KR20160145694A

KR20160145694A - 모바일 장치 분야의 무선 에너지 전송

Info

Publication number: KR20160145694A
Application number: KR1020167031618A
Authority: KR
Inventors: 볼칸 에페; 알렉산더 피. 맥컬리
Original assignee: 위트리시티 코포레이션
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-12-20
Also published as: JP2017514452A; JP6607922B2; US9735628B2; CN106464030A; TWI574482B; CN106464030B; TW201547149A; US20150303708A1; US20150303707A1; EP3134956A1; US9917479B2; EP3134956A4; US20150303706A1; WO2015161053A1

Abstract

무선 에너지 전송 시스템은 제2층에 근접하여 위치하는 도전성 재질의 제1층을 포함할 수 있다. 자성 재질의 제2층은 도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치할 수 있다. 제3층은 제2층과 제4층에 근접하여 위치하며, 제1 공진기 코일을 포함할 수 있고, 이 제1 공진기 코일이, 제2 공진기 코일이 제1 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다. 제4층은 제3층에 근접하여 위치할 수 있으며, 제4층은 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함할 수 있다.

Description

모바일 장치 분야의 무선 에너지 전송{WIRELESS ENERGY TRANSFER FOR MOBILE DEVICE APPLICATIONS}

관련출원

본원은 2014년 4월 16일 출원된 미국 가출원 제61/980,420호와, 2014년 4월 21일 출원된 미국 가출원 제61/981,983호와, 2014년 7월 14일 출원된 미국 가출원 제62/024,419호와, 2014년 10월 2일 출원된 미국 가출원 제62/059,035호와, 2014년 11월 11월 출원된 미국 가출원 제62/078,379호와, 2014년 11월 14일 출원된 미국 가출원 제62/079,817호에 대한 우선권을 주장하는데, 이들은 모두 본원에 참고로 포함되어 있다.

예를 들어 전기 장치에 전원을 공급(powering)하거나 충전(charging)하는 등의 작업을 수행할 목적으로 다양한 공지의 기술을 사용하여 에너지 또는 전력을 무선으로 전송할 수 있다. 예를 들어 (예를 들어 고 공진 무선 전력 전송 시스템; highly resonant wireless power transfer systems) 등의) 무선 전력 전송 시스템(wireless power transfer system)은 전기 회로 내에 전류 및/또는 전압을 생성하는 진동하는 자기장과 상호작용하는 진동하는 전자기장을 생성하도록 구동될 수 있는 고품질 계수 공진기(high quality factor resonator)를 포함할 수 있다. 즉, 에너지는 진동하는 자기장을 사용하여 전송될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어 AC 주전원, 배터리, 태양 전지판 등의 전원에 연결된) 전원측 공진기(source resonator)와 (예를 들어 전자 모바일 장치(electronic mobile device)에 통합된 외함(enclosure), 슬리이브, 케이스, 커버, 충전기 등의) 원격측 공진기(remote resonator) 간의 무선 에너지 교환이 전술한 바와 같이 무선으로 에너지를 교환할 수 있어, 관련된 전자 모바일 장치에 전원을 공급하거나 충전하는 데 사용될 수 있다.

전원측 공진기와 원격(장치)측 공진기 간의 무선 에너지 교환은 공진기들이 거의 동일한 주파수로 동조(tune)되고 시스템 내의 손실이 최소가 될 때 최적화될 수 있다. 비제한적인 예로, 스마트폰이나 다른 모바일 전자 장치 등의 원격 장치는 무선으로 공급되는 전력이나 에너지에 의해 직접 전원을 공급받거나, 또는 장치가 배터리, 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터 등(또는 다른 종류의 파워 드레인(power drain))의 에너지 저장 유닛(energy storage unit)에 결합될 수 있는데, 여기서 에너지 저장 유닛은 무선으로 충전 또는 재충전될 수 있거나 및/또는 무선 전력 이송 메커니즘이 장치의 주전원(main power source)에 대한 보충 전원이 될 수 있다. 그러나 공지의 공진기 설계들은 원거리에서 최적화될 수 있는 반면, 이들 공진기는 예를 들어 더 가까운 근거리에서 덜 최적이다. 예를 들어, 비제한적인 예로 각 공진기가 서로 근접 위치로 가까워지면 전원측 공진기가 동조를 벗어날(detune)될 수 있다. 또한, 무선 에너지 전송에 사용될 수 있는 공지의 전류 감지 기술은 어떤 종류의 무선 에너지 전송에 있어서 고 전류 및 고 주파수에서 예를 들어 과도한 손실과 전력 소산(power dissipation)을 가질 수 있어서, 무선 에너지 전송에 사용되는 주파수 제한을 가질 수 있고, 자기 간섭(magnetic interference)을 받기 쉬우며, 고가이고, 전체 장치의 크기를 증가시킬 수 있다.

한 예시적 실시예에서, 무선 에너지 전송 시스템은 제2층에 근접하여 위치할 수 있는 도전성 재질의 제1층을 비제한적으로 포함(include but is not limited to)할 수 있다. 자성 재질의 제2층은 도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치할 수 있다. 제3층은 제2층과 제4층에 근접하여 위치할 수 있는데, 제2층은 제1 공진기 코일(resonator coil)을 포함할 수 있고, 제1 공진기 코일은 제2 공진기 코일이 제1 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다. 제4층은 제3층에 근접하여 위치될 수 있고, 제4층은 복수의 도전성 재질의 도전편을 포함한다.

하나 이상의 다음 예시적 특징들이 포함될 수 있다. 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접하였을 때 도전성 재질의 복수의 도전편(piece)의 크기, 형태, 기하학적 위치 중의 적어도 하나가 제2 공진기 코일의 인덕턴스 편이(inductance shifting)를 저감(reduce)시킬 수 있다. 형상은 직사각형일 수 있다. 형상은 정사각형일 수 있다. 도전성 재질의 복수의 도전편의 적어도 제1 부분은 제1 형상이고, 도전성 재질의 복수의 도전편의 적어도 제2 부분은 제2 형상일 수 있다. 도전성 재질의 복수의 도전편의 적어도 일부는 제1 공진기 코일에 대해 체크무늬 패턴(checkered pattern)으로 배열될 수 있다. 제1 공진기 코일은 구리 트레이스(copper trace)를 포함할 수 있다. 예를 들어 트레이스의 적어도 일부는 구리를 포함한다. 자성 재질은 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자성 재질의 적어도 일부는 페라이트를 포함한다. 제4층의 도전성 재질의 복수의 도전편은 구리를 포함할 수 있다. 도전성 재질의 제1층은 구리를 포함할 수 있다. 제1층은 모바일 배터리 유닛의 표면에 결합될 수 있다. 자성 재질은 1mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 자성 재질은 0.5mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 제1 공진기 코일은 적어도 5W의 에너지를 제2 공진기 코일에 전송하도록 구성될 수 있다. 제1 공진기 코일은 적어도 10W의 에너지를 제2 공진기 코일에 전송하도록 구성될 수 있다.

다른 예시적 실시예에서, 무선 에너지 전송 시스템은 제2층에 근접하여 위치할 수 있는 도전성 재질의 제1층을 비제한적으로 포함할 수 있다. 자성 재질의 제2층은 도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치할 수 있다. 제3층은 제2층과 제4층에 근접하여 위치할 수 있는데, 제3층은 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함할 수 있다. 제4층은 제3층에 근접하여 위치될 수 있고, 제4층은 제1 공진기코일을 포함할 수 있고, 제1 공진기 코일은 제1 공진기 코일이 제1 공진기 코일에 근접되었을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다.

하나 이상의 다음 예시적 특징들이 포함될 수 있다. 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접하였을 때 도전성 재질의 복수의 도전편의 크기, 형태, 기하학적 위치 중의 적어도 하나가 제2 공진기 코일의 인덕턴스 편이를 저감시킬 수 있다. 형상은 직사각형일 수 있다. 형상은 정사각형일 수 있다. 도전성 재질의 복수의 도전편의 적어도 제1 부분은 제1 형상이고, 도전성 재질의 복수의 도전편의 적어도 제2 부분은 제2 형상일 수 있다. 도전성 재질의 복수의 도전편의 적어도 일부는 제1 공진기 코일에 대해 체크무늬 패턴으로 배열될 수 있다. 제1 공진기 코일은 구리 트레이스(copper trace)를 포함할 수 있다. 자성 재질은 페라이트를 포함할 수 있다. 제3층의 도전성 재질의 복수의 도전편은 구리를 포함할 수 있다. 도전성 재질의 제1층은 구리를 포함할 수 있다. 제1층은 모바일 배터리 유닛의 표면에 결합될 수 있다. 자성 재질은 1mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 자성 재질은 0.5mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 제1 공진기 코일은 적어도 5W의 에너지를 제2 공진기 코일에 전송하도록 구성될 수 있다. 제1 공진기 코일은 적어도 10W의 에너지를 제2 공진기 코일에 전송하도록 구성될 수 있다.

다른 예시적 실시예에서, 무선 에너지 전송 시스템을 위한 공진기는 제1 공진기 코일을 비제한적으로 포함할 수 있는데, 이 제1 공진기 코일은 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접했을 때 무선으로 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다. 제1 공진기 코일에 트레이스의 제1 권선(winding)이 포함될 수 있는데, 이 트레이스의 제1 권선은 도전성 재질을 포함할 수 있다. 트레이스의 제2 권선이 제1 공진기 코일에 포함될 수 있는데, 이 제2 트레이스의 제2 권선은 도전성 재질을 포함할 수 있다. 제1 권선의 트레이스의 일부는 교차점(crossover point)에서 제2 권선의 트레이스와 교차할 수 있다.

하나 이상의 다음 예시적 특징들이 포함될 수 있다. 제1 권선에 대한 트레이스의 일부는 교차점에서 제2 권선의 트레이스의 일부를, 제1 권선에 대한 트레이스의 일부와 제2 권선에 대한 트레이스의 일부 간의 물리적 접촉 없이 교차할 수 있다. 제1 공진기 코일은 인쇄 회로 기판 상에 인쇄될 수 있는데, 제1 권선에 대한 트레이스의 일부가 인쇄 회로 기판의 제1측 상의 교차점에서 중단(stop)되고 인쇄 회로 기판의 제2측에서 계속될 수 있고, 제2 권선에 대한 트레이스의 일부가 인쇄 회로 기판의 제2측에서 중단되고 교차점 이후의 제1측에서 계속될 수 있다. 제1 권선에 대한 트레이스의 일부는 교차점에 도달하기 전의 인쇄 회로 기판의 제1층 상의 제2 권선에 대한 트레이스의 일부의 제1측 상에서 중단되고, 교차점에 도달한 이후의 인쇄 회로 기판의 제2층 상의 제2 권선에 대한 트레이스의 일부의 제2측 상에서 계속된다. 제1 권선에 대한 트레이스의 제2 부분은 제2 권선에 대한 트레이스의 제2 부분과 대칭(symmetrical) 교차점에서 교차될 수 있다. 교차점은 제1 공진기 코일의 중간 부분에 형성(occur)될 수 있다. 교차점은 제1 공진기 코일의 단부 부분에 형성될 수 있다. 제1 권선과 제2 권선 중의 적어도 하나의 트레이스는 구리 코일을 포함할 수 있다. 도전선 재질의 제1층은 제2층에 포함되어 근접 위치할 수 있다. 자성 재질의 제2층은 도전성 재질의 제1층과 제3층에 포함되어 근접 위치할 수 있다. 제3층은 제2층과 제4층에 포함되어 근접 위치할 수 있는데, 제3층은 제1 공진기 코일을 포함할 수 있다. 제4층은 제3층에 포함되어 근접 위치할 수 있는데, 제4층은 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함할 수 있다.

또 다른 예시적 실시예에서, 무선 에너지 전송 시스템은 제2층에 근접하여 위치할 수 있는 도전성 재질의 제1층을 비제한적으로 포함할 수 있다. 자성 재질의 제2층은 도전성 재질의 제1층과 제3층에 포함되어 근접 위치될 수 있다. 제 3층은 제2층과 제4층에 포함되어 근접 위치할 수 있는데, 제3층은 제1 공진기 코일을 포함할 수 있고, 제1 공진기 코일은 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접했을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다. 트레이스의 제1 권선은 제1 공진기 코일 내에 포함될 수 있는데, 트레이스의 제1 권선은 도전성 재질을 포함할 수 있다. 트레이스의 제2 권선은 제2 공진기 코일 내에 포함될 수 있는데, 트레이스의 제2 권선은 도전성 재질을 포함할 수 있다. 제1 권선에 대한 트레이스의 일부는 제2 권선을 위한 트레이스의 일부와 교차점에서 교차될 수 있다. 제4층은 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함할 수 있다.

하나 이상의 다음 예시적 특징들이 포함될 수 있다. 제1 권선에 대한 트레이스의 일부는 제2 권선을 위한 트레이스의 일부와 교차점에서, 제1 권선에 대한 트레이스의 일부와 제2 권선을 위한 트레이스의 일부 간의 물리적 접촉 없이 교차될 수 있다. 제1 공진기 코일은 인쇄 회로 기판 상에 인쇄될 수 있는데, 제1 권선에 대한 트레이스의 일부는 인쇄 회로 기판의 제1 측의 교차점에서 중단되고 인쇄 회로 기판의 제2측에서 계속될 수 있으며, 제2 권선에 대한 트레이스의 일부는 인쇄 회로 기판의 제2측에서 중단되고 교차점 이후의 제1측에서 계속될 수 있다. 제1 권선에 대한 트레이스의 일부는 교차점에 도달하기 전에 인쇄 회로 기판의 제1층 상의 제2 권선에 대한 트레이스의 일부 상에서 중단되고, 교차점에 도달한 이후 인쇄 회로 기판의 제2층 상의 제2 권선에 대한 트레이스의 일부의 제2층 상에 계속될 수 있다. 제1 권선에 대한 트레이스의 제2 부분은 제2 권선에 대한 트레이스의 제2 부분과 대칭 교차점에서 교차할 수 있다. 교차점은 제1 공진기 코일의 중간 부분에 형성될 수 있다. 교차점은 제1 공진기 코일의 단부 부분에 형성될 수 있다. 제1 권선과 제2 권선 중의 적어도 하나는 구리 코일을 포함할 수 있다. 도전성 재질의 복수의 도전편의 크기, 형상, 기하학적 위치 중의 적어도 하나는 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접했을 때 제2 공진기 코일의 인덕턴스 편이를 저감시킬 수 있다.

또 다른 예시적 실시예에서, 무선 에너지 전송을 위한 전류 감지 시스템(current sensing system)은 인쇄 회로 기판을 비제한적으로 포함하는데, 인쇄 회로 기판은 적어도 제1층과, 제2층과, 그리고 제3층을 포함할 수 있다. 도전성 재질의 루프(loop)가 포함될 수 있는데, 이 도전성 재질의 루프는 제2층 상에 직경 D3을 가질 수 있다. 도전성 재질의 코일이 포함될 수 있는데, 도전성 재질의 코일은 적어도 2 턴(turn)을 가질 수 있고, 도전성 재질의 코일은 제1, 제2, 제3층의 각각을 통해 서로 연결되어 외경 D1과 내경 D2로 제1층과 제3층을 차지할 수 있다. 도전성 재질의 루프는 도전성 재질의 코일과 결합될 수 있다.

하나 이상의 다음 예시적 특징들이 포함될 수 있다. 도체(conductor)의 전류값은 도체를 도전성 재질의 코일의 내경(D2)를 통해 경유(routing)시킴으로써 측정될 수 있다. 도체는 공진기 코일의 일부가 될 수 있다. 병렬(parallel) 공진회로(resonant circuit)가 포함되어 고조파 성분(harmonic content)을 제거할 수 있다. 전압 출력을 가지는 차동증폭기(differential amplifier)가 포함될 수 있다. 전압 출력의 피크를 추적(track)하여 도체의 측정된 전류값을 결정하는 연산 증폭기(operational amplifier)를 포함하는 피크 검출기 회로(peak detector circuitry)가 포함될 수 있다. 제2층과 제3층에 근접하는 제4층이 구비될 수 있는데, 제4층은 도전성 재질의 루프와 도전성 재질의 코일 중의 적어도 하나에 결합되는 도전성 재질의 추가적 루프를 포함할 수 있고, 도전성 재질의 추가적 원형 루프는 제4층 상에 직경 D3을 가진다. 도전성 재질의 코일은 구리 트레이스를 포함할 수 있다. 도전성 재질의 코일은 직선 복귀(straight return)와 평형 권선(balanced winding) 중의 적어도 하나로 구성될 수 있다. 85kHz 내지 20MHz 범위의 주파수를 가지는 전류가 측정되도록 구성될 수 있다. 도전성 재질의 코일은 적어도 15턴을 가질 수 있다.

또 다른 예시적 실시예에서, 전류 감지 시스템에 의해 수행되는 방법은 도체를 교류로 구동하는 단계를 비제한적으로 포함할 수 있다. 교류의 진폭값(amplitude value)과 위상값(phase value)은 전류 감지 시스템으로 측정될 수 있다.

하나 이상의 예시적 실시예들의 상세는 이하의 첨부된 도면과 설명으로 제공된다. 다른 가능한 예시적 특징 및/또는 예시적 이점들은 설명과, 도면과, 청구항들로 명확해질 것이다. 일부 실시예들은 가능한 예시적 특징 및/또는 예시적 이점들을 가지지 않을 수 있는데, 이러한 가능한 예시적 특징 및/또는 예시적 이점들은 일부 실시예들에 반드시 필수적으로 요구되는 것이 아니다.

도 1은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템의 예시적 블록도;
도 2a는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 공진기 코일의 예시적 개략도이고, 도 2b는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일의 예시적 개략도;
도 3은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 장치측 공진기의 예시적 개략도;
도 4는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전원측을 보이는 예시적 개략도;
도 5는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 보이는 예시적 개략도;
도 6은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전원측을 보이는 예시적 개략도;
도 7은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 보이는 예시적 개략도;
도 8은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 보이는 예시적 개략도;
도 9는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 원을 보이는 예시적 개략도;
도 10은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전원측을 보이는 예시적 개략도;
도 11a - 도 11b는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 보이는 예시적 개략도들;
도 12a - 도 12h는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전원측의 층들을 보이는 예시적 개략도들;
도 13은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일을 보이는 예시적 개략도;
도 14a는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일을 보이는 예시적 개략도, 도 14b - 도 14c는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 보이는 예시적 개략도, 그리고 도 14d는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일의 층들을 보이는 예시적 개략도;
도 15는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일을 보이는 예시적 개략도;
도 16은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일을 보이는 예시적 개략도;
도 17은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일을 보이는 예시적 개략도;
도 18은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일을 보이는 예시적 개략도;
도 19a - 도 19b는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일들을 보이는 예시적 개략도들;
도 20은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 전원측 공진기 코일을 보이는 예시적 개략도;
도 21은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 위한 전류 센서를 보이는 예시적 개략도;
도 22는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 위한 전류 센서를 보이는 예시적 개략도;
도 23은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 위한 예시적 전압 센서의 출력 측정치를 보이는 예시적 그래프;
도 24는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 위한 전압 센서를 보이는 예시적 개략 회로도;
도 25는 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 위한 전압 센서를 보이는 예시적 개략 회로도; 그리고
도 26은 본원의 하나 이상의 예시적 실시예들에 의한 무선 에너지 전송 시스템을 위한 예시적 전압 센서의 출력 측정치를 보이는 그래프이다.
여러 도면들에 있어서 유사한 참조부호는 유사한 부재를 지시한다.

무선 전력 전송 시스템의 다양한 특징들이 개시되었는데, 예를 들어 미국특허출원 공개번호 제2010/0141042 A1호, 미국특허출원 공개번호 제2014/0049118 A1호, 미국특허출원 공개번호 제2012/0119569 A1호, 그리고 미국특허출원 공개번호 제2013/0069753 A1호가 공공의 소유로 공지되었으며, 이들의 전체 내용이 본원에 참고로 포함되었다.

전술한 바와 같이, 다양한 공지의 기술들을 사용하여, 예를 들어 전기 장치에 전력을 공급하거나 충전하는 등의 작업을 수행할 목적으로 에너지 또는 전력이 무선으로 전송될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어 고 공진 무선 전력 전송 시스템 등의) 무선 전력 전송 시스템은, 진동하는 자기장과 상호작용하여 전자 회로 내에 전류 및/또는 전압을 생성하는, 진동하는 전자기장을 생성하도록 구동되는 고품질 계수 공진기를 포함할 수 있다. 즉 에너지는 진동하는 자기장을 사용하여 무선으로 전송된다. 예를 들어, (예를 들어 AC 주전원, 배터리 태양 전지판 등의) 전원측 공진기와 (예를 들어 모바일 장치에 통합된 외함(enclosure), 슬리이브, 케이서, 커버, 충전기 등의) 원격(장치)측 공진기 사이의 무선 에너지 교환은 전술한 바와 같이 무선으로 에너지를 교환할 수 있어, 관련 모바일 장치의 전력 공급 또는 충전에 사용될 수 있다. 전자기 공진기(electromagnetic resonator) 등의 공진기는 (예를 들어 구리 등 도전성 재질의 루프(loop) 등의) 유도성 소자(inductive element)와, 인덕턴스(inductance; L)을 가지는 분포 인덕턴스(distributed inductance) 또는 인덕턴스들의 조합과, 그리고 캐패시턴스(capacitance; C)를 가지는 분포 정전용량(distributed capacitance) 또는 정전용량의 조합 등의 용량성 소자(capacitive element)를 포함할 수 있다. 캐패시터(capacitor)에 저장된 전기장 에너지 등의 초기 에너지가 제공되면, 캐페시터 방출이 에너지를 인덕터(inductor)에 저장되는 자기장 에너지로 전송하고, 인덕터가 에너지를 캐패시터(104)에 저장되는 전기장 에너지로 다시 전송함에 따라 시스템이 진동할 수 있다. "루프(loop)' 또는 "코일(coil)"이라는 용어는 어떤 수의 턴(turn)을 가지고 어떤 형상이나 크기의 표면을 둘러싸거나 포함하는 (예를 들어 전선, 튜브, 띠(strip)/트레이스(trace) 등의) 도전 구조를 지시하는 데 사용된다. 무선 에너지 전송을 위한 공진기의 더 상세한 설명과 예들은 전술한 공지의 하나 이상의 특허출원들을 참조할 수 있을 것이다.

적어도 도 1에는 무선 에너지 전송 시스템(100)의 예시적 표현이 도시되어 있다. 일부 실시예들에서는, 무선 에너지 전송 시스템(100)이 모바일 장치 응용분야를 위한 것일 수 있고, 예를 들어 (예를 들어 전원측(104) 등의) 하나 이상의 전원(source)측과 (예를 들어 장치측(102) 등의) 하나 이상의 장치(device)측을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전원측(102)에 결합되는 전원(power supply)은 (예를 들어 배터리나 다른 DC 전원 등의) 직류(DC) 또는 (예를 들어 벽 전원(wall source) 또는 다른 AC 전원 등의) 교류(AC)일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, (예를 들어 마이크로 컨트롤러(106) 등의) 마이크로 컨트롤러(microcontroller)가 동작 주파수(operating frequency)에서 (예를 들어 전력 증폭기(108) 등의) 전력 증폭기(power amplifier)를 구동하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 마이크로 컨트롤러(106)는 전력 증폭기(108)를 대역내 통신(in-band communication) 수단으로 구동하는 데 사용될 수 있다. (예를 들어 전원측 공진기(110) 등의) 전원측 공진기의 공진 주파수는 작동 주파수와 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 주파수는 85kHz 이상이거나 200kHz보다 크거나 또는 1Mhz보다 큰 소위 "고주파(high-frequency)"를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 주파수는 6,78MHz 또는 13.56MHz 같은 고주파를 포함할 수 있다. 전술한 것보다 낮은 주파수를 포함하는 다양한 다른 주파수도 본원의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 일부 실시예들에서, 전력 증폭기(108)는 예를 들어 클래스 D 또는 클래스 E 증폭기이다. 그러나 본원의 범위를 벗어나지 않고 다른 클래스의 증폭기도 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 전원측(102)은 장치측(102)과 블루투스나 와이파이 등의 대역외 무선 통신 수단(out-of-band wireless communication)을 가질 수 있다.

일부 실시예들에서, (예를 들어 장치측(102) 등의 ) 무선 에너지 장치는 (예를 들어 전원측 공진기(110)를 통한 전원측(104) 등의) 무선 에너지 전원측에 의해 생성된 진동하는 자기장을 포착하도록 설계된 (예를 들어 장치측 공진기(112) 등의) 장치측 공진기를 포함할 수 있다. 장치측(102)은 또한 전원측(104)과 대역외 무선 통신을 가질 수 있다. 장치(102)는 (예를 들어 내장 컨트롤러(embedded controller; 114) 등의) 전력을 관리하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 장치측(102)의 출력은 예를 들어 배터리, 전자기기(appliance), 모바일 전자 장치 등의 부하(load)가 될 수 있다. 임피던스 정합 네트워크(impedance matching network) 등 장치측(102)과 전원측(104)의 여러 가지 다른 특징들이 본원의 범위를 벗어나지 않고 포함될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 전원측과 장치측의 무선 에너지 전송의 이에 관련된 상호작용/사용의 상세와 예들은 하나 이상의 전술한 공지의 특허출원들을 참조할 수 있다. 마찬가지로, 본원의 (예를 들어 구성, 구성요소, 전자 장치 등의) 어떤 특정한 실시예들의 예와 설명들은 예시로만 취급되어야 할 것이며 본원의 범위를 달리 제한하고자 한 것이 아니다.

일부 실시예들에 있어서, 장치측 공진기와 관련 전자회로가 모바일 장치의 외함(enclosure) 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 더 상세히 후술할 바와 같이, 공진기와 전자회로는 예를 들어 모바일 폰(mobile phone) 외함의 배면에 결합될 만큼 단면(profile)이 충분히 얇게 설계될 수 있다. 다른 예로, 공진기와 전자회로는 모바일 장치를 거치시킬 충전 패드(charging pad)와 함께 슬리이브(sleeve) 또는 모바일 장치의 부착물(attachment)에 통합될 만큼 단면이 충분히 얇게 설계될 수 있다. 슬리이브 또는 부착물은 모바일 장치의 포트(port)를 통해 모바일 장치에 결합된다. 장치측 공진기(들)과 전자회로에 의해 포착된 에너지는 (예를 들어 전선 연결이나 모바일 장치의 충전 포트를 통해) 모바일 장치의 배터리를 충전하는 데 직접 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모바일 장치를 위한 슬리이브 또는 부착물은 구리, 자성 재질, 알루미늄 등에 의해 구성된 하나 이상의 쉴드(shield)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 쉴드는 슬리이브의 주위환경에 대한 자기장 손실을 저감시켜 모바일 장치의 자기장 손실을 저감하는 데 사용되거나 및/또는 자기장의 가이드(guide)로 사용될 수 있다. 슬리이브는 일부 실시예들에서 모바일 장치의 포트, 스피커, 조명, 카메라 등을 차단(block)하지 않도록 설계될 수 있다. 무선 에너지 전송의 더 상세한 설명과 예들은 하나 이상의 전술한 공지의 특허출원들을 참조할 수 있을 것이다.

적어도 도 2a에는 일부 실시예들의 예시적인 장치측 공진기 코일(112a)가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 공진기 코일은 예를 들어 모바일 폰, 스마트 폰, 태블릿 등의 모바일 전자 장치의 모바일 전자 장치, 슬리이브 또는 케이스 내에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공진기 코일(112a)은 예를 들어 적어도 3W의 전력, 적어도 5W의 전력, 또는 더 큰 전력을 효율적으로 수신하도록 모바일 전자 장치에 최적화될 수 있으며, 전력 전송의 효율은 예를 들어 30%보다 크거나, 50%보다 크거나, 70%보다 클 수 있다. 도 2b는 패드, 표면, 테이블 면(tabletop) 등에 통합될 수 있는 전원측 공진기 코일(112b)을 도시하고 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 3에는 다른 예시적인 장치측 공진기 코일(112c)이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 공진기 코일은 블루투스 헤드셋(Bluetooth headset), 센서, 웨어러블(wearable) 등의 이동 전자 장치에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공진기 코일(112c)은 예를 들어 적어도 0.5W의 전력, 적어도 1W의 전력, 또는 더 큰 전력을 효율적으로 수신하도록 전자 장치에 최적화될 수 있으며, 전력 전송의 효율은 예를 들어 10%보다 크거나, 20%보다 크거나, 30%보다 클 수 있다. 무선 에너지 전송을 위한 전력 전송 최적화의 더 상세한 설명과 예들은 하나 이상의 전술한 공지의 특허출원들을 참조할 수 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 전원측 공진기와 장치측 공진기 간의 무선 에너지 교환은 공진기들이 거의 동일한 주파수로 동조되고 시스템 내의 손실이 최소가 될 때 최적화될 수 있다. 비제한적인 예로, 스마트폰 등의 장치는 무선 공급된 전력 또는 에너지에 의해 직접 전력을 공급 받거나, 또는 장치가 배터리, 슈퍼 캐패시터, 또는 울트라 캐패시터 등(또는 다른 종류의 전원(power drain))의 에너지 저장 유닛에 결합되고, 에너지 저장 유닛이 무선으로 충전 또는 재충전되거나 및/또는 무선 전력 전송 메커니즘이 장치의 주 전력 공급원에 대한 보충 전원이 될 수 있다.

그러나 공지의 공진기 설계는 전원측이 장치측과 멀리 있으면 최적화될 수 있지만 더 가까이 근접하면 이들 공진기들은 덜 최적화될 수 있다. 예를 들어, 각 공진기가 서로 더 가까이 근접하게 이동하면 전원측 공진기가 장치측 공진기의 동조를 벗어나게 할 수 있다. 더 구체적으로, 자성 재질을 가지는 무선 에너지 전원측에 있어서는 장치측이 전원측에 근접함에 따라 장치측 공진기의 인덕턴스가 편이(shift)될 수 있는데, 이는 효율을 저하시킬 수 있다. 자성 재질은 주변 환경이나 전원측 공진기가 결합될 전자회로 내의 손실성(lossy) 재질에 기인하는 자지장 내의 손실을 감소시키는 데 사용될 수 있지만, 장치측 공진기의 인덕턴스 편이는 또한 예상 이상(greater-than-expected) 또는 예상 이하(lower-than-expected)의 출력 전압을 야기할 수 있고, 장치측 공진기가 그 전자회로와 (스마트폰 등의) 부하에 손상을 입힐 수 있다. 예상 이하의 출력 전압이라는 예시적 시나리오에서는 장치측 공진기가 효율적 작동을 위한 충분한 전력을 포착하지 못할 수 있다.

자성 재질의 복수의 자성편을 가지는 무선 에너지 전송 시스템:

일부 실시예들에서, 무선 전송 에너지의 전원측은 복수의 층(layer)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층들 중의 하나는 전원에 결합되는 (예를 들어 구리 등) 도전성 재질을 포함할 수 있다. 다른 층은 자성 재질을 포함할 수 있고, 또 다른 층은 각 공진기가 서로 충분히 근접하였을 때 무선으로 에너지를 교환하도록 구성된 공진기를 포함할 수 있다. 다른 층들 역시 포함할 수 있음도 이해해야 할 것이다. 전술한 바와 같이, 자성 재질은 주변 환경이나 전원측 공진기가 결합되는 전자회로의 손실 재질에 기인하는 자기장 내의 손실을 저감하기 위해 사용될 수 있지만, 장치측 공진기 내의 인덕턴스 편이는 예상 이상 또는 예상 이하의 출력 전압을 야기할 수 있다. 예를 들어, 장치측 공진기의 인덕턴스는 (예를 들어 무선 충전을 위해 장치측이 전원측에 근접하는 등) 인접한 자성 재질에 반응하여 증가될 수 있다. 일부 실시예에서는 이 증가에 대응하기 위해, 전원측에 사용되는 자성 재질의 일부를 제거하거나 배열(arrange)할 수 있다. 예를 들어, 전술하고 적어도 도 4-5에 도시한 바와 같이, (예를 들어 전원측(402) 등) 예시적 전원측의 자성 재질(408)에 중앙 구멍(410)을 가지는 전원측 공진기 코일(406)은 장치측 공진기의 인덕턴스를 대략 원래 값으로 복귀시킬 수 있다. 달리 말해, 장치측 인덕턴스의 "원래 값(original value)"은 자유 공간(free space)에서의 장치측 공진기의 자체 인덕턴스(self-inductance)를 광범위하게 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서는, 적어도 도 4-5에 도시된 바와 같이, (예를 들어 장치측(404) 등) 예시적인 장치측이 전원측(402)에 대해 편심(offset)되었을 때, 예를 들어 장치측(404)이 자성 재질(408) 바로 위에 위치함으로써 야기될 수 있는 등 여전히 인덕턴스 편이가 발생될 수 있다. 예를 들어, 예시적 목적으로만 전원측 공진기(406)의 중심에 대해 20mm × 40mm 위치 이동을 가정하면 인덕턴스는 여전히 예를 들어 17% 변화한다. 다른 예로, 전원측 공진기(406)의 중심에 대해 10mm × 20mm 위치 이동하면, 인덕턴스는 여전히 예를 들어 5.6% 변화할 수 있다.

일부 실시예들에서, 전원측의 자성 재질의 복수의 자성편들의 크기, 형상, 기하학적 위치 또는 이들의 조합이 장치측 공진기에 근접했을 때 장치측 공진기의 인덕턴스 편이를 저감시킬 수 있다. 예를 들어 적어도 도 6-7에 도시된 바와 같이, 인덕턴스 편이를 피하기 위해, 자성 재질이 전원측 공진기 코일(602)에 근접한 복수의 수평 바(horizontal bar; 608)들로 배열될 수 있다. 예를 들어, 전원측 공진기 코일(602)의 중심에 대한 장치측 공진기 코일(604)의 20mm × 40mm 위치 이동 예에 대해 인덕턴스는 약 15% 변화할 수 있다. 전원측 공진기 코일(602)의 중심에 대한 10mm × 20mm 위치 이동의 예에서는 인덕턴스가 약 4.3% 변화할 수 있다.

다른 예로서, 적어도 도 8에 도시된 일부 실시예에서는, 인덕턴스 편이를 피하기 위해, 자성 재질이 전원측 공진기 코일(606)에 근접한 복수의 수평 바(vertical bar; 610)들로 형성(shaped) 및 배열될 수 있다. 예를 들어, 전원측 공진기 코일(606)의 중심에 대한 장치측 공진기 코일(604)의 20mm × 40mm 위치 이동 예에 대해 인덕턴스는 약 17% 변화할 수 있다. 전원측 공진기 코일(606)의 중심에 대한 10mm × 20mm 위치 이동의 예에서는 인덕턴스가 약 7.2% 변화할 수 있다.

또 다른 예로서, 적어도 도 9-10에 도시된 일부 실시예에서는, 인덕턴스 편이를 피하기 위해, 자성 재질이 전원측 공진기 코일(902)에 대해 체크무늬 패턴(checkerboard pattern)으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 체크무늬 패턴은 도 9의 예에 도시된 바와 같이 굵거나(coarse), 도 10에 도시된 바와 같이 더 잘게(fine) 구성될 수 있다. 예를 들어, 자성 재질(904)이 굵게 구성된 도 9의 예에 있어서는, 전원측 공진기 코일(902)의 중심에 대한 20mm × 40mm 위치 이동 예에 대해 인덕턴스는 약 11% 변화할 수 있다. 전원측 공진기 코일(902)의 중심에 대한 10mm × 20mm 위치 이동의 예에서는 인덕턴스가 약 2.2% 변화할 수 있다. 자성 재질(906)이 잘게 구성된 도 10에 도시된 예에서는, 전원측 공진기 코일(902)의 중심에 대한 20mm × 40mm위치 이동 예에 대해 인덕턴스는 약 12% 변화할 수 있다. 전원측 공진기 코일(902)의 중심에 대한 10mm × 20mm 위치 이동의 예에서는 인덕턴스가 약 1.4% 변화할 수 있다.

이와 같이, 전원측에 다른 형상, 크기, 그리고 기하학적 패턴의 자성 재질을 사용함으로써 장치측 공진기의 인덕턴스 편이의 양이 저감될 수 있다. 자성 재질의 다른 형상, 크기, 기하학적 패턴과 그 조합도 본원의 범위를 벗어남이 없이 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 예를 들어, 자성 재질의 복수의 자성편들 중 적어도 제1 부분은 (예를 들어 정사각형 등의) 제1 형상이고, 자성 재질의 복수의 자성편들 중 적어도 제2 부분은 (예를 들어 직사각형 등의) 제2 형상일 수 있다. 다른 예로, 자성 재질의 복수의 자성편들 중 적어도 제1 부분은 (예를 들어 10mm × 20mm의) 제1 크기이고, 자성 재질의 복수의 자성편들 중 적어도 제2 부분은 (예를 들어 20mm × 40mm의) 제2 크기가 될 수 있다. 또 다른 예로, 자성 재질의 복수의 자성편들 중 적어도 제1 부분은 (예를 들어 체크무늬 패턴 등의) 제1 패턴이고, 자성 재질의 복수의 자성편들 중 적어도 제2 부분은 (예를 들어 수평 바 등의) 제1 패턴이 될 수 있다. 이와 같은 자성 재질의 특정한 크기, 형상, 그리고 기하학적 패턴의 기재는 예시로만 받아들여야 하며, 달리 본원의 범위를 제한하고자 한 것이 아니다. 더 상세히 후술할 바와 같이, 도전성 재질의 형상, 크기, 기하학적 패턴, 그리고 그 조합의 유사한 변형들이 사용될 수 있으며, 이와 함께 도전성 재질과 자성 재질의 형상, 크기, 기하학적 패턴, 그리고 그 조합의 혼합된 변형들도 사용될 수 있다.

도전성 재질의 복수의 도전편을 가지는 무선 에너지 전송 시스템:

전술한 바와 같이, 주변 환경 또는 전원측 공진기가 결합될 수 있는 전자회로 내의 손실성 재질에 의한 자기장의 손실을 저감시키도록 자성 재질이 사용되지만, 장치측 공진기의 인덕턴스 편이는 예상 이성 또는 예상 이하의 출력 전압을 야기할 수 있다. 일부 실시예에서는, 장치측 공진기의 인덕턴스 편이를 방지하기 위해 전원측의 자성 재질 및/또는 전원측 공진기 코일의 일부가 도전성 재질로 덮일(cover) 수 있다.

적어도 도 11a에는 전술한 바와 같이, 예시적인 전원측(1104)과 장치측(1102)가 (축척을 따르지 않고) 도시되어 있다. 이 예에서, 장치측(1102)은 장치측 공진기 코일(1110)과 (예를 들어 모바일 전자 장치(1106)의 일부로 표시된) 부하(load)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 에너지 전송 시스템은 (예를 들어 도전성 재질(1114) 등의) 도전성 재질의 제1층을 포함할 수 있는데, 이 도전성 재질(1114)은 전원(power supply; 1112)의 표면의 일부 또는 전부를 덮도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전성 재질(1114)의 제1층은 구리일 수 있다. 그러나 알루미늄 같은 도전성 재질의 다른 예도 본원의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 일부 실시예들에서, 전원은 배터리가 될 수 있다. 그러나 다른 예시적 전원들도 본원의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다.

일부 실시예들에서, (예를 들어 자성 재질(1116) 등의) 자성 재질의 제2층이 도전성 재질의 제2층과 제3층에 (예를 들어 사이 등) 근접하여 위치할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자성 재질(1116)은 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있다. 다른 자성 재질도 본원의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 전술한 바와 같이, 자성 재질(1116)은 장치측 공진기(1110)를 모바일 전자 장치(1106)로부터 차폐(shield)하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자성 재질(1116)은 1mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 자성 재질(1116)은 0.5mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 그러나 자성 재질(1116)은 전원측(1104)의 원하는 특성에 따라 여러 가지 다른 두께를 가질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 일부 실시예들에서, 자성 재질의 두께는 전송의 기대 전력 수준(expected power level of transfer)에 좌우될 수 있다. 자성 재질은 더 높은 전력 수준들에서 더 높은 자기장들에 노출될 때 포화(saturate)될 수 있다. 이에 따라, 더 두꺼운 자성 재질은 더 높은 포화점(saturation point)을 가질 수 있다. 예를 들어, 전원측이 약 10W의 전력을 전송하는 경우, 0.3mm의 자성 재질이면 충분할 것이다, 일부 실시예들에서, 자성 재질의 두께는 추가적으로 예를 들어 0.3 내지 0.7mm, 1mm+의 범위가 될 수 있을 것이다,

일부 실시예들에서, 제3층이 제2층 및 제4층과 (그 사이 등) 근접하여 위치할 수 있는데, 이 제3층은 (예를 들어 도전성 재질의 도전편(1118) 등) 도전성 재질의 복수의 도전편들을 포함할 수 있다. 더 상세히 후술할 바와 같이, 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1120)과 자성 재질(1116) 사이에 위치하는 도전성 재질(1118)의 도전편들은 (적어도 도 6-10에 도시된 바와 같은 자성 재질의 자성편에 대한 설명과 유사하게) 다양한 형상, 크기, 그리고 패턴화된 위치를 가질 수 있다.

일부 실시예들에서, 제4층은 제3층에 근접하여 위치할 수 있는데, 제4층은 (예를 들어 전원측 공진기 코일(1120) 등의) 제1 공진기 코일을 포함할 수 있고, 전원측 공진기 코일(1120)은 전원측 공진기 코일(1120)이 장치측 공진기 코일(1110)에 (예를 들어 충전 영역(charging area) 내로) 근접하였을 때 (예를 들어 장치측 공진기 코일(1110) 등의) 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 (예를 들어 AC 주전원, 배터리, 태양 전지판 등에 결합될 수 있는) 전원측 공진기와 (모바일 장치, 외함, 슬리이브, 케이스, 커버 등에 통합될 수 있는) 장치측 공진기 간의 역시 전술한 바와 같은 무선 에너지 전송은 관련(모바일) 전자 장치에 전력을 공급하거나 충전하는 데 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1120)은 구리 트레이스(copper trace)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원측 공진기 코일(1120)은 공지의 기술을 사용하여 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB) 내에 설계될 수 있다. PCB는 적절하다면 인쇄 배선반(printed wiring board; PWB), 인쇄 회로 조립체(printed circuit assembly; PCA), 인쇄 회로 기판 조립체(printed circuit board assembly; PCBA), 또는 이들의 조합 등의 여러 변형들을 포함할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 이에 따라, "인쇄 회로 기판" 또는 "PCB"라는 용어가 사용되면 (본원) 전체적으로 하나 이상의 전술한 변형들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 일부 실시예들에서, 제1, 제2, 제3, 그리고 제4층 중의 적어도 하나는 PCB의 다른 평면들 상에 위치할 수 있다. 에를 들어, 한 예에서 적어도 두 층(평면)의 PCB가 사용된다고 가정된다. 한 예에서, PCB는 PCB의 (예를 들어 제2 평면 등의) 제2층에 전원측 공진기 코일(1120)을 포함하고, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편들은 PCB의 (예를 들어 제1 평면 등의) 하나 이상의 다른 층에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본원의 범위를 벗어나지 않고 평면 위치들의 다양한 조합들이 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편들 중의 일부는 PCB 평면들 중의 하나 위에 위치하고, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편들 중의 제2 부분은 PCB 평면들 중 다른 것 위에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에서, 평면들 중의 둘은 동일한 평면일 수 있다. 일부 실시예들에서, 층들의 적어도 일부는 PCB의 일부일 필요가 없다. 예를 들어 일부 실시예들에서, 도전성 재질(1114)은 PCB의 꼭대기(또는 바닥)에 결합된 재질의 별도의 피스(piece)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전성 재질의 두 층만이 PCB 상에 위치하고, 나머지 층들은 PCB 외부에 위치할 수 있다. 이와 같은 PCB 내의 어떤 층 수의 기재는 예시로만 받아들여야 하며 본원의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다..

일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1120)의 트레이스(trace)들은 성능계수(quality factor)의 향상(increase)을 위해 증가될 수 있다. 예를 들어, 트레이스들을 형성하는 데 더 많은 수의 루프(loop)와 더 많은 양의 도전성 재질이 사용될 수 있다. 무선 에너지 전송에 대한 (예를 들어 큐 계수(Q-factor) 등의) 공진기 성능계수의 더 상세한 설명과 예들에 대해서는 전술한 공지의 특허출원들을 참조할 수 있을 것이다. 이에 따라, 전원측 공진기 코일(1120) 밑의 도전성 재질의 도전편들은 장치측 공진기가 "따르는(see)", 즉 영향을 받는 도전성 재질의 증가된 양을 보상하기 위해 감소될 수 있다.

전술한 전원측 층들의 순서(order)는 다른 순서들로 구성될 수도 있음을 이해해야 할 것이다. 예를 들어 적어도 도 11b에 도시된 바와 같이, 전원측(1104)은 도전성 재질(1114)로 구성된 제1층과, 자성 재질(1116)로 구성된 제2층과, 하나 이상의 전원측 공진기 코일(1120)들로 구성된 제3층과, 그리고 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편들로 구성된 제4층을 가질 수 있다. 달리 말해 일부 실시예들에서, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편들로 구성된 제4층이 외부 층이 되어 장치측(1102)을 대향할 수 있다. 이와 같이, "층들"의 전술한 순서는 단지 예시로 받아 들여야 하며 달리 본원의 범위를 제한하고자 한 것이 아니다. 마찬가지로, "제1층", "제2층" 등은 층들의 특정한 순서를 나타내는 것이 아니다.

일부 실시예들에서, 제1층은 모바일 배터리 유닛(1112)의 표면에 결합되도록 구성될 수 있다. 예를 들어 전술한 바와 같이, 전술한 예시적 구성들은 모바일 배터리 유닛 자체의 크기(footprint)를 굳이 변경할 필요 없이 모바일 배터리 유닛의 일부로 통합될 수 있을 만큼 충분히 작은 크기로 무선 에너지 교환을 만족스럽게 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모바일 배터리 유닛(1112)과의 "연결"은 직접 전기적 연결과 반대인 물리적 기계적 연결(또는 그 역)이다. 한 예에서, 공진기는 모바일 배터리 유닛(1112)과의 자기장의 상호작용을 차폐하기 위한 예를 들어 페라이트 및 금속 쉴드(shielding)를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서는 더 상세히 후술할 바와 같이, 전원측(1104)이 복수의 전원측 공진기들을 구비할 수 있다. 예를 들어 일부 실시예들에서는, 둘 이상의 전원측 공진기들이 정렬된(또는 정렬되지 않은) 각 수평축에 대해 (예를 들어 서로 수평 또는 동일한 평면에) 나란히(side by side) 배열되고, 이와 함께 (예를 들어 위/밑 등) 서로 정렬된(또는 정렬되지 않은) 수직축에 대해 다른 평면들에 위치하여 장치측 공진기(1110)과 전원측 공진기들 중의 적어도 하나와의 결합을 증가시키는 둘 이상의 전원측 공진기들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 둘 이상의 전원측 공진기들은 직력 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이와 같은 (에를 들어 전원측의) 단일한 공진기는 예시로만 받아 들여야 하므로, 하나 이상의 전원측 공진기로 해석될 수도 있다.

적어도 도 12a에 도시된 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1202)은 측(1204)에 대해 대칭일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1202)은 (예를 들어 도 12a에 도시된 바와 같이 셋 이상의 루프 등) 하나 이상의 루프 또는 (도 12c에 도시된 바와 같이) 넷 이상의 루프를 가질 수 있다. 전원측 공진기 코일(1202)의 원하는 특성에 따라 임의 숫자의 루프가 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 예를 들어, 전원측 공진기 코일(1202)은 전원측 공진기 코일(1202)의 표면으로부터 (Z-방향 또는 지면 밖으로) 약 3mm 거리만큼 떨어진 무선 장치의 공진기로 전력을 전송하도록 최적화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1202)은 장치측 공진기 코일의 크기 및/또는 장치측 공진기 코일과의 다른 거리에 대해 최적화될 수 있다. 예를 들어, 이 거리는 3mm, 5mm, 10mm, 또는 이보다 클 수 있다.

일부 실시예들에서는 전술하고 적어도 도 12a - 도 12h에 도시한 바와 같이, 전원측 공진기 코일(1120)과 자성 재질(1118) 사이에 위치하는 도전성 재질(1118)의 도전편은 (적어도 도 6-10의 자성 재질의 자성편에 전술한 바와 유사하게) 다양한 형상, 크기, 패턴화된(또는 패턴화되지 않은) 위치를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편들의 크기, 형상, 기하학적 위치 중의 적어도 하나는, 전원측 공진기 코일(1120)이 장치측 공진기 코일(1110)에 근접했을 때 장치측 공진기 코일(1110)의 인덕턴스 편이를 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 도전성 재질(1118)의 도전편은, 장치측 공진기 코일(1110)이 영향을 받는(see) 자성 재질에 더 많이 노출되는 장치측 공진기 코일(1120)의 중앙에서 크기가 더 크고 서로 밀접하게 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 12b는 장치측 공진기 코일(1110)의 인덕턴스 변화를 저감시키기 위해 (예를 들어 도 12a의 축(1204)을 도 12b의 축(1204)에 정렬시킨 상태로) 전원측 공진기 코일(1202) 밑에 위치할 수 있는 복수의 도전성 재질(1118)의 도전편을 가지는 예시적 실시예를 도시한다. 이 예에서, 도전성 재질(1118)의 도전편의 다양한 형상, 크기, 그리고 기하학적 패턴들이 도시되어 있다. 예를 들어 형상은 직사각형일 수 있다. 다른 예로, 형상은 정사각형일 수 있다. 또 다른 예로, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편 중의 적어도 제1 부분은 제1 형상인 반면, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편 중의 적어도 제2 부분은 제2 형상일 수 있다. 또 다른 실시예로, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편 중의 적어도 일부는 제1 공진기 코일의 중심에 대해 수평일 수 있다. 또 다른 실시예로, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편 중의 적어도 일부는 제1 공진기 코일의 중심에 대해 수직일 수 있다. 또 다른 실시예로, 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편 중의 적어도 일부는 제1 공진기 코일에 대해 체크무늬 패턴으로 배열될 수 있다. 도 12b에서 볼 수 있는 바와 같이, 도전성 재질(1118)의 도전편들은 전원측 공진기 코일(1202)의 중심을 향해 더 밀집(dense) 및/또는 더 큰 크기가 될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 전술한 바와 같이 도전성 재질(1118)의 복수의 도전편들은 구리(또는 다른 도전성 재질)가 될 수 있다.

적어도 도 12c - 도 12d에 도시된 다른 예에서, 전원측 공진기 코일(1206)은 도전성 트레이스(conductive trace)의 4 턴(turn)을 가질 수 있으며, 전원측 공진기 코일(1206)의 표면으로부터 (예를 들어 Z-방향 또는 지면 밖으로) 약 3mm 이상의 거리만큼 떨어진 장치측 공진기에 무선으로 전력을 전송하도록 최적화될 수 있다. 도 12b와 유사하게, 도 12d는 장치측 공진기 코일의 인덕턴스 변화를 저감시키기 위해 (예를 들어 도 12c의 축(1208)을 도 12d의 축(1208)에 정렬시킨 상태로) 전원측 공진기 코일(1206) 밑에 위치하는 도전성 재질(1118)의 도전편의 예시적 실시예를 도시한다. 예시적 실시예에서, 도전성 재질의 도전편들은 전원측 공진기 코일(1206)의 중심을 향해 더 밀집 및/또는 더 큰 크기가 될 수 있다.

적어도 도 12e - 도 12f에 도시된 또 다른 예에서, (도 12a에도 도시된) 전원측 공진기 코일(1202)은 전원측 공진기 코일(1202)의 표면으로부터 (예를 들어 Z-방향 또는 지면 밖으로) 약 3mm 이상의 거리만큼 떨어진 장치측 공진기에 무선으로 전력을 전송하도록 최적화될 수 있다. 도 12b와 유사하게, 도 12f는 장치측 공진기 코일의 인덕턴스 변화를 저감시키기 위해 (예를 들어 도 12e의 축(1204)을 도 12f의 축(1204)에 정렬시킨 상태로) 전원측 공진기 코일(1202) 밑에 위치하는 도전성 재질(1118)의 도전편의 예시적 실시예를 도시한다. 예시적 실시예에서, 도전성 재질(1118)의 도전편들은 전원측 공진기 코일(1206)의 중심에서 도 12b에 비해 약간 더 균일한 형상, 크기, 패턴이 될 수 있다.

적어도 도 12g - 도 12h에 도시된 또 다른 예에서, (도 12c에도 도시된) 전원측 공진기 코일(1206)은 전원측 공진기 코일(1206)의 표면으로부터 (예를 들어 Z-방향 또는 지면 밖으로) 약 3mm 이상의 거리만큼 떨어진 장치측 공진기에 무선으로 전력을 전송하도록 최적화될 수 있다. 도 12b와 유사하게, 도 12h는 장치측 공진기 코일의 인덕턴스 변화를 저감시키기 위해 (예를 들어 도 12g의 축(1208)을 도 12h의 축(1208)에 정렬시킨 상태로) 전원측 공진기 코일(1206) 밑에 위치하는 도전성 재질(1118)의 도전편의 예시적 실시예를 도시한다. 이 예에서, 도전성 재질(1118)의 도전편들은 전원측 공진기 코일(1206)의 중심에서 도 12b에 비해 약간 더 균일한 형상, 크기, 패턴이 될 수 있다.

본원의 범위를 벗어나지 않고 원하는 특성에 따라 다른 전원측 및 장치측 공진기 설계들도 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 예를 들어 도 13에서, 예시적 공진기 코일(1302)은 전원측 공진기 코일(1302)의 표면으로부터 (예를 들어 Z-방향 또는 지면 밖으로) 약 46mm 이하의 거리만큼 떨어진 장치측 공진기에 무선으로 전력을 전송하도록 최적화될 수 있다. 이 예에서, 공진기 코일(1302)은 약 142mm × 192mm가 될 수 있다. 이 예에서는 또한, 전원측 공진기 코일(1302)은 10W 이상의 전력, 15W 이상의 전력, 30W 이상, 또는 그보다 큰 전력을 전송하도록 할 수 있을 것이다.

일부 실시예들에서는 전술한 바와 같이, 전원측(1104)이 복수의 전원측 공진기들을 포함할 수 있다. 예를 들어 적어도 도 14a에는, 무선 에너지 전원측을 위한 2층 공진기 코일의 일례가 도시되어 있다. 즉 층(1402)은 한 전원측 공진기 코일을 포함할 수 있고, 층(1404)은 다른 전원측 공진기 코일을 포함할 수 있다. 이러한 단일한 전원측 공진기 코일의 기재는 단지 예시로 받아들여야 한다. 이 예에서, 공진기 코일은 전원측 공진기 코일의 표면으로부터 (예를 들어 Z-방향 또는 지면 밖으로) 예를 들어 약 6mm(±1mm)의 거리만큼 떨어진 장치측 공진기에 무선으로 전력을 전송하도록 최적화될 수 있다. 에를 들어, 공진기 코일의 두 층(1402, 1404)들은 축(1406)이 축(1408)에 정렬되도록 PCB의 두 층 상에 인쇄될 수 있다. 예시적인 전원측 공진기 코일은 30W보다 큰 전력을 전송하도록 할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 방향 성분에서의 강도의 변화가 최소인 자기장을 생성하기 위해 둘 이상의 층의 공진기 코일들을 가지는 것이 유용할 것이다. 예를 들어, 2층 공진기 코일은 자기장의 수직 성분의 강도 변화를 최소화할 수 있다. 공진기 코일의 다층 특성은 충분히 큰 활성 영역(active area)을 형성함으로써 장치측 공진기가 X 및 Y 방향으로 더 많이 편심 이동할 수 있도록 해준다. 일부 실시예들에서, 활성 영역은 자기장의 변화가 최소화되는 영역으로 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공진기 코일의 각 부분을 포함하는 PCB의 두 층들이, 두 층의 트레이스들 간에 발생될 수 있는 기생 용량(parasitic capacitance)을 저감시키거나 제거하기에 충분한 거리만큼 두 층이 이격되도록 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공진기 코일의 각 부분을 포함하는 층들은 적어도 0.5mm 이격, 적어도 1mm 이격, 적어도 2mm 이격, 적어도 4mm 이격, 또는 더 크게 이격될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공진기 코일의 각 부분을 포함하는 PCB의 두 층들은, 두 층들이 공진기의 자기 공진(self-resonance)을 저감시키거나 제거하는 데 충분할 만큼 이격되도록 회로 기판 상에 인쇄될 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 14b에는 둘 이상의 전원측 공진기들(예를 들어 1410, 1420)과 장치측 공진기(예를 들어 1414)를 가지는 무선 전력 시스템의 예가 도시되어 있다. 이 예에서, 전원측 공진기(1410, 1412)들은 각각 높이(Z₁ 및/또는 Z₂)에서 전력을 전송하는 전원측 공진기(1410, 1412)들 간을 스위칭(switching)할 수 있는 컨트롤러(controller)에 스위칭 가능하게 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 도 14c에는 둘 이상의 전원측 공진기들(예를 들어 1410, 1420)과 둘 이상의 장치측 공진기(예를 들어 1414, 1416)들을 가지는 무선 전력 시스템의 예가 도시되어 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러가 최대 자기장 균일성 및/또는 최대 공진기 코일-대-코일 효율을 가지도록 구성될 수 있는 두 다른 전원측 공진기(1410, 1412)들 간을 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 한 예에서, 컨트롤러는 더 가까운 장치측 공진기(1416)에 대한 낮은 Z-높이(Z₁)에서 최대 자기장 균일성을 가지도록 전원측 공진기(1410, 1412) 중의 하나로 스위칭할 수 있다. 다른 예에서, 컨트롤러는 더 먼 장치측 공진기(1414)에 대한 높은 Z-높이(Z₂)에서 최대 공진기 코일-대-코일 효율을 가지도록 전원측 공진기(1410, 1412) 중의 하나로 스위칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러는 장치측 공진기의 크기에 따라 두 다른 전원측 공진기(1410, 1412)들 간을 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 전원측 공진기(1410, 1412)들은 다른 크기의 장치측 공진기들에 전력을 효율적으로 전송할 수 있도록 다른 크기가 될 수 있다. 전원측 공진기들 중 하나는 다른 것보다 더 작아 작은 장치측 공진기에 맞출(accommodate) 수 있을 것이다. 두 전원측 공진기 중 더 큰 것은 꺼져있는 반면, 작은 전원측 공진기가 작은 장치측 공진기에 효율적으로 에너지를 전송할 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 14d에는 PCB 상에 형성될 수 있는 예시적인 전원측 공진기의 두 면(전면(1418) 및 배면(1420))이 도시되어 있다. 이 예에서, 공진기는 5mm의 Z-높이에서 예를 들어 약 16W의 전력을 전송할 수 있을 것이다. 공진기는 예를 들어 220pF ±2%의 분포 용량(distributed capacitance)을 가질 수 있다. 이 예에서, 5mm의 Z-높이에서 결과적인 충전 영역은 예를 들어 160mm × 150mm의 영역이 될 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 15에는 무선 에너지 전원측을 위한 예시적인 공진기 코일(1502)가 도시되어 있다. 이 예에서, 공진기 코일(1502)은 전원측 공진기 코일(1502)의 표면으로부터 약 26mm 내지 46mm의 거리만큼 떨어진 장치측 공진기에 무선으로 전력을 전송하도록 최적화되어 있다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1502)은 예를 들어 30W보다 큰 전력을 전송할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1502)는 두 공진기 코일들을 병렬 또는 직렬로 배치하여 구성된다.

교차 트레이싱을 가지는 무선 에너지 전송 시스템:

일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일은 균일한 충전 영역을 달성하도록 (예를 들어 공진기 코일의 권선(winding)들을 통해) 형상을 가질(shaped) 수 있다. 예를 들어, 균일한 충전 영역은 (장치측 공진기를 통해) 장치측이 (전원측 공진기를 통해) 전체 충전 영역에 걸쳐 유사한 전력 수준으로 충전되도록 할 수 있을 것이다. 다른 예에서, 균일한 충전 영역은 전체 충전 영역에 걸쳐 유사한 낮은 손실율을 가능하게 함으로써 효율을 향상시킨다. 더 상세히 후술할 바와 같이, (예를 들어 병렬 권선(parallel winding) 등으로) 코일 전체의 전류를 평형(balancing)시키면 대칭의 공진기 코일을 형성할 뿐 아니라 균일한 충전 영역과 자기장을 달성하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.

전술하고 적어도 도 16-20에 도시한 바와 같이, 무선 에너지 전송 시스템은 제1 공진기 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 에너지 전송 시스템은 전원측 공진기 코일(1602)를 포함할 수 있는데, 이 전원측 공진기 코일(1602)은 전원측 공진기 코일(1602)이 장치측 공진기 코일에 근접되었을 때 (예를 들어 장치측 공진기 등의) 제2/장치측 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 (예를 들어 AC 주전원, 배터리, 태양전지판 등에 결합된) 전원측 공진기와 (예를 들어 모바일 장치, 외함, 슬리이브, 케이스, 커버, 충전기 등에 통합된) 장치측 공진기의 무선 에너지 전송은 관련된 모바일 전자장치에 전력을 공급하거나 충전하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서는 도 11a의 설명과 유사하게, 전원측이: 전원(power source)에 결합되도록 구성된 도전성 재질의 제1층과; 도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치하는 자성 재질의 제2층과; 제2층과 제4층에 근접하여 배치되며 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함할 수 있는 제3층과; 제3층에 근접하여 위치하고 전원측 공진기 코일(1602)를 구비할 수 있는 제4층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제3층은 전원측 공진기 코일(1602)과; 제3층에 근접하여 위치하며 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함할 수 있는 제4층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원측은 도 11a 또는 도 11b의 전술한 설명과 유사하게, 전원측 구성의 다른 조합들도 본원의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다.

일부 실시들에서는 적어도 도 16에 도시된 바와 같이, (예를 들어 권선(1604) 등) 트레이스의 제1 권선이 전원측 공진기 코일(1602)에 포함될 수 있고, 권선(1604)은 도전성 재질로 구성될 수 있다. (권선(1606) 등) 트레이스의 제2 권선이 전원측 공진기 코일(1602)에 포함될 수 있고, 권선(1606)은 도전성 재질로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 권선과 제2 권성 중의 적어도 하나의 트레이스는 도전성 재질로 구리를 포함할 수 있다.

일부 실시들에서, 전원측 공진기 코일(1602)의 권선(1604, 1606)들은 교차점에서 교차(crossover), 삽입(interleave), 중첩(overlap)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 권선에 교차점을 가지면 병렬 권선들을 가지는 코일 전체적으로 전류를 평형(balance)시키는데 도움이 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 권선(1604)을 위한 트레이스의 일부는 권선(1606)을 위한 트레이스의 일부와 (예를 들어 교차점(1608a, 1608b, 1608c, 1608d, 1608e, 1608f, 1608g, 및/또는 1608h 등의) 교차점에서 교차할 수 있다. 일부 실시예들에서, 권선들을 교차하면 (각 권선의) 전류를 서로 평형시키거나 거의 등치(equate)시키는 데 도움이 될 수 있을 것이다. 이에 따라 일부 실시예에서는, 코일 권선의 교차가, 더 균일한 자기장과 충전 영역을 가능하게 할 수 있는 대칭 공진기 코일을 달성하는데 도움이 될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1602) 같은 코일의 권선들은 균일한 충전 영역을 달성할 수 있도록 균일한 간격을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 교차점은 공진기 코일을 평면 내에 담는 데 유용하다. 예를 들어, 많은 전원측 외함(enclosure)들이 (테이블) 표면 상에 낮은 단면을 가지거나 테이블 밑에 장착될 만큼 공진기 코일을 평탄하고 얇은 패드형(pad-like) 기계적 외함 내에 수납하는 것을 제한한다.

예를 들어, 전원측 공진기 코일(1602)은 약 16W의 전력을 예를 들어 46mm의 Z-높이에서 전송할 수 있도록 할 수 있을 것이다. 46mm에서의 이 실시예의 결과인 충전 영역은 예를 들어 약 140mm × 120mm가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 두 권선들은 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 권선(1604, 1606)들은 (예를 들어, 권선(1604)이 권선(1610)에, 권선(1606)이 권선(1612)에 연결되는 등) 병렬로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 교차점은 균일한 자기장을 형성하고 병렬로 구동되는 트레이스들의 다른 경로를 따른 임피던스를 평형시키는 대칭 공진기 코일을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1602)은 권선(1612, 1610)에 연결된 하나 이상의 캐패시터(capacitor)를 포함하여 전원측 공진기를 형성한다. 실시예들에서, 도 16에 도시된 전원측 공진기 코일과 같은 전원측 공진기 코일은 권선들 사이에 균일한 공간(space)을 가져 더 많은 도전성 트레이스가 사용됨으로써 공진기 코일의 성능계수를 더 향상시킬 수 있다.

일부 실시예들에서, 권선(1604)을 위한 트레이스의 제2 부분이 대칭 교차점에서 권선(1606)을 위한 트레이스의 제2 부분을 교차할 수 있다. 예를 들어 적어도 도 16에 도시된 바와 같이, 권선(1604, 1606)들은 (교차점(1608a, 1608b, 1608c, 1608d, 1608e, 1608f, 1608g, 및/또는 1608h)와 같은) 복수의 교차점들을 형성하도록 구성될 수 있다. 이 예에서, 교차점(1608d)은 교차점(1608e)과 대칭이 될 수 있다. 다른 예로, 교차점(1608b)은 교차점(1608f)과 대칭이 될 수 있다. 본원의 범위를 벗어나지 않고 비대칭 교차점들도 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다.

일부 실시예들에서, 교차점은 공진기 코일(1602)의 중간 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어 적어도 도 16에 도시된 바와 같이, 교차점들은 공진기 코일(1602)의 중간 부분에 위치한다. 이와 대조적으로, 교차점들은 공진기 코일(1602)의 단부 부분에 형성될 수도 있다. 예를 들어 적어도 도 12a에는, 공진기 코일(1202)의 축(1204)을 따른 단부 부분들에 두 교차점들이 도시되어 있다. 즉 두 교차점들이 공진기 코일(1202)의 연장된 단부들에 도시되어 잇다. 일부 실시예들에서, 교차점들은 공진기의 어떤 다른 부분과 함께, 공진기 코일의 중간과 단부 부분의 조합에 위치할 수 있다. 이와 같은 교차점들의 특정한 위치의 설명은 예시로만 받아들여야 하며, 달리 본원을 제한하고자 하는 것이 아니다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 17에는 교차점을 가지는 다른 예시적 공진기 코일(1702)가 도시되어 있다. 예를 들어, 전원측 공진기 코일(1702)는 약 6mm의 Z-높이에서 예를 들어 약 16 내지 33W의 전력을 전송할 수 있도록 할 것이다. 이 예에서, Z-높이 6mm에서의 결과적인 충전 영역은 300mm × 140mm가 될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 공진기(1702)는 소정의 충전 영역에 대해 균일한 자기장/충전 영역을 달성을 돕기 위해 라운딩되고(rounded) 각진(squared-off) 형상으로 형성될 수 있다. 이 예에서, 공진기 코일(1702)은 (예를 들어 권선(1704)이 권선(1708)에, 권선(1706)이 권선(1710)에 연결되는 등) 병렬로 연결된 두 권선(1704, 1706)을 포함한다. 이 예에서 또한, 권선(1704, 1706)들은 (도 17에서 참조번호 없는 다른 교차점들과 함께 교차점(1712a, 1712b, 1712c) 등의) 교차점들을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1702)은 권선(1710, 1708)에 연결된 하나 이상의 캐패시터들을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 18에는 교차점들을 가지는 공진기 코일(1802)의 다른 예가 도시되어 있다. 예를 들어, 전원측 공진기 코일(1802)는 예를 들어 Z-높이 26mm 내지 46mm에서 예를 들어 약 33W의 전력을 공급할 수 있도록 할 수 있다. 이 예에서, Z-높이 26mm에서의 결과적인 충전 영역은 예를 들어 220mm ×150mm의 영역이 될 수 있다. Z-높이 46mm에서의 결과적인 충전 영역은 예를 들어 210mm ×140mm의 영역이 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공진기 코일(1802)은 (예를 들어 권선(1804)이 권선(1808)에, 권선(1806)이 권선(1810)에 연결되는 등) 병렬로 연결된 두 권선(1804, 1806)을 포함할 수 있다. 이 예에서 또한, 권선(1804, 1806)들은 (도 18에서 참조번호 없는 다른 교차점들과 함께 교차점(1812a, 1812b, 1812c) 등의) 교차점들을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원측 공진기 코일(1802)은 권선(1810, 1808)에 연결된 하나 이상의 캐패시터들을 포함할 수 있다.

다른 공진기 코일 설계도 교차점들을 사용할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 예를 들어, 교차점을 사용할 수 있는 예시적 공진기 코일 설계들은 전술한 도 12a, 12c, 12e, 그리고 12g에 유사하게 도시되었다. 교차점을 사용할 수 있는 추가적인 예시적 공진기 코일 설계들은 후술할 도 19a 및 도 19b에 유사하게 도시되었다. 이와 같이 교차점을 사용하는 특정한 공진기 코일은 단지 예시로만 받아들여야 하며 달리 본원을 제한하고자 하는 것이 아니다.

일부 실시예들에서, 제1 권선을 위한 트레이스의 일부는 제2 권선을 위한 트레이스의 일부와, 제1 권선을 위한 트레이스의 일부와 제2 권선을 위한 트레이스의 일부의 사이에 절연층(insulation)을 가지고 교차점에서 교차할 수 있다. 예를 들어, 예시적 목적만으로 전술한 도 16의 공진기 코일(1602)이 단일층 PCB 상에 구성된다고 가정한다. 이 예에서 권선(1604, 1606) 사이의 교차점(예를 들어 1608a)에 절연층이 존재할 수 있다.

일부 실시예들에서, 제1 공진기 코일이 PCB 상에 인쇄될 수 있는데, 제1 권선을 위한 트레이스의 일부는 인쇄 회로 기판의 제1측 상의 교차점에서 중단(stop)되고 인쇄 회로 기판의 제2측 상에서 계속(continue)될 수 있으며, 제2 권선을 위한 트레이스의 일부는 인쇄 회로 기판의 제2측 상의 교차점에서 중단되고 교차점 이후의 제1측 상에서 계속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 권선을 위한 트레이스의 일부는 제2 권선을 위한 트레이스의 일부와 교차점에서 PCB의 다른 층을 사용하여 교차할 수 있다. 예를 들어, 제1 권선을 위한 트레이스의 일부는 교차점에 도달하기 전에 인쇄 회로 기판의 제1층 상의 제2 권선을 위한 트레이스의 제1측에서 중단되고, 교차점에 도달한 이후 인쇄 회로 기판의 제2층 상의 제2 권선을 위한 트레이스의 제2측 상에서 계속된다.

예를 들어 적어도 도 20에는, 예시적인 공진기 코일(2002)이 도시되어 있다. 예시적 목적으로만, 공진기 코일(2002)이 권선(2004, 2006)을 가지고 2층 PCB 상에 구성된다고 가정한다. 이 예에서, 권선(2004)을 위한 트레이스가 PCB 상부층 상의 점(2008)에서 정지한 다음 PCB의 하부층 상의 점(2010)에서 계속(또는 그 역)됨으로써 권선(2004)이 권선(1006)을 교차한다.

교차점을 형성하는 다른 기술들이 본원의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 이와 같은 교차점 기술에 대한 예시적 기재들은 예시로만 받아들여야 하며 본원의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.

전압 감지를 수반하는 무선 에너지 전송:

무선 에너지 전송에 사용될 수 있는 공지의 점류 감지 기술은 예를 들어 트레이스 또는 와이어(wire) 둘레의 픽업 루프(pickup loop), 홀 효과(Hall Effect) 센서, 전류 감지 변압기, 전류 감지 저항기 등을 포함할 수 있다. 이 기술들은 무선 에너지 전송에 사용되는 고전류와 고주파에서 예를 들어 과도한 손실과 전력 소산을 가질 수 있어, 무선 에너지 전송에 사용하려면 주파수 제한을 가질 수 있고, 자기 간섭에 민감하며, 고가이고, 이 기술을 장치 자체에 적용하면 전류가 측정될 장치의 전체적 크기를 증가시킬 수 있다.

또한, 예를 들어 고 공진의 무선 전력 전송 시스템의 전류 측정은 전류의 높은 주파수와 고조파(harmonics)와 함께 전원측 공진기에 의해 생성된 자기장이 전술한 방법들을 사용하는데 장애(challenge)가 된다. 일부 실시예들에서는, 더 상세히 후술할 바와 같이, 로고스키 코일(Rogowski coil)이 무선 전력 전송 시스템의 전류 센서의 이루로 사용될 수 있다. 로고스키 코일은 예를 들어 높은 재현성(repeatability), 즉 전원측 공진기로부터의 자기장을 거부할 능력, 그리고 전압 수준 출력으로부터 실효치(root-mean-square; RMS) 전류를 결정할 능력을 가질 수 있다. (로고스키 코일과 함께) 측정될 코일은 구리, 구리 피복 강, 리츠(Litz)선 등의 도전체/도전성 재질 또는 트레이스일 수 있으며, 측정될 코일은 (예를 들어 AC 전원 등의) 전원으로 구동될 수 있다.

일부 실시예들에서, 더 상세히 후술할 바와 같이, 도전체의 (차분(differential)) 전류값이 도전체를 도전성 재질의 코일의 내경(D2)을 통해 경유(routing)시킴으로써 측정될 수 있다. 도전체는 공진기 코일의 일부일 수 있다. 예를 들어, 공진기의 전류값은 예를 들어 전력을 무선으로 송신하기 위한 자기장 수준을 설정하는 데 사용될 수 있으며, 이에 따라 그 값을 아는 것이 유용할 것이다. 일부 실시예들에서, 전류 측정은 전원측 공진기 상에서 전류 수준의 확인으로 측정되어 제어회로의 피드백으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 전류 센서로부터의 피드백 신호에 따라 전원측 공진기에 공급되는 전력을 켜고 끌 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류 측정의 크기/진폭 값과 (예를 들어 AC 등의) 위상값 관계가 예시적인 본원의 전류 감지 시스템(들)으로 임피던스 변화를 측정하는 데 사용될 수 있다. 전류 측정에 대한 다른 용도도 마찬가지로 사용될 수 있을 것이다.

전류 센서로서의 로고스키 코일이 예를 들어 전력망(power grid) 응용분야를 위한 50-60Hz 등의 저주파 응용분야에 사용될 수 있다. 유사하게, 전술한 전류 측정 방법들은 1MHz보다 큰 신호에 적용할 때는 실패(fail)할 수 있다. 이 방법들은 (고 공진) 무선 에너지 전송 시스템처럼 자기적으로 잡음이 심한 환경에 놓이면 역시 실패할 수 있다. 이에 따라 일부 실시예들에서는, 센서에 대한 자기 간섭을 거부하면서 예를 들어 고주파 전류를 측정할 수 있는 예시적 전류 센서는, 제조 관점에서 쉽게 재현될 수 있고 제조상의 공차를 견뎌낼 능력이 있으며, 측정된 신호의 고조파 성분 및/또는 동상 전압(common-mode voltage)을 제거하기 위해 병렬 공진 필터 또는 평형 필터를 포함할 수 있다. 더 상세히 후술할 바와 같이, 일부 실시예들에서는, 전류 센서로서 필터를 가지는 전류 센서는 예를 들어 무선 에너지 전송 시스템의 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 구성되어, (1) 무선 에너지 전송 전원측 공진기로부터의 자기장 효과를 거부(reject)하고, (2) 측정된 전류의 DC 오프셋(offset)에 영향 받지 않으며, (3) 고주파 전류를 측정할 능력이 있고, (4) 자성 재질 코어의 부족(lack)에 의한 코어 포화(core saturation)의 문제를 가지지 않으며, (5) 필터에 의해 전류 신호 내의 고조파를 감쇠시킬 수 있고, (6) 전원측 공진기 상에 현저한 임피던스 편이나 삽입 손실(insertion loss)을 나타내지 않으며, (7) 제조 관점에서 재현성이 높고, (8) 로고스키 코일 자체 등의 많은 구성부들이 PCB의 층들 내의 트레이스를 통해 제조될 수 있어 작고 저 생산비 설계이며, (9) 센서의 능력에 기계적 변경에 기인하는 현저한 변화가 야기되지 않고, 그리고 (10) 비례 전압(scaled voltage)이어서 용이하게 측정될 수 있는 출력을 가능하게 한다.

전술하고 적어도 도 21-26에 도시된 바와 같이, 무선 에너지 전송을 위한 전류 감지 시스템은 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있는데, 이 인쇄 회로 기판은 적어도 제1층과, 제2층과, 그리고 제3층을 포함할 수 있다. 도전성 재질의 루프(loop)가 포함될 수 있는데,이 도전성 재질의 루프는 제2층에서 직경 D3을 가진다. 도전성 재질의 코일이 포함될 수 있는데, 이 도전성 재질의 코일은 적어도 2 턴(turn)을 가지며, (예를 들어 코일의 대부분이 도전성 재질인) 도전성 재질의 코일은 외경이 D1, 내경이 D2인 제1층과 제3층을 차지(occupy)하며 제1, 제2, 그리고 제3층의 각각을 통해 연결된다. 도전성 재질의 루프는 도전성 재질의 코일에 결합될 수 있다.

예를 들어 적어도 도 21-22에 도시된 바와 같이, (예를 들어 전류 센서 코일(2102) 등의) 전류 센서의 코일은 코일 자체의 영역을 최대화할 뿐 아니라 영역 내의 턴(turn) 수를 최대화하도록 설계될 수 있다. 비제한적인 예에서, 전류 센서 코일(2101)은 예를 들어 400mm의 외경 D1과 예를 들어 200mm의 내경 D2로 예를 들어 17턴을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전성 재질의 루프가 포함될 수 있는데, 이 도전성 재질의 루프는 제2층 상에 직경 D3으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전류 센서 코일(2102)은 (예를 들어 하나 이상의 내부 코일(2106, 2108) 등의) 도전성 재질의 루프를 포함할 수 있다. 내경 D2는 측정될 도전체에 허용된 공간, 예를 들어 구멍(2104)의 직경 D4보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, "크기(footprint)" 또는 외부 영역은 작은 크기의 PCB 상에서 실용적 크기의 센서가 되도록 작게 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서는 (예를 들어 전원측 공진기 코일 등) 측정될 도체와 동일한 PCB 상에 형성될 수 있는 크기가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전성 재질의 루프와 도전성 재질의 코일은 로고스키 코일을 형성할 수 있다. 예를 들어, 로고스키 코일이 도전성 재질의 루프와 도전성 재질의 코일에 의해 형성될 수 있는데, 루프는 단부점 경로(end-point via)(도 22에는 도시 안됨)을 통해 코일에 연결될 수 있다. 이 예에서, 로고스키 코일은 PCB의 모든 층들을 차지할 수 있다.

일부 실시예들에서, 전류 센서 코일(2102)은 두 내부층(2206, 2208)과 함께 PCB의 꼭대기층(2204)과 바닥층(2210)을 주로 차지하도록 설계될 수 있는데, 그러면 전류 센서 코일(2102)가 그 자체의 둘레에서 닫힐(closing) 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전성 재질의 코일은 적어도 두 턴을 가지는 코일 권선(2110, 2112) 등으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도전성 재질의 코일은 적어도 15 턴을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 권선(2110, 2112)의 다수(majority)는 외경 D1과 내경 D2로 제1층과 제3층을 차지하고, PCB의 제1층, 제2층과, 그리고 제3층의 각각을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 연결은 바닥 좌측 상의 코일들만에 연결되는 것처럼 보이는 경로를 통해 이뤄질 수 있다. 외부 코일과 내부 루프가 연결될 수 있지만 이들이 대신 시작된 위치로 복귀하므로 실제 전체적 루프는 완성되지 않는다. 코일(2106, 2108)의 하나 이상의 내부 부분이 코일 권선(2110, 2112)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각 층(2204, 2206, 2208, 2210)들에 대한 관련 경로들과 함께 코일 권선(2110, 2112)는 결과적으로 거의(effectively) 도넛형(toroidal) 형상이 될 수 있다. 전류 센서 코일(2102)은 (예를 들어 도전성 재질의 복귀 루프(return loop)로) 직선 복귀(straight return)와 평형 권선(balanced winding) 중의 적어도 하나를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 직선 복귀의 예가 도 21에 도시되어 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 내부층의 루프는 외부층의 코일을 감거나 삽입되지 않으므로 (예를 들어 삽입이나 감김이 없는) 직선 복귀를 나타낸다. 이들은 접속이 형성될 수 있는 시작점으로 바로 복귀한다. 이와 대조적으로, 평형 권선은 전진 및 후진 경로가 서로를 감아 평형되고, 한 경로가 다른 경로보다 짧지 않을 때 형성될 수 있다, 평형 권선은 원래의 코일에 끼어들(interweave) 수 있다. 루프와 코일은 단부점 경로에서 완성된 "연결" 루프는 형성하지 않는 방식으로 연결될 수 있다. 코일은 도전선 재질의 루프와 평형 권선 복귀를 가지도록 구성될 수 있는데, 도전성 재질은 같은 층들 상의 도전성 재질의 코일과 간섭을 피하는 방식으로 제1층과 제3층을 차지할 수 있다. 평형 권선 복귀 루프는 외경 D1과 내경 D2를 가질 수 있다. 이 예에서, 측정은 (전류에 직접 비례하는 대신) 전류의 차분(differential)에 비례할 수 있다.

일부 실시예들에서, 코일 권선(2106)의 꼭대기 트레이스(top trace)는 제1층(2204)을 차지할 수 있고, 내부 코일(2106)의 제2 트레이스는 제2층을 차지할 수 있으며, 내부 코일(2108)의 제3 트레이스는 제3층(2208)을 차지할 수 있고, 그리고 코일 권선(2112)의 바닥 트레이스(bottom trace)는 제4층(2210)을 차지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다양한 다른 층의 PCB들이 본원의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어 4층 PCB가 제조에 더 유용하여 3층 PCB보다 선호된다. 일부 실시예들에서, 제4층이 제2층과 제3층에 근접하여 위치될 수 있는데, 제4층은 하나 이상의 내부 코일(2106, 2108)과 (예를 들어 코일 권선(2110, 2112) 중의 적어도 하나와 결합될 수 있는 (예를 들어 하나 이상의 내부 코일(2106, 2108) 등) 도전성 재질의 추가적인 루프를 포함할 수 있고, 도전성 재질의 추가적인 원형 루프는 제4층 상에 직경 D3을 가질 수 있다.

일부 실시예들에서, 내부 코일(2106, 2108)의 제2 및 제3 트레이스가 4층 PCB의 단면에서 동일한 수직 공간을 차지하거나 3층 PCB의 경우 단일한 트레이스에 조합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류 센서 코일(2102)은 PCB의 세 층만을 차지할 수 있고, 코일 권선(2110)의 꼭대기 트레이스가 제1층을, 내부 코일(2106)의 제2 트레이스가 제2층을, 그리고 코일 권선(2112)의 바닥 트레이스가 제3층을 차지한다. 센서 코일(2102)에 의해 덮인 대략적 영역(2212)은 더 큰 직경 D1과 더 작은 직경 D2의 차이에 그 높이(2201)를 곱해 얻을 수 있을 것이다. 높이(2202)는 예를 들어 PCB의 두께로 도시되었지만, 유전 재질(dielectric material)이 투명하게 만들었다. 높이(2202)는 또한 전류 센서 코일(2102)이 전체 PCB 적층(stack-up)(높이)을 차지하지 않는다면 전류 센서 코일(2102)의 꼭대기층과 바닥층 간의 높이로 설명될 수 있다. 반면, 전체 적층(높이)응 차지하지 않는다면 높이(2202)는 PCB의 두께와 동등(equivalent)하다.

일부 실시예들에서, 전류 센서 코일(2102)는 예를 들어 약 85kHz 내지 20MHz 범위 내의 주파수를 가지는 전류를 측정하도록 할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 저주파에 대해서는, 전류 센서 코일(2102)이 측정 가능한 출력 전압을 달성하기 위해 더 많은 턴과 더 넓은 영역(2212)을 가지도록 설계될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 영역(2212)은 내부 직선 복귀를 둘러싸는 초기 코일 권선(initial coil winding)의 루프 영역이 될 수 있을 것이다. 이 루프 역역은 예를 들어 (예를 들어 높이(2202) 등)와 내경 및 외경(D1, D2)에 의해 결정될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 전류 센서 코일(2102)이 측정할 수 있는 주파수의 상부 영역은 (도 24에 (로고스키) 센서 자기 공진 주파수(self-resonant frequency)의 모델링으로 L1 및 C4로 표시하여 도시한 바와 같이) 전류 센서의 자기 공진 주파수에 의해 결정될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, PCB 상의 전류 캐리어(current carrier)가 예를 들어 PCB 상의 층 수를 증가시킴으로써 이 방식의 전류 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 6층 PCB에서는 6층 모두를 수직으로 이동함으로써 전류 캐리어가 첫 층부터 마지막 층까지 차지하는 반면, 전류 센서는 6층 PCB 중 중앙 네 층만을 차지하며 전류 캐리어 둘레에 감긴다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 23에는, 측정된 코일 전류 출력의 에시적인 실제 측정치들이 도시되었다. 이 비제한적인 예에서, 파형(waveform; 2304)은 측정된 코일 전류이고 파형(2302)은 전류 센서 코일(2102)의 출력 전압이 될 것이다. 이 예시적 측정에서, 코일 전류의 RMS값은 998.8mA이고 전류 센서 코일(2102)의 출력 전압의 RMS값은 302.2mV이다. 이 값들은 자기장 수준을 조절하기 위해 (예를 들어 최고의 정확성을 위해 상관되거나 그렇지 않다면 상대적으로) 사용될 수 있다. 수신 장치들에 기초하여 전류를 조절하는 것은 전압 출력 수준이 전압 수준(이에 따른 자기장 수준)에 비례하므로 더 작은 범위의 전압에 결합하여 더 넓은 범위의 변화를 줄 수 있게 해준다. 이는 한 예이다. 다른 사용예들은 안전한 자기장 수준을 보장하고, 임피던스 변화 또는 코일 전류를 변경시킬 수 있는 다른 변화를 검출할 수 있다. 관련 정합망(matching network)에서의 코일 전류 위상과 복수의 전류들의 진폭의 사용 역시 코일의 임피던스를 검출하는 데 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, (공진 탱크(resonant tank)의 노드(node)에 연결되거나 공진 코일의 노드들 중의 하나에 연결될 수 있는) 와이어가 PCB에 매립된 전류 센서 코일(2102) 중심의 구멍을 관통할 수 있다. 일부 실시예들에서, 병렬 공진 회로가 포함되어 고조파 성분을 제거할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서 코일(2102)은 측정에서의 고조파를 최소화하도록 특정한 목적을 가지는 공진 필터와 동조될 수 있고, 센서 코일의 출력은 측정 회로에 연결된다. 일부 실시예들에서, 평형 필터 회로가 포함되어 고조파 성분 및/또는 동상 전압을 제거하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 측정 회로는 전류 센서 코일(2102)의 측정치에 근접할 수 있는 마이크로프로세서에 의해 더 쉽게 판독되도록 신호를 여과 및 증감(scale)시킬 수 있다.

예를 들어 적어도 도 24에는, 전류 센서의 예시적인 개략도가 전류 센서와 인터페이싱하는 데 사용될 회로와 함께 도시되어 있다. 이 예에서, 전류 센서(2402)는 센서 코일의 고유한(intrinsic) 인덕턴스(L1)와 캐패시턴스(C1)로 모델링될 수 있다. R3, R4, L2 그리고 C1은 별개의 회로부품일 수 있다; L2 및 C1은 측정될 전류와 동일한 공진 주파수를 가지는 공진 회로가 될 수 있다. 이 예에서, 전류 센서(2402)는 수동적이고, 전원(V1)은 전류 센서가 자리하는 자기장의 모델이 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전압 출력을 가지는 차동 증폭기(differential amplifier)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 차분 입력(differential input)과 단일 단부 전압 출력을 가지는 통합 증폭기가 포함될 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(2402)는 단일한 전압 출력을 가지는 차동 증폭기(2404)에 연결될 수 있다. 부품(R1, R2)들은 차동 증폭기(2404)에 부하(load)를 걸도록 설계될 수 있다. 일부 실시예들에서, 피크 검출 회로가 포함될 수 있고, 전압 출력의 피크를 추적하여 도전체의 측정된 (차분) 값을 결정하는 연산 증폭기(operational amplifier)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 회로(2406)는 피크 검출기로 사용될 수 있는 연산 증폭기를 포함할 수 있는데, 이는 출력 전압의 피크를 추적하여 측정될 코일 전류를 결정할 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 21 내지 26에는, 전류 센서의 다른 예시적 개략도가 이 전류 센서와 인터페이싱할 수 있는 회로와 함께 도시되어 있다. 이 예에서, 크기 범위는 예를 들어 D1 = 0.375 내지 0.8인치, D2 = 0.19 내지 0.4인치이고, D3은 D1과 D2의 중간에 중심을 두고, D4는 원하는 와이어 치수(wire gauge)에 좌우되며 작동과는 상관이 없을 것이다. 일부 실시예들에서, 코일의 턴 수는 대략 16 내지 36의 범위를 가질 수 있다. 그러나 이들은 구성 가능한 것들 중의 작은 서브셋(subset)이라는 점을 이해해야 할 것이다. 이 변수들은 원하는 주파수 범위, 전류 범위 등에 좌우될 것이다.

도 25의 관련 회로는 평형된 차동 증폭기로 구성될 수 있는데, 이는 (필요하다면) 2차 이득단(secondary gain stage)이 뒤따르고, 피크 입력 전압에 대한 전압을 출력하는 RF 전력 측정 칩에 의해 종료될 수 있도록 통합적으로 구성될 수 있다. 이 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 좌측의 두 단자(2502, 2504)들은 전류 센서 코일에 바로 연결될 수 있고, 우측의 단자는 마이크로프로세서에서 종료될 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 도 24 및 26에는, 전류 센서 코일의 예시적인 실제 측정 결과(2600)가 도시되어 있다. 도시된 측정치는 (예를 들어 회로(2406) 등의) 피크 검출기 회로의 다른 AC 전류 수준들에서 취한 출력일 수 있다.

일부 실시예들에서, 전류 센서 코일의 소정 설계의 출력 전압을 예측할 수 있는 관계가 정립될 수 있을 것이다. 예를 들어 이 관계는 다음 식으로 주어진다:

Vout = -C * u ₀ * u _r * N * A * (di/dt),

여기서 C는 PCB를 나타내는 상수, u ₀ * u _r 은 전류 센서 코일과 측정될 전류 캐리어 사이의 투자율(permeability), N 은 전류 센서 코일의 (예를 들어 미터당 턴 수 등) 턴 밀도(turn density), A는 (도 22에 2212로 주어진) 전류 센서 코일의 단면적, 그리고 (di/dt)는 측정될 전류의 변화율이다. 일부 실시예들에서, 에를 들어 전류가 사인파이면 변화율도 사인파가 될 것이다. 구형파(square wave) 등 다른 종류의 파에 대해서는 적분 회로(integration electronics)가 필요할 것이다.

일부 실시예들에서, 측정된 전류는, 먼저 도전체의 전류 수준과 전류 센서의 대응 출력 전압을 실제 측정하여 참조 테이블을 구성함으로써 출력 전압에서 파악될 수 있을 것이다.

전술한 설명은 모바일 전자 장치들을 예로 사용하였으나, 본원의 범위를 벗어나지 않고 다른 종류의 전자 장치를 사용할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 모바일 전차 장치를 이용하는 이러한 예들은 예시로만 받아들여야 하며 달리 본원의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.

본원에서 사용된 용어들은 특정한 실시예를 설명하기 위한 목적만으로 사용된 것이며 본원을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본원에 사용된 단수형 "a", "an", 그리고 "the"는 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수형을 포함하고자 의도된 것이다. 또한 "comprises" 및/또는 "comprising"이 이 명세서에 사용될 때는 기재된 특징, 수치, (특정한 순서일 필요가 없는) 단계, 작동, 요소, 및/또는 성분들의 존재를 규정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 수치, (특정한 순서일 필요가 없는) 단계, 작동, 요소, 성분 및/또는 그 그룹들의 존재나 추가를 배제하지 않는다.

아래 청구항들에 존재할 수 있는 대응 구조, 재질, 작용, 그리고 모든 수단과 단계와 추가적인 기능 요소들은 임의의 구조, 재질, 또는 특정하게 청구된 다른 청구 요소들과 조합하여 기능을 수행하기 위한 작용을 포함하고자 의도된 것이다. 본원에 개시된 설명들은 예시와 설명의 목적으로만 제공된 것이며, 개시로 소진(exhaust)되거나 개시된 형태로 제한될 것을 의도한 것이 아니다. 많은 변형과 변경, 대체, 그리고 이들의 임의의 조합은 본원의 범위와 사상을 벗어나지 않고도 당업계에 통상의 지식을 가진 자에게 명확할 것이다. 실시예(들)은 본원의 원칙과 실용적 응용을 가장 잘 설명할 수 있도록 선택되고 기재되었으며, 당업계에 통상의 지식을 가진 자가 본원을 이해하여 고려된 특정한 목적에 맞도록 다양한 변형들을 가지는 다양한 실시예(들) 및/또는 다양한 실시예(들)의 조합을 할 수 있도록 기재되었다.

이상에서 본원의 개시 사항을 그 실시예(들)을 참조하여 상세히 설명했는데, 첨부된 청구항들에 정의된 범위를 벗어나지 않고도 (임의의 변형, 변경, 대체, 그리고 이들의 조합을 포함하여) 실시예(들)의 변혈, 변경, 그리고 그 임의의 조합이 가능함이 명확할 것이다.

Claims

제2층에 근접하여 위치하는 도전성 재질의 제1층과;
도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치하는 자성 재질의 제2층과;
제2층과 제4층에 근접하여 위치하며, 제1 공진기 코일을 포함하고, 이 제1 공진기 코일이, 제2 공진기 코일이 제1 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성되는 제3층과; 그리고
제3층에 근접하여 위치하며, 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함하는 제4층을
구비하는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
도전성 재질의 복수의 도전편의 크기, 형상, 기하학적 위치의 적어도 하나가, 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일의 인덕턴스 편이를 저감시키는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제2항에 있어서,
형상이 직사각형인 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제2항에 있어서,
형상이 정사각형인 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제2항에 있어서,
도전성 재질의 복수의 도전편 중의 적어도 제1 부분이 제1 형상이며, 도전성 재질의 복수의 도전편 중의 적어도 제2 부분이 제2 형상인 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제2항에 있어서,
도전성 재질의 복수의 도전편 중의 적어도 일부가 제1 공진기 코일에 대해 체크무늬 패턴으로 배열되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
제1 공진기 코일이 구리 트레이스를 포함하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
자성 재질이 페라이트를 포함하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
제4층의 도전성 재질의 복수의 도전편이 구리를 포함하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
도전성 재질의 제1층이 구리를 포함하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
제1층이 모바일 배터리 유닛의 표면에 결합되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
자성 재질이 1mm 미만의 두께를 가지는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
자성 재질이 0.5mm 미만의 두께를 가지는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
제1 공진기 코일이 적어도 5W의 에너지를 제2 공진기 코일에 전송하도록 구성되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제1항에 있어서,
제1 공진기 코일이 적어도 10W의 에너지를 제2 공진기 코일에 전송하도록 구성되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제2층에 근접하여 위치하는 도전성 재질의 제1층과;
도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치하는 자성 재질의 제2층과;
제2층과 제4층에 근접하여 위치하며, 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함하는 제3층과; 그리고
제3층에 근접하여 위치하며, 제1 공진기 코일을 포함하고, 이 제1 공진기 코일이, 제2 공진기 코일이 제1 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성되는 제4층을
구비하는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제16항에 있어서,
도전성 재질의 복수의 도전편의 크기, 형상, 기하학적 위치의 적어도 하나가, 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일의 인덕턴스 편이를 저감 시키는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제17항에 있어서,
도전성 재질의 복수의 도전편 중의 적어도 제1 부분이 제1 형상이며, 도전성 재질의 복수의 도전편 중의 적어도 제2 부분이 제2 형상인 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제17항에 있어서,
도전성 재질의 복수의 도전편 중의 적어도 일부가 제1 공진기에 대해 체크무늬 패턴으로 배열되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제16항에 있어서,
제 4층의 도전성 재질의 복수의 도전편이 구리를 포함하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제2 공진기 코일에 근접되었을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성된 제1 공진기 코일과;
도전성 재질을 포함하는 제1 공진기 코일 내의 트레이스의 제1 권선과;
도전성 재질을 포함하는 제1 공진기 코일 내의 트레이스의 제2 권선을 구비하고; 그리고
제1 권선의 트레이스의 일부가 교차점에서 제2 권선의 트레이스의 일부와 교차하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제21항에 있어서,
제1 권선의 트레이스의 일부가, 교차점에서 제1 권선의 트레이스의 일부와 제2 권선의 트레이스의 일부 간의 물리적 접촉 없이 제2 권선의 트레이스의 일부와 교차하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제22항에 있어서,
제1 공진기 코일이 인쇄 회로 기판 상에 인쇄되고, 제1 권선을 위한 트레이스의 일부가 인쇄 회로 기판의 제1측 상의 교차점에서 중단되고 인쇄 회로 기판의 제2측에서 계속되고, 인쇄 회로 기판의 제1측 상의 제2 권선을 위한 트레이스의 일부가 제2측에서 중단되고 교차점 이후의 제1측에서 계속되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제23항에 있어서,
제1 권선을 위한 트레이스의 일부가 교차점에 도달하기 전에 인쇄 회로 기판의 제1층 상의 제2 권선을 위한 트레이스의 일부의 제1측 상에서 중단되고 인쇄 회로 기판의 제2측에서 계속되고, 교차점에 도달한 이후 인쇄 회로 기판의 제2층 상의 제2 권선을 위한 트레이스의 일부의 제2측 상에서 계속되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제21항에 있어서,
제1 권선을 위한 트레이스의 제2 부분이 대칭 교차점에서 제2 권선을 위한 트레이스의 제2 부분과 교차하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제21항에 있어서,
교차점이 제1 공진기 코일의 중간 부분에 형성되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제21항에 있어서,
교차점이 제1 공진기 코일의 단부 부분에 형성되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제21항에 있어서,
제1 권선과 제2 권선 중의 적어도 하나의 트레이스가 구리 코일을 포함하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제21항에 있어서,
제2층에 근접하여 위치하는 제1층과;
도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치하는 자성 재질의 제2층과;
제2층과 제4층에 근접하여 위치하며, 제1 공진기 코일을 포함하는 제3층과; 그리고
제3층에 근접하며, 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함하는 제4층을
더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템의 공진기.
제2층에 근접하여 위치하는 도전성 재질의 제1층과;
도전성 재질의 제1층과 제3층에 근접하여 위치하는 자성 재질의 제2층과;
제2층과 제4층에 근접하여 위치하며, 제1 공진기 코일을 포함하고, 이 제1 공진기 코일이, 제2 공진기 코일이 제1 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일에 무선으로 에너지를 전송하도록 구성되는 제3층을 구비하며, 제1 공진기 코일이
도전성 재질을 포함하는 제1 권선 내의 트레이스의 제1 권선과;
도전성 재질을 포함하는 제1 권선 내의 트레이스의 제2 권선을 포함하고;
제1 권선을 위한 트레이스의 일부가 제2 권선을 위한 트레이스의 일부를 교차점에서 교차하고; 그리고
제4층이 도전성 재질의 복수의 도전편을 포함하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제30항에 있어서,
제1 권선의 트레이스의 일부가, 교차점에서 제1 권선의 트레이스의 일부와 제2 권선의 트레이스의 일부 간의 물리적 접촉 없이 제2 권선의 트레이스의 일부와 교차하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제31항에 있어서,
제1 권선을 위한 트레이스의 일부가 교차점에 도달하기 전에 인쇄 회로 기판의 제1층 상의 제2 권선을 위한 트레이스의 일부의 제1측 상에서 중단되고 인쇄 회로 기판의 제2측에서 계속되고, 교차점에 도달한 이후 인쇄 회로 기판의 제2층 상의 제2 권선을 위한 트레이스의 일부의 제2측 상에서 계속되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제30항에 있어서,
제1 권선을 위한 트레이스의 제1 부분이 제2 권선을 위한 트레이스의 제2 부분과 대칭 교차점에서 교차하는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제30항에 있어서,
교차점이 제1 권선기 코일의 중간 부분에 형성되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제30항에 있어서,
교차점이 제1 권선기 코일의 단부 부분에 형성되는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제30항에 있어서,
제1 권선과 제2 권선의 적어도 하나의 트레이스가 구리인 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
제30항에 있어서,
도전성 재질의 복수의 도전편의 크기, 형상, 기하학적 위치의 적어도 하나가, 제1 공진기 코일이 제2 공진기 코일에 근접하였을 때 제2 공진기 코일의 인덕턴스 편이를 저감 시키는 것을
특징으로 하는 무선 에너지 전송 시스템.
적어도 제1층과, 제2층과, 그리고 제3층을 포함하는 인쇄 회로 기판과;
제2층 상에 직경 D3을 가지는 도전성 재질의 루프와; 그리고
적어도 2 턴을 가지는 도전성 재질의 코일을 구비하며.
도전성 재질의 코일이 외경 D1과 내경 D2로 제1층과 제3층을 차지하여 제1, 제2, 그리고 제3층의 각각을 통해 연결되고;
도전성 재질의 루프가 도전성 재질의 코일에 결합되는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
도전체의 전류값이 도전체를 도전성 재질의 코일의 내경 D2를 통해 경유시킴으로써 측정되는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제39항에 있어서,
도체가 공진기 코일의 일부인 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
고조파 성분을 제거하는 병렬 공진 회로를 더 구비하는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
전압 출력을 가지는 차동 증폭기를 더 구비하는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제42항에 있어서,
전압 출력을 추적하여 도전체의 측정된 전류값을 결정하는 연산 증폭기를 포함하는 피크 검출기 회로를 더 구비하는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
제2 및 제3층과 근접하는 제4층을 더 구비하고, 이 제4층이 도전성 재질의 루프와 도전성 재질의 코일 중의 적어도 하나에 결합되는 도전성 재질의 추가적 루프를 포함하며, 도전성 재질의 추가적 원형 루프가 제4층 상에 직경 D3을 가지는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
도전성 재질의 코일이 구리 트레이스를 포함하는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
도전성 재질의 코일이 직선 귀환과 평형 권선 중의 적어도 하나로 구성되는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
85kHz 내지 20MHz 범위의 주파수를 가지는 전류가 측정되도록 구성되는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
제38항에 있어서,
도전성 재질의 코일이 적어도 15턴을 가지는 것을
특징으로 하는 전류 감지 시스템.
도전체를 교류로 구동하는 단계와; 그리고
청구항 38의 전류 감지 시스템을 사용하여 교류의 진폭값과 위상값을 측정하는 단계를
구비하는 것을 특징으로 하는 전류 감지 방법.