 또한 코일 내의 분극의 Verdet 회전을 야기하지 않고 광섬유 코일을 열적으로 안정화시키기 위해 사용될 수 있다. 4-브레이드 저항성 히터(100)는 물체(들) 내에 자기장들을 크게 유도하지 않고 전자 회로 또는 다른 물체(들)를 가열하거나 열적으로 안정화시키기 위해 추가로 사용될 수 있다. 이들은 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들(100)이 사용될 수 있는 상이한 방식들의 예들을 나타낸다. 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들(100)은 직렬로, 병렬로, 또는 직렬 및 병렬로 접속되어, 임의의 다른 적절한 방식으로 사용될 수 있다.
도 1이 4-브레이드 저항성 히터(100)의 일 예를 예시하지만, 도 1에 대해 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 각각의 꼬임쌍이 상이한 형상들의 고리들을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 이는 요건 또는 제한이 아니다. 또한, 각각의 전기 전도체(106-112)는 4-브레이드 저항성 히터(100) 내에 임의의 적절한 개수의 고리들을 포함할 수 있다. 추가로, 오직 2개의 와이어들 또는 다른 전도체들을 사용하여 4-브레이드 구조를 생성하는 것이 가능할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 전도체들(106 및 110)이 동일한 단일 와이어로 형성될 수 있고, 전도체들(108 및 112)이 동일한 단일 와이어로 형성될 수 있다. 이 점에도 불구하고, 구조는 4개의 전기 전도체들로 형성되며, 여기서 다수의 전기 전도체들이 동일한 와이어의 일부를 형성한다.
도 2는 이 개시내용에 따른 4-브레이드 저항성 히터(200)의 예시적인 평면 구현예를 예시한다. 4-브레이드 저항성 히터(200)는 도 1에 도시되고 전술된 4-브레이드 저항성 히터(100)와 동일하거나 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 4-브레이드 저항성 히터(200)는 또한, 4-브레이드 저항성 히터(200)가 실질적으로 직선인 측들을 가지는 고리들을 사용하여 구현된다는 점을 제외하고는, 도 1에 도시되고 전술된 4-브레이드 저항성 히터(100)와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저항성 히터(200)는 파워 서플라이(202) 및 4-브레이드 전도성 구조(204)를 포함한다. 일반적으로, 파워 서플라이(202)는 전도성 구조(204)를 통하는 전류들을 생성하고, 전류들은 전도성 구조(204)를 통과하여 열을 발생시킨다. 이 예에서, 전도성 구조(204)는 다수의 층들(206a-206d)을 사용하여 구현된다. 각각의 층(206a-206d)은 일반적으로, 유전체(208), 전도성 비아들(210), 및 저항성 경로들(212)을 포함한다. 각각의 층(206a-206d) 내의 유전체(208)는 실리콘 이산화물과 같은 임의의 적절한 전기적으로 절연성인 물질(들)을 나타낸다. 동일한 유전체(208)가 각각의 층(206a-206d)에 사용될 수 있거나, 또는 상이한 유전체들(208)이 상이한 층들(206a-206d)에서 사용될 수 있다. 각각의 층(206a-206d) 내의 유전체(208)는 또한, 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 스퍼터링, 또는 스핀 코팅과 같은, 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
각각의 층(206a-206d) 내의 전도성 비아들(210)은 그 층을 통과하는 전도성 경로들을 나타낸다. 다시 말해, 층(206a-206d) 내의 각각의 전도성 비아(210)는 그 층 내의 절연성 유전체(208)를 통해 전기 접속이 형성될 수 있는 경로를 나타낸다. 각각의 전도성 비아(210)는 금속과 같은 임의의 적절한 전도성 물질(들)을 포함한다. 동일한 전도성 물질(들)이 각각의 전도성 비아(210)에서 사용될 수 있거나, 또는 상이한 전도성 물질(들)이 상이한 전도성 비아들(210)에서 사용될 수 있다. 각각의 층(206a-206d) 내의 전도성 비아들(210)은 또한, (유전체(208)의 퇴적에 선행하여) 금속층을 퇴적 및 에칭시킴으로써, 또는 유전체(208) 내에 홀(hole)들을 에칭시켜서 그 홀들 내에 전도성 물질을 퇴적시킴으로써와 같이, 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
각각의 층(206a-206d) 내의 저항성 경로들(212)은 그 층의 다수의 비아들(210)을 접속시키는 전도성 경로들을 나타낸다. 각각의 저항성 경로(212)는 금속과 같은 임의의 적절한 전도성 물질(들)을 포함한다. 동일한 전도성 물질(들)이 각각의 저항성 경로(212)에서 사용될 수 있거나, 또는 상이한 전도성 물질(들)이 상이한 저항성 경로(212)에서 사용될 수 있다. 각각의 층(206a-206d) 내의 저항성 경로들(212)은 또한, 금속층을 퇴적 및 에칭시킴으로써와 같이, 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
이 예에서 도시된 바와 같이, 각각의 층(206a-206d) 내의 전도성 비아들(210)은 일반적으로 정렬되는데, 이는 하나의 층의 하나의 위치에서의 전도성 비아(210)가 다른 층들에서의 실질적으로 동일한 위치에 있는 전도성 비아들(210)에 전기적으로 접속됨을 의미한다. 층들(206a-206d) 내의 실질적으로 동일한 위치들에 있는 비아들(210)은 따라서, 전도성 구조(204)를 통과하는 전기 경로를 형성한다.
또한, 층들(206a-206d) 내의 비아들(210) 및 저항성 경로들(212)은 집합적으로 4개의 상이한 전기 전도체들(도 1의 전기 전도체들(106-112))을 형성한다. 이 예에서, 전기 전도체들(106-108)은 층들(206a 및 206c)에서 구현된다. 하나의 전도체(106)는 층(206a) 내의 제1 행, 제1 열 비아(210)가 파워 서플라이(202)에 접속하는 곳에서 시작한다. 다른 전도체(108)는 층(206c) 내의 제3 행, 제1 열 비아(210)가 파워 서플라이(202)에 접속하는 곳에서 시작한다. 이러한 2개의 전도체들(106-108)은 이후, 이들의 각자의 전기 경로들이 층들(206a 및 206c) 사이에서 그리고 층들(206a 및 206c)에 걸쳐 이동함에 따라, 서로 고리를 형성한다.
유사하게, 전기 전도체들(110-112)이 층들(206b 및 206d)에서 구현된다. 하나의 전도체(110)는 층(206b) 내의 제4 행, 제1 열 비아(210)가 파워 서플라이(202)에 접속하는 곳에서 시작한다. 다른 전도체(112)는 층(206d) 내의 제2 행, 제1 열 비아(210)가 파워 서플라이(202)에 접속하는 곳에서 시작한다. 이러한 2개의 전도체들(110-112)은 이후, 이들의 각자의 전기 경로들이 층들(206b 및 206d) 사이에서 그리고 층들(206b 및 206d)에 걸쳐 이동함에 따라, 서로 고리를 형성한다.
전도체들(106-108)이 층들(206a 및 206c) 사이에서 이동하고 전도체들(110-112)이 층들(206b 및 206d) 사이에서 이동하기 때문에, 전도체들(106-108)은 전도체들(110-112)을 따라 고리를 형성한다. 이는, 실질적으로 수평 및 수직 컴포넌트들을 사용하여 구현되는 4-브레이드 구조를 형성한다. 이는 4-브레이드 저항성 히터의 더 간단한 또는 더 비용-효율적인 제조를 용이하게 하는 것을 보조할 수 있다.
도 2가 4-브레이드 저항성 히터(200)의 평면 구현예의 일 예를 예시하지만, 도 2에 대한 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 4-브레이드 저항성 히터는 임의의 다른 평면 또는 비-평면 방식으로 구현될 수 있다. 또다른 예로서, 4-브레이드 저항성 히터의 평면 구현예는, 히터가 구부러진 또는 불규칙한 표면에 맞게 하는 기계적으로 유연한 기판 또는 하우징을 포함할 수 있다. 또한, 도 2에서, 다양한 비아들(210)이 도시되어 있으며, 저항성 히터(200)에서 기능적으로 사용되지 않는다. 예를 들어, 가장 왼쪽의 그리고 가장 오른쪽의 열들 내의 비아들(210)은 2개의 저항성 경로들(212) 사이에 전기 접속들을 형성하도록 사용되지 않는다. 또다른 예에서, 층들(206a-206c) 내의 제1 행, 제2 열 비아들(210)이 층들(206a 및 206c) 내의 2개의 저항성 경로들(212) 사이에 전기 접속을 형성하기 위해 사용되지만, 층(206d) 내의 제1 행, 제2 열 비아(210)는 사용되지 않는다. 구현예에 따라, 하나의, 일부의 또는 모든 미사용된 비아들(210)은 저항성 히터(200)에서 생략될 수 있다.
도 3은 이 개시내용에 따른 상이한 저항성 히터들의 예시적인 동작 특성들을 예시한다. 특히, 도 3은 상이한 개수의 와이어 전도체들 및 와이어 게이지들을 가지는 저항성 히터들로부터 1인치(25.4mm)의 거리에서의 자기장 감쇠를 식별하는 그래프(300)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 그래프(300)는 라인(302)을 포함하는데, 이는 단일-와이어 전도체를 가지는 저항성 히터와 연관된다. 라인(302)은 모든 다른 저항성 히터들의 자기장 감쇠들이 비교되는 베이스라인을 나타낸다.
라인(304)은 2개의 와이어 전도체들을 가지는 저항성 히터와 연관되며, 2개의 와이어 전도체들은 완벽한 꼬임쌍으로서 배열된다. 라인(306)은 6개의 와이어 전도체들을 가지는 저항성 히터와 연관되며, 6개의 와이어 전도체들은 완벽한 6중극(hexapole) 배열을 가진다. 본원에서 알 수 있는 바와 같이, 꼬임쌍 및 6중극 저항성 히터들은 단일-와이어 전도체에 비해 상당한 자기장 감쇠를 제공한다. 또한, 약 5 또는 6의 AWG(American Wire Gauge)를 넘는 와이어 게이지들에 대해, 꼬임쌍 및 6중극 저항성 히터들은 매우 유사한 감쇠들을 가진다. 라인(308)은 8개의 와이어 전도체들을 가지는 저항성 히터와 연관되며, 8개의 와이어 전도체들은 완벽한 8중극 배열(perfect octopole arrangement)을 가진다. 본원에서 알수 있는 바와 같이, 8중극 저항성 히터는 다시, 단일-와이어 전도체에 비해 상당한 자기장 감쇠를, 그리고 약 5 또는 6의 AWG 값을 넘는 와이어 게이지들에 대해 꼬임쌍 및 6중극 저항성 히터들보다 더 양호한 자기장 감쇠를 제공한다.
이러한 견지에서, 4-브레이드 배열을 가지는 저항성 히터의 거동(behavior)이 꼬임쌍 및 6중극 배열들을 가지는 저항성 히터들과 동일한 일반 라인을 따라 존재할 것이라는 점이 예상될 수 있다. 그러나, 4-브레이드 배열을 가지는 저항성 히터는 실제로 꼬임쌍, 6중극 및 8중극 배열들보다 상당한 개선을 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 라인(310)은 4개의 와이어 전도체들을 가지는 저항성 히터와 연관되는데, 여기서, 4개의 와이어 전도체들은 완벽한 4-브레이드 배열을 가진다. 본원에서 알 수 있는 바와 같이, 와이어 게이지에 따라, 4-브레이드 배열은 자기장 감쇠에 대해 최대 두 자릿수 또는 그 이상의 개선을 제공할 수 있다. 이는, 전도체들의 4-브레이드 배열을 가지는 저항성 히터가, 전도체들의 다른 배열들을 가지는 저항성 히터들에 비해 훨씬 더 작은 자기장을 생성할 수 있음을 나타낸다.
도 3이 상이한 저항성 히터들의 동작 특성들의 예들을 예시하지만, 도 3에 대해 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본원에 도시된 동작 특성들은 단지 예들이며, 이 개시내용의 범위를 제한하지 않는다. 전도체들의 4-브레이드 또는 다른 배열들을 가지는 저항성 히터들은 이들의 구현예들에 따라 다른 동작 특성들을 가질 수 있다. 특정 예로서, 도 3은 와이어 전도체들의 완벽한 꼬임 또는 엮임(braiding)을 가정한다. 꼬임들 또는 엮임들에서의 불완전성의 존재는 저항성 히터의 성능에 영향을 줄 수 있다. 그러나, 큰 불완전성들의 존재에도 불구하고, 4-브레이드 배열을 가지는 저항성 히터는 종래의 저항성 히터들에 비해 자기장 감쇠에서의 큰 개선들을 제공할 수 있다.
도 4a 내지 7b는 이 개시내용에 따른 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들을 포함하는 예시적인 디바이스들을 예시한다. 도 4a 내지 4d는 상이한 광자 발진기들 또는 원자 클록들의 예들을 예시한다. 광자 발진기는 일반적으로, 광 및 적어도 하나의 원자 기준 전지를 사용하여 생성된 국부 발진기(LO) 신호를 생성하고 출력하는 디바이스를 지칭한다. 도 4a에서, 광자 발진기(400)는 광원(402) 및 기준 전지(404)를 포함한다. 광원(402)은 레이저와 같이, 광자 발진기에 대한 임의의 적절한 조명원(source of illumination)을 나타낸다. 기준 전지(404)는 광원(402)으로부터의 조명과 상호작용하는 기체로 채워진 임의의 적절한 구조를 나타낸다. 기준 전지(404)로부터의 피드백은 레이저의 동작을 조정하기 위해 사용된다.
도 4b에서, 광자 발진기(420)는 광원(422) 및 기준 전지(424)를 포함하는데, 이는 도 4a 내의 대응하는 컴포넌트들과 동일하거나 유사할 수 있다. 추가로, 광자 발진기(420)는, 광원(422)으로부터의 그리고 기준 전지(424)로부터의 조명과 상호작용할 수 있는 2차 기준 전지(426)를 포함한다.
도 4c에서, 광자 발진기(440)는 광원(442) 및 기준 전지(444)를 포함하는데, 이는 도 4a 및 4b 내의 대응하는 컴포넌트들과 동일하거나 유사할 수 있다. 추가로, 광자 발진기(440)는 모드-잠금 레이저(mode-locked laser)와 같은, 광학적 주파수 콤 소스(frequency comb source)(446)를 포함한다. 주파수 콤 소스(446)는 광원(442)으로부터의 조명에 기초하여 동작할 수 있다.
도 4d에서, 광자 발진기(460)는 광원(462), 기준 전지(464), 2차 기준 전지(466), 및 광학적 주파수 콤 소스(468)를 포함하는데, 이는 도 4a 내지 4c 내의 대응하는 컴포넌트들과 동일하거나 유사할 수 있다. 추가로, 광자 발진기(460)는, 기준 전지들(464-466)의 출력들을 결합시키는 광학적 결합기(470)를 포함한다.
하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들은 전술된 광자 발진기들(또는 다른 광자 발진기들) 중 임의의 광자 발진기에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 및 5b는 전술된 기준 전지들 중 임의의 기준 전지를 형성하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 기체 전지(500)를 예시한다. 기체 전지(500)는 공동(502) 및 창들(504)을 포함한다. 공동(502)은 창들(504)을 통과하는 광과 상호작용하는 기체를 포함할 수 있다. 충진관(fill tube)(506)은 기체가 공동(502)에 들어가고 나갈 수 있게 한다.
이 예에서, 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(508)가 기체 전지(500)의 적어도 하나의 창(504)에서 사용될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(510)는 기체 전지(500)의 적어도 하나의 벽에서 사용될 수 있고, 그리고/또는 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(512)는 기체 전지(500)의 적어도 하나의 벽을 가로질러 사용될 수 있다(여기서, 적어도 하나의 벽은 공동(502)을 정의하도록 보조한다). 또한, 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(514)는 기체 전지(500)의 충진관(506)에서 사용될 수 있다. 추가로, 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(516)는 기체 전지(500)를 감싸거나 또는 다른 방식으로 둘러싸는 하우징(518)에서 사용될 수 있다. 이들이, 4-브레이드 저항성 히터가 광자 발진기에서 사용될 수 있고, 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들이 다른 또는 추가적인 방식들로 광자 발진기에서 사용될 수 있는 방식들의 예들을 나타낸다는 점에 유의한다.
도 6은 예시적인 광섬유 케이블(600)을 예시한다. 본원에 도시된 바와 같이, 케이블(600)은 적어도 하나의 광섬유 코일(602) 및 광섬유 코일(602)의 각각의 단부에 있는 맨드릴(mandrill)(604)을 포함한다. 광섬유 코일(602)은 통상적으로 폴리머 재킷 또는 다른 보호 물질(들)에 의해 둘러싸인 하나 이상의 광 도파관들을 포함한다. 이 예에서, 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(606)는 광섬유 코일(602)의 외부 에지를 따라 사용될 수 있고, 히터(606)는 광섬유 코일(602) 주위로 완전히 연장할 수 있거나 연장하지 않을 수도 있다. 또한, 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(608)는 맨드릴(604)의 최상부 또는 최하부 표면을 따라 사용될 수 있고, 히터(608)는 맨드릴(604)의 표면 주위로 완전히 연장할 수 있거나 연장하지 않을 수도 있다. 추가로, 적어도 하나의 4-브레이드 저항성 히터(610)는 광섬유 코일(602) 또는 맨드릴(604)의 내부 에지를 따라 사용될 수 있고, 히터(610)는 광섬유 코일(602) 또는 맨드릴(604) 주위로 완전히 연장할 수 있거나 연장하지 않을 수도 있다.
도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 구조(700)는 피가열 엘리먼트(heated element)(702) 및 가열 엘리먼트(heating element)(704)를 포함한다. 이 예에서, 피가열 엘리먼트(702)는 전기적 또는 광학적 컴포넌트들을 포함하는 디바이스 또는 시스템과 같이, 가열될 임의의 적절한 디바이스 또는 시스템을 나타낸다. 특정 예들로서, 피가열 엘리먼트(702)는 집적 회로 또는 다른 전자 디바이스(들), 마이크로-전자-기계 시스템(MEMS; micro-electro-mechanical system), 마이크로-광-전자-기계 시스템(MOEMS; micro-opto-electro-mechanical system), 또는 나노 구조를 포함할 수 있다. 일반적으로, 피가열 엘리먼트(702)는 열적 제어를 요구하거나 원할 수 있는 임의의 적절한 컴포넌트(들)를 나타낸다. 가열 엘리먼트(704)는 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들(706)이 지나가는 평면 또는 다른 기판을 나타낸다. 이 예에서, 서로 실질적으로 평행하게 지나가는 3개의 저항성 히터들(706)이 존재한다. 그러나, 구조(700)는 임의의 적절한 배열에서 임의의 개수의 저항성 히터들(706)을 포함할 수 있고, 임의의 개수 및 배열의 가열 엘리먼트들(704)이 임의의 개수 및 배열의 피가열 엘리먼트들(702)과 함께 사용될 수 있다.
도 4a 내지 7b가 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들을 포함하는 디바이스들의 예들을 예시하지만, 도 4a 내지 7b에 대한 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본원에 제공된 예들은 4-브레이드 저항성 히터가 사용되는 방식들 중 일부만을 나타낸다. 하나 이상의 4-브레이드 저항성 히터들은 임의의 다른 적절한 디바이스 또는 시스템에서 사용될 수 있다.
도 8은 이 개시내용에 따른 4-브레이드 저항성 히터를 사용한 열적 관리를 위한 예시적인 방법(800)을 예시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 단계(802)에서, 4-브레이드 배열 내의 제1 전도체 쌍이 파워 서플라이에 커플링되고, 단계(804)에서, 4-브레이드 배열 내의 제2 전도체 쌍이 파워 서플라이에 커플링된다. 이는, 예를 들어, 전도체들(106-108)을 파워 서플라이(102)의 제1 측에 커플링시키는 것, 및 전도체들(110-112)을 파워 서플라이(102)의 제2 측에 커플링시키는 것을 포함할 수 있다. 제1 전도체 쌍은 와이어들의 제1 꼬임쌍을 나타낼 수 있고, 제2 전도체 쌍은 와이어들의 제2 꼬임쌍을 나타낼 수 있고, 각각의 꼬임쌍으로부터의 와이어들은 다른 꼬임쌍의 와이어들을 따라 고리를 형성할 수 있다.
단계(806)에서 전류가 전도체들을 통해 생성된다. 이는, 단계(808)에서 열을 생성하고, 열은 단계(810)에서 디바이스 또는 시스템을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어, 전도체들(110-112)과 각자 커플링되는 전도체들(106-108)을 통해 전류들을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 따라서 전도체들(106-108)을 통과하는 전류는 또한 전도체들(110-112)을 통해 이동한다. 여기서 열은, 광자 발진기, 광학적 자이로스코프 또는 광섬유를 가지는 다른 컴포넌트, 또는 전기/광학 회로와 같은, 임의의 적절한 디바이스 또는 시스템을 열적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.
프로세스가 단계(812)에서 계속된다고 가정하면, 프로세스는 단계(806)로 되돌아간다. 그렇지 않은 경우, 전류(및 따라서 열)의 생성이 종료될 수 있고, 단계들(806-812)은, 디바이스 또는 시스템의 열적 관리를 계속하기 위해 필요한 경우 추후 재개할 수 있다.
도 8이 4-브레이드 저항성 히터를 사용한 열적 관리를 위한 방법(800)의 일 예를 예시하지만, 도 8에 대한 다양한 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 일련의 단계들로서 도시되어 있지만, 도 8의 다양한 단계들은 겹쳐지거나, 동시에 발생하거나, 상이한 순서로 발생하거나, 또는 임의의 횟수로 발생할 수 있다.
이 특허 문서 전반에 걸쳐 사용된 특정 단어들 및 구문들의 정의들을 설명하는 것이 유리할 수 있다. 용어 "포함하다(include 및 comprise)" 및 그 파생어들은 제한 없는 내포를 의미한다. 용어 "또는"은 내포적이며, "및/또는"을 의미한다. 구문 "~와 연관된" 및 그 파생어들은, 포함하는(include), ~ 내에 포함된(be included within), ~와 상호접속된, 포함하는(contain), ~ 내에 포함된(be contained within), ~에 또는 ~와 접속하는, ~에 또는 ~와 커플링시키는, ~와 통신가능한, ~와 협력하는, 교차배치하는, 병치하는, ~에 근접한, ~에 또는 ~로 경계지어진, 가지는, ~의 특징을 가지는, ~에 대한 또는 ~와의 관계를 가지는 것 등을 의미할 수 있다. 구문 "~중 적어도 하나"는, 항목들의 리스트와 함께 사용될 때, 열거된 항목들 중 하나 이상의 상이한 조합들이 사용될 수 있으며, 리스트 내의 하나의 항목만이 요구될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나"는 다음 조합들: A, B, C, A 및 B, A 및 C, B 및 C, 및 A 및 B 및 C 중 임의의 것을 포함한다.
이 개시내용이 특정 실시예들 및 일반적으로 연관된 방법들을 기술하지만, 이러한 실시예들 및 방법들의 변형들 및 치환들이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 예시적인 실시예들에 대한 위의 설명은 이 개시내용을 정의하거나 제한하지 않는다. 후속하는 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 이 개시내용의 사상 및 범위로부터의 이탈 없이 다른 변경들, 대체들 및 변형들이 또한 가능하다.
Claims (20)
- 장치로서,
전류들을 전송하고 상기 전류들에 기초하여 열을 생성하도록 구성된 전도성 구조를 포함하는 4-브레이드 저항성 히터(four-braid resistive heater)를 포함하고;
상기 전도성 구조는 제1, 제2, 제3 및 제4 전기 전도체를 갖고;
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성되고(looped around), 상기 제3 및 제4 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성되고, 상기 제1 및 제2 전도체로 형성된 고리(loop)들은 상기 전도성 구조의 길이를 따라 상기 제3 및 제4 전도체로 형성된 고리들과 인터리브되는(interleaved) 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전기 전도체들은 상기 전도성 구조의 길이를 따라 상기 제3 및 제4 전기 전도체들에 대해 교번적으로 고리를 형성하는 장치. - 제1항에 있어서,
파워 서플라이(power supply)를 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 상기 파워 서플라이의 제1 측에 커플링되도록 구성되고; 그리고
상기 제3 및 제4 전기 전도체는 상기 파워 서플라이의 제2 측에 커플링되도록 구성되는 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 및 제3 전기 전도체는 함께 전기적으로 커플링되고; 그리고
상기 제2 및 제4 전기 전도체는 함께 전기적으로 커플링되는 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 및 제3 전기 전도체는 제1 와이어(wire)의 부분들을 포함하고; 그리고
상기 제2 및 제4 전기 전도체는 제2 와이어의 부분들을 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전기 전도체들은 평면 저항성 경로들 및 전도성 비아(via)들을 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 구조는:
다수의 유전체 층들;
상기 유전체 층들 중 적어도 일부를 통과하는 복수의 전도성 비아; 및
상기 유전체 층들 상의 또는 상기 유전체 층들 내의 다수의 저항성 경로 - 상기 저항성 경로는 상기 전도성 비아들에 의해 서로 전기적으로 커플링됨 -
을 포함하고,
상기 전도성 비아들 및 상기 저항성 경로들은 상기 전기 전도체들을 형성하는 장치. - 시스템으로서,
피가열 컴포넌트(heated component); 및
상기 피가열 컴포넌트를 가열하도록 구성된 가열 엘리먼트(heating element)
를 포함하고,
상기 가열 엘리먼트는 4-브레이드 저항성 히터를 포함하고, 상기 4-브레이드 저항성 히터는, 전류들을 전송하고 상기 전류들에 기초하여 열을 생성하도록 구성된 전도성 구조를 포함하고;
상기 전도성 구조는 제1, 제2, 제3 및 제4 전기 전도체를 갖고;
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성되고, 상기 제3 및 제4 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성되고, 상기 제1 및 제2 전도체로 형성된 고리들은 상기 전도성 구조의 길이를 따라 상기 제3 및 제4 전도체로 형성된 고리들과 인터리브되는 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 상기 제3 및 제4 전기 전도체들에 대해 교번적으로 고리를 형성하는 시스템. - 제8항에 있어서,
파워 서플라이를 더 포함하고;
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 상기 파워 서플라이의 제1 측에 커플링되도록 구성되고; 그리고
상기 제3 및 제4 전기 전도체는 상기 파워 서플라이의 제2 측에 커플링되도록 구성되는 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제1 및 제3 전기 전도체는 함께 전기적으로 커플링되고; 그리고
상기 제2 및 제4 전기 전도체는 함께 전기적으로 커플링되는 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 제1 및 제3 전기 전도체는 제1 와이어의 부분들을 포함하고; 그리고
상기 제2 및 제4 전기 전도체는 제2 와이어의 부분들을 포함하는 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 전도성 구조는:
다수의 유전체 층들;
상기 유전체 층들 중 적어도 일부를 통과하는 복수의 전도성 비아; 및
상기 유전체 층들 상의 또는 상기 유전체 층들 내의 다수의 저항성 경로 - 상기 저항성 경로들은 상기 전도성 비아들에 의해 서로 전기적으로 커플링됨 -
을 포함하고,
상기 전도성 비아들 및 상기 저항성 경로들은 상기 전기 전도체들을 형성하는 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 피가열 컴포넌트는 광자 발진기(photonic oscillator) 내의 기체 전지를 포함하는 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 피가열 컴포넌트는 광섬유 케이블을 포함하는 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 피가열 컴포넌트는: 하나 이상의 전기 회로들, 하나 이상의 광학 컴포넌트들, 하나 이상의 마이크로-구조들, 및 하나 이상의 나노-구조들 중 적어도 하나를 포함하는 시스템. - 방법으로서,
전도성 구조를 포함하는 4-브레이드 저항성 히터를 통해 전류들을 전송하는 단계; 및
상기 전류들에 기초하여 상기 전도성 구조를 사용하여 열을 생성하는 단계
를 포함하고, 상기 전도성 구조는 제1, 제2, 제3 및 제4 전기 전도체를 갖고; 그리고
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성되고, 상기 제3 및 제4 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 서로 고리로 형성되고, 상기 제1 및 제2 전도체로 형성된 고리들은 상기 전도성 구조의 길이를 따라 상기 제3 및 제4 전도체로 형성된 고리들과 인터리브되는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 상기 전도성 구조의 길이를 따라 상기 제3 및 제4 전기 전도체에 대해 교번적으로 고리를 형성하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전기 전도체는 파워 서플라이의 제1 측에 커플링되고; 그리고
상기 제3 및 제4 전기 전도체는 상기 파워 서플라이의 제2 측에 커플링되고;
상기 제1 및 제3 전기 전도체는 함께 전기적으로 커플링되고; 그리고
상기 제2 및 제4 전기 전도체는 함께 전기적으로 커플링되는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 전도성 구조는:
다수의 유전체 층들;
상기 유전체 층들 중 적어도 일부를 통과하는 복수의 전도성 비아; 및
상기 유전체 층들 상의 또는 상기 유전체 층들 내의 다수의 저항성 경로 - 상기 저항성 경로들은 상기 전도성 비아들에 의해 서로 전기적으로 커플링됨 -
을 포함하고,
상기 전도성 비아들 및 상기 저항성 경로들은 상기 전기 전도체들을 형성하는 방법.
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